TW202008074A

TW202008074A - 極紫外光光罩及其製造方法

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Publication number: TW202008074A
Application number: TW108127266A
Authority: TW
Inventors: 陳銘鋒; 周碩彥
Original assignee: 台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2019-07-31
Publication date: 2020-02-16
Also published as: TWI708114B; CN110780532A; US20220350236A1; US20200041892A1

Abstract

一種極紫外光光罩包括吸收層，具有折射率範圍為0.87至1.02、消光係數範圍為0.065至0.085、以及厚度範圍為33.5nm至43.5nm。另一種極紫外光光罩包括吸收層，具有折射率範圍為0.87至1.02、消光係數範圍為0.085至0.105、以及厚度範圍為25.5nm至35.5nm。另一個極紫外光光罩包括吸收層，具有折射率範圍0.895至0.950、消光係數範圍為0.0600至0.0610、以及厚度範圍從30nm至39nm或者50nm至55nm。

Description

極紫外光光罩及其製造方法

隨著消費者的需求，消費性電子元件變得愈來愈輕薄小，而這些元件的各組件之尺寸也必然隨之減小。半導體裝置為手機、計算機平板等設備的主要元件，位於其中的各組件也伴隨著需要減小尺寸的壓力。隨著半導體製造技術的進步，例如微影技術，元件尺寸的減小得以實現。

舉例來說，用於微影的輻射波長已經變小，從紫外光到深紫外光(Deep ultraviolet，DUV)，以及最近的極紫外光(EUV)。元件尺寸的進一步減小需要進一步提高微影的解析度，這可以由極紫外光微影(EUVL)實現。EUVL採用波長約1-100nm的輻射。

隨著半導體工業發展到奈米技術製程節點，以追求更高的元件密度、更高的性能以及更低的成本，這在減小半導體特徵尺寸方面存在挑戰。

10‧‧‧基板

30‧‧‧基板

35‧‧‧多對反射層

37‧‧‧第一反射層

39‧‧‧第二反射層

40‧‧‧蓋層

45‧‧‧吸收層(膜)

55‧‧‧圖案

60‧‧‧傳導層

65‧‧‧黑色邊界

100‧‧‧極紫外光輻射源

105‧‧‧腔室

110‧‧‧收集器

115‧‧‧目標液滴產生器

120‧‧‧噴嘴

125‧‧‧液滴捕捉器

130‧‧‧氣體供應器

140‧‧‧出口

200‧‧‧曝光裝置

210‧‧‧基板

300‧‧‧激發雷射源

310‧‧‧雷射產生器

320‧‧‧雷射導引光學元件

330‧‧‧聚焦設備

205a、205b、205c、205d、205e‧‧‧光學元件

500 600‧‧‧方法

BF‧‧‧底層

DP‧‧‧目標液滴

DP1 DP2‧‧‧阻尼器

LPP‧‧‧雷射產生電漿

LR1‧‧‧雷射光

LR2‧‧‧激發雷射

MF‧‧‧主樓層

ML‧‧‧多層反射層

PP1 PP2‧‧‧基座板

S410 S420 S430 S440 S450 S510 S520 S530 S540 S550 S610 S620‧‧‧操作

ZE‧‧‧輻射器

本揭露內容從後續實施例以及附圖可以更佳理解。應注意的是，根據本產業的標準作業，許多構件未按照比例繪製。事實上，許多構件之尺寸可以任意地放大或縮小以清楚論述。

第1圖係繪示根據本揭露的一個實施例之極紫外光微影工具。

第2圖係根據本揭露的一個實施例之極紫外光微影工具之細節的簡化示意圖。

第3圖係根據本揭露的實施例之反射光罩的剖視圖。

第4圖繪示根據本揭露的實施例之反射率與正規化水平圖案最佳焦點偏移。

第5圖繪示根據本揭露的實施例之反射率與正規化水平圖案最佳焦點偏移。

第6圖繪示根據本揭露的實施例在不同消光係數下之吸收層厚度與吸收層反射率的模擬。

第7圖繪示根據本揭露的各種示例之圖案間距與最佳焦點的模擬。

第8圖繪示根據本揭露的各種示例之圖案間距與單獨焦深的模擬。

第9圖繪示根據本揭露的各種示例之圖案間距與圖像對數斜率的模擬。

第10圖繪示根據本揭露的各種示例之圖案間距與水平-垂直偏差的模擬。

第11圖繪示根據本揭露的一個實施例之極紫外光光罩之製造方法的流程圖。

第12圖繪示根據本揭露的一個實施例之用於優化極紫外光光罩的吸收層之一種方法的流程圖。

第13圖繪示根據本揭露的一個實施例之製造半導體元件之方法的流程圖。

第14A、14B和14C圖繪示根據本揭露的一個實施例之優化極紫外光光罩之反射率的模擬結果。

第15A圖和15B圖繪示根據本揭露的一個實施例優化極紫外光光罩的反射率之模擬。

第16A、16B、16C、16D、16E、16F、16G和16H圖繪示根據本揭露的一個實施例之用於垂直方向的圖案之極紫外光光罩的模擬優化結果。

第17A、17B、17C、17D、17E、17F、17G和17H圖繪示根據本揭露的一個實施例之用於垂直方向圖案之極紫外光光罩的模擬優化結果。

應理解，以下公開許多不同的實施方法或是示例來實行所提供之標的之不同特徵，以下描述具體的元件及其排列的實施例以闡述本揭露。當然這些實施例僅用以例示，且不該以此限定本揭露的範圍。例如，元件的尺寸不限於所公開的範圍或值，而是可取決於元件的操作條件及/或所需特性。此外，在說明書中提到第一特徵元件形成於第二特徵元件之上，其包括第一特徵元件與第二特徵元件是直接接觸的實施例，另外也包括於第一特徵元件與第二特徵元件之間另外有其他特徵的實施例，亦即，第一特徵元件與第二特徵元件並非直接接觸。為了簡單和清楚起見，可以不同比例任意繪製各種特徵元件。

