TWI488001B - 圖型形成膜之蝕刻條件的評估方法 - Google Patents

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Description

圖型形成膜之蝕刻條件的評估方法
本發明係關於半導體積體電路、CCD(電荷耦合元件)、LCD(液晶顯示元件)用彩色濾光片、磁頭等之微細加工所用之光罩材料的空白光罩之圖型形成膜的蝕刻條件之評估方法，特別是關於形成有圖型形成膜及其蝕刻所用之蝕刻遮罩膜的空白光罩之圖型形成膜的蝕刻條件之評估方法。
近年來，半導體加工中，特別是藉由大規模積體電路之高積體化，電路圖型之微細化變得更為必要，對於構成電路之配線圖型之細線化、或用於構成單元之層間配線之接觸孔圖型的微細化技術的要求更加提高。因此，形成該等配線圖型或接觸孔圖型之光微影術所用之寫入有電路圖型之光罩製造中，伴隨上述微細化，亦要求能夠更微細且正確地寫入電路圖型之技術。
為了將更高精度之光罩圖型形成於光罩基板上，首先必須於空白光罩上形成高精度之阻劑圖型。加工實際之半導體基板時的光微影術，會進行縮小投影，故光罩圖型為實際所必要之圖型尺寸的4倍左右的大小，但是其精度並非變寬鬆，毋寧說是原版的光罩係被要求比曝光後之圖型精度所被要求者更高的精度。
進一步地，現在已在進行之微影術，所欲描繪之電路 圖型之尺寸為相當程度低於所使用之光波長的尺寸，若使用使電路形狀直接成為4倍之光罩圖型，因實際之光微影術進行時所產生的光干涉等之影響，則無法依照光罩圖型之形狀被轉印到阻劑膜。因而為了減低該等影響，光罩圖型有時必須加工為比實際電路圖型更複雜之形狀(所謂應用了OPC：Optical Proximity Correction(光學鄰近效果修正)等的形狀)、或必須成使光罩上之圖型成為考慮了光干涉之設計。因此，用以得到光罩圖型之微影術技術中，現在亦要求更高精度之加工方法。微影術性能雖然可能以極限解像度來表現，但作為此解像極限，光罩加工步驟之微影術技術中係要求與在使用了光罩之半導體加工步驟中使用的光微影術所必要之解像極限同等程度、或其以上之極限解像精度。
光罩圖型的形成中，通常，於在透明基板上具有遮光膜之空白光罩上形成光阻膜，以電子束進行圖型描繪，經顯影而得到阻劑圖型，接下來以所得之阻劑圖型作為蝕刻遮罩，蝕刻遮光膜而對遮光圖型加工，然使遮光圖型微細化時，若欲將阻劑膜之膜厚在維持與微細化前相同下加工時，膜厚對圖型之比、即所謂縱橫比會變大，阻劑之圖型形狀會劣化而使圖型轉印不易順利進行、或者隨情況而會引起阻劑圖型倒塌或剝離。因此，伴隨著微細化，有必要使阻劑膜之膜厚變薄。
另一方面，對於將阻劑作為蝕刻遮罩而進行蝕刻之遮光膜材料，至今為止多有提案，對於蝕刻之見解多已確立 為標準加工步驟，故實用上常用鉻化合物膜。作為如此者，例如以鉻化合物構成ArF準分子雷射曝光用空白光罩所必要之遮光膜者，例如於日本特開2003-195479號公報(專利文獻1)中報告有膜厚50~77nm之鉻化合物膜。
但是，鉻化合物膜等之鉻系膜之一般的乾蝕刻條件之含氧的氯系乾蝕刻，對於有機膜亦某種程度具有會蝕刻的性質。因此，為了進行更微細之圖型轉印，因上述必要性，在更薄之阻劑膜進行蝕刻時，蝕刻中阻劑膜受到損傷，而變得難以將阻劑圖型正確地轉印。因而，為了達成兼顧微細化與高精度，有必要由僅依賴於阻劑性能提高的方法中，進行提高遮光膜之加工性的遮光膜材料之再探討。
