TWI420236B - 空白罩幕、空白罩幕的製造方法及利用其所製造的光罩 - Google Patents

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Description

空白罩幕、空白罩幕的製造方法及利用其所製造的光罩
本發明係有關於一種空白罩幕及利用其所製造的光罩、與空白罩幕的製造方法，尤指一種應用於線寬小於90nm，特別是小於45nm的空白罩幕、利用該空白罩幕所製造的光罩與該空白罩幕的製造方法。
為了達成電路圖樣的微型化以提高積體電路的積體密度(integration)，在高階半導體元件中，製作微小圖樣的技術被視為最重要的技術之一。在積體電路中，電路線變得更微小化以實現低功率消耗與高速運算；而為了滿足上述要求，對於使用在微影製程的光罩而言，可製作出高精度且微小的線路圖案的技術是必須的。
在一般製作空白罩幕的方法中，一金屬層、一硬罩幕層與一光阻係依序地成型於一透明基板上；接著，利用曝光、顯影、蝕刻及清洗等製程以形成圖樣；該金屬層可包含一遮光層。然而上述傳統的製作方法中，當光阻被圖樣化時，巨觀負載效應與微負載效應即可能發生。因此，雖然於光阻上執行曝光製程而形成相同尺寸的圖樣，但該些圖樣的尺寸仍會因圖樣密度的不同而出現差異。當利用光阻為蝕刻光罩蝕刻較低層時，對於相同顯影劑、相同蝕刻液或相同量的蝕刻氣體，反應速率與單位面積的移除率會因圖樣的積體密度不同而有所差異。相較於圖樣密度較低的區域，在圖樣密度較高的區域，上述反應速率與移除率會較小，因此，就會導致臨界尺寸(critical dimension，CD)的差異性。亦即，在圖樣密度高的區域，用以蝕刻金屬層 之蝕刻自由基濃度(etching radical concentration)會往金屬層的較低部分呈現逐漸遞減；故，在金屬圖樣的上臨界尺寸與下臨界尺寸就會產生差異。相反地，在圖樣密度低的區域，例如一被隔絕的圖樣區域，由於被蝕刻的區域較小，蝕刻自由基濃度就相對較大，結果造成底切現象(undercut phenomenon)，使金屬圖樣的上臨界尺寸與下臨界尺寸之間產生相當大的差距。
當光阻具有一薄的厚度時，負載效應(loading effects)、細微圖樣之線性度(linearity)與精確度(fidelity)可被提升；然而，當較下層被圖樣化時，光阻之圖樣可能被毀壞而使其外觀(configuration)變形。更嚴重的是，由於較下層可能被破壞，所以就無法精確地將原光阻的圖樣轉製於較下層。
此外，當光阻的圖樣變得微小化，但光阻並未變薄，會造成個別光阻圖樣的深寬比(aspect ratio)增加；一般而言，當光阻圖樣的深寬比增加，光阻圖樣的外觀較易被破壞。因此，當使用上述受到破壞的光阻為光罩來圖樣化較下層時，圖樣轉製的精確度可能會下降。以一個極端的情況為例，光罩的一部分崩壞或是彼此層疊，將造成無法轉製圖樣的情況(missing pattern)。綜上所述，隨著圖樣微小化時，必須形成一未有過大深寬比的薄光阻。
而硬罩幕層的厚度則如同上述光阻的厚度必須加以縮小。但是若硬罩幕層的厚度到達超薄(ultra-thin)等級，在圖樣化該較下層時，硬罩幕層與光阻可能會受到破壞，因此，須進一步考慮硬罩幕層的厚度與其材質。
化學增幅型光阻劑(chemically amplified resist)可用 以提高空白罩幕的解析度，化學增幅型光阻劑可在曝光製程中產生強酸(H+ )，該強酸可被曝光後烘烤製程(post exposure bake，PEB)所增幅，以使化學增幅型光阻劑更容易被顯影。一般來說金屬層中可添加氮(nitrogen)，以調整反射特性、蝕刻特性及光密度；然而，由化學增幅型光阻劑所產生的強酸會與氮進行耦合，而被彼此所中和，故導致化學增幅型光阻劑無法被顯影。若化學增幅型光阻劑無法被顯影，則很難達成高解析度；故也就難以製作高品質的光罩。
本發明之主要目的在於提供一種空白罩幕，其可應用於線寬小於90nm，特別是應用於線寬小於45nm，且該空白罩幕具有較佳的可靠度；本發明更提出一種用該空白罩幕所製成的光罩及製造上述空白罩幕的方法。
根據本發明之實施例，一種製造空白罩幕的方法，該方法包含以下步驟：形成一相位移層、一金屬層、一硬罩幕層及一光阻於透明基材上。當對比該金屬層尚未成型之該透明基材的平坦度時，該金屬層的平坦度(flatness)係在小於1um的範圍中變化。
當該空白罩幕為一種雙光強度空白罩幕(binary intensity blank mask)時，該方法包括：a1)提供一透明基材；b1)形成一金屬層於步驟a1)所提供之透明基材上；c1)形成一硬罩幕層於步驟b1)所形成製作之金屬層上；以及d1)形成一光阻於步驟c1)所形成之硬罩幕層上。
