專利名稱：掩模刻蝕工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路的制造和集成電路制造中使用的光刻掩模板
(photolithographic reticle)的制造。
背景技術(shù)：
自從幾十年前首次出現(xiàn)半導(dǎo)體器件以來，半導(dǎo)體器件幾何結(jié)構(gòu)在尺寸上已 顯著減小。從此，集成電路一般遵循兩年/尺寸減半規(guī)律(通常稱為摩爾定律)， 這意味著芯片上的器件數(shù)量每兩年翻倍。當(dāng)代制造工廠常規(guī)地生產(chǎn)具有 0.15pm以及甚至0.13pm特征尺寸的器件，而將來的制造廠不久將生產(chǎn)具有更 小幾何尺寸的器件。
不斷增加的電路密度已對用于制造半導(dǎo)體器件的工藝提出了更多的要求。 例如，隨著電路密度增加，通孔(via)、接觸(contract)和其他特征以及它 們之間的介電材料的寬度，隨之減小到亞微米尺寸，而介電層的厚度保持基本 不變，結(jié)果導(dǎo)致特征的孔徑比，g卩，它們的高度除以寬度隨著增加。對于亞微 米技術(shù)的成功和不斷努力增加獨立襯底的電路密度和質(zhì)量來說，高孔徑比特征 的可靠形成非常重要。
高孔徑比特征傳統(tǒng)上通過對襯底表面構(gòu)圖以限定特征的尺寸并隨后刻蝕 襯底以去除材料并限定該特征而形成。為了形成具有所需高度與寬度的比率的 高孔徑比特征，需要在特定的參數(shù)內(nèi)形成該特征的尺寸，所述參數(shù)通常定義特 征的臨界尺寸。從而，具有所需臨界尺寸的高孔徑比特征需要對于襯底的精確 構(gòu)圖以及隨后的刻蝕。
光刻是用于在襯底表面上形成精確圖案的技術(shù)，以及隨后刻蝕已構(gòu)圖的襯 底表面而形成所需的器件或特征。在刻蝕工藝之前，光刻技術(shù)使用光圖案和在 襯底表面上沉積的光刻膠材料，在襯底表面上顯影精確的圖案。在傳統(tǒng)的光刻 工藝中，在層上涂覆待刻蝕的光刻膠，從而通過將光刻膠經(jīng)過其上沉積有光掩 模層的光刻掩模板暴露于光圖案中而限定出該層中待刻蝕的特征，諸如接觸、
通孔、或互連。光掩模層對應(yīng)于特征的所需結(jié)構(gòu)。為了改變光刻膠的成分，例 如，發(fā)出紫外(UV)光或低X射線光的光源可用于曝光光刻膠。 一般地，所 暴露的光刻膠材料通過化學(xué)工藝去除以暴露出下層襯底材料。隨后刻蝕所暴露 的下層襯底材料，從而在襯底表面形成特征，而殘留的光刻膠材料保留為用于 所暴露的下層襯底材料的保護涂層。
二元光刻掩模板通常包括由諸如石英(即，二氧化硅Si02)的透光硅基
材料形成的襯底，并具有在襯底的表面上沉積的金屬例如通常為鉻的不透明遮 光層或光掩模。對遮光層構(gòu)圖以對應(yīng)于待轉(zhuǎn)移至襯底的特征。通過在包括透光 硅基材料的襯底上首先沉積薄金屬層，并隨后在該薄金屬層上沉積光刻膠層而 制造二元光刻掩模板。隨后使用傳統(tǒng)的激光或電子束構(gòu)圖設(shè)備對光刻膠進行構(gòu) 圖以限定出待轉(zhuǎn)移至金屬層的臨界尺寸。接著刻蝕金屬層以去除未被所構(gòu)圖的
光刻膠保護的金屬材料；從而暴露出下層透光材料并形成構(gòu)圖的光掩模層。光 掩模層允許光沿著精確的圖案從其通過照射在襯底表面上。
傳統(tǒng)的刻蝕工藝，諸如濕刻，趨于等向性刻蝕，其可導(dǎo)致已構(gòu)圖的光刻膠 下方的金屬層中的底切現(xiàn)象(undercutphenomenon)。底切現(xiàn)象可在光掩模上 產(chǎn)生非均勻間隔并且不具有所需筆直且垂直的側(cè)壁的已構(gòu)圖的特征，從而失去 特征的臨界尺寸。另外，特征的等向性刻蝕可能過刻蝕高孔徑比特征的側(cè)壁， 導(dǎo)致特征的臨界尺寸的損失。在金屬層中形成的不具有所需臨界尺寸的特征有 害地影響光通過并導(dǎo)致在隨后的光刻工序中利用光掩模的不盡人意的構(gòu)圖。
公知為干刻處理或干刻的等離子體刻蝕處理，提供相比于濕刻處理更加異 向性的刻蝕。干刻工藝已表明可產(chǎn)生更少的底切并可改善具有更筆直側(cè)壁和更 平底部的光掩模特征的臨界尺寸的保持力。然而，干刻可能過刻蝕或不精確地 刻蝕在光刻膠材料中形成的用于限定金屬層的臨界尺寸的開口或圖案的側(cè)壁。 光刻膠材料的過量側(cè)部去除將導(dǎo)致構(gòu)圖的光刻膠特征的臨界尺寸的損失，而這 將轉(zhuǎn)變?yōu)樵谟梢褬?gòu)圖的光刻膠層限定的金屬層中形成的特征的臨界尺寸的損 失。另外，不精確的刻蝕不能充分刻蝕特征以提供需要的臨界尺寸。不能充分 刻蝕特征至臨界尺寸稱為臨界尺寸的"增加(gain)"。金屬層中臨界尺寸的 損失或增加的程度稱為"刻蝕偏差"或"CD偏差"。用于在襯底表面上形成 0.14pm特征的光掩模圖案中的刻蝕偏差可高達120nm。
金屬層中形成的圖案的臨界尺寸的損失或增加有害地影響光通過并產(chǎn)生
