CN105278256B - 一种印制低图案密度部件的极紫外线光刻工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于极紫外线光刻(EUVL)工艺的方法。方法包括：将二元相位掩模(BPM)加载至光刻系统，其中BPM包括两种相位状态并且限定在其上的集成电路(IC)图案；根据IC图案将光刻系统的照射装置设定为照射模式；根据照射模式将光瞳滤波器配置在光刻系统中；以及通过照射模式的光刻系统，利用BPM和光瞳滤波器对靶子执行光刻曝光工艺。本发明还提供了一种印制低图案密度部件的极紫外线光刻工艺。

Description

一种印制低图案密度部件的极紫外线光刻工艺
相关申请的交叉参考
本申请要求于2013年10月31日提交的第61/898，348号美国临时专利申请的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地，涉及半导体器件的制造方法。
背景技术
半导体集成电路(IC)工业经历了快速发展。IC材料和设计的技术进步产生了多个IC时代，其中，每个时代都具有比先前时代更小且更复杂的电路。在IC演进过程中，功能密度(即，单位芯片面积中的互连器件的数量)通常都在增加，同时几何尺寸(即，可使用制造工艺创建的最小组件(或线))减小。这种规模缩小工艺通常通过增加产量效率和降低相关成本来提供很多益处。这样的规模缩小还增大了加工和制造IC的复杂程度。为了实现这些进步，需要IC加工和制造中的类似发展。例如，增加了对执行更高分辨率光刻工艺的需要。一种光刻技术是极紫外线光刻(EUVL)。其他的技术包括X射线光刻、离子束投影光刻、电子束投影光刻和多电子束无掩模光刻。
EUVL使用扫描器，该扫描器使用极紫外线(EUV)区中的光。EUV扫描器在吸收层(“EUV”掩模吸收体)提供期望的图案，该吸收层形成在反射掩模上。目前，在EUVL将二元强度掩模(BIM)用于制造集成电路。对于EUV光，所有材料都具有高吸收率。因此，使用反射光学部件而不是折射光学部件。使用反射掩模。然而，EUV掩模的反射率很低。EUV能量基本损失在光学路径上。到达晶圆的EUV能量更少。其他问题包括产量低，尤其对于通孔层来说，由于穿过通孔的低透射率会导致产量低的问题。
因此，为了处理以上问题，需要用于光刻工艺的方法和用于该方法的掩模结构。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种用于极紫外线光刻(EUVL)工艺的方法，包括：将二元相位掩模(BPM)加载至光刻系统，其中，所述BPM包括两种相位状态并且限定在其上的集成电路(IC)图案；根据所述IC图案将所述光刻系统的照射装置设定为照射模式；根据所述照射模式将光瞳滤波器配置在所述光刻系统中；以及通过所述照射模式的光刻系统，利用所述BPM和所述光瞳滤波器对靶子执行光刻曝光工艺。
优选地，所述BPM包括：第一反射层，设置在掩模衬底上；以及第二反射层，设置在所述第一反射层上并且根据所述IC图案进行图案化。
优选地，第一掩模状态和第二掩模状态被设计为具有180°的相移。
优选地，所述IC图案具有小于25％的图案密度。
优选地，所述IC图案具有大于75％的图案密度。
优选地，将所述照射模式设定为实现离轴照射。
优选地，设定所述照射装置包括设定多个可切换的反光镜以实现所述照射模式。
优选地，所述光瞳滤波器被配置为滤除来自所述照射装置的照射光中的非衍射部分。
优选地，所述光瞳滤波器具有的图案与照射模式中所限定的图案相匹配。
优选地，所述照射装置具有小于20％的填充光瞳比率。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于极紫外线光刻(EUVL)工艺的方法，包括：将二元相位掩模(BPM)加载至光刻系统，其中，所述BPM包括两种相位状态并且限定在其上的集成电路(IC)图案；根据所述IC图案将所述光刻系统的照射装置设定为高相干照射模式；以及利用所述BPM和所述照射模式的照射装置对涂覆在靶子上的抗蚀剂层执行光刻曝光工艺。
优选地，所述BPM包括：掩模衬底，具有第一区和第二区；多层反光镜，设置在所述掩模衬底的所述第一区和所述第二区上方；以及相移层，设置在所述第二区中的多层反光镜上方，其中，限定在所述BPM上的IC图案具有小于25％的图案密度。
优选地，设定所述照射装置包括设定多个可切换的反光镜以实现所述高相干照射模式；以及所述高相干照射模式位于所述光刻系统的光瞳区域之外。
优选地，该方法还包括将光瞳滤波器配置在所述光刻系统的光瞳面中以滤除来自所述照射装置的照射光中的非衍射部分。
优选地，所述光瞳滤波器具有的滤光图案基本与限定在所述照射装置中的照射图案相匹配。
优选地，所述照射图案包括具有第一几何形状的照射部分和具有第二几何形状的阻挡部分；以及所述滤光图案包括具有所述第一几何形状的阻挡部分。
优选地，所述照射图案包括作为所述照射部分的环形图案，并且所述光瞳滤波器包括作为所述阻挡部分的所述环形图案。
优选地，所述照射图案包括作为所述照射部分的类星体图案，并且所述光瞳滤波器包括作为所述阻挡部分的所述类星体图案。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于极紫外线光刻(EUVL)工艺的方法，包括：将二元相位掩模(BPM)加载至光刻系统，其中，所述BPM包括两种相位状态并且限定图案密度小于25％的集成电路(IC)图案；将所述光刻系统的照射装置中的可切换的反光镜设定为照射模式；将光瞳滤波器配置在所述光刻系统的光瞳面中，其中，所述光瞳滤波器具有根据所述照射模式所确定的图案；以及通过所述相干照射模式的光刻系统，利用所述BPM和所述光瞳滤波器对靶子执行光刻曝光工艺。
