TW201932973A - 光罩基底、相移光罩及半導體裝置之製造方法 - Google Patents

光罩基底、相移光罩及半導體裝置之製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種光罩基底，於進行EB缺陷修正之情形時可抑制透光性基板之表面粗糙之產生，且可抑制於相移膜之圖案產生自發性蝕刻。
本發明之光罩基底中，與透光性基板相接之相移膜包含含有最下層之2層以上之積層構造，最下層以外之層係由包含選自半金屬元素及非金屬元素中之1種以上之元素與矽之材料形成，最下層係由包含矽與氮之材料、或包含該材料與選自半金屬元素及非金屬元素中之1種以上之元素之材料形成，於最下層，將Si3 N4 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵(其中，b/[a+b]＜4/7)及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.05以下，將Sia Nb 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.1以上。

Description

光罩基底、相移光罩及半導體裝置之製造方法
本發明係關於一種光罩基底、及使用該光罩基底製造之相移光罩。又，本發明係關於一種使用有上述相移光罩之半導體裝置之製造方法。
於半導體裝置之製造步驟中，使用光微影法進行微細圖案之形成。又，於該微細圖案之形成中通常使用若干片轉印用光罩。將半導體裝置之圖案微細化時，除形成於轉印用光罩之光罩圖案之微細化之外，還需要光微影中使用之曝光光源之波長之短波長化。近年來，對製造半導體裝置時之曝光光源應用ArF準分子雷射(波長193 nm)之情形增多。
作為轉印用光罩之一種，有半色調式相移光罩。對於半色調式相移光罩之相移膜，廣泛使用矽化鉬(MoSi)系之材料。然而，如專利文獻1所揭示，近年來已判明，MoSi系膜相對於ArF準分子雷射之曝光光之耐受性(所謂ArF耐光性)較低。於專利文獻1中，對形成有圖案後之MoSi系膜進行電漿處理、UV(ultraviolet，紫外線)照射處理、或加熱處理，於MoSi系膜之圖案之表面形成鈍態膜，藉此提高ArF耐光性。
於專利文獻2中，揭示有具備SiNx之相移膜之相移光罩，於專利文獻3中，記載有已確認SiNx之相移膜具有較高之ArF耐光性。另一方面，於專利文獻4中，揭示有對遮光膜之黑缺陷部分一面供給二氟化氙(XeF2 )氣體，一面對該部分照射電子束而將黑缺陷部蝕刻去除之缺陷修正技術(以下，將此種照射電子束等帶電粒子進行之缺陷修正簡稱為EB缺陷修正)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2010-217514號公報
[專利文獻2]日本專利特開平8-220731號公報
[專利文獻3]日本專利特開2014-137388號公報
[專利文獻4]日本專利特表2004-537758號公報
[發明所欲解決之問題]
一般而言，要求相移膜兼具使入射至該相移膜之曝光光以特定之透過率透過之功能、及透過該相移膜之曝光光與於空氣中僅透過與該相移膜之厚度相同之距離之曝光光之間產生特定之相位差之功能。如MoSiN、MoSiON般之由MoSi系材料形成之薄膜藉由調整鉬(Mo)、氮(N)、氧(O)之各含量而可調整該薄膜對曝光光之折射率n及消光係數k，其調整幅度較廣。因此，於以MoSi系材料形成單層構造之相移膜之情形時，透過率及相位差之調整幅度較廣。
另一方面，如SiN、SiO、SiON般之由矽系材料形成之薄膜藉由調整氮(N)、氧(O)之各含量而可調整該薄膜對曝光光之折射率n及消光係數k，但其調整幅度較窄。因此，於由矽系材料形成單層構造之相移膜之情形時，透過率及相位差之調整幅度較窄。因此，考慮由2層以上之積層構造形成矽系材料之相移膜。具體而言，研究包含氮之含量相對較少之SiN系材料層、與氮之含量相對較多之矽系材料層之相移膜。
含氮量相對較少之SiN系材料層之每單位膜厚之透過率之降低程度較大，故多數情形以較薄之膜厚來設計。含氮量相對較少之SiN系材料層相對較容易推進由表面與大氣接觸或清洗所致產生之氧化。又，含氮量相對較少之SiN系材料層由氧化之推進引起透過率之降低程度較大。考慮該等方面，較佳為將含氮量較少之SiN系材料層作為最下層設置於與透光性基板相接之位置、且將含氮量較多之矽系材料層作為除此以外之層設置於該最下層之上之相移膜的構成。然而，已判明於僅將相移膜設為上述構成之情形時，於對相移膜之轉印圖案中發現之黑缺陷部分進行EB缺陷修正時，產生兩個較大之問題。
一個較大之問題為，進行EB缺陷修正而將相移膜之轉印圖案之黑缺陷部分去除時，存在黑缺陷之區域之透光性基板之表面較大地粗糙(表面粗糙度大幅惡化)。EB缺陷修正後之相移光罩之表面粗糙之區域係成為使ArF曝光光透過之透光部之區域。若透光部之基板之表面粗糙度大幅惡化，則易產生ArF曝光光之透過率之降低或漫反射等，將此種相移光罩設置於曝光裝置之光罩台而用於曝光轉印時會導致轉印精度之大幅降低。
另一個較大之問題為，進行EB缺陷修正而將相移膜之轉印圖案之黑缺陷部分去除時，存在於黑缺陷部分周圍之轉印圖案會自側壁被蝕刻(將該現象稱為自發性蝕刻)。於產生自發性蝕刻之情形時，轉印圖案相較EB缺陷修正前之寬度大幅變細。於在EB缺陷修正前之階段寬度較細之轉印圖案之情形時，亦有產生圖案之脫落或消失之虞。將具備此種易產生自發性蝕刻之相移膜之轉印圖案之相移光罩設置於曝光裝置之光罩台而用於曝光轉印時，會導致轉印精度之大幅降低。
因此，本發明係為了解決先前之課題而完成，其目的在於提供一種光罩基底，於進行EB缺陷修正之情形時可抑制透光性基板之表面粗糙之產生，且可抑制於相移膜之圖案上產生自發性蝕刻。又，本發明之目的在於提供一種使用該光罩基底製造之相移光罩。而且，本發明之目的在於提供一種使用此種相移光罩之半導體裝置之製造方法。
[解決問題之技術手段]
為解決上述課題，本發明具有以下構成。
(構成1)
一種光罩基底，其特徵在於：
其係於透光性基板上具備相移膜者，且
上述相移膜包含含有與透光性基板相接之最下層之2層以上之積層構造，
上述相移膜之最下層以外之層係由包含選自半金屬元素及非金屬元素中之1種以上之元素與矽之材料形成，
上述最下層係由包含矽與氮之材料、或包含選自半金屬元素及非金屬元素中之1種以上之元素與矽與氮之材料形成，
將上述最下層中之Si3 N4 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵(其中，b/[a+b]＜4/7)及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.05以下，
將上述最下層中之Sia Nb 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.1以上。
(構成2)
