CN1495530A - 光刻设备和器件制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种光刻投影设备的光学元件，包括Si/Mo多层结构、外覆盖层和位于多层结构和外覆盖层之间的夹层，其中夹层具有为入射光束波长的0.3倍和0.7倍之间的厚度。在第一实施例中，该夹层由选自C和Mo的材料构成，并且具有6.0nm和9.0nm之间的厚度。在第二实施例中，该夹层由紧邻多层结构的Mo内夹层和紧邻覆盖层的C外层构成。在第二实施例中，C夹层至少3.4nm厚，Ru覆盖层至少2.0nm厚。
Description
技术领域
本发明涉及光刻投影设备，包括：
-辐射系统，用于提供辐射的投影光束；
-支撑结构，用于支撑构图装置，该构图装置根据所需图形对投影光束进行构图；
-基底平台，用于保持基底；
-投影系统，用于将构图了的光束投影到基底的靶部上；和
-至少一个光学元件，所述投影光束入射到该至少一个光学元件上，该光学元件具有一Si/Mo多层结构、一外覆盖层和一位于所述多层结构和所述外覆盖层之间的夹层，其中外覆盖层由下列成份构成：i)C或者Mo，或ii)一层与所述多层结构紧邻的Mo内夹层和一层与所述覆盖层紧邻的C外夹层。
背景技术
这里使用的术语“构图装置”应广义理解为那些可以用来使入射光束赋于图形截面的装置，所述构图截面与在基底的靶部中将形成的图形对应；在上下文中还使用了术语“光阀”。通常，所述图形与将在靶部中形成的器件中的特定功能层对应，所述器件是例如集成电路或者其它器件(参考下面的描述)。这种构图装置的例子包括：
掩模。掩模的概念在光刻中是公知的，它包括掩模类型例如二元(binary)、交错型相移和衰减型相移以及各种混合掩模类型。根据掩模上的图形，在辐射光束中放置这种掩模引起选择性地透射(在透光掩模的情况下)或者反射(在反射掩模的情况下)射到掩模上的光。在掩模的情况下，支撑结构通常是掩模平台，该掩模平台确保掩模能够保持在入射光束中所需的位置，并且如果需要可以相对于该光束移动。
可编程镜面阵列。这种器件的一个例子是具有粘弹性控制层和反射表面的矩阵型可寻址(matrix-addressable)表面。这种装置的基本原理是(例如)反射表面的寻址区将入射光反射为衍射光，而非寻址表面将入射光反射为非衍射光。利用适当的滤波器，可以从反射光中滤出所述非衍射光，仅留下衍射光；以这种方式，根据矩阵型可寻址表面的寻址图形构图了该光束。可编程镜面阵列的另一个实施例采用微小镜面的矩阵排列，通过施加适当的局部电场，或者通过采用压电激励装置，每个微小镜面都可以绕轴独立地倾斜。其次，镜面是矩阵型可寻址镜面，使得寻址的镜面将在不同的方向将入射光束反射到非寻址的镜面；以这种方式，根据矩阵型可寻址镜面的寻址图形构图了所反射的光束。可以利用适当的电子装置进行所需的矩阵寻址。在上面所描述的两种情况下，构图装置可以包括一个或者多个可编程镜面阵列。可以找到关于这里所提到的镜面阵列的更多信息，例如美国专利US5,296,891、US5,523,193、PCT专利申请WO98/38597和WO98/33096，这里引入作为参考。在可编程镜面阵列的情况下，所述支撑结构可以体现为框架或者平台，可以按照需要固定或者移动。
可编程LCD阵列。这种结构的例子在美国专利US5,229,872中记载了，这里引入作为参考。如上所述，在这种情况下支撑结构例如可以体现为按照需要可以固定或者移动的框架或者平台。
为了简单，该文的其余部分在某些地方可以具体指包括掩模和掩模平台的例子；然而，在这样例子中所讨论的一般原理应适用于上述更宽范围的构图部件。
