CN1969372A - Euv光源、euv曝光装置及半导体元件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种EUV光源、EUV曝光装置及半导体元件的制造方法。在被加热的容器(4)内，收纳有使Sn固体微粒在树脂中分散的液体。由加压泵进行加压的树脂被导向喷嘴(1)，并从真空室(7)内所设置的喷嘴(1)的顶端喷出液体状的树脂。从喷嘴(1)所喷出的液体状的液体由表面张力而形成球形的形状，并在真空中被冷却而固化，形成固体状的标靶(2)。在真空室(7)内设置有激光光导入用的激光导入窗(10)，且从真空室(7)的外面所配置的激光光源(8)产生的激光光，由透镜(9)被聚光并导向真空室(7)内，将标靶等离子化而产生EUV光。

Description

EUV光源、EUV曝光装置及半导体元件的制造方法

技术领域

本发明是关于一种产生EUV光((Extreme Ultraviolet：极超紫外线)，在本说明书及专利申请的范围内，是指波长小于等于100nm的光)的EUV光源及使用该EUV光源的EUV曝光装置，以及使用该EUV曝光装置的半导体元件的制造方法。

背景技术

随着半导体集成电路的集成度的提高，电路图案也微细化，利用习知技术所使用的可视光和紫外线的曝光装置，其图像分辨率已不能满足要求。众所周知，曝光装置的图像分辨率与转印光学系统的数值孔径(NA)成正比，与曝光所使用的光的波长成反比。因此，作为提高图像分辨率的一个尝试，而试着取代可视光和紫外线，在曝光转印中使用波长短的EUV(也称作软X光)光源。

作为这种在曝光转印装置中所使用的EUV光产生装置，以激光等离子体EUV光源(以下有时记作[LPP(Laser Produced Plasma)])和放电等离子体EUV光源被认为最有希望。

LPP将脉冲激光光在真空容器内的目标材料上进行聚光，使目标材料等离子体化，并利用从该等离子体所辐射的EUV光，其属小型且具有与波纹机(undulator)匹敌的程度的辉度。

而且，利用Dense Plasma Focus(DPF，密集等离子体焦点装置)等的放电等离子体的EUV光源属小型且EUV光量多，低成本。它们作为利用波长13.5nm的EUV光的EUV曝光装置的光源，近年来正在引起瞩目。

这种EUV曝光装置的概要如图6所示。图中的IR1～IR4为照明光学系统的反射镜，PR1～PR4为投影光学系统的反射镜。W为晶圆，M为掩膜。

从激光光源L所照射的激光光，在标靶(target)S上被聚光，并利用等离子体现象，而从标靶S产生X光。该X光由反射镜C、D所反射，而形成平行的X光以入射至照明光学系统。然后，利用照明光学系统的反射镜IR1～IR4依次进行反射，而对掩膜M的照明区域进行照明。藉由在掩膜M上所形成的图案所反射的X光，利用投影光学系统的反射镜PR1～PR4依次进行反射，而将图案的像在晶圆W面上进行成像。

象这样，作为在EUV曝光装置中所使用的波长13.5nm的EUV光源，(与激光等离子体光源、放电等离子体光源一起)一种利用Xe等离子体的EUV光源得以广泛的研究开发，该Xe等离子体光源使用Xe气体或液化Xe作为标靶物质。其理由是，可得到比较高的转换效率(对输入能量可得到的EUV光强度的比率)，且由于Xe是在常温下为气体的材料，所以难以产生debris(飞散粒子)的问题。

但是，为了得到更高输出的EUV光源，使用Xe气体作为标靶存在着限制，因此希望利用其它的物质。其中，已知Sn对得到高转换效率是有效的。

但是，如将Sn直接作为固体标靶使用，则产生的等离子体的密度也会变得过高，并由所产生的等离子体而使激励激光被吸收，或使从等离子体产生的EUV光本身也被吸收，所以存在无法象所想的那样提高EUV光的转换效率的问题。