如構成1之光罩基底，其特徵在於，上述最下層以外之層之氮及氧之合計含量為50原子%以上。
(構成3)
如構成1或2之光罩基底，其特徵在於，上述最下層以外之層中之至少1層之氮之含量為50原子%以上。
(構成4)
如構成1至3中任一項之光罩基底，其特徵在於，上述最下層係由包含矽、氮及非金屬元素之材料形成。
(構成5)
如構成1至4中任一項之光罩基底，其特徵在於，上述最下層以外之層中之至少1層將該1層中之Si3 N4 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵、Si-Si鍵、Si-O鍵及Si-ON鍵之合計存在數所得之比率為0.87以上。
(構成6)
如構成1至5中任一項之光罩基底，其特徵在於，上述最下層之厚度為16 nm以下。
(構成7)
如構成1至6中任一項之光罩基底，其特徵在於，上述相移膜具有使ArF準分子雷射之曝光光以2%以上之透過率透過之功能、及相對透過上述相移膜之上述曝光光使其與於空氣中通過與上述相移膜之厚度相同之距離之上述曝光光之間產生150度以上且200度以下之相位差之功能。
(構成8)
如構成1至7中任一項之光罩基底，其特徵在於，於上述相移膜上具備遮光膜。
(構成9)
一種相移光罩，其特徵在於：
其係於透光性基板上具備形成有轉印圖案之相移膜者，且
上述相移膜包含含有與透光性基板相接之最下層之2層以上之積層構造，
上述相移膜之最下層以外之層係由包含選自半金屬元素及非金屬元素中之1種以上之元素與矽之材料形成，
上述最下層係由包含矽與氮之材料、或包含選自半金屬元素及非金屬元素中之1種以上之元素與矽與氮之材料形成，
將上述最下層中之Si3 N4 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵(其中，b/[a+b]＜4/7)及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.05以下，
將上述最下層中之Sia Nb 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.1以上。
(構成10)
如構成9之相移光罩，其特徵在於，上述最下層以外之層之氮及氧之合計含量為50原子%以上。
(構成11)
如構成9或10之相移光罩，其特徵在於，上述最下層以外之層中之至少1層之氮之含量為50原子%以上。
(構成12)
如構成9至11中任一項之相移光罩，其特徵在於，上述最下層係由包含矽、氮及非金屬元素之材料形成。
(構成13)
如構成9至12中任一項之相移光罩，其特徵在於，上述最下層以外之層中之至少1層將該1層中之Si3 N4 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵、Si-Si鍵、Si-O鍵及Si-ON鍵之合計存在數所得之比率為0.87以上。
(構成14)
如構成9至13中任一項之相移光罩，其特徵在於，上述最下層之厚度為16 nm以下。
(構成15)
如構成9至14中任一項之相移光罩，其特徵在於，上述相移膜具有使ArF準分子雷射之曝光光以2%以上之透過率透過之功能、及使相對透過上述相移膜之上述曝光光使其與於空氣中通過與上述相移膜之厚度相同之距離之上述曝光光之間產生150度以上且200度以下之相位差之功能。
(構成16)
如構成9至15中任一項之相移光罩，其特徵在於，於上述相移膜上，具備形成有遮光圖案之遮光膜。
(構成17)
一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於具備以下步驟：使用如構成9至16中任一項之相移光罩將轉印圖案曝光轉印至半導體基板上之抗蝕劑膜。
[發明之效果]
本發明之光罩基底於對由SiN系材料形成之轉印圖案之黑缺陷部分進行EB缺陷修正之情形時，可抑制透光性基板之表面粗糙之產生，且可抑制於轉印圖案上產生自發性蝕刻。
本發明之相移光罩於該相移光罩之製造中途對相移膜之轉印圖案之黑缺陷部分進行EB缺陷修正之情形時，亦可抑制黑缺陷部分附近之透光性基板之表面粗糙之產生，且可抑制於相移膜之轉印圖案上產生自發性蝕刻。
因此，本發明之相移光罩成為轉印精度較高之相移光罩。
本發明者等人對以下相移膜之構成進行了努力研究，該相移膜包含2層以上之積層構造，對由SiN系材料形成有最下層之相移膜之轉印圖案之黑缺陷部分進行EB缺陷修正之情形時，可抑制透光性基板之表面粗糙之產生，且可抑制於相移膜之轉印圖案上產生自發性蝕刻。
於EB缺陷修正中使用之XeF2 氣體係作為對矽系材料進行各向同性蝕刻時之非激發狀態之蝕刻氣體而為人所周知。該蝕刻係以非激發狀態之XeF2 氣體向矽系材料表面吸附、分離為Xe與F、產生並揮發矽之高次氟化物之製程進行。對矽系材料之薄膜圖案進行之EB缺陷修正中，對薄膜圖案之黑缺陷部分供給XeF2 氣體等非激發狀態之氟系氣體，使該氟系氣體吸附於黑缺陷部分之表面之後，對黑缺陷部分照射電子束。藉此，黑缺陷部分之矽被激發而促進與氟之鍵結，相較未照射電子束之情形，大幅快速地成為矽之高次氟化物並揮發。難以不使氟系氣體吸附於黑缺陷部分周圍之薄膜圖案，故於EB缺陷修正時黑缺陷部分周圍之薄膜圖案亦被蝕刻。於對與氮鍵結之矽進行蝕刻之情形時，為了使XeF2 氣體之氟與矽鍵結而產生矽之高次氟化物，需要切斷矽與氮之鍵結。照射有電子束之黑缺陷部分中，矽被激發，故將其與氮之鍵結切斷而與氟鍵結變得容易揮發。另一方面，與其他元素未鍵結之矽可謂容易與氟鍵結之狀態。因此，與其他元素未鍵結之矽即便為未受到電子束之照射而未激發之狀態者、或為黑缺陷部分周邊之薄膜圖案且稍許受到電子束照射之影響之程度者，亦有與氟鍵結而容易揮發之傾向。推測此為自發性蝕刻之產生機制。
由SiN系材料形成單層構造之相移膜之情形時，必須使含氮量相對較多。於此種相移膜中，於EB缺陷修正時不易產生自發性蝕刻之問題。另一方面，於上述2層以上之積層構造之相移膜之情形時，若將含氮量大幅減少之SiN系材料用於最下層，則可謂膜中之矽與氮鍵結之比率較低，且與其他元素未鍵結之矽之比率較高。認為此種膜於EB缺陷修正時容易產生自發性蝕刻之問題。
其次，本發明者等人研究了增加形成相移膜之最下層之SiN系材料之含氮量。若大幅增加含氮量，則消光係數k大幅變小，必須使包含最下層之相移膜之厚度大幅變厚，從而EB缺陷修正時之修正速率降低。考慮該等情形，嘗試由含氮量増加了某程度之SiN系材料於透光性基板上形成相移膜之最下層，進行EB缺陷修正。其結果，該相移膜之黑缺陷部分之修正速率充分大，且可抑制自發性蝕刻之產生，但修正後之透光性基板之表面產生顯著之粗糙。所謂相移膜之黑缺陷部分之修正速率充分大係指與透光性基板之間之蝕刻選擇性變得充分高，不會使透光性基板之表面顯著粗糙。
