ITMI20080282A1 - Apparato per litografia con radiazione nell'uv estremo con un elemento assorbitore di idrocarburi comprendente un materiale getter - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un apparato per litografia con radiazione neirUV estremo con un elemento assorbitore di idrocarburi comprendente un materiale getter.

La litografia è la tecnica impiegata nella produzione di circuiti integrati per definire la geometria delle parti che compongono i circuiti stessi; la tecnica è impiegata anche in altre produzioni simili, come quella dei sistemi micromeccanici (noti nel settore come MEMS); per illustrare l’invenzione, nel testo si farà riferimento alla produzione di circuiti integrati (noti come Ics, dal’inglese Integrated Circuits), ma l’invenzione trova applicazione in tutte le produzioni che impiegano la tecnica litografica.

Nella produzione di Ics, su una fetta di un materiale di supporto, tipicamente silicio o altri semiconduttori, viene posizionata o formata a partire da precursori liquidi una pellicola di un materiale polimerico, che ha la caratteristica di poter cambiare il suo comportamento chimico (per esempio, la sua solubilità in un dato solvente) in seguito all’esposizione a radiazione di una determinata lunghezza d’onda. Illuminando selettivamente con l’appropriata radiazione solo parti della pellicola polimerica, questa viene sensibilizzata localmente in modo da renderla successivamente attaccabile da un solvente (è possibile anche la situazione inversa, cioè che la pellicola sia di per sè attaccabile dal solvente e il trattamento con la radiazione la renda invece resistente allo stesso). Dopo il trattamento di illuminazione selettiva, le parti rese sensibili all’attacco chimico del solvente (o rimaste tali) vengono rimosse con un trattamento con quest’ultimo, esponendo solo le parti desiderate della superficie supporto; su queste parti è poi possibile formare depositi localizzati di materiali con caratteristiche desiderate, come per esempio materiali conduttori o isolanti, con tecniche come la deposizione fisica da vapore (o PVD, dall’inglese Physical Vapor Deposition, tecnica più comunemente nota nel settore come “sputtering”), la deposizione chimica da vapore o CVD, dall’inglese Chemical Vapor Deposition), l’epitassia con raggi molecolari (o MBE, dall’inglese Molecular Beam Epitaxy) o simili; in alternativa, le parti esposte di superficie del supporto possono essere sottoposte a trattamenti di erosione per formare ecessi di geometria opportuna nella superficie del supporto stesso, per esempio con attacchi chimici. Alternando cicli successivi di posizionamento o deposizione della pellicola polimerica, rimozione selettiva di sue parti, e deposizione di “tracce” di materiali desiderati sulle parti esposte del supporto o erosioni delle stesse, si producono alla fine le strutture desiderate dei circuiti integrati.

Per motivi di economicità di produzione, e per seguire le richieste di mercato di prodotti elettronici sempre più compatti, le dimensioni tipiche delle parti che compongono i circuiti integrati subiscono una costante riduzione nel tempo; attualmente e dimensioni più piccole di parti di ICs che vengono formate con le tecniche itografiche sono di circa 100 nanometri (nm), ma è già in fase di sviluppo la transizione alla prossima generazione di ICs, in cui le dimensioni più piccole delle parti degli ICs saranno nell’intorno di 30 nm.

Per poter definire geometrie e strutture sempre più piccole, è necessario impiegare nelle operazioni litografiche radiazioni di lunghezza d’onda sempre inferiore, paragonabile con quella delle geometrie stesse. I maggiori produttori di ICs hanno definito il nuovo standard di lunghezza d’onda da usare nella produzione degli ICs di prossima generazione, che è nell’intorno di 13,5 nm. Questo valore cade nella zona delle radiazioni UV di lunghezza lunghezza d’onda inferiore, definita nel settore come UV estremo (o EUV); la litografia che impiega queste radiazioni è di conseguenza nota nel settore con la definizione inglese “Extreme UV Lithography”, o con la sua abbreviazione EUVL.