而且，由于Sn为低融点金属，所以存在以下那样的问题。

(1)在激光等离子体光源的情况下，如对固体状的Sn标靶照射激光，则产生大量的debris。如为了避免该问题而进行加热以形成蒸气并供给蒸气，则密度变低，所以无法得到足够高的转换效率。而且，会在周边的低温部分产生固化，并在该部分上大量地进行附着。

(2)在放电等离子体光源的情况下，难以在固体状态下向放电空间(电极之间的生成等离子体的空间)供给材料。如进行加热以形成蒸气并供给蒸气，则会在周边的低温部分产生固化，并在该部分上大量地进行附着。

因此，虽然知道为一种高效率材料，但难以直接作为EUV光源的标靶物质使用。

发明内容

本发明的第1目的是提供一种鉴于上述问题而形成的，能够抑制因利用Sn等固体标靶所引起的等离子体的高密度化，并具有高的EUV光转换效率的EUV光源及使用该EUV光源的EUV曝光装置，以及使用该EUV曝光装置的半导体元件的制造方法。而且，本发明的第2目的是提供一种可减少debris的EUV光源及使用该EUV光源的EUV曝光装置，以及使用该EUV曝光装置的半导体元件的制造方法。

达成前述目的用的第1装置为一种EUV光源，是一种从标靶生成等离子体，并放射该等离子体所产生的EUV光的等离子体EUV光源，其中，前述标靶为在媒体中被分散的固体的标靶微粒。

如利用本装置，则因被照射一种激励的激光或被放电化而使等离子化的Sn等固体标靶，呈微粒状在媒体中分散配置，所以能够防止所生成的等离子体的密度变得过高。而且，因为在媒体中分散配置，所以能够减少不等离子体化而形成debris的标靶材料，可降低debris的量。

在这种情况下，如利用含有Sn的标靶材料作为标靶微粒，则可产生在13.4nm附近具有峰值的EUV光，而利用该值左右的波长的光的装置，则可利用更高强度的EUV光。

而且，媒体为液体较佳。而且，媒体为将塑料树脂进行加热并熔融而形成的液体较佳，塑料树脂也以热可塑性树脂较佳。而且，具有喷射这些液体媒体的喷嘴较佳。当使加热并熔融的液体状的塑料树脂从喷嘴喷出时，塑料树脂因表面张力而呈粒子状，并根据情况而冷却并形成固体状的粒子。在这些液体或固体状的塑料树脂的粒子中，分散着且包含有固体微粒。

因此，藉由使激光光照射这些固体微粒，而使这些固体微粒等离子化，并放射EUV光。若在从喷嘴喷出后使塑料树脂的粒子实质上固化为球状，则与液体的下滴球状(drop let)相比之下形状稳定，所以粒子飞行的方向稳定，可对产生等离子体的位置稳定地供给标靶，从而可使光源的输出等更加稳定。另外，用于使标靶等离子化的方法可利用众所周知的各种方法，例如，本方法也可应用于前述的放电等离子体EUV光源。前述液体在从喷嘴喷出后进行固化为佳。

标靶在从喷嘴喷出之前为液体，但在喷出后则进行固化，所以与以液体状态飞行的标靶相比之下形状稳定，因此可对产生等离子体的位置稳定地供给标靶，从而使光源的输出等更加稳定。而且，因为固体微粒为固体，所以与Xe气体相比密度高，由此可达成高转换效率。如利用热可塑性树脂，则可利用加热轻松地进行液化，所以作为使固体微粒分散且包含着固体微粒的物质较为适当。

达成前述目的用的第2装置为一种EUV曝光装置，为一种使来自EUV光源的EUV光通过照明光学系统而照射在掩膜上，并将掩膜上所形成的图案，利用投影光学系统而在晶圆等的感应基板上进行曝光转印的EUV曝光装置，其中，前述EUV光源为前述第1装置的EUV光源。

