具吸收剂的平面化极紫外光刻基底及其制造系统的制作方法

本发明一般地涉及极紫外光刻基板及此种极紫外光刻基板的制造与光刻系统。

背景技术：

极紫外光刻技术(EUV，也称为软X射线投影光刻技术)是取代深紫外光刻技术制造0.0135微米及更小最小特征尺寸半导体器件的有力竞争者。

然而，极紫外的波长范围通常在5纳米至100纳米间，且几乎所有的材料都能强烈吸收极紫外。出于此原因，极紫外系统是靠光的反射作用而不是利用光透射来运作。借着使用一系列镜面，或透镜元件及涂有非反射性吸收剂掩模图案的反射元件、或掩模基底，而使经图案化的光化性(actinic)光线反射至涂有抗蚀剂的半导体基板上。

极紫外光刻系统的透镜元件和掩模基底涂有由诸如钼和硅之类的材料所形成的多层涂层。通过使用涂有多层涂层的基板，且这些涂层对极窄紫外带通范围内的光线强烈反射，例如针对13.5纳米的极紫外(EUV)光是12.5奈米至14.纳米带通范围内的光线，可以得到每个透镜元件或掩模基底的反射率值约为65％。

半导体处理技术中有着各种类型的缺陷，而这些缺陷会造成诸多问题。不透明的缺陷通常由在这些多层涂层或掩模图案上方的颗粒在应该反射光线的时候却吸收了光线而造成。透明缺陷通常由在多层涂层上的掩模图案中的小孔所造成，这些小孔使得光线在应被吸收的时候却通过这些小孔反射光线。以及，相缺陷通常由在该多层涂层下方的刮痕及表面变化导致的反射光产生相变化所造成。这些相变化造成光波干涉效应，而光波干涉效应会使欲曝光在半导体基板表面上的抗蚀剂中的图案扭曲或改变。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辐射波长，因此过去显得无关紧要的刮痕及表面变化现在则变得令人无法容忍。

这种薄的吸收剂需要解决阴影问题是当图案变得更小时，在较厚吸收层上会看到阴影，这最终限制了可印在基板上的特征尺寸。要达到更薄的吸收剂需使用新材料，该新材料对13.5纳米的光线的吸收力要胜过目前正使用的吸收剂。

基于对电子元件特征尺寸逐渐缩小的需求，找到解决这些问题的答案便越加重要。鉴于随着消费者期望升高而不断增强的商业竞争压力，找到这些问题的解决之道这件事显得至关重要。此外，由于需要降低成本、改善效率与性能及对抗竞争压力，因此寻求解决这些问题的必要性更显急迫。

对于这些问题的解决方案早已探寻许久，但在此之前的研究发展并未教导或提出任何解决方案，因此，所属技术领域中技术人员一直未能找到这些问题的解决方法。

技术实现要素：

本公开内容的实施方式是一种极紫外(EUV)掩模基底制造系统，该系统包括：用于建立真空的基板操作真空腔室；基板操作平台，该基板操作平台位于该真空中以用于搬运装载于该基板操作真空腔室中的超低膨胀基板；及用来形成EUV掩模基底的多个子腔室，并且由该基板操作平台可进出该多个子腔室，该多个子腔室包括：第一子腔室，该第一子腔室用于在该超低膨胀基板上形成多层堆叠以用来反射极紫外(EUV)光；及第二子腔室，该第二子腔室用于在该多层堆叠上形成双层式吸收剂以用于吸收波长为13.5纳米的EUV光而提供小于1.9％的反射率。

本公开内容的实施方式是一种极紫外(EUV)掩模基底系统，该系统包括：含有表面瑕疵的超低膨胀基板；位于该超低膨胀基板上的平面化层以用于包覆表面瑕疵；位于该平面化层上的多层堆叠；及位于该多层堆叠上的双层式吸收剂，该双层式吸收剂包括通过将所沉积的双层式吸收剂的主要吸收剂层及辅助吸收剂层的厚度控制至合并厚度达30纳米来决定反射率百分比，从而提供小于1.9％的反射率。

在本发明的某些实施方式中，除了上述步骤与元件之外，还可具有附加的其它步骤或元件，或具有其它步骤或元件来取代上述步骤与元件。当参照附图来阅读以下具体描述时，这些步骤或元件对于所属技术领域中技术人员将是显而易见的。

