CN113296355A - 一种掩模基版及其制备方法和光罩 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种掩模基版及其制备方法和光罩。该掩模基版包括：透明基板、遮光膜、防反射膜和光刻胶层，在反射膜和光刻胶层之间还设置有防反射膜氧化膜；光刻胶层为化学放大型光刻胶。上述掩模基版的制备方法，核心是对防反射膜直接氧化，形成防反射膜氧化膜。通过上述掩模基版，再经曝光、蚀刻后形成光罩。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造领域，具体涉一种掩模基版及其制备方法和光罩。
背景技术
半导体集成电路上为了形成精密图案需要使用光罩(Photomask)的光刻(Lithography)技术。在一个日益由经济效益最大化考量的大环境下，任何能提高产品稳定性或提高单位时间产出的技术、工艺必然会被充分利用，光罩技术在半导体技术中的应用充分证明了这一点。正是光罩技术的出现才让半导体能实现稳定、快速、超大规模的生产能力。同时光罩也随着半导体集成电路的高性能化、高集成化，越来越高精度要求的趋势下，光罩中使用化学放大型光刻胶越来越广泛。但化学放大型光刻胶的使用，容易形成脚状光刻胶图案，进而使遮光膜和防反射膜上难形成稳定的图案，最终导致形成有图案经常存在缺陷。
发明内容
本发明为对缺陷产生的原因进行了深入的研究。发现：由于放大型光刻胶内含酸性物质，用电子束或准分子束照射光刻胶层的部位时产生H+量子，在光刻胶与防反射膜的接触面上发生中和反应，影响H+量子的扩散，影响显影液的溶解性。
参考图1-图2，当电子束或光束14照射到化学放大型光刻胶时，其内部产生大量H+量子。该H+量子是作为经过曝光后烘烤(Post Exposure Bake)工艺后，通过量子的扩散并作为引发分解反应的媒介，转变为可溶解显影液的物质，而在防反射膜与光刻胶层接触面，电子(e-)与H+量子发生中和反应，通过显影曝光的化学放大型光刻胶来溶解曝光部位13a，残存的非曝光部位13b形成图案13c。参考图3-图4(·代表量子(H+)，▲代表电子(e-))，上述化学放大型光刻胶的碱性防反射膜上涂光刻胶形成光刻胶图案时，由碱性防反射膜上产生的电子导致量子中和13d，抑制量子的扩散和分解。因此，由光刻胶显影液引起的溶解性下降，从而形成具有脚状13e的带脚状光刻胶图案13f。形成脚状光刻胶图案时，遮光膜和防反射膜上难形成稳定的图案，导致形成有缺陷的图案。所以用脚状的光刻胶图案不能制造具有精密临界尺寸的光罩。
为此，本发明提供了一种掩模基版，该掩模基版包括：透明基板、遮光膜、防反射膜和光刻胶层，在所述反射膜和所述光刻胶层之间还设置有防反射膜氧化膜，所述光刻胶层为化学放大型光刻胶。
在本发明中，为了清晰表述掩模基版的层结构，主要采用透明基板、遮光膜、防反射膜、光刻胶层、防反射膜氧化膜的表述，均为可识别、可测量的层结构，且均为本领域惯常理解。
本发明提供的掩模基版，由于在防反射膜和光刻胶之间设置了防反射膜氧化膜，使起到了有效的隔离作用，避免防反射膜与光刻胶之间部分区域量子和电子的中和反应，从而在进行曝光和显影处理形成图案时，不容易产生脚状光刻胶图案，保证了光罩精度。而且，该方式除了进行氧化操作外，基本不引入过多的外源性物质，产品最终性能可控，工艺简单易行。
本发明提供的掩模基版中，透明基板、遮光膜、防反射膜、光刻胶层都可采用本领域常规材质、规格，包括组分、长款、厚度等，以及常规的叠加次序。同时，本发明并不限制可在相应层之间简单增加其它辅助膜，其核心是在防反射膜和光刻胶层之间采用了防反射膜氧化膜进行了隔离；而此种隔离并不需要防反射膜氧化膜和光刻胶层必须直接接触，例如，在防反射膜氧化膜和光刻胶层之间可涂覆粘接剂(六甲基二硅氮烷等)，增加光刻胶和基底的粘接力。
