专利名称：空白掩模和使用该空白掩模制造光掩模的方法
技术领域：
本发明涉及半导体装置及其制造方法，更具体地，涉及空白掩模和使用 该空白掩模制造光掩模的方法。
背景技术：
半导体装置通过许多工艺制造。例如，在制造半导体装置的工艺中，使 用具有电路图案的光掩模以便在半导体衬底上形成电路层图案。电路图案通 过光刻从光掩模转移至半导体衬底的电路层。
为了形成光掩模，在透明衬底上形成蚀刻目标层和抗蚀剂层。目标图案 被转移至抗蚀剂层并且被显影，从而在蚀刻目标层上形成抗蚀剂层图案，其 选择性地暴露蚀刻目标层。使用该抗蚀剂图案作为蚀刻掩模，目标层被选择 性地蚀刻，从而形成蚀刻目标层图案。
随着半导体装置的集成度变得越来越高，需要具有更为精细图案的光掩 模。可以通过使用抗蚀剂层图案作为蚀刻掩模的蚀刻工艺根据抗蚀剂层的图 案而构图下面的目标层。在该情形，抗蚀剂层图案的厚度与下面的目标层的 厚度相关。换而言之，当下面的目标层薄时，抗蚀剂层图案也薄。结果，当 抗蚀剂层图案薄时，后续蚀刻工艺的工艺裕量也被减小，因而光掩模的特性 恶化。例如，当目标层使用薄抗蚀剂层图案蚀刻时，在目标层的蚀刻期间因 为抗蚀剂层图案由于其薄的厚度而不耐久，所以薄抗蚀剂层图案可以几乎被 去除。在该情形，抗蚀剂层图案可以被部分破坏，因而，下面的层的不希望 的部分可以被暴露于蚀刻剂。结果，不容易在下面的目标层中形成希望的图 案，并且尤其变得非常难于在下面的目标层中形成具有预定垂直轮廓的图 案。另一方面，当厚抗蚀剂层用于构图下面的目标层时，在下面的目标层中 形成的图案的分辨率低。换而言之，难于使用厚抗蚀剂层在下面的目标层中 形成精细图案。
发明内容
本发明公开了一种用于二元掩模的空白掩模，相移掩模的空白掩模，和 采用所披露的空白掩模制造光掩模的方法。在一实施例中，使用包括蚀刻目 标层、碳层、和抗蚀剂层的空白掩模制造光掩模。光掩模通过在透明衬底上 形成蚀刻目标层和碳层而形成。通过使用选择性地暴露碳层的抗蚀剂层图案 的第 一蚀刻工艺选择性地蚀刻碳层而形成碳层图案。通过^_用碳层图案作为 硬掩模的第二蚀刻工艺蚀刻所述蚀刻目标层而形成蚀刻目标层图案，并且此 后去除所述碳层图案。
蚀刻目标层可以包括遮光层。作为替代，蚀刻目标层可以包括遮光层和 相移层。光掩模的制造方法还可以包括在碳层上形成氧化物层。第一蚀刻工 艺可以是使用例如氧等离子体的干法蚀刻工艺。第二蚀刻工艺可以是千法或 者湿法蚀刻工艺。碳层图案可以使用例如氧等离子体而被去除。
结合附图、实例和所附权利要求，从下面的详细的描述，本发明的附加 的特征对于本领域的技术人员将变得更为显见。
为了更加完整地理解本公开，应当参考下列详细描述和附图，在附图中 图1至5示出了根据本发明实施例的空白掩模和使用该空白掩模制造光
掩模的方法；并且
图6至12示出了根据本发明另一实施例的空白掩模和使用该空白掩模
制造光掩模的方法。
具体实施例方式
以下，将参考附图详细描述根据本发明的空白掩模和使用该空白掩模制 造光掩模的方法，其中相似的参考标号在各图中指示相同或者相似的元件。
参考图1, 二元掩模的空白掩模的实施例包括布置在例如石英衬底的透 明衬底100上的遮光层110、碳层120、和抗蚀剂层140。遮光层110优选包 括例如可以遮挡入射光线的材料，例如铬(Cr)。氧化物层130可以被布置 在碳层120和抗蚀剂层140之间。例如，碳层120可以由非晶碳形成。
为了制造二元掩模的空白掩模，遮光层110、碳层120、和抗蚀剂层140 形成于透明衬底100上。如上所述，遮光层IIO可以由可以遮挡入射光线的 材料，例如4各形成，并且氧化物层130可以形成于碳层120和抗蚀剂层140200810088419.1
