用于EUV光谱范围的二元强度掩模的制作方法

用于euv光谱范围的二元强度掩模
1.相关申请的交叉引用
2.本技术基于2020年10月21日提交的文件参考号为10 2020 213 307.7的德国专利申请。该德国申请的公开内容通过引用结合到本技术的内容中。
技术领域
3.本发明涉及一种在以极紫外辐射(euv)工作的euv设备中使用的二元强度掩模，并且涉及一种用于生产该二元强度掩模的方法。将描述这种二元掩模的不同可能用途。


背景技术：

4.为了生产半导体器件以及其它精细结构化零部件(比如微光刻掩模)，使用了光刻工艺和投射曝光系统，其中，使用掩模(也称为光刻掩模或掩模母版)将待生成的结构图案以缩小的比例投射到涂覆有光敏层的功能层上，并且在对光敏层显影之后，通过蚀刻工艺将该结构图案转移到功能层中。
5.为了能够生产更精细的结构，近年来已经开发了以中等数值孔径工作并获得高分辨率的光学系统，这主要归因于所使用的极紫外(euv)范围的电磁辐射的短波长，特别地，具有5nm至30nm的工作波长范围，例如，工作波长为13.5nm。
6.来自极紫外范围的辐射(euv辐射)无法借助于折射光学元件被聚焦或引导，因为短波长被已知的光学材料吸收，这些材料在较高波长下是透明的。因此，反射镜系统被用于euv光刻。
7.本技术中所考虑类型的二元强度掩模具有横向结构化的掩模结构，该掩模结构由具有吸收体材料的结构元件构成。掩模结构应当尽可能强地吸收入射到掩模结构的结构元件上的euv辐射，而入射到掩模上与掩模结构的结构元件相邻的无结构元件区域中的部分euv辐射不被掩模结构吸收。因此，被掩模结构覆盖的区域对于euv辐射应该是相对不透明的。
8.已知的euv光刻系统利用反射式掩模工作。用于生产操作的反射式掩模(即光刻掩模，例如，用于结构化半导体器件的生产)带有掩模结构，该掩模结构基本上对应于待在曝光步骤中生产的期望的功能层的结构的放大结构。
9.一种在以euv辐射工作的euv设备中使用的反射式二元强度掩模包括衬底、已经施加至衬底并对euv辐射具有反射效果的多层布置以及已经施加至该多层布置并包含至少一种吸收体材料的掩模结构。这种二元强度掩模也称为bim。衬底通常由热膨胀系数非常低的材料构成。反射式多层布置例如可以具有由硅(si)或钼(mo)制成的多个交替层，这些交替层对具有工作波长的euv辐射具有高反射效果。钽(ta)或氮化钽(tan)经常被用作吸收体材料。
10.wo 2011/157643 a1尤其涉及当使用反射式euv掩模时由遮蔽效应导致的成像质量的损害。该文献尤其描述了如何根据数值孔径和进一步的边界条件适当地选择吸收体层和吸收体材料的厚度，以便获得最佳的成像质量。建议保持掩模结构的相对较小的厚度。许
多吸收体材料及其吸收系数都包括在考虑范围内。
11.us 6 610 447 b2的专利说明书描述了一种用于生产反射式二元强度掩模的方法。在这种情况下，在由衬底承载的反射涂层上形成改进的吸收体层。该吸收体层包含掺杂有第二元素的第一元素，其中，这些元素相对于彼此的比率在厚度方向上变化。在施加吸收体层之后，对其进行结构化。
12.us 9 709 844 b2的专利说明书同样描述了一种反射式二元强度掩模。该二元强度掩模包括含有低热膨胀材料的衬底。反射镜结构设置在衬底上。覆盖层设置在反射镜结构上。吸收体层设置在覆盖层上。吸收体层包括折射率在大约0.95至大约1.01的范围内并且消光系数大于约0.03的材料。这是为了在使用偶极照明的投射曝光过程中减少不必要的空间图像偏移。
13.vu luong等人的技术文章“ni-al合金作为替代的euv掩模吸收体”(载于《应用科学》，2018年第8卷第521页；doi：10.3390/app8040521)描述了用于euv光刻掩模的二元强度掩模的潜在吸收体材料的系统化评估方法，其目的是最小化所谓的掩模3d效应(m3d效应)，该效应是euv掩模的三维结构造成的。一种方法是使用具有相对较大的消光系数的材料，该材料的折射率的实部同时接近数值1。详细介绍了具有合适的性能曲线的镍铝合金的性能。
14.发明人的研究表明，即使考虑了现有技术中已知的用于优化用于euv范围的二元euv强度掩模设计的所有建议，与入射的euv辐射相比，在反射的euv辐射中仍会出现导致成像误差的波前变形。


技术实现要素：

15.本发明的一个目的是提供一种根据权利要求1的前序部分的二元强度掩模，其可以使用已建立的生产工艺以高质量进行生产，并且在使用时不会引起任何显著的波前变形。另一个目的是提供一种生产这种二元强度掩模的方法，并指出可能的用途。
16.为了实现该目的，本发明提供了一种具有权利要求1的特征的euv掩模。此外，提供了一种用于生产具有权利要求17的特征的二元掩模的方法。此外，提供了这种二元强度掩模作为测量方法中的测量掩模的用途以及相应的测量方法和测量设备。
17.从属权利要求中指出了有利的发展。所有权利要求的措辞都通过引用结合到本说明书的内容中。
