TW471003B - Method and apparatus for removing carbon contamination in a sub-atmospheric charged particle beam lithography system - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 471003 A7 ------—— —__Bl 五、發明說明（） 發明領域：_ 本發明大致上係關於用於半導體製造之顯影系統，以 及尤其是關於降低在次氣壓帶電粒子束顯影系統中之碳 污染。 發明背景：_ 在現代積體電路（1C)之製造中，光顯影術已成為決定 性之啟動技術。光顯影術法一般包含使經形成圖案之光罩 暴露在准直輕射中以產生經形成圖案的輻射。使經形成圖 案之輕射接著通過光學還原系統，以及使經還原之形成圖 案之輕射或光罩影像投射在基材上，該基材一般是已塗覆 上光阻劑之矽晶圓。輻射暴露改變光阻劑的性質並使基材 可進行後續加工。 因為電路整合積集度的程度已增加，的部件尺寸已 驚人地減小。為了支援半導體製造之需求，使用帶電粒子 束之顯影系統，例如電子束或離子束，已發展至克服傳統 光學系統的限制。在帶電粒子投射顯影系統中，部分光罩 係利用帶電粒子予以照射以便將光罩之影像投射在基材 上。已發展出數種新式帶電粒子束顯影系統以延長顯影術 之性能至次-0 · 1 5微米部件尺寸級次。一種此類系統為由 IBM發展出來的微形柱電子束系統。此系統使用大量小型 電子束記錄器’以相陣列的方式，投射光罩影像在〇. 1微 米晶圆幾何形狀之級次。另一種此類系統為由AT&T貝爾 實驗室發展出來的SCALPEL®電子朿顯影系統，代表"在 第2頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSXA4规格（L>u)x 297公筵） ------------I^--------訂----------線〜、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 471003 A7

五、發明說明（） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 投射電子束顯影術中利用角度限制散射"，以及為位在紐 澤西州之Murray Hill的Ατ&τ貝爾實驗室的註冊商標。 SCALPEL顯影系統經由光罩投射高能量電子。 與目前帶電粒子束顯影系統相關的重大缺點為在光 罩、顯影系統t成像（或加工）室的壁或其他表面上形成碳 5染的谷易性。若足夠高程度之碳污染存在於成像室中， 光罩重覆暴露至帶電粒子束易造成光罩上碳的累積。第1Α 圖說明光罩之側面®，例如用& SCALpEL顯影系統之光 罩。此光罩具有形成於其上方的影像圖案並用於投射一還 原影像圖案至基材上。臨界尺寸（CD)代表最小的部件尺 寸，或在形成積體電路裝置之基材上例行地產生之部件間 的最小空隙。CD係由光罩100上的部件1〇2控制，該光 罩具有尺寸104且在晶圓上產生CD。對用於scaLPEL顯 影系統之光罩而言’部件1 02代表"封阻”區域且表面丨〇6 代表透明區域。封阻區域散射投射之電子而透明區域透射 投射之電子。 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 在光罩上或晶圓上的碳沉積可能造成CD改變（一般 是增加）。此效應說明於第1 B圖，其中部件1 〇 2峻沉積1丄2 已使部件102之尺寸由第一寬'度104増加至第二寬度 Π 4。在光罩之部件上的破沉積亦可由於投射電子之過量 吸附’而非散射，而造成光罩部件之加熱。此種加熱可造 成光罩部件變成非所欲地扭曲。 甚至在光罩上碳沉積之程度未續著到足以改變CD的 例子中，光罩及孔隙表面上污染物之存在可造成通過光罩 第3頁 本紙張义度適用中國國家標準（CNS〉A4规格（2U) x 297公楚）

經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 471003 五、發明說明（ 及/或其他孔隙之電子束的不必要偏斜。1B圖，在 光罩1 GG &透明區域上的碳沉冑} ! 6可造成投射電子非所 攸地散射，並因此在晶圓上產生有缺陷的影像。因此，在 電子束顯像系、统巾’即使微量之碳污染也可負面影響顯像 過程。碳染可由|種不同來源引入含有帶電粒子束顯影 系統《電子源、光罩、晶圓、及顯像元件之顯像室。這些 染源包含可能存在於室内的烴蒸氣或在線路或電子 源刀1¾支座及其他類似來源中的碳殘渣。雖然藉由確 保在顯像1：中限用非碳材料，或f f且徹底地物理潔淨該 室及光罩’有可能減少碳污染’但此類方法一般非常昂責 並費時，且限制顯影系統之生產量。再者，此類方法可能 無法完全移除顯像室f的碳”，因為有機化合物通常存 在於光罩及晶圓本身中。 基於上述，在此技術領域中仍需要用於移除沉積在電 子束光顯影術設備之室内之碳冷染的系絶。 發明目的及概述： 本發明關於一種避免次氣壓帶電粒子束顯影系統之 成像室中碳沉積物累積的潔淨系統。尤其，本發明關於一 種在次氣壓帶電粒子束顯影系統中，清除光罩及成像室表 面上之累積碳沈澱物的潔淨系統。 本發明描述一種與次氣壓帶電粒子束顯影系統—起 使用的潔淨系統。在本發明之一實施例中，潔淨系統包含 氧化劑源’該氧化劑源知氧化劑引入顯影系統之成像室 第4頁 本紙張尺度¥用中國國家標準（〇^)八.1规格（2丨心跗7公5'7 --------- ------------装-----_---訂---^------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 471003 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ7 B7_ 五、發明說明（） 中，以便氧化已累積在該室内表面，例如光罩及室壁上的 碳污染物。