TWI427405B - 空白光罩之製造方法 - Google Patents

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Noriyasu Fukushima
Hiroki Yoshikawa
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Description

空白光罩之製造方法
本發明是關於空白光罩之製造方法，更詳細而言是關於當作半導體積體電路、CCD(電荷耦合元件)、LCD(液晶顯示元件)用彩色濾光片及磁頭等之微細加工所使用之光罩素材的空白光罩之製造技術。
隨著高積體化，半導體積體電路製造等所使用之微影法技術是以提升解像度為目的，朝使曝光裝置所使用之曝光光線之波長予以短波長化，若藉由2004年最新之ITRS(國際半導體技術)之關於微影法之載入映像(load map)，則進行自屬於紫外線光源之g線(波長λ=436nm)或i線(λ=365nm)朝向屬於遠紫外線光源之KrF線(波長λ=248nm)或ArF線(波長λ=193nm)予以短波長化，並且於2007年超薄型(half-pitch)為65nm之hp65移至ArF液浸，然後於2010年超薄型為45nm之hp45，移動F2或是ArF液浸和提升解像度技術(RET：resolution enhancement technology)之組合。
如此一來，可想像最前端技術領域中之光罩(及當作該素材之空白光罩)之需要至少要確實保持至2010年，即使在2010年預想的超薄型32nm之hp32及2016年所預想之超薄型22nm之hp22中，也被指摘有可能使用採用光罩之微影法。
但是，若藉由當作解像性之評估量的Rayleigh之式，解像線寬度RP和焦點深度DOF則各以k1及k2當作比例定數由下式表示。
(數1)RP=k1 λ/NA…(1)
(數2)DOF=k2 λ/NA2…(2)
因此，為了使微影法微細化，除了上述短波長化之外，必須提高開口數(NA)。
以該高NA化之技術而言最近受到注目的「液浸技術」，是以比曝光環境之環境(氣體)高之折射率(n)之液體充滿曝光對象之晶圓和設置最接近該晶圓之透鏡之間，依此使NA值成為該液體之折射率倍(n倍)，取得高開口數。
即是，NA於將成像成屬於曝光對象之晶圓上之1點的光束之擴展設為±θ時，雖然將n0當作晶圓側之折射率，成為NA=n0．sinθ，但是通常在晶圓側由於為空氣(n0=1)，故成為NA=sinθ。因此，當以折射率n之液體填滿曝光對象晶圓和透鏡之間，則成為NA=n．sinθ，可以增大開口數na，可縮小解像線寬RP。
為了取得小解像線寬RP，由上述(1)可知，降低k1因子也為有效之方法，因此RET則有藉由自單純之圓形使有效光源之形狀變形之「變形照明」所產生之方法，或藉由以相同掩罩使晶圓朝投影光學系之光軸風向移動而 曝光之FLX等之「多重曝光」所產生之方法等。
另外，由上式(2)可知，曝光波長之短波長化在降低解像線寬RP為有效，相反會成為導致降低焦點深度DOF之結果，產生對製造良率波及壞影響之問題。即是，曝光波長之短波長化對於縮小k因子轉印微細構造則有利，相反的焦點深度DOF下降，故於光罩平坦度不充分時，則有引起失焦降低製品良率之問題。
作為改善該缺點之方法之一則有相位偏移法。相位偏移法是使用相位偏移光罩以互相鄰接之圖案之相位大概成為180°不同之方式執行圖案形成。即是，因曝光光線之相位藉由設置在相位偏移光罩之相位偏移膜180°變換，故通過形成有相位移位膜圖案之區域的光和不存在相位偏移膜之區域之光，在區域之境界部份成為光強度0，其結果，可以取得高DOF，提升圖像對比度。並且，相位偏移光罩具有交互型(Levenson型)或半明暗型(Halftone)等，尤其藉由使用半明暗型相位偏移光罩，可大幅度改善DOF。
