CN112698545A - 用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模和光掩模 - Google Patents

用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模和光掩模 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模和光掩模，用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模包含：顺序地设置于透明衬底上的反射膜、覆盖膜、第一蚀刻终止膜、相移膜、第二蚀刻终止膜以及吸收膜。相移膜具有20％或大于20％的高反射率，如此在晶片印刷期间改进归一化图像对数斜率和掩模误差增强因数的特性。

Description

用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模和光掩模
技术领域
本公开涉及用于极紫外(extreme ultraviolet；EUV)光刻的相移空白掩模和光掩模，且更具体地说，涉及相对于曝光波长具有20％或大于20％的高反射率的用于EUV光刻的半色调衰减式相移空白掩模和光掩模以便在晶片印刷期间改进归一化图像对数斜率(normalized image log slope；NILS)和掩模误差增强因素(mask error enhancementfactor；MEEF)的特性。
背景技术
最近，用于制造半导体的光刻技术从ArF、ArFi以及多重(multiple；MP)光刻技术演进为EUV光刻技术。EUV光刻技术是一种由于制造10纳米或小于10纳米的半导体装置而引起注目的技术，这是因为EUV光刻通过使用13.5纳米的曝光波长来实现解决方案和工艺简化。
另一方面，EUV光刻技术可不使用现有折射光学系统，如使用KrF或ArF光的光刻，这是因为EUV光由所有材料很好地吸收，且材料在所述波长下的折射率接近1。出于这个原因，在EUV光刻中，使用利用反射光学系统的光掩模。
空白掩模是光掩模的原材料，且构造成包含衬底上的两个薄膜以形成反射结构：反射EUV光的反射膜和吸收EUV光的吸收膜。另外，空白掩模可包含保护反射膜的覆盖膜、用于静电夹持(e-chucking)的背侧导电膜以及类似物。更确切地说，用于EUV的空白掩模构造成包含由具有低热膨胀系数的SiO2-TiO2类低热膨胀材料(low thermal expansionmaterial；LTEM)衬底上的Mo/Si制成的反射膜、反射膜上的钌(Ru)类覆盖膜以及覆盖膜上的钽(Ta)类吸收膜。以这种方式形成的光掩模具有其中吸收膜经过图案化的形式，且使用通过使用反射膜的反射率与吸收膜的反射率之间相反的差异来在晶片上形成图案的原理。
另一方面，近年来，需要开发用于制造10纳米或小于10纳米(确切地说，7纳米或5纳米或小于5纳米，以及在将来3纳米或小于3纳米)的装置的用于EUV的空白掩模。因此，需要开发由于空白掩模对EUV的特性而具有极佳归一化图像对数斜率(NILS)和掩模误差增强因素(MEEF)的空白掩模。用于极紫外光刻的现有二进制掩模具有不良成像性能，这是因为难以在曝光具有32纳米或小于32纳米间距的图案的逻辑或DRAM装置时确保2.0或大于2.0的NILS。
发明内容
[技术问题]
因此，本公开的目标是提供具有归一化图像对数斜率(NILS)和掩模误差增强因素(MEEF)的极佳特性的用于EUV光刻的半色调衰减式相移空白掩模和光掩模。
本公开的另一目标是提供在暗区域(其中吸收膜存在的区域)中具有20％或大于20％且优选地20％到60％的高反射率的用于EUV光刻的半色调衰减式相移空白掩模和光掩模。
[技术解决方案]
根据本公开的一方面，用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模包含：顺序地设置于透明衬底上的反射膜、覆盖膜、第一蚀刻终止膜、相移膜、第二蚀刻终止膜以及吸收膜。
空白掩模可进一步包括设置于吸收膜上的硬掩模膜。
第一蚀刻终止膜可单独由硅(Si)制成或由其中氧(O)、氮(N)、碳(C)、氢(H)、硼(B)以及金属中的至少一个含于硅(Si)中的化合物制成。
第一蚀刻终止膜可具有1纳米到5纳米的厚度。
相移膜可相对于极紫外曝光波长具有20％或大于20％的反射率。
相移膜可单独由钌(Ru)制成，由其中氧(O)、氮(N)、碳(C)、氢(H)以及硼(B)中的至少一个含于钌(Ru)中的化合物制成，或由其中氧(O)、氮(N)、碳(C)、氢(H)以及硼(B)中的至少一个含于钌(Ru)和钼(Mo)中的化合物制成。
