TW201331698A - 空白光罩、轉印用光罩、轉印用光罩之製造方法、及半導體元件之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之空白光罩，係用以製作適用於ArF準分子雷射曝光光線之二元式光罩，於透光性基板上，具有形成轉印圖樣用之遮光膜，其中：該遮光膜係由下層及上層之層積構造所組成，相對該曝光光線之光學濃度為2.8以上；該下層係於鉭含有氮之材料所組成，膜厚為33nm以上；該上層係於鉭含有氧之材料所組成，膜厚為3nm以上；且穿透該遮光膜之曝光光線與穿透空氣中之經該遮光膜膜厚相同距離之曝光光線兩者的相位差為60度以下。

Description

空白光罩、轉印用光罩、轉印用光罩之製造方法、及半導體元件之製造方法
本發明係關於一種於半導體元件等製造中所使用的空白光罩、轉印用光罩、轉印用光罩之製造方法、及半導體元件之製造方法等。
半導體元件等的微細化係提供性能、功能提升(高速動作或低消費電力化等)或低成本化的優點，此微細化係日益地加速進行。支撐該微細化者為微影技術，而轉印用光罩與曝光裝置、光阻材料均成為關鍵技術。
近年來，關於半導體元件之設計規範，進展到DRAM半節距(hp)45nm~32nm世代的開發。這相當於ArF準分子雷射曝光光線(下稱ArF曝光光線)之波長193nm的1/4~1/6。尤其是hp 45nm以下的世代中，僅傳統的相位偏移法、傾斜照明法或光瞳濾波(pupil filter)法等超解像技術(Resolution Enhancement Technology：RET)與光學鄰近修正(Optical Proximity Correction：OPC)技術的應用已經不足，而需要超高NA技術(浸潤式微影)。
順帶一提，半導體製造上的必備電路圖樣係藉由複數個轉印用光罩(網線)圖樣於半導體晶圓依序曝光。主流方式例如為，以設置有特定網線的縮小投影曝光裝置(曝光裝置)對晶圓上之被投影區域進行圖樣投影 曝光並依序偏移而重複進行(步進重複處理)，或者，相對投影光學系統對網線與晶圓進行同步掃瞄，以反覆進行圖樣投影曝光(步進-掃瞄方式)。藉此，於半導體晶圓內形成特定數量的積體電路晶片區域。
轉印用光罩(網線)具有形成轉印圖樣的區域、與其外周緣區域。此外周緣區域，即，沿轉印用光罩(網線)四個邊的周緣區域，將轉印用光罩(網線)上之轉印圖樣對晶圓上之被投影區域進行曝光並依序偏移時，為了增加積體電路晶片的形成數量，而對相鄰的外周緣區域進行重複曝光、轉印。通常，曝光裝置之光罩台中，會設有遮掩外周緣區域曝光光線之照射用的遮蔽板。但是，以遮蔽板進行曝光光線之遮蔽時，會有位置精度極限或光線繞射現象的問題，無法避免讓曝光光線漏出至外周緣區域(此光線稱為漏光)。前述外周緣區域之漏光若穿透轉印用光罩時，可能會使晶圓上之光阻受到感光。為了防止這般重複曝光造成晶圓上之光阻受感光，於轉印用光罩之外周緣區域以光罩加工而製作有遮光帶(遮光體之帶部、遮光體環部)。又，於形成此外周緣區域之遮光帶的區域中，為抑制因重複曝光造成晶圓上之光阻受感光，通常而言，較佳地OD值(光學濃度)為3以上，至少必須為2.8左右。
二元式光罩之情況中，由於遮光膜的遮光性較高，遮光膜係於轉印圖樣區域形成遮光膜圖樣，且於轉印圖樣區域之外周緣區域處亦具有形成遮光帶的作用。
遮光膜亦必須相對曝光光線具有低表面反射。因此，遮光膜之結構，一般而言，係為確保遮光性能之層與降低表面反射率之層(表面反射防止層)等至少2層的層積構造。表面反射防止層在其特性上，難以提高遮 光性能，對於遮光膜之薄膜化難有正面幫助之層。遮光膜之薄膜化係被該等因素所限制。
當遮光膜薄膜化時，會使OD值(光學濃度)減少。鉻系之遮光膜中，一般而言，為達成一般所需之OD=3之條件，總膜厚約60nm左右為最低限度，難以進行大幅度的薄膜化(例如，參考日本專利特開2007-241136號公報(專利文獻1)之〔0005〕欄)。
日本專利特開2009-230112號公報(專利文獻2)中，揭露一種由鉭系材料之層積構造所組成的遮光膜，例如具備有自基板側由TaN層/TaO層之層積構造所組成之遮光膜的二元式空白光罩。與鉻系材料相比，鉭系材料的遮光性能較高，即使膜厚未達60nm，亦能達到一般所需之OD=3之條件。
另一方面，國際專利公開2005/124454公報(專利文獻3)中，揭露一種具備光半穿透膜的空白光罩。該光半穿透膜具有僅讓特定穿透率之曝光光線穿透之特性，該特性與習知的半色調型相位偏移膜大略相同。但是，該光半穿透膜亦具有，使穿透具光半穿透膜之光半穿透部的曝光光線與穿透無光半穿透膜之透光部的曝光光線兩者的相位差較小之膜的特性。該特性與習知的半色調型相位偏移膜完全相異。具備該光半穿透膜的空白光罩係使用來製作增強光罩用。
