CN116635784A - 用于光刻的相移光罩 - Google Patents

Abstract

提供一种用于半导体制造中的光刻工艺的相移光罩。所述光罩包含衬底、反射结构、图案界定层及移相器。所述反射结构安置于所述衬底上。所述图案界定层包含第一材料且沉积于所述反射结构上。所述图案界定层包括图案沟槽。所述移相器包含第二材料且安置于所述图案沟槽中。所述第二材料的透射率不同于所述第一材料的透射率。

Description

用于光刻的相移光罩

技术领域

本公开大体上涉及一种用于光刻工艺中的光罩，且更特定来说，涉及一种用于半导体制造的光刻工艺中的相移光罩。

背景技术

在制造集成电路及其它半导体装置中常遇到的一个工艺步骤是光刻。广义来说，光刻涉及使用图案化模板使晶片表面选择性曝露于辐射源以产生蚀刻表面层。通常，图案化模板是光罩，其是含有待再现于晶片上的图案的平坦玻璃板。例如，晶片表面可在其上沉积有氮化硅，接着涂覆光敏液体聚合物或光致抗蚀剂。接着，曝光光从光罩的表面反射以将期望图案投影到经光致抗蚀剂覆盖晶片上。

对于负光致抗蚀剂，曝露于光的光致抗蚀剂的部分经化学改质且在晶片随后经受移除未曝露光致抗蚀剂的化学媒体时保持不受影响以使经改质光致抗蚀剂以光罩上图案的精确形状留在晶片上。对于正光致抗蚀剂，曝露于光的光致抗蚀剂的部分经化学改质且在晶片随后经受化学媒体时被移除，而未曝露光致抗蚀剂留在晶片上。接着，晶片经受蚀刻工艺，其移除氮化物层的曝露部分以使氮化物图案以掩膜的精确设计留在晶片上。此蚀刻层单独或结合其它类似产生层表示以特定集成电路或半导体芯片的“电路系统”为特征的装置及装置之间的互连。

行业趋向于生产更小及/或具有更高逻辑密度的芯片，其需要更大晶片上的更小线宽。然而，此类发展引起图案之间的小节距问题。已探索形成具有小节距(例如小于40nm的节距)的垂直互连通导(通)孔的方法包含使用每一界定不同通孔的图案的两个或多个光罩多次执行光刻工艺，此导致生产时间增加及产量能力降低。

另外，可在晶片表面上再现图案的分辨率取决于用于将图案投影到经光致抗蚀剂涂覆的晶片的表面上的曝光光的波长。当前最新光刻工具使用波长为13.5nm的极紫外(EUV)光，其允许约7nm、5nm或更小的最小特征大小。然而，为在经光致抗蚀剂覆盖的晶片上具有期望图案的更高图像对比度，需要更高曝露剂量(即，产生EUV光的更高功率输出)，此不利地增加制造半导体芯片的成本。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于在半导体芯片中图案化具有相对较小节距的通孔同时使用一个单个光罩且不多次重复光刻工艺的经修改光罩。本发明的另一目的涉及制造相移光罩。

根据一些实施例，所述光罩包含衬底、反射结构、图案界定层及移相器。所述反射结构安置于所述衬底上。所述图案界定层包含第一材料且沉积于所述反射结构上。所述图案界定层包括图案沟槽。所述移相器包含第二材料且安置于所述图案沟槽中。所述第二材料的透射率不同于所述第一材料的透射率。

根据一些其它实施例，一种光罩包含衬底、反射结构、图案界定层及移相器。所述光罩具有黑色边界区域及由所述黑色边界区域包围的图案区域。所述反射结构沉积于所述衬底上。框架沟槽相对于所述光罩的所述黑色边界区域形成于所述反射结构中。所述图案界定层相对于所述光罩的所述图案区域沉积于所述反射结构上且具有形成于所述图案界定层中的图案沟槽。所述移相器沉积于所述图案沟槽中。所述光罩相对于所述图案区域的上表面(由所述图案界定层及所述移相器共同界定)是平坦表面。

根据一些其它实施例，提供一种用于制造光罩的方法。所述方法包含提供衬底。所述方法进一步包含在所述衬底上形成反射结构。所述方法还包含在所述反射结构上沉积包含第一材料的图案界定层。另外，所述方法包含在所述图案界定层中形成图案沟槽。所述方法进一步包含在所述图案沟槽中沉积包含第二材料的移相器。所述第二材料的透射率不同于所述第一材料的透射率。

提供以上概要来促进理解本发明独有的一些创新特征，且其不希望为全面描述。可通过整体参考整个说明书、权利要求书、图式及摘要来获得本公开的完全了解。

附图说明

可结合附图鉴于各种说明性实施例的以下描述来更完整理解本公开，其中：

图1展示根据本公开的一些实施例的具有半暗图案界定层的光罩的横截面图。

图2展示根据本公开的一些实施例的经受辐射光的光罩的示意图及绘制辐射光在从光罩反射之后的波相位(i)及能量强度(ii)的图式。

图3A展示根据本公开的一些实施例的作为负性光致抗蚀剂从用于界定垂直互连通导孔的光罩曝露于辐射光的光刻工艺的一个阶段的示意图。

图3B展示根据本公开的一些实施例的作为负性光致抗蚀剂从用于界定沟槽线的光罩曝露于辐射光的光刻工艺的一个阶段的示意图。

图4展示根据本公开的一些实施例的具有半暗图案界定层的光罩的横截面图。

图5展示根据本公开的一些实施例的经受辐射光的图4中所展示的光罩的示意图及绘制辐射光在从光罩反射之后的波相位(i)及能量强度(ii)的图式。

图6A到6K展示根据本公开的一些实施例的制造具有半暗图案界定层的光罩的方法的各种阶段。

图6L展示图6K中区域A的放大图。

图7A到7F展示根据本公开的一些实施例的制造具有半暗图案界定层的光罩的方法的各种阶段。

图7G展示图7F中区域B的放大图。

图8A到8F展示根据本公开的一些实施例的制造具有半暗图案界定层的光罩的方法的各种阶段。

尽管本公开可接受各种修改及替代形式，但其细节已通过实例展示于图式中且将详细描述。然而，应了解，不希望将本公开的方面限制于所描述的特定说明性实施例。相反地，希望涵盖落于本公开的精神及范围内的所有修改、等效物及替代。

