CN113227898A - 空白罩幕以及光罩 - Google Patents
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Abstract
一种空白罩幕包括形成于透明基板上的硬膜以及光屏蔽膜。所述硬膜是由硅化合物制成，除硅外，所述硅化合物含有氧、氮及碳中的至少一者。提供一种在分辨率、期望的CD(临界尺寸(critical dimension))以及制程窗口余裕(process window margin)方面得到改善的空白罩幕以及光罩。因此，当形成32纳米或小于32纳米、特别是14纳米或小于14纳米的图案时，可制造良好品质的空白罩幕以及光罩。
Description
技术领域
本公开涉及一种空白罩幕以及一种光罩，且更具体而言，涉及其中可形成32纳米(nm)或小于32纳米、特别是14纳米或小于14纳米的精细图案的一种空白罩幕以及一种光罩，并且提供一种硬膜。
背景技术
当前，随着大规模集成电路的高度整合，对电路图案的微型化的需求一直持续。在空白罩幕的情况下，最近已开发并使用用于设置有硬膜(hard film)的硬罩幕的空白罩幕。
用于设置有硬膜的硬罩幕的空白罩幕具有如下优点。首先，硬膜可使在其上形成的抗蚀剂膜更薄，由此在提高解析度方面发挥有效作用。具体而言，随着抗蚀剂膜变得更薄，更容易提高及控制解析度(resolution)，乃因当薄抗蚀剂膜被暴露于电子束(或e-beam)时，电子(electron)散射(scattering)更少。此外，硬膜如此薄，以使得在形成硬膜图案时可降低负载效应(loading effect)，且在通过使用硬膜作为蚀刻罩幕(etch mask)在硬膜下面形成光屏蔽膜图案时，负载效应(loading effect)亦可显著降低，由此在制造罩幕时具有最终改善CD(临界尺寸(critical dimension))特性的效果。
空白罩幕中采用的此种硬膜由铬(Cr)或铬化合物制成，或者由硅(Si)或硅化合物制成。一般而言，二元空白罩幕已采用铬(Cr)或铬化合物作为用于硬膜的材料，且相移空白罩幕已采用硅(Si)或硅化合物作为用于硬膜的材料。上述所有该些材料在对形成于其下面的光屏蔽膜的蚀刻选择性(etch selectivity)方面是优异的。
同时，随着半导体技术的发展，最近已加工出32纳米或小于32纳米、14纳米或小于14纳米、且特别是7纳米或小于7纳米的半导体装置。就此而言，出现了过去没有虑及的各种问题。例如，不仅需要光罩的解析度(resolution)，且需要光罩的品质(quality)，例如CD线性度(CD linearity)、LER(线边缘粗糙度(line edge roughness))以及CD控制(control)、大制程窗口余裕(process window margin)等。关于该些要求，使用传统硬膜的空白罩幕，特别是使用由硅或硅化合物制成的硬膜的空白罩幕具有如下问题。
当使用氟(F)系蚀刻气体(gas)时，硅(Si)系硬膜被快速蚀刻。因此，当形成硬膜图案时，制程窗口余裕(process window margin)小。详言之，快速蚀刻使得难以执行终点检测(EPD：end point detection)、检查图案轮廓(profile)、控制CD精度等。
发明内容
技术问题
因此，本公开的实施例是公开通过适当控制硬膜的材料以及所述材料的组成比率，在期望的CD(临界尺寸(critical dimension))特性及制程窗口余裕(process windowmargin)以及光罩的解析度方面得到改善的一种空白罩幕以及一种光罩。由此，当形成32纳米或小于32纳米、特别是14纳米或小于14纳米的图案时，提供具有良好品质的空白罩幕以及光罩。
技术解决方案
根据本公开的一个实施例，提供一种空白罩幕，所述空白罩幕包括透明基板、形成于透明基板上的光屏蔽膜以及形成于光屏蔽膜上的硬膜，所述硬膜包含硅化合物，除硅之外，所述硅化合物含有氧、氮以及碳中的至少一者中的轻元素。
