CN103048874A - 空白遮罩及使用所述空白遮罩的光掩膜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于硬遮罩的空白遮罩及使用所述空白遮罩的光掩膜。在所述空白遮罩中，通过适当地控制硬膜中的氮含量及碳含量来形成硬膜，以减小在执行蚀刻工艺时所造成的临界尺寸的偏差。通过增大遮光膜中的金属含量及减小抗反射膜中的金属含量来形成具有薄的厚度的金属膜。因此，可提高金属膜的分辨率、图案保真度及耐化学性。此外，金属膜及硬膜被形成为使其间的反射率反差高，从而能够容易地检验所述硬膜。因此，所述用于硬遮罩的空白遮罩可应用于动态随机访问存储器(DRAM)、快闪存储器、或微处理单元(MPU)，以具有32nm或以下的半节距且尤其是具有22nm或以下的临界尺寸。

Description

空白遮罩及使用所述空白遮罩的光掩膜

本发明主张基于2011年10月17日提出申请的韩国专利申请案第2011-0105833号的优先权及权利，所述韩国专利申请案的公开内容以引用方式全文并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种用于在制造半导体元件时所用的光掩膜的空白遮罩、一种光掩膜、以及一种用于制造所述光掩膜的方法，更具体而言，本发明涉及一种用于光掩膜的空白遮罩以及一种使用所述空白遮罩的光掩膜，所述空白遮罩为薄的且由具有不同反射率的金属膜及硬膜形成，从而可测量临界尺寸(critical dimension，CD)及在其中检验缺陷。

背景技术

随着半导体元件变得越来越精细，其性能及功能(例如，高的运行速度、低的功耗等)得到改良，且制造成本降低。因此，越来越需要制造更为精细的半导体元件。已使用光刻(lithography)技术来制造精细的半导体元件。与曝光元件及抗蚀剂材料一起用于执行光刻技术的转印遮罩(transfer mask)已受到很大关注，光刻技术是用于制造精细半导体元件的关键技术。

近来，已开发出45nm半节距后代(post-45nm-half-pitch generation)的半导体元件。45nm的半节距是193nm的1/5，193nm是ArF准分子激光器的曝光光的波长。为制造45nm半节距后代的半导体元件，仅使用分辨率增强技术(resolution enhancement technology，RET)(例如，传统的相反转(phase inversion)及离轴照明(off-axis illumination))以及光学邻近效应修正(optical proximity correction，OPC)技术是不够的。因此，需要浸没式曝光光刻(immersion exposure lithography)技术或双图案化(double patterning)技术。

当制造具有形成于透明基板上的遮光膜图案的光掩膜时，使用具有遮罩图案的抗蚀剂膜作为蚀刻遮罩，以在金属膜上执行干法蚀刻。因此，抗蚀剂膜也会被蚀刻及消耗，从而降低光掩膜的分辨率。为解决此问题，应将金属膜形成为薄膜。然而，在此种情形中，光掩膜的光学密度会减小。

为解决此问题，已开发出一种用于硬遮罩的空白遮罩，在所述空白遮罩中，在基板上形成硅化钼(MoSi)基金属膜及铬基硬膜。在使用铬基硬膜时，可减小抗蚀剂膜上的负载并在遮罩图案被转录至铬基硬膜(其为薄膜)上时防止光掩膜的分辨率降低。所述用于硬遮罩的空白遮罩是用于通过使用由无机材料形成的硬膜代替由有机材料形成的传统抗蚀剂膜作为蚀刻遮罩来蚀刻下方的薄膜。在此种情形中，硬膜可薄于传统的抗蚀剂膜，从而提高纵横比(aspect ratio)及对于欲被蚀刻的金属膜的蚀刻选择性。因此，当使用硬膜作为蚀刻遮罩来蚀刻金属膜时，根据图案密度及图案之间的距离而产生的负载效应可降低，从而改善临界尺寸(critical dimension，CD)目标值偏差(mean to target，MTT)、CD线性度、CD均匀性等等。

当应用上述用于硬遮罩的空白遮罩来制造具有32nm或以下的半节距、尤其是具有22nm或以下的半节距的元件时，会出现以下问题。

第一，硬膜可能具有差的蚀刻特性。

图1A至图1D为使用传统的硬膜来制造光掩膜的过程的剖视图。参照图1A，形成空白遮罩，在所述空白遮罩中，在基板10上形成金属膜20、硬膜30及抗蚀剂膜40。随后，如图1B所示，将抗蚀剂膜40图案化，以形成抗蚀剂图案40a，并使用抗蚀剂图案40a作为蚀刻遮罩来执行蚀刻工艺，以形成硬膜图案30a。随后，如图1C所示，使用硬膜图案30a作为蚀刻遮罩来蚀刻金属膜20，以形成金属膜图案20a。参照图1D，移除硬膜图案30a，从而完成光掩膜的制造。