包含氧化碳氣體之揮發性氣體物質係由氧化作 用過程中產生。藉由連結至成像室之真空泵將此揮發性氣 體泵送出該室，藉此自成像室移除碳污染物沉積。 在本發明之一實施例中，一種潔淨方法包含當光罩置 於成像室中且該室維持在次氣壓下時，均一地導引氧化 劑，例如氧氣，通過光罩以便自光罩移除碳沉積。根據本 發明之此實施例，潔淨方法係在預定數目之晶圓已加工 後，週期性地進行。在本發明之另一實施例中，潔淨方法 係當各個晶圓進行加工時，持績地藉由引入氧化劑至成像 室中而進行。 圖式簡單說明： 本發明係藉由實施例說明且在附帶之圖式中的圖中 不構成限制，其中類似的參考編號意指類似的元件，且其 中： 第1 A圖為光罩之側面圖； 第1 B圖為第1 A圖之光罩的侧面圖，說明光罩上碳沉積的 影響； 第2 A圖為根據本發明之一實施例，說明用於次氣壓電子 束顯影系統之以氧氣為主的潔淨系統； 第2B圖為根據本發明之另一實施例，說明用於次氣壓電 子束顯影系統之以氧氣為主的潔淨系統； 第2C圖為根據本發明之又另一實施例，說明用於次氣壓 第5頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4规格（210 X 297公笼) -----------I 裝-----：---一訂 *--：------線 / (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 471003 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 電子束顯影系統之以氧氣為主的潔淨系統； 第3圖為第2A圖中說明之電子束顯影系統之更詳細的 圖； 第4圖為根據本發明之一實施例，說明自次氣壓帶電粒子 束顯影系統之成像室中潔淨碳沉積物之步驟的流 程圖；以及 第5圖為說明可連同本發明之實施例使用的光罩保護系 統。 圖號對照說明： 100 光罩 102 部件 104 第一寬度 106 表面 112 碳沉積 114 第二寬度 1 16 碳沉積 200 系統 201 真空泵 202 電子源 203 電子通量 204 照明室 205 電子束 206 光罩臺 208 光罩 210 成像管柱 212 晶圓臺 214 晶圓 215 噴嘴 216 氧化劑源 217 氣門 218 真空泵 219 流量控制單元 220 力口工室 22 1 氣體注射歧管 0 0 0 電腦 223 引入孔 2 2 4 喷嘴 第6頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2_1ϋ X 297公f ) -----------I 裝--------“訂----------線，、 ' - t 1 ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 471003 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 A7 B7 五、發明說明（） 233 引 入 管 235 通遒 237 支 柱 239 孔洞 250 電 子 束 顯影系統 270 系統 302 電 子 通 量 304 光罩 306 散射 束 308 未散射束 310 透 鏡 312 孔隙 316 氧 化 劑 流 318 經氧化之碳氣體 320 氧 化 劑 流 402 步驟 404 步 驟 406 步驟 408 步 驟 500 薄膜 501 光 罩 502 上薄膜 504 薄 膜 架 506 背侧薄膜 510 氧 化 劑 流 發明 詳 細 說 明 本 發 明 描 述一種用於次氣壓帶電粒子束顯影 系 統 的 潔淨 系 統 〇 在 下述說明中 ，為了解釋 的目的，敘述 許 多 特 定細 即 以 便 提 供對本發明 詳盡的瞭解 。然而，明顯 的 對 一熟 習 是 項 技 術者而言， 可無需這些 特定細節而實 施 本發 明。 舉 例 而 言 ，以方框圖 之形式顯示 眾所周知之結 構 及 裝 置以 幫 助 說 明 。較佳實施 例之說明並 非企圖用以限 制 附 隨 於本 文 後 之 中 請專利範圍 的範圍。 在 帶 電 粒 子束顯影術 •進行期間， 高能量之帶電 粒 子 束 係投 射 過 光 罩 以投射光罩 之部分影像 在基材上，例 如 矽 晶 — — — — — — — l·'— — — — - — — — — 111 t ! I I I I I I I Γ ,、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM4規格（2.10x297公发） 471003 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 圓。典型之帶電粒子束顯影系統使用電子束或離子束投射 系統以製造使用影像光罩之晶圓。第2A圖為使用於半導 體加工之電子束顯影系統200的橫截面圖說明，且實行本 發明之實施例。 在本發明之一實施例中’碳沉積潔淨系統係在 SCALPEL(在投射電子束顯影術中利用角度限制散射）系統 中貫厅。弟2A圖為經過改良以供與本發明之實施例一起 使用之基本SCALPEL系統的橫截面圖說明。 如眾所周知，在SCALPEL系統，高能量之電子係投 射過光罩以便投射光罩的影像至基材。光罩一般係由覆蓋 高原子序材料之低原子序膜構成。光罩圖案係以圖案層的 形式形成於高原子序材料中。在用於透射電子所使用之能 S下（一般為100 keV) ’光罩對電子幾乎是透明；然而， 介於低原子序膜及鬲原子序圖案層之間的電子散射特性 的差異提供足夠的對比以便投射影像在晶圓上。透射過膜 之電子實質上未散射但透射過圖案層之電子係經散射。 SCALPEL系統包含在投射光學之後焦平面中的孔隙，其封 阻經強烈散射的電子。此在晶圓平面上形成高對比的影 像。 參考第2A圖’系統200代表包含本發明之實施例的 S C A L P E L系統。