CN104932193A - 空白掩模和使用所述空白掩模的光掩模 - Google Patents

空白掩模和使用所述空白掩模的光掩模 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种空白掩模和使用所述空白掩模的光掩模。所述空白掩模可以适用于在所述光掩模的制造之后通过在遮光膜或相移膜上形成具有相对于硬膜或遮光膜的图案的蚀刻选择性的保护膜来防止遮光膜或相移膜的图案的侧表面、顶表面以及底表面的厚度损失，以使得在光掩模的制造方法中在洗涤工艺和硬膜图案的去除工艺期间，当执行安置在硬膜之下的遮光膜或遮光膜图案的去除工艺时，可以防止在遮光膜下形成的相移膜或相移膜的损失，由此确保厚度均匀性。

Description

空白掩模和使用所述空白掩模的光掩模
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年3月23日提交的韩国专利申请第10-2014-0033765号的优先权和权益，所述申请的内容以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种空白掩模和使用所述空白掩模的光掩模，并且更具体地说，涉及一种具有形成于其中的硬膜以便实现半间距为32nm或小于32nm、尤其是20nm或小于20nm的图案的空白掩模，以及一种使用所述空白掩模的光掩模。
背景技术
现今，用于半导体的超细处理技术已经作为满足伴随有大规模集成电路(integrated circuit；IC)的高度集成的精细电路图案的需求的非常重要的因数而出现。在高度集成电路的情况下，为了低功耗和高速操作，电路线变得更精细，并且对层间连接的接触孔图案、高度集成的电路排列等的技术要求不断增加。因此，在上面记录了初始电路图案的光掩模的制造过程中，需要能够形成更精细的电路图案并且在光掩模上记录更精确的电路图案的光刻技术以便满足所述要求。
使用遮光膜的二元空白掩模和使用相移膜和遮光膜的相移空白掩模可以原材料形式购得以便使用光刻技术制造光掩模。此外，近年来已开发出还包含硬膜的空白掩模。
在上述空白掩模中，在包含硬膜的空白掩模的情况下，大体上已开发出使用硅化钼(MoSi)化合物作为光屏蔽膜的二元空白掩模的结构和使用硅化钼(MoSi)化合物作为相移膜和铬(Cr)化合物作为光屏蔽膜的相移空白掩模的结构。
同时，使用包含硬膜的空白掩模制造光掩模的方法通过使用安置在硬膜上的抗蚀膜作为蚀刻掩模使硬膜图案化，使用硬膜图案作为蚀刻掩模蚀刻安置在硬膜下方的金属膜，并且去除硬膜图案来执行。
然而，在光掩模的制造方法中，使用硬膜使下部金属膜图案化并且去除硬膜的工艺具有以下问题。
具体来说，在光掩模的制造方法中，使用例如标准清洗-1(SC-1)、硫酸(H2SO4)、臭氧水(O3)等化学品来执行洗涤工艺。洗涤工艺的问题在于中心区与外部区之间在光密度(optical density；OD)和临界尺寸(criticaldimension；CD)均匀性方面的差异，或主图案区和非主图案区以暴露于洗涤物质持续不同时间的区域形式出现，这归因于根据所述区域之间的图案密度差异而定的负载效应。由于在使用光掩模印刷晶片的工艺期间的图像对比增强问题，此类光掩模上在光密度和临界尺寸方面的差异影响了印刷在晶片上的图案的临界尺寸均匀性。
此外，在光掩模的制造方法中，在硬膜图案的去除工艺中出现了关于负载效应的问题。具体来说，在使用硬膜图案完全形成了安置在硬膜下方的金属膜图案之后，在硬膜图案的去除工艺期间出现了负载效应，其中去除硬膜所需的时间由于中心区与外部区或硬膜图案的主图案区与非主图案区之间的密度差异而有所不同。因此，因为形成于硬膜下方的金属膜图案暴露于蚀刻物质的时间由于金属膜图案的密度差异而有所不同，所以在所述区域之间在光密度和临界尺寸方面出现了差异。最后，在此类光掩模上的光密度和临界尺寸的差异产生了在晶片水平上的临界尺寸不均匀性和在使用光掩模印刷晶片的过程期间的工艺容限问题。
在使用硬膜形成相移光掩模以及二元光掩模的过程中出现了相同的问题。具体来说，随着图案的大小变得更精细，所述问题越来越凸显。
发明内容
本发明涉及一种空白掩模和一种使用所述空白掩模的光掩模，所述空白掩模能够防止在光掩模的制造方法中在洗涤工艺和硬膜图案去除工艺期间安置在硬膜下方的遮光膜图案的损失，以便实现半间距为32nm或小于32nm、尤其是20nm或小于20nm的微图案，或能够防止在遮光膜图案的去除工艺期间安置在遮光膜下方的相移膜图案的损失。
此外，本发明涉及一种空白掩模和使用所述空白掩模的光掩模，所述空白掩模能够通过防止在洗涤工艺和安置在相移膜上的硬膜或遮光膜图案的去除工艺期间安置在硬膜下方的遮光膜和相移膜图案的损失，使根据图案密度而定的光密度和临界尺寸均匀性的差异降到最低。
根据本发明的一个方面，提供了一种空白掩模，包含设置在透明衬底上的遮光膜、设置在遮光膜顶表面上的硬膜以及保护膜，所述保护膜被安置在遮光膜与硬膜之间并且被配置成用于防止因光掩模制造方法中所用的洗涤剂和为了去除硬膜所用的蚀刻物质而造成遮光膜厚度的损失。