具体实施方式

如本说明书及所附权利要求书中所使用，除非内容另有明确规定，否则单数形式“一(a/an)”及“所述”包含多个指涉物。如本说明书及所附权利要求书中所使用，术语“或”一般用于包含“及/或”，除非内容另有明确规定。

以下详细说明将参考图式阅读，其中不同图式中的类似元件用类似元件符号编号。例如，光罩一般或共同由元件符号10指称且由元件符号10后跟字母后缀(例如10a)个别指称。详细描述及图式(其未必按比例绘制)描绘说明性实施例且不希望限制本公开的范围。所描绘的说明性实施例仅意在说明。任何说明性实施例的选定特征可并入到额外实施例中，除非明确说明相反。

图1展示根据本公开的一些实施例的光罩10的横截面图。在本文中，术语“光罩”可用于指的是石英胚料、光掩膜或EUV掩膜。根据一些实施例，光罩10是反射型光罩。应注意，本文中所描绘的实施例及概念适用于涉及两个相邻图案之间的小节距的任何光罩，其包含(但不限于)透射型光罩。在一些实施例中，光罩用于引进短辐射光(例如具有约1nm到约100nm的波长的极紫外光(EUV))的光刻工艺中，但本公开可考虑其它波长的光(辐射)。在所描绘的实施例中，掩膜10是相位差掩膜，例如衰减相位差掩膜(AttPSM)。

在一些实施例中，光罩10界定周边区域101、黑色边界区域102及图案区域103。如从光罩10的俯视图所见，图案区域103位于光罩10的中心。图案区域103是包含集成电路装置(或芯片)的中心区域的光罩10的区。例如，光罩10包含以下中的图案：电阻器、电容器、电感器、二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、互补MOS(CMOS)晶体管、双极性结晶体管(BJT)、横向扩散MOS(LDMOS)晶体管、高功率MOS晶体管、鳍状场效应晶体管(FinFET)、其它集成电路组件或其组合。在所描绘的实施例中，光罩10包含集成电路装置(或芯片)的通孔的图案。黑色边界区域102围绕图案区域103延伸且相邻于图案区域103。黑色边界区域102的宽度可在约2mm到约3mm的范围内。框架沟槽19形成于光罩10的黑色边界区域102中以减少非想要曝光。周边区域101围绕黑色边界区域102延伸且位于黑色边界区域102与衬底11的外边缘之间。周边区域101不包含集成电路装置的图案。下文将详细描述根据本公开的一些实施例的光罩10的结构特征。

在一些实施例中，光罩10包含衬底11、反射结构12、覆盖层13、图案界定层14及吸收层15。衬底11大体上呈矩形，具有顶面111及底面112。顶面111与底面112对置且通过侧面113与底面112间隔开。底面112可在制造及处置光罩10期间用作参考面。例如，底面112可由曝光设备1(图2)中的静电卡盘8固持。在一些实施例中，衬底11由具有低热膨胀系数的材料制成以最小化由于加热的图像失真。低热膨胀系数材料的非限制性实例包含玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷。为了静电卡持，可在底面112上形成导电层。导电层可包含钽硼(TaB)或氮化铬(CrN)且可通过适合沉积技术形成于底面112上。

反射结构12经配置以反射投影于光罩10上的辐射光。在一些实施例中，反射结构12安置于衬底11的顶面111上且覆盖位于光罩10的周边区域101及图案区域103中的顶面111的部分。在一些实施例中，反射结构12包含数个膜对，且每一膜对包含第一层121及位于第一层121下方或第一层121上方的第二层122。反射结构12中膜对的数目可在从20到80的范围内。例如，反射结构12包含40个膜对。在一些实施例中，每一膜对的第一层121及第二层122由对曝光波长具有不同折射率的两种不同材料制成。根据实施例，膜对的第一层121是硅层，且膜对的第二层122是钼层。在一个实施例中，膜对的第一层121是铍层，且膜对的第二层122是钼层。第一层121及第二层122的不同反射层导致对选定电磁辐射类型/波长曝光光的高反射率。

反射结构12的每一膜对的厚度可基于曝光光的波长及入射角确定。特定来说，第一层121及第二层122的厚度经确定使得可达成在每一接口处绕射的曝光光的最大建设性干涉及曝光光的最小吸收。例如，为了EUV光刻，第一层121(例如硅层)具有约4nm的厚度，且第二层122(例如钼层)具有约3nm的厚度，其经配置使得反射结构12展现对EUV范围内的辐射光的约70％的反射率。

覆盖层13安置于与衬底11对置的反射结构12的侧上且经配置以在形成图案界定层14期间保护下伏反射结构12。例如，覆盖层13选自展现不同于图案界定层14的蚀刻特性的材料。因此，覆盖层13用作图案化或修复/清洁图案界定层14中的蚀刻停止层。覆盖层13的非限制性实例包含氧化钛(TiO)或钌(Ru)。覆盖层13可通过适合膜沉积技术依从约2nm到4nm的范围内的厚度形成于反射结构12上。

