用于减少除气作用的紫外线（uv）图案化的方法和装置制造方法
【专利摘要】提供了一种用于紫外线(UV)和远紫外线(EUV)光刻图案化的方法和装置。生成UV或EUV光束并且将它们引导至设置在工作台上且涂覆有光刻胶的衬底表面。在曝光(即，光刻操作)期间引导层状惰性气体流过并且紧邻涂覆有光刻胶的衬底表面。将惰性气体快速排出并且在曝光位置处具有短暂的共振时间。惰性气体流防止通过光刻胶除气产生的废气和其他污染物沉淀和污染光刻装置的其他部件。
【专利说明】用于减少除气作用的紫外线(UV)图案化的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件制造技术，更具体来说，本发明涉及使用紫外线(UV)图案化半导体器件，更具体来说，涉及使用在图案化操作期间减少除气作用(OUtgassing)的装置和方法的远紫外线(EUV)辐射。
【背景技术】
[0002]EUV (“远紫外线”)光刻系统应用在半导体制造工业中以制造比其他光刻系统更小的部件尺寸和具有更优越的分辨率的图案。EUV光刻系统利用处于可见光和X射线之间的光谱中的约13.5纳米附近的非常小的波长的光。缩短的波长能够实现更高的分辨率和更小部件的精确生产。EUV光刻系统中的EUV光学器件利用反光镜和其他反射表面以将EUV光束引导至要进行图案化的中间掩模和衬底。因为所有的物质都吸收EUV辐射光，所以使用反射表面代替透镜。石英透镜会吸收许多EUV光子。
[0003]EUV光刻系统在涂覆有光刻胶的衬底上制造图案。通常通过EUV光束引导至包括器件图案的部分反射、部分吸收的中间掩模来形成图案。EUV光束从中间掩模反射并且照射在衬底表面上，在衬底表面上光辐射化学地改变暴露的光刻胶。由于空气也吸收EUV光子，所以通常在维持或接近真空条件(即，低压)的室内进行EUV光刻操作。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种紫外线(UV)光刻装置，包括:工作台，用于在其上接收要被图案化的衬底；紫外线(UV)光源，将UV光引导至设置在所述工作台上的所述衬底；气体输送源，使惰性气体在设置在所述工作台上的所述衬底的表面上方且紧邻该表面流动；以及排气系统，具有能够排出所述惰性气体的排气口。
[0005]在该UV光刻装置中，所述UV光源包括发出具有约13.5nm波长的EUV光的远紫外线(EUV)光源。
[0006]在该UV光刻装置中，所述EUV光源进一步包括能够将所述EUV光引导至所述衬底的至少一个反射件以及使惰性气体在所述至少一个反射件的表面上方且紧邻该表面流动的另一气体源。
[0007]在该UV光刻装置中，所述气体输送源包括被设置为与所述衬底的所述表面平行的多个气体输送管，每一个所述气体输送管都具有相应的气体输送端口，所述气体输送端口环绕并面对所述衬底。
[0008]在该UV光刻装置中，所述气体输送源使所述惰性气体以约50sccm至约2000sccm的流速在所述表面上方流动，所述惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氡气中的至少一种，并且所述工作台是可移动的。
[0009]在该UV光刻装置中，所述工作台位于室内，所述气体输送源包括环绕所述工作台周围的开放通道并且所述排气口从所述室内排出所述惰性气体。[0010]在该UV光刻装置中，所述工作台设置在室内并且所述排气口从所述室内排出所述惰性气体，并且所述UV光刻装置进一步包括将氢气输送到所述室的端口。
[0011]在该UV光刻装置中，所述气体输送源使层状的所述惰性气体在与所述衬底的表面平行的方向上流动。
[0012]在该UV光刻装置中，所述气体输送源包括设置在所述衬底表面上方并且与所述衬底的表面成锐角的气体输送导管。
[0013]根据本发明的另一方面，提供了一种在半导体器件上形成图案的方法，所述方法包括:提供紫外线(UV)光刻装置，所述紫外线光刻装置包括用于在其上接收衬底的工作台；将紫外线(UV)光束引导至设置在所述工作台上的衬底；引导惰性气体在设置在所述工作台上的所述衬底的表面上方且紧邻该表面流动；以及从所述衬底的表面排出所述惰性气体。
