CN101034261A - 防止由阻挡处理对光学元件的污染的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种消除用于集成电路器件制造的光刻工艺中的污染物的方法和设备。该方法包括将光阻材料沉积在半导体基片的表面上。净化气流被紧靠光学元件提供以防止来自曝光的光阻材料的蒸汽与所述光学元件进行接触。在一个实施例中，净化气体流入穿孔和开端的封装中，在所述封装中光学元件以透镜形式提供。所述封装的一个开端耦合到所述透镜而另一开端定位于半导体基片的表面之上。所述封装的穿孔促进净化气体到其的运动，消除了与来自经显影的阻挡的蒸汽相接触以及不希望的固体污染沉积在透镜上。

Description

防止由阻挡处理对光学元件的污染的方法和设备

背景技术

本发明针对集成电路及其用于半导体器件制造的处理。更具体地，本发明提供了一种用于集成电路制造的光刻工艺的方法和设备。但将认识到本发明具有更宽广的应用范围。例如，本发明可应用到多种器件如动态随机存取存储器件、静态随机存取存储器件(SRAM)、专用集成电路器件(ASIC)、微处理器和微控制器、快闪存储器件以及其它。

集成电路或“IC”已经从制造在单个硅片上的少量互连器件发展到数百万个器件。当前IC提供了远超最初想象的性能和复杂性。为了实现复杂性和电路密度(即能够封装到给定芯片面积上的器件数目)的改善，最小器件特征的大小，也称为器件“几何形状”，已经随着IC的每代变得更小。半导体器件现在以具有小于四分之一微米的特征被制造。

增加电路密度不仅改善了IC的复杂性和性能，还给消费者提供了低成本部件。IC制造设施可以花费数亿或者甚至数十亿美元。每个制造设施将具有特定的晶片生产量，且每个晶片在其上将具有特定数目的IC。因此，通过使IC的个体器件更小，就可以在每个晶片上制造更多的器件，从而增加制造设施的产量。使器件更小是很有挑战性的，因为IC制造中使用的每个工艺都有限制。也就是说，给定的过程典型地只对某种特征大小起作用，那么则需要改变工艺或器件布局。

对制造越来越小的器件重要的半导体工艺的一个实例是用于集成电路制造的光刻工艺。光刻工艺包括沉积光阻材料、图案化和显影光阻材料的步骤。

光刻工艺中的某些传统方法已变得难以以有效和精确的方式执行。例如，关键光学部件或零件可能在显影步骤期间被污染，引起错误和不一致。

从以上可见需要用于处理半导体器件的改善的技术。

发明内容

根据本发明，提供了用于处理半导体集成电路的技术。更具体地，本发明提供了一种用于集成电路制造的光刻工艺的方法和设备。仅作为实例，本发明应用于光刻工艺中的基片边缘曝光工艺步骤。

本发明的用于处理基片的设备的一个实施例包括：工艺室，配置成在其中支持基片；光源；以及光学元件，与光源进行光学通信且配置成使基片的被选择区域曝光于来自光源的辐射。气体递送系统被配置成使紧靠光学元件的气流，以便使光学元件与处理步骤期间存在的蒸汽相隔离。

本发明的用于处理基片的方法的一个实施例包括：在基片的表面上形成阻挡材料；使基片的区域通过光学元件曝光于辐射；以及提供紧靠光学元件的净化气流，该净化气流防止来自经曝光的基片的蒸汽在光学元件上沉积固体材料。

本发明的用于减小半导体制造工具中的污染的方法的一个实施例包括：使基片上的阻挡材料曝光于辐射；以及向紧靠曝光的阻挡材料而设置的光学元件提供净化气流，使得该净化气流防止来自曝光的阻挡材料的蒸汽在光学元件上沉积固体材料。

参考随后的详细描述和附图，可以全面地理解本发明的各种另外的目的、特征和优点。

附图说明

图1(a)是简化的横截面视图，图示了用于处理半导体集成电路器件的传统设备。

图1(b)是简化示意图，图示了图1(a)中示出的传统设备的使用。

图1(c)是经受显影步骤以产生晶片边缘曝光区域的晶片的简化平面视图。

图2(a)是简化示意图，图示了用于处理半导体集成电路器件的传统设备的性能。

图2(b)是简化曲线，图示了用于处理半导体集成电路器件的传统设备的性能。

图3(a)是简化示意图，示出根据本发明的一个实施例的用于处理半导体集成电路的设备。

图3(b)是用于光刻工艺的照明系统的简化横截面视图。

图3(c)是根据本发明的封装的一个实施例的简化正视图。

图4(a)是简化横截面图，图示了根据本发明的一个实施例的用于处理半导体晶片的设备。

图4(b)是简化示意图，图示了根据本发明的一个实施例的用于处理半导体晶片的设备。

具体实施方式

根据本发明，提供了用于处理半导体集成电路器件的技术。更具体地，本发明提供了一种用于集成电路制造的光刻工艺的方法和设备。仅作为实例，本发明应用于光刻工艺中的晶片边缘曝光步骤。

