TWI427334B - Ｅｕｖ蝕刻裝置反射光學元件 - Google Patents

Description

EUV蝕刻裝置反射光學元件

本發明係有關一種用於極端紫外線(EUV)及軟x射線波長範圍操作波長，特別用於EUV蝕刻裝置的反射光學元件，其具有多層系統，由操作波長下具有折射率之不同實部分的至少兩交替物質製成。

再者，本發明係有關一種特別用於EUV蝕刻裝置的投影系統及照明系統，具有至少一反射光學元件，及一種具有至少一反射光學元件的EUV蝕刻裝置。

如光罩或多層鏡的EUV及軟x射線波長範圍(如約1奈米及20奈米之間波長)的反射光學元件，係特別用於半導體組件蝕刻。因為EUV蝕刻裝置通常具有多反射光學元件，其必須具有最可能反射率來確保充分高總反射率。因為多反射光學元件通常排序位於EUV蝕刻裝置中，所以即使各反射光學元件處的小反射損失亦對總反射率有較大影響。EUV及軟x射線波長範圍反射光學元件通常具有多層系統。這些為波長下具有折射率之較高實部分的物質(亦稱為隔襯)，及波長下具有折射率之較低實部分的物質(亦稱為吸收物)的交替塗敷層，形成一堆疊的吸收物－隔襯。係以特定方式模擬水晶，其晶格平面對應產生Bragg反射之吸收物層。各層及重複堆疊厚度可視達成的反射輪廓而為固定或亦隨整個多層系統而不同。

確保EUV蝕刻裝置中之最可能總反射率的一方法，係為反射光學元件提供一保護層，其可包含一或更多層來保護該反射光學元件不受污染。該反射光學元件的服務壽命因此被延長，而降低隨時間的反射率損失。

另一方法包含以另外或多或少吸收劑物質補充由吸收物及隔襯製成的基本結構，以增加特定操作波長下的最可能反射率。針對此，許多堆疊中，吸收物及/或隔襯物質可彼此交換，或可以吸收物及/或隔襯物質建構一個以上該堆疊。吸收物及隔襯物質厚度係為固定或亦隨所有堆疊而不同以最佳化該反射率。實務上，具有複雜物質序列之反射光學元件不能達成較高反射率預期程度。

本發明目的係提供一反射光學元件，可於其操作波長下提供最可能反射率。

此目的可藉由軟x射線及EUV波長範圍之操作波長，特別用於EUV蝕刻裝置的反射光學元件來達成，其具有一多層系統，由操作波長下具有折射率之不同實部分的至少兩交替系統製成，特定另外物質的兩附加層各鄰接該兩交替物質至少其中之一，特別該兩交替物質之間至少一過渡區上。

本目的特別藉由對應反射元件達成，其中另外物質第一附加層放置於兩交替物質之間至少一過渡區上，與無附加層之反射率相較下，可增加操作波長最大反射率，放置可當作鄰接層之間屏蔽之另外物質第二附加層。

具有該第一及第二附加層之此多層系統基本結構，係以可增加與該多層系統基本物質，特別是隔襯物質化學反應之反射率之許多物質的發現為基礎，使非預期物質附加層形成，一方面因其在操作波長處之反射率而具有反射率負面效應，另一方面導致介面電磁波之相位角改變，及因吸收物及隔襯層之間介面的空間改變而降低操作波長處的反射率。特別在EUV及軟x射線波長範圍中，金屬係適合當作吸收物層，而經常與金屬反應的非金屬係適合當作隔襯層。藉由同時考慮可防止該增強反射中間層及該鄰接隔襯或亦可如屏障之吸收物層之間化學反應及/或擴散的兩中間層，亦即增強反射中間層及一中間層，係可增加由吸收物及隔襯物質製成的真實反射光學元件啟動多層系統的反射率。不明顯降低第一中間層之反射率增益的物質，係特別較佳用於第二中間層，產生額外反射率增益的物質係非常特別較佳。