在所述硬膜中，硅含量可为50原子％(at％)或低于50原子％，且所述轻元素的含量可为50原子％或高于50原子％。较佳地，在所述硬膜中，硅含量可为30原子％或低于30原子％，且所述轻元素的含量可为70原子％或高于70原子％。
硬膜可包含40原子％或高于40原子％的氧含量。较佳地，硬膜可包含50原子％或高于50原子％的氧含量。
硬膜可具有2纳米至20纳米的厚度。
所述光屏蔽膜可包含铬；含有铬及所述轻元素的化合物；含有铬及金属的化合物；或含有铬、金属及所述轻元素的化合物。
所述光屏蔽膜可包括由二或更多个层构成的多层式膜。在此种情况下，当抗蚀剂膜包含正型(positive)抗蚀剂时，光屏蔽膜的最顶层下方的一或多个层可被配置成较最顶层被更快速地蚀刻，而当抗蚀剂膜包含负型(negative)抗蚀剂时，光屏蔽膜的最顶层下方的一或多个层可被配置成较最顶层被更缓慢地蚀刻。
通过调整每一层中含有氧(O)、氮(N)以及碳(C)的所述轻元素的含量来控制所述光屏蔽膜的每一层的蚀刻速度。
在透明基板上，可形成相移膜。
所述相移膜可包含硅化合物或含有硅及钼的化合物。
所述相移膜可包含对于具有193纳米波长的曝光光为5％至50％的透射率以及170度至190度的相移。
根据本公开的一个实施例，提供一种使用前述空白罩幕制造的光罩。
发明有利功效
根据本公开，提供一种在分辨率、期望的CD(临界尺寸(critical dimension))特性以及制程窗口余裕(process window margin)方面得到改善的空白罩幕以及光罩。因此，当形成32纳米或小于32纳米、特别是14纳米或小于14纳米的图案时，可制造良好品质的空白罩幕以及光罩。
附图说明
图1为根据本公开实施例的相移空白罩幕的剖视图。
具体实施方式
尽管以下将参考附图详细阐述本公开的实施例，然而提供所述实施例仅用于说明目的，且不应被解释为限制在随附权利要求中阐述的本公开的含义或范围。因此，此项技术中本领域技术人员将理解，可相对于所述实施例作出各种润饰及等效形式。此外，本公开的真实技术范围应由随附权利要求的技术细节来界定。
根据本公开的空白罩幕是指具有由硅或硅化合物制成的硬膜的空白罩幕。由此种材料制成的硬膜通常用于相移空白罩幕。
空白罩幕(200)包括依序形成于透明基板(102)上的相移膜(104)、光屏蔽膜(106)、硬膜(108)以及抗蚀剂膜(112)。硬膜(108)设置于光屏蔽膜(106)与抗蚀剂膜(112)之间，且用作形成光屏蔽膜(106)的图案的蚀刻罩幕形式。
硬膜(108)是由硅化合物制成，除硅(Si)外，硅化合物含有氧(O)、氮(N)以及碳(C)中的一或多种轻元素。
特别地，硬膜(108)的硅含量为50原子％或低于50原子％，且较佳为30原子％或低于30原子％。此外，轻元素含量为50原子％或高于50原子％，且较佳为70原子％或高于70原子％。尤其，硬膜(108)的轻元素含量中的氧(O)含量为40原子％或高于40原子％，且较佳为50原子％或高于50原子％。
硬膜(108)可由对形成于硬膜(108)下面的光屏蔽膜(106)具有蚀刻选择性(selectivity)的材料制成。由于硅(Si)被氟系气体快速蚀刻，但被氯系气体缓慢蚀刻，因此硬膜(108)的硅(Si)含量为5原子％或高于5原子％，且较佳为10原子％或高于10原子％，因而对光屏蔽膜(106)具有“10”或高于“10”的蚀刻选择性。
同时，当硅含量变得更高时，硅被更快速地蚀刻，且因此难以检测蚀刻的终点。因此，硅含量为50原子％或低于50原子％，且较佳为30原子％或低于30原子％。因此，硬膜(108)的轻元素含量(例如总氧、氮以及碳含量)不高于50原子％至70原子％。特别地，轻元素中的氧可如下进行控制。
