CN101968605A - 蚀刻方法和光掩模坯料的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种对形成于衬底上的加工层的干蚀刻方法，包括步骤：在形成于衬底上的加工层上形成硬掩模层，在该硬掩模层上形成抗蚀剂图形，通过使用该抗蚀剂图形而实施的第一干蚀刻将该抗蚀剂图形转移至所述硬掩模层，并且通过使用以上转移至所述硬掩模层得到的硬掩模图形而实施的第二干蚀刻对所述加工层进行图形化，其中通过所述第一干蚀刻对所述硬掩模层进行图形化后，在所述第一干蚀刻已经实施过的蚀刻装置中，通过改变干蚀刻气体中副成分的浓度而不改变干蚀刻气体中主成分的浓度，利用所述第二干蚀刻对所述加工层进行图形化。

Description

蚀刻方法和光掩模坯料的加工方法
技术领域
本发明涉及一种用于对形成于衬底上的加工层(待加工层)进行图形化的干蚀刻方法，并涉及一种采用该干蚀刻方法处理光掩模坯料的方法，其中该光掩模坯料作为用于半导体集成电路、CCD(电荷耦合器件)、LCD(液晶显示器)滤色器、磁头等的精细加工的光掩模的坯料。
背景技术
近年来在半导体加工领域，实现电路图形的微型化变得越来越有必要，特别是由于LSI(大规模集成电路)趋向于更高的集成密度。因此，对于降低构成电路的布线图形线宽的技术以及将单元结构中形成用于层间布线的接触孔图形微型化的技术的需求与日俱增。因此，在其上刻有电路图形并用于光刻形成布线图形或接触孔图形的光掩模的制造中，为适应微型化的发展也要求更细微且更精确地刻画电路图形的技术。
为了在光掩模衬底上形成更精确的光掩模图形，首先，有必要在光掩模坯料上形成高精度的抗蚀剂图形。在实际加工半导体衬底时的光刻中，要进行缩小投影。因此，光掩模图形的尺寸大约是实际所需图形尺寸的四倍。然而，精度的要求并非如此宽松。相反，用作原版的光掩模所要求的精度要高于曝光后得到的图形所要求的精度。
进一步，在目前实施的光刻中，待刻画的电路图形的尺寸明显小于所用光的波长。因此，如果只简单地通过将电路形状放大四倍而形成光掩模图形，由于实际光刻中产生的光干涉的影响等，与光掩模图形精确一致的形状将不能转移至抗蚀剂膜。为降低这些影响，有时候可能需要将光掩模图形加工成比实际电路图形更复杂的形状(通过应用所谓的OPC(光学临近效果校正)等得到的形状)。因此，在用于获得光掩模图形的光刻技术中，目前也需要更高精度的加工方法。光刻的性能往往由极限分辨率代表。作为分辨率极限，对于光掩模加工步骤中所采用的光刻技术来说，需要与在使用光掩膜的半导体加工步骤中使用的光刻所必须的分辨率极限同等程度的极限分辨率精度。
光掩模图形的形成通常是这样进行的，在透明衬底上具有遮光膜的光掩模坯料上面形成光致抗蚀剂膜，使用电子束刻画图形，通过显影得到抗蚀剂图形，并且随后利用得到的抗蚀剂图形作为蚀刻掩模来蚀刻该遮光膜，从而将该遮光膜加工成遮光图形。在对该遮光图形进行微型化时，如果尝试实施该加工而保持该抗蚀剂膜的厚度与微型化之前的厚度处于相同水平，膜厚与图形的比率，即所谓的高宽比，将变得较高。这将引起抗蚀剂图形形状的劣化，使其不可能得到满意的图形转移，或者可能导致该抗蚀剂图形的崩裂或剥落。因此，随着微型化的发展，有必要降低抗蚀剂膜的厚度。
另一方面，当用作遮光膜材料时，硅基材料如含硅的材料或含硅和过渡金属的材料对用波长200nm以下的曝光光具有优异的遮光特性，可通过不易破坏抗蚀剂图形的氟基干蚀刻进行加工，并且与迄今为止所用的铬基材料相比，能以较高的精度进行加工(JP-A 2007-241065)。另外，已经发现，当为了实现具有更高精度的加工而将此技术与使用自铬基材料形成的硬掩模的技术相结合时，有可能以更高精度实施加工(JP-A 2007-241060)。因此，作为下一代的遮光膜，由硅基材料膜组成的遮光膜被认为是有前途的。
