TW202235995A - 遮罩基底、轉印用遮罩之製造方法、及半導體元件之製造方法 - Google Patents

遮罩基底、轉印用遮罩之製造方法、及半導體元件之製造方法 Download PDF

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Abstract

提供一種圖案形成用薄膜表面的微小缺陷較少之遮罩基底。遮罩基底係於基板上具備圖案形成用薄膜。圖案形成用薄膜為含有鉻與氮之單層膜，或包含有含有鉻與氮的氮化鉻系層之多層膜。針對圖案形成用薄膜的表面來設定以基板中心作為基準且一邊為1μm之四角形內側區域(即中央區域)，在該中央區域測量算術平均粗糙度Sa與最大高度Sz時，Sa為1.0nm以下，且Sz/Sa為14以下。

Description

遮罩基底、轉印用遮罩之製造方法、及半導體元件之製造方 法
本揭示係關於一種遮罩基底、使用該遮罩基底之轉印用遮罩的製造方法、以及使用藉由該製造方法所製造的轉印用遮罩之半導體元件的製造方法。
一般來說，在半導體元件的製造工序中係使用光微影法來進行微細圖案的形成。又，該微細圖案的形成通常會使用多片被稱作轉印用遮罩(光罩)的基板。該轉印用遮罩一般來說係在透光性玻璃基板上設置有金屬薄膜等所構成的微細圖案，該轉印用遮罩的製造中亦會使用光微影法。
由於該轉印用遮罩會成為用來大量轉印相同微細圖案的原版，故轉印用遮罩上所形成之圖案的尺寸精確度便會直接影響到使用該轉印用遮罩所製作之微細圖案的尺寸精確度。近年來，半導體元件之圖案的微細化顯著進步，對應於此，除了轉印用遮罩所形成之遮罩圖案的微細化以外，該圖案亦被要求更高的精確度。另一方面，除了轉印用遮罩之圖案的微細化以外，光微影中所使用之曝光光源的波長已朝向短波長化演進。具體而言，作為半導體元件製造之際的曝光光源，近年來已從KrF準分子雷射(波長248nm)朝向ArF準分子雷射(波長193nm)波長變得愈來愈短。
又，轉印用遮罩的種類除了於透光性基板上具有鉻系材料所構成的遮光膜圖案之二元式遮罩(參照例如專利文獻1)以外，已知有一種例如半調式相移遮罩(參照例如專利文獻2)。該半調式相移遮罩係於透光性基板上具備半透光膜圖案。 該半透光膜(半調式相移膜)係具有會以實質上無助於曝光的強度來讓光穿透，且使穿透該半透光膜的光相對於在空氣中通過相同距離的光而產生特定相位差之功能，藉此產生所謂的相移效果。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2001-305713號公報
專利文獻2：國際公開第2004/090635號公報
如上所述，近年來，遮罩圖案的微細化顯著進步，而被要求以高圖案精度來形成例如尺寸為50nm以下般的微細圖案。為了獲得以高圖案精度形成有上述般微細圖案的轉印用遮罩，該轉印用遮罩的製造所使用之遮罩基底當中，亦被要求有例如表面缺陷較少的高品質遮罩基底。該遮罩基底雖係於例如基板上具備圖案形成用薄膜，但此圖案形成用薄膜表面所存在的缺陷即便是例如高度、大小很小的微小缺陷(凸狀缺陷)，仍被認為在以高圖案精度來形成上述般微細圖案時會有可能造成不良影響。
又，近年來，已將使用波長193nm的檢查光之最先端的缺陷檢查裝置使用於遮罩基底的缺陷檢查。若以上述般的缺陷檢查裝置來進行缺陷檢查，則遮罩基底之圖案形成用薄膜的表面所存在之缺陷即便是微小缺陷，但缺陷數量非常地多，仍會有在檢查中途發生檢查終止(overflow)的問題之情況。
本揭示乃是有鑑於上述既往的課題而完成的發明，其第1目的為提供一種於基板上具備圖案形成用薄膜之構造的遮罩基底，且圖案形成用薄膜表面的微小缺陷較少之遮罩基底。
本揭示之第2目的為提供一種以上述般最先端的缺陷檢查裝置來進行遮罩基底的缺陷檢查時不會造成不良影響之遮罩基底。
本揭示之第3目的為藉由使用該遮罩基底，來提供一種形成有高精度的微細轉印圖案之轉印用遮罩的製造方法。
本揭示之第4目的為提供一種可使用該轉印用遮罩來對半導體基板上的阻膜進行高精度的圖案轉印之半導體元件的製造方法。
本案發明人為解決以上的課題而不斷苦心研究後，結果完成了本揭示。
亦即，為解決上述課題，本揭示係具有以下的構成。
(構成1)
一種遮罩基底，係於基板上具備圖案形成用薄膜；該圖案形成用薄膜為含有鉻與氮之單層膜，或包含有含有鉻與氮的氮化鉻系層之多層膜；針對該圖案形成用薄膜的表面，來設定以該基板的中心作為基準且一邊為1μm的四角形內側區域(即中央區域)，在該中央區域測量算術平均粗糙度Sa與最大高度Sz時，Sa為1.0nm以下，且Sz/Sa為14以下。
(構成2)
如構成1之遮罩基底，其係針對該圖案形成用薄膜的表面，以相接於該中央區域的外周且圍繞該外周的全部之方式來設定8個一邊為1μm的四角形內側區域且為不會相互重疊之鄰接區域，在所有的該鄰接區域分別測量算術平均粗糙度Sa與最大高度Sz時，所有的Sa皆為1.0nm以下，且所有的Sz/Sa皆為14以下。
(構成3)
如構成1或2之遮罩基底，其中該中央區域的最大高度Sz為10nm以下。
(構成4)
如構成1至3中之任一遮罩基底，其中該中央區域的均方根粗糙度Sq為1.0nm以下。
(構成5)
如構成1至4中之任一遮罩基底，其在藉由使用波長193nm的檢查光之缺陷檢查裝置來對該圖案形成用薄膜的表面進行缺陷檢查，以取得一邊為132mm的四角形內側區域(即圖案形成區域)之凸狀缺陷的分布時，該圖案形成區域內係存在有高度為10nm以下的凸狀缺陷(即微小缺陷)，該圖案形成區域內所存在之該微小缺陷的存在數量為100個以下。
(構成6)
如構成1至5中之任一遮罩基底，其中該單層膜除了與該基板為相反側的表層外之部分的氮含量為8原子%以上，抑或，該多層膜之該氮化鉻系層的氮含量為8原子%以上。
(構成7)
如構成1至6中之任一遮罩基底，其中該單層膜除了與該基板為相反側的表層外之部分的鉻含量為60原子%以上，抑或，該多層膜之該氮化鉻系層的鉻含量為60原子%以上。
(構成8)
如構成1至7中之任一遮罩基底，其中該多層膜係於該氮化鉻系層上具備含有矽及氧之硬遮罩層。
(構成9)
如構成1至7中之任一遮罩基底，其中該多層膜係於該氮化鉻系層上具備含有鉻、氧及氮之上層。
(構成10)
如構成9之遮罩基底，其中該多層膜係於該上層上具備含有矽及氧之硬遮罩層。
(構成11)
如構成1至10中之任一遮罩基底，其係於該基板與該圖案形成用薄膜之間具備相移膜。
(構成12)
如構成11之遮罩基底，其中該相移膜係具有使得ArF準分子雷射(波長193nm)的曝光光線以8%以上的透光率穿透之功能，以及，會使穿透該相移膜之該曝光光線而與在空氣中通過與該相移膜的厚度相同距離之該曝光光線之間產生150度以上210度以下的相位差之功能。
(構成13)
如構成11或12之遮罩基底，其中該相移膜與該圖案形成用薄膜的層積構造中，相對於ArF準分子雷射(波長193nm)的曝光光線之光學濃度為3.3以上。
(構成14)
一種轉印用遮罩之製造方法，係使用如構成1至10中之任一遮罩基底的轉印用遮罩之製造方法，具有：藉由以具有轉印圖案的阻膜作為遮罩之乾蝕刻，來於該圖案形成用薄膜形成轉印圖案之工序。
(構成15)
一種轉印用遮罩之製造方法，係使用如構成1至13中之任一遮罩基底的轉印用遮罩之製造方法，具有：藉由以具有轉印圖案的阻膜作為遮罩之乾蝕刻，來於該圖案形成用薄膜形成轉印圖案之工序；以及藉由以具有該轉印圖案的圖案形成用薄膜作為遮罩之乾蝕刻，來於該相移膜形成轉印圖案之工序。
