TWI438563B - 反射型光罩基板、反射型光罩及該等之製造方法 - Google Patents

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Description

反射型光罩基板、反射型光罩及該等之製造方法
本發明係關於一種光罩基板、光罩及該等之製造方法，其係例如在製造半導體製造過程中轉印細微圖樣之際作為遮蔽所使用的光罩時，作為中間體使用。
一般半導體裝置等之製造步驟，係使用微影技術來形成細微圖樣，實施該微影技術時，於細微圖樣轉印步驟中，係使用一光罩作為遮蔽。該光罩一般而言，係於作為中間體的光罩基板之遮光膜上形成所期望之細微圖樣而得。因此，形成於作為中間體之光罩基板上的遮光膜等之特性，幾乎直接左右最終所獲得之光罩性能。該光罩基板之遮光膜，於習知技術中，一般係使用鉻。
然而，近年來，圖樣之細微化愈加發展，伴隨而來者有發生於習知技術中之光阻膜厚及光阻傾倒等問題。以鉻為主成份之遮光膜的情況，藉由電子束(electron beam)描繪於光阻膜上形成轉印圖樣後而蝕刻時，溼蝕刻(wet etching)與乾蝕刻(dry etching)兩者皆可使用。但是，於溼蝕刻之情況，由於蝕刻之進行係具有等向性之趨勢，故難以對應於近年來圖樣的細微化，因此具有異向性之趨勢的乾蝕刻便成為主流。
以鉻為主成份之遮光膜於乾蝕刻時，一般係使用氯系氣體與氧氣之混合氣體作為蝕刻氣體。但是，習知技術中的有機性光阻膜具有容易被氧氣蝕刻的特性，相較於以鉻為主成份的遮光膜之蝕刻速度則非常快速。光阻膜在以鉻為主成份之遮光膜在以乾蝕刻完成圖樣成形前仍必須殘留，因此，以鉻作為主成份的遮光膜之情況，光阻膜之膜厚便變得非常厚(例如，約為以鉻為主成份之遮光膜之膜厚的3倍)。
近年來，圖樣之細微化發展顯著，藉由電子束描繪形成轉印圖樣後的光阻膜中圖樣混雜之部份，相較於光阻膜之寬度，其高度(光阻膜之厚度方向)變得非常高，於顯影時便會發生因不穩定而發生傾倒或剝離等現象。如發生該等現象，便無法於以鉻為主成份之遮光膜上正確地形成轉印圖樣而成為不合格之光罩。因此，光阻之薄膜化是為最優先之課題。以鉻作為主成份之遮光膜之情況，欲薄化光阻膜厚，也必須要薄化該遮光膜。但是，以鉻為主成份之遮光膜已達到遮光性能不充足界限的膜厚。
日本特開昭57-161857號公報(專利文獻1)中，提出一種以鉭為主成份之金屬膜來替代鉻而作為遮光膜使用之薄膜。該專利文獻1係揭露一種遮蔽基板，其係於透光性基板上依序層積一鉭金屬層、一鉭氮化物與鉭氧化物的混合層。又，在日本特開昭58-31336號公報(專利文獻2)中，揭露一種遮蔽基板，其係於基板上，依序層積一低氧化度之金屬氧化物與低氮化度之金屬氮化物的混合層、一高氧化度之金屬氧化物與高氮化度之金屬氮化物的混合層，並提示可使用鉭作為一種可適用於該結構之金屬成份。
另外，習知技術中具有遮光膜之光罩基板，已知會因為遮光膜所具有之膜應力而導致該玻璃基板變形。一旦使用該玻璃基板已產生變形之光罩基板，在遮光膜上形成轉印圖樣以製作光罩、並於曝光裝置使用時，於圖樣轉印目標之晶圓等處會成為產生失焦等光學缺陷之主要原因。於圖樣寬度較大之情況，該等失焦係在可忽視之範圍內。但是，由於近年來圖樣之細微化不斷演進，則該等失焦便成為問題點，於是便有提出減低失焦原因之膜應力的各種製造方法。
又，於日本特開2006-195202號公報(專利文獻3)中，則提出一種製造方法，其係於設置有鉻系材料薄膜作為遮光膜之光罩基板中，減低鉻系材料薄膜所具有之拉應力。其揭露在藉由濺鍍而於玻璃基板上形成鉻系材料薄膜之時，於濺鍍靶處施加每單位濺鍍面積5W/cm2 以上之電力。
鉭於ArF準分子雷射(波長193nm)之曝光(以下，簡稱為ArF曝光)時具有大於鉻之高遮光性，且作為一種可使用實質上不含氧氣之蝕刻氣體來進行乾蝕刻的材料而開始受到重視。鉭金屬或是非氧化物之鉭化合物，具有僅使用氯系氣體、氟系氣體便可進行乾蝕刻之優點。又，即便為鉭氧化物之情況，在使用氯系氣體時的蝕刻速度非常緩慢，實際上雖無法進行乾蝕刻，但使用氟系氣體便可進行實質地乾蝕刻。由於鉭金屬或鉭化合物，可使用實質上不含氧氣之蝕刻氣體來進行乾蝕刻，故可大幅地減低於乾蝕刻時之光阻膜的消耗量(可為與鉭系遮光膜之膜厚同等程度的光阻膜之膜厚)。藉此，相較於Cr膜之情況，相對於藉由電子束描繪等形成轉印圖樣後的光阻膜之寬度，其高度(光阻膜之厚度方向)亦可大幅地降低，並可解決光阻膜傾倒或缺陷等之問題。
但是，鉭金屬係於大氣中非常容易氧化之材料，將其作為遮光膜使用時會產生問題。如前述，鉭氧化物(Ta氧化物)僅可用於以氟系氣體的乾蝕刻，而該氟系氣體卻具有蝕刻石英玻璃等玻璃材料的特性。因此，在廣為使用於ArF曝光用之光罩基板的石英玻璃之透明基板上形成鉭氧化物之遮光膜來製造光罩基板之情況，於遮光膜上塗布光阻膜，並實施電子束描繪等以於光阻膜上形成轉印圖樣後，一旦將其作為圖樣而以氟系氣體對鉭氧化物之遮光膜進行乾蝕刻，則雖於鉭氧化物處可轉印出精度優良之圖樣，但會有氟系氣體侵蝕至透明基板、毀損透明基板之表面而導致對光學特性造成不良影響之問題。