优选地，将所述照射模式配置为实现离轴照射；以及将所述光瞳滤波器配置为以滤除照射光中的非衍射分量，以增强曝光强度。
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的各个方面。应该强调的是，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是根据本发明的多个实施例的方面而构成的光刻工艺的流程图。
图2是根据本发明的一个或多个实施例的方面而构成的用于实施掩模结构的光刻系统的框图。
图3根据一个实施例而构成的光刻系统的示意性透视图。
图4根据本发明的一个或多个实施例的方面而构成的二元相位掩模的顶视图。
图5A和图5B是在两个实施例中根据本发明的各个方面而构成的二元相位掩模的示意性截面图。
图6至图8是在多个实施例中根据本发明的各个方面而构成的图5A(或图5B)的第二反射层的示意性截面图。
图9A至图9C是在多个实施例中根据本发明的各个方面而构成的用于图3的光刻系统的照射装置的示意性顶视图。
图10A至图10C是在多个实施例中根据本发明的各个方面而构成的用于图3的光刻系统的光瞳滤波器的示意性顶视图。
图11A和图11B是根据其他实施例而构成的用于图3的光刻系统的光瞳滤波器的示意性顶视图。
图12示出了在一个实施例中根据本发明的各个方面而构成的光瞳滤波器之前的曝光光场分布。
图13示出了在一个实施例中根据本发明的各个方面而构成的光瞳滤波器之后曝光光场分布。
图14是在一个实施例中根据本发明的各个方面而构成的集成电路(IC)图案的示意图。
图15是在一个实施例中根据本发明的各个方面而构成的图14的IC图案在使用BPM的靶子上的图像的示意图。
图16是根据一个实施例而构成的图14的IC图案在使用BIM的靶子上的图像的示意图。
图17示出了根据多个实施例而构成的关于关于掩模的尺寸(DOM)的掩模误差增强因子(MEEF)的曲线图。
图18是在一个实施例中根据本发明的各个方面而构成的具有示例性微粒的二元相位掩模的示意性截面图。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多不同实施例或实例，用于实现所提供主题的不同特征。以下将描述组件和布置的特定实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不意欲限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之间的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。另外，本发明可以在多个实例中重复参考标号和/或字符。这种重复是为了简化和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等空间关系术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除图中所示的方位之外，空间关系术语意欲包括使用或操作过程中的器件的不同的方位。装置可以以其它方式定位(旋转90度或在其他方位)，并且在本文中使用的空间关系描述符可同样地作相应地解释。
图1是在多个实施例中根据本发明的各个方面而构成的在集成电路制造中执行光刻工艺的方法10的流程图。参照图1和其他的图描述方法10、光刻系统和方法10所使用的光掩模。
参照图1，方法10包括操作12，其中，将光掩模(掩模或中间掩模)36加载至光刻系统30。在本发明中，掩模36被设计为具有相移并具有两种掩模状态(mask state)。因此，掩模36是具有两种相位状态的相移掩模，因此被称为二元相位掩模(BPM)。下文中，将分别描述光刻系统30和掩模36。
图2示出了用于执行光刻曝光工艺的光刻系统30的框图。图3的示意图中还部分示出了光刻系统30。在本实施例中，光刻系统30是极紫外线(EUV)光刻系统，该EUV光刻系统被设计为通过EUV使抗蚀剂(光刻胶)层曝光。抗蚀剂层对EUV辐射敏感。EUV光刻系统30使用辐射源32来生成EUV光，诸如波长在大约1nm至大约100nm的范围内的EUV光。在一个具体实例中，EUV辐射源32生成波长集中在大约13.5nm处的EUV光。
EUV光刻系统30还使用照射装置34。在多个实施例中，照射装置34包括多种折射光学组件，诸如单个透镜或具有多个透镜(波带片)的透镜系统；或反射光学部件，诸如单个反光镜或具有多个反光镜的反光镜系统，以将光从辐射源32引导至掩模36上。在辐射源32生成的EUV波长范围内的光的本实施例中，使用反射光学部件。然而，还可以通过例如波带片来实现折射光学部件。在本实施例中，照射装置34可操作地配置提供离轴照射(OAI)的反光镜，以照射掩模36。在一个实例中，照射装置34的反光镜可切换地将EUV光反射至不同的照射位置。在另一个实施例中，照射装置34之前的阶段可以附加地包括其他可切换的反光镜，该可切换的反光镜可控制地利用照射装置34的反光镜来将EUV光引导至不同的照射位置。因此，光刻系统30能够实现不同的照射模式，而不牺牲照射能量。