(構成16)
一種半導體元件之製造方法，具備：使用藉由如構成14或15之轉印用遮罩之製造方法所獲得的轉印用遮罩，來將轉印圖案曝光轉印在半導體基板上的阻膜之工序。
依據本揭示之遮罩基底，藉由使得遮罩基底為於基板上具備圖案形成用薄膜之構造的遮罩基底，該圖案形成用薄膜為含有鉻與氮之單層膜，或包含有含有鉻與氮的氮化鉻系層之多層膜，針對該圖案形成用薄膜的表面來設定以該基板的中心作為基準且一邊為1μm的四角形內側區域(即中央區域)，在該中央區域測量算術平均粗糙度Sa與最大高度Sz時，Sa為1.0nm以下，且Sz/Sa為14以下，便可提供圖案形成用薄膜表面的微小缺陷較少之遮罩基底。又，依據本揭示之遮罩基底，則當以上述般最先端的缺陷檢查裝置來進行遮罩基底的缺陷檢查時，便不會在例如檢查中途發生檢查終止(overflow)般的問題。
又，藉由使用該遮罩基底，可製造出形成有高精度的微細轉印圖案之轉印用遮罩。進一步地，藉由使用該轉印用遮罩來對半導體基板上的阻膜進行圖案轉印，可製造出形成有圖案精度優異的元件圖案之高品質的半導體元件。
1:透光性基板
2:圖案形成用薄膜
3:阻膜
5:氮化鉻系層
6:上層
7:硬遮罩層
8:相移膜
10、30:遮罩基底
20:轉印用遮罩(二元式遮罩)
21:中央區域
22:鄰接區域
40:轉印用遮罩(半調式相移遮罩)
圖1係顯示本揭示相關之遮罩基底的第1實施型態之剖面概略圖。
圖2係顯示本揭示相關之遮罩基底之第1實施型態的具體構成例之剖面概略圖。
圖3係顯示本揭示相關之遮罩基底之第1實施型態的其他具體構成例之剖面概略圖。
圖4係顯示本揭示相關之遮罩基底的第2實施型態之剖面概略圖。
圖5係顯示使用本揭示第1實施型態的遮罩基底之轉印用遮罩的製造工序之剖面概略圖。
圖6係顯示使用本揭示第2實施型態的遮罩基底之轉印用遮罩的製造工序之剖面概略圖。
圖7係顯示本揭示相關之遮罩基底的中央區域及鄰接區域之俯視圖。
以下，針對用以實施本揭示之型態，參照圖式來詳加敘述。
首先，針對本揭示完成的經過來加以說明。
為了在於基板上具備鉻系材料所構成的遮光膜之遮罩基底形成更高光學濃度(Optical Density：OD)的遮光膜，當以例如30nm以上的膜厚來濺射形成例如含有鉻、氧、碳的膜(CrOC膜)之際，會有發生很多微小缺陷的情況。此外，本揭示中所稱的微小缺陷係指高度為10nm以下，大小為70nm以下的凸狀缺陷。
被認為會因上述般微小缺陷存在於遮光膜的表面，而在以高圖案精度來形成近年來所被要求般的微細圖案時，會有造成不良影響的可能性。又，若以近年來使用波長193nm的檢查光之最先端的缺陷檢查裝置來進行遮罩基底的缺陷檢查，則遮罩基底之圖案形成用薄膜(遮光膜)的表面所存在之缺陷即便是微小缺陷，但缺陷數量非常地多，仍會有在檢查中途發生檢查終止(overflow)的問題之情況。
因此，本案發明人針對鉻系材料膜中的構成元素做檢討後，結果發現藉由使得鉻系遮光膜的組成為含有鉻與氮之膜，則可降低上述微小缺陷的發生數量。然而，已發現鉻系遮光膜所發生的微小缺陷只靠限定該遮光膜的構成元素仍難以抑制。必須藉由調整以濺射法於基板上逐漸形成該遮光膜時的成膜條件，來抑制遮光膜所產生之結晶的成長。但該成膜條件很大程度上取決於所使用的成 膜裝置。因此，便需要有新的指標來特定出能夠抑制微小缺陷發生之濺射裝置固有的成膜條件。
本案發明人做檢討後，結果得知以原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope：以下簡稱作「AFM」。)來對遮罩基底之圖案形成用薄膜(例如遮光膜)的表面進行測定後，其結果為存在有微小缺陷之測定部位與未存在有微小缺陷之測定部位在算術平均粗糙度Sa和最大高度Sz與算術平均粗糙度Sa的比值(最大高度Sz/算術平均粗糙度Sa)之數值上有較大的差異。因此，便判斷較佳宜採用在一邊為1μm的四角形區域內對圖案形成用薄膜進行AFM測定所計算出之Sa與Sz/Sa的數值，來作為用以界定遮罩基底之圖案形成用薄膜上微小缺陷的有無之參數。
本案發明人綜合考量該等情事，得到以下結論進而完成本揭示：為解決上述課題，較佳為於基板上具備圖案形成用薄膜之遮罩基底；該圖案形成用薄膜為含有鉻與氮之單層膜，或包含有含有鉻與氮的氮化鉻系層之多層膜；針對該圖案形成用薄膜的表面，來設定以該基板的中心作為基準且一邊為1μm的四角形內側區域(即中央區域)，在該中央區域測量算術平均粗糙度Sa與最大高度Sz時，Sa為1.0nm以下，且Sz/Sa為14以下。
以下，依據實施型態來詳細地說明本揭示。
[遮罩基底]
首先，針對本揭示之遮罩基底加以說明。
[第1實施型態]
圖1係顯示本揭示相關之遮罩基底的第1實施型態之剖面概略圖。
如圖1所示，本揭示之第1實施型態相關的遮罩基底10為一種於基板1上具備圖案形成用薄膜2之構造的遮罩基底。
此處，上述基板1較佳為透光性基板。該透光性基板一般來說舉例有玻璃基板。由於玻璃基板的平坦度及平滑度優異，故使用轉印用遮罩來朝被轉印基板上進行圖案轉印的情況，便可在不會發生轉印圖案的變形等之情況下來進行高精度的圖案轉印。透光性基板除了合成石英玻璃以外，可由石英玻璃、矽酸鋁玻璃、鹼石灰玻璃、低熱膨脹玻璃(SiO2-TiO2玻璃等)等玻璃材料來形成。該 等當中又以合成石英玻璃相對於例如為曝光光線之ArF準分子雷射光(波長193nm)的透光率很高，故作為形成遮罩基底10的基板1之材料特佳。
上述圖案形成用薄膜2為含有鉻與氮之單層膜，或包含有含有鉻與氮的氮化鉻系層之多層膜。含有鉻與氮之單層膜的膜厚可為30nm以上，較佳為35nm以上，更佳為40nm以上。又，含有鉻與氮之氮化鉻系層的膜厚可為30nm以上，較佳為35nm以上，更佳為40nm以上。
當上述圖案形成用薄膜2為含有鉻與氮的單層膜(以下，亦稱作「氮化鉻系單層膜」。)之情況則為例如遮光膜，具體材料舉例較佳為CrN。
上述氮化鉻系單層膜除了與基板1為相反側的表層外之部分的氮含量較佳為8原子%以上，更佳為10原子%以上，再更佳為12原子%以上。藉由含有8原子%以上的氮，則可抑制上述圖案形成用薄膜2表面之微小缺陷的發生。
此處，上述氮化鉻系單層膜除卻與基板1為相反側的表層之理由是因為在對濺射成膜後的氮化鉻系單層膜進行洗淨等處理時，無法避免地，該氮化鉻系單層膜的表層會發生氧化鉻化的緣故。又，表層係指從上述氮化鉻系單層膜之與基板1為相反側的表面到深度方向上為5nm的深度之區域。
此外，若氮化鉻系材料中的氮含量太多，則會發生氮化鉻系單層膜相對於曝光光線的光學濃度降低之問題，故上述氮化鉻系單層膜的氮含量較佳為30原子%以下，更佳為20原子%以下。
又，上述氮化鉻系單層膜除了與基板1為相反側的表層外之部分的鉻含量較佳為60原子%以上，更佳為70原子%以上，再更佳為80原子%以上。上述氮化鉻系單層膜為例如遮光膜，必須相對於曝光光線來確保特定的光學濃度。由上述般之觀點來看，則上述鉻含量最好是60原子%以上。
又，上述氮化鉻系單層膜亦可為除了鉻與氮以外另含有例如氧、碳等元素之材料(例如CrOCN等)。此外，由抑制上述圖案形成用薄膜表面的微小缺陷發生之觀點來看，則上述氧、碳、硼、氫等元素的各含量較佳為未達5原子%，更佳為3原子%以下。又，上述氧、碳、硼、氫等元素的總含量較佳為10原子%以下，更佳為5原子%以下。
