TWI486715B - 用於微影曝光工具之碳氫化合物收集器 - Google Patents
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Description
本發明係關於有效製造具有精確超細(accurate ultrafine)之設計特徵的半導體裝置。本發明特別地適用於藉由最小化停工時間(downtime)而有效使用的微影曝光裝置(諸如,超紫外線(extreme ultraviolet,EUV)微影裝置)。
半導體裝置特徵的尺寸不斷地挑戰習知製造能力的深度亞微米(sub-micron)範圍。當關鍵尺寸縮小時,想要以具有高製造生產量的有效率方法達成高尺寸準確度變得更加困難。最小的特徵尺寸係取決於特定微影系統的化學與光學的限制以及失真的公差(tolerance)。除了習知微影技術的限制外,當尺寸縮小且記憶體容量增加時,製造成本增加,因此需要針對工具的有效使用以及高製造生產量的處理來發展。於今日競爭的市場中,至少需要70%的產量才能獲利。
近來有提出使用較短波長輻射(例如,大約3至20nm)的方法。這種輻射通常稱為EUV或軟性X射線。來源包括,例如,雷射產生(laser-produced)的電漿源、放電電漿源或來自電子儲存環(electron storage rings)的同步(synchrotron)幅射。然而,此等EUV微影曝光工具一直是有問題的。主要關切的問題是由於來自真空大氣的剩餘氣體而造成反射光元件於操作期間的污染。
用於軟性X射線至EUV波長範圍的光反射元件,例如,光罩或多層鏡,需要使用於半導體組件的EUV微影中。典型的EUV微影曝光裝置具有八個或更多個光反射元件。為了達成工作輻射足夠的整體強度,該等鏡必須具有最高的反射率,因為整體強度與該等個別鏡之反射率的乘積成比例。這些高反射率應該藉由反射光學元件在整個使用壽命中(若可能)保持。此外,反射光學元件的整個表面之反射率的均勻性必須在整個使用壽命中保持。這些反射光學元件的反射率及使用壽命因為以碳沉積形式的表面污染以及在曝光至操作波長期間的表面氧化而特別地損壞。
反射光學元件於操作期間被真空大氣中的剩餘氣體所污染。污染的機制包括於反射光學元件的表面上吸附剩餘氣體。經吸收的氣體通過光電子的發射而被高能光子輻射所破壞。當碳氫化合物出現於該剩餘氣體大氣中時,會因此形成碳層,其每增加1nm的厚度會降低反射光學元件的反射率大約1%。於大約10-9
mbar的碳氫化合物的局部壓力,大約20小時後1nm厚度的層將被形成。投影光學元件壽命(projection optics lifetime)之商業規格為每一表面的反射率損失要少於1%。於石墨形態中15埃厚的碳薄膜將會降低EUV光學元件的反射率約2%。因此,舉例而言,每反射光學元件有1%反射率損失的EUV微影裝置不再符合必要的生產速度,此污染層必須藉由通常要花費5小時的清理程序來移除,因而降低製造生產量。此外,此清理有可能因為粗糙化或氧化而損壞反射光學元件的表面,因而
不能回復到初始的反射率。
對於碳沉積問題的習知作法也包括包含沉積於玻璃基板上的多層各種基本組合之EUV成像光學元件的使用。因為當暴露於空氣時比起鉬(molybdenum)對氧化反應較不敏感,矽過去曾被選擇用於最終覆蓋層。然而,矽對於藉由水蒸氣的快速EUV誘發氧化很敏感。釕(ruthenium,Ru)有希望作為一種替代的覆蓋層,因為其對於輻射誘發氧化作用較不敏感。然而,釕覆蓋(Ru-capped)的多層對碳沉積很敏感。為了確保最大的EUV曝光,於操作期間儘可能保持EUV光學元件的乾淨是必要的。
因此,存在一種對於能於使用期間減少反射元件上的碳污染之微影曝光工具之需求,特別是EUV微影曝光工具。也存在一種能精密控制該碳氫化合物程度的方法的需求,以致於其高到足以避免脆弱的多層反射層氧化,但由於EUV輻射對碳氫化合物之破壞,也低到足以避免在光學元件上形成碳。
本發明之優點為一種於使用期間減少光學元件上之碳沉積之微影曝光裝置。
