CN1337014A - 优化气体透光度的化学过滤方法 - Google Patents

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Abstract

实现光最佳透射通过气体(16)和透光区的系统与方法。本发明涉及应用专用活性碳基材料保护成像透镜(12),旨在优化特定波长的透射。具体而言,利用特定类型的碳来提高/保持特定波长或一系列波长的透射。此外,还使用活性碳类混合物来提高/保持宽范围波长的透射。

Description

优化气体透光度的化学过滤方法
发明领域
本揭示内容一般涉及应用过滤器的方法和应用过滤器的系统。具体而言，本揭示内容描述实现以规定波长或波长范围通过气体与透光区的最佳光透射的方法和系统。
背景
在半导体行业中，半导体器件是应用透镜与其它光学设备相组合而制造的。在许多场合中，为在规定波长或波长范围内实现优质图像，使透镜、光学设备和光传输保持透明很重要。
揭示内容
本揭示内容指一种实现最佳光透射通过气体与透光区的方法。该方法可以包括通过气体与透光区引导最佳光透射的方法；该方法包括：(a)按期望的光透射波长选择媒体；(b)引导气体通过该媒体，至少部分地除去其气态杂质，得到净化气体；(c)将净化气体导入透光区；和(e)使光透射通过透光区与净化气体。
揭示内容的另一个方面涉及一种实现最佳光透射通过气体与透光区的系统。一种这样的系统可包括一种过滤结构，用于除去气体的杂质。过滤结构包括一外壳，该外壳有一个可按至气源的进气口和一个排放从气源接收的气体的出气口。过滤结构还包括媒体，该媒体是按期望的工作光波长选择的。系统还包括一使光透射通过透光区与净化气体的照射系统。透光区与过滤器出气口保持气体流通。
本发明涉及应用专用活性碳基材料保护成像透镜以实现特定波长的最佳光透射。具体而言，通过使用特定类型的碳来提高/保持特定波长或波长范围的光透射。此外，为了提高/保持宽波长范围内的光透射，还使用了活性碳类混合物。
附图简介
图1示意表示用过滤组件从高纯度气体中除去气态杂质的系统。
图2是图1所示过滤组件一实施例的侧面正面图。
图3是图2所示过滤组件沿直线3-3截取的剖视图。
图4是图2所示过滤组件的端视图。
图5是过滤组件另一实施例的剖视图，类似于图3的视图。
详细描述
A.现有系统的某些问题
制造半导体器件时，通常应用一种称为光刻的工艺。在这一加工中，首先在基片上涂一层称为光致抗蚀剂的光敏层，光通过光掩膜导入，对基片上必须除去某个金属电阻器的区域中的光致抗蚀剂曝光。在这些曝光区中，在光致抗蚀剂中发生光化反应，使光致抗蚀剂容易溶解于显影液。显影之后，光致抗蚀剂只保留在要求有电阻器的区域。然后，将基片浸入酸中，蚀去曝光的金属层，但不明显破坏光致抗蚀剂。蚀刻完成后，基片从酸浴中取出冲洗，并用化学或等离子体技术除去光致抗蚀剂。
在该曝光处理期间，光致抗蚀剂放出气体，如在曝光时放出酸性气体，这类气体会淀积在透镜零件或溶解这些零件。为解决这一问题，在有些系统中，在透镜和透镜与曝光衬底之间的透光区经常将某种高纯度气体，如压缩的氮气、氩气、空气、氦气或氢气等导入喷射器，喷射的高纯度气体把光致抗蚀剂产生的酸性气体吹离透镜区，防止这些气体腐蚀透镜。
如果用于清洁成像透镜的压缩气体不够纯，气体中残留的碳氢化合物如正己熔、正十二烷与甲苯等会汇集在透镜上形成薄膜，对系统的成像特性造成不利影响。而且，透镜与衬底之间透光区中的碳氢化合物也对系统的成像特性产生不利影响。在有些场合中，发现在压缩氮气管道中需要用过滤器来消除残余的碳氢化合物。为了有效地消除残余碳氢化合物，希望改进这类系统的过滤作用。
B.图1-5
