用于EUV光刻相移空白掩模及光掩模

申请号 CN202310044890.5 申请日 2023-01-30 公开(公告)号 CN117891122A 公开(公告)日 2024-04-16
申请人 思而施技术株式会社; 发明人 金用大; 梁澈圭; 禹美京;
摘要 公开一种用于EUV 光刻 的空白掩模,其包含依序形成于衬底上的反射膜、罩盖膜、蚀刻终止膜、 相移 薄膜 及硬掩模膜。所述相移膜含有钌(Ru),且所述蚀刻终止膜含有铬(Cr)及铌(Nb)。在所述蚀刻终止膜中,铌(Nb)的含量介于20at%到50at%的范围内,且铬(Cr)的含量介于10at%到40at%的范围内。所述硬掩模膜含有钽(Ta)及 氧 (O)。所述硬掩模膜中的钽(Ta)的含量高于或等于50at%。运用所述空白掩模,有可能在晶片印刷期间实施高 分辨率 及NILS,且实施DtC。
权利要求

1.一种用于极紫外线(EUV)光刻的空白掩模,其包括衬底、形成于所述衬底上的反射膜、形成于所述反射膜上的罩盖膜、形成于所述罩盖膜上的蚀刻终止膜,及形成于所述蚀刻终止膜上的相移膜,
所述相移膜含有钌(Ru),且
所述蚀刻终止膜含有铬(Cr)及铌(Nb)。
2.根据权利要求1所述的空白掩模,其中,在所述蚀刻终止膜中,铌(Nb)的含量介于
20at%到50at%的范围内,且铬(Cr)的含量介于10at%到40at%的范围内。
3.根据权利要求3所述的空白掩模,其中所述蚀刻终止膜进一步含有氮(N)。
4.根据权利要求3所述的空白掩模,其中所述蚀刻终止膜中的氮(N)的含量介于10at%到70at%的范围内。
5.根据权利要求4所述的空白掩模,其中所述蚀刻终止膜具有15nm或更小的厚度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的空白掩模,其进一步包括形成于所述相移膜上的硬掩模膜。
7.根据权利要求6所述的空白掩模,其中所述硬掩模膜含有钽(Ta)及(O)。
8.根据权利要求7所述的空白掩模,其中所述硬掩模膜中的钽(Ta)的含量高于或等于
50at%。
9.根据权利要求8所述的空白掩模,其中所述硬掩模膜进一步含有(B)。
10.根据权利要求9所述的空白掩模,其中所述硬掩模膜中的硼(B)的含量小于或等于
20at%。
11.根据权利要求10所述的空白掩模,其中所述硬掩模膜具有2nm到5nm的厚度。
12.根据权利要求10所述的空白掩模,其中所述硬掩模膜相对于具有193nm的波长的深紫外线(DUV)检测光具有40%或更低的反射率。
13.一种用于极紫外线(EUV)光刻的光掩模,其使用根据权利要求1所述的空白掩模制备。
14.一种使用根据权利要求7所述的空白掩模来制备用于极紫外线(EUV)光刻的光掩模的方法,所述方法包括:
a)在所述硬掩模膜上形成抗蚀膜图案;
b)通过基于氟的蚀刻气体对所述硬掩模膜进行蚀刻,同时使用所述抗蚀膜图案作为蚀刻掩模;
c)去除所述抗蚀膜图案;
d)通过含有氧气的基于氯气的蚀刻气体对所述相移膜进行蚀刻,同时使用所述硬掩模膜的图案作为蚀刻掩模;及
e)通过不含氧气的基于氯气的蚀刻气体对所述蚀刻终止膜进行蚀刻,同时使用所述硬掩模膜的所述图案及所述相移膜的图案作为蚀刻掩模。

说明书全文

用于EUV光刻相移空白掩模及光掩模

技术领域

[0001] 本公开涉及一种空白掩模及一种光掩模,且更特定来说,涉及:一种相移空白掩模,其包含用于相对于极紫外线(EUV)光使相位移位以在晶片印刷期间实施高分辨率的相移膜;及一种使用其制备的用于EUV光刻的光掩模。