當該空白罩幕為一種相位移空白罩幕(phase shift blank mask)時，該方法包括：h1)提供一提供一透明基材；i1)形成一相位移層於步驟h1)所提供之透明基材上；j1)形成一蝕刻停止層於步驟i1)所形成之相位移層上；k1)形成一金屬層於步驟j1)所形成之蝕刻停止層上；l1)形成一硬罩幕層於步驟k1)所形成之金屬層上；以及m1)形成一光阻於步驟l1)所形成之硬罩幕層上。
接下來，根據本發明之實施例，更多的製作方法及相關條件係揭露如下：
在步驟a1)與h1)中，該透明基材可包括鈉鈣玻璃(sodalime)、合成石英(synthetic quartz)或氟化鈣等材料所製成。在I線(I-line)波長(為365nm)至氬氟(ArF)雷射波長(為193nm)之範圍下，該透明基材係具有大於至少85%的穿透率(transmissivity)，其中上述範圍係主要是微影製程的光源波長。另外，在浸潤式微影(immersion lithography)的條件下，該透明基材具有小於5nm/6.35mm的雙折射率(birefringence)。
在步驟a1)與h1)中，透明基材的平坦度之絕對值小於1um。
在步驟b1)與k1)中，金屬層可為單層結構或兩層結構，亦或是多層結構。
在步驟b1)與k1)中，若該金屬層為單層結構，該單層結構可用以遮蔽光線。再者，若該金屬層為單層結構，該金屬層則由該單層結構之表面至一基材具有連續的組 成。該金屬層包括矽及一個或多個由下列金屬或化合物所組成之群組中所選擇之材料：鉬(Mo)、鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)及鉻(Cr)、及上述金屬之氧化物、上述金屬之碳化物、上述金屬之氮化物、上述金屬之氧碳化物、上述金屬之碳氮化物及上述金屬之氧碳氮化物。矽含量係由該單層結構之表面朝該透明基材逐漸(gradually)增加。
在步驟b1)與k1)中，若該金屬層為兩層或多層結構，該金屬層可用以作為遮蔽光線之遮光層及減少光反射之抗反光層。當執行乾蝕刻製程時，一蝕刻停止層可額外地被形成，以補償臨界尺寸的差異，而該差異係由於發生在一上層的負載效應所造成的。該蝕刻停止層具有比該上層更小的蝕刻率。舉例來說，具有三層結構的金屬層可包括抗反光層(即該上層)、蝕刻停止層與遮光層。當執行乾蝕刻製程時，因發生在抗反光層的負載效應而造成臨界尺寸的差異，蝕刻停止層可補償該臨界尺寸的差異，接著，由於負載效應，遮光層可被蝕刻以補償該臨界尺寸的差異。
在步驟b1)與k1)中，該金屬層之矽含量係佔30at%至80at%；當矽含量小於30at%時，在金屬層成型後所使用的化學品會導致化學阻抗特性的下降，進而改變光學特性。當矽含量大於80at%，金屬層的應力會隨著矽含量的上升而增加。因此，該金屬層中之矽含量必須加以控制。當矽含量係佔30at%至80at%時，應力與光學特性係穩定的。
在步驟b1)與k1)中，在曝光波長下，該金屬層的光密度係介於2.5至3.5。
在步驟b1)與k1)中，該金屬層與該硬罩幕層之蝕刻 選擇性大於5。
在步驟b1)與k1)中，該金屬層的厚度係介於20nm至60nm。當金屬層的厚度小於20nm時，光密度甚差；當金屬層的厚度大於60nm時，因負載效應的發生，微影的臨界尺寸變得難以控制。
在步驟b1)與k1)中，該金屬層係為一氮化層，氮含量係佔0at%至80at%。當氮含量大於80at%，薄膜的消光係數(extinction coefficient)會上升，而導致光密度特性的惡化。
在步驟b1)與k1)中，該金屬層在成型後之應力絕對值係小於5,000MPa。上述應力絕對值可由以下公式所求得：
其中，σf 係為該薄膜之應力，Ys 與ν則分別係為楊氏係數和帕松比，hs 與hf 係分別為該基板之厚度和該薄膜之厚度，R1 係為該薄膜形成前該基板之曲率半徑，R2 則係為該薄膜形成後該基板之曲率半徑。
應力值可由金屬層在成型前與成型後，由該基材的曲率半徑的差異所求得。當該金屬層之應力絕對值大於5,000MPa時，該基板就會呈現明顯的彎曲，使得在定義臨界尺寸時出現影像位移誤差，故使臨界尺寸難以控制。
在步驟b1)與k1)中，該金屬層中可含有鉭(Ta)，用以控制該金屬層的應力。在薄膜成型後時，成型條件與材料的組成會影響該應力；而鉭(Ta)不易受到外在製程 變化之影響。
在步驟b1)與k1)中，該金屬層可用直流濺鍍製程(DC sputtering process)、射頻濺鍍製程(R.F.sputtering process)、或離子束沉積製程所製作(ion-beam deposition process)；而為了確保金屬層的均勻性，可使用長距離拋鍍製程來製作金屬層。當使用長距離拋鍍製程時可易於控制金屬層的均勻性，進而可製造出具有良好臨界尺寸之高品質空白罩幕。
在步驟b1)與k1)中，在波長為193nm下，該金屬層之表面反射率(surface reflectance)係為25%。
在步驟c1)與i1)中，硬罩幕層具有金屬；硬罩幕層可包括選自由金屬、金屬氧化物、金屬碳化物、金屬氮化物、金屬碳氧化物、金屬碳氮化物、及金屬碳氧氮化物所組成之群組中之一材料。
