CN103955110A - 掩膜板和光掩膜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够制造光掩膜的掩膜板，该光掩膜具有有效防止静电击穿的结构。为了实现上述目的，本发明公开了一种掩膜板，其包括掩膜基底、完全覆盖该掩膜基底一面的静电击穿保护膜和形成在该静电击穿保护膜上的遮光膜。该静电击穿保护膜由钛、钽、钛化合物或钽化合物构成。对于曝光波长该静电击穿保护膜的透光率不小于75％。该静电放电保护膜的方块电阻不大于100KΩ／□。

Description

掩膜板和光掩膜

发明领域

本申请涉及用于光刻的光掩膜，特别是一种作为制造光掩膜基础的掩膜板。

背景技术

用于在基底上形成精细图案的光刻技术经常被应用于制造各种半导体设备和显示设备。在光刻中，光阻材料被涂敷在基底上，该基底此后被称为“电路基底”。该光阻材料被具有电路图案的光曝光。然后，通过对光阻材料进行显影和蚀刻显影后的光阻材料，将电路图案转录。

光掩膜主件具有其中电路图案形成在透明基底上这样的结构，此后称为“掩膜基底”以区分电路基底。光掩膜由称为“掩膜板”的产品制成。掩膜板通过用遮光膜完全覆盖掩膜基底的一面而制成。

在光刻中会产生光掩膜充电的问题。尽管在光掩膜中的可以是铬膜或铬化合物膜的遮光膜是导电性的，但掩膜基底是由玻璃(即可以容易充电的电介质)制成的。特别是，当光掩膜用于所谓接触曝光时，由于其与电路基底接触，因而很容易被充电。当曝光后光掩膜从电路基底分离时，可以发生上述充电，即所谓“接触和分离充电”。

当过多静电在光掩膜上产生时，任何原因都将导致放电(即绝缘击穿)。例如，在掩膜基底上的遮光膜图案可能具有一部分“岛”，就是完全与其它部分分离的部分。由于光掩膜充电导致这些岛部分的电势与其它部分的电势有很大不同。当电势差被扩大时，沿着掩膜基底的表面可以发生放电。此外，在掩膜基底和其附近的元件或用于支撑其的构件之间会产生放电。

如上所述光掩膜充电导致的一个问题是遮光膜图案的变形。例如，由于放电的作用，遮光膜图案可以被切去。由于上述图案被转录给电路基底，因此该图案的变形会导致成品率的降低。

过量充电导致的放电更可能发生在遮光膜(导电膜)图案的尖锐部分，例如，直角拐角处。使该拐角圆滑有助于阻止放电并可以作为解决该问题的方法。然而，由于其是将被转录到电路基底的主要精细图案，在很多情况下，这种图案的变形(圆滑)是不允许的。

作为—种防止光掩膜充电的结构，考虑在掩膜基底上形成透明导电膜ITO(氧化锡铟)膜并且在其上将遮光膜图案化。这种结构在JP2008-241921-A1中公开。然而，在形成遮光膜图案中，ITO膜对于蚀刻液仅具有低抵抗力。这导致的问题是通过蚀刻剂的蚀刻ITO膜变薄。此外，在清洗步骤中，其对清洗液的抵抗力也是存在疑问的。当ITO膜被化学物质变薄时，由于体积减小，其方块电阻增加，并且此后将会失去所需的接地功能。

发明内容

考虑到上述问题而作出了本发明。本发明的目的是提供一种能够制造具有有效防止静电击穿结构的光掩膜的掩膜板。为了实现这个目的，本发明提供的掩膜板具有掩膜基底，完全覆盖在掩膜基底的一面上的静电击穿保护膜，和形成在该静电击穿保护膜上的遮光膜。该静电击穿保护膜由钛或钽制成。对于曝光波长，该静电击穿保护膜的透光率不小于75％。该静电放电保护膜的方块电阻不大于100KΩ／□。

为了实现该目的，本发明还提供了一种具有由钛化合物或钽化合物制成的静电击穿保护膜的掩膜板。对于曝光波长，该静电击穿保护膜的透光率同样不小于75％。该静电放电保护膜的方块电阻同样不大于100KΩ／□。

