掩模刻蚀工艺的制作方法

专利名称：掩模刻蚀工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路的制造和集成电路制造中使用的光刻掩模板
(photolithographic reticle)的制造。
背景技术：
自从几十年前首次出现半导体器件以来，半导体器件几何结构在尺寸上已 显著减小。从此，集成电路一般遵循两年/尺寸减半规律(通常称为摩尔定律)， 这意味着芯片上的器件数量每两年翻倍。当代制造工厂常规地生产具有 0.15pm以及甚至0.13pm特征尺寸的器件，而将来的制造厂不久将生产具有更 小几何尺寸的器件。
不断增加的电路密度已对用于制造半导体器件的工艺提出了更多的要求。 例如，随着电路密度增加，通孔(via)、接触(contract)和其他特征以及它 们之间的介电材料的宽度，随之减小到亚微米尺寸，而介电层的厚度保持基本 不变，结果导致特征的孔径比，g卩，它们的高度除以宽度随着增加。对于亚微 米技术的成功和不断努力增加独立衬底的电路密度和质量来说，高孔径比特征 的可靠形成非常重要。
高孔径比特征传统上通过对衬底表面构图以限定特征的尺寸并随后刻蚀 衬底以去除材料并限定该特征而形成。为了形成具有所需高度与宽度的比率的 高孔径比特征，需要在特定的参数内形成该特征的尺寸，所述参数通常定义特 征的临界尺寸。从而，具有所需临界尺寸的高孔径比特征需要对于衬底的精确 构图以及随后的刻蚀。
光刻是用于在衬底表面上形成精确图案的技术，以及随后刻蚀已构图的衬 底表面而形成所需的器件或特征。在刻蚀工艺之前，光刻技术使用光图案和在 衬底表面上沉积的光刻胶材料，在衬底表面上显影精确的图案。在传统的光刻 工艺中，在层上涂覆待刻蚀的光刻胶，从而通过将光刻胶经过其上沉积有光掩 模层的光刻掩模板暴露于光图案中而限定出该层中待刻蚀的特征，诸如接触、
通孔、或互连。光掩模层对应于特征的所需结构。为了改变光刻胶的成分，例 如，发出紫外(UV)光或低X射线光的光源可用于曝光光刻胶。 一般地，所 暴露的光刻胶材料通过化学工艺去除以暴露出下层衬底材料。随后刻蚀所暴露 的下层衬底材料，从而在衬底表面形成特征，而残留的光刻胶材料保留为用于 所暴露的下层衬底材料的保护涂层。
二元光刻掩模板通常包括由诸如石英(即，二氧化硅Si02)的透光硅基
材料形成的衬底，并具有在衬底的表面上沉积的金属例如通常为铬的不透明遮 光层或光掩模。对遮光层构图以对应于待转移至衬底的特征。通过在包括透光 硅基材料的衬底上首先沉积薄金属层，并随后在该薄金属层上沉积光刻胶层而 制造二元光刻掩模板。随后使用传统的激光或电子束构图设备对光刻胶进行构 图以限定出待转移至金属层的临界尺寸。接着刻蚀金属层以去除未被所构图的
光刻胶保护的金属材料；从而暴露出下层透光材料并形成构图的光掩模层。光 掩模层允许光沿着精确的图案从其通过照射在衬底表面上。
传统的刻蚀工艺，诸如湿刻，趋于等向性刻蚀，其可导致已构图的光刻胶 下方的金属层中的底切现象(undercutphenomenon)。底切现象可在光掩模上 产生非均匀间隔并且不具有所需笔直且垂直的侧壁的已构图的特征，从而失去 特征的临界尺寸。另外，特征的等向性刻蚀可能过刻蚀高孔径比特征的侧壁， 导致特征的临界尺寸的损失。在金属层中形成的不具有所需临界尺寸的特征有 害地影响光通过并导致在随后的光刻工序中利用光掩模的不尽人意的构图。
公知为干刻处理或干刻的等离子体刻蚀处理，提供相比于湿刻处理更加异 向性的刻蚀。干刻工艺已表明可产生更少的底切并可改善具有更笔直侧壁和更 平底部的光掩模特征的临界尺寸的保持力。然而，干刻可能过刻蚀或不精确地 刻蚀在光刻胶材料中形成的用于限定金属层的临界尺寸的开口或图案的侧壁。 光刻胶材料的过量侧部去除将导致构图的光刻胶特征的临界尺寸的损失，而这 将转变为在由已构图的光刻胶层限定的金属层中形成的特征的临界尺寸的损 失。另外，不精确的刻蚀不能充分刻蚀特征以提供需要的临界尺寸。不能充分 刻蚀特征至临界尺寸称为临界尺寸的"增加(gain)"。金属层中临界尺寸的 损失或增加的程度称为"刻蚀偏差"或"CD偏差"。用于在衬底表面上形成 0.14pm特征的光掩模图案中的刻蚀偏差可高达120nm。
金属层中形成的图案的临界尺寸的损失或增加有害地影响光通过并产生
许多构图缺陷以及在通过光刻掩模板构图的衬底中的后续刻蚀缺陷。对于刻蚀 高孔径比的亚微米特征来说，光掩模的临界尺寸的损失或增加可能导致不充分 的光刻性能，并且，如果临界尺寸的损失或增加足够严重，则光刻掩模板或随 后所刻蚀的器件将失效。