又，上述氮化鉻系單層膜的厚度可為30nm以上。藉由本揭示則可解決既往的問題，亦即，為了形成更高光學濃度(例如相對於ArF準分子雷射(波長193nm)的曝光光線之光學濃度為3.3以上)的遮光膜，例如當以30nm以上的膜厚來濺射形成CrOC膜之際，會有發生很多微小缺陷的情況。
又，當上述圖案形成用薄膜2為包含有含有鉻與氮的氮化鉻系層之多層膜之情況，該多層膜為例如遮光膜。上述氮化鉻系層的具體材料舉例較佳為CrN。
上述多層膜之氮化鉻系層的氮含量係與上述氮化鉻系單層膜的情況同樣地，較佳為8原子%以上，更佳為10原子%以上，再更佳為12原子%以上。藉由含有8原子%以上的氮，便可抑制上述圖案形成用薄膜2表面之微小缺陷的發生。
此外，若氮化鉻系材料中的氮含量太多，便會發生氮化鉻系層相對於曝光光線的光學濃度降低之問題，故上述氮化鉻系層的氮含量較佳為30原子%以下，更佳為20原子%以下。
又，上述多層膜之氮化鉻系層的鉻含量係與上述氮化鉻系單層膜的情況同樣地，較佳為60原子%以上，更佳為70原子%以上，再更佳為80原子%以上。上述氮化鉻系層為例如遮光膜的主要部分，故必須相對於曝光光線來確保特定的光學濃度。由上述般之觀點來看，則上述鉻含量最好是60原子%以上。
又，上述多層膜之氮化鉻系層係與上述氮化鉻系單層膜的情況同樣地，亦可為除了鉻與氮以外另含有例如氧、碳等元素之材料(例如CrOCN等)。此外，由抑制上述圖案形成用薄膜表面的微小缺陷發生之觀點來看，則上述氧、碳、硼、氫等元素的含量較佳為未達5原子%，更佳為3原子%以下。又，上述氧、碳、硼、氫等元素的總含量較佳為10原子%以下，更佳為5原子%以下。
又，為例如遮光膜的主要部分之上述多層膜的氮化鉻系層的厚度係與上述氮化鉻系單層膜的情況同樣地可為30nm以上。藉由本揭示則可解決既往的問題，亦即，為了形成更高光學濃度的遮光膜(例如相對於ArF準分子雷射(波長193nm)的曝光光線之光學濃度為3.3以上)，例如當以30nm以上的膜厚來濺射形成CrOC膜之際，會有發生很多微小缺陷的情況。
又，本第1實施型態之遮罩基底10可為於作為上述圖案形成用薄膜2之上述多層膜的氮化鉻系層上具備含有矽及氧的硬遮罩層之構成。
圖2係顯示本揭示相關之遮罩基底之第1實施型態的具體構成例之剖面概略圖。如圖2所示，遮罩基底係具備於基板1上依序層積有氮化鉻系層5與硬遮罩層7來作為圖案形成用薄膜之構造。
有關上述氮化鉻系層5的構成為如上所述，故此處便省略說明。
又，上述硬遮罩層7係具有能夠作為於上述氮化鉻系層5形成轉印圖案之際的蝕刻遮罩之功能。於是，上述硬遮罩層7便必須是與正下方之氮化鉻系層5的蝕刻選擇性較高之材料，本第1實施型態中，藉由選擇矽系材料來作為硬遮罩層7的材料，便可確保與氮化鉻系層5之高蝕刻選擇性。
本第1實施型態中，上述硬遮罩層7係由含有矽及氧之材料所構成，舉例較佳為例如矽及氧所構成之材料(SiO系材料)，或是於該材料另含有氮等元素之材料(SiNO系材料)。另一方面，硬遮罩層7亦可由含鉭材料所形成。此情況下之含鉭材料除了鉭金屬以外，舉例有於鉭含有選自氮、氧、硼及碳的一種以上元素之材料等。例如舉例有Ta、TaN、TaO、TaON、TaBN、TaBO、TaBON、TaCN、TaCO、TaCON、TaBCN、TaBOCN等。
上述硬遮罩層7的膜厚雖不須特別限制，由於該硬遮罩層7係具有會作為在藉由使用氯系氣體之乾蝕刻來將正下方的氮化鉻系層5(遮光膜)加以圖案化時之蝕刻遮罩的功能，故其膜厚必須至少是正下方之氮化鉻系層5的蝕刻完成前不會消失之程度。另一方面，若硬遮罩層7的膜厚太厚，會難以將正上方的阻劑圖案加以薄膜化。由上述般之觀點來看，則上述硬遮罩層7的膜厚較佳為例如2nm以上15nm以下的範圍，更佳為3nm以上10nm以下。
又，本第1實施型態之遮罩基底10可為於作為上述圖案形成用薄膜2之上述多層膜的氮化鉻系層上具備含有鉻、氧及氮的上層之構成。
圖3係顯示本揭示相關之遮罩基底之第1實施型態的其他具體構成例之剖面概略圖。如圖3所示，遮罩基底係具備於基板1上依序層積有氮化鉻系層5、鉻系材料所構成的上層6、硬遮罩層7來作為圖案形成用薄膜之構造。此構成例中，係具備氮化鉻系層5與鉻系材料所構成的上層6之層積構造來作為遮光膜。
有關上述氮化鉻系層5的構成為如上所述，故此處便省略說明。
本第1實施型態中，上述上層6係由含有鉻、氧及氮之材料所構成，舉例較佳為例如鉻、氧及氮所構成的材料(CrON系材料)，或於該材料另含有碳等元素之材料(CrOCN系材料)。上層6除了鉻、氧及氮以外，亦可含有碳、硼、氫等元素。
上層6的鉻含量較佳為未達60原子%，更佳為55原子%以下。上層6的鉻含量較佳為30原子%以上，更佳為40原子%以上。上層6的氧含量較佳為10原子%以上，更佳為15原子%以上。上層6的氧含量較佳為40原子%以下，更佳為30原子%以下。上層6的氮含量較佳為5原子%以上，更佳為7原子%以上。上層6的氮含量較佳為20原子%以下，更佳為15原子%以下。上層6的碳含量較佳為5原子%以上，更佳為7原子%以上。上層6的碳含量較佳為20原子%以下，更佳為15原子%以下。
藉由於上述氮化鉻系層5上具備鉻系材料所構成的上層6，則可降低遮光膜的表面反射率(例如相對於ArF準分子雷射(波長193nm)的曝光光線之反射率為未達35%)。由上述般之觀點來看，則上述上層6的膜厚較佳為例如2nm以上10nm以下的範圍，更佳為3nm以上7nm以下。
此外，圖3所示之構成例中，如上所述，係於上層6上具備硬遮罩層7，有關上述硬遮罩層7的構成為如上所述，故此處便省略說明。
又，本第1實施型態之遮罩基底10可藉由於上述基板1上形成上述圖案形成用薄膜2來加以製造。該圖案形成用薄膜2為上述氮化鉻系單層膜、包含有氮化鉻系層5及硬遮罩層7之層積膜(圖2)、或包含有氮化鉻系層5、鉻系材料所構成的上層6、硬遮罩層7等之層積膜(圖3)。
有關形成上述圖案形成用薄膜2的方法雖不須特別限制，舉例當中又以濺射成膜法為佳。藉由濺射成膜法則可形成均勻且膜厚固定的膜，故較佳。
又，本第1實施型態之遮罩基底10的特徵為針對上述圖案形成用薄膜2的表面來設定以上述基板1的中心作為基準且一邊為1μm的四角形內側區域(即中央區域21)(圖7)，在該中央區域21測量算術平均粗糙度Sa與最大高度Sz時，Sa為1.0nm以下，且Sz/Sa為14以下。
此處，算術平均粗糙度Sa係指用以評估ISO25178所界定的面粗糙度之參數，且為將目前為止用來表示ISO4287、JISB0601所界定的二維表面性狀之線粗糙度的參數Ra(線的算術平均高度)擴展至三維(面)之參數。具體而言，係表示自基準區域A中之各測定點的平均面(最小平方平面等)所起算之高度差(Z(x、y))的絕對值的平均。計算式如下所示。
Figure 111102874-A0202-12-0012-1
又，最大高度Sz係指將線粗糙度的參數Rz(最大高度)擴展至三維(面)之參數，且為基準區域A中之最大山高Sp與最大谷深Sv的和。亦即，最大高度Sz如下所示。
Sz=Sp+Sv
此處，上述最大山高Sp與上述最大谷深Sv係指分別將線粗糙度的參數Rp與Rv擴展至三維(面)之參數。最大山高Sp係表示基準區域A中之山頂部的高度最大值，最大谷深Sv係表示基準區域A中之谷底部的深度最大值。