然而，由于硬膜30具有几至几十

的薄的厚度，因此在蚀刻过程中，当硬膜30的蚀刻速率小于或大于所需水平时，会出现例如CD偏差(bias)的问题。例如，如果硬膜30的蚀刻速率高，则会出现偏离(skew)(例如，CD超过目标CD)并难以控制CD。如果硬膜30的蚀刻速率过低，则抗蚀剂膜40(其为上层膜)的厚度会减小，并在硬膜30上产生负载效应。具体而言，所期望的元件的CD变得越来越精细。因此，硬膜30的蚀刻特性极为重要。

第二，光掩膜的分辨率及图案保真度(fidelity)受金属膜厚度的限制。

当使用硬膜作为蚀刻遮罩来将金属膜图案化以形成具有32nm或以下的半节距且尤其是具有22nm或以下的半节距的精细图案，从而制造光掩膜时，光掩膜的分辨率及图案保真度会受金属膜厚度的影响。

更具体而言，随着动态随机访问存储器(dynamic random accessmemory，DRAM)的半节距变得精细(例如，45nm或32nm)，用于在制造光掩膜过程中形成精细图案的光学邻近效应修正(optical proximitycorrection，OPC)设计变得更加复杂。在亚分辨率特征尺寸(sub-resolution feature size，SRFS)中，根据x4减少曝光方法(x4reduction exposure method)不会在晶圆上实质形成图案，在执行OPC时，当DRAM的半节距为45nm时，SRFS需要在光掩膜上具有60nm的图案，而当DRAM的半节距为32nm时，SRFS需要在光掩膜上具有42nm的图案。如果金属膜为厚的，则不会精确地形成SRFS。此问题会在DRAM的半节距为22nm或以下时变得更为严重。为解决此问题，可将金属膜形成为薄的。然而，金属膜的厚度与其光学密度直接相关。因此，对于将金属膜形成为薄的而言存在限制。

第三，难以检验硬膜及金属膜。

在光掩膜工艺中，制造硬膜及金属膜的验证过程的检验可被分类为透射式检验方法或反射式检验方法，如图2A及图2B所示。图2A所示的方法利用光穿过金属膜20的透射率a与光穿过硬膜图案30a的透射率b之差。图2B所示的方法利用光自金属膜20的反射率a′及光自硬膜图案30a的反射率b′。

在透射式检验方法的情形中，在检验硬膜图案30a时，硬膜图案30a的透射率与金属膜20(其为参考层)的透射率之差为0.1％或以下。因此，由于金属膜20与硬膜图案30a之间的透射率反差实质上为零，因此，无法在实际上检验硬膜图案30a。因此，反射式检验方法对于检验硬膜图案30a而言是必不可少的。然而，当金属膜20被形成为薄的以解决上述问题时，光自金属膜20的反射率在检验波长下增大。在此种情形中，当使用具有薄的厚度的硬膜图案30a时，反射率反差会降低。

发明内容

因此，应一同考虑上述各问题，即：为确保高的分辨率而减小金属膜的厚度，当金属膜的厚度减小时会导致硬膜的临界尺寸(criticaldimension，CD)出现偏差，以及难以检验金属膜及硬膜，且有鉴于这些问题，应开发一种空白遮罩及一种光掩膜。

本发明涉及一种用于光掩膜的空白遮罩以及一种光掩膜，所述空白遮罩为薄的且由具有不同反射率的金属膜及硬膜形成，以测量临界尺寸(CD)及在其中检验缺陷。

根据本发明的一个方面，提供一种空白遮罩，在所述空白遮罩中，金属膜与硬膜依序堆叠于透明基板上。在检验波长为200nm或以下时，所述金属膜与所述硬膜之间的反射率反差可为3％至60％。

