TWI440966B - A method for manufacturing a mask substrate and a transfer mask - Google Patents

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Description

光罩基底及轉印用遮罩之製造方法
本發明係關於使遮光膜薄膜化之光罩基底及轉印用遮罩之製造方法。尤其是關於用於製造適用於以ArF曝光光(波長193 nm)作為曝光光源之曝光裝置之轉印用遮罩之光罩基底及轉印用遮罩。
通常，在半導體裝置之製造步驟中，使用光微影法，進行微細圖案之形成。又，該微細圖案之形成通常使用複數個被稱為轉印用遮罩(光罩)之基板。該轉印用遮罩一般為於透光性之玻璃基板上，設置有由金屬薄膜等所成之微細圖案者，且在該轉印用遮罩之製造中，亦可使用光微影法。
利用光微影法之轉印用遮罩之製造係使用具有用於在玻璃基板等之透光性基板上形成轉印圖案(遮罩圖案)之薄膜(例如遮光膜等)之光罩基底。使用該光罩基底之光罩之製造包含進行以下步驟：對形成於光罩基底上之抗蝕膜，施與期望之圖案描繪之曝光步驟；根據期望之圖案描繪顯影上述抗蝕膜，形成抗蝕圖案之顯影步驟；根據抗蝕圖案蝕刻上述薄膜之蝕刻步驟；及將殘存之抗蝕圖案剝離除去之步驟。在上述顯影步驟中，對形成於光罩基底上之抗蝕膜施與期望之圖案描繪後，供給顯影液，於顯影液溶解可溶之抗蝕膜之部位，並形成抗蝕圖案。又，在上述蝕刻步驟中，將該抗蝕圖案作為遮罩，藉由乾式蝕刻或濕式蝕刻，使未形成抗蝕圖案之使薄膜露出之部位溶解，藉此於透光性基板上形成期望之遮罩圖案。如此，完成轉印用遮罩。
將半導體裝置之圖案微細化時，除形成於轉印用遮罩之遮罩圖案之微細化以外，必須使在光微影技術中所使用之曝光光源波長短波長化。作為半導體裝置製造時之曝光光源，近年從KrF準分子雷射(波長248 nm)向ArF準分子雷射(波長193 nm)逐步短波長化。
又，作為轉印用遮罩之種類，除先前之於透光性基板上具有包含鉻系材料之遮光膜圖案之二元遮罩以外，可使用已知半透型相移遮罩，包含矽化鉬化合物之材料等。再者，近年，亦可出現將如記載於日本特開2006-78825號公報之包含矽化鉬化合物之材料作為遮光膜使用之二元遮罩等。
在轉印用遮罩或光罩基底中，作為將形成於轉印用遮罩之遮罩圖案微細化時，光罩基底之抗蝕膜之薄膜化、與轉印用遮罩製造時之圖案化方法，必需為乾式蝕刻加工。
但，抗蝕膜之薄膜化與乾式蝕刻加工會產生以下所示之技術性問題。
其一，進行光罩基底之抗蝕膜之薄膜化之際，例如遮光膜之加工時間為其中一較大限制事項。例如在鉻遮光膜之乾式蝕刻加工中，蝕刻氣體係使用氯氣與氧氣之混合氣體。將抗蝕圖案作為遮罩，以乾式蝕刻將遮光膜圖案化時，由於抗蝕膜為有機膜，且其主要成份為碳，故相對於乾式蝕刻環境之氧電漿十分薄弱。以乾式蝕刻將遮光膜進行圖案化期間，形成於該遮光膜上之抗蝕圖案必須殘存充分之膜厚。作為一個指標，即使進行恰為蝕刻時間的2倍(100%過渡蝕刻)左右，亦必須保持如同殘存之抗蝕膜膜厚，以良好地保持遮罩圖案之剖面形狀。例如，由於通常若遮光膜之材料為鉻，則與抗蝕膜之蝕刻選擇比為1以下，故抗蝕膜之膜厚必須為遮光膜膜厚2倍以上之膜厚。因此，為使抗蝕膜薄膜化，必須縮短遮光膜之加工時間，因此遮光膜之薄膜化為重要之問題。
另一方面，近年半導體裝置之設計樣式中，所謂之DRAM半間距(hp)45 nm~32 nm世代之開發逐漸發展。其相當於ArF準分子雷射曝光光(以下，稱為ArF曝光光)之波長193 nm之1/4~1/6。尤其在hp45 nm以後之世代以來，正因為先前之相移法、斜入射照明法或光瞳濾波法等之超解像技術(Resolution Enhancement Technology：RET)與光學鄰近效果修正(Optical Proximity Correction：OPC)技術之適用並不充分，使得需要數值孔徑NA＞1之超高NA技術(液浸曝光)。
液浸曝光係以液體注滿晶圓與曝光裝置之最低透鏡之間，由於相較於折射率為1之空氣之情況，NA提高至液體之折射率倍，故可提高解像度之曝光方法。數值孔徑(NA：Numerical Aperture)係以NA=n×sinθ表示。θ係入射於曝光裝置之最低透鏡之最外側之光線與光軸所成的角度，n係晶圓與曝光裝置之最低透鏡之間之介質的折射率。
為提高解像性，積極地導入超高NA化、變形照明(斜入射照明)等之技術。此時，ArF曝光光之入射至轉印用遮罩之入射角度(基板之法線與入射光所成之角)增大(成為斜入射)。但，若入射至該轉印用遮罩之入射角度(基板之法線與入射光所成之角)持續增大，則會產生遮蔽效應(陰影化)之問題，並對解像度造成不良影響，具體而言，若對轉印用遮罩之圖案側壁斜入射曝光光，則由圖案之3維構造(尤其是高度)產生陰影。此陰影導致無法正確地轉印轉印用遮罩上之尺寸，又，使光量變小(變暗)。
因此，必須降低圖案側壁之高度，即必須使遮光膜薄膜化。
又，在半導體裝置之設計樣式中，所謂之DRAM半間距(hp)32 nm以後之世代之二元遮罩，由於比ArF曝光光之波長193 nm小亦比轉印用遮罩上之轉印圖案之線寬小，為對應於此而採用超解像技術，故若轉印圖案區域(主要圖案區域)之遮光膜圖案之膜厚較厚，則會產生電磁場(EMF：Electro Magnetics Field)效應造成之偏壓增大之問題。電磁場效應(EMF)偏壓對在晶圓上之抗蝕膜之轉印圖案線寬之CD精度造成較大影響。因此，必須進行電磁場效應之模擬，進行於用以抑制EMF效應造成之影響之轉印用遮罩中所製作之轉印圖案之修正。該轉印圖案之修正計算於EMF偏壓越大越複雜化。又，修正後之轉印圖案亦係EMF偏壓越大越複雜化，從而對轉印遮罩製作造成較大負荷。EMF導致之偏壓增大，從而產生該等之新的問題。
