TW202018407A - 空白遮罩、相位移轉遮罩及半導體元件之製造方法 - Google Patents

空白遮罩、相位移轉遮罩及半導體元件之製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明之課題在於提供一種可抑制鉻遷移之空白遮罩。
空白遮罩具備有於透光性基板上依序積層有相位移轉膜以及遮光膜之構造，相位移轉膜具有ArF曝光光線以2%以上、30%以下之穿透率來穿透之機能、以及對該穿透之ArF曝光光線產生150度以上、200度以下之相位差之機能，係由含矽且實質不含鉻之材料所形成，包含從透光性基板側積層有下層與上層之構造，下層相較於透光性基板在折射率n上較小，上層相較於透光性基板在折射率n上較大，下層相較於上層在消光係數k上較大，遮光膜包含和相位移轉膜相接之層，和相位移轉膜相接之層係由含鉻材料所構成，相較於上層在折射率n上較小，且相較於該上層在消光係數k上較大。

Description

空白遮罩、相位移轉遮罩及半導體元件之製造方法
本發明係關於一種空白遮罩及使用該空白遮罩所製造之相位移轉遮罩。此外，本發明係關於一種使用上述相位移轉遮罩之半導體元件之製造方法。
一般，於半導體元件之製程中係使用光微影法來進行微細圖案之形成。此外，此微細圖案之形成上通常係使用數片被稱為轉印用遮罩的基板。在使得半導體元件之圖案微細化之際，除了轉印用遮罩所形成之遮罩圖案的微細化，在光微影所使用之曝光光線源波長的短波長化也成為必要。做為半導體裝置製造時的曝光光線源，近年來係從KrF準分子雷射(波長248nm)朝ArF準分子雷射(波長193nm)之短波長化邁進。
在轉印用遮罩之種類方面，除了以往之於透光性基板上具備有由鉻系材料所構成之遮光圖案而成的二元遮罩以外，已知尚有半色調型相位移轉遮罩。半色調型相位移轉遮罩之相位移轉膜係廣為使用鉬矽化物(MoSi)系材料。但是，如專利文獻1所揭示般，近年來已知MoSi系膜對於ArF準分子雷射之曝光光線的耐性(所謂的ArF耐光性)低。專利文獻1中，藉由對形成圖案後之MoSi系膜進行電漿處理、UV照射處理或是加熱處理來於MoSi系膜之圖案表面形成鈍態膜，以提高MoSi系膜之ArF耐光性。
半色調型相位移轉遮罩之情況，常於做為形成相位移轉圖案之區域的轉印圖案形成區域之周邊部設置遮光帶。此外，即使是轉印圖案形成區域內，也有在尺寸相對大的相位移轉圖案上積層尺寸小一圈的遮光圖案。專利文獻2中針對半色調型相位移轉遮罩製造用之空白遮罩，係揭示了一種空白遮罩，從基板側具有金屬矽化物系之轉印用遮罩膜(光半穿透膜)、由鉻 系化合物所構成之遮光膜、以及由矽化合物所構成之硬遮罩膜的薄膜構成。
先前技術文獻
專利文獻1日本特開2010-217514號公報
專利文獻2國際公開第2004/090635號公報
如專利文獻2所記載般，半色調型相位移轉遮罩一般構成上具備有在透光性基板上依序積層：形成有轉印圖案(相位移轉圖案)之半色調相位移轉膜(以下簡稱為相位移轉膜)、形成有遮光帶等遮光圖案的遮光膜。如此之相位移轉遮罩係使用空白遮罩(具備有在透光性基板上依序積層有相位移轉膜與遮光膜之構造)來製造。使用此空白遮罩來製造相位移轉遮罩之際，必須於相位移轉膜與遮光膜分別形成不同的圖案。因此，相位移轉膜與遮光膜必須分別適用乾式蝕刻特性不同的材料。
相位移轉膜必須擁有ArF曝光光線能以既定穿透率來穿透之機能、以及該穿透之ArF曝光光線和在空氣中通過相同於該相位移轉膜之厚度的距離之ArF曝光光線之間產生既定相位差之機能。含矽材料容易調整為在形成具有此種機能的相位移轉膜上適切的光學特性，尤其過渡金屬矽化物系材料廣泛使用於相位移轉膜之材料。將含矽材料適用於相位移轉膜之情況，於遮光膜之材料上經常適用含鉻材料。此外，當遮光膜為多層膜之情況，有時會在’相接於相位移轉膜側的層適用含鉻材料(此層做為蝕刻阻擋膜，有時做為其他機能膜使用)。此乃由於含鉻材料之薄膜與含矽材料之薄膜以乾式蝕刻來圖案化時彼此具有高蝕刻選擇性。
一般而言，相位移轉遮罩安置於曝光裝置之遮罩平台來對半導體基板上之阻劑膜等轉印對象物以曝光轉印來轉印圖案之情況，係從該相位移轉遮罩之透光性基板側照射曝光光線。若為上述般具備有由含矽材料所構成之相位移轉膜與由含鉻材料所構成之遮光膜(也包含相接於相位移轉膜之側的層以含鉻材料所形成之遮光膜之情況)的相位移轉遮罩之情況，當利用曝 光裝置反覆進行曝光轉印時，會新判別出遮光膜中之鉻原子朝形成相位移轉膜之含矽材料中做移動的現象、亦即發生所謂的鉻遷移，而成為問題。
相位移轉遮罩當配置著大尺寸的相位移轉膜之圖案的情況，有時會於該圖案上設置尺寸小一圈的遮光膜之圖案。如此之情況因鉻遷移的發生所造成的影響變得特別大。當將相位移轉遮罩安置於曝光裝置之遮罩平台來照射ArF曝光光線時，若遮光膜中之鉻原子受到激發造成許多鉻原子侵入相位移轉膜之圖案內，則相位移轉膜之穿透率會降低。半色調型相位移轉膜之情況，穿透率之降低涉及到在穿透該相位移轉圖案之曝光光線與穿透透光部之曝光光線之間所產生之相位移轉效果會降低，故成為問題。此外，侵入相位移轉膜內的鉻原子有時會析出於相位移轉膜之圖案的側壁，而對穿透相位移轉遮罩之曝光光線的圖案像造成不良影響。再者，進入相位移轉膜內之鉻原子也會在透光部之透光性基板的表面析出，而成為透光部出現混濁(透光部之穿透率降低)的原因。
是以，本發明係用以解決以往之課題。亦即，目的在於提供一種空白遮罩，即便係於透光性基板上依序積層有相位移轉膜以及遮光膜，相位移轉膜係由含矽且實質不含鉻之材料所形成，遮光膜之至少和相位移轉膜相接之層係由含鉻材料所形成，當從該空白遮罩來製造相位移轉遮罩，使用該相位移轉遮罩以曝光裝置進行曝光轉印之時，可大幅抑制遮光膜中的鉻元素侵入相位移轉膜內之現象(鉻遷移)的發生。此外，目的在於提供一種使用此空白遮罩所製造之相位移轉遮罩。此外，本發明之目的在於提供一種使用如此之相位移轉遮罩之半導體元件之製造方法。
為了達成前述課題，本發明具有以下構成。
(構成1)
一種空白遮罩，具備有於透光性基板上依序積層有相位移轉膜以及遮光膜之構造；
該相位移轉膜具有：使得ArF準分子雷射之曝光光線以2%以上、30%以下之穿透率來穿透之機能；以及，使得通過該相位移轉膜之該曝光光線 與通過和該相位移轉膜之厚度為相同距離之空氣中的該曝光光線之間產生150度以上、200度以下之相位差之機能；
該相位移轉膜係由含矽且實質不含鉻之材料所形成，包含從該透光性基板側起積層有下層與上層之構造；
該下層相較於該透光性基板在該曝光光線之波長下的折射率n小；
該上層相較於該透光性基板在該曝光光線之波長下的折射率n大；
該下層相較於該上層在該曝光光線之波長下的消光係數k大；
該遮光膜包含和該相位移轉膜相接之層；
該和相位移轉膜相接之層係由含鉻材料所構成，相較於該上層在該曝光光線之波長下的折射率n小，且相較於該上層在該曝光光線之波長下的 消光係數k大。
(構成2)
如構成1記載之空白遮罩，其中該上層相較於該下層在厚度上較厚。
(構成3)
如構成1或2記載之空白遮罩，其中該下層之厚度未達10nm。
(構成4)
如構成1至3中任一記載之空白遮罩，其中該下層之折射率n為1.5以下。
(構成5)
如構成1至4中任一記載之空白遮罩，其中該上層之折射率n係大於2.0。
(構成6)
如構成1至5中任一記載之空白遮罩，其中和該相位移轉膜相接之層之折射率n為2.0以下。
(構成7)
如構成1至6中任一記載之空白遮罩，其中該下層之消光係數k為2.0以上。
(構成8)
如構成1至7中任一記載之空白遮罩，其中該上層之消光係數k為0.8以下。
(構成9)
如構成1至8中任一記載之空白遮罩，其中和該相位移轉膜相接之層之消光係數k為1.0以上。
(構成10)
如構成1至9中任一記載之空白遮罩，其中該下層係和該透光性基板之表面相接而形成。
(構成11)
如構成1至10中任一記載之空白遮罩，其中該上層在表層具有氧含有量較該表層以外部分之上層來得多的層。
(構成12)
如構成1至11中任一記載之空白遮罩，其中對於從該透光性基板側所入射之該曝光光線的內面反射率為30%以上。
(構成13)
一種相位移轉遮罩，具備有於透光性基板上依序積層有形成了轉印圖案之相位移轉膜以及形成了遮光圖案之遮光膜的構造；
該相位移轉膜具有：使得ArF準分子雷射之曝光光線以2%以上、30%以下之穿透率來穿透之機能；以及，使得通過該相位移轉膜之該曝光光線與通過和該相位移轉膜之厚度為相同距離之空氣中的該曝光光線之間產生150度以上、200度以下之相位差之機能；
該相位移轉膜係由含矽且實質不含鉻之材料所形成，包含從該透光性基板側起積層有下層與上層之構造；
該下層相較於該透光性基板在該曝光光線之波長下的折射率n小；
該上層相較於該透光性基板在該曝光光線之波長下的折射率n大；
該下層相較於該上層在該曝光光線之波長下的消光係數k大；
該遮光膜包含和該相位移轉膜相接之層；
該和相位移轉膜相接之層係由含鉻材料所構成，相較於該上層在該曝光光線之波長下的折射率n小，且相較於該上層在該曝光光線之波長下的消光係數k大。
(構成14)
如構成13記載之相位移轉遮罩，其中該上層相較於該下層在厚度上較厚。
(構成15)
如構成13或14記載之相位移轉遮罩，其中該下層之厚度未達10nm。
(構成16)
如構成13至15中任一記載之相位移轉遮罩，其中該下層之折射率n為1.5以下。
(構成17)
如構成13至16中任一記載之相位移轉遮罩，其中該上層之折射率n係大於2.0。
