光掩模坯料和制造方法、光掩模、光图案曝光方法和过渡金属/ 硅基材料膜的设计方法
【专利说明】光掩模坯料和制造方法、光掩模、光图案曝光方法和过渡金 属/硅基材料膜的设计方法
[0001] 本申请是申请日为2011年9月9日，发明名称为"光掩模坯料和制造方 法、光掩模、光图案曝光方法和过渡金属/硅基材料膜的设计方法"的中国专利申请 201110348752. 3的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种具有过渡金属/硅基材料膜的光掩模坯料，用于制备该光掩模坯 料的方法，和由该光掩模坯料制备的光掩模，该光掩模用于半导体集成电路的微制造。还涉 及到使用该光掩模的光图案曝光方法，和用于设计用在光掩模坯料和光掩模中的过渡金属 /硅基材料膜的方法。
【背景技术】
[0003] 虽然半导体集成电路用在很宽范围的应用中，但是对于更高密度集成和节约功耗 的目的，需要日益精细的电路设计。与该需求相关，包括通过光掩模曝光的形成电路的光刻 使用较短波长光源以产生更精细图像。用于商业基础的当前应用的先进光刻工艺中，用于 曝光的光源已经从KrF准分子激光（248nm)转化成了 ArF准分子激光（193nm)。
[0004] 发现使用更大能量的ArF准分子激光的光刻对掩模产生损伤，而使用KrF准分子 激光未曾发现该损伤。一个问题是，在持续使用光掩模时，在光掩模上形成杂质状生长缺 陷。这些生长缺陷也公知为"雾影（haze)"。之前认为雾影形成的来源在于在掩模图案表 面上生长硫酸铵晶体。现在认为有机物质也参与了雾影形成。
[0005] 有一些公知的克服雾影问题的方式。例如，关于长期照射ArF准分子激光而在光 掩模上形成的生长缺陷，JP-A 2008-276002描述了在可持续使用光掩模之前必须在预定阶 段中清洗该光掩模。而且JP-A 2010-156880也公开了可通过光掩模坯料表面的氧化处理 抑制雾影形成。
[0006] 然而，随着用于图像转移的ArF准分子激光照射剂量增加，对光掩模造成雾影之 外的损伤。发现掩模图案的线宽根据累积照射能量剂量而变化。见Thomas Faure等人 的"Characterization of binary mask and attenuated phase shift mask blanks for 32nm mask fabrication"，Proc. of SPIE，vol. 7122, pp712209-l 页至 712209-12。该问题 是，在长时间照射ArF准分子激光期间，随着累积照射能量剂量增加，被认为是图案材料 氧化物的物质层在膜图案外部生长，从而图案宽度变化。据报道，掩模一旦被损伤就不能通 过利用如上述雾影去除中所使用的SC-I (氨水/过氧化氢水溶液）或者用硫酸/过氧化氢 水溶液进行清洗而恢复。据认为，损伤源完全不同。
[0007] 上述文献指出，在通过半色调相移掩模曝光电路图案（这是在扩展聚焦深度中有 用的掩模技术），图案尺寸变化导致了显著劣化（该劣化称作"由图案尺寸改变导致的劣 化")，该图案尺寸变化起因于由ArF准分子激光照射过渡金属/硅基材料膜例如MoSi基材 料膜的改变。之后，为了长时间周期地使用昂贵的光掩模，必须解决由ArF准分子激光照射 导致的图案尺寸改变所引起的劣化。
[0008] 引用列表
[0009] 专利文献 I : JP-A 2008-276002 (USP 7941767)
[0010] 专利文献 2 :JP-A 2010-156880(US 20100167185, DE 102009060677， KR20100080413)
[0011] 专利文献 3 :JP-A H07-140635
[0012] 专利文献 4 :JP-A H10-171096
[0013] 专利文献 5 :JP-A 2〇04-133〇29
[0014] 专利文献 6 :JP-A Η〇7_181664
[0015] 专利文献 7 :JP-A 2007-033470
[0016] 专利文献 8 : JP-A 2006-078807 (USP 7691546, EP 1801647)
[0017] 非专利文献 I :Thomas Faure 等人的 "Characterization of binary mask and attenuated phase shift mask blanks for 32nm mask fabrication''，Proc. of SPIE，第 7122 卷，第 712209-1 页一第 712209-12 页
