CN1846174A - 光掩模及保护其光学性能的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种光掩模及保持其光学性能的方法。该方法包括提供衬底，该衬底包括具有形成在其上的吸收层的第一表面、和与第一表面相对设置的第二表面。图案形成在吸收层中，以建立用于半导体制备工艺中的光掩模。透射保护层也形成在构图层和衬底的第二表面中的至少一个上。当光掩模用于半导体制备工艺中时，该保护层降低了雾状物生长。

Description

光掩模及保持其光学性能的方法

相关申请

本申请要求Laurent Dieu等人在2003年8月25日提交的题为“Photomask and Method for Maintaining Optica1 Properties ofthe Same”的美国临时专利申请序列号No.60/497,541的权益。

技术领域

本发明通常涉及半导体器件制备，更具体地说，涉及光掩模及保持其光学性能的方法。

背景技术

随着半导体器件制造商不断生产出更小的器件，对用于这些器件制作中的光掩模的要求也越来越严格。光掩模，也被称为掩模板(reticle)或掩模，一般包括具有形成在衬底上的不透明和/或部分透明层(例如铬)的衬底(例如高纯度石英或玻璃)。不透明层包括表示可以在光刻系统中转印到半导体晶片上的电路图像的图案。随着半导体器件的特征尺寸减小，光掩模上的相应的电路图像也变得更小并且更加复杂。因此，掩模的质量已经成为建立稳固而可靠的半导体制作工艺中最关键的因素之一。

光掩模的限定其质量的特性包括衬底的平整度、由不透明层形成的特征的尺寸以及衬底和吸收层的透射性能。这些特性可以在制备工艺期间通过多个步骤改变，其会降低光掩模的质量。例如，光掩模在制备工艺期间一般清洗至少一次，以除去可能存在于曝光表面上的任何污染物。然而，清洗工艺会使化学残余物留在曝光表面上。该残余物会与可由光刻系统产生的污染物反应，并导致雾状物(ha ze)在曝光表面上生长，其会改变光掩模的透射特性。如果光掩模的透射特性被改变，则光掩模的图案不能精确地转印到半导体晶片上，由此在形成在晶片上的微电子器件中造成缺陷或误差。

传统上，在半导体制备工艺中多次使用光掩模之后，可通过擦拭衬底表面来除去雾状物。然而，擦拭衬底表面会在表面上产生划痕和/或添加其它类型的污染物。这些添加的污染物和划痕会进一步使光掩模的质量退化。此外，当再次用于半导体制备工艺中时，擦拭表面不能防止雾状物在光掩模上形成。

发明内容

根据本发明的教导，已经基本上减少或消除了与保持光掩模的光学性能有关的缺点和问题。在具体实施例中，保护层形成在衬底的底表面上，其在光刻工艺期间防止雾状物形成在底表面上。

根据本发明的一个实施例，用于保持光掩模的光学性能的方法包括提供衬底，该衬底包括具有形成在其上的吸收层的第一表面和与第一表面相对设置的第二表面。图案形成在吸收层中以建立用于半导体制备工艺中的光掩模。透射保护层也形成在构图层和衬底的第二表面中的至少一个上。当光掩模用于半导体制备工艺中时，保护层防止雾状物生长。

根据本发明的另一个实施例，用于保持光掩模的光学性能的方法包括提供光掩模坯件。该光掩模坯件包括具有第一表面和与第一表面相对设置的第二表面的衬底。第一表面包括形成在其至少一部分上的吸收层。保护层形成在衬底的第二表面的至少一部分上。当光掩模用于半导体制备工艺中时，该保护层防止由光掩模坯件制作的光掩模上的雾状物生长。

根据本发明的另一个实施例，光掩模包括形成在衬底的第一表面的至少一部分上的构图层和形成在构图层和衬底的第二表面中的至少一个上的保护层。当光掩模用于半导体制备工艺中时，该保护层防止衬底的第二表面上的雾状物生长。

