TWI691784B - 空白遮罩以及光罩 - Google Patents

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Abstract

一種根據本發明的空白遮罩包含：遮光膜，設置在透明 基板上；以及硬質罩膜，設置在遮光膜上且包括鉬鉻(MoCr)。因此，硬質罩膜不僅具有提高的蝕刻速度，且還具有對氟(F)基乾式蝕刻的足夠的耐蝕刻性，以使得可減小對抗蝕劑膜的蝕刻負載且可改善硬質罩膜圖案及遮光膜圖案的線邊緣粗糙度(LER)，從而形成用於高精確度圖案印刷的光罩。

Description

空白遮罩以及光罩
[相關申請案的交叉參考]
本申請案主張2018年7月13日在韓國智慧財產局申請的韓國專利申請案第10-2018-0081353號以及2018年8月13日在韓國智慧財產局申請的韓國專利申請案第10-2018-0094127號的權益，所述韓國專利申請案的揭露內容以全文引用的方式併入本文中。
本發明是有關於一種空白遮罩(blankmask)，且特別是有關於一種空白遮罩及一種光罩(photomask)以及製造其的方法，且更特定地說，是有關一種空白遮罩及一種光罩以及製造其的方法，其中提供一種硬質罩膜(hard mask film)以供製造呈32奈米或32奈米以下(特定來說14奈米或14奈米以下)類別的半導體裝置。
當今，高水準半導體微型製造技術已變得非常重要以符合因大型積體電路的高度集成所致的電路圖案小型化的需求。在高度積體電路的情況下，對因集成所致的電路佈置或類似物、用 於層間連接的接觸孔圖案(contact hole pattern)以及針對高速操作及低功耗的電路佈線小型化的技術需求已增加。為了滿足這些需求，製造在其中記錄初始電路圖案的光罩(photomask)時已需要用於將高解析度圖案連同精確電路圖案一起記錄的技術。
作為實現高解析度圖案的努力的一部分，近來已發展及應用具有硬質罩膜的空白遮罩。不同於常規二進位空白遮罩或相移空白遮罩，這一具有硬質罩膜的空白遮罩包含位於鄰近於抗蝕劑膜的下部側處的硬質罩膜，且因此不使用抗蝕劑膜而是使用硬質罩膜圖案作為蝕刻遮罩(etching mask)以供形成下部遮光膜圖案。
在使用硬質罩膜的空白遮罩中，硬質罩膜如此薄以至於抗蝕劑膜可較薄，從而最終實現高解析度(high resolution)。另外，相較於遮光膜圖案，硬質罩膜形成圖案所需的蝕刻時間相對較短，以使得可在形成圖案時降低負載效應(loading effect)，從而最終改善臨界尺寸(critical dimension；CD)線性(linearity)。
近來，光罩的高解析度及圖案印刷的精確度都已變得重要。這種圖案印刷(printing)的精確度受光罩中形成的圖案的邊緣處的線邊緣粗糙度(line edge roughness；LER)影響，且進一步影響均勻光學鄰近校正(optical proximity correction；OPC)，且因此所述精確度的重要性已逐漸增大。
這同樣適用於特定來說對技術節點(tech node)的發展(例如，從邏輯(logic)14奈米技術朝邏輯(logic)10奈米、邏 輯(logic)7奈米或7奈米以下的高技術(high-tech)發展)日益重要的具有硬質罩膜的空白遮罩。
同時，最終圖案的LER取決於各種條件，例如曝光條件、抗蝕劑、薄膜材料、蝕刻條件等。其中特定來說，最終圖案的材料及用於形成最終圖案的上部蝕刻遮罩的LER對最終圖案的LER的影響較大。