本發明者等人經進一步努力研究之結果查明，於相移膜之最下層，若SiN系材料中之Si3 N4 鍵之存在比率變大，則EB缺陷修正時之透光性基板表面之粗糙變得顯著。認為於SiN系材料之內部，主要存在有與矽以外之元素未鍵結之狀態之Si-Si鍵、化學計量上為穩定之鍵結狀態之Si3 N4 鍵、及為相對較不穩定之鍵結狀態之Sia Nb 鍵(其中，b/[a+b]＜4/7。以下相同)。Si3 N4 鍵中矽與氮之鍵結能特別高，故與Si-Si鍵或Sia Nb 鍵相比，於照射電子束而使矽激發時，難以切斷矽與氮之鍵結而產生與氟鍵結之高次氟化物。又，於相移膜之最下層，若SiN系材料之含氮量較少，則有材料中之Si3 N4 鍵之存在比率較低之傾向。
因此，本發明者等人建立以下之假定。即，認為於相移膜之最下層，於Si3 N4 鍵之存在比率較低之情形時，於俯視黑缺陷部分時之Si3 N4 鍵之分佈變得稀疏(不均勻)。若對此種黑缺陷部分自上方照射電子束而進行EB缺陷修正，則Si-Si鍵與Sia Nb 鍵之矽會早早地與氟鍵結而揮發，相對於此，為了切斷Si3 N4 鍵之矽與氮之鍵結而需要較多之能量，故與氟鍵結而揮發之前要花費時間。藉此，黑缺陷部分之膜厚方向之去除量於俯視下產生較大之差。若於膜厚方向之各部位產生有此種俯視下之去除量之差之狀態下繼續進行EB缺陷修正，則於照射電子束之黑缺陷部分，會產生EB缺陷修正早早地到達至透光性基板從而透光性基板之表面露出之區域、與EB缺陷修正未到達至透光性基板從而黑缺陷部分仍殘留於透光性基板之表面上之區域。而且，於技術上難以僅對殘留該黑缺陷部分之區域照射電子束，故於繼續進行去除殘留黑缺陷部分之區域之EB缺陷修正之期間，透光性基板之表面露出之區域亦持續受到電子束之照射。對於EB缺陷修正，透光性基板並非完全未受到蝕刻，故於EB缺陷修正完成之前透光性基板之表面會粗糙。
基於該假定進行努力研究後之結果查明，若將形成相移膜之最下層之SiN系材料中之Si3 N4 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為固定值以下，則於對該相移膜之黑缺陷部分進行EB缺陷修正時，可使存在黑缺陷部分之區域之透光性基板之表面粗糙在用作相移光罩時之曝光轉印時降低至實質上無影響之程度。具體而言，若將相移膜之最下層中之Si3 N4 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵(其中，b/[a+b]＜4/7)及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.05以下，則可謂可大幅抑制與EB缺陷修正相關之透光性基板之表面粗糙。
進而，亦查明若將相移膜之最下層中之Sia Nb 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.1以上，則於相移膜之最下層中與氮鍵結之矽存在固定比率以上，於對該黑缺陷部分進行EB缺陷修正時，可大幅抑制於黑缺陷部分周圍之轉印圖案側壁產生自發性蝕刻。
本發明係經以上努力研究後完成。
其次，對本發明之實施形態進行說明。
圖1係表示本發明之實施形態之光罩基底100之構成之剖視圖。圖1所示之本發明之光罩基底100具有於透光性基板1上依序積層有相移膜2、遮光膜3及硬罩膜4之構造。
透光性基板1除由合成石英玻璃形成之外，還可由石英玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、低熱膨脹玻璃(SiO2 -TiO2 玻璃等)等形成。該等之中，合成石英玻璃對ArF準分子雷射光之透過率較高，作為形成光罩基底之透光性基板1之材料特佳。形成透光性基板1之材料於ArF曝光光之波長(約193 nm)下之折射率n較佳為1.5以上且1.6以下，更佳為1.52以上且1.59以下，進而佳為1.54以上且1.58以下。
相移膜2對ArF曝光光之透過率較佳為2%以上。其原因在於，使透過相移膜2內部之曝光光與透過空氣中之曝光光之間產生充分之相位偏移效果。相移膜2對曝光光之透過率更佳為3%以上，進而佳為4%以上。又，相移膜2對曝光光之透過率較佳為40%以下，更佳為35%以下。
相移膜2為了獲得適當之相位偏移效果，較佳為調整成使透過之ArF曝光光、與於空氣中通過與該相移膜2之厚度相同之距離之光之間產生之相位差為150度以上且200度以下之範圍。相移膜2之上述相位差更佳為155度以上，進而佳為160度以上。另一方面，相移膜2之上述相位差更佳為195度以下，進而佳為190度以下。
相移膜2具有自透光性基板1側積層有下層21與上層22之構造。於本實施形態中，下層21成為與透光性基板1相接之最下層。
為了使相移膜2之整體至少滿足上述透過率、相位差之各條件，下層21對ArF曝光光之波長之折射率n(以下，簡稱為折射率n)較佳為1.55以下。又，下層21之折射率n較佳為1.25以上。下層21之消光係數k較佳為2.00以上。又，下層21對ArF曝光光之波長之消光係數k(以下，簡稱為消光係數k)較佳為2.40以下。再者，下層21之折射率n及消光係數k係將下層21之整體看作光學性均勻之1個層而導出之數值。
為了使相移膜2滿足上述條件，上層22之折射率n較佳為2.30以上，更佳為2.40以上。又，上層22之折射率n較佳為2.80以下，更佳為2.70以下。上層22之消光係數k較佳為1.00以下，更佳為0.90以下。又，上層22之消光係數k較佳為0.20以上，更佳為0.30以上。再者，上層22之折射率n及消光係數k係將包含下述表層部分之上層22之整體看作光學性均勻之1個層而導出之數值。
包含相移膜2之薄膜之折射率n與消光係數k並非係僅由該薄膜之組成而決定者。該薄膜之膜密度、結晶狀態等亦為影響折射率n或消光係數k之要素。因此，調整以反應性濺鍍成膜薄膜時之各條件，以成為所需之折射率n及消光係數k之方式將該薄膜成膜。為了使下層21與上層22為上述折射率n與消光係數k之範圍，於以反應性濺鍍成膜時，並不限於僅調整貴氣體與反應性氣體(氧氣、氮氣等)之混合氣體之比率。而是跨及以反應性濺鍍成膜時之成膜室內之圧力、施加至濺鍍靶之功率、靶與透光性基板1之間之距離等位置關係等多方面。該等成膜條件係成膜裝置所固有者，且係以形成之下層21及上層22成為所需之折射率n及消光係數k之方式而適當調整者。
下層21之厚度較理想為，於滿足相移膜2所要求之特定之透過率、相位差之條件之範圍儘可能變薄。下層21之厚度較佳為16 nm以下，更佳為14 nm以下，進而佳為12 nm以下。又，若特別考慮相移膜2之背面反射率之點，則下層21之厚度較佳為2 nm以上，更佳為3 nm以上，進而佳為5 nm以上。再者，於以3層以上之層形成相移膜2之情形時，最下層之層之厚度對應於下層21之厚度。
上層22之厚度較佳為80 nm以下，更佳為70 nm以下，進而佳為65 nm以下。又，上層22之厚度較佳為40 nm以上，更佳為45 nm以上。再者，於以3層以上之層形成相移膜2之情形時，最下層以外之層之厚度對應於上層22之厚度。
下層21係由包含矽與氮之材料、或包含選自半金屬元素及非金屬元素中之1種以上之元素與矽與氮之材料形成。若使該半金屬元素中亦含有選自硼、鍺、銻及碲中之1種以上之元素，則可期待提高用作濺鍍靶之矽之導電性，故較佳。
