CN101140416B - 光掩模坯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光掩模坯，光掩模坯具有一层光屏蔽膜和一层或多层铬基材料膜，光屏蔽膜由一个单独的层或多个层构成，一个单独的层由含有过渡金属、硅以及氮的材料制成，多个层中包括至少一层由含有过渡金属、硅以及氮的材料制成。高的过渡金属含量确保了电导率，防止了在光掩模制造工艺中的充电，并且还提供了在光掩模制造中清洗时的足够的化学稳定性。对于存在氯和氧的情况下的铬基材料膜的干法刻蚀，光屏蔽膜具有良好的阻抗，从而确保了高加工精度。

Description

光掩模坯
技术领域
本发明涉及一种用来制造光掩模的光掩模坯，该光掩模用于半导体集成电路、电荷耦合器件(CCD)、液晶显示器(LCD)用彩色滤色片及磁头等的制造。
背景技术
近年来，在半导体制造中，特别是大规模集成电路中集成水平的提高导致了电路图案微型化需求的增加。这种需求加强了希望有一种减小在构成电路的布线图案中的部件的尺寸的技术和一种减小在构成单元的用来层间连接的接触孔图案中的部件的尺寸的技术。因此，在光掩模的制造中，存在一种技术上的需求，这种技术与微型化的趋势相一致，能够以更小的尺寸和更高的精度写入电路图形，其中将电路图形写在光掩模上并且在光刻中使用光掩模以形成所述布线图案和接触孔图案。
为了在光掩模基板上形成更高精度的光掩模图案，首先必须在光掩模坯上形成非常精确的抗蚀剂图案。因为在实际半导体基板的处理中的光刻包含实施缩小投影，所以光掩模图案的尺寸大概为实际需要图案的尺寸的4倍。然而，这并不意味着能因此而放宽对精度的要求。实际上，用作原图的光掩模的精度水平必须高于曝光后得到的图案的精度水平。
而且，在已经实际通用的光刻中，所写入的电路图案的尺寸远小于用来曝光的光的波长。因此，当使用具有被放大4倍的电路形状的光掩模图案时，由于发生在实际光刻中光的干涉的影响，无法以同样的准确形状将光掩模图案转印到抗蚀剂膜上。为了减少这种影响，有时必须实施给予光掩模图案比实际上的电路图案的形状更加复杂的形状的处理，即通过应用例如光学邻近修正(OPC)获得的形状。因此，在也用来形成光掩模图案的光刻技术中，现今希望存在具有更高精度的处理方法。光刻的性能有时涉及“最低清晰度”。希望在光掩模制造操作中使用的光刻技术具有一分辨限度，这种分辨限度表现出的精度实质上等于或大于在光刻中需要的分辨限度的精度，在使用光掩模的半导体制造中应用该光刻。
典型地，在光掩模图案的形成中，将一层光刻胶层沉积在光掩模坯上，光掩模坯由其上具有光屏蔽膜的透明基板组成。通过电子束的曝光和实施显影，在光刻胶膜上写入图案，从而给出抗蚀剂图案。然后，使用抗蚀剂图案作为蚀刻掩模蚀刻光屏蔽膜，从而形成光屏蔽图案。当形成更小的最小部件尺寸的光屏蔽图案时，如果试图处理的抗蚀剂膜使用与在按比例缩小尺寸以前几乎相同的厚度，膜厚与图案部件的尺寸的比例，也就是纵横比，会变大而且抗蚀剂图案的形状劣化，妨碍正确实施图案转印。有时候，抗蚀剂图案可能会塌陷或从基板中剥离。因此必须减小抗蚀剂膜的厚度以与部件尺寸的减小保持一致。
就使用抗蚀剂作为蚀刻掩模进行蚀刻的光屏蔽膜材料来说，虽然现有技术中已经提出了许多材料，但是在实际应用中几乎一直使用铬化物膜，原因是存在有关蚀刻铬化物膜的大量知识和其标准处理操作已经确定的事实。
然而，一般用来干法刻蚀铬基膜，例如铬化物膜的含氧氯基干法蚀刻也经常在某种程度上蚀刻有机膜。结果，当使用薄的抗蚀剂膜来实施上述蚀刻时，抗蚀剂图案难以精确转印。如何得到具有能使蚀刻能够实施以达到高清晰度和高精度的蚀刻阻抗的抗蚀剂已经成为了一种严酷的挑战。因此，为了同时达到高清晰度和高精度，光屏蔽膜材料需要被反复试验从而得到从唯一依赖抗蚀剂性能的方式到也增强光屏蔽膜性能的方式的转变。
作为解决这种问题的一种方式，发明者们早期已经发现了金属硅化物基材料，金属硅化物基材料每单位膜厚的光屏蔽性能比铬基材料高，特别是曝光波长在250nm以下(参见JP-A 2006-78807)。他们也说明了相对于在一般在清洗中使用的氨/过氧化氢水溶液等，尽管过渡金属硅化物基材料处于低氧化态时存在低化学稳定性的风险，但是通过在上述材料中设置20％或更少比例的过渡金属(过渡金属/(过渡金属+硅))，可以确保上述材料具有在光掩模制造的时候所必需的化学稳定性。另外，发明者们报告了当用铬基材料来形成抗反射膜时，金属硅化物基材料和铬基材料在蚀刻选择性上的不同使互相选择性的蚀刻能够实施。即，通过使用铬基材料膜作为硬质掩模，一开始就沉积的抗蚀剂膜上的负荷减少，使高精度的蚀刻甚至能够在更小的抗蚀剂膜厚的条件下实施。
在光掩模的制造中使用电子束光刻是众所周知的，虽然用来重复地写入同一图案的电子束光刻的效率比使用掩模的光刻的效率低，但是其对于形成图案的微型化来说是有利的，从而与光刻相比可以更好地适用于光掩模的生产。最近进行了在电子束照射过程中增加电流密度的尝试，其目的是改善电子束曝光系统和提高生产量。然而，存在一种在增加电流密度的同时将趋向于引起在电子束写入时的“充电”效应的可能性。
