金属镶嵌极端远紫外线光刻术用交替型相移光掩膜及制造方法 【技术领域】
本发明一般地涉及光掩模。更具体而言，本发明涉及具有所形成的用于极端远紫外线光刻术(EUVL)的镶嵌结构的交替型相移掩模(Alternative Phase Shift Mask，APSM)。
背景技术
光刻是用于集成电路制造的一般步骤。在光刻中，光掩膜放置于晶片上。光掩模(也被称为光罩)包含将要复制到晶片上的图案。然后将照射辐射投射到光掩模上。
在透射式光掩模的情形中，由被置于掩模上的图案中的吸收部分和透射部分形成掩模图案。由光照辐射的例如248纳米(nm)的所选择波长照射整个掩模。对所选择波长透明的掩模的透射部分允许所述光穿过掩模。对所选择波长不透明并加以吸收的吸收部分阻止光透射。掩模上的图案由此被复制到器件晶片上的光刻胶之上。
在另一类被称为反射式掩模的光掩模中，光掩模表面包含反射部分和吸收部分。当将所选择波长的光应用于光掩模时，反射部分将光反射回。来自掩模的被反射图像常常再次由反射镜或透镜系统反射，然后被反射到晶片上。
当照射辐射处于极端远紫外线(EUV)区时，使用反射式光掩模。目前开发了使用诸如波长193nm的深紫外线(UV)辐射和诸如波长157nm的真空UV辐射对透射式掩模进行图案化。因为EUV辐射被诸如石英的凝聚态物质强烈吸收，所以通常将反射式光掩模应用于极端远紫外线光刻术(EUVL)。
用于增加光刻系统分辨率的另一种方法是将交替型相移掩模(APSM)技术与EUVL反射式光掩模相结合。在这种方法中，制备光掩模的所选择部分以在反射光中产生180度相移。因此，来自光掩模地相移部分的反射光将与来自非相移部分的反射光进行相消干涉。这一相消干涉强度图案可以用于在晶片上对光刻胶进行图案化。这一技术在专利权人为Fukuda的美国专利No.5,328,784，以及“Optical Technology for EUVLithography”by Ito et al.，Optical Society of America，TOPS on ExtremeUltraviolet Lithography，Vol.4(1996)中进行了描述。
参考图1，在现有技术的反射式APSM中，APSM 101包括于其上形成了各种层的衬底103。首先，相移图案105被沉积在衬底103上。该相移图案具有大约1/4照射辐射波长的厚度，即λ/4。然后，沉积包括钼(Mo)和硅(Si)的多个交替薄膜层的多层叠层107。一般地，多层叠层107由40对Mo/Si薄膜组成。每对薄膜的厚度为约7nm。多层叠层107将反射EUV辐射。在多层叠层107的顶部形成图案化的吸收性金属层109。该图案化的吸收性金属层109覆盖衬底103的具有相移图案105的区域与衬底103的不具有相移图案105的区域之间的过渡区域。通过改变吸收性金属层109的宽度，可以对具有不同尺寸的特征(feature)进行图案化。
这一现有技术的光掩模具有一些缺点。首先，图1的光掩模101引入了阴影效应。在EUVL中，由于反射式掩模的自身特性，入射辐射以偏离法线一定角度入射。倾斜照射与非零高度的吸收性金属层109的结合引起阴影效应，这需要通过调整光掩模的特征尺寸来进行校正。一般地，为了补偿阴影效应，光掩模向更小的尺寸偏移。随着EUVL技术延伸到更小的设计规则，该偏移需求可以对EUVL掩模的制备产生限制。此外，现有技术的光掩模101不是平整的，这会在清洁光掩模的表面期间可能导致损伤。随着对本发明详细描述的评述，现有技术光掩模101的其它缺点将变得很明显。
【附图说明】
参考附图将能对本发明进行最好的理解，在附图中具有相同标号的附图标记通常表示等同的、功能类似的和/或结构类似的元件。
图1是现有技术的反射式EUVL交替型相移掩模(APSM)；
