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TWI528103B - 用於ｅｕｖ微影之光罩與ｅｕｖ微影系統 - Google Patents

用於ｅｕｖ微影之光罩與ｅｕｖ微影系統 Download PDF

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TWI528103B
TWI528103B TW100120847A TW100120847A TWI528103B TW I528103 B TWI528103 B TW I528103B TW 100120847 A TW100120847 A TW 100120847A TW 100120847 A TW100120847 A TW 100120847A TW I528103 B TWI528103 B TW I528103B
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reticle
thickness
euv lithography
multilayer coating
lithography system
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TW100120847A
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TW201224643A (en
Inventor
喬哈尼斯 勞夫
丹尼爾 克瑞墨
Original Assignee
卡爾蔡司Ｓｍｔ有限公司
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Description

用於EUV微影之光罩與EUV微影系統
本發明關於用於EUV微影之光罩(mask)、具有此類光罩之EUV微影系統(EUV lithography system)、以及於EUV微影系統中最佳化光罩之成像的方法。
微影之投射曝光系統(projection exposure system)(於下亦簡稱為微影系統)通常包含光源(light source)、處理光源發射之光束以形成照射光之照射系統(illumination system)、要投射之物件(通常稱為光罩或遮罩(reticle))、將物場(object field)成像到影像場(image field)之投射物鏡(projection objective)、以及影像投射於其上之另一物件(一般稱晶圓或基板)。光罩或至少部分光罩是在物場，而晶圓或至少部分晶圓是在投射物鏡之影像場。
若光罩完全在物場的範圍中且以晶圓與影像場間沒有相對移動之方式照射晶圓，則微影系統一般稱晶圓步進機(wafer stepper)。若僅部分光罩是在物場的範圍中且於晶圓與影像場之相對移動期間照射晶圓，則微影系統一般稱晶圓掃描機(wafer scanner)。由光罩與晶圓間之相對移動所定義的空間維度一般稱為掃描方向。
微影系統最終可於晶圓達到的積集度(integration density)實質上與以下參數有關：(a)物鏡透鏡(objective lens)的焦深(depth of focus，DOF)、(b)影像側(image-side)數值孔徑(numerical aperture，NA)、以及(c)照射光波長。對微影系統之可靠操作而言，需要確保所謂的製程孔徑(process aperture)越大越好，其包含可能的聚焦變化(focus variation，FV)以及針對所需臨界尺寸(critical dimension，CD)(亦即在晶圓上發生的最小結構寬度(structural width))與給定數值孔徑(NA)之照射光量變化。為了進一步降低臨界尺寸，EUV微影系統的發展通常朝向增加數值孔徑NA。於以下說明中，「臨界尺寸」一詞不表示最小結構寬度，而是用做為線寬(line width)或結構寬度的同義詞。
週期性結構(periodic structure)對於要利用微影照射製程產生之積體切換電路(integrated switching circuit)的積集度有決定性的重要性。這些藉由節距(pitch)(亦即週期長度(period length))與結構寬度來描述。用於晶圓上的結構寬度可藉由要照射之光阻(resist)的塗料臨限(lacquer threshold)來自由調整達一定程度。然而，最小可達到的節距Pitch min是由照射光波長λ與物鏡透鏡之物件側數值孔徑NA所決定。對具有預定σ設定之同調與不同調照射(coherent and incoherent illumination)而言，以下適用：Pitch min~λ/(NA(1+σ))。
目前，節距與臨界尺寸的最佳解析度(resolution)是藉由所謂EUV微影系統來操作，此EUV微影系統具有照射光波長約13.5 nm之弱X輻射源(術語稱為EUV/極紫外光)。在術語中這些亦稱為EUV系統。將照射的光罩成像到晶圓的相關物鏡透鏡為反射式物鏡透鏡。這些典型以0.2至0.35或以上之影像側數值孔徑來操作。例如可參考US2005 0088760A1或US2008 0170310A1。
要成像的光罩通常具有玻璃基板，例如ULETM或，其因為介電層的堆疊(尤其是交替的Mo及Si層)而對波長13.5nm的光變成極高的反射性，且光罩結構(在層堆疊上為結構化吸收層(structured absorber layer)形式)再次由結構化鉻層或結構化氮化鉭(TaN)層或其他材料所界定。結構化吸收層或光罩結構的厚度典型超過100 nm。
光罩上要成像的結構通常具有兩個較佳方向。因此當評估投射照射系統之成像品質時，H(水平)與V(垂直)結構的最大可解析節距間至少有點差異。於此例中，於後應同意H結構意欲表示為光罩結構之一序列光可通過區與光不可通過區，這些區域的各個別區具有較大範圍以相對於掃描方向為正交。
