CN110352365A - 校正用于5nm和20nm之间波长范围的反射光学元件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种校正用于从5nm到20nm的波长范围的反射光学元件的方法，该反射光学元件包括基板上的多层系统，该多层系统包括由在极紫外波长范围中的波长处具有不同折射率实部的至少两个交替布置的不同材料构成的层。所述方法包括以下步骤：测量所述多层系统的表面之上的反射率分布；将所测得的反射率分布与在多层系统的表面之上的标称反射率分布相比较，并且确定至少一个部分表面，其具有的测得的反射率大于标称反射率；以及用离子或电子辐射至少一个部分表面。

Description

校正用于5nm和20nm之间波长范围的反射光学元件的方法

本发明涉及校正用于从5nm到20nm的波长范围的反射光学元件的方法，该反射光学元件在基板上具有多层系统，其中多层系统的层由在极紫外波长范围的波长处具有不同折射率实部的至少两个不同材料制成，所述层交替地布置。本发附加地涉及用于从5nm到20nm的波长范围的反射光学元件，该反射光学元件在基板上具有多层系统，其中多层系统的层由在极紫外波长范围的波长处具有不同折射率实部的至少两个不同材料制成，该层交替地布置。本发明还涉及光学系统和EUV光刻设备。本专利申请要求于2017年2月28日的德国专利申请10 2017 203 246.4的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

在EUV光刻设备中，极紫外(EUV)波长范围(例如在近似5nm和20nm之间的波长)的反射光学元件，诸如基于多层系统的掩模或反射镜，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，所以它们必须具有尽可能高的反射率以确保足够高的整体反射率。

在反射光学元件的多层系统的表面之上的反射率分布可以影响具有这样的反射光学元件的光学系统的成像性质，例如切趾和波前。时常关注的是反射的辐射的特别高的均匀性。可能需要的是，校正一个或多个EUV反射镜或掩模，例如以获得通过光学系统可用的辐射的增加的均匀性。类似的光学系统不仅用于EUV光刻中，而且用于掩模或晶片检验的装置中。

从US 2002/0122989 A1已知的是，关于制造EUV光刻的掩模，通过具有特别是聚焦的电子束的辐射来局部降低掩模上的多层系统的反射率。特别地，在基于钼和硅的多层系统中，通过电子束将能量引入到多层系统中，而导致层厚度的收缩，该收缩与能量剂量成比例且是基于二硅化钼的形成。

本发明的目的是提出校正EUV反射镜的方法。

该目的由校正用于从5nm到20nm的波长范围的反射光学元件的方法来实现，该反射光学元件在基板上具有多层系统，其中多层系统的层由在极紫外波长范围的波长处具有不同折射率实部的至少两个不同材料制成，该层交替地布置，所述方法具有以下步骤：

-测量多层系统的表面之上的反射率分布；

-将所测得的反射率分布与在多层系统的表面之上的目标反射率分布相比较，并且确定具有大于目标反射率的测得的反射率的一个或多个部分表面；以及

-用离子或电子辐射一个或多个部分表面。

针对EUV辐射而设计的多层系统的反射率由材料的交替序列来确保，该反射率高度敏感地取决于相应层厚度和层之间的界面。可以通过辐射多层系统来局部地改变结构，使得损失精确的周期性并且因此在那点处降低反射率。

提出的过程的一个优点在于，已经出现在光学系统中的反射镜或掩模可以被检查并且可能被部分地辐射。取决于光学系统的设计，辐射还可以原位地发生，甚至可以在光学系统的操作期间发生。提出的过程同样地可以用在检验掩模和掩模底版的装置中。反射镜还可以如所提出的在光学系统外部得到校正。

在表面之上的反射的强度的波动可以基于入射辐射的波动等。这可以通过确定反射率的目标分布来抵消，其中至少部分地补偿入射辐射的强度波动。如果可以假设足够均匀的入射辐射强度或者要防止表面之上现有的强度分布由于EUV反射镜或者另一个反射光学元件处的反射而改变太多，则可以假设相对恒定的目标分布，有利的强度分布在平均值附近波动不超过1％、优选地不超过0.5％、特别优选地不超过0.1％。因此，可以选择目标分布以补偿入射辐射的波动，使得反射的辐射的表面之上的强度分布在平均值附近波动不超过1％、优选地不超过0.5％、特别优选地不超过0.1％。取决于意图的应用，可以选择任何期望的目标分布。使用提出的过程，可以在所述点处局部降低实际反射率，以近似于目标反射率。