18.根据一种表述，本发明提供了一种在以euv辐射工作的euv设备中使用的二元掩模。二元掩模也可以称为二元euv掩模，包括优选由热膨胀系数非常低的材料构成的衬底。此外，掩模具有掩模结构，该掩模结构被施加至衬底并且包含吸收体材料。掩模结构可以直接施加到衬底上，或者可以插置至少一个中间层。掩模结构旨在对euv辐射具有吸收效果，使得掩模被设计成二元掩模，其中，euv辐射中入射到掩模结构上的那些部分应当被尽可能好地吸收，而入射到没有吸收体材料的未覆盖区域上的、掩模结构的结构元件之间的那些部分不被掩模结构吸收，或者被尽可能少地吸收。这种掩模在本技术中也称为二元强度掩模。
19.掩模结构具有结构化的层布置，该层布置包括(至少)由第一层材料制成的第一层和(至少)由第二层材料制成的第二层。在euv辐射的波长处，第一层材料的折射率的实部n1大于1，而第二层材料的折射率的实部n2小于1。
20.通过各个层的适当设计，吸收式掩模结构的多层构造可以优化经过该掩模结构的波相对于通过真空传播相同距离的参考波的相位延迟。由于该多层构造，不需要寻找用于优化相位延迟的、同时具有良好的消光特性和足够低的相位延迟的单一材料。更确切地说，由于掩模结构的分层构造，有可能组合各个层，每一层以相对可靠的工艺生产，使得这些层对穿过其的euv辐射的相位延迟的影响至少被部分地补偿。如有需要，可以可选地设置比率，使得在已经穿过掩模结构的辐射和没有穿过掩模结构的辐射之间没有相位延迟(零相位延迟)。然而，这通常不是绝对必要的，只要相位延迟保持足够小，即使小的非零相位延迟也是有利的。
21.本发明所基于的核心思想是使掩模结构的多个层在其层厚度和其层材料的折射率方面相互协调，从而实现相位延迟的目标优化。优选考虑工作波长λ来设计层厚度，使得第一层具有第一层厚度d1，第二层具有第二层厚度d2，其中以下条件适用：
22.d1*n1+d2*n2＝(d1+d2)0.1λ。
23.这里，n1是第一层材料的折射率的实部，而n2是第二层材料的折射率的实部。
24.层厚度d和层材料的相应折射率n的乘积决定了辐射穿过该层的光程长度。因此，该条件规定，穿过掩模结构的各个层的光程长度应该总体上表现为使得它们近似对应于相同的euv辐射穿过真空的光程长度。工作波长λ
±
10％的偏差通常是可以容忍的。因此，如果没有明显超出偏差的上限，则该过程的任何残余相位延迟通常是可以容忍的。如有需要，偏差也可以更小，例如不超过
±
5％或
±
2％。那么残余相位延迟也更小。
25.从上述条件中还可以看出，必须同时使用折射率n》1的层材料和折射率n《1的层材料，这样才有可能至少部分地补偿各个层中的不同相位延迟。
26.在一些实施例中，掩模结构正好具有一个由第一层材料制成的第一层和一个由第二层材料制成的第二层，这意味着掩模结构正好包括两个层。因此，生产可能特别简单。然而，掩模结构也可以具有两个或更多个第一层(即，由n1》1的第一层材料制成的层)和/或两个或更多个第二层(即，由n2《1的第二层材料制成的层)。这种掩模结构具有三层或更多层，例如四层、五层或六层。然后，考虑到层材料的折射率的实部，各个层的层厚度需要彼此匹配，使得总体上实现期望的相位补偿。例如，为了至少部分地补偿层应力的负面影响，具有多于两个单独层的层布置可能是有利的。
27.对于多于两层，可忽略的相位延迟的一般公式为：
[0028][0029]
其中总和超过层数。
[0030]
特别有利的实施例中，第一层材料在euv辐射的波长下的折射率的实部n1大于1.002。在相对于数值1具有较大的向上偏差的情况下，对沿相反方向作用的另一层进行补偿所需的层厚度可以保持为较小。
[0031]
为了同时确保掩模结构足够强地吸收，在优选实施例中规定，第一层材料和第二层材料在euv辐射的波长下分别具有大于0.02的消光系数k。因此，所需的层厚度可以保持得很小，从而可以限制由掩模结构的过大层厚度引起的任何遮蔽效应。
[0032]
为了对反相延迟实现足够强的补偿，如果第一层具有第一层厚度并且第二层具有
小于第一层厚度的第二层厚度，则通常是有利的。因此，为了构造第二层，可以使用许多不同的第二层材料，该第二层材料的折射率的实部(n2)明显小于1，例如小于0.99或小于0.98。
[0033]
在优选实施例中，基本上由铝(al)构成的第一层材料用于生产第一层。在基本上由铝构成的层材料中，元素铝是决定折射率实部的元素。第一层材料可以主要(即，具有90at％或更高的比例)或几乎仅由铝构成，使得除了铝之外，可以仅包含残余杂质和/或稳定合金成分。纯铝可用于形成第一层。
[0034]
可以将基本上由铝构成的第一层与不含铝的第二层材料的第二层相结合，该第二层材料例如根据尽可能高的消光系数来选择，例如钽(ta)、镍(ni)、碲(te)、铜(cu)或钴(co)。
[0035]
另一方面，在优选实施例中，规定第一层材料和第二层材料都包含铝。由于相似的化学和/或结构性质，这可以在第一层和第二层之间的界面处引发第一层和第二层之间的特别好的层粘附。
[0036]
在一些实施例中，第一层基本上由铝构成，而第二层基本上由氮化铝(aln)或氧化铝(al2o3)构成。
[0037]
考虑到所需的相位延迟补偿，可以根据需要选择掩模结构的层布置中的第一和第二层的顺序。因此，例如可以将第二层布置在第一层和衬底之间。相比之下，在许多实施例中，第一层被布置在衬底和第二层之间。通过这种布置，第二层可以用作第一层的保护层。
[0038]
在本技术中描述类型的具有多层相位优化掩模结构的二元euv强度掩模在用于不同应用的不同配置中是有利的。
