專利名稱：蝕刻方法和光掩模坯料的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對形成于襯底上的加工層(待加工層)進行圖形化的干蝕刻 方法，并涉及一種采用該干蝕刻方法處理光掩模坯料的方法，其中該光掩模坯料作為用于 半導(dǎo)體集成電路、CCD(電荷耦合器件)、LCD(液晶顯示器)濾色器、磁頭等的精細加工的光 掩模的坯料。
背景技術(shù)：
近年來在半導(dǎo)體加工領(lǐng)域，實現(xiàn)電路圖形的微型化變得越來越有必要，特別是由 于LSI (大規(guī)模集成電路)趨向于更高的集成密度。因此，對于降低構(gòu)成電路的布線圖形線 寬的技術(shù)以及將單元結(jié)構(gòu)中形成用于層間布線的接觸孔圖形微型化的技術(shù)的需求與日俱 增。因此，在其上刻有電路圖形并用于光刻形成布線圖形或接觸孔圖形的光掩模的制造中， 為適應(yīng)微型化的發(fā)展也要求更細微且更精確地刻畫電路圖形的技術(shù)。為了在光掩模襯底上形成更精確的光掩模圖形，首先，有必要在光掩模坯料上形 成高精度的抗蝕劑圖形。在實際加工半導(dǎo)體襯底時的光刻中，要進行縮小投影。因此，光掩 模圖形的尺寸大約是實際所需圖形尺寸的四倍。然而，精度的要求并非如此寬松。相反，用 作原版的光掩模所要求的精度要高于曝光后得到的圖形所要求的精度。進一步，在目前實施的光刻中，待刻畫的電路圖形的尺寸明顯小于所用光的波長。 因此，如果只簡單地通過將電路形狀放大四倍而形成光掩模圖形，由于實際光刻中產(chǎn)生的 光干涉的影響等，與光掩模圖形精確一致的形狀將不能轉(zhuǎn)移至抗蝕劑膜。為降低這些影 響，有時候可能需要將光掩模圖形加工成比實際電路圖形更復(fù)雜的形狀(通過應(yīng)用所謂的 OPC(光學(xué)臨近效果校正)等得到的形狀)。因此，在用于獲得光掩模圖形的光刻技術(shù)中，目 前也需要更高精度的加工方法。光刻的性能往往由極限分辨率代表。作為分辨率極限，對 于光掩模加工步驟中所采用的光刻技術(shù)來說，需要與在使用光掩膜的半導(dǎo)體加工步驟中使 用的光刻所必須的分辨率極限同等程度的極限分辨率精度。光掩模圖形的形成通常是這樣進行的，在透明襯底上具有遮光膜的光掩模坯料上 面形成光致抗蝕劑膜，使用電子束刻畫圖形，通過顯影得到抗蝕劑圖形，并且隨后利用得到 的抗蝕劑圖形作為蝕刻掩模來蝕刻該遮光膜，從而將該遮光膜加工成遮光圖形。在對該遮 光圖形進行微型化時，如果嘗試實施該加工而保持該抗蝕劑膜的厚度與微型化之前的厚度 處于相同水平，膜厚與圖形的比率，即所謂的高寬比，將變得較高。這將引起抗蝕劑圖形形 狀的劣化，使其不可能得到滿意的圖形轉(zhuǎn)移，或者可能導(dǎo)致該抗蝕劑圖形的崩裂或剝落。因 此，隨著微型化的發(fā)展，有必要降低抗蝕劑膜的厚度。另一方面，當用作遮光膜材料時，硅基材料如含硅的材料或含硅和過渡金屬的材 料對用波長200nm以下的曝光光具有優(yōu)異的遮光特性，可通過不易破壞抗蝕劑圖形的氟基 干蝕刻進行加工，并且與迄今為止所用的鉻基材料相比，能以較高的精度進行加工(JP-A 2007-241065)。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當為了實現(xiàn)具有更高精度的加工而將此技術(shù)與使用自鉻基 材料形成的硬掩模的技術(shù)相結(jié)合時，有可能以更高精度實施加工(JP-A 2007-241060)。因此，作為下一代的遮光膜，由硅基材料膜組成的遮光膜被認為是有前途的。下列參考文獻與本發(fā)明有關(guān)。JP-A 2007-241065 JP-A 2007-241060 JP-A 2006-146152 ；JP-A S63-85553 JP-A 2001-27799 JP-A 2006-07880
發(fā)明內(nèi)容
