CN110928138B - 光掩模及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及光掩模及其形成方法。一种用于形成光掩模的方法包含：接受掩模衬底，其包含形成于其上的保护层及屏蔽层；移除所述屏蔽层的部分以形成图案化屏蔽层；及提供BSE检测器以监测所述屏蔽层的所述部分的所述移除。当从所述BSE检测器获得的BSE强度的差异大于约30％时，停止所述屏蔽层的所述部分的所述移除。所述BSE强度在后续的蚀刻回路中变得稳定。

Description

光掩模及其形成方法
技术领域
本发明实施例涉及光掩模及其形成方法。
背景技术
半导体集成电路行业已经在过去几十年中经历快速发展。半导体材料及设计中的技术进展已经产生不断变小且更复杂的电路。由于与处理及制造相关的技术也已经经历技术进展，已经实现这些材料及设计进展。在半导体演进的进程中，由于可能可靠地产生的最小组件的大小已减小，所以每单位面积的互连装置的数目已增加。
半导体制造主要依赖于光刻的程序，其中使用给定频率的光以将一所要图案转印至经历半导体处理的晶片上。为将图案转印至晶片上，通常使用光掩模(也称为掩模或倍缩型掩模)。光掩模容许且防止呈所要图案的光至晶片的一层(诸如光致抗蚀剂(PR)层)上，其与暴露发生化学反应，从而移除PR的一些部分且留下其它部分。接着，使用剩余PR以图案化一下伏层。随着特征大小减小，在光刻中用于图案化层的光的波长也已减小，从而产生额外困难且使技术进展(诸如使用极紫外线(EUV)作为光源)以及相移掩模成为必需。改进光掩模对促进行业的持续进展是重要的，因为在制造半导体装置及集成电路的程序中的后续处理步骤期间，可混合图案化层中的各种缺陷或问题。因此需要包含对掩模胚料(其上导出光掩模且图案化所述光掩模)的改进的光掩模改进。
发明内容
本发明的一实施例涉及一种光掩模，其包括：一衬底；一第一层，其覆盖所述衬底的一表面；及一图案化第二层，其在所述第一层上且暴露所述第一层的部分，其中与所述衬底及所述图案化第二层相比，所述第一层对一卤素系气体更具抗性，且所述第一层包括金属氟化物。
本发明的一实施例涉及一种用于形成一光掩模的方法，其包括：接收一衬底，其中在所述衬底上形成一保护层及一屏蔽层；移除所述屏蔽层的部分以形成一图案化屏蔽层；提供一反向散射电子(BSE)检测器以监测所述屏蔽层的所述部分的所述移除；及当从所述BSE检测器获得的BSE强度的一差异大于约30％时，停止所述屏蔽层的所述部分的所述移除，且所述BSE强度在后续的蚀刻回路中变得稳定。
本发明的一实施例涉及一种形成一半导体结构的方法，其包括：在一衬底上方形成一光致抗蚀剂层；通过使用一光学光刻工具透过一光掩模使用光化辐射暴露所述光致抗蚀剂层；及使所述暴露光致抗蚀剂层显影以形成一光致抗蚀剂图案，其中所述光掩模包括一掩模衬底、一图案化屏蔽层及所述掩模衬底与所述图案化屏蔽层之间的一保护层，且所述保护层覆盖所述掩模衬底的一表面。
附图说明
当结合附图阅读时从下列详细描述最佳地理解本发明实施例的方面。应注意，根据行业中的标准实践，各种构件不按比例绘制。实际上，为清晰论述，各种构件的尺寸可任意增大或减小。
图1是表示根据本发明实施例的方面的用于形成一光掩模的一方法的一流程图。
图2是表示根据本发明实施例的方面的用于处理一掩模衬底的一方法的一流程图。
图3A至3E是绘示在一或多个实施例中根据本发明实施例的方面构建的各种制造阶段的一光掩模的示意图。
图4是展示从一OES传感器获得的经测量信号的一图表。
图5是展示从一BSE传感器获得的经测量信号的一图表。
图6A至6C是绘示在一或多个实施例中根据本发明实施例的方面构建的各种制造阶段的一半导体结构的示意图。
图7A至7E是绘示在一或多个实施例中根据本发明实施例的方面构建的各种制造阶段的一掩模衬底的示意图。
具体实施方式
下列本发明实施例提供用于实施所提供主题的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述组件及配置的特定实例以简化本发明实施例。当然，这些仅仅是实例且并不旨在为限制性的。例如，在下文描述中一第一构件形成于一第二构件上方或上可包含其中第一构件及第二构件经形成为直接接触的实施例，且也可包含其中额外构件可经形成于第一构件与第二构件之间使得第一构件及第二构件可不直接接触的实施例。另外，本发明实施例可在各项实例中重复元件符号及/或字母。此重复出于简化及清楚的目的且本身不规定所论述的各项实施例及/或配置之间的一关系。
此外，为便于描述，空间相对术语(诸如“在…下面”、“在…下方”、“下”、“在…上方”、“上”及类似者)可在本文中用来描述一个元件或构件与另一(些)元件或构件的关系，如图中所绘示。空间相对术语旨在涵盖除图中所描绘的定向以外的使用或操作中装置的不同定向。设备可以其它方式定向(旋转90度或按其它定向)且据此可同样解释本文中所使用的空间相对描述词。
如本文使用，术语(诸如“第一”、“第二”及“第三”)描述各种元件、组件、区、层及/或区段，这些元件、组件、区、层及/或区段不应受这些术语限制。这些术语仅可用于区分一个元件、组件、区、层或区段与另一元件、组件、区、层或区段。术语(诸如“第一”、“第二”及“第三”)在本文中使用时并不暗示一序列或顺序，除非背景内容另有明确指示。