許多構(gòu)圖缺陷以及在通過光刻掩模板構(gòu)圖的襯底中的后續(xù)刻蝕缺陷。對于刻蝕 高孔徑比的亞微米特征來說，光掩模的臨界尺寸的損失或增加可能導(dǎo)致不充分 的光刻性能，并且，如果臨界尺寸的損失或增加足夠嚴(yán)重，則光刻掩模板或隨 后所刻蝕的器件將失效。
因此，仍需要一種用于刻蝕襯底上的金屬層，諸如掩模板，以在金屬層中 產(chǎn)生具有所需臨界尺寸的圖案的工藝和化學(xué)過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方案主要提供用于刻蝕用于光刻掩模板的光掩模層的方法和相 關(guān)的化學(xué)過程。在一個方案中，提供一種用于在處理腔室中處理光刻掩模板的 方法。掩模板包括在透光襯底上形成的金屬光掩模層和在金屬光掩模層上沉積
的構(gòu)圖的光刻膠材料。通過導(dǎo)入包括含氧氣體、含氯氣體、三氟甲烷(CHF3)、 六氟化硫(SF6)、六氟乙垸(C2F6)或氨(NH3)的至少其中之一，以及可選 的不含氯的含鹵素氣體和/或惰性氣體的處理氣體而處理掩模板。將功率輸送 至處理腔室以由處理氣體形成等離子體。隨后使用等離子體刻蝕金屬光掩模的 暴露部分。
在另一方案中，提供一種用于處理在處理腔室中支撐構(gòu)件上的光刻掩模板 的方法。掩模板包括在透光硅基材料上形成的鉻基光掩模層和在鉻基光掩模層 上沉積的構(gòu)圖的光刻膠層。通過在約1毫托和約40毫托之間的腔室壓力下導(dǎo) 入包括CHF3、 SF6、 C2F6或NH3的至少其中之一，氯氣、氧氣和可選的溴化 氫的處理氣體而處理掩模板。將約200瓦和約1500瓦之間的源功率輸送至靠 近處理腔室設(shè)置的線圈以由工藝氣體生成等離子體。將約5瓦和約200瓦之間 的偏置功率提供給支撐構(gòu)件。隨后使用等離子體以鉻基光掩模層與光刻膠材料 的去除速率比率約1: 1或以上刻蝕鉻基光掩模層的暴露部分。


因此為了更詳細(xì)地理解本發(fā)明的以上所述特征，將參照附圖中示出的實施 例對以上簡要所述的本發(fā)明進行更具體的描述。
然而，應(yīng)該注意，附圖中僅示出了本發(fā)明典型的實施例，因此不能視為是 對本發(fā)明范圍的限定，本發(fā)明可以允許其他等同的有效實施例。
圖1是刻蝕腔室的一個實施方式的截面示意圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式用于處理襯底的順序的一個實施方式 的流程圖3A到圖3D是本發(fā)明的另一實施方式的刻蝕順序的流程圖。
為了便于理解，在此盡可能用相同的附圖標(biāo)記表示附圖中共同的相同元 件。應(yīng)該理解， 一個實施方式的元件可有利地用在其它實施方式中，而不用進 一步敘述。
具體實施例方式
以下將參照感應(yīng)耦合的等離子體刻蝕腔室來描述本發(fā)明的方案。適合的感
應(yīng)耦合等離子體刻蝕腔室包括可從加州的Hayward的ETEC購買的ETEC Tetra I 光掩?？涛g腔室和ETEC Tetm II 光掩?？涛g腔室，或者可從加州的 Santa Clara的應(yīng)用材料公司購買的去耦合等離子體源(DPS ITM、 DPS 11，和 DPS Plus )。
可用于執(zhí)行本發(fā)明工藝的其他處理腔室包括，例如，電容耦合平行板腔室 和電磁增強離子刻蝕腔室，以及不同設(shè)計的感應(yīng)耦合等離子體刻蝕腔室。在 1999年6月3日遞交的美國專利申請序列號No. 09/325,026中公開了所述適合 的處理腔室的實施例，雖然使用ETEC Tetm TM光掩?？涛g腔室可有利地的執(zhí) 行處理，但是對處理腔室的描述是示例性的，并不應(yīng)當(dāng)理解或解釋為限制本發(fā) 明的范圍或任意方案。還應(yīng)該設(shè)想在包括從其他制造商購買的其他處理腔室可 有利地實施本發(fā)明。
圖1是處理腔室100的一個實施方式的截面示意圖，該腔室通常包括具有 襯底底座124的處理腔體102和控制器146。腔體102具有支撐基本上平坦的 介電頂108的導(dǎo)電壁104。處理腔室100的其他實施方式可具有其他類型的頂， 例如，圓頂形頂。在頂108之上設(shè)置天線110。天線IIO包括可選擇性控制的 一個或多個感應(yīng)線圈元件(如圖l所示的兩個同軸元件110a和110b)。天線 110通過第一匹配網(wǎng)絡(luò)114耦合至等離子體功率源112。等離子體功率源112 通常能產(chǎn)生在約50kHz到約13.56MHz范圍內(nèi)的可調(diào)諧頻率下高達約3000瓦 的功率。
襯底底座(陰極)124經(jīng)過第二匹配網(wǎng)絡(luò)142耦合至偏置功率源140。偏
置功率源140提供在約1到約10kHz范圍內(nèi)的可調(diào)諧脈沖頻率下0到約600W 的功率。偏置功率源140產(chǎn)生脈沖式RF功率輸出?？蛇x地，偏置源140可產(chǎn) 生脈沖式DC功率輸出?？梢栽O(shè)想，源140還可提供恒定DC和/或RF功率輸 出。