根据本发明的另一个方面，提供了一种空白掩模，包含设置在透明衬底上的遮光膜和设置在遮光膜顶表面上的硬膜。在此，遮光膜顶表面的氧(O)含量高于遮光膜底表面，从而防止因光掩模制造方法中所用的洗涤剂和为了去除硬膜所用的蚀刻物质而造成遮光膜厚度的损失。
根据本发明的再另一个方面，提供了一种空白掩模，包含设置在透明衬底上的相移膜和设置在相移膜顶表面上的遮光膜。在此，空白掩模还包含保护膜，所述保护膜被设置在相移膜与遮光膜之间并且被配置成用于防止因光掩模制造方法中所用的洗涤剂和为了去除硬膜所用的蚀刻物质而造成相移膜厚度的损失。
根据本发明的又另一个方面，提供了一种空白掩模，包含设置在透明衬底上的相移膜和设置在相移膜顶表面上的遮光膜。在此，遮光膜顶表面的氧(O)含量高于遮光膜底表面，从而防止因光掩模制造方法中所用的洗涤剂和为了去除硬膜所用的蚀刻物质而造成相移膜厚度的损失。
遮光膜具有光屏蔽膜和抗反射膜堆叠的多层膜结构、单层膜结构或组成比率连续变化的连续膜结构。
遮光膜可以由至少一种由铬(Cr)、钼(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、锡(Sn)以及铪(Hf)组成的群组中选出的金属材料制成，或除了金属材料以外，还可以还包含至少一种由硅(Si)、氧(O)、碳(C)以及氮(N)组成的群组中选出的材料，并且遮光膜可以由含硅(Si)化合物制成。在这种情况下，金属材料的含量对硅(Si)的含量的比率在0.01到0.3范围内的遮光膜的厚度可以是10nm到65nm。
保护膜可以由至少一种由钼(Mo)、钽(Ta)、铝(Al)以及硅(Si)组成的群组中选出的材料制成，或除了所述材料以外，可以还包含至少一种由氧(O)、碳(C)以及氮(N)组成的群组中选出的轻元素。在所述材料中，金属、氧(O)、硅(Si)以及轻元素的含量分别可以在0原子％到10原子％、10原子％到80原子％、10原子％到80原子％以及0原子％到60原子％的范围内。
保护膜相对于硬膜的蚀刻选择性可以是10或大于10，并且可以通过与用于去除遮光膜相同的蚀刻物质蚀刻。
保护膜可以充当抗反射层。
保护膜相对于遮光膜的蚀刻选择性可以是10或大于10，并且可以通过与用于去除相移膜相同的蚀刻物质蚀刻。
保护膜可以充当相移层。
保护膜的厚度可以是0.5nm到20nm，并且可以具有一种由单层膜结构、多层膜结构、单膜结构以及连续膜结构组成的群组中选出的结构。
硬膜的厚度可以是2nm到10nm。
硬膜可以由至少一种由铬(Cr)、硅(Si)、钼(Mo)以及钽(Ta)组成的群组中选出的材料制成，或除了所述材料以外，可以还包含至少一种由氧(O)、碳(C)以及氮(N)组成的群组中选出的轻元素。
空白掩模可以还包含设置在遮光膜上的硬膜。
相移膜可以由包含至少一种由氧(O)、氮(N)、碳(C)以及硼(B)组成的群组中选出的轻元素的硅化钼(MoSi)化合物制成，并且可以具有钼(Mo)、硅(Si)以及轻元素分别以0.3原子％到10原子％、10原子％到80原子％以及20原子％到60原子％的含量存在的组成比率。
相移膜的厚度可以是30nm到65nm。
附图说明
通过参考附图详细描述其示范性实施例，本发明的上述以及其它目的、特征以及优点将对本领域普通技术人员变得更加清楚，在所述附图中：
图1是示出了根据本发明的第一示范性实施例的空白掩模的截面图；并且
图2是示出了根据本发明的第二示范性实施例的空白掩模的截面图。
[符号的说明]
100：空白掩模
102：透明衬底
104：遮光膜
106：保护膜/罩盖层
108：硬膜
110：抗蚀膜
200：空白掩模
202：透明衬底
204：遮光膜
206：保护膜
208：硬膜
210：抗蚀膜
212：相移膜
具体实施方式
下文将参考附图来详细描述本发明的示范性实施例。然而，显而易知，本文中提供的具体实施方式仅用于描述本发明的示范性实施例，而不打算限制本发明的范围。因此，相关技术的普通技术人员应理解，本发明的示范性实施例可以按多种替代形式和等效形式实施。因此，本发明的技术范围应该由所附权利要求书的技术特征来限定。
图1是示出了根据本发明的第一示范性实施例的空白掩模的截面图。
参看图1，根据本发明的一个示范性实施例的空白掩模100包含透明衬底102和遮光膜104、保护膜(即，罩盖层)106、硬膜108以及抗蚀膜110，所有这些都被依次安置在透明衬底102上。
透明衬底102由石英玻璃、合成石英玻璃或掺有氟的石英玻璃形成，它的大小是6英寸×6英寸×0.25英寸(宽度×长度×高度)，并且双折射率是2纳米/0.25英寸或小于2纳米/0.25英寸，优选地1纳米/0.25英寸或小于1纳米/0.25英寸。使用根据本发明的一个示范性实施例的空白掩模100形成的光掩模图案在最终晶片印刷之后的所要临界尺寸(CD)是32nm或小于32nm、更优选地20nm或小于20nm的半间距。然而，如上所述的高度精细图案的大小导致在晶片曝光之后聚焦容限降低，这使得难以实现工艺窗口。因此，衬底的平坦度优选地是0，以便以物理方式确保工艺窗口容限。然而，具有此类平坦度的衬底基本上不能被加工。因此，当假定平坦度被定义为总指示读数(total indicated reading；TIR)值以确保在最小范围内的高工艺窗口容限时，衬底的平坦度所对应的在142mm2区域的TIR值是500nm或小于500nm、优选地300nm或小于300nm、并且更优选地200nm或小于200nm。
