TWI735111B

TWI735111B - 空白罩幕以及光罩

Info

Publication number: TWI735111B
Application number: TW108147133A
Authority: TW
Inventors: 申澈; 李鍾華; 梁澈圭; 崔珉箕; 申昇協; 公拮寓
Original assignee: 南韓商S&S技術股份有限公司
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2021-08-01
Also published as: CN113227898A; KR20200080093A; CN113227898B; KR102169572B1; TW202041965A

Abstract

一種空白罩幕包括形成於透明基板上的硬膜以及光屏蔽膜。所述硬膜是由矽化合物製成，除矽外，所述矽化合物含有氧、氮及碳中的至少一者。提供一種在分辨率、期望的臨界尺寸（CD）以及製程窗口餘裕方面得到改善的空白罩幕以及光罩。因此，當形成32奈米或小於32奈米、特別是14奈米或小於14奈米的圖案時，可製造良好品質的空白罩幕以及光罩。

Description

空白罩幕以及光罩

本揭露是有關於一種空白罩幕以及一種光罩，且更具體而言，是有關於其中可形成32奈米或小於32奈米、特別是14奈米或小於14奈米的精細圖案的一種空白罩幕以及一種光罩，並且提供一種硬膜。

當前，隨著大規模積體電路的高度整合，對電路圖案的微型化的需求一直持續。在空白罩幕的情況下，最近已開發並使用用於設置有硬膜的硬罩幕的空白罩幕。

用於設置有硬膜的硬罩幕的空白罩幕具有如下優點。首先，硬膜可使在其上形成的抗蝕劑膜更薄，由此在提高解析度方面發揮有效作用。具體而言，隨著抗蝕劑膜變得更薄，更容易提高及控制解析度，乃因當薄抗蝕劑膜被暴露於電子束（electron-beam，或e-beam）時，電子散射更少。此外，硬膜如此薄，以使得在形成硬膜圖案時可降低負載效應，且在藉由使用硬膜作為蝕刻罩幕在硬膜下面形成光屏蔽膜圖案時，負載效應亦可顯著降低，由此在製造罩幕時具有最終改善臨界尺寸（critical dimension，CD）特性的效果。

空白罩幕中採用的此種硬膜由鉻（Cr）或鉻化合物製成，或者由矽（Si）或矽化合物製成。一般而言，二元空白罩幕已採用鉻（Cr）或鉻化合物作為用於硬膜的材料，且相移空白罩幕已採用矽（Si）或矽化合物作為用於硬膜的材料。上述所有該些材料在對形成於其下面的光屏蔽膜的蝕刻選擇性方面是優異的。

同時，隨著半導體技術的發展，最近已加工出32奈米或小於32奈米、14奈米或小於14奈米、且特別是7奈米或小於7奈米的半導體裝置。就此而言，出現了過去沒有慮及的各種問題。例如，不僅需要光罩的解析度，且需要光罩的品質，例如CD控制、線邊緣粗糙度（line edge roughness，LER）以及CD線性度、大製程窗口餘裕等。關於該些要求，使用傳統硬膜的空白罩幕，特別是使用由矽或矽化合物製成的硬膜的空白罩幕具有如下問題。當使用氟（F）系蝕刻氣體時，矽（Si）系硬膜被快速蝕刻。因此，當形成硬膜圖案時，製程窗口餘裕小。詳言之，快速蝕刻使得難以執行終點偵測（end point detection，EPD）、檢查圖案輪廓、控制CD精度等。

因此，本揭露的態樣是揭露藉由適當控制硬膜的材料以及所述材料的組成比率，在期望的臨界尺寸（CD）特性及製程窗口餘裕以及光罩的解析度方面得到改善的一種空白罩幕以及一種光罩。由此，當形成32奈米或小於32奈米、特別是14奈米或小於14奈米的圖案時，提供具有良好品質的空白罩幕以及光罩。

根據本揭露的一個實施例，提供一種空白罩幕，所述空白罩幕包括透明基板、形成於透明基板上的光屏蔽膜以及形成於光屏蔽膜上的硬膜，所述硬膜包含矽化合物，除矽之外，所述矽化合物含有氧、氮以及碳中的至少一者中的輕元素。

在所述硬膜中，矽含量可為50原子%或低於50原子%，且所述輕元素的含量可為50原子%或高於50原子%。較佳地，在所述硬膜中，矽含量可為30原子%或低於30原子%，且所述輕元素的含量可為70原子%或高於70原子%。

