TWI460530B - 空白罩幕及其製造方法、與使用該空白罩幕的光罩 - Google Patents

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Description

空白罩幕及其製造方法、與使用該空白罩幕的光罩
本發明係有關於一種空白罩幕、空白罩幕的製造方法及利用其所製造的光罩，尤指一種應用於線寬小於90奈米(nm)，特別是小於45 nm的空白罩幕、空白罩幕的製造方法及利用其所製造的光罩。
為了達成電路圖樣的微型化以提高積體電路的積層性，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，電路線寬變得越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，在微影製程中，需要些技術來製作出高精度且微小的線路圖案於一光罩上。
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、蝕刻及清洗等步驟以形成圖樣。該金屬層可包含一遮光層。依據上述傳統的製作方法，當光阻形成圖樣時，巨觀負載效應與微負載效應即可能發生。因此，即使曝光時將相同尺寸的圖樣成型於光阻上，該些圖樣的尺寸仍會因圖樣密度的不同而出現差異。當較低層結構利用光阻為蝕刻遮罩而進行蝕刻時，即使利用相同顯影劑、或相同蝕刻液、或相同數量的蝕刻氣體，其所進行的反應速率與單位面積的移除率仍會因圖樣的積層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，在圖樣密度較高的區域，用以蝕刻金屬層的蝕刻自由基濃度會往金屬層的較低部分逐漸遞減。結果，金屬圖樣上半部分與金屬圖樣下半部分的臨界尺寸就會產生差異。相反地，在圖樣密度較低的區域，例如一獨立、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。結果可造成底切現象(undercut)，使金屬圖樣的上半部分與下半部分產生相當大的臨界尺寸差異。
當光阻的厚度較薄時，負載效應、細微圖樣之線性度(linearity)、與精確性(fidelity)可被提升。然而，當下層結構被成型圖樣，光阻之圖樣可能被破壞而改變其外觀(configuration)。更嚴重的是，因為下層結構可被破壞，就難以將圖案精確地轉製於該下層結構。
此外，當光阻上的圖樣變得微小化，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，當深寬比增加，光阻圖樣的外觀較易被破壞。因此，當下層結構使用受到破壞的光阻為遮罩來進行成型圖樣的製程時，圖樣轉製的精確度則會下降。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，當圖樣微小化時，光阻必須變薄以避免形成過大的深寬比。
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，當下層結構被成型圖樣時，硬罩幕層與光阻均會受到破壞。因此，硬罩幕層的厚度與其材質的考量是重要的。
化學增幅型之光阻劑(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+ )。該強酸可被曝光後之烘烤製程(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)，以調整其反射特性、蝕刻特性及光密度；然而，由於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。結果導致化學增幅型光阻劑可能無法被顯影。若化學增幅型光阻劑無法被顯影，高解析度就很難達成。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，其可應用於約小於90 nm的線寬，特別是小於45 nm的線寬，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作上述空白罩幕的方法。
為了達成上述目的，本發明具有以下態樣：
態樣一
一種空白罩幕，其包含：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，其中該金屬層的矽含量約為30at%(原子量百分比)至80at%。
態樣二
在態樣一中，空白罩幕更包括有一相位移層，其係設於透明基材與金屬層之間。
態樣三
在態樣二中，空白罩幕更包括有一蝕刻停止層，該蝕刻停止層係設於該透明基材與該相位移層之間，或者設於該相位移層與該金屬層之間。
態樣四
在上述態樣一至三的其中之任一，該金屬層之真平度係小於約1微米(um)，而該數值係對比於金屬層尚未成型之該透明基材的真平度。
態樣五