關於該等參數Sz、Sp、Sv亦是以ISO25178來加以界定。
本揭示中，上述基準區域A係指針對上述圖案形成用薄膜2的表面，以上述基板1的中心作為基準且一邊為1μm的四角形內側區域(即中央區域21)及後述鄰接區域22(參照圖7)。
又，本揭示中，係採用以1μm見方來對圖案形成用薄膜2的表面進行AFM測定所計算出之算術平均粗糙度Sa、最大高度Sz及Sz/Sa的數值。
如前述，本案發明人做檢討後，結果得知以AFM來對遮罩基底之圖案形成用薄膜(例如遮光膜)的表面進行測定後，在存在有微小缺陷之測定部位與未存在有微小缺陷之測定部位，算術平均粗糙度Sa和最大高度Sz與算術平均粗糙度Sa的比值(最大高度Sz/算術平均粗糙度Sa)在數值上有較大的差異。因此，便判斷較佳宜採用在一邊為1μm的四角形區域內來對圖案形成用薄膜進行AFM測定所計算出之算術平均粗糙度Sa與Sz/Sa的數值，來作為用以界定遮罩基底之圖案形成用薄膜上微小缺陷的有無之參數。
本第1實施型態之遮罩基底10係針對上述圖案形成用薄膜2的表面來設定以上述基板1的中心作為基準且一邊為1μm的四角形內側區域(即中央區域21)，在該中央區域21測量算術平均粗糙度Sa與最大高度Sz時，Sa為1.0nm以下，且Sz/Sa為14以下，藉此而成為圖案形成用薄膜表面的微小缺陷較少之遮罩基底。又，Sz/Sa特佳為12以下，Sa特佳為0.6以下。
於是，便不會在以前述般使用波長193nm的檢查光之最先端的缺陷檢查裝置來進行遮罩基底的缺陷檢查時，而在例如檢查中途發生檢查終止(overflow)般的問題。
此外，本揭示係針對上述圖案形成用薄膜2的表面來設定以上述基板1的中心作為基準且一邊為1μm的四角形內側區域(即中央區域21)，並針對在該中央區域21測量算術平均粗糙度Sa與最大高度Sz時之Sa與Sz/Sa的數值來加以限定。依據本案發明人的檢討，得到了以下見解，當圖案形成用薄膜的圖案形成區域(例如一邊為6英吋的四角形遮罩基底，圖案形成區域為132nm×132nm。)內發生很多微小缺陷的情況，則圖案形成用薄膜的中央區域21亦存在有微小缺陷的機率便會相當地高。因此，圖案形成用薄膜之上述中央區域21中的微小缺陷會較少便與圖案形成用薄膜的至少圖案形成區域中之微小缺陷的個數會不會成為在進行缺陷檢查時不會造成不良影響的個數(例如100個以下)之間存在有關聯性。基於以上所述，本揭示係針對在上述中央區域21進行測量時之Sa與Sz/Sa的數值來加以限定。
當圖案形成用薄膜2的氮化鉻系單層膜發生微小缺陷的情況，即便是於其上形成硬遮罩層7，在硬遮罩層7的表面仍會發生起因於該氮化鉻系單層膜的微小缺陷之微小缺陷。又，若於圖案形成用薄膜2的氮化鉻系單層膜發生微小缺陷的情況，即便是於其上形成上層6或硬遮罩層7，在上層6或硬遮罩層7的表面仍會發生起因於該氮化鉻系單層膜的微小缺陷之缺陷。因此，可使用在一邊為1μm的四角形區域內對為圖案形成用薄膜2的最上層之上層6或硬遮罩層7的表面進行AFM測定所計算出之Sa與Sz/Sa，來作為判斷氮化鉻系單層膜或氮化鉻系層5表面的微小缺陷之指標。
又，如圖7所示，本揭示係針對上述圖案形成用薄膜2的表面，以圍繞上述中央區域21且相接於其外周(包含4個邊與4個角部)之方式來設定8個一邊為1μm的四角形內側區域(即鄰接區域22)，在所有的前述鄰接區域22來分別測量算術平均粗糙度Sa與最大高度Sz時，更佳地，所有的Sa皆為1.0nm以下，且所有的Sz/Sa皆為14以下。又，特佳地，所有的Sz/Sa皆為12以下，所有的Sa皆為0.6以下。8個鄰接區域22皆分別未具有與其他鄰接區域相重疊的區域，而是中央區域21的全部外周會被8個鄰接區域22圍繞。亦即，8個鄰接區域22中之4個鄰接區域所具有的一邊係分別對應於中央區域21所具有的4個邊。進一步地，其他4個鄰接區域所具有的一個角部係分別相接於中央區域21所具有的4個角部。各鄰接區域22除了和中央區域21的一邊相對應之邊以外，係具有會分別和鄰接的2個其他鄰接區域22所分別具有的1個邊相對應之2個邊。
藉由使得遮罩基底之上述鄰接區域22中亦是所有的Sa皆為1.0nm以下，且所有的Sz/Sa皆為14以下，則相關於圖案形成用薄膜表面的微小缺陷會較少之可靠度便會更加提升。
又，本揭示中，上述中央區域21的最大高度Sz較佳為10nm以下。藉由使得遮罩基底在上述中央區域21進行測量時的Sz/Sa為14以下，且最大高度Sz為10nm以下，則相關於圖案形成用薄膜表面的微小缺陷會較少之可靠度便會更加提升。進一步地，在所有的前述鄰接區域22中亦是最大高度Sz更佳為10nm以下。
又，本揭示中，上述中央區域21的均方根粗糙度Sq較佳為1.0nm以下。此處，均方根粗糙度Sq係指用以評估與上述算術平均粗糙度Sa或最大高度Sz同樣地為ISO25178所界定的面粗糙度之參數，且為將目前為止用來表示ISO4287、JISB0601所界定的二維表面性狀之線粗糙度的參數Rq(線的均方根粗糙度)擴展至三維(面)之參數。將Sq的計算式表示如下。
[數式2]
Figure 111102874-A0202-12-0015-2
藉由使得上述中央區域21的均方根粗糙度Sq為1.0nm以下，則將該圖案形成用薄膜加以圖案化時之圖案側壁的LER(Line Edge Roughness)便會變得更加良好。均方根粗糙度Sq更佳為0.8nm以下。進一步地，在所有的前述鄰接區域22中亦是均方根粗糙度Sq較佳為1.0nm以下，更佳為0.8nm以下。
又，本第1實施型態之遮罩基底10藉由使用波長193nm的檢查光之缺陷檢查裝置來對上述圖案形成用薄膜2的表面進行缺陷檢查，以取得一邊為132mm的四角形內側區域(即圖案形成區域)之凸狀缺陷的分布時，該圖案形成區域內會存在有高度為10nm以下的凸狀缺陷(即微小缺陷)，該圖案形成區域內所存在之上述微小缺陷的存在數量為100個以下。亦即，圖案形成用薄膜2的至少圖案形成區域中之微小缺陷的個數乃為進行缺陷檢查時不會造成不良影響的個數。
例如，具體而言，可以前述般使用波長193nm的檢查光之缺陷檢查裝置來對遮罩基底之圖案形成用薄膜(遮光膜或硬遮罩膜等)的表面進行缺陷檢查，以取得缺陷的座標地圖，並以AFM來對存在有缺陷的所有部位(明顯為傳統的異物缺陷或凹陷缺陷則除外)測量該缺陷的高度，且計算微小缺陷的個數。
[第2實施型態]
圖4係顯示本揭示相關之遮罩基底的第2實施型態之剖面概略圖。如圖4所示，本揭示之第2實施型態相關的遮罩基底30為一種於上述基板1與上述圖案形成用薄膜2之間具備相移膜8之構造的遮罩基底。
上述相移膜8為一種具有例如以下功能的膜：使得ArF準分子雷射(波長193nm)的曝光光線以8%以上的透光率穿透之功能，以及，會使穿透上述相移膜8之上述曝光光線而與在空氣中通過與相移膜8的厚度相同距離之上述曝光光線之間產生150度以上210度以下的相位差之功能。具備具有上述般功能的相移膜8之上述遮罩基底30為一種半調式相移遮罩製造用的遮罩基底。為8%以上的較高透光率之相移膜上所設置的遮光膜已被要求需相對於曝光光線而具有高光學 濃度。於是，藉由將上述氮化鉻系單層膜或氮化鉻系層5(圖2、圖3)應用在圖案形成用薄膜2所獲得的效果便非常大。
本第2實施型態之遮罩基底30中，上述相移膜8雖是由例如含矽材料所形成，但本第2實施型態所應用之上述相移膜8的構成並不需特別限定，例如可應用目前為止所使用之相移遮罩中之相移膜的構成。