此顯影系統包含電子源2 〇 2，其一般係以 電子槍的形式進行。電子源202以高密度電子通量203形 式之電子束投射通過照明室2 0 4内的照明管拄至光罩臺 2 06。光罩臺206固持包含電子透明膜層及圖案層的光罩 第8頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（LMO 公楚〉 ^*--------:訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 471003 A7 B7 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 五、發明說明（ 208。電子束通過光罩208及成像（或投射）管柱210，以供 形成聚焦之電子束205，其投射在藉由晶圓臺212固持之 晶圓2 1 4上。成像管柱21 0亦包含後焦平面之孔隙（如第3 圖之元件3 1 2所示），其封阻經散射之電子並容許未散射 之電子通過至晶圓214。 光罩臺206、晶圓臺212、及成像管柱210係圍封在 加工i 220内。對SCALPEL系統而言，加工室220 —般 維持在次氣壓環境，並因此亦可適用於作為真空室。光罩 臺206及晶圓臺21 2 —般係設置在大金屬塊的頂端及底 端’該大金屬塊稱為測量板（未顯示以避免不必要地混淆 說明），其係供作整個光學系統的熱及機械之穩定器。真 至系218係連接至加工室220以供在成像過程中，在室220 中產生真$。如上所述’在晶圓製造期間，處理室2 2 〇係 維持在次氣壓（真空或部分真空）的狀態。對於典型之 SCALPEL系統而言，處理室一般係維持在1(Γ6至1〇_7托 之真S度下，而照明室係維持在1〇-8至1〇-9托之真空度 下。 在此種低壓下’氣體分子一般依循其初始軌跡直至碰 才里到壁。任何存在之碳將同樣地黏著至壁上，因此在室内 產生碳污染。然而，氧化此碳產生氧化的碳氣體（c〇或 C〇2) ’其呈現相當低的黏著係數。此氣體可接著自照明及 /或加工室’利用真空泵有效地移除。 一或多個氣門亦連接至成像室220，該氣門容許晶圓 C出加工至220 4交換，無需在晶圓製造期間破壞加工室 -----裝·--------訂-------_— , (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 國國家標 第9頁 規格（2]〇 X 297公釐） 471003 A7 B7 五、發明說明（ 220内的真空度。就此實施例而言，照明室2〇4及加工室 220 —起包含用於系統200之成像室。因此，除非另外說 明’對說明於第2 A圖中的實施例而言，在本文中所用之” 成像室”同時包照明室204及加工室220。就此實施例而 吕’光罩臺206及光罩208在二室204及220之間不會形 成氣密阻隔板。應注意到的是，對本發明之另一實施例而 言’相對於二室一起合為成像室，成像室可單指照明室或 加工室。 在本發明之另一實施例中，光罩208係装設於或連接 至支撐環（未顯示以避免不必要地混淆說明），該支撐環係 連接至光罩鲎206。就此貫施例而言，光罩臺206包含一 開口’其容許電子通過光罩208，且亦容許氣體流過光罩 208之表面。依據所使用之顯影系統而定，其他光罩支撐 結構亦可使用。 與目削SCALPEL顯影系統，以及其他帶電粒子束投 射顯影系統相關之一問題為在顯影過程中，碳累積在成像 室内光罩、晶圓、及/或其他表面的可能性。碟污染之存在， 以成像A中之te洛氣或該室内之表面（例如線路、壁等）上 的有機物質的形式，可在室之操作期間，造成光罩或晶圓 上的碳沉積。這些碳沉積物可如第1 A及丨B圖所述，藉由 不理想地散射電子東，或藉由增加光罩影像之部件尺寸， 負面地影響系統的成像效果。雖然在此成像室中使此類喂 污染降至最低，但總是無法或有效率地花費以維持一無石炭 系統，因為碳可客易地由許多不同來源引入。舉例而言， 第10頁 中國國家標準（CNS)A〗規格 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} --------訂--------I ' 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 本紙 A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、發明說明（） =連續地暴露至電子束中加工造成來自晶圓及晶圓 予之有機材料’經由除氣之碳釋出。 在：示於第2A圖之本發明的一實施例中，顯影系統 包含-乳化劑源216，其將氧化劑在預定壓力及流速 :引入S，、明至2〇4及加工室22〇(_起，即成像室）。由 氧化劑源216提供之氧化劑-般為純氧氣的形式。在本發 明（另-實施例中，氧化劑可源自於任何含氧化合物，例 如〇3、N2〇、水蒸氣、含添加劑之氧化合物、醇類化合物， 及其，中性或離子化的化合物。在本發明之另—實施例 中，氧化劑可為任何可引入成像室且可作用於使任何殘餘 碳氧化成揮發性氣體物質的氣態化合物。在氧化劑之選擇 上必須謹記氧化劑不應腐蚀或危害顯影系統之其 件。 在本發明之-實施例中’由氡化劑源216提供之氧化 劑係在活化狀態。氧化劑係由數種不同可能之方法所活 化’包含熱活化、臭氧活化、藉由微波源或遙控電漿源活 化’或其他類似方法。對此實施例而言，氧化劑源216包 含微波電路以活化氧化劑，或其化適用於氧化劑活化方法 的電路。 在本發明之一實施例中，氧化劑係在特定之流速下引 入直至知明室2 0 4及加工室2 2 0内達到特定的分壓。對高 壓應用而言’例如加工大直徑之晶圓2 ] 4之應用或在易產 生大量累積之系統中’氧化劑係經由高壓泵自氧化劑源 2 ] 6泵送至成像室。