專(zhuān)利名稱(chēng)：利用保護(hù)性罩幕的光罩等離子體蝕刻法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施例是有關(guān)于等離子體蝕刻鉻的方法，特別是有關(guān)于在光罩制作過(guò)程中蝕刻鉻層的方法。
背景技術(shù)：
在制作集成電路(IC)或晶片時(shí)，代表晶片不同層的圖案是由晶片設(shè)計(jì)者所創(chuàng)造。一系列可多次使用的罩幕或光罩是由這些圖案所產(chǎn)生，以便在制造制程中將每層晶片層的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移至半導(dǎo)體基板上。罩幕圖案產(chǎn)生系統(tǒng)使用準(zhǔn)確雷射或電子束將每一層晶片設(shè)計(jì)的圖像轉(zhuǎn)移至相對(duì)的罩幕上。罩幕的用途十分近似于照相底片，以將每層電路圖案轉(zhuǎn)換至半導(dǎo)體基板上。上述數(shù)層是使用連續(xù)的制程制作而成，并轉(zhuǎn)換成可包含每個(gè)完整晶片的微小電晶體與電子電路。因此，在罩幕內(nèi)的缺陷亦可能轉(zhuǎn)移至晶片上，而可能對(duì)效能有不利影響。嚴(yán)重的缺陷會(huì)使得罩幕完全無(wú)用。通常，一組15至30個(gè)罩幕可用以建構(gòu)出一個(gè)晶片，且這些罩幕可重復(fù)使用。
罩幕是通常為一側(cè)具有一層鉻的玻璃或石英基板。鉻層是由抗反射涂層與光敏光阻所覆蓋。在圖案化制程過(guò)程中，利用部分光阻曝光于紫外光下而將電路設(shè)計(jì)寫(xiě)于罩幕上，并使曝光的部分在顯影劑中可溶解。光阻的可溶部分是被移除以產(chǎn)生圖案。此圖案使暴露的下方鉻層可被蝕刻。蝕刻制程將罩幕上光阻被移除處的鉻層與抗反射涂層移除，即，暴露的鉻層是被移除。
使用于圖案化的另一種罩幕是為公知的石英相位移罩幕。石英相位移罩幕類(lèi)似于上述的罩幕，不過(guò)在石英相位移罩幕中，通過(guò)具圖案的鉻層而暴露出的石英區(qū)交錯(cuò)鄰接面積是被蝕刻至具有大約等于光波長(zhǎng)一半的深度，而此特性可在制作過(guò)程中用來(lái)將電路圖案轉(zhuǎn)移至基板上。鉻層在石英蝕刻之后被移除。因此，當(dāng)光通過(guò)石英相位移罩幕而使基板上的光阻曝光時(shí)，通過(guò)罩幕上開(kāi)口而射于光阻上的光是相對(duì)于通過(guò)緊密鄰接開(kāi)口的光呈180度相位差(out of phase)。因此，可能在罩幕邊緣散射的光是被鄰接開(kāi)口邊緣的光散射所造成的180度相位差而抵銷(xiāo)，因此造成在光阻預(yù)定區(qū)域中的光緊密分布。光緊密分布有助于使具有較小關(guān)鍵尺寸的特征顯露。同樣地，用于無(wú)鉻蝕刻微影的罩幕亦可利用通過(guò)兩罩幕石英部分而造成的光的相位移而使光阻具有圖像，藉此改良用以顯影光阻圖案的光分布。使用摻雜鉬(Mo)的圖案化氮化硅層亦可以實(shí)現(xiàn)因通過(guò)罩幕而產(chǎn)生的光相位移，此使得通過(guò)罩幕的圖案化部分的圖像光與通過(guò)藉由圖案化層的開(kāi)口而暴露的石英基板的光是呈180度相位差。
在一個(gè)蝕刻制程中，例如有干式蝕刻、反應(yīng)性離子蝕刻或等離子體蝕刻，等離子體是用來(lái)增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)并蝕刻罩幕上的具圖案鉻層。不幸地，習(xí)知鉻蝕刻制程常因等離子體沖擊用以圖案化鉻層的光阻材料而呈現(xiàn)出蝕刻偏差。因?yàn)楣庾柙阢t蝕刻過(guò)程中被沖擊，具圖案的光阻的關(guān)鍵尺寸無(wú)法準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)移至鉻層上。因此，對(duì)于關(guān)鍵尺寸小于約5微米的罩幕，習(xí)知鉻蝕刻制程并無(wú)法產(chǎn)生可接受的表現(xiàn)。此結(jié)果造成罩幕蝕刻特征的不均勻性且進(jìn)而減小利用罩幕制造具有小型關(guān)鍵尺寸的元件特征的能力。
隨著罩幕關(guān)鍵尺寸持續(xù)縮減，蝕刻均勻的重要性持續(xù)增加。因此，亟需具有高度蝕刻均勻性的鉻蝕刻制程。
因此，需要一種改良式的鉻蝕刻制程。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供蝕刻鉻的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，蝕刻鉻的方法包含在制程反應(yīng)室中提供具有鉻層與具圖案的光阻層的膜堆疊；沉積保角形的保護(hù)層于具圖案的光阻層上；蝕刻保角形保護(hù)層而使鉻層通過(guò)具圖案的光阻層而暴露；以及蝕刻鉻層。
本發(fā)明另提供形成光罩的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，形成光罩的方法包含圖案化位于具有至少一層鉻層的光罩層上的罩幕層；沉積保角形保護(hù)層于此光罩層上；蝕刻鉻層通過(guò)具有保護(hù)層沉積其上的罩幕層而暴露下方層；以及移除罩幕層與保護(hù)層。
本發(fā)明以上所列舉的特征，已在上述的說(shuō)明文字中輔以圖式做更詳細(xì)與更特定的闡述。然而需注意的是本發(fā)明附加的圖式僅為代表性實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，其他等效的實(shí)施例仍應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍中。
