用于EUV的多层反射镜、其波前光行差校正法及包含它的EUV光学系统技术方案

用于“远紫外线”（“软Ｘ射线”或“ＥＵＶ”）光学系统的多层镜。每个多层镜包括多个交替叠放的第一种材料和第二种材料的层。第一种材料的折射率近似于真空，第二种材料的折射率完全不同于第一种材料的，以提供反射镜对ＥＵＶ辐射的反射。从表面反射的ＥＵＶ光的波前轮廓通过去除（”加工”）这个叠层的选定区域的至少一个表面层而得到校正。加工区域具有平滑的梯度边缘，而不是不连贯的边缘。该叠层可包括第一和第二层组，这使得加工的单元可以非常小，这样增加了精度，从而可进行波前光行差的校正。还公开了用于测定反射镜的反射波前轮廓的各种波长技术。镜表面可包括具有高透明性耐蚀材料构成的覆盖层。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微蚀刻(通过能量光束转印一个精细图案到衬底，该衬底对能量束的曝光“敏感”)。微蚀刻是用于制造诸如集成电路、显示器、磁拾取头和微型机一类微电子器件的关键技术。更具体说，本专利技术涉及微蚀刻，其中的能量束是“软X线”光束(还被称为“远紫外线”或“EUV”光束)，总的来说涉及EUV光学系统，和用于EUV光学系统中的光学元件(具体指反射元件)。因此，目前迫切需要开发一种实用的“新一代”微蚀刻技术，其能够达到比光微蚀刻所获得的大得多的分辨率。“新一代”微蚀刻的主要候选目标包括使用远紫外射线(“EUV”；还被称为“软X线”)作为能量束。目前研究的EUV的波长范围在11-14纳米，这远远短于现有工艺中常规的“真空”紫外光的光微蚀刻的波长范围(150-250纳米)。EUV微蚀刻具有产生图像分辨率小于70纳米的潜力，这是传统的光微蚀刻不能达到的。在EUV波长范围内，物质的折射率非常接近统一。因此，在这个波长范围内，不能使用依赖折射的传统的光学元件。结果，EUV用的光学元件仅限于反射元件，诸如利用从折射率略微低于统一的材料的总反射的掠入射镜和“多层”镜。后一种镜通过将从多个薄层的各个界面的微弱的反射光的对准并叠加而获得高的总反射率，这其中弱反射域以一定角度叠加构成(产生布拉格(Bragg)效应)。例如，在波长接近13.4纳米时，Mo/Si多层镜(包括交替叠放钼(Mo)和硅(Si)层)显示标准入射EUV光的67.5％的反射率。同样，在波长接近11.3纳米时，Mo/Be多层镜(包括交替叠放钼(Mo)和铍(Be)层)显示标准入射EUV光的70.2％的反射率。参见Montcalm，《Proc.SPIE》333142(1998)。EUV微蚀刻系统主要包括EUV源、照明光学系统、光栅台、投射光学系统和衬底台。关于EUV源，可以使用激光-等离子光源、放电-等离子光源，或外部光源(例如蓄电环或同步加速器)。照明光学系统通常包括(1)反射来自光源的EUV射线，以与镜的反射平面形成掠射角的方向入射的掠入射镜，(2)多个多层镜，其反射面是多层膜，和(3)仅允许前面描述的波长范围的EUV射线通过的滤光镜。因此，光栅被所需波长的EUV射线照明。由于还没有已知材料可以透射EUV射线到任何有用的程度，光栅是一个“反射”光栅，而不是用于光微蚀刻中的传统的透射光栅。从光栅反射的EUV射线进入投射光学系统，其将光栅图案的照明部分的缩小(缩微)图像聚焦到衬底上。该衬底(通常是半导体“晶片”)的上游面用适当的抗蚀涂层涂布，从而不会印上图像。由于EUV射线被大气吸收而衰减，各种光学系统，包括光栅和衬底都装置于真空室内，该真空室被抽真空到适当的真空度(例如1×10-5托或更小)。典型的投射光学系统包括多个多层镜。由于目前多层镜对EUV射线的最大反射率不足100％，为了最小化在通过投射光学系统传播的过程中的EUV射线的损耗，系统应该尽可能地包括最少数目的多层镜。