TWI461830B - 相位偏移光罩母模、相位偏移光罩及相位偏移光罩母模之製造方法 - Google Patents

相位偏移光罩母模、相位偏移光罩及相位偏移光罩母模之製造方法 Download PDF

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Description

相位偏移光罩母模、相位偏移光罩及相位偏移光罩母模之製造方法
本發明係關於一種相位偏移光罩母模、相位偏移光罩及相位偏移光罩母模之製造方法。
半導體元件等之高積體化有帶來性能、功能之提高(高速動作及低耗電化等)及低成本化之優點，半導體元件之電路圖案之微細化速度日益加快。支持該電路圖案之微細化的係微影技術，轉印電路圖案之轉印用光罩與曝光裝置、光阻材料一併被定位為重要技術。
近年來，正在推進半導體元件設計規則32nm節點及22nm節點之半導體元件之開發。形成於如此半導體元件上之最小線寬相當於ArF準分子雷射曝光光之波長(λ:193.4nm)之1/9~1/6。
尤其，32nm節點以下之世代之半導體元件，即便應用先前之相位偏移法、傾斜入射照明法及光瞳濾波法等解析度增強技術(Resolution Enhancement Technology：RET)、光學鄰近效應修正(Optical Proximity Correction：OPC)技術等亦難以進行製造，必需採用超高NA(numerical aperture，數值孔徑)技術(液浸微影、液浸曝光)或雙重曝光法(雙重圖案化)等。
相位偏移法係如下之方法：相對於透過相位偏移部之曝光光而產生特定之相位差(例如自160°至200°)，並利用光之干涉作用使轉印圖案之解析度提高。
於相位偏移法中，具有如下相位偏移光罩之半色調型相位偏移光罩具有可應用於32nm節點以下之世代之半導體元件的可能性，為此近年來備受關注，上述相位偏移光罩具有非常高之解析性，即對曝光光之透過率為9%以上，較好的是透過率為10%以上至30%。
作為該半色調型相位偏移光罩而提出有兩種類型。
其一類型係日本專利公開公報特開2006-78953號公報中所揭示之相位偏移光罩，其係「刻入型相位偏移光罩」，將透過率為9~15%、相位差為110~135°之相位偏移膜形成於透光性基板上之後，對該相位偏移膜進行圖案化，將經圖案化之相位偏移膜作為光罩對透光性基板進行蝕刻，刻入基板而直至相對於透過透光性基板與相位偏移膜之曝光光之相位差成為180°為止。
另一類型係日本專利公開公報特開2003-280168號公報中所揭示之相位偏移光罩，其係「雙層型相位偏移光罩」，其中於透光性基板上形成有依序積層著透過率控制層與相位差控制層之相位偏移膜，且使透過相位偏移膜之光之透過率成為20~40%、相位差成為180°。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2006-78953號公報
[專利文獻2]日本專利特開2003-280168號公報
於為前者之刻入型相位偏移光罩之情形時存在如下問題，難以準確地控制透光性基板以使相位差為180°，且難以對基板刻入部進行缺陷修正等。
又，於為後者之雙層型相位偏移光罩之情形時存在如下問題，通常，為了準確地控制相位差，使透過率控制層為相對於透光性基板及相位差控制層具有蝕刻選擇性之材料，因此於製造相位偏移光罩時蝕刻次數增加、且為了設置180°之相位差會使得所需之膜厚變厚而為100nm以上，因此於圖案之最小寬度為50nm以下之OPC圖案係不可欠缺的32nm節點以下之世代中，難以不破壞圖案而又滿足圖案精度之要求。
因此，需要一種使相位偏移膜之膜厚薄膜化、不會破壞OPC圖案而又能滿足圖案精度之要求、能實現光學特性之控制性及圖案缺陷檢査之相位偏移光罩、及作為其原版之相位偏移光罩母模。
又，通常為了最大限度地發揮相位偏移效果而需要將先前之相位偏移光罩之相位差設定為180°。
本發明者們得知，於32nm節點世代以下且必需之液浸微影之曝光條件下，並未必需使相位差為180°，藉由將相位差設定為未達180°而使相位偏移膜薄膜化，由此所帶來之OPC圖案、電路圖案之圖案剖面形狀之良化等的優點較大。
因此，本發明者們設定為即便不刻入基板亦可充分地藉由相位偏移效果提高解析性而獲得良好的轉印圖案特性的150°以上之相位差、且未達180°之相位差，使相位偏移膜薄膜化。
進而，本發明者們對相位偏移膜之薄膜化進行研究，使相對於Mo+Si之合計量之Mo含量減少直至可穩定地製造良好品質的矽化鉬(MoSi)靶材之極限為止。又，為了提高對相位偏移膜之薄膜化有效之折射率，而使成膜過程中之含氮(N)氣體之流量上升，儘可能地增多相位偏移膜中之N含量。進而，於對曝光光之透過率不足之情形時，將成膜過程中之含氧氣體之流量限定為所需之最低限度流量而使用含氧氣體，藉此儘可能地減少相位偏移膜中之氧(O)含量。
A本發明之第1態樣
本發明中作為第1態樣之相位偏移光罩母模等而提供如下之相位偏移光罩母模等。
[A1]
一種相位偏移光罩母模，其特徵在於：其係半導體設計規則32nm節點以下所使用，且以ArF準分子雷射光進行曝光之相位偏移光罩之原版者，於透光性基板上，包含：以金屬、Si及N為主要的構成要素並具有對ArF準分子雷射光之波長之透過率為9%以上且30%以下而相位差為150°以上且未達180°之光學特性之相位偏移膜、及形成於相位偏移膜上之遮光膜，上述相位偏移膜之膜厚為80nm以下，對ArF準分子雷射光之波長之折射率(n)為2.3以上，消光係數(k)為0.28以上。