图案界定层14安置于覆盖层13上且覆盖位于衬底11的图案区域103中的覆盖层13的部分。图案界定层14包含非常精细图案，其用于界定由光罩10反射的曝光光的图像以印记涂覆于半导体晶片上的光致抗蚀剂材料上的对应图案。例如，蚀刻图案界定层14以具有数个图案沟槽17。图案沟槽17穿过图案界定层14且曝露覆盖层13或反射结构12的部分，且用于在光刻工艺中在半导体晶片上界定数个通孔及/或沟槽线。在一些实施例中，图案界定层14是半暗以允许曝光光射入到图案界定层14中且由反射结构12反射以曝露涂覆于半导体晶片上的光致抗蚀剂材料。在本文中，图案界定层14是“半暗”，此意味着图案界定层14相对于曝光光的透射率大于0％(即，图案界定层相对于曝光光半透明)；在一些实施例中，图案界定层14相对于曝光光(例如EUV光)的透射率大于50％；在一个优选实施例中，图案界定层14相对于曝光光的透射率在约60％到约70％的范围内。图案界定层14的材料的非限制性实例包含钼(Mo)、铌(Nb)、钯(Pd)或钌(Ru)或其混合物。

吸收层15安置于反射结构12上且覆盖位于光罩10的周边区域101中的覆盖层13的部分。在一些实施例中，吸收层15对曝光光具有大于图案界定层14对相同曝光光的吸收率的吸收率。例如，吸收层15对曝光光具有至少50％的吸收率，且图案界定层14对相同曝光光具有小于50％的吸收率。在一些实施例中，吸收层15对EUV范围内的曝光光的反射率是约2.7％。

吸收层15由不同于图案界定层14的材料的材料制成。在一个实施例中，吸收层15包含基本上无氧的钽基材料，例如硅化钽基材料(TaSi)、氮化硼化钽基材料(TaBN)及氮化钽基材料(TaN)。在另一实施例中，吸收层15包含钽基及氧基材料，例如氧化及氮化钽基及硅基材料(TaSiON)、氧化钽硼基材料(TaBO)及氧化及氮化钽基材料(TaON)。吸收层15可无图案(即，无特征用于在半导体晶片上形成电路图案)且吸收层15的顶面151是平面的。一或多个对准标记可形成于吸收层15中。

在一些实施例中，吸收层15的顶面151及图案界定层14的顶面141位于相同平面处。即，吸收层15及图案界定层14具有相对于反射结构12的相同高度。在一些实施例中，吸收层15在将光罩10存储于光罩舱中期间用作光罩10的支撑面。通过形成具有与顶面151相同的水平的顶面141，可保护形成于图案界定层14中的精细特征免于由于与光罩舱的内表面碰撞而受损。

在一些实施例中，框架沟槽19通过向下蚀刻吸收层15、覆盖层13及反射结构12来形成以曝露在反射结构12下方具有低反射率的衬底11。当半导体晶片上的裸片依密集间距配置时，一个曝光摄影的图像边界将与相邻裸片的部分重叠，此不利地影响形成于裸片的边缘处的特征的临界尺寸及对比。为在光刻工艺期间减少此非想要曝光光，移除黑色边界区域102中的反射结构12，使得很少或没有曝光光在黑色边界区域102中从光罩10反射。在一些实施例中，光罩10的黑色边界区域102处的反射率(例如)小于或等于约0.5％，或尤其小于或等于约0.05％。在一些实施例中，黑色边界区域102呈框形且包围图案区域103。在一些实施例中，框架沟槽19的宽度在(例如)从约2mm到约3mm的范围内。

图2展示根据本公开的一些实施例的用于在曝光设备1中使用光罩10执行光刻工艺的方法的一个阶段。为简洁起见，省略曝光设备1中用于透射曝光光的光学组件。在一些实施例中，当光罩10转印到曝光设备1中时，光罩10由曝光设备1的光罩卡盘8固持，其中图案界定层14的顶面141及吸收层15的顶面151面向下。光罩10可平行于位于下方的半导体晶片5放置。

在光刻工艺之前，半导体晶片5可涂覆有包含光敏材料的光致抗蚀剂层6。光致抗蚀剂层6可为正性或替代地负性。在所描绘的实施例中，光致抗蚀剂层6是负性光致抗蚀剂，其中曝露于光的光致抗蚀剂的部分变得不溶于光致抗蚀剂显影剂，且光致抗蚀剂的未曝露部分由光致抗蚀剂显影剂溶解。负性光致抗蚀剂的材料的非限制性实例是金属氧化物抗蚀剂。

为实施光刻工艺，曝光光9(例如EUV光)从光源(图中未展示)产生且投影于光罩10的图案界定层14上。曝光光9接着由反射结构12反射且将图案从光罩10转印到涂覆于半导体晶片5上的光致抗蚀剂层6。

具体来说，如图2中所展示，由于图案界定层14的透明性，曝光光9的部分入射到图案界定层14且由图案界定层14下方的反射结构12反射以产生具有与图案界定层14相关联的图案的反射光Ta。此外，曝光光9的另一部分穿过到图案沟槽17且由反射结构12反射以产生具有与图案界定层14的图案沟槽17相关联的图案的反射光Tb。

曝光光9可在穿过图案界定层14时经历相位变化，此引起反射光Ta与反射光Tb之间的相位差。图2中的图式(i)展示反射光Ta及反射光Tb在其离开光罩10时的波相位。如图式(i)中所展示，反射光Ta的相位不同于反射光Tb的相位。反射光Ta与反射光Tb之间的相位差可取决于反射光Ta在图案界定层14中的行进长度而变动。在一些实施例中，图案界定层14的厚度经选择使得反射光Ta与反射光Tb之间的相位差在从约π到约1.3π的范围内。

由于反射光Ta与反射光Tb之间的相位差，发生波干涉。因此，如图2中的图式(ii)中所展示，与图案沟槽17中的一者相关联的光致抗蚀剂层6的区域602由具有最低强度的光曝露。相比来说，与图案界定层14相关联的光致抗蚀剂层6的区域601由具有较大强度的光曝露。在其中光致抗蚀剂层6是负性的配置中，曝露于区域602上的曝光光的强度较低，使得光致抗蚀剂层6的化学结构不改变且因此在随后显影工艺之后移除。