下列参考文献与本发明有关。
JP-A 2007-241065；JP-A 2007-241060；JP-A 2006-146152；
JP-A S63-85553；JP-A 2001-27799；JP-A 2006-078807
发明内容
在干蚀刻时采用硬掩模技术的干蚀刻方法是通过利用硬掩模层与加工层(待处理层)之间的蚀刻选择性而实现高精度加工的方法。自然，蚀刻硬掩模层的条件与通过利用该硬掩模图形加工的加工层的蚀刻条件不同。在此情况下，两个蚀刻工艺所用的蚀刻气体系统本身各不相同。因此，当使用同一腔室时，通过切换不同蚀刻气体系统的气体种类本身而对硬掩模层和加工层进行连续蚀刻是不现实的。在根据相关技术的方法中，通过将与所述两种层分别对应的蚀刻气体导入不同的腔室进行两种蚀刻工艺已是常见做法。因此，在根据相关技术的方法中，在该硬掩模层的干蚀刻完成后，必然包括将中间工件从腔室中取出的操作。然而，将中间工件从腔室中取出或者移动的步骤增加了产生缺陷的可能性，并且因此，优选这些步骤的数目尽可能少。
本发明正是为解决上述问题而完成的。因此，本发明的目的是提供一种蚀刻方法，该方法在同一腔室中并且以连续的方式在采用硬掩模技术的同时，使得对由硬掩模层以及相对于该硬掩模层具有蚀刻选择性的加工层所构成的多层膜实施干蚀刻成为可能，并且提供一种基于该蚀刻方法的应用的光掩模坯料的加工方法。
迄今为止提出的用于形成光掩模的遮光膜材料的例子包括：金属材料或金属化合物材料，例如过渡金属如铬、钽等，以及包含这些过渡金属的至少一种和轻元素如氧、氮、碳等的过渡金属化合物；以及硅基材料，例如硅或金属-硅化合物，以及包含这些硅或金属-硅化合物的至少一种和轻元素如氧、氮、碳等的化合物。干蚀刻这样的遮光膜材料的方法或条件的典型例子包括氟基干蚀刻和氯基干蚀刻，其中氟基干蚀刻使用含氟化合物的气体，氯基干蚀刻使用氯气或含氯化合物的气体。
在引进硬掩模技术中，选择不同的材料体系作为加工层和硬掩模层的材料。例如，在该加工层为能够通过氟基干蚀刻被蚀刻的层如硅或金属-硅化物材料的情况下，耐受氟基干蚀刻的铬基材料等可用于该硬掩模层，如JP-A 2007-241060所述。此外，在该加工层为能够通过含氧氯基干蚀刻被蚀刻的层如铬基材料的情况下，耐受含氧氯基干蚀刻的硅或金属-硅材料等可用于该硬掩模层，如JP-A2006-146152所述。
另一方面，JP-A S63-85553公开了在加工硅化钼遮光膜中，在材料系统基础上与硅化钼接近的氧化硅(SimOn)可被用作硬掩模材料。在此情况下，该硬掩模膜经过氟基干蚀刻处理后，使用经蚀刻后的氧化硅层作为硬掩模通过氯基干蚀刻对该硅化钼遮光膜进行加工。
此外，在JP-A 2001-27799所示的半色调相移膜的加工中，示出了尽管并不清楚其组成，然而在含氧氯基干蚀刻条件下可在相当宽的氧含量范围内蚀刻MoSiON膜。这表示该MoSiON膜可在含氧氯基干蚀刻条件下被蚀刻，并且同时表明了难以在不同MoSiON膜之间获得令人满意的选择性。
为实现以上目标，本发明人做了深入而广泛的研究，特别是对包含过渡金属的硅基材料的选择性蚀刻重新做了研究。作为结果，本发明人发现，在包含过渡金属的两种硅化合物材料之间存在氧和氮含量差异的情况下，其中氧和氮的总含量较低的材料可通过利用含氧氯基干蚀刻并且控制蚀刻气体中氧含量的方式选择性地蚀刻。
