CN104749327A - 一种用于碳污染实验获取euv辐射的真空隔离滤光装置 - Google Patents

Abstract

一种用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置，属于半导体技术领域。解决了现有技术中碳污染实验装置的滤光片易破裂，并且破裂后污染聚焦镜和光源的问题。本发明的装置主要包括过渡真空腔、实验真空腔、真空阀、角阀、第一质谱仪、第二质谱仪、支撑架、横向移动机构和纵向移动机构；其中，横向移动机构由横向直线导轨、弹簧连接杆、真空驱动器、推板和横向拉伸弹簧组成；纵向移动机构由纵向直线导轨、滤光片组件支撑架、多个滤光片组件、纵向拉伸弹簧和真空馈入驱动器组成。本发明装置在滤光片发生破裂时，可以及时阻止污染物进入聚焦腔，防止聚焦镜和光源被污染，并可以在不打开实验真空腔的情况下，切换滤光片。

Description

一种用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置

技术领域

本发明涉及一种用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置，属于半导体技术领域。

背景技术

极紫外光刻(EUVL)是现有极大规模集成电路制作工艺的主流光刻技术。极紫外光刻机工作在软X射线波段，光子能量高，所以必须在洁净的高真空环境下工作。如果光刻系统的真空度低，多层膜表面就会在短时间内发生严重的碳污染，致使光学元件反射率迅速降低，从而使得光刻机的使用寿命大为降低，而频繁更换光学元件则会增加光刻成本。因此，多层膜光学元件的表面碳污染是EUVL必须面对的难题。对EUV光学元件碳污染的研究需要在专用的碳污染实验装置中进行，而且在进行碳污染实验时，必须要有极紫外(EUV)光。

现有技术中，碳污染实验装置由聚焦腔、过渡真空腔和实验真空腔组成。聚焦腔内设有一块聚焦镜，过渡真空腔为两端开口的中空结构，一端通过真空阀连接聚焦腔，另一端伸入实验真空腔内，且伸入实验真空腔的开口上密封固定有滤光片，过渡真空腔与聚焦腔、实验真空腔的接触部位均密封。在进行碳污染实验时，EUV光源发出的光经过聚焦镜后，通过过渡真空腔，经过滤光片，获得13.5nm的EUV辐射，并照射在样品上，与此同时，向实验真空腔中通入污染气体(碳氢化合物)，在EUV辐射和碳氢化合物的共同作用下，样品的表面将会产生碳沉积，从而获得所需要的碳污染实验结果。其中，过渡真空腔需要保持真空，实验真空腔在实验时需要通入污染气体，为了防止污染气体进入过渡真空腔，实验真空腔和过渡真空腔需要真空隔离，但不能影响EUV光的通过，因此，滤光片采用能够透过13.5nm辐射的Zr膜。这种Zr膜的厚度在几百纳米，所以非常容易破裂。在现有的实验装置中，滤光片被直接安装在过渡真空腔上，一旦滤光片两端的压差较大，或操作不慎，都会导致滤光片破裂，而且多在操作人员不知情的情况下发生。这样污染物就会进入聚焦腔，甚至进入光源中，从而将聚焦镜和光源污染。为了有效防止滤光片破裂，以及在滤光片破裂的情况下有效的防止聚焦镜和光源被污染，急需一种真空隔离滤光装置。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中碳污染实验装置的滤光片易破裂，并且破裂后污染聚焦镜和光源的问题，提供一种用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下。

用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置，包括过渡真空腔、实验真空腔、真空阀、角阀和第一质谱仪；

还包括第二质谱仪、支撑架、横向移动机构和纵向移动机构；

所述第二质谱仪与过渡真空腔连通；

所述支撑架固定在实验真空腔内；

所述横向移动机构由横向直线导轨、弹簧连接杆、真空驱动器、推板和横向拉伸弹簧组成；

所述横向直线导轨、弹簧连接杆和真空驱动器均固定在支撑架上，所述推板固定在横向直线导轨上，所述横向拉伸弹簧一端固定在推板上，另一端固定在弹簧连接杆上，所述真空驱动器的推杆顶端与推板接触，推板能够在真空驱动器、弹簧连接杆和横向拉伸弹簧的作用下沿横向直线导轨横向移动和定位；