因此，仍需要一种用于刻蚀衬底上的金属层，诸如掩模板，以在金属层中 产生具有所需临界尺寸的图案的工艺和化学过程。

发明内容
本发明的方案主要提供用于刻蚀用于光刻掩模板的光掩模层的方法和相 关的化学过程。在一个方案中，提供一种用于在处理腔室中处理光刻掩模板的 方法。掩模板包括在透光衬底上形成的金属光掩模层和在金属光掩模层上沉积
的构图的光刻胶材料。通过导入包括含氧气体、含氯气体、三氟甲烷(CHF3)、 六氟化硫(SF6)、六氟乙垸(C2F6)或氨(NH3)的至少其中之一，以及可选 的不含氯的含卤素气体和/或惰性气体的处理气体而处理掩模板。将功率输送 至处理腔室以由处理气体形成等离子体。随后使用等离子体刻蚀金属光掩模的 暴露部分。
在另一方案中，提供一种用于处理在处理腔室中支撑构件上的光刻掩模板 的方法。掩模板包括在透光硅基材料上形成的铬基光掩模层和在铬基光掩模层 上沉积的构图的光刻胶层。通过在约1毫托和约40毫托之间的腔室压力下导 入包括CHF3、 SF6、 C2F6或NH3的至少其中之一，氯气、氧气和可选的溴化 氢的处理气体而处理掩模板。将约200瓦和约1500瓦之间的源功率输送至靠 近处理腔室设置的线圈以由工艺气体生成等离子体。将约5瓦和约200瓦之间 的偏置功率提供给支撑构件。随后使用等离子体以铬基光掩模层与光刻胶材料 的去除速率比率约1: 1或以上刻蚀铬基光掩模层的暴露部分。


因此为了更详细地理解本发明的以上所述特征，将参照附图中示出的实施 例对以上简要所述的本发明进行更具体的描述。
然而，应该注意，附图中仅示出了本发明典型的实施例，因此不能视为是 对本发明范围的限定，本发明可以允许其他等同的有效实施例。
图1是刻蚀腔室的一个实施方式的截面示意图2是根据本发明的一个实施方式用于处理衬底的顺序的一个实施方式 的流程图3A到图3D是本发明的另一实施方式的刻蚀顺序的流程图。
为了便于理解，在此尽可能用相同的附图标记表示附图中共同的相同元 件。应该理解， 一个实施方式的元件可有利地用在其它实施方式中，而不用进 一步叙述。
具体实施例方式
以下将参照感应耦合的等离子体刻蚀腔室来描述本发明的方案。适合的感
应耦合等离子体刻蚀腔室包括可从加州的Hayward的ETEC购买的ETEC Tetra I 光掩模刻蚀腔室和ETEC Tetm II 光掩模刻蚀腔室，或者可从加州的 Santa Clara的应用材料公司购买的去耦合等离子体源(DPS ITM、 DPS 11，和 DPS Plus )。
可用于执行本发明工艺的其他处理腔室包括，例如，电容耦合平行板腔室 和电磁增强离子刻蚀腔室，以及不同设计的感应耦合等离子体刻蚀腔室。在 1999年6月3日递交的美国专利申请序列号No. 09/325,026中公开了所述适合 的处理腔室的实施例，虽然使用ETEC Tetm TM光掩模刻蚀腔室可有利地的执 行处理，但是对处理腔室的描述是示例性的，并不应当理解或解释为限制本发 明的范围或任意方案。还应该设想在包括从其他制造商购买的其他处理腔室可 有利地实施本发明。
图1是处理腔室100的一个实施方式的截面示意图，该腔室通常包括具有 衬底底座124的处理腔体102和控制器146。腔体102具有支撑基本上平坦的 介电顶108的导电壁104。处理腔室100的其他实施方式可具有其他类型的顶， 例如，圆顶形顶。在顶108之上设置天线110。天线IIO包括可选择性控制的 一个或多个感应线圈元件(如图l所示的两个同轴元件110a和110b)。天线 110通过第一匹配网络114耦合至等离子体功率源112。等离子体功率源112 通常能产生在约50kHz到约13.56MHz范围内的可调谐频率下高达约3000瓦 的功率。
衬底底座(阴极)124经过第二匹配网络142耦合至偏置功率源140。偏
置功率源140提供在约1到约10kHz范围内的可调谐脉冲频率下0到约600W 的功率。偏置功率源140产生脉冲式RF功率输出。可选地，偏置源140可产 生脉冲式DC功率输出。可以设想，源140还可提供恒定DC和/或RF功率输 出。
在一个实施方式中，衬底支撑底座124包括静电夹盘160。静电夹盘160 包括至少一个钳位电极132并通过夹盘电源166控制。在可选的实施方式中， 衬底底座124可包括诸如基座夹环、真空夹盘、机械夹盘等的衬底固定装置。
气体分配盘120联接至处理腔室100以将处理气体和/或其他气体提供给 处理腔体102。如图1所示的实施方式中，气体分配盘120联接至在腔体102 的侧壁104中的通道118中形成的一个或多个入口 116。可以设想，在其他位 置，例如，在处理腔室100的顶108中设置一个或多个入口 116。
