CN115020204A - 一种euv掩膜板对准标记的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种EUV掩膜板对准标记的制备方法，涉及半导体制造技术领域，包括以下步骤：S1：通过仿真手段对EUV掩膜板对准标记的凹槽结构参数进行优化，确定EUV掩膜板对准标记凹槽的结构优化参数，用于改善对准标记位置探测的准确性和重复性；S2：根据确定的EUV掩膜板对准标记凹槽的结构优化参数，对金刚石针尖刀具进行选型；S3：根据确定的EUV掩膜板对准标记凹槽的结构优化参数，利用所述步骤S2中所选金刚石针尖刀具对EUV掩模白板进行对准标记加工。本发明采用金刚石加工方法制备掩模对准标记的凹槽，可以高效获得具有特定具体结构的EUV掩模对准标记凹槽，用于解决现有EUV掩模板对准标记加工步骤多、流程长、时间长、重复性差等问题。

Description

一种EUV掩膜板对准标记的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种EUV掩膜板对准标记的制备方法。
背景技术
半导体产业的进步得益于极大规模集成电路的发展，光刻是制造芯片的核心技术，在整个芯片制造工艺中，几乎每个工艺的实施，都离不开光刻的技术。正是通过不断发展光刻技术以减小半导体器件的加工线宽，从而实现集成电路的高集成度、高性能及低功耗。投影曝光光刻技术是利用光学投影成像原理，将掩模版的图案转移到涂敷有光刻胶的晶圆表面的曝光过程，是当今极大规模集成电路制造生产线上应用最广、最具生命力的光刻技术。
根据瑞利公式，要提高投影光刻系统的成像分辨率，可通过减小曝光波长、降低工艺因子或增加投影光刻物镜数值孔径实现，其中，减小曝光波长已经被认为是提高光刻分辨率的最有效途径。采用13.5nm极紫外光作为工作波长的EUVL投影光刻技术，目前已实现5nm技术节点的量产，正迈向3nm技术节点，成为当前及今后最重要的光刻技术。
EUVL投影光刻过程中芯片的图案是通过掩模板投影到晶圆表面来实现,即将掩膜板上的图案复制到晶圆表面。除了要复制的图形之外，掩模板还需要包含用于图形准确定位用的标记图案。与传统的光刻技术所使用的透射式掩模方式不同，EUV光刻所采用的掩模板是反射式的。如图1所示，EUV掩模板一共包括基底、EUV多层膜和吸收层三部分，其中多层膜用于生成非掩模部分的图案，吸收层则用于形成掩模部分的图案。在多层膜和吸收层的沉积和制备过程中，都会产生相应的缺陷，无论是多层膜缺陷还是吸收层缺陷，都会使成像在晶圆表面的图案发生变形,与预期图案存在差异，严重影响光刻成像的质量。多层膜中的缺陷主要引起成像的像差，并且是不可消除掉或难以修复。吸收层缺陷主要引起光强的变化，可以进行消除或者修复。在EUV掩模板基底加工,多层膜沉积以及吸收层沉积过程中，不可避免会引入缺陷,因此,完全没有缺陷的掩模板是不存在的。为了降低掩模白板制备过程中引入的缺陷，实现良好的量产，需要从基底材料、抛光、清洗、处理、多层膜沉积等所有环节进行大量的投入，但是即便如此，依然无法完全避免极少数缺陷的出现。作为变通的方法，通过对掩模板存在的缺陷进行补偿，进而消除其影响的方法，可以大大节省在掩模板制作过程中的投入，并迅速增大掩模板的产量。
对缺陷进行补偿，首先需要对缺陷进行准确识别和定位。在此过程中，用于缺陷精密检测的装置和用于掩模板精确对准和缺陷定位的对准标记(mark)必不可少。用于下一代EUVL的掩模板缺陷的定位精度要小于10nm。影响EUV掩膜板缺陷定位精度的因素包括三个：对准标记位置的测量重复性，掩模台的移动精度，缺陷位置的测量重复性。对准标记位置的测量重复性除了受缺陷精密检测系统的性能影响之外，对准标记的具体结构和参数也有显著的影响。
