TWI465841B - 光罩與其製備方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於製作與最佳化光罩，更特別關於以光罩上的蓋層形成自鈍化氫化層，以抑制光罩表面的霧化缺陷或離子缺陷成長。上述蓋層可用以製作光罩，比如雙光強度光罩(BIM)、交替式相位移光罩(alt.PSM)、與細線相位移光罩(att.PSM)。
半導體積體電路(IC)產業呈指數成長，而每一代的IC也應材料與設計的技術進步而越來越小且越來越複雜。新一代的IC具有較大的功能密度(比如固定晶片面積中的內連線元件數目)，與較小的尺寸(比如製程形成的最小構件或連線)。製程尺寸縮小往往有利於增加製程效率並降低相關成本，但亦增加製程複雜度。然而製程尺寸縮小的優點顯而易見，因此需要更小的IC製程。
舉例來說，對更高解析度的微影製程之需求仍在成長中。多種改善解析度的微影技術中，其中一者採用雙光強度光罩(BIM)或相位移光罩(PSM)。相位移光罩通常包含交替式相位移光罩(alt.PSM)與細線相位移光罩(att.PSM)。相位移光罩的缺點為霧狀缺陷，與光罩上的霧狀結晶成長缺陷。上述缺陷為波長450nm至13nm的高能曝光中所造成的光引發缺陷。舉例來說，高能曝光可為248nm之深紫外線(DUV)微影製程，或13nm之極紫外線(EUV)微影製程。霧狀缺陷需要重複化學清潔製程，這會增加IC製程週期的
時間與成本。綜上所述，目前亟需新的改良方法減少光罩上的霧化缺陷。
本發明一實施例提供一種光罩，包括：低熱膨脹材料基板；圖案化不透明層位於低熱膨脹材料基板上；圖案化蓋層位於圖案化不透明層上，以及將一蓋層沉積在低熱膨脹材料基板下作為保護層，其中圖案化蓋層包括過渡金屬材料以抑制霧化缺陷成長。
本發明一實施例提供一種光罩的製備方法，包括：沉積不透明層於低熱膨脹材料基板上；沉積蓋層於不透明層上，其中蓋層包括材料以抑制霧化缺陷成長於光罩之表面上；沉積虛置硬遮罩層於蓋層上；圖案化虛置硬遮罩層；依圖案化之虛置硬遮罩層圖案化蓋層與不透明層；以及將蓋層材料沉積於低熱膨脹材料基板下，以抑制霧化缺陷生成。
本發明一實施例提供一種光罩，用以抑制霧化缺陷成長，包括：低熱膨脹材料基板；圖案化不透明層位於低熱膨脹材料基板上；圖案化蓋層位於圖案化不透明層上，以及蓋層位於低熱膨脹基板下。
本發明提供多個不同實施例或實例，以實施多種實施例中的不同特徵。下述元件與組合的特定實例係用以簡化本發明，僅用以舉例而非侷限本發明。舉例來說，形成第
一結構於第二構上的敘述，包括第一與第二結構直接接觸或隔有額外結構的情況。此外，本發明之多個實例可重複採用相同標號以簡化說明，但具有相同標號的元件並不必然具有相同的對應關係。
如第1圖所示，為本發明一或多個實施例中的微影系統100。微影系統100包含照明光源102、多個照明光學儀器104、光罩106、多個投影光學儀器108、與目標110如半導體晶圓。然而，上述系統可包含或省略某些組合或元件。在此實施例中，照明光源102包含提供電磁波的光源，而電磁波之波長範圍介於紫外線(UV)至極紫外線(EUV)。舉例來說，水銀燈可提供紫外線波長如G線(436nm)與I線(365nm)，而激子雷射可提供深紫外線波長如248nm、193nm、157nm與13.5nm。照明光學儀器104係用以將射線束導至光罩106。光罩106可為相位移光罩(PSM)如交替式相位移光罩(alt.PSM)與細線相位移光罩(att.PSM)，上述光罩將詳述於後。光罩106可置於倍縮光罩(reticle)站點上。投影光學儀器108將收集自光罩106反射的電磁射線束(即圖案化之射線束)。投影光學儀器108可為反射式，並包含放大鏡片以縮小用以曝光目標110之圖案影像。投影光學儀器108亦將圖案化射線導至目標110。目標110包含對光射線敏感的光敏層如光阻。目標108係固定於目標基板站點。目標基板站點可控制目標基板位置，使倍縮光罩的影像得以重複地(或其他可行的微影方法)轉移至目標基板上。上述微影系統100或部份的微影系統100，可進一步包含額外物件如真空系統及/或冷卻系統。
