TW202314372A - 用於極紫外光之反射式空白罩幕以及光罩 - Google Patents
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Abstract
本揭露提供一種用於EUV的空白罩幕以及光罩，包含：
基板；反射膜，堆疊於基板上；以及吸收膜，堆疊於反射膜上。吸收膜由最上層及最上層下方的多個層構成。最上層含有Ta及O。多個層含有Ta，且經組態以使得N含量向上增加。因此，使吸收膜的圖案的CD偏差最小化。
Description
本揭露是關於一種用於極紫外光(在下文中，EUV(extreme ultraviolet；EUV))的空白罩幕，所述空白罩幕使用用於半導體製造中的極紫外光作為曝光光。
為了改良半導體電路圖案，實行使用13.5奈米極紫外光(EUV)作為曝光光。在用於使用EUV在基板上形成電路圖案的光罩的情況下，主要使用反射曝光光且將反射的曝光光輻照至晶圓的反射式光罩。圖1是示出用於製造反射式光罩的反射式空白罩幕的實例的圖式。
如圖1中所示出，用於EUV的反射式空白罩幕經組態以包含：基板102；反射膜104，形成於基板102上；吸收膜106，形成於反射膜104上；以及光阻膜108，形成於吸收膜106上。反射膜104形成於其中例如由Mo材料製成的鉬(Mo)層及由Si材料製成的聚矽氧(Si)層交替地堆疊數十次的結構中且用以反射入射的曝光光。吸收膜106通常具有由TaBN材料製成的下部層106a及由TaBON材料製成的上部層106b的二層結構，且用以吸收入射的曝光光。光阻膜108用於將吸收膜106圖案化。在將吸
收膜106圖案化成預定形狀時，將空白罩幕製造為光罩，且入射於光罩上的EUV曝光光根據吸收膜106的圖案吸收或反射且隨後輻照至半導體晶圓上。
圖2及圖3為示出藉由將使用圖1的空白罩幕製造的光罩中的吸收膜106圖案化所獲得的吸收膜的一個圖案的圖式(在圖2及圖3中，圖1的吸收膜106的每一層106a及層106b的圖案藉由與層106a及層106b相同的附圖標記指示)。
如圖2中所示出，藉由使用光阻膜108的圖案蝕刻吸收膜106製造的吸收膜106a及吸收膜106b的圖案在其側面處傾斜。此是因為吸收膜106暴露於蝕刻氣體的時間朝向吸收膜106的頂部增加。隨著傾斜增加，吸收膜106a及吸收膜106b的圖案的下部層106a的下部部分的厚度t1變得大於其上部部分的厚度t2。另外，基腳在下部層106b下方形成。由於此現象，出現與所設計的臨界尺寸(critical dimension；CD)的差異，且因此，由光罩製造的電路圖案的準確度降低。
為了解決基腳問題，已提出一種快速組態圖1的空白罩幕中的吸收膜106的下部層106a的蝕刻速率的方法。然而，如圖3中所示出，在下部層106a的蝕刻速率較高時，偏斜出現在下部層106a上方，亦即，在下部層106a的與上部層106b接觸的部分處。由於此現象，罩幕圖案的影像對比度減小，且由光罩製造的電路圖案的準確度減小。因此，需要一種使吸收膜的圖案的輪廓豎垂直的方法。
本揭露提供一種能夠使吸收膜的圖案的CD偏差最小化的用於EUV的空白罩幕。
根據本揭露的實施例，用於EUV的空白罩幕包含：基板；反射膜，形成於基板上；以及吸收膜，形成於反射膜上，其中吸收膜由最上層及最上層下方的多個層構成，且多個層含有Ta且經組態以使得N含量向上增加。
多個層可包含形成於反射膜上的第一層及形成於第一層上的第二層。
第一層及第二層中的每一者可具有1奈米至50奈米的厚度。
吸收膜可另外含有Pt、Ni、Cr、Mo、V、Ag、Sb、Bi、Co、Sn、Te、Zr、Si、Nb、Pd、Zn、Al、Mn、Cd、Se、Cu、Hf以及W中的一或多者。
吸收膜可另外含有C、B以及H中的一或多者。
