CN111290213A - 光掩模坯料的设计和光掩模坯料 - Google Patents

光掩模坯料的设计和光掩模坯料 Download PDF

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Abstract

提供设计包含透明基材和其上的光学膜的光掩模坯料的方法。所述光掩模坯料被加工成具有光学膜图案的透射性光掩模使得在通过光掩模透射曝光光时可转印该膜图案。使用比反射率作为指标来选择该光学膜，该比反射率等于反射率除以膜厚度。

Description

光掩模坯料的设计和光掩模坯料
本申请是基于申请号为201510458035.4、申请日为2015年7月30号、发明名称为“光掩模坯料的设计和光掩模坯料”的原始中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及被加工成光掩模的光掩模坯料和设计光掩模坯料的方法，该光掩模适于通过曝光光的透射来转印图案。
背景技术
对于像更高速度的操作和节约电力消耗的目标来说，大规模集成电路的更高集成度的挑战持续。为了满足对电路图案缩小的不断需求，先进半导体微加工技术变得重要。例如，用于电路构造布线图案的缩小的技术和用于单元构造层间连接的接触孔图案的缩小的技术变得关键。
先进微加工技术依赖于使用光掩模的光刻法。与曝光工具和抗蚀剂材料同样，光掩模是微型化技术的一个重要领域。为了获得能够提供上述精细尺寸布线图案或精细尺寸接触孔图案的光掩模，做出了开发在光掩模坯料上形成更为精细和精确的图案的努力。
为了在光掩模基材上形成高精确度的光掩模图案，首要的是在光掩模坯料上以高精确度将抗蚀剂膜图案化。由于用于微加工半导体衬底的光刻法采用缩小投影，光掩模上形成的图案尺寸为半导体衬底上形成的图案尺寸的约4倍，这并不意味着光掩模上形成的图案的精确度因此而宽松。需要将光掩模图案以高精确度形成。
目前，通过光刻法写在半导体衬底上的电路图案的尺寸比曝光光的波长小得多。如果使用具有仅为电路图案4倍放大率的图案的光掩模进行缩小曝光，则光掩模图案由于诸如曝光光干涉的影响而不会忠实地转印于抗蚀剂膜。
解决该问题的超级分辨率掩模包括OPC掩模，其中，将所谓的光学临近校正(OPC)(即，用于校正使转印性质劣化的光学临近效应的技术)应用于光掩模和导致相邻图案特征之间180°相移的相移掩模以建立入射光的窄强度分布。例如，在一些OPC掩模中，形成具有小于电路图案一半的尺寸的OPC图案(锤头形、辅助棒等)。相移掩模包括半色调型、Levenson型和无铬型。
通常，光掩模图案通过以下方式形成：以在透明基材上具有可蔽光膜的光掩模坯料开始，在该光掩模坯料上形成光致抗蚀剂膜，将所述光致抗蚀剂膜暴露于光或电子束(EB)以写入图案，以及使所述光致抗蚀剂膜显影以形成光致抗蚀剂图案。然后，利用光致抗蚀剂图案形成的掩模，将可蔽光膜蚀刻以形成光掩模图案。为了获得精细的光掩模图案，因以下原因降低光致抗蚀剂膜的厚度(即，较薄的抗蚀剂膜)是有效的。
如果在没有降低抗蚀剂膜厚度下仅将抗蚀剂图案缩小，则起到用于可蔽光膜的蚀刻掩模作用的抗蚀剂图案具有较高的纵横比(抗蚀剂膜厚度与图案宽度之比)。通常，随着抗蚀剂图案的纵横比变高，图案轮廓更可能劣化。那么介由作为蚀刻掩模的抗蚀剂图案转印于可蔽光膜的图案的精确度降低。在极端情况下，抗蚀剂图案部分坍塌或剥落，导致图案褪去。伴随着光掩模图案的缩小，有必要使可蔽光膜的图案化期间用作蚀刻掩模的抗蚀剂膜变薄以防止纵横比变得太高。通常推荐3以下的纵横比。为了形成具有特征宽度70nm的抗蚀剂图案，例如，优选210nm以下的抗蚀剂膜厚度。
