TWI501023B - 空白遮罩及使用其的光罩 - Google Patents

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Description

空白遮罩及使用其的光罩 【相關申請案】
本申請案主張基於2011年10月17日提出申請的韓國專利申請案第2011-0105833號的優先權及權利，所述韓國專利申請案的揭露內容以引用方式全文併入本文中。
本發明涉及一種用於在製造半導體元件時所用的光罩的空白遮罩、一種光罩、以及一種用於製造所述光罩的方法，更具體而言，本發明涉及一種用於光罩的空白遮罩以及一種使用所述空白遮罩的光罩，所述空白遮罩為薄的且由具有不同反射率的金屬膜及硬膜形成，從而可測量關鍵尺寸(critical dimension，CD)及在其中檢驗缺陷。
隨著半導體元件變得越來越精細，其性能及功能(例如，高的運行速度、低的功耗等)已得到改良，且製造成本已降低。因此，越來越需要製造更為精細的半導體元件。已使用微影(lithography)技術來製造精細的半導體元件。與曝光元件及抗蝕劑材料(resist material)一起用於執行微影技術的轉印遮罩(transfer mask)已受到很大關注，微影技術是用於製造精細半導體元件的關鍵技術。
近來，已開發出45nm半間距後世代(post-45nm-half-pitch generation)的半導體元件。45nm的半間距是193nm的1/5，193nm是ArF準分子雷射器的曝光光線的波長。為製造45nm半間距後世代的半導體元件，僅使 用解析度增強技術(resolution enhancement technology，RET)(例如，傳統的相反轉(phase inversion)及離軸照明(off-axis illumination))以及光學鄰近修正(optical proximity correction，OPC)技術是不夠的。因此，需要浸沒式曝光微影(immersion exposure lithography)技術或雙圖案化(double patterning)技術。
當製造具有形成於透明基板上的遮光膜圖案的光罩時，使用具有遮罩圖案的抗蝕劑膜作為蝕刻遮罩，以在金屬膜上執行乾式蝕刻。因此，抗蝕劑膜也會被蝕刻及消耗，從而降低光罩的解析度。為解決此問題，應將金屬膜形成為薄膜。然而，在此種情形中，光罩的光學密度會減小。
為解決此問題，已開發出一種用於硬遮罩的空白遮罩，在所述空白遮罩中，在基板上形成矽化鉬(MoSi)類金屬膜及鉻基硬膜。在使用鉻類硬膜時，可減小抗蝕劑膜上的負載，並在遮罩圖案被轉錄(transcribe)至鉻類硬膜(其為薄膜)上時防止光罩的解析度降低。所述用於硬遮罩的空白遮罩是用於以由無機材料形成的硬膜代替由有機材料形成的傳統抗蝕劑膜作為蝕刻遮罩來蝕刻下方的薄膜。在此種情形中，硬膜可薄於傳統的抗蝕劑膜，從而提高縱橫比(aspect ratio)及相對於欲被蝕刻的金屬膜的蝕刻選擇性。因此，當使用硬膜作為蝕刻遮罩來蝕刻金屬膜時，根據圖案密度及圖案之間的距離而產生的負載效應可能會降低，從而改善關鍵尺寸(critical dimension，CD)目標值偏差(mean to target，MTT)、CD線性度、CD均 勻性等等。
當應用上述用於硬遮罩的空白遮罩來製造具有32nm或32nm以下的半間距、尤其是具有22nm或22nm以下的半間距的元件時，可能會出現以下問題。
第一，硬膜可能具有差的蝕刻特性。
圖1A至圖1D為使用傳統的硬膜來製造光罩的過程的剖視圖。參照圖1A，形成空白遮罩，在所述空白遮罩中，在基板10上形成金屬膜20、硬膜30及抗蝕劑膜40。隨後，如圖1B所示，將抗蝕劑膜40圖案化，以形成抗蝕劑圖案40a，並使用抗蝕劑圖案40a作為蝕刻遮罩來執行蝕刻製程，以形成硬膜圖案30a。隨後，如圖1C所示，使用硬膜圖案30a作為蝕刻遮罩來蝕刻金屬膜20，以形成金屬膜圖案20a。參照圖1D，移除硬膜圖案30a，從而完成光罩的製造。
然而，由於硬膜30具有數Å至數十Å的薄厚度，因此在蝕刻製程期間，當硬膜30的蝕刻速率小於或大於所需水準時，會出現例如CD偏差(bias)的問題。例如，如果硬膜30的蝕刻速率高，則會出現偏離(skew)(例如，CD超過目標CD)並難以控制CD。如果硬膜30的蝕刻速率過低，則抗蝕劑膜40(其為上層膜)的厚度會減小，並在硬膜30上產生負載效應。具體而言，所期望的元件的CD變得越來越精細。因此，硬膜30的蝕刻特性極為重要。
第二，光罩的解析度及圖案保真度(fidelity)受金屬膜厚度的限制。