順帶一提，關於半導體元件之設計規範，於DRAM半節距(hp)45nm以下世代的二元式(binary)光罩中，轉印用光罩上之轉印圖樣的線寬較ArF曝光光線之波長193nm更小，又，對應前述而採用超解像技術時， 轉印圖樣區域(主要圖樣區域)之遮光膜圖樣的膜厚過厚，會有因電磁場(EMF：ElectroMagnetics Field)效果造成偏移增大的問題。因電磁場(EMF)效果之偏移會對轉印至晶圓上之光阻處的轉印圖樣線寬之CD精度造成大幅影響。因此，需進行電磁場效果的模擬，抑制EMF偏移的影響，而進行對於轉印用光罩所製作之轉印圖樣的校正。EMF偏移越大會使得該轉印圖樣之校正計算複雜化。又，EMF偏移越大亦使得校正後之轉印圖樣複雜化，造成轉印光罩製作的龐大負擔。因EMF導致之偏移增大，便會發生該等新課題。
於二元式光罩之光罩設計中的光學模擬，為了讓所設計之轉印圖樣如設計般曝光轉印至被轉印體(晶圓上之光阻等)，主要目的係計算出需追加配置之OPC或SRAF等校正圖樣之形狀抑或圖樣線寬的校正量(偏移量)等。於該光罩設計之光學模擬中會應用TMA(Thin Mask Analysis)。TMA係指，轉印用光罩之遮光膜中，以膜厚為0而具有特定之光學濃度的理想上之膜為基礎，計算出校正圖樣之形狀或圖樣線寬的校正量。因以理想上之膜進行簡易的模擬，具有模擬計算負擔較小的顯著優點。但是，由於該模擬未考慮EMF效果，對於EMF效果之影響增高的近年之微細圖樣而言，僅TMA之模擬結果係為不足。另外，可將以考慮EMF效果之光學模擬計算出的偏移量減去以TMA計算出的偏移量，而計算出EMF偏移。
本發明者對於前述電磁場(EMF)效果的課題進行致力開發。
首先，著眼於，若為EMF效果影響較小的遮光膜，可更易於利用TMA之模擬，使EMF偏移之校正計算的負擔減輕。
再者，關於EMF效果影響較小的遮光膜之研究結果，已知 即使是二元式轉印用光罩的情況中，穿透具遮光膜之遮光部的曝光光線與穿透無遮光膜之透光部的曝光光線兩者的相位差(以下，此種相位差係簡稱為相位差)具相關連。即，透過模擬清楚可知，隨著遮光膜之相位差變小，EMF偏移會降低。
構成遮光膜之層中，為保持反射防止功能，表面反射防止層須含有一定程度以上的氧或氮，必然地將提高折射率。因此，表面反射防止層會使遮光膜之相位差有增大之傾向。又，為保持反射防止功能，表面反射防止層於某種程度需由消光係數(extinction coefficient)k較小之材料所形成。然後，因遮光層需能確保遮光膜整體之大部分遮光性能，故遮光層需由消光係數k較大的材料所形成。
考慮前述關連之結果，首先，遮光層便會選擇折射率n較小且消光係數k較大的材料。具有此種特性之材料，可列舉出含氧或含氮量較少的過渡金屬矽化物。近年，已逐漸克服因霧狀缺陷(haze)之產生等使轉印用光罩之壽命變短的問題，延長轉印用光罩之使用壽命便變得重要。為進一步地延長轉印用光罩之使用壽命，需使用對ArF準分子雷射之連續、持續照射時具高耐性(以下，稱作ArF耐光性)的材料來作為遮光膜。過渡金屬矽化物系材料之ArF耐光性較低，此點係成為問題。另一方面，鉭系材料雖難以將折射率n降低至如過渡金屬矽化物系材料般程度，但其消光係數k較高，更重要的是其為ArF耐光性優良的材料。
針對使用鉭系材料且EMF偏移較小的遮光膜，精心研究之結果，已知從透光性基板側，具備含有鉭及氮之下層與含有鉭及氧之上層的層積構造之遮光膜中，當遮光膜之相位差為60度以下時，即便形成於該 遮光膜之轉印圖樣(線&間隙圖樣)的節距於轉印物體上(半導體晶圓上之光阻膜上)為90nm，EMF偏移仍可抑制在10nm以下，係非常有效。
又，從透光性基板側，具備含有鉭及氮之下層與含有鉭及氧之上層的層積構造之遮光膜中，已知欲使光學濃度達2.8以上且相位差達60度以下，下層之膜厚至少需為33nm以上。
再者，因近年來曝光裝置之進步，來自遮光模之表面反射對曝光轉印之影響變小，而有容許表面反射率較以往稍大的傾向。考量到該等情事，將遮光膜之表面反射率放寬設定於40%以下來加以檢討的結果，發現在與含鉭及氮之下層層積構造的情況，上層膜厚若為3nm以上，便可將表面反射率抑制再40%以下。
綜合考慮以上各方面的檢討結果，進一步完成了本發明。
本發明係提供一種空白光罩、轉印用光罩及該等之製造方法，藉由鉭系材料所形成之遮光膜，且充份地降低EMF偏移，可大幅地減輕製作轉印光罩的各種負擔，且可提高製作轉印用光罩時對於ArF曝光光線的耐光性。本發明進一步地提供一種空白光罩、轉印用光罩及該等之製造方法，亦可同時滿足確保讓遮光膜具有能抑制因重複曝光之漏光導致晶圓上之光阻膜受曝光之光學濃度的條件。
本發明具有以下結構。
(結構1)
一種空白光罩，係用以製作適用於ArF準分子雷射曝光光線之二元式光罩，於透光性基板上，具有形成轉印圖樣用之遮光膜，其中：該遮光膜係由下層及上層之層積構造所組成，相對該曝光光線之光學濃度 為2.8以上；該下層係由於鉭中含有氮之材料所組成，膜厚為33nm以上；該上層係由於鉭中含有氧之材料所組成，膜厚為3nm以上；且穿透該遮光膜之曝光光線與穿透空氣中之經該遮光膜膜厚相同距離之曝光光線兩者的相位差為60度以下。
(結構2)
如結構1記載之空白光罩，其中該下層之折射率n未達2.0，且消光係數k為2.0以上。
(結構3)
如結構1或2任一者記載之空白光罩，其中該上層之消光係數k為1.3以上。
(結構4)
一種轉印用光罩之製造方法，係具有對如結構1至3中任一者記載之空白光罩以蝕刻進行圖樣成形的蝕刻步驟。
