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CN110809735B - 光掩模坯、光掩模、曝光方法、以及器件的制造方法 - Google Patents

光掩模坯、光掩模、曝光方法、以及器件的制造方法 Download PDF

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CN110809735B CN201880043992.2A CN201880043992A CN110809735B CN 110809735 B CN110809735 B CN 110809735B CN 201880043992 A CN201880043992 A CN 201880043992A CN 110809735 B CN110809735 B CN 110809735B
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Abstract

光掩模坯具有基板，并且从上述基板侧起依次至少具有第1层和第2层，上述第1层含有铬，上述第2层含有铬和氧，上述第2层的表面的算术平均高度为0.245nm以上。

Description

光掩模坯、光掩模、曝光方法、以及器件的制造方法
技术领域
本发明涉及光掩模坯、光掩模、曝光方法、以及器件的制造方法。
背景技术
已知一种光掩模坯，其在透明基板上层积有由含有铬的铬系材料形成的遮光层、和由氧化铬材料形成的多个层构成的层积膜所制成的反射降低层(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-105158号公报
发明内容
根据本发明的第1方式，光掩模坯具有基板，并且从上述基板侧起依次至少具有第1层和第2层，上述第1层含有铬，上述第2层含有铬和氧，上述第2层的表面的算术平均高度为0.245nm以上。
根据本发明的第2方式，光掩模坯具有基板，并且从上述基板侧起依次至少具有第1层和第2层，上述第1层含有铬，上述第2层含有铬和氧，上述第2层的表面的算术平均高度与上述基板的表面的算术平均高度之差为0.03nm以上。
根据本发明的第3方式，光掩模是由第1或第2方式的光掩模坯的上述第1层和上述第2层形成为规定的图案状而成的。
根据本发明的第4方式，曝光方法隔着第3方式的光掩模将涂布有光致抗蚀剂的感光性基板曝光。
根据本发明的第5方式，器件的制造方法具有：通过第4方式的曝光方法将上述感光性基板曝光的曝光工序；和对上述曝光后的感光性基板进行显影的显影工序。
附图说明
图1是示出实施方式的光掩模坯的构成例的图。
图2是示出为了制造光掩模坯而能够使用的制造装置的一例的示意图。
图3是示出关于实施例和比较例的光掩模坯的测定结果的表。
图4是示出用于说明利用实施例的光掩模坯所制作的掩模图案的截面形状的示意图。
图5是示出隔着光掩模将感光性基板曝光的情况的示意图。
图6是示出比较例的光掩模坯的构成例的图。
图7是示出用于说明利用比较例的光掩模坯所制作的掩模图案的截面形状的示意图。
具体实施方式
(实施方式)
图1是示出本实施方式的光掩模坯10的构成例的图。光掩模坯10具备基板11、第1层(下文中称为遮光层)12和第2层(下文中称为低反射层)13。在本实施方式中的光掩模坯10中，如图1所示，在低反射层13的表面具有规定水平的微细的凹凸(规定的算术平均高度)。本实施方式中，通过溅射调整低反射层13的氧含量(氧的原子数浓度)，由此在低反射层13的表面生成规定的算术平均高度。以下，对本实施方式进行详细说明。
基板11使用合成石英玻璃等材料。需要说明的是，作为基板11的材料，只要使在制造器件时的曝光工序中使用的曝光光透过即可。遮光层12由包含铬(Cr)的材料构成，其形成于基板11。遮光层12例如为作为含有铬、碳(C)和氮(N)的铬系材料的CrCN膜。遮光层12具有遮挡在曝光工序时使用的曝光光的功能。需要说明的是，遮光层12可以由单一的膜构成，也可以层积2个以上的膜而构成。