另一方面，作為遮光膜材料，相較於以往使用之鉻系材料，含有矽之材料、含有矽與過渡金屬之材料等矽系材料，對200nm以下之曝光光的遮光特性優良、且能夠以不易使阻劑圖型損傷之氟系乾蝕刻來加工，可進行更高精度之加工(專利文獻2：日本特開2007-241065號公報)。
又，為了進行更高精度之加工，作為使用蝕刻遮罩之技術，發現了藉由將鉻系材料作為蝕刻遮罩，對矽系材料之遮光膜加工，圖型依存性或側蝕刻(side etching)之加工誤差會變小(專利文獻3：日本特開2007-241060號公報)。因此，作為次世代之遮光膜材料，使用矽系材料與作為蝕刻遮罩膜之鉻系膜的遮光膜係受到期望。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開2003-195479號公報
〔專利文獻2〕日本特開2007-241065號公報
〔專利文獻3〕日本特開2007-241060號公報
隨著光罩上之圖型尺寸變小，必須使阻劑膜變薄。特別是為了形成尺寸50nm以下之光罩圖型，係要求膜厚150nm以下之阻劑膜。最佳化為如此薄之阻劑膜的蝕刻遮罩膜，必須使膜厚為30nm以下。如上所述，使用蝕刻遮罩膜時，蝕刻遮罩膜越薄，則阻劑膜亦可變薄故較佳。但是，僅以使蝕刻遮罩膜變薄之觀點來選擇蝕刻遮罩膜時，會產生於圖型形成膜發生圖型缺陷、圖型無法如所設計般形成之問題。又，蝕刻遮罩膜較佳為對圖型形成膜之蝕刻具有蝕刻耐性者。但是，對圖型形成膜之蝕刻具有蝕刻耐性之膜，對蝕刻遮罩膜之蝕刻亦多不易蝕刻，會產生無法將用以使蝕刻遮罩膜圖型化之阻劑膜變薄等問題。
蝕刻遮罩膜必須至少具有圖型形成膜蝕刻結束為止會殘存之程度的膜厚，在對蝕刻遮罩膜進行圖型形成時為了在極力使阻劑損傷小之狀態蝕刻，則盡量薄為佳。
另一方面，隨著圖型形成膜之蝕刻的蝕刻條件不同，會有對蝕刻遮罩膜之損傷大、於薄的膜厚之蝕刻遮罩膜時 膜會因蝕刻而消失、無法發揮作為蝕刻遮罩之功能之虞。
本發明係為了解決上述課題而為者，其目的為提供評估對於蝕刻遮罩膜之蝕刻圖型形成膜時之耐蝕刻性、與對於圖型形成膜之蝕刻圖型形成膜時之被蝕刻性兩者，可找出良好的蝕刻條件之圖型形成膜蝕刻條件之評估方法。
本發明者等人對蝕刻遮罩膜之蝕刻特性作探討，結果得知在蝕刻圖型形成膜時，不管蝕刻遮罩膜為何種，即使蝕刻清除時間長亦可蝕刻。
此外，得知了產生於遮光膜等之圖型形成膜之圖型缺陷等的原因為蝕刻遮罩膜之圖型化時作為蝕刻遮罩之阻劑膜，在蝕刻遮罩膜之圖型化時被蝕刻、或圖型形成膜之圖型化時作為蝕刻遮罩之蝕刻遮罩膜，在圖型形成膜之圖型化時被蝕刻。
進一步地，因為隨著蝕刻條件不同，圖型形成膜與蝕刻遮罩膜之蝕刻選擇性會相異，因此發現單純僅選擇圖型形成膜之蝕刻清除時間短的蝕刻條件，可能無法充分加工。
因而，本發明者等人，為了解決上述課題重複努力探討之結果，發現了作為相對地評估對於蝕刻遮罩膜之蝕刻圖型形成膜時之耐蝕刻性、與對於圖型形成膜之蝕刻圖型形成膜時之被蝕刻性兩者的方法，其測定以由圖型形成膜 形成光罩圖型時適用於圖型形成膜之蝕刻條件，來蝕刻蝕刻遮罩膜時的蝕刻清除時間(C1)、與蝕刻圖型形成膜時的蝕刻清除時間(C2)，藉由兩者之清除時間比(C1/C2)，來評估圖型形成膜之蝕刻條件，可選定良好的蝕刻條件，而完成本發明。
因此，本發明提供以下圖型形成膜之蝕刻條件的評估方法。
請求項1：
