TW201403214A - 遮罩基底及相移遮罩之製造方法 - Google Patents

遮罩基底及相移遮罩之製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種適於製造具有包含可進行利用氟系氣體之乾式蝕刻之材料之薄膜圖案、及基板刻蝕圖案之相移遮罩的遮罩基底。遮罩基底100用於製造具有薄膜圖案及基板刻蝕圖案之相移遮罩。遮罩基底100具有於透光性基板1上依序積層有蝕刻止擋膜2、圖案形成用薄膜3、及蝕刻遮罩膜4之構造。此處，蝕刻止擋膜2包含含有鉻與氧、且氧之含量超過50at%之材料。圖案形成用薄膜3包含可進行利用氟系氣體之乾式蝕刻之材料。蝕刻遮罩膜4包含含有鉻、鉻之含量為45at%以上且氧之含量為30at%以下之材料。

Description

遮罩基底及相移遮罩之製造方法
本發明係關於一種用於製作在半導體裝置等電子裝置之製造中使用之相移遮罩(尤其是基板刻蝕型之相移遮罩)的遮罩基底及相移遮罩之製造方法。
一般而言，於半導體裝置之製造步驟中，使用光微影(photolithography)法進行微細圖案之形成。於形成該微細圖案時，通常使用若干片被稱為轉印用遮罩之基板。該轉印用遮罩通常係於透光性之玻璃基板上設置有包含金屬薄膜等之微細之薄膜圖案者。於該轉印用遮罩之製造中亦使用光微影法。
近年來，隨著半導體裝置之積體度顯著提高，轉印用遮罩中之圖案之微細化之要求不斷提高。作為轉印用遮罩，已知有二元遮罩(binary mask)及相移遮罩。二元遮罩係於透光性基板上具有例如包含鉻系材料之遮光膜圖案之遮罩。相移遮罩係於透光性基板上形成有相對於曝光之光產生特定之相位差之相移器部之遮罩。相移遮罩係可使相移器部與透光部之邊界部之對比度、即解像度提高之遮罩。作為該相移遮罩，已知有於透光性基板上具有例如包含MoSi系材料之半透光膜圖案之半色調式相移遮罩。半透光膜圖案係可使實質上無助於曝光之強度之光(例如，相對於曝光波長為1%~30%)透過，且可相對於曝光之光產生特定之相位差(例如180度)。又，作為相移遮罩，已知有如專利文獻1中所揭示之雷文生型(levenson type)相移遮罩等。雷文 生型相移遮罩係可藉由使用有氟系氣體之蝕刻對透光性基板進行刻蝕而設置相移器部之基板刻蝕型之遮罩。
另一方面，亦存在如專利文獻2所揭示之遮罩基底。該遮罩基底之半透明積層膜係積層相位前移膜與相位延遲膜而成者。相位前移膜具有如下特性：於該膜中透過之曝光之光之相位較於空氣中通過相同距離之曝光之光之相位更前移。相反，相位延遲膜具有如下特性：於該膜中透過之曝光之光之相位延遲。藉由此種構成，可使透過半透明積層膜之曝光之光與在空氣中通過相同距離之曝光之光之間不產生相位差。於使用此種遮罩基底製造之相移遮罩之情形時，亦必須設置自基板之表面以特定深度刻蝕而成之槽部。於形成該槽部時，採用使用有氟系氣體之乾式蝕刻。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2007-241065號公報
[專利文獻2]日本專利特開2006-215297號公報
於使用與在透光性基板上形成有遮光膜之二元遮罩基底相同之構造之遮罩基底製作基板刻蝕型之雷文生型相移遮罩之情形時，控制基板刻蝕部(相移部)與非刻蝕部之間之相位差(即，控制刻蝕部與非刻蝕部之間之基板厚度之差)變得重要。為了準確地控制相位差，較理想為於將上述透光性基板刻蝕至特定深度之步驟之前步驟、即於遮罩基底之遮光膜上形成轉印圖案(遮光圖案)之乾式蝕刻步驟時，不藉由乾式蝕刻將基板之露出部分刻蝕。
如專利文獻1中所記載般，於由過渡金屬矽化合物形成遮光膜之情形時，通常於在該遮光膜上形成轉印圖案時應用使用有氟系氣體之 乾式蝕刻。然而，於接觸於透光性基板之表面而形成有遮光膜之情形時，難以避免如下情況：於進行在遮光膜上形成轉印圖案之乾式蝕刻時，會刻蝕透光性基板之表面。因此，於專利文獻1之遮罩基底中，於透光性基板與遮光膜之間設置有鉻系材料之蝕刻止擋膜。藉此，可防止於藉由利用氟系氣體之乾式蝕刻將遮光膜圖案化時刻蝕透光性基板之表面。
另一方面，於先前之使用具備鉻系材料之遮光膜之遮罩基底製作基板刻蝕型之雷文生型相移遮罩之情形時，大致按照以下順序進行。首先，於遮光膜上形成具有應形成於遮光膜上之遮光圖案之第1光阻圖案。其次，將第1光阻圖案用作遮罩，對遮光膜進行乾式蝕刻，而形成遮光圖案。去除第1光阻圖案，於遮光膜上形成具有基板刻蝕圖案之第2光阻圖案。將第2光阻圖案用作遮罩，進行將透光性基板刻蝕之乾式蝕刻，而形成基板刻蝕部。繼而，去除第2光阻圖案。
於形成該第2光阻圖案之製程中，於在已形成有遮光圖案之遮光膜上塗佈形成抗蝕膜後，利用電子束等在抗蝕膜上描繪曝光基板刻蝕部之圖案。然而，就描繪精度等問題而言，實質上難以使對抗蝕膜之基板刻蝕圖案之描繪曝光與遮光圖案之圖案邊緣一致。因此，被描繪曝光於抗蝕膜上之基板刻蝕部之圖案通常略微寬於實際上形成於透光性基板上之基板刻蝕部之寬度。由此，於遮光膜之圖案邊緣附近產生未被第2光阻圖案覆蓋之遮光膜之表面露出之部分。然而，由於鉻系材料之遮光膜對於在刻蝕透光性基板時進行之利用氟系氣體之乾式蝕刻具有較高之耐性，故而實用上不會成為問題。
相對於此，於使用如專利文獻1所記載之具有包含過渡金屬矽化合物之遮光膜之遮罩基底製作基板刻蝕型之雷文生型相移遮罩之情形時，若於接觸於遮光膜而設置有第2光阻圖案之狀態下，進行刻蝕透光性基板之乾式蝕刻，則有未被第2光阻圖案覆蓋之遮光膜之圖案邊 緣附近被蝕刻之虞。尤其是於所應用之曝光之光為ArF準分子雷射之情形時，為了產生相移效果，必須以約173nm之深度刻蝕基板。由於刻蝕該程度之深度會花費蝕刻時間，故而難以避免遮光膜之圖案邊緣附近被蝕刻之情況。因此，於專利文獻1之遮罩基底中，於遮光膜之上表面設置有鉻系材料之蝕刻遮罩膜。
於該專利文獻1中，揭示有於使用遮罩基底製作基板刻蝕型之雷文生型相移遮罩之情形時，按照以下順序進行。首先，於蝕刻遮罩膜上形成具有應形成於遮光膜上之遮光圖案之第1光阻圖案。其次，將第1光阻圖案用作遮罩，對蝕刻遮罩膜進行利用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻，而形成遮光圖案。繼而，將第1光阻圖案用作遮罩，對遮光膜進行利用氟系氣體之乾式蝕刻，而形成遮光圖案。繼而，將第1光阻圖案用作遮罩，對蝕刻止擋膜進行利用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻，而形成遮光圖案。繼而，去除第1光阻圖案，於蝕刻遮罩膜上形成具有基板刻蝕圖案之第2光阻圖案。繼而，將第2光阻圖案用作遮罩，進行刻蝕透光性基板之乾式蝕刻，而形成基板刻蝕部。繼而，去除第2光阻圖案，進而進行利用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻而去除蝕刻遮罩膜。
