TW202326280A - 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

本發明提供一種具備遮光膜之光罩基底、相移光罩、半導體裝置之製造方法，該遮光膜具有所需之遮光性能，可抑制膜厚增大，並且降低形成圖案時於乾式蝕刻中產生之側蝕量，能夠精度良好地形成微細圖案。 本發明之光罩基底係於透光性基板上具備遮光膜者，遮光膜含有包含矽及氮之材料，遮光膜之內部區域之藉由X射線光電子光譜法進行分析而獲得之Si2p之窄光譜在大於100 eV且為101.5 eV以下之範圍之鍵結能之中具有最大峰，遮光膜之內部區域係除上述透光性基板側之背面側區域、及與上述透光性基板為相反側之正面側區域以外的區域。

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、相移光罩及半導體裝置之製造方法。
於半導體裝置之製造步驟中，利用光微影法形成微細圖案。又，為了形成該微細圖案，通常使用數片轉印用光罩。為了使半導體裝置之圖案微細化，除了使形成於轉印用光罩上之光罩圖案微細化以外，亦必須使光微影法所使用之曝光光源之波長短波長化。近年來，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)之情況增多。
轉印用光罩存在各種各樣之種類，其中，廣泛使用二元光罩及半色調式相移光罩。先前之二元光罩及半色調式相移光罩通常為具備包含鉻系材料之遮光圖案者，近年來，開始使用由含有矽及氮之材料形成遮光膜者。 專利文獻1中揭示有一種光罩基底，其於透光性基板上具備用以形成轉印圖案之遮光膜，遮光膜係由包含矽及氮之材料、或進而包含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，用遮光膜之內部區域中之Si 3N 4鍵之存在數除以Si 3N 4鍵、Si aN b鍵(其中，b/[a＋b]＜4/7)及Si-Si鍵之合計存在數而得之比率為0.04以下，且用遮光膜之內部區域中之Si aN b鍵之存在數除以Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在數而得之比率為0.1以上，上述遮光膜之內部區域係指除遮光膜之與透光性基板之界面附近之區域、及遮光膜之與透光性基板為相反側之表層區域以外的區域。
另一方面，專利文獻2中揭示有一種光罩，其具有：透明基板；及遮光膜，其形成於透明基板上，含有矽及氮，不含過渡金屬；遮光膜包含單層或多層，並且包含遮光層作為構成單層或多層之層，該遮光層含有矽及氮，不含過渡金屬，且氮相對於矽及氮之合計之比率為3原子%以上50原子%以下。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2018-205400 [專利文獻2]日本專利特開2017-161889
[發明所欲解決之問題]
如專利文獻1或專利文獻2所揭示之包含不含過渡金屬而含有矽及氮之材料(以下稱作SiN系材料)之遮光膜可藉由使用含氟氣體之乾式蝕刻來進行圖案化。通常，使用含氟氣體之乾式蝕刻與使用氯系氣體及氧系氣體之情形相比，各向異性蝕刻之傾向較大，側蝕量得到抑制。 然而，近年來，轉印用光罩之圖案之微細化、高精度化之要求日益提高，先前之遮光膜無法充分地抑制側蝕量。又，存在如下問題：若欲降低遮光膜之膜厚以抑制側蝕量，則會變得無法滿足所要求之遮光性能。
因此，本發明係為了解決先前之問題而完成者，其目的在於提供一種具備遮光膜之光罩基底、相移光罩、半導體裝置之製造方法，該遮光膜具有所需之遮光性能，可抑制膜厚增大，並且降低形成圖案時於乾式蝕刻中產生之側蝕量，能夠精度良好地形成微細圖案。 [解決問題之技術手段]
為了達成上述課題，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遮光膜者；且 上述遮光膜含有包含矽及氮之材料， 上述遮光膜之內部區域之藉由X射線光電子光譜法進行分析而獲得之Si2p之窄光譜在大於100 eV且為101.5 eV以下之範圍之鍵結能之中具有最大峰， 上述遮光膜之內部區域係除上述透光性基板側之背面側區域、及與上述透光性基板為相反側之正面側區域以外之區域。
(構成2) 如構成1所記載之光罩基底，其特徵在於：上述內部區域之矽及氮之合計含量為95原子%以上。
(構成3) 如構成1或2所記載之光罩基底，其特徵在於：上述內部區域之氮含量為30原子%以上且未達50原子%。
(構成4) 如構成1至3中任一項所記載之光罩基底，其特徵在於：上述正面側區域係上述遮光膜中如下範圍之區域，即自與上述透光性基板為相反側之表面朝向上述透光性基板側直至5 nm深度為止。
(構成5) 如構成1至4中任一項所記載之光罩基底，其特徵在於：上述背面側區域係上述遮光膜中如下範圍之區域，即自上述透光性基板側之表面朝向上述正面側區域側直至5 nm深度為止。 (構成6) 如構成1至5中任一項所記載之光罩基底，其特徵在於：上述X射線光電子光譜分析中對上述遮光膜照射之X射線為AlKα射線。
(構成7) 如構成1至6中任一項所記載之光罩基底，其特徵在於：上述內部區域中之Si 3N 4鍵及Si aN b鍵之合計存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵(其中，b/[a＋b]＜4/7)及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.5以上。
(構成8) 如構成7所記載之光罩基底，其特徵在於：上述內部區域中之Si aN b鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.5以上。
(構成9) 如構成7或8所記載之光罩基底，其特徵在於：上述內部區域中之Si 3N 4鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.03以上。
(構成10) 如構成1至9中任一項所記載之光罩基底，其特徵在於：在上述透光性基板與上述遮光膜之間具備相移膜，該相移膜係由藉由使用含氟氣體之乾式蝕刻進行蝕刻之材料形成。
(構成11) 一種相移光罩，其特徵在於： 其係於透光性基板上依序具備具有轉印圖案之相移膜、及具有包含遮光帶之圖案之遮光膜者；且 上述相移膜係由藉由使用含氟氣體之乾式蝕刻進行蝕刻之材料形成， 上述遮光膜含有包含矽及氮之材料， 上述遮光膜之內部區域之藉由X射線光電子光譜法進行分析而獲得之Si2p之窄光譜在大於100 eV且為101.5 eV以下之範圍之鍵結能之中具有最大峰， 上述遮光膜之內部區域係除上述透光性基板側之背面側區域、及與上述透光性基板為相反側之正面側區域以外之區域。
(構成12) 如構成11所記載之相移光罩，其特徵在於：上述內部區域之矽及氮之合計含量為95原子%以上。 (構成13) 如構成11或12所記載之相移光罩，其特徵在於：上述內部區域之氮含量為30原子%以上且未達50原子%。
(構成14) 如構成11至13中任一項所記載之相移光罩，其特徵在於：上述正面側區域係上述遮光膜中如下範圍之區域，即自與上述透光性基板為相反側之表面朝向上述透光性基板側直至5 nm深度為止。
(構成15) 如構成11至14中任一項所記載之相移光罩，其特徵在於：上述背面側區域係上述遮光膜中如下範圍之區域，即自上述透光性基板側之表面朝向上述正面側區域側直至5 nm深度為止。
(構成16) 如構成11至15中任一項所記載之相移光罩，其特徵在於：上述X射線光電子光譜分析中對上述遮光膜照射之X射線為AlKα射線。 (構成17) 如構成11至16中任一項所記載之相移光罩，其特徵在於：上述內部區域中之Si 3N 4鍵及Si aN b鍵之合計存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵(其中，b/[a＋b]＜4/7)及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.5以上。
(構成18) 如構成17所記載之相移光罩，其特徵在於：上述內部區域中之Si aN b鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.5以上。
(構成19) 如構成17或18所記載之相移光罩，其特徵在於：上述內部區域中之Si 3N 4鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.03以上。
(構成20) 一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於具備如下步驟：使用如構成11至19中任一項所記載之相移光罩，將上述轉印圖案曝光轉印於半導體基板上之抗蝕膜。 [發明之效果]
根據本發明，可提供一種具備遮光膜之光罩基底、相移光罩、半導體裝置之製造方法，該遮光膜具有所需之遮光性能，可抑制膜厚增大，並且降低形成圖案時於乾式蝕刻中產生之側蝕量，能夠精度良好地形成微細圖案。
首先，對完成本發明之經過進行說明。 本發明人等對於具有所需之遮光性能，可抑制膜厚增大，並且降低形成圖案時於乾式蝕刻中產生之側蝕量，能夠精度良好地形成微細圖案之遮光膜的構成進行了銳意研究。首先，考慮增加由SiN系材料所形成之遮光膜中之氮含量。但是，若使遮光膜中含有較多氮(例如50原子%以上)，則雖然可降低側蝕量，但會產生新的問題，即形成圖案時重要之蝕刻速率本身亦降低。再者，該情形時之蝕刻速率係指對遮光膜進行乾式蝕刻時之遮光膜之膜厚方向上之蝕刻速率(以下同樣)。
