專利名稱：用于極遠(yuǎn)紫外光刻的反射掩模和制作該反射掩模的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于極遠(yuǎn)紫外(EUV)光刻的反射掩模和制作該反射掩模的方法，尤其涉及一種EUV光刻的反射掩模和制作該反射掩模的方法，其中，通過(guò)形成可以反轉(zhuǎn)EUV光的相位的附加多層來(lái)實(shí)現(xiàn)不必要的EUV光的破壞性干涉，從而形成高分辨率圖案，且該附加多層形成在反射層和吸收層之間。
背景技術(shù)：
最近，半導(dǎo)體器件的大規(guī)模集成度致使在光刻設(shè)備制造過(guò)程中增加了對(duì)更短波長(zhǎng)的光的使用。在傳統(tǒng)的光刻方法中，使用EUV光來(lái)實(shí)現(xiàn)100nm或更小的設(shè)計(jì)尺寸。
由于大部分物質(zhì)在EUV射線區(qū)域具有高的光吸收性，使用EUV光的光刻需要一種不同于典型的掩模的反射掩模。傳統(tǒng)的用于EUV光的反射掩模是通過(guò)在對(duì)EUV光具有高反射系數(shù)的反射表面上形成由可以吸收EUV光線的材料制成的圖案而獲得的。其中形成反射材料圖案的反射表面區(qū)域構(gòu)成EUV光的吸收區(qū)域，而其中未形成反射材料圖案的反射表面的暴露區(qū)域則構(gòu)成EUV光的反射區(qū)域。從反射表面反射的EUV光線傳到基板的光刻膠材料中，以形成和吸收材料圖案相同的光刻膠圖案。這就是通常光刻工藝是如何應(yīng)用于半導(dǎo)體制作的情形。
圖1是顯示用于EUV光刻的反射掩模1的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
反射掩模1包括基板2，在基板2上形成的反射層4，和在反射層4上形成的吸收材料圖案6?；?由例如硅或玻璃的材料形成。
反射層4以多反射層結(jié)構(gòu)形成，其中不同類型的層相互交替排列，如鉬和硅(Mo/Si)，或者鈹和硅(Be/Si)。吸收材料圖案6由能吸收EUV光線的氮化鉭構(gòu)成，氮化鉭層涂覆為圖案以形成EUV光的吸收區(qū)域。
吸收材料圖案6具有大概100nm的高度H1。由于吸收材料圖案6的高度H1相對(duì)大，碰撞角θ1也變大。因此，施加在正被制造的硅晶片8上的薄膜10上的光刻膠層經(jīng)常不能被從反射層4反射的EUV光線曝光，從而不能得到預(yù)計(jì)的圖案。這種現(xiàn)象被稱為“陰影效應(yīng)”。
執(zhí)行使用反射掩模1的EUV光刻工序可能導(dǎo)致吸收材料圖案6的尺寸D1和在硅晶片8上形成的光刻膠材料圖案12的尺寸D2相互不同。在這種示例性情形下，吸收材料圖案6的尺寸D1大于光刻膠材料圖案12的尺寸D2。
由于施加在薄膜10上的光刻膠層被EUV光線過(guò)度曝光，所以光刻膠材料圖案12的高度降低。因此，在很多情況下，光刻膠材料圖案12不可能在隨后的刻蝕工序中起掩模的作用。該限制的原因是吸收材料圖案6不能完全吸收EUV光線，因此，形成在硅晶片8上的薄膜10上的光刻膠層被EUV光線a和b曝光，其中EUV光線a是從吸收材料圖案6的表面反射而來(lái)的，而EUV光線b是穿過(guò)吸收材料圖案6然后從反射層4的表面反射而來(lái)的。
也就是說(shuō)，由于陰影效應(yīng)和不必要的EUV光束a和b，在薄膜10上的光刻膠材料最后形成與預(yù)計(jì)的寬度或高度不一樣的光刻膠材料圖案12。因此，當(dāng)采用光刻膠圖案12作為掩模進(jìn)行刻蝕工藝時(shí)，在薄膜10上形成與預(yù)計(jì)圖案的寬度和高度不同的圖案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于EUV光刻的反射掩模和制作該反射掩模的方法，通過(guò)該反射掩模，可以精確地把形成在硅晶片上的光刻膠層圖案化為與在反射掩模形成的圖案完全一致的圖形。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種用于極遠(yuǎn)紫外(EUV)光刻的反射掩模，其包括基板；在基板上形成具有多層結(jié)構(gòu)并且包含能反射EUV光線的材料的下反射層；在下反射層上形成具有多層結(jié)構(gòu)并能反射EUV光線的上反射層；在下反射層和上反射層之間形成具有預(yù)定圖案的相位反轉(zhuǎn)層，該相位反轉(zhuǎn)層引起來(lái)自上反射層的反射光線與來(lái)自下反射層的反射光線之間的破壞性干涉。