低反射层13是作为包含铬和氧(O)的材料、例如含有铬、氧、碳和氮的铬系材料的CrOCN膜，其层积设置于遮光层12。在利用光掩模坯10制作光掩模时，在低反射层13的表面(与接触遮光层12的表面相反一侧的表面)涂布光致抗蚀剂。低反射层13具有下述功能：在通过曝光光在所形成的光致抗蚀剂层描绘所期望的图案时，降低(抑制)曝光光的反射。由此，防止因曝光光的反射而使所描绘的图案的形状精度降低。另外，在隔着以所期望的图案形成有遮光层12和低反射层13的光掩模将器件用基板曝光时，光掩模配置成形成有上述所期望的图案的面为下表面(曝光光的射出侧面)而进行使用。此时，隔着光掩模到达器件用基板的曝光光有时向光掩模侧进行反射。并且，若该反射的曝光光从光掩模表面进一步反射并到达器件用基板，则曝光光还照射到器件用基板中的应照射曝光光的区域以外，从而导致曝光不良。但是，本实施方式中，由于形成有低反射层13，因此光掩模表面的曝光光的反射被降低，通过了低反射层13的曝光光在遮光层12被吸收，因此能够抑制上述的曝光不良。需要说明的是，低反射层13可以由单一的膜构成，也可以层积2个以上的膜而构成。
需要说明的是，光掩模坯10例如能够适合用作用于制作FPD(Flat panelDisplay，平板显示器)等显示用器件、LSI(Large Scale Integration，大规模集成电路)等半导体器件的光掩模坯。为了使用光掩模坯10制作光掩模，例如，通过以下说明的步骤进行。
通过激光、电子射线、或者离子束等能量射线在形成于光掩模坯10的低反射层13上的光致抗蚀剂层描绘图案。通过将描绘有图案的光致抗蚀剂层显影，描绘部分或非描绘部分被去除，在光致抗蚀剂层形成图案。接着，将所形成的图案作为掩模进行湿蚀刻，由此在低反射层13和遮光层12形成与形成于光致抗蚀剂层的图案对应的形状。最后，将作为掩模发挥功能的部分的光致抗蚀剂层去除，完成光掩模。
本发明人对于低反射层13的算术平均高度、与通过湿蚀刻对形成于低反射层13的表面的光致抗蚀剂层进行图案形成时的低反射层13与光致抗蚀剂层的界面的剥离的关系进行了调查。结果发现：在使低反射层13的表面为规定的算术平均高度时，能够抑制低反射层13与光致抗蚀剂层的界面的剥离。需要说明的是，本说明书中的算术平均高度是指ISO25178中规定的值。关于能够抑制低反射层13与光致抗蚀剂层的界面处的两者剥离的理由，推测是由于：通过使低反射层13的表面为规定的算术平均高度，低反射层13与光致抗蚀剂层的密合性提高。
如后所述，可知：低反射层13的表面的算术平均高度为0.245nm以上的情况下，低反射层13与光致抗蚀剂层的密合性高，满足这种条件的光掩模坯10能够有效地防止在湿蚀刻中蚀刻液渗入低反射层13与光致抗蚀剂层的界面的现象。
为了使低反射层13的表面为规定的算术平均高度，例如在通过溅射形成低反射层13时，调整导入溅射腔室内的氧的流量，按照低反射层13包含规定量以上的氧的方式来形成。
以下，对本实施方式的光掩模坯10的制造方法的一例进行说明。
图2是示出为了制造本实施方式的光掩模坯10而使用的制造装置的一例的示意图。图2的(a)是从上表面观察制造装置100的内部时的示意图，图2的(b)是从侧面观察制造装置100的内部时的示意图。图2所示的制造装置100是直列(In-Line)式的溅射装置，其具备：为了搬入用于制作光掩模坯10的基板11的腔室20；第1溅射腔室21；缓冲腔室22；第2溅射腔室23；和用于搬出所制作的光掩模坯10的腔室24。
基板托盘30是能够载置用于制作光掩模坯10的基板11的框状的托盘，其支撑并载置基板11的外缘部分。基板11按照表面被研磨和清洗、形成遮光层12和低反射层13的表面成为下侧(朝下)的方式被载置于基板托盘30。在溅射装置100中，如后所述，一边维持使基板11的表面与靶材相向的状态，一边沿图2的虚线箭头25所示的方向使载置有基板11的基板托盘30移动，在基板11的表面形成遮光层12和低反射层13。