在一個實施方式中，襯底支撐底座124包括靜電夾盤160。靜電夾盤160 包括至少一個鉗位電極132并通過夾盤電源166控制。在可選的實施方式中， 襯底底座124可包括諸如基座夾環(huán)、真空夾盤、機械夾盤等的襯底固定裝置。
氣體分配盤120聯(lián)接至處理腔室100以將處理氣體和/或其他氣體提供給 處理腔體102。如圖1所示的實施方式中，氣體分配盤120聯(lián)接至在腔體102 的側(cè)壁104中的通道118中形成的一個或多個入口 116。可以設(shè)想，在其他位 置，例如，在處理腔室100的頂108中設(shè)置一個或多個入口 116。
利用節(jié)流閥162和真空泵164控制處理腔室100的壓力。真空泵164和節(jié) 流閥162能維持腔室壓力在約1 mTorr到約20 mTorr范圍內(nèi)。
可使用流經(jīng)壁104的含液體管道(未示出)控制壁104的溫度。壁溫度通 常維持在約65攝氏度。典型地，腔室壁104由金屬(例如，鋁、不銹鋼等) 形成并聯(lián)接至電接地106。處理腔室100還包括用于工藝控制、內(nèi)部診斷、終 點檢測等的傳統(tǒng)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)共同以支持系統(tǒng)154示出。
掩模板適配器182用于將襯底(諸如掩模板或其他工件)固定在襯底支撐 底座124上。掩模板適配器182 —般包括下部184，其中對該下部磨制以覆蓋 底座124的上表面(例如，靜電夾盤160)，和具有尺寸和形狀上固定襯底122 的開口 188的頂部186。開口 188通常相對于底座124居中設(shè)置。適配器182 通常由諸如聚酰亞胺或石英的單片耐刻蝕腐蝕性、耐高溫材料形成。在2001 年6月26日公布的美國專利No. 6,251,217中公開了合適的掩模板適配器。邊 緣環(huán)(edge ring) 126可覆蓋和/或?qū)⑦m配器182固定于底座124上。
升降裝置138用于降低或提升適配器182，并從而將襯底122放置或脫離 襯底支撐底座124。 一般地，升降裝置138包括貫穿各自定向孔136移動的多 個升降桿(示出了一個升降桿130)。
在操作中，襯底122的溫度通過穩(wěn)定襯底底座124的溫度而進行控制。在 一個實施方式中，襯底支撐底座124包括加熱器144和可選的散熱器128。加 熱器144可以是配置為流動通過其的傳熱流體的一個或多個流體管道。在另一
實施方式中，加熱器144可包括通過加熱器電源168控制的至少一個加熱元件 134。可選地，來自氣體源156的背側(cè)氣體(例如，氦(He)經(jīng)由氣體導(dǎo)管158 提供給在襯底122之下的底座表面中形成的管道。背側(cè)氣體用于促使底座124 和襯底122之間的熱傳遞。在處理期間，底座124可通過嵌入式加熱器144 加熱至穩(wěn)態(tài)溫度，其與氦背側(cè)氣體結(jié)合，有助于襯底122的均勻加熱。
控制器146包括中央處理器(CPU) 150，存儲器148和用于CPU150的 支持電路152并輔助處理腔室100的部件的控制，并因此控制刻蝕工藝，如以 下進一步描述的討論?？刂破?46可為任意形式的通用計算機處理器的其中之 一，其可在工業(yè)設(shè)備中使用，用于控制各種腔室和子處理器。CPU150的存儲 器148可以是一個或多個易于購得的存儲器，諸如隨機存儲器(RAM)、只 讀存儲器(ROM)、軟盤、硬盤或任意其他形式的本地或遠(yuǎn)程數(shù)字存儲。支 持電路152連接至CPU150，用于以傳統(tǒng)方式支持處理器。這些電路包括緩沖 器、電源、時鐘電路、輸入/輸出電路和子系統(tǒng)等。本發(fā)明的方法一般作為軟 件程序存儲在存儲器148或其他CPU150可存取的計算機可讀介質(zhì)中。可選地， 所述軟件程序還可存儲和/或利用第二CPU (未示出)執(zhí)行，該第二CPU距由 CPU150控制的硬件遠(yuǎn)程定位。
雖然以上工藝描述示出了使用在此所述的處理氣體刻蝕襯底的一個實施 方式，但本發(fā)明還設(shè)想在此描述的范圍之外的用于在不同設(shè)備中執(zhí)行該工藝處 理的參數(shù)的使用，諸如不同刻蝕腔室以及諸如用于300mm襯底處理的光刻掩 模板的不同襯底尺寸。
示例性刻蝕工藝
雖然以下描述將示出用于刻蝕在光刻掩模板制造中作為光掩模的金屬層， 諸如鉻和氮氧化鉻的工藝順序的一個實施方式，但可以設(shè)想，刻蝕氣體也可用 于刻蝕在半導(dǎo)體和光刻掩模板制造中在襯底上形成的其他材料層。
光刻掩模板通常包括在透光襯底上沉積的已知為光掩模的不透明層。不透 明層可包括金屬層，例如，絡(luò)或在現(xiàn)有技術(shù)中公知的或未知的適于用作光掩模 的其他材料。例如，本發(fā)明設(shè)想不透明層可包括非金屬介電材料。襯底122 的透光材料廣義地限定為包括但不限于，對具有約300納米(nm)或以下波 長的光透明的材料，例如，對具有248nm和193nm波長的紫外光透明的材料。
