CN113238455A - Euv光掩模及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及EUV光掩模及其制造方法。在一种制造反射掩模的方法中，在掩模胚之上形成光致抗蚀剂层。掩模胚包括衬底、衬底上的反射多层、反射多层上的帽盖层、帽盖层上的吸收体层、和硬掩模层，并且吸收体层由Cr、CrO或CrON形成。光致抗蚀剂层被图案化，硬掩模层通过使用经图案化的光致抗蚀剂层而被图案化，吸收体层通过使用经图案化的硬掩模层而被图案化，并且附加的元素被引入到经图案化的吸收体层来形成经转化吸收体层。

Description

EUV光掩模及其制造方法
技术领域
本公开涉及EUV光掩模及其制造方法。
背景技术
光刻操作是半导体制造工艺中的关键操作之一。光刻技术包括紫外光刻、深紫外光刻和极紫外光刻(EUVL)。光掩模是光刻操作中的重要组件。制造具有包括高反射率部分和高吸收率部分的高对比度的EUV光掩模至关重要。
发明内容
根据本公开的一个实施例，提供了一种反射掩模，包括：衬底；反射多层，设置在所述衬底上；帽盖层，设置在所述反射多层上；以及吸收体层，设置在所述帽盖层上，其中，所述吸收体层包括具有不均匀氮浓度的CrN或CrON层。
根据本公开的另一实施例，提供了一种反射掩模，包括：衬底；反射多层，设置在所述衬底上；帽盖层，设置在所述反射多层上；中间层，设置在所述帽盖层上；以及吸收体层，设置在所述中间层上，其中，所述吸收体层包括CrN或CrON层，该CrN或CrON层的在所述吸收体层的表面区域中的氮浓度比在较所述吸收体层的表面区域更深的区域中的氮浓度更高。
根据本公开的又一实施例，提供了一种制造反射掩模的方法，该方法包括：在掩模胚之上形成光致抗蚀剂层，所述掩模胚包括衬底、衬底上的反射多层、反射多层上的帽盖层、帽盖层上的吸收体层、以及硬掩模层，所述吸收体层由Cr、CrO或CrON形成；图案化所述光致抗蚀剂层；通过使用经图案化的光致抗蚀剂层，图案化所述硬掩模层；通过使用经图案化的硬掩模层，图案化所述吸收体层；以及将附加的元素引入到经图案化的吸收体层，以形成经转化吸收体层。
附图说明
结合附图阅读时，从以下具体实施方式可以最好地理解本公开。需要强调的是，根据工业中的标准实践，各种结构未按比例绘制，并且仅用于说明目的。事实上，为了讨论的清楚，各种结构的尺寸可能被任意地增大或缩小。
图1A、图1B、图1C、图1D和图1E示出了根据本公开实施例的EUV光掩模胚(blank)。
图2A、图2B、图2C、图2D、图2E和图2F示意性地示出了根据本公开实施例的EUV光掩模的制造方法。
图3A、图3B、图3C、图3D、图3E和图3F示意性地示出了根据本公开实施例的EUV光掩模的制造方法。
图4示出了根据本公开实施例的EUV光掩模的横截面图。
图5A、图5B和图5C示出了根据本公开另一实施例的吸收体层的多层结构的横截面图。
图6示出了根据本公开实施例的EUV光掩模的横截面图。
图7示出了根据本公开的实施例的EUV光掩模的吸收体层的氮浓度分布。
图8A示出了制造半导体器件的方法的流程图，并且图8B、图8C、图8D和图8E示出了根据本公开实施例的制造半导体器件的方法的顺序制造操作。
具体实施例
应理解，下面的公开提供了用于实现本发明的不同特征的许多不同的实施例或示例。以下描述组件和布置的特定实施例或示例以简化本公开。当然，这些只是示例，并不旨在进行限制。例如，元件的尺寸不限于所公开的范围或值，而是可以取决于器件的工艺条件和/或所需特性。此外，在以下描述中，在第二结构之上或上形成第一结构可以包括其中第一和第二结构以直接接触的方式形成的实施例，还可以包括其中在第一和第二结构之间可以形成额外的结构，使得第一和第二结构可能不直接接触的实施例。为了简单和清楚起见，各种结构可能是不同的比例任意绘制的。
此外，本文中可能使用了空间相关术语，例如，“下方”、“之下”、“低于”、“以上”、“上部”等，以易于描述图中所示的一个元素或结构相对于另一个(一些)元素或结构的关系。除了图中所示的朝向之外，空间相关术语还意在包含器件在使用或操作中的不同朝向。器件可以以其他方式来定向(旋转90度或在其他朝向上)，这里使用的空间相对描述符也可以相应地解释。此外，术语“由...构成”可以表示“包括”或“由...组成”。在本公开中，短语“A、B和C中的一个”是指“A、B和/或C”(A、B、C、A和B、A和C、B和C、或者A、B和C)，并且除非另有说明，否则不是指来自A的一个元素、来自B的一个元素和来自C的一个元素。
本公开的实施例提供了一种制造EUV光掩模的方法。更具体地，本公开提供了防止或抑制对EUV光掩模的背面导电层的损坏的技术。
EUV光刻(EUVL)使用的扫描仪使用波长在大约1nm至大约100nm(例如13.5nm)的极紫外(EUV)区域中的光。掩模是EUVL系统的关键组件。由于光学材料对EUV辐射不透明，因此EUV光掩模是反射掩模。电路图案形成在设置在反射结构之上的吸收体层中。吸收体具有低EUV反射率，例如小于3-5％。
本公开提供了具有低反射(高吸收)吸收体结构的EUV反射光掩模。
图1A和图1B示出了根据本公开实施例的EUV反射光掩模胚。图1A是平面图(从顶部看)，图1B是沿着X方向的横截面图。