一種圖型形成膜之蝕刻條件的評估方法，其係具備：透明基板、用以於該透明基板上形成光罩圖型之圖型形成膜、與於該圖型形成膜上作為圖型形成膜之蝕刻遮罩使用之蝕刻遮罩膜的空白光罩的圖型形成膜之蝕刻條件的評估方法，其特徵在於：測定以由圖型形成膜形成光罩圖型時適用於圖型形成膜之蝕刻條件來蝕刻蝕刻遮罩膜時之蝕刻清除時間(C1)、與蝕刻圖型形成膜時之蝕刻清除時間(C2)，並藉由兩者之清除時間比(C1/C2)，來評估圖型形成膜之蝕刻條件。
請求項2：
如請求項1之圖型形成膜之蝕刻條件的評估方法，其中適用於上述圖型形成膜之蝕刻為氟系乾蝕刻。
請求項3：
如請求項1或2之圖型形成膜之蝕刻條件的評估方法，其中上述圖型形成膜係以含有矽與矽以外之金屬的材料形成，且上述蝕刻遮罩膜係以含有鉻且不含有矽之材料 形成。
依照本發明，可選定對圖型形成膜之良好的蝕刻條件，若由使用如此之蝕刻條件的空白光罩來製造光罩，則能夠使蝕刻遮罩膜薄膜化，故可微細加工，又，可得到光罩圖型對圖型形成膜之轉印性良好，圖型缺陷少之空白光罩。
以下，進一步詳細說明本發明。
本發明中，係評估具備：石英基板等透明基板、用以於透明基板上形成光罩圖型之圖型形成膜、與於圖型形成膜上作為圖型形成膜之蝕刻遮罩使用之蝕刻遮罩膜的空白光罩中，形成於蝕刻遮罩膜之下的圖型形成膜、較佳為鄰接於蝕刻遮罩膜而形成之圖型形成膜的蝕刻條件。
圖型形成膜中，係包含製造光罩時用以形成遮光圖型之遮光膜、用以形成相位偏移圖型之半色調相位偏移膜等之相位偏移膜等，係作為光罩使用時，作為光罩圖型賦予光學作用之光學機能膜。另一方面，蝕刻遮罩膜係於蝕刻圖型形成膜時具有蝕刻耐性之膜，且係利用其蝕刻遮罩圖型，用以蝕刻圖型形成膜之膜、即所謂硬遮罩膜。圖型形成膜、蝕刻遮罩膜均可為以單層構成之膜、亦可為以複數層構成之膜。又，圖型形成膜亦可包含抗反射膜、密合性 改善膜、保護膜等。
圖型形成膜與蝕刻遮罩膜，只要蝕刻性相異即可，例如能夠將圖型形成膜及蝕刻遮罩膜當中一者之膜，特別是圖型形成膜，作為以使用SF6 、CF4 等之氟系蝕刻氣體的氟系乾蝕刻會被蝕刻、且以使用含氯氣與氧氣之氯系蝕刻氣體的氯系乾蝕刻不易蝕刻之膜。作為如此之膜，可列舉例如矽膜、含有矽且不含有矽以外之金屬的膜、以含有矽與矽以外之金屬之材料形成的膜等。此時，上述矽以外之金屬，可列舉例如由鉬、鎢、鉭及鋯中選出之1種以上，鉬加工性優良故較佳。該等之膜亦可進一步含有由氧、氮、碳及氫中選出之1種以上的輕元素。
此時，另一者之膜(上述一者之膜為圖型形成膜時，則為蝕刻遮罩膜)，可為以使用SF6 、CF4 等氟系蝕刻氣體之氟系乾蝕刻不易被蝕刻、且以使用含有氯氣與氧氣之氯系蝕刻氣體的氯系乾蝕刻會被蝕刻之膜。作為如此之膜，可列舉例如以含有鉻且不含有矽之材料形成之膜、以含有鉭且不含有矽之材料形成之膜等。該等之膜，亦可進一步含有由氧、氮、碳及氫中選出之1種以上的輕元素。再者，氯系蝕刻氣體、氟系蝕刻氣體，均可進一步含有氦或氬等惰性氣體。
作為蝕刻之組合，可列舉使用氟系蝕刻氣體之氟系乾蝕刻、與使用含有氯氣與氧氣之氯系蝕刻氣體的氯系乾蝕刻之組合，但不限定於此。作為其他之蝕刻組合，可列舉 使用含有氯氣且不含氧氣之氯系蝕刻氣體的氯系乾蝕 刻、與使用含有氯氣與氧氣之氯系蝕刻氣體的氯系乾蝕刻之組合；使用以不同比例含有氯氣與氧氣之氯系蝕刻氣體的2種氯系乾蝕刻之組合、使用氟系蝕刻氣體之氟系乾蝕刻、與使用含有氯氣且不含氧氣之氯系蝕刻氣體的氯系乾蝕刻之組合等。
對使用蝕刻遮罩膜，形成遮光膜等圖型形成膜之光罩圖型的方法，以由圖型形成膜為MoSi系遮光膜、蝕刻遮罩膜為Cr系膜之空白光罩來製造光罩的情況作為具體例，說明其一例。
