CN1519590A - 一种漫射板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种在基板上制造的电磁辐射漫射体，可以在远紫外(EUV)波长处有效工作。该漫射体包括具有峰和谷轮廓的随机结构，在其上蒸发有高度反射的涂层，反射性涂层基本上采取其下的峰和谷轮廓的形状。然后在反射性涂层上制造吸收性光栅，该光栅间隔会因为其下的随机结构的轮廓而漫射性地反射电磁辐射，该吸收性光栅会吸收电磁辐射。因此该光栅成为一个专门的Ronchi划线，它可以用于超短波长反射光刻系统例如EUV光刻系统的波前评估和其它光学诊断。

Description

一种漫射板及其制造方法
技术领域
本发明大体上涉及超短波长光刻系统，更具体地说涉及在远紫外(EUV)光刻系统中对电磁辐射进行漫射性地反射。
发明背景
光刻术是一种用来在基板表面上形成特征的方法。光刻术在制造计算机芯片的技术中是一种公知方法。通常用于计算机芯片的基板是半导体材料例如硅或砷化镓。在光刻过程中，位于在光刻工具内的平台上的半导体晶片暴露于通过曝光系统被投射到晶片表面上的图像中。该曝光系统通常包括用于将电路特征的影像投射到晶片上的划线板(也被称为掩模)。
该划线板通常位于半导体晶片和光源之间。该划线板通常位于光刻工具内的划线板平台上，并通常用作在半导体芯片上印刷电路用的光掩膜。光源通过掩膜并且然后通过一系列缩小影像的光学透镜进行照射。然后该小的影像投射在半导体晶片上。这种过程类似于照像机将光线弯曲以在胶片上形成影像的过程。
在光刻过程中光起到一个整体的作用。例如在微处理器的制造中，制造功能更强大的微处理器的一个关键因素是减小在光刻过程中使用的光的波长。较短的波长可以制造较小的器件。而较小的器件又可以使更多的晶体管和其它电路元件蚀刻在一个硅晶片上，这样产生一个功能更强大、速度更快的器件。
但是不断地缩短波长给芯片的制造带来了多个挑战。例如，光线的波长越短，在用于聚焦光线的玻璃光学元件中吸收的光线越多。这种现象带来的结果就是，一些光线不能到达硅晶片，从而导致在硅晶片上产生不清晰的电路图案。当波长接近大约11-14纳米的远紫外区域时，玻璃材料变得更具吸收性。对于在这个区域的光刻(称之为远紫外光刻，EUVL)，要用反射镜来代替玻璃透镜，并且光学系统是反射性的，而不是折射性的。
在EUVL应用中，对EUV照射光束量的测量始终是一个问题。使用剪切干涉仪是光学系统分析的一个传统方法。在折射光学系统中使用剪切干涉仪是已知的。对于例如在EUVL中使用的反射光学系统，会产生各种问题。例如，在如波前诊断的某些应用中，剪切干涉仪需要在EUV范围内的漫射光源。传统的折射光漫射体不会在这么短的波长处工作。因此制造能在EUVL系统的超短波长处工作的反射性电磁辐射漫射体是非常有益的。
发明概述
本发明涉及一种能在例如EUVL系统的超短波长处有效工作的反射性电磁辐射漫射体。
本发明的一个实施方案包括在基板上制造的反射性电磁辐射漫射体。该漫射体包括具有单独格栅单元的三维轮廓的结构，在该三维轮廓上形成高度反射的涂层。该反射涂层基本遵循着其下三维轮廓的形状。然后在该反射涂层上形成吸收性的光栅。由于其下存在单独格栅单元的三维轮廓，因此光栅中的间隔会漫射性的反射入射的电磁辐射。该吸收性光栅会吸收入射在其上的电磁辐射的剩余部分。因此该光栅成为一种专门的Ronchi划线(ruling)，它可以用于反射性光刻系统中的波前评估和其它光学诊断。
还披露了一种用于制造电磁辐射漫射体的方法。提供一种基板，其上制造有单独格栅单元的三维轮廓。然后在该三维轮廓上形成反射涂层，从而该反射涂层基本与支撑着该涂层的轮廓相一致。在反射涂层上形成吸收性光栅。该吸收性光栅允许在入射波前上进行例如Ronchi测试的光学诊断。
