TW202305498A - 光罩基底、相位偏移光罩之製造方法及半導體裝置之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種具備相位偏移膜之光罩基底，該相位偏移膜能夠滿足所要求之對於ArF準分子雷射之曝光之光之耐光性，並且能夠在實用上精度良好且容易地進行EB缺陷修正。
本發明之光罩基底係於透光性基板上具備相位偏移膜者，相位偏移膜包含含有過渡金屬、矽及氮之材料，將相位偏移膜之與透光性基板之界面之附近區域、及相位偏移膜之與透光性基板相反一側之表層區域除外的內部區域中，氮及氧之合計含量相對於過渡金屬之含量的比率為12以上19以下。
Description
本發明係關於一種光罩基底、相位偏移光罩之製造方法及半導體裝置之製造方法。
通常於半導體裝置製造步驟中利用光微影法來形成微細圖案。又，於形成該微細圖案時，通常使用數片轉印用光罩。於對半導體裝置之圖案進行微細化時，除進行形成於轉印用光罩之光罩圖案之微細化以外，還需進行光微影法中所使用之曝光光源之波長之短波長化。近年來，半導體裝置製造時所用之曝光光源正從KrF準分子雷射(波長248 nm)朝向ArF準分子雷射(波長193 nm)進行短波長化。
轉印用光罩之種類中，除先前之於透光性基板上具備包含鉻系材料之遮光膜圖案的二元光罩以外，還有半色調式相位偏移光罩。作為此種半色調式相位偏移光罩，例如於專利文獻1中揭示有於透明基板上形成有光半透過膜者，該光半透過膜包含至少1層以氮、金屬及矽為主要構成成分之薄膜。
又，於專利文獻2中揭示有一種相位偏移光罩，該相位偏移光罩於透光性基板上具備光半透過膜，以提昇對於ArF準分子雷射之曝光之光之耐性(所謂之ArF耐光性)，上述光半透過膜包含以過渡金屬、矽及氮為主成分之不完全氮化物膜，且上述半透過膜之過渡金屬於過渡金屬與矽之間之含有比率未達9%。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2002-162726號公報
[專利文獻2]國際公開2011/125337號公報
[發明所欲解決之問題]
關於如專利文獻2所揭示之包含抑制了過渡金屬之含有比率且含有矽及氮之材料的相位偏移膜，已知ArF耐光性較高。然而，對此種相位偏移膜之圖案中所發現之黑缺陷部分進行EB(electron-beam，電子束)缺陷修正時，判明會產生如下問題。
首先，於藉由EB缺陷修正將抑制了過渡金屬之含有比率的相位偏移膜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明顯變得粗糙(表面粗糙度大幅變差)。若基板之表面粗糙度大幅變差，則容易產生ArF曝光之光之透過率下降或漫反射等，將此種相位偏移光罩設置於曝光裝置之光罩台並用於曝光轉印時，會導致轉印精度大幅下降。
又，於藉由EB缺陷修正將抑制了氮及氧之含有比率的相位偏移膜之黑缺陷部分去除時，有黑缺陷部分之周圍存在之相位偏移膜上形成之轉印圖案自側壁遭受蝕刻之虞(將該現象稱為自發性蝕刻)。於發生自發性蝕刻之情形時，將出現轉印圖案之寬度大幅細於EB缺陷修正前之寬度的現象。於轉印圖案寬度在EB缺陷修正前之階段較細之情形時，亦有發生圖案脫落或消失之虞。關於具備此種容易發生自發性蝕刻之相位偏移膜之圖案的相位偏移光罩，於設置於曝光裝置之光罩台並用於曝光轉印時，將導致轉印精度大幅下降。
本發明係為解決上述先前之課題而完成者，目的在於提供一種具備相位偏移膜之光罩基底，該相位偏移膜滿足所要求之對於ArF準分子雷射之曝光之光之耐光性，並且能夠在實用上精度良好且容易地進行EB缺陷修正。又，本發明之目的在於提供一種使用該光罩基底之相位偏移光罩之製造方法。而且，本發明之目的在於提供一種使用此種相位偏移光罩之半導體裝置之製造方法。
[解決問題之技術手段]
為完成上述課題，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位偏移膜者，且
上述相位偏移膜包含含有過渡金屬、矽及氮之材料，
將上述相位偏移膜之與上述透光性基板之界面之附近區域、及上述相位偏移膜之與上述透光性基板相反一側之表層區域除外的內部區域中，氮及氧之合計含量相對於過渡金屬之含量的比率為12以上19以下。
(構成2)
如構成1記載之光罩基底，其中上述相位偏移膜中，過渡金屬、矽、氮及氧之合計含量為97原子%以上。
(構成3)
如構成1或2中記載之光罩基底，其中上述表層區域係上述相位偏移膜中自與上述透光性基板相反一側之表面起朝向上述透光性基板側遍及5 nm深度為止之範圍內的區域。
(構成4)
如構成1至3中任一項記載之光罩基底，其中上述附近區域係自與上述透光性基板之界面起朝向上述表層區域側遍及5 nm深度為止之範圍內的區域。
(構成5)
如構成1至4中任一項記載之光罩基底，其中上述表層區域之氧含量多於上述內部區域之氧含量。
(構成6)
如構成1至5中任一項記載之光罩基底，其中上述內部區域中，氧之含量相對於過渡金屬之含量的比率未達5.0。
(構成7)
如構成1至6中任一項記載之光罩基底，其中上述內部區域中，過渡金屬之含量相對於過渡金屬與矽之合計含量的比率為0.04以上0.07以下。
(構成8)
如構成1至7中任一項記載之光罩基底，其中
上述過渡金屬為鉬，且
於藉由X射線光電子光譜法對上述內部區域進行分析而獲得上述內部區域之Mo3d窄譜時，上述Mo3d窄譜之結合能於226 eV以上229 eV以下之範圍內之最大峰值相對於結合能於230 eV以上233 eV以下之範圍內之最大峰值的比率未達1.2。
(構成9)
如構成1至8中任一項記載之光罩基底，其中上述相位偏移膜具有如下功能：使ArF準分子雷射之曝光之光以1%以上之透過率透過；及使透過上述相位偏移膜之上述曝光之光、和僅以與上述相位偏移膜之厚度相同之距離在空氣中通過的上述曝光之光之間產生150度以上210度以下之相位差。
(構成10)
如構成1至9中任一項記載之光罩基底，其中於上述相位偏移膜上具備遮光膜。
(構成11)
一種相位偏移光罩之製造方法，其特徵在於：其係使用如構成1至10中任一項記載之光罩基底之相位偏移光罩之製造方法，且包括藉由乾式蝕刻於上述相位偏移膜形成轉印圖案之步驟。
(構成12)
一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於包括如下步驟：使用藉由如構成11記載之相位偏移光罩之製造方法而製造之相位偏移光罩，於半導體基板上之抗蝕膜上曝光轉印上述轉印圖案。
[發明之效果]
本發明之光罩基底之特徵在於：其係於透光性基板上具備相位偏移膜者，且相位偏移膜包含含有過渡金屬、矽及氮之材料，將相位偏移膜之與透光性基板之界面之附近區域、及相位偏移膜之與透光性基板相反一側之表層區域除外的內部區域中，氮及氧之合計含量相對於過渡金屬之含量的比率為12以上19以下。藉由製成此種結構之光罩基底，能夠滿足所要求之對於ArF準分子雷射之曝光之光之耐光性，並且能夠在實用上精度良好且容易地進行EB缺陷修正。
以下，對本發明之各實施方式進行說明。
[光罩基底及其製造]
本發明人等對如下相位偏移膜進行了銳意研究，該相位偏移膜係包含含有過渡金屬、矽及氮之材料者，對於ArF準分子雷射之曝光之光(ArF曝光之光)之耐光性(ArF耐光性)較高，且能夠容易地進行EB缺陷修正。
相位偏移膜需兼具如下功能：使ArF曝光之光以特定透過率透過；及使透過該相位偏移膜之曝光之光、和僅以與上述相位偏移膜之厚度相同之距離在空氣中通過的曝光之光之間產生特定相位差。