有利地，选择辐射期间的离子或电子的能量，使得其低于溅镀极限或压实极限、优选地低于溅镀极限或压实极限两者。多层系统的材料的移除可能导致反射光学元件的光学性质的不期望的改变，并且导致在辐射点处反射率不受控制的降低。溅镀材料还可能导致在反射光学元件的表面上的相邻部分表面的不期望的污染。压实可能改变反射光学元件的光学性质。

有利地，脉冲的离子束或电子束用于辐射。以这种方法，可以更好地控制引入的能量剂量。特别地，因此更易于可以确保能量引入足够在原子水平处改变多层系统中的结构，特别是在单独层之间的界面的锐度，然而不会促进任何化学反应，其可能导致多层系统收缩或膨胀并且由此可能改变反射镜的光学性质。

优选地，镓、铟、铋、锡或金离子用于辐射。特别地，可以提供具有这些离子的聚焦的离子束。镓尤其是特别合适的，因为它展示了低熔点温度和低气体压强，这意味着镓离子束是可特别好地控制的。

在其他方面中，该目的由用于从5nm到20nm的波长范围的反射光学元件来实现，该反射光学元件在基板上具有多层系统，其中多层系统的层由在极紫外波长范围的波长处具有不同折射率实部的至少两个不同材料制成，该层交替地布置，所述反射光学元件已经根据上文所解释的方法来制造或校正。

在优选地实施例中，反射光学元件实施为反射镜、掩模底版或掩模的形式。具有反射镜的构造的反射光学元件可以用作掩模底版。例如，掩模底版的反射表面可以通过施加吸收层来结构化，以用这种方法获得掩模。描述掩模结构的经常使用的参数例如是线的几何宽度，其被描述为“临界尺寸”或CD。

在其他方面，该目的由光学系统来实现，该光学系统具有如上文进一步所描述或校正的反射光学元件。这样的光学系统可以例如用在EUV光刻设备中或用在晶片或掩模的检验系统中。

该目的还由具有这样的光学系统的EUV光刻设备来实现，该光学系统具有如所描述的反射光学元件和EUV辐射源，其中EUV辐射源的辐射以在反射镜的多层系统的表面上变化的强度入射到反射镜上，并且其中具有大于0.25nm的均方根粗糙度的一个或多个部分表面位于较高强度的表面区域中。均方根(RMS)粗糙度是根据表面之上测量点相对于通过表面放置的平均面积的偏差的平方和的平均值来计算，使得相对于平均面积的所有偏差的总和是最小的。特别是对于EUV光刻的光学元件，0.1μm至200μm的空间频率范围的粗糙度特别重要，因为在该范围中的粗糙度导致增加的散射的辐射，这降低了反射率。

此外，问题由具有这样的光学系统的EUV光刻设备来解决，该光学系统具有如上进一步所解释的校正的反射光学元件和EUV辐射源，其中EUV辐射源的辐射以在反射光学元件的多层系统的表面上变化的强度来入射在反射镜上，并且其中用离子或电子辐射的一个或多个部分表面位于较高强度的表面区域中。

已经发现，用于光刻工艺的辐射场的照明的均匀性典型地受到EUV光刻设备的光学系统限制，该光学系统在辐射场的边缘处具有比在场中心处更低的透射率。因此，特别有利的是提供一个或多个反射光学元件，其在高入射强度的区域(诸如场中心)中具有稍微降低的反射率或者在这方面被校正。

将参考一个优选的示例性实施例更详细地解释本发明。附图中：

图1示意性示出了EUV光刻设备；

图2示出了照明的EUV反射镜的示意性俯视图；

图3示意性示出了具有多层系统的EUV反射镜的构成；

图4示意性示出了具有多层系统的掩模的构成；

图5示意性示出了多层系统的结构；

图6示意性示出了在离子已经进入多层系统之后图5的多层系统的结构；以及

图7示意性示出了提出的校正方法的示例性执行的过程。

图1以示例性方式示意性示出了EUV光刻设备10。基本部件是照明系统14、掩模17和投射系统20。在真空条件下操作EUV光刻设备10，使得在其内部中尽可能少地吸收EUV辐射。