在以下的说明书中给出了本发明的其它特征和优点，它们部分可以从说明书中了解，部分可以从本发明的实践中了解。通过在说明书和权利要求中以及附图中着重指出的结构可以实现和获得本发明的优点。
可以理解，前面的概述和后面的详细描述均为示例性和解释性的，用于为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
附图的简要说明
用于显示本发明的示例性实施方案的附图作为本说明书的一部分，显示了本发明的实施方案，并与说明一起用于解释本发明的原理。在全文中类似的附图标记表示类似的部件，第一位数代表该元件首次出现在哪个图中。
图1表示具有本发明实施方案的漫射体的部分光刻系统。
图2表示示例性的Ronchi光学光栅。
图3A和3B表示理想的剪切干涉仪结果。
图4A和4B表示随机结构的峰和谷轮廓的实施方案的两个视图。
图5表示带有用于剪切干涉仪的光栅的电磁辐射漫射板的实施方案。
图6表示用于制造本发明的漫射体的方法。
优选实施例的详细说明
以下详细的参考本发明的实施方案，附图中显示了其实施例。
图1表示代表性的光刻系统100的一部分。系统100显示在系统测试结构中。源105给照明光学元件110提供电磁辐射。在示例性的EUV实施方案中，由于非常短的EUV波长的缘故，照明光学元件是反射性的。该照明光学元件110将电磁辐射聚焦在位于划线板平面120处的划线板平台(未显示)上。划线板平台(未显示)通常在光刻过程中保持着该划线板。作为安装在划线板平面120处的划线板的一种代替，安装一个源模块115。这对于初始系统安装来说是优选的。如果由于热负载导致的热畸变或元件移动造成光刻过程中系统性能下降，则该测试结构还优选用于系统诊断。
在该测试结构中，设置在源模块115上的本发明的电磁辐射漫射体150位于划线板平面(reticle plane)120处。投影光学元件130捕获从电磁辐射漫射体150所反射的漫射电磁辐射，并将该反射成像在晶片平面135处。投影光学元件130可以包括如图所示的光瞳入射122和光瞳出射124以及中间的光瞳平面126。传感器模块140位于晶片平面处。可以理解，电磁辐射漫射体150在EUV系统中是反射的，而与在更长的波长处(例如在深紫外或可见光)操作的光刻系统不同，后者的划线板通常是透射的。
在本发明的实施例中，带有叠置的吸收光栅的电磁辐射漫射体150可以用作专门的Ronchi划线。Ronchi测试是一种已知的光学系统测试方法。在Ronchi测试中，使一束光在被进行测试以确定其象差的光学系统中聚焦。衍射光栅(Ronchi光栅)被设置为与焦点附近的光轴相垂直，该光栅将辐射光束分解为几个衍射级。各衍射级彼此独立的传播，并由光瞳中继透镜(反射系统中为反射镜)收集，后者在观察平面处形成测试的物体的出射光瞳的影像。在测试结构的示例性实施方案中，观察平面刚刚位于晶片平面135之后。
图2表示可以在本发明的电磁辐射漫射体150上实施的Ronchi形状的光栅210。图3A-3B表示当在光学系统例如光学系统100中使用剪切干涉仪以进行Ronchi测试时得到的理想结果。
