CN106249550B - 一种极紫外光学元件表面污染层厚度控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的极紫外光学元件表面污染层厚度控制方法及装置,在真空环境中,通过实时检测极紫外光学元件表面的污染层厚度,当污染层厚度达到预设的第一阈值,即超出允许的范围时对污染层进行清洗,控制污染层的厚度在允许的范围之内,不需要对极紫外光学元件所处环境进行切换,控制过程简单。
Description
技术领域
本发明涉及极紫外光刻技术领域,特别涉及一种极紫外光学元件表面污染层厚度控制方法及装置。
背景技术
采用波长13.5nm或6.xnm的EUVL(中文:极紫外光刻,英文:Extreme UltravioletLithography)光刻技术是未来实现10nm以下节点极大规模集成电路制造的主要技术之一,对于未来信息技术的发展具有十分重要的支撑作用。在EUVL中,只能使用多层膜反射镜来工作。典型的EUVL设备中包含多个反射镜,为了确保在曝光表面足够的曝光强度,对于多层膜的反射率提出了极高的要求,达到了近乎极限。然而,由于波长极短,EUV光子能量非常高,且必需在真空环境中传输使用,因此,用于EUVL光刻系统中的光学元件在制备、存贮、运输和曝光使用过程中,经常会面临各种颗粒物、碳及有机污染层的沉积。这些光学元件的表面污染将直接降低多层膜的反射率,对EUVL的反射、CD漂移、稳定性以及寿命等方面均具有巨大的影响。
在EUVL光刻系统中,导致光学元件表面持续污染积累的主要原因是曝光真空系统中的残余气体在EUV辐射下会通过一系列的反应在表面沉积成碳污染层或氧化层。目前,极紫外光学元件主要为基于Mo/Si材料的多层膜反射元件,为了防止极紫外光学元件表面的Si被氧化,通常在Si层上面沉积一层厚度为2.5nm的金属Ru保护层。由于Ru本身具有较强的耐氧化性,因此,如何在EUVL光刻系统中在线控制光学元件表面的碳污染层是当前面临的主要问题。
目前,对于EUVL系统中的光学元件表面污染的处理主要是采用离线的方法,并已逐渐发展了多种不同的方法,已取得了一些的效果。但是由于EUVL光刻系统光路的复杂性,采用离线的方法将带来时间、效率以及一些的不确定风险。
中国专利CN1639643B公开了一种利用测量光学元件表面产生的光电流随污染层厚度的变化来监控污染层厚度,据此通过调节相反作用的残余气体成分从而避免污染沉积和清洁光学元件上污染物的装置和方法。这种通过光电流来监控污染层厚度的方法受到极紫光曝光系统中影响光电流的复杂因素的影响,因此,该方法只能通过使样品表面环境在氧环境和碳环境之间来回切换的方式实现,此外,该专利文献中所采用残余气体调节方式也非常复杂,这使得其实用性受到极大的制约。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种极紫外光学元件表面污染层厚度控制方法及装置。
本发明的一个目的是提供一种极紫外光学元件表面污染层厚度控制方法,应用于真空环境中,所述方法包括:
获取极紫外光学元件表面的污染层厚度,其中,所述极紫外光学元件处于真空环境中;
当所述污染层厚度达到预设的第一阈值时向所述真空环境中输入含氧气体对所述污染层进行清洗直至所述污染层厚度低于所述第一阈值。
可选地,所述获取极紫外光学元件表面的污染层厚度具体包括:
利用单波长激光照射所述极紫外光学元件的表面获取所述污染层厚度。
可选地,所述当所述污染层厚度达到预设的第一阈值时使用含氧气体对所述污染层进行清洗直至所述污染层厚度低于所述第一阈值具体包括:
当所述污染层厚度达到第一阈值时采用第一流量的含氧气体对所述污染层进行清洗直至所述污染层厚度低于所述第一阈值。
可选地,所述方法还包括:
当所述污染层厚度达到第二阈值时采用第二流量的含氧气体对所述污染层进行清洗,其中,所述第二流量大于第一流量,所互第二阈值高于第一阈值;
当所述污染层厚度达到第三阈值时采用第三流量的含氧气体对所述污染层进行清洗,其中,所述第三流量大于所述第二流量,所述第三阈值高于所述第二阈值。
可选地,所述当所述污染层厚度达到第三阈值时采用第三流量的含氧气体对所述污染层进行清洗之后,所述方法还包括:
