專利名稱：提供用于半導(dǎo)體晶片的真空紫外波長平面發(fā)光圖形的可調(diào)輻射源的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及到用來產(chǎn)生真空紫外(VUV)波長輻射的平面或平板發(fā)光圖形的輻射源，特別適合于用來加工直徑直至300mm以及超過300mm的半導(dǎo)體晶片。
背景技術(shù)：
在生產(chǎn)集成電路的半導(dǎo)體晶片加工過程中，短波長輻射有很多用途。短波長輻射包括紫外(UV)(＜400nm)區(qū)以及真空紫外(VUV)(100-200nm)區(qū)。本發(fā)明致力于一種用來加工半導(dǎo)體晶片的能夠產(chǎn)生高強度的均勻的UV和VUV波長輻射的輻射源。
半導(dǎo)體晶片加工涉及到在晶片上制造較小的特征(＜0.25μm)。這要求使用新的化學(xué)方法、抗蝕劑、以及工藝。許多這種新的化學(xué)方法、新的材料、以及新的工藝需要高能光子來克服反應(yīng)閾值。一些新的抗蝕劑的耐光性需要高能光子。特別是利用VUV波長輻射，能夠改善材料和抗蝕劑的燒蝕和腐蝕。高能光子能夠激發(fā)氣體和表面，以便增強反應(yīng)過程和反應(yīng)速率。短波長輻射還可用于EPROM擦除、FLASH擦除、以及非易失存儲器擦除。
在本技術(shù)的目前狀態(tài)下，還不存在用于加工半導(dǎo)體晶片的VUV波長范圍內(nèi)使用的可接受的輻射源。而且，現(xiàn)有的輻射源存在著下列一個或多個缺點a.目前的源強度太低，或具有臨界強度電平，從而得到不合適的產(chǎn)率。
b.目前的源在半導(dǎo)體晶片很典型的二維區(qū)域內(nèi)光輸出的不均勻性大。
c.目前的源對于正當使用來說，過于昂貴和復(fù)雜。
d.目前的源具有固定的波長。
e.目前的源提供不了足夠大的受照射面積覆蓋范圍。
f.目前的源除了所需的輻射波長之外，還產(chǎn)生不希望有的波長(例如紅外(IR)輻射)。
g.由于所需的占用面積大，目前的源對于半導(dǎo)體制造設(shè)施的正當使用來說太大。
h.目前的源要求手工裝載晶片。
i.目前的源太昂貴。
j.目前的源采用具有電極的燈泡，從而導(dǎo)致壽命降低和在使用壽命內(nèi)輸出退化。
目前的技術(shù)提供了一些產(chǎn)生波長低于200nm的輻射的輻射源。這種輻射源在晶片表面上有無法接受的輻射不均勻性水平。這一問題通常是由于采用了諸如線狀燈之類的尺寸有限的燈。這些燈的構(gòu)造與在直徑為150mm或以下直至300mm或以上的二維圓形區(qū)域上要求均勻照明的晶圓不兼容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是一種特別有用于處理半導(dǎo)體晶片的可調(diào)UV和VUV波長輻射源。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的輻射源，提供了用來處理直徑直至300mm或以上的半導(dǎo)體晶片工件所需的波長、強度、以及二維平面均勻性。與市場上現(xiàn)有源典型的±15％的照明強度不均勻性相比，本發(fā)明的輻射源在300mm的平面輻射圖形上提供了百分之幾或更小偏差的輻射強度均勻性。
有利的是，本發(fā)明的輻射源是可調(diào)的，亦即能夠在100-200nm或以上的范圍內(nèi)的大量明顯不同的波長下工作。在一個優(yōu)選實施方案中，此輻射源的輸出輻射波長能夠用氣體濾波器來精細調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的輻射源能夠提供采用從多種形狀(例如正方形、圓形等)中選擇的一種形狀的二維平面輻射源。此輻射源是可調(diào)的，以便得到所需的輸出輻射波長范圍。借助于選擇可離子化氣體被激勵時經(jīng)由氣體分子的準分子激發(fā)而產(chǎn)生所需波長范圍內(nèi)的輻射，來得到輻射源發(fā)射波長范圍的粗調(diào)節(jié)。此外，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，通過使用諸如氧之類的吸收氣體來得到發(fā)射的輻射波長的精細調(diào)節(jié)，此吸收氣體吸收或過濾某些波長的發(fā)射輻射，使波長范圍被修正了的更窄范圍的波長照射到靶晶片。由于不同的工藝由不同波長的輻射最佳地提供，故本發(fā)明的輻射源有利地提供了現(xiàn)有技術(shù)輻射源中得不到的靈活性。
本發(fā)明的目的是一種輻射源，用來發(fā)射用于加工半導(dǎo)體晶片的平面圖形輻射。典型地說，發(fā)射的輻射在UV或VUV波長范圍內(nèi)。本發(fā)明的輻射源包括具有界定輻射發(fā)射區(qū)的二維表面的基電極；與基電極分隔開并界定輻射發(fā)射區(qū)的電介質(zhì)輻射透射元件；二維電極屏或矩陣，它與通常平行于基電極二維表面的平面中的電介質(zhì)元件接觸，電極矩陣確定使發(fā)射的輻射能夠通過電極矩陣透射到晶片處理區(qū)的多個窗口；以及分布在輻射發(fā)射區(qū)中的可離子化氣體，用以被建立在基電極與電極矩陣之間的場離子化并經(jīng)由準分子激發(fā)而發(fā)射輻射。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，此源還包括第二保護性輻射透射元件，它接觸到電極矩陣，并將電極矩陣壓向電介質(zhì)元件，且用來防止電極矩陣暴露于晶片處理區(qū)中的污染物和用來加固電介質(zhì)元件。依賴于所需電介質(zhì)元件和電介質(zhì)矩陣的材料的尺寸和強度特性以及晶片處理區(qū)和輻射透射區(qū)之間的壓力差，此輻射源還可以包括一個或多個插入在電介質(zhì)元件與基電極之間輻射發(fā)射區(qū)中的隔板元件，以便在輻射發(fā)射區(qū)中提供均勻的截面積。
在本發(fā)明的輻射源的另一個優(yōu)選實施方案中，源氣體供應(yīng)安排能夠準分子激發(fā)的不同可離子化氣體到輻射發(fā)射區(qū)的選擇，以便控制源發(fā)射的輻射的波長。這種從能夠準分子激發(fā)的氣體中選擇一種氣體的做法，使得能夠粗調(diào)節(jié)輻射發(fā)射區(qū)產(chǎn)生的波長，亦即當經(jīng)歷準分子躍遷時，選擇產(chǎn)生所需波長范圍的氣體。
在本發(fā)明的輻射源的另一優(yōu)選實施方案中，第三輻射透射元件被排列成與第二保護元件分隔開，以便確定一個吸收氣體過濾室，諸如氧之類的吸收氣體被注入其中。此吸收氣體利用可離子化的氣體過濾或吸收從輻射發(fā)射區(qū)發(fā)射的選定波長的輻射。此氣體過濾器提供了輻射輸出波長的精細調(diào)節(jié)。
從結(jié)合附圖描述的本發(fā)明示例性實施方案的詳細描述中，本發(fā)明的這些和其它的目的、優(yōu)點、以及特點將變得更好理解。


圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的輻射源第一優(yōu)選實施方案的剖面透視圖，此輻射源安裝到用于處理半導(dǎo)體晶片的半導(dǎo)體晶片限制結(jié)構(gòu)；圖2是圖1的光源的分解剖面透視圖；圖3是圖1的輻射源的示意剖面圖；圖4是放大剖面圖，示出了對確定在第一或基電極與分隔開的電介質(zhì)層之間的區(qū)域進行抽空的泵口；
圖5是放大剖面圖，示出了用第二電極或屏電極連接電源的電力供應(yīng)；圖6曲線示出了Xe準分子氣體源的輻射強度與波長的關(guān)系；圖7曲線示出了Ar/CF4準分子氣體源的輻射強度與波長的關(guān)系；圖8是本發(fā)明輻射源第二實施方案的示意剖面圖，它包括用來過濾從輻射發(fā)生區(qū)發(fā)射的光的過濾器；圖9曲線示出了氧氣氣體過濾器的吸收系數(shù)對波長的關(guān)系；圖10是可變頻率源的波長對強度的關(guān)系；圖11曲線示出了氣體壓力與輻射強度之間的線性依賴關(guān)系；圖12曲線示出了離輻射源的距離與輻射強度之間的線性依賴關(guān)系；圖13是對數(shù)尺度曲線，示出了點光源和本發(fā)明輻射源的輻射強度與離光源距離的關(guān)系。
具體實施例方式
輻射源10的第一優(yōu)選實施方案在圖1-5中，以10一般地示出了本發(fā)明的光源即輻射源的第一優(yōu)選實施方案。當被適當?shù)碾娫?3(圖3中示意地所示)激勵時，輻射源10產(chǎn)生所需波長的平面輻射源。此輻射源的一種有利的用途是用紫外(UV)(＜400nm)和真空紫外(VUV)(100-200nm)波長的輻射來處理半導(dǎo)體晶片。如圖1所示，此輻射源10可以有利地是用來以所需波長的均勻平面輻射圖形處理半導(dǎo)體晶片16的半導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng)14的一部分。利用選定的可離子化氣體的準分子激發(fā)，源10產(chǎn)生平面輻射圖形。
晶片16被支持在由晶片限制結(jié)構(gòu)22的通常為圓形的壁20所確定的晶片處理室18內(nèi)。輻射源10被安裝到晶片限制結(jié)構(gòu)22，且源10發(fā)射的輻射被引導(dǎo)到晶片限制結(jié)構(gòu)22中。本發(fā)明的輻射源10可以有利地處理直徑直至300mm的半導(dǎo)體晶片。但應(yīng)該指出的是，可以增大輻射源10的尺寸來處理甚至直徑更大的晶片。本發(fā)明的輻射源10提供了二維平坦-平板型輻射源，它發(fā)射所希望范圍的波長，且其特征在于輻射的高均勻性和高強度輸出。依賴于所選定的可離子化氣體，輻射源10能夠產(chǎn)生UV波長范圍(＜400nm)，或更具體地說是VUV波長范圍(100-200nm)內(nèi)的均勻的高強度輻射的平面圖形。
輻射源10包括一般為平面、二維的第一和第二電極30和32、耦合到第一和第二電極30和32的用來激勵電極的電源33。輻射源10還包括位于第二電極32鄰近并與第一電極30分隔開的電介質(zhì)輻射透射窗口或?qū)?4。第一即基電極30和電介質(zhì)層34界定并確定離子化氣體區(qū)35(圖2和4所示)，可離子化氣體35a被注入其中。第二電極32是一種矩陣或網(wǎng)格屏，它具有高度低的剖面和多個使電極對發(fā)射的輻射半透的窗口。
當被電源33激勵時，電極30和32產(chǎn)生電場，引起氣體區(qū)35中的可離子化氣體35a的準分子激發(fā)，導(dǎo)致由所選擇的特定可離子化氣體的準分子躍遷為特征的波長范圍內(nèi)發(fā)射的輻射。由于電極30和32相對于面對氣體區(qū)35的表面區(qū)域是二維的，故輻射源10發(fā)射的輻射具有均勻的二維平面強度圖形。發(fā)射的輻射通過電介質(zhì)層34和電極屏32，并進入到晶片處理室18中，對晶片16進行處理。
有利的是，輻射源還可以包括較厚的輻射透射保護窗口36。此窗口36保護電極屏32免受存在的受熱氣體和/或晶片處理室18中發(fā)生的濺射的影響。如下面將要解釋的那樣，此保護窗口36形成了一個整體組件38，它包括電極屏32和電介質(zhì)層34，用以加固和支持較薄的電介質(zhì)層34，并使得能夠用可離子化氣體區(qū)35中的真空或超大氣壓條件來運行輻射源10，以便得到更高的輻射強度。
從圖1和2以及示意地在圖3中最佳地可見，基電極30包括氣體入口78和氣體出口79，用來提供限制在基電極30與電極屏32之間確定的氣體區(qū)35中的離子化氣體35a的入口和出口?；姌O30還包括壓力抽空抽氣口80，以便能夠抽空封閉空間即電介質(zhì)層34與保護窗口36之間的封閉空間或間隙區(qū)74。封閉空間即間隙區(qū)74的抽空引起電介質(zhì)層34和保護窗口36將電極屏32夾在其間，導(dǎo)致較薄的電介質(zhì)窗口34由較堅固和較厚的保護窗口36加固，并形成整體的組件38。
環(huán)形墊圈40輻射源10包括環(huán)形墊圈40，它提供了間隔和光源10的各個組成部分的外圍支持。如在圖4和5中可見，墊圈40提供了一系列臺階即橫擋來支持保護窗口36的外圍邊沿，并使保護窗口36靠在第一電極30的水平平面64上(圖4)。如在圖4中可見，一對密封圈61和62被插入在保護窗口36的上表面36a與第一電極水平表面64之間以及保護窗口36的下表面36b與墊圈40的內(nèi)水平部分42的上表面98之間。
如在圖1中可見，墊圈40還提供了用來將輻射源10安裝到晶片限制結(jié)構(gòu)22的基座。如在圖1和2中最佳地可見，第一電極30和環(huán)形墊圈40被安裝在晶片限制結(jié)構(gòu)22的上表面23上。當在剖面中看時，環(huán)形墊圈40是階梯狀的即被偏移，且包括外水平部分41和內(nèi)水平部分42。墊圈40的剖面與晶片限制結(jié)構(gòu)22上表面23的偏移即階梯狀外圍部分在尺寸和形狀方面一致。墊圈40的外水平部分41包括平坦的上表面43和多個孔44。外水平部分41也包括平坦的下表面45，且內(nèi)水平部分42同樣包括平坦的下表面46。
如在圖4中最佳地可見，第一電極30包括向下呈階梯狀的外圍邊沿部分50。外圍邊沿部分50包括其尺寸被定為齊平密封墊圈40上表面43的平坦下表面51。第一電極30的外圍邊沿部分還包括多個孔52。墊圈外水平部分41的平坦下表面45和墊圈內(nèi)水平部分42的平坦下表面46的尺寸被定為分別齊平密封晶片限制結(jié)構(gòu)22上表面23的相連階梯狀水平表面25和26。亦即，墊圈外水平部分41的下表面45靠在晶片限制結(jié)構(gòu)水平表面25上，而墊圈內(nèi)水平部分42的下表面46靠在晶片限制結(jié)構(gòu)水平表面26上。利用延伸通過第一電極的多個孔52且通過對準的墊圈40的多個孔44，并擰入到晶片限制結(jié)構(gòu)22上表面23中的對準的多個螺紋孔24中的多個螺栓(未示出)，輻射源10的第一電極30和墊圈40被安裝在晶片限制結(jié)構(gòu)22的上表面23上，從而將墊圈40的外水平部分41夾在第一電極30外邊沿部分50與晶片限制結(jié)構(gòu)22的外水平表面25之間。
