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CN1869811B - 用于极远紫外光刻的反射掩模和制作该反射掩模的方法 - Google Patents

用于极远紫外光刻的反射掩模和制作该反射掩模的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于极远紫外(EUV)光刻的反射掩模和制作该反射掩模的方法，其中，该反射掩模包括：基板，以多层结构形成在基板上并包含反射EUV光线的材料的下反射层，以多层结构形成在下反射层上和反射EUV光线的上反射层，在下反射层和上反射层之间形成为预定图案的相位反转层，该相位反转层引起来自上反射层的反射光线与来自下反射层的反射光线之间的破坏性干涉。这减少了阴影效应的影响，并且可以消除不必要的EUV光线，使得在掩模上设计的图案能够精确地投影到硅晶片上。由于相位反转层具有与反射层和吸收层的材料完全一样的材料，掩模制作过程能够简易地处理。

Description

用于极远紫外光刻的反射掩模和制作该反射掩模的方法
技术领域
本发明涉及一种用于极远紫外(EUV)光刻的反射掩模和制作该反射掩模的方法，尤其涉及一种EUV光刻的反射掩模和制作该反射掩模的方法，其中，通过形成可以反转EUV光的相位的附加多层来实现不必要的EUV光的破坏性干涉，从而形成高分辨率图案，且该附加多层形成在反射层和吸收层之间。
背景技术
最近，半导体器件的大规模集成度致使在光刻设备制造过程中增加了对更短波长的光的使用。在传统的光刻方法中，使用EUV光来实现100nm或更小的设计尺寸。
由于大部分物质在EUV射线区域具有高的光吸收性，使用EUV光的光刻需要一种不同于典型的掩模的反射掩模。传统的用于EUV光的反射掩模是通过在对EUV光具有高反射系数的反射表面上形成由可以吸收EUV光线的材料制成的图案而获得的。其中形成反射材料图案的反射表面区域构成EUV光的吸收区域，而其中未形成反射材料图案的反射表面的暴露区域则构成EUV光的反射区域。从反射表面反射的EUV光线传到基板的光刻胶材料中，以形成和吸收材料图案相同的光刻胶图案。这就是通常光刻工艺是如何应用于半导体制作的情形。
图1是显示用于EUV光刻的反射掩模1的结构的剖面图。
反射掩模1包括基板2，在基板2上形成的反射层4，和在反射层4上形成的吸收材料图案6。基板2由例如硅或玻璃的材料形成。
反射层4以多反射层结构形成，其中不同类型的层相互交替排列，如钼和硅(Mo/Si)，或者铍和硅(Be/Si)。吸收材料图案6由能吸收EUV光线的氮化钽构成，氮化钽层涂覆为图案以形成EUV光的吸收区域。
吸收材料图案6具有大概100nm的高度H1。由于吸收材料图案6的高度H1相对大，碰撞角θ1也变大。因此，施加在正被制造的硅晶片8上的薄膜10上的光刻胶层经常不能被从反射层4反射的EUV光线曝光，从而不能得到预计的图案。这种现象被称为“阴影效应”。
执行使用反射掩模1的EUV光刻工序可能导致吸收材料图案6的尺寸D1和在硅晶片8上形成的光刻胶材料图案12的尺寸D2相互不同。在这种示例性情形下，吸收材料图案6的尺寸D1大于光刻胶材料图案12的尺寸D2。
由于施加在薄膜10上的光刻胶层被EUV光线过度曝光，所以光刻胶材料图案12的高度降低。因此，在很多情况下，光刻胶材料图案12不可能在随后的刻蚀工序中起掩模的作用。该限制的原因是吸收材料图案6不能完全吸收EUV光线，因此，形成在硅晶片8上的薄膜10上的光刻胶层被EUV光线a和b曝光，其中EUV光线a是从吸收材料图案6的表面反射而来的，而EUV光线b是穿过吸收材料图案6然后从反射层4的表面反射而来的。
也就是说，由于阴影效应和不必要的EUV光束a和b，在薄膜10上的光刻胶材料最后形成与预计的宽度或高度不一样的光刻胶材料图案12。因此，当采用光刻胶图案12作为掩模进行刻蚀工艺时，在薄膜10上形成与预计图案的宽度和高度不同的图案。
发明内容
本发明的实施例提供了一种用于EUV光刻的反射掩模和制作该反射掩模的方法，通过该反射掩模，可以精确地把形成在硅晶片上的光刻胶层图案化为与在反射掩模形成的图案完全一致的图形。
根据本发明的实施例，提供了一种用于极远紫外(EUV)光刻的反射掩模，其包括：基板；在基板上形成具有多层结构并且包含能反射EUV光线的材料的下反射层；在下反射层上形成具有多层结构并能反射EUV光线的上反射层；在下反射层和上反射层之间形成具有预定图案的相位反转层，该相位反转层引起来自上反射层的反射光线与来自下反射层的反射光线之间的破坏性干涉。
上反射层和下反射层可以通过重复地形成具有不同折射系数的两层或更多层而形成。该两层或更多层可以包括钼(Mo)和硅(Si)。