[A2]
如[A1]之相位偏移光罩母模，其中上述相位偏移膜包含金屬、Si及N，且(金屬之原子濃度)/(金屬之原子濃度+Si之原子濃度)的值為0.06~0.13，N為35原子%以上且55原子%以下。
較好的是，於該相位偏移光罩母模之相位偏移膜中含有O之情形時，O為20原子%以下。
[A3]
如[A1]之相位偏移光罩母模，其中上述遮光膜具有積層構造，該積層構造中自上述相位偏移膜側起具有遮光層、表面抗反射層，且該遮光膜具有如下之膜厚，即藉由上述相位偏移膜與上述遮光膜而對ArF準分子雷射光之波長之光學濃度為2.8以上。
[A4]
如[A3]之相位偏移光罩母模，其中上述遮光膜之膜厚為60nm以下。
[A5]
如[A4]之相位偏移光罩母模，其中於上述遮光膜或上述遮光層上形成有蝕刻選擇性相異之蝕刻光罩用膜。
本說明書中，所謂「主要的構成要素」係指該構成要素含有至少70原子%以上。
又，本說明書中，若未特別言及，則相位偏移膜等中所含之各元素之含量係基於以奧傑電子能譜法而測定出之測定結果。
於考慮上述相位偏移膜之相位差、透過率及膜厚之全部時，[A1]之最佳相位偏移光罩母模係如下之相位偏移光罩母模，其於透光性基板上，包含：以金屬、Si及N為主要構成要素並具有對ArF準分子雷射光之波長之透過率為10%以上且20%以下而相位差為150°以上且170°以下之光學特性之相位偏移膜、及形成於相位偏移膜上之遮光膜，上述相位偏移膜之膜厚為65nm以下，且，對ArF準分子雷射光之波長之折射率(n)為2.3以上且2.6以下，消光係數(k)為0.28以上且0.48以下。
[A3]及下述[B3]之相位偏移光罩母模中，形成於相位偏移膜上之遮光膜具有積層構造，該積層構造中自相位偏移膜側起具有遮光層、表面抗反射層，且該遮光膜具有如下之膜厚，即藉由相位偏移膜與遮光膜而對ArF準分子雷射光之波長之光學濃度為2.8以上。因此，可使用該[A3]或[B3]之相位偏移光罩母模，製作例如圖1之(2)所記載般之於相位偏移膜圖案20上進而形成有遮光膜圖案10的相位偏移光罩(三色調光罩)，可防止因基於透過相位偏移膜之光而形成於轉印區域上之相位偏移膜圖案導致被轉印基板的圖案不良。
[A4]及下述[B4]之相位偏移光罩母模中，使遮光膜之膜厚為60nm以下，因此遮光膜圖案之剖面形狀接近垂直形狀，又，可獲得對32nm節點所要求之圖案精度。由此，將該遮光膜圖案作為光罩進行圖案化之相位偏移膜圖案，亦可獲得對32nm節點所要求之圖案精度。
[A5]及下述[B5]之相位偏移光罩母模具有如下構造：即於形成於相位偏移膜上之遮光膜上，積層有包含對遮光膜之乾式蝕刻具有耐受性之無機系材料的蝕刻光罩用膜，可使形成於蝕刻光罩用膜上之光阻膜之膜厚薄膜化，因此成為不僅有利於形成微細圖案而且抑制了負載效應之相位偏移光罩母模。蝕刻光罩用膜亦可具有抗反射功能。又，蝕刻光罩用膜亦可為能隨著相位偏移膜之蝕刻而一併剝離之材料。
本發明之較佳態樣之相位偏移光罩母模中，相位偏移膜為矽化鉬(MoSi)系之材料，較好的是，遮光膜之材料包含相對於相位偏移膜具有蝕刻選擇性(具有耐蝕刻性)之鉻、或向鉻中添加有O、N、C等元素之鉻化合物，較好的是，蝕刻光罩用膜包含含有對遮光膜之蝕刻具有蝕刻選擇性(具有耐蝕刻性)之Si的材料。
於[A5]及下述[B5]之遮光膜上形成有蝕刻光罩用膜之相位偏移光罩母模於將光阻圖案作為光罩以氟系氣體對包含Si之蝕刻光罩用膜進行乾式蝕刻而進行圖案化時，對光阻圖案之損害較少，因此形成於蝕刻光罩用膜上之光阻膜之膜厚可變得更薄而為200nm以下，可設為150nm以下。於該情形時，可進一步實現光阻圖案之微細化。
B本發明之第2態樣
一般而言，難以確認於透光性基板上是否形成有高透過性之相位偏移膜。於相位偏移光罩母模製造過程中容易產生如下錯誤：即以目視或自動檢測機判斷出於透光性基板上並未形成有相位偏移膜，由此再次使相位偏移膜成膜。
又，使相對於Mo+Si之合計含量之Mo含量減少直至可穩定地製造矽化鉬靶材的極限為止，由此會導致成膜時不穩定，且導致相位偏移膜產生缺陷而良率降低。
需要即便使高透過率之相位偏移膜之膜厚薄膜化亦可穩定地、高良率、且無人為性的錯誤地製造之相位偏移光罩母模、及其製造方法。
因此，本發明中作為第2態樣之相位偏移光罩母模等而提供如下之相位偏移光罩母模等。
[B1]
一種相位偏移光罩母模，其特徵在於：其係半導體設計規則32nm節點以下所使用，且以ArF準分子雷射光進行曝光之相位偏移光罩之原版者，於透光性基板上，包含：以金屬、Si及N為主要的構成要素並具有對ArF準分子雷射光之波長之透過率為9%以上且30%以下而相位差為150°以上且未達180°之光學特性之相位偏移膜，及形成於相位偏移膜上之遮光膜，上述相位偏移膜之膜厚為80nm以下，對400nm波長之光之上述相位偏移膜的消光係數(k)超過0.03。
[B2]
如[B1]之相位偏移光罩母模，其中上述相位偏移膜包含金屬、Si、N，(金屬之原子濃度)/(金屬之原子濃度+Si之原子濃度)之值為0.06~0.13，N為35原子%以上且55原子%以下。
較好的是，於該相位偏移光罩母模之相位偏移膜中含有O之情形時，O為20原子%以下。
[B3]
如[B1]之相位偏移光罩母模，其中上述遮光膜具有積層構造，該積層構造中自上述相位偏移膜側起具有遮光層、表面抗反射層，且該遮光膜具有如下膜厚，即藉由上述相位偏移膜與上述遮光膜而對ArF準分子雷射光之波長之光學濃度為2.8以上。
[B4]