(構成18)
如構成13至17中任一記載之相位移轉遮罩，其中和該相位移轉膜相接之層之折射率n為2.0以下。
(構成19)
如構成13至18中任一記載之相位移轉遮罩，其中該下層之消光係數k為2.0以上。
(構成20)
如構成13至19中任一記載之相位移轉遮罩，其中該上層之消光係數k為0.8以下。
(構成21)
如構成13至20中任一記載之相位移轉遮罩，其中和該相位移轉膜相接之層之消光係數k為1.0以上。
(構成22)
如構成13至21中任一記載之相位移轉遮罩，其中該下層係和該透光性基板之表面相接而形成。
(構成23)
如構成13至22中任一記載之相位移轉遮罩，其中該上層在表層具有氧含有量較該表層以外部分之上層來得多的層。
(構成24)
如構成13至23中任一記載之相位移轉遮罩，其中對於從該透光性基板側所入射之該曝光光線的內面反射率為30%以上。
(構成25)
一種半導體元件之製造方法，係具備下述製程：使用如構成13至24中任一記載之相位移轉遮罩，於半導體基板上之阻劑膜曝光轉印出轉印圖案。
本發明之空白遮罩即便係於透光性基板上依序積層有相位移轉膜以及遮光膜，相位移轉膜係由含矽且實質不含鉻之材料所形成，遮光膜之至少和相位移轉膜相接之層係由含鉻材料所形成，當從該空白遮罩來製造相位移轉遮罩，使用該相位移轉遮罩以曝光裝置進行曝光轉印之時，可大幅抑制遮光膜中的鉻元素侵入相位移轉膜內之現象(鉻遷移)的發生。
1‧‧‧透光性基板
2‧‧‧相位移轉膜
21‧‧‧下層
22‧‧‧上層
2a‧‧‧相位移轉圖案
3‧‧‧遮光膜
3a,3b‧‧‧遮光圖案
4‧‧‧硬遮罩膜
4a‧‧‧硬遮罩圖案
5a‧‧‧第1阻劑圖案
6b‧‧‧第2阻劑圖案
100‧‧‧空白遮罩
200‧‧‧相位移轉遮罩
圖1係顯示本發明之實施形態之空白遮罩構成之截面圖。
圖2係顯示本發明之實施形態之相位移轉遮罩之製程的截面示意圖。
以下，針對本發明之實施形態來說明。本發明者針對在透光性基板上積層有由含矽材料所構成之相位移轉膜與由含鉻材料所構成之遮光膜而成的相位移轉遮罩，就抑制發生遮光膜中的鉻原子移動至形成相位移轉膜之含矽材料中的現象(鉻遷移)的手段進行了努力研究。本發明者查明係起因於ArF曝光光線造成相位移轉膜中之矽與遮光膜中之鉻分別被光激發而發生了鉻遷移。
入射於相位移轉遮罩之透光性基板內部的ArF曝光光線會在基板之主表面與相位移轉膜之圖案的界面出現部分性反射，但ArF曝光光線的大部 分係入射於相位移轉膜內。相位移轉膜必須具有讓ArF曝光光線以既定穿透率來穿透之機能。因此，相位移轉膜具有將入射於內部之ArF曝光光線的大部分加以吸收之光學特性。構成吸收ArF曝光光線能量的相位移轉膜之矽、過渡金屬之各原子係藉由吸收能量而被光激發。
於相位移轉遮罩當中的相位移轉膜之圖案上積層著遮光膜圖案的區域，穿透了相位移轉膜之ArF曝光光線在相位移轉膜與遮光膜之界面會被部分性反射，但剩餘部分會入射於遮光膜之內部。然後，ArF曝光光線絕大多數在遮光膜之內部被吸收，從遮光膜出射之ArF曝光光線甚少(相對於入射相位移轉膜之前的ArF曝光光線之光量會衰減為例如0.01%之光量)。此時，於遮光膜之內部，鉻原子係吸收ArF曝光光線之能量而產生光激發。
在遮光膜之鉻原子受到光激發、且相位移轉膜之構成元素也受到光激發之狀態下，於遮光膜之內部呈光激發之鉻原子會變得容易侵入相位移轉膜之內部。如上述般，以往之相位移轉膜係採行將ArF曝光光線以相位移轉膜之內部做吸收來控制穿透率的設計思想，遮光膜也採行同樣的設計思想。以往之相位移轉膜與遮光膜之設計思想，當照射ArF曝光光線時難以避免發生構成該膜之全部的原子當中受到光激發之原子的比率變高，而難以抑制鉻遷移之發生。
本發明者為了使得相位移轉膜對於ArF曝光光線之穿透率成為既定值，而想到了使得透光性基板與相位移轉膜之界面的反射率(內面反射率)較以往之相位移轉膜來得高，藉此應可降低構成相位移轉膜之全部矽原子當中受到ArF曝光光線而被光激發之矽原子的比率。在ArF曝光光線從透光性基板側入射於相位移轉膜時，藉由使得在透光性基板與相位移轉膜之界面所反射之ArF曝光光線的光量高於以往，可降低入射於相位移轉膜內部的曝光光線之光量。藉此，即使在相位移轉膜內被吸收之ArF曝光光線之光量少於以往，仍可使得從相位移轉膜出射之ArF曝光光線之光量和以往之相位移轉膜成為同等。其結果，發現矽原子於相位移轉膜之內部不易被光激發，可抑制從遮光膜侵入受到光激發之鉻原子。
進而，本發明者為了確保遮光膜對ArF曝光光線之遮光性能，而想到若使得在相位移轉膜與遮光膜之界面的反射率(內面反射率)高於以往之情 況，則應可降低構成遮光膜之全部鉻原子當中被ArF曝光光線所光激發之鉻原子的比率。若使得在相位移轉膜與遮光膜之界面受到反射之ArF曝光光線之光量高於以往，則可降低入射於遮光膜內部的曝光光線之光量。藉此，即便在遮光膜內被吸收之ArF曝光光線之光量少於以往，仍可得到和以往之遮光膜為同等的遮光性能。其結果，發現鉻原子於遮光膜之內部變得不易被光激發，可抑制鉻原子侵入相位移轉膜之內部。
是以，首先檢討相較於以往之相位移轉膜可提高在與透光性基板之界面的反射率。為了提高在透光性基板上所設相位移轉膜之內面反射率，相位移轉膜之至少相接於透光性基板之層將必須以ArF曝光光線之波長下的消光係數k(以下簡稱為消光係數k)為大的材料所形成。單層構造之相位移轉膜基於滿足其所需光學特性與膜厚之必要性，一般係以ArF曝光光線之波長下的折射率n(以下簡稱為折射率n)大、且消光係數k小的材料所形成。此處，可思考對於形成相位移轉膜之材料的組成進行調整來大幅提高消光係數k以提高相位移轉膜之內面反射率。若進行此調整，由於該相位移轉膜不復滿足既定範圍之穿透率條件，而必須大幅薄化此相位移轉膜之厚度。但是，一旦薄化相位移轉膜之厚度，該相位移轉膜將不復滿足既定範圍之相位差條件。由於增大形成相位移轉膜之材料的折射率n有其極限，故難以單層之相位移轉膜來提高內面反射率。
是以，基於使得相位移轉膜成為包含下層與上層之積層構造、以此積層構造之全體來提高內面反射率之設計思想進行了進一步的檢討。相位移轉膜中位於離開透光性基板之側的上層和以往之單層相位移轉膜之情況同樣地係適用了折射率n大、消光係數k小的材料。另一方面，相位移轉膜中位於透光性基板側之下層相較於以往之相位移轉膜之情況係適用了消光係數k大的材料。如此之下層由於在降低相位移轉膜之穿透率的方向上發揮機能，故下層之厚度必須變薄。若下層之厚度變薄，由於穿透下層之曝光光線之光量增加，故內面反射率下降。是以，為了進而提高內面反射率，係使得下層之折射率n小於透光性基板之折射率n。藉此，發現下層與上層之間的折射率n之差變大，曝光光線於下層與上層之界面之反射光量增大，可提高相位移轉膜之內面反射率。
其次，針對提高在相位移轉膜與遮光膜之界面處對於ArF曝光光線之反射率進行了檢討。提高此反射率之一般方法係使得遮光膜和相位移轉膜之上層相接的層以具有較相位移轉膜之上層來得大之折射率n的材料來形成。為了成為具有較相位移轉膜之上層來得大之折射率n的材料，必須更多含有氮。但是，由於氮含有量多的材料有消光係數k變小之傾向，故做為形成遮光膜之層非所喜好者。考慮此點，遮光膜之和相位移轉膜之上層相接之層乃以消光係數k大於相位移轉膜、折射率n小的材料所形成。藉此，可提高在相位移轉膜之上層與遮光膜之間的界面處之對ArF曝光光線的反射率，且即使為膜厚薄的遮光膜也可確保充分的遮光性能。藉由以上之相位移轉膜與遮光膜之構成，達成了可解決前述技術課題之結論。
亦即，本發明係一種空白遮罩，具備有於透光性基板上依序積層有相位移轉膜以及遮光膜之構造，進而具有以下特徴。相位移轉膜具有下述機能：使得ArF準分子雷射之曝光光線以2%以上、30%以下之穿透率來穿透之機能；使得穿透相位移轉膜之曝光光線與通過和前述相位移轉膜之厚度為相同距離之空氣中的曝光光線之間產生150度以上、200度以下(更佳為150度以上、180度以下)之相位差的機能。進而，該相位移轉膜係以含矽而實質不含鉻的材料所形成，包含從透光性基板側積層有下層與上層之構造。相位移轉膜之下層相較於透光性基板在曝光光線之波長下的折射率n小。相位移轉膜之上層相較於透光性基板在曝光光線之波長下的折射率n大。相位移轉膜之下層相較於上層在前述曝光光線之波長下的消光係數k大。遮光膜包含和相位移轉膜相接之層。再者，該和相位移轉膜相接之層係由含鉻材料所構成，相較於上層在曝光光線之波長下的折射率n小、且相較於上層在曝光光線之波長下的消光係數k大。
圖1係顯示本發明之實施形態相關之空白遮罩100之構成的截面圖。圖1所示本發明之空白遮罩100具有：於透光性基板1上依序積層有相位移轉膜2、遮光膜3以及硬遮罩膜4的構造。
透光性基板1除了合成石英玻璃以外也能以石英玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、鹼石灰玻璃、低熱膨脹玻璃(SiO2-TiO2玻璃等)等來形成。此等當中，合成石英玻璃對ArF準分子雷射光之穿透率高，做為形成空白遮罩100之透光 性基板1的材料尤佳。形成透光性基板1之材料在ArF曝光光線之波長(約193nm)下的折射率n以1.50以上、1.60以下為佳，以1.52以上、1.59以下為更佳，以1.54以上、1.58以下為特佳。