圖1是為實(shí)施例中適合于蝕刻鉻層的蝕刻反應(yīng)器的概要截面圖；圖2是為實(shí)施例中蝕刻鉻層的方法的流程圖；圖3A至圖3I是為利用本發(fā)明鉻層蝕刻方法的一個(gè)實(shí)施例所制成的石英光罩；圖4A至圖4G是為利用本發(fā)明鉻層蝕刻方法的一個(gè)實(shí)施例所制成的石英相位移罩幕；圖5A至圖5F是為利用本發(fā)明鉻層蝕刻方法的一個(gè)實(shí)施例所制成的石英相位移罩幕；圖6是為制程系統(tǒng)實(shí)施例的概要截面圖，例如為一個(gè)包含圖1反應(yīng)器的群集工具。
為有助于了解，同樣的附圖標(biāo)記是用以表示用在不同圖式中的同樣元件。
主要元件符號(hào)說(shuō)明114 匹配網(wǎng)路 112 等離子體功率源120 氣體面板 154 支援系統(tǒng)146 控制器148 存儲(chǔ)器152 支援電路 140 偏壓功率源142 匹配網(wǎng)路 138 升降機(jī)構(gòu)156 氦氣源166 夾盤(pán)功率源168 熱源功率供給 164 真空泵110 天線 122 基板116 氣體入口 124 支撐底座190 鉻層 188 開(kāi)口
170 制程系統(tǒng) 100 制程反應(yīng)室134 加熱元件 158 氣體導(dǎo)管144 加熱器182 光罩轉(zhuǎn)接器320 特征 310 溝槽316 寬度(關(guān)鍵尺寸)310 保護(hù)層418 石英相位移罩幕430 開(kāi)口406 抗反射層 404 鉻層432 保護(hù)層434 特征502 石英層554 衰減層具體實(shí)施方式
圖1繪示實(shí)施例的蝕刻制程反應(yīng)室100的概要截面圖，其中可以利用本發(fā)明的石英蝕刻方法。在此揭示可加以使用的合適反應(yīng)器包含，例如有，分立等離子體源(DPS)II反應(yīng)器、或Tetra I與Tetra II光罩蝕刻系統(tǒng)，上述的設(shè)備皆可在位于加州圣塔摩尼卡的Applied Material公司所購(gòu)得。蝕刻制程反應(yīng)室100亦可作為如圖6所示的制程系統(tǒng)170的制程模組，其例如有可于Applied Material公司購(gòu)得的Centura積體半導(dǎo)體晶圓制程系統(tǒng)。制程系統(tǒng)亦可包含適合于灰化制程的第一反應(yīng)室172以及適合于聚合物沉積的第二反應(yīng)室174。合適的灰化與沉積反應(yīng)室的實(shí)例包含AXIOM HTTM與Tetra II制程反應(yīng)室，此等亦可于由Applied Material公司所購(gòu)得。
在此所繪示的制程反應(yīng)室100的特定實(shí)施例是為舉例說(shuō)明的目的，而并非用以限定本發(fā)明的范圍。
返回圖1，制程反應(yīng)室100通常包含具有基板底座124的制程反應(yīng)室主體102，以及控制器146。反應(yīng)室主體102具有傳導(dǎo)壁104可支撐一個(gè)大致上平面的介電頂板108。制程反應(yīng)室100的其他實(shí)施例可具有其他種類(lèi)的頂板，例如半球型頂板。天線110是設(shè)置在頂板108上。天線110包含一或多個(gè)可選擇性控制的感應(yīng)線圈元件(兩個(gè)共軸元件110a與110b是繪示于圖1中)。天線110通過(guò)第一匹配網(wǎng)路114而耦接至等離子體功率源112上。等離子體功率源112通常在可調(diào)頻率于約50kHz至約13.56MHz的范圍內(nèi)可產(chǎn)生大約3000W的功率。在一個(gè)實(shí)施例中，等離子體功率源112在大約13.56MHz的頻率時(shí)提供約100至約600W的感應(yīng)耦合RF功率。
基板底座(陰極)124是通過(guò)第二匹配網(wǎng)路142而耦接至偏壓功率源140上。偏壓功率140在脈沖頻率于約1至約10kHz時(shí)可提供介于大約0至大約600W的功率。偏壓源140產(chǎn)生脈沖RF功率輸出?；蛘撸珘涸?40可產(chǎn)生脈沖DC功率輸出。偏壓源140亦可以提供定值的DC以及/或RF功率輸出。
實(shí)施例中，偏壓源140是裝設(shè)為可在頻率介于約1至約10kHz時(shí)提供小于約600W的RF功率，并具有介于約10至約95％的工作周期。在另一個(gè)實(shí)施例中，偏壓源140是裝設(shè)為可在頻率介于約2至約5kHz時(shí)提供介于約20至約150W的RF功率，并具有介于約80至約95％的工作周期。
在裝設(shè)為DPS反應(yīng)器的實(shí)施例中，基板支撐底座包含靜電夾盤(pán)160。靜電夾盤(pán)160包含至少一個(gè)夾箝電極132且是由夾盤(pán)功率供給166所控制。在可供選擇的實(shí)施例中，基板底座124可包含基板保持機(jī)構(gòu)--例如基座夾環(huán)、真空夾盤(pán)、機(jī)械夾盤(pán)等。
氣體面板120是連接至制程反應(yīng)室100以提供制程以及/或其他氣體進(jìn)入制程反應(yīng)室主體102的內(nèi)部。在圖1中所示的實(shí)施例中，氣體面板120是連接至一或多個(gè)形成在反應(yīng)室主體102的側(cè)壁104的通道118內(nèi)的入口116上。然而一或多個(gè)入口116可位于其他位置上，例如，在制程反應(yīng)室100的頂板108上。