矽與氟鍵結時產生沸點較低之氟化物，故於EB缺陷修正時易引起自發性蝕刻，相對於此，半金屬元素與氟鍵結時相較矽之情形產生沸點較高之氟化物。因此，即便下層21含有半金屬元素，於易產生自發性蝕刻之方向上亦不會發揮作用。又，於EB缺陷修正中，一般以使修正之對象之下層21與以氧化矽為主成分之透光性基板之間之修正速率差變得充分大之方式調整。而且，半金屬元素具有相較矽之修正速率快之傾向。進而，伴隨修正速率變快，於EB缺陷修正時有不易產生透光性基板之表面粗糙之傾向。
因此，就EB缺陷修正之觀點而言，可謂較佳為使下層21含有半金屬元素。另一方面，伴隨下層21中之半金屬元素含量變多，下層21之光學特性產生難以忽視之變化。若綜合考慮以上之點，則於使下層21含有半金屬元素之情形時，其含量較佳為10原子%以下，更佳為5原子%以下，進而佳為3原子%以下。
由使下層21含有氧而對EB缺陷修正之修正速率造成之影響較大，但於形成下層21時難以避免氧之進入。下層21中，若氧之含量為3原子%以下，則可減小對下層21之EB缺陷修正之修正速率造成之影響。下層21之含氧量較佳為2原子%以下，更佳為1原子%以下，進而佳為以X射線光電子分光法進行之分析中之檢測下限值以下。
於使下層21中亦含有氮以外之非金屬元素之情形時，於非金屬元素中，亦較佳為含有選自碳、氟及氫中之1種以上之元素。由使下層21含有上述列舉之非金屬元素而對EB缺陷修正之修正速率造成之影響相對較小。上述列舉之非金屬元素於下層21中之含量較佳為5原子%以下，更佳為3原子%以下，進而佳為以X射線光電子分光法進行之分析中之檢測下限值以下。另一方面，可使下層21亦含有氮以外之非金屬元素之非金屬元素中，亦包含氦(He)、氬(Ar)、氪(Kr)及氙(Xe)等貴氣體。使下層21含有貴氣體，藉此EB缺陷修正時之下層21之傾向不會產生實質性變化。再者，下層21較佳為由包含矽、氮及非金屬元素之材料形成。
於下層21中，將Si3 N4 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵(其中，b/[a+b]＜4/7)及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.05以下，且將Sia Nb 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.1以上。以下使用圖3及圖4就該等方面進行敍述。此處，下層21由矽及氮之合計含量較佳為97原子%以上，更佳為98原子%以上之材料形成。另一方面，下層21中，構成下層21之各元素之含量於膜厚方向之差均較佳為未達10%，更佳為5%以下。其原因在於，減小將下層21以EB缺陷修正而去除時之修正速率之不均。
上層22係由包含選自半金屬元素及非金屬元素中之1種以上之元素與矽之材料形成。若使該半金屬元素中亦含有選自硼、鍺、銻及碲中之1種以上之元素，則可期待提高用作濺鍍靶之矽之導電性，故較佳。又，若使非金屬元素中亦含有選自氮、碳、氟及氫中之1種以上之元素則較佳。於該非金屬元素中，亦含有氦(He)、氬(Ar)、氪(Kr)及氙(Xe)等貴氣體。
形成上層22之材料中，較佳為氮及氧之合計含量50原子%以上，更佳為氮之含量50原子%以上。又，上層22之氧之含量較佳為10原子%以下，更佳為5原子%以下，進而佳為3原子%以下。而且，於形成上層22之材料中，將Si3 N4 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵、Si-Si鍵、Si-O鍵及Si-ON鍵之合計存在數所得之比率更佳為0.87以上。若以此種材料形成上層22，則於俯視上層22時之Si3 N4 鍵之分佈相對較均勻，不易變得稀疏。因此，於EB缺陷修正時可均勻地去除修正部位之上層22，且可抑制對下層21之影響，就該點而言較佳。
進而，於上層22上亦可設置未圖示之最上層。該情形時之最上層較佳為由包含矽與氧之材料、或包含選自半金屬元素及非金屬元素中之1種以上之元素與矽與氧之材料形成。最上層之氧之含量較佳為40原子%以上，更佳為50原子%以上，更佳為60原子%以上。最上層之氧之含量若為40原子%以上，則於最上層之內部SiO2 鍵佔據較多，於俯視最上層時之SiO2 鍵之分佈均勻，不易變得稀疏。因此，於EB缺陷修正時可均勻地去除修正部位之最上層，且可抑制對下層21之影響。
另一方面，於未設置上述最上層之情形時，亦可將形成上層22之材料由包含矽與氧之材料、或包含選自半金屬元素及非金屬元素中之1種以上之元素與矽與氧之材料形成。該情形時，上層22之氧之含量較佳為40原子%以上，更佳為50原子%以上，進而佳為60原子%以上。若上層22之氧之含量為40原子%以上，則於上層22之內部SiO2 鍵佔據較多，於俯視上層22時之SiO2 鍵之分佈均勻，不易變得稀疏。因此，於EB缺陷修正時可均勻地去除修正部位之上層22，且可抑制對下層21之影響。
相移膜2之下層21及上層22藉由濺鍍而形成，DC(direct current，直流電)濺鍍、RF(radio frequency，射頻)濺鍍及離子束濺鍍等之任一濺鍍均能夠應用。若考慮成膜速率，則較佳為應用DC濺鍍。於使用導電性較低之靶之情形時，較佳為應用RF濺鍍或離子束濺鍍，但若考慮成膜速率，則更佳為應用RF濺鍍。
本實施形態之相移膜2於透光性基板1上僅存在相移膜2之狀態下，透光性基板1側(背面側)對ArF曝光光之反射率(背面反射率)較佳為35%以上。所謂於透光性基板1上僅存在相移膜2之狀態係指自該光罩基底100製造相移光罩200(參照圖2(g))時，於相移圖案2a上未積層遮光圖案3b之狀態(未積層遮光圖案3b之相移圖案2a之區域)。於單層構造之相移膜中，難以提高背面反射率，如本實施形態之包含最下層之2層以上之積層構造之相移膜能夠使背面反射率相較先前提高。具有此種背面反射率之相移光罩200可減少相移圖案2a內部之ArF曝光光之吸收量。藉此，可減少由相移圖案2a內部吸收ArF曝光光且轉換為熱而產生之發熱量。而且，可減小因該相移圖案2a之發熱產生之透光性基板1之熱膨脹、與由此產生之相移圖案2a之移動。
本實施形態之相移膜2係包含下層21及上層22之2層積層構造者，但並不限於此，亦可為3層以上之積層構造。此處，於將相移膜2設為自透光性基板1側以與透光性基板之表面相接之最下層、中間層、上層之順序積層而成之構造之情形時，將最下層、中間層、上層之於曝光光之波長下之折射率分別設為n1 、n2 、n3 時，較佳為以滿足n1 ＜n2 及n2 ＞n3 之關係之方式構成，將最下層、中間層、上層之於曝光光之波長下之消光係數分別設為k1 、k2 、k3 時，較佳為以滿足k1 ＞k2 ＞k3 之關係之方式構成。若如此構成相移膜2，則可抑制相移膜2之圖案(相移圖案2a)之熱膨脹，且可抑制由此引起之相移圖案2a之移動。