相位反转层可以形成为使从下反射层反射的EUV光线与从上反射层反射的EUV光线之间具有大概180度的相差。
该相位反转层可具有单层结构或多层结构。
该相位反转层可包括从由单Mo层、单Si层和Mo/Si多层结构构成的组群中选择的一种。
该相位反转层可具有小于约100nm的厚度。
根据本发明的实施例，提供一种用于EUV光刻的反射掩模的制作方法，包括：制备一基板；使用能反射EUV光线的材料在该基板上形成具有多层结构的下反射层；在下反射层上以预设的图案形成相位反转层；和在相位反转层和下反射层的曝露部分上形成具有多层结构的上反射层。
以预设的图案形成相位反转层可包括：在下反射板上形成该相位反转层；在该相位反转层上形成光刻胶层；图案化该光刻胶层以形成光刻胶图案；用光刻胶图案为掩模在该相位反转层上施行刻蚀工序；和移除光刻胶图案。
上反射层、下反射层、相位反转层和吸收层可以使用从DC(直流)磁控溅射方法、RF(射频)磁控溅射方法和离子束溅射方法构成的群组中选择其一来形成。
附图说明
通过结合附图的下述描述，可以更加详细地理解本发明的典型实施例。其中：
图1是显示用于EUV光刻的传统反射掩模的结构的剖面图；
图2是显示根据本发明实施例的EUV光刻的反射掩模的结构的剖面图；
图3A-6H是显示根据本发明实施例，图2的反射掩模的实验结果的图表；和
图7A-7F是显示根据本发明实施例，用于EUV光刻的反射掩模的制作方法的剖面图。
具体实施方式
下面将参照附图，更加全面地描述本发明的典型实施例。图2是显示根据本发明实施例的EUV光刻的反射掩模21的结构的剖面图。
根据本发明的实施例，反射掩模21包括基板22、形成在基板22上的上反射层28和下反射层24。基板22由硅或玻璃形成，在位于上反射层28和下反射层24之间的预定区域中，形成具有预设图案尺寸的相位反转层26。附图标记30、32和34分别表示硅晶片、薄膜和光刻胶图案。
上反射层28和下反射层24包括钼(Mo)和硅(Si)相互交替和重复层迭的多层。即使上和下反射层28和24的最上面层可以是Mo层或Si层之一，但是最上面层最好是Si层，因为在硅上形成的自然氧化层具有优良的稳定性。每一Mo层和Si层的厚度在几纳米的范围内，并且Mo和Si层可以多层地叠加几十层。
相位反转层26是单Mo或Si层，或Mo和Si相互交替层叠的多层。相位反转层26可以包括特定厚度的能够转变EUV光相位的任何材料。
在示范性实施例中，反射掩模21包括反转EUV光相位的相位反转层26。该相位反转层26设计成通过破坏性干涉使得那些对于形成光刻胶材料图案34不是必需的EUV光线消失，该光刻胶图案34形成在硅基板30上形成的薄膜32之上。在发射区A反射的EUV光线和在相改变区B破坏的EUV光线发生干涉，因此，光刻胶图案34的尺寸D4和在反射掩模21上形成的相位反转层26的图案尺寸D3基本相同(也就是，D3＝D4)。
与图1中显示的传统的吸收图案的高度H1相比较，根据本发明实施例的相位反转层26的高度H2要小，因此，EUV光线的碰撞角θ2也变小。结果，在反射掩模21(也就是，相位反转层26)上的图案精确投影在覆盖硅晶片30上的薄膜32的光刻胶层上。
下文中将参照图7A-7F详细地描述包括相位反转层26的反射掩模21的制作方法。
相位反转层26可以形成为使从下反射层22反射的EUV光线与从上反射层反射的EUV光线之间具有大概180度的相差。
相位反转层26可以形成为单层或多层结构。例如，相位反转层26可以是单Mo或Si层、或Mo/Si多层结构。相位反转层26可具有小于大约100nm的厚度。
对于上反射层28，层叠的Mo和Si层的数目可以根据相位反转层26的厚度而变化。在下文中，将描述关于层叠的Mo和Si的数量层与相位反转层26的厚度之间的关系的一个示范性实施例。
如果用于相位反转层26的Mo层具有大约7.42nm的厚度，那么上反射层28的重复层叠Mo和Si层对的总数量大概为13。如果用于相位反转层26的Si层具有大约8.31nm的厚度，那么重复层叠Mo和Si层对的总数量大概为14。
图3A-6H是显示了对于本发明实施例的图2的反射掩模21的实验结果的示意图。
在这些示范性的实验中，下反射层24包括厚度大约为4.1nm的Si层和厚度大约为2.8nm的Mo层，并且重复层叠的Mo和Si层对的总数量大概为40。
图3A为一示意图，其图示了根据作为相位反转层26的Mo层的厚度(tMO)的变化，上反射层28的重复层叠的Mo和Si层对的数目。下表1显示了层叠的Mo和Si层对的数目，以及根据六个样本Mo层厚度的反射系数R的变化。例如，在样本Mo层的厚度分别是7.42nm和14.73nm的情况下，上反射层28的重复层叠的数目分别是13和12。
表1
 