例如，可以在集成电路(IC)的制造中使用光刻投影设备。在这种情况下，构图装置可以产生与IC的各个层对应的电路图形，可以将该图形成像到基底(硅晶片)上的靶部(例如包括一个或者多个管芯)，其中该基底上已经涂覆有对辐射敏感的材料层(保护层)。通常，单个晶片将包含相邻靶部的整个网络，通过投影系统依次辐射这些靶部，一次一个。在目前的设备中，采用通过掩模平台上的掩模构图，可以在两种不同类型的机器之间作出区分。在一种类型的光刻投影设备中，通过一口气在靶部上曝光整个掩模图形来辐射每个靶部；这种装置通常称为晶片分档器(wafer stepper)。在另一种设备—通常称为步进—和—扫描设备中，通过在给定的参考方向上在投影光束下逐渐扫描掩模图形而平行或者反向平行于该方向地同步扫描基底平台来辐射每个靶部；通常，由于投影系统将具有放大倍数M(通常＜1)，因此扫描基底平台的速度V将是扫描掩模平台速度的倍数M倍。可以找到关于这里所描述的光刻装置的更多信息，例如可以参见US6,046,792，这里引入作为参考。
在利用光刻投影设备的制造工艺中，在至少部分覆盖了对光照敏感的材料(保护层)层的基底上成像图形(例如在掩模中)。在该成像步骤之前，基底可以经历各种工序，例如打底、保护层涂覆和软烘焙。曝光之后，还可以对基底进行其它的工序，例如曝光后烘焙(PEB)、显影、硬烘焙和图像特性的测量/检测。以该工序排列为基础构图器件例如IC的各个层。然后可以对这种构图后的层进行各种处理，例如蚀刻、离子注入(掺杂)、金属化、氧化、机械-化学抛光等，都用来完成了各个层。如果需要几个层，那么每个新层必须重复整个工序或其变化。最后，可以在基底(晶片)上得到器件的阵列。然后通过如划片或者锯等技术彼此分离这些器件，从而可以在与管脚等连接的载体上安装各个器件。关于这种工艺的更进一步的信息例如可以从书“MicrochipFabrication：A Practical Guide to Semiconductor Processing”，Third Edition，by Petervan Zant，McGraw Hill Publishing Co,1997，ISBN0-07-067250-4中得到，这里引入作为参考。
为了简化，下文可以将投影系统称为“透镜”；然而，该术语应广义理解为包括各种类型的投影系统，例如包括折射光学、反射光学和兼反射光和折射光系统。辐射系统还可以包括根据用于引导、成型或者控制辐射的投影光束的任何设计类型工作的部件，这些部件还可以共同地或者单独地称为下面的“透镜”。此外，光刻设备可以是具有两个或者更多个基底平台(和/或两个或者更多个掩模平台)的类型。在这种“多级(multiple stage)”器件中，可以并行地使用附加的平台，或者可以在一个或者多个平台上进行预备步骤，同时使用一个或者多个其它平台用于曝光。例如在US5,969,441和WO98/40791中描述了双级光刻设备，这里引入作为参考。
用于远紫外辐射(EUV)光谱区的光学元件例如多层薄膜反射器尤其对物理和化学损害敏感，这些损害会显著降低它们的反射率和光质量。例如，在存在10-6毫巴水的情况下在EUV辐射过程中会快速氧化具有Mo/Si多层结构的未受保护的光学元件，在未烘焙的真空中就会这样，就像对于EUV扫描仪来说预期会出现的。
由于典型的EUV光刻系统可以具有最高达11个镜面；光照系统中4个、成像系统中6个，加上反射刻度片(reflecting reticle)，因此这种多层光学元件对于EUV波长的反射率与更长波长的反射器相比已经很低，这是一个特别问题。还存在大量的切线入射镜面。因此显然即使由于氧化导致的单个镜面反射率“小量”降低，也会引起光学系统中透过的光显著减少。