鉭金屬具有可藉由氮化以形成鉭氮化物(Ta氮化物)來抑制氧化之特性。但是，僅靠氮化仍難以完全地抑制氧化。又，以遮光膜所需具備之性能，在形成有轉印圖樣之光罩中，於實施ArF曝光等曝光步驟時，必須將遮光膜表面的光線表面反射之表面反射率減低至一特定值以下(不滿30%)。通常，於透光型光罩基板中的鉻遮光膜之情況，係在作為高遮光性能之遮光層的Cr膜之上層處層積一鉻氧化層來作為表面反射防止層。另外，近年來，開始使用浸潤曝光等的開口數NA>1之高NA(Hyper-NA)曝光技術。以該高NA曝光技術於曝光至光罩之時，由於來自光罩之透明基板之內面(透明基板未形成有遮光膜之面)側的ArF曝光光線之入射角度(與透明基板內面之垂直線相交之角度)會變大，故自透明基板之內面側處入射，並於透明基板之表面與遮光膜之內面的交界面處反射之反射光便會在於透明基板之內面處再次反射，在該再次反射之光線由去除遮光膜部分的透明基板之表面射出時，會造成眩光(flare)或曝光量過量誤差(dose error)等，而將對於至光阻膜等曝光對象物的圖樣轉印導致不良之影響。因此，透明基板與遮光層之間常增設有內面反射防止層。又，內面反射防止層的反射光之反射率(內面反射率)通常必須降低至未滿40%。使用鉻遮光膜之情況，於透明基板與鉻遮光膜之間常置入一鉻氮化層作為內面反射防止層。有鑑於上述各點，本發明者所研究之結果，得知在鉭遮光膜之情況，在透明基板上形成可兼為遮光性能較高之遮光層及內面反射防止層的鉭氮化層，並於其上層再形成可兼為表面反射防止層與鉭氮化層之氧化防止層的鉭氧化層之層積結構為佳。
如前述一般，已知於習知技術中，具有遮光膜之光罩基板因遮光膜具有之膜應力而為導致玻璃基板變形之起因的問題，在以鉭為主成份的遮光膜之情況中亦不例外。鉭氮化層除了由於氮為侵入型化合物而導致內部之壓縮應力提高趨勢外，由於鉭比過去使用來作為遮光膜之元素(Cr：原子量52.00、Mo：原子量95.94)更重(鉭：原子量180.9)，故自濺鍍靶飛散出之鉭粒子，由於在撞擊透明基板上面而成膜時的動能較大，於成膜後遮光層的鉭氮化層內部之壓縮應力亦有增大的趨勢。
另一方面，鉭氧化物具有使內部拉應力增高的趨勢。但是，同様地自濺鍍靶飛散出之鉭粒子，由於在撞擊透明基板之上面而成膜時的動能較大，而會於該成膜後表面反射防止層之鉭氧化層處施加一壓縮方向之力，故有使得內部拉應力減小的趨勢。通常，在內部具有壓縮應力之金屬氮化物層之上層處層積內部具有拉應力之金屬氧化物層的情況，會因壓縮應力與該拉應力的平衡而相互抵消，調整各層於成膜時濺鍍裝置內的壓力，亦可如專利文獻2之記載，以調整供給至濺鍍裝置之電力來使得該應力相互抵消以減少透明基板之變形量。
但是，在鉭氮化物與鉭氧化物之積層構造的遮光膜之情況，相較於鉭氧化物之內部拉應力，鉭氮化物之內部壓縮應力非常大，藉由習知技術，欲使得遮光膜整體之內部應力相互抵消則有困難而成為問題。
本發明之目的係提供一種可形成精度良好之極細微圖樣的光罩基板以及於該光罩基板上形成有細微圖樣的光罩，其中，在因具有以鉭為主成份之遮光膜導致內部應力不平衡而產生玻璃基板變形的光罩基板上，於針對製作形成有轉印圖樣之光罩來對晶圓等圖樣轉印對象物進行曝光時，可解決失焦等的光學缺陷之問題。
為了解決前述之課題，本發明係具有以下之實際樣態。
【第1實施樣態】
第1實施樣態中，本發明之光罩基板，係於透明基板上具有至少由2層所組成之遮光膜，其特徵在於：該遮光膜係具有以鉭氮化物作為主成份並包含有氙之材料所組成的遮光層，以及以層積於該遮光層之上面的以鉭氧化物為主成份並包含有氬之材料所組成的表面反射防止層。
【第2實施樣態】
第2實施樣態例中，本發明之光罩基板，其特徵在於：該遮光層或該表面反射防止層係由含硼之材料所組成。
【第3實施樣態】
第3實施樣態中，本發明之光罩，其特徵在於：於第1實施樣態的光罩基板之遮光膜上形成有轉印圖樣。
【第4實施樣態】
第4實施樣態中，本發明的光罩基板之製造方法，其特徵在於包含下列步驟：一遮光層形成步驟，於透明基板之表面處，使用一由鉭或以鉭作為主成份之材料所組成的濺鍍靶，並利用氙氣與氮系氣體之混合氣體作為濺鍍氣體進行濺鍍來形成以鉭氮化物為主成份之材料所組成的遮光層；以及一表面反射防止層形成步驟，於該遮光層形成步驟所形成之遮光層上面，使用一由鉭或以鉭為主成份之材料所組成之濺鍍靶，並使用氬氣與氧系氣體之混合氣體作為濺鍍氣體進行濺鍍來形成以鉭氧化物為主成份之材料所組成的表面反射防止層。
【第5實施樣態】
第5實施樣態中，本發明的光罩基板之製造方法，其特徵在於：該濺鍍靶係鉭與硼之燒結體。
【第6實施樣態】
第6實施樣態中，本發明的光罩之製造方法，其係於第1實施樣態的光罩基板之遮光膜形成轉印圖樣，其特徵在於包含下列步驟：將形成於該遮光膜上的具轉印圖樣之光阻膜作為蝕刻遮罩，將表面反射防止層以不含氧之氟系氣體(CHF3 、SF6 、C4 F8 、CF4 等)進行乾蝕刻之步驟；以及將該光阻膜或該表面反射防止層中之至少任一者作為蝕刻遮罩，將遮光層以不含氧之氯系氣體(Cl2 、CH2 Cl2 、SiCl4 等)進行乾蝕刻之步驟。
