CN110462510B - 光掩模坯料、光掩模及光掩模的制造方法 - Google Patents

光掩模坯料、光掩模及光掩模的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供一种具有良好的晶圆转印特性和耐照射性的光掩模坯料和光掩模。光掩模坯料(200)是为了制作曝光波长193nm的光掩模所使用的光掩模坯料(200)，所述光掩模坯料(200)具备：透光性基板(103)；形成在该透光性基板(103)上且带来相移效应的相移膜(102)，相移膜(102)对曝光光的透光率为30％以上；和形成在该相移膜(102)上的遮光膜(101)。相移膜(102)是通过层叠使用了氮化硅系材料的第1相移膜(102b)、和使用了氮氧化硅系材料的第2相移膜(102a)而构成的，所述第1相移膜(102b)的折射率n1为2.5以上2.75以下，衰减系数k1为0.2以上0.4以下，所述第2相移膜(102a)的折射率n2为1.55以上2.20以下，衰减系数k2大于0且为0.1以下。

Description

光掩模坯料、光掩模及光掩模的制造方法
技术领域
本发明涉及在半导体器件等的制造中所使用的光掩模坯料、光掩模及光掩模的制造方法。
背景技术
作为在抗蚀剂材料中形成微细的图案图像的技术，已知有以下述方式进行的光掩模制造装置和制造方法：在涂布有光致抗蚀剂的光掩模坯料上描绘原画图案，在曝光后进行热处理，之后通过显影以制作抗蚀剂图案。接下来，以抗蚀剂图案作为掩模而蚀刻遮光膜和相移膜。遮光膜为(例如)在铬膜中加入了氧、氮、碳的膜，相移膜为(例如)在硅、氮、氧中加入钼等的过渡金属而形成的膜。
近年来，伴随着LSI的高集成化，在半导体器件制造中使用的曝光光源进行了从KrF准分子激光器(波长248nm)向ArF准分子激光器(波长193nm)的短波长化。
根据光能E和波长λ的关系式E＝hc/λ(h：普朗克常数，c为光的速度)，光源的短波长化表示每一个光子的能量增大。从能量状态的观点出发，表示光掩模暴露在更容易发生化学反应的状态下，引起在使用曝光波长248nm的晶圆制造步骤中不会成为问题的现象。
特别成为问题的是曝光中的掩模图案尺寸变动。随着照射到掩模上的线系图案的累计曝光量增加，线系图案的尺寸因掩模图案的氧化而变大，对尖端晶圆制造方法造成影响这样的问题变得显著。
此外，为了在尖端晶圆制造步骤中提高晶圆转印特性，透过透光性基板的ArF准分子激光器光与透过透光性基板和相移膜两者的ArF准分子激光器光的相位差(以下简称为“相位差”。)为170度至190度且透光率为6％的相移掩模成为主流。在相移掩模上的相移膜的透光率为6％的情况下，能够在相位差为180度附近得到最良好的晶圆转印特性。
已知有以下方法：以相位差在177度附近的方式设定相移膜的膜厚，将相移膜利用氟系气体进行干式蚀刻的同时，将透光性基板加工到3nm左右，最终将相位差设在180度附近。
另外，作为表现晶圆转印特性的项目，使用了：表现用于透过光掩模而在晶圆抗蚀剂上制作图案图像的光能分布的对比度斜率的归一化图像光强度对数斜率值(NILS:Normalized Image log Slope)、表示距离可稳定制作图案的焦点的距离的焦距裕度(DOF:Depth Of Focus)、表现掩模上尺寸的误差随晶圆尺寸而增大的程度的掩模误差增强因子(MEEF:Mask Error Enhancement Factor)、掩模图案中的电磁场效应所涉及的偏压(EMF偏压：Electro Magnetic Field偏压)。
对于逻辑系设备的14nm以下世代、或者存储系设备的20nm以下世代，透过率为6％是不够的，高透过率相移掩模备受瞩目。
通过提高光透过率，相移效应变得更大，可以得到良好的晶圆转印特性。
在逻辑系设备的14nm以下世代、或者存储系设备的20nm以下世代中，晶圆上图案尺寸要求进一步微细化，为了得到更高的晶圆转印特性，期望透光率20％以上的高透过率相移掩模。
然而，为了在将相移膜的相位差维持在177度附近的状态下增大透光率，需要增大相移膜的厚度。
此外，伴随着光掩模的微细化，需要微细的辅助图案，但是在用于除去杂质的清洗步骤中，存在辅助图案由于清洗液或淋洗液的冲击而倒塌、消失的问题。其原因是相移膜的厚度增大，为了改善耐清洗性，需要减小相移膜的膜厚。
同时，对于EMF偏压，相移膜的膜厚越小越好，因此优选尽可能薄的相移膜。
于是，由于相移膜的透光率高，晶圆转印特性(NILS、DOF、MEEF、EMF偏压)良好，使曝光引起的图案变动减少，因此从相移膜中去掉钼等过渡金属后的氮化硅膜受到注目。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-9038号公报
专利文献2：日本特开2016-191882号公报
发明内容
发明要解决的问题
在逻辑系设备14nm以下世代中，需要在晶圆制造步骤中使用双重曝光和四重曝光，以缩小晶圆曝光中的掩模尺寸变动。相对于此，常规的半色调型相移掩模为了使耐照射性提高，减少了钼等过渡金属的含量，而主要由氮化硅构成相移膜。(专利文献1和2)