另一方面，对于使用光致抗蚀剂的图案作为蚀刻掩模而蚀刻的可蔽光膜，提出了许多材料。特别地，纯铬膜与含氮、氧和碳的至少之一和铬的铬化合物膜通常用作可蔽光膜材料。例如，专利文献1～3披露了光掩模坯料，其中铬化合物膜作为具有对于用于ArF准分子激光光刻法的光掩模坯料所必需的遮光性能的可蔽光膜而形成。
铬化合物膜形式的可蔽光膜通常通过含氧的氯干法蚀刻来图案化，在此期间有机膜、典型地为光致抗蚀剂膜，可以被频繁蚀刻到显著程度。如果铬化合物膜形式的可蔽光膜用较薄抗蚀剂膜形成的掩模蚀刻，则抗蚀剂在蚀刻期间被损坏，使得抗蚀剂图案变形。于是难以精确地将抗蚀剂图案转印于可蔽光膜。
赋予光致抗蚀剂膜或有机膜以高分辨率和高图案化精确度以及耐蚀刻性的尝试遇到了技术障碍。光致抗蚀剂膜的厚度必须降低以达到高分辨率的目的，而为了在可蔽光膜的蚀刻期间确保耐蚀刻性的目的光致抗蚀剂膜的变薄必然受限制。结果，在高分辨率/图案化精确度和耐蚀刻性之间存在折衷关系。
为了减轻光致抗蚀剂的载荷以实现膜厚度降低从而最终形成较高精确度的光掩模图案，必须改进待图案化的可蔽光膜的构造(包括厚度和组成)。
对于可蔽光膜材料，已进行了大量研究。例如，专利文献4披露了金属膜作为用于ArF准分子激光光刻法的可蔽光膜。具体地，钽用作可蔽光膜并且氧化钽用作减反射膜。为了减轻在这两个层的蚀刻期间施加到光致抗蚀剂的载荷，用对光致抗蚀剂导致相对较少的破坏的氟系气体等离子体对所述层进行蚀刻，即使选择了这样的蚀刻条件，当只使用光致抗蚀剂作为蚀刻掩模来蚀刻两层(可蔽光膜和减反射膜)时，对光致抗蚀剂的载荷的减轻有限。难以完全满足以高精确度形成精细尺寸光掩模图案的要求。
如上所述，现有技术的光掩模坯料结构难以完全满足以高精确度在可蔽光膜上形成精细尺寸光掩模图案的要求。在使用较短波长的曝光光和需要较高分辨率的光刻法(典型地波长为200nm以下的光(例如，ArF准分子激光193nm，F2激光157nm))的情况下，问题变得更严重。
由于在氯系干法蚀刻期间表现出高蚀刻速率的可蔽光膜能够减轻对光致抗蚀剂的载荷从而最终以高精确度形成精细尺寸光掩模图案，专利文献5描述了基于铬并且轻元素O和N加入其中的可蔽光膜，专利文献6描述了基于铬并且低熔融金属例如Sn或In加入其中的铬化合物膜。
另一方面，对光掩模坯料的缺陷检查通常基于由该坯料的反射来进行。为了检测微观尺寸的缺陷，必须使用较短波长的检测光。目前使用波长257nm的光。为了确保对用于ArF准分子激光光刻法的光掩模坯料的精确的缺陷检测，相对于该波长的光的10-20％量级的反射率是必要的。
然而，含轻元素的铬化合物的膜趋于在至少200nm的波长区具有增加的透光率和降低的反射率。采用波长区至少400nm的透射光或反射光的光掩模对位以读取对位标记时，出现不稳定对位的问题。使用厚膜以获得必要的光学密度，但对于降低特征尺寸不利。
随着轻元素的含量增加，可蔽光膜的导电性变低。在降低从光掩模转印到晶片的图案的特征尺寸的关键的先进技术中，作为激光束写入的替代，EB写入目前处于在光掩模制造期间图案化抗蚀剂膜中的主流位置。对于EB发射，采用50keV的高加速电压从而实现进一步微型化。从生产率提高方面而言，存在降低抗蚀剂感光度的趋势以实现较高分辨率，同时尝试电流密度从40A/cm2到400A/cm2的显著跳跃。因此，使轻元素含量增加以获得更高蚀刻速率的铬化合物膜在抗蚀剂暴露于EB期间经历电荷积累，导致成像精确度损失(CD增加，成像位置偏移)。
引用列表
专利文献1：JP-A 2003-195479
专利文献2：JP-A 2003-195483
专利文献3：JP-U 3093632
专利文献4：JP-A 2001-312043
专利文献5：JP-A 2007-033470
专利文献6：JP-A 2013-238777