如上文所述，发明者们早期揭示了使用过渡金属硅化物代替常规的铬基材料作为一种适合于使用短波长曝光用光的在光掩模中更有利的光屏蔽膜材料。然而，光掩模中的光屏蔽膜材料所希望的化学稳定性使其必须确保硅的含量超过80％，其中硅的含量表示成硅/(硅+过渡金属)。但是，所希望的具有较小倾向于充电的材料将很可能引起一种对电导率的要求，这种所要求的电导率的范围高于至今要求的电导率的范围。发明者们预期，为了获得类似于达到使用波长在250nm或以下的光的功能的具有过渡金属硅化物的光屏蔽膜，将有可能通过提高过渡金属的浓度来增加传导率。然而，所给出的现有知识不能确保当使用具有硅的含量为80％或以下的光屏蔽膜材料时的化学稳定性，显然需要一种新的方法来确保化学稳定性。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一咱光掩模坯，这种光掩模坯在过渡金属硅化物中硅的含量小于80原子％时实际上不存在化学稳定性方面的问题，其中硅的含量以硅/(硅+过渡金属)表示。虽然先前认为难以在光掩模图案微型化的生产中使用这种过渡金属硅化物，特别是作为一种在光掩模的微型化中的光屏蔽膜材料，这种光掩模的微型化需要使用具有波长为250nm或以下的曝光用光(例如，ArF准分子激光)来实施光刻，但是其作为一种使之具有高电导率的方法来说是有利的。
发明者们发现通过给予过渡金属硅化物一个相对低的硅含量并且在组成中也包括一定程度的氮，在光屏蔽性能方面的电导率和化学稳定性都没有实际上的损失。即，通过增加相对大量的氮或氮和氧到过渡金属硅化物及因此增加氧化值而使其半透明的膜至今被用作半色调膜和被确定是化学稳定的。然而，发明者们发现，当组成中包括某一数量的氮时，即使具有相对低的硅含量的过渡金属硅化物也能够在允许硅化物完全起光屏蔽膜功能的氧化水平下保持化学稳定性。而且，他们发现给予过渡金属硅化物光屏蔽膜一含氮组合物不但确保了掩模清洗条件下的化学稳定性，而且增加了在氯和氧存在的干法刻蚀条件下光屏蔽膜的干法蚀刻阻抗。因此，当这种光屏蔽膜与铬基膜结合使用时，能够达到高的加工精度。
因此，本发明提供了一种用来制造光掩模的光掩模坯，光掩模具有透明基板，透明基板上提供有掩模图案，掩模图案具有对曝光用光透明的区域和对曝光用光基本不透明的区域，光掩模坯包含一光屏蔽膜以及一个或更多铬基材料膜，光屏蔽膜由一个单独的层构成或由许多层构成，一个单独的层由含有过渡金属、硅以及氮的材料制成，多个层中的至少一层由含有过渡金属、硅以及氮的材料制成。含有过渡金属、硅以及氮的材料中的硅和过渡金属的原子比至少为1∶1但是小于4∶1，硅和过渡金属的原子比以硅/过渡金属表示，氮的含量至少为5原子％但是不多于40原子％。
在本发明的优选方面中，由含有过渡金属、硅以及氮的材料制成的层具有一结合量的过渡金属和硅，其在由上述材料制成的层中所占的比例至少为60原子％。
可以在光屏蔽膜的远离透明基板的一侧形成铬基材料膜，在这种情况下，铬基材料膜可形成部分或全部抗反射膜，或可成为蚀刻掩模膜。
可选择的，可以在透明基板和光屏蔽膜之间沉积铬基材料膜，在这种情况下，铬基材料膜可能成为蚀刻阻止膜。
通过增加相对大量的氮或氮和氧到过渡金属硅化物及因此增加氧化值来使其半透明的膜至今被用作半色调膜和被确定为化学稳定的。然而，在本发明中使用的含有过渡金属、硅以及氮的材料确保了在材料能够完全起光屏蔽膜功能的氧化水平下的化学稳定性。
由于高的过渡金属含量，本发明的光掩模坯是导电的，因此在光掩模的生产加工中能够防止充电，除此之外，在光掩模的生产加工的清洗中它还具有好的化学稳定性。而且，在本发明的光掩模坯中，因为由含有过渡金属、硅以及氮的材料制成的层在光屏蔽膜中具有至少5原子％的氮含量，其对包含氯和氧的干法刻蚀条件显示了高的阻抗。当光掩模坯和这种层一起也具有除了只是抗反射膜以外的铬基材料膜时，例如为由随后描述的铬基材料制成的蚀刻掩模膜或蚀刻阻止膜，在由含有过渡金属、硅以及氮的材料制成的层在图案形成操作中被形成图案以后，和这种层一起提供的铬基材料膜可能需要在包含氯和氧存在的蚀刻条件下进行干法刻蚀步骤。但是，通过上文提到的高蚀刻阻抗，使达到高加工精度成为可能，即使实施这种干法刻蚀步骤，也能阻止例如侧面腐蚀的问题。
附图说明
图1示出了根据本发明的光掩模坯的实施例。图1A为在透明基板上直接放置光屏蔽膜的光掩模坯的截面图，图1B为在透明基板上越过插入的相移膜放置光屏蔽膜的光掩模坯的截面图。
图2A到2H示出了根据本发明的光掩模坯生产光掩模的步骤。每一个图是生产莱文信(levenson)掩模(制造实施例A)的其中一个步骤的截面图。
图3示出了根据本发明的光掩模坯生产光掩模的步骤。每一个图描画了在生产条纹型低铬掩模(制造实施例B)过程中的其中一个步骤。图3A、C、E、G和I是截面图，图3B、D、F、H和J是顶视图。
