具吸收劑的平面化極紫外光刻基底及其制造系統的制作方法

本發明一般地涉及極紫外光刻基板及此種極紫外光刻基板的制造與光刻系統。

背景技術：

極紫外光刻技術(EUV，也稱為軟X射線投影光刻技術)是取代深紫外光刻技術制造0.0135微米及更小最小特征尺寸半導體器件的有力競爭者。

然而，極紫外的波長范圍通常在5納米至100納米間，且幾乎所有的材料都能強烈吸收極紫外。出于此原因，極紫外系統是靠光的反射作用而不是利用光透射來運作。借著使用一系列鏡面，或透鏡元件及涂有非反射性吸收劑掩模圖案的反射元件、或掩模基底，而使經圖案化的光化性(actinic)光線反射至涂有抗蝕劑的半導體基板上。

極紫外光刻系統的透鏡元件和掩模基底涂有由諸如鉬和硅之類的材料所形成的多層涂層。通過使用涂有多層涂層的基板，且這些涂層對極窄紫外帶通范圍內的光線強烈反射，例如針對13.5納米的極紫外(EUV)光是12.5奈米至14.納米帶通范圍內的光線，可以得到每個透鏡元件或掩模基底的反射率值約為65％。

半導體處理技術中有著各種類型的缺陷，而這些缺陷會造成諸多問題。不透明的缺陷通常由在這些多層涂層或掩模圖案上方的顆粒在應該反射光線的時候卻吸收了光線而造成。透明缺陷通常由在多層涂層上的掩模圖案中的小孔所造成，這些小孔使得光線在應被吸收的時候卻通過這些小孔反射光線。以及，相缺陷通常由在該多層涂層下方的刮痕及表面變化導致的反射光產生相變化所造成。這些相變化造成光波干涉效應，而光波干涉效應會使欲曝光在半導體基板表面上的抗蝕劑中的圖案扭曲或改變。由于要形成小于0.0135微米的最小特征尺寸必需使用更短的輻射波長，因此過去顯得無關緊要的刮痕及表面變化現在則變得令人無法容忍。

這種薄的吸收劑需要解決陰影問題是當圖案變得更小時，在較厚吸收層上會看到陰影，這最終限制了可印在基板上的特征尺寸。要達到更薄的吸收劑需使用新材料，該新材料對13.5納米的光線的吸收力要勝過目前正使用的吸收劑。

基于對電子元件特征尺寸逐漸縮小的需求，找到解決這些問題的答案便越加重要。鑒于隨著消費者期望升高而不斷增強的商業競爭壓力，找到這些問題的解決之道這件事顯得至關重要。此外，由于需要降低成本、改善效率與性能及對抗競爭壓力，因此尋求解決這些問題的必要性更顯急迫。

對于這些問題的解決方案早已探尋許久，但在此之前的研究發展并未教導或提出任何解決方案，因此，所屬技術領域中技術人員一直未能找到這些問題的解決方法。

技術實現要素：

本公開內容的實施方式是一種極紫外(EUV)掩模基底制造系統，該系統包括：用于建立真空的基板操作真空腔室；基板操作平臺，該基板操作平臺位于該真空中以用于搬運裝載于該基板操作真空腔室中的超低膨脹基板；及用來形成EUV掩模基底的多個子腔室，并且由該基板操作平臺可進出該多個子腔室，該多個子腔室包括：第一子腔室，該第一子腔室用于在該超低膨脹基板上形成多層堆疊以用來反射極紫外(EUV)光；及第二子腔室，該第二子腔室用于在該多層堆疊上形成雙層式吸收劑以用于吸收波長為13.5納米的EUV光而提供小于1.9％的反射率。

本公開內容的實施方式是一種極紫外(EUV)掩模基底系統，該系統包括：含有表面瑕疵的超低膨脹基板；位于該超低膨脹基板上的平面化層以用于包覆表面瑕疵；位于該平面化層上的多層堆疊；及位于該多層堆疊上的雙層式吸收劑，該雙層式吸收劑包括通過將所沉積的雙層式吸收劑的主要吸收劑層及輔助吸收劑層的厚度控制至合并厚度達30納米來決定反射率百分比，從而提供小于1.9％的反射率。

在本發明的某些實施方式中，除了上述步驟與元件之外，還可具有附加的其它步驟或元件，或具有其它步驟或元件來取代上述步驟與元件。當參照附圖來閱讀以下具體描述時，這些步驟或元件對于所屬技術領域中技術人員將是顯而易見的。