[0014]在该方法中，所述UV光束包括发出具有约13.5nm波长的光的远紫外线(EUV)光束。
[0015]在该方法中，引导所述惰性气体包括:使所述惰性气体以约50sccm至约2000sccm的流速在所述表面上方流动，并且所述惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氡气中的至少一种。
[0016]在该方法中，引导所述紫外线(UV)光束包括:使所述EUV光束从中间掩模反射到所述衬底上，从而图案化所述衬底，并且在图案化所述衬底期间进行引导所述紫外线光束的操作。
[0017]在该方法中，引导所述惰性气体包括使所述惰性气体在与所述衬底的表面平行的方向上流动。
[0018]在该方法中，引导所述惰性气体包括使层状的所述惰性气体在所述表面上方流过。
[0019]在该方法中，所述工作台设置在室内，并且排出所述惰性气体包括从所述室内排出，并且所述方法进一步包括将氢气输送到所述室。
[0020]在该方法中，引导所述惰性气体包括从设置在所述衬底的表面上方的气体输送导管以锐角将所述惰性气体引导至所述衬底，并且所述工作台是可移动工作台。
[0021]在该方法中，使所述惰性气体流动包括:从设置为与所述衬底的表面平行的多个气体输送管输送所述惰性气体，每一个所述气体输送管都具有相应的气体输送端口，并且所述多个气体输送端口环绕并面对所述衬底。
[0022]在该方法中，引导所述紫外线光束包括:使所述UV光束从至少一个反射件反射，并且所述方法进一步包括使所述惰性气体在所述至少一个反射件的反射表面上方且紧邻该反射表面流动。
[0023]根据本发明的又一方面，提供了一种用于在半导体器件上形成图案的方法，所述方法包括:提供远紫外线(EUV)光刻装置，所述远紫外线光刻装置包括用于在其上接收衬底的工作台和至少一个反射件；通过所述至少一个反射件的反射将EUV光束引导至设置在所述工作台上的涂覆有光刻胶的衬底；通过从至少部分地环绕所述工作台的开放通道输送惰性气体来使层状的所述惰性气体在所述衬底的表面上方且紧邻该表面流动；以及从所述衬底的表面排出所述惰性气体；其中，所述惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氡气中的至少一种。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明。应该强调的是，根据惯例，附图的各种部件没有必要按比例绘制。相反，为了清楚起见，各种部件的尺寸可以被任意增大或缩小。在整个说明书和附图中，相同的参考标号指定相同的部件。
[0025]图1A和图1B分别示出根据本发明的实施例在EUV光刻装置中用于减少除气作用的布置的侧视图和平面图；
[0026]图2A和图2B分别示出根据本发明的实施例在EUV光刻装置中用于减少除气作用的布置的侧视图和平面图；
[0027]图3A和图3B分别是在EUV装置的反射表面上用于减少除气作用的布置的侧视图和俯视图；以及
[0028]图4是示出根据本发明的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0029]本发明提供了一种用于在EUV或UV光刻工具的光刻室内减少除气作用的方法和装置。在暴露于EUV光束下(S卩，被图案化)的涂覆有光刻胶的衬底的表面上方引导惰性气体薄层。在各种实施例中，各种EUV光源用于生成EUV光。在其他实施例中，使用紫外(UV)辐射。在涂覆有光刻胶的衬底的表面上方流动的惰性气体的存在减少了除气作用并且防止任何除气污染物沉积在光刻工具的部件上。因为惰性气体不易于与来自EUV光的光子发生反应以生成活性自由基(reactive radical),所以惰性气体是优选的。快速耗尽惰性气体并且控制流速以在光刻系统中产生惰性气体的短暂的共振时间(resonance time),从而避免惰性气体大量吸收EUV光子。在一些实施例中，惰性气体流是在衬底表面上方所生成的惰性气体的层流层。惰性气体流防止在EUV光刻系统反射表面上的累积污染物。