搬入用的腔室20、第1溅射腔室21、缓冲腔室22、第2溅射腔室23和搬出用的腔室24各自之间被未图示的隔板分别隔开。搬入用的腔室20、第1溅射腔室21、缓冲腔室22、第2溅射腔室23和搬出用的腔室24分别被连接至未图示的排气装置，使各腔室内部被排气。
在第1溅射腔室21的内部设有第1靶材41，在第2溅射腔室23的内部设有第2靶材42。在第1溅射腔室21和第2溅射腔室23分别设有未图示的DC电源，分别向第1靶材41、第2靶材42供给电力。
在第1溅射腔室21设有向第1溅射腔室21内导入溅射用的气体的第1气体流入口31。第1靶材41是用于形成遮光层12的溅射靶，其由包含铬的材料形成。具体而言，第1靶材41由选自铬、铬的氧化物、铬的氮化物、铬的碳化物等中的材料形成。例如，为了形成CrCN膜作为遮光层12，通过第1气体流入口31导入包含氮和碳的气体与惰性气体(氩气等)的混合气体。
在第2溅射腔室23设有向第2溅射腔室23内导入溅射用的气体的第2气体流入口32。第2靶材42是用于形成低反射层13的溅射靶，其由包含铬的材料(铬等)形成。例如，为了形成CrOCN膜作为低反射层13，通过第2气体流入口32导入包含氧、氮、碳的气体与惰性气体的混合气体。
若基板11被传送到第1溅射腔室21，则在第1溅射腔室21中，通过溅射在基板11的表面形成遮光层12(CrCN膜)。形成有遮光层12的基板11经由缓冲腔室22被传送到第2溅射腔室23。在第2溅射腔室23中，通过溅射在遮光层12的表面形成低反射层13(CrOCN膜)。形成有遮光层12和低反射层13的基板11被传送到搬出用的腔室24。如此，在基板11的表面依次形成遮光层12和低反射层13，制作出光掩模坯10。
需要说明的是，第1和第2靶材41、42的材料、与从第1和第2气体流入口31、32导入的气体的种类根据构成遮光层12或低反射层13的材料或组成而适当选择。另外，溅射的方式可以使用DC溅射、RF溅射、离子束溅射等中的任一种方式。
如上所述，本实施方式中，为了使低反射层13的表面为规定的算术平均高度，在通过溅射形成低反射层13时，调整导入第2溅射腔室23内的溅射用的气体中含有的氧的量，按照低反射层13含有规定量以上的氧的方式来形成。由此，调整低反射层13的算术平均高度。通过使低反射层13的表面为规定的算术平均高度，提高低反射层13与光致抗蚀剂的密合性，在对光掩模坯10进行湿蚀刻时，能够防止蚀刻液渗入低反射层13与光致抗蚀剂层的界面。其结果，在使用本实施方式的光掩模坯10制造光掩模的情况下，能够以良好的精度形成图案。因此，能够提高光掩模的制造工序的成品率。
另外，通过使用由本实施方式的光掩模坯10制造的光掩模进行曝光工序，能够制造高精细的器件。另外，能够减少在曝光工序中发生电路图案的不良，能够提高器件的制造工序的成品率。
根据上述实施方式，得到以下的作用效果。
(1)光掩模坯10是具有基板11、并从基板侧起依次至少具有遮光层12和低反射层13的光掩模坯10。遮光层12含有铬，低反射层13含有铬和氧，低反射层13的表面的算术平均高度为0.245nm以上。低反射层13的表面的算术平均高度为0.245nm以上的情况下，低反射层13与光致抗蚀剂层的密合性提高。由此，能够抑制在湿蚀刻中蚀刻液渗入低反射层13与光致抗蚀剂层的界面的现象。
(2)在使用本实施方式的光掩模坯10制造光掩模的情况下，能够以良好的精度形成图案。因此，能够提高光掩模的制造工序的成品率。另外，能够防止蚀刻液渗入图案边缘部的低反射层13或遮光层12导致的倾斜面的生成，从而发生减小低反射层13的反射的功能的降低、及遮光层12带来的遮光功能的降低。
(实施例1)
首先，准备由合成石英玻璃构成的透明玻璃基板11。使用图2所示的直列式的溅射装置100，在该玻璃基板11的表面依次形成遮光层12和低反射层13。以下，对遮光层12和低反射层13各自的制造方法进行更详细的说明。
