TWI432887B - 相位移空白遮光罩，相位移光罩，及圖案轉移方法 - Google Patents

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Description

相位移空白遮光罩，相位移光罩，及圖案轉移方法
本發明有關一種用以製造半導體積體電路之相位移空白光罩及相位移光罩，尤其有關半色調型相位移光罩(其中具有曝光波長之光係藉該相位移膜減弱、用以製得該光罩之相位移空白光罩及一種圖案轉移方法。
光罩使用於各式各樣之應用，包括製造半導體積體電路諸如IC、LSI及VLSI。基本上，光罩係使用UV或電子束藉微影術於遮光膜中形成預定之圖案，而由在透明基材上具有以鉻為主之遮光膜的空白光罩製備。目前對於半導體積體電路較高積和度之需求已對較小圖案尺度產生需求。傳統之解決方式係降低曝照光之波長。
然而，降低曝照光之波長係犧牲焦點深度來改善解析度。此降低加工安定性且對產物之製造產率有負面影響。用於解決該項問題之一種有效之圖案轉移方法係相位移方法。使用相位移光罩作為轉移微型圖案之光罩。
參照圖16A及16B，說明相位移光罩，尤其是半色調相位移光罩，包括基材1及沈積於其上層之相位移劑膜2’。該光罩係由在該基材上形成圖案之相位移劑2a及基材暴露出來沒有該相位移劑2a之未覆蓋區1a所構成。在未覆蓋之基材區1a所穿透之光與相位移劑2a所穿透之光之間設定約180°之相位差。因為圖案邊界之干涉，該干涉邊界之光強度變成零，改善所轉移之影像的反差比。該相位移方法使得用以取得所需之解析度的焦點深度增加。與具有一般鉻膜形式之遮光圖案的習用光罩比較之下，達到解析度及曝光加工限度之改善。
視相位移劑之透光度而定，該相位移光罩通常針對實際應用分成全透射型相位移光罩及半色調型相位移光罩。全透射型相位移光罩對曝照光波長係透明，因為該相位移劑部分之透光度等於未覆蓋之基材區的透光度。半色調型相位移光罩中，相位移劑部分之透光度係為未覆蓋基材區之透光度的數個百分比至數十個百分比。
圖17及18係個別說明半色調型相位移空白光罩及半色調型相位移光罩之基本結構。圖17所示之半色調型相位移空白光罩具有形成於實質整個基材1表面之半色調相位移膜2’。將該相位移膜2’圖案化產生圖18所示之半色調型相位移光罩，其包括於基材1上形成圖案之相位移劑部分2a及基材不具有該相位移劑之未覆蓋區1a。通過該相位移劑部分2a之光相對於通過該未覆蓋基材區1a之光產生相位移。該相位移劑部分2a之透光度係設定於對晶圓上之光阻及進行圖案轉移之物件不敏感之光強度。是故，該相位移劑部分2a具有實質遮蔽曝照光之遮光功能。
半色調型相位移光罩包括具有單純結構及易於製造之特色的單層半色調型相位移光罩。某些技術界已知之單層半色調型相位移光罩具有MoSi基本材料(諸如JP-A 7-140635所述之MoSiO及MoSiON)的相位移劑。
雖然該半色調型相位移光罩係為以簡易方式達成高解析度之有效方式，但其因經由光罩進行曝光之波長(曝光波長)與用於光罩本身之缺陷檢測的光波長(檢測波長)之間的差異而有下列問題。
一般使用於該半色調型相位移光罩為金屬及氮氧化矽膜，其具有透光度隨著照射光波長變長而增加之傾向。曝光波長與檢測波長間比較時，檢測波長通常較長。若為使用於曝光波長193奈米之ArF激勵雷射的光罩，則缺陷檢測系統通常使用約260奈米之波長，尤其是約266奈米，其較曝光波長193奈米長。除非未覆蓋基材區與相位移劑之間有反差比，否則該缺陷檢測系統無法檢測。若相位移劑於檢測波長之透光度超過50%，則其與未覆蓋基材區之透光度的差值變得太小，而無法提供足以檢測之反差比，干擾了具有令人滿意之準確度的缺陷檢測。前述來自檢測波長與曝光波長間之差異的問題不僅與透光度有關，亦與反射性有關。
如前文所討論，期望半色調型相位移光罩之透光度及反射性對波長具有最小之相依性。為解決該項問題，對於具有多層結構之相位移膜進行研究，其中具有相位移功能之透明膜(一般為氧化物膜)與具有吸光功能之金屬膜結合。然而，具有多層結構之先前技術相位移膜之具有相位移功能之透明膜與具有吸光功能之金屬膜之間的乾式蝕刻性質具有實質差異。此必須在光罩製造中結合使用不同蝕刻氣體之蝕刻方法，增加光罩製造之成本(因為設備成本增加、步驟數目增加及製造產率降低)。
而且，具有多層結構之半色調相位移膜具有無法同時降低透光度及反射性對於波長之相依性的問題。在其中具有相位移功能之透明膜與具有吸光功能之金屬膜結合的結構中，操作其中建有雷射之缺陷修復系統，使得雷射光之能量僅集中於具有吸光功能之膜中，無法提供令人滿意之修復。
因此，本發明之目的係提供一種相位移空白光罩，其透光度對波長之相依性已最小化且可使用單一乾式蝕刻氣體加工；一種使用彼之相位移光罩；及一種圖案轉移方法。
就在基材上包括相位移多層膜之相位移空白光罩而言，本發明者發現當相位移多層膜係由至少一層吸光功能膜(其係由金屬、金屬與矽、或包含金屬或金屬與矽為主要元素而為氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、氮氧化物碳化物或氮化物碳化物形式的不飽和金屬化合物所形成)及至少一層相位移功能膜(其係由包含金屬或金屬與矽之氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、氮氧化物碳化物或氮化物碳化物所形成)所構成，吸光功能膜對於波長157至260奈米之光具有隨波長自157奈米移向260奈米而增加之消光係數k，而吸光功能膜具有最高達15奈米之厚度時，此相位移空白光罩之透光度對波長之相依性最小，且可使用單一乾式蝕刻氣體加工。