相位移轉膜2對於ArF曝光光線之穿透率需要在2%以上。為了在穿透相位移轉膜2之內部的曝光光線與穿透空氣中的曝光光線之間產生充分的相位移轉效果，對曝光光線之穿透率至少必須為2%。相位移轉膜2對曝光光線之穿透率以3%以上為佳，以4%以上為更佳。另一方面，伴隨著相位移轉膜2對曝光光線之穿透率變高，要提高內面反射率變得困難。因此，相位移轉膜2對曝光光線之穿透率以30%以下為佳，以20%以下為更佳，以10%以下為特佳。
相位移轉膜2為了得到適切的相位移轉效果，需要對於穿透相位移轉膜2之ArF曝光光線與通過了和此相位移轉膜2之厚度為相同距離之空氣中的光之間所生之相位差成為150度以上、200度以下之範圍來進行調整。相位移轉膜2之前述相位差以155度以上為佳，以160度以上為更佳。另一方面，相位移轉膜2之前述相位差以190度以下為佳，以180度以下為更佳，以179度以下為特佳。此乃為了在相位移轉膜2形成圖案時之乾式蝕刻時減低透光性基板1因著微小蝕刻所致相位差增加的影響。此外，也是因為近年來曝光裝置對於相位移轉遮罩之ArF曝光光線之照射方式係從相對於相位移轉膜2之膜面的垂直方向以既定角度傾斜後的方向來入射ArF曝光光線者增加之故。
空白遮罩100在積層著相位移轉膜2與遮光膜3之狀態下從透光性基板1側照射ArF曝光光線時之反射率(內面反射率)以30%以上為佳。若內面反射率為30%以上，可抑制相位移轉膜2中之矽原子的光激發，可抑制遮光膜3中之鉻原子的光激發。藉由此抑制效果，可抑制遮光膜3中之鉻原子往相位移轉膜2中進行移動之現象(鉻遷移)。另一方面，若內面反射率過高，則使用由此空白遮罩100所製造出的相位移轉遮罩來對轉印對象物(半導體晶圓上的阻劑膜等)進行曝光轉印時，由於相位移轉遮罩之內面側的反射光對曝光轉印像所造成之影響變大，故非所喜好者。基於此觀點，內面反射率以45%以下為佳，以40%以下為更佳。
相位移轉膜2具有從透光性基板1側積層了下層21與上層22之構造。相位移轉膜2之全體必須滿足上述穿透率、相位差之各條件，且其與遮光膜3之積層構造的內面反射率必須滿足上述條件。為了滿足此等條件，相位移轉膜2中之下層21之折射率n至少需要小於透光性基板1之折射率n。同時，上層22之折射率n至少需要大於透光性基板1之折射率n。進而，下層21之消光係數k至少需要大於上層22之消光係數k。此外，上層22之厚度以大於下層21之厚度為佳。
為使得相位移轉膜2之下層21與上層22滿足上述關係，下層21之折射率n需要為1.50以下。下層21之折射率n以1.45以下為佳，以1.40以下為更佳。此外，下層21之折射率n以1.00以上為佳，以1.10以上為更佳。下層21之消光係數k需要為2.00以上。下層21之消光係數k以2.20以上為佳，以2.40以上為更佳。此外，下層21之消光係數k以3.30以下為佳，以3.10以下為更佳。此外，下層21之折射率n以及消光係數k係將下層21之全體視為光學上均一的1層所導出之數值。
另一方面，為使得相位移轉膜2之下層21與上層22滿足上述關係，上層22之折射率n需要大於2.00。上層22之折射率n以2.10以上為佳。此外，上層22之折射率n以3.00以下為佳，以2.80以下為更佳。上層22之消光係數k需要為0.80以下。上層22之消光係數k以0.60以下為佳，以0.50以下為更佳。此外，上層22之消光係數k以0.10以上為佳，以0.20以上為更佳。此外，上層22之折射率n以及消光係數k係將包含後述表層部分的上層22之全體視為光學上均一的1層所導出之數值。
包含相位移轉膜2之薄膜之折射率n與消光係數k並非完全以該薄膜之組成所決定。該薄膜之膜密度、結晶狀態等也成為左右折射率n、消光係數k之要素。因此，以反應性濺鍍調整形成薄膜時的諸條件，以該薄膜成為所希望之折射率n以及消光係數k的方式來進行成膜。為使得下層21與上層22成為上述折射率n與消光係數k之範圍，以反應性濺鍍來成膜之際，並不限於調整稀有氣體與反應性氣體(氧氣體、氮氣體等)之混合氣體的比率。尚包含以反應性濺鍍來成膜之際之成膜室內的壓力、對濺鍍靶所施加之電力、靶與透光性基板1之間的距離等位置關係等各種層面。此外，此等成 膜條件為成膜裝置所固有者，係以所形成之下層21以及上層22成為所希望之折射率n以及消光係數k的方式來適宜調整。
另一方面，相位移轉膜2之全體厚度以未達100nm為佳。用以製造相位移轉遮罩之空白遮罩希望電磁場(EMF：Electro Magnetics Field)效應相關之偏壓能小。為了降低EMF偏壓，將相位移轉遮罩之薄膜圖案的厚度加以薄化為有效。另一方面，也需滿足上述相位移轉膜2之下層21與上層22之厚度關係。尤其若考慮相位移轉膜2之全體上對ArF曝光光線之穿透率這點，則下層21之厚度以未達10nm為佳，以9nm以下為更佳，以8nm以下為特佳。此外，若尤其考慮相位移轉膜2之內面反射率這點，則下層21之厚度以3nm以上為佳，以4nm以上為更佳，以5nm以上為特佳。
若尤其考慮相位移轉膜2之全體上對ArF曝光光線之相位差與內面反射率這點，則上層22之厚度以下層21之厚度的9倍以上為佳，以10倍以上為更佳。此外，若尤其考慮相位移轉膜2之厚度未達100nm，則上層22之厚度以為下層21之厚度的15倍以下為佳，以13倍以下為更佳。上層22之厚度以90nm以下為佳，以80nm以下為更佳。
相位移轉膜2之下層21與上層22皆以含矽且實質不含鉻材料所形成。相位移轉膜2進而以含有鉻以外的金屬元素為佳。形成相位移轉膜2之材料中所含有之金屬元素以過渡金屬元素為佳。於此情況之過渡金屬元素可舉出鉬(Mo)、鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉿(Hi)、鎳(Ni)、釩(V)、鋯(Zr)、釕(Ru)、銠(Rh)、鋅(Zn)、鈮(Nb)以及鈀(Pd)當中1種以上的金屬元素。此外，形成相位移轉膜2之材料中所含有之過渡金屬元素以外的金屬元素可舉出鋁(Al)、銦(In)、錫(Sn)以及鎵(Ga)等。形成相位移轉膜2之材料除了前述元素也可含有碳(C)、氫(H)、硼(B)、鍺(Ge)以及銻(Sb)等之元素。此外，形成下層21之材料中也可含有氦(He)、氬(Ar)、氪(Kr)以及氙(Xe)等惰性氣體。
相位移轉膜2之下層21以含有鉻以外之金屬以及矽且實質不含鉻以及氧之材料來形成為佳。此乃由於，下層21必須適用消光係數k大的材料，對此，若增加材料中之氧含有量則消光係數k之降低程度會變得非常地大，而非所喜好者。因此，下層21必須為實質不含氧之材料。此處，所謂實質不含氧之材料為材料中之氧含有量為至少5原子%以下之材料。形成下層 21之材料的氧含有量以3原子%以下為佳，以藉由X射線光電子分光法等來進行組成分析時為檢測下限值以下為更佳。
此外，形成下層21之材料中也可含有氮。但是，伴隨增加材料中之氮含有量，該材料之折射率n有逐漸增大之傾向。此外，雖不如氧之情況明顯，但伴隨增加材料中之氮含有量，其消光係數k有逐漸降低之傾向。形成下層21之材料以折射率n小、消光係數k大之材料為佳。基於此等情形，當下層21係以金屬、矽以及氮所構成之材料所形成之情況的氮含有量以20原子%以下為佳，以19原子%以下為更佳，以15原子%以下為特佳。另一方面，於此情況形成下層21之材料的氮含有量以5原子%以上為佳，以10原子%以上為更佳。下層21以排除鉻之金屬以及矽所構成之材料、或是排除鉻之金屬、矽以及氮所構成之材料來形成為更佳，以排除鉻之金屬以及矽所構成之材料來形成為更佳。
下層21以和透光性基板1之表面來相接形成為佳。此乃由於，下層21和透光性基板1之表面來相接之構成可更為獲得提高因著相位移轉膜2之下層21與上層22之積層構造所產生之上述內面反射率的效果。若對於提高相位移轉膜2之內面反射率的效果所造成的影響微小，則也可於透光性基板1與相位移轉膜2之間設置蝕刻阻擋膜。於此情況，蝕刻阻擋膜之厚度必須為10nm以下，以7nm以下為佳，以5nm以下為更佳。此外，基於有效發揮蝕刻阻擋效果的觀點，蝕刻阻擋膜之厚度必須為3nm以上。形成蝕刻阻擋膜之材料的消光係數k必須為未達0.1，以0.05以下為佳，以0.01以下為更佳。此外，於此情況形成蝕刻阻擋膜之材料的折射率n至少必須為1.9以下，以1.7以下為佳。形成蝕刻阻擋膜之材料的折射率n以1.55以上為佳。
相位移轉膜2之上層22以含有排除鉻之金屬、矽、氮以及氧且實質不含鉻以及氧的材料所形成為佳。由於相位移轉膜2之下層21必須以消光係數k大的材料所形成，故上層22不僅需含氮且需積極含有氧。若考慮此點，則形成上層22之材料的氧含有量以多於5原子%為佳，以10原子%以上為更佳，以12原子%以上為特佳。氧具有伴隨材料中之氧含有量變多則該材料之折射率n以及消光係數k皆降低之傾向。因此，伴隨上層22中之氧含 有量變多，為了確保相位移轉膜2之全體對ArF曝光光線之既定穿透率以及相位差，所需相位移轉膜2之全體厚度會變厚。若考慮此等點，形成上層22之材料的氧含有量以30原子%以下為佳，以25原子%以下為更佳，以20原子%以下為特佳。
氮具有伴隨材料中之氮含有量變多則該材料之折射率n上升、消光係數k下降之傾向。形成上層22之材料的氮含有量以20原子%以上為佳，以25原子%以上為更佳，以30原子%以上為特佳。另一方面，形成上層22之材料的氮含有量以50原子%以下為佳，以45原子%以下為更佳，以40原子%以下為特佳。