如[B3]之相位偏移光罩母模，其中上述遮光膜之膜厚為60nm以下。
[B5]
如[B4]之相位偏移光罩母模，其中於上述遮光膜或上述遮光層上形成有蝕刻選擇性相異之蝕刻光罩用膜。
[B1]之相位偏移光罩母模中，即便係相位偏移膜之透過率為9%以上且30%以下、膜厚為80nm以下之薄膜，由於對用以確認有無膜之目視或由自動檢測機所感知之400nm波長之光的消光係數(k)超過0.03，因此可自透光性基板之與形成有相位偏移膜之主表面成正交關係之端面確認有無膜。例如，於以目視確認有無膜之情形時，於形成有相位偏移膜之情形時，可自透光性基板之端面確認出淺茶色、淺黃褐色或淺黃色等著色。於未形成有相位偏移膜之情形時，透光性基板之端面之顏色為透明，因此可確實地確認有無膜。
以金屬、Si、及N為主要的構成要素之相位偏移膜中，一般而言，波長變得越大則消光係數(k)之值就變得越小，因此可見光區域之波長範圍之下限即400nm波長下的消光係數(k)變得最大。由此，於本發明中，使用400nm波長下之消光係數(k)之值作為可判別相位偏移膜之著色的指標。
又，較好的是，相位偏移膜於400nm波長下之消光係數(k)為0.04以上。
C本發明之第3態樣
本發明中作為第3態樣之相位偏移光罩母模等而提供如下之相位偏移光罩母模之製造方法等。
[C1]
一種相位偏移光罩母模之製造方法，其特徵在於：其係製造如下之相位偏移光罩母模者，該相位偏移光罩母模係半導體設計規則32nm節點以下所使用，且以ArF準分子雷射光進行曝光之相位偏移光罩之原版者，使用含有Mo(鉬)與Si(矽)之矽化鉬靶材，於含氮氣體之氣體環境中藉由反應性濺鍍而於透光性基板上形成以Mo、Si、及N(氮)為主要的構成要素之相位偏移膜，相對於上述矽化鉬靶材中所含之Mo與Si之合計含量之鉬的含量為2%以上且未達5%，且相對密度為98%以上。
[C2]
如[C1]之相位偏移光罩母模之製造方法，其中上述矽化鉬靶材含有1020 atm/cm3 以上之硼(B)。
[C1]之相位偏移光罩母模之製造方法中，使相對於製造過程中使用之矽化鉬靶材中所含之Mo與Si之合計含量之Mo的含量為2%以上且未達5%，藉此可設用以使相位偏移膜之透過率為9%以上且30%以下之O的含量未達20%，可設用以獲得相位偏移膜之相位差為150°以上且未達180°之膜厚變薄而為80nm以下，因此可防止32nm節點以下之世代中所不可欠缺的OPC圖案受到破壞。
又，矽化鉬靶材之相對密度為98%以上，因此於含氮氣體之氣體環境中進行反應性濺鍍時亦可穩定地形成相位偏移膜。
矽化鉬靶材之相對密度係以如下方式計算出。
相對密度=靶材之密度/理論密度
靶材密度=靶材之重量/靶材之體積(g/cm3 )
理論密度=(Am×Mm+As×Ms)×Dm×Ds/(Am×Mm×Ds+As×Ms×Dm)
Mo之原子量：Am
Si之原子量：As
Mo之密度：Dm(g/cm3 )
Si之密度：Ds(g/cm3 )
Mo之比率：Mm(原子%)
Si之比率：Sm(原子%)
於[C2]之相位偏移光罩母模之製造方法中，即便於矽化鉬靶材之Mo比率較少而為2%以上且未達5%之情形時，因含有1020 atm/cm3 以上之硼(B)，故而即便於含氮氣體之氣體環境中進行反應性濺鍍時亦可防止異常放電，且可抑制相位偏移膜產生缺陷。
再者，矽化鉬靶材中之Mo與Si之組成係根據以螢光X射線分析法所測定之含量而計算出的值。
根據本發明之較佳態樣，即便於32nm節點以下之世代所不可欠缺之OPC圖案中亦不會破壞圖案而又能滿足圖案精度之要求。
根據本發明之較佳態樣，於缺陷檢査機之波長(257nm)下之透過率為60%以下，進而，於對相位偏移膜進行蝕刻而進行圖案化時之蝕刻終點檢測中所使用的光之波長(678nm)下之反射率為20%以上，相位差之控制性良好。藉此，可提供亦能進行缺陷檢査且於32nm節點以下之世代能實際應用之相位偏移光罩、及相位偏移光罩母模。
 1相位偏移光罩母模
本發明之相位偏移光罩母模於透光性基板上具有相位偏移膜與遮光膜。較好的是，如圖1之(1)所示，於透光性基板3上設置有相位偏移膜2，於該相位偏移膜上設置有遮光膜1。本發明之光罩母模包含形成有光阻膜之光罩母模，亦包含未形成有光阻膜之光罩母模。
本發明之相位偏移光罩母模於液浸微影中使用時特別有效。
1.1透光性基板
透光性基板只要為具有透光性之基板則無特別限定，可使用合成石英基板、鋁矽酸鹽玻璃基板、氟化鈣基板、氟化鎂基板等。該等基板中，合成石英基板之平坦度及平滑度高，於使用光罩向半導體基板上進行圖案轉印之情形時，難以產生轉印圖案變形，可進行高精度之圖案轉印，故而較好。
1.2相位偏移膜
相位偏移膜係具有使曝光光之相位偏移之功能及實質上遮蔽曝光光之功能的膜。
相位偏移膜之組成未作特別限定，但較好的是，包含選自鉬(Mo)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鎢(W)等過渡金屬中之一種或一種以上之元素、及矽(Si)。若考慮相位偏移膜之蝕刻特性、濺鍍靶材品質、成膜穩定性等，則較好的是相位偏移膜中所含之過渡金屬為鉬。作為含鉬與矽之相位偏移膜之組成，可列舉例如MoSi、MoSiO、MoSiN、MoSiON、MoSiCO、MoSiCN、MoSiCON。
具有上述特性之相位偏移光罩母模係以如下方式而獲得：即例如，使相位偏移膜之組成中根據基於奧傑電子能譜法之測定結果而計算出的金屬之原子濃度/(金屬之原子濃度+Si之原子濃度)之值為0.06~0.13，N為35原子%以上且55原子%以下。又，於該相位偏移膜中含有O之情形時，較好的是根據基於奧傑電子能譜法之測定結果而計算出之O為20原子%以下。