在干蝕刻時采用硬掩模技術(shù)的干蝕刻方法是通過利用硬掩模層與加工層(待處 理層)之間的蝕刻選擇性而實現(xiàn)高精度加工的方法。自然，蝕刻硬掩模層的條件與通過利 用該硬掩模圖形加工的加工層的蝕刻條件不同。在此情況下，兩個蝕刻工藝所用的蝕刻氣 體系統(tǒng)本身各不相同。因此，當使用同一腔室時，通過切換不同蝕刻氣體系統(tǒng)的氣體種類本 身而對硬掩模層和加工層進行連續(xù)蝕刻是不現(xiàn)實的。在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的方法中，通過將與 所述兩種層分別對應(yīng)的蝕刻氣體導(dǎo)入不同的腔室進行兩種蝕刻工藝已是常見做法。因此， 在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的方法中，在該硬掩模層的干蝕刻完成后，必然包括將中間工件從腔室中 取出的操作。然而，將中間工件從腔室中取出或者移動的步驟增加了產(chǎn)生缺陷的可能性，并 且因此，優(yōu)選這些步驟的數(shù)目盡可能少。本發(fā)明正是為解決上述問題而完成的。因此，本發(fā)明的目的是提供一種蝕刻方法， 該方法在同一腔室中并且以連續(xù)的方式在采用硬掩模技術(shù)的同時，使得對由硬掩模層以及 相對于該硬掩模層具有蝕刻選擇性的加工層所構(gòu)成的多層膜實施干蝕刻成為可能，并且提 供一種基于該蝕刻方法的應(yīng)用的光掩模坯料的加工方法。迄今為止提出的用于形成光掩模的遮光膜材料的例子包括金屬材料或金屬化 合物材料，例如過渡金屬如鉻、鉭等，以及包含這些過渡金屬的至少一種和輕元素如氧、氮、 碳等的過渡金屬化合物；以及硅基材料，例如硅或金屬-硅化合物，以及包含這些硅或金 屬-硅化合物的至少一種和輕元素如氧、氮、碳等的化合物。干蝕刻這樣的遮光膜材料的方 法或條件的典型例子包括氟基干蝕刻和氯基干蝕刻，其中氟基干蝕刻使用含氟化合物的氣 體，氯基干蝕刻使用氯氣或含氯化合物的氣體。在引進硬掩模技術(shù)中，選擇不同的材料體系作為加工層和硬掩模層的材料。例如， 在該加工層為能夠通過氟基干蝕刻被蝕刻的層如硅或金屬_硅化物材料的情況下，耐受氟 基干蝕刻的鉻基材料等可用于該硬掩模層，如JP-A 2007-241060所述。此外，在該加工層 為能夠通過含氧氯基干蝕刻被蝕刻的層如鉻基材料的情況下，耐受含氧氯基干蝕刻的硅或 金屬_硅材料等可用于該硬掩模層，如JP-A2006-146152所述。另一方面，JP-A S63-85553公開了在加工硅化鉬遮光膜中，在材料系統(tǒng)基礎(chǔ)上與 硅化鉬接近的氧化硅(SimOn)可被用作硬掩模材料。在此情況下，該硬掩模膜經(jīng)過氟基干蝕 刻處理后，使用經(jīng)蝕刻后的氧化硅層作為硬掩模通過氯基干蝕刻對該硅化鉬遮光膜進行加工。此外，在JP-A 2001-27799所示的半色調(diào)相移膜的加工中，示出了盡管并不清楚 其組成，然而在含氧氯基干蝕刻條件下可在相當寬的氧含量范圍內(nèi)蝕刻MoSiON膜。這表示 該MoSiON膜可在含氧氯基干蝕刻條件下被蝕刻，并且同時表明了難以在不同MoSiON膜之 間獲得令人滿意的選擇性。為實現(xiàn)以上目標，本發(fā)明人做了深入而廣泛的研究，特別是對包含過渡金屬的硅
4基材料的選擇性蝕刻重新做了研究。作為結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在包含過渡金屬的兩種硅化 合物材料之間存在氧和氮含量差異的情況下，其中氧和氮的總含量較低的材料可通過利用 含氧氯基干蝕刻并且控制蝕刻氣體中氧含量的方式選擇性地蝕刻。進一步，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，剛剛提及的選擇性蝕刻方法對于蝕刻疊層膜，例如由可含 有過渡金屬并且氧和/或氮的含量彼此不同的兩個硅材料層堆疊構(gòu)成的遮光膜是有效的。 特別是發(fā)現(xiàn)，在疊層膜包括作為上層的具有較高氧和/或氮含量的膜以及作為下層的具有 較低氧和/或氮含量的膜的情況下，可采用下面的方法。在該方法中，通過在含一定程度氧 的氯基氣體中利用干蝕刻對上層進行蝕刻，該程度不超過與上層的有效蝕刻速率相關(guān)的極 限濃度，并且在該程度下所述下層基本上不被蝕刻。隨后，在上層蝕刻結(jié)束時，蝕刻氣體的 氧含量增加到可實現(xiàn)下層的有效蝕刻速率的濃度，借此利用蝕刻后的上層圖形作為蝕刻掩 ?？蓪ο聦舆M行蝕刻?；谶@些發(fā)現(xiàn)，做出本發(fā)明。