图4示出了根据本发明的光掩模坯生产光掩模的步骤。这些图描画了在图3所示的步骤之后生产条纹型低铬掩模(制造实施例B)过程中的各个步骤。图4A、C、E、G和I是截面图，图4B、D、F、H和J是顶视图。
图5示出了根据本发明的光掩模坯生产光掩模的步骤。这些图描画了在生产三全音(tritone)相移掩模(制造实施例C)过程中的各个步骤。
具体实施方式
本发明的光掩模坯是一种用来制造具有透明基板的光掩模的光掩模坯，透明基板上提供有掩模图案，掩模图案具有对曝光用光透明的区域和对曝光用光基本不透明的区域。本发明的光掩模坯包含一层光屏蔽膜以及一层或更多铬基材料膜，光屏蔽膜由一个单独的层构成或由许多层构成，一个单独的层由含有过渡金属、硅以及氮的材料制成，多个层中的至少一层由含有过渡金属、硅以及氮的材料制成。制成光屏蔽膜的含有过渡金属、硅以及氮的材料中的硅和过渡金属的原子比至少为1∶1但是小于4∶1(即，1≤(硅/过渡金属)＜4)，硅和过渡金属的原子比表示成硅/过渡金属，氮的含量至少为5原子％但是不多于40原子％。
在本发明的光掩模坯中，光屏蔽膜可能为单层膜或多层膜。构成这种膜的许多层中的至少一层含有过渡金属、硅以及氮，表示成硅/过渡金属的硅和过渡金属的原子比至少为1∶1但是小于4∶1(1≤(硅/过渡金属)＜4)，最好从1∶1到3∶1(1≤(硅/过渡金属)≤3)。通过包含过渡金属的比例大于20％，并且最好至少为25％，电导率可容易地获得，过渡金属的比例表示成过渡金属/(过渡金属+硅)。
当事先确定包含的过渡金属大于20％并且特别是大于25％或更多时，所必需的化学稳定性产生了损失，例如，在光掩模的生产中使用氨/过氧化氢水溶液的清洗操作。然而，通过在膜中包含从5到40原子％的氮，即使当硅和过渡金属的比率处于上文所述的范围以内时，也能够达到化学稳定性。
在至今的现有技术中已经知道，当用作半透明膜的具有这类高氧化态的膜含有氮时，它们是格外化学稳定的(JP-A 10-148929)。而且，就例如钼、钽、锆、铪以及硅等的元素来说，虽然不可能事先确定组合用作光屏蔽膜的这类元素在低氧化态下的化学稳定性，但是它们的氧化物具有高的化学稳定性，在更高的氧化态下认为可以得到更好的稳定性。相反，在本发明中，能够在低氧化态下达到化学稳定性；即，当过渡金属和硅的混合量在全部材料中占至少60原子％并且特别是占至少65原子％时。
含氮量至少为5原子％而不大于40原子％，并且最好至少为5原子％而不大于35原子％。在小于5原子％的情况下，不能确保其足够的化学稳定性。另一方面，在大于40原子％的情况下，特别是当这种膜作为适合在使用ArF准分子激光曝光以生产光掩模的过程中的光屏蔽膜使用时，膜厚必须做的很大，从而导致基板变形和在微细加工中必须增加抗蚀剂膜的厚度，例如到250nm或更大，这在实用中是不合要求的。
同时，光屏蔽膜要求具有化学稳定性，以至于在清洗过程中膜厚不能改变。对于在ArF曝光中使用的光掩模，要求在清洗中膜厚的改变不大于3nm。然而，在清洗条件对光掩模生产加工是不可缺少的情况下，特别是使用硫酸/过氧化氢水溶液(硫酸过氧化物混合物)清洗时，光屏蔽膜发生了损伤，促使其必须非常注意光屏蔽性能的损失。当构成光屏蔽膜的材料的表示为硅/过渡金属的硅和过渡金属的原子比小于4∶1(硅/过渡金属＜4)时，在缺乏氮的情况下，上述条件下的膜缺乏化学稳定性；特别是，在硅/过渡金属的比率为1∶1时，其将容易溶解。然而，如果至少包含5原子％的氮，就能保证解决上述实际问题的程度所需的上述条件下的化学稳定性。
也必须注意膜的电导率以防止在用来形成掩模图案的光刻中照射电子束的同时发生充电。只要硅和过渡金属的比率小于4∶1，也就是硅/过渡金属＜4，就能达到必需的传导率。
在光屏蔽膜中的过渡金属的优选实施例包括钼、钽、锆和铪。根据对于干法刻蚀的可控性，首选钼。
由于光掩膜上的膜在功能上作为具有足够光屏蔽能力的膜，在通常使用的具有光屏蔽膜和抗反射膜的二元掩模坯中，需要光屏蔽膜和抗反射膜，随后描述的在坯料上具有的蚀刻阻止膜、加之在半色调相移掩模坯中的半色调相移膜共同地具有的曝光用光的光密度(OD)至少为2.5，更可取地至少为2.8，最好至少为3.0。
虽然如果包含大于给定数量的轻元素时可能达不到足够的光屏蔽性能，但是制成光屏蔽膜的含有过渡金属、硅以及氮的材料可能也含有作为附加组分的例如氧和碳等的轻元素。因此，使用波长为193nm或更小的光来曝光本发明的光掩膜坯是特别合适的。特别的，使用波长为193nm的ArF准分子激光来曝光的光掩模坯具有的碳含量最好不大于20原子％，具有的氧含量最好不大于10原子％，并且氮、碳和氧的共同数量最好不大于40原子％。同样地，过渡金属和硅的共同数量在全部材料中的比例至少为60原子％，并且优选至少为65原子％。
