一種提高了極紫外光譜純度及抗氧化性的多層膜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高了極紫外光譜純度及抗氧化性的多層膜，屬于極紫外光刻領(lǐng)域。該多層膜在保證13.5nm處的反射率損失不大的前提下，使帶外波段的反射率、多層膜氧化及表層碳污染沉積得到有效的抑制。該多層膜依次包括：基底、多個層周期的Si層/Mo層、光譜純化層、Mo層、光譜純化層及保護層。本發(fā)明在不改變膜系的外形，不增加光學元件，也不增加額外的加工步驟的基礎(chǔ)上，制作光譜純化層及保護層，在反射率損耗可以忽略的情況下，通過抑制帶外波段、抑制反射層的氧化和碳污染層的沉積，提高光刻系統(tǒng)的成像質(zhì)量和光刻的質(zhì)量。
【專利說明】
一種提高了極紫外光譜純度及抗氧化性的多層膜

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于極紫外光刻領(lǐng)域，具體涉及一種提高了極紫外光譜純度及抗氧化性的多層膜。

【背景技術(shù)】
[0002]極紫外光刻是最有可能實現(xiàn)22nm技術(shù)節(jié)點的下一代光刻技術(shù)。極紫外光刻系統(tǒng)使用波長為13.5nm，在此波段，大多數(shù)材料的吸收系數(shù)都很高，所以只能采用全反射式系統(tǒng)。為了進一步縮短曝光時間，提高產(chǎn)量，需要在光學元件上鍍制高精度多層膜以提高反射率。極紫外波段優(yōu)選鍍制的多層膜是周期數(shù)為40、周期厚度為7nm的Mo/Si多層膜。該多層膜雖然在13.5nm處的反射率很高(可達68%以上)，但其截止帶寬很窄:在紫外波段反射率逐漸增加，最高可達60% ;在可見光波段,反射率為38% -47% ;在紅外波段最低反射率也可達30 %。而且在波長較短的范圍內(nèi)，輻射能夠產(chǎn)生碳沉積層，覆蓋在反射率表面，造成反射率的下降。
[0003]EUV反射鏡主要的挑戰(zhàn)來自“帶外波段干擾”和“輻照氧化污染”兩方面。首先，在光源帶外波段，激光等離子體光源是極紫外光刻系統(tǒng)的常用光源，該光源不僅在極紫外波段具有較高的輻射強度，而且在紫外波段、可見波段及紅外波段的輻射強度也比較高。光刻系統(tǒng)的分辨率R和焦深公式DOF分別為:
[0004]R = ■—( I )
NA
[0005]DOl.= H( 2 )

(ΝΑ)~
[0006]其中，Ic1和k2表示系數(shù)，λ表示波長，NA表示數(shù)值孔徑，由公式⑴和⑵知，光刻系統(tǒng)的分辨率R和焦深DOF均與波長λ有關(guān)，如果截止帶寬過窄，會影響光刻系統(tǒng)的成像質(zhì)量。
[0007]極紫外光刻中使用的光刻膠材料主要為聚苯乙烯與丙烯酸鹽混合高分子材料或丙烯酸鹽高分子材料。極紫外光刻中使用的光刻膠不僅對13.5nm的光敏感，而且對帶外波段的光也很敏感。特別是波長在160nm-240nm波段范圍內(nèi)光刻膠較為敏感，其敏感度甚至高于EUV波段，而且在此波段的光源輸出功率也比較大。
[0008]其次，污染及氧化層的產(chǎn)生。由于EUV波段能量很高，即使多層膜在極微量的水汽和有機氣體環(huán)境下使用，表面也極容易出現(xiàn)氧化層和碳污染沉積層，這會導致多層膜反射率的大幅降低，也會嚴重影響光譜純化層的抑制作用。所以光譜純化層上的保護層能夠有效減少下層的氧化，從而提高了反射膜整體的工作強度和使用壽命。
[0009]綜上，一個有應(yīng)用價值的EUV多層膜，一方面要應(yīng)對減少光刻膠在波長為160nm-240nm波段的敏感值，另一方面能夠有效抵御來自真空環(huán)境下殘余的水汽和有機物污染對下層反射層的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題，提供一種提高了極紫外光譜純度及抗氧化性的多層膜。
