防止曝光光罩污染的装置及曝光装置的制作方法

本实用新型涉及半导体制造领域，尤其涉及一种防止曝光光罩污染的装置及曝光装置。

背景技术：

光罩(或掩模)已经普遍应用于半导体制造的曝光装置中，曝光装置通常包括以下两种：使用透镜将光罩的图案投影到基板上的投影式曝光装置和在掩模与基板之间设置微小缝隙而将光罩的图案转印到基板的接近式曝光装置。然而，生产过程中的挥发物和微尘容易致使光罩受到污染，尤其是曝光过程中所使用的光阻由于其极易挥发而污染光罩，从而导致产品会有微观缺陷或宏观色差，严重影响良率。

曝光装置的光罩污染是一直以来困扰业界的一个问题，尤其是对于接近式曝光装置，由于接近式曝光装置的光罩和载台上产品的间隙较小，一般在300um以下，更容易受到挥发物和微尘污染。现有的解决方案通常是在光罩污染后进行检查并采用光罩清洗剂或气体洗涤的方式来清洁光罩，目前市场上在售或者相关文献提及的曝光设备中，没有在线防止光罩污染的装置。而且，在生产过程中，处理光罩污染引起的停机时间会极大地影响产能，并且光罩污染后的检查、清洁和修补成本也很高。

因此，需要提供一种防止曝光光罩污染的装置及曝光装置。

需要说明的是，公开于该实用新型背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型提供一种防止曝光光罩污 染的装置及曝光装置，能够在线阻隔污染，大幅度降低光罩污染几率，从而减少光罩清洗频度并提高产能。

为了达到上述目的，在本申请的一个方面，提供一种防止曝光光罩污染的装置，所述防止曝光光罩污染的装置包括：

气体供给模块，设置在曝光光罩下方并且包括上层出风口和下层出风口，所述上层出风口和下层出风口形成包括上层等离子气流和下层压缩空气流的双层气幕，所述下层压缩空气流产生的剪切力带走大部分挥发物，所述上层等离子气流与进人其中的剩余的挥发物发生化学反应以将所述剩余的挥发物转变成非污染的小分子物质；

气体回收模块，与所述气体供给模块相对地设置，所述气体回收模块回收并排放所述气体供给模块形成的气流、大部分挥发物和非污染的小分子物质。

在一些实施例中，所述上层出气口和下层出气口是能够按需改变孔径的可调式出风口。

在一些实施例中，所述防止曝光光罩污染的装置还包括气流检测单元、气流调控单元和控制单元，所述气流检测单元和气流调控单元均连接至所述控制单元，所述气流检测单元检测所述等离子气流的流速和压缩空气流的流速并将检测到的流速发送给所述控制单元，所述气流调控单元在所述控制单元的控制下改变所述可调式出风口的孔径以调节所述等离子气流的流速和所述压缩空气流的流速。

在一些实施例中，所述防止曝光光罩污染的装置还包括用于检测挥发物的浓度的挥发物浓度检测单元，所述挥发物浓度检测单元连接至所述控制单元，所述控制单元根据检测到的挥发物的浓度来设定所述等离子气流的流速和所述压缩空气流的流速。