在上述態樣一至三的其中之任一，該金屬層包括矽材料及至少一金屬材料，該金屬材料係選自鉬(Mo)、鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、及鉻(Cr)或上述材料所組成之群組。
態樣六
在上述態樣一至三的其中之任一，該金屬層包括至少一結構層，該結構層係選自一遮光層、一蝕刻停止層及一抗反光層所組成之群組。
態樣七
在上述態樣一至三的其中之任一，該金屬層具有一光密度，而在一曝光波長下，該光密度之範圍係約介於2.5至3.5。
態樣八
在上述態樣一至三的其中之任一，該金屬層與該硬罩幕層具有一蝕刻選擇率，其值係約大於5。
態樣九
在上述態樣一至三的其中之任一，該金屬層的矽含量係沿著該金屬層之表面至該透明基材所界定的方向逐漸增加。
態樣十
在上述態樣一至三的其中之任一，該金屬層所具有之氮含量約為0at%至80at%。
態樣十一
在上述態樣一至三的其中之任一，該金屬層具有一應力絕對值，其值係約小於5,000百萬帕斯卡(MPa)。
態樣十二
在上述態樣一至三的其中之任一，該金屬層中具有鉭(tantalum，Ta)元素。
態樣十三
在上述態樣一至三的其中之任一，在波長為193 nm的條件下，該金屬層具有一反射率，其值係約小於25%。
態樣十四
在上述態樣一至三的其中之任一，該硬罩幕層係選自由金屬、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。
態樣十五
在上述態樣一至三的其中之任一，該硬罩幕層係可被含氯氣體所乾蝕刻，而不可被含氟氣體所乾蝕刻。
態樣十六
在上述態樣一至三的其中之任一，該硬罩幕層具有一厚度，其值約在3 nm至30 nm。
態樣十七
在上述態樣一至三的其中之任一，該硬罩幕層中之含有氨(NH4 + )的雜質離子之濃度係小於1體積濃度比(parts per million by volume,ppmv)。
態樣十八
在上述態樣一至三的其中之任一，空白罩幕更包括一設於該硬罩幕層與該光阻之間的低阻值層。
態樣十九
在態樣十八中，該低阻值層之厚度約介於3 nm至50 nm。
態樣二十
在態樣十八中，該低阻值層可被含鹼之顯影劑所溶解。
態樣二十一
一種空白罩幕的製作方法，包含以下步驟：提供一透明基材；製作一設於該透明基材上之金屬層；製作一設於該金屬層上之硬罩幕層；以及製作一設於該硬罩幕層上之光阻，其中該金屬層的矽含量約為30at%至80at%。
態樣二十二
在態樣二十一中，更包括製作一設於該透明基材與該金屬層之間的相位移層。
態樣二十三
在態樣二十二中，更包括製作一蝕刻停止層於該透明基材與該相位移層之間，或者於該相位移層與該金屬層之間。
態樣二十四
在上述態樣二十一至二十三的其中之任一，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所製作。
態樣二十五
在態樣二十四中，一靶材與該透明基材之間的距離係約大於200 mm(毫米)。
態樣二十六
在上述態樣二十一至二十三的其中之任一，更包括製作一設於該硬罩幕層與該光阻之間的低阻值層。
態樣二十七
利用態樣一至三的其中之任一所述之空白罩幕進行曝光與顯影製程所製作之光罩。
藉此，本發明的有益效果在於：空白罩幕之金屬層中的矽含量約佔30at%至80at%，該金屬層之真平度係控制在小於約1um，該數值係對比於金屬層尚未成型之該透明基材的真平度。因此，當金屬層進行乾蝕刻時，自由基離子(radical ion)的密度差異性可被最小化。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，較高精度的圖樣與圖樣轉印即可用於製作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。
根據本發明之實施例，製作一空白罩幕的方法包含以下步驟：製作一相位移層、一金屬層、一硬罩幕層及一光阻於一透明基材上之。該金屬層的真平度(flatness)係於約小於1um的範圍中變化，該數值係對比於金屬層尚未成型之該透明基材的真平度。
當該空白罩幕為一種二元明暗度空白罩幕(binary intensity blank mask)時，製作方法包括：步驟a1：提供一提供一透明基材；步驟b1：製作一金屬層於步驟a1所提供之透明基材上；步驟c1：製作一硬罩幕層於步驟b1所製作之金屬層上；以及步驟d1：製作一光阻於步驟c1所製作之硬罩幕層上。
當該空白罩幕為一種相位移空白罩幕(phase shift blank mask)時，製作方法包括：步驟h1：提供一透明基材；步驟i1：製作一相位移層於步驟h1所提供之透明基材上；步驟j1：製作一蝕刻停止層於步驟i1所製作之相位移層上；步驟k1：製作一金屬層於步驟j1所製作之蝕刻停止層上；步驟l1：製作一硬罩幕層於步驟k1所製作之金屬層上；以及步驟m1：製作一光阻於步驟l1所製作之硬罩幕層上。
接下來，依據本發明的多種實施例，更多的製作方法及相關條件係揭露如下。