Le tecniche litografiche in uso fino ad oggi impiegavano lunghezze d’onda a cui alcuni gas, liquidi o solidi erano trasparenti; era quindi possibile, scegliendo opportunamente i materiali che formavano il sistema litografico, avere che il cammino ottico della radiazione UV dalla sorgente alla pellicola polimerica avvenisse in un mezzo gassoso (per esempio, aria purificata) e che la deviazione e focalizzazione della radiazione avvenisse per rifrazione attraverso opportune lenti. Con la EUVL ciò non è più possibile, perchè le lunghezza d’onda EUV sono assorbite quasi completamente da tutti i materiali. Di conseguenza, nella EUVL il cammino ottico della radiazione può essere definito solo all’interno di camere evacuate e con l’impiego di elementi riflettenti (specchi, monocromatori, ...).

Gli apparati EUVL attualmente in sviluppo sono costituiti da varie camere principali, collegate tra loro solo tramite piccole aperture per il passaggio della radiazione da una camera all’altra. Di norma, la sorgente della radiazione EUV (generalmente un plasma prodotto da un laser o da una scarica elettrica) e un collettore che raccoglie una porzione della radiazione emessa dalla sorgente e la dirige lungo una direzione preferenziale sono disposti in una prima camera; in una camera intermedia sono disposti una parte degli elementi di focalizzazione ed indirizzamento del fascio in uscita dalla prima camera (per esempio, un monocromatore ed un sistema di elementi riflettenti per indirizzare la radiazione dal monocromatore); infine, in un’ultima camera, nel seguito definita “camera di processo”, sono presenti gli ultimi elementi riflettenti per la focalizzazione della radiazione sul supporto in materiale semiconduttore che porta la pellicola polimerica da trattare con la radiazione, e un portacampioni su cui è fissato detto supporto, in grado di muoversi liberamente e in modo controllato nel piano perpendicolare alla direzione di incidenza della radiazione (portacampioni noti come “tavoli X-Y”). All’apparato sono collegati sistemi di pompaggio, per mantenere l’intemo dello stesso al richiesto grado di vuoto, costituiti generalmente da pompe turbomolecolari o criogeniche. Il grado richiesto di vuoto è differente nelle diverse camere, ed è meno stringente nella prima camera fino ad arrivare alla richiesta di valori residui di pressione inferiori a IO<'7>Pa nella camera di processo. Un esempio di apparato EUVL è riportato nella domanda di brevetto US 2006/0175558 Al, a cui si rimanda per un’esposizione più di dettaglio delle varie parti di un simile apparato e delle loro funzioni.

Un problema che si incontra negli apparati EUVL è la presenza di molecole organiche volatili nella camera di processo. Queste molecole, quando irraggiate dalla radiazione UV altamente energetica, possono reagire tra loro o con la superficie del supporto di materiale semiconduttore, dando luogo a nuove specie o residui carboniosi, resistenti ai trattamenti chimici successivi, che possono rimanere inglobati nelle strutture in via di costruzione e costituire dei difetti delle stesse, dando luogo a scarti di produzione. Gli apparati EUVL sono normalmente dotati di varie unità di pompaggio per mantenere le camere sotto alto vuoto, ma la scansione della radiazione sulla superficie della pellicola polimerica sul supporto è una sorgente di molecole organiche, sia derivate dalla decomposizione del polimero, sia molecole di solventi intrappolate in questo. Queste molecole vengono quindi formate e rilasciate nella zona più critica del sistema.

I sistemi di pompaggio normalmente previsti per il mantenimento del vuoto negli apparati EUVL non sono in grado di rimuovere queste specie in modo veloce ed efficace, prima che queste possano dare luogo a reazioni indesiderate sul o col supporto, perchè detti sistemi sono normalmente posizionati lontano dal supporto, che è anche la zona di generazione delle molecole organiche. Non è possibile avvicinare le pompe già presenti negli apparati EUVL a questa zona, perchè le pompe turbomolecolari trasmetterebbero vibrazioni agli elementi riflettenti o al tavolo X-Y, compromettendo la precisione della scansione; mentre le pompe criogeniche creerebbero delle distorsioni meccaniche nel sistema a causa degli elevati gradienti termici a cui danno luogo, portando anche in questo caso ad imprecisioni nella scansione.

