[发明专利]光学系统内部腔室精密气体控制方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将输入的压缩气体调节并稳定在所需压力和流量的气体压力控制装置及其方法，尤其涉及一种光学系统内部腔室精密气体控制方法及其装置。

背景技术

光学光刻中，成像光学系统的性能是决定集成电路特征尺寸大小和均匀性的关键因素。在集成电路特征尺寸越来越小、越来越均匀的要求下，光学系统本身的结构变得越来越复杂，不仅对构成光学系统的透镜材料、加工精度要求越来越高，而且对光学系统内、外部环境条件提出了更加苛刻的要求，包括污染、温度、压力等。

普遍采用向光学系统内部腔室充入净化气体的方法来进行光学系统的污染控制，其目的是通过保持光学系统内部气体与外部环境大气的相对过压，来避免外部环境中的大气污染物进入光学系统内部污染光学系统。由于光路对温度和压力的波动非常敏感，例如，对于1m长度的光路，温度变化0.01℃或气压变化3.5Pa，将引起10nm以上的波程差，所以必须保证光学系统内部温度、气压的稳定。

由于净化气体通常来自于外部储气罐，其输出的压力和温度都存在一定程度的波动，直接充入无法满足光学系统内部的温度、气压的稳定性要求，需要对充入光学系统内部腔室的净化气体进行温度和压力调节。另外，由于净化气体成本较高，所以在满足净化要求的前提下，需要对内部腔室耗气量进行约束。

请参阅图7，针对光学系统内部腔室，一种低压高精度气压控制装置，用于将光学系统内部腔室的压力和耗气量稳定在所需范围。所述低压高精度气压控制装置包括两个独立的回路：供气回路和排气回路，供气回路由减压阀、毛细管和作为供气回路旁路的单向安全阀和精度控制阀构成，排气回路由毛细管及连接管路构成。所述低压高精度气压控制装置的工作原理如下：气源系统提供的净化气体经初步处理后，由供气回路入口1进入装置内部的供气回路，经过减压阀4的初步降压后，输出到第一毛细管6，经第一毛细管6进一步降压后，将一定压力和流量的净化气体输送到光刻设备中光学系统10的内部腔室；净化气体对光学系统内部腔室进行循环净化后，通过排气回路经由第二毛细管11、出气口12直接排放到外部大气中。排气回路中的第二毛细管11对排出气体起到阻压、限流作用，使光学系统内部腔室与外部环境空气保持一定的压差。

所述低压高精度气压控制装置能够保证光学系统内部腔室较好的气压稳定性和流量稳定性；系统结构简单，不需要外部动力就能运行，在光刻设备故障时，也能对腔体进行不间断供气。但是，采用毛细管限流，一定长度的毛细管对应一个输出流量，一旦毛细管长度确定，光学系统内部腔室的耗气量将难以改变，使得装置的适应性变差；采用单一减压阀配合毛细管进行降压，同样使得对光学系统内部腔室的压力调节适应性变差；由于流经光学系统内部腔室的气体，其流量与压力为耦合参数，既要满足一定的压力，又要输出一定的流量，若没有其它可调装置的配合，很难保证光学系统内部腔室的压力和耗气量同时达到目标值；没有对输入气体的温度进行调节。

请参阅图8，针对光学投影装置和器件制造方法，所提出的一种气体净化方法和供气装置，用于向多个光学系统提供成分受控的混合净化气体，达到同时净化多个光学系统内部腔室的目的。该气压控制装置的工作原理如下：气源系统提供的压缩干空气(CDA)由供气回路入口110进入装置内部后，经过纯化装置128后，依次输出到流量计127，减压阀125，热交换器126，经分别限流后输出到多个需要净化的光学系统。该装置针对个别需要净化的光学系统，提供了加湿器150以调节输出压缩干空气的湿度到期望值。所述气体净化装置还提供两个并联的第一纯化器1283和第二纯化器1284交替对压缩干空气进行纯化。

所述气压控制装置可以对光学系统内部腔室的压缩干空气进行了温度和湿度控制；能够同时满足不同光学系统内部腔室的净化要求；可对输入到光学系统内部腔室压缩干空气实施在线纯化。但是，采用单一减压阀进行降压，以目前的减压阀能力，无法达到光学系统内部腔室所需的帕量级压力要求；没有考虑到光学系统内部腔室的特征对耗气量和压力的影响，没有考虑输出气体的回收问题。

精密光学系统需要工作在稳定的环境条件下，对于采用净化气体进行洁净处理的光学系统，输入的净化气体不仅需要进一步的洁净，而且要进行高倍降压(如10bar到100Pa)、稳压(如10Pa)、限流(如12NL/hour)、恒温(如0.01℃)处理。采用单一的节流或降压处理已经无法满足要求，有必要结合光学系统的自身特性采用更加合理的精密气体控制方法，并在此基础上提出一种可方便实施的精密气体控制装置。