附圖說明

圖1為極紫外(EUV)掩模基底制造系統。

圖2為根據實施方式的EUV掩模基底的截面圖。

圖3為EUV掩模的正交視圖。

圖4為制造具有超少缺陷的EUV掩模基底的方法流程圖。

圖5為制造具有超少缺陷的EUV掩模基底的另一種方法的流程圖。

圖6為EUV光刻系統的光學元件串列。

圖7示出圖2的主要吸收劑層的厚度與反射率百分比的關系的線圖。

具體實施方式

充分詳細描述以下實施方式以使所屬技術領域中技術人員能制造和使用本發明。應當理解，基于本公開內容的其它實施方式將是顯而易見的，并且在不脫離本發明范圍的條件下，可在系統、工藝或機械上做出諸多變化。

在以下描述中，提出諸多具體細節以供徹底理解本發明。然而，將明白沒有依照這些具體細節也可實施本發明。為避免模糊本發明，故不詳細公開某些已知的電路、系統構造及工藝步驟。

這些示出系統實施方式的附圖為部分圖解且未按比例繪制，具體而言，這些附圖中的某些尺寸會加以夸大以求清楚表達。同樣地，雖然為了便于描述，這些圖式中的視圖通常呈現相似方向，但這些附圖中描繪的內容多半是隨意定向的。通常可采任意方向來操作本發明。

在所公開和描述的多個實施方式中具有一些共同特征，為了清楚且便于圖示、描述和理解這些實施方式，故使用相似的附圖標號來描述相似或類似的特征。

出于解說的目的，當用于文中時，無論掩模基底的定向為何，將術語“水平”定義為一平面與掩模基底的表面或平面成平行。術語“垂直”意指一方向與方才所定義的水平成垂直。諸如“上方”、“下方”、“底部”、“頂部”、“側面”(如“側壁”)、“更高”、“更低”、“上部”、“之上”及“之下”等術語則如附圖中所示般相關于該水平面而界定。術語“在...上(on)”表明兩個元件之間直接接觸。

本文中使用的術語“處理”包括在形成所述結構期間依需求進行沉積材料或光刻膠、圖案化、曝光(exposure)、顯影(development)、蝕刻、清潔和/或去除材料或光刻膠。

現參閱圖1，圖中示出極紫外(EUV)掩模基底制造系統100。整合式的EUV掩模基底制造系統100包括掩模基底裝載與搬運操作系統102，該系統102具有裝載口104以將裝有基板105的運送盒送入該裝載口104中，基板105例如，由玻璃、硅或其他超低熱膨脹材料所形成的基板。氣閘艙(airlock)106可供進出基板操作真空腔室108。在實施方式中，基板操作真空腔室108可包括兩個真空腔室，第一真空腔室110及第二真空腔室112。第一真空腔室110可包含初始基板操作平臺114，及第二真空腔室112可包含第二基板操作平臺116。

在基板操作真空腔室108的外表(periphery)上分布有多個口以用于附接各種子系統。舉例而言，第一真空腔室110可具有除氣子系統118、如雙層式吸收劑沉積腔室那樣的第一物理氣相沉積子腔室120、如背部夾持層沉積腔室那樣的第二物理氣相沉積子腔室122及預清潔子系統124。

第二真空腔室112可具有如多層沉積腔室那樣的第一多陰極子腔室126)、如平面化沉積腔室那樣的流動性化學氣相沉積(FCVD)子腔室128、固化子腔室130及第二多陰極子腔室132，并且這些腔室與第二真空腔室112連接。

初始基板操作平臺114能夠在連續真空環境下經由未示出的狹縫閥在位于該第一真空腔室110周圍的氣閘艙106與各種子系統之間移動超低膨脹基板，例如第一處理中基板134。第二基板操作平臺116可于該第二真空腔室112周圍移動超低膨脹基板，例如，第二處理中的基板136，同時使該第二處理中基板136保持處在連續真空環境下。

已發現，整合式EUV掩模基底制造系統100可提供用來制造EUV掩模基底的環境，同時使手動運送該第一處理中基板134及第二處理中基板136的情況減至最少。

現參閱圖2，圖2中是根據實施方式所示的EUV掩模基底200的截面圖。EUV掩模基底200可具有由玻璃、硅或其他超低熱膨脹材料所形成的超低熱膨脹基板202。這些超低熱膨脹材料包括熔融氧化硅(fused silica)、熔融石英、氟化鈣、碳化硅、氧化硅-氧化鈦材料或熱膨脹系數落在這些材料熱膨脹系數范圍內的其它材料。

