专利名称：利用电子束诱导化学刻蚀修复掩模的利记博彩app
技术领域：
本发明一般地涉及半导体集成电路的制造。更具体而言，本发明涉及利用电子束诱导化学刻蚀来制造和修复掩模的方法。
背景技术：
在将光刻胶涂覆到半导体晶片上之后，可以利用扫描曝光机(scanner)来将光刻胶曝光至诸如标称波长为248纳米(nm)、193nm或157nm的深紫外线(DUV)光的辐射。将晶片细分成若干邻接的等同区域，并且利用缩影投影(reduction projection)系统来以光线扫描整个掩模并将光线扫描到每一个区域之上。在每一个区域中可以制造一个或多个集成电路(IC)芯片。因为曝光并随后还进行显影处理，所以掩模确定了转移到光刻胶上的图案，其中所述掩模可以是透射式掩模或反射式掩模。
利用DUV光的光学邻近校正(OPC)和相移掩模(PSM)，将允许翻印(print)临界尺寸(CD)为100至180nm的特征(feature)。但是，下一代光刻技术(NGL)要求翻印具有更小CD的特征。作为NGL最主要的候选者的极远紫外线(EUV)光刻技术利用中心波长在10至15nm范围内的曝光光源。
EUV扫描曝光机可以具有4个成像镜和0.10的数值孔径(NA)，以获得50至70nm的CD且景深(DOF)约为1.00微米(μm)。或者，EUV扫描曝光机可以具有6个成像镜和0.25的NA，以翻印20至30nm的CD且DOF减小至约0.17μm。
在制造期间，将检测DUV或EUV掩模的缺陷。利用具有镓液态金属离子源的聚焦离子束(FIB)工具进行致命缺陷的修复。通过沉积碳或金属并随后利用气体辅助刻蚀(GAE)进行修整(trimming)，将掩盖透明缺陷。使用利用离子轰击的GAE或物理离子溅射可以修复不透明缺陷。去除不透明缺陷的工艺应该对于下层具有足够的刻蚀选择性。所述下层在用于DUV的透射式掩模中为石英，或在用于EUV的反射式掩模中是缓冲层。
在搜索缺陷的扫描期间或在修复缺陷期间，FIB可能损伤掩模。溅射可能使掩模的已修复部分变得粗糙。在掩模的表面可能沉积有机污染物。镓离子可能被注入下层。镓强烈地吸收157nm和EUV处的波长，因此减小诸如157nm DUV掩模的透射式掩模中的透射，或减小诸如EUV掩模的反射式掩模中的反射。掩模的下层可能被镓带来的原子撞击进一步损伤。
随着掩模上的特征的CD减小，掩模的损伤变得更加难以解决。虽然降低FIB中的加速电压将减小镓离子的渗透范围，但是损害了刻蚀选择性和空间分辨率。虽然限制成像时间和过扫描面积可以减小损伤，但是也可能对修复产生不利影响。虽然诸如对157nm DUV掩模中的石英衬底或EUV掩模中的缓冲层的湿法刻蚀的修复后处理将去除所注入的镓离子，但是可能使下层材料变得具有凹坑。如果足够多的材料被去除，则还可能带来相位误差差(phase error)。
因此，所需要的是用于制造和无损修复掩模的装置和方法。
图1A至图1D是根据本发明所形成的EUV掩模空片(blank)的横截面视图。
图2A至图2D是根据本发明所形成的EUV掩模的横截面视图。
图3是本发明的EUV掩模的横截面视图。
图4是根据本发明的用于利用电子束诱导化学刻蚀修复不透明缺陷的装置的横截面视图。
具体实施例方式
在下面的详细描述中阐述了很多诸如具体材料、尺寸和工艺的具体细节，以便于充分理解本发明。但是，本领域的技术人员将了解没有这些具体细节也可以实施本发明。在另外一些例子里，没有对公知的半导体设备和工艺进行详细的描述，以避免喧宾夺主、淡化了本发明的主要内容。
在光刻中使用掩模以在晶片上的光刻胶中翻印所期望的图案。深紫外线(DUV)光刻技术使用透射式掩模，以利用具有248nm、193nm或157nm的波长的光进行曝光。因为几乎所有凝聚态材料对11-15nm的EUV波长范围都具有高度的吸收性，所以极远紫外线(EUV)光刻技术使用反射式掩模进行曝光。
