CN1695093A

CN1695093A - 金属镶嵌极端远紫外线光刻技术用光掩模及其制造方法

Info

Publication number: CN1695093A
Application number: CNA028120469A
Authority: CN
Inventors: 沛阳·严
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2005-11-09
Also published as: US20030027053A1; ATE470886T1; TWI289725B; WO2003012546A2; US6593041B2; WO2003012546A3; AU2002315549A1; DE60236663D1; EP1412817A2; EP1412817B1

Abstract

本发明公开了一种用于极端远紫外线光刻(EUVL)辐射的光刻掩模。所述掩模包括：多层叠层，能充分反射所述EUVL辐射；附加多层叠层，在多层叠层顶部形成；以及吸收材料，在沟槽中形成，其中在所述附加多层叠层之中图案化所述沟槽。所述吸收材料能充分吸收EUVL辐射。

Description

金属镶嵌极端远紫外线光刻技术用光掩模及其制造方法

技术领域

本发明一般地涉及光掩模。更具体而言，本发明涉及所形成的用于极远紫外线(EUV)光照辐射的金属镶嵌结构化的光掩模。

背景技术

光刻是用于集成电路制造的一般步骤，且通常在一个被称为“步进式光刻机(stepper)”的工具中进行。在光刻过程中，用一层光刻胶涂覆具有一层待图案化的膜的硅晶片衬底。接着将此晶片置于步进式光刻机之中的曝光台上。将光掩模置于晶片的上方。光掩模(也称为光罩)包含将要复制到晶片上的图案。

在透射式光掩模的情形中，由在掩模上的图案中排列的吸收部分和透射部分形成掩模图案。光照辐射的例如248纳米(nm)的所选择波长照射整个掩模。对所选择波长透明的掩模的透射部分允许所述的光穿过掩模。对所选择波长不透明并加以吸收的吸收部分阻止光透射。掩模上的图案由此被复制到器件晶片上的光刻胶之上。

在另一类被称为反射式掩模的光掩模中，光掩模表面包含反射部分和吸收部分。当将所选择波长的光应用于光掩模时，反射部分将光反射回。来自掩模的被反射图像常常进一步由反射镜或透镜系统反射，然后被照射到晶片上。一旦曝光，通过在溶液中冲洗晶片上的光刻胶来显影晶片上的图案，以在光刻胶中形成与光掩模的图案相匹配的图案，其中所述溶液取决于光刻胶是正性或是负性来溶解光刻胶的已曝光部分或未曝光部分。

随着器件集成度的增加，集成电路器件中的特征尺寸也必须减小。因此，在光刻中使用的光照辐射必须具有越来越短的波长，以在日益减小的尺寸中成功地进行图案化。目前正在发展使用193nm和157nm的波长进行图案化。这些波长一般地称为深紫外(UV)区(193nm)和真空UV区(157nm)。但是，EUV辐射通常被诸如石英的凝聚态物质强烈吸收。因此，通常将反射式光掩模用于极端远紫外线光刻技术(EUVL)。

通常，反射式掩模包含具有多个钼与硅薄膜对的多层叠层(stack)。此多层叠层将反射EUV辐射。在多层叠层顶部形成的是图案化的吸收金属层。从覆层(blanket)金属层图案化和刻蚀出图案化的吸收金属层，其中所述覆层金属层被沉积在多层叠层上。这种反射式掩模被称为减成(subtracitve)金属反射式掩模。

另一类反射式掩模被称为金属镶嵌反射式掩模。在此类掩模中，在硅基底层中形成沟槽，其中所述硅基底层被沉积到多层叠层的顶部。然后，用吸收金属层填充所述沟槽。在美国专利No.5,935,733中详细地描述了这样一种金属镶嵌反射式掩模，其中所述美国专利No.5,935,733被授予给Scott等并被转让给本发明的受让人。

