CN101779166A - 用于微影曝光工具的碳氢化合物收集器 - Google Patents
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Abstract
本发明系于曝光工具中的光学元件的碳污染可藉由加入碳氢化合物收集器而最小化。实施例包含超紫外线(extreme ultraviolet，EUV)微影工具，该微影工具设有包含基板(10、11)与高能量源(诸如，电子枪或独立EUV源)之至少一个碳氢化合物收集器，该高能量源放置以集中具有足够能量的能量束于基板(10、11)上，以破坏重碳氢化合物且形成碳。实施例亦包含曝光工具，该曝光工具备有包括能量源的碳氢化合物收集器，该能量源放置以照射能量束于石英晶体厚度监视器(10、11)、残余气体分析器及控制器上，以控制电子流且将该系统中碳氢化合物的量维持在预定的低程度。
Description
技术领域
本发明系关于有效制造具有精确超细(accurate ultrafine)之设计特征的半导体装置。本发明特别地适用于藉由最小化停工时间(downtime)而有效使用的微影曝光装置(诸如，超紫外线(extreme ultraviolet，EUV)微影装置)。
背景技术
半导体装置特征的尺寸不断地挑战习知制造能力的深度亚微米(sub-micron)范围。当关键尺寸缩小时，想要以具有高制造生产量的有效率方法达成高尺寸准确度变得更加困难。最小的特征尺寸系取决于特定微影系统的化学与光学的限制以及失真的公差(tolerance)。除了习知微影技术的限制外，当尺寸缩小且内存容量增加时，制造成本增加，因此需要针对工具的有效使用以及高制造生产量的处理来发展。于今日竞争的市场中，至少需要70％的产量才能获利。
近来有提出使用较短波长辐射(例如，大约3至20nm)的方法。这种辐射通常称为EUV或软性X射线。来源包括，例如，雷射产生(laser-produced)的电浆源、放电电浆源或来自电子储存环(electronstorage rings)的同步(synchrotron)幅射。然而，此等EUV微影曝光工具一直是有问题的。主要关切的问题是由于来自真空大气的剩余气体而造成反射光元件于操作期间的污染。
用于软性X射线至EUV波长范围的光反射元件，例如，光罩或多层镜，需要使用于半导体元件的EUV微影中。典型的EUV微影曝光装置具有八个或更多个光反射元件。为了达成工作辐射足够的整体强度，该等镜必须具有最高的反射率，因为整体强度与该等个别镜的反射率的乘积成比例。这些高反射率应该藉由反射光学元件在整个使用寿命中(若可能)保持。此外，反射光学元件的整个表面的反射率的均匀性必须在整个使用寿命中保持。这些反射光学元件的反射率及使用寿命因为以碳沉积形式的表面污染以及在曝光至操作波长期间的表面氧化而特别地损坏。
反射光学元件于操作期间被真空大气中的剩余气体所污染。污染的机制包括于反射光学元件的表面上吸附剩余气体。经吸收的气体通过光电子的发射而被高能光子辐射所破坏。当碳氢化合物出现于该剩余气体大气中时，会因此形成碳层，其每增加1nm的厚度会降低反射光学元件的反射率大约1％。于大约10-9mbar的碳氢化合物的局部压力，大约20小时后1nm厚度的层将被形成。投影光学元件寿命(projectionoptics lifetime)之商业规格为每一表面的反射率损失要少于1％。于石墨形态中15埃厚的碳薄膜将会降低EUV光学元件的反射率约2％。因此，举例而言，每反射光学元件有1％反射率损失的EUV微影装置不再符合必要的生产速度，此污染层必须藉由通常要花费5小时的清理程序来移除，因而降低制造生产量。此外，此清理有可能因为粗糙化或氧化而损坏反射光学元件的表面，因而不能回复到初始的反射率。