此外，其中可能用到與空間相關用詞，例如“在…下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的”及類似的用詞，這些空間相關用詞係為了便於描述圖示中一個(些)元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係，這些空間相關用詞包括使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖式中所描述的方位。當裝置被轉向不同方位時(旋轉90度或其他方位)，則其中所使用的空間相關形容詞也將依轉向後的方位來解釋。此外，術語“由...構成”可以表示“包含”或“由......組成”。

本揭露係有關於極紫外光(EUV)微影光罩及其方法。在極紫外光微影工具中，雷射產生電漿(LPP)產生極紫外光輻射，用以在曝光塗佈著光阻的基板210上成像。在極紫外光微影(EUVL)工具中，雷射產生電漿LPP加熱位於雷射激發電漿腔室中的金屬(例如，錫，鋰等)目標液滴，以將液滴離子化成電漿，且電漿放射出極紫外光輻射。為了可再現地產生極紫外光，目標液滴必須與來自激發雷射的激發脈衝同時到達激發雷射的焦點(在此也稱為“激發區”)。因此，穩定地產生目標液滴以及在一致(或可預測)的速度下抵達激發區有助於雷射激發電漿之極紫外光輻射源的效率及穩定性。

第1圖是根據本揭露的一些實施例的極紫外光微影工具的示意圖，上述極紫外光微影工具具有基於雷射產生電漿的極紫外光輻射源。極紫外光微影系統包括用於產生極紫外光輻射的極紫外光輻射源100、曝光裝置200，例如掃描器，和激發雷射源300。如第1圖所示，在一些實施例中，極紫外光輻射源100和曝光裝置200安裝在無塵室的主樓層MF上，而激發雷射源300安裝在位於主樓層MF下方的底層BF中。極紫外光輻射源100和曝光裝置200中的每一者係分別藉由阻尼器DP1和DP2放置在基座板(pedestal plate)PP1和PP2上。極紫外光輻射源100和曝光裝置200藉由耦接機構彼此耦接，上述耦接機構可包括聚焦單元。

極紫外光微影工具被設計成將阻抗層曝光在極紫外光(EUV light，在本文中也可互換地稱為極紫外光輻射(EUV radiation))下。上述阻抗層是對極紫外光敏感的材料。極紫外光微影系統採用極紫外光輻射源100來產生極紫外光，例如波長範圍在約1nm和約100nm之間的極紫外光。在一個特定示例中，極紫外光輻射源100產生具有中心波長為約13.5nm的極紫外光。在本實施例中，極紫外光輻射源100利用雷射產生電漿(LPP)機制來產生極紫外光輻射。

曝光裝置200包括各種反射光學元件(例如凸面鏡/凹面鏡/平面鏡)、包括罩幕載台的罩幕固持機構、以及晶圓固持機構。由極紫外光輻射源100產生的極紫外光輻射係由反射光學元件引導到固定在罩幕載台上的罩幕上。在一些實施例中，罩幕載台包括靜電吸座(electrostatic chuck，e-chuck)以固定罩幕。

第2圖係根據本揭露的一些實施例的極紫外光微影工具的細節的簡化示意圖，上述示意圖示出以極紫外光的圖案化光束來曝光塗佈著光阻的基板210。曝光裝置200是積體電路微影工具，例如步進器(stepper)、掃描器(scanner)、步進和掃描系統(step and scan system)、直接寫入系統(direct write system)、使用接觸及/或接近罩幕(contact and/or proximity mask)的裝置等，並設置有一或多個光學元件205a、205b，例如用於以極紫外光的光束來照射並可產生圖案化光束之圖案化光學元件205c(例如倍縮光罩，reticle)、以及一或多個用於將上述圖案化光束投射到基板210上之縮小投影光學元件205d、205e。可以設置機械組件(未示出)，以在基板210和圖案化光學元件205c之間產生受控制的相對運動。如第2圖中進一步所示，極紫外光工具包括極紫外光輻射源100，極紫外光輻射源100包括在腔室105中發射極紫外光的極紫外光輻射器ZE，上述極紫外光係由收集器110沿著進入曝光裝置200中的路徑反射，以照射基板210。

如本文所使用的術語“光學元件(optic)”旨在廣義地解釋為包括但不限於用來反射及/或透射及/或操作入射光的一或多個元件，並且包括但是不限於一或多個透鏡(lenses)、窗口(windows)、濾光片(filters)、光楔(wedges)、稜鏡(prisms)、稜柵(grisms)、光柵(gratings)、傳輸光纖(transmission fibers)、光干涉儀(etalons)、勻化片(diffusers)、均化器 (homogenizers)、探測器(detectors)和其他儀器組件、光圈(aperture)、旋轉三稜鏡(axicons)和鏡子(mirrors)(包括多層鏡(multi-layer mirrors)、近正向入射鏡(near-normal incidence mirrors)、掠入射鏡(grazing incidence mirrors)、鏡面反射器(specular reflectors)、漫反射器(diffuse reflectors)及其組合)。此外，除非另有說明，否則本文所用的術語“光學元件”均不限於在一或多個特定波長範圍內(例如在極紫外光的輸出光波長、照射雷射波長、適合於計量的波長、或任何其他特定波長)單獨或有利地工作的元件。

由於氣體分子會吸收極紫外光，因此極紫外光微影圖案的微影系統係保持在真空或低壓環境中，以避免極紫外光的強度損失。

在本揭露中，罩幕(mask)、光罩(photomask)和倍縮光罩(reticle)等術語可互換使用。在本實施例中，圖案化光學元件205c為反射式光罩。在一些實施例中，反射式光罩205c包括具有合適材料的基板，例如低熱膨脹材料或熔融石英。如第3圖所示，在各種示例中，上述材料包括摻雜TiO₂的SiO₂、或具有低熱膨脹的其他合適材料。反射式光罩205c包括沉積在基板上的多對反射層(multiple reflective layers，ML)。上述多對反射層包括多對膜對(film pair)，例如鉬-矽(Mo/Si)膜對(舉例來說，在每對膜對中，一鉬層39係位在一矽層37之上或之下)。或者，上述多對反射層35可包括鉬-鈹(Mo/Be) 膜對，或配置成高度反射極紫外光的其他合適材料。光罩205C還可以包括蓋層40，例如由釕(Ru)構成，設置在多對反射層上方以進行保護。所述光罩進一步包括在多對反射層35上方沉積吸收膜(或吸收層)45。吸收膜45被圖案化以定義積體電路(IC)的一個層。由於吸收層45具有有限的反射率，即使該吸收層的反射率比多對反射層35的反射率要少得多，但吸收層45的反射率與多對反射層35上方的吸收層45之高度相耦合可能產生不良的EUV輻射相移，其由光罩205c反射而來。這種不理想的EUV輻射相移也稱為光罩3D效應(mask 3D effect)。