硬膜可包含40原子%或高於40原子%的氧含量。較佳地，硬膜可包含50原子%或高於50原子%的氧含量。

硬膜可具有2奈米至20奈米的厚度。

所述光屏蔽膜可包含鉻；含有鉻及所述輕元素的化合物；含有鉻及金屬的化合物；或含有鉻、金屬及所述輕元素的化合物。

所述光屏蔽膜可包括由二或更多個層構成的多層式膜。在此種情況下，當抗蝕劑膜包含正型抗蝕劑時，光屏蔽膜的最頂層下方的一或多個層可被配置成較最頂層被更快速地蝕刻，而當抗蝕劑膜包含負型抗蝕劑時，光屏蔽膜的最頂層下方的一或多個層可被配置成較最頂層被更緩慢地蝕刻。

藉由調整每一層中含有的所述輕元素的含量來控制所述光屏蔽膜的每一層的蝕刻速度。

在透明基板上，可形成相移膜。

所述相移膜可包含矽化合物或含有矽及鉬的化合物。

所述相移膜可包含對於具有193奈米波長的曝光光為5%至50%的透射率以及170度至190度的相移。

根據本揭露的一個實施例，提供一種使用前述空白罩幕製造的光罩。

儘管以下將參考附圖詳細闡述本揭露的實施例，然而提供所述實施例僅用於說明目的，且不應被解釋為限制在隨附申請專利範圍中闡述的本揭露的含義或範圍。因此，此項技術中具有通常知識者將理解，可相對於所述實施例作出各種潤飾及等效形式。此外，本揭露的真實技術範圍應由隨附申請專利範圍的技術細節來界定。

根據本揭露的空白罩幕是指具有由矽或矽化合物製成的硬膜的空白罩幕。由此種材料製成的硬膜通常用於相移空白罩幕。

空白罩幕200包括依序形成於透明基板102上的相移膜104、光屏蔽膜106、硬膜108以及抗蝕劑膜112。硬膜108設置於光屏蔽膜106與抗蝕劑膜112之間，且用作形成光屏蔽膜106的圖案的蝕刻罩幕形式。

硬膜108是由矽化合物製成，除矽（Si）外，矽化合物含有氧（O）、氮（N）以及碳（C）中的一或多種輕元素。

特別地，硬膜108的矽含量為50原子%或低於50原子%，且較佳為30原子%或低於30原子%。此外，輕元素含量為50原子%或高於50原子%，且較佳為70原子%或高於70原子%。尤其，硬膜108的輕元素含量中的氧（O）含量為40原子%或高於40原子%，且較佳為50原子%或高於50原子%。

硬膜108可由對形成於硬膜108下面的光屏蔽膜106具有蝕刻選擇性的材料製成。由於矽（Si）被氟系氣體快速蝕刻，但被氯系氣體緩慢蝕刻，因此硬膜108的矽（Si）含量為5原子%或高於5原子%，且較佳為10原子%或高於10原子%，因而對光屏蔽膜106具有「10」或高於「10」的蝕刻選擇性。

同時，當矽含量變得更高時，矽被更快速地蝕刻，且因此難以偵測蝕刻的終點。因此，矽含量為50原子%或低於50原子%，且較佳為30原子%或低於30原子%。因此，硬膜108的輕元素含量（例如總氧、氮以及碳含量）不高於50原子%至70原子%。特別地，輕元素中的氧可如下進行控制。

硬膜108需要與形成於其上的抗蝕劑膜112具有強的黏附，且隨著期望圖案的大小變得更小，黏附的重要性增加。當由矽化合物製成的硬膜108具有40原子%或低於40原子%的氧含量時，硬膜108顯示出相對親水性質，且因此硬膜108與抗蝕劑膜之間的黏附減弱。因此，硬膜108的氧含量為40原子%或高於40原子%，且較佳為50原子%或高於50原子%，因而會增強硬膜108與抗蝕劑膜之間的黏附性。

同時，由矽化合物製成的硬膜108被氟（F）系氣體顯著快速地蝕刻。此外，硬膜由20奈米或小於20奈米且較佳地15奈米或小於15奈米的薄膜來達成，且此很難進行端點偵測（end point detection，EPD）。因此，在氟（F）系氣體下蝕刻矽（Si）系硬膜108需要減緩。為此，本揭露提出一種降低矽（Si）含量以及增加氧（O）含量由此達成在蝕刻硬膜108時減緩的方法。因此，硬膜108的矽含量可為50原子%或低於50原子%，且較佳為30原子%或低於30原子%。因此，製程控制可以有效地實施。