形成上層22之材料中金屬含有量〔原子%〕除以金屬與矽之合計含有量〔原子%〕所得比率〔%〕(以下將此比率稱為「M/〔M+Si〕比率」)需要小於下層21中M/〔M+Si〕比率。材料中之M/〔M+Si〕比率若在0~約34%之範圍，則伴隨M/〔M+Si〕比率變大，折射率n以及消光係數k均有變大之傾向。上層22必須使用具有折射率n大、消光係數k小之傾向的材料，以適用材料中之M/〔M+Si〕比率小者為佳。對此，下層21必須使用具有折射率n小、消光係數k大之傾向的材料，以適用材料中之M/〔M+Si〕比率某種程度大者為佳。
下層21之M/〔M+Si〕比率減去上層22之M/〔M+Si〕比率的差以至少1%以上為佳。另一方面，下層21之M/〔M+Si〕比率減去上層22之M/〔M+Si〕比率的差以至少10%以下為佳，以8%以下為特佳。形成下層21之材料中之M/〔M+Si〕比率需要至少8%以上，以9%以上為佳，以10%以上為更佳。此外，形成下層21之材料中M/〔M+Si〕比率需要至少20%以下，以15%以下為佳，以12%以下為更佳。
基於減少相位移轉膜2之穿透率以及相位移轉量之變動的觀點，則不僅使上層22中事先含有氧、且減少上層22中之金屬含有量為佳。但是，若於形成相位移轉膜2之上層22的材料中不含有助於折射率n與消光係數k雙方皆變大之金屬元素，會發生相位移轉膜2之全體厚度變厚之問題。此外，當上層22係以DC濺鍍法來成膜之情況，會有起因於金屬矽化物靶之導電性低而導致缺陷增加之問題。若考慮此等點，則上層22之M/〔M+Si〕 比率以2%以上為佳，以3%以上為更佳。另一方面，基於減少相位移轉膜2(上層22)之穿透率以及相位移轉量之變動的觀點，上層22之M/〔M+Si〕比率以9%以下為佳，以8%以下為更佳。
形成下層21之材料與形成上層22之材料皆含有相同金屬元素為佳。上層22與下層21能以使用了相同蝕刻氣體之乾式蝕刻來被圖案化。因此，上層22與下層21在相同蝕刻室內受到蝕刻為所希望者。若形成上層22與下層21之各材料所含有之金屬元素相同，則乾式蝕刻對象從上層22變為下層21時可降低蝕刻室內的環境變化。
相位移轉膜2之下層21以及上層22雖藉由濺鍍來形成，但也可適用DC濺鍍、RF濺鍍以及離子束濺鍍等任一種濺鍍。若考慮成膜速率，則以適用DC濺鍍為佳。當使用導電性低之靶的情況，以適用RF濺鍍、離子束濺鍍為佳，若考慮成膜速率，以適用RF濺鍍為更佳。
在相位移轉膜2之下層21與上層22分別以濺鍍形成之製程中，下層21與上層22無法以相同的1個靶來形成。此乃由於下層21與上層22之M/〔M+Si〕比率不同。當下層21與上層22係以M/〔M+Si〕比率不同的2個靶來分別形成之情況，可在相同成膜室來分別形成，也可在不同成膜室來分別形成。此外，下層21與上層22也可使用矽靶與金屬矽化物靶，藉由改變對各靶所施加之電壓的濺鍍來形成M/〔M+Si〕比率不同的下層21與上層22。此外，當下層21與上層22係於不同成膜室來形成之情況，各成膜室彼此例如經由其他真空室來連結為佳。於此情況，使得大氣中之透光性基板1導入真空室內之際所經由之加載互鎖室來連結於真空室為佳。此外，以在加載互鎖室、真空室以及各成膜室之間設置用以搬送透光性基板1之搬送裝置(機械臂)為佳。
上層22以表層具有氧含有量多於該表層以外部分之上層22的層(以下簡稱為表面氧化層)為所希望者。做為形成上層22之表面氧化層的方法可適用各種氧化處理。在此氧化處理方面可舉出例如在含有大氣中等的氧之氣體中所做加熱處理、於含氧氣體中利用閃光燈等所做光照射處理、使得臭氧、氧電漿接觸於上層22之表層之處理等。尤其，使用可同時得到降低相位移轉膜2之膜應力的作用之加熱處理或是閃光等等所做光照射處理來於 上層22形成表面氧化層為佳。上層22之表面氧化層的厚度以1nm以上為佳，以1.5nm以上為更佳。此外，上層22之表面氧化層的厚度以5nm以下為佳，以3nm以下為更佳。此外，上述上層22之折射率n以及消光係數k為包含表面氧化層之上層22全體的平均值。由於上層22中之表面氧化層的比率相當小，故表面氧化層的存在對於上層22全體之折射率n以及消光係數k所造成的影響小。
另一方面，下層21能以由矽所構成之材料、或是由矽所構成之材料中含有選自排除氧之非金屬元素以及半金屬元素中1以上的元素之材料來形成。此下層21除了矽也可含有任意的半金屬元素。此半金屬元素當中若含有選自硼、鍺、銻以及碲中1以上的元素，由於可期待提高做為濺鍍靶使用之矽的導電性故較佳。
下層21也可含有氧以外之非金屬元素。此非金屬元素當中以含有選自氮、碳、氟以及氫中1以上的元素為佳。此非金屬元素中也含有氦(He)、氬(Ar)、氪(Kr)以及氙(Xe)等稀有氣體。下層21並不積極使其含氧(氧含有量以X射線光電子分光法等來進行組成分析時以檢測下限值以下為佳)。此乃由於形成下層21之材料中含氧所造成的下層21之消光係數k之降低較其他非金屬元素來得大，會大幅降低相位移轉膜2之內面反射率。
下層21以由矽以及氮所構成之材料、或是於由矽以及氮所構成之材料中含有選自排除氧之非金屬元素以及半金屬元素中1以上元素的材料所形成為佳。此乃由於，含氮之矽系材料相較於不含氮之矽系材料在對ArF曝光光線之耐光性變高。此外，為了抑制於下層21形成相位移轉圖案時之圖案側壁的氧化。但是，伴隨形成下層21之材料中的氮含有量變多，折射率n會變大，消光係數k會變小。因此，形成下層21之材料中的氮含有量以40原子%以下為佳，以36原子%以下為更佳，以32原子%以下為特佳。
上層22除了其表層部分，係以由矽以及氮所構成之材料、或是由矽以及氮所構成之材料中含有選自排除氧之非金屬元素以及半金屬元素中1以上元素的材料所形成。所謂的上層22之表層部分意指上層22之和下層21側成為相反側的表層部分。以成膜裝置在透光性基板1上形成相位移轉膜2後，進行膜表面之洗淨處理。此上層22之表層部分由於在洗淨處理時係暴 露於洗淨液、潤洗液中，而難以避免會進行無關乎成膜時組成的氧化。此外，即便相位移轉膜2暴露於大氣中或是在大氣中進行加熱處理也會造成上層22之表層部分的氧化。如上述般，上層22以折射率n大的材料為佳。由於伴隨材料中之氧含有量增加，折射率n有降低之傾向，故屏除表層部分，於成膜時不積極地使得上層22含氧(氧含有量以X射線光電子分光法等進行組成分析時以檢測下限值以下為佳)。基於上述內容，上層22之表層部分乃成為係於形成屏除表層部分之上層22的材料中加入了氧之材料所形成。此外，上層22之表層部分也能以上述各種氧化處理來形成。
上層22除了矽也可含有任意的半金屬元素。此半金屬元素當中若含有選自硼、鍺、銻以及碲中1以上元素，由於可期待提高做為濺鍍靶使用之矽的導電性故為所喜好者。
上層22也可含有氧以外之非金屬元素。此非金屬元素當中以含有選自氮、碳、氟以及氫中1以上元素為佳。此非金屬元素中也含有氦(He)、氬(Ar)、氮(Kr)以及氙(Xe)等稀有氣體。上層22以折射率n大的材料為佳，矽系材料之氮含有量愈多則有折射率n愈大之傾向。因此，形成上層22之材料所含半金屬元素與非金屬元素之合計含有量以10原子%以下為佳，以5原子%以下為更佳，以不積極含有為更佳。另一方面，基於上述理由，形成上層22之材料中之氮含有量需要至少多於形成下層21之材料中之氮含有量。形成上層22之材料中的氮含有量以多於50原子%為佳，以52原子%以上為更佳，以55原子%以上為特佳。
形成下層21之材料與形成屏除表層部分之上層22之材料皆以相同元素來構成為佳。上層22與下層21係藉由使用相同蝕刻氣體之乾式蝕刻來被圖案化。因此，上層22與下層21在相同蝕刻室內受到蝕刻為所希望者。若構成形成上層22與下層21之各材料的元素為相同，則當乾式蝕刻對象從上層22變為下層21時之蝕刻室內的環境變化可被減少。以相同蝕刻氣體所進行之乾式蝕刻中，當相位移轉膜2被圖案化時，下層21之蝕刻速率對上層22之蝕刻速率的比率以3.0以下為佳，以2.5以下為更佳。此外，以相同蝕刻氣體所進行之乾式蝕刻中，當相位移轉膜2被圖案化時，下層21之蝕刻速率對上層22之蝕刻速率的比率以1.0以上為佳。
空白遮罩100係於相位移轉膜2上具備遮光膜3。一般而言，二元型轉印用遮罩，形成轉印圖案之區域(轉印圖案形成區域)之外周區域被要求確保既定值以上之光學濃度(OD)，以避免當使用曝光裝置對半導體晶圓上之阻劑膜進行曝光轉印之際，阻劑膜受到穿透了外周區域之曝光光線所致影響。關於此點，相位移轉遮罩之情況也相同。通常，包含相位移轉遮罩之轉印用遮罩之外周區域的OD以2.8以上為佳，以3.0以上為更佳。相位移轉膜2具有以既定穿透率來穿透曝光光線之機能，僅以相位移轉膜2難以確保既定值之光學濃度。因此，必須於製造空白遮罩100之階段在相位移轉膜2之上事先積層遮光膜3以確保不足的光學濃度。藉由如此之空白遮罩100之構成，於製造相位移轉遮罩200(參見圖2)之過程中，只要去除使用相位移轉效應之區域(基本為轉印圖案形成區域)之遮光膜3，即可製造出於外周區域確保了既定值之光學濃度的相位移轉遮罩200。
遮光膜3至少包含和相位移轉膜2(上層22)相接之層。當遮光膜3為單層構造之情況，該單層之遮光膜3本身即相當於和相位移轉膜2(上層22)相接之層。此外，當遮光膜3為2層以上之積層構造之情況，最下層相當於和相位移轉膜2(上層22)相接之層。遮光膜3之和相位移轉膜2相接之層所適用的材料必須對於在相位移轉膜2形成圖案之際所使用之蝕刻氣體具有充分的蝕刻選擇性。因此，遮光膜3之和相位移轉膜2相接之層係以含鉻材料所形成。形成遮光膜3之和相位移轉膜2相接之層的含鉻材料除了鉻金屬尚可舉出於鉻中含有選自氧、氮、碳、硼以及氟中一以上元素的材料。