已發現，平面化層204可用來填補該超低膨脹基板202中的表面瑕疵203，例如，凹坑和/或缺陷，覆蓋住該超低膨脹基板202上的顆粒，或使該超低膨脹基板202已平面化的表面平滑，從而形成平坦表面205。

可在該平面化層204上形成多層堆疊206以形成布拉格反射體(Bragg reflector)。由于EUV光刻技術中所使用的照射波長的吸收性質，故使用多個反射性光學元件。可由交替的高原子序(高Z)材料層及低原子序(低Z)材料層而制成該多層堆疊206以形成反射體，高Z及低Z材料諸如鉬和硅。

在該多層堆疊206上且位于與該超低膨脹基板202相對處形成覆蓋層208以用來形成被覆蓋的布瑞格反射體。覆蓋層208可為諸如釕(Ru)或釕的非氧化型化合物的材料，以幫助保護該多層堆疊206免于受到氧化及免于接觸到該EUV掩模基底200在后續掩模處理期間可能觸及的任何化學蝕刻劑。其它材料，例如，氮化鈦、碳化硼、氮化硅、氧化釕及碳化硅也可用于該覆蓋層208中。

雙層式吸收劑210安置在該覆蓋層208上。雙層式吸收劑210可包括主要吸收劑層212及輔助吸收劑層214。雙層式吸收劑210是由對于特定頻率的EUV光(約13.5納米)具有高吸收系數的一對材料組合所形成。在實施方式中，主要吸收劑層212，例如，銀Ag可直接形成在覆蓋層208上，并且輔助吸收劑層214，例如，鎳Ni可直接形成在該主要吸收劑層212上。

雙層式吸收劑210必須保持盡可能地薄以減少表面視差，表面視差可能導致在形成于EUV掩模基底200上的掩模中產生陰影(shadowing)。使用由鉻、鉭或是鉻或鉭的氮化物所形成且具有大于80納米的厚度211的吸收劑層的其中一項限制是EUV光的入射角度可能造成陰影，通過使用這樣的EUV掩模基底的掩模來制造集成電路，這會限制了使用這樣的EUV掩模基底的掩模來制造集成電路時在集成電路中所能達到的圖案尺寸，從而限制了所能制造的集成電路器件的尺寸。

已發現，該主要吸收劑層212及輔助吸收劑層214的材料選擇對于因路程差異導致相位偏移所造成的反射率損失而言非常重要。舉例而言，該實施方式可具有雙層式吸收劑210，該雙層式吸收劑210具有30納米的厚度211，并且該雙層式吸收劑210是由主要吸收劑層212及輔助吸收劑層214所組成，該主要吸收劑層是27.7納米的銀(Ag)層，該輔助吸收劑層是2.3納米的鎳(Ni)層。此實施方式可提供僅0.58％的反射率百分比。

抗反射涂層(ARC)216沉積在雙層式吸收劑210上。該ARC 216可由諸如氮氧化鉭或氧化硼鉭的材料所形成。

背部夾持層218形成在超低膨脹基板202的背部表面上且位在與該平面化層204相對側，該背部夾持層218是用來將該基板安裝在靜電卡盤(未圖示)上或與靜電卡盤安裝在一起。

現參閱圖3，圖3中示出EUV掩模300的正交視圖。EUV掩模300可為矩形，且在該EUV掩模300的頂表面上可具有圖案302。可使圖案302蝕刻入圖2的抗反射涂層(ARC)216及雙層式吸收劑層210中而暴露出覆蓋層208以描繪出在制造集成電路的步驟中的相關幾何圖案(未圖示)。背部夾持層218可施用在位于該圖案302相對側處的EUV掩模300的背部上。

現參閱圖4，圖4示出方法400的流程圖，該方法400可用于制造具有超少缺陷的EUV掩模基底200。超少缺陷為實質上零缺陷。方法400包括于置入基板步驟402中提供圖2的超低膨脹基板202。在基板清潔步驟404中可清潔超低膨脹基板202背部，及在背部預備步驟406中可對超低膨脹基板202進行除氣與預清潔。

在背部夾持步驟408中施用圖2的背部夾持層218，及在正面清潔步驟410中進行正面的清潔。在正面清潔步驟410之后，可將該掩模基底104置入第一真空腔室110中以進行進一步處理。較佳地，在圖1的EUV掩模基底制造系統100中且處于連續真空狀態下進行形成具有覆蓋層布拉格反射體的步驟412，以避免來自周遭環境的污染。