所述金属膜的反射率可低于或高于所述硬膜的反射率。

在检验波长为200nm或以下时，所述金属膜的反射率对所述硬膜的反射率的比率可为0.7至1.4。

所述硬膜可具有

秒至

秒的蚀刻速率。

所述硬膜可包含金属，或包含金属及由氧(O)、氮(N)、及碳(C)组成的群组中选出的至少一种材料。

所述金属膜可包含过渡金属。

所述金属膜可具有

至

的厚度。

在曝光波长为200nm或以下时，所述金属膜可具有2.5至3.5的光学密度。

与所述金属膜相比，所述硬膜对于用于蚀刻所述金属膜的氟基材料的蚀刻选择性可为20或以上。

所述硬膜可具有

至的厚度。

所述金属膜可为单层膜或包含两个或更多个层的多层膜，并可以单一膜或连续膜的形式形成。

所述金属膜可包括其中金属含量在深度方向上连续变化或分步变化的部分。

所述金属膜在所述深度方向上的最小金属含量与最大金属含量之差可为40原子％或以下。

所述金属膜可包括堆叠于所述透明基板上的遮光膜及抗反射膜。

所述遮光膜中的金属含量可等于或高于所述抗反射膜中的金属含量。

所述硬膜还可包含硅及杂质，且硅的含量可高于所述金属的含量或所述杂质的含量。

在曝光波长为200nm或以下时，所述金属膜可具有10％至50％的反射率。

在检验波长为190nm至500nm时，所述金属膜可具有60％或以下的反射率。

在检验波长为193nm时，所述金属膜与所述硬膜之间的反射率反差可为3％至60％。

一种光掩膜，可使用上述空白遮罩制成。

附图说明

通过参照附图详细地阐述本发明的实例性实施例，本发明的上述及其他目的、特征及优点对所属领域的普通技术人员将变得更加显而易见，在附图中：

图1A至图1D是使用传统的用于硬遮罩的空白遮罩来制造光掩膜的过程的剖视图。

图2A及图2B是例示一种检验用于硬遮罩的空白遮罩的方法的剖视图。

图3是根据本发明实施例的用于硬遮罩的空白遮罩的剖视图。

图4至图6是例示根据本发明实施例的用于硬遮罩的空白遮罩中所包括的金属膜及硬膜的反射率的曲线图。

[符号的说明]

10：基板                    20：金属膜

20a：金属膜图案             30：硬膜

30a：硬膜图案               40：抗蚀剂膜

40a：抗蚀剂图案             100：空白遮罩

110：透明基板               112：遮光膜

114：抗反射膜               120：金属膜

130：硬膜                   140：抗蚀剂膜

a：透射率                   b：透射率

a′：反射率                 b′：反射率

具体实施方式

以下，将参照附图详细地阐述本发明的实例性实施例。尽管是结合本发明的实例性实施例来显示及阐述本发明，然而对所属领域的技术人员显而易见的是，可在不背离本发明的精神及范围的条件下作出各种修改。

图3是根据本发明实施例的用于硬遮罩的空白遮罩100的剖视图。

参照图3，用于硬遮罩的空白遮罩100具有其中透明基板110、金属膜120、硬膜130、及抗蚀剂膜140依序堆叠的结构。

具体而言，透明基板110具有6英寸×6英寸×0.25英寸(宽度×高度×厚度)的尺寸，且在曝光波长为200nm或以下时具有90％或以上的透射率。当使用浸没式光刻时，透明基板110的双折射率(birefringencerate)是降低强度及导致临界尺寸(critical dimension，CD)偏差的主要因素。为解决此问题，在曝光波长为200nm或以下时，透明基板110的双折射率可为2nm/6.3mm或以下，且更优选地为1.5nm/6.3mm或以下。此外，透明基板110具有总指示读数(total indicated reading，TIR)值为0.5μm或以下的平面度(flatness)，并具有凹面形状。

金属膜120是根据溅射工艺形成的，所述溅射工艺使用包含至少一种金属及硅的靶材(target)。所述至少一种金属可为过渡金属，例如，钛(Ti)、钒(V)、钴(Co)、镍(Ni)、锆(Zr)、铌(Nb)、钯(Pd)、锌(Zn)、铬(Cr)、铝(Al)、锰(Mn)、镉(Cd)、镁(Mg)、锂(Li)、硒(Se)、铜(Cu)、钼(Mo)、铪(Hf)、钽(Ta)、或钨(W)。具体而言，用于形成金属膜120的靶材的所述至少一种金属可包括由钼(Mo)、钨(W)、及钽(Ta)组成的群组中选出的至少一种金属。在193nm的波长下，溅射工艺的靶材中所包含的单一金属的消光系数(extinction coefficient)为2.0或以上。除所述至少一种金属及硅之外，金属膜120还可包含杂质，例如氮(N)、氧(O)、及碳(C)中的至少一种材料。所述至少一种金属的含量高于杂质的含量，并可使用氟基气体来蚀刻金属膜120。

用于形成金属膜120的溅射工艺的靶材中所包含的硅的含量高于所述至少一种金属的含量。这是因为当金属膜120由其中硅含量低于金属含量的靶材形成时，会由于使用酸性及碱性化学品的清洁过程而使透射率及反射率发生变化。因此，用于形成金属膜120的靶材中所包含的硅的含量可为50摩尔％或以上，优选地为70摩尔％或以上，且更优选地为80摩尔％或以上。用于形成金属膜120的溅射工艺的靶材可由一种靶材形成或由具有不同组成比率的两种或更多种靶材形成。

