CN105334693B - 半色调相移光掩模坯料及其制备方法 - Google Patents

半色调相移光掩模坯料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105334693B
CN105334693B CN201510484664.4A CN201510484664A CN105334693B CN 105334693 B CN105334693 B CN 105334693B CN 201510484664 A CN201510484664 A CN 201510484664A CN 105334693 B CN105334693 B CN 105334693B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase shift
film
nitrogen
silicon
oxygen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510484664.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105334693A (zh
Inventor
高坂卓郎
稻月判臣
金子英雄
樱田丰久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Chemical Co Ltd filed Critical Shin Etsu Chemical Co Ltd
Publication of CN105334693A publication Critical patent/CN105334693A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105334693B publication Critical patent/CN105334693B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • G03F1/32—Attenuating PSM [att-PSM], e.g. halftone PSM or PSM having semi-transparent phase shift portion; Preparation thereof
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/60—Substrates
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/66—Containers specially adapted for masks, mask blanks or pellicles; Preparation thereof
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2051—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source
    • G03F7/2059—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source using a scanning corpuscular radiation beam, e.g. an electron beam
    • G03F7/2063—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source using a scanning corpuscular radiation beam, e.g. an electron beam for the production of exposure masks or reticles
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70191—Optical correction elements, filters or phase plates for controlling intensity, wavelength, polarisation, phase or the like
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
    • G03F7/70575—Wavelength control, e.g. control of bandwidth, multiple wavelength, selection of wavelength or matching of optical components to wavelength
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
    • H01L21/0274—Photolithographic processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/033—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers
    • H01L21/0332—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their composition, e.g. multilayer masks, materials

