TWI618973B - 空白光罩 - Google Patents

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Abstract

一種空白光罩，其具有石英基板、與形成於石英基板上之鉻系材料膜，且鉻系材料膜為遮光膜，鉻系材料膜之每單位膜厚之波長193nm之光學濃度為0.050/nm以上，且鉻系材料膜具有成膜於邊長152mm、厚度6.35mm之石英基板上且在150℃以上熱處理10分鐘以上時之鉻系材料膜之翹曲量為50nm以下之拉伸應力或壓縮應力。
可提供具有一面保持較高之鉻系材料膜之每單位膜厚之光學濃度，一面減低膜應力之鉻系材料之薄膜之空白光罩，據此，可製作高精度之鉻系材料膜之圖型。

Description

空白光罩
本發明係關於半導體積體電路、CCD(電荷耦合元件)、LCD(液晶顯示元件)用彩色濾光片、磁頭等之微細加工所用之作為光罩之原材料之空白光罩。
近年來，半導體加工中，尤其因大規模積體電路之高積體化，使得電路圖型之微細化愈加必要，對於構成電路之配線圖型之細線化、或構成單元(cell)之層間之配線用之接觸孔圖型之微細化技術之要求也越來越高。因此，形成該等配線圖型或接觸孔圖型之光微影所用之寫入有電路圖型之光罩之製造中，要求隨著前述微細化，可更微細且正確地寫入電路圖型之技術。
為了在光罩基板上形成精度更高之光罩圖型，首先，必須在空白光罩上形成高精度之阻劑圖型。加工實際之半導體基板時之光微影由於進行縮小投影，故光罩圖型為實際需要之圖型尺寸之4倍左右之大小，但並不是說多麼放寬精度，反而是對原版的光罩要求比曝光後之 圖型精度所要求者更高之精度。
再者，既有現行之微影係使欲描繪之電路圖型成為遠低於所使用之光之波長的尺寸，使用將電路形狀直接成為4倍之光罩圖型時，因進行實際之光微影時產生之光之干涉等之影響，而無法將光罩圖型之大致形狀轉印於阻劑膜上。因此，為減少該等之影響，光罩圖型亦有產生必須將光罩圖型加工成比實際之電路更複雜之形狀(應用所謂的OPC：Optical Proximity Correction(光學接近效應修正)等之形狀)之情況。因此，為了獲得光罩圖型之微影技術中，目前亦要求更高精度之加工方法。關於微影性能雖有以臨界解像度表現之情況，但作為該解像臨界，對於光罩加工步驟之微影技術則要求與使用光罩之半導體加工步驟中所使用之光微影技術所必要之解像臨界為相等程度、或其以上之臨界解像精度。
光罩圖型之形成中，通常係在於透明基板上形成具有如遮光膜或相位移膜之光學膜之空白光罩上形成光阻膜，且利用電子束進行圖型之描繪，經過顯像獲得阻劑圖型，接著，以所得阻劑圖型作為蝕刻遮罩，蝕刻光學膜而加工成光學膜圖型，但使光學膜圖型微細化時，以與微細化前相同之方式維持阻劑膜之厚度而直接加工時，膜厚對於圖型之比即所謂的長寬比變高，使阻劑圖型之形狀劣化而無法進行圖型轉印，依情況會引起阻劑圖型崩塌或剝離。因此，有必要使阻劑之膜厚隨著微細化而變薄。然而，阻劑之膜厚變薄時，於光學膜之乾蝕刻中會使阻劑圖 型受損，而引起轉印之圖型之尺寸精度下降之問題。
作為使用更為薄膜之阻劑膜以製作高精度之光罩之方法，有與遮光膜或半透明相位移膜等光學膜另外，在阻劑膜與光學膜之間設置硬質遮罩膜作為加工輔助膜，將阻劑圖型暫時轉印於硬質遮罩膜後，使用所得硬質遮罩膜圖型進行光學膜之乾蝕刻之方法。尤其，用以形成更微細圖型之使用例可列舉為日本特開2007-241060號公報(專利文獻1)所揭示之方法，其中揭示為了確立更微細之光微影技術，而採用可能以更薄之薄膜遮蔽ArF準分子雷射光之以過渡金屬矽化合物材料獲得之遮光膜作為高精度加工用，進而，藉由於其加工中使用鉻系材料膜作為硬質遮罩膜，可實現更高精度之加工。又，日本特開2010-237499號公報(專利文獻2)，則嘗試在與日本特開2007-241060號公報(專利文獻1)相同構成之光罩中，使硬質遮罩膜成為多層而緩和設置硬質遮罩膜時產生之應力，防止光罩之製造過程中之加工精度降低。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2007-241060號公報