具体来说，参见图1，示出了现有技术的光掩模101，包括多层叠层103、硅基底层105、金属吸收层107和硅覆盖层109。多层叠层103包含数层钼(Mo)与硅(Si)的交替薄膜层。一般地，多层叠层103包含40对Mo/Si薄膜，每一对薄膜的厚度约7nm。接着，非晶硅基底层105被沉积在多层叠层103上。在硅基底层105之中刻蚀出沟槽，并将吸收金属107沉积到沟槽之中。最后，沉积硅覆盖层109以保护光掩模不受损伤。

在操作中，入射EUV光111被多层叠层103反射。入射到吸收金属层107上的入射光被吸收。此现有技术的光掩模具有若干缺点。首先，硅层105往往使被多层叠层103反射的EUV光111的强度衰减。对于70nm厚的硅，衰减的数量级为22％。此衰减将最终降低步进式光刻机的产量。换句话说，因为硅层105中的衰减，通常可能耗时5秒进行曝光的光刻胶层可能需要6至7秒来进行曝光。

第二个缺点可以在图1中看出，并被称为阴影效应。因为在EUVL中，由于反射式掩模的特性，以及倾斜照射和非零高度的金属层的结合，入射辐射以偏离法线一定角度入射，所以存在阴影效应，这要求通过调节光掩模的线宽大小来进行校正。通常，光掩模向更小的尺寸偏移，以补偿阴影效应。随着EUVL技术延伸到更小的设计规则，所述偏移要求可以对EVUL掩模的制造产生限制。

最后，对于减成金属反射式掩模，尽管吸收金属层是导电层，但是其钝化(passivating)氧化硅层是非导电的。非导电的光掩模在掩模转移或操作工艺期间由于充电可能产生针孔缺陷。任何在操作和曝光期间累积的电荷可以吸引带电微粒，这些带电微粒很难去除。

附图说明

参照附图将使本发明得到最好的理解，其中具有同样标号的附图标记通常表示相同的、功能相似的和/或结构相似的元件。

图1是现有技术的金属镶嵌EUVL光掩模。

图2至图7是图示了根据本发明的用于形成EUVL光掩模的方法的横截面视图。

图8是制造期间的光掩模的横截面视图，示出了外突缺陷和内突缺陷。

图9是根据本发明的另一个实施例所形成的光掩模的横截面视图。

具体实施方式

根据本发明，公开了一种用于形成极端远紫外线光刻技术(EUVL)用光掩模的方法。在下面对优选实施例的描述中提供了很多具体细节，以便于充分理解本发明的多个实施例。但是，本领域的技术人员应该了解没有这些具体细节或利用其它方法、部件、材料等也可以实施本发明。在另外一些例子中，没有详细示出或描述公知的结构、材料、操作，以避免喧宾夺主、淡化了本发明的主要内容。

在此整个的说明书中，“一个实施例”，“实施例”或“优选实施例”的意思是所描述的与此实施例相关的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书的不同地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在优选实施例中”不必全部都指的是同一个实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适当的方式组合所述特定的特征、结构或特性。

参见图2，提供了EUVL掩模空片201。EUVL掩模空片包括多个钼/硅薄膜对。在一个优选实施例中，形成EUVL掩模空片的多层叠层203包含40对钼/硅薄膜。但是，可以用其它材料形成薄膜对，且本发明不限于钼/硅薄膜。例如，可以使用钼/铍薄膜对、铌/铍薄膜对、钌/铍薄膜对、铑/铍薄膜对或硅/钌薄膜对。此外，所述薄膜对可以包括第一膜和第二膜之间的中间层，以增加热稳定性并防止相互扩散。举例来说，中间层可以是碳。

通常，每一对钼/硅薄膜约为7nm(或70埃)厚。利用公知的物理关系，已经从理论上发现40对(或280nm厚)钼/硅薄膜可以对EUV波段的波长(例如，13.4nm)提供几乎75％的反射率。

