CN103635974A - 制造用于euv光刻的反射光学元件的方法 - Google Patents

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Abstract

为了减少存在活性氢时多层系统的最上层中的起泡和分裂以及碎裂的趋势，提出了一种制造用于EUV光刻的反射光学元件(50)的方法，该元件在位于5nm至20nm范围内的工作波长下具有最大反射率，该方法包括以下步骤：将多层系统(51)施加至基板(52)，该多层系统由一个布置在另一个上方的三十个至六十个层堆(53)构成，其中各个层堆具有厚度为dMLs的、由在工作波长下具有较高折射率实部的材料构成的层(54)和厚度为dMLa的、由在工作波长下具有较低折射率实部的材料构成的层(55)，其中厚度比为dMLa/(dMLa+dMLs)=ΓML；将一个、两个、三个、四个或五个另外的层堆(56)施加至多层系统，所述至少一个另外的层堆具有厚度为ds的、由在工作波长下具有较高折射率实部的材料构成的层(54)和厚度为da的、由在工作波长下具有较低折射率实部的材料构成的层(55)，其中厚度比为da/(da+ds)=Γ且其中Γ≠ΓML。

Description

制造用于EUV光刻的反射光学元件的方法
技术领域
本发明涉及一种制造用于EUV光刻的反射光学元件的方法，该元件在位于5nm至20nm范围内的工作波长下具有最大反射率。
背景技术
在EUV光刻设备中，用于极紫外(EUV)波长范围(即，波长在大约5nm和20nm之间)的反射光学元件(例如光掩模或基于多层系统的反射镜)用于半导体部件的光刻。因为EUV光刻设备通常具有多个反射光学元件，所以多个反射光学元件必须具有尽可能高的反射率，从而确保足够高的总反射率。反射光学元件的反射率和寿命会因反射光学元件的光学使用反射表面的污染而减小，该污染因短波辐射与工作环境中的残留气体而产生。因为多个反射光学元件在EUV光刻设备中通常布置成一个在另一个后面，所以即使位于各个单独反射光学元件上的相对少的污染也会在相对大的程度上影响总反射率。
污染物可因例如潮湿的残留物而出现。在该情况中，水分子由EUV辐射离解，产生的氧原子团使反射光学元件的光学作用表面氧化。污染物的另一来源是聚合物，聚合物源自例如EUV光刻设备中使用的真空泵的，或者源自在待图案化的半导体基板上使用的光刻胶残留物，并在工作辐射的影响下导致反射光学元件上的碳污染物。虽然氧化污染物是不可逆的，但是通过采用活性氢的处理，借助活性氢与含碳残留物反应以形成挥发性化合物，尤其可去除碳污染物等。活性氢可为氢原子团或者为离子化的氢原子或分子。
然而，已经观察到，在用于清洁或可因EUV辐射与残留气氛中存在的氢的相互作用而出现的活性氢的影响下，可发生尤其是接近多层系统表面的单独层的起泡以及甚至是脱离。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种制造甚至在存在活性氢时也可用于EUV光刻的反射光学元件的方法。
利用一种制造用于EUV光刻的反射光学元件的方法来实现该目的，该元件在位于5nm至20nm范围内的工作波长下具有最大反射率，所述方法包含以下步骤：
-将多层系统施加至基板，该多层系统由一个布置在另一个上方的三十个至六十个层堆构成，其中各个层堆具有厚度为dMLs的、由在工作波长下具有较高折射率实部的材料构成的层以及厚度为dMLa的、由在工作波长下具有较低折射率实部的材料构成的层，其中厚度比为dMLa/(dMLa+dMLs)=ΓML，