於該專利文獻1所揭示之遮罩基底之構成之情形時，在蝕刻止擋膜上形成遮光圖案之前必須殘留有第1光阻圖案。於在包含鉻系材料之蝕刻止擋膜上形成遮光圖案時，進行利用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻。此時，若第1光阻圖案消失，則會因該混合氣體而導致表面露出之鉻系材料之蝕刻遮罩膜亦被蝕刻。於此情形時，由於在其後之製程中所形成之第2光阻圖案與遮光膜之間不存在蝕刻遮罩膜，故而成為遮光膜之圖案邊緣附近露出之狀態。若於該狀態下將第2光阻圖案用作遮罩，並進行使用有氟系氣體之乾式蝕刻將透光性基板刻蝕，則遮光膜之圖案邊緣附近亦會被蝕刻，而無法獲得設置有蝕 刻遮罩膜之效果。根據該等情況，於專利文獻1所揭示之基板刻蝕型之雷文生型相移遮罩之製造製程中，將第1光阻圖案之膜厚設為250nm。藉此，於藉由乾式蝕刻在蝕刻止擋膜上結束圖案之形成之前，使第1光阻圖案充分地殘留。
然而，於基板刻蝕型之雷文生型相移遮罩中，亦要求轉印圖案之微細化。必須於遮罩上之轉印圖案中設置50nm以下之圖案。為了形成此種轉印圖案，抗蝕膜之厚度必須未達最小圖案寬度之3倍(即，抗蝕膜厚必須未達150nm)。若光阻圖案之剖面中之膜厚相對於線寬之比率(剖面縱橫比)過高，則會產生圖案之破壞或脫離等，且難以藉由乾式蝕刻以高精度於蝕刻遮罩膜或遮光膜上形成圖案。因此，即便於在遮光膜中使用有可利用氟系氣體進行乾式蝕刻之材料之基板刻蝕型之雷文生型相移遮罩中，亦需要可精度良好地形成50nm以下之圖案之遮罩基底。
因此，本發明之目的在於解決此種先前之各種課題，提供一種適於製作具有使用有可利用氟系氣體進行乾式蝕刻之材料之遮光圖案的基板刻蝕型之相移遮罩之遮罩基底。又，本發明之目的亦在於提供一種使用有此種遮罩基底之基板刻蝕型之相移遮罩之製造方法。
本發明者為了解決上述課題而進行了銳意研究，結果完成了本發明。即，為了解決上述課題，本發明具有以下構成。
(構成1)一種遮罩基底，其特徵在於：其係用於製造具有薄膜圖案及基板刻蝕圖案之相移遮罩者，且具有於透光性基板上依序積層有蝕刻止擋膜、圖案形成用薄膜、及蝕刻遮罩膜之構造，上述蝕刻止擋膜包含含有鉻及氧、且氧之含量超過50at%之材料，上述圖案形成用薄膜包含可進行利用氟系氣體之乾式蝕刻之材料，上述蝕刻遮罩膜包含含有鉻、鉻之含量為45at%以上且氧之含量為30at%以下之材料。
(構成2)如構成1之遮罩基底，其特徵在於：上述蝕刻止擋膜包含可進行使用不含氧之氯系氣體之乾式蝕刻之材料。
(構成3)如構成1或2之遮罩基底，其特徵在於：上述圖案形成用薄膜包含含有過渡金屬與矽之材料。
(構成4)如構成3之遮罩基底，其特徵在於：上述圖案形成用薄膜於與透光性基板側為相反側之表層具有過渡金屬之含量為4at%以下且氧含量為30at%以上之氧化層。
(構成5)如構成3之遮罩基底，其特徵在於：上述圖案形成用薄膜具有下層與上層之積層構造，且上述上層中之氮及氧之合計含量多於上述下層之氮及氧之合計含量。
(構成6)如構成5之遮罩基底，其特徵在於：上述上層於與上述下層側為相反側之表層具有過渡金屬之含量為4at%以下且氧之含量為30at%以上之氧化層。
(構成7)如構成1或2之遮罩基底，其特徵在於：上述圖案形成用薄膜包含含有鉭之材料。
(構成8)如構成7之遮罩基底，其特徵在於：上述圖案形成用薄膜於與透光性基板側為相反側之表層具有氧含量為60at%以上之高氧化層。
(構成9)如構成1至8中任一項之遮罩基底，其特徵在於：於上述蝕刻遮罩膜上具備厚度未達150nm之抗蝕膜。
(構成10)如構成1至9中任一項之遮罩基底，其特徵在於：上述蝕刻止擋膜之厚度為3nm以上且10nm以下。
(構成11)如構成1至10中任一項之遮罩基底，其特徵在於：上述蝕刻遮罩膜之厚度為3nm以上且15nm以下。
(構成12)如構成1至11中任一項之遮罩基底，其特徵在於：上述圖案形成用薄膜之厚度為60nm以下。
(構成13)如構成1至12中任一項之遮罩基底，其特徵在於：其具有上述圖案形成用薄膜與蝕刻止擋膜之積層構造，且相對於ArF曝光之光之光學密度為2.8以上。
(構成14)一種相移遮罩之製造方法，其特徵在於：其係使用如構成1至13中任一項之遮罩基底製造相移遮罩之方法，且包括如下步驟：於上述蝕刻遮罩膜上形成第1光阻圖案；將上述第1光阻圖案用作遮罩，使用氯系氣體與氧氣之混合氣體對上述蝕刻遮罩膜進行乾式蝕刻，而形成蝕刻遮罩圖案；去除上述第1光阻圖案；將上述蝕刻遮罩圖案用作遮罩，使用氟系氣體對上述圖案形成用薄膜進行乾式蝕刻，而形成薄膜圖案；將上述蝕刻遮罩圖案用作遮罩，使用不含氧之氯系氣體對上述蝕刻止擋膜進行乾式蝕刻，而形成蝕刻止擋圖案；於上述蝕刻遮罩圖案上形成第2光阻圖案；將上述第2光阻圖案用作遮罩，使用氟系氣體對透光性基板進行乾式蝕刻，而形成基板刻蝕圖案；去除上述第2光阻圖案；以及去除上述蝕刻遮罩圖案。
(構成15)如構成14之相移遮罩之製造方法，其特徵在於：去除上述蝕刻遮罩圖案之步驟係藉由使用有氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻而進行。
根據本發明，可提供一種遮罩基底，其係具有於透光性基板上依序積層有蝕刻止擋膜、圖案形成用薄膜及蝕刻遮罩膜之構造，且圖案形成用薄膜包含可利用氟系氣體進行乾式蝕刻之材料者，且於使用該遮罩基底製造基板刻蝕型之相移遮罩之情形時，圖案形成用薄膜之圖案精度亦較高，且亦可提高基板刻蝕部與非刻蝕部之間之相位差之精度。
1‧‧‧透光性基板
1a‧‧‧基板刻蝕部
2‧‧‧蝕刻止擋膜
2a‧‧‧蝕刻止擋圖案
3‧‧‧圖案形成用薄膜
3a‧‧‧薄膜圖案
4‧‧‧蝕刻遮罩膜
4a‧‧‧蝕刻遮罩圖案
5、6‧‧‧抗蝕膜
5a、6a‧‧‧光阻圖案
31‧‧‧下層
31a‧‧‧下層圖案
32‧‧‧上層
32a‧‧‧上層圖案
33‧‧‧氧化層、高氧化層
100‧‧‧遮罩基底
200‧‧‧相移遮罩
圖1係表示本發明之實施形態之遮罩基底之層構成之剖面圖。
圖2係表示薄膜中之鉻含量及氧含量與相對於氯系氣體之蝕刻速率之關係之圖。
圖3係表示薄膜中之鉻含量及氧含量與相對於氟系氣體之蝕刻速率之關係之圖。
圖4(a)-(h)係表示本發明之實施形態之基板刻蝕型之相移遮罩之製造步驟的剖面圖。
以下，對本發明之實施形態進行詳細說明。
本發明係關於一種用於製造具有薄膜圖案及基板刻蝕圖案之相移遮罩之遮罩基底。具體而言，本發明係關於一種遮罩基底，該遮罩基底之特徵在於：具有於透光性基板上依序積層有蝕刻止擋膜、圖案形成用薄膜、及蝕刻遮罩膜之構造，上述蝕刻止擋膜包含含有鉻與氧、且氧之含量超過50at%之材料，上述圖案形成用薄膜包含可進行利用氟系氣體之乾式蝕刻之材料，上述蝕刻遮罩膜包含含有鉻、鉻之含量為45at%以上且氧之含量為30at%以下之材料。
本發明者對在具有於透光性基板上依序積層有蝕刻止擋膜、圖案形成用薄膜、及蝕刻遮罩膜之構造之遮罩基底中，為了滿足如下3個條件之全部而所需之構成進行了銳意研究，上述條件係指：(1)圖案形成用薄膜係由可藉由利用氟系氣體之乾式蝕刻進行圖案化之材料形成；(2)可於圖案形成用薄膜上形成例如線寬為50nm以下之微細圖案；及(3)可於透光性基板上形成具有特定之刻蝕深度之刻蝕圖案。