遮光膜104、保护膜106以及硬膜108可以通过各种方法使用物理或化学气相沉积法形成。举例来说，可以使用至少一种例如化学气相沉积(chemicalvapor deposition；CVD)、DC溅射、DC磁控溅射、RF溅射或离子束溅射的方法形成膜。此外，可以使用溅射方法形成薄膜，例如使用单一目标的方法，或将多个目标安装在一起的共溅射方法来形成膜。
遮光膜104优选地具有包含遮光层和抗反射层的多层膜结构。在此，遮光膜104可以具有单层膜结构或组成比率连续变化的连续膜结构，或可以具有薄膜以连续膜形式堆叠的多层膜结构。
遮光膜104可以由至少一种由铬(Cr)、钼(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、锡(Sn)以及铪(Hf)组成的群组中选出的金属材料形成，并且除了金属材料以外，还可以还包含至少一种由硅(Si)、氧(O)、碳(C)以及氮(N)组成的群组中选出的材料。遮光膜104应该具有相对于安置在其上的硬膜108的蚀刻选择性，并且可以例如由含有钼(Mo)、硅(Si)以及氮(N)的硅化钼(MoSi)化合物形成。在这种情况下，遮光膜104优选地具有包含遮光层和抗反射层的双层结构，遮光层由MoSiN制成，并且抗反射层由MoSiN或MoSiON制成。遮光膜104可以由钼硅(MoSi)合金目标或钼(Mo)或硅(Si)单一目标形成。在钼硅(MoSi)合金目标的情况下，所述目标具有钼(Mo)和硅(Si)以0.01到0.3∶1的比率存在的组成比率。
当遮光膜104是厚的时，遮光膜图案的保真度会降低，产生复杂的光学邻近校正(optical proximity correction)。随着图案大小变得更精细，这种问题变复杂了。因此，在工艺中出现了很多错误，导致产率降低。为了解决这个问题，遮光膜104优选地是薄的。然而，因为应该满足遮光膜104的预定光密度(OD)，所以基本上难以制造出具有特定厚度的遮光膜104。因此，遮光膜104的厚度是65nm或小于65nm、优选地55nm或小于55nm、并且更优选地50nm或小于50nm。
遮光膜104关于波长193nm的曝光的光密度是2.5到3.5。在此，在平面内142mm2区域的光密度均匀性程度小于或等于0.1。遮光膜104形成于非晶结构中，并且具有金属含量与硅(Si)含量的比率在0.01到0.3∶1的范围内的组成比率。
遮光膜104的TIR绝对值小于或等于500nm，并且遮光膜104相对于透明衬底102的平坦度变化(光屏蔽膜TIR-透明衬底TIR的TIR)小于或等于200nm、优选地100nm。此外，遮光膜104的表面粗糙度是0.3nmRMS或小于0.3nmRMS。
遮光膜104可以在成膜之后选择性地经历表面处理。在这种情况下，表面处理使用包含真空快速热处理系统、热板热处理系统或冷却系统的设备来执行。
保护膜106用以防止在空白掩模100的制造方法中在洗涤工艺和硬膜108的去除工艺期间因洗涤剂和为了去除硬膜108所用的蚀刻物质而造成遮光膜104的图案损失。也就是说，保护膜106防止遮光膜104的图案由于为了去除硬膜108所用的蚀刻物质而遭到损坏，从而防止当遮光膜104的图案的侧表面、顶表面以及底表面的厚度由于根据遮光膜104的图案密度而定的负载效应损失时，遮光膜104的图案的光密度(OD)和临界尺寸(CD)均匀性降低。
保护膜106由某种材料形成，所述材料具有在使用空白掩模100制造光掩模的方法中在单一工艺中与安置在保护膜106下方的遮光膜104一起被蚀刻的特征。
保护膜106可以由至少一种由钼(Mo)、钽(Ta)、铝(Al)以及硅(Si)组成的群组中选出的材料形成，或除了所述材料以外，还包含至少一种由氧(O)、碳(C)以及氮(N)组成的群组中选出的轻元素。当保护膜106包含在所述材料中的金属材料时，保护膜106由主要含有氧(O)的化合物形成。在这种情况下，保护膜106包含至少一种由以下组成的群组中选出的金属材料：钼(Mo)、钽(Ta)以及含量为0原子％到10原子％的铝(Al)、含量为10原子％到80原子％的氧(O)、含量为10原子％到80原子％的硅(Si)以及含量为0原子％到60原子％的剩余轻元素。此外，保护膜106可以由主要含有硅(Si)和氧(O)的化合物形成，所述化合物例如SiO、SiON、SiCO以及SiCON。在这种情况下，硅(Si)含量在20原子％到80原子％的范围内，氧(O)含量在20原子％到80原子％的范围内，并且剩余轻元素的含量在0原子％到60原子％的范围内。
保护膜106可以设置在遮光膜104上以充当遮光膜104的抗反射层。在此，当遮光膜104以单层结构、连续膜结构或多层结构形成时，例如由MoSiN形成，保护膜106可以具有相对于硬膜108的蚀刻选择性，并且还可以由至少一种由MoSiON、MoSiO、SiO以及SiON组成的群组中选出的形成以便充当抗反射层。在这种情况下，保护膜106可以由硅化钼(MoSi)合金目标或单一目标钼(Mo)和硅(Si)形成。