實(shí)施例中，氣體面板120是用以提供氟化的制程氣體通過(guò)入口116而進(jìn)入制程反應(yīng)室主體102的內(nèi)部。在制程過(guò)程中，等離子體是由制程氣體所形成并通過(guò)來(lái)自等離子體功率源112的感應(yīng)耦合功率而得以維持。等離子體可選擇性地由遙控方式形成或由其他方法加以激發(fā)。實(shí)施例中，由氣體面板120提供的制程氣體包含氟化氣體與含碳?xì)怏w中的至少一種。氟化與含碳?xì)怏w的實(shí)例包含三氟甲烷與四氟化碳。其他氟化氣體可以包含一氟化二碳、六氟化四碳、全氟丙烷與八氟環(huán)戊烷中的一或多種氣體。
利用節(jié)流閥162與真空泵164以控制制程反應(yīng)室100內(nèi)的壓力。真空泵164與節(jié)流閥162可將反應(yīng)室壓力維持在大約1至大約20毫托的范圍內(nèi)。
利用通過(guò)壁104的含液體導(dǎo)管(未顯示)可控制壁104的溫度。壁溫度是通常維持在攝氏大約65℃。通常，反應(yīng)室壁104是由金屬(例如，鋁、不銹鋼等)所形成且連接至電性接地106上。制程反應(yīng)室100亦包含制程控制、內(nèi)部診斷、終點(diǎn)偵測(cè)等習(xí)知系統(tǒng)。這些系統(tǒng)是共同繪示為支援系統(tǒng)154。
光罩轉(zhuǎn)接器182是用以牢固基板122(如倍縮光罩或其他工件)于基板支撐底座124上。光罩轉(zhuǎn)接器182通常具有被磨細(xì)以覆蓋底座124的上表面(如，靜電夾盤(pán)160)的下部分184，以及具有形狀與大小可支撐基板122的上部分186。開(kāi)口188通常大致上位于關(guān)于底座124的中央位置上。接合器182通常由抗蝕刻、抗高溫的單一塊材料所形成，例如聚亞醯胺陶瓷或石英。合適的光罩轉(zhuǎn)接器是揭示于2001年1月26日獲證的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6251217中，而在此是以參考方式并入此案內(nèi)容。邊環(huán)126可覆蓋以及/或?qū)⑥D(zhuǎn)接器182牢固在底座124上。
升降機(jī)構(gòu)138是用以降低或升高轉(zhuǎn)接器182，進(jìn)而使基板122可置于或離開(kāi)基板支撐底座124。一般來(lái)說(shuō)，升降機(jī)構(gòu)138包含數(shù)個(gè)通過(guò)各自引導(dǎo)孔136的升降插稍(在此僅繪示一個(gè)升降插稍130)。
在操作上，利用穩(wěn)定基板底座124的溫度而控制基板122的溫度。實(shí)施例中，基板支撐底座124包含加熱器144以及也可以包含散熱片128。加熱器144可以為一或多個(gè)有熱交換流體在其中流動(dòng)的流體導(dǎo)管。在另一個(gè)實(shí)施例中，加熱器144可包含至少一個(gè)由熱源功率供給168所調(diào)控的加熱元件134?；蛘?，來(lái)自氣體源的背端氣體(如，氦氣(He))是通過(guò)氣體導(dǎo)管158而進(jìn)入通道中，其中通道形成于基板122下方的底座表面內(nèi)。背端氣體有利于底座124與基板122間的熱交換。在制程中，底座124可利用嵌入式加熱器144而被加熱至穩(wěn)態(tài)溫度，在與氦背端氣體結(jié)合后，上述特征即有利于基板122的均勻加熱。
控制器146包含中央處理單元(CPU)150、存儲(chǔ)器148與CPU 150的支援電路152，以及其有助于制程反應(yīng)室100與蝕刻制程的元件控制，此部分將于下文中闡述?？刂破?46可以為任何供一般目所用的電腦處理器，其可用于工業(yè)設(shè)定以控制各種反應(yīng)室與次處理器。CPU 150的存儲(chǔ)器148可以是一或多個(gè)隨時(shí)存取的存儲(chǔ)器元件，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、唯讀存儲(chǔ)器(ROM)、軟碟、硬碟或任何其他形式的數(shù)位儲(chǔ)存，不管是局部或遙控的記憶儲(chǔ)存。支援電路152耦接至CPU 150上以支援處理器。這些電路包含接入、電源供應(yīng)器、時(shí)鐘電路、輸入/輸出電路、輔助系統(tǒng)等。本發(fā)明的方法通常是儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器148或其他CPU 150可存取而可當(dāng)作軟體常式的電腦可讀媒介中?？晒┻x擇地，這樣的軟體常式亦可被儲(chǔ)存以及/或由第二CPU(未顯示)所執(zhí)行，其中第二CPU與受CPU 150控制的硬體距離遙遠(yuǎn)。
圖2是為實(shí)施例中蝕刻鉻層的方法200的流程圖。盡管下述的方法200是有關(guān)于用以制作光罩的基板，方法200亦可用在其他鉻蝕刻應(yīng)用中。
可能以電腦可讀形式儲(chǔ)存于控制器146的存儲(chǔ)器148中或其他儲(chǔ)存媒介中的方法200是以步驟202開(kāi)始，在步驟202中，具有膜堆疊設(shè)置其上的基板122是設(shè)置在基板底座124上。實(shí)施例中，基板122支撐于轉(zhuǎn)接器182的開(kāi)口188中。在圖1所描繪的設(shè)置于基板122上的膜堆疊包含光學(xué)穿透的以硅為基礎(chǔ)的材料--例如石英(即，二氧化硅(Si02)層192)，其具有不透光的光遮蔽鉻層190--也就是所謂的光罩材料--而形成位于石英層192表面上的圖案化罩幕。鉻層190可以為鉻以及/或氮氧化鉻。膜堆疊亦可包含衰減層(未顯示)--例如摻雜鉬(Mo)的氮化硅(SiN)或硅化鉬(MoSi)-位于石英層192與鉻層190之間。