接着，参见图3，根据本发明，沉积了额外数量的钼/硅薄膜对。在一个实施例中，沉积了10对薄膜，导致厚度增加70nm。这10对钼/硅薄膜在此被称为附加多层叠层301。但是，应该说明的是，不管使用什么样的术语，本发明公开了对钼/硅薄膜的叠层的使用。

然而如上面所说明的，其它种类的反射薄膜组合可以被用于附加多层叠层301。实际上，用于附加多层叠层301的薄膜组合可以不同于用于多层叠层203的薄膜组合。如将在下面所见的，沟槽将被形成在薄膜的叠层中。因此，不同于现有技术，沟槽被形成在薄膜的叠层中而不是形成在硅基底层之中。

此外，硅覆盖层303被沉积在附加多层叠层301之上。优选地，硅覆盖层303的厚度为40至120埃的数量级。硅覆盖层303对于在光掩模的清洁或其它的操作期间保护附加多层叠层301的表面是有用的。

接着，参见图4，沟槽401被形成在硅覆盖层303和附加多层叠层301中。虽然在此实施例中沟槽401不必延伸至多层叠层203之中，但是沟槽401还是可以具有各种深度。利用传统的光刻胶图案化和刻蚀过程形成沟槽401。虽然不是必需的，但在此实施例中沟槽401向下延伸至附加多层叠层301之中，而没有延伸到多层叠层203之中。可以理解在图4中示出的沟槽401仅仅是示意性的，并且在实际的实施中，沟槽401常常是用于定义光掩模的图案的复杂网络。因此，以所希望的光掩模图案在整个光掩模上形成沟槽401。

接着，参见图5，通常利用覆层溅射工艺(blanket sputtering process)用金属层501填充沟槽401。或者，也可以使用物理气相沉积或化学气相沉积。举例来说，金属层501可以是钽、氮化钽、钨、铜、铬、铝、锗或锗化硅。已经初步发现锗和铝作为金属层501提供了更优等级的性能。

实际上，可以使用能普遍吸收EUVL辐射的任何材料。但是，应该注意的是，所使用的材料的吸收性越强，所需的附加多层叠层301的厚度越小。

接着，参见图6，去除金属层501的沟槽之外的部分。一般地，这通过使用化学机械抛光(CMP)工艺，并利用硅覆盖层303作为抛光终止层实现。结果示出在图6中。

最后，参见图7，作为一个可选的步骤，在硅覆盖层303和沟槽之中的金属层501上沉积一个非晶硅薄层701。非晶硅层701的厚度优选为几个纳米，即优选4至12nm的范围。所得到的光掩模示出在图7中。

可以看出图7中的光掩模具有若干优点。首先，不同于现有技术，不存在起到辐射衰减器作用的体硅(bulk silicon)层。而代之以，在被附加多层叠层301反射以前，入射EUV辐射至多穿过非晶硅薄层701或硅覆盖薄层303。硅覆盖层303和非晶硅薄层701的厚度为10至15nm的数量级，这使得与现有技术的体硅层相比衰减明显减小，其中所述现有技术的体硅层的厚度一般为70至100nm的数量级。

第二，因为入射EUV辐射被附加多层叠层301反射，其中所述附加多层叠层301与金属层501处在大致相同的平面高度，所以阴影效应几乎不存在。由于硅覆盖层303非常薄，任何由硅覆盖层303引起的阴影效应是可忽略的。

第三，因为多层叠层203和附加多层叠层301是导电的，光掩模的总电导率增加，这有利于防止光掩模受到微粒的污染。

第四，本发明的光掩模设计适于应用用于不透明(opaque)刻蚀缺陷的光学检测和聚焦离子束(FIB)修复技术。其它用于修复明显缺陷(clear defect)的公知技术也可以使用。例如，在美国专利No.5,935,737中讨论的一种方法，其中所述美国专利No.5,935,737被授予给Yan并被转让给与本发明相同的受让人。

第五，当与用于光掩模制造的传统减成金属工艺相比较时，因为光掩模的表面大致是平坦的，所以它可以容易地进行清洁。此外，因为硅覆盖层303和可选的非晶硅层701，所以清洁过程将不会损伤下面的附加多层叠层301和金属吸收层501。