保护膜106的厚度可以是0.5nm到20nm、优选地1nm到5nm，并且可以具有单层膜结构、多层膜结构、单膜结构或连续膜结构。保护膜106和遮光膜104的堆叠结构在193nm的曝光波长下的光密度是2.5到3.5，并且表面反射率是35％或小于35％。
此外，当使用空白掩模100最后完成图案形成时，可以选择性地去除保护膜106。
在使用空白掩模100制造光掩模的方法中，硬膜108充当安置在保护膜106下方的遮光膜104的蚀刻掩模。出于此目的，硬膜108相对于遮光膜104和保护膜106的蚀刻选择性是10或大于10、优选地20或大于20、并且更优选地50或大于50。硬膜108的厚度是2nm到10nm、优选地厚度是3nm到5nm。
硬膜108由至少一种由铬(Cr)、硅(Si)、钼(Mo)以及钽(Ta)组成的群组中选出的材料形成以使得硬膜108具有相对于遮光膜104和保护膜106的蚀刻选择性，或除了所述材料以外，还包含至少一种由氧(O)、碳(C)以及氮(N)组成的群组中选出的轻元素。硬膜108可以例如由铬(Cr)单独形成，或由铬(Cr)化合物形成，例如CrN、CrC、CrO、CrCO、CrON、CrCN或CrCON。此外，当硬膜108具有相对于安置在硬膜108下方的保护膜106的蚀刻选择性时，例如硬膜108可以由硅(Si)单独形成，或由硅(Si)化合物形成，例如SiN、SiC、SiO、SiCO、SiON、SiCN或SiCON。另外，硬膜108可以由包含金属材料、硅(Si)以及轻元素中的一种或多种的金属硅化物化合物形成。
在光掩模的制造方法中，在完全形成光屏蔽膜图案之后，可以选择性地去除硬膜108。
抗蚀膜110被用作安置在抗蚀膜110下方的硬膜108的蚀刻掩模，优选地被用作化学放大型抗蚀剂(chemically amplified resist)。抗蚀膜110的厚度是40nm到120nm，并且在光掩模的制造中形成在抗蚀膜110下方的遮光膜104的图案宽度与抗蚀膜110的厚度的纵横比小于或等于2。
图2是示出了根据本发明的第二示范性实施例的空白掩模的截面图。
参看图2，根据本发明的一个示范性实施例的空白掩模200包含透明衬底202和相移膜212、遮光膜204、保护膜206、硬膜208以及抗蚀膜210，所有这些都被依次安置在透明衬底202的顶表面上。在此，透明衬底202、硬膜208以及抗蚀膜210具有如上文在第一示范性实施例中所述的相同配置。
在光掩模的制造中，使用安置在相移膜212上的遮光膜图案作为蚀刻掩模来蚀刻相移膜212。在这种情况下，相移膜212与安置在相移膜212上的保护膜206一起在单一工艺中被相同蚀刻物质蚀刻。出于此目的，相移膜212由含有至少一种由氧(O)、氮(N)、碳(C)以及硼(B)组成的群组中选出的轻元素的化合物制成，例如一种由MoSi、MoSiO、MoSiN、MoSiC、MoSiON、MoSiCN、MoSiOC、MoSiCON、MoSiB、MoSiBO、MoSiBN、MoSiBC、MoSiBON、MoSiBCN、MoSiBOC以及MoSiBCON组成的群组中选出的硅化钼(MoSi)化合物，以使得相移膜212具有类似于保护膜206的蚀刻特征。
相移膜212通过调整相移膜212中所包含的钼(Mo)、硅(Si)以及轻元素的组成比率形成以便满足所要透射率和相移，并且具有钼(Mo)、硅(Si)以及轻元素分别以0.3原子％到10原子％、10原子％到80原子％以及20原子％到60原子％的含量存在的组成比率。
相移膜212的厚度是30nm到65nm，优选地厚度是40nm到50nm。相移膜212的透射率是3％到15％，优选地透射率是3％到15％，并且关于波长193nm的曝光的相移量是150°到190°。
在光掩模的制造中，使用安置在遮光膜204上的硬膜208的图案作为蚀刻掩模使遮光膜204图案化，以形成遮光膜204的图案，并且所述遮光膜由相对于硬膜208、保护膜206以及相移膜206的蚀刻选择性是至少10或大于10的材料制成，因为安置在遮光膜204下方的保护膜206和相移膜212的图案被用作蚀刻掩模。出于此目的，遮光膜204由至少一种由铬(Cr)、钼(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、锡(Sn)以及铪(Hf)组成的群组中选出的金属材料形成，或除了金属材料以外，还包含至少一种由硅(Si)、氧(O)、碳(C)以及氮(N)组成的群组中选出的轻元素。