圖2示出了刻蝕工藝200的一個刻蝕順序的一個實施方式的流程圖。所提 供的該流程圖僅用于示例性目的并且不應(yīng)當(dāng)解釋為限定本發(fā)明的任何方案的
范圍。圖3A到圖3C示出了在光掩模形成工藝期間在不同步驟的光刻掩模板 的組成，以及進一歩描述圖2中以上所述的工藝。
在步驟210中將通常包括透光材料310，諸如光學(xué)質(zhì)量石英、熔融硅材料、 硅化鉬(MoSi)、鉬硅氮氧化物(MoSixNYOz)、鈣氟化物、氧化鋁、藍(lán)寶 石或其組合的襯底122，提供給諸如圖1的處理腔室100的處理腔室。
如圖3A所示，襯底122隨后在步驟220中通過在襯底材料310上沉積通 常包括鉻的不透明金屬層作為金屬光掩模層而進行處理。鉻層可通過現(xiàn)有技術(shù) 中公知的傳統(tǒng)方法，諸如物理氣相沉積(PVD)或化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝 進行沉積。金屬層320通常沉積至厚度約50nm和約100nm之間；然而，金屬 層320的厚度可基于制造商的需要和襯底的材料或金屬層的成分而改變。
可選地，抗反射涂層(ARC或ARC層)可在所沉積的金屬層320上形成 或構(gòu)成所沉積金屬層320的一部分。 一般認(rèn)為ARC層提高了在不透明層中待 形成的構(gòu)圖特征的精度。ARC層可為結(jié)合非金屬污染物或雜質(zhì)的金屬層而形 成例如，金屬氧氮化物層，諸如氮氧化鉻。氮氧化鉻可能在金屬層的沉積期間 或通過將金屬層暴露于諸如氧化或氮化環(huán)境中的合適氣氛而形成?？蛇x地，氮 氧化鉻層可通過現(xiàn)有技術(shù)中公知的傳統(tǒng)方法，諸如通過物理氣相沉積(PVD) 或化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝而沉積。金屬氧氮化物層可包含最高達25%的 金屬層320的總厚度。
可選的ARC層典型地形成約10nm和約15nm之間的厚度；然而，該層的 厚度可基于制造商的需要和襯底或金屬層的材料的成分而不同以及可以主要 集中在所沉積材料的上表面，諸如原始金屬層320的上面30°/。的厚度。 一般認(rèn) 為氮氧化鉻對使用氧自由基的刻蝕比鉻薄膜更敏感。與刻蝕整個剩余的鉻材料 相比，處理氣體中減小的氧含量可用于有效地刻蝕氮氧化鉻的表面。
如圖3B所示，金屬層320中的開口或圖案的尺寸在步驟230中通過沉積 并圖案刻蝕抗蝕劑材料330以暴露出金屬層320而進行構(gòu)圖。在光刻掩模板制 造中使用的抗蝕劑材料330通常是低溫抗蝕劑材料，其在此限定為在高于約 250攝氏度(。C)的溫度下熱降解的材料，其包括由Hoya公司制造的"ZEP" 的實施例或其他材料。在金屬層320上沉積抗蝕劑材料330至約200nm到約
600nm之間的厚度。
抗蝕劑材料可為光刻膠材料，其可使用激光構(gòu)圖裝置或通過另一輻射能量 構(gòu)圖裝置，諸如電子束發(fā)射器進行光學(xué)構(gòu)圖以形成用于限定在金屬層320中待 形成的特征定義的尺寸的圖案325。
隨后刻蝕不透明金屬層以產(chǎn)生具有所需臨界尺寸的特征的光掩模層。然 后，襯底122轉(zhuǎn)移至用于刻蝕金屬層320的刻蝕腔室，諸如以上所述的處理腔 室100。如圖3C所示，在步驟240中，通過刻蝕金屬層在金屬層320中形成 開口和圖案335以暴露出下層透光襯底材料，以及可選的ARC層。
通過利用將源功率和/或偏壓功率供應(yīng)給處理腔室100生成處理氣體的等 離子體而進行不透明金屬層320的暴露部分的刻蝕。處理氣體可用于刻蝕金屬 層。
含氧氣體選自包括氧氣(02)、 一氧化碳(CO) 、 二氧化碳(C02)及 其組合的組中的一種或多種。在一個實施方式中，含氧氣體為氧氣。含氧氣體 提供刻蝕自由基的源。當(dāng)選擇一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO 2)氣體時， 可提供改善刻蝕偏差的用于形成鈍化聚合物沉積的材料源。
含氯氣體選自包括氯氣(Cl2)、四氯化碳(CCU)、氯化氫(HC1)及其 組合的組中的一種或多種。在一個實施方式中，含氯氣體是Cl2。含氯氣體用 于供應(yīng)高活性自由基以刻蝕金屬層。含氯氣體提供刻蝕自由基的源和成分，諸 如四氯化碳(CC14)氣體，這可提供改善刻蝕偏差的用于形成鈍化聚合物沉積 的材料源?？蛇x擇其他含氯氣體諸如三氟甲垸(CHF3)、六氟化硫(SF6)、 六氟乙垸(C2F6)和氨(NH3)以增加鉻與光刻膠的刻蝕選擇性，并降低刻蝕 偏差。
