TW202119136A - 多層反射器及其製造和圖案化之方法 - Google Patents
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Abstract
茲揭露極紫外（EUV）硬遮罩及其製造之方法。EUV硬遮罩包含基板、在基板上交替反射層的多層堆疊、及在多層堆疊上的光阻層。交替反射層包含矽及非金屬。亦揭露傳送圖案至基板之方法。
Description
本揭露案大致關於EUV多層反射器及製造EUV反射器之方法。在具體實施例中，多層反射器，製造EUV反射器之方法及以減少的EUV劑量傳送圖案至基板。
光刻技術使用光或電磁輻射的其他波長在半導體設備的製作中用以傳送圖案（例如，電路圖案）至晶圓。光通過或反射離開界定圖案的遮罩。來自遮罩的光投射圖案的影像至晶圓上。晶圓以稱為光阻或阻劑的光敏感材料的層塗佈，而當暴露至光時經歷化學反應。在暴露之後，烘烤且顯影阻劑，留下覆蓋阻劑的晶圓表面的區域及暴露的補償區域。
可靠產生次微米及較小特徵為半導體設備的非常大規模整合（VLSI）及超大規模整合（ULSI）的一個關鍵需求。然而，隨著電路技術的持續小型化，電路特徵的尺寸及間距的維度，例如內部連接，在處理能力上具有額外需求。多級別內部連接需要高深寬比特徵的精確成像及放置，例如貫孔及其他內部連接。需要可靠形成此等內部連接以達成設備及內部連接密度的進一步增加。用以形成各種內部連接及其他半導體特徵的一個處理使用EUV（極紫外）光刻。傳統EUV圖案化使用多層堆疊，其中光阻在硬遮罩的頂部上圖案化。一般的硬遮罩材料為旋塗矽抗反射塗佈（SiARC）及沉積的氮氧化矽（SiON）。
處理EUV光刻大致採用大量的暴露時間且需要大量的能量。光刻系統的解析度及效率可藉由耦合至光阻中的光的量而影響。在光刻中使用的光阻材料的光學吸收度隨著波長的減少而增加，特別在~13.5nm的波長的極紫外（EUV）中。舉例而言，各個EUV光子承載如ArF光子的十四倍的能量，且因此對於EUV光刻，更少的光子能夠催化在阻劑中阻劑極性的改變。結果，當光阻為厚的（＞100 nm）時，更少光到達下層基板（在EUV中~50%）。然而，對於較薄光阻，大幅減少吸收度。接續地，大量的入射EUV光子將未被吸收。在光阻及下層基板之間的折射率不匹配的減少亦減少從基板回到光阻的反射。淨效應為浪費的光子。為了增加處理產量，已發展新的高效能光阻材料。然而，意圖提供替代選擇及處理方法，而允許對EUV光刻減少劑量時間及/或降低劑量能量。
本揭露案的一或更多實施例導向一種物件，包含基板；在基板上的多層反射器堆疊，包含矽的第一反射層及非金屬的第二反射層的交替層；及在多層反射器堆疊上的光阻層。在一或更多實施例中，多層反測器堆疊反射EUV輻射，舉例而言，在13.5nm的波長下。在一或更多實施例中，物件包含EUV硬遮罩。
本揭露案的額外實施例導向一種製造物件之方法，舉例而言，EUV硬遮罩。方法包含在基板上形成多層反射器堆疊，多層反射器堆疊包含矽的第一反射層及非金屬的第二反射層的交替層；及在多層反射器堆疊上形成光阻層。
本揭露案的進一步實施例導向一種用於傳送圖案至基板之方法，舉例而言，半導體基板，方法包含在基板的表面上方施加多層反測器，多層反射器包含矽及非金屬的交替反射層；施加光阻至多層反射器堆疊的表面；及引導極紫外能量朝向光阻。
在說明本揭露案的數個範例實施例之前，應理解本揭露案並非限於在以下說明中提及的構造或處理步驟之細節。本揭露案含有其他實施例，且能夠以各種方式實施或執行。
此處所使用的「水平」一詞界定為平行於平面或基板的表面的平面，而不論其定向。「垂直」一詞代表正交於如剛剛界定的水平之方向。例如「上方」、「下方」、「底部」、「頂部」、「側面」（如「側壁」）、「更高」、「更低」、「上部」、「上面」及「下方」的詞彙如圖式中所顯示關於水平平面而界定。
