[发明专利]与带电粒子接触的表面保护

说明书

本发明涉及对暴露于高带电粒子的表面的保护。本发明特别可用于在用于反射极远紫外线(EUV)的光学系统中采用的多层反射镜的保护中以及用于极远紫外线穿过其透射到光刻腔的表面的保护中。

光刻法是半导体器件制造中的重要加工步骤。总的来说，在光刻法中通过使图案成像到沉积在晶片表面上的光致抗蚀剂层上来将电路设计转移到晶片上。然后在新图案被转移到晶片表面之前使该晶片发生各种蚀刻和沉积加工。该循环过程继续进行而制成半导体器件的多层结构。

在用于制造半导体器件的平版印刷方法中，为了达到提高光学分辨率的目的，有利的是采用波长非常短的射线以致可以精确地复制该器件中非常小的特征。在先前技术中，已经采用了各种波长的单色可见光，而且新近已经采用了深紫外(DUV)范围内的射线，包括248nm、193nm和157nm的射线。为了进一步提高光学分辨率，还已经建议使用极远紫外(EUV)范围内的射线，包括13.5nm的射线。

对于平版印刷工具以及将极远紫外线供给该工具的装置两者中的镜片，采用极远紫外线用于平版印刷术造成了许多新的困难。

一个问题是极远紫外线在大气压下穿过大多数气体的透过率差，并因此该平版印刷方法涉及的许多机械、电学和光学装置必须在高纯度真空环境中操作。另一个难题是用于投影和聚焦DUV平版印刷术中射线的透镜材料，例如氟化钙不适用于极远紫外线的透射，并且通常需要使用反射光学器件(反射镜)代替透射光学器件(透镜)。这些反射镜往往是由钼和硅的交替层形成的，通常每层厚度为5-10nm，并且通常终止在硅层或钌层或其它金属种类。

极远紫外线源通常被放置在位于平版印刷工具附近的腔的内部。为了将该光源与极干净的平版印刷工具分离开，通常将光谱纯滤光片(SPF)用作极远紫外线穿过透射到平版印刷工具中的窗。SPF典型地包括通常是由锆、镍或硅形成的非常薄的箔。

极远紫外线源可基于对锡、锂或氙的激发。例如，当在EUV源中采用氙时，通过静电放电刺激氙或强激光照射产生了氙等离子体。等离子体内的高带电氙物质Xe⁺¹⁰电子跃迁到Xe⁺¹¹产生了极远紫外线。因此，极远紫外线源也起高带电粒子源的作用。这些粒子可冲击多层膜反射镜表面和位于腔内的SPF，引起原子从那些表面上飞溅出，这能够减小该反射镜的反射率，并因此减小透射到平版印刷工具的极远紫外线强度。当从该腔输出的极远紫外线强度减小时，这可造成采用极远紫外线进行平版印刷的晶片上所形成的图案质量变化。由于这些组件的成本高，替换它们总是不受欢迎的，并且在许多情形中这是完全不切实际的。此外，在SPF中产生“孔”会导致平版印刷工具污染。

根据本发明的一个方面，提供了一种保护表面避免由于受带电粒子冲击而被损害的方法，该方法包括以下步骤：在该表面暴露于带电粒子期间，将碳源提供到该表面用于在该表面上形成碳质沉积物涂层，并且控制沉积物在表面上的沉积速率和带电粒子冲击该沉积物的速率之中的至少一种，以主动地控制涂层厚度。

通过控制沉积物的沉积速率和随后从表面上除去沉积物(通过带电粒子冲击该沉积物)的速率之中的至少一种，可将涂层的厚度主动地控制在预定厚度或其左右，其既可防止带电粒子直接冲击到该表面上也可将该表面的反射率或透射率损失减至最小(由于形成涂层)。此外，审慎地提供碳源可压倒不可避免地存在于反射镜周围中的含杂质本底碳的影响。该方法的另一好处是其涉及碳物质的高周转率，因此将后者保持在反应性更高并且易于除去的化学状态。当情况不是这样时，碳质沉积物的老化引起其石墨化，造成光学有害和非常稳定的不能被除去的表面涂层。

控制表面处碳源的分压可提供一种控制沉积速率的机制。通过调节碳源的分压，碳质沉积物稳定状态的覆盖度可被控制在可接受的水平。通过控制将碳源供给该表面的速率可方便地控制分压。通过采用对薄膜增厚敏感的适当传感器来监测涂层厚度(该传感器例如石英晶体振荡器或表面声波装置)，可将信号供给质量流量控制器，用于调节将碳源供给表面的速率。

通过控制将带电粒子供给涂层的速率，可控制冲击速率，例如可选择性地中和一些带电粒子，如通过在冲击沉积物之前使带电粒子通过气体帘幕来中和。在这种情形中，可固定的提供碳源的分压，将其与可变压力气体帘幕相结合能够控制涂层厚度。控制气体帘幕压力可按照与控制碳源分压类似的方式。非必须选择地，可提供缓冲气体来保持该表面附近处的恒压。缓冲气体和碳源混合物的总压力最大许可值取决于气态物质的对极远紫外线的吸收截面并且通常小于0.1mbar。