EUV光刻系统30还包括被配置为固定光掩模36(在本发明中，术语掩模、光掩模和中间掩模用于指代相同的项)的掩模工作台(mask stage)35。掩模36可以是透射掩模或反射掩模。在本实施例中，掩模36是诸如下文中将详细描述的反射掩模。
EUV光刻系统30还使用POB 38，以用于将掩模36的图案成像至在光刻系统30的衬底工作台42上所固定的靶子40(诸如半导体晶圆)上。POB38可以具有折射光学部件或反射光学部件。从掩模36反射的辐射(如，图案化的辐射)被POB 38收集。在一个实施例中，POB38可以包括小于1的放大率，从而减小包括在辐射中的图案化的图像。
稍后，根据多个实施例进一步描述掩模36的结构及其制造方法。掩模制造工艺包括两个操作：空白掩模制造工艺和掩模图案化工艺。在空白掩模制造工艺期间，通过在合适的衬底上沉积合适的层(如，多个反射层)来形成空白掩模。在掩模图案化工艺期间图案化空白掩模，以具有集成电路(IC)的层设计。然后图案化的掩模用于将电路图案(如，IC的层设计)转移至半导体晶圆上。可以通过多种光刻工艺将图案转移并转移至多个晶圆上方。多个掩模(例如，具有15至30个掩模的集合)可以用于构成完整的IC。通常，制造多种掩模以用于多种工艺。
掩模36结合相移掩模(PSM)技术，并且在光刻系统30和方法10使用时，掩模36被设计为实现增强的照射强度。在本实施例中，掩模36是二元相位掩模。图4示出了根据本发明的方面而构成的掩模36的俯视图，以及图5是掩模36的截面图。
参照图4，掩模36包括多个主要部件(主要多边形)80。没有主要部件的剩余区域称为场(field)82。主要多边形是将要成像至靶子40(在本实例中为晶圆)的IC部件或IC部件的一部分。在一个实例中，主要部件80是开口，该开口限定要形成在半导体晶圆上的通孔层的通孔(或接触层的接触件)。掩模36的图案限定具有多个通孔的通孔层(或具有多个接触件的接触层)。在另一个实例中，主要部件80是限定用于双重图案化或多重图案化的切割部件的开口。掩模36的图案限定具有多个切割部件的切割图案，该切割部件被设计为通过两次或多次曝光而形成具有限定在对应的掩模上的一个或多个主要图案的电路图案(诸如栅极或金属线)。作为多重图案化的一个实例进一步描述双重图案化以示出切割图案。在双重图案化期间，第一掩模限定主要部件(诸如金属线)，并且第二掩模限定切割部件，其中每一个切割部件通过双重图案化工艺将对应的主要部件(诸如一条金属线)分离(切割)为两个主要部件(诸如两条金属线)。在又一个实施例中，掩模36中的图案还包括：诸如光学邻近校正(OPC)部件的其他部件，以增强成像效应；和/或伪部件，以提高其他制造操作(诸如CMP和热退火)的性能。在本实施例中，掩模36上的图案的图案密度具有低图案密度，在一个实例中，诸如约小于25％。诸如在具有反相色调的图案的其他实例中，通过掩模上的互补(complimentary)区域来计算图案密度，该图案密度大于75％。
参照图5A，掩模36包括掩模衬底84，诸如由低热膨胀材料(LTEM)制成的衬底。在多个实施例中，LTEM材料包括掺杂TiO2的SiO2或具有低热膨胀的其他的低热膨胀材料。掩模衬底84用于使由于掩模加热或其他的因素所导致的图像变形最小化。在本发明的又一实施例中，LTEM的掩模衬底84包括具有低缺陷等级和光滑表面的合适的材料。在另一个实施例中，导电层可以附加地设置在掩模衬底84的背面上，以用于静电吸盘的目的。在一个实例中，导电层包括氮化铬(CrN)，但是其他的组成也是可能的。
掩模36包括设置在掩模衬底84的正面上方的多个反射层(ML)86。ML 86还被称为第一反射层，以当稍后另一个反射层被引入时避免扩散(confusion)。根据Fresnel等式，光线传播穿过具有不同的折射率的两种材料之间的界面时会发生光反射。当折射率的差值越大时，反射光也就越多。为了增强反射光，一种方法还可以通过沉积交替材料的多层来增加界面的数量，并且通过选择多层内的每一层的适当厚度来使从不同界面所反射的光相长干涉。然而，多层所使用的材料的吸收限制了所能达到的最高反射率。ML 86包括多个薄膜对，诸如钼-硅(Mo/Si)薄膜对(如，在每一个薄膜对中钼层位于硅层上面或下面)。可选地，ML86可以包括钼-铍(Mo/Be)薄膜对，或在EUV波长处具有高反射性的任何合适的材料。ML86的每一层的厚度都依赖于EUV波长和入射角。调节ML 86的厚度，以通过ML 86实现在每一个界面处所反射的EUV光的最大相长干涉和对EUV光的最小吸收。可以选择ML 86，使得ML 86提供对于所选择的辐射类型和/或波长的高反射率。在通常的实例中，ML 86中的薄膜对的数量在20个至80个的范围内，然而任何数量的薄膜对都是可能的。在一个实例中，ML 86包括40对Mo/Si层。在又一实例中，每一个Mo/Si薄膜对具有大约7nm(Mo薄膜的厚度大约为3nm以及Si薄膜的厚度大约为3nm)的厚度，总的厚度为280nm。在这种情况下，实现了大约70％的反射率。
覆盖层可以形成在ML 86上面，以用于一种或多种功能。在一个实例中，覆盖层用于图案化工艺或其他操作(诸如修复或清洁)中的蚀刻停止层。在另一个实例中，覆盖层用于防止ML 86的氧化。覆盖层可以包括一层或多层薄膜，以实现预期的功能。在一个实例中，覆盖层具有与第二反射层88不同的蚀刻特征，稍后将对其进行描述。在另一个实例中，覆盖层包括钌(Ru)。在又一实例中，覆盖层包括厚度在大约2nm至大约5nm的范围内的Ru薄膜。在其他的实例中，覆盖层可以包括Ru化合物(诸如RuB、RuSi)、铬(Cr)、氧化铬或氮化铬。可以选择低温沉积工艺来形成覆盖层，以防止ML 86的互相扩散。
