CN104297820A - 一种提高了极紫外光谱纯度及抗氧化性的多层膜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高了极紫外光谱纯度及抗氧化性的多层膜，属于极紫外光刻领域。该多层膜在保证13.5nm处的反射率损失不大的前提下，使带外波段的反射率、多层膜氧化及表层碳污染沉积得到有效的抑制。该多层膜依次包括：基底、多个层周期的Si层/Mo层、光谱纯化层、Mo层、光谱纯化层及保护层。本发明在不改变膜系的外形，不增加光学元件，也不增加额外的加工步骤的基础上，制作光谱纯化层及保护层，在反射率损耗可以忽略的情况下，通过抑制带外波段、抑制反射层的氧化和碳污染层的沉积，提高光刻系统的成像质量和光刻的质量。

Description

一种提高了极紫外光谱纯度及抗氧化性的多层膜

技术领域

本发明属于极紫外光刻领域，具体涉及一种提高了极紫外光谱纯度及抗氧化性的多层膜。

背景技术

极紫外光刻是最有可能实现22nm技术节点的下一代光刻技术。极紫外光刻系统使用波长为13.5nm，在此波段，大多数材料的吸收系数都很高，所以只能采用全反射式系统。为了进一步缩短曝光时间，提高产量，需要在光学元件上镀制高精度多层膜以提高反射率。极紫外波段优选镀制的多层膜是周期数为40、周期厚度为7nm的Mo/Si多层膜。该多层膜虽然在13.5nm处的反射率很高(可达68％以上)，但其截止带宽很窄：在紫外波段反射率逐渐增加，最高可达60％；在可见光波段，反射率为38％-47％；在红外波段最低反射率也可达30％。而且在波长较短的范围内，辐射能够产生碳沉积层，覆盖在反射率表面，造成反射率的下降。

EUV反射镜主要的挑战来自“带外波段干扰”和“辐照氧化污染”两方面。首先，在光源带外波段，激光等离子体光源是极紫外光刻系统的常用光源，该光源不仅在极紫外波段具有较高的辐射强度，而且在紫外波段、可见波段及红外波段的辐射强度也比较高。光刻系统的分辨率R和焦深公式DOF分别为：

$R=\frac{k_1\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}}---\left(1\right)$

$\mathrm{DOF}=\frac{k_2\mathrm{\λ}}{{\left(\mathrm{NA}\right)}^2}---\left(2\right)$

其中，k₁和k₂表示系数，λ表示波长，NA表示数值孔径，由公式(1)和(2)知，光刻系统的分辨率R和焦深DOF均与波长λ有关，如果截止带宽过窄，会影响光刻系统的成像质量。

极紫外光刻中使用的光刻胶材料主要为聚苯乙烯与丙烯酸盐混合高分子材料或丙烯酸盐高分子材料。极紫外光刻中使用的光刻胶不仅对13.5nm的光敏感，而且对带外波段的光也很敏感。特别是波长在160nm-240nm波段范围内光刻胶较为敏感，其敏感度甚至高于EUV波段，而且在此波段的光源输出功率也比较大。

其次，污染及氧化层的产生。由于EUV波段能量很高，即使多层膜在极微量的水汽和有机气体环境下使用，表面也极容易出现氧化层和碳污染沉积层，这会导致多层膜反射率的大幅降低，也会严重影响光谱纯化层的抑制作用。所以光谱纯化层上的保护层能够有效减少下层的氧化，从而提高了反射膜整体的工作强度和使用寿命。

综上，一个有应用价值的EUV多层膜，一方面要应对减少光刻胶在波长为160nm-240nm波段的敏感值，另一方面能够有效抵御来自真空环境下残余的水汽和有机物污染对下层反射层的影响。

发明内容

本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种提高了极紫外光谱纯度及抗氧化性的多层膜。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种提高了极紫外光谱纯度及抗氧化性的多层膜，其特征在于，该多层膜依次包括：基底、多个层周期的Si层/Mo层、光谱纯化层、Mo层、光谱纯化层及保护层。