如图2所示，在优选实施例中，Ronchi光栅210是3.2微米宽，并每隔6.4微米重复(例如光栅周期d＝6.4微米)。光栅210与位于晶片平面135处的传感器模块140上的剪切光栅相配合。源模块115上的Ronchi形状的光栅210由投影光学元件130成像在晶片平面135的类似剪切光栅处。如图3A所示，一个光栅与另一个的相对对准产生了剪切干涉图310，它带有强度与波前中的误差斜率成比例的条纹。光栅的相对移动产生了依赖于时间的相位跳跃的剪切干涉图。通过用计算机控制划线板和晶片平台中的一个或者两个，可以进行这种移动。所得到的干涉图案310具有条纹可见函数320，如图3B所示。条纹可见性或者相干分布函数由Ronchi光栅划线的傅立叶变换而给出。峰表示条纹反差最高的那些区域。例如参见J.C.Wyant的“White Light Extended SourceShearing Interferometer”(Applied Optics，vol.13，no.1，January1974，200-202页)，衍射级由光线的路径长度来确定。例如在第一级最大值，每个光线的路径长度与它相邻的光线的路径长度相差正负一个波长。在第三级最大值，每个光线的路径长度与它相邻的光线的路径长度相差正负三个波长。
为了测量波前，相对于晶片平台移动划线板平台或者相对于划线板平台移动晶片平台，从而产生按照受控的方式改变干涉图案310的相位跳跃。然后传感器模块140之下或之上的CCD检测器(未显示)接收并测量透射的辐射。然后源模块115可以由划线板平台移动，以在光路中放置不同的衍射光栅，从而以源模块光栅210的正交取向来测量波前。从这些观察中，可以进行该光学系统的诊断测试。
由于反射性照明光学元件的独特特征，在波前中产生小平面是一个会在超短波长环境中例如EUVL系统中发生的问题。例如，在光瞳入射122处的波前可能会成为小平面。根据所用的光源，该小平面会是由暗区环绕的照明峰的分布阵列。例如，大体积光源容易产生由大致相等的大暗间隔分开的大的小平面。当光源的体积变小时，照亮的小平面的尺寸相对于其间的暗区也变小。在另一种情况下，该小平面会在光瞳上均匀地分布。波前计量学和剪切干涉仪领域的技术人员可以理解，这种小平面的波前会给剪切干涉图310带来不好的影响。在传感器模块140处的光强度会不均匀。这些小平面如果未经校正就会传播至干涉图310，并影响条纹可见函数320的信噪比(SNR)。这样对剪切干涉仪方法会有不好的影响。
通过在划线板平面处使用漫射反射体(漫射体)可以克服小平面波前的问题。漫射的电磁辐射是重新指向或散射的辐射，从而可以在波前处均匀的分布。因此，即使照明系统产生小平面的波前，但是利用本发明的电磁辐射漫射体重新指向或者散射光线使得光瞳入射能被均匀地填充。当入射照明是比进行测试的投影光学元件低的数值孔径(NA)时，漫射反射会仍然确保适当的光瞳填充。事实上，本发明使照明光源的NA适应剪切干涉仪的要求。
图4A显示了本发明电磁辐射漫射体的一个实施方案的截面图460。图4B表示单独格栅单元450的俯视图。在基板410的表面上制造具有单独格栅单元的三维轮廓的结构400。单独格栅单元450(也称之为台阶)具有相对于基板410的零基板平面420来说处于预定范围内的可变高度。在一个实施方案中，该高度在制造之前随机选择，然后利用例如电子束光刻的技术在基板400上形成。可以采用已知的算法来用数学方法确定或者计算每个格栅单元450的随机高度轮廓。随机的结构400显示了形成峰和谷轮廓的该随机选择的台阶高度。如该优选实施方案所述，随机的结构400可以被类比为三维格栅，或者棋盘，其中每个方块的高度或深度是随机变化的，或者根据预先选择的算法而变化。在基板410上形成的这种受控的结构400形成了电磁辐射漫射体的基础。
在优选实施例中，单独台阶450的高度范围大约是零基板平面420加减25纳米。因此从最低台阶到最高台阶的高度范围大致是50纳米。每个单独台阶450的面积大致是100纳米×100纳米。如图5所示，一个漫射板500的面积大致是400微米×400微米。该优选实施方案的特定结构对于EUVL系统来说是独特的。在更长的波长处，该示例性结构将会呈现为完全平滑，并且不再会漫射入射的电磁辐射。