首先，準備於透明基板上依次層合有MoSi系遮光膜與Cr系蝕刻遮罩膜之空白光罩，於Cr系蝕刻遮罩膜之上形成阻劑膜。接著，加工阻劑膜而得到阻劑圖型後，以氯系乾蝕刻對蝕刻遮罩膜進行圖型加工。接著，去除阻劑膜，將蝕刻遮罩膜作為蝕刻遮罩，藉由以氟系乾蝕刻對遮光膜進行圖型加工以製造光罩。此時，可依需要去除蝕刻遮罩圖型。
為了以高精度形成微細的光罩圖型，由縱橫比之觀點，使阻劑之膜厚變薄較佳。阻劑之膜厚係依賴於將蝕刻遮罩膜進行圖型加工時的蝕刻時間。為了以薄膜阻劑而能夠充分加工，必須使蝕刻遮罩膜之蝕刻時間短。以短的蝕刻時間而能夠充分加工，係藉由(1)成為蝕刻清除時間短之膜組成．膜構成，及(2)使蝕刻遮罩膜之膜厚變薄 的至少一者而達成。
但是，使用蝕刻遮罩膜對遮光膜等之圖型形成膜加工時，蝕刻遮罩膜必須對圖型形成膜之蝕刻有充分的耐性。提高耐性，係藉由(3)成為蝕刻清除時間長之膜組成．膜構成，及(4)使蝕刻遮罩膜之膜厚增厚的至少一者而達成。
另一方面，圖型形成膜之蝕刻條件所要求者為，圖型形成膜之蝕刻清除時間短、但蝕刻遮罩膜之蝕刻清除時間長。
本發明中，係測定以由圖型形成膜形成光罩圖型時之圖型形成膜所適用的蝕刻條件來蝕刻蝕刻遮罩膜時之蝕刻清除時間(C1)、與蝕刻圖型形成膜時之蝕刻清除時間(C2)，藉由兩者之清除時間比(C1/C2)，來評估圖型形成膜之蝕刻條件。
本發明係將以由圖型形成膜形成光罩圖型時適用於圖型形成膜之蝕刻條件來蝕刻蝕刻遮罩膜時之蝕刻清除時間(C1)、與蝕刻圖型形成膜時之蝕刻清除時間(C2)的清除時間比(C1/C2)，作為FOM(Figure of Merit：性能指數)，作為圖型形成膜之蝕刻條件的指標之評估方法。
前者(C1)係相當於蝕刻圖型形成膜時之蝕刻遮罩膜的耐蝕刻性、後者(C2)係相當於蝕刻圖型形成膜時之被蝕刻性。因此，C1/C2係較大為佳、較佳為2以上、更佳為5以上。再者，C1/C2之上限雖無特殊限定，只要係以 蝕刻遮罩膜為Cr系之膜、遮光膜為MoSiN膜來構成者，實用上例如為8以下。
藉由在C1/C2較大之蝕刻條件下蝕刻圖型形成膜，可使蝕刻遮罩膜薄膜化，結果，可使將蝕刻遮罩膜圖型化時所用的阻劑膜薄膜化，可形成微細的圖型。
蝕刻清除時間，係由蝕刻開始，至膜被去除，到露出基板或下層之膜為止的時間。蝕刻清除時間可由測定蝕刻中之膜的反射率，由其變化檢測蝕刻的結束來求得，此外，可於蝕刻中觀察膜時，可藉由目視來確認基板或下層之膜之露出，判斷蝕刻的結束來求得。又，藉由以蝕刻腔室中之電漿發光光譜等之解析來分析電漿中之離子或元素，亦可由其變化檢測蝕刻的結束來求得。
蝕刻條件係有蝕刻氣體之氣體流量、氣壓、投入電漿之電力等，例如以圖1所示之乾蝕刻裝置進行乾蝕刻時，電力係可各調整施加於被處理基板側(空白光罩側)之電力(RF1：RIE(反應離子蝕刻))、與施加於感應線圈之電力(RF2：ICP感應耦合電漿)。再者，圖1中，1為腔室、2為接地、3為下部電極、4為天線線圈、5為被處理基板、RF1,RF2為高頻電源。
蝕刻氣體之氣體流量可為0.1~100sccm、氣壓可為1~10Pa、電力可為1~500W。再者，蝕刻清除時間亦可由對層合有圖型形成膜與蝕刻遮罩膜者連續蝕刻來求得，如此一來，可使評估時間縮短。
