CN1797220A - 包含气体冲洗系统的辐射曝光装置 - Google Patents

Abstract

一种设有辐射源、构图结构、投影系统、基板和用于将气体从投影系统和基板之间的区域排出的气体冲洗系统的曝光装置。

Description

包含气体冲洗系统的辐射曝光装置

本申请为于2005年1月18日递交的美国申请11/036,186的继续申请，并要求于2004年12月7日递交的美国临时申请60/633,727的权益。此处引入这两个在先申请作为参考。

技术领域

本发明涉及一种例如光刻投影装置的辐射曝光装置，特别涉及包括气体冲洗系统的曝光装置。而且，本发明涉及将基板曝光于辐射的方法。

背景技术

用于在例如电荷耦合器件(CCD)图像传感器以及互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的制造中的彩色滤光器的抗蚀剂类型材料的使用加重了污染问题。举例来说，抗蚀剂中的挥发成分在曝光于辐射的过程中可导致大量放气，例如在光刻图像传感器制造过程中的曝光于辐射的过程中。该放气可能导致投影透镜或其周围区域的污染和损坏，这将反过来需要对其维护的增加以清洁透镜或者甚至更换透镜或周围部件。本发明的目的包括提供解决放气问题的方法和装置。

在EP 1098226和US 2004-0212791中记载了使用气体清洗罩的光刻系统。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供了一种制造例如图像传感器等器件的方法，包括：

(a)提供辐射光束；

(b)构图该辐射光束；

(c)通过投影系统将该带有图案的辐射光束投影在包含辐射敏感层的基板的靶部上；以及

(d)将冲洗气体从位于所述靶部周边外的第一出气口流至位于所述投影系统和所述基板之间的空间；

其中至少部分所述冲洗气体流向所述靶部。

而且，本发明还提供了一种方法，包括：

(a)提供辐射光束；

(b)构图该辐射光束；

(c)通过投影系统将该带有图案的辐射光束投影在包含一层或多层滤色层的基板的靶部上；以及

(d)在所述靶部曝光于所述带有图案的辐射光束的过程中，通过在所述靶部和所述投影系统之间的空间内提供气流，抽出从所述靶部发出的气体。

此外，本发明提供了一种光刻投影装置，包括：

辐射系统，构造并设置成提供辐射投影光束；

支承结构，构造并设置成支承构图结构，该构图结构被构造并设置为根据所需图案构图该投影光束；

基板支座，构造并设置成支承基板；

投影系统，构造并设置成将该带图案的光束投影在该基板的靶部上；以及

气体冲洗系统，构造并设置成将气体从所述基板支座和所述投影系统之间的空间中抽出。

同样，本发明提供了一种方法，包括将具有一层或多层滤色抗蚀剂层的基板的一部分曝光于辐射并且利用气体冲洗系统从被曝光的部分发出的气体的方法。

此外，本发明提供了一种被构造为只抽出气体不提供气体的气体冲洗系统。

此外，本发明提供了一种具有一个或多个由例如玻璃或薄膜等透明材料覆盖的开口的气体冲洗系统。

此外，本发明提供了一种用于制造图像传感器的装置，其中该装置包含用于将从例如一层或多层滤色抗蚀剂层发出的气体去除的气体冲洗系统。

本发明其它的目的、优点和特征在说明书中得到描述，并且在某种程度上对于看过下文的本领域熟练技术人员是显而易见的，或者能够通过实践本发明而获知。本申请中公开的发明不限于对这些目的、优点和特征的任何特定的设置或组合。可以想到的是所述目的、优点和特征的各种组合构成本申请中公开的发明。

附图说明

图1表示根据本发明实施例的曝光装置。

图2表示根据本发明实施例的气体冲洗系统的实施例的截面前视图。

图3a-c表示根据本发明的投影系统的末级透镜元件以及气体冲洗系统的底视图的几个实施例。

图4表示根据本发明的气体冲洗系统的另一个实施例。

具体实施方式

此处使用的术语“构图结构”应广义地解释为指的是可用于赋予输入的辐射光束以带图案的截面的结构，该图案相应于在基板的靶部中产生的图案；在本文中也可使用术语“光阀”。通常，所述图案对应于在靶部创建的器件例如集成电路或其它器件(见下文)的特定功能层。这种构图结构的例子包括：

