KR20230042054A - 잔류 가스 분석기, 및 잔류 가스 분석기를 갖는 euv 리소그래피 시스템 - Google Patents
잔류 가스 분석기, 및 잔류 가스 분석기를 갖는 euv 리소그래피 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 잔류 가스(30), 특히 EUV 리소그래피 시스템(1)의 잔류 가스(30)를 분석하기 위한 잔류 가스 분석기(40)에 관한 것으로, 잔류 가스(30)를 진공 환경(27a)으로부터 잔류 가스 분석기(40) 내로 공급시키기 위한 공급 시스템(41), 및 잔류 가스(30)의 이온화된 성분(30a)을 검출하기 위한 검출기(44)를 포함하는 질량 분석기(43)를 포함한다. 잔류 가스 분석기(40)는 잔류 가스(30)의 이온화된 성분(30a)을 질량 분석기(43)로 전달하기 위한 이온 전달 디바이스(42)를 포함하고, 이온 전달 디바이스(42)는 잔류 가스(30)의 적어도 하나의 이온 성분(30a)을 필터링하도록 설계된 이온 필터 디바이스(45)를 갖는다. 본 발명은 또한 EUV 리소그래피 시스템, 특히 EUV 리소그래피 장치에 관한 것으로서, EUV 리소그래피 시스템(1)의 진공 환경(27a)에서 잔류 가스(30)를 분석하기 위한, 전술한 바와 같이 설계된, 적어도 하나의 잔류 가스 분석기(40)를 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 참조
본 출원은 2020년 7월 21일자 독일 특허 출원 DE 102020209157.9호의 우선권을 주장하며, 그 전체 개시내용은 참조로 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 잔류 가스, 특히 EUV 리소그래피 시스템의 잔류 가스를 분석하기 위한 잔류 가스 분석기에 관한 것으로, 잔류 가스를 진공 환경으로부터 잔류 가스 분석기로 유입시키기 위한 입구 시스템, 및 잔류 가스의 이온화된 성분을 검출하기 위한 검출기를 포함하는 질량 분석기를 포함한다. 본 발명은 또한 이러한 잔류 가스 분석기를 포함하는 EUV 리소그래피 시스템에 관한 것이다.
EUV 리소그래피 시스템은 웨이퍼의 노출을 위한 EUV 리소그래피 장치(EUV 스캐너) 또는 EUV 방사선을 사용하는 일부 다른 광학 장치, 예를 들어 EUV 리소그래피, EUV 테스트 설정 등에 사용되는, 예를 들어 마스크, 웨이퍼 등의 검사를 위한 EUV 메트롤로지 시스템일 수 있다.
EUV 리소그래피 시스템은 약 5 nm 내지 약 30 nm의 EUV 파장 범위의 작동 파장에서 EUV 방사선으로 작동된다. 작동 파장은, 예를 들어 13.5 nm 또는 6.8 nm일 수 있다. 13.5 nm - 그렇지 않으면 6.8 nm - 의 영역의 파장에서 모든 가스의 낮은 투과율로 인해, 잔류 가스가 존재하는 진공 환경에서 그러한 광학 장치의 광학 요소를 작동해야 한다. 이들 파장에서 실질적으로 모든 고체 물질의 낮은 투과율로 인해, EUV 리소그래피 시스템에서는 일반적으로 반사 광학 요소(예를 들어, 거울)가 사용된다.
EUV 리소그래피 시스템의 작동에서 EUV 방사선과 잔류 가스의 상호 작용은 플라즈마를 형성하고; 달리 말하면, 잔류 가스의 이온성, 자유 라디칼 또는 중성(여기된) 성분이 형성된다. EUV 리소그래피 시스템에서 이 가스 또는 플라즈마 분위기의 정확한 조성에 대한 지식은 기술 장비의 이들 복잡한 피스의 작동에 매우 중요하다: EUV 리소그래피 시스템의 작동에서, 설계에 특정된 잔류 가스의 조성이 확립되지 않은 경우, 특히 EUV 거울은 산화 및/또는 오염에 의한 열화 효과의 영향을 받아, EUV 거울 및 따라서 전체 EUV 리소그래피 시스템의 수명이 단축된다.
EUV 리소그래피 시스템의 진공 환경 내의 잔류 가스는 일반적으로 비교적 높은 분압을 갖는 분자 수소(H2)를 포함한다. 분자 수소는 일반적으로 세정 효과를 달성하기 위해 퍼지 가스로서 진공 환경에 공급된다. 또한, 잔류 가스는 일반적으로 소량의 산소 및/또는 질소, 및 비활성 가스, 예를 들어, Ar, He 등을 포함한다.
이러한 EUV 리소그래피 시스템에서의 잔류 가스 분석을 위해 잔류 가스 분석기가 사용될 수 있음이 공지되어 있다. 공지된 잔류 가스 분석기에서 주요 문제는 잔류 가스의 높은 수소 분압으로 인해 직접 측정 범위에 대한 요구 사항이다: 통상적인 측정 상황에서는 관련 중성 잔류 가스 성분(예를 들어, H2O, N2, O2 등), "수소 유도 가스방출(hydrogen-induced outgassing)"(HIO)에 기인하는 잔류 가스 성분(예를 들어, 실란, SiH4), 및 분압이 통상적으로 10-2 mbar 크기 자릿수의 분압을 갖는 수소(H2) 형태인 매트릭스 가스에서 약 10-14 mbar 미만의 영역에 이르는 잔류 가스의 플라즈마 성분(예를 들어, N2H+)의 고도로 민감한 검출을 필요로 한다. 따라서, 이러한 잔류 가스 분석기의 역학은 현재 사용 중인 잔류 가스 분석기에 의해서는 달성될 수 없는 적어도 12 크기 자릿수를 커버해야 한다: 따라서, 특히 O2, H2O, CxHY 등과 같은 잔류 가스의 성분에 대한 동적 범위 및 따라서 검출 한계는 부적절하다.