说明书第3/7页之间。
如上所述，碳层120可以由非晶碳形成。碳层120可以使用包括碳作为 反应源的化合物而形成。更具体地，将其上形成有遮光层110的透明衬底100 装入反应室之后，含碳反应源可以被供给至反应室，同时对于反应室施加适 于形成碳层120的电压。可以恰当地调整碳层120中的碳浓度从而获得希望 的蚀刻选择性和光学特性，例如光吸收。碳层120可以具有比抗蚀剂层140 和氧化物层130更高的蚀刻选择性。例如，可以调整碳层120的碳浓度使得 氧化物层130的蚀刻率对于碳层120的蚀刻率的比率是大约1比10。碳层 120和氧化物层130用作在后续的工艺中构图遮光层IIO的硬掩模。
氧化物层130可以通过使用氧作为源气体的氧化工艺而形成。更具体地， 氧化物层130可以通过供给氧气至反应室，并且对反应室施加合适的电压而 形成。尽管天然氧化物层(未示出)可以在碳层120的顶表面上形成，但是 使用氧作为源气体另外地进行氧化工艺从而更为稳定地生长氧化物层，并且 获得氧化物层130的希望的厚度而没有失败。
例如，氧化物层130的厚度可以是碳层120的厚度的九分之一至十分之
因为抗蚀剂层140受到下面的层，即氧化物层130的厚度的影响，所以 抗蚀剂层140的厚度可以被调整得接近等于氧化物层130的厚度。另外，抗 蚀剂层140的厚度可以考虑到氧化物层130的厚度而被合适地选择，从而避 免抗蚀剂层图案在形成氧化物层图案的后续工艺期间被去除。
参考图2,抗蚀剂层图案141通过曝光和显影工艺而形成从而选择性地 暴露氧化物层130 (在图1中示出)。更具体地，在抗蚀剂层140上使用例如 电子束(e-beam)进行曝光工艺，从而将目标图案转移至抗蚀剂层140。以 下，用显影剂去除暴露于电子束或未被暴露于电子束的抗蚀剂层140的部分。 用这种方法，抗蚀剂层图案141形成于氧化物层130上从而选择性地暴露氧 化物层130。氧化物层130使用抗蚀剂层图案141作为蚀刻掩模被选择性地 蚀刻，从而形成氧化物层图案131。因为用于构图氧化物层130的抗蚀剂层 图案141薄，所以可以精细地形成氧化物层图案131。因此，氧化物层131
可以具有高分辨率。
参考图3,使用氧化物层图案131作为蚀刻掩模蚀刻碳层120从而形成 碳层图案121。作为该蚀刻工艺的结果，抗蚀剂层图案141被去除。碳层图
6
案121可以通过例如使用氧等离子体的干法蚀刻工艺而形成。因为氧化物层
130 (或氧化物层图案131 )的蚀刻率对于碳层120的蚀刻率的比率是大约1 比10，所以，较厚的碳层120可以使用较薄的氧化物层图案131作为蚀刻掩 模而被蚀刻。氧化物层图案131和碳层图案121在构图遮光层110的后续蚀 刻工艺中被用作硬掩模。
因而，具有增加了的分辨率的氧化物层图案131通过^f吏用薄抗蚀剂层图 案141构图薄氧化物层130而形成。此后，由于碳层120和氧化物层图案131 之间的蚀刻选择性的差别，可以使用较薄的氧化物层131构图较厚的碳层 120。因此，氧化物层图案131和碳层图案121可以用作后续工艺中构图遮 光层110的具有足够厚度的硬掩模。
参考图4,使用氧化物图案131 (在图3中示出)和碳层121作为硬掩 模蚀刻遮光层110,从而形成遮光层图案111。当在蚀刻工艺中遮光层110 的部分被蚀刻掉时，碳层121起避免遮光层图案111被损坏的硬掩模的作用。 同时，氧化物层131可以在构图遮光层IIO之前被去除。作为替代，氧化物 层图案131和碳层图案121可以一起使用作为构图遮光层110的硬掩模，并 且随后氧化物层图案131和碳层图案121可以被去除。