在本装置中，由于使用具有高转换效率的等离子体EUV光源，所以可形成大光量的EUV光源，能够提高生产率。

达成前述目的用的第3装置为一种半导体元件的制造方法，其中，具有利用前述第2装置的EUV曝光装置，将在掩膜上所形成的图案在晶圆等的感应基板上进行曝光转印的工程。

在本方法中，由于使用生产率良好的曝光装置，所以可提高半导体元件的生产效率。

附图说明

图1所示为本发明的实施形态的第1例子的激光等离子体EUV光源的概要图。

图2所示为图1中的本发明的实施形态的与供给标靶的喷嘴的，激光光和聚光镜的配置关系。

图3所示为本发明的实施形态的第2例子的放电等离子体EUV光源的概要图。

图4所示为图3中的本发明的实施形态的标靶回收机构和放电等离子体光源的位置关系。

图5所示为本发明的半导体元件制造方法的一个例子的流程图。

图6所示为EUV曝光装置的概要图。

1：喷嘴                        2：标靶

3：标靶回收机构                4：容器

5：溶液搅拌机构                6：加压泵

7：真空室                      8：Nd:YAG激光光源

9：透镜                        10：激光导入窗

11：聚光镜                     12：激光光

21：电极                       22：绝缘体

23：电极                       24、25：反射面

26：聚光光学系统               27：Z夹紧型放电等离子体光源

C、D：反射镜                   M：掩膜

IR1～IR4：反射器               L：激光光源

PR1～PR4：反射镜               S：标靶

W：晶圆

具体实施方式

以下利用图示对本发明的实施形态来进行说明。图1所示为本发明的实施形态的第1例的激光等离子体EUV光源的概要。

在被加热的容器4内，收纳有已使Sn固体微粒分散在塑料树脂中的液体。Sn固体微粒的浓度为例如1～10wt％。Sn固体微粒的直径为例如50～200nm。为了防止Sn固体微粒进行沉淀，而设置有溶液搅拌机构5。溶液搅拌机构5在该例子中，是在液体中使叶片进行旋转。

容器4与加压泵6由配管进行连接，并使由加压泵来加压的树脂导向喷嘴1，且从在真空室(chamber)7内所设置的喷嘴1的顶端喷射液体状的树脂。从容器4经过加压泵6而到达喷嘴1之间的配管，被全部加热以免树脂在中途发生固化。

从喷嘴1所喷出的液体状的液体因表面张力而形成球形的形状，并在真空中被冷却而固化，形成固体状的标靶2。以从喷嘴1按照一定的时间间隔供给一定尺寸的标靶2的形态，对已熔融的树脂的温度、粘度、加压用的压力、喷嘴1的直径等进行设定。利用这些调整，标靶2的直径成为50～200μm左右。标靶2以1脉冲的激光照射而被恰好等离子化以与所消耗的标靶的量一致为佳。如标靶过大，则未等离子化的残留部分会成为形成debris的原因，所以不佳。反之，如标靶过少则转换效率低下，所以不佳。

在真空室7内设置有激光光导入用的激光导入窗10，而从真空室7的外面所设置的Nd:YAG激光光源8所产生的激光光，由透镜9来聚光并导向真空室7内。

各构件以使标靶2通过激光的聚光点位置的形态而配置着，且对标靶供给和激光脉冲进行同步控制，以在标靶2恰好来到聚光点位置时照射激光脉冲。亦即，利用未图示的监视器装置来监视标靶2的位置，并在标靶2来到激光的聚光点位置上时，对Nd:YAG激光光源8加以发光的触发脉冲。

被激光照射的标靶2进行等离子化，辐射出含有EUV光的光。聚光镜11将从等离子体所产生的EUV光进行聚光，并导向(未图示的)照明光学系统。聚光镜11具有旋转椭圆面形状的反射面，并在反射面上涂敷Mo/Si多层膜。而且，旋转椭圆面的一个焦点位置成为激光的聚光点位置即EUV光的产生位置。因此，由聚光镜11所反射的光聚光在另外的焦点位置上，然后再被导向照明光学系统。