可選地，可包括不含氯的鹵素氣體。不含氯的鹵素氣體可選自包括溴化氫 (HBr)、碘化氫(ffl)及其組合的組中的一種或多種。在一個實施方式中， 不含氯的鹵素氣體是HBr。溴化氫還可從水溶液釋放處理或者具有氫溴酸的水 溶液成分。不含氯的鹵素氣體以及氫氣可用于提供兩種活性自由基以刻蝕金屬 層，其可降低光刻膠和金屬刻蝕速率并鈍化光刻膠和金屬側(cè)壁以使過刻蝕最小 化并保持所需的臨界尺寸，以及改善刻蝕偏差。
如果提供含氯氣體和不含氯的鹵素氣體，則以含氯氣體與不含氯的鹵素氣
體的摩爾比率約10: l和約0.5: l之間，例如，氯與溴化氫的摩爾比率約10:
l和約0.5: l之間提供。
處理氣體還可包括惰性氣體，當(dāng)其離子化時作為包括處理氣體的等離子體 的一部分，導(dǎo)致形成濺射物質(zhì)以增加特征的刻蝕速率。作為等離子體一部分的 惰性氣體的存在還可增強活性處理氣體的離解。因此，惰性氣體有助于控制徑 向刻蝕速率。可控制刻蝕速率為中心快或中心慢。惰性氣體的實施例包括氬
(Ar)、氦(He)、氖(Ne)、氙(Xe)、氪(Kr)及其組合，其中一般使 用氬和氦。惰性氣體典型地包括用于工藝的總氣流的約5體積百分比到約40 體積百分比，諸如約15體積百分比到約25體積百分比。在導(dǎo)入刻蝕處理氣體 之前，為了等離子體激發(fā)而引發(fā)等離子體，惰性氣體可包括所使用工藝氣體的 約75體積百分比到約100體積百分比。
包括惰性氣體的處理氣體的總流速以約100sccm到約700sccm之間的流速 導(dǎo)入，用于在刻蝕腔室中刻蝕150mm乘以150mm面積的光刻掩模板。可以約 5sccm到約200sccm，例如，約20到50sccm的流速將含氧氣體導(dǎo)入處理腔室 100中?？梢约s25sccm到約1000scmm，例如，約150到300sccm的流速將含 氯氣體導(dǎo)入處理腔室100中。以約lsccm到約50scmm，例如約1到5sccm的 流速，將CHF3、 SF6、 C^6或NH3的至少其中之一，可選地伴隨不含氯的卣 素氣體導(dǎo)入處理腔室100中。當(dāng)使用惰性氣體時，可提供約5sccm到約100sccm 之間，例如20到45sccm的流速。
處理氣體的單獨和總氣體流量可基于處理因素的數(shù)量而變化，所述因素諸 如處理腔室100的尺寸、進行處理的襯底122的尺寸，以及操作者所需的特定 的刻蝕參數(shù)。
一般地，在刻蝕工藝期間，約15000W或以下的源RF功率級別施加給電 感線圈以產(chǎn)生并維持處理氣體的等離子體。己觀察到約200W到約1500W之 間，諸如約300到350W之間的功率級別，可提供用于刻蝕襯底表面的處理氣 體的充足等離子體。對于襯底溫度約150。 C或以下，與現(xiàn)有技術(shù)金屬刻蝕工 藝相比，已觀察到所述的源RF功率級別可產(chǎn)生來自處理氣體的足夠的刻蝕自 由基和聚合自由基以刻蝕在襯底上的暴露的金屬層，同時提供足夠低的功率級 別。
一般地，將小于約200W的偏置功率施加在襯底122上以增加刻蝕自由 基相對于襯底122表面的方向性。在刻蝕工藝中可使用小于50W的偏置功率。
已觀察到約15W到約20W的偏置可提供刻蝕工藝期間刻蝕自由基的充分方向 性。
取決于待刻蝕的材料量，通過處理氣體的等離子體在約15秒到約400秒， 例如，約30秒到約350秒之間持續(xù)刻蝕襯底表面所暴露的材料。任何ARC層 材料可暴露于第一處理氣體的等離子體中約5秒到約180秒之間，例如約30 秒到約60秒之間，其可除開或包括總的刻蝕時間。
一般地，在刻蝕工藝期間處理腔室壓力維持在約1毫托到約40毫托之間， 優(yōu)選地可維持約3毫托到約8毫托之間。
在處理期間襯底122還維持在溫度約150° C或以下。低于約150° C或 以下的襯底溫度具有材料的最小的熱降解，諸如在使用在此所述的處理氣體在 光刻掩模板制造期間在襯底上沉積的抗蝕劑材料，約20° C到約150。 C之間 的襯底溫度，例如約20° C到約50° C，可用于刻蝕在襯底表面上具有材料的 最小熱降解的光掩模特征。另外，處理腔室100的側(cè)壁104可維持在低于約 70° C的溫度以及圓頂優(yōu)選地維持在低于約80攝氏度的溫度以保持持續(xù)的處 理條件并使在處理腔室的表面上聚合物的形成最小化。
以下描述刻蝕工藝的實施例。在支撐構(gòu)件124上設(shè)置襯底122以及將在此 所述的處理氣體導(dǎo)入腔室100中，并且通過以約100sccm到約200sccm的流速 導(dǎo)入氧氣(02)、氯氣(Cl2)，三氟甲烷(CHF3)、六氟化硫(SF6)、六氟 乙垸(C2F6)和氨(NH3)的至少其中之一的添加氣體以及可選的溴化氫(HBr) 和/或諸如氬(Ar)或氦(He)的惰性氣體的處理氣體并且由處理氣體生成等 離子體，從而生成并維持等離子體以刻蝕金屬層320?？梢栽诩s5sccm到約 200sccm的流速將氧氣導(dǎo)入處理腔室100中，可以在約25sccm到約1000sccm 的流速將氯氣導(dǎo)入處理腔室100中，可以約lsccm到約50sccm之間的流速將 氧氣(02)、氯氣(Cl2)、三氟甲垸(CHF3)、六氟化硫(SF6)、六氟乙烷