金属膜120可具有单层膜或包含两个或更多个层的多层膜，并可被形成为具有相同组成比率的单一膜或组成比率发生变化的连续膜。例如，金属膜120还可包括用于控制后表面(rear-surface)反射率或应力的层。例如，如果金属膜120具有两层式结构，则主要用于阻挡曝光光的遮光膜112被形成为下层，而用于减少曝光光反射的抗反射膜114被形成为上层，如图3所示。如果金属膜120具有多层式结构，则最外表面层在曝光波长下的反射率可以是其各个下层中最低的。例如，当最外表面层用作抗反射膜114时，用作最外表面层的单一金属膜在190nm至1000nm的波长区域中可具有4％至60％的反射率及20％至90％的透射率。

金属膜120具有其中金属含量在深度方向上连续变化或分步变化的部分。金属膜120中的金属含量朝透明基板110的方向(即深度方向)变高。为确保分辨率及图案保真度能够实现作为本发明之一目的的亚分辨率特征尺寸(sub-resolution feature size，SRFS)，应减小金属膜120的厚度。对此，试验已显示，金属膜120的厚度及耐化学性(chemical resistance)根据金属膜120中的金属含量而发生变化。详细而言，如果在由金属与硅的复合物形成的金属膜120中金属含量高，则耐化学性(例如，耐酸性及耐碱性)变差，但在曝光波长下的光学密度高。因此，当形成金属膜120时，可减小金属膜120的厚度，并可通过朝深度方向增大金属膜120中的金属含量来使金属膜120的外部耐化学性保持恒定。在此种情形中，金属膜120中的最小金属含量与最大金属含量之差可为3原子％至40原子％，优选地为30原子％或以下，且更优选地为5原子％至30原子％。当金属膜120中的金属含量小于3％时，实际上无法再进一步减小金属膜120的厚度。当金属膜120中的金属含量大于40％时，其外部耐化学性降低。此外，当在形成图案期间金属膜120中的各金属含量有很大差异时，金属膜120的蚀刻速率会在蚀刻过程中发生变化，从而形成不期望的图案轮廓(例如，颈缩(necking))。

金属膜120中的硅含量高于金属膜120中的金属含量或用于形成膜的反应性气体的含量，并可视需要包括其中组成比率在平面中沿深度方向连续变化的部分。

金属膜120的厚度可为200至600，且优选地为300至500。当金属膜120的厚度小于200时，金属膜120无法实际上阻挡曝光光，且当金属膜120的厚度大于600时，用于实现SRFS的金属膜120的分辨率及图案保真度为低。

在曝光波长为200nm或以下时，金属膜120具有2.5至3.5的光学密度及10％至50％的表面反射率(superficial reflectivity)。实际上，当金属膜120的厚度减小时，会难以控制其反射率。例如，在包括遮光膜112及抗反射膜114的金属膜120中，当增大遮光膜112的厚度以增大金属膜120的光学密度时，抗反射膜114可被形成为薄的。然而，在此种情形中，由于抗反射膜114为薄的，因此金属膜120在曝光波长下具有高的反射率，从而导致在曝光波长下发生散射(例如，闪耀(flare))。因此，难以执行精细的CD控制。当金属膜120具有小于10％的反射率时，在反射式检验模式中，金属膜120与透明基板110之间的反射率反差会极低。一般而言，在波长为200nm或以下时，由合成二氧化硅玻璃(synthetic silica glass)形成的透明基板110的反射率为4％至6％。因此，在反射式检验模式中，透明基板110与遮光膜112之间的反射率反差不高，从而降低检验效率。因此，在曝光波长为200nm或以下且尤其在曝光波长为193nm时，金属膜120的反射率可为10％至50％，且优选地为15％至40％。

此外，在检验波长为190nm至500nm时，金属膜120的表面反射率为60％或以下，优选地为45％或以下，且更优选地为40％或以下。各种波长(例如，193nm、257nm、365nm、及488nm)中的任一种波长均可用于检验金属膜120中的缺陷或金属膜120的图案或者用于执行对齐。在此种情形中，当金属膜120的反射率为60％或以上时，可由于金属膜120的高反射率而发生散射，进而降低检验的灵敏度。

金属膜120具有0.5nmRMS或以下的表面粗糙度。在形成金属膜120之后，与透明基板110相比，金属膜120的平面度的变化为0.5μm或以下。金属膜120具有凹面形状。如果在形成金属膜120的图案期间发生应力释放(stres srelease)且因此金属膜120的平面度的变化为0.5μm或以上，则会由于平面度的急剧变化而发生配准(registration)(或错位)。此外，当金属膜120的形状(例如，凹面形状或凸面形状)与透明基板110的形状不相符时，错位会变得更严重。因此，在形成金属膜120之后，金属膜120的平面度的变化可为0.5μm或以下，且优选地为0.3μm或以下。此外，金属膜120的平的形状可与透明基板110的形状相同。

