平坦化的极紫外光刻坯料及其制造与光刻系统的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2013年3月12日提交的美国临时专利申请第61/778,335号的权益，通过引用将该申请的主题并入本文中。

本申请包括与同时于2013年12月23日提交的美国专利申请第14/139,371号相关的主题，通过引用将该申请的主题并入本文中。

本申请包括与同时于2013年12月23日提交的美国专利申请第14/139,415号相关的主题，通过引用将该申请的主题并入本文中。

本申请包括与同时于2013年12月23日提交的美国专利申请第14/139,457号相关的主题，通过引用将该申请的主题并入本文中。

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技术领域

本发明大体关于极紫外光刻坯料及用于该极紫外光刻坯料的制造与光刻系统。

背景技术：

极紫外光刻(EUV，也被称为软X-射线投影光刻(soft x-ray projection lithography))是用以替代用于制造0.13微米及更小的最小特征尺寸的半导体器件的深紫外(deep ultraviolet)光刻的竞争者。

然而，通常在5纳米至40纳米波长范围内的极紫外光在实质上所有材料中被强烈吸收。由于这个原因，极紫外系统借助反射而非光的透射来工作。通过使用涂有非反射吸收剂掩模图案的掩模坯料或反射元件、及一系列镜、或透镜元件，图案化的光化(actinic)光被反射到抗蚀剂涂布的(resist-coated)半导体晶片上。

极紫外光刻系统的透镜元件和掩模坯料涂布有诸如钼及硅之类的材料的反射型多层涂层。已通过使用涂布有多层涂层的基板获得每一透镜元件或掩模坯料约65％的反射值，这些多层涂层强烈地反射实质上在极窄紫外线带通(bandpass)内的单一波长下的光；该极窄紫外线带通例如是对于13纳米紫外光而言的12纳米至14纳米的带通。

在半导体处理技术中存在引起问题的各种类别的缺陷。不透明缺陷(Opaque defect)通常是由多层涂层的顶部上的或掩模图案上的颗粒所引起的，在光应该被反射时，这些颗粒吸收了光。透明缺陷(Clear defect)通常是由多层涂层顶部上的掩模图案中的小孔(pinhole)所引起的，当光应该被吸收时，光被反射穿过这些小孔。而相位缺陷(phase defect)通常是由多层涂层下方的刮痕和表面变化所引起的，这些刮痕及表面变化引起所反射的光的相变。这些相变导致光波干涉效应，这些光波干涉效应扭曲或改变在半导体晶片表面上的抗蚀剂中将被曝光的图案。由于必须用于小于0.13(次0.13)微米最小特征尺寸的辐射的较短波长，所以之前并不显著的刮痕和表面变化现在变得无法容忍。

虽然在减少或消除颗粒缺陷方面已经取得了进展，而且对于掩模中的不透明和透明缺陷的修复已经做了工作，但迄今仍尚未对解决相位缺陷的问题做任何工作。对于深紫外光刻而言，可对表面进行处理以将相变保持在60度以下。用于极紫外光刻的类似处理则尚待开发。

对于13纳米的光化波长来说，对于在下面的表面中深度如3纳米这么小的刮痕而言，可发生从多层涂层反射的光中的180度的相变。波长越短，此深度越浅。类似地，在相同波长下，比一百(100)纳米的距离高出一(1)纳米更急剧的表面变化可引起类似的相变。这些相变可引起在半导体晶片表面处的相位缺陷，并且不可恢复地损坏半导体器件。

在过去，用于深紫外光刻的掩模坯料通常由玻璃制成，但已建议将硅或超低热膨胀材料作为用于极紫外光刻的替代品。无论该坯料是否由玻璃制成、硅制成或超低热膨胀材料制成，都借助化学机械抛光、磁流变抛光(magneto-rheological finishing)或离子束抛光这些工艺来使得掩模坯料的表面尽可能光滑。在这样的工艺中所留下的刮痕有时被称为“刮痕-擦伤(scratch-dig)”痕迹，而且这些痕迹的深度和宽度取决于用以抛光掩模坯料的研磨剂中颗粒的大小。对于可见和深紫外光刻来说，这些刮痕太小而不会引起在半导体晶片上的图案中的相位缺陷。然而，对于极紫外光刻而言，刮痕-擦伤痕迹是显著问题，因为这些刮痕-擦伤痕迹将显现为相位缺陷。