再者，於該實施樣態中，所謂不含氧之氟系氣體，在此係指含有於乾蝕刻時不至影響光阻等程度數量的氧，亦即，亦包含實質上不含氧之氟系氣體。又，所謂不含氧之氯系氣體，在此係指含有於乾蝕刻時不至影響光阻等程度數量的氧，亦即，亦包含實質上不含氧之氯系氣體。
本發明中，在製造於透明基板上具備以鉭氮化物為主成份的遮光層及以鉭氧化物為主成份的表面反射防止層之遮光膜的光罩基板之情況，其中在透明基板上形成以鉭氮化物為主成份之遮光層時，係使用Xe氣體與N系氣體(氮系氣體)之混合氣體作為濺鍍裝置內之環境氣體，而由濺鍍裝置內部的鉭金屬或鉭化合物之濺鍍靶所飛出之鉭粒子，會與原子量較大之Xe原子撞擊而損失動能，故可以於速度降低之狀態來撞擊至透明基板上。如此一來，Ta粒子撞擊時，便可降低給予以鉭氮化物為主成份之遮光層的壓縮應力，並可大幅地減低該遮光層內部之壓縮應力。
另一方面，於遮光層上形成以鉭氧化物為主成份之表面反射防止層時，作為濺鍍裝置內之環境氣體係使用原子量小於一般濺鍍時常用的稀有氣體之Xe氣體的Ar氣體與O系氣體(氧系氣體)之混合氣體，而由濺鍍裝置內部之鉭金屬或鉭化合物之濺鍍靶所飛出之鉭粒子，即便與原子量較小之Ar原子撞擊後，其動能之損失遠小於與Xe原子撞擊後動能之損失，故可於速度幾乎不下降之狀態下撞擊至透明基板上。如此一來，於Ta粒子撞擊時便可施加一龐大之壓縮應力給以鉭氧化物為主成份之遮光層，並可減低遮光層內部之拉應力。
因此，藉由層積有可大幅減低壓縮應力之以鉭氮化物為主成份的遮光層，以及拉應力可減低至與一般金屬氧化層相同程度之鉭氧化層為主成份的表面反射防止層，可具有將遮光膜整體中原有之強大壓縮應力以兩層之應力巧妙地相消而大幅地減低該遮光膜的內部應力之效果。藉此，於玻璃基板變形後的光罩基板形成轉印圖樣來製作光罩以對晶圓等圖樣轉印對象物進行曝光時的失焦等的光學缺陷不會產生，而可提供一符合近年來之細微圖樣曝光所要求之精度的遮蔽基板。
第1圖係本發明實施例的光罩基板結構之剖面圖，第2圖係本發明實施例的光罩結構之剖面圖，第3圖係以本發明實施例之光罩基板而製作光罩的過程之剖面圖，以下，便參考該等圖式來說明本發明實施例之光罩基板以及光罩。
如第1圖所示，本實施例之光罩基板係於由合成石英所組成之玻璃基板1上，形成有厚44.9nm並以鉭氮化物為主成份之鉭氮化層2來作為遮光層，於該鉭氮化層2上，形成有厚13nm並以鉭氧化物為主成份之鉭氧化層3來作為表面反射防止層。再者，並以鉭氮化層2與鉭氧化層3來構成遮光膜30。該鉭氮化層2之氮含量為31at%，該鉭氧化層3之氧含量為58at%。藉由前述結構之遮光膜30，可將針對ArF準分子雷射之曝光光線的表面反射率降至未滿30%，且內面反射率降至未滿40%。又，如第2圖所示，本實施例之光罩，其係於第1圖所示光罩基板之遮光膜30上形成有由該遮光膜30之殘留部分30a與去除部分30b所構成的細微圖樣。
其次，便參考第3圖來說明本發明光罩基板以及製造光罩之實施例。
【第1實施例】
將長×寬尺寸約152mm×152mm、厚度6.35mm之合成石英所組成之基板1置於DC磁控管(magnetron)濺鍍裝置。該濺鍍裝置內排氣達2×10-5 (Pa)以下後，將Xe與N2 之混合氣體(濺鍍氣體)導入至濺鍍裝置內。此時，調整Xe之流量為11sccm、N2 之流量為15sccm。使用鉭之濺鍍靶。待氣體之流量穩定後，DC電源之電力設定為1.5kW，以於基板1上形成一厚度44.9nm之鉭氮化層2(參考第3A圖)。
其次，將形成有鉭氮化層2之基板1維持置於濺鍍裝置內之狀態，導入混合了流量58sccm之Ar氣體與流量32.5sccm之O2 氣體的混合氣體(濺鍍氣體)至濺鍍裝置內，接著將DC電源之電力設定為0.7kW，以於鉭氮化層2上層積厚度13nm之鉭氧化膜3(參考第3B圖)。使用DC磁控管濺鍍而形成鉭氧化層時，會因濺鍍靶上堆積氧化膜而使得成膜速度下降。為抑制該成膜速度之下降，DC脈衝單位(pulse unit)非常有用，實施例係使用艾儀(advanced energy)公司製造之Sparc-LEV(艾儀公司之商品名稱)。
製作而成之光罩基板的遮光膜30之膜面處的反射率(表面反射率)，以ArF曝光(波長193nm)時為19.5%。基板1中未形成有遮光膜之一面的反射率(內面反射率)，以ArF曝光時係為30.3%。又，以ArF曝光時之光穿透率為0.1%。折射率n與消光係數k之數值係使用n＆k Technology Inc製造之光學式薄膜特性測量裝置n＆k 1280(n＆k Technology Inc商品名稱)算出後，鉭氮化層2之折射率n為2.16、消光係數k為2.02，鉭氧化層3之折射率n為2.23、消光係數k為1.09。相同地將製作而成之遮光膜30實施XPS分析(X-ray photoelectron spectroscopy/X射線光電子分析)後，鉭氮化層2之N含量為31at%、Xe含量約為0.4at%。又，鉭氧化層3之O含量為58at%。再者，實施RBS分析(Rutherford backscattering spectrometer/拉塞福背向散射分析)後，於鉭氧化層3中之Ar含量約為2at%。更甚者，該遮光膜30使用AFM(atomic force microscpe/原子力顯微鏡)進行1μm區域的表面粗糙度測量後，表面粗糙度Rms為0.49nm。另外，使用Lasertec Inc製造之缺陷檢測機M1350(Lasertec Inc商品名稱)進行缺陷檢測後，能確認可正常地分辨出缺陷。
