[发明专利]Mo/Si多层的等离子体辅助沉积

说明书

相关申请交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2010年4月30日提交的美国临时申请系列第61/329834号的优先权。

技术领域

本发明涉及用于极紫外光刻系统中所用反光镜的多层Mo/Si涂层，以及利用等离子体离子辅助沉积（PIAD）技术制备这种反光镜的方法。

背景技术

用于半导体工业的下一代光刻系统取得的进展激发人们致力于极紫外（EUV）光谱区的开发。在基片上形成高反射性多层涂层是实现下一代EUV光刻系统的关键技术之一，因为没有光学材料在EUV区是透光的，所有光学器件都反射光。因此，在EUV区具有高反射性的镜子在世界范围内受到相当大的关注。在已经尝试的各种涂层材料的组合中，Mo/Si基多层体系显示出特别高的理论反射率。由于EUV区采用极短的波长（约为10-15nm，最优选13.5nm的波长），Mo/Si多层体系中的单层厚度仅为几纳米，每层约为2-5nm。对于高反射性Mo/Si体系，通常总共需要大约60个周期，其中一个周期对应于一个Mo单层和一个Si单层的周期。例如，图1显示了一种EUV高反射体的反射比-波长曲线，所述EUV高反射体采用Mo/Si多层结构，设计用来在13.5nm工作。图2是一种EUV镜子的截面示意图，所述EUV镜子在基片30上有多个Mo/Si周期，例如60个周期，所述基片连同所述60个周期记作30_(Mo,Si)⁶⁰。单层厚度分别是，Mo层为Mo=2.8nm，Si=4.2nm，由60个周期组成的总单层数为120层，每个周期具有一个Mo层和一个Si层。图3是说明光谱反射比因60周期Mo/Si体系中Mo层厚度减小0.3nm（从2.8nm减至2.5nm）而发生偏移的图线。厚度减小0.3nm导致中心波长发生0.55nm的蓝移；也就是说，由于Mo层厚度变化0.3nm，中心波长从13.5nm偏移至12.9nm。因此，考虑到Mo层厚度的小变化会给波长中心带来较大（~11%）的偏移这样的事实，在沉积材料以形成EUV镜子时，有必要精确控制Mo/Si层厚度，使得高反射性涂层的波长保持以13.5nm为中心。此外，要在13.5nm这样短的波长处获得高反射比，需要亚纳米级的平滑表面和明晰界面。

过去10年，上面提到的在EUV涂层的制备中面临的挑战在世界范围内引起人们（主要是研究机构）努力寻找技术方案，沉积合格的Mo/Si多层体系。劳伦斯利弗莫国家实验室（Lawrence Livermore NationalLaboratory）（LLNL）的Sasa Bajt等（J.Appl.Phys.，第90卷，第2期，2001，第1017页起）报告了通过磁控管溅射法沉积的Mo/Si多层中的无定形-结晶转变。弗劳恩霍夫研究所（Fraunhofer Institute）的Norbert Kaiser等[SVC 51st Annual Technical Conference Proceedings（SVC第51届技术年会论文集），第53卷（论文编号20-08）]和波耳研究所（Pohl Institute）的王占山等[Proceedings SPIE（SPIE论文集），第5963卷，2005，论文编号59630S-1]为EUV和软X射线光学器件采用DC磁控管溅射Mo/Si多层。对于尺寸更大的EUV光学器件，除了Kaiser等（同前文所引）在其早期工作中描述的Leybold DC磁控管系统外，弗劳恩霍夫研究所的N.Benoit等[Applied Optics，第47卷，第19期，2008，第3455页起]还建立了KenotecDC磁控管溅射系统。由于愈发需要EUV光刻，工业上已经开始加快Mo/Si多层的开发。例如，佳能公司（Canon Incorporated）的Kenji Ando等设计了用于EUV光学器件的新型磁控管溅射设备，如美国专利第7,229,532号所述。尼康公司（Nikon）的Masayuki Shiraishi描述了用磁控管溅射法制备光刻系统用多层膜镜子，如美国专利第7,599,112号所述。虽然磁控管溅射法已经因此用来制备光学涂层，用于EUV范围的光学涂层，并且是最常用的沉积技术，如美国LLNL、德国弗劳恩霍夫研究所、中国波耳研究所以及日本尼康和佳能公司完成的工作所表明的那样，但是该技术存在缺点。在为开发EUV涂层而投资DC磁控管溅射系统方面，其缺点是持有成本高，涂覆灵活性低。典型的DC磁控管溅射系统需要数百万美元的成本，磁控管溅射系统的持有成本也高；例如，磁控管溅射系统中使用的大尺寸高纯固体靶就非常说明问题，靶表面经常需要重新磨光，而且靶必须经常更换。相比于磁控管溅射法，等离子体离子辅助沉积（PIAD）是成熟的涂覆技术。PIAD已经广泛应用于氧化物涂层[J.Wang等，（a）Applied Optics，第47卷，第13期，2008，第C189-192页；（b）Applied Optics，第46卷，第2期，2007，第175-179页；（c）Applied Optics，第47卷，第13期，2008，第C131-134页]和氧化物-氟化物混合涂层。使用PIAD具有许多技术上的优点，例如持有成本低，涂覆灵活性高。此外，非常容易改变沉积材料，这使人们能够用PIAD同时支持多个项目。但是，人们相信PIAD仅对介电涂层，如氧化物涂层材料表现良好；对于Mo/Si多层EUV涂层，有一些技术障碍对PIAD构成限制。