對具有硬質罩膜的常規二進位空白遮罩來說，將鉻(chrome；Cr)族硬質罩膜材料應用於矽化鉬(molybdenum silicide；MoSi)族遮光膜。在這種情況下，透過氯(chlorine；Cl)基蝕刻氣體來蝕刻鉻(Cr)族硬質罩膜材料，且所述鉻(Cr)族硬質罩膜材料具有蝕刻速度較慢的缺點。另外，鉻(Cr)族硬質罩膜材料具有以下缺點：在氧(oxygen；O)含量減少以改善抗蝕劑膜的圖案形狀時蝕刻速度變得更慢。這種問題最終使得鉻(Cr)族硬掩模圖案的LER不良，且還造成使用硬質罩膜圖案作為蝕刻遮罩來形成的遮光膜的LER不良。特定來說，這在低端技術(low-end tech)中無關緊要，但在例如製程朝著7奈米、5奈米等等進行的高端技術(high-end tech)中會出現基於圖案的LER的印刷率的精確度降低的問題。
因此，本發明的方面是使得具有硬掩模的二進位空白遮罩的硬質罩膜圖案的線邊緣粗糙度(LER)經改善，從而最終提供 一種空白遮罩及一種光罩以及製造其的方法，其中遮光膜圖案的LER極佳。
本發明的方面是提供一種空白遮罩及一種光罩以及製造其的方法，其中圖案以32奈米或32奈米以下(特定來說14奈米或14奈米以下)類別實現。
根據本發明的一個實施例，可提供一種空白遮罩，所述空白遮罩包含：遮光膜，設置在透明基板上；以及硬質罩膜，設置在遮光膜上且含有鉻(Cr)及一個或多個種類的金屬。
金屬可含有在以下當中選出的一個或多個種類的金屬：鉬(molybdenum；Mo)、鈦(titanium；Ti)、鋯(zirconium；Zr)、釩(vanadium；V)、錳(manganese；Mn)、鐵(iron；Fe)、鈷(cobalt；Co)、鎳(nickel；Ni)、銅(copper；Cu)、鋅(zinc；Zn)、鎵(gallium；Ga)、鍺(germanium；Ge)、鈮(niobium；Nb)、釕(ruthenium；Ru)、銠(rhodium；Rh)、鈀(palladium；Pd)、銀(silver；Ag)、鎘(cadmium；Cd)、銦(indium；In)、錫(tin；Sn)、鉿(hafnium；Hf)、鉭(tantalum；Ta)、鎢(tungsten；W)、鋨(osmium；Os)、銥(iridium；Ir)、鉑(platinum；Pt)、金(gold；Au)、鋁(aluminum；Al)、鎂(magnesium；Mg)、鋰(lithium；Li)以及硒(selenium；Se)。
硬質罩膜可僅含有金屬及鉻(Cr)，或可除金屬及鉻(Cr)外還含有在氧(O)、碳(carbon；C)以及氮(nitrogen；N)當中的一個或多個種類的輕元素。
硬質罩膜可僅含有鉬鉻(molybdenum chromium；MoCr)，或可除鉬鉻(MoCr)外還含有在氧(O)、碳(C)以及氮(N)當中的一個或多個種類的輕元素。
可使用鉬鉻(MoCr)靶(molybdenum chromium target)形成硬質罩膜，且所述靶的組成比是Mo：Cr=0.1原子百分數(at%)：99.9原子百分數~30原子百分數：70原子百分數。
含於硬質罩膜中的金屬的含量可以是0.1原子百分數~30原子百分數。
硬質罩膜可含有金屬及鉻(Cr)，所述金屬與鉻(Cr)之間的組成比(M/Cr)在1/1000到1/5的範圍內。
遮光膜除矽化鉬(MoSi)外還可含有在氧(O)、碳(C)以及氮(N)當中的至少一個種類的材料。
100:空白遮罩
102:透明基板
104:遮光層
106:抗反射層
108:遮光膜
110:硬質罩膜
112:抗蝕劑膜
根據結合附圖對示例性實施例進行的以下描述，以上及/或其它方面將變得顯而易見且更容易瞭解，其中：圖1是根據本發明的實施例的空白遮罩的橫截面視圖。
綜上所述，下文中將參考附圖來更詳細描述本發明的實施例。然而，實施例僅出於說明性目的提供且不應解釋為限制本發明的範圍。因此，本領域一般技術人員將瞭解，可根據實施例 作出各種修改及等效物。另外，本發明的範圍必須在所附權利要求書中界定。
圖1是根據本發明的實施例的空白遮罩的橫截面視圖。
參考圖1，根據本發明的空白遮罩100包含在透明基板102上依序形成的遮光膜108、硬質罩膜110以及抗蝕劑膜112。