在一个特定实施例中，提供了一种用于制造半导体集成器件的光刻工艺的设备。该设备包括提供工艺室。该工艺室可被配置用于光刻工艺的生产机器。该设备包括照明系统，该照明系统提供光源以将光阻材料曝光在半导体晶片上的所选区域上。作为实例，该光源乃是以波长365nm发射的汞灯的光线。该设备包括光纤以将来自光源的光导向半导体晶片。该设备还可包括快门以控制半导体晶片上的所选区域上的光阻材料曝光。该设备包括光学元件。例如，在一个特定实施例中该光学元件可以是透镜以曝光半导体晶片的部分并且可以包括材料如氟化钙。该光学元件被定位在光纤的一端且与半导体晶片有一定距离。根据某些实施例，该距离的范围可以是约0.3-0.5mm。该设备还包括具有第一开放端和第二开放端的封装。所述第一开放端耦合到所述光学元件而所述第二开放端被定位于半导体晶片之上。该封装被穿孔且可以基本上为圆柱形的。该设备包括气体递送系统以提供流经所述封装的气体。提供该气体以在光刻工艺中的曝光期间将光学元件与光阻材料的蒸汽组分隔离，并且消除固体材料沉积在光学元件上，由此保持以期望水平传输通过光学元件的光的强度。该设备还可包括气体控制系统。该气体控制系统包括提供快门的开/闭的螺线管阀、控制通过封装的气流的空气弹簧阀(air spring valve)、以及三通阀。该三通阀与螺线管阀和空气弹簧阀共同耦合并且提供使气体同时流经封装并打开用于曝光光阻材料的快门的方法。

在一个特定实施例中，提供了一种用于制造半导体集成电路的方法。该方法包括提供半导体晶片。该半导体晶片具有表面且可以具有部分制造在其上的器件。光阻材料被沉积，覆盖半导体晶片的表面。该方法包括将半导体晶片设置在生产机器的底座上。该方法包括将紫外光导向半导体晶片的表面上以将半导体晶片的预选区域中的光阻材料曝光。半导体晶片的其它区域被掩蔽。在一个特定实施例中，半导体晶片的预选区域包括周边区域。在某些实施例中，该周边区域的范围从距晶片边缘3到5mm。

紫外光可以使用光纤自光源传输。透镜耦合到光纤的端以曝光晶片。在某个实施例中，该透镜包括氟化钙。在某些实施例中，所述紫外光可以使用在193nm波长的ArF激光来提供。所述紫外光与半导体机晶片的周边区域中的经曝光的光阻材料相互作用且由此引起蒸汽形成。由于透镜靠近晶片，蒸汽不能通过排气而有效地移除，且可作为盐凝聚在透镜上以形成晶体材料。所述晶体材料减小了传输通过所述透镜的光的强度。该方法包括与曝光步骤同时地提供流经耦合到所述透镜的封装的气体。所述封装被穿孔且基本上是圆柱形的。所述气体在曝光期间移除来自光阻材料的蒸汽并且防止晶体材料形成在透镜上。传输通过透镜的紫外光的强度可被保持在期望水平。

通过本发明的方法实现了许多益处。例如，本发明提供了防止用于光刻工艺的光学元件的污染的方法和设备。另外，该方法和设备与传统工艺技术兼容而没有对传统工艺的重大修改。依赖于实施例，可以实现一个或多个益处。这些和其它益处将在整个说明书中且特别是以下更具体地描述。

图1(a)-(c)图示了光刻工艺中的晶片边缘曝光步骤。提供半导体晶片100。该半导体晶片可以具有部分制造在其上的器件。光阻材料102被沉积，覆盖半导体晶片。如图1(c)所示，晶片边缘曝光区域101被限定在半导体晶片的周边区域中。该晶片边缘曝光区域具有自晶片边缘的预定宽度。在某个实施例中，该预定宽度的范围从3mm到5mm。该晶片边缘曝光区域被曝光于汞灯光线，而半导体晶片的其它区域使用光掩模来掩蔽。

图1(a)中图示的是根据用于制造集成电路的光刻工艺的晶片边缘曝光步骤的传统方法的设备。如所示，提供了用于晶片边缘曝光工艺的照明系统10。该照明系统包括汞灯光源(未示出)。该汞灯光源可以是以365nm波长发射光的汞灯光线。该汞灯光线使用光纤(未示出)来传输。包括光阻材料102的半导体晶片100设置在底座104上。耦合到光纤波导的端的透镜106被定位在自晶片表面约0.5±0.2mm的距离。