对于碳沉积问题的习知作法也包括包含沉积于玻璃基板上的多层各种基本组合之EUV成像光学元件的使用。因为当暴露于空气时比起钼(molybdenum)对氧化反应较不敏感，硅过去曾被选择用于最终覆盖层。然而，硅对于藉由水蒸气的快速EUV诱发氧化很敏感。钌(ruthenium，Ru)有希望作为一种替代的覆盖层，因为其对于辐射诱发氧化作用较不敏感。然而，钌覆盖(Ru-capped)的多层对碳沉积很敏感。为了确保最大的EUV曝光，于操作期间尽可能保持EUV光学元件的干净是必要的。
因此，存在一种对于能于使用期间减少反射元件上的碳污染之微影曝光工具之需求，特别是EUV微影曝光工具。也存在一种能精密控制该碳氢化合物程度的方法的需求，以致于其高到足以避免脆弱的多层反射层氧化，但由于EUV辐射对碳氢化合物之破坏，也低到足以避免在光学元件上形成碳。
发明内容
本发明之优点为一种于使用期间减少光学元件上之碳沉积之微影曝光装置。
本发明之另一优点为一种能维持碳氢化合物程度以避免于反射光学元件上不利氧化或不利碳沉积之EUV微影曝光工具。
本发明之再一优点为一种减少EUV装置的反射光学元件上的碳沉积的方法。
本发明之另一优点为一种控制EUV微影曝光装置中的碳氢化合物数量至足以避免氧化与最小化反射光学元件上碳沉积之程度的方法。
本发明的附加优点与其它特征将于随后的说明书中提出，且部分地对于技术领域中具有通常知识者在检阅下列说明后将变得明显或可经由本发明的实施中学习而得。本发明的优点可如附加之申请专利范围中特别指出者而实现及获得。
根据本发明，前述及其它优点可藉由包含碳氢化合物收集器(getter的微影曝光装置来部分达成。
本发明之另一优点为一种超紫外线(EUV)微影曝光装置，包括：主要EUV源；反射光学元件，用于软性X射线或EUV波长辐射范围；以及碳氢化合物收集器，其包括基板与放置以集中能源光束至基板之电子枪或独立EUV源。
本发明之再一优点为一种减少微影曝光装置中碳沉积的方法，该方法包括将碳氢化合物收集器并入微影曝光装置中。
本发明之实施例包含包括习知主要EUV源以及至少一个碳氢化合物收集器之EUV微影曝光装置，该碳氢化合物收集器包括基板与放置以集中能源束至基板的高能量源，该能量束具有足够的强度，例如，强度至少与主要EUV源所发射之能量束一样大，以破坏系统中的碳氢化合物。适当的高能量源包括电子枪与独立EUV源。适当的基板包含玻璃、金属(诸如，钌)、金属覆盖之玻璃以及石英晶体厚度监视器。本发明之实施例包含EUV微影曝光工具，该EUV微影曝光工具包括于装置中用以确定碳氢化合物程度的残余气体分析器以及用以控制电子束电流之控制器，以对沉积于石英晶体厚度监视器上之碳的测量厚度做反应，以将碳氢化合物的量控制在足够避免氧化与反射光学元件的不利碳污染之预定低的程度。
本发明的附加优点藉由以下实施方式对于技术领域中具有通常知识者将变得非常明显，其中简单地透过说明最佳模式而描述本发明之实施例以实现本发明。具体实施时，在不脱离本发明的范畴下，本发明能有其它且不同的实施例，且其许多的细节可修改成各种明显态样。因此，图式与说明书在本质上应被视为例示性，而非限制性。
附图说明
图1根据本发明之实施例电子束碳氢化合物收集器。
图2根据本发明之实施例图标说明使用电子束碳氢化合物收集器以最小化反射光元件上的碳沉积。
图3图示说明于EUV微影曝光工具中控制碳氢化合物程度的本发明之实施例。
具体实施方式
本发明藉由最小化与控制反射光学元件的碳沉积以及避免反射光学元件的氧化而能解决随着微影曝光工具(例如，操作于极短的波长(例如，软性X射线与EUV波长范围辐射)的微影曝光工具)的使用所带来的问题，因而减少停工时间且增加制造生产量。
本发明的实施例包含小心地控制EUV微影曝光工具中重碳氢化合物的分压，诸如，大约10-9mbar至大约10-7mbar的程度，使得其压力高到可以防止反射光学涂膜(coating)的氧化但低到可避免其上碳薄膜的快速形成。碳污染是由碳氢化合物受到来自曝光工具的主要EUV源之EUV辐射所破坏而造成。
