專利名稱：一種用于光掩模的護(hù)罩以及用于使用光掩模的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光刻領(lǐng)域，并且更具體而言，涉及保護(hù)光掩才莫免受顆粒沾污的光學(xué)護(hù)罩(pellicle)。
技術(shù)背景在半導(dǎo)體芯片工業(yè)中，公知通過將光掩模暴露到光源來完成從光掩才莫 (或掩模)到襯底的圖形轉(zhuǎn)移。在也稱為光刻工序工藝的圖形轉(zhuǎn)移工藝期 間，將光掩模上的圖形投影到已使用光敏物質(zhì)處理的襯底上。這導(dǎo)致掩模 中的掩模開口形成了被復(fù)制到襯底上的圖形。遺憾的是，掩模表面上的任 何外來物質(zhì)將同樣被復(fù)制在襯底上，因此將干擾到襯底的正確的圖形轉(zhuǎn)移。為了消除掩模表面的沾污，在掩模之上設(shè)置稱為護(hù)罩的支承薄膜的框 架，以便該護(hù)罩膜以預(yù)定距離與掩模分離并平行于掩模延伸。通常將要落 在掩才莫表面上的任何沾污將變?yōu)槁湓谧o(hù)罩膜上。因為護(hù)罩膜上的沾污將不會被投影到村底上，所以護(hù)罩基本上消除了 上述曝光問題。護(hù)罩的框架支撐膜以使膜離開掩模表面，所以在圖形轉(zhuǎn)移 期間護(hù)罩膜上的任何顆?；蚱渌次蹖⑹请x焦的。護(hù)罩典型地包括約一微米厚的聚合物膜，該聚合物膜在框架之上延展， 框架被附著到也稱為"分劃板(reticle)"的掩模。雖然護(hù)罩在光路中， 但是由于成^f象性能的劣化通常隨著護(hù)罩厚度的增加而增加，所以聚合物的 典型厚度是小的。護(hù)罩用作分劃板的灰塵罩并保護(hù)日益變得更加昂貴的分劃板在光刻工 藝中不被沾污。通常，護(hù)罩是包括附著到護(hù)罩安裝框架的薄護(hù)罩膜層的組 件。因為護(hù)罩層具有與相對的大表面面積相比的薄的厚度，所以通常將該層稱為膜。典型地，通過在鋁框架之上g薄(ljam)聚合物層來制造護(hù) 罩層。除了其它應(yīng)關(guān)注的之外，對于新的157nm和更短波長應(yīng)用，這樣的 護(hù)罩是不可行的，因為用這些波長曝光時聚合物迅速劣化。許多的護(hù)罩膜由硝化纖維或乙酸纖維素制造，而深UV護(hù)罩膜通常由 含氟聚合物制造，例如來自Asahi Glass的Cytop⑧或來自DuPont的 Teflon AF碳氟化合物不定形聚合物。Cytop是一種包含環(huán)醚官能團的多 -全氟代聚合物，例如多-全氟代環(huán)式氧雜脂環(huán)聚合物。典型地使用聚合物 的溶液，例如8%的溶液，并且將該溶液旋涂到襯底上，烘烤掉溶劑，并 通過剝離操作將膜從襯底去除。還可以使用來自DuPont的特氟隆(teflon) AF不定形含氟聚合物制 造該膜。特氟隆AF碳氟化合物是全氟代(2，2-二曱基-1，3間二氧雜環(huán)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單體的2，2-雙三氟甲基 -4，5-二氟-1，3-間二氧雜環(huán)戊稀。在溶劑例如來自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提出可選的方案以使用由珪石或摻雜的珪石構(gòu)成的硬護(hù) 罩。因為石英具有比聚合物層高的模量和密度，所以最初的努力集中在非 常厚(300-800 jam)的硅石板以避免造成波前畸變的下陷。由于這些硬 護(hù)罩的大的光學(xué)厚度，SEMATECH設(shè)定了對吸收、平面度、彎曲、以及 波前畸變的非常嚴(yán)格的規(guī)范，以便最小化對投影光刻系統(tǒng)性能的影響。然而，在高數(shù)值孔徑(NA)時，現(xiàn)有的護(hù)罩失效。在低入射角時，護(hù) 罩在商業(yè)上是可以接受的，但是在大角度時護(hù)罩不能透射所有的光。由不 完美的透射產(chǎn)生的光損失被反射并造成不希望的鬼像(ghostimage)。反 射損失的量取決于入射光的入射角和偏振。NA>1的現(xiàn)有技術(shù)的浸沒曝光 工具特別傾向于產(chǎn)生這樣的問題，并且現(xiàn)有技術(shù)的護(hù)罩結(jié)構(gòu)導(dǎo)致顯著的圖 像劣化。