此外，为了得到晶圆制造步骤中的良好的晶圆转印特性(NISL、DOF、MEEF、EMF偏压)，相移膜的透光率要求6％以上。(专利文献1和2)
另外，随着光掩模的微细化，需要微细的辅助图案，因此为了在光掩模的清洗步骤中减少清洗液所产生的对图案的影响，优选膜厚小的相移膜。(专利文献1和2)
然而，在上述专利文献1或2中公开的方法中，相移膜的透光率分别为9％以上30％以下(专利文献1)、3％以上12％以下(专利文献2)，难以应对尖端光掩模所要求的高透射率。
在添加氮气或氧气而增大透光率的情况下，为了保持相位差在177度附近，需要增大相移膜的膜厚，清洗所产生的图案倒塌的可能性变大。
此外，在保持相位差为177度附近的状态下增大透光率并将相移膜的膜厚限制在最小的情况下，氮化硅是有效的，但氮化硅膜无法以单层膜将透光率增大到18％以上。
本发明是为了解决如上所述的不利情况而完成的，其目的在于提供能够制成尽可能薄的相移膜，具有良好的晶圆转印特性(NILS、DOF、MEEF、EMF偏压)，确保耐照射性且耐清洗所产生的图案倒塌性的光掩模坯料、光掩模及光掩模的制造方法。
用于解决问题的方案
本发明的一个方式的光掩模坯料是为了制作适应波长193nm的曝光光的光掩模所使用的光掩模坯料，其包括：透光性基板；形成在该透光性基板上的带来相移效应的相移膜；和形成在该相移膜上的遮光膜。相移膜是通过层叠使用了氮化硅系材料的第1相移膜、和使用了氮氧化硅系材料的第2相移膜而构成的。此外，其特征在于，相移膜的对曝光光的透光率为30％以上，第1相移膜的折射率n1为2.5以上2.75以下，第2相移膜的折射率n2为1.55以上2.20以下，第1相移膜的衰减系数k1为0.2以上0.4以下，第2相移膜的衰减系数k2大于0且为0.1以下。
此外，在该光掩模坯料中，优选的是，使第1相移膜的膜厚D1与第2相移膜的膜厚D2满足下列关系：
D1(nm)>-0.5·D2(nm)+45nm且
D1(nm)<-0.5·D2(nm)+75nm。
此外，优选的是，该光掩模坯料中的遮光膜在氟系干式蚀刻中实质上不被蚀刻，而在包含氧的氯系干式蚀刻中可以进行蚀刻，遮光膜的铬含量为20原子％以上。
此外，本发明的一个方式的光掩模是适应波长193nm的曝光光的光掩模，其包括：透光性基板；和电路图案，该电路图案为在层叠在该透光性基板上的相移膜上所形成的图案。相移膜是通过层叠使用了氮化硅系材料的第1相移膜、和使用了氮氧化硅系材料的第2相移膜而构成的。此外，其特征在于，相移膜的对曝光光的透光率为30％以上，第1相移膜的折射率n1为2.5以上2.75以下，第2相移膜的折射率n2为1.55以上2.20以下，第1相移膜的衰减系数k1为0.2以上0.4以下，第2相移膜的衰减系数k2大于0且为0.1以下。
在该光掩模中，优选的是，使第1相移膜的膜厚D1和第2相移膜的膜厚D2满足下列关系：
D1(nm)>-0.5·D2(nm)+45nm且
D1(nm)<-0.5·D2(nm)+75nm。
此外，在该光掩模中，优选的是，其特征在于，在位于包含电路图案的有效区域的外周部的相移膜上层叠遮光膜，该遮光膜在氟系干式蚀刻中实质上不被蚀刻，而在包含氧的氯系干式蚀刻中可以进行蚀刻，且以铬为主要成分。
此外，本发明的一个方式的光掩模的制造方法是使用前述光掩模坯料的光掩模的制造方法，其特征在于，具有：对遮光膜进行使用包含氧的氯系气体的干式蚀刻，从而在遮光膜中形成图案的步骤；将在遮光膜中形成的图案作为掩模，对相移膜进行使用氟系气体的干式蚀刻，从而在相移膜中形成电路图案和外周部图案的步骤，所述外周部图案形成包含该电路图案的区域的外周部；在外周部图案上形成抗蚀剂图案，将抗蚀剂图案作为掩模，进行使用包含氧的氯系气体的干式蚀刻，从而除去遮光膜的一部分的步骤；和除去抗蚀剂图案的步骤。
发明的效果
根据本发明，可以在确保良好的晶圆转印特性的同时，实现具有良好的耐照射性的光掩模坯料或光掩模。
附图简要说明
[图1]是示出第1实施方案的光掩模坯料的构造的示意剖面图。
[图2]是示出第2实施方案的光掩模坯料的构造的示意剖面图。
[图3]是示出在遮光膜上形成图案加工膜后的光掩模坯料的构造的示意剖面图。
[图4]是示出在遮光膜上层叠图案加工膜和抗蚀剂膜后的光掩模坯料的构造的示意剖面图。
[图5]是示出本发明实施方案的光掩模的构造的示意剖面图。
[图6]是示意性地示出本发明实施方案的光掩模的制造方法的图。
[图7]是示意性地示出本发明实施方案的光掩模的制造方法的图。
[图8]是示意性地示出使用在遮光膜上形成有图案加工膜的光掩模坯料的光掩模的制造方法的图。
[图9]是示意性地示出在遮光膜上形成有图案加工膜的本发明实施方案的光掩模的制造方法的图。
[图10]是表示相移膜的膜厚与透光率的关系的图。
[图11]是表示第1相移膜的膜厚D1及第2相移膜的膜厚D2与NILS的关系的图。
