TW533334B - Photomask blank and photomask - Google Patents

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533334 A7 B7 五、發明説明（1 ) 【發明所屬之技術領域】 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於半導體集成電路及高密度集成電路等製 造工程所使用的空白光罩及光罩。 【先行技術】 大型積體電路（LSI)、超大型積體電路 (VLSI)、等高密度半導體集體電路、電荷耦合元件 (C C D )、液晶顯示元件（L C D )用的彩色濾光片、 磁頭等都是應用光罩微影技術作精細加工。 該精細加工係在矽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃等透明基板上 一般以鉻膜作爲遮光膜，用濺鍍或真空蒸鍍法等形成空白 光罩、於該遮光膜上形成既定圖案當作光罩來使用。 此時鉻系遮光膜的光反射率大、爲了防止被曝光之半 導體基板所反射之光透過投影透鏡以光罩反射、再度反射 回半導體基板，通常在遮光膜表面或表面及背面形成防止 反射膜。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該被當成光罩使用的空白光罩其構造爲在合成矽基板 上以濺鍍或真空蒸鍍等方法形成遮光膜、遮光膜鉻膜表層 面爲了防止由矽晶圓曝光反射的迷光再次反射、設有防止 反射膜（二層構造膜）、或在基板面也設有防止反射膜（ 三層構造膜）等；以往的空白光罩其基板面的防止反射膜 爲含有鉻碳化物以及鉻氮化物之鉻碳化氮化物膜、作爲遮 光膜的鉻膜、鉻膜表面的防止反射膜爲含有鉻氧化物以及 鉻氮化物的鉻氧化氮化物膜、依序層疊（日本特公昭6 2 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 533334 A7 B7 五、發明説明（2 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一 37385號公報）。再者也有提案使用Cr〇N作爲 防止反射膜（日本特公昭6 1 一 4 6 8 2 1號公報、曰本 特公昭62-27387號公報）、使用CrN作爲防止 反射膜（日本特公昭6 2 - 2 7 3 8 6號公報、日本特公 昭62-27387號公報）。也有使用氮化絡單層膜爲 防止反射膜（日本特公平4 一 1 3 3 9號公報）等。 但是隨著高密度半導體集成電路越細微乎化高集積化 、空白光罩的缺陷檢査或電路圖形檢査更提高檢測感度、 對於遮光膜以及防止反射膜的膜質均一性的要求也更嚴格 〇

【發明所欲解決之課題】 L 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 但是光罩爲了要正確轉印圖形，對於基板的平坦與否 要求嚴格、即使使用非常平坦的基板形成鉻系膜、特別是 雙層構造膜’形成在基板表面的遮光膜特徴爲呈大顆粒状 成長使表面狀態惡化。目前的缺陷檢査以及電路圖形檢査 一般是檢査反射光及透過光，至於檢測感度高的檢査因爲 會將膜表面狀態及面粗糙當成缺陷判定，所以不能使用。 本發明的目的係要提供一種高性能的空白光罩及光罩 ，因鑒於上述問題點，在透明基板與遮光膜或防止反射膜 之間形成晶種層可得‘較好的膜質均一性、且即使在缺陷檢 査及電路圖形檢査亦可使用高感度檢測檢査、可得不扭曲 又正確的細微圖形。 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 533334 A7 B7 五、發明説明（3 ) 【用以解決課題之手段及發明實施型態】 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明爲了達成上述目的重複仔細檢討的結果，得知 透明基板上至少具有一層遮光性膜和至少具有一層防止反 射膜的空白光罩及光罩中、藉由透明基板與遮光膜或與反 射膜之間形成晶種層的話、可得表面平坦度高的遮光膜或 防止反射膜、且膜質均一的空白光罩及光罩。 亦即本發明提供下述的空白光罩及光罩。 