Landscapes

  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Abstract

半色调相移光掩模坯料，包含透明基材和由硅、氮和任选的氧组成的半色调相移膜，并提供相对于波长200nm以下的光150°‑200°的相移。该相移膜包括至少一个满足下式的层：2×O/Si+3×N/Si≥3.5，其中Si为硅含量(原子％)，N为氮含量(原子％)，且O为氧含量(原子％)。该相移膜表现出令人满意的透射率的面内均匀性。

Description

半色调相移光掩模坯料及其制备方法
技术领域
本发明涉及被加工成用于半导体集成电路等的微加工的半色调相移光掩模的半色调相移光掩模坯料，以及制备该光掩模坯料的方法。
背景技术
在半导体技术领域中，继续进行研究和开发的努力以进一步使图案特征微型化。最近，由于包括电路图案微型化的进步，用于单元构成层之间的连接的互联图案变薄以及接触孔图案微型化正在进行以符合LSI的更高集成密度，对微图案化技术存在持续需求。因此，与用于制造在光刻微制造工艺的曝光步骤中使用的光掩模的技术相关联，期望具有形成更为精细和精确的电路图案或掩模图案的技术。
通常，当通过光刻法在半导体衬底上形成图案时，采用缩小投影。因此，光掩模上形成的图案特征的尺寸为半导体衬底上形成的图案特征的尺寸的约4倍。在目前的光刻法技术中，印刷电路图案的尺寸显著小于用于曝光的光波长。因此，如果光掩模图案仅仅通过将电路图案的尺寸放大4倍来形成，由于曝光期间的光学干涉和其它效应而不会将所需图案转印到半导体衬底上的抗蚀剂膜。
有时，通过将光掩模上的图案形成为比实际电路图案更复杂的形状使曝光期间的光学干涉和其它效应最小化。这样的复杂图案形状可通过例如将光学邻近校正(OPC)结合到实际的电路图案中来设计。此外，尝试应用分辨率增强技术(RET)，例如改进的照明，浸入式光刻法或双重曝光(或双重图案化)光刻法，以满足对图案的微型化和更高精确度的需要。
相移方法用作为一种RET。相移方法为通过形成能够在光掩模上相反转大约180度的膜的图案，使可通过利用光干涉改进对比度。适用于相移方法的光掩模之一是半色调相移光掩模。典型地，半色调相移光掩模包括对曝光的光透明的石英或类似材料的基材，和在所述基材上形成的、能够相移大约180度并具有不足以助于图案形成的透射率的半色调相移膜的光掩模图案。作为半色调相移光掩模，JP-AH07-140635提出了具有氧化硅化钼(MoSiO)或氮氧化硅化钼(MoSiON)的半色调相移膜的掩模。
为了通过光刻法形成更精细的图像，使用较短波长的光作为光源。在光刻法工艺的目前最先进的阶段，曝光光源从KrF准分子激光(248nm)转变为ArF准分子激光(193nm)。发现使用较高能量的ArF准分子激光的光刻法会破坏掩模，但这在KrF准分子激光下未曾观察到。一个问题在于在连续使用光掩模时，在光掩模上形成类似外来物质的生长缺陷。这些生长缺陷也被称为“灰霾”。以前相信灰霾形成源在于硫酸铵晶体在掩模图案表面上的生长。现在相信，还有有机物质参与了灰霾形成。
已知一些克服灰霾问题的方法。对于在长期照射ArF准分子激光时光掩模上形成的生长缺陷，例如，JP-A 2008-276002描述了，如果在预定阶段清洁光掩模，则可以连续使用光掩模。
引用列表
专利文献1：JP-A H07-140635
专利文献2：JP-A 2008-276002(USP 7941767)
专利文献3：JP-A 2010-009038
专利文献4：JP-A 2007-033469
专利文献5：JP-A 2007-233179
专利文献6：JP-A 2007-241065
专利文献7：JP-A H10-171096
专利文献8：JP-A 2004-133029
非专利文献1：Thomas Faure等人，"Characterization of binary mask andattenuated phase shift mask blanks for 32nm mask fabrication,"Proc.of SPIE，第7122卷，第712209-1页至第712209-12页
发明概述
光掩模技术具有随着微型化的发展，图案宽度变得比曝光波长小的趋势。因此，如上文所述使用RET技术，如OPC、改进的照明、浸入式光刻法、相移方法和双重曝光。在相移方法中，经常使用透射率约6％的半色调相移膜。当期望通过光刻法形成具有较窄宽度的图案，例如，半间距(half pitch)50nm以下的图案时，为获得更高的对比率(contrast ratio)需要具有较高透射率的相移膜。具体地，需要具有约180度相移和10％-40％透射率的相移膜。
具有较高透射率的半色调相移光掩模可以通过在石英等透明基材上形成相移膜，和挖蚀所述基材直至达到180°相移的方法制造，例如形成预定厚度下提供约6％的低透射率和180°相移的相移膜，为了提供高透射率而达到比预定厚度薄的厚度，和通过挖蚀(或蚀刻)直至达到180°的相移来补偿相移不足的方法；或形成用于相调节的SiO膜和用于透射率调节的Cr膜的组合从而以受控的方式调制透射率的方法。
然而，通过挖蚀基材获得的光掩模难于精确控制相移并且当图案中形成缺陷时也难于进行修正。另一方面，使用两种具有不同蚀刻性质的膜(典型地为SiO膜和Cr膜)的两层光掩模具有缺点，包括在图案形成中涉及的蚀刻步骤数增加和为产生180°的相移增加的100nm以上的膜厚度。
由于在这些方面的改进，专利文献3公开了主要由金属、硅和氮组成的膜。所述膜为74nm厚。然而，较薄的膜对于图案形成有利和有效降低3D效应。因此，对于光刻法而言需要较薄的膜以形成更精细的图案。