流量控制單元2丨9控制氧化劑進入成 第11頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4规格（210x 297么、f ) I I I -- ---» I--* > — — — — — ---------, (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 471003 Λ7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 像室之流量。流量控制單元2丨9容許使用者可在精密的基 礎上，獨立地指定及偵測氧化劑至照明室204及加工室 220之流量。所維持之實際氧化劑流速及壓力係依數個因 子而定，包含光罩208之尺寸、照明室204之容積、加工 室220之容積，以及待移除之碳污染的量。對次氣壓顯影 系統而言，氧化劑係在使成像室内維持次氣壓之環境的速 率及壓力下引入。 在本發明之一實施例中’電腦2 2 2係用於控制真空泵 2 1 8、電子源202、流量控制單元21 9以及一或多個氣門 2 1 7。電腦2 2 2可自動地藉由協調顯影系統2 〇 〇元件之操 作而控制潔淨過程。電腦222亦容許顯影系統2〇〇元件由 操作者透過使用者輸入端而手動控制。使用者輪入端亦可 連接至其他控制系統，其可協調顯影系統2 〇 〇與其他連接 之晶圓加工元件的操作’該元件包含晶圓輸送系統或核團 設備。 對說明於第2A圖之本發明的實施例而言，氧化劑係 經由插穿照明室204之壁的喷嘴224引入照明室2〇4，及 經由插穿加工室220之喷嘴215引入加工當9 至220 。因為在 SCALPEL系統中，光罩本身上的碳污染一般是最嚴重的 喷嘴2 1 5係配置以均勻導引氧化劑流橫越過光罩2〇8表 面。然而，或者，噴嘴215及224可針對或配置以導引氧 化劑遍布照明室204及加工室220的其他表 久间，例如壁或 晶圓區域。此容許氧化劑可集中在最希望移除破要 ’、火系積之區 域中。喷嘴2 1 5及224之直徑，以及其可延伸 τ八知明室204 第12頁 本紙張尺度適用中S國家標準（CNS)A4规格公发） --------r,---- ^--------； t---,------^ , (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 471003 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 及加工：!： 220之程度，可視潔淨系統之要求及顯影系統 200之物理及操作限制而定來調整。 雖然說明於第2A圖之實施例顯示藉由噴嘴2 1 5及 224之方式’使氧化劑引入照明室204及加工室220，需 注意的是’氧化劑可以許多不同的方式引入成像室中。例 如在本發明之另一實施例中’氧化劑可經由具有空氣引 入口洞之氣體注射歧管或定型管而引入成像室中，其一般 使氧化劑分布至成像室中且橫越過光罩208之表面。 第圖說明實行根據本發明之另一實施例之潔淨系 統的電子束顯影系統。就此實施例而言，藉由氧化劑源21 6 供應之氧化劑係經由氣體注射歧管221泵送至照明室 204。氣體注射歧管221包含多數引入口 223以供導引氧 化劑至照明室204中。氣體注射歧管22丨係設置在照明室 2 04内，以致於引入口 223係沿著照明室2〇4之内侧表面 刀布且貫貝上與照明室204之内侧表面同高。因此，在第 B固中其說明電子束顯影系統2 5 0、沿著照明室2 〇 4之 内側表面連續地延伸的氣體注射歧管221之橫截面圖。 在說明於第2B圖之系統25 〇之一實施例中，氣體注 射歧管22 1為空心腔，其分布藉由經由各個引入口 223， 由氧化劑源21 6供應之氧化劑。或者，氣體注射歧管 可包含與各個入口通道223連接之獨立噴嘴，以便以特定 <方向或型式導引氧化劑入照明室2〇4内。如第2B圖所 說明者，氣體注射歧管221及氣體注射歧管221内的引入 口 22^疋結構及位置係設置以導引氧化劑流均勻地橫越過 第13頁 I紙張尺度適用中國國家標準（CNS)yVl規~ --—- --------------壯衣 *----1---訂---------, (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 471003 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（） 光罩208之表面。然而，應注意的是照明室204内之引入 口 223及氣體注射歧管221的結構及位置可由第2B圖所 說明之結構改變，以提供照明室204不同之氧化劑流型 式。第2B圖說明之其他元件的結構及操作相當於上述參 考第2A圖所提供之說明。 對於說明於第2B圖之實施例，氧化劑亦可藉由插入 加工室220内的噴嘴21 5引入成像室中。或者，在系統250 中，氧化劑僅經過氣體注射歧管22 1引入成像室中。 本發明之另一實行用於電子束顯影系統之潔淨系統 的實施例係說明於第2C圖中。在系統270中，氧化劑係 經由緊鄰位在光罩208周圍之圓形引入管233引入照明室 2〇4室中。在說明於第2C圖之系統270的一實施例中， 引入管23 3為中空圓柱形管，其形成一連續的圓形通道。 圓形引入管 23 3含有多數之分布於其表面周圍的孔洞 2 3 9。圓形引入管2 3 3係由一或多個支柱支撐，例如支拄 23 7，其係連接至照明室204之壁上◦氧化劑源2 1 6經由 通道23 5提供氧化劑至圓形引入管23 3且氧化劑流經引入 管並自孔2 3 9排出。在此方式中，氧化劑流均勻地且直接 地橫越過光罩208之表面。應注意的是，圓形引入管233 之形狀、尺寸及圓形引入管23 3之位向可依導引氧化劑橫 越光罩208之特定表面或照明室204，或集中橫越過光罩 208之特殊部分或照明室204表面之氧化劑流的要求而調 整。