在一些实施例中，所述气体供给模块包括供气模块和气刀，所述供气模块用于向所述气刀提供等离子气体和压缩空气，所述上层出风口和下层出风口设置在所述气刀上。

在一些实施例中，所述上层出气口和下层出气口各包括一排出气孔，每排出气孔沿所述气刀的宽度方向均匀排列。

在一些实施例中，每个出气孔上安装有喷嘴。

在一些实施例中，所述防止曝光光罩污染的装置还包括支架，所述支架用于将所述气刀固定在曝光光罩的下方。

在一些实施例中，所述气刀的宽度大于或等于曝光场的尺寸。

在一些实施例中，所述支架上设置有导轨，所述导轨在控制单元的控制下调节所述气刀的位置。

在本申请的又一方面，还提供一种曝光装置，所述曝光装置包括前述一个方面中所述的防止曝光光罩污染的装置。

在一些实施例中，所述防止曝光光罩污染的装置安装在所述曝光装置的光罩的下方。

在一些实施例中，所述防止曝光光罩污染的装置与所述曝光装置集成。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所提出的一种防止曝光光罩污染的装置及曝光装置利用气刀(或风刀)在光罩下方形成双层气幕，下层是压缩空气，压缩空气所产生的合适的气体剪切力将大部分污染物带走；部分没被剪切力带走而穿过此气流层的污染物在到达光罩之前会与上层等离子气幕进行化学反应而转变为非污染的小分子物质，同时，下层压缩空气还起到了阻隔基板光阻层与等离子气体反应的作用，由此产生的双重保护以提前防止光罩受到污染。而且，本实用新型还根据在线光罩污染的频度和程度，智能地进行气流调控，形成大小合适的气体流速和气体剪切力保证挥发物的彻底消除，以大幅度降低光罩污染，减少清洗频度，从而提高产能并且降低光罩清洗与修补成本。因此，本实用新型可在线提前防止光罩污染，对污染进行在线阻隔，大大改善现有技术方案中光罩污染后再进行检查并清洗的后处理方式；同时，可大大节省现有方式中清洗和修补光罩的成本。

附图说明

通过说明书附图以及随后与说明书附图一起用于说明本实用新型某些原理的具体实施方式，本实用新型所具有的其它特征和优点将变得清楚或得以更为具体地阐明。

图1示出了根据本实用新型实施例的防止曝光光罩污染的装置的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型实施例的防止曝光光罩污染的装置中的气刀(或风刀)的结构示意图；

图3示出了根据本实用新型实施例的出气孔可采用的不同孔径的网格板示意图；

图4示出了防止曝光光罩污染的方法流程图；

图5示出了包括防止曝光光罩污染的方法的曝光流程图。

应当了解，说明书附图并不一定按比例地显示本实用新型的具体结构，并且在说明书附图中用于说明本实用新型某些原理的图示性特征也会采取略微简化的画法。本文所公开的本实用新型的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在说明书附图的多幅附图中，相同的附图标记表示本实用新型的相同或等同的部分。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

下面，结合附图对本实用新型的具体实施例进行描述。请参阅图1-5所示，本实用新型提供一种防止曝光光罩污染的装置和方法。

图1示出了根据本实用新型实施例的防止曝光光罩污染的装置的结构示意图。本实用新型所提出的防止曝光光罩污染的装置包括供气模块3、气刀4和气体回收模块7。所述供气模块3设置在曝光装置的一侧并与所述气刀4的进气端气体连通，所述供气模块3向所述气刀提供压缩空气和等离子气体。所述气体回收模块7设置在与供气模块3相对的一侧，(即，设置在曝光装置的另一侧)，用于及时回收并排放气刀4吹出的气体，以减少气体对曝光装置空间内其它领域气场的影响，避免引起静态灰尘飞扬。 所述供气模块3和气体回收模块7都连接厂务端口。

所述气刀4用于形成气流平行的双层气幕，上层气幕由等离子气体构成，下层气幕由压缩空气构成。优选地，所述气刀4可采用不锈钢或铝等金属材质制成，所述气刀4的宽度大于或等于曝光装置的曝光场的尺寸。在一些实施例中，所述供气模块3和所述气刀4可集成在气体供给模块中。

进一步，所述防止曝光光罩污染的装置还可包括气流检测单元5、气流调控单元6和控制系统(所述控制系统嵌入曝光机整机系统中，也可称为控制单元)，所述气流检测单元5和气流调控单元6均连接至所述控制单元。所述气流检测单元5用于检测双层气幕的气流流速并将所述等离子气流的流速和所述压缩空气流的流速发送给控制单元，在本实施例中，所述可根据实际生产中光罩污染的频度和程度来设定流速，流速的大小对应相应的剪切力大小。所述控制单元根据接收到的所述等离子气流和所述压缩空气流的流速发出指令给所述气流调控单元6，所述气流调控单元6用于根据控制单元的指令智能地调节气流的流速(即，下文所描述的“喷嘴的流量”)。优选地，气流检测单元5按照设定频度对所述等离子气流和所述压缩空气流的流速进行检测。在一些实施例中，所述防止曝光光罩污染的装置还可包括用于检测挥发物的浓度的挥发物浓度检测单元，所述挥发物浓度检测单元连接至所述控制单元，所述控制单元根据检测到的挥发物的浓度来设定所述等离子气流的流速和所述压缩空气流的流速。