[图12]是将第1相移膜的膜厚D1及第2相移膜的膜厚D2与NILS的关系图表化的图。
[图13]是表示第1相移膜的膜厚D1及第2相移膜的膜厚D2与NILS的关系的图。
[图14]是将第1相移膜的膜厚D1及第2相移膜的膜厚D2与NILS的关系图表化的图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方案。需注意，在各图中，对相同的构成要素标注相同的符号而省略重复的说明。此外，以下说明中使用的附图有时为了容易理解特征而将成为特征的部分放大显示，各构成要素的尺寸比率等不一定与实际相同。
图1和图2示出了本发明的光掩模坯料，图1是示出第1实施方案的光掩模坯料的构造的示意剖面图，图2是示出第2实施方案的光掩模坯料的构造的示意剖面图。
图1中示出的光掩模坯料200是透射型相移掩模坯料，是为了制作适应波长193nm的曝光光(例如，是由ArF准分子激光器这样的曝光光源得到的)的光掩模所使用的光掩模坯料，其包括：透光性基板103；形成在透光性基板103上的带来相移效应的相移膜102；和在相移膜102上相接形成的遮光膜101。
对于遮光膜101，优选的是，在氟系干式蚀刻中实质上不被蚀刻，而在包含氧的氯系干式蚀刻中可以进行蚀刻的以铬为主要成分的膜，而且铬含量为20原子％以上。
对于相移膜102，若相位差为170度至190度且对曝光光的透光率为30％以上，则可得到与曝光条件相对应的由相移效应所产生的转印图案的晶圆转印特性，因而是优选的。若相位差为180度，则可得到更良好的晶圆转印特性，因而是特别优选的。
此外，相移膜102为第1相移膜102b和第2相移膜102a的两层构造。制成两层构造的理由是因为与单层膜相比，通过组合具有不同的折射率n和衰减系数k的两种膜，膜厚及透光率的可实现范围变宽。
关于相移膜102，为了使曝光所产生的图案尺寸变动减少因而制成不含钼等过渡金属的膜。此外，第1相移膜102b的组成设为由Si3N4等氮化硅系材料构成，第2相移膜102a的组成设为由SiON等氮氧化硅系材料构成。其理由是为了在保持相位差为177度附近的状态下减薄相移膜，需要制成氮化硅的折射率n大、并具有衰减系数k较小的氮化硅的相移膜。然而，在使用了氮化硅的单层膜的情况下，透光率18％左右是极限，无法实现比这更高的透光率。因此，层叠衰减系数k更小的氮氧化硅系材料作为相位差调整膜从而制成包含氮氧化硅系材料的膜和包含氮化硅系材料的膜的二层膜的构成可以减薄相移膜102的膜厚，其结果，可以以上述方式得到良好的EMF偏压。
此外，第2相移膜102a使用SiON等氮氧化硅系材料的理由是因为，其折射率n比常规用作相位差调整膜的氧化硅大，可以进一步减小相移膜102的膜厚。
此外，关于相移膜102，通过减小衰减系数k较大的第1相移膜102b的膜厚，同时调整与第1相移膜102b相比衰减系数k较小的第2相移膜102a的膜厚，从而可以在保持相位差为180度附近的状态下实现透光率为30％以上。
已知的是：第1相移膜102b或第2相移膜102a的折射率n和衰减系数k根据第1相移膜102b中所使用的氮和硅的组成比而变化，而且根据第2相移膜102a中所使用的氧、氮和硅的组成比而变化。在稳定地存在于自然界的硅氮化物当中，Si3N4的折射率n大且衰减系数k较小，因此适合用于第1相移膜102b。此外，在稳定地存在于自然界的硅氮氧化物当中，SiON的折射率n大且衰减系数k更小，因此适合用于第2相移膜102a。因此，优选的是第1相移膜102b使用Si3N4，此外，优选的是第2相移膜102a使用SiON。在将Si3N4用于第1相移膜102b并将SiON用于第2相移膜102a的情况下，第1相移膜102b的折射率n1为2.5以上2.75以下，第2相移膜102a的折射率n2为1.55以上2.20以下，且第1相移膜102b的衰减系数k1为0.2以上0.4以下，第2相移膜102a的衰减系数k2可采用大于0且为0.1以下的值。
需注意，在以下的说明中，将以相接的形式形成在透光性基板103上的膜称为“下层膜”，将形成在下层膜上的膜称为“上层膜”。在图1或图2所示的相移膜102中，将使用了Si3N4等氮化硅系材料的第1相移膜102b以相接的形式形成在透光性基板103上，进一步将使用了SiON等氮氧化硅系材料的第2相移膜102a层叠在其上，因此下层膜是使用了氮化硅系材料的第1相移膜102b，上层膜是使用了氮氧化硅系材料的第2相移膜102a。但是，层叠的顺序可以与此相反。即，相移膜102可以采取以下层叠构造：下层膜是使用了氮氧化硅系材料的第2相移膜102a，上层膜是使用了氮化硅系材料的第1相移膜102b。但是，在如图1或图2采取下层膜为第1相移膜102b且上层膜为第2相移膜102a的层叠构造的相移膜102的情况下，与相反构造(上层膜为第1相移膜102b且下层膜为第2相移膜102a的层叠构造)相比，NILS等的晶圆转印特性变良好。关于具体例，在后面进行描述。