上反射層和下反射層可以通過(guò)重復(fù)地形成具有不同折射系數(shù)的兩層或更多層而形成。該兩層或更多層可以包括鉬(Mo)和硅(Si)。
相位反轉(zhuǎn)層可以形成為使從下反射層反射的EUV光線與從上反射層反射的EUV光線之間具有大概180度的相差。
該相位反轉(zhuǎn)層可具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。
該相位反轉(zhuǎn)層可包括從由單Mo層、單Si層和Mo/Si多層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的組群中選擇的一種。
該相位反轉(zhuǎn)層可具有小于約100nm的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種用于EUV光刻的反射掩模的制作方法，包括制備一基板；使用能反射EUV光線的材料在該基板上形成具有多層結(jié)構(gòu)的下反射層；在下反射層上以預(yù)設(shè)的圖案形成相位反轉(zhuǎn)層；和在相位反轉(zhuǎn)層和下反射層的曝露部分上形成具有多層結(jié)構(gòu)的上反射層。
以預(yù)設(shè)的圖案形成相位反轉(zhuǎn)層可包括在下反射板上形成該相位反轉(zhuǎn)層；在該相位反轉(zhuǎn)層上形成光刻膠層；圖案化該光刻膠層以形成光刻膠圖案；用光刻膠圖案為掩模在該相位反轉(zhuǎn)層上施行刻蝕工序；和移除光刻膠圖案。
上反射層、下反射層、相位反轉(zhuǎn)層和吸收層可以使用從DC(直流)磁控濺射方法、RF(射頻)磁控濺射方法和離子束濺射方法構(gòu)成的群組中選擇其一來(lái)形成。


通過(guò)結(jié)合附圖的下述描述，可以更加詳細(xì)地理解本發(fā)明的典型實(shí)施例。其中圖1是顯示用于EUV光刻的傳統(tǒng)反射掩模的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的EUV光刻的反射掩模的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖3A-6H是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，圖2的反射掩模的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖表；和圖7A-7F是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，用于EUV光刻的反射掩模的制作方法的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖，更加全面地描述本發(fā)明的典型實(shí)施例。圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的EUV光刻的反射掩模21的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，反射掩模21包括基板22、形成在基板22上的上反射層28和下反射層24?；?2由硅或玻璃形成，在位于上反射層28和下反射層24之間的預(yù)定區(qū)域中，形成具有預(yù)設(shè)圖案尺寸的相位反轉(zhuǎn)層26。附圖標(biāo)記30、32和34分別表示硅晶片、薄膜和光刻膠圖案。
上反射層28和下反射層24包括鉬(Mo)和硅(Si)相互交替和重復(fù)層迭的多層。即使上和下反射層28和24的最上面層可以是Mo層或Si層之一，但是最上面層最好是Si層，因?yàn)樵诠枭闲纬傻淖匀谎趸瘜泳哂袃?yōu)良的穩(wěn)定性。每一Mo層和Si層的厚度在幾納米的范圍內(nèi)，并且Mo和Si層可以多層地疊加幾十層。
相位反轉(zhuǎn)層26是單Mo或Si層，或Mo和Si相互交替層疊的多層。相位反轉(zhuǎn)層26可以包括特定厚度的能夠轉(zhuǎn)變EUV光相位的任何材料。