因此，預測若在特定範圍內調整遮光膜中之氮含量，則可將藉由乾式蝕刻使遮光膜圖案化時之蝕刻速率設為特定以上，並且降低側蝕量，從而進行了進一步研究。但是，新判明於將遮光膜中之氮含量作為指標之情形時，不易以蝕刻速率與側蝕量兩者成為較佳狀態之方式進行調整。推測於氮含量為50原子%以下之SiN膜之情形時，膜中混合存在有Si與N之不同鍵結狀態(例如Si 3N 4鍵、化學計量上不穩定之SiN鍵、Si-Si鍵)。於藉由反應性濺鍍而形成之SiN膜之情形時，即便形成氮含量相同之SiN膜，根據成膜條件，亦可能出現膜中之Si與N之鍵結狀態不同之情況。
因此，本發明人等著眼於在遮光膜之內部區域中藉由X射線光電子光譜法進行分析而獲得之Si2p之窄光譜之最大峰，進行了進一步研究。此處，遮光膜之內部區域係除透光性基板側之背面側區域、及與透光性基板為相反側之正面側區域以外之區域。判明若該最大峰為100 eV以下，則於具有所需膜厚之遮光膜中，難以充分地抑制側蝕量。另一方面，判明若該最大峰大於101.5 eV，則遮光膜之蝕刻速率會大幅降低。進而，亦判明每單位膜厚之光學密度(OD：Optical Density)降低，用以確保對於ArF曝光之光之遮光性能之膜厚增大。 再者，將最大峰之檢測對象設為遮光膜中除了背面側區域及正面側區域以外之內部區域之理由如下。SiN系材料之遮光膜無法避免露出至大氣中之側之正面側區域(與透光性基板為相反側之正面側區域)氧化。進而，關於與透光性基板之界面之背面側區域，雖然推定其構成係與除了該背面側區域及正面側區域以外之內部區域相同，但即便藉由X射線光電子光譜分析(XPS：X-ray Photoelectron Spectroscopy)進行分析，其分析結果亦會不可避免地受到透光性基板之組成之影響。 再者，認為由於背面側區域及正面側區域相對於遮光膜之整體膜厚之比率較小，故而即使將其等排除在外，其影響亦較小。
如此，本發明人等發現，若遮光膜之內部區域之藉由X射線光電子光譜法進行分析而獲得之Si2p之窄光譜在大於100 eV且為101.5 eV以下之範圍之鍵結能之中具有最大峰者，則具有所需之遮光性能，可抑制膜厚增大，並且降低形成圖案時於乾式蝕刻中產生之側蝕量，能夠精度良好地形成微細圖案。 本發明係經過以上銳意研究而完成者。
接下來，對本發明之各實施方式進行說明。 ＜第1實施方式＞ 本發明之第1實施方式之光罩基底係將圖案形成用薄膜設為具有特定光學密度之遮光膜者，用於製造二元光罩(轉印用光罩)。圖1係表示本發明之第1實施方式中之光罩基底之構成、及使用該光罩基底之二元光罩之製造步驟的剖視圖。圖1(a)係表示本發明之第1實施方式之光罩基底10之構成的剖視圖。 圖1(a)所示之光罩基底10具有在透光性基板1上依序積層有遮光膜2、硬質遮罩膜3、抗蝕膜7之結構。
透光性基板1含有包含矽及氧之材料，可由合成石英玻璃、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)等玻璃材料形成。其中，合成石英玻璃對於ArF曝光之光之透過率較高，作為形成光罩基底之透光性基板之材料尤佳。
遮光膜2係由氮化矽系材料所形成之單層膜。本發明中之氮化矽系材料係包含矽及氮之材料、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、矽及氮之材料。又，藉由設為單層膜，製造步驟數減少而生產效率提高，並且，包含缺陷之製造時之品質管理變得容易。又，由於遮光膜2係由氮化矽系材料形成，故而ArF耐光性較高。
遮光膜2亦可除了矽以外，還含有任一種半金屬元素。該半金屬元素中，若含有選自硼、鍺、銻及碲中之1種以上之元素，則可期待提高用作濺鍍靶之矽之導電性，故而較佳。
又，遮光膜2亦可除了氮以外，還含有任一種非金屬元素。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、氫)、鹵素(氟、氯、溴、碘等)及惰性氣體者。該非金屬元素中，較佳為含有選自碳、氟及氫中之1種以上之元素。遮光膜2較佳為除了後述之正面側區域以外，將氧含量抑制為10原子%以下，更佳為設為5原子%以下，進而較佳為不積極地含有氧(於藉由X射線光電子光譜分析等進行組成分析時，為檢出下限值以下)。
惰性氣體係藉由在利用反應性濺鍍使遮光膜2成膜時存在於成膜室內，可加快成膜速度，提高生產性之元素。藉由該惰性氣體電漿化並碰撞於靶，而靶構成元素自靶飛出，於途中引入反應性氣體，並且於透光性基板1上形成遮光膜2。於該靶構成元素自靶飛出至附著於透光性基板1之期間，引入微量之成膜室中之惰性氣體。關於作為該反應性濺鍍所需之惰性氣體較佳者，可例舉氬氣、氪氣、氙氣。又，為了緩和遮光膜2之應力，亦可使遮光膜2積極地引入原子量較小之氦氣、氖氣。
遮光膜2較佳為由包含矽及氮之材料形成。如上所述，惰性氣體係於藉由反應性濺鍍使遮光膜2成膜時引入微量。然而，惰性氣體係即便對遮光膜2進行拉塞福逆散射譜分析(RBS：Rutherford Back-Scattering Spectrometry)或X射線光電子光譜分析(XPS：X-ray Photoelectron Spectroscopy)等組成分析，亦不易檢出之元素。因此，可視為上述包含矽及氮之材料中亦包括含有惰性氣體之材料。
遮光膜2之內部自透光性基板1側起依序分為背面側區域、內部區域及正面側區域3個區域。背面側區域係如下範圍之區域，即自遮光膜2與透光性基板1之界面朝向與透光性基板1為相反側之正面側(即正面側區域側)直至5 nm深度(更佳為4 nm之深度，進而較佳為3 nm之深度)。於對該背面側區域進行X射線光電子光譜分析之情形時，容易受到其下方存在之透光性基板1之影響，所取得之背面側區域之Si2p窄光譜中之光電子強度之最大峰之精度較低。
正面側區域係如下範圍之區域，即自與透光性基板1為相反側之表面朝向透光性基板1側直至5 nm深度(更佳為4 nm之深度，進而較佳為3 nm之深度)。正面側區域係包含自遮光膜2之表面引入之氧之區域，因此具有氧含量在膜之厚度方向上組成梯度化之結構(具有如下之組成梯度之結構，即隨著遠離透光性基板1，膜中之氧含量增加)。即，正面側區域相較於內部區域，氧含量較多。
內部區域係遮光膜2之除了背面側區域及正面側區域以外之區域。該內部區域之藉由X射線光電子光譜法進行分析而獲得之Si2p之窄光譜在大於100 eV且為101.5 eV以下之範圍之鍵結能之中具有最大峰。基於確保遮光性能，並且進一步抑制膜厚之觀點考慮，該最大峰較佳為101.3 eV以下，更佳為101.2 eV以下，進而較佳為101.1 eV以下。又，基於進一步抑制側蝕量之觀點考慮，該最大峰較佳為100.1 eV以上，更佳為100.3 eV以上，進而較佳為100.5 eV以上。 此處，於內部區域中，矽及氮之合計含量較佳為95原子%以上，更佳為97原子%以上，進而較佳為由矽及氮之合計含量為98原子%以上之材料形成。另一方面，於內部區域中，較佳為構成該內部區域之各元素之含量於膜厚方向上之差均未達10%。又，內部區域之氮含量較佳為30原子%以上，更佳為35原子%以上，進而較佳為37原子%以上。另一方面，內部區域之氮含量較佳為未達50原子%，更佳為48原子%以下，進而較佳為45原子%以下。
與透光性基板1之界面之背面側區域在進行X射線光電子光譜分析(XPS：X-ray Photoelectron Spectroscopy)時，不可避免地會受到透光性基板1之影響，因此，難以特定出Si2p之窄光譜或關於自該Si2p之窄光譜導出之Si與N之各鍵之存在數的數值。然而，推定其構成與上述內部區域相同。
就藉由蝕刻形成圖案時之圖案邊緣粗糙度變得良好等理由而言，遮光膜2最佳為非晶結構。於為難以將遮光膜2設為非晶結構之組成之情形時，較佳為非晶結構與微晶結構混合存在之狀態。
遮光膜2之厚度為80 nm以下，較佳為70 nm以下，更佳為60 nm以下。若厚度為80 nm以下，則容易形成微細之遮光膜之圖案，又，由具有該遮光膜之光罩基底製造轉印用光罩時之負荷亦減輕。又，遮光膜2之厚度較佳為30 nm以上，更佳為40 nm以上，進而較佳為45 nm以上。若厚度未達30 nm，則難以獲得充分之對於ArF曝光之光之遮光性能。另一方面，內部區域之厚度相對於遮光膜2整體之厚度之比率較佳為0.7以上，更佳為0.75以上。
遮光膜2對於ArF曝光之光之光學密度較佳為2.5以上，更佳為3.0以上。若光學密度為2.5以上，則可獲得充分之遮光性能。因此，於使用利用該光罩基底所製造之轉印用光罩進行曝光時，其投影光學圖像(轉印圖像)容易獲得充分之對比度。又，遮光膜2對於ArF曝光之光之光學密度較佳為4.0以下，更佳為3.5以下。若光學密度超過4.0，則遮光膜2之膜厚變厚，難以形成微細之遮光膜之圖案。
再者，於遮光膜2中，與透光性基板1為相反側之表層會氧化。因此，該遮光膜2之表層相較於除其以外之遮光膜2之區域，組成不同，光學特性亦不同。 又，亦可於遮光膜2之上部積層抗反射膜。抗反射膜較佳為相較於遮光膜2含有更多氧。抗反射膜例如由含有矽及氧之材料形成。
作為於上述X射線光電子光譜分析中對遮光膜2照射之X射線，可應用AlKα射線及MgKα射線中之任一種，較佳為使用AlKα射線。再者，於本說明書中，對使用AlKα射線作為X射線而進行X射線光電子光譜分析之情形進行說明。
對遮光膜2進行X射線光電子光譜分析而取得Si2p窄光譜之方法通常藉由以下步序進行。即，首先，進行以範圍廣泛之鍵結能之頻帶寬度取得光電子強度(每單位時間自照射到X射線之測定對象物發射之光電子之數量)之寬掃描而取得寬光譜，特定出源自該遮光膜2之構成元素之峰。其後，藉由以著眼之峰(於該情形時為Si2p)之周圍之頻帶寬度進行窄掃描，而取得窄光譜，該窄掃描相較於寬掃描，解析度較高，但能夠取得之鍵結能之頻帶寬度較窄。另一方面，本發明中利用X射線光電子光譜分析之測定對象物即遮光膜2之構成元素係預先知悉。又，本發明中所需之窄光譜僅限於Si2p窄光譜或N1s窄光譜。因此，於本發明之情形時，亦可省略取得寬光譜之步驟而取得Si2p窄光譜。
