TWI588594B - 在微影設備中使用之圖案化裝置及製造及使用該圖案化裝置之方法 - Google Patents

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TWI588594B
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法蘭克 阿諾迪斯 佑翰納斯 馬麗亞 爵森
端孚 徐
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Ａｓｍｌ荷蘭公司
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Description

在微影設備中使用之圖案化裝置及製造及使用該圖案化裝置之方法
本發明係關於在微影設備中使用之圖案化裝置。本發明進一步係關於製造及使用此等圖案化裝置之方法，且係關於藉由此等方法製造之裝置。本發明進一步係關於一種供此等圖案化裝置之設計及製造中使用的電腦程式產品。
微影設備為將所要圖案施加至基板上(通常施加至基板之目標部分上)之機器。微影設備可用於(例如)積體電路(IC)製造中。在彼情況下，圖案化裝置(其替代地被稱作光罩或比例光罩)可用以產生待形成於IC之個別層上之電路圖案。可將此圖案轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包含晶粒之部分、一個晶粒或若干晶粒)上。通常經由成像至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上而進行圖案之轉印。一般而言，單一基板將含有經順次地圖案化之鄰近目標部分之網路。微影被廣泛地認為是在IC以及其他裝置及/或結構之製造中之關鍵步驟中的一者。
為了縮減最小可印刷大小，可使用具有短波長之輻射來執行成像。因此，已提議使用提供在(例如)13奈米至14奈米之範圍內之EUV 輻射的EUV輻射源。已進一步提議可使用具有小於10奈米(例如，在5奈米至10奈米之範圍內，諸如6.7奈米或6.8奈米)之波長之EUV輻射。此輻射被稱為極紫外線輻射或軟x射線輻射。
用於調節及聚焦EUV輻射之光學組件傾向於有損耗，且許多輻射在光學系統中損耗。另外，可用EUV輻射源在功率方面受限。因此，抗蝕劑材料中之高對比度影像之產生保持有挑戰性。在良好對比度所需之輻射劑量與商用生產率所需之曝光速度之間存在取捨。因此，常常更有經濟效應的是藉由在習知(DUV)微影設備中之多個曝光產生裝置特徵，而非在EUV微影設備中之單一曝光產生裝置特徵。然而，隨著所要裝置特徵繼續收縮，對EUV微影之較高解析度之需要增加。
本發明旨在在(諸如)對源功率之約束內改良微影設備及方法(包括EUV微影設備及方法)之效能。
在本發明之一第一態樣中，提供一種圖案化裝置，其攜載待使用一微影設備及一負型色調程序而轉印至一基板之一目標部分上的特徵之一圖案，該圖案化裝置之至少一區域無光吸收器材料且經組態以單獨藉由相位差界定彼區域中之該圖案之特徵。
本發明之實施例可用以界定一裝置圖案中之特徵之一緻密陣列，諸如線或渠溝之一陣列，或圓點或孔之一二維陣列。
該區域中之一個別特徵可至少在一個方向上由不同相位之區之間的一對邊緣界定，且可在該圖案化裝置設計中施加負偏置使得該對邊緣之間的一距離比待形成於該基板上之該特徵之一大小小至少15%、視情況小至少30%。(在校正用以轉印該圖案之該微影設備之一放大因數之後執行該圖案化裝置與該基板之間的大小及距離之比較)。
該圖案化裝置之實施例可經調適以用於EUV微影。在一些實施例 中，該圖案化裝置包含形成於一圖案化裝置基板上之一多層反射結構，其中該圖案之特徵係藉由在考量待用於該微影設備中之一波長及入射角的情況下在選定區中蝕刻該多層反射結構以便將實質上相對相位賦予至來自經蝕刻區及未經蝕刻區之反射輻射而界定。
在該第一態樣中，本發明進一步提供一種製造裝置之方法，其中使用一微影設備且使用一微影程序而將一裝置圖案施加至一系列基板，該方法包括：使用根據如上文所闡述的本發明之該第一態樣之該圖案化裝置以將該裝置圖案施加至一抗蝕劑材料上；及顯影該經施加圖案且根據該經顯影圖案處理該基板，其中該圖案係藉由一負型色調程序而形成於該抗蝕劑中。
在該第一態樣中，本發明進一步提供一種製造搭配一微影設備而使用之一圖案化裝置之方法，該方法包含：- 界定包含複數個特徵之一所要裝置圖案，該複數個特徵待形成於一基板之一目標部分內之一區域中的一抗蝕劑材料層中；- 計算用於在一負型色調程序中實現該區域之該裝置圖案之一輻射圖案；- 在給出一預定波長及入射角的情況下計算用於單獨藉由相位差實現該所計算輻射圖案的一圖案化裝置設計；及- 根據該所計算圖案化裝置設計來製造該圖案化裝置，該圖案化裝置在對應於該區域之一區域中無吸收器材料。
可以各種方式計算該圖案化裝置設計。在一項實施例中，該設計係藉由在變化若干對邊緣之間的一距離時模擬該輻射圖案(其可被稱作該圖案化裝置之一空中影像)以便最大化該輻射圖案中之一對比度量測而最佳化。
在一第二態樣中，本發明進一步提供一種圖案化裝置，其攜載待使用一微影設備而轉印至一基板之一目標部分上的特徵之一圖案， 該圖案化裝置之至少一區域無光吸收器材料，其中該區域中之特徵之該圖案包含個別特徵之一緻密陣列，該等個別特徵在至少一個方向上由不同相位之區之間的若干對邊緣界定。
該圖案化裝置之實施例可具有相似於本發明之該第一態樣之特徵的特徵。該圖案化裝置可經調適以供在一負型色調程序或一正型色調程序中使用。
在該第二態樣中，本發明進一步提供一種製造裝置之方法，其中使用一微影設備且使用一微影程序而將一裝置圖案施加至一系列基板，該方法包括：使用如上文所闡述的本發明之該第一態樣之該圖案化裝置以將該裝置圖案施加至一抗蝕劑材料上；及顯影該經施加圖案且根據該經顯影圖案處理該基板。
在該第二態樣中，本發明進一步提供一種製造搭配一微影設備而使用之一圖案化裝置之方法，該方法包含：- 界定包含特徵之一緻密陣列之一所要裝置圖案，該等特徵待形成於一基板之一目標部分內之一區域中的一抗蝕劑材料層中；- 計算用於在該抗蝕劑材料中實現該區域之該裝置圖案之一輻射圖案；- 在給出一預定波長及入射角的情況下計算用於單獨藉由相位差實現該所計算輻射圖案的一圖案化裝置設計；及- 根據該所計算圖案化裝置設計來製造該圖案化裝置，該圖案化裝置在對應於該區域之一區域中無吸收器材料。
本發明之以上及其他態樣及優點將由熟習此項技術者自下文所描述之實例之考量來理解。
42‧‧‧輻射系統
47‧‧‧源腔室
50‧‧‧收集器/正入射收集器鏡面
52‧‧‧孔隙
53‧‧‧正入射反射器
54‧‧‧正入射反射器
55‧‧‧輻射光束
56‧‧‧輻射光束
57‧‧‧經圖案化光束/輻射光束
58‧‧‧反射元件
59‧‧‧反射元件
61‧‧‧雷射系統
63‧‧‧雷射光束
65‧‧‧光束遞送系統
67‧‧‧孔隙
69‧‧‧目標材料/燃料串流
71‧‧‧目標材料供應件
72‧‧‧截留器
73‧‧‧電漿形成位置
100‧‧‧微影設備/光罩
102‧‧‧多層結構
104‧‧‧基板
106‧‧‧反射表面
106'‧‧‧區
108‧‧‧入射輻射
110‧‧‧反射輻射
111‧‧‧吸收器結構/吸收器特徵
111'‧‧‧第二區
112‧‧‧吸收器材料/吸收器特徵
114‧‧‧罩蓋層/吸收器特徵
116‧‧‧第二反射輻射
120‧‧‧產品基板
122‧‧‧區
124‧‧‧臨限值
126‧‧‧特徵/抗蝕劑結構
200‧‧‧無吸收器圖案化裝置或光罩/反射相移光罩
202‧‧‧多層反射結構
204‧‧‧光罩基板
206‧‧‧第一區/經蝕刻區/區域
208‧‧‧台面結構/第二區/區域
210‧‧‧輻射
212‧‧‧反射輻射
214‧‧‧入射輻射
216‧‧‧反射輻射
220‧‧‧塗層
222‧‧‧表面
230‧‧‧梯階或邊緣
232‧‧‧第二邊緣
240‧‧‧電場振幅/部分
242‧‧‧電場振幅
244‧‧‧部分
252‧‧‧特徵
254‧‧‧臨限值/臨限位準
256‧‧‧區/經曝光抗蝕劑
262‧‧‧抗蝕劑/抗蝕劑特徵