【发明内容】
[0018] 本发明的目的是提供：一种光掩模，其在图案化曝光于（patternwise exposure) ArF准分子激光或比常规光波长短且能量大的光时，使因图案尺寸改变所致的劣化最小化， 该图案尺寸改变起因于由光照射导致的膜性质变化，即使在增加累积照射能量剂量的情形 中也是如此；光掩模坯料，由其获得光掩模；用于制备该光掩模坯料的方法；使用该光掩模 的光图案曝光方法；和设计用于光掩模坯料和光掩模中的过渡金属/硅基材料膜的方法。
[0019] 如非专利文献1中指出的，当在干燥空气气氛中照射光时，通过由ArF准分子激光 照射引起的图案尺寸改变导致的劣化几乎不发生。在干燥空气气氛中的光照射向曝光系 统添加了额外单元，并引起静电和需要处理的其它问题，导致增加的费用。在这种情况下， 本发明人试图改善光掩模的膜材料从而能够在普通湿度气氛下长时间曝光。
[0020] 在使用ArF准分子激光作为光源的光刻中所用的光掩模包括半色调相移掩模，其 使用含有过渡金属的硅基材料，通常是含钼的硅基材料。该硅基材料主要由过渡金属和硅 构成，并且进一步含有氧和/或氮作为轻元素 （light element)(例如JP-A H07-140635)， 或者还包括小量碳和/或氢（例如JP-A H10-171096)。所使用的合适的过渡金属包括Mo、 Zr、Ta、W和Ti。特别地，Mo是最常用的（例如JP-A H07-140635)，并且有时添加第二过渡 金属（例如JP-A 2004-133029)。还对于遮光膜使用含过渡金属的硅基材料、通常是含钼的 硅基材料。
[0021] 虽然现有技术半色调相移膜使用前述材料实现曝光的相移和必要量的衰减，但是 优选对其进行设计从而通过并入一定量氮提供具有高折射系数的膜，和通过添加必要量的 氧获得优化的光学性质和化学性质（例如JP-A H07-181664)。特别地，通过并入比用于KrF 准分子激光更大量的氮和任选地添加相对小量的氧，对适合于ArF准分子激光的膜材料赋 予所需的物理性质。然而，当用大剂量的高能量光照射使用这种材料的光掩模时，掩模经受 由高能量光照射引起的图案尺寸改变所导致的明显劣化。此时，光掩模的使用寿命短于需 求。
[0022] 之后，本发明人尝试开发一种含过渡金属的硅基材料（以下称作"过渡金属/硅基 材料"）用作半色调相移膜等，当在使用光掩模的光刻中通常采用的受控湿度气氛中用ArF 准分子激光照射时，其经历通过由过渡金属/硅基材料膜的变化导致的图案尺寸改变的最 小劣化。关于由光激发引起的过渡金属/硅基材料的不稳定性，本发明人形成了以下假设。 当用ArF准分子激光在潮湿条件下连续照射过渡金属/硅基材料例如钼/硅基材料时，含 氮的钼/硅基材料因释放出氮而经历化学变化例如氧化物转化。在判断这种化学变化敏感 性时，必须考虑各元素的化合价。元素化合价乘以其含量表示在材料中该元素的键的相对 数量。认为化学改变敏感性与元素乘积相关（乘积=化合价乘以含量）。只要涉及到过渡 金属/硅基材料，该关联既可施用于半色调相移膜，又可适用于遮光膜和其它类型膜。
[0023] 关于具有包含氮和氧的过渡金属/硅基材料膜的掩模，本发明人发现通过ArF准 分子激光的累积照射引起的掩模图案尺寸变化劣化与过渡金属和硅的含量，过渡金属、硅 和氮的含量、或者过渡金属、硅、氮和氧的含量有关，并且该关联与上述假设相适应。通过调 整过渡金属/硅基材料膜中所示元素的含量以便满足预定关系，基本上抑制了通过由ArF 准分子激光照射引起的图案尺寸改变所导致的劣化。
[0024] 在一个方面，本发明提供一种光掩模坯料，其包含透明衬底和设置在衬底上的包 括过渡金属、硅、氧和氮的材料的过渡金属/硅基材料膜。
[0025] 在第一实施方案中，过渡金属/硅基材料膜具有至少3原子％的氧含量并由如下 构成：满足下式（1)的过渡金属/硅基材料层：
[0026] 4XCSi/100 - 6XCm/100>1 (I)
[0027] 其中Csi是以原子％计的硅含量，和Cm是以原子％计的过渡金属含量，具有至少两 个叠置的这种层的多层结构，或者远离该衬底设置且厚度至多IOnm的表面氧化的层与这 种层或多层结构的组合。
[0028] 在