Scopo della presente invenzione è quello di fornire un apparato per litografia con radiazione nell’UV estremo in grado di risolvere o comunque minimizzare il problema della presenza di molecole organiche volatili nella camera di processo.

Questo scopo viene ottenuto secondo la presente invenzione con un apparato per litografia con radiazione nell’UY estremo, caratterizzato dal fatto di avere all’interno della camera di processo o in un apposito spazio collegato a quest’ultima un elemento assorbitore di idrocarburi comprendente un materiale getter.

Gli inventori hanno scoperto che i materiali getter, normalmente impiegati nella tecnologia del vuoto con temperature di esercizio di 200-300 °C per l’assorbimento di specie gassose semplici come H2, 02, H20, CO e C02, sono in grado di assorbire efficacemente gli idrocarburi a temperatura ambiente. Questo rende elementi comprendenti materiali getter (siano questi corpi formati da soli materiali getter, depositi degli stessi materiali su superfici, o vere e proprie pompe getter strutturate) particolarmente adatti all’impiego in prossimità del supporto nella camera di processo di un sistema EUVL. Come noto, infatti, i materiali getter consentono di produrre elementi assorbitori di gas che non hanno parti in movimento e quindi privi di vibrazioni, e la scoperta della capacità di assorbire idrocarburi a temperatura ambiente comporta che questi materiali possono essere posizionati molto vicino al supporto su cui è presente la pellicola polimerica, cioè la sorgente delle molecole organiche volatili, senza alterare l’equilibrio termico del sistema e senza quindi indurre imprecisioni nella scansione della radiazione UV sulla pellicola polimerica.

L’invenzione verrà illustrata nel seguito con riferimento alle annesse figure, in cui:

la Figura 1 mostra la geometria generale di un apparato EUVL;

la Figura 2 mostra una prima possibilità di posizionamento di un elemento getter nella camera di processo di un apparato EUVL;

la Figura 3 mostra un’altra possibilità di posizionamento di un elemento getter nella camera di processo di un apparato EUVL; e

la Figura 4 mostra un’ulteriore possibilità di posizionamento di un elemento getter nella camera di processo di un apparato EUVL.

Le dimensioni degli elementi mostrati nelle figure non sono in scala, e in particolare gli spessori di alcuni elementi, come il supporto in materiale semiconduttore, la pellicola polimerica, o il deposito getter in figura 4, sono stati grandemente aumentati per consentire la comprensibilità delle figure stesse.

In figura 1 è mostrato, in forma schematica ed estremamente semplificata, un apparato per EUVL. L’apparato, 10, comprende una prima camera, 11, in cui sono presenti la sorgente 110 della radiazione EUV ed un collettore 111 che raccoglie parte della radiazione emessa in tutte le direzioni dalla sorgente e la dirige verso la camera successiva; una seconda camera, 12, contenente un monocromatore 120, che seleziona la lunghezza d’onda desiderata dalla banda di frequenze emesse dalla sorgente, ed indirizza la radiazione monocromatica verso la camera successiva; ed una camera di processo, 13, contenente un portacampioni 130 che porta una maschera 131 con il disegno da riprodurre sulla pellicola polimerica posta sul supporto in materiale semiconduttore, almeno un elemento riflettente 132 (ma generalmente ce ne sono una molteplicità: si veda per esempio la figura 2 della domanda di brevetto US 2006/0175558 Al), ed un tavolo “X-Y” 133 mosso da un elemento motorizzato 134. Sul tavolo 133 è appoggiato il supporto 135 in materiale semiconduttore su cui è presente la pellicola polimerica 136 da sensibilizzare con la radiazione; con R, in figura 1, è indicato il percorso della radiazione EUV.

Secondo l’invenzione, un elemento getter viene disposto nella camera di processo, nella zona più vicina alla fonte di molecole organiche.