「上」一詞指示在元件之間具有直接接觸。「直接於其上」一詞指示元件之間具有直接接觸而不具有介入的元件。
本領域中技藝人士將理解例如用以說明處理區域的「第一」及「第二」的序數的使用並非暗示在處理腔室之中的具體地點，或在處理腔室之中的其他暴露物。
如此說明書及隨附請求項中所使用，「基板」一詞代表在其上作用處理的表面，或表面之部分。本領域中技藝人士將理解對基板的參考可代表僅基板之部分，除非上下文另外清楚指示。此外，對基板上沉積的參考意味著裸基板及具有沉積或形成於其上的一或更多膜或特徵的基板兩者。
根據一或更多實施例，提供包括多層反測器的EUV硬遮罩及其製作之方法。實施例提供多層反射器及增加對阻劑吸收度可取得的EUV光子之方法，而不會對阻劑本身造成任何改變。在一或更多實施例中，EUV光刻藉由將極複雜的阻劑化學改變從等式除去而簡化。換句話說，根據一或更多實施例揭露的多層反射器可應用至許多商業上可取得EUV阻劑，包括化學放大的阻劑（CAR）及無機阻劑兩者。
根據一或更多實施例，「基板」代表任何基板或形成於基板上的材料表面，於製作處理期間在其上實行膜處理。除了在基板本身的表面上直接處理膜之外，在一或更多實施例中，所揭露的任何膜處理步驟亦可如以下更詳細揭露地在形成於基板下層上實行，且「基板表面」一詞意圖包括如上下文指示的此下層。因此，舉例而言，當膜/層或部分的膜/層已沉積至基板表面上時，新沉積的膜/層的暴露的表面變成基板表面。
EUV光刻大致需要大量的暴露時間，且使用大量的能量。本揭露案的某些實施例有利地提供方法及多層以減少EUV光刻所需的能量及/或暴露時間。本揭露案的一或更多實施例提供多層及用於產生多層之方法，而當藉由EUV輻射激發時提供充足的二次電子。
光刻可使用各種頻率的電磁輻射實行。從圖案化遮罩傳輸的輻射可耦合至晶圓上的光阻材料中。光阻的暴露的部分遭受化學反應，例如藉由正阻劑中的光脂化或負阻劑中的聚合。耦合至光阻的能量的量（光子）可影響系統產量、圖案傳送及解析度。
因為當在界面的各側上材料之間存在不匹配的折射率時界面處發生反射，所以在深度UV（DUV）光刻反射器中形成的頂部及底部阻劑界面可為如此地強，使得可在阻劑中建立突出的駐波。且光子可在隨著光進入光阻的第一通過中吸收，且可在隨著光子從基板表面反射的第二通過中吸收。為了強化解析度及關鍵維度（CD）控制，在DUV光刻中可藉由使用抗反射硬遮罩（底部ARCS）最小化駐波，以在界面處控制反射率。
然而，在EUV頻率下，例如13.5nm，由於兩個原因駐波不會成為問題。第一，從阻劑-基板界面具有非常少的反射，因為材料折射率的真實部分靠近1。缺乏反射意味著僅在EUV光子通過阻劑的單一通過期間於EUV光刻系統中的光阻的層中發生能量吸收。第二，在駐波中最大及鄰接最小之間的垂直距離為波長的四分之一，而在EUV的情況中為非常小的，且實質上小於通常酸擴散長度。酸擴散在後續光阻處理步驟中可消除駐波。
在EUV光刻中通常使用的阻劑材料具有高的能量吸收度。結果，許多EUV能量在阻劑的上部部分中吸收。與在EUV中缺乏反射一起，在EUV頻率下阻劑的高吸收度導致阻劑的下部部分接收少量的EUV能量。此舉接續可在產生阻劑圖案中的垂直側壁中造成問題；阻劑的頂部比底部接收更多的能量，所以在正阻劑中，通道（在顯影步驟之後將清潔的面積）的頂部將比底部更寬。相反地，在負阻劑中，通道的頂部將比底部更窄。
此等非所欲的結果可例如藉由重新引導某些能量到達光阻的下部表面回到光阻中而減少。在一或更多實施例中，提供硬遮罩，包含以矽及非金屬的交替層組成的多層反射器堆疊。非金屬的範例包括碳、磷、硫、硒，及碳、磷、硫及硒之一或更多者的結合。
現參照第1圖，硬遮罩120的範例實施例包含基板128、多層反射器堆疊122及光阻層124。多層反射器堆疊122包含矽的第一反射層130及如以上提供的非金屬的第二反射層132。第一反射層130及第二反射層132如第1圖中所顯示以交替堆疊安排。