又，較好的是，具有上述特性之相位偏移光罩母模之相位偏移膜之組成中，於為根據盧瑟福背向散射分析法(Rutherford Backscattering Analysis)而計算出之值的情形時，金屬之原子濃度/(金屬之原子濃度+矽之原子濃度)之值(R)為0.01~0.08，氮為45原子%以上且65原子%以下。
包括具有滿足上述條件之膜組成之相位偏移膜之較佳態樣的相位偏移光罩母模具有如下光學特性：即於缺陷檢査機之波長(257nm)下之透過率為60%以下，進而於對相位偏移膜進行蝕刻而進行圖案化時之蝕刻終點檢測中所使用的光之波長(678nm)下之反射率為20%以上，因此可製造如下之相位偏移光罩，其相位差之控制性良好，亦可進行缺陷檢査且可於32nm節點以下之世代中加以實際應用。
再者，缺陷檢査機之波長並不限定於257nm。作為缺陷檢査機之波長，可列舉於接近ArF準分子雷射光之波長中例如193nm、199nm之檢査光波長所對應之缺陷檢査機之波長，或364nm之波長。
本發明之相位偏移光罩母模中，將相位偏移膜之相位差設定為即便不刻入基板亦可充分藉由相位偏移效果提高解析性而獲得良好轉印圖案特性的150°以上之相位差、且未達180°之相位差。又，較好的是對ArF準分子雷射光之波長之折射率(n)為2.3以上、且消光係數(k)為0.28以上之相位偏移膜。藉由具有如此構成，即便本發明之相位偏移光罩母模之相位偏移膜的透過率為9%以上且30%以下，亦可成為膜厚為80nm以下之薄膜，不會破壞OPC圖案而又可獲得對32nm節點所要求之圖案精度。
本發明之相位偏移光罩母模之相位偏移膜之折射率(n)、消光係數(k)於ArF準分子雷射光之波長下，分別較理想的是，折射率(n)為2.3以上且2.6以下，消光係數(k)為0.28以上且0.48以下。
若考慮轉印圖案之解析性、轉印特性等，則較好的是，本發明之相位偏移光罩母模之相位偏移膜之透過率為10%以上且20%以下。
又，自相位偏移膜之薄膜化之觀點考慮，較理想的是，本發明之相位偏移光罩母模之相位偏移膜之相位差較佳為150°以上且175°以下，更佳為150°以上且170°以下。若考慮轉印特性，則最理想的是相位偏移膜之相位差為155°以上且165°以下。
在選定考慮了轉印圖案之解析性、轉印特性等之透過率、相位差的基礎上使本發明之相位偏移光罩母模之相位偏移膜的膜厚更加薄膜化，則於OPC圖案或電路圖案之圖案剖面特性等方面優點變大。因此，該相位偏移膜之膜厚較好的是75nm以下，更好的是70nm以下，特別好的是65nm以下，最好的是60nm以下。
於本發明之光罩母模中，相位偏移膜可直接設置於透光性基板上，亦可夾著籽晶層等而間接地設置。又，相位偏移膜之膜厚較好的是80nm以下，更好的是65nm以下。
1.3遮光膜
本發明之光罩母模之遮光膜可為包含複數層之多層構造，亦可為由1層形成之單層構造。作為遮光膜具有多層構造之示例，可列舉包含上層、中層及下層之遮光膜等。
遮光膜之組成未作特別限定，可列舉例如包含選自由O、C、N所組成之群組中之1個以上及金屬的組成。具體而言，於遮光膜包含Cr之情形時，較好的是，其組成包含CrO(氧化鉻)、CrON(氮氧化鉻)、CrOC(碳氧化鉻)、CrN(氮化鉻)、CrC(碳化鉻)或CrOCN(氮碳氧化鉻)。
如圖1之(1)所示，於本發明之相位偏移光罩母模中，較好的是將遮光膜直接設置於相位偏移膜上。一般而言，於製作相位偏移光罩時，遮光膜殘留於非轉印區域上所形成之相位偏移膜圖案、或轉印區域上所形成之相位偏移膜圖案上。由此，於相位偏移膜與遮光膜之積層膜中，調整遮光膜之膜厚以使曝光波長下之光學濃度(OD)為2.5以上。又，相位偏移膜圖案係將遮光膜圖案作為光罩而形成圖案，但於形成相位偏移膜圖案時，較理想的是遮光膜之膜厚儘可能地薄，遮光膜之膜厚較好的是60nm以下，更好的是55nm以下。
2相位偏移光罩母模之製造方法
本發明之相位偏移光罩母模，可藉由例如反應性濺鍍將相位偏移膜及遮光膜等形成於透光性基板上而獲得。
作為濺鍍方法，既可為使用直流(DC，direct current)電源者，亦可為使用高頻(RF，radio frequency(射頻))電源者，又，既可為磁控濺鍍方式，亦可為慣用方式。
於以濺鍍所形成之層包含Cr之情形時，使用鉻作為靶材。又，根據除Cr以外所含之組成而調製濺鍍氣體之組成。同樣地，於例如相位偏移膜包含Mo與Si之情形時，使用包含Mo與Si之MoSi靶材、或MoSi靶材與Si靶材此兩個靶材作為靶材。又，根據除Mo與Si以外所含之組成而製濺鍍氣體之組成。
具體而言，於藉由反應性濺鍍而形成CrOC層之情形時，分別導入CO2 、CO等包含C與O之氣體或CH4 、C3 H8 等碳化氫系之包含C的氣體、及CO2 、O2 等包含O之氣體中之1種以上作為濺鍍氣體。又，亦可向該等氣體中添加Ar、He等惰性氣體。該等氣體既可分別導入至腔室內亦可預先混合後再導入。
於藉由反應性濺鍍形成CrOCN層之情形時，分別導入CO2 、CO等包含C與O之氣體、及N2 、NO、N2 O等包含N之氣體中之1種以上作為濺鍍氣體，或者分別導入CH4 、C3 H8 等碳化氫系之包含C之氣體、CO2 、O2 等包含O之氣體、及N2 、NO、N2 O等包含N之氣體中之1種以上作為濺鍍氣體。又，亦可向該等氣體中添加Ar、He等惰性氣體。該等氣體既可分別導入至腔室內亦可預先混合後再導入。