當存在一層吸光功能膜且配置成與基材相鄰時，或當存在兩層吸光功能膜，且兩層中之一配置成與基材相鄰時，缺陷(若有)可藉雷射有效地修復。當存在兩層吸光功能膜時，反射性對波長之相依性亦可最小化。變成可使用一般使用於光罩製造方法中之光偵測型缺陷檢測系統來檢測。
於一態樣中，本發明提供一種包括位於基材上之相位移多層膜的相位移空白光罩。該相位移多層膜係由至少一層吸光功能膜(其係由金屬、金屬與矽、或包含金屬或金屬與矽為主要元素而為氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、氮氧化物碳化物或氮化物碳化物形式的不飽和金屬化合物所形成)及至少一層相位移功能膜(其係由包含金屬或金屬與矽之氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、氮氧化物碳化物或氮化物碳化物所形成)所構成。該吸光功能膜對於波長157至260奈米之光具有隨波長自157奈米移向260奈米而增加之消光係數k。較佳係該吸光功能膜之消光係數k在157至260奈米波長範圍內至少為0.5。
較佳具體實施樣態中，存在一層吸光功能膜，且配置成與基材相鄰。
另一較佳具體實施樣態中，存在兩層吸光功能膜，該兩層中之一係配置成與基材相鄰。更佳情況為另一層吸光功能膜位於相位移多層膜之表面側面上的界面係位在自相位移多層膜表面起在68.75奈米內之深度。
該相位移空白光罩可進一步在該相位移多層膜上包括以鉻為主之遮光膜及/或以鉻為主之抗反射膜。
另一態樣中，本發明提供一種相位移光罩，其係藉著將前文定義之相位移空白光罩中之相位移多層膜圖案化而製得。
另一態樣中，本發明提供一種將相位移光罩上所形成之圖案轉移至物件之方法。使用可接受之相位移光罩，其係藉著使用波長為240至270奈米之光檢測相位移光罩之缺陷。或使用前述相位移光罩，而光罩之配向係使用波長為450至600奈米之光調整。
本發明相位移空白光罩之相位移多層膜的透光度對波長之相依性經最小化，可使用單一乾式蝕刻氣體加工，且對曝光波長及檢測波長皆具有較佳之透光度。因此，本發明相位移空白光罩及由其製得之相位移光罩可使用較短波長作為曝光波長。
當一層吸光功能膜配置成與基材相鄰時，或當兩層吸光功能膜中之一配置成與基材相鄰時，缺陷(若有)可有效地藉雷射修復。提供兩層吸光功能膜亦使反射性對波長之相依性減至最小。而變成可使用一般使用於光罩製造方法中之光-偵測型缺陷檢測系統來檢測。
本發明有關一種包括位於基材上之相位移多層膜的相位移空白光罩。該相位移多層膜係由至少一層吸光功能膜(其係由金屬、金屬與矽、或包含金屬或金屬與矽為主要元素而為氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、氮氧化物碳化物或氮化物碳化物形式的不飽和金屬化合物所形成)及至少一層相位移功能膜(其係由包含金屬或金屬與矽之氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、氮氧化物碳化物或氮化物碳化物所形成)所構成。該吸光功能膜對於波長157至260奈米之光具有隨波長自157奈米移向260奈米而增加之消光係數k。該吸光功能膜具有最高達15奈米之厚度。
本發明相位移空白光罩中，相位移多層膜係形成於由石英、CaF2 或對曝照光透明之材料所製得的基材上。
通常，在相位移空白光罩上作為相位移膜之金屬化合物及金屬矽化物具有視光之波長而定之透光度。例如，就一般作為半色調相位移膜之鉬及含矽之氮氧化物膜而言，在小於約300奈米之波長範圍內，其透光度隨著波長變長而大幅增加。換句話說，消光係數k隨著波長變長而降低。
當透光度具有此種傾向時，當使用波長超過157奈米之缺陷檢測系統來檢測具有透光度係針對F2 雷射(157奈米)設定之相位移膜的相位移光罩時，無法得到令人滿意之檢測。此因在檢測波長下之高透光度，故無法相對於未覆蓋基材得到充分之反差比。
為解決此項問題，本發明在相位移多層膜中收納吸光功能膜，其具有隨著波長在157奈米至260奈米範圍內變長而增加之消光係數k。
詳言之，根據本發明，該相位移多層膜係藉著結合至少一層具有吸光之主要功能之膜(吸光功能膜)與至少一層具相位移之主要功能且吸收極少量光之膜(相位移功能膜)而構成；該吸光功能膜係由金屬、或金屬與矽、或包含金屬或金屬與矽為主要元素而為氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、氮氧化物碳化物或氮化物碳化物形式之不飽和金屬化合物所形成，具有隨著波長157奈米至260奈米而增加之消光係數k；且該相位移功能膜係由包含金屬或金屬與矽之氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、氮氧化物碳化物或氮化物碳化物所形成。即使當檢測波長超過157奈米，例如介於240至270奈米範圍內時，該透光度仍不會大幅增加。此使得可使用大於曝光波長之波長作為檢測波長準確地完成有效之缺陷檢測。