掩模。掩模的概念在光刻方面是众所周知的，它包括例如二进制、交替相移、衰减相移、以及各种混合掩模类型的掩模类型。根据该掩模上的图案，在辐射光束中放置这种掩模导致照射在该掩模上的辐射的选择透射(在透射掩模的情况下)或反射(在反射掩模的情况下)。对于掩模，支承结构通常为掩模台，其确保该掩模被支承在入射辐射光束中的理想位置处，并且如果需要的话可相对于该光束被移动。

可单独控制的元件的阵列，例如可编程反射镜阵列或者可编程LCD阵列。可编程反射镜阵列的一个例子是具有粘弹性控制层和反射表面的矩阵可寻址表面。这种装置的基本原理是(例如)反射表面的寻址区域将入射光反射为衍射光，而未寻址区域将入射光反射为非衍射光，采用适当的过滤器，非衍射光可从反射光束中过滤掉，仅留下衍射光；按照这种方式，光束变为相应于矩阵寻址表面的地址图案的图案。可编程反射镜阵列的一个可选实施例使用了微反射镜的矩阵布置，通过提供适当的局部电场或使用压电陶瓷致动装置，每个微反射镜各自绕一个轴倾斜。再者，这些反射镜是矩阵可寻址的，使得寻址反射镜可沿与未寻址反射镜按不同的方向反射入射辐射光束；按照这种方式，反射光束根据矩阵可寻址反射镜的寻址图案被构图。利用合适的电子设备可进行该矩阵寻址。在上述的两种情况中，构图结构可包括一个或多个可编程反射镜阵列。更多关于此处所指的反射镜阵列的信息可从例如美国专利US 5,296,891和美国专利US 5,523,193以及PCT专利申请WO 98/38597和WO 98/33096收集，在此引入这些文献作为参考。对于可编程反射镜阵列，所述支承结构可具体为例如可根据需要被固定或移动的框架或者台。可编程LCD阵列，例如，可编程LCD阵列的例子例如在美国专利US 5,229,872中已经公开，在此引入该文件作为参考。如上所述，在这里支承结构可具体为例如可根据需要被固定或移动的框架或者台。

为简化起见，本文的剩余部分，在特定位置处，具体结合涉及掩模和掩模台的例子；但是，在这种情况下所讨论的普遍原理应当理解可应用于如上所述的构图结构的更广范围。

为简化起见，下文中将投影系统称为“透镜”；但是，该术语应被广义地解释为包括各种不同类型的投影系统，例如包括折射镜、反射镜和反射折射系统。辐射系统也可包括根据用于定向、整形或控制辐射的投影光束的任意这些设计类型工作的元件，并且，在下文中这些元件也可共同地或单个地被称为“透镜”。此外，该光刻装置可为两个或更多个基板台(和/或两个或更多的掩模台)的类型。在这种“多台式”设备中，可以并行使用附加的台，或者在一个或多个台上进行准备步骤，而一个或多个其它的台用于曝光。例如，在US 5,969,441和WO 98/40791中描述了双台光刻装置，在此引入这两篇文献作为参考。

此处使用的术语“出口”可被认为或称为出气口。类似地，此处使用的术语“入口”可被认为或称为进气口。术语出口、出气口、入口和进气口广义地是指一种结构，通过该结构流动气体或物质。

在使用光刻投影装置的制造工艺中，图案(例如，在掩模中)可被成像在至少部分被辐射敏感材料(抗蚀剂)层覆盖的基板上。在该成像步骤之前，基板经历各种步骤，例如打底、抗蚀剂涂覆和软烘。曝光后，基板经受其它的步骤，例如曝光后烘烤(PEB)、显影、硬烘(hard bake)和图像特征的测量/检测。这些步骤的组合用作构图例如图像传感器、平板显示器或集成电路的器件的单个的层的基础。这种带有图案的层可接着经过例如刻蚀、离子注入(掺杂)、金属化、氧化、化学-机械抛光等各种工艺，所有这些工艺都用于完成一个单个的层。如果需要好几层，那么对每个新的层可重复整个过程或其变化。结果，器件的阵列将显现在基板(晶片)上。接着通过例如锯或切片的技术将这些器件彼此分离，从而单个的器件可被安装在载体上、连接至管脚等等。关于这些工艺的进一步的信息可从例如书籍“Microchip Fabrication：A Practical Guide toSemiconductor Processing”(第三版，Peter van Zant，McGraw Hill Publishing Co.，1997，ISBN 0-07-067250-4)获得，在此引入该书作为参考。

