CN104460224A - 光掩膜坯料的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题是涉及一种光掩膜坯料,所述光掩膜坯料在对含有硅的无机膜实施硅烷化处理后形成抗蚀膜,并提供一种光掩膜坯料的制造方法,其能够抑制在显影后因抗蚀剂残渣等所引起的缺陷的产生。为了解决上述问题,提供一种光掩膜坯料的制造方法,其是制造以下的光掩模坯料的方法,所述光掩膜坯料在透明基板上至少具有含有硅的无机膜,并在该无机膜上具有抗蚀膜,所述光掩膜坯料的制造方法是在形成前述无机膜后,以高于200℃的温度,在含有氧气的环境中进行热处理,再进行硅烷化处理,然后利用涂布来形成前述抗蚀膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种光掩膜用途的光掩膜坯料的制造方法,其是在制造半导体集成电路等时所使用。
背景技术
近年来,对于半导体加工而言,尤其因大规模集成电路的高集成化,逐渐需要使电路图案微细化,对于构成电路的配线图案的细线化、或对于用于构成单元电路的层之间的配线的接触孔图案的微细化技术的要求逐渐提高。因此,对于形成所述配线图案或接触孔图案的光刻中所使用的刻画有电路图案的光掩模的制造而言,随着上述微细化,也需要能够更微细且更正确地刻画电路图案的技术。
为了在光掩膜基板上形成更高精度的光掩膜图案,首先,需要在光掩膜坯料上形成高精度的抗蚀图案(光致抗蚀图案,也称为光刻胶图案)。由于在实际加工半导体基板时,光学光刻进行了缩小投影,因此,光掩膜图案实际上是所需图案尺寸的4倍左右的大小,但对精度的要求不会因此而降低,对作为原版的光掩膜的精度要求反而比对曝光后的图案精度的要求更高。
而且,在现行的光刻技术中,所要描绘的电路图案的尺寸远低于所使用的光的波长,如果使用按照电路的形状直接放大4倍的光掩膜图案,则会因实际进行光学光刻时所产生的光的干扰等的影响,而无法在抗蚀膜上按照光掩膜图案的形状进行转印。因此,为了减少这些影响,有时需要将光掩膜图案加工成比实际的电路图案更复杂的形状(适用所谓的光学邻近效应修正(Optical proximity correction,OPC)等的形状)。因此,在用于获得光掩膜图案的光刻技术中,现在也需要一种更高精度的加工方法。有时以极限分辨率(极限解像度)来表现光刻性能,作为该分辨极限,光掩模加工工序的光刻技术需要与使用了光掩模的半导体加工工序中所使用的光学光刻所需的分辨极限同等程度或其以上的极限分辨精度。
在光掩模图案的形成过程中,通常是在光掩模坯料上形成抗蚀膜,该光掩模坯料在透明基板上具有遮光膜,并利用电子束来描绘图案,经过显影而获得抗蚀图案,然后,将获得的抗蚀图案作为蚀刻掩模,对遮光膜进行蚀刻而将其加工成遮光图案,但在使遮光图案微细化的情况下,若想要维持与微细化前相同的抗蚀膜的膜厚而进行加工,则膜厚相对于图案之比即所谓的纵横比会增大,抗蚀的图案形状变差而导致图案转印无法顺利地进行,有时会引起抗蚀图案塌陷或剥落。因此,需要随着微细化而使抗蚀膜厚变薄。
另外,为了减轻干式蚀刻时对于抗蚀剂的负担,以前已尝试了使用硬掩模的方法,例如,在专利文献1中,公开了以下方法:在MoSi2上形成SiO2膜,将该SiO2膜用作使用含氯气体对MoSi2进行干式蚀刻时的蚀刻掩模;另外,记述了SiO2膜还能作为抗反射膜而发挥功能。另外,例如专利文献2中记载了在相移膜上使用铬作为遮光膜,在该铬上使用SiO2膜作为硬掩模。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开昭63-85553号公报;
