结合真空的硬掩模工艺和装置的制造方法
【专利说明】结合真空的硬掩模工艺和装置 相关申请的交叉引用
[0001] 本申请要求于2014年1月31日提交的、名称为"VACUUM-INTEGRATED HARDMASK PROCESSES"的美国临时专利申请No. 61/934, 514的优先权，在此通过参考引入其全部内容 并用于所有目的。
技术领域
[0002] 本发明总体涉及半导体处理领域。具体地，本发明涉及用于形成金属硬掩模而不 使用光致抗蚀剂的结合真空的工艺。
【背景技术】
[0003] 在半导体处理中膜的图案化在半导体的生产和制造中往往是关键步骤。图案化包 括光刻。在常规的光刻中，如193nm的光刻，图案通过下列步骤印刻：通过从光子源发射光 子到掩模并将图案印在感光性光致抗蚀剂上，从而造成光致抗蚀剂中的化学反应，在显影 之后，去除光致抗蚀剂的某些部分以形成图案。
[0004] 先进的技术节点（如国际半导体技术发展路线图所定义）包括节点22纳米、16纳 米、以及小于16纳米。在16纳米节点中，例如，在镶嵌结构中典型的通孔或线的宽度通常 不超过约30纳米。先进半导体集成电路（IC)和其它器件的特征的尺寸缩放推动光刻提高 分辨率。
【发明内容】
[0005] 本发明的方面涉及用于形成金属硬掩模的结合真空的无光致抗蚀剂的方法和装 置。这样的方法和装置可以提供低于30纳米的图案化分辨率。通常，在半导体衬底沉积含 金属（例如，金属盐或有机金属化合物）膜，该含金属膜对例如光子、电子、质子、离子或中 性物质之类图案化剂敏感，使得所述膜可通过暴露于这些物质中的一种进行图案化。然后 通过在真空环境中暴露于图案化剂将含金属膜直接图案化（即，不使用光致抗蚀剂），以形 成金属掩模。例如，所述含金属膜是感光性的，图案化使用光学光刻（诸如EUV光刻）进行。
[0006] 在一种实施方案中，在半导体衬底上沉积EUV敏感含金属膜。然后含金属膜通过 在真空气氛中EUV曝光而被直接图案化，从而形成金属硬掩模。以这种方式，提供了将膜形 成（冷凝/沉积）和光学光刻的步骤结合的结合真空的金属硬掩模工艺和相关的结合真空 的硬件，导致EUV光刻（EUVL)性能大大改善-例如线边缘粗糙度降低。通过使用含金属的 硬掩模，并通过使用EUV光子通量直接图案化含金属膜，该方法完全不需要光致抗蚀剂。
[0007] 在另一实施方案中，用于进行无光致抗蚀剂的金属硬掩模形成的装置可以结合真 空以进行所描述的工艺。该装置包括含金属膜沉积模块，含金属膜图案化模块，以及连接所 述沉积模块和所述图案化模块的真空传送模块。
[0008] 在下文将参照有关附图更加详细地说明本发明的这些特征和优点以及其它特征 和优点。
【附图说明】
[0009] 图IA-E示出了用于结合真空的无光致抗蚀剂的硬掩模形成工艺的代表性的工艺 流程。
[0010] 图2提供使用激励的Sn液滴的EUV源的发光光谱。
[0011] 图3描绘了半导体工艺集群结构体系，其具有与真空传送模块接口的金属沉积模 块和图案化模块，适合于实施本文中所描述的结合真空的工艺。
【具体实施方式】
[0012] 现在将详细地参考本发明的【具体实施方式】。【具体实施方式】的实例示于附图中。虽 然本发明将结合这些【具体实施方式】描述，但应当理解，这并不意味着将本发明限制于这些
【具体实施方式】。相反，它旨在覆盖可以被包括在本发明的精神和范围内的替换、修改和等同 方案。在以下的描述中，许多具体细节被阐述以便提供本发明的充分理解。本发明可以在 没有这些具体细节的一些或全部的情况下实施。在其他实例中，公知的处理操作未被详细 描述，以便不会不必要地混淆本发明。 介绍
[0013] 极紫外（EUV)光刻技术可通过调节到用目前的光刻方法可达到的较小的成像源 的波长从而延伸光刻技术超越它的光学限制以图案化小的关键尺寸的特征。约13. 5nm的 波长的EUV光源可用于前缘光刻工具，也称为扫描器。极紫外辐射在包括石英和水蒸汽的 大范围的固体和流体材料中被强烈吸收，并且在真空下操作也如此。
[0014] EUV光刻通常利用使用常规的光致抗蚀剂工艺图案化的有机硬掩模（例如，PECVD 非晶氢化碳可灰化的硬掩模）。在光致抗蚀剂曝光期间，EUV辐射被吸收在抗蚀剂以及下方 的衬底中，产生高能光电子（约100电子伏），并进而产生侧向扩散几纳米的低能二次电子 (约10电子伏特）。这些电子增加在抗蚀剂中化学反应的程度，从而提高其EUV剂量的灵 敏度。然而，性质上是随机的二次电子图案被叠加在光学图像上。这种不必要的二次电子 曝光导致分辨率的损失、在图案化的抗蚀剂中可观察到线边缘粗糙度（LER)变化和线宽变 化。在随后的图案转印蚀刻过程中这些缺陷被复制到要图案化的材料中。
