TWI569093B - 遮罩基底、轉印用遮罩、轉印用遮罩之製造方法及半導體元件之製造方法 - Google Patents

遮罩基底、轉印用遮罩、轉印用遮罩之製造方法及半導體元件之製造方法 Download PDF

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Description

遮罩基底、轉印用遮罩、轉印用遮罩之製造方法及半導體元件之製造方法
本發明係關於一種遮罩基底、使用該遮罩基底所製造之轉印用遮罩及製造方法、以及使用該轉印用遮罩的半導體元件製造方法。
一般而言，半導體元件之製造過程中，係使用微影法進行微細圖樣之形成。又，該微細圖樣(pattern)之形成通常係使用多片稱作轉印用遮罩的基板。該轉印用遮罩一般來說係於透光性玻璃基板上設置有由金屬薄膜等所組成的微細圖樣。又，該轉印用遮罩之製造亦會使用微影法。
針對半導體元件之圖樣進行微細化，除了形成於轉印用遮罩之遮罩圖樣的微細化，亦需將微影中所使用之曝光光源的波長加以短波長化。關於半導體元件製造時的曝光光源，近年來從KrF準分子雷射(波長248nm)，短波長化而進步至ArF準分子雷射(波長193nm)。
習知的轉印用遮罩已知有一種於透光性基板上具有由鉻系材料所組成之遮光膜圖樣的二元式遮罩。
近年來，亦出現使用含鉬矽化物之材料(MoSi系 材料)作為遮光膜的ArF準分子雷射用之二元式遮罩等(專利文獻1)。又，亦出現使用含鉭化合物之材料(鉭系材料)作為遮光膜的ArF準分子雷射用之二元式遮罩等(專利文獻2)。專利文獻3中係揭露，對於使用金屬(鉭、鈮、釩，或者包含鉭、鈮、釩的至少2種)所組成之遮光膜的光罩，進行酸洗或氫電漿之清洗的情況中，會有使遮光膜氫脆化的情況。又，揭露該解決手段係於遮光膜形成圖樣後，形成氣密地覆蓋遮光膜上側面及側面之氫阻擋膜。
先前技術文獻
專利文獻1：日本特開2006-78807號公報。
專利文獻2：日本特開2009-230112號公報。
專利文獻3：日本特開2010-192503號公報。
近年來，對於轉印用遮罩之圖樣位置精度的要求標準尤其嚴苛。傳統上，使用於透光性基板上具備遮光膜之遮罩基底來製作轉印用遮罩的情況中，係以形成於遮光膜上的有機系材料之光阻圖樣作為遮罩來進行乾蝕刻，藉以在遮光膜形成轉印圖樣。但是，隨著轉印圖樣之微細化的增進，在DRAM hp 32nm之世代，形成於遮光膜上之主要圖樣的線寬係微細至128nm左右。再者，在DRAM hp32nm之世代，SRAF(Sub Resolution Assist Feature)等的輔助圖樣之線寬約為50nm，非常地微細。使用形成有如該等般微細線寬之轉印圖樣的有機系材料之光阻膜，難以對遮光膜進行乾蝕刻而直接形成轉印圖樣。該問題之解決方法可應用專利文獻1所記載之金屬系材料的蝕刻遮罩膜(硬遮罩)。
例如，在具有鉬矽化物系材料之遮光膜的轉印用遮罩之情況，於透光性基板上，使用層積有由鉬矽化物系 材料所組成之遮光膜、由鉻系材料所組成之蝕刻遮罩膜、及由有機系材料所組成之光阻膜的遮罩基底進行製作。該轉印用遮罩之製造過程係，首先，與習知相同般，於光阻膜對轉印圖樣進行描繪曝光、顯影等特定處理，以形成光阻圖樣。其次，以光阻圖樣作為遮罩，來對蝕刻遮罩膜進行使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，而於蝕刻遮罩膜形成轉印圖樣。隨後，以形成有轉印圖樣之蝕刻遮罩膜作為遮罩，來對遮光膜進行使用氟系氣體之乾蝕刻，而於遮光膜形成轉印圖樣。最後，去除蝕刻遮罩膜並進行清洗等特定之習知處理，便完成轉印用遮罩。