因此，根據(jù)本發(fā)明，提供下述蝕刻方法以及光掩模坯料的加工方法。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，提供對形成于襯底上的加工層進行干蝕刻的方法，包括 步驟在形成于襯底上的加工層上形成硬掩模層，在該硬掩模層上形成抗蝕劑圖形，通過使 用該抗蝕劑圖形而實施的第一干蝕刻將抗蝕劑圖形轉(zhuǎn)移至所述硬掩模層，并且通過使用轉(zhuǎn) 移至所述硬掩模層得到的硬掩模圖形而實施的第二干蝕刻對加工層進行圖形化，其中通過第一干蝕刻對所述硬掩模層進行圖形化后，在已經(jīng)實施所述第一干蝕刻 的蝕刻裝置中，通過改變干蝕刻氣體中副成分的濃度而不改變該干蝕刻氣體中主成分的濃 度，利用所述第二干蝕刻對加工層進行圖形化。在如上的干蝕刻方法中，優(yōu)選，所述硬掩模層是含有氧和/或氮并且可含有過渡金屬的硅基材料層；所述加工層是可含有過渡金屬并且氧和氮的總含量低于硬掩模層中氧和氮的總 含量的硅基材料層；所述干蝕刻氣體中的主成分為氯基氣體；并且所述干蝕刻氣體中的副成分為氧氣。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，提供光掩模坯料的加工方法，該方法包括使用根據(jù) 本發(fā)明實施方案的干蝕刻方法來加工光掩模坯料的光學(xué)膜。在如上光掩模坯料的加工方法中，優(yōu)選光學(xué)膜為遮光膜，并且該遮光膜包括作為 上層的硬掩模層和作為下層的加工層。在如上光掩模坯料的加工方法中，優(yōu)選通過反應(yīng)濺射形成上層，并且在形成上層 期間控制反應(yīng)氣體以使上層中氧和氮的總含量高于下層中氧和氮的總含量。在如上光掩模坯料的加工方法中，優(yōu)選通過對遮光膜的表面?zhèn)炔糠诌M行氧化處理 而形成上層，以使上層中氧和氮的總含量高于構(gòu)成遮光層剩余部分的下層中氧和氮的總含量。在如上光掩模坯料的加工方法中，優(yōu)選，使用這樣的光掩模枉料，其中構(gòu)成上層的材料中氧和氮的總含量C1Oii0I^ )與構(gòu) 成下層的材料中氧和氮的總含量C2Oii0I % )之間的差值(C1-C2)不小于5 ；并且實施這樣的氯基干蝕刻，其中所述第二干蝕刻中氯基氣體與氧氣之間的量的比率 ((氧氣)/(氯基氣體)(摩爾比))設(shè)置在0.001 1的范圍內(nèi)。
在如上光掩模坯料的加工方法中，優(yōu)選所述加工層的可含有過渡金屬并且氧和氮 的總含量低于硬掩模層的硅基材料，或者是含有氧和/或氮并且可含有過渡金屬的硅基材 料，或者是可含有過渡金屬并且既不含有氧也不含有氮的硅基材料。在如上光掩模坯料的加工方法中，優(yōu)選所述過渡金屬是選自由鈦、釩、鈷、鎳、鋯、 鈮、鉬、鉿、鉭和鎢組成的組中的至少一種。發(fā)明的有益效果在根據(jù)本發(fā)明實施方案的干蝕刻方法中，在對具有蝕刻掩模層以及使用該蝕刻掩 模層作為掩模被加工的加工層的疊層膜例如光掩模坯料中的遮光膜進行圖形化時，該疊層 膜例如遮光膜的干蝕刻可在同一腔室中采用能進行高精度蝕刻的硬掩模技術(shù)通過干蝕刻 方法來實施。另外，根據(jù)該干蝕刻方法，可提供一種光掩模坯料的加工方法，通過該方法在 由光掩模坯料制造光掩模時，產(chǎn)生缺陷的可能性被降低。


圖1示出了顯示實驗例1中通過改變O2流量而測量的膜的反射率隨蝕刻時間變 化的曲線圖。圖2示出了顯示實驗例2中通過改變O2流量而測量的膜的反射率隨蝕刻時間變 化的曲線圖。圖3是實驗例和實施例中所用干蝕刻裝置的示意圖。
具體實施例方式在光掩模的制造中，為加工形成于透明襯底上的遮光膜，在該遮光膜上形成具有 較高碳含量的有機薄膜的抗蝕劑圖形，該有機薄膜例如為具有芳香結(jié)構(gòu)的樹脂膜，并且通 過利用該抗蝕劑圖形作為蝕刻掩模來蝕刻該遮光膜(其由無機材料形成)。特別是，為了形 成目前所要求的微細圖形的遮光部分，將采用各向異性蝕刻來進行加工。如在半導(dǎo)體器件等的制造中，用于通過光刻進行微細加工的光掩模要求具有微細 并且高精度的遮光圖形。作為用于形成這樣微細的遮光圖形的抗蝕劑膜，考慮到上面提到 的高寬比等問題，當圖形變得更微細時，使用更薄的膜。另外，作為抗蝕劑圖形，優(yōu)選使用其 側(cè)壁具有高垂直度的那些。