TWI584057B - 相移空白遮罩及光罩 - Google Patents

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Description

相移空白遮罩及光罩 【相關申請的交叉參考】
本申請要求申請號為KR10-2015-0048094，申請日為2015年4月6日的韓國專利申請的優先權和權益，此處整體引入上述專利申請的公開文本用作參考。
本發明涉及一種相移空白遮罩及光罩，更具體地，涉及可實現32nm級以下，優選地，14nm級以下的微細圖案的相移空白遮罩及光罩。
如今，根據大型積體電路的高集成度，不斷需要微細電路圖案。基於空白遮罩，二進位空白遮罩和相移空白遮罩已用常規方法開發出來並商業化，具有硬膜的二進位空白遮罩最近已被開發出來用於硬遮罩。
隨著最近32nm級以下高精密和微細圖案的實現，包含硬膜的相移空白遮罩已被開發出來。包含硬膜的相移空白遮罩具 有光遮蔽膜、硬膜和抗蝕膜堆疊在相移膜上的基本結構，硬膜由包含矽的化合物製成，以相對於下方乾式蝕刻的光遮蔽膜獲得蝕刻選擇性。
然而，由於硬膜由矽化合物製成，從而產生以下問題。首先，當由矽化合物製成的硬膜接觸抗蝕膜的底部時，在用電子束製造光罩的曝光過程期間，在硬膜中發生電子充電現象。在曝光過程期間，電子充電現象導致電子的曲線運動，從而導致製造光罩時的位置誤差。因此，將由矽化合物製成的硬膜用於基於雙重圖形及多重圖形等圖形位置被更嚴格地控制的製程的曝光過程是困難的。
進一步地，在由矽化合物製成的硬膜與抗蝕膜之間存在黏合問題。換句話說，由矽化合物製成的硬膜的高表面能導致應用抗蝕膜時部分抗蝕膜不能覆蓋在硬膜上，或在緊隨曝光製程的顯色製程之後剝落。為解決抗蝕膜與硬膜之間的這個黏合問題，執行六甲基二矽烷(HDMS)等表面處理製程。然而，諸如HDMS的額外表面處理製程可能導致一個缺陷。例如，顯色製程之後，由於HDMS的強黏合，可能出現斑點或污點缺陷。
在相移膜上形成光遮蔽膜之後，如果下面的光遮蔽膜用抗蝕膜，而不用硬膜，作為蝕刻遮罩進行蝕刻，由於抗蝕膜的厚度、荷載效應等，形成32nm級以下的微細圖案也是困難的。
順道一提，最近實施了關於相移空白遮罩的研究，以使相移膜能具有高透射率，而不將透射率限制在6%左右。通過將透 射率設在6%左右或更高，並增加圖案邊緣部分的相消干涉，具有高透射率的相移空白遮罩能獲得微細圖案。然而，為了滿足諸如透射率、相移度等光學特性，相移膜需要具有不低於大約1000Å的厚度，因此，由於這樣的厚度大於相移膜通常厚度(650Å~700Å)的1.5倍，製造微細圖案是困難的。此外，為了增加相移膜的透射率，相移膜中包含許多輕元素，由於耐化學性變弱，形成圖案時可能產生缺陷。
本發明涉及相移空白遮罩和採用所述相移空白遮罩製備的光罩，在其中形成具有高透射率的相移膜，以實現32nm級以下，優選地，14nm級以下的微細圖案。
根據本發明的一方面，提供一種相移空白遮罩，所述相移空白遮罩具有位於透明基板上的相移膜和光遮蔽膜，所述相移膜包括多層膜，所述多層膜具有兩層或多層，包含氧(O)和氮(N)中的至少一者，其中，所述膜的至少一者必須包含氧(O)，所述必須包含氧(O)的膜占所述光遮蔽膜總厚度的50%~95%。
所述相移膜在193nm或248nm的波長的光下曝光時可具有10%~50%的透射率。
所述相移膜可包括矽(Si)、金屬矽化物、矽化合物和金屬矽化物化合物中的其中之一，所述矽化合物和金屬矽化物化合物分別通過矽和金屬矽化物與氮(N)、氧(O)、碳(C)、硼(B) 和氫(H)中的一種或多種輕元素化合而成。
所述相移膜可包括鉻(Cr)或一種鉻(Cr)化合物，所述鉻(Cr)化合物中的鉻(Cr)與氮(N)、氧(O)、碳(C)、硼(B)和氫(H)中的一種或多種輕元素化合。
所述相移膜可具有300Å~700Å的厚度，和1.0Å/s~4.0Å/s的蝕刻速度。
所述相移膜上至少提供蝕刻停止膜和硬膜其中之一。
100、200‧‧‧相移空白遮罩
102、202‧‧‧透明基板
104、204‧‧‧相移膜
106、206‧‧‧光遮蔽膜
112、212‧‧‧抗蝕膜
114、214‧‧‧第一光遮蔽層
116、216‧‧‧第二光遮蔽層
208‧‧‧蝕刻停止膜
210‧‧‧硬膜
通過參考附圖的示範性實施例的詳細描述，本發明的上述及其他目的、特徵和優點對本領域的普通技術人員將更顯而易見，在圖中：圖1是根據本發明第一實施例的相移空白遮罩的剖面圖；圖2是根據本發明第二實施例的相移空白遮罩的剖面圖；圖3是根據本發明第三實施例的相移空白遮罩的剖面圖；圖4是根據本發明第四實施例的相移空白遮罩的剖面圖。
下文中，將參考附圖更詳細地描述本發明的實施例。然而，這些實施例僅用作解釋和說明目的，並不旨在限制本發明的範圍。因此，本領域具通常知識者將會理解，可從這些實施例進行各種修改和等效替換。進一步地，本發明的範圍必須由所附的 權利要求限定。
圖1是根據本發明第一實施例的相移空白遮罩的剖面圖，圖2是根據本發明第二實施例的相移空白遮罩的剖面圖。