背景技术

[0002] 用于半导体的光刻技术最近已从ArF、ArFi多重(MP)光刻发展成极紫外线(EUV)光刻。用于EUV光刻的空白掩模通常包含衬底上的两个薄膜,例如用于反射EUV光的反射膜及用于吸收EUV光的吸收膜。
[0003] 近来,已尝试研发一种能够实施比具有吸收膜的此类二元空白掩模更高的分辨率的相移空白掩模。相移空白掩模具有高于二元空白掩模的归一化图像对数斜率(NILS),且因此在晶片印刷期间由于散粒噪声效应而减少随机缺陷。此外,相移空白掩模实施低清除剂量(DtC),进而增加半导体生产
[0004] 在用于EUV光刻的相移空白掩模中,优选地,相移膜使用易于制备光掩模且在晶片印刷期间性能优异的材料进行制备。就此而言,已经将钌(Ru)作为相移膜的材料研究。
[0005] 图1为展示用于EUV光刻的相移空白掩模的结构的视图,其中相移膜含有钌(Ru)。图1的结构展示与本公开相对的申请人的自有的技术以便描述本公开的技术特征,且并不意谓本文中所阐述的图1的结构在本公开的申请之前已经为公众所知。
[0006] 用于EUV光刻的相移空白掩模包含衬底102、形成于衬底102上的反射膜104、形成于反射膜104上的罩盖膜105、形成于罩盖膜105上的蚀刻终止膜107、形成于蚀刻终止膜107上的相移膜108、形成于相移膜108上的硬掩模膜109,及形成于硬掩模膜109上的抗蚀膜110。
[0007] 罩盖膜105通常由含有钌(Ru)的材料制成,且相移膜108也由含有钌(Ru)的材料(具体来说,RuON)制成。
[0008] 蚀刻终止膜107具有双层结构,即包含形成于罩盖膜105上的第一层107a及形成于第一层107a上的第二层107b。第一层107a由TaBN制成,且第二层107b由TaBO制成。
[0009] 硬掩模膜109含有TaBO。
[0010] 为了使用前述空白掩模制备光掩模,抗蚀膜110的图案首先通过电子束写入及显影工艺而形成,且抗蚀膜图案接着用作蚀刻掩模以对TaBO的硬掩模膜109进行蚀刻,进而形成硬掩模膜图案。在此状况下,基于氟(F)的气体用作蚀刻气体。接着,去除抗蚀膜图案,且所述硬掩模膜图案用作蚀刻掩模,以运用含有气(O2)的基于氯气(Cl2)的气体对相移膜108进行蚀刻。
[0011] 同时,钽(Ta)通过基于氯气的气体进行蚀刻,但添加有氧(O)的钽(Ta)通过基于氟(F)的气体进行蚀刻。因此,在对蚀刻终止膜107进行蚀刻的工艺中,TaBO的第二层107b首先通过基于氟的气体进行蚀刻,且在此状况下,硬掩模膜109的图案在一起经蚀刻且去除。接着,蚀刻终止膜107的第一层107a通过不含有氧气(O2)的基于氯气(Cl2)的气体进行蚀刻。因此,完成相移光掩模。
[0012] 在具有前述结构的相移空白掩模中,含有钌(Ru)的相移膜108通过基于氯气的气体进行蚀刻,且在此状况下,含有氧气(O2)的基于氯气(Cl2)的气体用于确保预定的蚀刻速率或更高。然而,在图1的结构中,罩盖膜105及相移膜108共同含有钌(Ru)。因此,如果不存在蚀刻终止膜107,那么用于图案化相移膜108的蚀刻材料中所含有的氧气(O2)会在蚀刻期间对罩盖膜105造成损坏,进而降低罩盖膜105的反射率。蚀刻终止膜107防止含有氧气(O2)的基于氯气(Cl2)的气体与罩盖膜105接触,进而防止对罩盖膜105的损坏。
[0013] 然而,当相移膜107含有Ru时,优选地,蚀刻终止膜107形成为具有如上文所描述的双层结构。如果蚀刻终止膜107形成为单个TaBN层,那么TaBN易氧化,且因此蚀刻终止膜107的表面被氧气(O2)氧化,而RuON的相移膜108经蚀刻。此氧化随机分布,进而在蚀刻终止膜107的表面上造成缺陷且还在使用基于氯气(Cl2)的气体进行蚀刻期间降低蚀刻速率。同时,使用基于氯气(Cl2)的气体进行蚀刻通常被视为化学蚀刻,且使用基于氟(F)的气体进行蚀刻通常被视为物理蚀刻。因此,如果蚀刻终止膜107形成为单个TaBO层,那么罩盖膜105在使用基于氟(F)的气体进行蚀刻期间在物理上被损坏。就此而言,第一层107a由TaBN制成且第二层107b由TaBO制成,进而防止罩盖膜105被基于氧气(O2)及氟(F)的气体损坏。