[0030]在一些实施例中，结合用于基本上将反射表面与通过除气作用所释放的污染物隔离的氢气流或者其他合适的气体来使用惰性气体流。在一些实施例中，结合用于将EUV光束从光源引导至中间掩模和衬底表面的一个或多个反射件的反射表面上方的惰性气体层流来使用在被图案化的衬底的表面上方的惰性气体流。
[0031]EUV曝光装置包括远紫外线光源，当该紫外线光源适当供电时，其发射光子。由于离子化通常通过电子来生成EUV光的光子。在一些实施例中，EUV光源所发出的光具有约
13.5nm波长，但是在其他实施例中使用其他合适短波长的光。在其他实施例中，使用紫外线(UV)辐射。
[0032]该装置包括具有反射表面的一个或多个反射件，其将EUV或UV光束从光源引导至中间掩模。然后，将从中间掩模所反射的光引导至衬底，通过仅暴露衬底的多部分来形成图案。该装置还包括在其上设置有衬底的工作台。因为空气吸收EUV光子，所以覆盖的衬底位于EUV光刻操作发生的室内。在一些实施例中，该室没有空气并且包括维持真空或接近真空程度的低压的压力控制器。在一些实施例中，除本文所述的惰性气体和H2或者其他合适的气体之外，该室没有其他气体。
[0033]气体输送源包括一个或多个气体源和气体流构件，即，导管、管道、通道和其他管线，它们将惰性气体引导至衬底表面并且在曝光操作期间使得惰性气体在衬底表面上流过。在许多实施例中，使用薄片状惰性气体层流。具有排气口的排气系统将惰性气体排出，使得惰性气体在室内具有短暂的共振时间。共振时间足够短以使通过惰性气体所吸收的EUV光子最少，从而避免在曝光操作中的效率损失。
[0034]图1A和图1B分别是根据本发明的各种实施例的UV光刻装置的侧视图和平面图。UV光刻装置包括工作台3。在示例性实施例中，具有表面7的衬底5设置在工作台3上。在大多数实施例中，工作台3是可移动工作台。UV光刻装置还包括具有气体输送管11的惰性气体输送系统和具有排气管17的排气系统。在各种实施例中，图1A和图1B所不的UV光刻装置的工作台和其他部件设置在压力可控的曝光室内。曝光室是进行UV光刻，S卩，图案化的地方。
[0035]在一些实施例中，UV光刻装置是EUV光刻装置。将EUV光19引导至并照射在衬底5的表面7上以对表面7的多部分进行曝光。当向光源适当供电时，通过发出光子的远紫外线光源生成EUV光19。在一些实施例中，通过EUV光源所发出的光具有约13.5nm波长，但是在其他实施例中，使用其他合适的EUV短波长光。仍在其他实施例中，使用紫外光来替换EUV光19，但是下文中将就EUV光和EUV装置来论述本发明。一个或多个反光镜或者其他反射件用于将EUV光19从远紫外线光源引导至衬底5的表面7。在一些实施例中，通过设置在衬底5上方并与衬底5平行的中间掩模(未示出)反射将EUV光束引导至表面7。当实施图案化操作时，衬底7覆盖有光刻胶材料。在各种实施例中，使用各种合适的光刻胶。当将EUV光束19引导至表面7上对光刻胶进行曝光并化学改变光刻胶材料的特定位置时，发生图案化，这导致化学改变的光刻胶材料在随后使用的显影剂中可溶或者不可溶。
[0036]本发明的一个方面是可能由EUV光19和表面7上的光刻胶材料之间的反应产生的任何废气或者其他污染物将通过在表面7上方的惰性气体流从处理区域中去除并且通过排气管17去除。以这种方式，废气或者其他污染物没有在诸如反射件的光刻装置的其他构件上形成污染膜。而且，减少了除气的数量。