专利文献7：JP-A S63-85553
发明内容
本发明的目的是提供具有厚度降低的光学膜的光掩模坯料，其可以减轻在通过光致抗蚀剂对该光学膜蚀刻期间对光致抗蚀剂的载荷，同时保持作为可蔽光膜所必需的光学性质和在读取对位标记中高精确度对位和缺陷检测所必需的反射率。另一目的是提供光掩模坯料，其有效防止在光致抗蚀剂暴露于EB期间的任何电荷积累并能够利用EB进行高精确度成像。进一步的目的是提供设计这样的光掩模坯料的方法。
为了精确地形成更精细尺寸的图案的目标，必须使光掩模坯料中用作遮光膜的铬膜做得尽可能地薄，并且调节其以具有高蚀刻速率但不会损失必要程度的光遮蔽。将轻元素加入铬对于提高蚀刻速率有效。使用波长200nm或更短的曝光光在其上形成有图案的光掩模坯料中，铬膜在范围在曝光光波长至500nm的波长下经历反射率降低和透光率增加。由于于是抑制了具有铬膜的光掩模的有效的掩模对位，因此必须使铬膜较厚以获得必需的光学密度。此外，铬膜由于添加轻元素而导电性变低。
对于用于透射性光掩模的光掩模坯料，发明人发现了以下情况。光学膜的有效光学密度可以通过增加对曝光光和波长长于曝光光的光的反射率而增加。当在光掩模坯料中主要由金属组成并具有高的比反射率(作为反射率除以膜厚度给出)的导电反射膜与作为光学膜的遮光膜一起使用时，获得了高蚀刻速率，并且反射率和光学密度得到有效地增加但不会额外增加膜厚度。通过作为所述反射率除以膜厚度给出的比反射率作为指标，并且将其应用于具有光学膜的光掩模坯料的设计，可以有效地选择符合前述要求的光学膜。
当导电反射膜相对于遮光膜远离透明基材设置，优选地与遮光膜相邻时，使外表面(远离基材的表面侧)上反射膜的反射率有效增加。当所述导电反射膜为所述光掩模坯料的最外层时，这减轻了光掩模坯料的最外层上形成的光致抗蚀剂膜的EB写入期间的任何电荷积累。本发明正是基于这样的发现。
在一方面，本发明提供了设计光掩模坯料的方法，该光掩模坯料包含透明基材和在其上的具有反射率和厚度的光学膜，该光掩模坯料被加工成具有光学膜图案的透射性光掩模使得当通过该光掩模透射曝光光时可转印膜图案，该方法包括使用比反射率作为指标来选择光学膜，该比反射率等于反射率除以膜厚度。
在优选的实施方案中，光掩模坯料包含透明基材、遮光膜、和主要由金属组成的导电反射膜，该导电反射膜包括在该光学膜中，选择膜作为该导电反射膜，该膜在它的与该遮光膜相反的表面上具有相对于预定波长范围为曝光光波长～500nm的光的至少2.5％/nm的比反射率，并且具有2,000Ω/□以下的薄层电阻率，该比反射率等于反射率除以膜厚度(nm)。
在另一方面，本发明提供光掩模坯料，其被加工成包含透明基材与包括相对于波长为200nm以下的曝光光的透光区和遮光区的膜的图案的光掩模，使得当通过该光掩模的透光区透射曝光光时可转印膜图案。
该光掩模坯料包含透明基材，遮光膜，和主要由金属组成的导电反射膜，该导电反射膜在它的与该遮光膜相反的表面上具有相对于预定波长范围为曝光光波长至500nm的光的至少2.5％/nm的比反射率，并且具有2,000Ω/□以下的薄层电阻率，该比反射率等于反射率除以膜厚度(nm)。
在优选的实施方案中，该导电反射膜具有10nm以下的厚度；该导电反射膜包含至少40原子％的该金属和15原子％以下的合计的氮和氧。
在另一优选的实施方案中，遮光膜形成在透明基材和导电反射膜之间。
优选地，导电反射膜相邻于该遮光膜形成。还优选地，导电反射膜作为在该坯料上远离该基材的最外层形成。
在优选的实施方案中，包括在光掩模坯料中的任何含金属的膜具有至少2.0的总光学密度。
光掩模坯料可进一步包含在该基材和该遮光膜之间的另外的光学膜。该另外的光学膜典型地为相移膜。优选地，遮光膜和相移膜的组合具有至少2.0的总光学密度。