附图说明

图1是一个实施方式中掩膜板的前横截面视图。

图2是显示了由图1所示的掩膜板制造光掩膜的方法的前横截面视图。

图3是安装有光掩膜的曝光系统的前视图。

图4示出了透光率和方块电阻两者与静电击穿保护膜的厚度之间的关系的实验研究结果。

图5示出了确定氧气和氮气添加作用的实验结果。

图6示出了确定二氧化碳气体和氮气添加作用的实验结果。

具体实施方式

本发明的一个实施方式将被如下描述。图1是本实施方式中掩膜板的前横截面视图。如图1所示的掩膜板包括透明掩膜基底1、形成在掩膜基底1上的静电击穿保护膜2和形成在该静电击穿保护膜2上的遮光膜3。

该掩膜基底1由玻璃例如石英制成，其对于曝光波长具有好的透光率。在很多情况下，该掩膜基底1是长方形的。其大小取决于要制造的光掩膜。掩膜基底1的厚度可以在1.5到17mm的范围。

静电击穿保护膜2由钛、钛化合物、钽或钽化合物制成。所述钛化合物可以是氧化钛、氮化钛、氮氧化钛等。同样，所述钽化合物可以是氧化钽、氮化钽、氮氧化钽等。当由这些材料制成的膜完全覆盖掩膜基底1的一面时，其用作所述静电击穿保护膜2。该静电击穿保护膜2的厚度可以在1.5到3.5nm的范围。作为遮光膜3，如所述的，其是由铬或铬化合物形成的膜。遮光膜3的厚度可以在90到150nm的范围。

图2是显示由图1所示的掩膜板制造光掩膜的方法的前横截面视图。如图2所示，制造光掩膜从将光阻材料4涂敷在掩膜板的整个表面区域开始。光阻材料4被曝光到如激光绘制图案的光图案(图2(1))。在显影该光阻材料并且制造出图案后，通过蚀刻液蚀刻遮光膜3(图2(2))。在蚀刻后，光阻材料4通过灰化被移除。在使用清洗液进行完清洗步骤和其它所需步骤后，光掩膜5被制造完成(图2(3))。

图3是安装有光掩膜5的曝光系统的前视图。如图3所示，光掩膜5被安装在所需位置，从光源6发出的光通过该该位置照射到电路基底7上。光掩膜5被掩膜支架51支撑并保持在所需位置。如图3所示，掩膜支架51与光掩膜5接触的部分是金属的并且接地。

另一方面，制造出的光掩膜5具有其中静电击穿保护膜2位于掩膜基底1和图案化遮光膜3之间的整个交界面的结构。掩膜支架51与静电击穿保护膜2的一个边缘接触并处于接地状态。因此，静电击穿保护膜2同样处于接地状态。因此，光掩膜5的充电被防止，并且任何所述的静电击穿都不会发生。

尽管图3所示的曝光系统是投影型，在邻近型或接触型曝光系统中，光掩膜可以安装在与电路基底相关的所需位置。所述安装的光掩膜可以被支架支撑，此外该光掩膜可以被安装机构的构件支撑。这种构件经常是金属的，并且当其接地时，也可以防止静电击穿。即使在曝光时光掩膜与地隔离，其可以在安装或拆卸时接地。此外，通过使存放架的金属部分接地并且使其与光掩膜接触，静电击穿保护膜2同样接地。

在本实施方式所述的掩膜板和光掩膜中，静电击穿保护膜2必须具有足够高的导电率，以防止静电击穿。所需的导电率可以根据光掩膜充电的发生率而不同。尽管光掩膜充电的发生率可以由于光掩膜的使用环境、遮光膜3的图案构造和其它因素而不同，但一般具有方块导电率不大于100KΩ／□的光掩膜可以毫无问题地实际使用。

静电击穿保护膜2的厚度对于获得所需的透光率是重要的。钛和钽对于曝光波长具有差的透光率，并且钛化合物和钽化合物在很多情况下也是一样。因此，如果掩膜基底完全由这些材料的膜覆盖，可能不会获得作为光掩膜所需的透光率，使其不能实际使用。上述推测可以认为是钛和钽在光掩膜中不被应用作为静电击穿保护膜材料的原因。然而，已经发现变薄到一定程度的膜不会损害透光率并且实现防止静电击穿的目的。

图4示出了透光率和方块电阻两者与静电击穿保护膜的厚度之间的关系的实验研究结果。在该实验中，形成不同厚度的钛膜作为静电击穿保护膜。对于每个钛膜，测量g-线(436nm)的透光率和方块电阻。图4(1)示出了每个厚度的透光率，并且图4(2)示出了每个厚度的方块电阻。每个静电击穿保护膜(钛膜)采用溅射沉积而成，其中氩气用作溅射气体。