通过选择性地去除不透明铬层的某些部分以暴露出透明的石英衬底而在DUV掩模中定义出所期望的图案。通过选择性地去除吸收物层的某些部分以暴露出在衬底上的多层镜而在EUV掩模中定义出所期望的图案。
作为掩模制造工艺的一部分，检测DUV掩模和EUV掩模的缺陷。通常利用DUV光进行检测。缺陷可以呈现为透明或不透明。如果缺陷的尺寸、形状或位置可能显著地影响其附近的掩模特征的质量和翻印重现精度(fidelity)，则此缺陷被认为是致命的。致命缺陷必须被修复，否则对于正在用该掩模制造的结构，成品率将下降。本发明包括用于修复DUV掩模或EUV掩模上的不透明缺陷而不损伤下层的装置和方法。
根据本发明的用于制造和修复EUV掩模的方法的各种实施例将被描述。第一，衬底1100被用作本发明的EUV掩模的起始材料，其中所述衬底1100具有低热膨胀系数(CTE)、光滑的表面和低缺陷水平。在图1A中示出了一个实施例。衬底1100可以由具有所期望属性的玻璃陶瓷材料形成。
第二，因为EUV掩模依据分布式Bragg反射器(distributed Braggreflector)的原理进行工作，所以多层(ML)镜1200被形成在衬底1100之上。在图1B中示出了一个实施例。ML镜1200包括约20至80对高折射率材料1210和低折射率材料1220的交替层。在整个衬底1100中，厚度均匀性应优于0.8％。
在一个实施例中，ML镜1200包括40对高折射率材料1210和低折射率材料1220的交替层。高折射率材料1210可以由约2.8nm厚的钼形成，而低折射率材料1220可以由约4.1nm厚的硅形成。根据需要，诸如约11.0nm厚的硅的覆盖层1230可以被形成在ML镜1200上以防止EUV掩模中的ML镜1200的上表面处的钼氧化。ML镜1200可以在约13.4nm的EUV中心照射波长处获得约60-75％的最大反射率。
离子束沉积(IBD)或直流(DC)磁控溅射可以被用来在衬底1100之上形成ML镜1200。因为可以最优化沉积条件以消除衬底1100上的缺陷，所以IBD使得ML镜1200的上表面中的缺陷更少且破坏更小。DC磁控溅射是更适形(conformal)的，因此产生更好的厚度均匀性，但衬底1100上的任何缺陷往往通过交替层传递到ML镜1200的上表面。
第三，在ML镜1200的上表面之上形成缓冲层1300。在图1C中示出了一个实施例。缓冲层1300的厚度约为10-55nm。缓冲层1300可以由诸如低温氧化物(LTO)的二氧化硅形成。通常低于约150℃的低处理温度对防止ML镜1200中的交替层的相互扩散是理想的。诸如氧氮化硅或碳的其它材料也可以用来形成缓冲层1300。可以通过射频(RF)磁控溅射沉积缓冲层1300。
第四，在缓冲层1300之上形成吸收物层1400。在图1D中示出了一个实施例。吸收物层1400可以由约45-125nm的某种材料形成，其中该材料衰减EUV光，在用EUV光曝光期间保持稳定，并且与掩模的制造工艺相兼容。吸收物层1400可以用DC磁控溅射沉积。
可以用各种金属、合金和陶瓷来形成吸收物层1400。金属包括铝、铬、镍、钽、钛和钨。合金包括诸如铝-铜的金属复合物。陶瓷包括金属和非金属的化合物，诸如金属的硼化物、碳化物、氮化物、氧化物、磷化物、硅化物和硫化物。实例包括硅化镍、硼化钽、锗化钽、氮化钽、硅化钽、氮化硅钽和氮化钛。
吸收物层1400、缓冲层1300、ML镜1200和衬底1100的结合得到了EUV掩模空片1700。在图1D中示出了一个实施例。可以进一步处理在图1D中示出的EUV掩模空片1700以制造EUV掩模1800，其中在图2D中示出了它的一个实施例。
第一，用诸如光刻胶1600的辐射敏感层覆盖EUV掩模空片1700。光刻胶1600的厚度约为160-640nm。可以使用化学放大光刻胶(CAR)。通过利用诸如DUV光或电子束的适当波长的充分辐射进行选择性曝光，并随后进行湿法或干法显影处理，在光刻胶1600中形成所期望的图案。图2A中示出了一个实施例。在显影光刻胶1600中的图案后，利用光学工具或扫描电镜(SEM)测量特征的临界尺寸(CD)。