[0037]经由惰性气体输送系统的气体输送通道11从惰性气体源输送惰性气体并且导致该惰性气体在衬底5的表面7流过。箭头表示惰性气体13的流动。在一些实施例中，氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或者氡气用作惰性气体，但是在其他实施例中使用其他惰性气体。在各种实施例中，惰性气体的流速在约50SCCm至约2000SCCm的范围内。在一些实施例中，惰性气体流是层状的。在各种实施例中，气体输送通道11和出口 15的尺寸和形状被配置为生成层状的气体流，即，在衬底5的表面7上方所引导的惰性气体层。结合诸如包括排气管17的排气系统的泵送能力的性能来选择惰性气体的流速和总流量。选择流速，使得通过包括排气管17的排气系统从光刻区域快速去除由于除气而导致的从光刻胶膜所释放的污染物。
[0038]每一气体输送通道11都包括面对衬底5并且紧邻衬底5的相关的出口 15。在一些实施例中，一个气体输送通道或多个气体输送通道11被设置在位于衬底5上方的不超过IOcm的位置处，并且在各种实施例中衬底5和气体输送通道11之间的间距21不大于10cm，但是在其他实施例中使用其他布置。如箭头所示，惰性气体13保持平行于表面7流动并且尽可能接近表面7以最小化光刻工具中存在的惰性气体的量。在一些实施例中，许多独立的气体输送通道11环绕衬底5，每一通道都终止于面对衬底5的独立的出口 15处。在这种布置中，朝向衬底5引导惰性气体13。在其他实施例中，出口 15和气体输送通道11是诸如开放导管的连续开口，其环绕衬底5的周围延伸并且从360度向内部将层状惰性气体引导至衬底5并且层状惰性气体位于表面7上方。仍在其他实施例中，气体输送通道11是每一个都环绕工作台3部分延伸的一个或多个开放导管。在一些实施例中，排气系统也在周围环绕衬底5。在一些实施例中，排气系统包括许多分离的排气导管17，并且在其他实施例中，排气系统包括是开放导管的排气导管17，该排气导管是在周围环绕衬底5，并且在环绕衬底5的360度外围的所有位置处排出惰性气体。在各种实施例中可以使用各种排气系统。
[0039]选择气体输送沟道或通道11的结构和其紧邻衬底5的表面7的布置以及排气系统的位置和泵送能力，以最小化衬底附近和包含工作台3和衬底5的室内的惰性气体的滞后时间，即，共振时间。
[0040]在一些实施例中，结合先前描述的惰性气体流使用通过箭头23所示的其他气体流。此外，该气体流23抑制了与光刻胶排气相关的问题。在一些实施例中，在EUV光刻装置中的反射表面和衬底5之间引导气体流23，从而防止从光刻胶层所释放的任何废气或者其他污染物沉淀或者以其他方式沉积在反射光学器件或者其他部件上。在一些实施例中，其他气体流23是H2，并且在其他实施例中，其他气体流23是其他合适的气体。
[0041]图2A和图2B分别示出根据本发明的另一布置的侧视图和平面图。在图1A、1B和图2A、2B中，相同的参考标号指定相同的部件。在图2A和图2B中，气体输送系统不包括图1A和图1B所示的气体输送通道11，而是相反，包括将惰性气体29(如通过箭头所示)输送到并流过衬底5的表面7的惰性气体输送通道27。结合图1A和图1B描述惰性气体。结合包含排气管17的排气系统的泵送能力来选择惰性气体29的流速，使得惰性气体29以层状方式在表面7上方流过并且在光刻装置内包括短暂的共振时间。在一些实施例中，惰性气体输送通道27处于固定位置处，并且在其他实施例中，惰性气体输送通道27是可移动的。在一些实施例中，与工作台3的移动的同时，惰性气体输送通道27移动。在一些实施例中，惰性气体输送通道27是圆形管，并且在其他实施例中，惰性气体输送通道27包括在表面7上方引导层状惰性气体的宽开口。在一些实施例中，宽开口是椭圆形的，其中，主轴线平行于表面7。惰性气体输送通道27被设置为紧邻表面7。在一些实施例中，惰性气体输送通道被设置为与表面7成锐角。
