CN103969962B - 远紫外线光刻处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种远紫外线光刻处理方法。该处理方法包括：接收远紫外光(EUV)掩膜、EUV放射源和照明器。该处理方法也包括：通过放射光以小于3度的物体侧的主光线入射角(CRAO)曝光EUV，其中，辐射光来自EUV放射源且被照明器定向。该处理方法进一步包括去除大部分的非衍射光以及通过投影光学箱(POB)收集和定向衍射光和没有被去除的非衍射光，从而曝光目标。

Description

远紫外线光刻处理方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，更具体地，涉及远紫外线光刻处理方法。
背景技术
半导体集成电路(IC)行业发展迅速。由于IC材料和设计在技术上的进步，使得IC不断地更新换代，新一代IC比前一代IC具有更小但更复杂的电路。在IC的发展过程中，通常增大了功能密度(即，在每个芯片面积内互连器件的数量)，但缩小了几何尺寸(即，通过制造工艺可以得到的最小部件(或线))。这种按比例缩小工艺的优点在于提高了生产效率和降低了相关成本。
这种按比例缩小工艺也增强了IC的加工和制造的复杂度。为了实现这些进步，需要IC加工和制造方面也要有相似的发展。例如，需要发展较高分辨率的光刻处理方法。其中一种光刻技术是远紫外线光刻技术(EUVL)。其他技术包括X射线光刻技术、离子束投影光刻技术、电子束投影光刻技术、以及多电子束无掩膜光刻技术。
EUVL采用了利用远紫外光(EUV)区域中的波长大约为1-100nm的光进行扫描的扫描器。除了EUV扫描器使用反射光学组件而不是折射光学组件(即是反射镜而不是透镜)之外，和一些光学扫描器类似，一些EUV扫描器提供4X缩小投影晒印。例如，为了实现未来节点的足够的空间图像对比度，已经发展了一些技术，如衰减式相移掩膜(AttPSM)和交替相移掩膜(AltPSM)，以增强EUVL的分辨率。由于技术节点进一步缩小，所以阴影效应成为EUVL中更为严重的问题。因此，人们希望在此领域能够有进一步的发展。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种远紫外线光刻处理方法，包括以下步骤：接收远紫外光(EUV)掩膜；提供EUV放射源，EUV放射源用于提供辐射；提供照明器；通过辐射曝光EUV掩膜，辐射被照明器定向并且具有小于3度的物体侧主光线入射角(CRAO)，以产生衍射光和非衍射光；去除大部分非衍射光；以及通过投影光学箱(POB)收集和定向衍射光和没有被去除的非衍射光，以曝光目标。
其中，EUV掩膜包括：低热膨胀材料(LTEM)衬底；反射多层(ML)，位于LTEM衬底的一个面的上方；传导层，位于LTEM衬底的相对面的上方；以及图案化吸收层，位于ML的上方。
其中，被照明器定向的CRAO大约为0度。
其中，去除70％以上的非衍射光。
其中，收集衍射光包括收集-1级衍射光和+1级衍射光。
其中，定向衍射光包括将-1级衍射光和+1级衍射光朝目标定向。
此外，还提供了一种远紫外线光刻处理方法，包括以下步骤：接收EUV掩膜；通过来自照明器的辐射以小于3度的主光线入射角(CRAO)曝光EUV掩膜，以产生衍射光和非衍射光；去除70％以上的非衍射光；以及通过投影光学箱(POB)收集和定向衍射光和任何没有被去除的非衍射光，以曝光半导体晶圆。
其中，收集衍射光包括收集-1级衍射光和+1级衍射光。
其中，定向衍射光包括将-1级衍射光和+1级衍射朝目标定向。
其中，EUV掩膜包括：低热膨胀材料(LTEM)衬底；反射多层(ML)，位于LTEM衬底的一个面的上方；传导层，位于LTEM衬底的相对面的上方；以及图案化吸收层，位于ML的上方。
其中，ML包括多对钼-硅(Mo-Si)膜。
其中，ML包括多对钼-铍(Mo-Be)膜。
其中，图案化吸收层包括选自由铬、氧化铬、氮化铬、钛、氧化钛、氮化钛、钽、氧化钽、氮化钽、氮氧化钽、钽氧化硼、钽氮化硼、钽氮氧化硼、铝、氧化铝、银、氧化银、钯、铜、钌、钼、其他合适的材料、或上述材料中的一些材料的混合物所构成的组中的材料。
EUV掩膜进一步包括：覆盖层，位于ML的上方；以及缓冲层，位于覆盖层的上方以及吸收层的下方。