如在圖4中最佳地可見，晶片限制結(jié)構(gòu)22的水平表面26包括溝槽或通道27，它支持著在墊圈40與晶片限制結(jié)構(gòu)22之間形成緊密密封的O形環(huán)。同樣，由于位于墊圈40的內(nèi)水平部分42的上表面98中的通道中的O形環(huán)，在墊圈40與保護窗口36之間形成了緊密密封。
依賴于包括區(qū)域35中的可離子化氣體35a的壓力、晶片處理室18中的壓力、保護窗口36和電介質(zhì)層34的抗張強度的各種因素，在可離子化氣體區(qū)35中可能需要插入一個或多個加固隔板(圖3中示意地示出了3個加固隔板70)，以便保持電介質(zhì)層34與第一電極30之間間距的均勻性。多個隔板70水平延伸在基電極30與電介質(zhì)材料層34之間，以便保持所希望的間隔。通常，由于這種隔板減小了可用于離子化氣體35a的空間的體積，從而降低了發(fā)射的輻射的強度，故隔板70的使用是不可取的。若保護窗口36不被提供來加固和增強電介質(zhì)層34，對隔板的需要當然就會增大。
基電極30如在圖2中最佳地可見，第一電極30包含通常碟形的金屬基電極?；姌O30由鋁形成，并被連接到電源33的一側(cè)?；姌O30包括確定冷卻劑通道54以及一對O形環(huán)溝槽55a和55b的上表面53，為了密封，O形環(huán)(未示出)被置于其中。
蓋子56經(jīng)由螺栓被安裝到上表面并面對位于溝槽55a和55b中的O形環(huán)密封?；姌O30與電介質(zhì)窗口38之間的區(qū)域或間隙35，被可離子化的準分子氣體35a占據(jù)，由電極30和32激發(fā)或激勵。此間隙35通常為幾mm厚。陷于區(qū)域35中的氣體35a發(fā)射UV和VUV光，用來處理室18中的半導(dǎo)體晶片16。
基電極30的下表面57具有圓形通道58，O形環(huán)59(圖4)被置于其中。O形環(huán)59面對電介質(zhì)層34密封，從而密封離子化氣體區(qū)35。雖然未示出，但電極30中刻有通道，以便使氣體35a能夠進出基電極30與電介質(zhì)阻擋層34之間的離子化氣體區(qū)35。氣體饋送入口78和抽出出口79以及通道被構(gòu)造來在流動氣體的可選情況下產(chǎn)生跨越區(qū)域35的均勻氣流35a，從而在光源10的整個二維區(qū)域上產(chǎn)生均勻的放電和均勻的光源。
作為變通，氣體區(qū)35可以被簡單地抽空，然后填充以所需的氣體。這種不流動的方法對于用更稀有而昂貴的氣體來產(chǎn)生輻射來說，是有用的。另一O形環(huán)60(圖4)被置于保護窗口36與第一電極30的側(cè)壁65之間。O形環(huán)60用作隔件來防止能夠?qū)е卤Ｗo窗口36破碎的玻璃與金屬的直接接觸。
基電極30的下表面57被有利地高度拋光，以便通常沿向上方向發(fā)射的來自激發(fā)氣體(等離子體)35a的任何輻射都被向下反射，并加入到向著晶片16的凈輻射中。如上所述，基電極30包括為限制在區(qū)域35中的離子化氣體提供入口和出口的氣體入口78和氣體出口79。
如下面要解釋的那樣，不同的氣體提供不同的準分子躍遷，因而提供不同的發(fā)射波長。這樣，若希望改變發(fā)射的輻射的波長，完成這一結(jié)果的一種方法是改變區(qū)域35中的氣體35a的組成。借助于將存在的氣體通過氣體出口79抽出區(qū)域35，且通過氣體入口78將所希望的新氣體泵入到區(qū)域35中，來完成這一點。纖維光學(xué)光導(dǎo)管72(圖3示意地所示)延伸到氣體區(qū)35中來測量激發(fā)氣體35a所發(fā)射的輻射的光譜。
應(yīng)該理解的是，雖然圖1-5所示的輻射源10說明了基電極30和電極屏32的一種大致圓形的電極結(jié)構(gòu)，但電極的結(jié)構(gòu)和得到的發(fā)射圖形也可以是正方形、矩形、或任何其它所希望的形狀。
電介質(zhì)層34電介質(zhì)窗口即電介質(zhì)層34必須是VUV波長輻射的良好透射體，因而最好由高質(zhì)量石英制造。可接受的電介質(zhì)材料包括可從俄亥俄州Willoughby的GE Quart公司購得的GE214石英、可從新澤西州WestBerlin的Dynasil公司購得的Dynasil石英、或可從德國Hanan的Heraeus Quarzglas GmbH公司或喬治亞州Duluth的Heraeus Amerisil公司購得的Suprasil石英。較薄的電介質(zhì)層由于會吸收較少發(fā)射的輻射而對光學(xué)用途較好。在一個示例性實施方案中，0.072英寸(1.8288mm)的電介質(zhì)層厚度被證明是令人滿意的。
即使質(zhì)量最好的電介質(zhì)層34也會吸收少量發(fā)射的輻射，將其轉(zhuǎn)換成需要清除的熱。而且，此電介質(zhì)窗口34需要足夠薄，以便優(yōu)化出現(xiàn)在電介質(zhì)窗口34與基電極30之間但由屏電極32與基電極30之間的電位驅(qū)動的放電。
保護性窗口36對于本發(fā)明的輻射源10的工作，原則上不一定必須有保護性窗口36，但它提供了一些優(yōu)點。首先，保護性窗口36使電極屏32保持平坦，致使夾裹的氣體35a在屏32的整個二維表面上有同樣的電位。這又有助于產(chǎn)生均勻的輻射。其次，保護性窗口36使空氣(以及空氣中的氧)無法與電極屏32接觸，于是防止了在電極屏32附近產(chǎn)生任何氣體放電或臭氧。
此外，保護性窗口36在電極屏32、電介質(zhì)層34、與保護性窗口36之間提供了良好的熱接觸，致使由于歐姆損耗而在電極屏區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的熱能夠被有效地清除。而且，保護性窗口36厚得足以提供支持輻射源10中明顯高于大氣壓的氣體壓力所需的強度。如下面將要更詳細地解釋的那樣，由于來自電介質(zhì)阻擋層放電的輻射輸出隨幾個大氣壓范圍內(nèi)的壓力而增大，超過大氣壓以上的工作是可取的。此外，保護性窗口36有助于保持電極屏32清潔。最后，保護性窗口36在高電壓電極屏32與附近的其它設(shè)備之間提供了某種程度的安全阻擋層。在樣機設(shè)計中，試驗了保護性窗口36的幾種不同的厚度(0.072-0.250英寸)。保護性窗口38還有助于提供承受處理室18與輻射源10之間的壓力差的強度，例如若處理室18被抽空時。
保護性窗口36還與電介質(zhì)層34一起確定了一個電極屏32位于其中的封閉空間或間隙區(qū)74，此封閉空間能夠被抽空，以便將更薄的電介質(zhì)層34結(jié)合到更厚的保護性窗口36，從而加固了電介質(zhì)層34。泵口80被提供來對電介質(zhì)層34與保護性窗口36之間的封閉空間進行抽空。