264‧‧‧部分/特徵
300‧‧‧無吸收器圖案化裝置或光罩/反射相移光罩
302‧‧‧特徵/多層反射結構
304‧‧‧光罩基板
306‧‧‧第一區
308‧‧‧第二區/渠溝或凹坑結構
310‧‧‧輻射
312‧‧‧反射輻射
316‧‧‧反射輻射
320‧‧‧密封層或塗層
322‧‧‧表面
330‧‧‧邊緣
332‧‧‧第二邊緣
340‧‧‧電場振幅
342‧‧‧電場振幅
352‧‧‧特徵
354‧‧‧臨限值/臨限位準
356‧‧‧經曝光抗蝕劑
362‧‧‧抗蝕劑/特徵
364‧‧‧部分
1002‧‧‧步驟
1004‧‧‧步驟
1006‧‧‧步驟/計算
1007‧‧‧電腦程式產品
1008‧‧‧步驟
1009‧‧‧經製備光罩基底
1010‧‧‧步驟
1012‧‧‧步驟
1014‧‧‧步驟
1015‧‧‧基板
1016‧‧‧步驟
1018‧‧‧步驟
1020‧‧‧步驟
1022‧‧‧處理步驟
1024‧‧‧步驟
AP-M‧‧‧台面類型之無吸收器相移光罩
AP-T‧‧‧渠溝類型之無吸收器相移光罩
B‧‧‧輻射光束
BIM‧‧‧二元光罩
C‧‧‧目標部分
IF‧‧‧中間焦點/虛擬源點
IL‧‧‧照明系統/照明器
M1‧‧‧光罩對準標記
M2‧‧‧光罩對準標記
MA‧‧‧圖案化裝置/光罩
MT‧‧‧支撐結構/支撐件
O‧‧‧光軸
P1‧‧‧基板對準標記
P2‧‧‧基板對準標記
PE‧‧‧護膜
PM‧‧‧第一定位器
PS‧‧‧投影系統
PS1‧‧‧位置感測器
PS2‧‧‧位置感測器
PW‧‧‧第二定位器
RST‧‧‧抗蝕劑材料
SO‧‧‧源模組/源
SPF‧‧‧極紫外線(EUV)隔膜/光譜純度濾光器
SUB‧‧‧基板材料
W‧‧‧基板/晶圓
WT‧‧‧基板台
參看隨附圖式而僅作為實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中： 圖1示意性地描繪具有反射投影光學件之微影設備；圖2為圖1之裝置的更詳細視圖；圖3說明用於圖1及圖2之裝置中的習知圖案化裝置上之特徵之形式；圖4說明根據已知微影方法的(a)空中影像之形成；(b)經顯影抗蝕劑；及(c)具有不良對比度之經顯影抗蝕劑；圖5說明根據本發明之一實施例的供圖1及圖2之微影設備中使用之在第一變體中的圖案化裝置之形式；圖6說明(a)藉由圖5之圖案化裝置形成之空中影像之電場(未在相同尺度上)；(b)空中影像之強度；(c)使用正型色調程序由空中影像產生之經顯影抗蝕劑圖案；及(d)使用負型色調程序由空中影像形成之經顯影抗蝕劑圖案；圖7展示根據本發明之一實施例的在第二變體中之圖案化裝置；圖8說明(a)藉由圖7之圖案化裝置形成之空中影像之電場(未在相同尺度上)；(b)空中影像之強度；(c)使用正型色調程序由空中影像產生之經顯影抗蝕劑圖案；及(d)使用負型色調程序由空中影像形成之經顯影抗蝕劑圖案；圖9(包含圖9之a、圖9之b、圖9之c及圖9之d)展示在負型色調程序中在將負偏置用於圖7之圖案化裝置中的情況下之對比度之改良；圖10為展示在具有不同負偏置值的情況下之圖案化裝置之空中影像之對比度改良的曲線圖；圖11說明針對數個不同蝕刻深度值之對比度與偏置之間的關係；圖12比較圖3、圖5及圖7之圖案化裝置之間的空中影像；圖13比較可藉由圖3、圖5及圖7之圖案化裝置而獲得的程序窗；圖14(包含圖14之a、圖14之b及圖14之c)說明在使用圖3、圖5及圖7之圖案化裝置類型的情況下之偏置值之不同最佳化； 圖15(包含圖15之a、圖15之b及圖15之c)說明散焦參數在圖3、圖5及圖7之圖案化裝置之使用中的最佳化；及圖16為根據本發明之實施例的設計、製造及使用圖案化裝置之步驟的流程圖。
圖1示意性地描繪根據本發明之一實施例的包括源模組SO之微影設備100。該裝置包含：- 照明系統(照明器)IL，其經組態以調節輻射光束B(例如，EUV輻射)；- 支撐結構(例如，光罩台)MT，其經建構以支撐圖案化裝置(例如，光罩或比例光罩)MA，且連接至經組態以準確地定位該圖案化裝置之第一定位器PM；- 基板台(例如，晶圓台)WT，其經建構以固持基板(例如，抗蝕劑塗佈晶圓)W，且連接至經組態以準確地定位該基板之第二定位器PW；及- 投影系統(例如，反射投影系統)PS，其經組態以將由圖案化裝置MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C(例如，包含一或多個晶粒)上。
照明系統可包括用於導向、塑形或控制輻射之各種類型之光學組件，諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電或其他類型之光學組件，或其任何組合。
支撐結構MT以取決於圖案化裝置MA之定向、微影設備之設計及其他條件(諸如該圖案化裝置是否被固持於真空環境中)的方式來固持該圖案化裝置。支撐結構可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術以固持圖案化裝置。支撐結構可為(例如)框架或台，其可根據需要而固定或可移動。支撐結構可確保圖案化裝置(例如)相對於投影系統處於 所要位置。
術語「圖案化裝置」應被廣泛地解譯為係指可用以在輻射光束之橫截面中向輻射光束賦予圖案以便在基板之目標部分中產生圖案的任何裝置。被賦予至輻射光束之圖案可對應於目標部分中產生之裝置(諸如積體電路)中之特定功能層。
圖案化裝置可為透射的或反射的。圖案化裝置之實例包括光罩、可程式化鏡面陣列，及可程式化LCD面板。光罩在微影中為所熟知，且包括諸如二元、交變相移及衰減相移之光罩類型，以及各種混合光罩類型。可程式化鏡面陣列之實例採用小鏡面之矩陣配置，該等小鏡面中之每一者可個別地傾斜以便使入射輻射光束在不同方向上反射。傾斜鏡面在由鏡面矩陣反射之輻射光束中賦予圖案。
類似於照明系統，投影系統可包括適於所使用之曝光輻射或適於諸如真空之使用之其他因素的各種類型之光學組件，諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電或其他類型之光學組件，或其任何組合。可需要將真空用於EUV輻射，此係因為其他氣體可吸收過多輻射。因此，可憑藉真空壁及真空泵而將真空環境提供至整個光束路徑。
如此處所描繪，裝置屬於反射類型(例如，使用反射光罩)。
微影設備可屬於具有兩個(雙載物台)或兩個以上基板台(及/或兩個或兩個以上光罩台)之類型。在此等「多載物台」機器中，可並行地使用額外台，或可在一或多個台上進行預備步驟，同時將一或多個其他台用於曝光。
參看圖1，照明器IL自源模組SO接收極紫外線輻射光束。用以產生EUV光之方法包括但未必限於運用在EUV範圍內之一或多種發射譜線而將具有至少一元素(例如，氙、鋰或錫)之材料轉換成電漿狀態。在一種此類方法(常常被稱為雷射產生電漿「LPP」)中，可藉由運用雷射光束來輻照燃料(諸如具有所需譜線發射元素之材料小滴、串流 或叢集)而產生所需電漿。源模組SO可為包括雷射(圖1中未繪示)之EUV輻射系統之部件，該雷射用於提供激發燃料之雷射光束。所得電漿發射輸出輻射，例如，EUV輻射，該輻射係使用安置於源模組中之輻射收集器予以收集。舉例而言，當使用CO2雷射以提供用於燃料激發之雷射光束時，雷射與源模組可為分離實體。
在此等狀況下，不認為雷射形成微影設備之部件，且輻射光束係憑藉包含(例如)合適導向鏡面及/或光束擴展器之光束遞送系統而自雷射傳遞至源模組。在其他狀況下，舉例而言，當源為放電產生電漿EUV產生器(常常被稱為DPP源)時，源可為源模組之整體部件。
照明器IL可包含用於調整輻射光束之角強度分佈之調整器。通常，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈的至少外部徑向範圍及/或內部徑向範圍(通常分別被稱作σ外部及σ內部)。另外，照明器IL可包含各種其他組件，諸如琢面化場鏡面裝置及琢面化光瞳鏡面裝置。照明器可用以調節輻射光束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。