虽然阐述本发明实施例的广泛范围的数值范围及参数是近似值，但尽可能精确地报告在具体实例中阐述的数值。然而，任何数值本质上含有必然由各自测试测量中发现的标准偏差所引起的某些误差。又，如本文中使用，术语“基本上”、“约”或“大约”通常意味着在一般技术人员可预期的一值或范围内。替代地，术语“基本上”、“约”或“大约”意味着在由一般技术人员考量时在平均值的可接受标准误差内。一般技术人员可了解，可接受标准误差可根据不同技术而变动。除了在操作/工作实例中之外，或除非另有明确指定，否则全部数值范围、量、值及百分比(诸如针对材料数量、持续时间、温度、操作条件、量的比率及本文中揭示的其类似者的数值范围、量、值及百分比)应理解为在全部例项中由术语“基本上”、“约”或“大约”修饰。因此，除非相反地指示，否则本发明实施例及随附发明权利要求书中阐述的数值参数是可视需要变动的近似值。至少，各数值参数应至少依据所报告有效数字的数目且通过应用普通舍入技术而理解。可在本文中将范围表达为从一个端点至另一端点或在两个端点之间。除非另有指定，否则本文中揭示的全部范围皆包含端点。
如本文中使用，诸如平坦度、表面粗糙度及厚度均匀性可在本文中用于描述层及其表面。可通过使用基于表面的最低点的参考水平平面而测量平坦度，且最低点参考(LPR)平坦度可经计算为从表面的最高点至参考水平平面的距离。可通过从表面的中线的粗糙度分量不规则性的均方根(RMS)测量所述表面的表面粗糙度，其也称为表面RMS粗糙度。可通过一层的厚度的最大值与最小值之间的差来测量所述层的厚度均匀性，其也称为一总厚度变动(TTV)。注意，这些测量仅是示例性的且并不旨在限制超过下列发明权利要求书中具体陈述的内容。例如，一般技术人员应认知测量平坦度、表面粗糙度及厚度均匀性的其它方式。
光掩模的典型制造操作可包含：使电路图案成像至形成于掩模衬底(也称为掩模胚料)上的光致抗蚀剂层中；使光致抗蚀剂层显影；蚀刻光致抗蚀剂层；将电路图案从光致抗蚀剂层转印至一不透明或半透射层。在一些实施例中，使用等离子体轰击来蚀刻不透明或半透射层。已发现，在一些实施例中，掩模衬底在不透明或半透射层的蚀刻期间通过等离子体轰击过度蚀刻；因此，在掩模衬底的表面上方形成多个凹槽。所述凹槽称为全局化过度蚀刻缺陷。在一些实施例中，掩模衬底的表面与凹槽的底部表面之间的偏差大于4nm。即，掩模衬底的平坦度及厚度均匀性降低。
此外，在不透明或半透射层的蚀刻期间，如果不透明或半透射层的部分保留在掩模衬底上不应具有不透明或半透射层的区域中，则可产生缺陷。为了移除这些缺陷，执行修复或修整操作以从所述区域移除残余不透明或半透射层。在一些实施例中，使用诸如激光束蚀刻的局部蚀刻。已发现，在一些实施例中，在残余不透明或半透射层的蚀刻期间也通过激光束蚀刻掩模衬底，且因此，通过等离子体轰击形成的一些凹槽通过局部蚀刻加深。局部蚀刻不仅加深由等离子体轰击产生的凹槽，而且形成凹槽的粗糙底部表面。所述凹槽及粗糙底部表面称为局部化缺陷。在一些实施例中，通过局部化缺陷造成的偏差可大于8nm。因此，全局化过度蚀刻缺陷及局部化缺陷一起引起平坦度及厚度均匀性的降低，以及表面粗糙度的增加。应注意，为了处置对小型化及NA增加的这些需求，需要光掩模的更大平坦度。当光掩模的平坦度降低时，透过投影透镜传送的晶片上的图像点的聚焦位置波动。为了降低来自具有全局化及局部化缺陷的光掩模的不利影响，必需进行费时且复杂的调整以便聚焦投影透镜或调整暴露中使用的能量。
另一方面，由于硅晶片的增大的需求已经提高市场价格，掩模衬底的再循环现为普遍接受的理念。在一些实施例中，包含电路图案的不透明或半透射层经剥离，使得掩模衬底的重用可为相较于购买一新的掩模衬底降低成本的有效方式。此外，掩模衬底可用于其它应用，诸如LED、生物芯片、装饰玻璃及类似物。另外，掩模衬底的重用减少产生一新的衬底所需的稀少自然资源的使用。然而，前述全局化及局部化缺陷在掩模衬底的再循环期间确实导致额外努力。在一些实施例中，为了移除全局化及局部化缺陷，执行抛光操作以产生掩模衬底的平坦表面。
因此，本发明实施例提供光掩模、形成光掩模的方法及处理掩模衬底的方法。在一些实施例中，在掩模衬底上形成保护层以提供对掩模衬底的保护，且因此减少前述全局化及局部化缺陷。因此，改进掩模衬底的平坦度。此外，由于全局化及局部化缺陷减少，所以在掩模衬底的再循环操作期间不再需要抛光操作。在一些实施例中，简化用于形成光掩模的操作及用于再循环掩模衬底的操作两者。
应注意，在一些实施例中，术语“光掩模”、“掩模”及“倍缩型掩模”用于指代相同品项。在一些实施例中，光掩模可为反射掩模，诸如下文进一步详细描述的掩模。在一些实施例中，光掩模可并入其它分辨率增强特征，诸如相移掩模(PSM)或光学近接性校正(OPC)的特征。
图1是用于形成光掩模的方法100的流程图。方法100包含操作102，接收衬底。在衬底上形成保护层及屏蔽层。方法100进一步包含操作104，移除屏蔽层的部分以形成图案化屏蔽层。方法100进一步包含操作106，提供反向散射电子(BSE)检测器以监测屏蔽层的部分的移除。方法100进一步包含操作108，在从BSE检测器获得的BSE强度的差异大于约30％时停止屏蔽层的部分的移除。将根据一或多个实施例进一步描述方法100。应注意，可在各种方面的范围内重新布置或以其它方式修改方法100的操作。进一步应注意，可在方法100之前、期间及之后提供额外程序，且仅可在本文中简略描述一些其它程序。因此，其它实施方案在本文描述的各种方面的范围内是可能的。
