CN107367904A - 极紫外光的光刻光罩 - Google Patents
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Abstract
本揭示内容涉及极紫外光的光刻光罩，其有关于半导体结构，且更特别的是，有关于极紫外光的光刻光罩的修饰表面及制造方法。该结构包括具有图案化设计的反射表面，以及在该图案化设计的边缘的黑色边界区。该黑色边界区包括修饰表面形态以引导光线远离而不抵达后续反射体。
Description
技术领域
本揭示内容是关于光罩结构，更特别的是，关于极紫外光的光刻光罩的修饰表面及制造方法。
背景技术
由于有明显较窄的照明波长(λ＝13.5纳米)，所以极紫外光(EUV)光刻有可能补足且最终取代习知深紫外光(DUV)光刻，除了其他效益以外，它还可提供增强的图案化分辨率及较低的工艺复杂度。目前EUV被开发成未来可能结合32纳米节距分辨率的浸润式光刻(immersion lithography)，有时被称为7纳米节点。
使用于EUV光刻的光学组件均基于反射而非折射光件。EUV反射体(mirror)由交替的材料(例如，钼与硅)层组成，也称为多层体。EUV光罩利用除已被蚀刻(图案化)的EUV吸收材料以外的反射涂层以展现所需的电路设计。不过，使用于EUV光刻的当前吸收体无法吸收所有的EUV光，而实际有约1至3％的反射率，这取决于吸收体高度。EUV光罩也呈现与邻场的重迭照射(overlapping shot)，这可能在电路设计的边缘上产生1.5％至5.0％以及在角落上产生4.5％至15％的额外背景光。每百分比的晶圆关键尺寸(CD)冲击可能有约1纳米以上，而导致关键尺寸(CD)大幅下降。
发明内容
在本揭示内容的一态样中，一种结构，其包含：包含图案化设计的反射表面；以及在该图案化设计的边缘的黑色边界区。该黑色边界区包含修饰表面形态以引导光线远离而不抵达后续反射体。
在本揭示内容的一态样中，一种结构，其包含：衬底；背面金属，在该衬底的表面上；反射表面，在该衬底的相对表面上，该反射表面包含由相对高、低原子序数材料构成的多个交替层；保护涂层，在该反射表面上；吸收层，在该保护涂层上；图案化设计，在该吸收层内形成直到该保护涂层；以及黑色边界区，经形成穿过该反射表面、该保护涂层及该吸收层而暴露该衬底的表面。该黑色边界区包含该衬底的修饰表面形态。
在本揭示内容的一态样中，一种方法，其包含下列步骤：在掩模中形成黑色边界区；以及修饰该黑色边界区的表面形态以造成深紫外光散射远离而不抵达下一个反射体。
附图说明
以下在实施方式中用本揭示内容的示范具体实施例的非限定性实施例参考多个附图描述本揭示内容。
图1根据本揭示内容的数个态样图示具有修饰表面形态的光罩结构。
图2a至图2c根据本揭示内容的数个态样图示黑色边界区内的不同表面形态。
具体实施方式
本揭示内容是有关于光罩结构，且更特别的是，有关于极紫外光的光刻光罩的修饰表面及制造方法。更特别的是，本揭示内容是有关于用于抑制深紫外光(DUV)辐射影响极紫外光(EUV)光罩的成像边界的结构及方法。有利的是，描述于本文的光罩可包括在“黑色边界”(BB)区内的修饰表面形态，使得反射的DUV光被散射离开而防止它抵达下一个反射体，从而减少或排除在电路设计组件上重迭的辐射。以此方式，有可能保持电路设计在曝光场边缘及角落的关键尺寸。
通常尽可能地做成扁平的EUV光罩以抑制焦点偏差以及改善焦点深度。此外，EUV光与邻场重迭造成关键尺寸(CD)过度显影的解决方案是要移除曝光场周围的吸收材料及多层区以建立“黑色边界”区。通过修饰包括黑色边界区的掩模，在黑色边界区的EUV反射率可下降到约小于0.05％。再者，非光化反应区(150纳米>λ>300纳米)反射率可能减少到约5至6％。为了清洁及减少潜在粒子源以及利用蚀刻选择性，通常尽可能扁平及均匀地蚀刻黑色边界区的表面形态。不过，尽管减少来自黑色边界区的EUV反射，扁平表面仍会反射DUV。该DUV反射率可能约为5％至6％，这仍影响晶圆CD造成CD在电路设计曝光场的边缘由0.5纳米降到0.6纳米以及在角落由1.5纳米降到2纳米。此外，目标DUV反射率必须小于1.5％以将对于晶圆CD的影响减少到可接受的程度。
