CN102782531A - 用于极紫外光刻的反射光学元件 - Google Patents

Abstract

一种用于软X光和极紫外波长范围中的工作波长的反射光学元件形成用于EUV光刻的应力减少的反射光学元件。所述反射光学元件在基板（2）上包含至少两种交替材料（41、42）的第一多层系（4），所述至少两种交替材料在工作波长具有不同折射率实部，所述第一多层系对所述基板（2）施加层应力；并且所述反射光学元件在基板上包含至少两种交替材料（61、62）的第二多层系（6），所述第二多层系对所述基板（2）施加相反的层应力，并被布置在所述第一多层系（4）和所述基板（2）之间；其中所述第二多层系（6）的所述至少两种材料的第一材料（61）被所述第二多层系（6）的至少一个其它材料（62）的具有高至1nm厚度的一个或多个层在使所述第一材料（61）呈现非晶状态的距离处中断。在第二实施例中，第二多层系（6）的材料（61）之一为镍或镍合金。

Description

用于极紫外光刻的反射光学元件

技术领域

本发明涉及用于软X光和极紫外波长范围中的工作波长、特别是用于EUV光刻设备的反射光学元件，所述反射光学元件在基板上包含至少两种交替材料的第一多层系，所述至少两种交替材料在工作波长具有不同折射率实部，所述第一多层系对所述基板施加层应力，并且所述反射光学元件在基板上包含根据情况而定的周期交替的至少两种材料的第二多层系，第二多层系施加相反的层应力，并被布置在第一多层系和基板之间。此外，本发明涉及包含至少一个上述反射光学元件的投射系统（特别是用于EUV光刻设备），包含至少一个上述反射光学元件的照明系统（特别是用于EUV设备），包含至少一个上述反射光学元件的光束成形系统（特别是用于EUV光刻设备），以及包含至少一个上述反射光学元件的EUV光刻设备。

背景技术

在EUV光刻设备中，用于极紫外（EUV）或者软X光波长范围（例如在大约5nm和20nm之间的波长）的反射光学元件（例如光掩模或反射镜）被用于半导体组件的光刻工艺。因为EUV光刻设备通常具有多个反射光学元件，所以它们必须具有最高可能的反射率，以确保足够的总反射率。因为多个反射光学元件通常串行地布置在EUV光刻设备中，所以每一个单独（individual）反射光学元件的反射率的最轻微退化都对EUV光刻设备中的总反射率具有实质的影响。

用于EUV和软X光波长范围的反射光学元件，通常包含多层系形式的高反射率膜。它们是在工作波长具有较高折射率实部的材料（也被称为间隔体（spacer））和在工作波长具有较低折射率实部的材料（也被称为吸收体（absorber））的交替施加的层，其中吸收-间隔体对形成叠层（stack）或周期。这实质上模拟了晶体，其中晶体的晶格面对应于吸收体层，在其上发生布拉格反射。取决于要实现何种反射率分布，单独层以及重复叠层的厚度可在整个多层系上是固定的，或者它们可以变化。

早在镀膜工艺期间，在多层系中就建立了应力，其对下面的基板有影响并将基板变形至实质上干扰相应的反射光学元件的光学成像的程度。应力的类型依赖于叠层或周期中存在的用作间隔体和吸收体的材料以及厚度比率，等。通常，在高反射多层系和基板之间，设置插入膜层，该插入膜层具有与由反射多层系施加的层应力相反的层应力并且也可被形成为不同材料的交替层的多层系。

发明内容

本发明的目标在于提供用于软X光和极紫外波长范围中的工作波长的反射光学元件，其中高反射膜层产生的应力可被减少。

该目的通过一种用于软X光和极紫外波长范围中的工作波长、特别是用于EUV光刻设备中的反射光学元件实现。该反射光学元件在基板上包含至少两种交替材料的第一多层系，所述至少两种交替材料在工作波长具有不同折射率实部，第一多层系对基板施加层应力；并且该反射光学元件在基板上包含至少两种交替材料的第二多层系，第二多层系对基板施加相反的层应力并被布置在第一多层系和基板之间；其中第二多层系的至少两种材料的第一材料被第二多层系的至少另一材料的具有高至1nm厚度的层在以使第一材料呈现非晶状态的距离处中断。