在光掩模生产过程中使用光掩模坯料时，如果外来沉积物在光掩模坯料上，则它们导致图案缺陷。为了除去外来沉积物，在光掩模生产过程期间将光掩模坯料清洁多次。此外，将由此生产的光掩模用于光刻法过程中时，也对所述光掩模重复清洁，即使所述光掩模本身不具有图案缺陷，原因在于，如果外来沉积物在光刻法过程期间沉淀在所述光掩模上，使用那样的光掩模图案化的半导体基材最终带有图案转印失败。
为了从光掩模坯料或光掩模除去外来沉积物，在大多数情况下使用SPM、臭氧水或AMP应用化学清洁。SPM为硫酸/过氧化氢混合物，其是具有强氧化作用的清洁剂。臭氧水是臭氧溶解于其中的水，并且被用作SPM的替代物。AMP为氨水/过氧化氢混合物。当将在其表面上具有有机外来沉积物的光掩模坯料或光掩模浸没在AMP清洁液中时，在氨的溶解作用和过氧化氢的氧化作用下从所述表面释放并除去所述有机外来沉积物。
尽管用这样的化学液体的化学清洁对于除去光掩模坯料或光掩模上的外来沉积物如颗粒和污染物而言是必需的，但所述化学清洁可能损害光掩模坯料或光掩模上的光学膜(典型地为半色调相移膜)。例如，如果光学膜的表面通过化学清洁而改变，则可能改变所述膜最初具有的光学性质。此外，重复进行光掩模坯料或光掩模的化学清洁。因此需要使在每个清洁步骤期间所述光学膜的任何性质改变(例如相移改变)最小化。
满足上述要求的膜包括由硅和氮组成的不含过渡金属的膜，和由硅、氮、和氧组成的不含过渡金属的膜，它们具有改善的耐化学品性。然而，这些膜难以控制它们的光学性质，包括相移和透射率。尤其是，难以形成在给定透射率下具有光学性质的面内均匀性的膜。
本发明的目的是提供半色调相移光掩模坯料以及制备该光掩模坯料的方法，该光掩模坯料具有含有硅、以及氮和氧中的两者或任一种、不含过渡金属、并具有光学性质的面内均匀性的半色调相移膜。
作为具有耐化学品性的半色调相移膜，关注了含有硅、以及氮和氧中的两者或任一种、但不含过渡金属的半色调相移膜。进行了研究以开发光学性质的面内均匀性改善的同时保持预定的相移的半色调相移膜。关于不含过渡金属的含硅膜，本发明的发明人发现，随着加入硅的氮和氧的量从零水平逐渐增加，膜的面内均匀性一度在中等添加区域中恶化，然后在接下来的更多添加的区域中改善。
作为相对于波长200nm以下的光提供150°-200°的相移的半色调相移膜，在透明基材上形成半色调相移膜，其由硅和氮组成，或由硅、氮和氧组成，并且是满足如下定义的式(1)的单层，或者是包括至少一个满足式(1)的层的多层膜。该半色调相移膜利用富含氮和氧并且不含过渡金属的硅系材料层，保持预定的相移，并且具有耐化学品性和光学性质的面内均匀性。本发明基于是这样的发现而做出的。
在一方面，本发明提供半色调相移光掩模坯料，其包含透明基材和在其上的半色调相移膜，该半色调相移膜由硅和氮，或者硅、氮和氧组成，并且相对于波长200nm以下的光提供150°-200°的相移。该半色调相移膜是满足式(1)的单层或包括至少一个满足式(1)的层的多层膜：
2×O/Si+3×N/Si≥3.5 (1)
其中Si为硅的含量(原子％)，N为氮的含量(原子％)，且O为氧的含量(原子％)。
优选地，在满足式(1)的层中，以原子比表示的氧含量为氮含量的1/3以下。
优选地，该半色调相移膜为多层膜，其包括至少一个由硅和氮组成的层和至少一个由硅、氮和氧组成的层。
在另一方面，本发明提供制备包含透明基材和在其上的半色调相移膜的半色调相移光掩模坯料的方法，所述半色调相移膜由硅和氮，或硅、氮和氧组成，并且相对于波长200nm以下的光提供150°-200°的相移，该方法包括以下步骤：在受控条件下进行硅、氮和任选的氧的沉积以调节氮和任选的氧的含量，使得该半色调相移膜可为满足式(1)的单层或包括至少一个满足式(1)的层的多层膜。
发明的有益效果
通过采用具有含有硅以及氮和氧中的两者或任一种但不含过渡金属的半色调相移膜的半色调相移光掩模坯料，本发明成功地提供了具有耐化学品性和光学性质的面内均匀性同时保持预定的相移的半色调相移膜。
优选实施方案的说明
本发明涉及半色调相移光掩模坯料，其包含透明基材例如石英基材，和在该基材上的由硅和氮或者硅、氮和氧组成的硅系材料形成的膜。将该硅系材料的膜作为半色调相移膜形成。半色调相移膜应优选地相对于采用半色调相移光掩模的光刻法中常用的波长200nm以下的光、具体地ArF准分子激光(193nm)或F2激光(157nm)，具有预定的透射率(例如，10％-40％)和预定的相移(具体地，150°-200°)。
半色调相移膜形成为单层或包括多个层，典型地2-4层的多层膜。半色调相移膜的至少一层，即所述单层或所述多层膜的至少一层应满足式(1)：
2×O/Si+3×N/Si≥3.5 (1)
其中Si为硅的含量(原子％)，N为氮的含量(原子％)，且O为氧的含量(原子％)。例如，总体的半色调相移膜，即所有层可满足式(1)。包括满足式(1)的层的半色调相移膜具有改善的光学性质的面内均匀性，特别是光学密度(OD)和透射率。当在受控条件下进行硅、氮和任选的氧的沉积以调节氮和任选的氧含量使得半色调相移膜可为满足式(1)的单层或包括至少一个满足式(1)的层的多层膜时，获得了具有高透射率和品质波动最小化的半色调相移膜。
所述半色调相移膜应当优选具有至少10％的透射率，当通过光刻法形成具有50nm以下，特别是30nm以下的半间距的图案时，以及甚至当通过光刻法形成具有20nm以下的半间距的图案时，这保证了必要和足够的对比度。对于更高的对比度而言，透射率应当优选为至少15％，而上限优选为40％以下，特别是30％以下。