在步驟c1)與i1)中，硬罩幕層之金屬可包括選自由鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、鍺(Ge)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、釕(Ru)、銠(Rh)、鉛(Pd)、銀(Ag)、鎘(Cd)、銦(In)、錫(Sn)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)、錒(Os)、銥(Ir)、鉑(Pt)及金(Au)所組成之群組中之至少一材料。
在步驟c1)與i1)中，硬罩幕層不被含氟氣體所蝕刻，但其可被含氯氣體所蝕刻；此時，該金屬層與該硬罩幕層之蝕刻選擇性大於5。
在步驟c1)與i1)中，硬罩幕層之厚度較佳地在3nm至30nm。當硬罩幕層之厚度小於3nm，硬罩幕層可能無 法作為硬罩幕層而造成金屬層之傷害；當硬罩幕層之厚度大於30nm，蝕刻時間大幅拉長而降低生產性，且在蝕刻製程中有可能發生負載效應，故超出上述範圍可能導致無法製作高精度的臨界尺寸。
在步驟c1)與i1)中，硬罩幕層成型之後，該金屬層之應力絕對值小於5,000MPa。
在步驟b1)與k1)，或步驟c1)與i1)中，在成型金屬層與硬罩幕層之後，熱處理、閃光(flash lamp)、雷射或電漿處理等均可被執行，以降低應力絕對值至5,000MPa以下。為了控制薄膜應力，表面處理可在薄膜沉積之前、沉積過程中或沉積之後進行；一種如降溫製程(cooling process)的方法和一種利用外接能源的方法可被使用來作為表面處理之方法；而上述應力控制可在金屬層成型後或是硬罩幕層成型後進行。
在步驟c1)與i1)中，硬罩幕層之片電阻為10Ω/□至10kΩ/□之間。
在步驟c1)與i1)中，硬罩幕層藉由直流濺鍍製程、射頻(RF)濺鍍製程、或離子束沉積製程所製作；而為了確保硬罩幕層的均勻性與生產性，可使用長距離拋鍍製程。在長距離拋鍍製程中，靶材與基板之間的距離係大於200mm，以確保較佳的均勻性。
在步驟c1)與i1)中，硬罩幕層較佳地可包含有雜質離子，即含有NH4 + 之二鹽基雜質離子，該雜質離子之濃度係小於1ppmv。該二鹽基雜質離子可與強酸耦合，而中和光阻中之強酸；由於被中和之強酸，光阻可能出現基板相依性(substrate dependency)而導致光阻特性的下降。因此， 為了控制上述基板相依性，雜質離子(特別是二鹽基雜質離子)的濃度係較佳地在小於1ppmv。
在步驟c1)與i1)中，為了控制上述基板相依性，硬罩幕層可進行表面處理。上述表面處理可包括快速熱處理(rapidly thermal processing，RTP)、熱板熱處理(hot-plate thermal treatment)、電漿處理或真空烘烤處理。
在步驟c1)與i1)中，硬罩幕層之表面處理可在真空度小於5mtorr下操作。
在步驟c1)與i1)中，無曝光之可顯影下抗反射塗佈層(DBARC)可附加地成型在硬罩幕層與光阻之間，以改善由硬罩幕層所控制之基板相依性及硬罩幕層與光阻之間的黏著性。可顯影下抗反射塗佈層之組成可類似於光阻之組成，以提升黏著性及減少因基板相依性而出現的膜渣(scum)。再者，由於可顯影下抗反射塗佈層可在不經曝光的條件下被顯影劑溶解，故不需額外的清洗步驟(strip process)。
在步驟c1)與i1)中，當可顯影下抗反射塗佈層係成型於硬罩幕層之上，可顯影下抗反射塗佈層之厚度較佳地係小於50nm，明確地係為30nm。若可顯影下抗反射塗佈層過厚時，因可顯影下抗反射塗佈層的反射性，導致光阻之光特性的下降；或可顯影之下抗反射塗佈層在清洗過程中無法被完全移除。因此，上述殘留即可能造成缺陷。當可顯影下抗反射塗佈層之厚度小於30nm，基板相依性就不易控制。
在步驟c1)與i1)中，當可顯影下抗反射塗佈層成型於硬罩幕層之上時，可顯影下抗反射塗佈層可含有強酸(如 H+ 離子)，以顯影化學增幅型光阻。由於可顯影之下抗反射塗佈層含有強酸，其可補償化學增幅型光阻中被中和而流失的強酸，故可降低基板相依性。
在步驟c1)與i1)中，當可顯影下抗反射塗佈層成型於硬罩幕層之上時，可顯影下抗反射塗佈層的軟烤溫度係大於光阻之軟烤溫度。
本發明之空白罩幕之金屬層中的矽含量佔30at%至80at%，且當對比於金屬層尚未成型之該透明基材的平坦度時，該金屬層之平坦度係被控制在小於1um。因此，當在金屬層上執行乾蝕刻時，發生的自由基離子(radical ion)的密度差異可被縮減到最小，藉此，即可製成具有較小的負載效應之高品質空白罩幕及光罩；故，高精度的圖樣與較佳的圖樣轉印可被實現，以得到具有較佳臨界尺寸線性度(CD linearity)、臨界尺寸製程指標(mean to target，MTT)、臨界尺寸均勻性及線邊緣的粗糙程度(line edge roughness，LER)等特性之空白罩幕及光罩。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