专利文献2:日本特开平7-49558号公报。
发明内容
随着如上所述的图案的微细化,抗蚀剂的密接性变得重要。但是对于表面含有硅(Si)的膜而言,若想要在光掩模上形成例如50nm以下的微细图案,则抗蚀剂的密接性变差,且会导致抗蚀图案在显影过程中剥落。已知为了避免发生这种情况,有效的做法是利用六甲基二硅氮烷等进行硅烷化处理。
但是,如果实施了硅烷化处理,则存在如下问题:表面带有疏水性,难以清洗,显影后的清洗工序中残留有大量的抗蚀剂残渣等,而形成缺陷。为了提高清洗能力,可以使用IPA(异丙醇)等来改善浸润性,但这些溶剂会对抗蚀图案产生影响,因而不优选。
因此,本发明是鉴于上述问题点而完成,涉及一种在对含有硅的无机膜实施硅烷化处理后形成抗蚀膜的光掩膜坯料的制造方法,其目的在于提供一种光掩膜坯料的制造方法,所述方法能够抑制在显影后因抗蚀剂残渣等所引起的缺陷的产生。
为了实现上述目的,本发明提供一种光掩膜坯料的制造方法,所述光掩膜坯料在透明基板上至少具有含有硅的无机膜,并在该无机膜上具有抗蚀膜,所述光掩膜坯料的制造方法的特征在于:在形成前述无机膜后,以高于200℃的温度,在含有氧气的环境中进行热处理,再进行硅烷化处理,然后利用涂布来形成前述抗蚀膜。
据此,利用硅烷化处理,能够提高含有硅的无机膜与抗蚀膜的密接性,即使在抗蚀膜上形成微细的图案,也可以抑制该抗蚀图案的倒塌或剥离。
而且,由于在形成含有硅的无机膜后,实施上述热处理再进行硅烷化处理,来形成抗蚀膜,因此,能够抑制以往实施硅烷化处理时所出现的显影后抗蚀剂残渣的产生,并能够减少缺陷数量。而且,由于只进行硅烷化处理前的上述热处理即可,因此,较为简便。
此时,能够以高于400℃的温度进行前述热处理。
据此,能够进一步抑制显影后抗蚀剂残渣的产生。
此时,能够将前述含有硅的无机膜制成进一步含有氧。
这样,更优选的是,形成进一步含有氧的含有硅的无机膜,来作为含有硅的无机膜。
另外,能够将前述含有硅的无机膜制成由硅与氧构成。
这样,更优选的是,形成由硅与氧构成的含有硅的无机膜,作为含有硅的无机膜。
另外,能够形成含有铬的无机膜,再形成前述含有硅的无机膜。
在光掩膜坯料中,经常使用例如含有铬的材料,来作为遮光膜的材料。如果形成有上述含有铬的无机膜,则能够使用该含有铬的无机膜,作为遮光膜等。
另外,能够在前述透明基板上,形成含有硅的相移膜(phase shift film),再形成前述含有铬的无机膜。
据此,能够制造具有相移膜的光掩膜坯料,并能够获得具有更高的解像度且可形成更微细的图案的光掩膜。
另外,能够将前述含有硅的无机膜作为硬掩膜。
据此,即便与没有另设硬掩膜的情况相比,也可以使抗蚀膜变薄,容易进行更微细的图案(例如50nm以下的图案)的形成。
在前述硅烷化处理中,能够使用六甲基二硅氮烷进行处理。
六甲基二硅氮烷(以下有时记载为HMDS)在光掩膜坯料等半导体制造工序中经常使用,因而优选。
如上所示,根据本发明的光掩膜坯料的制造方法,能够抑制抗蚀图案在曝光显影后发生倒塌或剥离等,并且能够抑制抗蚀剂残渣的产生,从而能够减少缺陷数量。
附图说明
图1是表示由本发明的制造方法制造而成的光掩膜坯料的一个实例的概略图。
图2是表示本发明的光掩膜坯料的制造方法的一个实例的流程图。
图3是表示实施例1中的显影后的缺陷分布的观察图。
图4是表示比较例1中的显影后的缺陷分布的观察图。
具体实施方式
以下,作为实施方式的一个实例,参照附图详细地对本发明进行说明,但本发明并不限于此。