在一些实施例中，具有电路图案的EUV光掩模由EUV光掩模胚5形成。EUV光掩模胚5包括衬底10、多个硅和钼交替层的多层Mo/Si堆叠15、帽盖层20、吸收体层25和硬掩模层30。此外，如图1B所示，在衬底10的背面形成有背面导电层45。
在一些实施例中，衬底10由低热膨胀材料形成。在一些实施例中，衬底是低热膨胀玻璃或石英，例如熔融硅玻璃或熔融石英。在一些实施例中，低热膨胀玻璃衬底透射可见光波长、可见光谱附近的一部分红外波长(近红外)和紫外波长的一部分的光线。在一些实施例中，低热膨胀玻璃衬底吸收极紫外线波长和接近极紫外波长的深紫外波长。在一些实施例中，衬底10的尺寸是152mm×152mm，厚度大约20mm。在其他实施例中，衬底10的尺寸小于152mm×152mm，并且等于或大于148mm×148mm。衬底10的形状是正方形或矩形。
在一些实施例中，衬底之上的功能层(多层Mo/Si堆叠15、帽盖层20、吸收体层25和硬掩模层30)的宽度小于衬底10的宽度。在一些实施例中，功能层的尺寸在从约138mm×138mm至142mm×142mm的范围内。功能层的形状是正方形或矩形。
在其他实施例中，吸收体层25和硬掩模层30具有比衬底10、多层Mo/Si堆叠15、以及帽盖层20更小的尺寸，在从约138mm×138mm至142mm×142mm的范围内，如图1C所示。在通过例如溅射形成各功能层时，可以通过使用具有在从大约138mm×138mm至142mm×142mm范围内的开口的框形盖来形成一个或更多个功能层的较小尺寸。在其他实施例中，衬底10之上的所有层具有与衬底10相同的尺寸。
在一些实施例中，Mo/Si多层堆叠15包括约30层硅和钼交替层至约60层硅和钼交替层。在某些实施例中，形成约40至约50层硅和钼交替层。在一些实施例中，对于感兴趣的波长，例如13.5nm，反射率高于约70％。在一些实施例中，硅层和钼层是通过化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、原子层沉积(ALD)、物理气相沉积(PVD)(溅射)、或任何其他合适的形成膜的方法来形成的。硅和钼的每一层厚约2nm至约10nm。在一些实施例中，硅层和钼层具有大约相同的厚度。在其他实施例中，硅层和钼层具有不同的厚度。在一些实施例中，每个硅层的厚度为大约4nm，而每个钼层的厚度为大约3nm。
在其他实施例中，多层堆叠15包括交替的钼层和铍层。在一些实施例中，多层堆叠15中的层数在从约20至约100的范围内，但是只要保持足够的反射率用于使目标衬底成像，就可以允许任何数目的层。在一些实施例中，对于感兴趣的波长，例如13.5nm，反射率高于约70％。在一些实施例中，多层堆叠15包括约30至约60层Mo和Be的交替层。在本公开的其他实施例中，多层堆叠15包括约40层至约50层Mo和Be的交替层。
在一些实施例中，帽盖层20被设置在Mo/Si多层堆叠15之上，以防止多层堆叠15的氧化。在一些实施例中，帽盖层20由钌、钌合金(例如，RuNb、RuZr、RuZrN、RuRh、RuNbN、RuRhN、RuV或RuVN)、或钌基氧化物(例如，RuO2、RuNbO、RiVO或RuON)形成，厚度在约2nm至约10nm的范围内。在一些实施例中，帽盖层20的厚度在从约2nm至约5nm的范围内。在一些实施例中，帽盖层20的厚度为3.5nm±10％。在一些实施例中，帽盖层20通过化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积(例如，溅射)或任何其他合适的形成膜的方法形成。在其他实施例中，Si层用作帽盖层20。
吸收体层25被设置在帽盖层20之上。在本公开的实施例中，吸收体层25包括Cr基材料，例如Cr，CrO和/或CrON，氮含量为约16原子％至约40原子％，氧含量为大于0原子至约30原子％。在一些实施例中，吸收体层25具有C、CrO、或CrON的多层结构。在一些实施例中，吸收体层25的厚度在从约20nm至约50nm的范围内，在其他实施例中，在从约35nm至约46nm的范围内。在一些实施例中，当Cr基材料包括氧时，氧的量在从约5原子％至约30原子％的范围内，在其他实施例中，在从约10原子％至约25原子％的范围内。在一些实施例中，吸收体层25还包括Co、Te、Hf和/或Ni中的一种或多种元素。
在一些实施例中，抗反射层(未示出)可选地设置在吸收体层25之上。在一些实施例中，抗反射层由氧化硅形成，并且具有约2nm至约10nm的厚度。在其他实施例中，厚度在从约12nm至约18nm范围内的TaBO层被用作抗反射层。在一些实施例中，抗反射层的厚度为约3nm至6nm。在一些实施例中，抗反射层通过化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积或任何其他合适的形成膜的方法形成。