本发明的一些实施例的重要技术优点包括防止与光掩模有关的光学性能退化的保护层。该保护层可在光掩模制备工艺的开始形成在衬底的曝光表面上。在制备工艺期间，可清洗光掩模，并且来自清洗溶液的化学残余物会形成在保护层上。通过在最后的清洗工艺之后除去保护层，光掩模的表面可以没有残余物，其防止了由于光刻系统中的残余物和污染物之间的反应造成的雾状物的形成。因此，在多次用于半导体制备工艺之后，保持了光掩模的光学性能。

本发明的一些实施例的另一重要技术优点包括改善与光掩模有关的光学性能的保护层。在光掩模制备工艺期间，可以多次清洗光掩模，并且每一清洗工艺都会使化学残余物留在衬底的曝光表面上。该保护层可在最后的清洗工艺之后形成在衬底的曝光表面上，以作为覆盖由清洗溶液留下的任何残余物的涂层。该保护层可进一步具有被调节以在光刻系统的曝光波长处产生透射最大值的厚度，其可增强光掩模的光学性能。

这些技术优点的所有、一些、或全无可存在于本发明的多个实施例中。根据以下附图、描述和权利要求，其它技术优点对于本领域的技术人员将变得显而易见。

附图说明

通过参考以下结合附图的描述，可获得对本实施例及其优点的更完整和全面的理解，其中相似的参考数字指示相似的特征，并且其中：

图1示出根据本发明教导的包括形成在衬底表面上的保护层的光掩模组件的截面图；

图2示出根据本发明教导的包括形成在衬底表面上的保护层的光掩模坯件的截面图；以及

图3示出根据本发明教导的用于保持光掩模的光学性能的方法的流程图。

具体实施方式

通过参考图1～3，本发明的优选实施例及其优点得以最佳理解，其中相似的数字用于指示相似和相应的部分。

图1示出包括形成在衬底的至少一个表面上的保护层的光掩模组件的截面图。光掩模组件10包括安装在光掩模12上的薄膜组件14。衬底16和构图层18形成光掩模12，也被称为掩模或掩模板，其可具有多种尺寸和形状，包括但不限于圆形、矩形或正方形。光掩模12还可以是任意多种光掩模类型，包括但不限于一次母板(one-time master)、五英寸掩模板、六英寸掩模板、九英寸掩模板或任何可用于将电路图案的图像投影到半导体晶片上的其它合适尺寸的掩模板。掩模12可进一步是二元掩模、相移掩模(PSM)(例如交替孔径相移掩模，也被称为Levenson型掩模)、光学逼近校正(OPC)掩模或任何适合用在光刻系统中的其它类型的掩模。

光掩模12包括形成在衬底16的顶表面17上的构图层18，其当曝光于光刻系统中的电磁能量时将图案投影到半导体晶片的表面上(未明显示出)。衬底16可以是透明材料，例如石英、合成石英、石英玻璃、氟化镁(MgF₂)、氟化钙(CaF₂)、或任何透射至少百分之七十五(75％)的具有在约10纳米(nm)和约450nm之间波长的入射光的其它适当材料。在替换实施例中，衬底16可以是反射材料，例如硅或任何反射大于约百分之五十(50％)的具有在约10nm和450nm之间波长的入射光的其它适当材料。

构图层18可以是金属材料，例如铬、氮化铬、金属氧-碳-氮化物(例如MOCN，其中M是选自包括铬、钴、铁、锌、钼、铌、钽、钛、钨、铝、镁和硅中的)、或任何吸收波长在紫外(UV)区、深紫外(DUV)区、真空紫外(VUV)区和极紫外(EUV)区内的电磁能量的其它适当材料。在替换实施例中，构图层18可以是局部透射材料，例如硅化钼(MoSi)，其在UV、DUV、VUV和EUV区内具有约百分之一(1％)～约百分之三十(30％)的透射率。

框架20和薄膜22可以形成薄膜组件14。框架20一般由阳极氧化铝形成，尽管它或者可以由不锈钢、塑料或其他当曝光于光刻系统内的电磁能量时不会退化或除气的适当材料形成。薄膜22可以是由诸如硝化纤维素、乙酸纤维素、无定形含氟聚合物之类的材料形成的薄膜片，诸如由E.I.du Pont de Nemours and Company制备的TEFLON^AF或由Asahi Glass制备的CYTOP^、或对于UV、DUV、EUV和/或VUV区内的波长透明的其它适当的膜。薄膜22可以利用常规技术，例如旋转浇铸来制备。