[0014] 由于蚀刻终止膜107具有双层结构,因此用于形成蚀刻终止膜107的层107a及107b的工艺单独地执行,进而增加工艺的总数目。因此,存在增加薄膜设计的复杂性、需要对额外薄膜进行清洁及缺陷控制等的问题。此外,即使对于使用此空白掩模制备的光掩模也需要清洁及类似额外工艺。此类问题最终导致产率降低。
[0015] 此外,在前述结构中,在对蚀刻终止膜107的第二层107b进行蚀刻时去除硬掩模膜109,且因此,含有钌(Ru)的相移膜108定位于顶部上。然而,钌(Ru)具有对具有193nm的波长的深紫外线(DUV)检测光的高表面反射率,且因此引起在使用DUV检测光进行检测期间降低检测灵敏度的问题。为了解决此问题,在图1的结构中,氧(O)可添加到钌(Ru),进而降低相移膜108的表面反射率。然而,当氧(O)经添加到钌(Ru)时,会出现增加折射率(n)的问题,且因此难以实施相移膜108中所需的相移量。
发明内容
[0016] 本公开的方面在于提高相对于深紫外线(DUV)检测光的检测灵敏度,同时实施包含含有钌(Ru)的相移膜的空白掩模中所需的相移量,且进一步简化形成薄膜的工艺且通过减小薄膜的数目来增加产率。
[0017] 根据本公开的一个实施例,提供一种用于极紫外线(EUV)光刻的空白掩模,其包含衬底、形成于所述衬底上的反射膜、形成于所述反射膜上的罩盖膜、形成于所述罩盖膜上的蚀刻终止膜及形成于蚀刻终止膜上的相移膜。所述相移膜含有钌(Ru),且所述蚀刻终止膜含有铬(Cr)及铌(Nb)。
[0018] 在所述蚀刻终止膜中,铌(Nb)的含量可介于20at%到50at%的范围内,且铬(Cr)的含量可介于10at%到40at%的范围内。
[0019] 所述蚀刻终止膜可进一步含有氮(N)。
[0020] 所述蚀刻终止膜中的氮(N)的含量可介于10at%到70at%的范围内。
[0021] 所述蚀刻终止膜可具有15nm或更小的厚度。
[0022] 所述空白掩模可进一步包含形成于所述相移膜上的硬掩模膜。
[0023] 所述硬掩模膜可含有钽(Ta)及氧(O)。
[0024] 所述硬掩模膜中的钽(Ta)的含量可高于或等于50at%。
[0025] 所述硬掩模膜可进一步含有(B)。
[0026] 所述硬掩模膜中的硼(B)的含量可小于或等于20at%。
[0027] 所述硬掩模膜可具有2nm到5nm的厚度。
[0028] 所述硬掩模膜可相对于具有193nm的波长的深紫外线(DUV)检测光具有40%或更低的反射率。
[0029] 根据本公开的另一实施例,提供一种使用前述空白掩模制备的用于极紫外线(EUV)光刻的光掩模。
[0030] 根据本公开的又一实施例,提供一种使用前述空白掩模来制备用于极紫外线(EUV)光刻的光掩模的方法,所述方法包含:a)在所述硬掩模膜上形成抗蚀膜图案;b)通过基于氟的蚀刻气体对所述硬掩模膜进行蚀刻,同时使用所述抗蚀膜图案作为蚀刻掩模;c)去除所述抗蚀膜图案;d)通过含有氧气的基于氯气的蚀刻气体对所述相移膜进行蚀刻,同时使用所述硬掩模膜的图案作为蚀刻掩模;及e)通过不含氧气的基于氯气的蚀刻气体对所述蚀刻终止膜进行蚀刻,同时使用所述硬掩模膜的所述图案及所述相移膜的图案作为蚀刻掩模。附图说明
[0031] 上文和/或各方面将从结合随附图式而对示范性实施例进行的以下描述变得显而易见且更易于了解,在随附图式中:
[0032] 图1为展示用于极紫外线(EUV)光刻的相移空白掩模的结构的视图;且[0033] 图2为展示根据本公开的用于极紫外线(EUV)光刻的相移空白掩模的视图。