进一步，本发明人发现，刚刚提及的选择性蚀刻方法对于蚀刻叠层膜，例如由可含有过渡金属并且氧和/或氮的含量彼此不同的两个硅材料层堆叠构成的遮光膜是有效的。特别是发现，在叠层膜包括作为上层的具有较高氧和/或氮含量的膜以及作为下层的具有较低氧和/或氮含量的膜的情况下，可采用下面的方法。在该方法中，通过在含一定程度氧的氯基气体中利用干蚀刻对上层进行蚀刻，该程度不超过与上层的有效蚀刻速率相关的极限浓度，并且在该程度下所述下层基本上不被蚀刻。随后，在上层蚀刻结束时，蚀刻气体的氧含量增加到可实现下层的有效蚀刻速率的浓度，借此利用蚀刻后的上层图形作为蚀刻掩模可对下层进行蚀刻。基于这些发现，做出本发明。
因此，根据本发明，提供下述蚀刻方法以及光掩模坯料的加工方法。
根据本发明的实施方案，提供对形成于衬底上的加工层进行干蚀刻的方法，包括步骤：在形成于衬底上的加工层上形成硬掩模层，在该硬掩模层上形成抗蚀剂图形，通过使用该抗蚀剂图形而实施的第一干蚀刻将抗蚀剂图形转移至所述硬掩模层，并且通过使用转移至所述硬掩模层得到的硬掩模图形而实施的第二干蚀刻对加工层进行图形化，
其中通过第一干蚀刻对所述硬掩模层进行图形化后，在已经实施所述第一干蚀刻的蚀刻装置中，通过改变干蚀刻气体中副成分的浓度而不改变该干蚀刻气体中主成分的浓度，利用所述第二干蚀刻对加工层进行图形化。
在如上的干蚀刻方法中，优选，
所述硬掩模层是含有氧和/或氮并且可含有过渡金属的硅基材料层；
所述加工层是可含有过渡金属并且氧和氮的总含量低于硬掩模层中氧和氮的总含量的硅基材料层；
所述干蚀刻气体中的主成分为氯基气体；并且
所述干蚀刻气体中的副成分为氧气。
根据本发明的另一实施方案，提供光掩模坯料的加工方法，该方法包括使用根据本发明实施方案的干蚀刻方法来加工光掩模坯料的光学膜。
在如上光掩模坯料的加工方法中，优选光学膜为遮光膜，并且该遮光膜包括作为上层的硬掩模层和作为下层的加工层。
在如上光掩模坯料的加工方法中，优选通过反应溅射形成上层，并且在形成上层期间控制反应气体以使上层中氧和氮的总含量高于下层中氧和氮的总含量。
在如上光掩模坯料的加工方法中，优选通过对遮光膜的表面侧部分进行氧化处理而形成上层，以使上层中氧和氮的总含量高于构成遮光层剩余部分的下层中氧和氮的总含量。
在如上光掩模坯料的加工方法中，优选，
使用这样的光掩模柸料，其中构成上层的材料中氧和氮的总含量C1(mol％)与构成下层的材料中氧和氮的总含量C2(mol％)之间的差值(C1-C2)不小于5；并且
实施这样的氯基干蚀刻，其中所述第二干蚀刻中氯基气体与氧气之间的量的比率((氧气)/(氯基气体)(摩尔比))设置在0.001～1的范围内。
在如上光掩模坯料的加工方法中，优选所述加工层的可含有过渡金属并且氧和氮的总含量低于硬掩模层的硅基材料，或者是含有氧和/或氮并且可含有过渡金属的硅基材料，或者是可含有过渡金属并且既不含有氧也不含有氮的硅基材料。
在如上光掩模坯料的加工方法中，优选所述过渡金属是选自由钛、钒、钴、镍、锆、铌、钼、铪、钽和钨组成的组中的至少一种。
发明的有益效果
在根据本发明实施方案的干蚀刻方法中，在对具有蚀刻掩模层以及使用该蚀刻掩模层作为掩模被加工的加工层的叠层膜例如光掩模坯料中的遮光膜进行图形化时，该叠层膜例如遮光膜的干蚀刻可在同一腔室中采用能进行高精度蚀刻的硬掩模技术通过干蚀刻方法来实施。另外，根据该干蚀刻方法，可提供一种光掩模坯料的加工方法，通过该方法在由光掩模坯料制造光掩模时，产生缺陷的可能性被降低。
附图说明
图1示出了显示实验例1中通过改变O2流量而测量的膜的反射率随蚀刻时间变化的曲线图。
图2示出了显示实验例2中通过改变O2流量而测量的膜的反射率随蚀刻时间变化的曲线图。