輻射光束B入射於被固持於支撐結構(例如，光罩台)MT上之圖案化裝置(例如，光罩)MA上，且係由該圖案化裝置圖案化。在自圖案化裝置(例如，光罩)MA反射之後，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置感測器PS2(例如，干涉量測裝置、線性編碼器或電容性感測器)，可準確地移動基板台WT，例如，以便使不同目標部分C定位於輻射光束B之路徑中。相似地，第一定位器PM及另一位置感測器PS1可用以相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化裝置(例如，光罩)MA。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化裝置(例如，光罩)MA及基板W。
提供EUV隔膜(例如，護膜PE)以防止圖案化裝置受到系統內之粒 子污染。在所展示之部位處及/或在其他部位處提供此等護膜。可提供一另外EUV隔膜SPF作為光譜純度濾光器，其可操作以濾出非想要輻射波長(例如，DUV)。此等非想要波長可以不理想方式影響晶圓W上之光阻。SPF亦可視情況幫助防止投影系統PS內之投影光學件受到在除氣期間釋放之粒子污染(或替代地，為進行此操作可提供護膜來代替SPF)。此等EUV隔膜中之任一者可包含本文所揭示之EUV隔膜中之任一者。
所描繪裝置可用於以下模式中之至少一者中：
1.在步進模式中，在將被賦予至輻射光束之整個圖案一次性投影至目標部分C上時，使支撐結構(例如，光罩台)MT及基板台WT保持基本上靜止(亦即，單次靜態曝光)。接著，使基板台WT在X及/或Y方向上移位以使得可曝光不同目標部分C。
2.在掃描模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，同步地掃描支撐結構(例如，光罩台)MT及基板台WT(亦即，單次動態曝光)。可藉由投影系統PS之放大率(縮小率)及影像反轉特性來判定基板台WT相對於支撐結構(例如，光罩台)MT之速度及方向。
3.在另一模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，使支撐結構(例如，光罩台)MT保持基本上靜止，從而固持可程式化圖案化裝置，且移動或掃描基板台WT。在此模式中，通常使用脈衝式輻射源，且在基板台WT之每一移動之後或在一掃描期間之順次輻射脈衝之間根據需要而更新可程式化圖案化裝置。此操作模式可易於應用於利用可程式化圖案化裝置(諸如上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列)之無光罩微影。
亦可使用對上文所描述之使用模式之組合及/或變化或完全不同之使用模式。
圖2更詳細地展示微影設備之一實施例，微影設備包括輻射系統42、照明系統IL及投影系統PS。如圖2所展示之輻射系統42屬於使用雷射產生電漿作為輻射源之類型。可由氣體或蒸汽(例如，Xe氣體、Li蒸汽或Sn蒸汽)產生EUV輻射，其中產生極熱電漿以發射在電磁光譜之EUV範圍內之輻射。藉由(例如)使用CO2雷射光之光學激發而造成至少部分離子化電漿來產生極熱電漿。在一實施例中，使用Sn以產生電漿，以便發射在EUV範圍內之輻射。
輻射系統42體現圖1之裝置中之源SO的功能。輻射系統42包含源腔室47，在此實施例中，源腔室47不僅實質上圍封EUV輻射源，而且圍封收集器50，在圖2之實例中，收集器50為正入射收集器，例如，多層鏡面。
作為LPP輻射源之部分，雷射系統61經建構及經配置以提供雷射光束63，雷射光束63係由光束遞送系統65遞送通過提供於收集器50中之孔隙67。又，輻射系統包括由目標材料供應件71供應之目標材料69，諸如Sn或Xe。在此實施例中，光束遞送系統65經配置以建立實質上聚焦於所要電漿形成位置73上之光束路徑。
在操作中，由目標材料供應件71以小滴之形式供應目標材料69，其亦可被稱作燃料。截留器72提供於源腔室47之相對側上，以捕捉不管出於任何原因未變成電漿之燃料。當目標材料69之此小滴到達電漿形成位置73時，雷射光束63照射於該小滴上，且EUV輻射發射電漿形成於源腔室47內部。在脈衝式雷射之狀況下，此情形涉及對雷射輻射之脈衝進行定時以與小滴通過位置73之傳遞重合。此等燃料產生具有若干105K之電子溫度之高度離子化電漿。在此等離子之去激發及再結合期間產生之高能輻射包括在位置73處自電漿發射之想要EUV。電漿形成位置73及孔隙52分別位於收集器50之第一焦點及第二焦點處，且EUV輻射係由正入射收集器鏡面50聚焦至中間焦點IF上。
自源腔室47發出之輻射光束經由所謂正入射反射器53、54而橫穿照明系統IL，如圖2中由輻射光束56所指示。正入射反射器將光束56經由護膜PE而導向至定位於支撐件(例如，比例光罩或光罩台)MT上之圖案化裝置(例如，比例光罩或光罩)上。形成經圖案化光束57，其係由投影系統PS經由反射元件58、59而成像至由晶圓載物台或基板台WT承載之基板上。比所展示元件更多之元件通常可存在於照明系統IL及投影系統PS中。舉例而言，可存在一個、兩個、三個、四個或甚至更多的反射元件，而非圖2所展示之兩個元件58及59。
熟習此項技術者將知道，可定義參考軸線X、Y及Z以量測及描述裝置、其各種組件及輻射光束55、56、57之幾何形狀及行為。在裝置之每一部件處，可定義X軸、Y軸及Z軸之局域參考座標系。Z軸在系統中之給定點處與光軸O之方向大致重合，且大體上垂直於圖案化裝置(光罩)MA之平面且垂直於基板W之平面。在源模組(裝置)42中，X軸與燃料串流(69，下文所描述)之方向大致重合，而Y軸正交於該方向，其自頁面中指出，如所指示。另一方面，在固持光罩MA之支撐結構MT附近，X軸大體上橫向於與Y軸對準之掃描方向。出於方便起見，在示意圖圖2之此區域中，X軸自頁面中指出，再次如所標記。此等指定在此項技術中係習知的，且將在本文中出於方便起見而被採用。原則上，可選擇任何參考座標系以描述裝置及其行為。
電漿除了產生想要的EUV輻射以外，亦產生其他波長之輻射，例如，在可見光範圍、UV範圍及DUV範圍內。亦存在來自雷射光束63之紅外線(IR)輻射。在照明系統IL及投影系統PS中不想要非EUV波長，且可部署各種措施以阻擋非EUV輻射。如圖2示意性地所描繪，對於IR、DUV及/或其他非想要波長，呈光譜純度濾光器SPF之形式之EUV隔膜濾光器可應用於虛擬源點IF之上游。在圖2所展示之特定實例中，描繪兩個光譜純度濾光器，一個光譜純度濾光器在源腔室47內 且一個光譜純度濾光器在投影系統PS之輸出處。在一實務實施例中，僅可提供一個光譜純度濾光器SPF，其可在此等部位中之任一者中或在電漿形成位置73與晶圓W之間的別處。
圖3展示通常用於圖2之EUV微影設備中的圖案化裝置(光罩)之部分。該光罩包含形成於基板104(例如，矽基板)上之多層結構102。多層結構102包含交替材料層，例如，Mo層及Si層。散裝材料傾向於對於EUV輻射(除了掠入射以外)不透明且非反射的。藉由調諧層厚度且提供呈堆疊之形式之數十層(例如，40層)，可在特定EUV波長下獲得足夠反射比，以形成鏡面作為EUV光學系統之元件。在光罩100中，光罩圖案係由第一區及第二區界定。在光罩之第一區中，曝光多層之反射表面106(視情況具有保護罩蓋層，圖中未繪示)。
如自圖3應瞭解，入射輻射108未在垂直方向上入射，而是以入射角θ入射。在一實務裝置中，角度θ可為(例如)6度或8度。在離軸照明模式之狀況下，輻射將自標稱入射角θ任一側之一角度範圍入射。在彼狀況下角度θ可被稱作主射線入射角。雖然說明自表面106之簡單反射，但EUV輻射之性質為：其之部分穿透至多層堆疊中，且藉由建設性干涉，反射輻射110具有為入射強度R1倍的強度且相對於入射輻射具有相位φ1。因數R1可被稱作結構之反射比。
在光罩之第二區中，提供實質上阻擋由多層結構之反射之吸收器結構111。在所展示實例中，吸收器材料被標註為112，且罩蓋層被標註為114。吸收器層可(例如)具有TaN材料。
為了允許吸收器特徵112、114具有某種殘餘反射比之可能性，以虛線說明第二反射輻射116，其具有反射比R2及相位φ2。然而，在理想狀況下，反射比R2將為零。