在步驟204中，光阻層是在鉻層上被圖案化。光阻層可利用任何合適的方法而加以圖案化。膜堆疊亦可以設(shè)置在具有光阻已圖案化的制程反應(yīng)室中。
在步驟206中，保角形保護(hù)層是沉積于具圖案的光阻層上。保護(hù)層可以是聚合物，例如為具有氫的碳聚合物。保護(hù)層可被沉積至具有介于約100至約500埃的厚度，而在另一個(gè)實(shí)施例中，厚度可介于約150至約200埃。
實(shí)施例中，可利用由一或多種氟碳制程氣體-尤其例如為三氟甲烷以及/或八氟環(huán)丁烷-所形成的等離子體而沉積保護(hù)層?；蛘?，等離子體可包含能夠改進(jìn)沉積均勻性的氬氣。實(shí)施例中，利用具有介于約200至約500W的等離子體功率以及介于約0至約20W的偏壓功率以沉積保護(hù)層。在另一個(gè)實(shí)施例中，偏壓功率是小于約10W。在等離子體制程中用于形成保護(hù)層的制程氣體實(shí)例可包含大約100sccm的三氟甲烷與大約100sccm的氬氣，并在具有大約3至大約20毫托的反應(yīng)室壓力下維持一段時(shí)間直到保護(hù)層厚度到達(dá)約500埃。
在步驟208中，利用保護(hù)層與光阻當(dāng)作蝕刻罩幕以蝕刻鉻層。鉻蝕刻步驟208包含首先移除設(shè)置于具圖案光阻的開(kāi)口中的保護(hù)層的水平部分以將鉻層中一些部分暴露。相較于保護(hù)層的水平部分，因?yàn)橐瞥O(shè)置在具圖案光阻的側(cè)壁上保護(hù)層中垂直部分的速率非常慢，鉻層被蝕刻且設(shè)置于已圖案光阻的側(cè)壁上的保護(hù)層是大致上維持其開(kāi)口的關(guān)鍵尺寸(CD)，藉此使罩幕關(guān)鍵尺寸得以準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)移至形成于鉻層的開(kāi)口上，上述特征是發(fā)生于步驟208中。
在實(shí)施例的蝕刻步驟208中，由一或多種氟化制程氣體所形成的等離子體是經(jīng)由氣體入口116而被導(dǎo)入制程反應(yīng)室100中。制程氣體的實(shí)例可包含有四氟化碳與三氟甲烷。制程氣體可另包含惰性氣體，例如有氦氣、氬氣、氙氣、氖氣與氪氣。
在另一個(gè)實(shí)施例中，含有鉻的基板122可利用Tetra I、Tetra II或DPSII蝕刻模組并使用流速為2至50sccm的四氟化碳與流速10至50sccm的三氟甲烷而加以蝕刻。在一個(gè)特定的制程配方中是提供具有流速為9sccm的四氟化碳以及流速26sccm的三氟甲烷。制程反應(yīng)室中的壓力被控制在小于約40毫托，且在一個(gè)實(shí)施例中，是介于約1與約10毫托之間，例如2毫托。
在鉻蝕刻步驟208過(guò)程中，小于約600W的基板偏壓功率被施加至支撐底座124上以使基板122具偏壓；而在第一個(gè)實(shí)例中，此偏壓功率小于約100W，在第二個(gè)實(shí)例中，此偏壓功率介于30與約80W之間。在一個(gè)特定的制程配方中，是于可調(diào)脈沖頻率在約1至約10kHz下施加約65W的偏壓功率?；蛘?，偏壓功率可為上述的脈沖形式。
在步驟208中，利用施加來(lái)自等離子體源功率112的介于約300與約600W的RF功率至天線110上而得以維持由制程氣體產(chǎn)生的等離子體。不過(guò)等離子體亦可藉由其他方法而加以激發(fā)。實(shí)施例中，約420W的RF功率在頻率約13.56MHz時(shí)施加至天線110上。
暴露在基板122上的鉻層190是被蝕刻直到達(dá)到終點(diǎn)。終點(diǎn)可由時(shí)間、光學(xué)干涉測(cè)量法、反應(yīng)室氣體發(fā)射光譜或其他合適方法而加以決定?？稍谕瑯舆M(jìn)行沉積步驟的制程系統(tǒng)170或制程反應(yīng)室100中原處進(jìn)行蝕刻步驟。
蝕刻制程的另一個(gè)實(shí)例是闡述于美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?0/235,223中，其于2002年9月4日申請(qǐng)，在此是以參考方式并入該案的全部?jī)?nèi)容。其他合適的金屬蝕刻制程亦可加以利用。
在步驟210中，于蝕刻制程208之后留下的光阻與保護(hù)層是被移除。實(shí)施例中，利用灰化制程以移除留下的光阻與保護(hù)層。可在同樣進(jìn)行蝕刻步驟208的制程系統(tǒng)170或制程反應(yīng)室100中原處進(jìn)行移除步驟210。
鉻蝕刻方法200優(yōu)于習(xí)知蝕刻方法的處包含減少蝕刻偏差，進(jìn)而使方法200可用于產(chǎn)生微小關(guān)鍵尺寸的蝕刻應(yīng)用中。再者，鉻蝕刻方法200可更準(zhǔn)確地從光阻上轉(zhuǎn)移關(guān)鍵尺寸至形成在鉻層的開(kāi)口上，使得后續(xù)利用具圖案鉻層而蝕刻的數(shù)層能呈現(xiàn)出良好轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵尺寸，因此方法200可用于制作具有小線寬的罩幕-例如45納米節(jié)點(diǎn)應(yīng)用上。