這些角度依賴的反射正是本發(fā)明解決的主要問題。牢記現(xiàn)有技術(shù)的問題和不足，因此本發(fā)明的目的是提供一種具有提高 的透明度和操作性能的光學(xué)護(hù)罩。本發(fā)明的另 一 目的是提供一種用于制造光學(xué)護(hù)罩的方法。本發(fā)明的又一 目的是提供一種用于使用本發(fā)明的光學(xué)護(hù)罩成像襯底例 如半導(dǎo)體的方法。通過說明書，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將部分地顯現(xiàn)和部分地顯而易見。發(fā)明內(nèi)容通過本發(fā)明獲得了對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的上述和其它 目的以及優(yōu)點，本發(fā)明旨在一種用于光掩模的護(hù)罩，其包括透明聚合物層 和透明無機層的交替層，其中所述護(hù)罩具有至少三個層，外層是所述透明 聚合物并且所述聚合物層優(yōu)選具有比所述無機層小的折射率。在本發(fā)明的另一方面中，所述護(hù)罩包括夾在兩個聚合物層之間的透明 無機層。在本發(fā)明的又一方面中，所述護(hù)罩包括五個交替層，分別是為聚合物 層的外層和中間層以及無機材料的內(nèi)層。在本發(fā)明的優(yōu)選的方面中，所述聚合物層是全氟化聚合物以及所述無 機層是二氧化硅。


基元特性。附圖僅僅是用于示例的目的，而沒有按比例繪制。然而，參考 下列詳細(xì)的描述并結(jié)合附圖，可以更好地理解關(guān)于操作的組織和方法的本發(fā)明本身圖l是本發(fā)明的三層護(hù)罩的截面視圖，該三層護(hù)罩包括夾在兩個聚合 物層之間的二氧化硅層；圖2是本發(fā)明的五層護(hù)罩的截面視圖，該五層護(hù)罩包括三層聚合物膜 和夾在聚合物膜之間的兩個二氧化硅層，其中該三層聚合物膜包括頂層、 底層以及中間層；圖3A是如何使用護(hù)罩保護(hù)構(gòu)圖的光掩才莫的示意性的示例；圖3B是以入射角e在護(hù)罩膜表面上入射的光的示意性的示例；圖4是示出了對于現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)Teflon⑧護(hù)罩，以不同的入射角通過護(hù)罩的光的透射的圖；圖5A示出了以不同的入射角通過護(hù)罩的光的透射的圖，其中該護(hù)罩包括具有72nm的厚度的聚合物層；圖5B是示出了以不同的入射角通過護(hù)罩的光的透射的圖，其中該護(hù)罩是具有216nm的厚度的聚合物層；圖6是示出了以不同的入射角通過本發(fā)明的三層護(hù)罩的光的透射的圖；以及圖7是示出了以不同的入射角通過本發(fā)明的五層護(hù)罩的光的透射的圖。
具體實施方式
在描述本發(fā)明的優(yōu)選的實施例時，這里參考附圖中的圖1-7，其中相 同的標(biāo)號涉及本發(fā)明的相同特征。在附圖中不必按比例示出本發(fā)明的特征。用于形成本發(fā)明的護(hù)罩的聚合物層的聚合物可以是任何適宜的聚合 物，該聚合物對于曝光波長優(yōu)選193mm和以下是透明的，對于長時期例 如長達(dá)兩(2 )年的光掩模的制造使用，該聚合物可以抵抗曝光波長的劣化， 以及該聚合物具有足夠強度以形成具有足夠強度的均勻薄膜從而形成自支 撐(free-standing)膜。聚合物優(yōu)選是為全氟化聚合物。在優(yōu)選的實施例 中聚合物是PTFE、 FEP、 PFA、和/或聚四氟乙烯-全氟代異丁烯共聚物。 這里所使用的"全氟化聚合物"包括基本上由碳和氟組成的任何化合物以 及基本上由碳、氟以及氧組成的任何化合物。全氟化聚合物的實例包括 聚四氟乙烯(PTFE)、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚四氟乙 烯-全氟代異丁烯共聚物、以及聚四氟乙烯-全氟代烷氧基共聚物(PFA)。 全氟化聚合物還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組合組成的合成物。例如，全氟化聚合物將包括這樣的材料，該材料包括PTFE、 FEP和PFA的 組合；在該實例中，該全氟化聚合物可以是這樣的單分子，該單分子包括 通過分子鍵連接的PTFE、 FEP和PFA部分(moiety);可選地，在該實 例中，該全氟化聚合物可以是PTFE、 FEP和PFA的混合物。