TWI654450B - 多層鏡 - Google Patents

多層鏡

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TWI654450B
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Abstract

一種用於反射極紫外(EUV)輻射的多層鏡，該反射鏡包含一基板和一多層堆疊，其形成於該基板上。該多層堆疊包含多層，其包含一低折射率材料和一高折射率材料，該低折射率材料相較於該高折射率材料在給定操作波長λ具有該折射率較低實部。該反射鏡在從6nm延伸至7nm的第一波長頻帶中的第一波長λ1處提供20%或以上反射率之第一峰值，並在從12.5nm延伸至15nm的第二波長頻帶中的第二波長λ2處提供20%或以上反射率之第二峰值。

Description

多層鏡
本發明係關於一種用於反射極紫外(extreme untraviolet，EUV)輻射的多層鏡，並關於包含至少一個此類反射鏡的光學系統。
在EUV微影領域中所採用的光學系統，例如在EUV微影裝置中的照明系統和投影系統，需要對來自該EUV波長範圍的電磁輻射提供相對高反射率的反射性光學元件。舉例來說，該EUV波長範圍包括介於約5nm至20nm之間的波長。此波長範圍之下限有時也表示為超EUV(Beyond EUV，BEUV)或軟X射線範圍。在EUV微影系統中所採用的光學元件包括彎曲或平面反射鏡、反射性光罩及能導引或結構化EUV輻射的其他反射性元件。在使用EUV輻射檢測光罩或其他佈局圖樣裝置的光學檢測系統或EUV顯微鏡中，也需要反射性光學元件。
用於反射在EUV或軟X射線範圍內輻射的任何材料，由於折射率實部接近於1，因此皆僅反射幾個百分比之入射輻射。材料之複數折射率n可根據n=(1-δ)+iß描述為折射率實部(1-δ)與虛部iß之總和。在此表示法中，無因次參數δ從數值1描述折射率n實部之偏差，並可表示為「折射率遞減(refractive index decrement)」。無因次參數ß代表常用的吸光係數k。在鄰接材料之間界面的折射率實部差值，決定對該界面反射率的貢獻。 這些差值(△δ)有時指稱為「折射率對比(refractive index contrast)」。吸光係數之大小指示材料中EUV輻射之吸收量，並包括原子級散射特性。
由於在EUV或軟X射線範圍內折射率實部差值很小的事實，因此EUV輻射以法線或接近法線入射反射性光學元件的操作必須設計為多層鏡，才能用相當高的反射率反射EUV輻射，例如20%或以上之反射率。
在此申請案中，用語「多層反射鏡(multilayer mirror)」一般指稱具有能有效反射EUV或軟X射線輻射之多個材料層的任何反射性光學元件。為使閱讀上更為順暢，於本發明說明中泛以簡稱「多層鏡」或「反射鏡」表示「多層反射鏡(multi layer mirror)」。
多層鏡可描述為包含一基板和一多層堆疊，其形成於該基板上，其中該多層堆疊包含多層，其包含一「低折射率材料(low index material)」和「高折射率材料(high index material)」，該低折射率材料相較於該高折射率材料在EUV範圍內給定操作波長λ具有該折射率較低實部。
很重要應注意到用語「低折射率材料(low index material)」和「高折射率材料(high index material)」並非描述材料之絕對特性。而是，「高(high)」和「低(low)」表示相對於鄰接層的特性。特定第一材料相對於特定第二材料可為「低折射率材料(low index material)」，而同一第一材料相對於與該第一材料不同的第三材料可為「高折射率材料(high index material)」。
在操作波長具有折射率相對較低實部之材料(亦即低折射率 材料)通常由大寫字母「L」表示，而在操作波長具有折射率相對較高實部之材料(亦即高折射率材料)通常由大寫字母「H」表示。
多層鏡通常包括複數重複單元，其以再現序列彼此堆疊。包括一單一低折射率材料層和一單一鄰接高折射率材料層的重複單元可指稱為「雙層(bilayer)」或兩層重複單元。一重複單元可包括一個或多個附加層，例如介於低折射率材料層與高折射率材料層之間的擴散阻障中間層，以減少在該界面該等鄰接材料之混合。在多層鏡中重複單元之序列形成多層堆疊，其基本上模擬在鄰接層之間界面部分反射該入射輻射的晶體。該等個別層之厚度以及該等重複單元之總厚度可跨越整個多層系統皆恆定，或可取決於欲達成哪種反射分布而在橫向上及/或在縱深上變化。
在EUV範圍內的特定問題是，所有的有用材料皆會吸收該輻射達一定程度。為減少吸收損失對反射率的影響，該雙層(低和高折射率材料)之兩層組成部分之幾何厚度通常會調整成稍微偏離λ/4之光程，其中λ是設計波長。具體而言，高吸收層之厚度dh(亦即具有較高吸光係數k的材料之厚度)通常會設定成比低吸收層之厚度dl略薄。通常會定義該多層之分隔比Γ=dh/dl以描述這種方法。該分隔比定義為具有較高吸光係數k的材料之厚度對該週期之總厚度d的比率，亦表示為「週期厚度(period thickness)」。通常會使用數量級Γ=0.4的分隔比。