光罩基底100於相移膜2上具備遮光膜3。一般而言，於二元型轉印用光罩中，形成轉印圖案之區域(轉印圖案形成區域)之外周區域要求確保特定值以上之光學濃度(OD)，以便使用曝光裝置曝光轉印至半導體晶圓上之抗蝕劑膜時抗蝕劑膜不會受到透過外周區域之曝光光之影響。就該點而言，相移光罩之情形亦相同。相移光罩之外周區域之OD較佳為2.8以上，更佳為3.0以上。相移膜2具有以特定之透過率使曝光光透過之功能，僅由相移膜2難以確保特定值之光學濃度。因此，於製造光罩基底100之階段，必須於相移膜2上積層遮光膜3以確保不足之光學濃度。藉由設為此種光罩基底100之構成，而於製造相移光罩200(參照圖2)之中途，若去除使用相位偏移效果之區域(基本上為轉印圖案形成區域)之遮光膜3，則可製造於外周區域確保特定值之光學濃度之相移光罩200。
遮光膜3對於單層構造及2層以上之積層構造之任一者均能夠應用。又，單層構造之遮光膜3及2層以上之積層構造之遮光膜3之各層可為於膜或層之厚度方向上大致相同組成之構成，亦可為於層之厚度方向上組成傾斜之構成。
圖1記載之形態之光罩基底100設為於相移膜2上不隔著其他膜而積層遮光膜3之構成。該構成之情形時之遮光膜3必須應用對於相移膜2上形成圖案時使用之蝕刻氣體具有充分之蝕刻選擇性之材料。該情形時之遮光膜3較佳為由含有鉻之材料形成。作為形成遮光膜3之含有鉻之材料，除鉻金屬之外，可列舉於鉻中含有選自氧、氮、碳、硼及氟中之一種以上之元素之材料。
一般而言，鉻系材料係由含氯氣體與氧氣之混合氣體蝕刻，但鉻金屬相對於該蝕刻氣體之蝕刻速率不太高。若考慮提高相對於含氯氣體與氧氣之混合氣體之蝕刻氣體之蝕刻速率之點，則作為形成遮光膜3之材料，較佳為使鉻中含有選自氧、氮、碳、硼及氟中之一種以上之元素之材料。又，亦可使形成遮光膜3之含有鉻之材料中含有鉬、銦及錫中之一種以上之元素。藉由含有鉬、銦及錫中之一種以上之元素，可進一步加速相對於含氯氣體與氧氣之混合氣體之蝕刻速率。
又，若與形成上層22(尤其表層部分)之材料之間獲得對乾式蝕刻之蝕刻選擇性，則亦可由含有過渡金屬與矽之材料形成遮光膜3。其原因在於，含有過渡金屬與矽之材料之遮光性能較高，能夠減薄遮光膜3之厚度。作為遮光膜3中含有之過渡金屬，可列舉鉬(Mo)、鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鉿(Hf)、鎳(Ni)、釩(V)、鋯(Zr)、釕(Ru)、銠(Rh)、鋅(Zn)、鈮(Nb)、鈀(Pd)等任一種金屬或該等金屬之合金。作為遮光膜3中含有之過渡金屬元素以外之金屬元素，可列舉鋁(Al)、銦(In)、錫(Sn)及鎵(Ga)等。
另一方面，作為遮光膜3，亦可具備自相移膜2側依序積層包含含有鉻之材料之層、與包含含有過渡金屬與矽之材料之層而成的構造。關於該情形時之含有鉻之材料及含有過渡金屬與矽之材料之具體事項，與上述遮光膜3之情形時相同。
於光罩基底100，較佳為於遮光膜3上進而積層由對於蝕刻遮光膜3時使用之蝕刻氣體具有蝕刻選擇性之材料形成之硬罩膜4。硬罩膜4基本上不受光學濃度之限制，故硬罩膜4之厚度相較遮光膜3之厚度可大幅減薄。而且，有機系材料之抗蝕劑膜於該硬罩膜4上形成圖案之乾式蝕刻結束之前之期間，其厚度只要僅作為蝕刻遮罩發揮功能之膜之厚度便足夠，故相較先前可將厚度大幅減薄。抗蝕劑膜之薄膜化具有提高抗蝕劑解像度與防止圖案崩塌之效果，於應對微細化要求方面極為重要。
於遮光膜3由含有鉻之材料形成之情形時，該硬罩膜4較佳為由含有矽之材料形成。再者，該情形時之硬罩膜4具有與有機系材料之抗蝕劑膜之密接性較低之傾向，故較佳為對硬罩膜4之表面實施HMDS(Hexa methyl disilazane，六甲基二矽氮烷)處理，使表面之密接性提高。再者，該情形時之硬罩膜4更佳為由SiO2 、SiN、SiON等形成。
又，作為遮光膜3由含有鉻之材料形成之情形時之硬罩膜4之材料，除以上所述之外，亦能夠應用含有鉭之材料。作為該情形時之含有鉭之材料，除鉭金屬之外，可列舉使鉭中含有選自氮、氧、硼及碳中之一種以上之元素之材料等。例如可列舉Ta、TaN、TaO、TaON、TaBN、TaBO、TaBON、TaCN、TaCO、TaCON、TaBCN、TaBOCN等。又，於遮光膜3由含有矽之材料形成之情形時，硬罩膜4較佳為由上述含有鉻之材料形成。
於光罩基底100，較佳為與硬罩膜4之表面相接、以100 nm以下之膜厚形成有機系材料之抗蝕劑膜。於與DRAM hp32 nm代對應之微細圖案之情形時，有時於欲形成於硬罩膜4之轉印圖案(相移圖案)上設置線寬40 nm之SRAF(Sub-Resolution Assist Feature，次解析輔助圖形)。然而，該情形時，亦可使抗蝕劑圖案之剖面縱橫比降低為1:2.5，故於抗蝕劑膜顯影時、沖洗時等可抑制抗蝕劑圖案倒塌或脫離。再者，抗蝕劑膜更佳為膜厚80 nm以下。
圖2中表示自上述實施形態之光罩基底100製造之本發明之實施形態之相移光罩200及其製造步驟。如圖2(g)所示，相移光罩200之特徵在於，於光罩基底100之相移膜2上形成有轉印圖案即相移圖案2a，且於遮光膜3上形成有遮光圖案3b。於光罩基底100上設置有硬罩膜4之構成之情形時，於該相移光罩200之製作中途將硬罩膜4去除。
本發明之實施形態之相移光罩之製造方法係使用上述光罩基底100者，其特徵在於具備以下步驟：藉由乾式蝕刻而於遮光膜3上形成轉印圖案；藉由將具有轉印圖案之遮光膜3作為遮罩之乾式蝕刻而於相移膜2上形成轉印圖案；及藉由將具有遮光圖案之抗蝕劑膜(抗蝕劑圖案6b)作為遮罩之乾式蝕刻而於遮光膜3上形成遮光圖案3b。以下，按照圖2所示之製造步驟說明本發明之相移光罩200之製造方法。再者，此處，對使用有於遮光膜3上積層有硬罩膜4之光罩基底100之相移光罩200之製造方法進行說明。又，就對遮光膜3應用含有鉻之材料、且對硬罩膜4應用含有矽之材料之情形進行敍述。
首先，藉由旋轉塗佈法而與光罩基底100上之硬罩膜4相接形成抗蝕劑膜。其次，對抗蝕劑膜以電子束曝光描繪欲形成於相移膜2之轉印圖案(相移圖案)即第1圖案，進而進行顯影處理等特定之處理，形成具有相移圖案之第1抗蝕劑圖案5a(參照圖2(a))。再者，此時，於電子束描繪之抗蝕劑圖案5a中，以於相移膜2上形成黑缺陷之方式，除原本欲形成之轉印圖案之外添加程式缺陷。繼而，將第1抗蝕劑圖案5a作為遮罩，使用氟系氣體進行乾式蝕刻，於硬罩膜4上形成第1圖案(硬罩圖案4a)(參照圖2(b))。
其次，去除抗蝕劑圖案5a之後，將硬罩圖案4a作為遮罩，使用含氯氣體與氧氣之混合氣體進行乾式蝕刻，於遮光膜3上形成第1圖案(遮光圖案3a)(參照圖2(c))。繼而，將遮光圖案3a作為遮罩，使用氟系氣體進行乾式蝕刻，於相移膜2上形成第1圖案(相移圖案2a)，且去除硬罩圖案4a(參照圖2(d))。
其次，於光罩基底100上藉由旋轉塗佈法形成抗蝕劑膜。其次，對抗蝕劑膜以電子束曝光描繪欲形成於遮光膜3之圖案(遮光圖案)即第2圖案，進而進行顯影處理等特定之處理，形成具有遮光圖案之第2抗蝕劑圖案6b(參照圖2(e))。繼而，將第2抗蝕劑圖案6b作為遮罩，使用含氯氣體與氧氣之混合氣體進行乾式蝕刻，於遮光膜3上形成第2圖案(遮光圖案3b)(參照圖2(f))。進而，去除第2抗蝕劑圖案6b，經清洗等特定之處理，獲得相移光罩200(參照圖2(g))。