可特別藉由對應反射元件進一步達成此目的，其中分別於從具有折射率較低實部分之物質至具有折射率較高實部分之物質的過渡區，及從具有折射率較高實部分之物質至具有折射率較低實部分之物質的過渡區選擇該兩附加層。已發現不同過渡區下具有不同附加層，係導致操作波長下的最終多層系統較高反射率。

多層系統於操作時接受EUV或軟x射線輻射之該側上具有一保護層的反射光學元件中，另一物質之第一附加層係有利地放置於多層系統及保護塗層之間的過渡區上，其可較無該附加層之反射率增加該操作波長下的最大反射率，且放置可當作鄰接層之間屏障的另一物質的第二附加層。

再者，此目的係藉由特別用於EUV蝕刻裝置，具有至少一該反射光學元件的一投影系統，特別用於EUV蝕刻裝置，具有至少一該反射光學元件的一照明系統，及具有至少一該反射光學元件的一EUV蝕刻裝置來達成。

附帶申請專利範圍係發現具優勢實施例。

第1a，b圖顯示用於EUV及軟x射線波長範圍，特別用於EUV蝕刻裝置，如當作光罩或鏡子的一反射光學元件1例。第1a圖簡單顯示多層系統2的較高階結構。本例中，係使用具有不同複合折射率之不同物質連續塗敷基板3來製造多層系統2。再者，為了保護不受到如污染物的外部影響，係額外施加保護層4至多層系統2。保護層4本身可包含對各種污染物影響呈現惰性的複數不同物質層，壓縮與多層系統2的化學交互作用，及確保對多層系統2的光學適應，如儘量不影響如反射光學元件1之反射率的光學特性。

多層系統2本質上包含複數重複堆疊20，第1b圖概要顯示其結構。因複數重複堆疊20而特別於操作波長處反射的堆疊20基本層，係為由具有折射率較低實部分製成的俗稱吸收物層22，及由具有折射率較高實部分製成的俗稱隔襯層21。因此，以吸收物層22對應水晶內之晶格面的方式模擬水晶，其具有特定隔襯層21界定彼此的一距離，且產生入射EUV反射及/或軟x射線輻射。以特定操作波長下於各吸收物層22處反射之輻射建構性重疊，達成反射光學元件最大反射率的方式來選擇該層厚度。第1b圖說明的本例中，一旦提供隔襯層21及吸收物層22，為了增加基本反射率的最大反射率，也就是理論上增加堆疊20之最大可能反射率，係於隔襯層21上之吸收物層22之間介面及吸收物層22上之隔襯層21之間介面處提供第一中間層23a，b。亦提供可當作第一中間層23a，b之間屏障，及鄰接隔襯層21抵擋化學交互作用或擴散之屏障的第二中間層24a，b。

應注意，亦可僅於吸收物層22及隔襯層21之間或隔襯層21及吸收物層22之間兩介面之一處，提供該兩中間層23a，b。如第1c圖概要顯示，亦可於第一中間層23a，b兩側上提供兩第二中間層24a，b，以壓縮與隔襯層21及吸收物層22的化學交互作用及/或擴散，其中於一些第一中間層23a，b兩側的該第二中間層24a，24b，24a’，24b’可具有不同厚度或不同材質。視物質選擇而定，僅需於吸收物層22上提供第二中間層24a，b。如第1d圖概要顯示，係可進一步交替讓第一中間層於吸收物層上及第二中間層於隔襯層上，反之亦然，因此可視從吸收物至隔襯或從隔襯至吸收物層的過渡區而定，反向該兩附加層的順序。特別是，亦可視該中間層放置於吸收物層22或隔襯層21之間或隔襯層21或吸收物層22之間，分別產生不同中間層23a及23b或24a及24b，來選擇用於該中間層的不同物質。是，視從吸收物至隔襯或從隔襯至吸收物層的過渡區而定，該中間層具有不同厚度。

