光图案曝光方法技术

本发明专利技术涉及一种光图案曝光方法，半色调相移掩模及半色调相移掩模坯料。光图案曝光方法是通过半色调相移掩模向抗蚀膜照射ArF准分子激光。该掩模包括透明衬底和包含过渡金属、硅、氮和氧的材料的半色调相移膜的图案，且所述材具有0.18‑0.25的原子比(Met/Si)，25‑50原子％的氮含量，以及5‑20原子％的氧含量。该掩模可用ArF准分子激光以至少10kJ/cm

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用光掩模的光图案曝光方法，其应用在半导体集成电路的微制造中。本专利技术还涉及一种半色调相移掩模坯料及由该坯料制备的半色调相移掩模。
技术介绍
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，包括通过光掩模进行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。在目前基于商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)转移到ArF准分子激光(193nm)。已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。这些生长缺陷也被称作“雾影(haze)”。之前认为雾影形成的根源在于掩模图案表面上硫酸铵晶体的生长。现在认为有机物质也参与了雾影的形成。有一些公知的克服雾影问题的方法。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-A2008-276002描述了在继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-A2010-156880也公开了可通过对光掩模坯料表面进行氧化处理来抑制雾影的形成。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。已发现掩模图案的线宽根据累积照射能量剂量而变化。参见Thomas Faure等人的“Characterization of binary mask and attenuated phase shift mask blanks for32nm mask fabrication”，Proc.0f SPIE 第 7122 卷，第 712209-1 页至第 712209-12 页。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-1 (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。上述文献指出，在通过对扩展焦深有用的掩模技术即半色调相移掩模进行电路图案曝光时，由图案尺寸变化引起显著的劣化(该劣化称作“图案尺寸变化劣化(patternsize variation degradation) ”)，该图案尺寸变化起因于被ArF准分子激光照射的过渡金属/硅基材料膜诸如如MoSi基材料膜的改变。那么，为了能够长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变化劣化。引用列表专利文献1:JP-A2008-276002(USP7941767)专利文献2:JP-A2010-156880(US20100167185,DE102009060677,KR20100080413)专利文献3 JP-A H07-140635专利文献4 JP-A H10-171096专利文献5 JP-A 2004-133029专利文献6 JP-A H07-181664专利文献7 JP-A H04-125642专利文献8 JP-A 2007-033469专利文献9 JP-A 2007-233179专利文献10 JP-A 2007-241065非专利文献1:Thomas Faure,等，“Characterization ofbinary mask andattenuated phase shift mask blanks for32nm mask fabrication，，，Proc.0f SPIE,第7122 卷，第 712209-1 页-第 712209-12 页。
技术实现思路
技术问题如非专利文献I中指出的，当在干燥的空气气氛中照射光时，由ArF准分子激光照射导致的图案尺寸变化劣化几乎不会发生。在干燥空气气氛中进行曝光被认为是抑制图案尺寸变化劣化的一种新方法。然而，干燥空气气氛的控制使得曝光系统增加额外单元，并引起静电和其他需要管理的问题，导致费用增加。在这种情况下，本专利技术人试图改善光掩模的膜材料以使得在不需要完全去除湿气的普通气氛(典型地湿度为50%左右)下进行长时间曝光。在使用ArF准分子激光作为光源的光刻中所使用的光掩模包括半色调相移膜，其使用含有过渡金属的硅基材料，通常是含钥的硅基材料。这种硅基材料主要由过渡金属和硅组成，并进一步包括氧和/或氮作为轻元素(例如，专利文献3)，或进一步包括少量碳和/或氢(例如，专利文献4)。使用的合适的过渡金属包括Mo、Zr、Ta、W和Ti。其中，Mo是最常用的(例如，专利文献3)，并且有时添加第二过渡金属(例如，专利文献5)。对于遮光膜同样使用含过渡金属的硅基材料，通常使用含钥的硅基材料。虽然现有技术的半色调相移膜使用前述材料以实现曝光光的相移和必要的衰减量，但是优选对其进行设计从而通过引入一定量的氮以提供具有高折射率的膜，并通过添加必要量的氧以获得优化的光学和化学性质(例如，专利文献6)。特别地，通过引入比用于KrF准分子激光更大量的氮和可选地添加相对少量的氧，使得适合于ArF准分子激光的膜材料具有所需要的物理性质。然而，当用大剂量的高能量照射使用这种材料的光掩模时，掩模经受由高能量照射引起的明显的图案尺寸变化劣化。因此，光掩模的使用寿命短于需求。当光掩模坯料被加工成光掩模时，有时遮光膜材料没有如设计的那样被移除，这种不需要的残留物变成缺陷，被称作“黑缺陷”。因为光掩模是由耗时的光刻过程制备的，所以如果有黑缺陷形成，希望对光掩模进行修复以便能被再次使用。作为通过局部刻蚀硅基材料膜以移除黑缺陷的有效的技术，专利文献7公开了使用氟的电子束缺陷修正。然而，许多由过渡金属含量低的过渡金属/硅基材料制成的光学膜(例如，半色调相移膜和遮光膜)的黑缺陷难以通过该技术修正。在通过在含氟气体气氛下，引导(directing)高能照射束以产生氟自由基从而刻蚀掉黑缺陷的修正掩模图案上的缺陷的尝试中，经常无法获得膜和氧化硅衬底之间的充分的刻蚀选择比。因此，剥离黑缺陷的尝试会导致衬底同时被刻蚀，产生具有偏离设计值的相位差的掩模。本专利技术的一个目的是提供一种半色调相移掩模及用于其的半色调相移掩模坯料，以及使用该掩模的光图案曝光方法，该半色调相移掩模具有半色调相移膜的图案，当用于使用ArF准分子激光或与常规光相比具有高能量和短波长的类似光的图案曝光中时，即使在大累积剂量的能量照射后，仍能抑制由于照射光引起的光掩模的膜品质变化造成的图案尺寸变化劣化，以及在为了修正黑缺陷而使用氟的电子束缺陷修正方法的刻蚀步骤过程中，确立相对于衬底的充分选择比。技术方案关于用作半色调相移膜等的含有过渡金属的硅基材料(简称过渡金属/硅基材料)，本专利技术人尝试开发这样一种膜材料:即使当在使用光掩模的光刻中通常采用的受控潮湿气氛中使用ArF准分子激光对该膜材料进行照射时，其仍经历由膜材料的品质改变造成的最小化的图案尺寸变化劣化，并且其允许用于修正黑缺陷的上述刻蚀步骤。本专利技术人做了如下实验。制具有过渡金属/硅基材料的膜的光掩模。在改变过渡金属、硅、氮和氧的含量的同时，形成多种包含氮和氧的过渡金属/硅基材料的膜样品。用ArF准分子激光在累积剂量下照射这些膜样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光图案曝光方法，其包括用ArF准分子激光作为光源通过光掩模将光图案照射至抗蚀膜，其中所使用的光掩模是用ArF准分子激光以至少10kJ/cm2的累积剂量照射过的半色调相移掩模，所述半色调相移掩模包括透明衬底和材料的半色调相移膜的图案，该材料包含过渡金属、硅、氮和氧，和所述材料具有0.18至0.25的过渡金属和硅的原子比(Met/Si)，25原子％至50原子％的氮含量，以及5原子％至20原子％的氧含量，从远离衬底的膜表面延伸至10nm深度的最外表面区域除外。