下文将描述展现类似于光罩10的相移现象的相移现象的光罩的各种实例。在以下描述中，为简洁起见，将不重复类似于图1中所展示的光罩10的结构特征的光罩的结构特征。

图3A展示根据本公开的一些实施例的作为负性光致抗蚀剂从用于界定光致抗蚀剂层6上的垂直互连通导孔的光罩10a曝露于辐射光的光刻工艺的一个阶段的示意图。应了解，图式中光罩10a上的图案沟槽及光致抗蚀剂层6上的开口是为了解释本发明而说明且未必按比例绘制以满足实际条件。在一个实施例中，光罩10a上图案沟槽的尺寸比光致抗蚀剂层6上开口的尺寸大四倍。在一些实施例中，光罩10a具有用半暗材料形成的图案界定层14a，且数个图案沟槽17a形成于图案界定层14a中。如从图3A的仰视图所见，图案沟槽17a可具有正方形形状，其具有在从约60nm到约100nm的范围内的宽度。彼此紧邻布置的两个图案沟槽17a之间的间距W1在从20nm到数微米的范围内。为在具有负性的光致抗蚀剂层6上形成与图案沟槽17a相关联的数个开口61，将携带光罩10a的图案的曝光光投影于光致抗蚀剂层6上。其后，光致抗蚀剂层6经受显影液以移除未由曝光光曝露或由具有低于触发光致抗蚀剂层6中的化学结构变化所需的强度的强度的光曝露的光致抗蚀剂层6的部分。

与使用常规暗场二元光罩(即，图案沟槽形成于在光罩的图案区域中形成的不透明吸收材料中)界定正性光致抗蚀剂上的通孔的光刻工艺相比，图3A中所展示的光刻工艺具有更小抗蚀剂模糊。根据一个仿真结果，前一工艺具有3.5nm的抗蚀剂模糊且后一工艺具有小于2nm的抗蚀剂模糊。因此，具有小间距(例如，小于40nm)的通孔甚至可使用单个光罩同时形成，且因此显著减少制造时间及成本。另外，由于图案界定层14a的半暗性，产生曝光光的输出功率可比常规二元光罩减小，且因此降低此光刻工艺的功率需求。此外，图3A中所展示的光刻工艺展现优选临界尺寸均匀性及优选孔圆度。

与使用常规明场二元光罩(即，点状吸收结构形成于光罩的图案区域中的反射结构上)界定负性光致抗蚀剂上的通孔的光刻工艺相比，图3A中所展示的光刻工艺呈现更佳图像对比。因此，由光罩10a形成的开口61具有更佳临界尺寸均匀性及更佳孔圆度。另外，与使用明场二元光罩的光刻工艺相比，图3A中所展示的光刻工艺具有更好抑制由于粒子或残留物(例如累积于光罩10a上的图3A中所展示的粒子4)的图像缺陷的能力。

图3B展示根据本公开的一些实施例的作为负性光致抗蚀剂从用于界定光致抗蚀剂层6上的沟槽线的光罩10b曝露于辐射光的光刻工艺的一个阶段的示意图。应了解，光罩10b上的图案沟槽及光致抗蚀剂层6上的沟槽是为了解释本发明而说明且未必按比例绘制以满足实际条件。在一个实施例中，光罩10b上图案沟槽的尺寸比光致抗蚀剂层6上沟槽的尺寸大四倍。在一些实施例中，光罩10b具有用半暗材料形成的图案界定层14b，且数个图案沟槽17b形成于图案界定层14b中。如从图3B的仰视图所见，图案沟槽17b可具有矩形形状。彼此紧邻布置的两个图案沟槽17b之间的间距W2在从12nm到数微米的范围内。为在具有负性的光致抗蚀剂层6上形成与图案沟槽17b相关联的数个沟槽62，将携带光罩10b的图案的曝光光投影于光致抗蚀剂层6上。其后，光致抗蚀剂层6经受显影液以移除未由曝光光曝露或由具有低于触发光致抗蚀剂层6中的化学结构变化所需的强度的强度的光曝露的光致抗蚀剂层6的部分。

在常规光刻工艺中，沟槽线通过以下阶段形成：通过使用暗场二元光罩界定负性光致抗蚀剂上的图案来在衬底上形成光致抗蚀剂线；在衬底上沉积展现不同于光致抗蚀剂线的蚀刻特性的反向材料；及回蚀光致抗蚀剂线。然而，在上述光刻工艺中，图案线可在沉积反向材料期间或沉积反向材料之前塌陷。相反地，图3B中所展示的光刻工艺有效缓解图案碰撞的担忧，因为沟槽线可直接形成而不执行反向工艺。

与使用常规明场二元光罩在负性光致抗蚀剂上界定沟槽线的光刻工艺相比，图3B中所展示的光刻工艺呈现更佳图像对比。因此，由光罩10b形成的开口62具有更佳线宽粗糙度(LWR)及临界尺寸均匀性。另外，与使用明场二元光罩的光刻工艺相比，图3B中所展示的光刻工艺具有更好抑制由于累积于光罩10b上的粒子或残留物(例如图3B中所展示的粒子4)的图像缺陷的能力。

本公开的发明者发现，当反射光Ta(图2)的强度较接近反射光Tb(图2)的强度时，反射光Ta及反射光Tb的波干涉变得放大。换句话说，图案界定层14的透射率与沉积于图案沟槽17中的媒体的透射率的比率越大，投影于半导体晶片上的图案的图像对比越好。一般来说，EUV光刻工艺在超真空环境中执行，且因此图案沟槽17没有气体(即，沉积于图案沟槽17中的媒体的透射率约等于1)。为提高图案界定层14的透射率与沉积于图案沟槽17中的媒体的透射率的比率，本公开的另一目的是提供具有定位于图案界定层14中的图案沟槽中的一或多个移相器的光罩，借此增强反射光Ta及反射光Tb的干涉。