可能通过已知的方法沉积由含有过渡金属、硅以及氮的材料组成的光屏蔽膜。通常使用溅射法沉积是因为通过这种方法可以非常容易地获取具有极好均匀性的层。同样在本发明中，优选溅射工艺作为沉积的方法。可能使用单独的靶实施溅射，靶中包含的硅和过渡金属的比率已经经过了适当的调整。可替代地，通过适当的选择硅靶、过渡金属靶和由硅和过渡金属制成的靶(过渡金属硅化物靶)、和调整靶的溅射表面区域或加到靶中的功率，可以调整硅和过渡金属的比率。有时候，为了包含氮和例如氧和碳等的其它元素，在由含有过渡金属、硅以及氮的材料制成的层中，可通过反应性溅射法实施沉积，在反应溅射法中，含氮的气体或附加的包含氧和碳的气体被适当地作为活性气体引入到溅射气体中。
前述的光屏蔽膜和铬基材料膜结合时更加有用。特别地，如果铬基材料膜是后来描述的这类蚀刻掩模膜或蚀刻阻止膜，在将含有硅、过渡金属以及氮的膜图案化以后，铬基材料将会被剥落或者图案化。但是，即使当在含有过渡金属、硅以及氮的材料中的硅和过渡金属的原子比(硅/过渡金属)至少为1∶1而小于4∶1时，所使用的材料应该是不含氮的，发现在铬基材料膜的蚀刻条件下，也就是在含有氯和氧的干法蚀刻下，也存在部分图案将发生腐蚀，特别是侧面腐蚀的风险。即使当硅和过渡金属的原子比(硅/过渡金属)至少为1∶1而小于4∶1时，通过含有至少5原子％的氮，就能够有效地抑制这样的侧面腐蚀。
本发明的光掩模坯具有透明基板上的一层光屏蔽膜和一层或多层铬基材料膜，铬基材料膜可以沉积在光屏蔽膜的远离透明基板的一侧，或可以沉积在透明基板和光屏蔽膜之间。在前一种情况下，铬基材料膜可形成部分或全部抗反射膜和/或可形成蚀刻掩模膜。在后一种情况下，铬基材料膜可形成蚀刻阻止膜。而且，在需要时，透明基板和光屏蔽膜之间、透明基板和铬基材料膜之间或光屏蔽膜和铬基材料膜之间可以分别提供其它的膜。例如，可以在透明基板和光屏蔽膜之间提供对曝光用光半透明或透明的半透明膜或相移膜。
由于蚀刻阻止膜和蚀刻掩模膜必须具有与由含有过渡金属、硅以及氮的材料制成的光屏蔽膜层明显不同的蚀刻选择性，所以，优选在氟基干法刻蚀中具有低蚀刻率和金属硅化物基材料具有干法蚀刻阻抗的条件下这些具有能够被干法蚀刻的物理性质的膜。根据这种要求，优选从铬基材料中选择。在不使用蚀刻掩模膜的情况下，因为抗蚀剂膜能够制得更薄，能够高精度地形成小尺寸的图案，所以随着蚀刻条件的改变和通过干法刻蚀对金属硅化物基材料(不是由铬基材料形成的抗反射膜的一部分和不是由铬基材料形成的光屏蔽膜的一部分或者全部)实施的图案转印，优选使用由铬基材料制成部分或全部抗反射膜和部分光屏蔽膜(如果光屏蔽膜具有多层，这些多层的一部分)的方法和将抗蚀剂图案首先转印到由铬基材料制成的膜(层)上的方法。
当本发明的光掩模坯是相移掩模坯时，蚀刻阻止膜是有用的。无论相移掩模的相移部分对曝光用光来说是透明的还是半透明的，通常都要按相移掩模的样式图案化光屏蔽膜和形成相移图案，然后剥落在相移图案上的光屏蔽膜的一部分。然而，当在光屏蔽膜中使用含有过渡金属和硅的材料时，存在对去除这些材料最有效的干法刻蚀中的氟基干法刻蚀可能会在工艺过程中损害相移部分和透明基板的风险。
在这种情况下，例如，通过在含有过渡金属、硅以及氮的光屏蔽膜和形成相移部分的材料(即，透明基板或相移膜)之间提供蚀刻阻止膜，并且将相移部分的图案首先转印到光屏蔽膜，然后转印到蚀刻阻止膜，随后形成抗蚀剂图案以保护光屏蔽膜的被留下的部分，然后对相移部分实施干法刻蚀处理，同时移除光屏蔽膜的剥落部分。到在包含氯和氧的干法刻蚀条件下剥落蚀刻阻止膜的时候，可在不损害相移部分或透明基板的情况下而将光屏蔽膜的不必要的部分剥落。
当在光屏蔽膜的远离透明基板的一侧提供抗反射膜和蚀刻掩模膜时，蚀刻掩模膜(在这里使用的“蚀刻掩模膜”是指当干法刻蚀透明基板(底层膜)的一侧上的膜时起蚀刻掩模作用的膜，并且因为其随着使用而完全剥落，所以不能保留在完整的掩模上)是处于抗反射膜的远离透明底基的一侧上的膜，并且在蚀刻底层膜的过程中起蚀刻掩模的作用。
特别地，当在相移掩模坯中的抗反射膜也由含有过渡金属和硅的材料制成时，在相移部分的加工过程中，必须坚固地保护另外经历同样条件下的蚀刻的抗反射膜。然而，为了提供这种保护而增加抗蚀剂膜的厚度可能对抗蚀剂图案是不利的，之后更难制作小尺寸的抗蚀剂图案。因此从微细加工的角度上说，希望使用和抗反射膜的蚀刻特性不同的材料来保护抗反射膜，在这种情况下，首先将抗蚀剂图案转印到蚀刻掩模膜，然后使用蚀刻掩模图案作为蚀刻掩模蚀刻底层膜。
蚀刻掩模膜和蚀刻阻止膜中的每一个可以由一个单独的层或许多个层组成，或可具有梯度组成(即，在膜厚方向连续或不连续改变的组成)。在这里使用的铬基材料优选未结合的铬或含有铬和一种或多种从氧、氮和碳中选择的元素的铬化合物；并且更加优选含有铬、氧和/或氮的铬化合物。优选不含硅的铬化合物。优选的铬化合物的例证性的实例包括铬氧化物、铬氮化物、铬氧氮化物、铬氧碳化物、铬碳氮化物以及铬氧碳氮化物。
对于蚀刻掩模膜的情况下，由于也特别随着膜厚而变化的蚀刻阻抗在铬的含量为50原子％或更多，并且特别为60原子％或更多时，通过使用未结合的铬或含前述范围的铬的铬化合物而改善，所以可在不使蚀刻掩模膜变得很厚的情况下，获得所期望具有高蚀刻掩模效应的膜。