於藉由反應性濺鍍形成CrN層之情形時，導入N2 等包含N之氣體作為濺鍍氣體。又，亦可向該等氣體中添加Ar、He等惰性氣體。該等氣體既可分別導入至腔室內亦可預先混合後再導入。
於藉由反應性濺鍍形成CrON層之情形時，分別導入NO、N2 O等包含N與O之氣體或者NO、O2 等包含O之氣體、及N2 、NO、N2 O等包含N之氣體中之1種以上作為濺鍍氣體。又，亦可向該等氣體中添加Ar、He等惰性氣體。該等氣體既可分別導入至腔室內亦可預先混合後再導入。
於藉由反應性濺鍍而形成CrOC層之情形時，分別導入CO2 、CO等包含C與O之氣體或者CH4 、C3 H8 等碳化氫系之包含C的氣體、及CO2 、O2 等包含O之氣體中之1種以上作為濺鍍氣體。又，亦可向該等氣體中添加Ar、He等惰性氣體。該等氣體既可分別導入至腔室內亦可預先混合後再導入。
於藉由反應性濺鍍形成CrO層之情形時，導入O2 等包含O之氣體作為濺鍍氣體。又，亦可向該等氣體中添加Ar、He等惰性氣體。該等氣體既可分別導入至腔室內亦可預先混合後再導入。
於以濺鍍所形成之層包含Mo與Si之情形時，既可使用包含Mo與Si之MoSi靶材，亦可使用MoSi靶材與Si靶材此兩者。藉由調整靶材中所含之Mo與Si之含量比、濺鍍面積或對靶材所施加之電力，而調整遮光層中之Mo與Si之組成比。又，於遮光層中除了含有Mo與Si以外還含有C之情形時，可使用CH4 、C3 H8 、CO2 、CO等含有C之氣體作為濺鍍氣體，於遮光層中除了含有Mo與Si以外還含有N之情形時，可使用N2 、NO、N2 O等含有N之氣體作為濺鍍氣體，於遮光層中除了含有Mo與Si以外還含有O之情形時，可使用CO2 、O2 等含有O之氣體作為濺鍍氣體。
於使以濺鍍所形成之層包含Ta之遮光層成膜的情形時，與使包含Mo與Si之遮光層成膜之情形相同地使用包含Ta之靶材。又，於遮光層中除了含有Ta以外進而含有C、O或N等之情形時，所使用之濺鍍氣體與形成包含Mo與Si之遮光層之情形時相同。
3相位偏移光罩及其製造方法
對由本發明之相位偏移光罩母模而獲得之相位偏移光罩及其製造方法進行說明。
首先，對形成有相位偏移膜與遮光膜之塗佈光阻之前之相位偏移光罩母模塗佈光阻並進行乾燥而獲得光阻膜。必需根據所使用之描畫裝置而選擇適當之光阻，作為通常所使用之電子束(EB，electron beam)描畫用光阻，較好的是使用聚合物中具有芳香族骨架之正型或負型光阻，又，作為本發明中特別有效地使用之微細圖案用之光罩製造用光阻，較好的是使用化學增幅型光阻。
光阻膜厚必需為可獲得良好圖案形狀之範圍、且為可發揮作為蝕刻光罩之功能之範圍，尤其於作為ArF曝光用光罩而欲形成微細圖案之情形時，膜厚較好的是200nm以下，更好的是150nm以下且100nm以下。再者，於利用使用有矽系樹脂之光阻與使用有芳香族系樹脂之下層膜之組合的雙層光阻法、或將芳香族系化學增幅型光阻與矽系表面處理劑加以組合之表面成像法之情形時，亦可進一步減小膜厚。關於塗佈條件、乾燥方法則適當選定適於所使用之各個光阻之方法。
再者，為了減少微細光阻圖案之剝離或破壞之問題的產生，亦可於塗佈光阻前之相位偏移光罩母模之表面上形成樹脂層。又，亦可代替樹脂層之形成，而於塗佈光阻之前進行用以降低基板(光罩母模)表面之表面能量的表面處理。作為表面處理之方法，可列舉例如以半導體製造過程中常用之HMDS(hexamethyldisilazane，六甲基二矽氮烷)或其他有機矽系表面處理劑使表面烷基矽烷化之方法。
其次，對形成有光阻膜之相位偏移光罩母模中之光阻進行描畫，有利用EB照射之方法、或利用光照射之方法，一般而言利用EB照射之方法會形成微細圖案，故而其係較好的方法。於使用化學增幅型光阻之情形時，通常藉由3~40μC/cm2 之範圍之能量進行描畫，並於描畫後進行加熱處理，之後對光阻膜進行顯影處理而獲得光阻圖案。
將上述所得之光阻圖案作為蝕刻光罩對相位偏移膜等進行蝕刻加工。蝕刻加工中可對應於所蝕刻之膜之組成而使用周知之氯系或氟系之乾式蝕刻。
藉由蝕刻而獲得遮光圖案之後，以特定之剝離液將光阻剝離，從而可獲得形成有遮光膜圖案之光罩。
4圖案轉印
本發明之相位偏移光罩作為如下光罩而特別有用，即該光罩係用於數值孔徑為NA>1之曝光方法、及利用200nm以下之曝光光波長形成半導體設計規則中之DRAM(Dynamic Random Access Memory，動態隨機存取記憶體)半間距(hp)為45nm以下的微細圖案之圖案轉印方法中。
本發明之光罩母模於如下情形時特別有效：即用於在光罩母模上形成未達100nm之線寬之光阻圖案。作為如此之光罩母模，可列舉具有OPC構造之光罩。該OPC光罩中，為了提高主要圖案之解析性而設置於主要圖案周圍之輔助圖案的寬度最窄，因此對使用具有該等圖案之光罩之圖案轉印特別有用。
[實施例]
以下，使用實施例具體地說明本發明，但本發明並不限制於下述實施例。
<實施例1>
本實施例1之相位偏移光罩母模係於6025(大小為6英吋×6英吋，厚度為0.25英吋)之包含合成石英的透光性基板上設置有包含MoSiNO之相位偏移膜、及遮光膜之半色調型相位偏移光罩母模，該遮光膜包含Cr系材料且於表面形成有表面抗反射層，該表面抗反射層具有對ArF準分子雷射光之波長，抑制對來自被轉印基板側之返回光反射之抗反射功能。
本實施例1之相位偏移光罩母模中之相位偏移膜、遮光膜係藉由DC磁控濺鍍裝置而成膜。