圖3A至圖3G繪示利用上述的方法200而被制作于石英光罩340中的膜堆疊300i的實(shí)施例。下標(biāo)「i」為一個(gè)整數(shù)，表示在圖3A至圖3G中所示的膜堆疊中不同的制作階段。
在圖3A中所繪示的膜堆疊3001包含具有鉻層304設(shè)置于其上的石英層302。鉻層304是通常為鉻以及/或上述的氧化鉻層。膜堆疊3001可以包含形成在鉻層304上的抗反射層306(以非實(shí)體圖顯示)?？狗瓷鋵?06可為鉻氧化的薄層或其他合適材料。膜堆疊3001亦包含第一光阻層308設(shè)置于鉻層304或抗反射層306上，若抗反射層存在的話(huà)。
第一光阻層308是被圖案化且被當(dāng)作用以蝕刻鉻層304的蝕刻罩幕以形成特征320而使下方石英層302暴露出，如同在圖3B繪示的膜堆疊3002。
保角形保護(hù)層310是沉積在光阻308上。保護(hù)層310覆蓋在形成于光阻308中的特征320的側(cè)壁上，此特征并具有預(yù)定的厚度以定義具有寬度316的溝槽310，此是為圖3C中所繪示的膜堆疊3003。選定寬度316為具有將被轉(zhuǎn)移至鉻層304上的預(yù)定關(guān)鍵尺寸。
可利用由含氯氣體(如，氯氣)或含氟氣體(如，六氟化硫或四氟化碳)所形成的等離子體以蝕刻鉻層304。蝕刻制程是大致上為非等向性，因此可突破位于溝槽314底部的保護(hù)層以暴露并進(jìn)而蝕刻鉻層，而不會(huì)對(duì)寬度316造成重大改變。
如此，關(guān)鍵尺寸316被轉(zhuǎn)移至形成于鉻層304的開(kāi)口318上，如同圖3D中所示的膜堆疊3004。
在開(kāi)口318于鉻層304上形成之后，可利用--例如灰化制程--以移除仍存在的第一光阻層308，進(jìn)而產(chǎn)生膜堆疊3005，如圖3E所示。光阻層38的移除制程可額外移除仍存在的保護(hù)層310而留下二元光罩340。
或者，膜堆疊3005可經(jīng)進(jìn)一步處理以形成如圖3F至圖3I所示的相位移罩幕。為了形成相位移罩幕，第二光阻層324是首先沉積于膜堆疊3005上，并填滿(mǎn)開(kāi)口318而形成如圖3F所示的膜堆疊3006。第二光阻層324接著被圖案化。通常當(dāng)形成石英相位移罩幕時(shí)，圖案化的第二光阻層324將位于交替開(kāi)口318的底部的石英層302暴露出，如同圖3G所示的膜堆疊3007。
通過(guò)具圖案的第二光阻層324而暴露的石英層302是可利用由一或多種氟化的制程氣體所形成的等離子體而加以蝕刻。制程氣體的實(shí)例可包含四氟化碳與三氟甲烷。制程氣體可另包含惰性氣體，例如有氦氣、氬氣、氙氣、氖氣與氪氣。在蝕刻石英層302的過(guò)程中，施加于基板支撐上的偏壓功率可為上述的脈沖形式。
選定蝕刻的終點(diǎn)，使得繪示于圖3H的膜堆疊3008中的已蝕刻石英溝槽326的深度328與通過(guò)石英層302的一段預(yù)設(shè)光波長(zhǎng)的180度相位移的長(zhǎng)度大約相等，此波長(zhǎng)的光是用于石英相位移罩幕中。通常波長(zhǎng)為193與124納米。因此，深度328通常約為172或240納米，然而其他用在不同微影光波長(zhǎng)的罩幕可有其他深度。在石英溝槽326被蝕刻之后，留下的第二光阻層324是利用灰化而加以移除，如此仍留存的膜堆疊3009形成如圖3I所示的石英相位移罩幕330。
圖4A至圖4G繪示利用上述的方法200而被制作于石英相位移罩幕418中的膜堆疊400i的實(shí)施例。下標(biāo)「i」為一個(gè)整數(shù)，表示在圖4A至圖4G中所示的膜堆疊中不同的制作階段。
在圖4A中所繪示的膜堆疊4001包含具有鉻層402設(shè)置于其上的石英層404。鉻層404是通常為鉻以及/或上述的氧化鉻層。膜堆疊4001可以包含形成在鉻層404上的抗反射層406(選擇性)(以非實(shí)體圖顯示)。膜堆疊4001亦包含第一光阻層408設(shè)置于鉻層404或抗反射層406上，當(dāng)抗反射層存在時(shí)。第一光阻層408是被圖案化以形成可暴露鉻層404的開(kāi)口430，如圖3B中所示的膜堆疊4002。
保角形保護(hù)層432是沉積在鉻層404與第一光阻層上，并覆蓋著開(kāi)口430的底部與側(cè)壁，如同在圖4C中所示的膜堆疊4003。保護(hù)層432的沉積方法可與上述沉積保護(hù)層310的方法有關(guān)。選定保護(hù)層432的厚度，使得定義于保護(hù)層432的垂直側(cè)壁之間的特征434具有預(yù)設(shè)的寬度436。
保護(hù)層432與第一光阻層408是作為罩幕以蝕刻位于鉻層404內(nèi)的開(kāi)口410，而使下方石英層402暴露出，正如同在圖4D繪示的膜堆疊4004。蝕刻制程是大致上為非等向性，因此突破位于特征434底部的保護(hù)層432以暴露并進(jìn)而蝕刻鉻層404，而不會(huì)對(duì)寬度436造成重大改變。如此，由特征410所定義的關(guān)鍵尺寸是被轉(zhuǎn)移至形成于鉻層404內(nèi)的開(kāi)口438上。鉻層404可如上述方法而加以蝕刻。藉由例如灰化或其他合適方法而將保護(hù)層432與第一光阻層408移除，如圖4E中所示的膜堆疊4005。
鉻層404是當(dāng)作蝕刻罩幕以蝕刻石英層402，如同圖4F中所示的膜堆疊4006。石英層402以上述方法蝕刻以形成具有底部416的溝槽404。通過(guò)開(kāi)口438的石英層404蝕刻是大致上轉(zhuǎn)移寬度436至溝槽440上。