在一些实施例中，所述防止曝光光罩污染的装置可安装在曝光装置的光罩与基板载台之间的任何位置，作为附属结构。在本实施例中，所述防止曝光光罩污染的装置安装在光罩下方，优选地，通过支架1将所述气刀4安装于所述光罩的下方，所述光罩位于曝光装置的光学系统下方。所述支架1上设置有导轨2，所述导轨2由控制单元控制，使得可按实际生产需求，在控制单元的控制下智能地调节所述气刀在所述光罩和载台之间的上下位置。

在另一些实施例中，所述防止曝光光罩污染的装置可与曝光装置集成，而且所述防止曝光光罩污染的装置的控制单元也可嵌入在所述曝光装置的控制单元内，智能地对气刀的气流进行检测和调节，与整个曝光装置一起 完成曝光制程。

图2示出了根据本实用新型实施例的防止曝光光罩污染的装置中的气刀(或风刀)4的结构示意图。所述气刀4包括上层进气口和下层进气口以及上层出气口和下层出气口，所述上层进气口和下层进气口分别连接至供气模块3，所述供气模块3分别向所述上层进气口和下层进气口提供等离子气体和压缩空气。

所述上层出气口和下层出气口各包括一排出气孔9，每个出气孔9上安装有喷嘴10。所述上层出气口和下层出气口的喷嘴分别同时喷出压缩空气流和等离子体气流，形成双层气幕。每排出气孔9(或喷嘴10)沿平行于光罩的方向(也即，气刀的宽度方向)均匀排列。优选地，两排出气孔9(或喷嘴10)彼此平行且对称地设置。所述等离子气体和压缩空气分别经各自的进气口进入气刀的高压腔，气流通过狭窄、细薄的喷嘴10的出口后在气刀的宽度方向就形成平行的两张均衡的气流薄片。

在本实施例中，所述气刀4采用不锈钢或铝等金属材质结构，所述气刀宽度大于或等于曝光装置的曝光场的尺寸，如图2所示，两层出气孔9均匀平行排列在气刀的宽度方向上，两层喷嘴10喷出的等离子气流和压缩空气流均与光罩平行，并能形成平稳均匀的双层气幕，其中下层压缩空气流产生的剪切力可带走大部分挥发物，而少量进入上层气体层中的挥发物分子会与上层等离子体发生碰撞、电离并裂解挥发物中的各种成分，使得这些挥发物经过这一系列的化学反应而转变成小分子的安全物质，例如水和二氧化碳等物质，使得防止光罩的污染有了双重保障。

具体而言，等离子体可以是不活泼气体(如氩气、氮气、氟化氮等)，也可以是活泼气体(如氧气、氢气或者是两种以上混合的气体等)被激发、电离而成，这些等离子体由原子、分子、原子团、离子、电子组成，这些等离子体遇到挥发的有机污染物时，能与之碰撞，发生一系列的化学反应，使污染物中的成分转变成小分子的非污染物质。在本实施例中，选择氮气来形成等离子体，所述氮气被轰击成电子e、氮离子N3-和自由基。通常曝光过程中所使用的光阻由树脂、感光剂和溶剂组成，往往这些有机溶剂最易挥发而污染光罩，溶剂的主要成分为多种丙烯酸酯和甲醚类物质，主 要是由碳、氢、氧构成的多种官能团物质，反应过程此较复杂。等离子体与这些挥发物反应的主要机理为：1、高能电子e直接作用于有机挥发气体，污染物受碰撞激发或离解：e+有机污染物→各种碎片分子；2、氮气是惰性气体，电离形成的氮离子N3-属于活性基团的高能激发态，碰撞时，可以使得有机挥发气体分子键断裂而得以降解。

在本实施例中，所述气流检测单元5和气流调控单元6与气刀4集成，然而，本实用新型不限于此，所述气流检测单元5和气流调控单元6可以不与气刀4集成，而是分离的。所述气刀4的喷嘴结构设计可以是任何合适的喷嘴设计。