可以对本发明进行轻微修改以有助于在光掩模制造期间对光掩模的检测和修复。具体地说，参见图8，除了多层叠层203，附加多层叠层301和硅覆盖层303之外，还沉积反衬层801。反衬层801是这样的材料，即此材料在使用光学检测技术时可以在已刻蚀和未刻蚀的区域之间提供良好的衬度。在一个实施例中，反衬层801可以由碳形成。氮化钛、氮化钽或铬也可以用作反衬层801。

在光掩模的图案化和刻蚀之后，可以进行光学检测，因为在已刻蚀区域和由反衬层801所覆盖的未刻蚀区域之间可以获得高光学衬度。在图8中，示出了两种类型的缺陷：外突缺陷803和内突缺陷805。外突缺陷为光掩模的应该被刻蚀而没有被刻蚀掉的区域。内突缺陷为光掩模的不应该被刻蚀而已被刻蚀掉的区域。通过使用传统的聚焦离子束(FIB)技术去除外突缺陷803，可以修复外突缺陷。通过使用其它公知的技术，应该在图案化过程中避免内突缺陷805。例如，在美国专利No.5,935,737中描述的一种方法，其中所述美国专利No.5,935,737被授予给Yan并被转让给与本发明相同的受让人。但是，反衬层801的使用对于使用光学技术确定缺陷是有用的。

在去除缺陷之后，接着可以进行在图2至图7中示出的剩余步骤。因此，金属层501被沉积在光掩模之上，并且进行金属CMP工艺。在一个以碳作为反衬层801的实施例中，反衬层801也可以用作CMP终止层。在CMP工艺终止于反衬层801上以后，金属层501的表面明显更加平坦。这在接下来的反衬层801抛光步骤中又确保了增强的均匀性控制，所述反衬层801抛光步骤用于去除反衬层801。在此实例中，硅覆盖层303被用作终止层。通过氧等离子刻蚀可以去除任何的碳残余。

或者，可以通过传统的剥离(lift-off)工艺去除反衬层801。在此情况下，反衬层的厚度优选地小于20纳米。虽然此方法获得的表面不如使用CMP工艺所得到的表面平坦，但此技术仍然比利用减成金属技术所制造的光掩模更平坦。通过剥离工艺去除反衬层801的优点是保持了硅覆盖层303的良好的膜均匀性。与CMP工艺相比，湿法或干法刻蚀工艺常常可以实现对于硅覆盖层的更高选择性。

或者，在通过剥离工艺去除反衬层之前，可以进行金属层501的覆层刻蚀，以使金属层501凹入硅覆盖层303或附加多层叠层301以下。凹入的深度可以是0至30nm的范围。然后利用通过干法或湿法刻蚀的剥离工艺去除反衬层。对于形成金属层501的某些金属，凹入的金属层具有性能优点。

最后，和上面描述的实施例一样，作为可选步骤，可以将非晶硅薄层置于光掩模之上。使用反衬层801的另一个优点是反衬层801可以被用作“刻蚀测试层”。因此，将被版印到光掩模之上的刻蚀图案中的任何误差可以通过首先刻蚀反衬层801来确定。如果找到误差，则可以修复反衬层801。然后，可以将反衬层801用作硬掩模以刻蚀下面的附加多层叠层301。

参见图9，示出了本发明的另一个实施例。在此实施例中，在附加多层叠层301和多层叠层203之间形成刻蚀终止层901。将此刻蚀终止层901(在此也称为缓冲层)形成至某个厚度，此厚度依据下面的关系式取决于照射辐射波长(λ)、刻蚀终止层的折射率的实部(n)以及照射辐射的入射角度(θ)：

厚度＝mλ/(2ncosθ)