例如，在Jewell和Thompson的美国专利5,315,629和Jewell的美国专利5,063,586中公开了一种包括四个多层镜的投射光学系统，在Williamson的日本Kokai专利申请Hei 9-211332和美国专利5,815,310中公开了包括六个多层镜的投射光学系统。与光流沿一个方向传播的折射光学系统相反，在反射光学系统中，当光流在系统中传播时，光流典型的是从反射镜到反射镜前后传播。由于需要尽可能避免光流被多层镜递减，很难增加反射光学系统的数值孔径(NA)。例如，在传统的四镜光学系统中，最大可获得的NA是0.15。在传统的六镜光学系统中，可获得高些的NA(实际上0.25是可能的)。通常，在投射光学系统中的多层镜的数目是偶数，这使得光网台和衬底台能够放置在投射光学系统的相对侧。考虑到上面讨论的限制条件，在EUV投射系统中，光行差(aberration)必须用有限数目的反射面校正。由于数量少的球面镜在获得足够的光行差的校正方面的能力有限，在投射光学系统中的多层镜通常具有非球形反射面。同样，投射光学系统通常被构造成“环形场”系统，其中仅仅前面所述图像高度附近的光行差得到校正。用这样的系统转印光栅上的整个图案到衬底上。通过以各自的扫描速率移动光网台和衬底台进行曝光，它们的扫描速率由于投射光学系统的缩微因数而各不相同。上面描述的EUV投射光学系统是“衍射限制”，并且不能达到它的特定的性能水平，除非通过系统传播的EUV射线的波前光行差可以足够小。根据Marechal’s标准，按照均方根(RMS)值，衍射限制光学系统的波前光行差的允许值通常小于或等于1/14所用波长。Born和Wolf，《光学原理》，第七版，剑桥大学出版社，第528页(1999)。要达到80％的Strehl强度或更大(用于具有光行差的光学系统与无光行差光学系统的最大点图像强度之间的比率)，Marechal’s条件是必需的。关于最佳性能，用于实际EUV微蚀刻仪器中的投射光学系统理想地显示了光行差被足够减小，从而满足这个标准。如上所述，在强烈关注的EUV微蚀刻技术方面，所用的曝光波长主要在11到13纳米。关于在光学系统中的波前光行差(WFE)，每个多层镜的可允许的最大齿形误差(FE)表达如下FE＝(WFE)/2/(n)1/2(1)这里，n代表在光学系统中的多层镜的数目。用2除的原因是，在反射光学系统中，入射光和反射光都有齿形误差；因此，达齿形误差两倍的误差被施加到波前误差。在衍射限制光学系统中，每个多层镜的可允许的齿形误差(FE)可根据波长λ和多层镜的数目(n)表达如下FE＝λ/28/(n)1/2(2)包括四个多层镜的光学系统在波长λ＝13纳米时，FE的值是0.23纳米RMS，包括六个多层镜的光学系统FE为0.19纳米RMS。不幸的是，制造这种高精度非球面多层镜极端困难，这是目前阻碍EUV微蚀刻走向市场的主要原因。截至目前，可以制造的非球面多层镜的最大机械精度是0.4到0.5纳米RMS。Gwyn，《远紫外线蚀刻白纸》(Extreme Vltraviolet Lithography white Paper)，EUV LLC，第17页(1998)。因此，EUV微蚀刻实现走向市场还需要在用于非球面多层镜的加工技术和测量技术方面做很大改善。最近，公开了一种重要的技术，它提供了校正多层镜的亚纳米计齿形误差的前景，见Yamamoto第七届同步加速器射线装置国际会议，德国柏林，2000年8月21-25，POS 2-189。在这种技术中，多层镜的表面一次一个配对层(layer-pair)被局部刮平。参考图29(A)-29(B)描述了这种技术的基本原理。首先见图29(A)，其中考虑了除去一个配对层。所示表面是通过在固定的时期d内交替叠放用“A”和“B”(例如硅(Si)和钼(Mo)代表的两种物质的各层制造的多层膜。在图29(B)中，最上面的一配对层A，B(代表时间长度d)已经被除去。