具体来说，遮光膜204可以由含有至少一种由铬(Cr)、锡(Sn)、钽(Ta)、铬(Cr)和锡(Sn)、铬(Cr)和钽(Ta)、锡(Sn)和(Ta)组成的群组中选出的轻元素的化合物制成，从而加快蚀刻速率同时维持遮光特性，并且除了所述材料以外，还可以还包含硅(Si)。遮光膜106例如由至少一种由以下组成的群组中选出的制成：Cr、CrN、CrO、CrC、CrON CrCN、CrCO、CrCON、Sn、SnN、SnO、SnC、SnON SnCN、SnCO、SnCON、Ta、TaN、TaO、TaC、TaON TaCN、TaCO、TaCON、CrSn、CrSnC、CrSnO、CrSnN、CrSnCO、CrSnCN、CrSnON、CrSnCON、CrTa、CrTaC、CrTaO、CrTaN、CrTaCO、CrTaCN、CrTaON、CrTaCON、SnTa、SnTaC、SnTaO、SnTaN、SnTaCO、SnTaCN、SnTaON以及SnTaCON。此外，遮光膜106可以由MoSi化合物或MoTaSi化合物制成，其中调整轻元素的比率以具有相对于相移膜212的蚀刻选择性。
遮光膜204优选地具有包含光屏蔽膜和抗反射膜的多层膜结构。在这种情况下，当遮光膜204具有抗反射功能时，遮光膜204具有单层膜结构、组成比率连续变化的连续膜结构或薄膜以连续膜形式堆叠的多层膜结构。
在遮光膜204与安置在遮光膜204下方的相移膜212一起堆叠的配置中，遮光膜204的光密度是2.5到3.5。因此，遮光膜204的厚度是10nm到45nm，优选地厚度是15nm到30nm，并且其它的光学和物理特性与第一示范性实施例中所揭露的相同。
保护膜206用以防止在使用空白掩模200制造光掩模的方法中，在洗涤工艺和安置在保护膜206上的遮光膜204的图案的去除工艺期间，因洗涤剂和为了去除遮光膜204所用的蚀刻物质而造成相移膜212损失。也就是说，保护膜206防止相移膜212的图案由于为了去除遮光膜204所用的蚀刻物质而遭到损坏，从而防止当相移膜212的侧表面、顶表面以及底表面的厚度由于根据相移膜212的图案密度而定的负载效应损失时，相移膜212的图案的光密度(OD)和临界尺寸(CD)均匀性的光学特征降低。
另外，保护膜206由对其具有相移功能的膜形成，并且因此可以与安置在保护膜206下方的相移膜212一起充当相移层。
具体来说，当保护膜206充当相移层时，保护膜206由至少一种由钼(Mo)、钽(Ta)、铝(Al)以及硅(Si)组成的群组中选出的材料制成，或除了所述材料以外主要包含氧(O)。此外，保护膜206还包含至少一种由碳(C)和氮(N)组成的群组中选出的轻元素。在这种情况下，保护膜206具有金属材料、氧(O)、硅(Si)以及剩余轻元素分别以0原子％到10原子％、10原子％到80原子％、10原子％到80原子％以及0原子％到60原子％的含量存在的组成比率。此外，保护膜206的厚度是0.5nm到20nm，具有单层膜结构、多层膜结构、单膜结构或连续膜结构。在这种情况下，保护膜206具有被为了去除相移膜206所用的相同蚀刻物质蚀刻的特征。
此外，当使用空白掩模200最后完成图案形成时，可以选择性地去除保护膜206。
在下文中，将详细描述根据本发明的一个示范性实施例的相移空白掩模。
实例
具有保护膜的二元空白掩模和光掩模(I)的制造
为了制造根据本发明的一个示范性实施例的二元空白掩模，制备大小为6英寸×6英寸×0.25英寸并且平坦度(TIR)和双折射率分别被控制为300nm或小于300nm和2纳米/0.25英寸的透明衬底。
将透明衬底放到含有组成比率为使得Mo和Si以10原子％∶90原子％的比率存在的目标的DC磁控溅射系统中，以7sccm∶3sccm的比率注射Ar和N2作为工艺气体，并且然后施加0.70kW的工艺功率以在透明衬底上形成由MoSiN制成的光屏蔽膜。
接着，以7sccm∶6.5sccm的比率注射Ar和N2作为工艺气体，并且然后施加0.6kW的工艺功率以形成由MoSiN制成的抗反射膜，从而最后形成遮光膜。
使用来自n&k技术公司(n&k Technology Inc)的n&k分析仪3700RT装置测量遮光膜的光密度和反射率。其结果是，揭示了遮光膜在193nm的曝光波长下具有2.95的光密度和33.2％的反射率。此外，使用XRR装置测量遮光膜的厚度。其结果是，揭示了遮光膜具有47.5nm的厚度。
接着，以5sccm∶10sccm的比率向含有经硼(B)掺杂的Si目标的DC磁控溅射系统中注射Ar和O2作为工艺气体，并且施加0.60kW的工艺功率以在遮光膜上形成厚度为2nm的SiO保护膜。
之后，以8sccm的含量向含有铬(Cr)目标的DC磁控溅射系统中注射Ar作为工艺气体，并且施加0.70kW的工艺功率以在保护膜上形成厚度为4nm的硬膜。
然后，通过将化学放大型抗蚀膜涂布到硬膜上达到80nm的厚度来完成包含硬膜和保护膜的相移空白掩模的制造。
使空白掩模的抗蚀膜经历光刻工艺以形成抗蚀图案，并且使用抗蚀图案作为蚀刻掩模形成安置在抗蚀膜下方的硬膜图案。然后，去除抗蚀图案，并且使用硬膜图案作为蚀刻掩模形成保护膜图案和遮光膜图案。然后去除硬膜图案以完成光掩模的制造。
此外，为了检查保护膜的效果，在此比较例1中通过制造如下空白掩模并且使所述空白掩模经历图案化工艺来制造光掩模：其中除了不形成保护膜之外，以与如上文在实例1中所述相同的方式形成遮光膜、硬膜以及抗蚀膜。
在实例1和比较例1中所形成的保护膜图案和光屏蔽膜图案中，然后测量图案密度为0％、50％以及100％的图案的临界尺寸(CD)均匀性，而且还测量了关于波长为193nm的光的光密度。
表1