图1(b)中图示的是示出图1(a)的传统设备的使用的示意图。当光阻材料在晶片边缘曝光工艺中曝光于汞灯光线时，光阻剂的蒸汽组分被蒸发。由于透镜靠近晶片，蒸汽组分不能通过排气系统被有效地移除。该蒸汽组分作为固体晶体凝聚在透镜上。该固体晶体减小了传输通过透镜的光的强度。如果透镜上的沉积太严重则需要清洁或甚至更换该透镜。在整个说明书中更详细地描述了这些和其它局限。

特别地，图2(a)为图示了用于处理半导体集成电路器件的传统设备的性能的简化示意图。图2(b)为图示了在使用2700小时之后传输通过传统设备的透镜106的光强度的简化曲线，其中包括在清洁透镜之前所执行的十次连续曝光以及在清洁透镜之后所执行的十次连续曝光。竖轴图示了经过光学元件的光的强度。如曲线202所示，光强度由于沉积在透镜上的固体而保持在相对低的水平(930-949单位)。相比较，如曲线204所示，在清洁之后光强度增大到1100-1800单位。在透镜上的这种沉积和传输光的强度的相应损耗可最终变得严重到足以需要更换透镜。

图3(a)为简化示意图，示出根据本发明的一个实施例的用于处理半导体集成电路的设备。此图仅是实例，在此其不应过度限制权利要求的范围。本领域的技术人员将理解许多变化、替换和修改。

如所示，提供了半导体晶片301。该半导体晶片可具有部分制造在其上的器件。光阻材料303沉积在该半导体晶片的表面上。图3(b)所示的是用于光刻工艺的照明系统30的简化横截面视图。在特定实施例中，该照明系统被配置用于晶片边缘曝光工艺。该晶片边缘曝光工艺曝光了半导体晶片的周边区域中的光阻材料，而其它区域被掩蔽。在某些实施例中，该周边区域具有自晶片边缘约3-5mm的宽度。

照明系统包括光纤波导以将来自辐射源的光导向半导体晶片上。该光可以是具有365nm波长的汞灯光线或其它波长的紫外光，在一个特定实施例中其可以由ArF激光提供。其它辐射源例如KrF激光或193nm的紫外光也可以被使用。耦合到光纤波导的透镜305用来曝光半导体晶片的期望区域，例如对光的边缘排除区域。在某些实施例中，透镜305包括氟化钙。其它材料如熔融石英也可以依赖于应用而被使用。

如图3(a)-(b)所示，提供了罩306。该罩包括封装307和气体递送线309。图3(c)为根据本发明实施例的封装的一个实施例的简化正视图。当包括光阻材料的一部分的半导体晶片被曝光时，气体递送线提供净化气体以流经该封装。在特定实施例中，该净化气体可以是压缩空气。净化气体的其它实例包括氮或惰性气体混合物。该封装基本上是圆柱形的且被穿孔。穿孔309促进了气体或蒸汽通过所述封装的运动，由此防止来自光阻材料的蒸汽凝聚在一旦曝光于汞灯光线的透镜上。根据本发明的一个特定实施例，与光学元件进行流体交换的净化气体线包括与用于净化来自室的工艺气体的气体系统分离的不同系统。气体递送线的进一步细节和工作机制在以下提供。

图4(a)为根据本发明的一个实施例的用于制造集成电路的光刻工艺的设备的简化横截面视图。图4(b)为图4(a)的设备的简化示意图。半导体晶片被设置在夹盘403上。光阻材料沉积在所述半导体晶片的表面上。图4(a)-(b)还示出的是导引来自光源420的光的光纤波导405，用于曝光半导体晶片上的预定区中的光阻材料。仅作为实例，该预定区为晶片边缘曝光区。在光纤的端提供了使晶片曝光于光的透镜421。该透镜以自半导体晶片的预定距离地被定位。在特定实施例中，该距离测量为0.5±0.2mm。

该设备包括快门409以允许光阻材料的曝光。该快门由螺线管阀411来控制。该设备还包括耦合到气体源417的空气弹簧阀415。该空气弹簧阀控制净化气体流经封装407。在特定实施例中，该净化气体可以是压缩空气。净化气体的其它实例包括氮或惰性气体。

该设备还包括三通阀413，所述三通阀与空气弹簧阀415和螺线管阀411共同耦合。当晶片针对晶片边缘曝光工艺被定位时，该三通阀打开并触发螺线管阀411打开快门409，由此曝光半导体晶片上的光阻材料。同时，该三通阀触发空气弹簧阀415打开，允许净化气体流动。该净化气体与在晶片边缘曝光工艺期间来自光阻材料的蒸汽一起，使用工具上的现有排气系统来移除。这防止固体在透镜上晶体化并消除了清洁透镜的步骤。