可以使用反应离子刻蚀(RIE)来将图案从光刻胶1600转移到下面的吸收物层1400之中。例如，可以利用诸如Cl2或BCl3的含氯气体，或诸如NF3的含氟气体干法刻蚀吸收物层1400。氩气可以作为载气。在某些情况下，可以包含氧气。通过修改反应器室的配置和调节诸如功率、压力、衬底温度和气体流速的参数，可以改变刻蚀速率和刻蚀选择性。
缓冲层1300起到刻蚀终止层的作用以有助于在上面的吸收物层1400中形成良好的刻蚀形貌。此外，缓冲层1300防止下面的ML镜1200在上面的吸收物层1400的刻蚀期间受到损伤。缓冲层1300还防止下面的ML镜1200在用于去除吸收物层1400中的不透明缺陷的任何后续修复期间受到损伤。
在完成刻蚀之后，光刻胶1600被去除，并且利用光学工具或扫描电镜(SEM)测量在吸收物层1400中形成的特征的CD。在任何适当的时候，可以利用干涉仪来测量光信号的相位以及振幅。然后，利用显微镜或自动检测工具检测掩模的缺陷。掩模检测工具可以将光学技术和对掩模进行扫描相结合以获取图像。产生UV/DUV光的激光常常被用作照射源。典型的波长包括但不限于488nm、365nm、266nm、257nm、248nm、198nm和193nm。越短的波长提供越高的分辨率，并且对于在掩模上发现的缺陷的光刻结果可以是更好的预测者。
通常通过比较被翻印在掩模的不同部分的两个应当相同的图案(模对模)或比较被翻印在掩模上的图案与该图案的对应的布局数据(模对数据库)来进行缺陷检测。在从光刻胶1600的图案转移后，在吸收物层1400中可以发现缺陷。缺陷可以呈现为透明缺陷1710或呈现为不透明缺陷1720。图2B中示出了一个实施例。在透明缺陷1710处，本来应该存在吸收物层1400，但它全部或部分地缺失。在不透明缺陷1720处，本来应该没有吸收物层1400，但它全部或部分地存在。
可以使用聚焦离子束(FIB)工具来利用诸如碳的不透明材料1730覆盖透明缺陷1710。也可以通过从有机金属前驱(precursor)气体的离子束诱导金属沉积修复透明缺陷。举例来说，可以由六羰基钨(或W(CO)6)的气体沉积钨。可以进行利用气体辅助刻蚀(GAE)的沉积后修整来消除任何过度喷涂(overspray)并获得不透明材料1730的理想的修复后尺寸。溴气或氯气可以被用于GAE。所沉积的不透明材料1730不需要和透射式掩模上的铬或反射式掩模上的吸收物层1400具有相同的厚度。所沉积的不透明材料1730应该与用来清洁掩模的化学制品相兼容。
本发明希望使用电子束诱导化学刻蚀来修复在DUV掩模或EUV掩模上的不透明缺陷1720。因为其基本上是化学的，所以电子束诱导化学刻蚀对于下层具有高度选择性，而不同于由于离子轰击而总是具有物理成分的FIB或GAE。和在FIB中利用离子束不同，电子束将不会通过离子注入或通过原子撞击来损伤下层。图2C中示出了一个实施例。
在EUV掩模中，缓冲层1300覆盖ML镜1200，并在上面的吸收物层1400的修复期间保护ML镜1200不受损伤。缓冲层1300所需的厚度取决于通过修复处理将要去除的材料的量。因此，高度刻蚀选择性允许在EUV掩模上使用薄缓冲层1300。薄缓冲层1300导致了更低的整体吸收物叠层(stack)，这减小了阴影效应并改善了成像。薄缓冲层1300还减小了在完成修复后去除缓冲层1300期间产生可翻印软缺陷的可能性。
当EUV掩模1800被用来曝光晶片上的光刻胶时，缓冲层1300将增强ML镜1200之上的光吸收。结果是使衬度下降，这将轻微地降低被翻印在晶片上的光刻胶中的特征的CD控制。为了防止这种降低，在缓冲层1300的没有被吸收物层1400覆盖的任何地方，缓冲层1300都被去除。