图2-7是图示了根据本发明形成APSM反射式EUVL光掩模的方法的横截面视图；
图8-9是使用反衬层的本发明的另一个实施例的横截面视图；
图10-13是图示了根据本发明的另一个实施例形成EUVL反射式APSM的方法的横截面视图。
【具体实施方式】
根据本发明，公开了一种用于形成极端远紫外线光刻术(EUVL)用反射式交替型相移掩模(APSM)的方法。下面对优选实施例的描述中提供了很多具体细节，以便于充分理解本发明的多个实施例。然而，本领域的技术人员应该了解，没有这些具体细节或利用其它方法、组件、材料等也可以实施本发明。在其它例子中，没有详细示出或描述公知的结构、材料、操作，以免混淆本发明的各个方面。
整个说明书中对“一个实施例”、“实施例”或“优选实施例”的引用表示所描述的与该实施例有关的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在优选实施例中”不必都指相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任意适当的方式将所述具体特征、结构或特性结合在一起。
参考图2，提供了衬底201，其上沉积了图案层203。在一个实施例中，衬底201可以是硅而图案层203可以是二氧化硅。然而，因为衬底201的作用主要是提供于其上可以形成光掩模的若干反射和吸收部分的基底，所以许多其它的材料可以用于上述两个结构。因此，衬底201可以由诸如石英、超低膨胀硅酸钛玻璃(ULE)和Zerodur微晶玻璃的具有良好热稳定性的材料形成。
类似地，如下所示，图案层203的主要目的是提供凸起区域，该凸起区域将在所反射的照射辐射中引起180度的相移。因此，图案层203可以由数种材料形成。选择构成图案层203的材料要考虑到：(1)该材料应当能够容易地并且均匀地以接近零缺陷沉积在衬底201上，并且(2)该材料相对衬底201应当具有良好的刻蚀选择性。举例来说，如果衬底是硅或二氧化硅，则图案层203可以由碳形成。使用碳作为图案层203的优点是可以使用光学检测来确定在图案层203的刻蚀中是否存在缺陷。
通常，图案层203应当具有这样的厚度，即相对于从衬底的非凸起区域(这里不存在图案层203)反射的照射辐射，此厚度在从衬底的凸起区域反射的照射辐射中引起约180度相移。已经发现，具有厚度为λ/(4cosθ)的图案层203适合于产生180度相移，其中入是照射辐射的波长，而θ是入射角。对于13.4nm的EUV波长和5度的入射角，图案层203因而应当具有约3.36nm的厚度。
接下来，参考图3，随后对图案层203进行图案化和刻蚀，以在衬底201上留下凸起区域。应当理解图3中示出的图案层203只是示例性的，而在实际应用中，图案层203一般是限定出光掩模的图案的复杂网络。因此，在整个光掩模上按照所期望的光掩模图案形成图案层203。
接下来，参考图4，多层叠层205被沉积于衬底201和图案层203的剩余部分上。在一个实施例中，40对钼/硅薄膜组成多层叠层205。然而，可以使用其它的材料形成多个薄膜对，并且本发明不应局限于钼/硅薄膜。例如，可以使用钼/铍、铌/铍、钌/铍、铑/铍或硅/钌薄膜对。此外，所述薄膜对可以包括在第一膜和第二膜之间的中间层，以增加热稳定性并且防止相互扩散。例如，中间层可以是碳。
一般地，每对钼/硅薄膜约7nm(或70埃)厚。使用公知的物理关系式，已经从理论上发现40对(或280nm厚)钼/硅薄膜将对EUV谱带中的波长(例如，13.4nm)提供几乎75％的反射率。
仍然参考图4，随后在多层叠层205上沉积缓冲层207。如下所示，缓冲层207将被用作刻蚀终止层(etch stop)。缓冲层207应当是在该缓冲材料与钼/硅之间具有良好的刻蚀选择性的材料。例如，可以使用碳。然而，可以使用诸如氧化物、铬或钌等其它材料作为缓冲层。在另一个实施例中，省略了缓冲层207。