將上述有關第1實施例的光罩基板之膜構成及製造條件等彙整後如第1表所顯示。
又，將上述有關第1實施例的光罩基板之光學特性等彙整後如第2表所顯示。
如前述所製作而成之光罩基板，測量於遮光膜30之成膜前後的基板1剖面方向之變形量。該測量的基板1之變形量係去除152mm方型基板之外緣部分而以142mm方型內之區域進行。其結果，基板1因形成有遮光膜30而使基板上面朝凸方向變形0.02μm。
其次，在層積有鉭氮化層2及鉭氧化層3之基板1上塗布厚度為150nm之電子束光阻4(參考第3C圖)，並進行電子束描繪及顯影以形成光阻圖樣(參考第3D圖)。再者，於第3D圖中，符號4a係顯影後之殘留光阻部份，符號4b係去除光阻部份，殘留光阻部份4a與去除光阻部份4b係構成光阻圖樣。
其次，使用CHF3 氣體進行乾蝕刻以製作鉭氧化層3之圖樣(參考第3E圖)。另外，於第3E圖中，符號3a係鉭氧化層3之圖樣中的鉭氧化層之殘留部份。接著，使用Cl2 氣體進行乾蝕刻以製作鉭氮化層2之圖樣。然後，進行30%之追加蝕刻以於基板1上製作遮光膜之圖樣(參考第3F圖)。另外，第3F圖中，符號2a係鉭氮化層2之圖樣中的鉭氮化層之殘留部份。如前述所製作而成之遮光膜圖樣中，進行剖面之SEM(scanning electron microscope/掃描式電子顯微鏡)觀察之結果，電子束光阻約殘留有80nm之厚度。接下來，去除遮光膜圖樣上之光阻，而獲得具有作為光罩功能之遮光膜圖樣(參考第3G圖)。將製作而成之光罩設置於曝光裝置，並試著針對塗布有光阻之晶圓進行圖樣轉印後，由於失焦等該晶圓之光阻上的設計圖樣之轉印圖樣偏差量，可滿足半間距(half pitch)32nm以下之細微圖樣曝光的精度要求，故可知第1實施例之光罩基板係具有滿足半間距32nm以下之細微圖樣曝光之充分性能。
【比較例1】
第1實施例中鉭氮化層2之濺鍍成膜時，為了確認使用Xe氣體與N2 氣體之混合氣體作為濺鍍時之導入氣體的效果則製作一比較例1，該比較例1除係以習知製法，將使用Ar氣體之N2 氣體的混合氣體作為濺鍍時之導入氣體以濺鍍形成鉭氮化層2以外，係與第1實施例相同地製作遮光膜。
濺鍍裝置內排氣達2×10-5 (Pa)以下後，於濺鍍裝置內導入Ar與N2 之混合氣體(濺鍍氣體)。此時，調整Ar之流量為30sccm、N2 之流量為20sccm。使用鉭之濺鍍靶。待氣體之流量穩定後，將DC電源之電力設定為1.5kW，並於基板1上形成厚度為44.2nm之鉭氮化層2。其次，將形成有鉭氮化層2之基板1維持置於濺鍍裝置內之狀態，以第1實施例相同之條件在鉭氮化層2上方層積厚度為13nm之鉭氧化膜3。
製作而成之光罩基板的遮光膜30之膜面處的反射率(表面反射率)，以ArF曝光(波長193nm)時為19.6%。基板1上未形成有遮光膜之一面的反射率(內面反射率)，以ArF曝光時為30.4%。又，使用ArF曝光時之光穿透率為0.1%。折射率n與消光係數k之數值以前述n＆k Technology Inc製造之n＆k 1280(n＆k Technology Inc商品名稱)算出後，鉭氮化層2之折射率n為2.20、消光係數k為2.05，鉭氧化層3之折射率n為2.23、消光係數k為1.09。同様地對製作而成之遮光膜30進行XPS分析(X-ray photoelectron spectroscopy/X射線光電子分析)後，鉭氮化層2之N含量為32at%。鉭氧化層3之O含量為58at%。再者，以該遮光膜30而言，使用AFM(atomic force microscope/原子力顯微鏡)進行1μm區域的表面粗糙度測量之結果，表面粗糙度Rms為0.28nm。另外，以Lasertec Inc製造之缺陷檢測機M1350(Lasertec Inc商品名稱)進行缺陷檢測後，可確認其可正常地分辨出缺陷。比較例1之製造條件等彙整於第3表所示。
又，將上述比較例1相關之光罩基板的光學特性等彙整於第4表所示。
如前述所製作而成之光罩基板與第1實施例相同地測量遮光膜30成膜前後時的基板1剖面方向之變形量。其結果，因基板1形成有該遮光膜30而使基板上面朝凸方向大幅地變形0.56μm。
接著，製作形成有與第1實施例相同地遮光膜圖樣的光罩，將該製作而成之光罩設置於曝光裝置，並試著對塗布有光阻之晶圓進行圖樣轉印。其結果，由於基板大幅變形而失焦等的晶圓之光阻上的設計圖樣所轉印的轉印圖樣則大幅度地偏移，無法滿足半間距(half pitch)32nm以下的細微圖樣曝光之精度要求。