電極屏32第二屏32包含半透明的矩陣或網(wǎng)格屏，厚度最好約為8密爾。薄的網(wǎng)格使區(qū)域35中可離子化氣體35a發(fā)射的輻射能夠穿過第二電極32、輻射透射電介質(zhì)層34、以及保護性窗口36而進入處理室18，以便處理晶片16。電極屏32的形狀也是圓形的，且其直徑小于保護性窗口36和直徑最小的O形環(huán)亦即O形環(huán)59，致使在電極屏32與相鄰金屬零件之間不引發(fā)放電。
電極屏32最好是借助于腐蝕單個金屬片而產(chǎn)生的單片網(wǎng)格。使用過鎢，但也可以用其它金屬代替。借助于腐蝕薄金屬片(厚度為0.004英寸)來生產(chǎn)電極屏32，且能夠有利地被腐蝕成非常準確的公差，具有非常窄的金屬絲網(wǎng)格。用于樣機輻射源10的電極屏32的尺寸是0.094單元尺寸，采用正方形單元網(wǎng)格，金屬絲寬度為0.004，厚度(垂直尺寸)為0.004。此電極屏32產(chǎn)生的幾何透射因子為91.67％。即使在網(wǎng)格的交點處，腐蝕的屏也具有高度低的剖面和恒定的厚度(通常為0.004英寸)。這些特點提供了一些優(yōu)點由于腐蝕的屏32的尖銳而清晰的邊沿，故腐蝕的屏沿網(wǎng)格在交點處以及在離開交點處都提供了起弧位置。腐蝕的網(wǎng)格的尖銳邊沿使得能夠在任何地方以及到處引發(fā)放電，與根據(jù)網(wǎng)格的構(gòu)造細節(jié)相比，此放電更多地根據(jù)室中的局部氣體條件?，F(xiàn)有類型的屏可能具有重疊的金屬絲來產(chǎn)生網(wǎng)格，從而在離基電極不同的距離處具有金屬絲，因而比較而言僅僅擇優(yōu)提供了少數(shù)起弧位置。作為多個起弧位置的結(jié)果，產(chǎn)生了高度均勻的放電圖形，這就產(chǎn)生了輻射的高均勻性。
從電極屏32伸出的舌狀物即延伸物75(圖2中所見)，或屏的簡單延伸，對電極32和電力引線71進行連接。電力引線71提供了電源33與電極屏32之間的高電壓耦合，且包括橫穿真空密封77的絕緣套76。真空密封77被安裝在基電極30上，并延伸穿過基電極30。高壓低電流的高頻電壓被施加在基電極30與電極屏32之間。電源33提供了頻率在幾個kHz直至多個MHz之間變化的脈沖。要求的電壓在2-3kV范圍內(nèi)或更高。
這種高電壓在電極屏32與基電極30之間產(chǎn)生許多短壽命的放電。由于準分子源氣體35a的發(fā)射特性，大多數(shù)UV或VUV輻射在氣體起始擊穿過程中被發(fā)射(如下面將要進一步描述那樣)。結(jié)果，借助于改變脈沖供應(yīng)電流的頻率，就簡單地改變了施加到輻射源10的功率。因此，電源33最好是脈沖電源。
電極屏間隙區(qū)74的抽空本發(fā)明輻射源10的新穎設(shè)計使薄的電介質(zhì)材料窗口34能夠面對保護性透射窗口36將電極屏32夾于其間。獨特的雙重泵送方案使處理室18能夠被抽空并填充，而不會擊碎薄的電介質(zhì)窗口或電介質(zhì)層34。此輻射源10還能夠超大氣壓工作，這有利地導(dǎo)致了輻射輸出的提高。
對于輻射源10，有幾個設(shè)計要求使工程變得困難。一個要求是電極屏32與可離子化氣體35a之間的電介質(zhì)層34的厚度比較薄。這是為了電學(xué)(因而也是光發(fā)射)性能的理由。結(jié)果，當人們要抽空其中要引入放電氣體的區(qū)域時，就出現(xiàn)問題。亦即，電介質(zhì)層34上的環(huán)境氣體壓力差可能使其破裂，特別是對于處理300mm直徑晶片所需的大面積輻射源，更是如此。
另一個引起困難的要求是電介質(zhì)層34和保護性窗口36二者都必須由VUV波長范圍內(nèi)透射的材料制成。這一限制淘汰了對上述問題的一些其它可允許的解決方案。亦即，人們無法將電極屏32粘合或膠合在電介質(zhì)層34與保護性窗口36之間以形成能夠承受一個或多個大氣壓力的結(jié)實片。
存在著大量例子，其中，無論瞬時地還是在半導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng)14的常規(guī)工作過程中，電介質(zhì)層34和保護性窗口36都經(jīng)歷一個大氣壓或以上的壓力差1)若人們需要在光源10內(nèi)部幾個大氣壓的氣體壓力下運行，這在某些應(yīng)用中是可取的；2)若人們希望抽空處理室18，無論短時間還是在整個工藝過程中。
3)若人們希望改變或清除光源氣體區(qū)35中的氣體，人們可以短時間抽空光源氣體區(qū)35。
而且，這些過程中的任何二個或更多個可以同時進行，于是在電介質(zhì)層和保護性窗口上產(chǎn)生多個大氣壓的壓力差。
粘合劑或膠可能吸收VUV光。而且，由于對這些特殊材料(例如VUV級石英、藍寶石、CaF2、MgF2)來說制造工藝已經(jīng)夠困難的了，故在窗口的制造工藝過程中，人們無法將電極屏32埋置到單個窗口中(于是消除了對二個不同窗口的需要)。
本發(fā)明的輻射源10論述了上述問題。電介質(zhì)層34和保護性窗口36的相對直徑被選擇成能夠存在二個可抽空的區(qū)域，第一區(qū)域35是正常的體積，其中發(fā)生電介質(zhì)阻擋層放電，亦即基電極30與電介質(zhì)層34之間的區(qū)域。第二區(qū)域74(圖3中示意地所示)由電介質(zhì)層34與保護性窗口36之間的間隙確定，電極屏32被置于其中。如在圖4中最佳地可見，電介質(zhì)層34和保護性窗口36被適當?shù)腛形環(huán)59和60以及可選的密封圈61和62密封，致使安置電極屏32的間隙區(qū)74能夠被分別抽空。
借助于抽空間隙區(qū)74，電介質(zhì)層34和保護性窗口36被強迫到一起，將電極屏32夾在其間。重要的是，電極屏32的這一夾持使電介質(zhì)層34成為更厚得多的窗口組件38的一部分(組件38包括保護性窗口36、電介質(zhì)層34、以及電極屏32)，致使隨后將準分子氣體35a泵入到電介質(zhì)層34另一側(cè)上的區(qū)域35中的過程不會引起薄的電介質(zhì)層34彎曲和破裂。
電介質(zhì)層34與保護性窗口36之間的體積或間隙區(qū)74被抽空，致使最大一個大氣壓將電介質(zhì)層34與保護性窗口36保持在一起。氣體離子化區(qū)35的氣體放電體積能夠被抽空到任何壓力(直至一個負大氣壓)而不會危及電介質(zhì)層34。相反，氣體離子化區(qū)35的氣體放電體積能夠被加壓到任何壓力，甚至超過大氣壓，而不會危及組件38的機械完整性，僅僅受包含電介質(zhì)層34和保護性窗口36的組件38的壓力承受能力的限制。
在電介質(zhì)層34與保護性窗口36之間的區(qū)域74中得到的真空不需要是高真空質(zhì)量的。亦即，人們無需能夠得到10-7托真空的特殊真空設(shè)備；相反，由于氣體離子化區(qū)35可能不能夠被抽空到足以超過這一數(shù)值而使電介質(zhì)層34受應(yīng)力，故幾托的真空就可能合適。