在上述技术方案中，所述光谱纯化层的材料选自C、SiC和Si₃N₄中的一种或者两种。

在上述技术方案中，所述保护层的材料为Ru或TiO₂。

在上述技术方案中，两层所述的光谱纯化层的总厚度为6～10nm。

在上述技术方案中，所述保护层的厚度为1～3nm。

在上述技术方案中，所述多个层周期为40～60周期，周期厚度为7nm。

在上述技术方案中，所述基底的表面粗糙度小于0.2nm。

本发明的有益效果是：

本发明提供的提高了极紫外光谱纯度及抗氧化性的多层膜在不改变膜系的外形，不增加光学元件，也不增加额外的加工步骤的基础上，制作光谱纯化层及保护层，在反射率损耗可以忽略的情况下，通过抑制带外波段、减少Mo/Si层的氧化和碳污染在表面的沉积。提高极紫外光刻反射镜系统的成像质量和使用寿命。其中光谱纯化层具有提高光谱纯度的功能，保护层同时具有抗氧化和抗表面污染的功能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1本发明提供的一种提高了极紫外光谱纯度以及抗氧化性的多层膜结构示意图。

图2本发明波长在12.8nm-14.2nm中六种不同的多层膜和Mo/Si多层膜，波长与反射率之间关系的示意图。

图3本发明波长在13.3nm-13.8nm中六种不同的多层膜和Mo/Si多层膜，波长与反射率之间关系的局部示意图。

图4本发明波长在160nm-240nm中六种不同的多层膜和Mo/Si多层膜，波长与反射率之间关系的局部示意图。

图1中的附图标记表示为：

1-多层膜；2-基底；3-Si层；4-Mo层；5-光谱纯化层；6-保护层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做以详细说明。

一种提高了极紫外光谱纯度及抗氧化性的多层膜1，该多层膜1依次包括：基底2、多个层周期的Si层3/Mo层4、光谱纯化层5、Mo层4、光谱纯化层5及保护层6。

所述光谱纯化层5的材料选自C、SiC和Si₃N₄中的一种或者两种，由于大多数材料在极紫外波段的吸收系数都很高，所以光谱纯化层5的厚度不宜太厚，优选两层所述的光谱纯化层5的总厚度为6～10nm。所述保护层6的材料为Ru或TiO₂，厚度为1～3nm。通过改变光谱纯化层5和保护层6的材料、厚度及组合来满足不同光刻胶对带外波段抑制度的要求。

本发明提供的多层膜1特别适合于应用在对光谱纯度要求高，碳污染沉积明显的极紫外光刻系统中。在激光等离子体光源的辐射下，通过本发明中镀制光谱纯化层5的多层膜的反射后，带外波段的最低反射率可达5％以下。光谱纯化层5的总厚度为6～10nm，用Mo层4进行分割，具有这种厚度的光谱纯化层5适合于对带外波段进行有效的相消干涉，同时可以保证了EUV波段的正常干涉叠加，而且由于最上层保护层6的厚度只有1～3nm，其对13.5nm处的影响也相对很小。

所述多个层周期的Si层3/Mo层4的优选层周期为40～60个，一个层周期包括一个Si层3和与该Si层3相邻的Mo层4，其中在该周期性多层膜内部Si层及Mo层的厚度不变。由于该光谱区域中的辐射的有限的作用深度，所属层对数量的进一步提高仅仅对该多层膜的反射有轻微的作用，通过这种周期性的多层膜可实现在一个给定的波长λ的窄光谱区域中的高反射。

在本发明中，优选在所述多个层周期的Si层3/Mo层4上设置一个光谱纯化层5和一个保护层6，光谱纯化层5及保护层6在材料和厚度上与该周期性多层膜不同以便在保证13.5nm处的反射率损失不大的前提下，使带外波段的反射率得到有效的抑制并减少下层Si层3/Mo层4多层膜的氧化和C污染沉积。

该多层膜1的带外波段反射率的抑制可通过以下方式实现：将该多层膜1设置在一个基底2上，该基底2的表面粗糙度小于0.2nm。在该基底2上镀制上多个层周期的Si层3/Mo层4、光谱纯化层5、Mo层4、光谱纯化层5以及保护层6，然后用反射率计对其反射率进行表征。抗氧化性则体现在Ru和TiO₂等保护层6材料的氧化活性明显低于Si、SiC或Si₃N₄层材料。

实施例1

如图1所示，该多层膜1的结构是由40个周期的Si层3/Mo层4，光谱纯化层5、Mo层4、光谱纯化层5以及保护层6组成的。多层膜1被设置在基底2上，其中相应的Si层3以及对应的Mo层4构成一个周期，周期厚度为7nm。每个光谱纯化层5的厚度为3nm，材料为C材料。最上层保护层6的厚度2nm，材料为Ru。由于光谱纯化层5的存在会使该多层膜1在13.5nm处反射率减少不大的前提下，对其带外波段，尤其是160nm～240nm，反射率会有一个有效的抑制作用；保护层6则有效的减少上层薄膜的氧化。将多层膜1施加于基底2上优选磁控溅射技术，其中Si层3、Mo层4选用的是直流磁控溅射；光谱纯化层5优选射频磁控溅射；保护层6如果选用金属氧化物材料优选直流反应磁控溅射，氧气作为反应气体，如果选用金属材料优选直流磁控溅射制备，所有材料的制备使用的溅射工作气体均为氩气。