選定石英蝕刻的終點(diǎn)，使得已蝕刻的石英溝槽440底部416的深度414與通過(guò)石英層402的一段預(yù)定波長(zhǎng)的180度相位移的長(zhǎng)度大約相等，此波長(zhǎng)的光如上述是用于石英相位移罩幕中。
在溝槽440于石英層402上形成之后，可利用合適制程--例如上述的鉻蝕刻制程--以移除仍存在的鉻層404，最后留下膜堆疊4007以成為石英相位移罩幕442，如圖4G所示。
圖5A至圖5F繪示利用上述的方法200而被制作于無(wú)鉻蝕刻微影罩幕540中的膜堆疊500i的實(shí)施例。下標(biāo)「i」為一個(gè)整數(shù)，表示在圖5A至圖5F中所示的膜堆疊中不同的制作階段。
在圖5A中所繪示的膜堆疊5001包含具有光罩層504設(shè)置于其上的石英層502。光罩層504包含鉻層552-例如鉻以及/或上述的氧化鉻-設(shè)置于衰減層552上。衰減層554通常具有與通過(guò)石英層502一段預(yù)定波長(zhǎng)的180度相位移的長(zhǎng)度大約相等，此波長(zhǎng)的光可用于石英相位移罩幕中。通常波長(zhǎng)為193與248納米。因此，衰減層的厚度是通常為約50至約100納米，然而對(duì)可用于不同微影光波長(zhǎng)以及/或不同稀薄材料的罩幕而言，其他的深度也適用。
一個(gè)任意的抗反射層506(以非實(shí)體圖顯示)可形成于光罩層504上。第一光阻層508是設(shè)置于光罩層504或抗反射層506上，當(dāng)抗反射層存在時(shí)。
第一光阻層508是被圖案化且被當(dāng)作蝕刻罩幕以蝕刻光罩層504而形成特征520，進(jìn)而使下方石英層502暴露出，如同在圖5B所繪示的膜堆疊5002。
保角形保護(hù)層510是沉積在光阻508上。保護(hù)層510覆蓋在形成于光阻508中的特征520的側(cè)壁上，此特征并具有預(yù)定的厚度以定義具有寬度516的溝槽514，此是為圖5C中所繪示的膜堆疊5003。選定寬度516為具有將被轉(zhuǎn)移至光罩層504上的預(yù)定關(guān)鍵尺寸(例如，衰減層554與鉻層552)。
可在一個(gè)二步驟制程中蝕刻光罩層504，其中首先蝕刻鉻層552，接著蝕刻衰減層554。利用由含氯氣體(如，氯氣)或含氟氣體(如，六氟化硫或四氟化碳)所形成的等離子體以蝕刻鉻層552。蝕刻制程是大致上為非等向性，因此突破位于溝槽514底部的保護(hù)層底部512以暴露并進(jìn)而蝕刻鉻層，而不會(huì)對(duì)寬度516造成重大改變。
可利用由含氯氣體(如，氯氣)以及/或含氟氣體(如，六氟化硫或四氟化碳)所形成的等離子體以蝕刻衰減層554。此二步驟蝕刻制程是大致上為非等向性，因此突破位于溝槽514底部的保護(hù)層以暴露并進(jìn)而蝕刻鉻層，而不會(huì)對(duì)寬度516造成重大改變。已圖案化的鉻層是當(dāng)作用以蝕刻衰減層的罩幕。如此，關(guān)鍵尺寸，現(xiàn)被定義為寬度516，是被轉(zhuǎn)移至形成于光罩層504的開(kāi)口518上，此是繪示于圖5D中所示的膜堆疊5004。
衰減層554可由包含(i)一或多種含氟的聚合化材料；(ii)含氯氣體；或者(iii)惰性氣體，的制程氣體所形成的等離子體而加以蝕刻。制程氣體中亦可以包含一種聚合化限制或抑制氣體。
一或多種含氟氣體可包含一或多種含氟的碳?xì)浠衔?、無(wú)氫的含氟氣體、或上述的組合。一或多種的含氟碳?xì)浠衔锟删哂型ㄊ紺XHYFZ，其中x為碳原子個(gè)數(shù)，為1至5的整數(shù)、y為氫原子個(gè)數(shù)，為1至8的整數(shù)、以及z為氟原子個(gè)數(shù)，為1至8的整數(shù)。含氟的碳?xì)錃怏w的實(shí)例包含三氟甲烷、一氟甲烷、二氟甲烷、五氟乙烷、二氟乙烷、以及上述的組合。具有1至2個(gè)碳原子、1至4個(gè)氫原子與1至5個(gè)氟原子的含氟碳?xì)錃怏w，例如三氟甲烷，可用于蝕刻衰減層554時(shí)。
無(wú)氫含氟氣體可具有1至5個(gè)的碳原子，以及4至8個(gè)的氟原子。其他無(wú)氫的氟碳?xì)怏w可以包含四氟化碳、六氟乙烷、六氟化四碳、全氟丙烷、八氟環(huán)丁烷、八氟環(huán)戊烷、以及上述的組合?；蛘撸瞥虤怏w可包含額外的制程氣體，例如氟硫化物-六氟化硫(SF6)。
含氟氣體可有利地用于形成鈍化高分子沉積物，其沉積在形成于已圖案化光阻材料與已蝕刻的光學(xué)穿透材料內(nèi)的開(kāi)口的表面，特別是側(cè)壁上。鈍化的聚合物沉積物可避免特征的過(guò)度蝕刻，進(jìn)而改進(jìn)轉(zhuǎn)移至衰減層554上的關(guān)鍵尺寸。由一或多種含氟碳?xì)錃怏w所形成的等離子體產(chǎn)生可蝕刻位于基板122上的衰減層554的含氟物種，而不需要有氧化氣體的存在。
含氯氣體是由包含氯氣(Cl2)、四氯化碳(CCl4)，、氯化氫(HCl)以及上述組合的群中選定，并用以提供高度反應(yīng)性自由基以蝕刻光學(xué)穿透的材料。含氯氣體提供具蝕刻能力的自由基的來(lái)源，以及氫氣或含碳含氯氣體可提供用以形成鈍化高分子沉積物的材料來(lái)源，此沉積物可以改善蝕刻偏差。
