TW202117438A - 半色調衰減式相移空白遮罩以及用於極紫外光微影的光罩 - Google Patents
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Abstract
本發明有關一種用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩和光罩，用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩包含：順序地設置於透明基板上的反射膜、覆蓋膜、第一蝕刻終止膜、相移膜、第二蝕刻終止膜以及吸收膜。相移膜具有20%或大於20%的高反射率，如此在晶圓印刷期間改進歸一化圖像對數斜率和遮罩誤差增強因數的特性。
Description
本發明有關用於極紫外（extreme ultraviolet；EUV）微影的相移空白遮罩和光罩，且更具體地說，有關相對於曝光波長具有20%或大於20%的高反射率的用於EUV微影的半色調衰減式相移空白遮罩和光罩以便在晶圓印刷期間改進歸一化圖像對數斜率（normalized image log slope；NILS）和遮罩誤差增強因素（mask error enhancement factor；MEEF）的特性。
最近，用於製造半導體的微影技術從ArF、ArFi以及多重（multiple；MP）微影技術演進為EUV微影技術。EUV微影技術是一種由於製造10奈米或小於10奈米的半導體裝置而引起注目的技術，這是因為EUV微影通過使用13.5奈米的曝光波長來實現解決方案和製程簡化。
另一方面，EUV微影技術可不使用現有折射光學系統，如使用KrF或ArF光的微影，這是因為EUV光由所有材料很好地吸收，且材料在所述波長下的折射率接近1。出於這個原因，在EUV微影中，使用利用反射光學系統的光罩。
空白遮罩是光罩的原材料，且構造成包含基板上的兩個薄膜以形成反射結構：反射EUV光的反射膜和吸收EUV光的吸收膜。另外，空白遮罩可包含保護反射膜的覆蓋膜、用於靜電夾持（e-chucking）的背側導電膜以及類似物。更確切地說，用於EUV的空白遮罩構造成包含由具有低熱膨脹係數的SiO2
-TiO2
類低熱膨脹材料（low thermal expansion material；LTEM）基板上的Mo/Si製成的反射膜、反射膜上的釕（Ru）類覆蓋膜以及覆蓋膜上的鉭（Ta）類吸收膜。以這種方式形成的光罩具有其中吸收膜經過圖案化的形式，且使用通過使用反射膜的反射率與吸收膜的反射率之間相反的差異來在晶圓上形成圖案的原理。
另一方面，近年來，需要開發用於製造10奈米或小於10奈米（確切地說，7奈米或5奈米或小於5奈米，以及在將來3奈米或小於3奈米）的裝置的用於EUV的空白遮罩。因此，需要開發由於空白遮罩對EUV的特性而具有極佳歸一化圖像對數斜率（NILS）和遮罩誤差增強因素（MEEF）的空白遮罩。用於極紫外光微影的現有二進位遮罩具有不良成像性能，這是因為難以在曝光具有32奈米或小於32奈米間距的圖案的邏輯或DRAM裝置時確保2.0或大於2.0的NILS。
[技術問題]
因此，本發明的目標是提供具有歸一化圖像對數斜率（NILS）和遮罩誤差增強因素（MEEF）的極佳特性的用於EUV微影的半色調衰減式相移空白遮罩和光罩。
本發明的另一目標是提供在暗區域（其中吸收膜存在的區域）中具有20%或大於20%且優選地20%到60%的高反射率的用於EUV微影的半色調衰減式相移空白遮罩和光罩。
[技術解決方案]
根據本發明的一方面，用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩包含：順序地設置於透明基板上的反射膜、覆蓋膜、第一蝕刻終止膜、相移膜、第二蝕刻終止膜以及吸收膜。
空白遮罩可更包括設置於吸收膜上的硬遮罩膜。
第一蝕刻終止膜可單獨由矽（Si）製成或由其中氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）、硼（B）以及金屬中的至少一個含於矽（Si）中的化合物製成。
第一蝕刻終止膜可具有1奈米到5奈米的厚度。
相移膜可相對於極紫外曝光波長具有20%或大於20%的反射率。
相移膜可單獨由釕（Ru）製成，由其中氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）以及硼（B）中的至少一個含於釕（Ru）中的化合物製成，或由其中氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）以及硼（B）中的至少一個含於釕（Ru）和鉬（Mo）中的化合物製成。
相移膜可具有10奈米到50奈米的厚度。
第二蝕刻終止膜可由鉻（Cr）製成，或由其中氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）以及硼（B）中的至少一個含於鉻（Cr）中的鉻（Cr）化合物製成。
第二蝕刻終止膜可具有1奈米到10奈米的厚度。
