CN111610693B

CN111610693B - 一种掩膜板的修复方法

Info

Publication number: CN111610693B
Application number: CN201910143194.3A
Authority: CN
Inventors: 张健澄; 吴苇
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Tianjin Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Tianjin Corp
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2023-08-22
Anticipated expiration: 2039-02-26
Also published as: CN111610693A

Abstract

本发明实施例提供了一种掩膜板的修复方法。本发明实施例通过在掩膜板的缺陷上形成堆积结构，以增加缺陷体积，由此，能够增加在清洗过程中缺陷受到的冲击力，并通过清洗所述掩膜板，以移除所述缺陷。可以提高掩膜板的精度。

Description

一种掩膜板的修复方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种掩膜板的修复方法。

背景技术

在半导体制造过程中，光刻工艺是集成电路生产中重要的工艺步骤。在芯片制造前，先根据芯片上每一层的器件、金属线、连接等的布局，设计制作一个或多个掩膜板(Mask)，然后，再利用光刻工艺将该光刻掩膜板上的图形转移到晶片上。

在曝光工艺中使用的用于形成光刻图形的掩膜板是通过在石英衬底上涂覆铬层或者铝层作为遮光层，然后利用离子束刻蚀遮光层以形成相应的遮光图形而得到。掩膜板的作用是有选择地遮挡照射到基片表面光刻胶膜上的光(例如紫外线、电子束、X射线等)，以便形成光刻胶图案。掩膜板的质量将直接影响所形成的光刻胶图案的质量，从而影响器件的性能和成品率。因此，掩膜板的质量尤为重要。

然而，掩膜板的精度还需要提高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种掩膜板的修复方法，能够提高掩膜板的精确度。所述方法包括：

提供掩膜板；

确定所述掩膜板上的缺陷的位置；

在所述缺陷上形成堆积结构，以增加缺陷体积；

清洗所述掩膜板，以移除所述缺陷。

进一步地，所述在所述缺陷上形成堆积结构后，所述方法还包括：

确定所述缺陷的大小。

进一步地，根据所述缺陷的尺寸确定所述堆积结构与所述缺陷的接触面积。

进一步地，所述在所述缺陷上形成堆积结构，包括：

当所述缺陷的尺寸小于5微米时，在所述缺陷上形成与所述缺陷的接触面积为所述缺陷面积的1/2的堆积结构。

进一步地，所述在所述缺陷上形成堆积结构，包括：

当所述缺陷的尺寸大于5微米时，在所述缺陷上形成与所述缺陷的接触面积为所述缺陷面积的3/4的堆积结构。

进一步地，所述在所述缺陷上形成堆积结构，包括：

在所述缺陷上形成接触层；

在所述接触层上形成受力层；

在所述受力层上形成保护层。

进一步地，所述接触层、所述受力层和所述保护层的材料是铬。

进一步地，所述受力层为不规则形状。

进一步地，所述受力层为X形。

进一步地，在所述形成保护层后，所述方法还包括：

刻蚀所述缺陷的周围区域。

进一步地，所述缺陷为粘附颗粒。

进一步地，所述清洗所述掩膜板，包括：

用去离子水超声清洗所述掩膜板。

进一步地，所述在所述缺陷上形成堆积结构，包括：

采用离子束或电子束聚焦形成所述堆积结构。

本发明实施例通过在掩膜板的缺陷上形成堆积结构，以增加缺陷体积，由此，能够增加在清洗过程中缺陷受到的冲击力，并通过清洗所述掩膜板，以移除所述缺陷。可以提高掩膜板的精度。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是掩膜板中缺陷的显微照片；

图2-图4是具有缺陷的掩膜板的显微照片；

图5是本发明实施例的掩膜板的修复方法的流程图；

图6-图19是本发明实施例的掩膜板的修复方法的各步骤形成的结构的示意图；

图20是本发明实施例的掩膜板的修复方法的超声清洗前和超声清洗后的显微照片。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。在本发明的描述中，除非另有说明，“多层”的含义是两层或两层以上。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。为便于描述这里可以使用诸如“在…之下”、“在...下面”、“下”、“在…之上”、“上”等空间关系术语以描述如附图所示的一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。应当理解，空间关系术语旨在概括除附图所示取向之外器件在使用或操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转过来，被描述为“在”其他元件或特征“之下”或“下面”的元件将会在其他元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“在...下面”就能够涵盖之上和之下两种取向。器件可以采取其他取向(旋转90度或在其他取向)，这里所用的空间关系描述符被相应地解释。