如上所述形成的硬膜108具有2奈米至20奈米且較佳地5奈米至15奈米的厚度。當厚度小於或等於2奈米時，在蝕刻製程中難以進行控制。當厚度大於或等於20奈米時，可控制蝕刻速度，但負載效應增加，此導致不良的CD控制。

硬膜108可具有單層或具有二或更多層的多層。作為另一選擇，硬膜108可被形成為連續膜或單一膜。硬膜108是藉由物理氣相沈積（physical vapor deposition，PVD）、化學氣相沈積（chemical vapor deposition，CVD）以及原子層沈積（atomic layer deposition，ALD）中的一種或多種方法形成，且較佳地藉由濺射方法形成。

硬膜108下面的光屏蔽膜106在193奈米的曝光波長下具有2.5至3.5的光學密度。

光屏蔽膜106可包含選自鉻（Cr）、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）、錫（Sn）、鎂（Mg）、鋰（Li）、硒（Se）、銅（Cu）、鉿（Hf）以及鎢（W）中的一種或多種材料，或者可包含除選定材料外，含有氧、氮以及碳中的一種或多種輕元素的化合物。較佳地，光屏蔽膜106可包含鉻、含有鉻以及輕元素的化合物、含有鉻以及金屬的化合物、或者含有鉻、金屬以及輕元素的化合物。

光屏蔽膜106可具有單層或具有二或更多個層的多層，且可具有30奈米至70奈米的厚度。

根據施加至光屏蔽膜106的頂部的抗蝕劑的種類，例如，根據抗蝕劑是正型還是負型，光屏蔽膜106可如下進行設計。

首先，當使用正型抗蝕劑時，光屏蔽膜106的最頂層下方的一或多個層被設計成較最頂層更快速地蝕刻，使得光屏蔽膜106可被更佳地圖案化。因此，可防止底腳（footing）現象。

同時，當使用負型抗蝕劑時，光屏蔽膜106的最頂層下方的一或多個層被設計成較最頂層更緩慢地蝕刻，使得光屏蔽膜106可被更佳地圖案化。因此，可防止底切（undercut）現象。

為此，光屏蔽膜106的每一層的蝕刻速度可藉由調整每一層中的例如氧（O）、氮（N）以及碳（C）等輕元素的含量來控制。

相移膜104可包含選自鉻（Cr）、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）、錫（Sn）、鎂（Mg）、鋰（Li）、硒（Se）、銅（Cu）、鉿（Hf）以及鎢（W）中的一種或多種材料，或者可包含除選定材料外，含有氧、氮以及碳中的一種或多種輕元素的化合物。較佳地，相移膜104可包含除矽或鉬矽外含有氧、氮、碳及類似輕元素的化合物。

相移膜104具有對於193奈米的曝光波長為5%至50%的透射率以及170度至190度的相移。具體而言，相移膜104可被製造成具有出於其目的而為6%、12%、18%、24%、30%等的透射率以及對應的170度、175度、180度、185度、190度等的相移，如此，藉由考慮過度蝕刻來控制薄膜的相。特別地，如上所述配置的具有硬膜108的相移空白罩幕可具有小於6%至30%的透射率。實施例#1：製造具有硬膜的相移空白罩幕的方法

實施例#1闡述一種製造具有硬膜的相移空白罩幕以及光罩的方法。

在透明基板上依序形成相移膜、光屏蔽膜、硬膜以及抗蝕劑膜。使用了凹透明基板，當平坦度由總指示讀數（total indicated reading，TIR）定義時，所述基板的總指示讀數（TIR）值為-82奈米。

藉由單晶法製造了相移膜。用Ar:N₂ :NO = 5標準立方公分/分鐘（sccm）:5標準立方公分/分鐘:5.3標準立方公分/分鐘的製程氣體注入安裝有純度為7N並摻雜有硼（B）的矽（Si）靶的單晶片型直流（direct current，DC）磁控濺射系統，且所述系統以1.0千瓦的製程功率來供應，由此形成厚度為125奈米的SiON膜。作為藉由n&k分析器3700RT量測此種形成的相移膜的透射率以及相移的結果，相移膜對於193奈米的波長顯示出68%的透射率中心值以及205˚的相移中心值。此外，作為量測平坦度的結果，相移膜顯示出具有+80奈米值的凸起形狀。此外，作為藉由俄歇電子光譜學（Auger electron spectroscopy，AES）分析相移膜的組成比率的結果，相移膜顯示出矽（Si）:氮（N）:氧（O）= 16.3原子%:15.6原子%:68.1原子%的組成比率。