在一些實施例中，反射式光罩205c包括導電背面塗層60。在一些實施例中，反射式光罩205c包括邊界65，其被往下蝕刻至基板30而圍繞圖案55，也稱為黑色邊界65，用以定義欲成像的電路區域和不成像的外圍區域。在一些實施例中，黑色邊界減少光的洩漏。

在本揭露的各種實施例中，塗佈著光阻的基板210是半導體晶圓，例如矽晶圓或待圖案化的其他類型的晶圓。

在一些實施例中，極紫外光微影工具更包括其他模組或與其他模組整合(或耦接)。

如第1圖所示，極紫外光輻射源100包括由腔室105包圍的目標液滴產生器115和雷射產生電漿收集器110。在一些實施例中，目標液滴產生器115包括用於固持來源材料的儲存器和噴嘴120，來源材料的目標液滴DP係通過噴嘴120供應到腔室105中。

在一些實施例中，目標液滴DP是錫(Sn)、鋰(Li)或錫鋰合金的液滴。在一些實施例中，每個目標液滴DP都具有約10微米(μm)至約100μm的直徑。舉例來說，在一些實施例中，目標液滴DP是錫液滴，並具有約10μm至約100μm的直徑。在其他實施例中，目標液滴DP是直徑為約25μm至約50μm的錫液滴。在一些實施例中，目標液滴DP係通過噴嘴120以每秒約50滴(即約50Hz的噴出頻率)至每秒約50000滴(即約50kHz的噴出頻率)的速率供應。在一些實施例中，目標液滴DP以約100Hz至約25kHz的噴射頻率供應。在其他的實施例中，目標液滴DP以約500Hz至約10kHz的噴射頻率供應。目標液滴DP通過噴嘴120噴射到激發區ZE中，在一些實施例中，其速度範圍為約10米/秒(m/s)至約100m/s。在一些實施例中，目標液滴DP具有約10m/s至約75m/s的速度。在其他的實施例中，目標液滴的速度為約25m/s至約50m/s。

再次參考第1圖，由激發雷射源300產生的激發雷射LR2是脈衝雷射。激發雷射源300產生激發雷射LR2。激發雷射源300可包括雷射產生器310、雷射導引光學元件320和聚焦設備330。在一些實施例中，雷射源300包括二氧化碳(CO₂)或摻雜釹的釔鋁石榴石(neodymium-doped yttrium aluminum garnet，Nd：YAG)雷射源，並具有在電磁光譜中的紅外線區域的波長。舉例來說，在一些實施例中，雷射源300具有9.4μm或10.6μm的波長。由雷射產生器310產生的雷射光LR1由雷射導引光學元件320引導並藉由聚焦設備330聚焦到激發雷射LR2中，然後被引入到極紫外光輻射源100中。

在一些實施例中，激發雷射LR2包括預熱雷射和主雷射。在這種實施例中，預熱雷射脈衝(在本文中可互換地稱為“預脈衝”)用於加熱(或預熱)給定的目標液滴以產生具有多個較小液滴的低密度目標羽流(plume)，其隨後藉由來自主雷射的脈衝加熱(或再加熱)，使極紫外光的發射量增加。

在各種實施例中，預熱雷射脈衝具有約100μm或更小的光點尺寸，並且主雷射脈衝具有在約150μm至約300μm範圍內的光點尺寸。在一些實施例中，預熱雷射和主雷射脈衝具有在約10ns至約50ns的範圍內的脈衝持續時間、以及在約1kHz至約100kHz的範圍內的脈衝頻率。在各種實施例中，預熱雷射和主雷射的平均功率在約1千瓦(kW)至約50kW的範圍內。在一些實施例中，激發雷射LR2的脈衝頻率與目標液滴DP的噴出頻率相匹配。

激發雷射LR2被引導通過窗口(或透鏡)進入激發區ZE。上述窗口採用對雷射光束來說為實質上透明的合適材料。脈衝雷射的產生係與目標液滴DP通過噴嘴120的噴出同步。當目標液滴移動通過激發區時，預脈衝加熱目標液滴，並將目標液滴轉換成低密度的目標羽流。對預脈衝和主脈衝之間的延遲進行控制，以允許目標羽流形成，並擴展到最佳尺寸和幾何形狀。在各種實施例中，預脈衝和主脈衝具有相同的脈衝持續時間和峰值功率。當主脈衝加熱目標羽流時，便產生高溫電漿。上述電漿發射極紫外光輻射，並由收集器110收集。收集器110進一步反射且聚焦極紫外光輻射，並提供給藉由曝光裝置200進行的微影曝光製程。液滴捕捉器125用於捕獲過量的目標液滴。舉例來說，雷射脈衝可能會故意錯過一些目標液滴。

再次參考第1圖，收集器110設計成具有適當的塗層材料和形狀，以作為用於收集、反射和聚焦極紫外光的鏡子。在一些實施例中，收集器110設計成具有橢圓形的幾何形狀。在一些實施例中，收集器100的塗層材料係類似於極紫外光罩幕的反射多層。在一些示例中，收集器110的塗層材料包括多對反射層(例如多個鉬/矽膜對)並且可更包括塗佈在ML上的蓋層(例如Ru)以實質上反射極紫外光。在一些實施例中，收集器110可更包括光柵結構，設計成可有效地散射被引導到收集器110上的雷射光束。舉例來說，在收集器110上塗佈氮化矽層，並將上述氮化矽層圖案化以得到光柵圖案。