将氩(Ar)、氮(N2)和甲烷(CH4)的混合气体(将Ar、N2、CH4各气体的流量分别设定为172.8sccm、60sccm、7.2sccm、压力为0.6Pa)作为溅射气体，导入第1溅射腔室21。一边导入溅射气体，一边将第1溅射腔室21的DC电源的电力设定为8.5kW而进行溅射，在基板11上以70nm的厚度形成由CrCN构成的遮光层12。
接着，将氩(Ar)、二氧化碳(CO2)、氮(N2)和氧(O2)的混合气体(将Ar、CO2、N2、O2各气体的流量分别设定为240sccm、45sccm、120sccm、6sccm、压力为0.3Pa)作为溅射气体，导入第2溅射腔室23。另外，将第2溅射腔室23的DC电源的电力设定为8.5kW而进行溅射，在遮光层12的表面以30nm的厚度形成由CrOCN构成的低反射层13。
在通过上述步骤制作的光掩模坯10中，利用相干扫描型干涉计(Zygo公司制造NewView8000)测定86.9μm×86.9μm的范围内的低反射层13的表面的算术平均高度Sa，由此求出。另外，利用X射线光电子光谱分析装置(PHI公司制造QuanteraII)测定了低反射层13的深度方向的氧的原子数浓度。将这些测定结果示于图3的表中。
对所制作的光掩模坯10进行10分钟UV清洗后，进行15分钟旋转清洗(兆声波清洗、碱清洗、刷清洗、漂洗、旋转干燥)，利用旋涂机在低反射层13的表面形成了光致抗蚀剂层。接着，使用掩模对准器，以2μm间距的线空比的图案曝光后，进行显影，将光致抗蚀剂层部分去除，形成了抗蚀图案。将该抗蚀图案作为掩模，将形成有抗蚀图案的光掩模坯10浸渍到以硝酸铈铵为基础的蚀刻液中进行湿蚀刻，由此在低反射层13和遮光层12形成了图案。
在形成了图案后，将其割断，利用扫描型电子显微镜(SEM)观察图案的截面形状，由图案的截面形状确认在光致抗蚀剂层与低反射层13的界面部分是否发生了蚀刻液的渗入。将该结果示于图3的表中。
(实施例2)
准备了与实施例1中使用的基板11同样的由合成石英玻璃构成的基板11。在与实施例1相同的条件下形成了遮光层12。接着，在形成低反射层13时，在实施例1中将导入第2溅射腔室23的氧(O2)的流量设为6sccm，但在本实施例中将氧(O2)的流量设为18sccm，除此以外，在与实施例1相同的条件下形成了低反射层13。对与实施例1相同的项目进行了测定。将其测定结果示于图3的表中。
(实施例3)
准备了与实施例1中使用的基板11同样的由合成石英玻璃构成的基板11。在与实施例1相同的条件下形成了遮光层12。接着，在形成低反射层13时，将导入第2溅射腔室23的氧(O2)的流量设为30sccm。除了氧的流量以外，在与实施例1相同的条件下形成了低反射层13。并且，对与实施例1相同的项目进行了测定。将其测定结果示于图3的表中。
(实施例4)
准备了与实施例1中使用的基板11同样的由合成石英玻璃构成的基板11。在与实施例1相同的条件下形成了遮光层12。接着，在形成低反射层13时，将导入第2溅射腔室23的氧(O2)的流量设为48sccm，除此以外，在与实施例1相同的条件下形成了低反射层13。对与实施例1相同的项目进行了测定。将其测定结果示于图3的表中。
(比较例1)
准备了与实施例1中使用的基板11同样的由合成石英玻璃构成的基板51。在与实施例1相同的条件下形成了遮光层52。接着，在形成低反射层53时，将导入第2溅射腔室23的氧(O2)的量设为0sccm，除此以外，在与实施例1相同的条件下形成了低反射层53。即，在比较例1中，在形成低反射层53时不向第2溅射腔室23导入氧。图6是示出所制作的光掩模坯50的构成的示意图，在比较例1的光掩模坯50中，在基板51的表面依次形成有遮光层52和低反射层53。另外，对与实施例1相同的项目进行了测定。将其测定结果示于图3的表中。