在一些实施例中，硬掩模层30被设置在吸收体层25之上。在一些实施例中，硬掩模层30被形成在抗反射层之上。在一些实施例中，硬掩模层30由Ta基材料形成，例如，TaB、TaO、TaBO或TaBN。在其他实施例中，硬掩模层30由硅、硅基化合物(例如，SiN或SiON)、钌或钌基化合物(Ru或RuB)形成。在一些实施例中，硬掩模层30的厚度为约4nm至约20nm。在一些实施例中，硬掩模层30通过化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积或任何其他合适的形成膜的方法形成。
在一些实施例中，背面导电层45被设置在衬底10的第二主表面上，该第二主表面与衬底10的在其上形成有Mo/Si多层堆叠15的第一主表面相对。在一些实施例中，背面导电层45由TaB(硼化钽)或其他Ta基导电材料形成。在一些实施例中，硼化钽是晶体。结晶硼化钽包括TaB、Ta5B6、Ta3B4和TaB2。在其他实施例中，硼化钽是多晶体或非晶态的。在其他实施例中，背面导电层45由Cr基导电材料(CrN或CrON)形成。在一些实施例中，背面导电层45的薄层电阻等于或小于20Ω/□。在某些实施例中，背面导电层45的薄层电阻等于或大于0.1Ω/□。在一些实施例中，背面导电层45的表面粗糙度Ra等于或小于0.25nm。在某些实施例中，背面导电层45的表面粗糙度Ra等于或大于0.05nm。此外，在一些实施例中，(在EUV光掩模内)背面导电层45的平坦度等于或小于50nm。在一些实施例中，背面导电层45的平坦度大于1nm。在一些实施例中，背面导电层45的厚度在从约50nm至约400nm的范围内。在其他实施例中，背面导电层45具有约50nm至约100nm的厚度。在某些实施例中，该厚度在从约65nm至约75nm的范围内。在一些实施例中，背面导电层45通过大气化学气相沉积(CVD)、低压CVD、等离子体增强CVD、激光增强CVD、原子层沉积(ALD)、分子束外延(MBE)、物理气相沉积(包括热沉积、脉冲激光沉积、电子束蒸发、离子束辅助蒸发和溅射)或任何其他合适的形成膜的方法形成。在一些实施例中，在CVD的情况下，源气体包括TaCl5和BCl3。
一些实施例中，如图1D所示，在帽盖层20和吸收体层25之间形成有附加(中间)层22。在一些实施例中，附加层22用于保护帽盖层。在一些实施例中，附加层22包括Ta基材料(例如，TaB、TaO、TaBO或TaBN)、硅、硅基化合物(例如，氧化硅、SiN、SiON或MoSi)、钌、或钌基化合物(Ru或RuB)。在一些实施例中，附加层22的厚度约2nm至约20nm。在一些实施例中，附加层22通过化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积或任何其他合适的形成膜的方法形成。在一些实施例中，附加层22在吸收体层的图案化操作期间用作蚀刻停止层。
在其他实施例中，附加层22是光催化层，该光催化层可以利用EUV辐射将在光掩模上形成的碳氢化合物残留物催化成CO2和/或H2O。从而，执行了掩模表面的原位自清洁。在一些实施例中，在EUV扫描仪系统中，氧气和氢气被注入到EUV腔室中，以维持腔室压力(例如，在大约2Pa处)。腔室背景气体可以是氧的来源。除了光催化功能之外，光催化层还被设计为对各种化学物质和各种化学工艺(例如，清洁和蚀刻)具有足够的耐久性和抵抗力。在一些示例中，在后续工艺中用于制造EUV反射掩模的臭氧化水会损坏由Ru形成的帽盖层20，并导致EUV反射率显著下降。进一步观察到，在Ru氧化后，Ru氧化物容易被诸如C12或CF4气体之类的蚀刻剂蚀刻掉。在一些实施例中，光催化层包括氧化钛(TiO2)、氧化锡(SnO)、氧化锌(ZnO)和硫化镉(CdS)中的一种或多种。在一些实施例中，光催化层22的厚度在从约2nm至约10nm的范围内，在其他实施例中，在从约3nm至约7nm的范围内。当厚度太薄时，光催化层可能不足以用作蚀刻停止层。当厚度太大时，光催化层可能吸收EUV辐射。
在一些实施例中，如图1E所示，在衬底10和多层堆叠15之间形成有衬底保护层12。在一些实施例中，衬底保护层12由Ru或Ru化合物形成，例如，RuO、RuNb、RuNbO、RuZr和RuZrO。在一些实施例中，衬底保护层12由与帽盖层20相同或者不同的材料形成。在一些实施例中，衬底保护层12的厚度在从约2nm至约10nm的范围内。
图2A-图2F和图3A-图3F示意性地示出了用于极紫外光刻(EUVL)的EUV光掩模的制造方法。应当理解，可以在图2A-图3F所示工艺之前、之中和之后提供附加操作，并且对于该方法的另外的实施例，下面描述的操作中的一些可以被替换或消除。这些操作/工艺的顺序可以是可互换的。
在EUV光掩模的制造中，在EUV光掩模胚的硬掩模层30之上形成第一光致抗蚀剂层35，如图2A所示，然后光致抗蚀剂层35被选择性地曝光于光化辐射EB，如图2B所示。在一些实施例中，在形成第一光致抗蚀剂层35之前，对EUV光掩模胚进行检查。选择性地曝光的第一光致抗蚀剂层35被显影，以在第一光致抗蚀剂层35中形成图案40，如图2C所示。在一些实施例中，光化辐射EB是电子束或离子束。在一些实施例中，图案40对应于在后续操作中EUV光掩模将被用来形成的半导体器件特征的图案。