图1示意性地描绘了根据本发明的具体实施方式的光刻装置。该装置包括：

照射系统(照射器)IL，用于提供辐射的投影光束PB(例如UV辐射或DUV辐射)。

第一支承结构(例如掩模台)MT，用于支承构图装置(例如掩模)MA并连接至第一定位装置PM，该第一定位装置PM用于相对投影系统PL精确定位该构图装置；

基板台(例如晶片台)WT，用于支承基板(例如涂有抗蚀剂的晶片)W并连接至第二定位装置PW，该第二定位装置PW用于相对投影系统PL精确定位该基板；

投影系统(例如折射投影透镜)PL，用于将通过构图装置MA赋予辐射光束B的图案成像至基板W的靶部C(例如包括一个或多个小电路片)；以及

气体冲洗系统GF。如此处所述，该气体冲洗系统由框架紧固。但是，该气体冲洗系统GF可以任何适当的方式紧固。

如此处所述，该光刻装置为透射型(例如，使用透射掩模)。或者，该光刻装置可为反射型(例如，使用如上所述的类型的可编程反射镜阵列)。

照射器IL接收来自辐射源SO的辐射光束。在一个实施例中，辐射源提供至少126nm的辐射，例如至少157nm或至少193nm，例如在193-435nm范围内，或诸如193nm、248nm、或365nm或在220-435nm范围内。该辐射源和光刻装置可为分立的机构，例如当该辐射源为受激准分子激光器时。在这种情况下，该辐射源不必形成光刻装置的一部分，且辐射光束借助于光束传送系统BD从辐射源SO到达照射器IL，该光束传送系统BD包括例如合适的导向反射镜和/或扩束器。在其它情况下，辐射源可与该装置成一体，例如当辐射源为汞灯时。辐射源SO和照射器IL，加上光束传送系统BD(如果需要)，称为辐射系统。

照射器IL可包括用于调节光束的角光强分布的调节装置AM。通常，至少可调节在照射器的光瞳平面中强度分布的外和域内径向范围(通常分别称为σ-外和σ-内)。此外，照射器IL通常包括各种其它元件，例如积分器IN和聚光器CO。照射器提供经调整处理的辐射光束，称为投影光束PB，该光束在其横截面上具有理想的均匀性和强度分布。

投影光束PB入射在由掩模台MT支承的掩模MA上。穿过掩模MA后，投影光束PB通过将光束聚焦在基板W的靶部C上的透镜PL。借助第二定位装置PW和定位传感器IF(例如干涉仪装置)，基板台WT可被准确移动，例如，使得沿光束PB的光路方向定位不同的靶部C。类似地，第一定位装置PM和另一个定位传感器(图1中没有明确地示出)可被用于例如在从掩模库机械地取出掩模后或者在扫描过程中关于光束PB的光路精确定位掩模MA。通常，物体台MT和WT的移动将借助形成定位装置PM和PW的部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)得到实现。但是，对于步进机(与扫描机相反)，掩模台MT可只连接至短行程致动器，或者被固定。利用掩模对准标记M1、M2和基板对准标记P1、P2可对准掩模MA和基板W。

所述装置可用于下面的优选模式中：

1、在步进模式中，掩模台MT和基板台WT基本上保持静止而整个赋予投影光束的图像被一次成像(即单次静态曝光)到靶部C上。然后基板台WT在X和/或Y方向移动以使不同的靶部C曝光。在步进模式中，曝光区域的最大尺寸限制了在单次静态曝光中成像的靶部C的尺寸。