薄膜22通过确保污染物与光掩模12保持限定的距离，来保护光掩模12免受诸如灰尘颗粒之类的污染物的污染。这在光刻系统中尤其重要。在光刻工艺期间，光掩模组件10曝露于由光刻系统中的辐射能量源产生的电磁能量。该电磁能量可以包括各种波长的光，例如大约在汞弧灯的I线和G线之间的波长、或DUV、VUV或EUV光。在操作中，薄膜22被设计成允许很大百分比的电磁能量穿过它。薄膜22上积累的污染物将很可能在被处理的晶片表面处的焦点之外，因此，晶片上的曝光图像应当是清晰的。根据本发明教导形成的薄膜22可以令人满意地和各种类型的电磁能量一起使用，而并不限于本申请中所描述的光波。

在所示的实施例中，保护层24可形成在与构图层18相对的衬底16的底表面19上。在另一个实施例中，保护层24可形成在构图层18和底表面19中的任一个上或两个上。保护层24可以由以下材料形成，例如无定形含氟聚合物(例如由E.I.du Pont de Nemours andCompany制备的TEFLON^AF或由Asahi Glass制备的CYTOP^)、类金刚石碳(DLC)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化铪(HfO)、氟化镁(MgF₂)、氟化钙(CaF₂)、或任何其它适当材料。在一个实施例中，形成保护层24的材料对于UV、DUV、EUV和/或VUV区内的波长基本上是透明的，并且可被调节以改善光掩模12的光学性能。在替换实施例中，保护层24可以是例如无定形含氟聚合物的材料，其吸收至少一定百分比的具有小于或等于约450纳米波长的辐射能量。

光掩模12可以使用标准光刻工艺由光掩模坯件形成。在光刻工艺中，包括用于构图层18的数据的掩模图案文件可以由掩模布局文件产生。在一个实施例中，该掩模布局文件可以包括代表集成电路的晶体管和电连接的多边形。当制作在半导体晶片上时，该掩模布局文件中的多边形可进一步代表集成电路的不同层。例如，晶体管可形成在具有扩散层和多晶硅层的半导体晶片上。因此，该掩模布局文件可以包括绘制在扩散层上的一个或多个多边形和绘制在多晶硅层上的一个或多个多边形。每一层的多边形都可以转换成代表集成电路其中一层的掩模图案文件。每一掩模图案文件都可用于产生特定层的光掩模。在一些实施例中，掩模图案文件可以包括多于一层的集成电路，因此光掩模可用于将来自多于一层的特征映射到半导体晶片的表面上。

使用激光、电子束或X射线光刻系统可以将所需图案映射在光掩模坯件的抗蚀剂层中。在一个实施例中，激光光刻系统使用发射具有约364纳米(nm)波长的光的氩离子激光器。在替换实施例中，激光光刻系统使用发射处于从约150nm到约300nm波长的光的激光器。光掩模12可以通过下述工艺来制作，即显影和刻蚀抗蚀剂层的曝光区以形成图案，刻蚀构图层18和保护层24(如果形成在构图层18上)的未被抗蚀剂覆盖的部分，并除去未显影的抗蚀剂以在衬底16上方形成构图层18。

在光掩模制备工艺期间，可以多次清洗光掩模12，以便除去在光掩模制备工艺期间从光掩模12的表面产生的污染物。然而，用于清洗工艺中的清洗溶液会使残余物留在光掩模12的曝光表面上，这些残余物包括但不限于氮酸化合物和硫基化合物。在一个实施例中，在光掩模12经受清洗工艺之前，保护层24可由光掩模坯件制造商或光掩模制造商形成在衬底16的底表面19上。在另一个实施例中，保护层24可由光掩模坯件制造商另外形成在用于在衬底16的顶表面17上形成构图层18的吸收层上。在最后的清洗工艺之后，可除去保护层24以防止由清洗溶液留下的任何残余物与光刻系统中的污染物反应，并在光掩模12上形成雾状物(例如结晶材料层)。在光掩模制备工艺期间，保护层24可作为光掩模12的保护涂层，以便来自清洗溶液的任何残余物形成在保护层24上。因此，当光掩模12用于半导体制备工艺中时，光掩模12没有任何残余物或污染物。一旦除去保护层24，薄膜组件14就可接着安装在衬底16的顶表面17上，以在半导体制备工艺期间保护构图层18。