上述问题的解决方案是通过在反射体表面上添加EUV透射结构(例如，硅)以散射不需要的DUV辐射，从而减少抵达在扫描仪光件中的下一个反射体的DUV光。然而，这非常难以实行。有利的是，本揭示内容提供上述问题的改良解决方案，同时避免其他解决方案的缺点，例如实行的复杂度。特别是，描述于本文的光罩在黑色边界区的表面被刻意地修饰成让反射的DUV光被散射离开而防止它抵达下一个反射体。
本揭示内容的光罩结构可利用不同工具用许多方法制成。然而，一般而言，该等方法及工具是用来形成尺寸在微米及纳米等级的结构。用来制造本揭示内容的光罩结构的方法，亦即，技术，已取材于集成电路(IC)技术。例如，将该等结构建造于晶圆上以及在晶圆上面用光刻工艺图案化来实现成为材料的薄膜。特别是，光罩结构的制造使用以下3个基本建造步骤：(i)沉积材料薄膜于衬底上，(ii)用光刻成像法铺设图案化掩模于薄膜上面，以及(iii)对于该掩模选择性地蚀刻薄膜。
图1根据本揭示内容的数个态样图示具有修饰表面形态的光罩结构。特别是，光罩结构10包括形成于衬底14上的背面材料12。在数个具体实施例中，背面材料12可为铬或其他金属涂层。铬或其他金属涂层的形成可利用习知CMOS技术，例如熟谙此艺者习知的电镀或其他沉积方法(例如，用于其他金属的PECVD)。在数个具体实施例中，背面材料12会用静电力放在夹头上。衬底14例如可为玻璃衬底，然而本文也设想到其他的非反射材料。
仍参考图1，在衬底14上形成多层反射涂层16。如图示，对于背面材料12，多层反射涂层16是形成于衬底14的相对表面上。在数个具体实施例中，多层反射涂层16包含由高、低原子序数材料(atomic number material)组成的交替层。例如，由高、低原子序数材料组成的交替层可包含藉助于层间干涉用来反射光线的无缺陷钼/硅多层。如熟谙此艺者所习知的，钼有高原子序数；然而，硅有低原子序数。在数个具体实施例中，可使用有低原子序数的其他材料，例如，Z在10范围内，以及有高原子序数的其他材料，例如，Z在40范围内。再者，在数个具体实施例中，多层反射涂层16可用作蚀刻中止层(etch stop)及后续工艺的保护层。
在数个具体实施例中，超过40个或更多的材料层可用来形成多层反射涂层16。这些层可用习知沉积方法沉积，例如，化学气相沉积(CVD)工艺。在数个具体实施例中，多层反射涂层16的最上层应为高原子序数材料，例如，反射率较高的材料。
图1更图示形成于多层反射涂层16的正面上的保护涂层18。在数个具体实施例中，保护涂层18为保护多层反射涂层16使它在连续使用光罩10下不会劣化的薄膜。在数个具体实施例中，保护涂层18为有高原子序数的材料，例如，Z在40范围内。例如，保护涂层18可为钌；然而本文也设想到有高原子序数的其他材料。可用习知沉积工艺在多层反射涂层16上形成厚度在纳米等级的保护涂层18，例如，约2纳米。在数个具体实施例中，可用离子束沉积(IBD)法沉积保护涂层18。
在保护涂层18上形成吸收材料20。在数个具体实施例中，吸收材料20可为钽基材料，例如，氮化钽；然而也设想到其他习知吸收材料供使用于描述于本文的结构。吸收材料20可沉积到约50纳米至约70纳米的厚度；然而本文设想得到其他的厚度。熟谙此艺者应了解，尽管吸收材料20的厚度对于3D掩模效应可能有显著影响，例如由掩模所致的水平-垂直偏差，通过焦点的图案偏移，以及透过反射掩模涂层因边瓣缩减(apodization)而失去的影像对比。在数个具体实施例中，吸收材料20可用习知沉积方法沉积，例如CVD工艺。
在数个具体实施例中，光罩10经历光刻及蚀刻工艺以形成图案22及黑色边界区24。应了解，图案22代表电路设计组件；然而，在图案边缘四周提供黑色边界区24以防辐射重迭，如本文所述。亦即，黑色边界区24减少DUV反射率，它会影响晶圆CD造成在电路设计的边缘及角落处的CD下降。