(實施例一)
請參考第一圖，本發明之實施例一之空白罩幕101可由透明基材1、含有鉬矽材料之金屬層7、硬罩幕層5及光阻6所構成。該金屬層7中之矽含量係在一預定範圍。
該含有鉬矽(MoSi)材料之金屬層7係利用鉬矽材質(原 子百分比(at%)為10：90)之靶材所製作，以將其成型於透明基材1上，而反應性氣體可包括氬氣(Ar)、氮氣(N)、甲烷(CH4 )、及/或氧氣(O)。該金屬層7可為鉬矽(Mosi)材料、鉬矽碳(MoSiC)材料、鉬矽氮(MoSiN)材料、鉬矽氧(MoSiO)材料、鉬矽碳氮(MoSiCN)材料、鉬矽碳氧(MoSiCO)材料、鉬矽氧氮(MoSiON)材料或鉬矽碳氧氮(MoSiCON)材料。請參考表一所示，為預估金屬層7之光學與化學電阻特性(chemical-resistant)，金屬層7係經過O.D.清洗劑、加熱至90℃之硫酸及標準清潔製程(SC)-1兩小時，以觀察光透射率變異性(transmissivity variation)。另外，金屬層7中之矽含量係利用歐傑電子能譜儀(Auger Electron Spectrometer，AES)進行分析。藉由利用平坦度量測儀(flatmaster)分析金屬層7之平坦度(flatness)。
請參考表一，在經過硫酸及標準清潔製程後，化學電 阻特性係根據金屬層7中之矽含量而變化；當矽含量範圍為30at%至80at%，該含有鉬矽材料之金屬層7具有較佳的化學電阻特性，例如在一曝光波長下，其光透射率變異性小於5%；另一方面，當矽含量小於30at%(如比較例2)，該含有鉬矽材料之金屬層7之化學電阻特性較差，例如在硫酸處理下，其光透射率變異性為2.34%；而在標準清潔製程處理下，其光透射率變異性為5.59%。
同樣地，金屬層7之平坦度係根據金屬層7中之矽含量而變化。當矽含量範圍為30at%至80at%，該金屬層7具有較佳的平坦度，其值小於1um；另一方面，當矽含量大於80at%(如比較例2)，該金屬層7具有較差的平坦度，其值小於1.23um。
(實施例二)
請參考第二圖，本發明之實施例二之空白罩幕102可由透明基材1、含有鉬矽材料之金屬層7、硬罩幕層5及光阻6構成。臨界尺度(Critical Dimension，CD)的變化係根據實施例一之平坦度的不同而有所差異。該金屬層7可進一步包括一遮光層(light shielding layer)2及一抗反光層(antireflection layer)4，上述係疊層於該透明基材1上；且在金屬層7尚未成型於該透明基材1上時，該透明基材1具有一張應力(tensile stress)及一為0.32um之平坦度參數值(TIR)；含有鉬矽材料之遮光層2具有28nm之厚度；而含有鉬矽氮(MoSiN)材料之抗反光層4具有17nm之厚度，且上述兩結構層係依序疊層於該透明基材1上以形成該金屬層7。含有鉻碳氧氮(CrCON)材料之硬罩幕層5具有10nm之厚度，並沈積於該金屬層7上；硬罩幕層5具有一 壓應力(compressive stress)，且其表面平坦度為0.17um。一種型號為FEP-171的化學增幅光阻6係塗佈於硬罩幕層5上，其厚度為150nm；接著進行曝光、顯影、曝光後烘烤(post exposure bake，PEB)及蝕刻製程以形成一光罩102。相對於一個預設為70nm之臨界尺度，光罩的臨界尺度變化係在中心部分與邊緣部分的四點上被量測；結果，光罩具有較佳的臨界尺度值，即在中心部分低於臨界尺度2nm(臨界尺度為68nm)，而邊緣部分低於臨界尺度5nm。
(比較例二)
為了與上述之實施例二進行比較，形成一厚度為450埃(Å)之含鉬矽材料之單一金屬層7，然後形成一含有鉻碳氧氮(CrCON)材料之硬罩幕層5，硬罩幕層5之表面平坦度為1.05um，另外，金屬層7之矽含量係81.02at%。一種型號為FEP-171經化學增幅型光阻劑係塗成厚度為150nm，接著進行曝光、顯影、曝光後烘烤及蝕刻製程以製造一光罩。如同實施例二，相對於一個預設為70nm之臨界尺度，光罩的臨界尺度變化係中心部分與邊緣部分被量測；結果，光罩在中心部分低於臨界尺度1nm，而在邊緣部分低於臨界尺度12nm。因此，當平坦度越大時，臨界尺度的變化就越大。
(實施例三)
請參考第三圖，本發明之實施例三之空白罩幕103可由金屬層7、硬罩幕層5及化學增幅型光阻6所組成，而上述結構均依序堆疊於透明基材1上。
該金屬層7係為一種三層結構，可包括遮光層2、蝕刻停止層(etch stop layer)3及一抗反光層(antireflection layer) 4。在該抗反光層4進行蝕刻期間，該蝕刻停止層3係用以減少負載效應(loading effect)。