参考图5,碳层图案121 (在图4中示出)被去除。此后，透明衬底100 可以被划分为被遮光层图案111所覆盖的光屏蔽区和通过遮光层图案111的 开口被暴露的光透射区。碳层图案121可以使用例如氧等离子体被去除。在 该情形，碳层121 (硬掩模)可以被去除而不损坏遮光层图案111的顶表面。 因此，在碳层图案121的去除期间可以避免遮光层图案111的顶表面的损失。
图6至12示出了用于相移掩模的空白掩模和使用该空白掩模制造光掩 模的方法的实施例。参考图6,用于相移掩模的空白掩模包括布置在例如石 英衬底的透明衬底200上的相移层210、遮光层220、碳层230、和第一抗蚀 剂层250。相移层210优选包括例如氧氮钼硅(MoSiON)的材料，该材料 可以移动入射光线的相位。遮光层220优选包括例如铬的可以遮挡入射光线 的材料。氧化物层240可以布置在碳层230和第一抗蚀剂层250之间。例如， 碳层23 0可以由非晶碳形成。
为了制造用于相移掩模的空白掩模，相移层210、遮光层220、碳层230、 和第一抗蚀剂层250形成于透明衬底200上。如上所述，相移层210可以由 例如氧氮钼硅的可以移动入射光线的相位的材料形成，遮光层220可以由例
如铬的可以遮挡入射光线的材料形成，并且氧化物层240可以布置在碳层 230和第一抗蚀剂层250之间。
如上所述，碳层230可以由非晶碳形成。碳层230可以使用包括碳作为 反应源的化合物而形成。更具体地，将其上形成有遮光层220的透明衬底200 装入反应室之后，含碳反应源可以纟皮供给至反应室，同时对于反应室施加适 于形成碳层230的电压。在碳层230中的碳浓度可以被恰当地调整从而获得 希望的蚀刻选择性和光学特性，例如光吸收率。碳层230可以具有比抗蚀剂 层250和氧化物层240更高的蚀刻选择性。例如，可以调整碳层230的碳浓 度使得氧化物层240的蚀刻率对于碳层230的蚀刻率的比率是大约1比10。 碳层230和氧化物层240用作在后续的工艺中构图遮光层220和遮光层210 的硬掩模。
氧化物层240可以通过使用氧作为源气体的氧化工艺而形成。更具体地， 氧化物层240可以通过供给氧气至反应室，并且对反应室施加合适的电压而 形成。尽管天然氧化物层(未示出)可以形成于碳层230的顶表面上，但是 使用氧作为源气体附加地进行氧化工艺从而更为稳定地生长氧化物层，并且 获得氧化物层240的希望的厚度而没有失败。例如，氧化物层240的厚度可 以是碳层230的厚度的九分之一至十分之一。
因为第一抗蚀剂层250受到下面的层，即氧化物层240的厚度的影响， 所以第一抗蚀剂层250的厚度可以被调整得接近等于氧化物层240的厚度。 另外，可以考虑到氧化物层240的厚度而合适地选择抗蚀剂层250的厚度， 从而避免抗蚀剂层图案在形成氧化物层图案的后续工艺期间被去除。
参考图7，抗蚀剂层图案251通过曝光和显影工艺而形成从而选择性地 暴露氧化物层240 (在图6中示出)。更具体地，在第一抗蚀剂层250上使用 例如电子束(e-beam)进行曝光工艺，从而将目标图案转移至第 一抗蚀剂层 250。此后，用显影剂去除暴露于电子束或未被暴露于电子束的第一抗蚀剂 层250的部分。用这种方法，抗蚀剂层图案251形成于氧化物层240上从而 选择性地暴露氧化物层240。使用抗蚀剂层图案251作为蚀刻掩模选择性地 蚀刻氧化物层240从而形成氧化物层图案241。因为用于构图氧化物层240 的抗蚀剂层图案251薄，所以可以精细地形成氧化物层图案241。因此，氧 化物层241可以具有高分辨率。