优选地，一种典型的结构为：透明基板上依次覆有所述遮光膜、所述防反射膜、所述防反射膜氧化膜和所述光刻胶层；该种结构为BIM型(二元掩模基版)。另一种典型的结构为：透明基板上依次覆有相移反位膜、所述遮光膜、所述防反射膜、所述防反射膜氧化膜和所述光刻胶层；该种结构为PSM型(相移掩模基版)。
本发明提供的掩模基版中，防反射膜氧化膜厚度可以为
这样的膜厚既能起到较好的隔绝作用，又能保证透光率等因素；当然，使用时膜厚可根据不同的材质、不同工艺进行适当的调节。更优的厚度选用优选
本发明提供的掩模基版中，优选地，所述透明基为石英基板。优选地，所述透明基板光的透过率大于85％。
本发明提供的掩模基版中，优选地，遮光膜为铬系化合物遮光膜；进一步优选地方案中，铬系化合物遮光膜可以由氮化铬(CrN)、碳氮氧化铬(CrCN)中的一种或两种组成。
本发明提供的掩模基版中，优选地，遮光膜的厚度为
进一步优选为
的氮化铬膜。
本发明提供的掩模基版中，优选地，防反射膜为铬系化合物防反射膜；进一步优选地方案中，铬系化合物防反射膜为含氧和氮的金属铬系化合物防反射膜。更优选地方案中，金属铬系化合物防反射膜的组分为氧化铬(CrO)、氮氧化铬(CrON)、碳氮氧化铬(CrCON)中的一种或多种。
本发明提供的掩模基版中，优选地，防反射膜的厚度为
进一步优选为
的氮氧化铬膜(CrON)。
本发明提供的掩模基版中，优选地，化学放大型光刻胶的组分包括聚合物树脂、光致酸产生剂、溶剂和添加剂；所述聚合物树脂为可进行碱性溶解的聚合物树脂。
本发明还提供了一种上述掩模基版的制备方法，该方法包括：
提供透明基板；
在所述透明基板上沉积遮光膜；
在所述遮光膜上沉积防反射膜；
在所述防反射膜上氧化形成防反射膜氧化膜；
在所述防反射膜氧化膜上涂覆光刻胶，形成光刻胶层。
本发明提供的掩模基版制备方法中，优选地，可先在透明基板上沉积相移反位膜，然后再相移反位膜上依次覆遮光膜、防反射膜、防反射膜氧化膜、光刻胶层等，制备相移掩模基版。
本发明提供的掩模基版的制备方法中，优选地，制备防反射膜氧化膜时，可使用液体氧化物或气体氧化物对所述防反射膜进行氧化形成。进一步优选地，所述液体氧化物包括臭氧水和/或二氧化碳水。更优选地，气体氧化物包括氩气、氧气和二氧化碳中的两种及以上的任意组合。
本发明提供的掩模基版的制备方法中，优选地，制备防反射膜氧化膜，采用液体氧化物中时，可以是将含氧的臭氧水及二氧化碳水喷洒在防反射膜表面，或者是采用臭氧水和/或二氧化碳水中喷洒于防反射膜表面，用于氧化膜的形成。进一步优选地，进行氧化时，二氧化碳水(CO2 Water)以0.1～0.8LPM的量喷洒20～80sec；臭氧水(O3 Water)以1～8LPM(Liter per Minute)的量喷洒20～80sec。
本发明提供的掩模基版的制备方法中，优选地，臭氧水是在放电环境下，通入碳酸气体(CO)、二氧化碳(CO2)和氧气(O2)制成臭氧水。优选地，可使用碳酸气体(CO)、二氧化碳(CO2)和氧气(O2)制成二氧化碳水。
本发明提供的掩模基版的制备方法中，优选地，制备防反射膜氧化膜，采用气体氧化物时，可以是将防反射膜置于真空的高温腔体中，选择氩气(Ar)、氧气(O2)和二氧化碳(CO2)中的两种或以上的任意组合对防反射膜进行氧化。
本发明提供的掩模基版的制备方法中，所述遮光膜和/或所述防反射膜通过溅射沉积工艺制备，工艺参数可采用常规方式进行。一种优选的方式为：所述溅射沉积工艺中是以氩气和氦气共同对靶材进行轰击(氦气的使用，可形成性能更好的膜)，并通入反应气体，形成所述遮光膜和/或所述防反射膜。进一步优选地，制备遮光膜时，采用的反应气体为氮气。更优选地，制备防反射膜时，采用的反应气体为二氧化氮或一氧化氮或其混合气体；实际操作中，由于二氧化氮或一氧化氮可由氧气和氮气反应得到，所以，也可直接向反应中通入适当比例氧气和氮气。更优选地，在形成遮光膜时，氩气和/或氦气的注入参数为20～80SCCM(标准毫升/分)；反应气体氮气的注入参数为5～20SCCM。更优选的，在形成防反射膜时，氩气和/或氦气的注入参数为5～50SCCM(标准毫升/分)；反应气体采用注入氮气和氧气的方式，注入参数分别为：氮气(N2)50～80SCCM和氧气(O2)1～5SCCM。