製作條件具體如下：在鉬矽靶材(鉬：矽的比例為20：80at%)、及100sccm的氬氣(Argon)之氣體條件下，利用直流濺鍍製程(DC sputtering process)沈積一含有鉬矽材料之遮光層2於透明基材1上，且該遮光層2之厚度係為30nm；而在曝光波長為193nm的條件下，該遮光層2之光密度(optical density)為2.82，該遮光層2之反射率為52%。在鉬矽靶材(鉬：矽的比例為10：90at%)、及氬氣(Argon)：氮氣為95sccm：5sccm之氣體條件下，利用直流濺鍍(DC sputtering)沈積一含有鉬矽氮材料之蝕刻停止層3於遮光層2上，且該蝕刻停止層3之厚度係為5nm。在鉬矽靶材(鉬：矽的比例為20：80at%)、及氬氣(Argon)：氮氣為80sccm：20sccm之氣體條件下，利用直流濺鍍(DC sputtering)沈積一含有鉬矽氮材料之抗反光層4於蝕刻停止層3上，且該抗反光層4之厚度係為10nm。藉此，在曝光波長為193nm的條件下，該蝕刻停止層3之光密度(optical density)為3.0，該蝕刻停止層3之反射率為19.8%。之後，在鉻(Cr)靶材、及氬氣(Argon)：氧氣：氮氣：甲烷為40sccm：5sccm：10sccm：3sccm的氣體條件下，利用反應性直流濺鍍(DC sputtering)沈積一含有鉻碳氧氮(CrCON)材料之硬罩幕層5，且該硬罩幕層5之厚度係為15nm。
利用歐傑電子能譜儀(auger electron spectrometer，AES)進行成份分析，結果如下：遮光層2之鉬：矽的比例為32：68at%；蝕刻停止層3之鉬：矽：氮的比例為12：72：16 at%；抗反光層4之鉬：矽：氮的比例為19：49：32at%。
接著，利用四點探針方法量測片電阻，以觀察遮光層2、蝕刻停止層3、抗反光層4與硬罩幕層5疊層後之表面在電子束(E-Beam)照射下是否有電荷殘留(charge up)的現象。結果如下：平均片電阻為326Ω/□，且並沒有發生電荷殘留的情況。
一種型號為FEP-172的化學增幅光阻劑係塗佈成型，其厚度為150nm，該種光阻係針對電子束曝光機台所使用；接著，經過130℃、15分鐘之軟烤製程後，即可成型空白罩幕103。
該空白罩幕103係經過電子束曝光機台進行曝光，並顯影出光阻圖樣。以該光阻圖樣為蝕刻遮罩，藉由乾蝕刻製程(條件為Cl2 ：O2 =80sccm：5sccm，功率400W，壓力1Pa)圖樣化該硬罩幕層5，以形成硬罩幕圖樣。移除該光阻圖樣，然後，以該硬罩幕圖樣為蝕刻遮罩，藉乾蝕刻製成(條件為CF4 =80sccm，功率400W，壓力1Pa)蝕刻遮光層2、蝕刻停止層3與抗反光層4。接著，利用型號為CR-7S之鉻的蝕刻液移除該硬罩幕層5以製作光罩。
另一方面，當空白罩幕103並不包括蝕刻停止層3時，其製程均同於上文所述。
表二係顯示一種依據蝕刻停止層的有無而進行臨界尺度的量測數據之結果。其中，當蝕刻停止層3存在時，精確度(fidelity)相對較高，且在密集圖樣(dense pattern)之間的臨界尺度的線性度(linearity)與臨界尺度變化(CD bias)相對較小；再者，當蝕刻停止層3存在時，在單一圖樣(single pattern)與密集圖樣(dense pattern)之間的臨界尺度變化(CD bias)亦會明顯的下降。換言之，藉由蝕刻停止層3的功效，精確度(fidelity)、臨界尺度的線性度(linearity)與臨界尺度變化(CD bias)均有所提升。
(實施例四)
請參考第二圖，本發明之實施例四之空白罩幕102可包括遮光層2、抗反光層4與硬罩幕層5，該些結構層係依序疊層於該透明基材1上。而乾蝕刻之特性被評估，其係用以在具有上述遮光層2與抗反光層4之該金屬層7上製作垂直圖樣。
藉由鉬鉭矽靶材(鉬：鉭：矽之比例為15：5：80at%)，沈積含有鉬鉭矽(MoTaSi)材料之遮光層2，其厚度為25um；以及藉由鉬鉭矽靶材(鉬：鉭：矽之比例為15：5：80at%)，沈積含有鉬鉭矽氮(MoTaSiN)材料之抗反光層4被成型，其厚度為14um，該遮光層2與該抗反光層4則構 成金屬層7。藉由鉻(Cr)靶材，沈積含有鉻碳氧氮(CrCON)材料之硬罩幕層5，且該硬罩幕層5之厚度係為10nm。在曝光波長為193nm的條件下，該抗反光層4之光密度(optical density)為2.9，該抗反光層4之反射率為20.2%，故抗反光層4之光密度與反射率相對較佳。另外，該遮光層2與該抗反光層4的組成比例係利用化學分析電子儀(ESCA)進行分析：遮光層2之鉬鉭矽的組成比例為15：5：80at%，而抗反光層4之鉬鉭矽氮的組成比例為9：4：60：27at%。再者，上述結構之密度利用X-ray反射儀(X-ray reflectometry，XRR)進行分析。遮光層2之密度為3.2克/平方公分(gram/cm2 )；抗反光層4之密度為3.6克/平方公分。一種型號為FEP-171的化學增幅光阻(CAR)6係塗佈於硬罩幕層5上，其厚度為150nm，並利用乾蝕刻在其上製作圖樣；含有鉬鉭矽材料之遮光層2與含有鉬鉭矽氮材料之抗反光層4上之圖樣外觀係利用場發射掃瞄電子顯微鏡(field emission scanning electron microscope，FE-SEM)進行觀察：量測結果顯示蝕刻圖樣之角度為89度，且並未出現橫切(under cut)或底腳(footing)殘留，其結果相當優良。