作為於上述乾式蝕刻中使用之含氯氣體，只要含有Cl即可，並無特別限制。例如可列舉Cl2 、SiCl2 、CHCl3 、CH2 Cl2 、CCl4 、BCl3 等。又，作為於上述乾式蝕刻中使用之氟系氣體，只要含有F則並無特別限制。例如可列舉CHF3 、CF4 、C2 F6 、C4 F8 、SF6 等。尤其不含有C之氟系氣體對玻璃基板之蝕刻速率相對較低，故可進一步減小對玻璃基板之損害。
由圖2所示之製造方法製造之相移光罩200係於透光性基板1上具備具有轉印圖案之相移膜2(相移圖案2a)之相移光罩。藉由光罩檢查裝置對所製造之實施例1之相移光罩200進行光罩圖案之檢查後，確認到於配置有程式缺陷之部位之相移圖案2a存在有黑缺陷。因此，藉由EB缺陷修正而去除該黑缺陷部分。
藉由如此製造相移光罩200，於該相移光罩200之製造中途對相移圖案2a之黑缺陷部分進行EB缺陷修正之情形時，亦可抑制黑缺陷部分附近之透光性基板1之表面粗糙之產生，且可抑制於相移圖案2a上產生自發性蝕刻。
進而，本發明之半導體裝置之製造方法之特徵在於具備以下步驟：使用上述相移光罩200將轉印圖案曝光轉印至半導體基板上之抗蝕劑膜。
本發明之相移光罩200或光罩基底100具有如上所述之效果，故將相移光罩200置於以ArF準分子雷射作為曝光光之曝光裝置之光罩台上，且將轉印圖案曝光轉印至半導體裝置上之抗蝕劑膜時，可以較高之CD(critical dimension，臨界尺寸)精度將轉印圖案轉印至半導體裝置上之抗蝕劑膜。因此，將該抗蝕劑膜之圖案作為遮罩，對其下層膜進行乾式蝕刻而形成電路圖案之情形時，可形成不會因精度不足引起配線短路或斷線之高精度之電路圖案。
[實施例]
以下，對用以更具體地說明本發明之實施形態之實施例1~4及比較例1、2進行敍述。
[光罩基底之製造]
對實施例1~4及比較例1、2之各者，準備主表面之尺寸約152 mm×約152 mm、厚度約6.25 mm之包含合成石英玻璃之透光性基板1。該透光性基板1係將端面及主表面研磨成特定之表面粗糙度，其後實施特定之清洗處理及乾燥處理者。
其次，於單片式RF濺鍍裝置內設置透光性基板1，使用矽(Si)靶，將氪(Kr)、氮(N2 )及氦(He)之混合氣體作為濺鍍氣體，藉由RF電源之反應性濺鍍(RF濺鍍)，將包含矽及氮之相移膜2之下層A作為實施例1之相移膜2之下層21而形成於透光性基板1上。同樣地，將包含矽及氮之相移膜2之下層B、C、D、E、F作為實施例2~4、比較例1、2之相移膜2之下層21而形成於各透光性基板1上。將下層A~F之各者之濺鍍時之RF電源之功率、濺鍍氣體之流量比、Si-Si鍵、Sia Nb 鍵及Si3 N4 鍵之存在數之比率(存在比率)示於表1。再者，於表1及下述表2中，功率(Pwr)之單位為瓦特(W)。
[表1]
下層A~F之Si-Si鍵、Sia Nb 鍵及Si3 N4 鍵之存在數之比率(存在比率)按以下方式算出。首先，以與上述實施例1~4、比較例1、2之相移膜2之下層21相同之成膜條件，於其他透光性基板之主表面上形成其他下層A~F。繼而，對該下層A~F進行X射線光電子分光分析。於該X射線光電子分光分析中，藉由重複如下步驟而分別取得下層A~F之各深度之Si2p窄光譜，即，對下層A~F之表面照射X射線(AlKα射線：1486 eV)而測定自該下層A~F釋放之光電子之強度，且利用Ar氣體濺鍍將下層A~F之表面僅刻蝕約0.65 nm之深度，對經刻蝕之區域之下層A~F照射X射線而測定自該區域釋放之光電子之強度。此處，所取得之Si2p窄光譜由於透光性基板1為絕緣體，因此相對於在導電體上分析之情形時之光譜，能量稍低地移位。為了修正該移位，進行與作為導電體之碳之峰一致之修正。
該所取得之Si2p窄光譜中分別包含Si-Si鍵、Sia Nb 鍵及Si3 N4 鍵之峰。繼而，將Si-Si鍵、Sia Nb 鍵及Si3 N4 鍵之各者之峰位置、與半峰全寬FWHM(full width at half maximum)固定，進行分峰。具體而言，將Si-Si鍵之峰位置設為99.35 eV，將Sia Nb 鍵之峰位置設為100.6 eV，將Si3 N4 鍵之峰位置設為101.81 eV，且將各者之半峰全寬FWHM設為1.71而進行分峰。繼而，對分峰後之Si-Si鍵、Sia Nb 鍵及Si3 N4 鍵之各者之光譜分別算出面積。該等算出之面積係減去藉由分析裝置具備之公知方法之演算法算出之背景後所得者。繼而，基於對各個光譜算出之各個面積，算出Si-Si鍵、Sia Nb 鍵及Si3 N4 鍵之存在數之比率。
圖3、圖4、圖5係表示對實施例1、實施例3、比較例1之各者之光罩基底之相移膜之下層(最下層)進行X射線光電子分光分析後之結果中特定深度之Si2p窄光譜之圖。如該等圖所示，對於Si2p窄光譜，對Si-Si鍵、Sia Nb 鍵及Si3 N4 鍵之各者進行分峰，分別算出減去背景後之面積，算出Si-Si鍵、Sia Nb 鍵及Si3 N4 鍵之存在數之比率。
其結果如表1所示，下層A~D滿足將Si3 N4 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.05以下之條件、及將Sia Nb 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.1以上之條件之任一者。另一方面，下層E不滿足將Si3 N4 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.05以下之條件。又，下層F不滿足將Sia Nb 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.1以上之條件。
其次，於單片式RF濺鍍裝置內設置形成有相移膜2之下層21之透光性基板1，使用矽(Si)靶，將氪(Kr)、氮(N2 )及氦(He)之混合氣體作為濺鍍氣體，藉由RF電源之反應性濺鍍(RF濺鍍)，將含有矽及氮之相移膜2之上層A(SiN膜Si:N:O=44原子%:55原子%:1原子%)作為實施例1、3、比較例1之相移膜2之上層22而分別形成於實施例1、3、比較例1之下層21上。同樣地，將含有矽及氮之相移膜2之上層B(SiN膜Si:N:O=44原子%:55原子%:1原子%)作為實施例2、4、比較例2之相移膜2之上層21而形成於實施例2、4、比較例2之各者之下層21上。再者，上層A、B之組成係藉由利用X射線光電子分光法(XPS)進行測定而獲得之結果。將上層A、B之各者之濺鍍時之RF電源之功率、濺鍍氣體之流量比示於表2。
[表2]
其次，以膜之應力調整為目的，對形成有該上層A之實施例1、3、比較例1之透光性基板1、與形成有上層B之實施例2、4、比較例6之透光性基板1，於大氣中於加熱溫度550℃、處理時間1小時之條件下進行加熱處理。