一般來說，已知膜應力會依據成膜濺鍍時的濺鍍裝置內之壓力而變化。此處，於鉭氮化層之濺鍍成膜時，就導入氣體之稀有氣體分別使用Ar氣體以及Xe氣體之情況，改變濺鍍時導入氣體之流量(因此濺鍍裝置內之壓力會改變)，並檢驗其與玻璃基板(使用與第1實施例及比較例相同材質之石英玻璃基板)變形量之間的關係。另外，本次檢驗主要係為了調查鉭氮化層之膜應力對於玻璃基板之影響，故於玻璃基板上僅形成鉭氮化層，而未形成鉭氧化層。
首先，進行檢驗比較例1中鉭氮化層於濺鍍時使用Ar與N2 之混合氣體(濺鍍氣體)之情況。除改變Ar氣體之導入流量外，其他係與比較例1相同之條件(N2 氣體之導入流量固定為20sccm)來進行鉭氮化層之濺鍍成膜。其結果如第5表所示。
第5表中所謂之基板變形方向，係以玻璃基板之上面一側為基準來表示凹凸之態樣。又，由於濺鍍裝置之樣式上，要將膜厚維持一定的厚度有所困難，故將基板變形量除以膜厚而轉換為單位膜厚之基板變形量來顯示與成膜壓力(成膜時之濺鍍裝置內壓力)之間的關係。第5表中之Ar氣體流量為30sccm之成膜條件係與比較例1之成膜條件相同。亦即，比較例1中，該鉭氮化層係具有使得玻璃基板朝凸方向變形0.65μm之壓縮應力。比較例1中，於鉭氮化層上方層積該鉭氧化層之結果，由於玻璃基板已於凸方向變形0.56μm，故以比較例1之成膜條件所形成之膜厚為13nm之鉭氧化層會與鉭氮化層之壓縮應力相反，而具有僅使得該玻璃基板朝凹方向0.09μm(單位膜厚之基板變形量=0.0069μm/nm)導正之拉應力。本檢驗之結果中得知，即便調整濺鍍裝置中Ar氣體之導入流量，鉭氧化層固有之拉應力要與鉭氮化層固有之壓縮應力相互抵消，而使得該玻璃基板之變形量可減低至足以滿足半間距(half pitch)32nm以下的細微圖樣曝光之精度要求頗為困難。
其次，進行檢驗第1實施例中鉭氮化層於濺鍍時，使用Xe與N2 之混合氣體(濺鍍氣體)之情況。除改變Xe氣體之導入流量外，係以與第1實施例相同之條件(N2 氣體之導入流量固定為15sccm)來進行鉭氮化層之濺鍍成膜，其結果如第6表所示。
第6表中之Xe氣體流量為11sccm之成膜條件係與第1實施例之成膜條件相同。與第5表之結果比較即可明確得知，藉由使用Xe氣體，該鉭氮化層讓玻璃基板變形之壓縮應力可大幅地減低。又，第1實施例中，鉭氮化層係具有讓玻璃基板朝凸方向變形0.11μm之壓縮應力。第1實施例中，於鉭氮化層上層積鉭氧化層後的結果，由於玻璃基板朝凸方向變形0.02μm，故以第1實施例之成膜條件所形成膜厚為13nm的鉭氧化層具有與鉭氮化層之壓縮應力相反，能讓玻璃基板朝凹方向0.09μm(單位膜厚之基板變形量為0.0069μm/nm)導正的拉應力。本檢驗之結果可知，因使用Xe氣體為濺鍍時導入氣體(濺鍍氣體)之稀有氣體，除了可大幅地減低鉭氮化層之壓縮應力，藉由調整濺鍍裝置中Xe氣體之導入流量，能讓鉭氧化層固有之拉應力取得平衡，故可進一步縮小玻璃基板之變形量，而可製作出一滿足半間距(half pitch)32nm以下的細微圖樣曝光之精度要求的遮蔽基板。
【第2實施例】
第4圖係第2實施例的光罩基板之剖面圖。如第4圖所示，第2實施例之光罩基板係於合成石英所組成之玻璃基板1上形成一作為遮光層、厚46.7nm之Ta-B-N層21，並於該Ta-B-N層21上再形成一作為表面反射防止層、厚10nm之Ta-B-O層31。另外，係以該Ta-B-N層21與該Ta-B-O層31來構成遮光膜33。此處，Ta-B-N層21的N含量為15at%，而Ta-B-O層31的O含量為58at%。
該第2實施例相關之光罩基板係由下述步驟製造而成。將與第1實施例相同、具152mm方型外形、厚度6.35mm之合成石英所組成之基板1置於DC磁控管(magnetron)濺鍍裝置。該濺鍍裝置內排氣達2×10-5 (Pa)以下後，於濺鍍裝置內導入Xe與N2 之混合氣體(濺鍍氣體)。此時，調整Xe之流量為12.9sccm、N2 之流量為6sccm。使用Ta-B合金(原子量比Ta：B=80：20)之濺鍍靶。待氣體之流量穩定後，將DC電源之電力設定為1.5kW，並於基板1上形成厚度為46.7nm之Ta-B-N層21。
其次，將形成有Ta-B-N層21之基板維持置於濺鍍裝置內之狀態，導入Ar流量為58sccm與O2 流量為32.5sccm之混合氣體至濺鍍裝置內，接著將DC電源之電力設定為0.7kW，並於Ta-B-N層21上層積厚度為10nm之Ta-B-O層31。藉由DC磁控管(magnetron)濺鍍形成Ta-B-O層31時，具有與鉭氧化層相同，因濺鍍靶上堆積氧化膜而使得成膜速度下降的情況。為抑制成膜速度之下降，DC脈衝單位(pulse unit)則非常有用，本實施例亦使用艾儀(advanced energy)公司製造之Sparc-LEV(艾儀公司之商品名稱)。