如前文所述，本發明相位移多層膜符合符合對曝光波長保持所需之透光度性質且對檢測波長(較曝光波長為長)具有所需之透光度性質的矛盾要求。
該吸光功能膜以在157至260奈米波長範圍內具有至少0.5之消光係數為佳，至少1更佳。
參照圖式，說明具有該種相位移多層膜之相位移空白光罩的數個實施例。圖1說明相位移空白光罩之第一個實施例，其中一層吸光功能膜21及一層相位移功能膜22形成於基材1上。圖2說明三層結構之第二個實施例，其中吸光功能膜21係形成於基材上，之後於其上層形成第一層相位移功能膜221及第二層相位移功能膜222。圖3說明三層結構之第三實施例，其中第一層相位移功能膜221係形成於基材1上，上面形成吸光功能膜21，而上面形成第二層相位移功能膜222。圖4說明四層結構之第四實施例，其中第一層吸光功能膜211係形成於基材1上，上面依序形成第一層相位移功能膜221、第二層吸光功能膜212及第二層相位移功能膜222。較佳結構係其中交替沈積兩層吸光功能膜及兩層相位移功能膜者。
本發明中，吸光功能膜係由金屬、金屬與矽、或包含金屬或金屬與矽為主要元素而為氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、氮氧化物碳化物或氮化物碳化物形式的不飽和金屬化合物所形成。如圖5之圖所示，單一鉬(Mo)或矽(Si)膜之透光度隨著波長在接近或小於280奈米波長範圍內變長而降低。即，消光係數k隨著波長變長而增加。就此言之，包含金屬或金屬與矽之材料可降低相位移多層膜之透光度對於波長之相依性，而相對於金屬或金屬與矽具有低含量之輕元素的金屬化合物，即組成中氧、氮及碳之含量低於化學計量的不飽和金屬化合物，可降低相位移多層膜之透光度對於波長之相依性。
形成吸光功能膜之金屬、金屬與矽或不飽和金屬化合物中，該金屬可為選自過渡金屬、鑭系元素及其組合物之任何元素。其中，以Mo、Zr、Ta、Cr及Hf為佳，而Mo及Zr最佳。
本發明所使用之”化學計量”係表示一種化合物，其中構成元素具有典型價數，以提供實際之電荷平衡。具有該組成比例之元素的金屬化合物係稱為”飽和金屬化合物”。例示金屬中，Ma係為六價(6+)，Zr係為四價(4+)，Ta係為五價(5+)，Cr係為三價(3+)，Hf係為四價(4+)，且矽(Si)係為四價(4+)。在輕元素中，氧(O)係為二價(2-)，氮係為三價(3-)，且碳係為四價(4-)。詳言之，若為含有比例為1:2之鉬及矽的氧化物，則化學計量組成係為MoSi2 O7 ；若為含有比例為1:1之鉬及矽的氮化物，則化學計量組成係為MoSiN10/3 。
相反地，輕元素(即氧、氮及碳)之含量低於化學計量而脫離由價數決定之表觀電荷平衡之金屬化合物係稱為”不飽和金屬化合物”。詳言之，若為含有比例為1:2之鉬及矽的氧化物，則具有平均組成：MoSi2 O2-a (其中a係為0<a<7之正數)之化合物係為不飽和金屬化合物；若為含有比例為1:1之鉬與矽的氮化物，則具有平均組成：MoSiN(10/3)-b (其中b係為0<b<10/3之正數)之化合物係為不飽和金屬化合物。
雖然低含量之輕元素破壞前述表觀電荷平衡，但電荷平衡實際上係藉由正電荷如電洞之生成及金屬價數之改變(例如Mo之價數自六價(6+)變成三價(3+))而保持。
形成吸光功能膜之不飽和金屬化合物的較佳實例係包括不飽和金屬矽化物氧化物、不飽和金屬矽化物氮氧化物及不飽和金屬矽化物氮氧化物碳化物。至於其組成，較佳不飽和金屬矽化物氧化物基本上係由0.2 pe 80原子%之M(金屬)、19至90原子%之Si及0.1至60原子%之O組成，不飽和金屬矽化物氮氧化物基本上係由0.2至80原子%之M(金屬)、19至90原子%之Si、0.1至50原子%之O及0.1至50原子%之N組成；而不飽和金屬矽化物氮氧化物碳化物基本上係由0.2至80原子%之M(金屬)、19至90原子%之Si、0.1至45原子%之O、0.1至45原子%之N及0.1至30原子%之C組成。
吸光功能膜可藉著使用根據所需之吸光功能膜的組成適當地選擇之金屬標靶、矽標靶或金屬矽化物標靶且於惰性氣體氛圍諸如氖、氬或氪中濺鍍而形成。當吸光功能膜係由不飽和金屬化合物形成時，其亦可藉著適當地送入含氧氣體、含氮氣體及含碳氣體中之一或多種至該濺鍍氣體並進行反應性濺鍍而形成。反應性濺鍍技術之使用使得可適當地調整氧、氮及碳之組成比例，而可調整光學性質。此使得設計之自由度增加。
本發明中，相位移功能膜係由包含金屬或金屬與矽之氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、氮氧化物碳化物或氮化物碳化物形成。較佳係為具有化學計量含量之氧、氮及碳之組成的飽和金屬化合物。由飽和金屬化合物形成之相位移功能膜具有附加之抗化學性優點。
構成相位移功能膜之金屬可為選自過渡金屬、鑭系元素及其組合物的任何元素。其中，以Mo、Zr、Ta、Cr及Hf為佳，而Mo及Zr最佳。