[0011]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:
[0012]一種提高了極紫外光譜純度及抗氧化性的多層膜，其特征在于，該多層膜依次包括:基底、多個層周期的Si層/Mo層、光譜純化層、Mo層、光譜純化層及保護層。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述光譜純化層的材料選自C、SiC和Si3N4中的一種或者兩種。
[0014]在上述技術(shù)方案中，所述保護層的材料為Ru或T12。
[0015]在上述技術(shù)方案中，兩層所述的光譜純化層的總厚度為6?10nm。
[0016]在上述技術(shù)方案中，所述保護層的厚度為I?3nm。
[0017]在上述技術(shù)方案中，所述多個層周期為40?60周期，周期厚度為7nm。
[0018]在上述技術(shù)方案中，所述基底的表面粗糙度小于0.2nm。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:
[0020]本發(fā)明提供的提高了極紫外光譜純度及抗氧化性的多層膜在不改變膜系的外形，不增加光學元件，也不增加額外的加工步驟的基礎(chǔ)上，制作光譜純化層及保護層，在反射率損耗可以忽略的情況下，通過抑制帶外波段、減少Mo/Si層的氧化和碳污染在表面的沉積。提高極紫外光刻反射鏡系統(tǒng)的成像質(zhì)量和使用壽命。其中光譜純化層具有提高光譜純度的功能，保護層同時具有抗氧化和抗表面污染的功能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0022]圖1本發(fā)明提供的一種提高了極紫外光譜純度以及抗氧化性的多層膜結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2本發(fā)明波長在12.8nm-14.2nm中六種不同的多層膜和Mo/Si多層膜，波長與反射率之間關(guān)系的示意圖。
[0024]圖3本發(fā)明波長在13.3nm-13.8nm中六種不同的多層膜和Mo/Si多層膜，波長與反射率之間關(guān)系的局部不意圖。
[0025]圖4本發(fā)明波長在160nm-240nm中六種不同的多層膜和Mo/Si多層膜，波長與反射率之間關(guān)系的局部不意圖。
[0026]圖1中的附圖標記表示為:
[0027]1-多層膜；2-基底；3_Si層；4-Mo層；5_光譜純化層；6_保護層。

【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做以詳細說明。
[0029]一種提高了極紫外光譜純度及抗氧化性的多層膜1，該多層膜I依次包括:基底2、多個層周期的Si層3/Mo層4、光譜純化層5、Mo層4、光譜純化層5及保護層6。
[0030]所述光譜純化層5的材料選自C、SiC和Si3N4中的一種或者兩種，由于大多數(shù)材料在極紫外波段的吸收系數(shù)都很高，所以光譜純化層5的厚度不宜太厚，優(yōu)選兩層所述的光譜純化層5的總厚度為6?10nm。所述保護層6的材料為Ru或T12,厚度為I?3nm。通過改變光譜純化層5和保護層6的材料、厚度及組合來滿足不同光刻膠對帶外波段抑制度的要求。
[0031]本發(fā)明提供的多層膜I特別適合于應(yīng)用在對光譜純度要求高，碳污染沉積明顯的極紫外光刻系統(tǒng)中。在激光等離子體光源的輻射下，通過本發(fā)明中鍍制光譜純化層5的多層膜的反射后，帶外波段的最低反射率可達5%以下。光譜純化層5的總厚度為6?10nm，用Mo層4進行分割，具有這種厚度的光譜純化層5適合于對帶外波段進行有效的相消干涉，同時可以保證了 EUV波段的正常干涉疊加，而且由于最上層保護層6的厚度只有I?3nm,其對13.5nm處的影響也相對很小。
