TWI541589B - A mask blank and its manufacturing method, manufacturing method of a mask, and manufacturing method of a semiconductor device - Google Patents

A mask blank and its manufacturing method, manufacturing method of a mask, and manufacturing method of a semiconductor device Download PDF

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Description

光罩毛胚及其製造方法，光罩之製造方法，暨半導體裝置之製造方法
本發明關於一種光罩毛胚及光罩之製造方法、暨半導體裝置之製造方法，該光罩毛胚係於用以形成遮光膜圖案之乾式蝕刻處理中，使遮光膜之乾式蝕刻速率最佳化。
一般而言，半導體裝置之製造步驟中，係使用光微影法形成細微圖案。又，於形成該細微圖案時，通常使用數張稱為光罩之基板。該光罩一般係於透光性玻璃基板上設置了由金屬薄膜等構成之遮光性細微圖案者，製造該光罩時亦使用光微影法。
利用光微影法之光罩之製造中，係使用於玻璃基板等之透光性基板上具有遮光膜之光罩毛胚。製造使用該光罩毛胚之光罩時，具有並進行如下步驟：曝光步驟，對形成於光罩毛胚上之光阻膜實施所需之圖案曝光；顯影步驟，根據所需之圖案曝光使上述光阻膜顯影，而形成光阻圖案；蝕刻步驟，沿光阻圖案對上述遮光膜進行蝕刻；以及剝離除去所殘存之光阻圖案之步驟。上述顯影步驟中，於對形成於光罩毛胚上之光阻膜實施所需之圖案曝光後，供給顯影液，使可溶於顯影液的光阻膜部位溶解，形成光阻圖案。又，上述蝕刻步驟中，將該光 阻圖案作為光罩，藉由例如濕式蝕刻，溶解未形成光阻圖案之遮光膜露出之部位，藉此於透光性基板上形成所需的遮罩圖案。如此，完成光罩。
專利文獻1(日本專利特公昭62-32782號公報)中，作為適於濕式蝕刻之光罩毛胚，揭示有於透明基板上具有將含有碳化鉻之鉻膜作為遮光膜之光罩毛胚。又，專利文獻2(專利第2983020號公報)中，作為同樣適於濕式蝕刻之光罩毛胚，揭示有半色調型(half-tone)相移遮罩毛胚，其係於透明基板上，具有半色調材料膜與金屬膜之積層膜，該金屬膜存在有由自表面側朝向透明基板側蝕刻速率不同之材料所構成的區域，且包含例如CrN/CrC之金屬膜與CrON之反射防止膜。
但是，已知如揭示於專利文獻1、2般之鉻系遮光膜之情形，因於成膜時結晶粒彼此互相拉引，故產生拉引方向之膜應力。尤其已知，鉻中含有碳之碳化鉻膜、或鉻中含有氧之氧化鉻膜之情形下，產生膜應力之問題顯著。如此含有具有膜應力之遮光膜的光罩毛胚將發生基板的翹曲。若使用因該基板之翹曲而平坦度差的光罩毛胚製作光罩，則圖案化精度將與設計不符，若使用此種光罩於半導體基板(矽晶圓)上進行圖案轉印，則無法於半導體基板上形成與設計符合之圖案，而成為動作不良之原因。該問題隨著近年來之圖案細微化而更加嚴重化。
因此，鉻系遮光膜之膜應力較理想係盡可能地接近於零(0)。關於鉻系遮光膜之膜應力之降低，已提案有例如專利文獻3(專利第3276954號公報)。
亦即，專利文獻3中揭示有一種光罩毛胚之製造方法，係藉由於 成膜時之環境氣體中導入氦氣，形成低膜應力之遮光膜。
但是，根據本發明者之研究，判明了若對鉻系遮光膜進行加熱處理時，則於拉引方向將產生應力。使用於基板上形成有遮光膜之光罩毛胚以製造光罩時，對形成於遮光膜上之光阻膜，以提升光阻膜之附著力等為目的而進行烘烤處理(加熱處理)。因此，根據揭示於例如上述專利文獻3之方法，將存在如下問題：即使可於基板上形成使拉引方向之膜應力儘量減小之鉻系遮光膜，但由於之後的烘烤處理，鉻系遮光膜中將進而產生拉引方向之應力，結果無法獲得平坦度良好之光罩毛胚。
因此，本發明係為了解決習知之問題點而形成者，其目的在於提供一種光罩毛胚及其製造方法、光罩之製造方法、暨半導體裝置之製造方法，該光罩毛胚係因於遮光膜之圖案化時具有良好的平坦度，而可獲得良好的遮罩圖案精度及圖案轉印精度。
為解決上述課題，本發明具有以下構成。
(構成1)一種光罩毛胚，係於透光性基板上具有至少包含鉻之遮光膜者，其特徵在於：預料因對形成於上述遮光膜上之光阻膜之加熱處理而引起的上述遮光膜的膜應力變化，形成產生與上述膜應力變化呈相反方向之所需之膜應力的遮光膜而成。
(構成2)如構成1之光罩毛胚，其中，控制上述遮光膜中所含之氮 含有量，以達到所需之膜應力。
(構成3)一種光罩毛胚之製造方法，係具有如下步驟：於透光性基板上，於含氮之氣體環境中，藉由使用包含鉻之靶材的濺鍍成膜，形成包含鉻與氮之遮光膜；其特徵在於：調整上述遮光膜中所含之氮含有量，以抵消因施加於上述遮光膜之熱處理而產生之膜應力變化。
(構成4)一種光罩毛胚之製造方法，係具有如下步驟：於透光性基板上，於含氮之氣體環境中，藉由使用包含鉻之靶材之濺鍍成膜，形成包含鉻與氮之遮光膜；其特徵在於：調整上述遮光膜中所含之氮含有量，以於形成上述遮光膜後，使因利用施加於該遮光膜之熱處理而產生之膜應力變化所獲得的光罩毛胚的平坦度成為規定值以下，並成為具有與上述膜應力變化呈相反方向之所需之膜應力的遮光膜。
(構成5)如構成3或4之光罩毛胚之製造方法，其中，上述熱處理係在形成於上述遮光膜上之光阻膜形成前、或光阻膜形成後的加熱處理。
(構成6)如構成3至5中之任一項之光罩毛胚之製造方法，其中，形成上述遮光膜前之基板平坦度、與形成上述遮光膜後經實施上述熱處理之附有遮光膜的基板之平坦度的差為0.10μm以下。
(構成7)如構成3至6中之任一項之光罩毛胚之製造方法，其中，調整氮含有量以使上述遮光膜具有壓縮應力。
(構成8)如構成3至7中之任一項之光罩毛胚之製造方法，其中，於上述透光性基板與上述遮光膜之間，形成半色調型相移膜。
(構成9)如構成3至8中之任一項之光罩毛胚之製造方法，其中， 上述半色調型相移膜之曝光波長之穿透率為10%以上、40%以下。
(構成10)如構成8或9之光罩毛胚之製造方法，其中，上述遮光膜係與上述半色調型相移膜組合，而為光學密度成為2.5以上之膜厚。
(構成11)如構成3至10中之任一項之光罩毛胚之製造方法，其中，上述光罩毛胚係對應於如下之光罩製作方法的乾式蝕刻處理用光罩毛胚：將形成於上述遮光膜上之光阻圖案作為光罩，藉由乾式蝕刻處理使上述遮光膜圖案化。
(構成12)一種光罩之製造方法，其特徵在於具有如下步驟：藉由乾式蝕刻處理，使利用構成3至11中之任一項之製造方法而獲得之光罩毛胚中的上述遮光膜圖案化。
(構成13)一種光罩之製造方法，其特徵在於：藉由乾式蝕刻處理，使利用構成8至10中之任一項之製造方法而獲得之光罩毛胚中的上述遮光膜圖案化，於上述半色調型相移膜上形成遮光膜圖案後，將該遮光膜圖案作為光罩，藉由乾式蝕刻處理使上述半色調型相移膜圖案化，於上述透光性基板上形成半色調型相移膜圖案。