於相位偏移膜之EB缺陷修正中，相位偏移膜之修正速率、相位偏移膜與基板之修正速率差、及修正終點之檢測精度之3要素對於高精度地進行EB缺陷修正而言具有實際重要性。而且，該等特性之滿足需要不損害產生上述之對相位偏移膜所要求之透過率及相位差之必要條件。因此，為了良好地進行EB缺陷修正，較佳為提高相位偏移膜中之過渡金屬之含有比率。
另一方面，就提昇ArF耐光性之觀點而言，為了抑制因ArF曝光之光之照射而引起含有過渡金屬之變質層之產生，較佳為降低相位偏移膜中之過渡金屬之含有比率。
因此，本發明人等嘗試以確保上述之對相位偏移膜所要求之功能為前提，對相位偏移膜中之過渡金屬與矽的比率進行調整，藉此來兼顧所要求之ArF耐光性及EB缺陷修正之容易性。
然而，已知即便對相位偏移膜中之過渡金屬與矽的比率進行調整，亦難以實現能夠兼顧所要求之ArF耐光性及EB缺陷修正之容易性的相位偏移膜。
因此，本發明人等轉換思維，著眼於相位偏移膜中所含之過渡金屬與氮及氧之關係，而非過渡金屬與矽的比率。氧雖非相位偏移膜中之必須元素，但對於ArF耐光性及EB缺陷修正具有不可忽視之影響。
基於該觀點，本發明人等首先利用濺鍍法並分別改變成膜條件而於複數片透光性基板上形成複數片相位偏移膜。然後，X射線光電子光譜法對各相位偏移膜進行分析而獲得組成。進而，對各相位偏移膜之組成與ArF耐光性及EB缺陷修正之關聯性進行研究。而且，銳意研究後發現，若相位偏移膜之內部區域中氮及氧之合計含量相對於過渡金屬之含量的比率滿足12以上19以下之範圍，則能夠滿足所要求之對於ArF準分子雷射之曝光之光之耐光性，並且能夠在實用上精度良好且容易地進行EB缺陷修正。此處，相位偏移膜之內部區域係相位偏移膜中之組成穩定之區域，係指將與透光性基板之界面之附近區域、及相位偏移膜之與透光性基板相反一側之表層區域除外的區域。
如上所述銳意研究之結果，完成了本發明。
其次，一面參照圖1一面對光罩基底之整體構成進行說明。
圖1係表示本發明之實施方式之光罩基底100之構成的剖視圖。圖1所示之本發明之光罩基底100具有於透光性基板1上依序積層有相位偏移膜2、遮光膜3及硬罩膜4之結構。
透光性基板1除由合成石英玻璃形成以外，亦可由石英玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、低熱膨脹玻璃(SiO
2-TiO
2玻璃等)等形成。其中，合成石英玻璃對於ArF曝光之光之透過率較高，亦具有不易發生變形之充分剛性，故而尤佳為作為形成光罩基底之透光性基板之材料。
相位偏移膜2較佳為以與透光性基板1之表面相接之方式形成。其原因在於，於進行EB缺陷修正時，較佳為於透光性基板1與相位偏移膜2之間不存在包含不易進行EB缺陷修正之材料之膜(例如，鉻系材料之膜)。
為了有效地發揮相位偏移效果，相位偏移膜2較佳為對於ArF曝光之光之透過率為1%以上，更佳為2%以上。又，相位偏移膜2較佳為以對於ArF曝光之光之透過率為20%以下之方式進行調整，若為15%以下則更佳，若為11%以下則進而較佳。
為了獲得適當之相位偏移效果，要求相位偏移膜2具有如下功能：使透過之ArF曝光之光、和僅以與該相位偏移膜2之厚度相同之距離在空氣中通過的光之間產生特定相位差。又，該相位差較佳為以處於150度以上210度以下之範圍內之方式進行調整。相位偏移膜2之上述相位差之下限值更佳為160度以上，若為170度以上則進而較佳。另一方面，相位偏移膜2之上述相位差之上限值更佳為190度以下。其理由在於，於相位偏移膜2上形成圖案時之乾式蝕刻時，減小因透光性基板1之微小蝕刻所致之相位差增加之影響。又，其原因亦在於，近年來，利用曝光裝置向相位偏移光罩照射ArF曝光之光之方式中，自相對於相位偏移膜2之膜面之垂直方向以特定角度傾斜之方向使ArF曝光之光入射的方式不斷增加。
相位偏移膜2包含含有過渡金屬、矽及氮之材料。作為相位偏移膜2中所含之過渡金屬，可例舉鉬(Mo)、鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鉿(Hf)、鎳(Ni)、釩(V)、鋯(Zr)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈮(Nb)、鈀(Pd)等任意一種金屬或該等金屬之合金。相位偏移膜2除含有矽以外，亦可含有任意一種半金屬元素。該半金屬元素之中，若含有選自硼、鍺、銻及碲中之1種以上之元素，則可期待提昇用作濺鍍靶之矽之導電性，故而較佳。
相位偏移膜2除含有氮以外，亦可含有任意一種非金屬元素。此處，本發明中之非金屬元素係指包含狹義之非金屬元素(氮、碳、氧、磷、硫、硒)、鹵素及惰性氣體者。該非金屬元素之中，若含有選自碳、氟及氫中之1種以上之元素，則較佳。相位偏移膜2中，除後述之表層區域以外，較佳為將氧之含量抑制為20原子%以下，若為18原子%以下則更佳。若相位偏移膜2之氧含量較多，則進行EB缺陷修正時之修正速率將大幅變慢。
相位偏移膜2亦可含有惰性氣體。惰性氣體係於利用反應性濺鍍使相位偏移膜2成膜時存在於成膜室內，藉此增大成膜速度，而能夠提昇生產性之元素。藉由使該惰性氣體電漿化，並與靶碰撞，使得靶構成元素自靶中飛出，途中納入反應性氣體，同時於透光性基板1上形成相位偏移膜2。於該靶構成元素自靶中飛出直至附著於透光性基板1之期間，成膜室中之惰性氣體被少量納入。關於該反應性濺鍍中所需之惰性氣體，作為較佳者，可例舉氬、氪、氙。又，為了緩和相位偏移膜2之應力，可將原子量較小之氦、氖積極地納入薄膜中。
相位偏移膜2較佳為過渡金屬、矽、氮及氧之合計含量為97原子%以上，更佳為98原子%以上，若為99原子%以上則進而較佳。為了將對相位偏移光罩產生不利作用之元素自相位偏移膜2排除，相位偏移膜2較佳為除不可避免地導入之元素及刻意地導入之元素(半金屬元素及非金屬元素)以外，以包含過渡金屬、矽、氮及氧之方式構成。
又，相位偏移膜2之膜厚較佳為至少為90 nm以下。其原因在於，若進行薄膜化，則可減小與電磁場效果相關之偏壓(EMF偏壓：ElectroMagnetic Field Bias)。因此，相位偏移膜2之厚度進而較佳為85 nm以下，若為80 nm以下則更佳。又，藉由將相位偏移膜之膜厚設為此種薄膜，使得因光罩上之圖案塌陷所致之不良得到抑制，從而提高相位偏移光罩之良率。另一方面，相位偏移膜2較佳為厚度為40 nm以上。若相位偏移膜2之厚度未達40 nm，則有無法獲得作為相位偏移膜所要求之特定透過率及相位差之虞。
相位偏移膜2較佳為以整體平均值(後述之基板附近區域、內部區域及表層區域之整體平均值)計，對於ArF曝光之光之折射率n(以下，簡稱為折射率n)為1.9以上，若為2.0以上則更佳。又，相位偏移膜之折射率n若為3.1以下則較佳，若為2.8以下則更佳。又，相位偏移膜2較佳為以整體平均值計，對於ArF曝光之光之消光係數k(以下，簡稱為消光係數k)為1.2以下，若為1.0以下則更佳。又，相位偏移膜2較佳為以整體平均值計，消光係數k為0.1以上，若為0.2以上則更佳。其原因在於，為了滿足作為相位偏移膜2所要求之光學特性即對於ArF曝光之光之特定相位差及特定透過率，若不處於上述折射率n及消光係數k之範圍內，則難以實現。