实施例2

多层膜1的结构是由40个周期的Si层3/Mo层4，光谱纯化层5、Mo层4、光谱纯化层5以及保护层6组成的。多层膜1被设置在基底2上，其中相应的Si层3以及对应的Mo层4构成一个周期，周期厚度为7nm。每个光谱纯化层5的厚度为5nm，材料为SiC。最上层保护层的厚度1nm，材料为TiO₂。由于光谱纯化层5的存在会使该多层膜1在13.5nm处反射率减少不大的前提下，对其带外波段，尤其是160nm～240nm，反射率会有一个有效的抑制作用；保护层6则有效的减少上层薄膜的氧化。将多层膜1施加于基底2上优选磁控溅射技术，其中Si层3、Mo层4选用的是直流磁控溅射；光谱纯化层5优选射频磁控溅射；保护层6如果选用金属氧化物材料优选直流反应磁控溅射，氧气作为反应气体，如果选用金属材料优选直流磁控溅射制备，所有材料的制备使用的溅射工作气体均为氩气。

实施例3

多层膜1的结构是由40个周期的Si层3/Mo层4，光谱纯化层5、Mo层4、光谱纯化层5以及保护层6组成的。多层膜1被设置在基底2上，其中相应的Si层3以及对应的Mo层4构成一个周期，周期厚度为7nm。每个光谱纯化层5的厚度为4.2nm，材料为Si₃N₄。最上层保护层的厚度3nm，材料为TiO₂。由于光谱纯化层5的存在会使该多层膜1在13.5nm处反射率减少不大的前提下，对其带外波段，尤其是160nm～240nm，反射率会有一个有效的抑制作用；保护层6则有效的减少上层薄膜的氧化。将多层膜1施加于基底2上优选磁控溅射技术，其中Si层3、Mo层4选用的是直流磁控溅射；光谱纯化层5优选射频磁控溅射；保护层6如果选用金属氧化物材料优选直流反应磁控溅射，氧气作为反应气体，如果选用金属材料优选直流磁控溅射制备，所有材料的制备使用的溅射工作气体均为氩气。

实施例4

如图1所示，该多层膜1的结构是由40个周期的Si层3/Mo层4，光谱纯化层5、Mo层4、光谱纯化层5以及保护层6组成的。多层膜1被设置在基底2上，其中相应的Si层3以及对应的Mo层4构成一个周期，周期厚度为7nm。每个光谱纯化层5的厚度为3nm，材料为C材料。最上层保护层6的厚度2nm，材料为TiO₂。由于光谱纯化层5的存在会使该多层膜1在13.5nm处反射率减少不大的前提下，对其带外波段，尤其是160nm～240nm，反射率会有一个有效的抑制作用；保护层6则有效的减少上层薄膜的氧化。将多层膜1施加于基底2上优选磁控溅射技术，其中Si层3、Mo层4选用的是直流磁控溅射；光谱纯化层5优选射频磁控溅射；保护层6如果选用金属氧化物材料优选直流反应磁控溅射，氧气作为反应气体，如果选用金属材料优选直流磁控溅射制备，所有材料的制备使用的溅射工作气体均为氩气。

实施例5

多层膜1的结构是由40个周期的Si层3/Mo层4，光谱纯化层5、Mo层4、光谱纯化层5以及保护层6组成的。多层膜1被设置在基底2上，其中相应的Si层3以及对应的Mo层4构成一个周期，周期厚度为7nm。每个光谱纯化层5的厚度为5nm，材料为SiC。最上层保护层的厚度1nm，材料为Ru。由于光谱纯化层5的存在会使该多层膜1在13.5nm处反射率减少不大的前提下，对其带外波段，尤其是160nm～240nm，反射率会有一个有效的抑制作用；保护层6则有效的减少上层薄膜的氧化。将多层膜1施加于基底2上优选磁控溅射技术，其中Si层3、Mo层4选用的是直流磁控溅射；光谱纯化层5优选射频磁控溅射；保护层6如果选用金属氧化物材料优选直流反应磁控溅射，氧气作为反应气体，如果选用金属材料优选直流磁控溅射制备，所有材料的制备使用的溅射工作气体均为氩气。