因此，本發明係為解決先前之問題而完成者，其目的在於提供一種可使解決陰影化問題或EMF效應問題之遮光膜薄膜化的光罩基底及轉印用遮罩之製造方法。
本發明者等關於上述電磁場(EMF)效應之問題，進行潛心研究。且結果，藉由模擬，確定若二元遮罩之遮光膜之膜厚小於50 nm，則被認為對降低EMF偏壓有改善效果。即，若遮光膜之膜厚小於50 nm，則用於修正EMF偏壓之影響之轉印圖案之修正計算負荷減小，從而使轉印遮罩製造之負荷亦降低。再者，根據模擬，亦確定若遮光膜之膜厚為45 nm以下，則頗能降低EMF偏壓。又，就遮蔽效應之問題，若遮光膜之膜厚小於50 nm，則亦可大幅降低其影響。然而，發現不易以膜厚小於50 nm，實現具有作為二元光罩基底所要求之光學濃度(例如2.8)之遮光膜。通常，光學濃度高之材料對曝光光之反射率高。遮光膜在製造轉印用遮罩後，必須使作為轉印圖案之露出遮光膜之表面對曝光光之反射率成為特定值以下(至少小於40%)之低反射。對實現薄膜化，必須採用遮光膜為遮光層與表抗反射層之至少2層構造。由於表面抗反射層有必要確保某種程度之透射率以使表面反射降低，故在光學濃度方面無法充分發揮作用。因此，不易以小於50 nm之膜厚實現具有作為二元光罩基底所要求之光學濃度(例如2.8)之遮光膜。
另一方面，於晶圓上之抗蝕膜轉印轉印圖案時，在曝光裝置中，從未形成透光性基板之轉印圖案之面側(背面側)，對轉印用遮罩進行ArF曝光光之照射。即，ArF曝光光從遮光膜之連接於透光性基板之側入射。因此，若遮光膜之透光性基板側之曝光光之反射率(背面反射率)高，則有發生眩光、鬼影等現象之虞，且有對在晶圓上之轉印圖案之成像造成不良影響之情況。雖利用曝光裝置之內部機構，亦可減少該不良影響，但在廣泛使用之曝光裝置中亦有無法對應之情況。因此，較佳為以使背面反射率為至少50%以下的方式，設計遮光膜。作為使背面反射率降低至50%以下之先前所使用之方法有2種。其一為於透光性基板與遮光層之間，以經高氧化、高氮化、或高氮氧化之材料，形成背面抗反射層之方法，其二為連接於透光性基板，以經某種程度以上氧化、氮化、或氮氧化之材料(氧、氮至少占有材料中之10%原子以上)形成遮光層之方法。但，在形成背面抗反射層之方法中，其膜厚必需為5 nm以上，遮光層必須小於40 nm。由於背面抗反射層與表面抗反射層同樣地，對光學濃度之作用小，故更難以確保遮光膜整體之光學濃度。又，在使遮光層氧化等之方法中，由於藉由氧化等使遮光層自身之光學濃度降低，故必須將膜厚加厚，而難以確保遮光膜整體之光學濃度。
又，使用二元光罩基底，製造具有上述之非常微細之轉印圖案的轉印用遮罩之情形下，通常將形成有轉印圖案之抗蝕膜作為遮罩進行遮光膜乾式蝕刻，於遮光膜上形成轉印圖案。又，就抑制對透光性基板之損傷、或提高形成於遮光膜之轉印圖案之形狀精度，重要的是高精度地檢測出蝕刻終點。作為檢測出蝕刻終點之方法，近年大多使用藉由確認伴隨著蝕刻進行之遮光膜之反射率變化，而檢測出蝕刻終點之光學式蝕刻終點檢測法。因此，以光學式蝕刻終點檢測法，獲得高蝕刻終點之檢測精度之遮光膜備受期待。
尤其是將上述專利文獻中所揭示之包含矽化鉬化合物之材料等之過渡金屬矽化物系材料，作為遮光膜使用之二元遮罩之情況，通常以氟氣乾式蝕刻遮光膜。矽之氧化物為主成份之透光性基板，就相對於利用氟氣之乾式蝕刻易於蝕刻，減少轉印用遮罩之透光部之基板挖入而言，重要的是遮光膜之蝕刻終點檢測之精度提高。
本發明者就各種之材料研究之結果，查明若為包含過渡金屬與矽之材料，則即使形成連接於透光性基板表面之遮光層，亦可將背面反射率設為50%以下，又，若小於10原子%，則即使於包含過渡金屬與矽之材料中含有其他之元素，亦未發現對遮光層之光學濃度造成影響程度之遮光性能降低。再者，本發明者查明若對連接於透光性基板表面而形成之遮光層，使用包含過渡金屬與矽之材料，且其以外之元素之含量小於10原子%之材料，則在光學式蝕刻終點檢測法中之遮光層之蝕刻終點檢測精度將大幅提高。
本發明者係基於以上之闡明事實、考察，進而繼續潛心研究之結果，而完成本發明者。
即，為解決上述問題，本發明包含以下之構成。
(構成1)
一種光罩基底，其特徵在於：其係用於製作適用ArF準分子雷射曝光光之轉印用遮罩，且於透光性基板上具有用於形成轉印圖案之遮光膜之光罩基底，上述遮光膜膜厚小於50 nm，且具有包含遮光層與表面抗反射層的積層構造，該遮光層連接於上述透光性基板表面而形成，且包含過渡金屬及矽之合計含量為90原子%以上之材料，該表面抗反射層形成於該遮光層上面，上述遮光層係由以10 nm之膜厚形成時對波長600~700 nm之光的表面反射率比透光性基板對波長600~700 nm之光之表面反射率高10%以上的材料形成。
(構成2)
如構成1之光罩基底，其中上述遮光膜之光學濃度為2.3以上。
(構成3)
如構成1或2之光罩基底，其中上述遮光層中之過渡金屬含量為9原子%以上、40原子%以下。
(構成4)
如構成1至3中任一項之光罩基底，其中上述遮光層中之過渡金屬為鉬(Mo)。
(構成5)
如構成1至4中任一項之光罩基底，其中上述遮光層每膜厚之光學濃度為△OD=0.075/nm-1 以上。
