CN101414118A

CN101414118A - 防护薄膜组件及防护薄膜组件之制造方法

Info

Publication number: CN101414118A
Application number: CN 200810149932
Authority: CN
Inventors: 久保田芳宏; 秋山昌次; 进藤敏彦
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2009-04-22
Also published as: TWI414883B; JP4861963B2; JP2009116284A; TW200919082A; DE602008003641D1

Abstract

本发明的目的在于提供一种防护薄膜组件，其具备实用的EUV用防护薄膜，该薄膜具有优异的高透光性与化学安定性。本发明之防护薄膜组件10，使用对13.5nm波长的光的吸收系数在0.005/nm以下的硅结晶膜作为防护薄膜11。因为硅结晶膜是间接跃迁型的半导体膜，故光吸收系数相对比较低，特别是单结晶硅膜，跟非晶质硅膜或多结晶硅膜比较起来吸收系数更低，故能轻易满足EUV用防护薄膜所需要的透光率。该等防护薄膜可从薄膜化SOI基板(包含SOQ基板或SOG基板)所得到的SOI膜制得。若从SOI基板制得硅结晶膜的防护薄膜的话，在防护薄膜形成过程中不会受到过度的应力，而且是在室温程度的温度下形成防护薄膜，亦不至造成应变。

Description

防护薄膜组件及防护薄膜组件之制造方法

技术领域

本发明是关于一种微影用防护薄膜组件，更详言之，是关于一种可适用于极紫外线(EUV：Extreme Ultra Violet)微影制程中的防护薄膜组件以及其制造方法。

背景技术

随着半导体装置高度积体化，微影所形成的图案也跟着微细化，现在图案宽度达到45nm左右的装置也进入实用阶段。像这样的细线图案，利用ArF浸液曝光法或双曝光法进行微影便能实现，该等方法为习知准分子曝光技术的改良技术。

然而，以该等准分子曝光技术为基础的微影，难以应付要求更微细化的图案，如宽度32nm以下的图案，因此新的曝光技术，亦即使用极紫外线(EUV：Extreme Ultra Violet)的微影，开始受到重视。

为了实际运用以13.5nm为主要波长的EUV光的曝光技术，光源自不待言，连开发新的光阻或防护薄膜组件等也是不可或缺的，其中，光源或光阻的开发已经有相当的进展，相反的，就防护薄膜组件而言，想要实现EUV用防护薄膜组件却仍然有许多的技术问题尚未解决。

设置在EUV用防护薄膜组件上的防护薄膜，除了具有防止异物附着于光罩上的防尘功能之外，更要求对EUV光具备高透光性与化学安定性，惟对于开发该等具备优异高透光性与化学安定性的实用防护薄膜材料而言，目前现状尚无法解决这个技术问题。

对以13.5nm为主要波长的波长带的光源呈现透明的材料现在仍是未知数，惟硅对该波长带的光源透光率比较高，所以对于作为EUV用的防护薄膜材料而言硅这种材料受到重视[例如，Shroff et al.“EUV pellicleDevelopment for Mask Defect Control，”Emerging Lithographic Technologies X，Proc of SPIE Vol.6151 615104-1(2006)：(非专利文献1)，美国专利第6,623,893号说明书：(专利文献1)]。

然而，在非专利文献1中用来当作防护薄膜材料的硅是利用溅镀等方法堆积制成防护薄膜，故必然是非晶质的，其对EUV范围的光吸收系数会变高，透光率当然也就会降低。

又，专利文献1所揭示的防护薄膜材料也是硅，惟该硅薄膜是以CVD等方法堆积为前提，此时硅薄膜形成非晶质或是多结晶薄膜，故对EUV范围的光吸收系数很高。

再者，如专利文献1或非专利文献1所揭示的防护薄膜那样，强大的应力容易导入用溅镀法或CVD法成膜的硅结晶中，该应力容易导致光学薄膜特性劣化或不平均。

[专利文献1]美国专利第6,623,893号说明书

[非专利文献1]Shroff et al.“EUV pellicle Development for Mask DefectControl，”Emerging Lithographic Technologies X，Proc of SPIE Vol.6151615104-1(2006).

[非专利文献2]Edward D.Palik，ed.，“Handbook of Optical Constants ofSolids，”Academic Press，Orlando(1985).

