CN103091744A - 一种提高极紫外光谱纯度及热稳定性的新型多层膜 - Google Patents
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Abstract
一种提高极紫外光谱纯度及热稳定性的新型多层膜，属于极紫外光刻领域，该新型多层膜为在基底上依次镀制Si层和Mo层交替的周期性多层膜，还包括热稳定层，所述热稳定层制作在Si层和Mo层交替的周期性多层膜上；本发明通过在Si层和Mo层交替的周期性多层膜上镀制Si3N4热稳定层可以在不改变膜系的外形、不增加光学元件、不改变光线的辐射方向、也不增加额外的加工步骤的前提下，既保证极紫外波段的反射率损耗可忽略又使带外波段的反射率得到有效抑制，同时使多层膜的热稳定性得到提高。
Description
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，同时具有良好热稳定性的新型多层膜。
背景技术
在集成电路的发展过程中，除集成电路设计技术外，其制造技术发挥着越来越重要的作用，在集成电路的发展中起到决定性作用的是微细加工技术。光刻技术是集成电路生产制造技术的核心和关键，半导体器件线宽的减小可实现集成电路的高集成度、高性能以及低损耗。光刻***的分辨率由工作波长和数值孔径决定，为提高光刻***的分辨率，就必须要使工作波长向极紫外方向发展。
随着薄膜制备技术的进步，极紫外多层膜技术得到了迅速的发展。目前，多层膜光学元件已在天文学、极紫外光刻、显微学、材料科学、软X射线激光、同步辐射应用、等离子体诊断、天文物理、飞秒激光产生高次谐波的选频、低原子序数材料的荧光分析以及窄带偏振测量等领域中得到了广泛的应用。
极紫外光刻一般是利用从激光等离子体光源发出的13.5nm波长的极紫外光经准直、消污染后照射到掩模板上，经投影***投影微缩，用步进扫描的方法将掩模板上的图形高分辨力的转移到涂胶硅片上，再经过刻蚀，清洗等过程制作出带有掩模图形的硅晶片。
在理想情况下，为稳定极紫外光刻***的分辨率，到达曝光***的光应具有单一波长。但是，由于当前可用做极紫外光刻的光源均为宽带光谱，光刻胶的敏感范围比较广并且多层膜带外波段（160nm-240nm）的反射率比较高，导致光刻胶也会在带外波段进行曝光。极紫外光刻中到达曝光***的光谱宽度较宽会降低光刻***的分辨率。
同时，极紫外多层膜的热稳定性也是极紫外光刻发展的关键技术之一，在极紫外光刻***中，极紫外多层膜的表面氧化以及表面碳污染将导致反射率降低及寿命减少。表面碳污染可通过臭氧清洁等方式清除，表面氧化问题比较难解决。
目前，极紫外波段优选镀制的多层膜是周期数为40、周期厚度为7nm的Mo、Si多层膜。该多层膜在13.5nm处的反射率可达70%，但其带外波段反射率很高（最高可达60%）；多层膜的最外层为Si，与空气接触时极易形成SiO2。理论计算表明，当Mo/Si多层膜表面的碳污染层或表面氧化物厚度达到1.5nm时，多层膜反射率急剧下降。
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及热稳定性的新型多层膜，该多层膜在保证13.5nm处反射率损失可忽略的前提下，使带外波段的反射率得到有效抑制，同时可有效提高极紫外多层膜的热稳定性。
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及热稳定性的新型多层膜，该新型多层膜为在基底上依次镀制Si层和Mo层交替的周期性多层膜，还包括热稳定层，所述热稳定层制作在Si层和Mo层交替的周期性多层膜上。
本发明的有益效果是：本发明通过在Si层和Mo层交替的周期性多层膜上镀制Si3N4热稳定层可以在不改变膜系的外形、不增加光学元件、不改变光线的辐射方向、也不增加额外的加工步骤的前提下，既保证极紫外波段的反射率损耗可忽略又使带外波段的反射率得到有效抑制，同时使多层膜的热稳定性得到提高。
附图说明
图1本发明一种提高极紫外光谱纯度及热稳定性的新型多层膜结构示意图。
图2本发明波长在13.5nm处Si3N4厚度为8nm-12nm，Si3N4厚度与反射率之间关系的示意图。
图3本发明波长在13.5nm处Si3N4厚度为8nm-12nm，Si3N4厚度与带外波段反射率之间关系的示意图。
图4本发明波长在12.5nm-14.5nm中新型多层膜和Mo／Si多层膜，波长与反射率之间关系的示意图。
图5本发明波长在160nm-240nm中新型多层膜和Mo／Si多层膜，波长与反射率之间关系的示意图。
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。
如图1所示，一种提高极紫外光谱纯度及热稳定性的新型多层膜，该新型多层膜为在基底1上依次镀制Si层2和Mo层3交替的周期性多层膜，还包括热稳定层4，所述热稳定层4制作在Si层2和Mo层3交替的周期性多层膜上。