所述“缺陷尺寸”是指所述缺陷的最大直径。

掩膜板的质量会直接影响所形成的光刻胶图案的质量，其上的缺陷或污染物可能引起在整个晶片上形成的每一个半导体器件内重复的缺陷。如图1所示，当掩膜板上存在某种缺陷，使得本应透光的区域因存在污染点而不透光时，晶片上对应位置本应曝光的区域就无法曝光，结果会导致光刻后得到的晶片上的光刻胶图案与预先设计的不相符，可能在后续所形成的半导体器件中引起开路或短路，导致产品的性能和成品率下降。

随着半导体器件的集成度越来越高，掩膜板上的图案尺寸越来越小。使得对掩膜板缺陷的修复更加复杂。例如，在14nm或28nm工艺节点中，如图2所示，当采用高频超声清洗时，由于掩膜板的图案尺寸过小，容易导致亚分辨率辅助特征(Sub-Resolution AssistFeatures，SRAF)消失。但低频超声清洗又不能有效的移除不透明颗粒，使得超声清洗时间过长，进而导致图案被腐蚀。如图3所示，采用刻蚀的方法会导致过刻蚀，掩膜图案的边缘向外扩展。如图4所示，当不透明颗粒形成在掩膜板的狭缝处，因为没有合适的工具，所以也无法采用物理去除的方法去除所述不透明颗粒。

有鉴于此，本发明实施例提供了一种掩膜板的修复方法，可以去除掩膜板的表面的不透明颗粒。图5是本发明实施例的掩膜板的修复方法的流程图。如图5所示，本发明实施例的方法包括如下步骤：

步骤S100、提供掩膜板。

步骤S200、确定所述掩膜板上的缺陷位置。

步骤S300、在所述缺陷上形成堆积结构。以增加缺陷体积。

步骤S400、清洗所述掩膜板。以移除所述缺陷。

可选地，在步骤S300前，所述方法还包括：

步骤S300a，确定所述缺陷的大小。

图6-图19是本发明实施例的掩膜板的修复方法的各步骤形成的结构的示意图。在图6-图19中以去除14nm或28nm工艺中使用的掩膜板的表面的不透明颗粒为例进行说明，应理解，本发明实施例也可以用于修复其他工艺制程的掩膜板。

如图6所示，在步骤S100中，提供掩膜板。

所述掩膜板可以是移相掩模(Phase Shift Mask，PSM)。PSM是同时利用光线的强度和相位来成像，得到更高分辨率的一种分辨率增强技术。具体地，可以是交替型移相掩模(Levenson PSM/Alternating PSM)、衰减式/不透明移相掩模(Attenuated PSM/halftonePSM)、边缘增强型移相掩模(Rim PSM)、亚分辨率移相掩模(Sub Resolution PSM)、自对准移相掩模(Self-alignment PSM)及无铬/全透明移相掩模(Chrome-less PSM/All-transparent PSM)等。

具体地，所述掩膜板包括衬底10和图案层20。所述衬底10可以是石英，所述图案层可以是铬(Cr)或铝(Al)。

如图6所示，在步骤S200中，确定所述掩膜板上的缺陷30的位置。

具体地，所述缺陷30为粘附颗粒。

具体地，可以采用电子束修复设备确定所述掩膜板上的缺陷30的位置。

在步骤S300a中，确定所述缺陷30的大小。

具体地，可以根据显微设备，确定所述缺陷30的大小。由此，在后续工艺中，根据不同的缺陷30的尺寸，确定不同的工艺。

如图7所示，在步骤S300中，在所述缺陷30上形成堆积结构40。以增加缺陷30体积。

具体地，根据所述缺陷30的尺寸确定所述堆积结构40与所述缺陷30的接触面积。

具体地，可以采用离子束或电子束聚焦形成所述堆积结构40。

在一种可选的实现方式中，采用聚焦离子束(Focused Ion Beam，FIB)设备形成所述堆积结构40。具体地，离子束聚焦是以镓金属为离子源形成的镓离子束，该有机气体采用碳氢气体。当镓离子束聚焦至缺陷30的表面上时，碳氢气体与镓离子产生化学反应后便在所述缺陷30的表面形成堆积结构。进一步地，所述碳氢气体为萘(C₁₀H₈)，所述堆积结构的材料为碳。