-将一个、两个、三个、四个或五个另外的层堆施加至多层系统，所述至少一个另外的层堆具有厚度为ds的、由在工作波长下具有较高折射率实部的材料构成的层以及厚度为da的、由在工作波长下具有较低折射率实部的材料构成的层，其中厚度比为da/(da+ds)=Γ且其中Γ≠ΓML。
研究表明如果在针对位于5nm至20nm范围中的特定工作波长的反射而优化的多层系统上施加至少一个另外的层堆(其中，较高和较低折射率实部的厚度比是与下方的多层系统的情况不同的比率)，尤其是在氢存在于残留气体气氛中时，多层系统的最上层的起泡和脱离可显著减少。设想厚度比的针对性变化具有以下效果：较低的应力出现在最上层的区域中且最上层起泡和脱离的趋势因此减少。
注意到，与多层系统的任何层堆相比，一个或高达五个另外的层堆距离基板更远。
已证实，特别有利地，具有应力补偿功能的两个、三个、四个或五个另外的层堆施加至所述多层系统，所述多层系统基本上限定了反射光学元件的光学特性并有利地包含三十个至六十个层堆。因为经验表明氢仅穿透至最上层，所以在小数量的另外的层堆的情况下已经能够确保对起泡和脱离的有效防范。此外，对下方的多层系统的光学特性的可能损坏同时被限制为最小。考虑到活性氢(在EUV光刻工艺期间，制造的用于EUV光刻的反射光学元件暴露于活性氢中)的能量和浓度，还可确定另外的层堆的实际数量。
在优选实施例中，至少一个另外的层堆的厚度比Γ小于多层系统的0.8*ΓML。特别优选的是，至少一个另外的层堆的厚度比Γ大于多层系统中的厚度比ΓML的1.2倍。在提及的第二变型例中，特别地，产生的张应力在光学元件的最上层中积聚，根据观察，这对减少最上层起泡和脱离的趋势具有特别积极的效应。
应指出的是，特别是在反射光学元件在用于反射工作波长的多层系统下方具有用于应力补偿的另一多层系统的情况下，在本文提出的制造方法的情况下，可减少应力补偿多层系统中的层数量，因为应力减少层还设置在光学作用多层系统上，位于朝向真空的过渡处。在选择Γ<ΓML的情况下，需要在应力补偿多层系统中设置数量增加的层。
在制造方法的特别优选实施例中，利用电子束蒸发或离子束辅助涂覆(还称为IBAD离子束辅助沉积)或采用热粒子的磁控溅射(还称为TPM热粒子磁控溅射)施加至少一个另外的层堆的至少一个层。在离子束辅助涂覆的情况下，层在其施加期间暴露于具有小于100eV能量的离子束，这导致该层的致密化。离子束辅助涂覆优选与电子束蒸发结合。在采用热粒子的磁控溅射的情况下，目标和基板之间的距离不只几厘米(与常规磁控溅射的情况一样)，而是为几十厘米至约1m。该特殊的磁控溅射还可以离子束辅助方式实现。特别优选的是以该方式施加由在工作波长下具有较高折射率实部的材料构成的至少一个或多个层，因为已观察到这些层在暴露于活性氢后特别容易裂开。优选地，纯粹的电子束蒸发趋向用于旨在暴露于尤其具有较高能量(即，大于100eV的能量)活性氢的反射光学元件。
已证实，特别有利地，在至少一个另外的层堆的至少一个层的情况下，可以免去采用离子束的用于使层表面光滑的另外的惯例抛光。这在包含利用电子束蒸发或采用热粒子的磁控溅射(如果适合的话，为离子束辅助涂覆)而施加的层时是特别极有利的。然而，在通过常规磁控溅射施加的至少一个另外的层堆的层的情况下，还会观察到对朝向起泡和脱离趋势的积极效应。替代地，如果由于表面粗糙度的要求而不能省略抛光，则可通过将用于抛光的离子束的能量设定为使得离子束穿透通过在抛光期间待抛光的整个层来实现积极效应。总的来说，观测结果呈现为指示应根据尽可能均匀地施加的各个层来选择单独涂覆工艺。在利用具有较高能量的用于离子束抛光的离子束的情况下，积极效应还可大概归因于以下事实：被抛光的层与下方的层以较高的程度混合，并且由此形成的混合层抵制被抛光的层的碎裂。