如前述所製作而成的遮光膜之膜面處的反射率(表面反射率)，以ArF曝光時為18.1%。基板上未形成有遮光膜之一面的反射率(內面反射率)，以ArF曝光時為33.7%。又，以ArF曝光時之光穿透率為0.1%。對製作而成之遮光膜進行XPS分析(X-ray photoelectron spectroscopy/X射線光電子分析)後，Ta-B-N層21之N含量為15at%、Xe含量約為0.3at%。又，Ta-B-O層31之O含量為58at%。再者，進行RBS分析(Rutherford backscattering spectrometer/拉塞福背向散射分析)後，於Ta-B-O層31中之Ar含量約為1at%。該遮光膜使用AFM(atomic force microscpe/原子力顯微鏡)進行1μm區域的表面粗糙度測量後，表面粗糙度Rms為0.42nm。
將第2實施例之製造條件與特性等彙整後如第7表所示。
又，將上述第2實施例相關的光罩基板之光學特性等彙整後如第8表所示。
就如前述所製作而成之光罩基板，測量遮光膜33成膜前後時的基板1之剖面方向變形量。另外，該測量中，基板1之變形量係去除152mm方型基板之外緣部分而於142mm方型內之區域進行。其結果，因基板1形成遮光膜33而使基板上面朝凸方向變形0.01μm。
其次，製作形成有與第1實施例相同之遮光膜圖樣的光罩，將製作而成之光罩設置於曝光裝置，並試著對塗布有光阻之晶圓進行圖樣轉印。其結果，由因失焦等晶圓之光阻上的設計圖樣之轉印圖樣偏差量能滿足半間距(half pitch)32nm以下之細微圖樣曝光之精度要求，得知第2實施例之光罩基板係具有滿足半間距32nm以下的細微圖樣曝光之性能。
【第3實施例】
第5圖係第3實施例的反射型遮蔽基板構成之剖面圖。該反射型遮蔽基板特別係指用來為了製作使用極短紫外光(Extreme Ultra Violet或EUV、波長約13nm)之EUV微影技術的反射型遮蔽之遮蔽基板。該反射型遮蔽基板於基板10上依序層積有多層反射膜11、中間膜12以及吸收體膜(遮光膜)13。該多層反射膜11為一能將EUV光線以高反射率反射之膜，通常係使用折射率相對較高之物質與折射率相對較低之物質以數nm等級交互層積之構造。該多層反射膜11，除了被廣泛使用之Mo與Si交互層積約40個周期的Mo/Si周期多層反射膜外，其他亦有Ru/Si周期多層反射膜、Mo/Be周期多層反射膜、Mo化合物/Si化合物周期多層反射膜、Si/Nb周期多層反射膜、Si/Mo/Ru周期多層反射膜、Si/Mo/Ru/Mo周期多層反射膜以及Si/Ru/Mo/Ru周期多層反射膜等。
中間膜12扮演蝕刻吸收體膜之轉印圖樣時的蝕刻阻止層角色，一般係以Cr為主金屬成份之材料所形成之膜。特別因為CrN之結晶構造為非晶質(amorphous)，於蝕刻轉印圖樣時可降低其邊緣粗糙度(edge roughness)，故非常合適。又，用來替代該中間膜12抑或於該多層反射膜11與中間膜12之間，亦可設置於蝕刻轉印圖樣至該吸收體膜時具有作為蝕刻阻止層功能之Ru為主成份的保護膜。由於該保護膜之EUV光線穿透率很高，故與中間膜12不同，不需特別蝕刻轉印圖樣部分。可適用該保護膜之材料者有Ru金屬、RuNb合金、RuZr合金或該等之化合物等。吸收體膜13係扮演吸收EUV光線之角色，通常係使用以鉭為主金屬成份之材料。藉由在前述結構之反射型遮蔽基板之吸收體膜13與中間膜12處以光阻圖樣作為遮蔽並進行乾蝕刻而形成轉印圖樣以製作具有轉印圖樣之反射型遮蔽。然後，設置於EUV曝光裝置之特定位置並以EUV光線照射，則被蝕刻後而露出之多層反射膜11的部分會反射EUV光線，而殘留有吸收體膜13的部分處則會吸收EUV光線，如此便可將轉印圖樣轉印至曝光對象物的晶圓上之光阻等。
一般來說，於反射型遮蔽基板之吸收體膜13以及中間膜12處製作形成轉印圖樣的反射型遮蔽後，會進行轉印圖樣之精度檢查。該檢查係以照射波長約190nm至260nm程度之深紫外光，並觀察其反射對比(contrast)來進行。若吸收體膜13之表面反射率高，則較難獲得與多層反射膜11之表面間的反射對比差異，而無法精確地進行該檢查。因此，吸收體膜13係由中間膜12側起使用EUV光線吸收率高之材料的吸收體層(遮光層)14以及使用於檢查光(深紫外線)曝光時反射率較低之材料的表面反射防止層15的2層構造。以Ta為主金屬成份之材料用於吸收體層14之情況，較合適之結構為吸收體層14為鉭氮化物，而表面反射防止層15為鉭氧化物。
該反射型遮蔽基板亦與習知技術中使用ArF曝光之遮蔽基板相同，於吸收體膜13之鉭氮化物(吸收體層14)與鉭氧化物(表面反射防止層15)所組成之2層構造中的膜應力會有影響多層反射膜或基板10之變形等問題。因此，本發明之技術思想亦同樣地適用於反射型遮蔽基板之吸收體膜13。