[非专利文献3]山田公编着「集簇型离子束基础与应用」第四章(日刊工业社)

发明内容

发明所欲解决的问题

有鉴于该等问题，本发明之目的在于提供一种防护薄膜组件，其具备实用的EUV用防护薄膜，该薄膜具有优异的高透光性与化学安定性。

解决问题之技术手段

为解决该等问题，本发明之防护薄膜组件使用对13.5nm波长的光的吸收系数在0.005/nm以下的硅结晶膜作为防护薄膜。

该硅结晶膜宜为单结晶硅膜，该单结晶硅膜是将SOI基板薄膜化所制得的。又，单结晶硅膜的结晶表面方位宜为(100)面。

本发明之防护薄膜组件，亦可在该硅结晶膜的至少其中一主要表面上设置保护膜。此时，保护膜对13.5nm波长的光的吸收系数宜在0.05/nm以下。

该保护膜是由例如SiC、SiO₂、Si₃N₄、SiON、Y₂O₃、YN、Mo、Ru、以及Rh之中的至少1种材料所构成的。

该等防护薄膜组件的制造方法包含：在一主要表面上形成有硅结晶膜的基板上设置防护薄膜保持部的步骤；以及从该基板的另一主要表面侧除去支持基板并将该硅结晶膜当作防护薄膜的步骤，且该硅结晶膜对13.5nm波长的光的吸收系数在0.005/nm以下。

在该制造方法中，宜使用SOI基板、SOQ基板或SOG基板作为该基板。

在该制造方法中，更可包含在该硅结晶膜的至少一方表面上形成保护膜的步骤。

此时，可使用由例如SiC、SiO₂、Si₃N₄、SiON、Y₂O₃、YN、Mo、Ru、以及Rh之中的至少1种材料所构成的薄膜，来形成该保护膜。

保护膜的形成方法，宜使用气体集簇·离子束蒸镀法。

对照先前技术之功效

由于本发明是使用对13.5nm波长的光的吸收系数在0.005/nm以下的硅结晶膜作为防护薄膜，故能提供一种防护薄膜组件，其具备实用的EUV用防护薄膜，该薄膜具有优异的高透光性与化学安定性。

附图说明

图1(A)、(B)是剖面概略图，用来说明本发明之防护薄膜组件的构造例。

图2是比较图表，用来比较单结晶硅与非晶质硅对13.5nm左右波长的光的吸收系数。

图3(A)、(B)、(C)、(D)是用来说明本发明之防护薄膜组件制造方法的制程图。

主要附图标记说明

1 支持基板

1a 硅基板

1b 氧化膜

2 硅结晶膜

10 防护薄膜组件

11 防护薄膜

12 防护薄膜框架

13a、13b 保护膜

具体实施方式

以下，参照图面就本发明之防护薄膜组件的构造说明之。

图1(A)以及(B)是概略剖面图，用来例示说明本发明之防护薄膜组件的构造，该防护薄膜组件10具备以硅结晶膜所制成的防护薄膜11，其对13.5nm波长的光源的吸收系数在0.005/nm以下，该防护薄膜11粘着于防护薄膜框架12的端面上。

由于用来制作防护薄膜11的硅结晶薄膜为间接跃迁型的半导体薄膜，故其光吸收系数相对比较低，虽然只要具有上述的吸收系数，使用非晶质硅膜或多结晶硅膜也无所谓，但仍以使用单结晶硅膜为较佳的选择。其理由在于，因为成膜方法等因素的关系，使得非晶质硅膜或多结晶硅膜对EUV光的吸收系数容易变高，导致为了制得EUV用防护薄膜所需要的透光率而必须将薄膜制作得非常薄。

非晶质硅，因为对可见光的吸收系数比单结晶硅更大1个位数左右，故虽然广泛利用作为薄膜太阳电池用的材料，然而对EUV范围的光吸收系数也相对比较高。

图2是一比较表，其显示单结晶硅与非晶质硅二者对13.5nm附近波长的光源的吸收系数[非专利文献2：Edward D.Palik，ed.，“Handbook ofOptical Constants of Solids，”Academic Press，Orlando(1985)]。虽然推测非晶质硅的光学特性是可以利用成膜方法来改变的，然而如该图所例示的，在EUV范围中单结晶硅仍具有比非晶质硅更低的吸收系数，故更宜用来制作EUV用防护薄膜。

若想要用来当作防护薄膜，硅结晶膜的吸收系数应满足以下条件：即使厚达150nm左右的防护薄膜其对EUV光的透光率仍在50％以上。因此，设防护薄膜的吸收系数为α(nm^-1)，膜厚为x(nm)，透过防护薄膜的光的强度为I，入射光的强度为I₀，便可得到以下算式。

[算式1]

I＝I₀e^-αx(1)