参照图1，光刻加工部分标为10，光刻加工包括透镜12和基片或衬底14，衬底14还包括涂在其上的光致抗蚀剂，光通过透镜12照射到衬底14上。由于衬底14上发生光化反应，酸被释放到大气中，诸如氮、氩、空气、氦或氢等高纯气体喷流16防止这些酸腐蚀透镜12。高纯气体源图示为箱18的形式，高纯气体经压缩通过管道20推进。为除去气体中残余的碳氢化合物，气体要通过净气器或过滤系统(25)。
在一般操作中，气体压力为90～110psi，以30升/分钟～200升/分钟的速率通过过滤结构25。
参照图2，以侧面正面图示出了过滤系统25。过滤系统25一般被构造和安排成直线通过气体，与其取向无关。在图2实施例中，过滤系统25包括过滤器外壳30，进气结构32与出气结构34。由图2可见，本例中，进气结构32与出气结构34位于外壳30的相对两端，使空气直线或笔直流过。如图2所示，第一端帽36位于外壳30的进气端，第二端帽38位于外壳30的出气端。
参照图3，它示出了过滤系统25沿图2的直线3-3截取的剖面。从图3可见，进气结构32限定的中心孔40让空气从中通过，较佳地，进气结构可以有选择地与第一端帽36附接和折卸，如进气结构32可以包括有螺纹的柄部分42，可与端帽36作螺纹连接。进气结构32还包括肩部凸缘44，紧靠第一端帽36的外端面46。
第一端帽36通常包括肩部或凸缘48，用于接合或邻接外壳30壁的端部50。从图4可见，第一端帽26的凸缘48一般为非圆形，本例中为矩形或方形。
再参照图3，第一端帽36包括从凸缘48伸出的壁52，即壁52连续围绕端帽36的中心孔43。从图3可见，壁52的直径小于凸缘48的直径，使它可容纳在外壳30里。
第一端帽36被构造和安排成有一密封件，在外壳30中的端帽36与管状结构之间形成密封。具体而言，壁52限定了密封座54，它最好是壁52中直径减小的区域，以形成保持填密片或圆环56的托架。圆环56压住内管状结构60，以在其间形成密封62。
再参照图3，管状结构60最好是一根空心管，其连续的壁用于保持和包含内滤波器元件。管状结构60最好适宜地抵住外壳30的壁，且最好在第一端帽36与第二端帽38之间接合延伸。
第二端帽38的结构最好与第一端帽36相同，这样，它包括凸缘68、壁72和密封座74。圆环76与管状结构60一同在其间形成密封82。
出气结构34最好与进气结构32相同，这样它具有中心孔90、有效柄部分92和肩部凸缘94。
从图3可见，在管状结构60和第一端帽36的壁52内，进气孔40与进气通道96处于气体流通。同样地；管状结构60内有一出气通道98，它包含在第二端帽38的壁72内，并与出气孔90保持气体流通或空气流通。
在优化的光刻加工10中，有一用于除去通过过滤器25气体内杂质的媒体区。较佳地，该媒体包括管状结构60内的媒体填充物100，它至少能部分除去流过其间的空气或氮等气体中的杂质，如残余碳氢化物等。较佳地，媒体填充物100包括颗粒状媒体，如珠状媒体或粒状媒体。更佳地，颗粒状媒体包括球形的珠状媒体101。具体而言，一类珠状媒体最好是球形碳珠，其作用是让气体流过并吸收高纯气体中诸如残余碳氢化合物等杂质。
过滤器25通常包括其中的加压系统，用于对媒体填充物100加力。加压系统将媒体填充物100在各珠间保持紧密填充状态以防漏泄。加压系统从各方向对媒体填充物100加压，使过滤系统25以任何取向使用。从各方向对媒体填充物100加压，可防止其沉淀。若允许颗粒状媒体101沉淀，则会在进气结构32与出气结构34之间形成气流通路，无须运行通过任何媒体101。