當使用硬膜作為蝕刻遮罩來將金屬膜圖案化以形成具有32nm或32nm以下的半間距且尤其是具有22nm或22nm以下的半間距的精細圖案，從而製造光罩時，光罩的解析度及圖案保真度會受金屬膜厚度的影響。
更具體而言，隨著動態隨機存取記憶體(dynamic random access memory，DRAM)的半間距變得精細(例如，45nm或32nm)，用於在製造光罩期間形成精細圖案的光學鄰近修正(optical proximity correction，OPC)設計變得更加複雜。在次解析度特徵尺寸(sub-resolution feature size，SRFS)中，根據x4縮小曝光方法(x4 reduction exposure method)不會在晶圓上實質形成圖案，在執行OPC時，當DRAM的半間距為45nm時，SRFS需要在光罩上具有60nm的圖案，而當DRAM的半間距為32nm時，SRFS需要在光罩上具有42nm的圖案。如果金屬膜為厚的，則不會精確地形成SRFS。此問題會在DRAM的半間距為22nm或22nm以下時變得更為嚴重。為解決此問題，可將金屬膜形成為薄的。然而，金屬膜的厚度與其光學密度直接相關。因此，對於將金屬膜形成為薄的而言存在限制。
第三，難以檢驗硬膜及金屬膜。
在光罩製程期間，製造硬膜及金屬膜的驗證過程的檢驗可被分類為透射式檢驗方法或反射式檢驗方法，如圖2A及圖2B所示。圖2A所示的方法利用光穿過金屬膜20的透射率a與光穿過硬膜圖案30a的透射率b之差。圖2B 所示的方法利用來自金屬膜20的光的反射率a'及來自硬膜圖案30a的光的反射率b'。
在透射式檢驗方法的情形中，在檢驗硬膜圖案30a時，硬膜圖案30a的透射率與金屬膜20(其為參考層)的透射率之差為0.1%或0.1%以下。因此，由於金屬膜20與硬膜圖案30a之間的透射率反差(transmissivity contrast)實質上為零，故無法在實際上檢驗硬膜圖案30a。因此，反射式檢驗方法對於檢驗硬膜圖案30a而言是必不可少的。然而，當金屬膜20被形成為薄的以解決上述問題時，來自金屬膜20的光的反射率在檢驗波長下增大。在此種情形中，當使用具有薄的厚度的硬膜圖案30a時，反射率反差(reflectivity contrast)會降低。
因此，應一同考慮上述各問題，即：為確保高的解析度而減小金屬膜的厚度，當金屬膜的厚度減小時會導致硬膜的關鍵尺寸(critical dimension，CD)出現偏差，以及難以檢驗金屬膜及硬膜，且應鑒於這些問題來開發一種空白遮罩及一種光罩。
本發明涉及一種用於光罩的空白遮罩以及一種光罩，所述空白遮罩為薄的且由具有不同反射率的金屬膜及硬膜形成，以測量關鍵尺寸(CD)及在其中檢驗缺陷。
根據本發明的一個方面，提供一種空白遮罩，在所述空白遮罩中，金屬膜與硬膜依序堆疊於透明基板上。在檢驗波長為200nm或200nm以下時，所述金屬膜與所述硬 膜之間的反射率反差可為3%至60%。
所述金屬膜的反射率可低於或高於所述硬膜的反射率。
在檢驗波長為200nm或200nm以下時，所述金屬膜的反射率對所述硬膜的反射率的比率可為0.7至1.4。
所述硬膜的蝕刻速率可為0.4Å/秒至1.6Å/秒。
所述硬膜可包含金屬，或包含金屬及由氧(O)、氮(N)、及碳(C)組成的族群中選出的至少一種材料。
所述金屬膜可包含過渡金屬。
所述金屬膜的厚度可為200Å至600Å。
在曝光波長為200nm或200nm以下時，所述金屬膜的光學密度可為2.5至3.5。
與所述金屬膜相比，所述硬膜對於用於蝕刻所述金屬膜的氟類材料的蝕刻選擇性可為20或20以上。
所述硬膜的厚度可為20Å至200Å。
所述金屬膜可為單層膜或包含兩層或兩層以上的多層膜，並可以單一膜或連續膜的形式形成。
所述金屬膜可包含其中金屬含量在深度方向上連續變化或分步(stepwise)變化的部分。
所述金屬膜在所述深度方向上的最小金屬含量與最大金屬含量之差可為40原子%(at%)或40原子%以下。
所述金屬膜可包含堆疊於所述透明基板上的遮光膜及抗反射膜。
所述遮光膜中的金屬含量可等於或高於所述抗反射 膜中的金屬含量。
所述金屬膜更可包含矽及雜質，且矽的含量可高於所述金屬的含量或所述雜質的含量。
在曝光波長為200nm或200nm以下時，所述金屬膜的反射率可為10%至50%。
在檢驗波長為190nm至500nm時，所述金屬膜的反射率可為60%或60%以下。
在檢驗波長為193nm時，所述金屬膜與所述硬膜之間的反射率反差可為3%至60%。
一種光罩，可使用上述空白遮罩製成。
將藉由參照附圖詳細地闡述本發明的示例性實施例，本發明的上述及其他目的、特徵及優點對所屬領域的普通技術人員將變得更加顯而易見。
以下，將參照附圖詳細地闡述本發明的示例性實施例。儘管是結合本發明的示例性實施例來呈現及闡述本發明，然而對所屬領域的技術人員顯而易見的是，可在不背離本發明的精神及範圍的條件下作出各種修改。