相位移功能膜較佳係由金屬矽化物氧化物、金屬矽化物氮氧化物或金屬矽化物氮氧化物碳化物形成。至於其組成，較佳金屬矽化物氧化物基本上係由0.2至25原子%之M(金屬)、10至42原子%之Si及30至60原子%之O所組成；該金屬矽化物氮氧化物基本上係由0.2至25原子%之M(金屬)、10至57原子%之Si、2至20原子%之O及5至57原子%之N所組成；且金屬矽化物氮氧化物碳化物基本上係由0.2至25原子%之M(金屬)、10至57原子%之Si、2至20原子%之O、5至57原子%之N及0.5至30原子%之C所組成。
該相位移功能膜可藉著使用根據所需之相位移功能膜的組成適當地選擇之金屬標靶、矽標靶或金屬矽化物標靶且送入惰性氣體諸如氖、氬或氪及含氧氣體、含氮氣體及含碳氣體中之一或多種並進行反應性濺鍍而形成。
根據本發明，吸光功能膜及相位移功能膜係如前述般構成，且吸光功能膜(當具有多於一層吸光功能層時為各層)具有最厚達15奈米之厚度，以最厚達10奈米為佳，最厚達6奈米更佳，最厚達2.5奈米又更佳，而最厚達1.25奈米最佳。雖然相位移多層膜係為具有吸光功能膜與相位移功能膜之疊層的多層膜，但吸光功能膜之受控厚度確保兩種膜可使用單一乾式蝕刻氣體加工，尤其是氟化物氣體，因為其可於差異實質上不造成問題之速率下蝕刻。
先前技術相位移膜中，在使用氟化物氣體蝕刻之步驟中，有時使用金屬膜作為終止層。此情況下，金屬膜之蝕刻須使氯化物氣體。相反地，本發明相位移多層膜免除在吸光功能膜及相位移功能膜之乾式蝕刻中改變所使用之氣體種類的需要。使用適於蝕刻相位移功能膜之單一乾式蝕刻氣體，亦可蝕刻吸光功能膜。因此可藉著簡易方法之乾式蝕刻程序來製造光罩。
就某些相位移光罩而言，相位移膜中之缺陷可使用雷射光束修復。本發明之某些情況下，相位移多層膜之吸光功能膜易吸收雷射能量，而相位移功能膜不易吸收雷射能量。此在相位移多層膜照射雷射光時，會產生無法部分地進行膜移除的問題，導致修復可信度降低。
本發明較佳實施例中，存在一層吸光功能膜且配置成與基材相鄰，或存在兩層吸光功能膜，該兩層中之一配置成與基材相鄰。在此結構下，即使如前文所述般地在吸光功能膜與相位移功能膜間存在雷射吸收特性差異，該相位移多層膜仍可在易吸收能量之吸光功能膜藉雷射照射自基材表面移除時同時被剝離。即，可藉雷射有效地修復缺陷。
在自相位移空白光罩製造相位移光罩之過程中，圖案辨識有時係採用波長約550奈米之光的反射來達成。因為未覆蓋基材區與相位移劑部分之間的反差比係藉反射性差異建立，故應期望相位移劑部分(相位移膜)具有至少10%之反射性。然而，在吸光功能膜配置成與基材相鄰之結構中，在光學干涉之影響下，在550奈米附近之反射性有時低於缺陷檢測系統所需之10%的水平。
其中存有兩層吸光功能膜之本發明實施例中，兩層中之一配置成與基材相鄰，建議另一層吸光功能膜位於相位移多層膜之表面側面上的界面係位在自相位移多層膜表面起在68.75奈米(=137.5/2奈米)內之深度，更期望在34.375奈米(=137.5/4奈米)內。即使在吸光功能膜配置成與基材相鄰之結構中，550奈米附近之反射性仍為10%或更高。
本發明較佳實施例中，以鉻為主之遮光膜或以鉻為主之抗反射膜或兩者係形成於相位移多層膜上。於一較佳實施例中，如圖6所示，該相位移空白光罩另外包括位於相位移多層膜2上以鉻為主之遮光膜3。另一較佳實施例中，如圖7所示，該相位移空白光罩另包括形成於以鉻為主之遮光膜3上之以鉻為主的抗反射膜4，以降低來自遮光膜3之反射。另一較佳實施例中，如圖8所示，相位移空白光罩係依所述次序包括相位移多層膜2、第一以鉻為主之抗反射膜4、以鉻為主之遮光膜3及形成於基材上之第二以鉻為主的抗反射膜4’。在圖6至8中應注意相位移多層膜2係由吸光功能膜21及相位移功能膜22所構成。
該以鉻為主之遮光膜或以鉻為主之抗反射膜較佳係由碳氧化物(CrOC)、氮氧化碳化鉻(CrONC)或兩種之多層組合物製得。
該以鉻為主之遮光膜或以鉻為主之抗反射膜可藉反應性濺鍍形成。詳言之，該標靶係為鉻本身或添加有氧、氮、碳或其組合物的鉻。該濺鍍氣體係為惰性氣體，諸如氖、氬或氪，其中添加二氧化碳氣體以作為碳來源。
例如，可用以形成CrONC膜之濺鍍氣體係包括氣體混合物，其包含含碳氣體(例如CH4 、CO2 、CO)、含氮氣體(例如NO、NO2 、N2 )及含氧氣體(例如CO2 、NO、O2 )中之至少一種或任何該種氣體混合物與惰性氣體諸如氬、氖或氪結合。使用CO2 氣體或CO氣體作為碳及氧兩者之來源對於基材平面之均勻性及製造期間之控制性特別有利。濺鍍氣體各可分別送入濺鍍艙內，或某些或所有該等氣體可先混合，之後送入該艙內。
該CrOC膜較佳基本上係由20至95原子%(尤其是30至85原子%)之Cr、1至30原子%(尤其是5至20原子%)之C及1至60原子%(尤其是5至50原子%)之O；而CrONC膜基本上係由20至95原子%(尤其是30至80原子%)之Cr、1至20原子%(尤其是2至15原子%)之C、1至60原子%(尤其是5至50原子%)之O及1至30原子%(尤其是3至20原子%)之N所組成。
本發明相位移光罩係藉著將位於前述相位移空白光罩上之相位移多層膜圖案化而製得。