2、在扫描模式中，当赋予投影光束的图案成像到靶部C上(即单次动态曝光)时，同步扫描掩模台MT和基板台WT。基板台WT相对于掩模台MT的速度和方向由投影系统PL的(缩小)放大率和图像反转特性决定。在扫描模式中，曝光区域的最大尺寸限制了在单次动态曝光中靶部的宽度(在非扫描方向上)，而扫描移动的长度决定了靶部的高度(在扫描方向上)。

3、在其它模式中，当赋予投影光束的图案投射到靶部C上时，掩模台MT基本上保持静止，支撑可编程构图装置，并且移动或扫描基板台WT。在该模式中，通常使用脉冲辐射源，并且在基板台WT的每一次移动后或者在一次扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新可编程构图装置。该操作模式可以很容易地被用于使用可编程构图装置的无掩模光刻中，诸如上文所述的可编程反射镜阵列类型。

也可以使用上述模式的组合和/或变形，或者使用完全不同的模式。

图2更详细地描述了气体冲洗系统GF的实施例。气体冲洗系统GF包括第一出气口GO-1和第二出气口GO-2。在所述实施例中，GO-1和GO-2由气体供应通道GC连接至包含气体源(未示出)和流量调节器(可选，未示出)的冲洗气体供应装置(未示出)。如图2所示，即，由气体供应通道GC直接连接，GO-1和GO-2都接收来自单个源的气体。但是，GO-1和GO-2也可以各具有一个独立的气体供应通道，其中该独立的气体供应通道可接收来自同一源的气体或者各接收来自独立的气体源的气体。在一个实施例中，至少出气口GO-1接收含氧气体。在一个实施例中，提供给GO-1的气体至少1％摩尔是氧气，例如至少5％摩尔、至少10％摩尔，例如10-50％摩尔或10-30％摩尔。在一个实施例中，提供给GO-1的气体是空气。在一个实施例中，GO-2接收惰性气体，例如氮、氩、氦、氙或其混合气体。在另一个实施例中，GO-1和GO-2都接收惰性气体或含氧气体。

在一个实施例中，如图2所示，至少部分从GO-1排出的气体被导向暴露于从投影系统PL射出的辐射的基板W的靶部(即，至少部分从GO-1排出的气体被导向基板并有角度地朝向暴露于辐射的区域)。在一个实施例中，基本上所有从GO-1排出的气体被导向暴露于从投影系统PL射出的辐射的基板W的靶部(仅示出投影系统PL的底部)。

在一个实施例中，从出口GO-1排出的气体被调节成，以所使用的基板台(或基板支座)的速度，使在气体冲洗系统和基板之间的空间内的每个位置处的径向气流的速度高于零，并且导向内，即朝向基板和投影系统之间的区域。径向气流速度为在出口GO-1处产生的气流速度和基板台速度之矢量和。术语“基板台速度”包括例如步进—扫描型光刻投影装置的基板台(或基板支承)扫描速度，以及步进—重复型光刻投影装置的连续曝光之间的晶片台的速度。

此外，在图2中，气体冲洗系统GF包括用于将气体从被曝光的靶部和投影系统之间的空间中排出的进气口GI。进气口GI由通道GIC连接至气体排出系统(未示出)，该气体排出系统可包括真空泵和/或便于排出气体的风扇。同样，气体排出系统可包括流量调节器。

在一个实施例中，气体冲洗系统包括一个或多个例如用于确定进入基板和投影系统之间的空间内的有害气体的量和/或类型的传感器。该一个或多个传感器可用于调节冲洗气体的成分和/或速率，例如关于进入基板和投影系统之间的区域内的有害气体的数量和/或类型。同样，该一个或多个传感器可用于监控气体冲洗系统的适当的功能并且在，例如通过进气口GI的流速太低的情况下示警。

参照图3，示出了用于提供出气口GO-2的几个实施例。在图3a的实施例中，气体冲洗系统GF具有环形结构，沿着其内周仅部分气体冲洗系统具有出气口部分GO-2。在图3b中，出气口GO-2，被全部提供为沿着气体冲洗系统的内周，在图3c中，气体冲洗系统GF提供有反向的出气口。在一个实施例中，出气口GO-2提供基本上平行于基板的表面和/或投影系统PL的底部透镜的表面的层流。