(構成6)
如構成1至5中任一項之光罩基底，其中上述遮光層膜厚小於40 nm。
(構成7)
如構成1至6中任一項之光罩基底，其中上述表面抗反射層含有包含過渡金屬及矽，且進而含有氧、氮、碳及氫中至少1個元素之材料。
(構成8)
如構成7之光罩基底，其中上述表面抗反射層中之過渡金屬為鉬(Mo)。
(構成9)
如構成1至8中任一項之光罩基底，其中上述表面抗反射層之膜厚為4 nm以上。
(構成10)
一種轉印用遮罩之製造方法，其特徵為包含蝕刻步驟，其藉由蝕刻將記載於上述構成1至9中任一項之光罩基底之上述遮光膜圖案化。
(構成11)
如構成10之轉印用遮罩之製造方法，其中在上述蝕刻步驟中，將在光學式蝕刻終點檢測中所使用之波長600~700 nm之光，照射於遮光膜之表面時，遮光膜以10 nm之厚度殘存時的表面反射率，與藉由蝕刻露出透光性基板時之表面反射率之差為10%以上。
根據本發明，將過渡金屬及矽之合計含量為90原子%以上之遮光層連接於透光性基板表面而形成，上述遮光層係由以10 nm之膜厚形成時對波長600~700 nm之光的表面反射率比上述透光性基板對波長600~700 nm之光之表面反射率高10%以上的材料形成，藉此，可以小於50 nm之膜厚實現作為二元遮罩所要求之遮光膜之光學濃度，且可謀求EMF偏壓之問題、或遮蔽效應之問題之解決，進而可提供一種可以光學式蝕刻終點檢測法高精度檢測出蝕刻終點的光罩基底及轉印用遮罩。
以下，參照圖式，詳述本發明之實施形態。
本發明係一種光罩基底，其特徵為：其係用於製作適用ArF曝光光之轉印用遮罩，且於透光性基板上具有用於形成轉印圖案之遮光膜之光罩基底，上述遮光膜膜厚小於50 nm且具有包含遮光層與表面抗反射層之積層構造，該遮光層連接於上述透光性基板之表面而形成且包含過渡金屬及矽之合計含量為90原子%以上之材料，該表面抗反射層形成於該遮光層之上面，上述遮光層係由以10 nm之膜厚形成時對波長600~700 nm之光的表面反射率比上述透光性基板對波長600~700 nm之光之表面反射率高10%以上的材料所形成。
圖1係本發明之光罩基底之剖面圖。根據圖1，本發明之光罩基底10係於透光性基板1上，具備有遮光膜2。
上述透光性基板1只要為對ArF準分子雷射具有透明性者，則無特別限制。在本發明中，可使用石英基板、其他各種玻璃基板，但其中石英基板由於對ArF準分子雷射之透明性高，故對本發明尤為適宜。
就遮蔽效應之改善、或尤其是對EMF偏壓改善而言，必須使遮光膜之膜厚小於50 nm。又，就作為轉印用遮罩之充分功能而言，較佳為背面反射率設為至少50%以下。若考慮該等，難以設置背面抗反射層，亦難以使遮光層高氧化等。過渡金屬與矽之混合材料具有即使使用其形成連接於透光性基板之遮光膜，亦可將背面反射率設為小於50%之特性。
背面抗反射層光學濃度低，幾乎無助於遮光膜整體之光學濃度。若考慮該等情況，有必要儘可能確保遮光層作為遮光膜2之必要光學濃度。因此，遮光層基本上使用光學濃度高之材料的包含過渡金屬及矽之材料(合計含量90原子%以上)，除此以外之元素容許為不使光學濃度降低之程度之小於10原子%。尤其是，若氧、氮之含量增加，則由於為作用於其材料之光學濃度大幅下降之方向之元素，故該等元素於遮光層中之合計含量必須小於10原子%，且較佳為小於5原子%。
作為用於二元光罩基底之遮光膜之光學濃度，必須至少為2.3以上，較佳為2.5以上。但，用於製造在雙重曝光技術中使用之二元轉印遮罩之二元光罩基底時，若光學濃度為2.3或2.5，則存在於晶圓上之抗蝕膜之反復曝光部份產生問題之情況。若考慮該點，則遮光膜之光學濃度必須至少為2.8以上，較佳為3.0以上。
本發明者發現如圖11所示，在鉬與矽之間之比率中，鉬含有9原子%以上、40原子%以下之情況，尤其可獲得每膜厚之光學濃度大，對於ArF曝光光之遮光性相對較大之遮光層。
若鉬為9原子%以上，則ΔOD=0.075 nm-1 (於波長193.4 nm)以上。若鉬為15原子%以上，則由於ΔOD=0.08 nm-1 (於波長193.4 nm)以上，故較佳。若鉬為20原子%以上，則由於ΔOD=0.082 nm-1 (於波長193.4 nm)以上，故更佳。
包含矽化鉬之遮光層中之鉬之含量較佳為15原子%以上、40原子%以下，更佳為19原子%以上、40原子%以下。
含有鉬與矽之材料若鉬之含量高，則存在耐藥性或耐洗淨性(尤其是鹼性洗淨或溫水洗淨)降低之問題。較佳為可確保作為光罩使用時之必要最低限度之耐藥性、耐洗淨性之鉬之含量，即40原子%以下。又，如圖11所示，可知若使鉬含量比率持續增大，則遮光性能以特定值達到頂點。較佳為使鉬維持處於矽化鉬之化學計量安定之比率之程度的幅度之程度，即以40原子%為上限，若以超過其之比率含有鉬，則耐藥性或耐洗淨性會降低。
又，若遮光層之鉬含量為9原子%以上、40原子%以下之範圍，則由於相對該範圍外之構成，利用氟氣之乾式蝕刻之蝕刻速度相對較大，故較佳。
上述遮光層之材料所包含之過渡金屬除鉬以外，亦可適用鉭、鎢、鈦、鉻、鉿、鎳、釩、鋯、釕、銠等。再者，在鉬與矽之間之比率中，在上述之例中，已就鉬進行敘述，但其他列舉之過渡金屬亦顯示大致相同之趨勢。又，在小於10原子%之範圍內，即使遮光層中含有過渡金屬與矽以外之元素，亦呈與圖11等上述之特性大致相同之趨勢。