參見圖1和圖2，根據本發明的相移空白遮罩100包括透明基板102、相移膜104、光遮蔽膜106和抗蝕膜112，相移膜104、光遮蔽膜106和抗蝕膜112依序堆疊在透明基板102上。
透明基板102由石英玻璃、合成石英玻璃或摻氟石英玻璃製成。透明基板102的平整度影響將在其上形成的薄膜的其中之一的平整度，諸如相移膜104、光遮蔽膜106等。如果生長膜表面的平整度定義為指標總讀數(TIR，Total Indicated Reading)，則在142mm2的區域內，TIR值被控制為不超過100nm，優選地不超過50nm。
相移膜104包含矽(Si)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、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)、鉿(Hf)和鎢(W)中的一種或多種物質，或除了前述物質，還包括氮(N)、氧(O)、碳(C)、硼(B)和氫(H)中的一種或多種物質。
例如，相移膜104可包含矽(Si)或矽(Si)化合物中的其中之一，如SiN、SiC、SiO、SiCN、SiCO、SiNO、SiCON、SiB、SiBN、SiBC、SiBO、SiBCN、SiBCO、SiBNO和SiBCON。進一步地，例如，相移膜104可包含矽化鉬(MoSi)或金屬矽化物化 合物中的其中之一，金屬矽化物化合物包括矽化鉬(MoSi)化合物，如MoSiN、MoSiC、MoSiO、MoSiCN、MoSiCO、MoSiNO、MoSiCON、MoSiB、MoSiBN、MoSiBC、MoSiBO、MoSiBCN、MoSiBCO、MoSiBNO和MoSiBCON。
為了滿足要求的透射率和相移度，通過調節矽(Si)和一個或多個與矽(Si)化合的輕元素之間的成分比例來形成相移膜104。具體地，如果相移膜104由矽(Si)化合物製成，則相移膜104具有比例：40at%~90at%的矽(Si)和10at%~60at%的輕元素，優選地，具有比例：50at%~85at%的矽(Si)和15at%~50at%的輕元素。進一步地，如果相移膜104由金屬矽化物或它的化合物製成，則相移膜104具有以下比例：0.1at%~10at%的金屬、39at%~90at%的矽(Si)和0at%~60at%的輕元素，優選地，具有以下比例：0.1at%~5at%的金屬、49at%~80at%的矽(Si)和15at%~50at%的輕元素。
相移膜104可具有單層結構或由兩層或多層形成的多層結構，或可具有成分比例均一的單膜結構，或成分比例連續變化的連續膜結構。如果相移膜104具有多層結構或連續膜結構，相移膜104最上層的形成必須包含1at%~20at%的氧(O)，從而提高相移膜104對化學品和曝光的耐受性。
相移膜104透過濺鍍製程形成。如果相移膜104由金屬矽化物或它的化合物製成，則用金屬和矽(Si)分開提供的靶材，或用金屬矽化物靶材。這時，金屬矽化物靶材具有如下的成分比 例：金屬：矽(Si)=1at%~10at%：90at%~99at%，優選成份比例為金屬：Si=1at%~6at%：94at%~99at%。進一步地，如果靶材包含硼(B)，則靶材具有成份比例：金屬：矽(Si)：硼(B)=1at%~10at%：80at%~98at%：1at%~10at%。如果相移膜104中的金屬含量高於10at%，則金屬的特性使得在193nm或248nm的波長的光下曝光時獲得30%左右的透射率是困難的。因此，靶材中金屬的含量必須等於或低於10at%。
相移膜104具有500Å~850Å的厚度，優選地，具有550Å~650Å的厚度，相移膜104在193nm或248nm的波長的光下曝光時具有170°~190°的相移度，以及20%~30%的表面反射率。
相移膜104在193nm或248nm的波長的光下曝光時具有10%~50%的透射率。如果相移膜104的透射率低於10%，當應用於晶圓片的抗蝕膜曝露在曝光光源中時，由於相消干涉的曝光強度低，故相移效應差。另一方面，如果透射率高於50%，則應用於晶圓片的抗蝕膜被破壞，從而增加了抗蝕膜的損耗。
相移膜104可選擇性地在溫度100℃~500℃下進行熱處理，以便控制它對化學品的耐受性和平整度。
在相移膜104上提供的光遮蔽膜106具有單層結構或多層結構，並由關於相移膜104的蝕刻選擇性不低於10的材料製成。
光遮蔽膜106可包括鉭(Ta)、鎳(Ni)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鈀(Pd)、鋅(Zn)、錫(Sn)、鉻(Cr)、鋁(Al)、錳(Mn)、鎘(Cd)、鎂(Mg)、鋰(Li)、硒(Se)、鉿(Hf)、鎢(W)和矽(Si) 中的一種或多種物質，或除了前述的物質，可進一步包含氮(N)、氧(O)、碳(C)、硼(B)和氫(H)中的一種或多種物質。