在图3所示的表中，关于实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和比较例1，示出了低反射层的表面附近(表层)的氧原子数浓度、从低反射层的表面起深度5nm的位置处的氧原子数浓度、低反射层的表面的算术平均高度Sa1、低反射层的算术平均高度Sa1与基板的算术平均高度Sa2之差(由Sa1的值减去Sa2的值后的值)、和蚀刻液渗入的有无。由图3可知，实施例1～4中的低反射层表面的算术平均高度均为大于0.245nm的值，与此相对，比较例1中的低反射层表面的算术平均高度为0.242nm，比实施例1～4小。另外，从表面起深度5nm的位置(距离表面的位置)处的氧原子数浓度低于表面附近(表层)的氧原子数浓度。
图4是示意性地示出对通过实施例1～4制作的光掩模坯10进行湿蚀刻后将其割断并利用扫描型电子显微镜(SEM)观察图案截面的情况的图。在光掩模坯10中，通过湿蚀刻在低反射层13和遮光层12形成了与形成于光致抗蚀剂层15的掩模对应的图案。如图4所示，确认到：通过实施例1～4制作的光掩模坯10在进行湿蚀刻后在图案的边缘部未观察到蚀刻液渗入导致的倾斜面，图案的边缘部由与基板11实质上垂直的面构成。即，在实施例1～4中，通过溅射形成低反射层13时，通过调整导入溅射腔室内的氧的流量，使低反射层13的表面为规定的算术平均高度。由此，认为光致抗蚀剂与低反射层13的密合性提高。
图7是示意性地示出对通过比较例1制作的光掩模坯50进行湿蚀刻后将其割断并利用扫描型电子显微镜(SEM)观察图案截面的情况的图。如图7所示，通过比较例1制作的光掩模坯50，在进行湿蚀刻后在图案的边缘部，于光致抗蚀剂层55与低反射层53的界面观察到蚀刻液渗入导致的倾斜面。
在生成了这种倾斜面的光掩模中，在生成有倾斜面的区域中低反射层的厚度减小，因此减小曝光光的反射的功能降低。其结果，在使用这种光掩模在器件用基板形成了电路图案时，形成于器件用基板的电路图案的精度降低。需要说明的是，在蚀刻液的渗入更大的情况下，生成跨越低反射层和遮光层的大的倾斜面。在这种光掩模中，除了低反射层带来的减小曝光光反射的功能的降低以外，遮光层带来的曝光光的遮光性能也降低。因此，这种光掩模不适合器件的制造。
根据上述结果，在进行低反射层13的形成时，若将氧导入溅射腔室内，则低反射层的表面的算术平均高度Sa1表示的值变大，通过使算术平均高度Sa1为规定的大小，能够使光致抗蚀剂层与低反射层13的密合性为充分的水平。若低反射层13的表面的算术平均高度Sa1为0.245nm以上，光致抗蚀剂层与低反射层13的密合性足够大，认为能够抑制蚀刻液渗入它们的界面。另外，只要在可得到所期望的防反射性能的范围内，则低反射层13的表面的算术平均高度Sa1的值没有特别限制，例如可以使上限值为1.0nm。
根据图3的测定结果，低反射层13优选在表层处氧原子数浓度为44％以上。另外，低反射层13优选在从表面起深度5nm处氧原子数浓度为35％以上。由此，能够提高光致抗蚀剂层与低反射层13的密合性，能够抑制蚀刻液渗入它们的界面。
另外，通常，光掩模坯10的基板11的表面进行研磨而被抛光。与此相对，低反射层13通过溅射形成，因此，基板11的算术平均高度与低反射层13的算术平均高度相比短周期成分小。并且，与光致抗蚀剂直接接触的不是基板11、而是低反射层13，认为低反射层13的算术平均高度的短周期成分更有效地作用于与光致抗蚀剂的密合性。因此，低反射层13的表面的算术平均高度Sa1与基板11的表面的算术平均高度Sa2(在本实施例和比较例中为0.217nm)之差优选为0.03nm以上。另外，从蚀刻后的图案边缘粗糙度的方面出发，可以使低反射层13的表面的算术平均高度Sa1与基板11的表面的算术平均高度Sa2之差的上限值为1.0nm。
下述变形也为本发明的范围内，也可以将变形例的一种或两种以上与上述实施方式进行组合。
(变形例1)
在上述实施方式中，通过溅射形成低反射层13时，调整导入溅射腔室内的氧的流量，使低反射层13的算术平均高度为规定的范围。但是，也可以代替调整导入溅射腔室内的氧流量，或者除此以外，在形成低反射层13后通过干蚀刻或湿蚀刻使其表面为规定的算术平均高度。由此，能够提高光致抗蚀剂与低反射层13的密合性。