由于EUV光刻所需的短照射波长的缘故，因此使用的图案掩模必须是反射型掩模，而不是在目前的光刻中所使用的透射型掩模。反射型掩模是由钼和硅的交替薄层的精确堆叠物所组成的，该精确堆叠物形成布拉格折射器(Bragg refractor)或镜。由于多层堆叠物的性质和小的特征尺寸，上面沉积有多层堆叠物的基板的表面中的任何瑕疵都将被放大并影响最终产品。几纳米级的瑕疵可在成品掩模上显现为印得出的缺陷，而且需要在沉积多层堆叠物之前将这些瑕疵从掩模坯料的表面消除。

常见的瑕疵包括凹坑、刮痕及颗粒。常见的清洁技术去除许多颗粒，但要么产生新的凹坑要么扩大现有的凹坑。这些凹坑可从抛光或清洁工艺产生，或可来自基板材料本身中的杂质或伤痕，这些杂质或伤痕在切割及抛光工艺期间被暴露出来。可使用进一步的抛光来去除表面处的凹坑，但存在将在该工艺中引起或暴露出新凹坑的风险，这限制了单独使用抛光来使基板表面光滑和平坦的有用性。另一种用于基板光滑化的方法是激光或等离子体退火。这些技术熔融(melt)且软熔(reflow)玻璃基板的薄表面层，从而去除局部缺陷。问题是，这些技术导致基板表面中的较长范围的粗糙部分或波纹，因此不能提供EUV掩模坯料所需的基板平坦度。

鉴于对电子部件的越来越小的特征尺寸的需要，日益关键的是找到这些问题的答案。鉴于不断增大的商业竞争压力以及增长的消费者期望，关键的是找到这些问题的答案。此外，对降低成本、提高效率和性能及满足竞争压力的需要为找到这些问题的答案的关键必要性更加增添紧迫性。

尽管已长期寻找这些问题的解决方案，但先前的发展尚未教导或建议任何解决方案，因此，本领域技术人员长期困惑于这些问题的解决方案。

技术实现要素：

本发明的实施方式为一种整合的极紫外(EUV)坯料生产系统，该坯料生产系统包括：用于将基板放置在真空中的真空腔室；用于沉积平坦化层于基板上的第一沉积系统，该平坦化层具有平坦化的顶表面；以及用于沉积多层堆叠物于该平坦化层上而不需将该基板从该真空移出的第二沉积系统。

本发明的实施方式为EUV光刻系统，该光刻系统包括：极紫外光源；用于引导来自该EUV源的光的镜；用于放置具有平坦化层的EUV掩模坯料的中间掩模(reticle)台；以及用于放置晶片的晶片台。

本发明的实施方式为EUV坯料，该坯料包括：基板；平坦化层，该平坦化层用以弥补与该基板的表面相关的瑕疵，该平坦化层具有平的顶表面；以及在该平坦化层上的多层堆叠物。

本发明的某些实施方式具有其他的步骤或元件来外加于或取代上述的那些步骤或元件。对于本领域技术人员而言，当参照附图来阅读下面的详细描述时，这些步骤或元件将变得显而易见。

附图说明

图1为整合的极紫外线(EUV)掩模生产系统。

图2为依据本发明的实施方式的EUV掩模坯料。

图3为EUV掩模。

图4为用于制作具有超少缺陷的EUV掩模坯料的方法。

图5为用于制作具有超少缺陷的EUV掩模坯料的替代方法。

图6为用于EUV光刻系统的光学元件组(optical train)。

图7为EUV光刻系统。

具体实施方式

足够详细地描述了以下实施方式，以使本领域技术人员能够制作和使用本发明。应当理解的是，根据本公开，其他的实施方式会是明显的，而且在不背离本发明的范围的情况下可做出系统、工艺或机械上的变化。

在以下描述中，给出了许多具体细节，以提供对本发明的彻底理解。然而，将显而易见的是，在没有这些具体细节的情况下可实践本发明。为了避免使本发明模糊，并未详细公开一些众所周知的电路、系统配置及工艺步骤。

图示了系统实施方式的附图是半示意性的，不是按照比例的，尤其，在附图中，一些尺寸是为了呈现的清晰，而且是被显示为放大的。同样地，虽然为了便于说明，附图中的视图通常显示出类似的取向，但附图中对于大部分的描绘是任意的。一般来说，本发明可以任何取向来进行操作。