包含相位偏移膜2之薄膜之折射率n及消光係數k並非僅由該薄膜之組成決定。該薄膜之膜密度或結晶狀態等亦為左右折射率n及消光係數k之要素。因此，調整藉由反應性濺鍍使薄膜成膜時之各條件，以該薄膜達到所需之折射率n及消光係數k之方式進行成膜。為了使相位偏移膜2處於上述折射率n及消光係數k之範圍內，於藉由反應性濺鍍進行成膜時，對稀有氣體與反應性氣體(氧氣、氮氣等)之混合氣體的比率進行調整是屬有效，但並不僅限於此。還涉及藉由反應性濺鍍進行成膜時之成膜室內之壓力、對濺鍍靶施加之電力、靶與透光性基板1之間之距離等位置關係等多方面。又，該等成膜條件係成膜裝置所固有者，係以所形成之相位偏移膜2達到所需之折射率n及消光係數k之方式進行適當調整。
相位偏移膜2之內部自透光性基板1側起依序分為基板附近區域(附近區域)、內部區域及表層區域3個區域。基板附近區域(附近區域)係自相位偏移膜2與透光性基板1之界面起朝向與透光性基板1相反一側之表面側(即，表層區域側)遍及5 nm深度為止之範圍內的區域。於藉由X射線光電子光譜法對該基板附近區域進行分析之情形時，容易受到其下方存在之透光性基板1之影響。又，所獲得之基板附近區域之Si2p、Mo3d、N1s、O1s等各窄譜中，光電子強度之最大峰值之精度較低。即，根據基於X射線光電子光譜法之分析之結果而獲得的基板附近區域之組成之精度較低。
表層區域係自與透光性基板1相反一側之表面起朝向透光性基板1側遍及5 nm深度為止之範圍內的區域。表層區域係包含自相位偏移膜2之表面納入之氧之區域，因此，具有於膜之厚度方向上氧含量具有組成梯度之構造(具有膜中之氧含量隨著不斷遠離透光性基板1而不斷增加之組成梯度之構造)。即，表層區域之氧含量多於內部區域之氧含量。
內部區域係將基板附近區域及表層區域除外的相位偏移膜2之區域。藉由X射線光電子光譜法對該內部區域進行分析而獲得的各窄譜之光電子強度之最大峰值係幾乎不受透光性基板1之影響及表層氧化之影響的數值。因此，該內部區域之各窄譜之光電子強度之最大峰值可謂反映構成內部區域之含有過渡金屬、矽及氮之材料對於X射線或電子束之照射之易激發性(功函數)的數值。
相位偏移膜2之內部區域中，氮及氧之合計含量相對於過渡金屬之含量的比率[(N＋O)/X比率](X為過渡金屬。以下亦相同)為12以上19以下。若內部區域中之(N＋O)/X比率低於12，則難以滿足所要求之ArF耐光性。又，若內部區域中之(N＋O)/X比率超過19，則難以滿足所要求之EB缺陷修正之容易性。內部區域中之(N＋O)/X比率若為13以上則更佳，若為14以上則進而較佳。
相位偏移膜之內部區域中之氮含量若為30原子%以上則較佳。又，相位偏移膜之內部區域中之氮含量若為50原子%以下則較佳。相位偏移膜2之內部區域亦可不含氧(藉由基於X射線光電子光譜法之分析而獲得之O1s窄譜為下限值以下)。
於相位偏移膜2之內部區域中，內部區域中之氧之含量相對於過渡金屬之含量的比率[O/X比率]較佳為未達5.0，更佳為4.9以下。其原因在於，若內部區域中之O/X比率為5.0以上，則有導致EB缺陷修正之容易性下降之傾向。
又，於相位偏移膜2之內部區域中，過渡金屬之含量相對於過渡金屬與矽之合計含量的比率[X/(X＋Si)比率]較佳為0.04以上0.07以下，更佳為0.050以上0.065以下。其原因在於，若該X/(X＋Si)比率大於0.07，則有導致ArF耐光性下降之傾向，若小於0.04，則有導致EB缺陷修正之容易性下降之傾向。
作為相位偏移膜2中所含之過渡金屬，就易於獲得高品質靶等觀點而言，尤佳為鉬。
本發明人等藉由X射線光電子光譜法對含有鉬作為過渡金屬之相位偏移膜2之內部區域進行分析，而獲得內部區域之Mo3d窄譜。並且，對所獲得之Mo3d窄譜與ArF耐光性之關係進行了研究，結果發現，Mo3d窄譜之結合能於226 eV以上229 eV以下之範圍內之最大峰值[Ip1]相對於結合能於230 eV以上233 eV以下之範圍內之最大峰值[Ip2]的比率[Ip1/Ip2比率]未達1.2有助於提昇ArF耐光性。
關於其理由，本發明人等推測如下。Mo3d窄譜分裂為2條即3d
5/2及3d
3/2，該2條之峰值位置(結合能之值)根據Mo之化學鍵結狀態而變化。可知，含有鉬、氮、矽、(及氧)之相位偏移膜2中，具有結合能更高之230 eV以上233 eV以下之範圍內之最大峰值[Ip2]、及結合能更低之226 eV以上229 eV以下之範圍內之最大峰值[Ip1]。並且，若該等最大峰值的比率[Ip1/Ip2比率]未達1.2，則相較於1.2以上之情形，可謂相位偏移膜2中之整體Mo原子中具有更高結合能之Mo原子之數量居多。即，推測若該等最大峰值的比率[Ip1/Ip2比率]未達1.2，則相較於1.2以上之情形，Mo處於不易移動之狀態，由此推測ArF耐光性得到提昇。再者，該推測不對本發明之權利範圍作任何限定。
如此，關於相位偏移膜2，於藉由X射線光電子光譜法對內部區域進行分析而獲得內部區域之Mo3d窄譜時，Mo3d窄譜之結合能於226 eV以上229 eV以下之範圍內之最大峰值[Ip1]相對於結合能於230 eV以上233 eV以下之範圍內之最大峰值[Ip2]的比率[Ip1/Ip2比率]較佳為未達1.2，更佳為1.19以下。
相位偏移膜2係藉由濺鍍而形成，但亦可使用DC(direct current，直流)濺鍍、RF(radio frequency，射頻)濺鍍及離子束濺鍍等任意一種濺鍍。於使用導電性較低之靶之情形時，較佳為使用RF濺鍍或離子束濺鍍，若考慮到成膜速率，則更佳為使用RF濺鍍。
相位偏移膜2之表層區域較理想為氧含量多於相位偏移膜2之內部區域之層(以下，有時亦稱為表面氧化層)。表層具有氧含量較多之層之相位偏移膜2對於光罩製作製程時之洗淨步驟及相位偏移光罩重複使用時所進行之光罩洗淨中所用之洗淨液具有較高耐性。作為形成相位偏移膜2之表面氧化層之方法，可使用各種氧化處理。作為該氧化處理，例如可例舉大氣中等含有氧之氣體中之加熱處理、於含有氧之氣體中利用閃光燈等進行之光照射處理、使臭氧或氧電漿與最上層接觸之處理等。尤佳為使用亦可同時獲得降低相位偏移膜2之膜應力之作用的加熱處理或藉由閃光燈等進行之光照射處理，來於相位偏移膜2上形成表面氧化層。相位偏移膜2之表面氧化層較佳為厚度為1 nm以上，若為1.5 nm以上則更佳。又，相位偏移膜2之表面氧化層較佳為厚度為5 nm以下，若為3 nm以下則更佳。
光罩基底100於相位偏移膜2上具備遮光膜3。一般而言，於二元型轉印用光罩中，要求供形成轉印用圖案之區域(轉印用圖案形成區域)之外周區域確保特定值以上之光學密度(OD)，以使抗蝕膜不受使用曝光裝置對半導體晶圓上之抗蝕膜進行曝光轉印時透過外周區域之曝光之光所產生的影響。此方面於相位偏移光罩之情形時亦相同。通常，於包含相位偏移光罩之轉印用光罩之外周區域中，OD較理想為3.0以上，至少需要為2.8以上。相位偏移膜2具有使曝光之光以特定透過率透過之功能，僅依靠相位偏移膜2難以確保外周區域所要求之特定值之光學密度。因此，於製造光罩基底100之階段，需要預先於相位偏移膜2之上積層用於確保短缺之光學密度之遮光膜3。藉由設為此種光罩基底100之構成，只要於製造相位偏移光罩200(參照圖2)之中途，將使用相位偏移效果之區域(基本上為轉印用圖案形成區域)之遮光膜3去除，即可製造於外周區域確保特定值之光學密度之相位偏移光罩200。
再者，於將入射至對象膜之光之強度設為I
0，將透過該膜之光之強度設為I時，光學密度OD係以下式來進行定義。
OD＝-log
10(I/I
0)