정량 분석을 위해, 즉, 분석물의 절대량을 결정하기 위해, 교정 누설을 통해 진공 환경으로 유입되는 교정 가스(예를 들어, 도데칸(dodecane), N2, O2)의 도움으로 기준 측정이 추가로 수행된다. 그럼에도 불구하고, 잔류 가스, 특히 EUV 리소그래피 시스템의 작동 시에 생성되는 플라즈마의 조성은 현재 시뮬레이션 및 모델 실험을 통해서만 공지되어 있다.
WO 2010/022815 A1호는 EUV 리소그래피 장치의 잔류 가스 분위기에 존재하는 오염 물질을 저장하기 위한 저장 디바이스를 갖는 잔류 가스 분석기를 갖는 EUV 리소그래피 장치를 설명한다. 예를 들어, 이온 트랩에서의 저장은 높은 잔류 가스 압력에서도 매우 작은 양의 오염 물질을 검출할 수 있는 것으로 생각된다. 잔류 가스 분석기는 EUV 리소그래피 장치의 내부에 배치된 오염 물질의 이온화를 위한 이온화 디바이스를 가질 수 있다. 이온 광학계가 있는 진공 튜브를 갖는 공급 디바이스에 의해, 이온화된 오염 물질을 저장 디바이스에 공급하는 것이 가능하다.
본 발명의 목적은, 특히 EUV 리소그래피 시스템의 작동 중에 높은 잔류 가스 압력에서 잔류 가스의 매우 작은 양의 성분을 검출할 수 있게 하는 잔류 가스 분석기 및 EUV 리소그래피 시스템을 제공하는 것이다.
이 목적은 서두에 특정된 유형의 잔류 가스 분석기에 의해 달성되며, 이 잔류 가스 분석기는: 잔류 가스의 이온화된 성분을 질량 분석기로 전달하기 위한 이온 전달 디바이스를 포함하고, 이온 전달 디바이스는 잔류 가스의 적어도 하나의 이온화된 성분을 필터링하도록 설계된 이온 필터링 디바이스를 갖는다.
본 발명자는, 예를 들어 사중극자(quadrupole) 형태의 1-스테이지 질량 분석기를 사용하는 것이 요구되는 높은 동적 범위 및 요구되는 잔류 가스 분석기의 고감도를 달성하는 데 불충분하다는 것을 인식하였다.
다중 스테이지 시스템, 예를 들어 다중 직렬 연결 사중극자 또는 하이브리드 시스템을 포함하는 시스템은, 특히 생명 과학에서 질량 분광법-결합 액체 크로마토그래피 시스템("액체 크로마토그래피-질량 분광법")의 형태로 공지되어 있으며, 조합된 스테이지의 선택성이 배가된다는 이점을 제공한다. 그러나, 이러한 시스템은 일반적으로 대기압에서 작동하도록 설계되어 있고; 이 작동 모드는 크로마토그래피로부터 필요한 액체 분사에 의해 유발된다. 유체 역학 파라미터(입구 개구/기하형상, 펌프 오프 스테이지)는 EUV에 대해 관례적인 압력에서 그러한 장비의 작동을 허용하지 않는다. 따라서, EUV 적용에서 통상적으로 존재하는 경계 조건에 대한 적용 간극이 있고(분압 측정은 10-14 mbar에 이르고, 수신 압력 측정은 10-2 mbar에 이른다), 이는 본 발명에 의해 종결된다. 이온 전달 디바이스는 일반적으로 직렬로 배열된 다중 이온 광학계(캐스케이드 형태)를 갖는다.
이온 전달 디바이스는 다음의 2개의 기능을 갖는다: 1) 플라즈마 공간 또는 진공 환경으로부터 질량 분석기로 최대 효율로, 진공 환경, 예를 들어 EUV 리소그래피 장치의 EUV 플라즈마에서 형성되는 잔류 가스(이온)의 이온화된 성분(고유 EUV 이온)을 전달하는 기능. 2) 질량 분석기의 동적 범위를 필터 품질에 의해 증대시키기 위해, 전달 프로세스 동안 플라즈마 공간에서 매우 고밀도로 형성되는 고유 EUV 이온을 필터링하는 기능. 이러한 방식으로, 특정 질량 대 전하 비율에 따라 잔류 가스의 개별 성분을 구체적으로 필터링할 수 있다. 잔류 가스의 필터링된 성분은 특히 높은 분압을 갖는 매트릭스 가스 또는 배경 가스, 예를 들어 잔류 가스에 존재하는 수소(H2) 및 질소(N2)의 이온일 수 있다.
이온 전달 디바이스가 가능한 한 좁은 범위의 질량 대 전하 비율을 필터링할 때, 즉, 장벽 효과가 비교적 작은 범위의 질량 대 전하 비율로 제한될 때 유리한 것으로 밝혀졌다. 이온 전달 디바이스는 차단된 질량 대 전하 비율의 간격을 변경하도록 설계되어, 잔류 가스의 상이한 이온화된 성분에 대한 장벽 효과를 생성할 수 있지만 반드시 필요한 것은 아니다.
일 실시예에서, 이온 필터 디바이스는 노치 필터의 형태를 취한다. 노치 필터는 잔류 가스의 개별 이온화된 성분에 대응하는 좁은 질량 대 전하 범위만을, 즉, 하나의 질량 대 전하 비율만을 필터링하는 특히 협대역 유형의 대역 차단 필터이다.