具体而言，在较佳系统中，加压系统对媒体填充物100的上下游都加力。气体或空气可渗透的加压系统也较佳，即加压系统最好让气体或空气自由流通。较佳地，加压系统的力最好从两个方向和从管状结构60的四壁施加，以对特定媒体施加恒力而防止沉淀。在有些实施例中，加压系统至少包括单个加压件。在图3实施例中，加压系统包括第一与第二加压件102、104，第一加压件102位于媒体填充物100的上游，第二加压件104位于填充物100的下游。尽管可以设想出各种实施方法，但是在图3实施例中，第一加压件102包括在第一端帽36与媒体填充物100之间挤压的可压缩垫108。较佳地，可压缩垫108可渗透气体或空气。更佳地，可压缩垫108是一种圆开口单元聚氨酯垫，每英寸至少有30个细孔，较佳为每英寸有40～100个细孔，如每英寸有50个细孔。图示的过滤系统25内，加压的加压垫108将施加足以压缩媒体填充物100的力，例如，有些可用的加压垫108将至少施加10N力，最好对媒体填充物100施加10-35N的力。
如图3所示，第二加压件104也包括加压垫110，它最好与加压垫108相同，位于媒体填充物100的下游，在第二端帽38与媒体填充物100之间受压。
图3还示出，多孔渗水滤网112在第一端帽36与垫108之间受压。同样地，滤网114压抵加压垫110。滤网112、114帮助支持垫108、110，并且通过防止大颗粒通过，还具有一定过滤作用。较佳地，滤网112、114包括一种多孔金属网。
过滤器25还包括第一和第二媒体区，如位于媒体填充物100上下游的深度媒体116、118。在图示实施例中，第一深度媒体116区在媒体盘120内。媒体盘120的外周外壳122限定了深度媒体116。在管状结构60内，深度媒体116帮助将颗粒媒体(即珠或粒子)保持在媒体填充物100中，即深度媒体116帮助保持或俘获或防止颗粒媒体101通过并渗入进气通道96。深度媒体116的细孔足以让气体流通而不强加不当的限制量。
深度媒体118的第二区最好位于媒体盘124内，媒体盘124的结构与盘120相似，因而包括外周外壳126。深度媒体118有助于防止颗粒媒体101运行且埋入下游元件中。
过滤器25还包括一系统，用于收集任何在被允许通过出气通道98与孔径90之前的颗粒。在图3实施例中，有一过滤盘130，较佳地，过滤盘130起到筛的作用，收集可能通过过滤器25上游元件的颗粒。在有些较佳系统中，过滤盘130包括一打褶的金属网，收集至少大于7微米以上的颗粒。较佳地，有8～14个褶，褶深最好在0.08～09.12英寸之间。
再参照图4，可以看出，端帽36以及还有端帽38通过螺丝134等紧固件可卸地附接于外壳30。
现在参照图5，图中以150示出另一实施例过滤器，除了加压系统外，还包括类似于过滤器25的零件。在图5实施例中，加压系统包括第一与第二加压件152和154，前者最好是加压垫156，类似于图3的加压垫108和110。
该实施例的第二加压件154最好是弹簧158，在剖视图中可把该弹簧158视作线圈弹簧，施加的力足以压缩媒体填充物160，例如至少为10N的力，较佳地，约为10～35N是有用的。
弹簧158在工艺中是有利的，因为它不易排气或抽气。“抽气”是在半导体制造过程中由设施、设备、器具等释放的气态污染物。
操作时，上述系统从高纯气体中除去气态杂质。如“高纯气体”指5级氮或气体，“气态杂质”指残余碳氢化合物。将高纯气体导入过滤结构，如上述具有媒体区的过滤结构，在媒体区的上下游对媒体加压，这样可以任何取向使用该过滤结构，不大会让媒体沉淀形成气体通路而不属于媒体。引导高纯气体通过媒体区，从中至少部分除去气态杂质。在引导高纯气体通过媒体区的步骤之后，将高纯气体引出过滤结构，净化气体被引入透镜12与衬底14之间的透光区。
具体而言，参照图3，氮气等高纯气体通过进气孔40进入进气通道96，并在此通过筛网112、加压垫10、深度媒体116而进入媒体填充物100。气体流过媒体填充物100的碳粒，遭受到碳吸收的碳氢化合物和其它杂质。然后，净化气体通过第二深度媒体118区，除去任何其它通过的颗粒，接着再通过第二加压件104、筛网114和过滤盘130，过滤盘130则从气体中除去任何大于一定尺寸(如7微米)的其它粒子。接着，净化气体流过出气通道98并从出气孔90流出。此后，就可把它喷射到透镜12上并喷入透镜12上并喷入透镜12与衬底14之间的区域。