圖4之(a)將「空中影像」展示為輻射強度I相對於水平距離X之剖面，該「空中影像」在基板W附近由微影設備之投影系統PS形成。術 語「空中影像」表示此強度剖面存在於某一平面處，而不管基板及光敏抗蝕劑是否處於彼平面中。在區106'中，存在對應於高反射比R1之區之高強度。在第二區111'中，歸因於吸收器特徵111之較低反射比R2，強度得以縮減。
圖4之(b)以橫截面展示上方已提供有輻射敏感抗蝕劑層之產品基板120。在實際裝置製造程序中，基板120可具有處於抗蝕劑材料下方之其他層及/或結構。此等層包括待在顯影抗蝕劑中之裝置圖案之後蝕刻之產品材料層，及抗反射塗層(BARC)。另外，可已在先前微影步驟中製造產品結構。在本實例中為了簡單起見，僅表示基板材料SUB及抗蝕劑材料RST。在使用正型色調顯影程序的情況下，圖4之(a)所展示之空中影像造成在區122中移除抗蝕劑材料，在區122中輻射之強度高於臨限值124。在空中影像強度低於臨限值的情況下，特徵126保持在經顯影抗蝕劑中。如所知，微影程序之目的為產生具有經良好界定之位置及尺寸的特徵，諸如特徵126。該特徵可為供形成諸如導電線、電晶體閘或接觸孔之裝置特徵之前驅體。
抗蝕劑中之結構之若干參數經界定以監視微影程序之效能。臨界尺寸CD(通常亦被稱作線寬)為常見效能參數且在該圖解中被標註。參看圖4之(c)，在空中影像經形成為具有不良對比度的情況下，抗蝕劑結構126之確切邊界及(因此)CD變得不確定及可變。除了CD之絕對值不符合規範以外，諸如線邊緣粗糙度(LER)及CD均一性之重要效能參數亦可受影響。臨界尺寸之均一性(CDU)通常至少遍及一區域(局域CDU)且可能遍及整個基板對於裝置效能係重要的。
在EUV微影程序中達成良好對比度(與在任何微影程序中一樣)係極具挑戰性的。眾所周知，EUV源輻射之強度低於所要強度，且諸如多層鏡面之EUV光學元件遭受相對低反射比，使得許多光在該系統中在其到達抗蝕劑層之前損耗。特別針對微小特徵(例如，在7奈米或10 奈米之節點中)，產生用於大容量製造之有效光阻所需之化學方法導致不良CDU及LER效能。可採取方法以增強對比度。舉例而言，產生於照明系統IL中之照明模式可經設定為僅在光瞳之周邊處之極局域化部分中具有照明。此情形可縮減可用光，以及增加裝置之成本。光學系統整體上可經設計為具有高數值孔徑(NA)，但此再次添加至成本。可增加源輻射之強度以增加抗蝕劑處可用之劑量。所有此等措施係昂貴的且需要相當大投資及開發。
作為增強對比度且改良諸如局域CD均一性之效能參數之替代例，本文中提議使用不具有吸收器特徵之圖案化裝置(光罩)且單獨依賴於相位差以產生所要空中影像。雖然以下實例將被描述為不具有吸收器材料，但應理解，此吸收器材料之不存在可僅應用於如光罩中表示之裝置圖案之某些區域中。詳言之，無吸收器光罩結構可用於產品佈局之涉及最精細特徵之部件中，其需要EUV成像系統之全解析度。在其他區域中，特別在待形成較大特徵之處，可以圖3所展示之現有光罩之方式存在吸收器材料。吸收器材料亦可用以界定用於微影設備或用於度量衡裝置之對準特徵。吸收器材料亦可用以提供通常存在於光罩上之光罩黑色界限環。
圖5說明無吸收器圖案化裝置或光罩200之第一實例的一部分。再次，此實例中之光罩經設計以操作反射模式，例如，在EUV波長中操作。再次，多層反射結構202形成於光罩基板204上。為了界定光罩圖案，在第一區206中，已部分地蝕刻掉多層結構，從而使第二區以高度差d形成線或台面結構208。在經蝕刻區206中，以角度θ入射之輻射210在多層結構202處反射。反射輻射212具有藉由反射比R1及相位φ1判定之強度。在第二區208中，入射輻射214在216處反射。第二反射輻射之強度係藉由台面結構208之反射比R2控管。反射輻射216之相位為φ2。不同於圖3之實例(其中包括吸收器材料以給出低反射比R2)， 本設計之目的為反射來自光罩之所有部件(至少在無吸收器區域內)之輻射之實質上相等強度。另一方面，運用輻射波長及入射角θ之知識來設計蝕刻深度d，使得相位φ1與φ2相隔實質上180度。出於本發明之目的，可認為在較低反射比為較高反射比之至少85%的情況下存在實質上相等反射比。在一實務實施例中，預期可達成接近100%相等性，例如，至少90%或至少95%。
除了如所展示之堆疊之多層之層以外，區域206及208中之一者或兩者中之光罩之表面亦具有塗層220(圖中未分離地繪示)。此可出於保護之目的以避免多層結構自身之降級或避免Si或Mo除氣至EUV裝置中之EUV真空環境中。另外，作為經蝕刻部分之製造之部分，經蝕刻部分之表面222可由蝕刻終止層(圖中未分離地繪示)界定，該蝕刻終止層在最初形成時定位於多層堆疊中且用以準確界定蝕刻將終止且達成距離之位階。該蝕刻終止層可用作成品光罩中之罩蓋層，或可在蝕刻之後被移除。
現在參看圖6，形成空中影像且在抗蝕劑中顯影圖案之方式相當不同於圖3及圖4之吸收器方法。如所知，抗蝕劑材料對輻射之強度作出回應，而非對輻射之絕對振幅或相位作出回應。該強度係與電場之量值之平方成比例(I~|E|2)。另一方面，在不同場(比如，E1及E2)貢獻於給定點處之場的情況下，必須添加場之振幅及相位，且經組合場判定強度(I~|E|2=|E1+E2|2)。因此，在不同場重疊的情況下，其可破壞性地或建設性地干涉以界定強度剖面。
圖6之(a)展示當使用由圖5所說明之光罩之第一區及第二區反射的輻射來形成空中影像時在任意尺度上之輻射之電場E的振幅。首先應注意，在無吸收器相位光罩中，光罩之所有部件係以實質上全強度而反射。光罩之所有部件可貢獻於空中影像中之強度，但其將根據其相對相位而建設性地或破壞性地進行干涉。在空中影像中造成對比度 之特徵的光罩結構之特徵事實上為邊緣230及232，其中反射輻射之相位經歷突變。在電場中，台面結構208之任一側處之經蝕刻部分引起均一電場振幅，如240至242處所展示。經蝕刻部分與台面部分之間的梯階或邊緣230引起反射輻射中之相位改變，且理想地引起180度之相位改變(相位反轉)。若沒有第二邊緣232，則電場將遵循自部分240、通過零且通過負值(以重影形式展示之部分244)之路徑。然而，在光罩設計中，第二邊緣232緊鄰第一邊緣而形成，且電場之振幅切換回至242處看到之正值。光學系統之各種屬性判定在X方向上之相位改變之清晰度，包括(例如)投影系統之NA、照明波長及照明強度剖面。
圖6之(b)展示對應於(a)處所展示之電場的再次在任意尺度上之空中影像之強度I。同時，該空中影像具有雙重波谷形式，其部分由邊緣230形成且部分由邊緣232形成。
圖6之(c)展示形成於具有正型色調特性(在工業中通常被稱作正型色調顯影或PTD)之抗蝕劑中的所得結構。經顯影抗蝕劑保持為特徵252，其中強度已低於臨限值254。在強度已高於臨限值之區256中，在顯影中移除經曝光抗蝕劑256。
本發明之一些實施例使用負型色調程序(通常被稱作負型色調顯影或NTD)，其中在顯影中移除未曝光至輻射之部分。程序之正型或負型色調特性可藉由抗蝕劑材料或顯影器中之任一者之光化及化學屬性予以判定。本文中用以縮寫PTD及NTD以涵蓋具有所描述效應之此等程序之任何組合，而不管其是否藉由抗蝕劑改變、顯影器改變及/或程序條件之任何改變來達成。
圖6之(d)展示在NTD程序中使用圖6之(b)之空中影像的結果。在粗略對應於台面結構208之區中，抗蝕劑262已在顯影程序中被移除。抗蝕劑保持在曝光至高於臨限值254之輻射的部分264中。特別針對限於二維中之特徵(諸如接觸孔)，預期NTD程序有益，此係因為無吸收 器相移光罩經特別調適以用於在空中影像中在亮場內產生經良好界定之暗光點。然而，本發明不限於負型色調顯影抗蝕劑及程序之使用。