應注意的是，具有較高吸光係數的材料(由小寫字母「h」表示)可為具有折射率相對較低實部之材料(由大寫字母「L」表示)，且反之亦然。
重複單元之最佳厚度可使用布拉格定律(Bragg’s law)對給定 波長和給定入射角範圍進行計算。
根據國際光學工程學會論文集(Proc.SPIE)第3997冊第412-419頁(2000年)Singh(例如US 2003/0043456 A1)或M.Singh和J.J.M.Braat：「改善極紫外反射鏡之理論反射率(Improved Theoretical Reflectivities of Extreme Ultraviolet Mirrors)」，以11-16nm波長光譜範圍為主的兩種設計：對通常由80個週期所組成11.3nm時窗的鉬/鈹(Mo/Be)和通常由40-50個週期所組成13.4nm時窗的鉬/矽(Mo/Si)系統。在各多層系統中，Mo形成低折射率材料層，而Be和Si分別形成相對高折射率材料層。考慮到在表面Si層上約2nm厚度的高度吸收原生氧化層時，這些設計對Mo/Be多層鏡產生R0.78之最大理論反射率，而對Mo/Si多層鏡產生R0.74。
Singh於報告中表示，兩層組成部分Mo/Be和Mo/Si多層系統先前所使用對11-16nm所調整多層EUV反射鏡之反射率，可藉由併入主要來自週期表之週期5的附加元素及其化合物而提高。此外，多層鏡之反射率性能可進一步藉由數值全局最佳化程序而提升，其中有別於先前恆定的層厚度(亦即恆定的分隔比)多層堆疊，該層厚度藉由此程序會為了最佳性能而變化。藉由併入在各堆疊範圍內具有不同複數折射率的附加材料，或藉由完全更換掉組成部分之一(通常是Mo)，Singh觀察到對單一反射鏡相較於標準尚未最佳化的堆疊有多達5%之峰值反射率提高。銣(Rb)、氯化銣(RbCl)、鍶(Sr)、釔(Y)、鋯(Zr)、釕(Ru)、銠(Rh)、鎝(Tc)、鈀(Pd)、鈮(Nb)和Be用作該等附加材料。硼(B)、Ru、Rh、碳(C)、氮化矽(Si3N4)、碳化矽(SiC)之保護性覆蓋層除可保護反射鏡避免環境侵蝕，還可用於改善反射率特性。
除了增加最大反射率的各種嘗試之外，也已出現增加多層鏡之光譜及/或角度頻寬的許多嘗試(參見例如US 20 05/0111083 A1)
已進一步提出可在微影技術中使用波長小於10nm的輻射，例如6.7或6.8nm。在微影之背景中，小於10nm之波長有時指稱為「超EUV(beyond EUV)」或「軟X射線(soft X-rays)」。然而，在本申請案之上下文中，此波長範圍由用語「EUV輻射(EUV radiation)」涵蓋。
為反射波長約6.7nm的EUV輻射，已提出多層鏡具有金屬之交替層，諸如鑭(La)、鈾(U)或釷(Th)，以及B或B化合物，諸如四硼化碳(B4C)或B9C。此類多層鏡會根據布拉格定律反射EUV輻射。然而，例如La與B層或B化合物層之化學交互作用可能導致層間擴散(參見例如WO 2010/091907)。
US 2003/0185341 A1針對約6.64nm之波長提出具有多層結構的多層鏡，其由交替設置於基板上的含化合物至少第一La層和含化合物至少第二B層所組成。
根據US 2011/0194087 A1，多層系統對波長範圍介於5nm至12nm之間的操作波長在理論上可達成的最大反射率，小於對約12nm至20nm波長範圍可達成者。此外，所反射輻射之頻寬大體上較小。層間擴散問題已獲得解決，例如在鑭(La)用作低折射率材料而硼(B)或碳化硼(B4C)用作高折射率材料的多層鏡中。作為解決方案提出在從具有折射率較高實部之材料至具有折射率較低實部之材料的界面，再多安排一層具有折射率較低實部之材料氮化或碳化層。舉例來說，具有折射率較低實部之材料可為鑭(La)或釷(Th)。
發明目的與解決方案
本發明之目的係提供一種在利用EUV或軟X射線輻射的光學系統之廣泛應用領域中有用的多層鏡。
作為對這些及其他目的之解決方案，本發明根據一個構想提供如申請專利範圍第1項之多層鏡。較佳具體實施例在從屬諸申請專利範圍中給出。所有申請專利範圍之用字遣詞皆併入說明作為參考。
能反射極紫外輻射(EUV反射鏡)的一般慣用多層鏡僅在相對較窄的光譜範圍或「波長頻帶(wavelength band)」內可行。因此，若光學系統預期用於多層鏡原始所設計波長頻帶之外或與之不同的另一波長頻帶，則需要不同的反射塗層。又，製造及操作專為EUV波長範圍所設計的光學系統相當昂貴。隨著開發出越來越多EUV輻射之有效輻射源，所需為具有可在至少兩個光譜彼此隔開的波長頻帶內以足夠性能操作的多層鏡，或配備此類多層鏡的光學系統。
目前已知的一種EUV輻射源類別可在從12.5nm延伸至15nm之波長範圍內提供足夠輻射功率，例如約13.4nm或13.5nm處。近來，已開發出在足以操作EUV光學系統的功率提供甚至更短波長的全新EUV輻射源。具體而言，從約6.6nm至約7nm的波長頻帶內發出的輻射源似乎是未來應用的可能候選者。
根據所主張發明的多層鏡能反射來自分別皆具有20%或以上之反射率數值的第一波長頻帶(較短波長)和第二波長頻帶的EUV輻射，這對實際用途可能已足夠，諸如微影應用或顯微鏡應用。