因此，为了让EUV光的透光率在50％以上所必要的防护薄膜厚度x大概为0.693/α，若吸收系数α在0.005/nm以下的话，即使是140nm厚度的防护薄膜也能确保具有50％的EUV透光率。

该等防护薄膜，可利用例如后述的方法从SOI膜制得，而SOI膜则是将SOI基板(「SOI基板」广义包含SOQ基板或SOG基板在内)薄膜化所制得的。此时，单结晶硅膜的结晶表面方位为(100)面，具有加工性良好的优点。

本发明的防护薄膜组件10，可在用来当作防护薄膜11的硅结晶膜其中至少一主要表面上设置保护膜(13a、13b)以覆盖硅结晶面[图1(B)]。该等保护膜，具有防止高输出强度的光源导致硅结晶膜表面氧化等的功能，例如：SiC、SiO₂、Si₃N₄、SiON、Y₂O₃、YN等陶瓷膜，或Mo、Ru、Rh等金属膜，亦可使用组合这些材料所制得的薄膜，或是使用复数层薄膜堆迭这种态样的薄膜。

保护膜的形成方法并无特别限制，可使用公开习知的CVD法、溅镀法、电子束蒸镀法等进行成膜，若使用气体集簇离子束(GCIB)蒸镀法的话便可形成接近理论密度的高密度致密保护膜，其虽然很薄但却具有很高的耐氧化特性(非专利文献3：山田公编着「集簇型离子束基础与应用」第四章日刊工业社)。因此，保护膜形成法选用GCIB蒸镀法会比较适当，其不会让防护薄膜的透光率降低那么多。

由于保护膜作得比较薄是很容易的，因此该吸收系数不必像防护薄膜那么低，惟对13.5nm波长的光其吸收系数仍宜在0.05/nm以下为佳。设置保护膜时，可适当设定二者的厚度等，使该保护膜与防护薄膜的EUV透光率在50％以上。

硅结晶亦可用来当作防护薄膜框架12的材质。硅结晶(特别是单结晶)纯度高且具有足够的机械强度，再者，用来当作防护薄膜框架时也具有不易发尘的优点。

又，若透光膜(防护薄膜以及保护膜)产生脏污皲裂时则必须替换该透光膜。故透光膜宜用简单方便的方式安装设置。因此，防护薄膜框架与防护薄膜的粘贴，不宜使用一般粘着剂或焊锡等的固定方法，而宜使用可移除/安装的粘着剂、磁石、静电夹头、吸盘，或是挂钩等的机械式固定方法为佳。该等机械式固定构件，最好不易因为EUV光的照射而劣化，或是设置在不会受到EUV光照射的地方为佳。

在光罩上粘贴防护薄膜组件的作业，通常是在常压下进行的，然而EUV曝光是在真空下进行的。因此，宜在防护薄膜框架上设置压力调整机构为佳。该等压力调整机构必须具备气体流动进出时不会吸入异物的构造。因此，宜在压力调整机构上设置能够拦阻极微细异物的超高效率过滤器(ultra low penetration air filter)为佳。该等过滤器重点在于具备适当的面积，以免因为透光膜不平压力差而大幅伸缩或是破损。

实施例1

图3是制程说明图，用来说明本发明之防护薄膜组件的制造方法。图3(A)所示的SOI(Silicon On Insulator)基板的支持基板1是一块在硅基板1a表面上设置氧化膜1b的基板，SOQ(Silicon On Quartz)基板以及SOG(Silicon On Glass)基板的支持基板1则分别是石英基板以及玻璃基板。在该等支持基板1的主要表面上设置单结晶的硅结晶膜2，该硅结晶膜2成为防护薄膜。

作为SOI基板的支持基板的硅基板1a是例如用丘克拉斯基法(czochralski method；CZ法)所制成的一般市售的单结晶硅基板，在该单结晶硅基板1a的表面上，利用热氧化等方法预先形成厚度100nm左右的氧化膜1b，并在其上形成单结晶的硅结晶膜2作为SOI层。

设置在该等支持基板上的硅结晶膜2均为晶体原生颗粒(crystaloriginated particles；COP)等结晶缺陷很少的硅单结晶(nearly perfect crystal：NPC)薄膜，其EUV光的吸收系数大约为0.0015nm^-1，薄膜厚度为70nm左右。

该等SOI基板、SOQ基板、以及SOG基板，是短边122mm且长边149mm的矩形基板，在该矩形基板表面侧的硅结晶膜2上粘贴由硅结晶所构成的防护薄膜框架12[图3(B)]。然后，从支持基板1的底面侧实施研磨与蚀刻[图3(C)]，制得被保持在防护薄膜框架12上的硅结晶膜2[图3(D)]。又，该防护薄膜框架12高度为7mm，厚度为2mm，侧面设置了用来安装超高效率过滤器的复数开口部，在底面的最外周设置了宽度1mm、深2mm的沟槽。

