TWI412897B - 控制表面污染之方法 - Google Patents

Description

控制表面污染之方法

本發明係關於一種控制表面污染之方法。該方法在控制位於一在烴污染物存在之情況下曝露於電離輻射之腔室中的表面之污染中尤其有用。

光微影為半導體器件製造中之重要製程步驟。概言之，在光微影中，經由成像於沈積於晶圓表面上之光阻層上的圖案而將電路設計轉印至晶圓。晶圓接著在將新設計轉印至晶圓表面之前經歷各種蝕刻及沈積製程。此循環過程繼續進行，從而建立半導體器件之多個層。

在用以製造半導體器件之微影製程中，使用具有非常短之波長的輻射來改良光學解析度以使得器件中之非常小之特徵可被精確重現是有利的。在先前技術中，已使用各種波長之單色可見光，且新近已使用深紫外線(DUV)範圍內之輻射，包括248 nm、193 nm及157 nm下之輻射。為進一步改良光學解析度，亦已提議使用遠紫外線(EUV)範圍內之輻射，包括13.5 nm下之輻射。

EUV輻射在大氣壓下具有穿過所有材料及氣體的不良可透性，且因此必須在高純度真空環境中操作位於微影工具中之大多數機械、電學及光學設備。通常將EUV輻射源容置於相鄰於微影工具而定位之腔室內。為隔離輻射源與微影工具，經常使用通常由鋯、鎳或矽形成之薄箔作為EUV輻射透射進入微影工具內所穿過之窗口。除分離工具與輻射源之外，箔可藉由限制進入工具之電磁輻射之頻率的頻寬而充當光譜純度濾光片(SPF)。

EUV輻射源可基於錫、鋰或氙氣之激發。舉例而言，當氙氣用於EUV源中時，藉由以放電刺激氙氣或藉由強雷射照明來產生氙氣電漿。

諸如EUV輻射或X射線之電磁輻射可促進含碳沈積物於用以將DUV或EUV輻射導向並聚焦於晶圓表面之透鏡或鏡面表面上的沈積。此輻射刺激二次電子自此等表面之發射，該等電子與存在於微影工具內的含碳污染物(通常為烴類物質)相互作用以形成此等含碳沈積物。此等烴類物質可起源於正在微影工具內被處理之晶圓，例如起源於光阻或光阻副產物。

此含碳沈積物可導致透鏡之混濁或鏡面之反射率的損失，從而導致降低之照明及隨之發生的工具生產率的損失。歸因於此等光學組件之高成本，始終不希望替換該等光學組件，且在許多狀況下，替換是完全不切實際的。

緩解此等問題之習知技術為在超清潔環境中操作工具，藉此降低污染性烴類物質之分壓，並使腔室表面上之含碳薄膜成長的速率達到可接受之水準。可提供基於真空之微影工具額外真空抽汲能力以將烴分壓保持於理想限度內。然而，實務上，此等環境可能難以達成並保持，且可能顯著增加微影工具之成本。

另一替代方案為藉由化學方法控制含碳薄膜之成長。舉例而言，US 2002/0083409描述藉由將氧氣添加至圍繞鏡面表面之真空來控制含碳沈積物於反射鏡面表面上之積累的方法。氧氣之添加使含碳薄膜燃燒為氣態CO₂ ，且視薄膜組合物而定而潛在地亦燃燒為H₂ O。然而，此技術需要仔細監視以避免由曝露鏡面表面被供應至腔室之氧氣氧化而造成的鏡面表面之損壞。

本發明提供一種控制曝露於一含碳材料及電離輻射之一表面之污染的方法，該方法包含循環地供應該表面一含有用以與來自該含碳材料之形成於該表面上之含碳沈積物反應的氧化性物質之第一氣體，繼之供應一含有用以與該表面上之氧化性物質反應的還原性物質之第二氣體。

