将背面曝光用于嵌入式相移掩模聚焦离子束蚀刻的方法

摘要

本发明提供一种将背面曝光用于嵌入式相移掩模聚焦离子束蚀刻的方法。目前在制作具有硅化钼类(MoSiOx)膜的嵌入式相移掩模(EPSM)时，容易出现图案伸出的缺陷，但是由于扫描电镜不能清晰定义缺陷区域在石英玻璃基材上的轮廓，而使缺陷不能用聚焦离子束有效去除。通过本发明提供的将背面曝光用于嵌入式相移掩模(EPSM)聚焦离子束蚀刻的方法，可以通过负光阻背面曝光的方式准确定义出缺陷区域的轮廓，完全避免上述问题。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体行业用于光刻的掩模制程，尤其涉及一种制作具有硅化钼类(MoSiOx)膜的嵌入式相移掩模(EPSM)的方法。

背景技术

在半导体制作工艺的掩模制程中，为了提高微影性能，高性能掩模的持续需求使得掩模制作过程的各方面都必须修正与更新。目前的业界中，所采用的掩模大多为传统的铬类(chromium-based)二元式掩模，或者具有硅化钼类(MoSiOx)膜的嵌入式相移掩模(EPSM，Embedded Phase-ShiftingMask)，后者利用光波的相位反相干涉原理成像，具备光学成像对比强，曝光景深高的优点。

对于嵌入式相移掩模来说，其主要的缺陷是硅化钼类(MoSiOx)膜所构成图案特征在边缘处呈伸出(protrusion)状，如果存在这种缺陷，使用掩模曝光时将得不到预期的图案。如图1所示，在光学显微镜下可以看到图案伸出的情况，图中数字1所在区域为基材石英玻璃，数字2所在区域为硅化钼类(MoSiOx)膜构成的图案，字母d所指示区域即为缺陷区域；图2是图1所示掩模的纵切面示意图。其中硅化钼类(MoSiOx)膜自图案特征边缘起渐薄地向石英玻璃蔓延，形成类似斜坡的形状。如果产生这种缺陷，通常需要采用聚焦离子束(FIB)系统先对掩模表面作出扫描电镜图像，然后根据所描绘出的缺陷轮廓用聚焦离子束(FIB)蚀刻去除缺陷区域的钼类(MoSiOx)膜。用扫描电镜可以清楚地分辨出铬膜和基材石英玻璃的分界轮廓，但是，由于钼-硅相移层具有与传统铬二元式掩模层全然不同的的化学与物理性质，聚焦离子束制造的二次离子分析难以准确辨识钼-硅氧化物膜和石英玻璃，因此对于钼-硅氧化物膜的嵌入式相移掩模，在聚焦离子束下不能得到高对比度的缺陷轮廓，而且另一方面扫描电镜影像本身也只能对具明显高低差的表面得到清晰轮廓，对边缘很薄的残留薄膜不能得到清晰轮廓，图3显示了用聚焦离子束扫描掩模表面得到的扫描电镜影像，图4在其基础上用白线描绘了光学透镜下的实际缺陷区域，可以看到定义出的聚焦离子束蚀刻区域和实际的缺陷区域之问有较大的误差。如果用扫描电镜定义的聚焦离子束蚀刻区域超出实际的缺陷区域，离子束会对石英玻璃造成损伤，并且造成镓污染；如果用扫描电镜定义的聚焦离子束蚀刻区域小于实际的缺陷区域，那么用聚焦离子束处理后，必然还有一部分缺陷依旧存在。

由于业界所采用的机台本身的特性所限，目前的掩模制程在涉及具有硅化钼类(MoSiOx)膜的嵌入式相移掩模时，上述的问题不可避免。

发明内容

目前在制作具有硅化钼类(MoSiOx)膜的嵌入式相移掩模(EPSM)时，容易出现图案伸出的缺陷，但是由于扫描电镜不能清晰辨认缺陷区域在石英玻璃基材上的轮廓，而使缺陷不能用聚焦离子束有效去除，或去除缺陷的同时损伤玻璃基材，针对以上的问题，提出本发明。