参考图8,使用氧化物层图案241作为蚀刻掩模蚀刻碳层230从而形成
碳层图案231。作为该蚀刻工艺的结果，抗蚀剂层图案251被去除。可以通 过例如使用氧等离子体的干法蚀刻工艺而形成碳层图案231。因为氧化物层 240 (或氧化物层图案241 )的蚀刻率对于碳层230的蚀刻率的比率是大约1 比10,所以，较厚的碳层230可以使用较薄的氧化物层图案241作为蚀刻掩 模而被蚀刻。氧化物层图案241和碳层图案231在构图遮光层220的后续蚀 刻工艺中被用作硬掩模。
因而，通过使用薄抗蚀剂层图案251构图薄氧化物层240形成具有增加 了的分辨率的氧化物层图案241。此后，由于碳层230和氧化物层图案241 之间的蚀刻选择性的差别，可以使用较薄的氧化物层241构图较厚的碳层 230。因此，氧化物层图案241和碳层图案231可以用作后续工艺中构图遮 光层220和相移层210的具有足够厚度的硬掩模。
参考图9,遮光层220和相移层210使用碳层图案231作为硬掩模而被 蚀刻和构图，从而形成遮光层图案221和相移层图案211。遮光层图案221 和相移层图案211可以通过干法或者湿法工艺而形成。当遮光层220和相移 层210的部分在蚀刻工艺中被蚀刻掉时，碳层231起避免遮光层图案221和 相移层图案211被损坏的硬掩模的作用。
同时，氧化物层241 (在图8中示出)可以在遮光层220和相移层210 被构图之前被去除。作为替代，氧化物层图案241和碳层图案231可以一起 使用作为构图遮光层220和相移层210的硬掩模，并且随后氧化物层图案241 和碳层图案231可以被去除。
参考图10，碳层图案231 (在图9中示出)被去除。此后，第二抗蚀剂 层260形成于形成有相移层图案211和遮光层图案221的透明衬底200上。 碳层图案231可以通过使用例如氧等离子体的干法蚀刻工艺而被去除。在该 情形，碳层231 (硬掩模)可以被去除而不损坏遮光层图案221的顶表面。 因此，在碳层图案231的去除期间可以避免遮光层图案221的顶表面的损失。
参考图11,通过曝光和显影工艺构图第二抗蚀剂层260，从而形成第二 抗蚀剂层图案261，以便选择性地暴露透明衬底200。第二抗蚀剂层图案261 可以在例如框区的边区从而在后续的晶片处理工艺中遮挡不需要的光线。
参考图12，选择性地蚀刻通过第二抗蚀剂层图案261 (参考图11 )的开 口所暴露的遮光层图案221。因此，相移层图案211和遮光层图案221都可 以在例如透明衬底200的框区的区形成，并且仅有相移层图案211可以形成200810088419.1
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于例如主芯片区的另一区，以便移动透明衬底200的入射光线的相位。
尽管为了说明的目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人 员应当理解各种改进、添加和替代是可能的，而不偏离所附权利要求所界定 的本发明的精神和范围。
要求于2007年8月24日提交的韩国专利申请No.l0-2007-0085478的优 先权，该申请的全部内容通过引用的方式引入于此。
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权利要求