上述相移膜8除了例如含矽材料、含有過渡金屬與矽之材料以外，為了改良膜的光學特性(光透光率、相位差等)、物性(蝕刻速率、與其他膜(層)的蝕刻選擇性等)等，係由另含有氮、氧及碳中的至少1種元素之材料所形成。
上述含矽材料具體而言，較佳為含有矽的氮化物、氧化物、碳化物、氮氧化物(氧化氮化物)、碳氧化物(碳化氧化物)、或碳氧氮化物(碳化氧化氮化物)之材料。
又，上述含有過渡金屬與矽之材料具體而言，較佳為過渡金屬及矽所構成的過渡金屬矽化物，或過渡金屬矽化物的氮化物、氧化物、碳化物、氮氧化物、碳氧化物，或是含有碳氧氮化物之材料。過渡金屬可應用鉬、鉭、鎢、鈦、鉻、鉿、鎳、釩、鋯、釕、銠、鈮等。該等當中又以鉬特佳。
又，亦可將上述相移膜8應用在單層構造或低透光率層與高透光率層所構成之層積構造的任一者。
上述相移膜8的較佳膜厚雖依材質而異，若由特別是相移功能、曝光光線透光率的觀點來看，則最好是適當地調整。通常的膜厚為例如100nm以下，更佳為80nm以下的範圍。形成上述相移膜8之方法雖亦未特別限制，舉例較佳為濺射成膜法。
此外，有關本第2實施型態之遮罩基底30中之上述基板1、上述圖案形成用薄膜2的細節，由於與上述第1實施型態的情況相同，故此處省略重複說明。
又，有關形成本第2實施型態之遮罩基底30中之上述圖案形成用薄膜2的方法亦是與第1實施型態的情況同樣地較佳為濺射成膜法。又，有關構成圖案形成用薄膜2之前述氮化鉻系單層膜，或包含有圖2、圖3所說明之氮化鉻系層5、鉻系材料所構成的上層6、硬遮罩層7等之層積膜的各膜膜厚，亦是與第1實施型態的情況相同。
本第2實施型態之遮罩基底30中，在上述相移膜8與上述圖案形成用薄膜2的層積構造中，例如相對於ArF準分子雷射(波長193nm)的曝光光線之光學濃度(OD)較佳為3.3以上。
本第2實施型態之遮罩基底30中，其特徵亦是針對上述圖案形成用薄膜2的表面來設定以上述基板1的中心作為基準且一邊為1μm的四角形內側區域(即中央區域21)，在該中央區域21測量算術平均粗糙度Sa與最大高度Sz時，Sa為1.0nm以下，且Sz/Sa為14以下。
本第2實施型態之遮罩基底30藉由針對上述圖案形成用薄膜2的表面來設定以上述基板1的中心作為基準且一邊為1μm的四角形內側區域(即中央區域21)，在該中央區域21測量算術平均粗糙度Sa與最大高度Sz時，Sa為1.0nm以下，且Sz/Sa為14以下，而為一種圖案形成用薄膜表面的微小缺陷較少之遮罩基底。又，Sz/Sa特佳為12以下，Sa特佳為0.6nm以下。
又，有關本第2實施型態，亦是針對上述圖案形成用薄膜2的表面，以相接於上述中央區域21的外周之方式來設定8個一邊為1μm的四角形內側區域(即鄰接區域22)，在所有的前述鄰接區域22來分別測量算術平均粗糙度Sa與最大高度Sz時，較佳地，所有的Sa皆為1.0nm以下，且所有的Sz/Sa皆為14以下。又，特佳地，所有的Sz/Sa皆為12以下，特佳地，所有的Sa皆為0.6nm以下。
藉由使得遮罩基底的上述8個鄰接區域22中，亦是所有的Sa皆為1.0nm以下，且所有的Sz/Sa皆為14以下，則相關於圖案形成用薄膜表面的微小缺陷會較少之可靠度便會更加提升。
又，有關本第2實施型態，亦是上述中央區域21的最大高度Sz較佳為10nm以下。藉由使得遮罩基底在上述中央區域21進行測量時的Sz/Sa為14以下，且最大高度Sz為10nm以下，則相關於圖案形成用薄膜表面的微小缺陷會較少之可靠度便會更加提升。進一步地，在所有的上述鄰接區域22中亦是最大高度Sz更佳為10nm以下。
又，關於本第2實施型態，亦是上述中央區域21的均方根粗糙度Sq較佳為1.0nm以下。藉由使得上述中央區域21的均方根粗糙度Sq為1.0nm以下，則將該圖案形成用薄膜加以圖案化時之圖案側壁的LER(Line Edge Roughness)便 會變得更加良好。上述中央區域21的均方根粗糙度Sq更佳為0.8nm以下。進一步地，在所有的前述鄰接區域22中亦是均方根粗糙度Sq較佳為1.0nm以下，更佳為0.8nm以下。
又，有關本第2實施型態之遮罩基底30，亦是藉由使用波長193nm的檢查光之缺陷檢查裝置來對上述圖案形成用薄膜2的表面進行缺陷檢查，以取得一邊為132mm的四角形內側區域(即圖案形成區域)之凸狀缺陷的分布時，該圖案形成區域內會存在有高度為10nm以下的凸狀缺陷(即微小缺陷)，該圖案形成區域內所存在之上述微小缺陷的存在數量為100個以下。亦即，是圖案形成用薄膜2的至少圖案形成區域中之微小缺陷的個數乃為不會在進行缺陷檢查時會造成不良影響的個數。
[轉印用遮罩之製造方法]
本揭示亦提供一種由上述本揭示相關之遮罩基底所製作的轉印用遮罩之製造方法。
圖5係顯示使用前述第1實施型態的遮罩基底10之轉印用遮罩的製造工序之剖面概略圖。本揭示相關之轉印用遮罩之製造方法係至少具有藉由以具有轉印圖案的阻膜作為遮罩之乾蝕刻，來於上述圖案形成用薄膜2形成轉印圖案之工序。
本揭示相關之轉印用遮罩的製造方法首先係於遮罩基底10的表面藉由例如旋轉塗佈法而以特定膜厚來形成電子線描繪用的阻膜3。接著，以電子線來針對該阻膜描繪出特定圖案，在描繪後，藉由顯影來形成特定的阻膜圖案3a(參照圖5(a)~(c))。該阻膜圖案3a係具有會成為最終的轉印圖案之所需的元件圖案。
接著，以上述阻膜圖案3a作為遮罩且藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，來於主要部分為鉻系材料所構成的圖案形成用薄膜2(遮光膜)形成轉印圖案2a(參照圖5(d))。
去除所殘留的上述阻膜圖案3a後便完成了二元式轉印用遮罩20，其係於基板1上具備有成為轉印圖案之圖案形成用薄膜(遮光膜)的微細圖案2a(參照圖5(e))。
如此般地，藉由使用圖案形成用薄膜表面的微小缺陷較少之遮罩基底10，可製造出形成有高精度的微細轉印圖案之轉印用遮罩20。
此外，於上述圖案形成用薄膜2具備有上述矽系材料所構成的硬遮罩層7之情況，係包含有以上述阻膜圖案3a作為遮罩，且藉由使用氟系氣體之乾蝕刻，來於硬遮罩層7形成轉印圖案之工序。然後，藉由以具有該轉印圖案的硬遮罩層7作為遮罩之乾蝕刻，來於鉻系材料所構成之圖案形成用薄膜中的鉻系遮光膜形成轉印圖案。
圖6係顯示使用前述第2實施型態的遮罩基底30之轉印用遮罩的製造工序之剖面概略圖。使用遮罩基底30之轉印用遮罩的製造方法係至少具有：藉由以具有轉印圖案的阻膜作為遮罩之乾蝕刻，來於上述圖案形成用薄膜2形成轉印圖案之工序，以及，藉由以具有轉印圖案的圖案形成用薄膜2作為遮罩之乾蝕刻，來於上述相移膜8形成轉印圖案之工序。
該轉印用遮罩之製造方法首先係於遮罩基底30的表面，以例如旋轉塗佈法且以特定膜厚來形成電子線描繪用的阻膜。以電子線來針對該阻膜描繪出特定圖案，在描繪後，藉由顯影來形成特定的阻膜圖案9a(參照圖6(a))。該阻膜圖案9a係具有會成為最終的轉印圖案且應形成於相移膜8之所需的元件圖案。
接著，以上述阻膜圖案9a作為遮罩且藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，來於主要部分為鉻系材料所構成的圖案形成用薄膜2(遮光膜)形成轉印圖案2a(參照圖6(b))。
接著，以形成於上述圖案形成用薄膜2之轉印圖案2a作為遮罩，且藉由使用氟系氣體之乾蝕刻，來於矽系材料所構成的相移膜8形成轉印圖案8a(參照圖6(c))。
