CN109643056A - 掩模坯料、相移掩模、相移掩模的制造方法及半导体器件的制造方法 - Google Patents

掩模坯料、相移掩模、相移掩模的制造方法及半导体器件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明将具有由氮化硅材料构成的单层的相移膜中难以实现的20％以上的透过率的相移膜通过具有两组以上的由从透光性基板侧起依次配置的低透过层和高透过层构成为一组层叠结构的结构实现，且提供具备这种相移膜的掩模坯料。在透光性基板上具备相移膜的掩模坯料中，相移膜具有使ArF准分子激光的曝光光以20％以上的透过率透过的功能，相移膜具有两组以上的由低透过层和高透过层构成为一组的层叠结构，且低透过层由氮化硅系材料形成，高透过层由氧化硅系材料形成，设置于最上的高透过层的厚度比设置于最上以外的高透过层的厚度厚，低透过层的厚度比设置于最上以外的高透过层的厚度厚。

Description

掩模坯料、相移掩模、相移掩模的制造方法及半导体器件的制 造方法
技术领域
本发明涉及掩模坯料、使用该掩模坯料制造的相移掩模及其制造方法、以及使用上述相移掩模的半导体器件的制造方法。
背景技术
在半导体装置的制造工序中，采用光刻法形成微细图案。形成微细图案时，可使用转印用掩模。近年来，随着半导体装置的微细化要求，作为转印用掩模之一，可使用半色调型相移掩模。另外，半导体装置的微细化需要光刻中使用的曝光光源的波长短波长化，曝光光源采用ArF准分子激光的场合不断增多。
半色调型相移掩模广泛使用由硅化钼(MoSi)系材料构成的相移膜。但是，已判明由硅化钼系材料构成的相移膜对于ArF准分子激光的曝光光(波长193nm)的耐性(所谓的ArF耐光性)低。
另外，近年来，为了提高半色调型相移掩模的对比度，正在研究提高相移膜的透过率。在专利文献1中，作为对于ArF准分子激光的曝光光的耐性高且透过率高的相移膜，公开有由氮化硅材料(即，由硅及氮构成的材料)构成的单层的相移膜或由氮氧化硅材料(即，由硅、氮及氧构成的材料)构成的单层的相移膜。
另一方面，专利文献2公开有具备由从透光性基板侧起依次配置的氮化硅层和氧化硅层构成的双层结构的相移膜的半色调型相移掩模。另外，专利文献3公开有具备具有多组层叠结构的多层结构的相移膜的半色调型相移掩模，其中，由从透光性基板侧起依次配置的氮化硅层和氧化硅层构成一组层叠结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2015-111246号公报
专利文献2：(日本)特开平7-134392号公报
专利文献3：(日本)特表2002-535702号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1所公开的由氮化硅材料构成的单层的相移膜的情况下，对于ArF准分子激光的曝光光(以下，称为ArF曝光光)的透过率仅能够提高至18％左右。如果向氮化硅导入氧，能够提高透过率。但是，当使用由氮氧化硅材料构成的单层的相移膜时，在通过干法蚀刻进行相移膜的构图时，存在与利用以氧化硅为主成分的材料形成的透光性基板的蚀刻选择性变小的问题。另外，当进行EB缺陷修正时，还存在与透光性基板的修正速率比变小的问题。此外，EB缺陷修正是将XeF2等的非激发状态的氟系气体下薄膜图案的黑色缺陷部分供给的同时，对该黑色缺陷部分照射电子束，由此使该黑色缺陷部分变成挥发性的氟化物而除去的技术。
使用由氮氧化硅材料构成的单层的相移膜时的问题点能够通过专利文献2所公开的由从透光性基板侧起依次配置的氮化硅层(低透过层)和氧化硅层(高透过层)构成的双层结构的相移膜而消除。在通过这种双层结构构成相移膜的情况下，基于氮化硅层及氧化硅层各自的折射率n及消光系数k将氮化硅层及氧化硅层各自的厚度最优化，由此，在能够对ArF曝光光确保规定的相位差的同时，可实现由氮化硅材料构成的单层的相移膜中难以实现的20％以上的透过率。但是，在通过氮化硅层和氧化硅层的双层结构构成相移膜的情况下，由于氮化硅层及氧化硅层各自的厚度较厚(特别是氧化硅层的厚度较厚)，因此，在通过干法蚀刻进行相移膜的构图时，存在图案侧壁的段差容易变大的问题。
使用上述双层结构的相移膜时的问题点能够通过专利文献3所公开的具有多组由从透光性基板侧起依次配置的氮化硅层(低透过层)和氧化硅层(高透过层)构成为一组层叠结构的多层结构的相移膜而消除。在专利文献3的相移膜中，氮化硅层的厚度在多组中分别相同，另外，氧化硅层的厚度在多组中分别相同。但是，专利文献3中公开的相移膜的具体结构适合将波长157nm的F2准分子激光用作曝光光源的场合，而不适合将ArF准分子激光用作曝光光源的相移膜。
针对具有多组通过从透光性基板侧起依次配置的由氮化硅系材料构成的低透过层和由氧化硅系材料构成的高透过层构成为一组层叠结构的多层结构的相移膜且适合将ArF准分子激光作为曝光光源的情况，本发明人等对于相移膜的特征进行了研究。最初，对于具有通过从透光性基板侧起依次配置的由氮化硅系材料构成的低透过层和由氧化硅系材料构成的高透过层构成的双层结构且将ArF准分子激光用作曝光光源的相移膜，通过模拟求得低透过层及高透过层各自的最佳厚度。模拟时，使相移膜对于ArF曝光光的相位差进入177±0.5度的范围，且使相移膜对于ArF曝光光的透过率进入30±2％的范围(以下，在只记载为透过率的情况下，指的是对于ArF曝光光的透过率，在只记载为相位差的情况下，指的是对于ArF曝光光的相位差)。另外，模拟在对于ArF曝光光的波长的低透过层的折射率n为2.58、消光系数k为0.36，对于ArF曝光光的波长的高透过层的折射率n为1.59、消光系数k为0.00的条件下进行(以下，在只记载为折射率n的情况下，指的是对于ArF曝光光的折射率n，在只记载为消光系数k的情况下，指的是对于ArF曝光光的消光系数k。)。
接着，形成具有两组层叠结构的四层结构的相移膜，其中，由从透光性基板侧起依次配置的低透过层和高透过层构成一组层叠结构。在该四层结构的相移膜中，低透过层的厚度在各组中相同，另外，高透过层的厚度在各组中相同。配置于各组的低透过层的合计厚度与上述的模拟中求得的低透过层的厚度相等，另外，配置于各组的高透过层的合计厚度与上述的模拟中求得的高透过层的厚度相等。即，上述的模拟中求得的低透过层的厚度被均等地分配于各组中，另外，上述的模拟中求得的高透过层的厚度被均等地分配于各组中。另外，配置于各组的低透过层的折射率n为2.58、消光系数k为0.36，配置于各组的高透过层的折射率n为1.59、消光系数k为0.00。测定这种高透过层的厚度被均等地分配于各组的四层结构的相移膜的光学特性，结果表明，发生相移膜的透过率从作为模拟条件的30±2％的范围大幅降低的问题。另外，判明发生相移膜的相位差位于作为模拟条件的177±0.5度的范围外的问题。
因此，本发明是鉴于上述的问题点而做出的，其目的在于，将具有由氮化硅材料构成的单层的相移膜中难以实现的20％以上的透过率的相移膜通过具有两组以上的由从透光性基板侧起依次配置的低透过层和高透过层构成为一组层叠结构的结构实现，且本发明提供具备这样的相移膜的掩模坯料。本发明另一目的在于，提供使用该掩模坯料制造的相移掩模。进而，本发明的又一目的在于，提供制造这种相移掩模的方法。另外，本发明的目的在于，提供使用这种相移掩模的半导体器件的制造方法。
用于解决课题的方案
为了达成上述的课题，本发明包括以下的技术方案。
(技术方案1)
一种掩模坯料，在透光性基板上具备相移膜，其特征在于，
所述相移膜具有使ArF准分子激光的曝光光以20％以上的透过率透过的功能，
所述相移膜包含具有两组以上的层叠结构的结构，其中，由从所述透光性基板侧起依次配置的低透过层和高透过层构成一组层叠结构，
所述低透过层由含有硅及氮、且氮的含量为50原子％以上的材料形成，
所述高透过层由含有硅及氧、且氧的含量为50原子％以上的材料形成，
设置于最上的所述高透过层的厚度比设置于最上以外的所述高透过层的厚度厚，
所述低透过层的厚度比设置于最上以外的所述高透过层的厚度厚。
(技术方案2)
一种掩模坯料，在透光性基板上具备相移膜，其特征在于，
所述相移膜具有使ArF准分子激光的曝光光以20％以上的透过率透过的功能，
所述相移膜包含具有两组以上的层叠结构的结构，其中，由从所述透光性基板侧起依次配置的低透过层和高透过层构成一组层叠结构，
所述低透过层由含有硅及氮的材料形成，
所述高透过层由含有硅及氧的材料形成，
所述低透过层的氮的含量比所述高透过层多，
所述高透过层的氧的含量比所述低透过层多，
设置于最上的所述高透过层的厚度比设置于最上以外的所述高透过层的厚度厚，
所述低透过层的厚度比设置于最上以外的所述高透过层的厚度厚。
(技术方案3)
根据技术方案1或2所记载的掩模坯料，其特征在于，
所述低透过层利用由硅及氮构成的材料形成，或利用由选自半金属元素及非金属元素的一种以上的元素、硅、氮构成的材料形成，
所述高透过层利用由硅及氧构成的材料形成，或利用由选自半金属元素及非金属元素的一种以上的元素、硅、氧构成的材料形成。
(技术方案4)
根据技术方案1或2所记载的掩模坯料，其特征在于，
所述低透过层利用由硅及氮构成的材料形成，
所述高透过层利用由硅及氧构成的材料形成。
(技术方案5)
根据技术方案1～4中任一项所记载的掩模坯料，其特征在于，
所述低透过层中，所述曝光光的波长的折射率n为2.0以上，且所述曝光光的波长的消光系数k为0.2以上，
所述高透过层中，所述曝光光的波长的折射率n低于2.0，且所述曝光光的波长的消光系数k为0.1以下。
(技术方案6)
根据技术方案1～5中任一项所记载的掩模坯料，其特征在于，
所述低透过层的厚度为30nm以下。
(技术方案7)
根据技术方案1～6中任一项所记载的掩模坯料，其特征在于，
在所述相移膜上具备遮光膜。
(技术方案8)
一种相移掩模，在透光性基板上具备具有转印图案的相移膜，其特征在于，
所述相移膜具有使ArF准分子激光的曝光光以20％以上的透过率透过的功能，
所述相移膜包含具有两组以上的层叠结构的结构，其中，由从所述透光性基板侧起依次配置的低透过层和高透过层构成一组层叠结构，
所述低透过层由含有硅及氮、且氮的含量为50原子％以上的材料形成，
所述高透过层由含有硅及氧、且氧的含量为50原子％以上的材料形成，
设置于最上的所述高透过层的厚度比设置于最上以外的所述高透过层的厚度厚，
所述低透过层的厚度比设置于最上以外的所述高透过层的厚度厚。
(技术方案9)