大多數程序為正型程序(PTD)，且為熟習此項技術者熟知。在以下參考案中描述在EUV波長範圍內之負型色調程序之實例，例如：(1)Toshiya Takahashi等人之「Evaluations of negative tone development resist and process for EUV lithography」(Proc.SPIE 9048，Extreme Ultraviolet(EUV)Lithography V，90482C(2014年4月17日)；doi：10.1117/12.2046175)；及(2)Changil Oh等人之「Comparison of EUV patterning performance between PTD and NTD for 1Xnm DRAM」(Author(s)：Proc.SPIE 9048，Extreme Ultraviolet(EUV)Lithography V，904808(2014年4月17日)；doi：10.1117/12.2046624)。
圖7說明無吸收器圖案化裝置或光罩300之第二實例的一部分。該第二實例中之元件符號302等等指示與圖5之第一實例之特徵202等等相似功能之特徵。再次，此實例中之光罩經設計以操作反射模式，例如，在EUV波長中操作。再次，多層反射結構302形成於光罩基板304上。為了界定光罩圖案，在第一區306中，多層結構尚未被蝕刻掉，而是保持處於全厚度。在第二區308中，多層結構已經蝕刻以形成具有高度差d之渠溝或凹坑結構308。在第一區306中，以角度θ入射之輻射310在多層結構302處反射。反射輻射312具有藉由反射比R1及相位φ1判定之強度。在第二區308中，入射輻射314在316處反射。第二反射輻射之強度係藉由渠溝結構308之反射比R2控管。反射輻射316之相位為φ2。如圖5之實例中一樣，將反射來自光罩之所有部件(至少在無吸收器區域內)之輻射之實質上相等強度。蝕刻深度d再次經設計使得相位φ1與φ2相隔實質上180度。
除了如所展示之堆疊之多層之層以外，區306及308中之一者或兩者中之光罩之表面亦可具有密封層或塗層320(圖中未分離地繪 示)。此可出於保護之目的以避免多層結構自身之降級。另外，作為經蝕刻部分之製造之部分，經蝕刻部分之表面322可由蝕刻終止層(圖中未分離地繪示)界定。該蝕刻終止層可用作成品光罩中之罩蓋層，或可在蝕刻之後被移除。
現在參看圖8，供形成空中影像且在抗蝕劑中顯影圖案之方式相似於圖5之實例之方式。圖8之(a)展示當使用由圖7所說明之光罩之第一區及第二區反射的輻射來形成空中影像時在任意尺度上之輻射之電場E的振幅。原理相似於圖6所描述之原理，其中差異在於：自第一區及第二區之反射輻射之相位反轉。與圖5及圖6之實例中一樣，在空中影像中造成對比度之特徵的光罩結構之特徵事實上為邊緣330及332，其中反射輻射之相位經歷突變。在電場中，經蝕刻渠溝結構308之任一側之部分引起均一電場振幅，如340至342處所展示。(出於與圖6之相位之一致性，該場被展示為具有為-1.0之值。熟習此項技術者應理解，絕對相位係任意的及不相關的。)經蝕刻部分與未經蝕刻部分之間的梯階或邊緣330引起反射輻射中之相位改變，且理想地引起180度之相位改變(相位反轉)。如先前實例中一樣，第二邊緣332緊鄰第一邊緣而形成，且經組合電場之振幅切換回至342處看到之正值。
圖8之(b)展示對應於(a)處所展示之電場的再次在任意尺度上之空中影像之強度I。儘管圖8之(a)之渠溝結構中之電場為圖6之(a)之台面結構中之電場的反向，但空中影像之強度在兩種狀況下基本相同。再次，空中影像具有雙重波谷形式，其部分由邊緣330形成且部分由邊緣332形成。
圖8之(c)展示形成於具有正型色調顯影特性(PTD)之抗蝕劑中的所得結構。經顯影抗蝕劑保持為特徵352，其中強度已低於臨限值354。在強度已高於臨限值之區中，在顯影中移除經曝光抗蝕劑356。
圖8之(d)展示在負型色調顯影(NTD)程序中使用圖8之(b)之空中 影像的結果。在粗略對應於台面結構208之區中，抗蝕劑362已在顯影程序中被移除。抗蝕劑保持在曝光至高於臨限值354之輻射的部分364中。特別針對限於二維中之特徵(諸如接觸孔)，出於上文論述之原因，預期NTD程序有益。然而，本發明不限於負型色調顯影抗蝕劑及程序之使用。
雖然圖6及圖8之實例展示經顯影抗蝕劑中之理想化圖案，但先前工作者已發現在無吸收器相位微影中對比度係不良的。因此，近年來已在很大程度上忽略該技術。舉例而言，參見S.-I.Han等人之「Design and method of fabricating phase shift masks for extreme ultraviolet lithography by partial etching into the multilayer mirror」(Proc.SPIE，第5037卷，第314頁，2003年)。Han等人最初研究無吸收器相位微影(「無鉻相位微影」或CPL)，之後放棄其而贊同其他光罩類型。相似地，LaFontaine等人在「Printing EUV Phase-Shift Masks using the 0.3NA Berkeley MET」(2005年11月在聖地亞哥第4國際EUVL會議時呈現)中考慮用於EUV微影之相移光罩。(無吸收器)相移光罩被描述為對於聚焦及像差監視及對於抗蝕劑測試受關注，而非同樣對於裝置製造受關注。
現在參看圖9，假定在以下實例中，待在抗蝕劑材料中製造特徵之緻密陣列(例如，線、渠溝、圓點或孔)。特徵陣列在所說明方向上係週期性的，其具有間距P。該圖式中粗略展示兩個間距，但應理解，圖案重複至與所展示內容左側及右側相隔所要距離。在孔或圓點之二維陣列之狀況下，該陣列可在第二方向上係週期性的(至圖式之平面中)。在第二方向上之間距可相同於或不同於間距P。在所說明方向上之特徵之寬度為所要臨界尺寸或CD。在假定線-空間比率(更一般而言，標記-空間比率)為1：1的情況下，陣列可包含(例如)具有CD=8奈米及間距P=16奈米或CD=16奈米及間距P=32奈米之線或圓點。 在二維圖案之狀況下，在第二方向上之P及CD之值以及標記-空間比率根據設計之需要可相同或不同。陣列可被認為是緻密陣列，此係因為標記-空間比率為大約1：1，例如在1：2與2：1之間。
圖9之(a)象徵性地說明由不良對比度造成的CD及CDU效能之損耗，在此實例中，其中特徵262/264在NTD程序中形成(該問題已經針對圖4之(c)中之PTD程序予以說明)。本發明人已認識到，可藉由在設計及製造圖5及圖7所展示之類型的無吸收器相移光罩時將相當大負偏置值施加至特徵之大小而獲得增強之對比度。實際上可預期優於圖3所展示之類型的習知二元光罩之對比度，如下文進一步所解釋。
圖9之(b)展示圖5所展示之類型的台面類型相移光罩。標記尺寸CD及CD'。CD表示抗蝕劑圖案中所要之特徵之大小。(為了與光罩特徵比較，已根據投影系統PS之縮小率因數而將抗蝕劑特徵之尺寸按比例調整)。CD'表示出於形成抗蝕劑特徵262之目的而提供於光罩圖案中的邊緣230、232之間的距離。距離CD'比所要特徵之大小CD小負偏置量CDB。如所說明，每一邊緣自其標稱位置向內移動量CDB/2。換言之，該說明中之負偏置量CDB同等地分配於標稱位置之任一側。然而，此並非基本情況，且實務上不等分佈可適於產生處於確切所要位置之特徵362。詳言之，針對諸如用於EUV微影中之反射光罩之狀況，不對稱偏置可適於校正光之非正入射角。不對稱偏置亦可適於校正由光學像差(精確地，奇數任尼克像差)誘發之圖案移位。
圖9之(c)展示在圖7所展示之類型的渠溝類型相移光罩之實例中施加負偏置值之相同原理。再次，提供於光罩中以界定抗蝕劑特徵362之兩個邊緣330及332係以實質上小於待形成於抗蝕劑中之特徵362的尺寸CD之距離CD'形成。差為負偏置值CDB。
圖9之(d)象徵性地展示當在無吸收器相移光罩之設計及製造中施加相當大負偏置值時獲得的CD效能之改良。雖然圖9之(d)之實例說明 藉由負型色調顯影(NTD)程序產生之特徵，但可在正型色調顯影(PTD)程序之內容背景中應用相似考慮因素，以形成特徵252/352(圖6之(c)、圖8之(c))。在每一狀況下，關於特徵大小之負偏置值將適當。