일 실시예에서, 이온 필터 디바이스는 RF 전용 사중극자, RF 전용 헥사폴(RF-only hexapole) 또는 RF 전용 옥토폴(RF-only octopole)의 형태를 취한다. 사중극자(또는 헥사폴, 옥토폴 등)에 DC 전압이 아닌 AC 전압이 인가되면, 이는 RF 전용 사중극자, 헥사폴, 옥토폴 등 또는 RF 전용 작동이라고 지칭된다. 이 작동 상태에서, 사중극자는 근본적으로 모든 종류의 이온에 대해 투과성이 있다. 추가로 인가된 AC 전압의 도움으로, 잔류 가스의 대응하는 이온화된 성분 또는 특히 특정 이온을 필터링하기 위해 단일 질량 대 전하 비율을 구체적으로 여기시킬 수 있다. 노치 필터의 역할을 하는 이러한 전달 사중극자의 일 예는 US 5,672,870호에 설명되어 있으며, 이 특허는 그 전문이 참조로 본 출원에 포함된다. RF 전용 헥사폴 또는 RF 전용 옥토폴이 잔류 가스의 개별 이온화된 성분의 특정 필터링을 위해 설계되는 것도 가능하다.
다른 실시예에서, 질량 분석기는 비행 시간(time-of-flight)(TOF) 분석기로서 설계된다. TOF 분석기는 높은 콤팩트성 또는 작은 설계 크기, 그리고 가능하게는 질량 분해능 m/△m > 8000이라는 이점을 갖는다. 또한, TOF 분석기는 신속한 측정의 실행을 가능하게 한다. TOF 분석기는 검출기에 의해 검출된 잔류 가스의 이온화된 성분의 비행 시간을 측정하는 역할을 한다. 이온화된 성분의 비행 시간은 질량 대 전하 비율에 따라 달라지므로, TOF 분석기는 질량 분광법 분석을 가능하게 한다.
첫째로 적어도 1012의 필요한 동적 범위를 달성하고 둘째로 작은 설계 크기를 달성하기 위해, 이온 전달 디바이스 및 질량 분석기의 캐스케이드를 위한 TOF 분석기 뿐만 아니라 사중극자 분석기도 적합하다.
검출기는 2차 전자 증배기(secondary electron multiplier) 및 마이크로채널 플레이트를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 2차 전자 증배기는 별개의 다이노드로 형성될 수 있다. 연속 다이노드가 있는 채널 전자 증배기 형태의 2차 전자 증배기가 검출기의 역할을 하는 것도 가능하다. 검출기로서 마이크로채널 플레이트, 특히 다중 캐스케이드 마이크로채널 플레이트를 사용하는 것도 가능하다. 사용되는 모든 검출기 유형은 별개의 변환 다이노드/전극에 의해 확장될 수 있다. 이 경우, 언급된 검출기는 변환 다이노드에 의해 생성된 전자 전류를 증대시킨다. 질량 분석기에서 여기서 언급된 것 이외의 유형의 검출기를 사용하는 것도 가능하다는 것이 명백할 것이다.
또 다른 실시예에서, 질량 분석기는, 입구 시스템의 출구 단부에, 이온 필터 디바이스에 의해 필터링되지 않은 잔류 가스의 이온화된 성분을 검출기로 공급하기 위한 이온 공급 디바이스를 갖는다. 이온 공급 디바이스는 통상적으로, 예를 들어 추가 이온 필터 기능을 임의로 갖는 사중극자의 형태를 취할 수 있는 이온 광학계를 갖는다. 이온 공급 디바이스는 통상적으로 전달된 고유 EUV 이온을 질량 분석기 또는 검출기에 공급하는 역할을 한다. EUV 방사선에 의해 이온화된 잔류 가스의 성분 분석은 일반적으로 잔류 가스 분석기에 전용 이온화 소스를 필요로 하지 않는다.
다른 실시예에서, 잔류 가스 분석기는 잔류 가스의 중성 성분을 이온화하기 위한 적어도 하나의 이온화 디바이스를 갖고, 이온화 디바이스는 바람직하게는 입구 시스템의 입구 단부에 배치된다. 이온화 디바이스는 EUV 방사선과의 상호 작용에서 이온화되지 않거나, 입구 시스템 또는 이온 전달 스테이지에 진입하기 전에 다시 중화된 잔류 가스의 성분을 이온화하는 역할을 한다. 잔류 가스의 중성 성분을 이온화하면 마찬가지로 중성 성분이 이온 공급 디바이스를 통과하게 하여 질량 분석기에서 분석 또는 검출되게 한다. 이온화 디바이스는 바람직하게는 입구 시스템의 입구 단부에 배치된다. 입구 시스템의 입구 단부에 이온화 디바이스를 배치하는 것은, 이온이 중성보다 실질적으로 더 효율적으로 (전자기장에 의해) 운반될 수 있기 때문에 유리한 것으로 밝혀졌다. 후자는 특정된 통상적인 EUV 압력 범위에서 분자 유동을 받고, 따라서 근본적으로 그 이동 방향이 지정되지 않아, 이온 전달 디바이스를 통한 경로에서 상당한 손실이 초래된다.
원론적으로, 입구 시스템 또는 이온 전달 디바이스의 출구 단부, 즉, EUV 진공 환경으로부터 멀리 떨어진 이온 전달 디바이스의 측면에 이온화 디바이스를 배치하는 것도 가능하다. 잔류 가스의 중성 성분은 이온화 디바이스에 의해 이온화되기 전에 여기에서 이온 전달 디바이스를 통과한다. 이 경우, 기체 중성 입자의 공급 또는 샘플링을 위해 이온 전달 디바이스의 기하형상을 조절할 필요가 있다. 잔류 가스 분석기가 2개의 이온화 디바이스를 갖는 것도 가능한데, 그 중 하나는 통상적으로 입구 시스템 또는 이온 전달 디바이스의 입구 단부에 배치되고 다른 하나는 입구 시스템 또는 이온 전달 디바이스의 출구 단부에 배치된다.
이온화 디바이스에 잔류 가스의 이온화된 성분이 공급되는 설명된 용례의 경우, 이온화 디바이스는 이러한 잔류 가스의 이온화된 성분에 대해 투과성이어야 한다. 이는 이온화 디바이스가 마찬가지로 이온 광학계 특성을 갖거나 이온의 비행을 위한 이온 광학계를 갖는다는 점에서 달성된다.