La figura 2 mostra un primo modo possibile per introdurre un elemento getter nella camera di processo; in questo caso l’elemento è una vera e propria pompa getter. La figura mostra in spaccato e in modo schematico una parte della camera di processo, 13, definita dalla parete 20; nella parete è presente un’apertura 21, per il collegamento alla camera della pompa getter 22, per esempio costituita da un sostegno centrale 23 su cui è fissata una pluralità di dischi 24 di materiale getter poroso; il sostegno 23 è fissato ad una flangia 25 che chiude l’apertura 21, fissando anche la posizione della pompa. La pompa getter può avere anche altre strutture, per esempio del tipo mostrato nei brevetti EP 650639 Bl, EP 650640 Bl, o EP 910106 Bl. In figura 2 la pompa è mostrata montata sulla parete 20 con la struttura getter rivolta verso l’interno della camera, ma è possibile anche adottare l’arrangiamento opposto, cioè disporre la pompa getter in una piccola camera laterale esterna rispetto alla camera 13 ma in comunicazione con questa tramite l’apertura 21; in questa seconda modalità, è anche possibile prevedere l’adozione di una valvola per chiudere l’apertura 21 ed isolare quando necessario la camera laterale da quella di processo, per esempio per sostituire la pompa getter o per i trattamenti di riattivazione della stessa.

La figura 3 mostra un secondo modo possibile per introdurre un elemento getter nella camera di processo; anche in questo caso il materiale getter è introdotto nella camera 13 (definita dalla parete 30) in forma di una pompa, 31. La pompa ha la forma di un cilindro cavo, ed è arrangiata coassialmente alla radiazione R e disposta in prossimità del tavolo “X-Y” 133. La pompa 31 è costituita da una carcassa 32 (generalmente metallica) e una pluralità di dischi forati, 33, di materiale getter poroso; i dischi sono mostrati semplicemente fissati alla carcassa 32, ma ovviamente è possibile ricorrere a costruzioni più elaborate, in cui i dischi sono fissati con elementi metallici a formare una struttura a sè stante, inserita nella carcassa 32. Inoltre, la geometria degli elementi di materiale getter potrebbe essere differente da quella mostrata, e si potrebbe impiegare per esempio la geometria ad elementi getter planari disposti radialmente del brevetto EP 650639 Bl, un elemento getter sinusoidale come descritto nel brevetto EP 918934 Bl, o qualunque altra geometria adatta allo scopo. Preferibilmente, la carcassa nella sua parte inferiore è sagomata in modo da formare un volume 34 capace di contenere eventuali particelle di materiale getter che dovessero staccarsi dagli elementi getter soprastanti, per evitare che tali particelle possano cadere sul tavolo 133 o sulla pellicola 136.

Infine, la figura 4 mostra un ulteriore modo possibile per introdurre un elemento getter nella camera di processo; in questo caso l’elemento assorbitore è costituito da un deposito di materiale getter su una superficie generalmente metallica. In figura 4 è mostrato un elemento 41 formato da un deposito di materiale getter, 42, sulla parete interna di un corpo cilindrico cavo, 43, coassiale con la radiazione R e disposto in prossimità del tavolo “X-Y” 133. Anche in questo caso è possibile prevedere la formatura della parte inferiore del corpo 43 in modo da formare un “cassetto” (caso non mostrato in figura) per trattenere particelle eventualmente distaccate dal deposito 42, per evitare che le stesse cadano sul tavolo 133 o sulla pellicola 136; nel caso però che il deposito 42 sia realizzato per sputtering, il ricorso a questo espediente può risultare non necessario, in quanto i depositi ottenuti con questa tecnica sono generalmente compatti e a non danno luogo a particolato.

Durante le operazioni produttive svolte nella camera di processo, gli elementi e le pompe getter lavorano a temperatura ambiente. In queste condizioni, però, si sfrutta solo la superficie del materiale getter, che quindi dopo un certo numero di ore di lavoro viene saturata e non è più in grado di svolgere la sua funzione. E quindi possibile prevedere la presenza di elementi per il riscaldamento dell’elemento o pompa getter (non mostrati nelle figure) per la riattivazione periodica della capacità di assorbimento del materiale getter, che può essere effettuata durante le interruzioni della produzione necessarie per la manutenzione dell’apparato.