遮光膜3可使用單層結構及2層以上之積層結構之任一者。又，單層結構之遮光膜及2層以上之積層結構之遮光膜之各層可為於膜或層之厚度方向上為大致相同組成之構成，亦可為於層之厚度方向上具有組成梯度之構成。
圖1中記載之光罩基底100具有於相位偏移膜2上積層遮光膜3而不介隔其他膜之構成。該構成之情形時之遮光膜3需要使用對於在相位偏移膜2上形成圖案時所用之蝕刻氣體具有充分之蝕刻選擇性之材料。
該情形之遮光膜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，除鉻金屬以外，還可例舉於鉻(Cr)中含有選自氧(O)、氮(N)、碳(C)、硼(B)及氟(F)中之1種以上之元素之材料。一般而言，鉻系材料係由氯系氣體與氧氣之混合氣體進行蝕刻，但鉻金屬相對於該蝕刻氣體之蝕刻速率並不太高。若考慮提高對於氯系氣體與氧氣之混合氣體之蝕刻氣體之蝕刻速率，則作為形成遮光膜3之材料，較佳為於鉻中含有選自氧、氮、碳、硼及氟中之1種以上之元素之材料。又，形成遮光膜之含有鉻之材料中亦可含有鉬(Mo)、銦(In)及錫(Sn)中之1種以上之元素。藉由含有鉬、銦及錫中之1種以上之元素，能夠加快相對於氯系氣體與氧氣之混合氣體之蝕刻速率。
再者，本發明之光罩基底不限定於圖1所示者，亦可以於相位偏移膜2與遮光膜3之間介隔其他膜(蝕刻終止膜)之方式構成。於該情形時，較佳為設為由上述之含有鉻之材料形成蝕刻終止膜，並由含有矽之材料形成遮光膜3之構成。
於形成遮光膜3之含有矽之材料中，可含有過渡金屬，亦可含有過渡金屬以外之金屬元素。其原因在於，形成於遮光膜3之圖案基本上係外周區域之遮光帶圖案，ArF曝光之光之累計照射量比轉印用圖案區域少、及於該外周區域配置有微細圖案之情況較為少見，即便ArF耐光性較低，亦不易產生實質性之問題。又，其原因在於，若使遮光膜3中含有過渡金屬，則相較於不含過渡金屬之情形，遮光性能大幅提昇，從而能夠減薄遮光膜3之厚度。作為遮光膜3中所含之過渡金屬，可例舉鉬(Mo)、鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鉿(Hf)、鎳(Ni)、釩(V)、鋯(Zr)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈮(Nb)、鈀(Pd)等任一種金屬或該等金屬之合金。
於本實施方式中，利用對於對遮光膜3進行蝕刻時所用之蝕刻氣體具有蝕刻選擇性之材料，來形成遮光膜3上積層之硬罩膜4。藉此，如下所述，相較於將抗蝕膜直接用作遮光膜3之遮罩之情形，能夠大幅減薄抗蝕膜之膜厚。
遮光膜3需要確保特定之光學密度以具有充分之遮光功能，因此，其厚度降低有限。另一方面，硬罩膜4僅具有於在其正下方之遮光膜3上形成圖案之乾式蝕刻結束前之期間作為蝕刻遮罩而發揮功能之膜厚即足夠，基本不受光學方面之限制。因此，可使硬罩膜4之厚度大幅薄於遮光膜3之厚度。此外，有機系材料之抗蝕膜僅具有於在該硬罩膜4上形成圖案之乾式蝕刻結束前之期間作為蝕刻遮罩而發揮功能之膜厚即足夠，因此，相較於將抗蝕膜直接用作遮光膜3之遮罩之情形，能夠大幅減薄抗蝕膜之膜厚。如此能夠對抗蝕膜進行薄膜化，因此能夠提高抗蝕劑解像度，並且能夠防止所形成之圖案塌陷。如此，較佳為由上述材料形成積層於遮光膜3上之硬罩膜4，但本發明並不限定於此實施方式，亦可於光罩基底100中不形成硬罩膜4，而在遮光膜3上直接形成抗蝕劑圖案，並將該抗蝕劑圖案作為遮罩而直接進行遮光膜3之蝕刻。
於遮光膜3由含有鉻之材料形成之情形時，該硬罩膜4較佳為由上述之含有矽之材料形成。其中，該情形時之硬罩膜4具有與有機系材料之抗蝕膜之密接性較低之傾向，因此較佳為對硬罩膜4之表面實施HMDS(Hexamethyldisilazane)處理，而提昇表面之密接性。再者，該情形時之硬罩膜4若由SiO
2、SiN、SiON等形成則更佳。
又，遮光膜3由含有鉻之材料形成之情形時，作為硬罩膜4之材料，除上述材料以外，亦可使用含有鉭之材料。作為該情形時之含有鉭之材料，除鉭金屬以外，亦可例舉於鉭中含有選自氮、氧、硼及碳中之1種以上之元素之材料等。例如可例舉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較佳為由上述之含有鉻之材料形成。
於光罩基底100中，較佳為與硬罩膜4之表面相接地以100 nm以下之膜厚形成有機系材料之抗蝕膜。於與DRAM hp32nm世代相對應之微細圖案之情形時，有時會在應形成於硬罩膜4之轉印用圖案(相位偏移圖案)上設置線寬40 nm之SRAF(Sub-Resolution Assist Feature，次解析輔助特徵)。即便於此種情形時，由於抗蝕劑圖案之截面縱橫比低至1：2.5，故於抗蝕膜顯影時，亦可抑制於沖洗時等發生抗蝕劑圖案塌陷或脫離。再者，抗蝕膜之膜厚若為80 nm以下，則更佳，其原因在於可進一步抑制抗蝕劑圖案之塌陷或脫離。
[相位偏移光罩及其製造]
該實施方式之相位偏移光罩200之特徵在於：於光罩基底100之相位偏移膜2上形成轉印用圖案(相位偏移圖案)，於遮光膜3上形成遮光帶圖案。於在光罩基底100上設置有硬罩膜4之構成之情形時，於該相位偏移光罩200之製作中途，可將硬罩膜4去除。
本發明之相位偏移光罩之製造方法之特徵在於：其係使用上述光罩基底100者，且包括如下步驟：藉由乾式蝕刻於遮光膜3上形成轉印用圖案；藉由將具有轉印用圖案之遮光膜3作為遮罩之乾式蝕刻，於相位偏移膜2上形成轉印用圖案；及藉由將具有遮光帶圖案之抗蝕膜(第2抗蝕劑圖案6b)作為遮罩之乾式蝕刻，於遮光膜3上形成遮光帶圖案。以下，按照圖2所示之製造步驟，對本發明之相位偏移光罩200之製造方法進行說明。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的相位偏移光罩200之製造方法進行說明。又，對遮光膜3使用含有鉻之材料且硬罩膜4使用含有矽之材料的情形進行說明。
首先，與光罩基底100中之硬罩膜4相接地，藉由旋轉塗佈法形成抗蝕膜。然後，利用電子束於抗蝕膜上曝光描繪應形成於相位偏移膜2之轉印用圖案(相位偏移圖案)即第1圖案，進而進行顯影處理等特定處理，而形成具有相位偏移圖案之第1抗蝕劑圖案5a(參照圖2(a))。繼而，將第1抗蝕劑圖案5a作為遮罩，進行使用氟系氣體之乾式蝕刻，於硬罩膜4形成第1圖案(硬罩圖案4a)(參照圖2(b))。
接著，將第1抗蝕劑圖案5a去除後，將硬罩圖案4a作為遮罩，進行使用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻，於遮光膜3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，進行使用氟系氣體之乾式蝕刻，於相位偏移膜2形成第1圖案(相位偏移圖案2a)，並且，同時將硬罩圖案4a亦去除(參照圖2(d))。
接著，藉由旋轉塗佈法於光罩基底100上形成抗蝕膜。其後，利用電子束於抗蝕膜上曝光描繪應形成於遮光膜3之圖案(遮光圖案)即第2圖案，進而進行顯影處理等特定處理，而形成具有遮光圖案之第2抗蝕劑圖案6b(參照圖2(e))。此處，第2圖案係相對較大之圖案，故而亦可設為使用產出量較高之雷射描繪裝置之雷射光之曝光描繪，來代替使用電子束之曝光描繪。