Si层2和Mo层3交替的周期性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。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,通过这种周期性的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，优选在Si层2和Mo层3交替的周期性多层膜上设置一个热稳定层4，热稳定层4在材料和厚度上与该周期性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，同时使多层膜的热稳定性得到提高。
热稳定层4的材料主要为Si3N4，由于该材料在极紫外波段的吸收系数很高，所以热稳定层4的厚度一般为8nm-12nm。
根据本发明的多层膜特别适合于应用在对光谱纯度及多层膜热稳定性要求很高的极紫外光刻***中。在激光等离子体光源辐射下，通过本发明镀制热稳定层4的多层膜反射后，带外波段的最低反射率可达3%以下；同时多层膜表面氧化程度较低，其热氧化稳定性较好；而且由于热稳定层较薄，其对13.5nm处的吸收相对较少。
该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：将该新型多层膜设置在基底1上，基底1的表面粗糙度小于0.2nm。在基底1上镀制Si层2和Mo层3交替的周期性多层膜以及热稳定层4，然后用反射率计对其反射率进行表征。
Si层2和Mo层3交替的周期性多层膜中，相应的Si层2以及对应的Mo层3构成一个周期。图1中仅示出8个周期，最佳周期数量为40。热稳定层4的优选厚度为10nm左右，热稳定层4的存在会使新型多层膜在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，同时使极紫外多层膜的热稳定性得到提高。将新型多层膜施加于基底2上优选磁控溅射，其中Si层2和Mo层3选用的是直流磁控溅射，热稳定层4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13.5nm处Si3N4厚度为8nm-12nm，Si3N4厚度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Si层2和Mo层3交替的周期性多层膜上分别设置了不同的热稳定层4厚度，其范围为8nm-12nm。
如图2和图3所示，随着Si3N4薄膜厚度的逐渐增加，极紫外多层膜在13.5nm处的反射率逐渐降低，但其带外波段的抑制度却逐渐增强。所以，需在13.5nm处的反射率和带外波段的抑制度中取一平衡值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。
图4表示波长在12.5nm-14.5nm中新型多层膜和Si层2和Mo层3交替的周期性多层膜（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Si层2和Mo层3交替的周期性多层膜上设置了热稳定层4，热稳定层4的材料及其厚度为10nm的Si3N4层。如图4所示，Si层2和Mo层3交替的周期性多层膜在13.5nm处的反射率约为73%，加上热稳定层4后，由于热稳定层4的吸收作用，反射率会有所降低：热稳定层4为10nm的Si3N4时反射率约为62%。由图4得知，在Si层2和Mo层3交替的周期性多层膜上镀制热稳定层4的新型多层膜中，没有因为镀制热稳定层4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5波长在160nm-240nm中新型多层膜和Si层2、Mo层3交替的周期性多层膜，波长与反射率之间关系的示意图。Si层2、Mo层3交替的周期性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30%，不同厚度的热稳定层4其深紫外波段的最大抑制度及抑制区域不同。本发明的一个实例为热稳定层4为10nm的Si3N4时，在194nm处的反射率仅为3%。上述实例可针对极紫外光刻胶在带外波段的曝光进行有效的抑制，并使多层膜具有良好的热稳定性。
Claims (5)
1.一种提高极紫外光谱纯度及热稳定性的新型多层膜，该多层膜为在基底（1）上依次镀制Si层（2）和Mo层（3）交替的周期性多层膜，其特征是，还包括热稳定层（4）；所述热稳定层（4）制作在Si层（2）和Mo层（3）交替的周期性多层膜上。
2.根据权利要求1所述的一种提高极紫外光谱纯度及热稳定性的新型多层膜，其特征在于，所述基底（1）的表面粗糙度小于0.2nm。
3.根据权利要求1所述的一种提高极紫外光谱纯度及热稳定性的新型多层膜，其特征在于，所述Si层（2）和Mo层（3）交替的周期性多层膜周期数为40~60，周期厚度为6.9~7.1nm。
4.根据权利要求1所述的一种提高极紫外光谱纯度及热稳定性的新型多层膜，其特征在于，所述热稳定层（4）的厚度为9-11nm。
5.根据权利要求1所述的一种提高极紫外光谱纯度及热稳定性的新型多层膜，其特征在于，所述热稳定层（4）的材料为Si3N4。
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