作為半明暗型相位偏移光罩提案有其構造比較單純之單層型掩罩，作為如此單層型相位偏移光罩提案有具有由氧化矽鉬(MoSiO)、氮氧化矽鉬(MoSiON)所構成之相位偏移膜者等(例如參照專利文獻1)。
作為如此相位偏移光罩之製造方法用藉由微影法使相位偏移空白光罩予以圖案形成之方法。該微影法是在相位偏移空白光罩塗佈光阻，藉由電子線或紫外線使所欲之部 份感光，顯像此，使感光部份之相位偏移膜表面予以露出。然後，將圖案製作之光阻膜當作掩罩使用，藉由蝕刻除去露出之相位偏移膜而使基板面露出，之後，藉由剝離光阻膜，取得相位偏移光罩。
然而，為了形成裝置之多層構造，於使用多數片之光罩時，必須要高重疊精度。然後，該重疊精度是隨著圖案之微細化不得不更高。
但是，在空白光罩之狀態下，於應力已蓄積於形成在基板上之薄膜時，該空白經光阻塗佈、曝光、顯像、蝕刻、光阻剝離之各工程，執行圖案描畫之時，蓄積於膜中之應力部份性被釋放，在最終所取得之光罩產生「變形」(distortion)。當具有如此之變形時，光罩之重疊精度下降，成為所描畫出之電路圖案的缺陷原因。
如此「變形」之等級是依存於應被描畫之圖案和蓄積於膜中之應力之大小，要在光罩之製程中控制或開放此極為困難。
尤其，在各薄膜之應力大概成為零之條件下，若薄膜形成，雖然不產生如此之問題，但是要找出如用以確保當作光學膜之薄膜所具備之各種特性的成膜條件，同時也為用以形成低應力之薄膜之條件的製程條件極為困難，事實上不可能。因此，必須使在可確保薄膜之各種特性之條件下成膜之工程，和謀求薄膜之低應力化之工程成為獨立之個別工程。
一般，在空白光罩中，相位偏移膜等之薄膜是藉由微 影法成膜，但是在該成膜之過程中產生應力，由於該應力基板變形，在空白光罩產生翹曲，該問題之解決方法，提案有以特定之能量密度將來自閃光燈之光照射至相位偏移膜等之光吸收性之薄膜而控制膜應力依此降低空白光罩之翹曲的技術(專利文獻2)。
〔專利文獻1〕日本特開7-140635號公報
〔專利文獻2〕日本特開2004-0223號公報
作為用以緩和薄膜應力之自外部賦予能量之手段，雖然考慮熱板、加熱器、鹵素燈、紅外線燈、鍋爐、RTA(Rapid Thermal Anneal)等，但是當藉由該些手法，由於出現賦予過剩能量使得基板溫度上昇，對基板本身造成傷害，而且處理時間變長，使得生產性降低之問題，故以專利文獻2般之藉由閃光燈執行光照射為佳。
但是，當使用閃光燈執行光照射時，由於自保持基板之承載器之基板背面側的反射，朝形成在基板上之光學膜之外圍區域照射之照射量相對於中央區域之照射量為高，產生膜之光學特性在面內出現偏差程度之問題。
本發明是鑒於如此之問題而創作出者，其目的為提供具有低應力且高面內均勻性之光學特性之光學膜的空白光罩。
本發明為了解決如此之課題，申請專利範圍第1項所記載之發明為一種空白光罩之製造方法，其特徵為：具備對設置在透明基板上之光學膜照射閃光之步驟，上述照射閃光是使用收容上述透明基板之掘削部和包圍該掘削部之側壁部的承載器而實行，上述側壁部具有相對於上述閃光之不透明區域，該不透明區域之上面的高度(H1)和收容於上述掘削部之狀態之上述透明基板之上面的高度(H2)之差(H=H1-H2)為0.0~2.5mm之範圍。
申請專利範圍第2項所記載之空白光罩之製造方法中，上述H之值為1.0~2.0mm之範圍。
申請專利範圍第3項所記載之空白光罩之製造方法中，上述承載器具備有疊層上述不透明區域之層和透明層的上述側壁部。
申請專利範圍第4項所記載之空白光罩之製造方法中，上述不透明區域是由不透明石英玻璃所構成。
申請專利範圍第5項所記載之空白光罩之製造方法中，上述承載器之掘削部具有相對於上述閃光之不透明區域，該掘削部之相對於上述閃光的不透明度，係在300~600nm之波長區域中的全波長區域，使用積分球求出之透過率為85%以下。