吸收膜可由鉭（Ta）製成或由其中氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）以及硼（B）中的至少一個含於鉭（Ta）中的鉭（Ta）化合物製成。
吸收膜可具有10奈米到50奈米的厚度。
硬遮罩膜可由鉻（Cr）製成或由其中選自氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）以及硼（B）的至少一個含於鉻（Cr）中的鉻（Cr）化合物製成。
根據本發明的另一方面，提供具有以上結構的使用用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩製造的光罩。
[有利效應]
根據本發明，空白遮罩包含具有20%或大於20%且優選地20%到60%的高反射率的相移膜。因此，在晶圓印刷期間改進NILS和MEEF的特性。
圖1是說明根據本發明的實施例的用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩的橫截面圖。
根據本發明的用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩具有反射膜102、含有Ru的覆蓋膜104、第一蝕刻終止膜106、相移膜108、第二蝕刻終止膜110、吸收膜112、硬遮罩膜114以及抗蝕劑膜116順序地堆疊於LTEM透明基板101上的結構，在反射膜102中堆疊40到60層的Mo/Si。
第一蝕刻終止膜106相對於其下安置的含有Ru的覆蓋膜104具有10或大於10的蝕刻選擇性。第一蝕刻終止膜106可單獨由矽（Si）製成或由其中氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）、硼（B）以及金屬中的至少一個含於矽（Si）中的化合物製成，且優選地由至少含有矽（Si）和氮（N）的矽（Si）化合物製成。第一蝕刻終止膜106通過氯（Cl）類蝕刻氣體蝕刻，且當含有氧（O）時，由於一起蝕刻Ru，因此優選地第一蝕刻終止膜106不含有氧（O）。第一蝕刻終止膜106具有1奈米到5奈米且優選地2奈米到4奈米的厚度。當第一蝕刻終止膜106具有5奈米或大於5奈米的厚度時，其中形成最終圖案的相移圖案的反射率減小，且當第一蝕刻終止膜106具有1奈米或小於1奈米的厚度時，第一蝕刻終止膜106難以起蝕刻終止膜的作用。
相移膜108由相對於極紫外曝光波長具有高透射率和簡單相移控制的材料製成。為這個目的，相移膜108單獨含有釕（Ru）或含有其中氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）以及硼（B）中的至少一個含於釕（Ru）中的化合物，且確切地說，優選地含有氮（N）和氧（O）。
另外，相移膜108含有選自含於釕（Ru）中的鉭（Ta）、鈦（Ti）、鈷（Co）、銦（In）、鈮（Nb）、鉬（Mo）、鎳（Ni）以及鉻（Co）的至少一個以減小厚度帶來的遮蔽影響，且可由其中氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）以及硼（B）中的至少一個額外含於材料中的化合物製成。確切地說，相移膜108在材料當中含有鉬（Mo），且優選地由含有氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）以及硼（B）中的至少一個的化合物製成。
相移膜108可形成於單層或兩個或大於兩個層的多層結構中，且可形成於單層或連續層中。
相移膜108相對於極紫外曝光波長具有120°到240°的相移量，且優選地具有190°到240°的相移量。
在形成圖案之後，相移膜108相對於曝光波長具有20%或大於20%的反射率，且優選地具有20%到60%內的反射率。
相移膜108具有10奈米到50奈米且優選地20奈米到40奈米的厚度。
相移膜108通過氟（F）類蝕刻氣體蝕刻。
第二蝕刻終止膜110設置於相移膜108上且相對於含有鉭（Ta）的所形成吸收膜112具有10或大於10的蝕刻選擇性。
第二蝕刻終止膜110可由通過氯（Cl）類氣體蝕刻的材料製成，且確切地說，可由鉻（Cr）製成或由其中氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）以及硼（B）中的至少一個含於鉻（Cr）中的鉻（Cr）化合物製成。第二蝕刻終止膜110優選地通過在鉻（Cr）中包含氧（O）形成。第二蝕刻終止膜110具有1奈米到10奈米、優選地5奈米或小於5奈米且更優選地4奈米或小於4奈米的厚度。
吸收膜112可由鉭（Ta）製成或由其中氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）以及硼（B）中的至少一個含於鉭（Ta）中的鉭（Ta）化合物製成，且確切地說，優選地由TaN、TaBN、TaON以及TaBON中的一個製成。吸收膜112具有10奈米到50奈米且優選地10奈米到40奈米的厚度。