图4展示类似于图1中的光罩10的光罩10c的横截面图，且光罩10c与光罩10之间的差异包含图案沟槽17填充有数个移相器18。在一些实施例中，光罩10c的图案区域103中的反射结构12的顶面的整个区由反射结构12的第一区域R1及第二区域R2组成。如图4中所展示，图案界定层14覆盖反射结构12的第一区域R1。图案界定层14可安置于反射结构12的第一区域R1上，且覆盖层13定位于反射结构12与图案界定层14之间。移相器18位于图案沟槽17中且覆盖反射结构12的第二区域R2。移相器18可安置于反射结构12的第二区域R2上，且覆盖层13定位于反射结构12与移相器18中的每一者之间。

在一些实施例中，图案界定层14由第一材料形成，且移相器18由不同于第一材料的第二材料形成。表1及表2中展示根据本公开的一些实施例的第一材料及第二材料的示范性组合。

表1：图案界定层14(第一材料)及移相器18(第二材料)的材料与具有一相位差π的 来自图案界定层14及移相器18的光发射的相关参数的组合

表2：图案界定层14(第一材料)及移相器18(第二材料)的材料与具有一相位差1.2 π的来自图案界定层14及移相器18的光发射的相关参数的组合

表1表明，当图案沟槽17填充有包含选自Zr、La、Si、C或B的材料的移相器18时，图案界定层14与移相器18的透射率比大于图案界定层14与真空(即，无移相器18形成于图案沟槽17中)的透射率比。表2表明，当图案沟槽17填充有包含选自La、Si、SiC或pSi的材料的移相器18时，图案界定层14与移相器18的透射率比大于图案界定层14与真空的透射率比。图案界定层14与移相器18的透射率比的提高表示由光罩10c反射的光的波干涉增强且图像对比显著提高。例如，如图5中所展示，当光罩10c用于光刻工艺中时，曝光光9的部分入射到图案界定层14且由图案界定层14下方的反射结构12反射以产生具有与图案界定层14相关联的图案的反射光Ta。此外，曝光光9的另一部分入射到移相器18且由移相器18下方的反射结构12反射以产生具有与移相器18相关联的图案的反射光Tc。

曝光光9在穿过图案界定层14及移相器18时经历相位变化，此引起反射光Ta与反射光Tc之间的相位差。具体来说，图5中的图式(i)展示反射光Ta及反射光Tc在其离开光罩10c时的波相位，且图5中的图式(ii)展示投影于半导体晶片5上的曝光光9的强度。如图5中的图式(i)中所展示，反射光Ta的相位不同于反射光Tc的相位，且反射光Tc的相位的振幅大于反射光Ta的相位的振幅。因此，如图5中的图式(ii)中所展示，与移相器18中的一者相关联的光致抗蚀剂层6的区域602由具有最低强度的光曝露。相比来说，与图案界定层14相关联的光致抗蚀剂层6的区域601由具有最大强度的光曝露。此外，受反射光Tc的强振幅影响，从移相器18透射的曝光光Tc展现比从图案界定层14透射的曝光光Ta的强度更低的强度，此意味着由光罩10c反射的光的干涉增强且因此显著提高图像对比。

在一些实施例中，图案界定层14(第一材料)及移相器18(第二材料)两者是由一种以上元素原子形成的合金。例如，图案界定层14的实例可为Ni-Al。选择合金作为第二材料(移相器)可为如此，只要：(1)第一材料(图案界定层)与第二材料的透射率比大于第一材料与真空的透射率比；及(2)其它光学参数及其它相关参数(第一材料及第二材料的厚度)的组合将使穿过第一材料及第二材料的光的相位差在从约π到约1.3π的范围内且优选为1.2π。

图案界定层可为单个元素或合金，且移相器还可为单个元素或合金。根据图案界定层及移相器，整个系统可为元素与合金的组合。

表1及2还表明，在例如Mo/La、Mo/Si及Nb/La的一些特定组合中，图案界定层14及移相器18的厚度约等于50nm。具有此薄厚度的图案界定层14及移相器18还可促进防止阴影效应及提高光罩10c的光反射率。即，半导体晶片的产品良率可提高。在一些实施例中，图案界定层14及移相器18具有约44nm到约53nm的厚度。

除上述优点之外，在图案沟槽17中沉积移相器18还通过减少曝光设备的功耗且降低相关联成本来提供益处。根据一个仿真结果，当图案界定层14由Mo制成且移相器18由硅制成时，有效曝露光致抗蚀剂的单个曝光摄影的功率比没有移相器18沉积于图案沟槽17中的光罩降低3％从约36.2mj/cm²到约35.0mj/cm²。

应注意，为利用相移光罩的上述益处，由光罩产生的相位差可由曝光光的波长确定。在本公开中，来自图案界定层14及移相器18的光发射可具有从1π到1.3π的范围内的相位差，且相移光罩的相关参数展示于下表3中。

表3：具有从π到1.3π的范围内的相位差的来自图案界定层14(例如钼)及移相器18 (例如镧或硅)的光发射的相关参数

图6A到6L展示说明根据本发明的一个实施例的用于形成光罩10d(图6K)的方法的一系列示意性横截面图。可在方法之前、方法期间及方法之后提供额外阶段，且所描述的一些阶段可由额外实施例替换、消除或移动。方法是实例且不希望限制本公开超出权利要求书中明确叙述的范围。