하나의 개선예에서, 이온화 디바이스는 전자 이온화 디바이스 및 고주파 플라즈마 이온화 디바이스를 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 전자(빔) 이온화는 이온화를 위한 필라멘트(글로우 와이어)를 갖는 전자 소스를 사용하여, 열이온 효과에 의해, 이온화될 가스에 충돌하여 가스를 이온화하는 전자 빔을 생성한다. 플라즈마 이온화 디바이스의 경우, 특히 무선 주파수(radio-frequency)(RF) 플라즈마 이온화 디바이스의 경우, 이온화를 위해 무선 주파수 교번 자기장이 사용되며, 이는 플라즈마를 점화시켜 이온화를 야기한다. 잔류 가스의 성분을 이온화하기 위해 잔류 가스 분석기에 여기서 설명된 것과 다른 유형의 이온화 디바이스를 사용하는 것도 가능하다는 것이 명백할 것이다.
전자 이온화 디바이스를 사용하는 경우, 이온화가 실행되는 용기의 최대 압력을 견딜 수 있게 최적화된 소스 기하형상을 가질 때 유리하다. 이와 관련하여, 필라멘트의 더 나은 펌핑을 달성하기 위해, 전자 빔을 생성시키는 필라멘트(들)가 소스 체적 외부에 배치될 때 유리한 것으로 밝혀졌다. 일반적으로, 필라멘트가 최대 수명을 갖는 경우, 전자 빔 이온화 디바이스의 측정 시간과 수명이 미미한 역할만 하기 때문에 유리하다.
잔류 가스 분석기는 물론 더 이상 설명되지 않는 추가 구성요소를 포함할 수 있다. 잔류 가스 분석기는 또한 일반적으로 이온 전달 디바이스, 질량 분석기 및 이온화 디바이스에서 정의된 압력을 생성하기 위해 적어도 하나의 진공 펌프를 갖는다.
본 발명의 다른 양태는 EUV 리소그래피 시스템, 특히 EUV 리소그래피 장치에 관한 것으로서, EUV 리소그래피 시스템의 진공 환경의 잔류 가스를 분석하기 위한 적어도 하나의 잔류 가스 분석기를 갖는다.
위에서 더 설명된 잔류 가스 분석기의 도움으로, 특히 EUV 리소그래피 시스템의 작동 중에 진공 환경의 원하는 특성화 또는 진공 환경의 모니터링이 가능하다. 여기에서, 잔류 가스의 성분, 예를 들어 N2, H2O, O2, H2, 및 탄화수소(CXHY) 및 잔류 가스의 추가 성분을 분석할 수 있다. 특히, 여기에서, 극미량 분석을 통해 진공 환경의 특정 플라즈마 조건 하에 생성되는 중요한 오염물을 검출할 수 있다. 이들 중요한 오염물은 통상적으로 EUV 방사선과의 상호 작용으로 인해 진공 환경에서 형성되는 수소 플라즈마와 진공 환경에 배치된 구성요소의 상호 작용에서 형성되는 물질이다(HIO 종, 예를 들어 실란 SiH4으로 명명됨). 이들 중요한 오염물의 농도 또는 분압은 몇 분 크기 자릿수의 측정 시간으로 현장에서 잔류 가스 분석기의 도움으로 측정될 수 있다. 흡착 목표("증인 샘플")가 진공 환경에 도입되고, 이어서 현장외에서 분석되는 종래 측정의 경우, 대조적으로 측정 시간은 통상적으로 몇 주 크기 자릿수이다.
일 실시예에서, EUV 리소그래피 시스템은 EUV 방사선의 반사를 위한 적어도 하나의 광학 요소를 포함하고, 잔류 가스 분석기의 입구 시스템의 입구 단부는 광학 요소의 반사 표면으로부터 5 cm 미만, 바람직하게는 3 cm 미만의 거리에 배치된다. 광학 요소의 표면, 더 구체적으로 거기에 도포된 반사 코팅은 플라즈마 작용의 결과로서 열화될 수 있기 때문에, 입구 시스템의 입구 단부가 반사 광학 요소의 표면에 가능한 한 근접할 때 유리하다. 각각의 광학 요소는 통상적으로 입구 시스템의 입구 단부가 존재하는 자체 진공 챔버("미니 환경")에 캡슐화된다. 전체 잔류 가스 분석기가 광학 요소의 표면 가까이에 배치되는 것은 불필요하고; 예를 들어, 제어 전자 기기는 입구 시스템의 입구 단부로부터 2미터 이상 떨어져 설치될 수 있다.
본 발명의 추가 특징 및 이점은 본 발명에 필수적인 세부 사항을 보여주는 도면을 참조하는 다음의 본 발명의 작업 예의 설명 및 청구범위로부터 명백해질 것이다. 개별 특징은 각각 본 발명의 하나의 변형예에서 단독으로 또는 임의의 조합으로 복수로 구현될 수 있다.
작업 예는 개략도에 도시되어 있으며 다음 설명에서 설명된다. 도면에서:
도 1은 잔류 가스의 분석을 위한 잔류 가스 분석기의 입구 시스템을 갖는 EUV 리소그래피 장치의 개략도이고,
도 2a 및 도 2b는 도 1의 잔류 가스 분석기의 개략도이다.
도 1은 잔류 가스의 분석을 위한 잔류 가스 분석기의 입구 시스템을 갖는 EUV 리소그래피 장치의 개략도이고,
도 2a 및 도 2b는 도 1의 잔류 가스 분석기의 개략도이다.
이하의 도면을 설명함에 있어서, 동일하거나 동일한 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용한다.