接著，於形成有上述轉印圖案2a及轉印圖案8a之遮罩基底的整面來形成與上述相同的阻膜，並針對該阻膜描繪出特定的遮光圖案(例如遮光帶圖案)，在描繪後，藉由顯影來於上述轉印圖案2a上形成具有特定遮光圖案的阻膜圖案9b(參照圖6(d))。
接著，藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，且以上述阻劑圖案9b作為遮罩，來於上述圖案形成用薄膜2形成具有上述遮光圖案的圖案2b(參照圖6(e))。
依上述方式，便完成了於基板1上具備有成為轉印圖案之相移膜8的微細圖案8a及外周區域的遮光圖案(遮光帶圖案)2b之半調式相移遮罩(轉印用遮罩)40(參照圖6(e))。
此外，上述製造工序中，當上述圖案形成用薄膜2上具備由該矽系材料所構成的硬遮罩層7之情況，亦是包含有以上述阻膜圖案9a作為遮罩且藉由使用氟系氣體之乾蝕刻來於硬遮罩層7形成轉印圖案之工序。然後，藉由以具有該轉印圖案的硬遮罩層7作為遮罩之乾蝕刻，來於鉻系材料所構成之圖案形成用薄膜中的鉻系遮光膜形成上述轉印圖案2a。
如此般地，藉由使用圖案形成用薄膜表面的微小缺陷較少之遮罩基底30，可製造出形成有高精度的微細轉印圖案之轉印用遮罩(半調式相移遮罩)40。
[半導體元件的製造方法]
本揭示亦提供一種半導體元件的製造方法，係具備有使用藉由上述轉印用遮罩的製造方法所製造之轉印用遮罩，來將轉印圖案曝光轉印在半導體基板上的阻膜之工序。
本揭示相關之半導體元件的製造方法係具備有使用例如由前述第1實施型態之遮罩基底10所製造的轉印用遮罩20，或由前述第2實施型態之遮罩基底30所製造的轉印用遮罩40，且藉由微影法來將該轉印用遮罩的轉印圖案曝光轉印在半導體基板上的阻膜之工序。依據該半導體元件的製造方法，可製造出形成有圖案精度優異的元件圖案之高品質的半導體元件。
<實施例>
以下，藉由實施例來更具體地說明本揭示之實施型態。
(實施例1)
本實施例1係關於一種使用波長193nm的ArF準分子雷射作為曝光光線之轉印用遮罩的製造所使用之遮罩基底30。
本實施例1所使用的遮罩基底30係具有於透光性基板1上依序層積有相移膜8以及作為圖案形成用薄膜2的氮化鉻系層5、鉻系材料所構成的上層6及硬遮罩層7之構造(參照前述圖4及圖3。符號係與圖式中的符號相對應。)。本實施例1中，係藉由上述氮化鉻系層5與鉻系材料所構成的上層6之層積來構成遮光膜。
依下述方式來製作該遮罩基底30。
準備合成石英玻璃所構成的透光性基板1(大小約152mm×152mm×厚度約6.35mm)。該透光性基板1的主表面及端面係被研磨成特定的表面粗糙度(例如主表面的均方根粗糙度Rq為0.2nm以下)。
首先，將上述透光性基板1設置在單片式DC濺射裝置內，使用鉬(Mo)與矽(Si)的混合靶材(Mo：Si=8原子%：92原子%)且以氬(Ar)、氧(O2)、氮(N2)及氦(He)的混合氣體作為濺射氣體，藉由DC濺射而以68nm的厚度來於上述透光性基板1的表面形成含有鉬、矽、氧及氮之MoSiON膜(Mo：10原子%，Si：45原子%，O：5原子%，N：40原子%)所構成的相移膜8。
接著，從濺射裝置取出形成有上述相移膜8之透光性基板1，並在大氣中對上述透光性基板上的相移膜8進行加熱處理。該加熱處理係以450℃進行30分鐘。使用相移量測定裝置來對該加熱處理後的相移膜8測量在ArF準分子雷射的波長(193nm)中之透光率與相移量後，結果為透光率8.9%，相移量175.2度。
接著，再次將形成有上述相移膜8之透光性基板1導入至濺射裝置內，使用鉻所構成的靶材且以氬(Ar)、氮(N2)及氦(He)的混合氣體(流量比Ar：N2：He=15：10：30，壓力0.2Pa)作為濺射氣體，藉由DC濺射而以43nm的厚度來於上述相移膜8上形成含有鉻及氮之CrN膜(Cr：86原子%，N：14原子%)所構成的氮化鉻系層5。接著，使用與上述相同的鉻靶材，以氬(Ar)、二氧化碳(CO2)、氮(N2)及氦(He)的混合氣體(流量比Ar：CO2：N2：He=16：30：10：30，壓力0.2Pa)作為濺射氣體，藉由DC濺射而以6nm的厚度來於上述氮化鉻系層5上形成含有鉻、氧、碳及氮的CrOCN膜(Cr：55原子%，O：24原子%，C：11原子%，N：10原子%)所構成之遮光膜的上層6。依上述方式來形成總厚度為49nm之二層構造的鉻系遮光膜。
在上述相移膜8與上述遮光膜(上述氮化鉻系層5與上層6的層積)的層積構造中，相對於ArF準分子雷射(波長193nm)的曝光光線之光學濃度為3.5。
接著，將形成至上述遮光膜為止的透光性基板1設置在單片式DC濺射裝置內，使用矽(Si)所構成的靶材且以氬(Ar)、氧(O2)及氮(N2)的混合氣體作為濺射氣體，藉由DC濺射而以厚度8nm來於上述上層6上形成含有矽、氧及氮之SiON膜(Si：34原子%，O：60原子%，N：6原子%)所構成的硬遮罩層7。
依上述方式，來製作出本實施例1之遮罩基底30。
針對於本實施例1之遮罩基底30的表面(即上述硬遮罩層7的表面)，來設定以上述基板1的中心作為基準且一邊為1μm的四角形內側區域(即中央區域21)，並在該中央區域21進行AFM測定，而由其測定結果來計算出算術平均粗糙度Sa、最大高度Sz及Sz/Sa的數值。其結果為本實施例1之遮罩基底中，Sa=0.594nm，Sz=6.71nm，Sz/Sa=11.30。又，在上述中央區域21之均方根粗糙度Sq=0.75nm。
又，針對本實施例1之遮罩基底30之上述硬遮罩層7的表面，以相接於上述中央區域21的外周之方式來設定8個一邊為1μm的四角形內側區域(即鄰接區域22)，且在該鄰接區域22進行AFM測定，在所有的鄰接區域22分別測量算術平均粗糙度Sa與最大高度Sz後，結果確認了在所有的鄰接區域22，Sa皆為1.0nm以下，且所有的Sz/Sa皆為14以下。
又，藉由使用波長193nm的檢查光之缺陷檢查裝置Teron(KLA公司製)來對本實施例1之遮罩基底30的表面進行缺陷檢查，以取得一邊為132mm的四角形內側區域(即圖案形成區域)之缺陷的分布(缺陷的座標地圖)。然後，針對存在有缺陷的所有部位(明顯為異物缺陷或凹陷缺陷則除外)，以AFM來測量該缺陷的高度，並計算圖案形成區域內之高度為10nm以下的凸狀缺陷(即微小缺陷)個數後，其結果為本實施例1之遮罩基底30中，圖案形成區域內所存在之上述微小缺陷的個數為2個。
由以上可得知本實施例1之遮罩基底30藉由使得在上述中央區域21之算術平均粗糙度Sa為1.0nm以下，且Sz/Sa為14以下，而為一種表面的微小缺陷較少之遮罩基底。
接著，使用上述遮罩基底30並依照前述圖6所示之製造工序來製造出轉印用遮罩。
首先，藉由旋轉塗佈法來將電子線描繪用的化學增幅型阻劑(FUJIFILM Electronic Materials公司製PRL009)塗佈在上述遮罩基底30的上面，並進行特定的烘烤處理，以形成膜厚80nm的阻膜。接著，使用電子線描繪機來對上述阻膜描繪出特定的元件圖案(欲形成於相移膜8之轉印圖案相對應的圖案)後，將阻膜顯影來形成阻劑圖案9a。
接著，以上述阻膜圖案9a作為遮罩且藉由使用氟系氣體之乾蝕刻來於硬遮罩層7形成轉印圖案。