在步驟a1與h1中，上述透明基材可包括鈉鈣玻璃(sodalime)、合成石英(synthetic quartz)或氟化鈣(CaF2)等材料。該透明基材在I線(波長約365nm)至氬氟(ArF)雷射(波長約為193nm)範圍下，其穿透率(transmissivity)約大於至少85%，上述波長範圍係主要是微影製程的光源波長。另外，在浸潤式微影製程(immersion lithography)的情況下，該透明基材的雙折射率(birefringence)係小於約5 nm/6.35 mm。
在步驟a1與h1中，透明基材的真平度之絕對值小於約1 um。
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，若金屬層為單層結構，該單層結構可遮蔽光線。若金屬層為單層結構，金屬層具有從該單層結構之表面至該透明基材的連續組成。該金屬層包括矽材料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)、及金屬之氧化物、金屬之碳化物、金屬之氮化物、金屬之氧碳化物、金屬之碳氮化物及金屬之氧碳氮化物。另外，金屬層之矽含量係由該單層結構之表面至該透明基材而逐漸(gradually)增加。
在步驟b1與k1中，若金屬層為兩層或多層結構，該金屬層可用作一可遮蔽光線的遮光層及一可減少光反射的抗反光層。當乾蝕刻執行時，一蝕刻停止層可進一步被形成，以補償臨界尺寸的差異，而該差異係由於最上層結構所導致的負載效應所造成的。該蝕刻停止層具有較最上層結構為小的蝕刻率。舉例來說，具有三層結構的金屬層包括抗反光層(即最上層結構)、蝕刻停止層與遮光層。當乾蝕刻進行時，蝕刻停止層可補償抗反光層的負載效應所造成之臨界尺寸的差異，接著，藉由負載效應，遮光層可被蝕刻，以補償臨界尺寸的差異。
在步驟b1與k1中，該金屬層的之矽含量係約佔30at%至80at%；當矽含量小於30at%，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，進而改變其光學特性。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，該金屬層中的矽含量須加以控制；而當該金屬層中之矽含量係約為30at%至80at%，金屬層的應力與光學特性可獲致較佳的平衡。
在步驟b1與k1中，在一曝光波長下，該金屬層的光密度係約介於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約大於5。
在步驟b1與k1中，該金屬層的厚度係介於約20 nm至60 nm。當金屬層的厚度小於約20 nm，金屬層之光密度甚差。當金屬層的厚度大於約60 nm，微影的臨界尺寸就因負載效應而變得難以控制。
在步驟b1與k1中，該金屬層係為一氮化層，氮含量約佔0at%至80at%。當氮含量大於約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約小於5,000 MPa。上述應力絕對值可由以下公式所求得：
其中，應力值可由金屬層在成型前與成型後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5,000 MPa，該基板就會呈現明顯的彎曲，而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)元素，以控制該金屬層的應力。一般而言，當薄膜成型時，其成型的條件與材料組成會影響薄膜應力；而鉭(Ta)元素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、射頻(RF)濺鍍製程、或離子束沉積製程所製作；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。在一實施例中，使用長距離拋鍍製程可易於控制金屬層的均勻性，進而可獲得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193 nm的條件下，該金屬層之表面反射率(surface reflectance)係約為25%。
在步驟c1與i1中，硬罩幕層具有金屬；硬罩幕層可選自金屬、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。
在步驟c1與i1中，硬罩幕層之金屬可選自鈦(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。
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約5。
在步驟c1與i1中，硬罩幕層之厚度約在3 nm至30 nm。當硬罩幕層之厚度小於3 nm，硬罩幕層不足以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30 nm，蝕刻時間大幅拉長而降低生產力，且在蝕刻製程中有可能發生負載效應，故難以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約5,000 MPa。