目前，如图1所示，EUV掩膜板对准标记通常采用矩形凹槽组成的十字形结构，通过聚焦离子束或者电子束曝光，然后刻蚀的方法进行制备。光刻掩模结合反应离子束刻蚀的方式可以较准确地获得所需要的标记结构，但是这种方法涉及的工艺步骤较多、流程长，制备工艺的重复性较差。聚焦离子束刻蚀方法可以采用一个步骤方便地实现掩模板标记结构的加工，但是为了实现特定的标记结构，需要进行精修，其时间相对费时。
以往的研究显示，通过优化沟槽的宽度、深度、侧壁倾斜角度可以提高对准标记位置的测量重复性，但是为了实现特定结构参数的沟槽，会显著增加光刻掩模结合反应离子刻蚀的方法和聚焦离子束刻蚀方法的复杂度，进而增加上述加工方法的成本。
针对上述问题，亟需研究一种新的EUV掩膜板对准标记的制备方法，用于解决现有EUV掩模板对准标记的制备方法中存在的加工步骤多、流程长、时间长、重复性差等问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种EUV掩膜板对准标记的制备方法，采用金刚石加工方法制备掩模对准标记的凹槽，可以高效获得具有特定具体结构的EUV掩模对准标记凹槽，用于解决现有EUV掩模板对准标记加工步骤多、流程长、时间长、重复性差等问题。
本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：
本发明提供了一种EUV掩膜板对准标记的制备方法，采用金刚石纳米加工技术，包括以下步骤：
S1：通过仿真手段对EUV掩膜板对准标记的凹槽结构参数进行优化，确定EUV掩膜板对准标记凹槽的结构优化参数，用于改善对准标记位置探测的准确性和重复性；
S2：根据确定的EUV掩膜板对准标记凹槽的结构优化参数，对金刚石针尖刀具进行选型；
S3：根据确定的EUV掩膜板对准标记凹槽的结构优化参数，利用所述步骤S2中所选金刚石针尖刀具对EUV掩模白板进行对准标记加工。
进一步地，所述EUV掩膜板对准标记凹槽的结构参数包括横向宽度、深度和边缘侧壁形状。
进一步地，所述步骤S1具体为：
利用基于电磁场数值计算模块的光学成像仿真软件，分别对不同凹槽的宽度、深度和侧壁形状的参数组合进行暗场成像特性的仿真，其中，所采用的成像系统参数由EUV掩膜白板缺陷检测系统的光学成像参数确定；
利用得到的对准标记结构的暗场成像仿真数据，综合评估EUV掩膜白板对准标记边缘的散射信号强弱以及由成像光斑计算得到的对准标记位置探测误差，确定拟采用的对准标记凹槽的结构优化参数。
进一步地，金刚石针尖为单颗粒天然金刚石加工的针尖，金刚石针尖的尖端曲率半径和顶面夹角根据确定的EUV掩膜板对准标记凹槽的优化深度参数决定。
进一步地，用于边缘加工的金刚石针尖的形状还经过抛光处理，用以实现一次性加工出EUV掩膜板对准标记的边缘形状结构。
进一步地，用于边缘加工的金刚石针尖，利用聚焦离子束对针尖的边缘进行抛光处理。
进一步地，所述步骤S3中利用AFM纳米压电探针和高精度二维移动精密工作台集成的纳米加工系统，采用扫描的方式对EUV掩模白板进行对准标记的制备。
进一步地，所述步骤S3具体为：
S31：设定AFM的扫描范围为0，使AFM针尖接近EUV掩模白板的表面，根据所需加工的凹槽深度设置金刚石针尖的载荷，控制压电陶瓷使AFM悬臂弯曲变形处于恒定的状态，从而保证针尖载荷恒定，通过控制针尖载荷实现微凹槽深度的控制；
S32：由控制器通过D/A模块控制二维精密移动台在x方向和y方向上移动，即金刚石针尖的刻划方向和进给方向的移动，来实现工件以及针尖之间的相对运动，完成对准标记凹槽的刻划加工；
S33：更换成用于边缘加工的金刚石针尖，完成对准标记的边缘结构加工。
进一步地，所述步骤S32中，金刚石针尖的刻划路径方向沿着AFM的悬臂方向，进给量方向垂直于微悬臂方向；