(構成14)一種光罩毛胚之製造方法，係具有如下步驟者：於透光性基板上，於含氮氣、氮化合物氣體中至少一種氣體以及氦氣之氣體環境中，藉由使用鉻或以鉻作為主成分之靶材之濺鍍成膜，以形成包含鉻與氮之遮光膜；其特徵在於：調整上述濺鍍成膜中所含之上述氮氣、氮化合物氣體、氦氣中至少一種氣體之流量，以於形成上述遮光膜後，使因利用施加於該遮光膜之熱處理而產生之膜應力變化所獲得的光罩毛胚的平坦度成為規定值以下，並成為具有與上述膜應力呈相 反方向之所需膜應力之遮光膜。
(構成15)如構成14之光罩毛胚之製造方法，其中，上述熱處理係形成於上述遮光膜上之光阻膜形成前、或光阻膜形成後的加熱處理。
(構成16)如構成14或15之光罩毛胚之製造方法，其中，調整上述氮氣、氮化合物氣體、氦氣中至少一種氣體的流量，以使上述遮光膜具有壓縮應力。
(構成17)如構成14至16中之任一項之光罩毛胚之製造方法，其中，調整上述氮氣、氮化合物氣體、氦氣中至少一種氣體之流量，以使上述遮光膜與形成於該遮光膜上之光阻之選擇比超過1。
(構成18)如構成14至17中之任一項之光罩毛胚之製造方法，其中，於上述透光性基板與上述遮光膜之間，形成半色調型相移膜。
(構成19)如構成14至18中之任一項之光罩毛胚之製造方法，其中，上述半色調型相移膜之曝光波長之穿透率為10%以上、40%以下。
(構成20)如構成18或19之光罩毛胚之製造方法，其中，上述遮光膜係與上述半色調型相移膜組合，而為光學密度成為2.5以上之膜厚。
(構成21)如構成14至20中之任一項之光罩毛胚之製造方法，其中，上述光罩毛胚係對應於如下之光罩製作方法的乾式蝕刻處理用光罩毛胚：將形成於上述遮光膜上之光阻圖案作為光罩，藉由乾式蝕刻處理使上述遮光膜圖案化。
(構成22)一種光罩之製造方法，其特徵在於，具有如下步驟：藉由乾式蝕刻處理，使利用構成14至21中之任一項之製造方法而獲得 之光罩毛胚中的上述遮光膜圖案化。
(構成23)一種光罩之製造方法，其特徵在於：藉由乾式蝕刻處理，使利用構成18至20中之任一項之製造方法所獲得之光罩毛胚中的上述遮光膜圖案化，於上述半色調型相移膜上形成遮光膜圖案後，將該遮光膜圖案作為光罩，藉由乾式蝕刻處理使上述半色調型相移膜圖案化，於上述透光性基板上形成半色調型相移膜圖案。
(構成24)一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於：藉由光微影法，使構成12、13、22、23中之任一項之光罩中的上述遮光膜圖案或上述半色調型相移膜圖案轉印於半導體基板上。
如構成1，本發明之光罩毛胚係於透光性基板上具有至少含有鉻之遮光膜者，預料因對形成於上述遮光膜上之光阻膜之加熱處理而引起的上述遮光膜的膜應力變化，形成產生與上述膜應力變化呈相反方向之所需之膜應力的遮光膜。
如此，事先預料因加熱處理而引起之遮光膜的膜應力變化，形成產生與該膜應力變化呈相反方向之所需膜應力之鉻系遮光膜，藉此可利用因之後的加熱處理而產生之遮光膜之膜應力變化來實質地抵消遮光膜的膜應力。其結果，即使形成鉻系遮光膜，亦可藉由對應於形成於遮光膜上之光阻膜之加熱處理，於遮光膜之圖案化時獲得平坦度良好之光罩毛胚。總之，本發明之光罩毛胚係於遮光膜上形成光阻膜，並於實施必要的加熱處理之時點遮光膜中實質上無膜應力，而為平坦度良好之狀態，繼而進行遮光膜之圖案化，故可獲得良好的遮罩圖案精度。
對上述光阻膜之加熱處理，係形成於遮光膜上之光阻膜的烘烤處理。使用光罩毛胚製作光罩時，通常於在遮光膜上形成光阻膜之前與後，或形成了光阻膜後，分別進行烘烤處理。烘烤處理之加熱條件係根據光阻種類而決定，但一般而言於120℃以上之高溫下進行處理。因於上述高溫度下之加熱處理將使鉻系遮光膜產生應力變化，而向具有遮光膜之基板之平坦度惡化的方向產生較大變化，故本發明較佳。
根據構成2，可藉由控制遮光膜中所含之氮含有量以調整遮光膜之膜應力，使其具有所需之膜應力。即，包含鉻之遮光膜之情形，因通常產生由加熱處理所引起之拉引方向之膜應力變化，故為了預先使遮光膜具有與上述拉引方向相反之壓縮方向上之所需膜應力，則藉由控制遮光膜中所含之氮含有量以調整成膜時之遮光膜的膜應力。通常，較佳係考慮遮光膜形成後之加熱處理(烘烤處理)條件中由最高溫度下之加熱處理而引起之膜應力變化，而控制氮含有量。
根據構成3，本發明之光罩毛胚之製造方法係具有如下步驟者：於透光性基板上，於含氮之氣體環境中，藉由使用包含鉻之靶材之濺鍍成膜，形成包含鉻與氮之遮光膜；其特徵在於：調整上述遮光膜中所含之氮含有量，以抵消藉由施加於上述遮光膜之熱處理所產生之膜應力變化。
又，根據構成4，本發明之光罩毛胚之製造方法係具有如下步驟者：於透光性基板上，於含氮之氣體環境中，藉由使用包含鉻之靶材之濺鍍成膜，形成包含鉻與氮之遮光膜；其特徵在於：調整上述遮光膜中所含之氮含有量，以於形成上述遮光膜後，使藉由利用施加於該 遮光膜之熱處理而產生之膜應力變化所獲得的光罩毛胚的平坦度成為規定值以下，並成為具有與上述膜應力變化呈相反方向之所需膜應力之遮光膜。
藉此，於遮光膜上形成光阻膜，且於實施必要的加熱處理之時點遮光膜中實質上無膜應力，而獲得平坦度良好之光罩毛胚。
又，根據構成5，對遮光膜之熱處理係於形成於遮光膜上之光阻膜形成前、或光阻膜形成後所進行的加熱處理。一般而言，光罩毛胚之製造步驟中，於遮光膜形成後進行之高溫度下之加熱處理，係於光阻膜形成前所進行之以提高附著力為目的的烘烤處理、或光阻膜形成後之預烤處理，因藉由該等加熱處理而遮光膜之膜應力變化大，故較佳係配合上述加熱處理來調整遮光膜所含之氮含有量。
具體而言，根據構成6，本發明之光罩毛胚較佳係，形成上述遮光膜前之基板平坦度、與形成上述遮光膜後經實施上述熱處理(烘烤處理)之附有遮光膜的基板之平坦度的差為0.10μm以下。藉此，相對於形成遮光膜前之基板平坦度，於形成遮光膜並實施了上述加熱處理(烘烤處理)後，基板(附有遮光膜的基板)之平坦度變化量為非常小之0.10μm以下，因此可作成於遮光膜圖案化時獲得良好平坦度之光罩毛胚、光罩。較佳係利用真空吸盤等，將具有良好平坦度之光罩設置於將圖案轉印至形成於半導體基板上之光阻膜之曝光裝置的保持遮罩之光罩固持器上時，因可抑制光罩之平坦度變化，故圖案轉印之位置精度良好。
又，根據構成7，因包含鉻之遮光膜係因加熱處理而於拉引應力之方向上產生應力，故較佳係予先調整氮含有量以使該遮光膜具有壓縮 應力。
又，根據構成8，亦可於透光性基板與遮光膜之間形成半色調型相移膜，因具有此種半色調型相移膜之半色調型相移遮罩可使解析度特別提高，故對於遮罩圖案之細微化而言較佳。此時，根據構成9，上述半色調型相移膜之對曝光光之穿透率為10%以上、40%以下時，本發明為特佳。亦即，其原因在於：因為於具備對曝光光具有高穿透率之半色調型相移膜的半色調型相移遮罩中，於形成有半色調型相移膜之遮罩圖案之區域，使遮光膜形成於除了與遮罩圖案中之光透過部(未形成有遮罩圖案之透光性基板所露出的部分)之邊界部以外的部分，藉此作成使原來希望完全遮光之部分更加完全地遮光的構造，故光罩毛胚平坦度之優劣對圖案精度等之影響較大。並且，此時之遮光膜之膜厚，係根據構成10，為與半色調型相移膜相之組合，而作成光學密度成為2.5以上之膜厚。
又，根據構成11，本發明之光罩毛胚係對應於如下之光罩製作方法的乾式蝕刻處理用光罩毛胚：將形成於上述遮光膜上之光阻圖案作為光罩，藉由乾式蝕刻處理使上述遮光膜圖案化。
又，如構成12，根據具有使用乾式蝕刻處理使構成3至11中之任一項之光罩毛胚中的遮光膜圖案化之步驟的光罩製造方法，藉由使用遮光膜實質上無膜應力且平坦度良好的光罩毛胚，可高精度地形成良好的遮罩圖案，藉此獲得良好之圖案轉印精度之光罩。