相移膜可具有10纳米到50纳米的厚度。
第二蚀刻终止膜可由铬(Cr)制成，或由其中氧(O)、氮(N)、碳(C)、氢(H)以及硼(B)中的至少一个含于铬(Cr)中的铬(Cr)化合物制成。
第二蚀刻终止膜可具有1纳米到10纳米的厚度。
吸收膜可由钽(Ta)制成或由其中氧(O)、氮(N)、碳(C)、氢(H)以及硼(B)中的至少一个含于钽(Ta)中的钽(Ta)化合物制成。
吸收膜可具有10纳米到50纳米的厚度。
硬掩模膜可由铬(Cr)制成或由其中选自氧(O)、氮(N)、碳(C)、氢(H)以及硼(B)的至少一个含于铬(Cr)中的铬(Cr)化合物制成。
根据本公开的另一方面，提供具有以上结构的使用用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模制造的光掩模。
[有利效应]
根据本公开，空白掩模包含具有20％或大于20％且优选地20％到60％的高反射率的相移膜。因此，在晶片印刷期间改进NILS和MEEF的特性。
附图说明
图1是说明根据本公开的用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模的横截面图。
附图标号说明
101：LTEM透明衬底；
102：反射膜；
104：覆盖膜；
106：第一蚀刻终止膜；
108：相移膜；
110：第二蚀刻终止膜；
112：吸收膜；
114：硬掩模膜；
116：抗蚀剂膜。
具体实施方式
图1是说明根据本公开的实施例的用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模的横截面图。
根据本公开的用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模具有反射膜102、含有Ru的覆盖膜104、第一蚀刻终止膜106、相移膜108、第二蚀刻终止膜110、吸收膜112、硬掩模膜114以及抗蚀剂膜116顺序地堆叠于LTEM透明衬底101上的结构，在反射膜102中堆叠40到60层的Mo/Si。
第一蚀刻终止膜106相对于其下安置的含有Ru的覆盖膜104具有10或大于10的蚀刻选择性。第一蚀刻终止膜106可单独由硅(Si)制成或由其中氧(O)、氮(N)、碳(C)、氢(H)、硼(B)以及金属中的至少一个含于硅(Si)中的化合物制成，且优选地由至少含有硅(Si)和氮(N)的硅(Si)化合物制成。第一蚀刻终止膜106通过氯(Cl)类蚀刻气体蚀刻，且当含有氧(O)时，由于一起蚀刻Ru，因此优选地第一蚀刻终止膜106不含有氧(O)。第一蚀刻终止膜106具有1纳米到5纳米且优选地2纳米到4纳米的厚度。当第一蚀刻终止膜106具有5纳米或大于5纳米的厚度时，其中形成最终图案的相移图案的反射率减小，且当第一蚀刻终止膜106具有1纳米或小于1纳米的厚度时，第一蚀刻终止膜106难以起蚀刻终止膜的作用。
相移膜108由相对于极紫外曝光波长具有高透射率和简单相移控制的材料制成。为这个目的，相移膜108单独含有钌(Ru)或含有其中氧(O)、氮(N)、碳(C)、氢(H)以及硼(B)中的至少一个含于钌(Ru)中的化合物，且确切地说，优选地含有氮(N)和氧(O)。
另外，相移膜108含有选自含于钌(Ru)中的钽(Ta)、钛(Ti)、钴(Co)、铟(In)、铌(Nb)、钼(Mo)、镍(Ni)以及铬(Co)的至少一个以减小厚度带来的遮蔽影响，且可由其中氧(O)、氮(N)、碳(C)、氢(H)以及硼(B)中的至少一个额外含于材料中的化合物制成。确切地说，相移膜108在材料当中含有钼(Mo)，且优选地由含有氧(O)、氮(N)、碳(C)、氢(H)以及硼(B)中的至少一个的化合物制成。
相移膜108可形成于单层或两个或大于两个层的多层结构中，且可形成于单层或连续层中。
相移膜108相对于极紫外曝光波长具有120°到240°的相移量，且优选地具有190°到240°的相移量。
在形成图案之后，相移膜108相对于曝光波长具有20％或大于20％的反射率，且优选地具有20％到60％内的反射率。
相移膜108具有10纳米到50纳米且优选地20纳米到40纳米的厚度。
相移膜108通过氟(F)类蚀刻气体蚀刻。
第二蚀刻终止膜110设置于相移膜108上且相对于含有钽(Ta)的所形成吸收膜112具有10或大于10的蚀刻选择性。
第二蚀刻终止膜110可由通过氯(Cl)类气体蚀刻的材料制成，且确切地说，可由铬(Cr)制成或由其中氧(O)、氮(N)、碳(C)、氢(H)以及硼(B)中的至少一个含于铬(Cr)中的铬(Cr)化合物制成。第二蚀刻终止膜110优选地通过在铬(Cr)中包含氧(O)形成。第二蚀刻终止膜110具有1纳米到10纳米、优选地5纳米或小于5纳米且更优选地4纳米或小于4纳米的厚度。