[0039]
根据一种发展，该二元强度掩模被设计成反射式二元强度掩模，即，在反射中使用的强度掩模(二元反射掩模)。一种在以euv辐射工作的euv设备中使用的反射式二元强度掩模包括：衬底；已经施加到衬底上并对euv辐射具有反射效果的多层布置；以及已经施加到多层布置上并包含吸收体材料的掩模结构。在该变型中，具有反射效果的多层布置因此布置在衬底和(相位优化的)掩模结构之间。
[0040]
关于光学特性的长期稳定性，如果对euv辐射具有反射效果的该多层布置具有由抗氧化层材料制成的覆盖层，并且掩模结构已经被施加到覆盖层上，则可能是有利的。因此，该多层布置可以在顶部由薄的保护层(覆盖层)封闭。覆盖层可以由例如钌(ru)或具有类似性质的其他层材料构成。然后，覆盖层可以用作掩模结构的第一层或第二层的基底。
[0041]
反射式二元强度掩模的一个应用领域是在euv投射曝光设备中用作光刻掩模。在这种情况下，掩模结构基本上对应于待被结构化的半导体等的功能层的、将在曝光步骤中生产的结构的放大结构。
[0042]
发明人已经认识到，在本技术中描述的这种类型的二元euv强度掩模也可以在测量技术领域中带来显著的优点。
[0043]
对于通过euv辐射来测量euv投射系统的成像质量的测量操作，通常使用反射式二元强度掩模，其通常被称为测量掩模或测量掩模母版。在这种情况下，掩模结构被设计成测量结构，可以利用该测量结构对用于测量的euv辐射进行空间结构化(参见例如wo 2018/007211 a1)。测量结构可以例如形成周期性光栅(例如，线光栅或针孔阵列)。在功能层掩模(光刻掩模)的情况下，掩模结构可以表示待生产的芯片的导体结构，因此通常在横向结构
方面复杂得多。
[0044]
测量掩模可以与euv投射曝光设备(例如扫描仪)中的光刻掩模或者仅用于测量目的的测量机器交替使用。
[0045]
为了测量euv投射系统的成像质量，在一些测量方法中，在待测量的光学成像系统的物平面中使用反射式二元强度掩模(测量掩模)，而在像平面中使用部分透明的二元强度掩模(也称为二元透射掩模)。在许多测量方法中，例如在剪切干涉测量法中，这种二元透射掩模被布置在传感器前方的光路中，这就是为测量目的而提供的二元透射掩模在本技术中也被称为传感器掩模的原因。例如，掩模结构可以实施为对euv辐射具有衍射效应的衍射光栅。衬底对于所使用的euv辐射应该是足够透明的，这可以通过选择合适的材料(例如sin
x
)来实现和/或可以通过小的厚度来实现。例如，衬底可以是薄膜，其厚度可以优选小于1μm和/或小于500nm和/或小于200nm，以便允许euv辐射的充分透射。
[0046]
与反射式二元强度掩模相比，缺少了对euv辐射具有反射效果的多层布置。该掩模结构可以直接应用于衬底表面。如有需要，可以在衬底和掩模结构之间布置对euv透明的中间层，该中间层可以具有例如减少反射的性质(抗反射性质)和/或改善层粘附的性质。
[0047]
本发明还涉及一种用于生产在以euv辐射工作的euv设备中使用的二元掩模的方法。该方法包括提供衬底的步骤和在衬底上生产包含吸收体材料的掩模结构的步骤。
[0048]
当生产掩模结构时，生产具有由第一层材料制成的第一层和由第二层材料制成的第二层的层布置。然后使用合适的结构化方法来结构化该层布置，以便露出期望的掩模结构的结构元件之间的尽可能不具吸收性的区域。该方法的特征在于，在euv辐射的波长下具有大于1的折射率实部n1的层材料被用作第一层材料，而具有小于1的折射率实部n2的第二层材料被用于第二层。
[0049]
如果要生产反射式二元强度掩模，则在具有反射效果的多层布置上生产掩模结构之前，用对euv辐射具有反射效果的多层布置涂覆衬底。然后将该掩模结构布置在具有反射效果的多层布置上。
[0050]
可以单独或组合地使用多种常规的涂覆方法来生产各个层和层序列，例如，蒸发法(物理气相沉积法，pvd)、化学气相沉积(cvd)法或溅射法。
[0051]
基本上由铝构成的第一层材料优选用于生产第一层。
[0052]
在施加第一层之前或者在施加第一层之后，可以通过任何合适的涂覆方法施加该第二层。
[0053]
在一种变型中，首先施加基本上由铝构成的第一层，并且通过第一层的铝与氧或氮的表面反应，在第一层上生产第二层，其中粘附至第一层的第二层形成氧化铝或氮化铝的反应层。通过铝离子与氧或氮离子之间的离子键结合，对铝层进行氧化或者氮化，由此生产的第二层在第一层与第二层之间产生了特别好的粘附，并且两层都含有作为重要的决定性能的成分：铝。
[0054]
本发明还涉及本技术中描述的类型的二元强度掩模在用于测量光学成像系统的方法中的用途，该光学成像系统被设置为用于将布置在成像系统的物平面中的图案成像到成像系统的像平面中。二元强度掩模可以被设计成反射掩模(反射式测量掩模)，其被布置在物平面的区域中并且用euv辐射对其进行照射，以便执行测量操作。替代地或附加地，可以使用二元透射掩模形式的二元强度掩模，其被布置在像平面的区域中以执行测量操作，
并且被euv辐射照射，该辐射在与反射掩模相互作用之后通过成像系统到达透射掩模。
附图说明
[0055]
从权利要求和以下对本发明的优选示例性实施例的描述中，本发明的其他优点和方面是显而易见的，下面将参考附图对其进行解释。