透明基板102具有6英寸×6英寸×0.25英寸(寬度×長度×厚度)的大小，以及關於具有200奈米或小於200奈米波長的曝光光的90%或高於90%的透射率。
可透過使用物理沉積或化學沉積的各種方法來形成遮光膜108及硬質罩膜110，例如透過在化學氣相沉積(chemical vapor deposition；CVD)、直流電(direct current；DC)濺鍍(sputtering)、DC磁控濺鍍(magnetron sputtering)、射頻(radio frequency；RF)濺鍍以及離子束濺鍍當中選出的任一種來形成。另外，濺鍍方法可使用單個靶(target)或多個同時安裝的靶來使膜生長。
遮光膜108可具有單層結構或具有兩個或大於兩個層的多個層結構。在雙層結構的情況下，遮光膜108可分為遮光層104及抗反射層106。
遮光膜108可由金屬矽化物化合物(metal silicide compound)製成，所述金屬矽化物化合物含有矽及在以下當中選出的一個或多個種類的金屬：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)、鈀 (Pd)、銀(Ag)、鎘(Cd)、銦(In)、錫(Sn)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)、鋨(Os)、銥(Ir)、鉑(Pt)、金(Au)、鋁(Al)、鎂(Mg)、鋰(Li)以及硒(Se)，或可由添加有在氧(O)、碳(C)以及氮(N)當中的至少一個種類的材料的前述金屬矽化物化合物製成。
優選的是，遮光膜108可由矽化鉬(MoSi)化合物製成，且至少含有氮(N)。舉例來說，遮光層104可由矽化鉬氮化物(molybdenum silicide nitride；MoSiN)製成，且抗反射層106可由矽化鉬氮化物(MoSiN)、矽化鉬氮氧化物(molybdenum silicide oxide nitride；MoSiON)或等等製成。
遮光膜108可具有30奈米到70奈米的厚度，且優選地具有35奈米到60奈米的厚度。遮光膜108是在其中形成最終圖案的部件，且需要具有預定光學密度。因此，當遮光膜108的厚度小於或等於30奈米時難以滿足光學密度，且當遮光膜108的厚度大於70奈米時存在發生3D效應(寬度×長度×厚度；由厚度造成的圖案印刷錯誤)的問題。
遮光膜108具有關於193奈米的曝光光的2.5~3.5的光學密度(optical density)，且光學密度的均勻度在142平方毫米的面積上的分佈在0.1內。
當由TIR界定應力(stress)時，相較於透明基板102，遮光膜108的TIR變化率是200奈米或200奈米以下，且優選地是100奈米或100奈米以下。
在膜生長之後，可在真空下或在使用從反應氧化氣體及 硝化氣體中選出的一種或多種的氣體氛圍中對遮光膜108額外進行基於離子電鍍(ion plating)、離子束(ion beam)、電漿(plasma)表面處理、快速熱製程(rapid thermal process；RTP)、真空熱板烘烤(vacuum hot plate bake)裝置以及爐(furnace)的製程。
當使用空白遮罩100製造光罩時，硬質罩膜110用作將要佈置在其下的遮光膜108的蝕刻遮罩。為這個目的，硬質罩膜110對遮光膜108的乾式蝕刻選擇率(dry etching selectivity)是10或高於10，且優選地是30或高於30，且厚度是2奈米~20奈米，且優選地是3奈米~10奈米。