吸收膜112可由钽(Ta)制成或由其中氧(O)、氮(N)、碳(C)、氢(H)以及硼(B)中的至少一个含于钽(Ta)中的钽(Ta)化合物制成，且确切地说，优选地由TaN、TaBN、TaON以及TaBON中的一个制成。吸收膜112具有10纳米到50纳米且优选地10纳米到40纳米的厚度。
硬掩模膜114可由铬(Cr)制成或由其中氧(O)、氮(N)、碳(C)、氢(H)以及硼(B)中的至少一个含于铬(Ca)中的铬(Cr)化合物制成，且确切地说，优选地由其中氧(O)含于至少铬(Cr)中的化合物制成。
硬掩模膜114具有1纳米到10纳米且优选地2纳米到5纳米的厚度。
抗蚀剂膜116具有40纳米到150纳米的厚度。
具有以上结构的根据本公开的空白掩模具备具有20％或大于20％且优选地20％到60％的高反射率的相移膜，如此有可能在晶片印刷期间确保NILS、掩模误差增强因数(MEEF)以及类似物的特性和工艺容限。
(实例)
制造用于EUV的高透射率相移空白掩模
为制造空白掩模，制备具有控制为30纳米或小于30纳米的总指示读数(totalindicated reading；TIR)且由SiO2-TiO2组件制成的具有6英寸×6英寸×0.25英寸的大小的低热膨胀材料(LTEM)衬底101。
接下来，虽然图1中未说明，但含有铬(Cr)作为主要组分的导电膜使用DC磁控管反应性溅镀设施来形成于LTEM衬底101的后表面上。导电膜具有三层结构，其中每一层由CrCON、CrN以及CrCON制成。具体地说，导电膜使用铬(Cr)靶材，且由CrCON制成的邻近于衬底的后表面的第一层通过注入Ar:N2:CO2＝7sccm:7sccm:7sccm的气体且使用1.0千瓦的工艺功率以30纳米的厚度形成。其后，具有20纳米的厚度的CrN薄膜的第二层通过将Ar:N2＝5sccm:5sccm的气体注入到第一层的CrCON薄膜上且使用1.0千瓦的工艺功率形成。随后，具有10纳米的厚度的CrCON薄膜的第三层通过再次将Ar:N2:CO2＝7sccm:7sccm:7sccm的气体注入到第二层的CrN薄膜上且使用1.4千瓦的工艺功率形成。因此，完成导电膜的形成。此时，由于使用4点探针测量导电膜的薄层电阻，通过指示55Ω/Υ的薄层电阻值来确认在利用静电卡盘的静电夹持中不存在问题，且指示使用AFM设备在1微米×1微米的面积中测量的粗糙度是0.4纳米RMS。
其后，钼(Mo)层和硅(Si)层通过使用离子束沉积低缺陷密度(下文称为‘IBD-LDD’)设备各自交替地形成于LTEM衬底101的前表面上以具有4.8纳米的厚度和2.2纳米的厚度，且因此，形成其中堆叠40层的Mo/Si的反射膜102。由于使用EUV反射计测量反射膜102的反射率，因此指示反射率在13.5纳米的波长下是67.8％。由于使用原子力显微镜(atomicforce microscopy；AFM)设备测量反射膜102的表面粗糙度，因此指示表面粗糙度是0.12纳米RMS，且当EUV曝光光从反射膜102反射时，可确认由于表面粗糙度而发生较少漫反射。另外，由于使用超平坦装置测量具有142平方毫米的面积的反射膜102的总指示读数，因此指示TIR值是54纳米，且当认为LTEM衬底101的TIR值是45纳米时，可确认由于反射膜而存在图案位置的极小扭曲。
覆盖膜104通过使用IBD LDD设备在反射膜102上堆叠2.5纳米的厚度的钌(Ru)层形成。由于在形成覆盖膜104之后以与反射膜102中相同的方式测量反射率，反射率在13.5纳米的波长下是65.8％，如此确认与反射膜102的反射率值67.8％相比较在反射率中存在极小改变。另外，由于以相同方式测量表面粗糙度和总指示读数，指示表面粗糙度值是0.13纳米RMS，其展示与反射膜102的表面粗糙度值相比较存在极小改变。TIR值还是54纳米，且因此，确认不变。
由SiN制成的第一蚀刻终止膜106通过使用掺杂有硼(B)的硅(Si)靶材、注入Ar:N2＝5sccm:3sccm的气体且使用0.6千瓦的工艺功率来形成于覆盖膜104上以具有3.5纳米的厚度。
相移膜108通过使用Ru靶材且使用10sccm的Ar气体和0.4千瓦的工艺功率来形成于第一蚀刻终止膜106上以具有39纳米的厚度。由于在形成相移膜108之后测量反射率，指示反射率在13.5纳米的波长下是33.2％。
第二蚀刻终止膜110通过使用Cr靶材、注入Ar:N2:NO＝5sccm:5sccm:5sccm的气体且使用0.6千瓦的工艺功率来形成于相移膜108上以具有4纳米的厚度。