因此，一種根據所主張發明配備多層鏡的EUV光學系統可以來自第一波長頻帶的輻射或來自第二波長頻帶的輻射或來自第一和第二波長頻帶兩者的輻射操作，而無需重組或更換反射鏡。
如於文中所使用，用語「反射鏡(mirror)」指稱能在各自波長反射輻射的反射性光學元件。該反射鏡可為平面反射鏡，其可例如用作在照明系統或微影技術投影曝光系統之投影物鏡中折疊輻射路徑的折疊式鏡。該反射鏡可具有彎曲形狀以形成凹面鏡或凸面鏡。該反射鏡可形成組合反射鏡(多鏡陣列)之單一元件(或鏡面)。若該反射鏡上有用於佈局圖樣入射EUV輻射的結構，則反射鏡亦可用作EUV投影曝光系統中的光罩。該反射鏡亦可為用作多元件光罩的調光鏡系統之一部分。
在20%至30%範圍內的反射率在一些應用領域中可能已足夠時，較佳實施例在第一波長處提供大於30%的第一反射率R1，並同時在第二波長處提供大於40%的第二反射率R2。在微影應用中，舉例來說，可由此得到所曝光基板之較低曝光時間和較高處理量。
一些具體實施例係設計使得反射率之第一峰值在第一波長處產生，其介於產生反射率之第二峰值的第二波長之40%至60%之間。換言之：在這些具體實施例中，第一波長約為第二波長之一半，或反之亦然，第二波長約為第一波長之兩倍。在滿足此條件的情況下，可使用額外自由度設計多層鏡之層結構。
在一些具體實施例中，該等多層堆疊包含一第一層組，其形成於基板上，該第一層組對第一波長提供比對第二波長更高的反射率；以及一第二層組，其形成於該第一層組上，該第二層組對第二波長提供比對 第一波長更高的反射率。在這種類型之層結構中，第一和第二層組在空間上彼此隔開，使得第一子堆疊較接近於基板，而第二層組較接近於多層堆疊之輻射入射側形成。根據這種類型的具體實施例在本申請案中亦表示為「雙堆疊(bi-stack)」。由於一個層組僅形成整個堆疊之一小部分，因此該等層組亦可表示為「子堆疊(sub-stack)」。
這種類型之層結構已得知適合為EUV反射鏡形成多層的一些材料在第一波長頻帶中的較短波長，會呈現出比在第二波長頻帶中的較長波長更少的吸收。因此，最佳化以反射較長第二波長的層組應安排於多層堆疊之輻射入口側，使得在第一波長範圍內足夠的輻射能量可通過第二層組進入第一層組，以被第一層組之多層反射。
雙堆疊的層結構和材料可鑑於在負責層結構內各H/L轉變對整體反射率之貢獻的鄰接層之間的折射率實部差值(折射率對比△δ)進行選擇。在第二層組中該等多層的材料或材料組合應選擇使得對第二波長得到相對較高的折射率對比。較佳為，同時間該等材料應對第一波長呈現出相對較低的吸收，使得在第一波長處足夠的輻射能量可通過第二層組進入第一層組。
因此，在第二層組中(在輻射入射側上)的低折射率材料和高折射率材料應從在第一波長處具有吸光係數β小於0.05、較佳0.03或更小之低吸收的一組材料中選擇。
再者，為了對第一波長保持低反射率，所需為在第二層組中選擇低和高折射率材料之組合，使得該等材料之間僅存在很小的折射率對比△δ。
舉例來說，在第二層組中的低折射率材料可選自Mo、Nb、氧化鈮(NbO、NbO2、Nb2O5)、碳化鉬(Mo2C、MoC)、銀(Ag)、Ru、Pd、Rh或其化合物所組成的群組。在第二層組中的高折射率材料較佳應選自La、氮化鑭(LaN)、鋇(Ba)、鋰(Li)及其化合物所組成的群組。
在一堆疊多層結構中，低折射率材料和高折射率材料之交替層可形成若干連續的兩層重複單元，其中兩層重複單元分別皆包含該低折射率材料之一單層和該高折射率材料之一鄰接單層，使得可得到具有轉變H/L和L/H的交替層之再現序列。相應的重複單元厚度可為恆定的或可以改變。
在一些較佳的具體實施例中，在第一層組中的重複單元之第一數量N1大於在第二層組中的重複單元之第二數量N2。在較接近基板且反射較短第一波長可行的該第一層組中的重複單元之較大數量，可說明對該較短第一波長而言，介於較低與高折射率材料之間的折射率差值往往比在較大波長的折射率差值更小的事實。
為了在第一和第二波長頻帶中得到相當的反射率程度，較佳可為該第一數量N1比該第二數量N2多十倍以上，使得條件N1>10*N2成立。
在絕對層數量方面，較佳可為該第一數量N1大於100而該第二數量N2小於20。在第二層組中的少量重複單元可受益，使得對朝向第一層組通過的輻射小量整體吸收可行。同時，在第一層組(較接近基板)中的大量重複單元可補償在經選擇以反射較短第一波長之材料中的較小折射率對比。
若較小第一波長與較大第二波長之間的波長比率大致約50%，例如介於40%至60%之間，則用於設計有效反射在兩種不同波長頻帶中的EUV輻射之多層堆疊的另一選項可能尤其有用。一些具體實施例在包含複數四層重複單元之一多層堆疊的這些條件下尤其有效。四層重複單元包含一第一材料之一第一層；一第二材料之一第二層，其在該第一層上；一第三材料之一第三層，其在該第二層上；以及一第四材料之一第四層，其在該第三層上。層厚度和層材料經選擇使得在該第一波長λ1處的層材料(第一至第四材料)之該折射率第一實部(1-δ)1根據第一折射率週期長度在該多層堆疊之深度方向上週期性變化；在該第二波長λ2處的層材料(第一至第四材料)之該折射率第二實部(1-δ)2根據第二折射率週期長度在該多層堆疊之該深度方向上週期性變化；以及該第二折射率週期長度約為該第一折射率週期長度的兩倍。舉例來說，如在此所使用的用語「約兩倍(about twice)」應涵蓋在從1.8至2.2之範圍內的週期長度比值。一般來說，第一與第二折射率週期長度之間的比率基本上應對應於第一與第二波長之間的比率。
