CN101236361A - 一种用于光掩模的护罩以及用于使用光掩模的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于光掩模的护罩以及用于使用光掩模的方法。提供了一种在半导体光刻期间保护光掩模免受颗粒沾污的光学护罩，所述光学护罩具有增强的透射和操作性能。所述护罩利用透明聚合物和透明无机层的交替层形成具有高透射性能和高强度的护罩。在优选的护罩中，提供了具有夹在两聚合物层之间的透明无机层的三层的护罩。还提供了具有为聚合物层的外层和中间层以及无机材料的内层的五层的护罩。优选的聚合物层是全氟化聚合物例如Teflon以及优选的无机材料是二氧化硅。本发明的护罩对于高至反正弦0.45的入射光角度提供了大于0.99的光透射。

Description

一种用于光掩模的护罩以及用于使用光掩模的方法

技术领域

本发明涉及半导体光刻领域，并且更具体而言，涉及保护光掩模免受颗粒沾污的光学护罩(pellicle)。

背景技术

在半导体芯片工业中，公知通过将光掩模暴露到光源来完成从光掩模(或掩模)到衬底的图形转移。在也称为光刻工序工艺的图形转移工艺期间，将光掩模上的图形投影到已使用光敏物质处理的衬底上。这导致掩模中的掩模开口形成了被复制到衬底上的图形。遗憾的是，掩模表面上的任何外来物质将同样被复制在衬底上，因此将干扰到衬底的正确的图形转移。

为了消除掩模表面的沾污，在掩模之上设置称为护罩的支承薄膜的框架，以便该护罩膜以预定距离与掩模分离并平行于掩模延伸。通常将要落在掩模表面上的任何沾污将变为落在护罩膜上。

因为护罩膜上的沾污将不会被投影到衬底上，所以护罩基本上消除了上述曝光问题。护罩的框架支撑膜以使膜离开掩模表面，所以在图形转移期间护罩膜上的任何颗粒或其它沾污将是离焦的。

护罩典型地包括约一微米厚的聚合物膜，该聚合物膜在框架之上延展，框架被附着到也称为“分划板(reticle)”的掩模。虽然护罩在光路中，但是由于成像性能的劣化通常随着护罩厚度的增加而增加，所以聚合物的典型厚度是小的。

护罩用作分划板的灰尘罩并保护日益变得更加昂贵的分划板在光刻工艺中不被沾污。通常，护罩是包括附着到护罩安装框架的薄护罩膜层的组件。因为护罩层具有与相对的大表面面积相比的薄的厚度，所以通常将该层称为膜。典型地，通过在铝框架之上延展薄(1μm)聚合物层来制造护罩层。除了其它应关注的之外，对于新的157nm和更短波长应用，这样的护罩是不可行的，因为用这些波长曝光时聚合物迅速劣化。

许多的护罩膜由硝化纤维或乙酸纤维素制造，而深UV护罩膜通常由含氟聚合物制造，例如来自Asahi Glass的Cytop或来自DuPont的TeflonAF碳氟化合物不定形聚合物。Cytop是一种包含环醚官能团的多-全氟代聚合物，例如多-全氟代环式氧杂脂环聚合物。典型地使用聚合物的溶液，例如8％的溶液，并且将该溶液旋涂到衬底上，烘烤掉溶剂，并通过剥离操作将膜从衬底去除。

还可以使用来自DuPont的特氟隆(teflon)AF不定形含氟聚合物制造该膜。特氟隆AF碳氟化合物是全氟代(2，2-二甲基-1，3间二氧杂环戊稀)(PDD)和四氟乙烯的不定形共聚物族。

特氟隆AF碳氟化合物典型地基于具有含氟单体的2，2-双三氟甲基-4，5-二氟-1，3-间二氧杂环戊稀。在溶剂例如来自3M的Fluorinert FC-75中溶解特氟隆AF不定形含氟聚合物的溶液，并旋涂以形成膜。

SEMATECH提出可选的方案以使用由硅石或掺杂的硅石构成的硬护罩。因为石英具有比聚合物层高的模量和密度，所以最初的努力集中在非常厚(300-800μm)的硅石板以避免造成波前畸变的下陷。由于这些硬护罩的大的光学厚度，SEMATECH设定了对吸收、平面度、弯曲、以及波前畸变的非常严格的规范，以便最小化对投影光刻系统性能的影响。

然而，在高数值孔径(NA)时，现有的护罩失效。在低入射角时，护罩在商业上是可以接受的，但是在大角度时护罩不能透射所有的光。由不完美的透射产生的光损失被反射并造成不希望的鬼像(ghost image)。反射损失的量取决于入射光的入射角和偏振。NA＞1的现有技术的浸没曝光工具特别倾向于产生这样的问题，并且现有技术的护罩结构导致显著的图像劣化。这些角度依赖的反射正是本发明解决的主要问题。