因為系統2 70中的引入管係位在相對上緊鄰靠近光罩 208處，第2C圖說明之實施例比第2B圖所述之實施例， 第u頁 ^^1 n —^1 ϋ ίβ vn IK fl —Bi n· IK —9 Kn n n Ϊ;,·t i m n n flu ^^1 I ff (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（2川X 297公釐） 471003 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 大致上提供較集中及均一之橫越光罩208表面的氧化劑 流。第2 C圖說明之其他元件的結構及操作相當於上述參 考第2A圖所提供之說明。 對第2C圖說明之實施例而言，氧化劑亦可藉由插入 加工室220之噴嘴215引入成像室中。或者，在系統27〇 中’氧化劑僅經由圓形引入管2 3 3引入成像室。 應注意的是’亦可能有其他根據本發明之實施例的其 他氧化劑引入方式。例如，在本發明之另一實施例中，氧 化劑係在未引入成像室之下，直接引至光罩的表面上。對 此實施例而言，係在光罩臺206中提供一或多個引入通 道，以便直接自氧化劑源216導引氧化劑至光罩2〇8上。 在本發明之一實施例中，氧化劑係由氧化劑源引入成 像室中作用於氧化可能存在於該室内的任何碳污染物。因 此，可氧化光罩及該室壁上，以及在該室内之任何其他表 面上之任何碳沉積物的殘渣。氧化過程使任何固體形式之 碳殘渣轉換成氣體形式。同s ’任何存在於成像室内的烴 類氣體係利用由氧化劑源提供之氧化劑氧化。氧化過程因 此在成像室内產生氧化之碳氣體。此類氣體可以—氧：碳 (CO)或二氧化碳（CCh) ’或其他揮發性碳、氧化合物之形^ 產生。此經氧化之碳氣體為揮發性氣體物質，其可自成像 $抽空以便藉此移除經氧化之碳污染物。 在本發明之一實施例中，氧化劑係在一段時間内弓丨入 成像室中’該段時間^以徹底地使光罩或其他所欲表面暴 露於氧化劑中。此段—般係依室之容積U積之量、2 第15頁 Μ氏張反度過用中國國家標準（CNS)A4规袼⑵0 X 297公g

(請先閱讀背面之注意事項再填寫本I.C 裝-----^----:訂---·-----一線广 471003 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ——-—. ____ 五、發明說明（） 及晶圓及光罩元件對氧化作用之敏感度而定。於碳沉積物 及殘渣已氧化後，所得之經氧化的碳氣體係泵送出成像 室。在此方式中，成像室内的碳污染係由光罩及/或室之 表面移除。 在本發明之一實施例中’氧化劑係在晶圓製造過程中 引入成像立。就此貫施例而言，進行光罩潔淨同時成像室 係維持在次氣壓（邵分真空）之環境中。當氧化劑導引橫越 光罩時’氧化光罩上的碳沉積物。所得之經氧化的碳氣體 接著藉由真$系之操作泵送出成像室。在粒子束顯影系統 之成像室中的東路徑的更詳細說明係敘述於第3圖中。第 3圖說明描述於第2A圖之SCALPEL顯影系統的典型帶電 粒子束路徑。在第3圖中，投射通過光罩3〇4之電子通量 302包含多數之電子束。根據scalPEL顯影系統，撞擊光 罩之圖案層的電子束如散射束3 06所示，然而未散射地行 進通過膜的電子束如未散射束3 〇 8所示。未散射之電子束 3 08係藉由電子透鏡聚焦，為了能夠容易暸解本發明，該 透鏡以光學透鏡來說明，且該電子束通過後焦平面孔隙 3 1 2並成像在晶圓3 1 4上。散射束3 06係由電子透鏡3 1 0 再導引，但有效地被孔隙3 12阻隔。在8€八1^£1系統之 成像過程期間’成像室3 〇 1係維持在次氣壓下。 在本發明之一實施例中，一或多氧化劑流3 1 6及320 係導引橫越過光罩3 04之表面。在光罩3〇4上以及在其他 室3 0丨之表面上的的碳沉積物，係接著氧化並轉換成揮發 性氣體物質’其包含例如C 0或C 0 2 °在與光罩3 0 4上或 第16頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A:丨規格（2.]Ux，7公总） -------------^---— -;----- ^---,------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本1) 471003 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 A7 五、發明說明（） 其他至内表面上的碳沉積物反應之後’將所得之經氧化碳 氣體（以二氧化碳為代表）自該室抽空。第3圖說明本發明 < 一實施例’其中氧化劑係在接近光罩304之位置引入並 為特定導引在光罩3 〇4上的氧化劑流。然而，應注意的是， 乳化劑一般可以引入成像室並容許自然流動橫越光罩 J 〇4。在本發明之-實施例中’氧化劑流3 20係由氧化劑 源及分布設備提供，該設備例如第2A ®之噴嘴224，以 及經氧化之碳氣體流318係藉由真空泵201之作用抽空， 該泵維持照明室2〇4在次低氣壓。 在本發月之f施例中，以氧化劑為基礎的潔淨方法 係使用於帶電粒子束顯影系統’其中光罩304係由保護性 掩蓋物所覆蓋’例如與使用於光學顯影系統中相同之薄 誕，…般而言，薄膜為一透明薄膜。該薄膜密封光罩（亦 稱為光柵）免於粒子污染。 & 、 哥腰係5又汁供直接放置在光罩 以避免粒子或其他污染物 〜 々评洛在先罩乏表面上。因此， 万朱物將沉積在薄膜之表 -t 向非在忐罩之表面上。這些 π朱物可在毋需潔淨光罩表 氺冨本二⑼u 私除。薄膜一般係與 先罩表面保持一固定距離。如 離隹赴*、掠a # ，保持任何粒子污染偏 1厍…'站並避免其成像在晶圓上。 第5圖說明可與本發 i % 貫施例配合使用之薄膜的一 角她例。溥膜5〇〇包含— m m Ά /、旲502，其係由薄膜架5〇4 所固持。光罩501係位在血 #+ ± ^ ”，辱艇502保持一固定距離處。 對本發明之一實施例而言^

顯偾杀r 、 罩501化表用於SCALPEL 〜像系现足光罩，例如第3 口甲的光罩304。對此實施例 第17頁