图3是实验例和实施例中所用干蚀刻装置的示意图。
具体实施方式
在光掩模的制造中，为加工形成于透明衬底上的遮光膜，在该遮光膜上形成具有较高碳含量的有机薄膜的抗蚀剂图形，该有机薄膜例如为具有芳香结构的树脂膜，并且通过利用该抗蚀剂图形作为蚀刻掩模来蚀刻该遮光膜(其由无机材料形成)。特别是，为了形成目前所要求的微细图形的遮光部分，将采用各向异性蚀刻来进行加工。
如在半导体器件等的制造中，用于通过光刻进行微细加工的光掩模要求具有微细并且高精度的遮光图形。作为用于形成这样微细的遮光图形的抗蚀剂膜，考虑到上面提到的高宽比等问题，当图形变得更微细时，使用更薄的膜。另外，作为抗蚀剂图形，优选使用其侧壁具有高垂直度的那些。然而，当干蚀刻进行时，不管该干蚀刻是氯基干蚀刻还是氟基干蚀刻，该抗蚀剂图形将由于其端部被切割而因此逐渐后退。因此，当此加工中所用的抗蚀剂膜变的更薄时，抗蚀剂图形与利用该抗蚀剂图形加工的遮光膜之间的尺寸误差的问题将变得更为明显。
作为一种抑制干蚀刻期间由于抗蚀剂图形后退引起的尺寸误差的方法，已知的是其中使用硬掩模的方法。在使用硬掩模的该方法中，将抗蚀剂图形转移至对在加工膜的干蚀刻条件下能充分地耐受蚀刻的薄膜上后，通过使用如此得到的硬掩模图形作为蚀刻掩模对该加工膜进行蚀刻。在此方法中，将抗蚀剂图形仅转移至具有高精度的硬掩模膜即可。因此，与通过使用抗蚀剂图形而对作为整体的遮光膜进行蚀刻的情况相比，蚀刻期间抗蚀剂图形上的负荷明显降低。其中使用硬掩模的该方法也可应用于掩模的加工，如JP-A 2007-241060和JP-AS63-85553中描述的应用例所示。
然而在根据相关技术利用硬掩模来蚀刻加工膜的方法中，无论何种情况，都是通过选择使用氟基干蚀刻气体和氯基干蚀刻气体，如果需要可含有氧，以建立蚀刻硬掩模的蚀刻条件和蚀刻加工膜的蚀刻条件。
另一方面，在用于实施精密加工的干蚀刻中，为严格控制蚀刻速率等，蚀刻装置内部的环境需要严密控制。因此，在干蚀刻步骤中使用不同蚀刻气体系统的情况下，通常的做法是使用不同的蚀刻腔室。同时，即使在干蚀刻步骤中基本上使用同一腔室的情况下，可通过切换蚀刻气体而在干蚀刻步骤中使用不同的蚀刻气体。然而，为严格控制所述蚀刻条件，必然需要长的平衡时间用于气体置换。而且，即使经过长的平衡时间，在气体系统切换而腔室内部未做清洁的情况下，灰尘颗粒的产生将不可避免。
在根据本发明的实施方案的干蚀刻方法中，通过使用硬掩模层而对形成于衬底上的加工层进行蚀刻。在该干蚀刻方法中，硬掩模层形成在形成于衬底上的加工层上，抗蚀剂图形形成在硬掩模层上，通过利用抗蚀剂图形而实施的第一干蚀刻将抗蚀剂图形转移至硬掩模层，并且通过利用转移至硬掩模层得到的硬掩模图形而实施的第二干蚀刻对加工层进行图形化。此外，通过第一干蚀刻对硬掩模层图形化后，在已经实施了第一干蚀刻的蚀刻装置中，通过改变干蚀刻气体中副成分而非主成分的浓度，利用第二干蚀刻来对加工层进行图形化。
如在本发明中，在用于干蚀刻硬掩模层和用于干蚀刻加工层的蚀刻气体中主成分彼此相同的情况下，可通过使副成分存在或不存在的方式或者通过使副成分的比例增加或减少的方式切换蚀刻条件。因此，在此情况下，蚀刻步骤可在同一装置中连续进行。
在如上的干蚀刻方法中，优选硬掩模层是含有氧和/或氮并且可含有过渡金属的硅基材料层。此外，加工层优选是可含有过渡金属并且氧和氮的总含量低于硬掩模层的硅基材料层。
而且，在所述硬掩模层和加工层组合的情况下，优选干蚀刻气体包含作为主成分的氯基气体和作为副成分的氧气。
如上所述的加工硬掩模层和加工加工层在同一蚀刻装置中连续实施，而不必改变主蚀刻气体组分的蚀刻方法的有效的应用例包括如下加工光掩模坯料的光学膜的方法。