在另一个实施例中，在最后的清洗工艺之后，可以制备光掩模12，并且保护层24可以形成在构图层18和衬底16的底表面19中的任一个或两个上。如上所述，在光掩模制备工艺期间，可以多次清洗光掩模12。用于清洗工艺中的清洗溶液会使例如氮酸化合物和硫基化合物的残余物留在构图层18和/或衬底16的底表面19上。保护层24可以形成在光掩模12上，以防止在构图层18和衬底16的底表面19中的任一个或两个上形成的残余物与光刻系统中的污染物发生反应，并在光掩模12上形成雾状物。由于在最后的清洗之后保护层24形成在光掩模12上，因此保护层24的曝光表面可以不存在任何可导致在半导体制备工艺期间形成雾状物的残余物。另外，保护层24可以是包括在半导体制备工艺期间被调节以增强光掩模12的光学性能的厚度的材料。例如，保护层24的厚度可被调节以最大化光刻系统中的一个或多个曝光波长的透射。一旦形成保护层24，薄膜组件14就可接着安装在衬底16的顶表面17上，以在半导体制备工艺期间保护构图层18。

图2示出了用于制备光掩模12的光掩模坯件30的截面图。光掩模坯件30可以包括衬底16，其具有形成在衬底16的顶表面17上的吸收层34。如相对于图1所描述的，构图层18可通过将图案映射在吸收层34中来形成。因此，吸收层34可包括用于构图层18的相同材料。虽然吸收层34被示为包括单个类型的材料的单层，但是吸收层34可以是不同材料的多层或包括不同材料的单一分级层。抗蚀剂层36可以形成在吸收层34上。抗蚀剂层36可以是用于使用在约150nm到约450nm之间的曝光波长的光刻系统中的任何适当的正性抗蚀剂或负性抗蚀剂。

在所示的实施例中，光掩模坯件30可进一步包括形成在衬底16的底表面19上的保护层24。在其它实施例中，保护层可以形成在吸收层34和衬底16的底表面19中的任一个或两个上。保护层24可具有在特定的曝光波长下产生透射最大值的厚度。例如，如果光刻系统的曝光波长为约248 nm，则保护层24可被调节为具有使该曝光波长的透射最大化的厚度。在一个实施例中，在抗蚀剂层36形成在吸收层34上之后，保护层24可由光掩模坯件制造商形成在衬底16上。在另一个实施例中，在抗蚀剂层36形成在光掩模坯件30上之前，保护层24可以形成在吸收层34和衬底16的底表面19中的任一个或两个上。接着，光掩模坯件制造商可将光掩模坯件30运送给光掩模制造商。在另一个实施例中，光掩模坯件制造商可将不具有保护层24的光掩模坯件30运送给光掩模制造商。在该实例中，光掩模制造商可以在光掩模制备装置中将保护层24形成在衬底16的底表面19上。

在任一实施例中，包括保护层24的光掩模坯件30可用于制备光掩模，例如以上参考图1所描述的光掩模12。在最后的清洗工艺用于除去污染物之后，并在将薄膜组件安装在由光掩模坯件30形成的光掩模的顶表面上之前，可除去保护层24，以便提供没有来自清洗工艺的残余物的构图层18和/或衬底16的底表面19。在光掩模制备工艺期间，可多次清洗光掩模。所用的清洗溶液会使例如氮酸化合物和硫基化合物的残余物留在构图层18和/或光掩模的底表面19上。在半导体制备工艺期间，当经受到曝光波长时，这些表面上的残余物会提供成核位置，并且该残余物可与其它污染物发生反应以在光掩模的表面上形成雾状物。该雾状物会使光掩模的光学性能退化。通过将保护层24放置在光掩模12上，任何残余物都形成在保护层24上。因此，由于在半导体制备工艺期间将不再产生雾状物生长，所以可改善由光掩模坯件30制备的光掩模的光学性能。