当所述污染层厚度由第三阈值降至第二阈值时采用第二流量的含氧气体对所述污染层进行清洗。
可选地,所述单波长激光为氦氖激光。
可选地,所述含氧气体为一氧化碳或一氧化氮。
可选地,所述第一阈值为dmax/3,所述第二阈值为dmax/2,所述第三阈值为2dmax/3,其中,所述dmax为污染层最大允许厚度。
本发明的另一个目的是提供一种极紫外光学元件表面污染层厚度控制装置,其特征在于,应用于如权利要求1至8中任一项所述的方法,所述装置包括:
真空容器,用于提供真空环境供极紫外光学元件检测清洗使用;
椭偏仪,用于实时测量所述极紫外光学元件表面的污染层厚度;
气体输入单元,与所述真空容器连通,用于向所述真空环境中输送含氧气体;
残余气体分析单元,用于分析所述真空容器中残余气体含量进行分析并生成分析结果;
控制器,用于根据所述生成结果及所述污染层厚度控制所述气体输入装置向所述真空容器中含氧气体的输入量;
当所述椭偏仪检测到所述污染层厚度到达第一阈值时所述控制器控制所述气体输入装置向所述真空容器中输入含氧气体以使得所述污染层厚度低于所述第一阈值。
可选地,所述装置还包括:
真空泵,与所述控制器电连接,用于抽取所述真空容器中空气维持真空状态。
从以上技术方案可以看出,本发明实施例具有以下优点:
在真空环境中,通过实时检测极紫外光学元件表面的污染层厚度,当污染层厚度达到预设的第一阈值,即超出允许的范围时对污染层进行清洗,控制污染层的厚度在允许的范围之内,不需要对极紫外光学元件所处环境进行切换,控制过程简单。
附图说明
图1是本发明的极紫外光学元件表面污染层厚度控制方法的一种实施例的流程图;
图2是本发明的极紫外光学元件表面污染层厚度控制装置的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
结合图1所示,本发明提供了一种极紫外光学元件表面污染层厚度控制方法,所述方法包括:
S101、获取极紫外光学元件表面的污染层厚度,其中,所述极紫外光学元件处于真空环境中;
S102、当所述污染层厚度达到预设的第一阈值时向所述真空环境中输入含氧气体对所述污染层进行清洗直至所述污染层厚度低于所述第一阈值。
在真空环境中,通过实时检测极紫外光学元件表面的污染层厚度,当污染层厚度达到预设的第一阈值,即超出允许的范围时对污染层进行清洗,控制污染层的厚度在允许的范围之内,不需要对极紫外光学元件所处环境进行切换,控制过程简单。
本发明提供了极紫外光学元件表面污染层厚度控制方法的另一种实施例,所述方法包括:
利用单波长激光照射所述极紫外光学元件的表面获取所述污染层厚度。
当所述污染层厚度达到第一阈值时采用第一流量的含氧气体对所述污染层进行清洗直至所述污染层厚度低于所述第一阈值。
当所述污染层厚度达到第二阈值时采用第二流量的含氧气体对所述污染层进行清洗,其中,所述第二流量大于第一流量,所述第二阈值高于第一阈值;
当所述污染层厚度达到第三阈值时采用第三流量的含氧气体对所述污染层进行清洗,其中,所述第三流量大于所述第二流量,所述第三阈值高于所述第二阈值。
当所述污染层厚度由第三阈值降至第二阈值时采用第二流量的含氧气体对所述污染层进行清洗。
需要说明的是,污染层厚度不同会对应不同的椭偏参量Tan(ψ)和Cos(Δ),这里也可以根据椭偏参量Tan(ψ)和Cos(Δ)进行参考作为参考阈值,即当椭偏参量Tan(ψ)和Cos(Δ)测量值达到预设数值时候可以进行对应操作,下面进行简单介绍。
建立椭偏测量参量阈值,定义允许的极紫外光学元件表面污染层最大厚度为dmax,根据所建立的椭偏反演模型,当光学元件表面碳污染层厚度为0时,设激光波长对应的椭偏参量Tan(ψ)和Cos(Δ)测量值分别为T0和C0;当光学元件表面碳污染层达到dmax值的1/3时,激光波长对应的椭偏参量Tan(ψ)和Cos(Δ)测量值分别变为T1和C1,将T1和C1值设为第一阈值;当光学元件表面碳污染层达到dmax值的1/2时,激光波长对应的椭偏参量Tan(ψ)和Cos(Δ)测量值分别变为T2和C2,将T2和C2值设为第二阈值。当光学元件表面碳污染层达到dmax值的2/3时,激光波长对应的椭偏参量Tan(ψ)和Cos(Δ)测量值分别变为T2和C2,则将T3和C3值作为第三阈值。