tMO 双层的数量 R
1 7.42 13 5.7e-4
2 14.73 12 3.0e-4
3 22.04 11 2.2e-4
4 29.36 10 9.6e-4
5 36.37 10 8.2e-4
6 43.99 9 4.8e-4
参照图3B，在Mo层的厚度大致是7.42nm的情况下，上反射层28的重复层叠的数目是大概13，在这情况下，EUV光线在上反射层28的表面上的反射系数R约接近0。也就是，当N＝13时，反射系数最小。
参照图4A-4H，图示的图表展示了当相位反转层26的Mo层的厚度设为与上述相同约为7.42nm时，当上反射层28的重复层叠的数目变化时，所得到的数据。当上反射层28的重复层叠的数目大约为13时，EUV光线在上反射层28的表面上的反射系数R接近大约为0。再一次，当N＝13时，反射系数最小。
图5A-6H的图标显示了当硅层作为相位反转层26时，所得到的数据。
参照图5A，图示的图表示出了根据用作相位反转层26的Si层的厚度(tSi)的变化，上反射层28的重复层叠的Mo和Si层对的数目。下表2显示了层叠的Mo和Si层对的数目，以及根据六个样本Si层厚度的反射系数R的变化。例如，在样本Si层的厚度分别是8.31nm和15.03nm的情况下，上反射层28的重复层叠的数目分别是14和13。
表2
 