半色调相移膜的相移使得通过相移膜的区域(相移区域)传播的曝光光与通过所述相移膜被除去的邻近区域传播的曝光光之间的相移导致曝光光的干涉，由此增加对比度。具体地，所述相移为150至200度。尽管将普通的相移膜设定至大约180°的相移，但也可以从对比度增强的观点调节相移低于或超过180°。例如，设定小于180°的相移对于形成较薄的膜有效。当然，更接近180°的相移更有效，因为可获得较高的对比度。鉴于此，所述相移优选为160至190°，更优选175至185°，最优选大约180°。
因为较薄的膜有助于形成更精细的图案，并且特定厚度的光掩模图案对于降低3D效应有效，所以半色调相移膜的厚度应优选地为70nm以下，更优选65nm以下，进一步优选64nm以下，最优选62nm以下。膜厚度的下限设定在相对于波长200nm以下的光获得期望的光学性质的范围，具体地至少40nm，更具体地至少50nm。在其中相移膜为多层膜的实施方案中，满足式(1)的层的厚度(如果包括两个或更多个满足式(1)的层，则为它们的总厚度)优选地为相移膜的总厚度的至少60％，优选地为相移膜总厚度的100％以下，更优选90％以下，甚至更优选80％以下。进一步在其中相移膜为多层膜的实施方案中，满足式(1)的层可设置为与透明基材相邻或远离，或在厚度方向上的中间。
半色调相移膜的硅系材料具体地为氮化硅(SiN)或氧氮化硅(SiON)。含有其他元素是可接受的，只要含量为杂质或痕量水平。
在满足式(1)的层中，硅含量优选地为至少40原子％且还优选地为50原子％以下。当硅含量在该范围内时，调节氮和氧的含量从而满足式(1)，使得折射率增加。在满足式(1)的层中，氧含量为优选15原子％以下，更优选10原子％以下，甚至更优选5原子％以下。在满足式(1)的层中，氮含量优选至少40原子％，更优选至少50原子％，还优选60原子％以下，更优选55原子％以下。
为了使半色调相移膜可以是薄的，优选具有较低氧含量的膜。为此，在满足式(1)的层中，特别是在整个半色调相移膜中，以原子比表示的氧含量优选为氮含量的1/3以下，更优选1/5以下，或甚至氧可不存在。从这点来说，有效的是，半色调相移膜由不含氧的硅系材料、即由硅和氮组成的材料形成。在这样的实施方案中，半色调相移膜可具有单层结构，包括至少两个具有不同硅/氮比率的层的多层结构，或其中硅/氮比率在厚度方向上逐步或连续改变的组成梯度化的结构。
对于仅由硅和氮形成的半色调相移膜而言，有时其透射率不能增加超过一定限度，并且所述膜不能被赋予期望的光学性质。这样的问题可以通过将所述半色调相移膜构造为包括高氧含量层和低氧含量层的多层结构而克服。具体地，所述半色调相移膜可以为包括由硅、氮和氧组成的硅系材料的至少一层作为高氧含量层和由硅、氮和氧组成的硅系材料的并具有比高氧含量层更低的氧含量的至少一层作为低氧含量层的多层结构；或者包括由硅、氮和氧组成的硅系材料的至少一层作为高氧含量层和由硅和氮组成的硅系材料的至少一层作为低氧含量层的多层结构。
反过来，当期望降低透射率，例如，低于10％时，可使用含有过渡金属和硅的层作为低氮或氧含量层或除了满足式(1)的层之外的层，从而降低透射率。在这样的实施方案中，因为耐化学品性进一步改善，所以优选地可使用具有低氧或氮含量的硅系材料层。
上文提及的多层结构对于降低所述半色调相移膜的厚度也是有效的。可以通过尽量多地增加氮含量来实现透射率的增加，同时通过添加最小的必要量的氧补充透射率的不足。于是氧含量可以被抑制到最低水平，这最终允许所述半色调相移膜变薄。在这种情况下，多层结构的每个层也可以具有其中硅/氮/氧或硅/氮比例在厚度方向上逐步变化或连续变化的梯度组成。
关于半色调相移膜中高氧含量层和低氧含量层的布置，例如可以将所述高氧含量层布置在离所述透明基材最远(即在表面侧)或最接近所述透明基材(即在基材侧)。任何一种结构对于降低反射性有效。从改进半色调相移膜的受控蚀刻、例如改进终端检测的精确性的观点来看，最有效的是将低氧含量层布置得最接近所述基材。所述多层结构的实例为由高氧含量层和低氧含量层组成的两层结构，在低氧含量层的表面侧和基材侧具有两个高氧含量层的三层结构，以及至少四个交替的高和低氧含量层的交替层结构。
可以通过任意公知的膜沉积技术形成半色调相移膜。尤其是，溅射技术是优选的，因为容易形成均匀的膜。溅射技术可以是直流(DC)溅射或射频(RF)溅射。靶和溅射气体的选择取决于层构造和组成。本文中使用的靶可以为硅靶、氮化硅靶或包含硅和氮化硅二者的靶。氮和氧的含量可以通过使用含氮气体和含氧气体作为反应性溅射气体进行反应性溅射同时调节这些气体的进料速率来调整。所述反应性气体的实例包括氮气(N2气)、氧气(O2气)和氮的氧化物气体(N2O,NO和NO2气体)。作为溅射气体，也可以使用稀有气体，如氦、氖或氩气。
在其中所述半色调相移膜具有多层结构的实施方案中，可以形成经表面氧化的层作为表面侧层(或最外表面层)，以抑制半色调相移膜的品质的任何改变。所述经表面氧化的层可以具有至少20原子％的氧含量，其中甚至至少50原子％的氧含量是可接受的。所述经表面氧化的层可以通过氧化形成，例如大气或空气氧化，或强制氧化处理。硅系材料膜的强制氧化处理可以例如通过用臭氧气体或臭氧水处理，或通过在约300℃的温度于含氧气氛中经由烘箱加热、灯热退火或激光加热来加热而进行。经表面氧化的层可以优选具有10nm以下，更优选5nm以下，和甚至更优选3nm以下的厚度，并且作为氧化物层，至少1nm的厚度足够有效。尽管经表面氧化的层也可以通过在溅射过程期间增加氧气的流速而形成，但是推荐上文提及的大气氧化或氧化处理以形成基本上没有缺陷的层。