本发明提供的掩模基版的制备方法中，优选的，通过溅射沉积工艺制备遮光膜和/或所述防反射膜时，溅射腔体的工艺压力为0.1～0.5Pa，功率在0.5～2W范围内进行。
本发明提供的掩模基版的制备方法中，优选地，在形成光刻胶层时，可通过旋转涂布或Capillary涂布方式形成光刻胶层。
本发明还提供了一种采用上述掩模基版制成的光罩，所述光罩是在所述掩模基版上通过对所述光刻胶层进行曝光、蚀刻后形成的。
参考图5-图6，传统方法采用掩模基版制备光罩时，使用蚀刻液的湿法蚀刻或使用Cl2等气体的干法刻蚀在有光刻胶层残余光刻胶13c的透明基板上，防反射膜和遮光膜同时蚀刻后形成防反射膜图案12a和遮光膜图案11a；有明显的脚状。而使用本发明提供的光罩，可大大的减少上述缺陷。
附图说明
图1为传统方法制造光罩中电子束或光束照射在掩模基版表面概图。
图2为传统方法制造光罩中电子束或光束照射后曝光区光刻胶被去除概图。
图3为说明以往问题点的曝光工艺时的现象原理图。
图4为说明以往问题点的光刻胶脚状现象概图。
图5为传统方法制造光罩中曝光区所述遮光膜及防反射膜被蚀刻后去除工艺概图。
图6为传统方法制造光罩中蚀刻后残余光刻胶被去除工艺概图。
图7为本发明实施例的在透明基板上沉积遮光膜工艺概图。
图8为本发明实施例的在遮光膜上沉积防反射膜工艺概图。
图9为本发明实施例的在防反射膜上氧化形成氧化膜工艺概图。
图10为本发明实施例的在氧化膜膜上涂覆光刻胶层工艺概图。
图11为本发明实施例的电子束或光束照射所述掩模基版表面工艺概图。
图12为本发明实施例的电子束或光束照射所述掩模基版表面后曝光部位光刻胶层去除工艺概图。
图13为本发明实施例的电子束或光束照射所述掩模基版表面后曝光区域防反射膜及遮光膜去除工艺概图。
图14为本发明实施例中经曝光显影后制成的光罩截面概图。
元件标号说明
100 透明基板
101 遮光膜
102 防反射膜
103 防反射膜氧化膜
104 光刻胶
104a 光刻胶层曝光区域
104b 光刻胶层非曝光区域
104c 非曝光部分残留的光刻胶图案
105 电子束或光束
101a 光罩遮光膜图案
102a 光罩防反射膜图案
11a 遮光膜图案
12a 防反射膜图案
13a 光刻胶层曝光区域
13b 光刻胶层非曝光区域
13c 光刻胶层残余光刻胶
13d 量子中和
13e 脚状
13f 带脚状光刻胶图案
30 掩模基版
40 光罩
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图10所示，本实施例提供一种掩模基版，该掩模基版包括：透明基板100、遮光膜101、防反射膜102和光刻胶104，在反射膜102和光刻胶104之间还设置有防反射膜氧化膜103，该光刻胶104为化学放大型光刻胶。
如图10所示的掩模基版，其制作的主要步骤包括：
提供透明基板100；在透明基板100上沉积遮光膜101；在遮光膜101上沉积防反射膜102；在防反射膜102上氧化形成防反射膜氧化膜103；在防反射膜氧化膜103上涂覆光刻胶104，形成光刻胶层。
后续将介绍图10所示的掩模基版的具体制造过程，以及由该掩模基版制备光罩的过程，具体如下：
实施例1