蝕刻止擋膜必須具有如下特性：於藉由利用氟系氣體之乾式蝕刻將其正上方之圖案形成用薄膜圖案化時不易被蝕刻。又，於接下來之製程中必須將蝕刻止擋膜圖案化。此時，必須避免將位於蝕刻止擋膜之正下方之透光性基板之表面刻蝕。由此，必須可藉由氟系氣體以外之蝕刻氣體將蝕刻止擋膜圖案化。具有此種特性之材料有限，含有 鉻之材料可滿足上述2個必要條件。
另一方面，為了於圖案形成用薄膜上形成如線寬為50nm以下之微細圖案，抗蝕膜之膜厚必須至少未達150nm。由於對圖案形成用薄膜要求特定以上之遮光性能，故而必需某種程度以上之膜厚。就該等情況而言，必須於圖案形成用薄膜與抗蝕膜之間介置蝕刻遮罩膜。該蝕刻遮罩膜必須具有如下特性：於藉由利用氟系氣體之乾式蝕刻將其正下方之圖案形成用薄膜圖案化時不易被蝕刻。具有此種特性之材料有限，含有鉻之材料可滿足該必需條件。
然而，於形成蝕刻遮罩膜與蝕刻止擋膜之材料均為含有鉻之材料之情形時，會產生以下之問題。具有應形成於圖案形成用薄膜上之微細圖案之抗蝕膜(光阻圖案)係如上所述般膜厚有限制。因此，即便於在將蝕刻遮罩膜圖案化後仍殘留有光阻圖案之狀態下，進行圖案形成用薄膜之圖案化與蝕刻止擋膜之圖案化，亦有於蝕刻止擋膜之圖案化時光阻圖案消失之虞。如先前般，於藉由利用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻對蝕刻止擋膜進行圖案化之情形時，光阻圖案消失，故而表面成為未被保護之狀態之蝕刻遮罩膜亦被蝕刻。
另一方面，如此，於光阻圖案之膜厚較薄之情形時，若於將蝕刻遮罩膜圖案化後仍殘留有光阻圖案之狀態下對圖案形成用薄膜進行利用氟系氣體之乾式蝕刻，則有於圖案形成用薄膜之蝕刻中光阻圖案消失之虞。於乾式蝕刻中，若存在有機系材料之光阻圖案，則於該光阻圖案被蝕刻時會產生碳或氧，其等對乾式蝕刻圖案形成用薄膜時之蝕刻環境造成影響。若於針對圖案形成用薄膜之乾式蝕刻之中途，含有碳或氧之光阻圖案消失，則有於中途蝕刻環境產生變化，且對圖案精度(圖案側壁形狀之精度或面內之CD精度等)造成不良影響之虞，因而欠佳。
又，由於對蝕刻遮罩膜進行乾式蝕刻時之蝕刻氣體與對圖案形 成用薄膜進行乾式蝕刻時之蝕刻氣體不同，故而其等之蝕刻多數情況下係於不同之蝕刻腔室中進行。由光阻圖案所引起之碳或氧之產生可能成為於乾式蝕刻時產生缺陷之主要原因。因此，較佳為於對蝕刻遮罩膜進行圖案化後，將光阻圖案剝離，其後將遮罩基底導入至對圖案形成用薄膜進行乾式蝕刻之蝕刻腔室內。於該等情形時，於藉由利用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻對蝕刻止擋膜進行圖案化時，由於不存在光阻圖案，故而蝕刻遮罩膜亦被蝕刻。
根據上述理由，具有基板刻蝕圖案之光阻圖案無法保護薄膜圖案之圖案邊緣部分。若於因乾式蝕刻而導致蝕刻遮罩膜之膜厚大幅地變薄之狀態、或蝕刻遮罩膜消失之狀態下，將具有基板刻蝕圖案之光阻圖案用作遮罩，並進行使用有刻蝕透光性基板之氟系氣體之乾式蝕刻，則有薄膜圖案之圖案邊緣部分亦被蝕刻之虞。
為了解決該等問題，本發明者考慮利用不含氧之氯系氣體對蝕刻止擋膜進行乾式蝕刻。而且，對具有如下特性之可能性進行了研究，即，於蝕刻止擋膜與蝕刻遮罩膜均係由鉻系材料形成之情形時，蝕刻止擋膜亦可進行利用不含氧之氯系氣體之乾式蝕刻，且蝕刻遮罩膜難以進行利用不含氧之氯系氣體之乾式蝕刻、及利用氟系氣體之乾式蝕刻。首先，對表1所示之8種鉻系材料之樣品膜進行如下實驗：分別進行使用氯系氣體(Cl2)作為蝕刻氣體之乾式蝕刻、及使用氟系氣體(CF4)作為蝕刻氣體之乾式蝕刻，並確認各樣品膜之蝕刻速率。於圖2中表示各樣品膜相對於氯系氣體(Cl2)之蝕刻速率。於圖3中表示各樣品膜相對於氟系氣體(CF4)之蝕刻速率。
於圖2中，以■之曲線表示各樣品膜之氧之含量與相對於氯系氣體之蝕刻速率之關係。又，以▲之曲線表示各樣品膜之鉻之含量與相對於氯系氣體之蝕刻速率之關係。再者，對圖2中之■及▲之各曲線賦予之符號係與樣品膜之符號對應。若觀察該結果，則可知能夠於膜中之氧含量與相對於氯系氣體之蝕刻速率之間發現相關性。又，亦可知於樣品膜中含有氮或碳之情況之影響較低。另一方面，可知鉻含量與相對於氯系氣體之蝕刻速率之間之相關性亦較低。
於圖2之結果中，可知若鉻系材料膜中之氧之含量大於50at%，則相對於氯系氣體之蝕刻速率大幅地提高為12.0nm/min以上。又，可知若鉻系材料膜中之氧含量為60at%以上，則相對於氯系氣體之蝕刻速率進一步提高為14.0nm/min以上。對圖2之實驗結果等進行研究，結果獲得了如下結論：形成蝕刻止擋膜之鉻系材料中之氧之含量必須大於50at%。
另一方面，可知於鉻系材料膜中之氧之含量為30at%以下之情形時，相對於氯系氣體之蝕刻速率未達6.0nm/min，且與氧之含量多於50at%之鉻系材料膜中之相對於氯系氣體之蝕刻速率相比，較其1/2更小。又，可知於鉻系材料膜中之氧含量為15at%以下之情形時，相對於氯系氣體之蝕刻速率為4.0nm/min以下，且與氧含量多於50at%之鉻系材料膜中之相對於氯系氣體之蝕刻速率相比，成為其1/3以下。
另一方面，於圖3中，以■之曲線表示各樣品膜之氧含量與相對於氟系氣體之蝕刻速率之關係。又，以▲之曲線表示各樣品膜之鉻含 量與相對於氟系氣體之蝕刻速率之關係。再者，對圖3中之■及▲之各曲線所賦予之符號與樣品膜之符號對應。若觀察該結果，則可知能夠於鉻含量與相對於氟系氣體之蝕刻速率之間發現相關性。又，亦可知於樣品膜中含有氮或碳之情況之影響較低。另一方面，可知氧含量與相對於氟系氣體之蝕刻速率之間之相關性較低。
又，於圖3之結果中，可知於鉻系材料膜中之鉻含量低於45at%之情形時，相對於氟系氣體之蝕刻速率之上升程度變高。於對氟系氣體之乾式蝕刻之耐性較低之情形時，於使具有基板刻蝕圖案之抗蝕膜為遮罩，進行利用氟系氣體之乾式蝕刻而對透光性基板進行刻蝕時，有蝕刻遮罩膜之表面露出之部分被蝕刻而消失，圖案形成用薄膜之圖案邊緣部分露出，進而該圖案邊緣部分被蝕刻之虞。對圖2及圖3之實驗結果等進行研究，結果獲得了如下結論：形成蝕刻遮罩膜之鉻系材料之鉻含量必須為45at%以上，且氧含量必須為30at%以下。
藉由選定具有如上所述之特徵之蝕刻止擋膜與蝕刻遮罩膜，蝕刻止擋膜相對於不含氧之氯系氣體可確保足夠高之蝕刻速率，且可縮短形成圖案時之蝕刻時間。進而，蝕刻遮罩膜由於相對於不含氧之氯系氣體之蝕刻速率與蝕刻止擋膜相比至少較其1/2小，故而於在蝕刻止擋膜上形成圖案後，亦可確保充分之膜厚。而且，由於蝕刻遮罩膜亦兼具對相對於氟氣之蝕刻速率之耐性足夠高之特性，故而於利用對透光性基板進行刻蝕之氟系氣體之乾式蝕刻結束之前，可保護圖案形成用薄膜之圖案邊緣部分。即，於本發明中，可使用於蝕刻止擋膜之鉻系材料與可使用於蝕刻遮罩膜之鉻系材料彼此之特性存在較大差異，故而於更換蝕刻止擋膜與蝕刻遮罩膜之鉻系材料之情形時，難以獲得本發明之效果。