於EUV微影系統中，照射光罩發生反射。因此，於非模糊系統(non-obscured system)中不可能有光罩的遠心照射(telecentric illumination)，因為照射系統與物鏡透鏡會在途中成為阻礙。主光線角(chief ray angle，CRA)為照射光之主光束(main beam)相對於概念上之正交線的角度，其概念上之正交線是正交於物鏡透鏡之物件平面(object plane)。於US2005 0088760A1之投射曝光系統中，CRA為6°而影像側數值孔徑NA為0.33。於US2008 0170310A1之投射曝光系統中，CRA為15°而影像側數值孔徑NA為0.5。一般而言，所用的CRA隨著物鏡透鏡的數值孔徑NA而增加。
如於下所詳述的，由於光罩結構的範圍相對於物鏡透鏡之物件平面為正交的，所以非0°的CRA造成被反射之照射光的遮蔽(shadow)。於此例中，此純粹為光罩的形貌效應(topographical effect)，係由照射系統、光罩、以及物鏡透鏡之幾何三維配置所決定。對EUV微影系統(尤其是具有高NA進而有高CRA者)而言，無法再忽視此效應，因為結構化層(structured layer)(光罩結構)的厚度通常為13.5 nm之照射光的幾個波長，且關於光罩結構的遮蔽效應的參考文獻持續地提出。
簡單的幾何觀察可知，若假設照射系統與物鏡透鏡之設計為CRA在光罩上的入射平面(incidence plane)是正交於H結構之個別結構範圍，則H結構比V結構有更強的遮蔽效應。當從物鏡透鏡之物件平面觀之，H及V結構在晶圓上之結構寬度與在光罩上之結構寬度的差異大小假設為相同是根據物件點(object point)的位置，更具體而言是在物件點相對於物件平面上之座標系統軸(其軸係延伸於掃描方向)而指向之方位角(azimuth angle)。由於是在與座標系統軸所在之物件平面垂直之平面上量測CRA，因此CRA對不在軸上的物件點(即方位角不是0°的物件點)而言是旋轉的。
通常依據在物鏡透鏡之物件平面中的位置，將H結構成像得比較寬。對H結構而言，進一步產生影像位移，其相依於光罩之聚焦位置且對應於波前(wave front)Z2、Z3之場相依重導向(field-dependent)，其可由校正光罩之聚焦位置來校正。係數Z2、Z3為任尼克(Zernike)係數，其標示遵循Fringe註解(Fringe notation)，參考2005年Singer等人編著的「光學系統手冊(Handbook of Optical Systems)」(出版社：WileyVch)。若分析整個波前，則場相依失真項(field-dependent distortion term)Z2、Z3、聚焦變化Z4、以及像散(astigmatism)Z5、Z6產生為像差(aberration)。這些伴隨著更高階的波前誤差(wave front error)，例如慧形像差(coma)Z7、Z8以及二次像散(secondary astigmatism)Z12、Z13。
成像誤差(imaging error)(於下亦稱為「精密效應(rigorous effect)」)發生的解釋更詳細說明於例如J. Ruoff於2010年9月在Proc. SPIE 7823發表之文章：「光罩形貌與多層堆疊對EUV光罩之高NA成像的影響(Impact of mask topography and multi-layer stack on high NA imaging of EUV masks)」。精密效應係相依於結構寬度、定義光罩結構之材料(例如Cr)、以及這些結構於照射光在光罩區域之光束路徑之方向上的厚度。
除了由於光罩結構之遮蔽效應與精密效應所產生且尤其以遠心誤差(telecentricity error)形式而變得更可察知的成像誤差之外，，多層塗層之折射率隨著輻射照到光罩之入射角範圍變化的事實，亦造成物鏡瞳(objective pupil)中變跡(apodisation)的變化，其於成像期間亦造成遠心誤差。然而，這兩種對遠心誤差的貢獻不能彼此分別最佳化，因為必須考慮精密效應的非線性。
於微影系統中(尤其是EUV微影系統)，需要一種手段來校正由光罩之精密效應所引致的波前之結構寬度及節距相依(pitch-dependent)像差，尤其需要校正光罩所引起的結構寬度及節距相依的像散、相依於物件點之位置以及結構寬度及節距相依聚焦位置(the structural width and pitch-dependent focal position)的結構寬度及節距相依失真(structural width and pitch-dependent distortion)。
本發明之目的在於提供用於EUV微影之光罩、特別針對高數值孔徑之EUV微影系統、以及以較佳的品質成像光罩之方法。
根據本發明之一觀點，此目的的達成是藉由用於EUV微影之光罩，其包含：基板、塗佈於基板之多層塗層(multi-layer coating)、以及塗佈於多層塗層並具有吸收材料之光罩結構，此光罩結構具有少於100 nm之最大厚度，最大厚度較佳不超過30 nm，尤其較佳20 nm，尤其10 nm。於此例中，光罩結構典型包含吸收材料之一或更多的結構化層，且於下亦表示為吸收層。
將光罩結構或吸收材料的厚度限制在少於100 nm，尤其是30 nm或更少，可大大地降低光罩結構的遮蔽效應以及成像品質相關的負面效應。此對於使用大數值孔徑以及大CRA來照射光罩之狀況尤其有利。
於一實施例，用於改善EUV微影系統之光罩成像的多層塗層具有光學設計，係相依於光罩結構以及依據位置而變化。多層塗層之光學設計一詞意欲了解為多層塗層的層設計，亦即塗層材料與個別層之折射率的選擇，以及層厚度與順序等。於此例中，多層塗層的光學設計係配合光罩結構，更精確而言是指局部提供於光罩上之吸收結構，使得多層塗層的局部光學設計相依於塗佈於多層塗層之光罩結構。藉此可改善或最佳化EUV微影系統中光罩的成像，尤其是降低成像誤差。此可比擬為光罩成像最佳化，熟知為光學鄰近校正(optical proximity correction，OPC)或解析度強化技術(resolution enhancement technique，RET)等名稱，其中所用的光罩結構具有適合的幾何形狀，使得光罩結構藉由投射系統成像時，會產生所需的光罩影像。
