CN102798902A - 一种提高极紫外光谱纯度的新型多层膜 - Google Patents

Abstract

一种提高极紫外光谱纯度的新型多层膜属于极紫外光刻领域，该多层膜在保证13.5nm处的反射率损失不大的前提下，使带外波段的反射率得到有效的抑制。一种提高极紫外光谱纯度的新型多层膜，该多层膜包括：基底和Mo／Si多层膜，还包括SPE(spectral purity enhancing，提高光谱纯度)层；所述Mo／Si多层膜制作在基底上，SPE层制作在Mo／Si多层膜上。本发明在不改变膜系的外形，不增加光学元件，也不增加额外的加工步骤的基础上，制作SPE层，在反射率损耗可以忽略的情况下，通过抑制带外波段提高光刻***的成像质量和光刻的质量。

Description

一种提高极紫外光谱纯度的新型多层膜

技术领域

本发明属于极紫外光刻领域，具体涉及一种提高极紫外光谱纯度的新型多层膜。

背景技术

极紫外光刻是最有可能实现22nm技术节点的下一代光刻技术。极紫外光刻***使用波长为13.5nm，在此波段，大多数材料的吸收系数都很高，所以只能采用全反射式***。为了进一步缩短曝光时间，提高产量，需要在光学元件上镀制高精度多层膜以提高反射率。极紫外波段优选镀制的多层膜是周期数为40-60、周期厚度为6.9-7.2nm的Mo／Si多层膜。该周期性Mo／Si多层膜虽然在13.5nm处的反射率很高（可达68%以上），但其截止带宽很窄：在紫外波段反射率逐渐增加，最高可达60%；在可见光波段，反射率为38%-47%；在红外波段最低反射率也可达30%。

激光等离子体光源是极紫外光刻***的常用光源，该光源不仅在极紫外波段具有较高的辐射强度，而且在紫外波段、可见波段及红外波段的辐射强度也比较高。光刻***的分辨率R和焦深公式DOF分别为：

$R=\frac{k_1\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}}---\left(1\right)$

$\mathrm{DOF}=\frac{k_2\mathrm{\λ}}{{\left(\mathrm{NA}\right)}^2}---\left(2\right)$

其中，k₁和k₂表示系数，λ表示波长，NA表示数值孔径，由公式（1）和（2）知，光刻***的分辨率R和焦深DOF均与波长λ有关，如果截止带宽过窄，会影响光刻***的成像质量。

极紫外光刻中使用的光刻胶材料主要为聚苯乙烯与丙烯酸盐混合高分子材料或丙烯酸盐高分子材料。极紫外光刻中使用的光刻胶不仅对13.5nm的光敏感，而且对带外波段的光也很敏感。波长在160nm-240nm波段范围内光刻胶较为敏感，其敏感度甚至高于EUV波段的，而且在此波段的光源输出功率也比较大。

综上，波长为160nm-240nm波段为带外波段光刻胶敏感值的最大范围，光刻胶在此波段的曝光，会影响光刻质量。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种提高极紫外光谱纯度的新型多层膜，该新型多层膜在保证13.5nm处的反射率损失不大的前提下，使带外波段的反射率得到有效的抑制。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种提高极紫外光谱纯度的新型多层膜，该新型多层膜包括：基底和周期性Mo／Si多层膜，还包括SPE(spectral purity enhancing，提高光谱纯度)层；周期性Mo／Si多层膜制作在基底上，SPE层制作在周期性Mo／Si多层膜上。

本发明的有益效果是：本发明在不改变膜系的外形，不增加光学元件，也不增加额外的加工步骤的基础上，制作SPE层，在反射率损耗可以忽略的情况下，通过抑制带外波段提高光刻***的成像质量和光刻的质量。

附图说明

图1本发明一种提高极紫外光谱纯度的新型多层膜结构示意图。

图2本发明波长在12.8nm-14.2nm中五种不同的新型多层膜和周期性Mo／Si多层膜，反射率的对比示意图。

图3本发明波长在13.1nm-13.8nm中五种不同的新型多层膜和周期性Mo／Si多层膜，反射率的对比示意图。

图4本发明波长在160nm-240nm中五种不同的新型多层膜和周期性Mo／Si多层膜，反射率的对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

一种提高极紫外光谱纯度的新型多层膜，该多层膜包括：基底和周期性Mo／Si多层膜，还包括SPE层；周期性Mo／Si多层膜制作在基底上，SPE层制作在周期性Mo／Si多层膜上。

SPE层的材料主要有C，SiC以及Si₃N₄，由于大多数材料在极紫外波段的吸收系数都很高，所以SPE层的厚度不宜太厚，一般在9-12nm左右，10nm为最优选厚度。不同的极紫外光刻胶的带外敏感波段不一样，通过改变SPE层的材料、厚度及组合来满足不同光刻胶对带外波段抑制度的要求。

本发明的新型多层膜特别适合于应用在对光谱纯度要求很高的极紫外光刻***中。在激光等离子体光源的辐射下，通过本发明中镀制SPE层的新型多层膜的反射后，带外波段的最低反射率可达3%以下。SPE层的厚度为10nm左右，具有这种厚度的SPE层适合于对带外波段进行有效的相消干涉，而且由于SPE层的厚度比较薄，其对13.5nm处的吸收相对小。