圖1係表示本發明之遮罩基底之構造之剖面圖。圖1所示之本發明之遮罩基底100具有於透光性基板1上依序積層有蝕刻止擋膜2、圖 案形成用薄膜3、及蝕刻遮罩膜4之構造。
透光性基板1只要為對於使用之曝光波長具有透明性者即可，並無特別限制。於本發明中，作為透光性基板1，可使用合成石英玻璃基板、其他各種玻璃基板(例如，鹼石灰玻璃、鋁矽酸鹽玻璃等)。於使半導體裝置之圖案微細化時，除形成於相移遮罩之遮罩圖案之微細化以外，亦需要半導體裝置製造時之光微影法中所使用之曝光光源波長之短波長化。作為半導體裝置製造時之曝光光源，近年來，短波長化自KrF準分子雷射(波長248nm)發展為ArF準分子雷射(波長193nm)。於各種玻璃基板中，尤其是合成石英玻璃基板於ArF準分子雷射或較其更短波長之區域中透明性較高，故而作為高精細之轉印圖案形成中所使用之本發明之遮罩基底中之透光性基板較佳。
應用於蝕刻止擋膜2之材料係含有鉻與氧、且氧含量大於50at%之材料。應用於蝕刻止擋膜2之材料只要為滿足該條件之鉻系材料即可，只要蝕刻特性不產生較大變化，則亦可含有其他元素。作為蝕刻止擋膜中所使用之較佳之材料，例如，可列舉鉻氧化物、或在鉻與氧中添加有選自氮、碳、氫及硼等元素中之1種以上元素之鉻化合物等。再者，根據圖3之結果，若應用於蝕刻止擋膜2之材料中之鉻含量為40at%以上，則對氟系氣體之乾式蝕刻之耐性進一步提高，故而較佳，更佳為45at%以上。關於蝕刻止擋膜2之厚度，就使上述功能得以充分發揮之觀點而言，較佳為3nm以上且10nm以下。若膜厚未達3nm，則難以充分地獲得於藉由利用氟系氣體之乾式蝕刻對圖案形成用薄膜3進行圖案化時防止透光性基板1之表面被蝕刻之功能。更佳為蝕刻止擋膜2之厚度為4nm以上。另一方面，於蝕刻止擋膜2之厚度大於10nm之情形時，於藉由利用不含氧之氯系氣體之乾式蝕刻將蝕刻止擋膜2圖案化時，蝕刻時間變長，且對蝕刻遮罩膜4之表面進行蝕刻之量增加，故而欠佳。更佳為蝕刻止擋膜2之厚度為7nm以下。
蝕刻止擋膜2之相對於不含氧之氯系氣體之蝕刻速率雖然受到膜中之氧含量較大之影響，但亦多少受到鉻含量之影響。鉻系材料之乾式蝕刻係藉由在低壓之腔室內生成沸點較低之鉻之氯氧化物(氯氧化鉻)並使其自透光性基板2上揮發而進行。由此，若蝕刻止擋膜2中之鉻之含量較低，則生成氯氧化鉻所需之氧量亦變少。然而，亦必須考慮蝕刻止擋膜2中所含有之其他元素與氧鍵結之情況，很難說膜中之鉻含量對蝕刻速率造成之影響較大。就該等情況而言，於形成蝕刻止擋膜2之材料之鉻含量少至40at%以下之情形時，可以說只要材料中之氧含量為45at%以上之範圍，則可獲得能夠獲得本發明之效果之程度之蝕刻速率。
圖案形成用薄膜3係使用可藉由利用氟系氣體之乾式蝕刻形成微細圖案之材料。作為具有此種特性之材料，可列舉含有矽之材料、含有過渡金屬與矽之材料、或含有鉭之材料。作為較佳之含有矽之材料，有矽單體、或於矽中含有選自氧、氮、碳及硼中之1種以上元素之化合物。作為較佳之含有過渡金屬與矽之材料，有包含過渡金屬及矽之材料、或於過渡金屬及矽中含有選自氧、氮、碳及硼中之1種以上元素之化合物。又，於此情形時，作為較佳之過渡金屬，可列舉選自鉬、鉭、鎢、鈦、鉻、鉿、鎳、釩、鋯、釕、銠、鈮、鈀、鐵、銅、鋅、銀、鉑及金中之1種以上之金屬。
作為較佳之含有鉭之材料，有鉭金屬單體、或於鉭中含有選自氧、氮、碳及硼中之1種以上元素之化合物。又，亦可列舉含有鉭及選自鉿、鋯及鉬等中之1種以上金屬之合金、或於該合金中添加有選自氧、氮、硼及碳中之1種以上元素之化合物等。
根據使用該遮罩基底100而製造之相移遮罩之類型，對圖案形成用薄膜3要求之光學特性有所不同。於用以製造基板刻蝕型之雷文生型相移遮罩之遮罩基底之情形時，蝕刻止擋膜2與圖案形成用薄膜3之 積層構造必須具有特定值以上之光學密度(OD，Optical Density)。於此情形時，圖案形成用薄膜3係作為遮光膜之一部分而發揮功能。蝕刻止擋膜2與圖案形成用薄膜3之積層構造係相對於曝光之光之波長之光學密度必須至少為2.5以上，較佳為2.8以上，更佳為3.0以上。蝕刻止擋膜2由於必須使氧含量超過50at%，且使其厚度較薄，故而遮光性能不太高。因此，較佳為僅藉由圖案形成用薄膜3來確保對與蝕刻止擋膜2之積層構造所要求之上述特定值以上之光學密度之大部分，若可確保全部則更佳。
圖案形成用薄膜3亦可採用單層構造或2層以上之積層構造中之任一種形態。於由該遮罩基底100製造之相移遮罩中，形成於透光性基板上之圖案係藉由蝕刻止擋膜2與圖案形成用薄膜3之積層構造而形成。於相較於降低該圖案之表面反射而優先使整體膜厚變薄之情形時，圖案形成用薄膜3較佳為單層構造。一般而言，光學密度較高之材料有相對於曝光之光之反射率變高之傾向。較理想為將薄膜圖案之表面反射率抑制為某種程度以下(例如，相對於ArF曝光之光之表面反射率為40%以下，更佳為30%以下)。於考慮該情況之情形時，圖案形成用薄膜3較佳為於遮光性能較高之下層31上積層有具有降低表面反射之功能之上層32之構造。又，圖案形成用薄膜3之膜厚較佳為60nm以下，更佳為55nm以下。
於使用上述含有過渡金屬與矽之材料以單層構造形成圖案形成用薄膜3之情形時，為了確保光學密度，較佳為儘可能減少膜中之過渡金屬與矽以外之元素之含量、尤其是易於使光學密度下降之氧或氮之含量。另一方面，此種材料有耐化學品性或對於ArF曝光之光之耐光性較低之傾向。又，此種材料對於在將積層於圖案形成用薄膜3之表面之蝕刻遮罩膜4去除時所使用之利用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻，耐性並不足夠高。上述耐化學品性、ArF耐光性及蝕刻 耐性有隨著膜中之過渡金屬之含量增多而下降之傾向。又，該等耐性亦有隨著膜中之氧之含量增多而提高之傾向。若考慮該等情況，則較佳為於使用上述含有過渡金屬與矽之材料以單層構造形成圖案形成用薄膜3之情形時，於其表層設置過渡金屬之含量為4at%以下且氧含量為30at%以上之氧化層。
於使用上述含有過渡金屬與矽之材料以下層31與上層32之積層構造形成圖案形成用薄膜3之情形時，下層31較佳為儘可能減少膜中之過渡金屬與矽以外之元素之含量、特別是易於使光學密度下降之氧或氮之含量，以確保光學密度。又，為了使表面反射降低，上層32必須含有氧或氮，增大上層32中之折射率且減小消光係數。然而，為了於上層32中即便稍許亦較多地確保光學密度，較佳為減少使消光係數k大幅地降低之氧之含量。因此，於下層31與上層32之積層構造之圖案形成用薄膜3之情形時，上層32之耐化學品性、ArF耐光性及蝕刻耐性亦並不足夠高。由此，於圖案形成用薄膜3為下層31與上層32之積層構造，且各層均由含有過渡金屬與矽之材料形成之情形時，亦較佳為於上層32之表層設置過渡金屬之含量為4at%以下且氧含量為30at%以上之氧化層33。