参考图6A，用于形成光罩10d的方法包含在衬底11上依序形成反射结构12、覆盖层13及图案界定层14d。图案界定层14d可选自钼(Mo)、铌(Nb)、钯(Pd)、钌(Ru)或例如Ni-Al的合金。反射结构12、覆盖层13及图案界定层14d可通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)及/或另一或另一些适合工艺形成。在一些实施例中，反射结构12是包括交替Mo及Si层的多层，且每一对Mo及Si层具有厚度约为3nm的Mo层及厚度约为4nm的Si层。覆盖层13包含钌(Ru)、RuSi或其组合且具有在约2nm与约20nm之间的范围内的厚度。图案界定层14d包含钼(Mo)或铌(Nb)且具有在约40nm与约130nm之间的范围内的厚度。

仍参考图6A，用于形成光罩10d的方法进一步包含相对于周边区域101及黑色边界区域102图案化图案界定层14d的区域。图案化工艺可包含通过适合工艺(例如旋涂)在图案界定层14d上形成层光致抗蚀剂21及接着曝露及显影光致抗蚀剂21层以形成光致抗蚀剂特征210。光致抗蚀剂特征210可为矩形形状以相对于周边区域101及黑色边界区域102曝露图案界定层14d的顶面。

用于形成光罩10d的方法进一步包含执行蚀刻工艺以将光致抗蚀剂特征210的图案转印到下伏图案界定层14d。在蚀刻工艺中，移除未由光致抗蚀剂21覆盖的图案界定层14d的部分以在其中形成开口140d，如图6B中所展示。可在图案界定层14d的蚀刻工艺之后移除光致抗蚀剂21层。

参考图6C，用于形成光罩10d的方法进一步包含通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)及/或另一或另一些适合工艺在图案界定层14d上形成吸收材料150d。吸收材料150d可包含硅化钽基材料、氮化硼化钽基材料及氮化钽基材料。

在形成吸收材料150d之后，如图6D中所展示，执行移除工艺以移除在图案界定层14d及开口140d上方的吸收材料150d的部分以形成吸收层15。移除工艺可包含化学机械抛光(CMP)工艺或干式蚀刻工艺。在移除工艺之后，开口140d中的吸收层15及图案界定层14d具有相对于反射结构12的相同高度。图案界定层14d的顶面141d基本上与吸收层15的顶面151共面，使得图案界定层14d及吸收层15构成光罩10d的平面(均匀)上表面。

参考图6E，用于形成光罩10d的方法进一步包含图案化位于图案区域103中的图案界定层14d的部分。图案化工艺可包含通过适合工艺(例如旋涂)在图案界定层14d及吸收层15上形成层光致抗蚀剂22及接着曝露及显影光致抗蚀剂22层以形成光致抗蚀剂特征220。光致抗蚀剂特征220可根据集成电路的层的电路图案图案化。在一些实施例中，光致抗蚀剂特征220根据集成电路的通孔或沟槽线图案化。

用于形成光罩10d的方法进一步包含执行蚀刻工艺以将光致抗蚀剂特征220的图案转印到下伏图案界定层14d。在蚀刻工艺中，移除未由光致抗蚀剂22覆盖的图案界定层14d的部分以在其中形成数个图案沟槽17d，如图6F中所展示。可在图案界定层14d的蚀刻工艺之后移除光致抗蚀剂22层。

在形成图案沟槽17d之后，用于形成光罩10d的方法进一步包含在图案沟槽17d中形成数个移相器。在一些实施例中，移相器通过自组装单层(SAM)工艺及区域选择性沉积(ASD)工艺形成于图案沟槽17d中。

具体来说，在SAM工艺中，如图6G中所展示，抑制剂23选择性形成于图案界定层14d及吸收层15上。即，抑制剂23覆盖图案界定层14d的顶面141d及吸收层15的顶面151且留下图案沟槽17d未覆盖。抑制剂23包含可抑制图案界定层14d及吸收层15上的后续沉积的材料。在一些实施例中，抑制剂23可通过液体及/或气相沉积工艺形成。在ASD工艺中，两个化学品在图案界定层14d及吸收层15上交替供应多次。由于抑制剂23对ASD工艺的化学品具有惰性，因此防止化学品接合到抑制剂23。因此，如图6H中所展示，移相器18d可选择性形成于图案沟槽17d中，移相器材料的薄膜180d可在ASD工艺之后形成于图案界定层14d及吸收层15上。其后，移除抑制剂形成及抑制剂上的薄膜180d，如图6I中所展示。在一些实施例中，移相器18d选自包含Zr、La、Si、C或B的材料。

在形成移相器18d之后，用于形成光罩10d的方法进一步包含在光罩10d的黑色边界区域102中形成框架沟槽19。在一些实施例中，如图6J中所展示，框架沟槽19的形成可包含通过适合工艺(例如旋涂)在图案界定层14d及吸收层15上形成层光致抗蚀剂24及接着曝露及显影光致抗蚀剂24层以形成光致抗蚀剂特征240。光致抗蚀剂特征240可具有矩形形状以曝露位于黑色边界区域102中的吸收层15的顶面。其后，执行蚀刻工艺以将光致抗蚀剂特征240的图案转印到下伏吸收层15。在蚀刻工艺中，移除未由光致抗蚀剂24覆盖的吸收层15、覆盖层13及反射结构12以在其中形成框架沟槽19，如图6K中所展示。光致抗蚀剂24层可在用于形成框架沟槽19的蚀刻工艺之后移除。在一些实施例中，反射结构12完全移除且停止于衬底11的表面上。

在一些实施例中，图案界定层14d中的所有开口或图案沟槽17填充有移相器18d，且图案区域103中的光罩10d的上表面105d是平坦表面。在本公开中，“平坦表面”不限于理想平坦表面，且害包含具有不大于移相器18d的高度的5％的高度变动的表面。例如，如图6L中所展示，移相器18d中的一者的顶面181d位于不同于图案界定层14d的顶面141d的水平处。移相器18d的顶面181d可低于图案界定层14d的顶面141d。移相器18d的顶面181d与图案界定层14d的顶面141d的高度差H1可在移相器18d的高度的约3％到约4％的范围内。在所描绘的实施例中，移相器18d的顶面181d与图案界定层14d的顶面141d的高度差H1是约2nm。在一些实施例中，两个移相器18d具有相对于图案界定层14d的顶面141d的不同高度，且因此光罩10d的上表面105d的不同区域具有不同高度变动。

