Взаимодействие плазмы с поверхностью оптических элементов, используемых в литографии экстремального УФ (13,5 нм)

• Автор: Малыхин, Евдоким Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Закон Мура
1.2. Принципы оптической литографии
1.3. Перспективы развития полупроводниковых технологий
1.4. ЕЦУ литография
1.5. Многослойные зеркала для БІТУ литографии
1.6. Проблема загрязнения многослойных зеркал для ЕГ1У
1.7. Постановка задачи
Глава 2. Методы исследования поверхности оптических элементов и их загрязнений в литографии экстремального УФ
2.1. Спектроскопия римановского рассеяния
2.2. ИК-спектроскопия тонких пленок аморфного углерода
2.3. Рентгенофлуоресцентный анализ
2.4. Сканирующая электронная микроскопия поверхности многослойных зеркал
2.5. Атомно-силовая микроскопия поверхности многослойных зеркал
Глава 3. Структура загрязнений поверхности многослойных зеркал
3.1. Загрязнения олова и окисление зеркала
3.2. Структура тонких пленок углерода осажденных под Е1ГУ
3.3. Модель процесса осаждения пленки аморфного углерода на многослойное зеркало под действием ЕЦУ излучения
3.4. Выводы
Глава 4. Взаимодействие тонких пленок углерода и олова
с плазмой и ее послесвечением
4.1. Введение
4.2. Экспериментальная установка для исследования взаимодействия тонких
пленок углерода и олова с плазмой
4.3. Метод актинометрии для измерения плотности атомов водорода в плазме
4.4. Экспериментальная установка для исследования взаимодействия тонких
пленок углерода и олова с послесвечением плазмы
4.5. Взаимодействие тонких пленок олова с плазмой и ее послесвечением
4.6. Взаимодействие тонких пленок углерода с плазмой и ее послесвечением
4.7. Выводы
Глава 5. Удаленная плазменная очистка многослойных зеркал
5.1. Введение
5.2. Эксперимент
5.3. Обсуждение результатов
5.4. Моделирование системы удаленной плазменной очистки многослойной оптики
5.5. Выводы
Глава 6. Ионная и пон-стнмулнрованная плазменная очистка многослойных
зеркал
6.1. Введение
6.2. Эксперимент
6.3. Результаты
6.4. Ион-стимулированная очистка окислов рутения
6.5. Выводы
Заключение
Литература

Введение
В соответствии с Международной программой развития полупроводниковых устройств (International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS), наиболее перспективным (как технологически, так и экономически) направлением для дальнейшего развития-микроэлектронных устройств является литография экстремального ультрафиолета, или EUV-литография [1, 2]. В настоящее время используется EUV излучение с длиной волны 13.5 нм, и уже планируется переход на длину волны 6.7 нм Излучение с такой длиной волны сильно поглощается, поэтому использование преломляющей оптики в EUV литографах становится невозможным. В связи с этим современные схемы сбора и управления EUV излучением базируются на отражательной оптике, а именно - на многослойных зеркалах (Multiayei Mirror, ML mirror). Многослойные зеркала на длину волны 13.5 нм состоят из 40-60 Mo:Si бислоев, причем толщина каждого такого бислоя составляет 6.9 нм, а самый верхний слой -это пленка Ru толщиной 1.5-2 нм. Коэффициент отражения такого многослойного зеркала составляет 70% в спектральной полосе ~2 нм вблизи 13.5 нм [3, 4, 5]. Линейные размеры многослойных зеркал могут достигать десятков сантиметров, при этом грубость их поверхности не должна превышать 0.2-0.3 нм. Столь совершенные и сложные в изготовлении зеркала достаточно дороги и вносят значительный вклад в стоимость оборудования для EUV-литографии.
Для использования EUV литографии в производстве сверхбольших интегральных схем необходимо обеспечить очень длительное время жизни EUV оптики - не менее 30 000 часов [6, 7]. Срок службы многослойных зеркал сильно ограничивается их быстрым загрязнением в процессе эксплуатации [8, 9]. Т.к. основным источником EUV-излучения в EUV-литографе на 13.5 нм является горячая многозарядная плазма паров олова, то поверхность Mo:Si многослойных зеркал, особенно близких к источнику', подвергается загрязнению оловом. Кроме этого, на поверхности зеркал осаждается углеродная пленка при разложении на поверхности углеводородов под действием EUV фотонов и вторичных электронов (остаточные углеводороды присутствуют даже в условиях высокого вакуума ~10's Тор). На поверхности кроме углеводородов в высоком вакууме, как известно, присутствует адсорбированная вода, которая под воздействием EUV излучения и вторичных электронов диссоциирует, что ведет к окислению верхних слоев многослойного зеркала. Все это существенно снижает отражающую способность зеркал и четкость получаемого изображения. Т.к. в предполагаемых схемах EUV литографа может содержаться более десятка многослойных зеркал, то, соответственно, даже небольшое снижение отражательной способности каждого зеркала способно блокировать работу литографа в целом [10].

1.7. Постановка задачи
Исследовать процессы очистки промышленных многослойных зеркал м восстановления отражательной способности, непосредственно на прототипе промышленного ЕЦУ литографа - очень дорогой, длительный и трудоемкий эксперимент. Эта проблема известна как. проблема метрологии в ЕЦУ оптике [51]. Поэтому для быстрой разработки и тестирования технологий очистки становится крайне важным понимание физических механизмов осаждения и удаления загрязнений.
Задача состоит в изучении взаимодействия плазмы с поверхностью многослойных зеркал и исследовании физических механизмов удаления загрязнений с их поверхности на атомарном уровне. На основе изученных механизмов - в разработке методики тонкой плазменной очистки загрязнений с поверхности многослойных зеркал.
Особенности данной задачи состоят в том, что, во-первых, необходимо удалять слои загрязнений нанометровой толщины, абсолютно не затрагивая при этом верхний атомарный слой многослойного зеркала. Во-вторых, система очистка должна иметь возможность быть реализованной непосредственно в литографе: процессы юстировки и настройки оптической системы столь сложны, сто удаление зеркал из литографа для процедуры очистки недопустимо. В-третьих, необходимо обеспечить высокое качество поверхности зеркала на протяжении всего срока его службы. С количественной точки зрения, в процессе очистки необходимо достаточно эффективно удалять углерод (по крайней мере, быстрее, чем он осаждается) и не испортить при этом верхний защитный слой зеркала за все время его эксплуатации (30 тыс. часов). Иными словами, необходимо обеспечить высокую селективность удаления углерода по отношению к рутению £сКи:
&=^>Ю5-Ю+, (2)
где Яс - скорость удаления углерода, - скорость удаления рутения.
Для решения подобных задач на сегодняшний день принято использовать атомарный водород [52]. Это связано с тем, что большинство простейших соединений водорода с углеродом являются летучими, как впрочем и с оловом - станан 8пН.4 тоже летучий продует. Однако эффективность очистки аморфного углерода атомарным водородом очень низка, что значительно ограничивает скорость и эффективность очистки. Кроме того, разные виды загрязнений, в принципе, могут требовать также различных подходов к процессу очистки. Для промышленного же использования желательно иметь простой и универсальный метод очистки, к тому же не вносящий электромагнитных помех.