接下来，第一光致抗蚀剂层35中的图案40被延伸到硬掩模层30中，从而在硬掩模层30中形成图案41，暴露出吸收体层25的多个部分，如图2D所示。在一些实施例中，通过使用对吸收体层25有选择性的合适的湿法或干法蚀刻剂进行蚀刻，从而形成延伸到硬掩模层30中的图案41。在形成硬掩模层30中的图案41之后，利用光致抗蚀剂剥离剂去除第一光致抗蚀剂层35，以暴露出硬掩模层30的上表面，如图2E所示。
然后，硬掩模层30中的图案41被延伸到吸收体层25中，从而在吸收体层25中形成图案42，露出帽盖层20的多个部分，如图2F所示，然后，硬掩模层30被去除，如图3A所示。在一些实施例中，通过使用对吸收体层25有选择性的合适的湿法或干法蚀刻剂进行蚀刻，从而形成延伸到吸收体层25中的图案42。在一些实施例中，使用等离子体干法蚀刻。
如图3B所示，在吸收体层25之上形成第二光致抗蚀剂层50，填充了吸收体层25中的图案42。第二光致抗蚀剂层50被选择性地暴露于光化辐射，例如电子束、离子束或UV辐射。选择性地曝光的第二光致抗蚀剂层50被显影，以在第二光致抗蚀剂层50中形成图案55，如图3B所示。图案55对应于围绕电路图案的黑色边缘。黑色边缘是通过去除电路图案区域周围的区域中的、EUV光掩模上的所有多层而创建的框形区域。框形区域的创建是为了防止印制EUV光掩模到晶片上时曝光相邻射野(fields)。在一些实施例中，黑色边缘的宽度在从约1mm至约5mm的范围内。
接下来，第二光致抗蚀剂层50中的图案55被延伸到吸收体层25、帽盖层20和Mo/Si多层堆叠15中，形成吸收体层25、帽盖层20和Mo/Si多层堆叠15中的图案57(参见图3D)，暴露出衬底10的多个部分，如图3C所示。在一些实施例中，图案57是通过使用对被蚀刻的每一层具有选择性的一种或多种合适的湿法或干法蚀刻剂蚀刻形成的。在一些实施例中，使用等离子体干法蚀刻。
然后，利用合适的光致抗蚀剂剥离剂去除第二光致抗蚀剂层50，以暴露吸收体层25的上表面，如图3D所示。在本公开的一些实施例中，吸收体层25、帽盖层20和Mo/Si多层堆叠15中的黑色边缘图案57限定了光掩模的黑色边缘。
接下来，如图3E所示，执行一个或多个离子注入操作，以将图案化的吸收体层25的成分改变成经转化吸收体层60。在一些实施例中，离子ION，例如氮离子，被注入到图案化的吸收体层25。在一些实施例中，氮离子注入的加速电压在从约0.1keV至约5keV的范围内，在其他实施例中，在从约0.5keV至2keV的范围内。当加速电压太高时，离子可能会穿过吸收体层，主要被注入到帽盖层或多层堆叠中，而当加速电压太低时，仅吸收体层的上部会被注入离子。在一些实施例中，剂量在从约5×1015ion/cm2至1×1017ion/cm2的范围内，在其他实施例中，在从约1×1016ion/cm2至4×1016ion/cm2的范围内。当剂量太低时，经转化吸收体层60中的氮浓度不足以获得较高的EUV吸收系数(参见下文)，而如果剂量太高，则经转化吸收体层的机械强度可能降低。在一些实施例中，离子注入是在室温(25℃)处，约1×10-9Pa至6×10-8Pa的压力下执行的。
在一些实施例中，当吸收体层25由Cr形成时(Cr含量大于90原子％)，吸收体层25被转化成氮含量在从约5原子％至约16原子％的范围内的CrN。在一些实施例中，当吸收体层25由CrO形成时，吸收体层25被转化成CrON，氮含量在从约5原子％至约16原子％的范围内，氧含量在从大于0原子％至约5原子％的范围内。在一些实施例中，CrON层是富氮(多于氧)的CrON层。在一些实施例中，当吸收体层25由CrON形成时，吸收体层25被转化成富氮的CrON(多于氧)，氮含量在从约5原子％至约20原子％的范围内，氧含量在从大于0原子％至4原子％的范围内。
在其他实施例中，通过使用等离子体PL将氮引入到图案化的吸收体层25中，以形成经转化吸收体层60，如图3F所示。在一些实施例中，等离子体PL是由N2气体和/或NH3气体产生的氮等离子体。在一些实施例中，等离子体是RF等离子体、ICP(感应耦合等离子体)或微波产生的等离子体(例如，ECR等离子体)。在一些实施例中，源功率从约200W至约600W的范围内，在其他实施例中，在从约300W至500W的范围内。在一些实施例中，偏置功率在从约1W至约50W的范围内，在其他实施例中，在从约5W至10W的范围内。在一些实施例中，N2气体的流速在从约100sccm至1000sccm的范围内，在其他实施例中，在从约200sccm至500sccm的范围内。在一些实施例中，N2的分压在从约1mTorr至50mTorr的范围内，在其他实施例中，在从约2mTorr至约10mTorr的范围内。在一些实施例中，离子注入和等离子体处理都将图案化的吸收体层25转化成经转化吸收体层60。
通常，Cr基材料(CrN、CrON或CrO)具有高的EUV吸收(消光)系数k。例如，CrN的k值为0.0387，高于TaBN的k值(0.031)和TaBO的k值(0.027)。因此，可以减小吸收体层的厚度(例如，从TaBN的70nm到CrN的46nm)，这可以抑制图案化的吸收体层的三维效应。然而，由于CrN层或富氮CrON层的蚀刻速率低，因此难以蚀刻。因此，直接图案化CrN层可能导致不良的图案轮廓，从而影响EUV光刻的分辨率。在本实施例中，Cr、CrO或CrON(低氮浓度)层经蚀刻操作(参见图2F)，然后被转化成CrN或富氮CrON层。从而，可以获得具有较高蚀刻速率和较高EUV吸收系数的良好图案轮廓。