就SOI基板而言，首先，将作为支持基板的硅基板1a制薄到100μm左右，之后，将残留的硅部分用氢氧化钾蚀刻剂蚀刻去除，将氧化膜1b露出来，然后用氟化氢将氧化膜1b除去，直到只剩硅结晶膜2。

就SOQ基板以及SOG基板而言，先从底面研磨支持基板1直到厚度剩100μm左右，之后，剩下的SiO₂部分用氟化氢除去，直到只剩硅结晶膜2。

最后，在跟硅结晶膜2一体化的防护薄膜框架12上安装超高效率过滤器，接着，在设置于该防护薄膜框架12的底面最外周部的沟槽内，注入遮蔽曝光用的硅氧粘着剂，完成防护薄膜组件10。

若像本发明这样，用SOI基板、SOQ基板，或是SOG基板形成硅结晶膜的防护薄膜的话，在除去支持基板使硅结晶膜单独作为防护薄膜的过程中就不会受到过度的应力，而且是在室温程度的温度下形成防护薄膜，亦不致造成应变。

又，亦可在像图3(D)那样制得的防护薄膜框架12所支持的硅结晶膜11的表面与底面上，形成如图1所示的保护膜；或者在支持基板薄膜化之前预先在硅结晶膜2上形成保护膜也是可以。

实施例2

根据图3所示步骤制得被防护薄膜框架12所支持的硅结晶膜11。又，本实施例的硅结晶膜11的厚度为20nm。然后，分别在该硅结晶膜11的表面与底面上，利用气体集簇·离子束蒸镀法将数nm厚度的SiC薄膜蒸镀到硅结晶膜上，覆盖硅结晶膜。

实施例1以及实施例2所得到的防护薄膜组件其EUV光的透光率均在50％以上，EUV曝光时的单位时间处理量也能达到实用程度，而且装置也没有因为异物而造成良品率降低的情况发生。

若依本发明，便能提供一种防护薄膜组件，其具备实用的EUV用防护薄膜，该薄膜具有优异的高透光性与化学安定性。

Claims

1、一种防护薄膜组件，其特征为：

使用对13.5nm波长的光的吸收系数在0.005/nm以下的硅结晶膜作为防护薄膜。

2、如权利要求1所述的防护薄膜组件，其中，

该硅结晶膜为单结晶硅膜。

3、如权利要求2所述的防护薄膜组件，其中，

该单结晶硅膜是将SOI基板薄膜化而制得的。

4、如权利要求2或3所述的防护薄膜组件，其中，

该单结晶硅膜的结晶表面方位为(100)面。

5、如权利要求1至3中任一项所述的防护薄膜组件，其中，

在该硅结晶膜的至少一主要表面上设置保护膜。

6、如权利要求5所述的防护薄膜组件，其中，

该保护膜对13.5nm波长的光的吸收系数在0.05/nm以下。

7、如权利要求5所述的防护薄膜组件，其中，

该保护膜是由SiC、SiO₂、Si₃N₄、SiON、Y₂O₃、YN、Mo、Ru以及Rh中的至少1种材料所构成的。

8、一种防护薄膜组件的制造方法，其特征为包含：

防护薄膜保持部设置步骤，其在一主要表面上形成有硅结晶膜的基板上设置防护薄膜保持部；以及

防护薄膜形成步骤，其从该基板的另一主要表面侧除去支持基板，而使该硅结晶膜成为防护薄膜；

且该硅结晶膜对13.5nm波长的光的吸收系数在0.005/nm以下。

9、如权利要求8所述的防护薄膜组件的制造方法，其中，使用SOI基板、SOQ基板或SOG基板作为该基板。

10、如权利要求9所述的防护薄膜组件的制造方法，其中，

更包含一保护膜形成步骤，其在该硅结晶膜的至少一表面上形成保护膜。

11、如权利要求10所述的防护薄膜组件的制造方法，其中，

该保护膜的形成是通过覆盖一薄膜而施行，该薄膜是由SiC、SiO₂、Si₃N₄、SiON、Y₂O₃、YN、Mo、Ru以及Rh中的至少1种材料所构成的。

12、如权利要求11所述的防护薄膜组件的制造方法，其中，

该保护膜的覆盖方法为气体集簇、离子束蒸镀法。