申請專利範圍第6項所記載之空白光罩之製造方法中，上述光學膜為相位偏移膜。
本發明因在對形成於透明基板之主面上之光學膜照射閃光之工程中，使用具有收容透明基板之掘削部和包圍該掘削部之側壁部之承載器，使該側壁部之至少一部份成為不透明區域，並且使該不透明區域之上面的高度和收容於掘削部之狀態的透明基板之上面之高度之差成為特定值，故可以提供具備抑制於閃光照射時過剩之光照射至基板端部附近區域，以低應力且光學特性之面內均勻性高之光學膜的空白光罩。
以下參照圖面，針對用以實施本發明之最佳形態予以說明。本發明者為了改善由於照射閃光所產生之光學膜之面內分布，精心研究結果，取得以下之見解。即是，基板主面之端部附近因具有無被光學膜覆蓋之區域，故射入至該區域之閃光不被光學膜吸收直接透過基板而在承載器和基板背面之間產生引起反射之現象。然後，當在如此基板背面側產生反射時，則產生光學膜之外圍區域之溫度上昇之樣子(溫度條件)與其他區域不同之結果，該溫度條件之面內不均勻。
第1圖為用以說明來自承載器之反射的樣子之圖式，該成為在上述光學膜之面內中光學特性偏差程度之原因，第1圖(A)是用以說明在接受閃光照射之基板之端部附近閃光之舉動的剖面圖，第1圖(B)是概念性表示於產 生閃光之射入、反射時形成在基板主面之光學膜之光學特性為異常之區域的平面圖。
如第1圖(A)所示般，一般之基板10的端部是以在空白光罩之製造工程中(及使用光罩時)，不產生裂紋等之方式，倒角成錐狀。再者，在基板10之主面並不是於該全面形成光學膜11，基板端部區域10a是露出基板面。並且，如此基板端部區域10a之寬度一般為1mm左右。
於照射閃光時，不僅垂直照射至載置在承載器12上之基板10的閃光，也存在自圖中所示之斜方向射入至基板10之閃光，自基板端部區域10a傾斜射入之閃光不被光學膜11吸收，而透過基板10中，在基板背面側反射該反射光自背面被照射至形成在基板10主面之光學膜11。來自基板背面側之反射即使在光學膜11之其他區域也產生，此時之射入光為再次藉由光學膜11吸收，強度下降之透過光在基板背面側反射而再次射入至光學膜的光。
因此，為於基板端部10a附近之膜(光學膜11之外圍區域)僅以藉由光學膜11而不被吸收之狀態的射入光引起背面反射，則受到比其他區域更多之閃光照射。
賦予比其他區域更多光照射能量之光學膜11之外圍區域，其光學特性容易產生異常。例如，第1圖(B)所示般，確認出在基板10之端部附近之光學膜11之外圍區域，產生與基板10之邊平行延伸之帶狀之光學特性異常區域11a等之現象。
在此，本發明中，於閃光照射時在載置基板之承載器設置「掘削部」，在該「掘削部」之中收容基板執行閃光照射。然後，藉由調整成為該「掘削部」之周圍的側壁部之高度(掘削深度)，抑制朝光學膜之外圍區域的背面反射，以謀求在光學膜內之閃光照射量之均勻化。
第2圖為用以說明本發明中所使用之承載器之基本構造例之圖式，第2圖(A)為疊層相對於閃光為透明之材料(12a)和不透明之材料(12b)而形成承載器12之側壁部之構造，第2圖(B)為僅以不透明材料(12b)形成側壁部之構造，然後，第2圖(C)為以透明材料(12a)薄塗層不透明材料(12b)之表面的構造。並且，即使在此圖式之任一承載器中，側壁部之上面側皆以不透明材料(12b)所形成。
在此，符號12a所圖示之透明材料為例如透明石英，符號12b所示者為(由具有氣泡之石英玻璃等所構成)為不透明石英等。相對於不透明材料(12b)之閃光的不透明度是考慮設置在基板10上之光學膜之組成或膜厚，以及閃光處理時之照射光能等之各種條件之關係，以成為適當範圍之方式藉由素材選擇或厚度設定而決定。