硬遮罩膜114可由鉻（Cr）製成或由其中氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）以及硼（B）中的至少一個含於鉻（Ca）中的鉻（Cr）化合物製成，且確切地說，優選地由其中氧（O）含於至少鉻（Cr）中的化合物製成。
硬遮罩膜114具有1奈米到10奈米且優選地2奈米到5奈米的厚度。
抗蝕劑膜116具有40奈米到150奈米的厚度。
具有以上結構的根據本發明的空白遮罩具備具有20%或大於20%且優選地20%到60%的高反射率的相移膜，如此有可能在晶圓印刷期間確保NILS、遮罩誤差增強因數（MEEF）以及類似物的特性和製程容限。
（實例）
製造用於
EUV
的
高透射率相移空白遮罩
為製造空白遮罩，製備具有控制為30奈米或小於30奈米的總指示讀數（total indicated reading；TIR）且由SiO2
-TiO2
元件製成的具有6英寸 × 6英寸 × 0.25英寸的大小的低熱膨脹材料（LTEM）基板101。
接下來，雖然圖1中未說明，但含有鉻（Cr）作為主要組分的導電膜使用DC磁控管反應性濺鍍設施來形成於LTEM基板101的後表面上。導電膜具有三層結構，其中每一層由CrCON、CrN以及CrCON製成。具體地說，導電膜使用鉻（Cr）靶材，且由CrCON製成的鄰近於基板的後表面的第一層通過注入Ar : N2
: CO2
= 7 sccm : 7 sccm : 7 sccm的氣體且使用1.0千瓦的製程功率以30奈米的厚度形成。其後，具有20奈米的厚度的CrN薄膜的第二層通過將Ar : N2
= 5 sccm : 5 sccm的氣體注入到第一層的CrCON薄膜上且使用1.0千瓦的製程功率形成。隨後，具有10奈米的厚度的CrCON薄膜的第三層通過再次將Ar : N2
: CO2
= 7 sccm : 7 sccm : 7 sccm的氣體注入到第二層的CrN薄膜上且使用1.4千瓦的製程功率形成。因此，完成導電膜的形成。此時，由於使用4點探針測量導電膜的薄層電阻，通過指示55Ω/□的薄層電阻值來確認在利用靜電卡盤的靜電夾持中不存在問題，且指示使用AFM設備在1微米 × 1微米的面積中測量的粗糙度是0.4奈米RMS。
其後，鉬（Mo）層和矽（Si）層通過使用離子束沉積低缺陷密度（下文稱為‘IBD-LDD’）設備各自交替地形成於LTEM基板101的前表面上以具有4.8奈米的厚度和2.2奈米的厚度，且因此，形成其中堆疊40層的Mo/Si的反射膜102。由於使用EUV反射計測量反射膜102的反射率，因此指示反射率在13.5奈米的波長下是67.8%。由於使用原子力顯微鏡（atomic force microscopy；AFM）設備測量反射膜102的表面粗糙度，因此指示表面粗糙度是0.12奈米RMS，且當EUV曝光光從反射膜102反射時，可確認由於表面粗糙度而發生較少漫反射。另外，由於使用超平坦裝置測量具有142平方毫米的面積的反射膜102的總指示讀數，因此指示TIR值是54奈米，且當認為LTEM基板101的TIR值是45奈米時，可確認由於反射膜而存在圖案位置的極小扭曲。
覆蓋膜104通過使用IBD LDD設備在反射膜102上堆疊2.5奈米的厚度的釕（Ru）層形成。由於在形成覆蓋膜104之後以與反射膜102中相同的方式測量反射率，反射率在13.5奈米的波長下是65.8%，如此確認與反射膜102的反射率值67.8%相比較在反射率中存在極小改變。另外，由於以相同方式測量表面粗糙度和總指示讀數，指示表面粗糙度值是0.13奈米RMS，其展示與反射膜102的表面粗糙度值相比較存在極小改變。TIR值還是54奈米，且因此，確認不變。
由SiN製成的第一蝕刻終止膜106通過使用摻雜有硼（B）的矽（Si）靶材、注入Ar : N2
= 5 sccm : 3 sccm的氣體且使用0.6千瓦的製程功率來形成於覆蓋膜104上以具有3.5奈米的厚度。
相移膜108通過使用Ru靶材且使用10 sccm的Ar氣體和0.4千瓦的製程功率來形成於第一蝕刻終止膜106上以具有39奈米的厚度。由於在形成相移膜108之後測量反射率，指示反射率在13.5奈米的波長下是33.2%。
第二蝕刻終止膜110通過使用Cr靶材、注入Ar : N2
: NO = 5 sccm : 5 sccm : 5 sccm的氣體且使用0.6千瓦的製程功率來形成於相移膜108上以具有4奈米的厚度。
由TaN製成的吸收膜112通過使用Ta靶材、注入Ar : N2
= 9 sccm : 1 sccm的氣體和0.6千瓦的製程功率來形成於第二蝕刻終止膜110上以具有30奈米的厚度。由於測量吸收膜112上在13.5奈米下的反射率，指示反射率是1.1%，且確認在吸收膜的作用上不存在問題。
硬遮罩膜114通過使用Cr靶材、注入Ar : N2
: NO = 5 sccm : 3 sccm : 5 sccm的氣體且使用0.6千瓦的製程功率來形成於吸收膜112上以具有4奈米的厚度。
在硬遮罩膜114上旋轉塗布80奈米的厚度的用於電子束的抗蝕劑膜116，且因此，製造用於EUV的空白遮罩100。