在其他实施例中，代替如上所述地引入氮或除如上所述地引入氮之外，通过例如离子注入工艺或等离子工艺，将Li、Be、B、C或Si中的一种或多种元素引入图案化的吸收体层25中。用于Li、Be、B、C和/或Si的离子注入和/或等离子体工艺的条件与用于氮的条件相同或相似。因此，经转化吸收体层60包括含有Li、Be、B、C或Si中的一种或多种的Cr、CrO、CrN或CrON层。在一些实施例中，Li、Be、B、C和/或Si的量在从约5原子％至24原子％的范围内。在一些实施例中，这些元素不被包含在掩模胚5的吸收体层25中。在一些实施例中，吸收体层60是k值大于0.03的CrLi、CrBe、CrB、CrC或CrSi中的一种或多种。
在其他实施例中，在图案化吸收体层和去除硬掩模层之后并且形成黑色边缘图案57之前，执行转化工艺(如上所述的离子注入和/或等离子体工艺)。
在一些实施例中，在经图案化的吸收体层的转换工艺之后，执行退火操作。在一些实施例中，退火温度在从约60℃至约120℃的范围内。此外，对光掩模进行清洁操作、检查，并根据需要修复光掩模，以提供成品光掩模。
图4示出了根据本公开的实施例的成品EUV光掩模的横截面图。在一些实施例中，如图4所示具有电路图案42的EUV光掩模包括衬底10、多个硅和钼交替层的多层Mo/Si堆叠15、帽盖层20和经图案化的吸收体层60。此外，黑色边缘图案57形成在吸收体层60、帽盖层20和多层堆叠15中，背面导电层45形成在衬底10的背面。在一些实施例中，经图案化的吸收体层60包括CrN层、富氮CrON层、和/或掺杂有Li、Be、B、C或Si中的一种或多种的Cr、CrN、CrO或CrON层。在一些实施例中，当包括Li、Be、B、C或Si中的一种或多种时，吸收体层基本上不含氮和/或氧(小于约1原子％)。
在一些实施例中，吸收体层是上述Cr基材料的单层，或者包括多层，该多层中的一层或多层是上述Cr基材料的。在一些实施例中，吸收体层60的厚度在从约20nm至约50nm的范围内，在其他实施例中，在从约35nm至约46nm的范围内。在一些实施例中，在吸收体层60的开口的底部，帽盖层20包含比光掩模的其他部分(例如，在吸收体层60下或帽盖层的接近多层堆叠15的底部)更多的N、Li、Be、B、C或Si中的一种或多种。
图5A、图5B和图5C示出了根据本公开另一实施例的吸收体层的多层结构的横截面图。应当理解，可以在图5A-5C所示工艺之前、之中和之后提供附加操作，对于该方法的另外的实施例，下面描述的操作中的一些可以被替换或消除。这些操作/工艺的顺序可以是可互换的。在以下实施例中可以采用针对前述实施例所解释的材料、配置、工艺和/或尺寸，因此可以省略对其详细描述。图5A、图5B和图5C的实施例用于图1D所示的掩模胚。图5A示出了在硬掩模层30被图案化之后的结构，类似于图2E。然后，通过使用经图案化的硬掩模层25，吸收体层被图案化(蚀刻)，如图5B所示。在一些实施例中，当附加层22由与硬掩模层30相同或相似的材料形成时，蚀刻基本上在附加层22处停止。然后，如图5C所示，硬掩模层30和附加层22的在吸收体层25的开口图案的底部处的部分一起被去除。在一些实施例中，蚀刻是湿法蚀刻和/或干法蚀刻。
在其他实施例中，当附加层22由与硬掩模层30不同的材料形成时，蚀刻基本上在附加层22处停止或者还蚀刻附加层22。在一些实施例中，当蚀刻基本上在附加层22处停止时，附加层22随后被图案化或保持不被蚀刻。
图6示出了根据本公开的实施例的成品光掩模的横截面图。在一些实施例中，如图6所示具有电路图案42的EUV光掩模包括衬底10、硅和钼的多个交替层的多层Mo/Si堆叠15、帽盖层20、经图案化的附加层22和经图案化的吸收体层60。此外，黑色边缘图案57形成在吸收体层60、帽盖层20和多层堆叠体15中，背面导电层45形成在衬底10的背面。在一些实施例中，经图案化的吸收体层60包括CrN层、富氮CrON层、和/或掺杂有Li、Be、B、C或Si中的一种或多种的Cr、CrN、CrO或CrON层。在一些实施例中，当包括Li、Be、B、C或Si中的一种或多种时，吸收体层基本上不含氮和/或氧(小于约1原子％)。在一些实施例中，吸收体层是上述Cr基材料的单层，或者包括多层，该多层中的一层或多层是上述Cr基材料。在一些实施例中，吸收体层60的厚度在从约20nm至约50nm的范围内，在其他实施例中，在从约35nm至约46nm的范围内。在一些实施例中，在吸收体层60的开口的底部，帽盖层20包含比光掩模的其他部分(例如，在吸收体层60下或帽盖层的接近多层堆叠15的底部)更多的N、Li、Be、B、C或Si中的一种或多种。如果附加层22仍留在吸收体层60的开口的底部，那么在这些开口的底部，附加层22包含比光掩模的其他部分(例如，在吸收体层60下或附加层22的接近帽盖层20的底部)更多的N、Li、Be、B、C或Si中的一种或多种。
图7示出了根据本公开的实施例的EUV光掩模的吸收体层的氮浓度分布。如上所述，氮(或其他元素Li、Be、B、C和/或Si)在吸收体层25根据外部图案被图案化之后被引入。因此，在一些实施例中，氮(或Li、Be、B、C和/或Si)在吸收图案60内不具有均匀的浓度轮廓(分布)。