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用以降低應力絕對值在約5,000 MPa以下。為了控制薄膜應力，表面處理程序可在薄膜沉積之前、沉積過程中或沉積之後進行。而一種方法，如降溫製程(cooling process)以及一種利用外接能源的方法，都可作為表面處理之方法。而上述應力控制的步驟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(sheet resistance)介於約10 Ω/□(單位面積)至10 kΩ/□之間。
在步驟c1與i1中，硬罩幕層可用直流濺鍍製程、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來製作硬罩幕層。在一實施例中，靶材與基板之間的距離係約大於200 mm以確保硬罩幕層的較佳均勻性。
在步驟c1與i1中，硬罩幕層可包含有雜質離子，例如含有氨(NH4 + )之二鹽基雜質離子，該雜質離子之濃度係小於約1 ppmv。該二鹽基雜質離子可與強酸耦合，故可中和光阻中之強酸。由於強酸被中和了，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)的濃度係較佳地控制在小於約1 ppmv。
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約5微托爾(mtorr)的條件下操作。
在步驟c1與i1中，不經過曝光的一可顯影之下抗反射塗佈層(developable bottom antireflective coating，DBARC)更可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。該可顯影之下抗反射塗佈層之組成可類似於光阻，以提升黏著性及減少因基板相依性而出現的膜渣(scum)。再者，由於可顯影之下抗反射塗佈層可在不經曝光的條件下被顯影劑所溶解，故不需額外的清洗步驟(strip process)。
在步驟c1與i1中，當可顯影之下抗反射塗佈層係成型於硬罩幕層之上，可顯影之下抗反射塗佈層之厚度係小於50 nm，特別為30 nm。若可顯影之下抗反射塗佈層過厚，可顯影之下抗反射塗佈層的反射性即會導致光阻之光特性的下降；且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。當可顯影之下抗反射塗佈層之厚度小於30 nm，基板相依性就不易控制。
在步驟c1與i1中，當可顯影之下抗反射塗佈層係成型於硬罩幕層之上，可顯影之下抗反射塗佈層可含有強酸(如H+ 離子)，以顯影化學增幅型之光阻。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之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，當可顯影之下抗反射塗佈層係成型於硬罩幕層之上，該可顯影之下抗反射塗佈層的軟烤溫度係大於光阻之軟烤溫度。
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可包括一透明基材1、一含有鉬矽材料之金屬層7、一硬罩幕層5及一光阻6。而該金屬層7中之矽含量係在一預定範圍。
首先，該含有鉬矽(MoSi)材料之金屬層7係利用鉬矽(原子百分比為10:90)之靶材而成型於透明基材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，其量測關於金屬層7之光學與化學電阻特性(chemical-resistant)，金屬層7係浸泡於O.D.清洗劑，被硫酸加熱至約90℃以及經過標準清潔製程(SC)-1約兩小時，以觀察金屬層7的光透射率變異性(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；金屬層7之真平度(又稱平坦度，flatness)亦利用平坦度量測儀(flatmaster)加以量測。
請參考表一，關於硫酸及標準清潔製程(SC)-1的化學電阻特性是根據金屬層7中之矽含量而變化。當該金屬層7中矽含量係約佔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，在一曝光波長下，其光透射率變異性約小於5%。另一方面，當該金屬層7中矽含量小於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，在硫酸處理下，其光透射率變異性約2.34%；而在標準清潔製程(SC)-1處理下，其光透射率變異性約5.59%。
同樣地，金屬層7之真平度係根據金屬層7中之矽含量而變化。當該金屬層7中矽含量係約佔30at%至80at%，該金屬層7具有較佳的真平度，其值約小於1um。另一方面，當該金屬層7中之矽含量大於80at%(如比較例1)，該金屬層7具有較差的真平度，其值約小於1.63 um。