在另一种可选的实现方式中，采用电子束聚焦设备形成所述堆积结构40。具体地，聚焦电子束设备(Focused Electron Beam，FEB)是在真空条件下，利用电子枪中产生的电子经加速、聚焦后，形成能量密度为106～109W的极细束流，高速(光速的60％～70％)冲击到工件表面，并在极短的时间内，将电子的动能大部分转换为热能，形成“小孔”效应，使工件被冲击部位的材料达到几千摄氏度，致使材料局部熔化或蒸发，达到焊接目的。进一步地，在所述聚焦电子束设备中通入铬，由此，铬会在缺陷表面熔化的位置会形成堆积结构，所述堆积结构为铬。进一步地，在所述聚焦电子束设备中通入铬可以采用物理气相沉积的方法。也可以在所述聚焦电子束设备中通入铬的同时，通入氧气作为辅助气体，以形成材料为氧化铬的堆积结构。此外，也可以在所述聚焦离子束设备中通入碳氢气体，以形成材料为碳的堆积结构。

电子束设备具有较高的精度，可以根据所述缺陷的材料以及掩膜板的精度等选择不同的形成方法形成所述堆积结构。

在所述缺陷30上形成堆积结构40，使堆积结构40和所述缺陷30紧密结合。相当于增大所述缺陷30的尺寸，使得缺陷30的受力面积变大，缺陷30收到水振动的冲击力也同时变大，使得能够在合适的超声频率下去除所述缺陷30。

在一种可选的实现方式中，如图7所示，当所述缺陷30的尺寸小于5微米时，在所述缺陷上形成与所述缺陷30的接触面积为所述缺陷面积的1/2的堆积结构40。

因为在后续超声清洗的过程中，需要确保所述堆积结构40和所述缺陷30的结合力大于所述缺陷30和衬底10之间的结合力，这样才能将所述堆积结构40和所述缺陷30作为整体同时去除。如果堆积结构40和缺陷30的结合力小于所述缺陷30和所述堆积结构40的结合力，在超声清洗的过程中，所述堆积结构40会先从所述缺陷30上剥离，因此，堆积结构40与所述缺陷30的接触面积过小会导致所述缺陷30和所述堆积结构40的结合力不够，无法达到预期的效果。同时，如果接触面积过大，容易在缺陷30周围的衬底10上形成其他缺陷，且效率会较低。出于精度和效率的综合考虑，在本发明实施例中，堆积结构40与所述缺陷30的接触面积为所述缺陷面积的1/2。

在另一种可选的实现方式中，当所述缺陷30的尺寸大于5微米时，在所述缺陷30上形成与所述缺陷30的接触面积为所述缺陷30的面积的3/4的堆积结构。

图8是缺陷30在衬底10上的主视图。图9是图8沿AA’线的剖面示意图。如图8和图9所示，所述缺陷30的尺寸大于5微米。

在所述缺陷30上形成堆积结构40包括如下步骤：

步骤S301、刻蚀所述缺陷。

步骤S302、在所述缺陷上形成接触层。

步骤S303、在所述接触层上形成受力层。

步骤S304、在所述受力层上形成保护层。

步骤S305、刻蚀所述缺陷的周围区域。

如图10所示，在步骤S301中，刻蚀所述缺陷30。

具体地，可以采用离子束或电子束溅射的方法刻蚀所述缺陷30。刻蚀所述缺陷30，能够使后续在所述缺陷30上形成的堆积结构与所述缺陷30较好的结合。

图11是形成接触层的结构的主视图。图12是图11沿AA’线的剖面示意图。如图11和图12所示，在步骤S302中，在所述缺陷30上形成接触层41。

具体地，可以采用离子束或电子束沉积工艺形成所述接触层41。进一步地，所述接触层的材料可以是铬或铝等。所述接触层41与所述缺陷30的接触面积可以是所述缺陷30的面积的3/4。

由于接触面积过小，会导致接触层41与缺陷30之间的结合力不足，在后续去除所述缺陷的过程中，会导致接触槽41与缺陷30脱落剥离。如果接触面积过大，由于工艺设备的精度有限，会在缺陷周围的衬底10上形成较多的接触层材料。接触面积大还会增加修复时间，使得修复效率降低。因此，出于效率和精度的综合考虑，在本实施例中，将所述接触层41和所述缺陷30的接触面积设为所述缺陷30的3/4。

图13是形成接触层的结构的主视图。图14是图13沿AA’线的剖面示意图。如图13和图14所示，在步骤S303中，在所述接触层41上形成受力层42。

具体地，所述受力层42为不规则形状。进一步地，所述受力层42可以是X形、五角星形或六角星形等。所述受力层42的材料可以和所述接触层41的材料相同。进一步地，所述受力层42的材料可以是铬或铝。

如图13和图14所示，在一种可选的实现方式中，在所述接触层41上形成X形的受力层42。

所述受力层42为不规则形状，可以在后续的超声清洗过程中，增大堆积结构的受力面积，由于缺陷30和堆积结构相互结合在一起，堆积结构的受力面积增大，使得缺陷30和堆积结构整体的受力面积增大，进而，使得缺陷30能够更容易被去除。