在一些实施例中，沿着水平方向(通过吸收图案60的中心(重心))，氮(或Li、Be、B、C和/或Si)的浓度从一个侧面下降，到最小值，然后增大，直到相反侧面。在一些实施例中，最大浓度与最小浓度的之比在从约1.1至约5.0的范围内。
在一些实施例中，沿着垂直方向(通过吸收图案60的中心)，氮(或Li、Be、B、C和/或Si)的浓度从吸收图案60的底部到吸收图案60的顶部而增大。最大浓度与最小浓度之比在从约1.1至约10.0的范围内。在一些实施例中，整个吸收图案60中的最高浓度与最低浓度之比在从约1.1至约10.0的范围内。
在一些实施例中，在吸收体层60与帽盖层20之间的界面附近，仍存在未转换的吸收区域25R(例如，1nm3-100nm3)，该区域基本上没有后引入的元素。在一些实施例中，该区域的体积有至少1nm3、2nm3、5nm3或10nm3。
图8A示出了制造半导体器件的方法的流程，图8B、图8C、图8D和图8E示出了根据本公开实施例的制造半导体器件的方法的顺序制造操作。提供一种半导体衬底或其他合适的衬底，该衬底要被图案化以在其上形成集成电路。在一些实施例中，半导体衬底包括硅。替代地或附加地，半导体衬底包括锗、硅锗或其他合适的半导体材料，例如III-V族半导体材料。在图8A的S101中，在半导体衬底之上形成要图案化的目标层。在某些实施例中，目标层是半导体衬底。在一些实施例中，目标层包括诸如金属化层或多晶硅层之类的导电层，诸如氧化硅、氮化硅、SiON、SiOC、SiOCN、SiCN、氧化铪或氧化铝之类的电介质层，或者诸如外延形成的半导体层之类的半导体层。在一些实施例中，目标层形成在诸如隔离结构、晶体管或布线之类的底层结构之上。在图8A的S102处，在目标层之上形成光致抗蚀剂层，如图8B所示。在后续的光刻曝光工艺中，光致抗蚀剂层对来自曝光源的辐射敏感。在本实施例中，光致抗蚀剂层对在光刻曝光工艺中使用的EUV光敏感。可以通过旋涂或其他合适的技术在目标层之上形成光致抗蚀剂层。可以进一步烘烤涂覆的光致抗蚀剂层以驱除光致抗蚀剂层中的溶剂。在图8A的S103中，使用如上所述的EUV反射掩模对光致抗蚀剂层进行图案化，如图8B所示。对光致抗蚀剂层进行图案化包括利用使用EUV掩模的EUV曝光系统执行光刻曝光工艺。在曝光工艺中，在EUV掩模上定义的集成电路(IC)设计图案被成像到光致抗蚀剂层上，以在其上形成潜像(latent pattern)。对光致抗蚀剂层进行图案化还包括显影经曝光的光致抗蚀剂层，以形成具有一个或多个开口的图案化光致抗蚀剂层。在光致抗蚀剂层是正性光致抗蚀剂层的一个实施例中，光致抗蚀剂层的曝光部分在显影工艺中被去除。对光致抗蚀剂层进行图案化还可以包括其他工艺步骤，例如在不同阶段的各种烘烤步骤。例如，可以在光刻曝光工艺之后并且显影工艺之前，实施曝光后烘烤(PEB)工艺。
在图8A的S104中，利用经图案化的光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模，目标层被图案化，如图8D所示。在一些实施例中，对目标层进行图案化包括使用经图案化的光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模，对目标层应用蚀刻工艺。在经图案化的光致抗蚀剂层的开口内暴露的目标层的部分被蚀刻，而其余的部分不被蚀刻。此外，经图案化的光致抗蚀剂层可以通过湿法剥离或等离子灰化去除，如图8E所示。
在本公开中，对Cr、CrO或CrON(低氮浓度)层进行蚀刻操作，然后转化为CrN或富氮CrON层，从而可以获得具有较高蚀刻速率和较高EUV吸收系数的良好图案轮廓。此外，由于CrN或富氮CrON层具有较高的EUV吸收系数，因此可以减小吸收体层的厚度，这进而抑制了EUV光刻中的三维效应。
应当理解，这里不一定已讨论了所有优点，没有特定优点是所有实施例或示例都需要的，并且其他实施例或示例可以具有不同的优点。
根据本申请的一个方面，一种反射掩模包括衬底，设置在衬底上的反射多层，设置在反射多层上的帽盖层，以及设置在帽盖层上的吸收体层。吸收体层包括具有不均匀氮浓度的CrN或CrON层。在前述和以下实施例中的一个或多个中，吸收体层的厚度在从20nm至50nm的范围内。在前述和以下实施例的一个或多个中，吸收体层包括Li、Be、B、C或Si中的一种或多种。在前述和以下实施例的一个或多个中，吸收体层包括Li、Be或C中的一种或多种。在前述和以下实施例的一个或多个中，吸收体层包括其中氮含量大于氧含量的CrON层。在前述和以下实施例的一个或多个中，在平面图中，吸收体层的外周的尺寸小于衬底的外周的尺寸。在前述和以下实施例的一个或多个中，在平面图中，吸收体层的外周的尺寸在从138mm×138mm至142mm×142mm的范围内，并且在平面图中，衬底的外周的尺寸在从148mm×148mm至152mm×152mm的范围内。在前述和以下实施例的一个或多个中，吸收体层包括由CrO或Cr形成的区域。