繼而，將第2抗蝕劑圖案6b作為遮罩，進行使用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻，於遮光膜3形成第2圖案(遮光圖案3b)(參照圖2(f))。進而，將第2抗蝕劑圖案6b去除，經過洗淨等特定處理，獲得相位偏移光罩200(參照圖2(g))。
作為上述乾式蝕刻中所使用之氯系氣體，並無特別限制，只要含氯(Cl)即可。例如可例舉Cl
2、SiCl
2、CHCl
3、CH
2Cl
2、BCl
3等。又，作為上述乾式蝕刻中所使用之氟系氣體，並無特別限制，只要含氟(F)即可。例如可例舉CHF
3、CF
4、C
2F
6、C
4F
8、SF
6等。尤其是，不含C之氟系氣體對玻璃基板之蝕刻速率相對較低，故而能使對玻璃基板之損傷更小。
本發明之相位偏移光罩200係使用上述光罩基底100製成者。因此，形成有轉印用圖案之相位偏移膜(相位偏移圖案)對於ArF曝光之光之透過率為1%以上，且透過相位偏移圖案之曝光之光、和僅以與相位偏移圖案之厚度相同之距離在空氣中通過的曝光之光之間之相位差處於150度以上210度之範圍內，能夠產生較高之相位偏移效果。此外，於相位偏移光罩200之製造步驟中途進行光罩檢查，對所發現之黑缺陷進行EB缺陷修正時，能夠較為容易地檢測出蝕刻終點。又，於ArF曝光之光之照射前後，能夠將相位偏移圖案之圖案線寬之變化量抑制在容許範圍內，能夠滿足所要求之對於ArF準分子雷射之曝光之光之耐光性。
[半導體裝置之製造]
本發明之半導體裝置之製造方法之特徵在於：使用利用上述相位偏移光罩200或上述光罩基底100而製造之相位偏移光罩200，於半導體基板上之抗蝕膜上曝光轉印轉印用圖案。本發明之相位偏移光罩200會產生較高之相位偏移效果，因此，若使用本發明之相位偏移光罩200對半導體裝置上之抗蝕膜進行曝光轉印，則能夠在半導體裝置上之抗蝕膜上以充分滿足設計規格之精度形成圖案。又，即便使用在其製造中途利用EB缺陷修正對黑缺陷部分進行過修正之相位偏移光罩來對半導體裝置上之抗蝕膜進行曝光轉印時，亦能防止與該相位偏移光罩之存在黑缺陷之圖案部分對應的半導體裝置上之抗蝕膜上發生轉印不良。因此，於將該抗蝕劑圖案作為遮罩，對被加工膜進行乾式蝕刻而形成電路圖案之情形時，能夠以不存在因精度不足或轉印不良引起之配線短路或斷線之高精度形成良率較高之電路圖案。
[實施例]
以下，藉由實施例對本發明之實施方式進行更具體之說明。
(實施例1)
[光罩基底之製造]
準備包含主表面尺寸為約152 mm×約152 mm、厚度為約6.35 mm之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至特定之表面粗糙度以下(均方根粗糙度Rq為0.2 nm以下)後實施特定之洗淨處理及乾燥處理所得者。
繼而，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＝8原子%：92原子%)，藉由將氬(Ar)、氮(N
2)及氦(He)之混合氣體作為濺鍍氣體之反應性濺鍍(DC濺鍍)，於透光性基板1上以69 nm之厚度形成含有鉬、矽、及氮之相位偏移膜2。
繼而，對形成有該相位偏移膜2之透光性基板1，進行用於降低相位偏移膜2之膜應力及用於在表層形成氧化層之加熱處理。具體而言，使用加熱爐(電爐)，將加熱溫度設為450℃，將加熱時間設為1小時，於大氣中進行加熱處理。準備於另一透光性基板1之主表面在相同條件下使相位偏移膜2成膜並進行加熱處理所得者。使用相位偏移量測定裝置(Lasertec公司製造之MPM193)，測定該相位偏移膜2之對於波長193 nm之光之透過率及相位差，其結果，透過率為6.1%，相位差為177度。使用橢圓光譜偏光儀(J.A.Woollam公司製造之M-2000D)對該相位偏移膜2之光學特性進行測定，其結果，波長193 nm之光之折射率n為2.48，消光係數k為0.61。
按照與上述相同之步序準備於其他透光性基板1上形成有相位偏移膜2者，利用XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy：X射線光電子光譜法)對該相位偏移膜2之膜組成進行測定，以其測定結果與RBS(Rutherford Backscattering Spectrometry：拉塞福逆散射譜法)測定結果相當之方式進行修正(校準)。其結果，將附近區域及表層區域除外之部分之相位偏移膜2之組成中，Mo為3.0原子%，Si為49.8原子%，N為47.2原子%，且O為0.0原子%。因此，該相位偏移膜2之[(N＋O)/Mo比率]為15.54，滿足12以上19以下之範圍。又，該相位偏移膜2之[O/Mo比率]為0.0，滿足未達5。又，該相位偏移膜2之[Mo/(Mo＋Si)比率]為0.0575，滿足0.04以上0.07以下之範圍。又，由圖3可知，於該相位偏移膜2之內部區域，Mo3d窄譜之結合能於226 eV以上229 eV以下之範圍內之最大峰值[Ip1]之光電子強度相對於結合能於230 eV以上233 eV以下之範圍內之最大峰值[Ip2]之光電子強度的比率[Ip1/Ip2比率]為1.185，滿足未達1.2之範圍。
繼而，於單片式DC濺鍍裝置內設置形成有相位偏移膜2之透光性基板1，使用鉻(Cr)靶，將氬(Ar)、二氧化碳(CO
2)、氮(N
2)及氦(He)之混合氣體作為濺鍍氣體，進行反應性濺鍍(DC濺鍍)，於相位偏移膜2上以16 nm之厚度形成含有CrOCN之遮光膜3之最下層。繼而，使用相同之鉻(Cr)靶，將氬(Ar)、二氧化碳(CO
2)、氮(N
2)及氦(He)之混合氣體作為濺鍍氣體，進行反應性濺鍍(DC濺鍍)，於遮光膜3之最下層上以41 nm之厚度形成含有CrOCN之遮光膜3之下層。
繼而，使用相同之鉻(Cr)靶，將氬(Ar)及氮(N
2)之混合氣體作為濺鍍氣體，進行反應性濺鍍(DC濺鍍)，於遮光膜3之下層上以6 nm之厚度形成含有CrN之遮光膜3之上層。藉由以上方法，自相位偏移膜2側起以合計膜厚63 nm形成包含含有CrOCN之最下層、含有CrOCN之下層、含有CrN之上層之3層結構的鉻系材料之遮光膜3。再者，對該相位偏移膜2與遮光膜3之積層結構之波長193 nm之光學密度(OD)進行測定，結果為3.0以上。
進而，於單片式RF濺鍍裝置內設置積層有相位偏移膜2及遮光膜3之透光性基板1，使用二氧化矽(SiO
2)靶，將氬(Ar)氣體作為濺鍍氣體，進行RF濺鍍，於遮光膜3之上以5 nm之厚度形成含有矽及氧之硬罩膜4。藉由以上方法，製造於透光性基板1上積層有相位偏移膜2、遮光膜3及硬罩膜4之結構之光罩基底100。
[相位偏移光罩之製造]
繼而，使用該實施例1之光罩基底100，按照以下步序製作實施例1之相位偏移光罩200。首先，對硬罩膜4之表面實施HMDS處理。接著，藉由旋轉塗佈法，與硬罩膜4之表面相接地，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膜。繼而，利用電子束於該抗蝕膜上描繪應形成於相位偏移膜2之相位偏移圖案即第1圖案，並進行特定之顯影處理，而形成具有第1圖案之第1抗蝕劑圖案5a(參照圖2(a))。再者，此時，於進行電子束描繪而成之第1圖案上，除原本應形成之相位偏移圖案以外，以於相位偏移膜2形成黑缺陷之方式預先加入程式缺陷。
繼而，將第1抗蝕劑圖案5a作為遮罩，進行使用CF
4氣體之乾式蝕刻，於硬罩膜4形成第1圖案(硬罩圖案4a)(參照圖2(b))。
繼而，藉由灰化或剝離液等將第1抗蝕劑圖案5a去除。接著，將硬罩圖案4a作為遮罩，進行使用氯及氧之混合氣體(氣體流量比為Cl