作為濺鍍靶材而設為包含Mo與Si之混合靶材(相對於Mo與Si之合計含量之Mo含量為4%)(相對密度：98%以上)，作為濺鍍氣體而設為Ar氣體、N2 氣體、O2 氣體及He氣體之混合氣體環境(Ar：11.5sccm，N2 ：50sccm，O2 ：8.1sccm，He：100sccm)，藉由反應性濺鍍而於透光性基板上形成包括MoSiNO之相位偏移膜。於形成相位偏移膜之後於含氮氣體之氣體環境中進行400℃、2小時之加熱處理。
該所得之相位偏移膜於ArF準分子雷射(波長193.4nm)下之透過率為20.0%，相位差為177.4°。(Lasertec公司製：由相位偏移量測定裝置MPM193測定)
又，相位偏移膜之折射率(n)為2.32，消光係數(k)為0.30，膜厚為74nm。
該相位偏移膜之透過率、反射率特性為圖2之特性，即係於作為光罩缺陷檢査機之檢査光波長之257nm下的透過率良好而為60%以下，且於光罩缺陷檢査機中能充分檢査之特性。又，於蝕刻終點檢測時所使用之光源之678nm波長下的反射率為20%以上，相對於透光性基板之反射率而具有充分之差，於對相位偏移膜進行蝕刻終點檢測時具有良好之特性。
又，利用奧傑電子能譜法而測定該相位偏移膜之組成分析。圖3表示其結果。相位偏移膜中之各元素之平均含量為如下，即Mo：4.6原子%，Si：40.0原子%，N：38.4原子%，O：16.9原子%，C：0.1原子%。而且，根據該等各元素之平均含量，Mo/Mo+Si之值為0.10。再者，奧傑電子能譜法之測定條件為加速電壓5kV、試料電流15nA、光束直徑100nmΦ、試料傾斜角72°、測定真空度(光譜測定)1×10-7 Pa、測定真空度(深度方向分析)1×10-5 Pa，離子蝕刻條件為離子種Ar+ 、加速電壓2kV、試料傾斜角72°、蝕刻速率(SiO2 換算值)2.4nm/min。
又，利用盧瑟福背向散射分析法而測定該相位偏移膜之組成分析之結果，相位偏移膜中之各元素之平均含量為如下，即Mo：1.8原子%，Si：37.2原子%，N：48.1原子%，O：12.7原子%，Ar：0.2原子%。
其次，使用與形成相位偏移膜所使用之DC磁控濺鍍裝置相同之濺鍍裝置，於相位偏移膜上形成包括下層、中間層及上層之3層構造之遮光膜。
利用以下方法形成3層構造之遮光膜。
首先，將Cr作為濺鍍靶材，作為濺鍍氣體而使用Ar氣體、N2 氣體、CO2 氣體、He氣體之混合氣體環境(Ar：18sccm，N2 ：10sccm，CO2 ：18.8sccm，He：32sccm)，利用反應性濺鍍於相位偏移膜上形成膜厚為22nm之包括CrOCN之下層3。
繼而，將Cr作為濺鍍靶材，使用Ar氣體、NO氣體、He氣體之混合氣體環境(Ar：13sccm，NO：11.1sccm，He：32sccm)，利用反應性濺鍍於下層3上形成膜厚為20nm之包括CrON之中間層2。
接著，將Cr作為濺鍍靶材，使用Ar氣體、N2 氣體、CO2 氣體、He氣體之混合氣體環境(Ar：18sccm，N2 ：10sccm，CO2 ：26.3sccm，He：32sccm)，利用反應性濺鍍於中間層2上形成膜厚為13nm之包括CrOCN之上層1，從而獲得實施例1之半色調型相位偏移光罩母模。
遮光膜之膜厚設定為於相位偏移膜與遮光膜之合計中對ArF準分子雷射光之波長而光學濃度(OD，optical density)為3以上之膜厚，即55nm。又，遮光膜之表層所形成之CrOCN層，對ArF準分子雷射光之波長之反射率為19.8%，從而具有可抑制對來自被轉印基板側之返回光反射之抗反射功能。
於所得之半色調型相位偏移光罩母模上，藉由旋塗而形成150nm膜厚之化學增幅型光阻膜(FUJI Film Electronics Materials公司製：PRL009)，對該光阻膜使用電子束描畫裝置進行所期望之圖案描畫，之後，利用特定之顯影液進行顯影而形成最小寬度為50nm之包含OPC圖案的光阻圖案。
其次，將光阻圖案作為光罩，使用Cl2 與O2 之混合氣體對遮光膜進行乾式蝕刻而形成遮光膜圖案，其後，將遮光膜圖案作為光罩使用SF6 +He之混合氣體進行乾式蝕刻而形成相位偏移膜圖案。而且，獲得如下之相位偏移光罩，其係如圖1之(2)所示於轉印區域內所形成之相位偏移膜圖案20上形成有遮光膜圖案10。該相位偏移光罩係即便於OPC圖案中亦無圖案缺陷之半色調型相位偏移光罩。
<實施例2>
於上述實施例1中，作為形成相位偏移膜所使用之濺鍍氣體，使用Ar氣體、N2 氣體、O2 氣體及He氣體之混合氣體環境(Ar：11sccm，N2 ：50sccm，O2 ：4.2sccm，He：100sccm)，除此以外與實施例1相同地製作對ArF準分子雷射光之透過率為14.8%之半色調型相位偏移光罩母模、半色調型相位偏移光罩。
該相位偏移膜於ArF準分子雷射(波長193nm)下之透過率為14.8%，相位差為176.8°。(Lasertec公司製：由相位偏移量測定裝置MPM193來測定)
又，相位偏移膜之折射率(n)為2.44，消光係數(k)為0.38，膜厚為68nm。
該相位偏移膜之透過率、反射率特性為圖4之特性，即係於作為光罩缺陷檢査機之檢査光波長之257nm下之透過率良好而為60%以下，且光罩缺陷檢査機能充分檢査之特性。又，於蝕刻終點檢測時所使用之光源之678nm波長下之反射率為20%以上，相對於透光性基板之反射率而具有充分之差，對相位偏移膜進行蝕刻終點檢測時具有良好的特性。
