二元光掩模坯料、其制备、和二元光掩模的制备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及二元光掩模坯料、用于制备所述二元光掩模坯料的方法，和用于由所 述二元光掩模还料制备二元光掩模的方法。所述二元光掩模典型地通过ArF准分子激光光 刻用于半导体集成电路、电荷耦合器件（CCD)、液晶显示器（LCD)滤色器、磁头等的微细加 工。
【背景技术】
[0002] 在目前的半导体加工技术中，对大规模集成电路的更高的集成化的挑战对于电路 图案的小型化提出了日益增长的要求。对于进一步减小构造电路的布线图案的尺寸以及用 于构造单元（cell)的层间连接的接触孔图案小型化，存在着日益增长的要求。因此，在用 于形成这样的布线图案和接触孔图案的光刻法中的写入电路图案的光掩模的制造中，需要 能够精确写入更精细电路图案的技术以满足小型化要求。
[0003] 为了在光掩模衬底上形成更高精确度的光掩模图案，第一优先的是在光掩模坯料 上形成高精确度的抗蚀剂图案。因为光刻法在实际加工半导体衬底中实施缩小投影，所以 所述光掩模图案具有约4倍于实际上必需的图案尺寸的尺寸，但是精确性并未相应地放 宽。相反要求充当原件的所述光掩模具有比随后曝光的图案精确性更高的精确性。
[0004] 此外，在目前流行的光刻法中，待写入的电路图案具有远小于所使用的光波长的 尺寸。如果使用仅4倍放大电路特征的光掩模图案，则由于诸如在实际光刻操作中出现的 光学干扰的影响，对应于光掩模图案的形状并不转印至抗蚀剂膜。为了减轻这些影响，在一 些情况下必须将光掩模图案设计成比实际电路图案更复杂的形状，即对其应用所谓的光学 邻近校正（OPC)的形状。因此，目前用于获得光掩模图案的光刻技术还需要更高精确度的 加工方法。光刻性能有时通过最大分辨率来体现。关于分辨率极限，要求光掩模加工步骤 中所涉及的光刻法具有等于或大于对于用于使用光掩模的半导体加工步骤中的光刻法而 言必需的分辨率极限的最大分辨率精确度。
[0005] 光掩模图案通常通过这样形成：在在透明衬底上具有遮光膜的光掩模坯料上形成 光致抗蚀剂膜，使用电子束写入图案并显影以形成抗蚀剂图案。使用所得到的抗蚀剂图案 作为刻蚀掩模，将所述遮光膜刻蚀为遮光图案。在使遮光图案小型化的尝试中，如果在将抗 蚀剂膜厚度保持在小型化之前的本领域相同水平的同时进行加工，则称为长径比的膜厚度 与图案宽度之比变得更高。结果，抗蚀剂图案轮廓劣化，阻碍有效的图案转印，并且在一些 情况下发生抗蚀剂图案瓦解或脱离。因此，必须将抗蚀剂膜厚度减小至能够小型化。
[0006] 关于待通过抗蚀剂图案作为刻蚀掩模刻蚀的遮光膜材料，本领域已知许多材料。 尤其是在实践中使用铬化合物膜，因为可获得许多关于刻蚀的教导并且它们的加工已确立 为标准方法。例如，具有由适合于ArF准分子激光光刻的铬化合物组成的遮光膜的光掩模 坯料公开于JP-A 2003-195479中。具体地，描述了厚度为50至77nm的铬化合物膜。
[0007] 用于铬系膜如铬化合物膜的典型干法刻蚀方法是含氧氯气干法刻蚀，对于有机膜 其具有一定的刻蚀能力。因此，当出于上述原因通过较薄的抗蚀剂膜进行刻蚀以转印较精 细尺寸的图案时，所述抗蚀剂膜可能在蚀刻期间损坏。那么难于精确地转印所述抗蚀剂图 案。为了满足小型化和精确性二者的要求，需要再次研究遮光材料以促进遮光膜的加工，而 不是目前仅依赖于抗蚀性能改进的趋势。
[0008] 例如，JP-A 2006-78807公开了包括至少一层主要含有硅和过渡金属的材料的遮 光膜，其中硅：金属的原子比为4-15:1。所述遮光膜具有改进的遮光功能并且易于加工和 适合于ArF光刻法。同样，JP-A2007-241060公开了包括含硅和过渡金属的遮光膜和作为 硬掩模膜的铬系材料的薄膜的光掩模坯料，其具有高精确度加工的优点。
[0009] 引用列表
[0010] 专利文献 I :JP-A 2〇〇 3_1%479
[0011] 专利文献 2 :JP-A 2〇〇6_〇788〇7
[0012] (US 7, 691,546, EP 1801647)
[0013] 专利文献 3 :JP-A 2007-241060
[0014] (US 2007212619, EP 1832926)
[0015] 专利文献 4 :JP-A H07-140635
[0016] 发明简沐