本发明人制做了各种测试样品，对过去所大概掌握的蚀刻选择性做了回顾，并且对选择比随蚀刻条件和组成的各种变化而产生的变化做了研究。作为结果，本发明人发现，通过适当地选择可含有过渡金属的硅基材料中的氧和氮的含量，以及通过适当地控制加入到氯基蚀刻气体的氧的量，在可含有过渡金属且氧和/或氮的含量彼此不同的硅基材料之间，仅通过氯基干蚀刻可实现选择性蚀刻。
这种蚀刻选择性可以按下列方式应用于硬掩模技术。例如，形成多层遮光膜，其由具有不同组分且可含有过渡金属的硅基材料层组成(顺便提及，在本发明中，具备具有倾斜组成的层结构的膜，例如沿纵深方向氧浓度逐渐下降的膜，也包括在多层膜中)。在多层遮光膜中，上层(在表面层一侧)是氧和氮的总含量高的层。通过使用不含氧或氧含量低的氯基蚀刻气体进行的干蚀刻对该上层进行加工。随后，增加氧的含量，并在蚀刻上层的能力被抑制的氯基干蚀刻条件下实施蚀刻。以这种方式，可利用上层作为蚀刻掩模层对可含有过渡金属的硅基材料层进行加工，其中硅基材料层为作为加工层的下层(在衬底一侧)并且氧和氮的总含量低。
通过用于本发明合适应用例的光掩模坯料加工方法中的光掩模柸料加工的遮光膜，可以是直接形成在透明衬底上并用作二元掩模的遮光膜，或者是形成在半色调相移膜上并用作相移掩模的遮光膜。在遮光膜用作二元掩模的场合，总体上遮光膜的光密度优选2～4的范围，更优选2.5～4。另一方面，在遮光膜用作半色调相移膜的场合，遮光膜和半色调相移膜组合的总的光密度优选在2～4的范围，更优选2.5～4。
通过光掩模坯料加工的遮光膜优选包括上层和下层。上层和下层的每一个可具有单层结构或多层结构，且进一步，上层和下层之间可存在组成过渡区域。另外，上层和下层的每一个优选由可含有过渡金属的硅基材料形成。构成上层的硅基材料必须含有氧和/或氮；另一方面，构成下层的硅基材料可含氧和/或氮或者既不含氧也不含氮。
为获得含氧氯基干蚀刻中的蚀刻选择性，必须在上层和下层之间提供氧和氮的总含量的足够差别。上层中氮和氧的总含量C1(mol％)与下层中氮和氧的总含量C2(mol％)之间的差值(C1-C2)优选不小于5，更优选不小于10，以及进一步优选不小于20。通过将氧和氮的总含量设置在高的数值，上层可制作成遮光膜中具有抗反射功能的层或者发挥部分抗反射功能的层。
此外，在遮光膜用作ArF准分子激光用的二元掩模的情况下，遮光膜的厚度大约在30～100nm。尽管依赖于上层和下层的材料选择，上层的厚度优选设置在0.5～20nm的范围，更优选1.0～10nm，以及进一步优选1.0～5nm，以此可实施更精确的加工。
本发明中的过渡元素，特别是遮光膜中所含有的过渡金属，优选选自由钛、钒、钴、镍、锆、铌、钼、铪、钽和钨组成的组中的至少一种，特别是从干蚀刻可操作性的观点来看优选钼。对于过渡元素的含量，以在通过溅射形成薄膜期间保证灰尘颗粒不产生的含量为足够，并且相对于硅原子优选设置在1～50at％(原子百分比)的范围。
对于遮光膜中元素的含量，硅的含量优选10～95at％，特别是30～95at％；氧的含量优选0～50at％，特别是0～30at％；氮的含量优选0～40at％，特别是0～20at％；碳的含量优选0～20at％，特别是0～5at％；过渡金属的含量优选0～35at％，特别是1～20at％。在此情况下，如上所述，这样选择材料的含量以使上层和下层之间氧和氮的总含量存在差别。
构成上层和下层并且可含有过渡金属的硅基材料层的每一个例如可通过已知的反应溅射来形成(例如，如在JP-A 2007-241065、JP-A 2007-241060和JP-A2006-146152中所述)。此外，每一层中氧和氮的总含量可通过形成该层时所用的含氧和/或含氮的反应气体的种类和数量来控制。