該些承載器12之側壁部之高度被設定成與基板10之上面位置持有特定關係。第2圖所示之例不僅特定值(H)變高，而且該側壁部份(至少部份性)是對於閃光為不透明之材料所構成。因此，如圖中所示，自傾斜方向射入之閃光(以hν表示)藉由承載器12之掘削部周圍之側 壁部之不透明石英部12b吸收光或亂反射，抑制直接射入至基板10端部區域之閃光在基板10之背面被反射，或傾斜射入至承載器12之側壁部之閃光直接射入至承載器12之掘削部表面而反射至基板表面之現象。其結果，減輕該些背面反射光背面射入至設置在基板10主面之光學薄膜而賦予過剩光能的情形。
並且，第2圖(A)至(C)是圖示以不透明材料(12b)形成側壁部之上面側之承載器之態樣，將承載器12之側壁部上面和基板10之上面之高度之差設為H，於在如此之不透明材料(12b)上又疊層透明材料之層之態樣的側壁之時(參照第2圖(D))，上述H之值則由不透明材料(12b)層之上面和基板上面之位置之差所給予。
若使用如此構成之承載器執行閃光燈光照射，實行光學膜中之應力緩和時，因謀求閃光照射量之均勻化，故可在維持光學膜特性之面內均勻性之狀態中緩和光學膜之應力。例如，在合成石英玻璃或氟化鈣等之透明基板上，形成可吸收自閃光燈所照射之光的光學膜(例如相位偏移膜)之後，將該基板載置在上述構成之承載器，對光學膜照射閃光執行緩和膜中之應力後，因應所需，在該光學膜上形成其他光學膜等而成為空白光罩。
並且，作為接受閃光照射之光學膜，雖然例式形成於空白光罩之相位偏移膜、遮光膜、反射防止膜等，但是當考慮在一般閃光照射條件下，在大約1毫秒之間以大約20J/cm2 之能量照射300nm以上之波長時，於該波長之光 吸收能太高時，若不使用特別之減光手段則有可能破壞膜。此點，相位偏移膜(尤其半明暗型相位偏移膜)因原本該膜本身具有某程度之減光效果，故不用太擔心照射閃光所產生之膜破壞。即是，閃光照射是在相位偏移空白光罩之製造為佳，於接受閃光照射之光學膜為半明暗相位偏移膜之時，於該閃光照射之後，形成遮光膜或反射防止膜等，而取得半明暗型相位偏移空白光罩。
閃光燈為發光時間短持有高照度連續寬幅之波長區域的光源，例如氙閃燈。因此，與使用雷射光源之時不同，不需要光吸收膜相對於特定波長之光表示大吸收之膜。因此，藉由閃光照射之手法能夠應力控制之膜組成等之限制極為緩和，應用範圍為寬廣。再者，也不需要在基板上掃描照射光，可以在基板全面以短時間執行光照射(賦予能量)。並且，為了持有在寬廣波長區域之光譜，亦可以同時取得各種波長之光的照射效果。
當如此之閃光照射至半明暗相位偏移膜等之光學膜(閃光吸收膜)時，由於該照射光之吸收或急速溫度變化等使得膜組成或原子之結合狀態等變化而產生應力緩和。
〔實施例〕
首先，在一邊6吋之角型石英基板上藉由反應性DC濺鍍形成膜厚700Å由MoSiON所構成之半明暗相位偏移膜。並且，該相位偏移膜是相對於ArF準分子雷射(193nm)之曝光光線的相位差為180°，並且該透過率為裸 基板之大概6%。然後，將該基板(即是具有相位偏移膜之基板)加熱至溫度80℃之後，以將相位偏移膜朝上之狀態載置於具有掘削部之承載器上，自上方照射氙閃光燈光線。此時，準備各種變更掘削深度(即是承載器之側壁部之高度)的第2圖(C)所示之類型的承載器，使用各個承載器實行閃光照射。
第3圖為將所使用之承載器之側壁上面和基板上面之位置之差(H)當作橫軸，求出閃光照射後之半明暗相位偏移膜之透過率之面內偏差程度的結果之圖式。
如該圖所示般，透過率之面內偏差程度是依存於承載器之掘削深度。於側壁上面比基板上面之位置低時(H值為負)，偏差程度則比較大，使用H值為-6mm之承載器執行閃光照射之相位偏移膜之面內偏差程度為大約0.35%。但是，當使側壁上面越接近基板上面位置時，面內均勻性變高，使用使側壁上面和基板上面之位置一致(H=0mm)之承載器時之面內偏差程度大約為0.12%。並且，於將側壁上面設定成比基板上面之位置高之位置的H=+1.5mm之時，則表示大約0.09%之極小值，之後，表示當H值變大時，有面內偏差程度漸漸變高之傾向(H=+2.0mm，大約0.10%，H=+2.5mm，大約0.14%)。