可以通过提供铬基材料来获得对光屏蔽膜和/或透明基板提供足够蚀刻选择性的蚀刻掩模膜，其中制作蚀刻掩模膜的铬基材料中铬的含量为50到100原子％，特别是60到100原子％；氧的含量为0到50原子％，特别是0到40原子％；氮的含量为0到50原子％，特别是0到40原子％；以及碳的含量为0到20原子％，特别是0到10原子％。
对于蚀刻阻止膜的情况下，若关于含有过渡金属、硅和氮的膜的蚀刻选择性很大，基本上能够实现所期望的目的，所以蚀刻阻止膜可由近似于上文所述的组成蚀刻掩模膜的铬基材料制成。然而，当希望在透明基板和光屏蔽膜之间提供的蚀刻阻止膜在生产例如低铬掩模的工艺步骤中具有强的蚀刻掩模效应时，最好选择一种上文列出的作为用于蚀刻掩模膜的铬基材料的优选实例中的材料。
当提供由上文所述的铬基材料制成的蚀刻掩模膜时，为了促进剥落蚀刻掩模膜，抗反射膜最好由含有过渡金属和硅的材料制成。当在抗反射膜中使用含有过渡金属和硅的材料时，抗反射膜可由一个单独的层或许多个层组成，或可以是一种具有梯度组成的材料。
在这种抗反射膜中的过渡金属的优选实例包括钼、钽、锆以及铪。从膜适应干法刻蚀的观点考虑，首选钼。
当抗反射膜由包含过渡金属和硅的材料制成时，优选的组成是硅含量为10到80原子％，特别是30到50原子％；氧含量为0到60原子％，特别是0到40原子％；氮含量为0到57原子％，特别是20到50原子％；碳含量为0到20原子％，特别是0到5原子％；以及过渡金属含量为0到35原子％，特别是1到20原子％。当抗反射膜的组成在厚度方向具有梯度时，优选抗反射膜的组成是硅含量为0到90原子％，特别是10到90原子％；氧含量为0到67原子％，特别是5到67原子％；氮含量为0到57原子％，特别是5到50原子％；碳含量为0到20原子％，特别是0到5原子％；以及过渡金属含量为0到95原子％，特别是1到20原子％。
当不提供蚀刻掩模膜时，远离透明基板侧(表面层侧)的部分抗反射膜或全部抗反射膜可由铬基材料组成，以及由铬基材料制成的膜的这些部分可以具有蚀刻掩模的功能，如果需要非常强的蚀刻掩模的功能，除了抗反射膜以外，光屏蔽膜的一部分也可以由铬基材料制成。通过在抗反射膜中使用具有不同蚀刻性质的材料等，当在实施工艺过程中的蚀刻条件在蚀刻整个光屏蔽膜的期间改变时，可减小在加工中使用的抗蚀剂膜的负荷并且可使抗蚀剂层的厚度变小，从而可以使生产具有更小的最小特征尺寸成为可能。
抗反射膜可以由一个单独的层或许多层组成，或可以具有梯度组成。构成抗反射膜和光屏蔽膜的铬基材料优选为未结合的铬或含有铬和一种或多种选自氧、氮以及碳的铬化合物；并且更加优选一种含有铬与氧和/或氮结合的铬化合物。首选不含硅的铬化合物。优选的铬化合物的例证性的实例包括铬氧化物、铬氮化物、铬氧氮化物、铬氧碳化物、铬碳氮化物以及铬氧碳氮化物。
当抗反射膜由铬基材料制成时，优选该材料的铬含量为30到70原子％，特别是35到50原子％；氧含量为0到60原子％，特别是20到60原子％；氮含量为0到50原子％，特别是3到30原子％；以及碳含量为0到20原子％，特别是0到5原子％。当该组成在厚度方向具有梯度时，优选该抗反射膜的组成中铬的含量为30到100原子％，特别是35到90原子％；氧的含量为0到60原子％，特别是3到60原子％；氮的含量为0到50原子％，特别是3到50原子％；以及碳的含量为0到30原子％，特别是0到20原子％。
当部分光屏蔽膜由铬基材料制成时，优选铬基材料中铬的含量为50到100原子％，特别是60到100原子％；氧的含量为0到50原子％，特别是0到40原子％；氮的含量为0到50原子％，特别是0到40原子％；以及碳的含量为0到20原子％，特别是0到10原子％。当部分光屏蔽膜在膜的厚度方向的组成具有梯度时，优选光屏蔽膜的组成中铬的含量为50到100原子％，特别是60到100原子％；氧的含量为0到60原子％，特别是0到50原子％；氮的含量为0到50原子％，特别是0到40原子％；以及碳的含量为0到20原子％，特别是0到10原子％。
通过常规的沉积铬基光屏蔽膜和抗反射膜的方法进行由铬基材料组成的上述膜的沉积，这些方法是现有技术所熟知的。也可以使用类似的方法来实施蚀刻阻止膜和蚀刻掩模膜的沉积。在一个通常使用的适合的方法中，使用铬靶和在例如氩等的惰性气体、例如含氧气体、含氮气体或含碳气体等的活性气体或由惰性气体和活性气体组成的混合气体的气流中通过溅射来实施沉积(例如，参见JP-A 7-140635)。
虽然还取决于使用的材料、抗反射膜的光密度和其它的性质以及存在或不存在蚀刻阻止膜，但是为了提供合乎要求的光屏蔽性能并且达到上文所述的光密度，光屏蔽膜优选的厚度一般至少为10nm，以防止基板形状的应变诱导的变形和蚀刻能力的下降，最好不大于70nm。虽然膜的厚度的改变还取决于在光掩模生产或使用期间用作检查的光的波长，但是通过设置抗反射膜的厚度通常为5到50nm，并且最好为10到30nm，可以获得抗反射效应。特别地对于ArF准分子激光曝光，优选厚度为15到25nm。