上層A、B之Si-Si鍵、Sia Nb 鍵及Si3 N4 鍵之存在數之比率(存在比率)按以下方式算出。首先，以與上述實施例1~4、比較例1、2之相移膜2之上層22相同之成膜條件，於其他透光性基板之主表面上形成其他上層A、B，進而以相同之條件進行加熱處理。繼而，對該上層A、B進行X射線光電子分光分析。於該X射線光電子分光分析中，藉由反覆進行如下步驟而分別取得上層A、B之各深度之Si2p窄光譜，即，對上層A、B之表面照射X射線(AlKα射線：1486 eV)而測定自該上層A、B釋放之光電子之強度，且利用Ar氣體濺鍍將上層A、B之表面僅刻蝕約0.65 nm之深度，對經刻蝕之區域之上層A、B照射X射線而測定自該區域釋放之光電子之強度。此處，所取得之Si2p窄光譜由於透光性基板1為絕緣體，因此相對於在導電體上分析之情形時之光譜，能量稍低地移位。為了修正該移位，進行與作為導電體之碳之峰一致之修正。
於該所取得之Si2p窄光譜中分別包含Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵及Si-O/Si-ON鍵之峰。繼而，將Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵及Si-O/Si-ON鍵之各者之峰位置、與半峰全寬FWHM(full width at half maximum)固定，進行分峰。再者，關於Si-Si鍵，無法進行分峰(檢測下限值以下)。繼而，對分峰後之Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵及Si-O/Si-ON鍵之各者之光譜分別算出面積。該等算出之面積係減去藉由分析裝置具備之公知方法之演算法算出之背景後所得者。繼而，根據對各個光譜算出之各個面積，算出Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵及Si-O/Si-ON鍵之存在數之比率。將其等之結果示於表2。
使用相移量測定裝置(Lasertec公司製造MPM193)，測定實施例1~4、比較例1、2中之相移膜2之對於波長193 nm之光之透過率與相位差。又，對該實施例1~4、比較例1、2中之相移膜2，使用STEM(Scanning Electron Microscope，掃描電子顯微鏡)與EDX(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy，能量色散X射線光譜儀)進行分析後，確認到於自上層22之表面至約2 nm左右之厚度之表層部分形成有氧化層。進而，測定實施例1~4、比較例1、2中之相移膜2之下層21及上層22之各光學特性。於表3中，表示實施例1~4、比較例1、2中之相移膜2之下層21及上層22之膜厚或光學特性。再者，表3中，膜厚之單位為奈米(nm)，透過率及背面反射率(其中，為透光性基板1上僅存在相移膜2之狀態)之單位為百分比(%)，相位差之單位為度(degree)。
[表3]
其次，於單片式DC濺鍍裝置內設置形成有相移膜2之透光性基板1，使用鉻(Cr)靶，藉由將氬(Ar)、二氧化碳(CO2 )、氮(N2 )及氦(He)之混合氣體作為濺鍍氣體之反應性濺鍍(DC濺鍍)，於相移膜2上以46 nm之厚度形成包含CrOCN之遮光膜3(CrOCN膜Cr:O:C:N=55原子%:22原子%:12原子%:11原子%)。測定該相移膜2與遮光膜3之積層構造中之相對於波長193 nm之光之光學濃度(OD)，測得為3.0以上。又，準備其他透光性基板1，以相同之成膜條件僅成膜遮光膜3，測定該遮光膜3之光學特性，折射率n為1.95，消光係數k為1.53。
其次，於單片式RF濺鍍裝置內設置積層有相移膜2及遮光膜3之透光性基板1，使用二氧化矽(SiO2 )靶，將氬(Ar)氣作為濺鍍氣體，藉由RF濺鍍於遮光膜3上以5 nm之厚度形成包含矽及氧之硬罩膜4。按以上順序製造具備於透光性基板1上積層有2層構造之相移膜2、遮光膜3及硬罩膜4之構造之光罩基底100。
[相移光罩之製造]
其次，使用該實施例1~4、比較例1、2之光罩基底100，按以下順序製作實施例1~4、比較例1、2之相移光罩200。最初，對硬罩膜4之表面實施HMDS處理。繼而，藉由旋轉塗佈法，與硬罩膜4之表面相接且以膜厚80 nm形成包含電子束描繪用化學增幅型抗蝕劑之抗蝕劑膜。其次，對該抗蝕劑膜，電子束描繪應形成於相移膜2之相移圖案即第1圖案，進行特定之顯影處理及清洗處理，形成具有第1圖案之第1抗蝕劑圖案5a(參照圖2(a))。再者，此時，於電子束描繪之抗蝕劑圖案5a中，以於相移膜2形成黑缺陷之方式，除原本應形成之轉印圖案之外添加程式缺陷。
其次，將第1抗蝕劑圖案5a作為遮罩，使用CF4 氣體進行乾式蝕刻，於硬罩膜4上形成第1圖案(硬罩圖案4a)(參照圖2(b))。其後，去除第1抗蝕劑圖案5a。
繼而，將硬罩圖案4a作為遮罩，使用氯與氧之混合氣體(氣體流量比Cl2 :O2 =10:1)進行乾式蝕刻，於遮光膜3上形成第1圖案(遮光圖案3a)(參照圖2(c))。其次，將遮光圖案3a作為遮罩，使用氟系氣體(SF6 +He)進行乾式蝕刻，於相移膜2上形成第1圖案(相移圖案2a)，且同時去除硬罩圖案4a(參照圖2(d))。
其次，於遮光圖案3a上，藉由旋轉塗佈法，以膜厚150 nm形成包含電子束描繪用化學增幅型抗蝕劑之抗蝕劑膜。其次，對抗蝕劑膜，曝光描繪應形成於遮光膜上之圖案(遮光圖案)即第2圖案，進而進行顯影處理等特定之處理，形成具有遮光圖案之第2抗蝕劑圖案6b(參照圖2(e))。繼而，將第2抗蝕劑圖案6b作為遮罩，使用氯與氧之混合氣體(氣體流量比Cl2 :O2 =4:1)進行乾式蝕刻，於遮光膜3上形成第2圖案(遮光圖案3b)(參照圖2(f))。進而，去除第2抗蝕劑圖案6b，經清洗等特定之處理而獲得相移光罩200(參照圖2(g))。
對所製造之實施例1~4、比較例1、2之相移光罩200藉由光罩檢查裝置進行光罩圖案之檢查後，確認到於配置有程式缺陷之部位之相移圖案2a存在黑缺陷。對該黑缺陷部分進行EB缺陷修正。如表3所示，於實施例1~4中，相移圖案2a相對於透光性基板1之修正速率比充分高，可將對透光性基板1之表面之蝕刻限制於最小限度。另一方面，於比較例1中，相移圖案2a相對於透光性基板1之修正速率比為較低，推進向透光性基板1之表面之蝕刻(表面粗糙)。又，於比較例2中，修正速率過快而產生底切。進而，推進黑缺陷部分周圍之相移圖案2a之側壁藉由EB缺陷修正時供給之非激發狀態之XeF2 氣體接觸而被蝕刻之現象、即自發性蝕刻。