其中，覆盖层包括硅。
其中，缓冲层包括选自由Ru、RuB、RuSi、Cr、氧化铬和氮化铬构成的组中的材料。
其中，覆盖层和缓冲层是单层。
此外，还提供了一种远紫外线光刻处理方法，包括以下步骤：提供远紫外线(EUV)掩膜；提供EUV放射源；通过照明器定向来自放射源的辐射；以及通过具有小于3度的物体侧主光线入射角(CRAO)的辐射曝光EUV掩膜，以产生衍射光和非衍射光。
其中，CRAO大约为0度。
该方法进一步包括以下步骤：去除大部分非衍射光；以及通过投影光学箱(POB)收集和定向衍射光和没有被去除的非衍射光，以曝光目标。
附图说明
当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明。应注意，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。
图1示出了用于实现本发明的一个或多个实施例的光刻处理方法的框图。
图2示出了用于实现本发明的一个或多个实施例的光刻处理方法中所使用的投影光学箱(POB)的原理透视图。因为反射光学组件很难描述出POB，所以使用等效的折射光学组件示出基本原理。
图3-图4示出了根据本公开的各方面的在光刻处理方法的不同阶段中EUV掩膜的一个实施例的各方面的原理性截面图。
具体实施方式
以下公开提供了许多用于实施本发明不同特征的不同实施例或实例。以下描述部件和布置的具体实例以简化本公开。当然，这些仅仅是实例而不用于限制。例如，以下描述中第一部件形成在第二部件上或之上可包括第一部件和第二部件被形成为直接结构的实施例，并且也可以包括可以在第一和第二部件之间形成附加部件使得第一和第二部件可以不直接接触的实施例。另外，本公开可以在多个实例中重复参考标号和/或字母。这种重复是为了简化和清晰的目的，其本身并不表示所讨论的各个实施例和/或结构之间的关系。
在此可使用诸如“在...下面”、“下面的”、“在...上面”、“上面的”、以及“在...上方”等空间关系术语来容易地描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。应当理解，除图中所示的方位之外，空间关系术语将包括使用或操作中的装置的各种不同的方位。例如，如果翻转图中所示的装置，则被描述为在其他元件或部件“下面”或“之下”的元件将被定位为在其他元件或部件的“上面”。因此，示例性术语“在...下面”包括在上面和在下面的方位。装置可以以其它方式定位(旋转90度或在其他方位)，并且通过在此使用的空间关系描述符进行相应地解释。
参见图1，其公开了可用于本发明的一个或多个实施例的EUV光刻处理方法100。EUV光刻处理方法100使用波长范围介于1nm到100nm的EUV放射源120。
EUV光刻处理方法100还使用照明器130。照明器130可包括折射光学组件(如单透镜或具有多个透镜(波带片)的镜像系统)或反射光学组件(如单面镜或具有多个镜的镜像系统)，以便使来自放射源120的光直射在掩膜上。在EUV波长范围内，通常使用反射光学组件。但是，通过例如波带片也可实现折射光学组件。在本实施例中，设置照明器130，将来自放射源120的放射光几乎垂直地定向在EUV掩膜140上。例如，物体侧的主光线入射角(CRAO)小于3度。入射在EUV掩膜140上的所有入射光线所形成的入射角与CRAO所形成的入射角(A0I)相同。
EUV光刻处理方法100还使用掩膜140(在文献中，掩膜也被称为光掩膜或十字线)。掩膜140可以是透射掩膜或反射掩膜。在本实施例中，掩膜140是反射掩膜，下文会详细地介绍。掩膜140也可以结合其他的分辨率增强技术，如衰减式相移掩膜(AttPSM)和亚分辨率辅助图形(SRAF)。在最终的目标(如半导体晶圆)上没有印出SRAF。但是，这些SRAF有助于增强主部件的曝光宽容度(EL)或焦深(DOF)。
EUV光刻处理方法100还使用投影光学箱(POB)150。POB150可以有折射光学组件或反射光学组件。POB150收集掩膜140(如图案化的放射光)反射的放射光。POB150可以包括小于1的放大倍率(进而减少放射光中所含的图案化的影像)。
