CN1500230A - 具有改进了的吸收层的远紫外线掩模 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有一定厚度的改进了的吸收层的EUV掩模，此吸收层由金属和非金属组成，其中金属对非金属的比率在整个改进了的吸收层的厚度内改变，并公开了这种EUV掩模的制造方法。
Description
发明的背景
1.发明的领域
本发明涉及到半导体集成电路制造领域，更确切地说是涉及到用于远紫外线(EUV)印刷术的掩模和制造掩模的方法。
2.相关技术的讨论
光刻技术持续不断的改善已经能够缩小半导体集成电路以生产密度更高且性能更好的器件。减小曝光所用的波长，改善了分辨率并减轻了衍射效应。波长为248或193毫微米(nm)的深紫外线(DUV)光，被广泛地用于通过石英衬底制造的透射掩模的曝光。波长为157或126nm的DUV光可以被用于通过氟化钙制造的透射掩模的曝光。然而，在70nm中心点附近，将需要下一代印刷术(NGL)。
NGL包括EUV印刷术、电子投影印刷术(EPL)、以及近x射线印刷术(PXL)。PXL的特征是其应用范围最广，但此技术受到要求同步加速器源以及难以缩小1x掩模的制约。EPL适用于专用集成电路(ASIC)，但每当对互补结构进行图形化时，由于要求模版二次通过，故产率明显地降低。EUV印刷术由于EUV掩模和EUV源的高成本能够被分散到更大量的产品上，故最适合于制造存储器芯片和微处理器。
EUV印刷术基于用波长为10-15nm的电磁光谱部分来曝光。EUV步进扫描装置可以具有0.10数字光圈(NA)的4平面镜4x缩小投影系统。借助于在晶片上使视场步进并跨越视场扫描EUV掩模的弧形区域而完成曝光。用大约1微米的焦深(DOF)，可以得到50-70nm的临界尺寸(CD)。或者，EUV步进扫描装置可以具有0.25NA的6平面镜4x缩小投影系统，以便以降低DOF为代价而印刷20-30nm的更小的CD。5x或6x缩小投影系统的其它设计也可以被用于EUV印刷术。
DUV印刷术的掩模是能透射的。于是，借助于选择性地清除诸如铬之类的不透明层以便露出下方诸如石英之类的透明衬底的某些部分，就确定了DUV掩模上所希望的图形。但实际上所有的凝聚材料都在EUV波长处有吸收，故EUV印刷术的掩模是反射性的。因此，借助于选择性地清除吸收层以便露出涂敷在衬底上的下方镜面，就确定了EUV掩模上的所需图形。
于是，所需要的就是一种具有改进了的吸收层的EUV掩模及其制造方法。
附图的简要说明
图1(a)-(d)示出了根据本发明制作的具有改进了的吸收层的EUV掩模坯的剖面图。
图2(a)-(d)示出了根据本发明制作的具有改进了的吸收层的EUV掩模的剖面图。
图3示出了根据本发明的具有改进了的吸收层的EUV掩模的剖面图。
本发明的详细描述
在下列描述中，给出了诸如具体材料、尺寸、以及工艺之类的大量细节，以便透彻地理解本发明。但本技术领域的熟练人员可以理解的是，无需这些特定的细节也可以实施本发明。另外，为了避免使本发明难以理解，没有特别详细地描述众所周知的半导体设备和工艺。
几乎所有的材料都吸收远紫外线(EUV)光，故EUV印刷术的掩模是反射性的。借助于选择性地清除部分吸收层以便露出下方的镜面，确定了EUV掩模上的图形。此吸收层控制着临界尺寸(CD)、缺陷水平、以及对准。于是，EUV掩模上的吸收层对掩模的质量有直接的影响。本发明是一种具有改进了的吸收层的EUV掩模及其制造方法。
下面来描述根据本发明的制造EUV掩模的工艺的各种实施方案。首先，如图1(a)所示，缺陷水平低且表面平滑的衬底1100被用作本发明的EUV掩模的起始材料。用热膨胀系数(CTE)小的玻璃或玻璃陶瓷来制作衬底1100是可取的。在某些情况下，尽管硅的CTE大，只要在曝光过程中能够均匀而有效地散热，仍然可以用硅来制作衬底1100。
第二，如图1(b)所示，在衬底1100上形成多层(ML)镜面1200。ML镜面1200具有大约20-80对由高折射率材料1210和低折射率材料1220组成的交替层。高折射率材料1210包括倾向于散射EUV光的原子序数大的元素。低折射率材料1220包括倾向于透射EUV光的原于序数小的元素。