此外，在采取上层膜为第1相移膜102b且下层膜为第2相移膜102a的层叠构造的相移膜102的情况下，在将相移膜102用氟系气体进行干式蚀刻时，由于透光性基板103和第2相移膜102a的组成非常接近，因此使用等离子体发光的终点检测是困难的。此外，在用电子束校正机蚀刻相移膜102时，基于相同的理由，终点检测是困难的，且与透光性基板103的选择比变小，因此校正成功率降低。若考虑这些因素，则相移膜102优选如图1或图2那样，为下层膜为第1相移膜102b且上层膜为第2相移膜102a的层叠构造。因此，以下只要没有特别说明，则对下层膜为第1相移膜102b且上层膜为第2相移膜102a的相移膜102进行说明。
此外，若考虑NILS等的晶圆转印特性，则相移膜102优选为使第1相移膜102b的膜厚D1和第2相移膜102a的膜厚D2满足下列关系：
D1(nm)>-0.5·D2(nm)+45nm且
D1(nm)<-0.5·D2(nm)+75nm。
图2中所示的光掩模坯料250的基本构成与图1中所示的光掩模坯料200相同，但是在在遮光膜101上还具有抗蚀剂膜104这一点上是不同的。
该抗蚀剂膜104的膜厚为70nm以上150nm以下，这在形成微细图案时不会发生抗蚀剂图案倒塌，因而优选。
相移掩模坯料一般是如图1(或图2)的构造，但是也可以层叠除了上面说明的以外的膜。例如，可以在图1所示的光掩模坯料上进一步层叠其他膜(以下，将该膜称为“图案加工膜”)。以下，说明这种构成的相移掩模坯料的例子。
图3示出在使用图1说明的光掩模坯料200的遮光膜101上形成图案加工膜的构造的光掩模坯料的示意剖面图。在图3的光掩模坯料500中，遮光膜101或相移膜102等的特性(膜厚或组成等)与在图1或图2的说明中所述的特性相同。然后，形成在遮光膜101上的图案加工膜107是使用可以以氟系干式蚀刻进行干式蚀刻的材料(例如硅系材料)所形成的膜。
另一方面，图4中所示的光掩模坯料550是示出在图3的光掩模坯料500的图案加工膜107上进一步层叠抗蚀剂膜108而得的光掩模坯料550的构造的示意剖面图。光掩模坯料550除了层叠有抗蚀剂膜108这一点外，其它与光掩模坯料500相同。
通过使光掩模坯料成为如图3或图4的构造，能够减薄抗蚀剂膜108的膜厚，其结果，能够减轻显影步骤中的抗蚀剂倒塌。需注意，该抗蚀剂膜108的膜厚为70nm以上100nm以下，这在形成微细图案时不会发生抗蚀剂图案倒塌，因而优选。
图5是示出本发明的实施方案的光掩模的构造的示意剖面图。图5中所示的光掩模300是使用图1(或图2)中所示的光掩模坯料200(或250)、或者是使用图3(或图4)中所示的光掩模坯料500(或550)所制作的透射型相移掩模。图5中所示的光掩模300是适应波长193nm的曝光光的光掩模，其至少具有：透光性基板103、和通过对透光性基板103上的相移膜102进行蚀刻而形成的电路图案。该相移膜102如前所述，是层叠第1相移膜102b和第2相移膜102a所构成的膜。
在图5中，符号105所表示的区域称为有效区域105，该有效区域105是包含电路图案的区域(配置电路图案的区域)。此外，在该有效区域105的外周部，设置了由相移膜102及层叠在其上的遮光膜101构成的外周部图案106。以下，将相移膜102当中构成电路图案和外周部图案的部分称为“相移膜图案102c”。
需注意，外周部图案106对曝光光的透光率优选为0.1％以下。其理由是因为防止了所期望的曝光光以外的光照射于晶圆。通常为了将掩模图案转印至晶圆上的抗蚀剂而使用称为步进式光刻机(stepper)的曝光装置，以机械快门设定曝光区域进行步进并重复而进行缩小投影曝光，通过外周部图案106来防止各步进曝光的边界部的重叠曝光光。这是因为在外周部图案对曝光波长的透射率大于0.1％的情况下，上述重叠曝光光会生成图案。
接着，说明本发明的实施方案的光掩模的制造方法。图6及图7示出由形成有抗蚀剂膜104的图2中所示的光掩模坯料250的形式来制造光掩模的操作顺序的流程。
首先，进行以下步骤：将在光掩模坯料250的遮光膜101上所形成的第1抗蚀剂图案104a(其是通过对抗蚀剂膜104描绘电路图案等并进行显影而得到的)作为掩模，对遮光膜101进行使用包含氧的氯系气体的干式蚀刻，从而在遮光膜101中形成蚀刻掩模图案101a(图6<S-1>、<S-2>、<S-3>)。接着，进行以下步骤：将在遮光膜101中所形成的蚀刻掩模图案101a作为掩模，对相移膜102进行使用氟系气体的干式蚀刻，从而在相移膜102中形成相移膜图案102c(图6<S-4>)。
接着，进行将残留在蚀刻掩模图案101a上的第1抗蚀剂图案104a除去的步骤(图6<S-5>)。然后，进行在其上涂布抗蚀剂膜104b的步骤(图6<S-6>)、和通过对抗蚀剂膜104b进行描绘并显影以在外周部上形成第2抗蚀剂图案104c的步骤(图6<S-7>)。接着，进行将在外周部上所形成的第2抗蚀剂图案104c作为掩模，进行使用包含氧的氯系气体的干式蚀刻，从而将遮光膜101(蚀刻掩模图案101a)的一部分除去的步骤(图6<S-8>)。最后，进行将在外周部上所形成的第2抗蚀剂图案104c除去以形成外周部图案(由相移膜图案102c及层叠在相移膜图案102c上的遮光膜101(蚀刻掩模图案101a)构成)的步骤(图7<S-9>)，从而制作光掩模400。抗蚀剂图案的除去可以使用硫酸加水清洗。此外，图案的描绘可以使用激光器描绘机。