[專利文獻2]日本特開2010-237499號公報
[專利文獻3]日本特開平7-140635號公報
使用ArF準分子雷射光之光微影因液浸法、雙重圖型化法等之導入，而確實地延長壽命至作為半導體加工製程基準之20nm節點，亦無法否定有在更微細構造中使用之可能性。用以獲得此種微細圖型之光罩當然可容許之誤差較小，有必要進行更高精度之圖型加工。
另外，為了形成裝置之複層構造，使用複數片光罩時，需要高的重疊精度。而且，該重疊精度無法隨著圖型微細化而成為更高者。
然而，遮光膜產生應力時，自空白光罩經過阻劑塗佈、曝光、顯像、蝕刻、阻劑剝離之各步驟，進行遮光膜之圖型形成時，遮光膜之膜應力部分釋出，結果，最終所得之光罩圖型產生變形。對於光罩有此變形時，光罩之圖型位置精度會降低。
減低鉻系材料膜之膜應力之方法列舉為提高氧之含有率。然而，提高氧之含有率時，會有透過率上升之傾向。因此，產生必須對用以獲得期望之光學濃度之膜厚增厚之狀況。
膜厚增厚時，圖型較細之情況，長寬比變高，會產生圖型崩倒等之缺陷，故膜厚較厚之遮光膜不適於製造微細加工所必要之光罩。
本發明係鑑於前述課題而完成者，其目的係提供一種空白光罩，其具有每單位膜厚之光學濃度高、膜應力小之薄膜，作為遮光膜等所使用之鉻系材料膜。
本發明人等為解決前述課題而重複積極檢討之結果，發現一種空白光罩，其係以鉻系材料膜為遮光膜，且藉由使用每單位膜厚之波長193nm之光學濃度為0.050/nm以上，且成膜於邊長152mm、厚度6.35mm之石英基板上且在150℃以上熱處理10分鐘以上時之翹曲量為50nm以下之拉伸應力或壓縮應力者作為鉻系材料膜，而具有一方面保持較高之鉻系材料膜每單位膜厚之光學濃度，一方面降低膜應力之鉻系材料之遮光膜，因而完成本發明。
據此，本發明提供以下之空白光罩。
請求項1：一種空白光罩，係具有石英基板、與形成於該石英基板上之鉻系材料膜之空白光罩，其特徵為，前述鉻系材料膜為遮光膜，前述鉻系材料膜之每單位膜厚之波長193nm之光學濃度為0.050/nm以上，且前述鉻系材料膜具有成膜於邊長152mm、厚度6.35mm之石英基板上且在150℃以上熱處理10分鐘以上時之前述鉻系材料膜之翹曲量為50nm以下之拉伸應力或壓縮應力。
請求項2：如請求項1所記載之空白光罩，其中前述翹曲量為30nm以下。
請求項3： 如請求項1或2所記載之空白光罩，其中前述光學濃度為0.054/nm以上。
請求項4：如請求項1~3中任一項所記載之空白光罩，其中前述鉻系材料膜之膜厚為4nm以上50nm以下。
請求項5：如請求項1~4中任一項所記載之空白光罩，其中前述熱處理溫度為300℃以下。
請求項6：如請求項1~5中任一項所記載之空白光罩，其中前述鉻系材料膜含有選自氮、氧、碳及氫之至少一種。
請求項7：如請求項1~6中任一項之空白光罩，其中前述鉻系材料膜為CrN膜，
請求項8：如請求項1~7中任一項之空白光罩，其中前述鉻系材料膜為單層膜。
依據本發明，可提供一種具有一方面保持較高之鉻系材料膜之每單位膜厚之光學濃度，一方面降低膜應力之鉻系材料膜之空白光罩，藉此，可製作高精度之鉻系材料膜之圖型。而且，藉由進行使用本發明之空白光罩加工成光罩，可提高尤其於20nm節點以下之微影所使用 之光罩之信賴性。
以下，針對本發明更詳細的加以說明。