一种相移掩模，在透光性基板上具备具有转印图案的相移膜，其特征在于，
所述相移膜具有使ArF准分子激光的曝光光以20％以上的透过率透过的功能，
所述相移膜包含具有两组以上的层叠结构的结构，其中，由从所述透光性基板侧起依次配置的低透过层和高透过层构成一组层叠结构，
所述低透过层由含有硅及氮的材料形成，
所述高透过层由含有硅及氧的材料形成，
所述低透过层的氮的含量比所述高透过层多，
所述高透过层的氧的含量比所述低透过层多，
设置于最上的所述高透过层的厚度比设置于最上以外的所述高透过层的厚度厚，
所述低透过层的厚度比设置于最上以外的所述高透过层的厚度厚。
(技术方案10)
根据技术方案8或9所记载的相移掩模，其特征在于，
所述低透过层利用由硅及氮构成的材料形成，或利用由选自半金属元素及非金属元素的一种以上的元素、硅、氮构成的材料形成，
所述高透过层利用由硅及氧构成的材料形成，或利用由选自半金属元素及非金属元素的一种以上的元素、硅、氧构成的材料形成。
(技术方案11)
根据技术方案8或9所记载的相移掩模，其特征在于，
所述低透过层利用由硅及氮构成的材料形成，
所述高透过层利用由硅及氧构成的材料形成。
(技术方案12)
根据技术方案8～11中任一项所记载的相移掩模，其特征在于，
所述低透过层中，所述曝光光的波长的折射率n为2.0以上，且所述曝光光的波长的消光系数k为0.2以上，
所述高透过层中，所述曝光光的波长的折射率n低于2.0，且所述曝光光的波长的消光系数k为0.1以下。
(技术方案13)
根据技术方案8～12中任一项所记载的相移掩模，其特征在于，
所述低透过层的厚度为30nm以下。
(技术方案14)
根据技术方案8～13中任一项所记载的相移掩模，其特征在于，
在所述相移膜上具备遮光膜，所述遮光膜具有包含遮光带的图案。
(技术方案15)
一种相移掩模的制造方法，使用了技术方案7所记载的掩模坯料，其特征在于，包括：
通过干法蚀刻在所述遮光膜上形成转印图案的工序；
通过以具有所述转印图案的遮光膜为掩模的干法蚀刻在所述相移膜上形成转印图案的工序；
通过以具有包含遮光带的图案的抗蚀剂膜为掩模的干法蚀刻在所述遮光膜上形成包含遮光带的图案的工序。
(技术方案16)
一种半导体器件的制造方法，其特征在于，
包括使用技术方案14所述的相移掩模将转印图案曝光转印到半导体基板上的抗蚀剂膜的工序。
(技术方案17)
一种半导体器件的制造方法，其特征在于，
包括使用通过技术方案15所述的相移掩模的制造方法制造的相移掩模将转印图案曝光转印到半导体基板上的抗蚀剂膜的工序。
发明效果
本发明的掩模坯料的特征在于，相移膜具有使ArF准分子激光的曝光光以20％以上的透过率透过的功能，相移膜包含具有两组以上的层叠结构的结构，其中，由从透光性基板侧起依次配置的低透过层和高透过层构成一组层叠结构，低透过层由含有硅及氮、且氮的含量为50原子％以上的材料形成，高透过层由含有硅及氧、且氧的含量为50原子％以上的材料形成，设置于最上的高透过层的厚度比设置于最上以外的高透过层的厚度厚，低透过层的厚度比设置于最上以外的高透过层的厚度厚。通过这种掩模坯料，能够使相移膜对于ArF准分子激光的曝光光的透过率成为由氮化硅材料构成的单层的相移膜中难以实现的20％以上。通过使相移膜的透过率成为20％以上，在相移膜上形成转印图案并将该转印图案曝光转印到半导体基板上的抗蚀剂膜时，能够使转印图案的边界处的相移效应变得显著，提高转印图像的对比度。
另外，本发明的掩模坯料的特征在于，相移膜具有使ArF准分子激光的曝光光以20％以上的透过率透过的功能，相移膜包含具有两组以上的层叠结构的结构，其中，由从透光性基板侧起依次配置的低透过层和高透过层构成一组层叠结构，低透过层由含有硅及氮的材料形成，高透过层由含有硅及氧的材料形成，低透过层的氮的含量比高透过层多，高透过层的氧的含量比低透过层多，设置于最上的高透过层的厚度比设置于最上以外的高透过层的厚度厚，低透过层的厚度比设置于最上以外的高透过层的厚度厚。通过这种掩模坯料，能够使相移膜对于ArF准分子激光的曝光光的透过率成为由氮化硅材料构成的单层的相移膜中难以实现的20％以上。通过使相移膜的透过率成为20％以上，在相移膜上形成转印图案并将该转印图案曝光转印到半导体基板上的抗蚀剂膜时，能够使转印图案的边界处的相移效应变得显著，提高转印图像的对比度。
另外，本发明的相移掩模的特征在于，具有转印图案的相移膜与上述的本发明的各掩模坯料的相移膜相同。通过这种相移掩模，在将转印图案曝光转印到半导体基板上的抗蚀剂膜时，可使转印图案的边界处的相移效应变得显著，提高转印图像的对比度。因此，本发明的各相移掩模成为转印精度高的相移掩模。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的掩模坯料的结构的剖视图。
图2是表示本发明实施方式的转印用掩模的制造工序的剖视图。
具体实施方式
首先，叙述完成本发明的经过。
本发明人等为了实现由氮化硅材料构成的单层的相移膜中难以实现的20％以上的透过率，尝试过将由氮化硅系材料构成的低透过层与由对于ArF准分子激光的曝光光的透过率高的氧化硅系材料构成的高透过层组合而构成相移膜。
于是，最初，对于通过从透光性基板侧起依次配置的由氮化硅系材料构成的低透过层和由氧化硅系材料构成的高透过层构成的双层结构的相移膜，通过模拟求得了低透过层及高透过层各自的最佳厚度。在模拟中，将作为目标的相位差(以下，称为目标相位差)设为177±0.5度的范围，将作为目标的透过率(以下，称为目标透过率)设为30±2％的范围。另外，模拟在低透过层的折射率n为2.58、消光系数k为0.36、高透过层的折射率n为1.59、消光系数k为0.00的条件下进行。
在这种双层结构的相移膜中，在通过干法蚀刻进行相移膜的构图时，无法避免图案侧壁的段差容易变大的问题。因此，对于具有多组层叠结构的多层结构的相移膜进行了研究，其中，通过从透光性基板侧起依次配置的由氮化硅系材料构成的低透过层和由氧化硅系材料构成的高透过层构成一组层叠结构。此外，在对低透过层和高透过层进行相反配置的情况下，在相移膜上形成图案时进行的氟系气体的干法蚀刻中，有时存在难以在相接于透光性基板的高透过层与透光性基板之间获得蚀刻选择性的问题。
接着，形成了具有两组层叠结构的四层结构的相移膜，其中，通过从透光性基板侧起依次配置的由氮化硅系材料构成的低透过层和由氧化硅系材料构成的高透过层构成一组层叠结构。在该四层结构的相移膜中，低透过层的厚度在各组中相同，另外，高透过层的厚度在各组中相同。配置于各组的低透过层的合计厚度与上述的模拟中求得的低透过层的厚度相等，另外，配置于各组的高透过层的合计厚度与上述的模拟中求得的高透过层的厚度相等。即，上述的模拟中求得的低透过层的厚度被均等地分配于各组，另外，上述的模拟中求得的高透过层的厚度被均等地分配于各组。另外，配置于各组的低透过层的折射率n为2.58、消光系数k为0.36，配置于各组的高透过层的折射率n为1.59、消光系数k为0.00。此外，在此“相等”是指差异在制造上的误差范围内的情况。
测定这种高透过层的厚度被均等地分配于各组的相移膜(以下，称为均等分配型相移膜)的光学特性，结果表明，相移膜的透过率从模拟时作为目标透过率的30±2％的范围大幅降低。另外，判明相移膜的相位差位于模拟时作为目标折射率的177±0.5度的范围外。
本发明人为了消除该问题点，在配置于各组的高透过层的合计厚度与上述的模拟中求得的高透过层的厚度相等的条件下，形成了设置于最上的高透过层的厚度与设置于最上以外的高透过层(即，被低透过层夹持的高透过层)的厚度不同的四层结构的相移膜。其中，配置于各组的低透过层的厚度与均等分配型相移膜相等。此外，在此“相等”是指差异在制造上的误差范围内的情况。
其结果，判明在设置于最上的高透过层的厚度比设置于最上以外的高透过层的厚度厚，且低透过层的厚度比设置于最上以外的高透过层的厚度厚的相移膜(以下，称为最上层厚膜型相移膜)的情况下，能够使相移膜的透过率位于模拟时的目标透过率的30±2％的范围，且能够使相移膜的相位差位于模拟时的目标相位差的177±0.5度的范围。
接着，针对高透过层的厚度被均等地分配于各组的情况(均等分配型)和设置于最上的高透过层的厚度比设置于最上以外的高透过层的厚度厚的情况(最上层厚膜型)，形成了具有4组层叠结构的八层结构的相移膜，其中，通过从透光性基板侧起依次配置的由氮化硅系材料构成的低透过层和由氧化硅系材料构成的高透过层构成一组层叠结构。
其结果，判明与四层结构的相移膜的情况一样，均等分配型相移膜的透过率从模拟时的作为目标透过率的30±2％的范围大幅降低，且均等分配型相移膜的相位差位于模拟时的作为目标相位差的177±0.5度的范围外。另外，判明与四层结构的相移膜的情况一样，能够使最上层厚膜型相移膜的透过率设为模拟时的目标透过率的30±2％的范围，且能够使最上层厚膜型相移膜的相位差位于模拟时的目标相位差的177±0.5度的范围。
为了进一步分析该结果，与目标透过率为30±2％的范围的情况一样，针对目标透过率为22±2％的范围、33±2％的范围及36±2％的范围各自的情况进行模拟后，形成了四层结构的均等分配型相移膜、四层结构的最上层厚膜型相移膜、八层结构的均等分配型相移膜及八层结构的最上层厚膜型相移膜。
其结果，判明了无论在何种目标透过率的情况下，对于四层结构及八层结构各自的情况，均等分配型相移膜的透过率均从模拟时的目标透过率的范围大幅降低。另外，判明了关于均等分配型相移膜的相位差，在几乎所有的目标透过率的情况下，对于四层结构及八层结构各自的情况，位于目标相位差的177±0.5度的范围外。另外，判明了能够使最上层厚膜型相移膜的透过率位于模拟时的目标透过率的范围，且能够使最上层厚膜型相移膜的相位差位于模拟时的目标相位差的177±0.5度的范围。
总结以上结果，本发明人等得到了如下结论：在具有两组以上的由从透光性基板侧起依次配置的低透过层和高透过层构成的一组层叠结构的结构的相移膜中，通过使设置于最上的高透过层的厚度比设置于最上以外的高透过层的厚度厚，且使低透过层的厚度比设置于最上以外的高透过层的厚度厚，能够使透过率成为20％以上。
此外，推测上述的均等分配型相移膜的透过率从模拟时的目标透过率的范围大幅降低，且相位差位于模拟时的作为目标相位差的177±0.5度的范围外的原因为，将构成相移膜的低透过层和高透过层均等地分配于各组引起的多重反射的影响。即，推测为，与最上层厚膜型相移膜相比，均等分配型相移膜的被夹持于两个低透过层之间的高透过层的厚度更厚，由于该情况，在高透过层内多重反射的一部分曝光光与未在高透过层内多重反射而通过的曝光光之间的相位差变大，因干涉效应，透过相移膜的曝光光的衰减变大。但是，该推测基于申请时点的本发明人等的猜测，不限制本发明的范围。