圖3是根據本發明實施例的用於硬遮罩的空白遮罩100的剖視圖。
參照圖3，用於硬遮罩的空白遮罩100具有其中透明基板110、金屬膜120、硬膜130、及抗蝕劑膜140依序堆疊的結構。
具體而言，透明基板110具有6英寸×6英寸×0.25英 寸(寬度×高度×厚度)的尺寸，且在曝光波長為200nm或200nm以下時具有90%或90%以上的透射率。當使用浸沒式微影時，透明基板110的雙折射率(birefringence rate)是降低強度及導致關鍵尺寸(critical dimension，CD)偏差的主要因素。為解決此問題，在曝光波長為200nm或200nm以下時，透明基板110的雙折射率可為2nm/6.3mm或2nm/6.3mm以下，且更佳為1.5nm/6.3mm或1.5nm/6.3mm以下。此外，透明基板110具有總指示讀數(total indicated reading，TIR)值為0.5μm或0.5μm以下的平面度(flatness)，並具有凹面形狀。
金屬膜120是根據濺射(sputtering)製程形成的，所述濺射製程使用包含至少一種金屬及矽的靶材(target)。所述至少一種金屬可為過渡金屬，例如，鈦(Ti)、釩(V)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鈀(Pd)、鋅(Zn)、鉻(Cr)、鋁(Al)、錳(Mn)、鎘(Cd)、鎂(Mg)、鋰(Li)、硒(Se)、銅(Cu)、鉬(Mo)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、或鎢(W)。具體而言，用於形成金屬膜120的靶材的所述至少一種金屬可包含由鉬(Mo)、鎢(W)、及鉭(Ta)組成的族群中選出的至少一種金屬。在193nm的波長下，濺射製程的靶材中所包含的單一金屬的消光係數(extinction coefficient)為2.0或2.0以上。除所述至少一種金屬及矽之外，金屬膜120更可包含雜質，例如氮(N)、氧(O)、及碳(C)中的至少一種材料。所述至少一種金屬的含量高於雜質的含 量，並可使用氟類氣體來蝕刻金屬膜120。
用於形成金屬膜120的濺射製程的靶材中所包含的矽的含量高於所述至少一種金屬的含量。這是因為當金屬膜120由其中矽含量低於金屬含量的靶材形成時，會由於使用酸性及鹼性化學品的清潔製程而使透射率及反射率發生變化。因此，用於形成金屬膜120的靶材中所包含的矽的含量可為50摩爾%或50摩爾%以上，較佳為70摩爾%或70摩爾%以上，且更佳為80摩爾%或80摩爾%以上。用於形成金屬膜120的濺射製程的靶材可由一種靶材形成或由具有不同組成比率的兩種或兩種以上靶材形成。
金屬膜120可具有單層膜或包含兩層或更兩層以上的多層膜，並可被形成為具有相同組成比率的單一膜或組成比率發生變化的連續膜。例如，金屬膜120更可包含用於控制後表面(rear-surface)反射率或應力的層。例如，如果金屬膜120具有兩層式結構，則主要用於阻擋曝光光線的遮光膜112被形成為下層，而用於減少曝光光線反射的抗反射膜114被形成為上層，如圖3所示。如果金屬膜120具有多層式結構，則在曝光波長下，金屬膜120之層中的最外表面層可能具有最低的反射率。例如，當最外表面層用作抗反射膜114時，用作最外表面層的單一金屬膜在190nm至1000nm的波長區域中可具有4%至60%的反射率及20%至90%的透射率。
金屬膜120具有其中金屬含量在深度方向上連續變化或分步變化的部分。金屬膜120中的金屬含量朝透明基板 110的方向(即深度方向)變高。為確保解析度及圖案保真度能夠實現作為本發明之一目的的次解析度特徵尺寸(sub-resolution feature size，SRFS)，應減小金屬膜120的厚度。對此，試驗已顯示，金屬膜120的厚度及耐化學性(chemical resistance)根據金屬膜120中的金屬含量而發生變化。詳細而言，如果在由金屬與矽的化合物形成的金屬膜120中的金屬含量高，則耐化學性(例如，耐酸性及耐鹼性)變差，但在曝光波長下的光學密度高。因此，當形成金屬膜120時，可減小金屬膜120的厚度，並可藉由朝深度方向增大金屬膜120中的金屬含量來使金屬膜120的外部耐化學性保持恆定。在此種情形中，金屬膜120中的最小金屬含量與最大金屬含量之差可為3原子%至40原子%，較佳為30原子%或30原子%以下，且更佳為5原子%至30原子%。當金屬膜120中的金屬含量小於3%時，實際上無法再進一步減小金屬膜120的厚度。當金屬膜120中的金屬含量大於40%時，其外部耐化學性降低。此外，當在形成圖案期間金屬膜120中的各金屬含量之間有很大差異時，金屬膜120的蝕刻速率會在蝕刻製程期間發生變化，從而形成不期望的圖案輪廓(例如，頸縮(necking))。