在定量術語中，負偏置值可被表達為百分比或以絕對項表達。 可依據邊緣之間的距離(圖式中之CDB)之縮減或每一邊緣之移動(CDB/2)之縮減來表達負偏置值。在一個表達式中，可稱負偏置值會縮減邊緣230/330與232/332之間的距離達相對於所要特徵「應」在光罩上具有之標稱大小CD之某一百分比。因此，舉例而言，若CD=16奈米且CD'=8奈米，則負偏置值CDB為8奈米或50%。相似地，對於CD=16奈米且CD'=12奈米，則負偏置值CDB為4奈米或25%。通常在微影中，為所知的是，將一些偏置施加於光罩上之特徵之尺寸中，但典型值將小於15%，通常小於10%。
依據理論，對於同調照明，空中影像強度I係由如下方程式給出：
其中為電場向量，F表示傅立葉變換，F-表示逆傅立葉變換，m(x,y)表示光罩上之二維佈局圖案之光罩透射函數，P(x,y)為照明系統之光瞳函數，且fx及fy為在方向X及Y上之空間頻率。光罩透射(或在EUV光罩之狀況下之反射)影響主繞射階，主繞射階又判定實際空中影像強度。
以無吸收器相移光罩為簡單實例，該無吸收器相移光罩包含在具有間距P之1維光柵結構中排列的具有寬度w之線特徵(台面或渠溝)之集合，零階振幅將為：
且一階之振幅將為：
此等公式揭露極不同於習知光罩之屬性的屬性。詳言之，若假設光柵結構待形成於需要為1：1之線-空間比率的抗蝕劑中，則可能假定光罩上之特徵之線-空間比率亦應為1：1。然而，此情形引起w=P/2，且藉由以上公式的空中影像中之零強度I0將為零。本發明人已認識到，空中影像對比度取決於來自零階(而不僅一階輻射)的良好貢獻。負偏置值之引入(實際上收縮w)達成此貢獻，以得到影像之改良之對比度，及抗蝕劑中之特徵之形成的改良之效能。詳言之，本發明人已認識到，藉由施加高負偏置值來增強零階貢獻實際上允許在空中影像中達成暗區藉由增強型空中影像對比度之較佳影像品質。
圖10說明針對一實例無吸收器相移光罩而計算的大負偏置值對空中影像之效應。此實例中之計算係針對圖5所展示之台面類型之特徵。至少在一階處，將針對特徵之渠溝類型(圖7)預期相似結果。出於計算之目的，假定形成多層結構(202/302)且該多層結構經蝕刻至113奈米之深度，其表示16個層對，其中一層對高度為約7.1奈米。對於為13.5奈米之輻射波長及為6°之入射角θ，此深度表示相對於由未經蝕刻部分反射之輻射之180°相移。24個層對保持在經蝕刻部分中。待形成為16奈米之線結構，其具有在任意尺度上展示之強度剖面。再次參看圖9，線結構可(例如)為具有間距32奈米及1：1線-空間比率(更一般而言，標記-空間比率)之線陣列之部分。計算並展示八個剖面，其具有自1奈米(約6%)延行至8奈米(50%)之負偏置值。如可清楚地看到，最大強度與最小強度之間的差(對比度之度量)隨著負偏置值增加而增加，使得具有8奈米負偏置值之剖面為具有最佳對比度之剖面。
亦可注意，隨著偏置改變發生空中影像之橫向移位。此係由於與非零入射角組合之零階光之影響增加。對此橫向移位之校正容易經設計至光罩製造程序中。
圖11確認運用大負偏置值獲得之對比度增強，且進一步展示蝕刻深度對光罩之效能之影響。控制蝕刻深度未必容易，且若對比度對蝕刻深度之變化敏感，則光罩之效能將降級。在垂直軸線上藉由正規化影像對數斜率(NILS)量測對比度，NILS為用於比較空中影像品質之常用量度。NILS相當大，此係因為空中影像中之邊緣之陡度判定可將邊緣置放於經顯影抗蝕劑中之清晰度及稠度。該曲線圖確認出，在最初以1奈米或2奈米之負偏置值下降之後，NILS接著以負偏置值上升至高達處於8奈米(50%)之最大值。此外，基於運用不同深度值d(在此實例中為106.23奈米、113.32奈米及120.4奈米)之計算，展示三個跡線。如可看出，對比度增強針對所有三個深度值一致，且空中影像中之對比度對蝕刻深度相當不敏感。
圖12比較當施加最佳負偏置值時之用於台面類型之無吸收器相移光罩(AP-M)與用於渠溝類型之無吸收器相移光罩(AP-T)的增強型空中影像。亦在相同尺度上展示習知二元光罩(BIM)(諸如圖3所展示之光罩100)之空中影像。空中影像之增加之亮度(粗略地加倍)係表觀的，此係歸因於在不存在吸收器的情況下來自光罩之所有部件之光子之貢獻。增加之對比度亦為表觀的，此係因為空中影像之暗部分與在BIM影像中一樣暗。用於抗蝕劑敏感度之適當臨限值被標註為124、254、354，以供與圖4、圖6及圖8中之示意性說明進行比較。
圖13展示可使用無吸收器相移光罩而實現的益處。標繪程序窗，其表示使在給定抗蝕劑程序中令人滿意地印刷圖案之劑量D及焦點F之組合。再次，該曲線圖比較在運用習知二元光罩(BIM)的情況下使用台面類型之無吸收器相移光罩(AP-M)與渠溝類型之無吸收器相 移光罩(AP-T)的結果。焦點寬容度在所有跡線中係可比得上的。然而，值得注意地，相移光罩中所需之劑量粗略地為習知光罩中所需之劑量的一半。當不具有源功率為改良當前EUV微影設備中之產出率的主要障礙時，運用輻射之一半劑量印刷令人滿意的圖案之能力緊接轉譯成產出率之有價值增加。
使用呈中等偶極之形式的相同照明模式來進行圖12及圖13中所說明之比較。照明模式之確切形狀與待圖案化之二維形狀之共同最佳化可在較小特徵大小及間距下具有額外值。對極端照明模式之依賴性縮減可更佳地利用源輻射。
光罩設計之最佳參數取決於待產生之裝置圖案，且設計程序可經執行以最佳化諸如負偏置之參數。其亦可經判定為應使用無吸收器相位微影來製造總裝置圖案內之哪些區域及較佳運用吸收器來製造哪些區域之基本步驟。在不使用吸收器的情況下，可執行佈局預處理步驟，其中廣暗區域轉譯成具有適宜於無吸收器相位微影之虛設特徵或輔助特徵之緻密陣列。可主要藉由數值模擬執行設計程序，其中在需要時藉由實驗進行確認。
圖14說明針對(a)習知二元光罩以及台面類型之無吸收器相移光罩(b)(AP-M)及渠溝類型之無吸收器相移光罩(c)(AP-T)之為判定最佳偏置值之數值模擬的結果。如已經所提及，習知光罩類型中之偏置之最佳化(但通常選定偏置值)將接近零，比如在標稱CD之10%內。在無吸收器光罩(b)及(c)中，模擬揭露大得多的負偏置值作為最佳值，即，用於台面類型為大約8奈米(此實例中為50%)及用於渠溝類型為4奈米(大約25%)。NILS在此狀況下用作用於偏置之最佳化之效能量度。可視需要使用其他量度。
參看圖15，可實施設計最佳化之第二階段，以判定用於微影設備中之新光罩之最佳焦點/散焦設定。據發現，具有不同負偏置值之 相移光罩引起經印刷圖案之稍微橫向移位(可(例如)在圖10中看到此效應)。此等移位可經校正以將線或其他特徵之中心帶入至基板W上之在X及Y上之所要位置。圖15說明在(a)習知二元光罩以及台面類型之無吸收器相移光罩(b)(AP-M)及渠溝類型之無吸收器相移光罩(c)(AP-T)的狀況下供搜尋最佳光罩側散焦(MDF)的模擬。在每一曲線圖中，垂直軸線表示針對不同散焦值之圖案之移位S。所觀測到(所計算)之移位皆為一奈米之小分率，但太大而在用於高效能微影之疊對「預算」之內容背景中不能忽略。每一曲線圖展示可如何找到使移位S接近零之光罩-側散焦之最佳值。
圖16說明設計、製造及使用圖案化裝置(諸如上文所說明及描述之類型的反射相移光罩200或300)之方法。該光罩通常將僅僅為關於不同層及程序步驟的呈諸如半導體裝置之完整產品之形式的整個光罩集合中之一者。該光罩可屬於供EUV微影中使用之反射多層類型，而該集合中之其他光罩可供其他更習知微影設備中使用。因為本文所描述之原理不限於EUV微影，所以該光罩可屬於供更習知(DUV)微影中使用之類型。對於DUV微影，光罩可屬於反射或透射類型。
在1002處，接收界定待形成於經歷微影處理之基板之抗蝕劑層中的所要裝置圖案之設計資訊。在1004處，界定(對於給定抗蝕劑材料及顯影程序)將達成所要裝置圖案之印刷之輻射圖案(空中影像)。此計算考量抗蝕劑之特性，包括(例如)臨限位準254/354，及程序是為PTD型抑或為NTD型。
在1006處，計算(在給定微影設備及曝光程序中)將在基板處最佳產生所計算輻射圖案的光罩設計。可藉由更新已經用於光罩設計中之電腦系統(例如，市售的源-光罩最佳化(SMO)系統)中之軟體來實施此計算。本發明包括電腦程式產品1007，電腦程式產品1007包含經調適以用於使處理器執行步驟1004及/或1006之計算以最佳化無吸收器相 移光罩之設計。