例如，光遮蔽膜106可包含鉻(Cr)或與輕元素化合的鉻(Cr)化合物，如CrN、CrC、CrO、CrCN、CrON、CrCO和CrCON。如果光遮蔽膜106由鉻(Cr)化合物製成，則光遮蔽膜106具有以下成分比例：30at%~70at%的鉻(Cr)、10at%~40at%的氮(N)、0~50at%的氧(O)、0~30at%的碳(C)、0~30at%的硼(B)和0~30at%的氫(H)。
光遮蔽膜106可具有兩層或多層的多層結構。這時，多層結構包括用於調節蝕刻速度的膜和用於調節光學密度(OD)的膜。
參見圖2，光遮蔽膜106包括由與輕元素化合的鉻(Cr)化合物製成的第一光遮蔽層114和第二光遮蔽層116。
第一光遮蔽層114形成於相移膜104上，加速蝕刻製程，從而縮短蝕刻光遮蔽膜106所花的時間。
第一光遮蔽層114具有300Å~550Å的厚度，其對應於光遮蔽膜106厚度的50%~95%，優選地，對應於光遮蔽膜106厚度的70%~90%。
第一光遮蔽層114必須包含氧(O)，由此加速蝕刻製程。第一光遮蔽層114包括10at%~50at%的氧(O)，優選地，包括10at%~20at%的氧(O)。當蝕刻速度提高時，蝕刻光遮蔽膜106需要的總時間縮短。
第二光遮蔽層116形成於第一光遮蔽層114上並用於調節光學密度。如果僅通過第一光遮蔽層114調節光學密度，則第一光遮蔽層114變得更厚，以滿足光遮蔽膜106要求的光學特性。因此，增加第二光遮蔽層116來補充光遮蔽膜106要求的光學密度。
第二光遮蔽層116具有20Å~150Å的厚度，優選地，具有30Å~100Å的厚度。
第二光遮蔽層116由包括或不包括氧(O)的鉻(Cr)化合物製成。
雖然包含氧(O)的第二光遮蔽層116必須比不包含氧(O)的第二光遮蔽層116更厚，以便獲得特定的光遮蔽效果，但提高的蝕刻速度在蝕刻時間和抗蝕膜厚度上具有同樣效果。這時，第二光遮蔽層116包含1at%~20at%的氧(O)，優選地，包含1at%~15at%的氧(O)。如果第二光遮蔽層116中的氧(O)含量高於20at%，則對用作蝕刻相移膜104的氟(F)氣體的耐受性減弱，這樣，當蝕刻相移膜104時，第二光遮蔽層116被破壞，從而導致降低光學密度的問題。
如果第二光遮蔽層116不包含氧(O)，則第二光遮蔽層116包含30at%~70at%的鉻(Cr)，優選地，包含40at%~50at%的鉻(Cr)。
光遮蔽膜106具有300Å~700Å的厚度，優選地，具有350Å~550Å的厚度，並具有2.0Å/sec~4.0Å/sec的平均蝕刻速度。
在相移膜104與光遮蔽膜106相堆疊的部分，在193nm或248nm的波長的光下曝光時的光學密度為2.5~3.5，優選地，為2.7~3.2，表面反射率為20%~40%，優選地，為25%~35%。
光遮蔽膜106可選擇性地進行熱處理。這時，熱處理的溫度可等於或低於用於下方的相移膜104熱處理的溫度。
抗蝕膜114採用化學放大抗蝕劑(CAR)，具有400Å~1500Å的厚度，優選地，具有400Å~1200Å的厚度。
圖3是根據本發明第三實施例的相移空白遮罩的剖面圖，圖4是根據本發明第四實施例的相移空白遮罩的剖面圖。
參見圖3和圖4，根據本發明的相移空白遮罩200包括透明基板202、相移膜204、光遮蔽膜206、蝕刻停止膜208、硬膜210和抗蝕膜212，相移膜204、光遮蔽膜206、蝕刻停止膜208、硬膜210和抗蝕膜212依序堆疊在透明基板202上。在這些實施例中，相移膜204、光遮蔽膜206和抗蝕膜212與第一及第二實施例中的具有相同的光學、化學和物理特性。因此，光遮蔽膜206也可包括由與輕元素化合的鉻(Cr)化合物製成的第一光遮蔽層214和第二光遮蔽層216。
在光遮蔽膜206上提供蝕刻停止膜208，當硬膜210(將在後面描述)被形成圖案或移除時，保護下方的光遮蔽膜206。進一步地，蝕刻停止膜208用作使光遮蔽膜206形成圖案的蝕刻遮罩。此處，蝕刻停止膜208由一種物質製成，該物質相較於硬膜210和光遮蔽膜206而言具有高於10的蝕刻選擇性。為簡化蝕刻 製程，如果當相移膜204形成圖案時移除蝕刻停止膜208，則蝕刻停止膜208可由與相移膜204具有相同蝕刻特性的物質製成。
蝕刻停止膜208包含矽(Si)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、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)、鉿(Hf)和鎢(W)中的一種或多種物質，或除了前述的物質，可進一步包含氮(N)、氧(O)、碳(C)、硼(B)和氫(H)中的一種或多種物質。
例如，蝕刻停止膜208可由一種矽(Si)化合物製成，如矽(Si)或SiN、SiC、SiO、SiCN、SiCO、SiNO、SiCON、SiB、SiBN、SiBC、SiBO、SiBCN、SiBCO、SiBNO和SiBCON。進一步地，例如，蝕刻停止膜208可由一種金屬矽化物製成，如矽化鉬(MoSi)化合物或MoSiN、MoSiC、MoSiO、MoSiCN、MoSiCO、MoSiNO、MoSiCON、MoSiB、MoSiBN、MoSiBC、MoSiBO、MoSiBCN、MoSiBCO、MoSiBNO和MoSiBCON。