在图29(A)中，光程长度OP，通过具有时间长度d的一配对膜层A，B的法向入射射线用下列等式表达OP＝(nA)(dA)+(nB)(dB)(3)这里dA和dB代表层A，B的各自厚度，使得dA+dB＝d。nA和nB分别代表物质A和B各自的折射率。在图29(B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造多层镜的方法，其中在反射镜的衬底表面形成有许多交替叠放的第一和第二材料层，并且第一和第二材料对于ＥＵＶ辐射具有各自不同的折射率，用于降低从多层镜表面反射的ＥＵＶ辐射的波前光行差的方法包括：在该多层镜所用ＥＵＶ波长下，测定透射过Ｅ ＵＶ光学系统的波前的轮廓，以获得表明目标区域的表面的图，该目标区域用于表面去除需要降低从表面反射的ＥＵＶ光的波前光行差的多层膜的一或多层；并且根据该图，去除指定区域中的一或多层表面层。

【技术特征摘要】
JP 2000-10-20 321027/2000;JP 2000-10-20 321028/2001.一种制造多层镜的方法，其中在反射镜的衬底表面形成有许多交替叠放的第一和第二材料层，并且第一和第二材料对于EUV辐射具有各自不同的折射率，用于降低从多层镜表面反射的EUV辐射的波前光行差的方法包括在该多层镜所用EUV波长下，测定透射过EUV光学系统的波前的轮廓，以获得表明目标区域的表面的图，该目标区域用于表面去除需要降低从表面反射的EUV光的波前光行差的多层膜的一或多层；并且根据该图，去除指定区域中的一或多层表面层。2.如权利要求1所述的方法，其中该测定步骤利用衍射光学元件进行。3.如权利要求2所述的方法，其中该测定步骤通过由加工干涉测定法(shearing interferometry)、点衍射-干涉测定法、Foucalt测试、Ronchi测试和Hartmann测试组成的组中选择的技术实现。4.一种制造多层镜的方法，其中在反射镜的衬底表面形成有许多交替的第一和第二材料层，并且该第一和第二材料对于EUV辐射具有各自不同的折射率，用于降低从多层镜表面反射的EUV辐射的波前光行差的方法包括将该多层镜放置在能透射该多层镜所用EUV波长的EUV辐射的EUV光学系统中；在该多层镜所用EUV波长下，测定透射过EUV光学系统的波前的轮廓，以获得表明目标区域的表面的图，该目标区域用于表面去除需要降低从表面反射的EUV光的波前光行差的多层膜的一或多层；并且根据该图，去除指定区域中的一或多层表面层。5.如权利要求4所述的方法，其中该测定步骤利用衍射光学元件进行。6.如权利要求5所述的方法，其中该测定步骤通过由加工干涉测定法(shearing interferometry)、点衍射-干涉测定法、Foucalt测试、Ronchi测试和Hartmann测试组成的组中选择的技术进行。7.如权利要求4所述的方法，其中在EUV光学系统放置多个独立的多层镜。8.一种制造用于EUV光学系统的多层镜的方法，包括在反射镜的衬底表面形成有许多交替叠放的第一和第二材料层；该第一和第二材料对于EUV辐射具有各自不同的折射率；在该多层镜所用EUV波长下，测定透射过EUV光学系统的波前的轮廓，以获得表明目标区域的表面的图，该目标区域用于表面去除需要降低从表面反射的EUV光的波前光行差的多层膜的一或多层；并且根据该图，去除指定区域中的一或多层表面层。9.如权利要求8所述的方法，其中该形成步骤包括形成多组配对层，每组配对层包括一层含钼的材料和一层含硅的材料，该叠层中的层交替叠放。10.如权利要求9所述的方法，其中各个配对层具有6到12纳米的周期。11.如权利要求8所述的方法，其中该测定步骤利用衍射光学元件进行。12.如权利要求11所述的方法，其中该测定步骤通过由加工干涉测定法(shearing interferometry)、点衍射-干涉测定法、Foucalt测试、Ronchi测试和Hartmann测试组成的组中选择的技术进行。