图15是形成保护层的结构的主视图。图16是图15沿AA’线的剖面示意图。如图15和图16所示，在步骤S304中，在所述受力层42上形成保护层43。

具体地，所述保护层43的材料可以和所述接触层41的材料相同。进一步地，所述保护层43的材料可以是铬或铝。优选地，所述接触层41、受力层42和保护层43的材料均为铬。将所述保护层43、受力层和接触层41的材料相同，由此，能够减小保护层43、受力层42和接触层41之间的界面的接触应力，使得保护层43、受力层42和接触层41之间具有较好的结合力。

由于为了增大受力面积，所述受力层42为X形，这样使得受力层42和接触层41之间的接触面积较小，如果所述堆积结构仅包括受力层42和接触层41，在后续的超声清洗工艺中，受力层42和接触层41容易在超声清洗的过程中脱落。因此，在所述受力层42上形成保护层43。进一步地，所述保护层43覆盖所述接触层41和所述受力层42。由此，确保所述接触层41、受力层42和保护层43相互之间有较好的结合力。在本实施例中，在所述缺陷30上形成由接触层41、受力层42和保护层43组成的堆积结构40，能够和缺陷30很好的结合，起到增大缺陷30的受力面积的作用，进而增大缺陷30受到的冲击力。由此，在后续清洗工艺中，能够选择合适的超声频率，避免在去除掩膜板上的缺陷的同时破坏掩膜图案。

如图17所示，在步骤S305中，刻蚀所述缺陷30的周围区域50。

在形成所述堆积结构40的过程中，会在所述缺陷的周围的衬底上形成堆积材料。因此，采用能够去除堆积材料，但不会影响衬底10的刻蚀方法去除所述堆积材料。同时也避免堆积材料增加缺陷30和衬底10的之间的结合力。

如图18-19所示，在步骤S400中，清洗所述掩膜板。以移除所述缺陷30。

具体地，在超声清洗机中，用去离子水作为清洗液，超声清洗所述掩膜板。进一步地，可以采用30KHz的频率超声清洗所述掩膜板。

具体地，如图18和图19所示，在超声清洗过程中，堆积结构能够增大受力面积，在受到一定的作用力时，能够将堆积结构和缺陷同时移除。

超声清洗具有清洗效果好，操作简单的优点。超声清洗机的原理由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质(清洗溶剂)中，超声波在介质中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的直径为50-500μm的微小气泡，存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区，当声压达到一定值时，气泡迅速增大，然后突然闭合。并在气泡闭合时产生冲击波，在其周围产生上千个大气压，破坏不溶性污物而使他们分散于清洗液中，当团体粒子被油污裹着而黏附在清洗件表面时，油被乳化，固体粒子脱离，从而达到清洗件净化的目的。在这种被称之为“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成几百度的高温和超过1000个气压的瞬间高压。

图20是本发明实施例的掩膜板的修复方法的超声清洗前和超声清洗后的显微照片。如图20所示，采用超声清洗后，有效的去除了粘附在掩膜板的衬底上的缺陷。同时，掩膜板上的图案没有被破坏，很好的修复了掩膜板的缺陷。

应理解，所述堆积结构与所述缺陷的接触面积不限于本发明实施例中所述的缺陷面积的1/2或缺陷面积的3/4，也可以根据不同的情况做适当的调整。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种掩膜板的修复方法，其特征在于，所述方法包括：

提供掩膜板；

确定所述掩膜板上的缺陷的位置；

在所述缺陷上形成堆积结构，以增加缺陷体积；

清洗所述掩膜板，以移除所述缺陷；

其中，在所述缺陷上形成堆积结构包括：

当所述缺陷的尺寸小于5微米时，在所述缺陷上形成与所述缺陷的接触面积为所述缺陷面积的1/2的堆积结构；

当所述缺陷的尺寸大于5微米时，在所述缺陷上形成与所述缺陷的接触面积为所述缺陷面积的3/4的堆积结构，所述在所述缺陷上形成堆积结构，包括：

在所述缺陷上形成接触层；

在所述接触层上形成受力层；

在所述受力层上形成保护层；

刻蚀所述缺陷的周围区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接触层、所述受力层和所述保护层的材料是铬。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述受力层为不规则形状。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述受力层为X形。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缺陷为粘附颗粒。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洗所述掩膜板，包括：

用去离子水超声清洗所述掩膜板。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述缺陷上形成堆积结构，包括：

采用离子束或电子束聚焦形成所述堆积结构。