以下，便參考第5圖來說明第3實施例相關的反射型遮蔽基板之製造方法。第3實施例相關之反射型遮蔽基板係使用長×寬尺寸152mm×152mm、厚度為6.35mm之SiO2 -TiO2 玻璃作為基板10。起初，係於基板10上以離子束(ion beam)濺鍍法來形成多層反射膜11。將基板10設置於一具有Mo濺鍍靶與Si濺鍍靶的離子束濺鍍裝置內，交互地對Si濺鍍靶與Mo濺鍍靶照射離子束，以Si膜(4.2nm)/Mo膜(2.8nm)為1個周期並層積40個周期，最後再形成一4.2nm之Si膜來成形一多層反射膜11。其次，於多層反射膜11之上面以DC磁控管(magnetron)濺鍍裝置而形成一15nm厚的Cr氮化物之中間層12。成膜時係使用Cr濺鍍靶，並使用添加有10at%之N的Ar作為濺鍍導入氣體(濺鍍氣體)來進行。
中間層12上面係以DC磁控管(magnetron)濺鍍裝置而形成一Ta-B-N(鉭硼合金之氮化物)之吸收體層14。將濺鍍裝置內排氣至2×10-5 (Pa)以下後，於濺鍍裝置內導入Xe與N2 之混合氣體(濺鍍氣體)。此時，調整Xe之流量為12.9sccm，N2 之流量為6sccm。該濺鍍靶係使用Ta-B合金(原子比T：B=80：20)。待氣體之流量穩定後，設定DC電源之電力為1.5kW，並於中間層12上面形成厚度為50nm之膜。
接下來，將基板10維持置於濺鍍裝置內之狀態，導入流量58sccm之Ar氣體與流量32.5sccm之O2 氣體的混合氣體(濺鍍氣體)至濺鍍裝置內，設定DC電源之電力為0.7kW，並於吸收體層14上層積厚度為15nm之Ta-B-O的表面反射防止層15。藉由DC磁控管(magnetron)濺鍍而形成Ta-B-O(鉭硼合金之氧化物)之表面反射防止層15時，因濺鍍靶上會堆積氧化膜而有成膜速度下降的情況。為抑制成膜速度之下降，DC脈衝單位(pulse unit)則非常有用，本實施例亦係使用艾儀(advanced energy)公司製造之Sparc-LEV(艾儀公司之商品名稱)。
製作而成之反射型遮蔽基板中，吸收體層14與表面反射防止層15皆為非晶質(amorphous)之結晶狀態。又，對製作而成之吸收體膜13進行XPS分析(X-ray photoelectron spectroscopy/X射線光電子分析)後，Ta-B-N的吸收體膜14之N含量為15at%、Xe含量約為0.3at%。又，Ta-B-O的表面反射防止層15之O含量為56at%。再者，進行RBS分析(Rutherford backscattering spectrometer/拉塞福背向散射分析)後，Ta-B-O之表面反射防止層15中的Ar含量約為0.1at%。更甚者，對該吸收體膜13使用AFM(atomic force microscpe/原子力顯微鏡)進行1μm區域的表面粗糙度測量後，其表面粗糙度Rms為0.42nm。
第3實施例相關的吸收體膜13之製造條件彙整後如第9表所示。
就如前述所製作而成之光罩基板，測量於吸收體膜13成膜前後時的基板10之剖面方向變形量。另外，測量的基板10之變形量係去除152mm方型基板之外緣部分而於142mm方型內之區域進行。其結果，因基板10形成吸收體膜13而使基板上面朝凸方向變形0.01μm。
其次，於基板10上方塗布厚度為150nm之電子束光阻，使用與第2實施例相同之蝕刻處理來將圖樣轉印至吸收體膜13。接下來，使用Cl2 氣體與O2 氣體之混合氣體對Cr氮化物之中間層12進行乾蝕刻以轉印圖樣。將製作而成之反射型光罩設置於EUV曝光裝置，並試著對塗布有光阻之晶圓進行圖樣轉印時，由因失焦等晶圓之光阻上的設計圖樣之轉印圖樣偏差量係滿足半間距(half pitch)32nm以下的細微圖樣曝光之精度要求，得知第3實施例之反射型遮蔽基板具有滿足半間距32nm以下的細微圖樣曝光之性能。另外，該第3實施例中，亦可使用保護膜來替代中間膜12，例如使用RuNb合金來替代之情況，可使用RuNb濺鍍靶來形成2.5nm膜厚之膜。
可適用於ArF準分子雷射曝光光線之光罩基板，因為遮光膜之全體膜厚更加薄膜化，並減低內面反射率，故於遮光層與透明基板之間再設置一內面反射防止層之3層結構亦可。此時，內面反射防止層宜以鉭氮化物(TaN)為主成份。此時，由於該遮光膜係包含以TaO為主成份並具有拉應力之表面反射防止層、以TaN為主成份並具有壓縮應力之遮光層以及以TaN為主成份並具有壓縮應力之內面反射防止層的3層結構，就TaN為主成份之2層膜可使用Xe氣體作為濺鍍時之稀有氣體，並調整成膜條件來調整3層的膜應力，使得完成後的光罩基板之基板變形量可於許容範圍內。
本發明相關之光罩，例如，於半導體製造過程中以微影技術來形成細微圖樣時可作為遮蔽使用，又，本發明相關之光罩基板，藉由實施一特定之加工處理可作為形成光罩之中間體的光罩基板使用。
雖本發明人已就本發明的實施例具體地加以說明，但本發明並不僅限於上述實施例，可知地在不悖離該要旨的範圍下將有各種變更的可能性。
1．．．玻璃基板
2．．．鉭氮化層
2a．．．鉭氮化層之殘留部份
3．．．鉭氧化層
3a．．．鉭氧化層殘留部份
4．．．光阻
4a．．．殘留光阻部份
4b．．．去除光阻部份
10．．．基板
11．．．多層反射膜
12．．．中間膜
13．．．吸收體膜(遮光膜)