当多个实施方式被公开和描述为具有一些共同的特征时，为了理解、描述及说明的清楚和简便，将使用类似的附图标记来描述类似的和相像的特征。

为说明目的，本文所使用的术语“水平面”被定义为平行于掩模坯料的表面或平面的平面，与取向无关。术语“垂直面”指的是垂直于如刚才所定义的水平面的方向。诸如“上方”、“下方”、“底部”、“顶部”、“侧”(如在“侧壁”中)、“较高”、“较低”、“上部”、“之上”及“之下”之类的术语相对于水平平面而被定义，如附图中所示。术语“在…上”表示在元件之间存在直接接触。

本文所使用的术语“处理”包括如在形成所述结构中所需的材料或光刻胶的沉积、材料或光刻胶的图案化、曝光、显影、蚀刻、清洁和/或去除。

本发明的实施方式通过CVD、PVD、ALD及流动式CVD来将各种已建立的技术用于沉积硅、氧化硅及具有相容的热膨胀系数的相关膜，以填充凹坑并掩埋缺陷。一旦被沉积，膜表面可以是足够光滑和平坦的，以用于进一步的多层堆叠物沉积，或者之后可以使用各种已建立的光滑化或抛光技术来进一步使膜表面光滑，这些技术包括CMP、退火或离子束抛光。

现在参照图1，其中图示了整合的极紫外(EUV)掩模生产系统100。整合的EUV掩模生产系统100包括掩模坯料装载和载器传送系统102，掩模坯料104被载入掩模坯料装载和载器传送系统102中。气锁室(airlock)106提供到晶片传送真空腔室108的进出。在图示的实施方式中，晶片传送真空腔室108包括两个真空腔室，第一真空腔室110和第二真空腔室112。在第一真空腔室110中的是第一晶片传送系统114，而在第二真空腔室112中的是第二晶片传送系统116。

晶片传送真空腔室108具有多个围绕该晶片传送真空腔室108周边的端口，用于附接各种其他系统。第一真空腔室110具有除气系统118、第一物理气相沉积系统120、第二物理气相沉积系统122及预清洁系统124。

第二真空腔室112具有连接至该第二真空腔室112的第一多阴极源126、流动式化学气相沉积(FCVD)系统128、固化系统130及第二多阴极源132。

第一晶片传送系统114能够在连续真空中通过狭缝阀在气锁室106与围绕第一真空腔室110周边的各个系统之间移动诸如晶片134之类的晶片。第二晶片传送系统116能够围绕第二真空腔室112移动诸如晶片136之类的晶片，同时将晶片保持在连续真空中。

已经发现，整合的EUV掩模生产系统100提供了用于制造EUV掩模坯料的理想环境。

现在参照图2，其中图示了依据本发明的实施方式的EUV掩模坯料200。EUV掩模坯料200具有玻璃、硅或其他超低热膨胀材料的超低热膨胀基板202。这些超低热膨胀材料包括熔融硅石(fused silica)、熔融石英(fused quartz)、氟化钙、碳化硅、氧化硅-氧化钛合金或其他具有在这些材料的范围内的热膨胀系数的材料。

超低热膨胀基板202的顶表面具有瑕疵203，这些瑕疵203诸如是由使用研磨剂的化学机械抛光(CMP)所造成的颗粒、凹坑及凸起。在这样的工艺中所留下的刮痕有时被称为“凹坑”和/或“刮痕-擦伤”痕迹，而且这些刮痕的深度和宽度取决于用以抛光EUV掩模坯料200的研磨剂中的颗粒的大小。

已经发现，在EUV掩模坯料200中的凹坑和刮痕瑕疵(通常被称为凹坑)能够通过借助平坦化层204的沉积而被填充来消除。平坦化层204或可流动的膜能够通过借助CVD、PVD或类似工艺而沉积至的厚度范围内的硅、氧化硅或相关的膜、或沉积可流动的CVD膜来形成。

已经发现，膜的沉积填充了基板表面中的表面瑕疵，并使这些表面瑕疵变平整，这些缺陷诸如是具有1:6至30:1的深宽比(aspect ratio)并深达32nm和宽达220nm的凹坑，这些凹坑将引起问题。

而且，已经发现，其他诸如超低热膨胀基板202上的颗粒、凸块和其他缺陷之类的表面瑕疵可被平坦化，以消除这些表面缺陷可能引起的任何问题。平坦化层204能使凸块变平整或完全包封从10nm到300nm的颗粒。

已经发现，平坦化层204能够提供该平坦化层204的足够用于EUV应用的平的顶表面或光滑顶表面205，该平的顶表面或光滑顶表面205比平坦化层204下有瑕疵203的表面具有更高的平坦度。