图8及图9是示出由图4中所示的光掩模坯料550来制造光掩模时的步骤的流程的图。
首先，进行以下步骤：将在光掩模坯料550的图案加工膜107上所形成的第1抗蚀剂图案108a(其是通过对抗蚀剂膜108描绘电路图案等并进行显影而得到的)作为掩模，对图案加工膜107进行使用氟系气体的干式蚀刻，从而在图案加工膜107中形成图案加工图案107a(图8<T-1>、<T-2>、<T-3>)。接着，进行对遮光膜101进行使用包含氧的氯系气体的干式蚀刻，从而在遮光膜101中形成蚀刻掩模图案101a的步骤(图8<T-4>)。
接着，进行将残留在蚀刻掩模图案101a上的第1抗蚀剂图案108a除去的步骤(图8<T-5>)。
接着，进行将在遮光膜101中所形成的蚀刻掩模图案101a作为掩模，对相移膜102进行使用氟系气体的干式蚀刻，从而在相移膜102中形成相移膜图案102c的步骤(图8<T-6>)。此处，图案加工图案107a通过氟系气体而与相移膜102同时被蚀刻除去。
这以后的步骤与使用图6、图7所说明的步骤(图6<S-6>～图7<S-9>)相同。首先，如图8<T-7>所示，进行涂布抗蚀剂膜104b的步骤，接着，进行对抗蚀剂膜104b进行描绘并显影从而在外周部上形成第2抗蚀剂图案104c的步骤(图8<T-8>)。接着，进行将形成在外周部上的第2抗蚀剂图案104c作为掩模，进行使用包含氧的氯系气体的干式蚀刻，从而将遮光膜101(蚀刻掩模图案101a)的一部分除去的步骤(图9<T-9>)。最后，进行将形成在外周部上的第2抗蚀剂图案104c除去而形成外周部图案(其由相移膜图案102c及层叠在相移膜图案102c上的遮光膜101(蚀刻掩模图案101a)构成)的步骤(图9<T-10>)，从而制作光掩模400。抗蚀剂图案的除去可以使用硫酸加水清洗。此外，图案的描绘可以使用激光器描绘机。
图案加工膜的组成在前面已叙述过，优选可以用氟系气体进行蚀刻的硅系材料。此外，图案加工膜的膜厚若为5nm以上10nm以下，则可以在图9<T-6>所示的步骤中、在相移膜102的蚀刻时间内完全地蚀刻图案加工图案107a，因而是理想的。
实施例
实施例中，为了验证本发明的光掩模坯料及使用其的光掩模的制造方法的有效性，通过晶圆转印模拟来评价晶圆转印特性。
模拟评价通过使用Synopsys公司的S-Litho进行计算来求出。
<模拟评价条件>
·NA：1.35
·sigma：QS X-0deg BL：32deg/Y-90deg BL：37deg
·偏振：方位角偏振(Azimuthally polarization)
·靶材：52nm密集HOLE(负色调显影(Negative tone develop))
·间距：100nm
·第1相移膜102b的折射率n1：2.60
·第1相移膜102b的衰减系数k1：0.35
·第2相移膜102a的折射率n2：1.85
·第2相移膜102a的衰减系数k2：0.004
此外，为了验证本发明的光掩模坯料的有效性，还对于作为比较例的现有的相移膜(即，由硅、钼、氧、氮构成的相移膜)进行晶圆转印模拟。比较例的相移膜的特性如下。
<比较例>
透射率：6％
膜厚：75nm
相位差：177.0度
折射率n：2.3
衰减系数k：0.55
组成为：钼含量10原子％、硅含量30原子％、氧含量10原子％、氮含量50原子％。
将关于比较例的相移膜的晶圆转印模拟的结果显示在表1。
[表1]
比较例
相移膜102的透光率[％] 6％
NILS 1.79
DOF[um] 0.51
MEEF 6.2
EMF偏压 13.0
(1)膜厚与透光率的评价
首先，对于使用氮化硅系材料的第1相移膜102b及使用氮氧化硅系材料的第2相移膜102a的膜厚与透光率的关系进行评价。在本实施例中，通过计算来求出可实现相移膜102的透射率为30％、40％、50％、60％的第1相移膜102b及第2相移膜102a的组合，进行与上面所述的比较例的比较。以下，分别将透射率为30％、40％、50％、60％的相移膜102且是将第1相移膜102b用于下层膜而且将第2相移膜102a用于上层膜的相移膜称为“实施例1的相移膜102”、“实施例2的相移膜102”、“实施例3的相移膜102”、“实施例4的相移膜102”。
在求出构成实施例1～4的相移膜102的第1相移膜102b及第2相移膜102a的膜厚时，在ArF准分子激光器曝光光的波长处的相位差设为177度附近的情况下，通过计算来求出相移膜102的各透光率下的使总膜厚成为最小的第1相移膜102b的膜厚、及第2相移膜102a的膜厚。下表2中示出所求出的结果(构成实施例1～4的相移膜102的第1相移膜102b及第2相移膜102a的膜厚)。
[表2]