参见图2，由于存在这些掩膜图案，所以被掩膜140反射后，入射光线160被衍射成各种衍射级，如0级衍射光、-1级衍射光162和+1级衍射光164。0级衍射光被反射回照明器并且被重新使用。同时，POB150收集且定向-1级衍射光162和+1级衍射光164，以曝光目标170。虽然-1级衍射光162和+1级衍射光164的强度得到很好地平衡，但是两者之间相互干扰并产生高对比度的空中图像。此外，-1级衍射光162和+1级衍射光164到光瞳面的光瞳中心的距离相等，并且将焦深(DOF)最大化。
目标170包括具有感光层(例如，光刻胶或光阻胶)的半导体晶圆，其对EUV放射敏感。目标衬底平台可以托住目标170。目标衬底平台控制着目标衬底的位置，使得掩膜的图像能够被重复地扫描到目标衬底上(虽然也可以使用其他光刻方法)。
下列描述涉及EUV掩膜140和EUV掩膜制作过程。EUV掩膜制作过程包括两个步骤，即空白(blank)掩膜制作过程和掩膜图案化过程。在空白掩膜制作过程中，通过在合适的衬底上沉积合适的层(例如，由不同的材料或材料组合的交替层构成的反射多层)，以形成空白掩膜。在掩膜图案化过程中，图案化空白掩膜，以得到集成电路(IC)设备(或芯片)的层设计。然后使用图案化的掩膜将电路图案(例如，IC设备的层设计)转印到半导体晶圆上。通过不同的光刻处理方法，可以将图案反复地转印到多个晶圆上。可以使用多个掩膜(例如，一组15-30个掩膜)构成一个完整的IC设备。
通常情况下，制作出的不同掩膜用于不同的处理方法。EUV的掩膜类型包括二进制光强掩膜(BIM)和相移掩膜(PSM)。示例性的BIM包括几乎整个吸收区(也称之为暗区)和反射区。在暗区中存在吸收层，入射光束几乎完全被吸收层吸收。吸收层可由含有铬、氧化铬、氮化铬、钛、氧化钛、氮化钛、钽、氧化钽、氮化钽、氮氧化钽、钽氧化硼、钽氮化硼、钽氮氧化硼、铝、氧化铝、银、氧化银、钯、铜、钌、钼、其他合适的材料、或上述金属混合物的材料制成。在反射区中，去除吸收层，多层(ML)反射入射光，下文会详细地介绍。PSM包括吸收区和反射区。在吸收区和反射区反射的光之间具有适当的相位差，如，180度，从而增强了分辨率和图像质量。一定厚度的诸如氮化钽和钽氮化硼的材料制成PSM的吸收层。PSM可以是衰减式PSM(AttPSM)或交替PSM(AltPSM)。AttPSM对于其吸收层具有2-15％的反射率，AltPSM对于其吸收层的反射率大于50％。
参见图3，空白掩膜200包括由低热膨胀材料(LTEM)制成的衬底210。LTEM材料可以包括掺杂SiO2的TiO2，或本领域公知的其他低热膨胀材料。由于掩膜变热，LTEM衬底210起到最小化图像失真的作用。在本实施例中，LTEM衬底包括缺陷等级低且表面光滑的材料。此外，为了实现静电吸盘(electrostatic chucking)，传导层205可以沉积在LTEM衬底210的下面(如图所示)。在一个实施例中，传导层205包括氮化铬(CrN)，当然也可以使用其他合成物。
反射多层(ML)220沉积在LTEM衬底210的上方。根据菲涅耳公式，当光传播穿过不同折射指数的两种材料间的界面时，就会发生光反射。当折射指数的差值越大，反射光就越大。为了增加反射光，可以通过沉积多层交替材料来增加界面的数量，然后为多层内的每层选择适当的厚度，从而实现被不同界面反射的光的相干干扰。但是，由于吸收了多层的使用材料，所以限制了可以实现的最大反射率。ML220包括多个层对，如钼-硅(Mo-Si)层对(如，每个层对中硅层在钼层的上方或下方)。或者，ML220可包括钼-铍(Mo-Be)层对，或由折射指数相差很大且消光系数很低的两种材料或其结合构成的任何层对。ML220的每层厚度均取决于EUV的波长和入射角(入射到掩膜的入射角)。对于特定的入射角，调节ML220的厚度就可实现被ML220的不同界面反射的光的最大相干干涉。虽然通常层对的数量是20-80，但是任何数量的层对都有可能。在一个实施例中，ML220包括四十对Mo/Si层。每对Mo-Si层的厚度大约是7nm，而总厚度是280nm。由此，可实现大约70％的折射率。