於此例中，光學設計可配合將多層塗層之個別層(例如矽層或鉬層)的厚度依據在光罩上的位置彼此獨立地變化。於此例中，多層塗層的厚度將大大地變化，但此非必要；舉例而言，矽層可以第一因子(first factor)來縮放(scale)，而鉬層可以第二倒數因子(second reciprocal factor)來縮放，使得多層塗層的總厚度維持固定。
於研發中，多層塗層依據位置而變化的光學設計包含在多層塗層厚度方面的位置相依改變。於此例中，以最簡單的例子而言，多層塗層中所有對塗層反射率有影響的層可藉由共同因子(common factor)來縮放，使得多層塗層的總厚度依據位置由相同因子來縮放。典型地，複數個包含矽與鉬之雙層影響了多層塗層的反射率，使得這些雙層或選擇性的部分雙層於最簡單的例子中是由共同因子來縮放。應了解其他材料組合亦可用於取代矽與鉬做為多層塗層的層，例如鉬與鈹、釕與鈹、或鑭與B4C。
雖然多層塗層之選擇性現存功能性中間層(functional intermediate layer)與一或更多覆蓋層(cover layer)理論上也可以共同因子縮放，但是此非絕對必要的，且可能單單造成塗層厚度不必要的增加。光罩整個表面因最佳化成像所需的厚度局部變化或最大厚度變化於此例中通常至少約整個表面平均厚度的0.1%，且通常不超過約10%的平均厚度，典型為約0.5%至7%之間的值。
於研發中，多層塗層之光學設計依據光罩結構之節距隨著位置改變。光罩結構的節距說明光罩結構或光罩之個別吸收結構於結構方向(例如平行或垂直掃描方向)上的週期長度。依據(局部)節距，多層塗層之光學設計(尤其是厚度)可配合成使光罩結構的成像獲得改善。於此例中，可降低或最小化特定成像誤差，尤其是遠心誤差。
於一實施例，光罩結構之光學設計配合多層塗層隨著位置變化之光學設計，以改善EUV微影系統中光罩之成像。除了最佳化多層塗層的光學設計，亦可藉由配合吸收層之(局部)結構寬度來實現最佳化光罩結構本身的光學設計，尤其是可提供側向梯度(lateral gradient)於吸收結構(參見下述)及/或最佳化光罩結構厚度，而可進一步改善EUV微影系統中光罩的成像。
於此例中，可利用以下事實：光罩結構之光學設計與多層塗層之光學設計皆對特定成像誤差有所影響，尤其是遠心誤差。因此，於最佳案例中，(實質)可補償光罩結構造成的以及歸因於吸收層之遮蔽效應或精密效應的遠心誤差，因為遠心誤差是因多層塗層依據入射角之反射率的變化而造成的。如上所述，針對補償的量化判斷上，需要將影響遠心誤差的總最佳化列入考量。
應知選擇性地亦可實行光罩的最佳化，其中多層塗層之光學設計獨立於光罩結構的光學設計與位置，尤其是側向輪廓(lateral profile)及/或吸收層厚度，並配合適當的方式而可最小化遠心誤差(係指整個表面平均而言)。於此例中，多層塗層的光學設計尤其可選擇成使得多層塗層的總厚度(在整個表面為固定的)或包含Mo或Si之個別層的厚度依據數值孔徑或CRA縮放，而針對所使用的數值孔徑來通常最佳化成像或反射率，亦即在此例中可省略多層塗層厚度的局部(位置相依)最佳化。
於一實施例，光罩結構之厚度依據光罩結構之節距及/或多層塗層之位置相依光學設計，以位置相依方式變化。發明人發現雖然光罩結構的遮蔽效應隨著厚度的減少而減低，此對成像特性有優勢的效應，但是多層塗層(光罩結構塗佈於其上)對光罩的成像特徵具有決定性的影像，尤其是對吸收層具有相對小厚度(例如少於100 nm)的狀況，原因如下。
以成像而言，顯著的特徵值(characteristic value)(例如遠心誤差或影像對比(image contrast))不會依據光罩結構厚度單調的改變，而是依據厚度具有週期性的變化。於此例中，變化的週期長度相關於多層塗層的光學設計以及也依據光罩結構的(局部)節距。因此，以適當方式選擇光罩結構的厚度對成像品質具有決定性的影響。於發明人的研發期間發現成像最相關的特徵值的變化實質獨立於操作光罩時的數值孔徑或CRA，亦即針對其他主光線角，亦可使用針對特定主光線角或入射角所最佳化的光罩結構厚度。
於另一實施例，光罩結構具有至少一吸收結構，其具有在厚度方向上變化的結構寬度，亦即此至少一吸收結構具有側向梯度。可藉由例如塗佈複數個吸收層於另一層頂上而產生吸收結構在厚度方向之結構寬度，因此產生階梯式(stair-like)結構，其中在相鄰吸收層間的過渡區產生結構寬度的改變。
於研發中，吸收結構之至少一側面(flank)具有非90°之側面角。此外或選替於吸收結構寬度的步階式(step-like)變化，舉例而言，若吸收結構是利用方向性蝕刻製程(directional etching process)時，亦可實施吸收結構寬度的連續變化。應知結構寬度在厚度方向上的變化亦可依據位置選擇(例如依據節距)，以改善光罩的成像特徵。
於另一實施例，至少一側面之側面角為70°至88°之間或92°至110°之間，尤其是70°至85°之間或95°至110°之間。已發現即使二元光罩結構(binary mask structure)有相當小的偏差(deviation)，即光罩結構之結構寬度在高度方向為固定的，於光罩成像期間可有實質改善的影響。
若相對於約100 nm的傳統厚度降低吸收材料的厚度，則光罩結構之吸收材料應具有足夠大的吸收係數(absorption coefficient)，以確保照射光維持有足夠的吸收而不損及影像對比。
因此，吸收材料對EUV範圍的波長，尤其是13.5 nm的波長，優勢地具有超過0.05的k值(折射率的虛部)，較佳超過0.06，尤其較佳超過0.07，更尤其超過0.08。