在這種極紫外光輻射源中，由施加雷射所造成的電漿會產生物理性碎片，例如液滴的離子、氣體和原子、以及所需的極紫外光輻射。有必要防止材料累積在收集器110上，以及防止物理性碎屑離開腔室105並進入曝光裝置200。

如第1圖所示，在本實施例中，緩衝氣體係從第一緩衝氣體供應器130供應並通過收集器110中的孔洞，且脈衝雷射係通過上述孔洞傳送到錫液滴。在一些實施例中，緩衝氣體是H₂、He、Ar、N₂或其他惰性氣體。在某些實施例中，H₂用作藉由緩衝氣體的解離所產生的H自由基，並可用於清潔的目的。也可藉由一或多個第二緩衝氣體供應器130朝向收集器110及/或收集器110的邊界周圍提供緩衝氣體。此外，腔室105包括一或多個氣體出口140，使得緩衝氣體可向腔室105外排出。

氫氣對極紫外光輻射具有低吸收度。到達收集器110的塗層表面的氫氣與液滴的金屬發生化學反應以形成氫化物，例如金屬氫化物。當使用錫(Sn)作為液滴時，形成錫烷(SnH₄)，錫烷是極紫外光產生製程的氣態副產物，然後可通過出口140泵出氣態SnH₄。

第4圖繪示根據本揭露的實施例之吸收層反射率與正規化水平最佳焦點偏移的模擬。第5圖是繪示根據本揭露的實施例之吸收層反射率與正規化垂直最佳焦點偏移的模擬。第4圖和第5圖中的R²是確定係數，用於度量因變量的變異中可由自變量解釋部分所占的比例，以此來判斷模型的解釋力。第4圖中的R²是0.80±0.05以及第5圖中的R²是0.95±0.05。正規化最佳焦點偏移定義為最佳焦點偏移除以吸收層厚度。全間隙(through-pitch)正規化最佳焦點偏移與吸收層反射率強烈相關，即，較小的反射率導致較小的正規化最佳焦點偏移。希望吸收層厚度盡可能小，同時保持盡可能低的反射率以減小光罩3D效應。然而，如果吸收層太薄，入射的輻射將無法充分被吸收層吸收。水平和垂直方向上的反射率之差異來自於EUV微影系統是反射式(reflective)而非遠心式(non-telecentric)系統。EUV曝光輻射來自6度的入射角，而不是正常入射角。EUV輻射的傾斜入射角破壞了水平和垂直方向圖案之間的對稱性，從而導致水平和垂直方向圖案的曝光參數之差異。

吸收層的最低反射率發生在吸收層中之法比-培羅特(Fabry-Perot)干涉的局部最小值。第6圖是根據本揭露的實施例，在不同的消光係數(k)下模擬吸收層厚度與吸收層反射率的圖表。如第6圖所示，已發現反射率最小值處於吸收層厚度為約27nm、約30.5nm、約38.5nm、約48nm、約56nm、以及約63nm。然而，第6圖所示的模擬係在沒有蓋層的情況下進行。將3.5nm的釕蓋層考慮進去，所述吸收層的反射率最小值處於吸收層厚度分別為約23.5nm、約30.5nm、約38.5nm、約52.5nm、以及約59.5nm。消光係數係表徵一材料在一定體積下有多容易被光束穿透。如第6圖所示，消光係數越高，反射率越低。因此，係希望使用具有高消光係數的吸收層材料。

厚度為約30.5nm至約38.5nm的吸收層之反射率低於厚度為約23.5nm的吸收層之反射率。例如，在23.5nm的反射率約為0.06，而在30.5nm的反射率約為0.04，以及在38.5nm的反射率約為0.02。在更大的厚度下，吸收層可能有罩幕3D效應的問題。在一些實施例中，較薄的吸收層為較佳以減少罩幕3D效應的問題。在一些實施例中，吸收層45的厚度範圍為約19.5nm至約43.5nm。在一些實施例中，吸收層45的厚度範圍為約21.5至約25.5nm，約28.5nm至約32.5nm，或約36.5nm至約40.5nm。在一些實施例中，在這些範圍之外的吸收層厚度降低了光阻圖案解析度。

據本揭露的實施例，優化折射率(index of refraction)、消光係數(extinction coefficient)以及吸收層45的厚度以提供黃光微影效能之改進。在一些實施例中，吸收層45具有的折射率範圍為約0.87至約1.02。在一些實施例中，吸收層45具有的折射率範圍為約0.90至約1.00。在一些實施例中，吸收層45具有折射率範圍為約0.95。在一些實施例中，吸收層45具有消光係數範圍為約0.065至約0.085。在一些實施例中，吸收層45的消光係數範圍為約0.070至約0.080。在一些實施例中，在上述範圍以外的消光係數和折射率降低了光阻圖案的解析度。在一些實施例中，吸收層45的消光係數範圍為約0.075。在一些實施例中，吸收層45的厚度範圍為約33.5nm至約43.5nm。在一些實施例中，吸收層45的厚度範圍為約35.5nm至約39.5nm。在一些實施例中，吸收層45的厚度為約38.5nm。

在其他的實施例中，吸收層45的厚度範圍為約25.5nm至約35.5nm。在一些實施例中，吸收層45的厚度範圍為約27.5nm至約31.5nm。在一些實施例中，吸收層45具有厚度為約30.5nm。在其他的實施例中，吸收層45具有折射率範圍為約0.87至約1.02。在一些實施例中，吸收層45具有的折射率範圍為約0.90至約1.00。在一些實施例中，吸收層45具有折射率為約0.95。在一些實施例中，吸收層45具有消光係數範圍約0.085至約0.105。在一些實施例中，吸收層45具有消光係數為約0.090至約0.100。在一些實施例中，吸收層45的消光係數為約0.095。在一些實施例中，在上述範圍以外的消光係數和折射率低了光阻圖案的解析度。