在此，於側壁上面比基板上面之位置低時，偏差程度比較大之原因，應該如先前所說明般，由於基板主面之端部附近以屬於光學膜之相位偏移膜覆蓋，故閃光不被相位偏移膜吸收，直接在承載器和基板之間引起反射，依此成 為閃光照射處理中之膜面內之溫度不均勻之原因。
另外，於H=+1.5mm之時表示極小值之後，表示面內偏差程度漸漸變高之傾向的理由，應該是當側壁過高時，側壁自閃光遮蔽相位偏移膜之一部份，由於該遮蔽效果使得閃光照射處理中之膜面內溫度不均勻。
若藉由第3圖所示之結果，上述H之值若為0.0~+2.5mm之範圍，則可將透過率之面內偏差程度抑制在0.15%以下，當將H之值設為+1.0~2.0mm之範圍時，則可以將面內偏差程度值抑制在0.10%以下。
實施例中，雖然使用由石英玻璃所構成之「具有氣泡之玻璃」當作承載器之不透明材料，但是該材料並不限定於此。再者，承載器除第2圖所示之類型外可為各種態樣，亦可為多數疊層全體以不透明材料所構成之不透明層和透明層。
如第2圖(C)所示般，於掘削部也以不透明材料所形成之承載器之構成時，相對於該掘削部之閃光的透過率變低(反射率高)。其結果，垂直照射至基板之閃光透過基板中而在承載器表面反射閃光再次朝基板射入，提高有助於控制設置在基板主面之光學膜之應力的閃光成分，可有效利用有助於光學膜之應力控制的光能，可將照射光能設定低。然後，將閃光照射之能量抑制為低，對於確保光學膜所具備之光學性特性之均勻面內分布也有效。
此時，掘削部之「不透明度」是在300~600nm之波長區域中之全波長區域，使用積分球(例如島津紫外線可 視分光光度計UV-2400PC)所求出之透過率為85%以下(更佳為80%以下，又更佳為75%以下)。作為如此「不透明度」之控制方法可考慮藉由HF處理使不透明材料之表面射為適當粗度，或調整氣泡玻璃之「氣泡」之大小或密度，調整疊層透明玻璃和氣泡玻璃之時的氣泡玻璃之層厚。
為了容易控制積蓄於相位偏移膜等之光學膜中之歪量(應力量)，閃光照射之量是被控制成特定量以下之光能。該是由於當閃光照射量過高時，光學膜之膜質受損，除此之外有由於過剩照射所得膜受到破壞之虞。閃光照射光之能量之「特定量」是依存於製造出之空白光罩所具備有之光學膜之光學特性，例如於相位偏移光罩之時，依存於相位偏移膜之膜厚、透過率。
當作相位偏移膜，則有例如以單層或多層包含含非晶矽膜、氧、氮、碳等之金屬化合物膜等，尤其含有矽、矽以外之金屬、自氧、氮及碳中所選擇出之1種或2種以上之層的相位偏移膜，為該光學特性控制性優良之膜。並且，相位偏移膜中所含有之矽以外之金屬則可舉出W、Mo、Ti、Ta、Zr、Hf、Nb、V、Co、Cr或是Ni等，但是由降低照射閃光後之彎曲或提更耐藥品性之觀點來看，以Mo為根基為佳。作為如此組成之相位偏移膜，則有氧化矽鉬(MoSiO)、氮化矽鉬(MoSiN)、碳化矽鉬(MoSiC)、氮氧化矽鉬(MoSiON)、碳氧化矽鉬(MoSiOC)或是碳氮氧化矽鉬(MoSiONC)等，如此之鉬 矽之相位偏移膜是可以藉由使當MoSi等當作靶材之反應性濺鍍法而形成。
被照射閃光之相位偏移膜為上述般之鉬矽系之膜時，以KrF、ArF、F2 雷射曝光用作為膜規格也是可能，該透過率在200~1100nm之波長範圍中，依KrF用、ArF用、F2 之順序變高。即是，由於膜質不同光之吸收效率不同，故藉由閃光燈所產生之照射能量也有各適正區域，必須以KrF、ArF、F2 之順序增大。