2：O
2＝15：1)之乾式蝕刻，於遮光膜3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，進行使用氟系氣體(SF
6＋He)之乾式蝕刻，於相位偏移膜2形成第1圖案(相位偏移圖案2a)，並且同時將硬罩圖案4a去除(參照圖2(d))。
繼而，於遮光圖案3a上，藉由旋轉塗佈法，以膜厚150 nm形成含有電子束描繪用化學增幅型抗蝕劑之抗蝕膜。繼而，於抗蝕膜上曝光描繪應形成於遮光膜3之圖案(遮光圖案)即第2圖案，進而進行顯影處理等特定處理，形成具有遮光圖案之第2抗蝕劑圖案6b(參照圖2(e))。接著，將第2抗蝕劑圖案6b作為遮罩，進行使用氯及氧之混合氣體(氣體流量比為Cl
2：O
2＝4：1)之乾式蝕刻，於遮光膜3形成第2圖案(遮光圖案3b)(參照圖2(f))。進而，將第2抗蝕劑圖案6b去除，經過洗淨等特定處理而獲得相位偏移光罩200(參照圖2(g))。
針對所製作之實施例1之半色調式之相位偏移光罩200，藉由光罩檢查裝置進行光罩圖案之檢查，其結果，於配置有程式缺陷之部位之相位偏移圖案2a處確認到黑缺陷。對於該黑缺陷部分，使用Carl Zeiss公司製造之MeRIT MG45電子束光罩修復工具，進行使用電子束及XeF
2氣體之EB缺陷修正，其結果，能夠將對透光性基板1之表面之蝕刻限制於最小限度，能夠於所要求之時間內進行精度良好之修正。
按照與上述相同之步序，準備於其他透光性基板1上於與實施例1相同之相位偏移膜2上形成有線寬200 nm左右之相位偏移圖案2a者，並研究ArF準分子雷射照射耐性。具體而言，對於相位偏移圖案2a，以累計照射量10 kJ/cm
2之方式連續照射脈衝頻率300 Hz、脈衝能量16 J/cm
2/pulse之ArF準分子雷射(波長193 nm)。並且，藉由利用CD-SEM(Critical Dimension-Scanning Electron Microscope，關鍵尺寸掃描電子顯微鏡)之觀察，計算出ArF照射前後之相位偏移圖案2a之變化量的比率Δd，結果處於4%以內，具有容許範圍內之ArF耐光性。
對於進行EB缺陷修正後之實施例1之半色調式之相位偏移光罩200，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製造)，模擬以波長193 nm之曝光之光對半導體裝置上之抗蝕膜進行曝光轉印時之轉印圖像。對該模擬之曝光轉印圖像進行驗證，其結果，充分滿足設計規格。又，進行過EB缺陷修正之部分之轉印圖像並不遜色於此外之區域之轉印圖像。根據該結果，可謂即便將進行過EB缺陷修正之實施例1之相位偏移光罩設置於曝光裝置之光罩台上，並對半導體裝置上之抗蝕膜上進行曝光轉印，亦可以高精度形成最終形成於半導體裝置上之電路圖案。
(實施例2)
[光罩基底之製造]
按照與實施例1相同之步序準備透光性基板1。繼而，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＝8原子%：92原子%)，藉由將氬(Ar)、氮(N
2)、氧(O
2)及氦(He)之混合氣體作為濺鍍氣體之反應性濺鍍(DC濺鍍)，於透光性基板1上以厚度70 nm形成含有鉬、矽、氮及氧之相位偏移膜2。
繼而，針對該形成有相位偏移膜2之透光性基板1，進行用於降低相位偏移膜2之膜應力及用於在表層形成氧化層之加熱處理。具體而言，使用加熱爐(電爐)，將加熱溫度設為450℃，將加熱時間設為1.5小時，於大氣中進行加熱處理。準備於其他透光性基板1之主表面在相同條件下使相位偏移膜2成膜並進行加熱處理所得者。使用相位偏移量測定裝置(Lasertec公司製造 MPM193)，測定該相位偏移膜2之對於波長193 nm之光之透過率及相位差，其結果，透過率為6.1%，相位差為177度。使用橢圓光譜偏光儀(J.A.Woollam公司製造 M-2000D)對該相位偏移膜2之光學特性進行測定，其結果，波長193 nm之光之折射率n為2.38，消光係數k為0.57。
以與實施例1相同之方式準備於其他透光性基板1形成有相位偏移膜2者，利用XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy：X射線光電子光譜法)對該相位偏移膜2之膜組成進行測定，以其測定結果與RBS(Rutherford Backscattering Spectrometry：拉塞福逆散射譜法)測定結果相當之方式進行修正(校準)。其結果，將附近區域及表層區域除外之部分之相位偏移膜2之組成中，Mo為3.1原子%，Si為47.2原子%，N為34.4原子%，且O為15.3原子%。因此，該相位偏移膜2之[(N＋O)/Mo比率]為15.90，滿足12以上19以下之範圍。又，該相位偏移膜2之[O/Mo比率]為4.897，滿足未達5。又，該相位偏移膜2之[Mo/(Mo＋Si)比率]為0.0622，滿足0.04以上0.07以下之範圍。又，由圖3可知，於該相位偏移膜2之內部區域，Mo3d窄譜之結合能於226 eV以上229 eV以下之範圍內之最大峰值[Ip1]之光電子強度相對於結合能於230 eV以上233 eV以下之範圍內之最大峰值[Ip2]之光電子強度的比率[Ip1/Ip2比率]為1.184，滿足未達1.2之範圍。
繼而，按照與實施例1相同之步序，於相位偏移膜2上依序形成遮光膜3及硬罩膜4。藉由以上方法，製造具有於透光性基板1上積層有相位偏移膜2、遮光膜3及硬罩膜4之結構的實施例2之光罩基底100。
[相位偏移光罩之製造]
繼而，使用該實施例2之光罩基底100，藉由與實施例1相同之步序製作實施例2之相位偏移光罩200。
藉由光罩檢查裝置，對所製作之實施例2之半色調式之相位偏移光罩200進行光罩圖案之檢查，其結果，於配置有程式缺陷之部位之相位偏移圖案2a處確認到黑缺陷。對於該黑缺陷部分，使用Carl Zeiss公司製造之MeRIT MG45電子束光罩修復工具，進行使用電子束及XeF
2氣體之EB缺陷修正，其結果，能夠將對透光性基板1之表面之蝕刻限制於最小限度，能夠於所要求之時間內進行精度良好之修正。
按照與上述相同之步序，準備於其他透光性基板1上於與實施例2相同之相位偏移膜2上形成有線寬200 nm左右之相位偏移圖案2a者，按照與實施例1相同之步序研究ArF準分子雷射照射耐性。其結果，ArF照射前後之膜厚變化量的比率Δd處於4%以內，具有容許範圍內之ArF耐光性。
對於進行EB缺陷修正後之實施例2之半色調式之相位偏移光罩200，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製造)，模擬利用波長193 nm之曝光之光對半導體裝置上之抗蝕膜進行曝光轉印時之轉印圖像。對該模擬之曝光轉印圖像進行驗證，其結果，充分滿足設計規格。又，進行過EB缺陷修正之部分之轉印圖像並不遜色於此外之區域之轉印圖像。根據該結果，可謂即便將進行過EB缺陷修正之實施例2之相位偏移光罩設置於曝光裝置之光罩台，並對半導體裝置上之抗蝕膜進行曝光轉印，亦可以高精度形成最終形成於半導體裝置上之電路圖案。
(實施例3)
[光罩基底之製造]
按照與實施例1相同之步序準備透光性基板1。繼而，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＝8原子%：92原子%)，藉由將氬(Ar)、氮(N