在一或更多實施例中，基板128包含通常在光刻中使用的基板材料。取決於應用，基板材料的範例包括矽、氧化矽、應變矽、絕緣體上矽（SOI）、碳摻雜的氧化矽、非晶矽、摻雜的矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石，及任何其他材料，例如金屬、金屬氮化物、金屬合金，及其他導電材料。基板包括但非限於半導體晶圓。半島挺晶圓之範例包含包含半導體材料，例如矽（Si）、碳（C）、鍺（Ge）、矽鍺（SiGe）、砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）、砷化銦鎵（InGaAs）、砷化鋁銦（InAlAs）、其他半導體材料，或其結合。在一實施例中，基板為絕緣體上半導體（SOI）基板。
基板可暴露至預處置處理，以拋光、蝕刻、還原、氧化、羥化、退火、UV固化、e束固化及/或烘烤基板表面。
在一或更多實施例中，第一反射層130及第二反射層132具有用於極紫外光的不類似光學常數。當交替的第一反射層130及第二反射層132的厚度週期為極紫外光的波長的一半時，交替的第一反射層130及第二反射層132提供共振反射。在一或更多實施例中，對於在13.5nm的波長下的極紫外光，交替的第一反射層130及第二反射層132具有6.9nm的結合的厚度。
在一或更多實施例中，第二反射層包含非金屬材料，具有在13.5nm下小於1的折射率。非金屬之範例包括碳、磷、硫、硒，及碳、磷、硫及硒之一或更多者的結合。
在具體實施例中，第一反射層為矽且第二反射層為碳。在一或更多實施例中，第二反射層為非晶類鑽石碳，在13.5nm的波長下具有小於0.97且大於0.90的折射率，例如在從0.91至0.95之範圍中，例如在從0.92至0.94之範圍中。在一或更多實施例中，第二反射層為非晶類鑽石碳，具有大於百分之40的sp3
混層的碳原子的含量，及在13.5nm的波長下大於0.9且小於0.97的折射率。此非晶類鑽石碳之範例在美國專利申請公開案第US20180354804號中說明。
交替的第一反射層130及第二反射層132的多層反射器堆疊122可以各種方式形成。在一實施例中，交替的第一反射層130及第二反射層132藉由磁控濺射、離子濺射系統、脈衝雷射沉積、陰極電弧沉積或其結合而形成。
在圖示的實施例中，多層反射器堆疊122使用物理氣相沉積技術形成，例如磁控濺射。在一實施例中，多層反射器堆疊122的交替的第一反射層130及第二反射層132具有藉由磁控濺射技術形成的特徵，包括精確厚度、低粗糙度及層之間清潔的界面。在一實施例中，交替的第一反射層130及第二反射層132。
使用物理氣相沉積技術形成的多層反射器堆疊122的交替的第一反射層130及第二反射層132的物理維度可精確地控制以增加反射率。在一實施例中，矽的第一反射層130具有4.1nm的厚度。第二反射層132，例如非金屬層，具有2.8nm的厚度。層的厚度主宰極紫外反射元件的波峰反射率波長。若層的厚度不正確，則可減少在13.53nm的所欲波長下的反射率。
第2圖顯示用於各種反射層配對的反射率。如第2圖中所顯示，Si/非金屬多層堆疊（例如，Si/C）的反射率可藉由調整層的數量來調節。
在一或更多實施例中，光阻層124包含通常在EUV光刻中使用的阻劑材料。舉例而言，光阻層124可包含化學放大的阻劑（CAR）或無機阻劑。光阻層124在某些實施例中包含對相對低劑量的啟動能量反應的化學放大的阻劑。舉例而言，光阻層可包含任何數量的化學放大的阻劑，例如含有光酸產生劑的N-第三丁氧羰基（t-BOC）保護的PMMA阻劑。
在一或更多實施例中，光阻具有在從約10nm至約60nm之範圍的厚度，從約10nm至約55nm，從約10nm至約50nm，從約10nm至約45nm，從約10nm至約40nm，從約10nm至約35nm，從約10nm至約30nm，從約10nm至約20nm，從約20nm至約60nm，從約20nm至約50nm，從約20nm至約40nm或從約20nm至約30nm。
