EUV表膜
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年11月10日提交的EP申请17201126.4和于2018年3月29日提交的EP申请18165122.5的优先权，这些EP申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于光刻设备的表膜、制造用于光刻设备的表膜的方法、包括该表膜的光刻设备、以及它们的用途。
背景技术
光刻设备是构造成将期望的图案施加到衬底上的机器。光刻设备可以用于例如制造集成电路(IC)。光刻设备可以例如将来自图案化装置(例如掩模)的图案投影到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
被光刻设备用来将图案投影到衬底上的辐射的波长决定了能够在该衬底上形成的特征的最小尺寸。使用EUV辐射(该辐射是电磁辐射，其波长在4-20nm范围内)的光刻设备可以用于在衬底上形成比常规光刻设备(该常规光刻设备例如可以使用波长为193nm的电磁辐射)小的特征。
光刻设备包括图案化装置(例如掩模或掩模版)。辐射通过图案化装置而被提供或者被图案化装置反射，从而在衬底上形成图像。可以提供表膜来保护图形化装置免受空气中的粒子和其他形式的污染。图案化装置的表面的污染可能导致衬底上的制造缺陷。
还可以提供表膜来保护光学部件而不是图案化装置。表膜还可以用于在彼此密封的光刻设备的区域之间提供用于光刻辐射的通道。表膜还可以用作滤光片，例如光谱纯度滤光片。由于光刻设备(特别是EUV光刻设备)中有时存在的恶劣的环境，所以需要表膜来证明优异的化学及热稳定性。
已知的表膜可以包括例如独立式膜(诸如硅膜)、氮化硅、石墨烯或石墨烯衍生物、碳纳米管或其他膜材料。掩模组件可以包括表膜，该表膜保护图案化装置(例如掩模)免受粒子污染。表膜可以由形成表膜组件的表膜框架支撑。可以通过例如将表膜的边界区域粘合到框架上来将表膜附接到框架。框架可以永久性地或者可释放地附接到图案化装置。
在使用过程中，在光刻设备中的表膜的温度升高到约500至1000℃或更高。这些高温可能损坏表膜，因此期望改进散热的方式，以降低表膜的操作温度并改善表膜寿命。
已经尝试的一种方法是在表膜(例如钌膜)上施加薄金属膜(涂层)。金属膜增加了表膜的发射率，从而提高了从表膜发出热量的速率或比率，从而使表膜以与吸收热量相同的速率释放热量的平衡温度降低。
然而，已知在相对较低的温度下沉积在惰性基底上的金属膜处于能量上不利的状态，并且在基底上对薄金属膜的加热或退火导致在远低于金属薄膜的熔点的温度下的热不稳定性。这样，当金属膜被加热时，提供足够的能量以通过表面扩散过程在金属膜中形成孔。这些孔长大并最终聚合而形成不规则形状的岛。膜破裂而形成孔并最终形成岛或微滴的过程称为反浸湿。尽管该过程在某些情况下(例如对于形成用于碳纳米管生长的催化剂粒子)可能是有益的，但是在其他领域中这是非常不期望的。例如，在微电子学领域，反浸湿会导致电气互连失败；并且对于表膜(例如EUV表膜)，反浸湿会改变发射金属层的功能。因此，本发明的目的是抑制或防止金属膜的反浸湿。
由于金属层增加了表膜的热发射率，所以随着表膜的加热，金属膜辐射并控制表膜的温度。当金属膜反浸湿而形成岛时，发射率非常迅速地下降至可忽略的值，从而导致温度显著上升，继而导致表膜失效。
从与金属膜的热反浸湿有关的文献可知，反浸湿过程总是始于金属膜中的孔的形成，前提是它们尚不存在。形成孔的边缘的材料受到趋于使孔扩展的毛细管力作用，从而相邻孔的边缘最终聚合并形成材料股或链(strand)。随着退火的进行和施加足够的能量，这些材料股分裂成岛。金属膜的岛的平均尺寸与金属膜的初始厚度成比例，并且岛的尺寸也随着退火时间的延长而增加，从而通过在整个基底上金属种类的原子迁移消耗较小岛的情况下较大的岛的尺寸增大。这种对反浸湿的描述通常适用于在惰性基底上厚度为从数百纳米至约10nm的金属膜。