在一些實施例中，吸收層45由選自Sn、Ni、Te、Co、In、Sb以及Sn、Ni、Te、Co、In和Sb的合金材料製成。在一些實施例中，吸收層由選自Sn、Ni、Te及其合金的材料製成。

在本揭露的一個實施例中，厚度為38.5nm的吸收層在水平方向上改善了51.8%的最佳焦點偏移以及在垂直方向改善了39.8%的最佳焦點偏移；在水平方向上改善了11.2%的關鍵景深(critical depth of focus，cDOF)和在垂直方向上36.2%的關鍵景深；水平方向上改善了1.2%圖像對數斜率；以及由模擬而確定了具有TaBN/TaBO吸收層的一個示例，改善了65.5%水平-垂直偏差(H-V偏差)。

在本揭露的一個實施例中，由模擬而確定了厚度為30.5nm的吸收層在水平方向改善了64.1%的最佳焦點偏移以及在垂直方向改善了52.9%的；在水平方向改善了13.1%的關鍵景深(cDOF)和在垂直方向改善了24.9%的關鍵景深；水平方向改善了圖像對數斜率3.5%以及在垂直方向上改善了1.1%；以及一個TaBN/TaBO吸收層改善了77.9%水平-垂直偏差(H-V偏差)。

第7圖至第10圖係繪示在一系列圖案間距上模擬各種曝光參數的圖表。不同的曲線係代表根據本揭露之不同厚度的吸收層。在模擬時，數值孔徑(NA)為0.33並且使用偶極輻射源。在第7圖至第10圖中，BSL-H是水平方向圖案，BSL-V是垂直方向圖案。BSL-H圖案和BSL-V圖案係為初始參考圖案。圖案A和圖案C分別為水平方向和垂直方向圖案，分別具有吸收層的厚度範圍為約36.5nm至約40.5nm。圖案B和圖案D分別為水平方向和垂直方向圖案，分別具有吸收層的厚度範圍為28.5nm至約32.5nm。

第7圖係繪示根據本揭露之圖案間距與最佳焦點的模擬，所述模擬係針對水平和垂直TaBN/TaBO吸收層之初始參考示例(BSL)以及示例A、B、C和D。如第7圖所示，相較於示例BSL，示例A、B、C和D繪示出明顯改進。與示例BSL相比，在圖案間距範圍內，示例A、B、C和D的最佳焦點之變化較小。示例A、B、C和D在整個間距範圍內具有較平坦的最佳焦點曲線。

第8圖繪示根據本揭露之圖案間距與單獨聚焦深度(iDOF)的模擬，所述模擬係針對水平和垂直TaBN/TaBO吸收層之初始參考示例(BSL)以及示例A、B、C和D。如第8圖所示，示例A、B、C和D各具有與示例BSL相當的焦深。

第9圖繪示根據本揭露之圖案間距與圖像對數斜率(image log-slope，ILS)的模擬，所述模擬係針對水平和垂直TaBN/TaBO吸收層之初始參考示例(BSL)以及示例A、B、C和D。如第9圖所示，相較於示例BSL，示例A、B、C和D在較高的間距密度(較低的間距值)下得到改善。ILS係測量邊緣圖案的陡度。作為位置函數之圖像強度(image intensity)的斜率(dI/dx)係測量圖像從亮到暗之過渡階段的陡度。圖像對數斜率是圖像強度的斜率除以強度：圖像對數斜率=(1/I)(dI/dx)=dln(I)/dx。

第10圖繪示根據本揭露之圖案間距與水平-垂直偏差(H-V偏差)的模擬，所述模擬係針對水平和垂直TaBN/TaBO吸收層之初始參考示例(BSL)以及示例E和F。圖案E具有吸收層厚度範圍為約36.5nm至約40.5nm。圖案F具有吸收層厚度範圍為約28.5nm至約32.5nm的範圍內。如第10圖所示，與示例BSL相比，示例E和示例F的H-V偏差明顯得到改善。

第11圖係繪示根據本揭露的一個實施例之極紫外光光罩的製造方法400的流程圖。在一些實施例中，光罩是一種反射式光罩，用於選擇性地將被光阻塗佈的基板暴露於極紫外光中。在操作S410中，在基板30(參見第3圖)上形成多個交替堆疊的第一反射層37和第二反射層39。基板30由低熱膨脹材料構成，在一些實施例中，例如二氧化鈦摻雜的氧化矽。在一些實施例中，第一反射層37是矽以及第二反射層39是鉬。

在一些實施例中，形成約30個至約60個交替的矽層和鉬層。在特定的實施例中，形成約40個至約50個交替的矽層和鉬層。在一些實施例中，矽層和鉬層藉由化學氣相沉積(CVD)、電漿增強CVD(PECVD)、原子層沉積(ALD)、物理氣相沉積(PVD)(濺射)或任何其它合適的成膜方法形成。每個矽層和每個鉬層的厚度範圍約為2nm至10nm。在一些實施例中，矽層和鉬層的厚度大致相同。在其他的實施例中，矽層和鉬層為不同的厚度。在一個實施例中，每個矽層和每個鉬層的厚度圍為約3nm至約4nm。

在操作S420中，在一些實施例中，隨後在鉬/矽(Mo/Si)多層35上形成蓋層40。在一些實施例中，蓋層40係由具有厚度範圍為約2nm至約10nm的釕構成。在特定的實施例中，蓋層40的厚度範圍為約2nm至約4nm。在特定的實施例中，蓋層40的厚度為約3.5nm。在一些實施例中，蓋層40藉由化學氣相沉積、電漿增強化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沉積或任何其它合適的成膜方法形成。

接著，在一些實施例中，在操作S430中形成吸收層在蓋層40上。在一些實施例中，吸收層由選自Sn、Ni、Te、Co、In、Sb以及Sn、Ni、Te、Co、In和Sb的合金材料製成。在一些實施例中，吸收層由選自Sn、Ni、Te及其合金材料製成。在一些實施例中，吸收層的厚度範圍為約19.5nm至約43.5nm。在一些實施例中，吸收層的厚度範圍為約25.5nm至約35.5nm。在其他的實施例中，吸收層的厚度範圍為約33.5nm至約43.5nm。