於光罩之一實施例，吸收材料選自以下群組：鉑(Pt)、鋅(Zn)、金(Au)、氧化鎳(NiO)、氧化銀(Ag2O)、銥(Ir)、以及鐵(Fe)。這些材料在EUV波長範圍具有大於0.05的吸收係數，亦即吸收係數大於傳統用做為吸收材料之氮化鈦(TaN)(其k值為0.0434)。
於另一實施例，吸收材料選自以下群組：二氧化錫(SnO2)、鈷(Co)、鉻鎳合金(尤其是Ni8Cr2)、氧化錫(SnO)、以及銅(Cu)。這些材料具有超過0.06的吸收係數(k值)。
於一實施例，吸收材料選自以下群組：銀(Ag)、錒(Ac)、碲(Te)、碘化銫(CsI)、以及錫(Sn)。這些材料對目前相關波長典型具有k=0.07或更高的吸收係數。
於另一實施例，吸收材料選自以下群組：鎳(Ni)、銀(Ag)、以及碲化鋅(ZnTe)，各具有超過0.08的吸收係數。鎳尤其適合做為吸收材料，因為具有大於0.09的吸收係數。
於另一實施例，光罩的多層塗層具有覆蓋層，係配合光罩結構之吸收材料。多層塗層塗佈有吸收材料，使得多層塗層上的吸收層的黏著性質是依據覆蓋層(吸收層塗覆於其上)的材料。因此，將覆蓋層及吸收層的材料選擇為相容是有利的，亦即使用具有類似化學或結構特性的材料，而確保吸收層在覆蓋層上有良好的黏著性。
本發明之另一觀點實現一種EUV微影系統，包含：如上所述架構而成的光罩、以照射光照射光罩的照射系統、以及將光罩成像到基板的物鏡透鏡。如上所述，反射式光罩不操作於遠心光束路徑中，而產生可藉由例如小厚度的吸收層降低遮蔽效應或精密效應。
於一實施例，光罩結構之至少一吸收結構的厚度與一厚度(在此厚度，EUV微影系統關於光罩之成像之至少一特徵值，尤其是成像對比或遠心誤差，具有最小或最大值)的偏差不超過1.5 nm，較佳不超過0.5 nm，尤其是不超過0.2 nm。如上所述，關於成像之特徵值(例如遠心誤差或影像對比)依據光罩結構的厚度變化。因此，可調整光罩結構或吸收結構的厚度，而最佳化(即最大化或最小化)上述特徵值，例如最小化遠心誤差或最大化影像對比。
於此例中，光罩結構的厚度可選擇為於光罩整個表面為固定的。然而，亦可局部地改變光罩的厚度，亦即例如依據多層塗層之光學設計的(局部)節距及/或位置相依變化來改變個別吸收結構的厚度，以進一步最佳化成像。
於另一實施例，光罩結構具有在厚度方向上變化的結構寬度，並選擇成使得EUV微影系統關於成像之至少一特徵值(尤其是遠心誤差或影像對比)，相較於結構寬度於厚度方向為固定的光罩結構，是獲得改善。若關於成像之特徵值為成像誤差，則可藉由適當選擇吸收結構於厚度方向之結構寬度來降低或最小化。然而，其他特徵值(例如影像對比)亦可藉由吸收結構的側向梯度獲得改善。
於另一實施例，多層塗層具有位置相依變化之光學設計，其選擇成使得EUV微影系統關於光罩之成像之至少一特徵值(尤其是遠心誤差或影像對比)比在具有非位置相依之光學設計之多層塗層上獲得改善。如上所述，可藉由例如依據所用光罩結構之層厚度的局部變化(尤其是節距)來最佳化多層塗層之光學設計。尤其針對要降低或最小化的遠心誤差，或其他可改善或最佳化之成像特徵值，可利用適當選擇的光學設計，例如多層塗層依據位置而適當選擇的厚度。於此例中，光學設計之位置相依變化可基於不依據位置且針對特定數值孔徑或特定CRA(以及選擇性的針對特定照射設定)最佳化的光學設計來實行。
於一實施例，光罩結構之光學設計配合多層塗層之光學設計之位置相依變化，以進一步改善至少一特徵值。如上所述，可藉由將光罩結構之光學設計配合多層塗層之光學設計來進一步改善成像，尤其是可改善或最小化遠心誤差。於此例中，尤其是吸收層之厚度與吸收層之側向輪廓可以適當方式配合。
於一實施例，多層塗層在光罩之至少一部分區域具有一厚度，其選擇成，EUV微影系統關於光罩之成像之至少一特徵值(尤其是遠心誤差或影像對比)，相較於針對EUV微影系統之入射角範圍而最佳化多層塗層之反射率所在的厚度，是獲得改善的。
於該實施例，多層塗層的厚度至少於部分區域(尤其是光罩的整個表面)與具有針對EUV微影系統之入射角範圍最佳化之(固定)層厚度的層設計(亦即其中反射率儘可能的大且於整個入射角範圍為儘可能為固定的)是有偏差的。為了達到儘可能高又固定的反射率，針對預定的數值孔徑，此類光學設計可包含多層塗層之各個別層的層厚度的最佳化(非位置相依)。藉此形成多層塗層，其中交替層材料之厚度可能不再週期性的重複(非週期性設計)。基於該設計(非位置相依)，於部分區域分別實行光學設計之局部配合或厚度局部改變(其在位置上相依於光罩結構(尤其是節距))。
於另一實施例，於光罩之成像期間，EUV微影系統具有遠心誤差在-0.5 mrad至0.5 mrad之間，較佳在-0.3 mrad至0.3 mrad之間，尤其是在-0.1 mrad至0.1 mrad之間。如此小的遠心誤差可藉由上述光罩的最佳化來達成。
於一實施例，物鏡具有數值孔徑為0.2或更多，較佳為0.4或更多，尤其較佳為0.5或更多。利用如此高之數值孔徑，對於選擇具有小厚度之吸收層尤其有利，因為主光線角隨著數值孔徑的增加而增加。
於另一實施例，EUV微影系統組態成以至少5°，較佳至少8°之主光線角來操作光罩。由於主光線角亦可隨著數值孔徑的增加而增加(約以線性方式進行)，所以上述的不利效應也隨著主光線角增加而越來越顯著發生，使得在此例中的最佳化光罩尤其具有優勢的效應。
本發明之另一觀點關於一種最佳化EUV微影系統中之光罩之成像的方法，此光罩包含：基板；多層塗層，塗佈於基板；以及光罩結構，塗佈於多層塗層並具有吸收材料。選擇多層塗層之相依於光罩結構的光學設計及/或光罩結構之光學設計，以最佳化成像，使得EUV微影系統相關於光罩之成像之至少一特徵值獲得改善，尤其是最大化或最小化。舉例而言，藉由配合光罩之光學設計，可改善成像期間的遠心誤差、影像對比、及/或變跡。以最佳化多層塗層之光學設計而言，尤其是個別層的厚度可依據位置來配合。為了最佳化光罩結構之光學設計，光罩結構之厚度及/或吸收層或吸收結構之側向輪廓可以適當方式配合。