当去除缓冲层1300的被曝光部分时，一定不能损伤上面的吸收物层1400和下面的ML镜1200。由二氧化硅形成的缓冲层1300可以利用诸如CF4或C5F8的含氟气体进行干法刻蚀。在某些情况下，可以包含氧气或诸如氩的载气。或者，薄缓冲层1300可以进行湿法刻蚀，因为对吸收物层1400的任何下切(undercut)因而将较小。例如，由二氧化硅形成的缓冲层1300可以用约3-5％氢氟酸的水溶液进行刻蚀。如果需要的话，可以使用干法刻蚀和湿法刻蚀的组合。
上述处理的结构得到了EUV掩模1800，所述EUV掩模1800具有反射区1750和非反射区或暗区1760。图2D中示出了一个实施例。
本发明的另一个实施例是如图3中所示的EUV掩模2700。EUV掩模2700包括吸收物层2400、薄缓冲层2300、ML镜2200和衬底2100。EUV掩模2700具有第一区域2750和第二区域2760。因为ML镜2200是暴露的，所以第一区域2750具有反射性。由于吸收物层2400，所以第二区域2760是非反射性的，或暗的。
第一，本发明的EUV掩模2700包括诸如玻璃陶瓷材料的衬底2100，其具有低热膨胀系数(CTE)、低缺陷水平和光滑的表面。
第二，多层(ML)镜1200被置于衬底2100之上。ML镜2200具有约20至80对高折射率材料2210和低折射率材料2220的交替层。
在一个实施例中，ML镜2200包括40对高折射率材料2210和低折射率材料2220。高折射率材料2210可以由约2.8nm厚的钼形成，而低折射率材料2220可以由约4.1nm厚的硅形成。ML镜2200在约13.4nm的EUV中心照射波长处具有约60-75％的最大反射率。
第三，超薄缓冲层2300被置于ML镜2200之上。超薄缓冲层2300的厚度约为10-55nm。超薄缓冲层2300防止下面的ML镜2200在上面的吸收物层2400的刻蚀期间受到任何的损伤。超薄缓冲层2300还防止下面的ML镜2200在用于去除不透明缺陷的修复期间受到损伤。
超薄缓冲层2300可以是诸如低温氧化物(LTO)的二氧化硅。诸如氧氮化硅或碳的其它材料也可以用于超薄缓冲层2300。
第四，吸收物层2400被置于超薄缓冲层2300之上。吸收物层2400可以是约45-125nm的某种材料形成，其中该材料衰减EUV光，在用EUV光曝光期间保持稳定，并且与掩模的制造工艺相兼容。
吸收物层2400可以包括一种或多种金属、合金和陶瓷。金属包括铝、铬、镍、铌、钽、钛和钨。合金包括诸如铝-铜的金属复合物。陶瓷包括由金属和非金属形成的化合物，诸如各种金属的硼化物、碳化物、氮化物、氧化物和硅化物。实例包括硅化镍、硼化钽、锗化钽、氮化钽、硅化钽、氮化硅钽和氮化钛。
本发明还提供一种装置400，该装置400通过使用电子束诱导化学刻蚀来修复DUV或EUV掩模410上的不透明缺陷405。图4中示出了一个在本发明所要求保护的装置400中，待修复的掩模410被安放在支架420上。通过工作台430将支架420置于室470中。工作台430可以在不同方向上诸如沿着x轴、y轴和z轴移动、旋转和倾斜。利用成像系统440来定位掩模410上的不透明缺陷405。成像系统440可以包括电子镜筒(electron column)。
气体传送系统450将来自气源的一种或多种气体向室470中的衬底410上的不透明缺陷405配送。可以通过一个或多个诸如喷嘴的开口将气体输入室470中。通过调节流量控制阀保持所期望的流速。
关键参数包括喷嘴尺寸、喷嘴相对于掩模的倾斜角、配送气体的角度分布和喷嘴的开口到掩模表面的距离。典型值包括但不限于喷嘴直径100-300微米(μm)、喷嘴倾斜角度45-70度(从垂直方向)、角度分布5-25度以及从喷嘴开口到掩模表面的距离50-150μm。