如果蝕刻停止膜208由矽(Si)化合物製成，則蝕刻停止膜208具有如下範圍的成分比例：40at%~90at%的矽(Si)和10at%~60at%的輕元素，優選地，具有如下範圍的成分比例：50at%~85at%的矽(Si)和15at%~50at%的輕元素。進一步地，如果蝕刻停止膜208由金屬矽化物或它的化合物製成，則蝕刻停止膜208具有如下範圍的成分比例：0.1at%~10at%的金屬、39at%~85at%的矽(Si)和10at%~60at%的輕元素，優選地，具有如下範圍的 成分比例：0.1at%~5at%的金屬、50at%~80at%的矽(Si)和15at%~50at%的輕元素。
蝕刻停止膜208具有20Å~150Å的厚度，優選地，具有30Å~100Å的厚度。
在蝕刻停止膜208上提供硬膜210，並用作蝕刻停止膜208的蝕刻遮罩。此處，硬膜210由一種物質製成，該物質具有關於蝕刻停止膜208的等於或高於10的蝕刻選擇性。為簡化蝕刻製程，如果當光遮蔽膜206形成圖案時移除硬膜210，則硬膜210可由與光遮蔽膜206具有相同蝕刻特性的物質製成。
硬膜210包含鉭(Ta)、鎳(Ni)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鈀(Pd)、鋅(Zn)、錫(Sn)、鉻(Cr)、鋁(Al)、錳(Mn)、鎘(Cd)、鎂(Mg)、鋰(Li)、硒(Se)、鉿(Hf)、鎢(W)和矽(Si)中的一種或多種物質，或除了前述的物質，還包含氮(N)、氧(O)、碳(C)、硼(B)和氫(H)中的一種或多種輕元素。
例如，硬膜210可由鉻(Cr)或與輕元素化合的鉻(Cr)化合物製成，如CrN、CrC、CrO、CrCN、CrON、CrCO和CrCON。進一步地，硬膜210可由一種化合物製成，該化合物中的鉻(Cr)或鉻(Cr)化物與錫(Sn)化合，如CrSn、CrSnN、CrSnC、CrSnO、CrSnCN、CrSnNO、CrSnCO和CrSnCON。
硬膜210的蝕刻速度越高，則越容易使抗蝕膜212更薄。此處，硬膜210具有0.4Å/sec的蝕刻速度，優選地，具有1.0Å/sec或更高的蝕刻速度。
硬膜210具有20Å~100Å的厚度，優選地，具有30Å~60Å的厚度。如果硬膜210具有不超過20Å的厚度，則抗蝕膜212用作蝕刻遮罩是困難的。另一方面，如果硬膜210具有不小於100Å的厚度，使抗蝕膜212更薄是困難的，因此獲得高解析度的圖案是困難的。
下面，將根據本發明的實施例詳細描述相移空白遮罩。
(實例)
基於用於相移膜的物質的特性評估
根據本發明實施例的相移空白遮罩的相移膜由矽(Si)、矽(Si)化合物和矽化鉬(MoSi)化合物製成，並根據厚度評估透射率和相移。
參見表1，根據實施例1~4，使用矽的相移膜呈現13.2%~30.1%的透射率，因此，形成具有高透射率的相移膜是沒有 問題的。
另一方面，根據比較例1~2，在滿足厚度和相移度的條件下，使用矽化鉬(MoSi)靶材(Mo：Si=10：90)的相移膜呈現6.2%的透射率。因此，比較例1~2不符合本發明的相移膜要求的10%~50%的透射率。即使隨著氮(N)含量的增加使透射率和相移度滿足要求，由於需要900Å的厚度，根據本發明的相移膜不可能符合厚度(500Å~850Å)的要求。
相移膜的耐化學性評估
根據本發明實施例的相移膜被製造成具有單層結構和兩層或多層的多層結構，並測試其對SC-1和SPM溶液的耐化學性。所有相移膜由矽化鉬(MoSi)靶材(成分比例Mo：Si=2at%：98at%)製成，且其他條件，如基板、熱處理等，除了相移膜，被均等地應用。
在實施例5中，在製程氣體Ar：N2=7sccm：8.5sccm和製程功率0.7kW下，矽化鉬氮化物(MoSiN)膜生長550秒，然後使用真空快速熱處理(RTP)設備在350℃進行熱處理30分鐘。
使用n&k分析儀3700RT測量相移膜的透射率和相移度。結果，透射率為18.2%，相移度為183°。進一步地，用X光反射計(XRR)設備測量相移膜的厚度。結果，上層呈現584Å的厚度。
在實施例6中，在製程氣體Ar：N2=7sccm：20sccm和 製程功率0.7kW下，矽化鉬氮化物(MoSiN)膜生長900秒。隨後，在製程氣體Ar：N2=7sccm：7sccm和製程功率0.7kW下，矽化鉬氮氧化物(MoSiON)膜生長80秒，從而形成具有高透射率的雙層相移膜。
使用相同的設備測量雙層相移膜的透射率、相移度和厚度。結果，透射率為20.1%，相移度為184°。進一步地，相移膜的上層呈現540Å的厚度，下層呈現50Å的厚度。
在實施例7中，在製程氣體Ar：N2=7sccm：25sccm和製程功率0.7kW下，矽化鉬氮化物(MoSiN)膜生長400秒。隨後，在製程氣體Ar：N2=7sccm：15sccm和製程功率0.7kW下，矽化鉬氮化物(MoSiN)膜生長800秒。接著，在製程氣體Ar：N2=7sccm：10sccm和製程功率0.7kW下，矽化鉬氧化物(MoSiO)膜生長80秒，從而形成具有高透射率的三層相移膜。