ML镜面1200中材料的选择依赖于照明波长λ。作为一阶近似，各个层的厚度约为四分之一λ。更具体地说，各个层的厚度依赖于照明波长λ以及照明光的入射角度。对于EUV，波长约为13.4nm，入射角约为5度。交替层的厚度被调制，以便使各个界面处反射的EUV光的结构干涉尽可能大并使EUV光的总吸收尽可能小。ML镜面1200在峰值照明波长处能够达到约为60-75％的反射率。
在一个实施方案中，ML镜面1200具有40对由高折射率材料1210和低折射率材料1220组成的交替层。例如，高折射率材料1210可以由厚度约为2.8nm的钼(Mo)组成，而低折射率材料1220可以由厚度约为4.1nm的硅(Si)组成。若有需要，可以在ML镜面1200的项部上形成诸如厚度约为11.0nm的硅(Si)之类的包封层1230，以便防止钼由于暴露于环境而被氧化。
利用离子束淀积(IBD)或直流磁控溅射方法，ML镜面1200被制作在衬底1100上。跨越衬底1100的厚度均匀性应该好于0.8％。IBD由于淀积条件通常能够被优化以消除衬底1100上的任何缺陷，故导致ML镜面1200的上表面中较少的扰动和较少的缺陷。直流磁控溅射共形性更好，因而得到更好的厚度均匀性，但衬底1100上的任何缺陷倾向于通过交替层向上传播到ML镜面1200的上表面。
第三，如图1(c)所示，缓冲层1300被形成在ML镜面1200上。此缓冲层1300的厚度可以约为20-150hm。此缓冲层1300可以由诸如低温氧化物(LTO)之类的二氧化硅(SiO2)组成。为了防止下方ML镜面1200中的交替层之间的互扩散，低的工艺温度，典型为低于大约150℃，是可取的。诸如氮氧化硅(SiOxNy)或碳(C)之类的其它材料，也可以被用于缓冲层1300。可以用RF磁控溅射方法来淀积缓冲层1300。
第四，如图1(d)所示，在缓冲层1300上形成改进了的吸收层1400。此改进了的吸收层1400可以由一种材料或由不同材料的叠层组成。层中的变化，如果存在的话，可以是连续的，或可以是以明显的界面分立的。在一个实施方案中，改进了的吸收层1400由氮化钽(TaN)组成，其中的化学配比在整个膜的厚度内被改变。
改进了的吸收层1400的总厚度约为45-215nm。在大多数情况下，可以用RF溅射方法来淀积改进了的吸收层1400。根据选择的材料，可以用直流溅射方法来淀积改进了的吸收层1400。在某些情况下，可以用离子束淀积(IBD)方法或原子层化学气相淀积(ALC)方法来淀积改进了的吸收层1400。可以全部或部分地由一种或多种金属以及它们的硼化物、碳化物、氮化物、氧化物、磷化物、或硫化物来形成改进了的吸收层1400。适当的金属的例子包括钽(Ta)、钨(W)、铪(Hf)、以及铌(Nb)。
也可以由金属的非晶合金来形成改进了的吸收层1400。其例子包括硅化钽(TaSi)和锗化钽(TaGe)。
如图1(d)所示，由改进了的吸收层1400、缓冲层1300、ML镜面1200、以及衬底1100的组合得到EUV掩模坯1700。图1(d)所示的EUV掩模坯1700能够被进一步加工来产生图2(d)所示的EUV掩模1800。
首先，如图2(a)所示，用诸如具有所需图形的涂敷、曝光、以及显影的光抗蚀剂1600之类的辐射敏感层覆盖EUV掩模坯1700。光抗蚀剂1600的厚度约为160-640nm。根据需要，可以使用化学放大抗蚀剂(CAR)。根据所用的光抗蚀剂1600，在电子束(e束)记录器或激光记录器上进行曝光。
在光抗蚀剂1600中图形特征的临界尺寸(CD)的显影后测量之后，如图2(b)所示，图形被转移到改进了的吸收层1400中。可以采用反应离子刻蚀。例如，可以用诸如Cl2或BCl3之类的包含氯的气体，或用诸如NF3之类的包含氟的气体，对改进了的吸收层1400进行干法腐蚀。氩(Ar)可以用作载气。在有些情况下，也可以包括氧(O2)。腐蚀速率以及腐蚀选择性依赖于功率、压力、以及衬底温度。