仍然参考图4，根据本发明，在缓冲层207上沉积了额外数量的钼/硅薄膜对。在一个实施例中，沉积了10对薄膜，导致厚度增加了70nm。这10对钼/硅薄膜在这里被称为附加多层叠层209。
然而，如上所述，可以使用其它种类的反射薄膜组合作为附加多层叠层209。实际上，用于附加多层叠层209的薄膜组合可以和用于多层叠层205的薄膜组合不同。如下所示，在多个薄膜的叠层中将形成多个沟槽。
接下来，仍然参考图4，在附加多层叠层209上沉积平坦化覆盖层211。覆盖层211的厚度优选为40至120埃的数量级。在一个实施例中，覆盖层211由硅形成。或者，覆盖层211可以由诸如钌的其它材料形成。
接下来，参考图5，在覆盖硅层211和附加多层叠层209中形成若干沟槽501。可以使用传统的图案化和刻蚀工艺来形成沟槽501。缓冲层207被用作刻蚀终止层，因此，沟槽501向下通过整个附加多层叠层209延伸到缓冲层207。此外，通常所形成的沟槽501基本上位于图案层203和衬底201之间的边界上。
尽管不是必需的，但优选将缓冲层207形成至某个厚度，所述厚度依据下面的关系式取决于照射辐射的波长、刻蚀终止层的折射率的实部(n)和照射辐射的入射角(θ)：
厚度＝mλ/(2ncosθ)
其中m为整数。
因此，对于入射角5度，曝光波长134埃，使用具有实折射率为0.9735的氧化物作为缓冲层，最佳厚度约为7nm。对于钌缓冲层，最佳厚度仍为约7nm。缓冲层207可以由氧化物、碳、铬、钌或其它材料形成。
上面给出的公式对于具有基本均匀的周期性的多层叠层205和209是有效的。周期性指的是对于若干钼/硅薄膜对，其薄膜厚度的模式一致。在一个实施例中，这导致了多对2.8nm的钼薄膜和4.2nm的硅薄膜。对于用于形成薄膜对的其它种类的材料，使用其它厚度是可以理解的。在任何情况下，均匀周期性指的是在整个多层叠层205和209的薄膜对中具有一致的厚度。
更一般的考虑，缓冲层的厚度，包括与该缓冲层直接邻接的薄膜层中的相对于均匀周期性的任何厚度过剩或厚度不足，应当具有为2π的倍数的光程。因此作为示例，假定多层叠层205中的最顶上的薄膜层的厚度为5.2nm，而不是标称厚度4.2nm。在这种情况下，在计算其光程中，应当认为此厚度的1.0nm是缓冲层的一部分。
缓冲层207具有至少两个功能。首先，当在附加多层叠层209中形成沟槽501时，沟槽501的精确深度可以被均匀地控制。第二，如果发现在沟槽501的刻蚀过程中产生了误差，则可以剥离附加多层叠层209(和覆盖层211)，并且可以在多层叠层205上形成新的附加多层叠层209。因此，可以在不损坏昂贵的掩模空片(mask blank)的条件下，校正图案化过程中的误差。可以想到，甚至可以重复使用掩模空片。
可以理解图5中示出的沟槽501只是示例性的，而在实际应用中，沟槽501一般是限定出光掩模图案的复杂网络。因此，在整个光掩模上按照所期望的光掩模图案形成沟槽501。
接下来，参考图6，通常使用覆层溅射(blanket sputter)工艺以金属层601填充沟槽501。或者，也可以使用物理气相沉积或化学气相沉积。例如，金属层601可以是氮化钽、钨、铜、铬、钽、氮化钽、铝、锗或锗化硅。已经初步发现锗或铝作为金属层601提供了最优的性能级别。
实际上，可以使用能够普遍吸收EUVL辐射的任何材料。然而，应当注意的是，所用材料的吸收性越强，附加多层叠层209的厚度就需要越小。
仍然参考图6，去除金属层601在沟槽501之外的部分。一般地，这通过使用化学机械抛光(CMP)工艺，并使用覆盖层211作为抛光终止层来实现。因此，覆盖层211应当优先由相对于金属层601具有良好的抛光选择性的材料形成。或者，可以使用回蚀(etch back)工艺去除金属层601在沟槽501之外的部分。