用更特定的实施例举例说明，图案22的形成可通过放置抗蚀剂于吸收材料20上以及使它暴露于能量(例如，光)以形成开口(图案)。然后，用习知蚀刻技术和对于吸收材料20有选择性的化学物，可图案化吸收材料20，例如，蚀刻以形成开口。在数个具体实施例中，蚀刻技术可包含干蚀刻方法，例如反应性离子蚀刻法(RIE)。在数个具体实施例中，保护涂层18在此蚀刻工艺期间会当作蚀刻中止层。然后，抗蚀剂可用习知工艺移除，例如氧灰化法或本技艺一般技术人员习知的其他洗涤技术。
同样，黑色边界区24可用习知光刻及蚀刻工艺形成。不过，在此工艺中，黑色边界区24会形成直到底下的衬底14。以此方式，衬底14的表面会被暴露，这可大幅减少反射率，亦即，黑色边界区24的EUV反射率可降到小于0.05％。再者，非光化反应区(150纳米>λ>300纳米)反射率可减少到约5至6％。
除了黑色边界区24以外，可修饰衬底14的暴露表面的形态，例如，粗化或其他散射表面(如在组件符号26处所示)以进一步减少重迭问题，例如，关键尺寸(CD)的过度显影。特别是，修饰表面26会反射或散射DUV光以防它抵达下一个反射体。以此方式，修饰表面形态可用来防止设计电路组件在边缘及角落的辐射重迭及过度曝光。
图2a至图2c根据本揭示内容的数个态样图示黑色边界区内的不同表面形态。在数个具体实施例中，修饰表面26可用产生不同表面拓朴的不同方法形成。例如，以图2a所示为代表，修饰表面26'可为产生随机角度散射的粗化表面。如图2b所示，修饰表面26”可为有定角的倾斜表面，例如，约20度，造成以定角散射远离下一个反射体。此外，如图2c所示，修饰表面26”'可为有可变角度的倾斜表面，例如，抛物面或凹面，造成以可变角度散射远离下一个反射体。在图2b及图2c的具体实施例中，倾斜表面会造成光线以预定角度散射。
更特别的是，以及参考图2a，修饰表面26'，亦即，粗化随机角度散射表面，可用附加选择性衬底蚀刻形成以粗化衬底14的表面。例如，粗化表面26'可用用来形成黑色边界24的不同蚀刻化学物形成，例如，氟基化学物。在数个具体实施例中，氟基蚀刻化学物可与用来形成黑色边界区24的同一个掩模一起使用，从而减少整体制造成本。在数个具体实施例中，在形成黑色区期间或之后，可用表面的程序设定粗化法(programmed roughness)形成粗化表面。此时应了解，粗化表面26'会产生随机光散射。
在替代具体实施例中，修饰表面26'可代表会反射光线远离后续反射体的不同有形状表面，例如。这些不同形状可为角锥体、杆体、柱体形状等等。在这些具体实施例中，在形成黑色边界区24及剥除抗蚀剂之后，在制成黑色边界区后，可进行第二层次图案化及蚀刻步骤。在此工艺中，在黑色边界区形成后，可形成覆盖整个掩模的抗蚀剂以及使用习知光刻工艺图案化以形成不同形状。然后，可用习知蚀刻工艺(例如，有选择性化学物的RIE)将该等不同形状转印至衬底14在黑色边界区24内的表面，以形成有特定形状的表面形态。
请参考图2b，修饰表面26”可为在制成黑色边界区后形成的倾斜表面。在图2c中，修饰表面26”'可为在制成黑色边界区后形成的可变角度表面。在形成这些不同修饰表面的方法中，例如，修饰表面26”及26”'，显影后抗蚀剂轮廓(post-develop resist profile)可通过曝光于不同剂量的能量来改变。例如，对于修饰表面26”，可改变曝光剂量使得显影后抗蚀剂轮廓由厚变薄(例如，形成倾斜或有角度表面)；然而，对于修饰表面26”'，可改变曝光剂量使得显影后抗蚀剂轮廓由厚变薄再变厚(例如，形成凹面或抛物面)。然后，接着是蚀刻工艺，例如，RIE，以将抗蚀剂轮廓转印至衬底14的暴露表面的表面，从而形成图2b的倾斜表面26”或图2c的倾斜表面26”'。
在替代具体实施例中，形成倾斜轮廓26”可通过倾斜蚀刻腔室中的电感器以诱发在黑色边界区蚀刻期间的功率梯度分布以有意地蚀刻倾斜表面，例如，产生在图2b的黑色边界区24内的倾斜蚀刻轮廓26”。相同的工艺可用来形成在图2c的黑色边界区24内的可变角度轮廓26”'。或者，可调变蚀刻腔室中的气流以建立等离子(plasma)的梯度密度，产生图2b及图2c的倾斜蚀刻轮廓。