盡管有上述工程困難，但對本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員來說，顯然存在著保護性窗口-電極屏-電介質(zhì)層組件38的其它設(shè)計可能性。作為一個例子，屏32能夠充滿二個石英窗口(電介質(zhì)層34和保護性窗口36)之間的空間，以便從保護性窗口36與電介質(zhì)層32之間的間隙74中清除所有的氣體，并提供甚至更好的熱接觸。包含的材料當然必須對UV和VUV輻射透明或半透明。作為另一個例子，其中安置電極屏34的間隙74，可以被密封并用某種氣體填充，以便排除氧，防止氣體擊穿，或二者兼而有之。作為第三個例子，電極屏32可以在制作石英的過程中被組設(shè)置到電介質(zhì)層石英中。
氣體放電過程上述的這一設(shè)備和操作提供了當氣體或氣體混合物被使用時要有選擇地激發(fā)的準分子躍遷所需的條件，這種氣體具有準分子型能量躍遷1)低的氣體溫度，2)高的激發(fā)能量。
在單個脈沖過程中，當足夠的電場被施加在區(qū)域35的氣體間隙上，致使離子化速率超過電子附著速率時，就形成電子流，跨越間隙輸運電荷，并將電荷淀積在電介質(zhì)層34的表面上。若不存在電介質(zhì)層34，則開始于Townsend圖形的起始放電可能發(fā)展成為一種熱弧。相反，電介質(zhì)層34上或來自電介質(zhì)層34的電子的積累和/或耗盡迅速地將內(nèi)部局部電場降低到附著超越離子化的程度，且電子流本身熄滅。
形成和熄滅的整個過程發(fā)生在幾個毫微秒之內(nèi)，即使在高氣壓(100mbar到幾個大氣壓)下，也提供了非熱等離子體(沒有時間用于碰撞以平衡電子和原子/離子之間的熱)。
雖然上述的各個單個微觀放電發(fā)生在小的通道(直徑為0.100微米)中，但分布在電極30和32整個表面上的大量這種放電(各來自電源的外加脈沖的)為源10提供了一個均勻的照明強度外貌。這些微觀放電彼此完全獨立。盡管如此，重要的是提供電極來促使盡可能多的微觀放電發(fā)生，并使這些微觀放電盡可能均勻地形成在輻射源10的表面上。
大多數(shù)UV或VUV輻射在微觀放電擊穿時被發(fā)射，因而僅僅延續(xù)幾個毫微秒。這樣，就無需延長各個微觀放電。因此，利用了脈沖電源。
由于上述的運行行為(高效率的準分子躍遷，高的電壓，低的電流，高的氣壓)，故這些源工作于低的設(shè)備溫度下，導(dǎo)致比較冷的輻射源10。
合適的準分子可離子化氣體35a的例子存在著大量在準分子激發(fā)過程中產(chǎn)生UV和VUV波長范圍內(nèi)的發(fā)射的可接受的可離子化氣體。這在光譜的UV和VUV部分中提供了基本上連續(xù)(但分立)的可供選擇的峰值波長范圍，所選擇的峰值波長僅僅依賴于輻射源10中所使用的可離子化氣體35。例如，可接受的離子化氣體及其相關(guān)的峰值波長如下表1


已經(jīng)利用純Xe2(172nm的準分子躍遷)(見圖6)和利用Ar/CF4(193nm的ArF準分子躍遷)(見圖7)成功地運行了輻射源10的樣機。
圖6示出了Xe2在600托運行下的發(fā)射光譜。如可以看到，此發(fā)射光譜的中心在大約172nm處，其FWHM帶寬約為14nm。樣機Xe輻射源產(chǎn)生了0.3mW/cm2的輻射。正如本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員可以承認的那樣，借助于包括改進了的電介質(zhì)層、保護性窗口、以及電極屏材料、改進了的電源、在離子化區(qū)35中使用更高的壓力、從間隙區(qū)74中消除空氣在內(nèi)的各種修正，能夠提高樣機輻射源的輸出強度。
此樣機輸出強度與從使用線狀燈泡陣列的目前可以得到的172nm輻射源得到的5.5mW/cm2進行了比較。使用線狀燈泡的結(jié)果(以及缺點)包括下列各點1.對于線狀燈陣列，光源上光的均勻性非常差，典型為±15％。這是由燈的分立造成的。
2.由于發(fā)射氣體的體積有限，故輸出輻射受到限制。存在著一個產(chǎn)生準分子光的最佳放電能量密度。因此，放電的體積會限制光輸出的凈強度。
本發(fā)明輻射源10的工作氣體(亦即任何給定時間存在于可離子化氣體區(qū)35中的氣體35a)的體積是均勻的，從而產(chǎn)生約為百分之幾偏差的照明均勻性。由于在二個平坦電極之間具有二維的被激發(fā)氣體片35a，故本發(fā)明的工作氣體體積被最大化，于是產(chǎn)生比線狀燈陣列結(jié)構(gòu)高得多的輸出。高透射的電極屏32使之有效地工作。
圖7示出了標注為500的193nm的ArF準分子發(fā)射的發(fā)射光譜。CF4由于是比較安全的且容易得到，故被用來輸送氟。但對于準分子物理或光輸出來說，CF4不是最佳的。但由于這種低百分比的氟在氣體混合物中是需要的，故為了安全地運行Ar/F混合物，僅僅存在著需要提及的小的安全問題。
輻射均勻性輻射源10有利地產(chǎn)生了輻射的高均勻性。電介質(zhì)-屏-窗口組件38疊層提供了沒有內(nèi)設(shè)的不均勻性的被激發(fā)氣體片35a。輻射源10的設(shè)計明顯地不同于當組合到系統(tǒng)設(shè)計中時具有重大不均勻性的點狀源或線狀燈源的設(shè)計。各個分隔的線狀燈起準點狀源或線源的作用，致使當從任何一個燈移開時，強度迅速地下降。一旦離開足夠遠，不均勻性就改善，但強度受到損失。
另一方面，本發(fā)明輻射源10的平板特性提供了看似緊密分布的多個點源的一個無限平面，致使強度隨離源的距離(見下面)緩慢地(線性)降低，與點源的隨距離平方反比相反。其次，利用上述電極屏32的特殊屏構(gòu)造，得到了高的輻射均勻性。
波長調(diào)節(jié)用二種方法來獲得波長調(diào)節(jié)。一種調(diào)節(jié)的性質(zhì)是不連續(xù)的，且借助于改變輻射源10離子化氣體區(qū)35中的氣體/氣體混合物來完成。最好借助于通過氣體出口79將現(xiàn)有氣體抽出區(qū)域35，并通過氣體入口78將新氣體泵入到此區(qū)域中，來完成氣體35a的改變。由于此區(qū)域35中的氣體在足夠長的時間內(nèi)會被沾污，故輻射輸出可能下降。利用反饋探測方法來監(jiān)視輻射輸出(例如圖3示意地所示的纖維光學(xué)光導(dǎo)管72)，能夠確定舊氣體被抽出和新氣體被引入到區(qū)域35所經(jīng)過的時間閾值。作為另一選項，人們可以具有不同的輻射源，此輻射源由不同的氣體混合物來充灌。若有需要，它們可以被永久地密封，而當需要產(chǎn)生所需波長范圍的發(fā)射輸出時，人們可能僅僅調(diào)換這些輻射源(借助于將選定的一個輻射源安裝到晶片限制結(jié)構(gòu)22)。
借助于將發(fā)射體積即發(fā)射區(qū)域35構(gòu)造成比較大的平坦二維體積，部分地得到了高的輸出強度。由于存在著一個最佳間隙間距，故區(qū)域35的寬度被固定。借助于不具有點或線輻射源，而是借助于具有平坦的平板源，得到了產(chǎn)生的UV和VUV輻射的高強度。區(qū)域35的體積比典型線狀燈中通常所用的體積大一個數(shù)量級以上。