然後，藉由真空快速熱處理（rapid thermal processing，RTP）系統在500℃的溫度下將相移膜熱處理40分鐘，由此改善平坦度。作為量測相移膜的應力的結果，相移膜顯示出具有+30奈米值的凸起形狀，且整個相移膜的應力變化（即δ應力）為+112奈米。因此，理解到，應力是藉由熱處理釋放的。

為形成光屏蔽膜，用Ar:N₂ :CH₄ = 5標準立方公分/分鐘:12標準立方公分/分鐘:0.8標準立方公分/分鐘的製程氣體注入安裝有鉻（Cr）靶的單晶片型DC磁控濺射系統，且所述系統以1.4千瓦的製程功率來供應，由此形成厚度為43奈米的CrCN下部膜。然後，藉由注入Ar:N₂ :NO = 3標準立方公分/分鐘:10標準立方公分/分鐘:5.7標準立方公分/分鐘的製程氣體，並供應0.62千瓦的製程功率來形成厚度為16奈米的CrON上部膜，由此形成具有兩層式結構的光屏蔽膜。

此後，作為量測光屏蔽膜的光學密度以及反射率的結果，光屏蔽膜對於具有193奈米波長的曝光光顯示出3.10的光學密度以及29.6%的反射率。因此，理解到，所量測的光學密度以及反射率適合於光屏蔽膜的光學密度以及反射率。

為形成硬膜，用Ar:N₂ :NO = 7標準立方公分/分鐘:7標準立方公分/分鐘:5標準立方公分/分鐘的製程氣體注入安裝有矽（Si）靶的單晶片型DC磁控濺射系統，且所述系統以0.7千瓦的製程功率來供應，由此形成厚度為10奈米的SiON膜。

接下來，對硬膜進行六-甲基-二-矽氮烷（hexa-methyl-di-silazane，HDMS）製程，然後藉由旋轉塗佈系統將化學放大負型抗蝕劑形成為具有100奈米的厚度，由此完全製造出相移空白罩幕。

使如上所述製造的空白罩幕經受曝光製程，然後在100度的溫度下進行後曝光後烘烤（post exposure bake，PEB）製程10分鐘，並顯影以形成抗蝕劑膜圖案。然後，藉由使用抗蝕劑膜圖案作為蝕刻罩幕，用氟（F）系氣體乾法蝕刻下部硬膜，由此形成硬膜圖案。在此種情況下，作為藉由EPD系統量測硬膜的蝕刻終點的結果，蝕刻終點顯示為17秒。

在移除抗蝕劑膜圖案之後，藉由採用硬膜圖案作為蝕刻罩幕蝕刻下部光屏蔽膜，由此形成光屏蔽膜圖案。同時，可藉由採用抗蝕劑膜以及硬膜作為蝕刻罩幕來蝕刻光屏蔽膜。

當使用硬膜圖案以及光屏蔽膜圖案作為蝕刻罩幕時，用氟（F）系氣體乾法蝕刻下部相移膜，由此形成相移膜圖案。

在此種情況下，作為藉由EPD系統分析相移膜圖案的蝕刻終點的結果，可區分蝕刻終點，乃因相移膜圖案採用氮（N）峰，與下部透明基板相反。此處，在用於形成相移膜圖案的蝕刻時，硬膜圖案被完全移除。

在形成有相移膜圖案的透明基板上形成第二抗蝕劑膜圖案之後，在除外圓周區域之外的曝光主區域中移除光屏蔽膜圖案，由此最終完成了相移光罩。

關於如上所述製造的相移光罩，藉由MPM-193系統量測了相移膜圖案的純透射率以及相移。結果，在193奈米波長下透射率為72.3%，且相移為215°。此外，作為藉由透射電子顯微鏡（transmission electron microscope，TEM）觀察的結果，圖案輪廓為86°。實施例#2至實施例#5/比較例#1以及比較例#2：根據硬膜的組成比率而變化的蝕刻速度的評價結果

在實施例#2至實施例#5以及比較例#1及比較例#2中，在改變硬膜的膜組成比率的同時，評價具有硬膜的相移空白罩幕的蝕刻速度以及耐化學性，且評價的結果示於下表1中。 [表1]