濺鍍條件被改變，以製作含有鉬鉭矽材料之遮光層2與含有鉬鉭矽氮材料之抗反光層4。遮光層2之鉬鉭矽氮的組成比例為8：5：62：27at%，且抗反光層4之鉬鉭矽氮的組成比例為9：4：60：27at%；而遮光層2之密度為3.8克/平方公分；抗反光層4之薄膜密度為3.6克/平方公分。根據遮光層2及抗反光層4的圖樣外觀觀察結果，圖樣外觀角度測量為82度；此外，具有梯形(trapezoidal)形狀的圖樣 外觀被觀察到。結果，蝕刻率會隨著膜密度而改變；又隨著矽含量與密度逐漸沿著深度的方向而減小，自由基離子與蝕刻反應基的數量會增加，因此，在深度的方向就可獲得較佳的圖樣外觀；反之，當沿著深度的方向而具有相同矽含量與密度，就較難獲得垂直的圖樣，此原因在於，薄膜與負載效應(loading effect)會導致連續性的自由基離子的破壞。
(實施例五)
請參考第四圖，本發明之實施例五之空白罩幕104可由相位移層(phase shift layer)8、金屬層7、硬罩幕層5、具有可顯影下抗反射塗佈層(developable bottom antireflective coating，DBARC)之低阻值層(lower resist layer)9及光阻6所組成，而上述結構均依序堆疊於透明基材1上。
含有鉬矽材料之相位移層8係成型於透明基材1上。相位移層8之穿透率(transmissivity)在氟化氬(ArF)或氟化氪(KrF)之曝光波長下為2%至25%，而該相位移層8之厚度為60nm至100nm。相位移層8係包括選自由鉬矽氧(MoSiO)、鉬矽氮(MoSiN)、鉬矽碳(MoSiC)、鉬矽氧氮(MoSiON)、鉬矽氧碳(MoSiOC)、鉬矽碳氮(MoSiCN)及鉬矽碳氧氮(MoSiCON)所組成之族群中之一材料，且相位移層8可為單層或多層結構，而多層結構中存在有介面，即使介面不存在，在上層與下層的組成差異大於2at%的情況下，多個層狀結構即可加以區分。可利用沈積方法製作上述薄膜，例如化學氣相沈積(CVD)或物理氣相沈積(PVD)；當使用物理氣相沈積製程時，一種靶材與基板 之間的距離大於200mm的長距離拋鍍(long throw sputter，LTS)製程係被加以應用。利用所述之長距離拋鍍製程，可達到薄膜的均勻(uniformity)與應力抑制(stress reduction)。當相位移層8係為鉬矽材料時，由於其可被氟氣(fluorine gas)蝕刻，而含有鉻或鉭材料之第一蝕刻停止層a1可設置於相位移層8與透明基材1之間，該第一蝕刻停止層a1可被含氯氣體(Cl-containing)蝕刻，但不被含氟氣體(fluorine-containing)蝕刻，故第一蝕刻停止層a1可提升相位移層8與合成石英玻璃材質之透明基材1之間的蝕刻選擇性。另外，第一蝕刻停止層a1可用以做為一透明層與一相位移層。
含有鉬矽材料之金屬層7係成型於該相位移層8上，金屬層7可為單層或多層結構，且該金屬層7可具有至少兩層或更多層結構，以用做為相位移層或抗反光層。此時，為了將金屬層7當作成相位移層或抗反光層，金屬層7具有一劃分相位移層與抗反光層的介面，或金屬層7在垂直方向上具有組成差異大於2at%的條件，以使金屬層7可視為多層結構。較佳地，金屬層7之厚度大約為60nm。具體而言，當有介面存在於相位移層與抗反光層之間，相位移層之厚度大約為40nm，而抗反光層之厚度大約為20nm；在一曝光波長下，抗反光層之光密度(optical density)較佳地大於約2.5。相位移層與抗反光層可包括一由以下所組成之群組中所選擇者：鉬矽(MoSi)、鉬矽氧(MoSiO)、鉬矽氮(MoSiN)、鉬矽碳(MoSiC)、鉬矽氧氮(MoSiON)、鉬矽氧碳(MoSiOC)、鉬矽碳氮(MoSiCN)及鉬矽碳氧氮(MoSiCON)。在一曝光波長下，抗反光層4之反射率係 小於20%，當金屬層7中之矽含量調整至範圍為30at%至80at%之間的值時，金屬層7具有最小之應力。金屬層7的應力亦可藉由長距離拋鍍製程而降低；當相位移層8與金屬層7之材質係為含鉬矽之材質，相位移層8與金屬層7可被氟氣所蝕刻，而含有鉻或鉭材料之第二蝕刻停止層a2可設置於相位移層8與金屬層7之間，該第二蝕刻停止層a2可被含氯氣體蝕刻，但不被含氟氣體蝕刻，該第二蝕刻停止層a2可提升相位移層8與金屬層7之間的蝕刻選擇性。另外，第二蝕刻停止層a2亦可用以做為一透明層與另一相位移層。