[0042]在一些实施例中，使用在一个或多个反射件的表面上方的惰性气体流以避免在反射件的表面上形成沉淀物或者其他膜。在各种实施例中，图3A和图3B分别是示出结合图1A、1B或者2A、2B所示的部件所使用的本发明的另一方面的侧视图和平面图。反射件33包括反射表面35。在各种实施例中光刻装置包括多个反射件33，并且反射件33设置在各种位置处以将EUV光从EUV光源引导至中间掩模和衬底。图3A示出引导至反射表面35的EUV光41。包含惰性气体输送导管37的惰性气体输送系统在反射件33的反射表面35上方引导惰性气体39(如箭头所示)。在各种实施例中使用惰性气体输送导管37的各种结构。在一些实施例中，许多单独的输气口环绕反射件33，并且在其他实施例中惰性气体输送导管37包括在周围环绕反射件33延伸的开口并且以层状方式从反射件33的外围以360度向内输送惰性气体39。排气系统(未示出)被设置为紧邻惰性气体导管37和反射表面35，以从反射件33的附近和光刻室去除惰性气体39，以最小化滞后时间，即，光刻加工装置内惰性气体39的共振时间。
[0043]图4是示出根据本发明的一个实施例的方法的流程图。在步骤101中，提供UV光刻装置。UV装置可以是EUV光刻装置，EUV光刻装置包括用于保持衬底的可移动工作台、惰性气体输送系统、排气系统、反射件和EUV光源。在一些实施例中，工作台位于压力可控的曝光室内。在步骤103中，生成EUV光束。步骤105包括惰性气体在设置在工作台上的涂覆有光刻胶(PR)的衬底表面上方流动。步骤105包括排出惰性气体，使得其在光刻室内保持短暂的滞后时间。在步骤105期间，在一些实施例中，另外引导惰性气体以在一个或多个反射件上方流动。仍在步骤105期间，在加工室内提供H2或其他气体以将反射件与由光刻胶除气产生的任何废气或者其他污染物隔离。步骤107提供使用反射表面将EUV光引导至中间掩模和涂覆有PR的衬底，从而图案化衬底。步骤109提供进一步加工衬底并且包括对曝光的图案化表面进行显影，然后执行后续的处理操作以制造半导体器件。
[0044]根据一个方面，提供紫外线(UV)光刻装置。该装置包括:用于接收衬底(用于图案化)的工作台；紫外线(UV)光源，将UV光引导至设置在工作台上的衬底上；气体输送源，使惰性气体流过并且紧邻设置在工作台上的衬底的表面；以及具有排气口的排气系统，其能够排出惰性气体。
[0045]根据另一方面，提供一种用于在半导体器件上形成图案的方法。该方法包括:提供紫外(UV)光刻装置，其包括用于在其上接收衬底的工作台；将紫外线(UV)光束引导到设置在工作台上的衬底；使惰性气体流过并且紧邻设置在工作台上的衬底的表面；以及从衬底的表面排出惰性气体。
[0046]根据又一方面，提供一种在半导体器件上形成图案的方法。该方法包括:提供远紫外线(UV)光刻装置，其包括用于在其上接收衬底的工作台和至少一个反射件；通过至少一个反射件的反射将EUV光束引导至设置在工作台上的衬底；通过从至少部分环绕工作台的开放通道输送惰性气体来使得层状惰性气体流过并紧邻衬底的表面；以及从衬底的表面排出惰性气体，其中，惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氡气中的至少一种。
[0047]上文仅仅论述了本发明的原理。应该认识到，本领域普通技术人员将能够设想出各种布置，尽管本文没有明确描述或者示出各种布置，但其包含本发明的原理并且包括在本发明的构思和范围内。而且，本文所引用的全部实例和条件语言主要旨在明确阐明仅为了教导的目的和帮助阅读者理解发明人改进现有技术对本发明的原理和概念的贡献，并且这些实例和条件语言可以用于解释为不限于具体引用的这些实例和条件。而且，本文中引用本发明的原理、方面和实施例的所有陈述以及具体实例意图涵盖它们的结构和功能的等同物。此外，这些等同物意图包括当前公知的等同物和未来发展的等同物，即，不管结构怎样，只要执行相同功能的所开发的任何元件。
[0048]旨在结合被认为是整个说明书的一部分的附图阅读示例性实施例的描述。在说明
书中，诸如“较低的”、“较高的”、“水平的”、“垂直的”、“在......之上”、“在......之下”、