牢记现有技术的问题和不足，因此本发明的目的是提供一种具有提高的透明度和操作性能的光学护罩。

本发明的另一目的是提供一种用于制造光学护罩的方法。

本发明的又一目的是提供一种用于使用本发明的光学护罩成像衬底例如半导体的方法。

通过说明书，本发明的其它目的和优点将部分地显现和部分地显而易见。

发明内容

通过本发明获得了对于本领域的技术人员将是显而易见的上述和其它目的以及优点，本发明旨在一种用于光掩模的护罩，其包括透明聚合物层和透明无机层的交替层，其中所述护罩具有至少三个层，外层是所述透明聚合物并且所述聚合物层优选具有比所述无机层小的折射率。

在本发明的另一方面中，所述护罩包括夹在两个聚合物层之间的透明无机层。

在本发明的又一方面中，所述护罩包括五个交替层，分别是为聚合物层的外层和中间层以及无机材料的内层。

在本发明的优选的方面中，所述聚合物层是全氟化聚合物以及所述无机层是二氧化硅。

附图说明

在所附权利要求中具体阐述了认为是新颖的本发明的特征和本发明的基元特性。附图仅仅是用于示例的目的，而没有按比例绘制。然而，参考下列详细的描述并结合附图，可以更好地理解关于操作的组织和方法的本

发明本身：

图1是本发明的三层护罩的截面视图，该三层护罩包括夹在两个聚合物层之间的二氧化硅层；

图2是本发明的五层护罩的截面视图，该五层护罩包括三层聚合物膜和夹在聚合物膜之间的两个二氧化硅层，其中该三层聚合物膜包括顶层、底层以及中间层；

图3A是如何使用护罩保护构图的光掩模的示意性的示例；

图3B是以入射角θ在护罩膜表面上入射的光的示意性的示例；

图4是示出了对于现有技术的标准Teflon护罩，以不同的入射角通过护罩的光的透射的图；

图5A示出了以不同的入射角通过护罩的光的透射的图，其中该护罩包括具有72nm的厚度的聚合物层；

图5B是示出了以不同的入射角通过护罩的光的透射的图，其中该护罩是具有216nm的厚度的聚合物层；

图6是示出了以不同的入射角通过本发明的三层护罩的光的透射的图；以及

图7是示出了以不同的入射角通过本发明的五层护罩的光的透射的图。

具体实施方式

在描述本发明的优选的实施例时，这里参考附图中的图1-7，其中相同的标号涉及本发明的相同特征。在附图中不必按比例示出本发明的特征。

用于形成本发明的护罩的聚合物层的聚合物可以是任何适宜的聚合物，该聚合物对于曝光波长优选193mm和以下是透明的，对于长时期例如长达两(2)年的光掩模的制造使用，该聚合物可以抵抗曝光波长的劣化，以及该聚合物具有足够强度以形成具有足够强度的均匀薄膜从而形成自支撑(free-standing)膜。聚合物优选是为全氟化聚合物。在优选的实施例中聚合物是PTFE、FEP、PFA、和/或聚四氟乙烯-全氟代异丁烯共聚物。这里所使用的“全氟化聚合物”包括基本上由碳和氟组成的任何化合物以及基本上由碳、氟以及氧组成的任何化合物。全氟化聚合物的实例包括：聚四氟乙烯(PTFE)、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚四氟乙烯-全氟代异丁烯共聚物、以及聚四氟乙烯-全氟代烷氧基共聚物(PFA)。全氟化聚合物还包括氟化聚合物和氟化聚合材料。

全氟化聚合物包括基本由全氟化聚合物的任何组合组成的合成物。例如，全氟化聚合物将包括这样的材料，该材料包括PTFE、FEP和PFA的组合；在该实例中，该全氟化聚合物可以是这样的单分子，该单分子包括通过分子键连接的PTFE、FEP和PFA部分(moiety)；可选地，在该实例中，该全氟化聚合物可以是PTFE、FEP和PFA的混合物。

对于本发明的护罩的其它的一个或多个插入层，优选使用二氧化硅作为护罩片无机层。可以使用其它的透明无机材料例如氟化镁。二氧化硅是优选的，由于二氧化硅具有经实证的效能并具有用于将二氧化硅薄膜淀积到聚合物膜上的可制造的方法。

可以通过任何适宜的方法例如直接方法、烟气(soot)方法(VAD方法或OVD方法)、溶胶-凝胶方法、或等离子体方法，制造本发明的二氧化硅片。优选涂敷方法例如等离子体增强CVD并优选以聚合物层开始，然后在聚合物层上淀积二氧化硅膜。这些淀积方法在现有技术中是公知的。