参看表1，证实了在光掩模的制造方法中在洗涤工艺和硬膜的去除工艺期间，在实例1中制备的包含保护膜的空白掩模具有根据遮光膜的图案密度而定的约0.8nm的临界尺寸(CD)差异，和0.05的光密度(OD)差异。
另一方面，证实了在比较例1中制备的空白掩模具有根据遮光膜的图案密度而定的约3.8nm的临界尺寸(CD)差异，和0.16的光密度(OD)差异，表明遮光膜在洗涤工艺和硬膜的去除工艺期间大量损失。
因此，可以看到，因为在光掩模的制造方法中在洗涤工艺和硬膜的去除工艺期间通过保护膜防止了遮光膜图案的损失，所以遮光膜图案具有极佳的临界尺寸(CD)和光密度(OD)。
具有保护膜的二元空白掩模和光掩模(II)的制造
为了制造根据本发明的一个示范性实施例的二元空白掩模，将透明衬底放到含有组成比率为使得Mo和Si以10原子％∶90原子％的比率存在的目标的DC磁控溅射系统中，以7sccm∶3sccm的比率注射Ar和N2作为工艺气体，并且然后施加0.70kW的工艺功率以在透明衬底上形成由MoSiN制成的光屏蔽膜。
接着，将上面形成有光屏蔽膜的透明衬底放到含有组成比率为使得Mo和Si以5原子％∶95原子％的比率存在的目标的DC磁控溅射系统中，以3sccm∶3sccm∶10sccm的比率注射Ar、N2以及NO作为工艺气体，并且施加0.60kW的工艺功率以在遮光膜上形成由MoSiON制成的保护膜，由此最后形成光屏蔽膜。在这种情况下，保护膜还具有抗反射功能。
测量遮光膜的光密度和反射率。其结果是，揭示了遮光膜在193nm的曝光波长下具有2.97的光密度和33.5％的反射率。此外，揭示了遮光膜具有47.5nm的厚度。
接着，以8sccm的含量向含有铬(Cr)目标的DC磁控溅射系统注射Ar作为工艺气体，并且施加0.70kW的工艺功率以在遮光膜上形成厚度为4nm的硬膜。
之后，通过将化学放大型抗蚀膜涂布到硬膜上达到80nm的厚度来完成包含硬膜和保护膜的空白掩模的制造。
此外，使空白掩模的抗蚀膜经历光刻工艺以形成抗蚀图案，并且使用抗蚀图案作为蚀刻掩模形成安置在抗蚀膜下方的硬膜图案。然后，去除抗蚀图案，并且使用硬膜图案作为蚀刻掩模形成安置在硬膜下方的遮光膜图案。然后去除硬膜图案以完成光掩模的制造。
此外，以如上所述的相同方式在透明衬底上形成由MoSiN制成的光屏蔽膜。之后，将上面形成有光屏蔽膜的透明衬底放到含有Si目标的DC磁控溅射系统中，以5sccm∶2sccm∶7sccm的比率添加Ar、N2以及NO作为工艺气体，并且施加0.70kW的工艺功率以在光屏蔽膜上形成由SiON制成的保护膜，由此最后形成遮光膜。
测量遮光膜的光密度和反射率。其结果是，揭示了遮光膜在193nm的曝光波长下具有2.97的光密度和33.7％的反射率。此外，揭示了遮光膜具有48.9nm的厚度。
接着，以如上所述的相同方式在遮光膜上形成硬膜和抗蚀膜，并且使它们经历图案化工艺以完成光掩模的制造。
在实例2和实例3中制备的包含由MoSiON和SiON制成的保护膜的遮光膜图案中，然后测量图案密度为0％、50％以及100％的图案的临界尺寸(CD)均匀性，并且还测量了关于波长为193nm的光的光密度。
表2
参看表2，揭示了，当在实例2和实例3中制备的空白掩模具有MoSiON和SiON保护膜时，在光掩模的制造方法中在洗涤工艺和硬膜的去除工艺期间，包含保护膜的空白掩模具有根据遮光膜的图案密度而定的约0.7nm的临界尺寸(CD)差异，以及分别为0.03和0.04的光密度(OD)差异。
因此，可以看到在洗涤工艺和硬膜的去除工艺期间，遮光膜没有大量损失。
具有保护膜的二元空白掩模和光掩模(III)的制造
为了制造根据本发明的一个示范性实施例的二元空白掩模，将透明衬底放到含有组成比率为使得Mo和Si以10原子％∶90原子％的比率存在的目标的DC磁控溅射系统中，以5sccm∶5sccm的比率注射Ar和N2作为工艺气体，并且然后施加0.70kW的工艺功率以在透明衬底上形成MoSi基遮光膜。在这种情况下，形成遮光膜以使得O含量从其下部增加到上部。因此，形成遮光膜以使得遮光膜的下部和上部具有分别与MoSiN和MoSiON相近的组成比率。
测量遮光膜的光密度和反射率。其结果是，揭示了遮光膜在193nm的曝光波长下具有2.95的光密度和32.1％的反射率，并且具有46.5nm的厚度。因此，可以看到具有连续膜结构的遮光膜具有所有的遮光、抗反射以及保护膜功能。
接着，以8sccm的含量向含有铬(Cr)目标的DC磁控溅射系统中注射Ar作为工艺气体，并且施加0.70kW的工艺功率以在遮光膜上形成厚度为4nm的硬膜。
之后，通过将化学放大型抗蚀膜涂布到硬膜上达到80nm的厚度来完成包含硬膜的空白掩模的制造。
此外，使空白掩模的抗蚀膜经历光刻工艺以形成抗蚀图案，并且使用抗蚀图案作为蚀刻掩模形成安置在抗蚀膜下方的硬膜图案。然后，去除抗蚀图案，并且使用硬膜图案作为蚀刻掩模形成安置在硬膜下方的遮光膜图案。然后去除硬膜图案以完成光掩模的制造。
在实例2和实例3中制备的遮光膜图案中，然后测量图案密度为0％、50％以及100％的图案的临界尺寸(CD)均匀性，并且还测量了关于波长为193nm的光的光密度。