tSi 双层的数量 R
1 1.6 14 6.1e-3
2 8.31 14 5.1e-4
3 15.03 13 1.6e-3
4 21.84 13 4.5e-3
5 28.56 12 1.2e-5
6 35.27 12 3.1e-3
7 42.08 12 1.9e-3
8 48.8 11 5.5e-4
参照图5B，当Si层的厚度大约是8.31nm且上反射层28的重复层叠的数目大概是14时，EUV光线在上反射层28的表面上的反射系数R大概等于0。也就是，当N＝14时，反射系数最小。
参照图6A-6H，图示的图表示出了在相位反转层26的Si层的厚度设为与上述相同约为8.31nm的条件下，当上反射层28的重复层叠的数目变化时，所得到的数据。当上反射层28的重复层叠的数目大约为14时，EUV光线在上反射层28的表面上的反射系数R大概等于0。再一次，当N＝14时，反射系数最小。
图7A-7F是显示根据本发明实施例的用于EUV光刻的反射掩模的制作方法的剖面图。
参照图7A，制备一基板22。如图7B所示，下反射层24形成在基板22上。使用RF(射频)磁控溅射方法和离子束溅射方法来形成薄膜，从而下反射层24形成为Mo/Si的多层结构。溅射条件的改变取决于使用的设备。
参照图7C，相位反转层26形成在下反射层24上。相位反转层26可以包括Mo层或Si层。光刻胶层27形成在相位反转层26上。
参照图7D，用离子束曝光光刻胶层27以形成在相位反转层26上的预定光刻胶图案27’。
参照图7E，用光刻胶图案27’为掩模进行刻蚀工序以形成为预定图案的相位反转层26。
参照图7F，在具有预定图案的相位反转层26和在下反射层24的曝露部分上形成上反射层28。上反射层28形成为Mo/Si的多层结构。在上述工序之后，提供了一种包括相位反转层26的用于EUV光刻的反射掩模21。
根据本发明的实施例，通过破坏性干涉相互抵消，消除从下反射层24的表面反射然后穿过相位反转层26的EUV光线和从上反射层28的表面反射的EUV光线，因此，如图2所示，在反射掩模21上的图案精确地投影到在硅晶片30上的覆盖薄膜32的光刻胶层上。
因为相位反转层26的高度很小，通常由于典型吸收图案大的高度而引起的阴影效应没有被观察到。结果，与传统的方法相比，能够更加精确的形成光刻胶图案34。具体来说，因为清晰地定义出用于EUV光线的反射区和破坏性干涉区，光刻胶图案34能够形成所希望的图案。因此，反射掩模21能够在光刻工艺中具有改善的功能。
根据本发明的示范性实施例，相位反转层形成在反射层的预定区域上。因此，阴影效应不太可能出现，并且能够消除不必要的EUV光线。结果，在掩模上设计的图案能够以和设计图案基本相同的形状精确地投影到硅晶片上。
由于形成相位反转层的材料与用于反射层和吸收层的材料完全一样，其制作工序能够容易处理。
尽管已经参照示范性实施例特别显示和描述了本发明，但是对于本领域的普通技术人员来说，应当理解在不脱离由权利要求所确定的本发明精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出各种改进。

Claims (12)

1.一种用于极远紫外光刻的反射掩模，包括：
基板；
以多层结构形成在所述基板上且包含反射极远紫外光的材料的下反射层；
以多层结构形成在所述下反射层上和能够反射极远紫外光的上反射层；以及
在所述下反射层和上反射层之间形成为预定图案的相位反转层，所述相位反转层引起反射自所述上反射层的光与反射自所述下反射层的光之间的破坏性干涉，
其中所述上反射层覆盖所述下反射层的被所述相位反转层暴露的部分。
2.权利要求1的反射掩模，其中所述上反射层和下反射层可以通过重复地形成具有不同折射系数的两层或更多层而形成，其中所述两层或更多层由Mo和Si形成。
3.权利要求1的反射掩模，其中所述相位反转层形成为使从所述下反射层反射的极远紫外光线与从所述上反射层反射的极远紫外光线之间具有180度的相差。
4.权利要求3的反射掩模，其中所述相位反转层具有单层结构或多层结构。
5.权利要求4的反射掩模，其中所述相位反转层包括从由单Mo层、单Si层和Mo/Si多层结构构成的组群中选择的一种。
6.权利要求4的反射掩模，其中所述相位反转层具有小于100nm的厚度。
7.一种用于极远紫外光刻的反射掩模的制作方法，包括：
制备一基板；
使用能反射极远紫外光线的材料在所述基板上以多层结构形成下反射层；
在所述下反射层上以预设的图案形成相位反转层；
在所述相位反转层和所述下反射层的曝露部分上以多层结构形成上反射层。
8.权利要求7的方法，其中以预定的图案形成相位反转层包括：
在下反射层的预定部分上形成所述相位反转层；
在所述相位反转层上形成光刻胶层；
图案化所述光刻胶层以形成光刻胶图案；
用所述光刻胶图案作为掩模在所述相位反转层上施行一刻蚀工序；
和移除光刻胶图案使得在小于预定部分的下反射层的一部分上形成所述相位反转层。
9.权利要求7的方法，其中所述上反射层和下反射层中每个是通过相互重复和交替层叠Mo和Si层而形成的。
10.权利要求8的方法，其中通过所述相位反转层是通过使用单层Mo和单层Si之一而形成的。
11.权利要求8的方法，其中所述相位反转层是通过相互重复和交替层叠Mo层和Si层而形成。
12.权利要求7的方法，其中所述上反射层、下反射层、相位反转层和吸收层可以使用从直流磁控溅射方法、射频磁控溅射方法和离子束溅射方法构成的群组中选择其一来形成。
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