在計算1006內，作出供最佳化光罩之參數之決策，包括圖案之哪些區域待以無吸收器之形式而製造，及是使用台面結構抑或渠溝結構以形成特定光罩形狀。關於該或該等無吸收器區域，(例如)使用圖14及圖15所說明之原理來最佳化偏置值及散焦值。為了執行此最佳化，可使用任何合適演算法。在一種實施中，界定候選設計。基於空中影像之模擬來界定成本函數，且變化設計之參數以最小化該成本函數。可(例如)依據對比度量度(例如，NILS)來界定成本函數。然而，代替對比度量度或除了對比度量度以外，亦可使用空中影像之其他參數。偏置值可被界定為待在執行最佳化時變化之參數。實際上，藉由變化偏置值而變化光罩設計中之特徵之鄰近邊緣之間的距離。是直接地表達抑或藉由偏置百分比表達邊緣之間的距離對於給定設計而言不重要。在具有二維特徵之設計中，可針對兩個方向一起或獨立變化偏置值或距離。亦如上文所提及，該對之邊緣可移動達不同量。在模型中如何表達此等參數為詳細實施問題。原則上，抗蝕劑材料及處理之屬性可經變化以最佳化整個微影程序之效能。
若台面類型特徵及渠溝類型特徵待用於同一光罩上，則可針對每一類型特徵執行不同最佳化。原則上，未預期此「混合模式」圖案，且此「混合模式」圖案將帶來複雜問題。
在1008處，根據所計算光罩設計將經製備光罩基底1009(例如，具有多層結構及內埋式蝕刻終止層)裝載至蝕刻裝置中及經蝕刻或另外給定之第一區及第二區中。在1010處，視需要移除及/或添加塗層以製備準備好用於微影設備中之光罩。舉例而言，如上文所提及，可橫越所有區施加保護塗層。
在1012處，將光罩裝載至微影設備(諸如圖1及圖2之裝置)中。在1014處，將基板1015裝載至具有已經施加之抗蝕劑材料之合適塗層之 裝置中。在裝載之前，該基板可已經經歷微影處理之若干步驟。此等步驟包括用以在當前層下方製造裝置特徵層之步驟，及/或準備製造當前層之步驟。舉例而言，可在本抗蝕劑下方提供產品材料層，直接在本抗蝕劑已顯影之後將該產品材料層蝕刻至功能裝置特徵中。替代地，可在本抗蝕劑下方提供硬光罩材料層，運用經顯影裝置圖案來蝕刻該硬光罩材料層且接著將該硬光罩材料層用於光罩以供後續處理。術語「裝置圖案」應被理解為包括施加至作為前驅體以形成功能裝置特徵，而不僅是自身將在成品裝置中為功能性的特徵之層之圖案。
在1016處，使基板曝光至光罩圖案之空中影像，以將所要裝置轉印至抗蝕劑中。在1018處，使抗蝕劑顯影(藉由PTD或NTD程序)以移除抗蝕劑之非想要部分且將抗蝕劑材料留在所要裝置圖案中。在1020處，根據經轉印圖案執行蝕刻及其他程序步驟以產生功能裝置特徵。在後續處理步驟1022(潛在地包括用以形成另外裝置層之另外微影步驟)之後，在1024處產生成品裝置。
結論
自以上描述及圖式，熟習此項技術者應瞭解，可通過所揭示原理及實例之使用而實現若干益處。可獲得比藉由當前程序更高的影像對比度，其在諸如接觸孔之最小特徵之印刷及切割或阻擋光罩方面具有特定益處。較高對比度可導致較低劑量要求，從而改良產出率。較高對比度輔助隨機雜訊之抑制，從而允許諸如局域CD均一性之參數之較佳效能。該技術不限於接觸孔或其他2-D限制結構。以上實例說明亦針對線/空間陣列之使用。
較高對比度可導致較低劑量要求，從而改良產出率。可用單一EUV曝光替換當前藉由ArF微影執行之多個曝光步驟。若不需要沈積吸收器材料，則用於無吸收器相移微影之光罩基底可更便宜。(然而，若在光罩之其他區域中需要吸收器材料，則此益處將不累積)。
可使用以下條項來進一步描述本發明：
1.一種圖案化裝置，其攜載待使用一微影設備及一負型色調程序而轉印至一基板之一目標部分上的特徵之一圖案，該圖案化裝置之至少一區域無光吸收器材料且經組態以單獨藉由相位差界定彼區域中之該圖案之特徵。
2.如條項1之圖案化裝置，其中該區域中之一個別特徵至少在一個方向上由不同相位之區之間的一對邊緣界定，且其中該對邊緣之間的一距離比在該負型色調程序中待形成於該基板上之該特徵之一大小小至少15%。
3.如條項2之圖案化裝置，其中該對邊緣之間的該距離比待形成於該基板上之該特徵之該大小小至少30%。
4.如條項1、2或3之圖案化裝置，其中該區域中之該個別特徵至少在一個方向上由不同相位之區之間的一對邊緣界定，該對邊緣係藉由將一渠溝或凹坑特徵蝕刻至形成於一圖案化裝置基板上之一多層反射結構中而形成。
5.如條項1、2、3或4之圖案化裝置，其中該區域中之該個別特徵係由不同相位之區之間的一對邊緣界定，該對邊緣係藉由蝕刻至形成於一圖案化裝置基板上之一多層反射結構中以便留下一台面特徵而形成。
6.如前述條項中任一項之圖案化裝置，該圖案化裝置包含形成於一圖案化裝置基板上之一多層反射結構，其中該圖案之特徵係藉由在考量待用於該微影設備中之一波長及入射角的情況下在選定區中蝕刻該多層反射結構以便將實質上相對相位賦予至來自經蝕刻區及未經蝕刻區之反射輻射而界定。
7.如條項6之圖案化裝置，其中該等經蝕刻區中之反射比比未經蝕刻區中之反射比大85%。
8.如前述條項中任一項之圖案化裝置，其經組態以用於使用一波長在5奈米與15奈米之間的輻射來轉印該圖案。
9.如條項6之圖案化裝置，其中對該曝光波長具高透明度之一保護層或密封層係遍及該區域中之該整個多層反射結構而提供。
10.一種製造裝置之方法，其中使用一微影設備且使用一微影程序而將一裝置圖案施加至一系列基板，該方法包括：使用如條項1至9中任一項之圖案化裝置以將該裝置圖案施加至一抗蝕劑材料上；及顯影該經施加圖案且根據該經顯影圖案處理該基板，其中該圖案係藉由一負型色調程序而形成於該抗蝕劑中。
11.如條項10之方法，其中使用在5奈米至15奈米之範圍內之一波長之輻射而將該裝置圖案施加至該抗蝕劑。
12.一種製造搭配一微影設備而使用之一圖案化裝置之方法，該方法包含：界定包含複數個特徵之一所要裝置圖案，該複數個特徵待形成於一基板之一目標部分內之一區域中的一抗蝕劑材料層中；計算用於在一負型色調程序中實現該區域之該裝置圖案之一輻射圖案；在給出一預定波長及入射角的情況下計算用於單獨藉由相位差實現該所計算輻射圖案的一圖案化裝置設計；及根據該所計算圖案化裝置設計來製造該圖案化裝置，該圖案化裝置在對應於該區域之一區域中無吸收器材料。
13.如條項12之方法，其中在該所計算圖案化裝置設計中在至少一個方向上之一對邊緣之間的一距離比該所要裝置圖案中之一對應特徵之一大小小至少15%。
14.如條項12或13之方法，其中該圖案化裝置設計係藉由蝕刻至形成於一圖案化裝置基板上之一多層反射結構而實現。
15.如條項14之方法，其中在反射該預定波長及入射角之輻射時判定一蝕刻深度以實質上達成一相位反轉。
16.如條項12、13、14或15之方法，其中該預定波長處於5奈米至15奈米之範圍內。
17.如條項12、13、14、15或16之方法，其中計算該圖案化裝置設計包括變化該設計之一或多個參數以最佳化該經模擬空中影像中之一對比度量測。
18.如條項17之方法，其中在一個方向上在一對邊緣之間的一距離作為該圖案化裝置設計之一參數而變化。
19.如條項12至18中任一項之方法，其中計算該圖案化裝置設計包括待用於該微影設備中之一照明形狀與該圖案化裝置上之該等特徵之間的共同最佳化。
20.一種圖案化裝置，其攜載待使用一微影設備而轉印至一基板之一目標部分上的特徵之一圖案，該圖案化裝置之至少一區域無光吸收器材料，其中該區域中之特徵之該圖案包含個別特徵之一緻密陣列，該等個別特徵在至少一個方向上由不同相位之區之間的若干對邊緣界定。
21.如條項20之圖案化裝置，其中在該一個方向上在該對邊緣之間的一距離比待形成於該基板上之該個別特徵之一大小小至少15%。
22.如條項21之圖案化裝置，其中該對邊緣之間的該距離比待形成於該基板上之該個別特徵之該大小小至少30%。
23.如條項20、21或22之圖案化裝置，其中該區域中之每一個別特徵係由不同相位之區之間的一對邊緣界定，該對邊緣係藉由將一渠溝或凹坑特徵蝕刻至形成於一圖案化裝置基板上之一多層反射結構中而形成。