本紙張尺度適用丨规格⑵(T --------1----^----1----- ^---.-------綠 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 發明說明（） 而吕，薄膜502係由對電子源產生之帶電粒子（電子）透明 的材料構成。亦可提供背側薄膜5〇6以避免光罩5〇1之背 側產生污染物沉積。根據本發明之一實施例，一或多氧化 剑流5 1 〇係導引遍布薄膜5 〇2之表面以促進薄膜$ 之表 面或薄膜500之其他表面上的任何碳沉積物之去除。 應注意的是，在第5圖所示之薄膜5〇〇說明可與本發 明之實施例一起使用之薄膜的一種結構，以及各種不同之 其他構形亦可使用。再者，帛5圖為可與本發明之實施例 (使用之光罩保瘦系統形式的一實施例。可使用數種其 他形式之光罩保護系統或透明塗層以供保護光罩及經 由氧化劑之使用促進碳沉積物之去除。 ^ 在本發明之-實施例中，包含引入氧化劑、氧化破沉 積物以產生揮發性氣體，以及抽空經氧化之碳氣體等步驟 〈潔淨方法係週期地在批式潔淨過程中進行。在特定數目 之晶圓已在顯影系統中呈像後，進行以氧氣為主的潔淨方 法自光罩及室表面上去除任何累積的碳。此一週期性方法 係在某-預定之時間間隔或在已加工—定數目之晶圓後 進行以供自光置及室内表面去除非所希望的碳沉積物。在 此潔淨方法中’光罩係在原位料，毋須自該室中移出。 因為潔淨方法不需要將光罩自成像室中移出，系統用於潔 、…機時間可降至最低且可維持晶圓製造系統之產 量。 /本發明之另-實施例中，潔淨方法係持續地且同時 地蚪咕子束成像投射万法一起進行。在此連續潔淨方法 第18頁 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4规格（2_1G X 297 ------------裝-----_-----訂---------線， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 公釐） 471003 A7 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 五、發明說明（ 中’乳化劑係引入室中，或在各個晶圓加工後立即引入。 在此方式中，妷污染物係在晶圓成像期間，連績地自光 罩阳圓、及鱼表面氧化。就此實施例而言，其一般要求 氧化劑在低壓下引入及抽空。如此確保室内的壓力不會超 過SCALPEL，或其他帶電粒子束顯影方法之有效操作所要 求的次氣壓。 在本發明足另一實施例中，光罩係在成像室之前，自 顯影系統中移出而藉由氧化方法潔淨。此-方法-般僅應 用於當至表面包含高量碳殘渣累積及要求高壓或長氧化 刮暴路時間以去除沉積物時。對這些例子而言，通常不希 王將光罩或晶圓留在室内，因為部分的重要零件將非所欲 地隨著碳沉積物一起氧化。 在本發明之一實施例中’以及參考第2a圖，在潔淨 過私中’自加工室220關掉電子源2〇2及關閉照明室2〇4。 此容許氧化劑分別引入成像室中之個別室。如此使得在加 工至220中含有氧化劑且避免照明室204及電子源202元 件心氧化作用。在本發明之另一實施例中，照明室204係 保持開啟以容許自管柱及電子源202去除任何碳沉積物。 第4圖為說明根據本發明之一實施例，自次氣壓帶電 粒子束顯影系統之成像室中潔淨碳沉積物的步驟的流程 圖。在步驟402中，氧化劑係引入顯影系統之成像室。如 上所述，氧化劑可在活化狀態及可由純氧氣源或由含氧化 口物源供應。氧化劑係在維持成像室中最小及最大所需壓 力！的流速及時間週期下引入。在步驟4〇4，成像室内的 第19頁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · I 1 — I I I I J^T· I I I I — - •綠 4Y1UU3 A7 五、發明說明（ 光罩、晶圓、及室表面係暴露至氧 間。或者’僅有光罩暴露至氧化劑， 配置成僅導引氧化劑偏布光罩表面， 室。 化劑中一段預定之時 且氧化劑分布系統係 且大致上不進入成像 對第4圖說明之實施例而言，出 成像室中的氧化劑係容 許氧化光罩、晶圓、及室表面上的硭、 叫上的呶沉積物，以及任何存 在於成像室内難免產生的烴氣體，以 Λ產生揮發性氧體物質 形式之氧化碳，步驟4 0 6。經氧化之 碳氣體係接著泵送出 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 成像室’步驟408。在此方式中，石炭沉積物係隨著系送至 室内之氧化劑移除。如上述，概述於第4圖之潔淨方法 可相對於晶圓處理之數目之時間間ρ奇、六曰 制 j叫I⑺或在晶圓製造過程 中持續地進行。 如上所述’在次氣壓帶電粒子東顯影系統中氧化劑 之使用，供有效率且經濟之潔淨已被碳沉積物污染之光 罩的方法。其亦得以藉由氧化可能存在於成像室中之烴 氣體及其他碳來源而避免碳污染堆積在光罩上。 雖然本發明之特定實施例已參考SCALPE顯影系統 來討論，但熟習是項技藝者將可暸解到本發明之實施例亦 可應用於其他形式之次氣壓帶電粒子束顯影系統。此類系 統可包含微管柱電子束系統’離子束投射系統，以及類 似形式之顯影系統。在此例子中，在成像或加工室中使 用氧化劑以產生揮發性碳氣體’係以如上述參考SCALPE 顯影系統之相同方式來進行。 在前述中，已描述用於次氣壓帶電粒子束顯影系統 第20頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2丨〇 X 297公釐） -----!! 裝 -- ----—訂·---------^ V (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 471003 A7 B7 五、發明說明（ 之碳沉積物移除系統。雖然本發明已參考特定例示實施 例描述，明顯地，在未偏離如申請專利範圍所述之本發 明的較廣的精神及範疇内’將可對這些實施例進行各種 不同的改良及改變。因此，本說明書及圖式應視為說明 的意義而非限制性意義。 ------------- 裝----------訂---；------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第21頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2.10 X 297公釐）

