[发明专利]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

说明书

发明领域

本发明涉及微蚀刻(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，本发明涉及微蚀刻，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)。

发明背景

随着微电子器件(如集成电路)中的电路元件的尺寸越来越小，光微蚀刻技术(用紫外光进行的微蚀刻)已不能满足要求：模型(pattern)元件的分辨率明显增加。Tichenor等，《Proc.SPIE》2437：292(1995)。

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》3331：42(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。