有利的是，借助于電極屏32的高度透明性質(zhì)，部分地得到了高的輸出強度。如上所述，電極屏32產(chǎn)生了91.67％的幾何透射因子。與典型的現(xiàn)有技術(shù)電極屏相比，這是非常高的透射因子。典型電極屏的透射投影幾何透射因子的范圍為40％直至60％或70％。與典型的屏金屬絲構(gòu)造相比，超過較高的投影幾何透射因子，電極屏32由于其特別低的垂直剖面而比現(xiàn)有技術(shù)的電極屏相對更透射。亦即，由于電極屏32的厚度如此之小，故以大角度來自氣體區(qū)35的非常少的輻射由于被電極屏32的有限厚度攔截而被損失。
利用高的壓力，也部分地得到了輻射源10的高輸出強度。由于短壽命的微觀放電，氣體35a不被高溫微觀放電加熱。結(jié)果，區(qū)域35中的氣體壓力能夠上升，結(jié)果有更多的發(fā)射體產(chǎn)生更多的輻射輸出。實際上，輻射輸出強度隨區(qū)域35中氣體壓力的增加而線性增大。圖11中的曲線600說明了這一點。如圖11所示，從幾百托到600托以上，輻射輸出與氣體壓力之間的線性關(guān)系非常明顯。這種關(guān)系有望一直延續(xù)到幾個大氣壓。
注意，在氣體35a的激發(fā)過程中的壓力與激發(fā)停止時的壓力幾乎相同。這進一步支持了由于高頻下發(fā)生的許多微觀放電而平均氣體溫度不上升的事實。圖11所示的結(jié)果是Xe準分子氣體工作的情況，但對于輻射源10的準分子工作的其它氣體混合物，得到了相似的線性關(guān)系。
大氣壓或超大氣壓壓力工作與輻射源10的低壓或大氣壓以下的工作相比，大氣壓或接近大氣壓的工作具有一些附加(高強度以外)的優(yōu)點。由于存在著由保護性窗口36提供的比較大的窗口區(qū)，且由于人們希望盡量減小所需的隔板和隔板所占據(jù)的面積，故若隔板被用于基電極30與電介質(zhì)層-電極屏-保護性窗口組件38之間的區(qū)域，則在大氣壓或接近大氣壓的壓力下的工作盡量減小了系統(tǒng)上的壓應(yīng)力，并盡量減小了石英破裂的可能性，從而盡量減少了對支持隔板的需要。
而且，與亞大氣壓工作相比，大氣壓以上的工作具有一些優(yōu)點。這種類型的工作再次具有盡量加大輻射輸出的優(yōu)點。由于保護性石英窗口36能夠比電介質(zhì)層34厚得多，故組件38能夠被容易地設(shè)計來承受輻射源10中氣體的大氣壓以上的填充所造成的外向壓力。這與由于壓力非常低即亞大氣壓工作而必須支持組件38承受內(nèi)向壓力的情況相反。
高壓工作提供了從放電區(qū)到強迫冷卻的基電極30的更好的熱傳導(dǎo)。金屬絲網(wǎng)格電極屏32的高度低的剖面設(shè)計有一些附加的好處。由于電極屏32攔截較少的輻射，故發(fā)熱較少，從而降低了對輻射源10的總體冷卻要求?，F(xiàn)有技術(shù)的金屬絲構(gòu)造的屏典型地彼此接觸處具有重疊的金屬絲。這些特點有利于在屏區(qū)之間形成電弧，從而浪費功率，且不必要地加熱屏組件。而且，除非作出特別的努力來從這一區(qū)域排除氧或空氣，否則就能夠在電極屏所處的間隙區(qū)中產(chǎn)生不希望有的臭氧?？諝庵械某粞鹾脱鯐謩e吸收250和200nm以下的輻射，從而使VUV光源工作的目的破滅。
在為晶片處理而設(shè)計的現(xiàn)有技術(shù)的輻射源中，嚴格的要求通常在于晶片相對于輻射源的位置。這起源于二個問題1)若如通常使用線狀燈源的情況那樣輻射的均勻性很差，則晶片相對于源存在著一個最佳的位置；由于光強度隨著從源移開而下降，此位置通常非?？拷驇缀跤|及到源。例如，對于是為極端情況的點源，光強度隨1/r2而下降。
2)由于空氣的吸收，來自遠VUV光譜波長源的輻射會被源與靶晶片之間的空氣吸收。這就要求晶片靠近光源的表面放置。
本發(fā)明的光源10解決了這二個問題。由于可離子化氣體區(qū)35的單一的平坦性質(zhì)，發(fā)射的輻射的強度隨離源表面的距離而線性下降(當避免空氣吸收問題時)。實際上，此線性下降很慢，特別是當與點源的1/r2下降特性比較時。圖12示出了延伸到離源遠至20英寸的輻射強度與離輻射源10表面的距離的關(guān)系。在此情況下，離子化氣體35a是準分子躍遷為193nm的ArF。在此比較高的VUV波長下，氧吸收比較低。盡管如此，圖10所示的少量下降是由于源10與靶探測器之間的空氣造成的氧吸收。對于較低的波長，例如來自Xe準分子躍遷的172nm，可能必須清除源10與晶片16之間的所有空氣。如在圖12中可見，對于遠至10英寸的距離，輻射強度已經(jīng)下降了小于50％。這是由于隨著從源10移開，來自最靠近探測點的各個點的光強度下降，但探測點現(xiàn)在能夠看到更多的源區(qū)，并以不斷增大的垂直角看到這些區(qū)域，從而進一步加入到被探測的強度中。
圖13示出了與圖12所示相同的數(shù)據(jù)，但此數(shù)據(jù)被繪制在對數(shù)-對數(shù)標度上，致使點源輻射強度的1/r2關(guān)系也能夠為了比較而被加入。光源10的強度被示為980，而輻射點源的強度被示為990。如在圖13中可見，在本發(fā)明的輻射源10與點源造成的下降之間，存在著巨大的差別。
應(yīng)該指出的是，圖10和11中在離輻射源10距離大處的某些下降是由樣機輻射源構(gòu)造的有限尺寸(對于此二個特定的圖12和13的情況，僅僅幾平方英寸)造成的。即使如此，對于比人們所想象的更大得多的距離，強度仍然很強。這或許是由來自這一樣機輻射源的輻射幾乎垂直于源表面而離開的事實所造成的。
對于任何不希望有的(空氣中的)氧吸收會成為問題的足夠低的波長來說，氣體吸收過濾室190(下面結(jié)合第二優(yōu)選實施方案10’所討論的)能夠被用來從發(fā)射路徑中清除任何空氣或氧，其方法是簡單地用諸如氮氣之類的氣體填充過濾室190，致使其用作反過濾器，或能夠用一些其它的方法來清除空氣。
輻射源的第二優(yōu)選實施方案本發(fā)明輻射源的第二優(yōu)選實施方案被示意地示于圖8中的10’。有利的是，輻射源10’使得能夠通過使用氣體過濾器190而精細調(diào)節(jié)發(fā)射輻射的波長。輻射源10’的其余結(jié)構(gòu)與對第一優(yōu)選實施方案中所述輻射源10所述的構(gòu)造相似，不再贅述。標注為30’、32’、33’、34’、36’的元件，在結(jié)構(gòu)和功能方面對應(yīng)于上述輻射源10中的相應(yīng)元件30、32、33、34、36。具有高度低的剖面的連續(xù)可調(diào)的氣體過濾器190有選擇地過濾掉源10’發(fā)射的不希望有的波長，而不影響所需的波長。
用排列在保護性窗口36’下方且與保護性窗口36’分隔開的輻射透射元件192來構(gòu)成過濾器190，以便確定過濾室即區(qū)域194，適當?shù)奈諝怏w196被注入其中。此過濾能力在半導(dǎo)體晶片加工中是重要的。高能光子對于某些工藝是重要的。但若光子能量超過某一臨界數(shù)值，則光子實際上可以對半導(dǎo)體晶片電路引起損傷(例如由于產(chǎn)生電子-空穴對)。
