TWI414883B

TWI414883B - 防護薄膜組件及防護薄膜組件之製造方法

Info

Publication number: TWI414883B
Application number: TW97139865A
Authority: TW
Inventors: Yoshihiro Kubota; Shoji Akiyama; Toshihiko Shindoo
Original assignee: Shinetsu Chemical Co
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2013-11-11
Also published as: JP2009116284A; JP4861963B2; TW200919082A; DE602008003641D1; CN101414118A

Description

防護薄膜組件及防護薄膜組件之製造方法

本發明係關於一種微影用防護薄膜組件，更詳言之，係關於一種可適用於極紫外線(EUV：Extreme Ultra Violet)微影製程中的防護薄膜組件以及其製造方法。

隨著半導體裝置高度積體化，微影所形成的圖案也跟著微細化，現在圖案寬度達到45nm左右的裝置也進入實用階段。像這樣的細線圖案，利用氟化氬(ArF)浸液曝光法或雙曝光法進行微影便能實現，該等方法為習知準分子曝光技術的改良技術。

然而，以該等準分子曝光技術為基礎的微影，難以應付要求更微細化的圖案，如寬度32nm以下的圖案，因此新的曝光技術，亦即使用極紫外線(EUV：Extreme Ultra Violet)的微影，開始受到重視。

為了實際運用以13.5nm為主要波長的EUV光的曝光技術，光源自不待言，連開發新的光阻或防護薄膜組件等也是不可或缺的，其中，光源或光阻的開發已經有相當的進展，相反的，就防護薄膜組件而言，想要實現EUV用防護薄膜組件卻仍然有許多的技術問題尚未解決。

設置在EUV用防護薄膜組件上的防護薄膜，除了具有防止異物附著於光罩上的防塵功能之外，更要求對EUV光具備高透光性與化學安定性，惟對於開發該等具備優異高透光性與化學安定性的實用防護薄膜材料而言，目前現狀尚無法解決這個技術問題。

對以13.5nm為主要波長的波長帶的光源呈現透明的材料現在仍是未知數，惟矽對該波長帶的光源透光率比較高，所以對於作為EUV用的防護薄膜材料而言矽這種材料受到重視[例如，Shroff et al.“EUV pellicle Development for Mask Defect Control,” Emerging Lithographic Technologies X,Proc of SPIE Vol.6151 615104-1(2006)：(非專利文獻1)，美國專利第6,623,893號說明書：(專利文獻1)]。

然而，在非專利文獻1中用來當作防護薄膜材料的矽是利用濺鍍等方法堆積製成防護薄膜，故必然是非晶質的，其對EUV範圍的光吸收係數會變高，透光率當然也就會降低。

又，專利文獻1所揭示的防護薄膜材料也是矽，惟該矽薄膜係以CVD等方法堆積為前提，此時矽薄膜形成非晶質或是多結晶薄膜，故對EUV範圍的光吸收係數很高。

再者，如專利文獻1或非專利文獻1所揭示的防護薄膜那樣，強大的應力容易導入用濺鍍法或CVD法成膜的矽結晶中，該應力容易導致光學薄膜特性劣化或不平均。

[專利文獻1]美國專利第6,623,893號說明書

[非專利文獻1]Shroff et al. “EUV pellicle Development for Mask Defect Control,” Emerging Lithographic Technologies X, Proc of SPIE Vol.6151 615104-1 (2006).

[非專利文獻2]Edward D. Palik, ed., “Handbook of Optical Constants of Solids,” Academic Press, Orlando (1985).

[非專利文獻3]山田公編著「集簇型離子束基礎與應用」第四章(日刊工業社)

有鑑於該等問題，本發明之目的在於提供一種防護薄膜組件，其具備實用的EUV用防護薄膜，該薄膜具有優異的高透光性與化學安定性。

為解決該等問題，本發明之防護薄膜組件使用對13.5nm波長的光的吸收係數在0.005/nm以下的矽結晶膜作為防護薄膜。

該矽結晶膜宜為單結晶矽膜，該單結晶矽膜是將SOI基板薄膜化所製得的。又，單結晶矽膜的結晶表面方位宜為(100)面。

本發明之防護薄膜組件，亦可在該矽結晶膜的至少其中一主要表面上設置保護膜。此時，保護膜對13.5nm波長的光的吸收係數宜在0.05/nm以下。

該保護膜係由例如SiC、SiO₂ 、Si₃ N₄ 、SiON、三氧化二釔(Y₂ O₃ )、氮化釔(YN)、鉬(Mo)、釕(Ru)、以及銠(Rh)所組成的族群之中的至少1種材料所構成的。