在示范性實(shí)施例中，反射掩模21包括反轉(zhuǎn)EUV光相位的相位反轉(zhuǎn)層26。該相位反轉(zhuǎn)層26設(shè)計(jì)成通過(guò)破壞性干涉使得那些對(duì)于形成光刻膠材料圖案34不是必需的EUV光線消失，該光刻膠圖案34形成在硅基板30上形成的薄膜32之上。在發(fā)射區(qū)A反射的EUV光線和在相改變區(qū)B破壞的EUV光線發(fā)生干涉，因此，光刻膠圖案34的尺寸D4和在反射掩模21上形成的相位反轉(zhuǎn)層26的圖案尺寸D3基本相同(也就是，D3＝D4)。
與圖1中顯示的傳統(tǒng)的吸收?qǐng)D案的高度H1相比較，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的相位反轉(zhuǎn)層26的高度H2要小，因此，EUV光線的碰撞角θ2也變小。結(jié)果，在反射掩模21(也就是，相位反轉(zhuǎn)層26)上的圖案精確投影在覆蓋硅晶片30上的薄膜32的光刻膠層上。
下文中將參照?qǐng)D7A-7F詳細(xì)地描述包括相位反轉(zhuǎn)層26的反射掩模21的制作方法。
相位反轉(zhuǎn)層26可以形成為使從下反射層22反射的EUV光線與從上反射層反射的EUV光線之間具有大概180度的相差。
相位反轉(zhuǎn)層26可以形成為單層或多層結(jié)構(gòu)。例如，相位反轉(zhuǎn)層26可以是單Mo或Si層、或Mo/Si多層結(jié)構(gòu)。相位反轉(zhuǎn)層26可具有小于大約100nm的厚度。
對(duì)于上反射層28，層疊的Mo和Si層的數(shù)目可以根據(jù)相位反轉(zhuǎn)層26的厚度而變化。在下文中，將描述關(guān)于層疊的Mo和Si的數(shù)量層與相位反轉(zhuǎn)層26的厚度之間的關(guān)系的一個(gè)示范性實(shí)施例。
如果用于相位反轉(zhuǎn)層26的Mo層具有大約7.42nm的厚度，那么上反射層28的重復(fù)層疊Mo和Si層對(duì)的總數(shù)量大概為13。如果用于相位反轉(zhuǎn)層26的Si層具有大約8.31nm的厚度，那么重復(fù)層疊Mo和Si層對(duì)的總數(shù)量大概為14。
圖3A-6H是顯示了對(duì)于本發(fā)明實(shí)施例的圖2的反射掩模21的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示意圖。
在這些示范性的實(shí)驗(yàn)中，下反射層24包括厚度大約為4.1nm的Si層和厚度大約為2.8nm的Mo層，并且重復(fù)層疊的Mo和Si層對(duì)的總數(shù)量大概為40。
圖3A為一示意圖，其圖示了根據(jù)作為相位反轉(zhuǎn)層26的Mo層的厚度(tMO)的變化，上反射層28的重復(fù)層疊的Mo和Si層對(duì)的數(shù)目。下表1顯示了層疊的Mo和Si層對(duì)的數(shù)目，以及根據(jù)六個(gè)樣本Mo層厚度的反射系數(shù)R的變化。例如，在樣本Mo層的厚度分別是7.42nm和14.73nm的情況下，上反射層28的重復(fù)層疊的數(shù)目分別是13和12。
表1

參照?qǐng)D3B，在Mo層的厚度大致是7.42nm的情況下，上反射層28的重復(fù)層疊的數(shù)目是大概13，在這情況下，EUV光線在上反射層28的表面上的反射系數(shù)R約接近0。也就是，當(dāng)N＝13時(shí)，反射系數(shù)最小。
參照?qǐng)D4A-4H，圖示的圖表展示了當(dāng)相位反轉(zhuǎn)層26的Mo層的厚度設(shè)為與上述相同約為7.42nm時(shí)，當(dāng)上反射層28的重復(fù)層疊的數(shù)目變化時(shí)，所得到的數(shù)據(jù)。當(dāng)上反射層28的重復(fù)層疊的數(shù)目大約為13時(shí)，EUV光線在上反射層28的表面上的反射系數(shù)R接近大約為0。再一次，當(dāng)N＝13時(shí)，反射系數(shù)最小。
圖5A-6H的圖標(biāo)顯示了當(dāng)硅層作為相位反轉(zhuǎn)層26時(shí)，所得到的數(shù)據(jù)。
參照?qǐng)D5A，圖示的圖表示出了根據(jù)用作相位反轉(zhuǎn)層26的Si層的厚度(tSi)的變化，上反射層28的重復(fù)層疊的Mo和Si層對(duì)的數(shù)目。下表2顯示了層疊的Mo和Si層對(duì)的數(shù)目，以及根據(jù)六個(gè)樣本Si層厚度的反射系數(shù)R的變化。例如，在樣本Si層的厚度分別是8.31nm和15.03nm的情況下，上反射層28的重復(fù)層疊的數(shù)目分別是14和13。