金屬膜120中的矽含量高於金屬膜120中的金屬含量或用於形成膜的反應性氣體的含量，並可視需要包含其中組成比率在平面中沿深度方向連續變化的部分。
金屬膜120的厚度可為200Å至600Å，且較佳為300 Å至500Å。當金屬膜120的厚度小於200Å時，金屬膜120無法實際上阻擋曝光光線，且當金屬膜120的厚度大於600Å時，用於實現SRFS的金屬膜120的解析度及圖案保真度為低。
在曝光波長為200nm或200nm以下時，金屬膜120的光學密度為2.5至3.5，而金屬膜120的表面反射率(superficial reflectivity)為10%至50%。實際上，當金屬膜120的厚度減小時，會難以控制其反射率。例如，在包含遮光膜112及抗反射膜114的金屬膜120中，當增大遮光膜112的厚度以增大金屬膜120的光學密度時，抗反射膜114可被形成為薄的。然而，在此種情形中，由於抗反射膜114為薄的，因此金屬膜120在曝光波長下具有高的反射率，從而導致在曝光波長下發生散射(例如，眩光(flare))。因此，難以執行精細的CD控制。當金屬膜120具有小於10%的反射率時，在反射式檢驗模式中，金屬膜120與透明基板110之間的反射率反差會極低。一般而言，在波長為200nm或200nm以下時，由合成二氧化矽玻璃(synthetic silica glass)形成的透明基板110的反射率為4%至6%。因此，在反射式檢驗模式中，透明基板110與遮光膜112之間的反射率反差不高，從而降低檢驗效率。因此，在曝光波長為200nm或200nm以下且尤其在曝光波長為193nm時，金屬膜120的反射率可為10%至50%，且較佳為15%至40%。
此外，在檢驗波長為190nm至500nm時，金屬膜120 的表面反射率為60%或60%以下，較佳為45%或45%以下，且更佳為40%或40%以下。各種波長(例如，193nm、257nm、365nm、及488nm)中的任一種波長均可用於檢驗金屬膜120中的缺陷或金屬膜120的圖案或者用於執行對準(alignment)。在此種情形中，當金屬膜120的反射率為60%或60%以上時，可由於金屬膜120的高反射率而發生散射，進而降低檢驗的靈敏度。
金屬膜120具有0.5nmRMS或0.5nmRMS以下的表面粗糙度。在形成金屬膜120之後，與透明基板110相比，金屬膜120的平面度的變化為0.5μm或0.5μm以下。金屬膜120具有凹面形狀。如果在形成金屬膜120的圖案期間發生應力釋放(stress release)且因此金屬膜120的平面度的變化為0.5μm或0.5μm以上，則會由於平面度的急劇變化而發生配準(registration)(或錯準(misalignment))。此外，當金屬膜120的形狀(例如，凹面形狀或凸面形狀)與透明基板110的形狀不相符時，錯準會變得更嚴重。因此，在形成金屬膜120之後，金屬膜120的平面度的變化可為0.5μm或0.5μm以下，且較佳為0.3μm或0.3μm以下。此外，金屬膜120的平的形狀可與透明基板110的形狀相同。
硬膜130包含由下列所組成的族群中選出的至少一種金屬材料：鈦(Ti)、釩(V)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鈀(Pd)、鋅(Zn)、鉻(Cr)、鋁(Al)、錳(Mn)、鎘(Cd)、鎂(Mg)、鋰(Li)、 硒(Se)、銅(Cu)、鉬(Mo)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、及鎢(W)。硬膜130可由所述至少一種金屬材料形成或由所述至少一種金屬材料及由氧(O)、氮(N)、及碳(C)組成的族群中選出的至少一種材料形成。可使用氟類氣體來蝕刻硬膜130。
硬膜130的厚度可為20Å至200Å，與金屬膜120相比，硬膜130對於用於蝕刻金屬膜120的氟類蝕刻材料的蝕刻選擇性為20或20以上。與金屬膜120的平面度的變化相比，硬膜130的平面度的變化可為0.2μm。硬膜130的薄層電阻(sheet resistance)可為1MΩ/平方或1MΩ/平方以下。此外，硬膜130的蝕刻速率為0.4Å/秒至2.0Å/秒，且較佳為0.6Å/秒至1.6Å/秒。如果硬膜130的蝕刻速率為0.4Å/秒或0.4Å/秒以下，則蝕刻速率過低並可因此阻礙獲得所需的圖案輪廓。如果硬膜130的蝕刻速率為2.0Å/秒或2.0Å/秒以上，則在過蝕刻(over-etching)期間可能會使CD發生大的偏差，所述過蝕刻通常為形成硬膜130的圖案而執行。具體而言，在形成精細圖案時，通過控制硬膜130的蝕刻速率來控制由於硬膜130而產生的CD偏差頗為重要。這是因為當硬膜130的蝕刻速率高時，將難以控制由於硬膜130的薄的厚度而造成的精細圖案的CD偏差，且當硬膜130的蝕刻速率低時，抗蝕劑膜140會在很大程度上被蝕刻。對硬膜130的蝕刻速率及CD偏差的評估表明，當硬膜130的蝕刻速率為0.4Å/秒至2.0Å/秒時較容易控制CD的偏差。