附图说明

图1为极紫外(EUV)掩模基底制造系统。

图2为根据实施方式的EUV掩模基底的截面图。

图3为EUV掩模的正交视图。

图4为制造具有超少缺陷的EUV掩模基底的方法流程图。

图5为制造具有超少缺陷的EUV掩模基底的另一种方法的流程图。

图6为EUV光刻系统的光学元件串列。

图7示出图2的主要吸收剂层的厚度与反射率百分比的关系的线图。

具体实施方式

充分详细描述以下实施方式以使所属技术领域中技术人员能制造和使用本发明。应当理解，基于本公开内容的其它实施方式将是显而易见的，并且在不脱离本发明范围的条件下，可在系统、工艺或机械上做出诸多变化。

在以下描述中，提出诸多具体细节以供彻底理解本发明。然而，将明白没有依照这些具体细节也可实施本发明。为避免模糊本发明，故不详细公开某些已知的电路、系统构造及工艺步骤。

这些示出系统实施方式的附图为部分图解且未按比例绘制，具体而言，这些附图中的某些尺寸会加以夸大以求清楚表达。同样地，虽然为了便于描述，这些图式中的视图通常呈现相似方向，但这些附图中描绘的内容多半是随意定向的。通常可采任意方向来操作本发明。

在所公开和描述的多个实施方式中具有一些共同特征，为了清楚且便于图示、描述和理解这些实施方式，故使用相似的附图标号来描述相似或类似的特征。

出于解说的目的，当用于文中时，无论掩模基底的定向为何，将术语“水平”定义为一平面与掩模基底的表面或平面成平行。术语“垂直”意指一方向与方才所定义的水平成垂直。诸如“上方”、“下方”、“底部”、“顶部”、“侧面”(如“侧壁”)、“更高”、“更低”、“上部”、“之上”及“之下”等术语则如附图中所示般相关于该水平面而界定。术语“在...上(on)”表明两个元件之间直接接触。

本文中使用的术语“处理”包括在形成所述结构期间依需求进行沉积材料或光刻胶、图案化、曝光(exposure)、显影(development)、蚀刻、清洁和/或去除材料或光刻胶。

现参阅图1，图中示出极紫外(EUV)掩模基底制造系统100。整合式的EUV掩模基底制造系统100包括掩模基底装载与搬运操作系统102，该系统102具有装载口104以将装有基板105的运送盒送入该装载口104中，基板105例如，由玻璃、硅或其他超低热膨胀材料所形成的基板。气闸舱(airlock)106可供进出基板操作真空腔室108。在实施方式中，基板操作真空腔室108可包括两个真空腔室，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台114，及第二真空腔室112可包含第二基板操作平台116。

在基板操作真空腔室108的外表(periphery)上分布有多个口以用于附接各种子系统。举例而言，第一真空腔室110可具有除气子系统118、如双层式吸收剂沉积腔室那样的第一物理气相沉积子腔室120、如背部夹持层沉积腔室那样的第二物理气相沉积子腔室122及预清洁子系统124。

第二真空腔室112可具有如多层沉积腔室那样的第一多阴极子腔室126)、如平面化沉积腔室那样的流动性化学气相沉积(FCVD)子腔室128、固化子腔室130及第二多阴极子腔室132，并且这些腔室与第二真空腔室112连接。

初始基板操作平台114能够在连续真空环境下经由未示出的狭缝阀在位于该第一真空腔室110周围的气闸舱106与各种子系统之间移动超低膨胀基板，例如第一处理中基板134。第二基板操作平台116可于该第二真空腔室112周围移动超低膨胀基板，例如，第二处理中的基板136，同时使该第二处理中基板136保持处在连续真空环境下。

已发现，整合式EUV掩模基底制造系统100可提供用来制造EUV掩模基底的环境，同时使手动运送该第一处理中基板134及第二处理中基板136的情况减至最少。

现参阅图2，图2中是根据实施方式所示的EUV掩模基底200的截面图。EUV掩模基底200可具有由玻璃、硅或其他超低热膨胀材料所形成的超低热膨胀基板202。这些超低热膨胀材料包括熔融氧化硅(fused silica)、熔融石英、氟化钙、碳化硅、氧化硅-氧化钛材料或热膨胀系数落在这些材料热膨胀系数范围内的其它材料。