詳言之，藉著將圖1所示之位於相位移空白光罩上的相位移多層膜2圖案化，製得圖9所示之相位移光罩。該相位移光罩包括經圖案化之相位移劑部分2a及位於其間之未覆蓋基材區1a。
具有圖9所示結構之相位移光罩可藉圖10所示方法製造。在相位移多層膜2藉前述方法形成於基材1上之後，在膜2上形成光阻膜5(圖10A)。光阻膜5經微影圖案化(圖10B)，之後相位移多層膜2進行蝕刻(圖10C)，之後剝除光阻膜5(圖10D)。此方法中，光阻膜之施加、圖案化(曝光及顯影)、蝕刻及移除光阻膜可藉已知方法進行。應明瞭相位移多層膜2可使用單一蝕刻氣體整體蝕刻。
當以Cr為主之膜(例如以鉻為主之遮光膜及/或以鉻為主之抗反射膜)形成於相位移多層膜上時，上層以Cr為主之膜(以鉻為主之遮光膜3)保留在基材1之邊緣(參照圖11)的相位移光罩可藉著蝕刻去除位在待進行曝光之區域中而以Cr為主之膜3，暴露出相位移多層膜2，之後將該相位移多層膜2圖案化成前述部分2a而製得。或相位移光罩可藉著施加光阻於該以Cr為主之膜3上並將該光阻圖案化，之後蝕刻該以Cr為主之膜3及相位移多層膜2以進行圖案化。該以Cr為主之膜3僅有待曝光之區域藉選擇性蝕刻移除，使相位移圖案暴露於表面。
位於本發明相位移空白光罩及相位移光罩上之相位移多層膜的透光度對波長具有經最小化之相依性，可使用單一乾式蝕刻氣體加工，且在曝光波長及檢測波長皆具有較佳透光度。因此，本發明相位移空白光罩及相位移光罩可作為適用於ArF激勵雷射曝光之高透光度半色調相位移空白光罩及相位移光罩，及適用於F2 雷射曝光之半色調相位移空白光罩及相位移光罩(唯不限於此)。
當缺陷檢測係使用波長約240至270奈米之光(尤其是一般使用於目前缺陷檢測系統具有260至270奈米波長之光)進行時，本發明相位移光罩確定缺陷檢測之可信度。在檢測適用於ArF激勵雷射曝光之高透光度半色調相位移空白光罩及相位移光罩，及適用於F2 雷射曝光之半色調相位移空白光罩及相位移光罩尤然。當所使用之檢測光係為波長較260奈米短之光(例如，波長約240奈米之光)時，可得到高可信度之缺陷檢測。
本發明相位移光罩係用以將形成於相位移光罩上之圖案轉移至物件上。在使用之前，該相位移光罩係可接受或有缺陷可藉著使用波長240至270奈米之光的缺陷檢測來判斷。之後可在較先前技術高之準確度下選擇(通過)適當之相位移光罩並排除(拒斥)缺陷之相位移光罩。結果，程序產率增高，而產物變成具有一致的品質。
本發明相位移光罩在450至600奈米波長下具有約10%之反射性。此使得該相位移光罩可藉著使用波長為450至600奈米之光辨識其上之圖案而調整配向，確定後續極準確之曝光。
實施例
以下出示實驗、實施例及對照例以說明本發明，唯本發明不受限於此。
實驗1-4
於石英基材上形成含有Mo、Zr及Si之不飽和金屬化合物的薄膜。評估其消光係數k之波長相依性。該不飽和金屬化合物薄膜係如下沈積。
Ar氣體及N2 及/或O2 氣體係於表1所示之流速下進料，以作為濺鍍氣體。在氣體進料期間，濺鍍艙中之氣體壓力設定為0.1Pa。藉著於燒結Mo5 ZrSi54 標靶兩側施加500W放電功率並於30rpm下旋轉該基材，沈積以MoZrSi為主之不飽和金屬化合物的膜。評估此等膜之消光係數k的波長相依性，結果出示於圖12。應注意氣體流速係於0℃及1atm(1013hPa)下測定。
如圖2所示，藉著於濺鍍沈積期間添加少量氧及/或氮所得之不飽和金屬化合物膜對於波長介於157至260奈米範圍內之光具有隨著波長自157奈米至260奈米而增加之消光係數k。
實施例1
製備如圖2所示具有沈積於基材上之三層結構的相位移多層膜之相位移空白光罩。
首先，將吸光功能膜沈積於石英基材上。至於濺鍍氣體，於15cm3 /min流速下送入Ar氣體。氣體進料期間，於濺鍍艙中設定0.15Pa之氣體壓力，藉著於燒結MoSi2 標靶兩側施加560W放電功率並於Si單晶標靶兩側施加1000W之放電功率，且於30rpm下旋轉該基材，沈積厚度為2.5奈米而由鉬及矽所組成之薄膜(MoSi膜)，形成吸光功能膜。就該沈積而言，使用圖3所示包括兩標靶之d.c.濺鍍系統(相同系統使用於後續沈積)。圖13之系統包括艙101，其中基材1係安置於旋轉架105上，放置MoSi2 標靶102a及矽標靶102b，其個別電連於電源106a及106b。該艙101具有濺鍍氣體入口103及氣體卸料口104。
其次，沈積第一層相位移功能膜。同法進行沈積，不同處係放電功率在MoSi2 標靶兩側為200W，而在Si標靶兩側為1000W，濺鍍氣體係為15cm3 /min Ar、100cm3 /min N2 及1cm3 /min O2 之混合物，氣體壓力為0.25Pa。含有鉬及矽之飽和化合物的薄膜(MoSiON薄膜)係沈積至厚度40奈米。
此外，沈積第二層相位移功能膜。同法進行沈積，不同處係為放電功率在MoSi2 標靶兩側為200W，而在Si標靶兩側為1000W，濺鍍氣體係為5cm3 /min Ar、50cm3 /min N2 及1cm3 /min O2 之混合物，氣體壓力為0.1Pa。含有鉬及矽之飽和化合物的薄膜(MoSiON薄膜)係沈積至厚度45奈米。
相位移多層膜係設計成在193奈米波長(ArF激勵雷射)提供180°之相位差及18%之透光度。
所得之相位移空白光罩之相位移多層膜係藉下列測試檢測。