由TaN制成的吸收膜112通过使用Ta靶材、注入Ar:N2＝9sccm:1sccm的气体和0.6千瓦的工艺功率来形成于第二蚀刻终止膜110上以具有30纳米的厚度。由于测量吸收膜112上在13.5纳米下的反射率，指示反射率是1.1％，且确认在吸收膜的作用上不存在问题。
硬掩模膜114通过使用Cr靶材、注入Ar:N2:NO＝5sccm:3sccm:5sccm的气体且使用0.6千瓦的工艺功率来形成于吸收膜112上以具有4纳米的厚度。
在硬掩模膜114上旋转涂布80纳米的厚度的用于电子束的抗蚀剂膜116，且因此，制造用于EUV的空白掩模100。
上文，本公开已通过本公开的实施例特别加以描述，但这仅用于说明和解释本公开的目的，且并不用于限制在权利要求中描述的本公开的含义或范围。因此，本公开的技术领域中的普通技术人员可理解各种修改且等效的其它实施例根据实施例是可能的。因此，本公开的实际技术范围将由所附权利要求的精神定义。

Claims (13)

1.一种用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模，包括：
反射膜、覆盖膜、第一蚀刻终止膜、相移膜、第二蚀刻终止膜以及吸收膜，顺序地设置于透明衬底上。
2.根据权利要求1所述的用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模，还包括：
硬掩模膜，设置于所述吸收膜上。
3.根据权利要求1所述的用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模，其中所述第一蚀刻终止膜单独由硅制成或由其中氧、氮、碳、氢、硼以及金属中的至少一个含于硅中的化合物制成。
4.根据权利要求1所述的用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模，其中所述第一蚀刻终止膜具有1纳米到5纳米的厚度。
5.根据权利要求1所述的用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模，其中所述相移膜相对于极紫外曝光波长具有20％或大于20％的反射率。
6.根据权利要求1所述的用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模，其中所述相移膜单独由钌制成、由其中氧、氮、碳、氢以及硼中的至少一个含于钌中的化合物制成、或由其中氧、氮、碳、氢以及硼中的至少一个含于钌和钼中的化合物制成。
7.根据权利要求1所述的用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模，其中所述相移膜具有10纳米到50纳米的厚度。
8.根据权利要求1所述的用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模，其中所述第二蚀刻终止膜由铬制成或由其中氧、氮、碳、氢以及硼中的至少一个含于铬中的铬化合物制成。
9.根据权利要求1所述的用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模，其中所述第二蚀刻终止膜具有1纳米到10纳米的厚度。
10.根据权利要求1所述的用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模，其中所述吸收膜由钽制成或由其中氧、氮、碳、氢以及硼中的至少一个含于钽中的钽化合物制成。
11.根据权利要求1所述的用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模，其中所述吸收膜具有10纳米到50纳米的厚度。
12.根据权利要求2所述的用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模，其中所述硬掩模膜由铬制成或由其中选自氧、氮、碳、氢以及硼的至少一个含于铬中的铬化合物制成。
13.一种光掩模，使用如权利要求1到12中任一项所述的用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模制造。
CN202011136791.2A 2019-10-23 2020-10-22 用于极紫外光刻的半色调衰减式相移空白掩模和光掩模 Pending CN112698545A (zh)

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