(結構5)
一種轉印用光罩，係適用於ArF準分子雷射曝光光線之二元式轉印用光罩，其中：該轉印用光罩係於透光性基板上具有形成轉印圖樣之遮光膜；該遮光膜係由下層及上層之層積構造所組成，相對該曝光光線之光學濃度為2.8以上；該下層係由於鉭中含有氮之材料所組成，膜厚為33nm以上；該上層係由於鉭中含有氧之材料所組成，膜厚為3nm以上；且穿透該遮光膜之曝光光線與穿透空氣中之經該遮光膜膜厚相同距離之曝光 光線兩者的相位差為60度以下。
(結構6)
如結構5記載之轉印用光罩，其中該下層之折射率n未達2.0，且消光係數k為2.0以上。
(結構7)
如結構5或6任一者記載之轉印用光罩，其中該上層之消光係數k為1.3以上。
(結構8)
如結構5至7中任一者記載之轉印用光罩，其中形成於該遮光膜之轉印圖樣中，包含有半節距45nm以下之L/S圖樣。
(結構9)
一種半導體元件之製造方法，係使用如結構5至8中任一者記載之轉印用光罩，於半導體基板上之光阻膜曝光轉印出轉印圖樣。
(結構10)
如結構9記載之半導體元件之製造方法，其中轉印至半導體基板上之光阻膜的轉印圖樣中，包含有半節距45nm以下的L/S圖樣。
根據本發明，藉由鉭系材料所形成之遮光膜，且充份地降低EMF偏移，可大幅地減輕製作轉印光罩的各種負擔，且可提高製作轉印用光罩時對於ArF曝光光線的耐光性。根據本發明，進一步地，亦可同時滿足確保讓遮光膜具有能抑制因重複曝光之漏光導致晶圓上之光阻膜受曝光之光學濃度的條件。
11‧‧‧透光性基板
12‧‧‧遮光膜
12a‧‧‧遮光膜圖樣
13‧‧‧下層
14‧‧‧上層
20‧‧‧轉印用光罩
23‧‧‧光阻膜
23a‧‧‧光阻圖樣
圖1係顯示相位差相異的複數個遮光膜中轉印圖樣之全節距與EMF偏移之間關係的圖表。
圖2係實施例1中，上層膜厚與下層膜厚各自改變時，測量到總相位偏移、總OD、表面反射率各自會如何變化的圖表。
圖3係實施例2中，上層膜厚與下層膜厚各自改變時，測量到總相位偏移、總OD、表面反射率各自會如何變化的圖表。
圖4係顯示上層膜厚與EMF偏移之間關係的圖表。
圖5係顯示本發明之空白光罩一實施形態的示意剖面圖。
圖6A係關於本發明一實施例之說明轉印用光罩之一製造步驟的示意剖面圖。
圖6B係關於本發明一實施例之說明轉印用光罩之一製造步驟的示意剖面圖。
圖6C係關於本發明一實施例之說明轉印用光罩之一製造步驟的示意剖面圖。
圖6D係關於本發明一實施例之說明轉印用光罩之一製造步驟的示意剖面圖。
圖6E係關於本發明一實施例之說明轉印用光罩之一製造步驟的示意剖面圖。
以下，詳細地說明本發明。
本發明之空白光罩，係用以製作適用於ArF準分子雷射曝光光線之二元式光罩，於透光性基板上，具有形成轉印圖樣用之遮光膜，其中：該遮光膜係由下層及上層之層積構造所組成，相對該曝光光線之光學濃度為2.8以上；該下層係由於鉭中含有氮之材料所組成，膜厚為33nm以上；該上層係由於鉭中含有氧之材料所組成，膜厚為3nm以上；且穿透該遮光膜之曝光光線與穿透空氣中之經該遮光膜膜厚相同距離之曝光光線兩者的相位差為60度以下(結構1)。
又，本發明之轉印用光罩，係適用於ArF準分子雷射曝光光線之二元式光罩，其中：該轉印用光罩係於透光性基板上，具有形成轉印圖樣之遮光膜；該遮光膜係由下層及上層之層積構造所組成，相對該曝光光線之光學濃度為2.8以上；該下層係由於鉭中含有氮之材料所組成，膜厚為33nm以上；該上層係由於鉭中含有氧之材料所組成，膜厚為3nm以上；且穿透該遮光膜之曝光光線與穿透空氣中之經該遮光膜膜厚相同距離之曝光光線兩者的相位差為60度以下(結構5)。
根據前述之各結構，藉由鉭系材料所形成之遮光膜，且充份地降低EMF偏移，可大幅地減輕製作轉印光罩時的各種負擔，且可提高製 作轉印用光罩時對ArF曝光光線的耐光性。根據本發明，再者，亦可同時滿足確保讓遮光膜具有能抑制因重複曝光之漏光導致晶圓上之光阻膜受曝光之光學濃度的條件。
圖1係於由下層(遮光層)及上層(表面反射防止層)之層積構造所組成，而具有各種相位差之遮光膜(OD為2.8以上)處，製作出具有各種圖樣節距之L/S(line and space；線與間隙)圖樣(轉印圖樣)之轉印用光罩，於對象物進行曝光轉印的情況中，以模擬所計算出的EMF偏移的結果。於該模擬中，將ArF曝光光線之照明條件設定為環形照明(Annular Illumination)而進行計算。另外，圖表橫軸之節距係於曝光轉印之對象物(半導體晶圓上之光阻膜等)所轉印出之L/S圖樣的全節距。
從圖1觀之，首先說明，不管是任一個具有相位差之遮光膜，L/S圖樣之全節距越小時則EMF偏移便越大。尤其是，全節距於120nm至110nm之間的情況，EMF偏移將急速提升。因此，相位差超過60度(例如，約74.2度(從圖1推測)、81度、142度)之遮光膜的情況中，對應於全節距110nm之EMF偏移將超過10.0nm。對此，相位差為60度以下(例如60度、46度、13度)之遮光膜的情況中，對應於全節距110nm~90nm之EMF偏移可抑制於10.0nm以下，係相當有效的。
又，當遮光膜的相位差越小，EMF偏移則越低。