加工过程中，二维精密移动平台沿着AFM悬臂向悬臂支点方向移动，移动距离长度等于对准标记的长度；刻划完毕之后，抬起针尖，将二维精密移动平台回到起点，使二维精密平台垂直AFM悬臂方向移动，移动距离为进给量，重复上述的过程，直到凹槽的累计宽度达到设定的值。
本发明的EUV掩膜板对准标记的制备方法，采用金刚石加工方法制备掩模对准标记的凹槽，对设备的要求简单、步骤少、时间短、重复性好，可以高效获得具有特定具体结构的EUV掩模对准标记凹槽；通过定制金刚石针尖(刀具)的具体形状以及控制针尖载荷，可以容易获得具有特定边缘形状的对准标记凹槽侧壁，显著提高对准标记加工的效率和重复性，使对准标记边缘区域探测信号强和成像对比度高，从而提高对准标记位置的探测精度和探测重复性，进而提高缺陷的定位精度，有利于后续对EUV掩模板缺陷的补偿和处理；采用本发明的方法制备的EUV掩膜板对准标记，与现有方法制备的对准标记结构相比，对准标记边缘位置的成像光斑质心探测精度显著提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是十字形EUV掩模板对准标记正面示意图及截面示意图；
图2(a)是EUV掩模板对准标记侧壁线性斜面标记边缘；
图2(b)是EUV掩模板对准标记侧壁V型标记边缘；
图2(c)是EUV掩模板对准标记侧壁曲面标记边缘；
图3(a)不同边缘结构的EUV掩模板对准标记暗场成像光斑截面仿真结果；
图3(b)不同边缘结构的EUV掩模板对准标记暗场成像光斑能量集中度仿真结果；
图4为金刚石针尖加工深度模型示意图；
图5为金刚石针尖纳米加工装置示意图；
图6为基于金刚石针尖纳米加工技术的EUV掩模板对准标记制备示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
本发明提供了一种EUV掩膜板对准标记的制备方法，采用金刚石纳米加工技术，包括以下步骤：
S1：通过仿真手段对EUV掩膜板对准标记的凹槽结构参数进行优化，确定EUV掩膜板对准标记凹槽的结构优化参数，用于改善对准标记位置探测的准确性和重复性；
S2：根据确定的EUV掩膜板对准标记凹槽的结构优化参数，对金刚石针尖刀具进行选型；
S3：根据确定的EUV掩膜板对准标记凹槽的结构优化参数，利用所述步骤S2中所选金刚石针尖刀具对EUV掩模白板进行对准标记加工。
其中，所述EUV掩膜板对准标记凹槽的结构参数包括横向宽度、深度和边缘侧壁形状。所述步骤S1具体为：
利用基于电磁场数值计算模块的光学成像仿真软件，分别对不同凹槽的宽度、深度和侧壁形状的参数组合进行暗场成像特性的仿真，其中，所采用的成像系统参数由EUV掩膜白板缺陷检测系统的光学成像参数确定；
利用得到的对准标记结构的暗场成像仿真数据，综合评估EUV掩膜白板对准标记边缘的散射信号强弱以及由成像光斑计算得到的对准标记位置探测误差，确定拟采用的对准标记凹槽的结构优化参数。
由此得到，如图2(a)所示的对线性斜面边缘对准标记所示的优化凹槽结构，其结构参数为：宽度约为5μm，深度约为210nm，凹槽斜面边缘倾斜角度为70度。
基于暗场成像光学系统的数值孔径参数，进一步提出了如图2(b)所示的V型边缘结构对准标记凹槽。利用上述的矩形凹槽宽度、深度和侧壁倾斜角度，并设定V型槽的深度与凹槽的深度一样，分别对不同的V型槽宽度和高度组合，进行暗场成像特性仿真，优化得到V型槽上表面开口处的横向宽度。对准标记的1D暗场成像仿真结果显示，凹槽边缘采用V型结构之后，边缘的成像信号强度轻微降低，但是信号强度的峰值半高宽更小，信号强度的能量更集中，由此得到的对准标记中心位置定位精度更高。
在上述V型边缘对准标记凹槽结构的基础上，将V型边缘结构的线性斜面边缘形状变为如图2(c)所示的曲面边缘形状，然后进行暗场成像特性仿真，对曲面边缘形状的结构进行优化。对准标记的1D暗场成像仿真结果显示，边缘结构对于暗场散射成像信号有非常直接的影响。