利用节流阀162和真空泵164控制处理腔室100的压力。真空泵164和节 流阀162能维持腔室压力在约1 mTorr到约20 mTorr范围内。
可使用流经壁104的含液体管道(未示出)控制壁104的温度。壁温度通 常维持在约65摄氏度。典型地，腔室壁104由金属(例如，铝、不锈钢等) 形成并联接至电接地106。处理腔室100还包括用于工艺控制、内部诊断、终 点检测等的传统系统。所述系统共同以支持系统154示出。
掩模板适配器182用于将衬底(诸如掩模板或其他工件)固定在衬底支撑 底座124上。掩模板适配器182 —般包括下部184，其中对该下部磨制以覆盖 底座124的上表面(例如，静电夹盘160)，和具有尺寸和形状上固定衬底122 的开口 188的顶部186。开口 188通常相对于底座124居中设置。适配器182 通常由诸如聚酰亚胺或石英的单片耐刻蚀腐蚀性、耐高温材料形成。在2001 年6月26日公布的美国专利No. 6,251,217中公开了合适的掩模板适配器。边 缘环(edge ring) 126可覆盖和/或将适配器182固定于底座124上。
升降装置138用于降低或提升适配器182，并从而将衬底122放置或脱离 衬底支撑底座124。 一般地，升降装置138包括贯穿各自定向孔136移动的多 个升降杆(示出了一个升降杆130)。
在操作中，衬底122的温度通过稳定衬底底座124的温度而进行控制。在 一个实施方式中，衬底支撑底座124包括加热器144和可选的散热器128。加 热器144可以是配置为流动通过其的传热流体的一个或多个流体管道。在另一
实施方式中，加热器144可包括通过加热器电源168控制的至少一个加热元件 134。可选地，来自气体源156的背侧气体(例如，氦(He)经由气体导管158 提供给在衬底122之下的底座表面中形成的管道。背侧气体用于促使底座124 和衬底122之间的热传递。在处理期间，底座124可通过嵌入式加热器144 加热至稳态温度，其与氦背侧气体结合，有助于衬底122的均匀加热。
控制器146包括中央处理器(CPU) 150，存储器148和用于CPU150的 支持电路152并辅助处理腔室100的部件的控制，并因此控制刻蚀工艺，如以 下进一步描述的讨论。控制器146可为任意形式的通用计算机处理器的其中之 一，其可在工业设备中使用，用于控制各种腔室和子处理器。CPU150的存储 器148可以是一个或多个易于购得的存储器，诸如随机存储器(RAM)、只 读存储器(ROM)、软盘、硬盘或任意其他形式的本地或远程数字存储。支 持电路152连接至CPU150，用于以传统方式支持处理器。这些电路包括缓冲 器、电源、时钟电路、输入/输出电路和子系统等。本发明的方法一般作为软 件程序存储在存储器148或其他CPU150可存取的计算机可读介质中。可选地， 所述软件程序还可存储和/或利用第二CPU (未示出)执行，该第二CPU距由 CPU150控制的硬件远程定位。
虽然以上工艺描述示出了使用在此所述的处理气体刻蚀衬底的一个实施 方式，但本发明还设想在此描述的范围之外的用于在不同设备中执行该工艺处 理的参数的使用，诸如不同刻蚀腔室以及诸如用于300mm衬底处理的光刻掩 模板的不同衬底尺寸。
示例性刻蚀工艺
虽然以下描述将示出用于刻蚀在光刻掩模板制造中作为光掩模的金属层， 诸如铬和氮氧化铬的工艺顺序的一个实施方式，但可以设想，刻蚀气体也可用 于刻蚀在半导体和光刻掩模板制造中在衬底上形成的其他材料层。
光刻掩模板通常包括在透光衬底上沉积的已知为光掩模的不透明层。不透 明层可包括金属层，例如，络或在现有技术中公知的或未知的适于用作光掩模 的其他材料。例如，本发明设想不透明层可包括非金属介电材料。衬底122 的透光材料广义地限定为包括但不限于，对具有约300纳米(nm)或以下波 长的光透明的材料，例如，对具有248nm和193nm波长的紫外光透明的材料。
图2示出了刻蚀工艺200的一个刻蚀顺序的一个实施方式的流程图。所提 供的该流程图仅用于示例性目的并且不应当解释为限定本发明的任何方案的
范围。图3A到图3C示出了在光掩模形成工艺期间在不同步骤的光刻掩模板 的组成，以及进一歩描述图2中以上所述的工艺。
在步骤210中将通常包括透光材料310，诸如光学质量石英、熔融硅材料、 硅化钼(MoSi)、钼硅氮氧化物(MoSixNYOz)、钙氟化物、氧化铝、蓝宝 石或其组合的衬底122，提供给诸如图1的处理腔室100的处理腔室。