【技术特征摘要】
2011.11.21 JP 2011-2537431.一种光图案曝光方法，其包括用ArF准分子激光作为光源通过光掩模将光图案照射至抗蚀膜，其中 所使用的光掩模是用ArF准分子激光以至少lOkJ/cm2的累积剂量照射过的半色调相移掩模， 所述半色调相移掩模包括透明衬底和材料的半色调相移膜的图案，该材料包含过渡金属、娃、氮和氧，和 所述材料具有0.18至0.25的过渡金属和硅的原子比(Met/Si)，25原子％至50原子％的氮含量，以及5原子％至20原子％的氧含量,从远离衬底的膜表面延伸至IOnm深度的最外表面区域除外。2.如权利要求1所述的方法，其中通过在氟基气体气氛下引导高能照射束处理半色调相移掩模用于缺陷修正。3.如权利要求1所述的方法，所述过渡金属是钥。4.一种用于光图案曝光方法中的半色调相移掩模，该方法包括使用ArF准分子激光作为光源通过掩模向抗蚀膜照射光图案，所述半色调相移掩模是可用ArF准分子激光以至少10kJ/cm2的累积剂量照射的半色调相移掩模， 所述半色调相移掩模包括透明衬底和半色调相移膜的图案，该图案是通过在衬底上形成包含过渡金属、硅、氮和氧的材料的半色调相移膜并将该膜图...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉川博树，稻月判臣，小板桥龙二，金子英雄，小岛洋介，原口崇，广濑智一，
申请(专利权)人：信越化学工业株式会社，凸版印刷株式会社，
类型：发明
国别省市：