13.一种多层镜，由权利要求1所述的方法制造。14.一种多层镜，由权利要求4所述的方法制造。15.一种多层镜，由权利要求8所述的方法制造。16.一种EUV光学系统，包括至少一个如权利要求13所述的多层镜。17.一种EUV光学系统，包括至少一个如权利要求14所述的多层镜。18.一种EUV光学系统，包括至少一个如权利要求15所述的多层镜。19.一种EUV微蚀刻装置，包括至少一个如权利要求16所述的EUV光学系统。20.一种EUV微蚀刻装置，包括至少一个如权利要求17所述的EUV光学系统。21.一种EUV微蚀刻装置，包括至少一个如权利要求18所述的EUV光学系统。22.一种反射入射EUV辐射的多层镜，包括镜衬底；以及形成在该镜衬底表面上的薄膜叠层，该叠层包括周期性重复地彼此相对交替叠放的多个薄膜第一层组和多个薄膜第二层组，每个第一层组包括至少一个具有对EUV光的折射率基本上等于真空的折射率的第一种材料的亚层，每个第二层组包括至少一个第二种材料的亚层和至少一个第三种材料的亚层，第一和第二层组以周期性重复的方式彼此相对交替叠放，第二和第三种材料具有基本上彼此相似但与第一种材料的折射率完全不同的各自的折射率，以使得叠层能够反射入射的EUV光，并且第二和第三材料对亚层去除条件具有不同的反应性，这样第一亚层去除条件会优先地去除第二种材料的亚层，而基本上不去除下面的第三种材料的亚层，同样，第二亚层去除条件将优先地去除第三种材料的亚层，而基本上不去除下面的第二种材料亚层。23.如权利要求22所述的多层镜，其中第二种材料包括钼，而第三种材料包括钌。24.如权利要求22所述的多层镜，其中第一种材料包括硅。25.如权利要求22所述的多层镜，其中每个第二层组包括多个亚层集，每个亚层集包括一个第二材料亚层和一个第三材料亚层，交替地叠放这些亚层以形成第二层组。26.一种制造用于EUV光学系统的多层镜的方法，包括在镜衬底表面上形成薄膜叠层，该叠层包括以周期性重复地彼此相对交替叠放的多个薄膜第一层组和多个薄膜第二层组，每个第一层组包括至少一个具有对EUV光的折射率基本上等于真空的折射率的第一种材料的亚层，每个第二层组包括至少一个第二种材料的亚层和至少一个第三种材料的亚层，第一和第二层组以周期性重复的方式彼此相对交替叠放，第二和第三种材料具有基本上彼此相似但与第一种材料的折射率完全不同的各自的折射率，以使得叠层能够反射入射的EUV光，并且第二和第三材料对亚层去除条件具有不同的反应性，这样得第一亚层去除条件将优先地去除第二种材料的亚层，而基本上不去除下面的第三种材料的亚层，同样，第二亚层去除条件将优先地去除第三种材料的亚层，而基本上不去除下面的第二种材料亚层；以及在表面第二层组的选定区域，选择性地去除一个或多个表面第二层组的亚层以减小从表面反射的EUV辐射的波前光行差。27.如权利要求26所述的方法，其中与从其它没有去除亚层或去除的亚层数目不同的区域反射的EUV光相比，去除一个或多个表面第二层组的亚层产生从指定区域反射的EUV成分的相差。28.如权利要求26所述的方法，其中去除一个或多个表面第二层组的亚层包括按照要求选择性地使指定区域暴露在第一和第二亚层之一或两者的去除条件中，以获得从表面反射的波前轮廓的指定变化。29.如权利要求26所述的方法，还包括测定从表面反射的波前轮廓的步骤，以获得表明目标区域的表面的图，该目标区域用于去除表面第二层组的一或多个亚层。30.一种多层镜，利用权利要求26所述的方法生产。31.一种EUV光学系统，包括至少一种如权利要求30所述的多层镜。32.一种EUV微蚀刻装置，包括如权利要求31所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：白石雅之，村上胜彦，近藤洋行，神高典明，
申请(专利权)人：株式会社尼康，
类型：发明
国别省市：JP[日本]