如图4(1)所示，尽管随着厚度的增加透光率降低，但是在厚度不大于约3.5nm(例如1.5到3.5nm)的情况下获得了通常所需的不小于75％的透光率。在较大厚度的膜中，由于钛层的体积较小，方块电阻增加。然而，如图4(2)所示，即使厚度减少到大约1.5到3.5nm，其仍然为例如0.9到2.1KΩ/□，这表现用于防止静电击穿的好导电率。

同样确定的是，变薄到约1.5到3.5nm的静电击穿保护膜对蚀刻液也具有高抵抗力。高抵抗力意味着膜不会有在蚀刻时由于腐蚀导致方块电阻超过允许值的问题。换句话说，钛的优点(即对于腐蚀性材料具有高化学稳定性和高抵抗力)使得膜的厚度能够减少到一个范围，在这个范围不会妨碍透光率，与ITO相比这弥补了低透光率的缺点并且作用更好。发明人确定该特性与钽、钛化合物和钽化合物相同。

为了在足够长的时间内获得防止静电击穿的效果，静电击穿保护膜2要在足够长的时间内保持高导电率。关于这点，发明人的研究已经表明，改进静电击穿保护膜2的形成是有效的。以下将介绍这一内容。

尽管钛和钽是高导电性的材料，但是随着时间的流逝，它们会被氧化从而失去导电性。当它们形成静电击穿保护膜2时也是同样的。该膜会被氧化从而失去导电性，导致静电击穿保护特性受到影响。这个问题通过应用在静电击穿保护膜2的形成步骤中的改进得以解决。该改进是采用溅射形成该膜，并且在该过程中使用添加有氧气的氩气、添加有氧气和氮气的氩气或者添加有二氧化碳和氮气的氩气作为溅射气体。

图5示出了确定氧气和氮气添加作用的实验结果。在如图5所示的实验中，测量了三个样品的方块电阻的时间渐进变化。第一个样品是使用添加了氧气的氩气作为溅射气体而形成的静电击穿保护膜。第二个样品是使用添加了氮气的氩气作为溅射气体而形成的静电击穿保护膜。第三个样品是使用添加了氧气和氮气的氩气作为溅射气体而形成的静电击穿保护膜。图5(1)示出了第一个样品的结果，图5(2)示出了第二个样品的结果，和图5(3)示出了第三个样品的结果。

在任何样品中，在溅射过程中压力(总压力)是0.20Pa。在图5(2)所示的样品中添加10％(流量)的氧气到氩气中。在图5(3)所示的样品中添加10％的氧气和5％的氮气到氩气中。掩膜基底由石英制成。在第一个样品中所述膜的厚度大约为1nm，而在第二个和第三个样品中所述膜的厚度分别大约是2.5nm。

如图5(1)所示，只使用氩气沉积的静电击穿保护膜开始时具有10KΩ／□的方块电阻。然而，随后方块电阻增加并且当150小时过去后达到大约100KΩ/□。如图5(2)所示，相反的，使用添加有氧气的氩气沉积的静电击穿保护膜开始时仅具有6KΩ／□这样低的方块电阻，并且200小时过去后只增加到24KΩ／□。随后，即使850小时过去后，方块电阻仅适度增加到35KΩ／□这样低。同样如图5(3)所示，使用添加有氧气和氮气的氩气沉积的静电击穿保护膜开始时仅具有1.4KΩ／□的方块电阻，并且600小时过去后仅增加到3.2KΩ／□这样低。

图6示出了确定二氧化碳气体和氮气添加作用的实验结果。在如图6所示的实验中，测量了样品的方块电阻的时间渐进变化。该样品是使用添加有二氧化碳气体和氮气的氩气作为溅射气体沉积而成的静电击穿保护膜。同样，该膜是采用钛靶在压力大约0.20Pa的条件下溅射沉积形成的。二氧化碳气体以10％的流量，和二氧化碳以5％的流量分别添加到氩气中。所述沉积膜的厚度同样是大约2.5nm。

如图6所示，静电击穿保护膜的方块电阻开始时只有1.8KΩ／□。尽管在24小时内，方块电阻上升到12KΩ／□，但随后即使200小时过去后，也几乎没有发现增加。可能方块电阻此后一直将停留在该非常低的值。