在EP1,065,568中已经提到多层薄膜反射器的外层的氧化问题。该问题通过使用抗氧化的相对惰性的材料作为多层结构外表面上的覆盖层来解决。在某些实施例中，在覆盖层之前先用其它层覆盖Si/Mo多层结构，以便减少由于必须的多层淀积而导致的不完全覆盖的可能性。已经发现该多层覆盖层具有良好的短期抗氧化性。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学元件，它具有可接受的反射率，同时表现出改进的长期抗氧化生。
根据本发明，在如开始段落中描述的光刻设备中实现了上述和其它目的，优选(i)其特征在于所述夹层具有6.0-9.0nm的厚度，优选(ii)其特征在于所述C外夹层具有3.4nm以上的厚度，或者所述Ru覆盖层具有2.0nm以上的厚度。
这种厚夹层的优点在于相对于先前使用的厚度在1和2nm之间的较薄夹层，其抗化学侵蚀尤其是光学元件的抗氧化性提高了。令人惊奇的是，显著降低反射率不会导致这种抗氧化性的提高，这是不利的。本发明的夹层厚度保持在先前不知其存在的反射率的第二峰的区域内。夹层自身的存在确保了覆盖层材料与多层结构的外层(其外层通常是Si)不相混合。
根据本发明的再一个方案，提供一种器件制造方法，包括步骤：
-提供至少部分被光敏材料层覆盖的基底；
-利用辐射系统提供辐射投影光束；
-利用构图装置使投影光束在其截面中具有图形；
-利用至少一个光学元件，将带有图案的辐射光束投影到对辐射敏感的材料层的靶部，所述投影光束入射到所述光学元件上，所述至少一个光学元件具有Si/Mo多层结构、外覆盖层和由位于所述多层结构和所述外覆盖层之间的C或者Mo构成的夹层，其特征在于所述夹层具有6.0-9.0nm的厚度，或者其中所述夹层包括紧邻所述多层结构的Mo内夹层和紧邻所述覆盖层的C外夹层，其特征在于，所述C外层具有3.4nm以上的厚度，或者所述Ru覆盖层具有2.0nm以上的厚度。
尽管在该文中具体描述了在IC制造中使用根据本发明的设备，但应理解这种设备还有许多其它的应用。例如，在集成的光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图形、液晶显示面板、薄膜磁头等都可以使用该设备。本领域技术人员应理解，在描述这些可选择应用的上下文中，使用的术语“刻度片”、“晶片”或者“电路小片”都应认为可以分别用更常用的术语“掩模”、“基底”和“靶部”代替。
在目前的文献中，术语“辐射”和“光束”用于包括所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如用365、248、193、157或者126nm的波长)和EUV(远紫外辐射，例如具有5-20nm的波长，尤其13.5nm)以及如离子束或电子束的粒子束。
附图说明
现在将参考附加示意图仅通过例子描述本发明的实施例，其中：
图1示出了根据本发明实施例的光刻投影设备；
图2是根据本发明第一实施例的光学元件的反射率的等高线图，反射率的函数依赖于Mo夹层厚度和Ru覆盖层厚度。
图3是根据本发明第二实施例的光学元件的反射率的等高线图，反射率的函数依赖于C外夹层厚度和Ru覆盖层厚度。
图4是根据本发明第四实施例的光学元件的反射率的等高线图，反射率的函数依赖于C外夹层厚度和Ru覆盖层厚度。
在图中，对应的参考标 对应的部分。
具体实施方式
实施例1
图1示意性地示出了根据本发明具体实施例的光刻投影设备。该装置包括：
辐射系统Ex、IL，用于提供辐射的投影光束PB(例如EUV辐射)，在该特定情况下，它还包括辐射源LA；
第一目标平台(掩模平台)MT，该第一目标平台配置有用于保持掩模MA(例如刻度片)的掩模保持器，并且与用于相对于元件PL精确定位掩模的第一定位装置连接；
第二目标平台(基底平台)WT，该第二目标平台配置有用于保持基底W(例如涂覆了保护层的硅晶片)的基底保持器，并且与用于相对于元件PL精确定位基底的第二定位装置连接。