[0032]所述多個層周期的Si層3/Mo層4的優(yōu)選層周期為40?60個，一個層周期包括一個Si層3和與該Si層3相鄰的Mo層4，其中在該周期性多層膜內(nèi)部Si層及Mo層的厚度不變。由于該光譜區(qū)域中的輻射的有限的作用深度，所屬層對數(shù)量的進一步提高僅僅對該多層膜的反射有輕微的作用，通過這種周期性的多層膜可實現(xiàn)在一個給定的波長λ的窄光譜區(qū)域中的高反射。
[0033]在本發(fā)明中，優(yōu)選在所述多個層周期的Si層3/Mo層4上設(shè)置一個光譜純化層5和一個保護層6，光譜純化層5及保護層6在材料和厚度上與該周期性多層膜不同以便在保證13.5nm處的反射率損失不大的前提下，使帶外波段的反射率得到有效的抑制并減少下層Si層3/Mo層4多層膜的氧化和C污染沉積。
[0034]該多層膜I的帶外波段反射率的抑制可通過以下方式實現(xiàn):將該多層膜I設(shè)置在一個基底2上，該基底2的表面粗糙度小于0.2nm。在該基底2上鍍制上多個層周期的Si層3/Mo層4、光譜純化層5、Mo層4、光譜純化層5以及保護層6，然后用反射率計對其反射率進行表征?？寡趸詣t體現(xiàn)在Ru和T12等保護層6材料的氧化活性明顯低于S1、SiC或Si3N4層材料。
[0035]實施例1
[0036]如圖1所示，該多層膜I的結(jié)構(gòu)是由40個周期的Si層3/Mo層4，光譜純化層5、Mo層4、光譜純化層5以及保護層6組成的。多層膜I被設(shè)置在基底2上，其中相應(yīng)的Si層3以及對應(yīng)的Mo層4構(gòu)成一個周期，周期厚度為7nm。每個光譜純化層5的厚度為3nm，材料為C材料。最上層保護層6的厚度2nm，材料為Ru。由于光譜純化層5的存在會使該多層膜I在13.5nm處反射率減少不大的前提下,對其帶外波段,尤其是160nm?240nm,反射率會有一個有效的抑制作用；保護層6則有效的減少上層薄膜的氧化。將多層膜I施加于基底2上優(yōu)選磁控濺射技術(shù)，其中Si層3、Mo層4選用的是直流磁控濺射；光譜純化層5優(yōu)選射頻磁控濺射；保護層6如果選用金屬氧化物材料優(yōu)選直流反應(yīng)磁控濺射，氧氣作為反應(yīng)氣體，如果選用金屬材料優(yōu)選直流磁控濺射制備，所有材料的制備使用的濺射工作氣體均為氬氣。
[0037]實施例2
[0038]多層膜I的結(jié)構(gòu)是由40個周期的Si層3/Mo層4，光譜純化層5、Mo層4、光譜純化層5以及保護層6組成的。多層膜I被設(shè)置在基底2上，其中相應(yīng)的Si層3以及對應(yīng)的Mo層4構(gòu)成一個周期,周期厚度為7nm。每個光譜純化層5的厚度為5nm,材料為SiC。最上層保護層的厚度lnm，材料為Ti02。由于光譜純化層5的存在會使該多層膜I在13.5nm處反射率減少不大的前提下，對其帶外波段，尤其是160nm?240nm，反射率會有一個有效的抑制作用；保護層6則有效的減少上層薄膜的氧化。將多層膜I施加于基底2上優(yōu)選磁控濺射技術(shù)，其中Si層3、Mo層4選用的是直流磁控濺射；光譜純化層5優(yōu)選射頻磁控濺射；保護層6如果選用金屬氧化物材料優(yōu)選直流反應(yīng)磁控濺射，氧氣作為反應(yīng)氣體，如果選用金屬材料優(yōu)選直流磁控濺射制備，所有材料的制備使用的濺射工作氣體均為氬氣。
[0039]實施例3