如这些结果所示的，在沉积静电击穿保护膜2时，通过将氧气加入氩气、将氧气和氮气加入氩气或者将二氧化碳和氮气加入氩气，该膜具有了开始时的高导电率不随时间而损失的好特性。100KΩ／□的方块电阻对于静电击穿保护来说是一个标准。具有只使用氩气沉积的静电击穿保护膜的光掩膜必须在大约150小时内更换。与此相对，如果使用添加了氧气的氩气进行沉积，通过计算，将需要大约6个月的时间方块电阻才会增加到100KΩ／□。或者如果使用添加了氧气和氮气的氩气进行沉积，将需要几年以上的时间方块电阻才会增加到100KΩ／□。实际上不需要更换。使用添加有二氧化碳和氮气的氩气沉积的膜会有相同的结果。如所述的，尽管在任何情况下都可以获得静电击穿保护效果，在膜沉积时通过将氧气添加到氩气中、将氧气和氮气添加到氩气中或将二氧化碳和氮气添加到氩气中，延长了有效期从而减少了更换频率。

在更换后，使用过的光掩膜被去静电，然后可以再次使用。此外，如果光掩膜能够在被曝光系统中的支架51支撑时去静电，在支架51上可以周期性地进行去静电维护。在这种情况下，具有使用添加有氧气的氩气、添加有氧气和氮气的氩气或者添加有二氧化碳和氮气的氩气沉积的静电击穿保护膜2的光掩膜，其需要更小频率的维护。这有助于提高生产率。

描述图5所示的实验中沉积的静电击穿保护膜2的透光率，对于只使用氩气沉积的静电击穿保护膜2，透光率在g-线(436nm)为95％，在h-线(405nm)为94.7％和在i-线(365nm)为93.3％。对于使用添加有氧气的氩气沉积的静电击穿保护膜2，透光率在g-线是92.6％，在h-线是91.9％和在i-线是90.4％。对于使用添加有氧气和氮气的氩气沉积的静电击穿保护膜2，透光率在g-线是89.5％，在h-线是88.4％和在i-线是86.4％。一般要求透光率不小于75％。每种情况都超过该值，这表明在实际应用中都没有问题。

这里没有阐明为什么使用添加有氧气的氩气、添加有氧气和氮气的氩气或者添加有二氧化碳和氮气的氩气沉积的静电击穿保护膜2长时间保持高导电率的原因。但是，可能是如下推测。

氧化钛和氧化钽是介电材料。当使用添加有氧气的氩气作为溅射气体溅射钛靶或钽靶而沉积成钛膜或钽膜时，不会沉积得到正常的氧化钛膜或正常的氧化钽膜。所述膜推测将会具有其中少量氧嵌入到钛层或钽层中的结构。此外，由于该膜是无定形的，即使形成氧化钛或氧化钽，其结构也与氧化钛或氧化钽的结晶层不同。这也许是获得氧气嵌合的钝化效果而同时能够长时间不损失提高的导电率的原因。当添加了氧气和氮气时，或当添加了二氧化碳气体和氮气时，在钛层或钽层中的部分氮化或氮嵌合将长时间保持钝化效果和导电率提高。使用添加有氧气或氮气的氩气沉积的膜由于氧或氮嵌入其中而可以与只使用氩气沉积的其它膜区分开。

本实施方式中的掩膜板，如所述的，由于具有下述结构而可以防止光掩膜充电，在该结构中遮光膜3形成在钛、钽或其化合物构成的膜2上，该膜2完全覆盖掩膜基底1。因此，光掩膜不会受到任何引起图案变形的静电放电影响。因此，避免了减少成品率的偶然性。

静电击穿保护膜2的厚度可足以更薄以在蚀刻时在不损失化学抵抗力的情况下获得所需的透光率。因此，其同样可以避免蚀刻时由于腐蚀而可能引起的静电击穿保护效果降低。此外，沉积时通过在溅射气体中添加氧气、氧气和氮气、或者二氧化碳和氮气，静电击穿保护膜2长时间保持高导电率，表现出高的静电击穿保护效果并且有助于提高生产率。