另外，另一控制方法的例子包括使用臭氧气体、氧等离子、臭氧水溶液、过氧化氢水溶液等对遮光膜的表面侧部分进行氧化处理从而形成上层的方法，其中上层中氧和氮的总含量高于剩余层或下层中氧和氮的总含量。在此情况下，可在形成构成遮光膜的整个层之后实施氧化处理。
在实施本发明中所用的含氧氯基干蚀刻中，对上层和下层的选择性蚀刻条件例如可通过下面的方法予以确认。
首先，按照预定的量在作为光掩模衬底的例如石英衬底的衬底上形成硅基材料膜，该硅基材料可含有过渡金属并且具有适合作为上层和下层备选材料的组成。在改变氧气的含量(改变氧气与氯基气体的量的比率)的同时，在具有预定氧气含量(氧气和氯基气体的预定比率)的氯基气体中对该膜蚀刻若干次，并且确定干蚀刻步骤的蚀刻结束时间，以此获得作为氧添加量函数的蚀刻速率。
在蚀刻期间可通过测量含有过渡金属的硅基材料膜的反射率来确定该蚀刻结束时间。另外，蚀刻期间在硅基材料膜可被观察到的情况下，可通过目测法来确定蚀刻结束时间。进一步，例如可利用基于通过对例如等离子体的发射光谱的分析而对蚀刻室内的等离子体中的离子或元素进行分析的方法来确定蚀刻结束时间。另外，蚀刻速率可不通过该蚀刻结束时间来确定，而是在部分硅基材料被掩模遮盖并实施预定时间的蚀刻后，通过由探针型膜厚计或者透射率或者光学方法如椭圆光度法测量被蚀刻除去的膜厚的方法来确定。这些方法可以组合应用。
从这种方式，当蚀刻气体中氯和氧的含量比变化时，氧和氮的总含量不同并且用作上层和下层备选材料的膜材料的蚀刻速率得以确定。利用得到的这些蚀刻速率，可以找出在第一干蚀刻(第一阶段)中通过使用抗蚀剂图形作为蚀刻掩模来蚀刻上层的蚀刻条件，以及在该第二干蚀刻(第二阶段)中通过使用蚀刻后的上层作为蚀刻掩模来蚀刻下层，特别是仅蚀刻下层而不蚀刻上层的蚀刻条件。
此处所用的含氧氯基干蚀刻可通过使用氯气(Cl2)等来实施，并且典型地，在用于蚀刻光掩模坯料的铬基材料膜时所使用的常规干蚀刻条件下，同时调整氧的添加量(调整氧气与氯气的比率)。
具体地，以第一干蚀刻中氯基气体与氧气之间的比率((氧气)/(氯基气体)的摩尔比)为0以上(数值0对应于仅使用氯基气体而不使用氧气的情况)即可，优选该比率不超过1，更优选不超过0.5，以及进一步优选不超过0.1。另一方面，第二干蚀刻中氯基气体与氧气之间的比率((氧气)/(氯基气体)的摩尔比)优选不低于0.001，更优选不低于0.005，以及述一步优选不低于0.01，并且优选不超过1，更优选不超过0.5，以及进一步优选不超过0.3，同时第二干蚀刻中的摩尔比必须高于第一干蚀刻中的摩尔比。
更具体地，例如，可应用这样的条件如100-300sccm的氯气流量、0-100sccm的氧气流量以及1-10mTorr的气体压力。此外，可加入1-20sccm量的氦气。
在本发明中，当互相接触的两个硅基材料层之间膜中氧和氮的总含量存在差别时(当下层中氧和氮的总含量设置为低于上层中氧和氮的总含量时)，可利用所述氯基干蚀刻步骤获得蚀刻选择性。如上所述，当上层中氮和氧的总含量C1(mol％)与下层中氮和氧的总含量C2(mol％)之间的差值(C1-C2)不小于5，优选不小于10，以及更优选不小于20时，通过所述方法控制氧的添加量至合适的水平，可使下层的蚀刻速率高于上层的蚀刻速率，特别是得到10倍以上的蚀刻速率差，即，可得到足以获得选择性的蚀刻速率差。
根据本发明的实施方案，光掩模坯料加工方法中的光掩模坯料的加工过程可如下实施。