图7A到7G展示说明根据本发明的一个实施例的用于形成光罩10e(图7F)的方法的一系列示意性横截面图。可在方法之前、方法期间及方法之后提供额外阶段，且所描述的一些阶段可由额外实施例替换、消除或移动。方法是实例且不希望限制本公开超出权利要求书中明确叙述的范围。

参考图7A，用于形成光罩10e的方法包含提供衬底11及形成于其上的反射结构12、覆盖层13、图案界定层14e、吸收层15及缓冲层25。图案界定层14e可选自钼(Mo)、铌(Nb)、钯(Pd)、钌(Ru)或例如Ni-Al的合金。吸收层15围绕图案界定层14e形成，且图案化图案界定层14e及缓冲层25。用于形成吸收层15及图案化图案界定层14e及缓冲层25的方法类似于图6A到6F中所说明的阶段，因此，为简洁起见，将不再重复。

参考图7B，在图案化图案界定层14e及缓冲层25之后，用于形成光罩10e的方法包含通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)及/或另一或另一些适合工艺在缓冲层25上形成移相器材料180e。移相器材料180e可包含例如选自Zr、La、Si、C或B的材料。在形成移相器材料180e之后，图案界定层14e中的图案沟槽17e填充有移相器材料180e。

其后，执行移除工艺以移除在缓冲层25及图案沟槽17e上方的移相器材料180e的部分以在图案沟槽17e中形成数个移相器18e，例如Zr、La、Si、C、B或其合金。在一些实施例中，如图7C中所展示，进行移除工艺。移除工艺可包含蚀刻工艺、CMP工艺或蚀刻工艺及CMP工艺的组合。在一些实施例中，首先执行蚀刻工艺以移除移相器材料180e的部分以曝露缓冲层25。在蚀刻工艺期间，缓冲层25可用作停止层以停止其上的蚀刻工艺。接着，提供CMP工艺以移除缓冲层25及图案沟槽17e上的剩余移相器材料180e以在图案沟槽17e中形成移相器18e，如图7D中所展示。在一些替代实施例中，首先执行CMP工艺直到曝露缓冲层25，且接着施加蚀刻工艺以移除图案界定层14e上的缓冲层25及移相器材料180e。

在形成移相器18e之后，用于形成光罩10e的方法进一步包含在光罩10e的黑色边界区域102中形成框架沟槽19。框架沟槽19的形成可包含通过适合工艺(例如旋涂)在图案界定层14e及吸收层15上形成层光致抗蚀剂26及接着曝露及显影光致抗蚀剂26层以形成光致抗蚀剂特征260，如图7E中所展示。光致抗蚀剂特征260可具有环形形状以曝露位于黑色边界区域102中的吸收层15的顶面。其后，执行蚀刻工艺以将光致抗蚀剂特征260的图案转印到下伏吸收层15。在蚀刻工艺中，如图7F中所展示，移除未由光致抗蚀剂26覆盖的吸收层15、覆盖层13及反射结构12以在其中形成框架沟槽19。光致抗蚀剂26层可在用于形成框架沟槽19的蚀刻工艺之后移除。在另一实施例中，反射结构12完全移除且停止于衬底11的表面上。

在一些实施例中，图案界定层14e中的所有开口或图案沟槽17e填充有移相器18e，且因此图案区域103中的光罩10e的整个上表面105e是平坦表面。在一些实施例中，如图7G中所展示，移相器18e中的一者的顶面181e及图案界定层14e的顶面141e位于相同水平处。即，移相器18e的顶面181e与图案界定层14e的顶面141e之间无高度差。在一些替代实施例中，可在移相器材料180e的移除工艺期间形成凹槽，且因此移相器18e中的一者的顶面181e可低于图案界定层14e的顶面141e。移相器18e的顶面181e与图案界定层14e的顶面141e的高度差可在移相器18e的高度的约3％到约4％的范围内。

在一些实施例中，如图8F中所展示，光罩10f的周边区域101中的吸收层15f由与光罩10f的图案区域103中的图案界定层14相同的材料制成。图8A到8F展示说明根据本发明的一个实施例的用于形成光罩10f(图8F)的方法的一系列示意性横截面图。可在方法之前、方法期间及方法之后提供额外步骤，且所描述的一些步骤可由额外实施例替换、消除或移动。方法是实例且不希望限制本公开超出权利要求书中明确叙述的范围。

参考图8A，用于形成光罩10f的方法包含在衬底11上依序形成反射结构12、覆盖层13及半透光材料140f。反射结构12、覆盖层13及半透光材料140f可通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)及/或另一或另一些适合工艺形成。在一些实施例中，反射结构12是包括交替Mo及Si层的多层。覆盖层13包含钌(Ru)、RuSi或其等组合且具有在约2nm与约20nm之间的范围内的厚度。半透光材料140f包含钼(Mo)或铌(Nb)且具有在约40nm与约130nm之间的范围内的厚度。

参考图8B，用于形成光罩10f的方法进一步包含图案化位于图案区域103中的半透光材料140f的部分。图案化工艺可包含通过适合工艺(例如旋涂)在半透光材料140f上形成层光致抗蚀剂22及接着曝露及显影光致抗蚀剂22层以形成光致抗蚀剂特征220。光致抗蚀剂特征220可根据集成电路的层的电路图案图案化。在一些实施例中，光致抗蚀剂特征220根据集成电路的通孔或沟槽线图案化。