該等防護薄膜組件的製造方法包含：在一主要表面上形成有矽結晶膜的基板上設置防護薄膜保持部的步驟；以及從該基板的另一主要表面側除去支持基板並將該矽結晶膜當作防護薄膜的步驟，且該矽結晶膜對13.5nm波長的光的吸收係數在0.005/nm以下。

在該製造方法中，宜使用SOI(Silicon On Insulator，絕緣層上矽晶)基板、SOQ(Silicon On Quartz，石英上矽晶)基板或SOG(Silicon On Glass，玻璃上矽晶)基板作為該基板。

在該製造方法中，更可包含在該矽結晶膜的至少一方表面上形成保護膜的步驟。

此時，可使用由例如SiC、SiO₂ 、Si₃ N₄ 、SiON、Y₂ O₃ 、YN、Mo、Ru、以及Rh所組成的族群之中的至少1種材料所構成的薄膜，來形成該保護膜。

保護膜的形成方法，宜使用氣體集簇離子束沉積法。

由於本發明係使用對13.5nm波長的光的吸收係數在0.005/nm以下的矽結晶膜作為防護薄膜，故能提供一種防護薄膜組件，其具備實用的EUV用防護薄膜，該薄膜具有優異的高透光性與化學安定性。

以下，參照圖面就本發明之防護薄膜組件的構造說明之。

圖1(A)以及(B)係概略剖面圖，用來例示說明本發明之防護薄膜組件的構造，該防護薄膜組件10具備以矽結晶膜所製成的防護薄膜11，其對13.5nm波長的光源的吸收係數在0.005/nm以下，該防護薄膜11粘著於防護薄膜框架12的端面上。

由於用來製作防護薄膜11的矽結晶薄膜為間接躍遷型的半導體薄膜，故其光吸收係數相對比較低，雖然只要具有上述的吸收係數，使用非晶質矽膜或多結晶矽膜也無所謂，但仍以使用單結晶矽膜為較佳的選擇。其理由在於，因為成膜方法等因素的關係，使得非晶質矽膜或多結晶矽膜對EUV光的吸收係數容易變高，導致為了製得EUV用防護薄膜所需要的透光率而必須將薄膜製作得非常薄。

非晶質矽，因為對可見光的吸收係數比單結晶矽更大1個位數左右，故雖然廣泛利用作為薄膜太陽電池用的材料，然而對EUV範圍的光吸收係數也相對比較高。

圖2係一比較表，其顯示單結晶矽與非晶質矽二者對13.5nm附近波長的光源的吸收係數[非專利文獻2：Edward D.Palik,ed.,“Handbook of Optical Constants of Solids,”Academic Press,Orlando(1985)]。雖然推測非晶質矽的光學特性是可以利用成膜方法來改變的，然而如該圖所例示的，在EUV範圍中單結晶矽仍具有比非晶質矽更低的吸收係數，故更宜用來製作EUV用防護薄膜。

若想要用來當作防護薄膜，矽結晶膜的吸收係數應滿足以下條件：即使厚達150nm左右的防護薄膜其對EUV光的透光率仍在50%以上。因此，設防護薄膜的吸收係數為α(nm^-1 )，膜厚為x(nm)，透過防護薄膜的光的強度為I，入射光的強度為I₀ ，便可得到以下算式。

[算式1] I=I₀ e^-αx (1)

因此，為了讓EUV光的透光率在50%以上所必要的防護薄膜厚度x大概為0.693/α，若吸收係數α在0.005/nm以下的話，即使是140nm厚度的防護薄膜也能確保具有50%的EUV透光率。

該等防護薄膜，可利用例如後述的方法從SOI膜製得，而SOI膜則是將SOI基板(「SOI基板」廣義包含SOQ基板或SOG基板在內)薄膜化所製得的。此時，單結晶矽膜的結晶表面方位為(100)面，具有加工性良好的優點。

本發明的防護薄膜組件10，可在用來當作防護薄膜11的矽結晶膜其中至少一主要表面上設置保護膜(13a、13b)以披覆矽結晶面[圖1(B)]。該等保護膜，具有防止高輸出強度的光源導致矽結晶膜表面氧化等的功能，例如：SiC、SiO₂ 、Si₃ N₄ 、SiON、Y₂ O₃ 、YN等陶瓷膜，或Mo、Ru、Rh等金屬膜，亦可使用組合這些材料所製得的薄膜，或是使用複數層薄膜堆疊這種態樣的薄膜。