投影系统(“透镜”)PL(例如镜面组)，用于将掩模MA的辐射部分成像到基底W的靶部C(例如包括一个或者多个管芯)上。如这里所描述的，该设备是反射型的(例如具有反射掩模)。然而，通常，例如它也可以是透射型的(例如具有透射掩模)。该设备还可以采用其它类型的构图装置，例如上面所提到的可编程镜面阵列类型。
辐射源LA(例如产生激光或者放电等离子源)产生辐射光束。将该光束馈送到辐射系统(辐射装置)IL中，例如，或者直接馈送或者在经过调节装置例如光束扩展器Ex之后馈送。辐射装置IL可以包括调节装置AM，用于设置光束中强度分布的外和/或内径向范围(通常分别称为σ-外部和σ-内部)。此外，辐射装置IL通常还包括各种部件，例如积分器IN和聚光器CO。以这种方式，照到掩模MA上的光束PB在其截面内具有理想的均匀度和强度分布。
应注意在图1中，辐射源LA可以在光刻投影设备的外壳内(如当辐射源LA是水银灯时的惯常情况那样)，但也可以远离光刻投影设备，产生的辐射光束被引入该设备(例如借助于适当的导向镜)；该后一种情况经常出现在当辐射源LA是准分子激光时。本发明和权利要求包括这两种情况。
接着光束PB与保持在掩模平台MT上的掩模MA相交。由掩模MA选择性地反射之后，光束PB经过透镜PL，该透镜PL将光束PB聚焦到基底W的靶部C上。借助于第二定位装置(和干涉测量装置IF)，可以精确地移动基底平台MT，例如以便在光束PB的光路中定位不同的靶部C。同样，例如在掩模MA从掩模库机械取回之后或者在扫描过程中，第一定位装置用来相对于光束PB的光路精确定位掩模MA。通常，目标平台MT、WT的移动将借助于图1未示出的长行程组件(粗略定位)和短行程组件(精确定位)实现。然而，在晶片步进投影曝光机的情况下(与步进-和-扫描设备相反)，掩模平台MT可以仅与短行程传动装置连接，或者可以固定。
可以按两种不同的模式使用所示的设备：
1.在步进模式，掩模平台MT基本保持静止，整个掩模图像一口气投影(例如单“闪”)到靶部C上。然后在x和/或y方向上移动基底平台WT，使得光束PB可以辐射不同的靶部C；
2.在扫描模式中，除了不在单“闪”中曝光给定的靶部C之外，应用基本上相同的场景。取而代之，在给定的方向(所谓的“扫描方向”，例如y方向)以速度v移动掩模平台MT，使得投影光束PB在掩模图像上扫描；同时，基底WT同时在相同或者相反的方向上以速度V＝Mv移动，其中M是透镜PL的放大倍率(一般M＝1/4或者1/5)。以这种方式，可以曝光相当大的靶部C，而不必兼顾分辨率。
下面描述的本发明的例子是从利用薄膜设计程序进行的计算中得到的，所述薄膜设计程序基于标准的光学原理。各种材料的光学常数即复合折射率N＝n-ik来源于Henke等人的原子散射因数，并且从Berkeley的CXRO网页服务器得到(B.L.Henke，E.M.Gullikon，and J.C.Davis，Atomic Data and Nuclear DataTables，54(2)，181-342(1993)；http：//www.cxro.lbl.gov/optical_constants/)。在13.5nm进行计算，所用材料的n和k值根据依赖于13.5nm波长的函数下载。
利用13.5nm的投影光束波长、但不考虑表面粗糙度或者界面漫射的情况下进行各种光学元件理论反射率的模拟计算。本发明适于各种波长，尤其是6nm-42nm的EUV范围内的波长。