一般而言，鉻系材料係以氯系氣體與氧氣體之混合氣體來蝕刻，但鉻金屬對此蝕刻氣體之蝕刻速率並不高。考量提高對氯系氣體與氧氣體所成混合氣體亦即蝕刻氣體的蝕刻速率這點，則形成遮光膜3之材料以鉻中含有選自氧、氮、碳、硼以及氟中一以上元素的材料為佳。此外，也可於形成遮光膜3之含鉻材料中含有鉬、銦以及錫當中一以上的元素。若含有鉬、銦以及錫當中一以上的元素，可更為提高對氯系氣體與氧氣體所成混合氣體之蝕刻速率。
遮光膜3之和相位移轉膜2相接之層之折射率n必須小於相位移轉膜2之上層22之折射率n。遮光膜3之和相位移轉膜2相接之層之折射率n以2.00以下為佳，以未達2.00為更佳，以1.95以下為特佳。再者，遮光膜3之和相位移轉膜2相接之層之消光係數k必須大於相位移轉膜2之上層22之消光係數k。遮光膜3之和相位移轉膜2相接之層之消光係數k以1.00以上為佳，以1.10以上為更佳，以1.20以上為特佳。相位移轉膜2之下層21以及上層22以及遮光膜3之和相位移轉膜2相接之層若具有上述光學特性可將對ArF曝光光線之內面反射率調整為30%以上。藉此，可抑制相位移轉膜2中之矽原子之光激發，可抑制遮光膜3中之鉻原子之光激發。
當遮光膜3為2層以上之積層構造之情況，遮光膜3之和相位移轉膜2相接之層(最下層)以外的層可適用各種材料。遮光膜3之最下層以外的層可適用上述含鉻材料。此外，遮光膜3之最下層以外的層能以過渡金屬與含矽材料來形成。此乃由於過渡金屬與含矽材料可提高遮光性能、使得遮光膜3之厚度薄化。遮光膜3之最下層以外的層所含有之過渡金屬可舉出鉬(Mo)、鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉿(Hf)、鎳(Ni)、釩(V)、鋯(Zr)、釕(Ru)、銠(Rh)、鋅(Zn)、鈮(Nb)、鈀(Pd)等當中1種的金屬或是此等金屬之合金。遮光膜3之最下層以外的層所含過渡金屬元素以外之金屬元素可舉出鋁(Al)、銦(In)、錫(Sn)以及鎵(Ga)等。
空白遮罩100，使得由對於蝕刻遮光膜3時所使用之蝕刻氣體具有蝕刻選擇性之材料所形成之硬遮罩膜4進而積層於遮光膜3之上為佳。硬遮罩膜4由於基本上不受光學濃度之制限，故硬遮罩膜4之厚度相較於遮光膜3之厚度可大幅薄化。此外，有機系材料的阻劑膜由於只要所具有的膜厚度在此硬遮罩膜4形成圖案之乾式蝕刻結束之間可發揮蝕刻遮罩機能即已足，故相較於以往可大幅薄化厚度。阻劑膜之薄膜化在阻劑解析度之提升與防止圖案倒塌上有效，故在對應於微細化要求上極為重要。
當遮光膜3之全體係以含鉻材料所形成之情況，此硬遮罩膜4以含矽材料來形成為佳。此外，於此情況之硬遮罩膜4由於和有機系材料的阻劑膜之密合性有變低之傾向，故對於硬遮罩膜4之表面施以 HMDS(Hexamethyldisilazane)處理來提升表面之密合性為佳。此外，於此情況之硬遮罩膜4以SiO2、SiN、SiON等來形成為更佳。
此外，當遮光膜3係以含鉻材料所形成之情況，硬遮罩膜4之材料除了前述以外，也可適用含組材料。於此情況做為含鉭材料除了鉭金屬尚可舉出於鉭中含有選自氮、氧、硼以及碳中一以上元素的材料等。例如，可舉出Ta、TaN、TaO、TaON、TaBN、TaBO、TaBON、TaCN、TaCO、TaCON、TaBCN、TaBOCN等。此外，當遮光膜3之最下層以外的層係以含矽材料所形成之情況，硬遮罩膜4以前述含鉻材料形成為佳。
空白遮罩100，與硬遮罩膜4之表面相接使得有機系材料的阻劑膜以100nm以下之膜厚來形成為佳。對應於DRAMhp32nm世代之微細圖案之情況，有時會於待形成於硬遮罩膜4之轉印圖案(相位移轉圖案)設置線寬40nm之SRAF(Sub-Resolution Assist Feature)。但是，即使於此情況，由於阻劑圖案之截面高寬比可低至1：2.5，而可抑制阻劑膜之顯影時、潤洗時等在阻劑圖案出現塌壞、脫離。此外，阻劑膜之膜厚以80nm以下為更佳。
圖2係顯示從上述實施形態之空白遮罩100所製造之本發明之實施形態相關之相位移轉遮罩200及其製程。如圖2(g)所示，相位移轉遮罩200之特徴為於空白遮罩100之相位移轉膜2形成了做為轉印圖案之相位移轉圖案2a，且於遮光膜3形成了遮光圖案3b。當空白遮罩100設有硬遮罩膜4之構成之情況，此相位移轉遮罩200之製作過程中去除硬遮罩膜4。
本發明之實施形態相關之相位移轉遮罩200之製造方法的特徵為具有：使用前述空白遮罩100，藉由乾式蝕刻於遮光膜3形成轉印圖案之製程；以具有轉印圖案之遮光膜3為遮罩而藉由乾式蝕刻來於相位移轉膜2形成轉印圖案之製程；以及，以具有遮光圖案之阻劑膜亦即第2阻劑圖案6b為遮罩而藉由乾式蝕刻來於遮光膜3形成遮光圖案3b之製程。以下，依照圖2所示製程來說明本發明之相位移轉遮罩200之製造方法。此外，此處係針對使用了於遮光膜3之上積層有硬遮罩膜4之空白遮罩100的相位移轉遮罩200之製造方法來說明。此外，此處針對在包含和相位移轉膜2相接之層的遮光膜3所有的層適用含鉻材料、在硬遮罩膜4適用含矽材料之情況來描述。
首先，和空白遮罩100中的硬遮罩膜4相接，以旋塗法來形成阻劑膜。其次，對阻劑膜將待形成於相位移轉膜2之轉印圖案(相位移轉圖案)亦即第1圖案以電子束進行曝光描繪，進而進行顯影處理等既定處理，形成具有相位移轉圖案之第1阻劑圖案5a(參見圖2(a))。接著，以第1阻劑圖案5a為遮罩，使用氟系氣體來進行乾式蝕刻，於硬遮罩膜4形成第1圖案(硬遮罩圖案4a)(參見圖2(b))。
其次，去除第1阻劑圖案5a後，以硬遮罩圖案4a為遮罩，使用氯系氣體與氧氣體之混合氣體進行乾式蝕刻，於遮光膜3形成第1圖案(遮光圖案3a)(參見圖2(c))。接著，以遮光圖案3a為遮罩，使用氟系氣體進行乾式蝕刻，於相位移轉膜2形成第1圖案(相位移轉圖案2a)，且去除硬遮罩圖案4a(參見圖2(d))。
其次，於空白遮罩100上以旋塗法形成阻劑膜。其次，對阻劑膜將待形成於遮光膜3之圖案(遮光圖案)亦即第2圖案以電子束進行曝光描繪，進而進行顯影處理等既定處理，形成具有遮光圖案之第2阻劑圖案6b(參見圖2(e))。接著，以第2阻劑圖案6b為遮罩，使用氯系氣體與氧氣體之混合氣體來進行乾式蝕刻，於遮光膜3形成第2圖案(遮光圖案3b)(參見圖2(f))。再者，去除第2阻劑圖案6b，經過洗淨等既定處理，得到相位移轉遮罩200(參見圖2(g))。
前述乾式蝕刻所使用之氯系氣體只要含有Cl則無特別制限。例如可舉出Cl2、SiCl2、CHCl3、CH2Cl2、CCl4、BCl3等。此外，前述乾式蝕刻所使用之氟系氣體只要含F則無特別制限。例如可舉出CHF3、CF4、C2F6、C4F8、SF6等。尤其，不含C之氟系氣體由於對於玻璃基板之蝕刻速率相對的低，而可更為減輕對玻璃基板之損傷。
本發明之相位移轉遮罩200係使用前述空白遮罩100所製作者。因此，形成了轉印圖案之相位移轉膜2(相位移轉圖案2a)對ArF曝光光線之穿透率在2%以上、30%以下之範圍內，且穿透相位移轉圖案2a之曝光光線與通過和相位移轉圖案2a之厚度為相同距離之空氣中的曝光光線之間的相位差在150度以上、200度以下(更佳為150度以上、180度以下)之範圍內。此外，此相位移轉遮罩200，積層有遮光圖案3b之相位移轉圖案2a在透光性基板 1上之區域中的內面反射率成為30%以上。藉此，可抑制相位移轉圖案2a中之矽原子的光激發，可抑制遮光圖案3b中之鉻原子的光激發。再者，可抑制遮光圖案3b中之鉻原子朝相位移轉圖案2a中來移動之現象(鉻遷移)。
相位移轉遮罩200，積層著遮光圖案3b之相位移轉圖案2a在透光性基板1上之區域的內面反射率以45%以下為佳。此乃由於，當使用相位移轉遮罩200對轉印對象物(半導體晶圓上之阻劑膜等)進行曝光轉印時，成為相位移轉圖案2a之內面側的反射光對曝光轉印像所造成的影響不會過大之範圍。
本發明之半導體元件之製造方法，其特徵在於：使用前述相位移轉遮罩200來對於半導體基板上之阻劑膜曝光轉印出轉印圖案。相位移轉遮罩200之相位移轉圖案2a係大幅抑制了鉻遷移所致影響。因此，即便將此相位移轉遮罩200安置於曝光裝置，從該相位移轉遮罩200之透光性基板1側來照射ArF曝光光線使得對於轉印對象物(半導體晶圓上之阻劑膜等)之曝光轉印製程持續進行，仍可持續以高精度來對轉印對象物轉印所希望之圖案。
實施例
以下，以實施例來進而具體說明本發明之實施形態。
(實施例1)
〔空白遮罩之製造〕
準備主表面之尺寸為約152mm×約152mm、厚度為約6.35mm之合成石英玻璃所構成之透光性基板1。此透光性基板1係將端面以及主表面研磨成為既定表面粗度後，施以既定洗淨處理以及乾燥處理。測定此透光性基板1之光學特性的結果，折射率n為1.56，消光係數k為0.00。
其次，於單片式DC濺鍍裝置內設置透光性基板1，使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶(Mo：Si=11原子%：89原子%)，藉由以氬(Ar)以及氦(He)之混合氣體做為濺鍍氣體之反應性濺鍍(DC濺鍍)，於透光性基板1上以7nm之厚度來形成由鉬以及矽所構成之相位移轉膜2之下層21(MoSi膜)。
其次，於單片式DC濺鍍裝置內設置形成有下層21之透光性基板1，使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶(Mo：Si=4原子%：96原子%)，藉由以氬(Ar)、 氮(N2)、氧(O2)以及氦(He)之混合氣體做為濺鍍氣體之反應性濺鍍(DC濺鍍)，於下層21上以72nm之厚度來形成由鉬、矽、氮以及氧所構成之相位移轉膜2之上層22(MoSiON膜)。藉由以上順序，和透光性基板1之表面相接以79nm之厚度來形成積層有下層21與上層22之相位移轉膜2。