在通过曝光和蚀刻图案化遮光膜3后，可以在其上形成完全覆盖的静电击穿保护膜。由此得到的结构将同样起到静电击穿保护功能。然而，由于光掩膜必然要经过形成静电击穿保护膜2的步骤，这会产生光学特性方面的问题，如光的散射。此外，如果在一个步骤中膜2被切除，遮光膜3将不会很好地接地，这将降低静电击穿保护特性。因此，优选在掩膜基底1和遮光膜之间的整个交界面处形成静电击穿保护膜2作为遮光膜的下层。

Claims (20)

1.一种掩膜板包括

掩膜基底，

完全覆盖该掩膜基底一面的静电击穿保护膜，

形成在该静电击穿保护膜上的遮光膜，

其中

所述静电击穿保护膜由钛或钛钽制成，

对于曝光波长所述静电击穿保护膜的透光率不小于75％，并且所述静电击穿保护膜的方块电阻不大于100KΩ／□。

2.如权利要求1所述的掩膜板，

其中

所述静电击穿保护膜的厚度在1.5到3.5nm的范围。

3.一种掩膜板包括

掩膜基底，

完全覆盖该掩膜基底一面的静电击穿保护膜，

形成在该静电击穿保护膜上的遮光膜，

其中

所述静电击穿保护膜由钛化合物或钽化合物制成，

对于曝光波长所述静电击穿保护膜的透光率不小于75％，并且所述静电击穿保护膜的方块电阻不大于100KΩ／□。

4.如权利要求3所述的掩膜板，

其中

所述静电击穿保护膜的厚度在1.5到3.5nm的范围。

5.如权利要求3或4所述的掩膜板，

其中

所述静电膜是使用添加有氧气的氩气溅射沉积形成的膜。

6.如权利要求5所述的掩膜板，

其中

氩气中氧气的添加率在5％到20％的范围。

7.如权利要求3或4所述的掩膜板，

其中

所述静电放电保护膜是使用添加有氧气和氮气的氩气溅射沉积形成的膜。

8.如权利要求7所述的掩膜板，

其中

氩气中氧气的添加率在10％到20％的范围，并且

氩气中氮气的添加率在5％到15％的范围。

9.如权利要求3或4所述的掩膜板，

其中

所述静电放电保护膜是使用添加有二氧化碳和氮气的氩气溅射沉积形成的膜。

10.如权利要求9所述的掩膜板，

其中

氩气中二氧化碳的添加率在10％到20％的范围，并且

氩气中氮气的添加率在5％到15％的范围。

11.一种光掩膜包括

掩膜基底，

完全覆盖该掩膜基底一面的静电击穿保护膜，

在该静电击穿保护膜上形成并图案化的遮光膜，

其中

所述静电击穿保护膜由钛或钛钽制成，

对于曝光波长所述静电击穿保护膜的透光率不小于75％，并且

所述静电击穿保护膜的方块电阻不大于100KΩ／□。

12.如权利要求11所述的光掩膜，

其中

所述静电击穿保护膜的厚度在1.5到3.5nm的范围。

13.—种光掩膜包括

掩膜基底，

完全覆盖该掩膜基底一面的静电击穿保护膜，

在该静电击穿保护膜上形成并图案化的遮光膜，

其中

所述静电击穿保护膜由钛化合物或钽化合物制成，

对于曝光波长所述静电击穿保护膜的透光率不小于75％，并且

所述静电击穿保护膜的方块电阻不大于100KΩ/□。

14.如权利要求13所述的光掩膜，

其中

所述静电击穿保护膜的厚度在1.5到3.5nm的范围。

15.如权利要求13或14所述的光掩膜，

其中

所述静电膜是使用添加有氧气的氩气溅射沉积形成的膜。

16.如权利要求15所述的光掩膜，

其中

氩气中氧气的添加率在5％到20％的范围。

17.如权利要求13或14所述的光掩膜，

其中

所述静电放电保护膜是使用添加有氧气和氮气的氩气溅射沉积形成的膜。

18.如权利要求17所述的光掩膜，

其中

氩气中氧气的添加率在10％到20％的范围，并且

氩气中氮气的添加率在5％到15％的范围。

19.如权利要求13或14所述的光掩膜，

其中

所述静电放电保护膜是使用添加有二氧化碳和氮气的氩气溅射沉积形成的膜。

20.如权利要求19所述的光掩膜，

其中

氩气中二氧化碳的添加率在10％到20％的范围，并且

氩气中氮气的添加率在5％到15％的范围。