本發明之另一優點為一種能維持碳氫化合物程度以避免於反射光學元件上不利氧化或不利碳沉積之EUV微影曝光工具。
本發明之再一優點為一種減少EUV裝置之反射光學元件上的碳沉積的方法。
本發明之另一優點為一種控制EUV微影曝光裝置中的碳氫化合物數量至足以避免氧化與最小化反射光學元件上碳沉積之程度的方法。
本發明的附加優點與其他特徵將於隨後的說明書中提出,且部分地對於技術領域中具有通常知識者在檢閱下列說明後將變得明顯或可經由本發明的實施中學習而得。本發明的優點可如附加之申請專利範圍中特別指出者而實現及獲得。
根據本發明,前述及其他優點可藉由包含碳氫化合物收集器(getter)的微影曝光裝置來部分達成。
本發明之另一優點為一種超紫外線(EUV)微影曝光裝置,包括:主要EUV源;反射光學元件,係用於軟性X射線或EUV波長輻射範圍;以及碳氫化合物收集器,其包括基板與放置以集中能源光束至基板之電子槍或獨立EUV源。
本發明之再一優點為一種減少微影曝光裝置中碳沉積的方法,該方法包括將碳氫化合物收集器併入微影曝光裝置中。
本發明之實施例包含包括習知主要EUV源以及至少一個碳氫化合物收集器之EUV微影曝光裝置,該碳氫化合物收集器包括基板與放置以集中能源束至基板的高能量源,該能量束具有足夠的強度,例如,強度至少與主要EUV源所發射之能量束一樣大,以破壞系統中的碳氫化合物。適當的高能量源包括電子槍與獨立EUV源。適當的基板包含
玻璃、金屬(諸如,釕)、金屬覆蓋之玻璃以及石英晶體厚度監視器。本發明之實施例包含EUV微影曝光工具,該EUV微影曝光工具包括於裝置中用以決定碳氫化合物程度的殘餘氣體分析器以及用以控制電子束電流之控制器,以對沉積於石英晶體厚度監視器上之碳的量測厚度做反應,以將碳氫化合物的量控制在足夠避免氧化與反射光學元件的不利碳污染之預定低的程度。
本發明的附加優點藉由以下實施方式對於技術領域中具有通常知識者將變得非常明顯,其中簡單地透過說明最佳模式而描述本發明之實施例以實現本發明。具體實施時,在不脫離本發明的範疇下,本發明能有其他且不同的實施例,且其許多的細節可修改成各種明顯態樣。因此,圖式與說明書在本質上應被視為例示性,而非限制性。
本發明藉由最小化與控制反射光學元件的碳沉積以及避免反射光學元件的氧化而能解決隨著微影曝光工具(例如,操作於極短的波長(例如,軟性X射線與EUV波長範圍輻射)的微影曝光工具)的使用所帶來的問題,因而減少停工時間且增加製造生產量。
本發明的實施例包含小心地控制EUV微影曝光工具中重碳氫化合物的分壓,諸如,大約10-9
mbar至大約10-7
mbar的程度,使得其壓力高到可以防止反射光學塗膜(coating)的氧化但低到可避免其上碳薄膜的快速形成。碳污染是由碳氫化合物受到來自曝光工具的主要EUV源之EUV輻射所
破壞而造成。
本發明之實施例包含於習知微影曝光工具(諸如,習知EUV微影曝光工具)中放置碳氫化合物收集器。本發明之實施例包含具有至少一個碳氫化合物收集器之微影曝光工具,該碳氫化合物收集器包括基板以及用以照射具有能量的束之高能量源,該能量足以破壞碳氫化合物且於基板上形成碳薄膜。使用於本發明之實施例的適當能量源能產生具有至少與藉由曝光工具的主要EUV源(諸如,獨立EUV源或電子槍,例如,操作於1至2kV的電子槍)所產生一樣大的強度的能量束。根據本發明之實施例使用於碳氫化合物收集器中的適當基板包含可具有或不具有金屬塗層(例如,釕塗層、薄板與金屬基板)的玻璃、石英、石英晶體厚度監視器。藉由使用根據本發明之實施例之收集器來清除碳氫化合物,能顯著地減少可破壞碳且形成沉積物於反射光學元件上的碳氫化合物的量。
本發明之實施例也包含具有碳氫化合物收集器的EUV微影曝光工具,該碳氫化合物收集器包括電子槍與石英晶體厚度監視器或是金屬(例如釕)覆蓋於石英晶體厚度監視器的表面上。於此工具中,結合一種殘餘氣體分析器用以決定系統中碳氫化合物的量,且提供一種控制器。反應於沉積在石英晶體厚度監視器上碳的比率,控制器控制電子束電流使得系統中由殘餘氣體分析器所決定的碳氫化合物的量被維持在預定低但有限的程度,例如,約10-9