在半色调相移掩模坯料，如常规的半色调相移掩模坯料的情况下，可以在半色调相移膜上形成光屏蔽膜，以限定将曝光光完全屏蔽的屏蔽区域。尽管所述光屏蔽膜可以由任何期望的材料制成，但是也可用作蚀刻过程的辅助膜的铬系材料的膜是优选的。关于所述光屏蔽膜的构造和组成，已知许多报道，例如专利文献4和5。优选地，所述光屏蔽膜通过形成Cr系光屏蔽膜，和进一步在其上沉积用于减少来自所述光屏蔽膜的反射的Cr系减反射膜来构造。所述光屏蔽膜和减反射膜各自可以为单层或多层结构。用于所述Cr系光屏蔽膜和减反射膜的材料包括铬单质、氧化铬(CrO)、氮化铬(CrN)、碳化铬(CrC)、氧氮化铬(CrON)、氧碳化铬(CrOC)、铬氮化碳化物(CrNC)和铬氧化氮化碳化物(CrONC)。
所述Cr系光屏蔽膜和减反射膜可以通过反应性溅射沉积。反应性溅射方法使用铬单质靶或将氧、氮和碳中的一种或多种添加至其中的铬靶。溅射气体为稀有气体，如Ar、He或Ne，根据待沉积膜的期望组成向其中添加选自含氧气体、含氮气体和含碳气体的气体。
在其中提供光屏蔽膜的实施方案的另一版本中，可以在半色调相移膜上形成如公开于专利文献6中的铬系材料的蚀刻阻止膜(etch stop film)或辅助膜，并且在其上形成硅、硅系化合物或过渡金属/硅系化合物的光屏蔽膜。
此外，可以在光屏蔽膜上形成硬掩模膜。作为硬掩模膜，具有不同于所述光屏蔽膜的蚀刻性质的膜是期望的。例如，当所述光屏蔽膜为Cr系膜时，优选将可以被氟化物气体如SF6或CF4蚀刻的膜用作所述硬掩模膜。合适的硬掩模膜包括硅膜，包含硅和氮和/或氧的膜，和包含硅、氮和/或氧、和过渡金属如钼、钽或锆的膜。
可以通过标准技术将光掩模坯料加工成光掩模。例如可以如下加工包括半色调相移膜和沉积在其上的铬系材料的减反射膜或光屏蔽膜的半色调相移掩模坯料。首先，将适合于电子束(EB)光刻法的抗蚀剂膜形成在所述半色调相移掩模坯料的铬系材料膜上，曝光于EB的图案，并以常规的方式显影，形成抗蚀剂图案。在将由此获得的抗蚀剂图案用作蚀刻掩模的同时，进行含氧的氯系干法蚀刻，以将所述抗蚀剂图案转印至所述铬系材料膜。接着，在将所述铬系材料膜图案用作蚀刻掩模的同时，进行氟系干法蚀刻，以将所述图案转印至所述半色调相移膜。如果所述铬系材料膜的任何区域要被留下作为光屏蔽膜，则形成用于保护那个区域的抗蚀剂图案。此后，再次通过含氧的氯系干法蚀刻剥离不必要的铬系材料膜。将抗蚀剂材料以常规方式除去，产生半色调相移光掩模。
在另一个实例中，可以如下加工包括半色调相移膜、沉积在其上的铬系材料的减反射膜或光屏蔽膜、和沉积在其上的硅系材料的硬掩模膜的半色调相移掩模坯料。首先，在半色调相移掩模坯料的硅系硬掩模膜上形成适合于EB光刻法的抗蚀剂膜，曝光于EB的图案，并以常规的方式显影，形成抗蚀剂图案。在将由此获得的抗蚀剂图案用作蚀刻掩模的同时，进行氟系干法蚀刻，以将所述抗蚀剂图案转印至硅系硬掩模膜。此后进行含氧的氯系干法蚀刻，以将硬掩模膜图案转印至铬系材料膜。在此时将抗蚀剂除去。此外，在将铬系材料膜图案用作蚀刻掩模的同时，进行氟系干法蚀刻，以将所述图案转印至半色调相移膜并且同时除去硅系硬掩模膜。如果所述铬系材料膜的任何区域要被留下作为光屏蔽膜，则形成用于保护那个区域的抗蚀剂图案。此后，再次通过含氧的氯系干法蚀刻剥离不必要的铬系材料膜。将抗蚀剂材料以常规方式除去，产生半色调相移光掩模。
在用于在可加工基材中形成具有50nm以下，典型地30nm以下，和更典型地20nm以下的半间距的图案的光刻方法中，其中所述方法包括在所述可加工基材上形成光致抗蚀剂膜和将所述光致抗蚀剂膜通过图案化的掩模曝光于200nm以下的波长的光、典型地为ArF准分子激光(193nm)或F2激光(157nm)，以将图案转印至所述光致抗蚀剂膜的步骤，本发明的半色调相移光掩模最佳地适合用于曝光步骤中。
由光掩模坯料获得的半色调相移光掩模可有利地应用于图案形成工艺，该工艺包括投射光到包括半色调相移膜图案的光掩模图案以将光掩模图案转印到可加工的基材上的目标(抗蚀剂膜)。曝光光的照射可为干法曝光或浸入曝光。伴随着在商业规模的微制造中累积辐射能量剂量在较短时间内增加的趋势，当作为可加工的基材的至少300mm的晶片通过浸入式光刻法曝光于光掩模图案的光时，本发明的半色调相移光掩模特别有效。
实施例
以下给出实施例以进一步说明本发明，但本发明不限于此。
实施例1-4，比较例1，2
在152mm见方和6.35mm厚的石英基材上，通过溅射工艺使用硅靶作为溅射靶以及氮气和氩气作为溅射气体沉积SiN层，或者通过溅射工艺使用硅靶作为溅射靶以及氮气、氧气和氩气作为溅射气体沉积SiON层。调节沉积条件使得沉积层各自可提供约175°的相移。以这样的方式，获得了各自具有单层结构的半色调相移膜的光掩模坯料。
通过X射线光电子能谱仪(XPS)系统(Thermo Fisher Scientific)分析由此获得的半色调相移膜的组成。由此测量的氧、氮和硅的含量(原子％)与A值一起示于表1，A值由这些含量根据等式(1-1)计算：
A＝2×O/Si+3×N/Si (1-1)
其中Si为硅的含量(原子％)，N为氮的含量(原子％)，且O为氧的含量(原子％)。
对于半色调相移膜，使用相移/透射率测量系统MPM193(Lasertec Corp.)，波长193nm的光的透射率分布在由距石英基材方形表面中心对角线方向间隔95mm的四个点限定的区域中的约134mm×约134mm的面积中测量。由透射率测量，根据式(2)来计算数值：
(Tmax-Tmin)/(Tmax+Tmin) (2)
其中Tmax为最大透射率(％)，Tmin为最小透射率(％)，数值在表1中以透射率变化记录。
表1
实施例5