对于具有SiOxNy盖层的EUV表膜上的Ru纳米涂层，只要Ru厚度小于阈值厚度，Ru形态的这种演变就成立。氮氧化硅盖层用作化学蚀刻阻止层。因此，在阈值以下，更厚的Ru和更长时间的退火导致Ru层分解成尺寸越来越大的岛。阈值厚度不是通用的，其精确值取决于数个因素，其中，Ru层的质量密度和SiOxNy盖层的原子组成是关键。阈值厚度在0至10nm之间。在一种情况下，已经发现Ru阈值厚度是约4.5nm，然而如上所述，这是对于所施加的材料制备和退火条件而言特定的值。对于超过阈值的Ru厚度，依赖于所达到的表膜温度，在孔形成阶段或材料股形成阶段中止反浸湿过程。与关于惰性衬底或基底上反浸湿的文献报道相比，EUV表膜上的Ru允许在形成孔或形成岛之前出现高得多的温度。这表明金属物质在表膜的外表面上的原子迁移被大大削弱。这种令人惊讶的实现对于本发明而言是至关重要的。
即使厚度超过特定阈值厚度的钌膜在EUV光刻设备的操作条件下是稳定的，金属层的厚度也会导致表膜吸收更多的入射EUV辐射，因此表膜的EUV透射率降低。能够通过表膜的EUV辐射量减少意味着需要更长的曝光时间，从而使光刻设备的生产量降低。当然，虽然可以通过减小金属层的厚度来增加表膜的EUV透射率，但是如上所述，这会导致金属层的不期望的反浸湿，从而导致表膜的过热和最终失效。
因此，期望提供一种制造表膜的方法，该表膜能够经受光刻设备(特别是EUV光刻设备)的操作条件并且具有足够的EUV透射率以允许较高的扫描仪产率(即，每小时曝光的晶片数)。还期望提供一种在热和化学上稳定并且表现出可接受的EUV透射率的表膜。
虽然本申请总体上涉及光刻设备(特别是EUV光刻设备)中的表膜，但是本发明不仅限于表膜和光刻设备，并且应当明白本发明的主题可以在任何其他适当的设备或情况下使用。
例如，本发明的方法可以等同地应用于光谱纯度滤光片，光谱纯度滤光片是一种表膜。实际上，EUV源(例如使用等离子生成EUV辐射的源)不仅会发出期望的“带内”EUV辐射，而且会发出不期望的(带外)辐射。该带外辐射最明显的是在深紫外(DUV)辐射范围内(从100到400nm)。此外，在某些EUV源(例如激光产生等离子EUV源)的情况下，来自激光器的辐射(通常为10.6微米)也可能构成不期望的(带外)红外(IR)辐射的重要来源。
在光刻设备中，由于几个原因，光谱纯度可能是期望的。一个原因是抗蚀剂对辐射的带外波长敏感性，因此如果将抗蚀剂曝光于这样的带外辐射，则可能使施加到抗蚀剂的曝光图案的图像质量劣化。此外，带外红外辐射(例如某些激光产生等离子源中的10.6微米辐射)导致光刻设备中的图案化装置、衬底和光学器件的不期望的且不必要的加热。这样的加热可能导致这些元件损坏，寿命缩短和/或投影到并施加到涂覆有抗蚀剂的衬底上的图案的缺陷或变形。
光谱纯度滤光片可以例如由涂覆有诸如钼或钌的反射金属的硅膜形成。在使用中，典型的光谱纯度滤光片可能经受例如入射红外辐射和EUV辐射的高热负荷。热负荷可能导致光谱纯度滤光片的温度高于800℃，最终导致涂层分层或反浸湿。氢的存在可能加速硅膜的分层和降解，氢经常在使用光谱纯度滤光片以抑制碎屑(例如，从抗蚀剂中释放出分子、粒子碎片等)的环境中被用作气体而进入或离开光刻设备的某些部分。因此，光谱纯度滤光片可以用作表膜，反之亦然。因此，在本申请中“表膜”也指“光谱纯度滤光片”。尽管在本申请中主要参考了表膜，但是所有特征都可以等同地应用于光谱纯度滤光片。可以理解，光谱纯度滤光片是一种表膜。
