[发明专利]一种曝光用投影物镜以及光刻系统

说明书

本发明提供一种曝光用投影物镜以及使用这种曝光用投影物镜的光刻系统，从上至下依次包括若干个物镜腔室，在顶层的物镜腔室的顶部设置有气体导流装置，在底层的物镜腔室设置有出气孔，气体从所述气体导流装置从上至下依次流入所有所述物镜腔室并从所述出气孔流出。本发明使得外部气体从该气体导流装置进入投影物镜的物镜腔室内，这样改变了气体的流动方向，从而改变了气体流动时受到的压力，避免了流动死角的产生，从而可以减小投影物镜镜片被污染的几率。

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种曝光用投影物镜以及光刻系统。

背景技术

现有技术中的光刻机如图1所示，支撑框架1支撑照明系统2、掩膜台3、投影物镜4和硅片台6，硅片台6上放置有一涂有感光光刻胶的硅片5。请参考图2，其中投影物镜4由多组外圈镜座41和内圈镜片42(虚线)组成。投影物镜4的流场模型为：在外圈镜座41上设有一个通气口430，供气源进入物镜腔室内部，气源提供的气体期望为惰性气体或中性气体，为了避免气体在物镜腔室中因曝光发生氧化反应，期望值为氦气或者氮气。请参照图2，通气口430的长度方向为水平方向，气体以水平方向进入到外圈镜座41与内圈镜片42之间的物镜腔室(401、402、403、404)中，每个内圈镜片42与同轴的外圈镜座41形成一组，每组内圈镜片42与上下相邻内圈镜片42之间通过镜座组件密封安装，为了使每个物镜腔室相连通，在每组安装的外圈镜座41上打有通孔44，相邻的两个物镜腔室的外圈镜座41之间设置了通气管45将对应的通孔44连接，气体通过通孔44进入到下一个物镜腔室中。

投影物镜在工作时，为了防止因曝光产生的热影响导致镜片组引起氧化污染，或通入的气体因滞留而污染光刻胶，需要物镜内部维持流动的过压环境，希望物镜内部的流场尽量均匀地流动，内部过压期望值为100±1帕，流场速度范围期望值为0-0.3m/s。阻止外界环境入侵，通过物镜内部结构的流场分析，研究物镜内部结构通气过程的流场和压力分布，通过物镜内部结构的过压设计来防止镜片受污染。

按照流量为12L/h计算，约为0.000004kg/s的质量流量，可按照以下公式算出入口压力分布：

其中：P_o为总压，P_s为静压，为动压，与气体密度ρ和流速v有关。

为保证物镜腔室维持一定的过压，通孔44设计为100帕，待物镜腔室流场稳定后查看流场及压力分布状态。

参见图4所示，物镜腔室的流场矢量图分布可以看出，从通气口430进入的气体，流经下方三个腔室，分别为腔室402、403、404，流场速度较均匀，分布范围约为0-0.05m/s。气体从腔室402流入，并在腔室402中形成环流漩涡，遇到下层通孔44，再往下流动，因此形成图中的流速大小及方向分布。由图3可看出，在腔室402中气体流动比较强烈，腔室403次之，因腔室404体积突然变大关系，往腔室404流动的流速逐渐变为零，而往上腔室401流动的几率约为零，导致腔室401中的气体只能通过分子扩散进行交换，从而导致与腔室401相邻的内圈镜片42表面容易因滞留气体或者曝光反应而引起污染影响。

通过仿真实验，可以计算出出镜片区域流场分布比较均匀，压力分布范围为100.13-100.00帕，但是入口位置气体流速和压力波动比较大。

此外上述结构仍旧面临的问题是：因通气口430位置结构的设计和腔室402结构的设计，以及通孔44的设计，形成了一定的流场死角区，因流场死角区的存在，而通孔44的位置刚好设计于此，从而导致了气体无法从死角位置流通到腔室401中。通过仿真，从入口430进入的气体流线可以看出，投影物镜4中的通孔44设计形成的气体在物镜腔室中的均匀流动性很差，80％的通孔44没有气体流通，设计的利用率很差。