在實施例7中，也測量三層相移膜的透射率、相移度和厚度。結果，透射率為19.1%，相移度為185°。進一步地，相移膜的第一層呈現150Å的厚度，第二層呈現30Å的厚度，第三層呈現50Å的厚度。
測試前述相移膜關於SC-1和SPM的耐化學性。
為了關於SC-1的評估，用一種溶液在大約45℃下清洗相移膜20分鐘三次，該溶液由NH4OH、H2O2和H2O以體積比NH4OH：H2O2：H2O=1：1：5混合而成。然後，測量透射率和相移度在清洗製程之前和之後之間的變化。
為了關於SPM的評估，用一種溶液在大約90℃下清洗相移膜10分鐘三次，該溶液由H2SO4和H2O2以體積比H2SO4：H2O2=9：1混合而成。然後，測量透射率和相移度在清洗製程之前和之後之間的變化。
參見表2，就SC-1來說，實施例5在193nm波長的光的曝光下呈現2.5°的相移度變化和0.3%的透射率變化；實施例6在193nm波長的光的曝光下呈現1.0°的相移度變化和0.1%的透射率變化；實施例7在193nm波長的光的曝光下呈現0.6°的相移度變化和0.8%的透射率變化。
就SPM來說，實施例5在193nm波長的曝光下呈現1.5°的相移度變化和0.15%的透射率變化；實施例6在193nm波長的曝光下呈現0.7°的相移度變化和0.08%的透射率變化；實施例7在193nm波長的曝光下呈現0.5°的相移度變化和0.06%的透射率變化。
作為耐化學性的評估結果，所有的實例~7呈現滿足要求範圍內的透射率變化和相移度變化。實例5~7中耐化學性的比較顯示，當表面層的氧含量增加時，耐化學性提高。
光遮蔽膜的抗蝕評估
當根據本發明實例的相移空白遮罩的光遮蔽膜由包括氟(F)氣體的蝕刻氣體蝕刻時，根據光遮蔽膜最上層的物質評估光遮蔽膜的厚度變化和光學密度變化。
光遮蔽膜均由鉻(Cr)靶材製成，通過在製程氣體Ar：N2：NO=5sccm：10sccm：5sccm和製程功率1.0kW下，生長氮氧化鉻(CrON)至厚度300Å來形成共同使用的第一光遮蔽層。
在實施例8中，通過在製程氣體Ar：N2=3sccm：5sccm和製程功率0.8kW下，生長氮化鉻(CrN)至厚度302Å而在第一光遮蔽層上形成第二光遮蔽層。
在實施例9中，通過在製程氣體Ar：N2：NO=5sccm：10sccm：2sccm和製程功率0.8kW下，生長氮氧化鉻(CrON)至厚度298Å而在第一光遮蔽層上形成第二光遮蔽層。
使用包括氟(F)氣體的蝕刻氣體通過蝕刻製程使形成的光遮蔽膜形成圖案，然後測量光遮蔽膜的厚度變化和光學密度變化。
參見表3，根據實施例8的無氧的第二光遮蔽層(CrN)的厚度變化為4Å，根據實施例8的含少許氧的第二光遮蔽層(CrON)的厚度變化為7Å。
第二光遮蔽層的厚度變化對基本功能具有影響，即，光遮蔽膜的光遮蔽功能。因此，實施例8呈現0.01的光學密度變化，實施例9呈現0.03的光學密度變化。
相較於氮化鉻(CrN)膜，含少許氧的氮氧化鉻(CrON)膜根據厚度和光學密度的變化導致相對壞的結果，但它足夠用於光遮蔽膜的最上層，即，第二光遮蔽層。
進一步地，第一和第二光遮蔽層的厚度損失不明顯，而不足以導致光遮蔽膜在光遮蔽功能上的問題，因此，實施例8和9實際可應用於光遮蔽膜。
光遮蔽膜關於光學密度的評估
在根據本發明實例的相移空白遮罩中，根據相移膜的透 射率和光遮蔽膜的結構評估光學密度。根據實施例10~12，在同樣的條件下形成所有第一光遮蔽膜，當改變第一光遮蔽膜的厚度和第二光遮蔽膜的物質時調節光學密度。
通過在製程氣體Ar：N2：NO=5sccm：10sccm：5sccm和製程功率1.0kW下，生長氮氧化鉻(CrON)膜至厚度480Å來形成第一光遮蔽層。
在實施例10中，在具有20%透射率的相移膜上形成氮氧化鉻(CrON)層至厚度480Å，然後通過向已形成的氮氧化鉻(CrON)層應用製程氣體Ar：N2：NO=5sccm：10sccm：2sccm和製程功率0.8kW來形成第二光遮蔽層至厚度80Å。
在實施例11中，在具有25%透射率的相移膜上形成氮氧化鉻(CrON)層至厚度485Å，然後通過向已形成的氮氧化鉻(CrON)層應用製程氣體Ar：N2=3sccm：5sccm和製程功率0.8kW來形成氮氧化鉻(CrON)的第二光遮蔽層至厚度90Å。
在實施例12中，在具有30%透射率的相移膜上形成氮氧化鉻(CrON)層至厚度485Å，然後通過向已形成的氮氧化鉻(CrON)層應用製程氣體Ar：N2=3sccm：5sccm和製程功率0.8kW來形成氮氧化鉻(CrON)的第二光遮蔽層至厚度100Å。
在比較例3中，在製程氣體Ar：N2=3sccm：5sccm和製程功率0.8kW下，在具有20%透射率的相移膜上形成氮化鉻(CrN)至厚度485Å，然後在製程氣體Ar：N2：NO=5sccm：10sccm：2sccm和製程功率0.8kW下形成氮氧化鉻(CrON)的抗反射層至 厚度120Å。
關於實施例10~12以及比較例3，其中的相移膜和光遮蔽膜相堆疊，測量光學密度、平均蝕刻速度和形成圖案後抗蝕膜的殘留膜厚度。