首先，在所述光掩模坯料上形成抗蚀剂膜，随后利用高能束如电子束进行图形曝光以得到抗蚀剂图形。得到抗蚀剂图形的此步骤可通过能保证抗蚀剂图形表现出更好耐久性并且可获得高分辨率的任何方法来实施。在根据本发明实施方案的方法中，可使用具有150nm以下厚度的抗蚀剂膜来实施蚀刻，以及进一步，可使用具有100nm以下厚度的抗蚀剂膜来实施具有更好精度的加工。
接着，通过第一干蚀刻将抗蚀剂图形转移至上层。如上所述，该转移可通过应用氯基干蚀刻条件来实施，其中该氯基干蚀刻条件中的氧含量比率低于第二干蚀刻条件中的氧含量比率。在该蚀刻中，通过蚀刻仅仅完全移除上层即可，但是下层的一部分(上部)也可被蚀刻掉。此外，在上层和下层之间存在组成过渡部分的情况下，蚀刻到允许氧和氮的总含量足够差别的部分暴露出的深度即可。因此，第一干蚀刻的蚀刻时间优选可设置为1～3倍，更优选1.2～2倍的理论蚀刻时间，该理论蚀刻时间通过由上层蚀刻条件中上层的材料所具有的蚀刻速率以及上层的厚度来确定。
进一步，在第一干蚀刻完成后，随即增加蚀刻气体中的氧含量，并且应用由所述方法初步设置的氧含量来实施第二干蚀刻。在第二干蚀刻中，由第一干蚀刻得到的上层的图形几乎不被蚀刻。因此上层起到硬掩模的作用。因此，即使在该干蚀刻条件下抗蚀剂膜的端部部分开始后退的情况下，仍然可能实现向下层的高精度的图形转移。因此，可通过高精度的蚀刻加工叠层膜例如由上层和下层组成的遮光膜。
实施例
现在，本发明将在下面通过显示实验例和实施例来进行详细地描述，但是本发明并非解释为由下面的实施例所限制。
实验例1
通过使用形成于石英衬底上的75nm厚的硅基材料MoSiON膜(Mo∶Si∶O∶N＝1∶4∶1∶4(摩尔比)，具有50mol％的氧和氮总含量)，计算出蚀刻气体中的氧量以及氯基干蚀刻条件下的蚀刻速率。为了进行评价，在下列条件下使氧的量(流量)在0～10.0sccm的范围内变化，并且相对于675nm波长的测试束测量随时间变化的反射率。其结果示于图1。顺便提及，所用蚀刻装置图示于图3中，其中参考标记1表示腔室，2为地线，3为下部电极，4为天线线圈，5为待处理的衬底，以及标记RF1和RF2表示高频电源。
RF1(RIE：反应离子蚀刻)：脉冲700V
RF2(ICP：电感耦合等离子体)：CW(连续放电)400W
压力：6mTorr
Cl2：185sccm
O2：0-10.0sccm
He：9.25sccm
从图1所示的反射率随干蚀刻时间的变化中，可以看出，蚀刻之前膜表面的反射率大约为40，随着蚀刻的进程反射率降低，并且当膜的蚀刻完成时反射率大约变为10。还可以看出，当干蚀刻中气氛气体中氧的量(流量)设置在不小于1sccm时(当(氧气)/(氯气)的摩尔比设置在不小于1/185时)，此处所用的具有50mol％的氧和氮总含量的MoSiON膜几乎不被蚀刻。
实验例2
通过使用46nm厚的硅基材料MoSiN膜(Mo∶Si∶N＝1∶3∶1.5(摩尔比)，具有27mol％的氧和氮总含量)，以与实验例1中相同的方式测量反射率随时间的变化。其结果示于图2。
如图2所示，可以确认，当干蚀刻中气氛气体中氧的量(流量)设置在2sccm时(当(氧气)/(氯气)的摩尔比设置在2/185时)，膜以大约5nm/分钟的速率被蚀刻，然而当气氛气体中氧的量(流量)设置在55sccm时(当(氧气)/(氯气)的摩尔比设置在55/185时)，膜的蚀刻根本不能进行。
实施例1