實施例二
請參考第二圖，本發明之實施例二之空白罩幕102可包括一透明基材1、一含有鉬矽材料之金屬層7、一硬罩幕層5及一光阻6。臨界尺度(Critical Dimension，CD)的變化是因為根據實施例一所評估之真平度的變化而導致。該金屬層7可包括一遮光層(light shielding layer)2及一抗反光層(antireflection layer)4，其係依序地疊層於該透明基材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)及一約為0.32um之表面真平度(TIR)。厚度約28nm的含有鉬矽材料之遮光層2以及厚度約17nm的含有鉬矽氮(MoSiN)材料之抗反光層4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具有約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)，且其表面真平度約為0.17um。一種型號為FEP-171的化學增幅之正光阻6係塗佈於硬罩幕層5上，其厚度約為150nm；接著進行曝光、顯影、曝光後烘烤(post exposure bake，PEB)及蝕刻之製程，以製作出光罩102。關於一臨界尺度預設為70nm的該光罩的臨界尺度變化係在四個位置上被量測，其包括中心位置與邊緣位置。而所測得之結果可知臨界尺度係在於較佳的範圍中，也就是中心位置的偏移為2nm(所測之臨界尺度為68 nm)，而邊緣位置的偏移為5nm。
比較例二
為了比較比較例二與上述之實施例二，一厚度為450埃()且含有鉬矽材料之單一金屬層7被成型出，而一含有鉻碳氧氮(CrCON)之硬罩幕層5被成型出。硬罩幕層5之表面真平度約為1.05um，另外，其金屬層7之矽含量係約佔81.02at%。一種厚度約為150nm、型號為FEP-171的化學增幅型之正光阻劑係被塗佈，接著進行曝光、顯影、曝光後烘烤及蝕刻之製程，以製作光罩。如同實施例二，關於一臨界尺度預設約為70nm的該光罩的臨界尺度變化係在中心部分與邊緣部分被量測出。量測的結果為，光罩的中心部分低於臨界尺寸1nm，而邊緣部分低於臨界尺寸12nm。因此，當真平度越大時，似乎臨界尺度的偏移就越大。
實施例三
請參考第三圖，本發明之實施例三之空白罩幕103可包括一金屬層7、一硬罩幕層5及一化學增幅型之光阻6，而上述均依序堆置於一透明基材1上。
該金屬層7係為一種三層結構，可包括一遮光層2、一蝕刻停止層(etch stop layer)3及一抗反光層(antireflection layer)4，該蝕刻停止層3係用以減少該抗反光層4進行蝕刻時的負載效應(loading effect)。
具體地說，在鉬矽(鉬與矽的比例為20:80at%)靶材及氬氣(Argon)流量為100 sccm(標準立方公分/每分鐘)的條件下，直流濺鍍(DC sputtering)被執行以沈積一厚度約為30nm的含有鉬矽材料之遮光層2於透明基材1上。而在曝光波長約為193nm時，該遮光層2之光密度約為2.82，該遮光層2之反射率約為52%。在鉬矽(鉬與矽的比例為10:90at%)靶材及氬氣/氮氣流量為95/5 sccm的條件下，直流濺鍍被執行以沈積一厚度約為5nm的含有鉬矽氮材料之蝕刻停止層3於遮光層2上。在鉬矽(鉬與矽的比例為20:80)靶材及氬氣/氮氣流量為80/20 sccm的條件下，直流濺鍍(DC sputtering)被執行以沈積一厚度約為10nm的含有鉬矽氮材料之抗反光層4於蝕刻停止層3上。藉此，曝光波長約為193nm時，該蝕刻停止層3之光密度約為3.0，該蝕刻停止層3之反射率約為19.8%。在此之後，在鉻靶材及氬氣/氧氣/氮氣/甲烷流量為40/5/10/3 sccm的條件下，反應性直流濺鍍(reactive DC sputtering)被執行以沈積一厚度約為15nm的含有鉻碳氧氮之硬罩幕層5。
依據AES的成份分析結果，遮光層2之鉬與矽的比例為Mo:Si=32:68 at%。蝕刻停止層3之鉬、矽與氮的比例為Mo:Si:N2 =12:72:16 at%。抗反光層4之鉬、矽與氮的比例為Mo:Si:N2 =19:49:32 at%。
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)。結果平均片電阻約為326 Ω/□，且並沒有電荷殘留。
一種型號為FEP-172且用於電子束曝光機台的化學增幅之正光阻劑係被塗佈成型，其厚度約為150nm；接著經過約130℃、15分鐘之軟烤製程後，即可成型一空白罩幕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。利用一乾蝕刻製程(條件：Cl2 :O2 =80sccm:5sccm，功率400 W，壓力1 Pa)並使用該光阻圖樣作為一蝕刻遮罩來轉製一硬罩幕圖案於該硬罩幕層。該光阻圖樣被移除，然後利用乾蝕刻(條件：CF4 =80sccm，功率400 W，壓力1 Pa)並使用該硬罩幕圖案作為蝕刻遮罩，以蝕刻該遮光層、蝕刻停止層與抗反光層。利用型號為CR-7S的鉻蝕刻液來移除該硬罩幕層以製作出一光罩。