微影系統100可處於濕式(浸潤)或乾式的環境下。微影表面如光罩106表面、目標110表面、及/或照明光學儀器104與投影光學儀器108的表面易受缺陷與殘留物影響。上述缺陷包含霧化、結晶成長、離子殘留物、與氧化物生成。對採用相位移光罩(PSM)如交替式相位移光罩(alt.PSM)與細線相位移光罩(att.PSM)，與短波長及高雷射射線能量的進階微影技術而言，霧化缺陷的問題更嚴重。藉由重複濕式清潔與檢測可清除光罩的霧化缺陷，但會增加IC製程周期的時間與成本。在下述內容中，將蓋層置於光罩上。在某些實施例中，蓋層材料可與離子殘留物反應，形成自鈍化氫化蓋層以抑制霧化缺陷成長於光罩表面上。
第2圖係本發明一實施例中，形成自鈍化氫化蓋層於光罩106上，以抑制霧化缺陷成長的方法200。在其他實施例中，可在方法200之前、之中、或之後進行額外步驟，或取代甚至省略方法200中的某些步驟。此外，某些步驟可與其他步驟同時進行。方法200的起始步驟202提供超低熱膨脹材料作為基板。步驟204依序沉積不透明層、蓋層、與硬遮罩層於基板上，以形成空白光罩。若光罩為反射式，則必需先沉積反射層於基板上，再沉積不透明層於反射層上。反射層可為Mo/Si、C/Si、Sr/Si、Al/Si、B/Si、Sc/Si、V/Si、B/Si。若光罩為穿透式，則不需沉積上述反射層。空白光罩之低熱膨脹材料基板下可沉積蓋層材料以抑制霧化缺陷。位於低熱膨脹材料基板上下兩側之蓋層材料選擇類似。步驟206沉積合適的光阻於透明遮罩上，並依積體電路元件(或晶片)某一層的設計，圖案化光阻層。步驟208
以蝕刻製程選擇性地移除硬遮罩層，並露出蓋層的上表面。步驟210剝除光阻層，而圖案化硬遮罩層符合前述的元件設計。步驟212依圖案化硬遮罩層蝕刻蓋層與不透明層，以露出基板上表面。步驟214形成自鈍化氫化蓋層光罩，即完成抑制霧化缺陷成長的結構。以方法200形成之光罩將配合第3至8圖敘述如下。
第3圖係進行第2圖之步驟204後，形成的空白光罩300。空白光罩300可製作自鈍化氫化蓋層光罩，以抑制霧化缺陷成長。空白光罩300包含基板302，其材質可為燻二氧化矽、燻石英、氟化鈣、碳化矽、黑鑽、氧化矽-氧化鈦合金、及/或其他已知的合適低熱膨脹材料。基板302之表面及主體需具高精純等級，以避免光線在穿過最後完成的光罩時，被基板302中的雜質折射或反射。
空白光罩300還包括沉積於基板302上的不透明層304。不透明層304可完全吸收入射光。在此實施例中，不透明層304包含多種材料如MoSi、TaON、及/或其他合適材料。不透明層304沉積於基板302上的方法可為濺鍍、化學氣相沉積法(CVD)、物理氣相沉積法(PVD)、雷射沉積、及/或原子層沉積法(ALD)。
接著沉積蓋層306於不透明層304上與基板302下。蓋層306可與離子殘留物反應成為自形成表面改質層，可在微影製程中或之後抑制霧化缺陷或離子缺陷成長。在此實施例中，蓋層306包含多種材料如氧化金屬化合物(MOx
)、氮化金屬化合物(MNx
)、或氮氧化金屬化合物(MOx
Ny
)，上述M包含矽、鉭、銥、釕、鉿、鋨、或其他
過渡金屬。在此實施例中，蓋層306之結晶態介於非晶至細晶結構之間。沉積蓋層306於不透明層304上之方法可為濺鍍、CVD、PVD、雷射沉積、離子束濺鍍、及/或ALD。
接著沉積硬遮罩層308於蓋層306上。硬遮罩層308為虛置層，除了可將圖案轉移至蓋層306與不透明層304以外，還可在蝕刻部份蓋層306及/或不透明層304時保護其他部份的蓋層306及/或不透明層304。硬遮罩層308之材質包括鉻、氮化鉻、氧化鉻、或氮氧化鉻。沉積硬遮罩層308於蓋層306上的方法可為濺鍍、CVD、PVD、雷射沉積、及/或ALD。
第4至8圖將對第3圖的空白光罩300進行製程並形成原子級的自鈍化氫化蓋層，以抑制霧化缺陷成長。