另一方面，本發明之適用ArF曝光光之微影術，為減輕在DRAM hp32 nm以後之世代中成為問題之EMF偏壓之負荷，必須採用至少小於50 nm之膜厚。若根據該觀點考慮，則較佳為遮光膜2以合計膜厚小於50 nm而確保特定之光學濃度，宜以滿足該條件之方式構成遮光層與表面抗反射層。再者，由於為解決遮蔽效應之問題所需之膜厚之上限條件較為減輕EMF偏壓之負荷所需之膜厚寬鬆，故遮光膜2之合計膜厚若小於50 nm，則可同時解決兩者之問題。
表面抗反射層只要在與遮光層之積層構造中可獲得特定值以上之表面反射率，則基本上任意之材料均可適用，但較佳為使用可以藉與遮光層相同之靶材成膜之材料。將以過渡金屬與矽為主成份之材料適用於遮光層時，表面抗反射層亦較佳為以過渡金屬(M)與矽(Si)為主成份之材料(MSiO、MSiN、MSiON、MSiOC、MSiCN、MSiOCN等)。再者過渡金屬選擇鉬(Mo)之情形下，較佳為MoSiO、MoSiN、MoSiON、MoSiOC、MoSiCN、MoSiOCN等。
表面抗反射層由於遮光層使用對曝光光之反射率高之材料，故就使表面反射率小於40%而言，層厚度為4 nm以上為最低限度需要，，且就使表面反射率小於35%而言，層厚度為5 nm以上為最低限度需要。若考慮減輕EMF偏壓之負荷，則遮光膜2整體之膜厚必須小於50 nm，且由於有必要確保遮光層之光學濃度，故表面抗反射層之上限必須為20 nm以下。再者，若表面抗反射層之厚度為7 nm以上、17 nm以下則更佳。又，若考慮生產安定上或因洗淨造成之減膜與遮光膜2整體之薄膜化兩者之平衡，則其厚度最適宜為10 nm以上15 nm以下。又，若遮光膜之厚度小於40 nm，則由於即使考慮減輕EMF偏壓之負荷，亦可確實將表面抗反射層之厚度設為10 nm以上，故較佳。
又，遮光層較佳為進一步包含碳及氫中至少1種元素。除過渡金屬(M)、矽(Si)以外，包含碳(C)、氫(H)中至少其中一者之遮光膜2濺鍍成膜時，於膜中形成呈不易氧化之狀態之矽碳化物(Si-C鍵結)、過渡金屬碳化物(M-C鍵結，例如Mo-C鍵結)、氫化矽(Si-H鍵結)，藉此可抑制因ArF曝光光之照射造成之矽或鉬之氧化，從而可期待轉印用遮罩之長壽命化。
又，由於C及/或H(矽碳化物、過渡金屬碳化物、氫化矽)之存在，致使蝕刻速率加快，因此不會使抗蝕膜厚膜化，從而不會惡化解像性、或圖案精度。又，可以縮短蝕刻時間，故於遮光膜上具有蝕刻遮罩膜之構成之情況，可減少蝕刻遮罩膜之損傷，從而可進行高精密之圖案化。
本發明亦提供一種包含藉由蝕刻，將由上述之本發明而獲得之光罩基底之上述遮光膜圖案化的蝕刻步驟之轉印用遮罩之製造方法。
該情況之蝕刻適宜使用對微細圖案之形成有效之乾式蝕刻。
使用本發明之光罩基底製造轉印用遮罩之情況，使用光學式蝕刻終點檢測法(確認伴隨著蝕刻進行之遮光膜之反射率變化，藉此檢測蝕刻終點之方法)，發揮提高檢測出遮光膜之蝕刻終點時之檢測感度之效果。
先前，在光學式蝕刻終點檢測法中使用之照射光為波長600 nm~700 nm之紅色雷射光。在可以利用紅色雷射光之光學式蝕刻終點檢測，充分進行蝕刻終點檢測之鉻系遮光膜中，從膜厚10 nm至透光性基板露出期間之表面反射率之變化量為10%。本發明之遮光膜從膜厚10 nm至透光性基板露出期間之表面反射率之變化量為10%以上，為可充分進行光學式蝕刻終點檢測之膜。
尤其是，本發明之光罩基底之遮光膜之連接於透光性基板而形成之遮光層，係以過渡金屬與矽之合計含量為90原子%以上之材料形成。此種材料通常以氟氣進行乾式蝕刻。合成石英等之以矽之氧化物為主成份之透光性基板，對於利用氟氣之乾式蝕刻亦易於蝕刻。因此，將遮光層進行利用氟氣之乾式蝕刻，形成轉印圖案時，可提高檢測蝕刻遮光層而開始露出透光性基板之表面時之精度。即具備有容易進行高精度之蝕刻終點檢測之遮光層尤為重要。本發明之光罩基底之遮光層，對在光學式蝕刻終點檢測中主要使用之波長600 nm~700 nm之光之反射率比透光性基板大幅增高，從而可實現高精度之蝕刻終點檢測。
實施例
以下，藉由實施例，更具體地說明本發明之實施形態。同時，亦說明相對於實施例之比較例。
(實施例1-1)
於包含石英玻璃之透光性基板1上，使用單片式濺鍍裝置，濺鍍靶材使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶材(原子%比Mo：Si=21：79)，在氬與氦之混合氣體氛圍(氣壓0.3 Pa、氣體流量比Ar：He=20：120)中，將DC電源之電力設為2.0 kW，並藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，以膜厚33 nm成膜MoSi膜(遮光層)，並繼續使用Mo/Si靶材(原子%比Mo：Si=4：96)，在氬(Ar)、氧、氮及氦之混合氣體氛圍(氣壓0.1 Pa、氣體流量比Ar：O2 ：N2 ：He=6：5：11：16)中，將DC電源之電力設為3.0 kW，以膜厚10 nm成膜MoSiON膜(表面抗反射層)，藉此形成包含MoSi膜(膜組成比Mo：21原子%、Si：79原子%、折射率n：2.42、消光係數k：2.89)與MoSiON膜(膜組成比Mo：1.6原子%、Si：38.8原子%、O：18.8原子%、N：41.1原子%、折射率n：2.36、消光係數k：1.20)之積層之ArF準分子雷射(波長193 nm)用遮光膜2(總膜厚43 nm)。再者，遮光膜2之各層之元素分析係使用拉瑟福後方散射分析法(以下，各實施例、比較例亦相同)。
其次，使用如上所製造之光罩基底10，製造二元轉印用遮罩。於圖2顯示製造步驟。