众所周知，从一定的层厚度（其取决于使用的层材料和镀膜方法）开始，讨论中的层开始具有微晶。随着层厚度的增加，微晶生长至整个层处于结晶状态的程度。这导致每一个层的表面的微粗糙度增加，这也可能继续至其顶上的层中。在当前的情况中，建议选择一种材料作为用于第二多层系的第一材料，其基本上允许实现与由第一多层系施加的层应力相反的层应力，并建议以这样间隔在该材料中插入一种或多种材料的层作为停止层，使得：当通过例如溅射或电子束蒸镀(其工作在最高达10eV的层形成粒子的通常能量)的标准镀膜方法施加第一材料时，第一材料尽可能呈现非晶状态，或具有低的微晶含量使得可以为EUV光刻保持第一材料的层的微粗糙度足够低。特别地，不需要采取昂贵的特殊镀膜方法，其利用40eV和远在其上的高能层形成粒子工作，例如脉冲激光镀膜方法。因此，第一材料的层明显比具有结晶阻止效应的薄层厚。

优选地，均方根粗糙度可高至0.25nm，特别优选地高至0.20nm。均方根（RMS）粗糙度由表面上的测量点到中间区域（该中间区域位于该表面中使得相对于该中间区域的偏差的和为最小）的偏差的平方的平均值计算得到。特别地，通过用于EUV光刻的光学元件，从0.1μm至200μm的空间波长范围中的粗糙度对于避免对光学元件的光学特性的负面影响特别重要。

有利地，以周期交替的方式布置第二多层系的至少两种材料，并且第二多层系的一个周期中的第一材料的层的总厚度与第二层系的该周期的总厚度的比率G大于0.80。采用这种方法，可实现由第二多层系产生的层应力主要由第一材料决定，同时，薄层作用来防止第一材料的晶体生长。

在优选的实施例中，从包括钼、镍和镍合金的组中选择第一材料。优选的镍合金为，例如镍-硅、镍-硼、镍-钼、镍-硅-硼或镍-钒。这些材料特别适合于补偿由反射多层系产生的层应力，因为它们通常被用于在EUV或软X光波长范围中的波长。

在另一优选的实施例中，从包括碳化硼、碳、碳化硅、氮化硅、硅、铬和它们的组合的组中选出薄层的材料。这些材料特别适合于被施加为薄层。

优选地，至少另一材料的薄层的厚度低于0.8nm，以保持对层应力的影响尽可能小。厚度可被减少到很低，以至该材料被认为是第一材料的局部掺杂。

而且，该目的通过用于软X光和极紫外波长范围中的工作波长的、特别是用于EUV光刻设备的反射光学元件实现。该反射光学元件在基板上包含至少两种交替材料的第一多层系，所述至少两种交替材料在工作波长具有不同折射率实部，第一多层系对基板施加层应力；并且该反射光学元件在基板上包含至少两种周期交替材料的第二多层系，第二多层系对基板施加相反的层应力，并被布置在第一多层系和基板之间；其中第二多层系的材料之一为镍或镍合金，并且其中第二多层系的周期中的镍或镍合金层的总厚度与第二层系的周期的总厚度的比率至少为0.25。

已经发现镍和镍合金特别适合于补偿由针对EUV范围中的波长优化的反射多层系产生的层应力。优选例如镍-硅、镍-硼、镍-钼、镍-硅-硼或镍-钒，等等。

在优选的实施例中，第二多层系由镍或镍合金的层和第一多层系的材料（其在工作波长具有不同折射率实部）的至少两个层的周期构成。在第二多层系中也使用第一多层系的材料使整个镀膜方法简单化。

在另一优选的实施例中，第二多层系由两种材料（其中一种为镍或镍合金）的两个交替布置的层的周期和第三材料的层构成，以实现好的应力补偿。

已经发现，为了好的应力补偿，建立镍或镍合金的第一层和另一金属的第二层的周期的第二多层系是有利的。

有利地，从包括钼、硅、碳、氮化硅、铬和它们的任何组合的组中选出第二多层系的至少另一材料。已发现这些材料特别适合于与镍或镍合金组合，用于补偿适合于在EUV或软X光波长范围中的波长的第一多层系的层应力。