其中m为一个整数。

因此，如果入射角度为5°，曝光波长为134埃，用作缓冲层的氧化物的实数折射率为0.9735，则最佳厚度约为7nm。对于钌刻蚀终止层，最佳厚度仍然约为7nm。刻蚀终止层901可以由氧化物、碳、铬、钌或其它材料形成。

上面给出的公式对于具有基本均匀的周期性的多层叠层301和203是有效的。周期性是指对于钼/硅薄膜对具有一致模式的薄膜厚度。在一个实施例中，这导致了多对2.8nm厚的钼薄膜和4.2nm厚的硅薄膜。对于形成薄膜对的其它种类的材料，使用其它的厚度是可以理解的。在任何时候，均匀周期性是指整个多层叠层301和203的薄膜对中具有一致的厚度。

更一般的考虑，缓冲层的厚度，将在直接邻接该缓冲层的薄膜层中的相对于均匀周期性的任何厚度过剩和不足包括在内，应该具有为2π的倍数的光程。因此举例来说，假设多层叠层203中最顶端薄膜层的厚度为5.2nm，而不是标称厚度4.2nm。在这种情况下，在计算其光程中，应当将此厚度中的1.0nm认为是缓冲层的一部分。

刻蚀终止层901具有至少两个功能。第一，当在附加多层叠层301中形成沟槽401时，可以均匀地控制沟槽401的精确深度。第二，如果发现在沟槽401的刻蚀工艺中产生了误差，则可以将附加多层叠层301剥离掉，并在多层叠层203上形成新的附加多层叠层301。因此，图案化中的误差可以被校正而不用损坏昂贵的掩模空片。可以理解，掩模空片甚至可以进行再使用。

虽然为了说明的目的，在此描述了本发明的具体实施例和用于本发明的实例，但是如本领域的技术人员所能理解的，在本发明的范围内可以进行各种等同变换。在详细说明的启发下，可以对本发明进行这些变换。在后面的权利要求中所使用的术语不应被认为是将本发明限制到在说明书和权利要求中公开的具体实施例中。更恰当地，本发明的保护范围完全由其后的权利要求确定，这些权利要求将依据权利要求解释的既定原则进行分析。

Claims

1.一种用于极端远紫外线光刻技术的光刻掩模，包括：

多层叠层，所述多层叠层能充分反射所述极端远紫外线光刻辐射；

附加多层叠层，被形成到所述多层叠层的顶部；以及

吸收材料，所述吸收材料被形成在所述附加多层叠层内的图案化的沟槽中，所述吸收材料能充分吸收极端远紫外线光刻辐射。

2.如权利要求1所述的掩模，还包括硅覆盖层，所述硅覆盖层形成在所述附加多层叠层之上。

3.如权利要求2所述的掩模，还包括非晶硅薄层，所述非晶硅薄层形成在所述硅覆盖层和所述吸收材料之上。

4.如权利要求1所述的掩模，其中所述多层叠层和所述附加多层叠层由包含钼薄膜和硅薄膜的若干薄膜对形成。

5.如权利要求1所述的掩模，其中所述吸收层由铬、钨、钽、氮化钽、铝、锗、锗化硅、或铜形成。

6.如权利要求1所述的掩模，其中所述吸收层的顶部与所述附加多层叠层的顶部基本处在同一平面。

7.如权利要求1所述的掩模，还包括刻蚀终止层，所述刻蚀终止层形成在所述多层叠层和所述附加多层叠层之间。

8.如权利要求7所述的掩模，其中所述刻蚀终止层具有一个厚度，所述厚度依据下面的关系式取决于极端远紫外线光刻辐射的波长(λ)，所述刻蚀终止层的折射率的实部(n)以及极端远紫外线光刻辐射的入射角度(θ)：

厚度＝mλ/(2ncosθ)