然而，當干蝕刻進行時，不管該干蝕刻是氯基干蝕刻還是氟基干 蝕刻，該抗蝕劑圖形將由于其端部被切割而因此逐漸后退。因此，當此加工中所用的抗蝕劑 膜變的更薄時，抗蝕劑圖形與利用該抗蝕劑圖形加工的遮光膜之間的尺寸誤差的問題將變 得更為明顯。作為一種抑制干蝕刻期間由于抗蝕劑圖形后退引起的尺寸誤差的方法，已知的是 其中使用硬掩模的方法。在使用硬掩模的該方法中，將抗蝕劑圖形轉(zhuǎn)移至對在加工膜的干 蝕刻條件下能充分地耐受蝕刻的薄膜上后，通過使用如此得到的硬掩模圖形作為蝕刻掩 模對該加工膜進行蝕刻。在此方法中，將抗蝕劑圖形僅轉(zhuǎn)移至具有高精度的硬掩模膜即 可。因此，與通過使用抗蝕劑圖形而對作為整體的遮光膜進行蝕刻的情況相比，蝕刻期間 抗蝕劑圖形上的負荷明顯降低。其中使用硬掩模的該方法也可應(yīng)用于掩模的加工，如JP-A 2007-241060和JP-AS63-85553中描述的應(yīng)用例所示。然而在根據(jù)相關(guān)技術(shù)利用硬掩模來蝕刻加工膜的方法中，無論何種情況，都是通
6過選擇使用氟基干蝕刻氣體和氯基干蝕刻氣體，如果需要可含有氧，以建立蝕刻硬掩模的 蝕刻條件和蝕刻加工膜的蝕刻條件。另一方面，在用于實施精密加工的干蝕刻中，為嚴格控制蝕刻速率等，蝕刻裝置內(nèi) 部的環(huán)境需要嚴密控制。因此，在干蝕刻步驟中使用不同蝕刻氣體系統(tǒng)的情況下，通常的做 法是使用不同的蝕刻腔室。同時，即使在干蝕刻步驟中基本上使用同一腔室的情況下，可通 過切換蝕刻氣體而在干蝕刻步驟中使用不同的蝕刻氣體。然而，為嚴格控制所述蝕刻條件， 必然需要長的平衡時間用于氣體置換。而且，即使經(jīng)過長的平衡時間，在氣體系統(tǒng)切換而腔 室內(nèi)部未做清潔的情況下，灰塵顆粒的產(chǎn)生將不可避免。在根據(jù)本發(fā)明的實施方案的干蝕刻方法中，通過使用硬掩模層而對形成于襯底上 的加工層進行蝕刻。在該干蝕刻方法中，硬掩模層形成在形成于襯底上的加工層上，抗蝕劑 圖形形成在硬掩模層上，通過利用抗蝕劑圖形而實施的第一干蝕刻將抗蝕劑圖形轉(zhuǎn)移至硬 掩模層，并且通過利用轉(zhuǎn)移至硬掩模層得到的硬掩模圖形而實施的第二干蝕刻對加工層進 行圖形化。此外，通過第一干蝕刻對硬掩模層圖形化后，在已經(jīng)實施了第一干蝕刻的蝕刻裝 置中，通過改變干蝕刻氣體中副成分而非主成分的濃度，利用第二干蝕刻來對加工層進行 圖形化。如在本發(fā)明中，在用于干蝕刻硬掩模層和用于干蝕刻加工層的蝕刻氣體中主成分 彼此相同的情況下，可通過使副成分存在或不存在的方式或者通過使副成分的比例增加或 減少的方式切換蝕刻條件。因此，在此情況下，蝕刻步驟可在同一裝置中連續(xù)進行。在如上的干蝕刻方法中，優(yōu)選硬掩模層是含有氧和/或氮并且可含有過渡金屬的 硅基材料層。此外，加工層優(yōu)選是可含有過渡金屬并且氧和氮的總含量低于硬掩模層的硅 基材料層。而且，在所述硬掩模層和加工層組合的情況下，優(yōu)選干蝕刻氣體包含作為主成分 的氯基氣體和作為副成分的氧氣。如上所述的加工硬掩模層和加工加工層在同一蝕刻裝置中連續(xù)實施，而不必改變 主蝕刻氣體組分的蝕刻方法的有效的應(yīng)用例包括如下加工光掩模坯料的光學(xué)膜的方法。本發(fā)明人制做了各種測試樣品，對過去所大概掌握的蝕刻選擇性做了回顧，并且 對選擇比隨蝕刻條件和組成的各種變化而產(chǎn)生的變化做了研究。作為結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)， 通過適當?shù)剡x擇可含有過渡金屬的硅基材料中的氧和氮的含量，以及通過適當?shù)乜刂萍尤?到氯基蝕刻氣體的氧的量，在可含有過渡金屬且氧和/或氮的含量彼此不同的硅基材料之 間，僅通過氯基干蝕刻可實現(xiàn)選擇性蝕刻。這種蝕刻選擇性可以按下列方式應(yīng)用于硬掩模技術(shù)。例如，形成多層遮光膜，其由 具有不同組分且可含有過渡金屬的硅基材料層組成(順便提及，在本發(fā)明中，具備具有傾 斜組成的層結(jié)構(gòu)的膜，例如沿縱深方向氧濃度逐漸下降的膜，也包括在多層膜中)。在多層 遮光膜中，上層(在表面層一側(cè))是氧和氮的總含量高的層。通過使用不含氧或氧含量低 的氯基蝕刻氣體進行的干蝕刻對該上層進行加工。隨后，增加氧的含量，并在蝕刻上層的能 力被抑制的氯基干蝕刻條件下實施蝕刻。以這種方式，可利用上層作為蝕刻掩模層對可含 有過渡金屬的硅基材料層進行加工，其中硅基材料層為作為加工層的下層(在襯底一側(cè)) 并且氧和氮的總含量低。通過用于本發(fā)明合適應(yīng)用例的光掩模坯料加工方法中的光掩模枉料加工的遮光