此外，该目的通过包含至少一个上述反射光学元件的特别是用于EUV光刻设备的投射系统，通过包含至少一个上述反射光学元件的特别是用于EUV光刻设备的照明系统，通过包含至少一个上述反射光学元件的特别是用于EUV光刻设备的光束成形系统，通过包含至少一个上述反射光学元件的EUV光刻设备实现。有利的实施例可在从属权利要求书中发现。

附图说明

现在参照优选的示例实施例，更详细地描述本发明。其中：

图1示意地显示了EUV光刻设备的实施例；

图2至6示意地显示了反射光学元件的各个实施例的结构。

具体实施方式

图1示意地显示了EUV光刻设备100。其的主要组件为光束成形系统110、照明系统120、光掩模130和投射系统140。

等离子体源或甚至同步加速器（synchroton）可用作例如辐射源111。对于从5nm至12nm的波长范围，特别地，X光激光器（X-FEL）也适合作为辐射源。发出的辐射首先通过聚光反射镜112聚焦。此外，使用单色器113通过改变入射角来滤出工作波长。在提及的波长范围中，聚光反射镜112和单色器113通常被形成为具有至少两种交替材料的多层系的反射光学元件，以实现工作波长的辐射的反射，所述至少两种交替材料在工作波长具有不同折射率实部。聚光反射镜通常为凹形（dish-like）的反射光学元件，以实现聚焦或准直效果。聚光反射镜112和单色器113二者都可被形成为应力减少的反射光学元件，如下面将详细描述的。依赖于辐射源和聚光反射镜的选择，单色器也可被省略。

在光束成形系统110中关于波长和空间分布处理的工作光束然后被馈送至照明系统120中。在EUV光刻设备100的变形中，光束成形系统110也可合并入照明系统120中。在图1示出的例子中，照明系统120具有两个反射镜121、122，其在本例中被设计为应力减少的反射光学元件。反射镜121、122将光束引导至具有要被成像至晶片150上的结构的光掩模130上。光掩模130也是用于EUV和软X光波长范围的反射光学元件，根据制造工艺调换光掩模130。投射系统140用于将被光掩模130反射的光束投射至晶片150上，并因此将光掩模的结构成像至晶片上。在所示的例子中，投射系统140具有两个反射镜141、142，其在本例中也可为应力减少的反射光学元件。应注意，投射系统140和照明系统120二者也可包含仅一个，或三个，四个，五个和更多个反射镜。

在图1示出的例子中，所有的反射镜121、122、141、142为应力减少的反射光学元件，如下面将详细解释的。可选择地，光掩模130也可为这样的应力减少的反射光学元件。应注意，仅一个或几个反射光学元件可为应力减少的反射光学元件。优选地，应力减少的反射光学元件布置在投射系统140中，因为这里好的成像特性特别重要。

图2至6以示例的方式且仅示意性地示出了不同的应力减少的反射光学元件1，该应力减少的反射光学元件1用于极紫外和软X光波长范围，特别是用于EUV光刻设备中，例如作为投射或照明系统的反射镜、或者甚至作为光掩模、聚光反射镜或单色器。在这里示出的所有示例中，反射光学元件1包含多层系4和基板2。

多层系4主要由多个重复叠层或周期40构成。特别地，周期的基本层41、42是具有较低折射率实部的材料的所谓吸收体层41和具有较高折射率实部的材料的所谓间隔体层42，周期的基本层41、42由于周期40的多个重复而导致在工作波长的充分高的反射率。这实质上模仿了晶体，其中吸收体层41对应于晶体中的晶格面，其彼此之间具有由各个间隔体层42限定的距离，并且在晶格面上发生入射EUV或软X光辐射的反射。选择层的厚度，使得在每一个吸收体层41上反射的辐射在特定工作波长上相长干涉，从而实现反射光学元件的高反射率。应注意，依赖于要实现何种反射率分布，单独层41、42的厚度以及重复叠层40的厚度可在整个多层系上为固定，或也可以变化。特别地，可针对特定波长优化多层系，在该特定波长上，最大反射率和/或反射带宽大于未优化的多层系的最大反射率和/或反射带宽。例如，各个反射光学元件1用于使用该波长的辐射的EUV光刻，这就是为什么该波长也被称为工作波长，已经针对该波长优化了反射光学元件1。