其次，對形成有此相位移轉膜2之透光性基板1，為了降低相位移轉膜2之膜應力、以及於表層形成氧化層而進行了加熱處理。具體而言，使用加熱爐(電爐)，在大氣中將加熱溫度定為450℃、加熱時間定為1時間，來進行加熱處理。準備其他的對透光性基板1之主表面以同條件形成積層有下層21與上層22之相位移轉膜2並經過加熱處理之物。使用相位移轉量測定裝置(雷射科技公司製MPM193)，測定該相位移轉膜2對波長193nm之光的穿透率與相位差之結果，穿透率為6.0%，相位差為170.0度(deg)。此外，對此相位移轉膜2，以STEM(Scanning Electron Microscope)與EDX(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy)進行分析之結果，確認了從相位移轉膜2之上層22之表面以約1.7nm程度的厚度形成了氧化層。再者，測定此相位移轉膜2之下層21以及上層22之各光學特性之結果，下層21之折射率n為1.15，消光係數k為2.90，上層22之折射率n為2.38，消光係數k為0.31。
其次，於單片式DC濺鍍裝置內設置形成有相位移轉膜2之透光性基板1，使用鉻(Cr)靶，藉由以氬(Ar)、二氧化碳(CO2)、氮(N2)以及氦(He)之混合氣體做為濺鍍氣體之反應性濺鍍(DC濺鍍)，於相位移轉膜2上以46nm之厚度來形成由CrOCN所構成之遮光膜3(CrOCN膜Cr：O：C：N=55原子%：22原子%：12原子%：11原子%)。此空白遮罩100在透光性基板1上積層有相位移轉膜2與遮光膜3之狀態下對波長193nm之光的內面反射率(透光性基板1側之反射率)為40.9%。測定此相位移轉膜2與遮光膜3之積層構造對波長193nm之光的光學濃度(OD)之結果為3.0以上。此外，準備其他的透光性基板1，以相同成膜條件僅形成遮光膜3，測定該遮光膜3之光學特性之結果，折射率n為1.95，消光係數k為1.53。此外，遮光膜3之組成係藉由X射線光電子分光法(XPS)做測定所得之結果。以下，關於其他膜也同樣。
其次，於單片式RF濺鍍裝置內設置積層有相位移轉膜2以及遮光膜3之透光性基板1，使用二氧化矽(SiO2)靶，以氬(Ar)氣體為濺鍍氣體，藉由RF濺鍍於遮光膜3之上以5nm之厚度來形成由矽以及氧所構成之硬遮罩膜4。藉由以上順序，製造出空白遮罩100，其具備有於透光性基板1上積層了2層構造之相位移轉膜2、遮光膜3以及硬遮罩膜4之構造。
〔相位移轉遮罩之製造〕
其次，使用此實施例1之空白遮罩100，基於以下之順序來製作實施例1之相位移轉遮罩200。最初，對硬遮罩膜4之表面施以HMDS處理。接著，藉由旋塗法來和硬遮罩膜4之表面相接而以膜厚80nm來形成由電子束描繪用化學增幅型阻劑所構成之阻劑膜。其次，對此阻劑膜將待形成於相位移轉膜2之相位移轉圖案亦即第1圖案進行電子束描繪，進行既定顯影處理以及洗淨處理，形成具有第1圖案之第1阻劑圖案5a(參見圖2(a))。
其次，以第1阻劑圖案5a為遮罩，使用CF4氣體進行乾式蝕刻，於硬遮罩膜4形成第1圖案(硬遮罩圖案4a)(參見圖2(b))。
其次，去除第1阻劑圖案5a。接著，以硬遮罩圖案4a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形成第1圖案(遮光圖案3a)(參見圖2(c))。其次，以遮光圖案3a為遮罩，使用氟系氣體(SF6+He)進行乾式蝕刻，於相位移轉膜2形成第1圖案(相位移轉圖案2a)，且同時去除硬遮罩圖案4a(參見圖2(d))。
其次，於遮光圖案3a上利用旋塗法以膜厚150nm來形成電子束描繪用化學增幅型阻劑所構成之阻劑膜。其次，對阻劑膜來曝光描繪出待形成於遮光膜之圖案(遮光帶圖案)亦即第2圖案，進而進行顯影處理等既定處理，形成具有遮光圖案之第2阻劑圖案6b(參見圖2(e))。接著，以第2阻劑圖案6b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形成第2圖案(參見圖2(f))。再者，去除第2阻劑圖案6b，經過洗淨等既定處理，得到相位移轉遮罩200(參見圖2(g))。
對於所製作之實施例1之相位移轉遮罩200中積層有遮光圖案3b的相位移轉圖案2a之區域，使得ArF準分子雷射光以積算照射量成為40kJ/cm2的方式來間歇照射而進行照射處理。對經過此照射處理後之相位移轉遮罩 200，使用AIMS193(CarlZeiss公司製)，進行以波長193nm之曝光光線對半導體元件上之阻劑膜做曝光轉印時之曝光轉印像的模擬。驗證此模擬所得曝光轉印像之結果，可充分滿足設計規格。基於以上結果，此實施例1之空白遮罩100所製造出的相位移轉遮罩200即使安置於曝光裝置，使得基於ArF準分子雷射之曝光光線的曝光轉印以積算照射量成為40kJ/cm2的方式來進行，仍可說可對於半導體元件上之阻劑膜以高精度進行曝光轉印。
再者，對此實施例1之相位移轉遮罩200之進行過照射處理之區域的相位移轉圖案2a，以二次離子質量分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)來進行測定。其結果，可知相位移轉圖案2a之鉻含有量微小。基於以上結果，此實施例1之空白遮罩100所製造出的相位移轉遮罩200，即便對積層著遮光圖案3b之相位移轉圖案2a照射ArF準分子雷射之曝光光線，仍可說可充分抑制遮光圖案3b內之鉻往相位移轉圖案2a內做移動之現象(鉻遷移)。
(實施例2)
〔空白遮罩之製造〕
實施例2之空白遮罩100針對相位移轉膜2以外之部分係和實施例1以同樣順序來製造。此實施例2之相位移轉膜2係分別變更了形成下層21與上層22之材料以及膜厚。具體而言，於單片式DC濺鍍裝置內設置透光性基板1，使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶(Mo：Si=11原子%：89原子%)，藉由以氬(Ar)、氮(N2)以及氦(He)之混合氣體做為濺鍍氣體之反應性濺鍍(DC濺鍍)，於透光性基板1上以7nm之厚度來形成由鉬、矽以及氮所構成之相位移轉膜2之下層21(MoSiN膜)。
其次，於單片式DC濺鍍裝置內設置形成有下層21之透光性基板1，使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶(Mo：Si=8原子%：92原子%)，藉由以氬(Ar)、氮(N2)、氧(O2)以及氦(He)之混合氣體做為濺鍍氣體之反應性濺鍍(DC濺鍍)，在下層21上以88nm之厚度來形成由鉬、矽、氮以及氧所構成之相位移轉膜2之上層22(MoSiON膜)。藉由以上順序，和透光性基板1之表面相接以95nm之厚度來形成積層有下層21與上層22之相位移轉膜2。
此外，以和實施例1同樣的處理條件，對此實施例2之相位移轉膜2也進行了加熱處理。準備出對其他之透光性基板1之主表面以相同條件形成此實施例2之相位移轉膜2並進行了加熱處理之物。使用相位移轉量測定裝置(雷射科技公司製MPM193)，測定該相位移轉膜2對波長193nm之光的穿透率與相位差之結果，穿透率為6.0%，相位差為170.4度(deg)。此外，對此相位移轉膜2，以STEM與EDX分析之結果，確認了從相位移轉膜2之上層22之表面以約1.6nm程度的厚度形成了氧化層。再者，測定此相位移轉膜2之下層21以及上層22之各光學特性之結果，下層21之折射率n為1.34，消光係數k為2.79，上層22之折射率n為2.13，消光係數k為0.28。
藉由以上順序製造出實施例2之空白遮罩100，係具備有於透光性基板1上積層了由MoSiN之下層21與MoSiON之上層22所構成之相位移轉膜2、由CrOCN之單層構造所構成之遮光膜3以及硬遮罩膜4之構造。此空白遮罩100在透光性基板1上積層著相位移轉膜2與遮光膜3之狀態下對波長193nm之光的內面反射率(透光性基板1側之反射率)為36.5%。測定此相位移轉膜2與遮光膜3之積層構造對波長193nm之光的光學濃度(OD)之結果為3.0以上。
〔相位移轉遮罩之製造〕
其次，使用此實施例2之空白遮罩100，以和實施例1同樣的順序來製作實施例2之相位移轉遮罩200。
對於所製作之實施例2之相位移轉遮罩200中積層著遮光圖案3b之相位移轉圖案2a之區域，使得ArF準分子雷射光以積算照射量成為40kJ/cm2的方式來間歇照射而進行照射處理。對於經過此照射處理後之相位移轉遮罩200，使用AIMS193(CarlZeiss公司製)，進行以波長193nm之曝光光線對半導體元件上之阻劑膜做曝光轉印時之曝光轉印像的模擬。驗證此模擬所得曝光轉印像之結果，可充分滿足設計規格。基於以上結果，此實施例2之空白遮罩100所製造出的相位移轉遮罩200即使安置於曝光裝置，使得基於ArF準分子雷射之曝光光線的曝光轉印以積算照射量成為40kJ/cm2的 方式來進行，仍可說可對於半導體元件上之阻劑膜以高精度進行曝光轉印。
再者，對此實施例2之半色調型相位移轉遮罩200之進行過照射處理之區域的相位移轉圖案2a，以二次離子質量分析法(SIMS)來進行了測定。其結果，可知相位移轉圖案2a之鉻含有量微小。基於以上結果，此實施例2之空白遮罩100所製造出的相位移轉遮罩200，即便對積層著遮光圖案3b之相位移轉圖案2a照射ArF準分子雷射之曝光光線，仍可說可充分抑制遮光圖案3b內之鉻往相位移轉圖案2a內做移動之現象(鉻遷移)。