图3示出用于保持光掩模的光学性能的方法的流程图。通常，在光掩模制备工艺期间，保护层可形成在光掩模的至少一个表面上。该保护层在半导体制备工艺期间防止雾状物形成在光掩模上，并且同时保持甚至改善了与光掩模有关的光学性能。

在步骤40，可将光掩模坯件30提供给光掩模制造商。光掩模坯件30可使用任何已知技术来制备。如以上参考图2所描述的，光掩模坯件30可包括衬底16、吸收层34和抗蚀剂层36。在一个实施例中，光掩模坯件30可另外包括形成在吸收层34和衬底16的底表面19的其中一个或两个上的保护层24。在步骤42，光掩模坯件30可用于制备光掩模12。如以上参考图1所描述的，可使用任何已知技术来形成光掩模12的构图层18。

在步骤44，可对光掩模12执行最后的清洗工艺。在一个实施例中，清洗溶液可以是碱溶液，例如氨水/过氧化氢。在另一个实施例中，清洗溶液可以是硫溶液。在其它实施例中，清洗溶液可以是用于从光掩模12的表面除去污染物而不会显著影响光掩模12的光学性能的任何适当的溶液。在最后的清洗工艺和任何中间的清洗工艺期间，来自清洗溶液的残余物会形成在光掩模12的曝光表面上。这些残余物在半导体制备工艺期间可作为成核位置，并导致雾状物在曝光表面上生长。该雾状物会使光掩模12的光学性能退化，引起通过衬底16透射的曝光波长的百分比降低。这种透射降低会影响投影在半导体晶片上的电路图像，甚至在图像中产生缺陷。

在步骤46，光掩模制造商可以决定保护层24是否形成在光掩模12上。如果保护层24不形成在光掩模12上，则在步骤48，利用任何用于在衬底上形成薄层材料的常规方法，可将保护层24淀积在构图层18和衬底16的底表面19中的任一个或两个上。保护层可以是下述材料，例如无定形含氟聚合物(例如由E.I.du Pont de Nemoursand Company制备的TEFLON^AF或由Asahi Glass制备的CYTOP^)、类金刚石碳(DLC)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化铪(HfO)、氟化镁(MgF₂)、氟化钙(CaF₂)，或其它适当材料。在一个实施例中，保护层24可具有被调节以使光刻系统中的曝光波长的透射最大化的厚度。

如果光掩模制造商决定在光掩模制备工艺的开始(例如由光掩模制造商或者光掩模坯件制造商)将保护层24形成在光掩模12上，则在步骤50可除去保护层24。如上所述，在光掩模制备工艺期间，可多次清洗光掩模12，并且来自清洗溶液的残余物会形成在光掩模12的曝光表面上。由于在对光掩模12执行初始清洗工艺之前，保护层24形成在光掩模12上，因此通过清洗工艺产生的任何残余物会形成在保护层24上。为了防止在半导体制备工艺期间发生反应，可从光掩模12除去保护层24。因此，由于在清洗工艺期间存在保护层24，所以光掩模12没有任何残余物。

在步骤52，薄膜组件14安装在光掩模12上。在一个实施例中，光掩模12可包括保护层24。在另一个实施例中，光掩模12可不包括任何类型的保护涂层。在任一实施例中，保护层24在半导体制备工艺期间有效地防止雾状物形成在光掩模12上，并且甚至可以改善光掩模12在其使用寿命期间的光学性能。

虽然已经相对于本发明的具体优选实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员可提出各种改变和修改，并且本发明旨在包含这些落入所附权利要求范围内的改变和修改。

Claims (24)