接著，在去除所殘留的上述阻膜圖案9a後，以形成於上述硬遮罩層7之轉印圖案作為遮罩，並藉由使用氯氣(Cl2)與氧氣(O2)的混合氣體(Cl2：O2=13：1(流量比))之乾蝕刻，來連續進行CrN(氮化鉻系層5)與CrOCN(上層6)之二層構造的遮光膜的乾蝕刻，以將轉印圖案形成於遮光膜。
接著，藉由使用氟系氣體(SF6)之乾蝕刻且以形成於上述二層構造的遮光膜之轉印圖案作為遮罩，來將轉印圖案形成於相移膜8(相移膜圖案8a)。
接著，於形成有上述遮光膜的圖案及相移膜的圖案之遮罩基底的整面來形成與上述相同的阻膜，並對此阻膜描繪出特定的遮光圖案(遮光帶圖案)，在描繪後，藉由顯影來於上述遮光膜的圖案上形成具有特定遮光圖案的阻膜圖案9b。
接著，藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，且以上述阻劑圖案9b作為遮罩，來於上述二層構造的遮光膜形成具有上述遮光圖案的圖案(相當於圖6中的圖案2b)。
依上述方式，便完成了於透光性基板1上具備有成為轉印圖案之相移膜的圖案8a及外周區域的遮光圖案(遮光帶圖案)之半調式相移遮罩(轉印用遮罩)40(參照圖6(e))。
藉由遮罩檢查裝置來對所獲得的上述相移遮罩40進行遮罩圖案的檢查後，結果可確認到係形成有在從設計值的容許範圍內之相移膜的微細圖案。
進一步地，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製)來對該相移遮罩40進行當以波長193nm的曝光光線來曝光轉印在半導體元件上的阻膜時之曝光轉印像的模擬， 並將該模擬所獲得的曝光轉印像加以驗證後，有充分滿足設計式樣。因此，由實施例1之遮罩基底30所製造的相移遮罩40可以高精度來對半導體元件上的阻膜進行曝光轉印。
(實施例2)
本實施例2係關於一種使用波長193nm的ArF準分子雷射來作為曝光光線之轉印用遮罩的製造所使用之遮罩基底30。
本實施例2所使用的遮罩基底30係具有於透光性基板1上依序層積有相移膜8以及作為圖案形成用薄膜2的氮化鉻系層5與硬遮罩層7之構造(參照前述圖4及圖2。符號係與圖式中的符號相對應。)。本實施例2係藉由單層的上述氮化鉻系層5來構成遮光膜。
依下述方式來製作該遮罩基底30。
首先，將與實施例1同樣地準備之透光性基板1(合成石英基板)設置在單片式DC濺射裝置內，來形成與實施例1相同的相移膜8。
接著，再次將形成有上述相移膜8之透光性基板1導入至濺射裝置內，使用鉻所構成的靶材，以氬(Ar)、氮(N2)氦(He)的混合氣體(流量比Ar：N2：He=30：5：50，壓力0.3Pa)作為濺射氣體，藉由DC濺射而以48nm的厚度來於上述相移膜8上形成含有鉻及氮之CrN膜(Cr：94原子%，N：6原子%)所構成的氮化鉻系層5。如此般地形成單層的鉻系遮光膜。
上述相移膜8與上述遮光膜(上述氮化鉻系層5)的層積構造中，相對於ArF準分子雷射(波長193nm)的曝光光線之光學濃度為3.6。
接著，將形成至上述遮光膜為止的透光性基板1設置在單片式DC濺射裝置內，而與實施例1同樣地形成SiON膜所構成的硬遮罩層7。
依上述方式，來製作出本實施例2之遮罩基底30。
針對本實施例2之遮罩基底30的表面(即上述硬遮罩層7的表面)，來設定以上述透光性基板1的中心作為基準且一邊為1μm的四角形內側區域(即中央區域21)，並在該中央區域21進行AFM測定，而由其測定結果來計算出算術平均粗糙度Sa、最大高度Sz及Sz/Sa的數值。其結果為本實施例2之遮罩基底中， Sa=0.462nm，Sz=6.22nm，Sz/Sa=13.46。又，在上述中央區域21之均方根粗糙度Sq=0.592nm。
又，針對本實施例2之遮罩基底30之上述硬遮罩層7的表面，以相接於上述中央區域21的外周之方式來設定8個一邊為1μm的四角形內側區域(即鄰接區域22)，且在該鄰接區域22進行AFM測定，在所有的鄰接區域22分別測量算術平均粗糙度Sa與最大高度Sz後，結果確認了在所有的鄰接區域22，Sa皆為1.0nm以下，且所有的Sz/Sa皆為14以下。
又，針對本實施例2之遮罩基底30的表面，藉由使用波長193nm的檢查光之缺陷檢查裝置Teron(KLA公司製)來進行缺陷檢查，以取得一邊為132mm的四角形內側區域(即圖案形成區域)之凸狀缺陷的分布(缺陷的座標地圖)。然後，針對存在有缺陷的所有部位(明顯為異物缺陷或凹陷缺陷則除外)，以AFM來測量該缺陷的高度，並計算圖案形成區域內的高度為10nm以下之凸狀缺陷(即微小缺陷)的個數後，其結果為本實施例2之遮罩基底30中，圖案形成區域內所存在之上述微小缺陷的個數為72個。
由以上可得知關於本實施例2之遮罩基底30亦是藉由使得在上述中央區域21之Sa為1.0nm以下，且Sz/Sa為14以下，而為一種表面的微小缺陷較少之遮罩基底。
若一併考量上述實施例1之結果，可得知藉由使得遮罩基底的圖案形成用薄膜在上述中央區域21之算術平均粗糙度Sa為1.0nm以下，且所有的Sz/Sa皆為14以下，便可確保為一種圖案形成用薄膜之至少圖案形成區域中的微小缺陷會較少(進行缺陷檢查時不會造成不良影響的個數，例如100個以下)之遮罩基底。
接著，使用上述遮罩基底30並藉由與實施例1相同的製程來製造出轉印用遮罩。
首先，藉由旋轉塗佈法來將電子線描繪用的化學增幅型阻劑(FUJIFILM Electronic Materials公司製PRL009)塗佈在上述遮罩基底30的上面，並進行特定的烘烤處理，以形成膜厚80nm的阻膜。接著，使用電子線描繪機來對上述阻膜 描繪出特定的元件圖案(欲形成於相移膜8之轉印圖案相對應的圖案)後，將阻膜顯影來形成阻劑圖案9a。
接著，以上述阻膜圖案9a作為遮罩且藉由使用氟系氣體之乾蝕刻來於硬遮罩層7形成轉印圖案。
接著，在去除所殘留的上述阻膜圖案9a後，以形成於上述硬遮罩層7之轉印圖案作為遮罩，並藉由使用氯氣(Cl2)與氧氣(O2)的混合氣體(Cl2：O2=13：1(流量比))之乾蝕刻，來進行CrN膜(氮化鉻系層5)所構成之遮光膜的乾蝕刻，以於遮光膜形成轉印圖案。
接著，藉由使用氟系氣體(SF6)之乾蝕刻且以形成於上述CrN遮光膜之轉印圖案作為遮罩，來使轉印圖案形成於相移膜8(相移膜圖案8a)。
接著，於形成有上述遮光膜的圖案及相移膜的圖案之遮罩基底的整面來形成與上述相同的阻膜，並對此阻膜描繪出特定的遮光圖案(遮光帶圖案)，在描繪後，藉由顯影來於上述遮光膜的圖案上形成具有特定遮光圖案的阻膜圖案9b。
接著，藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，且以上述阻劑圖案9b作為遮罩，來於上述CrN遮光膜形成具有上述遮光圖案的圖案(相當於圖6中的圖案2b)。
依上述方式，便完成了於透光性基板1上具備有成為轉印圖案之相移膜的圖案8a及外周區域的遮光圖案(遮光帶圖案)之半調式相移遮罩(轉印用遮罩)40(參照圖6(e))。
藉由遮罩檢查裝置來對所獲得之本實施例2的相移遮罩40進行遮罩圖案的檢查後，結果可確認到係形成有在從設計值的容許範圍內之相移膜的微細圖案。
進一步地，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製)來對該相移遮罩40進行當以波長193nm的曝光光線來曝光轉印在半導體元件上的阻膜時之曝光轉印像的模擬，並將該模擬所獲得的曝光轉印像加以驗證後，有充分滿足設計式樣。因此，由實施例2之遮罩基底30所製造的相移遮罩40可以高精度來對半導體元件上的阻膜進行曝光轉印。