尽管已根据特定实施例阐述了上述内容，可以有其它的修改、替换和变化。例如，尽管已结合半导体晶片上的器件制造描述了以上实施例，但是本发明不限于该具体应用。根据可替换的实施例，本发明可结合不同于半导体晶片的制造被使用，包括但不限于磁硬盘材料、如用于DVD、CD以及CD-ROM的光硬盘材料以及包括玻璃或其它绝缘材料的平板的制造。

而且，尽管以上实施例已被描述为防止光阻剂显影期间的污染，本发明不限于该具体应用。根据可替换的实施例，其它工艺期间的污染也可以被减小或消除，例如在电子束阻挡材料的显影期间。

并且尽管以上阐述的本发明的实施例涉及防止光阻显影剂工具中的光学元件的污染，但是本发明不涉及该具体实施例。例如，甚至在曝光步骤之后蒸汽还可以由阻挡材料继续产生。因此，其它类型工具的光学元件，包括但不限于用于检查曝光的阻挡的显影检查(ADI)工具或检查光学显微镜(OM)工具之后的物镜，也可以利用本发明的可替换实施例来屏蔽通过蒸汽的污染。

还应理解这里所描述的实施例和实例仅用于说明的目的，并且据此的各种修改或变化可被本领域技术人员想到且应包括在本申请的精神和范围内以及所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于处理基片的设备，该设备包括：

工艺室，配置成支持其中的基片；

光源；

光学元件，与所述光源进行光学通信并配置成使所述基片的所选区域曝光于来自所述光源的辐射；以及

气体递送系统，配置成使紧靠所述光学元件的气体流动以便使所述光学元件与在处理步骤期间存在的蒸汽相隔离。

2.权利要求1的设备，其中所述气体包括空气、氮以及惰性气体的至少一种。

3.权利要求1的设备，其中所述光学元件定位于与所述气体递送系统进行流体交换的封装中。

4.权利要求3的设备，其中所述封装被穿孔以促进气体或蒸汽通过所述封装的运动。

5.权利要求1的设备，其中所述光学元件包括透镜。

6.权利要求1的设备，进一步包括可移动的快门，其配置成插入所述光学元件和所述基片之间，其中在所述光学元件和所述基片之间的该快门的运动与所述气体的流动一致。

7.权利要求6的设备，其中所述气体递送系统包括：

第一阀，配置成控制所述快门。

第二阀，配置成控制所述气体流经封装，在所述封装中所述光学元件被定位且与所述气体递送系统进行流体交换；以及

第三阀，与第一阀和第二阀共同耦合，其中所述第一阀是螺线管阀，所述第二阀是空气弹簧阀，而所述第三阀是三通阀，并且其中流经所述封装的气体与使用所述三通阀的快门的打开同时被提供。

8.一种用于处理基片的方法，该方法包括：

在基片的表面上沉积阻挡材料；

使基片的区域通过光学元件曝光于辐射；以及

提供紧靠光学元件的净化气流，该净化气流防止来自所述曝光的基片的蒸汽在所述光学元件上沉积固体材料。

9.权利要求8的方法，其中所述光学元件被提供在穿孔的封装内，并且所述净化气流被提供到所述穿孔的封装以促进所述净化气体通过所述封装的运动。

10.权利要求8的方法，其中所述阻挡材料包括光阻剂。

11.权利要求8的方法，其中所述净化气体包括空气、氮以及惰性气体的至少一种。

12.权利要求8的方法，其中所述净化气体与所述曝光同时提供。

13.权利要求8的方法，其中所述净化气流使得存在于所述光学器件和所述基片之间的快门缩回且允许所述基片曝光于所述辐射。

14.一种用于减小半导体制造工具中的污染的方法，该方法包括：

使基片上的阻挡材料曝光于辐射；以及

向紧靠所述曝光的阻挡材料而设置的光学元件提供净化气流，使得所述净化气流防止来自所述曝光的阻挡材料的蒸汽导致固体材料沉积在所述光学元件上。

15.权利要求14的方法，其中所述光学元件被提供在穿孔的封装内，并且所述净化气流被提供到所述穿孔的封装以促进所述净化气体通过所述封装的运动。

16.权利要求14的方法，其中所述阻挡材料包括光阻剂。

17.权利要求14的方法，其中所述净化气体包括空气、氮以及惰性气体的至少一种。

18.权利要求14的方法，其中所述净化气体被提供到包括透镜的所述光学元件。

19.权利要求18的方法，其中所述透镜被配置成使所述阻挡材料曝光于所述光，并且所述净化气体与所述曝光同时提供。

20.权利要求18的方法，其中所述透镜包括配置成显示所述阻挡材料的显微镜的物镜。

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