[0056]
图1示出了根据示例性实施例的反射式二元强度掩模的示意截面图；
[0057]
图2示出了表示当euv辐射传播通过aln/al掩模结构时，与传播通过真空的光程长度差相比的光程长度差分布的图；
[0058]
图3示出了传统参考掩模与示例性实施例的相位优化的al/aln掩模之间的比较的模拟结果，该模拟结果以波前的泽尼克(zernike)光谱的形式表示；
[0059]
图4示出了微光刻投射曝光设备的示意图，其中根据示例性实施例的反射式光刻掩模布置在物平面中；
[0060]
图5示出了反射式光刻掩模的掩模结构的示意性俯视图；
[0061]
图6示意性地示出了配备有测量掩模的测量系统的各部件，该测量系统用于测量euv投射镜头的成像质量；
[0062]
图7示出了待布置在物侧的反射式测量掩模的掩模结构的俯视图；
[0063]
图8示出了待布置在像侧的二元透射掩模的掩模结构的俯视图；并且
[0064]
图9示出了穿过图8中像侧测量掩模的一部分的示意性截面。
具体实施方式
[0065]
下文中描述了可在euv设备中使用的二元euv强度掩模的各个方面，例如，作为光刻掩模或作为测量掩模而使用。euv设备是以euv辐射或euv范围的工作波长工作的设备。掩模的设计和结构，以及它们的生产和可能的用途，将通过使用示例性实施例的方式来解释。示例性实施例被设计用于λ≈13.5nm的波长。
[0066]
为了描述材料与光相互作用时的光学性质，一般使用复数折射率可以根据将其描述为折射率的实部n与消光系数k乘以i的乘积之和，其中乘积ik形成折射率的虚部。折射率的实部描述了光在穿过材料时与在真空中的光速c相比的相速度v，即v＝c/n。当光进入折射率实部较高的材料时，速度会减慢。由于光波的频率保持不变，波长λ变短。消光系数k描述了波能量对材料的损失，即衰减。对于波长λ，与吸收系数α的关系由关系式α＝4πk/λ给出。根据比尔-朗伯定律，光在吸收性材料中损失的强度i(x)＝i
0 e-iαx
，其中x是材料中的路径长度，i0是原始强度。因此，消光系数k指的是光在材料中消失的速度或被吸收的强度。
[0067]
在文献中，材料在可见光范围内的复数折射率的实部和虚部主要用n-k符号表示。在euv和x射线范围内，优选δ-β符号，因为折射率的实部与数值1的偏差很小。这里适用关系式n＝1-δ和k＝β。
[0068]
首先，描述了对euv辐射具有反射效果的二元euv强度掩模的例子，也就是说，用于euv的二元反射掩模。为了简单起见，下文中，二元euv强度掩模有时也被简称为“掩模”。
[0069]
图1示出了根据示例性实施例的反射式二元强度掩模100的示意性截面。强度掩模100具有刚性、抗翘曲的衬底110，其用作掩模的支撑部件。衬底由热膨胀系数非常低的材料
构成。例如，可以使用市售的ule或zerodur牌玻璃。
[0070]
衬底110具有平坦的衬底表面112，该衬底表面112已经被加工以光滑化至光学质量。在衬底表面上施加包括具有不同层材料的多个层的光学功能层系统。
[0071]
该层系统包括多层布置120，该多层布置120对euv辐射具有反射效果并且被直接施加到衬底110上，或者在其间插入一个或多个另外的层(例如，为了促进粘附)。多层布置120具有多个层对，这些层对具有交替的低折射率和高折射率层材料。这些层对可以由例如层材料组合钼/硅(mo/si)或钌/硅(ru/si)构成。在每种情况下，层对包括由具有相对较高折射率的层材料制成的层和由具有相对较低折射率的层材料制成的层。这种层对也被称为“二层”或“双层”。除了由相对较高折射率和相对较低折射率的层材料构成的两个层之外，层对还可以具有一个或多个另外的层，例如用于减少相邻层之间的相互扩散的插置阻挡层。具有多个层对的多层布置以“分布式布拉格反射器”的方式起作用。该层布置模拟了一种晶体，其导致布拉格反射的晶格平面由具有较低折射率实部的材料层形成。对于特定的波长和特定的入射角或入射角范围，层对的最佳周期厚度由布拉格方程确定，并且在该示例中介于1nm和10nm之间。
[0072]
在背离衬底110的辐射入射侧，多层布置120具有由抗氧化层材料制成的覆盖层125，在该示例中用钌(ru)制成。覆盖层125可以实现许多功能，例如作为抗氧化保护，作为防退化保护，和/或，仅仅因为颗粒较少地粘附在其上而使得表面可以更容易地被清洁。
[0073]
包含吸收体材料的横向结构化的掩模结构140被施加到该多层布置120上，更准确地说，施加到覆盖层125上。术语“吸收体材料”在本文中是指这样的材料，其对于euv波长的消光系数k足够高，从而用不太厚的层来吸收入射的大部分euv辐射。因此，掩模充当二元强度掩模，其中，入射到掩模结构140上的那部分euv辐射以显著的程度被吸收，而远离反射式多层布置的未覆盖区域上的掩模结构的结构元件入射的那部分辐射被尽可能少地吸收并且主要被反射。
[0074]
图1以截面示出了掩模结构140的结构元件145。该结构元件例如可以是在多层(多层布置120)上延伸的具有限定宽度的直线，否则该直线具有反射效果。掩模结构140由多个层构成，即，其被构造为结构化的层布置。在该示例中，掩模结构具有正好两个层，一层位于另一层之上，即第一层151和第二层152，第一层151可以直接施加到覆盖层125的自由表面上，第二层152已经直接被施加到掩模的辐射入射侧上的第一层151上。