I materiali getter utili per l’invenzione possono essere costituiti da un solo metallo scelto tra titanio, zirconio, vanadio, niobio o afnio, oppure avere una composizione formata da più metalli. Nel caso di un singolo metallo, questo è preferibilmente titanio o zirconio. Nel caso di materiali multimetallici, questi sono generalmente leghe a base di titanio e/o zirconio con almeno un altro elemento scelto tra gli elementi di transizione, le Terre Rare e alluminio, come per esempio le leghe Zr-Fe, Zr-Ni, Zr-Al, Zr-V-Fe, Zr-Co-A (dove A indica uno o più elementi scelti tra ittrio, lantanio e Terre Rare) o Zr-Ti-V.

Per aumentare la velocità di assorbimento del materiale getter, questo è preferibilmente in una forma ad elevata superficie specifica (cioè, area superficiale del materiale per grammo dello stesso); questa condizione può essere ottenuta producendo corpi di materiale getter altamente porosi, per esempio secondo le tecniche descritte nel brevetto EP 719609 B1 o nella domanda di brevetto EP 1600232 Al; alternativamente, è possibile impiegare depositi di materiale getter su superfici opportunamente sagomate, secondo la tecnica descritta nella domanda di brevetto EP 1821328 Al o per sputtering, come descritto nella domanda di brevetto WO 97/49109 Al. Quando si ricorra alla deposizione del materiale getter per sputtering, è possibile aumentare l’area superficiale del deposito formando lo stesso su una superficie irregolare o rugosa, e/o operando secondo gli insegnamenti della domanda di brevetto WO 2006/109343 A2, cioè con una pressione di gas nobile (normalmente argon) nella camera di sputtering superiore ai valori normalmente impiegati per la deposizione di strati metallici, ed una potenza applicata al target inferiore ai valori normalmente impiegati nella tecnica.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato (10) per litografia con radiazione nell’UV estremo, caratterizzato dal fatto di avere all’interno della camera di processo (13) o in un apposito spazio collegato a quest’ultima un elemento (22; 31; 41) assorbitore di idrocarburi comprendente un materiale getter.
2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, in cui detto elemento assorbitore di idrocarburi è una pompa getter (22) formata da una pluralità di dischi (24) di materiale getter fissati su un sostegno centrale (23), detta pompa inserita nella camera di processo (13) attraverso un’apertura (21) nella parete (20) della stessa, e collegata a detta parete tramite una flangia (25) che porta detto sostegno (23).
3. 3. Apparato secondo la rivendicazione 1, in cui detto elemento assorbitore di idrocarburi è una pompa getter disposta in una camera laterale esterna rispetto alla camera di processo ma in comunicazione con questa tramite detta apertura.
4. 4. Apparato secondo la rivendicazione 1, in cui detto elemento assorbitore di idrocarburi è una pompa getter (31) avente la forma di un cilindro cavo disposto nella camera di processo coassialmente alla radiazione UV e in prossimità di un elemento di sostegno di un supporto di materiale semiconduttore su cui è presente una pellicola polimerica da sensibilizzare con la radiazione.
5. 5. Apparato secondo la rivendicazione 4, in cui detta pompa è costituita da una carcassa cilindrica (32) al cui interno è presente una pluralità di dischi forati (33) di materiale getter.
6. 6. Apparato secondo la rivendicazione 4, in cui detta pompa è costituita da una carcassa cilindrica al cui interno è presente una pluralità di elementi planari di materiale getter disposti radialmente.
7. 7. Apparato secondo la rivendicazione 1, in cui detto elemento assorbitore di idrocarburi è un deposito di materiale getter su una superfìcie metallica.
8. 8. Apparato secondo la rivendicazione 7, in cui detto elemento assorbitore (41) è formato da un deposito di materiale getter (42) sulla parete interna di un corpo cilindrico cavo (43) disposto coassialmente con la radiazione UV e in prossimità di un elemento di sostegno di un supporto di materiale semiconduttore su cui è presente una pellicola polimerica da sensibilizzare con la radiazione.
9. 9. Apparato secondo la rivendicazione 1, in cui il materiale getter è scelto tra titanio, zirconio, vanadio, niobio o afnio, o leghe a base di titanio e/o zirconio con almeno un altro elemento scelto tra gli elementi di transizione, le Terre Rare e alluminio.