标靶2的未被等离子化而残留的残留物，由标靶回收机构3所回收。所回收的标靶残留物返回到容器4，再次加热熔融而进行再利用。在标靶回收机构3和容器4之间设置有(未图示的)防止回流机构，用于防止容器内的蒸气向真空室7内进行回流。

图1从外观上看是由聚光镜11所反射的EUV光与激光导入窗10等进行干涉，但实际上如图2所示，供给标靶2用的喷嘴1的中心轴、激光12的中心轴、由聚光镜11所反射的EUV光的主光线的轴彼此直交地进行配置，EUV光并不与激光导入窗10等进行干涉。

图3所示为本发明的实施形态的第2例子的放电等离子体EUV光源的概要。另外，对与第1例子的图1的实施形态相同的构成，付以相同的符号并省略其说明。在该实施形态中，因为与前述理由相同的理由，标靶2由1次放电而恰好被等离子化，并与所消耗的标靶的量一致为佳。

从喷嘴1所喷出的标靶2被导向Z夹紧(pinch)型放电等离子体光源27中的放电空间中。Z夹紧型放电等离子体光源27由开孔的圆盘形的电极(阳极)21、相同形状的电极(阴极)22、连结两者的筒状的绝缘体22构成，当在电极(阳极)21和电极(阴极)22之间施加高电压脉冲时，利用放电而使处于它们之间的空间中的物质等离子化，并辐射出含有EUV光的光。

各构件以标靶2通过放电空间的形态而配置着，并对标靶供给和高电压脉冲进行同步控制，以在标靶2恰好来到放电空间的中心位置时施加高电压脉冲。

在喷嘴1上设置有未图示的加振机构，藉由沿喷嘴1的液体喷射方向施加振动，可控制液体的喷射的时序。对朝向喷嘴1的加振和朝向高电压电源的触发脉冲进行控制，以取得上述的同步。

聚光光学系统26将等离子体所产生的EUV光进行聚光，并导向(未图示的)照明光学系统。聚光光学系统26为由2片同心球面形状的反射面24、25所构成的施瓦茨希尔德(Schwarzschild)光学系统，并在其反射面上涂敷Mo/Si多层膜。

标靶2的未等离子化而残留的残留物，由标靶回收机构3来回收。所回收的标靶残留物被返回到容器4，并再次加热熔融而再利用。在标靶回收机构3和容器4之间设置有(未图示的)防止回流机构，用于防止容器内的蒸气向真空室7内逆流。

标靶回收机构3和放电等离子体光源27的位置关系如图4所示，以电极23的孔的中心轴和标靶回收机构3的开口部的中心轴大体一致的形态进行配置。

标靶回收机构3将从放电等离子体光源27所产生的EUV光的一部分予以遮蔽。由于在聚光光学系统26中所使用的施瓦茨希尔德光学系统，为具有中心遮蔽的光学系统，所以根本无法将光轴附近的光线进行聚光。在本实施形态中，使标靶回收机构3尽可能地配置在施瓦茨希尔德光学系统的中心遮蔽内，将因冲出遮蔽而形成的EUV光的损失控制在最小限度。

作为聚光光学系统26，除了施瓦茨希尔德光学系统以外，也可使用伏达(volter)型光学系统，但在这种情况下也是具有中心遮蔽的光学系统，所以可采用同样的配置，而将因冲出遮蔽所形成的EUV光的损失控制在最小限度。

在上述的第1、第2实施形态中，是使用聚苯乙烯树脂作为树脂，但所使用的塑料树脂并不限定于此。除了塑料树脂以外，也可使用例如聚氯乙烯树脂、ABS树脂、甲基丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酰胺树脂、聚醛树脂、聚碳酸酯树脂等其它的热可塑性树脂。