[0075]
在示例性实施例中，第一层151基本上由铝(al)构成，并且具有大约为66.1nm(纳米)的第一层厚度d1。直接施加在其上的第二层152基本上由氮化铝(aln)构成，并且具有大约为10nm的第二层厚度d2。
[0076]
在二元强度掩模的生产过程中，首先用包括覆盖层125的反射式多层布置120涂覆衬底110。接下来，在多层布置上生产包含吸收体材料的掩模结构。为此目的，例如，首先通过pvd法或通过溅射施加大面积的第一层(由铝制成)。此后，例如通过pvd法或通过溅射生产位于其上的第二层。
[0077]
然后，通过使用合适的材料去除技术(例如，借助于电子束光刻)去除不属于掩模结构140的那些区域来结构化层布置，使得反射式多层布置120的表面暴露在掩模结构的结构元件之间，并且结构元件保留尽可能清晰限定的侧面。
[0078]
选择第一层材料(在这种情况下是铝)和第二层材料(在这种情况下是氮化铝)，并
且设计它们的层厚度，以使得当euv辐射穿过时，这两个层的效果至少部分地相对于由此引起的相位延迟而相互补偿，其结果是，掩模结构整体上对穿过的euv辐射具有相对小的相移影响。
[0079]
第一层材料的折射率的实部(参数n1)在设计波长λ下大于1，并且根据文献，大约为n1＝1.003。与之相比，施加到其上的第二层材料的折射率的实部(参数n2)小于1，并且根据文献，大约为n2＝0.981。
[0080]
在该示例中，第一层151和第二层152的层厚度d1和d2分别与两个层材料的折射率的实部彼此匹配，以使得满足以下条件：
[0081]
d1*n1+d2*n2＝(d1+d2)
±
0.1λ，
[0082]
这意味着，通过双层掩模结构的euv辐射的光程长度基本上对应于通过真空的相同euv辐射的光程长度，并且任何光程长度差优选地不应该偏离理想值零多于工作波长的10％。更小的偏差是更有利的，例如，在13.5nm的工作波长下最大值为0.5nm。
[0083]
为了简化说明，图2示出了一个图表，其中以纳米为单位的光程长度差opd(在y轴上)被示出为x轴上掩模结构的深度位置pos(以纳米为单位)的函数。所示曲线是根据以下关系式计算的，其中参数z表示深度位置：
[0084][0085]
位置0对应于辐射入射侧，即第二层152的自由表面。双层掩模结构终止于大约76纳米的位置处，覆盖层从此处开始。因此，该图表示出了在从上到下传播通过aln/al吸收体期间，与通过真空的光程长度差相比的光程长度差分布。
[0086]
可以看出，与穿过真空的参考波相比，穿透第二层的euv辐射首先建立了越来越负向的光程长度差opd，即相位延迟，该光程长度差在与下面的铝层(第一层)的过渡处达到了极值(大约为-0.19纳米)。这是氮化铝(aln)的折射率的实部略小于1的结果。在随后穿透铝层(第一层)的过程中，该光程长度差越来越小，直到在第一层151的底侧再次得到补偿。如果已经穿过的euv辐射随后在下面的多层布置120处被反射，那么原则上，在从下到上穿过吸收体的返回途中会发生相同的事情，其中首先建立正向的光程长度差，该光程长度差随后在穿过较薄的aln层时再次被补偿。
[0087]
这种反射掩模的一些优点将在下面解释。发明人进行了严格的模拟计算，其中检查了euv辐射与euv掩模、特别是与掩模结构相互作用期间的物理过程。模拟计算表明，反射掩模对波前变形的显著贡献源于这样的事实，即：穿过吸收式掩模结构(也称为吸收体结构)的入射euv波的部分w1没有被完全吸收，并且在背反射之后并再次穿过吸收体材料之后，当再次存在相位偏移(相移)时，将该部分w1与通过真空穿过吸收体结构到达反射式多层涂层并被后者反射的euv波的部分w2相比。下图对此进行了更详细的说明。
[0088]
图3示出了传统参考掩模ref和示例性实施例的相位优化的al/aln掩模之间的比较的模拟结果。这里的暗条代表传统掩模，亮条代表根据本发明的示例性实施例。模拟了所谓的euv剪切干涉仪，其中使用具有线光栅的掩模上的衍射来产生穿过成像系统的波前的副本，然后这些副本彼此叠加。因此，可以借助于相移方法重构波前(参见例如de 10 2016 212 477 a1或相应的wo 2018/007211 a1)。
[0089]
在图3的图表中，x轴上示出了一些泽尼克系数zk，y轴上示出了波前偏差的振幅
amp(单位为皮米，pm)。该图表显示了波前的所谓泽尼克光谱。波前被分解成泽尼克多项式，各个多项式的振幅被绘制成光谱。为清晰起见，以下图表中仅显示了振幅大于0.5pm的泽尼克系数和大于z5的泽尼克系数。
[0090]
在模拟中，假设被测量的光学成像系统(用于euv光刻的投射镜头)没有像差，因此如果测量技术也是完美的，则图表中的所有振幅都必须等于0。因此，由条形表示的向上和向下的偏转直接表示测量误差，这些测量误差主要是由引言部分提到的3d掩模效应引起的。很容易看出，使用相位优化的反射掩模产生了显著的改进。在振幅最大的泽尼克中尤其如此，例如z9、z16和z17。
[0091]
