EUV基础知识.doc

EUV介质对EUV的吸收导致EUV系统是反射系统，掩膜和投影物镜均为反射式。EUV技术延迟的原因有：1、DUV技术的存在；2、EUV存在的技术挑战和一些风险；3、90年代金融危机的影响；4、各个公司对NGL没有达成一致。EUV系统的结构：1、等离子体或稀有气体的EUV光源；2、镀有多层膜的集光器和反射镜；3、装载反射掩膜的掩膜台；4、反射式投影物镜；5、装有硅片的扫描工件台。EUV的光束将引起掩膜和光学表面的局部受热，这要求在关键表面要有热控制。另外，磁悬浮平台的速度和位置都需要控制在纳米精度。EUV光学系统 为了保证好的像质，必须使用精度小于高精度反射式投影物镜系统。由于通过反射时的能量损失，必须限制实际的物镜的反射镜的数量，为了减小误差，必须使用非球面反射镜。 系统的成像质量通常用zernike系数表示，通过拟合透过光学系统的波前和理想球面波前进行比较拟合出zernike系数。Zernike系数中的5到36项被称作figure and quantify 像差。而37级及其以上的项被称作mid spatial frequency roughness（MSFR），他描述了图像空间周期在1um到1mm时的平滑特性。MSFR引起了小角度的散射，这些散射光仍保持在像场内。MSFR使背景照明超过了期望得到的理想图案的亮度，（即杂散光）。杂散光和杂散光的不均匀特性，都降低了像质。 杂散光的绝对值减小了图像的对比度，限制了操作条件和处理窗口。杂散光的不均匀性引起了图案关键尺寸的不均匀性。大角度的散射会使杂散光射在像场外，这种因为大角度而引起光的损失称作HSFR。HSFR与空间周期小于1um的表面粗糙度有关。HSFR的主要影响是降低了产率。 四镜结构的投影物镜的WFE不能大于0.25nm RMS，六镜结构的0.25NA数值孔径的投影物镜结构的WFE要小于0.2nm RMS。 因为同时获得低的MSFR和HSFR比较困难，所以一种多层膜平滑技术被法阵起来以用于在将MSFR减小到一个可以接受的范围之后减小HSFR。 相移点衍射（PS/PDI）的精度已经达到40到70pm，工作波长的横向剪切干涉（LSI）可以在保证高产率的情况下进行测量。EUV多层膜 EUV辐射被所有材料所吸收，光学表面必须做成反射式的，并且在表面上必须镀有分布式的四分之一波长的多层膜反射层。各种材料被联合使用到表面反射层上，最常用的是Mo，结合使用上Si或者Be。 多层膜的周期被制造成通过干涉从而在峰值波长的处达到最大的反射率，对于Mo/Si膜，Mo的厚度为2.8nm，Si的厚度为4.1nm，对于Mo/Be膜，Ru材料被加入到Mo中，从而产生了合金层，他的厚度为2.3nm，Be的厚度为3.4nm。Mo/Si的峰值反射率在13.5nm，MoRu/Be层的峰值反射率在11.4nm。为了达到尽可能大的多层膜镜子反射率，并且满足实际生产成像质量和产率的严格指标，必须满足的两个要求是：1、内在材料的性质和多层膜结构的性质；2、严格满足厚度控制和重复率等条件的沉积技术。 EUV反射镜多层膜沉积最主要的两种技术是：1、直流磁控喷射沉积(MSD)；2、离子束喷射沉积(IBSD)。另外一种技术使用了离子束辅助电子蒸发沉积（EBED），这种技术被用在了第一台贝塔样机的光学系统中。MSD是一种典型的光学镀膜技术，他在对大型元件进行均匀或渐变镀膜时，具有良好的控制、镀膜速度和温度控制。IBSD具有更加优秀的缺陷控制，它具有专门用于覆盖掩膜基底缺陷的沉积条件。EBED技术相对于沉积技术而言的优越性在于沉积的原子到达基底时所具有的热能较小。但是EBED技术在各层沉积完成后，需要一步离子抛光，另外一些如原子层沉积技术（ALD）也在研发中。 为了保持EUV投影光学系统的形状，对于160mm直径的光学基底需要有0.1%的厚度控制。这就需要严格控制覆盖在基底材料之上的多层膜周期厚度的均匀性。 多层膜的反射性质，峰值波长和压力必须随着时间、温度和在曝光过程中具有一定的稳定性。一个存放在空气环境中Mo/Si多层膜，它的反射特性和峰值功率的稳定性在25个月以上。理论模型指出了除了靠近边缘的位置，大部分由于薄膜应力的变形都是球状的。形变的球状部分可以通过光学系统的对准来补偿。先前减小多层膜应力的技术包括对多层膜的成分、沉积条件的改变和沉积后退火。