在檢驗波長為200nm或200nm以下時，硬膜130相對於金屬膜120顯示出高的反射率反差，例如3%至60%，且較佳為5%至20%。換言之，金屬膜120的反射率是硬膜130的反射率的0.7至1.4倍。此外，在波長為190nm至300nm時，硬膜130的反射率為15%至50%。
實際上，硬膜130僅具有數Å至數十Å的厚度。因此，在蝕刻硬膜130之後對圖案及缺陷進行檢驗是必不可少的。具體而言，當使用22nm至32nm的精細圖案時，檢驗變得更為重要。對圖案及缺陷的檢驗可被分類為透射式檢驗方法及反射式檢驗方法。在這些方法中，由於位於硬膜130下方的金屬膜120的透射率低，且因此金屬膜120與硬膜130之間的透射率反差低，故無法使用透射式檢驗方法。因此，根據反射式檢驗方法來檢驗硬膜130，所述反射式檢驗方法利用硬膜130與金屬膜120之間的反射率反差。如果硬膜130與金屬膜120之間的反射率反差為零，則檢驗的效率低。因此，可藉由在硬膜130與金屬膜120之間造成反射率反差來有效地執行檢驗。在此種情形中，當金屬膜120的反射率高時，可能會產生另一問題(例如眩光)。因此，可將硬膜130的反射率控制成高於或低於金屬膜120。硬膜130與金屬膜120之間的反射率反差可為3%至50%。如果硬膜130與金屬膜120之間的反射率反差為3%或3%以下，則反射率反差低，且無法有效地執行檢驗。如果硬膜130與金屬膜120之間的反射率反差為60%或60%以上，則硬膜130會在很大程度上被蝕刻。金 屬膜120的反射率對硬膜130的反射率的比率可為0.8至1.3，且較佳為0.7至1.4。在反射式檢驗模式中，常常使用金屬膜120的反射率與硬膜130的反射率的絕對值及其相對比率。
在形成金屬膜120及硬膜130之前、期間、或之後，可對金屬膜120及硬膜130執行表面處理(例如，熱處理)。可使用快速熱製程(rapid thermal process，RTP)、真空加熱板烘烤(vacuum hot-plate baking)、電漿、及加熱爐(furnace)中的至少一者來執行熱處理。在表面處理期間，可在10-3 托或10-3 托以下的真空狀態中執行所有處理。另一方面，在熱處理之後，可使用自然冷卻、快速冷卻裝置等執行冷卻。
可視需要在抗蝕劑膜140下方進一步形成包含酸離子(H+)的有機薄膜。抗蝕劑膜140的厚度可為2,000Å或2,000Å以下，且較佳為1,500Å或1,500Å以下。
可以如下方式製造根據本發明實施例的光罩：使用根據本發明實施例的用於硬遮罩的空白遮罩100形成硬膜130的圖案，隨後使用空白遮罩100作為蝕刻遮罩將遮光膜112圖案化。最後，光罩具有其中遮光膜112的圖案形成於透明基板110上的結構。遮光膜112的圖案呈現出在用於硬遮罩的空白遮罩100中所包含的遮光膜112的特性。
現在將參照本發明的示例性實施例來更詳細地闡述本發明，然而，所述示例性實施例應被視為僅具有說明意義，而非用於限制。因此，所屬領域的普通技術人員應理 解，可在所述示例性實施例中作出各種形式及細節上的改變。因此，本發明的範圍並非由本發明的詳細說明來限定，而是由隨附申請專利範圍限定，且該範圍內的所有差異均將被視為包含於本發明中。
(實施例)
金屬膜的設計I(遮光膜的設計)
根據本發明實施例的金屬膜被形成為具有包含兩層的結構，但其可具有包含一層或多於兩層的結構。所述金屬膜包含遮光膜及抗反射膜，所述遮光膜主要用於阻擋光，且所述抗反射膜形成於所述遮光膜上並用於減少曝光光線的反射。遮光膜的設計主要是考慮在曝光波長為200nm或200nm以下時遮光膜的光學密度及厚度。
使用雙折射率被控制為2nm/6.3mm或2nm/6.3mm以下的6025英寸合成二氧化矽基板作為透明基板。如表1所示，藉由使用DC磁控設備(DC magnetron equipment)以0.3kW至1.6kW的處理功率(procss power)在一範圍內改變作為靶材的矽化鉬(MoSi)的組成比率以及作為反應性氣體的氮氣(N2 )的比率而使金屬膜以各種形狀形成於透明基板上，在所述範圍內，金屬膜的厚度減小。在此種情形中，在193nm時的光學密度被設定為2.72，以確定金屬膜厚度的範圍。該厚度的範圍是使用由瓦里安醫療系統(Varian Medical Systems)公司所製造的Cary-5000型分光光度計、以及使用X射線的XRR設備來測量。