制程氣體亦可包含惰性氣體，當(dāng)此惰性氣體解離為包含制程氣體的等離子體的一部份時(shí)，其可產(chǎn)生濺射物種而增加特征的蝕刻速率。存在成為等離子體的一部分的惰性氣體亦可加強(qiáng)制程氣體的解離。此外，添加于制程氣體中的惰性氣體形成離子化的濺鍍物種，且可進(jìn)一步將任何在剛蝕刻完成的特征側(cè)壁上的聚合物沉積物濺射離開(kāi)，因此減少任何鈍化沉積物并提供可控制的蝕刻速率。吾人觀察發(fā)現(xiàn)，制程氣體中添加惰性氣體可改進(jìn)等離子體穩(wěn)定性與蝕刻均勻性。惰性氣體的實(shí)例包含有氬氣(Ar)、氦氣(He)、氖氣(Ne)、氙氣(Xe)、氪氣(Kr)與上述的組合，其中氬氣與氦氣較常使用。
在實(shí)例中，蝕刻衰減層554的制程氣體可包含氯氣、三氟甲烷，以及為惰性氣體的氬氣?；蛘撸瞥虤怏w可包含一或多種聚合化限制氣體--例如氧氣、臭氧、氮?dú)饣蛏鲜龅慕M合--，可利用控制基板上的鈍化高分子沉積物的形成與移除進(jìn)而控制制程氣體的蝕刻速率。含氧氣體增強(qiáng)無(wú)氧物種的形成，此物種可與其他物種反應(yīng)以減少沉積于已蝕刻特征上的高分子(即，鈍化沉積物)形成。例如，氧氣與等離子體制程的一些自由基--如，CF2--反應(yīng)以形成揮發(fā)性自由基-例如，COF2，，其可由制程反應(yīng)室中排出。
制程氣體-包含惰性氣體與選擇性氣體--的總流速是以大于約15sccm的流速被導(dǎo)入--例如介于約15sccm與約200sccm的流速--以在蝕刻反應(yīng)室中蝕刻150毫米×150毫米大小的光微影光罩基板。含氯氣體以介于約5sccm與約100sccm間的流速被導(dǎo)入制程反應(yīng)室中以蝕刻一個(gè)150毫米×150毫米大小的光微影光罩基板。當(dāng)含氟氣體導(dǎo)入于制程反應(yīng)室中時(shí)，其流速是介于約1sccm與約50sccm之間，以蝕刻一個(gè)150毫米×150毫米大小的光微影光罩基板。當(dāng)惰性氣體導(dǎo)入于制程反應(yīng)室中時(shí)，其流速是介于約0sccm與約100sccm之間，以蝕刻一個(gè)150毫米×150毫米大小的光微影光罩基板。選擇性地，當(dāng)聚合物限制氣體導(dǎo)入于制程反應(yīng)室中時(shí)，其流速是介于約1sccm與約100sccm之間，以蝕刻一個(gè)150毫米×150毫米大小的光微影光罩基板。制程氣體的個(gè)別流速與總流速可視制程因子的數(shù)目而改變，制程因子例如有制程反應(yīng)室的大小、待處理的基板大小、以及操作者所需的特定蝕刻輪廓。
一般而言，制程反應(yīng)室是維持在大約2毫托與約50毫托之間。在制程過(guò)程中，可維持反應(yīng)室壓力在大約3毫托與約20毫托之間，例如3毫托與10毫托。
在開(kāi)口518于鉻層504上形成之后，可利用--例如灰化制程--以移除仍存在的第一光阻層508，進(jìn)而留下膜堆疊5005，如圖5E所示。光阻層508的移除制程可額外移除仍存在的保護(hù)層510。
光罩層504的鉻部分(如，具圖案的鉻層552)可利用合適的制程加以移除，例如使用上述的干式蝕刻制程。由膜堆疊5006所留下的石英層502與具圖案的MoSi層554形成無(wú)鉻蝕刻微影罩幕540，如圖5F所示。
因此，本發(fā)明提供一種可改進(jìn)溝槽特性的蝕刻鉻層的方法。因此，在此揭示的蝕刻鉻層的方法有助于制作適合于圖案化具有小型關(guān)鍵尺寸的特征。
雖然前文已闡述本發(fā)明的具體實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的基本精神與范圍下，當(dāng)可設(shè)計(jì)出本發(fā)明的其他具體實(shí)施例，且本發(fā)明的范圍是由所附的權(quán)利要求所界定的。
權(quán)利要求
1.一種蝕刻一鉻層的方法，包含提供一膜堆疊于一制程反應(yīng)室中，該膜堆疊具有一鉻層與一具圖案的光阻層；沉積一保角形(conformal)保護(hù)層于該具圖案的光阻層上；蝕刻該保角形保護(hù)層以通過(guò)該具圖案的光阻層暴露該鉻層；以及蝕刻該鉻層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該沉積的步驟包含沉積一聚合物，使其具有介于約100至約500埃之間的厚度。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該聚合物是為含氫的碳聚合物。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該沉積的步驟另包含由一或多種氟碳制程氣體形成一等離子體。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該一或多種氟碳制程氣體是為三氟甲烷或八氟環(huán)丁烷的至少其中一種。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該沉積步驟另包含導(dǎo)入氬氣至該等離子體中。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該沉積的步驟包含施加一介于約0至約20瓦的偏壓功率。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該沉積的步驟包含施加一小于約10瓦的偏壓功率。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該沉積步驟另包含引導(dǎo)約100sccm的三氟甲烷至該制程反應(yīng)室中；引導(dǎo)約100sccm的氬氣至該制程反應(yīng)室中；由該三氟甲烷與氬氣形成一等離子體；以及維持一反應(yīng)室壓力在大約3至大約20毫托。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該沉積步驟另包含沉積一碳聚合物，使其具有介于約150至約200埃之間的厚度。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該蝕刻步驟另包含施加一脈沖偏壓功率。