掩模36还包括形成在第一反射层(ML层)86上面的第二反射层88。第二反射层88被设计(诸如通过组成、配置和厚度)为反射EUV光而无吸收或少吸收，以避免能量损失。第二反射层88还被设计为提供反射的EUV光相对于从第一反射层86反射的EUV光的相移。在本实施例中，从第一反射层和第二反射层反射的EUV光的相位差基本为180°或接近180°，以在光刻曝光工艺期间实现增强的曝光强度。因此，第二反射层88用作相移并且是相移材料层。
根据具有多个主要部件80的集成电路图案来图案化第二反射层88。在存在覆盖层的一个实施例中，第二反射层88形成在覆盖层上面。
因此，掩模36是具有两种状态的相移掩模，第一掩模状态和第二掩模状态。两种掩模状态基本反射EUV光，但是具有相位差(在本实施例中为180°)。第一掩模状态被限定于第一反射层86在第二反射层88的开口内的区域中，诸如主要部件80被限定为第一掩模状态。第二掩模状态限定在第二反射层88的区域中，诸如场82被限定为第二掩模状态。因此，掩模36是二元相位掩模或BPM。下文中，将根据多个实施例来限定具有低图案密度的IC图案。在BPM 36中，与第一掩模状态相关联的第一面积S1和与第二掩模状态相关联的第二面积S2所具有的比率在特定范围内。在一个实施例中，诸如以图5A所示的第一类型的掩模为例，比率S1/S2约小于1/3。在可选实施例中，诸如以图5B所示的第二类型的掩模为例，比率S1/S2约大于3，。
在传统的二元强度掩模(BIM)中，图案化层是吸收层。不同于BIM，由BPM中的相移材料层来代替吸收层。
图5A示出了第一类型的掩模36。图5B示出了第二类型的掩模36。图5B中的掩模36类似于图5A中的掩模36。两者均包括第一反射层86和第二反射层88。然而，在图5B中，主要部件80限定为第二掩模状态，并且场82限定为第一掩模状态。具体地，在图5B中，场82被限定于第一反射层86在第二反射层88的开口内的区域中，并且主要部件80限定在第二反射层88中。由于第一掩模状态和第二掩模状态在理想情况下仅相位彼此不同。该反相色调掩模在随后的曝光工艺期间可以导致相同的图像。在第一掩模状态和第二掩模状态可以具有不同吸收率的其他情况中，仍可以利用照射模式和光瞳滤波器来调整曝光工艺，以增强曝光强度和减小能量损失。
根据多个实施例，第二反射层88可以具有多种组成和配置。除了根据IC布局来图案化第二反射层88之外，第二反射层88在组成和配置方面可以不同于第一反射层86。
在本实施例中，第二反射层88的厚度小于第一反射层86的厚度。因此，第二反射层88被图案化之后的阶梯高度减小，以消除或减轻阴影效应。在优选实施例中，第二反射层88具有小于70nm的厚度，以有效地减轻用于具有小部件尺寸(诸如20nm的部件尺寸)的IC的阴影效应。
图6示出了第二反射层88的一个实施例的截面图。第二反射层88包括厚度在大约40nm至大约48nm的范围内的单个钼(Mo)薄膜92。由于第二反射层88仅包括该Mo薄膜，所以第二反射层88的总厚度与单层Mo薄膜92的厚度相同。因此所设计的第二反射层88具有约小于50nm的厚度，而且能够对EUV辐射提供大约180°的相移和大约0.776的反射率。换句话说，所设计的第二反射层88提供大约－0.776的反射率，其中符号“－”代表180°相移。因此，反射的EUV强度为大约60％并且能量损失为大约40％。
图7示出了第二反射层88的另一个实施例的截面图。第二反射层88包括多层薄膜。具体地，第二反射层88包括五个硅薄膜102、104、106、108和110，以及五个Mo薄膜112、114、116、118和120，并且被配置为使两个相邻的Mo薄膜夹置硅薄膜，以及两个相邻的硅薄膜夹置Mo薄膜。第二反射层88还可以包括设置在顶部硅薄膜110上的覆盖层122。在本实施例中，硅薄膜102具有第一厚度T1，硅薄膜104、106和108具有相同的第二厚度T2，其中，第二厚度大于第一厚度T1，以及硅薄膜110具有小于第一厚度T1的第三厚度T3。在本实施例中，Mo层112具有小于第三厚度T3的第四厚度T4，并且Mo薄膜114、116、118和120具有相同的第五厚度T5，其中，第五厚度大于第二厚度T2。共同调整这些薄膜以具有小于70nm的厚度、大约180°的相移和对EUV辐射的反射率，使得能量损失约小于40％。
在本实例中，厚度参数T1、T2、T3、T4和T5分别为大约4nm、大约4.3nm、大约2.6nm、大约1nm和大约10.1nm，其中每一个都在标称值的大约20％的范围内。例如，第一厚度T1在大约4×(1+20％)nm至大约4×(1－20％)nm的范围内。
覆盖层122可以类似于图5A中所描述的覆盖层。在一个实施例中，覆盖层122包括Ru薄膜。在又一实施例中，覆盖层122包括厚度在大约2nm和大约5nm之间的范围内的Ru薄膜。在其他实例中，覆盖层122可以具有Ru化合物(诸如钌硼(RuB)、钌硅(RuSi))、铬(Cr)、氧化铬或氮化铬。
在本实例中，第二反射层88的反射率大约为0.867或大约为－0.867，其中符号“－”代表180°相移。因此，反射的辐射能量强度约为75％，并且辐射能量损失约为25％。