硬膜130包含由下列所组成的群组中选出的至少一种金属材料：钛(Ti)、钒(V)、钴(Co)、镍(Ni)、锆(Zr)、铌(Nb)、钯(Pd)、锌(Zn)、铬(Cr)、铝(Al)、锰(Mn)、镉(Cd)、镁(Mg)、锂(Li)、硒(Se)、铜(Cu)、钼(Mo)、铪(Hf)、钽(Ta)、及钨(W)。硬膜130可由所述至少一种金属材料形成或由所述至少一种金属材料及由氧(0)、氮(N)、及碳(C)组成的群组中选出的至少一种材料形成。可使用氟基气体来蚀刻硬膜130。

硬膜130可具有

至

的厚度，与金属膜120相比，硬膜130对于用于蚀刻金属膜120的氟基蚀刻材料的蚀刻选择性为20或以上。与金属膜120相比，硬膜130的平面度的变化可为0.2μm。硬膜130可具有1MΩ/平方或以下的薄层电阻(sheet resistance)。此外，硬膜130的蚀刻速率为

秒至秒，且优选地为

秒至秒。如果硬膜130具有

秒或以下的蚀刻速率，则蚀刻速率过低并可因此阻碍获得所需的图案轮廓。如果硬膜130具有

秒或以上的蚀刻速率，则可在过蚀刻(over-etching)期间使CD发生大的偏差，通常会为形成硬膜130的图案而执行过蚀刻。具体而言，在形成精细图案时，通过控制硬膜130的蚀刻速率来控制由于硬膜130而产生的CD偏差颇为重要。这是因为当硬膜130的蚀刻速率高时，将难以控制由于硬膜130的薄的厚度而造成的精细图案的CD偏差，且当硬膜130的蚀刻速率低时，抗蚀剂膜140会在很大程度上被蚀刻。对硬膜130的蚀刻速率及CD偏差的评估表明，当硬膜130具有

秒至

秒的蚀刻速率时更容易控制CD的偏差。

在检验波长为200nm或以下时，硬膜130相对于金属膜120显示出高的反射率反差，例如3％至60％，且优选地为5％至20％。换言之，金属膜120的相对于硬膜130的反射率为0.7至1.4。此外，在波长为190nm至300nm时，硬膜130具有15％至50％的反射率。

实际上，硬膜130仅具有几至几十

的厚度。因此，在蚀刻硬膜130之后对图案及缺陷进行检验是必不可少的。具体而言，当使用22nm至32nm的精细图案时，检验变得更为重要。对图案及缺陷的检验可被分类为透射式检验方法及反射式检验方法。在这些方法中，由于位于硬膜130下方的金属膜120的透射率低，且因此金属膜120与硬膜130之间的透射率反差低，因此无法使用透射式检验方法。因此，根据反射式检验方法来检验硬膜130，所述反射式检验方法利用硬膜130与金属膜120之间的反射率反差。如果硬膜130与金属膜120之间的反射率反差为零，则检验的效率低。因此，可通过在硬膜130与金属膜120之间造成反射率反差来有效地执行检验。在此种情形中，当金属膜120的反射率高时，可产生另一问题(例如闪耀)。因此，可将硬膜130的反射率控制成高于或低于金属膜120。硬膜130与金属膜120之间的反射率反差可为3％至50％。如果硬膜130与金属膜120之间的反射率反差为3％或以下，则反射率反差低，且无法有效地执行检验。如果硬膜130与金属膜120之间的反射率反差为60％或以上，则硬膜130会在很大程度上被蚀刻。金属膜120的反射率对硬膜130的反射率的比率可为0.8至1.3，且优选地为0.7至1.4。在反射式检验模式中，常常使用金属膜120的反射率与硬膜130的反射率的绝对值及其相对比率。

在形成金属膜120及硬膜130之前、期间、或之后，可对金属膜120及硬膜130执行表面处理(例如，热处理)。可使用快速热处理(rapidthermal process，RTP)、真空加热板烘焙(vacuum hot-plate baking)、等离子体、及加热炉(furnace)中的至少一者来执行热处理。在表面处理期间，可在10-3托或更低的真空状态中执行所有处理。另一方面，在热处理之后，可使用自然冷却、快速冷却装置等执行冷却。

可视需要在抗蚀剂膜140下方进一步形成包含酸离子(H+)的有机薄膜。抗蚀剂膜140的厚度可为

或以下，且优选地为

或以下。

可以如下方式制造根据本发明实施例的光掩膜：使用根据本发明实施例的用于硬遮罩的空白遮罩100形成硬膜130的图案，随后使用空白遮罩100作为蚀刻遮罩将遮光膜112图案化。最后，光掩膜具有其中遮光膜112的图案形成于透明基板110上的结构。遮光膜112的图案呈现出在用于硬遮罩的空白遮罩100中所包含的遮光膜112的特性。