本發明之空白光罩係具有石英基板，與形成於該石英基板上之遮光膜，且該遮光膜係鉻系材料膜。且，該鉻系材料膜具備如下特徵：(i)鉻系材料膜之每單位膜厚之波長193nm之光學濃度為0.050/nm以上，較好為0.054/nm以上，且(ii)鉻系材料膜具有成膜於邊長152mm、厚度6.35mm之石英基板上，且在150℃以上，較好150℃以上300℃以下熱處理10分鐘以上時之鉻系材料膜之翹曲量為50nm以下，較好為30nm以下之拉伸應力或壓縮應力。
進行空白光罩之加工時，膜應力大時，進行圖型形成時膜應力部分釋出，而於最終獲得之光罩產生變形。因該變形會使光罩之圖型位置精度降低。
且，每單位膜厚之光學濃度低時，用以獲得期望之光學濃度所需之膜厚變厚，於圖型形成時產生圖型崩塌之缺陷。產生圖型崩塌時，無法於下方之薄膜形成期望之圖型。
本發明之空白光罩係成膜有提高每單位膜厚之光學濃度、且降低膜應力之鉻系材料膜之空白光罩，且係具有提高鉻系材料膜之圖型位置精度、且更薄之鉻系材料膜之空白光罩。
鉻系材料膜亦可為多層膜，但更好為單層膜。又，鉻系材料膜之膜厚較好為4nm以上50nm以下。
又，鉻系材料膜較好為含有選自氮、氧、碳及氫之至少一種之鉻系材料膜，尤其，以由鉻及氮所成之CrN膜較佳。該情況下，鉻之含有率為70原子%以上90原子%以下，氮之含有率為10原子%以上30原子%以下。
鉻系材料膜之氧含有率提高時，雖可降低膜應力，但每單位膜厚之光學濃度降低，且膜厚變厚。另一方面，鉻之含有率提高時，每單位膜厚之光學濃度雖變高，膜厚變薄，但有膜應力變大之傾向。本發明之空白光罩之鉻系材料膜藉由設定成膜時之條件、輕元素之含有率，而成膜具有期望之光學濃度與膜應力之鉻系材料膜。
本發明中使用之鉻系材料膜之成膜可藉濺鍍法進行。濺鍍方法可為DC濺鍍、RF濺鍍之任一種，亦可使用例如日本特開平7-140635號公報(專利文獻3)等所示之習知任一種方法。且，靶材典型上係使用鉻靶，但亦可使用含氮之鉻靶。
濺鍍以反應性濺鍍較佳，濺鍍氣體係使用習知之惰性氣體與反應性氣體，具體而言，藉由以氬氣(Ar氣體)等作為惰性氣體，以氮氣(N2氣體)、氧化氮氣體(N2O氣體、NO2氣體)、氧氣(O2氣體)、氧化碳氣體(CO氣體、CO2氣體)等作為反應性氣體之組合，尤其，在使CrN膜成膜時，藉由以氬氣(Ar氣體)作為惰性氣體，以氮 氣(N2氣體)作為反應性氣體之組合，以獲得目標組成之方式進行調整較佳。又，為了成為多層膜，而獲得組成階段性或連續變化之膜的方法列舉為例如邊階段性或連續性使所用之濺鍍氣體組成變化邊成膜之方法。
成膜時之氣體壓力只要考慮膜之應力、耐藥品性、洗淨耐性等適當設定即可，通常設為0.01~1Pa，尤其設為0.03~0.3Pa，可提高耐藥品性。且，各氣體流量只要以成為期望組成之方式適當設定即可，通常為0.1~100sccm即可。該情況下，反應性氣體對於惰性氣體之流量比較好為1以上，更好為2以下。進而，施加於濺鍍靶之電力只要依據靶之大小、冷卻效率、成膜之控制容易等適當設定即可，通常作為靶材之濺鍍面之每單位面積之電力只要設為0.1~10W/cm2即可。
本發明之空白光罩較好作為用以製造以ArF準分子雷射光(波長193nm)作為曝光波長之光微影所使用之光罩之原材料。
[實施例]
以下，列示實施例及比較例具體說明本發明，但本發明並不受限於以下之實施例。
[實施例1]
使用DC濺鍍裝置，使由CrN所成之鉻系材料膜(厚度44nm)成膜。濺鍍氣體使用以流量比計為Ar：N2=1： 1(莫耳比)之氬氣與氮氣，腔室內之氣體壓力調整為0.04Pa。靶材係使用Cr，邊以30rpm使基板旋轉邊成膜。