在这里示出的示例中，保护免受外部影响（如污染）的保护层3被附加地施加在多层系4上，该保护层3可包含多个不同材料的层。此外，也可提供这里未示出的中间层作为在吸收体和间隔体层之间的扩散阻挡层，其增加多层系4的热力学稳定性和热稳定性。

图2至6中示出的所有反射光学元件的实施例包括在高反射的第一多层系4和基板2之间的第二多层系6，其用于尽可能多地补偿多层系4对基板2产生的层应力。在这里示出的示例中，第二多层系6构造为交替层的周期60。

应注意到，为了更清楚，在这里示出的示例中仅显示了很少数量的周期40、60。特别地，根据第一多层系4的期望的光学特性分别确定第一多层系4的周期40的数量。特别地，根据要补偿的第一多层系4的层应力，确定第二多层系6的周期60的数量。

在图2中示出的示例中，反射光学元件1具有周期60，每一个周期包含两种材料61、62。这里，第一材料的层61被具有高至1nm、优选地在0.3nm和0.8nm之间的厚度的层62中断，以使第一材料被这样的间隔中断使得第一材料的层61呈现为非晶状态。特别地，选择第一材料的层61的厚度，使得一个周期60中的第一材料的层61的总厚度与周期60的总厚度的比率G大于0.80。用于图2中示出的实施例的层61的优选材料例如为钼、镍或镍合金。用于图2中示出的实施例的层62的优选材料例如为碳化硼、碳、碳化硅、硅、铬或它们的组合。

例如，如果第一多层系包含作为间隔体层42的硅层和作为吸收体层41的钼层，且该第一多层系具有周期数量为50的由4nm的硅、作为扩散阻挡层的0.5nm的碳和2.4nm的钼构成的周期结构（因为其适合于例如在12nm和14nm之间的高反射率），则该第一多层系的层应力可被例如以下的第二多层系60等补偿。

在以钼作为第二多层系6的第一材料的第一示例中，周期60包括2.1nm的钼层和0.5nm的碳化硼层，该情况下需要190个周期。

在以钼作为第二多层系6的第一材料的第二示例中，周期60包括2.1nm的钼层和0.5nm的碳层，该情况下需要170个周期。

除了碳化硼和碳，例如，硅、铬、碳化硅和氮化硅也适合作为层的材料，其在使钼层呈现为非晶状态的距离处以停止层的形式布置在两个钼层之间。也可提供镍层或镍合金层来替代钼层。

在以镍-钒作为第二多层系6的第一材料的另一示例中，周期60包括2.7nm的钼-钒层和0.5nm的碳层，该情况下需要85个周期。作为该示例的变形，也可提供镍-硅-硼来替代镍-钒，并且铬替代碳。

例如，硅、铬、氮化硅、碳化硅或碳化硼的薄层也可替代碳布置在基于镍或镍合金（例如镍-硅、镍-碳、镍-钼、镍-硅-硼或镍-钒）的较厚层之间使这些较厚层呈现为非晶状态的距离处。特别地，镍-钒具有甚至3.5nm或大于3.5nm的层也可呈现为非晶状态的优点。第一多层系的层应力也可通过第二多层系6补偿，例如，其中周期60包括厚度在3.5nm和10nm之间的镍-钒层，以及例如厚度在0.5nm和2nm之间的碳化硼或碳化硅层，其中对于碳化硼层，需要数量在100和350之间的周期，而对于碳化硅层，需要100至300个周期。其他的镍合金或镍在较高层厚度时也呈现为非晶状态。