含有鉻(Cr)或鉭(Ta)材料之硬罩幕層5係成型於金屬層7之上；硬罩幕層5不易被含氟氣體所蝕刻，但含氟氣體可用以蝕刻金屬層7；較佳地，硬罩幕層5的厚度小於20nm，且該硬罩幕層5係利用濺鍍製程，尤以長距離拋鍍製程所製作；該硬罩幕層5可為含有鉻(Cr)或鉭(Ta)材料，以及由以下所組成之群組中所選擇之一材料：氧化物層、碳化物層、氮化物層、氧碳化合物層、氧氮化合物層、碳氮化合物層及氧碳氮化合物層。
低阻值層9之主要組成物係為一聚合物(polymer)，低阻值層9係成型於硬罩幕層5上。低阻值層9可用以減少化學增幅型光阻6在成型圖樣時的基板相依性(substrate dependency)、亦可減少電子束曝光製程時的霧化效應(fogging effect)、以及前向散射(forward scattering)與後向散射(back scattering)；此外，低阻值層9可用以減少光阻6之厚度。低阻值層9可利用旋轉塗佈(spin coating)、掃描(scan)或噴塗(spray)製程所製成；低阻值層9之 厚度係3nm至50nm。低阻值層9可提供反射調整(reflectance adjustment function)的功能，且其含有強酸。藉由上述強酸的作用，低阻值層9可用以減少化學增幅型光阻的基板相依性；且由於低阻值層9具有反射調整功能，故可提升臨界尺度之特性，其原因在於雷射曝光時之減小劑量(dose reduction)與駐波效應(Standing Wave Effect)的減小，但電子束曝光係被操作。低阻值層9可被具有氫氧化四甲銨(Tetramethylammonium Hydroxide，TMAH)之顯影劑所顯影，而不需經過曝光過程；該低阻值層9亦可被去離子水所顯影。該低阻值層9較佳地具有較光阻6為高之軟烤溫度；當低阻值層9之軟烤溫度小於光阻6之軟烤溫度時，低阻值層9被會光阻塗佈後的軟烤製程影響；另一方面，當低阻值層9之軟烤溫度小於光阻之軟烤溫度時，在光阻上進行軟烤製程，該軟烤製程係同時施加於光阻6與低阻值層9。
化學增幅型光阻6係成型於低阻值層9之上；由於低阻值層9，光阻6的厚度小於100nm。雖然應用於相位移層8之空白光罩已說明於實施例五，但說明於實施例五的技術亦可應用於不具有相位移層8之雙光空白罩幕(binary blank mask)及雙光硬質空白罩幕(binary hard mask blank mask)。
接著，可應用上述空白罩幕以製作一光罩。
藉由使用電子束設備來曝光光阻，並以具有2.38% TMAH之顯影劑，在光阻上執行顯影製程；此時，低阻值層9可被顯影製程所移除，而不需進行另外的曝光製程，藉此即可利用典型之光罩製程製作一光罩。
綜上所述，可藉由調整金屬層與硬罩幕層之矽含量，以形成較低應力之薄膜，以及較佳臨界尺度特性、較佳登錄性(registration)與較佳缺陷(defect)特性之光罩。另外，由於應用了低阻值層，且低阻值層可在不進行曝光製程的情況下被顯影，故化學增幅型光阻劑的基板相依性可被減少，且光阻之厚度亦可減少。藉此，負載效應可達最小化，而具有較佳臨界尺度特性、較佳缺陷特性且可被應用於線寬小於45nm與32nm的光罩即可被製作。
101、102、103、104‧‧‧空白罩幕
1‧‧‧透明基材
2‧‧‧遮光層
3‧‧‧蝕刻停止層
4‧‧‧抗反光層
5‧‧‧硬罩幕層
6‧‧‧光阻
7‧‧‧金屬層
8‧‧‧相位移層
9‧‧‧低阻值層
a1‧‧‧第一蝕刻停止層
a2‧‧‧第二蝕刻停止層
第一圖係為本發明實施例一之具有單層結構金屬層的空白罩幕的側視圖。
第二圖係為本發明實施例二與實施例四之具有兩層結構金屬層的空白罩幕的側視圖。
第三圖係為本發明實施例三之具有三層結構金屬層的空白罩幕的側視圖。
第四圖係為本發明實施例五之空白罩幕的側視圖。
101‧‧‧空白罩幕
1‧‧‧透明基材
5‧‧‧硬罩幕層
6‧‧‧光阻
7‧‧‧金屬層

Claims (25)

  1. 一種空白罩幕，包含：一透明基材；一設於該透明基材上之金屬層；一設於該金屬層上之硬罩幕層；以及一設於該硬罩幕層上之光阻，其中該金屬層中之矽含量係30at%(原子百分比)至80at%；其中對比於金屬層尚未成型之該透明基材的平坦度時，該金屬層之平坦度係在小於1um的範圍中變化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之空白罩幕，其更包括一設於該透明基材與該金屬層之間的相位移層。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之空白罩幕，其更包括一蝕刻停止層，該蝕刻停止層係設於該透明基材與該相位移層之間、或者該蝕刻停止層係設於該相位移層與該金屬層之間。