本发明人对光掩膜坯料反复深入研究。如上所述,在以往技术中,在对含有硅的无机膜实施硅烷化处理并涂布抗蚀膜的情况下,在曝光显影该抗蚀膜后,会产生大量抗蚀剂残渣。然而,本发明人发现:如果在形成含有硅的无机膜后,进行热处理(高于200℃的温度、含有氧气的环境下),然后进行硅烷化处理和抗蚀剂的涂布,即使显影而制作抗蚀图案,也可显著减少抗蚀剂残渣等缺陷,因而完成本发明。
图1表示利用本发明的制造方法制造而成的光掩膜坯料的一个实例。如图1所示,光掩膜坯料1例如在透明基板2上依次形成有:含有硅的相移膜3、含有铬的无机膜(例如,遮光膜4)、含有硅的无机膜5及抗蚀膜6。
光掩模坯料1中所使用的透明基板2,只要是对曝光波长为透明的材料,且是在制造过程中的各个工序的处理温度下,变形量小的材料,则并无特别限制,作为此种透明基板的一个实例,可列举石英基板。
接下来,对透明基板2上的膜结构进行说明。
作为含有硅的无机膜5,可以是例如:硅单体;或硅中至少含有氧、氮、碳中的任一种的膜;或含有硅与过渡金属的膜;或包含硅与过渡金属、及氧、氮、碳中的至少一种的膜。作为此种膜,可以列举:由硅构成的膜;由氧与硅构成的膜;由氮与硅构成的膜;由氧、氮与硅构成的膜;由碳与硅构成的膜;由碳、氧与硅构成的膜;由碳、氮与硅构成的膜;由碳、氧、氮与硅构成的膜。作为含有过渡金属的膜,可以列举:由过渡金属与硅构成的膜;由过渡金属、硅与氧构成的膜;由过渡金属、氮与硅构成的膜;由过渡金属、氧、氮与硅构成的膜;由过渡金属、碳与硅构成的膜;由过渡金属、碳、氧与硅构成的膜;由过渡金属、碳、氮与硅构成的膜;由过渡金属、碳、氧、氮与硅构成的膜等。
特别优选由硅、氧与氮构成的膜(SiON膜),进一步优选由硅与氧构成的膜(SiO膜)。
作为过渡金属,可以列举钼、钨、钽、钛、氧化锆及铪。作为含有硅的无机膜5中的过渡金属,并非限于一种,也可以含有两种以上的过渡金属。
进一步,还可以含有氢。
另外,此含有硅的无机膜5为经硅烷化处理后的膜。由于含有硅的无机膜5为经硅烷化处理后的膜,因此,与其上形成的抗蚀膜6的密接性高。因此,即使是在抗蚀膜6上形成有微细的图案的情况下,也可以抑制产生抗蚀图案的倒塌和剥离等。
此外,对含有硅的无机膜5实施的硅烷化处理没有特别限定,例如,能够进行在半导体制造工序中常用的使用了HMDS来实施的处理。
进一步,含有硅的无机膜5以高于200℃的温度在含有氧气的环境中进行热处理,再进行上述硅烷化处理。
在由使用了硅烷化处理的以往方法而成的光掩膜坯料中,在显影后,产生大量的抗蚀剂残渣,而产生缺陷。然而,在由本发明的制造方法而成的光掩膜坯料1中,能够抑制以往产品中的抗蚀剂残渣的产生,并能够减少缺陷数量。
虽然此种由热处理所引起的缺陷减少的理由不明,被认为是因为例如:含有硅的无机膜5中的与抗蚀膜相接的面上,OH的量和原子的键结状态等发生变化。
作为膜结构,只要抗蚀膜6的下方为含有硅的无机膜5即可,该含有硅的无机膜5也可以是发挥例如遮光膜、相移膜等光学膜、和用于在光学膜上形成图案的硬掩膜功能的膜。另外,也可以具有蚀刻阻止膜。
特别是形成微细的图案时,例如在形成50nm以下的图案时,本发明是有效的,如将含有硅的无机膜5作为硬掩膜,其效果较显著。
作为硬掩膜使用时的膜厚优选为1~30nm,更优选为1~20nm,进一步优选为1~10nm。
在此,形成如下结构:在作为硬掩膜的含有硅的无机膜5与透明基板2之间,具有遮光膜4,进一步在遮光膜4的下方具有相移膜3。此外,作为此硬掩膜的含有硅的无机膜5与遮光膜4优选具有蚀刻选择性。