關於Si2p窄光譜，本發明人等進行了上述關於鍵結能之研究之後，亦對SiN系材料內部之鍵結狀態進行了銳意研究。認為SiN系材料之內部主要存在Si-Si鍵、Si 3N 4鍵、及Si aN b鍵(其中，b/[a＋b]＜4/7；以下同樣)，該Si-Si鍵為未與除矽以外之元素鍵結之狀態，該Si 3N 4鍵為化學計量上穩定之鍵結狀態，該Si aN b鍵為相對不穩定之鍵結狀態。
通常，於沿膜厚方向對含有矽及氮之薄膜進行之乾式蝕刻中，進行利用化學反應之蝕刻及利用物理作用之蝕刻兩者。利用化學反應之蝕刻係藉由如下過程進行，即電漿狀態之蝕刻氣體與薄膜之表面接觸，與薄膜中之矽結合而生成低沸點之化合物而昇華。於利用化學反應之蝕刻中，針對處於與其他元素鍵結之狀態之矽，將其鍵結切斷而生成低沸點之化合物。與此相對，物理性蝕刻係藉由如下過程進行，即藉由偏壓電壓而加速之蝕刻氣體中之離子性電漿碰撞於薄膜之表面(亦將該現象稱作「離子衝擊」)，藉此，物理性地將薄膜表面之包含矽之各元素彈飛(此時，元素間之鍵結被切斷)，與該矽生成低沸點之化合物而昇華。
另一方面，於沿與薄膜之膜厚方向垂直之方向進行之側蝕中，利用化學反應進行之蝕刻占支配地位。於Si-Si鍵之情形時，蝕刻氣體相對容易與Si結合，形成低沸點之化合物並揮發。即，利用化學反應進行蝕刻時，Si-Si鍵容易被蝕刻。與此相對，於矽與氮鍵結之狀態、即Si aN b鍵或Si 3N 4鍵之情形時，要想使蝕刻氣體與矽結合而形成低沸點之化合物，必須切斷矽與氮之鍵結，與Si-Si鍵相比，不易被蝕刻。本發明人等認為，藉由調整薄膜中之Si aN b鍵與Si 3N 4鍵之存在比率，有可能可降低側蝕量。本發明人等針對鍵結能之最大峰滿足上述所需範圍之窄光譜，對於形成遮光膜之SiN系材料中之Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之存在數之關係進行了進一步研究。結果發現，較佳為滿足以下關係。
即，遮光膜2之內部區域中之Si 3N 4鍵及Si aN b鍵之合計存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比較佳為0.5以上，更佳為0.55以上。又，內部區域中之Si aN b鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比較佳為0.5以上，更佳為0.52以上。 又，內部區域中之Si 3N 4鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比較佳為0.03以上。
另一方面，若遮光膜2之內部區域中之Si 3N 4鍵或Si aN b鍵之存在比率變得過大，則遮光膜2之膜厚方向上之乾式蝕刻之蝕刻速率會大幅降低。於該情形時，於遮光膜2上形成圖案會耗費較長蝕刻時間，遮光膜2之圖案之側壁暴露於蝕刻氣體中之時間變長。其結果為，使得側蝕容易進行。 基於該觀點考慮，遮光膜2之內部區域中之Si 3N 4鍵及Si aN b鍵之合計存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比較佳為0.8以下，更佳為0.75以下。又，內部區域中之Si aN b鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比較佳為0.7以下，更佳為0.65以下。進而，內部區域中之Si 3N 4鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比較佳為0.18以下，更佳為0.15以下。
遮光膜2係藉由濺鍍而形成，但可應用DC(Direct Current，直流)濺鍍、RF(Radio Frequency，射頻)濺鍍及離子束濺鍍等任一種濺鍍。於使用導電性較低之靶(矽靶、不含半金屬元素或半金屬元素之含量較少之矽化合物靶等)之情形時，較佳為應用RF濺鍍或離子束濺鍍，若考慮成膜速率，則更佳為應用RF濺鍍。製造光罩基底10之方法較佳為至少具有如下步驟：使用矽靶、或包含除了矽以外還含有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的靶，藉由在包含氮系氣體及惰性氣體之濺鍍氣體中之反應性濺鍍，於透光性基板1上形成遮光膜2。
遮光膜2之光學密度並非僅取決於該遮光膜2之組成。該遮光膜2之膜密度及結晶狀態等亦為影響光學密度之要素。因此，調整藉由反應性濺鍍成膜遮光膜2時之各條件，以對於ArF曝光之光之光學密度落入規定值之方式成膜。為了使遮光膜2之光學密度落入規定之範圍內，於藉由反應性濺鍍進行成膜時，調整惰性氣體與反應性氣體之混合氣體之比率，但並不僅限定於此操作。涉及藉由反應性濺鍍進行成膜時之成膜室內之壓力、施加於靶之功率、靶與透光性基板之間之距離等位置關係等多個方面。又，該等成膜條件係成膜裝置所固有的，並適當地進行調整以使所形成之遮光膜2達到所需之光學密度。
關於形成遮光膜2時用作濺鍍氣體之氮系氣體，可應用含有氮之任何氣體。如上所述，遮光膜2較佳為除了其表層以外，將氧含量抑制為較低，因此，較佳為應用不含氧之氮系氣體，更佳為應用氮氣(N 2氣體)。又，形成遮光膜2時用作濺鍍氣體之惰性氣體之種類並無限制，較佳為使用氬氣、氪氣、氙氣。又，為了緩和遮光膜2之應力，可對遮光膜2積極地引入原子量較小之氦氣、氖氣。
於具備遮光膜2之光罩基底10中，亦可設為如下構成，即於遮光膜2上進而積層有硬質遮罩膜3，該硬質遮罩膜3係由對於蝕刻遮光膜2時所使用之蝕刻氣體具有蝕刻選擇性之材料形成。由於遮光膜2必須確保特定之光學密度，因此其厚度之降低存在極限。硬質遮罩膜3只要具有於在其正下方之遮光膜2上形成圖案之乾式蝕刻結束為止之期間，可作為蝕刻遮罩發揮功能之程度之膜厚即可，基本上不受光學特性之限制。因此，硬質遮罩膜3之厚度可相較於遮光膜2之厚度大幅減薄。並且，有機系材料之抗蝕膜7只要具有於在該硬質遮罩膜3上形成圖案之乾式蝕刻結束為止之期間，可作為蝕刻遮罩發揮功能之程度之膜厚即可，因此，抗蝕膜7之厚度可較先前大幅減薄。因此，可抑制抗蝕圖案崩塌等問題。
硬質遮罩膜3較佳為由含鉻(Cr)材料形成。含鉻材料對於使用SF 6等氟系氣體之乾式蝕刻，具有尤高之乾式蝕刻耐性。含有含鉻材料之薄膜通常藉由利用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻而進行圖案化。然而，由於該乾式蝕刻之各向異性不怎麼高，故而於使含有含鉻材料之薄膜圖案化時之乾式蝕刻時，容易發生向圖案之側壁方向之蝕刻(側蝕)。 於將含鉻材料用於遮光膜之情形時，由於遮光膜2之膜厚相對較厚，故而於遮光膜2之乾式蝕刻時會產生側蝕之問題，但於使用含鉻材料作為硬質遮罩膜3之情形時，由於硬質遮罩膜3之膜厚相對較薄，故而不易產生由側蝕所導致之問題。
作為含鉻材料，除了鉻金屬以外，還可例舉於鉻中含有選自氧、氮、碳、硼及氟中之1種以上之元素之材料，例如CrN、CrC、CrON、CrCO、CrCON等。若於鉻金屬中添加該等元素，則其膜容易成為非晶結構之膜，其膜之表面粗糙度及對遮光膜2進行乾式蝕刻時之線邊緣粗糙度得到抑制，故而較佳。
又，基於硬質遮罩膜3之乾式蝕刻之觀點考慮，作為形成硬質遮罩膜3之材料，亦較佳為使用在鉻中含有選自氧、氮、碳、硼及氟中之1種以上之元素之材料。 鉻系材料係利用氯系氣體與氧氣之混合氣體進行蝕刻，但鉻金屬對於該蝕刻氣體之蝕刻速率不怎麼高。藉由使鉻中含有選自氧、氮、碳、硼及氟中之1種以上之元素，可提高對於氯系氣體與氧氣之混合氣體之蝕刻氣體的蝕刻速率。
再者，包含CrCO之硬質遮罩膜3不含對於利用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻，側蝕容易增多之氮，含有抑制側蝕之碳，進而含有蝕刻速率提高之氧，故而尤佳。又，亦可使形成硬質遮罩膜3之含鉻材料含有銦、鉬及錫中之1種以上之元素。藉由使形成硬質遮罩膜3之含鉻材料含有銦、鉬及錫中之1種以上之元素，可進一步提高對於氯系氣體與氧氣之混合氣體之蝕刻速率。
於光罩基底10中，較佳為以與硬質遮罩膜3之表面相接之方式形成膜厚為100 nm以下之有機系材料之抗蝕膜7。於應對DRAM(Dynamic Random Access Memory，動態隨機存取記憶體)hp32 nm世代之微細圖案之情形時，有時在應於硬質遮罩膜3上形成之轉印圖案上設置線寬為40 nm之SRAF(Sub-Resolution Assist Feature，次級解析輔助特徵圖案)。但是，於該情形時，亦可使抗蝕圖案之截面縱橫比低至1：2.5，因此，於抗蝕膜之顯影、沖洗等時，可抑制抗蝕圖案倒塌或脫離。再者，抗蝕膜7之膜厚更佳為80 nm以下。再者，光罩基底10可為未形成抗蝕膜7者，亦可為於製造二元光罩100時以塗佈形成於硬質遮罩膜3上之方式形成有抗蝕膜7者。
於光罩基底10中，亦可不設置硬質遮罩膜3而以與遮光膜2相接之方式直接形成抗蝕膜7。於該情形時，結構簡單，且製造轉印用光罩時亦無需硬質遮罩膜3之乾式蝕刻，因此可減少製造步驟數。再者，於該情形時，較佳為對遮光膜2進行HMDS(hexamethyldisilazane，六甲基二矽氮烷)等表面處理後再形成抗蝕膜7。