7膜，可以是直接形成在透明襯底上并用作二元掩模的遮光膜，或者是形成在半色調(diào)相移膜 上并用作相移掩模的遮光膜。在遮光膜用作二元掩模的場合，總體上遮光膜的光密度優(yōu)選 2 4的范圍，更優(yōu)選2. 5 4。另一方面，在遮光膜用作半色調(diào)相移膜的場合，遮光膜和半 色調(diào)相移膜組合的總的光密度優(yōu)選在2 4的范圍，更優(yōu)選2. 5 4。通過光掩模坯料加工的遮光膜優(yōu)選包括上層和下層。上層和下層的每一個可具有 單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)，且進一步，上層和下層之間可存在組成過渡區(qū)域。另外，上層和下層 的每一個優(yōu)選由可含有過渡金屬的硅基材料形成。構(gòu)成上層的硅基材料必須含有氧和/或 氮；另一方面，構(gòu)成下層的硅基材料可含氧和/或氮或者既不含氧也不含氮。為獲得含氧氯基干蝕刻中的蝕刻選擇性，必須在上層和下層之間提供氧和氮的總 含量的足夠差別。上層中氮和氧的總含量C1Oii0I與下層中氮和氧的總含量C2Oii0I 之間的差值(C1-C2)優(yōu)選不小于5，更優(yōu)選不小于10，以及進一步優(yōu)選不小于20。通過將氧 和氮的總含量設(shè)置在高的數(shù)值，上層可制作成遮光膜中具有抗反射功能的層或者發(fā)揮部分 抗反射功能的層。此外，在遮光膜用作ArF準分子激光用的二元掩模的情況下，遮光膜的厚度大約 在30 lOOnm。盡管依賴于上層和下層的材料選擇，上層的厚度優(yōu)選設(shè)置在0. 5 20nm的 范圍，更優(yōu)選1. 0 lOnm，以及進一步優(yōu)選1. 0 5nm，以此可實施更精確的加工。本發(fā)明中的過渡元素，特別是遮光膜中所含有的過渡金屬，優(yōu)選選自由鈦、釩、鈷、 鎳、鋯、鈮、鉬、鉿、鉭和鎢組成的組中的至少一種，特別是從干蝕刻可操作性的觀點來看優(yōu) 選鉬。對于過渡元素的含量，以在通過濺射形成薄膜期間保證灰塵顆粒不產(chǎn)生的含量為足 夠，并且相對于硅原子優(yōu)選設(shè)置在1 50at% (原子百分比)的范圍。對于遮光膜中元素的含量，硅的含量優(yōu)選10 95at%，特別是30 95at%;氧的 含量優(yōu)選0 50at%，特別是0 30at% ；氮的含量優(yōu)選0 40at%，特別是0 20at% ； 碳的含量優(yōu)選0 20at %，特別是0 5at % ；過渡金屬的含量優(yōu)選0 35at %，特別是 1 20at%。在此情況下，如上所述，這樣選擇材料的含量以使上層和下層之間氧和氮的總 含量存在差別。構(gòu)成上層和下層并且可含有過渡金屬的硅基材料層的每一個例如可通過已知的 反應(yīng)濺射來形成(例如，如在 JP-A 2007-241065、JP-A 2007-241060 和 JP-A2006-146152 中所述)。此外，每一層中氧和氮的總含量可通過形成該層時所用的含氧和/或含氮的反應(yīng) 氣體的種類和數(shù)量來控制。另外，另一控制方法的例子包括使用臭氧氣體、氧等離子、臭氧水溶液、過氧化氫 水溶液等對遮光膜的表面?zhèn)炔糠诌M行氧化處理從而形成上層的方法，其中上層中氧和氮的 總含量高于剩余層或下層中氧和氮的總含量。在此情況下，可在形成構(gòu)成遮光膜的整個層 之后實施氧化處理。在實施本發(fā)明中所用的含氧氯基干蝕刻中，對上層和下層的選擇性蝕刻條件例如 可通過下面的方法予以確認。首先，按照預(yù)定的量在作為光掩模襯底的例如石英襯底的襯底上形成硅基材料 膜，該硅基材料可含有過渡金屬并且具有適合作為上層和下層備選材料的組成。