本發明因此可提供一種自表面移除含碳沈積物同時防止氧化物在該曝露表面上之積累且無需提供用以監視表面狀態之昂貴或複雜系統的相對較簡單之方法。

一適合氧化性物質之實例包括O₂ 、NO、N₂ O、H₂ O₂ 及OF₂ ，且一適合還原性物質之實例包括CO、H₂ 、NH₃ 及N₂ H₄ 。

供應第一及第二氣體的相對持續時間較佳不同。供應該第一氣體之持續時間比供應該第二氣體之持續時間長，較佳係長(例如)至少五倍。此等持續時間之一較佳比例為10：1。藉由控制此等物質至該表面之供應的該等相對持續時間，可抑制含碳沈積物於該表面上之成長，同時防止該表面上之氧化物之積累。

供應還原性物質至該表面亦可用以控制氧化物薄膜因濕氣或其他氧化性物質之存在而在曝露於電離輻射之表面上成長，且因此，本發明亦提供一種抑制曝露於一氣態氧化性物質及電離輻射表面之氧化的方法，該方法包含供應該表面一用以與該表面上之氧化性物質反應之還原性物質。

在較佳實施例中，電離輻射係藉由一呈電漿形式之輻射源產生。許多不同材料可用作該電漿之來源，例如，用以產生EUV輻射之鋰、錫及氙氣中之一者。或者，該源可藉由電子衝擊在一金屬表面上而產生輻射。舉例而言，X射線可藉由電子衝擊在一鋁或鎂表面上而產生。電離輻射亦可包含(例如)用以檢驗一表面之電子束內的電子。

該方法特別適合用以清潔一微影工具內之表面，例如一基板、濾光片、諸如多層鏡面或透鏡之光學元件的表面，且因此本發明亦提供一種原位清潔一微影工具內之一表面的方法，其包含如上所述用以控制表面污染之方法。

本發明進一步提供一種用以控制曝露於一含碳材料及電離輻射之表面之污染的裝置，該裝置包含用以循環地供應該表面一含有用以與來自該含碳材料之形成於該表面上之含碳沈積物反應的氧化性物質之第一氣體，繼之供應一含有用以與該表面上之氧化性物質反應的還原性物質之第二氣體的構件。

本發明之其他態樣包括包含一容置於一腔室中之工具的裝置，該工具包含用以將電離輻射導向一基板之至少一表面，及如上所述用以控制該表面之污染的裝置；及包含一容置於一腔室中之工具的裝置，該工具包含用以將電離輻射導向一基板之至少一表面，及用以供應該表面一用以與該表面上之氧化性物質反應之還原性物質的構件。

以上所描述關於本發明之方法態樣之特徵可同等地應用於裝置態樣中，且反之亦然。

作為實例，現將參看附圖進一步描述本發明之實施例，該圖式示意地說明包含一微影腔室10及一光學式地連接至該腔室10的電磁輻射(在此實例中為EUV輻射)源12之微影裝置的實例。源12可為放電電漿源或雷射產生電漿源。在放電電漿源中，在兩個電極之間的介質中產生放電，且自放電所產生之電漿發射EUV輻射。在雷射產生電漿源中，一靶材藉由聚焦於該靶材上之強雷射束而被轉換為電漿。用於放電電漿源及用於雷射產生電漿源之靶材的適合介質為氙氣，此係因為氙氣電漿放射13.5 nm之波長下的EUV輻射。然而，諸如鋰及錫之其他材料可用作靶材材料，且因此本發明不限於用以產生EUV輻射之特定材料或機制。本發明亦可應用於使用其他形式之電離或電磁輻射的裝置。舉例而言，源12可為X射線源(其中X射線藉由電子衝擊在金屬表面(例如Al或Mg)上而產生)、DUV輻射源或電子源。

返回至所說明之實施例，經由(例如)位於腔室10之壁中之一或多個窗口14將由源12所產生之EUV輻射供應至腔室10。窗口14可由包含通常由鋯、鎳或矽形成之非常薄之箔的光譜純度濾光片(SPF)提供以用以將EUV輻射透射進入腔室10中，同時防止污染物自源12進入腔室10。