具体实施方式

[0034] 在下文中,将参考随附图式更详细地描述本公开。
[0035] 图2为展示根据本公开的用于极紫外线(EUV)光刻的相移空白掩模的视图。
[0036] 根据本公开的用于EUV光刻的相移空白掩模包含衬底202、形成于衬底202上的反射膜204、形成于反射膜204上的罩盖膜205、形成于罩盖膜205上的相移膜208及形成于相移膜208上的抗蚀膜210。
[0037] 衬底202经配置为低热膨胀材料(LTEM)衬底,其具有0±1.0×10‑7/℃,优选地0±‑70.3×10 /℃范围内的低热膨胀系数以防止图案由于曝光期间的热的变形应力,以便适合于用于使用EUV曝光光的反射空白掩模的玻璃衬底。作为衬底202的材料,可使用基于SiO2‑TiO2的玻璃、多成分玻璃陶瓷等。
[0038] 反射膜204具有各层的折射率不同的多层结构,且用于反射EUV曝光光。具体来说,通过交替地堆叠Mo层及Si层由40层到60层形成反射膜204。
[0039] 罩盖膜205用以防止氧化膜形成于反射膜204上以便维持反射膜204对EUV曝光光的反射率,且防止反射膜204在蚀刻终止膜207经图案化时被蚀刻。一般来说,罩盖膜205由含有钌(Ru)的材料制成。罩盖膜205形成为具有2nm到5nm的厚度。当罩盖膜205的厚度小于或等于2nm时,难以充当罩盖膜205。当罩盖膜205的厚度大于或等于5nm时,降低对EUV曝光光的反射率。
[0040] 相移膜208使曝光光的相位移位并反射曝光光,进而破坏性地干扰从反射膜204反射的曝光光。相移膜208含有钌(Ru),且因此相移膜208通过基于氯气(Cl2)的气体经蚀刻。确切来说,为了确保蚀刻速率,相移膜208通过含有氧气(O2)的基于氯气(Cl2)的气体经蚀刻。优选地,相移膜208进一步含有氮(N)。因为氮(N)增加相移膜的折射率(n),所以需要适当地选择氮(N)的含量。优选地,氮(N)的含量小于或等于40at%,且因此,相移膜208中的钌(Ru)的含量高于或等于60at%。
[0041] 相移膜208相对于具有13.5nm的波长的曝光光具有相对于反射膜204的6%到15%的相对反射率。此处,相对反射率指代相移膜208的反射率与反射膜204及罩盖膜205经堆叠的结构的反射率的比率。此外,相移膜208具有180°到220°,优选地185°到220°的相移量。相移膜208具有50nm的厚度,优选地,45nm或更低的厚度。
[0042] 在对相移膜208进行蚀刻时,硬掩模膜209用作蚀刻掩模。为此目的,硬掩模膜209由对相移膜208具有蚀刻选择性的材料制成。此外,根据本公开,硬掩模膜209用于使用深紫外线(DUV)检测光进行检测,且因此由具有低反射率的材料制成。
[0043] 就此而言,根据本公开,硬掩模膜209由含有钽(Ta)且另外含有氧(O)的材料制成,以便通过基于氟(F)的气体经蚀刻。在此状况下,硬掩模膜209中的钽(Ta)的含量可高于或等于50at%。
[0044] 硬掩模膜209进一步含有硼(B)。硬掩模膜209中的硼(B)的含量小于或等于20at%,优选地15at%。硬掩模膜209具有5nm或更小的厚度,优选地2nm到4nm的厚度。
[0045] 硬掩模膜209相对于具有193nm的波长的DUV检测光具有40%或更低、优选地35%或更低的反射率。
[0046] 在相移膜208经蚀刻时,蚀刻终止膜207用以保护罩盖膜205。在对相移膜208进行蚀刻之后,对蚀刻终止膜207进行蚀刻,同时使用硬掩模膜209的图案及相移膜208的图案作为蚀刻掩模。在此状况下,为了防止损坏罩盖膜205,通过不含有氧气(O2)的气体对蚀刻终止膜207进行蚀刻。此外,为了防止在对蚀刻终止膜207进行蚀刻时去除硬掩模膜209的图案,蚀刻终止膜207需要对硬掩模膜209具有蚀刻选择性。因此,可通过不含有氧气(O2)的基于氯气(Cl2)的气体对蚀刻终止膜207进行蚀刻。