12.如權(quán)利要求2的方法，其中該沉積與該蝕刻步驟是在該制程反應(yīng)室的原處(in-situ)進(jìn)行。
13.一種形成一光罩的方法，包含圖案化一光罩層上的一罩幕層，該光罩層包含至少一鉻層；于該罩幕層上沉積一保角形保護(hù)層；蝕刻該鉻層通過(guò)具有該保護(hù)層設(shè)置其上的罩幕層以將一下方層暴露；以及移除該罩幕層與該保護(hù)層。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該沉積的步驟包含沉積一聚合物，使其具有介于約100至約500埃之間的厚度。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該聚合物是為具有氫的碳聚合物。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該沉積步驟另包含由三氟甲烷或八氟環(huán)丁烷中的至少一種形成一等離子體。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中該沉積步驟另包含導(dǎo)入氬氣至該等離子體中。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該沉積的步驟包含施加一介于約0至約20瓦的偏壓功率。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該蝕刻鉻層的步驟另包含提供至少一種的氟碳制程氣體至一制程反應(yīng)室中；以及利用數(shù)個(gè)小于600瓦的功率脈沖以偏壓位于該制程反應(yīng)室中一基板支撐件上的該罩幕層。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該罩幕層與該保護(hù)層的該移除步驟可在該制程反應(yīng)室中原處進(jìn)行其中蝕刻該鉻層的該步驟是于同處進(jìn)行。
21.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該罩幕層與該保護(hù)層的該移除步驟是可在該制程系統(tǒng)中原處進(jìn)行，其中該制程系統(tǒng)具有制程反應(yīng)室與之耦接。
22.如權(quán)利要求13所述的方法，另包含利用具圖案的鉻層以蝕刻一衰減層(attenuating layer)。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該衰減層包含鉬。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，另包含移除該具圖案的鉻層。
25.如權(quán)利要求13所述的方法，另包含形成一具圖案的光阻層于該具圖案的鉻層上，其中該鉻層中的至少一第一開(kāi)口是以光阻填滿(mǎn)，且鉻層中的至少一第二開(kāi)口是經(jīng)由具圖案的光阻而開(kāi)通；通過(guò)該第二開(kāi)口蝕刻該石英層；以及移除該具圖案的光阻層。
26.一種由一方法形成的光罩，包含圖案化位于一膜堆疊上的一光阻層，該膜堆疊具有一含鉻層；利用小于20瓦的偏壓以沉積一保角形保護(hù)層于該具圖案的光阻層上；利用作為一蝕刻罩幕的該具圖案的光阻層與保護(hù)層以蝕刻該含鉻層；以及移除該蝕刻罩幕。
27.如權(quán)利要求26所述的光罩，其中該沉積的步驟包含沉積一聚合物，使其具有介于約100至約500埃之間的厚度。
28.如權(quán)利要求26所述的光罩，其中該膜堆疊另包含一鉬層，其是利用作為一蝕刻罩幕的該具圖案的含鉻層而加以圖案化；以及其中該具圖案的含鉻層的至少一部份是被移除。
29.如權(quán)利要求26所述的光罩，另包含數(shù)個(gè)蝕刻特征，位于該石英層中。
30.如權(quán)利要求29所述的光罩，其中該石英層中的該蝕刻特征是由一制程所形成，包含形成一第二具圖案的光阻層于該具圖案的含鉻層上，其中該含鉻層中的至少一第一開(kāi)口是以光阻填滿(mǎn)，且該含鉻層中的至少一第二開(kāi)口是經(jīng)由該第二具圖案的光阻而開(kāi)通；通過(guò)該第二開(kāi)口而蝕刻該石英層；以及移除該第二具圖案的光阻層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種蝕刻鉻層與形成光罩的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，蝕刻鉻的方法包含在制程反應(yīng)室中提供具有鉻層的膜堆疊；圖案化位于膜堆疊上的光阻層；沉積保角形保護(hù)層于具圖案的光阻層上；蝕刻保角形保護(hù)層以使鉻層通過(guò)具圖案的光阻層而暴露；以及蝕刻鉻層。本發(fā)明蝕刻鉻層的方法是特別適合于制作光罩。
文檔編號(hào)G03F1/26GK101054673SQ20061007481
公開(kāi)日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
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