再者，相對於圖樣之節距寬度越小，相位差較大之遮光膜的EMF偏移而言，於相位差較小之遮光膜的EMF偏移中，EMF偏移的降低幅度會變大。尤其是，全節距於100nm至90nm之間處，相對於相位差較大之遮光膜而言，相位差較小之遮光膜的EMF偏移將大幅改善。換言之，全節 距於100nm至90nm之間處，相位差相異之各遮光膜間的EMF偏移差將擴大。例如，全節距於100nm至90nm之間處，具有相位差13度(最小)至142度(最大)，遮光膜間的EMF偏移差(最大值-最小值)約從9.3nm擴大至約12.3nm。
從上述結果觀之，可了解到縮小遮光膜之相位差，將可幫助大幅降低EMF偏移。
就單純化之範例來說，在L/S圖樣中，90nm全節距之L/S圖樣中的間隙寬度為45nm。於EMF偏移為45m的情況中，進行曝光轉印時對象物上的節距部分將被破壞，而沒有圖樣被曝光轉印出來。考慮到需於轉印對象物上確實地曝光轉印出轉印圖樣，較佳地，EMF偏移應抑制於間隙寬度的約1/4以下(約10nm以下)。圖1以全節距90nm之L/S圖樣的模擬結果中，除非遮光膜之相位差為60度以下，否則EMF偏移無法抑制於10nm以下。
為形成相位差較小之遮光膜，必須使用折射率較小的材料。但是，於遮光膜中，一般而言，係設有抑制表面相對曝光光線之反射用的表面反射防止層。表面反射防止層之材料係使用含有較多氧或氮且折射率較大的材料。該處，根據下述條件，針對由於鉭中含有氮之材料所組成的下層(遮光層)以及由於鉭中含有氧之材料所組成的上層(表面反射防止層)之層積構造所組成的遮光膜，當上層膜厚與下層膜厚各自改變時，測量到各自之總相位偏移量(Φ)、總OD、表面反射率的變化之圖表如圖2、圖3所示。
該模擬中，上層材料固定為n=2.30、k=1.32，上層膜厚於0~20nm的範圍間變化。又，下層材料各自固定為，條件1(n=1.64、k=2.14)、條件2(n=1.91、k=2.43)，下層膜厚於20~50nm的範圍間各自變化。
如上所述，遮光膜之相位差為60度以下時，即使形成於該遮 光膜之轉印圖樣(線&間隙圖樣)的全節距在轉印對象物上(半導體晶圓上之光阻膜上)為90nm，EMF偏移亦可抑制於10nm以下，係相當有效的。
從圖2、圖3觀之(尤其是從圖2觀之)，可知當光學濃度為2.8以上且相位差為60度以下時，下層膜厚必須至少為33nm以上。
如上所述，透過近年來曝光裝置的進步，來自遮光膜之表面反射對曝光轉印的影響變小，因此即便表面反射率比從前稍大亦仍可接受。
考慮前述，將遮光膜之表面反射率放寬設定為40%以下的情況中，從圖2、圖3可知，只要上層之膜厚(其與含有鉭與氮之下層的層積構造情況)為3nm以上，表面反射率就可抑制於40%以下。
於本發明中，較佳地，該下層(遮光層)之折射率n未達2.0，且消光係數k為2.0以上(結構2、6)。
於本發明中，由於遮光層之折射率n越小可降低EMF偏移，該下層(遮光層)之折射率n較佳地為1.90以下，更佳地為1.80以下，最佳地為1.70以下(參考圖2、圖3)。
於本發明中，從保持良好光學濃度的觀點及EMF偏移較小的觀點來看，較佳地，該下層(遮光層)之消光係數k為2.0以上。再者，較佳地，消光係數k為2.1以上、2.2以上、2.3以上，甚至為2.4以上更佳(參考圖2、圖3)。
圖4係針對下層與上層之層積構造的遮光膜，固定下層之條件，並改變上層膜厚時的EMF偏移之模擬結果。該模擬中，上層材料固定為n=2.35、k=0.99，上層膜厚於0~16nm的範圍內，以每次2nm變化。又，下層材料固定為條件1(n=1.50、k=2.66、膜厚d=40nm)、條件2(n=1.50、 k=2.14、膜厚d=50nm)。下層之材料與膜厚係用來確保僅靠下層亦能達特定之光學濃度(OD2.8以上)。使用轉印用光罩，於對象物進行曝光轉印的轉印圖樣係全節距為80nm之L/S圖樣。ArF曝光光線之照明條件係為環形照明。從結果可知，上層膜厚越厚，則EMF偏移越大。又，亦可知下層之消光係數k越大(下層之膜厚越薄)，則EMF偏移越小。
於本發明中，例如，圖2、圖3中，該下層(遮光層)，較佳地膜厚為50nm。就進一步抑制EMF偏移之觀點來看，更佳地膜厚為48nm以下，甚至為46nm以下、44nm以下、43nm以下、42nm以下、41nm以下更佳(參考圖2、圖3)。
於本發明中，較佳地，該上層(表面反射防止層)之消光係數k為1.3以上(結構3、7)。
只要在能良好發揮反射防止功能的範圍內，提高上層之消光係數k，將可使確保遮光膜整體所需特定光學濃度用的下層之膜厚更加薄化。
於本發明中，從保持良好反射防止功能的觀點來看，較佳地該上層(表面反射防止層)之消光係數k係未達2.0。再者，較佳地消光係數k為1.7以下，更佳地為1.5以下。
參考圖2、圖3、圖4，上層(表面反射防止層)之膜厚越薄，則遮光膜整體之相位差越小。
於本發明中，從保持良好反射防止功能的觀點來看，較佳地該上層(表面反射防止層)之折射率n為2.00以上。再者，較佳地折射率n為2.10以上，更佳地為2.20以上。又，從進一步抑制EMF偏移的觀點來看，較佳地 上層之折射率n為2.50以下，更佳地為2.40以下、2.30以下。(參考圖2、圖3)。