第一層可經組態以具有比第二層厚的厚度。第二層可具有1奈米至5奈米的厚度，且第一層及第二層的厚度的總和可為40奈米或大於40奈米。第一層可具有Ta：N=60原子%：40原子%至100原子%：0原子%的比率，且第二層可具有Ta：N=59原子%：41原子%至90原子%：10原子%的比率。第二層可經組態以使得N含量比第一層的N含量高1原子%至20原子%。
第二層可經組態以具有比第一層厚的厚度。第一層可具有5奈米或大於5奈米的厚度，且第一層及第二層的厚度的總和可為40奈米或大於40奈米。第一層可具有Ta：N=61原子%：39原子%至100原子%：0原子%的比率，且第二層可具有Ta：N=60
原子%：40原子%至99原子%：1原子%的比率。第二層可經組態以使得N含量比第一層的N含量高1原子%至20原子%。
最上層可含有氧(O)，且多個層不可含有氧(O)。最上層可具有2奈米至5奈米的厚度。最上層對多個層可具有5或大於5的蝕刻選擇性。
反射膜可具有其中Mo層與Si層交替配置的結構。
導電膜可形成於基板的背面上。
根據本揭露的另一實施例，提供一種使用如上文所描述地組態的空白罩幕製造的光罩。
根據本揭露，提供一種能夠使吸收膜的圖案的CD偏差最小化的用於EUV的空白罩幕。
102、202:基板
104、204:反射膜
106、206:吸收膜
106a:下部層
106b:上部層
108、208:光阻膜
201:導電膜
204a:Mo層
204b:Si層
205:封蓋膜
206a、306a、406a:第一層
206b、306b、406b:第二層
206c:第三層
t1、t2:厚度
本揭露的某些實施例的上文及其他態樣、特徵以及優點將自結合隨附圖式進行的以下描述更明顯。
圖1是示意性地示出用於EUV的習知通用反射式空白罩幕的結構的圖式。
圖2及圖3是示出使用圖1的空白罩幕製造的光罩的吸收膜的圖案的圖式。
圖4是示出根據本揭露的用於EUV的反射式空白罩幕的結構的圖式。
圖5是示出根據圖4的第一修改的用於EUV的反射式空白罩幕的結構的圖式。
圖6是示出根據圖4的第二修改的用於EUV的反射式空白罩
幕的結構的圖式。
在下文中，已經由本揭露的結構參考隨附圖式具體地描述本揭露，但此結構僅用於示出及解釋本揭露的目，且不用於限制申請專利範圍中所描述的本揭露的含義或範疇。因此，本揭露的技術領域中具有通常知識者可理解，根據實施例，各種修改及等效的其他實施例是可能的。因此，本揭露的實際技術範疇將由所附申請專利範圍的精神限定。
圖4是示出根據本揭露的用於EUV的反射式空白罩幕的結構的圖式。
根據本揭露的用於EUV的反射式空白罩幕包含：基板202；反射膜204，形成於基板202上；吸收膜206，形成於反射膜204上；以及光阻膜208，形成於吸收膜206上。另外，本揭露的空白罩幕更包含形成於基板202的背面上的導電膜201及形成於反射膜204與吸收膜206之間的封蓋膜205。
基板202是用於使用EUV曝光光的反射式空白罩幕的玻璃基板且經組態為具有介於0±1.0×10-7/℃且較佳地0±0.3×10-7/℃的範圍內的低熱膨脹係數的低熱膨脹材料(low thermal expansion material；LTEM)基板以防止在曝光期間由於熱量及應力而引起的圖案的變形。作為基板202的材料，可使用SiO2-TiO2類玻璃、多成分玻璃陶瓷或其類似者。
基板202需要較高平坦度以提高在曝光期間反射光的準確度。平坦度由總指示讀數(total indicated reading；TIR)值表
示，且較佳地，基板202具有低TIR值。基板202的平坦度在132平方毫米的面積內或在142平方毫米的面積內是100奈米或小於100奈米且較佳地是50奈米或小於50奈米。