接着，对本发明的各实施方式进行说明。
图1是表示本发明实施方式的掩模坯料100的结构的剖视图。
本发明的掩模坯料100是在透光性基板1上具备相移膜2的掩模坯料，其特征在于，相移膜2具有使ArF准分子激光的曝光光以20％以上的透过率透过的功能，相移膜2包含具有两组以上的层叠结构的结构，由从透光性基板1侧起依次配置的低透过层21和高透过层22构成一组层叠结构，低透过层21由含有硅及氮、且氮的含量为50原子％以上的材料形成，高透过层22由含有硅及氧、且氧的含量为50原子％以上的材料形成，设置于最上的高透过层22的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚，低透过层21的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚。
另外，本发明的掩模坯料100是在透光性基板1上具备相移膜2的掩模坯料，其特征在于，相移膜2具有使ArF准分子激光的曝光光以20％以上的透过率透过的功能，相移膜2包含具有两组以上的层叠结构的结构，由从透光性基板1侧起依次配置的低透过层21和高透过层22构成一组层叠结构，低透过层21由含有硅及氮的材料形成，高透过层22由含有硅及氧的材料形成，低透过层21的氮的含量比高透过层22多，高透过层22的氧的含量比低透过层21多，设置于最上的高透过层22的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚，低透过层21的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚。
低透过层21的厚度可以在各组中相同，也可以不同。另外，低透过层21的组成可以在各组相同，也可以不同。另外，设置于最上以外的高透过层22的厚度可以在各组相同，也可以不同。另外，设置于最上的高透过层22的组成可以与设置于最上以外的高透过层22的组成相同，也可以不同。另外，设置于最上以外的高透过层22的组成可以在各组相同，也可以不同。
图1所示的掩模坯料100具有将相移膜2、遮光膜3及硬质掩模膜4按照该顺序层叠于透光性基板1上的结构。
透光性基板1可由合成石英玻璃、石英玻璃、硅酸铝玻璃、钠钙玻璃、低热膨胀玻璃(SiO2-TiO2玻璃等)等形成。在这些玻璃中，合成石英玻璃对于ArF准分子激光的曝光光的透过率高，特别优选作为形成掩模坯料的透光性基板的材料。
相移膜2具有使ArF曝光光以20％以上的透过率透过的功能。对于半导体基板(晶片)上的抗蚀剂膜的曝光、显影工艺中，可使用用于NTD(负显影，Negative ToneDevelopment)的明场掩模(图案开口率高的转印用掩模)。在明场相移掩模中，相移膜的透过率比以往(6％左右)高才能使透过透光部的光的0次光与1次光的平衡良好，在抗蚀剂膜上的图案分辨力提高。这是由于，透过相移膜的曝光光与0次光干涉，使光强度衰减的效果更大。另外，相移膜2对于ArF曝光光的透过率优选为36％以下。如果透过率超过36％，相移膜的整体厚度变厚。
为了得到适当的相移效应，相移膜2具有对于透过的ArF曝光光在与以与该相移膜2的厚度相同的距离通过空气中的ArF曝光光之间产生规定的相位差的功能。该相位差优选为150度以上200度以下的范围。相移膜2的相位差的下限值更优选为160度以上，进一步优选为170度以上。另一方面，相移膜2的相位差的上限值更优选为190度以下，进一步优选为180度以下。
本发明的相移膜2包含具有两组以上的层叠结构的结构，其中，由从透光性基板1侧起依次配置的低透过层21和高透过层22构成一组层叠结构。图1的相移膜2具备两组从透光性基板1侧起低透过层21和高透过层22按照该顺序层叠为一组的层叠结构。
硅系膜对于ArF曝光光的折射率n非常小，对于ArF曝光光的消光系数k大。随着硅系膜中的氮含量变多，存在折射率n变大且消光系数k变小的倾向。因此，为了确保对相移膜2要求的透过率且同时确保以更薄的厚度求得的相位差，低透过层21由含有硅及氮，且氮含量比后述的高透过层22多的材料或者氮含量为50原子％以上的材料(以下，将这些材料统称为氮化硅系材料)形成。低透过层21的氮含量优选为52原子％以上。另外，低透过层21的氮含量优选为57原子％以下，更优选为55原子％以下。
例如，低透过层21利用由硅及氮构成的材料形成，或利用由硅及氮构成的材料中含有选自半金属元素及非金属元素的一种以上的元素的材料(即，由选自半金属元素及非金属元素的一种以上的元素、硅、氮构成的材料)形成。
低透过层21不含有可成为对于ArF曝光光的耐光性降低的重要原因的过渡金属。另外，在低透过层21中，过渡金属以外的金属元素也不能否定可成为对于ArF曝光光的耐光性降低的重要原因的可能性，因此，优选不含有。
低透过层21除了硅以外，可以含有任意半金属元素。在该半金属元素中，在使选自硼、锗、锑及碲中的一种以上的元素被含于低透过层21的情况下，能够期待提高用作溅射靶材的硅的导电性，故而优选。
低透过层21除了氮之外，可以含有任意非金属元素。在此，非金属元素指包含狭义的非金属元素(碳，氧，磷，硫，硒，氢)、卤素(氟，氯，溴，碘等)及稀有气体的元素。在这些非金属元素中，优选含有选自碳、氟及氢中的一种以上的元素。低透过层21优选将氧的含量抑制在10原子％以下，更优选设为5原子％以下，进一步优选不主动地添加氧(通过XPS(X-rayPhotoelectron Spectroscopy)等进行组成分析时，成为检测下限值以下)。当氮化硅系材料膜中含有氧时，存在消光系数k大幅降低的倾向，相移膜2的整体厚度会变厚。另外，透光性基板1通常由以合成石英玻璃等氧化硅为主成分的材料形成。在低透过层21与透光性基板1的表面相接配置的情况下，如果该层含有氧，含有氧的氮化硅系材料膜的组成与透光性基板的组成之差变小，在相移膜2形成图案时进行的氟系气体的干法蚀刻中，产生在相接于透光性基板1的低透过层21与透光性基板1之间难以获得蚀刻选择性的问题。
低透过层21可以含有稀有气体。稀有气体通过反应性溅射成膜薄膜时存在于成膜室内，能够增大成膜速度并提高生产效率。通过该稀有气体发生等离子化并与靶材碰撞，靶材构成元素从靶材飞出，在中途引入反应性气体并层叠于透光性基板1上而形成薄膜。在该靶材构成元素从靶材飞出至附着于透光性基板的期间，成膜室中的稀有气体被微量地引入。优选作为该反应性溅射中需要的稀有气体的气体，可举出氩、氪、氙。另外，为了缓解薄膜的应力，能够将原子量小的氦、氖主动地引入薄膜。
低透过层21优选利用由硅及氮构成的材料形成。此外，稀有气体是即使对于薄膜进行RBS(Rutherford Back-Scattering Spectrometry)或XPS这样的组成分析也难以检测出的元素。因此，可认为上述由硅及氮构成的材料包括含有稀有气体的材料。
硅系膜对于ArF曝光光的折射率n非常小，对于ArF曝光光的消光系数k大。随着硅系膜中的氧含量变多，存在折射率n越大的倾向(虽然不如含氮的情况那样显著)。另外，随着硅系膜中的氧含量变多，存在消光系数k比含有氮的情况显著变小的倾向。因此，为了确保对相移膜2要求的透过率且以更薄的厚度求得相位差，高透过层22利用含有硅及氧，且氧含量比低透过层21多的材料或氧含量为50原子％以上的材料(以下，将这些材料统称为氧化硅系材料)形成。高透过层22的氧含量优选为52原子％以上。另外，高透过层22的氧含量优选为67原子％以下，更优选为65原子％以下。
例如，高透过层22利用由硅及氧构成的材料形成，或利用由硅及氧构成的材料中含有选自半金属元素及非金属元素的一种以上的元素的材料(即，由选自半金属元素及非金属元素的一种以上的元素、硅、氧构成的材料)形成。
高透过层22不含有可成为对于ArF曝光光的透过率降低的重要原因且成为对于ArF曝光光的耐光性降低的重要原因的过渡金属。另外，高透过层22中，过渡金属以外的金属元素也不能否定可成为对于ArF曝光光的透过率降低的重要原因且成为对于ArF曝光光的耐光性降低的重要原因的可能性，因此，优选不含有。
高透过层22除了硅之外，也可以含有任意半金属元素。该半金属元素中，在使高透过层22含有选自硼、锗、锑及碲的一种以上的元素的情况下，能够期待提高用作溅射靶材的硅的导电性，故而优选。
高透过层22除了氧之外，可以含有任意非金属元素。在此，非金属元素指包含狭义的非金属元素(氮，碳，磷，硫，硒，氢)、卤素(氟，氯，溴，碘等)及含有稀有气体的元素。在这些非金属元素中，优选含有选自碳、氟及氢中的一种以上的元素。
高透过层22可以含有稀有气体。稀有气体通过溅射成膜薄膜时存在于成膜室内，能够增大成膜速度并提高生产效率。优选作为该溅射中需要的稀有气体的气体，可举出氩、氪、氙。另外，为了缓解薄膜的应力，能够将原子量小的氦、氖主动地引入薄膜。
高透过层22优选利用由硅及氧构成的材料形成。此外，稀有气体是即使对于薄膜进行RBS或XPS这样的组成分析也难以检测出的元素。因此，可认为上述由硅及氧构成的材料包括含有稀有气体的材料。
相移膜2中由低透过层21和高透过层22构成的层叠结构的组数为两组(合计4层)以上。该层叠结构的组数优选为10组(合计20层)以下，更优选为9组(合计18层)以下，进一步优选为8组(合计16层)以下。如果以超过10组的层叠结构设计具有规定的透过率和相位差的相移膜2，低透过层21的厚度会变薄，难以稳定地成膜。
设置于最上的高透过层22的厚度比设置于最上以外的高透过层22(即，被低透过层21夹持的高透过层22)的厚度厚。另外，低透过层21的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚。在设置于最上的高透过层22的厚度为设置于最上以外的高透过层22的厚度以下或低透过层21的厚度为设置于最上以外的高透过层22的厚度以下的情况下，这种相移膜2难以得到要求的透过率和相位差。最上的高透过层22的厚度优选为5nm以上，更优选为7nm以上。另外，最上的高透过层22的厚度优选为60nm以下。