硬質罩膜110可由金屬鉻(metal chromium；M)製成，所述金屬鉻含有鉻(Cr)及在以下當中選出的一個或多個種類的金屬：鈦(Ti)、釩(V)、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)、鈀(Pd)、銀(Ag)、鎘(Cd)、銦(In)、錫(Sn)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)、鋨(Os)、銥(Ir)、鉑(Pt)、金(Au)、鋁(Al)、鎂(Mg)、鋰(Li)以及硒(Se)，或可由添加有在氧(O)、碳(C)以及氮(N)當中的至少一個種類的材料的金屬鉻製成。
優選的是，硬質罩膜110可由鉬鉻(molybdenum chromium；CrMo)或鉬鉻(CrMo)化合物製成，例如MoCrN、MoCrO、MoCrC、MoCrCN、MoCrCO、MoCrON、MoCrCON等。
當含於硬質罩膜110中的鉬(Mo)與鉻(Cr)之間的組 成比由“Mo/Cr”表示時，組成比的範圍可優選地是1/1000~1/5。
基於組成比，含於硬質罩膜110中的鉬(Mo)的含量可以是0.1原子百分數(at%)~30原子百分數，且優選地是5原子百分數~20原子百分數。當鉬(Mo)的含量低於0.1原子百分數時，鉬(Mo)的含量如此低以至於蝕刻速度很難提高，從而最終對圖案的LER的改善不佳。另一方面，當鉬(Mo)的含量高於30原子百分數時，在蝕刻下部遮光膜時存在具有耐除雜性(cleaning resistance)及降低蝕刻選擇率(etching selectivity)的問題。
可使用鉬鉻(MoCr)的單個靶或含有鉬(Mo)及鉻(Cr)的多個靶來形成硬質罩膜110。單個靶的組成比可以是Mo：Cr=0.1原子百分數：99.9原子百分數到30原子百分數：70原子百分數。
硬質罩膜110可設計成具有單層結構，或其中的鉬(Mo)的含量經調節的兩個或大於兩個層或連續層結構，或可替代性地具有兩個或大於兩個層或連續層結構，其中氧(O)、碳(C)以及氮(N)當中的一個或多個種類的材料的組成物改變。
在光罩的製造製程期間，在遮光膜圖案完全形成之後可選擇性地去除硬質罩膜110。
透過將旋塗應用於化學放大型抗蝕劑(chemically amplified resist；CAR)來形成抗蝕劑膜112，且所述抗蝕劑膜的厚度是40奈米~150奈米。
(實施例)
實施例：製造空白遮罩及光罩
這一實施例公開使用由MoCr化合物製成的硬質罩膜來製造二進位空白遮罩及光罩。
首先，參考圖1，將透明基板102製備為受控以具有6英寸×6英寸×0.25英寸(寬度×長度×厚度)的大小、300奈米或300奈米以下的平坦度(TIR)，以及2奈米/6.35毫米的雙折射。
接著，透過以下步驟形成由MoSiN製成的遮光層104：將MoSi[10原子百分數：90原子百分數]化合物靶安裝到DC磁控濺鍍裝置，注入Ar：N2=7標準毫升/分鐘(sccm)：3標準毫升/分鐘的處理氣體，以及供應0.7千瓦(kW)的處理功率。接著，透過注入Ar：N2=7.0標準毫升/分鐘：6.5標準毫升/分鐘的處理氣體且供應0.6千瓦的處理功率來形成由MOSiN製成的抗反射層106，從而最終完成遮光膜108的製造。這裡，作為測量光學密度的結果及遮光膜108關於具有193奈米波長的曝光光的反射率，遮光膜108展示2.95的光學密度(optical density)及33.5%的反射率(reflectivity)。另外，作為使用XRR裝置測量厚度的結果，遮光膜108展示47.5奈米的厚度。
接著，在350℃的溫度下經由真空(vacuum)RTP對遮光膜108進行20分鐘熱處理。
隨後，透過以下步驟使MoCr硬質罩膜110生長到4奈米厚度：使用遮光膜108上的MoCr[5原子百分數：95原子百分數]靶，注入8標準毫升/分鐘的Ar處理氣體，以及供應0.7千瓦的處 理功率。
接著，使用100奈米厚度的化學放大型抗蝕劑膜112對硬質罩膜110進行旋塗，從而完全製造二進位空白遮罩100。