所述纵向移动机构由纵向直线导轨、滤光片组件支撑架、多个滤光片组件、纵向拉伸弹簧和真空馈入驱动器组成；

所述纵向直线导轨放置在推板上，所述滤光片组件支撑架固定在纵向直线导轨上，滤光片组件支撑架一侧与过渡真空腔相对，另一侧与待测样品相对，滤光片组件支撑架上沿纵向设有多个通孔，多个滤光片组件与多个通孔一一对应，每个滤光片组件包括支撑盘和滤光片，所述支撑盘的边缘通过第一橡胶圈密封固定在相对应的滤光片组件支撑架的通孔的边缘上，且设置在滤光片组件支撑架与待测样品相对的一侧上，所述滤光片固定在支撑盘的内盘上，所述纵向拉伸弹簧一端固定在滤光片组件支撑架上，另一端固定在实验真空腔的内壁上，所述真空馈入驱动器的推杆顶端与滤光片组件支撑架接触，滤光片组件支撑架能够在真空馈入驱动器和纵向拉伸弹簧的作用下带动多个滤光片组件沿纵向直线导轨纵向移动和定位，并能够通过横向移动机构压紧在过渡真空腔上。

进一步的，还包括控制系统，所述控制系统与真空阀、第二质谱仪、真空驱动器和真空馈入驱动器均连接，控制系统接收第二质谱仪的检测结果，控制真空阀的开启与关闭，并通过控制真空驱动器调节推板的横向移动与定位，通过控制真空馈入驱动器调节滤光片组件支撑架纵向移动与定位。

进一步的，所述弹簧连接杆和横向拉伸弹簧各为两根，且一一对应，两根横向拉伸弹簧对称设置在真空驱动器推杆的两侧。

进一步的，所述横向拉伸弹簧与真空驱动器的推杆平行设置。

进一步的，所述纵向拉伸弹簧为两根，对称设置在真空馈入驱动器推杆的两侧。

进一步的，所述纵向拉伸弹簧与真空馈入驱动器的推杆平行设置。

进一步的，所述滤光片组件支撑架与过渡真空腔相对的一侧上设有多个圆环形凹槽，多个圆环形凹槽与滤光片组件支撑架上的多个通孔一一对应，相对应的圆环形凹槽和通孔的圆轴，每个凹槽内均镶嵌有一个第二橡胶圈。

进一步的，所述滤光片组件支撑架与待测样品相对的一侧上设有多个圆环形凹槽，多个圆环形凹槽与滤光片组件支撑架上的多个通孔一一对应，相对应的圆环形凹槽和通孔同轴，所述第一橡胶圈镶嵌在圆环形凹槽内。

进一步的，所述推板为由第一底板和第一侧板组成的截面为L型的结构，第一底板固定在横向直线导轨上，横向拉伸弹簧的一端固定在第一侧板上，另一端固定在弹簧连接杆上，所述滤光片组件支撑架为由第二底板和第二侧板组成的截面为L型的结构，第二底板固定在纵向直线导轨上，纵向直线导轨固定在第一底板上，第二侧板与第一侧板相对，多个通孔设在第二侧板上；更进一步的，所述纵向拉伸弹簧的一端固定在第二底板的侧面，另一端固定在实验真空腔的内壁上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置，可以获得13.5nm的EUV辐射，并实现聚焦腔和实验真空腔的真空隔离。并在此基础上，此装置可以在不打开实验真空腔的情况下，通过切换滤光片的方式用完整的滤光片替代损坏的滤光片，从而大大缩短更换滤光片的时间；在滤光片发生破裂时，此装置可以及时的关闭聚焦腔和过渡真空腔之间的真空阀，及时阻止污染物进入聚焦腔，有效的防止聚焦镜和光源被污染。应用本发明的装置可以方便、快捷的进行碳污染实验，获得持续曝光时间更长的实验结果，并能有效减少由于聚焦镜和光源被污染所导致的经济损失，降低实验成本。

附图说明

图1为本发明的获取EUV辐射的真空隔离滤光装置的主视图；

图2为本发明的获取EUV辐射的真空隔离滤光装置的俯视图；

图3为图1中B的A向视图；

图4为图1中B的局部放大图；

图5为图2中C的局部放大图；

图中，1、过渡真空腔，2、实验真空腔，3、真空阀，4角阀，5、第一质谱仪，6第二质谱仪，7、支撑架，8、横向移动机构，8-1、横向直线导轨，8-2、弹簧连接杆，8-3、真空驱动器，8-4、推板，8-5、横向拉伸弹簧，9、纵向移动机构，9-1、纵向直线导轨，9-2、滤光片组件支撑架，9-3、滤光片组件，9-3-1、支撑盘，9-3-2、滤光片，9-4、纵向拉伸弹簧，9-5、真空馈入驱动器，10、第一橡胶圈，11、第二橡胶圈。