(比較例1)
比較例1之遮罩基底除了使遮光膜為CrOC的單層膜以外，係與實施例1同樣地來加以製作。亦即，本比較例1之遮罩基底係具有於透光性基板上依序層積有相移膜、CrOC膜所構成的遮光膜及硬遮罩層之構造。
依下述方式來製作比較例1之遮罩基底。
首先，將與實施例1同樣地準備之透光性基板(合成石英基板)設置在單片式DC濺射裝置內，來形成與實施例1相同的相移膜。
接著，將形成有上述相移膜之基板再次導入至濺射裝置內，使用鉻所構成的靶材且以氬(Ar)、二氧化碳(CO2)及氦(He)的混合氣體(流量比Ar：CO2：He=16：30：30，壓力0.2Pa)作為濺射氣體，藉由DC濺射而以48nm的厚度來於上述相移膜上形成含有鉻、氧及碳之CrOC膜(Cr：71原子%，O：15原子%，C：14原子%)所構成的遮光膜。如此般地形成單層的鉻系遮光膜。
上述相移膜與上述遮光膜(CrOC膜)的層積構造中，相對於ArF準分子雷射(波長193nm)的曝光光線之光學濃度為3.5。
接著，將形成有上述遮光膜為止的透光性基板設置在單片式DC濺射裝置內，且與實施例1同樣地於上述遮光膜上形成含有矽、氧及氮之SiON膜所構成的硬遮罩層。
依上述方式來製作本比較例1之遮罩基底。
針對本比較例1之遮罩基底的表面(即上述硬遮罩層的表面)，來設定以上述基板的中心作為基準且一邊為1μm的四角形內側區域(即中央區域21)，在該中央區域21進行AFM測定，並由其測定結果來計算出算術平均粗糙度Sa、最大高度Sz及Sz/Sa的數值。其結果為本比較例1之遮罩基底中，Sa=0.515nm，Sz=11.1nm，Sz/Sa=21.55。又，在上述中央區域21之均方根粗糙度Sq=0.681nm。
又，針對本比較例1之遮罩基底的上述硬遮罩層的表面，以相接於上述中央區域21的外周之方式來設定8個一邊為1μm的四角形內側區域(即鄰接區域22)，並在該鄰接區域22進行AFM測定，在所有的鄰接區域22分別測量Sa與Sz後，其結果為在所有的鄰接區域22，Sa皆為1.0nm以下，且所有的Sz/Sa皆大於14。
又，藉由使用波長193nm的檢查光之缺陷檢查裝置Teron(KLA公司製)且在一邊為132mm之四角形內側區域的圖案形成區域來對本比較例1之遮罩基底的表面進行缺陷檢查後，發現很多微小缺陷，由於其缺陷數量非常多，因此在檢查的中途便會結束(overflow)檢查。
由以上可得知如本比較例1之遮罩基底般地，未滿足本揭示的條件(亦即，在上述中央區域21，Sa為1.0nm以下且Sz/Sa為14以下)之遮罩基底會無法確保為一種在圖案形成用薄膜之至少圖案形成區域的微小缺陷較少(進行缺陷檢查時不會造成不良影響的個數，例如100個以下)之遮罩基底。
1:透光性基板
2:圖案形成用薄膜
10:遮罩基底

Claims (16)

  1. 一種遮罩基底，係於基板上具備圖案形成用薄膜；
    該圖案形成用薄膜為含有鉻與氮之單層膜，或包含有含有鉻與氮的氮化鉻系層之多層膜；
    針對該圖案形成用薄膜的表面，來設定以該基板的中心作為基準且一邊為1μm的四角形內側區域(即中央區域)，在該中央區域測量算術平均粗糙度Sa與最大高度Sz時，Sa為1.0nm以下，且Sz/Sa為14以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其係針對該圖案形成用薄膜的表面，以相接於該中央區域的外周且圍繞該外周的全部之方式來設定8個一邊為1μm的四角形內側區域且為不會相互重疊之鄰接區域，在所有的該鄰接區域分別測量算術平均粗糙度Sa與最大高度Sz時，所有的Sa皆為1.0nm以下，且所有的Sz/Sa皆為14以下。
  3. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其中該中央區域的最大高度Sz為10nm以下。
  4. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其中該中央區域的均方根粗糙度Sq為1.0nm以下。
  5. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其在藉由使用波長193nm的檢查光之缺陷檢查裝置來對該圖案形成用薄膜的表面進行缺陷檢查，以取得一邊為132mm的四角形內側區域(即圖案形成區域)之凸狀缺陷的分布時，該圖案形成區域內係存在有高度為10nm以下的凸狀缺陷(即微小缺陷)，該圖案形成區域內所存在之該微小缺陷的存在數量為100個以下。
  6. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其中該單層膜除了與該基板為相反側的表層外之部分的氮含量為8原子%以上，抑或，該多層膜之該氮化鉻系層的氮含量為8原子%以上。
  7. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其中該單層膜除了與該基板為相反側的表層外之部分的鉻含量為60原子%以上，抑或，該多層膜之該氮化鉻系層的鉻含量為60原子%以上。
  8. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其中該多層膜係於該氮化鉻系層上具備含有矽及氧之硬遮罩層。
  9. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其中該多層膜係於該氮化鉻系層上具備含有鉻、氧及氮之上層。
  10. 如申請專利範圍第9項之遮罩基底，其中該多層膜係於該上層上具備含有矽及氧之硬遮罩層。
  11. 如申請專利範圍第1至10項中任一項之遮罩基底，其係於該基板與該圖案形成用薄膜之間具備相移膜。
  12. 如申請專利範圍第11項之遮罩基底，其中該相移膜係具有使得ArF準分子雷射(波長193nm)的曝光光線以8%以上的透光率穿透之功能，以及，會使穿透該相移膜之該曝光光線而與在空氣中通過與該相移膜的厚度相同距離之該曝光光線之間產生150度以上210度以下的相位差之功能。
  13. 如申請專利範圍第11項之遮罩基底，其中該相移膜與該圖案形成用薄膜的層積構造中，相對於ArF準分子雷射(波長193nm)的曝光光線之光學濃度為3.3以上。
  14. 一種轉印用遮罩之製造方法，係使用如申請專利範圍第1至10項中任一項之遮罩基底的轉印用遮罩之製造方法，具有：
    藉由以具有轉印圖案的阻膜作為遮罩之乾蝕刻，來於該圖案形成用薄膜形成轉印圖案之工序。
  15. 一種轉印用遮罩之製造方法，係使用如申請專利範圍第1至13項中任一項之遮罩基底的轉印用遮罩之製造方法，具有：
    藉由以具有轉印圖案的阻膜作為遮罩之乾蝕刻，來於該圖案形成用薄膜形成轉印圖案之工序；以及
    藉由以具有該轉印圖案的圖案形成用薄膜作為遮罩之乾蝕刻，來於該相移膜形成轉印圖案之工序。
  16. 一種半導體元件之製造方法，具備：
    使用藉由如申請專利範圍第14或15項之轉印用遮罩之製造方法所獲得的轉印用遮罩，來將轉印圖案曝光轉印在半導體基板上的阻膜之工序。
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