参考图4和图5，根据示例性实施例描述了被设计成光刻掩模的反射式强度掩模500的应用示例。图4示出了用于通过euv辐射制造精细结构的半导体器件的微光刻投射曝光设备400的示意图。该系统具有辐射源410、照明系统420和投射镜头430。辐射源410生成主波长附近的euv波长范围内的初级辐射，其中该辐射以光束411的形式被引导到照明系统420中。照明系统420通过扩展、均匀化、改变光束角分布等来改变该初级辐射。从而在其输出端生成照明光束412，该照明光束倾斜入射到反射式强度掩模500上，该掩模带有待成像的图案(见图5)。
[0092]
投射镜头430是光学成像系统，其被设计为将布置在其物平面431中的图案成像到与物平面光学共轭的像平面432中。在穿过投射镜头之后，辐射入射到半导体晶片形式的衬底450的表面上的像平面432的区域中，该衬底由衬底支架460承载。
[0093]
投射镜头130定义了参考轴433。物场435在y方向上以该参考轴为中心。成像系统的光学元件可以相对于该参考轴偏心。
[0094]
在该示例中，辐射源410是euv辐射源，其生成波长范围在大约5nm至大约30nm之间的辐射，特别是大约10nm至大约20nm之间。特别地，辐射源可以被设计为使得主波长在大约13.5nm的范围内。来自euv范围的其他波长(例如，在大约6.9nm的范围内)也是可能的。
[0095]
照明系统420包括光学部件，这些光学部件被设计和布置为使得生成的照明辐射具有尽可能均匀的强度分布和限定的光束角分布。在该示例中，为光束引导和/或光束成形而提供的该照明系统的所有光学部件都是纯反射式部件(反射镜部件)。
[0096]
照明辐射在投射镜头430的方向上被反射式掩模500反射，并且在角度分布和/或强度分布方面被修改。通过投射镜头到达衬底的辐射形成成像光束路径，其中在投射镜头430的物侧(在掩模和投射镜头之间)示意性地示出了两条光线441，并且示出了会聚到像侧(在投射镜头和衬底之间)的像点上的两条光线442。会聚光线442在投射镜头的像侧形成的角度与投射镜头的像侧数值孔径na有关。该孔径可以是例如0.1或更大，或者为0.2或更大，或者为0.3或更大，或者为0.4或更大。
[0097]
投射镜头被设计为以缩小的比例将图案从投射镜头的物场435的区域转移到投射镜头的像场438。投射镜头430的缩小因子为4，但是其他缩小比例也是可能的，例如5倍缩小、6倍缩小或8倍缩小或者甚至更小倍数的缩小，例如2倍缩小。
[0098]
用于euv光刻的投射镜头的实施例通常具有至少三个或至少四个反射镜。正好六个反射镜通常是有利的(参见图6)。对于偶数个反射镜，所有的反射镜都可以布置在物平面和像平面之间，并且这些平面可以彼此平行取向，这简化了投射曝光设备中投射镜头的集成。
[0099]
图1中示出了笛卡尔x、y、z坐标系，以简化对投射曝光设备的描述。z方向平行于参考轴133，x-y平面垂直于参考轴133，即平行于物平面和像平面，其中y方向位于图示的附图平面中。
[0100]
投射曝光设备400是扫描仪类型的。在投射曝光设备的操作期间，掩模500和衬底450平行于y方向在相反的方向上移动，使得二元反射式掩模500的不同区域随时间一个接一个地被转移到移动中的晶片上。步进机类型的实施例也是可能的。
[0101]
图5示出了反射式光刻掩模500的掩模结构的示意性俯视图。该掩模结构对应于待结构化的半导体的功能层，并且包括不同形状的、直的、成角度的、u形的、t形的以及具有不同设计的结构元件(光)的布置。例如，根据图1，该吸收式掩模结构具有多层和相位优化的结构，并且由反射式多层布置承载。
[0102]
由于该反射式掩模500是根据本发明的示例性实施例构造的，所以在引言部分提到的不期望的波前变形可以保持在低水平。
[0103]
参考图6、7和8描述了在用于光学成像系统的成像质量的干涉测量的测量系统或测量方法中使用根据本发明示例性实施例的二元强度掩模的可能性。在这方面，图6示意性地示出了测量系统600的部件，该系统用于测量euv投射镜头630形式的光学成像系统的成像质量。在该示例中，光学成像系统总共具有六个反射镜m1至m6，这些反射镜被布置和设计为以缩小的比例将布置在投射镜头的物平面631中的物场中的图案成像到布置在投射镜头的像平面632中的像场中。反射式测量掩模700布置在物平面中，其是根据示例性实施例的二元强度掩模。图7示出了布置在反射式多层布置(参见图1)上的掩模结构的俯视图。
[0104]
根据示例性实施例的二元透射掩模800布置在像平面632中。图8示出了二元透射掩模的掩模结构的俯视图。
[0105]
待布置在物侧的反射式测量掩模700的掩模结构和待布置在像侧的透射掩模800的掩模结构彼此适配，使得当借助于投射镜头630将物侧测量掩模700的掩模结构成像到像侧测量掩模800上时，产生干涉图案。这可以由用于干涉图案的空间分辨检测的检测器650来检测。在该示例中，检测器布置在透射掩模800下方，使得只有透射通过该透射掩模800并借助于其掩模结构受到影响的测量辐射能到达检测器。
[0106]