在光刻设备(和/或方法)中，期望使用于将图案施加到涂覆有抗蚀剂的衬底上辐射的强度的损失最小化。一个原因是，理想地，应当有尽可能多的辐射能够用于将图案施加到衬底上，例如以减少曝光时间并增加生产量。同时，期望使穿过光刻设备并入射到衬底上的不期望的辐射(例如带外辐射)的量最小化。此外，期望确保在光刻方法或设备中使用的表膜具有足够的寿命，并且不会由于表膜可能暴露的高热负荷和/或表膜可能暴露的氢(例如包括H*和HO*的自由基物质等)而导致该表膜随着时间而迅速降解。因此，期望提供一种改进的(或可替代的)表膜，例如适用于光刻设备和/或方法的表膜。
发明内容
本发明是考虑到上述已知的表膜和已知的生产表膜的方法的问题的情况下做出的。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于光刻设备的表膜，其中，所述表膜包括金属硅氧化物层。金属硅氧化物层可以用作外表面原子迁移衰减物或衰减器。
所述表膜可以包括硅层或硅基底。硅层或基底可以用作提供机械预张力和鲁棒性的芯层。硅可以用作衬底或基底，因为可以能够使用已知的技术制造自支撑的硅晶片。还可以制造足够大以用作表膜的硅晶片。在EUV光刻设备中使用硅的优点是硅几乎不吸收通过表膜的EUV辐射。即使这样，硅的发射率也比其他材料低，因此尽管它吸收EUV辐射的程度不很高，但是硅辐射的热量相对较慢，因此当通过EUV辐射通过时会发热。
所述表膜可以包括金属层。金属层可以用作热发射率增强层。金属层的发射率比硅高，因此通过增加从表膜散发热量的速率来冷却硅。
金属硅氧化物层可以设置在硅基底和金属层之间。不期望受到科学理论的束缚，通过在涂覆有Ru的表膜上进行的专用激光退火实验的观察结果表明，界面金属硅氧化物层的存在将金属物质锚固到硅基底上并且防止金属层的反浸湿。
金属硅氧化物界面层中的金属可以与金属层中的金属相同。优选的是，在金属硅氧化物界面层和金属层中使用相同的金属，以使这两个层之间的相互作用和金属层的锚固程度最大化。
金属可以是任何合适的金属。合适的金属是具有高发射率、具有低EUV吸收特性并且不易氧化的金属；如果确实如此，则还容易还原回其金属态；或者，如果它发生氧化但不容易还原回金属态，则它至少具有能够提供发射率的氧化物。所述金属可以选自钌、锆、铪和/或它们的组合。优选地，所述金属是钌，因为它在呈金属形式和被氧化的形式时是导热的。尽管操作表膜的气氛是在降低的压强下并且主要包括氢气，但是由于在使用时表膜的高温，金属层可能与所存在的任何氧发生反应。对于大多数金属而言，氧化物的发射率比金属形式低得多，因此金属的氧化会降低表膜的性能。然而，由于钌氧化物是导热的并且具有良好的发射率，所以它仍然能够将热量散发掉并且保持表膜的性能。
金属层的厚度可以小于或等于约6nm，优选地小于或等于约5nm，更优选地小于或等于约4.5nm，更优选地小于或等于约3.5nm。经过测试，厚度大于约4.5nm的金属层具有抗反浸湿性，但是EUV透射率较低。虽然为了允许增加金属层的厚度以延长表膜的寿命，较低的透射率是可以接受的，但是期望具有较薄的金属层，同时保持抗反浸湿。由于金属硅氧化物界面层稳定了金属层，所以已经令人惊讶地意识到，可以使用比以前(即，也对于厚度小于4.5nm的膜而言)更薄的没有反浸湿性的金属层。
所述金属层可以在所述硅基底的单侧上。已经发现，在硅基底的一侧提供金属层足以增加表膜的发射率，同时保持可接受的EUV透射率。
硅基底可以包括氮氧化硅盖层。氮氧化硅盖层可以与金属层反应以形成金属硅氧化物层。这样，氮氧化硅层可以完全反应以形成金属硅氧化物层，或者可以仅部分反应。