已发现，平面化层204可用来填补该超低膨胀基板202中的表面瑕疵203，例如，凹坑和/或缺陷，覆盖住该超低膨胀基板202上的颗粒，或使该超低膨胀基板202已平面化的表面平滑，从而形成平坦表面205。

可在该平面化层204上形成多层堆叠206以形成布拉格反射体(Bragg reflector)。由于EUV光刻技术中所使用的照射波长的吸收性质，故使用多个反射性光学元件。可由交替的高原子序(高Z)材料层及低原子序(低Z)材料层而制成该多层堆叠206以形成反射体，高Z及低Z材料诸如钼和硅。

在该多层堆叠206上且位于与该超低膨胀基板202相对处形成覆盖层208以用来形成被覆盖的布瑞格反射体。覆盖层208可为诸如钌(Ru)或钌的非氧化型化合物的材料，以帮助保护该多层堆叠206免于受到氧化及免于接触到该EUV掩模基底200在后续掩模处理期间可能触及的任何化学蚀刻剂。其它材料，例如，氮化钛、碳化硼、氮化硅、氧化钌及碳化硅也可用于该覆盖层208中。

双层式吸收剂210安置在该覆盖层208上。双层式吸收剂210可包括主要吸收剂层212及辅助吸收剂层214。双层式吸收剂210是由对于特定频率的EUV光(约13.5纳米)具有高吸收系数的一对材料组合所形成。在实施方式中，主要吸收剂层212，例如，银Ag可直接形成在覆盖层208上，并且辅助吸收剂层214，例如，镍Ni可直接形成在该主要吸收剂层212上。

双层式吸收剂210必须保持尽可能地薄以减少表面视差，表面视差可能导致在形成于EUV掩模基底200上的掩模中产生阴影(shadowing)。使用由铬、钽或是铬或钽的氮化物所形成且具有大于80纳米的厚度211的吸收剂层的其中一项限制是EUV光的入射角度可能造成阴影，通过使用这样的EUV掩模基底的掩模来制造集成电路，这会限制了使用这样的EUV掩模基底的掩模来制造集成电路时在集成电路中所能达到的图案尺寸，从而限制了所能制造的集成电路器件的尺寸。

已发现，该主要吸收剂层212及辅助吸收剂层214的材料选择对于因路程差异导致相位偏移所造成的反射率损失而言非常重要。举例而言，该实施方式可具有双层式吸收剂210，该双层式吸收剂210具有30纳米的厚度211，并且该双层式吸收剂210是由主要吸收剂层212及辅助吸收剂层214所组成，该主要吸收剂层是27.7纳米的银(Ag)层，该辅助吸收剂层是2.3纳米的镍(Ni)层。此实施方式可提供仅0.58％的反射率百分比。

抗反射涂层(ARC)216沉积在双层式吸收剂210上。该ARC 216可由诸如氮氧化钽或氧化硼钽的材料所形成。

背部夹持层218形成在超低膨胀基板202的背部表面上且位在与该平面化层204相对侧，该背部夹持层218是用来将该基板安装在静电卡盘(未图示)上或与静电卡盘安装在一起。

现参阅图3，图3中示出EUV掩模300的正交视图。EUV掩模300可为矩形，且在该EUV掩模300的顶表面上可具有图案302。可使图案302蚀刻入图2的抗反射涂层(ARC)216及双层式吸收剂层210中而暴露出覆盖层208以描绘出在制造集成电路的步骤中的相关几何图案(未图示)。背部夹持层218可施用在位于该图案302相对侧处的EUV掩模300的背部上。

现参阅图4，图4示出方法400的流程图，该方法400可用于制造具有超少缺陷的EUV掩模基底200。超少缺陷为实质上零缺陷。方法400包括于置入基板步骤402中提供图2的超低膨胀基板202。在基板清洁步骤404中可清洁超低膨胀基板202背部，及在背部预备步骤406中可对超低膨胀基板202进行除气与预清洁。

在背部夹持步骤408中施用图2的背部夹持层218，及在正面清洁步骤410中进行正面的清洁。在正面清洁步骤410之后，可将该掩模基底104置入第一真空腔室110中以进行进一步处理。较佳地，在图1的EUV掩模基底制造系统100中且处于连续真空状态下进行形成具有覆盖层布拉格反射体的步骤412，以避免来自周遭环境的污染。