第1e圖詳細顯示多層系統及保護塗層之間的過渡區，本例中係為最上吸收物層22及保護層4的過渡區。如上述，該保護層可由一物質製成，或從複數，也就是二，三，四或更多層組成。例如，簡單或組裝保護層4係為碳化硼，碳化鉬，氮化硼，氮化矽，碳化矽，氧化鈹，氧化矽，鈦，氮化鈦，銅金合金，鎳，釕，銠，銥，金，鈀，鉑，鋨，釤，氧化鋁，鉀，鉿，氟化釷，氟化鈉，氟化鋰，氟化鎂，氟化鑭，非晶硼，釔，鈮，氧化銠，氧化釕，鈰或氫化矽。本例中，用於增加反射率的第一中間層23，及當作屏障且特定情況下亦可增加反射率的第二中間層24，係放置於最上吸收物層22及保護層4之間。第1e圖顯示例中，第一中間層23係放置於最上吸收物層22及第二中間層24之間。若需要，第二中間層24亦可放置於保護層4及第一中間層23之間，及第一中間層23兩側上。再者，該多層系統亦以隔襯層取代吸收物層做終止。接著，亦可以上述方式於過渡區處提供第一及第二中間層至該保護層以增加反射率。中間層23，24及保護層4的尺寸表示中，係有利地於約1奈米及約10奈米之間範圍選擇保護層4的總厚度，而於約0.2奈米及約10奈米之間範圍選擇第一及第二中間層23，24的總厚度。對保護層4之過渡區處的第一及第二中間層23，24物質，係與吸收物及隔襯層22，21之間的第一及第二中間層23a，b，24a，b者相同，或亦可不同。可於轉換至該保護層之該過渡區處或多層系統內，或轉換至該保護層之該過渡區處及多層系統內提供第一及第二中間層。

通常用於EUV及軟x射線波長範圍中，具有當作吸收物之元素鉬及當作隔襯之矽的堆疊為基礎進一步解釋若干例。以下說明亦同樣被轉換至用於EUV及軟x射線波長範圍的其他適當多層系統，如鉬/鈹，碳化鉬/矽，或釕/矽。其亦可被轉換至由兩個以上物質製成之交替層為基礎的多層系統。再者，應注意，具有堆疊內各層固定及不同厚度比率的多層系統亦可使用至少兩中間層。

首先，將更詳細檢查矽上鉬的介面。第2a圖顯示矽上第一中間層，也就是反射率增強層之若干可能物質反射率的厚度相依，第2b圖顯示矽上第二中間層，也就是屏蔽層之若干可能物質反射率的厚度相依。

對應真實鉬/矽多層系統的實線係可當作一比較測量。大約以Mo₇ Si₃ 說明且通常具有8埃，也就是0.8奈米厚度的一混合層，係可藉由真實鉬/矽多層系統中之鉬及矽層之間介面處擴散而形成。此混合層可降低剛好70%至約69%的最大反射率。相對地，首先添加由釕，銠，碳化鉬及矽化釕製成之中間層的反射率影響，係被研究為該層厚度的函數。如第2a圖顯示，由於厚度增加，由碳化鉬及矽化釕製成之中間層的反射率下降，但並非與由矽化鉬製成之真正成形中間層一樣強。有了銠，厚度達到約6埃時，可看到反射率些微增加，但更高厚度時，該反射率下降的更多。有了釕，可看到令人驚訝的效應，達厚度8埃時，該反射率增加至70%以上，然後維持固定達至少10埃。因為所有在此顯示物質會導致純鉬－矽多層系統的真實反射率增益，所以其基本上適合當作第一中間層物質。釕特別較佳當作第一中間層物質。

相當地，第2b圖顯示適用於第二中間層物質。這些為所有已知對矽相對化學惰性，且亦當作擴散屏蔽的碳化硼，非晶碳及氮化矽。其反射率效應中之所有厚度差異不明顯，且均產生正常鉬－矽多層系統可接受反射率降低。應注意，碳化矽亦適合當做介面矽上鉬處的第二中間層物質。可與對第2b圖顯示之物質碳化硼，非晶碳及氮化矽的反射率效應比較。