图2显示了模拟计算法线入射的光学元件的理论反射率的结果，该光学元件具有多层结构，包括在Si基底上生长的40个循环的Si/Mo层。实际上使用Zerodur(TM)或者其它低热膨胀系数材料例如ULE(TM)作为基底，并且使用40至50个循环的Si/Mo。尽管可以使用其它的厚度，但在给出的例子中，Si层厚3.36nm，Mo层厚3.66nm。放置在光学元件外侧上的、即相对于基底放置在多层结构的另一侧上的是由Ru构成的覆盖层。Ru覆盖层的作用是防止多层结构经过长时间后氧化。为了避免Ru和多层结构的Si外层互混，在多层结构和覆盖层之间设置Mo夹层。
我们希望保持光学元件的高反射率，因此先前仅使用了薄夹层。据推断在1.0-2.5nm厚度范围内观察到的反射率随着Mo夹层厚度的增加而减小的趋势在较大的厚度仍然存在。然而，参考图2，可以看出反射率的第二峰出现在6.0-9.0nm之间的Mo夹层厚度处。
尽管在这种厚度的夹层的反射率比较薄夹层的反射率低，但由于通过提供这种厚度的Mo夹层提高了抗氧化生，因此可以容忍这种反射率的减小。
正如从图2可以看出的，反射率峰值出现在由Ru构成的覆盖层的厚度在1.0nm到3.0nm之间的厚度范围内，尤其在1.6到3.0nm之间以及2.0nm和3.0nm之间(尤其对于较低厚度的夹层来说)的厚度范围内。在Mo夹层厚度在6.8nm和8.5nm之间的厚度范围内反射率较佳，利用厚度在7.2nm和8.0nm之间的层得到了更佳的反射率。
实施例2
图3示出了模拟计算根据第二实施例的法线入射光学元件的理论反射率的结果。该第二实施例的光学元件具有与第一实施例相同的结构，除了夹层由C构成以代替Mo。
与第一实施例一样，从图3明显看出，反射率的第二峰出现在当夹层厚度在6.0nm和9.0nm之间时。在6.5nm和8.2nm之间、尤其在7.0nm和7.8nm之间看到最高反射率。对于Ru覆盖层来说，最佳反射率出现在1.6nm和3.0nm之间。对于更大厚度的夹层来说，希望更小厚度的覆盖层，例如小到1.0nm。对于由C构成的较小厚度的夹层来说，希望具有高达大约3.0nm的越大的Ru覆盖层厚度。优选Ru覆盖层具有1.6nm和3.0nm之间的厚度，更优选厚度至少为2.0nm。
实施例3
图4显示了模拟计算根据本发明第三实施例的法线入射光学元件的理论反射率的结果。本发明第三实施例的光学元件的结构与本发明第一实施例相同，除了夹层由紧邻多层结构定位的Mo内层和紧邻Ru覆盖层定位的C外层构成之外。图4中的模拟结果对应于3.36nm的Mo内夹层厚度。
图4中的结果以与图2和3显示的反射率第二峰的结果相同的方式显示了反射率的第二峰。对于由Ru构成的、具有大约2.0nm以上、更优选2.2nm以上和最优选大约2.4nm以上的厚度的覆盖层来说，第三实施例中反射率的第二峰出现在C外夹层厚度在3.0nm至4.0nm之间处。对于由Ru构成的、具有1.6nm和3.0nm之间的厚度的覆盖层来说，在至少3.4nm、优选大约3.5nm以上和更优选大约3.7nm以上的C外中间层下获得了较佳反射率。
从例子中可以看出，当夹层厚度即位于Si/Mo多层结构中最外的Si层和外覆盖层之间的那些层的厚度大约是入射光波长的一半，也就是说是入射光波长的0.3倍和0.7倍直径或者0.4倍和0.6倍之间、优选0.45倍和0.55倍之间时，出现反射率的第二峰。
尽管仅以Mo-C、C和Mo夹层为例，但本发明并不限于这些。该夹层可以由如Mo-C、C、Mo、B4C、Mo2C、Mo(Cr)、B4C-C-B4C等材料构成。
外覆盖层或许由如Ru、Rh、B、SiO2、Pd、Si3N4、SiC、BN、B4C、BeO、B4C等构成。
本发明的其它优点是覆盖层的厚度不苛求，因此当涂覆覆盖层时不需要严格控制。
尽管上面已经描述了本发明的具体实施例，但应理解本发明除上述之外，可以以其它方式实施。上面的描述不是为了限制本发明。
Claims (13)
1.一种光刻投影设备，包括：
-辐射系统，用于提供辐射的投影光束；