為提高解析度及圖案保真度，遮光膜需要為薄的。為此，在實施例1至9中，根據靶材的組成比率及氮氣(N2 )的比率來評估遮光膜厚度的試驗表明，濺射製程的靶材中所包含的金屬(即，鉬)的比率越高，則氮氣的比率越低，且在相同光學密度下遮光膜的厚度越小。此外，如實施例10所示，當使用消光係數大於鉬(Mo)的消光係數的鎢(W)時，遮光膜的厚度小得多。
金屬膜的設計II(抗反射膜的設計)
基於實施例1至10，形成薄的且能夠減小在曝光波長下眩光的發生率的抗反射膜，如表2所示。在此種情形中，所使用的反應性氣體的比率為30%至60%，且處理功率被設定為0.3kW至1.6kW。
基於實施例11至22，在根據實施例2、5、8、及10的遮光膜上形成抗反射膜。在193nm下、在2.92至3.05的光學密度範圍內測量包含遮光膜及抗反射膜的金屬膜的最終厚度。該試驗表明，在實施例11、12、及13的情形中，即，當使用矽化鉬(MoSi)(Mo：Si=10：90原子%)作為靶材形成遮光膜且抗反射膜的組成經設計時，金屬膜的最終厚度具有550Å至600Å的範圍。在實施例14、15、及16的情形中，即，當使用矽化鉬(Mo：Si=20：80原子%)作為靶材形成遮光膜且抗反射膜的組成經設計時，金屬膜的最終厚度具有420Å至470Å的範圍。在實施例17、18、及19的情形中，即，當使用矽化鉬(Mo：Si=30：70原子%) 作為靶材形成遮光膜且抗反射膜的組成經設計時，金屬膜的最終厚度具有360Å至400Å的範圍。在實施例20的情形中，即，當使用矽化鎢(WSi)(W：Si=30：70原子%)作為靶材形成遮光膜且抗反射膜的組成經設計時，金屬膜的最終厚度具有300Å至350Å的範圍。因此，金屬膜中所包含的遮光膜中的金屬含量越高，越有可能形成具有2.7至3.0的所需光學密度且具有薄的厚度的金屬膜。此外，當使用消光係數高於鉬的消光係數的鎢時，更有可能形成具有2.7至3.0的所需光學密度且具有薄的厚度的金屬膜。此外，當抗反射膜形成於遮光膜上且該遮光膜的形成材料與該抗反射膜的形成材料相同時，遮光膜中的金屬含量越高，金屬膜的反射率便越高。
因此，該試驗表明，為形成薄的金屬膜並將其反射率控制成能防止發生眩光，遮光膜中的金屬含量應為高的，且抗反射膜中的金屬含量應為低的。
金屬膜的設計III(耐化學性的評估)
在製造光罩期間，在金屬膜上重複執行清潔製程。因此，使金屬膜對化學品(例如，SPM及標準清潔液-1(standard clean-1，SC-1))具有耐化學性頗為重要。因此，將金屬膜浸沒於由90℃的硫酸與雙氧水(oxygenated water)以10：1的比率組成的SPM中、以及由氨水溶液、雙氧水、及去離子水以1：1：5的比率組成的SC-1中達兩小時，並隨後使用XRR設備評估金屬膜的厚度的變化。此外，藉由以下方式執行耐化學性測試：在10毫托至2毫托 的真空狀態下，在350℃下使用快速熱處理製程(rapid thermal process，RTP)元件對金屬膜執行表面熱處理達30分鐘。
參照實施例23至30，當使用RTP執行表面熱處理時，金屬膜的耐化學性得到改善。然而，參照實施例13、16、19、及22，抗反射膜中的金屬含量越高，金屬膜的耐化學性便越差。這似乎是因為鉬不耐酸鹼性。
如上所述，用於獲得薄的金屬膜並將其反射率控制為30%或30%以下並且使其具有良好的耐化學性的試驗表明，金屬膜中所包含的遮光膜中的金屬含量應為高的，且金屬膜中所包含的抗反射膜中的金屬含量應為低的。
硬膜的設計I
在減小硬膜的CD偏差的試驗中，使用鉻材料及氯類反應性氣體來比較Cr、CrN、CrC、CrON、CrCO、及CrCON(其為硬膜的各種實例)的乾式蝕刻速率，以評估這些硬 膜的蝕刻特性。在此種情形中，這些硬膜中的每一者的厚度均被控制為40Å，通過終點檢測(end point detection，EPD)來檢查蝕刻的終點，並將處理功率設定為0.3kW至1.6kW。
參照實施例31至41，由鉻形成的硬膜的蝕刻速率為1.20Å/秒。此外，硬膜中的氮含量越高，硬膜的蝕刻速率便越高，而硬膜中的碳含量越高，硬膜的蝕刻速率便越低。
根據硬膜的蝕刻速率對CD偏差及負載效應進行歸納的結果顯示，硬膜的蝕刻速率越高，CD的偏差相對於負載效應便越大。這似乎是因為硬膜具有40Å的薄的厚度，從而增大相對於負載效應的CD偏差。在此種情形中，判定當硬膜的蝕刻速率在精細圖案的誤差允許限度(allowable limit)內介於0.4Å/秒至2.0Å/秒之間時為適當的。
硬膜的設計II(反射率反差的評估)