图2是用于形成半导体结构的方法110的流程图。方法110包含操作112，在衬底上方形成光致抗蚀剂层。方法110包含操作114，通过使用光学光刻工具透过光掩模使用光化辐射暴露光致抗蚀剂层。在一些实施例中，光掩模包含掩模衬底、图案化屏蔽层及掩模衬底与图案化屏蔽层之间的保护层。在一些实施例中，保护层覆盖掩模衬底的表面。方法110进一步包含操作116，使暴露的光致抗蚀剂层显影以形成光致抗蚀剂图案。方法110进一步包含操作118，移除图案化屏蔽层以暴露保护层。方法110进一步包含操作120，在保护层上形成材料层。掩模衬底包含在移除图案化屏蔽层之前的第一厚度及在形成材料层之后的第二厚度。在一些实施例中，第一厚度及第二厚度是相同的。将根据一或多个实施例进一步描述方法110。应注意，可在各种方面的范围内重新布置或以其它方式修改方法110的操作。进一步应注意，可在方法110之前、期间及之后提供额外程序，且仅可在本文中简略描述一些其它程序。因此，其它实施方案在本文描述的各种方面的范围内是可能的。
图3A至3E是绘示在一或多个实施例中根据本发明实施例的方面构建的各种制造阶段的光掩模的示意图。如在图3A中展示，根据操作102接收或提供衬底202。在一些实施例中，衬底202是掩模衬底，其包含用来最小化归因于由增强照明辐射引发的掩模加热的图像失真的低热膨胀材料(LTEM)。在一些实施例中，LTEM可包含硅、石英、熔融硅石、熔融石英、氟化钙(CaF)、碳化硅(SiC)、氧化硅-氧化钛及/或本领域中已知的其它适当LTEM。此外，掩模衬底202可包含具有低缺陷级别及平滑表面的材料。
仍参考图3A，第一层(诸如保护层210)经形成于掩模衬底202上且覆盖掩模衬底202的表面。在一些实施例中，保护层210完全覆盖掩模衬底202的表面。此外，在保护层210上形成第二层(诸如屏蔽层220)。保护层210包含在例如(但不限于)约193nm的波长狭光学透明且具一高能隙的材料。例如，用于保护层210中的材料的能隙等于或大于6.4eV，但本发明实施例不限于此。与掩模衬底202相比，保护层210对卤素系气体更具抗性。保护层210包含金属氟化物。在一些实施例中，保护层210可包含氟化镁(MgX1FY1)、氟化铝(AlX2FY2)、氟化镧(LaX3FY3)或氟化钆(GdX4FY4)，但本发明实施例不限于此。在一些实施例中，X1、X2、X3及X4可为正整数，且Y1、Y2、Y3及Y4可为正整数。在一些实施例中，X1可为1且Y1可为2，换句话说，MgF2可为本文使用的潜在材料，但本发明实施例不限于此。在一些实施例中，X2可为1且Y2可为3，换句话说，AlF3可为本文使用的潜在材料，但本发明实施例不限于此。在一些实施例中，X3可为1且Y3可为3，换句话说，LaF3可为本文使用的潜在材料，但本发明实施例不限于此。在一些实施例中，X4可为1且Y4可为3，换句话说，GdF3可为本文使用的潜在材料，但本发明实施例不限于此。应注意，取决于用于形成屏蔽层220的材料选择用于形成保护层210的金属氟化物，其将在下文中详细描述。
消光系数(k)在本文中定义为参与介质中每单位距离散射及吸收损失的光的分率。应注意，MgF2的消光系数(k)小于大约10-4，AlF3的消光系数小于大约10-3，LaF3的消光系数小于大约2*10-2，且GdF3的消光系数小于大约10-3。此外，MgF3的折射率(n)为约1.42，AlF3的折射率为约1.4，LaF3的折射率等于或大于约1.85，且GdF3的折射率为约1.58。因此，应注意，保护层210包含光学透明的材料。在一些实施例中，当保护层210用于使用具有小于365nm(即，365nm、248nm或193nm)的波长的光的暴露中时，只要保护层210的透射率大于0.9，保护层210一厚度便可在约1nm与约1000nm之间。在一些实施例中，保护层210的厚度与用于暴露中的光的波长、保护层的折射率及保护层210的消光系数有关。此外，取决于厚度范围，可根据不同等式计算保护层210的厚度。例如，在一些实施例中，当假设保护层210的厚度大于100nm时，可通过等式(1)及(2)确定厚度：
T＝(1-R)e-4kπd/λ (1)
其中T指示保护层210的透射率，R指示保护层210的反射率，n指示保护层210的折射率，k指示保护层210的消光系数，λ指示用于暴露中的光的波长，且d指示保护层210的厚度。在一些实施例中，可忽略消光系数，因为其小于10-4，但本发明实施例不限于此。
在一些实施例中，当假设保护层210的厚度介于1nm与100nm之间时，可通过等式(3)至(5)确定厚度：
其中Ts指示掩模衬底202的透射率，T指示保护层210的透射率，R指示保护层210的反射率，n0指示用于暴露中的介质的折射率，ns指示掩模衬底202的折射率，n指示保护层210的折射率，ks指示掩模衬底202的消光系数，θ指示用于暴露中的光的一入射角，λ指示用于暴露中的光的波长，且d指示保护层210的厚度。在一些实施例中，可忽略消光系数，因为其小于10-4，但本发明实施例不限于此。
在一些实施例中，保护层210的厚度是在约1nm与约10nm之间，但本发明实施例不限于此。在一些实施例中，不同材料具有不同极限值。例如，当保护层210的厚度小于100nm时，AlF3层在其厚度为约35nm时具有更大透射率，而LaF3层在其厚度为约1nm或57nm时具有更大透射率。