這種類型之層結構可描述為對給定入射角範圍提供對第一和第二波長同時可行的四分之一波堆疊的層結構。如在此所使用的用語「四分之一波堆疊(quarter wave stack)」表示具有許多四分之一波層的多層堆疊。四分之一波層係具有約四分之一入射輻射波長λ之光學厚度(亦即λ/4)的層。層之光學厚度n*d係層材料之幾何厚度d與折射率n之乘積。
在堆疊(第一至第四層)中的單一層分別皆可具有相應於約四分之一第一波長λ1處的第一光學厚度，而層厚度亦經選擇使得每對兩個鄰接層皆可具有對應於約四分之一第二波長λ2處的第二光學厚度。用語「約 四分之一波長(about one-fourth of a wavelength)」係欲涵蓋精確值λ/4±20%的偏差。
包含多個連續四層重複單元的堆疊之光學特性亦可如下描述。在第一波長處的鄰接層之間的折射率實部之第一差值△δ1在層間的連續轉變處分別皆改變符號，使得折射率實部之第一差值△δ1在第一層與第二層之間的轉變處及第三層與第四層之間的轉變處具有相同的符號，而在第二層與第三層之間的轉變處及第四層與鄰接四層重複單元之第一層之間的轉變處具有相反的符號，然而在第二波長處的鄰接層之間的折射率實部之第二差值△δ2在層間的連續轉變之每回第二次皆會改變符號。
若這些條件成立，則整個多層結構(多層堆疊)對第一波長λ1和第二波長λ2處兩者作為分散式布拉格反射器可行，而該多層結構對在第一和第二波長處周圍之窄波長頻帶外的其他波長則「不可行(out of tune)」。
較佳為，層材料應選擇使得第一材料和第三材料分別皆具有在第二材料與第四材料之折射率第二實部中間的折射率第二實部(亦即在第二波長處的折射率實部(1-δ)2)。
具有折射率中間實部的材料可表示為「中間折射率材料(intermediate index material)」。使用「IM」代表中間折射率材料(intermediate index material)，連續四層重複單元之序列包含類型H-IM-L或L-IM-H之三個緊接連續層之序列。提供在鄰接的高與低折射率材料層之間(對較長第二波長)具有折射率中間類型實部的層，能實現具有約在第一波長處的第一折射率週期長度兩倍長的第二折射率週期長度(對第二波長)的結構。值得注意到中間折射率材料(IM)扮演著雙重角色，其相對於鄰接的低折射率材料(L) 用作「高折射率材料(high index material)」，並同時相對於鄰接的高折射率材料(H)用作「低折射率材料(low index material)」。
在此類層序列中，第一材料和第三材料相對於在一側上的鄰接層用作高折射率材料(H)，並同時相對於在其相對側上的鄰接材料用作低折射率材料(L)。
雖然第一材料與第三材料(亦即具有折射率中間實部的材料)可不同，但若第一材料與第三材料係相同的材料則可為較佳。由於需要為製程最佳化的沉積參數較少，因此得以促進藉由沉積連續層製造反射鏡。
在一些具體實施例中，第一材料和第三材料(中間折射率材料)選自B、B4C或Zr及BN所組成的群組。一般來說，中間折射率材料應選擇使得對應的折射率遞減δ在第二波長處介於0.02至0.09之間的範圍內，尤其介於0.03至0.06之間。
四層重複單元亦可用於形成多層堆疊，其可細分成形成於基板上的第一層組和形成於該第一層組上的第二層組，其中該第一層組在第一波長處提供比在第二波長處更高的反射率，且其中該第二層組在第二波長處提供比在第一波長處更高的反射率。
第一和第二層組可分別皆包含複數連續的四層重複單元，其對各自波長皆最佳化。
一種根據這些原則所建構之具體實施例的多層鏡包含一多層堆疊，其包含一第一層組，其形成於基板上，該第一層組包含複數第一四層重複單元；以及一第二層組，其形成於該第一層組上，該第二層組包含複數第二四層重複單元，其不同於該等第一四層重複單元，其中第一和 第二四層重複單元分別皆包含：一第一材料之一第一層；一第二材料之一第二層，其在該第一層上；一第三材料之一第三層，其在該第二層上；以及一第四材料之一第四層，其在該第三層上，其中在該第一波長λ1處的該第一至第四材料之層材料之該折射率第一實部(1-δ)1根據第一折射率週期長度在該多層堆疊之深度方向上週期性變化；在該第二波長λ2處的層材料之該折射率第二實部(1-δ)2根據第二折射率週期長度在該多層堆疊之該深度方向上週期性變化；以及該第二折射率週期長度約為該第一折射率週期長度的兩倍。
亦可能結合第一與第二層組，其中該等層組之一，例如第二層組，包含四層重複單元，而另一層組包含兩層重複單元。
在多層鏡中，在特定波長之深度方向上的折射率變化之最佳週期長度取決於入射角。因此，若入射角範圍(專為其設計了多層鏡)顯著偏離零(法線入射)，則層厚度(幾何與光學)應調整以對各自入射角提供最佳反射。