图8示出了第二反射层88的另一个实施例。在该实施例中，第二反射层88在组成和配置方面基本类似于第一反射层86。此外，第二反射层88包括的多个反射层类似于第一反射层86的反射层。例如，第二反射层88包括多个薄膜对(“m1”和“m2”)，诸如Mo/Si薄膜对(如，在每一个薄膜对中，钼层在硅层上面或下面)。在本实施例中，第二反射层88包括15对Mo/Si薄膜以实现180°相移。在其他实例中，第二反射层88可选地包括钼-铍(Mo/Be)薄膜对，或在EUV波长处具有高反射性的任何合适的材料。第二反射层88的每一层的厚度都依赖于EUV波长和入射角。
每一层(诸如图7中的薄膜102至122)可以通过多种方法形成，包括物理汽相沉积(PVD)工艺、镀工艺、化学汽相沉积(CVD)工艺、离子束沉积、旋涂、金属有机物分解(MOD)和/或本领域已知的其他方法。
可以通过合适的图案技术来图案化第二反射层88。图案化工艺可以包括抗蚀剂涂覆(如，旋涂)、软烘、掩模对准、曝光、曝光后烘焙、显影抗蚀剂、冲洗、干燥(如，硬烘)、其他合适的工艺和/或它们的组合。随后进行蚀刻工艺以去除图案化的反射层88的一部分。
掩模36包括两种掩模状态，即，第一掩模状态80和第二掩模状态82。掩模36还包括设置在掩模衬底84的背面上的导电层126，以用于静电吸盘的目的。在一个实例中，导电层126包括氮化铬(CrN)，但是其他的组成也是可能的。掩模36还包括形成在第一反射层86和第二反射层88之间的覆盖层128。覆盖层128可以包括一个或多个薄膜。在一个实例中，覆盖层128具有与第二反射层88不同的蚀刻特征。在另一个实例中，覆盖层128包括Ru。在又一实例中，覆盖层128包括厚度在大约2nm至大约5nm的范围内的Ru薄膜。在其他实例中，覆盖层128可以具有Ru化合物(诸如RuB、RuSi)、铬(Cr)、氧化铬或氮化铬。
再次参照图1，方法10中的操作12还可以包括其他步骤，诸如在掩模36被固定在掩模工作台上之后的对准步骤。
仍然参照图1，方法10还包括操作14，将靶子40加载至光刻系统30的衬底工作台42。在本实施例中，靶子40是半导体衬底，诸如硅晶圆。靶子40涂覆有对EUV光敏感的抗蚀剂层。通过光刻曝光工艺来图案化抗蚀剂层，以将掩模36的IC设计布局(IC图案)转移至抗蚀剂层。
参照图1，方法10包括操作16，其中，将光刻系统30的照射装置34设置为高相干照射模式。在一个实例中，该照射模式被配置为，使得填充光瞳比率小于20％。在本实施例中，实现离轴照射(OAI)模式。参照图3，由于这些掩模图案的存在，在入射光射线50从掩模36被反射之后，被衍射为多个衍射级，诸如0级衍射射线51、－1级衍射射线52和+1级衍射射线53。在所描述的实施例中，非衍射光射线51大部分被去除。－1级衍射射线52和+1级衍射射线53被POB 38收集并且被引导为使靶子40曝光。
可以通过根据多个实例所构成的如具有特定图案(诸如图10A至图10C所示)的通光孔(aperture)的机制来实现离轴照射模式。通光孔被配置在照射装置工作台处，以实现离轴照射模式。然而，通光孔会导致EUV辐射损失。
在本实施例中，照射装置34包括多个可切换的反光镜或具有其他合适的机制的反光镜，以调整来自那些反光镜的EUV光的反射率。在本发明的又一实施例中，通过将可切换的反光镜配置在照射工作台中来实现离轴照射模式，诸如来自辐射源32的EUV光被引导至图案(诸如图9A至图9C所示的那些)以实现离轴照射。
照射模式可以包括不同的图案，诸如图9A至图9C中的那些实例。根据限定在掩模36上的IC图案来确定照射图案，以用于包括在光刻曝光工艺期间增强EUV光的强度的期望目的。
在图9A中，照射模式具有环形图案130，其中环形部分130为对于来自辐射源32的光是透明的(或处于“通光”状态)区域，而其他的部分是“阻光”状态(阻挡)。“通光”区域意味着当光到达该区域时，光将被引导至掩模36。“阻光”区域意味着当光到达该区域时，光将被阻挡而无法到达掩模36。那些术语也可用于描述光瞳滤波器。对于图9A中的本实例，到达环形部分130的EUV光将被引导至掩模36，而到达“阻光”部分的EUV光将被阻挡。
在图9B中，照射模式具有类星体(quasar)图案132，其中类星体部分132是“通光”状态，而剩余部分是“阻光”状态。换言之，到达类星体部分132的EUV光将被引导至掩模36，而到达剩余部分的EUV光将被阻挡。
在图9C中，照射模式具有散射图案134。被引导至散射部分134的EUV光将被引导至掩模36，而到达剩余部分的EUV光将被阻挡。
参照图1，方法10可以包括操作18，其中，在光刻系统30中配置光瞳滤波器54。光瞳滤波器54配置在光刻系统30的光瞳面中。在成像光学系统中，具有对应于目标(在该情况下为掩模36)的傅里叶变换的场分布的平面。该平面为所谓的光瞳面。光瞳滤波器54放置在光瞳面中，以从掩模36所引导的EUV光中滤除特定空间频率分量。
通过照射模式来确定限定在光瞳滤波器54中的图案。在本实施例中，光瞳滤波器54被设计为从掩模36所引导的照射光中滤除非衍射部分。在本发明的又一实施例中，光瞳滤波器54与照射模式相匹配，但是是互补的。在又一实施例中，光瞳滤波器54中的图案基本类似于照射模式的图案。例如，当照射模式被限定为图9A中的环形图案时，光瞳滤波器54的图案也与图10A所示的环形图案136相同。然而，图10A中的光瞳滤波器的图案与限定为图9A的照射模式的图案是互补的。具体地，环形部分136处于“阻光”状态，其中到达光瞳面中的该部分的EUV光将被阻挡。到达光瞳面中的其他部分的EUV光将被引导至靶子40(“通光”状态)。类似地，当照射模式限定为图9B时，相应的光瞳滤波器将具有图10B所示的图案，其中类星体部分138处于“阻光”状态，而其他部分处于“通光”状态。在另一个实例中，当照射模式限定为图9C时，相应的光瞳滤波器将具有图10C所示的图案，其中分散的部分140处于“阻光”状态，而其他部分处于“通光”状态。