应注意的是，作为停止层的层62的厚度也可变得更薄。为了在镀膜工艺期间控制层厚度，不管怎样，如果厚度为至少0.3nm至0.4nm，则有利的是能够通过使用在工作波长范围内的反射的辐射以高精度确定实际的层厚度。应注意的是，在上述示例和下面的示例中，对于层61，其他的镍合金或镍可用于替代镍-钒，该其他的镍合金特别是镍-硅、镍-硼、镍-钼或镍-硅-硼。

在图3所示的反射光学元件1的实施例中，层61的材料为镍或镍合金，并且选择厚度，使得对周期60的厚度的比率G在0.25和0.7之间。

基于第一多层系4的上述示例，例如可以通过以下的第二多层系6等来补偿第一多层系4的层应力。

在以镍-钒作为第二多层系6的第一材料的第一示例中，周期60包括2.7nm的镍-钒层和2.7nm的硅层，该情况下需要48个周期。

在以镍-钒作为第二多层系6的第一材料的第二示例中，周期60包括0.5nm至4nm的镍-钒层和0.5nm至4nm的钼层，其中取决于每一层厚度，需要40至70个周期。选择层厚度，使得比率G在0.6和0.67之间。

作为这两个示例的变形，用于第二多层系6的特别优选的材料组合为包括镍-硅层和钼层、镍-硼层和钼层、镍-钼层和硅层、或镍-硅-硼层和铬层的周期。

图3中示出的实施例的变形在图4中示出。这里，在第二多层系6中，中间层63布置在多层系6的所有层61、62之间。在另一实施例中，中间层63可被特别地布置在从吸收体至间隔体层的分界面处，或在从间隔体至吸收体层的分界面处。当反射光学元件1工作时或被软X光或EUV辐射照射时，中间层63限制周期60的收缩（compacting），并且对于EUV光刻设备的光束形成或照明系统中的反射镜特别有利，在光束形成或照明系统中中热负荷比在投射系统中高。作为扩散阻挡层，它们也可阻止层61、62的过度互相混合。总的来说，中间层63允许更好地控制多层系6中的实际层厚度。可在分离的镀膜步骤中施加中间层63。如果使用了具有合适离子的离子束，则也可在吸收体或间隔体层的后期加工的同时插入中间层，例如在抛光工艺期间。

在以镍或镍合金作为第二多层系6的第一材料的许多示例中的一个示例中，周期60包括2.7nm的镍-钒层、2.1nm的硅层和作为中间层63的0.5nm的碳层，该情况中需要65个周期，以补偿上述多层系4的层应力。

图5示出了反射光学元件1的另一示例实施例。在这里所示的示例中，第二多层系6的周期60包含镍或镍合金的层61以及第一多层系4的材料的至少两个层64、65，所述材料在工作波长具有不同的折射率实部。在这里所示的示例中，层64具有吸收体层41的材料，而层65具有间隔体层42的材料。附加地，中间层63布置在层61和层64或65之间。

在以镍或镍合金作为第二多层系6的第一材料的许多示例中的一个示例中，周期60包括2.7nm的镍-钒层、0.5nm的碳层、2.1nm的钼层、0.5nm至4nm的硅层和0.5nm的碳层，其中取决于硅层的厚度，需要80至110个周期，以补偿上述多层系4的层应力。在变形中，特别地，碳也可被氮化硅取代。

图6示出了反射光学元件1的另一示例实施例。在这里所示的示例中，第二多层系6的周期60包含镍或镍合金层61以及不同材料的层67的周期68，以及第三种材料的层66。

在以镍或镍合金作为第二多层系6的第一材料的许多示例中的一个示例中，周期60包括5个周期68、以及2.1nm的钼层，周期68包含0.5nm的镍-钒层和0.5nm的硅层，其中需要190个周期以补偿上述多层系4的层应力。

在这里示出的示例中，特别地，通过传统的磁控溅射施加包含钼和镍的层。2.1nm的钼层和2.7nm或大于2.7nm的镍-钒层二者都呈现为非晶状态。也可选择略微较厚的层厚度，同时仍然获得充分的非晶层。

