空白掩模的制作方法

本发明实施例涉及一种空白掩模及掩模及其制造方法。

背景技术：

半导体集成电路(IC)行业已经历指数增长。IC材料及设计中的技术进步已产生数代IC，其中各代具有比前一代更小且更复杂的电路。在IC演进的进程中，功能密度(即，每一芯片面积的互连装置的数量)普遍增加，而几何形状大小(即，使用制造工艺可产生的最小组件或线)已减小。

此按比例缩小工艺通常通过增大生产效率及降低相关联成本而提供优势。此按比例缩小还增大处理及制造IC的复杂度。为了实现这些进步，需要在IC处理及制造中进行类似发展。例如，用于高分辨率光刻中以转印小型且复杂电路图案的掩模可能提出新的挑战。

技术实现要素：

在本发明实施例中，具有经嵌入的蚀刻停止层的空白掩模适于形成具有凹槽的任何适当掩模，例如无铬相移光刻(CPL)掩模、相移掩模(PSM)(例如衰减相移掩模(AttPSM)及交替相移掩模(altPSM))或类似物。

在本发明实施例中，空白掩模或掩模具有与掩模衬底的材料光学及/或物理兼容的嵌入的蚀刻停止层，且因此，蚀刻停止层的光学特性(例如折射率)及/或物理特性(例如热膨胀系数)与衬底的材料的所述特性基本上相同。因此，图像失真及掩模翘曲最小化。经嵌入的蚀刻停止层使得可精确控制相移凹槽的深度且因此可精确控制相移值。

在一些实施例中，提供空白掩模。空白掩模包括衬底及嵌入所述衬底中的蚀刻停止层。蚀刻停止层具有彼此相对的第一表面及第二表面，且第一表面及第二表面被衬底覆盖。

在一些实施例中，提供掩模。掩模包括衬底、蚀刻停止层、多个凹槽及上覆层。蚀刻停止层嵌入所述衬底中。凹槽在衬底中，且定位于掩模的中心区中。上覆层在掩模的外围区中的衬底上方。

在一些实施例中，提供制造掩模的方法。所述方法包括接纳包括衬底及嵌入所述衬底中的蚀刻停止层的空白掩模，及在衬底中形成多个凹槽。

附图说明

当结合附图阅读时从下列实施方式最佳地理解本揭示的方面。注意，根据行业中的标准实践，各种构件未按比例绘制。事实上，为讨论清晰起见，各种构件的尺寸可任意增大或减小。

图1说明根据本发明实施例的各种方面的用于制造空白掩模的方法。

图2A、2B、2C、2D及2E是根据本发明的一些实施例的制造空白掩模的各种操作中的一者处的截面图。

图3说明空白掩模的薄膜厚度的测量结果。

图4说明根据本发明实施例的各种方面的用于制造掩模的方法。

图5A、5B、5C、5D、5E及5F是根据本发明的一些实施例的制造掩模的各种操作中的一者处的截面图。

图6是掩模的一些实施例的示意图。

具体实施方式

下列揭示内容提供用于实施所提供的标的物的不同构件的许多不同实施例或实例。下文中描述组件及布置的特定实例以简化本揭示。当然，这些仅为实例且不希望具限制性。例如，在下列描述中第一构件在第二构件上方或其上形成可包含所述第一构件及所述第二构件直接接触形成的实施例，且还可包含额外构件可形成于所述第一构件与所述第二构件之间，使得所述第一构件及所述第二构件可不直接接触的实施例。另外，本发明实施例可在各种实例中重复元件符号及/或字母。此重复出于简化及清晰的目的，且本身不规定所讨论的各种实施例及/或配置之间的关系。

此外，为便于描述，空间关系术语例如“在……下方”、“在……下”、“下”、“在……上方”、“上”、“在……上”及类似术语在本文中可用于描述一个元件或构件与图中说明的另一元件或构件的关系。空间关系术语除涵盖在图中描绘的定向之外，还希望涵盖装置在使用或操作中的不同定向。设备可以其它方式(旋转90度或按其它定向)进行定向且相应地可同样解释本文中使用的空间关系描述词。

在本发明实施例中，提供具有嵌入式蚀刻停止层的空白掩模或掩模。蚀刻停止层与掩模衬底的材料光学及/或物理兼容，且因此，蚀刻停止层的光学特性(例如折射率)及/或物理特性(例如热膨胀系数)与衬底的材料的所述特性基本上相同。因此，图像失真及掩模翘曲最小化。嵌入式蚀刻停止层使得可精确控制相移凹槽的深度而不影响掩模的光学特性。

