用于微影曝光工具的碳氫化合物收集器的制作方法

專利名稱：用于微影曝光工具的碳氫化合物收集器的制作方法
技術領域：
本發明系關于有效制造具有精確超細(accurate ultrafine)之設計特征的半導 體裝置。本發明特別地適用于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)。
背景技術：
半導體裝置特征的尺寸不斷地挑戰習知制造能力的深度亞微米(sub-micron)范 圍。當關鍵尺寸縮小時，想要以具有高制造生產量的有效率方法達成高尺寸準確度變得 更加困難。最小的特征尺寸系取決于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，當尺寸縮小且內存容量增加時，制造成本增加， 因此需要針對工具的有效使用以及高制造生產量的處理來發展。于今日競爭的市場中，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)的電槳源、放電電槳源 或來自電子儲存環(electronstorage 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于來自真空大氣的剩余氣體而造成反 射光元件于操作期間的污染。 用于軟性X射線至EUV波長范圍的光反射元件，例如，光罩或多層鏡，需要使用于 半導體元件的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 鏡的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的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。 反射光學元件于操作期間被真空大氣中的剩余氣體所污染。污染的機制包括于反 射光學元件的表面上吸附剩余氣體。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。當碳氫化合物出現于該剩余氣體大氣中時，會因此形成碳層，其每增加lnm的厚度會 降低反射光學元件的反射率大約1%。于大約10—9mbar的碳氫化合物的局部壓力，大約20 小時后lnm厚度的層將被形成。投影光學元件壽命(projectionoptics lifetime)之商業 規格為每一表面的反射率損失要少于1%。于石墨形態中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1X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 而降低制造生產量。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。 對于碳沉積問題的習知作法也包括包含沉積于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。因為當暴露于空氣時比起鉬(molybde皿m)對氧化反應較不敏感，硅過去曾被選擇用于最終覆蓋層。然而，硅對于藉由水蒸氣的快速EUV誘發氧化很敏 感。釕(ruthenium,Ru)有希望作為一種替代的覆蓋層，因為其對于輻射誘發氧化作用較不 敏感。然而，釕覆蓋(Ru-c即ped)的多層對碳沉積很敏感。為了確保最大的EUV曝光，于操 作期間盡可能保持EUV光學元件的干凈是必要的。 因此，存在一種對于能于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 致于其高到足以避免脆弱的多層反射層氧化，但由于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。

發明內容
本發明之優點為一種于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于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裝置的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它特征將于隨后的說明書中提出，且部分地對于技術領域 中具有通常知識者在檢閱下列說明后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范圍中特別指出者而實現及獲得。 根據本發明，前述及其它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，用于軟性X射線或EUV波長輻射范圍；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 化合物收集器并入微影曝光裝置中。 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微影曝光工具包括于裝置中用以確定碳氫化合物程度的殘余氣體分析器以 及用以控制電子束電流之控制器，以對沉積于石英晶體厚度監視器上之碳的測量厚度做反 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于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， 在不脫離本發明的范疇下，本發明能有其它且不同的實施例，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。