mbar至約10-7
mbar的分壓。因此,碳氫化合物的量被維持在一程
度足以防止脆弱的反射光學元件的氧化,但低到足以防止碳塗層快速地形成於其上,因此顯著地減少停工時間且增加製造生產量。
根據本發明之實施例的碳氫化合物收集器係示意地圖示於第1圖且包括操作於1至2kV的電子槍12。該電子槍12係放置以將電子13直接地照射於基板(諸如,包括具有約2nm至200nm的厚度的釕層14沉積於其上之玻璃基板10)的表面上。系統中的碳氫化合物(HxCy),特別是於基板附近之重碳氫化合物,例如,具有44至200原子質量單位(atomic mass unit,AMU)的質量,被來自電子槍12的電子13所破壞,因此於基板上形成碳薄膜15。被破壞成為碳且沉積於基板上之碳氫化合物無法藉由透過微影曝光工具的主要EUV源產生的EUV輻射來破壞,以於反射光學元件上沉積碳。
於第2圖中,圖繪描述包括有EUV輻射照射於其上之EUV光學元件20的EUV微影曝光21工具的內部。如第1圖所描述,兩個電子束碳氫化合物收集器22,被放置在夠接近該EUV光學元件處,使得碳會優先地沉積於收集器的基板上,因此顯著地減少EUV光學元件20上的碳沉積23。於本發明之實施例中,碳氫化合物收集器可被放置於距離EUV光學元件20約1cm至約10cm之處。
於本發明之另一實施例,如圖繪描述於第3圖中提供一種具有碳氫化合物收集器之EUV微影曝光工具,該碳氫化合物收集器包括放置以於基板上照射電子13之電子槍12,該基板包括於石英晶體厚度監視器31上視需要的釕塗
層30,其厚度約2nm至約200nm。於釕塗層上的碳沉積比率32係由石英晶體厚度監視器31記錄。控制器33監視碳沉積比率32並控制電子束電流34使得系統中碳氫化合物的程度維持在可藉由殘餘氣體分析器(為描述方便並未圖示)量測之預定低程度。通常,碳氫化合物的程度維持於約10-9
mbar至約10-7
mbar的分壓,其高到足以防止脆弱的光學元件氧化,但低到足以最小化沉積於其上的碳35,因此延長了工具的使用壽命以及避免為了清理而頻繁的停工。
根據本發明之實施例,於EUV光學元件上之EUV誘發的碳沉積被最小化且透過採用碳氫化合物收集器而被控制。只要所產生之二次電子的數量相似,於EUV光學元件的表面處之輻射誘發化學現象被認為品質上是相同的,不管伴隨的輻射為EUV光子或1至2keV電子。例如,於2keV束能量之5μA/mm2
的入射電子電流密度已被顯示成產生~5μA/mm2
的二次電子。當EUV光學元件以~10mW/mm2
的功率密度暴露於13.4nm輻射下時,這會與所觀察到的二次光電發射(photoemission)電流大約相同。~10mW/mm2
的功率密度是位於將會出現於商業EUVL曝光工具中的功率密度的範圍的上端(high end)。因此,根據本發明之實施例的碳氫化合物收集器的使用模仿被EUV光子破壞的碳氫化合物,減少可沉積於該EUV工具的脆弱光學元件上之碳氫化合物的量。因此,根據本發明之實施例的碳氫化合物收集器包含能產生束的能量源,該束具有足夠的能量以破壞重碳氫化合物用以沉積碳,諸如,1至2KeV的能量或至少
~10mW/mm2
的功率密度。
本發明能有效使用微影曝光裝置,特別是EUV微影曝光裝置,藉由提供收集器以清除碳氫化合物,因此防止過量的碳沉積於光學元件上。本發明之實施例能使EUV微影曝光工具於需要有原地(in-situ)清理之前使用一段較長的時間,因此延長光學元件的使用壽命以及增加製造生產量。本發明之實施例能將EUV微影曝光工具中的碳氫化合物的量控制在足以防止反射光學元件的氧化以及足以最小化其上的碳沉積之程度。
本發明能以具有高製造生產量與高收益的有效方式製造半導體晶片,該半導體晶片包括於深度亞微型範圍中具有精確地形成之特徵之裝置。本發明在製造半導體晶片上享有產業利用性,該半導體晶片包括各種類型之半導體裝置,包含半導體記憶體裝置,諸如,可抹除、可程式化、唯讀記憶體(EEPROM),以及快閃可抹除程式化唯讀記憶體(FEPROM)。