在实施例中，表膜可以包括钼。钼优选地设置在金属钌层和硅基底之间。优选地，钼设置在金属钌层和氮氧化硅层的界面处。氮氧化硅层优选地设置在硅基底的表面上。钼可以被提供为层。钼可以设置在表膜的一个或两个面上。特别地，硅基底可以形成具有两个面的中芯部，并且每个面可以设置有氮氧化硅层。可以在氮氧化硅层上提供钼层。可以在一个或两个氮氧化硅层上提供钼。在使用中仅在氮氧化硅层中的仅一层上提供钼的情况下，将表膜的取向为使得包括钼的面面向掩模版。应该明白的是，也可以想到相反的取向。
已经令人惊讶地发现，钼的存在不仅改善了表膜的反射率，而且还充当了在钌层和氮氧化硅层的界面处的阻挡物，并且防止了在操作温度下表膜的氧化和混合。在钌层和氮氧化硅层之间的界面处包括钼的表膜即使暴露于超过500℃的温度下也不会表现出反浸湿。此外，钼可以至少部分被氧化，从而避免了钌与硅反应而形成硅化钌(Ru2Si3)。在类似于扫描仪条件的条件下进行测试期间，发现根据本发明的表膜在被用于对超过10000个晶片成像后，其透射率损失小于1％。
如此，在一个实施例中，提供了一种用于光刻设备的表膜，其中，所述表膜包括氮氧化硅层、钼层和钌层。钌层和/或钼层可以是金属的。
钼层位于氮氧化硅层和钌层之间。氮氧化硅层可以部分或完全反应以提供钌硅氧化物层。因此，氮氧化硅层可能已经至少部分地转化为钌硅氧化物层，并且表膜可以包括钌硅氧化物层来代替氮氧化硅层或作为氮氧化硅层的补充。氮氧化硅层可以设置在硅基底上，该硅基底可以是多晶硅基底。总之，本发明的表膜可以包括位于硅基底和金属钌层之间的钌硅氧化物界面层。钌硅氧化物界面层用于防止金属钌层的反浸湿，从而允许应用更薄的钌层。由此获得了更稳定的表膜，该表膜与已知的表膜相比具有改善的EUV透射率。此外，包括钼层的表膜在暴露于表膜使用过程中所经受的条件下时还具有抗反浸湿性。
根据本发明的第二方面，提供了一种制造用于光刻设备的表膜的方法，所述方法包括提供金属硅氧化物层。
已经令人惊奇地发现，金属硅氧化物层可以防止重叠金属层的反浸湿。这防止了金属层和表膜的过早失效，并且还允许使用更薄的金属层，从而允许更大比例的入射EUV辐射穿过表膜。
金属硅氧化物层可以通过任何适当的方式提供。例如，在表膜包括硅基底和金属层的情况下，可以通过将表膜加热到比第一时间段下发生反浸湿的温度低的温度来提供金属硅氧化物。硅基底优选地包括氮氧化硅盖层。
如果将表膜加热到比发生反浸湿的温度高的温度，则金属层将在与硅基底和/或氮氧化硅盖层反应之前反浸湿。这样，通过将表膜加热到比发生反浸湿的温度低的温度，将允许形成金属硅氧化物层。一旦形成了金属硅氧化物层，由于金属硅氧化物层使金属层稳定，因而可以将表膜加热到比先前引起反浸湿更高的温度。在使用中，表膜加热非常迅速，因此在启动EUV辐射后不久就通过了反浸湿温度。
发生反浸湿的温度将取决于金属层的厚度和金属层所附着的基底的性质。本领域的技术人员将能够通过加热表膜直到观察到反浸湿来确定金属层和基底的任何给定组合的反浸湿温度。
优选地将表膜加热至反浸湿温度以下达足够长的时间以允许形成金属硅氧化物层。由于金属硅氧化物层的形成需要花费时间，所以表膜需要在所需的温度下保持一段时间，以使金属硅氧化物层形成。
可以通过任何合适的装置实现加热。虽然可以通过将表膜放入加热室中来进行加热，但是优选地通过将表膜暴露于激光辐射来实现加热。优选地，所使用的功率等于或低于约125Weq。因此，将125Weq定义为等于入射到以125W的功率在中间焦点操作的光刻设备中的表膜上入射的功率，如下文所述。
在形成金属硅氧化物层的反应之后，可以将另外的金属施加到表膜上，以便考虑或替代已经反应形成金属硅氧化物层的任何金属。这样，可以实现所需的金属层的厚度。