图1说明根据本发明实施例的各种方面的用于制造空白掩模的方法100。方法100开始于操作110，其中接纳第一板。方法100继续进行操作120，其中靠近于第一板的表面形成蚀刻停止层。在一些实施例中，蚀刻停止层形成于第一板的表面上方。在一些实施例中，蚀刻停止层形成于第一板内侧的第一板的表面下方。例如，第一板的靠近第一板的表面的部分形成蚀刻停止层。方法100继续进行操作130，其中第一板经接合到第二板，其中蚀刻停止层插置于第一板与第二板之间以形成空白掩模。

图2A、2B、2C、2D及2E是根据本发明的一些实施例的制造空白掩模的各种操作中的一者处的截面图。如在图2A中及图1中的操作110中描绘，方法100开始于操作110，其中接纳第一板102。在一些实施例中，第一板102是石英衬底。在一些替代实施例中，第一板102可由各种适当透明材料形成，所述透明材料包含玻璃、低热膨胀材料(LTEM)、二氧化硅、碳化硅、氟化钙或所属领域技术人员可能了解的其它材料。在一些实施例中，第一板102的厚度是数毫米(例如，约2mm)，但不限于此。

如在图2B中及图1中的操作120中描绘，方法100继续进行操作120，其中靠近于第一板102的表面102A形成蚀刻停止层104。在一些实施例中，蚀刻停止层104的材料与第一板102的材料光学兼容。蚀刻停止层104经描述为光学兼容的，这是因为其可由使得在相同曝光辐射(例如，氟化氩(ArF)准分子激光)下，蚀刻停止层104的光学特性(例如，折射率、电介质常数、反射率或类似者)与第一板102的光学特性基本上相同的材料制成。在一些实施例中，蚀刻停止层104的材料与第一板102的材料物理相容。蚀刻停止层104经描述为物理兼容的，这是因为其可由使得蚀刻停止层104的物理特性(例如，热膨胀系数)与第一板102的物理特性基本上相同的材料制成。

在本实施例中，蚀刻停止层104形成于第一板102的表面102A上。例如，蚀刻停止层104通过(例如)化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或其它沉积技术沉积于第一板102的表面102A上。蚀刻停止层104的材料的实例包含氧化物(例如，氧化硅)、氮化物(例如，氮化硅)、氮氧化物(例如，氮氧化硅)、硅化物(例如，硅化钼(MoSi))、其组合或所属领域技术人员可能了解的其它材料。

在一些替代实施例中，蚀刻停止层104穿过表面102A形成且定位于第一板102的靠近表面102A的部分中。例如，一或多种掺杂物(例如，硼或磷)穿过表面102A掺杂到第一板102中。因此，第一板102的经掺杂部分具有不同于未掺杂部分的蚀刻特性的蚀刻特性，由此实现蚀刻停止层104。在一些实施例中，蚀刻停止层104的厚度为数纳米。例如，厚度在约5nm与约10nm之间的范围中，或小于约5nm，但不限于此。

如在图2C中及图1中的操作130中描绘，方法100继续进行操作130，其中接纳第二板106。随后，第一板102接合到第二板106，其中蚀刻停止层104插置于第一板102与第二板106之间以形成空白掩模10。在一些实施例中，第一板102翻转以使蚀刻停止层104面向第二板106，且接着接合到第二板106。在一些实施例中，第二板106的材料与第一板102的材料相同。因此，第二板106的材料也与蚀刻停止层104及第一板102的材料光学及物理兼容。第二板106、蚀刻停止层104及第一板102间的光学兼容性帮助缓和光刻期间的图像失真。此外，第二板106、蚀刻停止层104及第一板102间在(例如)热膨胀系数上的物理兼容性帮助缓和归因于(例如)通过曝光辐射引发的热量的结构变形及翘曲。

在一些实施例中，第二板106的厚度大于第一板102。第二板106的厚度为数毫米，例如，约6.23mm±0.1mm，但不限于此。在一些实施例中，第一板102及第二板106被放置且彼此堆叠，其中蚀刻停止层104夹置于第一板102与第二板106之间。接着，执行热处理以接合第一板102及第二板106。在一些实施例中，热处理的温度在500℃到700℃的范围中(例如，650℃)，但不限于此。在一些实施例中，替代地执行退火处理以修复缺陷。在一些实施例中，退火处理的温度高于热处理。例如，退火温度在从1000℃到1200℃的范围中(例如，1100℃)，但不限于此。在一些替代实施例中，第一板102及第二板106通过其它直接或间接接合操作而接合。