硬膜(108)需要与形成于其上的抗蚀剂膜(112)具有强的黏附(adhesion)，且随着期望图案的大小变得更小，黏附的重要性增加。当由硅化合物制成的硬膜(108)具有40原子％或低于40原子％的氧含量时，硬膜(108)显示出相对亲水性质，且因此硬膜(108)与抗蚀剂膜之间的黏附减弱。因此，硬膜(108)的氧含量为40原子％或高于40原子％，且较佳为50原子％或高于50原子％，因而会增强硬膜(108)与抗蚀剂膜之间的黏附性。
同时，由硅化合物制成的硬膜(108)被氟(F)系气体显著快速地蚀刻。此外，硬膜由20纳米或小于20纳米且较佳地15纳米或小于15纳米的薄膜来达成，且此很难进行端点检测(EPD：end point detection)。因此，在氟(F)系气体下蚀刻硅(Si)系硬膜(108)需要减缓。为此，本公开提出一种降低硅(Si)含量以及增加氧(O)含量由此达成在蚀刻硬膜(108)时减缓的方法。因此，硬膜(108)的硅含量可为50原子％或低于50原子％，且较佳为30原子％或低于30原子％。因此，制程控制(process control)可以有效地实施。
如上所述形成的硬膜(108)具有2纳米至20纳米且较佳地5纳米至15纳米的厚度。当厚度小于或等于2纳米时，在蚀刻制程中难以进行控制。当厚度大于或等于20纳米时，可控制蚀刻速度，但负载效应(loading effect)增加，此导致不良的CD控制。
硬膜(108)可具有单层或具有二或更多层的多层。作为另一选择，硬膜(108)可被形成为连续膜或单一膜。硬膜(108)是通过物理气相沉积(physical vapor deposition(PVD))、化学气相沉积(chemical vapor deposition(CVD))以及原子层沉积(atomiclayer deposition(ALD))中的一种或多种方法形成，且较佳地通过溅射(sputtering)方法形成。
硬膜(108)下面的光屏蔽膜(106)在193纳米的曝光波长下具有2.5至3.5的光学密度。
光屏蔽膜(106)可包含选自铬(Cr)、硅(Si)、钼(Mo)、钽(Ta)、钒(V)、钴(Co)、镍(Ni)、锆(Zr)、铌(Nb)、钯(Pd)、锌(Zn)、铬(Cr)、铝(Al)、锰(Mn)、镉(Cd)、锡(Sn)、镁(Mg)、锂(Li)、硒(Se)、铜(Cu)、铪(Hf)以及钨(W)中的一种或多种材料，或者可包含除选定材料外，含有氧、氮以及碳中的一种或多种轻元素的化合物。较佳地，光屏蔽膜(106)可包含铬、含有铬以及轻元素的化合物、含有铬以及金属的化合物、或者含有铬、金属以及轻元素的化合物。
光屏蔽膜(106)可具有单层或具有二或更多个层的多层，且可具有30纳米至70纳米的厚度。
根据施加至光屏蔽膜(106)的顶部的抗蚀剂的种类，例如，根据抗蚀剂是正型(positive)还是负型(negative)，光屏蔽膜(106)可如下进行设计。
首先，当使用正型(positive)抗蚀剂时，光屏蔽膜(106)的最顶层下方的一或多个层被设计成较最顶层更快速地蚀刻，使得光屏蔽膜(106)可被更佳地图案化。因此，可防止底脚(footing)现象。
同时，当使用负型抗蚀剂时，光屏蔽膜(106)的最顶层下方的一或多个层被设计成较最顶层更缓慢地蚀刻，使得光屏蔽膜(106)可被更佳地图案化。因此，可防止底切(undercut)现象。
为此，光屏蔽膜(106)的每一层的蚀刻速度可通过调整每一层中的例如氧(O)、氮(N)以及碳(C)等轻元素的含量来控制。
相移膜(104)可包含选自铬(Cr)、硅(Si)、钼(Mo)、钽(Ta)、钒(V)、钴(Co)、镍(Ni)、锆(Zr)、铌(Nb)、钯(Pd)、锌(Zn)、铬(Cr)、铝(Al)、锰(Mn)、镉(Cd)、锡(Sn)、镁(Mg)、锂(Li)、硒(Se)、铜(Cu)、铪(Hf)以及钨(W)中的一种或多种材料，或者可包含除选定材料外，含有氧、氮以及碳中的一种或多种轻元素的化合物。较佳地，相移膜(104)可包含除硅或钼硅外含有氧、氮、碳及类似轻元素的化合物。