現參照第3圖，根據一或更多實施例，已發現當光阻的厚度在上述的範圍中，多層反射器堆疊包含交替的Si/非金屬層，例如交替的Si/C層時，達到＞10%的EUV劑量減少，甚至具有20%及更低的中等反射率。在第3圖中，假設5µm-1
的光阻吸收度。根據一或更多實施例，藉由增強Si/C多層反射器的反射率，其可藉由緊密化碳膜而達成，而可顯著達成更大的劑量減少。
第4圖顯示分別以15、20及40的Si-C配對組成反射器而以碳膜密度為函數的反射率。根據一或更多實施例，可藉由對類鑽石非晶碳提升具有sp3
混層的碳原子的含量大於百分之40作成高密度碳膜。因此，根據本揭露案的態樣，製造物件之方法包括多層反射器堆疊，包括形成碳層作為Si/C交替層多層反射器堆疊之部分的步驟，其中調整碳層的密度以改變多層反射器堆疊的反射率。根據一或更多實施例的碳的密度在從1g/cm3
至3.5g/cm3
之範圍中變化。在某些實施例中，增加碳層的密度以強化反射率。在某些實施例中，碳包含非晶碳具有大於百分之40的sp3
混層的碳原子的含量的非晶碳。在某些實施例中，非晶碳在13.5nm的波長下具有在從0.92至0.97的範圍中的折射率。已發現由以上方式提供Si/C多層可減少EUV劑量大於約10%。
本揭露案的另一態樣關於製作物件之方法，舉例而言，EUV硬遮罩，且某些實施例包含圖案化基板。參照第5圖，方法的範例實施例包含在210處，於基板上形成多層反射器堆疊，多層反射器堆疊包含矽的第一反射層及非金屬的第二反射層的交替層。在220處，方法包括在多層堆疊上形成光阻。光阻層可具有根據以上所述任何實施例的屬性。多層反射器堆疊可具有以上所數的任何特徵。
在一或更多實施例中，方法200可包括在光阻230中界定圖案。圖案化光阻可藉由本領域中技藝人士已知的任何適合的光刻處理來完成。在某些實施例中，圖案化光阻包含將光阻暴露至圖案的EUV輻射源及顯影劑。顯影劑可移除光阻的部分以暴露中間層之部分。在某些實施例中，光阻為負性光阻，且顯影劑移除未暴露至輻射源之光阻的部分。在某些實施例中，光阻為正性光阻，且顯影劑移除已暴露至輻射源之光阻的部分。
某些實施例的光阻包含有機光阻或金屬氧化物光阻之一或更多者。在某些實施例中，有機阻劑包含有機光阻，亦稱為化學放大的阻劑（CAR）。在某些實施例中，光阻包含金屬氧化物光阻。在某些實施例中，金屬氧化物包含金屬原子及以下一或更多者：碳（C）、氫（H）、氧（O）或氮（N）。
在240處，清潔阻劑，其中任何殘留物在清潔處理中移除，以形成圖案化的光阻。在250處，圖案化硬遮罩。
在一或更多實施例中，用於傳送圖案至基板之方法，舉例而言，半導體基板，方法包含在基板的表面上方施加包含矽及非金屬的交替反射層的多層反測器堆疊，施加光阻至多層反射器堆疊的表面，及引導極紫外能量朝向光阻。在方法的某些實施例中，第二反射層選自以下構成之群組：碳、磷、硫、硒及其結合。在方法的某些實施例中，第二反射層具有小於1的折射率。在方法的某些實施例中，第二反射層為碳，舉例而言，非晶碳，且作為具體範例，非晶碳具有大於百分之40的sp3
混層的碳原子的含量。在某些實施例中，非晶碳在13.5nm的波長下具有在從0.92至0.97範圍中的折射率。在某些實施例中，光阻層具有在從10nm至約60nm之範圍中的厚度，或以上提供的任何範圍。
此說明書全篇參照「一個實施例」、「某些實施例」、「一或更多實施例」或「一實施例」意味著與實施例連接說明的特定特徵、結構、材料或特性包括在本揭露案的至少一個實施例中。因此，在此說明書全篇各處例如「在一或更多實施例中」、「在某些實施例中」、「在一個實施例中」或「在一實施例中」的詞句的出現並非必須代表本揭露案的相同實施例。再者，在一或更多實施例中可以任何適合的方式結合特定特徵、結構、材料或特性。