又，如構成13，根據藉由乾式蝕刻處理，使構成8至10中之任一項之光罩毛胚中之遮光膜圖案化，且於半色調型相移膜上形成遮光膜圖案後，將遮光膜圖案作為光罩，藉由乾式蝕刻處理使半色調型相移 膜圖案化，且於透光性基板上形成半色調型相移膜圖案之光罩製造方法，可獲得與圖案之細微化相對應之獲得良好圖案轉印精度的光罩。
又，如構成14，本發明之光罩毛胚之製造方法係具有如下步驟者：於透光性基板上，於含氮氣、氮化合物氣體中至少一種氣體以及氦氣之氣體環境中，藉由使用鉻或以鉻作為主成分之靶材之濺鍍成膜，形成包含鉻與氮之遮光膜；其特徵在於：調整上述濺鍍成膜中所含之上述氮氣、氮化合物氣體、氦氣中至少一種氣體之流量，以於形成上述遮光膜後，使藉由利用施加於該遮光膜之熱處理而產生之膜應力變化所獲得的光罩毛胚的平坦度為規定值，並成為具有與上述膜應力變化呈相反方向之所需膜應力的遮光膜。
藉此，可於將光阻膜形成於遮光膜上且實施了必要的加熱處理之時點，獲得遮光膜中實質上無膜應力且平坦度良好的光罩毛胚。
於此，所謂氮化合物氣體係指一氧化氮氣體(NO氣體)或一氧化二氮氣體(N2O氣體)等。
又，根據構成15，對遮光膜之熱處理，係形成於遮光膜上之光阻膜形成前、或光阻膜形成後所進行之加熱處理。一般而言，光罩毛胚之製造步驟中，遮光膜形成後所進行之於高溫度下之加熱處理，係於光阻膜形成前所進行之以提高附著力為目的之烘烤處理、或光阻膜形成後之預烤處理，因藉由該等加熱處理而遮光膜之膜應力變化較大，故較佳係配合上述加熱處理來調整濺鍍成膜中所含之氮氣、氮化合物氣體、氦氣中任一氣體的流量。
又，根據構成16，因包含鉻之遮光膜係藉由加熱處理而於拉引應 力之方向上產生應力，故較佳係調整氮含有量以使該遮光膜預先具有壓縮應力。
又，根據構成17，調整上述氮氣、氮化合物氣體、氦氣中任一氣體之流量，以使遮光膜與形成於該遮光膜上之光阻之選擇比超過1，藉此可防止遮光膜圖案之剖面形狀惡化，或抑制總體負載(global loading)現象。
又，根據構成18，亦可於透光性基板與遮光膜之間形成半色調型相移膜，因具有上述半色調型相移膜之半色調型相移遮罩可使解析度特別提高，故對於遮罩圖案之細微化而言較佳。此時，根據構成19，上述半色調型相移膜之對曝光光之穿透率為10%以上、40%以下時，本發明尤其較佳。亦即，其原因在於：因於具備對曝光光具有高穿透率之半色調型相移膜的半色調型相移遮罩中，於形成有半色調型相移膜之遮罩圖案之區域，使遮光膜形成於除了與遮罩圖案中之光透過部(未形成有遮罩圖案之透光性基板露出的部分)之邊界部以外的部分，藉此作成使原來希望完全遮光之部分更完全地遮光的構造，故光罩毛胚平坦度之優劣對圖案精度等之影響較大。並且，此時之遮光膜之膜厚係如構成20，為與半色調型相移膜之組合，作成光學密度為2.5以上之膜厚。
又，根據構成21，本發明之光罩毛胚係對應於如下之光罩製作方法的乾式蝕刻處理用光罩毛胚：將形成於上述遮光膜上之光阻圖案作為光罩，藉由乾式蝕刻處理使上述遮光膜圖案化。
又，如構成22，根據具有使用乾式蝕刻處理使構成14至21中之任一項之光罩毛胚中的遮光膜圖案化之步驟的光罩製造方法，藉由使 用遮光膜實質上無膜應力且平坦度良好的光罩毛胚，則可高精度地形成良好的遮罩圖案，藉此可獲得良好圖案轉印精度之光罩。
又，根據構成23，藉由利用乾式蝕刻處理，使構成18至20中之任一項之光罩毛胚中之遮光膜圖案化，並於半色調型相移膜上形成遮光膜圖案後，將遮光膜圖案作為光罩，藉由乾式蝕刻處理使半色調型相移膜圖案化，於透光性基板上形成半色調型相移膜圖案之光罩製造方法，則可獲得與圖案之細微化相對應之獲得良好圖案轉印精度的光罩。
又，根據構成24，藉由光微影法，使構成12、13、22、23中之任一項之光罩中之上述遮光膜圖案或上述半色調型相移膜圖案轉印於半導體基板上，因此可製造於形成於半導體基板上之電路圖案中無缺陷之半導體裝置。
根據本發明，可提供一種光罩毛胚，其於遮光膜之圖案化時獲得良好的平坦度。又，可提供一種光罩，其使用上述平坦度良好的光罩毛胚而製造光罩，藉此獲得良好的遮罩圖案精度，進而於圖案轉印時獲得良好的圖案轉印精度。
又，使用本發明之光罩將圖案轉印至半導體基板上，藉此可獲得電路圖案無缺陷、良好的半導體裝置。
1‧‧‧透光性基板
2‧‧‧遮光膜
2a‧‧‧遮光膜圖案
3、8‧‧‧光阻膜
3a、7、8a‧‧‧光阻圖案
4‧‧‧半色調型相移膜
4a‧‧‧半色調型相移膜圖案
5‧‧‧遮光層
5a‧‧‧遮光層圖案
6‧‧‧反射防止層
6a‧‧‧反射防止層圖案
10、30‧‧‧光罩毛胚
20、40‧‧‧光罩
圖1係表示藉由本發明而獲得之光罩毛胚之一實施形態之剖面圖。
圖2(a)至(e)係表示使用光罩毛胚之光罩製造步驟之剖面圖。
圖3(a)至(g)係表示本發明第二實施形態之光罩毛胚及使用該光罩毛胚之光罩的製造步驟之剖面圖。
圖4係藉由本發明而獲得之半色調型相移遮罩之剖面圖。
圖5係表示實施例1之遮光膜之由歐傑光譜分析所獲得之結果之圖。
圖6係表示烘烤溫度與附有遮光膜之基板之平坦度變化量關係的圖。
圖7係表示遮光膜之成膜氣體環境中之氮氣流量比與膜應力之關係的圖。
圖8係表示光罩毛胚製造製程中之基板平坦度之變化的圖。
圖9係表示遮光層之成膜氣體環境中之氦氣流量與膜應力之關係的圖。
以下，參照附圖詳細敍述本發明之實施形態。
圖1係表示藉由本發明而獲得之光罩毛胚之第一實施形態的剖面圖。
圖1之光罩毛胚10係於透光性基板1上具有遮光膜2之二元遮罩用光罩毛胚之形態者。
本實施形態之上述光罩毛胚10，係對應於如下之光罩製作方法的乾式蝕刻處理用光罩毛胚：將形成於上述遮光膜2上之光阻圖案作為光罩，藉由乾式蝕刻處理使上述遮光膜2圖案化。
於此，作為透光性基板1，一般為玻璃基板。因玻璃基板平坦度及 平滑度優良，故使用光罩將圖案轉印至半導體基板上時，不會產生轉印圖案之變形等，可進行高精度之圖案轉印。
上述光罩毛胚10中，上述遮光膜2係以如下方式而形成者：預料由對應至形成於遮光膜2上之光阻膜之加熱處理所引起的遮光膜的膜應力變化，產生與該膜應力變化呈相反方向之所需膜應力。
如此，預先預料由加熱處理所引起之遮光膜之膜應力變化，形成產生與該膜應力變化呈相反方向之所需膜應力之遮光膜，藉此可利用由之後的加熱處理而產生之遮光膜的膜應力變化以實質地抵消遮光膜的膜應力，其結果，可於遮光膜之圖案化時使光罩毛胚之平坦度良好。亦即，本實施形態之光罩毛胚10係於遮光膜2上形成光阻膜，並於實施必要的加熱處理之時點，遮光膜2中實質上無膜應力，成為平坦度良好之狀態，因此藉由繼而進行遮光膜之圖案化，可獲得良好的遮罩圖案精度。