-用于支撑构图装置的支撑结构，该构图装置用于根据所需图形对投影光束进行构图；
-用于保持基底的基底平台；
-投影系统，用于将构图了的光束投射到基底的靶部上；和
-至少一个光学元件，所述投影光束入射到该光学元件上，所述至少一个光学元件具有一Si/Mo多层结构、一外覆盖层和一层位于所述多层结构和所述外覆盖层之间、由C或者Mo构成的夹层，其特征在于所述夹层具有6.0nm和9.0nm之间的厚度。
2.根据权利要求1的光刻投影设备，其中所述夹层厚度在6.5nm和8.5nm之间，更优选在7.0nm和8.0nm之间。
3.根据权利要求1的光刻投影设备，其中所述夹层由厚度在6.8nm和8.5nm之间、更优选在7.2nm和8.0nm之间的Mo构成。
4.根据权利要求1的光刻投影设备，其中所述夹层由厚度在6.5nm和8.2nm之间、更优选在7.0nm和7.8nm之间的C构成。
5.根据前述任一个权利要求的光刻投影设备，其中所述覆盖层由厚度在1.0nm和3.0nm之间、优选在1.6nm和3.0nm之间、更优选至少2.0nm或2.2nm的Ru构成。
6.一种光刻投影设备，包括：
-辐射系统，用于提供辐射的投影光束；
-用于支撑构图装置的支撑结构，该构图装置用于根据所需图形对投影光束进行构图；
-用于保持基底的基底平台；
-投影系统，用于将构图了的光束投射到基底的靶部上；和
-至少一个光学元件，所述投影光束入射到该光学元件上，所述至少一个光学元件具有一Si/Mo多层结构、一外覆盖层和一层位于所述多层结构和所述外覆盖层之间的夹层，其中所述夹层包括一层紧邻所述多层结构的Mo内夹层和一层紧邻所述覆盖层的C外夹层，
其特征在于，所述C外夹层具有大于3.4nm的厚度或所述Ru覆盖层具有大于2.0nm的厚度。
7.根据权利要求6的光刻投影设备，其中所述Mo和C层的厚度总和在6.0nm和9.0nm之间。
8.根据权利要求6或7的光刻投影设备，其中所述C层具有3.5nm以上的厚度，优选在3.7nm以上。
9.根据权利要求6或7的光刻投影设备，其中所述C层具有3.8nm以下的厚度，优选在3.4nm以下。
10.根据权利要求6至9任一权利要求的光刻投影设备，其中所述覆盖层具有2.1nm以上的厚度，优选在2.2nm以上。
11.根据权利要求6至10任一权利要求的光刻投影设备，其中所述Mo层具有3.0nm和4.0nm之间、优选在3.75nm以下的厚度。
12.一种器件制造方法，包括步骤：
-提供一个至少部分被一层辐射敏感的材料层覆盖的基底；
-利用辐射系统提供辐射投影光束；
-利用构图装置使投影光束在其截面中具有图形；
-利用至少一个光学元件，将构图了的辐射光束投射到对辐射敏感的材料层的靶部上，所述投影光束入射到所述光学元件上，所述至少一个光学元件具有Si/Mo多层结构、外覆盖层和由位于所述多层结构和所述外覆盖层之间的由C或者Mo构成的夹层，其特征在于所述夹层具有6.0和9.0nm之间的厚度。
13.一种器件制造方法，包括步骤：
-提供一个至少部分被一层辐射敏感的材料层覆盖的基底；
-利用辐射系统提供辐射投影光束；
-利用构图装置使投影光束在其截面中具有图形；
-利用至少一个光学元件，将构图了的辐射光束投射到对辐射敏感的材料层的靶部上，所述投影光束入射到所述光学元件上，所述至少一个光学元件具有一Si/Mo多层结构、一外覆盖层和一层位于所述多层结构和所述外覆盖层之间的夹层，
其中所述夹层包括一层紧邻所述多层结构的Mo内夹层和一层紧邻所述覆盖层的C外夹层，其特征在于，所述C外夹层具有3.4nm以上的厚度，或者所述Ru覆盖层具有2.0nm以上的厚度。
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