根据本公开的另一方面，一种反射掩模包括衬底，设置在衬底上的反射多层，设置在反射多层上的帽盖层，设置在帽盖层上的中间层，以及设置在中间层上的吸收体层。吸收体层包括氮浓度在吸收体层的表面区域中比吸收体层内部更高的CrN或CrON层。在前述和以下实施例的一个或多个中，吸收体层的厚度等于或小于45nm。在前述和以下实施例的一个或多个中，中间层包括以下至少一种：TaB、TaO、TaBO、TaBN、硅、硅基化合物、钌、或钌基化合物。在前述和以下实施例的一个或多个中，中间层包括以下至少一种：氧化钛(TiO2)、氧化锡(SnO)、氧化锌(ZnO)或硫化镉(CdS)。在前述和以下实施例的一个或多个中，吸收体层包括其中氮含量大于氧含量的CrON层。在前述和以下实施例的一个或多个中，在平面图中，吸收体层的外周的尺寸在从138mm×138mm至142mm×142mm的范围内，在平面图中，反射多层的外周的尺寸在148mm×148mm至152mm×152mm的范围内。在前述和以下实施例的一个或多个中，吸收体层包括由CrO或Cr形成的区域，该区域的体积为1nm3-10nm3。在前述和以下实施例的一个或多个中，该区域的体积至少为1nm3。
根据本公开的另一方面，EUV反射掩模包括衬底，设置在衬底上的反射多层，设置在反射多层上的帽盖层，以及设置在帽盖层上的吸收体层。吸收体层包括Cr和Li、Be、B、C或Si中的至少一种。在前述和以下实施例的一个或多个中，Li、Be、B、C或Si中的一种或多种在吸收体层中具有不均匀的分布。在前述和以下实施例中的一个或多个中，吸收体层还包括氮。在前述和以下实施例的一个或多个中，氮在吸收体层中的分布不均匀。
根据本公开的另一个方面，在一种制造反射掩模的方法中，光致抗蚀剂层被形成在掩模胚之上。掩模胚包括衬底、衬底上的反射多层、反射多层上的帽盖层、帽盖层上的吸收体层、和硬掩模层，吸收体层由Cr、CrO或CrON形成。光致抗蚀剂层被图案化，硬掩模层通过使用经图案化的光致抗蚀剂层而被图案化，吸收体层通过使用经图案化的硬掩模层而被图案化，离子通过离子注入操作被引入到经图案化的吸收体层来形成经转化吸收体层。在前述和以下实施例中的一个或多个中，离子是氮离子。在前述和以下实施例的一个或多个中，在图案化吸收体层之后，硬掩模层被去除，在去除硬掩模层之后，离子被引入。在前述和以下实施例的一个或多个中，离子也被引入到帽盖层的一部分中。在前述和以下实施例的一个或多个中，在引入离子之后，执行退火操作。在前述和以下实施例的一个或多个中，掩模胚的吸收体层包括95原子％或以上含量的Cr。在前述和以下实施例中的一个或多个中，离子注入操作的加速电压在从0.1keV至5keV的范围内。在前述和以下实施例中的一个或多个中，离子注入操作的剂量在从5×1015ion/cm2至1×1017ion/cm2的范围内。在前述和以下实施例的一个或多个中，掩模胚还包括在帽盖层和吸收体层之间的中间层。在前述和以下实施例的一个或多个中，中间层由与硬掩模层相同的材料形成。在前述和以下实施例的一个或多个中，在对吸收体层进行图案化时，中间层用作蚀刻停止层。在前述和以下实施例的一个或多个中，离子是选自由Li、Be、B、C和Si构成的组的一种或多种元素的离子。在前述和以下实施例的一个或多个中，掩模胚的吸收体层包括95原子％或以上含量的Cr。
根据本公开的另一个方面，在一种制造反射掩模的方法中，光致抗蚀剂层被形成在掩模胚之上。掩模胚包括衬底、衬底上的反射多层、反射多层上的帽盖层、帽盖层上的吸收体层、和硬掩模层，并且吸收体层包括Cr。光致抗蚀剂层被图案化，硬掩模层通过使用经图案化的光致抗蚀剂层而被图案化，吸收体层通过使用经图案化的硬掩模层而被图案化，氮通过等离子体工艺被引入到经图案化的吸收体层来形成经转化吸收体层。在前述和以下实施例的一个或多个中，掩模胚的吸收体层包括95原子％或以上含量的Cr。在前述和以下实施例的一个或多个中，掩模胚的吸收体层由CrO或CrON形成。
根据本公开的另一个方面，在一种制造反射掩模的方法中，光致抗蚀剂层被形成在掩模胚之上。掩模胚包括衬底、衬底上的反射多层、反射多层上的帽盖层、帽盖层上的吸收体层、和硬掩模层，并且吸收体层由Cr、CrO或CrON形成。光致抗蚀剂层被图案化，硬掩模层通过使用经图案化的光致抗蚀剂层而被图案化，吸收体层通过使用经图案化的硬掩模层而被图案化，并且附加的元素被引入到经图案化的吸收体层来形成经转化吸收体层。在前述和以下实施例中的一个或多个中，附加的元素是氮。在前述和以下实施例中的一个或多个中，氮是通过离子注入操作引入的。在前述和以下实施例中的一个或多个中，氮是通过等离子体工艺引入的。
前述内容概述了若干实施例或示例的特征，从而本领域技术人员可以更好地理解本公开的各个方面。本领域技术人员应当理解，他们可以容易地使用本公开作为设计或修改其他工艺和结构的基础，以实现与这里引入的实施例或示例相同的目的和/或达到相同的优点。本领域技术人员还应当认识到，这些等同构造并不脱离本公开的精神和范围，并且它们可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下进行各种改变、替代和变更。
示例1.一种反射掩模，包括：衬底；反射多层，设置在所述衬底上；帽盖层，设置在所述反射多层上；以及吸收体层，设置在所述帽盖层上，其中，所述吸收体层包括具有不均匀氮浓度的CrN或CrON层。