所謂對應至上述光阻膜之加熱處理，係指形成於遮光膜上之光阻膜之烘烤處理。使用光罩毛胚製作光罩時，通常於遮光膜上形成光阻膜之前與後(通常稱為預烤)、或形成了光阻膜後，分別進行烘烤處理。烘烤處理之加熱條件係根據光阻之種類而決定，但一般而言於120℃以上之高溫下進行處理。藉由於上述高溫度下之加熱處理，鉻系遮光膜將產生應力變化，向具有遮光膜之基板之平坦度惡化的方向產生大幅變化。如參照有關例如下述實施例之圖6可知，伴隨形成於鉻系遮光膜上之光阻膜之烘烤溫度變為高溫，該遮光膜之膜應力將變大，具有該遮光膜之基板之平坦度變化量變大。再者，於此，將烘烤處理前之 基板(係具有遮光膜之基板，以下相同)平坦度設為初始值，平坦度變化量係上述初始值與烘烤處理後之基板平坦度的差。又，平坦度變化量之符號表示如下：-(負)時表示拉引方向之應力變化；+(正)時，表示壓縮方向之應力變化。根據此種烘烤溫度與平坦度變化量之相關關係，預先預料由對應至光阻膜之加熱處理(烘烤處理)所引起之遮光膜的膜應力變化。於此，較佳係考慮遮光膜之膜應力變化最大之時點的膜應力變化，亦即，於遮光膜形成後之加熱處理(烘烤處理)條件中，由最高溫度下之加熱處理所引起之膜應力變化。
遮光膜2係以如下方式形成，即，預料由對應至形成於遮光膜2上之光阻膜之加熱處理所引起的遮光膜的膜應力變化，產生與該膜應力變化呈相反方向之所需膜應力，因此，可藉由控制例如遮光膜中所含之氮含有量以調整遮光膜之膜應力，從而可使其具有所需之膜應力。即，包含鉻之遮光膜之情形，因通常產生由加熱處理所引起之拉引方向之膜應力變化，故為了預先使遮光膜具有與拉引方向相反之壓縮方向上之所需的膜應力，則藉由控制遮光膜中所含之氮含有量以調整成膜時之遮光膜的膜應力。如有關例如下述實施例之圖7所示，若使相對於鉻系遮光膜之濺鍍成膜時之環境中的氬氣的氮氣流量比增加，可調整成膜時之遮光膜之膜應力(壓縮應力)。於此，膜應力之符號表示如下：-(負)時，表示壓縮方向之膜應力；+(正)時，表示拉引方向之膜應力。
如此，較佳係調整遮光膜中所含之氮含有量，以抵消因施加於遮光膜之熱處理所產生之膜應力變化，更具體而言，調整遮光膜中所含 之氮含有量，以使藉由利用施加於遮光膜之熱處理所產生之膜應力變化所獲得的光罩毛胚的平坦度為規定值以下，並成為具有與上述膜應力變化呈相反方向之所需膜應力之遮光膜。較佳係調整氮含有量，以使調整了氮含有量的遮光膜、與藉由施加於該遮光膜之熱處理而獲得之光罩毛胚的平坦度成為0.5μm以下。更佳係使光罩毛胚之平坦度為0.25μm以下。
又，先求出遮光膜成膜時之氣體環境中之氮含有量(氮氣流量比)、與已成膜之遮光膜之膜應力的相關關係，預料由對應至形成於遮光膜上之光阻膜的加熱處理所引起的遮光膜的膜應力變化，根據上述相關關係求出形成與該膜應力變化呈相反方向之預期膜應力之氮含有量，於含該氮含有量之環境中，藉由濺鍍成膜形成遮光膜。又，較佳係考慮遮光膜形成後之加熱處理(烘烤處理)條件中因於最高溫度下之加熱處理所引起之膜應力變化，而控制氮含有量。
上述光罩毛胚較佳係形成遮光膜前之基板平坦度、與形成遮光膜後經施加上述加熱處理(烘烤處理)之基板之平坦度的差為0.10μm以下。藉此，相對於形成遮光膜前之基板之平坦度，於形成遮光膜並實施了上述加熱處理(烘烤處理)後，基板之平坦度之變化量變成非常小之0.10μm以下，因此可作成於遮光膜圖案化時獲得良好平坦度之光罩毛胚。
又，遮光膜2係以預料由對應至形成於遮光膜2上之光阻膜之加熱處理所引起的遮光膜的膜應力變化，而產生與該膜應力變化呈相反方向之所需膜應力的方式而形成，因此可將形成例如遮光膜時之環境 氣體設為含氮氣、氮化合物氣體中至少一種氣體及氦氣之混合氣體，藉由控制濺鍍成膜中所含之上述氮氣、氮化合物氣體、氦氣中至少一種氣體之流量以調整遮光膜的膜應力，而使其具有所需之膜應力。即，包含鉻之遮光膜之情形，通常因產生由加熱處理所引起之拉引方向之膜應力變化，故為了預先使遮光膜具有與上述拉引方向相反之壓縮方向上之所需膜應力，藉由控制濺鍍成膜中所含之氮氣、氮化合物氣體、氦氣中至少一種氣體的流量以調整成膜時之遮光膜的膜應力。如有關例如下述實施例之圖9所示，若使鉻系遮光膜之濺鍍成膜時之氣體環境中的氦氣流量比增加，可調整成膜時之遮光膜之膜應力(壓縮應力)。於此，縱軸之平坦度變化量中之符號表示如下：-(負)時，表示拉引方向之膜應力；+(正)時，表示壓縮方向之膜應力。
如此，較佳係調整濺鍍成膜中所含之氮氣、氮化合物氣體、氦氣中至少一種氣體的流量，以抵消由施加於遮光膜之熱處理所產生之膜應力變化，更具體而言，調整濺鍍成膜中所含之氮氣、氮化合物氣體、氦氣中至少一種氣體之流量，以使利用藉由施加於遮光膜之熱處理所產生之膜應力變化而獲得的光罩毛胚的平坦度為規定值以下，並成為具有與上述膜應力變化呈相反方向之所需膜應力之遮光膜。較佳係調整氣體之流量，以使調整濺鍍成膜中所含之氮氣、氮化合物氣體、氦氣中至少一種氣體之流量而使濺鍍成膜的遮光膜，與藉由施加於該遮光膜之熱處理所獲得之光罩毛胚的平坦度為0.5μm以下。更佳係光罩毛胚之平坦度為0.25μm以下。
又，先求出遮光膜濺鍍成膜時之氣體環境中之氮氣流量比或氮化 合物氣體流量比或氦氣流量比、與所成膜之遮光膜之膜應力的相關關係，預料由對應至形成於遮光膜上之光阻膜之加熱處理所引起的遮光膜的膜應力變化，根據上述相關關係求出氮氣流量或氮化合物氣體流量或氦氣流量以形成與該膜應力變化呈相反方向之預期膜應力，於包含該等氣體流量之環境中，藉由濺鍍成膜而形成遮光膜。又，較佳係考慮遮光膜形成後之加熱處理(烘烤處理)條件中因於最高溫度下之加熱處理所引起之膜應力變化，控制氮氣流量比或氮化合物氣體流量比或氦氣流量比。
上述光罩毛胚較佳係形成遮光膜前之基板之平坦度、與形成遮光膜後實施了上述加熱處理(烘烤處理)之基板之平坦度的差為0.10μm以下。藉此，相對於形成遮光膜前之基板之平坦度，於形成遮光膜且實施了上述加熱處理(烘烤處理)後，基板之平坦度之變化量變成非常小之0.10μm以下，因此可作成於遮光膜之圖案化時獲得良好平坦度之光罩毛胚。
較佳係上述遮光膜2設為於乾式蝕刻處理中遮光膜2與光阻之選擇比超過1之材料，以使即使於將形成於遮光膜2上之光阻圖案作為遮罩並藉由乾式蝕刻而圖案化時引起光阻膜之膜損耗，於遮光膜之圖案化結束之時點亦殘留有光阻膜。選擇比係以相對於乾式蝕刻處理之光阻的膜損耗量與遮光膜的膜損耗量的比(=遮光膜之膜損耗量/光阻之膜損耗量)所表示。較佳係由防止遮光膜圖案之剖面形狀惡化、或抑制總體負載現象而言，遮光膜與光阻之選擇比超過1、10以下，更佳係超過1、5以下。
作為具體的遮光膜2之材料，列舉有包含鉻、以及較鉻單體之乾式蝕刻速率更快的添加元素之材料；作為此種較上述鉻單體之乾式蝕刻速率更快之添加元素，較佳為包含氧與氮之至少一者的元素。其中，氮亦有助於如上所述之調整遮光膜之膜應力。
遮光膜2中包含氧時之氧含有量，較佳係於5~80原子%之範圍內。若氧含有量未滿5原子%，則難以獲得乾式蝕刻速率比鉻單體快之效果。另一方面，若氧含有量超過80原子%，則因波長200nm以下之例如ArF激生分子雷射(波長193nm)中之吸收係數變小，故為了獲得所需之光學密度(例如2.5以上)則必須使膜厚變厚。又，從降低乾式蝕刻氣體中之氧的含量的觀點而言，特佳為遮光膜2中之氧含有量於60~80原子%之範圍內。
又，遮光膜2中，作為乾式蝕刻速率較鉻單體快之添加元素，較佳係包含氮。較佳係遮光膜2中包含氮時之氮含有量為於20~80原子%之範圍內。若氮含有量未滿20原子%，則難以獲得乾式蝕刻速率較鉻單體快之效果。又，若氮含有量超過80原子%，則因波長200nm以下之例如ArF激生分子雷射(波長193nm)中之吸收係數變小，故為了獲得所需之光學密度(例如2.5以上)必須使膜厚變厚。
若考慮上述遮光膜2之膜應力調整、以及乾式蝕刻速率，遮光膜2中所含之氮含有量較佳係30~60原子%，更佳35~50原子%。