等离子体源或同步加速器可以例如当作辐射源12。在此所示出的示例中，使用激光操作的等离子体源。近似5nm至20nm的波长范围中的发射的辐射首先由集光反射镜13聚焦。操作束11然后被引入到在束路径中跟随的照明系统14中的反射光学元件上。图1所图示的示例中，照明系统14具有两个另外的反射镜15、16。反射镜15、16将束引导到具有结构的掩模17上，该结构旨在被成像到晶片21上。同样地，掩模17是EUV波长范围的反射光学元件，可取决于光刻工艺交换反射光学元件。借助于投射系统20，将从掩模17反射的束投射到晶片21上并且由此将掩模的结构成像到所述晶片上。所图示的示例中，投射系统20具有两个反射镜18、19。应该指出的是，投射系统20和照明系统14可以各具有唯一一个或者三个、四个、五个或更多个反射镜。

在此图示的反射镜13、15、16、18、19中的每一个以及掩模17可以在基板上具有多层系统，其中多层系统的层由在极紫外波长范围中的波长处具有不同折射率实部的至少两个不同材料制成，该层可以交替地布置并且可以用如下步骤校正：

-测量多层系统的表面之上的反射率分布；

-将测得的反射率分布与在多层系统的表面之上的目标反射率分布相比较，并且确定具有大于目标反射率的测得的反射率的一个或多个部分表面；以及

-用离子或电子辐射一个或多个部分表面。

特别有利的，当EUV光刻设备的光学系统的反射镜200被校正时，在该反射镜200上入射具有随反射镜200的多层系统的表面202变化的强度的EUV辐射源的辐射。图2中，描绘了多层系统的表面202的区域204，其上入射具有大于诸如平均值的阈值的强度的入射辐射。为了降低反射镜200在所述区域204中的反射率，部分表面206由电子或优选地由离子辐射。通过以这种方法的辐射，多层系统的周期性被干扰，从而降低了部分表面的区域中的反射率。特别地，在单独层之间的界面或多层系统的表面被粗糙化至超过0.25nm的RMS粗糙度，这导致较强的散射的辐射和对应的降低的反射率。应该指出的是，在此所示出的示例中，提高的强度的区域204完全涵盖辐射的部分表面6而且有时更大。在其他实施例中，情况还可以是相反的，或者区域204和部分表面206可以是相同的或仅部分地相互重叠。关于反射镜200所述的情况同样应用于掩模和掩模底版。

图3示意性示出了EUV反射镜50的构造，其反射式涂层基于多层系统54。这涉及基板上交替施加的层，它具有工作波长(例如在该波长处实行光刻曝光)处具有较高的折射率实部的材料(也称为间隔体56)和工作波长处具有较低的折射率实部的材料(也称为吸收体57)，其中吸收体-间隔体对形成了堆叠体55。在一定程度上，这模拟了晶体，其晶格平面对应于布拉格反射发生的吸收体层。典型地，EUV光刻设备或光学系统的反射光学元件设计为使得最大反射率的相应波长实质上与光刻工艺或光学系统的其他应用的工作波长重合。

单独层56、57的厚度以及重复的堆叠体55的厚度可以在整个多层系统54之上是恒定的，或者随多层系统54的表面或总厚度变化，这取决于旨在实现的光谱或角度依赖的反射分布或工作波长处的最大反射率。反射分布还可以用控制的方式来影响，因为吸收体57和间隔体56构成的基本结构由其它或多或少的吸收材料来补充，以便在相应的工作波长处增加可能最大的反射率。为了该目的，在一些堆叠体中，吸收体和/或间隔体材料可以相互交换，或者堆叠体可以由多于一个吸收体和/或间隔体材料构造。此外，还可以提供附加层作为间隔体和吸收体层56、57之间的扩散阻挡体。例如对于13.4nm的工作波长定制的材料组合是作为吸收体材料的钼和作为间隔体材料的硅。在这种情况下，堆叠体55通常具有约6.7nm的厚度，其中间隔体层56通常比吸收体层57更厚。其他典型材料组合是硅-钌或钼-铍，及其他。附加地，可以在多层系统54上提供保护层43，也可能是多层设计的保护层43。。

EUV光刻的反射光学元件(特别是集光反射镜)的典型基板材料是硅、碳化硅、硅渗透碳化硅、石英玻璃、钛掺杂石英玻璃、玻璃和玻璃陶瓷。此外，基板还可以由铜、铝、铜合金、铝合金或铜铝合金构成。对于反射镜、掩模和掩模底版特别优选的是，基板材料具有低热膨胀系数。