針對EUV微影提供光罩時，依據操作光罩之EUV微影系統之數值孔徑或主光線角CRA來配合吸收材料的種類及/或厚度通常也是有利的。已發現適當的吸收材料及選擇性的層厚度是相依於所選的數值孔徑，若吸收層的厚度儘可能的小且所用吸收材料的吸收度儘可能的大，對各孔徑範圍而言並無益處。反之，層厚度及吸收材料的類型必須小心地選擇，以達到最佳化的成像品質。
亦可取代具單一吸收層之光罩結構，而塗佈兩層或更多的吸收層於彼此頂上，其亦可包含不同材料。如上所述，於此例中，吸收層可具有例如不同側向範圍(lateral extent)，而使光罩結構具有階梯式輪廓，或取代矩形輪廓具有傾斜邊緣的輪廓。此類側向輪廓可藉由適當的蝕刻製程來調整。因此，可藉由吸收層之側向輪廓的適當配合而於EUV光罩實行校正，以及例如用於校正遮蔽或降低遠心誤差。
應了解因為光罩所用之角範圍亦隨著數值孔徑增加，所以多層塗層亦可針對高數值孔徑的操作以適當方式修改，使得多層塗層必須針對寬的角範圍進行反射作用。於此例中，多層塗層與吸收層的配合尤其可實行成，最佳化成像可將照射分布及投射物鏡傳輸(瓊斯瞳(Jones pupil))、以及關於成像的其他參數列入考慮。於此例中，除了光罩之光學設計的配合外，尤其是於物件平面之照射分布(例如σ設定)亦可配合所用光罩結構(所謂光源/光罩最佳化)。
參考顯示發明顯著細節之圖式，並由以下本發明實施例之說明及申請專利範圍，可知本發明之其他特徵及優點。個別的特徵可獨立地或結合地實施成為本發明之變化例。
圖1顯示EUV微影系統101，其具有光束成形系統(beam shaping system)102、照射系統103、以及投射系統104，各安置於分別的真空殼體，且接續地設置於光束路徑(從光束成形系統102之EUV光源(未顯示)開始)中。舉例而言，電漿源或同步加速器可用做為EUV光源。從EUV光源射出波長範圍在約5 nm及約20 nm間的輻射首先於準直器(collimator)(未顯示)中成束，利用下游單色器(monochromator)(未顯示)改變入射角而過濾所需的操作波長(於此例為13.5 nm)。
於光束成形系統102中經波長與空間分布方面處理的輻射導入照射系統103，其具有光學元件(未繪示)用於成形照射輻射，照射輻射係以約8°的主光線角(CRA)導到光罩105。利用投射系統104以縮減比例(reduced scale)將光罩105成像到晶圓106。為達此目的，投射系統104具有其他的反射式光學元件(未繪示)。
於圖2中，尤其繪示主光線角CRA與投射系統104(於下亦稱為投射物鏡)之數值孔徑的(實際上的)線性相依性。在主光線角CRA之直線上的第一條線標示出輻射照到光罩105之最大入射角，而第二條較低線表示照射光入射到光罩105的最小入射角。雖然此角度理論上為0°，但因為架構空間的技術原因，典型選擇成些為大於0°。於本範例中，最小入射角以線性方式隨著數值孔徑NA的增加而增加。然而，應了解因為架構的類型而不一定是如此，亦即最小入射角可獨立於例如數值孔徑。於圖2所示的範例中，輻射照到光罩105之角範圍隨著數值孔徑NA的增加而增加。
於具有相對大的主光線角或高數值孔徑之EUV微影系統101之操作期間發生於光罩105的精密效應，參考圖3a-c於下說明。光罩105具有包含例如ULETM或之玻璃基板107，而多層塗層108塗佈於玻璃基板107。於本例中，多層塗層具有大量矽或鉬的交替層108a、108b，其對波長約λ=13.5 nm的照射光有極高的反射率。光罩結構109塗佈於多層塗層108，其中於圖3a中光罩結構109包含氮化鉭(TaN)的結構化層，其作用為吸收照射輻射之吸收層。
左邊圖式顯示當光罩105具有複數個H結構109a時，照射光110的入射狀況。於此例中，相對於基板107之表面而正交的維度指明為z並對應於約50 nm之TaN結構109之厚度的維度。於圖3a所示的XYZ座標系統中，H結構109a在Y方向具有比X方向還大的範圍。相對於方向z，若照射光110的光束以β>0°的角度(例如6°、8°、或12°)照到光罩105，則反射的光束(於此例中以虛線方式表示)於H結構109a發生遮蔽效應。於右邊圖式所示的光罩結構109中，吸收結構109’a為V結構形式，而不會發生遮蔽效應。
光罩結構(例如左邊圖式的H結構109a)寬度對應於其在X方向之範圍b。H結構的節距表示H結構的週期長度，並於圖3a中在X方向指明為p。此亦可應用於右邊圖式所示之V結構109’a在Y方向的說明。
圖3b顯示從物鏡透鏡104之物件平面內的觀點於具有厚度d1為50nm之H結構109a中的遮蔽效應。照射光從左邊照到多層塗層108，然後反射，而可在右邊的H結構109a看到發生遮蔽，其純粹為幾何類型且是依據照射光在多層塗層108的有效反射位置。圖3c顯示具有較小厚度為d2=20 nm之吸收層(H結構)109之遮蔽效應。圖3b與圖3c相較，顯示由於越小的吸收層厚度以及反射越多的照射光，所以減少遮蔽。
圖4a、b針對圖3b、c所示厚度d1=50 nm及d2=20 nm顯示CD，亦即光罩上的結構寬度(換言之，於晶圓比例(wafer scale)上是依據成像比例(imaging scale)為小4倍)，以依據H結構與V結構之節距以及另外之HV偏差(HV bias)(即H結構與V結構之臨界尺寸CD間的差異)，製造具有CD(即結構寬度)為12 nm之結構於晶圓106上。除了光罩上結構之CD(用於製造預定CD於晶圓上)是依據節距的事實之外，由圖4a、b亦清楚可見當使用光罩結構具有d2為20 nm之厚度比使用光罩結構具有d1為50 nm之厚度時有實質較小的HV偏差。因此，選擇具有d2為20 nm之厚度的光罩結構比利用具有d1為50 nm之厚度的吸收層更為有利，此乃因HV偏差降低，其中所用的主光線角CRA約為10°，係對應約0.55的數值孔徑。
除了H結構109a通常依據在物鏡透鏡104之物件平面中的位置以較寬的方式成像的效應，亦針對H結構產生依據光罩聚焦位置之影像位移，其對應於波前之場相依傾斜(field-dependent tilt)(任尼克係數Z2、Z3)。若分析整個波前，則產生為像差，場相依失真項Z2、Z3、聚焦變化Z4、以及像散Z5、Z6。這些伴隨著更高階的波前誤差，例如慧形像差Z7、Z8以及二次像散Z12、Z13。如圖5可見，所述效應通常隨著光罩結構109(吸收層)的厚度增加而增加。