缓冲层1300用作腐蚀停止层以协助达到上方改进了的吸收层1400中的良好的腐蚀分布。缓冲层1300在改进了的吸收层1400的腐蚀过程中保护着下方ML镜面1200免受损伤。
若腐蚀的副产品不挥发因而无法用抽空方法从工作室清除，则反应离子刻蚀可能不适合于对改进了的吸收层1400进行图形化。于是可以用氩等离子体中的溅射工艺来图形化改进了的吸收层1400。若有需要，可以采用双频高密度等离子体。或者，若对掩模材料的选择性恰当，则离子研磨可以被用来图形化改进了的吸收层1400。
光抗蚀剂1600的清除，随之以改进了的吸收层1400中图形特征的CD的腐蚀后测量。可以用扫描电子显微镜(SEM)或光学测量工具来完成CD测量。然后在典型为150-500nm的波长下完成缺陷检查。缺陷检查是基于图形区相对于无图形区中的光信号比较。
如图2(b)所示，由于图形从光抗蚀剂1600转移，可能在改进了的吸收层1400中出现缺陷。第一类型缺陷是一种空隙缺陷1710，而第二类型缺陷是不透明缺陷1720。在空隙缺陷1710中，应该存在改进了的吸收层1400，但全部或部分地消失。在不透明的缺陷1720中，改进了的吸收层1400应该被清除，但全部或部分地存在。
如图2(c)所示，若有需要，则用聚焦离子束(FIB)工具对改进了的吸收层1400中的缺陷进行修理。用不透明的修理材料1730填充空隙缺陷1710。不透明的缺陷1720被清除，在下方缓冲层1300中留下镓斑1740。于是，缓冲层1300也在修理改进了的吸收层1400的过程中保护下方ML镜面1200免受损伤。
当在曝光晶片上的光抗蚀剂的过程中使用EUV掩模1720时，缓冲层1300提高了ML镜面1200上的吸收。得到的反差减小能够稍许降低印刷在晶片上光抗蚀剂中的特征的CD控制。产率也被降低了。结果，如图2(d)所示，每当不用改进了的吸收层1400覆盖时，清除缓冲层1300是可取的。
可以用干法腐蚀或湿法腐蚀或二种工艺的组合来清除缓冲层1300。用来清除缓冲层1300的干法腐蚀或湿法腐蚀必须不损伤上方的改进了的吸收层1400或下方的ML镜面1200。
可以用诸如CF4或C4F8之类的包含氟的气体来干法腐蚀缓冲层1300。可以包括氧(O2)和诸如氩(Ar)之类的载气。干法腐蚀在缓冲层1300中提供了更陡峭的分布和更小的钻蚀。
缓冲层1300也可以被湿法腐蚀，特别是若缓冲层1300非常薄时，因为此时任何钻蚀都可能非常小。例如，可以用大约3-5％的氢氟酸(HF)的水溶液来腐蚀由二氧化硅(SiO2)组成的缓冲层1300。湿法腐蚀能够补偿缓冲层1300厚度的较大变化。
如图2(d)所示，上述工艺的结果是一种具有反射区1750和暗区1760的EUV掩模1800。
本发明的另一个实施方案是图3所示的EUV掩模2700。EUV掩模2700包括改进了的吸收层2400、缓冲层2300、ML镜面2200、以及衬底2100。EUV掩模2700具有第一区2750和第二区2760。第一区2750由于ML镜面未被覆盖，故是反射性的。第二区2760由于顶部层2500和改进了的吸收层2400而更暗。
首先，本发明的EUV掩模2700包括缺陷水平低且表面平滑的衬底2100被用作本发明的EUV掩模的起始材料。衬底2100应该具有低的热膨胀系数(CTE)。衬底2100可以是CTE小的玻璃或CTE小的玻璃陶瓷。但在某些情况下，衬底2100是硅。虽然硅的CTE大，可能导致不希望有的印刷图象位移，但硅还具有大的热导率，因此，只要在曝光过程中能够有效地从掩模散热，仍然是适用的衬底。
第二，在衬底2100上安置多层(ML)镜面2200。ML镜面2200具有大约20-80对由高折射率材料2210和低折射率材料2220组成的交替层。高折射率材料2210包括倾向于散射EUV光的原子序数大的元素。低折射率材料2220包括倾向于透射EUV光的原子序数小的元素。