在改變氧 氣的含量(改變氧氣與氯基氣體的量的比率)的同時，在具有預(yù)定氧氣含量(氧氣和氯基 氣體的預(yù)定比率)的氯基氣體中對該膜蝕刻若干次，并且確定干蝕刻步驟的蝕刻結(jié)束時間，以此獲得作為氧添加量函數(shù)的蝕刻速率。在蝕刻期間可通過測量含有過渡金屬的硅基材料膜的反射率來確定該蝕刻結(jié)束 時間。另外，蝕刻期間在硅基材料膜可被觀察到的情況下，可通過目測法來確定蝕刻結(jié)束時 間。進一步，例如可利用基于通過對例如等離子體的發(fā)射光譜的分析而對蝕刻室內(nèi)的等離 子體中的離子或元素進行分析的方法來確定蝕刻結(jié)束時間。另外，蝕刻速率可不通過該蝕 刻結(jié)束時間來確定，而是在部分硅基材料被掩模遮蓋并實施預(yù)定時間的蝕刻后，通過由探 針型膜厚計或者透射率或者光學(xué)方法如橢圓光度法測量被蝕刻除去的膜厚的方法來確定。 這些方法可以組合應(yīng)用。從這種方式，當蝕刻氣體中氯和氧的含量比變化時，氧和氮的總含量不同并且用 作上層和下層備選材料的膜材料的蝕刻速率得以確定。利用得到的這些蝕刻速率，可以找 出在第一干蝕刻(第一階段)中通過使用抗蝕劑圖形作為蝕刻掩模來蝕刻上層的蝕刻條 件，以及在該第二干蝕刻(第二階段)中通過使用蝕刻后的上層作為蝕刻掩模來蝕刻下層， 特別是僅蝕刻下層而不蝕刻上層的蝕刻條件。此處所用的含氧氯基干蝕刻可通過使用氯氣(Cl2)等來實施，并且典型地，在用于 蝕刻光掩模坯料的鉻基材料膜時所使用的常規(guī)干蝕刻條件下，同時調(diào)整氧的添加量(調(diào)整 氧氣與氯氣的比率)。具體地，以第一干蝕刻中氯基氣體與氧氣之間的比率((氧氣)/(氯基氣體)的摩 爾比)為0以上(數(shù)值0對應(yīng)于僅使用氯基氣體而不使用氧氣的情況)即可，優(yōu)選該比率 不超過1，更優(yōu)選不超過0. 5，以及進一步優(yōu)選不超過0. 1。另一方面，第二干蝕刻中氯基氣 體與氧氣之間的比率((氧氣)/(氯基氣體)的摩爾比)優(yōu)選不低于0.001，更優(yōu)選不低于 0. 005，以及述一步優(yōu)選不低于0. 01，并且優(yōu)選不超過1，更優(yōu)選不超過0. 5，以及進一步優(yōu) 選不超過0. 3，同時第二干蝕刻中的摩爾比必須高于第一干蝕刻中的摩爾比。更具體地，例如，可應(yīng)用這樣的條件如100_300sccm的氯氣流量、O-IOOsccm的氧 氣流量以及I-IOmTorr的氣體壓力。此外，可加入l-20sCCm量的氦氣。在本發(fā)明中，當互相接觸的兩個硅基材料層之間膜中氧和氮的總含量存在差別時 (當下層中氧和氮的總含量設(shè)置為低于上層中氧和氮的總含量時)，可利用所述氯基干蝕 刻步驟獲得蝕刻選擇性。如上所述，當上層中氮和氧的總含量C1Oii0I^ )與下層中氮和氧的 總含量C2(mol% )之間的差值(C1-C2)不小于5，優(yōu)選不小于10，以及更優(yōu)選不小于20時， 通過所述方法控制氧的添加量至合適的水平，可使下層的蝕刻速率高于上層的蝕刻速率， 特別是得到10倍以上的蝕刻速率差，即，可得到足以獲得選擇性的蝕刻速率差。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，光掩模坯料加工方法中的光掩模坯料的加工過程可如下 實施。首先，在所述光掩模坯料上形成抗蝕劑膜，隨后利用高能束如電子束進行圖形曝 光以得到抗蝕劑圖形。得到抗蝕劑圖形的此步驟可通過能保證抗蝕劑圖形表現(xiàn)出更好耐久 性并且可獲得高分辨率的任何方法來實施。在根據(jù)本發(fā)明實施方案的方法中，可使用具有 150nm以下厚度的抗蝕劑膜來實施蝕刻，以及進一步，可使用具有IOOnm以下厚度的抗蝕劑 膜來實施具有更好精度的加工。接著，通過第一干蝕刻將抗蝕劑圖形轉(zhuǎn)移至上層。如上所述，該轉(zhuǎn)移可通過應(yīng)用氯 基干蝕刻條件來實施，其中該氯基干蝕刻條件中的氧含量比率低于第二干蝕刻條件中的氧含量比率。在該蝕刻中，通過蝕刻僅僅完全移除上層即可，但是下層的一部分(上部)也可 被蝕刻掉。此外，在上層和下層之間存在組成過渡部分的情況下，蝕刻到允許氧和氮的總含 量足夠差別的部分暴露出的深度即可。