应注意的是，在上述示例中，镍或其他镍合金（例如镍-硅、镍-硼、镍-钼或镍-硅-硼）可用于替代镍-钒。这些具有较厚的层厚度的镍化合物也可呈现非晶状态。

取决于期望的反射光学元件，特别是取决于反射第一多层系4的每一层应力，应力补偿的第二多层系6的材料和层厚度可改变，以获得最可能好的应力补偿。

参考标号列表

1反射光学元件

2基板

3保护层

4第一多层系

40周期

41吸收体

42间隔体

6第二多层系

60周期

61-67第二多层系的层

100EUV光刻设备

110光束成形系统

111辐射源

112聚光反射镜

113单色器

120照明系统

121,122反射镜

130光掩模

140投射系统

141,142反射镜

150晶片

Claims (13)

1.一种用于软X光和极紫外波长范围中的工作波长的、特别是用于EUV光刻设备的反射光学元件，所述反射光学元件在基板上包含至少两种交替材料的第一多层系，所述至少两种交替材料在工作波长具有不同折射率实部，所述第一多层系对所述基板施加层应力；并且所述反射光学元件在基板上包含至少两种交替材料的第二多层系，所述第二多层系对所述基板施加相反的层应力，并被布置在所述第一多层系和所述基板之间；其中所述第二多层系（6）的所述至少两种材料的第一材料（61）被所述第二多层系（6）的至少一个其它材料（62）的具有高至1nm厚度的一个或多个层在使所述第一材料（61）呈现非晶状态的距离处中断。

2.根据权利要求1所述的反射光学元件，其中以周期交替的方式布置所述第二多层系（6）的所述至少两种材料（61，62），并且所述第二多层系（6）的一个周期（60）中的所述第一材料的层（61）的总厚度与所述第二多层系（6）的所述周期（60）的总厚度的比率G大于0.80。

3.根据权利要求1或2所述的反射光学元件，其中所述第一材料（61）选自包含钼、镍和镍合金的组。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的反射光学元件，其中其它材料的至少一个层（62）的材料选自包含碳化硼、碳、碳化硅、氮化硅、硅以及它们的组合的组。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的反射光学元件，其中其它材料的所述至少一层（62）的厚度低于0.8nm。

6.一种用于软X光和极紫外波长范围中的工作波长的、特别是用于EUV光刻设备的反射光学元件，所述反射光学元件在基板上包含至少两种交替材料的第一多层系，所述至少两种交替材料在工作波长具有不同折射率实部，所述第一多层系对所述基板施加层应力；并且所述反射光学元件在基板上包含至少两种周期交替材料的第二多层系，所述第二多层系对所述基板施加相反的层应力，并被布置在所述第一多层系和所述基板之间；其中所述第二多层系（6）的材料（61）之一为镍或镍合金，且其中所述第二多层系（6）的一个周期（60）中的镍或镍合金的层（61）的总厚度与所述第二多层系（6）的所述周期（60）的总厚度的比率G至少为0.25。

7.根据权利要求6所述的反射光学元件，其中所述第二多层系（6）包括镍或镍合金的层（61）以及所述第一多层系（4）的在所述工作波长具有不同折射率实部的材料的至少两个层（64，65）的周期（60）。

8.根据权利要求6所述的反射光学元件，其中所述第二多层系（6）包括以交替层（61，67）布置的两种材料的周期（68）、以及第三材料的层（66），所述两种材料之一为镍或镍合金。

9.根据权利要求6所述的反射光学元件，其中所述第二多层系（6）包括第一层（61）和第二层（62）的周期（60），第一层（61）为镍或镍合金，第二层（62）为另一金属。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的反射光学元件，其中所述第二多层系的所述至少一个其它材料（62，64，65，66）选自包括钼、硅、碳、氮化硅以及它们的任何组合的组。

11.一种具体用于EUV光刻设备的投射系统（120），包括至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的反射光学元件（121，122）。

12.一种具体用于EUV光刻设备的照明系统（140），包括至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的反射光学元件（141，142）。

13.一种EUV光刻设备（100），包括至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的反射光学元件（112，113，121，122，141，142）。

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