本发明的目的在于，提供一种将背面曝光用于嵌入式相移掩模(EPSM)聚焦离子束蚀刻的方法，这种方法通过背面曝光的方式完成对缺陷区域轮廓的定义，可以完全避免目前遇到的上述问题。

本发明提供的方法包括下列步骤：

首先，将有钼-硅氧化物伸出状缺陷的掩模覆盖一层负光阻(PR，PhotoResist)，控制其厚度约为1000，由于仅有缺陷区域需要光刻胶，并不需要用很高的规格控制光刻胶的均匀性；

然后对涂布负光阻后的掩模进行背面曝光，即从石英玻璃这一侧进行曝光，在光刻领域中，每种光阻都有其专门搭配的曝光光源(针对不同光源，波长有365nm/248nm/193nm)，本发明的方法适用以上三种光源，实际使用时可以视实测效果决定取舍。由于石英玻璃可以透过光线，而缺陷区域不透光，因此曝光后覆盖于石英玻璃上的光刻胶硬化固定于其上，而覆盖于缺陷区域上的光刻胶可以用清洗剂去除；

在上述过程中，考虑到伸出的缺陷区域的截面是渐薄的斜坡样轮廓，其边缘处可能因为过于薄而使光线透过，因此背面曝光过程应当控制为短时间和低剂量；

进行曝光并清洗后，石英玻璃区域被覆盖于其上的光刻胶定义出来，并且被所覆盖的光阻层保护使其不易被聚焦离子束蚀刻时产生的镓污染。掩模上露出的只剩下图案特征区域和缺陷区域，由于扫描电镜对于样品表面高低落差很敏感，用机台对样品进行聚焦离子束向量扫描可以清楚地反映出具有高低差区域的轮廓，而缺陷区域和不管是石英玻璃上的光阻层还是和图案特征区域都有较大的落差，因此在这种情况下，用扫描电镜可以清楚准确地将缺陷区域分辨出来，根据扫描电镜确定的缺陷轮廓，即可以用聚焦离子束去除缺陷区域伸出状的残留钼-硅氧化物。

最后，对样品进行简单的光阻剥离过程，即可得到没有伸出缺陷的掩模。

本发明的优点在于，利用负光阻背面曝光可以根据光阻清晰辨认石英玻璃基材的轮廓，也即石英玻璃和缺陷区域的边界，相应地，缺陷区域的轮廓就可以被清晰地定义出来。另外，本发明还有一个优点在于，由于是在硬化光阻保护石英玻璃区域的情况下进行聚焦离子束蚀刻，因此不会有离子束切割时产生镓污染石英玻璃的情况。

为了更容易理解本发明的目的、特征以及其优点，下面将配合附图和实施例对本发明加以详细说明。

附图说明

本申请中包括的附图是说明书的一个构成部分，附图与说明书和权利要求书一起用于说明本发明的实质内容，用于更好地理解本发明。

图1为光学显微镜下观察到的有图案伸出缺陷的掩模表面图像，图中数字1表示石英玻璃基材，数字2表示钼-硅氧化物膜构成的正常图案，字母d表示缺陷区域残留薄膜；

图2为图1所示掩模纵切面示意图，在图1中的向右侧方向箭头显示了此纵切面位置；图中数字1表示石英玻璃基材，数字2表示钼-硅氧化物膜构成的正常图案，字母d表示缺陷区域残留薄膜，由正常图案遮光区延伸至非图形透光区逐渐变薄，图中显示其侧面轮廓；