以下，将参照本发明的实例性实施例来更详细地阐述本发明，然而，所述实例性实施例应被视为仅具有说明意义，而非用于限制。因此，所属领域的普通技术人员应理解，可在所述实例性实施例中作出各种形式及细节上的改变。因此，本发明的范围并非由本发明的详细说明来限定，而是由随附权利要求书限定，且该范围内的所有差异均将被视为包含于本发明中。

(实施例)

金属膜的设计I(遮光膜的设计)

根据本发明实施例的金属膜被形成为具有包含两个层的结构，但其可具有包含一个层或多于两个层的结构。所述金属膜包括遮光膜及抗反射膜，所述遮光膜主要用于阻挡光，且所述抗反射膜形成于所述遮光膜上并用于减少曝光光的反射。遮光膜的设计主要是考虑在曝光波长为200nm或以下时遮光膜的光学密度及厚度。

使用双折射率被控制为2nm/6.3mm或以下的6025英寸合成二氧化硅基板作为透明基板。如表1所示，通过使用DC磁控管设备以0.3kW至1.6kW的处理功率在一范围内改变作为靶材的硅化钼(MoSi)的组成比率以及作为反应性气体的氮气(N₂)的比率而使金属膜以各种形状形成于透明基板上，在所述范围内，金属膜的厚度减小。在此种情形中，在193nm时的光学密度被设定为2.72，以确定金属膜厚度的范围。该厚度的范围是使用由瓦里安医疗系统(Varian Medical Systems)公司所制造的Cary-5000型分光光度计、以及使用X射线的XRR设备来测量。

[表1]

<测量遮光膜的光学密度及厚度的试验>

为提高分辨率及图案保真度，遮光膜需要为薄的。为此，在实施例1至9中，根据靶材的组成比率及氮气(N₂)的比率来评估遮光膜厚度的试验表明，溅射工艺的靶材中所包含的金属(即，钼)的比率越高，则氮气的比率越低，且在相同光学密度下遮光膜的厚度越小。此外，如实施例10所示，当使用消光系数大于钼(Mo)的消光系数的钨(W)时，遮光膜的厚度小得多。

金属膜的设计II(抗反射膜的设计)

基于实施例1至10，形成薄的且能够减小在曝光波长下的闪耀发生率的抗反射膜，如表2所示。在此种情形中，所使用的反应性气体的比率为30％至60％，且处理功率被设定为0.3kW至1.6kW。

[表2]

<检验抗反射膜的试验>

基于实施例11至22，在根据实施例2、5、8、及10的遮光膜上形成抗反射膜。在193nm下、在2.92至3.05的光学密度范围内测量包括遮光膜及抗反射膜的金属膜的最终厚度。该试验表明，在实施例11、12、及13的情形中，即，当使用硅化钼(MoSi)(Mo∶Si＝10∶90原子％)作为靶材形成遮光膜且设计有抗反射膜时，金属膜的最终厚度具有

至

的范围。在实施例14、15、及16的情形中，即，当使用硅化钼(Mo∶Si＝20∶80原子％)作为靶材形成遮光膜且设计有抗反射膜时，金属膜的最终厚度具有

至的范围。在实施例17、18、及19的情形中，即，当使用硅化钼(Mo∶Si＝30∶70原子％)作为靶材形成遮光膜且设计有抗反射膜时，金属膜的最终厚度具有

至的范围。在实施例20的情形中，即，当使用硅化钨(WSi)(W∶Si＝30∶70原子％)作为靶材形成遮光膜且设计有抗反射膜时，金属膜的最终厚度具有

至

的范围。因此，金属膜中所包括的遮光膜中的金属含量越高，越有可能形成具有2.7至3.0的所需光学密度且具有薄的厚度的金属膜。此外，当使用消光系数高于钼的消光系数的钨时，更有可能形成具有2.7至3.0的所需光学密度且具有薄的厚度的金属膜。此外，当抗反射膜形成于遮光膜上且该遮光膜的形成材料与该抗反射膜的形成材料相同时，遮光膜中的金属含量越高，金属膜的反射率便越高。

因此，该试验表明，为形成薄的金属膜并将其反射率控制成能防止发生闪耀，遮光膜中的金属含量应为高的，且抗反射膜中的金属含量应为低的。

金属膜的设计III(耐化学性的评估)