首先，於上述光罩基底10上，形成電子線描繪用化學增幅型正性抗蝕膜3(富士軟片電子材料公司製造PRL009)(參照圖2(a))。
其次，使用電子束描繪裝置，對上述抗蝕膜3進行期望之圖案描繪後(參照圖2(b))，以特定之顯影液，顯影形成抗蝕圖案3a(參照圖2(c))。
其次，將上述抗蝕圖案3a作為遮罩，進行包含MoSi膜與MoSiON膜之積層之遮光膜2之乾式蝕刻，形成遮光膜圖案2a(參照圖2(d))。作為乾式蝕刻氣體，使用SF6 與He之混合氣體。剝離殘存之抗蝕圖案，獲得二元轉印用遮罩20(參照圖2(e)。)
以分光光度計U-4100(日立Hitec公司製造)對所得之二元轉印用遮罩20進行光學特性之測定。其結果，遮光膜2之對於ArF曝光光之光學濃度為3.1，為作為二元轉印用遮罩係充分之遮光性能。又，遮光膜2對於ArF曝光光之表面反射率為25.1%、背面反射率為38.9%，表背面皆為對圖案轉印無影響之反射率。
(實施例1-2)
實施例(1-2)除將遮光層之膜厚設為30 nm以外，與實施例(1-1)同樣地製造光罩基底10，並製造二元轉印用遮罩20。
與實施例(1-1)同樣地，對所獲得之二元轉印用遮罩20進行光學特性之測定。其結果，遮光膜2之對於ArF曝光光之光學濃度為2.81，為作為二元轉印用遮罩係可使用之遮光性能。又，遮光膜2對於ArF曝光光之表面反射率為25.2%，背面反射率為39.0%，表背面皆為對圖案轉印無影響之反射率。
(實施例1-3)
實施例(1-3)除將遮光層之膜厚設為26 nm以外，與實施例(1-1)同樣地製造光罩基底10，並製造二元轉印用遮罩20。
與實施例(1-1)同樣地，對所獲得之二元轉印用遮罩20進行光學特性之測定。其結果，遮光膜2之對於ArF曝光光之光學濃度為2.5，為作為二元轉印用遮罩係可使用之遮光性能。又，遮光膜2對於ArF曝光光之表面反射率為25.2%，背面反射率為39.2%，表背面皆為對圖案轉印無影響之反射率。
又，以在實施例(1-1)~(1-3)中獲得之折射率n、消光係數k為基礎，藉由光學模擬使遮光層之膜厚變化，求得對於ArF曝光光之光學濃度(OD)及背面反射率後，結果顯示於圖3。圖3之圖表中之一點鏈線表示伴隨著遮光層膜厚之光學濃度變化，實線為表示伴隨著遮光層膜厚之背面反射率變化者(以下，在圖4至圖6之各圖表中皆相同)。在光學濃度成為2.0之前，即使薄化遮光層之膜厚(20 nm)，背面反射率亦僅提高至40%，可了解該遮光層為可維持作為二元轉印用遮罩之充分背面反射率之構造。
(實施例2-1)
於包含石英玻璃之透光性基板1上，使用單片式濺鍍裝置，濺鍍靶材使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶材(原子%比Mo：Si=21：79)，在氬、甲烷及氦之混合氣體氛圍(氣壓0.3 Pa、氣體流量比Ar：CH4 ：He=10：1：50)中，將DC電源之電力設為2.0 kW，並藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，以膜厚35 nm成膜MoSiCH膜(遮光層)，並繼續使用Mo/Si靶材(原子%比Mo：Si=4：96)，在氬(Ar)、氧、氮及氦之混合氣體氛圍(氣壓0.1 Pa、氣體流量比Ar：O2 ：N2 ：He=6：5：11：16)中，將DC電源之電力設為3.0 kW，以膜厚10 nm成膜MoSiON膜(表面抗反射層)，藉此形成包含MoSiCH膜(膜組成比Mo：19.8原子%、Si：78.8原子%、C：2.0原子%、H：1.5原子%、折射率n：1.99、消光係數k：2.79)與MoSiON膜(膜組成比Mo：1.6原子%、Si：38.8原子%、O：18.8原子%、N：41.1原子%、折射率n：2.36、消光係數k：1.20)之積層之ArF準分子雷射(波長193 nm)用遮光膜2(總膜厚45 nm)。
其次，在與實施例(1-1)同樣之製造步驟中，使用如上所製造之光罩基底10，製造二元轉印用遮罩20。
與實施例(1-1)同樣地，對所獲得之二元轉印用遮罩20進行光學特性之測定。其結果，遮光膜2之對於ArF曝光光之光學濃度為3.1，為作為二元轉印用遮罩係充分之遮光性能。又，遮光膜2對於ArF曝光光之表面反射率為22.7%，背面反射率為40.3%，表背面皆為對圖案轉印無影響之反射率。
(實施例2-2)
實施例(2-2)除將遮光層之膜厚設為31 nm以外，與實施例(2-1)同樣地製造光罩基底10，並製造二元轉印用遮罩20。
與實施例(1-1)同樣地，對所獲得之二元轉印用遮罩20進行光學特性之測定。其結果，遮光膜2之對於ArF曝光光之光學濃度為2.8，為作為二元轉印用遮罩係可使用之遮光性能。又，遮光膜2對於ArF曝光光之表面反射率為22.8%，背面反射率為40.4%，表背面皆為對圖案轉印無影響之反射率。
(實施例2-3)
實施例(2-3)除將遮光層之膜厚設為28 nm以外，與實施例(2-1)同樣地製造光罩基底，並製造二元轉印用遮罩。
與實施例(1-1)同樣地，對所獲得之二元轉印用遮罩20進行光學特性之測定。其結果，遮光膜2之對於ArF曝光光之光學濃度為2.5，為作為二元轉印用遮罩係可使用之遮光性能。又，遮光膜2對於ArF曝光光之表面反射率為22.8%，背面反射率為40.7%，表背面皆為對圖案轉印無影響之反射率。