參見表4，形成圖案後，實施例10~12和比較例3適用於光罩，因為它們均呈現2.6~3.0的光學密度。
然而，根據平均蝕刻速度，實施例10~12呈現2.0Å/sec~2.3Å/sec的蝕刻速度，快於比較例3的1.36Å/sec的蝕刻速度。根據形成圖案後抗蝕膜的殘留膜厚度，比較例3形成圖案後沒有殘留的抗蝕膜，但實施例10~12具有25nm~35nm的殘留抗蝕膜，以便抗蝕膜形成為薄膜。
根據本發明的相移空白遮罩I的製造
為製造根據本發明的相移空白遮罩，準備具有尺寸(長度×寬度×厚度=6英寸×6英寸×0.25英寸)、2nm/6.3mm雙折射率和 2,560Å平整度(指標總讀數，TIR)的合成石英玻璃基板。
使用直流(DC)磁控反應濺鍍器，在玻璃基板上形成具有高反射率的相移膜。在製程氣體Ar：N2=7sccm：8.5sccm和製程功率0.7kW下，當使用矽化鉬(MoSi)靶材(成分比例Mo：Si=2at%：98at%)時，通過生長矽化鉬(MoSiN)膜550秒形成相移膜。然後，通過真空快速熱處理(RTP)設備在溫度350°下對相移膜進行熱處理30分鐘。
使用n&k分析儀3700RT測量相移膜的透射率和相移度。結果，透射率為18.2%，相移度為183°。進一步地，用X光反射計(XRR)測量相移膜的厚度。結果，厚度為58.4Å nm。此外，使用俄歇電子能譜法(AES)分析相移膜的成分比例。結果，呈現2.1at%鉬(Mo)、70.1at%矽(Si)和27.8at%氮(N)的成分比例。此外，為比較相移膜關於根據膜生長的平整度變化，使用超平面設備測量相移膜的平整度。結果，指標總讀數TIR為3,120Å。由於與前述具有2,560Å的透明基板存在560Å的平整度變化差值，可間接理解，在後面具有光罩和晶圓的曝光製程下(即晶圓光刻)，圖案佇列和聚焦深度(DoF)邊緣是優異的。
具有第一光遮蔽層和第二光遮蔽層的光遮蔽膜在相移膜上生長。所有光遮蔽膜使用鉻(Cr)靶材，在製程氣體Ar：N2：NO=5sccm：10sccm：5sccm和製程功率1.0kW下，通過生長氮氧化鉻(CrON)膜368秒形成第一光遮蔽層。在製程氣體Ar：N2=3sccm：5sccm和製程功率0.8kW下，通過生長氮化鉻(CrN) 膜60秒形成第二光遮蔽層。關於第一光遮蔽層和第二光遮蔽層，通過與前述相移膜同樣的方法測量膜厚度。結果，第一光遮蔽層為48nm，第二光遮蔽層為5nm。第一光遮蔽層和第二光遮蔽層的成分比例分析如下：第一光遮蔽層呈現成分比例：48at%鉻(Cr)、30at%氮(N)和22at%氧(O)，第二光遮蔽層呈現成分比例：58at%鉻(Cr)和42at%氮(N)。進一步地，測量相移膜和光遮蔽膜相堆疊的膜的光學密度。結果，在193nm波長的光的曝光下的光學密度為2.95，反射率為33%。
蝕刻停止膜在光遮蔽膜上生長。在製程氣體Ar：N2：NO=3sccm：3sccm：5sccm和製程功率0.6kW下，當使用矽化鉬(MoSi)靶材(成分比例Mo：Si=2at%：98at%)時，通過生長氮氧矽化鉬(MoSiON)膜至厚度20Å形成蝕刻停止膜。作為分析蝕刻停止膜成分比例的結果，蝕刻停止膜呈現成分比例：1.5at%鉬(Mo)、60.3at%矽(Si)、12.5at%氧(O)和25.7at%氮(N)。
硬膜在蝕刻停止膜上生長。在製程氣體Ar(=8sccm)和製程功率0.6kW下，當使用鉻(Cr)靶材時，通過生長鉻(Cr)膜至厚度40Å形成硬膜。
通過旋塗法在硬膜上形成化學放大抗蝕劑至厚度100nm，從而完成根據本發明的空白遮罩。
根據本發明的相移空白遮罩II的製造
參考前述相移空白遮罩製造I，製造第二光遮蔽層成分不 同的相移空白遮罩。除了第二光遮蔽層，基板和金屬膜與上面描述的具有相同的物理、化學和光學特性。
為形成第二光遮蔽層，使用(Cr)靶材。在製程氣體Ar：N2：NO=5sccm：10sccm：2sccm和製程功率0.8kW下，通過生長氮氧化鉻(CrON)膜75秒形成第二光遮蔽層。
生長膜後，使用採用X光的X光反射計(XRR)測量膜厚度。結果，第二光遮蔽層厚度為7.5nm。為分析成分比例，使用俄歇電子能譜法(AES)。結果，呈現成分比例：54at%鉻(Cr)、7at%氧(O)和39at%氮(N)。進一步地，測量相移膜和光遮蔽膜相堆疊的膜的光學密度。結果，在193nm波長的光的曝光下的光學密度為2.92，反射率為31%。
根據本發明的相移光罩的製造
前述相移空白遮罩採用電子束進行曝光製程，採用190℃下的熱板進行曝光後烘乾10分鐘，然後抗蝕膜顯影形成抗蝕膜圖案。
接著，當使用抗蝕圖案作為蝕刻遮罩時，由包含氯(Cl)氣體的蝕刻氣體蝕刻下方的硬膜，從而形成硬膜圖案。移除抗蝕膜後，硬膜圖案用作蝕刻遮罩，由包含氟(F)氣體的蝕刻氣體蝕刻下方的包含矽(Si)的蝕刻停止膜，從而形成蝕刻停止膜圖案。
接著，蝕刻停止膜圖案用作蝕刻遮罩，由包含氯(Cl)氣體的蝕刻氣體蝕刻下方的光遮蔽膜，從而形成光遮蔽膜圖案。 這時，硬膜圖案與蝕刻停止膜具有同樣的蝕刻特性，因此，當形成蝕刻停止膜圖案時被完全移除。