14．．．吸收體層(遮光層)
15．．．表面反射防止層
21．．．Ta-B-N層
30．．．遮光膜
30a．．．遮光膜殘留部分
30b．．．遮光膜去除部分
31．．．Ta-B-O層
33．．．遮光膜
第1圖係本發明實施例的光罩基板結構之剖面圖。
第2圖係本發明實施例的光罩結構之剖面圖。
第3A至3G圖係以本發明實施例之光罩基板而製作光罩的過程之剖面圖。
第4圖係本發明第2實施例之光罩基板結構之剖面圖。
第5圖係本發明第3實施例之反射型光罩基板結構之剖面圖。
1．．．玻璃基板
2．．．鉭氮化層
3．．．鉭氧化層
30．．．遮光膜

Claims (16)

  1. 一種反射型光罩基板，係於基板上具有多層反射膜與至少由2層所組成之吸收體膜，其特徵在於：該吸收體膜係具有：由含鉭、氮、以及氙之材料所組成的吸收體層，以及層積於該吸收體層上面之由含鉭、氧、以及氬之材料所組成的表面反射防止層；該吸收體層之厚度係較該表面反射防止層之厚度來得厚。
  2. 如申請專利範圍第1項之反射型光罩基板，其中該吸收體層或該表面反射防止層係由含硼之材料所組成。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之反射型光罩基板，其中該吸收體層具有壓縮應力，相對地該表面反射防止層具有拉應力；藉由該壓縮應力與該拉應力相互抵消，而降低該吸收體膜整體之內部應力。
  4. 一種反射型光罩，其特徵為：於申請專利範圍第1至3項中任一項之反射型光罩基板的吸收體膜上形成有轉印圖樣。
  5. 一種反射型光罩基板之製造方法，其特徵在於包含下列步驟：一吸收體層形成步驟，係於具備有多層反射膜的基板之多層反射膜上方，使用由含鉭之材料所組成的濺鍍靶，並利用氙氣與氮系氣體之混合氣體作為濺 鍍氣體來進行濺鍍，藉以形成吸收體層；以及一表面反射防止層形成步驟，係於該吸收體層形成步驟所形成的吸收體層上面，使用由含鉭之材料所組成之濺鍍靶，並利用氬氣與氧系氣體之混合氣體作為濺鍍氣體來進行濺鍍，藉以形成表面反射防止層。
  6. 如申請專利範圍第5項之反射型光罩基板之製造方法，其中該由含鉭之材料所組成的濺鍍靶係鉭與硼之燒結體。
  7. 如申請專利範圍第5或6項之反射型光罩基板之製造方法，其中該吸收體層具有壓縮應力，相對地該表面反射防止層具有拉應力；藉由該壓縮應力與該拉應力相互抵消，而降低由該吸收體層與該表面反射防止層所組成之吸收體膜整體之內部應力。
  8. 一種反射型光罩之製造方法，係於申請專利範圍第1至3項中任一項之反射型光罩基板之吸收體膜上形成有轉印圖樣，其特徵在於包含下列步驟：將該遮光膜上所形成之具有轉印圖樣的光阻膜作為蝕刻遮罩，針對表面反射防止層以實質上不含氧之氟系氣體來進行乾蝕刻之步驟；以及於前述步驟後，以該光阻膜及該表面反射防止層中之至少任一者作為蝕刻遮罩來針對吸收體層以實質上不含氧之氯系氣體進行乾蝕刻之步驟。
  9. 一種反射型光罩基板，係於基板上具有多層反射膜以及至少由2層所組成之層積膜，其特徵在於：該層積膜係具有由含鉭、氮以及氙之材料所組成的第1層，以及層積於該第1層上面的由含鉭、氧以及氬之材料所組成的第2層；該第1層之厚度係較第2層之厚度來得厚。
  10. 如申請專利範圍第9項之反射型光罩基板，其中該第1層或第2層係由含硼之材料所組成。
  11. 如申請專利範圍第9或10項之反射型光罩基板，其中該第1層具有壓縮應力，相對地該第2層具有拉應力；藉由該壓縮應力與該拉應力相互抵消，而降低該層積膜整體之內部應力。
  12. 一種反射型光罩，係於申請專利範圍第9至11項中任一項之反射型光罩基板之層積膜形成有轉印圖樣者。
  13. 一種反射型光罩基板之製造方法，其特徵在於包含下列步驟：使用由含鉭之材料所組成的濺鍍靶，藉由使用氙氣與氮系氣體之混合氣體作為濺鍍氣體之濺鍍，以於具備多層反射膜之基板的多層反射膜上形成第1層之步驟；以及使用由含鉭之材料所組成的濺鍍靶，藉由使用氬氣與氧系氣體之混合氣體作為濺鍍氣體之濺鍍，以於 該第1層上面形成第2層之步驟。
  14. 如申請專利範圍第13項之反射型光罩基板之製造方法，其中該由含鉭之材料所組成的濺鍍靶係鉭與硼之燒結體。
  15. 如申請專利範圍第13或14項之反射型光罩基板之製造方法，其中該第1層具有壓縮應力，相對地該第2層具有拉應力；藉由該壓縮應力與該拉應力相互抵消，而降低由該第1層與該第2層所組成之層積膜整體之內部應力。
  16. 一種反射型光罩之製造方法，係用以製造於申請專利範圍第9至11項中任一項之反射型光罩基板之層積膜形成有轉印圖樣之反射型光罩；其特徵在於包含下列步驟：以具有於該層積膜上所形成之轉印圖樣的光阻膜為蝕刻光罩，利用實質不含氧之氟系氣體來乾式蝕刻第2層之步驟；以及於前述步驟後，以該光阻膜以及第2層中之至少一者為蝕刻光阻，利用實質不含氧之氯系氣體來乾式蝕刻第1層之步驟。
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