如图3A所示，衬底122随后在步骤220中通过在衬底材料310上沉积通 常包括铬的不透明金属层作为金属光掩模层而进行处理。铬层可通过现有技术 中公知的传统方法，诸如物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)工艺 进行沉积。金属层320通常沉积至厚度约50nm和约100nm之间；然而，金属 层320的厚度可基于制造商的需要和衬底的材料或金属层的成分而改变。
可选地，抗反射涂层(ARC或ARC层)可在所沉积的金属层320上形成 或构成所沉积金属层320的一部分。 一般认为ARC层提高了在不透明层中待 形成的构图特征的精度。ARC层可为结合非金属污染物或杂质的金属层而形 成例如，金属氧氮化物层，诸如氮氧化铬。氮氧化铬可能在金属层的沉积期间 或通过将金属层暴露于诸如氧化或氮化环境中的合适气氛而形成。可选地，氮 氧化铬层可通过现有技术中公知的传统方法，诸如通过物理气相沉积(PVD) 或化学气相沉积(CVD)工艺而沉积。金属氧氮化物层可包含最高达25%的 金属层320的总厚度。
可选的ARC层典型地形成约10nm和约15nm之间的厚度；然而，该层的 厚度可基于制造商的需要和衬底或金属层的材料的成分而不同以及可以主要 集中在所沉积材料的上表面，诸如原始金属层320的上面30°/。的厚度。 一般认 为氮氧化铬对使用氧自由基的刻蚀比铬薄膜更敏感。与刻蚀整个剩余的铬材料 相比，处理气体中减小的氧含量可用于有效地刻蚀氮氧化铬的表面。
如图3B所示，金属层320中的开口或图案的尺寸在步骤230中通过沉积 并图案刻蚀抗蚀剂材料330以暴露出金属层320而进行构图。在光刻掩模板制 造中使用的抗蚀剂材料330通常是低温抗蚀剂材料，其在此限定为在高于约 250摄氏度(。C)的温度下热降解的材料，其包括由Hoya公司制造的"ZEP" 的实施例或其他材料。在金属层320上沉积抗蚀剂材料330至约200nm到约
600nm之间的厚度。
抗蚀剂材料可为光刻胶材料，其可使用激光构图装置或通过另一辐射能量 构图装置，诸如电子束发射器进行光学构图以形成用于限定在金属层320中待 形成的特征定义的尺寸的图案325。
随后刻蚀不透明金属层以产生具有所需临界尺寸的特征的光掩模层。然 后，衬底122转移至用于刻蚀金属层320的刻蚀腔室，诸如以上所述的处理腔 室100。如图3C所示，在步骤240中，通过刻蚀金属层在金属层320中形成 开口和图案335以暴露出下层透光衬底材料，以及可选的ARC层。
通过利用将源功率和/或偏压功率供应给处理腔室100生成处理气体的等 离子体而进行不透明金属层320的暴露部分的刻蚀。处理气体可用于刻蚀金属 层。
含氧气体选自包括氧气(02)、 一氧化碳(CO) 、 二氧化碳(C02)及 其组合的组中的一种或多种。在一个实施方式中，含氧气体为氧气。含氧气体 提供刻蚀自由基的源。当选择一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO 2)气体时， 可提供改善刻蚀偏差的用于形成钝化聚合物沉积的材料源。
含氯气体选自包括氯气(Cl2)、四氯化碳(CCU)、氯化氢(HC1)及其 组合的组中的一种或多种。在一个实施方式中，含氯气体是Cl2。含氯气体用 于供应高活性自由基以刻蚀金属层。含氯气体提供刻蚀自由基的源和成分，诸 如四氯化碳(CC14)气体，这可提供改善刻蚀偏差的用于形成钝化聚合物沉积 的材料源。可选择其他含氯气体诸如三氟甲垸(CHF3)、六氟化硫(SF6)、 六氟乙垸(C2F6)和氨(NH3)以增加铬与光刻胶的刻蚀选择性，并降低刻蚀 偏差。
可选地，可包括不含氯的卤素气体。不含氯的卤素气体可选自包括溴化氢 (HBr)、碘化氢(ffl)及其组合的组中的一种或多种。在一个实施方式中， 不含氯的卤素气体是HBr。溴化氢还可从水溶液释放处理或者具有氢溴酸的水 溶液成分。不含氯的卤素气体以及氢气可用于提供两种活性自由基以刻蚀金属 层，其可降低光刻胶和金属刻蚀速率并钝化光刻胶和金属侧壁以使过刻蚀最小 化并保持所需的临界尺寸，以及改善刻蚀偏差。
如果提供含氯气体和不含氯的卤素气体，则以含氯气体与不含氯的鹵素气
体的摩尔比率约10: l和约0.5: l之间，例如，氯与溴化氢的摩尔比率约10:
l和约0.5: l之间提供。
处理气体还可包括惰性气体，当其离子化时作为包括处理气体的等离子体 的一部分，导致形成溅射物质以增加特征的刻蚀速率。作为等离子体一部分的 惰性气体的存在还可增强活性处理气体的离解。因此，惰性气体有助于控制径 向刻蚀速率。可控制刻蚀速率为中心快或中心慢。惰性气体的实施例包括氩