對如上形成的空白遮罩100進行曝光及顯影從而形成抗蝕劑膜圖案，且用氯(chlorine；Cl)基氣體對硬質罩膜進行蝕刻同時使用抗蝕劑膜圖案作為蝕刻遮罩，從而形成硬質罩膜圖案。此時，終點檢測(end point detection；EPD)裝置測量出硬質罩膜的蝕刻速度是1.2埃/秒(Å/sec)，且在完成硬質罩膜圖案的生長中應用100%的過蝕刻(over etching)。
去除抗蝕劑膜圖案，且接著用氟(fluorine；F)基氣體對下部遮光膜進行蝕刻同時使用硬質罩膜圖案作為蝕刻遮罩。此時，測量出遮光膜的蝕刻速度是15.3埃/秒，且在完成遮光膜圖案的生長中應用60%的過蝕刻。
接著，去除硬掩模圖案，從而最終及完全製造光罩。
比較例：製造空白遮罩及光罩
在不同於前述實施例的比較例中，鉻(Cr)薄膜形成為硬質罩膜材料。
在根據比較例的空白遮罩中，與前述實施例相似地形成由MoSiN製成的遮光膜，且透過以下步驟使鉻(Cr)硬質罩膜生長到4奈米厚度：使用鉻(Cr)靶，注入8標準毫升/分鐘的Ar氣體作為處理氣體，以及供應0.7千瓦的處理功率。
接著，將化學放大型抗蝕劑旋塗到100奈米厚度，從而 最終完成空白遮罩。
對如上形成的空白遮罩100進行曝光及顯影從而形成抗蝕劑膜圖案，且用氯(Cl)基氣體對硬質罩膜進行蝕刻同時使用抗蝕劑膜圖案作為蝕刻遮罩，從而形成硬質罩膜圖案。此時，EPD裝置測量出硬質罩膜的蝕刻速度是0.7埃/秒。
接著，與前述實施例相似，使用硬質罩膜圖案對下部遮光膜進行蝕刻，且接著去除硬質罩膜圖案從而完全製造光罩。
LER測量-I：遮光膜圖案
對根據前述實施例及比較例形成的圖案進行LER測量。關於硬質罩膜圖案及遮光膜圖案上的7X7點(point)來進行LER測量。然而，難以實際測量硬質罩膜圖案，且因此測量遮光膜。
作為LER測量的結果，根據實施例形成的遮光膜圖案的LER是2.1奈米，且根據比較例形成的遮光膜圖案的LER是3.8奈米。因此，相較於比較例，根據實施例使用MoCr硬質罩膜材料的遮光膜圖案的LER改善了約60%或大於60%。
LER測量-II：硬質罩膜圖案
考慮到測量硬質罩膜圖案的LER的前述LER測量-I的困難，使根據實施例及比較例的硬質罩膜生長到30奈米厚度，且接著進行圖案化製程及LER測量。
作為LER測量的結果，根據實施例形成的硬質罩膜圖案的LER是2.5奈米，且根據比較例形成的硬質罩膜圖案的LER是4.5奈米。因此，相較於比較例，根據實施例的MoCr硬質罩膜的 LER改善了約50%或大於50%。
根據硬質罩膜的組成物評估蝕刻速度
為了評估根據本發明的硬質罩膜的蝕刻速度，生長且接著測試了不同組成物的硬質罩膜。
Figure 107143745-A0305-02-0015-2
參考表1，透過增加含於MoCr靶中的鉬(Mo)的含量，根據實施例#1到實施例#3的硬質罩膜中的鉬(Mo)的含量增加了。在結果中，應理解，蝕刻速度隨鉬(Mo)含量增加而增大。
另一方面，比較例在生長硬質罩膜時僅採用鉻(Cr)且展示0.7埃/秒的蝕刻速度，這比由鉬鉻(MoCr)製成的硬質罩膜的那些速度更慢。
如上文所描述，根據本發明由僅鉬鉻(MoCr)或鉬鉻(MoCr)化合物製成的硬質罩膜不僅具有提高的蝕刻速度，且還具有對氟(F)基乾式蝕刻的足夠的耐蝕刻性，以使得可減小對抗蝕劑的蝕刻負載且可改善硬質罩膜圖案及遮光膜圖案的LER，從而形成用於高精確度圖案印刷的光罩。
在根據本發明的具有硬掩模的空白遮罩中，將僅鉬鉻(MoCr)或鉬鉻(MoCr)化合物作為硬質罩膜材料提供。
由此，改善了根據本發明的硬質罩膜圖案的LER以最終提高遮光膜圖案的LER，從而在晶片印刷使用所製造光罩時確保高精確度圖案印刷。
另外，根據本發明，圖案可以32奈米或32奈米以下(特定來說14奈米或14奈米以下)類別形成。
