光掩模坯料的設(shè)計和光掩模坯料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及被加工成光掩模的光掩模坯料和設(shè)計光掩模坯料的方法，該光掩模適于通過曝光光的透射來轉(zhuǎn)印圖案。
【背景技術(shù)】
[0002]對于像更高速度的操作和節(jié)約電力消耗的目標來說，大規(guī)模集成電路的更高集成度的挑戰(zhàn)持續(xù)。為了滿足對電路圖案縮小的不斷需求，先進半導(dǎo)體微加工技術(shù)變得重要。例如，用于電路構(gòu)造布線圖案的縮小的技術(shù)和用于單元構(gòu)造層間連接的接觸孔圖案的縮小的技術(shù)變得關(guān)鍵。
[0003]先進微加工技術(shù)依賴于使用光掩模的光刻法。與曝光工具和抗蝕劑材料同樣，光掩模是微型化技術(shù)的一個重要領(lǐng)域。為了獲得能夠提供上述精細尺寸布線圖案或精細尺寸接觸孔圖案的光掩模，做出了開發(fā)在光掩模坯料上形成更為精細和精確的圖案的努力。
[0004]為了在光掩?；纳闲纬筛呔_度的光掩模圖案，首要的是在光掩模坯料上以高精確度將抗蝕劑膜圖案化。由于用于微加工半導(dǎo)體襯底的光刻法采用縮小投影，光掩模上形成的圖案尺寸為半導(dǎo)體襯底上形成的圖案尺寸的約4倍，這并不意味著光掩模上形成的圖案的精確度因此而寬松。需要將光掩模圖案以高精確度形成。
[0005]目前，通過光刻法寫在半導(dǎo)體襯底上的電路圖案的尺寸比曝光光的波長小得多。如果使用具有僅為電路圖案4倍放大率的圖案的光掩模進行縮小曝光，則光掩模圖案由于諸如曝光光干涉的影響而不會忠實地轉(zhuǎn)印于抗蝕劑膜。
[0006]解決該問題的超級分辨率掩模包括0PC掩模，其中，將所謂的光學(xué)臨近校正(0PC)(即，用于校正使轉(zhuǎn)印性質(zhì)劣化的光學(xué)臨近效應(yīng)的技術(shù))應(yīng)用于光掩模和導(dǎo)致相鄰圖案特征之間180°相移的相移掩模以建立入射光的窄強度分布。例如，在一些0PC掩模中，形成具有小于電路圖案一半的尺寸的0PC圖案(錘頭形、輔助棒等)。相移掩模包括半色調(diào)型、Levenson型和無絡(luò)型。
[0007]通常，光掩模圖案通過以下方式形成:以在透明基材上具有可蔽光膜的光掩模坯料開始，在該光掩模坯料上形成光致抗蝕劑膜，將所述光致抗蝕劑膜暴露于光或電子束(EB)以寫入圖案，以及使所述光致抗蝕劑膜顯影以形成光致抗蝕劑圖案。然后，利用光致抗蝕劑圖案形成的掩模，將可蔽光膜蝕刻以形成光掩模圖案。為了獲得精細的光掩模圖案，因以下原因降低光致抗蝕劑膜的厚度(即，較薄的抗蝕劑膜)是有效的。
[0008]如果在沒有降低抗蝕劑膜厚度下僅將抗蝕劑圖案縮小，則起到用于可蔽光膜的蝕刻掩模作用的抗蝕劑圖案具有較高的縱橫比(抗蝕劑膜厚度與圖案寬度之比)。通常，隨著抗蝕劑圖案的縱橫比變高，圖案輪廓更可能劣化。那么介由作為蝕刻掩模的抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)印于可蔽光膜的圖案的精確度降低。在極端情況下，抗蝕劑圖案部分坍塌或剝落，導(dǎo)致圖案褪去。伴隨著光掩模圖案的縮小，有必要使可蔽光膜的圖案化期間用作蝕刻掩模的抗蝕劑膜變薄以防止縱橫比變得太高。通常推薦3以下的縱橫比。為了形成具有特征寬度70nm的抗蝕劑圖案，例如，優(yōu)選210nm以下的抗蝕劑膜厚度。
[0009]另一方面，對于使用光致抗蝕劑的圖案作為蝕刻掩模而蝕刻的可蔽光膜，提出了許多材料。特別地，純鉻膜與含氮、氧和碳的至少之一和鉻的鉻化合物膜通常用作可蔽光膜材料。例如，專利文獻1?3披露了光掩模坯料，其中鉻化合物膜作為具有對于用于ArF準分子激光光刻法的光掩模還料所必需的遮光性能的可蔽光膜而形成。
[0010]鉻化合物膜形式的可蔽光膜通常通過含氧的氯干法蝕刻來圖案化，在此期間有機膜、典型地為光致抗蝕劑膜，可以被頻繁蝕刻到顯著程度。如果鉻化合物膜形式的可蔽光膜用較薄抗蝕劑膜形成的掩模蝕刻，則抗蝕劑在蝕刻期間被損壞，使得抗蝕劑圖案變形。于是難以精確地將抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)印于可蔽光膜。
[0011]賦予光致抗蝕劑膜或有機膜以高分辨率和高圖案化精確度以及耐蝕刻性的嘗試遇到了技術(shù)障礙。光致抗蝕劑膜的厚度必須降低以達到高分辨率的目的，而為了在可蔽光膜的蝕刻期間確保耐蝕刻性的目的光致抗蝕劑膜的變薄必然受限制。結(jié)果，在高分辨率/圖案化精確度和耐蝕刻性之間存在折衷關(guān)系。
[0012]為了減輕光致抗蝕劑的載荷以實現(xiàn)膜厚度降低從而最終形成較高精確度的光掩模圖案，必須改進待圖案化的可蔽光膜的構(gòu)造(包括厚度和組成)。
[0013]對于可蔽光膜材料，已進行了大量研究。例如，專利文獻4披露了金屬膜作為用于ArF準分子激光光刻法的可蔽光膜。具體地，鉭用作可蔽光膜并且氧化鉭用作減反射膜。為了減輕在這兩個層的蝕刻期間施加到光致抗蝕劑的載荷，用對光致抗蝕劑導(dǎo)致相對較少的破壞的氟系氣體等離子體對所述層進行蝕刻，即使選擇了這樣的蝕刻條件，當(dāng)只使用光致抗蝕劑作為蝕刻掩模來蝕刻兩層(可蔽光膜和減反射膜)時，對光致抗蝕劑的載荷的減輕有限。難以完全滿足以高精確度形成精細尺寸光掩模圖案的要求。
[0014]如上所述，現(xiàn)有技術(shù)的光掩模坯料結(jié)構(gòu)難以完全滿足以高精確度在可蔽光膜上形成精細尺寸光掩模圖案的要求。在使用較短波長的曝光光和需要較高分辨率的光刻法(典型地波長為200nm以下的光(例如，ArF準分子激光193nm，F(xiàn)2激光157nm))的情況下，問題變得更嚴重。
[0015]由于在氯系干法蝕刻期間表現(xiàn)出高蝕刻速率的可蔽光膜能夠減輕對光致抗蝕劑的載荷從而最終以高精確度形成精細尺寸光掩模圖案，專利文獻5描述了基于鉻并且輕元素0和N加入其中的可蔽光膜，專利文獻6描述了基于絡(luò)并且低恪融金屬例如Sn或In加入其中的鉻化合物膜。
[0016]另一方面，對光掩模坯料的缺陷檢查通常基于由該坯料的反射來進行。為了檢測微觀尺寸的缺陷，必須使用較短波長的檢測光。目前使用波長257nm的光。為了確保對用于ArF準分子激光光刻法的光掩模坯料的精確的缺陷檢測，相對于該波長的光的10-20 %量級的反射率是必要的。
[0017]然而，含輕元素的鉻化合物的膜趨于在至少200nm的波長區(qū)具有增加的透光率和降低的反射率。采用波長區(qū)至少400nm的透射光或反射光的光掩模對位以讀取對位標記時，出現(xiàn)不穩(wěn)定對位的問題。使用厚膜以獲得必要的光學(xué)密度，但對于降低特征尺寸不利。
[0018]隨著輕元素的含量增加，可蔽光膜的導(dǎo)電性變低。在降低從光掩模轉(zhuǎn)印到晶片的圖案的特征尺寸的關(guān)鍵的先進技術(shù)中，作為激光束寫入的替代，EB寫入目前處于在光掩模制造期間圖案化抗蝕劑膜中的主流位置。對于EB發(fā)射，采用50keV的高加速電壓從而實現(xiàn)進一步微型化。從生產(chǎn)率提高方面而言，存在降低抗蝕劑感光度的趨勢以實現(xiàn)較高分辨率，同時嘗試電流密度從40A/cm2到400A/cm2的顯著跳躍。因此，使輕元素含量增加以獲得更高蝕刻速率的鉻化合物膜在抗蝕劑暴露于EB期間經(jīng)歷電荷積累，導(dǎo)致成像精確度損失(CD增加，成像位置偏移)。
[0019]引用列表
[0020]專利文獻1:JP_A 2003-195479
[0021]專利文獻2:JP-A 2003_1%483
[0022]專利文獻3:JP-U 3093632
[0023]專利文獻4:JP_A 2001-312043
[0024]專利文獻5:JP-A 2007-033470
[0025]專利文獻6:JP-A 2013_238777
[0026]專利文獻7:JP-A S63-85553

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027]本發(fā)明的目的是提供具有厚度降低的光學(xué)膜的光掩模坯料，其可以減輕在通過光致抗蝕劑對該光學(xué)膜蝕刻期間對光致抗蝕劑的載荷，同時保持作為可蔽光膜所必需的光學(xué)性質(zhì)和在讀取對位標記中高精確度對位和缺陷檢測所必需的反射率。另一目的是提供光掩模坯料，其有效防止在光致抗蝕劑暴露于EB期間的任何電荷積累并能夠利用EB進行高精確度成像。進一步的目的是提供設(shè)計這樣的光掩模坯料的方法。
[0028]為了精確地形成更精細尺寸的圖案的目標，必須使光掩模坯料中用作遮光膜的鉻膜做得盡可能地薄，并且調(diào)節(jié)其以具有高蝕刻速率但不會損失必要程度的光遮蔽。將輕元素加入鉻對于提高蝕