為檢驗硬膜，對根據實施例22、23、25、27、及29的金屬膜執行熱處理，在經熱處理的金屬膜上形成厚度為40Å的硬膜，並在193nm下使用Cary-5000型分光光度計測量硬膜的反射率及金屬膜的反射率，如表5所示。
參見表5，在實施例43至46中，硬膜的反射率與金屬膜的反射率的絕對值之差介於6%至13%。圖4為根據實施例45來比較金屬膜的反射率與硬膜的反射率的曲線圖。參照圖4，硬膜的反射率與金屬膜的反射率的絕對值之差為9.98%，且硬膜的反射率對金屬膜的反射率的比率為1.2或1.2以上。因此，在硬膜的反射模式測試期間，硬膜顯示出足夠的反射率反差。
此外，在比較根據實施例42的金屬膜(即，在193nm下具有34.85%的反射率的金屬膜)的反射率絕對值與硬膜的反射率絕對值時，硬膜的反射率為33.55%，硬膜的反射率的絕對值為1.30%，且硬膜的反射率對金屬膜的反射率的比率為0.96。因此，硬膜與金屬膜之間存在反射率反差。
此外，現在將參照圖5及圖6來更詳細地闡述由於硬膜而產生的反射率反差。
基於上述實施例，以矽化鉬(MoSi)(Mo：Si=20：80原子%)作為靶材並將氮含量控制為20%來濺射遮光膜。在此種情形中，如圖5所示，遮光膜在193nm處的反射率(用實線表示)為30%。隨後，由鉻形成厚度為4nm的硬膜。硬膜在193nm處的反射率(用虛線表示)為37%。因此，如圖5所示，遮光膜的表面與硬膜的表面之間的反射率反差為7%。因此，容易檢驗硬膜。
此外，以矽化鉬(MoSi)(Mo：Si=15：85原子%)作為靶材並將氮含量控制為30%來形成遮光膜。在此種情形中，如圖6所示，遮光膜的厚度為45nm，在193nm處的光學密度為3.0，且反射率(用實線表示)為32%。然後，由氮化鉻(CrN)形成厚度為4nm的硬膜，並測量硬膜的反射率(用虛線表示)。因此，硬膜在193nm處的反射率為28%。
如上所述，根據本發明的實施例，藉由以下方式形成具有良好的耐化學性的金屬膜：增大遮光膜中的金屬含量，減少抗反射膜中的金屬含量，形成具有薄的厚度的金屬膜以提高其解析度及圖案保真度，並將金屬膜的反射率控制為30%或30%以下。硬膜中的氮含量越高，硬膜的蝕刻速率便越高，且硬膜中的碳含量越高，硬膜的蝕刻速率便越低。因此，可藉由適當地控制硬膜的蝕刻速率以減小CD的偏差來設計易於檢驗的硬膜及金屬膜。
根據上述實施例，藉由適當地控制硬膜中的氮、碳、及氧的含量來形成硬膜，從而減小在執行蝕刻製程時所造成的CD的偏差。
此外，由於金屬膜被形成為包含其中具有高的金屬含量的遮光膜以及其中具有低的金屬含量的抗反射膜，因此可減小金屬膜的厚度以提高其解析度、圖案保真度、及耐化學性。
此外，將金屬膜及硬膜形成為使其間的反射率反差高，從而使硬膜能夠易於檢驗。
因此，根據本發明實施例的用於硬遮罩的空白遮罩可應用於動態隨機存取記憶體(dynamic random access memory，DRAM)、快閃記憶體、或微處理單元(micro-processing unit，MPU)，以具有32nm或以下的半間距且尤其是具有22nm或以下的最小關鍵尺寸。
對所屬領域的技術人員顯而易見的是，可在不背離本發明的精神或範圍的條件下對本發明的上述示例性實施例作出各種修改。因此，本發明旨在涵蓋所有此類修改，只要其屬於隨附申請專利範圍的範圍及其等效範圍內即可。
10‧‧‧基板
20、120‧‧‧金屬膜
20a‧‧‧金屬膜圖案
30、130‧‧‧硬膜
30a‧‧‧硬膜圖案
40、140‧‧‧抗蝕劑膜
40a‧‧‧抗蝕劑膜圖案
100‧‧‧空白遮罩
110‧‧‧透明基板
112‧‧‧遮光膜
114‧‧‧抗反射膜
a、b‧‧‧透射率
a'、b'‧‧‧反射率
圖1A至圖1D是使用傳統的用於硬遮罩的空白遮罩來製造光罩的過程的剖視圖。
圖2A及圖2B是一種檢驗用於硬遮罩的空白遮罩的方法的剖視圖。
圖3是根據本發明實施例的用於硬遮罩的空白遮罩的 剖視圖。
圖4至圖6是根據本發明實施例的用於硬遮罩的空白遮罩中所包含的金屬膜及硬膜的反射率的曲線圖。
100‧‧‧空白遮罩
110‧‧‧透明基板
112‧‧‧遮光膜
114‧‧‧抗反射膜
120‧‧‧金屬膜
130‧‧‧硬膜
140‧‧‧抗蝕劑膜

Claims (19)