2)、氧(O
2)及氦(He)之混合氣體作為濺鍍氣體之反應性濺鍍(DC濺鍍)，於透光性基板1上以68 nm之厚度形成含有鉬、矽、氮及氧之相位偏移膜2。
繼而，對形成有該相位偏移膜2之透光性基板1，進行用於降低相位偏移膜2之膜應力及用於在表層形成氧化層之加熱處理。具體而言，使用加熱爐(電爐)，將加熱溫度設為450℃，將加熱時間設為1.5小時，於大氣中進行加熱處理。準備於其他透光性基板1之主表面在相同條件下使相位偏移膜2成膜並進行加熱處理所得者。使用相位偏移量測定裝置(Lasertec公司製造 MPM193)，測定該相位偏移膜2之對於波長193 nm之光之透過率及相位差，其結果，透過率為6.1%，相位差為177度。使用橢圓光譜偏光儀(J.A.Woollam公司製造 M-2000D)對該相位偏移膜2之光學特性進行測定，其結果，波長193 nm之光之折射率n為2.43，消光係數k為0.51。
以與實施例1相同之方式準備於其他透光性基板1形成有相位偏移膜2者，利用XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy：X射線光電子光譜法)對該相位偏移膜2之膜組成進行測定，以其測定結果與RBS(Rutherford Backscattering Spectrometry：拉塞福逆散射譜法)測定結果相當之方式進行修正(校準)。其結果，將附近區域及表層區域除外之部分之相位偏移膜2之組成中，Mo為2.9原子%，Si為48.7原子%，N為44.0原子%，且O為4.4原子%。因此，該相位偏移膜2之[(N＋O)/Mo比率]為16.69，滿足12以上19以下之範圍。又，該相位偏移膜2之[O/Mo比率]為1.517，滿足未達5。又，該相位偏移膜2之[Mo/(Mo＋Si)比率]為0.0562，滿足0.04以上0.07以下之範圍。
繼而，按照與實施例1相同之步序，於相位偏移膜2上依序形成遮光膜3及硬罩膜4。藉由以上方法，製造具有於透光性基板1上積層有相位偏移膜2、遮光膜3及硬罩膜4之結構的實施例3之光罩基底100。
[相位偏移光罩之製造]
繼而，使用該實施例3之光罩基底100，藉由與實施例1相同之步序，製作實施例3之相位偏移光罩200。
藉由光罩檢查裝置，對所製作之實施例3之半色調式之相位偏移光罩200進行光罩圖案之檢查，其結果，於配置有程式缺陷之部位之相位偏移圖案2a處確認到黑缺陷。對於該黑缺陷部分，使用Carl Zeiss公司製造之MeRIT MG45電子束光罩修復工具，進行使用電子束及XeF
2氣體之EB缺陷修正，其結果，能夠將對透光性基板1之表面之蝕刻限制於最小限度，能夠於所要求之時間內進行精度良好之修正。
按照與上述相同之步序，準備於其他透光性基板1上於與實施例3相同之相位偏移膜2上形成有線寬200 nm左右之相位偏移圖案2a者，按照與實施例1相同之步序，研究ArF準分子雷射照射耐性。其結果，ArF照射前後之膜厚變化量的比率Δd處於4%以內，具有容許範圍內之ArF耐光性。
針對進行EB缺陷修正後之實施例3之半色調式之相位偏移光罩200，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製造)，模擬利用波長193 nm之曝光之光對半導體裝置上之抗蝕膜進行曝光轉印時之轉印圖像。對該模擬之曝光轉印圖像進行驗證，其結果，充分滿足設計規格。又，進行過EB缺陷修正之部分之轉印圖像並不遜色於此外之區域之轉印圖像。根據該結果，可謂即便將進行過EB缺陷修正之實施例3之相位偏移光罩設置於曝光裝置之光罩台，並對半導體裝置上之抗蝕膜進行曝光轉印，亦可以高精度形成最終形成於半導體裝置上之電路圖案。
(比較例1)
[光罩基底之製造]
按照與實施例1相同之步序準備透光性基板1。繼而，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＝12原子%：88原子%)，藉由將氬(Ar)、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)，於透光性基板1上以69 nm之厚度形成含有鉬、矽、及氮之相位偏移膜2。
繼而，對形成有該相位偏移膜2之透光性基板1，進行用於降低相位偏移膜2之膜應力及用於在表層形成氧化層之加熱處理。具體而言，使用加熱爐(電爐)，將加熱溫度設為450℃，將加熱時間設為1.5小時，於大氣中進行加熱處理。準備於其他透光性基板1之主表面在相同條件下使相位偏移膜2成膜並進行加熱處理所得者。使用相位偏移量測定裝置(Lasertec公司製造 MPM193)，測定該相位偏移膜2之對於波長193 nm之光之透過率及相位差，其結果，透過率為6.1%，相位差為177度。使用橢圓光譜偏光儀(J.A.Woollam公司製造 M-2000D)對該相位偏移膜2之光學特性進行測定，其結果，波長193 nm之光之折射率n為2.43，消光係數k為0.60。
以與實施例1相同之方式準備於其他透光性基板1上形成有相位偏移膜2者，利用XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy：X射線光電子光譜法)對該相位偏移膜2之膜組成進行測定，以其測定結果與RBS(Rutherford Backscattering Spectrometry：拉塞福逆散射譜法)測定結果相當之方式進行修正(校準)。其結果，將附近區域及表層區域除外之部分之相位偏移膜2之組成中，Mo為4.0原子%，Si為48.9原子%，N為47.1原子%，且O為0.0原子%。因此，該相位偏移膜2之[(N＋O)/Mo比率]為11.76，不滿足12以上19以下之範圍。又，該相位偏移膜2之[O/Mo比率]為0.000，滿足未達5。又，該相位偏移膜2之[Mo/(Mo＋Si)比率]為0.0756，不滿足0.04以上0.07以下之範圍。又，由圖3可知，於該相位偏移膜2之內部區域，Mo3d窄譜之結合能於226 eV以上229 eV以下之範圍內之最大峰值[Ip1]之光電子強度相對於結合能於230 eV以上233 eV以下之範圍內之最大峰值[Ip2]之光電子強度的比率[Ip1/Ip2比率]為1.207，不滿足未達1.2之範圍。
繼而，按照與實施例1相同之步序，於相位偏移膜2上依序形成遮光膜3及硬罩膜4。藉由以上方法，製造具有於透光性基板1上積層有相位偏移膜2、遮光膜3及硬罩膜4之結構的比較例1之光罩基底100。
[相位偏移光罩之製造]
繼而，使用該比較例1之光罩基底100，藉由與實施例1相同之步序，製作比較例1之相位偏移光罩200。
藉由光罩檢查裝置，對所製作之比較例1之半色調式之相位偏移光罩200進行光罩圖案之檢查，其結果，於配置有程式缺陷之部位之相位偏移圖案2a處確認到黑缺陷。對於該黑缺陷部分，使用Carl Zeiss公司製造之MeRIT MG45電子束光罩修復工具，進行使用電子束及XeF
2氣體之EB缺陷修正，其結果，能夠將對透光性基板1之表面之蝕刻限制於最小限度，能夠於所要求之時間內進行精度良好之修正。
按照與上述相同之步序，準備於其他透光性基板1上於與比較例1相同之相位偏移膜2上形成有線寬200 nm左右之相位偏移圖案2a者，按照與實施例1相同之步序，研究ArF準分子雷射照射耐性。其結果，ArF照射前後之膜厚變化量的比率Δd超過4%，不具有容許範圍內之ArF耐光性。