低透过层21的厚度优选为30nm以下，更优选为25nm以下。如果低透过层21的厚度超过30nm，在通过干法蚀刻进行相移膜的构图时，容易在图案侧壁产生段差。另外，低透过层21的厚度优选为5nm以上，更优选为6nm以上。如果低透过层21的厚度低于5nm，因低透过层21为10层以下，导致低透过层21的合计膜厚变薄。在该情况下，低透过层21确保的相位差变小，因此，如果不大幅增大最上的高透过层22的膜厚，可能无法确保规定的相位差。
设置于最上以外的高透过层22的厚度优选为4nm以下，更优选为3nm以下。如果设置于最上以外的高透过层22的厚度超过4nm，在通过干法蚀刻进行相移膜的构图时，容易在图案侧壁产生段差。另外，设置于最上以外的高透过层22的厚度优选为1nm以上，更优选为1.5nm以上。如果设置于最上以外的高透过层22的厚度低于1nm，难以稳定地成膜设置于最上以外的高透过层22。
各低透过层21的厚度也可以不同，但各低透过层21间的厚度之差优选较小。各低透过层21之间的厚度之差优选为20％的范围内，更优选为10％的范围内，进一步优选为5％的范围内。另一方面，如果设置于最上以外的各高透过层22的厚度满足比最上的高透过层22的厚度薄的条件，则也可以不同，但优选设置于最上以外的各高透过层22之间的厚度之差较小。各高透过层22之间的厚度之差优选为40％的范围内，更优选为30％的范围内，进一步优选为20％的范围内。此外，在该情况下，要求设置于最上的高透过层的厚度比设置于最上以外的各高透过层22中的最厚的高透过层22厚。
低透过层21对于ArF曝光光的折射率n优选为2.0以上，更优选为2.2以上，进一步优选为2.4以上。低透过层21对于ArF曝光光的折射率n优选为2.7以下，更优选为2.6以下。另外，低透过层21对于ArF曝光光的消光系数k优选为0.2以上。高透过层22对于ArF曝光光的折射率n优选低于2.0，更优选为1.9以下，进一步优选为1.8以下。高透过层22对于ArF曝光光的折射率n优选为1.4以上，更优选为1.5以上。另外，高透过层22对于ArF曝光光的消光系数k优选为0.1以下。高透过层22对于ArF曝光光的消光系数k优选为0以上。在以具有两组以上的由从透光性基板侧起依次配置的低透过层和高透过层构成为一组的层叠结构的结构构成相移膜2的情况下，如果低透过层21及高透过层22分别位于上述的折射率n和消光系数k的范围，将容易满足作为相移膜2要求的光学特性，即，容易满足对于ArF曝光光的规定的相位差和规定的透过率。
薄膜的折射率n及消光系数k并非仅由该薄膜的组成决定。该薄膜的膜密度及结晶状态等也是左右着折射率n及消光系数k的要素。因此，调整通过溅射形成薄膜时的各个条件，以该薄膜成为规定的折射率n及消光系数k的方式成膜。使低透过层21位于上述的折射率n及消光系数k的范围，不限于通过反应性溅射进行成膜时调整稀有气体和反应性气体的混合气体比率。涉及反应性溅射成膜时的成膜室内的压力、施加于靶材的功率、靶材与透光性基板之间的距离之类的位置关系等多方面。另外，这些成膜条件是成膜装置固有的条件，可适当调整而使形成的薄膜成为规定的折射率n及消光系数k。
透光性基板1通常由以合成石英玻璃等氧化硅为主成分的材料形成。另外，在对包含由氮化硅系材料构成的低透过层21的相移膜2通过干法蚀刻形成图案时，通常使用干法蚀刻的蚀刻速率对于以氧化硅为主成分的材料较小的SF6这样的氟系气体。在本发明的相移膜2中，由于是从透光性基板1侧起将低透过层21和高透过层22按照该顺序配置，所以在相移膜上形成图案时进行的氟系气体的干法蚀刻中，可在相接于透光性基板1的低透过层21与透光性基板1之间得到蚀刻选择性。
在EB缺陷修正中，在对黑色缺陷部分照射电子束时，检测从受到照射的部分释放出的俄歇电子、二次电子、特性X射线、后方散射电子中的至少任一种，通过观察其变化来检测修正的终点。例如，在检测从受到电子束的照射的部分释放的俄歇电子的情况下，通过俄歇电子分光法(AES)，主要观察材料组成的变化。另外，在检测二次电子的情况下，从SEM图像主要观察表面形状的变化。另外，在检测特性X射线的情况下，通过能量色散型X射线分光法(EDX)或波长分散X射线分光法(WDX)，主要观察材料组成的变化。在检测后方散射电子的情况下，通过电子束后方散射衍射法(EBSD)，主要观察材料的组成及结晶状态的变化。
透光性基板1通常由合成石英玻璃等以氧化硅为主成分的材料形成。在本发明的相移膜2中，由于从透光性基板侧起将低透过层21和高透过层22按照该顺序配置，所以在相移膜2与透光性基板1之间的终点检测中，能够通过观察伴随着修正发生的从氮检测强度的降低朝氧检测强度的上升的变化来进行判定。
低透过层21及高透过层22通过溅射形成。可采用DC溅射、RF溅射及离子束溅射等的任意溅射。在使用导电性较低的靶材(硅靶材，不含有半金属元素或含量较少的硅化合物靶材等)的情况下，优选采用RF溅射或离子束溅射。考虑到成膜速率，更优选采用RF溅射。
制造掩模坯料100的方法优选包括：使用硅靶材或由硅中含有选自半金属元素及非金属元素的一种以上的元素的材料构成的靶材，通过在含有氮系气体和稀有气体的溅射气体中的反应性溅射形成低透过层21的低透过层形成工序；使用二氧化硅(SiO2)靶材或由二氧化硅(SiO2)中含有选自半金属元素及非金属元素的一种以上的元素的材料构成的靶材，通过在含有稀有气体的溅射气体中的溅射形成高透过层22的高透过层形成工序。高透过层22也可以使用硅靶材或由硅中含有选自半金属元素及非金属元素的一种以上的元素的材料构成的靶材，通过在含有氧气体和稀有气体的溅射气体中的反应性溅射而形成。
在低透过层21由氮含量为50原子％以上的材料形成的情况下，低透过层形成工序中使用的溅射气体可选定为所谓的中毒模式(反应模式)，该模式具有比存在成膜不稳定倾向的过渡模式下的氮气混合比率的范围更大的氮气混合比率。
低透过层形成工序中使用的氮系气体，只要是含氮的气体，可使用任意气体。如上所述，低透过层21优选将氧含量抑制为较低，因此，优选使用不含有氧的氮系气体，更优选使用氮气(N2气体)。
低透过层形成工序及高透过层形成工序中使用的稀有气体可使用任意的稀有气体。优选作为该稀有气体的气体，可举出氩、氪、氙。另外，为了缓解薄膜的应力，可以将原子量小的氦、氖主动地引入薄膜。
在掩模坯料100中，优选在相移膜2上具备遮光膜3。一般而言，在相移掩模200(参照图2)中，形成转印图案的区域(转印图案形成区域)的外周区域要求确保规定值以上的光学浓度(OD)。这是为了使抗蚀剂膜不受到使用曝光装置对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印时透过了外周区域的曝光光的影响。在相移掩模200的外周区域，至少要求光学浓度比2.0大。如上所述，相移膜2具有以规定的透过率使曝光光透过的功能，仅靠相移膜2难以确保上述的光学浓度。因此，在制造掩模坯料100的阶段，为了在相移膜2上确保不足的光学浓度，优选层叠遮光膜3。通过设计这种掩模坯料100的结构，在制造相移膜2的中途，只要除去使用相移效应的区域(基本上是转印图案形成区域)的遮光膜3，就能够制造出在外周区域确保上述的光学浓度的相移掩模200。此外，掩模坯料100中的相移膜2与遮光膜3的层叠结构的光学浓度优选为2.5以上，更优选为2.8以上。另外，为了遮光膜3的薄膜化，相移膜2与遮光膜3的层叠结构的光学浓度优选为4.0以下。
遮光膜3可采用单层结构及双层以上的层叠结构中的任意结构。另外，单层结构的遮光膜3及双层以上的层叠结构的遮光膜3中的各层可以在膜或层的厚度方向上具有大致相同的组成，也可以在层的厚度方向上使组成倾斜。
遮光膜3在与相移膜2之间未插入其它膜的情况下，需要采用对于在相移膜2形成图案时使用的蚀刻气体具有充分的蚀刻选择性的材料。在该情况下，遮光膜3优选由含有铬的材料形成。作为形成该遮光膜3的含有铬的材料，除了铬金属之外，可举出铬中含有选自氧、氮、碳、硼及氟中的一种以上的元素的材料。
一般而言，铬系材料会被氯系气体与氧气的混合气体蚀刻，但铬金属对于该蚀刻气体的蚀刻速率不太高。当考虑提高针对氯系气体与氧气的混合气体的蚀刻气体的蚀刻速率时，作为形成遮光膜3的材料，优选使用铬中含有选自氧、氮、碳、硼及氟中的一种以上的元素的材料。另外，可以使形成遮光膜3的含有铬的材料含有铟、钼及锡中一种以上的元素。通过含有铟、钼及锡中一种以上的元素，能够进一步提高对于氯系气体与氧气的混合气体的蚀刻速率。
另一方面，在掩模坯料100中，在遮光膜3与相移膜2之间插入其它膜的情况下，优选利用上述含有铬的材料形成该其它膜(蚀刻阻挡兼蚀刻掩模膜)，并利用含有硅的材料形成遮光膜3。含有铬的材料被氯系气体与氧气的混合气体蚀刻，但利用有机系材料形成的抗蚀剂膜容易被该混合气体蚀刻。含有硅的材料一般被氟系气体或氯系气体蚀刻。这些蚀刻气体基本上不含有氧，因此，与利用氯系气体与氧气的混合气体蚀刻的情况相比，能够降低利用有机系材料形成的抗蚀剂膜的减膜量。因此，能够降低抗蚀剂膜的膜厚。
形成遮光膜3的含有硅的材料中可以含有过渡金属，也可以含有过渡金属以外的金属元素。这是由于，在用该掩模坯料100制作相移掩模200的情况下，由遮光膜3形成的图案基本上是包含外周区域的遮光带的图案，与转印图案形成区域相比，照射ArF曝光光的累计量较少，并且，该遮光膜3以微细图案残留的情况稀少，即使ArF耐光性低，也难以产生实质上的问题。另外这是由于，如果遮光膜3含有过渡金属，与不含的情况相比，遮光性能大幅提高，可减薄遮光膜的厚度。作为遮光膜3中含有的过渡金属，可举出钼(Mo)、钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、铬(Cr)、铪(Hf)、镍(Ni)、钒(V)、锆(Zr)、钌(Ru)、铑(Rh)、铌(Nb)、钯(Pd)之类的任一金属或这些金属的合金。
另一方面，作为形成遮光膜3的含有硅的材料，可以采用由硅及氮构成的材料、或由硅及氮的材料中含有选自半金属元素及非金属元素的一种以上的元素的材料。
在具备层叠于上述相移膜2的遮光膜3的掩模坯料100中，更优选地，在遮光膜3上进一步层叠由对于蚀刻遮光膜3时使用的蚀刻气体具有蚀刻选择性的材料形成的硬质掩模膜4。遮光膜3必须要有确保规定的光学浓度的功能，因此，该厚度的降低具有极限。硬质掩模膜4只要具有在位于其正下方的遮光膜3形成图案的干法蚀刻结束为止的期间能够作为蚀刻掩模发挥功能的膜厚即可，基本上不受到光学上的限制。因此，硬质掩模膜4的厚度能够比遮光膜3的厚度大幅减薄。而且，有机系材料的抗蚀剂膜只要具有在该硬质掩模膜4形成图案的干法蚀刻结束为止的期间能够作为蚀刻掩模发挥功能的膜厚即可，因此，与以往相比能够大幅减薄抗蚀剂膜的厚度。