又，本發明之第1實施方式中之光罩基底10係適合於二元光罩用途之光罩基底，但並不限定於二元光罩用，亦可用作雷文生型相移光罩用光罩基底、或CPL(Chromeless Phase Lithography，無鉻相位光蝕刻)光罩用光罩基底。
[轉印用光罩] 圖1中示出由作為本發明之實施方式之光罩基底10製造轉印用光罩(二元光罩)100之步驟的剖面模式圖。
圖1所示之二元光罩100之製造方法之特徵在於：其係使用上述光罩基底10之製造方法，且具備如下步驟：藉由乾式蝕刻，於硬質遮罩膜3上形成轉印圖案之步驟；藉由將具有轉印圖案之硬質遮罩膜3(硬質遮罩圖案3a)作為遮罩之乾式蝕刻，於遮光膜2上形成轉印圖案之步驟；及將硬質遮罩圖案3a去除之步驟。
以下，按照圖1所示之製造步驟，對二元光罩100之製造方法之一例進行說明。再者，於該例中，對於遮光膜2，應用含有矽及氮之材料，對於硬質遮罩膜3，應用含鉻材料。
首先，準備以與硬質遮罩膜3相接之方式，藉由旋轉塗佈法形成有抗蝕膜7之光罩基底10(圖1(a))。繼而，對抗蝕膜7曝光描繪應於遮光膜2上形成之轉印圖案，進而進行顯影處理等特定之處理，形成抗蝕圖案7a(參照圖1(b))。
繼而，將抗蝕圖案7a作為遮罩，使用氯與氧之混合氣體等氯系氣體進行乾式蝕刻，於硬質遮罩膜3上形成圖案(硬質遮罩圖案3a)(參照圖1(b))。作為氯系氣體，只要含有Cl即可，並無特別限制，例如可例舉：Cl 2、SiCl 2、CHCl 3、CH 2Cl 2、BCl 3等。於使用氯與氧之混合氣體之情形時，例如可將其氣體流量比設為Cl 2：O 2＝4：1。 繼而，利用灰化或抗蝕劑剝離液將抗蝕圖案7a去除(參照圖1(c))。
繼而，將硬質遮罩圖案3a作為遮罩，使用氟系氣體進行乾式蝕刻，於遮光膜2上形成圖案(遮光圖案2a)(參照圖1(c))。作為氟系氣體，只要為含有F之氣體，即可使用，較佳為SF 6。除了SF 6以外，例如還可例舉CHF 3、CF 4、C 2F 6、C 4F 8等，含有C之氟系氣體對玻璃材料之透光性基板1之蝕刻速率相對較高。SF 6對透光性基板1之損傷較小，故而較佳。再者，如圖所示，進而較佳為於SF 6中添加He等。於該步驟中，如後述之實施例及比較例所示，根據遮光膜2之內部區域之Si2p之窄光譜中之最大峰之鍵結能的大小，遮光圖案2a之側蝕量產生差異。
其後，藉由使用氯與氧之混合氣體之乾式蝕刻將硬質遮罩圖案3a去除，經過洗淨等特定之處理而獲得二元光罩100(參照圖1(d))。再者，該硬質遮罩圖案3a之去除步驟亦可使用鉻蝕刻液來進行。此處，作為鉻蝕刻液，可例舉包含硝酸鈰銨及過氯酸之混合物。
藉由圖1所示之製造方法而製造之二元光罩100係於透光性基板1上具備具有轉印圖案之遮光膜2(遮光圖案2a)之二元光罩。
具有轉印圖案之遮光膜2(遮光圖案2a)含有包含矽及氮之材料，內部區域之藉由X射線光電子光譜法進行分析而獲得之Si2p之窄光譜在大於100 eV且為101.5 eV以下之範圍之鍵結能之中具有最大峰。藉由以此方式製造二元光罩100，可具有所需之遮光性能，抑制膜厚增大，並且降低形成遮光圖案2a時使用氟系氣體進行乾式蝕刻而產生之側蝕量，能夠精度良好地形成微細圖案。
再者，此處，對二元光罩100為二元光罩之情形進行了說明，但本發明之轉印用光罩並不限定於二元光罩，亦可應用於雷文生型相移光罩及CPL光罩。即，於雷文生型相移光罩之情形時，其遮光膜可使用本發明之遮光膜。又，於CPL光罩之情形時，包含外周之遮光帶之區域可主要使用本發明之遮光膜。
進而，本發明之半導體裝置之製造方法之特徵在於：利用上述二元光罩100或使用上述光罩基底10所製造之二元光罩100，將轉印圖案曝光轉印於半導體基板上之抗蝕膜。
本實施方式中之光罩基底10及二元光罩100由於具有如上所述之效果，故而當將二元光罩100安放於以ArF準分子雷射作為曝光之光之曝光裝置之光罩台上，而將轉印圖案曝光轉印於半導體裝置上之抗蝕膜時，能夠以較高之CD(Critical Dimension，臨界尺寸)精度將轉印圖案轉印於半導體裝置上之抗蝕膜。因此，於將該抗蝕膜之圖案作為遮罩，對其下層膜進行乾式蝕刻而形成電路圖案之情形時，能夠形成不存在因精度不足所導致之配線短路或斷線之高精度電路圖案。
＜第2實施方式＞ 本發明之第2實施方式之光罩基底係將圖案形成用薄膜設為對曝光之光賦予特定之透過率及相位差之膜即相移膜者，用於製造相移光罩(轉印用光罩)。圖2係表示本發明之第2實施方式中之光罩基底之構成、及使用該光罩基底之相移光罩之製造步驟的剖視圖。圖2(a)係表示本發明之第2實施方式之光罩基底20之構成的剖視圖。 圖2(a)所示之光罩基底20具有在透光性基板1之主表面上依序積層有相移膜(圖案形成用薄膜)4、蝕刻終止膜5、遮光膜2、硬質遮罩膜3、抗蝕膜7之結構。再者，針對與第1實施方式之光罩基底相同之構成，使用同一符號，此處省略說明。
相移膜4係由藉由使用含氟氣體之乾式蝕刻進行蝕刻之材料形成。作為具有此種特性之材料，除了含有矽之材料以外，還可例舉含有過渡金屬及矽之材料。作為相移膜4中含有之過渡金屬，可例舉鉬(Mo)、鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、釩(V)、鋯(Zr)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈮(Nb)、鈀(Pd)等中之任一種金屬或該等金屬之合金。
相移膜4較佳為具有：使曝光之光以1%以上之透過率透過之功能(透過率)；及使透過相移膜4之曝光之光、和在空氣中通過與相移膜4之厚度相同之距離之曝光之光之間產生150度以上210度以下之相位差的功能。又，相移膜4之透過率更佳為2%以上。相移膜4之透過率較佳為40%以下，更佳為30%以下。
相移膜4之厚度較佳為80 nm以下，更佳為70 nm以下。又，為了減小由上述相移圖案之圖案線寬所導致之最佳焦點之變動幅度，相移膜4之厚度尤佳為設為65 nm以下。相移膜4之厚度較佳為設為50 nm以上。其原因在於：為了以非晶材料形成相移膜4，並且將相移膜4之相位差設為150度以上，必須將相移膜4之厚度設為50 nm以上。
於相移膜4中，為了滿足上述與光學特性及膜之厚度有關之各條件，相移膜對於曝光之光(ArF曝光之光)之折射率n較佳為1.9以上，更佳為2.0以上。又，相移膜4之折射率n較佳為3.1以下，更佳為2.7以下。相移膜4對於ArF曝光之光之消光係數k較佳為0.26以上，更佳為0.29以上。又，相移膜4之消光係數k較佳為0.62以下，更佳為0.54以下。
第2實施方式之光罩基底20在相移膜4與遮光膜2之間具備蝕刻終止膜5。該蝕刻終止膜5較佳為由含有矽及氧之SiO系材料形成。藉此，可一定程度上確保對於含有包含矽及氮之材料之遮光膜2之蝕刻終止功能，並且可利用氟系氣體進行圖案化。蝕刻終止膜5之膜厚只要能夠確保蝕刻終止功能即可，較佳為3 nm以上。另一方面，蝕刻終止膜5藉由與相移膜4之積層結構而構成相移圖案(轉印圖案)。蝕刻終止膜5與相移膜4相比，對於曝光之光之折射率n、消光係數k均較小。因此，於使蝕刻終止膜5之膜厚增加之情形時，不可使相移膜4之膜厚減少與蝕刻終止膜5所增加之膜厚相同之厚度。基於該觀點考慮，蝕刻終止膜5之膜厚較佳為15 nm以下，更佳為10 nm以下。
第2實施方式之遮光膜2雖然為具有與第1實施方式之遮光膜2相同之構成者，但其係在與相移膜4、蝕刻終止膜5之積層結構中確保所需之遮光性能者。即，於該第2實施方式之情形時，相移膜4、蝕刻終止膜5及遮光膜2之積層結構中對於ArF曝光之光之光學密度較佳為2.5以上，更佳為3.0以上。又，相移膜4、蝕刻終止膜5及遮光膜2之積層結構中對於ArF曝光之光之光學密度較佳為4.0以下，更佳為3.5以下。又，由於針對第2實施方式之遮光膜2所要求之光學密度小於針對第1實施方式之遮光膜2所要求之光學密度，故而所需之膜厚亦變薄。第2實施方式之遮光膜2之厚度較佳為70 nm以下，更佳為60 nm以下。又，遮光膜2之厚度較佳為30 nm以上，更佳為35 nm以上。
[轉印用光罩(相移光罩)及其製造] 該第2實施方式之轉印用光罩(相移光罩)200(參照圖2(f))之特徵在於：具備於透光性基板1之主表面上依序積層有具有轉印圖案之相移膜即相移圖案4a、及具有包含遮光帶之圖案之遮光膜即遮光圖案2b的結構，相移圖案4a係由藉由使用含氟氣體之乾式蝕刻進行蝕刻之材料形成，遮光圖案2b含有包含矽及氮之材料，遮光圖案2b之內部區域之藉由X射線光電子光譜法進行分析而獲得之Si2p之窄光譜在大於100 eV且為101.5 eV以下之範圍之鍵結能之中具有最大峰。
該第2實施方式之相移光罩200之製造方法之特徵在於：其係使用上述光罩基底20之製造方法，且具備如下步驟：連續進行一次藉由使用氟系氣體之乾式蝕刻於遮光膜2上形成轉印圖案之處理、及將具有轉印圖案之遮光膜2作為遮罩而藉由上述使用氟系氣體之乾式蝕刻於相移膜4上形成轉印圖案之處理的步驟；以及藉由乾式蝕刻於遮光膜2上形成包含遮光帶之圖案(遮光帶、遮光貼片等)之步驟。以下，按照圖2所示之製造步驟，對該第2實施方式之相移光罩200之製造方法進行說明。
首先，準備以與硬質遮罩膜3相接之方式，藉由旋轉塗佈法形成有抗蝕膜7之光罩基底20(圖2(a))。繼而，對於抗蝕膜7，利用電子束描繪應於相移膜4上形成之轉印圖案(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抗蝕圖案7a(參照圖2(b))。繼而，將第1抗蝕圖案7a作為遮罩，使用氯與氧之混合氣體等氯系氣體進行乾式蝕刻，於硬質遮罩膜3上形成第1圖案(硬質遮罩圖案3a)(參照圖2(b))。