(實施例3)
〔空白遮罩之製造〕
實施例3之空白遮罩100針對遮光膜3以外之部分係以和實施例1同樣的順序製造。此實施例3之遮光膜3係由從相位移轉膜2側積層有最下層(和相位移轉膜2相接之層)與上層之構造所構成。具體而言，於單片式DC濺鍍裝置內設置形成有相位移轉膜2之透光性基板1，使用鉻(Cr)靶，藉由以氬(Ar)、氮(N2)、二氧化碳(CO2)以及氦(He)之混合氣體做為濺鍍氣體之反應性濺鍍(DC濺鍍)，於相位移轉膜2上以47nm之厚度來形成由鉻、氧、氮以及碳所構成之遮光膜3之最下層(CrOCN膜Cr：O：C：N=49原子%：24原子%：13原子%：14原子%)。接著，同樣使用鉻(Cr)靶，藉由以氬(Ar)與氮(N2)之混合氣體做為濺鍍氣體之反應性濺鍍(DC濺鍍)，於最下層之上以5nm之厚度來形成由鉻以及氮所構成之遮光膜3之上層(CrN膜Cr：N=76原子%：24原子%)。
藉由以上順序，製造出實施例3之空白遮罩100，具備有於透光性基板上積層了由MoSi之下層21與MoSiON之上層22所構成之相位移轉膜2、由CrOCN之最下層與CrN之上層所構成之遮光膜3、以及硬遮罩膜4之構造。此空白遮罩100在透光性基板1上積層著相位移轉膜2與遮光膜3之狀態下對波長193nm之光的內面反射率(透光性基板1側之反射率)為40.9%。測定此相位移轉膜2與遮光膜3之積層構造對波長193nm之光的光學濃度(OD)的結果為3.0以上。此外，準備其他透光性基板1，以相同成膜條件僅形成遮光膜3，測定該遮光膜3之光學特性。其結果，遮光膜3之最下層的 折射率n為1.78，消光係數k為1.20。此外，遮光膜3之上層的折射率n為1.55，消光係數k為1.68。
〔相位移轉遮罩之製造〕
其次，使用此實施例3之空白遮罩100，以和實施例1同樣的順序來製作實施例3之相位移轉遮罩200。
對所製作之實施例3之相位移轉遮罩200中積層著遮光圖案3b之相位移轉圖案2a之區域，使得ArF準分子雷射光以積算照射量成為40kJ/cm2的方式來間歇照射而進行照射處理。對經過此照射處理後之相位移轉遮罩200，使用AIMS193(CarlZeiss公司製)，進行以波長193nm之曝光光線對半導體元件上之阻劑膜做曝光轉印時之曝光轉印像的模擬。驗證此模擬所得曝光轉印像之結果，可充分滿足設計規格。基於以上結果，此實施例3之空白遮罩100所製造出的相位移轉遮罩200即使安置於曝光裝置，使得基於ArF準分子雷射之曝光光線的曝光轉印以積算照射量成為40kJ/cm2的方式來進行，仍可說可對於半導體元件上之阻劑膜以高精度進行曝光轉印。
再者，對此實施例3之半色調型相位移轉遮罩200之進行過照射處理之區域的相位移轉圖案2a，以二次離子質量分析法(SIMS)來進行了測定。其結果，可知相位移轉圖案2a之鉻含有量微小。基於以上結果，此實施例3之空白遮罩100所製造出的相位移轉遮罩200，即便對積層著遮光圖案3b之相位移轉圖案2a照射ArF準分子雷射之曝光光線，仍可說可充分抑制遮光圖案3b內之鉻往相位移轉圖案2a內做移動之現象(鉻遷移)。
(實施例4)
〔空白遮罩之製造〕
實施例4之空白遮罩100針對遮光膜3以外之部分係以和實施例2同樣的順序來製造。此實施例4之遮光膜3係使用和實施例3之遮光膜3相同者。藉由以上順序，製造出實施例4之空白遮罩100，係具備有於透光性基板上積層了由MoSiN之下層21與MoSiON之上層22所構成之相位移轉膜2、由CrOCN之最下層與CrN之上層所構成之遮光膜3以及硬遮罩膜4之構造。此空白遮罩100在透光性基板1上積層著相位移轉膜2與遮光膜3之狀態下對波長193nm之光的內面反射率(透光性基板1側之反射率)為34.9%。測定 此相位移轉膜2與遮光膜3之積層構造對波長193nm之光的光學濃度(OD)的結果為3.0以上。
〔相位移轉遮罩之製造〕
其次，使用此實施例4之空白遮罩100，以和實施例1同樣的順序來製作實施例4之相位移轉遮罩200。
對所製作之實施例4之相位移轉遮罩200中積層著遮光圖案3b之相位移轉圖案2a之區域，使得ArF準分子雷射光以積算照射量成為40kJ/cm2的方式來間歇照射而進行照射處理。對經過此照射處理後之相位移轉遮罩200，使用AIMS193(CarlZeiss公司製)，進行以波長193nm之曝光光線對半導體元件上之阻劑膜做曝光轉印時之曝光轉印像的模擬。驗證此模擬所得曝光轉印像之結果，可充分滿足設計規格。基於以上結果，此實施例4之空白遮罩100所製造出的相位移轉遮罩200即使安置於曝光裝置，使得基於ArF準分子雷射之曝光光線的曝光轉印以積算照射量成為40kJ/cm2的方式來進行，仍可說可對於半導體元件上之阻劑膜以高精度進行曝光轉印。
再者，對此實施例4之半色調型相位移轉遮罩200之進行過照射處理之區域的相位移轉圖案2a，以二次離子質量分析法(SIMS)來進行了測定。其結果，可知相位移轉圖案2a之鉻含有量微小。基於以上結果，此實施例4之空白遮罩100所製造出的相位移轉遮罩200，即便對積層著遮光圖案3b之相位移轉圖案2a照射ArF準分子雷射之曝光光線，仍可說可充分抑制遮光圖案3b內之鉻往相位移轉圖案2a內做移動之現象(鉻遷移)。
(實施例5)
〔空白遮罩之製造〕
實施例5之空白遮罩100，針對相位移轉膜2以外之部分係和實施例1以同樣順序來製造。此實施例5之相位移轉膜2係分別變更了形成下層21與上層22之材料以及膜厚。具體而言，於單片式RF濺鍍裝置內設置透光性基板1，使用矽(Si)靶，藉由以氬(Ar)氣體做為濺鍍氣體之RF濺鍍，和透光性基板1之表面相接而以8nm之厚度來形成由矽所構成之相位移轉膜2之下層21(Si膜)。接著，使用矽(Si)靶，藉由以氬(Ar)以及氮(N2)之混合氣體做為濺鍍氣體之反應性濺鍍(RF濺鍍)，於下層21上以63nm之厚度來形成 由矽以及氮所構成之相位移轉膜2之上層22(SiN膜Si：N=43原子%：57原子%)。藉由以上順序，和透光性基板1之表面相接而以71nm之厚度來形成積層有下層21與上層22之相位移轉膜2。
再者，對形成有此相位移轉膜2之透光性基板1，為了降低相位移轉膜2之膜應力、以及於表層部分形成氧化層而進行了加熱處理。使用相位移轉量測定裝置(雷射科技公司製MPM193)，測定該相位移轉膜2對波長193nm之光的穿透率與相位差之結果，穿透率為6.1%，相位差為177.0度(deg)。此外，對此相位移轉膜2，以STEM與EDX分析之結果，確認了從上層22之表面在約2nm程度之厚度的表層部分形成有氧化層。
藉由以上順序，製造出實施例5之空白遮罩100，具備有於透光性基板1上積層了由Si之下層21與SiN之上層22所構成之相位移轉膜2、由CrOCN之單層構造所構成之遮光膜3、以及硬遮罩膜4之構造。此空白遮罩100，在透光性基板1上積層著相位移轉膜2與遮光膜3之狀態下對波長193nm之光的內面反射率(透光性基板1側之反射率)為42.7%。測定此相位移轉膜2與遮光膜3之積層構造對波長193nm之光的光學濃度(OD)的結果為3.0以上。此外，準備其他透光性基板1，以相同成膜條件僅形成相位移轉膜2，測定該相位移轉膜2之光學特性的結果，下層21之折射率n為1.06，消光係數k為2.72，上層22之折射率n為2.63，消光係數k為0.37。
〔相位移轉遮罩之製造〕
其次，使用此實施例5之空白遮罩100，以和實施例1同樣的順序來製作實施例5之相位移轉遮罩200。
對所製作之實施例5之相位移轉遮罩200中積層著遮光圖案3b之相位移轉圖案2a之區域，使得ArF準分子雷射光以積算照射量成為40kJ/cm2的方式來間歇照射而進行照射處理。對經過此照射處理後之相位移轉遮罩200，使用AIMS193(CarlZeiss公司製)，進行以波長193nm之曝光光線對半導體元件上之阻劑膜做曝光轉印時之曝光轉印像的模擬。驗證此模擬所得曝光轉印像之結果，可充分滿足設計規格。基於以上結果，此實施例5之空白遮罩100所製造出的相位移轉遮罩200即使安置於曝光裝置，使得基於ArF 準分子雷射之曝光光線的曝光轉印以積算照射量成為40kJ/cm2的方式來進行，仍可說可對於半導體元件上之阻劑膜以高精度進行曝光轉印。
再者，對此實施例5之半色調型相位移轉遮罩200之進行過照射處理之區域的相位移轉圖案2a，以二次離子質量分析法(SIMS)來進行了測定。其結果，可知相位移轉圖案2a之鉻含有量微小。基於以上結果，此實施例5之空白遮罩100所製造出的相位移轉遮罩200，即便對積層著遮光圖案3b之相位移轉圖案2a照射ArF準分子雷射之曝光光線，仍可說可充分抑制遮光圖案3b內之鉻往相位移轉圖案2a內做移動之現象(鉻遷移)。
(比較例1)
〔空白遮罩之製造〕
此比較例1之空白遮罩，針對相位移轉膜2以外之部分係和實施例1以同樣順序來製造。此比較例1之相位移轉膜係適用了由鉬、矽以及氮所構成之單層構造之膜。具體而言，於單片式DC濺鍍裝置內設置透光性基板1，使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合燒結靶(Mo：Si=11原子%：89原子%)，藉由以氬(Ar)、氮(N2)以及氦(He)之混合氣體做為濺鍍氣體之反應性濺鍍(DC濺鍍)，以69nm之厚度來形成由鉬、矽以及氮所構成之相位移轉膜2。