最经常地，该金属为铬。
发明的有利效果
对于在曝光波长下保持足够的光学密度并在长于曝光波长的波长区保持足够的反射率的光掩模坯料，其具有厚度降低的遮光膜，并限制在光致抗蚀剂的EB写入期间的任何电荷积累，可以有效地选择最佳光学膜、典型地为导电反射膜。
通过被加工成光掩模的光掩模坯料，使得当通过光掩模透射曝光光时可转印精细尺寸的图案，如果提供具有至少2.5％/nm的比反射率的导电反射膜，则可得到在透明基材上具有具备必需的光学密度、高反射率和降低的厚度的光学膜的光掩模坯料。
根据本发明,提供具有对曝光光和波长长于该曝光光的光的高反射率和高导电性的光掩模坯料。这使得能够在光掩模的制造和使用期间精确地对位，并减轻在光致抗蚀剂膜的EB写入期间在光掩模坯料中的任何电荷积累。可得到光掩模坯料，由该光掩模坯料可以高精确度形成精细尺寸的光掩模图案。
附图简述
图1是显示在实施例1中金属铬膜的厚度相对于表面侧的反射率的图。
图2是显示实施例1中金属铬膜的厚度相对于比反射率(％/nm)的图。
图3是显示实施例1中金属铬膜的厚度相对于薄层电阻率的图。
优选实施方案的说明
本文使用的术语膜的“比反射率”定义为在该膜具有相对于预定波长的光的反射率(％)和厚度(nm)的条件下的该反射率除以该厚度。术语“导电”是指电传导性。术语“能遮蔽光的”是指不透明的或半透明的。
本发明的一个实施方案是被加工成包含透明基材和在其上的膜的图案的光掩模的光掩模坯料，该膜图案包括相对于波长为200nm以下的曝光光的透光区和遮光区，其中当通过该光掩模的透光区透射曝光光时可转印该膜图案。优选的实施方案是光掩模坯料，其包含透明基材、遮光膜、和主要由金属组成并具有反射率和厚度的导电反射膜，其中导电反射膜具有在它的与遮光膜相反的表面上的相对于预定波长范围为曝光光波长～500nm的光的至少2.5％/nm的比反射率，比反射率等于膜的反射率除以厚度(nm)。预定波长的典型实例包括作为曝光光波长的193nm(ArF准分子激光)和157nm(F2激光)，作为缺陷检测波长的257nm，以及作为对位标记读取波长的一个实例的405nm(固态激光二极管)。
由此提供了具备具有降低的厚度、良好的导电性和高蚀刻速率的可蔽光膜(即具有光遮蔽功能的光学膜)的光掩模坯料。导电反射膜主要由金属组成，该金属典型地选自过渡金属，硅(Si)，和锗(Ge)，优选选自铬(Cr)，锆(Zr)，钽(Ta)，钛(Ti)，钼(Mo)，钨(W)，铁(Fe)，镍(Ni)，钴(Co)，铝(Al)，和它们的混合物，最优选铬。
主要由铬组成的可蔽光膜具有含氧的氯系干法蚀刻时的蚀刻速率，可通过添加轻元素来增加该速率。这使得能够以高速率蚀刻可蔽光膜并由此减轻施加到在蚀刻期间用作掩模的光致抗蚀剂、典型地为化学增幅型抗蚀剂的载荷。
然而，在光掩模的制造和使用步骤中，在对位标记的检测中常用的实践是使用波长长于曝光光的光。当轻元素加入主要由金属、典型地为铬组成的遮光膜时，相对于波长为至少200nm的光，膜的透光率增加，但反射率降低，这样的不利之处在于，上述步骤中的对位变得困难。
此外，当轻元素加入主要由金属、典型地为铬组成的遮光膜时，膜的电阻率增加，或者导电性降低。结果，在光致抗蚀剂的EB写入期间，可发生电荷积累，导致写入精确度下降。尤其是当加入氧时，膜显示出电阻率的显著提高并且几乎变成绝缘性膜。
在当对板状或膜状材料在相对于其表面的正交方向即厚度方向上入射光时该材料具有吸光率α、反射率“r”，和透光率“t”的条件下，这些参数满足等式：1＝α+r+t。当期望增加光学密度时，必须使透光率降低，因此，由等式：t＝1-α-r，必须使吸光率和反射率增加。