1.一种空白掩模，所述空白掩模包括蚀刻目标层、抗蚀剂层、和布置在所述蚀刻目标层和抗蚀剂层之间的碳层。
2. 根据权利要求1的空白掩模，其中所述蚀刻目标层是遮光层。
3. 根据权利要求1的空白掩模，其中所述蚀刻目标层包括相移层和遮 光层。
4. 根据权利要求1的空白掩模，还包括布置在所述碳层和抗蚀剂层之 间的氧化物层。
5. 根据权利要求4的空白掩模，其中所述氧化物层对于所述碳层的蚀 刻率之比是大约1比10。
6. 根据权利要求4的空白掩模，其中所述氧化物层的厚度是所述碳层 的厚度的九分之一至十分之一 。
7. —种制造光掩模的方法，所述方法包括 在透明衬底上形成遮光层和碳层；通过使用选择性地暴露所述碳层的抗蚀剂层图案的第 一蚀刻工艺，选择 性地蚀刻碳层来形成碳层图案；通过使用所述碳层图案作为硬掩模的第二蚀刻工艺蚀刻所述遮光层，从 而形成遮光层图案；以及去除所述碳层图案。
8. 根据权利要求7的方法，其中所述遮光层包括铬。
9. 根据权利要求7的方法，还包括在所述碳层上形成氧化物层。
10. 根据权利要求9的方法，其中所述氧化物层对于所述碳层的蚀刻率 之比是大约1比10。
11. 根据权利要求7的方法，其中所述第一蚀刻工艺是使用氧等离子体 的干法蚀刻工艺。
12. 根据权利要求7的方法，其中所述第二蚀刻工艺是干法或者湿法蚀 刻工艺。
13. 根据权利要求7的方法，其中所述碳层图案的去除使用氧等离子体 进行。
14. 一种制造光掩模的方法，所述方法包括 在透明衬底上形成相移层、遮光层、和碳层；使用能够选择性地暴露所述碳层的第 一抗蚀剂层图案的第 一蚀刻工艺，选择性地蚀刻所述碳层，从而形成碳层图案；通过使用所述碳层图案作为硬掩模的第二蚀刻工艺，选择性地蚀刻所述 遮光层和相移层，从而形成遮光层图案和相移层图案；去除所述碳层图案；形成能够选择性地暴露其上形成有所述遮光层图案和相移层图案的所 述透明衬底的第二抗蚀剂层图案；蚀刻被所述第二抗蚀剂层图案所暴露的所述遮光层图案；以及 去除所述第二抗蚀剂层图案。
15. 根据权利要求14的方法，其中所述相移层包括氧氮钼硅，并且所 述遮光层包括铬。
16. 根据权利要求14的方法，还包括在所述碳层上形成氧化物层。
17. 根据权利要求16的方法，其中所述氧化物层对于所述碳层的蚀刻 率之比是大约1比10。
18. 根据权利要求14的方法，其中所述第一蚀刻工艺是使用氧等离子 体的干法蚀刻工艺。
19. 根据权利要求14的方法，其中所述第二蚀刻工艺是干法或者湿法 蚀刻工艺。
20. 根据权利要求14的方法，其中所述碳层图案的去除使用氧等离子 体进行。
全文摘要
本发明公开了一种空白掩模和使用该空白掩模制造光掩模的方法。光掩模使用包括碳层和氧化物层的空白掩模而形成于透明衬底的目标层上。所述碳层和氧化物层布置在蚀刻目标层上。氧化物层通过选择性地暴露所述蚀刻目标层的光刻而形成为氧化物层图案。碳层图案通过使用氧化物层图案蚀刻所述碳层而形成。蚀刻目标层图案通过使用所述碳层图案作为硬掩模蚀刻所述蚀刻目标层而形成。因此，碳层的足够的厚度可以使用采用所述氧化物层和碳层的蚀刻选择性特性的薄氧化物层图案而被蚀刻。此外，所述蚀刻目标层图案可以具有预定的垂直轮廓。碳层图案可以使用氧等离子体被去除而不损坏下面的蚀刻目标层图案。
文档编号G03F1/68GK101373322SQ200810088419
公开日2009年2月25日 申请日期2008年3月26日 优先权日2007年8月24日
发明者河泰中 申请人:海力士半导体有限公司