透光度之波長相依性
使用分光光度計，在光入射於透明基材上時測量該相位移多層膜之透光度。結果繪於圖14之圖中。由圖14可見在260奈米附近之透光度係低達40%。
乾式蝕刻
該相位移多層膜係進行CF4 乾式蝕刻，即，在60W功率、2Pa壓力及4分鐘週期下，使用CF4 與O2 於80:1(SCCM)比例下之混合物的乾式蝕刻。經蝕刻薄膜之剖面係於掃描式電子顯微鏡下觀察。經蝕刻之剖面具有可接受之形狀，吸光功能膜與相位移功能膜之間未發現階差。
反射性之波長相依性
使用分光光度計，在光入射於膜表面時測量該相位移多層膜之反射性。結果亦繪於圖14之圖中。由圖14可見在較400奈米長之波長下的反射性係低於10%。
雷射修復之簡易性
該相位移多層膜以雷射光照射，以確定是否可僅移除該膜之期望區。確定相位移多層膜僅有期望區可完全移除，而暴露出透明基材。
由此等結果發現相位移多層膜可進行缺陷檢測，因為其於缺陷檢測所必要之260奈米附近具有約40%之透光度，而對於具有至少400奈米之波長的光之反射性低於10%。該相位移多層膜可藉乾式蝕刻法單獨使用CF4 圖案化，且藉雷射有效地修復。因此，其係符合光罩製造方法之改良相位移膜。
實施例2
製備如圖4所示具有沈積於基材上之四層結構的相位移多層膜之相位移空白光罩。
藉著先於如同實施例1吸光功能膜所使用之條件(不同處係厚度為1.25奈米)下將第一層吸光功能膜沈積於石英基材上，之後於如同實施例1所使用條件下沈積第一層相位移功能膜，於如同第一層之條件下沈積第二層吸光功能膜，最後於如同實施例1所使用之條件下沈積第二層相位移功能膜，而製得相位移多層膜。
該相位移多層膜係設計成在193奈米波長(ArF激勵雷射)提供180°之相位差及18%之透光度。
所得之相位移空白光罩之相位移多層膜係藉下列測試檢測。
透光度之波長相依性
藉如同實施例1之方法測量該相位移多層膜之透光度。結果繪於圖14之圖中。由圖14可見在260奈米附近之透光度係低達40%。
乾式蝕刻
該相位移多層膜係藉著如同實施例1之方法進行乾式蝕刻。經蝕刻之剖面具有可接受之形狀，吸光功能膜與相位移功能膜之間未發現階差。
反射性之波長相依性
藉由如同實施例1之方法測量該相位移多層膜之反射性。結果亦繪於圖14之圖中。由圖14可見在較400奈米長之波長下的反射性係高於10%。確認該多層膜係為可藉由設計以取得反射性之反差比的檢測系統有效地檢測之相位移膜。
雷射修復之簡易性
該相位移多層膜以雷射光照射，以確定是否可僅移除該膜之期望區。確定相位移多層膜僅有期望區可完全移除，而暴露出透明基材。
由此等結果發現相位移多層膜完全可進行缺陷檢測，因為其對於193至600奈米寬幅波長內之光具有高於10%之反射性，而於缺陷檢測所必要之260奈米附近具有約40%之透光度。該相位移多層膜可藉乾式蝕刻法單獨使用CF4 圖案化，且藉雷射有效地修復。因此，其係符合光罩製造方法之改良相位移膜。
實施例3
製備如圖3所示具有沈積於基材上之三層結構的相位移多層膜之相位移空白光罩。
藉著依序連續於基材上沈積第一層相位移功能膜、一層吸光功能膜及第二層相位移功能膜，而製得相位移多層膜。此等層係如同實施例1中之對應層，且係於如同實施例1之條件下沈積。
該相位移多層膜係設計成在193奈米波長(ArF激勵雷射)提供180°之相位差及18%之透光度。
所得之相位移空白光罩之相位移多層膜係藉下列測試檢測。
透光度之波長相依性
藉如同實施例1之方法測量該相位移多層膜之透光度。結果繪於圖14之圖中。由圖14可見在260奈米附近之透光度係低達40%。
乾式蝕刻
該相位移多層膜係藉著如同實施例1之方法進行乾式蝕刻。經蝕刻之剖面具有可接受之形狀，吸光功能膜與相位移功能膜之間未發現階差。
反射性之波長相依性
藉由如同實施例1之方法測量該相位移多層膜之反射性。結果亦繪於圖14之圖中。由圖14可見在較400奈米長之波長下的反射性係高於10%。確認該多層膜係為可藉由設計以取得反射性之反差比的檢測系統有效地檢測之相位移膜。
雷射修復之簡易性
該相位移多層膜以雷射光照射，以確定是否可僅移除該膜之期望區。確定相位移多層膜僅有期望區可完全移除，而暴露出透明基材。在少數情況下，一部分相位移膜殘留於該透明基材上。
由此等結果發現相位移多層膜完全可進行缺陷檢測，因為其對於193至600奈米寬幅波長內之光具有高於10%之反射性，而於缺陷檢測所必要之260奈米附近具有約40%之透光度。該相位移多層膜可藉乾式蝕刻法單獨使用CF4 圖案化，且藉雷射有效地修復。因此，其係符合光罩製造方法之改良相位移膜。
實施例4
製備如圖2所示具有沈積於基材上之三層結構的相位移多層膜之相位移空白光罩。
藉著如同實施例1般沈積層而製得相位移多層膜，不同處係吸光功能膜係於下列條件下沈積。至於濺鍍氣體，送入15cm3 /min Ar、5cm3 /min N2 及1cm3 /min O2 之氣體混合物。氣體進料期間，濺鍍艙中氣體壓力設定為0.15Pa。藉著於燒結之MoSi2 標靶兩側施加560W之放電功率且於Si單晶標靶施加1000W之放電功率，並於30rpm下旋轉該基材，沈積厚度為6奈米而包含鉬及矽為主要元素之不飽和化合物的膜(富含MoSi之膜或MoSiON膜)，形成吸光功能膜。