因此，將光罩結構109的厚度降低到30 nm或以下，例如降到20 nm或更少，尤其是10 nm或更少，是非常有利的。然而，於此例中，仍應確保光罩結構109保持有吸收性質，即針對光罩結構所選擇的吸收材料應具有足夠大的吸收係數，而在吸收層所選的厚度下仍能維持吸收照射光110的功能，不會降低影像對比。
以下列出光罩結構109可能的吸收材料(基於吸收係數(k係數))，以下所列結合來自以材料資料而運作的各種標準的資料，因此有些材料列出數次並具有不同k值。這些差異的原因部分是因為k值的實驗量測很困難。除了材料的種類，用於塗佈吸收材料的塗佈方法也可能影響k值。
k>0.09
Ni　k=0.091100
k>0.8
Ag: k=0.082400
ZnTe: k=0.082000
k>0.07
Ag: k=0.078893
Ac: k=0.077757
Te: k=0.076700
CsI: k=0.074462
Ch: k=0.074400
Ni: k=0.072428
Sn: k=0.072003
Co: k=0.070000
k>0.06
SnO2: k=0.066637
Co: k=0.065988
Ni8Cr2: k=0.064931
SnO: k=0.062664
Cu: k=0.060941
k>0.05
Pt: k=0.059502
Zn: k=0.055417
Au: k=0.055400
NiO: k=0.054749
Ag2O: k=0.054140
Ir: k=0.053200
Fe: k=0.051962
Au: k=0.051322
可假設針對光罩結構109、109’儘可能使用作用大的吸收材料於各案例中是有利的，亦即無關數值孔徑NA，但圖6所示的案例並非如此。其中顯示針對數值孔徑0.32、0.45、以及0.55，厚度50 nm與厚度20 nm之TaN吸收層以及為上列材料具有最高吸收係數者)之鎳吸收層的遠心誤差。
如預期的，具有厚度20 nm之鎳吸收層對數值孔徑0.45及0.55是有利的，因為降低了遠心誤差(以mrad為單位)。然而，對數值孔徑0.32而言，就不是這樣的狀況。於此例中，精密效應造成遠心誤差隨著吸收層厚度的增加而減少，而當使用鎳作為吸收材料比使用氮化鉭時的遠心誤差還要大。
因此，針對預定數值孔徑或預定主光線角CRA來建立適當的光罩結構厚度與適當的吸收材料，並非微不足道的，亦即，就預定NA而言，不能輕易地預測哪種材料及哪種厚度是尤其有利的，即不能輕易地預測何者最小化投射物鏡104之由於精密效應與遮蔽效應所造成的成像誤差。
應了解藉由最佳化一成像誤差或僅些微實行對其他成像誤差的配合，可在不同成像誤差方面來最佳化成像，理想上也可同時最佳化其他的成像誤差。舉例而言，影像對比可最佳化成，選擇吸收層厚度及吸收材料使得光罩作用如衰減相位光罩(attenuated phase mask)，其具有在約180°範圍內的相移(phase shift)。
當選擇吸收材料時必須考慮的另一點為，吸收材料與多層塗層108(參見圖3c)的相容性(compatibility)。多層塗層108為了保護具有覆蓋層111，當使用鉻做為吸收材料時覆蓋層111可包含例如釕。覆蓋層111的材料與吸收層的材料應選擇成使得可輕易塗佈吸收材料109到覆蓋層111，而使吸收層109儘可能良好地黏著於覆蓋層111，不會發生不利的效應(例如層脫離)。
總言之，吸收層的厚度及吸收材料必須依據數值孔徑及其他條件(例如覆蓋層的材料)以適當的方式選擇，以得到最佳的成像品質。
為了改善成像品質，尤其是光罩結構109，或更尤其是個別吸收結構190a至109e，可能必須具有側向梯度，亦即寬度b(Z)，其在垂直於基板107之X、Y平面的厚度方向Z有變化，參見圖7。於圖7所示之吸收結構109b至109e中，兩個互相相對的側面112、113之至少其中一個定義側面角α1、α2，其相對於多層塗層108不是90°。亦如圖7所示，側面角α1、α2可大於或小於90°，其利用灰階光罩(greyscale mask)之方向性蝕刻可產生輪廓化的吸收結構109b至109e，因為改善成像品質所需的側面角α1、α2僅些微不同於直角，亦即典型相差最多20°，即典型是在70°至110°的範圍。
亦如圖7可見，當呈現有側向梯度時，針對一半的厚度d/2來決定吸收結構109b至109e所謂的臨界尺寸(線寬)。應了解，舉例而言，若具有不同側向範圍之複數個吸收層塗佈在彼此頂上，可利用傾斜側面112、113，在厚度方向Z亦可實行步階式或階梯式的寬度b(Z)變化，做為寬度b(Z)之連續變化的選替。
利用適當選擇側面角α1、α2來最佳化成像品質之範例，可針對吸收結構109b、109c模擬精密效應來實施，其中第一側面角α1針對最佳化而變化，第二側面角α2選擇為90°。
0.25之數值孔徑NA及具有σ設定為0.5之傳統(同調)照射為模擬的基礎。使用晶圓上具有寬度b為27 nm(在平行於入射主光線之平面的方向上量測)之吸收結構線(absorber structure line)，改變週期長度或節距。於此例中，模擬時，吸收結構的厚度d為70 nm，TaN用做為吸收材料(n=0.9429+0.0408 i)。40個鉬及矽的雙層為多層塗層108的基礎。針對鉬層的模擬，選擇折射率為nMo=0.923+0.00622 i及厚度DMo為2.78 nm。因此，針對矽層的模擬，假設折射率為nSi=0.999+0.00182 i及厚度DSi為4.17 nm。
針對二元吸收結構(α1=α2=90°)產生以下結果：
相對地，針對第一側面角α1的最佳化或變化，得到以下結果：
於此例中，光罩CD一詞欲了解為光罩上的線寬，並未考慮成像比例(晶圓比例)。因此，表1及表2中的CD值仍必須以成像比例縮放，以得到光罩上的實際線寬。於本成像範例中，以因子4來縮減，因此這些值必須乘以因子4。參考表1及表2可知，於此例中，光罩上的線寬依據節距變化，以於成像到晶圓期間能得到所需(固定的)線寬。此類光罩上的線寬依據節距變化亦稱為「光學鄰近校正」。