對於進行ArF照射後之比較例1之半色調式之相位偏移光罩200，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製造)，模擬利用波長193 nm之曝光之光對半導體裝置上之抗蝕膜進行曝光轉印時之轉印圖像。對該模擬之曝光轉印圖像進行驗證，其結果，不滿足設計規格，屬於發生轉印不良之水平。根據該結果，預想於將進行ArF照射後之比較例1之相位偏移光罩200設置於曝光裝置之光罩台，並對半導體裝置上之抗蝕膜進行曝光轉印之情形時，最終形成於半導體裝置上之電路圖案會發生電路圖案斷線或短路。
(比較例2)
[光罩基底之製造]
按照與實施例1相同之步序準備透光性基板1。繼而，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＝4原子%：96原子%)，藉由將氬(Ar)、氮(N
2)、及氦(He)之混合氣體作為濺鍍氣體之反應性濺鍍(DC濺鍍)，於透光性基板1上以62 nm之厚度形成含有鉬、矽、及氮之相位偏移膜2。
繼而，對形成有該相位偏移膜2之透光性基板1，進行用於降低相位偏移膜2之膜應力及用於在表層形成氧化層之加熱處理。具體而言，使用加熱爐(電爐)，將加熱溫度設為450℃，將加熱時間設為1.5小時，於大氣中進行加熱處理。準備於其他透光性基板1之主表面在相同條件下使相位偏移膜2成膜並進行加熱處理所得者。使用相位偏移量測定裝置(Lasertec公司製造 MPM193)，測定該相位偏移膜2之對於波長193 nm之光之透過率及相位差，其結果，透過率為6.1%，相位差為177度。使用橢圓光譜偏光儀(J.A.Woollam公司製造 M-2000D)對該相位偏移膜2之光學特性進行測定，其結果，波長193 nm之光之折射率n為2.58，消光係數k為0.66。
以與實施例1相同之方式準備於其他透光性基板1形成有相位偏移膜2者，利用XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy：X射線光電子光譜法)對該相位偏移膜2之膜組成進行測定，以其測定結果與RBS(Rutherford Backscattering Spectrometry：拉塞福逆散射譜法)測定結果相當之方式進行修正(校準)。其結果，將附近區域及表層區域除外之部分之相位偏移膜2之組成中，Mo為1.6原子%，Si為51.9原子%，N為46.5原子%，且O為0.0原子%。因此，該相位偏移膜2之[(N＋O)/Mo比率]為29.06，不滿足12以上19以下之範圍。又，該相位偏移膜2之[O/Mo比率]為0.000，滿足未達5。又，該相位偏移膜2之[Mo/(Mo＋Si)比率]為0.0299，不滿足0.04以上0.07以下之範圍。
繼而，按照與實施例1相同之步序，於相位偏移膜2上依序形成遮光膜3及硬罩膜4。藉由以上方法，製造具有於透光性基板1上積層有相位偏移膜2、遮光膜3及硬罩膜4之結構的比較例2之光罩基底100。
[相位偏移光罩之製造]
繼而，使用該比較例2之光罩基底100，以與實施例1相同之方法製作比較例2之相位偏移光罩200。
藉由光罩檢查裝置，對所製作之比較例2之半色調式之相位偏移光罩200進行光罩圖案之檢查，其結果，於配置有程式缺陷之部位之相位偏移圖案2a處確認到黑缺陷。對於該黑缺陷部分，使用Carl Zeiss公司製造之MeRIT MG45電子束光罩修復工具，進行使用電子束及XeF
2氣體之EB缺陷修正，其結果，大幅超出所要求之時間，修正精度亦非可容許者。
對於進行EB缺陷修正後之比較例2之半色調式之相位偏移光罩200，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製造)，模擬利用波長193 nm之曝光之光對半導體裝置上之抗蝕膜進行曝光轉印時之轉印圖像。對該模擬之曝光轉印圖像進行驗證，其結果，除進行過EB缺陷修正之部分以外，大致充分滿足設計規格。然而，進行過EB缺陷修正之部分之轉印圖像屬於因蝕刻對透光性基板1之影響等而發生轉印不良之水平。根據該結果，預想於將進行EB缺陷修正後之比較例2之相位偏移光罩200設置於曝光裝置之光罩台，並對半導體裝置上之抗蝕膜進行曝光轉印之情形時，最終形成於半導體裝置上之電路圖案會發生電路圖案之斷線或短路。
1:透光性基板
2:相位偏移膜
2a:相位偏移圖案
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
100:光罩基底
200:相位偏移光罩
圖1係表示本發明之實施方式之光罩基底之構成的剖視圖。
圖2(a)～(g)係表示本發明之實施方式之相位偏移光罩之製造步驟的剖視模式圖。
圖3係表示對本發明之實施例1、實施例2、比較例1之相位偏移膜進行X射線光電子能譜分析所得之結果的曲線圖。
1:透光性基板
2:相位偏移膜
3:遮光膜
4:硬罩膜
100:光罩基底
Claims (12)
- 一種光罩基底，其特徵在於： 其係於透光性基板上具備相位偏移膜者，且 上述相位偏移膜包含含有過渡金屬、矽及氮之材料， 將上述相位偏移膜之與上述透光性基板之界面之附近區域、及上述相位偏移膜之與上述透光性基板相反一側之表層區域除外的內部區域中，氮及氧之合計含量相對於過渡金屬之含量的比率為12以上19以下。
- 如請求項1之光罩基底，其中上述相位偏移膜中，過渡金屬、矽、氮及氧之合計含量為97原子%以上。
- 如請求項1或2之光罩基底，其中上述表層區域係上述相位偏移膜中自與上述透光性基板相反一側之表面起朝向上述透光性基板側遍及5 nm深度為止之範圍內的區域。
- 如請求項1或2之光罩基底，其中上述附近區域係自與上述透光性基板之界面起朝向上述表層區域側遍及5 nm深度為止之範圍內的區域。
- 如請求項1或2之光罩基底，其中上述表層區域之氧含量多於上述內部區域之氧含量。
- 如請求項1或2之光罩基底，其中上述內部區域中，氧之含量相對於過渡金屬之含量的比率未達5.0。
- 如請求項1或2之光罩基底，其中上述內部區域中，過渡金屬之含量相對於過渡金屬與矽之合計含量的比率為0.04以上0.07以下。
- 如請求項1或2之光罩基底，其中上述過渡金屬為鉬， 於藉由X射線光電子光譜法對上述內部區域進行分析而獲得上述內部區域之Mo3d窄譜時，上述Mo3d窄譜之結合能於226 eV以上229 eV以下之範圍內之最大峰值相對於結合能於230 eV以上233 eV以下之範圍內之最大峰值的比率未達1.2。
- 如請求項1或2之光罩基底，其中上述相位偏移膜具有如下功能：使ArF準分子雷射之曝光之光以1%以上之透過率透過；及使透過上述相位偏移膜之上述曝光之光、和僅以與上述相位偏移膜之厚度相同之距離在空氣中通過的上述曝光之光之間產生150度以上210度以下之相位差。
- 如請求項1或2之光罩基底，其中於上述相位偏移膜上具備遮光膜。
- 一種相位偏移光罩之製造方法，其特徵在於，其係使用如請求項1至10中任一項之光罩基底之相位偏移光罩之製造方法，且包括藉由乾式蝕刻於上述相位偏移膜上形成轉印圖案之步驟。
- 一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於包括如下步驟：使用藉由如請求項11之相位偏移光罩之製造方法而製造之相位偏移光罩，於半導體基板上之抗蝕膜上曝光轉印上述轉印圖案。
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