[0040]多層膜I的結(jié)構(gòu)是由40個周期的Si層3/Mo層4，光譜純化層5、Mo層4、光譜純化層5以及保護層6組成的。多層膜I被設(shè)置在基底2上，其中相應(yīng)的Si層3以及對應(yīng)的Mo層4構(gòu)成一個周期，周期厚度為7nm。每個光譜純化層5的厚度為4.2nm，材料為Si3N4。最上層保護層的厚度3nm，材料為Ti02。由于光譜純化層5的存在會使該多層膜I在13.5nm處反射率減少不大的前提下，對其帶外波段，尤其是160nm?240nm，反射率會有一個有效的抑制作用；保護層6則有效的減少上層薄膜的氧化。將多層膜I施加于基底2上優(yōu)選磁控濺射技術(shù)，其中Si層3、Mo層4選用的是直流磁控濺射；光譜純化層5優(yōu)選射頻磁控濺射；保護層6如果選用金屬氧化物材料優(yōu)選直流反應(yīng)磁控濺射，氧氣作為反應(yīng)氣體，如果選用金屬材料優(yōu)選直流磁控濺射制備，所有材料的制備使用的濺射工作氣體均為氬氣。
[0041]實施例4
[0042]如圖1所示，該多層膜I的結(jié)構(gòu)是由40個周期的Si層3/Mo層4，光譜純化層5、Mo層4、光譜純化層5以及保護層6組成的。多層膜I被設(shè)置在基底2上，其中相應(yīng)的Si層3以及對應(yīng)的Mo層4構(gòu)成一個周期，周期厚度為7nm。每個光譜純化層5的厚度為3nm，材料為C材料。最上層保護層6的厚度2nm，材料為Ti02。由于光譜純化層5的存在會使該多層膜I在13.5nm處反射率減少不大的前提下,對其帶外波段,尤其是160nm?240nm,反射率會有一個有效的抑制作用；保護層6則有效的減少上層薄膜的氧化。將多層膜I施加于基底2上優(yōu)選磁控濺射技術(shù)，其中Si層3、Mo層4選用的是直流磁控濺射；光譜純化層5優(yōu)選射頻磁控濺射；保護層6如果選用金屬氧化物材料優(yōu)選直流反應(yīng)磁控濺射，氧氣作為反應(yīng)氣體，如果選用金屬材料優(yōu)選直流磁控濺射制備，所有材料的制備使用的濺射工作氣體均為氬氣。
[0043]實施例5
[0044]多層膜I的結(jié)構(gòu)是由40個周期的Si層3/Mo層4，光譜純化層5、Mo層4、光譜純化層5以及保護層6組成的。多層膜I被設(shè)置在基底2上，其中相應(yīng)的Si層3以及對應(yīng)的Mo層4構(gòu)成一個周期,周期厚度為7nm。每個光譜純化層5的厚度為5nm,材料為SiC。最上層保護層的厚度lnm，材料為Ru。由于光譜純化層5的存在會使該多層膜I在13.5nm處反射率減少不大的前提下，對其帶外波段，尤其是160nm?240nm，反射率會有一個有效的抑制作用；保護層6則有效的減少上層薄膜的氧化。將多層膜I施加于基底2上優(yōu)選磁控濺射技術(shù)，其中Si層3、Mo層4選用的是直流磁控濺射；光譜純化層5優(yōu)選射頻磁控濺射；保護層6如果選用金屬氧化物材料優(yōu)選直流反應(yīng)磁控濺射，氧氣作為反應(yīng)氣體，如果選用金屬材料優(yōu)選直流磁控濺射制備，所有材料的制備使用的濺射工作氣體均為氬氣。
[0045]實施例6
[0046]多層膜I的結(jié)構(gòu)是由40個周期的Si層3/Mo層4，光譜純化層5、Mo層4、光譜純化層5以及保護層6組成的。多層膜I被設(shè)置在基底2上，其中相應(yīng)的Si層3以及對應(yīng)的Mo層4構(gòu)成一個周期，周期厚度為7nm。每個光譜純化層5的厚度為4.2nm,材料為Si3N4。最上層保護層的厚度3nm，材料為Ru。由于光譜純化層5的存在會使該多層膜I在13.5nm處反射率減少不大的前提下，對其帶外波段，尤其是160nm?240nm，反射率會有一個有效的抑制作用；保護層6則有效的減少上層薄膜的氧化。將多層膜I施加于基底2上優(yōu)選磁控濺射技術(shù)，其中Si層3、Mo層4選用的是直流磁控濺射；光譜純化層5優(yōu)選射頻磁控濺射；保護層6如果選用金屬氧化物材料優(yōu)選直流反應(yīng)磁控濺射，氧氣作為反應(yīng)氣體，如果選用金屬材料優(yōu)選直流磁控濺射制備，所有材料的制備使用的濺射工作氣體均為氬氣。