[0017] 如上文所述，需要可以在对抗蚀剂图案产生较少损坏的温和条件下加工的遮光膜 以精确地形成更精细尺寸的图案。JP-A 2007-241060中提出，在包括含有硅和过渡金属作 为用于提供降低透明性功能的元素以及任选的低原子量元素（如氮和氧）的遮光膜和铬系 硬掩模膜的光掩模坯料的情况下，一种降低对抗蚀剂的负荷的有效手段为通过降低遮光膜 本身的厚度以及硬掩模膜的厚度。在该情况下，特别是在遮光膜侧，使添加至材料的低原子 量元素（例如氮和氧）的浓度最小化，以由薄膜获得更佳的遮光效果。也就是说，将所谓的 高度金属膜用作遮光膜。
[0018] 当由其制造光掩模的光掩模坯料设有光学功能膜如遮光膜和相移膜时，这些光学 膜必须满足对于所述光掩模而言必需的物理性质，特别是光学性质和化学稳定性。所述光 学膜还必须在可加工性方面得以改进以促进高精确度掩模图案的形成。随着光刻法向期望 的图案尺寸减小的进展，还要求所述掩模具有更精细尺寸和更高精确度的图案。
[0019] 当由无机材料膜形成精细尺寸、高精确度的图案时，优选降低待加工的无机材料 膜的厚度，只要保持必要的物理性质即可。这是因为抗蚀剂膜的厚度必须较薄，以使得在加 工时所使用的抗蚀剂图案具有更高的精确度，如上所述，并且因为在通过在干法刻蚀或类 似技术、使用由抗蚀剂膜得到的抗蚀剂图案将图案转印至无机材料膜的步骤中，图案转印 的精确性可以通过将抗蚀剂膜上的负荷最小化而增加。
[0020] 特别是当将光掩模坯料加工为能够与具有60nm或更小的线宽度的曝光图案的形 成相符的光掩模，必须降低所述遮光膜的厚度以防止所述遮光膜在所述光掩模制备方法、 特别是清洁步骤期间图案瓦解。为了在光掩模上的图案设计期间降低三维效应的目的，也 需要降低所述遮光膜的厚度。
[0021] 因为如专利文献3中所描述的含有硅和过渡金属作为提供透明性衰减功能的元 素的化合物的遮光膜对具有200nm以下波长的光具有高遮光能力，并且可以在氟系干法刻 蚀条件下刻蚀，确立对于在光刻法期间用作抗蚀剂材料的有机材料相对优选的刻蚀率。即 使使用这样的材料，保持遮光功能的同时降低遮光膜的厚度在保证工艺精确性方面仍然是 有效的。在生产具有高精确度的二元光掩模的尝试中，例如进一步降低遮光膜的厚度是可 取的。为了使遮光膜的厚度降低而不牺牲遮光功能，必须通过降低轻元素如氮和氧的含量 而形成更金属的膜，由此增加膜对于曝光的光的吸收系数。
[0022] 本发明的目的在于提供包括保持必需的遮光功能的同时厚度降低的遮光膜的二 元光掩模坯料，用于制备所述二元光掩模坯料的方法，和用于由所述二元光掩模坯料制备 二元光掩模的方法。
[0023] 本发明涉及包括透明衬底和在其上的遮光膜的二元光掩模坯料，所述遮光膜主要 由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成并具有3. 0以上的光密度。发明人 已发现，在所述遮光膜具有低于某个水平的厚度且包括其组成满足过渡金属和氮与硅的某 种关系的层时，实现所述目的。具体地，所述遮光膜具有47nm以下的厚度且包括满足式（1) 的过渡金属-硅-氮组成的层：
[0024] B^O. 68XA+0. 23 (1)，
[0025] 或所述遮光膜具有43nm以下的厚度且包括满足式（2)的过渡金属-硅-氮组成 的层：
[0026] B 彡 1. 19 ΧΑ-0. 19 (2)，
[0027] 或所述遮光膜具有41nm以下的厚度且包括满足式（3)的过渡金属-硅-氮组成 的层：
[0028] B ^ 2. 12 ΧΑ-0. 70 (3)
[0029] 其中A为M/Si的原子比和B为N/Si的原子比。所述遮光膜由所述具体组成的单 层组成或包括所述具体组成的层的多个层组成。采用该构造，获得具有较薄的遮光膜的二 元光掩模坯料，所述遮光膜具有必需的遮光功能。上述式可应用于设计构成元素的组成。然 后，可以根据特定膜厚度有效地设计形成较薄的遮光膜必需的构成元素，特别是过渡金属、 硅和氮的组成。
[0030] 本发明提供了二元光掩模坯料，用于制备所述二元光掩模坯料的方法，和用于制 备二元光掩模的方法，如下文所定义。
[0031] [1]二元光掩模坯料，其包括透明衬底和在所述透明衬底上的遮光膜，所述遮光膜 主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成，由一个或多个层组成，并且具 有3.0以上的光密度，其中
[0032] 所述遮光膜包括满足式（1)的过渡金属-硅-氮组成的层，并具有47nm以下的厚 度：
[0033] B^O. 68XA+0. 23 (1)
[0034] 其中A为M比Si的原子比和B为N比Si的原子比。<