具有刚刚所描述成分的反射镜还可以用作制造掩模的掩模底版。在图4中示意性地图示了对应掩模58。掩模59与图3的反射镜50的区别在于，在多层系统54的可选保护层53上提供吸收层59。吸收层59吸收大部分的入射EUV辐射，这意味着在该表面区域上反射明显更少的EUV辐射并且不曝光位于在对应的表面区域中的晶片上的光刻胶。吸收层59的适当材料例如可以是铝、铝铜合金、铬、钽、钛、钨、硅化镍、硼化钽、氮化钽、硅化钽、氮化硅钽、氮化钛及其他。还可以提供多层吸收层。在施加吸收层之前或在掩模的情况下部分表面没有配备有吸收层，可以如所提出地校正掩模底版。

图5示意性针对两个间隔体层56和两个吸收体层57图示了辐射之前的多层系统的结构。不失一般性地，本示例中的间隔体材料是由硅原子560指示的硅，并且吸收体材料是由钼原子570指示的钼。在未经辐射的状态下，在相应层56、57中硅原子560和钼原子570的布置具有高度规则性，这体现在多层系统的高周期性和高反射率。

图6示意性指示了镓离子500对在相应层56、57中的硅原子560和钼原子570的布置的影响。镓离子500沿着其轨迹501在各种原子560、570处重复地无弹性散射，直到镓离子500受困于多层系统的内部。穿透深度取决于镓离子的能量而在几纳米至几十纳米之间。沿着镓离子无弹性散射的轨迹501的原子560、570本身在相邻原子560、570处无弹性散射，从而降低了原子560、570的有序性。特别地，在独立层56、57之间的界面变粗糙。根据镓离子的数目，用离子辐射的部分表面的区域中的均方根粗糙度可以大于0.25nm或大于0.35nm或甚至大于0.5nm。

特别是在反射镜的情况下或对于使用已经很好均匀化的辐射或在掩模的情况下，校正可以导致多层系统表面之上的从5nm至20nm的波长范围中最高反射率的波长处其反射率的波动在平均值附近不超过1％。

除了提高的粗糙度以外，可以取决于其中出现的离子数目或离子浓度来改变间隔体层或吸收体层的折射率的实部或虚部，使得可以降低间隔体层或吸收体层之间的光学对比度，这同样导致降低的反射率。

作为示例，图7示出了在此提出的校正方法的实施例的过程。在第一步骤601中，测量在EUV反射镜、掩模或掩模底版的多层系统的表面之上的反射率分布。这些光学元件各是用于从5nm到20nm的波长范围的反射光学元件，其如先前所解释的在基板上具有多层系统，其中多层系统的层由在极紫外波长范围的波长处具有不同折射率实部的至少两个不同材料制成，该层交替地布置。

在第二步骤603中，将测得的反射率分布与在多层系统的表面之上的目标反射率分布相比较。取决于EUV反射镜的应用和类型，可以优化目标分布，例如针对被反射的具有在多层系统的表面之上不均匀的强度的入射辐射，使得反射的辐射的强度分布在表面之上更加均匀或者针对被反射的具有均匀强度分布的入射辐射而优化，如果可能的话，强度分布的均匀性不会恶化。在这种情况下，目标分布应该在平均值附近波动不超过1％、优选地不超过0.5％、特别优选的不超过0.1％。

随后，在第三步骤605中，确定一个或多个部分表面，其具有的测得的反射率大于目标反射率。在进一步步骤607中，以脉冲的方式用镓离子辐射所述一个或多个部分表面。除了镓离子以外，它们还可以用铟、铋、锡或金离子或者用电子以脉冲的方式来辐射。由于脉冲的辐射，可以更好地控制引入的能量剂量。特别地，因此更易于可以确保能量引入足够在原子水平处改变多层系统中的结构，但不会促进任何化学反应，其可能导致多层系统收缩或膨胀并且由此可能改变相应反射光学元件的光学性质。

特别地，辐射期间的离子或可能的电子的能量应该有利地选择为使得它低于溅镀极限并且低于压实极限。多层系统的材料的移除可能导致在EUV反射镜、掩模或掩模底版的光学性质的不期望的改变，并且导致在辐射点处反射率不受控制的降低。溅镀材料还可能导致在相应反射光学元件的表面上的相邻部分表面的不期望的污染。取决于材料的性质，可以附加地选择离子或电子的能量，使得在辐射期间不会发生辐射的层的压实，诸如由于化学反应的致密化，但是仅影响在单独层之间的界面的锐度。压实可能改变反射镜、掩模底版或掩模的光学性质。