於本發明中，例如，參考圖2、圖3，較佳地該上層(表面反射防止層)之膜厚為15nm以下。從進一步抑制EMF偏移的觀點來看，膜厚要為10nm以下，較佳地為6nm以下、5nm以下、4nm以下。
另外，於本發明中，該上層(表面反射防止層)係以表面反射防止為目的而藉由成膜所形成之層。於本發明中，該上層(表面反射防止層)係不包含，僅藉由表面氧化處理而形成於該遮光膜表面之皮膜結構，或僅藉由加熱處理而形成於該遮光膜表面之皮膜結構。
於本發明中，從圖1、圖2、圖3的結果等可見，該遮光膜整體的相位差為60度(〔deg〕、〔°〕)以下，再者，從抑制EMF偏移的觀點來看，較佳地為50度以下、40度以下、30度以下。
於本發明中，該遮光膜之相對ArF曝光光線的表面反射率較佳地為40%以下，更佳地為35%以下，特佳地為30%以下。
遮光膜相對ArF曝光光線的表面反射率超過40%時，來自遮光膜的表面反射對曝光轉印的影響會增大，因此非較佳態樣。
如前述般，本發明係一種相較於先前技術可更加抑制二元式光罩及二元式空白光罩中過去未被關注也不被控制的遮光膜整體之相位差，來抑制EMF偏移的發明。
又，本發明係一種使得上層(表面反射防止層)產生的相位差較小之設計，藉以抑制EMF偏移的發明。
又，本發明係一種相較先前技術可大幅抑制上層產生的相位差，藉以抑制EMF偏移的發明。
又，本發明係一種相較先前技術可使得上層膜厚更小，藉以抑制EMF偏移的發明。
於本發明中，該遮光膜係由下層(遮光層)及上層(表面反射防止層)之層積構造所組成。
本發明之空白光罩，例如，如圖5所示，於透光性基板11上具備由下層(遮光層)13及上層(表面反射防止層)14之層積構造所組成的遮光膜12。
於本發明中，透過不具有內面反射防止層之結構，達到更加薄膜化的目的，藉以改善電磁場(EMF)效果之課題。
於本發明中，遮光膜係為至少2層的結構，由於鉭中含有氮之材料所組成的下層(遮光層)，以及鄰接形成於下層之上，並於鉭中含有氧之材料所組成的上層(表面反射防止層)所組成。
於鉭中含有氮的材料列舉有，例如，TaN、TaON、TaCN、TaBON、TaBN、TaBCN等。
較佳地，應盡可能減少會提升下層之折射率n或降低消光係數k的元素(尤其是，氧、氮、碳、氫、惰性氣體(氦、氬、氙))。不過，只要在各特性無顯著改變的範圍內，該等於鉭中含有氮之材料亦可含有鋯、鉿、鈮等金屬。
藉由將下層之鉭進行氮化，以達到防止轉印光罩製作後之遮光膜的轉印圖樣側壁氧化之目的。又，可降低相對ArF曝光光線之內面反射率(透光性基板與下層之界面的反射率)。另一方面，為確保高遮光性能，較佳地應盡可能降低含氮量。考慮前述各點時，下層中的含氮量較佳地為1原 子%以上20原子%以下，更佳地為5原子%以上15原子%以下。
於鉭中含有氧之材料列舉有，例如，TaO、TaON、TaBO、TaBON等。不過，只要在各特性無顯著改變的範圍內，該等於鉭中含有氧之材料亦可含有鋯、鉿、鈮等金屬。
由含有50原子%以上氧之鉭氧化物所組成的表面反射防止層(上層)具有優良的反射防止效果，為較佳態樣。又，形成上層之材料中的含氧量較佳地為55原子%以上，更佳地為60原子%以上。
於本發明中，較佳地該上層及下層係藉由濺鍍法進行成膜。下層及上層之薄膜的折射率n或消光係數k的設定方法，首先可舉出調整形成該薄膜之材料的組成，例如，隨著增加材料中的含氧量，會使得消光係數k降低；隨著增加材料中的含氮量，會使得折射率n提升、消光係數k降低。但是，折射率n或消光係數k並非僅靠形成薄膜之材料組成來決定的。調整施加於濺鍍靶材的電力，或調節濺鍍成膜時濺鍍室內之成膜氣體壓力，亦可用來調整折射率n或消光係數k。本發明之上層及下層係複合使用該等方法，以調整至所需之折射率n及消光係數k。
於本發明中，空白光罩係包含空白光罩或附加有光阻膜之空白光罩。
於本發明中，轉印光罩係包含不使用相位偏移效果之二元式光罩、網線，亦包含於基板形成凹陷部以產生相位偏移效果的凹陷式雷文森型相位偏移光罩。本發明中係不包含有增強光罩、相位偏移光罩。
本發明之空白光罩係適用於單次曝光(Single Exposure)、二次圖樣成形、二次曝光用的二元式空白光罩。
另外，二次圖樣成形係指進行兩次對於晶圓之光阻塗佈、曝光、顯影、光阻剝離的一連串步驟，以完成圖樣成形的方法。即，與傳統之單次曝光相同方法，對晶圓上之光阻進行單1次之轉印圖樣之曝光，漏光之重複曝光部分則最多為4次曝光。
二次曝光(DE：Double Exposure)技術係於晶圓上之光阻膜進行第一個轉印用光罩之轉印圖樣曝光後，再對同一個光阻膜進行第二個轉印用光罩之轉印圖樣曝光。
於本發明中，光阻較佳地係化學增幅型光阻。適於高精度之加工用。
本發明係適用於針對光阻膜厚100nm以下、光阻膜厚75nm以下、進一步地鎖定光阻膜厚50nm世代之空白光罩。
於本發明中，光阻較佳地為電子線描繪用之光阻。適於高精度之加工用。
本發明係適用於藉由電子線描繪形成光阻圖樣的電子線描繪用之空白光罩。