硬掩膜(蚀刻掩膜,含有硅的无机膜5),利用CF4和SF6等含有氟的氟系蚀刻气体进行干式蚀刻,形成于遮光膜4等的上述硬掩膜的下方的无机膜,在氟系干式蚀刻中具有耐性,通过使用能够由使用氯气或含有氯气和氧气的蚀刻气体的氯气系干式蚀刻进行蚀刻的材料,可使加工变得容易。作为形成于此种遮光膜4等上述硬掩膜的下方的无机膜,优选为含有铬的无机膜,可以是例如:铬单体;或在铬中具有氧、氮及碳中的至少一种的膜。也可以在遮光膜4的硬掩膜侧形成抗反射层,或在透明基板侧也形成氧和氮等较多的膜,改善密接性,作为抗反射层。
进一步,在遮光膜4与透明基板2之间形成相移膜3时,优选该相移膜3与遮光膜4的蚀刻特性不同,如上所述,在遮光膜4可被含有氯气与氧气的干式蚀刻所蚀刻,而对氟系干式蚀刻具有耐性的情况下,相移膜3是对由含有氯气与氧气的蚀刻气体所实施的干式蚀刻具有耐性,而可被含有氟的蚀刻气体所蚀刻的材料即可,可以是例如在硅中至少含有氧气、氮及碳中的任一种的材料,或者,也可以是还含有过渡金属的材料。作为过渡金属,可以列举钼、钨、钽、钛、氧化锆及铪。进一步,还可以含有氢。
此外,在抗蚀膜6的下方为遮光膜时,作为含有硅的材料,使用如上所述的材料即可,也可以使整个遮光膜为含有硅的无机膜5。另外,在遮光膜的表面为抗反射层时,仅使抗反射层为含有硅的无机膜5,也可以使遮光膜为其它材料,例如具有铬的膜。
另外,作为抗蚀膜6的材料,可以是用于以电子束描绘的电子束抗蚀剂,也可以是以光描绘的光致抗蚀剂。尤其是化学放大型抗蚀剂的效果较显著。作为化学放大型抗蚀剂,可以是正型,也可以是负型,可以将羟基苯乙烯系树脂、酸发生剂作为主要成分,也可以进一步添加有交联剂,也可以含有淬灭剂、界面活性剂等任一种以上,另外,也可以是(甲基)丙烯酸系树脂。
接下来,对可制造图1所示的光掩膜坯料1的本发明的光掩膜坯料的制造方法,进行说明。图2是表示本发明的制造方法的一个实例的流程图。
首先,准备透明基板2(图2(A))。作为透明基板2,可以准备前述基板,例如可以设为石英基板。
接着,依次形成如上所述的材料,即含有硅的相移膜3(图2(B))和作为含有铬的无机膜的遮光膜4(图2(C))。这些膜的形成方法没有特别限定,可通过例如溅射法来形成。利用相移膜,可获得更高的解像度(分辨率)。
此外,如果利用如上所述的蚀刻耐性相互不同的材料,来形成相移膜3与形成于其上的遮光膜4、遮光膜4与形成于其上的含有硅的无机膜5,则在制造光掩膜时的蚀刻工序中,加工变得容易。
接着,形成由如上所述的材料构成的含有硅的无机膜5(图2(Da))。
此外,作为该含有硅的无机膜5的形成方法,也可以由使用了包含硅的气体、例如,甲硅烷、二氯硅烷及三氯硅烷等的CVD(化学气相沉积)成膜,由使用至少一含有硅的靶材的溅射法所实施的成膜,能够简单且控制性良好地进行成膜,因而优选。
作为由溅射法所实施的成膜的方法,可以使用DC(直流)溅射法或RF(射频)溅射法等,没有特别限定。为了使含有硅的无机膜5成膜,在例如形成含有硅与氧的膜时,进行在靶材中使用硅且作为溅射气体使用氩气与氧气的反应性溅射法即可。另外,在使含有氮来替代氧的膜成膜时,可以使用氮气来替代氧气,在使含有氮与氧两者的膜成膜时,可以同时使用氮气与氧气,另外,也可以使用一氧化氮和二氧化氮等氧化氮气体。在使进一步含有碳的膜成膜时,可以使用甲烷气体或一氧化碳或二氧化碳等含有碳的气体。另外,在使进一步含有过渡金属的膜成膜时,可以使用含有过渡金属与硅的靶材,也可以同时使用硅靶材与过渡金属靶材两者,来进行共溅射法。
进一步,在利用上述成膜所形成的含有硅的无机膜为具有Si-Si的键结的状态的膜时,通过对此膜进行含有氧气的热处理,可以通过热处理来控制表面的Si-O的键结,因而优选。