反射膜204具有反射EUV曝光光的功能，且具有多層結構，所述多層結構的每一層具有不同折射率。具體而言，反射膜204藉由使由Mo材料製成的Mo層204a及由Si材料製成的Si層204b交替地堆疊40次至60次來形成。反射膜204在13.5奈米的波長處需要較高反射性以提高影像對比度，且反射膜的反射強度根據曝光光的入射角及每一層的厚度而變化。舉例而言，當曝光光的入射角是5度至6度時，較佳地，Mo層及Si層分別具有2.8奈米及4.2奈米的厚度，但當由於應用高數值孔徑(numerical aperture；NA)方法的透鏡的放大而將入射角加寬至8度至14度時，Mo層204a可經形成為2奈米至4奈米的厚度，且Si層204b可經形成以具有3奈米至5奈米的厚度，以具有針對入射角最佳化的反射強度。
反射膜204相對於13.5奈米的EUV曝光光具有65%或大於65%的反射率。
反射膜204經組態以使得表面TIR的值為1,000奈米或小於1,000奈米，較佳地為500奈米或小於500奈米，且更佳地為300奈米或小於300奈米。當反射膜204的表面平坦度不佳時，誤差在反射EUV曝光光的位置中出現，且由於位置誤差較高，所以臨界尺寸(CD)的位置誤差出現。
反射膜204的表面粗糙度為0.5奈米Ra或小於0.5奈米Ra，較佳地為0.3奈米Ra或小於0.3奈米Ra且更佳地為0.1奈米
Ra或小於0.1奈米Ra，以抑制EUV曝光光的擴散式反射。
封蓋膜205形成於反射膜204上，且用以在用於將吸收膜206圖案化的乾式蝕刻製程或清潔製程期間保護其下方的反射膜204。封蓋膜104由含有Ru的材料製成。
吸收膜206形成於封蓋膜205上且用以吸收曝光光。具體而言，吸收膜206相對於波長為13.5奈米的EUV曝光光具有10%或小於10%的反射率，且較佳地具有1%至8%的反射率，且因此吸收大部分曝光光。吸收膜206針對波長為13.5奈米的EUV曝光光較佳地具有0.03或大於0.03的消光係數(k)。吸收膜206具有55奈米或小於55奈米的厚度。
吸收膜206由多個層構成。在圖4的實施例中，吸收膜206由構成最上層的第三層206c及第三層206c下方的多個層構成。第三層206c下方的多個層由第一層206a及第二層206b構成。第一層206a形成於反射膜204上，且第二層206b形成於第一層206a上。在圖4的實施例中，吸收膜206由三個層構成，但可由四個或大於四個層構成。另外，每一層可由具有不同組成物或不同組成物比率的多個子層構成。另外，在此實施例及以下實施例中，諸如第一層、第二層以及第三層的層不意謂每一層由單層構成，且包含每一層由多個子層構成或每一層由組成物比率連續改變的連續膜型層構成的實例。另外，在以下描述中，例如，多個層的氮含量向上增加的描述包含一個層中的每一子層的氮含量向上增加或減小或相同的所有情況。相同情況適用於本發明的申請專利範圍且應被解釋。
吸收膜206由含有Ta的材料製成。另外，吸收膜206可
由另外含有以下中的一或多者的材料製成：Pt、Ni、Cr、Mo、V、Ag、Sb、Bi、Co、Sn、Te、Zr、Si、Nb、Pd、Zn、Al、Mn、Cd、Se、Cu、Hf以及W。
吸收膜206由含有氮(N)的材料製成。此時，構成吸收膜206的多個層206a、層206b以及層206c(特定言之，第一層206a及第二層206b)經組態以使得氮(N)含量向上增加。因此，第二層206b中的N含量大於第一層206a的N含量。當N包含於Ta中時，在用氯類氣體(諸如Cl2、SiCl4以及CHCl3)蝕刻期間，蝕刻速率隨著N含量減少而增加。因此，第一層206a具有比第二層206b高的蝕刻速率。因此，當將吸收膜206圖案化時，圖案的傾斜變得接近於豎直，因此防止第一層206a的圖案的寬度變得大於第二層206b的圖案的寬度。因此，減小CD偏差。同時，吸收膜206的層206a至層206c中的每一者可另外含有碳(C)、硼(B)以及氫(H)中的一或多者。