仍参考图3A，屏蔽层220经形成于掩模衬底202上方且通过保护层210与掩模衬底202分离。在一些实施例中，屏蔽层220包含铬(Cr)、氮化铬(CrN)、氮化硅钼(MoSiN)、硅化钼(MoSi)、氮氧化硅钼(MoSiON)、SiO或SiN，但本发明实施例不限于这些材料。在一些实施例中，屏蔽层220可为单层结构。在其它实施例中，屏蔽层220可为多层结构。在一些实施例中，屏蔽层220包含MoSiN、MoSi或MoSiON，而保护层210可包含MgF2、AlF3、LaF3或GdF3。在一些实施例中，屏蔽层220包含SiO、SiN或氮氧化硅(SiON)，且保护层210可包含LaF3或GdF3。应注意，与屏蔽层220相比，保护层210也对卤素系气体更具抗性。下文将描述在各种实施例中的保护层210及屏蔽层220的布置。
在一些实施例中，可在屏蔽层220上形成硬掩模层230，如图3A中展示。硬掩模层230可包含适合如由用于形成光掩模的操作所需般反射或吸收光的材料。硬掩模层230可包含Cr、CrN、氧化铬(CrO)、氮化钽(TaN)、氧化钽(TaO)或氮氧化钽(TaON)，但本发明实施例不限于此。
在一些实施例中，在硬掩模层230上形成图案化光致抗蚀剂232，如在图3A中展示。在一些实施例中，光致抗蚀剂层经形成于硬掩模层230上且最初经受暴露操作以形成暴露光致抗蚀剂层。暴露光致抗蚀剂层界定随后形成于下伏层中的电路图案。接着，暴露光致抗蚀剂层经烘烤且接着经显影以形成包含对应于电路图案的一图案的图案化光致抗蚀剂层232。
参考图3B，随后透过图案化光致抗蚀剂层232蚀刻硬掩模层230。在一些实施例中，硬掩模层230经受干式蚀刻操作，但本发明实施例不限于此。因此，将图案从图案化光致抗蚀剂层232转印至硬掩模层230。因此，在屏蔽层220上形成图案化掩模层230'。在形成图案化掩模层230'之后，剥离图案化光致抗蚀剂层232。在一些实施例中，可执行蚀刻后检测(AEI)且随后可执行清洗操作。
参考图3C，接着根据操作104移除屏蔽层220的部分。在一些实施例中，执行蚀刻250以透过图案化掩模层230'移除屏蔽层220的部分，如在图3C中展示。在一些实施例中，蚀刻250包含激光束蚀刻或使用卤素系气体的等离子体轰击。在一些实施例中，卤素系气体包含例如(但不限于)Cl2、F2、CF4、CCl4、HBr、HI、CHF3、SF6、C2F6或HCl等。在一些实施例中，卤素系气体(诸如但不限于F2、CF4、CHF3、SF6或C2F6)用于等离子体轰击中，但本发明实施例不限于此。应注意，包含金属氟化物的保护层210是耐氟自由基，且因此由保护层210保护掩模衬底202的表面。因此，在掩模衬底202上方形成包含至少一开口的图案化屏蔽层220'。
为了确定临界点的特性，从掩模衬底202及屏蔽层220检测的信号之间应存在一差异。因此，提供两个种类的传感器(诸如光学发射光谱(OES)传感器及反向散射电子(BSE)检测器)。
在一些实施例中，提供OES传感器以监测蚀刻250期间形成的副产物的信号强度。请参考图4，其是展示从OES传感器获得的经测量信号的图表。应注意，在蚀刻250期间，需要动态监测以控制膜的蚀刻高度。在一些实施例中，通过预定蚀刻持续时间控制蚀刻250。即，蚀刻250在预定蚀刻持续时间结束时停止，且在预定蚀刻持续时间期间利用OES传感器。如在图4中展示，在蚀刻起始点处的信号强度与在蚀刻结束点处的信号强度之间的偏差是可观察到的，且两个信号强度之间的斜率是可观察到的。在其中保护层210是由金属氟化物制成且屏蔽层220是由氮化硅制成的一些实施例中，在蚀刻程序期间暴露保护层210时，在屏蔽层220的蚀刻期间产生副产物。副产物在移除屏蔽层220时大幅减少。因此，屏蔽层220的信号强度与保护层210的信号强度之间的偏差是不同的，且因此，在蚀刻起始点处的信号强度与在蚀刻结束点处的信号强度之间的偏差是可观察到的，且两个信号强度之间的斜率为约90°。这指示完成屏蔽层220的部分的移除，且蚀刻停止于保护层210，而不过度蚀刻掩模衬底202。
请参考图1及5，其是展示从BSE传感器获得的经测量信号的图表。在一些实施例中，提供BSE检测器以根据操作106监测屏蔽层的部分的移除。用于蚀刻中的电子束的应用具有各种能阶，诸如在0.6keV至100keV的范围中。能量电子束可照射目标层，从而产生反向散射电子，且可通过BSE检测器检测BSE信号强度。通常，包含更大原子序列的材料产生更大信号强度，且不同BSE信号强度之间的对比度显露存在不同材料。在其中保护层210是由金属氟化物制成且屏蔽层220是由氮化硅制成的一些实施例中，由于金属氟化物的有效原子序数与氮化硅的有效原子序数之间的差异较大，所以在出现高BSE强度值时，如在图5中展示，可推断，完全移除屏蔽层220的部分，且因此在蚀刻操作期间暴露保护层210。在一些实施例中，根据操作108，当从BSE检测器获得的BSE强度的差异大于约30％且随后蚀刻回路中的BSE强度变得稳定时，移除屏蔽层220的部分的蚀刻250可自动停止或结束。
已发现，在屏蔽层220包含MoSiN、MoSi或MoSiON时，屏蔽层220的BSE强度与包含MgF2、AlF3、LaF3或GdF3的保护层210的BSE强度之间的差异大于30％，且因此，蚀刻250可自动停止或结束。然而，也发现，包含SiO、SiN或SiON的屏蔽层220的BSE强度与包含MgF2或AlF3的保护层210的BSE强度之间的差异是在10.4％与10.6％之间，而包含SiO、SiN或SiON的屏蔽层220的BSE强度与包含LaF3或GdF3的保护层210的BSE强度之间的差异大于50％。应注意，小于30％的BSE强度的差异使得难以确定蚀刻结束点。因此，在一些实施例中，当屏蔽层220包含SiO、SiN或SiON时，调适包含LaF3或GdF3的保护层210。因此，当从BSE检测器获得的BSE强度的差异大于约30％时，用于移除屏蔽层220的部分的蚀刻250可自动停止或结束。