因此，第一干蝕刻的蝕刻時間優(yōu)選可設(shè)置為1 3 倍，更優(yōu)選1. 2 2倍的理論蝕刻時間，該理論蝕刻時間通過由上層蝕刻條件中上層的材料 所具有的蝕刻速率以及上層的厚度來確定。進一步，在第一干蝕刻完成后，隨即增加蝕刻氣體中的氧含量，并且應(yīng)用由所述方 法初步設(shè)置的氧含量來實施第二干蝕刻。在第二干蝕刻中，由第一干蝕刻得到的上層的圖 形幾乎不被蝕刻。因此上層起到硬掩模的作用。因此，即使在該干蝕刻條件下抗蝕劑膜的 端部部分開始后退的情況下，仍然可能實現(xiàn)向下層的高精度的圖形轉(zhuǎn)移。因此，可通過高精 度的蝕刻加工疊層膜例如由上層和下層組成的遮光膜。實施例現(xiàn)在，本發(fā)明將在下面通過顯示實驗例和實施例來進行詳細地描述，但是本發(fā)明 并非解釋為由下面的實施例所限制。實驗例1通過使用形成于石英襯底上的75nm厚的硅基材料MoSiON膜(Mo Si 0 N =1:4:1: 4(摩爾比)，具有50mol%的氧和氮總含量)，計算出蝕刻氣體中的氧量以 及氯基干蝕刻條件下的蝕刻速率。為了進行評價，在下列條件下使氧的量(流量)在0 10. Osccm的范圍內(nèi)變化，并且相對于675nm波長的測試束測量隨時間變化的反射率。其結(jié) 果示于圖1。順便提及，所用蝕刻裝置圖示于圖3中，其中參考標記1表示腔室，2為地線，3 為下部電極，4為天線線圈，5為待處理的襯底，以及標記RFl和RF2表示高頻電源。RFl (RIE 反應(yīng)離子蝕刻)脈沖700VRF2(ICP 電感耦合等離子體)CW (連續(xù)放電)400W壓力6mTorrCl2 :185sccmO2 :0-10. OsccmHe 9. 25sccm從圖1所示的反射率隨干蝕刻時間的變化中，可以看出，蝕刻之前膜表面的反射 率大約為40，隨著蝕刻的進程反射率降低，并且當膜的蝕刻完成時反射率大約變?yōu)?0。還 可以看出，當干蝕刻中氣氛氣體中氧的量(流量)設(shè)置在不小于Isccm時(當(氧氣)/(氯 氣)的摩爾比設(shè)置在不小于1/185時)，此處所用的具有50mol %的氧和氮總含量的MoSiON 膜幾乎不被蝕刻。實驗例2通過使用46nm厚的硅基材料MoSiN膜(Mo Si N = 1 3 1.5(摩爾比)， 具有27mol%的氧和氮總含量)，以與實驗例1中相同的方式測量反射率隨時間的變化。其 結(jié)果示于圖2。如圖2所示，可以確認，當干蝕刻中氣氛氣體中氧的量(流量)設(shè)置在2sCCm時 (當(氧氣)/(氯氣)的摩爾比設(shè)置在2/185時)，膜以大約5nm/分鐘的速率被蝕刻，然 而當氣氛氣體中氧的量(流量)設(shè)置在55sCCm時(當(氧氣)/(氯氣)的摩爾比設(shè)置在 55/185時)，膜的蝕刻根本不能進行。
實施例1準備光掩模坯料，其具有形成于石英襯底上的遮光膜。該遮光膜具有由50nm厚的 MoSiN膜(Mo Si N = 1 3 1. 5 (摩爾比)，具有大約27%的氧和氮總含量)構(gòu)成的 下層(加工層)以及其上由IOnm厚的MoSiON膜(Mo Si 0 N = 1 4 1 4 (摩 爾比)，具有大約50%的氧和氮總含量)構(gòu)成的上層(硬掩模層)。通過使用旋涂器在光掩 模坯料上形成用于EB曝光的150nm厚的化學(xué)放大抗蝕劑膜。經(jīng)由EB曝光裝置在抗蝕劑膜 上刻畫圖形后，進行顯影以形成用于保護遮光膜被留下的區(qū)域的抗蝕劑圖形。接著，利用抗蝕劑掩模作為蝕刻掩模，在下列由上面實驗例1得到的、上層被蝕刻 的蝕刻條件1下通過氯基干蝕刻來實施蝕刻。[蝕刻條件1]RFl (RIE)脈沖 700WRF2 (ICP) :CW 400W壓力6mTorrCl2 :185sccmO2 :0sccmHe 9. 25sccm在蝕刻條件1下蝕刻膜四分鐘后，增加2sCCm量(流量)的氧以得到可蝕刻下層 而不蝕刻上層的蝕刻條件。在如此得到的下列蝕刻條件2中，干蝕刻進一步持續(xù)15分鐘。 由此，可通過單次蝕刻將遮光膜加工成預(yù)定的圖形。[蝕刻條件2]
RFl (RIE)脈沖 700W
RF2(ICP) :CW400ff
壓力:6mTorr
Cl2 :185sccm
O2 :2sccm
He 9.25sccm
權(quán)利要求