在制造光掩膜期间，在金属膜上重复执行清洁过程。因此，使金属膜对化学品(例如，SPM及标准清洁-1(standard clean-1，SC-1))具有耐化学性颇为重要。因此，将金属膜浸没于由90℃的硫酸与充氧水以10∶1的比率组成的SPM中、以及由氨水溶液、充氧水、及去离子水以1∶1∶5的比率组成的SC-1中达两小时，并随后使用XRR设备评估金属膜的厚度的变化。此外，通过以下方式执行耐化学性测试：在10毫托至2毫托的真空状态下，在350℃下使用快速热处理工艺(rapid thermal process，RTP)元件对金属膜执行表面热处理达30分钟。

[表3]

<耐化学性测试的试验>

参照实施例23至30，当使用RTP执行表面热处理时，金属膜的耐化学性得到改善。然而，参照实施例13、16、19、及22，抗反射膜中的金属含量越高，金属膜的耐化学性便越差。这似乎是因为钼不耐酸碱性。

如上所述，用于获得薄的金属膜并将其反射率控制为30％或以下并且使其具有良好的耐化学性的试验表明，金属膜中所包括的遮光膜中的金属含量应为高的，且金属膜中所包括的抗反射膜中的金属含量应为低的。

硬膜的设计I

在减小硬膜的CD偏差的试验中，使用铬材料及氯基反应性气体来比较Cr、CrN、CrC、CrON、CrCO、及CrCON(其为硬膜的各种实例)的干蚀刻速率，以评估这些硬膜的蚀刻特性。在此种情形中，这些硬膜中的每一者的厚度均被控制为

通过终点检测(end point detection，EPD)来检查蚀刻的终点，并将处理功率设定为0.3kW至1.6kW。

[表4]

<对硬膜的蚀刻特性的评估>

参照实施例31至41，由铬形成的硬膜的蚀刻速率为

秒。此外，硬膜中的氮含量越高，硬膜的蚀刻速率便越高，而硬膜中的碳含量越高，硬膜的蚀刻速率便越低。

根据硬膜的蚀刻速率对CD偏差及负载效应进行归纳的结果显示，硬膜的蚀刻速率越高，CD的偏差相对于负载效应便越大。这似乎是因为硬膜具有

的薄的厚度，从而增大相对于负载效应的CD偏差。在此种情形中，判定当硬膜的蚀刻速率在精细图案的误差允许限值内介于秒至秒之间时为适当的。

硬膜的设计II(反射率反差的评估)

为检验硬膜，对根据实施例22、23、25、27、及29的金属膜执行热处理，在经热处理的金属膜上形成厚度为

的硬膜，并在193nm下使用Cary-5000型分光光度计测量硬膜的反射率及金属膜的反射率，如表5所示。

[表5]

<硬膜的反射率与金属膜的反射率之差>

参见表5，在实施例43至46中，硬膜的反射率与金属膜的反射率的绝对值之差介于6％至13％。图4为根据实施例45来比较金属膜的反射率与硬膜的反射率的曲线图。参照图4，硬膜的反射率与金属膜的反射率的绝对值之差为9.98％，且硬膜的反射率对金属膜的反射率的比率为1.2或以上。因此，在硬膜的反射模式测试期间，硬膜显示出足够的反射率反差。

此外，在比较根据实施例42的金属膜(即，在193nm下具有34.85％的反射率的金属膜)的反射率绝对值与硬膜的反射率绝对值时，硬膜的反射率为33.55％，硬膜的反射率的绝对值为1.30％，且硬膜的反射率对金属膜的反射率的比率为0.96。因此，硬膜与金属膜之间呈现出反射率反差。

此外，现在将参照图5及图6来更详细地阐述由于硬膜而产生的反射率反差。

基于上述实施例，通过使用硅化钼(MoSi)(Mo∶Si＝20∶80原子％)作为靶材并将氮含量控制为20％来溅射遮光膜。在此种情形中，如图5所示，遮光膜在193nm处的反射率(用实线表示)为30％。随后，由铬形成厚度为4nm的硬膜。硬膜在193nm处的反射率(用虚线表示)为37％。因此，如图5所示，遮光膜的表面与硬膜的表面之间的反射率反差为7％。因此，容易检验硬膜。

此外，通过使用硅化钼(MoSi)(Mo∶Si＝15∶85原子％)作为靶材并将氮含量控制为30％来形成遮光膜。在此种情形中，如图6所示，遮光膜的厚度为45nm，在193nm处的光学密度为3.0，且反射率(用实线表示)为32％。然后，由氮化铬(CrN)形成厚度为4nm的硬膜，并测量硬膜的反射率(用虚线表示)。因此，硬膜在193nm处具有28％的反射率。

如上所述，根据本发明的实施例，通过以下方式形成具有良好的耐化学性的金属膜：增大遮光膜中的金属含量，减少抗反射膜中的金属含量，形成具有薄的厚度的金属膜以提高其分辨率及图案保真度，并将金属膜的反射率控制为30％或以下。硬膜中的氮含量越高，硬膜的蚀刻速率便越高，且硬膜中的碳含量越高，硬膜的蚀刻速率便越低。因此，可通过适当地控制硬膜的蚀刻速率以减小CD的偏差来设计易于检验的硬膜及金属膜。