最后，参考图7，作为可选步骤，在覆盖层211上和沟槽501中的金属层601上沉积薄非晶硅层701。非晶硅层701的厚度优选为几十埃，即优选40至120埃的范围。
可以看出图7的掩模具有若干优点。首先，因为入射EUV辐射由附加多层叠层209反射，其中该附加多层叠层209与金属层601处在基本相同的平面高度，所以几乎不存在阴影效应。
第二，因为多层叠层203和附加多层叠层209是可导电的，所以光掩模的总电导率增加，这有助于防止光掩模受到微粒污染。
第三，本发明的光掩模设计适于用于不透明刻蚀缺陷的光学检测和聚焦离子束(FIB)修复技术。也可以使用用于修复透明缺陷(clear defect)的其它公知技术。例如，在美国专利No.5,935,737中描述的一种方法，其中该美国专利No.5,935,733被授予给Yan并被转让给与本发明相同的受让人。
第四，当与现有技术的EUVL反射式交替型相移掩模相比较时，因为光掩模的表面基本是平坦的，所以它可以容易地进行清洁。此外，因为覆盖层211和可选的非晶硅层701，所以清洁过程将不会损伤下面的附加多层叠层209或金属层601。
可以对本发明进行修改以有助于在光掩模制造期间对光掩模的检测和修复。具体而言，参考图8，除了沉积多层叠层205、缓冲层207、附加多层叠层209和覆盖层211之外，还沉积了反衬层801。反衬层801是这样的材料，即在使用光学检测技术时此材料可以在已刻蚀和未刻蚀的区域(用于形成沟槽501)之间提供良好的衬度。在一个实施例中，假定下面的覆盖层由二氧化硅或由与碳反衬明显的其它材料形成，则反衬层801可以由碳形成。氮化钛、氮化钽或铬也可以用作反衬层801。
在对光掩模进行图案化和刻蚀之后，可以进行光学检测，因为在已刻蚀区域和由反衬层801所覆盖的未刻蚀区域之间可以获得高光学衬度。在图9中，示出了两种类型的缺陷：外突缺陷(protrusion defect)901和内突缺陷(intrusion defect)903。外突缺陷为光掩模的应该被刻蚀而没有被刻蚀掉区域。内突缺陷为光掩模的不应当被刻蚀而已被刻蚀掉区域。通过使用传统的聚焦离子束(FIB)技术去除外突缺陷901可以修复外突缺陷。通过使用其它公知的技术，在图案化过程中应可避免内突缺陷903。例如，在美国专利No.5,935,737中描述的一种方法，其中该美国专利No.5,935,737被授予给Yan并被转让给与本发明相同的受让人。然而，反衬层801的使用对于使用光学技术来确定缺陷是有用的。
在去除缺陷之后，然后可以进行图6-7中示出的剩余步骤。因此，金属层601被沉积在光掩模之上，并且进行金属CMP工艺。在一个以碳作为反衬层801的实施例中，反衬层801还可以用作CMP终止层。当在反衬层801上终止CMP过程以后，金属层601的表面明显更加平坦。这回过头来在接下来的用于去除反衬层801的抛光步骤中又确保了对增强的均匀性的控制。在此实例中，覆盖层211被用作终止层。通过氧等离子刻蚀可以去除任何的碳残余物。
或者，可以通过传统的剥离(lift-off)工艺去除反衬层801。在此情况下，反衬层的厚度优选小于20纳米。虽然此方法使得表面不如使用CMP工艺所得到的表面平坦，但此技术仍然比使用减成金属(subtractivemetal)技术制造的光掩模更平坦。通过剥离工艺去除反衬层801的优点是保持了覆盖层211的良好的膜均匀性。与CMP工艺相比，湿法或干法刻蚀工艺常常可以获得对于硅覆盖层的更高选择性。
或者，在通过剥离工艺去除反衬层之前，可以进行金属层601的覆层刻蚀(blanket etch)，以使金属层601凹入覆盖层211或附加多层叠层209以下。凹进的深度可以是0至30nm的范围。然后使用通过干法或湿法刻蚀的剥离工艺去除反衬层801。对于形成金属层601的某些金属，凹入的金属层具有若干性能优点。