C.光透射系统
图1中，部分光刻工艺加工标为10，参照图1能更好地理解本发明的系统与方法。
发明的系统包括：气源18，过滤器25，照明系统和透光区。过滤结构25除去气体中的杂质，它包括外壳30，其进气口32与气源18保持气体流通，排放气体的出气口34，填充在外壳30内进气口32下游的填充媒体区100。媒体100和过滤结构25至少除去气体中的某些杂质，导致净化气体退出过滤结构。本发明系统还包括照明系统的电源。
照明系统由透射光的装置组成，该装置光耦至至少一个透镜。照明系统通过透镜12将光透射到衬底14上。透光区是透镜12与加工固定件之间的区域，加工固定件通常是衬底固定件，在加工时保持衬底14就位。净化气体导入透光区，可防止加工的污染气体汇聚在透镜上。透光区一般在真空腔内，真空腔与至少一台真空泵保持气体流通。
压缩气体会含有多种吸附于表面的挥发性有机杂质，这类杂质可包括某一极性范围，从诸如己熔、辛烷与癸烷等非极化碳氢化合物到诸如甲醇、丙酮与甲苯等的极化溶剂，淀积在表面上的这些杂质会在许多仪器和/或应用中造成问题。
一例会出现这种问题的应用是成像技术，它配有光学透镜，因此要优化控制特定波长和/或一系列波长的光透射。压缩气体中出现的一般非极化与极化挥发性有机杂质，会对成像应用产生透射比问题，这类吸收问题出现在特定的波长，在其紫外吸收谱中很明显。
在小于215nm的光波长上，诸如戊烷、己烷、辛烷、癸烷与环己烷等非极化碳氢化合物杂质会造成光透射比问题。在这些波长上，更多的极化杂质，如甲醇、丙酮、  甲苯、异丙醇、乙酸乙酯、四氯化碳、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和N-甲基吡咯烷酮等，也有强吸收作用；然而，它们还吸收更高波长的光，对215nm以上波长的最佳透射造成问题。
减少气体中杂质程度的主要方法是气-固吸收法。范围广泛的吸收材料一直被用来除去压缩气体中的特定杂质和各种杂质。在这些材料中，活性碳材料是迄今为止最常用的，该材料可用天然的和/或合成的原材料制备。
若希望在大于215nm的波长有最佳光透射，极化碳氢化合物去除媒体本身可以很好地工作。较佳地，它是一种碳基媒体。较佳地，这种极化碳氢化合物去除碳基材料是一种合成聚合碳。
若希望在小于215nm的波长有最佳光透射，则组合的碳基材料(即极化与非极化碳氢化合物去除媒体)可提供最佳的过滤范围，因而能最大程度地防止光透射随时间而劣化。较佳地，这种极化碳氢化合物去除媒体是一种碳基媒体，较佳地，这种极化碳氢化合物去除碳基材料是一种合成聚合碳。较佳地，非极化碳氢合物去除媒体是一种碳基媒体，通常为基于天然的碳。
当使用组合的极化与非极化碳氢化合物去除媒体时，各过滤系统要使用的材料量取决于被清洁气流中杂质的程度与类型。一般而言，这些因素是未知因素，因此最好最初使用一种由等量的天然和合成碳基材料构成的过滤器。在大略知道气体处理中杂质的类型与量的场合中，可能希望相应地称出碳基材料的量，如在有大量极化有机物和/或溶剂的场合中，最好使用一种重量足以倾向合成碳等极化表面碳的组合过滤器，使用时让气流通过碳材料。这些材料可以分层或混合地填入管、床中，或涂到表面上。这些材料可以是粒状、珠状或纤维状及其组合。
D.较佳材料
本节提出列举材料的规格，其它材料当然也可使用。
较佳地，珠状媒体101包括球形碳珠，各碳珠的直径为0.5～0.7mm，当按ASTM D2854测试时，其干燥的视在体密度为0.55～0.61g/ml，当按ASTMD2867测试时，含水量最好为最大3％重量。