对于通过往曝光系统中通入定量的含氧气体清洗极紫外光学元件表面污染层,将其厚度控制在允许的范围内的过程加以介绍,具体可以包括:
利用利用残余气体分析仪对极紫外光系统中残余气体含量进行监控,分析残余气体中C和O含量的比例。
当椭偏测量参量Tan(ψ)或Cos(Δ)达到第二阈值T2或C2值时,开始往EUVL真空环境中通入NO气体,流量为2-5sccm,并监控残余气体含量和系统真空度的变化。
当椭偏测量参量Tan(ψ)或Cos(Δ)继续增加达到第三阈值T3或C3值,而残余气体O含量没有显著增加时,增大NO气体的流量到5-10sccm之间,直到椭偏测量参量Tan(ψ)和Cos(Δ)均下降到第三阈值T2和C2值以下,之后将NO气体的流量降低到2-5sccm之间。
当椭偏测量参量Tan(ψ)或Cos(Δ)均下降到小于第一阈值T1和C1,停止通入NO气体。
可以重复进行清洗操作,确保极紫外光学元件表面污染层厚度控制在允许的范围内。
为了避免测试环境中杂散光对椭偏信号的影响,将采用单波长激光作为椭偏测试的光源,单波长激光光源,优选氦氖激光,氦氖激光的波长为632.8nm,选取最佳的入射角度,可以提高椭偏测量的效率
测量极紫外光学元件表面污染层厚度可以采用椭偏测量方法,具体可以为氦氖激光经过线性起偏器之后转变为线偏光,之后经过相位补偿器变成椭圆偏振光,之后入射到极紫外光学元件表面,被光学元件表面反射进入到椭偏仪探测模块中的旋转检偏器,之后通过检偏器的光传播入射到光电探测器中,由光电探测器转换为电信号,再经过信号滤波和放大等处理形成光强信号,传到控制计算机软件中。通过比较不同波长时检偏器旋转角度为正交时的光强信号,可以获得不同波长时的椭偏仪测量参量Tan(ψ)和Cos(Δ)。
确定基于椭偏测量参量Tan(ψ)和Cos(Δ)阈值的含氧气体调节标准,包括:
采用椭偏方法对表面没有沉积污染层的极紫外光学元件进行椭偏测量,由测量得到的椭偏参量Tan(ψ)和Cos(Δ)随波长的变化结果,并通过将整个光学元件作为一个空白基底进行反演,由此获得光学元件作为“空白基底”对应的伪介电系数。
在相同EUVL曝光参数条件下,采用极紫外光学元件或Si片等作为光学基底,沉积一层表面污染层,利用椭偏方法进行精确表征,获得光学元件表面污染层的准确光学常数。
将包含表面污染层在内的极紫外光学元件建立为三层或四层的椭偏反演模型。其中三层模型包括由标准Mo/Si多层膜组成的伪空白基底层、碳污染层、及空气层;四层模型则包括由标准Mo/Si多层膜组成的伪空白基底层、由Ru或TiO2组成的保护层、碳污染层、及空气层。
可选地,所述单波长激光可以为氦氖激光,本领域普通技术人员应当了解,具体不做限定。
可选地,所述含氧气体为一氧化碳或一氧化氮,因为一氧化碳或一氧化氮的氧化活性要小于氧气,含氧气体通入量不会对真空容器中真空度形成显著影响。
可选地,所述第一阈值为dmax/3,所述第二阈值为dmax/2,所述第三阈值为2dmax/3,其中,所述dmax为污染层最大允许厚度。
结合图2所示,本发明提供的一种极紫外光学元件表面污染层厚度控制装置,应用于极紫外光学元件表面污染层厚度控制方法,所述装置包括:
真空容器1,用于提供真空环境供极紫外光学元件检测清洗使用;
椭偏仪,用于实时测量所述极紫外光学元件表面的污染层厚度;
气体输入单元4,与所述真空容器连通,用于向所述真空环境中输送含氧气体;
残余气体分析单元6,用于分析所述真空容器中残余气体含量进行分析并生成分析结果;
控制器(图中未示出),用于根据所述生成结果及所述污染层厚度控制所述气体输入装置向所述真空容器中含氧气体的输入量;
当所述椭偏仪检测到所述所述污染层厚度到达第一阈值时所述控制器控制所述气体输入装置向所述真空容器中输入含氧气体以使得所述污染层厚度低于所述第一阈值。
真空容器1还具有极紫光曝光功能,用于对光学元件进行曝光。
气体输入单元4包括电控气体流量计,用于精细调节含氧气体进入真空容器的流量。
椭偏仪包括椭偏仪入射模块71和椭偏仪探测模块72。其中椭偏仪入射模块71沿探测光传播方向分别包含单波长激光光源,线性起偏器,相位补偿器;椭偏仪探测模块72沿探测光传播方向分别包含旋转检偏器、光电探测器及其信号滤波放大处理电路。