最后，和上面描述的实施例一样，作为可选步骤，可以将薄非晶硅涂层置于光掩模之上。使用反衬层801的另一个优点是反衬层801可以用作“刻蚀测试层”。因此，将被版印到光掩模之上的刻蚀图案中的任何误差可以通过首先刻蚀反衬层801来确定。如果发现误差，则可以修复反衬层801。然后，可以将反衬层801用作硬掩模以刻蚀下面的附加多层叠层209。
接下来参考图10-13，示出了本发明的另一个实施例。在本实施例中，与使用图案层203以使多层叠层205的多个部分凸起相反，下面的衬底被刻蚀以获得将使多层叠层205的多个部分降低的凹进区域。
参考图10，提供了衬底1001。对该衬底进行图案化和刻蚀，以提供多个凹进(recess)1003。在一个实施例中，衬底1001可以是硅或氧化物。如上所述，因为衬底1001的作用主要是提供于其上可以形成光掩模的多个反射和吸收部分的基底，所以许多其它的材料可以用于上述两个结构。因此，衬底1001可以由诸如石英、超低膨胀硅酸钛玻璃(ULE)和Zerodur微晶玻璃等具有良好热稳定性的材料形成。
如下面所示的，凹进1003的主要作用是提供较低区域，该较低区域将在所反射的照射辐射中引起相移。应当理解图10中示出的凹进1003只是示例性的，而在实际应用中，凹进1003一般是限定出光掩模的图案的复杂网络。因此，在整个光掩模上按照所期望的光掩模图案形成凹进1003。与图2-7的实施例相比，图10-13的实施例的一个缺点是不能使用光学检测来确定在凹进1003的刻蚀中是否存在缺陷。这是因为在凹进1003和衬底1001之间几乎没有光学差异。
通常，凹进1003应当具有这样的深度，即相对于从衬底的非较低区域(这里不存在凹进1003)反射的照射辐射，在从衬底的较低区域反射的照射辐射中该厚度引起约180度相移。已经发现，具有深度为λ/(4cosθ)的凹进1003适合于产生180度相移，其中入是照射辐射的波长，而θ是入射角。对于13.4nm的EUV波长和5度的入射角，凹进1003因而应具有约3.36nm的深度。
接下来，仍然参考图10，在衬底1001上和凹进1003内沉积多层叠层1005。在一个实施例中，40对钼/硅薄膜组成多层叠层1005。然而，可以使用其它的材料形成多个薄膜对，并且本发明不应局限于钼/硅薄膜。例如，可以使用钼/铍、铌/铍、钌/铍、铑/铍或硅/钌薄膜对。此外，所述薄膜对可以包括在第一膜和第二膜之间的中间层，以提高热稳定性并且防止相互扩散。例如，中间层可以是碳。
一般地，每对钼/硅薄膜厚约7nm(或70埃)。使用公知的物理关系式，已经从理论上发现40对(或280nm厚)钼/硅薄膜将对EUV谱带中的波长(例如，13.4nm)提供几乎75％的反射率。
仍然参考图10，然后在多层叠层1005上沉积缓冲层1007。如下所示，缓冲层1007将被用作刻蚀终止层。缓冲层1007应当是在该缓冲材料与钼/硅之间具有好的刻蚀选择性的材料。例如，可以使用碳。然而，可以使用诸如氧化硅、铬或钌等其它材料作为缓冲层。在另一个实施例中，省略了缓冲层1007。
仍然参考图10，根据本发明，在缓冲层1007上沉积了额外数量的钼/硅薄膜对。在一个实施例中，沉积了10对薄膜，导致厚度增加了70nm。这10对钼/硅薄膜在这里被称为附加多层叠层1009。
然而，如上所述，可以将其它种类的反射薄膜组合用于附加多层叠层1009。实际上，用于附加多层叠层1009的薄膜组合可以和用于多层叠层1005的薄膜组合不同。如下所示，在此薄膜的叠层中将形成若干沟槽。
接下来，在附加多层叠层1009上沉积平坦化覆盖层1011。覆盖层1011优选的厚度为40至120埃的数量级。在一个实施例中，覆盖层1011由硅形成。或者，覆盖层1011可以由诸如钌的其它材料形成。
