CN104749662A - 具有极紫外光谱纯度及热稳定性的多层膜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有极紫外光谱纯度及热稳定性的多层膜，属于极紫外光刻技术领域。解决了现有技术中极紫外多层膜在带外波段的反射率比较高，在高能光子长时间轰击下，极紫外波段的反射率严重下降的技术问题。本发明的多层膜从下至上依次包括基底、周期层、第一光谱纯化层、第一热稳定层、第一Mo层、第二热稳定层、第二光谱纯化层，其中，周期层的周期个数为40-60，每个周期由从下至上依次排列的Si层、第三热稳定层、第二Mo层、第四热稳定层组成。本发明的多层膜能够提高极紫外光刻反射镜系统的成像质量和使用寿命，在极紫外波段的反射率为58％-73.4％，带外波段的反射率能够降低至5％以下。

Description

具有极紫外光谱纯度及热稳定性的多层膜
技术领域
本发明属于极紫外光刻技术领域，具体涉及一种具有极紫外光谱纯度及热稳定性的多层膜。
背景技术
极紫外(EUV)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。现有技术中，极紫外波段镀制的多层膜是周期数为40、周期厚度为7nm的Mo/Si多层膜。该极紫外多层膜的主要工作波段在13.5nm(98eV)附近，峰值反射率可达68％以上。但是该Mo/Si多层膜存在以下缺陷：
首先，Mo/Si多层膜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％。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。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。极紫外光刻系统的分辨率R和焦深公式DOF分别为：
R = k 1 λ NA - - - ( 1 )
DOF = k 2 λ ( NA ) 2 - - - ( 2 )
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)可知，光刻系统的分辨率R和焦深DOF均与波长λ有关，如果多层膜在可见、红外波段的反射率高，截止带宽过窄，会影响光刻系统的成像质量。
其次，由于该极紫外多层膜的表面受高能光子长时间轰击，导致多层膜温度不断升高，多层膜中Mo层和Si层长时间处于高温作用下，膜层间的物质会互相渗透甚至形成钼硅化合物，破坏多层膜的反射机制，造成极紫外反射率的严重下降。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中极紫外多层膜在带外波段的反射率比较高，在高能光子长时间轰击下，极紫外波段的反射率严重下降的技术问题，提供一种具有极紫外光谱纯度及热稳定性的多层膜。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下。
具有极紫外光谱纯度及热稳定性的多层膜，从下至上依次包括基底、周期层、第一光谱纯化层、第一热稳定层、第一Mo层、第二热稳定层、第二光谱纯化层；
所述周期层的周期个数为40-60，每个周期由从下至上依次排列的Si层、第三热稳定层、第二Mo层、第四热稳定层组成，所述Si层的厚度为3.7nm-3.9nm，第二Mo层的厚度为2.3nm-2.5nm；
所述第一热稳定层、第二热稳定层、第三热稳定层和第四热稳定层的材料均为B4C，厚度分别为0.3nm-0.5nm；
所述第一Mo层的厚度为2.3nm-2.5nm；
所述第一光谱纯化层与第二光谱纯化层的材料相同或不同，分别为C、SiC或Si3N4，厚度分别为3.7nm-3.9nm。
进一步的，所述第一光谱纯化层、第一热稳定层、第一Mo层和第二热稳定层的总厚度与周期层的每个周期厚度相等。
进一步的，所述周期层的每个周期厚度为7nm。
进一步的，所述基底的表面粗糙度小于等于0.2nm。
进一步的，所述基底与周期层之间还设有第五热稳定层，第五热稳定层的材料为B4C，厚度为0.3nm-0.5nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的具有极紫外光谱纯度及热稳定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，在现有多层膜结构中添加光谱纯化层及热稳定层，通过抑制带外波段和降低多层膜间的扩散，达到提高极紫外光刻反射镜系统的成像质量和使用寿命的目的，且添加的光谱纯化层及热稳定层对极紫外波段的反射率的损耗在5％以下，可以忽略不计。本发明的多层膜适合于应用在对光谱纯度要求高，光子能量高的极紫外光刻系统中。
附图说明