在第一真空腔室110中进行除气与预清洁步骤414及平面化步骤416。可在第二真空腔室112中进行平面化层固化步骤418以固化图2的平面化层204及进行沉积多层堆叠步骤420以沉积图2的多层堆叠206。可在第二真空腔室112内进行沉积覆盖层步骤422以沉积图2的覆盖层208而用于形成该第二处理中基板136，例如，被覆盖的布拉格反射体。

离开该EUV掩模基底制造系统100后，在封闭(close)检查步骤424中对第二处理中基板136进行深紫外(DUV)/光化检查，视情况需要可在第二正面清洁步骤426中清洁该第二处理中基板136，及可在EUV掩模基底结束步骤428中沉积图2的吸收剂层210及图2的抗反射涂层212以形成图2的EUV掩模基底200。

已发现，EUV掩模基底制造系统100可制造始终具有实质零缺陷的EUV掩模基底200。由于第一真空腔室110及第二真空腔室112在沉积平面化层204与固化该平面化层204之间不需要用来升温降温的时间(thermal ramp time)，因此在第一真空腔室110中施用平面化层204及在第二真空腔室112中固化该平面化层204可提高EUV掩模基底制造系统100的效率。

现参阅图5，图5中示出替代方法500的流程图，方法500可用来制造具有超少缺陷的EUV掩模基底200。超少缺陷为实质上零缺陷。该替代方法500始于在置入基板步骤502中提供图2的超低膨胀基板202。在背部清洁步骤504中可清洁超低膨胀基板202，及在正面清洁步骤506中可清洁正面。

较佳地，图1的EUV掩模基底制造系统100中且在连续真空状态下进行形成被覆盖的布拉格反射体的步骤508，以避免来自周遭环境的污染。

在第一真空腔室110中进行真空清洁步骤510以对该掩模基底104进行除气及预清洁。于夹持层沉积步骤512中沉积该背部夹持层218，及在平面化步骤514中进行平面化。可在第二真空腔室112中进行平面化层固化步骤516以固化图2的平面化层204。可在沉积多层堆叠步骤518中进行图2的多层堆叠206的沉积，及可在覆盖层沉积步骤520中沉积图2的覆盖层208以形成该第二处理中基板136。

虽然可在EUV掩模基底制造系统100内部进行DUV/光化检查，但也可在外部的封闭检查步骤522中进行DUV/光化检查。视情况需要在第二清洁步骤524中清洁该第二处理中基板136，及可在EUV掩模基底结束步骤526中沉积图2的吸收剂层210及图2的抗反射涂层212。

现参阅图6，图中示出用于EUV光刻系统的光学元件串列600。光学元件串列600具有极紫外光源602，例如等离子体源，以用于发出EUV光并将EUV光收集在收集器604中。收集器604可具有抛物面造型以用于将EUV光聚焦在场分面镜(field facet mirror)608上。收集器604可将光线供应至该场分面镜608，场分面镜608则是照明器系统606的一部分。

场分面镜608的表面可具有凹面轮廓以进一步将EUV光聚焦在光瞳分面镜(pupil facet mirror)610上。照明器系统606也包括一系列的光瞳分面镜610以用来传递EUV光并将该EUV光聚焦在光罩(reticle)612上(光罩612是图1的掩模基底104经过完全处理后的版本)。

掩模612可具有图案，该图案描绘出集成电路的处理层。掩模612反射该EUV而使含有该图案的光通过投影光学元件614并投影在半导体基板616上。投影光学元件614可缩小该掩模612所提供的图案的面积并重复地将该图案暴露在半导体基板616的表面各处。

已发现，实施方式对图2的EUV掩模基底200进行平面化并使其光滑，通过去除基板表面上的所有凹坑、缺陷及颗粒，使得该表面呈现出原子级的平坦和光滑。可在不会引入任何工艺相关缺陷的情况下在该EUV掩模基底200的表面上进行无缺陷的材料沉积以实现平坦且光滑的表面。图2的EUV掩模基底200是光学元件串列600中的一个关键元件。光学元件串列600可循序地定位该半导体基板616，而在无需手动干预的情况下使半导体基板616暴露于来自该掩模612的图案下。

现参阅图7，图中示出图2的主要吸收剂层212的厚度与反射率百分比702的关系的线图701。线图701的y-轴可为图2的双层式吸收剂210的反射率百分比702。在双层式吸收剂210为30纳米的实施方式中，x-轴可为该主要吸收剂层212的厚度704的尺寸。