Claims (1)

1. 471003 Λ8 Π8 1)8 r;、申請專利範圍 1. 一種用於利用帶電粒子束顯影系統形成半導體晶圓圖案 之設備，該設備至少包含： 一帶電粒子源； 一成像室，其包含一晶圓臺、一或多帶電粒子成像 元件，以及配置成收容已形成圖案之光罩的光罩臺； 一氧化劑源，其係連接至成像室；以及 —真空泵，其係連接至成像室以供在成像室内產生 次氣壓的環境。 2. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中氧化劑源係 配置成產生選自於下述物質所組成之組群之氧化劑： 〇2、〇 3、N 2 〇、水蒸氣、含添加劑之氧化合物，以及醇。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之設備，該設備進一步包 含與該氧化劑源連接之氧化劑分布機制，該氧化劑分 布機制係配置成將藉由該氧化劑源產生之氧化劑引入 橫越放置在光罩臺上之已形成圖案之光罩的表面。 4.如申請專利範圍第3項所述之設備，其中該氧化劑分 布機制包含與氧化劑連接並插穿成像室之壁的喷嘴。 5 .如申請專利範圍第4項所述之設備，其中該噴嘴係配 置成導引藉由該氧化劑源產生之氧化劑流直接橫越已 形成圖業之光罩的表面。 第22頁 本紙張，用由g S家檔準丨規ft 公g ) -----------I^--------訂-----------線- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局Μ工消費合作社卬.¾ 471003 A8 Ι；Κ ('S I)S 、甲請專利範圍 6. 如申請專利範圍第3項所述之設備，其中該氧化劑分布 機制包含具有多數氧化劑引入孔之氧化劑注射歧管，該 引入孔係分布在該氧化劑注射歧管的表面上。 7. 如申請專利範圍第6項所述之設備，其中該氧化劑注射 歧管係配置以將藉由氧化劑源產生之氧化劑引入成像 室，以多數氧化劑流的方式導引至接近已形成圖案之光 罩之表面的區域。 8 _如申請專利範圍第3項所述之設備，其中該氧化劑分布 機制包含緊鄰位在該光罩臺周圍之圓形引入管，該圓形 引入管包含多數分布在該圓形引入管表面的孔，其中該 圓形引入管係配置以將藉由氧化劑源產生之氧化劑以 多數氧化劑流的方式導引橫越已形成圖案之光罩之表 面0 9.如申請專利範圍第3項所述之設備，其中該氧化劑源產 生處在活化狀態的氧化劑。 1 0.如申請專利範圍第9項所述之設備，其中該氧化劑源 進一步包含選自於下述物質所組成之組群的活化劑： 熱活化劑、臭氧活化劑及微波活化劑。 1 1 .如申請專利範圍第3項所述之設備，其中該帶電粒子 第23頁 本紙張尺度適用家標ϋϋ)Λ.丨坨格川、 --------------------訂·---------''線 * " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 471003 AS KK (>: l)h V、申請專利範圍 源包含電子源，且其中該成像室包含電子束顯像系統之 元件。 1 2.如申請專利範圍第1 1項所述之設備，其中該電子束顯 像系統包含SCALPEL顯像系統。 1 3 . —種用於使用帶電粒子束顯影系統製造半導體晶圓 的設備，該設備至少包含： 一帶電粒子源； 一成像室，其包含帶電粒子源、晶圓臺、一或多帶 電粒子成像元件，以及配置成收容已形成圖案之光罩 的光罩臺； 一氧化劑源，其係連接至成像室，該氧化劑源係配 置成產生氧化劑並導引該氧化劑橫越放置在光罩臺上 已形成圖案之光罩的表面，以與存在於該已形成圖案 之光罩之表面上的污染物反應，藉此產生揮發性氣 體；以及 一真空泵，其係連接至成像室以供在成像室内產生 次氣壓的環境，並配置以自成像室抽空該揮發性氣 體。 1 4.如申請專利範圍第1 3項所述之設備，其中該氧化劑 係選自於下述物質所組成之組群：〇2、〇3、N20、水 蒸氣、含添加物之氧化合物，以及醇。 第24頁 ------------^ --------訂---I------''線 ' V (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局興工消費合作社印於 471003 Λ8 C'8 1)8 7、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 5 .如申請專利範圍第1 3項所述之設備，該設備進一步 包含與該氧化劑源連接之氧化劑分布機制，該氧化劑 分布機制係配置成將藉由該氧化劑源產生之氧化劑引 入通過光罩臺並導引橫越放置在光罩臺上之已形成圖 案之光罩的表面。 1 6. —種自次氣壓帶電粒子束顯影系統之成像室中去除 碳污染的方法，該方法包含下述步驟： 將氧化劑引入成像室中； 將與成像室連接之光罩、及成像室之内侧表面暴露 至氧化劑中； 容許氧化劑氧化光罩及成像室之内侧表面上的碳 沉積物以產生經氧化的碳氣體；以及 在緊鄰光罩處維持次氣壓之環境，藉此自成像室抽 空經氧化之碳氣體。 經濟部智慧財產局員工消赀合作社印奴 1 7.如申請專利範圍第1 6項所述之方法，其中該氧化劑 係選自於下述物質所組成之組群：〇2、〇3、N20、水 蒸氣、含添加物之氧化合物，以及醇。 1 8 .如申請專利範圍第1 6項所述之方法，該方法在進行 將氧化劑引入成像室之步驟之前，進一步包含活化氧 化劑以產生活化之氧化劑之步驟。 第25頁 本紙張次1適用士 0 0家標準（CNS):\.l悦格；：M(!x 29tTF7 471003 ΛΗ I；K CS J)8 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 六、申請專利範圍 1 9.