於本發明中，作為透光性基板者，可列舉有合成石英基板、CaF2基板、鹼石灰玻璃基板、無鹼玻璃基板、低熱膨脹玻璃基板、矽酸鋁玻璃基板等。
本發明之轉印用光罩之製造方法係對前述任一結構之空白光罩中的該遮光膜，以蝕刻進行圖樣成形的蝕刻步驟(結構4)。
又，關於本發明之轉印用光罩，形成於該遮光膜之轉印圖樣中，包含有半節距45nm以下之L/S圖樣(結構8)。
根據前述本發明之轉印用光罩，藉由使用具有低EMF偏移之遮光膜的空白光罩，能大幅地減輕製作轉印光罩的各種負擔。再者，本發明之轉印光罩，亦可同時滿足確保讓遮光膜具有能抑制因重複曝光之漏光導致晶圓上之光阻膜受曝光之光學濃度的條件。
另外，本發明之轉印用光罩係適用於單次曝光、二次圖樣成形、二次曝光用的轉印光罩。
本發明之半導體元件之製造方法係使用前述任一結構之轉印用光罩，於半導體基板上之光阻膜曝光轉印出轉印圖樣(結構9)。
又，本發明之半導體元件之製造方法，形成於半導體晶圓上的電路圖樣中，包含有半節距45nm以下的L/S圖樣(結構10)。
本發明之轉印用光罩具有優良之半節距45nm以下的L/S圖樣轉印精度，最適合使用此轉印用光罩，於半導體晶圓上形成具有半節距45nm以下之L/S圖樣的電路圖樣。
以下，透過實施例，進一步具體地說明本發明。
(實施例1) (空白光罩之製造)
如圖5所示，使用尺寸為6平方英寸、厚度為0.25英寸的合成石英玻璃基板作為透光性基板11，於透光性基板11上，各自形成TaN膜(下層：遮光層13)和TaO膜(上層：表面反射防止層14)以作為遮光膜12。
具體而言，於透光性基板11上，使用Ta靶材，在氙(Xe)與氮(N2)的混合氣體雰圍中，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，形成42.5nm膜厚的下層(TaN膜)13。
其次，於下層13上，使用Ta靶材，在氬(Ar)與氧(O2)的混合氣體雰圍中，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，形成5.5nm膜厚的上層(TaO膜)14。
(評比)
遮光膜12之合計膜厚為48nm。遮光膜12之光學濃度(OD)於波長193nm之ArF準分子雷射曝光光線中為3.02。
遮光膜12於波長193nm中的表面反射率為30.5%，內面反射率為38.8%。光學濃度(穿透率)及反射率之測定係使用分光光度計進行。
TaN膜(下層13)的折射率n為1.64，消光係數k為2.14。
TaO膜(上層14)的折射率n為2.30，消光係數k為1.32。
對於前述遮光膜12進行測量，穿透前述遮光膜12之曝光光線與穿透空氣中之經該遮光膜膜厚相同距離之曝光光線兩者的相位差(相位角)為49度。
使用實施例1之空白光罩，針對製作適用於ArF曝光光線且具有包含半導體元件之設計規範DRAM半節距(hp)45nm之L/S圖樣(L & S)之轉印圖樣的二元式轉印光罩之情況，進行EMF偏移之模擬。其結果，於環形照明之情況中，EMF偏移為7.85nm。
於實施例1中，各自改變上層14膜厚與下層13膜厚時，遮光膜12整體之總相位偏移量(Φ)、總OD、表面反射率各自的變化如圖2之測量圖表所示。
從圖2觀之，可發現必須考慮到上層膜厚、下層膜厚、總膜厚、總相位偏移量、總OD、表面反射率進行綜合檢討。
又，從圖2觀之，例如，在滿足遮光膜之光學濃度為2.8以上， 遮光膜之相位差為60度以下，且，遮光膜之表面反射率為40%以下的條件之情況，可輕易導出能縮小遮光膜之相位差的上層膜厚及下層膜厚(從該等之總合可計算出總膜厚)，係相當有用的。
又，從圖2觀之，例如，可輕易導出當遮光膜之相位差為最小(例如約30度)，故EMF偏移為最小時的上層膜厚、下層膜厚、總膜厚、總相位偏移量、總OD、表面反射率，係相當有用的。
(比較例1) (空白光罩之製造)
如圖5所示，使用尺寸為6平方英寸、厚度為0.25英寸的合成石英玻璃基板作為透光性基板11，於透光性基板11上，各自形成TaN膜(下層：遮光層13)和TaO膜(上層：表面反射防止層14)以作為遮光膜12。
具體而言，於透光性基板11上，使用Ta靶材，在氙(Xe)與氮(N2)的混合氣體氛圍中，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，形成44nm膜厚的下層(TaN膜)13。
其次，於下層13上，使用Ta靶材，在氬(Ar)與氧(O2)的混合氣體氛圍中，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，形成15m膜厚的上層(TaO膜)14。
(評比)
遮光膜12之合計膜厚為59nm。遮光膜12之光學濃度(OD)於波長193nm之ArF準分子雷射曝光光線中為3.54。
遮光膜12於波長193nm中的表面反射率為21.6%。光學濃度(穿透率)及反射率之測定係使用分光光度計進行。
TaN膜(下層13)的折射率n為1.64，消光係數k為2.14。
TaO膜(上層14)的折射率n為2.30，消光係數k為1.32。
對於前述遮光膜12進行測量，穿透前述遮光膜12之曝光光線與穿透空氣中之經該遮光膜膜厚相同距離之曝光光線兩者的相位差(相位角)為71度。