特别重要的两个参数是要被漫射的电磁辐射的波长以及所需要的角漫射量。这些决定了单独台阶450的平均面积以及控制该结构的三维轮廓中的随机变化的概率分布。根据这些参数，该领域的技术人员只要有本说明书就可以利用该领域已知的技术设计出任意数量的不同三维格栅形状的结构。
采用各种方法可以制造具有设置成格栅的峰和谷轮廓的多级表面400。结构400可以直接在基板410的顶表面(也就是第一表面)上形成。例如，然后是一系列构图-蚀刻步骤，其中通过蚀刻时间来控制台阶高度。采用这种方法，可以利用N个构图-蚀刻步骤来产生2N个级。或者，可以在第一基板410上形成一个或者多个层，在该一个或多个层中形成结构400。通过首先沉积由具有良好的相对蚀刻选择性的两种材料构成的多层来实现自然的蚀刻深度控制。在沉积的多层中的层的数量应当大于或者等于在最终的结构中所需的级的数量，单个层的厚度应当与所需的台阶高度变量相匹配。在Naulleau的US6392792B1中披露了一种示例性制造方法，显示了该多层的用途。
优选的制造方法利用了单个构图步骤，它涉及直接在光致抗蚀剂上写上多级轮廓图案，然后该光致抗蚀剂用作用于随机结构400的稳定基板。理想的抗蚀剂材料是非常平滑的，以减少来自反射涂层的不需要的散射。例如，氢化倍半硅氧烷(hydrogen silsesquiozane)(HSQ)光致抗蚀剂具有低于1nm rms的可获得的粗糙度。HSQ由Midland的DowCoring公司(Michigan)制造。
在结构400的三维轮廓上，通过蒸发或其它已知的技术形成高度反射的涂层430。该涂层可以由反射在EUV范围内的电磁辐射的材料例如钼/硅(MoSi)形成。MoSi可以利用已知的磁控管溅射技术来沉积。该反射涂层430基本与支撑该结构400的峰和谷轮廓的形状相一致。因此入射的电磁辐射可以漫射性地反射离开该表面。该领域的技术人员可以理解，由于该反射涂层430，结构400的三维轮廓会产生某些平滑性。
然后在部分反射涂层430上形成吸收性涂层440，以产生光学光栅505。根据吸收涂层440的厚度，它可以与其下的反射涂层430的形状一致。但是，由于相对大的特征尺寸，上述关于反射涂层430的平滑性影响不涉及吸收性光栅440，如图5所示。
如图5所示，按照光栅的形式或者条纹图案的形式来施加吸收性涂层440，并且该涂层仅在某些部分的反射涂层430上存在。反射涂层430的覆盖有光栅的部分取决于光学光栅505所需的特征。图4A所示的侧视图460显示了漫射体的覆盖有吸收性光栅505的部分。通常采用的吸收性材料是氮化硅，它的厚度足以吸收入射在其上的电磁辐射。
图5显示了带有上层吸收光栅440的漫射板500的大结构。可以在源模块115上安装一个或多个漫射板500，以制造电磁辐射漫射体150。所显示的两个分开的漫射板500具有正交取向的吸收光栅505。在一个实施方案中，该吸收光栅505大致是3.2微米宽，并大致每隔6.4微米就重复，这样使得光栅之间的反射间隔为3.2微米宽。在一个替换实施方案中，吸收光栅505宽度大致是6.4微米，并大致每隔12.8微米就重复，这样使得光栅505之间的反射间隔为6.4微米宽。该领域的技术人员可以知道，光栅的尺寸和周期性取决于要进行的测试的特殊需要。例如，光栅的尺寸可以由特定测试所需要的剪切量来确定。可以形成不同尺寸的光栅，而不会脱离本发明的精神和范围。