腔室10係容置於一包含諸如透鏡或多層鏡面(MLM)16之光學元件系統的微影工具，其中該等光學元件產生用以投射於光罩或主光罩上之輻射束以選擇性照明基板(諸如半導體晶圓18)表面上的光阻。MLM包含複數個層，每一層自底部起包含鉬之第一層及矽之第二層。在每一MLM之上表面上形成較佳由釕所形成之金屬層以改良MLM之抗氧化性，同時反射入射於該等MLM上之大體所有帶內輻射。

因EUV輻射穿過大多數氣體之不良可透性，提供一真空抽汲系統20以在腔室10內產生真空。鑒於可能存在於腔室10中諸如水蒸氣及烴之種類複雜的氣體及污染物，用於腔室10之抽汲系統可包括低溫真空泵及轉移泵，諸如背靠低真空泵的渦輪分子泵。泵之此組合可使高真空能夠於腔室10中產生。

如前文所提及的，在EUV輻射存在之情況下，自MLM表面內釋放二次電子，該等電子與表面上之污染物反應，從而降低表面之反射率。所吸附之烴類污染物之裂解可形成黏附於MLM之石墨型碳層，所造成的反射率損失導致照明降低及隨之造成工具生產率的損失。舉例而言，具有通式C_x H_y 之烴係在EUV輻射存在之情況下按以下等式(1)解離：C_x H_y ＋e^－ → C_x H_y－1 ＋H(a)＋e^－ → C_x H_y－2 ＋H(a)＋e^－ → → xC＋yH(a) (1)其中x量之碳沈積(吸附)於腔室10內之表面上。此可導致MLM之反射率損失及透鏡混濁。

為抑制含碳沈積物形成於腔室10內之表面上，將用以與形成於腔室10內之表面上之含碳沈積物反應的含有氧化性物質之第一氣體(例如O₂ 、NO、N₂ O、H₂ O₂ 及OF₂ 中之一者)供應至腔室10。由於此等氧化性物質亦可氧化自其移除含碳沈積物之表面，因而在供應氧化性物質之後，繼之供應腔室10一用以與表面上之氧化性物質反應的含有還原性物質之第二氣體(例如CO、H₂ 、NH₃ 及N₂ H₄ 中之一者)，以防止氧化物層積累於此等表面上。循環地重複供應此等兩種氣體。

返回至圖式，腔室10具有第一氣體自源24進入腔室10所穿過之一第一入口22。一質量流量控制器26控制將第一氣體供應至腔室10中的持續時間及速率。在此實施例中，腔室10亦具有第二氣體自源30進入腔室10所穿過之一第二入口28，其中一第二質量流量控制器32控制將第二氣體供應至腔室10中的持續時間及速率。或者，可經由共同入口將第一及第二氣體供應至腔室10。

可提供一控制器34用以控制質量流量控制器26、32之操作。在此實施例中，供應第一與第二氣體的相對持續時間不同。供應第一氣體的持續時間係比供應第二氣體的持續時間長，將第一與第二氣體供應至腔室10之持續時間的比例視氧化及還原性物質之性質及光學元件表面處之狀態而介於1：1與100：1之間。藉由控制將此等物質供應至表面的相對持續時間，可抑制含碳沈積物於表面上之成長，同時防止清潔表面之氧化物的積累。

氧化及還原性物質較佳經選擇使得清潔表面上之氧化性物質被還原性物質還原的速率非常快，以使得大體無氧氣擴散入表面或所形成氧化物中，且使得還原性物質被受污染表面上之氧化性物質氧化的速率顯著比對含碳沈積物之氧化的速率慢，以使得表面上大體無碳形成。氧化及還原性物質較佳經選擇使得該兩種物質皆被真空抽汲系統20抽汲至大體相同的程度。在一實例中，供應至腔室之氣體包含NO及CO。