另一方面，當空白罩幕103不包括蝕刻停止層時，跟上述製程相同的製程被執行。
表二係顯示依據蝕刻停止層的有無而進行臨界尺度的量測結果。當蝕刻停止層3存在時，該圖案精確性(fidelity)相對較高，且在緻密圖樣(dense pattern)之間的臨界尺度的線性度(linearity)與臨界尺度偏移(CD bias)相對較小。當蝕刻停止層3存在時，在單一圖樣(single pattern)與緻密圖樣(dense pattern)之間的臨界尺度偏移(CD bias)亦會明顯的下降。因此，因為蝕刻停止層3，圖案精確性、臨界尺度的線性度與臨界尺度偏移均可提升。
實施例四
請參考第二圖，本發明之實施例四之空白罩幕102可包括一遮光層2、一抗反光層4與一硬罩幕層5，該些結構層係依序疊層於一透明基材1上。而乾蝕刻之特性被評估出，其可用來製作一金屬層7的垂直圖樣，該金屬層7包括該遮光層2與抗反光層4。
藉由使用一鉬鉭矽(鉬：鉭：矽的比例為15:5:80 at%)靶材，含有鉬鉭矽(MoTaSi)之遮光層2被沈積成型，其厚度約為25um；藉由使用一鉬鉭矽(鉬：鉭：矽的比例為15:5:80 at%)靶材，含有鉬鉭矽氮(MoTaSiN)之抗反光層4被沈積成型，其厚度約為14um，該遮光層2與該抗反光層4構成該金屬層7。藉由使用鉻靶材，含有鉻碳氧氮(CrCON)之硬罩幕層5被沈積成型，其厚度約為10nm。在曝光波長約為193nm下，該抗反光層4具有約為2.9的光密度，以及約為20.2%的反射率。因此，抗反光層4的光密度與反射率相對地較佳。該遮光層2與該抗反光層4的組成比例係利用ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)進行分析。遮光層2具有一鉬鉭矽的組成比例(鉬：鉭：矽的比例為15:5:80 at%)；抗反光層4具有一鉬鉭矽氮的組成比例(鉬：鉭：矽：氮的比例為9:4:60:27 at%)。上述結構之密度利用X-ray反射儀(X-ray reflectometry，XRR)來分析出。遮光層2之密度約為3.2克/平方公分；抗反光層4之密度約為3.6克/平方公分。一種型號為FEP-171的化學增幅之正光阻劑6係塗佈於硬罩幕層5上，其厚度約為150nm，並利用乾蝕刻在其上製作圖樣。含有鉬鉭矽之遮光層2與含有鉬鉭矽氮之抗反光層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。結果顯示蝕刻圖樣之角度約為89度，且並未出現橫切(under cut)或底腳(footing)殘留，其結果相當優良。
濺鍍條件有所改變，以製作一含有鉬鉭矽之遮光層2與一含有鉬鉭矽氮之抗反光層4。該遮光層2的鉬鉭矽氮的比例為8:5:62:27 at%；該抗反光層4的鉬鉭矽氮的比例為9:4:60:27 at%。而遮光層2之密度約為3.8克/平方公分；抗反光層4之密度約為3.6克/平方公分。依據該遮光層2及該抗反光層4的圖樣截面觀察結果，圖樣截面之角度約為82度。此外，圖樣截面上有觀察到梯形(trapezoidal)外觀。結果是，蝕刻率會隨著薄膜密度而改變。而隨著矽含量與密度沿著深度的方向而逐漸減小，自由基離子與反應物的數量會增加。因此，在深度方向上，較佳的圖樣截面可被獲得。反之，當深度方向的矽含量與密度都相同，就較難獲得垂直的圖樣，因為薄膜與負載效應(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可包括一相位移層(phase shift layer)8、一金屬層7、一硬罩幕層5、一低阻值層(lower resist layer)9及一光阻6，而上述結構均依序成型於一透明基材1上，其中該低阻值層9具有一可顯影之下抗反射塗佈層。
含有鉬矽之相位移層8係成型於透明基材1上。在ArF或KrF之曝光波長下，該相位移層8之穿透率約為2%至25%，而該相位移層8之厚度約為60至100nm。相位移層8之材質係選自鉬矽氧(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。且相位移層8可為單層或多層結構。多層結構之中存在有一介面。即使介面不存在，當上層與下層的組成差異大於2 at%時，多個層狀結構也被區分出。上述該些薄膜的沈積方法可包括化學氣相沈積(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約200 mm的長距離拋鍍(long throw sputter，LTS)製程係被加以應用。該長距離拋鍍製程被使用時，可達到薄膜的均勻度(uniformity)與應力抑制(stress reduction)。當相位移層8係為鉬矽材料，其可被氟氣(fluorine gas)蝕刻，而含有鉻或鉭之第一蝕刻停止層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亦可用以做為一透明層與一相位移層。