又，以在實施例(2-1)~(2-3)中獲得之折射率n、消光係數k為基礎，藉由光學模擬使遮光層之膜厚變化，求得對於ArF曝光光之光學濃度(OD)及背面反射率後，結果顯示於圖4。在光學濃度成為2.0之前，即使薄化遮光層之膜厚(21 nm)，背面反射率亦僅提高至41.8%，可知該遮光層之構造為可維持作為二元轉印用遮罩之充分背面反射率之構造。
(比較例1)
於包含石英玻璃之透光性基板1上，使用單片式濺鍍裝置，濺鍍靶材使用矽(Si)靶材，在氬氣氛圍中，以膜厚39 nm成膜Si膜(遮光層)，並繼續使用Mo/Si靶材(原子%比Mo：Si=4：96)，在氬(Ar)、氧、氮及氦之混合氣體氣氛(氣壓0.1 Pa、氣體流量比Ar：O2 ：N2 ：He=6：5：11：16)中，將DC電源之電力設為3.0 kW，以膜厚10 nm成膜MoSiON膜(表面抗反射層)，藉此形成包含Si膜(折射率n：0.98、消光係數k：2.83)與MoSiON膜(膜組成比Mo：1.6原子%、Si：38.8原子%、O：18.8原子%、N：41.1原子%、折射率n：2.36、消光係數k：1.20)之積層之ArF準分子雷射(波長193 nm)用遮光膜2(總膜厚49 nm)。
其次，使用如上所製造之光罩基底10，製造二元轉印用遮罩20。
以分光光度計U-4100(日立Hitec公司製造)，對所獲得之二元轉印用遮罩20進行光學特性之測定。其結果，遮光膜2之對於ArF曝光光之光學濃度為2.88，為作為二元轉印用遮罩係可使用之遮光性能。但，遮光膜2對於ArF曝光光之背面反射率為58.9%、且該背面反射率在未採取對眩光或鬼影等之對策之曝光裝置中，對晶圓之圖案轉印時會成為重大問題。
又，以所獲得之折射率n、消光係數k為基礎，藉由光學模擬，使遮光層之膜厚變化，求得對於ArF曝光光之光學濃度(OD)及背面反射率後，結果顯示於圖5。使光學濃度在2.0~3.1之範圍內，即使變化遮光層之膜厚，背面反射率亦為58%左右之非常高之反射率，可知該遮光層為在未採取對眩光或鬼影等之對策之曝光裝置中難以作為二元轉印用遮罩使用之構造。
(比較例2)
於包含石英玻璃之透光性基板1上，使用單片式濺鍍裝置，濺鍍靶材使用鉬(Mo)靶材，在氬氣氣氛中，以膜厚39 nm成膜Mo膜(遮光層)，並繼續使用Mo/Si靶材(原子%比Mo：Si=4：96)，在氬(Ar)、氧、氮及氦之混合氣體氛圍(氣壓0.1 Pa、氣體流量比Ar：O2 ：N2 ：He=6：5：11：16)中，將DC電源之電力設為3.0 kW，以膜厚10 nm成膜MoSiON膜(表面抗反射層)，藉此形成包含Mo膜(折射率n：0.79、消光係數k：2.35)與MoSiON膜(膜組成比Mo：1.6原子%、Si：38.8原子%、O：18.8原子%、N：41.1原子%、折射率n：2.36、消光係數k：1.20)之積層之ArF準分子雷射(波長193 nm)用遮光膜2(總膜厚49 nm)。
其次，使用如上所製造之光罩基底10，製造二元轉印用遮罩20。
以分光光度計U-4100(日立Hitec公司製造)，對所獲得之二元轉印用遮罩20進行光學特性之測定。其結果，遮光膜2之對於ArF曝光光之光學濃度為2.7，為作為二元轉印用遮罩係可使用之遮光性能。但，遮光膜2對於ArF曝光光之背面反射率為56.1%、且該背面反射率在未採取對眩光或鬼影等之對策之曝光裝置中，對晶圓之圖案轉印時會成為重大問題。
又，以所獲得之折射率n、消光係數k為基礎，藉由光學模擬，使遮光層之膜厚變化，求得對於ArF曝光光之光學濃度(OD)及背面反射率後，結果顯示於圖6。於光學濃度在2.0~3.1之範圍內即使變化遮光層之膜厚，背面反射率亦為55%左右之非常高的反射率，可知該遮光層為在未採取對眩光或鬼影等之對策之曝光裝置中難以作為二元轉印用遮罩使用之構造。
(參考例1)
於包含石英玻璃之透光性基板上，使用單片式濺鍍裝置，濺鍍靶材使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶材(原子%比Mo：Si=10：90)，在氬、氮及氦之混合氣體氛圍(氣壓0.3 Pa、氣體流量比Ar：N2 ：He=5：49：46)中，將DC電源之電力設為2.0 kW，並藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，以膜厚69 nm成膜MoSiN膜作為相移膜，並製作半透型相移光罩基底。再者，該遮光膜在ArF準分子雷射(波長193 nm)中，光學濃度為1.2左右，為無法適用於二元轉印用遮罩者。
(參考例2)
於包含石英玻璃之透光性基板1上，使用單片式濺鍍裝置，濺鍍靶材使用鉻(Cr)靶材，在氬、一氧化氮及氦之混合氣體氣氛(氣壓0.1 Pa、氣體流量比Ar：NO：He=27：18：55)中，將DC電源之電力設為1.7 kW，並藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，以膜厚47 nm成膜CrON膜(遮光層)，並繼續使用鉻(Cr)靶材，在氬(Ar)、二氧化碳、氮及氦之混合氣體氛圍(氣壓0.2 Pa、氣體流量比Ar：CO2 ：N2 ：He=21：37：11：31)中，將DC電源之電力設為1.8kW，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，以膜厚10 nm成膜CrOCN膜(表面抗反射層)，藉此形成包含CrON膜(膜組成比Cr：21原子%、O：79原子%、N：79%、折射率n：1.45、消光係數k：1.92)與CrOCN膜(膜組成比Cr：1.6原子%、O：38.8原子%、C：18.8原子%、N：41.1原子%、折射率n：2.03、消光係數k：1.21)之積層之ArF準分子雷射(波長193 nm)用遮光膜2(總膜厚57 nm)。再者，該遮光膜在ArF準分子雷射(波長193 nm)中，光學濃度為2.82左右，但由於膜厚為50 nm以上，故不易解決尤其是EMF偏壓之問題。