在可流动CVD膜的情况下，对于EUV掩模坯料200来说，可能不需要进一步的处理来在超低热膨胀基板202上实现可接受地光滑的平表面。对于硅、氧化硅或相关的膜来说，沉积后的光滑化可能是需要的。此光滑化可借助多种抛光方法来进行，这些抛光方法包括但不限于CMP、化学抛光、离子束抛光或退火。如果需要进一步进行光滑化，那么这些光滑化技术也可被应用到可流动CVD膜。

已经发现，在本发明中平坦化层204的光滑顶表面205上的光滑度(smoothness)可在0.5nm(纳米)RMS以下。

因此，平坦化层204可被用于填充基板或下层中的缺陷和/或凹坑、覆盖基板或下层的顶部上的颗粒、或使已被平坦化的下层或基板光滑。

多层堆叠物206形成于平坦化层204之上，以形成布拉格反射器。由于光学器件(optics)的透射性质及用于EUV的照射波长，所以使用了反射型光学器件，并且多层堆叠物206可由交替的诸如钼和硅之类的高-Z和低-Z材料层来制成，这些材料形成反射器。

覆盖层208形成在多层堆叠物206之上。覆盖层可以是诸如钌(Ru)或钌的非氧化型化合物之类的材料，以帮助保护多层堆叠物206不受氧化作用且不受任何化学蚀刻剂侵蚀，EUV掩模坯料200在掩模处理的过程中可能被暴露于这种氧化作用和这些化学蚀刻剂。其他诸如氮化钛、碳化硼、氮化硅、氧化钌和碳化硅之类的材料也可被用于覆盖层208中。

吸收层210被放置在覆盖层208上。吸收层210由一种材料制成，该材料对特定频率的EUV光(约13.5nm)具有高吸收系数，而且吸收层210可以是诸如铬、钽或以上两者的氮化物之类的材料。

抗反射涂层(ARC)212被沉积在吸收层210上。ARC 212可由诸如氧氮化钽(tantalum oxynitride)或钽硼氧化物(tantalum boron oxide)之类的材料所制成。

背部夹持层214形成于超低热膨胀基板202的后表面上，以用于将基板夹持于静电夹盘(未图示)上或用静电夹盘夹持基板。

现在参照图3，其中图示了EUV掩模300。EUV掩模300是方形的，并具有在EUV掩模300顶表面上的图案302。

现在参照图4，其中图示了用于制作具有超少缺陷的EUV掩模坯料200的方法400。超少缺陷基本上是零缺陷。方法400包括在步骤402处供应玻璃坯料。在步骤404中，对玻璃坯料进行背面清洁，并在步骤406中对玻璃坯料进行除气和预清洁。

在步骤408中，施加图2的背部夹持层214，并在步骤410中执行正面清洁。一些步骤412较好地是在图1的整合EUV掩模生产系统100中同时在连续真空下来执行，以避免来自周围条件的污染。

在步骤414中执行除气和预清洁，并在步骤416中执行平坦化。在平坦化层固化步骤418中固化平坦化层，并在步骤420中执行多层沉积。在覆盖层步骤422中沉积覆盖层208。

此后，退出整合的EUV掩模生产系统100，在步骤424中执行深紫外(DUV)/光化性检查(actintic inspection)，在步骤426中视情况可选性地清洁掩模坯料，以及在步骤428中沉积吸收层和抗反射涂层。

现在参照图5，其中图示了制作具有超少缺陷的EUV掩模坯料200的替代方法500。超少缺陷基本上是零缺陷。替代方法500开始于在步骤502中供应玻璃坯料。在步骤504中对玻璃坯料进行背面清洁，以及在步骤506中对玻璃坯料进行正面清洁。

一些步骤508较好地是在图1的整合的EUV掩模生产系统100中同时在连续真空下来执行，以避免来自周围条件的污染。

在步骤510中，对掩模坯料进行除气和预清洁。在步骤512中，沉积背部夹持层214，并且在步骤514中，发生平坦化。在步骤516中，固化平坦化层。在步骤518中，执行多层沉积，并且在步骤520中，施加覆盖层。

在步骤522中，虽然DUV/光化性检查可以在整合的EUV掩模生产系统100内部执行，但DUV/光化性检查也可发生在整合的EUV掩模生产系统100的外部。在步骤524中，视情况可选地清洁掩模坯料，且在步骤526中可沉积吸收层和抗反射涂层。