相移膜(104)具有对于193纳米的曝光波长为5％至50％的透射率以及170度至190度的相移。具体而言，相移膜(104)可被制造成具有出于其目的而为6％、12％、18％、24％、30％等的透射率以及对应的170度、175度、180度、185度、190度等的相移，如此，通过考虑过度蚀刻来控制薄膜的相。特别地，如上所述配置的具有硬膜(108)的相移空白罩幕可具有小于6％至30％的透射率。
实施例1：制造具有硬膜的相移空白罩幕的方法
实施例1阐述一种制造具有硬膜的相移空白罩幕以及光罩的方法。
在透明基板上依序形成相移膜、光屏蔽膜、硬膜以及抗蚀剂膜。使用了凹透明基板，当平坦度由TIR(总指示读数(total indicated reading))定义时，所述基板的总指示读数(TIR)值为-82纳米。
通过单晶法制造了相移膜。用Ar:N2:NO＝5标准立方厘米/分钟(sccm):5标准立方厘米/分钟:5.3标准立方厘米/分钟的制程气体注入安装有纯度为7N并掺杂有硼(B)的硅(Si)靶的单晶片型直流(direct current，DC)磁控溅射(sputtering)系统，且所述系统以1.0千瓦的制程功率来供应，由此形成厚度为125纳米的SiON膜。作为通过n&k分析器(n&kAnalyzer)3700RT测量此种形成的相移膜的透射率以及相移的结果，相移膜对于193纳米的波长显示出68％的透射率中心值以及205°的相移中心值。此外，作为测量平坦度的结果，相移膜显示出具有+80纳米值的凸起形状。此外，作为通过AES(俄歇电子光谱学(Augerelectron spectroscopy))分析相移膜的组成比率的结果，相移膜显示出硅(Si):氮(N):氧(O)＝16.3原子％:15.6原子％:68.1原子％的组成比率。
然后，通过真空快速热处理(rapid thermal processing，RTP)系统在500℃的温度下将相移膜热处理40分钟，由此改善平坦度。作为测量相移膜的应力的结果，相移膜显示出具有+30纳米值的凸起形状，且整个相移膜的应力变化(即δ应力(delta stress))为+112纳米。因此，理解到，应力是通过热处理释放的。
为形成光屏蔽膜，用Ar:N2:CH4＝5标准立方厘米/分钟(sccm):12标准立方厘米/分钟:0.8标准立方厘米/分钟的制程气体注入安装有铬(Cr)靶的单晶片型DC磁控溅射系统，且所述系统以1.4千瓦的制程功率来供应，由此形成厚度为43纳米的CrCN下部膜。然后，通过注入Ar:N2:NO＝3标准立方厘米/分钟:10标准立方厘米/分钟:5.7标准立方厘米/分钟的制程气体，并供应0.62千瓦的制程功率来形成厚度为16纳米的CrON上部膜，由此形成具有两层式结构的光屏蔽膜。
此后，作为测量光屏蔽膜的光学密度以及反射率的结果，光屏蔽膜对于具有193纳米波长的曝光光显示出3.10的光学密度以及29.6％的反射率。因此，理解到，所测量的光学密度以及反射率适合于光屏蔽膜的光学密度以及反射率。
为形成硬膜，用Ar:N2:NO＝7标准立方厘米/分钟(sccm):7标准立方厘米/分钟:5标准立方厘米/分钟的制程气体注入安装有硅(Si)靶的单晶片型DC磁控溅射系统，且所述系统以0.7千瓦的制程功率来供应，由此形成厚度为10纳米的SiON膜。
接下来，对硬膜进行HDMS(六-甲基-二-硅氮烷(hexa-methyl-di-silazane))制程，然后通过旋转涂布系统将化学放大负型(negative)抗蚀剂形成为具有100纳米的厚度，由此完全制造出相移空白罩幕。
使如上所述制造的空白罩幕经受曝光制程，然后在100度的温度下进行PEB(后曝光后烘烤(post exposure bake))制程10分钟，并显影以形成抗蚀剂膜图案。然后，通过使用抗蚀剂膜图案作为蚀刻罩幕，用氟(F)系气体干法蚀刻下部硬膜，由此形成硬膜图案。在此种情况下，作为通过EPD(端点检测(end point detection))系统测量硬膜的蚀刻终点的结果，蚀刻终点显示为17秒。