在另一方面，作為吸收膜206的最上層的第三層206c含有氧(O)，且除第三層206c以外的其他層經組態以不含O。第三層206c可能不含N。當O含於Ta材料中時，第三層206c由諸如F2、SF6以及CF4的氟類氣體經蝕刻，且因此第三層206c對其下方的層206b及層206a具有蝕刻選擇性。較佳地，第三層206c與其下方的層206b及層206a相比具有5或大於5的蝕刻選擇性，且更佳地具有10或大於10的蝕刻選擇性。
因為第三層206c的蝕刻材料與其下方的層206b及層206a的蝕刻材料不同，所以吸收膜206經由針對第三層206c的第一蝕刻製程及針對第二層206b及第一層206a的第二蝕刻製程的
二步驟蝕刻製程蝕刻。光阻膜208在使用光阻膜208的圖案蝕刻吸收膜206時逐漸損壞，因此光阻膜208通常可能不執行用於蝕刻吸收膜206的蝕刻罩幕的功能。為了防止此情況發生，當形成厚光阻膜208時，光阻膜208的圖案的準確度降低，此引起吸收膜206的圖案的準確度降低。因此，在本揭露中，首先使用光阻膜208的圖案蝕刻吸收膜206的第三層206c以形成吸收膜206的第三層206c的圖案，且藉由使用吸收膜206的第三層206c的圖案連同光阻膜208的圖案作為蝕刻罩幕來蝕刻吸收膜206的第二層206b及第一層206a。當第三層206c充當如上文所描述的蝕刻罩幕時，可能薄薄地形成光阻膜208，由此增加吸收膜206的圖案的準確度。第三層206c可藉由對其上部部分執行諸如HMDS處理的表面處理來改良對光阻膜208的黏著力。
第一層206a及第二層206b可各自具有1奈米至50奈米的厚度。另外，第三層206c充當如上文所描述的蝕刻罩幕，且因此形成為具有2奈米至5奈米的厚度，所述第三層206c比第一層206a及第二層206b薄。當第三層206c的厚度是2奈米或小於2奈米時，第三層206c難以充當蝕刻罩幕，且當第三層206c的厚度是5奈米或大於5奈米時，存在使吸收膜206整體厚度增厚以確保所要光學性質的問題。
吸收膜206的第三層206c較佳地由具有50原子%至90原子%的氧(O)含量的Ta化合物製成。當O含量是50原子%或小於50原子%時，難以確保對第三層206c下方的TaN材料的較高蝕刻選擇性，且蝕刻速率在氟類蝕刻期間可減小，從而引起殘餘膜的形成。此後，當用氯類氣體蝕刻下部層206b及下部層206a
時，存在顯著地減小蝕刻速率的問題。
光阻膜208由化學增幅型光阻(chemically amplified resist；CAR)製成。光阻膜208具有150奈米或小於150奈米且較佳地100奈米或小於100奈米的厚度。
導電膜201形成於基板102的背面上。導電膜201具有較低片電阻值以用以改良電子夾盤與用於EUV的空白罩幕之間的黏著力，且防止由於與電子夾盤的摩擦而產生粒子。導電膜201具有100Ω/□或小於100Ω/□、較佳地50Ω/□或小於50Ω/□且更佳地20Ω/□或小於20Ω/□的片電阻。導電膜201可經組態呈單個膜、連續膜或多層膜的形式。導電膜201可由例如Cr作為主要成分製成，且在導電膜201由二層的多層膜構成時，下部層可含有Cr及N，且上部層可含有Cr、N以及O。
根據上文組態，因為吸收膜206的第一層206a及第二層206b的氮含量向上增加，所以蝕刻速率向下增加。因此，吸收膜206的傾斜變得陡峭且CD偏差減小。
另外，因為吸收膜206的第三層206c相對於其下方的層206a及層206b具有蝕刻選擇性，所以第三層206c充當其下方的層206a及層206b的蝕刻罩幕。因此，可能形成更精確的圖案。
圖5是示出根據圖4的第一修改的用於EUV的反射式空白罩幕的結構的圖式，且是僅示出吸收膜的第一層306a及第二層306b的圖式。在圖5中，省略除吸收膜的第一層306a及第二層306b外的組態，且省略部分具有與圖4中所示出的實施例相同的組態。
在此修改中，第一層306a具有比第二層306b厚的厚度。
第一層306a及第二層306b經組態以使得其厚度的總和是40奈米或大於40奈米。當厚度的總和是40奈米或小於40奈米時，難以確保所要反射率。