在152mm见方和6.35mm厚的石英基材上，通过溅射工艺使用硅靶作为溅射靶以及氮气和氩气作为溅射气体来沉积SiN层。通过溅射工艺使用硅靶作为溅射靶以及氮气、氧气和氩气作为溅射气体在SiN层上沉积SiON层。以这样的方式，获得了具有两层：SiN层和SiON层的半色调相移膜的光掩模坯料。在SiN沉积步骤中调节沉积时间使得SiN层可具有厚度45nm，并在SiON沉积步骤中调节沉积时间使得总半色调相移膜可具有相移180°。结果，SiON层具有厚度21nm，且总半色调相移膜具有厚度66nm。
通过与实施例1中相同的XPS分析由此获得的半色调相移膜的组成。SiN层由46原子％硅和54原子％氮组成，A值为3.52。SiON层由39原子％硅、40原子％氧和21原子％氮组成，且A值为3.67。对于该半色调相移膜，如实施例1中那样测量透射率分布，由其计算的透射率变化为1.1％。
由这些结果表明，满足式(1)的半色调相移膜具有令人满意的透射率的面内均匀性。

Claims (4)

1.半色调相移光掩模坯料，包含透明基材和在其上的半色调相移膜，所述半色调相移膜由硅和氮，或者硅、氮和氧组成，并且相对于波长200nm以下的光提供150°-200°的相移,
所述半色调相移膜为满足式(1)的单层或由全部满足式(1)的层组成的多层膜：
2×O/Si+3×N/Si≥3.5 (1)
其中Si为硅的原子％含量，N为氮的原子％含量，且O为氧的原子％含量，
氮含量为53原子％以下。
2.权利要求1所述的光掩模坯料，其中在满足式(1)的该层中，以原子比表示,氧含量为氮含量的1/3以下。
3.权利要求1所述的光掩模坯料，其中所述半色调相移膜为多层膜，该多层膜包括至少一个由硅和氮组成的层和至少一个由硅、氮和氧组成的层。
4.制备包含透明基材和在其上的半色调相移膜的半色调相移光掩模坯料的方法，所述半色调相移膜由硅和氮，或硅、氮和氧组成，并且相对于波长200nm以下的光提供150°-200°的相移，
所述方法包括以下步骤：在受控条件下进行硅、氮和任选的氧的沉积以调节氮和任选的氧的含量，使得该半色调相移膜为满足式(1)的单层或由全部满足式(1)的层组成的多层膜：
2×O/Si+3×N/Si≥3.5 (1)
其中Si为硅的原子％含量，N为氮的原子％含量，且O为氧的原子％含量，
氮含量为53原子％以下。
CN201510484664.4A 2014-08-04 2015-08-04 半色调相移光掩模坯料及其制备方法 Active CN105334693B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014158791 2014-08-04
JP2014-158791 2014-08-04
JP2015128725A JP2016035559A (ja) 2014-08-04 2015-06-26 ハーフトーン位相シフト型フォトマスクブランク及びその製造方法
JP2015-128725 2015-06-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105334693A CN105334693A (zh) 2016-02-17
CN105334693B true CN105334693B (zh) 2019-03-05

Family

ID=53800846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510484664.4A Active CN105334693B (zh) 2014-08-04 2015-08-04 半色调相移光掩模坯料及其制备方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9645485B2 (zh)
EP (1) EP2983044B1 (zh)
JP (1) JP2016035559A (zh)
KR (2) KR20160016651A (zh)
CN (1) CN105334693B (zh)
TW (1) TWI627494B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106783918A (zh) * 2016-12-16 2017-05-31 Tcl集团股份有限公司 一种像素bank结构及制作方法

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3086174B1 (en) * 2015-03-31 2017-11-15 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method for preparing halftone phase shift photomask blank
JP6418035B2 (ja) * 2015-03-31 2018-11-07 信越化学工業株式会社 位相シフトマスクブランクス及び位相シフトマスク
US10678125B2 (en) * 2016-03-02 2020-06-09 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Photomask blank and method for preparing photomask
JP6743679B2 (ja) 2016-03-02 2020-08-19 信越化学工業株式会社 フォトマスクブランク、及びフォトマスクの製造方法
KR102366782B1 (ko) * 2016-07-25 2022-02-23 호야 가부시키가이샤 마스크 블랭크, 전사용 마스크, 전사용 마스크의 제조 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법