使用比較例1之空白光罩，針對製作適用於ArF曝光光線且具有包含半導體元件之設計規範DRAM半節距(hp)45nm之L & S之轉印圖樣的二元式轉印光罩之情況，進行EMF偏移之模擬。其結果，於環形照明之情況中，EMF偏移為15.5nm。環形照明之情況，EMF偏移係較10nm更大，導致實際之偏移校正更加複雜。偏移校正模擬時間較久，又，於遮光膜12必須形成的校正圖樣形狀將更加微細化、複雜化。即，比較例1之空白光罩，在應用環形照明之轉印用光罩中，難以形成包含DRAM半節距(hp)45nm之L & S的轉印圖樣。
(實施例2) (空白光罩之製造)
如圖5所示，使用尺寸為6平方英寸、厚度為0.25英寸的合成石英玻璃基板作為透光性基板11，於透光性基板11上，各自形成TaN膜(下層：遮光層13)和TaO膜(上層：表面反射防止層14)以作為遮光膜12。
具體而言，於透光性基板11上，使用Ta靶材，在氙(Xe)與氮(N2)的混合氣體氛圍中，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，形成42.0nm膜厚的下層(TaN膜)13。
其次，於下層13上，使用Ta靶材，在氬(Ar)與氧(O2)的混合氣體氛圍中，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，形成3.0m膜厚的上層(TaO膜)14。
(評比)
遮光膜12之合計膜厚為45nm。遮光膜12之光學濃度(OD)於波長193nm之ArF準分子雷射曝光光線中為3.01。
遮光膜12於波長193nm中的表面反射率為38.2%。光學濃度(穿透率)及反射率之測定係使用分光光度計進行。
TaN膜(下層13)的折射率n為1.91，消光係數k為2.43。
TaO膜(上層14)的折射率n為2.30，消光係數k為1.32。
對於前述遮光膜12進行測量，穿透前述遮光膜12之曝光光線與穿透空氣中之經該遮光膜膜厚相同距離之曝光光線兩者的相位差(相位角)為58度。
使用實施例2之空白光罩，針對製作適用於ArF曝光光線且具有包含半導體元件之設計規範DRAM半節距(hp)45nm之L/S圖樣(L & S)之轉印圖樣的二元式轉印光罩之情況，進行EMF偏移之模擬。其結果，於環形照明之情況中，EMF偏移為7.98nm。
於實施例2中，各自改變上層14膜厚與下層13膜厚時，遮光膜12整體之總相位偏移量(Φ)、總OD、表面反射率各自的變化如圖3之測量圖表所示。
從圖3觀之，可發現必須綜合檢討、考慮到上層膜厚、下層膜厚、總膜厚、總相位偏移量、總OD、表面反射率。
又，從圖3觀之，例如，在滿足遮光膜之光學濃度為2.8以上，遮光膜之相位差為60度以下，且，遮光膜之表面反射率為40%以下的條件之情況，可輕易導出能縮小遮光膜的上層膜厚及下層膜厚(從該等之總合可計 算出總膜厚)，係相當有用的。
又，從圖3觀之，例如，可輕易導出當遮光膜之相位差為最小(例如約52度)，故EMF偏移為最小時的上層膜厚、下層膜厚、總膜厚、總相位偏移量、總OD、表面反射率，係相當有用的。
不過，比較圖2與圖3，於圖2中，與圖3相比，滿足遮光膜之光學濃度為2.8以上，遮光膜之相位差為60度以下，且，遮光膜之表面反射率為40%以下等條件的上層膜厚及下層膜厚之範圍較廣，藉由改變上層膜厚及下層膜厚，可綜合調整總相位偏移量、總OD、表面反射率，係有用的。
(比較例2) (空白光罩之製造)
如圖5所示，使用尺寸為6平方英寸、厚度為0.25英寸的合成石英玻璃基板作為透光性基板11，於透光性基板11上，各自形成TaN膜(下層：遮光層13)和TaO膜(上層：表面反射防止層14)以作為遮光膜12。
具體而言，於透光性基板11上，使用Ta靶材，在氙(Xe)與氮(N2)的混合氣體氛圍中，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，形成44nm膜厚的下層(TaN膜)13。
其次，於下層13上，使用Ta靶材，在氬(Ar)與氧(O2)的混合氣體氛圍中，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，形成9m膜厚的上層(TaO膜)14。
遮光膜12之合計膜厚為53nm。遮光膜12之光學濃度(OD)於波長193nm之ArF準分子雷射曝光光線中為3.36。
(評比)
遮光膜12於波長193nm中的表面反射率為25.4%。光學濃度(穿透率)及反射 率之測定係使用分光光度計進行。
TaN膜(下層13)的折射率n為1.91，消光係數k為2.43。
TaO膜(上層14)的折射率n為2.30，消光係數k為1.32。
對於前述遮光膜12進行測量，穿透前述遮光膜12之曝光光線與穿透空氣中之經該遮光膜膜厚相同距離之曝光光線兩者的相位差(相位角)為79度。