上文，本發明已通過本發明的實施例特別加以描述，但這僅用於說明和解釋本發明的目的，且並不用於限制在申請專利範圍中描述的本發明的含義或範圍。因此，本發明的技術領域中的普通技術人員可理解各種修改且等效的其它實施例根據實施例是可能的。因此，本發明的實際技術範圍將由申請專利範圍的精神定義。
100:空白遮罩
101:低熱膨脹材料（LTEM）透明基板
102:反射膜
104:覆蓋膜
106:第一蝕刻終止膜
108:相移膜
110:第二蝕刻終止膜
112:吸收膜
114:硬遮罩膜
116:抗蝕劑膜
圖1是說明根據本發明的用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩的橫截面圖。
100:空白遮罩
101:低熱膨脹材料(LTEM)透明基板
102:反射膜
104:覆蓋膜
106:第一蝕刻終止膜
108:相移膜
110:第二蝕刻終止膜
112:吸收膜
114:硬遮罩膜
116:抗蝕劑膜
Claims (13)
- 一種用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩，包括： 反射膜、覆蓋膜、第一蝕刻終止膜、相移膜、第二蝕刻終止膜以及吸收膜，順序地設置於透明基板上。
- 如請求項1所述的用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩，更包括： 硬遮罩膜，設置於所述吸收膜上。
- 如請求項1所述的用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩，其中所述第一蝕刻終止膜單獨由矽（Si）製成或由其中氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）、硼（B）以及金屬中的至少一個含於矽（Si）中的化合物製成。
- 如請求項1所述的用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩，其中所述第一蝕刻終止膜具有1奈米到5奈米的厚度。
- 如請求項1所述的用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩，其中所述相移膜相對於極紫外曝光波長具有20%或大於20%的反射率。
- 如請求項1所述的用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩，其中所述相移膜單獨由釕（Ru）製成、由其中氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）以及硼（B）中的至少一個含於釕（Ru）中的化合物製成、或由其中氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）以及硼（B）中的至少一個含於釕（Ru）和鉬（Mo）中的化合物製成。
- 如請求項1所述的用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩，其中所述相移膜具有10奈米到50奈米的厚度。
- 如請求項1所述的用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩，其中所述第二蝕刻終止膜由鉻（Cr）製成或由其中氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）以及硼（B）中的至少一個含於鉻（Cr）中的鉻（Cr）化合物製成。
- 如請求項1所述的用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩，其中所述第二蝕刻終止膜具有1奈米到10奈米的厚度。
- 如請求項1所述的用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩，其中所述吸收膜由鉭（Ta）製成或由其中氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）以及硼（B）中的至少一個含於鉭（Ta）中的鉭（Ta）化合物製成。
- 如請求項1所述的用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩，其中所述吸收膜具有10奈米到50奈米的厚度。
- 如請求項2所述的用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩，其中所述硬遮罩膜由鉻（Cr）製成或由其中選自氧（O）、氮（N）、碳（C）、氫（H）以及硼（B）的至少一個含於鉻（Cr）中的鉻（Cr）化合物製成。
- 一種光罩，使用如請求項1至請求項12中任一項所述的用於極紫外光微影的半色調衰減式相移空白遮罩製造。
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