较佳地，极化碳氢化合物去除材料是一种合成聚合碳。专用合成聚合碳的例子包括碳化/活化聚苯乙烯二乙烯基苯(Ambersorb碳)、Kureha珠、碳化/活化人造纤维、聚丙烯腈、酚醛塑料(树脂)和其它聚合物。极化碳氢化合物吸收碳可从Rohm与Haas购买，商标为Ambersorb。其它合适的极化碳氢化合物包括Kutrha珠、Kynol活性碳布、高度氧化/活性碳结构、在胺、硫化氢、二氧化硫等气体中呈活性的碳；和化学处理的碳，如与化学物浸渍后可除去特定的蒸气/气体。
较佳地，非极化碳氢化合物吸附碳是一种合成聚合碳。专用非极化碳氢化合物吸附碳的例子包括Barnebey Suteliffe出售的碳，商标为207C、208C、209C、MI、978，还有Calgon出售的商标为PCB和BPL的碳。专用天然碳的例子包括cocnat shell.peach pits煤、木、炭等。
较佳地，每种加压垫108、110、156都包括一种开口单元聚酯尿烷，全网状，每英寸至少有30个细孔，最好有50个细孔。
过滤盘130最好包括0.16英寸铝粘带，325×2300目筛网，至少7微米和约8微米绝对值，筛网褶深约0.10英寸，筛网材料最好包括不锈钢304。
各媒体盘120、124分别包括深度媒体区116、118，深度媒体最好包括混合纤维，最佳为50％聚丙烯与50％中度丙烯酸，这种纤维混合物呈现出永久电位。在每分钟气流为10.5英尺下用0.3～0.4微米粒子测试，fomblin效率最好为平均76～94％，在低于71或高于99时不应有单值。渗透率最好为每分钟283～476英尺(每分钟86～145米)，0.5psi下的厚度最好为0.035～0.061英寸(0.91～1.55mm)，基础重量最好为48～75磅/3000英尺2(78～122g/m2)。较佳地，各筛网112、114包括绳股厚度为0.028英寸(0.71mm)、开孔面积百分比为72％的多孔金属网。
较佳地，外壳30为铝结构；较佳地，管状结构60为304不锈钢管结构，无缝，冷光洁，退火，且经酸洗。材料具有20规壁(0.035英寸)。
较佳地，圆环56、57包括二氟乙烯-六氟丙烯等合成橡胶，硬度为60～75 Shore A，如VITON，杜邦公司的注册商标，或FLUOREL，3M公司的注册商标。这些材料较佳，因为它们具有低的废气潜力。
较佳地，第一与第二相对端帽36、38包括不锈钢。
E.较佳结构例
应当理解，应用这里描述的技术和原理，可实施各种专用结构和应用。本节将描述一具体的过滤组件。
过滤系统25在进气口32顶端与出气口34顶端之间的全长至少为2.79英寸(7.09cm)，例如2.79～13.04英寸(7.09～13.22cm)，较佳为6.52英寸(16.6cm)。
过滤系统25在端帽36端部与端帽38端部之间的长度至少为2.0英寸(5.08cm)，例如2.0～12.5英寸(5.08～31.75cm)，较佳为4.64英寸(约11.8cm)。
各端帽36和38的尺寸为1×1英寸(2.54×2.54cm)～6×6英寸(15.24×15.24cm)，较佳为2×2英寸(约5.1×5.1cm)。
各加压垫108、110、156的直径至少为0.5英寸(1.27cm)，例如0.5～5.5英寸(1.27～13.97cm)，较佳为1.52英寸(约3.86cm)。各加压垫的厚度至少为0.25英寸(0.64cm)，例如0.25～0.5英寸(0.64～1.27cm)，较佳为0.375英寸(约0.95cm)。
过滤盘130的外径至少为0.8英寸(2.03cm)，如0.8～5.25英寸(2.03～13.34cm)，较佳为1.365英寸(约3.47cm)。过滤盘的厚度至少为0.05英寸，如0.052～0.25英寸，较佳为0.163英寸(约0.0414cm).