如图3(a)所示，与线性斜面边缘的暗场散射成像信号峰相比，曲面的暗场散射成像信号强度基本不变，但是散射光斑进一步居中，而右边出现的新散射峰，对于边缘位置确定的影响基本可以忽略。进一步对成像光斑进行了能量集中度的定量比较，结果如图3(b)所示,可以看到，采用曲面边缘结构得到的暗场成像光斑，与常规的70度斜面边缘结构得到的暗场成像光斑相比，80％能量集中度对应的光斑半径减小20％左右，表明成像质量进一步提高，从而有助于提高标记位置探测的准确性和稳定性。
其中，金刚石针尖为单颗粒天然金刚石加工的针尖，金刚石针尖的尖端曲率半径和顶面夹角根据确定的EUV掩膜板对准标记凹槽的优化深度参数决定。如图4左边的图所示，当加工深度h大于临界深度h1时，金刚石针尖可以等效为半球结合圆锥的探针模型，此时针尖的接触表面在水平方向的投影S如图4右边的图中所示半圆部分，可表示为下式(1)和(2):
Figure BDA0003683324660000081
h1＝R0(1-sinα) (2)
在此情况下，刻划得到的纳米凹槽的宽度b能够通过下式(3)算出。
b＝(h-R0(1-sinα))·tanα+R0cosα (3)
其中，α为针尖的内夹角，R0为针尖球头的半径。
从式(3)可以发现，纳米凹槽的宽度和金刚石针尖形状以及针尖刻划的深度有关，通过改变刻划深度能够控制纳米凹槽的宽度,而刻划深度则由基底材料特性、针尖结构参数及施加的针尖载荷所决定。假如：采用针尖半径为200nm，针尖半角为100度，加工深度为200nm时(该深度超过了临界深度,且标记的拟加工深度一致)，单次加工可以得到的沟槽宽度为300nm左右。因此，如果采用单针尖加工的方式，则需要进行20次的串行加工，可以得到宽度5μm，深度210nm左右的标记凹槽。因此，针尖半径200nm左右，针尖半角100度左右的针尖可以满足加工要求。
此外，为了满足凹槽边缘特定结构加工的需要，用于边缘加工的针尖形状需要特别处理，利用聚焦离子束对针尖的边缘进行抛光处理，从而使其能够一次性加工出边缘所需的结构。
为了实现满足对准标记长度尺寸(例如500微米)的加工要求，优选为利用AFM纳米压电探针和高精度二维移动精密工作台集成的纳米加工系统，如图5所示，并采用扫描的方式进行对准标记的制备。所述步骤S3具体为：
S31：设定AFM的扫描范围为0，使AFM针尖接近EUV掩模白板的表面，根据所需加工的凹槽深度设置金刚石针尖的载荷，控制压电陶瓷(PZT)使AFM悬臂弯曲变形处于恒定的状态，从而保证针尖载荷恒定，通过控制针尖载荷实现微凹槽深度的控制；
S32：由控制器通过D/A模块控制二维精密移动台在x方向和y方向上移动，即金刚石针尖的刻划方向和进给方向的移动，来实现工件以及针尖之间的相对运动，完成对准标记凹槽的刻划加工；如图6所示，金刚石针尖的刻划路径方向沿着AFM的悬臂方向，进给量方向垂直于微悬臂方向，加工过程中，二维精密移动平台沿着AFM悬臂向悬臂支点方向移动(X方向)，移动距离长度等于对准标记的长度(500微米)；刻划完毕之后，抬起针尖，将二维精密移动平台回到起点，使二维精密平台垂直AFM悬臂方向移动(Y方向)，移动距离为进给量，重复上述的过程，直到凹槽的累计宽度达到设定的值。
S33：更换成用于边缘加工的金刚石针尖，完成对准标记的边缘结构加工。
本发明的EUV掩膜板对准标记的制备方法，采用金刚石加工方法制备掩模对准标记的凹槽，对设备的要求简单、步骤少、时间短、重复性好，可以高效获得具有特定具体结构的EUV掩模对准标记凹槽；通过定制金刚石针尖(刀具)的具体形状以及控制针尖载荷，可以容易获得具有特定边缘形状的对准标记凹槽侧壁，显著提高对准标记加工的效率和重复性，使对准标记边缘区域探测信号强和成像对比度高，从而提高对准标记位置的探测精度和探测重复性，进而提高缺陷的定位精度，有利于后续对EUV掩模板缺陷的补偿和处理；采用本发明的方法制备的EUV掩膜板对准标记，与现有方法制备的对准标记结构相比，对准标记边缘位置的成像光斑质心探测精度显著提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种EUV掩膜板对准标记的制备方法，其特征在于，采用金刚石纳米加工技术，包括以下步骤：