在具有根据本发明的导电反射膜的光掩模坯料中，导电反射膜与遮光膜一起使用，该导电反射膜主要由金属组成，并且相对于预定波长范围为曝光光波长～500nm的光，在它的与遮光膜相反的表面上具有至少2.5％/nm的比反射率，该比反射率等于反射率除以膜厚度(nm)。该膜具有降低的厚度、导电性和遮光性质。
从降低膜厚度，增加反射率和抑制在抗蚀剂的EB写入期间的任何电荷积累的方面来看，优选的是，导电反射膜设置在遮光膜的远离基材的表面上，即，在遮光膜的上表面上且接近将形成在其上的光致抗蚀剂膜。换而言之，遮光膜设置在基材和导电反射膜之间。从上述方面来看，还优选的是，导电反射膜与遮光膜相邻形成。进一步优选导电反射膜作为光掩模坯料上的远离基材的最外层形成。从在抗蚀剂的EB写入期间抑制任何电荷积累方面来看，导电反射膜应优选具有2,000欧姆/□(Ω/□)以下的薄层电阻率，更优选为1,500Ω/□以下，甚至更优选为1,000Ω/□以下。当EB具有400A/cm2的电流密度时，例如，只要光掩模坯料的最外层具有1,000Ω/□以下的薄层电阻率，该层完全有效地抑制EB写入期间的任何电荷积累。在考虑到此情形下，光掩模坯料的导电反射膜应优选具有至少2nm，更优选至少4nm的厚度。
在形成所述导电反射膜中，因为需要较高的导电性和反射率，优选只在惰性气体中进行沉积，不使用反应性气体例如氮气(N2)或氧气(O2)。然而，在形成该导电反射膜中，可加入反应性气体以调节沉积膜的应力，只要该工艺不会发展成其中沉积具有极低沉积速率的化合物的过渡相。由于氧气导致溅射膜导电性的显著降低，不需要使用氧气，或者，如果使用，优选对含氧的溅射气体进行控制，使得导电反射膜可具有15原子％以下的氧含量。还优选的是，导电反射膜具有低于遮光膜中的轻元素含量的轻元素含量例如氧、氮和碳的总含量。具体地，导电反射膜中氮和氧的总含量优选低于40原子％，更优选20原子％以下，最优选15原子％以下。
导电反射膜中的金属优选为选自Cr、Zr、Ta、Ti、Mo、W、Fe、Ni、Co、Al和Si中的至少一种元素，最优选为Cr。导电反射膜优选具有至少60原子％、更优选至少80原子％、最优选至少85原子％的金属总含量。导电反射膜可仅由金属组成，或者由其中轻元素选自氧、氮和碳的金属化合物组成，特别是，选自氧和氮的轻元素加入金属。
导电反射膜优选具有10nm以下的厚度。对于含氧的氯系干法蚀刻时的蚀刻速率，例如，金属膜(典型地为金属铬膜)与金属化合物膜(典型地为含轻元素的铬化合物膜)相比具有低的蚀刻速率。于是，导电反射膜优选为尽可能地薄。为了使导电反射膜最大程度地发挥其作用，其厚度应优选为至少2nm。
与导电反射膜一起使用的遮光膜是这样的膜，在光掩模坯料上的光学膜中该膜对光遮蔽功能贡献最多(即，具有最高光学密度的膜)。遮光膜优选由其中轻元素选自氧、氮和碳的金属化合物组成，特别地，将选自氧和氮的轻元素加入金属。该金属化合物的金属优选选自对于导电反射膜所列举的金属，更优选为与所述导电反射膜中相同的金属。
遮光膜具有优选为至少15原子％，更优选为至少20原子％，且优选为40原子％以下，更优选为37原子％以下的金属含量。遮光膜的氧含量优选为至少0.1原子％，更优选为至少3原子％，且优选为65原子％以下，更优选为60原子％以下。遮光膜的氮含量优选为至少15原子％，更优选为至少30原子％，且优选为65原子％以下，更优选为60原子％以下。此外，遮光膜中氮和氧的总含量优选为超过15原子％，更优选为至少30原子％。遮光膜具有优选为至少30nm，更优选为至少40nm，且优选为70nm以下，更优选为60nm以下的厚度。
优选地，光掩模坯料中的一个或多个含金属的膜具有至少2.0，更优选为至少3.0的总光学密度。