接着,进行热处理(图2(Db))。
此热处理是以高于200℃的温度,且含有氧气的环境中进行。对热处理中的环境中的氧气浓度没有特别限定,例如,为1~100%即可。作为热处理的方法,可以红外线加热、电阻加热等,没有特别限定。
另外,热处理温度为高于200℃的温度即可,优选可以设为高于300℃的温度,更优选可以设为高于400℃的温度。进一步优选的是,也可以设为450℃或以上的温度。可根据成本、和作为目标的显影后的缺陷数量等适当决定。
通过在进行如上所述的热处理,再进行后述的硅烷化处理,然后涂布抗蚀膜而形成,当在抗蚀膜6上描绘图案进行显影时,与以往产品相比,能够抑制抗蚀剂残渣的产生。而且,由此,可以大幅减少缺陷数量。而且,由于在硅烷化处理前进行上述热处理即可,因此,较为简便。
接着,实施清洗(图2(E))。用于去除存在于光掩膜坯料表面上的颗粒的该清洗,是使用作为超纯水、或含有臭氧、氢等的超纯水的功能水,与此同时,可通过使用超声波来进行。或用加入了界面活性剂的超纯水清洗后,用超纯水进行冲洗,或通过上述功能水清洗、UV光照射、或这些方法的组合来进行。
然后,进行用于降低光掩膜坯料表面的表面能的硅烷化处理,对光掩膜坯料表面进行烷基硅烷化(图2(F))。通过进行此种硅烷化处理,可以防止微细抗蚀图案的剥离和倒塌等。
作为硅烷化试剂,如上所述,可以列举HMDS,但不限于此。
作为硅烷化处理的方法,具有:在基板的含有硅的无机膜上直接涂布的方法、和将基板暴露于上述硅烷化试剂中的方法等。作为暴露方法,有以下方法:在保持基板的容器中使上述硅烷化试剂蒸发的方法;或者通过冒出氮气,使上述硅烷化试剂气化的方法等。作为使上述硅烷化试剂反应的温度,例如可以设为40℃以上且200℃以下。另外,作为处理时间,优选的是例如预先以与硅烷化处理相同的条件测定水的接触角,将基板的浸润性调整成合适的值。
然后,在硅烷化处理后的含有硅的无机膜5上,涂布如上所述的抗蚀膜6,能够获得光掩膜坯料1(图2(G))。
此外,涂布方法没有特别限定,例如可用与以往技术相同的方法来进行。可以适当决定膜厚等,以获得良好的图案形状。
[实施例]
以下,示出实施例和比较例,更具体地说明本发明,但本发明不限于这些例子。
(实施例1)
利用本发明的制造方法,来制造光掩膜坯料。
通过溅射法,在边长为152mm的正方形且厚度约6mm的石英基板上,形成75nm的MoSiON,作为相移膜。作为溅射气体,使用氧气、氮气与氩气;作为靶材,使用MoSi2与Si两种,一边使基板以30rpm进行旋转一边成膜。
利用化学分析电子光谱法(electron spectroscopy for chemical analysis,ESCA)(X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectrum,XPS)法)(赛默飞世尔科技公司制造K-Alpha),来研究该相移膜的组成,其组成为:Mo:Si:O:N=1:4:1:4(原子比)。
此外,进一步通过溅射法,从基板侧形成由CrN构成的层(30nm)和由CrON构成的层(20nm)作为遮光膜。作为溅射气体,CrN层使用氩气与氮气体;CrON层使用氧气、氮气与氩气;作为靶材,使用金属铬,一边使基板以30rpm旋转一边成膜。
利用ESCA法研究该遮光膜的组成,CrN层为Cr:N=9:1(原子比),CrON层为Cr:O:N=4:5:1(原子比)。
此外,利用溅射法,形成5nm厚的SiO作为含有硅的蚀刻掩膜(硬掩膜)。作为溅射气体,使用氧气与氩气;作为靶材,使用Si,一边使基板以30rpm旋转一边成膜。