准备光掩模坯料，其具有形成于石英衬底上的遮光膜。该遮光膜具有由50nm厚的MoSiN膜(Mo∶Si∶N＝1∶3∶1.5(摩尔比)，具有大约27％的氧和氮总含量)构成的下层(加工层)以及其上由10nm厚的MoSiON膜(Mo∶Si∶O∶N＝1∶4∶1∶4(摩尔比)，具有大约50％的氧和氮总含量)构成的上层(硬掩模层)。通过使用旋涂器在光掩模坯料上形成用于EB曝光的150nm厚的化学放大抗蚀剂膜。经由EB曝光装置在抗蚀剂膜上刻画图形后，进行显影以形成用于保护遮光膜被留下的区域的抗蚀剂图形。
接着，利用抗蚀剂掩模作为蚀刻掩模，在下列由上面实验例1得到的、上层被蚀刻的蚀刻条件1下通过氯基干蚀刻来实施蚀刻。
[蚀刻条件1]
RF1(RIE)：脉冲700W
RF2(ICP)：CW 400W
压力：6mTorr
Cl2：185sccm
O2：0sccm
He：9.25sccm
在蚀刻条件1下蚀刻膜四分钟后，增加2sccm量(流量)的氧以得到可蚀刻下层而不蚀刻上层的蚀刻条件。在如此得到的下列蚀刻条件2中，干蚀刻进一步持续15分钟。由此，可通过单次蚀刻将遮光膜加工成预定的图形。
[蚀刻条件2]
RF1(RIE)：脉冲700W
RF2(ICP)：CW400W
压力：6mTorr
Cl2：185sccm
O2：2sccm
He：9.25sccm

Claims (9)

1.一种对形成于衬底上的加工层的干蚀刻方法，包括步骤：
在形成于衬底上的加工层上形成硬掩模层，
在该硬掩模层上形成抗蚀剂图形，
通过使用该抗蚀剂图形而实施的第一干蚀刻将该抗蚀剂图形转移至所述硬掩模层，及，
通过使用以上转移至所述硬掩模层得到的硬掩模图形而实施的第二干蚀刻对所述加工层进行图形化，
其中通过所述第一干蚀刻将所述硬掩模层图形化后，在已经实施过所述第一干蚀刻的蚀刻装置中，通过改变干蚀刻气体中副成分的浓度而不改变干蚀刻气体中主成分的浓度，利用所述第二干蚀刻对所述加工层进行图形化。
2.根据权利要求1的干蚀刻方法，
其中所述硬掩模层是含氧和/或氮并且可含有过渡金属的硅基材料层；
所述加工层是可含有过渡金属并且其中氧和氮的总含量低于所述硬掩模层中氧和氮的总含量的硅基材料层；
所述干蚀刻气体的主成分为氯基气体；并且
所述干蚀刻气体的副成分为氧气。
3.一种光掩模坯料的加工方法，包括通过使用根据权利要求1的干蚀刻方法来加工光掩模坯料的光学膜。
4.根据权利要求3的光掩模坯料的加工方法，其中所述光学膜为遮光膜，并且该遮光膜包括作为上层的硬掩模层和作为下层的加工层。
5.根据权利要求4的光掩模坯料的加工方法，其中所述上层通过反应溅射形成，并且在形成该上层期间控制反应气体以使该上层中氧和氮的总含量高于下层中氧和氮的总含量。
6.根据权利要求4的光掩模坯料的加工方法，其中所述上层通过对所述遮光膜的表面侧部分进行氧化处理而形成，以使该上层中氧和氮的总含量高于构成遮光层剩余部分的下层中氧和氮的总含量。
7.根据权利要求3的光掩模坯料的加工方法，
其中使用这样的光掩模坯料，其中构成所述上层的材料中氧和氮的总含量C1(mol％)与构成所述下层的材料中氧和氮的总含量C2(mol％)之间的差值(C1-C2)不小于5；并且
实施这样的氯基干蚀刻，其中所述第二干蚀刻中氯基气体与氧气之间的量的比率((氧气)/(氯基气体)(摩尔比))设置在0.001～1的范围内。
8.根据权利要求3的光掩模坯料的加工方法，其中所述加工层的可含有过渡金属并且氧和氮的总含量低于所述硬掩模层的硅基材料，或是含氧和/或氮并且可含有过渡金属的硅基材料，或是可含有过渡金属并且既不含氧也不含氮的硅基材料。
9.根据权利要求3的光掩模坯料的加工方法，其中所述过渡金属选自由钛、钒、钴、镍、锆、铌、钼、铪、钽和钨组成的组中的至少一种。
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