(實施例3)
於包含石英玻璃之透光性基板1上，使用單片式濺鍍裝置，濺鍍靶材使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶材(原子%比Mo：Si=21：79)，在氬(Ar)與氮(N2 )之混合氣體氛圍中，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，以膜厚35 nm成膜MoSiN膜(遮光層)，並繼續使用Mo/Si靶材(原子%比Mo：Si=4：96)，在氬(Ar)、氧(O2 )、氮(N2 )及氦(He)之混合氣體氛圍中，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，以膜厚4 nm成膜MoSiON膜(表面抗反射層)，藉此形成包含MoSiN膜(膜組成比Mo：20原子%、Si：76原子%、N：4原子%、折射率n：1.50、消光係數k：3.06)與MoSiON膜(膜組成比Mo：3原子%、Si：57原子%、O：16原子%、N：24原子%、折射率n：2.28、消光係數k：0.92)之積層之ArF準分子雷射(波長193 nm)用遮光膜2(總膜厚39 nm)。再者，遮光膜2之各層之元素分析係使用拉瑟福後方散射分析法。
其次，藉與實施例(1-1)同樣之製造步驟，使用如上所製造之光罩基底10，製造二元轉印用遮罩20。
與實施例(1-1)同樣地，對所獲得之二元轉印用遮罩20進行光學特性之測定。其結果，遮光膜2之對於ArF曝光光之光學濃度為3.1，為作為二元轉印用遮罩係充分之遮光性能。又，遮光膜2對於ArF曝光光之表面反射率為39.4%，為對圖案轉印無影響之反射率。
(實施例4)
於包含石英玻璃之透光性基板1上，使用單片式濺鍍裝置，濺鍍靶材使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶材(原子%比Mo：Si=9.5：90.5)，在氬(Ar)氣氛圍中，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，以膜厚38 nm成膜MoSi膜(遮光層)，並繼續使用Mo/Si靶材(原子%比Mo：Si=4：96)，在氬(Ar)、氧(O2 )、氮(N2 )及氦(He)之混合氣體氛圍中，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，以膜厚4 nm成膜MoSiON膜(表面抗反射層)，藉此形成包含MoSi膜(膜組成比Mo：9.3原子%、Si：90.7原子%、折射率n：1.24、消光係數k：2.77)與MoSiON膜(膜組成比Mo：3原子%、Si：57原子%、O：16原子%、N：24原子%、折射率n：2.28、消光係數k：0.92)之積層之ArF準分子雷射(波長193 nm)用遮光膜2(總膜厚42 nm)。再者，遮光膜2之各層之元素分析係使用拉瑟福後方散射分析法。
其次，藉與實施例(1-1)同樣之製造步驟，使用如上所製造之光罩基底10，製造二元轉印用遮罩20。
與實施例(1-1)同樣地，對所獲得之二元轉印用遮罩20進行光學特性之測定。其結果，遮光膜2之對於ArF曝光光之光學濃度為3.1，為作為二元轉印用遮罩係充分之遮光性能。又，遮光膜2對於ArF曝光光之表面反射率為39.3%，為對圖案轉印無影響之反射率。
對各實施例(1-1)、實施例3及實施例4之二元型光罩基底、參考例1之半透型相移光罩基底、及參考例2之二元型光罩基底，分別使用適用之蝕刻氣體，進行遮光膜之乾式蝕刻。又，於各遮光膜中，直至乾式蝕刻完成期間(直至透光性基板之表面露出，完成乾式蝕刻期間)，於遮光膜之表面(遮光膜之與連接於透光性基板之側成相反側之表面)，照射在光學式蝕刻終點檢測中所使用之紅色雷射光，測定於其表面反射之反射光，並算出表面反射率。將其結果顯示於圖7及圖8。再者，此處紅色雷射光使用波長670 nm者，但在紅色雷射光之波長帶即600~700 nm之間，照射對象之遮光膜之反射特性幾乎不會產生差異，顯示相同之趨勢。
圖7及圖8顯示有遮光膜之膜厚從10 nm至0 nm(透光性基板露出)為止乾式蝕刻期間之對紅色雷射光之表面反射率的變化。顯示反射率之變化越大，蝕刻終點之檢測越容易。參考例1之相移膜(MoSiN膜)係被視為不易以光學蝕刻終點檢測進行蝕刻終點檢測之膜。觀察測定結果，表面反射率亦幾乎無變化，從而難以以光學式檢測蝕刻終點。
參考例2之鉻系遮光膜係被視為可充分以光學式蝕刻終點檢測，進行蝕刻終點檢測之膜。觀察測定結果，表面反射率從17%(膜厚10 nm)變化10%成為7%(透光性基板露出)，若獲得10%以上之反射率變化，則可視為可充分以光學式蝕刻終點檢測，進行蝕刻終點之檢測。在實施例1-1之遮光膜中，觀察測定結果，表面反射率從35%(膜厚10 nm)變化28%成為7%(透光性基板露出)，可視為可充分以光學式蝕刻終點檢測進行蝕刻終點之檢測。又，同樣地，在實施例3之遮光膜中，表面反射率從37%(膜厚10 nm)變化30%成為7%(透光性基板露出)，且在實施例4之遮光膜中，表面反射率從34%(膜厚10 nm)變化27%成為7%(透光性基板露出)，可視為兩者均可充分以光學式蝕刻終點檢測進行蝕刻終點之檢測。