在一些實施例中，吸收層藉由化學氣相沉積，電漿增強化學氣相沉積，原子層沉積，物理氣相沉積或任何其它合適的成膜方法形成。

在一些實施例中，在操作S440中，隨後對吸收層進行圖案化以形成吸收層45。在一些實施例中，在吸收層45中形成的圖案，其為對應於要在半導體基板上形成的積體電路圖案。在一些實施例中，藉由合適的微影和蝕刻操作形成所述的圖案。例如，在吸收層上形成光阻層，並且用光化輻射選擇性地曝光光阻層。光化輻射包括紫外光和深紫外光，電子束和離子束。光阻為正型或負型光阻。隨後使用合適的顯影液選擇性地顯影被曝光的光阻層，以在光阻中形成圖案。在一些實施例中，使用合適的蝕刻操作將光阻中的圖案延伸至吸收層中。蝕刻操作可以是濕式蝕刻操作或乾式蝕刻操作。在一些實施例中，吸收層中的圖案暴露出蓋層40。在一些實施例中，圖案延伸至蓋層40中。在吸收層中形成圖案之後，藉由合適的光阻剝除液或電漿灰化操作除去剩餘的光阻，從而形成圖案化的吸收層45。

在一些實施例中，在操作S450中形成黑色邊界65以定義要成像的電路區域和不成像的外圍區域。藉由合適的微影和蝕刻操作形成黑色邊界65。在一些實施例中，黑色邊界之圖案從吸收層45的表面延伸至基板10中。

在一些實施例中，在基板10的第二主表面上形成傳導層60，在相對於第二主表面的基板10之第一主表面上方，形成多對的Mo/Si 35。在一些實施例中，傳導層60由厚度為約25nm至約150nm的鉻，氮化鉻或TaB製成。在一些實施例中，傳導層60具有約70nm至約100nm的厚度。在一些實施例中，傳導層60藉由化學氣相沉積、電漿增強化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沉積或任何其它合適的成膜方法形成。

在本揭露的其他實施例中，如第12圖之流程圖所示，提供了一種方法500用於優化極紫外光光罩的吸收層。在基板30上形成多個交替的第一反射層37和第二反射層39(參見第3圖)。在一些實施例中，基板30由低熱膨脹材料製成，例如摻雜二氧化鈦的氧化矽。在一些實施例中，第一反射層37為矽以及第二反射層39為鉬。

形成約30個至約60個交替的矽層和鉬層。在特定的實施例中，形成約40個至約50個交替的矽層和鉬層。在一些實施例中，矽層和鉬層藉由化學氣相沉積(CVD)、電漿增強CVD(PECVD)、原子層沉積(ALD)、物理氣相沉積(PVD)(濺射)或任何其它合適的成膜方法形成。每個矽層和每個鉬層的厚度範圍約為2nm至10nm。在一些實施例中，矽層和鉬層的厚度大致相同。在其他的實施例中，矽層和鉬層為不同的厚度。在一個實施例中，每個矽層和每個鉬層的厚度圍為約3nm至約4nm。

在操作S520中，在一些實施例中，隨後在鉬/矽(Mo/Si)多層35上形成蓋層40。在一些實施例中，蓋層40係由具有厚度範圍為約2nm至約10nm的釕構成。在特定的實施例中，蓋層40的厚度範圍為約2nm至約4nm。在特定的實施例中，蓋層40的厚度為約3.5nm。在一些實施例中，蓋層40藉由化學氣相沉積、電漿增強化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沉積或任何其它合適的成膜方法形成。

接著，在操作S530中選擇吸收層材料。在一些實施例中，吸收層材料具有折射率範圍為約0.87至約1.02、消光係數範圍為約0.065至約0.085、以及厚度範圍從約33.5nm至約35.5nm。在其他的實施例中，吸收層材料的折射率範圍為約0.87至約1.02、消光係數範圍為約0.085至約0.105、以及厚度範圍為約25.5nm至約35.5nm。

在操作S540中，隨後在蓋層40及/或多個交替堆疊的第一反射層和第二反射層35上形成吸收材料層。在一些實施例中，所述吸收材料層由選自Sn、Ni、Te、Co、In、Sb以及Sn、Ni、Te、Co、In和Sb的合金材料製成。在一些實施例中，吸收層由選自Sn、Ni、Te及其合金的材料製成。在一些實施例中，吸收材料層藉由化學氣相沉積、電漿增強化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沉積或任何其它合適的成膜方法形成。

在一些實施例中，在操作S550，隨後對吸收材料層進行圖案化。在吸收材料層中形成的圖案，其為對應於要在半導體基板上形成的積體電路圖案。在一些實施例中，藉由合適的微影和蝕刻操作形成所述的圖案。

在一些實施例中，在極紫外光光罩上進行附加操作，包括形成背面傳導層和黑色邊界其圍繞光罩的圖像成像區域。

第13圖繪示根據本揭露之實施例的製造半導體元件的方法600之流程圖。在操作S610中，在半導體基板上方形成光阻層。在一些實施例中，半導體基板包括至少位於其表面部分上方的單晶半導體層。基板可以包括單晶半導體材料，例如但不限於Si、Ge、SiGe、GaAs、InSb、GaP、GaSb、InAlAs、InGaAs、GaSbP、GaAsSb以及InP。在特定的實施例中，基板由結晶矽製成。

在一些實施例中，所述光阻層包括正型或負型光阻。在一些實施例中，光阻包括光活性化合物、聚合物和溶劑。在一些實施例中，光活性化合物為光酸產生劑和所述聚合物包括酸性不穩定的基團。