表3
参看表3，揭示了，当遮光膜的顶表面具有如上文在实例4中所述的保护膜功能时，所述空白掩模具有根据遮光膜的图案密度的约0.8nm的临界尺寸(CD)差异，和0.02的光密度(OD)，表明实例4的空白掩模具有类似于在实例1中制备的上面形成有保护膜的空白掩模的结果。
因此，可以看到在洗涤工艺和硬膜的去除工艺期间，遮光膜没有大量损失。
具有保护膜的相移空白掩模和光掩模(I)的制造
为了制造根据本发明的一个示范性实施例的相移空白掩模，将透明衬底放到含有组成比率为使得Mo和Si以10原子％∶90原子％的比率存在的目标的DC磁控溅射系统中，以5sccm∶7sccm的比率注射Ar和N2作为工艺气体，并且然后施加0.70kW的工艺功率以在透明衬底上形成由MoSiN制成的相移膜。
接着，以3sccm∶3sccm∶10sccm的比率注射Ar、N2以及NO作为工艺气体，并且施加0.60kW的工艺功率以形成由MoSiON制成的保护膜。在这种情况下，保护膜还充当蚀刻保护层和相移层。
测量相移膜和保护膜的透射率和相位差。其结果是，揭示了相移空白掩模在193nm的曝光波长下具有5.8％的透射率和181°的相位差，并且还具有59.5nm的厚度。
接着，将上面形成有相移膜的透明衬底放到含有铬(Cr)目标的DC磁控溅射系统中，以3sccm∶5sccm的比率注射Ar和N2，并且然后施加0.6kW的工艺功率以形成由CrN制成的光屏蔽膜。然后，以5sccm∶5sccm∶5sccm的比率注射Ar、N2以及NO，并且施加0.7kW的工艺功率以形成由CrON制成的抗反射膜。在这种情况下，包含光屏蔽膜和抗反射膜的最终遮光膜具有49nm的厚度。
然后，将上面形成有遮光膜的透明衬底放到含有组成比率为使得Mo和Si以10原子％∶90原子％的比率存在的目标的DC磁控溅射系统中，以8sccm的含量添加Ar作为工艺气体，并且然后施加0.70kW的工艺功率以形成厚度为4nm的硬膜。
之后，通过将化学放大型抗蚀膜涂布到硬膜上达到80nm的厚度来完成包含硬膜的相移空白掩模的制造。
此外，使空白掩模的抗蚀膜经历光刻工艺以形成抗蚀图案，并且使用抗蚀图案作为蚀刻掩模形成安置在抗蚀膜下方的硬膜图案。之后，去除抗蚀图案，并且使用硬膜图案作为蚀刻掩模形成安置在硬膜下方的遮光膜图案。然后，一起蚀刻保护膜和相移膜以形成相移膜图案。在这种情况下，当蚀刻相移膜图案时，去除硬膜。然后，去除光屏蔽膜图案以完成光掩模的制造。
此外，在比较例2中通过以下制备空白掩模：除了不形成保护膜之外，以如实例4中相同的方式形成膜，并且使所述膜经历图案化工艺来制造光掩模。
在实例5和比较例2中制备的遮光膜图案中，然后测量图案密度为0％、50％以及100％的图案的临界尺寸(CD)均匀性，并且还测量了关于波长为193nm的光的相位值。
表4
参看表4，揭示了在光掩模的制造方法中在洗涤工艺和硬膜的去除工艺期间，在实例5中制备的相移膜空白掩模具有根据相移膜的图案密度而定的约0.6nm的临界尺寸(CD)差异，和2°的相位值差异。
另一方面，可以看到在比较例2中制备的相移膜空白掩模具有根据相移膜的图案密度而定的约3.9nm的临界尺寸(CD)差异，和8°的相位值差异，表明在洗涤工艺和遮光膜的去除工艺期间，相移膜大量损失。
因此，因为在光掩模的制造方法中在洗涤工艺和硬膜的去除工艺期间，通过保护膜防止了遮光膜图案的损失，所以遮光膜图案具有极佳的临界尺寸(CD)和相位值。
具有保护膜的相移空白掩模和光掩模(II)的制造
为了制造根据本发明的一个示范性实施例的相移空白掩模，将透明衬底放到含有组成比率为使得Mo和Si以10原子％∶90原子％的比率存在的目标的DC磁控溅射系统中，以5sccm∶2sccm∶0到10sccm的比率注射Ar、N2以及NO作为工艺气体，并且然后施加0.70kW的工艺功率以在透明衬底上形成MoSi基相移膜。在这种情况下，形成相移膜以使得O含量从其下部增加到上部。因此，形成相移膜以使得相移膜的下部和上部具有分别与MoSiN和MoSiON相近的组成比率。
测量相移膜的透射率和相位差。其结果是，揭示了相移膜在193nm的曝光波长下具有5.9％的透射率和181°的相位差，并且还具有58.5nm的厚度。因此，可以看到具有连续膜结构的相移膜具有所有的相移和保护膜功能。
接着，以如在实例4中相同的方式，在相移膜上形成由CrN制成的光屏蔽膜和由CrON制成的抗反射膜。在这种情况下，包含光屏蔽膜和抗反射膜的最终遮光膜具有49nm的厚度。
接着，以8sccm的含量向含有铬(Cr)目标的DC磁控溅射系统注射Ar作为工艺气体，并且施加0.70kW的工艺功率以在遮光膜上形成厚度为4nm的硬膜。
之后，通过将化学放大型抗蚀膜涂布到硬膜上达到80nm的厚度来完成包含硬膜的空白掩模的制造。
此外，使空白掩模的抗蚀膜经历光刻工艺以形成抗蚀图案，并且使用抗蚀图案作为蚀刻掩模形成安置在抗蚀膜下方的硬膜图案。然后，去除抗蚀图案，并且使用硬膜图案作为蚀刻掩模形成安置在硬膜下方的遮光膜图案。然后一起蚀刻保护膜和相移膜以形成相移膜图案。在这种情况下，当蚀刻相移膜图案时，去除硬膜。然后去除光屏蔽膜图案以完成光掩模的制造。