10．．．微影腔室

12．．．源

14．．．窗口

16．．．透鏡或多層鏡面

18．．．半導體晶圓

20．．．真空抽汲系統

22．．．第一入口

24．．．源

26．．．質量流量控制器

28．．．第二入口

30．．．源

32．．．第二質量流量控制器

34．．．控制器

圖1係示意地說明一微影裝置的實例。

10．．．微影腔室

12．．．源

14．．．窗口

16．．．透鏡或多層鏡面

18．．．半導體晶圓

20．．．真空抽汲系統

22．．．第一入口

24．．．源

26．．．質量流量控制器

28．．．第二入口

30．．．源

32．．．第二質量流量控制器

34．．．控制器

Claims (21)

1. 一種控制曝露於一含碳材料及電離輻射之表面的污染之方法，該方法包含循環地供應該表面一含有用以與來自該含碳材料之形成於該表面上之含碳沈積物反應的氧化性物質之第一氣體，繼之供應一含有用以與該表面上之氧化性物質反應的還原性物質之第二氣體；其中該表面形成一微影工具之一部分；且其中該光學元件為一透鏡及一多層鏡面中之一者。
2. 如請求項1之方法，其中該氧化性物質包含O₂ 、NO、N₂ O、H₂ O₂ 及OF₂ 中之一者。
3. 如請求項1之方法，其中該還原性物質包含CO、H₂ 、NH₃ 及N₂ H₄ 中之一者。
4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該還原性物質被該受污染表面上之該氧化性物質氧化的速率比該等含碳沈積物被該氧化性物質氧化的速率慢。
5. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該第一與該第二氣體之供應的相對持續時間不同。
6. 如請求項5之方法，其中該第一氣體之供應持續時間比該第二氣體之供應持續時間長，較佳係長至少五倍。
7. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該電離輻射包含EUV輻射、DUV輻射及電子中之一者。
8. 如請求項1之方法，其中該光學元件為一透鏡及一多層鏡面中之一者。
9. 如請求項1之方法，其中該表面為一光譜純度濾光片。
10. 一種原位清潔一微影工具內之表面之方法，其包含如請求項1至3中任一項之用以控制該表面之污染之方法。
11. 一種用以控制曝露於一含碳材料及電離輻射之表面的污染之裝置，該裝置包含用以循環地供應該表面一含有用以與來自該含碳材料之形成於該表面上之含碳沈積物反應的氧化性物質之第一氣體，繼之供應一含有用以與該表面上之氧化性物質反應的還原性物質之第二氣體的構件；以及用以控制該第一與該第二氣體之供應持續時間以使得該第一氣體之供應持續時間比該第二氣體之供應持續時間長，較佳係長至少五倍的構件。
12. 如請求項11之裝置，其中該氧化性物質包含O₂ 、NO、N₂ O、H₂ O₂ 及OF₂ 中之一者。
13. 如請求項11之裝置，其中該還原性物質包含CO、H₂ 、NH₃ 及N₂ H₄ 中之一者。
14. 如請求項11至13中任一項之裝置，其中該還原性物質被該受污染表面上之該氧化性物質氧化的速率係比該等含碳沈積物被該氧化性物質氧化的速率慢。
15. 一種包含一容置於一腔室中之工具之裝置，該工具包含用以將電離輻射導向一基板之至少一表面，及如請求項11至13中任一項用以控制該表面之污染的裝置。
16. 如請求項15之裝置，其中該表面為一光學元件之表面。
17. 如請求項16之裝置，其中該光學元件為一透鏡及一多層鏡面中之一者。
18. 如請求項15之裝置，其中該表面為一光譜純度濾光片。
19. 一種微影裝置，其包含一容置於一腔室中用以接收一待曝露於電離輻射之基板之微影工具，及如請求項11至14中任一項用以控制該基板表面之污染的裝置。
20. 一種檢驗裝置，其包含一容置於一腔室中用以接收一待藉由曝露於電離輻射而進行檢驗之樣本之檢驗工具，及如請求項11至14中任一項用以控制該樣本表面之污染的裝置。
21. 如請求項15至20中任一項之裝置，其中該電離輻射包含EUV輻射、DUV輻射及電子中之一者。