該相位移多層膜係設計成在193奈米波長(ArF激勵雷射)提供180°之相位差及18%之透光度。
所得之相位移空白光罩之相位移多層膜係藉下列測試檢測。
透光度之波長相依性
藉如同實施例1之方法測量該相位移多層膜之透光度。在260奈米附近之透光度係低達約42%。
乾式蝕刻
該相位移多層膜係藉著如同實施例1之方法進行乾式蝕刻。經蝕刻之剖面具有可接受之形狀，吸光功能膜與相位移功能膜之間未發現階差。
反射性之波長相依性
藉由如同實施例1之方法測量該相位移多層膜之反射性。在較450奈米長之波長下的反射性係低於10%。
雷射修復之簡易性
該相位移多層膜以雷射光照射，以確定是否可僅移除該膜之期望區。確定相位移多層膜僅有期望區可完全移除，而暴露出透明基材。
由此等結果發現相位移多層膜可進行缺陷檢測，因為其於缺陷檢測所必要之260奈米附近具有約42%之透光度，而對於具有至少450奈米之波長的光之反射性低於10%。該相位移多層膜可藉乾式蝕刻法單獨使用CF4 圖案化，且藉雷射有效地修復。因此，其係符合光罩製造方法之改良相位移膜。
實施例5
製備如圖2所示具有沈積於基材上之三層結構的相位移多層膜之相位移空白光罩。
藉著如同實施例1般沈積層而製得相位移多層膜，不同處係吸光功能膜係於下列條件下沈積。至於濺鍍氣體，送入15cm3 /min Ar、8cm3 /min N2 及1cm3 /min O2 之氣體混合物。氣體進料期間，濺鍍艙中氣體壓力設定為0.15Pa。藉著於燒結之MoSi2 標靶兩側施加560W之放電功率且於Si單晶標靶施加1000W之放電功率，並於30rpm下旋轉該基材，沈積厚度為6奈米而包含鉬及矽為主要元素之不飽和化合物的膜(富含MoSi之膜或MoSiON膜)，形成吸光功能膜。
該相位移多層膜係設計成在193奈米波長(ArF激勵雷射)提供180°之相位差及18%之透光度。
所得之相位移空白光罩之相位移多層膜係藉下列測試檢測。
透光度之波長相依性
藉如同實施例1之方法測量該相位移多層膜之透光度。在260奈米附近之透光度係低達約44%。
乾式蝕刻
該相位移多層膜係藉著如同實施例1之方法進行乾式蝕刻。經蝕刻之剖面具有實際上可接受之水平，在吸光功能膜與相位移功能膜之間發現不嚴重之階差。
反射性之波長相依性
藉由如同實施例1之方法測量該相位移多層膜之反射性。在較470奈米長之波長下的反射性係低於10%。
雷射修復之簡易性
該相位移多層膜以雷射光照射，以確定是否可僅移除該膜之期望區。確定相位移多層膜僅有期望區可完全移除，而暴露出透明基材。
由此等結果發現相位移多層膜可進行缺陷檢測，因為其於缺陷檢測所必要之260奈米附近具有約44%之透光度，而對於具有至少470奈米之波長的光之反射性低於10%。該相位移多層膜可藉乾式蝕刻法單獨使用CF4 圖案化，且藉雷射有效地修復。因此，其係符合光罩製造方法之改良相位移膜。
對照例1
製備具有沈積於基材上之單層相位移膜之相位移空白光罩。
該相位移膜係藉著送入5cm3 /min Ar、50cm3 /min N2 及2cm3 /min O2 之氣體混合物作為濺鍍氣體而沈積。氣體進料期間，濺鍍艙中氣體壓力設定為0.1Pa。藉著於燒結之MoSi2 標靶兩側施加200W之放電功率且於Si單晶標靶施加1000W之放電功率，並於30rpm下旋轉該基材，沈積厚度為70奈米而包含鉬及矽之飽和化合物的膜(MoSiON膜)。
該相位移膜係設計成在193奈米波長(ArF激勵雷射)提供180°之相位差及18%之透光度。
所得之相位移空白光罩之相位移膜係藉下列測試檢測。
透光度之波長相依性
藉如同實施例1之方法測量該相位移膜之透光度。結果繪於圖15之圖中。在260奈米附近之透光度係低於55%，表示難以藉缺陷檢測系統來檢測。
乾式蝕刻
該相位移膜係藉著如同實施例1之方法進行乾式蝕刻。經蝕刻之剖面具有實際上可接受之形狀，因為該相位移膜係為單層。
反射性之波長相依性
藉由如同實施例1之方法測量該相位移膜之反射性。結果繪於圖15之圖中。在較290至360奈米之波長範圍內的反射性係低於10%。
雷射修復之簡易性
該相位移多層膜以雷射光照射，以確定是否可僅移除該膜之期望區。確定相位移膜僅有期望區可完全移除，而暴露出透明基材。
由此等結果發現相位移膜實質上無法以缺陷檢測系統進行缺陷檢測，因為其對於波長至少400奈米之光具有低於10%之反射性，而於缺陷檢測所必要之260奈米附近具有高於50%之透光度。該缺陷檢測步驟係為光罩製造中之關鍵步驟之一。可在較260奈米短之波長進行測量的缺陷檢測系統極為昂貴，實質上目前並無實用之系統。在目前情況下，在約260奈米之透光度高於50%無法進行缺陷檢測。因此具有此種結構之相位移膜難以應用於適於ArF激勵雷射曝光之高透光度半色調相位移光罩及適於F2 雷射曝光之半色調相位移光罩。
對照例2
製備如圖2所示具有沈積於基材上之三層結構相位移多層膜的相位移空白光罩。
該相位移多層膜係如實施例1般沈積，不同處係吸光功能膜具有18奈米之厚度。
所得之相位移空白光罩的相位移多層膜藉下列測試進行檢測。此處僅採用乾式蝕刻及雷射修復簡易性之測試，因為透光度因實施例而易。
乾式蝕刻