此外，已经证实特别有用的是，用聚焦的离子束或可能的电子束来辐射一个或多个部分表面以校正反射率。以这种方法，还可以选择性地校正较小的部分表面。使聚焦的离子束可用的商用装置提供了多达10nm的横向分辨率。使用商用电子写入器，可以实现低至亚纳米范围的分辨率。因此可以特别精确地校正相应反射光学元件的反射率。当使用在几十纳米至几微米的范围中的横向分辨率时，可以实现特别均匀的校正。当微结构或纳米结构要引入到可以例如用作衍射式元件的相应层中时，可以特别利用高度聚焦的束。

在掩模的情况下，掩模结构的宽度与相应目标宽度的局部偏离可能发生，体现在掩模CD的局部变化并且可能导致要制造的半导体元件(诸如芯片)上的结构的对应的偏离。对于应用于DUV波长范围的掩模，已知的是，掩模结构的这样的不期望的偏离可以由掩模透射率的局部变化来补偿，例如通过使用飞秒激光器写入散射像素中来补偿，如WO 2016/042549 A2中所描述的。目前发明人已经发现，在EUV波长范围的掩模中，对应的CD校正可以通过如在此所描述的局部反射率中的局部变化来实现，并且可以至少部分地降低与CD目标值偏离。

应当指出的是，即使在此基于EUV光刻设备更详细地解释了本发明，但是所有陈述同样如上所描述地应用于其他应用，诸如应用于具有反射镜或光学系统的掩模或晶片检验设备。

附图标记

10 EUV光刻设备

11 电子束

12 EUV辐射源

13 集光反射镜

14 照明系统

15 第一反射镜

16 第二反射镜

17 掩模

18 第三反射镜

19 第四反射镜

20 投射系统

21 晶片

50 集光反射镜

51 基板

52 抛光层

53 保护层

54 多层系统

55 层对

56 间隔体

57 吸收体

58 掩模

59 吸收层

200 EUV反射镜

202 表面

204 区域

206 部分表面

500 镓离子

501 轨迹

560 硅原子

570 钼原子

601-607 方法步骤

Claims (10)

1.一种方法，校正用于从5nm到20nm的波长范围的反射光学元件，所述反射光学元件在基板上具有多层系统，其中所述多层系统的层由在极紫外波长范围的波长处具有不同折射率实部的至少两个不同材料制成，所述层交替地布置，所述方法具有以下步骤：

-测量所述多层系统的表面之上的反射率分布；

-将所测得的反射率分布与在所述多层系统的表面之上的目标反射率分布相比较，并且确定一个或多个部分表面，该一个或多个部分表面具有的测得的反射率大于所述目标反射率；以及

-用离子或电子辐射所述一个或多个部分表面。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标分布在平均值附近波动不超过1％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，选择辐射期间的所述离子或电子的能量，使得其小于溅镀极限和/或压实极限。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，脉冲的离子束或电子束用于所述辐射。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，镓、铟、铋、锡或金离子用于所述辐射。

6.一种反射光学元件，用于从5nm到20nm的波长范围，所述反射光学元件在基板上具有多层系统，其中所述多层系统的层由在极紫外波长范围的波长处具有不同折射率实部的至少两个不同材料制成，所述层交替地布置，所述反射光学元件如权利要求1至5中任一项中所述的方法来制造。

7.根据权利要求6所述的反射光学元件，其特征在于，所述反射光学元件实施为反射镜、掩模底版或掩模的形式。

8.一种光学系统，所述光学系统具有如权利要求6或7所述的反射光学元件或者如权利要求1至5中任一项所述的方法来制造的反射光学元件。

9.一种具有光学系统的EUV光刻设备，所述光学系统具有EUV辐射源和如权利要求6或7所述的反射光学元件，其中所述EUV辐射源的辐射以在所述反射光学元件的多层系统的表面上变化的强度入射到所述反射光学元件上，其特征在于，具有大于0.25nm的均方根粗糙度的一个或多个部分表面(206)位于较高强度的表面区域(204)中。

10.一种具有光学系统的EUV光刻设备，所述光学系统具有EUV辐射源和如权利要求1至5中任一项所述的方法所制造的反射光学元件，其中所述EUV辐射源的辐射以在所述反射光学元件的多层系统的表面上变化的强度入射到所述反射光学元件上，其特征在于，用离子或电子辐射的一个或多个部分表面(206)位于较高强度的表面区域(294)中。