繼而，將抗蝕圖案7a去除後，將硬質遮罩圖案3a作為遮罩，使用氟系氣體進行乾式蝕刻，於遮光膜2上形成第1圖案(遮光圖案2a)(參照圖2(c))。繼而，將遮光圖案2a作為遮罩，使用氟系氣體進行乾式蝕刻，於蝕刻終止膜5、相移膜4上形成第1圖案(蝕刻終止圖案5a、相移圖案4a)(參照圖2(c))。於該步驟中，如後述之實施例及比較例所示，根據遮光膜2之內部區域之Si2p之窄光譜中之最大峰之鍵結能的大小，遮光圖案2a之側蝕量產生差異。
於藉由使用氟系氣體之乾式蝕刻在相移膜上形成轉印圖案(相移圖案4a)時，遮光圖案2a之側壁暴露於蝕刻氣體中，產生側蝕。於如先前之產生較多側蝕之遮光膜2之情形時，因側蝕而側壁減退之區域之正下方之蝕刻終止圖案5a之上表面會受到蝕刻氣體之蝕刻。進而，亦自相移圖案4a之上表面進行蝕刻，難以於相移膜4上形成高精度且微細之轉印圖案。 與此相對，於該第2實施方式中，藉由使用側蝕量降低之遮光膜2，而蝕刻終止圖案5a之上表面之蝕刻得到抑制。其結果為，可於相移膜4上形成高精度且微細之轉印圖案(相移圖案4a)。
繼而，於光罩基底20上藉由旋轉塗佈法形成抗蝕膜。其後，對於抗蝕膜，利用電子束描繪應於遮光膜2上形成之圖案(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抗蝕圖案8b(參照圖2(d))。此處，由於第2圖案係相對較大之圖案，故而亦可採用產出量較高之利用雷射繪圖裝置進行之使用雷射光之曝光描繪來代替使用電子束之描繪。
繼而，將第2抗蝕圖案8b作為遮罩，使用氯系氣體與氧氣之混合氣體進行乾式蝕刻，於硬質遮罩膜3上形成第2圖案(硬質遮罩圖案3b)(參照圖2(d))。進而，利用灰化或抗蝕劑剝離液將第2抗蝕圖案8b去除。 繼而，將硬質遮罩圖案3b作為遮罩，使用氟系氣體進行乾式蝕刻，於遮光膜2上形成第2圖案(遮光圖案2b)(參照圖2(e))。此時，蝕刻終止圖案5a雖然被氟系氣體蝕刻少許而成為膜量減少之蝕刻終止圖案5a'，但仍可抑制相移圖案4a之進一步蝕刻。再者，雖然透光性基板1之露出部分亦被氟系氣體蝕刻少許，但由此導致之相位差之變動較小，因此可確保所需之相位差。 其後，藉由使用氯與氧之混合氣體之乾式蝕刻將硬質遮罩圖案3b去除，經過洗淨等特定之處理而獲得相移光罩200(參照圖2(f))。
藉由圖2所示之製造方法而製造之相移光罩200係於透光性基板1上具備具有轉印圖案之相移膜4(相移圖案4a)、及具有包含遮光帶之圖案之遮光膜2(遮光圖案2b)的相移光罩200。
具有包含遮光帶之圖案之遮光膜2(遮光圖案2b)含有包含矽及氮之材料，內部區域之藉由X射線光電子光譜法進行分析而獲得之Si2p之窄光譜在大於100 eV且為101.5 eV以下之範圍之鍵結能之中具有最大峰。藉由以此方式製造相移光罩200，可具有所需之遮光性能，抑制膜厚增大，並且降低形成遮光圖案2a時使用氟系氣體進行乾式蝕刻而產生之側蝕量，能夠精度良好地形成微細圖案。其結果為，可於相移膜4上形成微細且高精度之轉印圖案。
進而，本發明之半導體裝置之製造方法之特徵在於：利用上述相移光罩200或使用上述光罩基底20所製造之相移光罩200，將轉印圖案曝光轉印於半導體基板上之抗蝕膜。
本實施方式中之光罩基底20及相移光罩200由於具有如上所述之效果，故而當將相移光罩200安放於以ArF準分子雷射作為曝光之光之曝光裝置之光罩台上，而將轉印圖案曝光轉印於半導體裝置上之抗蝕膜時，能夠以較高之CD精度將轉印圖案轉印於半導體裝置上之抗蝕膜。因此，於將該抗蝕膜之圖案作為遮罩，對其下層膜進行乾式蝕刻而形成電路圖案之情形時，能夠形成不存在因精度不足所導致之配線短路或斷線之高精度電路圖案。
＜第3實施方式＞ 本發明之第3實施方式之光罩基底係將圖案形成用薄膜設為對曝光之光賦予特定之透過率及相位差之膜即相移膜者，用於製造相移光罩(轉印用光罩)。圖3係表示本發明之第3實施方式中之光罩基底之構成、及使用該光罩基底之相移光罩之製造步驟的剖視圖。圖3(a)係表示本發明之第3實施方式之光罩基底30之構成的剖視圖。 圖3(a)所示之光罩基底30具有在透光性基板1之主表面上依序積層有蝕刻終止膜6、相移膜(圖案形成用薄膜)4、蝕刻終止膜5、遮光膜2、硬質遮罩膜3、抗蝕膜7之結構。再者，針對與第1實施方式或第2實施方式之光罩基底相同之構成，使用同一符號，此處省略說明。
第3實施方式之光罩基底30在透光性基板1與相移膜4之間具備蝕刻終止膜6。該蝕刻終止膜6較佳為由含有鉿及氧之HfO系材料形成。藉此，可確保對於含有包含矽及氧之材料之透光性基板1之蝕刻終止功能，並且抑制氟系氣體對透光性基板1之刻蝕。蝕刻終止膜6之膜厚只要能夠確保蝕刻終止功能即可，較佳為3 nm以上。另一方面，蝕刻終止膜6藉由與相移膜4及蝕刻終止膜5之積層結構而構成相移圖案(轉印圖案)。蝕刻終止膜6與相移膜4相比，對於曝光之光之消光係數k較小。因此，於使蝕刻終止膜5之膜厚增加之情形時，不可使相移膜4之膜厚減少與蝕刻終止膜5所增加之膜厚相同之厚度。基於該觀點考慮，蝕刻終止膜5之膜厚較佳為15 nm以下，更佳為10 nm以下。
第3實施方式之遮光膜2雖然為具有與第1實施方式之遮光膜2相同之構成者，但其係在與蝕刻終止膜6、相移膜4、蝕刻終止膜5之積層結構中確保所需之遮光性能者，因此，即於該第2實施方式之情形時，蝕刻終止膜6、相移膜4、蝕刻終止膜5及遮光膜2之積層結構中對於ArF曝光之光之光學密度較佳為2.5以上，更佳為3.0以上。又，蝕刻終止膜6、相移膜4、蝕刻終止膜5及遮光膜2之積層結構中對於ArF曝光之光之光學密度較佳為4.0以下，更佳為3.5以下。又，由於針對遮光膜2所要求之光學密度小於針對第1實施方式之遮光膜2所要求之光學密度，故而所需之膜厚亦變薄。第3實施方式之遮光膜2之厚度較佳為70 nm以下，更佳為60 nm以下。又，遮光膜2之厚度較佳為30 nm以上，更佳為35 nm以上。
[轉印用光罩(相移光罩)及其製造] 該第3實施方式之轉印用光罩(相移光罩)300(參照圖3(g))之特徵在於：具備於透光性基板1之主表面上依序積層有具有轉印圖案之相移膜即相移圖案4a、具有包含遮光帶之圖案之遮光膜即遮光圖案2b的結構，相移圖案4a係由藉由使用含氟氣體之乾式蝕刻進行蝕刻之材料形成，遮光圖案2b含有包含矽及氮之材料，遮光圖案2b之內部區域之藉由X射線光電子光譜法進行分析而獲得之Si2p之窄光譜在大於100 eV且為101.5 eV以下之範圍之鍵結能之中具有最大峰。
該第3實施方式之相移光罩300之製造方法之特徵在於：其係使用上述光罩基底30之製造方法，且具備如下步驟：連續進行一次藉由使用氟系氣體之乾式蝕刻於遮光膜2上形成轉印圖案之處理、及將具有轉印圖案之遮光膜2作為遮罩而藉由上述使用氟系氣體之乾式蝕刻於相移膜4上形成轉印圖案之處理的步驟，即；以及藉由乾式蝕刻於遮光膜2上形成包含遮光帶之圖案(遮光帶、遮光貼片等)之步驟。以下，按照圖3所示之製造步驟，對該第3實施方式之相移光罩300之製造方法進行說明。
首先，準備以與硬質遮罩膜3相接之方式藉由旋轉塗佈法形成有抗蝕膜7之光罩基底30(圖3(a))。繼而，對於抗蝕膜7，利用電子束描繪應於相移膜4上形成之轉印圖案(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抗蝕圖案7a(參照圖3(b))。繼而，將第1抗蝕圖案7a作為遮罩，使用氯與氧之混合氣體等氯系氣體進行乾式蝕刻，於硬質遮罩膜3上形成第1圖案(硬質遮罩圖案3a)(參照圖3(b))。
繼而，將抗蝕圖案7a去除後，將硬質遮罩圖案3a作為遮罩，使用氟系氣體進行乾式蝕刻，於遮光膜2上形成第1圖案(遮光圖案2a)(參照圖3(c))。繼而，將遮光圖案2a作為遮罩，使用氟系氣體進行乾式蝕刻，於蝕刻終止膜5、相移膜4上形成第1圖案(蝕刻終止圖案5a、相移圖案4a)(參照圖3(c))。於該步驟中，如後述之實施例及比較例所示，根據遮光膜2之內部區域之Si2p之窄光譜中之最大峰之鍵結能的大小，遮光圖案2a之側蝕量產生差異。 又，本實施方式之光罩基底30於透光性基板1上具備蝕刻終止膜6。由於該蝕刻終止膜6對於氟系氣體具有蝕刻終止功能，故而可抑制透光性基板1之表面暴露於氟系氣體中。
於該第3實施方式中，亦與第2實施方式同樣地，藉由使用側蝕量降低之遮光膜2，而蝕刻終止圖案5a之上表面之蝕刻得到抑制。其結果為，可於相移膜4上形成高精度且微細之轉印圖案(相移圖案4a)。
繼而，於光罩基底30上藉由旋轉塗佈法形成抗蝕膜。其後，對於抗蝕膜，利用電子束描繪應於遮光膜2上形成之圖案(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抗蝕圖案8b(參照圖3(d))。此處，由於第2圖案係相對較大之圖案，故而亦可採用產出量較高之利用雷射繪圖裝置進行之使用雷射光之曝光描繪來代替使用電子束之描繪。
繼而，將第2抗蝕圖案8b作為遮罩，使用氯系氣體與氧氣之混合氣體進行乾式蝕刻，於硬質遮罩膜3上形成第2圖案(硬質遮罩圖案3b)(參照圖3(d))。進而，利用灰化或抗蝕劑剝離液將第2抗蝕圖案8b去除。 繼而，將硬質遮罩圖案3b作為遮罩，使用氟系氣體進行乾式蝕刻，於遮光膜2上形成第2圖案(遮光圖案2b)(參照圖2(e))。此時，蝕刻終止圖案5a雖然被氟系氣體蝕刻少許而成為膜量減少之蝕刻終止圖案5a'，但仍可抑制相移圖案4a之進一步蝕刻。再者，由於透光性基板1上形成有蝕刻終止膜6，故而可抑制透光性基板1暴露於氟系氣體中。 繼而，使用三氯化硼氣體(BCl 3氣體)進行乾式蝕刻，於蝕刻終止膜6上形成第2圖案(蝕刻終止圖案6a)。藉此，可提高未形成相移圖案4a之透光部之透過率。再者，作為該步驟中採用之乾式蝕刻，亦可使三氯化硼氣體中含有氦氣等惰性氣體。 其後，藉由使用氯與氧之混合氣體之乾式蝕刻將硬質遮罩圖案3b去除，經過洗淨等特定之處理而獲得相移光罩300(參照圖3(g))。