此外，以和實施例1同樣的處理條件，對此相位移轉膜也進行了加熱處理。準備出對其他之透光性基板1之主表面以相同條件來形成此比較例1之相位移轉膜並進行加熱處理所得者。使用相位移轉量測定裝置(雷射科技公司製MPM193)，測定該相位移轉膜對波長193nm之光的穿透率與相位差之結果，穿透率為6.1%，相位差為177.0度(deg)。此外，對相位移轉膜以STEM與EDX分析之結果，確認了從相位移轉膜之表面以約2nm程度的厚度形成了氧化層。
藉由以上順序，製造出比較例1之空白遮罩，具備有於透光性基板1上積層了由MoSiN所構成之相位移轉膜、由CrOCN之單層構造所構成之遮光膜、以及硬遮罩膜之構造。此空白遮罩在透光性基板1上積層著相位移轉膜與遮光膜之狀態下對波長193nm之光的內面反射率(透光性基板1側之反射率)為11.0%。測定此相位移轉膜與遮光膜之積層構造對波長193nm之光的光學濃度(OD)之結果為3.0以上。此外，準備其他透光性基板，以相 同成膜條件僅形成了相位移轉膜，測定該相位移轉膜之各光學特性之結果，折射率n為2.39，消光係數k為0.57。
〔相位移轉遮罩之製造〕
其次，使用此比較例1之空白遮罩，以和實施例1同樣的順序來製作比較例1之相位移轉遮罩。
對所製作之比較例1之相位移轉遮罩中積層有遮光圖案之相位移轉圖案的區域，使得ArF準分子雷射光以積算照射量成為40kJ/cm2的方式來間歇照射而進行照射處理。對經過此照射處理後之相位移轉遮罩，使用AIMS193(CarlZeiss公司製)，進行以波長193nm之曝光光線對半導體元件上之阻劑膜做曝光轉印時之曝光轉印像的模擬。驗證此模擬所得曝光轉印像之結果，並未滿足設計規格。基於以上結果，可說此比較例1之空白遮罩所製造出的相位移轉遮罩即使安置於曝光裝置，使得基於ArF準分子雷射之曝光光線的曝光轉印以積算照射量成為40kJ/cm2來進行，然無法對半導體元件上之阻劑膜以高精度來進行曝光轉印。
再者，對比較例1之相位移轉遮罩中積層著遮光圖案之相位移轉圖案的區域，使得ArF準分子雷射光以積算照射量成為40kJ/cm2的方式來間歇照射而進行照射處理。對進行過照射處理之區域的相位移轉圖案進行二次離子質量分析法(SIMS)。其結果，相位移轉圖案之鉻含有量相較於各實施例之結果係大幅增加了。從此結果可知，此比較例1之空白遮罩所製造出的相位移轉遮罩，當對於積層有遮光圖案之相位移轉圖案照射ArF準分子雷射之曝光光線之際，無法抑制遮光圖案內之鉻往相位移轉圖案內進行移動。
1‧‧‧透光性基板
2‧‧‧相位移轉膜
21‧‧‧下層
22‧‧‧上層
3‧‧‧遮光膜
4‧‧‧硬遮罩膜
100‧‧‧空白遮罩

Claims (25)

  1. 一種空白遮罩，係構成為於透光性基板上依序積層有相位轉移膜及遮光膜；
    該相位轉移膜係具有能夠讓曝光光線以2%以上30%以下的透光率穿透之功能，以及會使穿透該相位轉移膜之該曝光光線與在空氣中通過與該相位轉移膜的厚度相同距離之該曝光光線之間產生150度以上200度以下的位相差之功能；
    該相位轉移膜係由含有矽但實質不含鉻之材料所形成，且包含有從該透光性基板側積層有下層與上層之構造；
    該遮光膜係包含有相接於該相位轉移膜之層；
    相接於該相位轉移膜之該層係由含鉻材料所形成；
    在積層有該相位轉移膜與該遮光膜之狀態下，該曝光光線從該透光性基板側入射時的反射率為30%以上。
  2. 如申請專利範圍第1項之空白遮罩，其中該上層的厚度係較該下層要來得厚。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之空白遮罩，其中該下層的厚度係小於10nm。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之空白遮罩，其中該下層在該曝光光線的波長中之屈折率n係較該透光性基板要來得小。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之空白遮罩，其中該上層在該曝光光線的波長中之屈折率n係較該透光性基板要來得大。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之空白遮罩，其中該下層在該曝光光線的波長中之消光係數k係較該上層要來得大。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之空白遮罩，其中相接於該相位轉移膜之該層在該曝光光線的波長中之屈折率n係較該上層要來得小，且在該曝光光線的波長中之消光係數k係較該上層要來得大。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之空白遮罩，其中該下層及該上層係含有除了鉻以外的金屬元素，形成該上層之材料中的金屬含量〔原子%〕 除以金屬與矽的總含量〔原子%〕之比率〔%〕係較形成該下層之材料中的金屬含量〔原子%〕除以金屬與矽的總含量〔原子%〕之比率〔%〕要來得小。
  9. 如申請專利範圍第8項之空白遮罩，其中形成該下層之材料中的氮含量為20原子%以下；
    形成該上層之材料中的氮含量為20原子%以上。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之空白遮罩，其中該下層係由矽所構成的材料，或於矽所構成的材料包含有除了氧以外之非金屬元素及選自類金屬元素之1種以上的元素之材料所形成；
    該上層除了表層部分以外，係由矽所構成的材料，或於矽所構成的材料包含有除了氧以外之非金屬元素及選自類金屬元素之1種以上的元素之材料所形成；
    形成該下層之材料中的氮含量為40原子%以下；
    形成該上層之材料中的氮含量為50原子%以上。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之空白遮罩，其中該下層係相接於該透光性基板的表面所形成。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之空白遮罩，其中該上層係於表層具有氧含量較除了該表層以外之部分的上層要多之層。
  13. 一種相位轉移遮罩，係構成為於透光性基板上依序積層有形成有轉印圖案的相位轉移膜與形成有遮光圖案的遮光膜；
    該相位轉移膜係具有能夠讓曝光光線以2%以上30%以下的透光率穿透之功能，以及會使穿透該相位轉移膜之該曝光光線與在空氣中通過與該相位轉移膜的厚度相同距離之該曝光光線之間產生150度以上200度以下的位相差之功能；
    該相位轉移膜係由含有矽但實質不含鉻之材料所形成，且包含有從該透光性基板側積層有下層與上層之構造；
    該遮光膜係包含有相接於該相位轉移膜之層；
    相接於該相位轉移膜之該層係由含鉻材料所形成；
    在積層有該相位轉移膜與該遮光膜之狀態下，該曝光光線從該透光性基板側入射時的反射率為30%以上。
  14. 如申請專利範圍第13項之相位轉移遮罩，其中該上層的厚度係較該下層要來得厚。
  15. 如申請專利範圍第13或14項之相位轉移遮罩，其中該下層的厚度係小於10nm。
  16. 如申請專利範圍第13或14項之相位轉移遮罩，其中該下層在該曝光光線的波長中之屈折率n係較該透光性基板要來得小。
  17. 如申請專利範圍第13或14項之相位轉移遮罩，其中該上層在該曝光光線的波長中之屈折率n係較該透光性基板要來得大。
  18. 如申請專利範圍第13或14項之相位轉移遮罩，其中該下層在該曝光光線的波長中之消光係數k係較該上層要來得大。
  19. 如申請專利範圍第13或14項之相位轉移遮罩，其中相接於該相位轉移膜之該層係由含鉻材料所構成，在該曝光光線的波長中之屈折率n係較該上層要來得小，且在該曝光光線的波長中之消光係數k係較該上層要來得大。
  20. 如申請專利範圍第13或14項之相位轉移遮罩，其中該下層及該上層係含有除了鉻以外的金屬元素，形成該上層之材料中的金屬含量〔原子%〕除以金屬與矽的總含量〔原子%〕之比率〔%〕係較形成該下層之材料中的金屬含量〔原子%〕除以金屬與矽的總含量〔原子%〕之比率〔%〕要來得小。
  21. 如申請專利範圍第20項之相位轉移遮罩，其中形成該下層之材料中的氮含量為20原子%以下；
    形成該上層之材料中的氮含量為20原子%以上。
  22. 如申請專利範圍第13或14項之相位轉移遮罩，其中該下層係由矽所構成的材料，或於矽所構成的材料包含有除了氧以外之非金屬元素及選自類金屬元素之1種以上的元素之材料所形成；
    該上層除了表層部分以外，係由矽所構成的材料，或於矽所構成的材料包含有除了氧以外之非金屬元素及選自類金屬元素之1種以上的元素之材料所形成；
    形成該下層之材料中的氮含量為40原子%以下；
    形成該上層之材料中的氮含量為50原子%以上。
  23. 如申請專利範圍第13或14項之相位轉移遮罩，其中該下層係相接於該透光性基板的表面所形成。
  24. 如申請專利範圍第13或14項之相位轉移遮罩，其中該上層係於表層具有氧含量較除了該表層以外之部分的上層要多之層。
  25. 一種半導體元件之製造方法，係具有使用如申請專利範圍第13至24項中任一項之相位轉移遮罩，來將轉印圖案曝光轉印在半導體基板上的阻劑膜之工序。
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