本发明之实施例包含于习知微影曝光工具(诸如，习知EUV微影曝光工具)中放置碳氢化合物收集器。本发明之实施例包含具有至少一个碳氢化合物收集器之微影曝光工具，该碳氢化合物收集器包括基板以及用以照射具有能量的束之高能量源，该能量足以破坏碳氢化合物且于基板上形成碳薄膜。使用于本发明之实施例的适当能量源能产生具有至少与藉由曝光工具的主要EUV源(诸如，独立EUV源或电子枪，例如，操作于1至2kV的电子枪)所产生一样大的强度的能量束。根据本发明之实施例使用于碳氢化合物收集器中的适当基板包含可具有或不具有金属涂层(例如，钌涂层、薄板与金属基板)的玻璃、石英、石英晶体厚度监视器。藉由使用根据本发明之实施例之收集器来清除碳氢化合物，能显著地减少可破坏碳且形成沉积物于反射光学元件上的碳氢化合物的量。
本发明之实施例也包含具有碳氢化合物收集器的EUV微影曝光工具，该碳氢化合物收集器包括电子枪与石英晶体厚度监视器或是金属(例如钌)覆盖于石英晶体厚度监视器的表面上。于此工具中，结合一种残余气体分析器用以确定系统中碳氢化合物的量，且提供一种控制器。反应于沉积在石英晶体厚度监视器上碳的比率，控制器控制电子束电流使得系统中由残余气体分析器所确定的碳氢化合物的量被维持在预定低但有限的程度，例如，约10-9mbar至约10-7mbar的分压。因此，碳氢化合物的量被维持在一程度足以防止脆弱的反射光学元件的氧化，但低到足以防止碳涂层快速地形成于其上，因此显著地减少停工时间且增加制造生产量。
根据本发明之实施例的碳氢化合物收集器系示意地图示于图1且包括操作于1至2kV的电子枪。该电子枪放置以将电子直接地照射于基板(诸如，包括具有约2nm至200nm的厚度的钌层沉积于其上之玻璃基板10，)的表面上。系统中的碳氢化合物(HxCy)，特别是于基板附近之重碳氢化合物，例如，具有44至200原子质量单位(atomic mass unit，AMU)的质量，被来自电子枪的电子所破坏，因此于基板上形成碳薄膜。被破坏成为碳且沉积于基板上的碳氢化合物无法藉由透过微影曝光工具的主要EUV源产生的EUV辐射来破坏，以于反射光学元件上沉积碳。
于图2中，图绘描述包括有EUV辐射照射于其上之EUV光学元件的EUV微影曝光工具的内部。如图1所描述，两个电子束碳氢化合物收集器，被放置在够接近该EUV光学元件处，使得碳会优先地沉积于收集器的基板上，因此显著地减少EUV光学元件上的碳沉积。于本发明之实施例中，碳氢化合物收集器可被放置于距离EUV光学元件约1cm至约10cm之处。
于本发明之另一实施例，如图绘描述于图3中提供一种具有碳氢化合物收集器之EUV微影曝光工具，该碳氢化合物收集器包括放置以于基板上照射电子之电子枪，该基板包括于石英晶体厚度监视器31上视需要的钌涂层30，其厚度约2nm至约200nm。于钌涂层上的碳沉积比率系由石英晶体厚度监视器记录。控制器监视碳沉积比率并控制电子束电流使得系统中碳氢化合物的程度维持在可藉由残余气体分析器(为描述方便并未图示)测量之预定低程度。通常，碳氢化合物的程度维持于约10-9mbar至约10-7mbar的分压，其高到足以防止脆弱的光学元件氧化，但低到足以最小化沉积于其上的碳，因此延长了工具的使用寿命以及避免为了清理而频繁的停工。
根据本发明之实施例，于EUV光学元件上之EUV诱发的碳沉积被最小化且透过采用碳氢化合物收集器而被控制。只要所产生之二次电子的数量相似，于EUV光学元件的表面处之辐射诱发化学现象被认为质量上是相同的，不管伴随的辐射为EUV光子或1至2keV电子。例如，于2keV束能量之5μA/mm2的入射电子电流密度已被显示成产生～5μA/mm2的二次电子。当EUV光学元件以～10mW/mm2的功率密度暴露于13.4nm辐射下时，这会与所观察到的二次光电发射(photoemission)电流大约相同。～10mW/mm2的功率密度是位于将会出现于商业EUVL曝光工具中的功率密度的范围的上端(high end)。因此，根据本发明之实施例的碳氢化合物收集器的使用模仿被EUV光子破坏的碳氢化合物，减少可沉积于该EUV工具的脆弱光学元件上的碳氢化合物的量。因此，根据本发明之实施例的碳氢化合物收集器包含能产生束的能量源，该束具有足够的能量以破坏重碳氢化合物用以沉积碳，诸如，1至2KeV的能量或至少～10mW/mm2的功率密度。