比较例 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
相移膜102的透光率[％] 6％ 30％ 40％ 50％ 60％
第2相移膜的膜厚[nm]102a 无 22 51 62 73
第1相移膜的膜厚[nm]102b 无 49 33 28 22
相移膜102的总膜厚[nm] 75 71 84 90 95
相位差[度] 177.0 177.0 177.0 177.0 177.0
如由表2可看到的那样，随着提高相移膜102的透光率，第1相移膜102b的膜厚变小，且第2相移膜102a的膜厚变大。此外，可知：随着提高相移膜102的透光率，相移膜102的总膜厚逐渐变大，本发明的实施方案的相移膜102(例如)在透光率为30％的情况下的相移膜102(实施例1的相移膜102)的总膜厚为71nm，比比较例的相移膜薄，且能够实现高透光率。
接着，还对于在与实施例1至4的相移膜102相反地层叠第1相移膜102b和第2相移膜102a的情况下的相移膜102进行评价。以下，分别将透射率为30％、40％、50％、60％的相移膜102且为将第1相移膜102b用于上层膜而且将第2相移膜102a用于下层膜的相移膜称为“实施例5的相移膜102”、“实施例6的相移膜102”、“实施例7的相移膜102”、“实施例8的相移膜102”。与实施例1～4的相移膜102同样地，在求出构成实施例5～8的相移膜102的第1相移膜102b及第2相移膜102a的膜厚时，在ArF准分子激光器曝光光的波长处的相位差设在177度附近的情况下，通过计算来求出相移膜102的各透光率下的使总膜厚成为最小的第1相移膜102b的膜厚、及第2相移膜102a的膜厚。将其结果显示在下述的表3。
[表3]
比较例 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
相移膜102的透光率[％] 6％ 30％ 40％ 50％ 60％
第1相移膜的膜厚[nm]102b 无 43 33 18 10
第2相移膜的膜厚[nm]102a 无 30 52 80 92
相移膜102的总膜厚[nm] 75 73 85 98 102
相位差[度] 177.0 177.0 177.0 177.0 177.0
可知：与实施例1～4的相移膜102同样地，实施例5～8的相移膜102也是随着相移膜102的透光率提高，第1相移膜102b的膜厚变小，且第2相移膜102a的膜厚变大。此外，可知：实施例5(透光率为30％)的相移膜102的总膜厚为73nm，因此本发明的实施方案的相移膜102可以以与比较例的相移膜相同程度的膜厚来实现高的透光率。
此外，计算使透光率从30％改变至100％时的相移膜的膜厚变化。将其结果显示在图10。图10的下半段中示出的表显示了透光率为30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％时的第2相移膜的膜厚、第1相移膜的膜厚、相移膜的总膜厚(其为第1相移膜的膜厚和第2相移膜的膜厚之和)，将其图表化而得到上半段的图表。需注意，与实施例1～4的相移膜102同样，图10的结果是将第1相移膜102b用于下层膜而且将第2相移膜102a用于上层膜的情况下的计算结果。
如由图10所看到的那样，可知：为了实现30％以上的透光率，将相移膜的总膜厚设为大于70nm且为114nm以下的话即可。
此外，由表2和表3可知，与实施例5～8的相移膜102相比，将第1相移膜102b用于下层膜并将第2相移膜102a用于上层膜的构造(实施例1至4)更能实现薄膜化。
(2)晶圆转印特性的评价
接着，相对于ArF准分子激光器曝光光的波长处的各透光率，通过计算来求出使用了实施例1～4的相移膜102的光掩模400、以及使用了比较例的相移膜102的光掩模400的NILS、DOF、MEEF、EMF偏压，此外，将总结了各实施例的相对于比较例的改善率、各实施例的改善率的平均而得的结果示于表4。此外，在该评价中，为了实现更良好的转印特性，将光掩模400的相位差设为180度来进行评价。
[表4]
Figure BDA0002214522750000151
由其结果可知：与使用了比较例的相移膜的光掩模相比，使用了实施例1至4的相移膜102的光掩模400在全部项目中均得到改善。因此，本发明的光掩模可有效用于实现高的晶圆转印特性。
此外，关于NILS，使用了实施例1的相移膜102的光掩模400达到最好的结果。
接着，对于使用实施例5～8的相移膜102所制作的光掩模400，评价NILS、DOF、MEEF、EMF偏压。在该评价中，也将光掩模400的相位差设为180度来进行评价。
相对于ArF准分子激光器曝光光的波长处的透光率，通过计算来求出使用了实施例5～8及比较例的相移膜102的光掩模400的NILS、DOF、MEEF、EMF偏压，此外，将总结了各实施例相对于比较例的改善率、各实施例的改善率的平均而得的结果示于表5。
关于表5的改善率，-表示劣化。
[表5]