假設(shè)一個標準的比較寬的準分子帶，人們可能僅僅需要帶中能量較低的部分(即波長較高的部分)。因此，可以用包含氧或空氣(空氣中有18％的氧)的吸收氣體196來做外科手術(shù)似地清除高能帶尾。與其它類型的過濾相反，氣體過濾的好處在于所需波長僅僅幅度稍許減小，特別是當采用敏銳的差分過濾時。過濾室194利用了吸收氣體196的發(fā)射吸收特性。例如，如圖9中的900所示，氧的吸收光譜示出了一種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，但基本上向著較低的波長非常迅速地增大。
使氧吸收譜對本發(fā)明的輻射源10’如此有吸引力的一個特點是，如在圖9中可見，它在波長240nm和150nm之間跨越了8個數(shù)量級。這意味著它是一種非常強的差分過濾器，且覆蓋了UV范圍以及特別是本發(fā)明特別感興趣的VUV范圍。確切地說，氧為150-200nm的VUV波長提供了差分過濾。
借助于用可調(diào)節(jié)的氧壓填充過濾室，能夠引入用作非常敏銳的(波長)高通過濾器的特定的較低截止波長。由于躍遷(來自包含準分子的各個原子之間的原子間距的振動運動)的連續(xù)性質(zhì)，故典型準分子躍遷的帶寬大。假設(shè)典型的準分子躍遷帶寬比較寬，則氣體過濾器190能夠選擇性地使帶窄，且這樣做時，使峰值波長向上移動。帶的峰值幅度當然減小，但由于帶寬開始是如此的大，故僅僅緩慢地減小。
作為一個例子，Xe氣體表現(xiàn)峰值在172nm的準分子躍遷(圖6中400所示)。此發(fā)射帶的FWHM約為18nm，導(dǎo)致一直從163nm延伸到181nm的明顯發(fā)射輻射。若發(fā)現(xiàn)165nm處或以下的輻射是不希望有的，則氣體過濾器190能夠清除這一低波長組分，而不明顯地影響更長波長的輻射水平。
圖10示出了空氣基氣體過濾器190應(yīng)用于Xe 172nm準分子源的例子。在曲線950中，過濾器190在保護性窗口36’與過濾器窗口192之間包括一個1/16英寸的間隙。峰值發(fā)射波長偏移到大約175nm，這是從未被過濾的172nm峰值的稍許增大。在曲線960中，過濾器190被修正成在保護性窗口36’與過濾器窗口192之間具有一個0.5英寸的間隙。與未被過濾的172nm峰值相比，峰值發(fā)射波長偏移到大約180nm。最后，在曲線970中，過濾器190被修正成在保護性窗口36’與過濾器窗口192之間具有一個1.25英寸的間隙。與未被過濾的172nm峰值相比，峰值發(fā)射波長偏移到大約183nm。
在圖10中，峰值發(fā)射從172nm偏移到183nm，但更高得多的偏移(額外10nm)是可能的。實際上，峰值能夠被一直偏移到接近190nm，然后能夠利用不同的準分子躍遷(亦即ArF 193nm準分子躍遷)來代替Xe。作為一個例子，僅僅利用二種不同的氣體混合物準分子躍遷，亦即Xe和ArF，這就產(chǎn)生了從172nm到200nm的連續(xù)可選擇的峰值波長。從圖10中的3種過濾情況可見，較低波長的截止是非常尖銳的，僅僅占用大約8nm就完全截止了發(fā)射。
雖然以一定程度的特殊性已經(jīng)描述了本發(fā)明，但認為本發(fā)明包括了所附權(quán)利要求的構(gòu)思與范圍內(nèi)的對所公開的各個實施方案的所有修正和改變。
權(quán)利要求
1.一種輻射源，用來發(fā)射用于加工半導(dǎo)體晶片的輻射，此輻射源包含a)具有界定輻射發(fā)射區(qū)的二維表面的基電極；b)輻射透射電介質(zhì)元件，它界定輻射發(fā)射區(qū)并由輻射發(fā)射區(qū)將它與基電極分隔開，用來將輻射從輻射發(fā)射區(qū)投射到晶片處理區(qū)；c)二維輻射透射矩陣電極，它與大致平行于基電極二維表面的平面中的透射元件接觸，界定輻射發(fā)射區(qū)；d)用來激勵基電極和矩陣電極的電源；e)用來將可離子化氣體提供給輻射發(fā)射區(qū)的氣體源，以便被建立在基電極與矩陣電極之間的場離子化；以及f)電源，用來激勵基電極和矩陣電極，以便產(chǎn)生電場，導(dǎo)致輻射發(fā)射區(qū)中可離子化氣體的準分子激發(fā)，從而產(chǎn)生由源發(fā)射的平坦圖形輻射通過矩陣電極從源出射。
2.權(quán)利要求1的輻射源，還包含輻射透射保護性窗口，它接觸矩陣電極，并使其與界定輻射發(fā)射區(qū)的電介質(zhì)元件接觸，從源發(fā)射的輻射的平坦圖形通過保護性窗口從源出射。
3.權(quán)利要求1的輻射源，還包含一個或多個設(shè)在輻射發(fā)射區(qū)中的隔板元件，隔板元件設(shè)在電介質(zhì)元件與界定輻射發(fā)射區(qū)的基電極的二維表面之間。
4.權(quán)利要求1的輻射源，其中，氣體源選自一種能夠?qū)崿F(xiàn)輻射發(fā)射區(qū)的準分子激發(fā)的可離子化氣體，以便得到所希望波長范圍的源發(fā)射的輻射。
5.權(quán)利要求4的輻射源，其中，可離子化氣體包括NeF、Ar2、Kr2、F2、Xe2、ArCl、KrI、ArF、KrBr、KrCl、KrF、XeI、Cl2、XeBr、Br2、Ar/CF4。
6.權(quán)利要求1的輻射源，其中，氣體源通過基電極中分隔開的入口和出口運送到輻射發(fā)射區(qū)。
7.權(quán)利要求2的輻射源，其中，輻射透射保護性窗口被壓向矩陣電極，并用來借助于抽空保護性窗口與電介質(zhì)元件之間的間隙區(qū)域產(chǎn)生負壓條件，使保護性窗口和電介質(zhì)元件牢固地夾住矩陣電極，從而加固電介質(zhì)元件。
8.權(quán)利要求1的輻射源，其中，矩陣電極是導(dǎo)電網(wǎng)格材料。
9.權(quán)利要求1的輻射源，還包括與輻射透射保護性窗口分隔開的輻射透射過濾器，以確定過濾室；和注入到過濾室中的吸收氣體，以吸收從輻射發(fā)射區(qū)發(fā)射的某些波長，致使范圍更小的輻射波長通過輻射透射過濾室元件從輻射源被發(fā)射。
10.權(quán)利要求9的輻射源，其中，吸收氣體包括氧。
11.權(quán)利要求1的輻射源，其中，發(fā)射的輻射位于UV波長范圍內(nèi)。
12.權(quán)利要求1的輻射源，其中，發(fā)射的輻射位于VUV波長范圍內(nèi)。
13.一種通過對半導(dǎo)體晶片的輻射處理而對安置在輻射處理室中的半導(dǎo)體晶片進行處理的方法，此方法包含下列步驟a)將具有大致平坦表面的第一電極面向輻射發(fā)射區(qū)定位；b)將電介質(zhì)輻射透射元件定位成與第一電極的大致平坦表面分隔開且大致與所述平坦表面平行，電介質(zhì)元件的第一側(cè)界定輻射發(fā)射區(qū)，而電介質(zhì)元件的第二側(cè)面對晶片；c)將二維輻射透射電極屏定位成鄰近大致平行于界定輻射發(fā)射區(qū)的基電極的二維表面的平面中的電介質(zhì)元件的第二側(cè)；d)在輻射發(fā)射區(qū)中提供能夠準分子激發(fā)的可離子化氣體；以及e)激勵基電極和電極屏，以便在基電極與電極屏之間產(chǎn)生電場，并引起可離子化氣體的準分子激發(fā)，從而產(chǎn)生從源發(fā)射的平坦圖形的輻射來處理晶片。