此外,利用ESCA法来研究此SiO,结果观察到Si-Si键结。
在氧气20%、氮80%的环境下,以500℃对其加热后,使用HMDS进行硅烷化处理。然后,在涂布负型电子束抗蚀剂(信越化学工业股份公司制)后,用四甲基氢氧化铵进行显影。然后使用纯水进行冲洗。
利用缺陷检查装置MAGICS 2350(Lasertec公司制造)对其进行检查,结果成为图3所示的缺陷数极少的良好结果。
此外,检测出来的0.1μm以上的缺陷的数量为42个。
(实施例2)
将热处理温度变为300℃,除此以外与实施例1相同,获得光掩膜坯料。
结果为,显影后的缺陷数量为1180个。
(比较例1)
未进行热处理,除此以外按照与实施例1相同的方式来制作光掩膜坯料。
在显影后进行缺陷检查,结果残留有如图4所示的大量抗蚀剂残渣。检测出来的0.1μm以上的缺陷的数量为4704个,非常多。
另外,本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为示例,具有与本发明的权利要求书所述的技术思想实质上相同的构成并发挥相同作用效果的所有发明均包含在本发明的技术范围内。
Claims (17)
1.一种光掩膜坯料的制造方法,其是制造以下的光掩模坯料的方法,所述光掩膜坯料在透明基板上至少具有含有硅的无机膜,并在该无机膜上具有抗蚀膜,
其特征在于,
在形成前述无机膜后,以高于200℃的温度,在含有氧气的环境中进行热处理,再进行硅烷化处理,然后利用涂布来形成前述抗蚀膜。
2.如权利要求1所述的光掩膜坯料的制造方法,其中,以高于400℃的温度进行前述热处理。
3.如权利要求1所述的光掩膜坯料的制造方法,其中,将前述含有硅的无机膜制成进一步含有氧。
4.如权利要求2所述的光掩膜坯料的制造方法,其中,将前述含有硅的无机膜制成进一步含有氧。
5.如权利要求3所述的光掩膜坯料的制造方法,其中,将前述含有硅的无机膜制成由硅与氧构成。
6.如权利要求4所述的光掩膜坯料的制造方法,其中,将前述含有硅的无机膜制成由硅与氧构成。
7.如权利要求1至6中任一项所述的光掩膜坯料的制造方法,其中,形成含有铬的无机膜,再形成前述含有硅的无机膜。
8.如权利要求7所述的光掩膜坯料的制造方法,其中,在前述透明基板上,形成含有硅的相移膜,再形成前述含有铬的无机膜。
9.如权利要求1至6中任一项所述的光掩膜坯料的制造方法,其中,将前述含有硅的无机膜作为硬掩膜。
10.如权利要求7所述的光掩膜坯料的制造方法,其中,将前述含有硅的无机膜作为硬掩膜。
11.如权利要求8所述的光掩膜坯料的制造方法,其中,将前述含有硅的无机膜作为硬掩膜。
12.如权利要求1至6中任一项所述的光掩膜坯料的制造方法,其中,在前述硅烷化处理中,使用六甲基二硅氮烷进行处理。
13.如权利要求7所述的光掩膜坯料的制造方法,其中,在前述硅烷化处理中,使用六甲基二硅氮烷进行处理。
14.如权利要求8所述的光掩膜坯料的制造方法,其中,在前述硅烷化处理中,使用六甲基二硅氮烷进行处理。
15.如权利要求9所述的光掩膜坯料的制造方法,其中,在前述硅烷化处理中,使用六甲基二硅氮烷进行处理。
16.如权利要求10所述的光掩膜坯料的制造方法,其中,在前述硅烷化处理中,使用六甲基二硅氮烷进行处理。
17.如权利要求11所述的光掩膜坯料的制造方法,其中,在前述硅烷化处理中,使用六甲基二硅氮烷进行处理。
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