用于形成光罩10f的方法进一步包含执行蚀刻工艺以将光致抗蚀剂特征220的图案转印到下伏半透光材料140f。在蚀刻工艺中，移除未由光致抗蚀剂22覆盖的半透光材料140f的部分以在其中形成数个图案沟槽17f，如图8C中所展示。光致抗蚀剂22层可在半透光材料140f的蚀刻工艺之后移除。

在形成图案沟槽17f之后，用于形成光罩10f的方法进一步包含在图案沟槽17d中形成数个移相器18f，如图8D中所展示。移相器18f可通过自组装单层(SAM)工艺及区域选择性沉积(ASD)工艺形成于图案沟槽17f中，如同图6G到6I中所展示的工艺。替代地，移相器18f可通过在图案界定层14f上沉积移相器材料且执行移除工艺来形成于图案沟槽17f中，如同图7A到7D中所展示的工艺。

在形成移相器18f之后，用于形成光罩10f的方法进一步包含在光罩10f的黑色边界区域102中形成框架沟槽19。在一些实施例中，如图8E中所展示，框架沟槽19的形成可包含通过适合工艺(例如旋涂)在半透光材料140f上形成层光致抗蚀剂24及接着曝露及显影光致抗蚀剂24层以形成光致抗蚀剂特征240。光致抗蚀剂特征240可具有矩形形状以曝露位于黑色边界区域102中的半透光材料140f的顶面。其后，执行蚀刻工艺以将光致抗蚀剂特征240的图案转印到下伏半透光材料140f。在蚀刻工艺中，移除未由光致抗蚀剂24覆盖的半透光材料140f、覆盖层13及反射结构12以在其中形成框架沟槽19，如图8F中所展示。在形成框架沟槽19之后，黑色边界区域102中的半透光材料140f指称吸收层15，且周边区域101中的半透光材料140f指称图案界定层14f。光致抗蚀剂24层可在用于形成框架沟槽19的蚀刻工艺之后移除，且用于形成光罩10f的工艺完成。

因此，在描述本公开的若干说明性实施例之后，所属领域的技术人员将易于了解，可在所附权利要求书的范围内制造及使用其它实施例。由本发明涵盖的公开内容的许多优点已在以上描述中阐述。然而，应了解，本公开在许多方面仅供说明。在不超出本公开的范围的情况下，可对细节进行改变，尤其在部件的形状、大小及布置方面。当然，本公开的范围以表达所附权利要求书的语言界定。

Claims (20)

1.一种光罩，其包括：

衬底；

反射结构，其安置于所述衬底上；

图案界定层，其包括第一材料，沉积于所述反射结构上，其中所述图案界定层包括图案沟槽；及

移相器，其包括第二材料，安置于所述图案沟槽中，其中所述第二材料的透射率不同于所述第一材料的透射率。

2.根据权利要求1所述的光罩，其中所述第一材料的所述透射率及所述第二材料的所述透射率两者大于50％。

3.根据权利要求1所述的光罩，其中所述第一材料的所述透射率与所述第二材料的透射率的比率在约0.62到约0.98的范围内。

4.根据权利要求1所述的光罩，其中所述第一材料及所述第二材料经选择使得从所述移相器透射的曝光光展现比从所述图案界定层透射的曝光光的强度更低的强度。

5.根据权利要求1所述的光罩，其中所述第一材料包括钼(Mo)或铌(Nb)。

6.根据权利要求1所述的光罩，其中所述第二材料包括镧(La)或硅(Si)。

7.根据权利要求1所述的光罩，其中从所述图案界定层透射的曝光光及从所述移相器透射的曝光光具有在从π到1.3π的范围内的相位差。

8.根据权利要求1所述的光罩，其中所述图案界定层及所述移相器共同形成用于接收曝光光的所述光罩的上表面，且所述上表面基本上为平面表面。

9.根据权利要求1所述的光罩，其中所述图案界定层的厚度与所述移相器的厚度之间的差小于2nm。

10.一种光罩，其具有黑色边界区域及由所述黑色边界区域包围的图案区域，所述光罩包括：

衬底；

反射结构，其沉积于所述衬底上，其中框架沟槽相对于所述光罩的所述黑色边界区域形成于所述反射结构中；

图案界定层，其相对于所述光罩的所述图案区域沉积于所述反射结构上且具有形成于所述图案界定层中的图案沟槽；及

移相器，其沉积于所述图案沟槽中，其中所述光罩相对于所述图案区域的上表面，由所述图案界定层及所述移相器共同界定，是平坦表面。

11.根据权利要求10所述的光罩，其中：

所述图案界定层包括第一材料；且

所述移相器包括第二材料，其中所述第二材料的透射率不同于所述第一材料的透射率。

12.根据权利要求10所述的光罩，其中所述图案界定层的透射率与所述移相器的透射率的比率在约0.62到约0.98的范围内。

13.根据权利要求10所述的光罩，其中所述图案界定层的透射率及所述移相器的透射率两者大于50％。

14.根据权利要求10所述的光罩，其中从所述图案界定层透射的曝光光及从所述移相器透射的曝光光具有在从π到1.3π的范围内的相位差。

15.根据权利要求10所述的光罩，其中所述图案界定层具有约44nm到约53nm的厚度。

16.一种用于制造光罩的方法，其包括：

提供衬底；

在所述衬底上形成反射结构；

在所述反射结构上沉积包括第一材料的图案界定层；

在所述图案界定层中形成图案沟槽；

在所述图案沟槽中沉积包括第二材料的移相器，其中所述第二材料的透射率不同于所述第一材料的透射率。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一材料的所述透射率及所述第二材料的所述透射率两者大于50％。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一材料包括钼(Mo)或铌(Nb)。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述第二材料包括镧(La)或硅(Si)。

20.根据权利要求16所述的方法，其中所述图案界定层的厚度与所述移相器的厚度之间的差小于2nm。