气体可以包括反应气体和载气。反应气体的选择取决于待刻蚀的材料。在本发明的一个实施例中，反应气体被不透明缺陷405吸附，并被解离(dissociate)。载气的一个实例是氩气。
在DUV透射式掩模410中，不透明缺陷405可以包括诸如铬、氧化铬、氮化铬或氧氮化铬的材料。下层可以包括石英。可以利用电子传送系统460来诱导诸如氯气(Cl2)和氧气(O2)的反应气体，以对不透明缺陷405进行化学刻蚀，这相对于下层具有2∶1或更大的选择性。
在EUV反射式掩模410中，不透明缺陷405可以包括诸如氮化钽的吸收物层材料。下层可以包括诸如二氧化硅的缓冲层材料。可以利用电子传送系统460来诱导诸如氟化氙(XeF2)或四氟化碳(CF4)或氟气(F2)的反应气体，以化学刻蚀不透明缺陷405，这相对于下层具有10∶1或更大的选择性。可以通过抽气系统480从室470去除诸如氟化钽的挥发性副产物。
当不透明缺陷405包括含碳材料时，可以利用电子传送系统460来诱导诸如水蒸气(H2O)或氧气(O2)的反应气体，以化学刻蚀不透明缺陷405，这相对于下层具有10∶1或更大的选择性。举例来说，碳刻蚀可以被用来修复EUV掩模410上的不透明缺陷405，其中所述EUV掩模410具有含碳的导电缓冲层。碳刻蚀也可以被用来修复掩模410上的光刻胶图案中的不透明缺陷405，以增加图案化成品率并减少重复工作。此外，对于在掩模410经过了附加处理之后要求进行的更困难的修复，碳刻蚀可能是有益的。
用于诱导化学刻蚀的电子传送系统460可以类似于在SEM中用来成像样品的电子镜筒，除了前者对电子束的聚焦和扫描控制更加复杂这点不同。具体来说，诸如束流、像素间距、停留时间、扫描速率、刷新时间和回描时间的关键参数可以由计算机控制以最优化刻蚀速率、刻蚀几何形状、刻蚀均匀性和表面粗糙度。
电子传送系统460将电子导向室470中的掩模410上的不透明缺陷405。电子传送系统460可以包括聚焦系统以提供高度聚焦的电子束。在一个实施例中，高度聚焦的意思是电子束的尺寸小于二次电子的范围。在另一个实施例中，高度聚焦的意思是电子束的尺寸小于待修复的最小致命缺陷的尺寸的约30％。总而言之，电子束具有约5-125nm的典型尾部直径(tail diameter)。
电子传送系统460使用诸如0.3-3.0keV范围内的低加速电压，以限制掩模410的表面上的发射电子的横向扩展。低电压也使表面充电最小化。发射电子包括二次电子和背散射电子。当二次电子与在掩模410的表面上被吸附和解离的反应气体相互作用时，诱导了不透明缺陷405的化学刻蚀。如果需要的话，可以监测二次电子的电流以探测刻蚀的终点(endpoint)。
在大多数情况下，电子束诱导化学刻蚀是反应控制(reaction-limited)的，而不是传质控制(mass transfer-limited)的。反应气体对不透明缺陷405的化学刻蚀产生从掩模离解并可以被从保存掩模410的室470中去除的挥发性副产物。抽气系统480从室470抽空气体和挥发性材料，因此在室470的内部产生真空。
不透明缺陷405的电子束诱导化学刻蚀速率取决于反应气体的分压和电子束的电流密度。室470中的压力可以全局约为0.001-0.200毫托(mT)，而在所修复的掩模410上的不透明缺陷405上局部约为0.500-10.000mT。电子束电流可以是约0.050-1.000纳安(nA)。电子束诱导化学刻蚀速率常常取决于二次电子的产率。对于约1.0keV或更小的加速电压，刻蚀速率常常达到最大值。
上面阐述了很多实施例和细节，以便于充分理解本发明。本领域的技术人员应该理解，一个实施例中的许多特征对于另外的实施例同样是适用的。本领域的技术人员还应该理解，可以对在此所描述的具体材料、工艺、尺寸、浓度等进行各种等同替换。应该理解对本发明的详细说明应该被认为是示例性的而不是限制性的，其中本发明的保护范围应该由其权利要求确定。