残余气体分析单元6对真空容器中的残余气体含量进行分析,并统计残余气体中C和O元素的含量,将残余气氛中C和O元素的含量比例作为调节含氧气体通入流量控制的辅助参考。
可选地,所述装置还包括:
真空泵5,与所述控制器电连接,用于抽取所述真空容器中空气维持真空状态。
真空泵5包括无油机械泵和分子泵,利用无油机械泵和分子泵将整个装置的真空度控制10-8pa以下,根据控制器通过电控气体流量计控制通入真空容器中的含氧气体流量在0-20sccm之间精确变化,含氧气体优选NO或者CO,因为这些气体的氧化活性要小于O2,并且其通入量不会对系统总真空度形成显著影响。残余气体分析单元6对真空容器中的残余气体含量进行分析,并通过统计比较残余气氛中C和O元素的含量比例,作为调节控制含氧气体流量的辅助参考。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统,装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的一种极紫外光学元件表面污染层厚度控制方法及装置进行了详细介绍,对于本领域的一般技术人员,依据本发明实施例的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种极紫外光学元件表面污染层厚度控制方法,其特征在于,应用于真空环境中,所述方法包括:
获取极紫外光学元件表面的污染层厚度,其中,所述极紫外光学元件处于真空环境中;
当所述污染层厚度达到预设的第一阈值时向所述真空环境中输入含氧气体对所述污染层进行清洗直至所述污染层厚度低于所述第一阈值;
当所述污染层厚度达到第一阈值时采用第一流量的含氧气体对所述污染层进行清洗直至所述污染层厚度低于所述第一阈值;
当所述污染层厚度达到第二阈值时采用第二流量的含氧气体对所述污染层进行清洗,其中,所述第二流量大于第一流量,所述第二阈值高于第一阈值;
当所述污染层厚度达到第三阈值时采用第三流量的含氧气体对所述污染层进行清洗,其中,所述第三流量大于所述第二流量,所述第三阈值高于所述第二阈值;
当所述污染层厚度由第三阈值降至第二阈值时采用第二流量的含氧气体对所述污染层进行清洗。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获取极紫外光学元件表面的污染层厚度具体包括:
利用单波长激光照射所述极紫外光学元件的表面获取所述污染层厚度。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述单波长激光为氦氖激光。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述含氧气体为一氧化碳或一氧化氮。
5.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述第一阈值为dmax/3,所述第二阈值为dmax/2,所述第三阈值为2dmax/3,其中,所述dmax为污染层最大允许厚度。
6.一种极紫外光学元件表面污染层厚度控制装置,其特征在于,应用于如权利要求1至5中任一项所述的方法,所述装置包括:
真空容器,用于提供真空环境供极紫外光学元件检测清洗使用;
椭偏仪,用于实时测量所述极紫外光学元件表面的污染层厚度;
气体输入单元,与所述真空容器连通,用于向所述真空环境中输送含氧气体;
残余气体分析单元,用于分析所述真空容器中残余气体含量进行分析并生成分析结果;
控制器,用于根据所述生成结果及所述污染层厚度控制所述气体输入装置向所述真空容器中含氧气体的输入量;
当所述椭偏仪检测到所述污染层厚度到达第一阈值时所述控制器控制所述气体输入装置向所述真空容器中输入含氧气体以使得所述污染层厚度低于所述第一阈值。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述装置还包括:
真空泵,与所述控制器电连接,用于抽取所述真空容器中空气维持真空状态。
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