该硬质掩模膜4在遮光膜3由含有铬的材料形成的情况下，优选通过上述的含有硅的材料形成。此外，该情况下的硬质掩模膜4存在与有机系材料的抗蚀剂膜的密接性低的倾向，因此，优选对硬质掩模膜4的表面实施HMDS(Hexamethyldisilazane)处理，提高表面的密接性。此外，该情况下的硬质掩模膜4更优选使用SiO2、SiN、SiON等形成。另外，作为遮光膜3由含有铬的材料形成的情况下的硬质掩模膜4的材料，除了上述之外，也可使用含有钽的材料。作为该情况下的含有钽的材料，除了钽金属之外，可举出钽中含有选自氮、氧、硼及碳中的一种以上的元素的材料等。作为该材料，例如可举出：Ta、TaN、TaON、TaBN、TaBON、TaCN、TaCON、TaBCN、TaBOCN等。另一方面，在遮光膜3由含有硅的材料形成的情况下，该硬质掩模膜4优选通过上述的含有铬的材料形成。
在掩模坯料100中，可以在透光性基板1与相移膜2之间形成由与透光性基板1及相移膜2均具有蚀刻选择性的材料(上述的含有铬的材料，例如，Cr、CrN、CrC、CrO、CrON、CrC等)构成的蚀刻阻挡膜。此外，该蚀刻阻挡膜也可以由含有铝的材料形成。
在掩模坯料100中，优选以与上述硬质掩模膜4的表面相接的方式，有机系材料的抗蚀剂膜以100nm以下的膜厚形成。在与DRAM hp32nm世代对应的微细图案的情况下，有时在应当形成于硬质掩模膜4的转印图案(相移图案)中设置线宽为40nm的SRAF(Sub-Resolution Assist Feature)。但是，即使在该情况下，抗蚀剂图案的截面长宽比也能够降低至1：2.5，因此，在抗蚀剂膜的显影时，能够抑制在诸如洗净时抗蚀剂图案受损或脱落。此外，抗蚀剂膜的膜厚更优选为80nm以下。
图2表示利用本发明实施方式的掩模坯料100制造相移掩模200的工序的截面示意图。
本发明的相移掩模200是在透光性基板1上具备具有转印图案的相移膜2(相移图案2a)的相移掩模，其特征在于，相移膜2具有使ArF曝光光以20％以上的透过率透过的功能，相移膜2包含具有两组以上的层叠结构的结构，由从透光性基板1侧起依次配置的低透过层21和高透过层22构成一组层叠结构，低透过层21由含有硅及氮且氮含量为50原子％以上的材料形成，高透过层22由含有硅及氧且氧含量为50原子％以上的材料形成，设置于最上的高透过层22的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚，低透过层21的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚。
另外，本发明的相移掩模200是在透光性基板1上具备具有转印图案的相移膜2(相移图案2a)的相移掩模，其特征在于，相移膜2具有使ArF曝光光以20％以上的透过率透过的功能，相移膜2包含具有两组以上的层叠结构的结构，由从透光性基板1侧起依次配置的低透过层21和高透过层22构成一组层叠结构，低透过层21由含有硅及氮的材料形成，高透过层22由含有硅及氧的材料形成，低透过层21的氮的含量比高透过层22多，高透过层22的氧的含量比低透过层21多，设置于最上的高透过层22的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚，低透过层21的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚。
该相移掩模200具有与掩模坯料100相同的技术特征。相移掩模200中的与透光性基板1、相移膜2的低透过层21及高透过层22、以及遮光膜3相关的事项与掩模坯料100一样。
另外，本发明的相移掩模200的制造方法是使用上述的掩模坯料100的方法，其特征在于，包括：通过干法蚀刻在遮光膜3上形成转印图案的工序；通过以具有转印图案的遮光膜3(遮光图案3a)为掩模的干法蚀刻在相移膜2上形成转印图案的工序；通过以具有包含遮光带的图案的抗蚀剂膜(抗蚀剂图案6b)为掩模的干法蚀刻在遮光膜3(遮光图案3a)上形成包含遮光带的图案(遮光图案3b)的工序。
这种相移掩模200在将转印图案曝光转印到半导体基板上的抗蚀剂膜时，在转印图案的边界处的相移效应变得显著，能够提高转印图像的对比度。
因此，在将ArF准分子激光用作曝光光源的曝光装置的掩模载物台上放置相移掩模200并向半导体基板上的抗蚀剂膜曝光转印相移图案2a时，能够以充分满足设计规格的精度向半导体基板上的抗蚀剂膜转印图案。例如，通过NTD(Negative Tone Development)，过孔这样的微细图案也能够容易地被转印到半导体基板上的抗蚀剂膜。
以下，根据图2所示的制造工序，说明相移掩模200的制造方法的一例。此外，在该例中，遮光膜3使用含有铬的材料，硬质掩模膜4使用含有硅的材料。
首先，以与掩模坯料100的硬质掩模膜4相接的方式，通过自旋涂布法形成抗蚀剂膜。接着，对于抗蚀剂膜曝光描绘应形成于相移膜2的转印图案(相移图案)即第一图案，进一步进行显影处理等规定处理，形成具有相移图案的第一抗蚀剂图案5a(参照图2(a))。接着，以第一抗蚀剂图案5a作为掩模，进行使用了氟系气体的干法蚀刻，在硬质掩模膜4上形成第一图案(硬质掩模图案4a)(参照图2(b))。
接着，除去第一抗蚀剂图案5a后，以硬质掩模图案4a作为掩模，进行使用了氯系气体与氧气的混合气体的干法蚀刻，在遮光膜3形成第一图案(遮光图案3a)(参照图2(c))。接着，以遮光图案3a作为掩模，进行使用了氟系气体的干法蚀刻，在相移膜2形成第一图案(相移图案2a)，并同时将硬质掩模图案4a除去(参照图2(d))。
接着，在掩模坯料100上通过自旋涂布法形成抗蚀剂膜。接着，对于抗蚀剂膜曝光描绘包含应形成于遮光膜3的遮光带的图案(遮光图案)即第二图案，进一步进行显影处理等规定处理，形成具有遮光图案的第二抗蚀剂图案6b。接着，以第二抗蚀剂图案6b作为掩模，进行使用了氯系气体与氧气的混合气体的干法蚀刻，在遮光膜3形成第二图案(遮光图案3b)(参照图2(e))。进一步地，除去第二抗蚀剂图案6b，经由洗净等规定处理得到相移掩模200(参照图2(f))。得到的相移掩模200是在相移图案2a的图案侧壁段差小的良好掩模。
作为上述的干法蚀刻中使用的氯系气体，只要含有Cl就没有特别限制。例如，作为氯系气体，可举出：Cl2、SiCl2、CHCl3、CH2Cl2、CCl4、BCl3等。另外，作为上述干法蚀刻中使用的氟系气体，只要含有F就没有特别限制。例如，作为氟系气体，可举出：CHF3、CF4、C2F6、C4F8、SF6等。特别是，不含有C的氟系气体因对于作为玻璃材料的透光性基板1的蚀刻速率低，能够进一步减小对透光性基板1的损伤。
进而，本发明的半导体器件的制造方法的特征在于，使用通过上述的相移掩模200或上述的掩模坯料100的制造出的相移掩模200，在半导体基板上的抗蚀剂膜上曝光转印图案。
本发明的相移掩模200及掩模坯料100具有上述的效果，因此，在将ArF准分子激光用作曝光光源的曝光装置的掩模载物台上放置相移掩模200并将相移图案2a向半导体基板上的抗蚀剂膜曝光转印时，能够以充分满足设计规格的精度向半导体基板上的抗蚀剂膜转印图案。例如，通过NTD，过孔这样的微细图案也能够容易地被转印到半导体基板上的抗蚀剂膜。因此，在以该抗蚀剂膜的图案作为掩模对下层膜进行干法蚀刻而形成电路图案的情况下，能够形成没有精度不足所引起的配线短路及断线的高精度的电路图案。
实施例
以下，通过实施例更具体地说明本发明的实施方式。
(模拟)
首先，对于通过从透光性基板侧起依次配置的由氮化硅系材料构成的低透过层和由氧化硅系材料构成的高透过层构成的双层结构的相移膜，通过模拟求得低透过层及高透过层各自的最佳厚度。在模拟中，将目标相位差设为177±0.5度的范围。另外，在模拟中，将目标透过率设为22±2％、30±2％、及36±2％各自的范围。另外，模拟在低透过层的折射率n为2.58、消光系数k为0.36，高透过层的折射率n为1.59、消光系数k为0.00的条件下进行。另外，模拟在ArF曝光光垂直入射相移膜的条件下进行。
将目标透过率设为22±2％的范围进行模拟时，实际的模拟中的透过率为21.8％，相位差为177.0度。模拟中求得的低透过层的厚度为58.5nm，高透过层的厚度为11.0nm。
将目标透过率设为30±2％的范围进行模拟时，实际的模拟中的透过率为29.1％，相位差为177.1度。模拟中求得的低透过层的厚度为52.0nm，高透过层的厚度为25.5nm。
将目标透过率设为36±2％的范围进行模拟时，实际的模拟中的透过率为36.0％，相位差为176.9度。模拟中求得的低透过层的厚度为38.0nm，高透过层的厚度为61.0nm。
(实施例1)
实施例1对相移膜2是具有两组由低透过层21和高透过层22构成的层叠结构的结构，目标透过率为22±2％的情况进行说明。
[掩模坯料的制造]
准备主表面的尺寸为约152mm×约152mm、厚度约为6.25mm的由合成石英玻璃构成的透光性基板1。该透光性基板1是端面及主表面被研磨成规定的表面粗糙度，然后实施规定的洗净处理及干燥处理的基板。
接着，在单片(枚葉)式RF溅射装置内设置透光性基板1，使用硅(Si)靶材，将氪(Kr)、氦(He)及氮(N2)的混合气体(流量比Kr:He:N2＝1:10:3，压力＝0.09Pa)作为溅射气体，将RF电源的功率设为2.8kW，通过反应性溅射(RF溅射)在透光性基板1上以29.3nm的厚度形成由硅及氮构成的低透过层21(Si:N＝44原子％:56原子％)。对于另一透光性基板的主表面，在相同条件下只形成低透过层21，使用分光椭偏仪(J.A.Woollam株式会社制造M-2000D)测定了该低透过层21的光学特性，结果，波长193nm处的折射率n为2.58，消光系数k为0.36。成膜后的低透过层21的厚度可通过例如使用了X射线反射率法(XRR)的测定装置(例如，GXR-300Rigaku株式会社制造)进行确认。其它的膜厚也能够同样地进行确认。
此外，就成膜该低透过层21时采用的条件而言，在所使用的该单片式RF溅射装置事先验证溅射气体中的Kr气、He气及N2气的混合气体中的N2气的流量比与成膜速度之间的关系，选定能够在中毒模式(反应模式)区域中稳定地成膜的流量比等成膜条件。另外，低透过层21的组成是通过X射线光电子分光法(XPS)的测定而得到的结果。以下，其它膜也一样。