Figure BDA0002214522750000161
由其结果可知：实施例1至8中任一者均可得到比比较例好的晶圆转印特性，可有效地制造晶圆。但是，可知：关于实施例5至8，在改善的平均值方面可看到相比于比较例获得改善，但是实施例5及6中MEEF劣化。
此外，若与使用了实施例1至4的相移膜的光掩模相比，使用了实施例5至8的相移膜102的光掩模的改善率也较小。因此，如实施例1至4这样将第1相移膜102b用于下层膜并将第2相移膜102a用于上层膜的构造能得到更好的晶圆转印特性，是优选的。
接着，研究使第1相移膜102b的膜厚D1及第2相移膜102a的膜厚D2变化时的NILS值。图11是对于将第1相移膜102b用于下层膜并将第2相移膜102a用于上层膜的相移膜102使用晶圆转印模拟，使D1在5nm～65nm的范围内变化，并且使D2在20nm～80nm的范围内变化时的NILS值，图12是将该结果图表化而得的图。另一方面，图13是示出对于将第2相移膜102a用于下层膜并将第1相移膜102b用于上层膜的相移膜102，使膜厚D1和D2变化时的NILS值，图14是将该结果图表化而得的图。
模拟评价与上述实施例相同，通过使用Synopsys公司的S-Iitho进行计算来求出，评价条件也与上面的实施例相同。
如表1所示，比较例的相移膜的NILS为1.79。而且如由图11～图14可知，NILS相比于比较例而获得改善了的第1相移膜102b的膜厚D1和第2相移膜102a的膜厚D2的关系为满足下式的区域：
D1(nm)>-0.5·D2(nm)+45nm且
D1(nm)<-0.5·D2(nm)+75nm。
由此，在转印特性的观点上，可以说优选的是D1和D2在满足上式的范围内。
以上，通过实施例对本发明的光掩模坯料及使用其所制作的光掩模进行了说明，但上述实施例只不过是用于实施本发明的例子而已，本发明不限于这些实施例。
此外，在相移膜102上追加抗反射膜等的将这些实施例进行变形也在本发明的范围内，进而从上述记载也显而易见的是，在本发明的范围内还可以有其他各式各样的实施例。
最后，对于具体的光掩模400及相移膜102的制造方法进行说明。上述实施例1至8的相移膜可以通过以下方式来制作：在经光学研磨的6英寸见方、0.25英寸厚的具有透光性的合成石英基板上，使用DC磁控溅射装置，使用硅作为靶材并使用氮及氩作为溅射气体以形成第1相移膜102b，使用硅作为靶材并使用氮、氧及氩作为溅射气体以形成第2相移膜102a。
接着，在相移膜102上，使用DC磁控溅射装置，使用铬作为靶材并使用氮及氧作为溅射气体以形成遮光膜101。藉此，能够制作掩模坯料。当然，为了制作在图3等中所说明的掩模坯料，可以增加在遮光膜101上制作图案加工膜等的操作顺序。
接着，对于具体的光掩模400的制造方法进行说明。
准备本发明的第1实施方案的图1中所示的光掩模坯料200。在此，相移膜102和遮光膜101设为以下。
相移膜102为总膜厚70nm、透射率30％、第1相移膜102b的膜厚48nm、第2相移膜102a的膜厚22nm的两层构造。第1相移膜102b为氮化硅，第2相移膜102a为氮氧化硅。
遮光膜101为膜厚70nm、铬含量50原子％、碳含量20％、氮含量30原子％的单层膜，相移膜102和遮光膜101的组合相对于波长193nm的透射率为0.1％以下。
以膜厚150nm将负型化学增幅型电子束抗蚀剂SEBN2014(信越化学工业制)旋转涂布在该光掩模坯料200上而形成抗蚀剂膜104，制成第2实施方案的图2中所示的光掩模坯料250(图6<S-1>)。
接着，以剂量35μC/cm2描绘评价图案，之后，用热处理装置在110℃下进行热处理10分钟(PEB＝曝光后烘烤(Post exposure bake))。接着，用静态(puddle)显影进行显影90秒钟，形成第1抗蚀剂图案104a(图6<S-2>)。
接着，使用包含氧的氯系气体在下述条件下对遮光膜101进行干式蚀刻(图6<S-3>)。此时，并未发生蚀刻的脱落不良。
<遮光膜101的干式蚀刻条件1>
装置：ICP(Inductively Coupled Plasma＝电感耦合等离子体)方式气体：Cl2+O2+He、气体压力：6mTorr
ICP功率：400W
偏压功率：15W
<遮光膜101的干式蚀刻条件2>
装置：ICP(Inductively Coupled Plasma＝电感耦合等离子体)方式
气体：Cl2+O2+He、气体压力：6mTorr
ICP功率：400W
偏压功率：30W
接着，使用氟系气体在下述条件下对相移膜102进行干式蚀刻(图6<S-4>)。
<相移膜102的干式蚀刻条件>
装置：ICP
气体：SF6+O2、气体压力：5mTorr
ICP功率：325W
接着，通过硫酸加水清洗来将第1抗蚀剂图案104a剥离(图6<S-5>)。
接着，涂布抗蚀剂膜104b(图6<S-6>)，通过激光器描绘装置进行描绘。之后，进行显影，形成了第2抗蚀剂图案104c(图6<S-7>)。