在一个实施例中，在ML220的上方形成覆盖层(未示出)，以防止氧化ML。覆盖层可包括硅。此外，在覆盖层的上方也可形成缓冲层(未示出)，以用作在图案化或修复吸收层过程中的刻蚀停止层。缓冲层的刻蚀特点与吸收层的刻蚀特点不同(下文会有详细介绍)。缓冲层可包括钌(Ru)和Ru化合物(如RuB、RuSi、铬(Cr)、氧化铬以及氮化铬)。缓冲层通常选用低温沉积工艺来防止ML220的相互扩散。在本实施例中，厚度为2-5nm的缓冲层140包含钌(Ru)。在一个实施例中，覆盖层和缓冲层是单层。
在ML220的上方形成吸收层230。吸收层230优选地吸收投影在图案化EUV掩膜300上的且在EUV波长范围内的放射光。吸收层230包括含有选自由铬、氧化铬、氮化铬、钛、氧化钛、氮化钛、钽、氧化钽、氮化钽、氮氧化钽、钽氧化硼、钽氮化硼、钽氮氧化硼、铝、氧化铝、银、氧化银、钯、铜、钌、钼、其他合适材料、或一些上述材料的混合物组成的组中的材料的多层膜。因为适当地配置多层膜，所以在后续的刻蚀过程中，通过每层膜的不同刻蚀特点，能够灵活地进行吸收层230的工艺。
通过采用不同的方法形成层205，220、覆盖层、缓冲层和230中的一层或多层，其中，这些方法包括物理气相沉积(PVD)工艺(诸如蒸发和DC磁控溅射法)、电镀工艺(诸如无极电镀或电镀)、化学气相沉积(CVD)工艺(诸如常压CVD(APCVD)、低压CVD(LPCVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、或高密度等离子体CVD(HDP CVD))、粒子束沉积、旋涂法、金属有机物热分解(MOD)法和/或本领域公知的其他方法。MOD法是基于液体的沉积技术。通过使用MOD法，溶解在溶剂中的金属有机前体被旋涂在衬底上且溶剂被蒸发。使用真空紫外(VUV)源将金属有机前体转化为金属元素成分。
参见图4，在一个本实施例中，图案化吸收层230，以形成设计布局图图案EUV掩膜300。图案化工艺可以包括光阻涂布(如旋涂)、软烘、掩膜对齐、曝光、曝光后烘烤、光阻显影、清洗、干燥(如硬烘)、其他合适的工艺和/或其组合。接着，进行刻蚀工艺，以去除图案化吸收层230的一部分。刻蚀工艺可以包括干法(等离子体)刻蚀、湿法刻蚀、和/或其他刻蚀方法。
为了实现足够的光密度，图案化吸收层230的厚度通常要足够的大，如80nm。当图案化吸收层230的厚度与CRAO(CRAO不接近0)相关时，在掩膜图案的旁边出现阴影，被称为阴影效应。阴影效应使得水平和垂直图案之间产生临界尺寸(CD)差、图案位移、以及区域内临界尺寸(CD)变化(如果曝光区域中的入射光的方位角发生变化)，但是它们可以被模拟和调整。阴影效应也会导致空间影像对比度的损失，这样会减少制程窗口且增大掩膜误差增强因子(MEEF)。如果吸收层的厚度保持不变，当使用更小的技术节点时，阴影效应变得更为严重。这是因为阴影尺寸占用了反射区尺寸的更大部分。
阴影效应给使用更小技术节点的EUVL带来挑战并且把厚度范围限制在吸收层内。在本实施例中，设置CRAO非常靠近0，例如，小于3度。这样，阴影效应会显著地最小化并且可以放松对吸收层的厚度限制。
本公开涉及光刻系统和处理方法。在一个实施例中，远紫外线光刻(EUVL)处理方法包括接收远紫外光(EUV)掩膜、EUV放射源和照明器。处理方法也包括通过来自EUV放射源的放射光曝光EUV掩膜，并通过照明器形成小于3度的CRAO。处理方法进一步包括去除大部分非衍射光以及使用投影光学箱(POB)收集和定向衍射光和没有去除的非衍射光，以曝光目标。
在另一个实施例中，EUVL处理方法包括：接收EUV掩膜；通过来自放射源的放射光垂直曝光EUV掩膜；去除70％以上的非衍射光；以及使用投影光学箱(POB)收集和定向衍射光和没有去除的非衍射光，以曝光半导体晶圆。
在另一个实施例中，远紫外线光刻(EUVL)处理方法包括接收远紫外线(EUV)掩膜和EUV放射源。处理方法也包括：通过照明器定向来自放射源的放射光；以及以小于3度的CRAO曝光EUV掩膜。
基于上述原因，可以看出，本公开提供了一种EUV光刻处理方法100。EUV光刻处理方法100采用小于3度的CRAO的来自照明器的放射光以曝光EUV掩膜，从而产生衍射光和非衍射光。EUV光刻处理方法100去除70％以上的非衍射光并且主要利用两个对称设置(在光瞳面上)且密度均衡的-1级和+1级衍射光，以曝光半导体晶圆。EUV光刻处理方法100示出了阴影效应的明显降低以及为未来节点提供分辨率增强技术。EUV光刻处理方法增强了空载影像对比度、图案轮廓和影像分辨率。