在一个实施例中，提供了一种光刻投影装置，包括：

(a)辐射系统，构造并设置成提供辐射投影光束；

(b)支承结构，构造并设置成支承构图结构，该构图结构被构造并设置为根据所需图案构图该投影光束；

(c)基板支座，构造并设置成支承基板；

(d)投影系统，构造并设置成将带图案的光束投影在基板的靶部上；以及

(e)气体冲洗系统，包括径向气流出口，所述气体冲洗系统被构造并设置为产生通过在所述气体冲洗系统和所述基板之间限定的中间空间中的所述径向气流出口的径向气流，其中，至少部分具有径向速度的所述径向气流被导向基板和投影系统之间的区域。

在一个实施例中，提供一种光刻投影装置，包括：

辐射系统，构造并设置成提供辐射投影光束；

支承结构，构造并设置成支承构图结构，该构图结构被构造并设置为根据所需图案构图该投影光束；

基板支座，构造并设置成支承基板；

投影系统，构造并设置成将带图案的光束投影在基板的靶部上；以及

气体冲洗系统，其产生沿第一方向跨过所述基板的层流，还产生具有沿至少一个基本上不同于所述第一方向的方向传输的部分的二次流，所述二次流通常在所述层流以下，该气体冲洗系统还在所述层流和所述二次流之间产生气流，以排出由至少所述二次流引入的气体。

在一个实施例中，提供一种光刻投影装置，包括：

辐射系统，构造并设置成提供辐射投影光束；

支承结构，构造并设置成支承构图结构，该构图结构被构造并设置为根据所需图案构图该投影光束；

基板支座，构造并设置成支承基板；

投影系统，构造并设置成将带图案的光束投影在基板的靶部上；以及

气体冲洗系统，包括沿大致平行于所述基板的上表面的第一方向产生层流的第一出口，以及沿朝向所述靶部的方向引导气体的第二出口。

图4示出了不具备出气口只有进气口GI的气体冲洗系统GF的实施例。通过将进气口通道GIC连接至气体排出系统(未示出)并利用气体排出系统将空气从光刻装置的其它区域通过进气口通道GIC抽向进气口GI来产生气流。本实施例是具有优势的，例如，当光刻装置的结构在晶片载台和末级透镜元件之间没有提供用于设置气体供应通道(出气口)以及气体排出通道(进气口)的足够空间的时候。图4中气体冲洗系统GF的实施例还具有允许传感/测量光束通过气体冲洗系统到达晶片的开口S1和S2。注意，尽管在图4中只示出一个开口S2，但气体冲洗系统GF可具有多个开口S2，例如4个等间距的开口(对照开口S1)。在一个实施例中，开口S1提供用于图像传感器(例如，反射图像传感器)的晶片的通道，开口S2提供用于高度传感器的通道。在一个实施例中，这些开口由例如玻璃或薄膜的窗口覆盖。在一个实施例中，开口S1由玻璃覆盖。在一个实施例中，开口S2由薄膜覆盖。覆盖这些开口是有用的，例如，在防止气体通过这些开口从气体冲洗系统排出方面。

尽管，没有限定于此，气体冲洗系统在曝光于辐射期间存在从基板蒸发的有害气体的危险情况的工艺中是有用的。这种气体，例如，可能损坏投影系统或周围的部件，这将反过来需要增加对投影系统或周围部件的维护和/或会缩短投影系统或周围部件的寿命。本发明的气体冲洗系统在通过基本上防止有害气体到达投影系统或周围部件从而防止这样的损坏方面是有效的。例如，容易释放气体的基板是涂有一层或多层抗蚀剂层的基板。特别是，涂有用于一层或多层滤色层的抗蚀剂层的基板容易度释放气体的影响。涂有用于一层或多层滤色层的抗蚀剂层的基板可用于图像传感器的制造，例如在摄像机(例如照相机或摄像机)中使用的图像传感器的制造。

