CN101562130A - 利用自组装分子制造光掩模的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用自组装分子制造光掩模的方法，包括：在透明衬底上形成光阻挡层和在所述光阻挡层上形成硬掩模图案。所述硬掩模图案暴露出光阻挡层的一部分。所述方法还包括在硬掩模图案上沉积自组装分子(SAM)层。所述SAM层覆盖硬掩模图案和暴露的光阻挡层的一部分。所述方法还包括：在没有被沉积的SAM层覆盖的光阻挡层的暴露部分上形成抗蚀剂层图案。所述方法还包括移除SAM层以暴露出硬掩模图案和光阻挡层，和利用硬掩模图案和抗蚀剂层图案蚀刻光阻挡层以形成光掩模。此外，所述方法还包括移除硬掩模图案和抗蚀剂层图案。所公开的方法允许利用常规设备和材料制造半导体器件中的精细图案。

Description

利用自组装分子制造光掩模的方法
相关申请交叉引用
本发明要求2008年4月14日提交的韩国专利申请10-2008-0034223的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。
技术领域
本发明一般性涉及制造光掩模的方法，更具体涉及利用自组装分子(SAM)制造光掩模的方法。
背景技术
通常，半导体器件由大量图案形成。这些图案通过利用抗蚀剂层图案作为蚀刻掩模的包括曝光、显影和蚀刻过程的光刻工艺来制造。更具体地，曝光工艺是将光掩模上图案转移至晶片上的抗蚀剂层的工艺。因此，当光掩模上的图案没有精确形成时，不可能获得期望的抗蚀剂层图案。
近来，随着半导体器件集成度提高，图案的尺寸已经减小并变得更精细。目前，电子束光刻方法或激光束方法通常用作在光掩模上形成图案的方法。在相转移掩模中，在透明衬底上依次形成例如相转移层、铬层和抗蚀剂层。然后，通过在抗蚀剂层上利用电子束光刻或激光束光刻实施曝光和显影来形成抗蚀剂层图案。通过利用抗蚀剂层图案作为蚀刻掩模依次移除铬层和相转移层的暴露部分，形成暴露出透明衬底的透光区的相转移层图案和铬层图案。然后，移除抗蚀剂层图案，并且随后移除除框架(frame)区域以外的其余部分中的铬层图案。
与通过常规光刻方法的曝光相比，虽然通过电子束光刻方法或激光束光刻方法的曝光易于形成精细图案，但是由于半导体器件集成度的快速提高，所以在形成超细图案方面存在各种问题。例如，应该持续改善光刻设备、曝光设备、显影设备和蚀刻设备以获得和确保更精细的图案。而且，在电子束光刻工艺或激光束光刻工艺中需要的抗蚀剂层材料的开发应该一起进行。然而，目前，设备的改善和材料的开发不能跟上所需要的集成度的增加。
发明内容
本发明的实施方案涉及利用自组装分子制造光掩模(例如，二元光掩模、相转移掩模(phase shift mask))的方法。所述方法能够形成精细图案并可使用常规曝光设备和抗蚀剂层材料进行。
根据一个实施方案，所述方法包括：在透明衬底上形成光阻挡层和在光阻挡层上形成硬掩模图案。硬掩模图案暴露出光阻挡层的一部分。所述方法还包括在硬掩模图案上沉积自组装分子(SAM)层。所述SAM层覆盖硬掩模图案和暴露的光阻挡层的一部分。所述方法还包括：在没有被沉积的SAM层覆盖的光阻挡层的暴露部分上形成抗蚀剂层图案。所述方法还包括移除SAM层以暴露出硬掩模图案和光阻挡层，和利用硬掩模图案和抗蚀剂层图案来蚀刻光阻挡层以形成光掩模。此外，所述方法还包括移除硬掩模图案和抗蚀剂层图案。
根据另一个实施方案，一种制造相转移掩模的方法包括：在透明衬底上形成相转移层和光阻挡层，和在光阻挡层上形成硬掩模图案。硬掩模图案暴露出光阻挡层的一部分。所述方法还包括在硬掩模图案上沉积自组装分子(SAM)层。SAM层覆盖硬掩模图案和暴露的光阻挡层的一部分。所述方法还包括在没有被SAM层覆盖的光阻挡层的暴露部分上形成抗蚀剂层图案。所述方法还包括移除SAM层以暴露出硬掩模图案和光阻挡层，以及利用硬掩模图案和抗蚀剂层图案来蚀刻光阻挡层以形成光掩模。此外，所述方法还包括移除由光掩模、硬掩模图案和抗蚀剂层图案暴露的相转移层。所述方法还包括移除硬掩模图案、光掩模和抗蚀剂层图案。
在这些不同的实施方案中，硬掩模图案可由金(Au)材料制成或可包含金(Au)材料。
硬掩模图案的形成可包括：在硬掩模层上形成抗蚀剂层，和曝光抗蚀剂层并显影曝光后的抗蚀剂层以形成抗蚀剂层图案。抗蚀剂层图案可具有暴露出硬掩模层一部分的开口。利用抗蚀剂层图案作为蚀刻掩模，可蚀刻硬掩模层的暴露部分以形成硬掩模图案，并且可移除抗蚀剂层图案。硬掩模图案优选具有暴露出光阻挡层一部分的开口。