在移除抗蚀剂膜图案之后，通过采用硬膜图案作为蚀刻罩幕蚀刻下部光屏蔽膜，由此形成光屏蔽膜图案。同时，可通过采用抗蚀剂膜以及硬膜作为蚀刻罩幕来蚀刻光屏蔽膜。
当使用硬膜图案以及光屏蔽膜图案作为蚀刻罩幕时，用氟(F)系气体干法蚀刻下部相移膜，由此形成相移膜图案。
在此种情况下，作为通过EPD系统分析相移膜图案的蚀刻终点的结果，可区分蚀刻终点，乃因相移膜图案采用氮(N)峰(peak)，与下部透明基板相反。此处，在用于形成相移膜图案的蚀刻时，硬膜图案被完全移除。
在形成有相移膜图案的透明基板上形成第二抗蚀剂膜图案之后，在除外圆周区域之外的曝光主区域(main area)中移除光屏蔽膜图案，由此最终完成了相移光罩。
关于如上所述制造的相移光罩，通过MPM-193系统测量了相移膜图案的纯透射率以及相移。结果，在193纳米波长下透射率为72.3％，且相移为215°。此外，作为通过TEM(透射电子显微镜(transmission electron microscope))观察的结果，图案轮廓为86°。
实施例2至5/比较例1，2：根据硬膜的组成比率而变化的蚀刻速度的评价结果
在实施例2至5以及比较例1，2中，在改变硬膜的膜组成比率的同时，评价具有硬膜的相移空白罩幕的蚀刻速度以及耐化学性，且评价的结果示于下表1中。
[表1]
表1示出根据相移空白罩幕中形成的硬膜的组成比率而变化的氟系气体下的蚀刻速度以及氯系气体下的厚度损坏(damage)的评价结果。结果，首先，硬膜的氧含量越低，则蚀刻速度越高。比较例1以及比较例2显示出蚀刻厚度为10纳米的硬膜需要6秒至8秒，且当以秒为单位识别过度蚀刻(over etching)时间时，作出超过10％的变化，由此导致蚀刻控制困难的问题。
Claims (14)
1.一种空白罩幕，包括透明基板、形成于所述透明基板上的光屏蔽膜及形成于所述光屏蔽膜上的硬膜，
所述硬膜包含硅化合物，除硅外，所述硅化合物含有氧、氮及碳中的至少一者中的轻元素。
2.根据权利要求1所述的空白罩幕，其中在所述硬膜中，硅含量为50原子％或低于50原子％，且所述轻元素的含量为50原子％或高于50原子％。
3.根据权利要求1所述的空白罩幕，其中在所述硬膜中，硅含量为30原子％或低于30原子％，且所述轻元素的含量为70原子％或高于70原子％。
4.根据权利要求2或3所述的空白罩幕，其中所述硬膜包含40原子％或高于40原子％的氧含量。
5.根据权利要求2或3所述的空白罩幕，其中所述硬膜包含50原子％或高于50原子％的氧含量。
6.根据权利要求1所述的空白罩幕，其中所述硬膜具有2纳米至20纳米的厚度。
7.根据权利要求1所述的空白罩幕，其中所述光屏蔽膜包含铬；含有铬及所述轻元素的化合物；含有铬及金属的化合物；或含有铬、金属及所述轻元素的化合物。
8.根据权利要求1所述的空白罩幕，其中
所述光屏蔽膜包括由二或更多个层构成的多层式膜，
当所述抗蚀剂膜包含正型(positive)抗蚀剂时，所述光屏蔽膜的最顶层下方的一或多个层被配置成较所述最顶层被更快速地蚀刻。
9.根据权利要求1所述的空白罩幕，其中
所述光屏蔽膜包括由二或更多个层构成的多层式膜，
当所述抗蚀剂膜包含负型(negative)抗蚀剂时，所述光屏蔽膜的最顶层下方的一或多个层被配置成较所述最顶层被更缓慢地蚀刻。
10.根据权利要求8或9所述的空白罩幕，其中通过调整每一层中含有氧(O)、氮(N)以及碳(C)的所述轻元素的含量来控制所述光屏蔽膜的每一层的蚀刻速度。
11.根据权利要求1所述的空白罩幕，还包括形成于所述透明基板上的相移膜。
12.根据权利要求11所述的空白罩幕，其中所述相移膜包含硅化合物或含有硅及钼的化合物。
13.根据权利要求11所述的空白罩幕，其中所述相移膜包含对于具有193纳米波长的曝光光为5％至50％的透射率以及170度至190度的相移。
14.一种光罩，使用如权利要求1所述的空白罩幕制造。
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