(变形例2)
上述实施方式和变形例中说明的光掩模坯10能够适合用作用于制作显示装置制造用、半导体制造用、印刷基板制造用的光掩模的光掩模坯。需要说明的是，在用于制作显示装置制造用的光掩模的光掩模坯的情况下，可以使用尺寸520mm×800mm以上的基板作为基板11。另外，基板11的厚度也可以为8mm～21mm。
接着，作为使用通过实施例1～4制作的光掩模坯10所制作的光掩模的应用例，参照图5对半导体制造或液晶面板制造的光刻工序进行说明。在曝光装置500中，配置使用通过实施例1～4制作的光掩模坯10所制作的光掩模513。另外，在曝光装置500还配置涂布有光致抗蚀剂的感光性基板515。
曝光装置500具备：光源LS；照明光学系统502；保持光掩模513的掩模支撑台503；投影光学系统504；保持作为曝光对象物的感光性基板515的曝光对象物支撑台505；和使曝光对象物支撑台505在水平面内移动的驱动机构506。从曝光装置500的光源LS射出的曝光光射入到照明光学系统502而被调整为规定光束，并照射到被掩模支撑台503所保持的光掩模513。通过了光掩模513的光具有在光掩模513所描绘的器件图案的图像，该光隔着投影光学系统504照射到被曝光对象物支撑台505所保持的感光性基板515的规定位置。由此，光掩模513的器件图案的图像以规定倍率成像曝光于半导体晶片或液晶面板等的感光性基板515。
以上，对各种实施方式和变形例进行了说明，但本发明不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内可想到的其他方式也包括在本发明的范围内。
下述优先权基础申请的公开内容以引用的形式被引入本发明中。
日本国专利申请2017年第171997号(2017年9月7日提交)
符号说明
10…光掩模坯、11…基板、12…遮光层、13…低反射层、100…制造装置

Claims (14)

1.一种光掩模坯，所述光掩模坯具有基板，并且从所述基板侧起依次至少具有遮光层和低反射层，
所述遮光层含有铬，
所述低反射层含有铬和氧，
根据ISO25178规定的所述低反射层的表面的算术平均高度为0.245nm以上。
2.如权利要求1所述的光掩模坯，其中，根据ISO25178规定的所述低反射层的表面的算术平均高度与根据ISO25178规定的所述基板的表面的算术平均高度之差为0.03nm以上。
3.如权利要求1或2所述的光掩模坯，其中，所述低反射层与所述遮光层相接。
4.如权利要求1或2所述的光掩模坯，其中，所述低反射层是CrOCN或CrOCN中的氧多于化学计量比的层。
5.如权利要求1或2所述的光掩模坯，其中，所述低反射层在表层中氧原子数浓度为44％以上。
6.如权利要求5所述的光掩模坯，其中，所述低反射层在表层中氧原子数浓度是使用X射线光电子光谱分析装置测定的值。
7.如权利要求1或2所述的光掩模坯，其中，所述低反射层在从表面起深度5nm处氧原子数浓度为35％以上。
8.如权利要求7所述的光掩模坯，其中，所述低反射层在从表面起深度5nm处氧原子数浓度是使用X射线光电子光谱分析装置测定的值。
9.如权利要求1或2所述的光掩模坯，其中，所述低反射层的表面进行了湿蚀刻或干蚀刻。
10.如权利要求1或2所述的光掩模坯，其中，所述基板为矩形，所述基板的尺寸为520mm×800mm以上。
11.如权利要求1或2所述的光掩模坯，其中，所述基板由石英玻璃构成。
12.一种光掩模，其是权利要求1～权利要求11中任一项所述的光掩模坯的所述遮光层和所述低反射层形成为规定的图案状而成的。
13.一种曝光方法，其隔着权利要求12所述的光掩模将涂布有光致抗蚀剂的感光性基板曝光。
14.一种器件的制造方法，其具有：
通过权利要求13所述的曝光方法将所述感光性基板曝光的曝光工序；和对所述曝光后的感光性基板进行显影的显影工序。
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