表中所示的遠心誤差亦繪示於圖8，第一長條對應於表1中的遠心誤差，而第二長條對應於表2中的遠心誤差。
參考圖8清楚可知，藉由適當選擇側向梯度、依據節距最佳化第一側面角α1的值(可大於或小於90°)，可最佳化成像或實質降低遠心誤差。因此，為了最佳化成像，第一側面角α1可依據位置、光罩結構109或局部節距來變化。若要降低製造複雜度，亦可針對整個光罩結構109定義無關節距之均勻(uniform)側面角。此對於光罩結構的局部節距僅在相當小的範圍內變化的狀況尤其有利。
此外或選替於利用側向輪廓來最佳化光罩結構之幾何形狀，亦可最佳化多層塗層108之光學設計，以改善成像品質。於此例中，應注意EUV輻射之傳統多層塗層108具有依據入射角之反射率R，如圖9之範例所示。雖然在入射角0°至約10°之間的反射率R高於67%，但是在此多層塗層108之例示週期設計中，反射率R在該範圍中實質約有2%的變化。
反射率R於所用入射角範圍的變化造成物鏡瞳中的變跡的變化，由於不對稱的變化構成實質部分的傾斜。於成像期間，此效應造成的結果之一為遠心誤差。由於光罩結構109亦產生遠心誤差(參見圖6)，所以多層塗層108的遠心誤差亦可選擇成使得光罩105(亦即多層塗層108與塗佈於其上的光罩結構109)的總效應最小化遠心誤差，或更一般而言最小化變跡。
為了最佳化多層塗層108之光學設計，尤其是可適當地選擇矽或鉬之個別層108a、108b的厚度。於此例中，總多層塗層108(參見圖3c，無覆蓋層111)之第一厚度依據主光線角或數值孔徑為固定的，使其可產生儘可能高的反射率，並於入射角範圍是儘可能均勻的，例如圖9所示。基於此針對數值孔徑最佳化的設計，然後可實行位置相依的最佳化，於最簡單的例子中，以位置相依因子(positionally-dependent factor)局部比例縮放(local scaling)多層塗層108之厚度。
針對模擬此類多層塗層108，考量精密效應，數值孔徑為0.45、主光線角為8°、以及具有σ設定為020/090之環形照射(annular illumination)為基礎，即環形照射之最低σ值為0.2，而最高σ值為0.9。在晶圓上具有寬度b為16 nm之線選擇為吸收結構，改變週期長度或節距(參見圖3a)。於此例中，吸收結構的厚度d為56 nm，TaN用做為吸收材料(n=0.9429+0.0408 i)，以及使用二元吸收幾何形狀(α1=α2=90°)於模擬。
40個包含鉬及矽的雙層構成多層塗層108。針對鉬層的模擬，折射率為nMo=0.923+0.00622 i及厚度DMo為2.82 nm。因此，針對矽層的模擬，假設折射率為nSi=0.999+0.00182 i及厚度DSi為4.23 nm，亦即相對於上述針對數值孔徑NA之0.25結合表1及表2所述之塗層，此多層塗層之厚度D增加了1.4%，或乘以因子f=1.014。模擬結果如下表：
由表3可知，遠心誤差相依於節距。因此，實行多層塗層108之厚度D的位置相依變化是有利的，其係相依於光罩結構109之局部幾何，或更具體而言係依據光罩結構109之局部週期長度(節距)。此類依據節距最佳化厚度之結果由下表可知：
初始(initial)多層(multi-layer，ML)一詞欲了解為參考表3所述之多層塗層，其係針對0.45之數值孔徑最佳化並具有比表1及表2針對0.25之數值孔徑及傳統照射最佳化的多層塗層增加1.4%的厚度。尤其參考圖10可知，相較於表3及表4的遠心誤差，可藉由依據節距配合多層塗層108之厚度D(X,Y)來達到遠心誤差的實質降低。
於表4所示的值中，臨界尺寸(即吸收結構或光罩結構109之線寬)可同時配合或最佳化(OPC)，於最佳化期間亦考量到照射調整。
於下參考圖11及圖12說明針對成像光罩105，光罩結構109或吸收層的厚度可如何以適當方式最佳化，以最佳化相關的特徵值，例如影像對比(參見圖11)或遠心誤差(參見圖12)。為此目的，實行(二維)模擬計算，針對相依於主光線角6°或8°之兩個不同數值孔徑0.33或0.45，考慮了精密效應。多層塗層108如上所述的進行選擇，關於表1及表2所述之塗層厚度使用比例因子f為1.0062或1.0160。選擇具有0.5之σ值的傳統設定為照射，節距p為1.1 x 13.5 nm/NA，以及選擇鎳為吸收層材料。
參考圖11及圖12可知，遠心誤差及影像對比皆依據吸收層或光罩結構109的厚度變化，遠心誤差為最小值之厚度dT,MIN實際上與影像對比為最大值之厚度dC,MAX相同。因此，若以適當方式將吸收層的厚度d選擇在最大值dC,MAX或最小值dT,MIN範圍中，則關於掃描的兩個特徵值皆可一起最佳化。理想上，厚度d對應於影像對比的最大值dC,MAX或遠心誤差的最小值dT,MIN，於任一案例，厚度d相距極值的距離應該最大為1.5 nm，更佳為最大為0.5 nm。
應了解可一起採用所有上述步驟，以最佳化光罩105的成像，亦即光罩結構109之光學設計(厚度及側向輪廓)以及多層塗層之光學設計可同時最佳化，亦希望考慮尤其是最佳化的相互相依性。再者，亦可包含照射分布於最佳化中，亦即針對最佳化成像，亦可考慮照射設定與光罩(多層塗層及光罩結構)的相互影響，亦即照射設定可依據光罩結構來最佳化(光源/光罩最佳化)。
101．．．EUV微影系統
102．．．光束成形系統
103．．．照射系統
104．．．投射系統
105．．．光罩
106．．．晶圓
107．．．玻璃基板
108．．．多層塗層
108a、108b．．．矽或鉬之交替層
109．．．光罩結構
109’a．．．吸收結構
109a．．．H結構
109b、109c、109d、109e．．．吸收結構
110．．．照射光
111．．．覆蓋層
112、113．．．側面
b．．．寬度
d1．．．厚度
d2．．．厚度
p．．．節距
CRA．．．主光線角
D．．．厚度
實施例顯示於圖中且於上述說明中更詳細解釋。於圖式中：