[0015] 不同于如光致抗蚀剂之类绝缘体，金属不容易受到二次电子曝光效果的影响，因 为二次电子可以通过与传导电子一起散射很快失去能量并热能化。用于这种过程的合适的 金属元素可以包括但不限于：铝、银、钯、铂、铑、钌、铱、钴、钌、锰、镍、铜、铪、钽、钨、镓、锗、 锡、锑，或它们的任意组合。
[0016] 然而，在用于将覆盖金属膜图案化成掩模的光致抗蚀剂中的电子散射仍会导致不 可接受的影响，如LER。
[0017] 公开了结合膜形成（沉积/冷凝）与光学光刻的结合真空的金属硬掩模工艺和相 关的结合真空的硬件，导致EUV光刻（EUVL)性能大大改善-例如线边缘粗糙度降低。通过 使用含金属的硬掩模膜，并通过使用EUV光子通量直接图案化含金属膜，该工艺完全避免 了对光致抗蚀剂的需求。
[0018] 在各种实施方式中，沉积（例如，冷凝）工艺（例如，在如Lam Vector⑧之类PECVD 工具中进行的ALD或M0CVD)可以被用于形成含金属膜薄膜，这种含金属膜如光敏的金属盐 或含金属的有机化合物（有机金属化合物），其在EUV (例如，在10-20纳米的数量级的波 长）中，例如在EUVL光源（例如，13.5纳米=91.8电子伏特）的波长下，具有强的吸收性。 该膜一经EUV曝光就光分解并形成金属掩模，该金属掩模在随后的蚀刻过程中是图案传输 层（例如，在导体蚀刻工具中，如Lam 2300刺<iy〇? )。
[0019] 含金属膜可在集成有光刻平台（例如，晶片步进机，如荷兰费尔德霍芬的ASML提 供TWINSCAN ΝΧΕ:3300ΒΦ平台）的室中沉积并在真空下传送，以便在曝光之前不发生反 应。与光刻工具集成是通过以下事实促进的：考虑到由周围的气体（如H 2O, 02等）对入射 光子的强的光吸收，EUVL也需要大大降低的压强。
[0020] 在一些实施方式中，如果因为光学或机械原因需要，则可以在EUV曝光/分解步骤 之后进行选择性的膜沉积，以增加掩模材料的厚度；这种工艺被称为图案扩增。在这样的 背景下来看，初始的硬掩模然后用作在其上形成最终掩模的种子层，类似于使用用于无电 (ELD)或电化学（ECD)沉积的金属籽晶层。 结合真空的无光致抗蚀剂金属硬掩模形成工艺
[0021] 图IA-E示出了用于结合真空的无光致抗蚀剂的硬掩模形成工艺的代表性的工艺 流程。通常，对例如光子、电子、质子、离子或中性物质之类图案化剂敏感的含金属膜可通过 暴露于这些物质中的一种进行图案化，在半导体衬底上沉积该含金属膜。然后，含金属膜通 过在真空环境下暴露于图案化剂而被直接图案化（即，不使用光致抗蚀剂），从而形成金属 掩模。本说明书中主要提及由极紫外光刻（EUV光刻（EUVL)，特别是具有采用激励的锡液滴 的EUV源的EUVL)图案化的含金属膜，特别是其中的金属是锡的含金属膜。这样的膜在本 文中称为EUV敏感膜。然而，应当理解，其他包括不同的含金属膜和图案化剂/技术的实施 方案是可能的。
[0022] 合乎期望的硬掩模金属将是强有力的吸收体并将有相对宽的吸收曲线、高熔 点、低延展性/高物理稳定性并容易地沉积。为了本公开的目的，需要注意的是，发射 给定能量的光子的材料也将吸收具有该能量的光子。强烈被吸收光将导致所需分解或 以其他方式将使膜敏感，以使暴露区可以用热、湿化学过程等去除。图2提供了使用激 励的Sn液滴的EUV源的发光光谱。见，R. W. Coon等人，"Comparison ofEUV spectral and ion emission features from laser produced Sn and Li plasmas'，，Proc. Of SPIE Vol. 763673636-1 (2010) ;R.C.Spitzer，等人，"Conversion efficiencies from laser-produced plasmas in the extreme ultraviolet region"，79J. Appl. Phys·，2251 (1996);以及 H.C. Gerritsen 等人，"Laser-generated plasma as soft x-ray source"，J. Appl. Phys. 592337 (1986)，在此就其涉及各种金属的发射/吸收特性的公开内 容