具体实施方式

结合图1-5进一步说明本发明。

用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置，包括过渡真空腔1、实验真空腔2、真空阀3、角阀4、第一质谱仪5、第二质谱仪6、支撑架7、横向移动机构8和纵向移动机构9；

其中，过渡真空腔1、实验真空腔2沿聚焦腔内聚焦镜的光轴方向从左至右依次设置，过渡真空腔1为左右两端开口的中空结构，过渡真空腔1的左端通过真空阀3连接聚焦腔，右端伸入实验真空腔2内，且过渡真空腔1与聚焦腔、实验真空腔2的接触部位均密封。真空阀3打开时，聚焦腔和过渡真空腔1连通，关闭时，真空阀3能够阻止过渡真空腔1的气体进入聚焦腔中。角阀4的一端与过渡真空腔1连接，另一端与实验真空腔2连接，在获取真空时，角阀4打开，过渡真空腔1和实验真空腔2连通，真空获取后，角阀4关闭。第一质谱仪5与实验真空腔2连通，用于探测实验真空腔2中的碳氢化合物(小分压)。第二质谱仪6与过渡真空腔1连通，用于探测过渡真空腔1中的碳氢化合物(小分压)。支撑架7固定在实验真空腔1内，用于支撑横向移动机构8和纵向移动机构9。横向移动机构8由横向直线导轨8-1、弹簧连接杆8-2、真空驱动器8-3、推板8-4和横向拉伸弹簧8-5组成；横向直线导轨8-1、弹簧连接杆8-2、真空驱动器8-3从左至右依次固定在支撑架8上，推板8-4为由第一底板和第一侧板组成的截面为L型的结构，第一底板固定在横向直线导轨8-1上，横向拉伸弹簧8-5沿横向设置，一端固定在第一侧板上，另一端固定在弹簧连接杆8-2上，真空驱动器8-3沿横向设置，真空驱动器8-3的推杆顶端在横向拉伸弹簧8-5的作用下始终与第一侧板接触；为保证受力均衡，横向拉伸弹簧8-5一般与真空驱动器8-3的推杆平行，弹簧连接杆8-2和横向拉伸弹簧8-5一般各为两根，且一一对应，即每根弹簧连接杆固定一根横向拉伸弹簧，两根横向拉伸弹簧8-5对称设置在真空驱动器8-3推杆的两侧。纵向移动机构9由纵向直线导轨9-1、滤光片组件支撑架9-2、多个滤光片组件9-3、纵向拉伸弹簧9-4和真空馈入驱动器9-5组成，纵向直线导轨9-1固定在第一底板上，滤光片组件支撑架9-2为由第二底板和第二侧板组成的截面为L型的结构，第二底板固定在纵向直线导轨9-1上，位于第一底板的上方，第二侧板一面与第一侧板相对，另一面与过渡真空腔1相对，第二侧板上设有多个通孔，多个通孔的直径皆小于过渡真空腔1右端开口的直径，与第一侧板相对的第二侧板的面上设有多个圆环形凹槽，多个圆环形凹槽也与多个通孔一一对应，相对应的圆环形凹槽与通孔同轴，且每个凹槽内一般镶嵌有一个第一橡胶圈10，与过渡真空腔1相对的第二侧板的面上一般设有多个圆环形凹槽，多个圆环形凹槽与多个通孔一一对相应，相对应的圆环形凹槽与通孔同轴，且每个凹槽内一般镶嵌有一个第二橡胶圈11。多个滤光片组件9-3与第二侧板的多个通孔一一对应，滤光片组件9-3主要由支撑盘9-3-1和滤光片9-3-2组成，支撑盘9-3-1通过螺钉固定在相对应的通孔的开口边缘上且位于第二侧板与第一侧板相对的面上，支撑盘9-3-1和第二侧板通过第一橡胶圈10实现密封；滤光片9-3-2的形状与支撑盘9-3-1的形状相配合，且密封固定在支撑盘9-3-1的内盘上。纵向拉伸弹簧9-4一端固定在滤光片组件支撑架9-2的侧面上，另一端固定在实验真空腔2的内壁上，真空馈入驱动器9-5固定在实验真空腔2的外壁上，真空馈入驱动器9-5的推杆伸入实验真空腔2内，推杆顶端在纵向拉伸弹簧9-4的作用下始终与滤光片组件支撑架9-2的侧面接触，通常纵向拉伸弹簧9-4固定在第二底板的侧面，真空馈入驱动器10-5的推杆顶端也与该侧面接触，为保证受力均衡，纵向拉伸弹簧9-4一般与真空馈入驱动器9-5的推杆平行，且纵向拉伸弹簧9-4一般为两根，对称设置在真空馈入驱动器9-5推杆的两侧。纵向移动机构9的主要目的是切换滤光片组件9-3，滤光片组件支撑架9-2能够在真空馈入驱动器9-5和纵向拉伸弹簧9-4的作用下带动多个滤光片组件9-3沿纵向直线导轨9-1纵向移动和定位，切换与过渡真空腔1的开口相对的滤光片组件9-3；横向调节机构8的作用是松开或压紧滤光片组件9-3，推板8-4能够在真空驱动器8-3、弹簧连接杆8-2和横向拉伸弹簧8-5的作用下沿横向直线导轨8-1横向移动和定位，通过推板8-4松开滤光片组件支撑架9-2，使滤光片组件支撑架9-2离开过渡真空腔1，以切换滤光片组件9-3，通过推板8-4压紧滤光片组件支撑架9-2，使滤光片组件支撑架9-2通过第二橡胶圈11压紧在过渡真空腔2上，使过渡真空腔1右端的开口通过滤光片9-3-2密封，实现过渡真空腔1和实验真空腔2的真空隔离。