針對介面鉬上矽，發現與介面矽上鉬不同之物質本身暗示反射率增加。特別是研究釔，鈮，矽化鈮及矽化釔對介面鉬上矽處之最大反射率的影響。第3a圖顯示該結果。所有四物質首先顯示達最大70%或更多之反射率增加，而接著反射率下降。矽化釔最大值係為4埃，鈮及矽化鈮約6埃，釔僅於8埃之前短少。10埃處之最大反射率亦大於70%。因此，釔特別較佳當作第一中間層物質。

再次研究碳化硼，非晶碳及氮化矽當作第二中間層物質。相對於矽上鉬介面，由非晶碳及氮化矽製成的中間層，係對鉬上矽介面處非常低厚度的反射率有非常負面影響(見第3b圖)，而碳化硼些微增加具有真正鉬矽層之鉬/矽多層系統所有研究厚度的反射率。因此，碳化硼較佳當作至少介面鉬上矽的第二中間層物質。

更精確觀察增加無中間層之多層系統在EUV及軟x射線波長範圍中之操作波長處的多層系統最大相對反射率的物質特性時，吾人可特別建立兩變異。此對不僅增加真實具有一混合層之鉬/矽多層系統的反射率，亦增加理論鉬/矽多層系統的反射率(對應第2a，b，3a，b處之反射率)的中間層物質特別為真。

第一變異中，第一附加層23a，b之至少物質，也就是反射率增強層，係具有操作波長下折射率實部份值大於具有折射率較高實部份之交替物質的對應值，或小於具有折射率較低實部份之交替物質的對應值的一折射率。因此，增加該多層系統內的光學對比及反射率。例如，在此鉬/矽多層系統的觀察例中，釕係適合當作一矽層以上及一鉬層以下的第一附加層23a物質，在此其具有明顯低於鉬之操作波長下之折射率實部份(亦見表1)。為了選擇第一附加層厚度，將確保其不致被選擇過高，反射率增益效應係因該第一附加層之額外吸收的較高光學對比而被補償。此對具有如釕之操作波長下之折射率高虛部份的物質(亦見表1)特別重要。

第二變異中，該第一附加層之至少物質具有操作波長下折射率實部份值介於交替物質的對應值之間的一折射率。該物質傾向不降低該多層系統的光學對比。然而，其改變了藉由各層邊界及介面處之折射形成多層系統輻射的電場駐波。由於其折射率虛部份決定之特定物質，該駐波場具有主要受到個別吸收層之各層強度全體分佈影響。藉由併入該附加層，該強度分佈改變，而產生該駐波場的另一總吸收。作為特殊例，係藉由操作波長下之折射率實部份值介於交替物質的對應值之間的物質所製成的附加層，以最大值從由折射率相對高虛部份，也就是較高吸收製成之區域，被轉換進入由折射率相對低虛部份，也就是較低吸收製成之區域的方式來轉換極端位置及節點。降低吸收會增加反射率。應注意，因為駐波場過大或過小轉變亦可能增加總吸收及降低反射率，所以將再確認每個多層系統用於適當厚度範圍的附加層適當物質。在此說明鉬/係多層系統例中，如釔及鈮特別適合當作鉬層以上及矽層以下的第一附加層物質。

適合當作第二中間層，也就是屏蔽層的物質，通常顯示低焓形成鄰接物質，本例中為第一中間層及隔襯及/或吸收物層物質。其通常顯示該鄰接物質的低擴散率。此外，他們通常顯示生長與保守生長模式相對如封閉atornic層之層的趨勢。較佳是，如上述第一中間層物質，第二中間層物質係於操作波長下具有適當光學常數。

應注意，本例所述第一或第二中間層物質，亦適用於過渡一保護層的對應中間層。

中間層厚度較佳小於可當作隔襯及吸收物層且界定反射光學元件基本特性，特別是操作波長範圍之交替物質製成的層。該附加層厚度較佳特別小於該操作波長四分之一，特別小於該操作波長八分之一。