第一層306a具有Ta：N=60原子%：40原子%至100原子%：0原子%的比率。當第一層306a的Ta含量時是60原子%或小於60原子%，難以確保用於EUV曝光光的低反射率。
第二層306b具有Ta：N=59原子%：41原子%至90原子%：10原子%的比率。第二層306b較佳地經組態以使得N含量比第一層306a的N含量高1原子%至20原子%。第二層306b具有1奈米至5奈米的厚度。當第二層306b具有1奈米或小於1奈米的厚度，N含量的增加與第一層306a相比是1原子%或小於1原子%，或Ta是90%或大於90%時，對吸收膜的側蝕的CD校正是困難的。另外，當第二層206b與第一層306a相比具有20原子%或大於20原子%的N增加或41原子%或大於41原子%N的組成物時，圖案輪廓在蝕刻吸收膜時由於低蝕刻速率而劣化。
根據此組態，如上文所描述，可改良吸收膜的圖案的傾斜特性，且可另外改良吸收膜的側面的偏斜。
圖6是示出根據圖4的第二修改的用於EUV的反射式空白罩幕的結構的圖式，且是僅示出吸收膜的第一層406a及第二層406b的圖式。在圖5中，省略除吸收膜的第一層406a及第二層406b外的組態，且省略部分具有與圖4中所示出的實施例相同的組態。
在此修改中，第二層406b具有比第一層406a厚的厚度。在此情況下，第一層406a及第二層406b較佳地經組態以使得其
厚度的總和是40奈米或大於40奈米。當厚度的總和是40奈米或小於40奈米時，難以確保所要反射率。另外，第一層406a具有5奈米或大於5奈米的厚度。當第一層406a的厚度是5奈米或小於5奈米時，難以改善基腳。
第一層406a具有Ta：N=61原子%：39原子%至100原子%：0原子%的比率。當第一層406a的Ta含量是60原子%或小於60原子%時，難以確保用於EUV曝光光的低反射率，且因為N含量是40原子%或大於40原子%，所以由於低蝕刻速率而難以改良基腳。
第二層406b具有Ta：N=60原子%：40原子%至99原子%：1原子%的比率。第二層406b較佳地經組態以使得N含量比第一層406a的N含量高1原子%至20原子%。當第一層405a與第二層406b之間的N含量的差值是1原子%或小於1原子%時，難以改良基腳。當第二層406b具有60原子%或小於60原子%的Ta含量時，難以確保所要反射率。
根據此組態，如上文所描述，可能改良吸收膜的圖案的傾斜特性且防止基腳(特定言之，在第一層406a中)出現。
在下文中，將描述本揭露的具體實施實例。
在用於EUV的空白罩幕中，具有主要由Cr製成的下部層及上部層的二層結構的導電膜201使用DC磁控管反應性濺鍍設備形成於SiO2-TiO2類透明基板202的背面上。上部導電膜及下部兩者使用Cr目標形成，且下部層的導電膜藉由注入Ar：N2=5標準立方公分/分鐘：5標準立方公分/分鐘作為處理氣體且使用1.4千瓦的製程功率由CrN膜構成。作為使用XRR設備來量測導電膜
的下部層的厚度的結果，導電膜的下部層量測為具有51.0奈米的厚度。上部層的導電膜由藉由注入Ar：N2：NO=7標準立方公分/分鐘：7標準立方公分/分鐘：7標準立方公分/分鐘作為處理氣體且使用1.4千瓦的製程功率由CrON膜構成。作為使用XRR設備來量測導電膜的上部層的厚度的結果，導電膜的上部層量測為具有15.0奈米的厚度。作為使用4點探針來量測導電膜201的片電阻的結果，藉由展示22.6Ω/□的片電阻值，確認在與電靜態夾盤接合時不存在問題且在用作導電膜時不存在問題。
40層的反射膜204藉由將Mo層及Si層交替地堆疊在基板202的整個表面上形成，導電膜201形成於所述基板202上。在將Mo目標、Si目標、B4C目標以及C目標安裝在沈積設備上之後，反射膜204藉由在Ar氣體氛圍中依序形成Mo層、B4C層、Si層以及C層來形成。