(C2F6)和氨(NH3)的至少其中之一的添加氣體以及可選的溴化氫(HBr) 導(dǎo)入處理腔室100中。將惰性氣體，例如，氬氣，以約5sccm到約100sccm之 間的流速導(dǎo)入處理腔室100中。氯氣與溴化氫的比率，如果提供在處理氣體中， 則為約10: 1到約0.5: 1之間。
通過將約200W到約1500W之間，例如300到350W的源RF功率施加給 電感線圈以在刻蝕工藝期間生成并維持處理氣體的等離子體。將約25W到約 200W之間，例如約15到20W的偏置功率施加在襯底支架124上。執(zhí)行約卯 秒到約400秒之間，例如約350秒的刻蝕處理?？赏ㄟ^光發(fā)射終點控制而監(jiān)控 金屬層320的刻蝕工藝的終點。
處理腔室的壓力一般維持在約1毫托到約40毫托之間，例如約3毫托、 約5毫托，或約8毫托。在刻蝕工藝期間襯底溫度在約20° C到100° C之間。 另外，處理腔室100的側(cè)壁104的溫度維持在小于約70° C以及圓頂?shù)臏囟?維持在小于約80。 C。以上所述的刻蝕工藝通常產(chǎn)生金屬層與抗蝕劑的選擇比 約3: 1或以上。
可選地，過刻蝕步驟可在刻蝕工藝之后進行以確保從襯底去除所有預(yù)期的 材料。過刻蝕可使用用于刻蝕金屬層320的任何適合的處理氣體。例如，過刻 蝕氣體可包括所有含氧氣體、含氯氣體、不含氯的鹵素氣體以及在此所述的惰 性氣體中的一種或多種。
可選地，如果在此描述的ARC材料形成在金屬層上，則在金屬層刻蝕工 藝期間ARC材料可與金屬層一起去除或者在金屬層刻蝕之前通過刻蝕工藝去 除。在2004年3月18日提交的題為"Multi-Step Process For Etching Photomasks" 的美國專利申請No. 10/803,867中全面描述了 ARC刻蝕工藝和金屬層刻蝕的 一個實施例。
在此描述的刻蝕工藝在所公開的條件下產(chǎn)生金屬與抗蝕劑的去除速率比 率，即選擇比或刻蝕偏差約l: l或以上。已觀察到，在通過在此描述的刻蝕 工藝處理的襯底122中金屬與抗蝕劑的選擇比約1: l或以上。在通過在此所 述的刻蝕工藝處理的襯底中已觀察到金屬與抗蝕劑的選擇比約3: 1或以上。 增加的選擇比導(dǎo)致刻蝕工藝保持光刻膠層中構(gòu)圖的臨界尺寸以及使所刻蝕的 鉻特征具有預(yù)期的臨界尺寸。
還觀察到在此所述的刻蝕工藝去除獨立于特征抗蝕劑材料"側(cè)部"的"頂 部"或上表面的抗蝕劑材料，其與異向性刻蝕一致并改善特征形成。另外，所 處理的襯底產(chǎn)生了具有基本垂直形貌的預(yù)期臨界尺寸的特征，其中垂直形貌 即，與現(xiàn)有技術(shù)約85度到約88度的結(jié)果相比，特征的側(cè)壁和特征的底部之間 約90度角。
可選地，等離子體激發(fā)可用于產(chǎn)生用于刻蝕金屬層320的等離子體。在以 在此所述的成分和流速導(dǎo)入用于刻蝕工藝的的處理氣體之前，等離子體激發(fā)可
用于引發(fā)或生成等離子體。等離子體激發(fā)可使用惰性氣體或在此所述的處理氣 體的成分。
等離子體激發(fā)工藝的處理條件和等離子體條件可近似于使用具有在此所 述的處理氣體的刻蝕工藝，包括處理氣體的處理氣體組成、總流速、腔室壓力、 源功率和偏置功率。等離子體激發(fā)工藝可持續(xù)約15秒或更短，諸如約3秒到
約5秒之間。等離子體激發(fā)的實施例包括建立約1毫托到約40毫托之間，例 如約3毫托到約8毫托之間的腔室壓力，將約200W到約1500W之間范圍內(nèi)， 諸如約300到350W的源功率施加在線圈上，和/或提供約5W到約200W之間 范圍內(nèi)，諸如約15W到約20W之間的偏置功率。用于激發(fā)等離子體的源功率 可小于襯底122刻蝕期間使用的功率。
如圖3D中所示，在完成金屬層320的刻蝕之后，將襯底122轉(zhuǎn)移至處理 腔室IOO，以及諸如通過氧氣等離子體處理，或其他現(xiàn)有技術(shù)公知的抗蝕劑去 除工藝，將剩余的抗蝕劑材料330從襯底122去除。
可選地，衰減材料可用于形成衰減相移光掩模以通過增加經(jīng)過光掩模的光 的分辨率而增加在襯底上形成的刻蝕圖案的精度。諸如硅化鉬(MoSi)或衍 生物的衰減材料可沉積在不透明金屬層320上，以及透光襯底表面310可隨后 進行刻蝕。在透光襯底制造期間，衰減材料可沉積在透光襯底上或可與透光襯 底集成。例如，如果在金屬層320沉積之前在襯底表面上沉積衰減材料，則衰 減材料可通過步驟250中在已構(gòu)圖的金屬層320上沉積并構(gòu)圖第二光刻膠材料 以暴露下層材料而形成。衰減材料的下層材料，或所暴露的襯底本身，如果合 適，可隨后在步驟260使用適于所述材料的刻蝕氣體進行刻蝕。
在2003年5月13日提交的題為"Methods For Etching Photolithographic Reticles"的美國專利申請No. 10/437,729中和2002年5月21日提交的美國 專利No. 6,391,7卯中較詳細(xì)描述了刻蝕諸如硅基材料的透光材料和襯底122 的衰減材料的實施例。