對該EB缺陷修正後之實施例1~4、比較例1、2之相移光罩200，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製造)，進行以波長193 nm之曝光光曝光轉印至半導體裝置上之抗蝕劑膜時之轉印像之模擬。對該模擬之曝光轉印像驗證後，充分滿足使用實施例1~4之相移光罩200之情形時之設計規格。又，進行EB缺陷修正後之部分之轉印像與除此以外之區域之轉印像相比並不遜色。根據該結果，對於實施例1~4之相移光罩200，於對相移圖案2a之黑缺陷部分進行EB缺陷修正之情形時，可謂可抑制透光性基板1之表面粗糙之產生，且可抑制於相移圖案2a上產生自發性蝕刻。又，將進行EB缺陷修正後之實施例1~4之相移光罩200置於曝光裝置之光罩台上，且曝光轉印至半導體裝置上之抗蝕劑膜之情形時，最終形成於半導體裝置上之電路圖案亦可謂可以高精度形成。因此，可謂實施例1~4之相移光罩200係轉印精度較高之相移光罩。
另一方面，於比較例1之相移光罩200中對該模擬之曝光轉印像驗證後，即便於除進行了EB缺陷修正之部分以外，亦產生認為因在相移膜上形成圖案時之乾式蝕刻中之蝕刻速率較慢導致的相移圖案之CD之降低。進而，進行了EB缺陷修正之部分之轉印像係因透光性基板之表面粗糙之影響等而產生轉印不良之級別者。根據該結果，於將進行EB缺陷修正後之比較例1之相移光罩置於曝光裝置之光罩台，並曝光轉印至半導體裝置上之抗蝕劑膜之情形時，預測會於最終形成於半導體裝置上之電路圖案產生電路圖案之斷線或短路。
又，於比較例2之相移光罩200中對該模擬之曝光轉印像驗證後，未於進行了EB缺陷修正之部分產生透光性基板1之表面粗糙。然而，進行了EB缺陷修正之部分之周圍之轉印像係因自發性蝕刻之影響等而產生轉印不良之級別者。根據該結果，於將進行EB缺陷修正後之比較例2之相移光罩置於曝光裝置之光罩台，並曝光轉印至半導體裝置上之抗蝕劑膜之情形時，預測會於最終形成於半導體裝置上之電路圖案產生電路圖案之斷線或短路。
1‧‧‧透光性基板
2‧‧‧相移膜
2a‧‧‧相移圖案(轉印圖案)
3‧‧‧遮光膜
3a‧‧‧遮光圖案
3b‧‧‧遮光圖案
4‧‧‧硬罩膜
4a‧‧‧硬罩圖案
5a‧‧‧第1抗蝕劑圖案
6b‧‧‧第2抗蝕劑圖案
21‧‧‧下層(最下層)
22‧‧‧上層
100‧‧‧光罩基底
200‧‧‧相移光罩
圖1係表示本發明之實施形態之光罩基底之構成之剖視圖。
圖2(a)~(g)係表示本發明之實施形態之相移光罩之製造步驟之剖視圖。
圖3係表示對本發明之實施例1之光罩基底之相移膜之下層(最下層)進行X射線光電子分光分析之結果之圖。
圖4係表示對本發明之實施例3之光罩基底之相移膜之下層(最下層)進行X射線光電子分光分析之結果之圖。
圖5係表示對本發明之比較例1之光罩基底之相移膜之下層(最下層)進行X射線光電子分光分析之結果之圖。

Claims (17)

  1. 一種光罩基底，其特徵在於， 其係於透光性基板上具備相移膜者，且 上述相移膜包含含有與透光性基板相接之最下層之2層以上之積層構造， 上述相移膜之最下層以外之層係由包含選自半金屬元素及非金屬元素中之1種以上之元素與矽之材料形成， 上述最下層係由包含矽與氮之材料、或包含選自半金屬元素及非金屬元素中之1種以上之元素與矽與氮之材料形成， 將上述最下層中之Si3 N4 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵(其中，b/[a+b]＜4/7)及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.05以下， 將上述最下層中之Sia Nb 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.1以上。
  2. 如請求項1之光罩基底，其中上述最下層以外之層之氮及氧之合計含量為50原子%以上。
  3. 如請求項1或2之光罩基底，其中上述最下層以外之層中之至少1層之氮之含量為50原子%以上。
  4. 如請求項1或2之光罩基底，其中上述最下層係由包含矽、氮及非金屬元素之材料形成。
  5. 如請求項1或2之光罩基底，其中上述最下層以外之層中之至少1層將該1層中之Si3 N4 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵、Si-Si鍵、Si-O鍵及Si-ON鍵之合計存在數所得之比率為0.87以上。
  6. 如請求項1或2之光罩基底，其中上述最下層之厚度為16 nm以下。
  7. 如請求項1或2之光罩基底，其中上述相移膜具有使ArF準分子雷射之曝光光以2%以上之透過率透過之功能、及相對透過上述相移膜之上述曝光光使其與於空氣中通過與上述相移膜之厚度相同之距離之上述曝光光之間產生150度以上且200度以下之相位差之功能。
  8. 如請求項1或2之光罩基底，其中於上述相移膜上具備遮光膜。
  9. 一種相移光罩，其特徵在於： 其係於透光性基板上具備形成有轉印圖案之相移膜者，且 上述相移膜包含含有與透光性基板相接之最下層之2層以上之積層構造， 上述相移膜之最下層以外之層係由包含選自半金屬元素及非金屬元素中之1種以上之元素與矽之材料形成， 上述最下層係由包含矽與氮之材料、或包含選自半金屬元素及非金屬元素中之1種以上之元素與矽與氮之材料形成， 將上述最下層中之Si3 N4 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵(其中，b/[a+b]＜4/7)及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.05以下， 將上述最下層中之Sia Nb 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵及Si-Si鍵之合計存在數所得之比率為0.1以上。
  10. 如請求項9之相移光罩，其中上述最下層以外之層之氮及氧之合計含量為50原子%以上。
  11. 如請求項9或10之相移光罩，其中上述最下層以外之層中之至少1層之氮之含量為50原子%以上。
  12. 如請求項9或10之相移光罩，其中上述最下層係由包含矽、氮及非金屬元素之材料形成。
  13. 如請求項9或10之相移光罩，其中上述最下層以外之層中之至少1層將該1層中之Si3 N4 鍵之存在數除以Si3 N4 鍵、Sia Nb 鍵、Si-Si鍵、Si-O鍵及Si-ON鍵之合計存在數所得之比率為0.87以上。
  14. 如請求項9或10之相移光罩，其中上述最下層之厚度為16 nm以下。
  15. 如請求項9或10之相移光罩，其中上述相移膜具有使ArF準分子雷射之曝光光以2%以上之透過率透過之功能、及相對透過上述相移膜之上述曝光光使其與於空氣中通過與上述相移膜之厚度相同之距離之上述曝光光之間產生150度以上且200度以下之相位差之功能。
  16. 如請求項9或10之相移光罩，其中於上述相移膜上，具備形成有遮光圖案之遮光膜。
  17. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於具備以下步驟： 使用如請求項9至16中任一項之相移光罩將轉印圖案曝光轉印至半導體基板上之抗蝕劑膜。
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