上述该(等)方法是使用于集成电路芯片的制造。所得集成电路芯片可由制造者以原始晶圆形式(raw wafer form)(也就是具有多个未封装芯片的单一晶圆)、作为裸晶粒(bare die)或已封装的形式来销售。在后一情形下，芯片装在单芯片封装体中(例如，塑料载体(plastic carrier)，具有固定至主板或其他更高层载体的引脚(lead))，或多芯片封装体中(例如，具有表面互连件(surface interconnection)或内嵌互连件(buriedinterconnection)任一或两者兼具的陶瓷载体)。然后，在任一情形下，芯片与其他芯片、离散电路组件及/或其他信号处理装置整合成为(a)中间产品(例如，主板)，或(b)最终产品中的任一者的一部分。该最终产品可为包括集成电路芯片的任何产品，从玩具及其他低端应用到有显示器、键盘或其他输入设备及中央处理器的先进计算机产品不等。
已提出本揭示内容的各种具体实施例的说明是为了图解说明而非旨在穷尽或限定所揭示的具体实施例。本技艺一般技术人员明白在不脱离所揭示具体实施例的精神及范畴下仍有许多修改及变体。选择使用于本文的术语以最佳地解释该等具体实施例的原理，实际应用或优于出现于市上的技术的技术改善，或致能其他本技艺一般技术人员了解揭示于本文的具体实施例。
Claims (20)
1.一种结构，包含：
反射表面，包含在吸收材料内的图案化设计；以及
黑色边界区，在该图案化设计的边缘，该黑色边界区包含下方衬底的修饰表面形态以引导光线远离而不抵达后续反射体。
2.如权利要求1所述的结构，其中，在该反射表面位于该黑色边界区内的该下方衬底上提供该修饰表面形态。
3.如权利要求2所述的结构，其中，该衬底为玻璃。
4.如权利要求2所述的结构，其中，该修饰表面形态为粗化表面。
5.如权利要求2所述的结构，其中，该修饰表面形态为倾斜表面。
6.如权利要求5所述的结构，其中，该倾斜表面为有角度表面。
7.如权利要求6所述的结构，其中，该有角度表面为定角表面。
8.如权利要求5所述的结构，其中，该倾斜表面为可变角度表面。
9.如权利要求8所述的结构，其中，该可变角度表面为抛物面或凹面。
10.如权利要求2所述的结构，其中，该修饰表面形态为包含杆体、柱体及角锥体的其中一者的有形状表面。
11.一种结构，包含：
衬底；
反射表面，在该衬底的相对表面上，该反射表面包含由相对高、低原子序数材料构成的多个交替层；
保护涂层，在该反射表面上；
吸收层，在该保护涂层上；
图案化设计，在该吸收层内形成直到该保护涂层；以及
黑色边界区，经形成穿过该反射表面、该保护涂层及该吸收层而暴露该衬底的表面，该黑色边界区包含该衬底的修饰表面形态。
12.如权利要求11所述的结构，其中，该修饰表面形态为粗化表面。
13.如权利要求11所述的结构，其中，该修饰表面形态为倾斜表面。
14.如权利要求11所述的结构，其中，该倾斜表面为定角表面。
15.如权利要求11所述的结构，其中，该倾斜表面为可变角度表面。
16.如权利要求11所述的结构，其中，该修饰表面形态为包含杆体、柱体或角锥体的有形状表面。
17.一种方法，包含下列步骤：
在掩模中形成黑色边界区；以及
修饰该黑色边界区的表面形态以造成深紫外光散射远离而不抵达下一个反射体。
18.如权利要求17所述的方法，其中，修饰该表面形态的步骤包含：在黑色边界区形成后，用选择性蚀刻工艺或程序设定粗化法粗化该黑色边界区的表面。
19.如权利要求17所述的方法，其中，修饰该表面形态的步骤包含：改变在整个该黑色边界区上面的抗蚀剂的能量剂量以形成梯度抗蚀剂轮廓，以及蚀刻该倾斜抗蚀剂轮廓以使斜率转移至该黑色边界区的表面。
20.如权利要求17所述的方法，其中，修饰该表面形态的步骤包含建造下列其中一者：
在整个该黑色边界区的梯度功率分布，其建造是通过倾斜数个蚀刻腔室电感器而有意地蚀刻该黑色边界区的倾斜表面；以及
在整个该黑色边界区的等离子密度梯度，其建造是通过修饰该蚀刻腔室之中的气流而有意地蚀刻该黑色边界区的该倾斜表面。
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