申請專利範圍第一項 空白光罩的特徴係在透過曝光光線的透明基板上至少 具有一層遮光性膜和至少具有一層防止反射膜、同時在上 述透明基板和遮光膜或防止反射膜之間形成晶種層、該晶 種層至少爲含有氧氣、氮氣、及碳元素其中一種的鉻化合 物爲材料所形成。 申請專利範圍第二項 如申請專利範圍第一項所記載的空白光罩，其中上述 遮光膜或防止反射膜至少爲含有氧氣、氮氣、碳元素其中 一種的鉻化合物爲材料所形成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍第三項 如申請專利範圍第一項或第二項的空白光罩，其中上 述的晶種層厚度爲〇 · 5〜1 0 n m。 申請專利範圍第四項 如申請專利範圍第一項至第三項其中任一項的空白光 罩’其中上述的空白光罩其表面粗糙度平均値（RMS) 爲0 · 9 n m以下。 -6 - 本紙張尺度適用中周國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 533334 A7 B7 五、發明説明（4 ) 申請專利範圍第五項 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如申請專利範圍第一項至第四項其中任一項的空白光 罩，其中上述的空白光罩用微影法形成圖案。 根據具有本發明晶種層之空白光罩及光罩，透明基板 上的晶種層爲遮光膜或防止反射膜的成長核 '成長在晶種 層上面的遮光膜以及防止反射膜爲細微顆粒狀、可得表面 粗糙度小的空白光罩及光罩。 以下爲本發明之更詳細説明。 本發明之空白光罩的特徴如第一圖、第三圖所示，在 透過曝光光線的透明基板1上至少具有一層的遮光膜2和 至少具有一層防止反射膜4、同時在上述透明基板1和遮 光膜2或防止反射膜4之間形成晶種層3、該晶種層3至 少爲含有氧氣、氮氣、及碳元素其中一種的鉻化合物爲材 料所形成，因此可提高空白光罩的表面平坦度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如第一圖所示，若晶種層爲上有一層遮光膜、一層防 止反射膜之二層構造的話，最好是在基板上有晶種層、該 晶種層上有遮光膜、再於遮光膜上有防止反射膜之形成順 序。 如第三圖所示，若晶種層爲上有一層遮光膜、有二層 防止反射膜共計四層膜構造的空白光罩的話，最好的形成 順序是在基板上有晶種層、該晶種層上有第一個防止反射 膜、該第一個防止反射膜上有遮光膜、再於遮光膜上有第 二個防止反射膜。 在此用來作成膜的基板並無特別的限制，例如矽、鋁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 533334 A 7 B7 五、發明説明（5 ) 矽酸鹽玻璃、氟化鈣、氟化鎂等等爲佳。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 關於本發明是在該基板上形成晶種層。上述的晶種層 最好是含有氧氣、氮氣、碳元素其中一種的鉻化合物爲材 料、例如鉻氧化物、鉻氮化物、鉻氧化氮化物、鉻氧化碳 化物、鉻氧化氮化碳化物等等、特別是鉻氧化碳化物、鉻 氧化氮化碳化物爲最佳。 此時晶種層中的鉻含量爲2 5〜6 0原子％、特別是 3 0〜5 0原子％爲佳。鉻氧化氮化物的話氮氣含量爲2 〜5 0原子％、特別是1 0〜3 0原子％、氧氣含量爲5 〜6 0原子％、特別是2 0〜5 0原子％爲佳、鉻氧化碳 化物的話碳元素含量爲2〜5 0原子％、特別是5〜2 5 原子％、氧氣含量爲5〜6 0原子％、特別是2 0〜5 0 原子％爲佳。還有若是鉻碳化氮化氧化物的話、氮氣含量 爲2〜5 0原子％、特別是5〜2 5原子％、碳元素含量 2〜5 0原子％、特別是5〜2 5原子％、氧氣含量爲5 〜6 0原子％、特別是2 0〜5 0原子％爲佳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 上記晶種層的膜厚初期成長核的需要厚度最小限度爲 〇.5nm〜10nm爲佳。最好則是5nm〜5nm。 若膜厚不超過〇 . 5 n m的話，則沒有改善表面粗糙度的 效果、即使大於1 〇 nm效果也不見改善、反而會因爲成 膜時間過長、降低生産性。 該晶種層之成膜方法爲用鉻爲標靶以反應性濺鍍法在 基板面上形成。 