蝕刻遮罩膜之膜厚，可藉由圖型形成膜之蝕刻條件中 的蝕刻遮罩膜及圖型形成膜之蝕刻清除時間來設定。只要蝕刻遮罩膜之蝕刻清除時間比圖型形成膜之蝕刻清除時間長即可，例如可設定為1.1~5倍、特別是1.2~3倍之膜厚。蝕刻遮罩膜之膜厚雖然較薄為佳，但太薄時會產生圖型缺陷、太厚時阻劑膜會增厚，不僅對微細之圖型形成不利，圖型之粗密依存性會變大。蝕刻遮罩膜之膜厚，具體而言為1~30nm、特別是1~10nm較佳。對於如此之蝕刻遮罩膜所適用之阻劑膜的膜厚可設為30~200nm、特別是30~150nm、更佳為30~100nm。另一方面，圖型形成膜之膜厚雖隨光學機能而相異，但相對於上述蝕刻遮罩膜之膜厚，通常為10~100nm、特別是20~80nm之膜厚較適合。
本發明之圖型形成膜的蝕刻條件之評估方法，係有效於作為例如於透明基板上形成作為圖型形成膜之遮光膜、且於其上形成蝕刻遮罩膜之二元式(binary)空白光罩；或於透明基板上形成作為圖型形成膜之半色調相位偏移膜等相位偏移膜、與依需要於其上形成遮光膜、且進一步於其上形成蝕刻遮罩膜之相位偏移空白遮罩之圖型形成膜蝕刻條件的評估方法。
〔實施例〕
以下顯示實施例，來具體說明本發明，但本發明不受以下實施例限制。
〔實施例1〕
於石英基板上使MoSi系材料之遮光膜成膜，於此遮光膜上使作為蝕刻遮罩膜之Cr系材料之膜成膜。以遮光膜為MoSiN膜，其膜厚為60nm；蝕刻遮罩膜為Cr膜，其膜厚為5nm的方式來調整各成膜時間。
對經成膜之MoSi系材料的遮光膜與Cr系材料膜之蝕刻遮罩膜，使用圖1所示之蝕刻裝置，以A~G之7種乾蝕刻條件來實施氟系乾蝕刻，求得蝕刻清除時間。蝕刻條件如表1所示。
蝕刻中，測定反射率對波長675nm之檢查光之經時變化。以條件C實施蝕刻時之反射率的經時變化如圖2所示。Cr系材料膜完全被蝕刻時，MoSi系材料之遮光膜的蝕刻開始，隨著遮光膜之膜厚減少，反射率會減少，最終到達石英基板之反射率值。各自蝕刻條件之蝕刻清除時間如表2所示。
由所測定之蝕刻清除時間，求得蝕刻遮罩膜之蝕刻清除時間相對於圖型形成膜之遮光膜的蝕刻清除時間即C1/C2。該等蝕刻條件A~G中，條件A之C1/C2最高，可知為最適合的蝕刻條件。
1‧‧‧腔室
2‧‧‧接地
3‧‧‧下部電極
4‧‧‧天線線圈
5‧‧‧被處理基板
RF1,RF2‧‧‧高頻電源
〔圖1］顯示乾蝕刻裝置之一例的概略圖。
〔圖2］顯示實施例1中，以蝕刻條件C實施蝕刻時，反射率對波長675nm檢查光之經時變化之圖。

Claims (3)

  1. 一種圖型形成膜之蝕刻條件的評估方法，其係具備：透明基板、用以於該透明基板上形成光罩圖型之圖型形成膜、與於該圖型形成膜上作為圖型形成膜之蝕刻遮罩使用之蝕刻遮罩膜的空白光罩的圖型形成膜之蝕刻條件的評估方法，其特徵在於：該圖型形成膜與該蝕刻遮罩膜的蝕刻性相異；測定以由圖型形成膜形成光罩圖型時適用於圖型形成膜之蝕刻條件來蝕刻蝕刻遮罩膜時之蝕刻清除時間(C1)、與蝕刻圖型形成膜時之蝕刻清除時間(C2)，並藉由兩者之清除時間比(C1/C2)，來評估圖型形成膜之蝕刻條件。
  2. 如申請專利範圍第1項之圖型形成膜之蝕刻條件的評估方法，其中適用於上述圖型形成膜之蝕刻為氟系乾蝕刻。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之圖型形成膜之蝕刻條件的評估方法，其中上述圖型形成膜係以含有矽與矽以外之金屬的材料形成，且上述蝕刻遮罩膜係以含有鉻且不含有矽之材料形成。
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