参考图3D，在一些实施例中，在通过蚀刻250移除屏蔽层220的部分之后，移除或剥离图案化掩模层230'。在一些实施例中，可循序执行剥离后检测(ASI)及质量保证(QA)。在一些实施例中，如果在开口222中发现屏蔽层220的残留物，则可执行修复252或修整。执行修复252或修整以移除残留物。在一些实施例中，修复252包含激光束蚀刻、离子束蚀刻或电子束蚀刻，但本发明实施例不限于此。更重要的是，在涉及卤素系气体的情况下执行修复252。在一些实施例中，卤素系气体包含例如(但不限于)Cl2、F2、CF4、CCl4、HBr、HI、CHF3、SF6、C2F6或HCl等。在一些实施例中，在修复252中使用卤素系气体，但本发明实施例不限于此。在修复252期间，保护层210提供对下伏掩模衬底202的保护，且因此，缓解过度蚀刻及表面粗糙度问题两者。在一些实施例中，可通过OES传感器或通过BSE检测器监测修复252，如上文提及。
参考图3E，在一些实施例中，执行清洗操作，且接着，在掩模衬底202上安装护膜260以保护图案化屏蔽层220'使之免受污染物影响。在一些实施例中，护膜260可包含由对辐射束透明的薄膜制成的隔膜。在一些实施例中，护膜260可经紧固至护膜框架262，其是由具有足够机械强度的材料(诸如铝)制成且可经设计成恰当紧固护膜260的形状及尺寸。框架262的相对侧使用粘着剂接合至掩模衬底202。因此，污染物可下落于护膜260上，而非图案化屏蔽层220'(其与经沉积的污染物间隔开护膜框架262的高度)上。在光刻程序中，光经聚焦于图案化屏蔽层220'上，且已经下落于护膜260上的污染物不太可能影响待产生的图案的质量。
在一些实施例中，光掩模200不具有形成于其上的护膜，因为护膜可不利于包含使用EUB辐射的一些实施例的光刻的一些实施例。例如，因为通过护膜的EUV的高吸收，热影响可为不利的。
仍参考图3E，因此提供光掩模200。光掩模200包含掩模衬底202、覆盖掩模衬底202的整个表面的保护层210、图案化屏蔽层220'及护膜260。如在图3E中展示，透过图案化屏蔽层220'暴露保护层210的部分。应注意，与掩模衬底202及图案化屏蔽层220'相比，保护层210对具有卤素系气体的蚀刻250及252(图3C及3D中展示)更具抗性。在一些实施例中，保护层210是耐氟自由基。在一些实施例中，保护层210包含金属氟化物。因此，在形成光掩模200期间，缓解在屏蔽层220的部分的移除期间可由蚀刻250造成的全局化过度蚀刻缺陷及可通过修复252造成的局部化过度蚀刻缺陷及表面粗糙度问题两者。此外，由于屏蔽层220的BSE强度与保护层210的BSE强度之间的差异大于30％，所以可检测到BSE强度的较大差异并可自动且成功地控制临界特性(诸如蚀刻结束点)。因此，改进光掩模200的平坦度。
在一些实施例中，采用较短波长光(诸如包含由氟化氪(KrF)准分子激光发射的248nm UV及由氟化氩(ArF)准分子激光发射的193nm UV的深紫外线(DUV))来实现远小于先前可能的IC特征(诸如在130nm、90nm及65nm的范围中的特征)的集成电路特征的图案化。应注意，保护层210包含金属氟化物，其适用于搭配各种暴露设备使用。例如，MgF2的应用范围在约140nm与约230nm之间，AlF3的应用范围为约193nm，LaF3的应用范围在约130nm与约193nm之间，且GdF3的应用范围为约193nm。因此，保护层210可用于光刻暴露操作中，诸如紫外线(UV)光刻技术、前述DUV光刻技术或极紫外线(EUV)光刻技术。在一些实施例中，光掩模可用于利用衰减相移掩模(APSM)及不透明玻璃上MoSi(OMOG)的操作中，其搭配约157nm、193nm、248nm、365nm或更大的波长使用。
此外，在一些实施例中，保护层210的厚度可在约1nm至约1000nm之间。应注意，如果保护层210的厚度小于1nm，那么保护层210可无法提供对下伏掩模衬底202的足够保护。如果保护层210的厚度大于1000nm，那么保护层210的透射率小于90，且无法使用光掩模。在一些实施例中，保护层210的厚度是在约1nm与约10nm之间。应注意，如果保护层210的厚度大于10nm，那么可发生非所要的散射。
图6A至7E是绘示在一或多个实施例中根据本发明实施例的方面构建的各种制造阶段的半导体结构的示意图。图3A至3E及图6A至7E中的类似元件通过相同数字指示，且包含类似材料；因此，为简明起见省略这些冗余细节的描述。如图6A中展示，接收衬底300。根据操作112，在衬底300上方形成光致抗蚀剂层310。在一些实施例中，衬底300可包含半导体晶片，诸如硅晶片。在一些实施例中，衬底300可包含形成于其上的材料层(图中未展示)，且在各种实施例中，材料层可包含半导体材料层、介电材料层(诸如层间介电质(ILD)层或金属间介电质(IMD)层)或导电材料层(诸如金属层或掺杂多晶硅层)，但本发明实施例不限于此。在一些实施例中，硬掩模层可形成于衬底300或材料层上，且光致抗蚀剂层310经形成于硬掩模层上。在一些实施例中，光致抗蚀剂层310通过适当技术(诸如旋涂)形成于衬底300上方。