示例2.根据示例1所述的反射掩模，其中，所述吸收体层的厚度在从20nm至50nm的范围内。
示例3.根据示例1所述的反射掩模，其中，所述吸收体层包括以下一种或多种：Li、Be、B、C或Si。
示例4.根据示例1所述的反射掩模，其中，所述吸收体层包括以下一种或多种：Li、Be或C。
示例5.根据示例1所述的反射掩模，其中，所述吸收体层包括其中氮含量大于氧含量的CrON层。
示例6.根据示例1所述的反射掩模，其中，在平面图中，所述吸收体层的外周的尺寸小于所述衬底的外周的尺寸。
示例7.根据示例6所述的反射掩模，其中，在平面图中，所述吸收体层的外周的尺寸在从138mm×138mm至142mm×142mm的范围内，并且在平面图中，所述衬底的外周的尺寸在从148mm×148mm至152mm×152mm的范围内。
示例8.根据示例1所述的反射掩模，其中，所述吸收体层包括由CrO或Cr形成的区域。
示例9.一种反射掩模，包括：衬底；反射多层，设置在所述衬底上；帽盖层，设置在所述反射多层上；中间层，设置在所述帽盖层上；以及吸收体层，设置在所述中间层上，其中，所述吸收体层包括CrN或CrON层，该CrN或CrON层的在所述吸收体层的表面区域中的氮浓度比在较所述吸收体层的表面区域更深的区域中的氮浓度更高。
示例10.根据示例9所述的反射掩模，其中，所述吸收体层的厚度等于或小于45nm。
示例11.根据示例9所述的反射掩模，其中，所述中间层包括以下至少一种：TaB、TaO、TaBO或TaBN、硅、硅基化合物、钌或钌基化合物。
示例12.根据示例9所述的反射掩模，其中，所述中间层包括以下至少一种：氧化钛TiO2、氧化锡SnO、氧化锌ZnO或硫化镉CdS。
示例13.根据示例9所述的反射掩模，其中，所述吸收体层包括其中氮含量大于氧含量的CrON层。
示例14.根据示例9所述的反射掩模，其中，在平面图中，所述吸收体层的外周的尺寸在从138mm×138mm至142mm×142mm的范围内，并且在平面图中，所述反射多层的外周的尺寸在从148mm×148mm至152mm×152mm的范围内。
示例15.根据示例9所述的反射掩模，其中，所述吸收体层包括由CrO或Cr形成的区域，该区域的体积为1nm3-10nm3。
示例16.根据示例15所述的反射掩模，其中，所述区域具有至少1nm3的体积。
示例17.一种制造反射掩模的方法，该方法包括：在掩模胚之上形成光致抗蚀剂层，所述掩模胚包括衬底、衬底上的反射多层、反射多层上的帽盖层、帽盖层上的吸收体层、以及硬掩模层，所述吸收体层由Cr、CrO或CrON形成；图案化所述光致抗蚀剂层；通过使用经图案化的光致抗蚀剂层，图案化所述硬掩模层；通过使用经图案化的硬掩模层，图案化所述吸收体层；以及将附加的元素引入到经图案化的吸收体层，以形成经转化吸收体层。
示例18.根据示例17所述的方法，其中，所述附加的元素是氮。
示例19.根据示例18所述的方法，其中，所述氮是通过离子注入操作引入的。
示例20.根据示例18所述的方法，其中，所述氮是通过等离子体工艺引入的。

Claims (10)

1.一种反射掩模，包括：
衬底；
反射多层，设置在所述衬底上；
帽盖层，设置在所述反射多层上；以及
吸收体层，设置在所述帽盖层上，
其中，所述吸收体层包括具有不均匀氮浓度的CrN或CrON层。
2.根据权利要求1所述的反射掩模，其中，所述吸收体层的厚度在从20nm至50nm的范围内。
3.根据权利要求1所述的反射掩模，其中，所述吸收体层包括以下一种或多种：Li、Be、B、C或Si。
4.根据权利要求1所述的反射掩模，其中，所述吸收体层包括其中氮含量大于氧含量的CrON层。
5.根据权利要求1所述的反射掩模，其中，在平面图中，所述吸收体层的外周的尺寸小于所述衬底的外周的尺寸。
6.根据权利要求5所述的反射掩模，其中，在平面图中，所述吸收体层的外周的尺寸在从138mm×138mm至142mm×142mm的范围内，并且在平面图中，所述衬底的外周的尺寸在从148mm×148mm至152mm×152mm的范围内。
7.根据权利要求1所述的反射掩模，其中，所述吸收体层包括由CrO或Cr形成的区域。
8.一种反射掩模，包括：
衬底；
反射多层，设置在所述衬底上；
帽盖层，设置在所述反射多层上；
中间层，设置在所述帽盖层上；以及
吸收体层，设置在所述中间层上，
其中，所述吸收体层包括CrN或CrON层，该CrN或CrON层的在所述吸收体层的表面区域中的氮浓度比在较所述吸收体层的表面区域更深的区域中的氮浓度更高。
9.根据权利要求8所述的反射掩模，其中，所述吸收体层的厚度等于或小于45nm。
10.一种制造反射掩模的方法，该方法包括：
在掩模胚之上形成光致抗蚀剂层，所述掩模胚包括衬底、衬底上的反射多层、反射多层上的帽盖层、帽盖层上的吸收体层、以及硬掩模层，所述吸收体层由Cr、CrO或CrON形成；
图案化所述光致抗蚀剂层；
通过使用经图案化的光致抗蚀剂层，图案化所述硬掩模层；
通过使用经图案化的硬掩模层，图案化所述吸收体层；以及
将附加的元素引入到经图案化的吸收体层，以形成经转化吸收体层。
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