根据膜的结构可以适当选择蚀刻掩模膜的厚度。在厚度为2到55nm，特别为2到30nm时，一般可以获得足够的蚀刻掩模功能。作为选择，通过设置蚀刻阻止膜的厚度至少为2nm，并且最好至少为5nm，可以得到这种功能。其上限可能一般被设置到20nm或更小，并且特别为15nm或更小。
图1示出了根据本发明的光掩模坯的实施例。在图1A中示出的光掩模坯具有按顺序沉积在透明基板1上的蚀刻阻止膜2、光屏蔽膜3、抗反射膜4以及蚀刻掩模膜5。在图1B中示出的光掩模坯具有按顺序沉积在透明基板1上的相移膜8、蚀刻阻止膜2、光屏蔽膜3、抗反射膜4以及蚀刻掩模膜5。
光掩模可通过应用例如干法刻蚀等的蚀刻技术以使沉积在本发明的光掩模坯的透明基板上的膜图案化来制造，并且如果必要的话，可以使用化学放大的正性加工抗蚀剂或负性加工抗蚀剂，使透明基板图案化。
接下来，描述根据本发明的制造光掩模坯的实施例。首先，参考图2描述实施例(制造实施例A)，通过连续地在透明基板1上沉积例如由氮化铬制成的蚀刻阻止膜2、含有过渡金属、硅和氮的光屏蔽膜3、含有过渡金属和硅的抗反射膜4以及例如由氮化铬制成的蚀刻掩模膜5以获得光掩模坯，使用该光掩膜坯来制造莱文信(levenson)相移膜。
在这种光掩模的制造中，第一抗蚀剂膜6被沉积在光掩模坯上(图2A)，并且通过光刻工艺以相移图案的形式在那里形成光刻胶图案(图2B)。这里的抗蚀剂膜应当具有至少足够大的厚度以使蚀刻阻止膜5能够被蚀刻。接下来，使用这种抗蚀剂图案作为蚀刻掩模，在包含氧和氯的常规的干法刻蚀条件下，干法蚀刻在下面的铬基材料，从而将图案转印到蚀刻掩模膜5(图2C)。然后使用所得到的蚀刻掩模图案5作为蚀刻掩模，通过氟基干法蚀刻，将图案转印到抗反射膜4和光屏蔽膜3(图2D)。随后再一次在包含氯和氧的干法刻蚀条件下图案化蚀刻阻止膜2(图2E)。这时，在光屏蔽膜3中存在的氮防止了光屏蔽膜3的侧面腐蚀，结果其工作面(侧壁)保持垂直。
这里，去除最初形成的第一抗蚀剂6的图案，并且沉积第二抗蚀剂膜7以形成抗蚀剂图案，在抗蚀剂图案上，只有被蚀刻进入透明基板1的区域形成开口(图2F)。使用这种第二抗蚀剂膜7的图案作为蚀刻掩模，通过氟基干法刻蚀工艺蚀刻透明基板1到一深度，在这一深度，在光掩模使用时应用的曝光用光的相位将会改变大概180°(图2G)。在这种蚀刻工艺中，用作蚀刻掩模膜5的铬基材料膜被暴露于强的蚀刻条件。然而，通过使用具有高铬含量的蚀刻掩模膜5，即使抗蚀剂图案7的边缘缩减，也可以防止蚀刻掩模膜5缩减并且因此防止抗反射膜4由于干法刻蚀而发生的损伤。然后通过使用用来剥离抗蚀剂的硫酸/过氧化物水溶液或氨-过氧化氢溶液来清洗以剥离第二抗蚀剂膜7。这样，能够在不损伤含氮光屏蔽膜3的情况下去除抗蚀剂膜7。最终，通过包含氯和氧的干法刻蚀工艺去除蚀刻掩模膜5。这样防止了抗反射膜4和图案化的透明基板1发生重大的损伤，因此，使其可能获得具有高精度等级的莱文信(levenson)相移掩模(图2H)。
接下来，根据图3和图4，描述用来制作条纹型低铬相移掩模的上述的光掩模坯的实施例(制造实施例B)。
在光掩模坯的顶部沉积第一抗蚀剂膜6，光掩模坯由透明基板1和透明基板1上的蚀刻阻止膜2、光屏蔽膜3、抗反射膜4和蚀刻掩模膜5组成(图3A和3B)。然后通过光刻工艺使第一抗蚀剂膜6图案化以使将被蚀刻进入透明基板1的区域形成开口(图3C和3D)。使用在第一抗蚀剂膜6中的这种图案作为蚀刻掩模，在包含氯和氧的干法蚀刻条件下实施蚀刻，从而将图案转印到蚀刻掩模膜5(图3E和3F)。接下来，通过氟基干法刻蚀移除在蚀刻掩模膜5的开口处的抗反射膜4和光屏蔽膜3(图3G和3H)，接下来通过包含氯和氧的干法刻蚀条件下的蚀刻去除蚀刻阻止膜2(图3I和3J)。
然后剥离第一抗蚀剂膜6，重新沉积第二抗蚀剂膜7，对应于将被留下的光屏蔽膜3的区域的形状形成第二抗蚀剂膜7的图案(图4A和4B)。在第二抗蚀剂膜7的图案最终变成非常纤细的点的图案的情况下，由于已经暴露的透明基板1的区域不是使用这种第二抗蚀剂膜7用来蚀刻的靶区域，所以为了防止在第二抗蚀剂膜7中的纤细的点图案塌陷，第二抗蚀剂膜7中的图案可以被有意地形成以延伸到这些区域。接下来，使用这种第二抗蚀剂膜7的图案作为蚀刻掩模，在包含氯和氧的干法刻蚀条件下实施蚀刻，从而去除在光屏蔽膜3将被去除而透明基板1不被蚀刻的区域中的蚀刻掩模膜5(图4C和4D)。
随后剥离第二抗蚀剂膜7(图4E和4F)。接下来，实施氟基干法刻蚀，从而蚀刻透明基板1到一预定的深度以形成相移部分，并且附加地去除在使用第二抗蚀剂膜7的图案实施去除蚀刻掩模膜5的蚀刻步骤的区域中的抗反射膜4和光屏蔽膜3，在这些区域中只留下蚀刻阻止膜2(图4G和4H)。最终，在包含氯和氧的干法刻蚀条件下实施蚀刻，从而去除暴露的蚀刻阻止膜2并同时去除覆盖光屏蔽膜3的抗反射膜4上的尚未去除的蚀刻掩模膜5，从而完成相移掩模(条纹型低铬掩模)(图4I和4J)。