在实例6中制备的遮光膜图案中，然后测量图案密度为0％、50％以及100％的图案的临界尺寸(CD)均匀性，并且还测量了关于波长为193nm的光的相位值。
表5
参看表5，揭示了在光掩模的制造方法中在洗涤工艺和遮光膜图案的去除工艺期间，当相移膜的顶表面具有如上文在实例6中所述的保护膜功能时，空白掩模具有根据相移膜的图案密度而定的约0.4nm的临界尺寸(CD)差异，和2°的相位值差异。
因此，可以看到在洗涤工艺和遮光膜图案的去除工艺期间，遮光膜图案没有大量损失。
根据本发明的一个示范性实施例的空白掩模可以适用于在光掩模的制造之后通过在遮光膜或相移膜上形成具有相对于硬膜或遮光膜的图案的蚀刻选择性的保护膜来防止遮光膜或相移膜的图案的侧表面、顶表面以及底表面的厚度损失，以使得在光掩模的制造方法中在洗涤工艺和硬膜图案的去除工艺期间，当执行安置在硬膜之下的遮光膜或遮光膜图案的去除工艺时，可以防止在遮光膜下形成的相移膜或相移膜的损失，由此确保厚度均匀性。
因此，因为可以防止遮光膜或相移膜的图案的例如光密度(OD)、临界尺寸(CD)均匀性以及相移的光学特征被降级，所以可以形成具有极佳精确度和半间距为32nm或小于32nm、尤其是20nm或小于20nm的图案。
本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明的上述示范性实施例进行各种修改。因此，希望本发明涵盖所有此类修改，其限制条件是所述修改在所附权利要求和其等效物的范围内。

Claims (16)

1.一种空白掩模，包括：
设置在透明衬底上的遮光膜；
设置在所述遮光膜的顶表面上的硬膜；以及
保护膜，被安置在所述遮光膜与所述硬膜之间并且被配置成用于防止所述遮光膜由于为了去除所述硬膜所用的蚀刻物质而遭到损坏。
2.一种空白掩模，包括：
设置在透明衬底上的遮光膜；以及
设置在所述遮光膜的顶表面上的硬膜，
其中所述遮光膜的所述顶表面所具有的氧含量高于所述遮光膜的底表面，从而防止所述遮光膜由于为了去除所述硬膜所用的蚀刻物质而遭到损坏。
3.一种空白掩模，包括：
设置在透明衬底上的相移膜；以及
设置在所述相移膜的顶表面上的遮光膜，
其中所述空白掩模还包括保护膜，所述保护膜被安置在所述相移膜与所述遮光膜之间并且被配置成用于防止所述相移膜由于为了去除所述遮光膜所用的蚀刻物质而遭到损坏。
4.一种空白掩模，包括：
设置在透明衬底上的相移膜；以及
设置在所述相移膜的顶表面上的遮光膜，
其中所述相移膜的所述顶表面所具有的氧含量高于所述遮光膜的底表面，从而防止所述相移膜由于为了去除所述遮光膜所用的蚀刻物质而遭到损坏。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的空白掩模，其中所述遮光膜由至少一种由铬、钼、钛、钽、钨、锡以及铪组成的群组中选出的金属材料制成，或除了所述金属材料以外，还包括至少一种由硅、氧、碳以及氮组成的群组中选出的材料，所述遮光膜由含有硅的化合物制成，并且所述金属材料的含量对硅的含量的比率在0.01到0.3的范围内。
6.根据权利要求1或3所述的空白掩模，其中所述保护膜由至少一种由钼、钽、铝以及硅组成的群组中选出的材料制成，或除了所述材料以外，还包括至少一种由氧、碳以及氮组成的群组中选出的轻元素，并且在所述材料中，所述金属、氧、硅以及轻元素的含量分别在0原子％到10原子％、10原子％到80原子％、10原子％到80原子％以及0原子％到60原子％的范围内。
7.根据权利要求1所述的空白掩模，其中所述保护膜相对于所述硬膜具有10或大于10的蚀刻选择性，并且通过用于去除所述遮光膜的相同蚀刻物质蚀刻。
8.根据权利要求1所述的空白掩模，其中所述保护膜充当抗反射层。
9.根据权利要求3所述的空白掩模，其中所述保护膜相对于所述遮光膜具有10或大于10的蚀刻选择性，并且通过用于去除所述相移膜的相同蚀刻物质蚀刻。
10.根据权利要求3所述的空白掩模，其中所述保护膜充当相移层。
11.根据权利要求1或3所述的空白掩模，其中所述保护膜具有0.5nm到20nm的厚度，并且具有一种由单层膜结构、多层膜结构、单膜结构以及连续膜结构组成的群组中选出的结构。
12.根据权利要求1或2所述的空白掩模，其中所述硬膜具有2nm到10nm的厚度。
13.根据权利要求1或2所述的空白掩模，其中所述硬膜由至少一种由铬、硅、钼以及钽组成的群组中选出的材料制成，或除了所述材料以外，还包括至少一种由氧、碳以及氮组成的群组中选出的轻元素。
14.根据权利要求3或4所述的空白掩模，还包括设置在所述遮光膜上的硬膜。
15.根据权利要求3或4所述的空白掩模，其中所述相移膜由包括至少一种由氧、氮、碳以及硼组成的群组中选出的轻元素的硅化钼化合物制成，并且具有钼、硅以及所述轻元素分别以0.3原子％到10原子％、10原子％到80原子％以及20原子％到60原子％的含量存在的组成比率。
16.一种光掩模，使用权利要求1到4中任一项所定义的空白掩模制造。
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