在该示例中，待布置在物侧的反射式测量掩模700的掩模结构是简单的线光栅，其具有对应于euv辐射的测量波长的倍数的周期长度p1。该周期长度可以是例如1μm或更大的数量级，例如2μm或更大。掩模结构的吸收式直线结构元件各自具有两层构造，其中一层的层材料具有小于1的折射率实部，而另一层具有大于1的折射率实部。反射式测量掩模700的层结构设置在相对厚的抗翘曲衬底的面向投射镜头的一侧上的euv反射式多层布置上。
[0107]
待布置在像侧的测量掩模800被设计成二元透射掩模。图9示出了穿过像侧测量掩模800的一部分的示意性截面。测量掩模具有稳定的基础载体或框架805，其具有至少一个连续的切口806。该载体可以由例如硅制成，并且具有几百微米的厚度，以确保足够的稳定性。二元透射掩模的衬底810附接至载体的上侧。衬底是薄膜的形式，像薄的平行平面板一样跨越切口806。膜或衬底810应该对euv辐射具有尽可能高的透射率，并且相应地是薄的。厚度可以在例如从50nm到200nm的范围内，优选地在大约80nm至120nm的范围内，例如100nm。例如，氮化硅(si3n4)或另一种硅陶瓷可以用作衬底材料。掩模结构840被施加到与载体805相对的衬底表面上，该掩模结构840正好具有上下叠置的两个层，即第一层851和第二
层852，第一层851被直接施加到衬底810的自由表面上，第二层852已经被直接施加到测量掩模的辐射入射侧上的第一层851上。在示例性实施例中，第一层851基本上由铝(al)构成，而第二层852基本上由氮化铝构成。该层布置被横向地结构化，使得形成圆形孔855的周期性图案，在该圆形孔855的区域中，层结构被移除，使得下面的衬底810露出。掩模结构的双层布置保留在各孔之间。孔图案的周期长度p2小于周期长度p1，并且可以小于1微米，例如在300nm和700nm之间。
[0108]
在测量操作期间，在穿过投射镜头之后，euv辐射将从辐射入射侧入射到二元透射掩模800上。通过掩模结构中的孔入射到膜上的那些部分w2在检测器的方向上以低吸收穿过该膜。在理想情况下，入射到掩模结构的吸收式结构元件上的那些部分w1将被完全吸收。然而，根据发明人的观察，一定比例的辐射强度通常将通过透射掩模在检测器的方向上穿过吸收式双层结构和衬底810。然而，由于结构元件的多层结构，发生了上面已经描述过的相位补偿，其具有以下效果：穿过一个层时生成的相位偏移在穿过另一层时再次被补偿，使得euv辐射的在吸收后穿过透射掩模的那些部分w1与仅在穿过衬底810而不与掩模结构相互作用时被吸收的那些部分w2具有基本相同的相位。因此，可以避免否则可能会因可能的相位差引起的测量精度的降低，或者将其保持在可接受的低水平。

技术特征：
1.一种在以euv辐射工作的euv设备中使用的二元强度掩模(100、700、800)，包括：衬底(110、810)；和掩模结构(140、840)，其已经被施加至所述衬底并且包含吸收体材料，其特征在于所述掩模结构(140、840)具有结构化的层布置，所述层布置包括第一层材料的第一层(151、851)和第二层材料的第二层(152、852)，其中，在euv辐射的波长λ处，所述第一层材料的折射率的实部n1大于1，而所述第二层材料的折射率的实部n2小于1，其中，所述euv辐射穿过所述掩模结构的光程长度基本上对应于所述euv辐射穿过真空的光程长度，使得光程长度之间的路径长度差与零值的偏差不超过所述波长λ的10％。2.如权利要求1所述的强度掩模，其中，所述第一层(151、851)具有第一层厚度d1，而所述第二层(152、852)具有第二层厚度d2，其中至少一个下述条件适用：a：(d1+d2)-0.1λ≤(d1*n1+d2*n2)≤(d1+d2)+0.1λb：d1*n1+d2*n2＝(d1+d2)
±
0.1λc：所述波长λ为13.5nm，并且所述euv辐射穿过所述掩模结构的光程长度与所述euv辐射穿过真空的光程长度的偏差小于0.5nm。3.如权利要求1或2所述的强度掩模，其中，所述掩模结构(140、840)具有正好一个第一层(151、851)和正好一个第二层(152、852)，即所述掩模结构包括正好两个层。4.如前述权利要求中任一项所述的强度掩模，其中，所述第一层材料在所述euv辐射的所述波长处的折射率的实部大于1.002。5.如前述权利要求中任一项所述的强度掩模，其中，所述第一层材料和所述第二层材料在所述euv辐射的所述波长处各自具有大于0.02的消光系数k。6.如前述权利要求中任一项所述的强度掩模，其中，所述第一层(151、851)具有第一层厚度，而所述第二层(152、852)具有小于所述第一层厚度的第二层厚度。7.如前述权利要求中任一项所述的强度掩模，其中，所述第一层材料基本上由铝构成，并且特别地具有超过90at％的比例。8.如前述权利要求中任一项所述的强度掩模，其中，所述第一层材料和所述第二层材料均包含铝。9.如前述权利要求中任一项所述的强度掩模，其中，所述第一层(151、851)基本上由铝构成，而所述第二层(152、852)基本上由氮化铝(aln)或氧化铝(al2o3)构成。10.如前述权利要求中任一项所述的强度掩模，其中，所述第一层(151、851)布置在所述衬底(110、810)和所述第二层(151、851)之间。11.如前述权利要求中任一项所述的强度掩模，其中，所述二元强度掩模被设计成反射式二元强度掩模(100、700)，其中，对所述euv辐射具有反射效果的多层布置(120)布置在所述衬底(110)和所述掩模结构(140)之间。12.如权利要求11所述的强度掩模，其中，对所述euv辐射具有反射效果的所述多层布置(120)具有由抗氧化层材料、特别是钌制成的覆盖层(125)，其中，所述掩模结构(140)被施加至所述覆盖层(125)。13.如权利要求11或12所述的强度掩模，其中，所述反射式二元强度掩模被设计成光刻