於前面的說明中,本發明參考其特定示範實施例來描述。然而,很明顯的在不脫離本發明於申請專利範圍所提出的精神與範疇下可被實施不同的修正與改變。因此,應認為本說明書與圖式僅作為描述而不作限制。應了解本發明可能使用其他不同的組合與實施例,且有可能於本文所述之發明概念的範疇內作任何的改變與修正。
10‧‧‧基板
11‧‧‧覆蓋層
12‧‧‧電子槍
13‧‧‧電子
14‧‧‧釕層
15‧‧‧碳薄膜
20‧‧‧EUV光學元件
21‧‧‧EUV微影曝光
22‧‧‧電子束碳氫化合物收集器
30‧‧‧釕塗層
31‧‧‧石英晶體厚度監視器
32‧‧‧碳沉積比率
33‧‧‧控制器
34‧‧‧電子束電流
35‧‧‧碳
第1圖根據本發明之實施例電子束碳氫化合物收集
器。
第2圖根據本發明之實施例圖示說明使用電子束碳氫化合物收集器以最小化反射光元件上的碳沉積。
第3圖圖示說明於EUV微影曝光工具中控制碳氫化合物程度的本發明之實施例。
10‧‧‧基板
11‧‧‧覆蓋層
Claims (18)
- 一種微影曝光裝置,包括碳氫化合物收集器,其中,該碳氫化合物收集器包括基板與能量源,該能量源係放置成將具有足夠能量以破壞碳氫化合物且形成碳的能量束引導至該基板上。
- 如申請專利範圍第1項之裝置,該裝置為一種超紫外光(EUV)微影曝光裝置,包括主要EUV源與至少一個用於軟性X射線或超紫外光波長範圍輻射之反射光學元件,其中,該碳氫化合物收集器能量源能引導具有至少與藉由主要EUV源所產生之能量一樣大的束。
- 如申請專利範圍第2項之裝置,其中,該能量源為電子槍或獨立EUV源。
- 如申請專利範圍第3項之裝置,其中,該基板包括金屬塗層。
- 如申請專利範圍第4項之裝置,其中,該基板包括釕塗覆的玻璃。
- 如申請專利範圍第3項之裝置,其中,該能量源為電子槍。
- 如申請專利範圍第1項之裝置,其中,該碳氫化合物收集器係放置於距離該反射光學元件1公分至10公分的位置。
- 如申請專利範圍第2項之裝置,其中,該基板包括石英晶體厚度監視器。
- 如申請專利範圍第8項之裝置,復包括: 殘餘氣體分析器,係用於決定於該裝置中碳氫化合物的量;以及控制器,用於控制束電流,以將該裝置中的該碳氫化合物的量維持於預定的低程度。
- 如申請專利範圍第9項之裝置,其中,該控制器反應於沉積在該基板上的碳的厚度而控制該束電流。
- 一種超紫外光(EUV)微影曝光裝置,包括:主要EUV源;反射光學元件,用於軟性X射線或EUV波長範圍輻射;碳氫化合物收集器,包括基板以及放置成將能量束引導於該基板上之電子槍或獨立EUV源;殘餘氣體分析器,用於決定該裝置中碳氫化合物的量;以及控制器,用於控制束電流,以將該裝置中的該碳氫化合物的量維持於預定程度。
- 如申請專利範圍第11項之裝置,其中,該基板包括石英晶體厚度監視器。
- 如申請專利範圍第11項之裝置,其中,該控制器反應於沉積在該基板上的碳的厚度而控制該束電流。
- 一種減少微影曝光裝置之反射元件上的碳沉積的方法,該方法包括於該微影曝光裝置中放置碳氫化合物收集器,其中,該碳氫化合物收集器包括基板以及放置成照射能量束於該基板上的能量源。
- 如申請專利範圍第14項之方法,其中:該微影曝光裝置包括主要超紫外光(EUV)源以及至少一個用於軟性X射線或EUV波長範圍輻射的反射光學元件;以及該能量源包括電子槍或獨立EUV源。
- 如申請專利範圍第14項之方法,包括:放置該碳氫化合物收集器於距離該反射元件1公分至10公分處。
- 如申請專利範圍第16項之方法,其中,該基板包括石英晶體厚度監視器。
- 如申請專利範圍第17項之方法,復包括:決定該裝置中的該碳氫化合物的量;量測沉積於該基板上的碳厚度;以及因應所量測之沉積的該碳厚度,控制該能量束的強度,以將該裝置中該碳氫化合物的量維持在預定的低程度。
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