  1. 一種空白遮罩，在所述空白遮罩中，金屬膜與硬膜依序堆疊於透明基板上，其中在檢驗波長為200nm或200nm以下時，所述金屬膜與所述硬膜之間的反射率反差為3%至60%，且其中在檢驗波長為200nm或200nm以下時，所述金屬膜的反射率對所述硬膜的反射率的比率為0.7至1.4。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之空白遮罩，其中所述金屬膜的反射率低於或高於所述硬膜的反射率。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之空白遮罩，其中所述硬膜的蝕刻速率為0.4Å/秒至1.6Å/秒。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之空白遮罩，其中所述硬膜包括由下列所組成的族群中選出的至少一種金屬材料：鈦(Ti)、釩(V)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鈀(Pd)、鋅(Zn)、鉻(Cr)、鋁(Al)、錳(Mn)、鎘(Cd)、鎂(Mg)、鋰(Li)、硒(Se)、銅(Cu)、鉬(Mo)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、及鎢(W)，其中所述硬膜更包括由氮(N)、氧(O)、及碳(C)組成的族群中選出的至少一種材料。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之空白遮罩，其中與所述金屬膜相比，所述硬膜對於用於蝕刻所述金屬膜的氟類材料的蝕刻選擇性為20或20以上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之空白遮罩，其中所述硬膜的厚度為20Å至200Å。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之空白遮罩，其中所述金屬膜的厚度為200Å至600Å。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之空白遮罩，其中在曝光波長為200nm或200nm以下時，所述金屬膜的光學密度為2.5至3.5。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之空白遮罩，其中所述金屬膜是單層膜或包含兩層或兩層以上的多層膜，且所述金屬膜以單一膜或連續膜的形式形成。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之空白遮罩，其中所述金屬膜包括其中金屬含量在深度方向上連續變化或分步變化的部分。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之空白遮罩，其中所述金屬膜在所述深度方向上的最小金屬含量與最大金屬含量之差為40原子%或40原子%以下。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之空白遮罩，其中所述金屬膜包括堆疊於所述透明基板上的遮光膜及抗反射膜。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之空白遮罩，其中所述遮光膜中的金屬含量高於所述抗反射膜中的金屬含量。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之空白遮罩，其中所述金屬膜包括矽(Si)以及由下列所組成的族群中選出的至少一種金屬材料：鈦(Ti)、釩(V)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鈀(Pd)、鋅(Zn)、鉻(Cr)、鋁(Al)、錳(Mn)、鎘(Cd)、鎂(Mg)、 鋰(Li)、硒(Se)、銅(Cu)、鉬(Mo)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、及鎢(W)，其中所述硬膜更包括由氮(N)、氧(O)、及碳(C)組成的族群中選出的雜質。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之空白遮罩，其中所述矽(Si)的含量高於所述至少一種金屬材料的含量或所述雜質的含量。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之空白遮罩，其中在曝光波長為200nm或200nm以下時，所述金屬膜的反射率為10%至50%。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之空白遮罩，其中在檢驗波長為190nm至500nm時，所述金屬膜的反射率為60%或60%以下。
  18. 一種光罩，所述光罩是使用如申請專利範圍第10項所述之空白遮罩製成。
  19. 一種光罩，所述光罩是使用如申請專利範圍第13項所述之空白遮罩製成。
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