又，亦可於遮光膜2中包含氧與氮兩者。此時之含有量較佳係氧與氮之合計設於10~80原子%之範圍內。又，遮光膜2中包含氧與氮兩者時之氧與氮之含有比並未特別限制，以兼顧保持吸收係數等而適 當決定。
上述遮光膜2之形成方法無須特別限制，但其中可舉例如較佳的濺鍍成膜法。若根據濺鍍成膜法，可形成均勻且膜厚固定之膜，故本發明較佳。於透光性基板1上，藉由濺鍍成膜法成膜上述遮光膜2時，使用鉻(Cr)靶材作為濺鍍靶材，導入腔室內之濺鍍氣體使用於氬氣或氦氣等惰性氣體中混合了氧氣、氮氣或二氧化碳、一氧化氮等氣體者。若使用於氬氣等惰性氣體中混合氧氣或二氧化碳氣體之濺鍍氣體，可形成鉻中包含氧之遮光膜，若使用於氬氣等惰性氣體中混合氮氣之濺鍍氣體，可形成鉻中包含氮之遮光膜，又，若使用於氬氣等惰性氣體中混合一氧化氮之濺鍍氣體時，可形成鉻中包含氮與氧之遮光膜。又，若使用於氬氣等惰性氣體中混合甲烷氣體之濺鍍氣體，可形成鉻中包含碳之遮光膜。
上述遮光膜2之膜厚設定為對於曝光光、光學密度為2.5以上之。具體而言，較佳係上述遮光膜2之膜厚為90nm以下。其原因在於，考慮到為了與近年將圖案細微化為次微米級之圖案尺寸相對應，若膜厚超過90nm時，藉由乾式蝕刻時之圖案之微負載現象等而將難以形成細微圖案的情形。藉由使膜厚變薄至某種程度，可實現圖案之縱橫尺寸比(圖案深度與圖案寬度之比)之降低，且可降低由總體負載現象及微負載現象所造成之線寬誤差。進而，藉由使膜厚變薄為某種程度，尤其可防止對次微米級之圖案尺寸之圖案損害(破裂等)。本發明中之遮光膜2係於200nm以下之曝光波長中，即使作成為膜厚為90nm以下之薄膜，亦可獲得所需之光學密度(例如2.5以上)。關於遮光膜2之膜 厚之下限，可於獲得所需之光學密度之範圍內變薄。
又，上述遮光膜2並未限定於單層，亦可為多層，但較佳係任一膜均包含氧及/或氮。例如，遮光膜2亦可為表層部(上層部)中包含反射防止層者。此時，作為反射防止層，較佳可舉例如CrO、CrCO、CrNO、CrCON等材質。藉由設置反射防止層，可將曝光波長之反射率抑制為例如20%以下，較佳係15%以下，因此可在將遮罩圖案轉印於被轉印體時，抑制與投影曝光面之間之多重反射，並可抑制成像特性之降低。進而，將用於光罩毛胚或光罩之缺陷檢查的波長(例如257nm、364nm、488nm等)的反射率設為例如30%以下，係以來高精度地檢測缺陷而言屬較佳。尤其理想的是，藉由使用包含碳之膜作為反射防止層，可使對曝光波長之反射率降低，且可將上述檢查波長(尤其257nm)之反射率設為20%以下。具體而言，較佳係碳含有量為5~20原子%。若碳含有量未滿5原子%，則使反射率降低之效果變小，又，若碳含有量超過20原子%，則乾式蝕刻速率降低，藉由乾式蝕刻使遮光膜圖案化時所需要之乾式蝕刻時間變長，難以使光阻膜薄膜化，故不佳。
又，反射防止層可根據需要設置於透光性基板側。
又，上述遮光膜2亦可作成組成傾斜膜，該組成傾斜膜中，鉻與氧、氮、碳等元素之含有量於深度方向上不同，且於表層部之反射防止層與除此以外之層(遮光層)中，鉻與氧、氮、碳等元素係階段性地、或連續性地組成傾斜。為使上述遮光膜成為組成傾斜膜，較佳的方法係於成膜中適當地切換例如上述濺鍍成膜時之濺鍍氣體之種類(組成)。
又，作為光罩毛胚，係如下述圖2(a)中所示，亦可為於上述遮光 膜2上形成光阻膜3之形態。為使遮光膜之圖案精度(CD(Critical dimension，臨界尺寸)精度)良好，最好盡可能地較薄。如本實施形態般之所謂二元遮罩用光罩毛胚之情形，具體而言，光阻膜3之膜厚較佳為300nm以下。更佳為200nm以下，再更佳為150nm以下。光阻膜之膜厚下限係設定為將光阻圖案作為遮罩而乾式蝕刻遮光膜時，殘留有光阻膜。又，為獲得高解析度，光阻膜3之材料最好使用光阻敏感度高的化學增幅型光阻。
其次，就使用圖1所示之光罩毛胚10之光罩的製造方法加以說明。
使用該光罩毛胚10之光罩之製造方法，係具有使用乾式蝕刻將光罩毛胚10之遮光膜2圖案化的步驟，具體而言，具有如下步驟：對形成於光罩毛胚10上之光阻膜實施所需之圖案曝光(圖案製圖)的步驟；根據所需之圖案曝光將上述光阻膜顯影而形成光阻圖案之步驟；沿光阻圖案蝕刻上述遮光膜之步驟；以及剝離除去殘存之光阻圖案之步驟。
圖2係按順序表示使用光罩毛胚10之光罩之製造步驟的剖面圖。
圖2(a)表示於圖1之光罩毛胚10之遮光膜2上形成了光阻膜3之狀態。又，作為光阻材料，可使用正型光阻材料，亦可使用負型光阻材料。
其次，圖2(b)表示對形成於光罩毛胚10上之光阻膜3實施所需之圖案曝光(圖案製圖)的步驟。圖案曝光係使用電子束製圖裝置等而進行。上述光阻材料係使用具有與電子束或雷射相對應之感光性者。
其次，圖2(c)表示根據所需之圖案曝光將光阻膜3顯影而形成光阻圖案3a之步驟。該步驟中，對形成於光罩毛胚10上之光阻膜3實 施所需之圖案曝光後，供給顯影液，使可溶於顯影液之光阻膜部位溶解，形成光阻圖案3a。
接著，圖2(d)表示沿上述光阻圖案3a蝕刻遮光膜2之步驟。較佳係因本發明之光罩毛胚適用於乾式蝕刻，故蝕刻係使用乾式蝕刻。該蝕刻步驟中，將上述光阻圖案3a作為光罩，藉由乾式蝕刻，除去未形成光阻圖案3a之遮光膜2所露出之部位，藉此將所需之遮光膜圖案2a(遮罩圖案)形成於透光性基板1上。
作為本發明，較佳係該乾式蝕刻中，使用乾式蝕刻氣體，該乾式蝕刻氣體包括氯系氣體、或包含氯系氣體與氧氣之混合氣體。對本發明中之由包含鉻與氧、氮等元素之材料所構成之遮光膜2，使用上述乾式蝕刻氣體進行乾式蝕刻，藉此可提高乾式蝕刻速率，可實現乾式蝕刻時間之縮短，並可形成剖面形狀良好的遮光膜圖案。作為乾式蝕刻氣體中所使用之氯系氣體，可舉例如Cl2、SiCl4、HCl、CCl4、CHCl3等。
又，由鉻中包含氧之材料所構成之遮光膜的情形，因藉由遮光膜中之氧、鉻以及氯系氣體之反應而生成氯氧化鉻，故於乾式蝕刻中使用包含氯系氣體與氧氣之混合氣體的乾式蝕刻氣體時，與遮光膜所含之氧含有量相對應，可使乾式蝕刻氣體中之氧含有量減少。如此，藉由使用使氧的含量減少之乾式蝕刻氣體進行乾式蝕刻，可減少對光阻圖案造成不良影響之氧的含量，且可防止對乾式蝕刻時之對光阻圖案之損害，因此可獲得遮光膜之圖案精度提高之光罩。此外，根據遮光膜所含之氧含有量，亦可使用使乾式蝕刻氣體中之氧的含量為零的未 含有氧之乾式蝕刻氣體。
圖2(e)表示藉由剝離除去所殘存之光阻圖案3a而獲得之光罩20。如此，可完成高精度地形成有剖面形狀良好之遮光膜圖案之光罩。
又，本發明並非限定於以上所說明之實施形態。亦即，並非限定於在透光性基板上形成遮光膜之所謂二元遮罩用光罩毛胚，亦可為例如用於製造半色調型相移遮罩之光罩毛胚。此時，如下述第二實施形態所示，只要成為於透光性基板上之半色調型相移膜上形成有遮光膜之構成，半色調型相移膜與遮光膜相重疊而獲得所需之光學密度(例如2.5以上)即可，因此遮光膜本身之光學密度亦可為小於例如2.5之值。
其次，使用圖3(a)，說明本發明之光罩毛胚之第二實施形態。
圖3(a)之光罩毛胚30係於透光性基板1上具有包含半色調型相移膜4、其上之遮光層5、以及反射防止層6之遮光膜2的形態者。關於透光性基板1、遮光膜2，因於上述第1實施形態中已說明，故省略。