含有鉬矽之金屬層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，以作為相位移層或抗反光層。此時，為了使金屬層7具有相位移層或抗反光層之功能，金屬層7可具有一介面來將相位移層或抗反光層分開；亦或是金屬層7在垂直方向上可具有一差異大於2 at%的組成比例，使得金屬層7可視為多層結構。較佳地，金屬層7之厚度大約為60 nm。具體而言，當該介面存在於相位移層與抗反光層之間時，相位移層之厚度大約為40 nm，而抗反光層之厚度大約為20 nm。在一曝光波長下，抗反光層之光密度較佳地大於約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之反射率係小於約20%。當金屬層7中之矽含量調整至介於約30 at%至80 at%之間時，金屬層7的應力可被最小化。金屬層7的應力亦可藉由長距離拋鍍製程來最小化。當相位移層8與金屬層7之材料係為含鉬矽之材料時，相位移層8與金屬層7可被氟氣所蝕刻，而含有鉻或鉭之第二蝕刻停止層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一相位移層。
含有鉻或鉭材料之硬罩幕層5係成型於金屬層7上。硬罩幕層5較佳地不被含氟氣體所蝕刻，但含氟氣體可用以蝕刻金屬層7。較佳地，硬罩幕層5的厚度小於約20 nm，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可含有鉻或鉭材料，或是由以下材料層所組成之群組中所選擇：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。
主要組成物為一聚合物(polymer)的低阻值層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之光阻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)。再一方面，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)方法所製成。低阻值層9之厚度係約介於小於3 nm至50 nm。低阻值層9可提供反射調整(reflectance adjustment function)的功能，且可含有強酸。
因為上述的強酸，低阻值層9可減少化學增幅型之光阻6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較佳地具有比光阻6高的軟烤溫度。當低阻值層9之軟烤溫度小於光阻6之軟烤溫度，低阻值層9將會被塗佈成型之光阻6的軟烤製程所影響。另一方面，當低阻值層9之軟烤溫度小於光阻6之軟烤溫度，當光阻層進行軟烤製程時，光阻6與低阻值層9會同時進行軟烤製程。
化學增幅型之光阻6係成型於低阻值層9之上。由於低阻值層9，光阻6的厚度約小於100 nm。雖然實施例五已說明相位移層8可適用於空白光罩中，實施例五所述的技術亦可應用於不具有相位移層8之二元式空白罩幕及二元式硬質空白罩幕。
接著，可應用上述空白罩幕來製作一光罩。
藉由一電子束曝光機來讓該光阻曝光。具有2.38% TMAH之顯影劑係被應用以進行光阻之顯影。此時，低阻值層9可在顯影製程中移除，而不需進行另外的曝光製程。爾後，一光罩可藉由典型的光罩製程來製作出。
綜上所述，因為金屬層與硬罩幕層之矽含量被調整，具有較低應力之薄膜可被製作出，且具有較佳臨界尺度特性、較佳登錄性(registration)與較佳缺陷(defect)特性之光罩也可被製作出。另外，該低阻值層可在不進行曝光製程的情況下被顯影，故化學增幅型之光阻劑的基板相依性可被減少，且光阻之厚度亦可以加以減少。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約45 nm與約32 nm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剖視圖。
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剖視圖。
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剖視圖。
101．．．空白罩幕
1．．．透明基材
5．．．硬罩幕層
6．．．光阻
7．．．金屬層

Claims (24)