仍参考图6A，根据操作114，透过光掩模200使光致抗蚀剂层310暴露于光化辐射。光掩模200可包含掩模衬底202、安置于掩模衬底202上的保护层210、安置于保护层210上的图案化屏蔽层220'及安置于图案化屏蔽层220'上方的护膜(未展示)。在一些实施例中，图案化屏蔽层220'可通过方法100的操作102至108(图1中展示)形成，但本发明实施例不限于此。光致抗蚀剂层310在暴露程序期间对光化辐射束敏感且抵抗后续程序(诸如蚀刻或离子植入)。在一些实施例中，光致抗蚀剂层310包含作为具有抗性的基质的聚合物材料；辐射敏感组分(诸如光酸产生剂或PAG)；及溶剂。光致抗蚀剂层310可为正性光致抗蚀剂或负性光致抗蚀剂。在暴露程序期间，产生暴露部分312与非暴露部分314之间的化学差异，且可通过后续化学显影利用所述差异。
参考图6B及6C，暴露光致抗蚀剂层310经显影以形成光致抗蚀剂图案330a或330b。在一些实施例中，在显影程序期间移除正性光致抗蚀剂的暴露部分312，且因此，形成光致抗蚀剂图案330a，如在图6B中展示。在替代性实施例中，在显影程序期间移除负性光致抗蚀剂的非暴露部分314，且因此，形成光致抗蚀剂图案330b，如在图6C中展示。光致抗蚀剂图案330a或330b可经转印至衬底300或衬底300上方的材料层以用于形成半导体结构，且为简明起见省略所述细节。
在一些实施例中，用于形成半导体结构的方法进一步包含光掩模200的再循环。如在图7A中展示，根据方法110的操作118，接收光掩模200。在一些实施例中，可移除护膜260，使得图案化屏蔽层220'及保护层210的部分暴露，如在图7A中展示。在一些实施例中，掩模衬底202包含厚度T1，且掩模衬底202归因于保护层210而包含经改进厚度均匀性。
参考图7A及7B，根据方法110的操作118(图2中展示)，移除图案化屏蔽层220'以暴露保护层210。在一些实施例中，通过使用卤素系气体的等离子体执行的气体再循环操作移除图案化屏蔽层220'。在一些实施例中，使用含氟等离子体执行气体再循环操作。包含金属氟化物的保护层210抵抗氟自由基。因此，掩模衬底202的表面通过保护层210保护且因此不受气体再循环操作影响。在一些实施例中，通过湿式再循环操作或湿式蚀刻移除图案化屏蔽层220'，所述湿式蚀刻使用包含氢氧化钾(KOH)、磷酸(H3PO4)、硝酸(HNO3)、醋酸(CH3COOH)或硝酸铈铵(NH4 Ce(NO3)6)及过氯酸(HClO4)的组合的蚀刻剂，但本发明实施例不限于此。在一些实施例中，包含Ce(NH4)2(NO3)6、HClO4及H2O的蚀刻剂可用于移除具有基于Cr的材料的图案化屏蔽层220'，但本发明实施例不限于此。在一些实施例中，包含H3PO4、HNO3、CH3COOH及H2O的蚀刻剂可用于移除具有基于Mo的材料的图案化屏蔽层220'，但本发明实施例不限于此。应注意，保护层210抵抗用于移除图案化屏蔽层220'的蚀刻剂。因此，掩模衬底202的表面通过保护层210保护且因此不受湿式再循环操作影响。
参考图7C，在一些实施例中，可移除保护层210。在这些实施例中，保护层210通过包含硝酸(HNO3)、硫酸(H2(SO)4)或磷酸(H3(PO)4)的蚀刻剂移除，但本发明实施例不限于此。在一些实施例中，使用包含磷酸(H3(PO)4)、硝酸(HNO3)、醋酸(CH3COOH)及H2O的蚀刻剂。在一些实施例中，暴露掩模衬底202的表面且完成掩模衬底202的再循环。在一些实施例中，掩模衬底202包含在保护层210的移除之后的厚度T2，且厚度T2与厚度T1相同。接着，清洗且可重用掩模衬底202。
应注意，在一些实施例中，当省略保护层210且掩模衬底的部分透过图案化屏蔽层暴露时，厚度均匀性降低，这是因为用于形成图案化屏蔽层的蚀刻及修复消耗掩模衬底。此外，可获得具有粗糙底部的多个凹槽。在这些实施例中，额外掩模层必须在移除图案化屏蔽层之前形成于凹槽上。形成额外掩模层以在移除图案化屏蔽层期间保护掩模衬底以防进一步消耗。接着移除额外掩模层以在移除图案化屏蔽层之后暴露凹槽。为了移除凹槽及粗糙底部表面，在所述实施例中需要抛光操作。在一些实施例中，通过抛光操作移除掩模衬底的部分以获得平坦表面且因此，掩模衬底的厚度减小。接着，清洗且可重用掩模衬底。在这些实施例中，在再循环之后的最终厚度小于移除图案化屏蔽层之前的原始厚度。应注意，因为每当光掩模经历再循环时，厚度减小，掩模衬底的服务寿命因此减少。
推断在无保护层210的情况下，光掩模的再循环包含超过五个操作且掩模衬底遭受厚度减小。在一些实施例中，提供包含金属氟化物的保护层210，使得光掩模200的再循环包含少于五个操作：移除图案化屏蔽层220'；移除保护层210；及清洗。换句话说，简化光掩模200的再循环且缩短程序。此外，由于保护层210保护掩模衬底202的整个表面，所以改进表面平坦度及厚度均匀性，且降低表面粗糙度。即，形成保护层210导致一无抛光再循环。更重要的是，在移除图案化屏蔽层220'之前的厚度T1及移除保护层210之后的厚度T2归因于无抛光再循环而是相同的。换句话说，根据实施例缓解厚度减小，且因此，掩模衬底获得更长服务寿命。
参考图7D，在一些实施例中，可省略保护层210的移除，且因此，光掩模的再循环包含两个操作：移除图案化屏蔽层220'及清洗。