在操作S620中，藉由反射式光罩讓光化輻射選擇性地曝光光阻層。在一些實施例中，光化輻射是極紫外光。在一些實施例中，反射光罩包括吸收層，具有折射率範圍為約0.87至約1.02、消光係數範圍為約0.065至約0.085、以及厚度範圍為約33.5nm至約35.5nm。在其它的實施例中，吸收層具有折射率範圍為約0.87至約1.02、消光係數範圍為約0.085至約0.105、以及厚度範圍為約25.5nm至約35.5nm。在一些實施例中，在吸收層形成圖案，將用於在光阻塗佈上的基板形成積體電路的圖案。在一些實施例中，在覆蓋於基板上的多個交替堆疊的第一和第二反射層的上方設置吸收層。

在一些實施例中，如本文所解釋的，在一個模擬中設定折射率N為0.95，並且優化消光係數K和吸收層厚度T。在本揭露的其它實施例中，在模擬中同時優化N、K和T。第14A圖、第14B圖和第14C圖繪示根據一個實施例優化EUV光罩的反射率之模擬結果，所述EUV光罩包括設置在3.5nm厚的釕蓋層上方的吸收層，所述釕蓋層設置在超過40對的3.0nm厚的Mo層和4.0nm厚的Si層上方。所述吸收層的厚度在20nm到70nm之間變化、折射率在0.85至1.0之間變化、以及消光係數在0.03至0.08之間變化。第14A圖繪示當折射率與消光係數變化時，厚度為53nm的吸收層之相對應的反射率。第14B圖繪示在消光係數K=0.605處各種折射率下吸收層厚度T相對於反射率的變化。第14C圖繪示在折射率N=0.9445的各種消光係數下吸收層層厚度T與反射率的變化。當吸收層的厚度T為約53nm，折射率N的範圍為約0.944至約0.945，以及消光係數K的範圍為約0.060至約0.061，模擬顯示一最小反射率為2.00×10^-5。

參考第14A圖和第14B圖所討論的EUV光罩之模擬如第15A圖所示，在NK的範圍中決定每個吸收層厚度所對應之最小反射率。如第15A圖的插圖繪示對應於最小反射率的NK值，以及虛線繪示吸收層厚度T在約53nm處的總體最小反射率。第15B圖的表格繪示，與總體反射率最小範圍NKT1=(0.944至0.945、0.060至0.061、51至55)相比，NKT2=(0.944至0.945、0.060至0.061、34.5至38.5)和NKT3=(0.900至0.902、0.060至0.061、30至34)的模擬結果。L/S-V係指垂直的線和間隙(Line/Space)；L/S-H係指水平的線和間隙；以及C/H係指接觸孔。L/S、P26、13k13：係指具有間距26nm之垂直的線和間隙，第一個13(nm)為光罩處的寬度。第二個13(nm)為晶片處的寬度。C/H、P32、17k16：係指具有間距32(nm)的接觸孔，光罩處的寬度為17nm和晶片處的寬度為16nm。總體反射率最小值係為整個曲線的最小值，其中有許多局部最小值

第16A至16H圖以及第17A至17H圖分別繪示針對EUV光罩的模擬優化結果，L/S-V為用於所述EUV光罩垂直方向的圖案以及L/S-H為用於水平方向圖案。第16A圖和第17A圖繪示圖像對數斜率。第16B圖和第17B圖繪示最佳焦點偏移。第16C圖和第17C圖繪示景深。第16D圖和第17D圖繪示光罩誤差放大因子。第16E圖、第16F圖、第16G圖和第16H圖繪示EUV光罩初始參考示例BSL以及示例NKT1、NKT2和NKT3的曝光失焦(exposure defocus)與粗修影像臨界強度(bulk image threshold intensity)，其中對於垂直方向的圖案L/S-V分別為NKT1=(0.944至0.945、0.060至0.061、51至55)。NKT2=(0.944至0.945、0.060至0.061、34.5至38.5)以及NKT3=(0.900至0.902、0.060至0.061、30至34)。第17E圖、第17F圖、第17G圖和第17H圖繪示EUV光罩初始參考示例的曝光失焦與粗修影像臨界強度，其中對於水平方向的圖案L/S-H分別為NKT1=(0.944至0.945、0.060至0.061、53)，NKT2=(0.944至0.945、0.060至0.061、34.5至38.5)和NKT3=(0.900至0.902、0.060至0.061、30至34)。

在一些實施例中，極紫外光光罩包括設置在多對反射層上方的蓋層，以及設置在蓋層上方的圖案化吸收層。在一些實施例中，吸收層具有折射率範圍為約0.895至約0.950。在其他的實施例中，約0.90至約0.945。在一些實施例中，折射率為約0.901。在一些實施例中，折射率為約0.9445。在一些實施例中，吸收層具有消光係數範圍為約0.0600至約0.0610，以及消光係數範圍為約0.0603至約0.0607在其他的實施例中。在一些實施例中，吸收層的消光係數為約0.0605。在一些實施例中，吸收層的厚度範圍為約30nm至約39nm。在其他的實施例中，吸收層的厚度範圍為約50nm至約55nm。在一個實施例中，吸收層的厚度為約31nm至約37nm。在一些實施例中，吸收層的厚度為約32nm。在一些實施例中，吸收層的厚度為約36.5nm。在一些實施例中，吸收層的厚度為約53nm。

本揭露之EUV光罩和其製造方式，藉由降低吸收層的厚度和減少吸收層的反射率提供了減少光罩3D效應的方法。本揭露之EUV光罩和其製造方式改進了EUV微影性能，包括改善了水平垂直偏差、改善了最佳聚焦、以及改善了景深。

本揭露的一個實施例是一種極紫外光光罩，包括一吸收層具有折射率範圍為0.87至1.02、消光係數範圍為0.065至0.085、以及厚度範圍為33.5nm至43.5nm。在一個實施例中，吸收層具有折射率範圍為0.90至1.00。在一個實施例中，吸收層具有0.95的折射率。在一個實施例中，吸收層具有消光係數範圍為0.070至0.080。在一個實施例中，吸收層的消光係數為0.075。在一個實施例中，吸收層具有厚度範圍為39nm至43nm。在一個實施例中，吸收層的厚度為38.5nm。在一個實施例中，吸收層由選自Sn、Ni、Te以及Sn、Ni和Te的合金材料製成。