於使用上述含有過渡金屬與矽之材料形成單層構造之圖案形成用薄膜3或下層31之情形時，將材料中之過渡金屬(M)之含量[at%]除以過渡金屬(M)與矽(Si)之合計含量[at%]而算出之百分率[%](以下，稱為M/M+Si比率)較佳為9%以上且35%以下，更佳為11%以上且33%以下。若含有過渡金屬與矽之材料為該等M/M+Si比率之範圍內，則可進一步提高材料之光學密度。於使用上述含有過渡金屬與矽之材料形成單層構造之圖案形成用薄膜3或下層31之情形時，該材料中之氮之含量較佳為21at%以上。於對在圖案形成用薄膜3之圖案化後發現之黑色缺陷部分應用一面供給二氟化氙氣體一面照射電子束而修正黑 色缺陷部分之修正技術(EB(Electron Beam，電子束)缺陷修正)之情形時，若膜中之氮含量為21at%以上，則可抑制未照射到電子束之部位由二氟化氙氣體蝕刻。
於使用上述含有鉭之材料以單層構造形成圖案形成用薄膜3之情形時，為了確保光學密度，較佳為儘可能減少膜中之鉭以外之元素之含量、特別是易於使光學密度下降之氧或氮之含量。另一方面，此種材料有耐化學品性或對於ArF曝光之光之耐光性較低之傾向。又，此種材料對於在將積層於圖案形成用薄膜3之表面之蝕刻遮罩膜4去除時所使用之利用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻，耐性並不足夠高。因此，於使用上述含有鉭之材料以單層構造形成圖案形成用薄膜3之情形時，較佳為於其表層形成有氧含量為60at%以上之高氧化層。
遮罩基底100之圖案形成用薄膜3之晶體結構較佳為微晶，更佳為非晶質。於此情形時，薄膜內之晶體結構不易變為單一結構，而易於變為混有複數種晶體結構之狀態。由此，於氧含量為60at%以上之高氧化層之情形時，高氧化層易於變為混有TaO鍵、Ta2O3鍵、TaO2鍵、及Ta2O5鍵之狀態。隨著高氧化層中之Ta2O5鍵之存在比率變高，耐化學品性、ArF耐光性、及利用氧與氯之混合氣體之乾式蝕刻耐性提高。
認為若高氧化層之層中之氧含量為60at%以上且未達66.7at%，則層中之鉭與氧之鍵結狀態中Ta2O3鍵成為主體之傾向提高，且認為最不穩定之鍵即TaO鍵與層中之氧含量未達60at%之情形相比變得非常少。
又，認為若高氧化層之層中之氧含量為66.7at%以上，則層中之鉭與氧之鍵結狀態中TaO2鍵成為主體之傾向提高，且認為最不穩定之鍵即TaO鍵或僅次於其之不穩定之鍵即Ta2O3鍵均變得非常少。
認為若高氧化層之層中之氧含量為68at%以上，則層中之鉭與氧之鍵結狀態中不僅TaO2鍵成為主體，而且Ta2O5鍵之比率亦提高。若成為此種氧含量，則Ta2O3鍵變為極少存在之程度，TaO鍵變得不可能存在。進而，認為若高氧化層之層中之氧含量為71.4at%，則層中之鉭與氧之鍵結狀態實質上僅變為Ta2O5鍵。此種狀態下耐化學品性、ArF耐光性、及利用氧與氯之混合氣體之乾式蝕刻耐性非常高，故而最佳。
作為於包括含有鉭之材料之圖案形成用薄膜3之表層形成高氧化層之方法，例如，對在透光性基板1上形成有圖案形成用薄膜3之基板進行溫水處理、含臭氧之水處理、含有氧之氣體中之加熱處理、含有氧之氣體中之紫外線照射處理、及O2電漿處理等，除此以外可列舉自然氧化之方法等。於該等方法中，就可形成均勻膜厚之高氧化層、及生產性之觀點而言，特佳為上述自然氧化之方法以外之各表面處理之方法。
為了充分地獲得如上所述之作用效果，較佳為高氧化層之厚度為1.5nm以上且4nm以下。若厚度未達1.5nm則無法充分地獲得效果，若超過4nm則對圖案形成用薄膜3之光學特性造成之影響變大。若考慮圖案形成用薄膜3整體之光學密度確保、耐化學品性、ArF耐光性、利用氧與氯之混合氣體之乾式蝕刻耐性之提高之各觀點間之平衡，則高氧化層之厚度更佳為1.5nm以上且3nm以下。
於使用上述含有鉭之材料以下層31與上層32之積層構造形成圖案形成用薄膜3之情形時，下層31較佳為儘可能減少膜中之鉭以外之元素之含量、尤其是易於使光學密度下降之氧或氮之含量，以確保光學密度。又，為了降低表面反射，上層32必須含有氧或氮，增大上層32中之折射率並減小消光係數。然而，為了於上層32中即便稍許亦較多地確保光學密度，使消光係數k大幅下降之氧之含量較佳為未達60 at%。因此，於下層31與上層32之積層構造之圖案形成用薄膜3之情形時，上層32之耐化學品性、ArF耐光性及蝕刻耐性亦不會足夠高。由此，於圖案形成用薄膜3為下層31與上層32之積層構造且各層均由含有鉭之材料形成之情形時，亦較佳為於上層32之表層形成有氧含量為60原子%以上之高氧化層33。關於與形成於其他表層之高氧化層33相關之事項，與形成於使用有上述含有鉭之材料之單層構造之圖案形成用薄膜的高氧化層相同。
單層構造之情形時之圖案形成用薄膜3、或積層構造之情形時之圖案形成用薄膜3之下層31較佳為由含有鉭及氮之材料形成。於該等情形時，若使氮含量未達62at%(較佳為51at%以下，更佳為30at%以下)，則可將表面粗糙度控制為以Rq計0.60nm以下。
應用於蝕刻遮罩膜4之材料係含有鉻、鉻之含量為45at%以上且氧之含量為30at%以下之材料。應用於蝕刻遮罩膜4之材料只要為滿足該條件之鉻系材料即可，只要蝕刻特性不產生較大變化，則亦可含有其他元素。作為蝕刻遮罩膜4中所使用之較佳之材料，例如，可列舉鉻金屬、或於鉻中添加有選自氧、氮、碳、氫及硼等元素中之1種以上之元素之鉻化合物等。蝕刻遮罩膜4中之鉻之含量較佳為50at%以上，更佳為60at%以上。再者，蝕刻遮罩膜4亦可藉由如下方式形成，即，於不積極地含有氧之成膜條件下於圖案形成用薄膜3上成膜後，進行於含有氧之氣體中(大氣中等)之加熱處理等。藉此，可形成膜中之鉻之含量為45at%以上且氧之含量為30at%以下之蝕刻遮罩膜4。
於將形成有如線寬為50nm以下之微細圖案之膜厚未達150nm之光阻圖案用作遮罩，且藉由使用有氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻於蝕刻遮罩膜4上形成圖案之情形時，必須可高精度且微細地形成該圖案。有隨著蝕刻遮罩膜4中之鉻之含量增多，相對於使用有氯 系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻之蝕刻速率下降之傾向。若考慮該方面，則蝕刻遮罩膜4中之鉻之含量較佳為至少未達90at%，更佳為85at%以下，進而較佳為80at%以下。
於上述情形時，較佳為於蝕刻遮罩膜4中含有氮、碳等。其原因在於該等元素於乾式蝕刻時容易揮發。然而，若蝕刻遮罩膜4中之氮及碳之含量變得過多，則有對利用氟系氣體之乾式蝕刻之耐性下降之虞。若考慮該等情況，則蝕刻遮罩膜4中之氮含量之下限較佳為10at%，更佳為15at%。又，蝕刻遮罩膜4中之氮含量之上限較佳為30at%，更佳為20at%。同樣地，蝕刻遮罩膜4中之碳含量之下限較佳為5at%，更佳為10at%。又，蝕刻遮罩膜4中之碳含量之上限較佳為20at%，更佳為15at%。