在另一个实施例中，光瞳滤波器所具有的图案可以稍微不同于限定为照射模式的图案。例如，光瞳滤波器的“阻光”图案大于相应的照射模式的“通光”图案，使得照射模式的相应的“通光”区域覆盖足够的范围。根据其他的实例，可以使用其他的照射模式和相应的光瞳滤波器。
在又一个实施例中，当照射光源位于光瞳之外(out of pupil)或部分相干西格玛(coherence sigma)大于1时，去除光瞳滤波器。如图11A所示的一个实例，示出了照射模式的“通光”区域150。图11A在用于参考的虚线内的区域中示出光瞳面的全光瞳152。照射模式中的“通光”区域150位于全光瞳152之外。在这种情况下，西格玛中心(sigma center)大于1。在该特定实例中，西格玛中心是1.2并且西格玛半径(sigma radius)是0.05。不需要光瞳面中的光瞳滤波器。图11B示出了另一个实例，其中“通光”区域154位于全光瞳152之外。在这种情况下，西格玛中心为1.15(大于1)，并且西格玛半径为0.05。结果，不需要光瞳面中的光瞳滤波器。
再次参照图1，方法10进行至操作20，其中，通过光瞳滤波器(这种情况下需要光瞳滤波器)在所配置的照射模式下对靶子40执行光刻曝光工艺。来自辐射源32的EUV光通过用于离轴照射的照射装置34被调节为具有EUV能量分布、通过掩模36引导、和通过光瞳滤波器过滤，EUV光利用增强的光将掩模36的IC图案成像至靶子。
这种情况被示出并且下文中参照图12至图13以及其他附图进行描述。图12和图13是EUV光的空间分布的示意图。水平轴表示空间尺寸，垂直轴表示EUV光的振幅。在本实施例中，为了说明，掩模图案是在图4中所限定的IC图案。主要部件80处于第一掩模状态的，并且场82处于第二掩模状态。因此，图12示出了自掩模36引导之后的EUV光分布。对应于第一掩模状态(主要部件80)的光的振幅约为1(在相对的单元中，假设在到达掩模之前的全振幅是1)。这意味着与主要部件80相关联的EUV光被全反射而没有能量损失，并且相位为0。相反地，对应于第二掩模状态(场82)的光的振幅约为－1(在相对单元中)。这意味着与场82相关联的EUV光被全反射而没有能量损失，并且相位相对于主要部件为180°。
来自掩模36的EUV光还通过光瞳面中的光瞳滤波器进行过滤，以滤除EUV光的具有特定空间分辨率的部分。在本实施例中，滤除EUV光中的非衍射分量。在一个实例中，滤除第0级空间频率的EUV光分量。图13示出了在通过光瞳滤波器之后的的EUV光空间分布。对应于第一掩模状态(主要部件80)的光振幅约为2，而对应于第二掩模状态(场82)的光振幅约为0。因此，对应于第一掩模状态的EUV光的振幅翻倍。因此，对应于第一掩模状态的EUV光的强度大约增大了四倍。这通过所设计的照射模式和掩模36的结构(以及附加地由于对应的光瞳滤波器)而实现的。在其他实施例中，第一掩模状态和第二掩模状态由于吸收而经受某些能量损失，而所有的EUV强度仍然基本增强，诸如比最初的EUV强度约大3倍。
图14至图16进一步示出了一个真实的实例。图14示出了IC图案160。IC图案160包括多个主要部件162(在该实例中为三个示例性主要部件)和场164。如图15所示，通过利用掩模36实施方法10，IC图案在靶子40上的图像实现为具有高强度。在这种情况下，将IC图案限定在BPM 36上。在本实施例中，将主要部件162限定为第一掩模状态和第二掩模状态中的一种。将场164限定在为另一种掩模状态。
如图16所示，作为比较，将IC图案限定在诸如二元强度掩模的传统的掩模中时，IC图案在靶子上的对应的图像具有低强度。方法10的其他益处包括减小的掩模误差增强因子(MEEF)和减小的掩模上微粒的适印性(printability)。根据不同的实例进一步描述MEEF的减小。
图17示出了用于多种方法的MEEF的曲线图。MEEF被限定为M*(ΔCDw)/(ΔCDm)，其中ΔCDw是晶圆中部件的CD变化，ΔCDm是掩模中部件的CD变化。水平轴表示关于掩模的尺寸(DOM)，以纳米(nm)为单位。垂直轴表示MEEF。在本实例中，关于晶圆的尺寸(DOW)约为18nm。图17包括四条曲线。第一曲线表示来自使用掩模36(BPM)的光刻曝光工艺的数据，掩模36(BPM)具有对应于理想抗蚀剂的光刻胶扩散长度(DL)＝0nm，该曲线在图例中标注为“BPM-DL＝0”。第二曲线表示来自使用二元强度掩模的光刻曝光工艺的数据，其中，DL＝0nm，并且该曲线在附图中被标注为“BIM-DL＝0”。第三曲线表示来自使用掩模36的光刻曝光工艺的数据，其中，DL＝6nm，并且该曲线在附图中被标注为“BPM-DL＝6”。第四曲线表示来自使用二元强度掩模的光刻曝光工艺的数据，其中，DL＝6nm，并且该曲线在附图中被标注为“BIM-DL＝6”。图17清楚地说明书了基本上使用掩模36通过利用方法10来减小MEEF。
图18示出了与图5A所示的掩模相同的掩模36。然而，图18中具有落在掩模36上的示例性微粒166。根据图12和图13中的类似分析，在光瞳滤波器之前的EUV光分布的振幅类似于图12中的EUV光分布的振幅，但是对应于微粒的区域完全失去EUV光或对应的振幅为0。在光瞳滤波器之后，EUV光分布的振幅类似于图13中的EUV光分布的振幅，但是对应于微粒的区域具有的振幅为1。因此，对于场的EUV强度为0，对于主要部件的EUV强度为4，以及对于微粒的EUV强度为1。对于微粒166的相对的EUV强度为非0，不同于对场的强度。减小了微粒的适印性能。