仍参考图7D，在一些实施例中，在清洗之后，可在掩模衬底202上形成另一保护层210'。如上文提及，形成保护层210'以覆盖且保护掩模衬底202的整个表面。在一些实施例中，可在形成保护层210'之后使用掩模衬底202。
参考图7E，在保护层210或210'上形成材料层270。在一些实施例中，材料层270可包含用于形成屏蔽层的材料，但本发明实施例不限于此。在一些实施例中，材料层270可通过方法100的操作104至108(图1中展示)图案化，但本发明实施例不限于此。在一些实施例中，获得另一光掩模200'，如在图7E中展示。应注意，在形成材料层222之后的掩模衬底202的厚度T3与在移除图案化屏蔽层220'之前的掩模衬底202的厚度T1(及在移除保护层210之后的厚度T2)相同。
因此，本发明实施例提供光掩模、一种形成光掩模的方法及一种处离掩模衬底的方法。在掩模衬底上形成保护层以提供对掩模衬底的保护以防全局化及局部化缺陷。因此，改进掩模衬底的平坦度。此外，由于全局化及局部化缺陷减少，故在掩模衬底的再循环期间不再需要抛光操作。在一些实施例中，简化用于形成光掩模的操作及用于再循环掩模衬底的操作两者。因此，在形成光掩模期间且在再循环中，掩模衬底需要更短的程序流程且招致更低的成本。此外，掩模衬底以更长服务寿命为特征，这是因为厚度减小得以缓解。
本发明实施例提供一种光掩模，其包含衬底、覆盖所述衬底的表面的第一层及所述第一层上的图案化第二层。在一些实施例中，第一层的部分透过图案化第二层暴露。在一些实施例中，与衬底及图案化第二层相比，所述第一层对卤素系气体更具抗性。在一些实施例中，第一层包含金属氟化物。
在一些实施例中，提供一种形成光掩模的方法。所述方法包含下列操作。接收衬底，且在衬底上形成保护层及一屏蔽层。移除屏蔽层的部分以形成图案化屏蔽层。提供BSE检测器以监测屏蔽层的部分的移除。当从BSE检测器获得的BSE强度的差异大于约30％时，停止屏蔽层的部分的移除。随后蚀刻回路中的BSE强度变得稳定。
在一些实施例中，提供一种形成半导体结构的方法。所述方法包含下列操作。在衬底上方形成光致抗蚀剂层。通过使用光学光刻工具透过光掩模使用光化辐射暴露光致抗蚀剂层。移除暴露光致抗蚀剂层以形成光致抗蚀剂图案。在一些实施例中，光掩模包含掩模衬底、图案化屏蔽层及保护层。保护层经安置于掩模衬底与图案化屏蔽层之间且覆盖掩模衬底的表面。
前文概述若干实施例的特征，使得所属领域的技术人员可更佳理解本发明实施例的方面。所属领域的技术人员应了解，其可容易地使用本发明实施例作为设计或修改用于实行本文中介绍的实施例的相同目的及/或达成相同优点的其它程序及结构的基础。所属领域的技术人员也应认识到，这些等效架构并不脱离本发明实施例的精神及范围，且其可在不脱离本发明实施例的精神及范围的情况下在本文中作出各种改变、替代及更改。
符号说明
100 方法
102 操作
104 操作
106 操作
108 操作
110 方法
112 操作
114 操作
116 操作
118 操作
120 操作
200 光掩模
200' 光掩模
202 掩模衬底
210 保护层
210' 保护层
220 屏蔽层
220' 图案化屏蔽层
222 开口
230 硬掩模层
230' 图案化掩模层
232 图案化光致抗蚀剂/图案化光致抗蚀剂层
250 蚀刻
252 修复
260 护膜
262 护膜框架
270 材料层
300 衬底
310 光致抗蚀剂层
312 暴露部分
314 非暴露部分
330a 光致抗蚀剂图案
330b 光致抗蚀剂图案
T1 厚度
T2 厚度
T3 厚度。

Claims (20)

1.一种光掩模，其包括：
衬底；
第一层，其覆盖所述衬底的表面；及
图案化第二层，其在所述第一层上且暴露所述第一层的部分，
其中与所述衬底及所述图案化第二层相比，所述第一层对卤素系气体更具抗性，且所述第一层包括金属氟化物，其中
当所述第一层的厚度大于100nm时，所述厚度符合第一厚度要求，
当所述第一层的所述厚度介于1nm与100nm时，所述厚度符合第二厚度要求，且所述第一厚度要求不同于所述第二厚度要求，其中所述第一厚度要求包含有等式(1)及等式(2)，且所述等式(1)与所述等式(2)分别包含：
T＝(1-R)e-4kπd/λ (1)
其中，T指示所述第一层的透射率，R指示所述第一层的反射率，n指示所述第一层的折射率，k指示所述第一层的消光系数，λ指示用于暴露中的光的波长，且d指示所述第一层的厚度；以及
所述第二厚度要求包含等式(3)、等式(4)及等式(5)，且所述等式(3)、所述等式(4)及所述等式(5)分别包含：
其中，Ts指示所述衬底的透射率，T指示所述第一层的透射率，R指示所述第一层的反射率，n0指示用于暴露中的介质的折射率，ns指示所述衬底的折射率，n指示所述第一层的折射率，ks指示所述衬底的消光系数，θ指示用于所述暴露中的光的入射角，λ指示用于所述暴露中的光的波长，且d指示所述第一层的厚度。
2.根据权利要求1所述的光掩模，其中所述衬底包括石英或熔融硅石。
3.根据权利要求1所述的光掩模，其中所述图案化第二层包含铬(Cr)、氮化铬(CrN)、氮化硅钼(MoSiN)、硅化钼(MoSi)或氮氧化硅钼(MoSiON)。
4.根据权利要求3所述的光掩模，其中所述第一层包括氟化镁(MgF2)、氟化铝(AlF3)、氟化镧(LaF3)或氟化钆(GdF3)。
5.根据权利要求1所述的光掩模，其中所述图案化第二层包括氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO)或氮氧化硅(SiON)。