又，利用奧傑電子能譜法測定該相位偏移膜之組成分析。圖5表示其結果。相位偏移膜中之各元素之平均含量為如下，即Mo：4.9原子%，Si：42.7原子%，N：44.4原子%，O：7.9原子%，C：0.1原子%。根據該等各元素之平均含量，Mo/Mo+Si之值為0.10。
又，利用盧瑟福背向散射分析法測定該相位偏移膜之組成分析之結果，相位偏移膜中之各元素之平均含量為如下，即Mo：1.8原子%，Si：38.0原子%，N：52.5原子%，O：7.5原子%，Ar：0.2原子%。
又，形成於相位偏移膜上之遮光膜除了使中間層2之膜厚為17nm以外，與實施例1相同地設定為於相位偏移膜與遮光膜之合計中對ArF準分子雷射光之波長而光學濃度(OD)為3以上之膜厚，即52nm。實施例2之半色調型相位偏移光罩，亦係無OPC圖案之圖案缺陷之半色調型相位偏移光罩。
<實施例3>
於上述實施例1中，作為形成相位偏移膜所使用之濺鍍氣體，改變為Ar氣體、N2 氣體及He氣體之混合氣體環境(Ar：10.5sccm，N2 ：55sccm，He：100sccm)而形成，於遮光膜上形成膜厚為15nm之包括MoSiN之蝕刻光罩用膜，除此以外與實施例2相同地製作對ArF準分子雷射光之透過率為13.4%之半色調型相位偏移光罩母模、半色調型相位偏移光罩。
該相位偏移膜於ArF準分子雷射(波長193nm)下之透過率為13.4%，相位差為160.0°。(Lasertec公司製：由相位偏移量測定裝置MPM193來測定)
又，相位偏移膜之折射率(n)為2.53，消光係數(k)為0.45，膜厚為58.0nm。
利用奧傑電子能譜法測定該相位偏移膜之組成分析。圖3表示其結果。相位偏移膜中之各元素之平均含量為如下，即Mo：5.2原子%，Si：44.2原子%，N：49.5原子%，O：1.0原子%，C：0.1原子%。
(推測實施例3之相位偏移膜中所含之氧(O)係於相位偏移膜之表層所形成之氧化膜等之影響下檢測出者)而且，根據該等各元素之平均含量，Mo/Mo+Si之值為0.10。
又，利用盧瑟福背向散射分析法測定該相位偏移膜之組成分析之結果，相位偏移膜中之各元素之平均含量為如下，即Mo：1.8原子%，Si：39.7原子%，N：58.3原子%，Ar：0.2原子%。
又，形成於相位偏移膜上之遮光膜，與實施例1相同地，設定為於相位偏移膜與遮光膜之合計中對ArF準分子雷射光之波長而光學濃度(OD)為3以上之膜厚，即52nm。實施例3之半色調型相位偏移光罩亦係無OPC圖案之圖案缺陷之半色調型相位偏移光罩。
<實施例4>
於實施例3中，使形成於相位偏移膜上之遮光膜為下層3之膜厚28nm、中間層2之膜厚7nm、上層之膜厚14nm、且於相位偏移膜與遮光膜之合計中對ArF準分子雷射光之波長而光學濃度(OD)為2.8以上的49nm膜厚，以此來製作半色調型相位偏移光罩母模、半色調型相位偏移光罩。實施例4之半色調型相位偏移光罩亦係無OPC圖案之圖案缺陷之半色調型相位偏移光罩。
<實施例5~8>
以於上述實施例1中基於相位偏移膜之相位差於ArF準分子雷射光之波長下為177°之方式，使濺鍍靶材之Mo含有率、成膜過程中之氧流量、膜厚如表1般變化，除此以外與實施例1相同地製作半色調型相位偏移光罩母模、半色調型相位偏移光罩。再者，相位偏移膜上之遮光膜設定為如下膜厚，即於相位偏移膜與遮光膜之合計中，於ArF準分子雷射光之波長下光學濃度(OD)為3以上。
※利用自透光性基板之端面之目視觀察而進行之識別
如上述實施例5~8中所示，即便相位偏移膜之透過率為10%以上而為高透過率，而且膜厚為80nm以下而為薄膜，相對於可見光區域之波長(400nm)之消光係數(k)亦超過0.03，因此可自透光性基板之與形成有相位偏移膜之主表面成正交關係之端面，目視確認有無相位偏移膜。由此，即便使高透過率之相位偏移膜之膜厚薄膜化，亦無人為性的錯誤可製造半色調型相位偏移光罩母模。
相對於此，比較例1~2中，相對於可見光區域之波長(400nm)之消光係數(k)為0.03以下，因此無法或很難自透光性基板之與形成有相位偏移膜之主表面成正交關係之端面目視確認有無相位偏移膜。
又，於矽化鉬之濺鍍靶材中，雖不含有硼但卻含有Mo，藉此會抑制導致成膜時之不穩定之異常放電，從而可使相位偏移膜上之0.3μm以上之凸缺陷於1個板內為0個的半色調型相位偏移光罩母模之製造良率達成40%。
<實施例9>
使於上述實施例5~7中形成相位偏移膜所使用之濺鍍靶材中所含之硼的含量為2×1020 atm/cm3 ，除此以外與實施例5~7相同地製作半色調型相位偏移光罩母模、半色調型相位偏移光罩。
其結果為，自透光性基板之端面識別有無膜之結果不變，而放電時之電壓降低，藉此成為如下結果：由濺鍍侵蝕之部分中之靶材表面的平滑性提高，相位偏移膜之0.3μm以上之凸缺陷於1個板內為0個的半色調型相位偏移光罩母模之製造良率飛躍性地提高為80%。
<實施例10>
使用上述實施例1~8中所得之相位偏移光罩，利用ArF準分子雷射之液浸曝光裝置，將相位偏移光罩上所形成之電路圖案轉印於半導體基板上所形成之光阻上，而製作具有DRAM半間距為32nm之電路圖案之半導體。其結果為可製造出無不良情況之良好的半導體。
 [產業上之可利用性]
根據本發明，相位偏移光罩母模、相位偏移光罩可於例如半導體之製造或液晶面板之製造中加以利用。
1．．．遮光膜
2．．．相位偏移膜
3．．．透光性基板
10．．．遮光膜圖案
20．．．相位偏移膜圖案
圖1(1)、(2)係相位偏移光罩母模及相位偏移光罩之模式圖；
圖2係表示實施例1之相位偏移膜之透過率與反射率曲線之圖表；