在此m为一个整数。

9.如权利要求7所述的掩模，其中所述刻蚀终止层具有一个厚度，该厚度提供的光程是2π的整数倍。

10.如权利要求7所述的掩模，其中所述刻蚀终止层由碳、铬、氧化物或钌形成。

11.一种光刻掩模，包括：

包含多对薄膜的多层叠层；以及

置于沟槽中的吸收层，所述沟槽形成在所述多层叠层之中。

12.如权利要求11所述的光刻掩模，其中所述的多对薄膜包括钼薄膜和硅薄膜。

13.如权利要求11所述的光刻掩模，其中所述吸收层由铬、钽、氮化钽、钨、铝、锗、锗化硅或铜形成。

14.如权利要求11所述的光刻掩模，还包括硅覆盖层，所述硅覆盖层被形成到所述多层叠层的顶部。

15.如权利要求11所述的光刻掩模，其中所述吸收层的顶部与所述多层叠层的顶部大致处在同一平面。

16.如权利要求14所述的光刻掩模，其中所述吸收层的顶部与所述硅覆盖层的顶部大致处在同一平面。

17.如权利要求11所述的掩模，还包括刻蚀终止层，所述刻蚀终止层被形成在所述多层叠层和所述附加多层叠层之间。

18.如权利要求17所述的掩模，其中所述刻蚀终止层具有一个厚度，该厚度依据下面的关系取决于极端远紫外线光刻辐射的波长(λ)，所述刻蚀终止层的折射率的实部(n)以及极端远紫外线光刻辐射的入射角度(θ)：

厚度＝mλ/(2ncosθ)

在此m为一个整数。

19.如权利要求17所述的掩模，其中所述刻蚀终止层具有一个厚度，该厚度提供的光程是2π的整数倍。

20.如权利要求17所述的掩模，其中所述刻蚀终止层由碳、铬、氧化物或钌形成。

21.一种形成光刻掩模的方法，包括：

提供多层叠层，所述多层叠层包含多对薄膜；

在所述多层叠层上形成附加多层叠层；

在所述附加多层叠层中图案化和刻蚀沟槽，所述沟槽形成光刻掩模图案；以及

在所述沟槽之中形成吸收层。

22.如权利要求21所述的方法，还包括在形成所述沟槽之前，在所述多层叠层之上形成硅覆盖层。

23.如权利要求22所述的方法，还包括在所述硅覆盖层和所述吸收层之上形成非晶硅薄层。

24.如权利要求21所述的方法，其中所述吸收层包含铝、钛、钨、铬、铜、锗、锗化硅、钽或氮化钽。

25.如权利要求21所述的方法，其中所述吸收层的形成包括：

在所述多层叠层之上和所述沟槽之中沉积所述吸收层；以及

进行化学机械抛光步骤以去除所述吸收层的所述沟槽之外的部分。

26.如权利要求21所述的方法，还包括在形成所述沟槽之前，将反衬层沉积到所述多层叠层的顶部。

27.如权利要求22所述的方法，还包括在形成所述沟槽之前，将反衬层沉积到所述硅覆盖层的顶部。

28.如权利要求26所述的方法，还包括在形成所述沟槽之后，修复所述光刻掩模中的缺陷。

29.如权利要求26所述的方法，其中利用聚焦离子束修复外突缺陷。

30.如权利要求26所述的方法，其中所述反衬层通过剥离技术去除。

31.如权利要求21所述的方法，还包括在所述多层叠层和所述附加多层叠层之间形成刻蚀终止层。

32.如权利要求31所述的方法，其中所述刻蚀终止层具有一个厚度，所述厚度依据下面的关系式取决于极端远紫外线光刻辐射的波长(λ)，所述刻蚀终止层的折射率的实部(n)以及极端远紫外线光刻辐射的入射角度(θ)：

厚度＝mλ/(2ncosθ)

在此m为一个整数。

33.如权利要求31所述的方法，其中所述刻蚀终止层具有一个厚度，所述厚度提供的光程是2π的整数倍。

34.如权利要求29所述的方法，其中所述刻蚀终止层由碳、铬、氧化物或钌形成。

35.如权利要求26所述的方法，还包括：

刻蚀所述吸收层，使得所述吸收层凹入所述沟槽之中；以及

去除所述反衬层。