兩層或四層重複單元可包括一個或多個附加層，例如介於低折射率材料層與高折射率材料層之間或介於中間折射率材料層與鄰接的高或低折射率材料層之間的擴散阻障中間層。可在基板與多層堆疊之間(例如為了層應力補償)及/或多層堆疊之輻射入射側上提供附加功能層。舉例來說，可在多層堆疊之頂端提供覆蓋層，以改善反射鏡對抗劣化之抵抗力。舉例來說，覆蓋層材料可選自氧化鈮(NbO、NbO2、Nb2O5)、碳化鉬(Mo2C、MoC)、Ag、Ru、Pd、Rh或其化合物所組成的群組。
本發明亦關於一種包含如上下文所描述之至少一個多層鏡 的EUV光學系統。該光學系統可為照明系統或微影技術投影曝光裝置之投影透鏡。亦可能根據本發明所揭示內容在顯微鏡光學系統或檢測系統中利用EUV反射鏡。
上述與進一步特徵不僅從諸申請專利範圍而且從描述及所附圖式顯而易見，其中個別特徵可在每種情況下由其自身或在本發明之具體實施例及其他領域中以子組合之形式作為多數而實現，並可構成具優勢且固有可保護的具體實施例。本發明之示例性具體實施例在所附圖式中例示，並在以下更詳細進行說明。
n‧‧‧複數折射率；折射率
(1-δ)‧‧‧折射率實部
(1-δ)1‧‧‧折射率第一實部
(1-δ)2‧‧‧折射率第二實部
iß‧‧‧折射率虛部
δ、ß‧‧‧無因次參數
k、β‧‧‧吸光係數
△δ‧‧‧差值；折射率對比
L‧‧‧低折射率材料
H‧‧‧高折射率材料
λ‧‧‧設計波長；波長
λ1‧‧‧第一波長
λ2‧‧‧第二波長
dh‧‧‧高吸收層之厚度
dl‧‧‧低吸收層之厚度
Γ‧‧‧分隔比
h‧‧‧具有較高吸光係數的材料
N1‧‧‧重複單元之第一數量
N2‧‧‧重複單元之第二數量
d‧‧‧幾何厚度；幾何層厚度
n*d‧‧‧光學厚度
IM‧‧‧中間折射率材料
M‧‧‧反射鏡；多層鏡
SUB‧‧‧基板
SL‧‧‧多層堆疊；層堆疊
FS‧‧‧自由表面
RAD‧‧‧EUV輻射
AOI‧‧‧入射角
N‧‧‧表面法線
RU2‧‧‧兩層重複單元
RU4‧‧‧四層重複單元
LG1‧‧‧第一層組
LG2‧‧‧第二層組
MAT‧‧‧層材料
RS‧‧‧s偏振輻射的反射率
RP‧‧‧p偏振輻射的反射率
RA‧‧‧平均反射率
M1、M2、M3、M4‧‧‧第一材料、第二材料、第三材料、第四材料
L1、L2、L3、L4‧‧‧第一層、第二層、第三層、第四層
RIP1‧‧‧第一折射率週期長度
RIP2‧‧‧第二折射率週期長度
圖1根據第一具體實施例透過EUV反射鏡之層結構顯示示意剖面圖；圖2根據約6.7nm處及約13.5nm處具有兩個反射率峰值的第一具體實施例顯示反射鏡之反射率曲線圖；圖3及圖4顯示例示反射鏡之反射率相關性為在第一波長處(圖3)及第二波長處(圖4)的輻射入射角之函式的曲線圖；圖5根據第二具體實施例透過EUV反射鏡之多層結構顯示示意垂直剖面圖，並對第一和第二波長在深度方向上的折射率實部之變化顯示示意圖；圖6根據約6.7nm處及約13.1nm處具有兩個反射率峰值的第二具體實施例顯示反射鏡之反射率曲線圖；圖7及圖8顯示例示反射鏡之反射率相關性為在第一波長處 (圖7)及第二波長處(圖8)的輻射入射角之函式的曲線圖；圖9根據約6.7nm處及約13.1nm處具有兩個反射率峰值的第三具體實施例顯示反射鏡之反射率曲線圖；圖10及圖11顯示根據第三具體實施例例示多層鏡之反射率相關性為在第一波長處(圖10)及第二波長處(圖11)的輻射入射角之函式的曲線圖。
本發明之各種態樣現在結合能在EUV輻射之法線入射或接近法線入射有效反射在兩個光譜彼此隔開的波長頻帶內之EUV輻射的多層鏡之示例性具體實施例進行說明。
圖1根據第一具體實施例透過EUV反射鏡之多層結構顯示示意垂直剖面圖。反射鏡(mirror)M包含一基板SUB和一多層堆疊(stack of layers)SL，其形成於該基板上。該多層堆疊亦可表示為「層堆疊(layer stack)」SL。該多層堆疊SL之最外層在輻射入射側上形成多層鏡之自由表面(free surface)FS。在操作中，EUV輻射(radiation)RAD從真空入射至反射鏡上。對進入多層堆疊的每條輻射射線(箭頭)而言，各自入射角AOI(angle of incidence)由反射鏡表面上入射點處的射線方向與入射點處的反射鏡表面法線(normal)N之間的角度給出。在操作於有限數值孔徑的光學系統中，輻射射線從特徵可為平均入射角的各種入射角進入反射鏡。
多層堆疊形成於可為平面或彎曲的基板SUB之表面上，其經加工達光學品質以呈現出所需表面形狀。層堆疊SL之單一多層隨後使用 合適的沉積技術沉積於基板上，諸如物理或化學氣相沉積(Physical or Chemical Vapor Deposition，PVD or CVD)。在沉積層堆疊之多層前，一個或多個附加層可形成於基板之表面上，例如以改善在多層堆疊之基板側上的機械應力特性。
多層堆疊包含以交替方式沉積於彼此上的由「低折射率材料(low index material)」(字母「L」)所製成的多層和由「高折射率材料(high index material)」(字母「H」)所製成的鄰接多層。在鄰接層對中，低折射率材料係相較於鄰接高折射率材料在給定操作波長具有折射率較低實部的材料。層堆疊SL由此係由大量兩層重複單元RU2形成，分別皆包括一低折射率材料層和一鄰接高折射率材料層。此類重複單元亦可指稱為「雙層(bilayer)」。