  1. 一種空白罩幕，包含：一透明基材；一金屬層，設於該透明基材上；一硬罩幕層，設於該金屬層上；一光阻，設於該硬罩幕層上；以及一低阻值層，設於該硬罩幕層與該光阻之間；其中該金屬層的矽含量係約為30at%(at%：原子百分比)至80at%；其中該低阻值層可被含鹼之顯影劑所溶解。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之空白罩幕，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，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，其中該金屬層的真平度係小於約1微米，而該金屬層的真平度係對比於該金屬層尚未成型的該透明基材的真平度。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該金屬層包括一矽材料及至少一金屬材料，該金屬材料係選自鉬、鉭、鎢、鈦、及鉻或上述材料所組成之群組。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該金屬層包括至少一結構層，該結構層係選 自一遮光層、一蝕刻停止層及一抗反光層所組成之群組。
  7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該金屬層具有一光密度，而在一曝光波長下，該光密度之範圍係約介於2.5至3.5。
  8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該金屬層對該硬罩幕層具有一約大於5：1的蝕刻選擇率。
  9. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該金屬層的矽含量由該金屬層的一表面往該透明基材遞增。
  10. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該金屬層的氮含量係約為0at%至80at%。
  11. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該金屬層具有一約小於5,000百萬帕斯卡的應力絕對值。
  12. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該金屬層中具有鉭。
  13. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中在波長為193奈米下，該金屬層具有一約小於25%的反射率。
  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。
  15. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該硬罩幕層係可被含氯氣體所乾蝕刻，而不可被含氟氣體所乾蝕刻。
  16. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該硬罩幕層具有一約介於3奈米至30奈米間的厚度。
  17. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空白罩幕，其中該硬罩幕層中之含有氨的雜質離子之濃度係小於1體積濃度比(parts per million by volume,ppmv)。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之空白罩幕，其中該低阻值層之厚度約介於3奈米至50奈米。
  19. 一種空白罩幕的製作方法，包含以下步驟：提供一透明基材；製作一金屬層於該透明基材上；製作一硬罩幕層於該金屬層上；製作一光阻於該硬罩幕層上；以及製作一低阻值層於該硬罩幕層與該光阻之間；其中該金屬層的矽含量約為30at%至80at%；其中該低阻值層可被含鹼之顯影劑所溶解。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之空白罩幕的製作方法，更包括製作一相位移層於該透明基材與該金屬層之間。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之空白罩幕的製作方法，更包括製作一蝕刻停止層於該透明基材與該相位移 層之間，或者於該相位移層與該金屬層之間。
  22. 如申請專利範圍第19至21項中任一項所述之空白罩幕的製作方法，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所製作。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之空白罩幕的製作方法，其中一靶材與該透明基材之間的距離約大於200毫米。
  24. 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作之光罩。
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