對于本發(fā)明的護(hù)罩的其它的一個或多個插入層，優(yōu)選^f吏用二氧化硅作 為護(hù)罩片無機層?？梢允褂闷渌耐该鳠o機材料例如氟化鎂。二氧化硅是 優(yōu)選的，由于二氧化硅具有經(jīng)實證的效能并具有用于將二氧化硅薄膜淀積 到聚合物膜上的可制造的方法?？梢酝ㄟ^^f壬何適宜的方法例如直接方法、煙氣(soot)方法(VAD方 法或OVD方法)、溶膠-凝膠方法、或等離子體方法，制造本發(fā)明的二 氧化硅片。優(yōu)選涂敷方法例如等離子體增強CVD并優(yōu)選以聚合物層開始， 然后在聚合物層上淀積二氧化硅膜。這些淀積方法在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。現(xiàn)在參考附圖，圖l示出了標(biāo)號為IO的本發(fā)明的三層護(hù)罩。該護(hù)罩包 括夾在聚合物層12a與12b之間的二氧化硅層14。圖2示出了標(biāo)號為30的本發(fā)明的五層護(hù)罩。該護(hù)罩依次包括下聚合物 層12c、 二氧化硅層14b、中間聚合物層12b、 二氧化硅層14a、以及上聚 合物層12a。寬泛而言，聚合物層的厚度為約20至900nm，優(yōu)選為20至100nm以 及最優(yōu)選為20至50nm，例如30nm。無機層的厚度為約20至500nm，優(yōu) 選為20至210nm以及最優(yōu)選為20至40nm，例如31nm。對于依賴于希 望的透明度和操作工藝參數(shù)的不同應(yīng)用，這些厚度可以寬泛地變化。為了 提高光學(xué)性能，優(yōu)選每一層的厚度基本上是均勻的。圖3A是示出了如何使用護(hù)罩50保護(hù)構(gòu)圖的光掩模53免受灰塵或其 它殘余物的影響的示意圖。護(hù)罩包括在護(hù)罩框架52上支撐的護(hù)罩膜51。圖3B示出了光54以入射角e透射通過護(hù)罩膜51。圖4示出了以不同的入射光角度通過包括聚合物層的現(xiàn)有技術(shù)護(hù)罩的光的透射。如可以看到的，隨著入射角e增加，透射急劇下降，在約反正弦0.22的入射角處低于約0.99。這對應(yīng)于具有NA-0.88的4x光學(xué)組件(optics),并且對于NAX).88是不可接受的。該聚合物是Teflon⑧并具有 n=1.375和635nm的厚度。在圖5A中，當(dāng)將聚合物膜的厚度減小至約72nm的厚度時，對于所 有入射角，透射大于0.9986。然而，這樣的薄膜的物理強度是成問題的并 且不是商業(yè)有效的。如圖5B中所示，當(dāng)將聚合物的厚度增加至約216nm 的厚度時，對于所有的入射角，透射大于99%。然而，這樣的護(hù)罩在商業(yè) 上仍然是不可接受的。在圖6中示出了本發(fā)明的三層護(hù)罩，其包括均具有30nm的厚度的 Teflon⑧的兩個外聚合物層、以及具有205nm的厚度的二氧化硅夾層。如 可以看到的，對于一直到反正弦0.45的所有入射角，透射大于0.994并且 是商業(yè)上有效的護(hù)罩尤其是對于直到NA = 1.8的4x光學(xué)組件而言。相似地，圖7是本發(fā)明的五層夾心護(hù)罩，并包括均為35nm的兩個外 Teflon⑥層、均為31nm的兩個二氧化珪夾層、以及519nm的中心Teflon 層。對于直至反正弦0.45的所有入射角，該護(hù)罩具有大于0.99的透射，對 于商業(yè)使用是有效的。圖4至圖7示出了計算的透射與入射角的關(guān)系曲線。兩個曲線表示兩 個正交的偏振狀態(tài)。對于所有這些圖，X軸具有0至0.45的范圍的反正弦 (e)。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制造成像工具使用4X縮小光學(xué)組件，以便在護(hù)罩處(分 劃板附近)的最大入射角是在晶片處的成像光學(xué)組件的NA的1/4。因此， 對于0至0.45的整個范圍如果我們要獲得兩個偏振的可接受的透射，那么 對于NA〈4* 0.45=1.8的所有成像光學(xué)組件，護(hù)罩將完美地工作。