参考图7所示，为了在透明基板100上溅射遮光膜101，本实施例的操作参数为：反应溅射设备的气体导入部里注入氩气(Ar)20SCCM(Standard Cubic Centimeter perMinute)和氦气(He)20SCCM，反应性气体导入部里注入氮气(N2)5SCCM。然后，对溅射靶材(Sputtering Target)高压轰击的等量子体(Plasma)形成厚度为
的氮化铬(CrN)膜。
参照图8所示，为了在遮光膜(氮化铬膜)上溅射防反射膜102，反应溅射设备的气体导入部里注入氩气(Ar)5SCCM和氦气(He)5SCCM，反应性气体导入部里注入氮气(N2)50SCCM和氧气(O2)1SCCM。然后，对溅射靶材(Sputtering Target)高压轰击的等量子体(Plasma)形成厚度为
的氮氧化铬(CrON)膜。
此时溅射腔体的工艺压力为0.1Pa，功率在0.5W范围内进行。
参考图9所示，在氮氧化铬膜上二氧化碳水(CO2 Water)以0.1LPM的量喷洒20sec后，臭氧水(O3 Water)以1LPM(Liter per Minute)的量喷洒20sec后，形成氮氧化铬膜表面进行改性的氧化膜。根据表面处理防反射膜102上形成厚度为
的防反射膜氧化层103。
实施例2
参考图7所示，为了在透明基板100上溅射遮光膜101，本实施例的操作参数为：反应溅射设备的气体导入部里注入氩气(Ar)50SCCM(Standard Cubic Centimeter perMinute)和氦气(He)50SCCM，反应性气体导入部里注入氮气(N2)15SCCM。然后，对溅射靶材(Sputtering Target)高压轰击的等量子体(Plasma)形成厚度为
的氮化铬(CrN)膜。
参照图8所示，为了在遮光膜(氮化铬膜)上溅射防反射膜102，反应溅射设备的气体导入部里注入氩气(Ar)30SCCM和氦气(He)30SCCM，反应性气体导入部里注入氮气(N2)50～80SCCM和氧气(O2)3SCCM。然后，对溅射靶材(Sputtering Target)高压轰击的等量子体(Plasma)形成厚度为
的氮氧化铬(CrON)膜。
此时溅射腔体的工艺压力为0.3Pa，功率在1.5W范围内进行。
参考图9所示，在氮氧化铬膜上二氧化碳水(CO2 Water)以0.5LPM的量喷洒50sec后，臭氧水(O3 Water)以1～8LPM(Liter per Minute)的量喷洒50sec后，形成氮氧化铬膜表面进行改性的氧化膜。根据表面处理防反射膜102上形成厚度为
的防反射膜氧化层103。
实施例3
参考图7所示，为了在透明基板100上溅射遮光膜101，本实施例的操作参数为：反应溅射设备的气体导入部里注入氩气(Ar)80SCCM(Standard Cubic Centimeter perMinute)和氦气(He)80SCCM，反应性气体导入部里注入氮气(N2)20SCCM。然后，对溅射靶材(Sputtering Target)高压轰击的等量子体(Plasma)形成厚度为
的氮化铬(CrN)膜。
参照图8所示，为了在遮光膜(氮化铬膜)上溅射防反射膜102，反应溅射设备的气体导入部里注入氩气(Ar)50SCCM和氦气(He)50SCCM，反应性气体导入部里注入氮气(N2)80SCCM和氧气(O2)5SCCM。然后，对溅射靶材(Sputtering Target)高压轰击的等量子体(Plasma)形成厚度为
的氮氧化铬(CrON)膜。
此时溅射腔体的工艺压力为0.5Pa，功率在2W范围内进行。
参考图9所示，在氮氧化铬膜上二氧化碳水(CO2 Water)以0.8LPM的量喷洒20～80sec后，臭氧水(O3 Water)以8LPM(Liter per Minute)的量喷洒80sec后，形成氮氧化铬膜表面进行改性的氧化膜。根据表面处理防反射膜102上形成厚度为
的防反射膜氧化层103。