一種對形成于襯底上的加工層的干蝕刻方法，包括步驟在形成于襯底上的加工層上形成硬掩模層，在該硬掩模層上形成抗蝕劑圖形，通過使用該抗蝕劑圖形而實施的第一干蝕刻將該抗蝕劑圖形轉(zhuǎn)移至所述硬掩模層，及，通過使用以上轉(zhuǎn)移至所述硬掩模層得到的硬掩模圖形而實施的第二干蝕刻對所述加工層進行圖形化，其中通過所述第一干蝕刻將所述硬掩模層圖形化后，在已經(jīng)實施過所述第一干蝕刻的蝕刻裝置中，通過改變干蝕刻氣體中副成分的濃度而不改變干蝕刻氣體中主成分的濃度，利用所述第二干蝕刻對所述加工層進行圖形化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的干蝕刻方法，其中所述硬掩模層是含氧和/或氮并且可含有過渡金屬的硅基材料層； 所述加工層是可含有過渡金屬并且其中氧和氮的總含量低于所述硬掩模層中氧和氮 的總含量的硅基材料層；所述干蝕刻氣體的主成分為氯基氣體；并且 所述干蝕刻氣體的副成分為氧氣。
3.一種光掩模坯料的加工方法，包括通過使用根據(jù)權(quán)利要求1的干蝕刻方法來加工光 掩模坯料的光學(xué)膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的光掩模坯料的加工方法，其中所述光學(xué)膜為遮光膜，并且該遮光 膜包括作為上層的硬掩模層和作為下層的加工層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的光掩模坯料的加工方法，其中所述上層通過反應(yīng)濺射形成，并且 在形成該上層期間控制反應(yīng)氣體以使該上層中氧和氮的總含量高于下層中氧和氮的總含量。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的光掩模坯料的加工方法，其中所述上層通過對所述遮光膜的表面 側(cè)部分進行氧化處理而形成，以使該上層中氧和氮的總含量高于構(gòu)成遮光層剩余部分的下 層中氧和氮的總含量。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的光掩模坯料的加工方法，其中使用這樣的光掩模坯料，其中構(gòu)成所述上層的材料中氧和氮的總含量C1 (mol%) 與構(gòu)成所述下層的材料中氧和氮的總含量C2(mol% )之間的差值(C1-C2)不小于5 ；并且實施這樣的氯基干蝕刻，其中所述第二干蝕刻中氯基氣體與氧氣之間的量的比率 ((氧氣)/ (氯基氣體)(摩爾比))設(shè)置在0. OO1 1的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的光掩模坯料的加工方法，其中所述加工層的可含有過渡金屬并且 氧和氮的總含量低于所述硬掩模層的硅基材料，或是含氧和/或氮并且可含有過渡金屬的 硅基材料，或是可含有過渡金屬并且既不含氧也不含氮的硅基材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求3的光掩模坯料的加工方法，其中所述過渡金屬選自由鈦、釩、鈷、鎳、 鋯、鈮、鉬、鉿、鉭和鎢組成的組中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種對形成于襯底上的加工層的干蝕刻方法，包括步驟在形成于襯底上的加工層上形成硬掩模層，在該硬掩模層上形成抗蝕劑圖形，通過使用該抗蝕劑圖形而實施的第一干蝕刻將該抗蝕劑圖形轉(zhuǎn)移至所述硬掩模層，并且通過使用以上轉(zhuǎn)移至所述硬掩模層得到的硬掩模圖形而實施的第二干蝕刻對所述加工層進行圖形化，其中通過所述第一干蝕刻對所述硬掩模層進行圖形化后，在所述第一干蝕刻已經(jīng)實施過的蝕刻裝置中，通過改變干蝕刻氣體中副成分的濃度而不改變干蝕刻氣體中主成分的濃度，利用所述第二干蝕刻對所述加工層進行圖形化。
文檔編號G03F1/08GK101968605SQ201010270048
公開日2011年2月9日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者五十嵐慎一, 吉川博樹, 木名瀨良紀, 稻月判臣, 金子英雄 申請人:信越化學(xué)工業(yè)株式會社