本发明能有效使用微影曝光装置，特别是EUV微影曝光装置，藉由提供收集器以清除碳氢化合物，因此防止过量的碳沉积于光学元件上。本发明之实施例能使EUV微影曝光工具于需要有原地(in-situ)清理之前使用一段较长的时间，因此延长光学元件的使用寿命以及增加制造生产量。本发明之实施例能将EUV微影曝光工具中的碳氢化合物的量控制在足以防止反射光学元件的氧化以及足以最小化其上的碳沉积之程度。
本发明能以具有高制造生产量与高收益的有效方式制造半导体芯片，该半导体芯片包括于深度亚微型范围中具有精确地形成之特征之装置。本发明在制造半导体芯片上享有产业利用性，该半导体芯片包括各种类型之半导体装置，包含半导体内存装置，诸如，可抹除、可程序化、只读存储器(EEPROM)，以及快闪可抹除程序化只读存储器(FEPROM)。
于前面的说明中，本发明参考其特定示范实施例来描述。然而，很明显的在不脱离本发明于申请专利范围所提出的精神与范畴下可被实施不同的修正与改变。因此，应认为本说明书与图式仅作为描述而不作限制。应了解本发明可能使用其它不同的组合与实施例，且有可能于本文所述之发明概念的范畴内作任何的改变与修正。
Claims (10)
1.一种微影曝光装置，包括碳氢化合物收集器。
2.如权利要求1所述的装置，该装置为一种超紫外光微影曝光装置，包括主要超紫外光源与至少一个用于软性X射线或超紫外光波长范围辐射的反射光学元件，其中，该碳氢化合物收集器包括基板(10、11)与高能量源，该高能量源被定位从而引导具有足够能量的能量束以在基板(10、11)上破坏碳氢化合物且形成碳。
3.如权利要求2所述的装置，其中：
该能量源为电子枪或独立超紫外光源；以及
该基板(10、11)包括玻璃或钌涂覆的玻璃。
4.如权利要求3所述的装置，包括至少一个碳氢化合物收集器，放置于靠近该反射光学元件处，用以减少其上的碳沉积。
5.如权利要求2所述的装置，其中，该基板(10、11)包括石英晶体厚度监视器，该装置进一步包括：
残余气体分析器，用于决定在该装置中该碳氢化合物的程度；
以及
控制器，用于控制该电子束电流，以将该系统中的该碳氢化合物的量维持于预定的低程度。
6.一种减少微影曝光装置的反射元件上的碳沉积的方法，该方法包括在该微影曝光装置中加入碳氢化合物收集器，
控制器，用于控制该电子束电流，以将该系统中的该碳氢化合物的量维持于预定的低程度。
7.如权利要求6所述的方法，其中：
该微影曝光装置包括主要超紫外光源以及至少一个用于软性X射线或超紫外光波长辐射范围的反射光学元件；以及
该碳氢化合物收集器包括基板(10、11)以及定位以对该基板(10、11)照射能量束的高能量源，
进一步包括：
残余气体分析器，用于确定在该装置中该碳氢化合物的程度；
以及
控制器，用于控制该电子束电流，以将该系统中的该碳氢化合物的量维持于预定的低程度，
该能量源包括电子枪或独立超紫外光源。
8.如权利要求7所述的方法，包括：
放置至少一个能量源在足够靠近该超紫外光反射光学元件处，以减少其上的碳沉积。
9.如权利要求8所述的方法，其中，该能量源包括电子枪或独立超紫外光源。
10.如权利要求9所述的方法，其中，该基板(10、11)包括石英晶体厚度监视器，该方法进一步包括：
确定该装置中的该碳氢化合物的量；
测量沉积于该基板上的碳的厚度；以及
控制该能量束的强度以响应所测量的沉积的该碳的厚度，以将该装置中该碳氢化合物的量维持在预定的低程度。
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