도 1은 구체적으로 웨이퍼 스캐너라고 명명되는 EUV 리소그래피 장치(1)의 형태인 EUV 리소그래피를 위한 광학 장치의 구성의 개략도를 도시한다. EUV 리소그래피 장치(1)는 50 나노미터 미만, 특히 약 5 나노미터 내지 약 15 나노미터의 EUV 파장 범위에서 높은 에너지 밀도를 갖는 EUV 방사선을 생성하기 위한 EUV 광원(2)을 포함한다. EUV 광원(2)은, 예를 들어 레이저 유도 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 광원의 형태로 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 EUV 리소그래피 장치(1)는 13.5 nm의 EUV 방사선의 작동 파장을 위해 설계된다. 그러나, EUV 리소그래피 장치(1)가, 예를 들어 6.8 nm와 같은 EUV 파장 범위에서 상이한 작동 파장에 대해 구성되는 것도 가능하다.
더욱이, EUV 리소그래피 장치(1)는 EUV 광원(2)의 EUV 방사선을 포커싱하여 조명 빔(4)을 형성하고 이러한 방식으로 에너지 밀도를 더 증가시키기 위해 콜렉터 거울(3)을 더 포함한다. 조명 빔(4)은, 본 예에서 5개의 반사 광학 요소(12 내지 16)(거울)를 갖는 조명 시스템(10)에 의해 구조화된 물체(M)를 조명하는 역할을 한다.
구조화된 물체(M)는, 예를 들어 물체(M) 상에 적어도 하나의 구조를 생성하기 위한 반사 및 비반사, 또는 적어도 덜 반사적인 영역을 갖는 반사 포토마스크일 수 있다. 대안적으로, 구조화된 물체(M)는 1차원 또는 다차원 배열로 배열되고 각각의 거울에 EUV 방사선의 입사각을 설정하기 위해 적어도 하나의 축을 중심으로 임의로 이동 가능한 복수의 마이크로-거울일 수 있다.
구조화된 물체(M)는 조명 빔(4)의 일부를 반사하고 투영 빔 경로(5)를 형상화하며, 투영 빔 경로는 구조화된 물체(M)의 구조에 대한 정보를 전달하고 투영 렌즈(20)로 방출되며, 투영 렌즈는 기판(W) 상에 구조화된 물체(M) 또는 그 각각의 부분 영역의 이미지를 생성한다. 기판(W), 예를 들어 웨이퍼는 반도체 재료, 예를 들어 실리콘을 포함하고 웨이퍼 스테이지(WS)라고도 지칭되는 장착부 상에 배치된다.
본 예에서, 투영 렌즈(20)는 웨이퍼(W) 상의 구조화된 물체(M)에 존재하는 구조의 이미지를 생성하기 위해 6개의 반사 광학 요소(21 내지 26)(거울)를 갖는다. 투영 렌즈(20)의 거울 개수는 통상적으로 4개 내지 8개이고; 그러나, 적절한 경우 2개의 거울만 사용될 수도 있다.
반사 광학 요소(3, 12 내지 16, 21 내지 26)에 추가하여, EUV 리소그래피 장치(1)는 또한, 예를 들어 반사 광학 요소(3, 12 내지 16, 21 내지 26), 센서, 액추에이터 등을 위한 운반 구조일 수 있는 비광학 구성요소를 포함한다.
조명 시스템(10)의 반사 광학 요소(12 내지 16)와 투영 렌즈(20)의 반사 광학 요소(21 내지 26)는 진공 환경에 배열된다. 이 경우에, 각각의 광학 요소(6, 12 내지 16, 21 내지 26)는 통상적으로 "미니 환경"이라고도 지칭되는 전용 진공 챔버에 배열된다. 예로서, 도 1은 투영 시스템(20)의 제4 반사 광학 요소(24)가 배치되는 그러한 진공 챔버(27)를 도시한다. 투영 빔 경로(5)는 추가 진공 챔버(도시되지 않음)로부터 제1 개구에서 진입하여 제4 광학 요소(24)를 갖는 진공 챔버(27)로 나아가고, 투영 시스템(20)의 제5 광학 요소(25)가 배치된 추가 진공 챔버의 방향으로 제2 개구에서 빠져나간다. 광학 요소(12 내지 16 및 21 내지 26) 중 2개 이상이 각각의(공통의) 진공 챔버에 배치되는 것도 가능하다는 것이 명백할 것이다. 도 1에 도시된 전체 EUV 리소그래피 장치(1)는 마찬가지로 진공 챔버인 하우징(도시되지 않음)에 의해 추가로 둘러싸여 있다.
진공 챔버(27)에 배치된 광학 요소(24)는 13.5 nm의 작동 파장(λB)에서 EUV 방사선(5)의 반사에 최적화된 반사 다층 코팅(29)이 도포된 티타늄 도핑된 석영 유리로 구성된 기판(28)을 갖는다. 이러한 목적을 위한 다층 코팅(29)은 몰리브덴과 실리콘의 교번하는 층을 갖는다. 13.5 nm의 작동 파장(λB)에서, 실리콘 층은 몰리브덴 층보다 더 높은 굴절률 실수부를 갖는다. 작동 파장(λB)의 정확한 값에 따라, 다른 재료 조합, 예를 들어 몰리브덴과 베릴륨, 루테늄과 베릴륨, 또는 란탄과 B4C가 마찬가지로 가능하다. 다층 코팅(29)을 보호하기 위해, 루테늄 보호층이 도포되어 있다. 반사 다층 코팅(29)의 표면(29a), 특히 보호층은 진공 챔버(27)의 내부에 형성된 진공 환경(27a)에 노출된다.