圖1根據本發明之實施例電子束碳氫化合物收集器。 圖2根據本發明之實施例圖標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。 圖3圖示說明于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。
具體實施例方式
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，操作于極短的波長(例如，軟性X射線與EUV波長范圍輻射)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制造生產量。
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—、bar至大約10—7mbar的程度，使得其壓力高到可以防止反射光學涂膜(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于習知微影曝光工具(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于基板上形成碳薄膜。使用于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，操作于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于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涂層(例如，釕涂層、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于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)覆蓋于石英晶體厚度監視器的表面上。于此工具中，結合一種殘余氣體分析器用以確定系統中碳氫化合物的量，且提供一種控制器。反應于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余氣體分析器所確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—9mbar至約10—7mbar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，但低到足以防止碳涂層快速地形成于其上，因此顯著地減少停工時間且增加制造生產量。 根據本發明之實施例的碳氫化合物收集器系示意地圖示于圖1且包括操作于1至2kV的電子槍。該電子槍放置以將電子直接地照射于基板(諸如，包括具有約2nm至200nm的厚度的釕層沉積于其上之玻璃基板IO，)的表面上。系統中的碳氫化合物(HxCy)，特別是于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，被來自電子槍的電子所破壞，因此于基板上形成碳薄膜。被破壞成為碳且沉積于基板上的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，以于反射光學元件上沉積碳。
于圖2中，圖繪描述包括有EUV輻射照射于其上之EUV光學元件的EUV微影曝光工具的內部。如圖l所描述，兩個電子束碳氫化合物收集器，被放置在夠接近該EUV光學元件處，使得碳會優先地沉積于收集器的基板上，因此顯著地減少EUV光學元件上的碳沉積。于本發明之實施例中，碳氫化合物收集器可被放置于距離EUV光學元件約1cm至約lOcm之處。 于本發明之另一實施例，如圖繪描述于圖3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于基板上照射電子之電子槍，該基板包括于石英晶體厚度監視器31上視需要的釕涂層30，其厚度約2nm至約200nm。于釕涂層上的碳沉積比率系由石英晶體厚度監視器記錄。控制器監視碳沉積比率并控制電子束電流使得系統中碳氫化合物的程度維持在可藉由殘余氣體分析器(為描述方便并未圖示)測量之預定低程度。通常，碳氫化合物的程度維持于約10—9mbar至約10—7mbar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于其上的碳，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，于EUV光學元件上之EUV誘發的碳沉積被最小化且透過采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，于EUV光學元件的表面處之輻射誘發化學現象被認為質量上是相同的，不管伴隨的輻射為EUV光子或1至2keV電子。例如，于2keV束能量之5iiA/mm2的入射電子電流密度已被顯示成產生 5 y A/mm2的二次電子。當EUV光學元件以 10mW/mm2的功率密度暴露于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的功率密度是位于將會出現于商業EUVL曝光工具中的功率密度的范圍的上端(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，減少可沉積于該EUV工具的脆弱光學元件上的碳氫化合物的量。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于光學元件上。本發明之實施例能使EUV微影曝光工具于需要有原地(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制造生產量。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。
本發明能以具有高制造生產量與高收益的有效方式制造半導體芯片，該半導體芯片包括于深度亞微型范圍中具有精確地形成之特征之裝置。本發明在制造半導體芯片上享有產業利用性，該半導體芯片包括各種類型之半導體裝置，包含半導體內存裝置，諸如，可抹除、可程序化、只讀存儲器(EEPROM)，以及快閃可抹除程序化只讀存儲器(FEPROM)。
于前面的說明中，本發明參考其特定示范實施例來描述。然而，很明顯的在不脫離本發明于申請專利范圍所提出的精神與范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它不同的組合與實施例，且有可能于本文所述之發明概念的范疇內作任何的改變與修正。
權利要求
一種微影曝光裝置，包括碳氫化合物收集器。
2. 如權利要求1所述的裝置，該裝置為一種超紫外光微影曝光裝置，包括主要超紫外 光源與至少一個用于軟性X射線或超紫外光波長范圍輻射的反射光學元件，其中，該碳氫 化合物收集器包括基板(10、11)與高能量源，該高能量源被定位從而引導具有足夠能量的 能量束以在基板(10、11)上破壞碳氫化合物且形成碳。
3. 如權利要求2所述的裝置，其中 該能量源為電子槍或獨立超紫外光源；以及 該基板(10、11)包括玻璃或釕涂覆的玻璃。
4. 如權利要求3所述的裝置，包括至少一個碳氫化合物收集器，放置于靠近該反射光 學元件處，用以減少其上的碳沉積。
5. 如權利要求2所述的裝置，其中，該基板(10、11)包括石英晶體厚度監視器，該裝置 進一步包括殘余氣體分析器，用于決定在該裝置中該碳氫化合物的程度； 以及控制器，用于控制該電子束電流，以將該系統中的該碳氫化合物的量維持于預定的低 程度。
6. —種減少微影曝光裝置的反射元件上的碳沉積的方法，該方法包括在該微影曝光裝 置中加入碳氫化合物收集器，控制器，用于控制該電子束電流，以將該系統中的該碳氫化合物的量維持于預定的低 程度。
7. 如權利要求6所述的方法，其中該微影曝光裝置包括主要超紫外光源以及至少一個用于軟性X射線或超紫外光波長 輻射范圍的反射光學元件；以及該碳氫化合物收集器包括基板(10、11)以及定位以對該基板(10、11)照射能量束的高 能量源，進一步包括殘余氣體分析器，用于確定在該裝置中該碳氫化合物的程度； 以及控制器，用于控制該電子束電流，以將該系統中的該碳氫化合物的量維持于預定的低 程度，該能量源包括電子槍或獨立超紫外光源。
8. 如權利要求7所述的方法，包括放置至少一個能量源在足夠靠近該超紫外光反射光學元件處，以減少其上的碳沉積。
9. 如權利要求8所述的方法，其中，該能量源包括電子槍或獨立超紫外光源。
10. 如權利要求9所述的方法，其中，該基板(10、11)包括石英晶體厚度監視器，該方法 進一步包括確定該裝置中的該碳氫化合物的量； 測量沉積于該基板上的碳的厚度；以及控制該能量束的強度以響應所測量的沉積的該碳的厚度，以將該裝置中該碳氫化合物的量維持在預定的低程度:
全文摘要
本發明系于曝光工具中的光學元件的碳污染可藉由加入碳氫化合物收集器而最小化。實施例包含超紫外線(extreme ultraviolet，EUV)微影工具，該微影工具設有包含基板(10、11)與高能量源(諸如，電子槍或獨立EUV源)之至少一個碳氫化合物收集器，該高能量源放置以集中具有足夠能量的能量束于基板(10、11)上，以破壞重碳氫化合物且形成碳。實施例亦包含曝光工具，該曝光工具備有包括能量源的碳氫化合物收集器，該能量源放置以照射能量束于石英晶體厚度監視器(10、11)、殘余氣體分析器及控制器上，以控制電子流且將該系統中碳氫化合物的量維持在預定的低程度。
文檔編號G01N21/94GK101779166SQ200880021970
公開日2010年7月14日 申請日期2008年6月26日 優先權日2007年6月26日
發明者O·R·伍德三世 申請人:先進微裝置公司