儘管已參照示例性實施例繪示及描述本發明，但本發明的技術範圍不限於前述實施例中所公開的範圍。因此，本領域一般技術人員將瞭解，可根據這些示例性實施例作出各種改變及修改。另外，如所附權利要求書中所界定，將顯而易見的是，這種改變及修改涉及本發明的技術範圍。
100:空白遮罩
102:透明基板
104:遮光層
106:抗反射層
108:遮光膜
110:硬質罩膜
112:抗蝕劑膜

Claims (10)

  1. 一種空白遮罩，包括：透明基板；遮光膜，設置在所述透明基板上；以及硬質罩膜，設置在所述遮光膜上且包括鉻(Cr)以及一個或多個種類的金屬，其中含於所述硬質罩膜中的所述金屬的含量是0.1原子百分數~30原子百分數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的空白遮罩，其中所述金屬包括在以下當中選出的一個或多個種類的金屬：鉬(Mo)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、釩(V)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、鍺(Ge)、鈮(Nb)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銀(Ag)、鎘(Cd)、銦(In)、錫(Sn)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)、鋨(Os)、銥(Ir)、鉑(Pt)、金(Au)、鋁(Al)、鎂(Mg)、鋰(Li)以及硒(Se)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的空白遮罩，其中所述硬質罩膜僅包括所述金屬以及所述鉻(Cr)，或除所述金屬以及所述鉻(Cr)外還包括在氧(O)、碳(C)以及氮(N)當中的一個或多個種類的輕元素。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的空白遮罩，其中所述硬質罩膜僅包括鉬鉻(MoCr)，或除所述鉬鉻(MoCr)外還包括在氧(O)、碳(C)以及氮(N)當中的一個或多個種類的輕元素。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的空白遮罩，其中使用鉬鉻(MoCr)靶形成所述硬質罩膜，且所述鉬鉻(MoCr)靶的組成比是Mo：Cr=0.1原子百分數：99.9原子百分數~30原子百分數：70原子百分數。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的空白遮罩，其中所述硬質罩膜的厚度是2奈米~20奈米。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的空白遮罩，其中所述硬質罩膜包括所述金屬以及所述鉻(Cr)，所述金屬與所述鉻(Cr)之間的組成比(M/Cr)在1/1000到1/5的範圍內。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的空白遮罩，其中所述硬質罩膜包括單層結構、其中組成物或組成比改變的連續層結構，或其間組成物或組成比改變的兩個或大於兩個層的多層結構。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的空白遮罩，其中所述遮光膜除矽化鉬(MoSi)外還包括在氧(O)、碳(C)以及氮(N)當中的至少一個種類的材料。
  10. 一種光罩，由根據申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述的空白遮罩製造。
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