儘管此處的揭露案已參考特定實施例說明，應理解此等實施例僅為原理之圖示及本揭露案之應用。本領域中技藝人士將理解可對本揭露案的方法及裝置作成各種修改及改變而不會悖離本揭露案的精神及範疇。因此，本揭露案意圖包括在隨附請求項及其均等的範疇之中的修改及改變。
120:硬遮罩
122:多層反射器堆疊
124:光阻層
128:基板
130:第一反射層
132:第二反射層
200:方法
210~250:步驟
以此方式可詳細理解本揭露案以上所載之特徵，以上簡要概述的本揭露案的更特定說明可藉由參考實施例而獲得，某些實施例圖示於隨附圖式中。然而，應理解隨附圖式僅圖示本揭露案的通常實施例，且不應考量為其範疇之限制，因為本揭露案認可其他均等效果的實施例。
第1圖根據本揭露案的實施例，概要圖示硬遮罩；
第2圖顯示交替的Si/Mo及Si/C反射層配對的多層堆疊的反射率；作為配對數量的函數；
第3圖藉由從10%至65%的反射率的反射器，以光阻厚度的函數顯示估計的劑量減少；
第4圖分別對15、20及40的Si-C配對的反射器以碳膜密度的函數顯示反射率；及
第5圖根據本揭露案的實施例，顯示晶圓處理流程的範例。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
120:硬遮罩
122:多層反射器堆疊
124:光阻層
128:基板
130:第一反射層
132:第二反射層
Claims (20)
- 一種物件，包含： 一基板； 在該基板上的一多層反射器堆疊，包含矽的一第一反射層及一非金屬的一第二反射層的交替層；及 一光阻層，在該多層反射器堆疊上。
- 如請求項1所述之物件，其中該第二反射層係選自以下構成之群組：碳、磷、硫、硒及其結合。
- 如請求項1所述之物件，其中該物件包含一EUV硬遮罩且該多層反射器堆疊反射EUV輻射。
- 如請求項2所述之物件，其中該第二反射層具有小於1的一折射率。
- 如請求項4所述之物件，其中該第二反射層為碳。
- 如請求項5所述之物件，其中該第二反射層為非晶碳。
- 如請求項6所述之物件，其中該非晶碳具有大於百分之40的sp3 混層的碳原子的一含量。
- 如請求項5所述之物件，其中該非晶碳在13.5nm的一波長下具有在從0.92至0.97之一範圍中的一折射率。
- 如請求項8所述之物件，其中該光阻層具有在從10nm至約60nm之一範圍中的一厚度。
- 一種製造一極紫外（EUV）硬遮罩之方法，包含以下步驟： 在該基板上形成一多層反射器堆疊，該多層反射器堆疊包含矽的一第一反射層及一非金屬的一第二反射層的交替層；及 在該多層反射器堆疊上形成一光阻層。
- 如請求項10所述之方法，其中該第二反射層係選自以下構成之群組：碳、磷、硫及其結合。
- 如請求項11所述之方法，其中該第二反射層具有小於1的一折射率。
- 如請求項12所述之方法，其中該第二反射層為非晶碳。
- 如請求項13所述之方法，其中該非晶碳包含大於百分之40的sp3 混層的碳原子的一含量。
- 如請求項14所述之方法，其中該非晶碳在13.5nm的一波長下具有在從0.92至0.97之一範圍中的一折射率。
- 如請求項15所述之方法，其中該光阻層具有在從10nm至約60nm之一範圍中的一厚度。
- 一種用於傳送一圖案至一基板之方法，該方法包含以下步驟： 施加一多層反射器堆疊，該多層反射器堆疊包含矽的一第一反射層及一非金屬的一第二反射層的交替層； 施加一光阻至該多層反射器堆疊的一表面上；及 引導極紫外能量朝向該光阻。
- 如請求項17所述之方法，其中該第二反射層係選自以下構成之群組：碳、磷、硫、硒及其結合。
- 如請求項18所述之方法，其中該第二反射層具有小於1的一折射率。
- 如請求項19所述之方法，其中該第二反射層為碳。
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