例如，針對13.5奈米操作波長，係製造具有釔當作鉬上矽介面處之第一中間層23a，及當作朝向矽層21之第二中間層24a的碳化硼，及當作矽上鉬介面處之第一中間層23b之釕，及再當作朝向該矽層之第二中間層24b的碳化硼。係藉由電子束汽相沉積施加所有層。鉬的各層厚度約2.8奈米，釔為0.6奈米，兩碳化硼層為0.2奈米，矽為4.2奈米，釕為0.8奈米。堆疊20包含此重複15次。13.5奈米操作波長係產生些微超過71%之實際可達成最大反射率百分比。與不需依據本發明之中間層而藉由可比擬鉬－矽多層系統實際達成之69%相比，此意指增加2%以上。

針對另一例，製造不僅藉由電子束汽相沉積，並藉由磁控濺鍍塗敷碳化硼中間層的上述反射光學元件。亦於此例中，13.5奈米操作波長係產生些微超過71%最大反射率百分比。

此外，製造再次藉由電子束汽相沉積塗敷所有各層的另一反射光學元件。在此，以釔取代鈮當作用於鉬上矽介面處的第一中間層物質。此反射光學元件可於13.5奈米處達成約71%最大反射率百分比。

除了其實際高達成反射率之外，依據本發明的反射光學元件另具有進一步優點，其多層系統結構亦特別因第二中間層而維持穩定一段較長使用時間。此係因該第二中間層亦在連續以EUV或軟射線輻射的熱應力下，防止與鄰接它們的該層交互擴散。即使於連續操作中亦可維持操作波長處的最大反射率。此可製造依據本發明特別適用於EUV蝕刻裝置的該反射光學元件，例如可於各式位置使用其當作鏡元件或光罩元件。

第4圖概要說明EUV蝕刻裝置100。基本部件係為光束整形系統110，照明系統120，光罩130及投影系統140。

例如，電漿源或同步加速器可當作輻射源111。首先將約5奈米至20奈米波長範圍的激發輻射捆束於準直儀112中。此外，藉助單色器113，可藉由改變入射角濾出預期操作波長。準直儀112及單色器113通常當作所述波長範圍中的反射光學元件。例如，使用依據本發明之反射元件當作準直儀112或單色器113，係特別適用於光束整形系統110中。此係因在此之熱應力特別高，所以藉由以下部件高反射率提供最大EUV輻射係特別重要。

接著，將光束整形系統110中的波長及空間分佈所準備的操作光束引進照明系統120中。第4圖顯示例中，照明系統120係具有兩鏡121，122，其均具有如上述第一及第二中間層的多層系統。應注意，照明系統120亦僅具有一或三，四，五或更多鏡，其可全部或部分具有如上述第一及第二中間層的多層系統。

鏡121，122引導光束至光罩130，其具有將被映射至晶圓150的結構。光罩130亦為用於EUV及軟x射線波長範圍，具有第一及第二中間層的多層系統的反射光學元件。

藉助投影系統140，光罩130所反射之光束係投射至晶圓150上，而光罩130結構係映射其上。說明例中，投影系統140具有兩鏡141，142，具有第一及第二中間層的多層系統。應注意，投影系統140亦可具有一或三，四，五或更多鏡，其一或更多鏡具有第一及第二中間層的多層系統。

參考數字1 反射光學元件2 多層系統3 基板4 保護層20 定期重複層堆疊21 具有低吸收係數的物質22 具有高吸收係數的物質23,23a,b 用於增加反射率的第一中間層24,24a,b 當作擴散屏蔽的第二中間層100 EUV蝕刻裝置110 光束整形系統111 光源112 準直儀113 單色器120 照明系統121,122 鏡130 光罩140 投影系統141,142 鏡150 晶圓R 最大反射率d 厚度