광학 요소(24)의 표면(29a)의 노출된 영역은 여기에서 진공 챔버(27) 내의 잔류 가스(30)에 노출된다. 잔류 가스(30)의 성분은 통상적으로 분자 수소(H2), 분자 산소(O2), 질소(N2), 물(H2O), 비활성 가스, 예를 들어, Ar, He 등이다. 분자 수소(H2)는 퍼지 가스의 역할을 하고 가스 공급물(도시되지 않음)을 통해 제어된 방식으로 진공 챔버(27) 또는 진공 환경(27a)에 공급된다. 진공 환경(27)에서 분자 수소(H2)는 10-2 mbar 크기 자릿수의 비교적 높은 분압을 갖는다.
EUV 리소그래피 장치(1)에서 EUV 방사선(4, 5)과의 상호 작용, 구체적으로 수소(H2)와의 상호 작용은, 특히 이온 플라즈마 종(H+) 또는 자유 라디칼 플라즈마 종(H)의 형성과 함께 진공 챔버(27)에 플라즈마를 생성한다. 수소 플라즈마는 반사 광학 요소(24)의 표면(29a)으로부터 탄화수소 형태의 오염을 제거하는 역할을 한다. 그러나, 수소 플라즈마는 또한 진공 환경(27a)에 배치된 비광학 구성요소에 원치 않는 환원 반응을 초래하고, 이는 수소 플라즈마와 함께 휘발성 수소화물을 형성할 수 있다. 이는, 예를 들어 실리콘을 함유하는 구성요소의 경우이며, 이 경우에 수소 플라즈마와의 반응은, 특히 기체 실란(SiH4)을 형성한다. 실란(SiH4)은 반사 광학 요소(24)의 표면(29a)에 대한 중요한 오염물인데, 이 오염물은, 표면(29a)의 재료, 예를 들어 Ru와 반응하는 경우에, 존재한다 하더라도 매우 어렵게만 표면(29a)으로부터 제거될 수 있는 화학적 화합물을 형성하고, 이는 광학 요소(24)의 수명을 감소시킨다.
따라서, 잔류 가스(30)의 조성의 모니터링, 또는 일반적으로 잔류 가스(30)의 조성, 특히 중요한 오염물(예를 들어, SiH4)의 비율의 지식은 EUV 리소그래피 장치(1)의 작동에 매우 중요하다. 잔류 가스(30), 특히 내부에 존재하는 이온성 또는 자유 라디칼 플라즈마 종 또는 중요한 오염물의 조성을 특성화하기 위해, 잔류 가스 분석기(40)가 사용되는데, 잔류 가스 분석기는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 이하에서 상세히 설명된다.
잔류 가스 분석기(40)는 진공 챔버(27)에 존재하는 잔류 가스(30)의 입구에 대한 개구를 갖는 입구 단부(41a)를 갖는 입구 시스템(41)을 갖는다. 반사 광학 요소(24)의 장소에서, 특히 표면(29a)에서 잔류 가스(30)의 조성을 매우 정확하게 특성화하기 위해, 입구 단부(41a) 또는 입구 개구는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 표면(29a)으로부터 5 cm 미만, 특히 3 cm 미만의 거리(A)에 떨어져 배치된다.
잔류 가스 분석기(40)는 잔류 가스의 이온화된 성분(30a)을 검출하기 위한 검출기(44)를 포함하는 질량 분석기(43)를 갖는다. 잔류 가스 분석기(40)는 또한 잔류 가스(30)의 이온화된 성분(30a)을 질량 분석기(43)로 전달하기 위한 이온 전달 디바이스(42)를 갖는다. 잔류 가스(30)의 성분은 EUV 방사선(4, 5)의 작용을 통해 EUV 리소그래피 장치(1)의 진공 챔버(27)의 진공 환경(27a)에서 직접 이온화될 수 있다. 잔류 가스(30)의 중성 성분(30b)의 이온화를 위해, 잔류 가스 분석기(40)는 이온화 디바이스(46)를 가지며, 이는 도 2a에 도시된 예에서 입구 시스템(41)의 입구 단부(41a)에 배치된다. 이온화 디바이스(46)는 진공 환경(27a)에서 이미 형성된 잔류 가스(30)의 이온 성분(30a)에 이상적으로 투명하며, 이는 잔류 가스(30)의 이미 이온화된 성분(30a)에 영향을 미치지 않는다는 것을 의미한다. 이는 이온화 디바이스(46)가 진공 환경(27a)에서 형성된 잔류 가스(30)의 이온 성분(30a)의 전달을 위한 이온 광학계를 갖는다는 점에서 달성될 수 있다.
잔류 가스(30)의 이온화된 성분(30a)을 잔류 가스 분석기(40)에 유입시키기 위해, 입구 시스템(41)은 진공 튜브 및 진공 튜브에 배치된 이온 광학계 또는 진공 튜브에 직렬로 배열된 다중(캐스케이드) 이온 광학계를 포함하는 이온 전달 디바이스(42)를 갖는다. 이온 전달 디바이스(42)를 갖는 입구 시스템(41)의 도움으로, 잔류 가스(30)의 이온화된 성분(30a)을 잔류 가스 분석기(40)로 연속적으로 공급하는 것이 가능하지만, 입구 시스템(41)은 임의로 또한 잔류 가스(30)의 이온화된 성분(30a)을 잔류 가스 분석기(40)로 펄스 공급하기 위한 역할을 할 수 있고, 이를 위해 하나 이상의 제어 가능한 밸브를 가질 수 있다. 이온 전달 디바이스(42), 더 구체적으로 진공 튜브를 감싸는 입구 시스템(41)은, 예를 들어 30 cm 초과의 비교적 긴 길이를 가질 수 있다.