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該金屬層包括矽，以及該金屬層係更包括選自於鉬(Mo)、鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、及鉻(Cr)及上述材料之化合物所組成之群組中之至少一金屬材料。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該金屬層，係包括選自於遮光層、蝕刻停止層及抗反光層所組成之群組中之至少一結構層。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該金屬層具有一光密度，而在一曝光波長下，該光密度之範圍係介於2.5至3.5。
  7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該金屬層與該硬罩幕層具有一蝕刻選擇率，其值係大於5。
  8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該金屬層之矽含量係從該金屬層之表面至該透明基材逐漸增加。
  9. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該金屬層所具有之氮含量係0at%(原子百分比)至80at%。
  10. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該金屬層具有一應力絕對值，其值係小於5,000MPa。
  11. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該金屬層中具有鉭(Ta)元素。
  12. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中在波長為193nm的條件下，該金屬層具有一反射率，其值係小於25%。
  13. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該硬罩幕層係選自於金屬、金屬氧化物、金屬碳化物、金屬氮化物、金屬碳氧化物、金屬碳氮化物、及金屬碳氧氮化物所組成之群組中之一材料。
  14. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中含氯氣體乾蝕刻該硬罩幕層，但含氟氣體無法乾蝕刻該硬罩幕層。
  15. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該硬罩幕層具有一厚度，其值在3nm至30nm。
  16. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該硬罩幕層中之含有氨(NH3 )的雜質離子小於1ppmv。
  17. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其更包括一設於該硬罩幕層與該光阻之間的低阻值層。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之空白罩幕，其中該低阻值層 之厚度係3nm至50nm。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之空白罩幕，其中該低阻值層可被含鹼之顯影劑所溶解。
  20. 一種空白罩幕的製作方法，包含以下步驟：提供一透明基材；形成一金屬層於該透明基材上；形成一硬罩幕層於該金屬層上；以及形成一光阻於該硬罩幕層上，其中該金屬層中之矽含量係30at%(at%：原子百分比)至80at%；其中該相位移層、該蝕刻停止層與該硬罩幕層係利用一長距離拋鍍製程(long throw sputtering process)所製作。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之空白罩幕的製作方法，其更包括一設於該透明基材與該金屬層之間的相位移層。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之空白罩幕的製作方法，其更包括一設於該透明基材與該相位移層之間、或者設於該相位移層與該金屬層之間的蝕刻停止層。
  23. 如申請專利範圍第20項所述之空白罩幕的製作方法，其中該透明基材與靶材之間的距離係大於200mm。
  24. 如申請專利範圍第20至22項中任一項所述之空白罩幕的製作方法，其更包括形成一設於該硬罩幕層與該光阻之間的低阻值層。
  25. 一種利用申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕進行曝光與顯影製程所製造的光罩。
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