關於蝕刻遮罩膜4之厚度，就使上述功能得以充分地發揮之觀點而言，較佳為3nm以上且15nm以下。於對圖案形成用薄膜3或透光性基板1進行利用氟系氣體之乾式蝕刻時，無法避免蝕刻遮罩膜4逐漸被蝕刻。若蝕刻遮罩膜4之膜厚未達3nm，則有如下之虞：於藉由利用氟系氣體之乾式蝕刻對圖案形成用薄膜3形成微細圖案時，在蝕刻中途變得無法維持形成於蝕刻遮罩膜4上之微細圖案之形狀。又，有如下之虞：於藉由利用氟系氣體之乾式蝕刻對透光性基板1形成刻蝕圖案時，在蝕刻之中途，蝕刻遮罩膜4消失，而變得無法保護圖案形成用薄膜3之圖案邊緣。蝕刻遮罩膜4之厚度更佳為4nm以上。
若蝕刻遮罩膜4之厚度大於15nm，則有如下之虞：於將膜厚未達150nm之光阻圖案用作遮罩並藉由使用有氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻於蝕刻遮罩膜4上形成微細圖案之中途，光阻圖案之形狀變得無法維持、或光阻圖案消失，因而欠佳。蝕刻遮罩膜4之厚度更佳為10nm以下。
於使用遮罩基底100製造之相移遮罩為增強型相移遮罩之情形 時，對圖案形成用薄膜3要求之光學特性與雷文生型相移遮罩之情形時有較大差異。於增強型相移遮罩中，與雷文生型相移遮罩之情形同樣地，要求於透過基板刻蝕部之曝光之光與透過未將基板刻蝕之透光部之曝光之光之間產生可獲得相移效果之程度之特定之相位差。然而，於增強型相移遮罩中，圖案形成用薄膜3必須為使曝光之光以特定之透過率透過之半透過膜，進而亦必須具有如下特性，即，於透過圖案形成用薄膜(半透過膜)3之曝光之光與透過未將基板刻蝕之透光部之曝光之光之間，相位差較小。
於遮罩基底100為用於製造增強型相移遮罩者之情形時，要求圖案形成用薄膜3同時滿足如下兩種光學特性，即，相對於曝光之光之透過率為1~20%之範圍；及透過圖案形成用薄膜3之曝光之光與於空氣中通過相當於該圖案形成用薄膜3之膜厚之程度的曝光之光之間產生之相位差為-30度~+30度之範圍。作為易於獲得此種特性之材料，可列舉上述含有矽之材料、或含有過渡金屬與矽之材料。特佳為含有過渡金屬與矽之材料。為了以含有過渡金屬與矽之材料形成圖案形成用薄膜3，並滿足對上述半透過膜所要求之光學特性，圖案形成用薄膜3較佳為下層31與上層32之積層構造。
為了減小上述相位差，較佳為包含過渡金屬與矽之材料。然而，包含該材料之單層膜難以使相對於曝光之光之透過率為上述範圍內。為了解決該問題，而由如下材料形成下層31，上述材料係指包含過渡金屬與矽之材料、或易於向相位差變大之方向作用之氧或氮之含量為10at%以下之含有過渡金屬與矽之材料。進而，藉由如下材料形成上層32，上述材料係雖相對於曝光之光之透過率有較高之傾向但上述相位差有變大之傾向，且含有過渡金屬與矽，且含有多於10at%之氧或氮。藉此，可對下層31與上層32之材料之光學特性(折射率n、消光係數k)或膜厚進行調整，從而將圖案形成用薄膜3之透過率與相位 差調整為上述範圍內。
作為於上述透光性基板1上形成蝕刻止擋膜2、圖案形成用薄膜3、以及蝕刻遮罩膜4之方法之較佳之例，可列舉DC(Direct Current，直流)濺鍍法、RF(Radio Frequency，射頻)濺鍍法、離子束(ion beam)濺鍍法等濺鍍成膜法。然而，於本發明中，無需將成膜方法限定於濺鍍成膜法。
以上所說明之本發明之遮罩基底係有時設置有如線寬為50nm以下之微細之圖案之、以波長為200nm以下之短波長之曝光之光(ArF準分子雷射等)作為曝光光源之曝光裝置中所使用之轉印用遮罩，尤其是適於製造基板刻蝕型之相移遮罩之遮罩基底。於基板刻蝕型之相移遮罩中有基板刻蝕型之雷文生型相移遮罩、或增強型相移遮罩等。本發明之遮罩基底適於製造包括基板刻蝕部、不刻蝕基板之透光部、及於圖案形成用薄膜中形成之薄膜圖案的轉印用遮罩。
本發明亦提供一種基板刻蝕型之相移遮罩之製造方法。圖4係表示本發明之基板刻蝕型之相移遮罩之製造步驟之剖面圖。按照圖4所示之製造步驟，說明本發明之基板刻蝕型之相移遮罩之製造方法。本發明中使用之遮罩基底100之構成之詳細情況係如上所述。
首先，於遮罩基底100上形成抗蝕膜5(參照圖4(a))。抗蝕膜5之膜厚必須未達150nm，較佳為120nm以下，更佳為100nm以下。其次，對形成於該遮罩基底100上之抗蝕膜5進行應形成於圖案形成用薄膜3之微細圖案之曝光描繪，並進行顯影處理，藉此，形成光阻圖案5a。繼而，將該光阻圖案5a用作遮罩，對蝕刻遮罩膜4進行使用有氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻，而形成蝕刻遮罩圖案4a(參照圖4(b))。作為該乾式蝕刻中所使用之氯系氣體，例如，可列舉Cl2、SiCl4、CHCl3、CH2Cl2、CCl4及BCl3等。繼而，去除殘留之光阻圖案5a。
繼而，將蝕刻遮罩圖案4a用作遮罩，對圖案形成用薄膜3(上層32及下層31，再者，於上層32中包含氧化層33(未圖示))進行使用有氟系氣體之乾式蝕刻，而形成薄膜圖案3a(上層圖案32a、下層圖案31a)。此時，蝕刻止擋膜2幾乎未被蝕刻，故而可保護透光性基板1之表面。其原因在於，蝕刻止擋膜2係由對氟系氣體具有蝕刻耐性之含有鉻與氧之材料形成。再者，作為該乾式蝕刻中所使用之氟系氣體，例如，可列舉CHF3、CF4、C2F6、C4F8及SF6等。(參照圖4(c))。
繼而，將蝕刻遮罩圖案4a用作遮罩，對蝕刻止擋膜2進行使用不含氧之氯系氣體之乾式蝕刻，而形成蝕刻止擋圖案2a(參照圖4(d))。此時，即便為僅使用氯系氣體之乾式蝕刻，亦可於蝕刻止擋膜2上蝕刻出微細圖案，且可獲得充分之蝕刻速率。其原因在於，蝕刻止擋膜2係由含有鉻與氧、且氧之含量超過50at%之材料形成。另一方面，蝕刻遮罩圖案4a雖與蝕刻止擋膜2同樣地，由含有鉻之材料形成，但氧含量低至30at%。因此，僅使用氯系氣體之乾式蝕刻中之蝕刻速率大幅地降低，與蝕刻止擋膜2之間可獲得充分之蝕刻選擇性。
繼而，於形成有蝕刻遮罩圖案4a、薄膜圖案3a及蝕刻止擋圖案2a之遮罩基底上形成抗蝕膜6。繼而，對該抗蝕膜6進行用以形成基板刻蝕部(相移部)之基板刻蝕圖案(相移圖案)之曝光描繪，並進行顯影處理，藉此，形成光阻圖案6a(參照圖4(e))。如上所述，於光阻圖案6a中，考慮到描繪精度等情況，相較於原本之基板刻蝕部之寬度將少許裕度估算在內，而形成較寬之空間部。藉此，成為蝕刻遮罩圖案4a之邊緣附近之表面露出之狀態。
繼而，將該光阻圖案6a用作遮罩，對透光性基板1進行使用有氟系氣體之乾式蝕刻，而將透光性基板1刻蝕至特定深度。藉此，於透光性基板1形成基板刻蝕部1a(參照圖4(f))。此時，蝕刻遮罩圖案4a係由含有鉻且含有45at%以上之鉻之材料形成，故而對氟系氣體之乾式 蝕刻具有足夠高之耐性。因此，於對透光性基板1進行刻蝕之乾式蝕刻結束時，亦不受光阻圖案6a保護，且露出之蝕刻遮罩圖案4a之圖案邊緣附近殘留。由此，可保護薄膜圖案3a不受利用氟系氣體之乾式蝕刻影響。