(Ar)、氦(He)、氖(Ne)、氙(Xe)、氪(Kr)及其组合，其中一般使 用氩和氦。惰性气体典型地包括用于工艺的总气流的约5体积百分比到约40 体积百分比，诸如约15体积百分比到约25体积百分比。在导入刻蚀处理气体 之前，为了等离子体激发而引发等离子体，惰性气体可包括所使用工艺气体的 约75体积百分比到约100体积百分比。
包括惰性气体的处理气体的总流速以约100sccm到约700sccm之间的流速 导入，用于在刻蚀腔室中刻蚀150mm乘以150mm面积的光刻掩模板。可以约 5sccm到约200sccm，例如，约20到50sccm的流速将含氧气体导入处理腔室 100中。可以约25sccm到约1000scmm，例如，约150到300sccm的流速将含 氯气体导入处理腔室100中。以约lsccm到约50scmm，例如约1到5sccm的 流速，将CHF3、 SF6、 C^6或NH3的至少其中之一，可选地伴随不含氯的卣 素气体导入处理腔室100中。当使用惰性气体时，可提供约5sccm到约100sccm 之间，例如20到45sccm的流速。
处理气体的单独和总气体流量可基于处理因素的数量而变化，所述因素诸 如处理腔室100的尺寸、进行处理的衬底122的尺寸，以及操作者所需的特定 的刻蚀参数。
一般地，在刻蚀工艺期间，约15000W或以下的源RF功率级别施加给电 感线圈以产生并维持处理气体的等离子体。己观察到约200W到约1500W之 间，诸如约300到350W之间的功率级别，可提供用于刻蚀衬底表面的处理气 体的充足等离子体。对于衬底温度约150。 C或以下，与现有技术金属刻蚀工 艺相比，已观察到所述的源RF功率级别可产生来自处理气体的足够的刻蚀自 由基和聚合自由基以刻蚀在衬底上的暴露的金属层，同时提供足够低的功率级 别。
一般地，将小于约200W的偏置功率施加在衬底122上以增加刻蚀自由 基相对于衬底122表面的方向性。在刻蚀工艺中可使用小于50W的偏置功率。
已观察到约15W到约20W的偏置可提供刻蚀工艺期间刻蚀自由基的充分方向 性。
取决于待刻蚀的材料量，通过处理气体的等离子体在约15秒到约400秒， 例如，约30秒到约350秒之间持续刻蚀衬底表面所暴露的材料。任何ARC层 材料可暴露于第一处理气体的等离子体中约5秒到约180秒之间，例如约30 秒到约60秒之间，其可除开或包括总的刻蚀时间。
一般地，在刻蚀工艺期间处理腔室压力维持在约1毫托到约40毫托之间， 优选地可维持约3毫托到约8毫托之间。
在处理期间衬底122还维持在温度约150° C或以下。低于约150° C或 以下的衬底温度具有材料的最小的热降解，诸如在使用在此所述的处理气体在 光刻掩模板制造期间在衬底上沉积的抗蚀剂材料，约20° C到约150。 C之间 的衬底温度，例如约20° C到约50° C，可用于刻蚀在衬底表面上具有材料的 最小热降解的光掩模特征。另外，处理腔室100的侧壁104可维持在低于约 70° C的温度以及圆顶优选地维持在低于约80摄氏度的温度以保持持续的处 理条件并使在处理腔室的表面上聚合物的形成最小化。
以下描述刻蚀工艺的实施例。在支撑构件124上设置衬底122以及将在此 所述的处理气体导入腔室100中，并且通过以约100sccm到约200sccm的流速 导入氧气(02)、氯气(Cl2)，三氟甲烷(CHF3)、六氟化硫(SF6)、六氟 乙垸(C2F6)和氨(NH3)的至少其中之一的添加气体以及可选的溴化氢(HBr) 和/或诸如氩(Ar)或氦(He)的惰性气体的处理气体并且由处理气体生成等 离子体，从而生成并维持等离子体以刻蚀金属层320。可以在约5sccm到约 200sccm的流速将氧气导入处理腔室100中，可以在约25sccm到约1000sccm 的流速将氯气导入处理腔室100中，可以约lsccm到约50sccm之间的流速将 氧气(02)、氯气(Cl2)、三氟甲垸(CHF3)、六氟化硫(SF6)、六氟乙烷
(C2F6)和氨(NH3)的至少其中之一的添加气体以及可选的溴化氢(HBr) 导入处理腔室100中。将惰性气体，例如，氩气，以约5sccm到约100sccm之 间的流速导入处理腔室100中。氯气与溴化氢的比率，如果提供在处理气体中， 则为约10: 1到约0.5: 1之间。