因此，空白掩模10包含通过第一板102及第二板106形成的衬底11，及嵌入衬底11中的蚀刻停止层104。彼此相对的第一表面104A(例如，上表面)及第二表面104B(例如，底部表面)因此被衬底11覆盖。

如在图2D中描绘，选用地对第一板102的另一表面102B(外部表面)执行薄化操作(例如，表面抛光(如通过箭头符号指示))以薄化第一板102。在一些实施例中，当空白掩模用作掩模的基材时，第一板102的厚度经减小为基本上等于待形成的凹槽(在图5E中最佳展示)的深度。例如，第一板102的厚度经减小为约180nm，但不限于此。在一些实施例中，第一板102的经减小厚度及蚀刻停止层104的厚度的总和基本上等于待形成的凹槽的深度。表面抛光可通过化学及/或机械抛光或任何其它适当抛光技术实施。

图3说明空白掩模的薄膜厚度的测量结果。如在图3中展示，精确控制凹槽的深度使之为所需深度(180nm)。另外，凹槽深度是一致的，且未凹陷部分的厚度也是一致的。一致的凹槽深度确保一致的相移效应。

在一些实施例中，在空白掩模10用于制造掩模之前，空白掩模10中的第一板102的表面102B使用上覆层(例如，硬掩模层、偏移层、牺牲层、吸收层或抗反射层)覆盖。基于待制造的掩模的不同要求，前述上覆层中的每一者可选用地形成于空白掩模10上。另外，可针对所需应用任意选择掩模的材料及厚度。

在一些实施例中，第一硬掩模层107、牺牲层108(又称为偏移层)及第二硬掩模层109形成于第一板102上方，且变为如在图2E中描绘的空白掩模10的部分。

在一些替代实施例中，蚀刻停止层104经形成于单件式衬底中而非在接合在一起的两个板之间。例如，蚀刻停止层104通过(例如)离子植入形成于衬底内侧的远离衬底的表面的高度处。在一些实施例中，蚀刻停止层104的侧向表面也被衬底围绕。在一些实施例中，薄化衬底的表面中的一者以将衬底的表面与蚀刻停止层104之间的距离减小到所需距离。在一些实施例中，所需距离基本上等于后续形成的凹槽的深度。

图4说明根据本发明实施例的各种方面的用于制造掩模的方法200。方法200开始于操作210，其中接纳空白掩模。方法200继续进行操作220，其中多个凹槽形成于空白掩模中。

图5A、5B、5C、5D、5E及5F是根据本发明的一些实施例的制造掩模的各种操作中的一者处的截面图。如在图5A中及图4中的操作210中描绘，方法200开始于操作210，其中接纳空白掩模10。在一些实施例中，空白掩模10通过在图1及2A到2E中描述的前述方法形成。空白掩模10包含嵌入通过经接合的第一板102及第二板106形成的衬底11中的蚀刻停止层104。在一些实施例中，第一硬掩模层107、牺牲层108(又称为偏移层)及第二硬掩模层109因此形成于空白掩模10上方。

第一硬掩模层107的材料可包含铬、氧化铬、氮化铬、氮化硅、氮氧化硅、氧化钽、氮化钽、氮氧化钽或蚀刻操作中的硬掩模的任何其它适当材料。牺牲层108的材料可包含硅化钼(MoSi)或类似物。第二硬掩模层109的材料可包含铬、氧化铬、氮化铬、氮化硅、氮氧化硅、氧化钽、氮化钽、氮氧化钽或蚀刻操作中的硬掩模的其它适当材料。在一些实施例中，第一硬掩模层107及第二硬掩模层109为相同材料。在一些实施例中，牺牲层108的材料及第一硬掩模层107及第二硬掩模层109的材料具有不同蚀刻选择性或可检测的不同蚀刻副产物。在一些实施例中，牺牲层108的材料可包含用于相移层的材料，使得制造与相移掩模(PSM)或其它类型的掩模的制造兼容。

如在图5B、5C、5D、5E及5F中及图4中的操作220中描绘，方法200继续进行操作220，其中多个凹槽形成于空白掩模10中。在一些实施例中，凹槽通过(但不限于)下列操作形成。如在图5B中描绘，抗蚀剂层202(例如光致抗蚀剂层)通过(例如)光刻曝光形成于第二硬掩模层109上。抗蚀剂层202具有空白掩模10的外围区10A中的第一部分202A及空白掩模10的中心区10B中的第二部分202B。第一部分202A基本上覆盖外围区10A，且第二部分202B包含部分覆盖中心区10B的多个台面。再者，相邻台面之间的间隙使未被台面覆盖的中心区10B曝光。