繼而，去除光阻圖案6a(參照圖4(g))。繼而，例如藉由使用有氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻將遮罩圖案4a去除。其後，藉由進行特定之清洗處理等，而獲得基板刻蝕型之相移遮罩200(參照圖4(h))。
另一方面，作為本發明之另一實施形態，亦可由含有選自鉿(Hf)及鋯(Zr)中之1種以上之元素及鉭(Ta)、且實質上不含氧之材料形成上述遮罩基底100之蝕刻止擋膜2。包含該等材料之蝕刻止擋膜2可獲得較高之蝕刻速率，故而可藉由利用不含氧之氯系氣體之乾式蝕刻形成微細之圖案。又，包含該等材料之蝕刻止擋膜2對利用氟系氣體之乾式蝕刻之耐性較高。由此，於進行在圖案形成用薄膜3上形成圖案之乾式蝕刻時，蝕刻止擋膜2幾乎不被蝕刻，而可保護透光性基板1之表面。
作為上述含有選自鉿及鋯中之1種以上之元素及鉭、且實質上不含氧之材料，可列舉鉭-鉿合金、鉭-鋯合金、鉭-鉿-鋯合金、或該等合金之含有氧以外之元素之化合物。於該實施形態之蝕刻止擋膜2之材料中亦可包含氮(N)、碳(C)、氫(H)及硼(B)等元素。又，於蝕刻止擋膜2之材料中亦可包含氦(He)、氬(Ar)、氪(Kr)及氙(Xe)等惰性氣體。再者，若該實施形態之蝕刻止擋膜2之材料含有氧，則相對於不含氧之氯系氣體之蝕刻速率大幅地下降。因此，該實施形態之蝕刻止擋膜2之材料中之氧含量，即便較多亦必須至多為因成膜時之污染而混入之程度(5at%以下)，較佳為不含有。
[實施例]
以下，藉由實施例更具體地說明本發明之實施形態。
(實施例1)準備主表面之尺寸為約152mm×約152mm、厚度為約6.25m之包含合成石英玻璃之透光性基板1。該透光性基板1係以端面及主表面成為特定之表面粗糙度之方式被研磨，其後被實施特定之清洗處理及乾燥處理者。
繼而，於單片式DC濺鍍裝置內設置透光性基板1，使用鉻(Cr)靶材，於氬氣(Ar)、氧氣(O2)及氦氣(He)之混合氣體環境中藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，接觸於透光性基板1之表面以5nm之膜厚形成包含鉻及氧之蝕刻止擋膜2(CrO膜Cr：45.5at%，O：54.5at%)。再者，蝕刻止擋膜2之組成係對以相同之順序成膜CrO膜而成者進行歐傑電子光譜分析(AES，Auger Electron Spectroscopy)而獲得之結果。
其次，於單片式DC濺鍍裝置內設置表面形成有蝕刻止擋膜2之透光性基板1，使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶材(Mo：Si=13at%：87at%)，於氬氣(Ar)與氮氣(N2)之混合氣體環境中，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)於蝕刻止擋膜2上以47nm之膜厚形成包含鉬、矽及氮之圖案形成用薄膜3之下層31(MoSiN膜)。繼而，使用相同之鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶材(Mo：Si=13at%：87at%)，於氬氣(Ar)與氮氣(N2)之混合氣體環境中，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)而於下層31上以4nm之膜厚形成包含鉬、矽及氮之圖案形成用薄膜3之上層32(MoSiN膜)。再者，蝕刻止擋膜2與圖案形成用薄膜3之積層構造充分滿足ArF準分子雷射之波長(約193nm)中之光學密度為3.0以上之條件。
繼而，對於具備圖案形成用薄膜3之透光性基板1，於350℃下進行30分鐘加熱處理(退火處理)，且進行使圖案形成用薄膜3之膜應力降低之處理。再者，以相同之順序製作具備進行過退火處理之圖案形成用薄膜3之透光性基板1，並藉由X射線光電子光譜分析(ESCA，Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)進行分析(其中，對分析 值進行RBS(Rutherford Back Scattering Spectroscopy，拉塞福逆散射譜法)修正，以下，於其他分析中亦相同)。其結果，確認該膜之組成為下層31(Mo：9.2at%、Si：68.3at%、N：22.5at%)、下層31側之附近之上層32(Mo：5.8at%、Si：64.4at%、N：27.7at%、O：2.1at%)。再者，關於上層32之表層(氧化層)33之X射線光電子光譜分析(ESCA)之結果係鉬為3.4at%、矽為43.9at%、氮為14.6at%、氧為38.1at%。
繼而，於單片式DC濺鍍裝置內設置基板1，使用鉻(Cr)靶材，於氬氣(Ar)與氮氣(N2)之混合氣體環境中藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，接觸於圖案形成用薄膜3之上層32之表面以10nm之膜厚形成包含鉻及氮之蝕刻遮罩膜4(CrN膜Cr：75at%、N：16at%、O：9at%)。進而，藉由在較上述圖案形成用薄膜3之退火處理低之溫度下對蝕刻遮罩膜4進行退火，而以不對圖案形成用薄膜3之膜應力造成影響地儘可能使蝕刻遮罩膜4之應力變得較低(較佳為使膜應力實質上為零)之方式進行調整。再者，上述蝕刻遮罩膜4之組成係對以相同之順序成膜CrN膜後進行退火處理而成者進行歐傑電子光譜分析(AES)而獲得之結果。因此，表面氧化較剛成膜後更有進展。根據以上之順序，而獲得實施例1之遮罩基底100。
繼而，使用該遮罩基底100，按照上述圖4所示之步驟，製作基板刻蝕型之雷文生型相移遮罩200。首先，於遮罩基底100上形成電子束描繪用化學放大型正型抗蝕膜5(Fuji Film Electronic Materials公司製造PRL009)作為抗蝕膜(參照圖4(a))。抗蝕膜5係使用旋轉器(旋轉塗佈裝置)，藉由旋轉塗佈而形成。於塗佈上述抗蝕膜5後，進行特定之加熱乾燥處理。抗蝕膜5之膜厚為100nm。
繼而，對形成於上述遮罩基底100上之抗蝕膜5，使用電子束描繪裝置進行包含線寬為50nm之SRAF(Sub-Resolution Assist Feature， 次解析度輔助特徵)圖案之轉印圖案(應形成於圖案形成用薄膜3之圖案)之描繪後，利用特定之顯影液進行顯影而形成光阻圖案5a。繼而，將光阻圖案5a用作遮罩，對蝕刻遮罩膜4進行使用有Cl2與O2之混合氣體(流量比Cl2：O2=4：1，以下相同)之乾式蝕刻，而形成蝕刻遮罩圖案4a(參照圖4(b))。繼而，將殘留之光阻圖案5a剝離。
繼而，將蝕刻遮罩圖案4a用作遮罩，對圖案形成用薄膜3(上層32及下層31)進行使用有SF6與He之混合氣體之乾式蝕刻，而形成薄膜圖案3a(上層圖案32a、下層圖案31a)(參照圖4(c))。繼而，將蝕刻遮罩圖案4a用作遮罩，對蝕刻止擋膜2進行使用有Cl2氣體之乾式蝕刻，而形成蝕刻止擋圖案2a(參照圖4(d))。