濺鍍法用直流（D C )電源、高周波（R F )電源均 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐) ^ 533334 A7 _B7___ 五、發明説明（6 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 可、採用磁控管濺鍍方式（magnetron sputtering )、或傳統 型方式（conventional )、直流（D C )濺鍍構造簡單較建 議採用。使用磁控管濺鍍方式（magnetron sputtering )的成 膜速度快、可提高生産性較建議採用。成膜裝置爲通過型 或單片型均可。 具體而言，晶種層爲鉻氧化碳化物（C r C〇）膜成 膜時，濺鍍氣體爲CH4、C〇2、C0等含碳元素氣體' 和C 〇2、〇2等含氧氣體各導入一種以上濺鍍、也可將其 混合氬（Ar)、氖（Ne)、氪（Kr)等鈍氣使用。 特別是採用二氧化碳或二氧化碳與鈍氣混合爲濺鍍氣體較 安全、且二氧化碳的反應性也比氧氣低、可在反應室（ chamber )内廣泛平均流竄、就成膜的C r C ◦膜質均一性 而言較好。至於導入方法可個別導入不同反應室内。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 晶種層爲鉻氧化氮化碳化物（C r C ◦ N )膜成膜時 ，濺鍍氣體爲CH4、C〇2、C ◦等含碳元素氣體、和 C〇2、〇2等含氧氣體、和N2、NO等含氮氣體、各別 導入一種以上濺鍍、也可將其混合氬（A r )、氖（N e )、氪（K r )等鈍氣使用。特別是採用二氧化碳和氮氣 或二氧化碳和氮氣與鈍氣混合的氣體爲濺鍍氣體較安全、 且二氧化碳的反應性也比氧氣低、可在反應室（chamber ) 内廣泛平均流竄、就成膜的C r C〇N膜質均一性而言較 好。至於導入方法可個別導入不同反應室内。 標靶（target )不只是鉻單體、以鉻爲主成分的物質也 可、使用含有氧氣、或氮氣、或碳元素的鉻化合物，或也 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 533334 Α7 Β7 五、發明説明（7 ) 可使用氧氣氮氣碳元素相互組合再添加鉻的標靶。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 形成上述晶種層時低壓、高電力的濺鍍較佳。低壓高 電力的條件下，濺鍍粒子的能量較大、可減少對基板斜向 入射的濺鍍粒子。因此可抑制投影效果、可形成表面粗糖 度小的晶種層成膜。此時的壓力爲〇 . 1〜1 . 〇 P a、 特別是0 · 25〜0 . 32Pa爲佳、電力爲3 · 9〜 1 1 . 〇w/ cm2、特別是 7 · 0 〜9 _ 〇w/cm2 爲 佳。 上述遮光膜以及防止反射膜最好是至少含有氧氣、氮 氣、碳元素任一種的鉻系材料、例如鉻氧化物、鉻氮化物 、鉻氧化氮化物、鉻氧化碳化物、鉻氧化氮化碳化物等等 、特別是鉻氧化碳化物、鉻氧化氮化碳化物爲最佳。此類 可以使用一般皆知的組成物。 遮光膜的厚度爲1 0〜1 5 0 nm、特別是5 0〜 8 0 nm爲佳、防止反射膜的厚度爲1 〇〜1 〇 〇 、 特別是2 0〜4 Ο n m爲佳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明空白光罩的膜構造不只在晶種層上有鉻系的二 層膜或三層膜、也可多至四層膜。更可以搭配改變曝光波 長相位的移相膜。不只適用於透過型、也適用於反射型光 罩。 又該晶種層、遮光膜及堆積遮光膜而成的空白光罩其 表面粗糙度平均値（RMS)在〇.9nm以下爲佳。最 好在0 . 7 n m以下則更好。晶種層可依上述條件形成該 表面粗糙度。 本紙張尺度適财關家縣（CNS ) A4規格（21GX297公釐)77η -- 533334 A7 B7 五、發明説明（8 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明的空白光罩可用微影法形成圖案，也可得如第 二圖第四圖所示晶種層和遮光膜和防止反射膜之三層，四 層構造的光罩。 