使用比較例2之空白光罩，針對製作適用於ArF曝光光線且具有包含半導體元件之設計規範DRAM半節距(hp)45nm之L & S之轉印圖樣的二元式轉印光罩之情況，進行EMF偏移之模擬。其結果，於環形照明之情況中，EMF偏移為12.5nm。環形照明之情況，EMF偏移係較10nm更大，導致實際之偏移校正更加複雜。偏移校正之模擬時間較久，又，於遮光膜12必須形成的校正圖樣形狀將更加微細化、複雜化。即，比較例2之空白光罩，在應用環形照明之轉印用光罩中，難以形成包含DRAM半節距(hp)45nm之L & S的轉印圖樣。
(轉印用光罩之製作)
其次，說明使用前述Ta系遮光膜空白光罩進行轉印用光罩之製作。
如圖6A所示，藉由旋轉塗佈在遮光膜12上塗佈光阻膜(電子線描繪用化學增幅型光阻PRL009：富士電子材料股份有限公司製)23。
其次，如圖6B及圖6C所示，對於光阻膜23，在曝光出所需圖樣後，以特定之顯影液進行顯影而形成光阻圖樣23a。
其次，如圖6D所示，以前述光阻圖樣23a作為光罩，於遮光膜12處，對上層14使用氟系氣體(CHF3等)進行乾蝕刻(此時，下層13表面亦 有輕微蝕刻)，對下層13使用氯系氣體(Cl2等)進行乾蝕刻，形成遮光膜圖樣12a。
最後，如圖6E所示，將殘留之光阻圖樣剝離以獲得轉印用光罩20。
本發明之轉印光罩中，遮光膜係由鉭系材料所組成，因此與遮光膜由鉬矽化物系材料所組成的情況相比，對適用於ArF準分子雷射之曝光光線具有耐久性。所以，光罩尺寸變化小，壽命較長且具高度信賴性。
其次，使用前述實施例1、2所獲得之二元式轉印用光罩，對於作為轉印物體的半導體晶圓上之光阻膜，進行曝光轉印出轉印圖樣之步驟。曝光裝置中，使用了以ArF準分子雷射作為光源之應用環形照明的浸潤式曝光。具體而言，於曝光裝置之光罩台，設置實施例1之二元式轉印用光罩，對於半導體晶圓上ArF浸潤式曝光用之光阻膜，進行曝光轉印。對於曝光後之光阻膜，進行特定之顯影處理，形成光阻圖樣。再者，使用光阻圖樣，於半導體晶圓上形成包含DRAM半節距(hp)45nm之L & S的電路圖樣。同樣地，實施例2之二元式轉印用光罩亦相同地，對於其它半導體晶圓上ArF液浸曝光用之光阻膜，各自進行相同的曝光轉印、處理，於半導體晶圓上各自形成包含DRAM半節距(hp)45nm之L & S的電路圖樣。
以電子顯微鏡(TEM)確認了所獲得之實施例1、2之半導體晶圓上的電路圖樣，各實施例所製造之電路圖樣皆充份地滿足DRAM半節距(hp)45nm之L & S的規範。即，確認了實施例1、2之二元式轉印用光罩，即便於以環形照明作為光源的曝光方式，亦可充份地於半導體晶圓上轉印包含DRAM半節距(hp)45nm之L & S的電路圖樣。
以上，雖使用轉印之實施形態和實施例進行說明，但本發明之技術範圍不限定於前述實施形態或實施例所記載之範圍。該技術領域中具有通常知識者應當了解，可於前述實施形態或實施例中追加各種變更或改良。從申請專利範圍之記載可了解，所追加之該各種變更或改良的形態亦包含於本發明之技術範圍內。
11‧‧‧透光性基板
12‧‧‧遮光膜
13‧‧‧下層
14‧‧‧上層

Claims (10)

  1. 一種空白光罩，係用以製作適用於ArF準分子雷射曝光光線之二元式光罩，於透光性基板上，具有形成轉印圖樣用之遮光膜，其中：該遮光膜係由下層及上層之層積構造所組成，相對該曝光光線之光學濃度為2.8以上；該下層係於鉭含有氮之材料所組成，膜厚為33nm以上；該上層係於鉭含有氧之材料所組成，膜厚為3nm以上；且穿透該遮光膜之曝光光線與穿透空氣中之經該遮光膜膜厚相同距離之曝光光線兩者的相位差為60度以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之空白光罩，其中該下層之折射率n未達2.0，且消光係數k為2.0以上。
  3. 如申請專利範圍第1項之空白光罩，其中該上層之消光係數k為1.3以上。
  4. 一種轉印用光罩之製造方法，係具有對如申請專利範圍第1項之空白光罩以蝕刻進行圖樣成形的蝕刻步驟。
  5. 一種轉印用光罩，係適用於ArF準分子雷射曝光光線之二元式轉印用光罩，其中：該轉印用光罩係於透光性基板上具有形成轉印圖樣之遮光膜；該遮光膜係由下層及上層之層積構造所組成，相對該曝光光線之光學濃度為2.8以上；該下層係由於鉭中含有氮之材料所組成，膜厚為33nm以上；該上層係由於鉭中含有氧之材料所組成，膜厚為3nm以上；且 穿透該遮光膜之曝光光線與穿透空氣中之經該遮光膜膜厚相同距離之曝光光線兩者的相位差為60度以下。
  6. 如申請專利範圍第5項之轉印用光罩，其中該下層之折射率n未達2.0，且消光係數k為2.0以上。
  7. 如申請專利範圍第5項之轉印用光罩，其中該上層之消光係數k為1.3以上。
  8. 如申請專利範圍第5項之轉印用光罩，其中形成於該遮光膜之轉印圖樣中，包含有半節距45nm以下之L/S圖樣。
  9. 一種半導體元件之製造方法，係使用如申請專利範圍第5項之轉印用光罩，於半導體基板上之光阻膜曝光轉印出轉印圖樣。
  10. 如申請專利範圍第9項之半導體元件之製造方法，其中轉印至半導體基板上之光阻膜的轉印圖樣中，包含有半節距45nm以下的L/S圖樣。
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