繼而，於形成有蝕刻遮罩圖案4a、薄膜圖案3a及蝕刻止擋圖案2a之遮罩基底上形成抗蝕膜6。繼而，對該抗蝕膜6進行用以形成基板刻蝕部(相移部)之基板刻蝕圖案(相移圖案)之曝光描繪，並進行顯影處理，藉此形成光阻圖案6a(參照圖4(e))。對於光阻圖案6a，考慮到描繪精度等情況，較原本之基板刻蝕部之寬度將少許之裕度估算在內而形成較寬之空間部。藉此，成為蝕刻遮罩圖案4a之邊緣附近之表面露出之狀態。
繼而，將該光阻圖案6a用作遮罩，對透光性基板1進行使用有氟系氣體之乾式蝕刻，將透光性基板1刻蝕至特定深度，而形成基板刻蝕部1a(參照圖4(f))。此時，以基板之刻蝕深度成為173nm之方式調整蝕刻時間。繼而，去除光阻圖案6a(參照圖4(g))。繼而，進行使用有Cl2與O2之混合氣體之乾式蝕刻將蝕刻遮罩圖案4a去除，並進行特定之清洗處理等，而獲得基板刻蝕型之相移遮罩200(參照圖4(h))。
如此獲得之相移遮罩200具有包含蝕刻止擋圖案2a與薄膜圖案3a之積層構造之圖案，任一者均係以良好之圖案精度形成。於薄膜圖案3a之圖案邊緣部分，並未特別發現蝕刻損傷。又，為了確認形成於透 光性基板1之基板刻蝕部(相移圖案)1a之剖面形狀，而將與上述完全同樣地製作之評估用之相移遮罩折斷。繼而，利用透過型電子顯微鏡(TEM，Transmission Electron Microscopy)觀察圖案剖面後，確認刻蝕部與非刻蝕部之間之基板厚度之差被準確地控制為特定值，且圖案之深度亦均勻。
繼而，進行如下步驟：使用所獲得之雷文生型相移遮罩200，對作為轉印對象物之半導體晶圓上之抗蝕膜進行轉印圖案之曝光轉印。於曝光裝置中，將ArF準分子雷射作為光源，使用利用有環狀照明(Annular Illumination)之浸潤方式之裝置。具體而言，於曝光裝置之遮罩平台上設置該實施例1之雷文生型相移遮罩200，對半導體晶圓上之ArF浸潤曝光用之抗蝕膜進行曝光轉印。對曝光後之抗蝕膜進行特定之顯影處理，形成光阻圖案。進而，使用光阻圖案於半導體晶圓上形成電路圖案。藉由透過型電子顯微鏡(TEM)對所獲得之半導體晶圓上之電路圖案進行確認後，所形成之電路圖案充分地滿足特定之規格。
(比較例1)除於形成蝕刻止擋膜及蝕刻遮罩膜之材料中應用有CrOCN膜(Cr：48.9at%、O：26.4at%、C：10.6at%、N：14.1at%)以外，以與實施例1相同之順序製造比較例1之遮罩基底。進而，使用該比較例1之遮罩基底，以與實施例1相同之製程嘗試製作基板刻蝕型之雷文生型相移遮罩。然而，雖然可設法將蝕刻遮罩圖案用作遮罩，對蝕刻止擋膜進行使用有Cl2氣體之乾式蝕刻，而形成蝕刻止擋圖案2a，但此時蝕刻遮罩圖案之膜厚大幅地減少。其原因在於，使用有Cl2氣體之乾式蝕刻對蝕刻止擋膜之蝕刻速率大幅小於實施例1之蝕刻止擋膜2。
由於蝕刻遮罩圖案之膜厚大幅地減少，故而於在其後進行之用以於透光性基板上形成基板刻蝕部之利用氟系氣體之乾式蝕刻時，於 形成基板刻蝕部之中途，未被光阻圖案保護之蝕刻遮罩圖案之圖案邊緣部分消失。伴隨於此，圖案形成用薄膜之圖案邊緣部分亦被蝕刻。因此，完成之比較例1之基板刻蝕型之雷文生型相移遮罩會產生薄膜圖案之邊緣部分之缺損。
使用該比較例1之雷文生型相移遮罩，與實施例1同樣地進行對作為轉印對象物之半導體晶圓上之抗蝕膜進行轉印圖案之曝光轉印之步驟。藉由透過型電子顯微鏡(TEM)對所獲得之半導體晶圓上之電路圖案進行確認後，尤其是於L & S圖案部分多產生短路部位或斷路部位，所形成之電路圖案不滿足特定之規格。
1‧‧‧透光性基板
2‧‧‧蝕刻止擋膜
3‧‧‧圖案形成用薄膜
4‧‧‧蝕刻遮罩膜
31‧‧‧下層
32‧‧‧上層
33‧‧‧氧化層、高氧化層
100‧‧‧遮罩基底

Claims (15)

  1. 一種遮罩基底，其特徵在於：其係用於製造具有薄膜圖案及基板刻蝕圖案之相移遮罩者；且具有於透光性基板上依序積層有蝕刻止擋膜、圖案形成用薄膜、及蝕刻遮罩膜之構造；上述蝕刻止擋膜包含含有鉻與氧、且氧之含量超過50at%之材料；上述圖案形成用薄膜包含可進行利用氟系氣體之乾式蝕刻之材料；上述蝕刻遮罩膜包含含有鉻、鉻之含量為45at%以上且氧之含量為30at%以下之材料。
  2. 如請求項1之遮罩基底，其中上述蝕刻止擋膜包含可進行使用不含氧之氯系氣體之乾式蝕刻之材料。
  3. 如請求項1或2之遮罩基底，其中上述圖案形成用薄膜包含含有過渡金屬與矽之材料。
  4. 如請求項3之遮罩基底，其中上述圖案形成用薄膜於與透光性基板側為相反側之表層具有過渡金屬之含量為4at%以下且氧含量為30at%以上之氧化層。
  5. 如請求項3之遮罩基底，其中上述圖案形成用薄膜具有下層與上層之積層構造，且上述上層中之氮及氧之合計含量較上述下層之氮及氧之合計含量多。
  6. 如請求項5之遮罩基底，其中上述上層於與上述下層側為相反側之表層具有過渡金屬之含量為4at%以下且氧之含量為30at%以上之氧化層。
  7. 如請求項1或2之遮罩基底，其中上述圖案形成用薄膜包含含有 鉭之材料。
  8. 如請求項7之遮罩基底，其中上述圖案形成用薄膜於與透光性基板側為相反側之表層具有氧含量為60at%以上之高氧化層。
  9. 如請求項1或2之遮罩基底，其中於上述蝕刻遮罩膜上包括厚度未達150nm之抗蝕膜。
  10. 如請求項1或2之遮罩基底，其中上述蝕刻止擋膜之厚度為3nm以上且10nm以下。
  11. 如請求項1或2之遮罩基底，其中上述蝕刻遮罩膜之厚度為3nm以上且15nm以下。
  12. 如請求項1或2之遮罩基底，其中上述圖案形成用薄膜之厚度為60nm以下。
  13. 如請求項1或2之遮罩基底，其具有上述圖案形成用薄膜與蝕刻止擋膜之積層構造，且相對於ArF曝光之光之光學密度為2.8以上。
  14. 一種相移遮罩之製造方法，其特徵在於：其係使用如請求項1至13中任一項之遮罩基底製造相移遮罩之方法；且包括如下步驟：於上述蝕刻遮罩膜上形成第1光阻圖案；將上述第1光阻圖案用作遮罩，使用氯系氣體與氧氣之混合氣體對上述蝕刻遮罩膜進行乾式蝕刻，而形成蝕刻遮罩圖案；將上述第1光阻圖案去除；將上述蝕刻遮罩圖案用作遮罩，使用氟系氣體對上述圖案形成用薄膜進行乾式蝕刻，而形成薄膜圖案；將上述蝕刻遮罩圖案用作遮罩，使用不含氧之氯系氣體對上述蝕刻止擋膜進行乾式蝕刻，而形成蝕刻止擋圖案；於上述蝕刻遮罩圖案上形成第2光阻圖案； 將上述第2光阻圖案用作遮罩，使用氟系氣體對透光性基板進行乾式蝕刻，而形成基板刻蝕圖案；將上述第2光阻圖案去除；以及將上述蝕刻遮罩圖案去除。
  15. 如請求項14之相移遮罩之製造方法，其中將上述蝕刻遮罩圖案去除之步驟係藉由使用有氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻進行。
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