接着，在单片式RF溅射装置内设置层叠有低透过层21的透光性基板1，使用二氧化硅(SiO2)靶材，将氩(Ar)气(压力＝0.03Pa)作为溅射气体，将RF电源的功率设为1.5kW，通过RF溅射在低透过层21上以1.5nm的厚度形成了由硅及氧构成的高透过层22(Si:O＝34原子％:66原子％)。对于其它透光性基板的主表面，在相同条件下只形成高透过层22，使用分光椭偏仪(J.A.Woollam株式会社制造M-2000D)测定该高透过层22的光学特性，结果，波长193nm处的折射率n为1.59，消光系数k为0.00。
接着，在单片式RF溅射装置内设置低透过层21和高透过层22按照该顺序层叠的透光性基板1，在与上述低透过层21的成膜相同的条件下，在高透过层22上将低透过层21以29.3nm的厚度形成。成膜后的低透过层21的组成和光学特性与上述的低透过层21一样。
接着，在单片式RF溅射装置内设置低透过层21、高透过层22、低透过层21按照该顺序层叠的透光性基板1，在与上述高透过层22的成膜相同的条件下，在低透过层21上将高透过层22以9.5nm的厚度形成。成膜后的高透过层22的组成和光学特性与上述的高透过层22一样。
通过以上的顺序，在透光性基板1上以合计膜厚69.6nm形成相移膜2，相移膜2具备两组由低透过层21和高透过层22按照该顺序层叠为一组的层叠结构，设置于最上的高透过层22的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚，且低透过层21的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚。
接着，对于形成有该相移膜2的透光性基板1，在大气中以加热温度500℃、处理时间1小时的条件进行加热处理。对于加热处理后的相移膜2，利用相移量测定装置(Lasertec株式会社制造MPM-193)测定了ArF准分子激光的光波长(约193nm)处的透过率及相位差，结果，透过率为21.0％，相位差为176.8度。
接着，在单片式DC溅射装置内设置形成有加热处理后的相移膜2的透光性基板1，使用铬(Cr)靶材，将氩(Ar)、二氧化碳(CO2)、及氦(He)的混合气体作为溅射气体，将DC电源的功率设为1.8kW，通过反应性溅射(DC溅射)，以与相移膜2的表面相接的方式形成56nm厚度的由CrOC构成的遮光膜3(Cr：71原子％，O：15原子％，C：14原子％)。
对于层叠有该相移膜2及遮光膜3的透光性基板1，使用分光光度计(AgilentTechnologies株式会社制造Cary4000)测定了相移膜2和遮光膜3的层叠结构的ArF准分子激光的光波长(约193nm)处的光学浓度，结果确认为是3.0以上。
另外，在单片式RF溅射装置内设置层叠有相移膜2及遮光膜3的透光性基板1，使用二氧化硅(SiO2)靶材，将氩(Ar)气体(压力＝0.03Pa)作为溅射气体，将RF电源的功率设为1.5kW，通过RF溅射在遮光膜3上形成5nm厚度的由硅及氧构成的硬质掩模膜4。
通过以上的顺序，制造出在透光性基板1上具备重叠有四层结构的相移膜2、遮光膜3及硬质掩模膜4的实施例1的掩模坯料100。
[相移掩模的制造]
接着，使用该实施例1的掩模坯料100，通过以下顺序制作实施例1的相移掩模200。
首先，对硬质掩模膜4的表面实施HMDS处理。接着，通过自旋涂布法，使由电子束描绘用化学增幅型抗蚀剂构成的抗蚀剂膜与硬质掩模膜4的表面相接，以膜厚80nm形成抗蚀剂膜。接着，对于该抗蚀剂膜，电子束描绘应形成于相移膜2的相移图案即第一图案，进行规定的显影处理及洗净处理，形成具有第一图案的第一抗蚀剂图案5a(参照图2(a))。
接着，以第一抗蚀剂图案5a作为掩模，进行使用了CF4气体的干法蚀刻，在硬质掩模膜4上形成第一图案(硬质掩模图案4a)(参照图2(b))。
接着，除去第一抗蚀剂图案5a。接着，以硬质掩模图案4a作为掩模，进行使用了氯与氧的混合气体(气体流量比Cl2:O2＝13:1)的干法蚀刻，在遮光膜3上形成第一图案(遮光图案3a)(参照图2(c))。
接着，以遮光图案3a作为掩模，进行使用了氟系气体(SF6与He的混合气体)的干法蚀刻，在相移膜2上形成第一图案(相移图案2a)，并且同时除去了硬质掩模图案4a(参照图2(d))。
接着，在遮光图案3a上，通过自旋涂布法以膜厚150nm形成由电子束描绘用化学增幅型抗蚀剂构成的抗蚀剂膜。接着，对于抗蚀剂膜，曝光描绘包含应形成于遮光膜3的遮光带的图案(遮光图案)即第二图案，进而进行显影处理等规定处理，形成具有遮光图案的第二抗蚀剂图案6b。接着，将第二抗蚀剂图案6b作为掩模，进行使用了氯与氧的混合气体(气体流量比Cl2:O2＝4:1)的干法蚀刻，在遮光膜3上形成第二图案(遮光图案3b)(参照图2(e))。进而，除去第二抗蚀剂图案6b，经由洗净等规定处理得到相移掩模200(参照图2(f))。得到的相移掩模200是在相移图案2a的图案侧壁段差小的良好掩模。
对于实施例1的相移掩模200，使用AIMS193(Carl Zeiss株式会社制造)，进行以波长193nm的曝光光向半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印时的转印图像的模拟。
对于模拟的该曝光转印图像进行了验证，结果，充分满足设计规格。根据该结果可以说，在将实施例1的相移掩模200放置于曝光装置的掩模载物台并对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印的情况下，能够以高精度形成最终形成于半导体器件上的电路图案。
(比较例1)
比较例1对于相移膜是具有两组由低透过层和高透过层构成的层叠结构的结构，目标透过率为22±2％的情况进行说明。
[掩模坯料的制造]
比较例1的掩模坯料除了变更相移膜以外，通过与实施例1的掩模坯料100相同的顺序进行了制造。具体而言，在比较例1的相移膜中，将低透过层的厚度设为29.3nm，将设置于最上的高透过层的厚度和设置于最上以外的高透过层的厚度均设为5.5nm。即，将在透光性基板上以合计膜厚69.6nm形成相移膜，相移膜具备两组由低透过层和高透过层按照该顺序层叠为一组的层叠结构，低透过层的厚度在各组中相同，高透过层的厚度在各组中也相同。
在该比较例1的情况下，也与实施例1的情况一样，对于形成有相移膜的透光性基板进行加热处理。对于加热处理后的相移膜，与实施例1的情况一样，测定了ArF准分子激光的光波长(约193nm)处的透过率及相位差，结果，透过率为19.0％，相位差为176.5度。比较例1的相移膜的透过率从目标透过率的范围大幅降低。
通过以上的顺序，制造了在透光性基板上具备层叠有四层结构的相移膜、遮光膜及硬质掩模膜的结构的比较例1的掩模坯料。
[相移掩模的制造]
接着，使用该比较例1的掩模坯料，以与实施例1相同的顺序制造比较例1的相移掩模。
对于比较例1的相移掩模，与实施例1的情况一样，进行以波长193nm的曝光光对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印时的转印图像的模拟。
对模拟的该曝光转印图像进行了验证，结果，比较例1的相移膜的透过率从目标透过率的范围大幅降低，因此，对于微细图案部位，与实施例1相比，发现了转印图像的对比度不充分的情况。根据该结果可以预想，在将比较例1的相移掩模放置于曝光装置的掩模载物台并对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印的情况下，最终形成于半导体器件上的电路图案中可能会产生电路图案的断线或短路。
(实施例2)
实施例2对相移膜2是具有两组由低透过层21和高透过层22构成的层叠结构的结构，目标透过率为30±2％的情况进行说明。
[掩模坯料的制造]
实施例2的掩模坯料100除了变更相移膜2和遮光膜3以外，以与实施例1的掩模坯料100相同的顺序进行了制造。具体而言，在实施例2的相移膜2中，将低透过层21的厚度设为26.0nm，将设置于最上的高透过层22的厚度设为24.0nm，将设置于最上以外的高透过层22的厚度设为1.5nm。即，在透光性基板1上以合计膜厚77.5nm形成相移膜2，相移膜2具备两组由低透过层21和高透过层22按照该顺序层叠为一组的层叠结构，设置于最上的高透过层22的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚，低透过层21的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚。
在该实施例2的情况下，也与实施例1的情况一样，对于形成有相移膜2的透光性基板1进行加热处理。对于加热处理后的相移膜2，与实施例1的情况一样，测定了ArF准分子激光的光波长(约193nm)处的透过率及相位差，结果，透过率为28.1％，相位差为176.5度。
另外，该实施例2中，将遮光膜3的厚度变更成58nm。对于该实施例2的层叠有相移膜2及遮光膜3的透光性基板1，使用分光光度计(Agilent Technologies株式会社制造Cary4000)，测定了相移膜2和遮光膜3的层叠结构的ArF准分子激光的光波长(约193nm)处的光学浓度，结果，确认为是3.0以上。
通过以上的顺序，制造出在透光性基板1上具备层叠有四层结构的相移膜2、遮光膜3及硬质掩模膜4的结构的实施例2的掩模坯料100。
[相移掩模的制造]
接着，使用该实施例2的掩模坯料100，以与实施例1相同的顺序制作实施例2的相移掩模200。
对于实施例2的相移掩模200，与实施例1的情况一样，进行以波长193nm的曝光光对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印时的转印图像的模拟。
对于模拟的该曝光转印图像进行了验证，结果，充分满足设计规格。根据该结果可以说，将实施例2的相移掩模200放置于曝光装置的掩模载物台并对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印的情况下，也能够以高精度形成最终形成于半导体器件上的电路图案。
(比较例2)
比较例2对于相移膜是具有两组由低透过层和高透过层构成的层叠结构的结构，目标透过率为30±2％的情况进行说明。
[掩模坯料的制造]
比较例2的掩模坯料除了变更相移膜以外，以与实施例2的掩模坯料100相同的顺序进行制造。具体而言，在比较例2的相移膜中，将低透过层的厚度设为26.0nm，将设置于最上的高透过层的厚度和设置于最上以外的高透过层的厚度均设为12.8nm。即，将在透光性基板上以合计膜厚77.6nm形成相移膜，相移膜具备两组由低透过层和高透过层按照该顺序层叠为一组的层叠结构，低透过层的厚度在各组中相同，高透过层的厚度在各组中也相同。