有利地，作为在工作波长下具有较高折射率实部的材料和/或作为在工作波长下具有较低折射率实部的材料，选择用于多层系统的层堆的材料与分别选择用于至少一个另外的层堆的那些材料一样。优选地，在工作波长下具有较低折射率实部和具有较高折射率实部的二者材料被选择为与用于另外的层堆以及用于多层系统的层堆的材料一样。在特别优选的实施例中，在多层系统和在至少一个另外的层堆二者中，选择硅作为在工作波长下具有较高折射率实部的材料，而选择钼作为在工作波长下具有较低折射率实部的材料。通过选择同一材料组合用于多层系统和另外的层堆两者，可更加简单且更有成本效益地实施总的制造方法。硅和钼的特定选择提供以下优点：利用该材料组合可获得在12.5nm和15nm之间的波长范围中的特别高的反射率。此外，在使用这两种材料涂覆方面存在很多经验，使得在根据本文提出的方法制造多个反射光学元件期间可实现高再现性。应指出的是，在光学多层系统和在至少一个另外的层堆中，当然可使用不同的材料，并且除了硅和钼之外，可使用所有其他的材料组合，关于其他的材料组合，已知它们可用于在位于5nm至20nm范围中的工作波长处的高反射率
在其他的优选实施例中，作为在工作波长下具有较高折射率实部的材料，以及作为在工作波长下具有较低折射率实部的材料，选择用于多层系统的层堆的材料与选择用于至少一个另外的层堆的材料不同，从而能够将得到的反射光学元件特别好地适配于计划的使用条件，以及尤其能够选择层材料用于至少一个另外的层堆，该至少一个另外的层堆就其本身而言在存在活性氢时呈现特别少的朝向起泡的趋势。
尤其对于光刻工艺中的用途，其中得到的光学元件遭受低能量氢原子团和离子和/或在升高的温度下实施暴露，已证实有利的是作为扩散阻挡层的附加层施加至至少一个另外的层堆中、在工作波长下具有较低折射率实部的层和在工作波长下具有较高折射率实部的层之间，该附加层还可具有对反射光学元件在工作波长下的反射率的积极影响。
在优选实施例中，已证实有利的是由具有低密度和低应力的材料构成的层施加在至少一个另外的层堆上。特别地，所述层可吸收氢，而不会显著影响多层系统的光学特性且不会引起相对大的附加应力。有利地，所述层由从包含硅、氮化硅、氧化硅、碳化硅、硼、碳化硼、氮化硼、铍和碳的组中选择的材料构成。
在优选实施例的一个变型例中，将由一材料构成的层施加至至少一个另外的层堆，该材料还提供对例如为氧化污染物或含碳污染物的其他影响的防护，或可易于通过氢清洁而清除污染物。优选的材料属于包含钌、铈、钇、硅化钼、氧化钇、硫化钼、锆、铌、碳化钼、氧化锆、铑和铼的组。碰撞的氢的大部分可在所述层中被吸收，使得氢不穿透到至少一个另外的层堆的或者甚至是多层系统的下方层中。
特别优选地，尤其是当得到的反射光学元件主要暴露于具有较高能量的活性氢时，由具有低密度和低应力构成的层和由上述材料构成的保护层二者都施加在至少一个另外的层堆上。
附图说明
参考优选的示例性实施例，将更详细地说明本发明。在该方面：
图1a、b示出根据本文提出的方法制造的用于EUV光刻的反射光学元件的示意图；
图2a、b示出本文提出的用于制造EUV光刻的反射光学元件的方法的示例性变型例的流程图。
具体实施方式
图1a、b示意性地示出了根据本文提出的方法制造的示例性反射光学元件50的结构。示出的示例包含基于多层系统51的反射光学元件。这包含交替施加的在工作波长(例如，在该工作波长下执行光刻曝光)下具有较高折射率实部的材料层(还称为间隔体54)和在工作波长下具有较低折射率实部的材料层(还称为吸收体55)，其中，吸收体-间隔体对形成层堆53。这样，晶格平面对应于发生布拉格反射的吸收体层的晶体因此得以模拟。各个层堆53尤其由吸收体层厚度dMLa关于间隔体层厚度dMLs的层厚度比表征。特别地，可定义层厚度比ΓML=dMLa/(dMLa+dMLs)。多层系统51施加在基板52上。优选选择具有低热膨胀系数的材料作为基板材料。