“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”以及它们的派生词(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等)的空间相对位置的术语应该被解释为讨论的附图中所描述或所示的定向。这些相对术语是为了描述的方便，并不需要以特定方位构造或操作装置。除非另有说明，否则与附接、耦合等相关的术语(诸如“连接”和“互连”)指的是结构彼此直接固定或附接或者通过中间结构彼此间接地固定或者附接的关系，以及可移动的或刚性的附接或者关系。[0049]尽管通过示例性实施例描述本发明，但本发明不限于此。而且，所附的权利要求应该被更广泛地解释为包括本领域普通技术人员在不背离本发明的等同物的适用范围和变动范围的条件下所作出的本发明的各种变型例和实施例。
【权利要求】
1.一种紫外线(UV)光刻装置，包括: 工作台，用于在其上接收要被图案化的衬底； 紫外线(UV)光源，将UV光引导至设置在所述工作台上的所述衬底； 气体输送源，使惰性气体在设置在所述工作台上的所述衬底的表面上方且紧邻该表面流动；以及 排气系统，具有能够排出所述惰性气体的排气口。
2.根据权利要求1所述的UV光刻装置，其中，所述UV光源包括发出具有约13.5nm波长的EUV光的远紫外线(EUV)光源。
3.根据权利要求2所述的UV光刻装置，其中，所述EUV光源进一步包括能够将所述EUV光引导至所述衬底的至少一个反射件以及使惰性气体在所述至少一个反射件的表面上方且紧邻该表面流动的另一气体源。
4.根据权利要求2所述的UV光刻装置，其中，所述气体输送源包括被设置为与所述衬底的所述表面平行的多个气体输送管，每一个所述气体输送管都具有相应的气体输送端口，所述气体输送端口环绕并面对所述衬底。
5.根据权利要求1所述的UV光刻装置，其中，所述气体输送源使所述惰性气体以约50sccm至约2000sccm的流速在所述表面上方流动,所述惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氡气中的至少一种，并且所述工作台是可移动的。
6.根据权利要求1所述的UV光刻装置，其中，所述工作台位于室内，所述气体输送源包括环绕所述工作台周围的开放通道并且所述排气口从所述室内排出所述惰性气体。
7.根据权利要求1所述的UV光刻装置，其中，所述工作台设置在室内并且所述排气口从所述室内排出所述惰性气体，并且所述UV光刻装置进一步包括将氢气输送到所述室的端口。
8.根据权利要求1所述的UV光刻装置，其中，所述气体输送源使层状的所述惰性气体在与所述衬底的表面平行的方向上流动。
9.一种在半导体器件上形成图案的方法，所述方法包括: 提供紫外线(UV)光刻装置，所述紫外线光刻装置包括用于在其上接收衬底的工作台； 将紫外线(UV)光束引导至设置在所述工作台上的衬底； 引导惰性气体在设置在所述工作台上的所述衬底的表面上方且紧邻该表面流动；以及 从所述衬底的表面排出所述惰性气体。
10.一种用于在半导体器件上形成图案的方法，所述方法包括: 提供远紫外线(EUV)光刻装置，所述远紫外线光刻装置包括用于在其上接收衬底的工作台和至少一个反射件； 通过所述至少一个反射件的反射将EUV光束引导至设置在所述工作台上的涂覆有光刻月父的衬底； 通过从至少部分地环绕所述工作台的开放通道输送惰性气体来使层状的所述惰性气体在所述衬底的表面上方且紧邻该表面流动；以及 从所述衬底的表面排出所述惰性气体； 其中，所述惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氡气中的至少一种。
【文档编号】G03F7/20GK103777470SQ201310046337
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年2月5日 优先权日:2012年10月18日
【发明者】张书豪, 吴小真, 许家豪, 陈家桢, 陈映予, 李慈莉, 简上杰, 陈政宏, 严涛南 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司