吸收性光栅505通常是在整个随机结构400上沿对角线取向，并通常在整个漫射板500的区域上延伸。如图所示，在吸收性光栅505之间有反射区域，它因为位于其下的随机结构400的峰和谷轮廓而漫射性的反射电磁辐射。光栅的尺寸和方向不仅取决于电磁辐射的波长，而且取决于在剪切干涉仪中使用的其它参数，如本领域技术人员所了解的那样。
上述公开的最终结果是所设计的反射性电磁辐射漫射体150在EUV波长处是有效的。在漫射板500上层叠的是吸收性光栅505，它起到专门的Ronchi划线的作用，用于超短波长光刻系统例如EUVL系统的光学分析。再参考图1，来自源105的电磁辐射提供给源模块115。源模块115含有包括一个或者多个漫射板500的电磁辐射漫射体150。电磁辐射会漫射性地反射至投影光学元件130，没有小平面的吸收性光栅505的影像会出现在传感器模块140上，用于利用例如剪切干涉仪的波前分析。因此理想的干涉图310可以用作各种光学诊断。
在一个替换实施例中，吸收性光栅505可以省去。在该实施方案中，带有反射性涂层430的结构400的格栅形状的峰和谷轮廓会起到电磁辐射漫射体的作用，它可以用在需要EUV光的漫射光源的地方。
图6显示了制造本发明的电磁辐射漫射板500的方法(步骤610-630)。漫射板500在基板上形成。通常，该基板是半导体材料例如硅或者砷化镓。
在步骤610中，在基板上制造具有单独的格栅单元的三维结构。如上所述，通过该领域技术人员已知的各种方法可以获得多级表面。例如，可以采用在多层基板上的一系列构图-蚀刻步骤，以及直接在单层光致抗蚀剂上写入多级轮廓。在一个实施方案中，单独的格栅单元的高度是在大约50纳米的预定范围内随机选择的。随机高度选择的特定算法取决于要被漫射性反射的辐射的波长。波长越小，单独格栅单元可用高度的范围越短。在漫射EUV辐射的一个优选实施方案中，用于单独格栅单元高度的预定范围是50nm。相关领域的技术人员可以产生一种算法来满足上述标准。
在步骤620中，在单独格栅单元的三维轮廓上形成反射涂层。该反射涂层基本与支撑它的单独格栅单元的三维轮廓的形状一致。对于EUV辐射，该反射性涂层可以是钼化硅(MoSi)。利用已知的技术例如磁控管溅射来在峰和谷轮廓上沉积MoSi。
最后，在步骤630中，在反射性涂层上优选是沿着三维格栅的对角线形成吸收性光栅。吸收性光栅的尺寸可以根据要进行的光学诊断的特定需要来变化。在用于EUV剪切干涉仪的一个优选实施方案中，光栅的吸收性部分大致是3.2微米宽，并大致每隔6.4微米就重复。氮化硅是用于吸收性涂层的普通材料。
可以理解，尽管上述公开主要是就通常使用反射性光学元件(例如源模块115和传感器模块140)的EUV光刻系统而言的，但是本发明同样可以用于在由适合的透射/折射元件代替反射元件的光刻系统中使用的其它波长。
本领域的技术人员可以理解，在不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下可以在形式和细节上作出各种改变。因此，本发明的范围不限于上述任何的示例性实施方案，而只是由以下的权利要求和其等效物来限定。

Claims (27)

1.一种电磁辐射漫射体，包括：
具有第一和第二表面的基板，所述第一表面具有带单独格栅单元的三维轮廓的结构；
形成在所述第一表面上的反射性涂层，所述反射性涂层与所述结构相一致；以及
形成在所述反射性涂层上的吸收性光栅，所述吸收性光栅包括间隔；
其中，所述吸收性光栅吸收电磁辐射的第一部分，而穿过所述间隔的该电磁辐射的第二部分被所述反射性涂层漫射性地反射。
2.如权利要求1的装置，其中，所述单独的格栅单元具有在预定范围内随机选择的高度。
3.如权利要求2的装置，其中，所述预定范围大约是50纳米。