在退火后，Mo/Si膜的的应力减小了75%。 引起多层膜反射镜的反射率下降的因素包括：表面杂质、氧化和腐蚀。表面杂质和腐蚀通过两种方式来影响投影光学系统的质量：1、减少产率；2、引入波像差。 为了满足商业用EUV光学系统的要求，多层膜的表面和接触面必须被优化，通常在Mo和Si的接触面上镀上一层B4C层，这一层控制了Mo和Si的相互扩散。最优的B4C层在Mo/Si上的厚度是0.30.4nm，在Si/Mo上是0.250.3nm。在用了50层双层反射膜，FWHM为0.54时，峰值反射率达到了70%。 在将多层膜反射镜或掩膜从沉积系统中移开之前，必须在多层膜上镀上一层保护层。这层保护层保护了反射镜以防止反射镜在曝光过程中发生退化，或者是在清理表面杂质过程中被损坏。保护层的材料可以是Mo和Si，也可以是沉积的C和Ru。存在的挑战和问题：对于32nm以及以下节点，figure需要控制在0.12nm rms，MSFR需要小于0.15nm rms，HSFR需要控制在0.1nm rms以下。目前还不清楚可见光干涉能否完全用于光学系统的评价，目前可见光波像差可以测量的是波前和畸变；MSFR，波前和杂散光需要用工作波长干涉仪测量；色散效应对系统的杂质和EUV多层膜的参量都很敏感。 EUV操作系统的周期必须大于5年，这就需要对真空环境的精确控制、减小碳的沉淀和多层膜的氧化。EUV光源 11nm14nm的软X射线光谱EUV可以通过击中方法获得，当然EUV光源必须产生高热的稠密等离子体以满足一定的产率以满足商业光刻的要求。一个满足要求的等离子体色温是辐射黑体的辐射最大值出现13.5nm时的色温。为了使黑体辐射最大值出现在13.5nm，需要20电子伏左右的色温。这个范围内的等离子体色温可以用高能激光源激发的等离子体（LPP）或者电荷激发的等离子体（DPP）。其他产生EUV辐射的方法包括：同步辐射、高谐振的飞秒激光器脉冲、电荷泵浦的X射线激光和电子束驱动的辐射器件（与相对电子束相似）。 用于商业光刻的EUV光源必须满足每小时100片的产率。IF（intermediate focus）指的是光源系统和照明系统之间的孔。各种滤光器件都安装在IF之前，这样在IF处就能获得带宽为2%的纯光子束。由于EUV辐射光收集效率的限制和在传播光路中的各种可能的吸收损耗，光源等离子体在IF处需要产生更高的EUV能量，在IF处保证能够提供115W的带内EUV能量。EUV掩膜 EUV掩膜不是透射的而是反射的，它的镀膜工艺和EUV反射镜的相同。 EUV mask blank是指覆盖有多层膜的基底。 EUV掩膜的制造流程：substrate qualification, mutilayer deposition and mask blank inspection, buffer layer deposition, absorber layer deposition, pattern generation, pattern transfer into absorber, patterned mask inspection and defect repair, buffer layer etch and final inspection. EUV掩膜的基底采用热膨胀系数低的材料，以防止由辐射引起的掩膜膨胀而产生的像面畸变。EUV掩膜的形成因素和透射式掩膜一样，但是在平滑、粗糙度和缺陷上比透射式掩膜更加严格。在过去的一段时间里，在满足EUV掩膜的平滑，粗糙度和缺陷等问题上取得了重要的进展。一个重要的挑战同时出现，满足所有要求，尤其是相对平滑和粗糙度的要求。在平坦度的改进所付出的代价就是增加了粗糙度。在优化平滑度和粗糙度的同时，没有去减小掩膜基底的缺陷，因为当满足平滑和粗糙度所要求的条件时，对掩膜缺陷的降低就直截了当了。为了减小打磨和抛光过程中所引入的掩膜基底缺陷，缺陷削弱技术得到利用，一个基底平滑层被用于覆盖小的缺陷。低阶厚度的变化，如楔角和局部斜率的标定没有被提到，但是他们需要被重视，通过测量仪可以测出这些掩膜基底的参数。 薄膜沉积技术已经被用于EUV多层膜沉积。用于EUV掩膜的多层膜与用于EUV投影物镜的多层膜有所不同。因为掩膜的位置是光学成像系统的焦面，而成像物镜的表面不在焦平面上。相对与EUV掩膜上的缺陷，成像物镜的缺陷不会被成像在像面上。