通过将约200W到约1500W之间，例如300到350W的源RF功率施加给 电感线圈以在刻蚀工艺期间生成并维持处理气体的等离子体。将约25W到约 200W之间，例如约15到20W的偏置功率施加在衬底支架124上。执行约卯 秒到约400秒之间，例如约350秒的刻蚀处理。可通过光发射终点控制而监控 金属层320的刻蚀工艺的终点。
处理腔室的压力一般维持在约1毫托到约40毫托之间，例如约3毫托、 约5毫托，或约8毫托。在刻蚀工艺期间衬底温度在约20° C到100° C之间。 另外，处理腔室100的侧壁104的温度维持在小于约70° C以及圆顶的温度 维持在小于约80。 C。以上所述的刻蚀工艺通常产生金属层与抗蚀剂的选择比 约3: 1或以上。
可选地，过刻蚀步骤可在刻蚀工艺之后进行以确保从衬底去除所有预期的 材料。过刻蚀可使用用于刻蚀金属层320的任何适合的处理气体。例如，过刻 蚀气体可包括所有含氧气体、含氯气体、不含氯的卤素气体以及在此所述的惰 性气体中的一种或多种。
可选地，如果在此描述的ARC材料形成在金属层上，则在金属层刻蚀工 艺期间ARC材料可与金属层一起去除或者在金属层刻蚀之前通过刻蚀工艺去 除。在2004年3月18日提交的题为"Multi-Step Process For Etching Photomasks" 的美国专利申请No. 10/803,867中全面描述了 ARC刻蚀工艺和金属层刻蚀的 一个实施例。
在此描述的刻蚀工艺在所公开的条件下产生金属与抗蚀剂的去除速率比 率，即选择比或刻蚀偏差约l: l或以上。已观察到，在通过在此描述的刻蚀 工艺处理的衬底122中金属与抗蚀剂的选择比约1: l或以上。在通过在此所 述的刻蚀工艺处理的衬底中已观察到金属与抗蚀剂的选择比约3: 1或以上。 增加的选择比导致刻蚀工艺保持光刻胶层中构图的临界尺寸以及使所刻蚀的 铬特征具有预期的临界尺寸。
还观察到在此所述的刻蚀工艺去除独立于特征抗蚀剂材料"侧部"的"顶 部"或上表面的抗蚀剂材料，其与异向性刻蚀一致并改善特征形成。另外，所 处理的衬底产生了具有基本垂直形貌的预期临界尺寸的特征，其中垂直形貌 即，与现有技术约85度到约88度的结果相比，特征的侧壁和特征的底部之间 约90度角。
可选地，等离子体激发可用于产生用于刻蚀金属层320的等离子体。在以 在此所述的成分和流速导入用于刻蚀工艺的的处理气体之前，等离子体激发可
用于引发或生成等离子体。等离子体激发可使用惰性气体或在此所述的处理气 体的成分。
等离子体激发工艺的处理条件和等离子体条件可近似于使用具有在此所 述的处理气体的刻蚀工艺，包括处理气体的处理气体组成、总流速、腔室压力、 源功率和偏置功率。等离子体激发工艺可持续约15秒或更短，诸如约3秒到
约5秒之间。等离子体激发的实施例包括建立约1毫托到约40毫托之间，例 如约3毫托到约8毫托之间的腔室压力，将约200W到约1500W之间范围内， 诸如约300到350W的源功率施加在线圈上，和/或提供约5W到约200W之间 范围内，诸如约15W到约20W之间的偏置功率。用于激发等离子体的源功率 可小于衬底122刻蚀期间使用的功率。
如图3D中所示，在完成金属层320的刻蚀之后，将衬底122转移至处理 腔室IOO，以及诸如通过氧气等离子体处理，或其他现有技术公知的抗蚀剂去 除工艺，将剩余的抗蚀剂材料330从衬底122去除。
可选地，衰减材料可用于形成衰减相移光掩模以通过增加经过光掩模的光 的分辨率而增加在衬底上形成的刻蚀图案的精度。诸如硅化钼(MoSi)或衍 生物的衰减材料可沉积在不透明金属层320上，以及透光衬底表面310可随后 进行刻蚀。在透光衬底制造期间，衰减材料可沉积在透光衬底上或可与透光衬 底集成。例如，如果在金属层320沉积之前在衬底表面上沉积衰减材料，则衰 减材料可通过步骤250中在已构图的金属层320上沉积并构图第二光刻胶材料 以暴露下层材料而形成。衰减材料的下层材料，或所暴露的衬底本身，如果合 适，可随后在步骤260使用适于所述材料的刻蚀气体进行刻蚀。
在2003年5月13日提交的题为"Methods For Etching Photolithographic Reticles"的美国专利申请No. 10/437,729中和2002年5月21日提交的美国 专利No. 6,391,7卯中较详细描述了刻蚀诸如硅基材料的透光材料和衬底122 的衰减材料的实施例。
一般认为以上所述的处理气体成分和处理方案提供了具有预期临界尺寸 的开口或图案的可控的刻蚀。开口或图案的刻蚀通常在使用在此所述的处理 气体下为各向异性。各向异性工艺以比开口的侧壁上的材料更高的速率去除 开口的底部上沉积的材料。这导致开口的侧壁上的材料以比开口的底部上的 材料更低速率去除。以较低速率刻蚀开口的侧壁的刻蚀工艺将不太可能过刻