本揭露的另一個實施例是一種極紫外光光罩，包括吸收層具有折射率範圍為0.87至1.02、消光係數範圍為0.085至0.105、以及厚度範圍為25.5nm至35.5nm。在一個實施例中，吸收層具有折射率範圍0.90至1.00。在一個實施例中，吸收層具有0.95的折射率。在一個實施例中，吸收層具有消光係數範圍為0.090至0.100。在一個實施例中，吸收層的消光係數為0.095。在一個實施例中，吸收層具有厚度範圍為27.5nm至31.5nm。在一個實施例中，吸收層的厚度為30.5nm。

本揭露的另一個實施例是一種極紫外光光罩，包括吸收層具有折射率範圍為0.895至0.950、消光係數範圍為0.0600至0.0610、以及厚度範圍為30nm至39nm或者50nm到55nm。在一個實施例中，厚度範圍為30至34nm。在一個實施例中，厚度範圍為34.5nm至38.5nm。在一個實施例中，厚度範圍為51至55nm。在一個實施例中，吸收層具有折射率範圍為0.944至0.945。在一個實施例中，吸收層具有折射率範圍為0.900至0.902。在一個實施例中，吸收層具有折射率範圍為0.90至0.945的指數，以及具有消光係數為0.0605。在一個實施例中，吸收層具有的0.9445的折射率，且厚度為36.5nm。在一個實施例中，吸收層具有0.901的折射率，且厚度為32nm。在一個實施例中，吸收層的折射率為0.9445，厚度為53nm。

本揭露的另一個實施例是一種製造極紫外光光罩的方法，包括在基板上方形成多個交替堆疊的第一反射層和第二反射層。在所述多個交替堆疊的第一和第二反射層上方形成吸收層。吸收層具有折射率範圍為0.87至1.02、消光係數範圍為0.065至0.085、以及厚度範圍為33.5nm至43.5nm。在一個實施例中，所述方法包括在多個交替堆疊的第一和第二的反射層與吸收層之間形成蓋層。在一個實施例中，蓋層由釕構成。在一個實施例中，多個交替堆疊的第一和第二反射層包括多對鉬層和矽層。在一個實施例中，吸收層具有折射率範圍為0.90至1.00。在一個實施例中，吸收層具有0.95的折射率。在一個實施例中，吸收層具有消光係數範圍為0.070至0.080。在一個實施例中，吸收層具有0.075的消光係數。在一個實施例中，吸收層的厚度為35.5nm至39.5nm。在一個實施例中，吸收層的厚度為38.5nm。在一個實施例中，吸收層由選自Sn、Ni、Te以及Sn、Ni和Te的合金材料製成。

本揭露的另一個實施例是一種製造極紫外光光罩的方法，包括在基板上方形成多個交替堆疊的第一反射層和第二反射層。在所述多個交替堆疊的第一和第二反射的上方形成吸收層。吸收層具有折射率範圍為0.87至1.02、消光係數範圍為0.085至0.105、以及厚度範圍為25.5nm至35.5nm。在一個實施例中，該方法包括在多個交替堆疊的第一和第二反射層和吸收層之間形成蓋層。在一個實施例中，蓋層由釕製成。在一個實施例中，多個交替堆疊的第一和第二反射層包括多對鉬層和矽層。在一個實施例中，吸收層具有折射率範圍為0.90至1.0。在一個實施例中，吸收層具有0.95的折射率。在一個實施例中，吸收層具有消光係數範圍為0.090至0.100。在一個實施例中，吸收層的消光係數為0.095。在一個實施例中，吸收層具有厚度範圍為27.5nm至31.5nm。在一個實施例中，吸收層的厚度為30.5nm。

本揭露的另一個實施例是一種優化極紫外光光罩之吸收層的方法，包括在基板上方形成多個交替堆疊的第一反射層和第二反射層。吸收材料層具有折射率範圍為0.87至1.02、消光係數範圍為0.065至0.085、以及厚度範圍為33.5nm至43.5nm。該吸收材料層在所述多個交替堆疊的第一和第二反射層堆疊上方形成。

本揭露的另一個實施例是一種優化極紫外光光罩之吸收層的方法，包括在基板上方形成多個交替堆疊的第一反射層和第二反射層。選擇一吸收材料層，具有折射率範圍為0.87至1.02，消光係數範圍為0.085至0.105、以及厚度範圍為25.5nm至35.5nm，並且在多個交替堆疊的第一和第二反射層堆疊上方形成吸收材料層。

本揭露的另一實施例是一種製造半導體元件的方法，包括在半導體基板上形成光阻層，以及選擇性地將光阻層暴露於從反射式光罩反射的光化輻射。反射式光罩包括：一吸收層具有折射率範圍為0.87至1.02、消光係數範圍為0.065至0.085、以及厚度範圍為33.5nm至43.5nm。

本揭露的另一實施例是一種製造半導體元件的方法，包括在半導體基板上形成光阻層，以及選擇性地將光阻層暴露於從反射式光罩反射的光化輻射。反射式光罩包括：一吸收層具有折射率範圍為0.87至1.02，消光係數範圍為0.085至0.105、以及厚度範圍為25.5nm至35.5nm。

本揭露的另一實施例是一種製造半導體元件的方法，包括在半導體基板上形成光阻層，以及選擇性地將光阻層暴露於從反射式光罩反射的光化輻射。反射光罩包括：一吸收層具有折射率範圍為0.895至0.950、消光係數範圍為0.0600至0.0610、以及厚度範圍為30nm至39nm或50nm至55nm。

前述內容概述了許多實施例或示例的特徵，使本技術領域中具有通常知識者可以從各方面更佳了解本揭露。本技術領域中具有通常知識者應可理解，且輕易地以本揭露為基礎來設計或修飾其他製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與在此介紹的實施例等相同的優點。本技術領域中具有通常知識者也應理解這些相等的結構並未背離本揭露的發明精神與範圍。在不背離本揭露的發明精神及範圍的情況下，可對本揭露進行各種改變，替換及變更。