예를 들어, 잔류 가스(30)의 실란 및 기타 성분의 농도 또는 분압은 일반적으로 분자 수소의 농도 또는 분압(약 10-2 mbar)보다 훨씬 낮을 수 있고, 예를 들어 약 10-14 mbar의 크기 자릿수일 수 있다. 이 큰 동적 범위에도 불구하고, 잔류 가스(30)의 극히 작은 양의 이온화된 성분(30a)도 검출할 수 있도록 하기 위해, 이온 전달 디바이스(42)는 필터 디바이스로서 작동될 수 있으며, 이를 위해 사중극자 형태의 이온 필터 디바이스(45)를 갖는다. 필터링을 위해, 사중극자 형태의 이온 필터 디바이스(45)는 DC 전압이 아닌 AC 전압만 인가되는 RF 전용 작동 모드에서 작동되며, 개별 m/z 범위 또는 단일 m/z 값을 공명하여 필터링하는 추가 RF 주파수의 추가 적용에 의해 확장된다.
RF 전용 사중극자(45) 형태의 이온 필터 디바이스는 잔류 가스(30)의 개별 이온화된 성분(30a)을 구체적으로 필터링하여 이들이 질량 분석기(43)에 진입하지 않도록 하는 데 이용된다. 필터링된 이온화된 성분(들)(30a)은 정확히 하나의 질량 대 전하 비율을 가질 수 있다. 이 경우, 이온 필터 디바이스(45)는 노치 필터, 즉, 잔류 가스(30), 예를 들어 분자 수소(H2) 또는 분자 질소(N2)에서 필터링될 단일 이온화된 성분(3a)에 대응하는 좁은 질량 대 전하 범위만을 필터링하는 특히 협대역 유형의 대역 차단 필터의 역할을 한다. 잔류 가스(30)의 특정 이온화된 성분(3a)의 필터링을 위해, RF 전용 사중극자(45)에 인가되는 교번 자기장은, 예를 들어 서두에 인용된 US 5,672,870호에 설명된 바와 같이 적절하게 선택되거나 조절될 수 있다. 교번 자기장의 적절한 조절 또는 변동에 의해, 이온 전달 디바이스(42)에 의해 잔류 가스(30)의 어떤 이온 성분(30a)이 필터링되는 지를 결정할 수 있다.
노치 필터의 필터 기능을 갖는 이온 필터 디바이스(45)에 의해 구현되는 이온 전달 디바이스(42)는, 예를 들어 RF 전용 헥사폴, RF 전용 옥토폴 등으로서 다른 방식으로 설계될 수도 있다. 본질적인 것은, 이온 전달 디바이스(42)가 높은 분압을 갖는 잔류 가스(30)의 이온화된 성분(30a), 예를 들어 이온화된 수소(H+) 등의 필터링을 가능하게 하고, 이러한 방식으로 잔류 가스(30)의 필터링되지 않은 나머지 이온화된 성분(30a)의 농도를 높은 정확도로 결정할 수 있다는 것이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 예에서, 질량 분석기(43)는 비행 시간(TOF) 분석기의 형태를 취한다. TOF 분석기(43)는 높은 콤팩트성 또는 작은 설계 크기, 및 짧은 측정 시간으로 최대 m/△m > 8000의 질량 분해능의 이점을 갖는다. TOF 분석기(43)는 입구 시스템(41)의 출구 단부(41b)에 배치된 질량 분석기(43)의 이온 공급 디바이스(50)를 통해 검출기(44)에 공급되어 검출되는 잔류 가스(30)의 이온화된 성분(30a)의 비행 시간을 측정하는 역할을 한다. 이온화된 성분(30a)의 비행 시간은 잔류 가스(30)의 이온화된 성분(30a)의 질량 분광법 분석을 가능하게 하는 질량 대 전하 비율에 따라 달라진다. TOF 분석기 형태의 질량 분석기(43)의 이온 공급 디바이스(50)는 도시된 예에서 사중극자의 형태를 취한다. 사중극자 형태의 이온 공급 디바이스(50)는 RF 전용 작동 모드(위 참조)에서 작동될 때 추가 이온 필터 디바이스로서 임의로 작동될 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 예에서 검출기(44)는 캐스케이드 마이크로채널 플레이트의 형태를 취한다. 검출기(44)는 대안적으로, 예를 들어 2차 전자 증배기의 다른 형태를 취할 수 있다. 후자의 경우, 검출기(44)는 별개의 변환 다이노드를 가질 수 있으며, 이는 2차 전자 증배기가 연속 다이노드의 형태로 사용될 때 특히 유리할 수 있다.
잔류 가스(30)의 이온화를 위한 도 2a 및 도 2b에 도시된 전자 이온화 디바이스(46)는, 열이온 효과에 의해 전자 빔을 생성하기 위해 필라멘트(글로우 와이어)를 갖는 전자 소스를 가지며, 전자 빔은 이온화될 잔류 가스(30)의 성분에 충돌하여 이온화한다. 전자 이온화 디바이스(46)는 이온화가 실행되는 전자 이온화 디바이스(46)의 용기에서 고압의 발생을 가능하게 하는 최적화된 소스 기하형상을 갖는다. 수명을 증가시키기 위해, 전자 빔을 생성하는 역할을 하는 필라멘트(들)가 소스 체적 외부에 배치될 때 유리한 것으로 밝혀졌는데, 필라멘트는 해당 위치에서 더 잘 펌핑될 수 있기 때문이다.
도 2b에 도시된 잔류 가스 분석기(40)는, 전자 이온화 디바이스(46) 형태의 이온화 디바이스(46)가 입구 시스템(41)의 입구 단부(41a)가 아니라 질량 분석기(43)의 이온 전달 디바이스(50)의 상류에 있는 입구 시스템(41)의 출구 단부(41b)에 배치된다는 점에서 도 2a에 도시된 잔류 가스 분석기(40)와 상이하다. 그럼에도 불구하고, 도 2b에 도시된 잔류 가스 분석기(40)는 또한 이온 전달 디바이스(42)를 갖는 입구 시스템(41)을 갖는다. 이온 전달 디바이스(42)를 통해, EUV 방사선(4, 5)에 의해 이온화된 잔류 가스(30)의 성분(30a)을 잔류 가스 분석기(40) 또는 전자 이온화 디바이스(46)에 공급하는 것이 가능하다. 입구 시스템(41)을 통해, 잔류 가스의 중성 성분(30b)도 도달하고 전자 이온화 디바이스(46)에 의해 이온화될 수 있다.