在替代的实施例中，通过溅射形成金属硅氧化物层。可以使用已知的技术来溅射金属靶，以将其沉积在硅基底上。可以改变溅射中使用的等离子的组成，以改变膜的性质。例如，等离子可以包括与金属和硅反应的氧以形成金属硅氧化物层。
一旦形成了金属硅氧化物层，就可以在金属硅氧化物层上形成金属层。金属层可以包括钌。可以在氮氧化硅层和钌层之间设置包括钼的金属层。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于光刻设备的组件，该组件包括根据本发明的第一方面或第二方面所述的表膜、用于支撑该表膜的框架和附接到该框架的图案化装置。
根据本发明的第四方面，提供了一种根据本发明的第一方面或第二方面所述的表膜在光刻设备中的用途。
关于上述各方面中的任何一方面描述的特征可以与关于本发明的任何其他方面描述的特征相结合。例如，根据本发明的第一方面所述的表膜的特征可以与根据本发明的第二方面所述的任何特征组合，反之亦然。
现在将参照EUV光刻设备来描述本发明。然而，将理解的是，本发明不限于表膜，并且同样适用于光谱纯度滤光片。
附图说明
现在将仅通过示例的方式并参考随附的示意图来描述本发明的实施例，其中：
-图1描绘了根据本发明的实施例的包括光刻设备和辐射源的光刻系统。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个实施例的包括根据本发明的第一方面的表膜15或者根据本发明的本发明的第二方面的方法制造的表膜15的光刻系统。该光刻系统包括辐射源SO和光刻设备LA。辐射源SO被配置为产生极紫外(EUV)辐射束B。光刻设备LA包括照射系统IL、被配置为支撑图案化装置MA(例如掩模)的支撑结构MT、投影系统PS、以及被配置为支撑衬底W的衬底台WT。照射系统IL被配置为在辐射束B入射到图案化装置MA之前对其进行调节。投影系统被配置为将辐射束B(现在已经被图案化装置MA图案化)投射到衬底W上。衬底W可以包括先前形成的图案。在这种情况下，光刻设备将图案化的辐射束B与预先形成在衬底W上的图案对准。在该实施例中，表膜15被描绘在辐射的路径中并且保护图案化装置MA。将明白表膜15可以位于任何需要的位置并且可以用于保护光刻设备中的任何反射镜。
辐射源SO、照射系统IL和投影系统PS都可以被构造和布置成使得它们可以与外部环境隔离。可以在辐射源SO中提供低于大气压的压强气体(例如氢气)。可以在照射系统IL和/或投影系统PS中提供真空。可以在照射系统IL和/或投影系统PS中提供低于大气压的压强下的少量气体(例如氢气)。
图1所示的辐射源SO是可以被称为激光产生等离子(LPP)源的类型。布置例如可以是CO2激光器的激光器1，以经由激光束2将能量沉积到诸如由燃料发射器3提供的锡(Sn)的燃料中。虽然在下面的描述中参照了锡，但是可以使用任何适当的燃料。燃料可以例如呈液体形式，并且可以例如是金属或合金。燃料发射器3可以包括喷嘴，该喷嘴被配置成引导锡(例如呈微滴的形式)沿着朝向等离子形成区域4的轨迹移动。激光束2入射到等离子形成区域4的锡上。激光能量沉积到锡中，从而在等离子形成区域4上产生等离子7。在等离子的离子的去激励和重组期间，从等离子7发射包括EUV辐射的辐射。
EUV辐射由近正入射辐射收集器5(有时更一般地称为正入射辐射收集器)收集和聚焦。收集器5可以具有被布置为反射EUV辐射(例如，具有期望的波长(例如13.5nm)的EUV辐射)的多层结构。收集器5可以具有椭圆形构造，该构造具有两个椭圆焦点。如以下所论述的，第一焦点可以在等离子形成区域4处，并且第二焦点可以在中间焦点6处。