[0047]圖2表示波長在12.8nm-14.2nm中實施例1-6的多層膜I和Mo/Si多層膜，波長與反射率之間關(guān)系的示意圖。圖3表示波長在13.3nm-13.8nm中實施例1_6的多層膜I和Mo/Si多層膜，波長與反射率之間關(guān)系的局部示意圖。如圖3所示，Mo/Si多層膜在13.5nm處的反射率約為73%，加上光譜純化層5后，由于光譜純化層5的吸收作用，反射率會有所降低；光譜純化層5為Si3N4,保護層6分別為T12和Ru時，在13.5nm波長反射率分別為62.4%m 64.5% ;光譜純化層5為C，保護層6分別為T12和Ru時，在13.5nm波長反射率分別為64.1%和66%;光譜純化層5為SiC，保護層6分別為T12和Ru時，在13.5nm波長反射率分別為68.2%和70.3%。由圖2和圖3得知，在Mo/Si多層膜上鍍制光譜純化層5和保護層6的多層膜I中，沒有因為鍍制光譜純化層5和保護層6對反射率起到很大的影響，反射率的損失是在可以接受的范圍之內(nèi)。
[0048]圖4表示波長在160nm-240nm中實施例1_6的多層膜I和Mo/Si多層膜，波長與反射率之間關(guān)系的局部示意圖。Mo/Si多層膜的反射率在深紫外波段的反射率可達60%。在本發(fā)明的多層膜I中，深紫外反射率均不超過40 %，不同的光譜純化層5其深紫外波段的最大抑制度及抑制區(qū)域不同。Ti02+Si3N4的組合，在184nm處的反射率僅為5% ；Ti02+SiC的組合，在221nm處的反射率僅為4.7% ；Ti02+C的組合，在160nm處的反射率22% ；Ru+Si3N4時，在170nm處的反射率為6% ;Ru+SiC時，在217nm處的反射率為9%，Ru+C時，在160nm處的反射率為4%。上述六個實例可針對敏感波段不同的光刻膠對其在帶外波段的曝光進行有效的抑制。
[0049]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種提高了極紫外光譜純度及抗氧化性的多層膜，其特征在于，該多層膜依次包括:基底、多個層周期的Si層/Mo層、光譜純化層、Mo層、光譜純化層及保護層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高了極紫外光譜純度及抗氧化性的多層膜，其特征在于，所述光譜純化層的材料選自C、SiC和Si3N4中的一種或者兩種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高了極紫外光譜純度及抗氧化性的多層膜，其特征在于，所述保護層的材料為Ru或T12。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高了極紫外光譜純度及抗氧化性的多層膜，其特征在于，兩層所述的光譜純化層的總厚度為6?10nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高了極紫外光譜純度及抗氧化性的多層膜，其特征在于，所述保護層的厚度為I?3nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高了極紫外光譜純度及抗氧化性的多層膜，其特征在于，所述多個層周期為40?60周期,周期厚度為7nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高了極紫外光譜純度及抗氧化性的多層膜，其特征在于，所述基底的表面粗糙度小于0.2nm。
【文檔編號】G02B1/10GK104297820SQ201410508514
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】匡尚奇, 王珣, 金春水 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所