图3示出了根据本实用新型实施例的出气孔可采用的不同孔径的网格板示意图。虽然图3中示出了用于出气孔9的可选的三种大小孔径的网格板，但本实用新型不限于此，出气孔9可具有更多其他不同孔径的网格流道设计，即，还可以其他孔径的网格板，其中不同孔径的网格板11对应于不同的档位。

当气流流速需要调节时，曝光装置可根据气流调控单元6的调控进行不同档位的更换，这样可防止气流改变时引起的剪切力不均匀，优选地，可单独控制每层气流的流速。当各气流层间速度不同时，流体间会出现相对运动，产生切向作用力，从而出现内摩擦粘滞效应，使得剪切力变小。但是，牛顿内摩擦力定律中，这个力与两层气体之间的速度梯度成正比 (Pa)(表示速度梯度，即与气流垂直方向上单位距离dy的速度变化率；μ表示动力粘度)，当两层流体间处于相对静止状态或以相同速度运动时，内摩擦力等于零，即没有粘滞效应，等离子和压缩空气体可以按照设定吹出的速度流动，以使压缩空气产生最大剪切力将污染物带走。同时，下层压缩空气还起到了阻隔基板光阻层与等离子气体反应的作用。

图4示出了防止曝光光罩污染的方法流程图。所述防止曝光光罩污染的方法开始于基板载入载台并使基板对位之后且在曝光开始之前，首先，由气体供给模块形成包括上层等离子气流和下层压缩空气流的双层气幕(步骤401)。具体而言，由供气模块3从厂务端向气刀4提供等离子气体 (等离子，即物质的第四态，由部分电子被剥夺后的原子以及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气态物质)和压缩空气，接着，气刀4持续平稳且均匀地吹送等离子气流和压缩空气流的双层气幕，所述气刀的两层喷嘴吹送的等离子气流和压缩空气流均与光罩平行，并能形成平稳均匀的双层气幕。利用所述下层压缩空气流产生的剪切力可带走大部分挥发物(步骤402)，而少量进入上层气体层中的挥发物分子会与上层等离子体发生碰撞、电离并裂解挥发物中的各种成分，使得这些挥发物经过这一系列的化学反应而转变成小分子的安全物质(步骤403)，例如水和二氧化碳等物质，使得防止光罩的污染有了双重保障。一个曝光场结束后，载台移至下一曝光场，这期间气刀不停止工作，直到一片基板曝光完成，气刀才停止吹气。当下一片基板送达载台开始曝光前，气刀再次开始工作来满足不断的量产需要。期间气体回收模块7一直开启，回收并排出气刀吹出的气体(步骤404)，以免该气流影响周围区域的静态气场，从而避免引起灰尘飞扬，污染产品。此外，气流检测单元5可按照设定频度对等离子气流的流速和压缩空气流的流速进行检测，并根据气流检测单元5的检测结果，按需调节等离子气流的流速和/或压缩空气流的流速。当检测结果不达标时，则需要调节气流的流速，此时，气流调控单元6可在控制单元的控制下智能地调节气流的流速，优选地，可单独地控制每层气流的流速，重复以上检测和调节步骤直到气流检测单元5检测的结果达标则不需要调节流速。

图5示出了包括防止曝光光罩污染的方法的曝光流程图。在该实施例中，所述防止曝光光罩污染的装置的控制单元被嵌入曝光装置的整机系统中，与整机控制系统一起共同完成基板的曝光过程。首先，将基板送人载台并完成基板对位，对防止曝光光罩污染的装置进行位置调节，在一些实施例中，是对气刀的位置进行调节，然后使气刀开始吹气并对气刀吹送的等离子气流和压缩空气流的流速进行检测，如果等离子气流和/或压缩空气流流速指标不合格则需通过气流调控单元进行相应调节，直至气流流速达标。在曝光开始后，载台移动并进行逐场曝光，期间气刀可按照预定设置自动开启和停止吹气以重复以上过程，待基板完成制程，送出基板。

上述实施例是用于例示性说明本实用新型的原理及其功效，但是本实用新型并不限于上述实施方式。本领域的技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，在权利要求保护范围内，对上述实施例进行修改。因此本实用新型的保护范围，应如本实用新型的权利要求书覆盖。