本实施方式中，滤光片组件9-3为五组，为了获得13.5nm的EUV辐射，滤光片9-3-2由Zr膜制成。

本实施方式中，为方便控制，真空阀3、第二质谱仪6、真空驱动器8-3和真空馈入驱动器9-5均可以与设置在装置外的控制系统连接，控制系统接收第二质谱仪6的检测结果，控制真空阀3的开启与关闭，控制系统通过控制真空驱动器8-3调节推板8-4的横向移动与定位，通过控制真空馈入驱动器9-5调节滤光片组件支撑架9-2纵向移动与定位。

本发明的用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置的工作过程：首先，在进行实验之前，打开角阀4，对过渡真空腔1和实验真空腔2抽真空，当真空度达到要求后，关闭角阀4，并打开真空阀3，移动纵向调节机构9，将一组滤光片组件9-3对应到过渡真空腔1右端的开口处，并通过横向调节机构8压紧，然后开始进行碳污染实验时，EUV光源发出的光经过聚焦镜后，通过过渡真空腔1，经过滤光片9-3-2后，获得13.5nm的EUV辐射，并照射在样品上，与此同时，向实验真空腔2中通入污染气体(碳氢化合物)，在EUV辐射和碳氢化合物的共同作用下，样品的表面将会产生碳沉积，从而获得所需要的碳污染实验结果，当第二质谱仪6探测到碳氢化合物时，说明滤光片9-3-2发生了破裂，真空阀3自动关闭，此时，不需要打开实验真空腔2，只需打开角阀4使过渡真空腔1和实验真空腔2重新获取真空，真空度达到要求后，关闭角阀4，通过纵向移动机构9更换滤光片组件9-3，再通过横向移动机构8压紧滤光片组件9-3，隔离过渡真空腔1和实验真空腔2，继续进行实验。

本发明摒弃了现有碳污染实验装置中滤光片直接安装在过渡真空腔的方法，采用了一种在不打开实验真空腔的情况下方便、快捷更换滤光片的方案。此方案不仅可以有效抑制滤光片的破裂，而且在滤光片破裂时能够及时隔离过渡真空腔和聚焦腔，从而有效防止聚焦镜和光源被污染，延长聚焦镜和光源的使用寿命，降低实验成本。

Claims (10)

1.用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置，包括过渡真空腔(1)、实验真空腔(2)、真空阀(3)、角阀(4)和第一质谱仪(5)；

其特征在于，

还包括第二质谱仪(6)、支撑架(7)、横向移动机构(8)和纵向移动机构(9)；

所述第二质谱仪(6)与过渡真空腔(1)连通；

所述支撑架(7)固定在实验真空腔(2)内；

所述横向移动机构(8)由横向直线导轨(8-1)、弹簧连接杆(8-2)、真空驱动器(8-3)、推板(8-4)和横向拉伸弹簧(8-5)组成；

所述横向直线导轨(8-1)、弹簧连接杆(8-2)和真空驱动器(8-3)均固定在支撑架(7)上，所述推板(8-4)固定在横向直线导轨(8-1)上，所述横向拉伸弹簧(8-5)一端固定在推板(8-4)上，另一端固定在弹簧连接杆(8-2)上，所述真空驱动器(8-3)的推杆顶端与推板(8-4)接触，推板(8-4)能够在真空驱动器(8-3)、弹簧连接杆(8-2)和横向拉伸弹簧(8-5)的作用下沿横向直线导轨(8-1)横向移动和定位；