当意图将光掩模用于使用具有较短波长的曝光光并需要高分辨率，具体地，具有200nm或更短波长的光(例如，ArF准分子激光光：193nm，F2激光光：157nm)的光刻法时，通过引导在200nm或更长的波长区中的检测光来检测光掩模上的微观缺陷。既然光掩模坯料如上所述构造，当检测波长的光被引导于其中时，可获得足够确保对光掩模的精确的缺陷检测的反射率。此外，由于薄层电阻率降低，抑制了光致抗蚀剂的EB写入期间的任何电荷积累。除了缺陷检测之外，使包括于光掩模坯料中的膜还形成有用于光掩模的定位控制的对位标记。虽然具有400nm或更长波长的光用于检测对位标记，但对于该检测需要足够的反射率。既然光掩模坯料如上所述构造，可获得对于对位标记的检测足够的反射率。对于掩模缺陷的检测和对位标记的检测两者，需要优选为至少20％、更优选为至少30％、最优选为至少35％的反射率。
在其中设置导电反射膜作为最外层的光掩模坯料的实施方案中，导电反射膜可覆盖有具有厚度100nm以下的保护膜以降低光掩模坯料的电阻率。当通过在坯料上形成化学增幅型抗蚀剂并利用EB来成像抗蚀剂将光掩模坯料加工成光掩模时，在该坯料的上部设置有机导电膜对于进一步抑制EB写入期间的电荷积累有效。
为了在EB写入期间释放光掩模坯料的表面上的电荷，将安置在EB写入工具中的光掩模坯料在一个边缘连接于接地终端。为了更有效地防止在EB写入期间光掩模坯料上产生的缺陷，优选将坯料边缘上的抗蚀剂剥离，然后通过导电反射膜的作用快速除去电荷。在该情况下，例如，光掩模坯料的边缘上的抗蚀剂被剥离，在其上形成有机导电膜，将该有机导电膜的边缘部分剥离，从而有效地抑制缺陷形成。优选地，特别是在光掩模坯料的边缘部分，将有机导电膜与导电反射膜相邻形成。例如，如果有机导电膜的剥离部分的宽度窄于光致抗蚀剂的剥离部分的宽度，则可以形成有机导电膜使得其一部分可直接与所述导电反射膜接触。该配置对于防止缺陷和防止电荷积累有效。
关于接地终端的连接，将有机导电膜形成于光掩模坯料的边缘，该有机导电膜的边缘部分没有被剥离，并且EB写入工具的接地终端连接于该边缘部分。或者，省去有机导电膜，并且接地终端连接于所述导电反射膜。
对于导电反射膜的蚀刻，优选在导电反射膜上形成硬掩模膜。设置硬掩模膜可使光致抗蚀剂更薄以适于进一步降低图案特征尺寸。作为使光致抗蚀剂更薄的结果，使EB写入的时间缩短，进一步抑制电荷积累。
当铬用作导电反射膜的金属、特别是导电反射膜和遮光膜的金属时，硬掩模膜可为在氟系干法蚀刻时快速蚀刻但在氯系干法蚀刻时具有极慢蚀刻速率的膜。这样的硬掩模膜优选为含硅膜，例如，仅硅，或含硅和选自氧、氮和碳的至少一种元素的化合物，或者进一步含过渡金属(除铬之外)例如Mo、Ta、W、Zr或Ti的这样的化合物。
在进一步的实施方案中，另外的光学膜可设置在透明基材和遮光膜之间。该另外的光学膜为例如减反射膜或相移膜，典型地为半色调相移膜。蚀刻阻止膜或蚀刻掩模膜也包括在该另外的光学膜中，只要它在将光掩模坯料加工成光掩模后保留在光掩模上并且起光学膜的作用。
当铬用作导电反射膜的金属、特别是导电反射膜和遮光膜的金属时，相移膜优选为含硅膜，例如，仅硅，或者含硅和选自氧、氮和碳的至少一种元素的化合物，或者进一步含过渡金属(除铬之外)例如Mo、Ta、W、Zr或Ti的这样的化合物。在该实施方案中，遮光膜的厚度可以设定为比没有相移膜的光掩模的情况还薄。结果，遮光膜可比导电反射膜薄。在该情况下，如果遮光膜和相移膜的组合具有至少2.0，更优选为至少3.0的总光学密度，则可以确保光掩模的需要遮蔽光的区域的光遮蔽。
根据本发明，具有低含量轻元素的金属系薄膜，特别地，具有低含量轻元素的Cr系薄膜用作所述导电反射膜，并且设置于金属系遮光膜(例如Cr系遮光膜)的远离透明基材的表面上。该配置提供了在曝光波长具有足够的光学密度和在范围在曝光波长～500nm的波长区具有足够的反射率的光掩模坯料，例如，包括厚度降低的遮光膜，并且抑制光致抗蚀剂的EB写入期间的电荷积累。