根据上述实施例，通过适当地控制硬膜中的氮、碳、及氧的含量来形成硬膜，从而减小在执行蚀刻工艺时所造成的CD的偏差。

此外，由于金属膜被形成为包括其中具有高的金属含量的遮光膜以及其中具有低的金属含量的抗反射膜，因此可减小金属膜的厚度以提高其分辨率、图案保真度、及耐化学性。

此外，将金属膜及硬膜形成为使其间的反射率反差高，从而使硬膜能够易于检验。

因此，根据本发明实施例的用于硬遮罩的空白遮罩可应用于动态随机访问存储器(dynamic random access memory，DRAM)、快闪存储器、或微处理单元(micro-processing unit，MPU)，以具有32nm或以下的半节距且尤其是具有22nm或以下的最小临界尺寸。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (20)

1.一种空白遮罩，在所述空白遮罩中，金属膜与硬膜依序堆叠于透明基板上，其特征在于，在检验波长为200nm或以下时，所述金属膜与所述硬膜之间的反射率反差为3％至60％。

2.根据权利要求1所述的空白遮罩，其特征在于，所述金属膜的反射率低于或高于所述硬膜的反射率。

3.根据权利要求1所述的空白遮罩，其特征在于，在检验波长为200nm或以下时，所述金属膜的反射率对所述硬膜的反射率的比率为0.7至1.4。

4.根据权利要求1所述的空白遮罩，其特征在于，所述硬膜具有

秒至

秒的蚀刻速率。

5.根据权利要求1所述的空白遮罩，其特征在于，所述硬膜包含由下列所组成的群组中选出的至少一种金属材料：钛Ti、钒V、钴Co、镍Ni、锆Zr、铌Nb、钯Pd、锌Zn、铬Cr、铝Al、锰Mn、镉Cd、镁Mg、锂Li、硒Se、铜Cu、钼Mo、铪Hf、钽Ta、及钨W，

其中所述硬膜还包含由氮N、氧0、及碳C组成的群组中选出的至少一种材料。

6.根据权利要求1所述的空白遮罩，其特征在于，与所述金属膜相比，所述硬膜对于用于蚀刻所述金属膜的氟基材料的蚀刻选择性为20或以上。

7.根据权利要求1所述的空白遮罩，其特征在于，所述硬膜具有至的厚度。

8.根据权利要求1所述的空白遮罩，其特征在于，所述金属膜具有

至

的厚度。

9.根据权利要求1所述的空白遮罩，其特征在于，在曝光波长为200nm或以下时，所述金属膜具有2.5至3.5的光学密度。

10.根据权利要求1所述的空白遮罩，其特征在于，所述金属膜是单层膜或包含两个或更多个层的多层膜，并以单一膜或连续膜的形式形成。

11.根据权利要求1所述的空白遮罩，其特征在于，所述金属膜包括其中金属含量在深度方向上连续变化或分步变化的部分。

12.根据权利要求11所述的空白遮罩，其特征在于，所述金属膜在所述深度方向上的最小金属含量与最大金属含量之差为40原子％或以下。

13.根据权利要求1所述的空白遮罩，其特征在于，所述金属膜包括堆叠于所述透明基板上的遮光膜及抗反射膜。

14.根据权利要求13所述的空白遮罩，其特征在于，所述遮光膜中的金属含量高于所述抗反射膜中的金属含量。

15.根据权利要求1所述的空白遮罩，其特征在于，所述硬膜包含由下列所组成的群组中选出的至少一种金属材料：钛Ti、钒V、钴Co、镍Ni、锆Zr、铌Nb、钯Pd、锌Zn、铬Cr、铝Al、锰Mn、镉Cd、镁Mg、锂Li、硒Se、铜Cu、钼Mo、铪Hf、钽Ta、及钨W，以及包含硅Si，

其中所述硬膜还包含由氮N、氧O、及碳C组成的群组中选出的杂质。

16.根据权利要求15所述的空白遮罩，其特征在于，所述硅Si的含量高于所述至少一种金属材料的含量或所述杂质的含量。

17.根据权利要求1所述的空白遮罩，其特征在于，在曝光波长为200nm或以下时，所述金属膜具有10％至50％的反射率。

18.根据权利要求1所述的空白遮罩，其特征在于，在检验波长为190nm至500nm时，所述金属膜具有60％或以下的反射率。

19.一种光掩膜，其特征在于，所述光掩膜是使用根据权利要求11所述的空白遮罩制成。

20.一种光掩膜，其特征在于，所述光掩膜是使用根据权利要求14所述的空白遮罩制成。

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