实施例6

多层膜1的结构是由40个周期的Si层3/Mo层4，光谱纯化层5、Mo层4、光谱纯化层5以及保护层6组成的。多层膜1被设置在基底2上，其中相应的Si层3以及对应的Mo层4构成一个周期，周期厚度为7nm。每个光谱纯化层5的厚度为4.2nm，材料为Si₃N₄。最上层保护层的厚度3nm，材料为Ru。由于光谱纯化层5的存在会使该多层膜1在13.5nm处反射率减少不大的前提下，对其带外波段，尤其是160nm～240nm，反射率会有一个有效的抑制作用；保护层6则有效的减少上层薄膜的氧化。将多层膜1施加于基底2上优选磁控溅射技术，其中Si层3、Mo层4选用的是直流磁控溅射；光谱纯化层5优选射频磁控溅射；保护层6如果选用金属氧化物材料优选直流反应磁控溅射，氧气作为反应气体，如果选用金属材料优选直流磁控溅射制备，所有材料的制备使用的溅射工作气体均为氩气。

图2表示波长在12.8nm-14.2nm中实施例1-6的多层膜1和Mo/Si多层膜，波长与反射率之间关系的示意图。图3表示波长在13.3nm-13.8nm中实施例1-6的多层膜1和Mo/Si多层膜，波长与反射率之间关系的局部示意图。如图3所示，Mo/Si多层膜在13.5nm处的反射率约为73％，加上光谱纯化层5后，由于光谱纯化层5的吸收作用，反射率会有所降低；光谱纯化层5为Si₃N₄，保护层6分别为TiO₂和Ru时，在13.5nm波长反射率分别为62.4％和64.5％；光谱纯化层5为C，保护层6分别为TiO₂和Ru时，在13.5nm波长反射率分别为64.1％和66％；光谱纯化层5为SiC，保护层6分别为TiO₂和Ru时，在13.5nm波长反射率分别为68.2％和70.3％。由图2和图3得知，在Mo/Si多层膜上镀制光谱纯化层5和保护层6的多层膜1中，没有因为镀制光谱纯化层5和保护层6对反射率起到很大的影响，反射率的损失是在可以接受的范围之内。

图4表示波长在160nm-240nm中实施例1-6的多层膜1和Mo/Si多层膜，波长与反射率之间关系的局部示意图。Mo/Si多层膜的反射率在深紫外波段的反射率可达60％。在本发明的多层膜1中，深紫外反射率均不超过40％，不同的光谱纯化层5其深紫外波段的最大抑制度及抑制区域不同。TiO₂+Si₃N₄的组合，在184nm处的反射率仅为5％；TiO₂+SiC的组合，在221nm处的反射率仅为4.7％；TiO₂+C的组合，在160nm处的反射率22％；Ru+Si₃N₄时，在170nm处的反射率为6％；Ru+SiC时，在217nm处的反射率为9％，Ru+C时，在160nm处的反射率为4％。上述六个实例可针对敏感波段不同的光刻胶对其在带外波段的曝光进行有效的抑制。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种提高了极紫外光谱纯度及抗氧化性的多层膜，其特征在于，该多层膜依次包括：基底、多个层周期的Si层/Mo层、光谱纯化层、Mo层、光谱纯化层及保护层。

2.根据权利要求1所述的提高了极紫外光谱纯度及抗氧化性的多层膜，其特征在于，所述光谱纯化层的材料选自C、SiC和Si₃N₄中的一种或者两种。

3.根据权利要求1所述的提高了极紫外光谱纯度及抗氧化性的多层膜，其特征在于，所述保护层的材料为Ru或TiO₂。

4.根据权利要求1所述的提高了极紫外光谱纯度及抗氧化性的多层膜，其特征在于，两层所述的光谱纯化层的总厚度为6～10nm。

5.根据权利要求1所述的提高了极紫外光谱纯度及抗氧化性的多层膜，其特征在于，所述保护层的厚度为1～3nm。

6.根据权利要求1所述的提高了极紫外光谱纯度及抗氧化性的多层膜，其特征在于，所述多个层周期为40～60周期，周期厚度为7nm。

7.根据权利要求1所述的提高了极紫外光谱纯度及抗氧化性的多层膜，其特征在于，所述基底的表面粗糙度小于0.2nm。