硬掩模图案开口的宽度优选为硬掩模图案宽度的三倍。
SAM层的沉积优选包括在SAM溶液中浸渍衬底。
优选地，在SAM溶液中，每个自组装分子的末端被硫(S)原子取代，所述硫(S)原子还优选通过烷基连接至自组装分子。
没有被SAM层覆盖的光阻挡层的暴露部分优选具有通过控制烷基长度而可控制的宽度。
抗蚀剂层优选是负性抗蚀剂层。
优选地，SAM层的移除可通过实施氨处理方法和/或包括实施氨处理方法来实现。
根据本发明，与现有光刻方法相比，自组装分子与硬掩模图案的自发反应能够形成精确的精细图案。因此，能够仅仅使用目前常规使用的曝光设备和抗蚀剂层材料容易地形成精细图案。
结合附图以及所附的权利要求，根据以下详述，所公开的发明的其它特征对本领域技术人员而言可变得显而易见。
附图说明
为了更完全地理解所述公开内容，应该参考以下详述和附图，附图中：
图1～6是说明根据本发明一个实施方案的制造二元光掩模的方法的截面图；
图7是说明形成自组装分子层的方法的视图；和，
图8～13是说明根据本发明另一个实施方案的制造相转移掩模的方法的截面图。
虽然所公开的方法可以有不同形式的实施方案，但在附图中举例说明了本发明的具体实施方案(将在下文描述)，应理解所述公开是说明性的，并非意图将本发明限制为本文所描述和举例说明的具体实施方案。
具体实施方式
图1～6是说明根据本发明一个实施方案的制造(二元)光掩模的方法的截面图。图7是说明形成自组装分子层的方法的视图。现在参考图1，在透明衬底100上形成光阻挡层110。衬底100优选具有第一区101和第二区102。第一区101优选是其上设置有光阻挡图案的光阻挡区，第二区102优选是其中暴露出透明衬底100的透光区。例如，可使用石英作为透明衬底100，可使用铬(Cr)层作为光阻挡层110。然后，在光阻挡层110上形成硬掩模层120。硬掩模层120由能够与待随后形成的自组装分子(SAM)层起吸附反应的材料形成。例如，硬掩模层120优选由金(Au)材料形成。然后，在硬掩模层120上形成抗蚀剂层130，并实施对抗蚀剂层130的电子束曝光，如箭头所示。在某些情况下，可实施激光束曝光而不是电子束曝光。
然后，参考图2，通过显影抗蚀剂层(图1的130)被电子束曝光的那些部分来形成抗蚀剂层图案132。抗蚀剂层图案132具有暴露出硬掩模层120的一部分的开口134。抗蚀剂层图案132具有第一宽度L，开口134具有约为第一宽度L三倍的第二宽度3L。因此，硬掩模层120的暴露部分类似地具有相同的第二宽度3L。当电子束曝光时可以实施这些宽度的控制。然后，利用抗蚀剂层图案132作为蚀刻掩模，蚀刻硬掩模层120的暴露部分以形成硬掩模图案122，如图3所示。
然后，在硬掩模图案122的上表面和侧表面上沉积(形成)SAM层140。SAM层140覆盖硬掩模图案122和暴露的光阻挡层110的一部分。为形成SAM层140，如图7所示，将形成有硬掩模层图案122的透明衬底100浸渍于自组装分子712的溶液710(在剖视图中通过附图标记720更详细地表示)中。SAM溶液710中的自组装分子712的末端被硫(S)原子714取代。这些硫(S)原子714连接至烷基分子(例如，(CH2)nX，其中X是CH3、COOH、NH3)。当将形成有硬掩模层图案122的透明衬底浸渍于SAM溶液710中时，SAM溶液710中SAM 712的硫(S)原子714吸附至硬掩模图案122的金材料，并因此单位SAM被吸附至硬掩模图案122，如附图标记“730”所示，形成SAM层140。沉积的SAM层140覆盖硬掩模图案122和暴露的光阻挡层的一部分。如图所示，沉积的SAM层140留有暴露出第一区101(即光阻挡层110的暴露部分的光阻挡区)的开口142。通过控制构成SAM层140的SAM的烷基的长度，可以调节开口142的宽度(因此，还有未被沉积的SAM层140覆盖的暴露的光阻挡图案的部分)。
然后，参考图4，通过SAM层140在开口142中形成抗蚀剂层图案150。为此，在整个表面上优选涂覆负性抗蚀剂层，并随后曝光和显影以形成抗蚀剂层图案150。曝光时，将光限制性地照射至开口(图3的142)，因此当显影时被光照射的部分得到保留。因此，形成限制在开口142中的抗蚀剂层图案150。然后，通过实施平坦化如化学机械抛光(CMP)，将SAM层140和抗蚀剂层图案150的表面平坦化。