在图1a示出的示例中，以及在图1b示出的示例中，两个另外的层堆56施加在多层系统51上，并因此比光学作用多层系统50的层堆53更远离基板52。应指出的是，在另外的示例性实施例中，可提供仅一个另外的层堆56或者还可提供三个、四个或五个另外的层堆56。在本文示出的两个示例中，各个附加层堆56分别包含间隔体层54和吸收体层55。在本文示出的示例中，与用于下方多层系统51的材料相同的材料已被选择作为吸收体和间隔体材料。在一个具体的、特别优选的实施例中，吸收体材料为钼，而间隔体材料为硅。基于这种多层系统51的、用于EUV光刻的反射光学元件50可被优化用于特别高的反射率，尤其用于在12.5nm和15nm之间范围内的工作波长。
取决于期望的工作波长的位置，以及取决于光学特性和寿命的要求，除了钼和硅以外的其他吸收体和间隔体材料可被选择用于多层系统51及用于另外的层堆56。特别地，还可选择用于吸收体和间隔体层的不同材料一方面用于多层系统51，另一方面用于另外的层堆56。在选择材料方面，以及在选择另外的层堆56的数量方面，有利地考虑期望将反射光学元件暴露于多大的活性氢浓度、在光刻工艺期间暴露多长时间，以及所述氢平均具有多大的能量。此外，有利地考虑作为另外的层堆56的结果，能够接受多大的反射率损失。
应指出的是，另外的层堆可具有与吸收体层和间隔体层54、55分开的另外层。特别优选地，作为扩散阻挡层的附加层施加在间隔体层和吸收体层之间或吸收体层和间隔体层之间的界面处。当使用硅作为间隔体材料，使用钼作为吸收体材料时，例如碳化硼已被证实有利地用作扩散阻挡层的材料。如果反射光学元件50主要暴露于低能量氢原子和能量小于100eV的原子团，则在另外的层堆56中提供扩散阻挡层具有特别的优点。此外，当反射光学元件在明显高于室温的温度下工作时，扩散阻挡层是有利的。
非常重要的是，厚度比Γ=da/(da+ds)与多层系统51中的相应的厚度比ΓML不同，其中，da是另外的层堆56中的吸收体层55的厚度，而ds是另外的层堆56中的间隔体层54的厚度。如果ΓML在多层系统中变化且因此在其单独层堆53中变化和/或如果厚度比Γ在单独另外的层堆56范围内变化，则重要的是，所有的Γ都不同于所有的ΓML。优选地，Γ和ΓML明显不同，Γ优选大于1.2*ΓML或小于0.8*ΓML。在本文示出的示例中，多层系统51为常规的钼-硅系统，包含都具有0.4的ΓML且层堆厚度为7.2nm的五十个层堆53。与之相比，两个另外的层堆56具有0.6的Γ且层堆厚度同样为7.2nm。这导致在两个另外的层堆56上产生200MPa的应力，这补偿了在下方多层系统51中的应力。特别地，该应力在多层系统51的最上层堆53的区域中得到补偿。这是在活性氢的作用下观察到单独层，尤其是硅层的起泡和脱离显著减少的原因。应指出的是，在其他情况下，对于在整个反射光学元件上的应力减少，应力减少层还可布置在基板52和多层系统51之间。
图1b示出的示例性实施例与图1a示出的示例性实施例的不同之处大致在于，两个另外的附加层57和58还施加在两个另外的层堆56上。位于与真空的界面处的附加层58是用于防止污染的常规保护层，其理想上还对氢清洁是惰性的，此外用作防御活性氢的缓冲层，从而抑制活性氢穿透至多层系统。适合的材料为钌、铈、钇、硅化钼、氧化钇、硫化钼、锆、铌、碳化钼、氧化锆、铑或铼。在本文示出的示例中，选择钌作为保护层58的材料。