具體而言，對於相對於KrF雷射之波長(248nm)之光具有5~7%之透過率之相位偏移膜，閃光照射能量是熱值測定器之測定值為21.5J/cm2 之特定量。再者，對於相對於ArF雷射之波長(193nm)之光具有5~7%之透過率之相位偏移膜，閃光照射能量為32.5J/cm2 之特定量。又，對於相對於F2 雷射之波長(157nm)之光具有5~7%之透過率之相位偏移膜，閃光照射能量為41.5J/cm2 之特定量。若藉由諾馬斯基顯微鏡(Nomarski microscope)觀察時，則確認出當以比上述值更高之光能照射相位偏移膜時，基板表面之相位偏移膜之一部份被破壞。
並且，在本發明中，閃光燈之單位發光時間(一次發光所需之時間)一般為設定在100μsec~1sec之範圍。並且，當閃光燈之照射時間短時，照射波長則有偏移至短波長側之傾向，當閃光燈之照射時間長時，則有照射波長偏移至長波長之傾向。因此，本實施例是將閃光燈之單位發光時間設定在0.1μsec~100msec之範圍內，具體而言 設為1msec左右之照射時間。
以上，雖然藉由實施例針對關於本發明之空白光罩之製造的技術予以說明，但是上述實施例只不過是用以實施本發明之例，本發明並不限定於此。各種將該些實施例予以變形之例亦屬於本發明之範圍內，並且只要在不脫離本發明之主旨可變形成其他各種實施例。
〔產業上之利用可行性〕
本發明是提供具備有低應力且面內均勻性之光學特性之光學膜的空白光罩之製造方法。
10‧‧‧基板
10a‧‧‧基板端部區域
11‧‧‧光學膜
11a‧‧‧光學特性異常區域
12‧‧‧承載器
12a‧‧‧透明材料
12b‧‧‧不透明材料
第1圖為用以說明來自承載器之反射樣子的圖式，該反射成為在光學膜面內產生光學特性之偏差程度之原因。
第2圖為用以說明本發明所使用之承載器之基板構造例的圖式。
第3圖為將承載器之側壁上面和基板上面之位置之差(H)設為橫軸，求出照射閃光後之半明暗相位偏移膜之透過率之面內偏差程度的結果之圖式。
10‧‧‧基板
12‧‧‧承載器
12a‧‧‧透明材料
12b‧‧‧不透明材料

Claims (6)

  1. 一種空白光罩之製造方法，其特徵為：具備對設置在透明基板上之光學膜照射閃光之步驟，上述照射閃光是使用收容上述透明基板之掘削部和包圍該掘削部之側壁部的承載器而實行，上述側壁部具有相對於上述閃光之不透明區域，該不透明區域之上面的高度(H1)和收容於上述掘削部之狀態之上述透明基板之上面的高度(H2)之差(H=H1-H2)為0.0~2.5mm之範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之空白光罩之製造方法，其中，上述H之值為1.0~2.0mm之範圍。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所記載之空白光罩之製造方法，其中，上述承載器具備有疊層上述不透明區域之層和透明層的上述側壁部。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所記載之空白光罩之製造方法，其中，上述不透明區域是由不透明石英玻璃所構成。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所記載之空白光罩之製造方法，其中，上述承載器之掘削部具有相對於上述閃光之不透明區域，該掘削部之相對於上述閃光的不透明度，係在300~600nm之波長區域中的全波長區域，使用積分球求出之透過率為85%以下。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所記載之空白光罩之製造方法，其中，上述光學膜為相位偏移膜。
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