具體而言，使用本發明的空白光罩製造如第二圖所示 的光罩時，如第五圖（A)所示、在透明基板1 1之上有 晶種層1 2、於其上有遮光膜1 3、遮光膜1 3上有防止 反射膜1 4順序形成、之後在防止反射膜1 4上形成有光 阻劑膜1 5、如第五圖（B )所示、在光阻劑膜1 5上形 成圖案、再如第五圖（C )所示、乾蝕刻或濕蝕刻晶種層 1 2、遮光膜1 3以及防止反射膜1 4之後、再如第五圖 (D )所示、採用剥離光阻劑膜1 5的方法。此時，塗布 光阻劑膜、形成圖案（曝光、顯影）、除去光阻劑膜等可 依一般皆知的方法進行。 本發明之光罩，空白光罩的表面平坦度高、可用高感 測度作缺陷檢査及電路圖案檢査、可正確形成所要的細微 圖案、可充分因應半導體積體電路裝置的高集積化所需。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以下係顯示實施例與比較例、具體説明本發明、但本 發明的實施例並無特別設限。 〔第一實施例〕 6吋矽基板上使用金屬鉻標靶、流放濺鍍氣體爲氬（ A r ) ，3 2 s c c m、反應性濺鍍氣體二氧化碳， 1.Osccm、氮氣18sccm、放電中氣體壓力爲 0.3Pa、7.lw/ 、用DC濺鍍法CrCON形 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 533334 A7 B7 ___ 五、發明説明（9 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 成3 n m晶種層膜。該C r C〇N膜成分由E S C A分析 結果爲、鉻（C r )爲4 8%原子、碳（c)爲9原子％ 、氧（0)爲1 7原子％、氮（N)爲26原子％。 該晶種層（C r C〇N膜）上用銘爲標革巴、流放( Ar) ，323〇(：111、二氧化碳’〇.78(：(3111、氣 氣1 s c cm、放電中氣體壓力爲〇· 3Pa 、6 · 6w /cm2、用DC濺鍍法形成7 〇nm的Cr C〇N膜。該 (：：1：〇〇1^膜成分由£8〇厶分析結果爲、鉻（〇]：)爲 6 3原子％、碳（C)爲8原子％、氧（〇）爲20原子 %、氮（N)爲9原子％。 再將該C r C Ο N膜上用鉻爲標靶、流放氬（A r ) ，32sccm、二氧化碳，14sccm、氮氣 l〇sccm、放電中氣體壓力爲〇 _ 3Pa、6 · 6w / c m 2、1 2 0 °C、用D C濺鍍法形成2 5 n m的 C r C〇N膜。該C r CON膜成分由ESCA分析結果 爲、鉻（Cr)爲42原子％、碳（C)爲5原子％、氧 (〇）爲4 3原子％、氮（N)爲1 0原子％。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據 A F M (Digital Instrument 公司所製 NanoScope Hla )所測得的膜1 # m x 1 // m表面粗糙度（R M S )爲 〇.395nm。其結果顯示於第一表。 〔第二實施例〕 6吋矽基板上使用金屬鉻標靶、流放濺鍍氣體爲氬（ A r ) ，3 2 s c c m、反應性濺鍍氣體爲二氧化碳， -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 533334 A7 B7 五、發明説明（10)

1.Osccm、氮氣18sccm、放電中氣體壓力爲 0 · 3Pa、7 · lw/cm2、用 DC 灑鑛法 CrCON 形成3 n m晶種層膜。該C r C〇N膜成分由E S C A分 析結果爲、鉻（C r )爲48原子％、碳（C)爲9原子 %、氧（〇）爲1 7原子％、氮（N)爲26原子％。 該晶種層（C r C〇N膜）上用鉻爲標靶、流放氬（ A r ) ，32sccm、二氧化碳，14sccm、氮氣 lOsccm、放電中氣體壓力爲0 . 3Pa、6 · 6w /cm2、用DC濺鍍法形成2 5 nm的C r C〇N膜。該 C r C〇N膜成分由ESCA分析結果爲、鉻（C r )爲 42原子％、碳（C)爲5原子％、氧（〇)爲43原子 %、氮（Ν)爲10原子％。 該C r C〇Ν膜上用鉻爲標靶、流放氬（A r )， 32 s c cm、二氧化碳，〇 . 