如申請專利範圍第1 8項所述之方法，其中產生活化氧 化劑之步驟係選自於下述作用組成之組群：熱活化氧化 劑、氧化劑之臭氧活化，以及氧化劑之微波活化。 20.如申請專利範圍第1 6項所述之方法，該方法進一步 包含計量引入成像室之氧化劑之流速以使緊鄰光罩處 維持次氣壓的環境。 2 1 .如申請專利範圍第20項所述之方法，其中將氧化劑 引入成像室之步騾係在特定數目之半導體晶圓已在帶 電粒子束顯影系統中加工後進行。 22.如申請專利範圍第20項所述之方法，其中將氧化劑 引入成像室乏步驟係連續地在半導體晶圓在帶電粒子 束顯影系統中加工期間中進行。 2 3 . —種使用於次氣壓帶電粒子束顯影系統中自成像光罩 之表面去除碳污染的方法，該方法包含下述步驟： 將一或多氧化劑流導引橫越光罩的經污染表面； 將光罩暴露於氧化劑中； 容許氧化劑氧化光罩上的複污染沉積物以產生經氧 化的碳氣體；以及 使緊鄰光罩處維持次氣壓的環境，藉此自鄰近成像 光罩處抽空經氧化之碳氣體。 第26頁 -----------I 卜衣--------訂----\-------線，、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 471003 A8 BK C8 1)8 7T、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 4.如申請專利範圍第23項所述之方法，其中該氧化劑 係選自於下述物質所組成之組群：〇2、〇3、N20、水 蒸氣、含添加物之氧化合物，以及醇。 2 5 .如申請專利範圍第23項所述之方法，該方法在進行 將一或多氧化劑流導引橫越成像光罩之經污染表面之 步驟之前，進一步包含活化氧化劑以產生活化之氧化 劑之步驟。 26.如申請專利範圍第25項所述之方法，其中產生活化氧 化劑之步驟係選自於下述作用組成之組群：熱活化氧化 劑、氧化劑之臭氧活化，以及氧化劑之微波活化。 2 7 .如申請專利範圍第2 3項所述之方法，該方法進一步 包含計量引入帶電粒子束顯影系統之成像室之氧化劑 流速以便維持在光罩周圍產生之次氣壓環境。 經濟部智慧財產局員工消f合作社印.製 2 8 . —種用於潔淨來自帶電粒子束顯影系統之次氣壓成 像室内之表面的污染物的設備，該設備至少包含： 用於產生可用於與成像室内之污染物反應並藉此產 生揮發性物質的裝置； 用於將氧化劑引入緊鄰置於成像室之光罩表面的區 域的裝置； 用於使緊鄰成像光罩處維持在次氣壓的環境的裝 第27頁 本紙張义嗄適甲由家標進（CNSU1 ^仿，丄R] 公g ) 471003 經濟部智»財產局員工消货合作祍印技 Λ8 B8 C:8 1)8六、申請專利範圍 置；以及 用於將揮發性氣體由鄰近成像光罩表面的區域抽空 的裝置。 2 9.如申請專利範圍第28項所述之設備，其中該氧化劑係 選自於下述物質所組成之組群：〇2、〇3、N20、水蒸 氣、含添加物之氧化合物，以及醇。 30.如申請專利範圍第28項所述之設備，該設備進一步 包含控制引入鄰近成像光罩之區域之氧化劑的流速的 裝置。 3 1 .如申請專利範圍第3 0項所述之設備，該設備進一步 包含活化氧化劑以產生活化之氧化劑的裝置。 32.如申請專利範圍第30項所述之設備，其中將氧化劑 引入緊鄰置於成像室之光罩表面的區域的裝置，進一步 'r 包含將氧化劑大致上引入成像室之裝置。 3 3 .如申請專利範圍第3 0項所述之設備，其中在成像室 内的污染物包含含碳化合物。 3 4 ,如申請專利範圍第3 3項所述之設備，其中帶電粒子 束顯影系統為電子束顯影系統。 第28 -----------I 裝--------：訂 -----------線，、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張义度適用由00家標準（crdu坨挤公f ) 471003 A8 B8 C8 1)8 六、曱請專利範圍 3 5 .如申請專利範圍第3 4項所述之設備，其中成像室包 含帶電粒子束顯影系統之照明室。 3 6 .如申請專利範圍第3 4項所述之設備，其中成像室包 含帶電粒子束顯影系統之加工室。 3 7 ·如申請專利範圍第1項所述之設備，其中已形成圖案 之光罩係藉由對帶電粒子為透明之材料所保護。 3 8 .如申請專利範圍第1 3項所述之設備，其中已形成圖 案之光罩係與薄膜連接，該薄膜包含將薄膜固持在與 已形成圖案之光罩的表面呈一段固定距離的薄膜架， 該薄膜係配置以傳送帶電粒子並避免污染物掉落在已 形成圖案之光罩的表面上。 3 9.如申請專利範圍第1項所述之設備，該設備進一步包含 與氧化劑源連接的電腦，且可操作以控制一或多氧化劑 源、帶電粒子源、及真空泵。 4 0.如申請專利範圍第1 3項所述之設備，該設備進一步包 含與氧化劑源連接的電腦，且可操作以控制一或多氧化 劑源、帶電粒子源、及真空泵。 4 1 .如申請專利範圍第2 8項所述之設備，該設備進一步 第29頁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) k.-------訂----_------線 _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 471003 A8F,8 C；8 1)87、申請專利範圍包含用於控制一或多產生氧化劑源之裝置、引入氧化 劑之裝置，以及抽空揮發性氣體之裝置的操作的電腦 裝置。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) k-----;---訂---I------線， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第30頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f )