保護膜的形成方法並無特別限制，可使用公開習知的化學氣相沉積(英文：Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD)法、濺鍍法、電子束蒸鍍法等進行成膜，若使用氣體集簇離子束(GCIB)蒸鍍法的話便可形成接近理論密度的高密度緻密保護膜，其雖然很薄但卻具有很高的耐氧化特性(非專利文獻3：山田公編著「集簇型離子束基礎與應用」第四章日刊工業社)。因此，保護膜形成法選用GCIB蒸鍍法會比較適當，其不會讓防護薄膜的透光率降低那麼多。

由於保護膜作得比較薄是很容易的，因此該吸收係數不必像防護薄膜那麼低，惟對13.5nm波長的光其吸收係數仍宜在0.05/nm以下為佳。設置保護膜時，可適當設定二者的厚度等，使該保護膜與防護薄膜的EUV透光率在50%以上。

矽結晶亦可用來當作防護薄膜框架12的材質。矽結晶(特別是單結晶)純度高且具有足夠的機械強度，再者，用來當作防護薄膜框架時也具有不易發塵的優點。

又，若透光膜(防護薄膜以及保護膜)產生髒污皸裂時則必須替換該透光膜。故透光膜宜用簡單方便的方式安裝設置。因此，防護薄膜框架與防護薄膜的黏貼，不宜使用一般粘著劑或銲錫等的固定方法，而宜使用可移除/安裝的粘著劑、磁石、靜電夾頭、吸盤，或是掛鉤等的機械式固定方法為佳。該等機械式固定構件，最好不易因為EUV光的照射而劣化，或是設置在不會受到EUV光照射的地方為佳。

在光罩上黏貼防護薄膜組件的作業，通常是在常壓下進行的，然而EUV曝光是在真空下進行的。因此，宜在防護薄膜框架上設置壓力調整機構為佳。該等壓力調整機構必須具備氣體流動進出時不會吸入異物的構造。因此，宜在壓力調整機構上設置能夠攔阻極微細異物的超高效率過濾器(ultra low penetration air filter)為佳。該等過濾器重點在於具備適當的面積，以免因為透光膜不平壓力差而大幅伸縮或是破損。

【實施例1】

圖3係製程說明圖，用來說明本發明之防護薄膜組件的製造方法。圖3(A)所示的SOI(Silicon On Insulator)基板的支持基板1是一塊在矽基板1a表面上設置氧化膜1b的基板，SOQ(Silicon On Quartz)基板以及SOG(Silicon On Glass)基板的支持基板1則分別是石英基板以及玻璃基板。在該等支持基板1的主要表面上設置單結晶的矽結晶膜2，該矽結晶膜2成為防護薄膜。

作為SOI基板的支持基板的矽基板1a係例如用丘克拉斯基法(czochralski method；CZ法)所製成的一般市售的單結晶矽基板，在該單結晶矽基板1a的表面上，利用熱氧化等方法預先形成厚度100nm左右的氧化膜1b，並在其上形成單結晶的矽結晶膜2作為SOI層。

設置在該等支持基板上的矽結晶膜2均為晶體原生顆粒(crystal originated particles；COP)等結晶缺陷很少的矽單結晶(nearly perfect crystal：NPC)薄膜，其EUV光的吸收係數大約為0.0015nm^-1 ，薄膜厚度為70nm左右。

該等SOI基板、SOQ基板、以及SOG基板，係短邊122mm且長邊149mm的矩形基板，在該矩形基板表面側的矽結晶膜2上黏貼由矽結晶所構成的防護薄膜框架12[圖3(B)]。然後，從支持基板1的底面側實施研磨與蝕刻[圖3(C)]，製得被保持在防護薄膜框架12上的矽結晶膜2[圖3(D)]。又，該防護薄膜框架12高度為7mm，厚度為2mm，側面設置了用來安裝超高效率過濾器的複數開口部，在底面的最外周設置了寬度1mm、深2mm的溝槽。

就SOI基板而言，首先，將作為支持基板的矽基板1a製薄到100μm左右，之後，將殘留的矽部分用氫氧化鉀蝕刻劑蝕刻去除，將氧化膜1b露出來，然後用氟化氫將氧化膜1b除去，直到只剩矽結晶膜2。