24.如條項20、21、22或23之圖案化裝置，其中該區域中之每一 個別特徵係由不同相位之區之間的一對邊緣界定，該對邊緣係藉由蝕刻至形成於一圖案化裝置基板上之一多層反射結構中以便留下一台面特徵而形成。
25.如條項20至24中任一項之圖案化裝置，該圖案化裝置包含形成於一圖案化裝置基板上之一多層反射結構，其中該圖案之特徵係藉由在考量待用於該微影設備中之一波長及入射角的情況下在選定區中蝕刻該多層反射結構以便將實質上相對相位賦予至來自經蝕刻區及未經蝕刻區之反射輻射而界定。
26.如條項25之圖案化裝置，其中該等經蝕刻區中之反射比比未經蝕刻區中之反射比大85%。
27.如條項20至26中任一項之圖案化裝置，其經組態以用於使用一波長在5奈米與15奈米之間的輻射來轉印該圖案。
28.如條項27之圖案化裝置，其中對該曝光波長具高透明度之一保護層或密封層係遍及該區域中之該整個多層反射結構而提供。
29.一種製造搭配一微影設備而使用之一圖案化裝置之方法，該方法包含：界定包含特徵之一緻密陣列之一所要裝置圖案，該等特徵待形成於一基板之一目標部分內之一區域中的一抗蝕劑材料層中；計算用於在該抗蝕劑材料中實現該區域之該裝置圖案之一輻射圖案；在給出一預定波長及入射角的情況下計算用於單獨藉由相位差實現該所計算輻射圖案的一圖案化裝置設計；及根據該所計算圖案化裝置設計來製造該圖案化裝置，該圖案化裝置在對應於該區域之一區域中無吸收器材料。
30.如條項29之方法，其中在至少一個方向上在該所計算圖案化裝置中之一對邊緣之間的一間隔比該所要裝置圖案中之一對應特徵之 一大小小至少15%。
31.如條項29或30之方法，其中該圖案化裝置設計係藉由蝕刻至形成於一圖案化裝置基板上之一多層反射結構而實現。
32.如條項31之方法，其中在反射該預定波長及入射角之輻射時判定一蝕刻深度以實質上達成一相位反轉。
33.如條項29、30、31或32之方法，其中該預定波長處於5奈米至15奈米之範圍內。
34.如條項29至33中任一項之方法，其中計算該圖案化裝置設計包括變化該設計之一或多個參數以最佳化該經模擬空中影像中之一對比度量測。
35.如條項34之方法，其中在一個方向上在一對邊緣之間的一距離作為該圖案化裝置設計之一參數而變化。
36.如條項29至35中任一項之方法，其中計算該圖案化裝置設計包括待用於該微影設備中之一照明形狀與該圖案化裝置上之該等特徵之間的共同最佳化。
35.如條項29至36中任一項之方法，其中計算該圖案化裝置係基於藉由一負型色調程序實現該裝置圖案。
36.一種製造裝置之方法，其中使用一微影設備且使用一微影程序將一裝置圖案施加至一系列基板，該方法包括：使用如條項20至28中任一項之圖案化裝置以將該裝置圖案施加至一抗蝕劑材料上；顯影該經施加圖案；及根據該經顯影圖案處理該基板。
儘管在本文中可特定地參考微影設備在IC製造中之使用，但應理解，本文所描述之微影設備可具有其他應用，諸如製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭，等等。熟習此項技術者應瞭解，在此等替代應用之內容背景中，可認為本文對術語「晶圓」或「晶粒」之任何使用分 別與更一般術語「基板」或「目標部分」同義。可在曝光之前或之後在(例如)塗佈顯影系統(通常將抗蝕劑層施加至基板且顯影經曝光抗蝕劑之工具)、度量衡工具及/或檢測工具中處理本文所提及之基板。適用時，可將本文中之揭示內容應用於此等及其他基板處理工具。另外，可將基板處理一次以上(例如)以便產生多層IC，以使得本文中所使用之術語基板亦可指已經含有多個經處理層之基板。
術語「透鏡」在內容背景允許時可指各種類型之光學組件(包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件)中之任一者或組合。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述方式不同之其他方式來實踐本發明。以上描述意欲為說明性而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。
200‧‧‧無吸收器圖案化裝置或光罩/反射相移光罩
202‧‧‧多層反射結構
204‧‧‧光罩基板
206‧‧‧第一區/經蝕刻區/區域
208‧‧‧台面結構/第二區/區域
210‧‧‧輻射
212‧‧‧反射輻射
214‧‧‧入射輻射
216‧‧‧反射輻射
220‧‧‧塗層
222‧‧‧表面
230‧‧‧梯階或邊緣
232‧‧‧第二邊緣

Claims (13)

  1. 一種圖案化裝置，其攜載待使用一微影設備及一負型色調程序(negative tone process)而轉印至一基板之一目標部分上的特徵之一圖案，該圖案化裝置之至少一區域無光吸收材料(absorber material)且經組態以單獨藉由相位差界定該區域中之該圖案之特徵，其中該區域中之一個別特徵至少在一個方向上由不同相位之區之間的一對邊緣界定，且其中該對邊緣之間的一距離比在該負型色調程序中待形成於該基板上之該特徵之一大小小至少15%。
  2. 如請求項1之圖案化裝置，其中該對邊緣之間的該距離比待形成於該基板上之該特徵之該大小小至少30%。
  3. 如請求項1之圖案化裝置，其中該區域中之該個別特徵至少在一個方向上由不同相位之區之間的一對邊緣界定，該對邊緣係藉由將一渠溝或凹坑(trench or pit)特徵蝕刻至形成於一圖案化裝置基板上之一多層反射結構中而形成，或其中該區域中之該個別特徵係由不同相位之區之間的一對邊緣界定，該對邊緣係藉由蝕刻至形成於一圖案化裝置基板上之一多層反射結構中以便留下一台面特徵而形成。
  4. 如請求項1之圖案化裝置，該圖案化裝置包含形成於一圖案化裝置基板上之一多層反射結構，其中該圖案之特徵係藉由在選定區中蝕刻該多層反射結構以便在考量待用於該微影設備中之一波長及入射角的情況下將實質上相對相位賦予至來自經蝕刻區及未經蝕刻區之反射輻射而界定。
  5. 如請求項4之圖案化裝置，其中該等經蝕刻區中之反射比比未經蝕刻區中之反射比大85%。
  6. 如請求項1之圖案化裝置，其經組態以用於使用一波長在5奈米與15奈米之間的輻射來轉印該圖案。
  7. 如請求項4之圖案化裝置，其中對該曝光波長具高透明度之一保護層或密封層係遍及該區域中之該整個多層反射結構而提供。
  8. 一種製造半導體裝置之方法，其中使用一微影設備且使用一微影程序而將一裝置圖案施加至一系列基板，該方法包括：使用如請求項1之圖案化裝置以將該裝置圖案施加至一抗蝕劑材料上；及顯影該經施加圖案且根據該經顯影圖案處理該基板，其中該圖案係藉由一負型色調程序而形成於該抗蝕劑中。
  9. 如請求項8之方法，其中使用在5奈米至15奈米之範圍內之一波長之輻射而將該裝置圖案施加至該抗蝕劑。
  10. 一種界定搭配一微影設備而使用之一圖案化裝置之方法，該方法包含：界定包含複數個特徵之一所要裝置圖案，該複數個特徵待形成於一基板之一目標部分內之一區域中的一抗蝕劑材料層(layer of resist material)中；計算用於在一負型色調程序中實現該區域之該裝置圖案之一輻射圖案；藉由在給出一預定波長及入射角的情況下計算用於單獨藉由相位差實現該所計算輻射圖案的一圖案化裝置設計來界定該圖案化裝置，其中在該所計算圖案化裝置設計中在至少一個方向上之一對邊緣之間的一距離比該所要裝置圖案中之一對應特徵之一大小小至少15%。
  11. 如請求項10之方法，其中該圖案化裝置設計經組態以待蝕刻至形成於一圖案化裝置基板上之一多層反射結構中。
  12. 如請求項11之方法，其中在反射該預定波長及入射角之輻射時判定一蝕刻深度以實質上達成一相位反轉。
  13. 如請求項10之方法，其中計算該圖案化裝置設計包括：待用於該微影設備中之一照明形狀與該圖案化裝置上之該等特徵之間的共同最佳化。
TW105110661A 2015-04-07 2016-04-01 在微影設備中使用之圖案化裝置及製造及使用該圖案化裝置之方法 TWI588594B (zh)

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