隨後，光遮蔽膜圖案用作蝕刻遮罩，由包含氟(F)氣體的蝕刻氣體蝕刻下方的相移膜，從而形成相移膜圖案。這時，蝕刻停止膜圖案與相移膜具有同樣的蝕刻特性，因此，當形成蝕刻停止膜圖案時被完全移除。
然後，在包含相移膜圖案的產品上形成抗蝕膜圖案，並從未形成主圖案的盲區(blind area)移除光遮蔽膜圖案，從而完成製造相移光罩。
無蝕刻停止膜的相移空白遮罩和光罩的製造
為與根據本發明的前述相移空白遮罩的製造I比較，通過移除蝕刻停止膜製造根據比較例的相移空白遮罩，在光遮蔽膜上形成具有包含矽(Si)的矽化鉬(MoSi)化合物的硬膜，並在硬膜上形成抗蝕膜。
根據比較例構成相移空白遮罩的透明基板、相移膜和光遮蔽膜與實施例中的相同。
在製程氣體Ar：N2：NO=3sccm：5sccm：5sccm和製程功率0.6kW下，通過使用相對於下方的包含鉻(Cr)化合物的光遮蔽膜具有蝕刻選擇性的矽化鉬(MoSi)靶材(具有成分比例Mo：Si=2at%：98at%)和生長氮氧矽化鉬(MoSiON)膜至厚度40Å，形成根據比較例的硬膜。
接著，在硬膜上形成化學放大抗蝕劑至厚度1000Å，從而完成根據比較例的相移空白遮罩。
然而，根據比較例的相移空白遮罩具有不覆蓋問題，在透明基板的各邊上，抗蝕膜部分地不能用在由氮氧矽化鉬(MoSiON)膜製成的硬膜上。因此，在硬膜上額外執行六甲基二矽胺(HDMS)製程，然後將抗蝕膜用於硬膜，從而解決前述問題。
使用相移空白遮罩，通過與根據本發明的同樣的物質和方法製造相移光罩。
首先，抗蝕膜經過曝光和顯影製程形成抗蝕膜圖案，抗蝕圖案用作蝕刻遮罩，由包含氟(F)氣體的蝕刻氣體蝕刻由氮氧矽化鉬(MoSiON)膜製成的硬膜，從而形成硬膜圖案。然而，當形成硬膜圖案時，由於在硬膜上提供的HDMS的強黏合，形成的抗蝕圖案具有厚度大約2Å~50Å的污點，因此，蝕刻硬膜所花的時間被延長。進一步地，由抗蝕圖案的污點導致的意外結果算是一個缺陷。
參見表5，在乾式蝕刻製程中分析根據HDMS製程的蝕刻膜的污點和由污點導致的缺陷。結果，通過HDMS製程形成的 抗蝕膜具有厚度2Å~50Å的污點，因此，可理解，在硬膜的乾式蝕刻製程中的缺陷比為執行HDMS製程時增多了大約5~6倍。
相移空白遮罩的表面電阻分析
根據本發明，為分析基於相移空白遮罩的製造I和II的相移空白遮罩的充電現象，採用四點探針測量表面電阻。在同樣的條件下，也測量無蝕刻停止膜的相移空白遮罩的表面電阻。然後，比較和分析測得的表面電阻。
在下表6中，根據本發明製造的相移空白遮罩I和II由實施例13和14描述，無蝕刻停止膜的相移空白遮罩由比較例4描述。
參見表6，根據實施例13、實施例14或比較例4，測量相移空白遮罩的表面電阻，相移空白遮罩由硬膜(即構成相移空白遮罩的薄膜)形成。實施例13呈現520Ω/□，實施例14呈現550Ω/□，而比較例4呈現3,025Ω/□。這樣，可以理解，比較例4的表面電阻比發明實例13和14的高大約15倍，並具有嚴重的充電現象。
如上所述，本發明的相移膜形成具有6%或更高的透射率，從而獲得更精細的圖案。
進一步地，由鉻(Cr)製成的硬膜和設於硬膜下方並具有不同於光遮蔽膜的蝕刻特性的蝕刻停止膜，被用來解決硬膜與抗蝕膜之間的黏合問題。由於額外的製程，如HDMS，不被執行，所以可能防止斑點或污點缺陷。此外，可能解決包含矽(Si)的硬膜中的電子充電現象。
相應地，本發明提供一種用於製造光罩的空白遮罩，其可實現32nm級以下，優選地，14nm級以下，更優選地，10nm級以下的微細圖案。
雖然上面描述了本發明的一些示範性實施例，但本發明的技術範圍不由前述示範性實施例限制。本領域的技術人員應當理解，在不偏離本發明原則和精神的下，可對這些示範性實施例進行變化和修改，本發明的範圍由所附的權利要求及其同等替換限定。
100‧‧‧相移空白遮罩
102‧‧‧透明基板
104‧‧‧相移膜
106‧‧‧光遮蔽膜
112‧‧‧抗蝕膜

Claims (17)

  1. 一種相移空白遮罩，具有位於透明基板上的相移膜和光遮蔽膜，其特徵在於，所述光遮蔽膜包括多層膜，所述多層膜具有兩層或多層，且包含氧(O)和氮(N)中至少一者以及鉻(Cr)，所述多層膜中的至少一層必須包含氧(O)，所述必須包含氧(O)的膜占所述光遮蔽膜總厚度的50%~95%。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的相移空白遮罩，其特徵在於，所述相移膜包含單層結構、由兩層或多層形成的多層結構和連續膜結構中的其中之一，且若所述相移膜具有所述多層結構或所述連續膜結構，則所述相移膜的最上部必須包含氧(O)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的相移空白遮罩，其特徵在於，所述相移膜在193nm或248nm的波長的光下曝光時具有10%~50%的透射率。