如此，我们已经描述了用于制造和无损修复掩模的装置和方法。
权利要求
1.一种装置，包括支架，适用于安放衬底；工作台，适用于在室中定位所述支架；抽气系统，适用于抽空所述室；成像系统，适用于在所述衬底中定位不透明缺陷；气体传送系统，适用于向所述缺陷配送反应气体；以及电子传送系统，适用于将电子导向所述不透明缺陷。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述成像系统包含电子镜筒。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述电子传送系统包含电子镜筒。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述衬底包含透射式深紫外线掩模。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述不透明缺陷包含铬，并且所述反应气体包含氯气和氧气。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述衬底包含反射式极远紫外线掩模。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述不透明缺陷包含吸收物，并且所述反应气体包含氟化氙。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述不透明缺陷包含碳，并且所述反应气体包含水蒸气或氧气。
9.如权利要求1所述的装置，还包括聚焦系统，所述聚焦系统适用于在所述不透明缺陷上高度聚焦所述电子。
10.如权利要求1所述的装置，还包括扫描系统，所述扫描系统适用于电子扫描所述不透明缺陷。
11.如权利要求1所述的装置，还包括加速系统，所述加速系统适用于为电子提供低加速电压。
12.如权利要求1所述的装置，还包括计算机，所述计算机适用于控制所述电子传送系统。
13.一种方法，包括提供衬底；在所述衬底上形成一个层；将所述层图案化为第一区域和第二区域；去除在所述第一区域中的所述层；检测所述第一区域的不透明缺陷；在所述不透明缺陷上形成反应气体；以及将电子导向所述不透明缺陷，所述电子诱导所述反应气体以刻蚀所述不透明缺陷。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述反应气体刻蚀所述不透明缺陷而不损伤所述衬底。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述不透明缺陷包含铬，并且所述反应气体包含氯气和氧气。
16.一种方法，包括提供衬底；在所述衬底上形成镜；在所述镜上形成缓冲层；在所述缓冲层上形成吸收物层；将所述吸收物层图案化为第一区域和第二区域；去除在所述第一区域中的所述吸收物层；检测所述第一区域的不透明缺陷；在所述不透明缺陷上配送反应气体；电子束扫描所述不透明缺陷，所述电子束诱导所述反应气体，以和所述不透明缺陷反应进而形成挥发性副产物；以及去除所述第一区域中的所述缓冲层。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述不透明缺陷包含吸收物，并且所述反应气体包含氟化氙。
全文摘要
本发明公开了一种用于制造和无损修复掩模的方法和一种装置，所述装置包括支架，用于安放衬底；工作台，用于在室中定位所述的支架；抽气系统，用于抽空所述室；成像系统，用于在所述衬底中定位不透明缺陷；气体传送系统，用于向所述缺陷配送反应气体；以及电子传送系统，用于将电子导向所述不透明缺陷。
文档编号H01L21/027GK1639638SQ02811807
公开日2005年7月13日 申请日期2002年6月21日 优先权日2001年6月29日
发明者守登·梁, 艾伦·斯蒂弗斯 申请人:英特尔公司