如第4圖所示，沉積光阻層402於空白光罩300的硬遮罩層308上。光阻層可為正型或負型光阻，其形成方法可依據多種塗佈工具旋轉塗佈於硬遮罩層308上。
如第5圖所示，圖案化光阻層402以形成設計佈局。一般而言，在光阻層420上寫入圖案的方法包括光罩寫入技術如電子束寫入、離子束寫入、或光微影製程如雙光強度微影或相位移光微影。
如第6及7圖所示，以電漿蝕刻或濕式蝕刻將圖案化之光阻層402的設計佈局，轉移至硬遮罩層308。蓋層306本身可抵抗上述蝕刻製程，或另外包含蝕刻停止層於其上。在蝕刻製程後，將依設計佈局露出蓋層306之表面。接著以光阻剝除機、電漿、或濕式清除法剝除光阻層402。
如第8圖所示，依圖案化的硬遮罩層308進行乾式蝕
刻或濕式蝕刻，移除露出的蓋層306與其下方的不透明層304，並露出其下方的基板308。上述蝕刻將停止於基板302。接著進行濕式清除法剝除圖案化的硬遮罩層308，以形成最終光罩，其中圖案化的蓋層306與不透明層304符合設計佈局。此實施例製作之雙光強度光罩或相位移光罩可應用於第1圖所示之微影系統100。
第8圖所示者為所謂的穿透式光罩。如前所述，先沉積反射層於基板上，再沉積不透明層於反射層上，之後進行後續製程則可形成反射式光罩。第9圖所示之反射式光罩與第8圖所示之穿透式光罩，差別僅在於第9圖多了反射層303夾設於基板302與不透明層304之間。
當習知光罩照射介於350nm之紫外光藍線至13.5nm之極紫外線之間的高能射線時，光罩之Mo-Si基板將釋放出氮，且氮與質子反應形成的NH4 +
與NH3
在黏附至Mo-Si氧化表面後，會進一步與清潔製程殘留的SO4 2-
反應，最後形成霧化缺陷或離子結晶成長缺陷。MoO2
與NH4 +
之間的鍵結能量高於SiO2
與NH4 +
之間的鍵結能量，這將使光學吸收層比基板區域更易形成霧化缺陷。本發明的光罩可避免霧化缺陷，其機制如下述。
在此實施例中，在高能射線曝光光罩時，可形成原子等級的氫化鈍化層於光罩表面上。環境中過剩的氫或來自NH4 +
或NH3
的氫官能離子，將被表面吸收並進行表面鈍化反應如下：H+
+NH4 +
→ 接觸自由基離子對+NH3
(g)+H2
(g)
舉例來說，當光罩的蓋層306包含氮化鉭或氧化鉭
時，此實施例之化學反應如下：NH4 +
+TaO(表面)+光能 → TaO：H(表面鈍化層)+NH3
(g)
NH4 +
+TaN(表面)+光能 → TaN：H(表面鈍化層)+NH3
(g)
將氫封端於吸收表面可降低懸浮鍵密度與表面能，進而抑制離子間作用力活性。
如此一來，本發明提供一種不同的光罩如相位移光罩。在一實施例中，光罩包含低熱膨脹材料基板；圖案化不透明層位於低熱膨脹材料基板上；圖案化蓋層位於圖案化不透明層上，以及蓋層位於低熱膨脹材料基板下。圖案化蓋層與蓋層包括過渡金屬材料以抑制霧化缺陷。蓋層包含金屬氧化物、金屬氮化物、或金屬氮氧化物。
本發明亦提供不同的方法以形成光罩。在一實施例中，光罩的製備方法包括沉積不透明層於低熱膨脹材料基板上，與沉積蓋層於不透明層上。蓋層材料可抑制霧化缺陷成長於該光罩之表面上。上述方法亦沉積虛置硬遮罩層於蓋層上，圖案化虛置硬遮罩層，依圖案化之虛置硬遮罩層圖案化蓋層與不透明層，以及將蓋層材料沉積於低熱膨脹材料基板下，以抑制霧化缺陷生成。
在另一實施例中，形成光罩的方法包括沉積不透明層於低熱膨脹材料基板上，沉積蓋層於不透明層上，與沉積硬遮罩層於蓋層上。接著以微影與蝕刻製程圖案化硬遮罩層。上述方法亦包含依圖案化之硬遮罩層進行第一蝕刻與剝除製程以圖案化蓋層與不透明層，以第二蝕刻製程移除
圖案化之硬遮罩層，以及將蓋層材料沉積於低熱膨脹材料基板下，以抑制霧化缺陷生成。蓋層材料可與微影環境中的氫化化合物反應，形成氫化鍵結於蓋層表面上。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧微影系統
102‧‧‧照明光源