S1：通过仿真手段对EUV掩膜板对准标记的凹槽结构参数进行优化，确定EUV掩膜板对准标记凹槽的结构优化参数，用于改善对准标记位置探测的准确性和重复性；
S2：根据确定的EUV掩膜板对准标记凹槽的结构优化参数，对金刚石针尖刀具进行选型；
S3：根据确定的EUV掩膜板对准标记凹槽的结构优化参数，利用所述步骤S2中所选金刚石针尖刀具对EUV掩模白板进行对准标记加工。
2.根据权利要求1所述的EUV掩膜板对准标记的制备方法，其特征在于，所述EUV掩膜板对准标记凹槽的结构参数包括横向宽度、深度和边缘侧壁形状。
3.根据权利要求2所述的EUV掩膜板对准标记的制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
利用基于电磁场数值计算模块的光学成像仿真软件，分别对不同凹槽的宽度、深度和侧壁形状的参数组合进行暗场成像特性的仿真，其中，所采用的成像系统参数由EUV掩膜白板缺陷检测系统的光学成像参数确定；
利用得到的对准标记结构的暗场成像仿真数据，综合评估EUV掩膜白板对准标记边缘的散射信号强弱以及由成像光斑计算得到的对准标记位置探测误差，确定拟采用的对准标记凹槽的结构优化参数。
4.根据权利要求1所述的EUV掩膜板对准标记的制备方法，其特征在于，金刚石针尖为单颗粒天然金刚石加工的针尖，金刚石针尖的尖端曲率半径和顶面夹角根据确定的EUV掩膜板对准标记凹槽的优化深度参数决定。
5.根据权利要求4所述的EUV掩膜板对准标记的制备方法，其特征在于，用于边缘加工的金刚石针尖的形状还经过抛光处理，用以实现一次性加工出EUV掩膜板对准标记的边缘形状结构。
6.根据权利要求5所述的EUV掩膜板对准标记的制备方法，其特征在于，用于边缘加工的金刚石针尖，利用聚焦离子束对针尖的边缘进行抛光处理。
7.根据权利要求1所述的EUV掩膜板对准标记的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中利用AFM纳米压电探针和高精度二维移动精密工作台集成的纳米加工系统，采用扫描的方式对EUV掩模白板进行对准标记的制备。
8.根据权利要求7所述的EUV掩膜板对准标记的制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
S31：设定AFM的扫描范围为0，使AFM针尖接近EUV掩模白板的表面，根据所需加工的凹槽深度设置金刚石针尖的载荷，控制压电陶瓷使AFM悬臂弯曲变形处于恒定的状态，从而保证针尖载荷恒定，通过控制针尖载荷实现微凹槽深度的控制；
S32：由控制器通过D/A模块控制二维精密移动台在x方向和y方向上移动，即金刚石针尖的刻划方向和进给方向的移动，来实现工件以及针尖之间的相对运动，完成对准标记凹槽的刻划加工；
S33：更换成用于边缘加工的金刚石针尖，完成对准标记的边缘结构加工。
9.根据权利要求8所述的EUV掩膜板对准标记的制备方法，其特征在于，所述步骤S32中，金刚石针尖的刻划路径方向沿着AFM的悬臂方向，进给量方向垂直于微悬臂方向；
加工过程中，二维精密移动平台沿着AFM悬臂向悬臂支点方向移动，移动距离长度等于对准标记的长度；刻划完毕之后，抬起针尖，将二维精密移动平台回到起点，使二维精密平台垂直AFM悬臂方向移动，移动距离为进给量，重复上述的过程，直到凹槽的累计宽度达到设定的值。
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