藉由圖3所示之製造方法而製造之相移光罩300係於透光性基板1上具備具有轉印圖案之相移膜4(相移圖案4a)、及具有包含遮光帶之圖案之遮光膜2(遮光圖案2b)的相移光罩300。
具有包含遮光帶之圖案之遮光膜2(遮光圖案2a)含有包含矽及氮之材料，內部區域之藉由X射線光電子光譜法進行分析而獲得之Si2p之窄光譜在大於100 eV且為101.5 eV以下之範圍之鍵結能之中具有最大峰。藉由以此方式製造相移光罩300，可具有所需之遮光性能，抑制膜厚增大，並且降低形成遮光圖案2a時使用氟系氣體進行乾式蝕刻而產生之側蝕量，能夠精度良好地形成微細圖案。其結果為，可於相移膜4上形成微細且高精度之轉印圖案。
進而，本發明之半導體裝置之製造方法之特徵在於：利用上述相移光罩300或使用上述光罩基底30所製造之相移光罩300，將轉印圖案曝光轉印於半導體基板上之抗蝕膜。
本實施方式中之光罩基底30及相移光罩300由於具有如上所述之效果，故而當將相移光罩200安放於以ArF準分子雷射作為曝光之光之曝光裝置之光罩台上，而將轉印圖案曝光轉印於半導體裝置上之抗蝕膜時，能夠以較高之CD精度將轉印圖案轉印於半導體裝置上之抗蝕膜。因此，於將該抗蝕膜之圖案作為遮罩，對其下層膜進行乾式蝕刻而形成電路圖案之情形時，能夠形成不存在因精度不足所導致之配線短路或斷線之高精度電路圖案。 [實施例]
以下，藉由實施例進一步具體地對本發明之實施方式進行說明。 (實施例1) [光罩基底之製造] 準備主表面之尺寸為約152 mm×約152 mm，厚度為約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至特定之表面粗糙度，其後，實施特定之洗淨處理及乾燥處理而得者。
繼而，將透光性基板1設置於單片式RF濺鍍裝置內，使用HfO 2靶，藉由將氬(Ar)氣作為濺鍍氣體之濺鍍(RF濺鍍)，以3 nm之膜厚形成包含鉿及氧之蝕刻終止膜6。 繼而，使用矽(Si)靶，將氬氣(Ar)、氮氣(N 2)及氦氣(He)之混合氣體作為濺鍍氣體，藉由利用RF電源之反應性濺鍍(RF濺鍍)，於蝕刻終止膜6上以56 nm之厚度形成包含矽及氮之相移膜4。於另一透光性基板1上僅形成該相移膜4，藉由X射線光電子光譜法對該相移膜4進行分析。結果可確認，相移膜4之各構成元素之含量為Si：46.9原子%、N：53.1原子%。繼而，使用氧化矽(SiO 2)靶，藉由將氬(Ar)氣作為濺鍍氣體之濺鍍(RF濺鍍)，以9 nm之膜厚形成包含矽及氧之蝕刻終止膜5。製成於另一透光性基板1上形成相移膜4及蝕刻終止膜5而得者，使用相移量測定裝置(Lasertec公司製造 MPM193)，測定該相移膜4與蝕刻終止膜5之積層結構中之對波長193 nm之光之透過率及相位差，結果透過率為21.4%，相位差為172度。
繼而，使用矽(Si)靶，將氪氣(Kr)、氮氣(N 2)及氦氣(He)之混合氣體(流量比 Kr：N 2：He＝5：2：25)作為濺鍍氣體，藉由利用DC電源之反應性濺鍍(DC濺鍍)，於透光性基板1上以50 nm之厚度形成包含矽及氮之遮光膜2。又，濺鍍時之DC電源之功率係設為1500 W。 其後，以9 nm之厚度形成包含鉻、氧及碳之硬質遮罩膜(CrOC膜)3。具體而言，使用鉻(Cr)靶，藉由將氬氣(Ar)、二氧化碳(CO 2)及氦氣(He)之混合氣體作為濺鍍氣體之反應性濺鍍(DC濺鍍)，形成硬質遮罩膜3。於另一透光性基板1上僅形成該硬質遮罩膜3，藉由X射線光電子光譜法(具有RBS修正)對該硬質遮罩膜3進行分析。結果可確認，硬質遮罩膜3之各構成元素之含量以平均值計為Cr：71原子%、O：15原子%、C：14原子%。 最後，藉由旋轉塗佈法以80 nm之厚度形成抗蝕膜7，製造實施例1之光罩基底30。
使用分光光度計(安捷倫科技公司製造 Cary4000)，測定蝕刻終止膜6、相移膜4、遮光膜2、蝕刻終止膜5、及硬質遮罩膜3之積層結構於波長193 nm下之光學密度(OD)，結果為3.0以上。由該結果可知，實施例1之光罩基底30具有所需之高遮光性能。
於另一透光性基板之主表面上，以與上述實施例1相同之成膜條件分別形成另一蝕刻終止膜、相移膜、蝕刻終止膜、遮光膜。繼而，對該另一透光性基板之遮光膜進行X射線光電子光譜分析。於該X射線光電子光譜分析中，藉由重複進行如下步驟而分別取得遮光膜之各深度之Si2p窄光譜，即，對遮光膜之表面照射X射線(AlKα射線：1486 eV)而測定自該遮光膜發射之光電子之強度，於Ar氣體濺鍍中，將Ar靶電壓設為2.0 kV，以約5 nm/分鐘(SiO 2換算)之濺鍍速率對遮光膜進行刻蝕，對經刻蝕之區域之遮光膜照射X射線而測定自該區域發射之光電子之強度。(以後之實施例2、比較例1亦同樣)。
圖4係表示對實施例1之光罩基底之遮光膜進行X射線光電子光譜分析之結果中處於內部區域之範圍內的特定深度處之Si2p窄光譜的圖。如該圖所示，實施例1之Si2p之窄光譜中之最大峰為100.6 eV，滿足大於100 eV且為101.5 eV以下之範圍。 又，該取得之Si2p窄光譜中分別包含Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵之峰。繼而，將Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵各者之峰位置與半峰全幅值FWHM(full width at half maximum)固定而進行峰分離。具體而言，將Si-Si鍵之峰位置設為99.75 eV，將Si aN b鍵之峰位置設為101.05 eV，將Si 3N 4鍵之峰位置設為102.25 eV，將各者之半峰全幅值FWHM設為1.71，進行峰分離。再者，於該圖中，將實際測定中獲得之光譜記為「DATA」，將對各經峰分離之光譜進行合計而得者記為「SUM」(圖5、圖6亦同樣)。如該等圖所示，「DATA」與「SUM」之光譜大體上一致，可謂峰分離之精度良好。 繼而，對於經峰分離之Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵各者之光譜，分別算出將藉由分析裝置所具備之作為公知方法之演算法而算出之背景減去後之面積，基於所算出之各者之面積，算出Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵之存在數之比率。 其結果為，Si-Si鍵之存在數之比率為0.420，Si aN b鍵之存在數之比率為0.548，Si 3N 4鍵之存在數之比率為0.032。即，同時滿足以下各條件：於內部區域中，Si 3N 4鍵及Si aN b鍵之合計存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.5以上，Si aN b鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.5以上，Si 3N 4鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.03以上。
又，針對所取得之遮光膜之各深度之Si2p窄光譜中符於遮光膜之內部區域的除了圖4所示之深度以外之深度的各Si2p窄光譜，藉由同樣之步序算出Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵之存在數之比率。其結果為，任一內部區域之深度之Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵之存在數之比率均具有與圖4所示之深度之Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵之存在數之比率相同之傾向。又，均滿足上述關於存在數之比率之3個條件。
又，由該等X射線光電子光譜分析之結果可知，該遮光膜之內部區域之平均組成為Si：N：O＝61.2：38.1：0.7(原子%比)。
[轉印用光罩之製造] 繼而，使用該實施例1之光罩基底30，藉由實施方式3之步序製造實施例1之轉印用光罩(相移光罩)300。 又，準備使用實施例1之另一光罩基底30，於硬質遮罩膜3、遮光膜2、蝕刻終止膜5、相移膜4上形成第1圖案(硬質遮罩圖案3a、遮光圖案2a、蝕刻終止圖案5a、相移圖案4a)而得者(參照圖3(c))，藉由截面TEM(Transmission Electron Microscopy，穿透式電子顯微鏡)觀察其截面。其結果為，相對於硬質遮罩圖案3a之側面，遮光圖案2a之側面位於側方3.1 nm。即，遮光圖案2a之側蝕量為容許範圍內。 如此，可謂實施例1之光罩基底30之遮光膜2具有所需之遮光性能，可抑制膜厚增大，並且降低形成圖案時於乾式蝕刻中產生之側蝕量。 又，於第2實施方式之相移光罩200之製造方法中，亦藉由與第3實施方式之相移光罩300相同之步驟，於硬質遮罩膜3、遮光膜2、蝕刻終止膜5、相移膜4上形成第1圖案(硬質遮罩圖案3a、遮光圖案2a、蝕刻終止圖案5a、相移圖案4a)(參照圖2(a)～(c))。因此，可謂即使將該實施例1之遮光膜2應用於實施方式2之構成之光罩基底20，其亦具有所需之遮光性能，可抑制膜厚增大，並且降低形成圖案時於乾式蝕刻中產生之側蝕量。 並且，於第1實施方式之二元光罩100之製造方法中，雖然遮光膜2之膜厚本身相較於第3實施方式之膜厚增大，但由於形成第1圖案之對象僅為遮光膜，故而用以形成第1圖案之蝕刻時間相較於第3實施方式變短。因此，可謂即使將該實施例1之遮光膜2應用於實施方式2之構成之光罩基底20，其亦具有所需之遮光性能，可抑制膜厚增大，並且降低形成圖案時於乾式蝕刻中產生之側蝕量。