在一些替代实施例中，光刻曝光可通过其它适当技术(例如无掩模光刻曝光、电子束写入、直接写入及/或离子束写入)替换。

如在图5C中描绘，通过(例如)干蚀刻及/或湿蚀刻移除被抗蚀剂层202曝光的第二硬掩模层109以形成外围区10A中的第一部分109A及中心区10B中的第二部分109B。第二部分109B使牺牲层108的部分曝光。随后，通过(例如)干蚀刻及/或湿蚀刻移除被第二硬掩模层109的部分109B曝光的牺牲层108以形成第一部分108A及第二部分108B，其基本上分别对应于第一部分109A及第二部分109B。牺牲层108的第二部分108B使第一硬掩模层107的部分曝光。在一些实施例中，虽然未描绘，但已在蚀刻牺牲层108之前移除抗蚀剂层202，且第二硬掩模层109用作硬掩模以蚀刻牺牲层108。在一些实施例中，当蚀刻牺牲层108时，抗蚀剂层202保留于第二硬掩模层109上，且将在其后被移除。

如在图5D中描绘，通过(例如)光刻曝光形成另一抗蚀剂层204(例如光致抗蚀剂层)以覆盖第一部分109A，且使第二硬掩模层109的第二部分109B曝光及使通过第二硬掩模层109的第二部分109B显露的第一硬掩模层107的部分曝光。在一些实施例中，抗蚀剂层204形成于外围区10A中而非中心区10B中。即，抗蚀剂层204形成于第二硬掩模层109的第一部分109A的平坦表面上而不穿过外围区10A与中心区10B之间的高度间隙。因此，抗蚀剂层204在厚度上具有所要的均匀度。在一些替代实施例中，光刻曝光可通过其它适当技术(例如无掩模光刻曝光、电子束写入、直接写入及/或离子束写入)替换。通过(例如)干蚀刻及/或湿蚀刻将第二硬掩模层109的第二部分109B连同曝光的第一硬掩模层107一起移除。第一硬掩模层107在蚀刻之后包含外围区10A中的第一部分107A及中心区10B中的被牺牲层108的第二部分108B覆盖的第二部分107B。因此，衬底11的部分(第一板102的上表面)曝光。虽然未在图5D中描绘，但接着移除抗蚀剂层204。

如在图5E中描绘，通过(例如)干蚀刻及/或湿蚀刻移除牺牲层108的第二部分108B以使第一硬掩模层107的第二部分107B曝光，而保留通过第二硬掩模层109的第一部分109A保护的牺牲层108的第一部分108A。随后，第二硬掩模层109的第一部分109A及第一硬掩模层107的第二部分107B用作硬掩模以通过衬底11的曝光表面移除衬底11以形成凹槽11H。在一些实施例中，通过(例如)干蚀刻及/或湿蚀刻移除凹槽11H。在衬底11的蚀刻期间，嵌入衬底11中的蚀刻停止层104充当蚀刻停止，且因此，可在蚀刻停止层14曝光时精确停止蚀刻。在一些实施例中，蚀刻衬底11中产生的副产物及蚀刻蚀刻停止层104中产生的副产物是不同的且可检测的，使得可通过分析副产物的组成而精确检测结束点。例如，残余气体分析器(RGA)可用于通过分析蚀刻中的副产物的组成而检测蚀刻的结束点。

凭借经嵌入的蚀刻停止层14，可通过蚀刻停止层14上方的衬底11的预定厚度(即，第一板12的厚度)精确控制凹槽11H的厚度。在一些实施例中，通过抛光或研磨空白掩模10的第一板12而将蚀刻停止层14上方的衬底11的厚度调整为基本上等于待形成的凹槽11H的深度。在一些实施例中，取决于相对于衬底11的未凹陷部分的所需相移度、光刻工艺中的曝光光源的波长及需要考虑的其它因素而设计凹槽11H的深度。例如，凹槽11H的深度经构形以使凹槽部分相对于未凹陷部分呈180度相移。

如在图5F中描绘，通过(例如)剥离移除第一硬掩模层107的第二部分107B以形成掩模(替代地称为光掩模或倍缩光罩)30。在一些实施例中，移除第二硬掩模层109的第一部分109A。在一些实施例中，在掩模30上执行剥离后检查(ASI)。如果找到缺陷，那么可执行修复操作。在一些实施例中，清洗掩模30，且将防护膜32安装于掩模30上以保护掩模30使之免于颗粒污染。