ML镜面2200中材料的选择依赖于照明波长λ。作为一阶近似，各个层的厚度约为四分之一λ。更具体地说，各个层的最佳厚度依赖于照明波长λ以及照明光的入射角度。对于EUV，波长约为13.4nm，入射角约为5度。交替层的最佳厚度使各个界面处反射的EUV光的结构干涉尽可能大并使EUV光的总吸收尽可能小。ML镜面2200在峰值照明波长处具有约为60-75％的反射率。
在一个实施方案中，ML镜面2200具有40对由高折射率材料2210和低折射率材料2220组成的交替层。高折射率材料2210可以包括厚度约为2.8nm的钼(Mo)，而低折射率材料2220可以包括厚度约为4.1nm的硅(Si)。若有需要，可以在ML镜面2200的顶部处包括诸如厚度约为11.0nm的硅(Si)之类的包封层2230，以便防止钼被环境氧化。
第三，缓冲层2300被安置在ML镜面2200上。此缓冲层2300的厚度可以约为20-150nm。此缓冲层2300在吸收层2400的腐蚀过程中防止下方ML镜面2200由于作为腐蚀停止层而受到损伤。此缓冲层2300还在改进了的吸收层2400的修理过程中防止下方ML镜面2200受到损伤。
此缓冲层2300可以是诸如低温氧化物(LTO)之类的二氧化硅(SiO2)。诸如氮氧化硅(SiOxNy)或碳(C)之类的其它材料，也可以被用于缓冲层2300。
第四，在缓冲层2300上安置改进了的吸收层2400。此改进了的吸收层2400的厚度可以约为45-215nm。此改进了的吸收层2400必须高度吸收EUV光，在暴露于EUV光的过程中保持物理和化学稳定，并与包括光抗蚀剂图形化、吸收层腐蚀、光抗蚀剂清除、FIB修理、以及缓冲层清除的整个掩模制造工艺兼容。必须保持临界尺寸(CD)的控制，且线边沿粗糙度(LER)必须尽可能小。
为了尽量减小曝光过程中的任何遮挡作用，改进了的吸收层2400尽可能薄是可取的。在一个实施方案中，改进了的吸收层2400是厚度为50-100nm的氮化钽。EUV照明光束的入射角典型约为5度，尽量减小曝光过程中任何遮挡可缩小印刷偏离。同样，尽量减小改进了的吸收层2400的腐蚀过程中的任何遮挡将缩小腐蚀偏离。氮化钽的腐蚀偏离能够被缩小到小于10nm。缩小印刷偏离和腐蚀偏离将使电子束记录器更容易分辨待要图形化在EUV掩模2700上的特征，因而能够按比例缩小到更小的设计规则，其中密集的特征受到间距的限制。氮化钽应该能够一直延伸到30nm设计规则这一代。
改进了的吸收层2400的CTE应该与EUV掩模2700中的其它材料的CTE相当紧密地匹配。通常，对于改进了的吸收层2400，低的热膨胀系数(CTE)是可取的。而且，改进了的吸收层2400的高热导率有助于尽量减少EUV掩模2700曝光过程中的热点。
减小改进了的吸收层2400的厚度是进一步有利的，因为膜中的应力也会被减小。膜中的机械应力是不希望有的，因为它可能在EUV掩模2700的电子束记录过程中导致EUV掩模2700上的图形畸变。过大的应力也可能在EUV掩模2700的曝光过程中使印刷在晶片上的图形畸变。
在波长λ的广阔范围内，密度为rho且原子序数为Z的元素的吸收系数正比于(rho)(Z)4λ3。周期表中周期6和4-11族的元素是改进了的吸收层2400的潜在良好侯选元素。rho大且Z大的元素的例子包括铪(rho＝13.30g/cm3，Z＝72)、钽(rho＝16.60g/cm3，Z＝73)、钨(rho＝19.35g/cm3，Z＝74)、铼(rho＝20.53g/cm3，Z＝75)、锇(rho＝22.48g/cm3，Z＝76)、铂(rho＝21.45g/cm3，Z＝78)、以及金(rho＝19.32g/cm3，Z＝79)。这些元素都可以用直流溅射或RF溅射来淀积。
改进了的吸收层2400对下方缓冲层2300，以及如有需要对任何上方不透明的修理材料具有良好的粘合性是可取的。在大多数但不是所有的情况下，在对EUV掩模2700的总强度的贡献方面，硬度也是有利的。钽构成了良好的膜。钨膜硬而粘附，虽然氧化物是挥发性的。在某些情况下，铼膜会自行蒸发。但铂膜和金膜二者都软而粘合性差。