繼而，對於實施例1之相移光罩300，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製造)實施利用波長193 nm之曝光之光向半導體裝置上之抗蝕膜進行曝光轉印時之轉印圖像之模擬。對該模擬之曝光轉印圖像進行驗證，結果充分滿足設計規格。根據該結果，可謂即便於將實施例1之相移光罩300安放於曝光裝置之光罩台上，而向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亦能夠以高精度形成。因此，可謂藉由實施例1之轉印用光罩之製造方法所製造之相移光罩300係轉印精度較高之轉印用光罩。
(實施例2) [光罩基底之製造] 除了將遮光膜2設為如下所述以外，藉由與實施例1之光罩基底30相同之步序製造實施例2之光罩基底30。
實施例2之遮光膜之形成方法如下所述。 以與實施例1相同之方式，在透光性基板1上分別使蝕刻終止膜6、相移膜4、蝕刻終止膜5成膜。 繼而，使用矽(Si)靶，將氪氣(Kr)、氮氣(N 2)及氦氣(He)之混合氣體(流量比 Kr：N 2：He＝2：1：10)作為濺鍍氣體，藉由利用DC電源之反應性濺鍍(DC濺鍍)，於透光性基板1上以55 nm之厚度形成包含矽及氮之遮光膜2。又，濺鍍時之DC電源之功率係設為1500 W。 其後，以與實施例1相同之方式使硬質遮罩膜(CrOC膜)3成膜後，藉由旋轉塗佈法以80 nm之厚度形成抗蝕膜7，製造實施例2之光罩基底30。
以與實施例1相同之方式測定蝕刻終止膜6、相移膜4、遮光膜2、蝕刻終止膜5、及硬質遮罩膜3之積層結構於波長193 nm下之光學密度(OD)，結果為3.0以上。由該結果可知，實施例2之光罩基底具有所需之遮光性能。
以與實施例1相同之方式，在另一透光性基板之主表面上以與上述實施例1相同之成膜條件分別形成另一蝕刻終止膜、相移膜、蝕刻終止膜、遮光膜。繼而，對該另一透光性基板之遮光膜進行X射線光電子光譜分析。於該X射線光電子光譜分析中，藉由重複進行如下步驟而分別取得遮光膜之各深度之Si2p窄光譜，即，對遮光膜之表面照射X射線(AlKα射線：1486 eV)而測定自該遮光膜發射之光電子之強度，於Ar氣體濺鍍中，將Ar靶電壓設為2.0 kV，以約5 nm/分鐘(SiO 2換算)之濺鍍速率對遮光膜進行刻蝕，對經刻蝕之區域之遮光膜照射X射線而測定自該區域發射之光電子之強度。
圖5係表示對實施例2之光罩基底之遮光膜進行X射線光電子光譜分析之結果中處於內部區域之範圍內的特定深度處之Si2p窄光譜的圖。如該圖所示，實施例2之Si2p之窄光譜中之最大峰為101.1 eV，滿足大於100 eV且為101.5 eV以下之範圍。 又，該取得之Si2p窄光譜中分別包含Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵之峰。繼而，將Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵各者之峰位置與半峰全幅值FWHM(full width at half maximum)固定而進行峰分離。具體而言，將Si-Si鍵之峰位置設為99.65 eV，將Si aN b鍵之峰位置設為101.05 eV，將Si 3N 4鍵之峰位置設為101.75 eV，將各者之半峰全幅值FWHM設為1.71，進行峰分離。 繼而，以與實施例1相同之方式算出Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵之存在數之比率。 其結果為，Si-Si鍵之存在數之比率為0.269，Si aN b鍵之存在數之比率為0.600，Si 3N 4鍵之存在數之比率為0.131。即，同時滿足以下各條件：於內部區域中，Si 3N 4鍵及Si aN b鍵之合計存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.5以上，Si aN b鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.5以上，Si 3N 4鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.03以上。
又，針對所取得之遮光膜之各深度之Si2p窄光譜中符於遮光膜之內部區域的除了圖5所示之深度以外之深度的各Si2p窄光譜，藉由同樣之步序算出Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵之存在數之比率。其結果為，內部區域之所有深度之Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵之存在數之比率均具有與圖5所示之深度之Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵之存在數之比率相同之傾向。又，均滿足上述關於存在數之比率之3個條件。 又，由該等X射線光電子光譜分析之結果可知，該遮光膜之內部區域之平均組成為Si：N：O＝56.5：43.1：0.4(原子%比)。
[轉印用光罩之製造] 繼而，使用該實施例2之光罩基底30，藉由實施方式3之步序製造實施例2之轉印用光罩(相移光罩)300。 又，準備使用實施例2之另一光罩基底30，於硬質遮罩膜3、遮光膜2、蝕刻終止膜5、相移膜4上形成第1圖案(硬質遮罩圖案3a、遮光圖案2a、蝕刻終止圖案5a、相移圖案4a)而得者(參照圖3(c))，藉由截面TEM觀察其截面。其結果為，相對於硬質遮罩圖案3a之側面，遮光圖案2a之側面位於側方2.5 nm。即，遮光圖案2a之側蝕量為容許範圍內。 如此，可謂實施例2之光罩基底30之遮光膜2具有所需之遮光性能，可抑制膜厚增大，並且降低形成圖案時於乾式蝕刻中產生之側蝕量。 並且，如實施例1中之記載，可謂即使將該實施例2之遮光膜2應用於實施方式2之構成之光罩基底20或實施方式1之構成之光罩基底10，其亦具有所需之遮光性能，可抑制膜厚增大，並且降低形成圖案時於乾式蝕刻中產生之側蝕量。
繼而，對於實施例2之相移光罩300，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製造)實施利用波長193 nm之曝光之光向半導體裝置上之抗蝕膜進行曝光轉印時之轉印圖像之模擬。對該模擬之曝光轉印圖像進行驗證，結果充分滿足設計規格。根據該結果，可謂即便於將實施例2之相移光罩300安放於曝光裝置之光罩台上，而向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亦能夠以高精度形成。因此，可謂藉由實施例2之轉印用光罩之製造方法所製造之相移光罩300係轉印精度較高之轉印用光罩。
(比較例1) [光罩基底之製造] 除了將遮光膜2設為如下所述以外，藉由與實施例1之光罩基底30相同之步序製造比較例1之光罩基底30。
比較例1之遮光膜之形成方法如下所述。 以與實施例1相同之方式，在透光性基板1上分別使蝕刻終止膜6、相移膜4、蝕刻終止膜5成膜。 繼而，使用矽(Si)靶，將氪氣(Kr)、氮氣(N 2)及氦氣(He)之混合氣體(流量比 Kr：N 2：He＝5：1：25)作為濺鍍氣體，藉由利用DC電源之反應性濺鍍(DC濺鍍)，於透光性基板1上以40 nm之厚度形成包含矽及氮之遮光膜2。又，濺鍍時之DC電源之功率係設為1500 W。 其後，以與實施例1相同之方式使硬質遮罩膜(CrOC膜)3成膜後，藉由旋轉塗佈法以80 nm之厚度形成抗蝕膜7，製造比較例1之光罩基底30。
以與實施例1相同之方式測定蝕刻終止膜6、相移膜4、遮光膜2、蝕刻終止膜5、及硬質遮罩膜3之積層結構於波長193 nm下之光學密度(OD)，結果為3.0以上。由該結果可知，比較例1之光罩基底具有所需之遮光性能。
以與實施例1相同之方式，在另一透光性基板之主表面上以與上述實施例1相同之成膜條件分別形成另一蝕刻終止膜、相移膜、蝕刻終止膜、遮光膜，進而以相同之條件進行加熱處理。繼而，對該加熱處理後之另一透光性基板之遮光膜進行X射線光電子光譜分析。於該X射線光電子光譜分析中，藉由重複進行如下步驟而分別取得遮光膜之各深度之Si2p窄光譜，即，對遮光膜之表面照射X射線(AlKα射線：1486 eV)而測定自該遮光膜發射之光電子之強度，於Ar氣體濺鍍中，將Ar靶電壓設為2.0 kV，以約5 nm/分鐘(SiO 2換算)之濺鍍速率對遮光膜進行刻蝕，對經刻蝕之區域之遮光膜照射X射線而測定自該區域發射之光電子之強度。
圖6係表示對比較例1之光罩基底之遮光膜進行X射線光電子光譜分析之結果中處於內部區域之範圍內的特定深度處之Si2p窄光譜的圖。如該圖所示，比較例1之Si2p之窄光譜中之最大峰為99.7 eV，不滿足大於100 eV且為101.5 eV以下之範圍。 又，該取得之Si2p窄光譜中分別包含Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵之峰。繼而，將Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵各者之峰位置與半峰全幅值FWHM(full width at half maximum)固定而進行峰分離。具體而言，將Si-Si鍵之峰位置設為99.7 eV，將Si aN b鍵之峰位置設為100.3 eV，將Si 3N 4鍵之峰位置設為101.9 eV，將各者之半峰全幅值FWHM設為1.71，進行峰分離。 繼而，以與實施例1相同之方式算出Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵之存在數之比率。 其結果為，Si-Si鍵之存在數之比率為0.716，Si aN b鍵之存在數之比率為0.284，Si 3N 4鍵之存在數之比率為0.000。即，不同時滿足以下各條件：於內部區域中，Si 3N 4鍵及Si aN b鍵之合計存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.5以上，Si aN b鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.5以上，Si 3N 4鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.03以上。