在一些实施例中，在多个步骤中蚀除第二硬掩模层109。例如，在一蚀刻中蚀刻第二硬掩模层109以形成具有台面及其间的间隙的第二部分109B，且接着在另一蚀刻中蚀除第二部分109B。相较于其中蚀刻第二硬掩模层109的大面积的单一蚀刻，此多步骤蚀刻最小化缺陷。类似地，中心区10B中的牺牲层108及第一硬掩模层107均在至少两个蚀刻中蚀除，此防止单一蚀刻中的大面积蚀刻。因此，避免归因于大面积蚀刻的缺陷问题。在一些实施例中，凭借嵌入的蚀刻停止层104，限制当形成凹槽11H时衬底11的侧向蚀刻且因此可控制凹槽11H的轮廓。具有所需轮廓的凹槽11H确保当在光刻曝光中使用掩模30时的目标层(例如光致抗蚀剂层)的图案转印精确度，且因此，可维持电路层的临界尺寸。

图6是掩模的一些实施例的示意图。如在图6中描绘，掩模30与掩模40之间的差异在于，在形成凹槽11H之后，通过(例如)干蚀刻及/或湿蚀刻移除在凹槽11H下方曝光的掩模40的蚀刻停止层104。在一些实施例中，蚀刻穿过凹槽11H下方的蚀刻停止层104，由此形成分别连接凹槽11H的多个开口104H。在一些实施例中，取决于相对于衬底11的未凹陷部分的所需相移度、光刻曝光中的曝光光源的波长或需要考虑的其它因素而设计凹槽11H的深度及开口104H的深度的总和。例如，凹槽11H的深度及开口104H的深度的总和使凹槽部分相对于未凹陷部分呈180度相移。

在本发明实施例中，具有经嵌入的蚀刻停止层的空白掩模适于形成具有凹槽的任何适当掩模，例如无铬相移光刻(CPL)掩模、相移掩模(PSM)(例如衰减相移掩模(AttPSM)及交替相移掩模(altPSM))或类似物。

在本发明实施例中，空白掩模或掩模具有与掩模衬底的材料光学及/或物理兼容的嵌入的蚀刻停止层，且因此，蚀刻停止层的光学特性(例如折射率)及/或物理特性(例如热膨胀系数)与衬底的材料的所述特性基本上相同。因此，图像失真及掩模翘曲最小化。经嵌入的蚀刻停止层使得可精确控制相移凹槽的深度且因此可精确控制相移值。

在一些实施例中，提供空白掩模。空白掩模包括衬底及嵌入所述衬底中的蚀刻停止层。蚀刻停止层具有彼此相对的第一表面及第二表面，且第一表面及第二表面被衬底覆盖。

在一些实施例中，提供掩模。掩模包括衬底、蚀刻停止层、多个凹槽及上覆层。蚀刻停止层嵌入所述衬底中。凹槽在衬底中，且定位于掩模的中心区中。上覆层在掩模的外围区中的衬底上方。

在一些实施例中，提供制造掩模的方法。所述方法包括接纳包括衬底及嵌入所述衬底中的蚀刻停止层的空白掩模，及在衬底中形成多个凹槽。

前文概述若干实施例的特征，使得所属领域技术人员可较好地理解本揭示的方面。所属领域技术人员应了解，其可容易地将本揭示用作设计或修改用于执行相同目的及/或实现本文介绍的实施例的相同优势的其它工艺及结构的基础。所属领域技术人员还应认识到，此类等效构造不脱离本揭示的精神及范围，且其可在不脱离本揭示例的精神及范围的情况下在本文中进行各种改变、替换及更改。

[符号说明]

10 空白掩模

10A 外围区

10B 中心区

11 衬底

11H 凹槽

30 掩模

32 防护膜

40 掩模

100 方法

102 第一板

102A 表面

102B 表面

104 蚀刻停止层

104A 第一表面

104B 第二表面

104H 开口

106 第二板

107 第一硬掩模层

107A 第一部分

107B 第二部分

108 牺牲层

108A 第一部分

108B 第二部分

109 第二硬掩模层

109A 第一部分

109B 第二部分

110 操作

120 操作

130 操作

200 方法

202 抗蚀剂层

202A 第一部分

202B 第二部分

204 抗蚀剂层

210 操作

220 操作