EUV光刻真空环境动态气体锁流场分析与研究

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随着集成电路的进一步发展,波长为13.5nm的极紫外(EUV)光刻技术成为前沿和趋势。由于EUV辐射被包括空气在内的几乎所有物质强烈吸收,EUV光刻机须在真空环境中运行。因为在光刻曝光过程中会产生污染物,所以有必要研制隔离EUV真空腔室的动态气体锁,用来抑制污染物的扩散且维持EUV光刻机中超清洁真空环境,解决EUV光刻机中污染防控技术难题。本论文围绕EUV真空动态气体锁技术,对动态气体锁内部流场及其对污染扩散的抑制能力进行了详细理论研究和仿真分析;研制了一套试验验证系统,提出了具体试验验证方法,开展了动态气体锁试验,并对试验结果进行了分析,以验证EUV真空下动态气体锁的理论模型和其抑制率的影响因素。本论文的主要内容包括:  1、介绍了EUV光刻技术的前期发展历程及近年来的突破性进展,阐述了论文选题的背景和意义,并结合国内外研究情况分析总结了动态气体锁和稀薄气体流场分析的发展现状。  2、提出了动态气体锁理论分析模型;并首次提出动态气体锁抑制率的量化指标,用来有效量化评价动态气体锁的隔离效能;通过理论分析,推导出单组分/多组分清洁气体、等截面/变截面动态气体锁抑制率的解析表达式。  3、建立了动态气体锁流场仿真模型,分别针对单组分清洁气体和多组分清洁气体进行了动态气体锁流场仿真,评估清洁气体种类、清洁气体流量、污染气体放气率和清洁气体混合比例对动态气体锁抑制率的影响。  4、研制了一套EUV真空动态气体锁试验验证系统,提出了该试验验证系统的试验验证方法及具体工作流程,为顺利开展动态气体锁试验、得到合理的试验结果提供了有效保障。  5、在理论和仿真基础上,利用动态气体锁试验验证系统,分别以清洁气体种类、清洁气体流量和污染气体放气率为影响因素,开展动态气体锁试验,并对试验结果进行了分析,以验证EUV真空下动态气体锁的理论模型和其抑制率的影响因素。  本论文的主要创新点是:  1、首次提出动态气体锁抑制率量化指标,用来有效量化评价动态气体锁的隔离效能。  2、通过理论分析,推导出单组分/多组分清洁气体、等截面/变截面动态气体锁抑制率的解析表达式。  3、提出了动态气体锁理论分析和流场仿真模型并研制了一套动态气体锁装置。  本论文在理论研究、仿真分析和试验结果的基础上,得到了有关EUV真空动态气体锁抑制率的分析结论:当污染气体流量恒定时,增加清洁气体总流量将使动态气体锁抑制率逐步增加;增加污染气体流量将使腔内污染气体分压值近似成比例增加,但动态气体锁抑制率不随污染气体放气率的改变而改变;动态气体锁抑制率随清洁气体分子量的增加而缓慢增加;在工程实现中需权衡动态气体锁抑制率和EUV透过率,建议使用氢气和氩气的混合气体作为动态气体锁的清洁气体。本论文能够为EUV光刻机动态气体锁的研制提供理论依据和技术基础,为解决实际EUV光刻机的污染防控技术提供有效指导。
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