在该比较例2的情况下，也与实施例1的情况一样，对于形成有相移膜的透光性基板进行加热处理。对于加热处理后的相移膜，与实施例1的情况一样，测定了ArF准分子激光的光波长(约193nm)处的透过率及相位差，结果，透过率为20.7％，相位差为169.7度。比较例2的相移膜的透过率从目标透过率的范围大幅降低，且相位差也大幅脱离目标相位差的范围。
通过以上的顺序，制造了在透光性基板上具备层叠有四层结构的相移膜、遮光膜及硬质掩模膜的结构的比较例2的掩模坯料。
[相移掩模的制造]
接着，使用该比较例2的掩模坯料，以与实施例1相同的顺序制造比较例2的相移掩模。
对于比较例2的相移掩模，与实施例1的情况一样，进行以波长193nm的曝光光对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印时的转印图像的模拟。
对于模拟的该曝光转印图像进行了验证，结果，比较例2的相移膜的透过率从目标透过率的范围大幅降低，相位差也大幅脱离目标相位差的范围，因此，对于微细图案部位，与实施例2相比，发现转印图像的对比度不充分的情况。根据该结果可以预想，在将比较例2的相移掩模放置于曝光装置的掩模载物台并对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印的情况下，最终形成于半导体器件上的电路图案中可能会产生电路图案的断线或短路。
(实施例3)
实施例3对相移膜2是具有4组由低透过层21和高透过层22构成的层叠结构的结构，目标透过率为30±2％的情况进行说明。
[掩模坯料的制造]
实施例3的掩模坯料100除了变更相移膜2以外，以与实施例2的掩模坯料100相同的顺序制造。具体而言，在实施例3的相移膜2中，将由低透过层21和高透过层22构成的层叠结构设为4组，将低透过层21的厚度设为13.0nm，将设置于最上的高透过层22的厚度设为22.5nm，将设置于最上以外的高透过层22的厚度设为1.0nm。即，在透光性基板1上以合计膜厚77.5nm形成相移膜2，相移膜2具备4组由低透过层21和高透过层22按照该顺序层叠为一组的层叠结构，设置于最上的高透过层22的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚，低透过层21的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚。
在该实施例3的情况下，也与实施例1的情况一样，对于形成有相移膜2的透光性基板1进行加热处理。对于加热处理后的相移膜2，与实施例1的情况一样，测定了ArF准分子激光的光波长(约193nm)处的透过率及相位差，结果，透过率为28.0％，相位差为177.0度。
通过以上的顺序，制造出在透光性基板1上具备层叠有八层结构的相移膜2、遮光膜3及硬质掩模膜4的结构的实施例3的掩模坯料100。
[相移掩模的制造]
接着，使用该实施例3的掩模坯料100，以与实施例1相同的顺序制造实施例3的相移掩模200。
对于实施例3的相移掩模200，与实施例1的情况一样，进行以波长193nm的曝光光对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印时的转印图像的模拟。
对于模拟的该曝光转印图像进行了验证，结果，充分满足设计规格。根据该结果可以说，在实施例3的相移掩模200放置于曝光装置的掩模载物台并对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印的情况下，也能够以高精度形成最终形成于半导体器件上的电路图案。
(比较例3)
比较例3对相移膜是具有4组由低透过层和高透过层构成的层叠结构的结构，目标透过率为30±2％的情况进行说明。
[掩模坯料的制造]
比较例3的掩模坯料除了变更相移膜以外，以与实施例2的掩模坯料100相同的顺序制造。具体而言，在比较例3的相移膜中，将由低透过层和高透过层构成的层叠结构设为4组，将低透过层的厚度设为13.0nm，将设置于最上的高透过层的厚度和设置于最上以外的高透过层的厚度均设为6.4nm。即，在透光性基板上以合计膜厚77.6nm形成相移膜，相移膜具备4组由低透过层和高透过层按照该顺序层叠为一组的层叠结构，低透过层的厚度在各组中相同，高透过层的厚度在各组中也相同。
在该比较例3的情况的情况下，也与实施例1的情况一样，对于形成有相移膜的透光性基板进行加热处理。对于加热处理后的相移膜，与实施例1的情况一样，测定了ArF准分子激光的光波长(约193nm)处的透过率及相位差，结果，透过率为22.0％，相位差为183.6度。比较例3的相移膜的透过率从目标透过率的范围大幅降低，相位差也大幅脱离目标相位差的范围。
通过以上的顺序，制造了在透光性基板上具备层叠有八层结构的相移膜、遮光膜及硬质掩模膜的结构的比较例3的掩模坯料。
[相移掩模的制造]
接着，使用该比较例3的掩模坯料，以与实施例1相同的顺序制造比较例3的相移掩模。
对于比较例3的相移掩模，与实施例1的情况一样，进行以波长193nm的曝光光对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印时的转印图像的模拟。
对于模拟的该曝光转印图像进行了验证，结果，比较例3的相移膜的透过率从目标透过率的范围大幅降低，相位差也大幅脱离目标相位差的范围，因此，对于微细图案部位，与实施例3相比，发现转印图像的对比度不充分的情况。根据该结果可预想，在将比较例3的相移掩模放置于曝光装置的掩模载物台并对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印的情况下，最终形成于半导体器件上的电路图案中可能会产生电路图案的断线或短路。
(实施例4)
实施例4对相移膜2是具有两组由低透过层21和高透过层22构成的层叠结构的结构，目标透过率为36±2％的情况进行说明。
[掩模坯料的制造]
实施例4的掩模坯料100除了变更相移膜2和遮光膜3以外，以与实施例1的掩模坯料100相同的顺序制造。具体而言，在实施例4的相移膜2中，将低透过层21的厚度设为19.0nm，将设置于最上的高透过层22的厚度设为59.0nm，将设置于最上以外的高透过层22的厚度设为1.0nm。即，在透光性基板1上以合计膜厚98.0nm形成相移膜2，相移膜2具备两组由低透过层21和高透过层22按照该顺序层叠为一组的层叠结构，设置于最上的高透过层22的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚，低透过层21的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚。
在该实施例4的情况中，也与实施例1的情况一样，对于形成有相移膜2的透光性基板1进行加热处理。对于加热处理后的相移膜2，与实施例1的情况一样，测定了ArF准分子激光的光波长(约193nm)处的透过率及相位差，结果，透过率为35.0％，相位差为177.4度。
另外，该实施例4中，将遮光膜3的厚度变更为60nm。对于层叠有该实施例4的相移膜2及遮光膜3的透光性基板1，使用分光光度计(Agilent Technologies株式会社制造Cary4000)测定了相移膜2和遮光膜3的层叠结构的ArF准分子激光的光波长(约193nm)处的光学浓度，结果，确认为是3.0以上。
通过以上的顺序，制造了在透光性基板1上具备层叠有四层结构的相移膜2、遮光膜3及硬质掩模膜4的结构的实施例4的掩模坯料100。
[相移掩模的制造]
接着，使用该实施例4的掩模坯料100，以与实施例1相同的顺序制造实施例4的相移掩模200。
对于实施例4的相移掩模200，与实施例1的情况一样，进行以波长193nm的曝光光对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印时的转印图像的模拟。
对于模拟的该曝光转印图像进行了验证，结果，充分满足设计规格。根据该结果可以说，在将实施例4的相移掩模200放置于曝光装置的掩模载物台并对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印的情况下，也能够以高精度形成最终形成于半导体器件上的电路图案。
(比较例4)
比较例4对相移膜是具有由两组低透过层和高透过层构成的层叠结构的结构，目标透过率为36±2％的情况进行说明。
[掩模坯料的制造]
比较例4的掩模坯料除了变更相移膜以外，以与实施例4的掩模坯料100相同的顺序进行制造。具体而言，在比较例4的相移膜中，将低透过层的厚度设为19.0nm，将设置于最上的高透过层的厚度和设置于最上以外的高透过层的厚度均设为30.5nm。即，在透光性基板上以合计膜厚99.0nm形成相移膜，相移膜具备两组由低透过层和高透过层按照该顺序层叠为一组的层叠结构，低透过层的厚度在各组中相同，高透过层的厚度在各组中也相同。
在该比较例4的情况下，也与实施例1的情况一样，对于形成有相移膜的透光性基板进行加热处理。对于加热处理后的相移膜，与实施例1的情况一样，测定了ArF准分子激光的光波长(约193nm)处的透过率及相位差，结果，透过率为28.9％，相位差为170.0度。比较例4的相移膜的透过率从目标透过率的范围大幅降低，相位差也大幅脱离目标相位差的范围。
通过以上的顺序，制造了在透光性基板上具备层叠有四层结构的相移膜、遮光膜及硬质掩模膜的结构的比较例4的掩模坯料。
[相移掩模的制造]
接着，使用该比较例4的掩模坯料，以与实施例1相同的顺序制造比较例4的相移掩模。
对于比较例4的相移掩模，与实施例1的情况一样，进行以波长193nm的曝光光对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印时的转印图像的模拟。
对于模拟的该曝光转印图像进行了验证，结果，比较例4的相移膜的透过率从目标透过率的范围大幅降低，相位差也大幅脱离目标相位差的范围，因此，对于微细图案部位，与实施例4相比，发现转印图像的对比度不充分的情况。根据该结果可预想，在将比较例4的相移掩模放置于曝光装置的掩模载物台并对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印的情况下，最终形成于半导体器件上的电路图案中可能会产生电路图案的断线或短路。