相反地，落在二元强度掩模的主要部件上的微粒会导致到达其上的EUV光的完全损失，导致不期望的区，即缺陷。
再次参照图1，方法10还包括其他的操作。例如，方法10包括操作22，其中，使涂覆在靶子40上的曝光的抗蚀剂层显影，从而形成具有一个或多个开口的图案化的抗蚀剂层，该一个或多个开口通过限定在掩模36上的IC图案成像。
在另一个实例中，方法10还包括操作24，其中，通过图案化的抗蚀剂层对靶子40执行制造工艺。在一个实施例中，通过图案化的抗蚀剂层的开口蚀刻靶子的衬底或材料层，从而将IC图案转移至衬底或下面的材料层。在又一实施例中，下面的材料层是设置在半导体衬底上的层间介电(ILD)层。蚀刻工艺将在对应的ILD层中形成接触件或通孔。在另一个实施例中，通过图案化的抗蚀剂层中的开口对半导体衬底应用离子注入工艺，从而根据IC图案在半导体衬底中形成掺杂部件。在这种情况下，图案化的抗蚀剂层用作离子注入掩模。
根据本发明描述方法10和掩模36的多个实施例。在不脱离本发明的精神的前提下，可以存在其他的可选实施例和修改。在一个实施例中，限定在掩模36上的IC图案还可以包括OPC工艺所包含的多个辅助多边形。在一个实例中，辅助多边形被分配有相同的状态。例如，辅助多边形被分配为第一掩模状态。在另一个实施例中，二元相位掩模36可以具有其他的结构，以实现相同的功能，诸如通过方法10增强曝光强度。在多个实例中，假设抗蚀剂材料为正性抗蚀剂，并且主要部件实现高曝光强度。然而，在一个实施例中，抗蚀剂层可以是负性抗蚀剂。
如以上多个实施例中所述，本发明提供一种用于极紫外线光刻(EUVL)曝光工艺的方法，以用于图案化IC图案(尤其是具有低图案密度的IC图案)，通过使用二元相位掩模、离轴照射模式和对应的光瞳滤波器来使IC图案具有增强度的强度。尤其是，通过限定在二元相位掩模上的IC图案来确定照射模式，并且根据照射模式来确定光瞳滤波器的图案。在一个实施例中，照射装置包括被配置为生成照射模式的多个反光镜。光瞳滤波器被配置在光刻系统的光瞳面中，并且被设计为滤除EUV光中具有特定空间频率的部分。在本实例中，滤除EUV光中非衍射分量。在另一个实施例中，当照射模式中的西格玛中心大于1时，在光刻曝光工艺期间去除光瞳滤波器。
本发明的不同实施例中存在多个优势。在一个实例中，增强了曝光强度。因此，减小了曝光持续时间，并增大了产量，尤其对于具有低图案密度的IC图案。通过使用高相干照射模式和对应的光瞳滤波，基本减小了能量损失。在一个实例中，为了说明，光瞳填充比率(由于光瞳滤波器的相对的能量损失)更小，诸如约小于20％。基本增大了主要部件的曝光的光振幅，并且减小了MEEF。在另一个实例中，减轻了落下的微粒的适印性能。
因此，在一些实施例中，本发明提供了一种用于极紫外线光刻(EUVL)工艺的方法。方法包括：将二元相位掩模(BPM)加载至光刻系统，其中BPM包括两种相位状态并且在BPM上限定集成电路(IC)图案；根据IC图案将光刻系统的照射装置设定为照射模式；根据照射模式在光刻系统中配置光瞳滤波器；以及通过照射模式的光刻系统，利用BPM和光瞳滤波器来对靶子执行光刻曝光工艺。
在其他的实施例中，本发明还提供了一种用于EUVL工艺的方法。方法包括：将二元相位掩模(BPM)加载至光刻系统，其中BPM包括两种相位状态并且在BPM上限定集成电路(IC)图案；根据IC图案将光刻系统的照射装置设定为高相干照射模式；以及利用BPM和照射模式的照射装置来对涂覆在靶子上的抗蚀剂层执行光刻曝光工艺。
在一个或多个实施例中，本发明还提供了一种用于EUVL工艺的方法。方法包括：将二元相位掩模(BPM)加载至光刻系统，其中BPM包括两种相位状态并且限定具有小于25％的图案密度的集成电路(IC)图案；将光刻系统的照射装置中的可切换的反光镜设定为照射模式；在光刻系统的光瞳面中配置光瞳滤波器，其中光瞳滤波器具有根据照射模式确定的图案；以及通过高相干照射模式的光刻系统，利用BPM和光瞳滤波器来对靶子执行光刻曝光工艺。
上面论述了若干实施例的部件，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本发明的各个方面。本领域普通技术人员应该理解，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。本领域普通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 (18)

1.一种用于极紫外线光刻(EUVL)工艺的方法，包括：
将二元相位掩模(BPM)加载至光刻系统，其中，所述二元相位掩模包括两种相位状态并且限定在其上的集成电路IC图案，其中，所述二元相位掩模包括所述两种相位状态的第一相位状态和第二相位状态，所述第一相位状态所占的面积大于所述第二相位状态所占的面积；
根据所述IC图案将所述光刻系统的照射装置设定为照射模式；
以所述照射模式将来自所述照射装置的极紫外线光提供至所述二元相位掩模；
从所述二元相位掩模反射所述极紫外线光；
根据所述照射模式将光瞳滤波器配置在所述光刻系统中；
利用所述光瞳滤波器，从所述第一相位状态和所述第二相位状态滤除反射的所述极紫外线光中的非衍射分量，其中，滤除的所述非衍射分量的平均幅值为从所述第一相位状态反射的所述极紫外线光的幅值；