針對所得鉻系材料膜，係以Lasertec公司製之MPM193測定Ar準分子雷射(193nm)之透過率，求得每單位膜厚之光學濃度。表1顯示每單位膜厚之光學濃度。
且，使所得鉻系材料膜在150℃熱處理10分鐘，以鉻系材料膜成膜前之透明基板之翹曲量作為基準，求得熱處理後之鉻系材料膜之翹曲量。翹曲量係利用TROPEL公司製之UltraFlat測定。表1顯示翹曲量。翹曲量之值為正時，表示因應力係拉伸應力而翹曲，為負時表示因應力係壓縮應力而翹曲。
[實施例2]
使用DC濺鍍裝置，使由CrN所成之鉻系材料膜(厚度45nm)成膜。濺鍍氣體使用以流量比計為Ar：N2=1：1.5(莫耳比)之氬氣與氮氣，腔室內之氣體壓力調整為0.05Pa。靶材係使用Cr，邊以30rpm使基板旋轉邊成膜。針對所得鉻系材料膜，以與實施例1同樣，求得每單位膜厚之光學濃度與翹曲量。結果示於表1。
[比較例1]
使用DC濺鍍裝置，使由CrN所成之鉻系材料膜(厚度43nm)成膜。濺鍍氣體使用以流量比計為Ar：N2=2.5：2(莫耳比)之氬氣與氮氣，腔室內之氣體壓力調整為 0.07Pa。靶材係使用Cr，邊以30rpm使基板旋轉邊成膜。針對所得鉻系材料膜，以與實施例1同樣，求得每單位膜厚之光學濃度，與翹曲量。結果示於表1。
[比較例2]
使用DC濺鍍裝置，使由CrON所成之鉻系材料膜(厚度44nm)成膜。濺鍍氣體使用以流量比計為Ar：N2：O2=2.5：7.5：4(莫耳比)之氬氣與氮氣與氧氣，腔室內之氣體壓力調整為0.13Pa。靶材係使用Cr，邊以30rpm使基板旋轉邊成膜。針對所得鉻系材料膜，以與實施例1同樣，求得每單位膜厚之光學濃度與翹曲量。結果示於表1。
比較例1之情況，於鉻系材料膜成膜時，藉由降低反應性氣體對惰性氣體之流量比，而提高每單位膜厚之光學濃度，但翹曲量變大。另一方面，比較例2之情況，鉻系材料膜成膜時，藉由提高反應性氣體對於惰性氣體之流量比，使翹曲量變小，但每單位膜厚之光學濃度降 低。相對於此，實施例1、2為每單位膜厚之光學濃度及翹曲量兩者在實用上較佳之鉻系材料膜。
實施例1及實施例2之鉻系材料膜係可提供具有一方面提高每單位膜厚之光學濃度，一方面降低膜應力之鉻系材料之薄膜的空白光罩。藉此，可製作比過去更高精度之鉻系材料膜之圖型。而且，進行使用本發明之空白光罩加工成光罩，可提高尤其於20nm節點以下之微影所使用之光罩之信賴性。

Claims (9)

  1. 一種空白光罩，其係具有石英基板、與形成於該石英基板上之鉻系材料膜之空白光罩，其特徵為，前述鉻系材料膜為遮光膜，前述鉻系材料膜含有選自氮、氧、碳及氫之至少一種，前述鉻系材料膜之每單位膜厚之波長193nm之光學濃度為0.050/nm以上，且前述鉻系材料膜具有成膜於邊長152mm、厚度6.35mm之石英基板上且在150℃以上熱處理10分鐘以上時之前述鉻系材料膜之翹曲量為50nm以下之拉伸應力或壓縮應力。
  2. 如請求項1之空白光罩，其中前述翹曲量為30nm以下。
  3. 如請求項1之空白光罩，其中前述每單位膜厚之光學濃度為0.054/nm以上。
  4. 如請求項1之空白光罩，其中前述鉻系材料膜之膜厚為4nm以上50nm以下。
  5. 如請求項1之空白光罩，其中前述熱處理溫度為300℃以下。
  6. 如請求項1之空白光罩，其中前述鉻系材料膜為CrN膜。
  7. 如請求項1之空白光罩，其中前述鉻系材料膜為單層膜。
  8. 如請求項6之空白光罩，其中前述CrN膜之鉻之含有率為70原子%以上90原子%以下，氮之含有率為10 原子%以上30原子%以下。
  9. 如請求項1之空白光罩，其中前述鉻系材料膜為多層膜。
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