104‧‧‧照明光學儀器
106‧‧‧光罩
108‧‧‧投影光學儀器
110‧‧‧目標
200‧‧‧方法
202、204、206、208、210、212、214‧‧‧步驟
300‧‧‧空白光罩
302‧‧‧基板
303‧‧‧反射層
304‧‧‧不透明層
306‧‧‧蓋層
308‧‧‧硬遮罩層
402‧‧‧光阻層
第1圖係本發明一或多個實施例中，微影系統的方塊圖；第2圖係本發明多個實施例中，形成光罩的流程圖；第3至8圖係依據第2圖之方法，形成穿透式光罩的製程剖視圖；以及第9圖係本發明一實施例中，反射式光罩之剖視圖。
300‧‧‧空白光罩
302‧‧‧基板
304‧‧‧不透明層
306‧‧‧蓋層
Claims (15)
- 一種光罩，包括：一低熱膨脹材料基板；一圖案化不透明層位於該低熱膨脹材料基板上；一圖案化蓋層位於該圖案化不透明層上；以及一蓋層位於該低熱膨脹材料基板下，其中該圖案化蓋層與該蓋層包括一過渡金屬材料以抑制霧化缺陷成長。
- 如申請專利範圍第1項所述之光罩，係一穿透式光罩。
- 如申請專利範圍第1項所述之光罩，更包括一反射層夾設於該圖案化不透明層與該低熱膨脹材料基板之間，且該反射層包括Mo/Si、C/Si、Sr/Si、Al/Si、B/Si、Sc/Si、V/Si、B/Si。
- 如申請專利範圍第3項所述之光罩，係一反射式光罩。
- 如申請專利範圍第1項所述之光罩，其中該低熱膨脹材料基板係擇自下列群組中一或多者：石英、矽、碳化矽、氟化鈣、及氧化矽-氧化鈦合金，且該圖案化不透明層係擇自下列群組中一或多者：MoSi、TaON、及TaN。
- 如申請專利範圍第1項所述之光罩，其中該圖案化蓋層與該蓋層包括一氧化金屬化合物(MOx )、一氮化金屬化合物(MNx )、或一氮氧化金屬化合物(MOx Ny )，其中M係擇自下列群組：矽、鉭、銥、釕、鉿、及鋨。
- 如申請專利範圍第1項所述之光罩，其中該圖案化蓋層之結晶態介於非晶至細晶結構之間。
- 一種光罩的製備方法，包括：沉積一不透明層於一低熱膨脹材料基板上；沉積一蓋層於該不透明層上，其中該蓋層包括一材料以抑制霧化缺陷成長於該光罩之表面上；沉積一虛置硬遮罩層於該蓋層上；圖案化該虛置硬遮罩層；依圖案化之該虛置硬遮罩層，圖案化該蓋層與該不透明層；以及將一蓋層材料沉積於該低熱膨脹材料基板下，以抑制霧化缺陷生成。
- 如申請專利範圍第8項所述之光罩的製備方法，更包括形成一反射層於該不透明層與該低熱膨脹材料基板之間。
- 如申請專利範圍第8項所述之光罩的製備方法，其中該不透明層包括MoSi、TaON、TaN、或上述之組合，且沉積該不透明層於該低熱膨脹材料基板上的方法包括濺鍍沉積、化學氣相沉積、物理氣相沉積、雷射沉積、或原子層沉積。
- 如申請專利範圍第8項所述之光罩的製備方法，其中沉積於該不透明層上的該蓋層與沉積於該低熱膨脹材料基板下的該蓋層材料包括氧化金屬化合物(MOx )、氮化金屬化合物(MNx )、或氮氧化金屬化合物(MOx Ny )，其中M包括矽、鉭、銥、釕、鉿、鋨、或其他過渡金屬，且沉積該蓋層於該不透明層上的方法包括濺鍍沉積、化學氣相沉積、物理氣相沉積、雷射沉積、或原子層沉積。
- 如申請專利範圍第8項所述之光罩的製備方法，其中該虛置硬遮罩層包括鉻、氮化鉻、氧化鉻、氮氧化鉻、或上述之組合，且沉積該硬遮罩層於該蓋層上的方法包括濺鍍沉積、化學氣相沉積、物理氣相沉積、雷射沉積、或原子層沉積。
- 一種光罩，用以抑制霧化缺陷成長，包括：一低熱膨脹材料基板；一圖案化不透明層位於該低熱膨脹材料基板上；一圖案化蓋層位於該圖案化不透明層上；以及一蓋層位於該低熱膨脹材料基板下。
- 如申請專利範圍第13項所述之光罩，更包括一反射層夾設於該圖案化不透明層與該低熱膨脹材料基板之間。
- 如申請專利範圍第13項所述之光罩，其中該圖案化蓋層與該蓋層包括一過渡金屬材料以抑制霧化缺陷成長。
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