上面论述了若干实施例的部件，使得本领域的技术人员可以更好地理解本发明的各个方面。本领域的技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他用于达到与这里所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的处理和结构。本领域的技术人员也应该意识到，这种等效构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。

Claims (17)

1.一种远紫外线光刻处理方法，包括以下步骤：
接收远紫外光EUV掩膜；
提供EUV放射源，所述EUV放射源用于提供辐射；
提供照明器；
通过所述辐射曝光所述EUV掩膜，所述辐射被所述照明器定向并且具有小于3度的物体侧主光线入射角CRAO，以产生衍射光和非衍射光；
去除大部分所述非衍射光；以及
通过投影光学箱POB收集和定向所述衍射光和没有被去除的非衍射光，以曝光目标；
其中，所述EUV掩膜平行于所述目标；
所述POB位于所述EUV掩膜和所述目标之间，其中，零级衍射光被反射回所述照明器并被重新使用。
2.根据权利要求1所述的远紫外线光刻处理方法，其中，所述EUV掩膜包括：
低热膨胀材料LTEM衬底；
反射多层ML，位于所述LTEM衬底的一个面的上方；
传导层，位于所述LTEM衬底的相对面的上方；以及
图案化吸收层，位于所述ML的上方。
3.根据权利要求1所述的远紫外线光刻处理方法，其中，被所述照明器定向的所述CRAO为0度。
4.根据权利要求1所述的远紫外线光刻处理方法，其中，去除70％以上的所述非衍射光。
5.根据权利要求1所述的远紫外线光刻处理方法，其中，收集所述衍射光包括收集-1级衍射光和+1级衍射光。
6.根据权利要求1所述的远紫外线光刻处理方法，其中，定向所述衍射光包括将-1级衍射光和+1级衍射光朝所述目标定向。
7.一种远紫外线光刻处理方法，包括以下步骤：
接收远紫外线EUV掩膜；
通过来自照明器的辐射以小于3度的主光线入射角CRAO曝光所述EUV掩膜，以产生衍射光和非衍射光；
去除70％以上的所述非衍射光；以及
通过投影光学箱POB收集和定向所述衍射光和任何没有被去除的非衍射光，以曝光半导体晶圆；
其中，所述EUV掩膜平行于所述半导体晶圆；
所述POB位于所述EUV掩膜和所述半导体晶圆之间，其中，零级衍射光被反射回所述照明器并被重新使用。
8.根据权利要求7所述的远紫外线光刻处理方法，其中，收集所述衍射光包括收集-1级衍射光和+1级衍射光。
9.根据权利要求7所述的远紫外线光刻处理方法，其中，定向所述衍射光包括将-1级衍射光和+1级衍射朝目标定向。
10.根据权利要求7所述的远紫外线光刻处理方法，其中，所述EUV掩膜包括：
低热膨胀材料LTEM衬底；
反射多层ML，位于所述LTEM衬底的一个面的上方；
传导层，位于所述LTEM衬底的相对面的上方；以及
图案化吸收层，位于所述ML的上方。
11.根据权利要求10所述的远紫外线光刻处理方法，其中，所述ML包括多对钼-硅(Mo-Si)膜。
12.根据权利要求10所述的远紫外线光刻处理方法，其中，所述ML包括多对钼-铍(Mo-Be)膜。
13.根据权利要求10所述的远紫外线光刻处理方法，其中，所述图案化吸收层包括选自由铬、氧化铬、氮化铬、钛、氧化钛、氮化钛、钽、氧化钽、氮化钽、氮氧化钽、钽氧化硼、钽氮化硼、钽氮氧化硼、铝、氧化铝、银、氧化银、钯、铜、钌、钼、或上述材料中的一些材料的混合物所构成的组中的材料。
14.根据权利要求10所述的远紫外线光刻处理方法，所述EUV掩膜进一步包括：
覆盖层，位于所述ML的上方；以及
缓冲层，位于所述覆盖层的上方以及所述吸收层的下方。
15.根据权利要求14所述的远紫外线光刻处理方法，其中，所述覆盖层包括硅。
16.根据权利要求14所述的远紫外线光刻处理方法，其中，所述缓冲层包括选自由Ru、RuB、RuSi、Cr、氧化铬和氮化铬构成的组中的材料。
17.根据权利要求14所述的远紫外线光刻处理方法，其中，所述覆盖层和所述缓冲层是单层。
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