下方的层57为由具有低密度的低应力材料构成的层，其可吸收氢。如本文示出的示例，所述层可布置在保护层58下方，在其他变型例中，所述层还可布置在保护层58上方。适合的材料例如为硅、氮化硅、氧化硅、碳化硅、硼、碳化硼、氮化硼、铍或碳。在本文示出的实施例中，选择氮化硅作为层57的层材料。通过相应选择附加层57、58的厚度，不仅可增加反射光学元件50对单独最上层的起泡和脱离的抵抗，而且可优化反射光学元件50至以下效应：由于层堆56和位于多层系统51上的层57、58导致的反射率损失不会变得非常高。提供附加层57和/或58尤其在也具有较高能量的活性氢的较高流速情况下增加了相应反射光学元件50的寿命。注意到，在另外的实施例中，仅低密度、低应力层57或仅保护层58可设置在一个或高达五个另外的层堆56上。
应指出的是，在特别高的活性氢流速和/或特别高的活性氢能量的情况下，还可通过附加地将缓冲气体引入EUV光刻设备(使用反射光学元件)内部的残留气体气氛中，以预先减少碰撞在反射光学元件上的粒子能量而稍微延长使用的反射光学元件的寿命。
例如，根据如图2a所示的在此介绍的制造方法的变型，可制造图1b示出的示例性实施例。为此，首先以任意常规方式将具有层厚度比ΓML的多层系统施加至基板(步骤201)。然后，将在该示例中具有层厚度比Γ=1.5*ΓML的两个另外的层堆56引入至多层系统51上，其中，在没有离子束抛光的情况下，通过电子束蒸发施加间隔体层(步骤203)。在修改例中，在没有离子束抛光的情况下，还可通过电子束蒸发施加吸收体层。然而，特别是在使用硅作为间隔体材料，使用钼作为吸收体材料的情况下，在没有离子束抛光的情况下，可可通过电子束蒸发来施加间隔体层而显著减少起泡和脱离的减少，即使在具有较高能量的活性氢的流速较高时亦如此。因此，还可通过具有比电子束蒸发高的生长率的常规涂覆方法来施加吸收体层，以使制造方法整体上更高效。同样观察到的是，尤其是在钼和硅的材料组合的情况中，吸收体层的离子束抛光对起泡和脱离行为的影响明显小于在间隔体层情况下的离子束抛光。因此，在具有对表面粗糙度有高要求的反射光学元件的情况下(包括在另外的层堆56中的附加层的情况)，可利用离子束常规地抛光吸收体层。
然后，以常规方式将由具有低密度和应力的材料构成的层57(步骤205)和保护层(步骤207)施加至两个下部层堆56。
例如，本文介绍的制造方法的另一变型可用于制造如图1a所示的反射光学元件。这在图2b的流程图中示意性地示出。在将具有层厚度比ΓML的多层系统51施加至基板的第一步骤201之后，通过一程序将在该示例中具有层厚度比Γ=1.5*ΓML的两个另外的层堆56施加至多层系统51，特别地，在该程序中，在任何情况下均利用离子束辅助法施加间隔体层并随后利用高能量离子束抛光间隔体层(步骤204)。离子束辅助应用的生长率比电子束蒸发(其非常慢)略高，而导致与通过电子束蒸发所实现的几乎正好一样均匀的层。利用高能量离子束抛光，其中离子束的能量被设定为使得整个间隔体层被离子束穿透，并且间隔体层结构的均匀性得以维持。此外，利用高能量离子束的抛光可具有以下效应：混合层形成在间隔体层和下方的吸收体层之间的边界层处，正如间隔体层的最高可能均匀性，所述混合层抵消在存在活性氢时最上层的起泡和脱离。
应指出的是，在根据图2a所示示例的程序的情况下，以及在根据图2b所示示例的程序的情况下，可通过利用热粒子的磁控溅射，而不是电子束蒸发来施加另外的层堆的各层。还应指出的是，例如为电子束蒸发、无离子束抛光、离子辅助应用和利用高能量离子的抛光的措施可以任意期望的方式彼此组合。
此外，应指出的是，暴露于活性氢的反射光学元件的温度还可影响层的起泡和脱离的趋势。特别是在遭受具有小于100eV能量的活性氢的情况下，在低于约50℃的温度及在高于约250℃的温度下观察到层起泡和脱离的趋势较小。

Claims (11)