参考图10所示，在氧化膜上把光刻胶FEP-171(富士)，用旋转涂布的方式形成厚度为
的光刻胶104，然后用热板(Hot Plate)在120℃高温下烘烤20min，通过上述工艺制造出防反射膜上氧化膜的掩模基版30。
参考图11所示，使电子束或光束105照射到具有氧化膜形成的防反射掩模基版上来曝光化学放大型光刻胶。这时，光刻胶会分为光刻胶层曝光区域104a和光刻胶层非曝光区域104b。曝光部分会产生量子(H+)作为促进化学反应的媒介，但在防反射膜表面形成的氧化膜起到了抑制电子供给，从而也抑制光刻胶与防反射膜表面的中和反应。
结果表明，参考图12，实施例1-3的掩模基版在随后的显影处理中曝光部分显影液的溶解性会提高，而非曝光部分残留的光刻胶图案104c则无脚状形成良好的图案。
参考图13，有光刻胶图案的掩模基版通在干法蚀刻设备中使用Cl2、O2、Ar的混合气体同时蚀刻氧化膜、防反射膜以及遮光膜，形成光罩遮光膜图案101a和光罩防反射膜图案102a。
参考图14，通过去除不必要的光刻胶图案，制造出期望的光罩40。
本发明示例所制造的掩模基版，由于防反射膜与光刻胶界面上形成的氧化膜，碱性防反射膜产生的电子不能与曝光工艺时的感光层产生的量子形成反应。氧化膜作为屏障(Barrier)作用，可形成具有优良图案的光刻胶图案。
因此，本发明提供的方式，无需用新结构物质代替掩模基版的防反射膜，可用传统结构物质的防反射膜上形成氧化膜，曝光化学放大型光刻胶时形成优良图案的光刻胶图案，可制造高精度尺寸的光罩。
Claims (11)
1.一种掩模基版，其特征在于，该掩模基版包括：透明基板、遮光膜、防反射膜和光刻胶层，在所述反射膜和所述光刻胶层之间还设置有防反射膜氧化膜；所述光刻胶层为化学放大型光刻胶。
2.根据权利要求1所述的掩模基版，其特征在于，所述防反射膜氧化膜厚度为
3.根据权利要求1所述的掩模基版，其特征在于，所述防反射膜氧化膜厚度为
4.根据权利要求1所述的掩模基版，其特征在于，所述遮光膜的组分选自CrN和/或CrCN。
5.根据权利要求1所述的掩模基版，其特征在于，所述防反射膜的组分选自CrO、CrON和CrCON中的一种或多种。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的掩模基版，其特征在于，所述透明基板上依次覆有所述遮光膜、所述防反射膜、所述防反射膜氧化膜和所述光刻胶层。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的掩模基版，其特征在于，所述透明基板上依次覆有相移反位膜、所述遮光膜、所述防反射膜、所述防反射膜氧化膜和所述光刻胶层。
8.一种权利要求1-6任意一项所述的掩模基版的制备方法，该方法包括：
提供透明基板；
在所述透明基板上沉积遮光膜；
在所述遮光膜上沉积防反射膜；
在所述防反射膜上氧化形成防反射膜氧化膜；
在所述防反射膜氧化膜上涂覆光刻胶，形成光刻胶层。
9.根据权利要求8所述的掩模基版的制备方法，其特征在于，所述防反射膜氧化膜是使用液体氧化物或气体氧化物对所述防反射膜进行氧化形成的；
所述液体氧化物包括臭氧水和/或二氧化碳水；
所述气体氧化物包括氩气、氧气和二氧化碳中的两种或以上的任意组合。
10.根据权利要求8所述的掩模基版的制备方法，其特征在于，所述遮光膜和/或所述防反射膜通过溅射沉积工艺制备，所述溅射沉积工艺中是以氩气和氦气共同对靶材进行轰击，并通入反应气体，形成所述遮光膜和/或所述防反射膜。
11.一种采用权利要求1-7任意一项所述的掩模基版制成的光罩，所述光罩是在所述掩模基版上通过对所述光刻胶层进行曝光、蚀刻后形成的。
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