一般認(rèn)為以上所述的處理氣體成分和處理方案提供了具有預(yù)期臨界尺寸 的開口或圖案的可控的刻蝕。開口或圖案的刻蝕通常在使用在此所述的處理 氣體下為各向異性。各向異性工藝以比開口的側(cè)壁上的材料更高的速率去除 開口的底部上沉積的材料。這導(dǎo)致開口的側(cè)壁上的材料以比開口的底部上的 材料更低速率去除。以較低速率刻蝕開口的側(cè)壁的刻蝕工藝將不太可能過刻
蝕側(cè)壁，其使得改善進行刻蝕的開口的臨界尺寸的保持，并由此減小刻蝕偏差。
本發(fā)明通過以下實施例進行進一步描述，所述實施例并非意在限定要求保 護的本發(fā)明的范圍。
實施例
將光刻掩模板導(dǎo)入用于抗蝕劑沉積的處理腔室中，所述光刻掩模板包括由 透光材料形成的襯底，所述透光材料諸如光學(xué)質(zhì)量石英、熔融硅材料、硅化
鉬(MoSi)、鉬硅氮氧化物(MoSixNYOz)、鈣氟化物、氧化鋁、藍(lán)寶石或 其組合，所述襯底上沉積厚度，例如約70納米(nm)到約100nm之間的鉻 光掩模層?？尚纬煽蛇x的氮氧化鉻的ARC層，其可包括高達總體鉻厚度的約 25%。
將抗蝕劑沉積在氮氧化鉻層上并隨后使用傳統(tǒng)的激光或電子束構(gòu)圖設(shè)備 進行構(gòu)圖，所述抗蝕劑諸如可從日本的Tokyo-Oka購買可得的抗蝕劑材料 ZEP，或化學(xué)增強抗蝕劑或也可從日本的Tokyo-Oka購買可得的CAR抗蝕劑。 在襯底上沉積的抗蝕劑的厚度約為200nm到約600nm之間，例如，約300nm 到約400nm，但也可為所需的任意厚度。
雖然前述涉及本發(fā)明的示例性技術(shù)方案，但在不偏離本發(fā)明的基本范圍下 可設(shè)計本發(fā)明的其他和進一步的方案，并且本發(fā)明的范圍由以下權(quán)利要求書 確定。
權(quán)利要求
1.一種用于處理光刻掩模板的方法，包括將掩模板定位在處理腔室中的支撐構(gòu)件上，其中所述掩模板包括形成在透光襯底上的金屬光掩模層和沉積在所述金屬光掩模層上的已構(gòu)圖的抗蝕劑材料；導(dǎo)入包括三氟甲烷(CHF3)、六氟化硫(SF6)、六氟乙烷(C2F6)或氨(NH3)的至少其中之一，含氧氣體以及含氯氣體的處理氣體；將功率輸送至所述處理腔室以產(chǎn)生由所述處理氣體形成的等離子體；以及使用所述等離子體刻蝕所述金屬光掩模層的暴露部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)入處理氣體的步驟 進一步包括將不含氯的鹵素氣體導(dǎo)入所述處理腔室中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)入處理氣體的步驟 進一歩包括將溴化氫或碘化氫的至少其中之一導(dǎo)入所述處理腔室中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)入處理氣體的步驟 進一步包括將氧氣、 一氧化碳或二氧化碳的至少其中之一導(dǎo)入所述處理腔室 中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)入處理氣體的步驟 進一步包括將氯氣、四氯化碳或氫氯酸的至少其中之一導(dǎo)入所述處理腔室中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬光掩模層包括鉻、 氮氧化鉻或其組合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬光掩模層進一步 包括氮氧化鉻的抗反射涂層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述透光襯底包括選自石 英、硅化鉬、鉬硅氧氮化物和其組合的硅基材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)入處理氣體的步驟 進一步包括將氬以5到100sccm的流速導(dǎo)入所述處理腔室中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)入處理氣體的步驟 進一步包括將氬以20到45sccm的流速導(dǎo)入所述處理腔室中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)入處理氣體的步驟 進一步包括將氦、氬、氙、氖或氪的至少其中之一導(dǎo)入所述處理腔室中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成等離子體的步驟包括將約200W到約1500瓦之間的源射頻功率施加給所述處理腔室的線圈以 及將約5W到約200W之間的偏置功率施加給在所述處理腔室中的掩模板支 架。