蚀侧壁，其使得改善进行刻蚀的开口的临界尺寸的保持，并由此减小刻蚀偏差。
本发明通过以下实施例进行进一步描述，所述实施例并非意在限定要求保 护的本发明的范围。
实施例
将光刻掩模板导入用于抗蚀剂沉积的处理腔室中，所述光刻掩模板包括由 透光材料形成的衬底，所述透光材料诸如光学质量石英、熔融硅材料、硅化
钼(MoSi)、钼硅氮氧化物(MoSixNYOz)、钙氟化物、氧化铝、蓝宝石或 其组合，所述衬底上沉积厚度，例如约70纳米(nm)到约100nm之间的铬 光掩模层。可形成可选的氮氧化铬的ARC层，其可包括高达总体铬厚度的约 25%。
将抗蚀剂沉积在氮氧化铬层上并随后使用传统的激光或电子束构图设备 进行构图，所述抗蚀剂诸如可从日本的Tokyo-Oka购买可得的抗蚀剂材料 ZEP，或化学增强抗蚀剂或也可从日本的Tokyo-Oka购买可得的CAR抗蚀剂。 在衬底上沉积的抗蚀剂的厚度约为200nm到约600nm之间，例如，约300nm 到约400nm，但也可为所需的任意厚度。
虽然前述涉及本发明的示例性技术方案，但在不偏离本发明的基本范围下 可设计本发明的其他和进一步的方案，并且本发明的范围由以下权利要求书 确定。
权利要求
1.一种用于处理光刻掩模板的方法，包括将掩模板定位在处理腔室中的支撑构件上，其中所述掩模板包括形成在透光衬底上的金属光掩模层和沉积在所述金属光掩模层上的已构图的抗蚀剂材料；导入包括三氟甲烷(CHF3)、六氟化硫(SF6)、六氟乙烷(C2F6)或氨(NH3)的至少其中之一，含氧气体以及含氯气体的处理气体；将功率输送至所述处理腔室以产生由所述处理气体形成的等离子体；以及使用所述等离子体刻蚀所述金属光掩模层的暴露部分。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导入处理气体的步骤 进一步包括将不含氯的卤素气体导入所述处理腔室中。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述导入处理气体的步骤 进一歩包括将溴化氢或碘化氢的至少其中之一导入所述处理腔室中。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导入处理气体的步骤 进一步包括将氧气、 一氧化碳或二氧化碳的至少其中之一导入所述处理腔室 中。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导入处理气体的步骤 进一步包括将氯气、四氯化碳或氢氯酸的至少其中之一导入所述处理腔室中。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属光掩模层包括铬、 氮氧化铬或其组合。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属光掩模层进一步 包括氮氧化铬的抗反射涂层。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透光衬底包括选自石 英、硅化钼、钼硅氧氮化物和其组合的硅基材料。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导入处理气体的步骤 进一步包括将氩以5到100sccm的流速导入所述处理腔室中。
10. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导入处理气体的步骤 进一步包括将氩以20到45sccm的流速导入所述处理腔室中。
11. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导入处理气体的步骤 进一步包括将氦、氩、氙、氖或氪的至少其中之一导入所述处理腔室中。
12. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成等离子体的步骤包括将约200W到约1500瓦之间的源射频功率施加给所述处理腔室的线圈以 及将约5W到约200W之间的偏置功率施加给在所述处理腔室中的掩模板支 架。
13. 根据权利要求1所述的方法，所述刻蚀金属光掩模层的步骤进一步包 括以金属光掩模层与抗蚀剂材料约h l到约3: l之间的比率选择性刻蚀所述 金属光掩模层。
14. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导入处理气体的步骤 进一步包括以约lsccm到50sccm的速率将三氟甲垸(CHF3)、六氟化硫(SF6)、 六氟乙烷(C2F6)或氨(NH3)的至少其中之一导入所述处理腔室中。
15. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导入处理气体的步骤 进一步包括以约lsccm到5sccm的速率将三氟甲烷(CHF3)、六氟化硫(SF6)、 六氟乙烷(C2F6)或氨(NH3)的至少其中之一导入所述处理腔室中。
16. —种用于处理光刻掩模板的方法，包括将所述掩模板定位在处理腔室的支撑构件上，其中所述掩模板包括在透光 硅基材料上形成的铬基光掩模层和在所述铬基光掩模层上沉积的已构图的光 刻胶层；导入包括三氟甲烷(CHF3)、六氟化硫(SF6)、六氟乙垸(C2F6)或氨 (NH3)的至少其中之一，氯气以及氧气的处理气体；在处理期间将腔室压力维持在约3毫托到约8毫托之间以及将所述掩模板 温度维持在约20。 C到约150。 C之间；将约300瓦到约350瓦之间的源功率输送至靠近处理腔室设置的线圈以生 成由处理气体形成的等离子体；将约15瓦到约20瓦之间的偏置功率提供给支撑构件；刻蚀所述铬基光掩模层的暴露部分；以及以铬基光掩模层与抗蚀剂材料约1: 1或以上的去除速率比率去除所述铬 基光掩模层。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述导入处理气体的步 骤进一步包括将溴化氢导入所述处理腔室。
18. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述铬基光掩模层包括铬、氮氧化铬或其组合，以及透光硅基材料包括石英、硅化钼、钼硅氧氮化物 或其组合。
19. 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述掩模板进一步包括 氮氧化铬的抗反射涂层。
20. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述导入处理气体的步 骤进一步包括将氩以5到100sccm的流速导入所述处理腔室中。
21. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述导入处理气体的步 骤进一步包括将氩以20到45sccm的流速导入所述处理腔室中。
22. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述导入处理气体的歩 骤进一步包括将氦、氩、氙、氖或氪的至少其中之一导入所述处理腔室中。
23. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，以金属光掩模层与抗蚀 剂材料的约l: l到约3: l之间的刻蚀速率比率去除金属光掩模层和所述抗蚀 剂材料。
24. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述导入处理气体的步 骤进一步包括以约lsccm到50sccm的速率将三氟甲烷(CHF3)、六氟化硫(SF6)、六氟乙烷(C2F6)或氨(NH3)的至少其中之一导入所述处理腔室中。
25. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述导入处理气体的步 骤进一步包括以约1 sccm到5sccm的速率将三氟甲垸(CHF3)、六氟化硫(SF6)、 六氟乙烷(C2F6)或氨(NH3)的至少其中之一导入所述处理腔室中。
全文摘要
本发明提供了用于刻蚀沉积在衬底上诸如光刻掩模板的金属层的方法和装置。在一个技术方案中，提供了一种用于处理衬底的方法，该方法包括在处理腔室中定位具有沉积在透光材料上的光掩模层的衬底，将包括三氟甲烷(CHF₃)、六氟化硫(SF₆)、六氟乙烷(C₂F₆)或氨(NH₃)的至少其中之一，含氧气体、含氯气体以及可选的不含氯的卤素气体和/或惰性气体导入处理腔室中，在处理腔室中生成处理气体的等离子体，以及刻蚀沉积在衬底上的金属层的暴露部分。
文档编号G03F1/00GK101174081SQ200710145730
公开日2008年5月7日 申请日期2007年8月31日 优先权日2006年10月30日
发明者托伊·尤·贝姬·梁, 迈克尔·格林博金, 阿米泰布·萨布哈维尔, 马德哈唯·R·钱德拉养德 申请人:应用材料股份有限公司