WO2018037864A1 (ja) * 2016-08-26 2018-03-01 Hoya株式会社 マスクブランク、位相シフトマスク、位相シフトマスクの製造方法及び半導体デバイスの製造方法
KR102431557B1 (ko) * 2016-09-26 2022-08-11 호야 가부시키가이샤 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크, 위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법
JP6642493B2 (ja) * 2017-03-10 2020-02-05 信越化学工業株式会社 ハーフトーン位相シフト型フォトマスクブランク
JP6432636B2 (ja) * 2017-04-03 2018-12-05 凸版印刷株式会社 フォトマスクブランク、フォトマスク及びフォトマスクの製造方法
JP6716629B2 (ja) * 2017-05-18 2020-07-01 エスアンドエス テック カンパニー リミテッド 位相反転ブランクマスク及びその製造方法
JP6753375B2 (ja) * 2017-07-28 2020-09-09 信越化学工業株式会社 フォトマスクブランク、フォトマスクブランクの製造方法及びフォトマスクの製造方法
KR20200133377A (ko) * 2018-03-26 2020-11-27 호야 가부시키가이샤 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 반도체 디바이스의 제조 방법
CN108735636B (zh) * 2018-06-14 2020-11-27 深圳市克拉尼声学科技有限公司 一种半导体光刻板快速清洗装置
JP7255512B2 (ja) * 2019-03-29 2023-04-11 信越化学工業株式会社 位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスク
JP7192731B2 (ja) * 2019-09-27 2022-12-20 信越化学工業株式会社 ハーフトーン位相シフト型フォトマスクブランク、その製造方法、及びハーフトーン位相シフト型フォトマスク
JP2022137972A (ja) * 2021-03-09 2022-09-22 株式会社トッパンフォトマスク 位相シフトマスクブランク、位相シフトマスク、位相シフトマスクの製造方法及び位相シフトマスクの修正方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6045954A (en) * 1998-06-12 2000-04-04 Industrial Technology Research Institute Formation of silicon nitride film for a phase shift mask at 193 nm
CN1900819A (zh) * 2005-07-21 2007-01-24 信越化学工业株式会社 光掩模坯、光掩模及其制作方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3064769B2 (ja) 1992-11-21 2000-07-12 アルバック成膜株式会社 位相シフトマスクおよびその製造方法ならびにその位相シフトマスクを用いた露光方法
KR0171096B1 (ko) 1995-12-07 1999-02-01 문정환 반도체 장치의 캐패시터와 그 제조방법
JPH10171096A (ja) 1996-12-14 1998-06-26 Hoya Corp 位相シフトマスク及び位相シフトマスクブランク
JP2002258458A (ja) 2000-12-26 2002-09-11 Hoya Corp ハーフトーン型位相シフトマスク及びマスクブランク
JP3988041B2 (ja) 2002-10-08 2007-10-10 信越化学工業株式会社 ハーフトーン位相シフトマスクブランク及びその製造方法
DE602006021102D1 (de) 2005-07-21 2011-05-19 Shinetsu Chemical Co Photomaskenrohling, Photomaske und deren Herstellungsverfahren
JP4551344B2 (ja) 2006-03-02 2010-09-29 信越化学工業株式会社 フォトマスクブランクおよびフォトマスク
JP4509050B2 (ja) 2006-03-10 2010-07-21 信越化学工業株式会社 フォトマスクブランク及びフォトマスク
JP4714180B2 (ja) 2007-05-01 2011-06-29 株式会社東芝 フォトマスク管理方法、フォトマスク洗浄可能回数生成方法、及びフォトマスク管理システム
JP5702920B2 (ja) 2008-06-25 2015-04-15 Hoya株式会社 位相シフトマスクブランク、位相シフトマスクおよび位相シフトマスクブランクの製造方法
JP5507860B2 (ja) * 2009-02-12 2014-05-28 Ｈｏｙａ株式会社 フォトマスクの製造方法
JP5644293B2 (ja) * 2010-09-10 2014-12-24 信越化学工業株式会社 遷移金属ケイ素系材料膜の設計方法