图1为本发明的具有极紫外光谱纯度及热稳定性的多层膜的结构示意图；
图2为本发明实施例1-6中的多层膜的反射率在12.8nm-14.2nm波长范围内的变化曲线；
图3为图2中13.3nm-13.8nm波长范围内的局部放大图；
图4为本发明实施例1-6中的多层膜的反射率在160nm-240nm的波长范围内的变化曲线；
图中，1、基底，2、周期层，21、Si层，22、第三热稳定层、23、第二Mo层，24、第四热稳定层，3、第一光谱纯化层，4、第一热稳定层，5、第一Mo层，6、第二热稳定层，7、第二光谱纯化层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步做详细说明。
如图1所示，具有极紫外光谱纯度和热稳定性的多层膜，从下至上依次包括基底1、周期层2、第一光谱纯化层3、第一热稳定层4、第一Mo层5、第二热稳定层6和第二光谱纯化层7。其中，基底1没有特殊限制，选用本领域常用基底即可，一般基底1的表面粗糙度小于等于0.2nm。周期层2含有40-60个周期，每个周期为四层结构，从下至上依次为Si层21、第三热稳定层22、第二Mo层23、第四热稳定层24，与基底1接触的为Si层21，与第一光谱纯化层3接触的为第四热稳定层24，Si层21的材料为Si，厚度一般为3.7nm-3.9nm，第二Mo层23的材料为Mo，厚度为2.3nm-2.5nm。第一热稳定层4、第二热稳定层6、第三热稳定层22、第四热稳定层24的材料均为B4C，厚度分别为0.3nm-0.5nm，优选各个热稳定层的厚度相等。周期层2的每个周期的总厚度为6.6nm-7.4nm，优选7nm。第一Mo层4的材料为Mo，厚度为2.3nm-2.5nm。第一光谱纯化层3与第二光谱纯化层7的材料可以相同也可以不同，分别为C、SiC或Si3N4，优选各层材料相同，为SiC；第一光谱纯化层3与第二光谱纯化层7的厚度分别可以为3.7nm-3.9nm，优选两层厚度相等。该多层膜在极紫外波段的峰值反射率为58％-73.4％；在160nm-240nm范围内的反射率均在50％以下，在200nm-220nm范围内的反射率可以达到5％以下。可以通过改变第一光谱纯化层3和第二光谱纯化层7的材料、厚度及组合来满足不同光刻胶对多层膜带外波段抑制度的要求。
本发明的多层膜，基底1与周期层2之间还设有第五热稳定层，第五热稳定层的材料为B4C，厚度为0.3nm-0.5nm。
本发明的多层膜，由于第三热稳定层22和第四热稳定层24的厚度很薄，所以能够保证光波在多层膜中传播形成驻波场时(波峰与波谷处于界面处)，不对驻波场的分布产生影响，进而不会对多层膜在13.5nm处的反射率有很大影响，造成的损耗不会超过5％；由于第三热稳定层22和第四热稳定层24采用的材料为B4C，所以能够隔离阻止Si层21与第二Mo层23的互相扩散，保证多层膜的使用寿命。
本发明的多层膜，采用的第一光谱纯化层3、第二光谱纯化层7、第一Mo层5、第一热稳定层4和第二热稳定层6的厚度，保证了周期层2的周期厚度与第一光谱纯化层3、第一Mo层5、第一热稳定层4和第二热稳定层6总厚度基本保持一致，所以多层膜对带外波段能够有效的相消干涉，同时可以保证EUV波段的正常干涉叠加，当周期层2的周期厚度与第一光谱纯化层3、第一Mo层5、第一热稳定层4和第二热稳定层6的总厚度相等时，效果最好，所以本发明优选周期层2的周期厚度与第一光谱纯化层3、第一Mo层5、第一热稳定层4和第二热稳定层6的总厚度相等。在激光等离子体光源的辐射下，通过本发明中的多层膜的反射后，带外波段的反射率可以降到5％以下。
本发明多层膜的制备可以采用磁控溅射技术，其中，Si层21、第三热稳定层22、第二Mo层23、第四热稳定层24、第一热稳定层4、第一Mo层5和第二热稳定层6选用直流磁控溅射，第一光谱纯化层3和第二光谱纯化层7选用直流磁控溅射，溅射工作气体均可以采用氩气。
对比例1
现有的Mo/Si多层膜，从下至上依次为基底、Mo/Si周期层、第一Si层(材料Si，厚度为4.2nm)，其中，Mo/Si周期层含有40个周期，每个周期从下至上依次为第二Si层(材料Si，厚度为4.2nm)、Mo层(材料Mo，厚度为2.8nm)，与基底接触的为第二Si层，与第一Si层接触的为Mo层，基底的表面粗糙度为0.2nm。采用反射率计对对比例1的多层膜进行表征，该多层膜在12.8nm-14.2nm波长范围内的峰值反射率为73％。
实施例1-6