	實施例#2	實施例#3	實施例#4	實施例#5	比較例#1	比較例#2
濺射靶	Si	Si	Si	Si	Si	Si
組成比率（Si:O:N）	21:75:4	23:74:3	28:69:3	42:48:10	53:0:47	65:0:34
在氟系蝕刻下的蝕刻速度	9.09 Å/sec	9.23 Å/sec	9.52 Å/sec	11.3 Å/sec	15.6 Å/sec	13.5 Å/sec
在氯系蝕刻下的厚度損壞	-4.3 Å	-4.8 Å	-5.2 Å	-8.2 Å	-1.2 Å	-0.9 Å

表1示出根據相移空白罩幕中形成的硬膜的組成比率而變化的氟系氣體下的蝕刻速度以及氯系氣體下的厚度損壞的評價結果。

結果，首先，硬膜的氧含量越低，則蝕刻速度越高。比較例#1以及比較例#2顯示出蝕刻厚度為10奈米的硬膜需要6秒至8秒，且當以秒為單位識別過度蝕刻時間時，作出超過10%的變化，由此導致蝕刻控制困難的問題。

根據本揭露，提供一種在分辨率、期望的臨界尺寸特性以及製程窗口餘裕方面得到改善的空白罩幕以及光罩。因此，當形成32奈米或小於32奈米、特別是14奈米或小於14奈米的圖案時，可製造良好品質的空白罩幕以及光罩。

儘管已藉由示例性實施例示出及闡述了本揭露，然而本揭露的技術範圍不限於在前述實施例中所揭露的範圍。因此，此項技術中具有通常知識者將理解，可相對於該些示例性實施例作出各種變化及潤飾。此外，將如在隨附申請專利範圍中所界定的一樣顯而易見，此種變化及潤飾包含於本揭露的技術範圍內。

102:透明基板 104:相移膜 106:光屏蔽膜 108:硬膜 112:抗蝕劑膜 200:空白罩幕

結合附圖閱讀以下對示例性實施例的說明，以上及/或其他態樣將變得顯而易見且更易於理解，在附圖中：圖1為根據本揭露實施例的相移空白罩幕的剖視圖。

102:透明基板

104:相移膜

106:光屏蔽膜

108:硬膜

112:抗蝕劑膜

200:空白罩幕

Claims

一種空白罩幕，包括透明基板、形成於所述透明基板上的光屏蔽膜及形成於所述光屏蔽膜上的硬膜，所述硬膜包含矽化合物，除矽外，所述矽化合物含有氧、氮及碳中的至少一者中的輕元素，其中在所述硬膜中，矽含量為50原子%或低於50原子%，且所述輕元素的含量為50原子%或高於50原子%。
如請求項1所述的空白罩幕，其中在所述硬膜中，矽含量為30原子%或低於30原子%，且所述輕元素的含量為70原子%或高於70原子%。
如請求項1或2所述的空白罩幕，其中所述硬膜包含40原子%或高於40原子%的氧含量。
如請求項1或2所述的空白罩幕，其中所述硬膜包含50原子%或高於50原子%的氧含量。
如請求項1所述的空白罩幕，其中所述硬膜具有2奈米至20奈米的厚度。
如請求項1所述的空白罩幕，其中所述光屏蔽膜包含鉻；含有鉻及所述輕元素的化合物；含有鉻及金屬的化合物；或含有鉻、金屬及所述輕元素的化合物。
如請求項1所述的空白罩幕，其中所述光屏蔽膜包括由二或更多個層構成的多層式膜，當抗蝕劑膜包含正型抗蝕劑時，所述光屏蔽膜的最頂層下方的一或多個層被配置成較所述最頂層被更快速地蝕刻。
如請求項1所述的空白罩幕，其中所述光屏蔽膜包括由二或更多個層構成的多層式膜，當抗蝕劑膜包含負型抗蝕劑時，所述光屏蔽膜的最頂層下方的一或多個層被配置成較所述最頂層被更緩慢地蝕刻。
如請求項7或8所述的空白罩幕，其中藉由調整所述多層式膜的每一層中含有的所述輕元素的含量來控制所述光屏蔽膜的每一層的蝕刻速度。
如請求項1所述的空白罩幕，更包括形成於所述透明基板上的相移膜。
如請求項10所述的空白罩幕，其中所述相移膜包含矽化合物或含有矽及鉬的化合物。
如請求項10所述的空白罩幕，其中所述相移膜包含對於具有193奈米波長的曝光光為5%至50%的透射率以及170度至190度的相移。
一種光罩，使用如請求項1所述的空白罩幕製造。