JP5879951B2 (ja) * 2011-11-21 2016-03-08 信越化学工業株式会社 光パターン照射方法、ハーフトーン位相シフトマスク及びハーフトーン位相シフトマスクブランク
KR102211544B1 (ko) * 2013-01-15 2021-02-02 호야 가부시키가이샤 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 반도체 디바이스의 제조 방법
DE112014003849T5 (de) * 2013-08-21 2016-05-12 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Maskenrohling, Maskenrohling mit negativem Resistfilm, Phasenverschiebungsmaske und Verfahren zur Herstellung eines durch ein Muster gebildeten Körpers unter Verwendung derselben
JP6264238B2 (ja) * 2013-11-06 2018-01-24 信越化学工業株式会社 ハーフトーン位相シフト型フォトマスクブランク、ハーフトーン位相シフト型フォトマスク及びパターン露光方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6045954A (en) * 1998-06-12 2000-04-04 Industrial Technology Research Institute Formation of silicon nitride film for a phase shift mask at 193 nm
CN1900819A (zh) * 2005-07-21 2007-01-24 信越化学工业株式会社 光掩模坯、光掩模及其制作方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106783918A (zh) * 2016-12-16 2017-05-31 Tcl集团股份有限公司 一种像素bank结构及制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2983044B1 (en) 2020-07-01
EP2983044A3 (en) 2016-06-22
KR102145240B1 (ko) 2020-08-18
US20160033858A1 (en) 2016-02-04
US9645485B2 (en) 2017-05-09
KR20180051464A (ko) 2018-05-16
CN105334693A (zh) 2016-02-17
TWI627494B (zh) 2018-06-21
KR20160016651A (ko) 2016-02-15
EP2983044A2 (en) 2016-02-10
TW201621456A (zh) 2016-06-16
JP2016035559A (ja) 2016-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105334693B (zh) 半色调相移光掩模坯料及其制备方法
CN104635415B (zh) 半色调相移光掩模坯料、半色调相移光掩模和图案曝光方法
CN106019808B (zh) 相移掩模坯、相移掩模和坯制备方法
JP5602930B2 (ja) マスクブランクおよび転写用マスク
CN104698738B (zh) 光掩模坯料
TWI553398B (zh) A mask substrate, a manufacturing method thereof, a transfer mask, and a method of manufacturing the same
CN107870507A (zh) 半色调相移掩模坯和半色调相移掩模
CN106997145B (zh) 半色调相移光掩模坯和制造方法
CN106019811B (zh) 制备半色调相移光掩模坯的方法
CN108572510A (zh) 半色调相移光掩模坯料
CN106019809A (zh) 半色调相移掩模坯，半色调相移掩模，和图案曝光方法
CN108241250A (zh) 光掩模坯及其制备方法
CN106019812A (zh) 制备半色调相移光掩模坯的方法
TWI788304B (zh) 半色調相移型空白光罩、其製造方法及半色調相移型光罩
JP2016194626A (ja) ハーフトーン位相シフト型フォトマスクブランクの製造方法
CN108241249A (zh) 光掩模坯及其制备方法
JP6927177B2 (ja) 位相シフト型フォトマスクブランク及び位相シフト型フォトマスク
TW200937111A (en) Mask blank and method of manufacturing mask
TW201928093A (zh) 空白光罩及光罩之製造方法
JP6947207B2 (ja) ハーフトーン位相シフト型フォトマスクブランク及びハーフトーン位相シフト型フォトマスク
KR20240085859A (ko) 마스크 블랭크, 전사용 마스크, 전사용 마스크의 제조 방법 및 표시 장치의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant