[发明专利]二元光掩模坯料和二元光掩模制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二元光掩模坯料，以及从二元光掩模坯料制造二元光掩模的方法。二元光掩模用于一般通过ArF光刻的半导体集成电路，电荷耦合器件(CCD)，液晶显示器(LCD)滤色片，磁头等的微制造。

背景技术

在近来的半导体制造技术中，对于大规模集成电路的更高集成化的挑战对电路图案的小型化提出了越来越多的需求。对于进一步减少构成电路的布线图案的尺寸和用于构成元件的中间层连接的接触孔图案的小型化存在越来越多的需求。因此，在用于形成这样的布线图案和接触孔图案的光学光刻中的电路图案写入光掩模的制造过程中，需要能够精确写入更微细电路图案的技术以满足小型化的需求。

为了在光掩模衬底上形成更高精度的光掩模图案，首要是在光掩模坯料上形成高精度抗蚀图案。由于光刻在实际加工半导体衬底中进行缩小的投影，光掩模图案的尺寸是实际需要的图案尺寸的约4倍，但是相应地没有放宽精度。作为初始的光掩模更需要具有比随后曝光的图案精度更高的精度。

此外，在目前流行的光刻中，待写入的电路图案具有远比使用的光波长小的尺寸。如果使用仅仅4倍放大的电路特征的光掩模图案，与光掩模图案对应的形状没有转移到抗蚀膜，这是由于在实际光刻操作中发生的影响如光学干涉所致。为了减轻这些影响，在一些情况下，光掩模图案必须设计成比实际电路图案更复杂的形状，即施加所谓的光学邻近校正(OPC)的轮廓。因此，目前用于获得光掩模图案的光刻技术也需要更高精度的加工方法。光刻性能有时通过最大分辨率来表示。关于分辨率限制，光掩模加工步骤中所涉及的光刻需要具有等于或大于在使用光掩模的半导体加工步骤中使用的光学光刻中需要的分辨率限制的最大分辨率精度。

光掩模图案通常由以下方法形成：在透明衬底上具有遮光膜的光掩模坯料上形成光刻胶膜，使用电子束写入图案，并显影以形成抗蚀图案。使用得到的抗蚀图案作为刻蚀掩模，将遮光膜刻蚀成为遮光图案。在使遮光图案小型化的尝试中，如果在保持抗蚀膜的厚度与现有技术小型化中同样的水平的同时进行加工，则膜的厚度与图案宽度的比例(称为纵横比)将变大。结果，抗蚀图案轮廓劣化，妨碍有效的图案转移，并且在一些情况下，将发生抗蚀图案破裂或剥离。因此，抗蚀膜的厚度必须减小以允许小型化。

关于待通过作为刻蚀掩模的抗蚀图案刻蚀的遮光膜材料，本领域中已知大量的材料。特别地，在操作中使用铬化合物膜，因为可以获得关于刻蚀的很多教导，并且它们的加工过程已经确定作为标准程序。例如，在JP-A 2003-195479中公开了具有由铬化合物构成的遮光膜的光掩模坯料适用于ArF准分子激光光刻。具体地，描述了厚度50-77nm的铬化合物膜。

一种用于铬基膜如铬化合物膜的典型干法刻蚀过程是含氧的氯气干法刻蚀，其对于有机膜有一定的刻蚀能力。因此，当因为上述原因通过更薄的抗蚀膜进行刻蚀以转移更微细尺寸的图案时，抗蚀膜在刻蚀中可能被损坏。因而难以精确地转移抗蚀图案。为了同时满足小型化和精确性的要求，再次研究遮光材料以利于遮光膜的加工而不是目前的仅依赖于抗蚀性能的改进的趋势变得必要。

例如，JP-A 2006-78807公开了一种遮光膜，其包括至少一个主要包含硅和过渡金属的材料层，其中硅∶金属的原子比例为4-15∶1。遮光膜改进了遮光性能，并且便于处理以及适合于ArF光刻。JP-A 2007-241060还公开了一种包括含硅和过渡金属的遮光膜和作为硬掩模膜的铬基材料薄膜的光掩模坯料，其具有高精度加工的优点。

如上所述，需要在对抗蚀图案造成较少损伤的条件下加工遮光膜，从而精确地形成更微细尺寸的图案。在光掩模坯料包含遮光膜和铬基硬掩模膜，而遮光膜包含作为用于提供透光性减少功能的元素的硅和过渡金属以及任选的低原子量元素如氮和氧(如JP-A 2007-241060中提出的)的情况下，减少抗蚀剂负载的一个有效方法是减少遮光膜本身的厚度，以及硬掩模膜的厚度。在此情形中，特别地在遮光膜侧，使加入到材料中的低原子量元素如氮和氧的浓度最小化以从薄膜中得到更佳的遮光效果。即，使用所谓的高金属性膜作为遮光膜。

在使用曝光工具时，光掩模安装到曝光工具中，使得具有图案的表面可面对要曝光的物体(如硅晶片)。在曝光时，曝光用光入射到与具有图案的表面即衬底表面相对的透明衬底的表面上，并且由透明衬底透射。穿过缺少遮光图案的具有图案的表面区域的部分光到达抗蚀膜，由此抗蚀膜曝光于图案化的光束。