1.一种用于保持光掩模的光学性能的方法，包括：

提供衬底，该衬底包括具有形成在其上的吸收层的第一表面和与第一表面相对设置的第二表面；

在吸收层中形成图案以建立可操作用于半导体制备工艺中的光掩模；以及

在构图层和衬底的第二表面中的至少一个上形成透射保护层，当光掩模用于半导体制备工艺中时，该保护层可操作用于防止雾状物生长。

2.权利要求1的方法，进一步包括选自包括无定形含氟聚合物、Al₂O₃、HfO、MgF₂、CaF₂和DLC的材料中的保护层。

3.权利要求1的方法，进一步包括可操作用于透射包括小于或等于约450纳米波长的辐射能量的保护层。

4.权利要求1的方法，进一步包括可操作用于提供没有由清洗溶液沉积的残余物的第三表面的保护层。

5.权利要求1的方法，进一步包括在形成保护层之后，将薄膜组件与衬底的第一表面耦接。

6.权利要求1的方法，进一步包括在形成保护层之前，清洗光掩模。

7.权利要求1的方法，进一步包括保护层，该保护层包括可操作用于为与半导体制备工艺有关的至少一个曝光波长提供透射最大值的厚度。

8.权利要求1的方法，进一步包括在衬底的第二表面的至少一部分上形成保护。

9.权利要求1的方法，进一步包括在构图层的至少一部分上形成保护层。

10.一种用于保持光掩模的光学性能的方法，包括：

提供光掩模坯件，包括：

具有第一表面和与第一表面相对设置的第二表面的衬底；和

形成在衬底的第一表面的至少一部分上的吸收层；以及

在衬底的第二表面上形成第一保护层，当光掩模用于半导体制备工艺中时，该保护层可操作用于防止在由光掩模坯件制作的光掩模上的雾状物生长。

11.权利要求10的方法，进一步包括光掩模坯件，该光掩模坯件包括形成在吸收层的至少一部分上的第二保护层。

12.权利要求11的方法，进一步包括：

在吸收层中形成图案以建立可操作用于半导体制备工艺中的光掩模；

在吸收层中形成图案之后清洗光掩模；以及

在清洗光掩模之后除去第一和第二保护层，以便光掩模没有由用于清洗工艺中的清洗溶液产生的残余物。

13.权利要求12的方法，进一步包括在除去保护层之后将薄膜组件与衬底的第一表面耦接。

14.权利要求10的方法，进一步包括选自包括无定形含氟聚合物、Al₂O₃、HfO、MgF₂、CaF₂和DLC的材料中的保护层。

15.权利要求10的方法，进一步包括可操作用于透射包括小于或等于约450纳米波长的辐射能量的保护层。

16.权利要求10的方法，进一步包括可操作用于吸收包括小于或等于约450纳米波长的辐射能量的至少一定百分比的保护层。

17.权利要求10的方法，进一步包括：

在吸收层中形成图案，以建立可操作用于半导体制备工艺中的光掩模；

在吸收层中形成图案之后清洗光掩模；以及

在清洗光掩模之后除去保护层，以便衬底的第二表面没有由用于清洗工艺中的清洗溶液产生的残余物。

18.权利要求17的方法，进一步包括在除去保护层之后，将薄膜组件与衬底的第一表面耦接。

19.一种光掩模，包括：

形成在衬底的第一表面的至少一部分上的构图层，该衬底包括与第一表面相对的第二表面；和

形成在构图层和衬底的第二表面中的至少一个上的保护层，当光掩模用于半导体制备工艺中时，该保护层可操作用于防止在衬底的第二表面上的雾状物生长。

20.权利要求19的光掩模，进一步包括选自包括无定形含氟聚合物、Al₂O₃、HfO、MgF₂、CaF₂和DLC的材料中的保护层。

21.权利要求19的光掩模，进一步包括可操作用于基本上透射包括小于或等于约450纳米波长的辐射能量的保护层。

22.权利要求19的光掩模，进一步包括可操作用于提供没有由清洗溶液产生的残余物的第三表面的保护层。

23.权利要求19的光掩模，进一步包括与衬底的第一表面耦接的薄膜组件。

24.权利要求19的光掩模，进一步包括保护层，该保护层包括可操作用于在用于半导体制备工艺的曝光波长下提供透射最大值的厚度。

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