1.一种制造用于EUV光刻的反射光学元件的方法，所述反射光学元件在位于5nm至20nm范围内的工作波长下具有最大反射率，所述方法包含以下步骤：
-将多层系统施加至基板，该多层系统由一个布置在另一个上方的三十个至六十个层堆构成，其中每个层堆具有厚度为dMLs的、由在所述工作波长下具有较高折射率实部的材料构成的层以及厚度为dMLa的、由在所述工作波长下具有较低折射率实部的材料构成的层，其中厚度比为dMLa/(dMLa+dMLs)=ΓML，
-将一个、两个、三个、四个或五个另外的层堆施加至所述多层系统，所述至少一个另外的层堆具有厚度为ds的、由在所述工作波长下具有较高折射率实部的材料构成的层以及厚度为da的、由在所述工作波长下具有较低折射率实部的材料构成的层，其中厚度比为da/(da+ds)=Γ且其中Γ≠ΓML。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，设定Γ>1.2*ΓML或Γ<0.8*ΓML。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，利用电子束蒸发或使用热粒子的磁控溅射或离子束辅助涂覆施加所述至少一个另外的层堆的至少一个层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述至少一个另外的层堆的至少一个层未被离子束抛光，或者被能量设定为使得离子束穿透整个层的离子束抛光。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，作为在所述工作波长下具有较高折射率实部的材料和/或作为在所述工作波长下具有较低折射率实部的材料，选择用于所述多层系统的层堆的材料与分别选择用于所述至少一个另外的层堆的材料相同。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，对于所述多层系统的层堆及所述至少一个另外的层堆，硅被选择作为在所述工作波长下具有较高折射率实部的材料，以及其中，对于所述多层系统的层堆及所述至少一个另外的层堆，钼被选择作为在所述工作波长下具有较低折射率实部的材料。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，作为在所述工作波长下具有较高折射率实部的材料和/或作为在所述工作波长下具有较低折射率实部的材料，选择用于所述多层系统的层堆的材料与选择用于所述至少一个另外的层堆的材料不同。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，将作为扩散阻挡层的附加层施加在所述至少一个另外的层堆中、在所述工作波长下具有较低折射率的层和在所述工作波长下具有较高折射率的层之间。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，将由具有低密度和低应力的材料构成的层施加在所述至少一个另外的层堆上。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，施加由从包括硅、氮化硅、氧化硅、碳化硅、硼、碳化硼、氮化硼、铍和碳的组中选择的材料构成的层。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，将由从包括钌、铈、钇、硅化钼、氧化钇、硫化钼、锆、铌、碳化钼、氧化锆、铼或铑的组中选择的材料构成的层施加在所述至少一个另外的层堆上。
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