因此对于在掩膜基底沉积多层膜，期望薄膜沉积技术几乎不产生缺陷。在薄膜沉积过程中，相比IBSD，用MSD会产生更严多的缺陷。因此目前更多的关注在于发展IBSD来实现EUV掩膜blank的制造。IBSD还有一些缺陷平滑特性的优点。相对于MSD，IBSD唯一的缺点在于用IBSD制造的多层膜峰值反射率的值低于MSD。EBED和ALD等技术不用于掩膜blank的制造。 掩膜blank的缺陷程度决定掩膜blank的尺寸大小，缺陷的尺寸对于掩膜的开销有着重大的影响。VNL的研究人员开发了一种双尖端分叉策略，通过 IBSD固有的平滑性质减小缺陷的数量，并开发了一种修复技术，用于修复那些不能被平滑或覆盖的缺陷。另外VNL还提出了一种EUV掩膜blank修复技术的可行性。由VNL开发的多层膜沉积技术在成功的沉积层之间运用了离子束薄膜平坦化技术对沉积过程中所引入的基底缺陷进行了平滑，使得尺寸小于50nm的缺陷得到平滑。EUV掩膜缺陷的种类分为：振幅缺陷和相位缺陷。相位缺陷是由于对基底缺陷的薄膜平坦化不够充分所引起的。小的相位差（最坏的情况是波长的四分之一）会导致在硅片面上产生干涉条纹。尽管从照明的角度来看，相位缺陷的引入是由于基底的造成了正向的相位缺陷，但是其他杂质也可能是在Mo/Si多层膜沉积的过程中被引入的。另外，基底上的划痕和坑会造成负向的相位缺陷。如果杂质是在多层膜沉积的最后一步被引入的，这种干扰会造成振幅缺陷。对于相位缺陷的修复，我们利用了Mo/Si多层膜能通过加热而压缩的特性。由于在Mo/Si接触层直接存在着硅化物，因为硅化物的密度比Si层的密度要大，因此导致多层膜结构收缩。如果在缺陷之上30层多层膜被压缩了0.1nm，那么3nm的相位缺陷可以被修复。因为相对缺陷的尺寸很小，所以聚焦的电子束最适合加热这项任务，而且他已经被成功地用于EUV掩膜相位缺陷的修复。上述方法只能用于正向的相位缺陷，负向的相位缺陷不能用多层膜压缩技术修复。负向相位缺陷是由基底上的划痕或沟槽所引起的，在沉积过程中会逐渐引入正向相位缺陷，最后这一缺陷会抵消并超过负向缺陷，成为相位缺陷的主导。多层膜的缺陷改变了复合层的周期，使得中心波长在修复区域向短波方向发生漂移。这种修复区域反射率的失配引起了反射率的下降，因为反射率曲线不再精确匹配EUV系统的带宽。但是实验证明微小尺寸的修复对EUV反射率的影响非常小，这种微小的反射率降低对CD变化率与CD比值的影响不超过10%，因此这种影响可以忽略。但是相位缺陷需要被测定以确定需要压缩的多层膜的量。用于修复EUV掩膜blanks的幅度缺陷修复技术利用了多层膜是一个分布式的布拉格反射镜，而且EUV在Mo和Si上的折射率都近似为1这一特点。因此只有少数的多层膜从多层膜的顶部被拿掉，即完成了振幅缺陷修复，由修复部分和无修复部分反射所引起的相位差是可以忽略的。由于少数多层膜的移除而引起的反射率的下降是微小的。幅度缺陷的修复采用了聚焦离子束（FIB）移除杂质，在多层膜顶部产生一个浅坑，则暴露在空气中的Mo会被迅速氧化从而导致了反射率的显著变化，因此在挖出凹坑后，需要在凹坑处涂上一层保护膜以防止Mo被氧化，这样就反射率就只发生微小的下降。如果没有任何或只有微小变化的FIB工具被用于幅度缺陷的修复，那么这将会非常有利。实验结果表明，无论是离子束喷射的角度还是离子束的能量对修复区域反射率变化的影响都很小，即FIB可以完全适应幅度缺陷修复。除了FIB之外，还有一些其他幅度修复的手段，比如，电子束刻蚀。这种技术利用聚焦电子束在修复区域的材料层和反应气体之间发生化学反应产生二次电子，这些反应产生了可以活动或不可以活动的基底（这取决于参与反应的气体的性质）为了通过挖坑除去幅度缺陷，一般个情况下产生的都是活动的基底，当刻蚀过程完成后，在修复的区域会覆盖上一层保护膜。幅度缺陷修复对掩膜blank区域的影响非常大如果很深的坑被碾压以消除缺陷。可以碾压弧坑的深度受到双层复合膜that needs to stay and by the possible damage that is done to those remaining bi-layers的最小数量决定。如果更多的双层复合膜被用于掩膜blank的制造，那么更多的双层复合膜可以被除去，因为反射率相对于双层复合膜数量的函数在40层之后近乎是一个常数。实际中有用的幅