激光器1可以与辐射源SO分开。在这种情况下，可以借助束传递系统(未示出)将激光束2从激光器1传递到辐射源SO，该束传递系统包括例如适当的反射镜和/或扩束器，和/或其他光学器件。激光器1和辐射源SO可以被统称为辐射系统。
被收集器5反射的辐射形成辐射束B。辐射束B聚焦在点6处以形成等离子形成区域4的图像，其充当用于照射系统IL的虚拟辐射源。辐射束B聚焦的点6处可以被称为中间聚焦。辐射源SO被布置成使得中间焦点6位于辐射源的包围结构9中的开口8处或附近。
辐射束B从辐射源SO进入照射系统IL，该照射系统被配置为调节辐射束。照射系统IL可以包括琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11。琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11一起为辐射束B提供期望的横截面形状和期望的角分布。辐射束B从照射系统IL通过，并且入射到由支撑结构MT保持的图案化装置MA上。图案化装置MA对辐射束B进行反射和图案化。照射系统IL可以包括除了琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11以外的其他反射镜或装置或代替它们的其他反射镜或装置。
在从图案化装置MA反射之后，图案化的辐射束B进入投影系统PS。该投影系统包括多个反射镜13、14，这些反射镜13、14被配置为将辐射束B投射到由衬底台WT保持的衬底W上。投影系统PS可以将减小或缩小因子施加到辐射束上，从而形成特征小于图案化装置MA上的对应特征的图像。例如，可以应用值为4的减小或缩小因子。尽管投影系统PS在图1中具有两个反射镜13、14，但是该投影系统可以包括任意数量的反射镜(例如六个反射镜)。
图1中所示的辐射源SO可以包括未示出的部件。例如，可以在辐射源中设置光谱滤光片。虽然光谱滤光片对于EUV辐射可能基本上是透射的，但是对于诸如红外辐射的其他波长的辐射可能基本上被阻挡。实际上，根据本发明的任何方面，光谱滤光片可以是根据本发明的任何一方面所述的表膜。
术语“EUV辐射”可以被认为包括波长在4-20nm范围内(例如在13-14nm范围内)的电磁辐射。EUV辐射可以具有小于10nm的波长，例如在4-10nm的范围内(例如6.7nm或6.8nm)。
根据本发明的一方面的示意性表膜包括硅基底、钌硅氧化物界面层和金属钌层。在另一示例性表膜中，可以在硅衬底上的氮氧化硅层与金属钌层之间设置钼层。硅基底为表膜提供支撑和强度，而金属钌层用于增加表膜的发射率，从而延长了表膜的寿命并且使其能够以比已知的表膜更高的功率操作。钌硅氧化物层用于锚固金属钌并且停止或至少降低钌金属的反浸湿趋势。另外，钼层还提高了表膜的发射率，并且还充当了阻挡部以进一步抑制高温下钌的反浸湿，从而延长了表膜的寿命。这也允许表膜以更高的功率使用而不降低性能。
尽管在本文中可以具体参考在光刻设备中的本发明的实施例，但是本发明的实施例也可以用于其他设备中。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、量测设备或者测量或处理物体(例如晶片(或其他基底)或掩模(或其他图案化装置))的任何设备的一部分。这些设备统称为光刻工具。这样的光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。
尽管上面已经描述了本发明的具体实施例，但是应当明白，可以以不同于所描述的方式来实践本发明。上面的描述意图是说明性的，而不是限制性的。因此，对于本领域的技术人员显而易见的是，可以在不背离下面阐述的权利要求的范围的情况下对所描述的本发明进行修改。