接下来，参考图11，在覆盖层1011和附加多层叠层1009中形成若干沟槽1101。可以使用传统的图案化和刻蚀工艺来形成沟槽1101。缓冲层1007被用作刻蚀终止层，因此，沟槽1101向下通过整个附加多层叠层1009延伸到缓冲层1007。
尽管不是必需的，但优选将缓冲层207形成至某个厚度，所述厚度依据下面的关系式取决于照射辐射的波长、刻蚀终止层的折射率的实部(n)和照射辐射的入射角(θ)：
厚度＝mλ/(2ncosθ)
其中m为整数。
因此，对于入射角5度，曝光波长134埃，使用具有实折射率为0.9735的氧化物作为缓冲层，最佳厚度为约7nm。对于钌缓冲层，最佳厚度还是为约7nm。缓冲层1007可以由氧化物、碳、铬、钌或其它材料形成。
上面给出的公式对于具有基本均匀的周期性的多层叠层1005和1009是有效的。周期性指的是对于钼/硅薄膜对具有一致模式的薄膜厚度。在一个实施例中，这导致了多对2.8nm的钼薄膜和4.2nm的硅薄膜。对于用于形成多个薄膜对的其它种类的材料，将使用其它厚度是可以理解的。在任何情况下，均匀周期性指的是在整个多层叠层1005和1009的多个薄膜对中具有一致的厚度。
更一般的考虑，缓冲层的厚度，包括与该缓冲层直接邻接的薄膜层中的相对于均匀周期性的厚度过剩或厚度不足，应当具有为2π的倍数的光程。因此作为示例，假定多层叠层1005中的最顶端薄膜层的厚度为5.2nm，而不是标称厚度4.2nm。在这种情况下，在计算其光程中，应当认为此厚度中的1.0nm是缓冲层的一部分。
缓冲层1007具有至少两个功能。首先，当在附加多层叠层1009中形成沟槽1101时，沟槽1101的精确深度可以被均匀地控制。第二，如果发现在沟槽1101的刻蚀过程中产生了误差，则可以剥离附加多层叠层1009(和覆盖层1011)，并且可以在多层叠层1005上形成新的附加多层叠层1009。因此，可以在不损坏昂贵的掩模空片的条件下，校正图案化过程中的误差。可以想到，甚至可以重复使用掩模空片。
可以理解图11中示出的沟槽1101只是示例性的，而在实际应用中，沟槽1101一般是限定出光掩模图案的复杂网络。因此，在整个光掩模上按照所期望的光掩模图案形成沟槽1101。此外，通常所形成的沟槽1101基本上位于凹进1003和衬底1001之间的边界上。
接下来，参考图12，通常使用覆层溅射工艺以金属层1201填充沟槽1101。或者，也可以使用物理气相沉积或化学气相沉积。金属层1201可以是诸如氮化钽、钨、铜、铬、钽、氮化钽、铝、锗或锗化硅。已经初步发现锗或铝作为金属层1201提供了最优的性能级别。
实际上，可以使用能够普遍吸收EUVL辐射的任何材料。然而，应当注意的是，所用材料的吸收性越强，附加多层叠层209的厚度就需要越小。
仍然参考图12，去除金属层1201在沟槽1101之外的部分。一般地，这通过使用化学机械抛光(CMP)工艺，并使用覆盖层1011作为抛光终止层来实现。因此，覆盖层1011优选由相对于金属层1201具有良好的抛光选择性材料形成。或者，可以使用回蚀工艺去除金属层1201在沟槽1101之外的部分。
最后，参考图13，作为可选步骤，在覆盖层1011和沟槽1101内的金属层1201上沉积薄非晶硅层1301。非晶硅层1301的厚度优选为40至120埃的范围内的几十埃。
尽管为了说明的目的，在此描述了本发明的具体实施例和实例，但是如本领域的技术人员所能理解的，在本发明的范围内可以进行各种等同的修改。根据以上详细描述可以对本发明做这些修改。所附权利要求使用的术语不应该被解释为将本发明限制为说明书和权利要求所公开的具体实施例。更合适地说，本发明的范围完全由根据已建立的理解权利要求的原则来解释的所附权利要求来决定。