(实施例5)
实施例5对相移膜2是具有4组由低透过层21和高透过层22构成的层叠结构的结构，目标透过率为36±2％的情况进行说明。
[掩模坯料的制造]
实施例5的掩模坯料100除了变更相移膜2以外，以与实施例4的掩模坯料100相同的顺序制造。具体而言，在实施例5的相移膜2中，将由低透过层21和高透过层22构成的层叠结构设为4组，将低透过层21的厚度设为9.4nm，将设置于最上的高透过层22的厚度设为57.0nm，将设置于最上以外的高透过层22的厚度设为1.0nm。即，在透光性基板1上以合计膜厚97.6nm形成相移膜2，相移膜2具备四组由低透过层21和高透过层22按照该顺序层叠为一组的层叠结构，设置于最上的高透过层22的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚，低透过层21的厚度比设置于最上以外的高透过层22的厚度厚。
在该实施例4的情况下，与实施例1的情况一样，对于形成有相移膜2的透光性基板1进行加热处理。对于加热处理后的相移膜2，与实施例1的情况一样，测定了ArF准分子激光的光波长(约193nm)处的透过率及相位差，结果，透过率为35.2％，相位差为177.3度。
通过以上的顺序，制造在透光性基板1上具备层叠有八层结构的相移膜2、遮光膜3及硬质掩模膜4的结构的实施例5的掩模坯料100。
[相移掩模的制造]
接着，使用该实施例5的掩模坯料100，以与实施例1相同的顺序，制造实施例5的相移掩模200。
对于实施例5的相移掩模200，与实施例1的情况一样，进行以波长193nm的曝光光对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印时的转印图像的模拟。
对于模拟的该曝光转印图像进行了验证，结果，充分满足设计规格。根据该结果可以说，将实施例5的相移掩模200放置于曝光装置的掩模载物台并对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印的情况下，也能够以高精度形成最终形成于半导体器件上的电路图案。
(比较例5)
比较例5对相移膜是具有4组由低透过层和高透过层构成的层叠结构的结构，目标透过率为36±2％的情况进行说明。
[掩模坯料的制造]
比较例5的掩模坯料除了变更相移膜以外，以与实施例4的掩模坯料100相同的顺序进行制造。具体而言，在比较例5的相移膜中，将由低透过层和高透过层构成的层叠结构设为4组，将低透过层的厚度设为9.5nm，将设置于最上的高透过层的厚度和设置于最上以外的高透过层的厚度均设为15.2nm。即，在透光性基板上以合计膜厚98.8nm形成相移膜，相移膜具备4组由低透过层和高透过层按照该顺序层叠为一组的层叠结构，低透过层的厚度在各组中相同，高透过层的厚度在各组中也相同。
在该比较例5的情况下，也与实施例1的情况一样，对于形成有相移膜的透光性基板进行加热处理。对于加热处理后的相移膜，与实施例1的情况一样，测定了ArF准分子激光的光波长(约193nm)处的透过率及相位差，结果，透过率为27.1％，相位差为188.2度。比较例5的相移膜的透过率从目标透过率的范围大幅降低，相位差也大幅脱离目标相位差的范围。
通过以上的顺序，制造在透光性基板上具备层叠有八层结构的相移膜、遮光膜及硬质掩模膜的结构的比较例5的掩模坯料。
[相移掩模的制造]
接着，使用该比较例5的掩模坯料，以与实施例1相同的顺序制造比较例5的相移掩模。
对于比较例5的相移掩模，与实施例1的情况一样，进行以波长193nm的曝光光对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印时的转印图像的模拟。
对于模拟的该曝光转印图像进行了验证，结果，比较例5的相移膜的透过率从目标透过率的范围大幅降低，相位差也大幅脱离目标相位差的范围，因此，对于微细图案部位，与实施例5相比，发现转印图像的对比度不充分的情况。根据该结果可预想，将比较例5的相移掩模放置于曝光装置的掩模载物台并对半导体基板上的抗蚀剂膜进行曝光转印的情况下，最终形成于半导体器件上的电路图案中可能会产生电路图案的断线或短路。
符号说明
1 透光性基板
2 相移膜
2a 相移图案
21 低透过层
22 高透过层
3 遮光膜
3a、3b 遮光图案
4 硬质掩模膜
4a 硬质掩模图案
5a 第一抗蚀剂图案
6b 第二抗蚀剂图案
100 掩模坯料
200 相移掩模

Claims (17)

1.一种掩模坯料，在透光性基板上具备相移膜，其特征在于，
所述相移膜具有使ArF准分子激光的曝光光以20％以上的透过率透过的功能，
所述相移膜包含具有两组以上的层叠结构的结构，其中，由从所述透光性基板侧起依次配置的低透过层和高透过层构成一组层叠结构，
所述低透过层由含有硅及氮、且氮的含量为50原子％以上的材料形成，
所述高透过层由含有硅及氧、且氧的含量为50原子％以上的材料形成，
设置于最上的所述高透过层的厚度比设置于最上以外的所述高透过层的厚度厚，
所述低透过层的厚度比设置于最上以外的所述高透过层的厚度厚。
2.一种掩模坯料，在透光性基板上具备相移膜，其特征在于，
所述相移膜具有使ArF准分子激光的曝光光以20％以上的透过率透过的功能，
所述相移膜包含具有两组以上的层叠结构的结构，其中，由从所述透光性基板侧起依次配置的低透过层和高透过层构成一组层叠结构，
所述低透过层由含有硅及氮的材料形成，
所述高透过层由含有硅及氧的材料形成，
所述低透过层的氮的含量比所述高透过层多，
所述高透过层的氧的含量比所述低透过层多，
设置于最上的所述高透过层的厚度比设置于最上以外的所述高透过层的厚度厚，
所述低透过层的厚度比设置于最上以外的所述高透过层的厚度厚。
3.根据权利要求1或2所述的掩模坯料，其特征在于，
所述低透过层利用由硅及氮构成的材料形成，或利用由选自半金属元素及非金属元素的一种以上的元素、硅、氮构成的材料形成，
所述高透过层利用由硅及氧构成的材料形成，或利用由选自半金属元素及非金属元素的一种以上的元素、硅、氧构成的材料形成。
4.根据权利要求1或2所述的掩模坯料，其特征在于，
所述低透过层利用由硅及氮构成的材料形成，
所述高透过层利用由硅及氧构成的材料形成。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的掩模坯料，其特征在于，
所述低透过层中，所述曝光光的波长的折射率n为2.0以上，且所述曝光光的波长的消光系数k为0.2以上，
所述高透过层中，所述曝光光的波长的折射率n低于2.0，且所述曝光光的波长的消光系数k为0.1以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的掩模坯料，其特征在于，
所述低透过层的厚度为30nm以下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的掩模坯料，其特征在于，
在所述相移膜上具备遮光膜。
8.一种相移掩模，在透光性基板上具备具有转印图案的相移膜，其特征在于，
所述相移膜具有使ArF准分子激光的曝光光以20％以上的透过率透过的功能，
所述相移膜包含具有两组以上的层叠结构的结构，其中，由从所述透光性基板侧起依次配置的低透过层和高透过层构成一组层叠结构，
所述低透过层由含有硅及氮、且氮的含量为50原子％以上的材料形成，
所述高透过层由含有硅及氧、且氧的含量为50原子％以上的材料形成，
设置于最上的所述高透过层的厚度比设置于最上以外的所述高透过层的厚度厚，
所述低透过层的厚度比设置于最上以外的所述高透过层的厚度厚。
9.一种相移掩模，在透光性基板上具备具有转印图案的相移膜，其特征在于，
所述相移膜具有使ArF准分子激光的曝光光以20％以上的透过率透过的功能，
所述相移膜包含具有两组以上的层叠结构的结构，其中，由从所述透光性基板侧起依次配置的低透过层和高透过层构成一组层叠结构，
所述低透过层由含有硅及氮的材料形成，
所述高透过层由含有硅及氧的材料形成，
所述低透过层的氮的含量比所述高透过层多，
所述高透过层的氧的含量比所述低透过层多，
设置于最上的所述高透过层的厚度比设置于最上以外的所述高透过层的厚度厚，
所述低透过层的厚度比设置于最上以外的所述高透过层的厚度厚。
10.根据权利要求8或9所述的相移掩模，其特征在于，
所述低透过层利用由硅及氮构成的材料形成，或利用由选自半金属元素及非金属元素的一种以上的元素、硅、氮构成的材料形成，
所述高透过层利用由硅及氧构成的材料形成，或利用由选自半金属元素及非金属元素的一种以上的元素、硅、氧构成的材料形成。
11.根据权利要求8或9所述的相移掩模，其特征在于，
所述低透过层利用由硅及氮构成的材料形成，
所述高透过层利用由硅及氧构成的材料形成。
12.根据权利要求8～11中任一项所述的相移掩模，其特征在于，
所述低透过层中，所述曝光光的波长的折射率n为2.0以上，且所述曝光光的波长的消光系数k为0.2以上，
所述高透过层中，所述曝光光的波长的折射率n低于2.0，且所述曝光光的波长的消光系数k为0.1以下。
13.根据权利要求8～12中任一项所述的相移掩模，其特征在于，
所述低透过层的厚度为30nm以下。
14.根据权利要求8～13中任一项所述的相移掩模，其特征在于，
在所述相移膜上具备遮光膜，所述遮光膜具有包含遮光带的图案。
15.一种相移掩模的制造方法，使用了权利要求7所述的掩模坯料，其特征在于，包括：
通过干法蚀刻在所述遮光膜上形成转印图案的工序；
通过以具有所述转印图案的遮光膜为掩模的干法蚀刻在所述相移膜上形成转印图案的工序；
通过以具有包含遮光带的图案的抗蚀剂膜为掩模的干法蚀刻在所述遮光膜上形成包含遮光带的图案的工序。
16.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，
包括使用权利要求14所述的相移掩模将转印图案曝光转印到半导体基板上的抗蚀剂膜的工序。
17.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，
包括使用通过权利要求15所述的相移掩模的制造方法制造的相移掩模将转印图案曝光转印到半导体基板上的抗蚀剂膜的工序。
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