在第一真空腔室110中進行除氣與預清潔步驟414及平面化步驟416。可在第二真空腔室112中進行平面化層固化步驟418以固化圖2的平面化層204及進行沉積多層堆疊步驟420以沉積圖2的多層堆疊206。可在第二真空腔室112內進行沉積覆蓋層步驟422以沉積圖2的覆蓋層208而用于形成該第二處理中基板136，例如，被覆蓋的布拉格反射體。

離開該EUV掩模基底制造系統100后，在封閉(close)檢查步驟424中對第二處理中基板136進行深紫外(DUV)/光化檢查，視情況需要可在第二正面清潔步驟426中清潔該第二處理中基板136，及可在EUV掩模基底結束步驟428中沉積圖2的吸收劑層210及圖2的抗反射涂層212以形成圖2的EUV掩模基底200。

已發現，EUV掩模基底制造系統100可制造始終具有實質零缺陷的EUV掩模基底200。由于第一真空腔室110及第二真空腔室112在沉積平面化層204與固化該平面化層204之間不需要用來升溫降溫的時間(thermal ramp time)，因此在第一真空腔室110中施用平面化層204及在第二真空腔室112中固化該平面化層204可提高EUV掩模基底制造系統100的效率。

現參閱圖5，圖5中示出替代方法500的流程圖，方法500可用來制造具有超少缺陷的EUV掩模基底200。超少缺陷為實質上零缺陷。該替代方法500始于在置入基板步驟502中提供圖2的超低膨脹基板202。在背部清潔步驟504中可清潔超低膨脹基板202，及在正面清潔步驟506中可清潔正面。

較佳地，圖1的EUV掩模基底制造系統100中且在連續真空狀態下進行形成被覆蓋的布拉格反射體的步驟508，以避免來自周遭環境的污染。

在第一真空腔室110中進行真空清潔步驟510以對該掩模基底104進行除氣及預清潔。于夾持層沉積步驟512中沉積該背部夾持層218，及在平面化步驟514中進行平面化。可在第二真空腔室112中進行平面化層固化步驟516以固化圖2的平面化層204。可在沉積多層堆疊步驟518中進行圖2的多層堆疊206的沉積，及可在覆蓋層沉積步驟520中沉積圖2的覆蓋層208以形成該第二處理中基板136。

雖然可在EUV掩模基底制造系統100內部進行DUV/光化檢查，但也可在外部的封閉檢查步驟522中進行DUV/光化檢查。視情況需要在第二清潔步驟524中清潔該第二處理中基板136，及可在EUV掩模基底結束步驟526中沉積圖2的吸收劑層210及圖2的抗反射涂層212。

現參閱圖6，圖中示出用于EUV光刻系統的光學元件串列600。光學元件串列600具有極紫外光源602，例如等離子體源，以用于發出EUV光并將EUV光收集在收集器604中。收集器604可具有拋物面造型以用于將EUV光聚焦在場分面鏡(field facet mirror)608上。收集器604可將光線供應至該場分面鏡608，場分面鏡608則是照明器系統606的一部分。

場分面鏡608的表面可具有凹面輪廓以進一步將EUV光聚焦在光瞳分面鏡(pupil facet mirror)610上。照明器系統606也包括一系列的光瞳分面鏡610以用來傳遞EUV光并將該EUV光聚焦在光罩(reticle)612上(光罩612是圖1的掩模基底104經過完全處理后的版本)。

掩模612可具有圖案，該圖案描繪出集成電路的處理層。掩模612反射該EUV而使含有該圖案的光通過投影光學元件614并投影在半導體基板616上。投影光學元件614可縮小該掩模612所提供的圖案的面積并重復地將該圖案暴露在半導體基板616的表面各處。

已發現，實施方式對圖2的EUV掩模基底200進行平面化并使其光滑，通過去除基板表面上的所有凹坑、缺陷及顆粒，使得該表面呈現出原子級的平坦和光滑。可在不會引入任何工藝相關缺陷的情況下在該EUV掩模基底200的表面上進行無缺陷的材料沉積以實現平坦且光滑的表面。圖2的EUV掩模基底200是光學元件串列600中的一個關鍵元件。光學元件串列600可循序地定位該半導體基板616，而在無需手動干預的情況下使半導體基板616暴露于來自該掩模612的圖案下。