某些合金和陶瓷也适用于改进了的吸收层2400。非晶合金的例子包括钽硅和钽锗。陶瓷的例子包括碳化钨(rho＝17.15g/cm3)、氮化钽(rho＝16.30g/cm3)、碳化钽(rho＝13.90g/cm3)、碳化铪(rho＝12.20g/cm3)、硼化钽(rho＝11.15g/cm3)、以及硼化铪(rho＝10.50g/cm3)。可以用直流溅射或RF溅射来形成这些陶瓷。可以用RF溅射来形成硼化钨(rho＝10.77g/cm3)。氮化钽也可以用RF溅射来形成。钽可以在10-3乇的氮气中被蒸发。
改进了的吸收层2400可以包括一种材料或可以是不同材料的叠层。若有需要，层中的变化可以是连续的或可以是以明显的界面分立的。例如，在一个实施方案中，改进了的吸收层2400是TaxNy膜即掺氮的钽，其中x＝1而y＜0.6。在另一个实施方案中，改进了的吸收层2400是氮化钽(TaN)，其中的化学配比在整个膜的厚度内改变。
上面已经提出了许多实施方案和大量细节，以便提供对本发明的透彻理解。本技术领域的熟练人员可以理解的是，一个实施方案的特点同样可应用于其它的实施方案。本技术领域熟练人员还可理解的是，能够对此处所述的那些具体的材料、工艺、尺寸、浓度等作出各种各样的等效替换。要理解的是，本发明的详细描述应该被认为是示例性的而不是限制性的，其中本发明的范围应该由下列的权利要求来确定。
这样就已经描述了具有改进了的吸收层的EUV掩模及其制造方法。
Claims (25)
1.一种方法，它包含：
提供衬底；
在所述衬底上形成镜面，所述镜面在一定波长下是反射性的；
在所述镜面上形成改进了的吸收层，所述改进了的吸收层在所述波长下是吸收性的，所述改进了的吸收层具有一定厚度，所述改进了的吸收层包含金属和非金属，其中所述金属对所述非金属的比率在整个所述厚度内改变；以及
清除第一区中的所述改进了的吸收层，而留下第二区中的所述改进了的吸收层。
2.权利要求1的方法，其中所述波长包含远紫外线(EUV)波长。
3.权利要求1的方法，其中所述波长包含大约13.4nm。
4.权利要求1的方法，其中所述金属包含钽。
5.权利要求1的方法，其中所述金属包含铪。
6.权利要求1的方法，其中所述金属包含钨。
7.权利要求1的方法，其中所述金属包含铼。
8.权利要求1的方法，其中所述金属包含锇。
9.权利要求1的方法，其中所述非金属包含氮。
10.权利要求1的方法，其中所述非金属包含碳。
11.权利要求1的方法，其中所述非金属包含硼。
12.一种方法，它包含：
提供衬底；
在所述衬底上形成多层镜面，所述多层镜面在一定波长下是反射性的；
在所述多层镜面上形成改进了的吸收层，所述改进了的吸收层在所述波长下是吸收性的，所述改进了的吸收层具有一定厚度，所述改进了的吸收层包含掺有第二元素的第一元素，其中所述第二元素对所述第一元素的比率小于0.6-1.0；
清除第一区中的所述改进了的吸收层，而留下第二区中的所述改进了的吸收层。
13.权利要求12的方法，其中所述第一元素包含钽。
14.权利要求12的方法，其中所述第一元素包含铪。
15.权利要求12的方法，其中所述第一元素包含钨。
16.权利要求12的方法，其中所述第二元素包含氮。
17.权利要求12的方法，其中所述第二元素包含碳。
18.权利要求12的方法，其中所述第二元素包含硼。
19.一种掩模，它包含：
衬底；
所述衬底上的镜面，所述镜面具有第一区和第二区；以及
排列在所述镜面的所述第二区上的改进了的吸收层，所述改进了的吸收层具有一定厚度，所述改进了的吸收层包含金属和非金属，其中所述金属对所述非金属的比率在整个所述厚度内改变。
20.权利要求19的掩模，其中所述金属包含钽。
21.权利要求19的掩模，其中所述金属包含铪。
22.权利要求19的掩模，其中所述金属包含钨。
23.权利要求19的掩模，其中所述非金属包含氮。
24.权利要求19的掩模，其中所述非金属包含碳。
25.权利要求19的掩模，其中所述非金属包含硼。
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