圖3係表示實施例1之相位偏移膜之奧傑電子能譜法分析結果之圖表；
圖4係表示實施例2之相位偏移膜之透過率與反射率曲線之圖表；及
圖5係表示實施例2之相位偏移膜之奧傑電子能譜法分析結果之圖表。
1．．．遮光膜
2．．．相位偏移膜
3．．．透光性基板
10．．．遮光膜圖案
20．．．相位偏移膜圖案

Claims (19)

  1. 一種相位偏移光罩母模，其特徵在於：其係半導體設計規則32nm節點以下所使用，且以ArF準分子雷射光進行曝光之相位偏移光罩之原版者，且於透光性基板上，包含：相位偏移膜、及形成於相位偏移膜上之遮光膜，該相位偏移膜係以金屬、Si及N為主要的構成要素，並具有對ArF準分子雷射光之波長之透過率為9%以上且30%以下而相位差為150°以上且未達180°之光學特性，且上述相位偏移膜之膜厚為80nm以下，對ArF準分子雷射光之波長之折射率(n)為2.3以上，消光係數(k)為0.28以上。
  2. 一種相位偏移光罩母模，其特徵在於：其係半導體設計規則32nm節點以下所使用，且以ArF準分子雷射光進行曝光之相位偏移光罩之原版者，且於透光性基板上包含：相位偏移膜、及形成於相位偏移膜上之遮光膜，該相位偏移膜係以金屬、Si及N為主要的構成要素，並具有對ArF準分子雷射光之波長之透過率為10%以上且30%以下、相位差為150°以上且170°以下之光學特性，，且上述相位偏移膜之膜厚為65nm以下，對ArF準分子雷射光之波長之折射率(n)為2.3以上且2.6以下，消光係數(k)為0.28以上且0.48以下。
  3. 如請求項1或2之相位偏移光罩母模，其中上述相位偏移 膜具有如下光學特性：即於缺陷檢査機之光之波長下的透過率為60%以下，且於對上述相位偏移膜進行蝕刻而進行圖案化時之蝕刻終點檢測中所使用的光之波長下之反射率為20%以上。
  4. 如請求項1或2之相位偏移光罩母模，其中上述相位偏移膜對400nm波長之光之消光係數(k)超過0.03。
  5. 如請求項1或2之相位偏移光罩母模，其中上述相位偏移膜中，根據基於奧傑電子能譜法之測定結果而計算出之(金屬之原子濃度)/(金屬之原子濃度+Si之原子濃度)的值(A)為0.06~0.13，N為35原子%以上且55原子%以下。
  6. 如請求項1或2之相位偏移光罩母模，其中上述相位偏移膜中，根據基於盧瑟福背向散射分析法之測定結果而計算出之(金屬之原子濃度)/(金屬之原子濃度+Si之原子濃度)的值(R)為0.01~0.08，N為45原子%以上且65原子%以下。
  7. 如請求項1或2之相位偏移光罩母模，其中上述遮光膜具有自上述相位偏移膜側起包含遮光層與表面抗反射層之積層構造，且具有如下膜厚：即藉由上述相位偏移膜與上述遮光膜而對ArF準分子雷射光之波長之光學濃度為2.8以上。
  8. 如請求項7之相位偏移光罩母模，其中上述遮光膜之膜厚為60nm以下。
  9. 如請求項8之相位偏移光罩母模，其中上述遮光膜自上述相位偏移膜側起包括含有Cr、O、C及N之下層、含有 Cr及N之中間層、及含有Cr、O、C及N之上層。
  10. 如請求項8之相位偏移光罩母模，其中上述遮光膜自上述相位偏移膜側起包括實質上含有Cr、O、C及N之下層、實質上含有Cr、O及N之中間層、及實質上含有Cr、O、C及N之上層。
  11. 如請求項1或2之相位偏移光罩母模，進一步包含於上述遮光膜上形成之光阻膜。
  12. 如請求項1或2之相位偏移光罩母模，其中上述相位偏移光罩母模係ArF液浸微影所使用之相位偏移光罩之原版。
  13. 一種相位偏移光罩，其特徵在於：其係對如請求項1或2之相位偏移光罩母模中之上述相位偏移膜進行圖案化而形成相位偏移膜圖案。
  14. 一種半導體裝置之製造方法，其係利用光微影技術將如請求項13之相位偏移光罩上所形成之電路圖案轉印於半導體基板上所形成之光阻上而製造半導體裝置者。
  15. 一種相位偏移光罩母模之製造方法，其特徵在於：其係製造如下之相位偏移光罩母模者，該相位偏移光罩母模係半導體設計規則32nm節點以下所使用且以ArF準分子雷射光進行曝光之相位偏移光罩之原版，使用含有Mo與Si之矽化鉬靶材，於含氮氣體之氣體環境中藉由反應性濺鍍而於透光性基板上形成以Mo、Si、及N為主要構成要素之相位偏移膜，相對於上述矽化鉬靶材中所含之Mo與Si之合計含量之 Mo的含量為2%以上且未達5%，相對密度為98%以上。
  16. 如請求項15之相位偏移光罩母模之製造方法，其中上述矽化鉬靶材中含有1020 atm/cm3 以上之B。
  17. 如請求項15之相位偏移光罩母模之製造方法，其中將上述相位偏移膜形成於上述透光性基板上之後，於含氮氣體之氣體環境中進行加熱處理，使上述相位偏移膜對ArF準分子雷射光之波長之透過率為9%以上且30%以下。
  18. 如請求項15之相位偏移光罩母模之製造方法，其中將上述相位偏移膜形成於上述透光性基板上之後，於含氮氣體之氣體環境中進行加熱處理而使得於缺陷檢査機之光之波長下的透過率為60%以下，且於對上述相位偏移膜蝕刻而進行圖案化時之蝕刻終點檢測中所使用的光之波長下的反射率為20%以上。
  19. 如請求項15之相位偏移光罩母模之製造方法，其中將上述相位偏移膜形成於上述透光性基板上之後，於含氮氣體之氣體環境中進行加熱處理而使上述相位偏移膜對400nm波長之光的消光係數(k)超過0.03。
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