4.如权利要求2的装置，其中，每一个所述单独的格栅单元均具有大约100纳米×100纳米的面积。
5.如权利要求2的装置，其中，所述吸收性光栅对角地穿过所述单独的格栅单元取向。
6.如权利要求5的装置，其中，所述吸收性光栅大约是3.2微米宽，并且大约每隔6.4微米就重复。
7.一种电磁辐射漫射体，包括：
具有第一和第二表面的基板，所述第一表面具有带单独格栅单元的三维轮廓的结构；
形成在所述第一表面上的反射性涂层，其与所述结构相一致，并且漫射性地反射远紫外辐射；以及
形成在所述反射性涂层上的吸收性光栅，其中，所述吸收性光栅吸收电磁辐射的第一部分，而穿过所述吸收性光栅之间的间隔的该电磁辐射的第二部分被所述反射性涂层漫射性地反射。
8.如权利要求7的漫射体，其中。所述单独的格栅单元具有在预定范围内随机选择的高度。
9.如权利要求8的装置，其中，所述预定范围大约是50纳米。
10.如权利要求8的装置，其中，所述单独的格栅单元大约是100纳米×100纳米。
11.如权利要求7的装置，其中，所述吸收性光栅对角地穿过所述单独的格栅单元取向。
12.如权利要求7的装置，其中，所述吸收性光栅大约是3.2微米宽，并且大约每隔6.4微米就重复。
13.一种在基板上制造电磁辐射漫射体的方法，包括：
(a)在基板的第一表面中制造单独格栅单元的三维轮廓；
(b)在所述三维轮廓上形成反射性涂层，该涂层与所述三维轮廓相一致；以及
(c)在所述反射性涂层上形成吸收性光栅。
14.如权利要求13的方法，还包括：
为所述单独格栅单元随机选择高度；以及
根据所述随机选择的高度制造所述单独格栅单元。
15.如权利要求14的方法，其中，所述随机选择高度的步骤对所述单独格栅单元的所述高度进行随机选择，从而使得所述高度的范围在0至大约50纳米的范围内。
16.如权利要求14的方法，包括，制造面积大约为100纳米×100纳米的单独格栅单元。
17.如权利要求13的方法，还包括将所述吸收性光栅对角地穿过所述单独格栅单元取向。
18.如权利要求13的方法，其中，所述形成吸收性光栅的步骤在所述反射性涂层上形成大约3.2微米宽的吸收性光栅部分，并且大约每隔6.4微米重复一个吸收性光栅部分。
19.一种光刻系统，包括：
电磁辐射源；
设置在第一光学平面处的电磁辐射漫射体，所述漫射体具有一个带单独格栅单元的三维轮廓的基板，所述三维轮廓由与所述基板相一致的反射性涂层所覆盖，其中，所述反射性涂层还由吸收性光栅所覆盖，该吸收性光栅用于吸收所述电磁辐射的第一部分，而所述电磁辐射的穿过所述吸收性光栅之间的间隔的第二部分被所述反射性涂层漫射性地反射；以及
设置在第二光学平面处的电磁辐射传感器；
其中，入射在所述漫射体上的电磁辐射被漫射性地反射并在所述传感器处被接收。
20.如权利要求19的光刻系统，其中，所述电磁辐射源是远紫外辐射源。
21.如权利要求19的光刻系统，其中，所述第一光学平面是划线板平面。
22.如权利要求19的光刻系统，其中，所述第二光学平面是晶片平面。
23.如权利要求19的光刻系统，其中，所述单独格栅单元具有在预定范围内随机选择的高度。
24.如权利要求23的光刻系统，其中，所述预定范围是50纳米。
25.如权利要求23的光刻系统，其中，所述单独格栅单元的面积大约为100纳米×100纳米。
26.如权利要求19的装置，其中，所述吸收性光栅沿着所述单独格栅单元对角地取向。
27.如权利要求19的装置，其中，所述吸收性光栅大约是3.2微米宽，并且大致每隔6.4微米就重复。
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