表2

參照?qǐng)D5B，當(dāng)Si層的厚度大約是8.31nm且上反射層28的重復(fù)層疊的數(shù)目大概是14時(shí)，EUV光線在上反射層28的表面上的反射系數(shù)R大概等于0。也就是，當(dāng)N＝14時(shí)，反射系數(shù)最小。
參照?qǐng)D6A-6H，圖示的圖表示出了在相位反轉(zhuǎn)層26的Si層的厚度設(shè)為與上述相同約為8.31nm的條件下，當(dāng)上反射層28的重復(fù)層疊的數(shù)目變化時(shí)，所得到的數(shù)據(jù)。當(dāng)上反射層28的重復(fù)層疊的數(shù)目大約為14時(shí)，EUV光線在上反射層28的表面上的反射系數(shù)R大概等于0。再一次，當(dāng)N＝14時(shí)，反射系數(shù)最小。
圖7A-7F是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于EUV光刻的反射掩模的制作方法的剖面圖。
參照?qǐng)D7A，制備一基板22。如圖7B所示，下反射層24形成在基板22上。使用RF(射頻)磁控濺射方法和離子束濺射方法來(lái)形成薄膜，從而下反射層24形成為Mo/Si的多層結(jié)構(gòu)。濺射條件的改變?nèi)Q于使用的設(shè)備。
參照?qǐng)D7C，相位反轉(zhuǎn)層26形成在下反射層24上。相位反轉(zhuǎn)層26可以包括Mo層或Si層。光刻膠層27形成在相位反轉(zhuǎn)層26上。
參照?qǐng)D7D，用離子束曝光光刻膠層27以形成在相位反轉(zhuǎn)層26上的預(yù)定光刻膠圖案27’。
參照?qǐng)D7E，用光刻膠圖案27’為掩模進(jìn)行刻蝕工序以形成為預(yù)定圖案的相位反轉(zhuǎn)層26。
參照?qǐng)D7F，在具有預(yù)定圖案的相位反轉(zhuǎn)層26和在下反射層24的曝露部分上形成上反射層28。上反射層28形成為Mo/Si的多層結(jié)構(gòu)。在上述工序之后，提供了一種包括相位反轉(zhuǎn)層26的用于EUV光刻的反射掩模21。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)破壞性干涉相互抵消，消除從下反射層24的表面反射然后穿過(guò)相位反轉(zhuǎn)層26的EUV光線和從上反射層28的表面反射的EUV光線，因此，如圖2所示，在反射掩模21上的圖案精確地投影到在硅晶片30上的覆蓋薄膜32的光刻膠層上。
因?yàn)橄辔环崔D(zhuǎn)層26的高度很小，通常由于典型吸收?qǐng)D案大的高度而引起的陰影效應(yīng)沒(méi)有被觀察到。結(jié)果，與傳統(tǒng)的方法相比，能夠更加精確的形成光刻膠圖案34。具體來(lái)說(shuō)，因?yàn)榍逦囟x出用于EUV光線的反射區(qū)和破壞性干涉區(qū)，光刻膠圖案34能夠形成所希望的圖案。因此，反射掩模21能夠在光刻工藝中具有改善的功能。
根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，相位反轉(zhuǎn)層形成在反射層的預(yù)定區(qū)域上。因此，陰影效應(yīng)不太可能出現(xiàn)，并且能夠消除不必要的EUV光線。結(jié)果，在掩模上設(shè)計(jì)的圖案能夠以和設(shè)計(jì)圖案基本相同的形狀精確地投影到硅晶片上。
由于形成相位反轉(zhuǎn)層的材料與用于反射層和吸收層的材料完全一樣，其制作工序能夠容易處理。
盡管已經(jīng)參照示范性實(shí)施例特別顯示和描述了本發(fā)明，但是對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離由權(quán)利要求所確定的本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上做出各種改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種用于極遠(yuǎn)紫外光刻的反射掩模，包括基板；以多層結(jié)構(gòu)形成在所述基板上且包含反射極遠(yuǎn)紫外光的材料的下反射層；以多層結(jié)構(gòu)形成在所述下反射層上和能夠反射極遠(yuǎn)紫外光的上反射層；以及在所述下反射層和上反射層之間形成為預(yù)定圖案的相位反轉(zhuǎn)層，所述相位反轉(zhuǎn)層引起反射自所述上反射層的光與反射自所述下反射層的光之間的破壞性干涉。