7 s c cm、放電中氣體 壓力爲0 _ 3Pa、6 . 6w/cm2、用DC濺鍍法形成 70 nm的C r C ◦膜。該C r C ◦膜成分由ESCA分 析結果爲、鉻（Cr)爲69原子％、碳（C)爲13原 子％、氧（〇）爲18原子％。 再將該C r C ◦膜上用鉻爲標靶、流放氬（A r )， 32sccm、二氧化碳，14sccm、氮氣 lOsccm、放電中氣體壓力爲〇 . 3Pa、6 . 6w /cm2、用DC濺鑛法形成25nm的Cr C〇N膜、形 成三層的鉻膜。該C r C〇N膜成分由E S C A分析結果 爲、鉻（Cr )爲42原子％、碳（C)爲5原子％、氧 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 533334 A7 B7 _ 五、發明説明（11) (〇）爲43原子％、氮（N)爲1 0原子％。與第一實 施例同樣作測定表面粗糙度爲〇 · 3 8 2 n m ° (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 〔第一比較例〕 除了不形成晶種層以外其他與第一實施例作相同成膜 。表面粗糙度爲1.446nm。 〔第二比較例〕 除了不形成晶種層以外其他與第二實施例作相同成膜 。表面粗糙度爲1 . 44〇nm。 【第一表】 _ 晶種層 表面粗糙度（nm) 第一實施例 有 0.395 第二實施例 有 0.382 第一比較例 川N 1.446 第二比較例 1.440 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由表可淸楚得知，形成晶種層後再形成遮光膜或防止 反射膜的話其表面粗糙度較小、再用A F Μ觀察表面，晶 種層的成膜爲齊全的粒子膜。 【發明效果】 關於具有本發明晶種層的空白光罩及光罩，於透明基 板上形成的晶種層上長有細微顆粒的遮光膜以及防止反射 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ~ " 533334 A7 B7 五、發明説明（12) 膜、可得表面粗糙度小的空白光罩、且可作高感度檢測的 缺陷檢査以及電路圖案檢査、可得高品質之空白光罩及光 罩、更可充分因應半導體集成電路更細微高集積化的要求 〇 【圖面之簡單説明】 第一圖係關於本發明之一實施例空白光罩之切面圖。 第二圖係爲同上光罩之切面圖。 第三圖係關於本發明之另外實施例空白光罩之切面圖 〇 第四圖係爲同上光罩之切面圖。 第五圖係顯示光罩製造方法之説明圖、（A )形成光 阻劑膜後的狀態、（B )光阻劑膜形成圖案後的狀態、（ C )乾鈾刻或濕蝕刻後的狀態、（D )光阻劑膜除去後的 槪略切面圖。 【圖號説明】 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 基板 3 遮光膜 2 晶種層 4 防止反射膜 5 光阻劑膜 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 533334

   六、申請專利範圍 附件： 第90.1 32220號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國92年1月23日修正 1 . 一種空白光罩，在透過曝光光線的透明基板上屬 於至少具有一層遮光性膜和至少一層防止反射膜之空白光 罩中、其特徵係在上述透明基板與遮光膜或與防止反射膜 之間形成晶種層的同時、將該晶種層以含有氧氣、氮氣、 及碳元素其中至少一種的鉻化合物爲材料所形成。 2 ·如申請專利範圍第1項所記載的空白光罩，其中 令上述遮光膜或防止反射膜，以含有氧氣、氮氣、碳元素 其中至少一種的鉻化合物爲材料所形成。 3 ·如申請專利範圍第1項或第2項的空白光罩，其 中上述的晶種層厚度爲0 . 5〜1 0 nm。 4 _如申請專利範圍第1項或第2項的空白光罩，其 中令上述的空白光罩其表面粗糙度（RMS )爲 0 · 9 n m以下。 5 _ —種光罩，其特徵係將如申請專利範圍第1項或 第4項的空白光罩，經由上述的空白光罩用微縮術法形成 圖案。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製