EUV 掩膜版的等離子刻蝕法

隨著集成電路制造技術(shù)的進(jìn)步，盡管CD 已經(jīng)接近物理和理論極限，其繼續(xù)減小的趨勢依舊延續(xù)著。無論如何，目前的光刻技術(shù)將在未來的幾年之內(nèi)達(dá)到極限，下一代使用更短波長的光刻技術(shù)即將進(jìn)入人們的視線。

這些更短波長技術(shù)中EUV的呼聲最高。它采用的是僅13.5 nm的波長，相較其它光學(xué)光刻來說具有很大的優(yōu)勢。EUV 光刻采用的掩膜版比普通的光學(xué)掩膜版縮小了近4 倍，但其規(guī)格要求卻比現(xiàn)在的193 nm 節(jié)點(diǎn)更加嚴(yán)格。EUV 掩膜版主要的制造要求包括幾乎為零的刻蝕CD bias 以及完美的CD 均勻性。目前，CD的非均勻性主要來自光刻膠腐蝕的不均勻。局部刻蝕CD bias 控制是實(shí)現(xiàn)CD bias和均勻性的主要挑戰(zhàn)。

業(yè)界采用的比較實(shí)用的方法是使吸收層盡可能的薄，這樣一來，光刻膠也會變薄，深寬比也會相應(yīng)的減小，CD bias和刻蝕均勻性也會得以改善。同樣的，薄的光刻膠層在圖形轉(zhuǎn)移過程中也會有更好的CD 表現(xiàn)。

最近的研究中提出了一種基于熱力學(xué)計(jì)算的self-mask 概念。該方法采用的吸收層中含有抗反射成分以及吸收體。兩個亞層的化學(xué)組分不同，因此刻蝕速率也不盡相同。吸收體相對于抗反射層的選擇比補(bǔ)償了抗反射亞層，起到了硬掩膜的作用。盡管在疊層中依然有光刻膠，但是抗反射層起到了主要的掩膜作用，并決定了CD的值，因?yàn)楣饪棠z受制于腐蝕作用。

EUV 掩膜中的吸收體大致有幾種。總的來說，抗反射亞層與吸收體的化學(xué)成分基本相同，除了氧含量之外。最早人們傾向于實(shí)用含鉻的吸收體用于EUV 掩膜，但是現(xiàn)在Ta 材料的使用更多。TaBO/TaBN、TaON/TaN和TaSiON/TaSi 等都是掩膜吸收體的候選者。

為了優(yōu)化工藝，經(jīng)常需要運(yùn)用到刻蝕清洗的方法，但這種方法會產(chǎn)生揮發(fā)性的刻蝕產(chǎn)物。因此采用了Gibbs 能最小化方法來計(jì)算組分平衡以決定產(chǎn)物的揮發(fā)性。計(jì)算了TaBO/TaBN 吸收體刻蝕的組分平衡。為了得到self-mask 結(jié)果，進(jìn)行了2 步及多步刻蝕研究。第一步是TaBO(抗反射層)的刻蝕，第二步是TaBN(吸收體)的刻蝕。碳是從氣相反應(yīng)物中分解的唯一非揮發(fā)性產(chǎn)物。如果分解反應(yīng)發(fā)生在刻蝕表面，碳將沉積下來并速度放慢，甚至在轟擊較弱的條件下使刻蝕停止。

當(dāng)TaBN 被刻蝕時，TaBO 部分也被暴露在氯氣里。因此，需要研究氯氣對TaBO 刻蝕的熱力學(xué)。結(jié)果表明，在周邊溫度條件下，產(chǎn)生了非揮發(fā)的B2O3，它導(dǎo)致了刻蝕工藝和刻蝕停止的減速。

TaBO 反射亞層被刻穿后，CF4 將持續(xù)刻蝕下面的TaBN。由于TaBN 比反射層厚，所以光刻膠也將被繼續(xù)腐蝕，反射層的水平尺寸也將繼續(xù)改變，產(chǎn)生嚴(yán)重的CD bias。為了去除這些不良影響，只在TaBO被刻穿后使用氯氣。第二步中TaBN的刻蝕速率很高，這是因?yàn)檩^高的揮發(fā)性，但是TaBO的邊緣由于產(chǎn)物的非揮發(fā)性所以刻蝕速率較低。反射層和吸收體產(chǎn)物揮發(fā)性的不同產(chǎn)生了TaBN 對TaBO的選擇比。因此，反射層在TaBN 刻蝕中起到了硬掩膜的作用，將CD bias 減少到了0.5～2 nm的范圍，甚至可以實(shí)現(xiàn)無CD bias 并增強(qiáng)了CD 均勻性的控制。

圖1 TaBO/TaBN 吸收層EUV 掩膜版截面圖

在確定最佳刻蝕條件時，self-mask 方法使得采用刻蝕選擇比優(yōu)化比刻蝕CD 優(yōu)化更實(shí)際。選擇比的優(yōu)化既不需要高質(zhì)量的光刻膠，也不需要延長CD-SEM時間，由此節(jié)約了工藝研發(fā)時間。另外，由于選擇比優(yōu)化不需要整片測量，一塊掩膜版可以被反復(fù)使用多次(圖1)。Self-mask 方法另一大優(yōu)勢是在吸收體被刻穿之前進(jìn)行干法去膠。去膠后再將吸收體完全去除。該工藝過程防止了有害的釕氧化物的產(chǎn)生，并防止了使用釕覆蓋層時造成的EUV 反射率的降低。

基于熱力學(xué)計(jì)算的兩步self-mask 刻蝕技術(shù)對于決定平衡條件和產(chǎn)物揮發(fā)性非常有效。該方法克服了目前軟掩膜所帶來的劣勢，能夠得到幾乎0的CD bias 及較好的圖形轉(zhuǎn)移結(jié)果。