图3显示了用聚焦离子束扫描掩模表面得到的扫描电镜影像；

图4在图3的基础上用白线描绘了光学透镜下的实际缺陷区域，可以看到定义出的聚焦离子束蚀刻区域和实际的缺陷区域之间有较大的误差；

图5～图8为本发明提供的将背面曝光用于嵌入式相移掩模(EPSM)聚焦离子束蚀刻的方法过程示意图，其中数字1表示石英玻璃基材，数字2表示钼-硅氧化物膜，字母d表示缺陷区域，数字3表示负光阻：

图5为按照本发明方法覆盖负光阻后的掩模纵切面示意图；

图6为涂覆负光阻后的掩模进行背面曝光的示意图，图中箭头表示曝光方向；

图7为清洗负光阻后用FIB向量扫描定义缺陷轮廓的示意图，图中箭头表示向量扫描方向；和

图8为按照本发明方法处理后得到的掩模样品剖面示意图，可以看到所述的伸出状缺陷被完全去除了。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的工艺，下面结合本发明的具体实施例作进一步说明，但其不限制本发明。

实施例1

在具有钼-硅氧化物伸出状缺陷的掩模样品表面覆盖一层负光阻(PR，Photo Resist)，图5为覆盖负光阻后掩模纵切面示意图，图中的数字1表示石英玻璃基材，数字2表示钼-硅氧化物膜，字母d表示缺陷区域，数字3表示光阻层，控制其厚度约为1000，由于仅对缺陷区域进行曝光，此过程不需要用很高的规格控制光刻胶的均匀性；

然后使用相应光阻波长的光对涂布负光阻后的掩模进行背面曝光，即从石英玻璃这一侧进行照射，工具可采用例如Zeiss显微镜。如图6所示，图中用箭头表示光线曝光的方向，由于石英玻璃可以透过光线，而缺陷区域不透光，因此曝光后所有无缺陷的透光区其上的光阻将被感光，即覆盖于石英玻璃上的光刻胶硬化固定于其上，所有正常图形及薄膜残留区上的光阻将被隔离，不被感光。考虑到伸出的缺陷区域的截面是渐薄的斜坡样轮廓，其边缘处可能因为过于薄而使光线透过，因此背面曝光过程应当控制为短时间和低剂量；

背面曝光过程中控制时间和剂量可以通过具体的工具条件实现，在采用上述的Zeiss显微镜时，可以采用如下方式：

1.挑选所需的光源种类(365/248/193nm波长)

2.控制透光孔径的大小(即用以照射光罩的光斑大小)

3.控制光罩缺陷区在该光斑照射下的停留时间

以上三项因素综合起来决定了曝光剂量，而曝光剂量和被曝光的光阻感光程度成正比，所以可通过不同条件组合来找到足以让非缺陷透光区的光阻感光的剂量，而使缺陷上方及正常图形上方的光阻不发生变化。以缺陷交界处显影后的光阻轮廓清晰定义缺陷区。这种尝试若不理想，只需清洗去除旧光阻重新涂覆光阻再尝试不同条件即可，全部的过程在未使用FIB向量扫描修补前，对掩模都不会发生不可逆的损伤。

曝光后进行显影操作，用清洗液清洗样品并以洁净水冲洗，去除没有固化的光阻，覆盖于缺陷区域上的光刻胶被去除，在FIB机台中对样品进行向量扫描定义出缺陷区域的轮廓，如图7所示，其中箭头表示向量扫描的方向；

根据描绘出的缺陷轮廓，对缺陷区域进行聚焦离子束蚀刻，由于之前显影步骤后正常透光区会被感光留下的光阻覆盖起来，用离子束去除缺陷区域的钼-硅氧化物时，玻璃基材不会受到损伤，蚀刻完成后剥离掩模上的硬化光刻胶，例如通过湿式清洗的方式，采用硫酸及过氧化氢溶液，或者，也可以采用干式(等离子体蚀刻)各种方法，在此不限制任何一种可有效去除光刻胶的方式。最后得到的掩模剖面如图8所示，嵌入式相移掩模常见的硅化钼类(MoSiOx)膜图案特征的伸出缺陷被完全去除了。