2.權(quán)利要求1的反射掩模，其中所述上反射層和下反射層可以通過(guò)重復(fù)地形成具有不同折射系數(shù)的兩層或更多層而形成，其中所述兩層或更多層由Mo和Si形成。
3.權(quán)利要求1的反射掩模，其中所述相位反轉(zhuǎn)層形成為使從所述下反射層反射的極遠(yuǎn)紫外光線與從所述上反射層反射的極遠(yuǎn)紫外光線之間具有大概180度的相差。
4.權(quán)利要求3的反射掩模，其中所述相位反轉(zhuǎn)層具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。
5.權(quán)利要求4的反射掩模，其中所述相位反轉(zhuǎn)層包括從由單Mo層、單Si層和Mo/Si多層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的組群中選擇的一種。
6.權(quán)利要求4的反射掩模，其中所述相位反轉(zhuǎn)層具有小于約100nm的厚度。
7.一種用于極遠(yuǎn)紫外光刻的反射掩模的制作方法，包括制備一基板；使用能反射極遠(yuǎn)紫外光線的材料在所述基板上以多層結(jié)構(gòu)形成下反射層；在所述下反射層上以預(yù)設(shè)的圖案形成相位反轉(zhuǎn)層；在所述相位反轉(zhuǎn)層和所述下反射層的曝露部分上以多層結(jié)構(gòu)形成上反射層。
8.權(quán)利要求7的方法，其中以預(yù)定的圖案形成相位反轉(zhuǎn)層包括在下反射板的預(yù)定部分上形成所述相位反轉(zhuǎn)層；在所述相位反轉(zhuǎn)層上形成光刻膠層；圖案化所述光刻膠層以形成光刻膠圖案；用所述光刻膠圖案作為掩模在所述相位反轉(zhuǎn)層上施行一刻蝕工序；和移除光刻膠圖案使得在小于預(yù)定部分的下反射層的一部分上形成所述相位反轉(zhuǎn)層。
9.權(quán)利要求7的方法，其中所述上反射層和下反射層中每個(gè)是通過(guò)相互重復(fù)和交替層疊Mo和Si層而形成的。
10.權(quán)利要求8的方法，其中通過(guò)所述相位反轉(zhuǎn)層是通過(guò)使用單層Mo和單層Si之一而形成的。
11.權(quán)利要求8的方法，其中所述相位反轉(zhuǎn)層是通過(guò)相互重復(fù)和交替層疊Mo層和Si層而形成。
12.權(quán)利要求7的方法，其中所述上反射層、下反射層、相位反轉(zhuǎn)層和吸收層可以使用從直流磁控濺射方法、射頻磁控濺射方法和離子束濺射方法構(gòu)成的群組中選擇其一來(lái)形成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于極遠(yuǎn)紫外(EUV)光刻的反射掩模和制作該反射掩模的方法，其中，該反射掩模包括基板，以多層結(jié)構(gòu)形成在基板上并包含反射EUV光線的材料的下反射層，以多層結(jié)構(gòu)形成在下反射層上和反射EUV光線的上反射層，在下反射層和上反射層之間形成為預(yù)定圖案的相位反轉(zhuǎn)層，該相位反轉(zhuǎn)層引起來(lái)自上反射層的反射光線與來(lái)自下反射層的反射光線之間的破壞性干涉。這減少了陰影效應(yīng)的影響，并且可以消除不必要的EUV光線，使得在掩模上設(shè)計(jì)的圖案能夠精確地投影到硅晶片上。由于相位反轉(zhuǎn)層具有與反射層和吸收層的材料完全一樣的材料，掩模制作過(guò)程能夠簡(jiǎn)易地處理。
文檔編號(hào)G03F1/22GK1869811SQ20061009287
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2006年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者金錫必, 宋利憲, 樸永洙, 張丞爀, 金勛 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社