掩模(100、500)，其中，所述掩模结构(140)基本上对应于待在曝光步骤中生产的期望的功能层的结构的放大结构。14.如权利要求1至12中任一项所述的强度掩模，其中，所述二元强度掩模被设计成测量掩模(700、800)，其中，所述掩模结构(840)具有测量结构，特别是周期性光栅形式的测量结构，所述周期性光栅优选形成线光栅或针孔阵列。15.如权利要求1至10中任一项或14所述的强度掩模，其中，所述二元强度掩模是二元透射掩模(800)的形式。16.如权利要求15所述的强度掩模，其中，所述二元透射掩模(800)具有可透射euv辐射的膜(810)形式的衬底，其中，所述膜的厚度优选小于1μm和/或小于500nm和/或小于200nm。17.一种用于生产在以euv辐射工作的euv设备中使用的二元强度掩模的方法，所述方法包括：提供衬底；在所述衬底上生产包含吸收体材料的掩模结构，其中，为了生产所述掩模结构，生产具有第一层材料的第一层(151、851)和第二层材料的第二层(152、852)的层布置，然后结构化所述层布置，其中，所述第一层材料在所述euv辐射的波长λ处的折射率的实部n1大于1，而所述第二层材料的折射率的实部n2小于1，其中，所述euv辐射穿过所述掩模结构的光程长度基本上对应于所述euv辐射穿过真空的光程长度，使得光程长度之间的路径长度差与零值的偏差不超过所述波长λ的10％。18.如权利要求17所述的方法，其中，使用基本上由铝(al)构成的第一层材料来生产所述第一层(151、851)。19.如权利要求18所述的方法，其中，通过所述第一层的铝与氧或氮的表面反应，在所述第一层(151、851)上形成所述第二层(152、852)，从而形成附着至所述第一层的、氧化铝(al2o3)或氮化铝(aln)的第二层。20.如权利要求17、18或19所述的方法，其特征在于，用对所述euv辐射具有反射效果的多层布置来涂覆所述衬底，并且在所述多层布置上生产包含吸收体材料的所述掩模结构。21.如权利要求1至12或14至16中任一项所述的二元强度掩模在用于测量光学成像系统的方法中作为测量掩模(700、800)的用途，所述成像系统被设置为用于将布置在所述成像系统的物平面中的图案成像到所述成像系统的像平面中，其中，所述测量掩模被布置在所述物平面或所述像平面的区域中，并且用euv辐射对所述测量掩模进行照射，从而执行测量操作。22.一种用于干涉测量光学成像系统(630)的测量系统(600)，所述成像系统(630)被设置为用于将布置在所述成像系统的物平面(631)中的图案成像到所述成像系统的像平面(632)中，所述测量系统(600)具有：第一结构载体(700)，待布置在所述成像系统的物侧，具有第一测量结构，第二结构载体(800)，待布置在所述成像系统的像侧，具有第二测量结构，其中，所述第一测量结构和所述第二测量结构彼此适配，使得在借助于所述成像系统将所述第一测量结构成像到所述第二测量结构上时，产生干涉图案；和检测器(650)，用于以空间分辨的方式检测所述干涉图案；
其特征在于如权利要求1至12中任一项或14所述的反射式二元强度掩模用作所述第一结构载体，和/或，如权利要求1至12或14至16中任一项所述的二元透射掩模(800)用作所述第二结构载体。23.一种用于干涉测量光学成像系统(630)的成像质量的测量方法，所述成像系统(630)用于将布置在所述成像系统的物平面中的图案成像到所述成像系统的像平面中，所述方法具有以下步骤：将具有第一测量结构的第一结构载体(700)布置在所述成像系统的物平面(631)的区域中，将具有第二测量结构的第二结构载体(800)布置在所述成像系统的像平面(632)的区域中，用euv辐射对所述第一测量结构进行照明；将所述第一测量结构成像到所述第二测量结构上，从而生成干涉图案；以空间分辨的方式检测所述干涉图案；从所述干涉图案中确定描述所述成像系统的成像质量的至少一个成像参数，其特征在于如权利要求1至12中任一项或14所述的反射式二元强度掩模用作所述第一结构载体，和/或，如权利要求1至12或14至16中任一项所述的二元透射掩模(800)用作所述第二结构载体。

技术总结
本发明涉及一种在以EUV辐射工作的EUV系统中使用的二元强度掩模(100)，包括衬底(110)和掩模结构(140)，该掩模结构被施加到衬底上并包含吸收体材料。掩模结构(140)具有结构化层组件，该结构化层组件包括由第一层材料制成的第一层(151)和由第二层材料制成的第二层(152)。在EUV辐射的波长λ处，第一层材料的折射率的实部n1大于1，而第二层材料的折射率的实部n2小于1。实部n2小于1。实部n2小于1。


技术研发人员：O
受保护的技术使用者：ASML荷兰公司
技术研发日：2021.10.19
技术公布日：2023/8/9