圖9及圖10，顯示以光學模擬，算出可以光學式蝕刻終點檢測之遮光膜材料之折射率n、消光係數k之範圍的結果。在圖9及圖10中，1%反射/nm(於遮光膜之10 nm蝕刻，為10%之對紅色雷射光之表面反射率增加)之交界線(n=-0.12k3 +0.14k2 -0.35k+3.44)至折射率n、消光係數k高之區域(亦包含交界線上)為可進行光學式蝕刻終點檢測之區域。又，2%反射/nm(於遮光膜之10 nm蝕刻，為20%之對紅色雷射光之表面反射率增加)之交界線(n=-0.04k3 +0.05k2 -0.04k+4.02)至折射率n、消光係數k高之區域(亦包含交界線上)為更適合光學式蝕刻終點檢測之區域。再者，3%反射/nm(於遮光膜之10 nm之蝕刻，為30%之對紅色雷射光之表面反射率增加)之交界線(n=-0.03k3 +0.05k2 -0.08k+4.51)至折射率n、消光係數k高之區域(亦包含交界線上)為最適合光學式蝕刻終點檢測之區域。再者在該圖9及圖10中之折射率n、消光係數k並非對於ArF曝光光之數值，而是對於紅色雷射光之波長帶之數值。於圖9對先前之實施例1-1、參考例1及參考例2之各遮光膜作圖，並於圖10對實施例3、實施例4之各遮光膜作圖，則證明除參考例1以外，落入可以光學式蝕刻終點檢測之區域，該光學模擬之結果妥當。又，由於實施例1-1、實施例3及實施例4相對於3%反射/nm之交界線上之任意膜厚變化之反射率變化均位於非常高之區域，可知該等遮光膜可進行非常高精度之光學式蝕刻終點檢測。
1．．．透光性基板
2．．．遮光膜
3．．．正型抗蝕膜
2a．．．遮光膜圖案
3a．．．抗蝕圖案
10．．．光罩基底
20．．．二元轉印用遮罩
圖1係本發明之光罩基底之剖面圖。
圖2(a)~(e)係顯示使用本發明之光罩基底，製造轉印用遮罩之步驟之剖面圖。
圖3係以實施例1之光罩基底之構造，關於使遮光層之膜厚變化時之光學濃度與背面反射率之光學模擬結果的圖。
圖4係以實施例2之光罩基底之構造，關於使遮光層之膜厚變化時之光學濃度與背面反射率之光學模擬結果的圖。
圖5係以比較例1之光罩基底之構造，關於使遮光層之膜厚變化時之光學濃度與背面反射率之光學模擬結果的圖。
圖6係以比較例2之光罩基底之構造，關於使遮光層之膜厚變化時之光學濃度與背面反射率之光學模擬結果的圖。
圖7係顯示實施例1-1、參考例1及參考例2之伴隨著遮光膜之蝕刻進行之反射率變化的圖。
圖8係顯示實施例3及實施例4之伴隨著遮光膜之刻進行之反射率變化的圖。
圖9係顯示可經光學式蝕刻終點檢測之遮光膜材料n、k之範圍的圖，且將實施例1-1、參考例1及參考例2之遮光膜材料作圖之圖。
圖10係顯示可經光學式蝕刻終點檢測之遮光膜材料n、k之範圍的圖，且將實施例3及實施例4之遮光膜材料作圖之圖。
圖11係顯示由鉬與矽所成之薄膜之鉬含量與每單位膜厚之光學濃度的關係之圖。
1．．．透光性基板
2．．．遮光膜
10．．．光罩基底

Claims (13)

  1. 一種光罩基底，其特徵為：其係用以製作適用ArF準分子雷射曝光光之轉印用遮罩，且係於透光性基板上具有用以形成轉印圖案之遮光膜者；上述遮光膜膜厚小於50nm，且具有包含遮光層與表面抗反射層的積層構造；該遮光層連接於上述透光性基板之表面而形成，且包含含有過渡金屬及矽之材料；該表面抗反射層形成於該遮光層之上面；且上述遮光層對波長600~700nm之光之折射率n與消光係數k之範圍，係滿足下式(1)之條件：式(1)n≧-0.12k3 +0.14k2 -0.35k+3.44。
  2. 如請求項1之光罩基底，其中上述遮光層係由以10nm之膜厚形成時對波長600~700nm之光的表面反射率比上述透光性基板對波長600~700nm之光之表面反射率高10%以上的材料所形成。
  3. 如請求項1之光罩基底，其中上述遮光層包含過渡金屬及矽之合計含量為90原子%以上之材料。
  4. 如請求項1之光罩基底，其中上述遮光膜光學濃度為2.3以上。
  5. 如請求項1之光罩基底，其中上述遮光層中之過渡金屬含量為9原子%以上、40原子%以下。
  6. 如請求項1之光罩基底，其中上述遮光層中之過渡金屬為鉬(Mo)。
  7. 如請求項1之光罩基底，其中上述遮光層每膜厚之光學 濃度為△OD=0.075/nm-1 以上。
  8. 如請求項1之光罩基底，其中上述遮光層膜厚小於40nm。
  9. 如請求項1之光罩基底，其中上述表面抗反射層含有於過渡金屬及矽中進而含有氧、氮、碳及氫中至少1個元素之材料。
  10. 如請求項9之光罩基底，其中上述表面抗反射層中之過渡金屬為鉬(Mo)。
  11. 如請求項1之光罩基底，其中上述表面抗反射層膜厚為4nm以上。
  12. 一種轉印用遮罩之製造方法，其特徵為包含蝕刻步驟，其藉由蝕刻將請求項1至11中任一項之光罩基底之上述遮光膜圖案化。
  13. 如請求項12之轉印用遮罩之製造方法，其中在上述蝕刻步驟中，將在光學式蝕刻終點檢測中所使用之波長600~700nm之光照射於遮光膜之表面時，遮光膜以10nm之厚度殘存時之表面反射率，與透光性基板藉由蝕刻露出時之表面反射率的差為10%以上。
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