所述纵向移动机构(9)由纵向直线导轨(9-1)、滤光片组件支撑架(9-2)、多个滤光片组件(9-3)、纵向拉伸弹簧件(9-4)和真空馈入驱动器(9-5)组成；

所述纵向直线导轨(9-1)固定在推板(8-4)上，所述滤光片组件支撑架(9-2)固定在纵向直线导轨(9-1)上，滤光片组件支撑架(9-2)一侧与过渡真空腔(1)相对，另一侧与待测样品相对，滤光片组件支撑架(9-2)上沿纵向设有多个通孔，多个滤光片组件(9-3)与多个通孔一一对应，每个滤光片组件包括支撑盘(9-3-1)和滤光片(9-3-2)，所述支撑盘(9-3-1)的边缘通过第一橡胶圈(10)密封固定在相对应的滤光片组件支撑架(9-2)的通孔的边缘上，且设置在滤光片组件支撑架(9-2)与待测样品相对的一侧上，所述滤光片(9-3-2)固定在支撑盘(9-3-1)的内盘上，所述纵向拉伸弹簧件(9-4)一端固定在滤光片组件支撑架(9-2)上，另一端固定在实验真空腔(2)的内壁上，所述真空馈入驱动器(9-5)的推杆顶端与滤光片组件支撑架(9-2)接触，滤光片组件支撑架(9-2)能够在真空馈入驱动器(9-5)和纵向拉伸弹簧件(9-4)的作用下带动多个滤光片组件(9-3)沿纵向直线导轨(9-1)纵向移动和定位，并能够通过横向移动机构(8)压紧在过渡真空腔(1)上。

2.根据权利要求1所述的用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统与真空阀(3)、第二质谱仪(6)、真空驱动器(8-3)和真空馈入驱动器(9-5)均连接，控制系统接收第二质谱仪(6)的检测结果，控制真空阀(3)的开启与关闭，并通过控制真空驱动器(8-3)调节推板(8-4)的横向移动与定位，通过控制真空馈入驱动器(9-5)调节滤光片组件支撑架(9-2)纵向移动与定位。

3.根据权利要求1或2所述的用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置，其特征在于，所述弹簧连接杆(8-2)和横向拉伸弹簧(8-5)各为两根，且一一对应，两根横向拉伸弹簧(8-5)对称设置在真空驱动器(8-3)推杆的两侧。

4.根据权利要求1或2所述的用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置，其特征在于，所述横向拉伸弹簧(8-5)与真空驱动器(8-3)的推杆平行设置。

5.根据权利要求1或2所述的用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置，其特征在于，所述纵向拉伸弹簧件(9-4)为两根，对称设置在真空馈入驱动器(9-5)推杆的两侧。

6.根据权利要求1或2所述的用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置，其特征在于，所述纵向拉伸弹簧件(9-4)与真空馈入驱动器(9-5)的推杆平行设置。

7.根据权利要求1或2所述的用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置，其特征在于，所述滤光片组件支撑架(9-2)与过渡真空腔(1)相对的一侧上设有多个圆环形凹槽，多个圆环形凹槽与滤光片组件支撑架(9-2)上的多个通孔一一对应，相对应的圆环形凹槽和通孔同轴，每个凹槽内均镶嵌有一个第二橡胶圈(11)。

8.根据权利要求1或2所述的用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置，其特征在于，所述滤光片组件支撑架(9-2)与待测样品相对的一侧上设有多个圆环形凹槽，多个圆环形凹槽与滤光片组件支撑架(9-2)上的多个通孔一一对应，相对应的圆环形凹槽和通孔同轴，所述第一橡胶圈(9-3-3)镶嵌在圆环形凹槽内。

9.根据权利要求1或2所述的用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置，其特征在于，所述推板(8-4)为由第一底板和第一侧板组成的截面为L型的结构，第一底板固定在横向直线导轨(8-1)上，横向拉伸弹簧(8-5)的一端固定在第一侧板上，另一端固定在弹簧连接杆(8-2)上，所述滤光片组件支撑架(9-2)为由第二底板和第二侧板组成的截面为L型的结构，第二底板固定在纵向直线导轨(9-1)上，纵向直线导轨(9-1)固定在第一底板上，第二侧板与第一侧板相对，多个通孔设在第二侧板上。

10.根据权利要求9所述的用于碳污染实验获取EUV辐射的真空隔离滤光装置，其特征在于，所述纵向拉伸弹簧件(9-4)一端固定在第二底板的侧面，另一端固定在实验真空腔(2)的内壁上。