上述半色調型相移膜4係使實質上無助於曝光之強度之光(例如，對於曝光波長為1%~30%)透過者，且係具有規定相位差者。該半色調型相移膜4係如下所述者：利用使該半色調型相移膜4圖案化之光半透過部、以及未形成有半色調型相移膜4並使實質上有助於曝光之強度的光透過的光透過部，藉由使透過光半透過部之光之相位為相對於透過光透過部的光的相位實質上變為反轉的關係，以使通過光半透過部與光透過部之邊界部附近並藉由繞射現象而繞射於對方區域內之光相互消除，且將邊界部之光強度大致設為零，使邊界部之對比、亦解析度提高。
較佳係該半色調型相移膜4為使用與形成於其上之遮光膜2之蝕刻特性不同的材料。例如，作為半色調型相移膜4，可舉例如鉬、鎢、鉭、鉿等金屬、矽、氧及/或氮為主要構成要素之材料。又，半色調型相移膜4可為單層，亦可為複數層。
該第2實施形態中之上述遮光膜2係以於半色調型移相膜與遮光膜相重疊之積層構造中，對於曝光光，光學密度成為2.5以上的方式而設定。較佳係如此所設定之遮光膜2之膜厚為50nm以下。其理由與上述第1實施形態相同，係考慮有如下情形：由於乾式蝕刻時之圖案之微負載現象等，將難以形成細微圖案。又，本實施形態中，形成於上述反射防止層6上之光阻膜之膜厚較佳為250nm以下。更佳為200nm以下，再更佳為150nm以下。光阻膜之膜厚下限係以將光阻圖案作為遮罩而乾式蝕刻遮光膜時，殘留有光阻膜之方式而設定。又，與上述實施形態之情形相同，為獲得高解析度，光阻膜之材料最好使用光阻敏感度高的化學增幅型光阻。
(實施例)
以下，藉由實施例，就本發明之實施形態更具體地說明。並且，就實施例之比較例加以說明。
(實施例1)
圖3係表示本實施例之光罩毛胚及使用該光罩毛胚之光罩的製造步驟的剖面圖。本實施例之光罩毛胚30係如圖3(a)所示，於透光性基板1上包括遮光膜2，該遮光膜2包括半色調型相移膜4、其上之遮光層5、以及反射防止層6。
該光罩毛胚30可利用如下之方法予以製造。
精密研磨主表面及端面，於平坦度0.29μm、由基板主表面形狀加工為凸狀之合成石英玻璃所構成的透光性基板(大小為152mm×152mm)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(Mo：Si=8：92mol%)，於氬(Ar)氣、氦(He)氣、以及氮氣(N2)之混合氣體環境(Ar：He：N2=10體積%：40體積%：50體積%)下，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，將由以鉬、矽、及氮作為主要構成要素之單層所構成之ArF激生分子雷射(波長193nm)用半色調型相移膜形成為膜厚69nm。之後，於400℃下進行加熱處理。又，該半色調型相移膜於ArF激生分子雷射(波長193nm)中，穿透率為5.5%，相移量約為180°。形成該半色調型相移膜之基板之平坦度為0.29μm，基板主表面形狀為凸狀。此外，於此，所謂平坦度係指距離任意設置於透光性基板主表面之表面側之基準面、主表面面內之表面形狀之最大高度與最小高度的差(自測量面相對於利用最小平方法所算出之假想絕對平面(焦平面)之測量面的最大值與最小值的差)。平坦度之測量係藉由平坦度測量機(Tropel公司製造)，於142mm×142mm之矩形區域內進行(以下相同)。
其次，使用連續(in-line)式濺鍍裝置，且濺鍍靶材使用鉻靶材，於氬氣、氮氣、以及氦氣之混合氣體(Ar：30體積%、N2：30體積%、He：40體積%)環境中，進行反應性濺鍍，藉此形成遮光層。又，該遮光層成膜時，將濺鍍裝置之功率調整為0.80kW，將總氣壓調整為0.17帕斯卡(Pa)。其次，將濺鍍裝置之功率調整為0.33kW，將總氣壓調整為0.28帕斯卡(Pa)，並於氬氣、甲烷、以及氦氣之混合氣體(Ar：54體積 %、CH4：6體積%、He：40體積%)環境中進行反應性濺鍍，接著，於氬氣與一氧化氮之混合氣體(Ar：90體積%、NO：10體積%)環境中進行反應性濺鍍，藉此形成反射防止層。如此，形成包含總膜厚為48nm之遮光層及反射防止層之遮光膜。再者，預先求出如下兩種關係：如圖6所示之相對於烘烤溫度之基板(於玻璃基板上形成上述遮光膜)之烘烤處理前後的平坦度變化量的關係，及如圖7所示之相對於上述遮光膜成膜時之混合氣體環境中的氮氣流量比之遮光膜的膜應力關係。並且，由圖6，根據屬於施加於遮光膜之最高加熱溫度之形成於遮光膜上的光阻膜形成前的烘烤溫度(160℃)下的基板平坦度變化量，預料遮光膜之膜應力變化，根據圖7之關係求出氮含有量(氮氣流量比)，於含有該氮含有量之環境中，藉由濺鍍成膜形成具有與該膜應力變化呈相反方向之所需膜應力的上述遮光膜。形成至遮光膜之基板之平坦度為0.42μm，基板主表面形狀為凸狀。
圖5係表示本實施例遮光膜之由歐傑光譜分析所獲得的結果圖。根據該結果，遮光膜中之遮光層為混入有若干鉻、氮及用於形成反射防止層之氧、碳的組成傾斜膜。又，反射防止層為混入有若干鉻、氮及氧、以及碳之組成傾斜膜。又，圖5表示直接形成於玻璃基板上之本實施例之遮光膜的分析結果。
反射防止層之膜厚占本實施例之遮光膜之總膜厚的比例為0.38。又，該遮光膜於與半色調型相移膜之積層構造中，光學密度為3.0。又，該遮光膜之曝光波長193nm之反射率可抑制成低至14.8%。進而，相對於光罩之缺陷檢查波長257nm或364nm，反射率分別為19.9%、 19.7%，該反射率在檢查方面將不成問題。
其次，為提高形成於遮光膜上之光阻膜之附著力，考慮光阻之種類，而於160℃下對上述光罩毛胚30進行烘烤處理。進行該烘烤之時點，基板之平坦度為0.33μm，基板主表面形狀為凸狀，獲得略接近於最初之玻璃基板之平坦度的良好的平坦度。其次，於上述光罩毛胚30上，形成屬於化學增幅型光阻之電子束光阻膜(富士FILM ELECTRONIC MATERIALS公司製造CAR．FEP171)。光阻膜之形成係使用旋塗器(旋轉塗佈裝置)而進行旋轉塗佈。此外，塗佈上述光阻膜後，於130℃下進行預烤處理。此時點，基板之平坦度為0.33μm，基板主表面形狀為凸狀，並未改變。
再者，將以上之光罩毛胚製造製程中之基板平坦度變化示於圖8。A表示最初之玻璃基板，B表示半色調型相移膜形成後，C表示遮光膜形成後，D表示光阻膜形成前之烘烤處理後，E表示預烤處理後。
其次，使用電子束製圖裝置對形成於光罩毛胚30上之光阻膜進行所需之圖案製圖後，利用規定之顯影液進行顯影，形成光阻圖案7(參照圖3(b))。
其次，沿上述光阻圖案7，進行包含遮光層5與反射防止層6之遮光膜2之乾式蝕刻，形成遮光膜圖案2a(參照圖3(c))。作為乾式蝕刻氣體，使用Cl2與O2之混合氣體(Cl2：O2=4：1)。此時之蝕刻速率以遮光膜之總膜厚/蝕刻時間計為3.6Å/秒，為非常快者。又，光阻之膜損耗速度為2.1Å/秒，與遮光膜之光阻之選擇比為1.7。
如此，遮光膜2於膜厚薄時則蝕刻速率快，蝕刻時間亦短，因此 遮光膜圖案2a之剖面形狀亦變為垂直形狀，而變得良好。又，因光罩毛胚之平坦度良好，故遮光膜2之圖案精度亦良好。
其次，將上述遮光膜圖案2a及光阻圖案7形成於遮罩上，且進行半色調型相移膜4之蝕刻，形成半色調型相移膜圖案4a(參照圖3(d))。因該半色調型相移膜4之蝕刻中，上述遮光膜圖案2a之剖面形狀對其具有影響，故遮光膜圖案2a之剖面形狀良好，因此半色調型相移膜圖案4a之剖面形狀亦良好。