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的相移空白遮罩，其特徵在於，所述相移膜包含矽(Si)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、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)、鉿(Hf)和鎢(W)中的一種或多種物質，或者除了前述 物質外，還包含氮(N)、氧(O)、碳(C)、硼(B)和氫(H)中的一種或多種物質，除了所述鉻(Cr)之外，所述光遮蔽膜還包含矽(Si)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、釩(V)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鈀(Pd)、鋅(Zn)、鋁(Al)、錳(Mn)、鎘(Cd)、鎂(Mg)、鋰(Li)、硒(Se)、銅(Cu)、鉿(Hf)和鎢(W)中的一種或多種物質，或者除了前述物質外，還包含氮(N)、氧(O)、碳(C)、硼(B)和氫(H)中的一種或多種物質。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的相移空白遮罩，其特徵在於，所述相移膜包括矽(Si)、金屬矽化物、矽化合物和金屬矽化物化合物中的其中之一，其中，所述矽化合物和金屬矽化物化合物分別通過矽和金屬矽化物與氮(N)、氧(O)、碳(C)、硼(B)和氫(H)中的一種或多種輕元素化合而成。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的相移空白遮罩，其特徵在於，若所述相移膜包含矽(Si)化合物，則所述相移膜具有成分比例：40at%~90at%的矽(Si)和10at%~60at%的輕元素，若所述相移膜包含金屬矽化物或金屬矽化物化合物，則所述相移膜具有成分比例：0.1at%~10at%的金屬、39at%~90at%的矽(Si)和0at%~60at%的輕元素。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的相移空白遮罩，其特徵在於，所述相移膜具有500Å~850Å的厚度，在193nm或248nm的波長的光下曝光時的相移度為170°~190°，反射率為20%~30%。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的相移空白遮罩，其特徵在於，所述光遮蔽膜包含鉻(Cr)化合物，所述鉻(Cr)化合物具有以下成分比例：30at%~70at%的鉻(Cr)、10at%~40at%的氮(N)和0~50at%的氧(O)。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的相移空白遮罩，其特徵在於，所述光遮蔽膜還包含碳(C)、硼(B)和氫(H)中的一種或多種物質，並具有成分比例：0~30at%的碳(C)、0~30at%的硼(B)和0~30at%的氫(H)。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的相移空白遮罩，其特徵在於，所述光遮蔽膜具有300Å~700Å的厚度。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的相移空白遮罩，其特徵在於，所述光遮蔽膜具有1.0Å/sec~4.0Å/sec的蝕刻速度。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的相移空白遮罩，其特徵在於，在所述光遮蔽膜上形成蝕刻停止膜和硬膜中的至少一者。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的相移空白遮罩，其特徵在於，所述蝕刻停止膜包含一種與所述相移膜具有相同蝕刻特性的物質，所述硬膜包含一種蝕刻特性不同於所述相移膜和所述蝕刻停止膜的物質，所述硬膜具有與所述光遮蔽膜相同的蝕刻特性。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的相移空白遮罩，其特徵在於，所述硬膜包含鉻(Cr)或一種與輕元素化合的鉻(Cr)化合物，所述輕元素包含氮(N)、氧(O)、碳(C)、硼(B)和氫(H)中的一種或多種。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的相移空白遮罩，其特徵在於，所述蝕刻停止膜具有20Å~150Å的厚度。
  16. 如申請專利範圍第12項所述的相移空白遮罩，其特徵在於，所述硬膜具有20Å~100Å的厚度和0.4Å/sec以上的蝕刻速度。
  17. 一種相移光罩，採用如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述的相移空白遮罩製備而成。
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