14.權(quán)利要求13的方法，其中，激勵基電極和電極屏的步驟包括用頻率大于1kHz的脈沖電壓進行激勵。
15.權(quán)利要求13的方法，其中，提供可離子化氣體的步驟包括在基電極中提供與輻射發(fā)射區(qū)連通的氣體入口和氣體出口，以便將可離子化氣體注入到輻射發(fā)射區(qū)中。
16.權(quán)利要求13的方法，其中，提供可離子化氣體的步驟包括從下列可離子化氣體中選擇一種可離子化氣體并將其注入到輻射發(fā)射區(qū)中的子步驟，所述氣體包括NeF、Ar2、Kr2、F2、Xe2、ArCl、KrI、ArF、KrBr、KrCl、KrF、XeI、Cl2、XeBr、Br2、Ar/CF4。
17.權(quán)利要求13的方法，還包括提供輻射透射保護性窗口的步驟，此保護性窗口接觸電極屏，并使之與界定輻射發(fā)射區(qū)的電介質(zhì)元件接觸，從源發(fā)射的平坦圖形輻射通過第二輻射透射元件從源出射。
18.一種輻射源，用來發(fā)射用于處理位于晶片限制結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體晶片的輻射，此輻射源包含a)具有界定輻射發(fā)射區(qū)的二維表面的基電極；b)組件，它包括1)輻射透射電介質(zhì)元件，它界定輻射發(fā)射區(qū)并由輻射發(fā)射區(qū)將其與基電極分隔開，用來將輻射從輻射發(fā)射區(qū)投射到晶片處理區(qū)；以及2)二維輻射透射矩陣電極，它與大致平行于界定輻射發(fā)射區(qū)的基電極二維表面的平面中的透射元件接觸；c)用來激勵基電極和矩陣電極的電源；d)位于輻射發(fā)射區(qū)的能夠準分子激發(fā)的可離子化氣體，用于被建立在基電極與矩陣電極之間的場離子化；以及e)電源，用來激勵基電極和矩陣電極，以便產(chǎn)生電場，導(dǎo)致輻射發(fā)射區(qū)中可離子化氣體的準分子激發(fā)，從而產(chǎn)生由源發(fā)射的平坦圖形輻射，該輻射通過矩陣電極從源出射。
19.權(quán)利要求18的輻射源，其中，組件還包括輻射透射保護性窗口，此保護性窗口接觸矩陣電極，并使之與界定輻射發(fā)射區(qū)的電介質(zhì)元件接觸，從源發(fā)射的平坦圖形輻射通過保護性窗口從源出射。
20.權(quán)利要求18的輻射源，還包含界定輻射發(fā)射區(qū)外圍的隔板元件，此隔板元件設(shè)在電介質(zhì)元件與界定輻射發(fā)射區(qū)的基電極的二維表面之間。
21.權(quán)利要求18的輻射源，其中，位于輻射發(fā)射區(qū)中的氣體通過基電極中的氣體入口被注入。
22.權(quán)利要求18的輻射源，其中，位于輻射發(fā)射區(qū)中的氣體選自下述能夠準分子激發(fā)的可離子化氣體NeF、Ar2、Kr2、F2、Xe2、ArCl、KrI、ArF、KrBr、KrCl、KrF、XeI、Cl2、XeBr、Br2、Ar/CF4。
23.權(quán)利要求19的輻射源，其中，輻射透射保護性窗口被壓向矩陣電極，并用來借助于抽空保護性窗口與電介質(zhì)元件之間的間隙區(qū)域?qū)е仑搲簵l件，使保護性窗口和電介質(zhì)元件牢固地夾住矩陣電極，從而加固電介質(zhì)元件。
24.權(quán)利要求18的輻射源，其中，矩陣電極是導(dǎo)電網(wǎng)格材料。
25.權(quán)利要求18的輻射源，還包括與輻射透射保護性窗口分隔開的輻射透射過濾器，以便確定過濾室；和注入到過濾室中的吸收氣體，以吸收從輻射發(fā)射區(qū)發(fā)射的某些波長，致使范圍更小的波長通過過濾室元件從輻射源被發(fā)射。
26.權(quán)利要求25的輻射源，其中，吸收氣體包括氧。
27.權(quán)利要求18的輻射源，其中，發(fā)射的輻射位于UV波長范圍內(nèi)。
28.權(quán)利要求18的輻射源，其中，發(fā)射的輻射位于VUV波長范圍內(nèi)。
29.一種用發(fā)射的輻射來處理半導(dǎo)體晶片的半導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng)，此半導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng)包含a)用來支持半導(dǎo)體晶片的晶片限制結(jié)構(gòu)；以及b)安裝到晶片限制結(jié)構(gòu)且發(fā)射用來處理晶片的輻射的輻射源，此輻射源包括1)具有界定輻射發(fā)射區(qū)的二維表面的基電極；2)組件，它包括i)輻射透射電介質(zhì)元件，它界定輻射發(fā)射區(qū)，并被輻射發(fā)射區(qū)將其與基電極分隔開，用來將輻射從輻射發(fā)射區(qū)投射到晶片處理區(qū)；以及ii)二維輻射透射矩陣電極，它與大致平行于界定輻射發(fā)射區(qū)的基電極二維表面的平面中的透射元件接觸；3)用來激勵基電極和矩陣電極的電源；4)位于輻射發(fā)射區(qū)的能夠準分子激發(fā)的可離子化氣體，用于被建立在基電極與矩陣電極之間的場離子化；以及5)電源，用來激勵基電極和矩陣電極，以便產(chǎn)生電場，導(dǎo)致輻射發(fā)射區(qū)中可離子化氣體的準分子激發(fā)，從而產(chǎn)生由源發(fā)射的平坦圖形輻射，該輻射通過矩陣電極從源出射。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的輻射源特別適用于加工半導(dǎo)體晶片。本發(fā)明的一個示例性實施方案包括具有二維表面的基電極，它界定輻射發(fā)射區(qū)的一側(cè)?？呻x子化的準分子氣體存在于輻射發(fā)射區(qū)中。當被激勵時，此準分子氣體發(fā)射UV和/或VUV波長的輻射。二維電介質(zhì)輻射透射層界定輻射發(fā)射區(qū)的反側(cè)，并使輻射投射到晶片處理區(qū)。排列在電介質(zhì)輻射透射層與保護性輻射透射窗口之間的是二維矩陣電極或屏電極，用來確定一個通常平行于基電極區(qū)的二維表面的平面。電源耦合到基電極和矩陣電極，以便激勵這些電極和準分子氣體，引起UV和/或VUV輻射的發(fā)射。利用排列在保護性窗口附近的用來阻擋發(fā)射的選定波長的輻射透射的過濾器，能夠調(diào)節(jié)被透射到晶片處理區(qū)的波長范圍。
文檔編號H01J65/00GK1554111SQ02817861
公開日2004年12月8日 申請日期2002年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月12日
發(fā)明者A·亞諾斯, D·理查森, A 亞諾斯, 檣 申請人:艾克塞利斯技術(shù)公司