도 2b에 도시된 예에서, 잔류 가스 분석기(40)는 입구 시스템(41)의 입구 단부(41a)에 배치된 추가(임의적인) 이온화 디바이스(47)를 갖는다. 추가의 이온화 디바이스(47)는 고주파 플라즈마 이온화 디바이스의 형태를 취하며, 플라즈마의 발생에 의해 잔류 가스(30)의 이온화된 성분(30a)을 생성하는 역할을 한다. 상이한 이온화 디바이스(46, 47)의 사용은 잔류 가스(30)의 상이한 성분을 이온화하기 위해 유리할 수 있다: 플라즈마 이온화 디바이스(47)는 통상적으로 이온화될 잔류 가스(30)의 성분의 단편화 위험이 단지 작은 "완만한" 이온화를 가능하게 한다. 플라즈마 이온화 디바이스(47)는 특히 잔류 가스(30)의 가스 성분, 예를 들어 H+, H3+, N2H+ 등으로부터 수소 함유 이온을 생성하는 역할을 할 수 있다.
도 2b에 도시된 것과 달리, 잔류 가스 분석기(40)는 입구 시스템(41)의 입구 단부(41a)에 또는 입구 시스템(41)의 출구 단부(41b)에 배치될 수 있는 단일 플라즈마 이온화 디바이스(47)만을 가질 수 있다는 것이 명백할 것이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 예에서, 각각의 경우에 도시되지 않은 이온 광학계는 입구 시스템(41)과 이온 공급 디바이스(50) 또는 전자 이온화 디바이스(46) 사이, 및 이온 공급 디바이스(50)와 검출기(44) 사이에 배치된다. 전자 이온화 디바이스(46), 이온 공급 디바이스(50) 및 검출기(44)는 잔류 가스 분석기(40)의 별개의 하우징 부분(49a-c)에 수용되고, 진공 펌프 디바이스(48)의 도움으로 별도로 펌핑된다. 도시된 예에서, 사용된 진공 펌프 디바이스(48)는 터보분자 펌프이고, 이 펌프는 소위 분할 유동 펌프라고 명명되는 형태를 취하며 3개의 하우징 부분(49a-c)에서 3개의 상이한 압력을 생성하도록 설계된다.
추가로 설명된 잔류 가스 분석기(40)의 도움으로, EUV 리소그래피 장치(1) 내의 잔류 가스(30)의 분석 또는 모니터링에 대한 요구는 이용 가능한 구성 공간 및 이용 가능한 측정 시간과 관련하여, 특히 큰 동적 범위와 관련하여 만족될 수 있다.
Claims (10)
- 잔류 가스(30), 특히 EUV 리소그래피 시스템(1)의 잔류 가스(30)를 분석하기 위한 잔류 가스 분석기(40)이며,
잔류 가스(30)를 진공 환경(27a)으로부터 잔류 가스 분석기(40)로 유입시키기 위한 입구 시스템(41), 및
잔류 가스(30)의 이온화된 성분(30a)을 검출하기 위한 검출기(44)를 포함하는 질량 분석기(43)를 포함하는, 잔류 가스 분석기에 있어서,
입구 시스템(41)은 잔류 가스(30)의 이온화된 성분(30a)을 질량 분석기(43)로 전달하기 위한 이온 전달 디바이스(42)를 포함하고, 이온 전달 디바이스(42)는 잔류 가스(30)의 적어도 하나의 이온 성분(30a)을 필터링하도록 설계된 이온 필터 디바이스(45)를 갖는 것을 특징으로 하는, 잔류 가스 분석기. - 제1항에 있어서, 이온 필터 디바이스(45)는 노치 필터의 형태를 취하는, 잔류 가스 분석기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 이온 필터 디바이스는 RF 전용 사중극자(45), RF 전용 헥사폴 또는 RF 전용 옥토폴의 형태를 취하는, 잔류 가스 분석기.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 질량 분석기는 비행 시간 분석기(43)의 형태를 취하는, 잔류 가스 분석기.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 검출기(44)는 2차 전자 증배기 및 마이크로채널 플레이트를 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 잔류 가스 분석기.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 질량 분석기(43)는, 입구 시스템(41)의 출구 단부(41b)에, 이온 필터 디바이스(45)에 의해 필터링되지 않은 잔류 가스(30)의 이온화된 성분(30a)을 검출기(44)로 공급하기 위한 이온 공급 디바이스(50)를 갖는, 잔류 가스 분석기.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
잔류 가스(30)의 중성 성분(30b)을 이온화하기 위한 적어도 하나의 이온화 디바이스(46, 47)를 더 포함하고, 이온화 디바이스(46, 47)는 바람직하게는 입구 시스템(41)의 입구 단부(41a)에 배치되는, 잔류 가스 분석기. - 제7항에 있어서, 이온화 디바이스는 전자 이온화 디바이스(46) 및 고주파 플라즈마 이온화 디바이스(47)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 잔류 가스 분석기.
- EUV 리소그래피 시스템, 특히 EUV 리소그래피 장치(1)이며,
EUV 리소그래피 시스템(1)의 진공 환경(27a)의 잔류 가스(30)를 분석하기 위한 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 잔류 가스 분석기(40)를 포함하는, EUV 리소그래피 시스템. - 제9항에 있어서,
EUV 방사선(4, 5)의 반사를 위한 적어도 하나의 광학 요소(24)를 더 포함하고, 잔류 가스 분석기(40)의 입구 시스템(41)의 입구 단부(41a)는 광학 요소(24)의 반사 표면(29a)으로부터 5 cm 미만의 거리(A)에 배치되는, EUV 리소그래피 시스템.
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