然后，如图5所示，移除SAM层(图4的140)。SAM层140的移除可利用氨处理方法实施。由于SAM层140被移除，所以暴露出硬掩模图案122。然后，利用硬掩模图案122和抗蚀剂层图案150作为蚀刻掩模，蚀刻光阻挡层(图4的110)以形成光阻挡层图案(即，光掩模)112。形成的光掩模112暴露出透明衬底100的第二区102(即透光区)的表面。然后，如图6所示，移除硬掩模图案(图5的122)和抗蚀剂层图案(图5的150)，由此制造(二元)光掩模，其中光掩模112设置在第一区101(即，光阻挡区)中，并且透明衬底100暴露在第二区102(即透光区)中。
图8～13是说明根据本发明另一个实施方案的制造相转移掩模的方法的截面图。首先，如图8所示，在透明衬底800上依次形成相转移层805和光阻挡层810。衬底800显示为具有第一区801和第二区802。第一区801优选是其上设置有相转移层图案的相转移区，第二区802优选是其中暴露出透明衬底的透光区。例如，可使用石英作为透明衬底800，可使用钼硅层作为相转移层805，并且可使用铬(Cr)层作为光阻挡层810。然后，在光阻挡层810上形成硬掩模层820。硬掩模层820由能够与待随后形成的SAM层起吸附反应的材料形成。例如，硬掩模层820优选由金(Au)材料形成。然后，在硬掩模层820上形成抗蚀剂层830，并实施对抗蚀剂层830的电子束曝光，如箭头所示。在某些情况下，可实施激光束曝光而不是电子束曝光。
然后，参考图9，通过显影抗蚀剂层(图8的830)被电子束曝光的那些部分来形成抗蚀剂层图案832。抗蚀剂层图案832具有暴露出抗蚀剂层图案832之间的硬掩模层820的一部分的开口834。抗蚀剂层图案832具有第一宽度L，开口834具有约为第一宽度L三倍的第二宽度3L。因此，硬掩模层820的暴露部分类似地具有相同的第二宽度3L。在电子束曝光时可以实施这些宽度的控制。然后，利用抗蚀剂层图案832作为蚀刻掩模，蚀刻硬掩模层820的暴露部分以形成硬掩模图案822，如图10所示。
然后，在硬掩模图案822的上表面和侧表面上沉积(形成)SAM层840。SAM层840覆盖硬掩模图案822和暴露的光阻挡层810的一部分。形成SAM层840的方法和参考图7所描述的方法相同。也就是说，将形成有硬掩模层图案822的透明衬底浸渍于SAM溶液中。SAM溶液710中的自组装分子712的末端被硫(S)原子714取代。这些硫(S)原子714连接至烷基分子(例如，(CH2)nX，其中X是CH3、COOH、NH3)。因此，当将形成有硬掩模层图案822的透明衬底浸渍于SAM溶液中时，SAM溶液710中SAM712的硫(S)原子714吸附至硬掩模图案822的金材料上，并因此单位SAM吸附至硬掩模图案822，从而形成SAM层840。沉积的SAM层840覆盖硬掩模图案822和暴露的光阻挡层的一部分。如图所示，沉积的SAM层840留有暴露出第一区801(即光阻挡层810的暴露部分的光阻挡区)的开口842。
然后，如图11所示，通过SAM层840在开口842中形成抗蚀剂层图案850。为此，在整个表面上优选涂覆负性抗蚀剂层，并随后曝光和显影以形成抗蚀剂层图案850。曝光时，将光限制性地照射至开口(图10的842)，因此在显影时，被光照射的部分得到保留。因此，形成限制在开口842中的抗蚀剂层图案850。然后，通过实施平坦化如CMP，将SAM层840和抗蚀剂层图案850的表面平坦化。
然后，如图12所示，移除SAM层(图11的840)。SAM层840的移除可利用氨处理方法实施。由于SAM层840被移除，所以暴露出硬掩模图案822。然后，利用硬掩模图案822和抗蚀剂层图案850作为蚀刻掩模，蚀刻光阻挡层(图11的810)以形成光阻挡层图案(即，光掩模)812。所形成的光掩模812暴露出透光区中相转移层805的表面。然后，如图13所示，将在第二区802(即，透光区)中暴露出透明衬底800的相转移层图案807蚀刻至相转移层(图12的805)的暴露部分。然后，移除硬掩模图案(图12的822)、抗蚀剂层图案(图12的850)和光掩模(图12的812)，由此制造设置在第一区801(即光阻挡区)中的相转移层图案(即相转移掩模)807，并且在第二区802(即透光区)中暴露出透明衬底100。
虽然本发明已经针对具体实施方案进行了描述，但是对于本领域技术人员显而易见的是，可在不脱离在以下的权利要求中限定的本发明的精神和范围的前提下进行各种变化和改变。

Claims (18)

1.一种制造光掩模的方法，所述方法包括：
在透明衬底上形成光阻挡层；
在所述光阻挡层上形成硬掩模图案，所述硬掩模图案暴露出所述光阻挡层的一部分；