在上述的制造实施例A中已经作出解释，按照这些步骤的顺序，在包含氯和氧的干法刻蚀条件下的蚀刻中，由于氮的效应，含有过渡金属、硅和氮的光屏蔽膜3暴露的侧壁不发生侧面腐蚀。在用来去除抗蚀剂膜的化学处理中也不发生侧面腐蚀。
参考图5还描述由光掩模坯制造三全音相移掩模的实例，光掩模坯由透明基板1和连续沉积在透明基板1上的由例如过渡金属硅化物氧氮化物构成的半色调相移掩模膜8、由铬化合物构成的蚀刻阻止膜2、含有过渡金属、硅和氮的光屏蔽膜3、含有过渡金属和硅的抗反射膜4以及由铬基材料构成的蚀刻掩模膜5组成(制造实施例C)。
在上述的光掩模坯上沉积第一抗蚀剂膜6(图5A)，接下来对应于将在半色调相移膜8上留下的区域的形状图案化第一抗蚀剂膜6(图5B)。接下来，使用在第一抗蚀剂膜6中得到的图案作为蚀刻掩模，通过在包含氯和氧的干法刻蚀条件下的蚀刻将第一抗蚀剂膜6的图案转印到蚀刻掩模膜5(图5C)。然后实施氟基干法刻蚀，从而将第一抗蚀剂膜6的图案转印到抗反射膜4和光屏蔽膜3(图5D)。
接下来，剥离第一抗蚀剂膜6并且在保留光屏蔽膜3的区域中重新沉积第二抗蚀剂膜7而形成图案，从而在那些区域中保护蚀刻掩模膜5(图5E)。然后通过在包含氯和氧的条件下的干法刻蚀蚀刻并去除蚀刻阻止膜2，从而在半色调相移膜8将被去除的区域处形成开口，附加地去除在光屏蔽膜3中将被去除的区域处的蚀刻掩模膜5(图5F)。接下来，实施氟基干法刻蚀，从而去除半色调相移膜8的靶区域(在蚀刻阻止膜2的开口处)，并且也去除未通过第二抗蚀剂膜7保护的区域中的抗反射膜4和光屏蔽膜3(图5G)。然后去除第二抗蚀剂膜7并再次实施在包含氯和氧的干法刻蚀条件下的蚀刻，从而去除在用来去除光屏蔽膜3的区域中保留的蚀刻阻止膜2并且还去除覆盖光屏蔽膜3的抗反射膜4上的尚未去除的蚀刻掩模膜5。这样，在不损伤透明基板1或半色调相移膜8的情况下去除了各自膜中所有要去除的区域，得到完整的三全音相移掩模(图5H)。
这里，由于对上述制造实施例A已经作出解释，按照这些步骤的顺序，在包含氯和氧的干法刻蚀条件下的蚀刻中，由于氮的效应，含有过渡金属、硅和氮的光屏蔽膜3的暴露的侧壁不发生侧面腐蚀。在用来去除抗蚀剂膜的化学处理中也不发生侧面腐蚀。
也可以由本发明的光掩模坯生产例如半色调相移掩模或低铬相移掩模等的相移掩模。
本发明的光掩模坯作为具有电导率和化学稳定性以适合于生产光掩模的实际应用的光掩模坯是有益的，通过电子束光刻，特别是在电子束曝光过程中增加电流密度的电子束光刻，例如应用电流密度为40A/cm2或更大，特别是50到80A/cm2的电子束光刻等生产光掩模坯。
实施例
下面给出的实验和实施例是作为说明而不是作为限制。
实验1到15
在氩气气氛下或氩气和氮气的气氛下，通过调节输入功率，使用单独的钼靶和硅靶实施溅射，从而将表1所示的硅化钼基材料膜1到15(膜厚39nm)沉积在一个由石英制成的透明基板上。然后将膜浸入到氨-过氧化物的混合液(氨水/过氧化氢水溶液/水的体积比为1∶1∶30)中一个小时，并且测量膜厚的变化(减少)。膜厚的变化和每个膜的光密度由下面的表格示出。当氮的含量小于5原子％时，膜缺乏足够的化学阻抗，反之，当氮的含量大于40原子％时，光密度很低，使膜不适合作为光屏蔽膜使用。已经得到证实的是当氮的含量为40原子％或者更少时，通过设置硅/(硅和过渡金属)的比率为75％或以下，薄层电阻率可固定在1kΩ/。
表1
Figure G071G7651X20071102D000161
实施例1到5和比较实施例1到4
通过在氩气和氮气的气氛下利用铬靶实施溅射，将氮化铬膜(原子比，铬∶氮＝9∶1；膜厚，10nm)沉积在一个透明基板上以作为蚀刻阻止膜。在各自的实施例中，将上面所述的硅化钼膜1、5到10、12和13中的一个沉积在蚀刻阻止膜上，然后再在这层膜的顶部，在氩气、氮气和氧气气氛下，利用铬靶实施溅射沉积一个氧氮化铬膜(原子比，铬∶氧∶氮＝4∶5∶1；膜厚，20nm)作为抗反射膜，从而提供了一个光掩模坯。
然后将抗蚀剂应用在抗反射膜上，并且通过电子束光刻形成一个线路和间距均为5nm的图案。利用这个抗蚀剂图案作为蚀刻掩模，通过将各自流量分别为20sccm、9sccm和80sccm的氯气、氧气和氦气混合在一起准备的蚀刻气体引进蚀刻腔室蚀刻氧氮化铬膜(抗反射膜)，并且在内部压强为2Pa的腔室内实施干法蚀刻。接下来，C2F6气体以20sccm的流量被单独引入蚀刻腔室内，并且硅化钼膜(光屏蔽膜)的蚀刻是在内部压强为2Pa的腔室内完成的。然后氮化铬膜(蚀刻阻止膜)再一次在上面所述的包含氯和氧的干法刻蚀条件下被干法蚀刻，从而提供了一个光掩模模型。在扫描电子显微镜之下检查其上面的图案的形状。结果在表2中显示。
表2
实施例6
一个具有如图1A所示的膜结构的光掩模坯是利用溅射方法沉积各个膜制造的。各个膜如下。
透明基板：石英基板
蚀刻阻止膜：氮化铬(铬∶氮＝9∶1(原子比)；膜厚，10nm)
光屏蔽膜：氮硅化钼(钼∶硅∶氮＝1∶3∶1.5(原子比)；膜厚，41nm)