又，針對所取得之遮光膜之各深度之Si2p窄光譜中符於遮光膜之內部區域的除了圖6所示之深度以外之深度的各Si2p窄光譜，藉由同樣之步序算出Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵之存在數之比率。其結果為，內部區域之所有深度之Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵之存在數之比率均具有與圖6所示之深度之Si-Si鍵、Si aN b鍵及Si 3N 4鍵之存在數之比率相同之傾向。又，均不滿足上述關於存在數之比率之3個條件。 又，由該等X射線光電子光譜分析之結果可知，該遮光膜之內部區域之平均組成為Si：N：O＝77.0：23.0：0.0(原子%比)。
[轉印用光罩之製造] 繼而，使用該比較例1之光罩基底30，藉由實施方式3之步序製造比較例1之轉印用光罩(相移光罩)300。 又，準備使用比較例1之另一光罩基底30，於硬質遮罩膜3、遮光膜2、蝕刻終止膜5、相移膜4上形成第1圖案(硬質遮罩圖案3a、遮光圖案2a、蝕刻終止圖案5a、相移圖案4a)而得者(參照圖3(c))，藉由截面TEM觀察其截面。其結果為，相對於硬質遮罩圖案3a之側面，遮光圖案2a之側面位於側方51 nm。即，遮光圖案2a之側蝕量並非容許範圍內。
如此，比較例1之光罩基底30之遮光膜2並非具有所需之遮光性能，可抑制膜厚增大，並且降低形成圖案時於乾式蝕刻中產生之側蝕量者，可謂難以形成微細圖案。 又，於第2實施方式之相移光罩200之製造方法中，亦藉由與第3實施方式之相移光罩300相同之步驟，於硬質遮罩膜3、遮光膜2、蝕刻終止膜5、相移膜4上形成第1圖案(硬質遮罩圖案3a、遮光圖案2a、蝕刻終止圖案5a、相移圖案4a)(參照圖2(a)～(c))。因此，可謂即使將該比較例1之遮光膜2應用於實施方式2之構成之光罩基底20，其亦非具有所需之遮光性能，可抑制膜厚增大，並且降低形成圖案時於乾式蝕刻中產生之側蝕量者。
又，於另一透光性基板1上，以同樣之成膜條件使比較例1之遮光膜2以45 nm之膜厚成膜，並於其上使硬質遮罩膜3成膜。繼而，藉由與第1實施方式之二元光罩100相同之步驟，於硬質遮罩膜3、遮光膜2上形成第1圖案(硬質遮罩圖案3a、遮光圖案2a)(參照圖1(a)～(c))，藉由截面TEM觀察其截面。其結果為，相對於硬質遮罩圖案3a之側面，遮光圖案2a之側面產生較多側蝕，並非容許範圍內。因此，可謂即使將該比較例1之遮光膜2應用於實施方式1之構成之光罩基底10，其亦非具有所需之遮光性能，可抑制膜厚增大，並且降低形成圖案時於乾式蝕刻中產生之側蝕量者。
繼而，對於比較例1之相移光罩300，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製造)實施利用波長193 nm之曝光之光向半導體裝置上之抗蝕膜進行曝光轉印時之轉印圖像之模擬。對該模擬之曝光轉印圖像進行驗證，結果無法滿足設計規格。由該結果可預測，於將比較例1之相移光罩安放於曝光裝置之光罩台上，而向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產生較多電路圖案之斷線或短路。
1:透光性基板 2:遮光膜 2a:遮光圖案 2b:遮光圖案 3:硬質遮罩膜 3a:硬質遮罩圖案 3b:硬質遮罩圖案 4:相移膜 4a:相移圖案 5:蝕刻終止膜 5a:蝕刻終止圖案 5a':蝕刻終止圖案 6:蝕刻終止膜 6a:蝕刻終止圖案 7:抗蝕膜 7a:抗蝕圖案 8b:抗蝕圖案 10:光罩基底 20:光罩基底 30:光罩基底 100:二元光罩 200:相移光罩 300:相移光罩
圖1(a)～(d)係表示本發明之第1實施方式中之光罩基底之構成、及使用該光罩基底之二元光罩之製造步驟的剖視圖。 圖2(a)～(f)係表示本發明之第2實施方式中之光罩基底之構成、及使用該光罩基底之相移光罩之製造步驟的剖視圖。 圖3(a)～(g)係表示本發明之第3實施方式中之光罩基底之構成、及使用該光罩基底之相移光罩之製造步驟的剖視圖。 圖4係表示對本發明之實施例1之光罩基底之遮光膜之內部區域進行X射線光電子光譜分析之結果的圖。 圖5係表示對本發明之實施例2之光罩基底之遮光膜之內部區域進行X射線光電子光譜分析之結果的圖。 圖6係表示對本發明之比較例1之光罩基底之遮光膜之內部區域進行X射線光電子光譜分析之結果的圖。

Claims (20)

  1. 一種光罩基底，其特徵在於： 其係於透光性基板上具備遮光膜者；且 上述遮光膜含有包含矽及氮之材料， 上述遮光膜之內部區域之藉由X射線光電子光譜法進行分析而獲得之Si2p之窄光譜在大於100 eV且為101.5 eV以下之範圍之鍵結能之中具有最大峰， 上述遮光膜之內部區域係除上述透光性基板側之背面側區域、及與上述透光性基板為相反側之正面側區域以外之區域。
  2. 如請求項1之光罩基底，其中上述內部區域之矽及氮之合計含量為95原子%以上。
  3. 如請求項1之光罩基底，其中上述內部區域之氮含量為30原子%以上且未達50原子%。
  4. 如請求項1之光罩基底，其中上述正面側區域係上述遮光膜中如下範圍之區域，即自與上述透光性基板為相反側之表面朝向上述透光性基板側直至5 nm深度為止。
  5. 如請求項1之光罩基底，其中上述背面側區域係上述遮光膜中如下範圍之區域，即自上述透光性基板側之表面朝向上述正面側區域側直至5 nm深度為止。
  6. 如請求項1之光罩基底，其中於上述X射線光電子光譜分析中，對上述遮光膜照射之X射線為AlKα射線。
  7. 如請求項1之光罩基底，其中上述內部區域中之Si 3N 4鍵及Si aN b鍵(其中，b/[a＋b]＜4/7)之合計存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.5以上。
  8. 如請求項7之光罩基底，其中上述內部區域中之Si aN b鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.5以上。
  9. 如請求項7之光罩基底，其中上述內部區域中之Si 3N 4鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.03以上。
  10. 如請求項1至9中任一項之光罩基底，其在上述透光性基板與上述遮光膜之間具備相移膜，該相移膜係由藉由使用含氟氣體之乾式蝕刻經蝕刻之材料形成。
  11. 一種相移光罩，其特徵在於： 其係於透光性基板上依序具備具有轉印圖案之相移膜、及具有包含遮光帶之圖案之遮光膜者；且 上述相移膜係由藉由使用含氟氣體之乾式蝕刻經蝕刻之材料形成， 上述遮光膜含有包含矽及氮之材料， 上述遮光膜之內部區域之藉由X射線光電子光譜法進行分析而獲得之Si2p之窄光譜在大於100 eV且為101.5 eV以下之範圍之鍵結能之中具有最大峰， 上述遮光膜之內部區域係除上述透光性基板側之背面側區域、及與上述透光性基板為相反側之正面側區域以外之區域。
  12. 如請求項11之相移光罩，其中上述內部區域之矽及氮之合計含量為95原子%以上。
  13. 如請求項11或12之相移光罩，其中上述內部區域之氮含量為30原子%以上且未達50原子%。
  14. 如請求項11或12之相移光罩，其中上述正面側區域係上述遮光膜中如下範圍之區域，即自與上述透光性基板為相反側之表面朝向上述透光性基板側直至5 nm深度為止。
  15. 如請求項11或12之相移光罩，其中上述背面側區域係上述遮光膜中如下範圍之區域，即自上述透光性基板側之表面朝向上述正面側區域側直至5 nm深度為止。
  16. 如請求項11或12之相移光罩，其中於上述X射線光電子光譜分析中，對上述遮光膜照射之X射線為AlKα射線。
  17. 如請求項11之相移光罩，其中上述內部區域中之Si 3N 4鍵及Si aN b鍵(其中，b/[a＋b]＜4/7)之合計存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.5以上。
  18. 如請求項17之相移光罩，其中上述內部區域中之Si aN b鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.5以上。
  19. 如請求項17或18之相移光罩，其中上述內部區域中之Si 3N 4鍵之存在比率相對於Si 3N 4鍵、Si aN b鍵及Si-Si鍵之合計存在比率的比為0.03以上。
  20. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於具備如下步驟：使用如請求項11至19中任一項之相移光罩，將上述轉印圖案曝光轉印於半導體基板上之抗蝕膜。
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