接着，使用包含氧的氯系气体在下述条件下对蚀刻掩模图案101a进行干式蚀刻(图6<S-8>)。
<蚀刻掩模图案101a的干式蚀刻条件1>
装置：ICP(Inductively Coupled Plasma＝电感耦合等离子体)方式
气体：Cl2+O2+He、气体压力：8mTorr
ICP功率：500W
偏压功率：10W
接着，通过硫酸加水清洗来剥离第2抗蚀剂图案104c，以制作使用了本发明的光掩模坯料的光掩模400(图7<S-9>)。
工业实用性
关于本发明的光掩模坯料及使用其的光掩模的制造方法，在逻辑系设备的14nm以下世代、或内存系设备的20nm以下世代的尖端光掩模方面，可以应用作为用于制作具有良好的晶圆转印特性(NILS、DOF、MEEF、EMF偏压)、耐照射性、及耐清洗所产生的图案倒塌性的相移掩模坯料、及相移掩模的制造方法。
符号说明
101：遮光膜、101a：蚀刻掩模图案、102：相移膜、102a：第2相移膜、102b：第1相移膜、102c：相移膜图案、103：透光性基板、104：抗蚀剂膜、104a：第1抗蚀剂图案、104b：抗蚀剂膜、104c：第2抗蚀剂图案、105：有效区域、106：外周部图案、107：图案加工膜、107a：图案加工图案、108：抗蚀剂膜、108a：第1抗蚀剂图案、200、250、500、550：光掩模坯料、300：光掩模、400：光掩模。

Claims (10)

1.一种光掩模坯料，其是为了制作适应波长193nm的曝光光的光掩模所使用的光掩模坯料，其特征在于，
所述光掩模坯料包括：
透光性基板；
形成在该透光性基板上且带来相移效应的相移膜；和
形成在所述相移膜上的遮光膜，
所述相移膜是通过层叠使用了氮化硅系材料的第1相移膜、和使用了氮氧化硅系材料的第2相移膜而构成的，
所述相移膜对所述曝光光的透光率为30％以上，
所述第1相移膜的折射率n1为2.5以上2.75以下，所述第2相移膜的折射率n2为1.55以上2.20以下，
所述第1相移膜的衰减系数k1为0.2以上0.4以下，所述第2相移膜的衰减系数k2大于0且为0.1以下，
所述相移膜的总膜厚大于70nm且为114nm以下。
2.根据权利要求1所述的光掩模坯料，其中所述相移膜是在形成在所述透光性基板上的所述第1相移膜上层叠所述第2相移膜而成的。
3.根据权利要求1所述的光掩模坯料，其中所述相移膜的所述第1相移膜的膜厚D1和所述第2相移膜的膜厚D2存在下列关系：
D1(nm)>-0.5·D2(nm)+45nm且
D1(nm)<-0.5·D2(nm)+75nm。
4.根据权利要求1所述的光掩模坯料，其中所述遮光膜在氟系干式蚀刻中实质上不被蚀刻，而在包含氧的氯系干式蚀刻中能够进行蚀刻，所述遮光膜的铬含量为20原子％以上。
5.一种光掩模，其是适应波长193nm的曝光光的光掩模，其特征在于，
所述光掩模具备：透光性基板和电路图案，该电路图案为在层叠在该透光性基板上的相移膜中所形成的图案，
所述相移膜是通过层叠使用了氮化硅系材料的第1相移膜、和使用了氮氧化硅系材料的第2相移膜而构成的，
所述相移膜对所述曝光光的透光率为30％以上，
所述第1相移膜的折射率n1为2.5以上2.75以下，所述第2相移膜的折射率n2为1.55以上2.20以下，
所述第1相移膜的衰减系数k1为0.2以上0.4以下，所述第2相移膜的衰减系数k2大于0且为0.1以下，
所述相移膜的总膜厚大于70nm且为114nm以下。
6.根据权利要求5所述的光掩模，其中所述相移膜是通过在所述透光性基板上形成所述第1相移膜、并且进一步在所述第1相移膜上层叠所述第2相移膜而成的。
7.根据权利要求5所述的光掩模，其中所述相移膜的所述第1相移膜的膜厚D1和所述第2相移膜的膜厚D2存在下列关系：
D1(nm)>-0.5·D2(nm)+45nm且
D1(nm)<-0.5·D2(nm)+75nm。
8.根据权利要求5所述的光掩模，其中所述光掩模中，在位于包含所述电路图案的有效区域的外周部的所述相移膜上层叠有遮光膜，
所述遮光膜在氟系干式蚀刻中实质上不被蚀刻，而在包含氧的氯系干式蚀刻中能够进行蚀刻，所述遮光膜的铬含量为20原子％以上。
9.根据权利要求8所述的光掩模，其中将设置在所述外周部的所述遮光膜和所述相移膜合并后的层叠膜对所述曝光光的透光率为0.1％以下。
10.一种光掩模的制造方法，其使用了权利要求1至4中任一项所述的光掩模坯料，其特征在于，具有：
对所述遮光膜进行使用包含氧的氯系气体的干式蚀刻，从而在所述遮光膜中形成图案的步骤；
将形成在所述遮光膜中的图案作为掩模，对所述相移膜进行使用氟系气体的干式蚀刻，从而在所述相移膜中形成电路图案和外周部图案的步骤，所述外周部图案形成包含该电路图案的区域的外周部；
在所述外周部图案上形成抗蚀剂图案，将所述抗蚀剂图案作为掩模，进行使用包含氧的氯系气体的干式蚀刻，从而除去所述遮光膜的一部分的步骤；以及
除去所述抗蚀剂图案的步骤。
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