在设计光掩模坯料中，光掩模坯料包含透明基材和在其上的光学膜，光掩模坯料被加工成具有光学膜图案的透射性光掩模使得通过光掩模在透射曝光光时可转印该膜图案，使用比反射率作为指标选择该光学膜，典型地为导电反射膜，该比反射率等于反射率除以膜厚度。这能够有效选择在以下方面对于光掩模坯料最佳的光学膜：其具有在曝光光波长下的足够的光学密度，并且在曝光光波长～500nm的波长区的足够的反射率，例如，使遮光膜的厚度降低，并且抑制了在光致抗蚀剂的EB写入期间的电荷积累。
例如，为了有效改善金属铬膜相对于波长193nm的曝光光(ArF准分子激光)的反射率同时保持膜是薄的，可将导电反射膜设计成膜厚度低于30nm。只要选择具有至少2.5％/nm的比反射率的膜作为为增加反射率的目的而沉积的导电反射膜，该反射率可以相对于膜厚度的百分比增加而有利地增加。由于金属铬膜，即使在10nm的厚度，薄层电阻率也被抑制到低于100Ω/□。当通过将具有至少2.5％/nm的比反射率的金属铬膜形式的导电反射膜沉积在远离基材设置的具有高蚀刻速率的含轻元素的铬化合物的遮光膜的表面上来构造光掩模坯料时，赋予光掩模坯料以遮光性质、反射率和导电性。
实施例
以下通过说明而非限制的方式给出实施例和比较例。
实施例1
将152mm见方和6mm厚的石英基材放置在DC磁控溅射系统中。通过使用金属铬靶，供应20sccm的Ar气(惰性气体)作为溅射气体，并进行不同时间的DC磁控溅射，将各种厚度的金属铬膜沉积在该基材上。对在单独的惰性气体中沉积的金属铬膜测量相对于波长193nm、248nm、和488nm的光的反射率(％)和厚度(nm)。在图1的图中，将反射率相对于膜厚度作图。比反射率通过反射率(％)除以膜厚度(nm)来计算并在图2的图中相对于膜厚度作图。
由图1可知，在这些金属铬膜中，具有至少30nm厚度的那些膜具有独立于膜厚度的恒定反射率。对于厚度低于30nm的那些膜，反射率随着膜厚度降低而下降。为了提高膜的反射率同时保持其薄的目的，从图1和2推荐设计具有厚度低于30nm的导电反射膜。只要选择具有至少2.5％/nm的比反射率的膜作为为了提高反射率的目的沉积的导电反射膜，该反射率可以有相对于膜厚度的百分比增加而有利地增加。
在图3的图中，将金属铬膜的薄层电阻率相对于厚度作图。由于该膜由金属铬制成，即使在10nm的厚度下，薄层电阻率也被抑制到低于100Ω/□。注意，薄层电阻率是通过四端子电阻率计(Loresta GP MCP-T610，Mitsubishi Chemical Analytech Co.，Ltd.)测量的。
实施例2
将152mm见方和6mm厚的石英基材放置在DC磁控溅射系统中。将具有厚度72nm、相对于曝光光(波长193nm)的透光率6.0％以及相移177°的MoSiON半色调相移膜沉积在该基材上。接着，通过使用金属铬靶，供应50sccm的氮气和5sccm的甲烷气体作为反应性气体和10sccm的Ar气作为惰性气体，并进行DC磁控溅射，将46nm厚的CrNC膜作为遮光膜沉积在该相移膜上。进一步，通过使用金属铬靶，供应35sccm的氮气作为反应性气体和20sccm的Ar气作为惰性气体，并进行DC磁控溅射，将3nm厚的CrN膜(Cr:N＝9:1的原子比)作为导电反射膜沉积在遮光膜上。
该导电反射膜具有相对于曝光光(波长193nm)的反射率26.9％，相对于波长500nm的光的反射率38.2％，以及薄层电阻率598Ω/□。
比较例1