該多層堆疊可細分成具有不同反射特性的兩個分開層組。第一層組LG1形成於基板上。第二層組LG2形成於第一層組LG1上，使得第一層組LG1夾在第二層組LG2與基板之間。透過多層堆疊之自由表面進入的輻射需要通過第二層組LG2以到達第一層組，而被第一層組LG1反射的輻射必須通過第二層組LG2。
層結構係關於層材料和層厚度所設計，使得第一層組LG1對第一波長λ1提供比對第二波長λ2更高的反射率，而第二層組LG2對第二波長λ2提供比對第一波長λ1更高的反射率。
第一具體實施例之層結構經設計使得反射鏡在第一波長λ1=6.7nm處提供超過30%以上反射率的第一反射率峰值，並在第二波長λ2=13.5nm處提供第二反射率峰值(反射率大於40%)(參見圖2)。
材料之複數折射率n可根據n=(1-δ)+iß描述為折射率實部(1-δ)與虛部iß之總和。表1彙總了一些材料的光學常數，包括適合作為約6.7nm處及約13.5nm處兩者反射之反射鏡層材料的材料。數值取自IMD模擬軟體所提供的程式庫，其描述於：D.L.Windt在《電腦物理應用(Computers in Physics)》第12冊第360頁(1998年)所發表的「IMD-用於模擬多層膜之光學特性的軟體(IMD-software for modeling the optical properties of multilayer films)」。
第一具體實施例之多層佈局細節在表2中給出。在表2中，第一行(#RU2)給出在各自層組中的雙層或兩層重複單元RU2之數量，「MAT」行標出層材料(layer materials)，d(nm)行標出幾何層厚度。
在第一層組LG1中，碳化硼(B4C)用作高折射率材料而鑭(La)用作低折射率材料，使得兩層重複單元(雙層)分別皆包括B4C之一單一層和一鄰接單一La層。考慮到La與B4C之間的折射率對比(折射率實部之差值)在6.7nm相對較小的事實，在第一層組LG1中提供大量N1=250雙層使得對第一波長所需整體反射率可得到。
在第二層組LG2中，鉬(Mo)用作低折射率材料而鑭(La)用作高折射率材料。該材料組合係鑑於幾個需求而選擇。首先，在第二波長λ2處的La與Mo之間的折射率對比足夠大，使得相對較少量之雙層(N2=12)對該第二波長提供足夠的反射率。其次，La和Mo兩者對在第一波長處(6.7nm)的輻射皆呈現出相對較低的吸收(由小吸光係數β(對照表1)表示)，使得預期會被第一層組LG1反射的輻射可損失很小地通過第二層組LG2。
第一具體實施例的多層鏡的光學性能可取自圖2至圖4。圖2所示曲線圖顯示對法線入射處(AOI=0°)的輻射在包括6.7nm處第一波長λ1和13.5nm處第二波長λ2的從5nm至15nm之波長範圍內的多層鏡之反 射率R。圖3及圖4顯示對第一波長(圖3)及第二波長(圖4)的反射率R與入射角AOI之間的關係。RS係s偏振輻射的反射率，RP指稱p偏振輻射的反射率，RA指稱平均反射率。
從圖2中可顯而易見多層鏡在13.5nm處(第二峰值反射率)提供約45%反射率，並同時在6.7nm處(第一峰值反射率)提供約38%反射率，兩者皆法線入射。因此，該多層鏡可在操作於13.5nm處的光學系統中使用，或在操作於6.7nm處的光學系統中使用。此外，該反射鏡可在設計成同時或在不同使用階段中操作於兩者波長的光學系統中使用。舉例來說，用於微影生產的輻射可具有6.7nm，而量測輻射可具有13.5nm。
此外，圖3及圖4證實該多層鏡之良好光譜寬頻特性。在6.7nm處介於0°至約5°之間的入射角範圍內得到至少35%之高程度反射率，而對較大第二波長提供甚至更寬廣的接受範圍(介於0°至約10°之間)。
模擬顯示，對在約13.5nm處之反射率的貢獻幾乎完全源自第二層組。在13.4nm處的第一層組之反射率約為0.0001。另一方面，在約6.7nm處之反射率幾乎完全源自第一層組。在6.7nm處的第二層組之反射率約為0.000022(分別皆法線入射)。
以下所附圖式係欲例示提供光譜彼此隔開的(至少)兩個反射率峰值之多層鏡的其他佈局原則。圖5係根據第二具體實施例透過多層鏡M之層結構的示意垂直剖面圖。多層堆疊SL形成於基板SUB上。該多層堆疊包含複數四層重複單元RU4。四層重複單元RU4分別皆包含一第一材料M1之一第一層L1；一第二材料M2之一第二層L2，其形成於第一層L1上；一第三材料M3之一第三層L3，其形成於第二層L2上；以及一第 四材料M4之一第四層L4，其形成於該第三層上。複數四層重複單元堆疊於彼此頂端上，使得第四材料之第四層L4亦在相互鄰接的四層重複單元之間的轉變處鄰接於第一材料M1之第一層L1。
材料和材料組合經選擇使得多層結構對第一波長λ1和第二波長λ2兩者作為分散式布拉格反射器可行，而該多層結構對在第一和第二波長周圍之窄波長頻帶外的其他波長則「不可行(out of tune)」。
表3根據第二具體實施例提供特定實例的數據。在此實例中，第一材料M1係碳化硼(B4C)，第二材料係鑭(La)，第三材料M3與第一材料相同，亦即M3=B4C，且第四材料M4係鉬(Mo)。該示例性具體實施例包含100個四層重複單元，如在左行(#RU4)中所給出。
由於折射率實部(1-δ)係波長之函數並會隨著不同材料變化的事實，因此多層堆疊視入射波長之幅度而定呈現出顯著不同的光學特性。各自的表現在圖5右側部分示意性例示出，其中各自的折射率實部由點表示。(連接各點的虛線僅為了例示性目的。原則上，折射率呈階段性變化，不會連續變化。在實際的層堆疊中，層界面處可能會出現小偏差δ，使得該等階段可能不清晰。然而，足夠清晰的轉變可藉由使用阻障層或界面鈍化達成。)
在較短第一波長λ1=6.7nm處，碳化硼(B4C)具有(1-δ)=0.99，而鉬(Mo)具有(1-δ)=0.987且鑭(La)具有(1-δ)=0.984。因此，在B4C和La形成鄰接層處，B4C係高折射率材料而La係低折射率材料。同樣地，在Mo和B4C形成鄰接層處，B4C係高折射率材料而Mo係低折射率材料。因此，在第一波長處的輻射在深度方向(多層之法線方向)上遇到根據H-L-H-L-H……的折射率第一實部(1-δ)1之週期性變化。在第一波長處的折射率實部之週期性變化可指定第一折射率週期長度RIP1。注意到RIP1係取決於各層幾何厚度而非光學厚度的幾何參數。
關於在深度方向上之折射率變化(折射率實部之變化)的條件在較大第二波長λ2處顯著不同，其中該等材料分別皆指定折射率第二實部(1-δ)2。在λ2處，第二材料M2(La)之特徵在於(1-δ)2=1.004，這在層堆疊中係所有材料之最大數值。另一方面，第四材料M4(Mo)之特徵在於(1-δ)2=0.922，這在所選擇的材料集合中係折射率實部之最小數值。選擇作為第一材料和第三材料的碳化硼(B4C)呈現出在鉬(Mo)和鑭(La)之(1-δ)2值中間的(1-δ)2值。這種「中間(intermediate)」特性以下用「IM」標出。碳化硼(B4C)相較於鑭(La)時會被視為低折射率材料，但相較於鉬(Mo)時則會被視為高折射率材料。因此，連續的四層重複單元RU4之序列包含根據H-IM-L(或反之亦然，亦即L-IM-H)的一高折射率材料(H)、中間折射率材料(IM)及一低折射率材料(L)之三個連續層之一序列。
因此，在深度方向上進入多層堆疊之第二波長λ2處的輻射遇到根據H-IM-L-IM-H-IM-L-IM……的折射率第二實部之變化。如圖5所例示，對應的折射率變化可指定第二折射率週期長度RIP2，其係第一折射率 週期長度RIP1的兩倍大。
如上述包含連續四層重複單元的多層結構對入射輻射產生有效折射率(實部)之週期性變化，其中折射率週期長度與波長之間的比率對第一波長λ1和第二波長λ2大致相同。在每種情況下，各自折射率週期長度皆對應於約一半的各自波長。具體而言，條件RIPi=(0.5λi)±10%可對i=1和i=2成立。
多層結構因此可用作僅在第一波長和第二波長處及接近處有效反射的分散式布拉格反射器，但在其他波長處則顯著不可行。
第二具體實施例之多層鏡的光學性能可取自圖6至圖8。圖6所示曲線圖顯示對法線入射處(AOI=0°)的輻射在包括6.7nm處第一波長λ1和13.1nm處第二波長λ2的從5nm至15nm之波長範圍內的多層鏡之反射率R。圖7及圖8顯示對第一波長(圖7)及第二波長(圖8)的反射率R與入射角AOI之間的關係。RS係s偏振輻射的反射率，RP指稱p偏振輻射的反射率，RA指稱平均反射率。
從圖6顯而易見多層鏡在13.1nm處(第二峰值反射率)提供約56%反射率，並同時在6.7nm處(第一峰值反射率)提供約48%反射率。因此，該多層鏡可在操作於13.1nm處的光學系統中使用，或在操作於6.7nm或兩者處的光學系統中使用。
此外，圖7及圖8證實該多層鏡之良好光譜寬頻特性。在6.7nm處介於0°至約6°之間的入射角範圍內得到至少48%之高程度反射率，而對較大第二波長提供具有50%或以上反射率之甚至更寬廣的接受範圍(介於0°至約8°之間)。
表4根據第三具體實施例提供特定實例的數據。在此實例中，多層堆疊可細分成在基板上的第一層組LG1和形成於該第一層組上的第二層組LG2。該第一層組包含60個四層重複單元，其中B4C作為第一和第三材料而La作為第二和第四材料。該第一層組亦可描述為B4C/La雙層所形成的120個兩層重複單元之子堆疊。第一層組對第一波長提供高反射率。
第二層組LG2在法線入射處或接近處對第二波長提供比對第一波長更高的反射率。其包含40個四層重複單元，其中第一材料係碳化硼(B4C)，第二材料係鑭(La)，第三材料與第一材料相同，亦即M3=B4C，且第四材料係鉬(Mo)。該等四層重複單元因此類似於結合圖5所討論者。在第一和第二層組中的單一層分別皆具有相應於四分之一第一波長(6.7nm)的光學厚度。然而，高一中間及低折射率材料之序列(H-IM-L-IM-H-IM-L……)在第二層組中(對第二波長)比在第一層組中提供兩倍的折射率週期長度。由於La、B4C及Mo對第一波長之吸收低(在6.7nm處的吸光係數β小於0.003)，因此在第二層組中6.7nm處的強度損失夠小。
此具體實施例類似於雙堆疊之第一具體實施例，其中有相互堆疊之兩個明顯不同的層組LG1、LG2。亦類似於第二具體實施例，其中層組LG1、LG2分別皆包含四層重複單元。如此示例性顯示各個概念可結合以得到所需反射率曲線。
第三具體實施例之多層鏡的光學性能可取自圖9至圖11。圖9所示曲線圖顯示對法線入射處(AOI=0°)的輻射在包括6.7nm處第一波長λ1和13.1nm處第二波長λ2的從5nm至15nm之波長範圍內的多層鏡之反射率R。圖10及圖11顯示對第一波長(圖10)及第二波長(圖11)的反射率R與入射角AOI之間的關係。RS係s偏振輻射的反射率，RP指稱p偏振輻射的反射率，RA指稱平均反射率。
從圖9顯而易見多層鏡在13.1nm處(第二峰值反射率)提供約54%反射率，並同時在6.7nm處(第一峰值反射率)提供約49%反射率。因此，該多層鏡可在操作於13.1nm處的光學系統中使用，或在操作於6.7nm或兩者處的光學系統中使用。
此外，圖10及圖11證實該多層鏡之良好光譜寬頻特性。在6.7nm處介於0°至約6°之間的入射角範圍內得到至少49%之高程度反射率，而對較大第二波長提供具有50%或以上反射率之甚至更寬廣的接受範圍(介於0°至約7°之間)。

Claims (10)

  1. 一種用於反射極紫外(extreme untraviolet，EUV)輻射的多層反射鏡(M)，該多層反射鏡包含：一基板(SUB)；以及一多層堆疊(SL)，形成於該基板上，該多層堆疊包含多層，其包含一低折射率材料和一高折射率材料，該低折射率材料相較於該高折射率材料在一給定操作波長具有該折射率一較低實部；該多層反射鏡在從6nm延伸至7nm的一第一波長頻帶中一第一波長λ1處提供一反射率20%或以上之第一峰值，並在從12.5nm延伸至15nm的一第二波長頻帶中一第二波長λ2處提供反射率20%或以上之第二峰值；其中該多層堆疊包含複數四層重複單元(RU4)，其分別皆包含：一第一材料(M1)之一第一層(L1)；一第二材料(M2)之一第二層(L2)，其在該第一層上；一第三材料(M3)之一第三層(L3)，其在該第二層上；以及一第四材料(M4)之一第四層(L4)，其在該第三層上，其中在該第一波長λ1處的該第一至第四材料之層材料之該折射率一第一實部(1-δ)1根據一第一折射率週期長度(RIP1)在該多層堆疊之一深度方向上週期性變化；在該第二波長λ2處的層材料之該折射率一第二實部(1-δ)2根據一第二折射率週期長度(RIP2)在該多層堆疊之該深度方向上週期性變化；以及該第二折射率週期長度約為該第一折射率週期長度的兩倍。
  2. 如申請專利範圍第1項之多層反射鏡，其中該各自折射率週期長度對應於約一半該各自波長，使得該條件RIPi=(0.5λi)±10%對i=1和i=2成立。
  3. 如申請專利範圍第1項之多層反射鏡，其中該第一材料(M1)和該第三材料(M3)分別皆在介於該第二材料折射率一第二實部與該第四材料中間的該第二波長具有折射率一第二實部。
  4. 如申請專利範圍第1項之多層反射鏡，其中一序列連續的四層重複單元(RU4)包含一高折射率材料(H)、一中間折射率材料(IM)和一低折射率材料(L)之一序列三個連續層，其中該低折射率材料相較於該高折射率材料和該中間折射率材料具有該折射率一較低實部，且該中間折射率材料相較於該高折射率材料具有該折射率一較低實部。
  5. 如申請專利範圍第4項之多層反射鏡，其中該中間折射率材料(IM)在該第二波長具有在從0.94至0.98之一範圍內的該折射率一實部(1-δ)。
  6. 如申請專利範圍第1項之多層反射鏡，其中該第一材料和該第三材料選自硼(B)、碳化硼(B4C)、鋯(Zr)及氮化硼(BN)所組成的一群組。
  7. 如申請專利範圍第1項之多層反射鏡，其中該第一材料與該第三材料係相同的材料。
  8. 一種用於反射極紫外(extreme untraviolet，EUV)輻射的多層反射鏡(M)，該多層反射鏡包含：一基板(SUB)；以及一多層堆疊(SL)，形成於該基板上，該多層堆疊包含多層，其包含一低折射率材料和一高折射率材料，該低折射率材料相較於該高折射率材料在一給定操作波長具有該折射率一較低實部；該多層反射鏡在從6nm延伸至7nm的一第一波長頻帶中一第一波長λ1處提供一反射率20%或以上之第一峰值，並在從12.5nm延伸至15nm的一第二波長頻帶中一第二波長λ2處提供反射率20%或以上之第二峰值；其中該多層堆疊包含：一第一層組，形成於該基板上，該第一層組包含複數第一四層重複單元；以及一第二層組，形成於該第一層組上，該第二層組包含複數第二四層重複單元，其不同於該第一四層重複單元，其中該第一和第二四層重複單元分別皆包含：一第一材料之一第一層；一第二材料之一第二層，其在該第一層上；一第三材料之一第三層，其在該第二層上；以及一第四材料之一第四層，其在該第三層上，其中在該第一波長λ1處的該第一至第四材料之層材料之該折射率一第一實部(1-δ)1根據一第一折射率週期長度在該多層堆疊之一深度方向上週期性變化；在該第二波長λ2處的層材料之該折射率一第二實部(1-δ)2根據一第二折射率週期長度在該多層堆疊之該深度方向上週期性變化；以及該第二折射率週期長度約為該第一折射率週期長度的兩倍。
  9. 一種根據申請專利範圍第1項至第8項之任一項所包含至少一個多層反射鏡的EUV光學系統。
  10. 如申請專利範圍第9項之EUV光學系統，其中該光學系統選自下列所組成的群組：一微影技術投影曝光裝置之一投影物鏡；一微影技術投影曝光裝置之一照明系統；一顯微鏡光學系統；一檢測系統。
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