6.根据权利要求5所述的光掩模，其中所述第一层包括LaF3或GdF3。
7.根据权利要求1所述的光掩模，其中所述第一层的厚度小于1000nm。
8.根据权利要求7所述的光掩模，其中所述第一层的所述厚度在1nm与10nm之间。
9.一种用于形成光掩模的方法，其包括：
接收衬底，其中在所述衬底上形成保护层及屏蔽层；
执行蚀刻以移除所述屏蔽层的部分以形成图案化屏蔽层；
提供反向散射电子BSE检测器以监测所述屏蔽层的所述部分的所述移除；及
当从所述BSE检测器获得的BSE强度的差异大于30％时，停止所述屏蔽层的所述部分的所述移除，且所述BSE强度在后续的蚀刻回路中变得稳定，其中
当所述保护层的厚度大于100nm时，所述厚度符合第一厚度要求，
当所述保护层的所述厚度介于1nm与100nm时，所述厚度符合第二厚度要求，且所述第一厚度要求不同于所述第二厚度要求，其中所述第一厚度要求包含有等式(1)及等式(2)，且所述等式(1)与所述等式(2)分别包含：
T＝(1-R)e-4kπd/λ (1)
其中，T指示所述保护层的透射率，R指示所述保护层的反射率，n指示所述保护层的折射率，k指示所述保护层的消光系数，λ指示用于暴露中的光的波长，且d指示所述保护层的厚度；以及
所述第二厚度要求包含等式(3)、等式(4)及等式(5)，且所述等式(3)、所述等式(4)及所述等式(5)分别包含：
其中，Ts指示所述衬底的透射率，T指示所述保护层的透射率，R指示所述保护层的反射率，n0指示用于暴露中的介质的折射率，ns指示所述衬底的折射率，n指示所述保护层的折射率，ks指示所述衬底的消光系数，θ指示用于所述暴露中的光的入射角，λ指示用于所述暴露中的光的波长，且d指示所述保护层的厚度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述屏蔽层的所述部分的所述移除进一步包括：
在所述屏蔽层上形成图案化掩模层；及
执行蚀刻以透过所述图案化掩模层移除所述屏蔽层的所述部分以形成图案。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述蚀刻包括激光束蚀刻或使用卤素系气体的等离子体轰击。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述屏蔽层的所述部分的所述移除进一步包括在所述蚀刻的所述执行之后执行具有卤素系气体的修复。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述修复包括激光束蚀刻、离子束蚀刻或电子束蚀刻。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述保护层包括金属氟化物。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述保护层的厚度在1nm与10nm之间。
16.一种形成半导体结构的方法，其包括：
在衬底上方形成光致抗蚀剂层；
通过使用光学光刻工具透过光掩模使用光化辐射暴露所述光致抗蚀剂层；及
使所述暴露光致抗蚀剂层显影以形成光致抗蚀剂图案，
其中所述光掩模包括掩模衬底、图案化屏蔽层及所述掩模衬底与所述图案化屏蔽层之间的保护层，且所述保护层覆盖所述掩模衬底的表面，其中
当所述保护层的厚度大于100nm时，所述厚度符合第一厚度要求，
当所述保护层的所述厚度介于1nm与100nm时，所述厚度符合第二厚度要求，且所述第一厚度要求不同于所述第二厚度要求，其中所述第一厚度要求包含有等式(1)及等式(2)，且所述等式(1)与所述等式(2)分别包含：
T＝(1-R)e-4kπd/λ (1)
其中，T指示所述保护层的透射率，R指示所述保护层的反射率，n指示所述保护层的折射率，k指示所述保护层的消光系数，λ指示所述光化辐射的波长，且d指示所述保护层的厚度；以及
所述第二厚度要求包含等式(3)、等式(4)及等式(5)，且所述等式(3)、所述等式(4)及所述等式(5)分别包含：
其中，Ts指示所述掩模衬底的透射率，T指示所述保护层的透射率，R指示所述保护层的反射率，n0指示使用所述光化辐射时的介质的折射率，ns指示所述掩模衬底的折射率，n指示所述保护层的折射率，ks指示所述掩模衬底的消光系数，θ指示所述光化辐射的入射角，λ指示所述光化辐射的波长，且d指示所述保护层的厚度。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括：
移除所述图案化屏蔽层以暴露所述保护层，及
在所述保护层上形成材料层，
其中所述掩模衬底具有在所述图案化屏蔽层的所述移除之前的第一厚度及在所述材料层的所述形成之后的第二厚度，且所述第一厚度与所述第二厚度相同。
18.根据权利要求17所述的方法，其中使用卤素系气体通过等离子体或湿式蚀刻执行所述图案化屏蔽层的所述移除。
19.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括：
使用HNO3、H2(SO)4或H3(PO)4移除所述保护层；及
形成覆盖所述掩模衬底的整个表面的另一保护层。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述保护层包括金属氟化物。
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