将152mm见方和6mm厚的石英基材放置在DC磁控溅射系统中。将具有厚度72nm，相对于曝光光(波长193nm)的透光率6.0％，以及相移177°的MoSiON半色调相移膜沉积在该基材上。接着，通过使用金属铬靶，供应50sccm的氮气和5sccm的甲烷气体作为反应性气体和10sccm的Ar气作为惰性气体，并进行DC磁控溅射，将46nm厚的CrNC膜作为遮光膜沉积在该相移膜上。进一步，通过使用金属铬靶，供应50sccm的氮气和10sccm的氧气作为反应性气体和10sccm的Ar气作为惰性气体，并进行DC磁控溅射，将3nm厚的CrON膜(Cr:O:N＝5:6:3的原子比)作为导电反射膜沉积在该遮光膜上。
该导电反射膜具有相对于曝光光(波长193nm)的反射率21.2％，相对于波长500nm的光的反射率35.9％，以及薄层电阻率高达38,200Ω/□。在该膜构造不变的情况下，尝试用EB光刻抗蚀剂涂覆该光掩模坯料并且用EB对抗蚀剂进行图案化曝光，但由于基材因高的薄层电阻率而带电，未能得到期望的成像位置精确度。
由这些结果易知，当通过在远离基材设置的具有高蚀刻速率的含轻元素的铬化合物的遮光膜的表面上沉积金属铬膜形式的具有至少2.5％/nm比反射率的导电反射膜来构造光掩模坯料时，赋予光掩模坯料以遮光性质、反射率和导电性。
虽然已参考优选实施方案描述了本发明，但可做出各种改变而不背离本发明的范围。不意图将本发明限制于作为实施本发明的最佳模式所想到的特定实施方案，本发明包括落入所附权利要求范围内的所有实施方案。

Claims (14)

1.光掩模坯料，其被加工成包含透明基材与包括相对于波长为200nm以下的曝光光的透光区和遮光区的膜的图案的光掩模，使得当通过该光掩模的透光区透射曝光光时可转印膜图案，
该光掩模坯料包含透明基材，具有至少30原子％的氮和氧的总含量的遮光膜，和具有至少60原子％的金属总含量的导电反射膜，该导电反射膜在它的与该遮光膜相反的表面上具有相对于预定波长范围为曝光光波长～500nm的光的至少2.5％/nm的比反射率，并且具有2,000Ω/□以下的薄层电阻率，该比反射率等于反射率除以膜厚度(nm)。
2.权利要求1所述的光掩模坯料，其中该导电反射膜具有10nm以下的厚度。
3.权利要求1所述的光掩模坯料，其中该遮光膜具有至少30nm的厚度。
4.权利要求1所述的光掩模坯料，其中该导电反射膜包含15原子％以下的合计的氮和氧。
5.权利要求1所述的光掩模坯料，其中该遮光膜在该透明基材和该导电反射膜之间形成。
6.权利要求1所述的光掩模坯料，其中该导电反射膜相邻于该遮光膜形成。
7.权利要求1所述的光掩模坯料，其中该导电反射膜作为在该坯料上远离该基材的最外层形成。
8.权利要求5所述的光掩模坯料，其中该光掩模坯料中包括的任何含金属的膜具有相对于200nm以下波长的曝光光的至少2.0的总光学密度。
9.权利要求8所述的光掩模坯料，进一步包含在该基材和该遮光膜之间的另外的光学膜。
10.权利要求9所述的光掩模坯料，其中该另外的光学膜为相移膜。
11.权利要求10所述的光掩模坯料，其中该遮光膜和该相移膜的组合具有相对于200nm以下波长的曝光光的至少2.0的总光学密度。
12.权利要求1所述的光掩模坯料，其中该导电反射膜具有至少80原子％的金属总含量。
13.权利要求1所述的光掩模坯料，其中该金属为铬。
14.权利要求1所述的光掩模坯料，其中所述预定波长包括157nm、193nm、257nm和405nm的全部波长，该导电反射膜具有相对于全部的所述波长的至少2.5％/nm的所述比反射率。
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GR01 Patent grant
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