周期性Mo／Si多层膜的优选层周期为40-60个，一个层对应一个Si层以及该Si层相邻的Mo层,其中在该周期性多层膜内部Si层及Mo层的厚度不变，7nm为优选的厚度。由于该光谱区域中的辐射的有限的作用深度，所属层对数量的进一步提高仅仅对该多层膜的反射有轻微的作用,通过这种周期性Mo／Si多层膜可实现在一个给定的波长λ的窄光谱区域中的高反射。

在本发明中，在周期性Mo／Si多层膜上设置一个SPE层，SPE层在材料和厚度上与周期性Mo／Si多层膜的层不同以便在保证13.5nm处的反射率损失不大的前提下，使带外波段的反射率得到有效的抑制。代替单个SPE层，可根据光刻胶的不同需要设置两个或多个SPE层。

新型多层膜的带外波段反射率的抑制可通过以下方式实现：在表面粗糙度小于0.2nm的基底上镀制周期性Mo／Si多层膜后，在周期性Mo／Si多层膜上镀制SPE层，然后用反射率计对其反射率进行表征。

如图1所示，该多层膜的结构是由交替的Si层3和Mo层4以及设计在其上的SPE层5组成的新型多层膜1被设置在基底2上，其中相应的Si层3以及对应的Mo层4构成一个周期。图1中仅示出8个周期，最佳周期数量为40。SPE层5的优选厚度为10nm左右，由于SPE层的存在会使该新型多层膜1在13.5nm处反射率减少不大的前提下，对其带外波段，尤其是160nm-240nm，反射率会有一个有效的抑制作用。新型多层膜1中的各个部分连接都是通过磁控溅射实现的，其中Si层3和Mo层4选用的是直流磁控溅射，SPE层5优选射频磁控溅射，使用的工作气体为氩气。

图2表示波长在12.8nm-14.2nm中五种不同的新型多层膜和Mo／Si多层膜，波长与反射率之间关系的示意图。在本发明的实例中，在周期数为40、周期厚度约为7nm的MO/Si多层膜上分别设置了不同的SPE层，这些SPE层的材料及其厚度分别为9.6nm的Si₃N₄层、9nm的SiC层、11.6nm的C层、4.6nm的SiC加上4.5nm的Si₃N₄层和6.6nm的C加上3nm的SiC层。如图3所示，Mo/Si多层膜在13.5nm处的反射率约为73%，加上SPE层后，由于SPE层的吸收作用，反射率会有所降低：SPE层为9.6nm的Si₃N₄或11.6nm的C时反射率约为62%，SPE层为9nm的SiC时反射率约为68%，为使带外波段的反射率得到尽可能的抑制同时13.5nm处的反射率损失不大，并且使带外波段最大抑制度处于不同波长处来适应不同光刻胶，本发明中将上述三种SPE层材料及其厚度进行组合。本发明中的两个组合实例分别为4.6nm的SiC加上4.5nm的Si₃N₄和6.6nm的C加上3nm的SiC，其13.5nm处的反射率均约为66%，相比于单层的反射率，有一定的提高。由图2和图3得知，在Mo／Si多层膜上镀制SPE层的新型多层膜中，没有因为镀制SPE层对反射率起到很大的影响，反射率的损失是在可以接受的范围之内。

图4波长在160nm-240nm中五种不同的新型多层膜和Mo／Si多层膜，波长与反射率之间关系的局部示意图。Mo／Si多层膜的反射率在深紫外波段的反射率可达60%。在本发明的新型多层膜中，深紫外反射率均不超过40%，不同的SPE层其深紫外波段的最大抑制度及抑制区域不同。SPE层为9.6nm的Si₃N₄时，在194nm处的反射率仅为3%；SPE层为9nm的SiC时，在215nm处的反射率仅为5%；SPE层为11.6nm的C时，在160nm处的反射率仅为4%；SPE层为4.6nm的SiC加上4.5nm的Si₃N₄时，在220nm处的反射率接近于0%；SPE层为6.6nm的C加上3nm的SiC时，在208nm处的反射率仅为2%。上述五个实例可针对敏感波段不同的光刻胶对其在带外波段的曝光进行有效的抑制。

Claims (7)

1.一种提高极紫外光谱纯度的新型多层膜，该多层膜包括：基底和Mo／Si多层膜，其特征在于还包括SPE层；所述Mo／Si多层膜制作在基底上，SPE层制作在Mo／Si多层膜上。

2.如权利要求1所述的一种提高极紫外光谱纯度的新型多层膜，其特征在于，所述SPE层的材料选自C、SiC或Si₃N₄中的一种或者两种。

3.如权利要求1所述的一种提高极紫外光谱纯度的新型多层膜，其特征在于，所述SPE层的厚度为9-12nm。

4.如权利要求3所述的一种提高极紫外光谱纯度的新型多层膜，其特征在于，所述SPE层最优选的厚度为10nm。

5.如权利要求1所述的一种提高极紫外光谱纯度的新型多层膜，其特征在于，所述Mo／Si多层膜周期数为40-60，周期厚度为6.9-7.2nm。

6.如权利要求5所述的一种提高极紫外光谱纯度的新型多层膜，其特征在于，所述Mo／Si多层膜最优选的厚度为7nm。

7.如权利要求1所述的一种提高极紫外光谱纯度的新型多层膜，其特征在于，所述基底的表面粗糙度小于0.2nm。

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