现在参考附图，图1示出了标号为10的本发明的三层护罩。该护罩包括夹在聚合物层12a与12b之间的二氧化硅层14。

图2示出了标号为30的本发明的五层护罩。该护罩依次包括下聚合物层12c、二氧化硅层14b、中间聚合物层12b、二氧化硅层14a、以及上聚合物层12a。

宽泛而言，聚合物层的厚度为约20至900nm，优选为20至100nm以及最优选为20至50nm，例如30nm。无机层的厚度为约20至500nm，优选为20至210nm以及最优选为20至40nm，例如31nm。对于依赖于希望的透明度和操作工艺参数的不同应用，这些厚度可以宽泛地变化。为了提高光学性能，优选每一层的厚度基本上是均匀的。

图3A是示出了如何使用护罩50保护构图的光掩模53免受灰尘或其它残余物的影响的示意图。护罩包括在护罩框架52上支撑的护罩膜51。

图3B示出了光54以入射角θ透射通过护罩膜51。

图4示出了以不同的入射光角度通过包括聚合物层的现有技术护罩的光的透射。如可以看到的，随着入射角θ增加，透射急剧下降，在约反正弦0.22的入射角处低于约0.99。这对应于具有NA＝0.88的4x光学组件(optics)，并且对于NA＞0.88是不可接受的。该聚合物是Teflon并具有n＝1.375和635nm的厚度。

在图5A中，当将聚合物膜的厚度减小至约72nm的厚度时，对于所有入射角，透射大于0.9986。然而，这样的薄膜的物理强度是成问题的并且不是商业有效的。如图5B中所示，当将聚合物的厚度增加至约216nm的厚度时，对于所有的入射角，透射大于99％。然而，这样的护罩在商业上仍然是不可接受的。

在图6中示出了本发明的三层护罩，其包括均具有30nm的厚度的Teflon的两个外聚合物层、以及具有205nm的厚度的二氧化硅夹层。如可以看到的，对于一直到反正弦0.45的所有入射角，透射大于0.994并且是商业上有效的护罩尤其是对于直到NA＝1.8的4x光学组件而言。

相似地，图7是本发明的五层夹心护罩，并包括均为35nm的两个外Teflon层、均为31nm的两个二氧化硅夹层、以及519nm的中心Teflon层。对于直至反正弦0.45的所有入射角，该护罩具有大于0.99的透射，对于商业使用是有效的。

图4至图7示出了计算的透射与入射角的关系曲线。两个曲线表示两个正交的偏振状态。对于所有这些图，X轴具有0至0.45的范围的反正弦(θ)。工业标准制造成像工具使用4X缩小光学组件，以便在护罩处(分划板附近)的最大入射角是在晶片处的成像光学组件的NA的1/4。因此，对于0至0.45的整个范围如果我们要获得两个偏振的可接受的透射，那么对于NA＜4*0.45＝1.8的所有成像光学组件，护罩将完美地工作。当前现有技术的浸入式曝光工具具有NA＝1.2，其中在护罩处的反正弦(θ)小于0.3。因此，我们所示范的在反正弦(θ)的0至0.45的整个范围上的平缓曲线，不但对于当前的曝光工具显示出了优良的光学性能，而且对于未来的工具同样是可应用的，该未来的工具甚至具有比该技术的预期的限制更高的NA。

当不是优选的情况时，对于一些护罩，外层可以是无机材料。

虽然结合特定的优选实施例，已经具体地描述了本发明，但是显然根据先前的描述，许多替换、修改以及变化对于本领域的技术人员将是显而易见的。因此旨在所附权利要求将包括在本发明的真实范围和精神内的任何的这样的替代、修改以及变化。

Claims (10)

1.一种用于光掩模的护罩，其包括透明聚合物层和透明无机层的交替层，其中所述护罩具有至少三个层，外层是所述透明聚合物并且所述聚合物层具有比所述无机层小的折射率。

2.根据权利要求1的护罩，其中透明无机层被夹在两个聚合物层之间。

3.根据权利要求1的护罩，其中所述聚合物层是全氟化聚合物以及所述无机层是二氧化硅。

4.根据权利要求2的护罩，其中所述聚合物层是全氟化聚合物以及所述无机层是二氧化硅。

5.根据权利要求1的护罩，包括五个层，所述五个层分别为透明聚合物的上和下外层、无机材料的内层、以及透明聚合物的中间层。

6.根据权利要求5的护罩，其中所述聚合物层是全氟化聚合物以及所述无机层是二氧化硅。

7.一种使用光掩模的方法，包括以下步骤：

在成像系统中设置光掩模；

在所述光掩模之上设置护罩，所述护罩包括透明聚合物层和透明无机层的交替层，其中所述护罩具有至少三个层，外层是所述透明聚合物，并且所述聚合物层具有比所述无机层小的折射率；以及

成像所述光掩模。

8.根据权利要求7的方法，其中所述护罩具有三个层。

9.根据权利要求8的方法，其中所述聚合物是全氟化聚合物以及所述无机层是二氧化硅。

10.根据权利要求7的方法，其中所述护罩具有五个层。

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