當(dāng)前現(xiàn) 有技術(shù)的浸入式曝光工具具有NA = 1.2，其中在護(hù)罩處的反正弦(6 )小 于0.3。因此，我們所示范的在反正弦(6 )的0至0.45的整個范圍上的 平緩曲線，不但對于當(dāng)前的曝光工具顯示出了優(yōu)良的光學(xué)性能，而且對于 未來的工具同樣是可應(yīng)用的，該未來的工具甚至具有比該技術(shù)的預(yù)期的限 制更高的NA。當(dāng)不是優(yōu)選的情況時，對于一些護(hù)罩，外層可以是無機材料。 雖然結(jié)合特定的優(yōu)選實施例，已經(jīng)具體地描述了本發(fā)明，但是顯然根據(jù)先前的描述，許多替換、修改以及變化對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而 易見的。因此旨在所附權(quán)利要求將包括在本發(fā)明的真實范圍和精神內(nèi)的任 何的這樣的替代、修改以及變化。
權(quán)利要求
1.一種用于光掩模的護(hù)罩，其包括透明聚合物層和透明無機層的交替層，其中所述護(hù)罩具有至少三個層，外層是所述透明聚合物并且所述聚合物層具有比所述無機層小的折射率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的護(hù)罩，其中透明無機層被夾在兩個聚合物層之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的護(hù)罩，其中所述聚合物層是全氟化聚合物以及所 述無機層是二氧化硅。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的護(hù)罩，其中所述聚合物層是全氟化聚合物以及所 述無機層是二氧化硅。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的護(hù)罩，包括五個層，所述五個層分別為透明聚合 物的上和下外層、無機材料的內(nèi)層、以及透明聚合物的中間層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的護(hù)罩，其中所述聚合物層是全氟化聚合物以及所 述無機層是二氧化硅。
7. —種使用光掩模的方法，包括以下步驟 在成像系統(tǒng)中設(shè)置光掩模；在所述光掩模之上設(shè)置護(hù)罩，所述護(hù)罩包括透明聚合物層和透明無機 層的交替層，其中所述護(hù)罩具有至少三個層，外層是所述透明聚合物，并 且所述聚合物層具有比所述無機層小的折射率；以及成像所述光掩模。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述護(hù)罩具有三個層。
9. 根據(jù)權(quán)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 無機層是二氧化硅。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述護(hù)罩具有五個層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于光掩模的護(hù)罩以及用于使用光掩模的方法。提供了一種在半導(dǎo)體光刻期間保護(hù)光掩模免受顆粒沾污的光學(xué)護(hù)罩，所述光學(xué)護(hù)罩具有增強的透射和操作性能。所述護(hù)罩利用透明聚合物和透明無機層的交替層形成具有高透射性能和高強度的護(hù)罩。在優(yōu)選的護(hù)罩中，提供了具有夾在兩聚合物層之間的透明無機層的三層的護(hù)罩。還提供了具有為聚合物層的外層和中間層以及無機材料的內(nèi)層的五層的護(hù)罩。優(yōu)選的聚合物層是全氟化聚合物例如Teflon以及優(yōu)選的無機材料是二氧化硅。本發(fā)明的護(hù)罩對于高至反正弦0.45的入射光角度提供了大于0.99的光透射。
文檔編號G03F1/00GK101236361SQ20081000882
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月31日
發(fā)明者M·S·希布斯, T·A·布倫納 申請人:國際商業(yè)機器公司