尽管已经描述了本发明的具体实施方式，应当理解的是，对于本领域熟练技术人员来说，对其作出许多修改是显而易见的或者可得到启示。因此本发明应仅由下面的权利要求书的精神和范围所限定。

Claims (26)

1、一种制造器件的方法，包括：

提供辐射光束；

将该辐射光束图案化；

通过投影系统将该带有图案的辐射光束投影在包含辐射敏感层的基板的靶部上；以及

将冲洗气体从位于所述靶部周边外的第一出气口流至位于所述投影系统和所述基板之间的空间，其中，在所述投影过程中，至少部分所述冲洗气体流向所述靶部。

2、根据权利要求1的方法，还包括位于所述靶部的周边外以及位于所述投影系统和所述第一出气口之间的进气口，所述进气口被构造并设置成将气体从所述靶部和所述投影系统之间的区域中抽出。

3、根据权利要求1的方法，还包括将来自第二出气口的第二冲洗气体流过位于所述投影系统的末级透镜和所述第一出气口之间的所述带有图案的光束的至少部分，该第二出气口被构造和设置成产生所述第二冲洗气体的基本上呈层流的气流。

4、根据权利要求2的方法，还包括将来自第二出气口的第二冲洗气体流过位于所述投影系统的末级透镜和所述第一出气口之间的所述带有图案的光束的至少部分，该第二出气口被构造和设置成产生所述第二冲洗气体的基本上呈层流的气流，其中所述进气口位于所述第一出气口和所述第二出气口之间。

5、根据权利要求1的方法，其中所述冲洗气体包括至少1％摩尔氧气。

6、根据权利要求5的方法，其中所述冲洗气体为空气。

7、根据权利要求1的方法，其中所述第一出气口为径向气流出口。

8、根据权利要求1的方法，其中所述第一出气口、所述第二出气口以及所述进气口都设在同一个径向结构中。

9、根据权利要求1的方法，其中所述辐射投影光束的波长在220nm-435nm范围内。

10、根据权利要求1的方法，其中所述基板包括制造滤色器所需要的一个或多个层。

11、一种根据权利要求1的方法获得的图像传感器。

12、一种摄像机，包括权利要求11的图像传感器。

13、权利要求1的方法，其中所述器件为图像传感器。

14、一种方法，包括：

提供辐射光束；

将该辐射光束图案化；

通过投影系统将该带有图案的辐射光束投影在包含用于制造一层或多层滤色层的一层或多层抗蚀剂层的基板的靶部上；以及

在所述投影过程中，通过在所述靶部和所述投影系统之间的空间内提供气流，抽出从所述靶部发出的气体。

15、权利要求14的方法，其中所述气流通过从所述空间抽出空气而产生。

16、一种光刻投影装置，包括：

辐射系统，构造并设置成提供辐射投影光束；

支承结构，构造并设置成支承构图结构，该构图结构被构造并设置成根据所需图案将该投影光束图案化；

基板支座，构造并设置成支承基板；

投影系统，构造并设置成将该带图案的光束投影在该基板的靶部上；以及

气体冲洗系统，构造并设置成将气体从所述基板支座和所述投影系统之间的空间中抽出。

17、权利要求16的装置，其中所述气体冲洗系统被构造成只抽取气体而不提供气体。

18、权利要求16的装置，其中在所述气体冲洗系统中设有一个或多个开口以提供至基板的传感器光束的通道。

19、权利要求16的装置，其中所述辐射的辐射投影光束的波长在220-435nm范围内。

20、权利要求16的装置，其中所述装置被设成以步进模式工作。

21、权利要求16的装置，其中所述装置被设成以扫描模式工作。

22、一种包括用权利要求16的装置将基板曝光于辐射的方法。

23、权利要求22的方法，其中所述基板包含一层或多层抗蚀剂层。

24、权利要求23的方法，其中所述一层或多层抗蚀剂层用于制造一层或多层滤色层。

25、一种构造成在辐射曝光装置中使用的气体冲洗系统，该气体冲洗系统被设计成只排出气体而不提供气体。

26、一种构造成在辐射曝光装置中使用的气体冲洗系统，该系统包含一个或多个由透明材料覆盖的开口。

Images