抗反射膜：氮硅化钼(其组成在厚度的方向具有梯度，在光屏蔽膜一侧为钼∶硅∶氮＝1∶3∶1.5(原子比)，而在远离透明基板的一侧(蚀刻掩模一侧)为钼∶硅∶氮＝1∶5∶5(原子比)；膜厚，18nm)
蚀刻掩模膜：氮化铬(铬∶氮＝9∶1(原子比)；膜厚，10nm)
这个光掩模坯是按照如上所述的光掩模制造实施例A加工的，因此产生了一个莱文信(levenson)掩模。
使用最初由一种羟基苯乙烯树脂、一种交联剂和一种酸发生剂组成的化学放大的负性抗蚀剂膜作为第一抗蚀剂膜和第二抗蚀剂膜。每个膜设定为250nm的厚度并且利用电子束光刻图案化。在透明基板上形成的相移部分的深度固定在172nm，即相移大约180°时的深度。
不管图案多么稀疏或密集，获得的光掩模都很好的反映所选中的图案的尺寸，证明了光掩膜坯具有极少的密度独立性。此外，在光屏蔽膜被蚀刻的时候，基板并没有受腐蚀。因此，在基板上形成一个有一预定量相移的相移部分是可能的。
实施例7
一个具有如图1A所示的膜结构的光掩模坯是利用溅射方法沉积各个膜制造的。各个膜如下。
透明基板：石英基板
蚀刻阻止膜：氮化铬(铬∶氮＝9∶1(原子比)；膜厚，10nm)
光屏蔽膜：氮硅化钼(钼∶硅∶氮＝1∶3∶1.5(原子比)；膜厚，41nm)
抗反射膜：氮硅化钼(其组成在厚度的方向具有梯度，在光屏蔽膜一侧为钼∶硅∶氮＝1∶3∶1.5(原子比)，而在远离透明基板的一侧(蚀刻掩模膜一侧)为钼∶硅∶氮＝1∶5∶5(原子比)；膜厚，18nm)
蚀刻掩模膜：氮化铬(铬∶氮＝9∶1(原子比)；膜厚，10nm)
这个光掩模坯是按照如上所述的光掩模制造实施例B加工的，因此产生了一个条纹型的低铬掩模。
使用最初由一种羟基苯乙烯树脂、一种交联剂和一种酸发生剂组成的化学放大的负性抗蚀剂膜作为第一抗蚀剂膜和第二抗蚀剂膜。每个膜设定为200nm的厚度并且利用电子束光刻图案化。在透明基板上形成的相移部分的深度固定在172nm，即相移大约180°时的深度。
不管图案多么稀疏或密集，获得的光掩模都很好的反映所选中的图案的尺寸，证明了光掩膜坯具有极少的密度独立性。此外，在光屏蔽膜被蚀刻的时候，基板并没有受腐蚀。因此，在基板上精确地形成一个有一预定量相移的相移部分是可能的。
实施例8
一个具有如图1B所示的膜结构的光掩模坯是利用溅射方法沉积各个膜制造的。各个膜如下。
透明基板：石英基板
半色调相移膜：氮氧硅化钼(钼∶硅∶氧∶氮＝1∶4∶1∶4(原子比)；膜厚，75nm)
蚀刻阻止膜：氮化铬(铬∶氮＝9∶1(原子比)；膜厚，10nm)
光屏蔽膜：氮硅化钼(钼∶硅∶氮＝1∶3∶1.5(原子比)；膜厚，41nm)
抗反射膜：氮硅化钼(其组成在厚度方向具有梯度，在光屏蔽膜一侧为钼∶硅∶氮＝1∶3∶1.5(原子比)，而在远离透明基板的一侧(蚀刻掩模膜一侧)为钼∶硅∶氮＝1∶5∶5(原子比)；膜厚，18nm)
蚀刻掩模膜：氮化铬(铬∶氮＝4∶1(原子比)；膜厚，10nm)
这个光掩模坯是按照如上所述的光掩模制造实施例C加工的，因此产生了一个三全音(tritone)相移掩模。
使用最初由一种羟基苯乙烯树脂、一种交联剂和一种酸发生剂组成的化学放大的负性抗蚀剂膜作为第一抗蚀剂膜和第二抗蚀剂膜。每个膜设定为250nm的厚度并且利用电子束光刻图案化。
不管图案多么稀疏或密集，获得的光掩模都很好的反映所选中的图案的尺寸，证明了光掩膜坯具有极少的密度独立性。此外，在光屏蔽膜被蚀刻的时候，相移膜和基板并没有受腐蚀。因此，在基板上精确地形成一个有一预定量相移的相移部分是可能的。

Claims (7)

1.一种用来制造光掩模的光掩模坯，光掩模具有透明基板，透明基板上提供有掩模图案，掩模图案具有对曝光用光透明的区域和对曝光用光基本不透明的区域，光掩模坯包括：
一层光屏蔽膜，光屏蔽膜由一个单独的层构成或由多层构成，一个单独的层由含有选自钼、钽、锆和铪的过渡金属、硅以及氮的材料制成，多层中的至少一层由含有选自钼、钽、锆和铪的过渡金属、硅以及氮的材料制成，和
一层或更多铬基材料膜；
其中含有所述过渡金属、硅以及氮的材料中的硅和所述过渡金属的原子比至少为1∶1但小于4∶1，硅和所述过渡金属的原子比以硅/过渡金属表示，氮的含量至少为5原子％而不多于40原子％。
2.根据权利要求1所述的光掩模坯，其中由含有所述过渡金属、硅以及氮的材料成的层中的所述过渡金属和硅的混合量在组成这层的材料中所占的比例至少为60原子％。
3.根据权利要求1所述的光掩膜坯，其中的铬基材料膜在光屏蔽膜的远离透明基板的一侧形成。
4.根据权利要求3所述的光掩膜坯，其中的铬基材料膜形成了部分的或全部的抗反射膜。
5.根据权利要求3所述的光掩膜坯，其中的铬基材料膜是蚀刻掩模膜。
6.根据权利要求1所述的光掩膜坯，其中的铬基材料膜在透明基板和光屏蔽膜之间形成。
7.根据权利要求6所述的光掩膜坯，其中的铬基材料膜是蚀刻阻止膜。
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