現參閱圖7，圖中示出圖2的主要吸收劑層212的厚度與反射率百分比702的關系的線圖701。線圖701的y-軸可為圖2的雙層式吸收劑210的反射率百分比702。在雙層式吸收劑210為30納米的實施方式中，x-軸可為該主要吸收劑層212的厚度704的尺寸。

樣品反射率706可顯示出隨著主要吸收劑層212的厚度704增加所得到的反射率百分比702的軌跡。該樣品反射率706可示出在該雙層式吸收劑210為鎳-銀的實施方式中，該主要吸收劑層212為銀(Ag)時的厚度704。沉積該兩層的順序對于因路程差異導致相位偏移所造成的反射率損失而言非常重要。

一實施方式提供雙層式吸收劑210，該雙層式吸收劑210具有作為主要吸收劑層212的銀(Ag)層，該主要吸收劑層212沉積在圖2的覆蓋層208上，以及作為輔助吸收劑層214的鎳(Ni)層，以提供圖2的30納米的合并厚度211。雙層式吸收劑210與圖2中的覆蓋層208及多層堆疊206的相位匹配導致該樣品反射率706中顯現出的振蕩。該雙層式吸收劑210的總厚度211為30納米。從該曲線圖可看出，由27.7納米的銀及2.3納米的鎳來形成該雙層式吸收劑210可提供最低程度的反射率百分比702。

該實施方式假設覆蓋層208是厚度為2納米的薄釕層。該雙層式吸收劑210的行為描繪在被覆蓋的多層上。該雙層式吸收劑210一方面引起因路程差異所導致的相位偏移，該相位偏移將造成破壞性干涉作用而導致反射率百分比702降低。此行為取決于這些金屬層的折射率的實部。圖7圖示以鎳-銀雙層式吸收劑為該雙層式吸收劑210的一實施方式。反射率百分比702隨著銀的厚度704增加的變化可顯示為樣品反射率706。該吸收劑堆疊的總厚度211固定維持在30納米。因此當銀的厚度增加時，鎳的厚度同時會減少。結果顯示，在Ni厚度為2.3納米及Ag厚度為27.7納米處，總反射率為0.58％，此反射率遠低于30納米的純Ni層的反射率(1.9％)或30納米的純Ag層的反射率(1.6％)。由于路程差異導致相位偏移，相位匹配及相位失配會造成該樣品反射率706中的振蕩情形。

如表1中所示，在銀(Ag)上形成鎳(Ni)的雙層式吸收劑210提供實質上低于其它組合的反射率百分比702。

表1：針對數種金屬系統建立30納米的雙層式吸收劑的最低反射率模型。

表1中匯編了30納米的雙層式吸收劑210的反射率百分比702的最低值。這些雙層的沉積順序對于控制該系統中的相位失配而言非常重要。可利用物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、射頻(RF)及直流(DC)磁控濺射技術來沉積該雙層式吸收劑210的這些實施方式。在這些金屬中的大部份金屬會形成極薄的原生氧化物層，而該原生氧化物層在13.5納米波長下極小地影響吸收作用及相位偏移行為。

表2：雙層式吸收劑達到0.8％反射率所需要的最小厚度。

表2中列出使該雙層式吸收劑210達到0.8％反射率百分比702所需要的最小厚度704。這些材料的選擇標準是依據將被選擇蝕刻的能力及達到0.8％反射率百分比702所需的最小厚度。相較于周期表中的其他元素，這些材料的原子散射因子可具有較高的實部(real)特性及虛部(imaginary)特性。較高的虛部特性造成吸收作用，而實部特性對應的是調變入射光相位的能力。由于涉及厚度與由路程差異所導致的相位偏移，因此相位調變也取決于該吸收劑的厚度704。

所得的方法、工藝、裝置、設備、產品和/或系統是直接明確、具成本效益、不復雜、具諸多用途、精確、靈敏并有效的，并且這些方法、工藝、裝置、設備、產品和/或系統可通過適用在已知構件上立即地、有效率地且經濟地進行生產、應用及使用。

本發明的另一重要方面在于本發明貴在可支持并服務于降低成本、簡化系統及改善性能的歷史趨勢。

因此本發明的這些及其它有價值的方面進一步推動技術水平至少進入下一個階段。

雖已配合最佳實施方式來說明本發明，但應了解，對于所屬技術領域中技術人員在前述內容的啟發下諸多的替代、修飾及變化可為顯而易見的。因此，本發明意在包含所有這類落入后附的權利要求的范圍中的替代、修飾及變化形式。到目前為止，于此所闡明的或附圖中所示出的所有內容皆以說明性和非限制性意向進行解釋。