就SOQ基板以及SOG基板而言，先從底面研磨支持基板1直到厚度剩100μm左右，之後，剩下的SiO₂ 部分用氟化氫除去，直到只剩矽結晶膜2。

最後，在跟矽結晶膜2一體化的防護薄膜框架12上安裝超高效率過濾器，接著，在設置於該防護薄膜框架12的底面最外周部的溝槽內，注入遮蔽曝光用的矽氧粘著劑，完成防護薄膜組件10。

若像本發明這樣，用SOI基板、SOQ基板，或是SOG基板形成矽結晶膜的防護薄膜的話，在除去支持基板使矽結晶膜單獨作為防護薄膜的過程中就不會受到過度的應力，而且是在室溫程度的溫度下形成防護薄膜，亦不致造成應變。

又，亦可在像圖3(D)那樣製得的防護薄膜框架12所支持的矽結晶膜11的表面與底面上，形成如圖1所示的保護膜；或者在支持基板薄膜化之前預先在矽結晶膜2上形成保護膜也是可以。

【實施例2】

根據圖3所示步驟製得被防護薄膜框架12所支持的矽結晶膜11。又，本實施例的矽結晶膜11的厚度為20nm。然後，分別在該矽結晶膜11的表面與底面上，利用氣體集簇離子束沉積法將數nm厚度的SiC薄膜蒸鍍到矽結晶膜上，披覆矽結晶膜。

實施例1以及實施例2所得到的防護薄膜組件其EUV光的透光率均在50%以上，EUV曝光時的單位時間處理量也能達到實用程度，而且裝置也沒有因為異物而造成良品率降低的情況發生。

若依本發明，便能提供一種防護薄膜組件，其具備實用的EUV用防護薄膜，該薄膜具有優異的高透光性與化學安定性。

1‧‧‧支持基板

1a‧‧‧矽基板

1b‧‧‧氧化膜

2‧‧‧矽結晶膜

10‧‧‧防護薄膜組件

11‧‧‧防護薄膜

12‧‧‧防護薄膜框架

13a、13b‧‧‧保護膜

圖1(A)、(B)係剖面概略圖，用來說明本發明之防護薄膜組件的構造例。

圖2係比較圖表，用來比較單結晶矽與非晶質矽對13.5nm左右波長的光的吸收係數。

圖3(A)、(B)、(C)、(D)係用來說明本發明之防護薄膜組件製造方法的製程圖。

10‧‧‧防護薄膜組件

11‧‧‧防護薄膜

12‧‧‧防護薄膜框架

13a、13b‧‧‧保護膜

Claims

一種防護薄膜組件，其係含有下列兩者所構成：單結晶矽製防護薄膜，對13.5nm波長的光的吸收係數在0.005/nm以下，係將SOI基板薄膜化所製得者；及防護薄膜框架，該單結晶矽製防護薄膜粘著於其一端面。
如申請專利範圍第1項之防護薄膜組件，其中，該單結晶矽製防護薄膜的結晶表面方位為(100)面。
如申請專利範圍第1項之防護薄膜組件，其中，在該單結晶矽製防護薄膜的至少一主要表面上設置保護膜。
如申請專利範圍第3項之防護薄膜組件，其中，該保護膜對13.5nm波長的光的吸收係數在0.05/nm以下。
如申請專利範圍第3項之防護薄膜組件，其中，該保護膜係以由SiC、SiO₂ 、Si₃ N₄ 、SiON、Y₂ O₃ 、YN、Mo、Ru以及Rh所組成的族群之中的至少1種材料所構成的。
一種防護薄膜組件的製造方法，其特徵為包含：防護薄膜保持部設置步驟，其在一主要表面上形成有矽結晶膜的基板上設置防護薄膜保持部；以及防護薄膜形成步驟，其從該基板的另一主要表面側除去支持基板，而將該矽結晶膜製成防護薄膜；且該矽結晶膜對13.5nm波長的光的吸收係數在0.005/nm以下。
如申請專利範圍第6項之防護薄膜組件的製造方法，其中，使用SOI基板、SOQ基板或SOG基板作為該基板。
如申請專利範圍第7項之防護薄膜組件的製造方法，其中，更包含一保護膜形成步驟，其在該矽結晶膜的至少一表面上形成保護膜。
如申請專利範圍第8項之防護薄膜組件的製造方法，其中，通過形成一薄膜來形成該保護膜，該薄膜係以由SiC、SiO₂ 、Si₃ N₄ 、SiON、Y₂ O₃ 、YN、Mo、Ru以及Rh所組成的族群中的至少1種材料所構成的。
如申請專利範圍第9項之防護薄膜組件的製造方法，其中，該保護膜的成膜方法為氣體集簇離子束沉積法。