具有极紫外光谱纯度和热稳定性的多层膜，从下至上依次包括基底1、周期层2、第一光谱纯化层3(厚度为3.8nm)、第一热稳定层4(材料B4C，厚度为0.4nm)、第一Mo层5(材料Mo，厚度为2.4nm)、第二热稳定层6(材料B4C，厚度为0.4nm)和第二光谱纯化层7(厚度为3.8nm)，其中，周期层2含有40个周期，每个周期从下至上依次为Si层21(材料Si，厚度为3.8nm)、第三热稳定层22(材料B4C，厚度为0.4nm)、第二Mo层23(材料Mo，厚度为2.4nm)、第四热稳定层24(材料B4C，厚度为0.4nm)，与基底1接触的为Si层21，与第一光谱纯化层3接触的为第四热稳定层24，基底1的表面粗糙度为0.2nm。实施例1-6的第一光谱纯化层3和第二光谱纯化层7采用的材料如表1所示。
表1为实施例1-6的多层膜中第一光谱纯化层3和第二光谱纯化层7的材料
实施例 1 2 3 4 5 6
第一光谱纯化层 C Si3N4 SiC Si3N4 C Si3N4
第二光谱纯化层 C Si3N4 SiC C SiC SiC
测定实施例1-6的多层膜在12.8nm-14.2nm的波长范围内的反射率，可以采用反射率计进行表征，结果如图2和图3所示，图2和图3中，曲线从上至下依次为实施例3、实施例5、实施例6、实施例1、实施例4、实施例2的多层膜在12.8nm-14.2nm波长范围内的反射率；从图2和图3中可以看出，当第一光谱纯化层3和第二光谱纯化层7的材料均为C、均为Si3N4、均为SiC时，多层膜在12.8nm-14.2nm波长范围内的峰值反射率分别为61％，58％和73.4％，当第一光谱纯化层3和第二光谱纯化层7的材料分别为Si3N4/C、分别为C/SiC、分别为Si3N4/SiC时，多层膜在12.8nm-14.2nm波长范围内的峰值反射率分别为59％，65.2％和64.3％；由对比例1、图2和图3得知，本发明的多层膜在12.8nm-14.2nm波长范围内的峰值反射率相比于现有的Mo/Si多层膜不会有很大降低，在可以接受的范围之内。
测定对比例1和实施例1-6的多层膜在160nm-240nm的波长范围内的反射率，可以采用反射率计进行表征，结果如图4所示，曲线1对应对比例1，曲线2对应实施例1，曲线3对应实施例2，曲线4对应实施例3，曲线5对应实施例4，曲线6对应实施例5，曲线7对应实施例6，从图4可以看出，现有Mo/Si多层膜在160nm-240nm范围内的反射率基本保持在60％，本发明的多层膜在160nm-240nm范围内的反射率均在50％以下，不同材料的第一光谱纯化层3和第二光谱纯化层7在深紫外波段的最大抑制度及抑制区域不同。如当第二光谱纯化层7的材料为SiC，第一光谱纯化层3的材料分别为C、Si3N4、SiC时，多层膜在200nm-220nm范围内的反射率均在5％以下，甚至达到0％，当第一光谱纯化层3和第二光谱纯化层7的材料均为Si3N4，多层膜在160nm处的反射率为7％，当第一光谱纯化层3和第二光谱纯化层7均为C，多层膜在160nm处的反射率为18％，当第一光谱纯化层3的材料为Si3N4，第二光谱纯化层7的材料为C，多层膜在160nm处的反射率为9.5％。图4说明，本发明的多层膜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 (5)

1.具有极紫外光谱纯度及热稳定性的多层膜，其特征在于，从下至上依次包括基底(1)、周期层(2)、第一光谱纯化层(3)、第一热稳定层(4)、第一Mo层(5)、第二热稳定层(6)、第二光谱纯化层(7)；
所述周期层(2)的周期个数为40-60，每个周期由从下至上依次排列的Si层(21)、第三热稳定层(22)、第二Mo层(23)、第四热稳定层(24)组成，Si层(21)的厚度为3.7nm-3.9nm，第二Mo层(23)的厚度为2.3nm-2.5nm；
所述第一热稳定层(4)、第二热稳定层(6)、第三热稳定层(22)和第四热稳定层(24)的材料均为B4C，厚度分别为0.3nm-0.5nm；
所述第一Mo层(5)的厚度为2.3nm-2.5nm；
所述第一光谱纯化层(3)与第二光谱纯化层(7)的材料相同或不同，分别为C、SiC或Si3N4，厚度分别为3.7nm-3.9nm。
2.根据权利要求1所述的具有极紫外光谱纯度及热稳定性的多层膜，其特征在于，所述第一光谱纯化层(3)、第一热稳定层(4)、第一Mo层(5)和第二热稳定层(6)的总厚度与周期层(2)的每个周期的厚度相等。
3.根据权利要求1或2所述的具有极紫外光谱纯度及热稳定性的多层膜，其特征在于，所述周期层(2)的每个周期厚度为7nm。
4.根据权利要求1所述的具有极紫外光谱纯度及热稳定性的多层膜，其特征在于，所述基底(1)的表面粗糙度小于等于0.2nm。
5.根据权利要求1所述的具有极紫外光谱纯度及热稳定性的多层膜，其特征在于，所述基底(1)与周期层(2)之间还设有第五热稳定层，第五热稳定层的材料为B4C，厚度为0.3nm-0.5nm。
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