在所述硬掩模图案上沉积自组装分子(SAM)层，所述SAM层覆盖所述硬掩模图案和所述暴露的光阻挡层的一部分；
在没有被所述沉积的SAM层覆盖的所述光阻挡层的暴露部分上形成抗蚀剂层图案；
移除所述SAM层以暴露出所述硬掩模图案和所述光阻挡层；
采用所述硬掩模图案和所述抗蚀剂层图案蚀刻所述光阻挡层以形成所述光掩模；和，
移除所述硬掩模图案和所述抗蚀剂层图案。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述硬掩模图案包含金(Au)材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述硬掩模图案的形成包括：
在所述硬掩模层上形成抗蚀剂层；
曝光所述抗蚀剂层以及显影所述曝光的抗蚀剂层以形成抗蚀剂层图案，所述抗蚀剂层图案具有暴露出所述硬掩模层的一部分的开口；
利用所述抗蚀剂层图案作为蚀刻掩模，蚀刻所述硬掩模层的暴露部分以形成所述硬掩模图案，所述硬掩模图案具有暴露出所述光阻挡层的一部分的开口；和
移除所述抗蚀剂层图案。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述硬掩模图案开口的宽度为所述硬掩模图案的宽度的三倍。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述SAM层的沉积包括在SAM溶液中浸渍所述衬底。
6.根据权利要求5所述的方法，其中每个自组装分子的末端被硫(S)原子取代，所述硫(S)原子通过烷基连接至所述自组装分子。
7.根据权利要求6所述的方法，其中没有被所述SAM层覆盖的所述光阻挡层的暴露部分具有通过控制所述烷基的长度而可控制的宽度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述抗蚀剂层是负性抗蚀剂层。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述SAM层的移除包括实施氨处理方法。
10.一种制造相转移掩模的方法，所述方法包括：
在透明衬底上形成相转移层和光阻挡层；
在所述光阻挡层上形成硬掩模图案，所述硬掩模图案暴露出所述光阻挡层的一部分；
在所述硬掩模图案上沉积自组装分子(SAM)层，所述SAM层覆盖所述硬掩模图案和所述暴露的光阻挡层的一部分；
在没有被所述沉积的SAM层覆盖的所述光阻挡层的暴露部分上形成抗蚀剂层图案；
移除所述SAM层以暴露出所述硬掩模图案和所述光阻挡层；
利用所述硬掩模图案和所述抗蚀剂层图案蚀刻所述光阻挡层以形成所述光掩模；
移除通过所述光掩模、所述硬掩模层图案和所述抗蚀剂层图案暴露出的所述相转移层以形成所述相转移掩模；和，
移除所述硬掩模图案、所述光掩模和所述抗蚀剂层图案。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述硬掩模图案包含金(Au)材料。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述硬掩模图案的形成包括：
在所述硬掩模层上形成抗蚀剂层；
曝光所述抗蚀剂层以及显影所述曝光的抗蚀剂层以形成抗蚀剂层图案，所述抗蚀剂层图案具有暴露出所述硬掩模层的一部分的开口；
利用所述抗蚀剂层图案作为蚀刻掩模，蚀刻所述硬掩模层的暴露部分以形成所述硬掩模图案，所述硬掩模图案具有暴露出所述光阻挡层的一部分的开口；和
移除所述抗蚀剂层图案。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述硬掩模图案的开口的宽度为所述硬掩模图案的宽度的三倍。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述SAM层的沉积包括在SAM溶液中浸渍所述衬底。
15.根据权利要求14所述的方法，其中每个自组装分子的末端被硫(S)原子取代，所述硫(S)原子通过烷基连接至所述自组装分子。
16.根据权利要求15所述的方法，其中没有被所述SAM层覆盖的所述光阻挡层的暴露部分具有通过控制所述烷基长度而可控制的宽度。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述抗蚀剂层是负性抗蚀剂层。
18.根据权利要求10所述的方法，其中所述SAM层的移除包括实施氨处理方法。
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