圖1為EUV微影系統之示意圖；
圖2為依據數值孔徑之主光線角與角圖譜(angular spectrum)之圖式；
圖3a-3c為圖1之EUV微影系統之光罩之示意圖，其包含具有吸收材料之結構化層(光罩結構)；
圖4a、4b為針對光罩結構之不同厚度的H與V結構，與節距相依的CD圖；
圖5為依據光罩之吸收材料之厚度的任尼克係數圖；
圖6顯示遠心誤差與吸收材料之厚度及種類的相依性；
圖7顯示具有不同側向輪廓之吸收結構的範例；
圖8為依據具有二元輪廓與配合之側向輪廓的吸收結構的節距的遠心誤差圖；
圖9為依據入射角之多層塗層的反射率圖；
圖10為依據節距(在有與沒有最佳化多層塗層之層厚度的情形下)之遠心誤差圖；
圖11為依據吸收層厚度之影像對比變化圖；以及
圖12為依據吸收層厚度之遠心誤差變化圖。
105．．．光罩
107．．．玻璃基板
108．．．多層塗層
109a．．．H結構
111．．．覆蓋層
d2．．．H結構的厚度
D．．．多層塗層的厚度

Claims (22)

  1. 一種用於EUV微影之光罩，包含：一基板；一多層塗層，塗佈於該基板；以及一光罩結構，塗佈於該多層塗層並具有一吸收材料，該光罩結構具有少於100nm之最大厚度，較佳不超過30nm之最大厚度，尤其較佳不超過20nm之最大厚度，尤其不超過10nm之最大厚度；其中該多層塗層具有一光學設計，其包含該多層塗層之多個層之多個厚度的一位置相依變化，其相依於該光罩結構之一節距，以改善一EUV微影系統中該光罩的成像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光罩，其中該多層塗層之該光學設計之該位置相依變化包含該多層塗層之厚度的位置相依改變。
  3. 如申請專利範圍第1至2項任一項所述之光罩，其中該光罩結構之該光學設計配合該多層塗層之包含位置相依變化之該光學設計，以改善EUV微影系統中該光罩之成像。
  4. 如申請專利範圍第1至2項任一項所述之光罩，其中該光罩結構之厚度依據該光罩結構之該節距及/或該多層塗層之包含位置相依變化之該光學設計，而以位置相依方式變化。
  5. 如申請專利範圍第1至2項任一項所述之光罩，其中該光罩結構具有至少一吸收結構，其具有在厚度方向上變化的一結構寬度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光罩，其中該吸收結構之至少一側面具有非90°之一側面角。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光罩，其中該側面角為70°至88°之間或92°至110°之間。
  8. 如申請專利範圍第1至2項任一項所述之光罩，其中該光罩結構之該吸收材料對EUV範圍的波長，尤其是13.5nm的波長，具有超過0.05的吸收係數，較佳超過0.06，尤其較佳超過0.07，更尤其超過0.08。
  9. 如申請專利範圍第1至2項任一項所述之光罩，其中該吸收材料選自包含以下之群組：Pt、Zn、Au、NiO、Ag2O、Ir、以及Fe。
  10. 如申請專利範圍第1至2項任一項所述之光罩，其中該吸收材料選自包含以下之群組：SnO2、Co、Ni8Cr2、SnO、以及Cu。
  11. 如申請專利範圍第1至2項任一項所述之光罩，其中該吸收材料選自包含以下之群組：Ag、Ac、Te、CsI、以及Sn。
  12. 如申請專利範圍第1至2項任一項所述之光罩，其中該吸收材料選自包含以下之群組：Ni、Ag、以及ZnTe。
  13. 如申請專利範圍第1至2項任一項所述之光罩，其中該多層塗層具有一覆蓋層，係配合該光罩結構之該吸收材料。
  14. 一種EUV微影系統，包含：如申請專利範圍第1至13項任一項所述之光罩；一照射系統，以照射光照射該光罩；以及一物鏡透鏡，將該光罩成像到一基板。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之EUV微影系統，其中該光罩結構之至少一吸收結構的厚度與該EUV微影系統關於該光罩之成像之至少一特徵值具有最小值或最大值時的一厚度的偏差不超過1.5nm，其中該至少一特徵值尤其是一遠心誤差或一成像對比。
  16. 如申請專利範圍第14或15項所述之EUV微影系統，其中該光罩結構之至少一吸收結構具有在厚度方向上變化的一結構寬度，並選擇成使得該EUV微影系統關於該光罩之成像之至少一特徵值，相較於具有於該厚度方向上為固定之一結構寬度的一吸收結構，而獲得改善。
  17. 如申請專利範圍第14至15項任一項所述之EUV微影系統，其中該多層塗層具有包含位置相依變化之光學設計，並選擇成使得該EUV微影系統關於該光罩之成像之至少一特徵值，相較於在具有非位置相依之光學設計之多層塗層，而獲得改善。
  18. 如申請專利範圍第14至15項任一項所述之EUV微影系統，其中該光罩結構之光學設計配合該多層塗層之包含位置相依變化之光學設計，以改善該至少一特徵值。
  19. 如申請專利範圍第14至15項任一項所述之EUV微影 系統，其中該多層塗層在該光罩之至少一部分區域具有一厚度，在該厚度該EUV微影系統關於該光罩之成像之至少一特徵值，相較於針對該EUV微影系統之入射角範圍而最佳化該多層塗層之反射率所在之厚度，是獲得改善的。
  20. 如申請專利範圍第14至15項任一項所述之EUV微影系統，於該光罩之成像期間，係具有一遠心誤差在-0.5mrad至0.5mrad之間，較佳在-0.3mrad至0.3mrad之間，尤其是在-0.1mrad至0.1mrad之間。
  21. 如申請專利範圍第14至15項任一項所述之EUV微影系統，其中該物鏡透鏡具有一數值孔徑為0.2或更多，較佳為0.4或更多，尤其較佳為0.5或更多。
  22. 如申請專利範圍第15項所述之EUV微影系統，係組態成以一主光線角為至少5°，較佳至少8°，來操作該光罩。
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