1．．．反射光學元件

2．．．多層系統

3．．．基板

4．．．保護層

20．．．定期重複層堆疊

21．．．具有低吸收係數的物質

22．．．具有高吸收係數的物質

23,23a,b．．．用於增加反射率的第一中間層

24,24a,b．．．當作擴散屏蔽的第二中間層

100．．．EUV蝕刻裝置

110．．．光束整形系統

111．．．光源

112．．．準直儀

113．．．單色器

120．．．照明系統

121,122．．．鏡

130．．．光罩

140．．．投影系統

141,142．．．鏡

150．．．晶圓

R．．．最大反射率

d．．．厚度

將參考較佳實施例更詳細解釋本發明。第1a圖顯示一反射光學元件概要說明；第1b圖顯示該反射光學元件概要詳細說明；第1c圖顯示該反射光學元件第三實施例概要詳細說明；第1d圖顯示該反射光學元件另一實施例概要詳細說明；第1e圖顯示該反射光學元件另一概要詳細說明；第2a圖顯示對當作矽上第一附加層的不同物質最大反射率影響；第2b圖顯示對當作矽上第二附加層的不同物質最大反射率影響；第3a圖顯示對當作鉬上第一附加層的不同物質最大反射率影響；第3b圖顯示對當作鉬上第二附加層的不同物質最大反射率影響；及第4圖顯示一EUV蝕刻裝置概要說明。

20．．．定期重複層堆疊

21．．．具有低吸收係數的物質

22．．．具有高吸收係數的物質

23a、23b．．．用於增加反射率的第一中間層

24a、24b．．．當作擴散屏蔽的第二中間層

Claims (10)

1. 一種反射光學元件，用於介於1奈米與20奈米之間軟x射線及極端紫外線(EUV)波長範圍中的一操作波長，特別用於一EUV蝕刻裝置，其具有由至少兩交替物質(material)製成的一多層系統，該至少兩交替物質在該操作波長下其折射率具有不同實部分，其中在介於該等兩交替物質之間的兩鄰近介面兩者處，另外不同物質的兩附加層係鄰接該兩交替物質的至少其中之一，當以相同方向越過該等介面時，該兩鄰近介面的其中之一為從具有較低折射率實部分之該物質至具有較高折射率實部分之該物質的介面，且該兩鄰近介面的其中另一為從具有較高折射率實部分之該物質至具有較低折射率實部分之該物質的介面，並且在該等介面兩者處該兩附加層是以不同的方式挑選。
2. 如申請專利範圍第1項所述的反射光學元件，其中在該等介面兩者處該兩附加層的順序是以不同的方式挑選。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述的反射光學元件，其中在該等介面兩者處該兩附加層的至少其中之一的物質是以不同的方式挑選。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述的反射光學元件，其中該兩附加層的一第一附加層係放置於介於該兩交替物質之間的該兩鄰近介面的至少其中之一，與無該附加層的反 射率相較下，可增加該操作波長下的該多層系統的最大反射率，及該兩附加層的一第二附加層放置於介於該兩交替物質之間的該相同介面，以作為該等鄰接層之間的一屏蔽。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述的反射光學元件，其中該第一附加層包含一物質，該物質選自釕，銠，釔及鈮所組成之群組。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述的反射光學元件，其中至少該第一附加層的該物質具有一折射率，其於該操作波長下該折射率實部分的值，係大於具有該較高折射率實部分的該交替物質的對應值，或小於具有該較低折射率實部分的該交替物質的對應值。
7. 如申請專利範圍第1或2項所述的反射光學元件，其中至少該第一附加層的該物質具有一折射率，其於該操作波長下該折射率實部分的值，係介於該等交替物質的對應值之間。
8. 如申請專利範圍第1或2項所述的反射光學元件，其中該等附加層之每一者的厚度小於由該等交替物質製成的該等層的每一者的厚度。
9. 如申請專利範圍第1或2項所述的反射光學元件，其 中於該操作波長下具有較低折射率實部分的該物質係為鉬，而於該操作波長下具有較高折射率實部分的該物質係為矽。
10. 如申請專利範圍第1或2項所述的反射光學元件，其中該第二附加層包含碳化硼。