而且，固体微粒材料是使用Sn，但也可使用其它的固体材料。在对树脂进行加热并液化時所必需的温度较Sn的融点高的情况下，可取代Sn而使用氧化锡(SnO₂等)。在希望生成除了13.5nm附近以外的其它波长的EUV光或X光的情况下，可酌情使用除了Sn以外的适用于该其它波长的固体材料。

本发明的实施形态的EUV曝光装置的构成，基本上与图6所示的构成没有变化。只是在EUV光源方面，在使用第1实施形态所示的激光等离子体EUV光源或第2实施形态所示的放电等离子体EUV光源的情况下有所不同，所以省略其说明。

以下，对关于本发明的半导体元件的制造方法的实施形态的例子进行说明。图5所示为本发明的半导体元件制造方法的一个例子的流程图。该例子的制造工程包括以下的各主工程。

(1)制造晶圆的晶圆制造工程(或准备晶圆的晶圆准备工程)

(2)曝光时制造所使用的掩膜的掩膜制造工程(或准备掩膜的掩膜准备工程)

(3)进行晶圆所必需的加工处理的晶圆加工工程

(4)将晶圆上所形成的芯片1个个地切出，并可动作地使其平整的芯片组装工程

(5)对生成的芯片进行检查的芯片检查工程

另外，各个工程又由数个子工程构成。

在这些主工程中，对半导体元件的性能带来决定性影响的主工程为晶圆加工工程。在该工程中，将所设计的电路图案在晶圆上依次进行层叠，形成多个作为存储器和MPU用的可动作的芯片。该晶圆加工工程包括以下的各工程。

(1)形成作为绝缘层用的介质薄膜或配线部或形成电极部的金属薄膜等的薄膜形成工程(利用CVD和溅射等)

(2)将该薄膜层和晶圆基板进行氧化的氧化工程

(3)为了有选择地对薄膜层或晶圆基板等进行加工，而利用掩膜(光栅)来形成光刻胶的图案的光刻工程

(4)依据光刻胶图案对薄膜层和基板进行加工的腐蚀工程(利用例如干蚀技术)

(5)离子·杂质注入扩散工程

(6)光刻胶剥离工程

(7)再次对所加工的晶圆进行检查的检查工程

另外，晶圆加工工程只反复进行必要的层数，以制造按照设计进行动作的半导体元件。

在本实施形态的半导体元件的制造方法中，于光刻工程中使用本发明的实施形态的EUV曝光装置。因此，可进行微细线宽图案的曝光，同时可以高生产率来进行曝光，并可效率良好地制造半导体元件。

Claims (9)

1.一种EUV光源，是一种从标靶生成等离子体，并放射该等离子体所产生的EUV光的等离子体EUV光源，其特征在于：前述标靶为在媒体中被分散的固体的标靶微粒。

2.如权利要求1所述的EUV光源，其特征在于：前述标靶微粒含有Sn。

3.如权利要求1所述的EUV光源，其特征在于：前述媒体为液体。

4.如权利要求1所述的EUV光源，其特征在于：前述媒体为对塑料树脂进行加热并熔融而形成的液体。

5.如权利要求4所述的EUV光源，其特征在于：前述塑料树脂为热可塑性树脂。

6.如权利要求3所述的EUV光源，其特征在于：具有喷射出分散有前述标靶微粒的液体媒体的喷嘴。

7.如权利要求6所述的EUV光源，其特征在于：前述液体从喷嘴喷出后进行固化。

8.一种EUV曝光装置，为一种使来自EUV光源的EUV光通过照明光学系统照射在掩膜上，并将掩膜上所形成的图案，利用投影光学系统在晶圆等的感应基板上进行曝光转印的EUV曝光装置，其特征在于：前述EUV光源为权利要求1所述的EUV光源。

9.一种半导体元件的制造方法，其特征在于：利用权利要求8所述的EUV曝光装置，且具有将在掩膜上所形成的图案在晶圆等的感应基板上进行曝光转印的工程。

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