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述刻蝕金屬光掩模層的步驟進一步包 括以金屬光掩模層與抗蝕劑材料約h l到約3: l之間的比率選擇性刻蝕所述 金屬光掩模層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)入處理氣體的步驟 進一步包括以約lsccm到50sccm的速率將三氟甲垸(CHF3)、六氟化硫(SF6)、 六氟乙烷(C2F6)或氨(NH3)的至少其中之一導(dǎo)入所述處理腔室中。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)入處理氣體的步驟 進一步包括以約lsccm到5sccm的速率將三氟甲烷(CHF3)、六氟化硫(SF6)、 六氟乙烷(C2F6)或氨(NH3)的至少其中之一導(dǎo)入所述處理腔室中。
16. —種用于處理光刻掩模板的方法，包括將所述掩模板定位在處理腔室的支撐構(gòu)件上，其中所述掩模板包括在透光 硅基材料上形成的鉻基光掩模層和在所述鉻基光掩模層上沉積的已構(gòu)圖的光 刻膠層；導(dǎo)入包括三氟甲烷(CHF3)、六氟化硫(SF6)、六氟乙垸(C2F6)或氨 (NH3)的至少其中之一，氯氣以及氧氣的處理氣體；在處理期間將腔室壓力維持在約3毫托到約8毫托之間以及將所述掩模板 溫度維持在約20。 C到約150。 C之間；將約300瓦到約350瓦之間的源功率輸送至靠近處理腔室設(shè)置的線圈以生 成由處理氣體形成的等離子體；將約15瓦到約20瓦之間的偏置功率提供給支撐構(gòu)件；刻蝕所述鉻基光掩模層的暴露部分；以及以鉻基光掩模層與抗蝕劑材料約1: 1或以上的去除速率比率去除所述鉻 基光掩模層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)入處理氣體的步 驟進一步包括將溴化氫導(dǎo)入所述處理腔室。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述鉻基光掩模層包括鉻、氮氧化鉻或其組合，以及透光硅基材料包括石英、硅化鉬、鉬硅氧氮化物 或其組合。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述掩模板進一步包括 氮氧化鉻的抗反射涂層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)入處理氣體的步 驟進一步包括將氬以5到100sccm的流速導(dǎo)入所述處理腔室中。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)入處理氣體的步 驟進一步包括將氬以20到45sccm的流速導(dǎo)入所述處理腔室中。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)入處理氣體的歩 驟進一步包括將氦、氬、氙、氖或氪的至少其中之一導(dǎo)入所述處理腔室中。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，以金屬光掩模層與抗蝕 劑材料的約l: l到約3: l之間的刻蝕速率比率去除金屬光掩模層和所述抗蝕 劑材料。
24. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)入處理氣體的步 驟進一步包括以約lsccm到50sccm的速率將三氟甲烷(CHF3)、六氟化硫(SF6)、六氟乙烷(C2F6)或氨(NH3)的至少其中之一導(dǎo)入所述處理腔室中。
25. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)入處理氣體的步 驟進一步包括以約1 sccm到5sccm的速率將三氟甲垸(CHF3)、六氟化硫(SF6)、 六氟乙烷(C2F6)或氨(NH3)的至少其中之一導(dǎo)入所述處理腔室中。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于刻蝕沉積在襯底上諸如光刻掩模板的金屬層的方法和裝置。在一個技術(shù)方案中，提供了一種用于處理襯底的方法，該方法包括在處理腔室中定位具有沉積在透光材料上的光掩模層的襯底，將包括三氟甲烷(CHF₃)、六氟化硫(SF₆)、六氟乙烷(C₂F₆)或氨(NH₃)的至少其中之一，含氧氣體、含氯氣體以及可選的不含氯的鹵素氣體和/或惰性氣體導(dǎo)入處理腔室中，在處理腔室中生成處理氣體的等離子體，以及刻蝕沉積在襯底上的金屬層的暴露部分。
文檔編號G03F1/00GK101174081SQ200710145730
公開日2008年5月7日 申請日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月30日
發(fā)明者托伊·尤·貝姬·梁, 邁克爾·格林博金, 阿米泰布·薩布哈維爾, 馬德哈唯·R·錢德拉養(yǎng)德 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司