样品反射率706可显示出随着主要吸收剂层212的厚度704增加所得到的反射率百分比702的轨迹。该样品反射率706可示出在该双层式吸收剂210为镍-银的实施方式中，该主要吸收剂层212为银(Ag)时的厚度704。沉积该两层的顺序对于因路程差异导致相位偏移所造成的反射率损失而言非常重要。

一实施方式提供双层式吸收剂210，该双层式吸收剂210具有作为主要吸收剂层212的银(Ag)层，该主要吸收剂层212沉积在图2的覆盖层208上，以及作为辅助吸收剂层214的镍(Ni)层，以提供图2的30纳米的合并厚度211。双层式吸收剂210与图2中的覆盖层208及多层堆叠206的相位匹配导致该样品反射率706中显现出的振荡。该双层式吸收剂210的总厚度211为30纳米。从该曲线图可看出，由27.7纳米的银及2.3纳米的镍来形成该双层式吸收剂210可提供最低程度的反射率百分比702。

该实施方式假设覆盖层208是厚度为2纳米的薄钌层。该双层式吸收剂210的行为描绘在被覆盖的多层上。该双层式吸收剂210一方面引起因路程差异所导致的相位偏移，该相位偏移将造成破坏性干涉作用而导致反射率百分比702降低。此行为取决于这些金属层的折射率的实部。图7图示以镍-银双层式吸收剂为该双层式吸收剂210的一实施方式。反射率百分比702随着银的厚度704增加的变化可显示为样品反射率706。该吸收剂堆叠的总厚度211固定维持在30纳米。因此当银的厚度增加时，镍的厚度同时会减少。结果显示，在Ni厚度为2.3纳米及Ag厚度为27.7纳米处，总反射率为0.58％，此反射率远低于30纳米的纯Ni层的反射率(1.9％)或30纳米的纯Ag层的反射率(1.6％)。由于路程差异导致相位偏移，相位匹配及相位失配会造成该样品反射率706中的振荡情形。

如表1中所示，在银(Ag)上形成镍(Ni)的双层式吸收剂210提供实质上低于其它组合的反射率百分比702。

表1：针对数种金属系统建立30纳米的双层式吸收剂的最低反射率模型。

表1中汇编了30纳米的双层式吸收剂210的反射率百分比702的最低值。这些双层的沉积顺序对于控制该系统中的相位失配而言非常重要。可利用物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、射频(RF)及直流(DC)磁控溅射技术来沉积该双层式吸收剂210的这些实施方式。在这些金属中的大部份金属会形成极薄的原生氧化物层，而该原生氧化物层在13.5纳米波长下极小地影响吸收作用及相位偏移行为。

表2：双层式吸收剂达到0.8％反射率所需要的最小厚度。

表2中列出使该双层式吸收剂210达到0.8％反射率百分比702所需要的最小厚度704。这些材料的选择标准是依据将被选择蚀刻的能力及达到0.8％反射率百分比702所需的最小厚度。相较于周期表中的其他元素，这些材料的原子散射因子可具有较高的实部(real)特性及虚部(imaginary)特性。较高的虚部特性造成吸收作用，而实部特性对应的是调变入射光相位的能力。由于涉及厚度与由路程差异所导致的相位偏移，因此相位调变也取决于该吸收剂的厚度704。

所得的方法、工艺、装置、设备、产品和/或系统是直接明确、具成本效益、不复杂、具诸多用途、精确、灵敏并有效的，并且这些方法、工艺、装置、设备、产品和/或系统可通过适用在已知构件上立即地、有效率地且经济地进行生产、应用及使用。

本发明的另一重要方面在于本发明贵在可支持并服务于降低成本、简化系统及改善性能的历史趋势。

因此本发明的这些及其它有价值的方面进一步推动技术水平至少进入下一个阶段。

虽已配合最佳实施方式来说明本发明，但应了解，对于所属技术领域中技术人员在前述内容的启发下诸多的替代、修饰及变化可为显而易见的。因此，本发明意在包含所有这类落入后附的权利要求的范围中的替代、修饰及变化形式。到目前为止，于此所阐明的或附图中所示出的所有内容皆以说明性和非限制性意向进行解释。