增大反射的所述极紫外线光中的衍射分量的幅值，其中，反射的所述极紫外线光从所述第二相位状态衍射的幅值在过滤之后翻倍；以及
利用具有增大的幅值的所述衍射分量来曝光光刻胶层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述二元相位掩模包括：
第一反射层，设置在掩模衬底上；以及
第二反射层，设置在所述第一反射层上并且根据所述IC图案进行图案化。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，第一相位状态和第二相位状态被设计为具有180°的相移。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述IC图案具有小于25％的图案密度。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述IC图案具有大于75％的图案密度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述照射模式设定为实现离轴照射。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，设定所述照射装置包括设定多个可切换的反光镜以实现所述照射模式。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光瞳滤波器具有的图案与照射模式中所限定的图案相匹配。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述照射装置具有小于20％的填充光瞳比率。
10.一种用于极紫外线光刻(EUVL)工艺的方法，包括：
将二元相位掩模(BPM)加载至光刻系统，其中，所述二元相位掩模包括两种相位状态并且限定在其上的集成电路IC图案，其中，所述两种相位状态包括第一相位状态和第二相位状态；
根据所述IC图案将所述光刻系统的照射装置设定为高相干照射模式；
将来自所述照射装置的极紫外线光提供至所述二元相位掩模；
从所述二元相位掩模处反射所述极紫外线光，其中，反射的所述极紫外线光包括来自所述第一相位状态和所述第二相位状态的每一个的非衍射分量和衍射分量；
利用光瞳滤波器以从所述第一相位状态和所述第二相位状态的每一个中滤除所述非衍射分量；
其中，滤除所述非衍射分量增大了反射的所述极紫外线光的衍射分量的幅值，反射的所述极紫外线光从所述第二相位状态衍射的幅值在过滤之后翻倍；以及
通过所述二元相位掩模和在所述照射模式下的所述照射装置，利用具有增大的幅值的所述衍射分量来对涂覆在靶子上的抗蚀剂层执行光刻曝光工艺。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述二元相位掩模包括：
掩模衬底，具有第一区和第二区；
多层反光镜，设置在所述掩模衬底的所述第一区和所述第二区上方；以及
相移层，设置在所述第二区中的多层反光镜上方，其中，限定在所述二元相位掩模上的IC图案具有小于25％的图案密度。
12.根据权利要求10所述的方法，其中：
设定所述照射装置包括设定多个可切换的反光镜以实现所述高相干照射模式；以及
所述高相干照射模式位于所述光刻系统的光瞳区域之外。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述光瞳滤波器具有的滤光图案基本与限定在所述照射装置中的照射图案相匹配。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述照射图案包括具有第一几何形状的照射部分和具有第二几何形状的阻挡部分；以及
所述滤光图案包括具有所述第一几何形状的阻挡部分。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述照射图案包括作为所述照射部分的环形图案，并且所述光瞳滤波器包括作为所述阻挡部分的所述环形图案。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述照射图案包括作为所述照射部分的类星体图案，并且所述光瞳滤波器包括作为所述阻挡部分的所述类星体图案。
17.一种用于极紫外线光刻(EUVL)工艺的方法，包括：
将二元相位掩模(BPM)加载至光刻系统，其中，所述二元相位掩模包括两种相位状态并且限定图案密度小于25％的集成电路(IC)图案；
将所述光刻系统的照射装置中的可切换的反光镜设定为照射模式；
将光瞳滤波器配置在所述光刻系统的光瞳面中，其中，所述光瞳滤波器具有根据所述照射模式所确定的图案；以及
通过相干照射模式下的所述光刻系统，利用所述二元相位掩模和所述光瞳滤波器对靶子执行光刻曝光工艺，
其中，所述光刻曝光工艺包括：
从所述二元相位掩模处反射来自所述照射装置的极紫外线光；
利用所述光瞳滤波器，从所述二元相位掩模的所述两种相位状态的第一相位状态和第二相位状态滤除反射的所述极紫外线光中的非衍射分量；和
在过滤之后，反射的所述极紫外线光从所述第二相位状态衍射的衍射分量的幅值翻倍。
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
将所述照射模式配置为实现离轴照射。
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