[0047] 根据本公开,蚀刻终止膜207由含有铬(Cr)及铌(Nb)的材料制成。优选地,蚀刻终止膜207进一步含有氮(N)。在蚀刻终止膜207中,铌(Nb)的含量可介于20at%到50at%的范围内,铬(Cr)的含量可介于10at%到40at%的范围内,且氮(N)的含量可介于10at%到70at%的范围内。当铌(Nb)的含量小于或等于20at%时,蚀刻终止膜207的蚀刻速率降低。
当铌(Nb)的含量高于或等于50at%时,化学清洁工艺的效率降低。当氮(N)的含量小于或等于10at%时,线边缘粗糙度(LER)降低。
[0048] 蚀刻终止膜207具有20nm或更小、优选地15nm或更小的厚度。
[0049] 抗蚀膜210经配置为化学增幅型抗蚀剂(CAR)。抗蚀膜210具有40nm到100nm、优选地40nm到80nm的厚度。
[0050] 在前述结构的情况下,空白掩模具有如下优点。
[0051] 硬掩模膜209在制备光掩模之后保留且具有低反射率,进而相对于DUV检测光具有高对比度。因此,硬掩模膜209充当用于DUV检测光的检测膜。
[0052] 因为硬掩模膜209充当检测膜,所以不同于如图1中所展示去除硬掩模膜209的状况,不必降低相移膜208的表面反射率。因此,相移膜208可由含有钌(Ru)但不含有氧(O)的材料制成,且因此易于控制相移膜208的折射率(n),使得可容易地实施所需相移量。图1的配置中的RuON的相移膜108具有约0.91的高折射率,而图2的配置中的RuN的相移膜208具有0.88到0.90的折射率。此外,相移膜208不含有氧(O),且因此,NILS及DtC得以改进。
[0053] 选择性地,可通过单独的工艺去除硬掩模膜209。在此状况下,为了使用DUV检测光进行检测,可另外在相移膜208中含有氧(O)。
[0054] 蚀刻终止膜207的CrNb具有小于图1的TaBN/TaBO的折射率(n)及消光系数(k)的折射率(n)及消光系数(k)。因此,NILS及DtC相比于图1的NILS及DtC改进更多。
[0055] 使用前述空白掩模制备光掩模的工艺如下。
[0056] 首先,抗蚀膜210的图案通过电子束写入及显影工艺而形成,且接着抗蚀膜图案用作蚀刻掩模以对硬掩模膜209进行蚀刻。为了对硬掩模膜209进行蚀刻,使用基于氟(F)的蚀刻气体。
[0057] 去除抗蚀膜图案,且硬掩模膜209的图案用作蚀刻掩模以对相移膜208进行蚀刻。为了对相移膜208进行蚀刻,使用含有氧气(O2)的基于氯气(Cl2)的蚀刻气体。
[0058] 硬掩模膜209的图案及相移膜208的图案用作蚀刻掩模以对蚀刻终止膜207进行蚀刻。为了对蚀刻终止膜207进行蚀刻,使用不含有氧气(O2)的基于氯气(Cl2)的气体。特定来说,通过含有氧气(O2)的基于氯气(Cl2)的气体对相移膜208进行蚀刻的端点通过端点检测(EPD)设备来检查,且接着通过不含有氧气(O2)的基于氯气(Cl2)的气体对蚀刻终止膜207进行蚀刻。因此,完成光掩模。
[0059] 因为基于氯气(Cl2)的蚀刻气体用于对相移膜208及蚀刻终止膜207两者进行蚀刻,所以硬掩模膜209的图案未经蚀刻而是保留在光掩模中。
[0060] 在此工艺中,用于蚀刻终止膜的图案化通过一个蚀刻工艺执行。因此,所述工艺相较于使用图1的空白掩模的工艺得以简化。
[0061] 根据本公开,有可能实施所述特性,即在晶片印刷期间用于EUV的相移空白掩模所需的高分辨率及NILS,且实施低DtC。
[0062] 此外,根据本公开,具有含有钌(Ru)的相移膜的空白掩模相比于常规的空白掩模包含更少薄膜,且具有对DUV光的高检测灵敏度。
[0063] 尽管上文已参考随附图式经由本公开的几个实施例描述本公开的细节,但实施例仅出于说明性及描述性目的而非解释为限制随附权利要求书中经限定的本公开的范围。所属领域的一般技术人员应了解,各种改变及其它等效实施例可由这些实施例制成。因此,本公开的范围应由随附权利要求书的技术主题限定。
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