其次，剝離殘存之光阻圖案7後，再次塗佈光阻膜8，且於進行用以除去轉印區域內之不需要的遮光膜圖案之圖案曝光後，將該光阻膜8顯影，而形成光阻圖案8a(參照圖3(e)、(f))。接著，使用濕式蝕刻除去不需要的遮光膜圖案，剝離殘存之光阻圖案，獲得光罩40(參照圖3(g))。
又，圖3(g)所示之例係於屬於轉印區域(遮罩圖案形成區域)以外之區域的周圍區域內，於半色調型相移膜上形成遮光膜者。該遮光膜係使曝光光無法通過該周圍區域者。亦即，相移遮罩係使用作為縮小投影曝光裝置(步進機)之遮罩，但使用該縮小投影曝光裝置進行圖案轉印時，以利用該曝光裝置所具備之被覆構件(光圈)僅使相移遮罩之轉印區域露出的方式，被覆周緣區域進行曝光。但是，難以高精度地以僅使轉印區域露出之方式設置該被覆構件，多數情形係露出部分多出於轉印區域之外周周圍之非轉印區域。通常，為了遮斷該多出之曝光光而於光罩之非轉印區域設置遮光膜。半色調型相移遮罩之情形下，半色調型相移膜具有遮光功能，但該半色調型相移膜並非完全遮斷曝光光者，其使藉由1次曝光而實質上無助於曝光之程度之微小量的曝光光 通過。因此，將發生如下之情形：重複步驟時，藉由該多出部分已通過半色調型相移膜之曝光光到達已經進行了圖案曝光之區域，並進行重複曝光，或於其他照射(shot)時，於與同樣藉由多出部分進行微小曝光之部分重疊而進行曝光。有時由於該重複曝光，加上其等而達到有助於曝光之量，從而產生缺陷。於屬於遮罩圖案形成區域以外之區域的周圍區域內形成於半色調型相移膜上之上述遮光膜，係解決該問題者。又，於光罩之周圍區域內標記識別用符號等時，若有遮光膜，則易於識別所標記之符號等。
(實施例2)
於包含與實施例1相同形成為平坦度0.29μm、基板主表面形狀加工為凸狀之合成石英玻璃的透光性基板上，使用單片式濺鍍裝置，濺鍍靶材使用鉭(Ta)與鉿(Hf)之混合靶材(Ta：Hf=90：10at%)，於氬(Ar)氣環境中，藉由直流磁控濺鍍，形成膜厚75Å之TaHf膜，其次，使用Si靶材，於氬氣、氧氣以及氮氣之混合氣體環境中，藉由反應性濺鍍，形成膜厚740Å之SiON膜(Si：O：N=40：27：33at%)。即，形成以TaHf膜作為下層、以SiON膜作為上層之二層所構成之ArF激生分子雷射(波長193nm)用半色調型相移膜。之後，於420℃下進行加熱處理。又，該半色調型相移膜於ArF激生分子雷射(波長193nm)中，具有穿透率為15.0%之高穿透率，相移量約為180°。
其次，於上述半色調型相移膜上，與實施例1完全相同，形成包含總膜厚為48nm之遮光層及反射防止層之遮光膜。形成遮光膜後，基板平坦度為0.38μm，基板主表面形狀為凸狀。
使用如此所獲得之半色調型相移遮罩用光罩毛胚，與實施例1相 同，製作半色調型相移遮罩。再者，預烤處理後之基板平坦度為0.35μm，基板主表面形狀為凸狀，獲得良好的平坦度。又，本實施例中，如圖4所示，不除去轉印區域內之遮光膜圖案，而於除了與遮罩圖案中之光透過部(未形成遮罩圖案之透明基板露出之部分)之邊界部以外的部分形成遮光膜。
圖4所示之半色調型相移遮罩係位於形成有半色調型相移膜之遮罩圖案之區域內，於除了與遮罩圖案中之光透過部(未形成遮罩圖案之透明基板露出之部分)之邊界部以外的部分形成遮光膜，藉此使原來希望完全遮光之部分更完全地遮光者。亦即，因較佳係於形成有遮罩圖案之區域內，屬於遮罩圖案之半色調型相移膜原來所要求之功能若為使僅於與光透過部之邊界部使相位被移動之光透過即可，其他大部分(除了上述邊界部以外之部分)寧可完全地遮光。本實施例之光罩之形態中，光罩毛胚之平坦度之優劣對圖案精度等之影響較大，因此本發明尤其較佳。
(實施例3)
於與實施例1相同之包含形成為平坦度0.29μm、基板主表面形狀加工為凸狀的合成石英玻璃的透光性基板上，與實施例1相同地形成遮光膜，製作二元遮罩用光罩毛胚。其中，本實施例之遮光膜之總膜厚為68nm。又，該遮光膜之光學密度為3.0。又，可將該遮光膜之曝光波長193nm之反射率抑制為低至13.5%。進而，光罩之缺陷檢查波長為257nm或364nm之反射率分別為19.9%、19.7%，該反射率在檢查方面不成問題。又，遮光膜形成後之基板平坦度為0.32μm，基板主表面形狀為凸狀。
其次，使用所獲得之光罩毛胚，根據上述圖2之步驟，製作光罩。首先，於160℃下對形成有遮光膜之光罩毛胚10進行烘烤後，於光罩毛胚10上，旋轉塗佈屬於化學增幅型光阻之電子束光阻(富士FILM ELECTRONIC MATERIALS公司製造CAR·FEP171)。之後，於130℃下進行預烤。預烤後之基板平坦度為0.29μm，基板主表面形狀為凸狀，獲得良好的平坦度。
其次，對形成於光罩毛胚10上之光阻膜，使用電子束製圖裝置進行所需之圖案製圖後，利用規定之顯影液顯影，形成光阻圖案3a。
其次，沿上述光阻圖案3a，進行遮光膜2之乾式蝕刻，形成遮光膜圖案2a。作為乾式蝕刻氣體，使用Cl2與O2之混合氣體(Cl2：O2=4：1)。此時之蝕刻速率以遮光膜之總膜厚/蝕刻時間表示，為3.6Å/秒，屬非常快。如此，遮光膜2於膜厚薄時蝕刻速率快，蝕刻時間亦短，因此遮光膜圖案2a之剖面形狀亦變為垂直形狀，變得良好。又，因於遮光膜之圖案化時光罩毛胚之平坦度良好，故所形成之遮光膜圖案之CD損失(CD誤差)(相對於設計線寬之實測線寬之偏移)小至20nm，遮光膜圖案2a之圖案精度亦良好。
(比較例)
於與實施例1相同之包含形成為平坦度0.29μm、基板主表面形狀加工為凸狀的合成石英玻璃的透光性基板上，使用連續式濺鍍裝置，濺鍍靶材使用鉻靶材，於氬氣與氮氣之混合氣體(Ar：50體積%、N2：50體積%)環境中，進行反應性濺鍍，其次，於氬氣、甲烷以及氦氣之混合氣體(Ar：54體積%、CH4：6體積%、He：40體積%)環境中，進 行反應性濺鍍，藉此形成遮光層。接著，於氬氣與一氧化氮之混合氣體(Ar：90體積%、NO：10體積%)環境中，進行反應性濺鍍，藉此形成反射防止層。如此，形成包含總膜厚為68nm之遮光層及反射防止層之遮光膜。
反射防止層之膜厚占本比較例之遮光膜的總膜厚的比例為0.15。又，該遮光膜之光學密度為3.0。又，可將該遮光膜之曝光波長193nm之反射率抑制為低至13.8%。
又，藉由於上述遮光膜成膜時向氣體環境中導入氦氣，使遮光膜之膜應力降低。其結果，可將遮光膜形成後之光罩毛胚之平坦度設為0.08μm，將基板主表面形狀設為凸狀。
其次，使用所獲得之光罩毛胚，與上述實施例3相同，製作光罩。又，預烤後之光罩毛胚之平坦度為0.15μm，基板主表面形狀惡化為凹狀。又，遮光膜之乾式蝕刻速率以遮光膜之總膜厚/蝕刻時間表示，為1.8Å/秒，屬非常慢。如此，本比較例之遮光膜係蝕刻速率慢、蝕刻時間長，因此所形成之遮光膜圖案之剖面形狀亦差。又，光阻膜之損害亦大。又，因於遮光膜之圖案化時光罩毛胚之平坦度不佳，故所形成之遮光膜之圖案的CD損失(CD誤差)(相對於設計線寬之實測線寬之偏移)大至50nm，且遮光膜圖案2a之圖案精度比實施例差。
(實施例4)
於包含形成為平坦度0.25μm、基板主表面形狀加工為凹狀之合成石英玻璃之透光性基板上，形成遮光膜，製作二元遮罩用光罩毛胚。又，遮光膜之形成如下所述而進行。