现在参照图6，其中图示了用于EUV光刻系统的光学元件组600。光学元件组600具有诸如等离子体源602之类的极紫外光源，该极紫外光源用于产生EUV光并将EUV光收集于收集器604中。收集器604将光提供至场小面镜(field facet mirror)608，场小面镜608是照射器系统606的一部分，照射器系统606进一步包括瞳小面镜(pupil facet mirror)610。照射器系统606提供EUV光至中间掩模612(此为图1的掩模坯料104经完整处理后的版本)，中间掩模612将EUV光反射通过投影光学器件614并到达晶片616上。

现在参照图7，其中图示了EUV光刻系统700。EUV光刻系统700包括EUV光源区702、作为光学元件组600的附属件的中间掩模台704及晶片台706。

本发明的实施方式将EUV坯料平坦化和光滑化，以便去除基板表面上的所有凹坑、缺陷及颗粒，使得表面为原子级平的和光滑的。这个想法是在EUV坯料基板的表面上沉积无缺陷材料，然后该EUV坯料基板可被处理而不会诱发任何缺陷，以实现原子级平的和光滑的表面。图3的EUV掩模300是EUV光刻系统700的关键部件，而且在没有适当地平坦化的、平的及光滑的EUV坯料上的EUV掩模的情况下，EUV光刻系统700无法执行该光刻系统700的功能。

第一步骤是填充任何存在的凹坑；这可以通过沉积平坦化层或通过借助CVD、PVD或类似的工艺沉积硅、氧化硅或相关的膜来完成，该平坦化层是可流动CVD膜。这个平坦化步骤也将掩埋颗粒、凸块、凹坑及其他在EUV坯料基板表面中或在该基板表面上的缺陷。在可流动CVD膜的情况下，可能不需要进一步的处理来在EUV坯料基板上实现可接受地光滑的、平的表面。

对于硅、氧化硅或相关的膜来说，沉积后的光滑化将很可能是必需的。此光滑化可借助各种抛光方法来完成，这些抛光方法包括但不限于CMP、化学抛光、离子束抛光或退火。如果需要进一步的光滑化，也可以将这些技术应用于可流动CVD膜。

这种方法的一个优势是该方法是基板独立的，所以该方法可被用于各种基板和各种质量的基板上。该方法具有使使用具有EUV坯料所必需的性质但在抛光后不具有原子级平的光滑表面的玻璃基板成为可能的潜能。这种独立性使得使用不同的基板供应商成为可能，并将供应商在制备和研磨基板时意外变化的影响最小化。

本发明的实施方式目标主要在于提供原子级平的及光滑的基板表面，以用于制造EUV掩模坯料，但本发明也可被用于任何需要原子级平的光滑表面的应用，该原子级平的光滑表面诸如是EUV镜608、610及其他。

另一种方法会使用平的高热传导表面，以在上面生长多层堆叠物。历史上，由于光学器件的透射性质和所使用的照射波长，玻璃被用作用于掩模的基板。EUV被所有的材料所吸收，因此使用了反射型光学器件。然而，反射率并非100％(对于目前的Mo/Si堆叠物来说<70％)，而且被吸收的辐射部分将会加热基板。

将目前的掩模玻璃基板组分最优化，以给出在操作温度下的零热膨胀系数，以避免在抗蚀剂曝光期间的图案扭曲。如果使用了比玻璃更导热的基板，例如金属的或硅基板，那么来自EUV曝光的热可被转移到经冷却的夹盘，从而免除了对特制玻璃的需要。此外，可使用半导体相容工艺或借助CMP或这两者的结合来使掩模基板表面光滑，这些工艺诸如是如上所述的(硅、二氧化硅)层的沉积。

所得到的方法、工艺、设备、装置、产品和/或系统是易懂的(straightforward)、有成本效益的、不复杂的、高度通用的、精确的、灵敏的及有效的，而且可通过采用已知部件来实施，以用于现成的、有效的及经济的制造、应用及使用。

本发明的另一个重要方面在于本发明有价值地支持和服务了降低成本、简化系统及提高性能的历史趋势。

结果，本发明的这些和其他有价值的方面将技术状态推动到至少下一个水平。

虽然已经结合了具体的最佳模式来描述本发明，但是应当理解的是，鉴于前面的描述，许多替换、修改和变型对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，本发明意图包括所有落入所包括的权利要求书范围内的这种替换、修改和变型。本文中迄今所有阐述的或在附图中图示的事项都将以说明性的和非限制性的意义被解读。