相位移多層膜係藉如同實施例1之方法加以乾式蝕刻。經蝕刻之膜的剖面係於SEM下觀察。因為蝕刻速率差異的結果，於吸光功能膜與第一層相位移功能膜之間發現表觀階差。該吸光功能膜具有低蝕刻速率，使得其蝕刻花費較長時間。此種表現影響該光罩平面中之圖案變化的可能性。
雷射修復之簡易性
該相位移多層膜以雷射光照射，以確定是否可僅移除該膜之期望區。確定相位移多層膜僅有期望區可完全移除，而暴露出透明基材。
該相位移多層膜難以藉單一氣體蝕刻來圖案化。
1．．．基材
1a．．．未覆蓋基材區
2．．．相位移多層膜
2’．．．相位移劑膜
2a．．．相位移劑
3．．．遮光膜
4．．．第一以鉻為主之抗反射膜
4’．．．第二以鉻為主之抗反射膜
5．．．光阻膜
21．．．吸光功能膜
22．．．相位移功能膜
211．．．第一層吸光功能膜
212．．．第二層吸光功能膜
221．．．第一層相位移功能膜
222．．．第二層相位移功能膜
圖1說明本發明相位移空白光罩之第一實施例。
圖2說明本發明相位移空白光罩之第二實施例，包括一層配置成與基材相鄰之吸光功能膜。
圖3說明本發明相位移空白光罩之第三實施例，包括一層配置成與基材分離之吸光功能膜。
圖4說明本發明相位移空白光罩之第四實施例，包括兩種吸光功能膜，一層配置成與基材相鄰。
圖5係為出示Mo及Si之透光度相對於波長的圖。
圖6係為具有以鉻為主之遮光膜的相位移空白光罩之剖面圖。
圖7係為具有以鉻為主之遮光膜及以鉻為主之抗反射膜之相位移空白光罩之剖面圖。
圖8係為具有以鉻為主之遮光膜及以鉻為主之抗反射膜之相位移空白光罩之剖面圖。
圖9係為本發明之一實施例中之相位移光罩的剖面圖。
圖10以剖面圖說明本發明製造相位移光罩之方法。
圖10A出示上面形成有光阻膜之空白光罩，圖10B出示該光阻膜經圖案化之後的結構，圖10C出示蝕刻後之結構，且圖10D出示移除光阻膜之後的結構。
圖11係為出示本發明另一實施例之相位移光罩的剖面圖。
圖12係為出示MoZrSi系統之不飽和金屬化合物膜的消光係數k之波長相依性的圖。
圖13係為實施例所使用之d.c.濺鍍系統的示意圖。
圖14係為出示實施例1至3相位移空白光罩之透光度及反射性的波長相依性之圖。
圖15係為出示對照例1相位移空白光罩之透光度及反射性的波長相依性之圖。
圖16A及16B說明半色調相位移光罩之操作原理。
圖16B係為圖16A中之X區的放大圖。
圖17係為先前技術相位移空白光罩之剖面圖。
圖18係為自圖17之空白光罩製得之先前技術相位移光罩的剖面圖。

Claims (10)

  1. 一種製造相位移光罩之方法，包括以下步驟：提供一相位移空白光罩，其包含在基材上之相位移多層膜，該相位移多層膜係由下列者組成：至少一層吸光功能膜，其係由金屬、金屬與矽、或包含金屬或金屬與矽為主要元素而為氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、氮氧化物碳化物或氮化物碳化物形式的不飽和金屬化合物所形成，及至少一層相位移功能膜，其係由包含金屬或金屬與矽之氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、氮氧化物碳化物或氮化物碳化物所形成，該吸光功能膜對於波長157至260奈米之光具有隨波長自157奈米移向260奈米而增加之消光係數k，而吸光功能膜具有最高達15奈米之厚度；及使用單一乾式蝕刻法於相位移功能膜及吸光功能膜上以對該相對移多層膜進行圖案化。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中對相位移多層膜進行圖案化係使用單一乾式蝕刻氣體於相位移功能膜及吸光功能膜上。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該單一乾式蝕刻氣體為氟化物氣體。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該吸光功能膜在157至260奈米波長範圍內提供至少0.5之消光係數k。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中存在一層該吸光功能膜且配置成與基材相鄰。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該吸光功能膜具有最高達2.5奈米之厚度。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該相位移空白光罩進一步包含位在該相位移多層膜上之以鉻為主之遮光膜及以鉻為主之抗反射膜中之至少一者。
  8. 一種由如申請專利範圍第1至7項中任一項之方法製得之相位移光罩。
  9. 一種將相位移光罩上所形成之圖案轉移至物件之方法，其中使用可接受之相位移光罩，該相位移光罩係藉著以波長為240至270奈米之光來檢測如申請專利範圍第8項之相位移光罩的缺陷而加以選擇。
  10. 一種將形成於相位移光罩上之圖案轉移至物件的方法，其中使用如申請專利範圍第8項之相位移光罩，而該光罩之配向係使用具有450至600奈米之波長的光來調整。
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