使用連續式濺鍍裝置，濺鍍靶材使用鉻靶材，於氬氣、氮氣以及氦氣之混合氣體(Ar：30sccm、N2：30sccm、He：80sccm)環境中，進行反應性濺鍍，藉此形成遮光層。又，該遮光層成膜時，將濺鍍裝置之功率調整為1.5kW，將總氣壓調整為0.17帕斯卡(Pa)。其次，將濺鍍裝置之功率調整為0.33kW，將總氣壓調整為0.28帕斯卡(Pa)，於氬氣、甲烷以及氦氣之混合氣體(Ar：54sccm、CH4：6sccm、He：40sccm)環境中進行反應性濺鍍，接著，於氬氣與一氧化氮之混合氣體(Ar：90sccm、NO：10sccm)環境中進行反應性濺鍍，藉此形成反射防止層。如此，形成包含總膜厚為68nm之遮光層及反射防止層之遮光膜。又，預先求出如下兩種關係：如圖6所示之與烘烤溫度相對應之基板(於玻璃基板上形成上述遮光膜)之烘烤處理前後的平坦度變化量的關係；及如圖9所示之與上述遮光膜成膜時之混合氣體環境中的氮氣流量比相對應之遮光膜的膜應力關係。並且，由圖6，根據屬於施加於遮光膜之最高加熱溫度之形成於遮光膜上的光阻膜形成前的烘烤溫度(160℃)下的基板平坦度變化量，預料遮光膜之膜應力變化，由圖9之關係求出氦氣流量，於含有該氦氣流量之環境中，藉由濺鍍成膜，形成具有與該膜應力變化方向相反之所需膜應力的包含上述遮光層及反射防止層之遮光膜。至少形成遮光膜之基板之平坦度為0.25μm，基板主表面形狀為凸狀。
其次，為了提高形成於遮光膜上之光阻膜之附著力，考慮光阻之種類，於160℃下對上述光罩毛胚30進行烘烤處理。於進行該烘烤之時點，基板之平坦度為0.2μm，基板主表面形狀為凸狀。
其次，使用所獲得之光罩毛胚，根據上述圖2之步驟，製作光罩。首先，於160℃下對形成有遮光膜之光罩毛胚10進行烘烤後，於光罩毛胚10上，形成屬於化學增幅型光阻之電子束光阻(富士FILM ELECTRONIC MATERIALS公司製造CAR·FEP171)。光阻膜之形成係使用旋塗器(旋轉塗佈裝置)進行旋轉塗佈。此外，塗佈上述光阻膜後，於130℃下進行預烤處理。此時，基板之平坦度為0.2μm，基板主表面之表面形狀為凸狀，沒有改變。
其次，使用電子束製圖裝置對形成於光罩毛胚10上之光阻膜進行所需之圖案製圖後，利用規定之顯影液進行顯影，形成光阻圖案3a。
其次，沿上述光阻圖案3a，進行遮光膜2之乾式蝕刻，形成遮光膜圖案2a。作為乾式蝕刻氣體，使用Cl2與O2之混合氣體(Cl2：O2=4：1)。此時之蝕刻速率以遮光膜之總膜厚/蝕刻時間表示，為4.0Å/秒，屬非常快。如此，遮光膜2係於膜厚薄時蝕刻速率快，蝕刻時間亦短，因此遮光膜圖案2a之剖面形狀亦變為垂直形狀，變得良好。又，於遮光膜之圖案化時光罩毛胚之平坦度良好，因此所形成之遮光膜圖案之CD損失(CD誤差)(相對於設計線寬之實測線寬之偏移)小至20nm，且遮光膜圖案2a之圖案精度亦良好。
(半導體裝置之製造方法)
將根據實施例1~4而獲得之光罩安裝於曝光裝置，於半導體裝置之光阻膜上進行圖案轉印，而製作半導體裝置時，可獲得形成於半導體基板上之電路圖案無缺陷、良好的半導體裝置。
1‧‧‧透光性基板
2‧‧‧遮光膜
10‧‧‧光罩毛胚

Claims (21)

  1. 一種光罩毛胚，其為於透光性基板上依序形成有半色調型相移膜(half-tone phase shift film)及遮光膜者，其特徵在於：在形成上述遮光膜之前，形成有上述半色調型相移膜之基板之主表面的形狀為凸狀，形成有上述半色調型相移膜及上述遮光膜之基板之主表面的形狀為凸狀，上述遮光膜係預料因對形成在該遮光膜上之光阻膜之加熱處理所引起之上述遮光膜的膜應力變化，以具有與該膜應力變化呈相反之壓縮方向之所需膜應力之方式而形成。
  2. 如申請專利範圍第1項之光罩毛胚，其中，上述遮光膜係包含鉻及氮。
  3. 如申請專利範圍第2項之光罩毛胚，其中，上述遮光膜之氮之含有量係為30~60原子%。
  4. 如申請專利範圍第1項之光罩毛胚，其中，上述光罩毛胚之平坦度係為0.5μm以下。
  5. 如申請專利範圍第1項之光罩毛胚，其中，上述半色調型相移膜係包含鉬、鎢、鉭及鉿之至少一者。
  6. 如申請專利範圍第1項之光罩毛胚，其中，上述半色調型相移膜係包含金屬及矽，以及氧與氮之至少一者。
  7. 如申請專利範圍第1項之光罩毛胚，其中，上述半色調型相移膜在曝光波長下之穿透率係為10%以上且40%以下。
  8. 如申請專利範圍第1項之光罩毛胚，其中，上述遮光膜係依與上述半色調型相移膜之組合，為光學濃度成為2.5以上之膜厚。
  9. 如申請專利範圍第1項之光罩毛胚，其中，上述透光性基板之主表面的形狀係為凸狀。
  10. 一種光罩毛胚之製造方法，其為於透光性基板上依序形成有半色調型相移膜及遮光膜之光罩毛胚之製造方法，其特徵在於：於上述透光性基板上，以使形成有上述半色調型相移膜之基板之主表面的形狀成為凸狀之方式，形成半色調型相移膜，於上述半色調型相移膜上，以使形成有上述遮光膜之基板之主表面的形狀成為凸狀之方式，形成遮光膜，上述遮光膜係預料因對形成在該遮光膜上之光阻膜之加熱處理所引起之上述遮光膜的膜應力變化，以具有與該膜應力變化呈相反之壓縮方向之所需膜應力之方式而形成。
  11. 如申請專利範圍第10項之光罩毛胚之製造方法，其中，上述遮光膜係包含鉻及氮。
  12. 如申請專利範圍第11項之光罩毛胚之製造方法，其中，上述遮光膜之氮之含有量係為30~60原子%。
  13. 如申請專利範圍第11或12項之光罩毛胚之製造方法，其中，上述遮光膜係以具有上述壓縮方向之所需膜應力之方式，藉由調整上述氮之含有量而形成。
  14. 如申請專利範圍第10項之光罩毛胚之製造方法，其中，上述遮光膜係在包含氮氣、氮化合物氣體之中至少一種氣體及氦氣之氣體 環境中，藉由使用鉻或者以鉻為主成分之靶材之濺鍍成膜而形成。
  15. 如申請專利範圍第14項之光罩毛胚之製造方法，其中，上述遮光膜係以具有上述壓縮方向之所需膜應力之方式，藉由調整上述氮氣、氮化合物氣體、氦氣之中至少一種氣體之流量而形成。
  16. 如申請專利範圍第10項之光罩毛胚之製造方法，其中，形成上述遮光膜之前之基板的平坦度，與形成上述遮光膜之後且經實施上述熱處理之附有遮光膜的基板之平坦度之差，係為0.10μm以下。
  17. 如申請專利範圍第10項之光罩毛胚之製造方法，其中，上述半色調型相移膜係包含鉬、鎢、鉭及鉿之至少一者。
  18. 如申請專利範圍第10項之光罩毛胚之製造方法，其中，上述半色調型相移膜係包含金屬及矽，以及氧與氮之至少一者。
  19. 如申請專利範圍第10項之光罩毛胚之製造方法，其中，上述透光性基板之主表面的形狀係為凸狀。
  20. 一種光罩之製造方法，其特徵在於：將藉由申請專利範圍第10項之製造方法所獲得之光罩毛胚中之上述遮光膜，利用乾式蝕刻處理加以圖案化，並在於上述半色調型相移膜上形成遮光膜圖案之後，以該遮光膜圖案作為遮罩，利用乾式蝕刻處理將上述半色調型相移膜加以圖案化，而於上述透光性基板上形成半色調型相移膜圖案。
  21. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於：將申請專利範圍第20項之光罩之製造方法中之上述遮光膜圖案或上述半色調型相移膜圖案，利用光微影法轉印至半導體基板上。
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