各媒体盘120、124的直径至少约0.5英寸(1.27cm)，如0.5～5.5英寸(1.27～13.97cm)，较佳为1.555英寸(约3.95cm)。
各筛网112、114的直径至少为0.5英寸(1.27cm)，如0.5～5.5英寸(1.27～13.97cm)，较佳为1.52英寸(约3.86cm)。
管状结构60的长度至少为1.2英寸(3.05cm)，如1.2～8.2英寸(3.05～20.83cm)，较佳为4.10英寸(约10.4cm)。内径至少为0.5英寸(1.27cm)，如0.5～5.5英寸(1.27～13.97cm)，较佳为1.555英寸(约3.95cm)。外径至少为0.55英寸(1.40cm)，如0.55～5.65英寸(1.40～14.35cm)，较佳为1.625英寸(约4.13cm)
各圆环56.76的内径至少为0.6英寸(1.52cm)，如0.6～5.25英寸(1.52～13.34cm)，较佳为1.239英寸(约3.15cm)。其外径为如0.67～5.32英寸(1.70～13.51cm)，较佳为1.379英寸(约3.50cm)
各进气口和出气口32.34的长度至少为0.25英寸(0.64cm)，如0.25～3.0英寸(0.64～7.62cm)，较佳为1.33英寸(约3.38cm)。各孔径至少为0.08英寸(0.20cm)，如0.08～0.5英寸(0.20～1.27cm)，较佳为0.19英寸(约0.48cm)。

Claims (20)

1.  一种光透射通过气体与透光区的方法，其特征在于该方法包括：
(a)根据期望的光透射波长选择某一媒体；
(b)将气体引导通过所述媒体，以从中至少部分地除去气态杂质，得到净化气体；
(c)将所述净化气体引入透光区；和
(d)使光透过所述透光区与净化气体。
2.如权利要求1所述的方法，其中选择步骤包括选择一种媒体，其中所述期望的光波长大于215nm。
3.如权利要求1和2中任一权项所述的方法，其中选择步骤包括选择包含极化碳氢化合物吸附碳的媒体。
4.如权利要求3所述的方法，其中选择步骤包括选择包含合成聚合碳的极化碳氢化合物吸附碳。
5.如权利要求1所述的方法，其中选择步骤包括选择一种媒体，其中所述期望的光波长小于215nm。
6.如权利要求1和5之一所述的方法，其中选择步骤包括从非极化碳氢化合物去除媒体、极化碳氢化合物去除媒体及其混合物中选择媒体。
7.如权利要求6所述的方法，其中选择步骤包括选择包含合成聚合碳的极化碳氢化合物去除媒体；以及选择步骤还包括选择包含天然碳的非极化碳氢化合物去除媒体。
8.如权利要求5所述的方法，其中选择步骤包括选择包含非极化碳氢化合物去除媒体和极化碳氢化合物去除媒体的媒体。
9.如权利要求8所述的方法，其中选择步骤包括选择包含合成聚合碳的极化碳氢化合物去除媒体；以及选择步骤还包括选择包含天然碳的非极化碳氢化合物去除媒体。
10.一种光透射通过气体和透光区的系统，其特征在于所述系统包括：
(a)除去气体中杂质的过滤结构，所述过滤结构包括：
(i)外壳，具有可接至气体供源的进气口和排放从所述气体供源接收的气体的出气口；
(ii)位于所述外壳所述进气口下游、按期望的工作光波长选择的媒体；所述媒体从气体中除去至少某些杂质，得到净化气体；
(c)使光透射通过透光区和净化气体的照明系统，其中透光区与所述过滤器出气口保持气体流通。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于还包括电源。
12.如权利要求10和11中任一权项所述的系统，其中透光区是一真空腔，所述真空腔与至少一台真空泵保持气体流通。
13.如权利要求10～12中任一权项所述的系统，其中将照明系统构造和安排成透射波长大于215nm的光。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述媒体包括极化碳氢化合物去除媒体。
15.如权利要求14所述的系统，其中极化碳氢化合物去除媒体包括合成聚合碳。
16.如权利要求10～12中任一权项所述的系统，其中将照明系统构造和安排成透射波长小于215nm的光。
17.如权利要求16所述的系统，其中媒体选自非极化碳氢化合物吸附媒体、极化碳氢化合物吸附媒体及其混合物。
18.如权利要求17所述的系统，其中极化碳氢化合物吸附媒体包括合成聚合碳，而非极化碳氢化合物吸附媒体包括天然碳。
19.如权利要求16所述的系统，其中媒体包括非极化碳氢化合物去除媒体和极化碳氢化合物去除媒体。
20.如权利要求19所述的系统，其中极化碳氢化合物去除媒体包括合成聚合碳，而非极化碳氢化合物去除媒体包括天然碳。
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