具體而言，反射膜204是藉由將形成為2.8奈米的Mo層、形成為0.5奈米的B4C層、形成為4.2奈米的Si層以及形成為0.5奈米的C層的四個層的40個循環作為一個循環重複形成而形成的，將且反射膜204的最終表面形成為除C層之外的Si層以抑制表面氧化。
作為在13.5奈米下使用EUV反射計設備來量測反射膜的反射率的結果，反射率為66.2%，且隨後作為使用AFM設備量測表面粗糙度的結果，表面粗糙度為0.125奈米Ra。
具有2.5奈米的厚度且由Ru製成的封蓋膜205在氮氣氛圍中藉由使用沈積設備及使用Ru目標形成於反射膜204上。在形成封蓋膜205之後，由於以與反射膜204相同的方式量測反射率，
13.5奈米的波長處的反射率為65.8%。
具有第一層206a、第二層206b以及第三層206c的三層結構的吸收膜206藉由使用沈積設備形成於封蓋膜205上。具體而言，吸收膜206的第一層206a使用Ta目標藉由注入Ar：N2=9標準立方公分/分鐘：1標準立方公分/分鐘作為處理氣體且使用0.62千瓦的製程功率形成於封蓋膜205上。作為使用XRR設備來量測第一層206a的厚度的結果，第一層206a量測為具有47.1奈米的厚度。第二層206b使用相同目標藉由注入Ar：N2=9標準立方公分/分鐘：5標準立方公分/分鐘作為處理氣體且使用0.62千瓦的製程功率形成於第一層206a上。作為量測第二層206b的厚度的結果，第二層206b量測為具有5.0奈米的厚度。此後，由TaON膜構成的第三層206c使用相同目標藉由注入Ar：N2：O2=3標準立方公分/分鐘：20標準立方公分/分鐘：4.5標準立方公分/分鐘的處理氣體及0.62千瓦的製程功率形成於第二層206b上。作為量測第三層206c的厚度的結果，第三層206c量測為具有2.5奈米的厚度。
此後，作為使用俄歇電子能譜(auger electron spectroscopy；AES)設備檢查吸收膜206的組成物比率的結果，在第一層206a中，Ta含量為85.9%且N含量為14.1%，並且在第二層206b中，Ta含量為62.0%且N含量為38.2%。在第三層206c的情況下，Ta含量為9.2%，N含量為13.8%，且O含量為77.0%。
形成於上文製程中的吸收膜206的總厚度為54.6奈米，13.5奈米的波長處的反射率為3.0%，且相移為179度。經由調整吸收膜206的成膜條件，將上文結果判定為可控制在1%至10%的
反射率及170度至190度的相位差的範圍內的位準。
此後，將光阻膜208旋塗在吸收膜206上至80奈米的厚度以完成用於EUV的空白罩幕的製造。
201:導電膜
202:基板
204:反射膜
204a:Mo層
204b:Si層
205:罩蓋封蓋膜
206:吸收膜
206a:第一層
206b:第二層
206c:第三層
208:光阻膜
Claims (4)
- 一種用於極紫外光的空白罩幕，包括：基板；反射膜，形成於所述基板上；以及吸收膜，形成於所述反射膜上，其中所述吸收膜由最上層及所述最上層下方的多個層構成，且所述多個層含有Ta，且經組態以使得N含量向上增加；其中所述多個層包含形成於所述反射膜上的第一層及形成於所述第一層上的第二層；以及其中所述第二層比所述第一層厚。
- 如請求項1所述的用於極紫外光的空白罩幕，其中所述第一層具有5奈米或大於5奈米的厚度，且所述第一層及所述第二層的厚度的總和是40奈米或大於40奈米。
- 如請求項1所述的用於極紫外光的空白罩幕，其中所述第一層具有Ta：N=61原子%：39原子%至100原子%：0原子%的比率，且所述第二層具有Ta：N=60原子%：40原子%至99原子%：1原子%的比率。
- 如請求項3所述的用於極紫外光的空白罩幕，其中所述第二層經組態以使得所述N含量比所述第一層的N含量高1原子%至20原子%。
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