能進行此種製造過程係因鉻系材料之蝕刻遮罩膜與鉬矽化物系材料之遮光膜的乾蝕刻特性相異。鉻系材料之蝕刻遮罩膜能以氯系氣體與氧氣的混合氣體進行乾蝕刻，但對於以氟系氣體進行之乾蝕刻則具有高耐性。另一方面，鉬矽化物系材料之遮光膜能以氟系氣體進行乾蝕刻，但對於以氯系氣體與氧氣的混合氣體進行之乾蝕刻則具有高耐性。如此，鉻系材料之蝕刻遮罩膜與鉬矽化物系材料之遮光膜係相互具有高蝕刻選擇性。另外，此處所謂「能對薄膜進行乾蝕刻」係指，以具有轉印圖樣之遮罩膜作為遮罩，對於薄膜進行乾蝕刻時，具有於該薄膜僅會形成轉印圖樣的蝕刻率。
另一方面，在製造使用鉭系材料之遮光膜的轉印用遮罩時，與前述相同般，檢討了使用於透光性基板上層積有由鉭系材料所組成之遮光膜、由鉻系材料所組成之蝕刻遮罩膜、及由有機系材料所組成之光阻膜的遮罩基底之情況後，發現有鉭系材料特有的問題。與氧的鍵結較少(材料中含氧量較少)之鉭系材料於乾蝕刻時，可使用氟系氣體及不含氧之氯系氣體中的任一者蝕刻氣體。相對於此，與氧的鍵結較多(材料中含氧量較多)之鉭系材料的情況，則 可進行使用氟系氣體之蝕刻氣體的乾蝕刻。但是，對於與氧的鍵結較多(材料中含氧量較多)之鉭系材料，在進行使用不含氧之氯系氣體的乾蝕刻之情況中，會無法獲得僅形成轉印圖樣的蝕刻率。
由於可對鉭系材料進行乾蝕刻的蝕刻氣體，與可對鉻系材料進行乾蝕刻的蝕刻氣體並非完全相同，乍看之下，會以為可使用該鉭系材料之遮光膜與鉻系材料之蝕刻遮罩膜的層積結構之遮罩基底來製作出轉印用遮罩。雖可以形成有轉印圖樣的鉻系材料之蝕刻遮罩膜作為遮罩，來對鉭系材料之遮光膜進行乾蝕刻而形成轉印圖樣，但於遮光膜形成轉印圖樣後，將蝕刻遮罩膜去除時，發現會有對於遮光膜表面造成不良影響，或使遮光膜的圖樣邊緣部分削成圓角的情況。這是進行使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻來將蝕刻遮罩膜剝離的情況中會發生的問題。
鉭系材料係具有對於氯系氣體會被乾蝕刻的特性。因此，即使是鉭系材料中含氧量較多的情況，比起鉬矽化物系材料，鉭系材料對於以氯系氣體與氧氣的混合氣體進行乾蝕刻的耐性仍較低，因而產生該問題。若遮光膜表面將受到使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻的影響，便會造成相對曝光光線之表面反射率提高超過設計值，或面內處的表面反射率分佈均勻性降低，因而使得作為轉印用遮罩之光學特性惡化。又，若遮光膜之圖樣邊緣部分被削成圓角，則會招致圖樣之線邊緣粗糙度惡化，導致轉印性能降低。
因此，本發明有鑑於上述之問題點。即，本發明之目的為提供一種遮罩基底，係使用層積有鉭系材料之遮光膜、與鉻系材料之蝕刻遮罩膜的遮罩基底，來製作具有高精度轉印圖樣且具有光學特性良好之遮光膜的轉印用遮罩。又，本發明之目的為，提供一種具有高精度之轉印圖 樣且具有光學特性良好之遮光膜的轉印用遮罩及其製造方法。再者，本發明之目的為提供一種不會因套印精度不足而導致電路圖樣之配線短路及斷線的半導體元件之製造方法。
為達成前述課題，本發明具有以下結構。
(結構1)
本發明之結構1係一種製作轉印用遮罩時所使用的遮罩基底，具有於透光性基板上依序層積有遮光膜與蝕刻遮罩膜的結構，其中：該蝕刻遮罩膜係由含鉻材料所組成；該遮光膜係由含鉭材料所組成；於該遮光膜的透光性基板側之相反側表層係形成有含氧量60at%(原子%)以上之高氧化層。藉由使用本發明之遮罩基底，可製作具有高精度之轉印圖樣，且具有光學特性良好之遮光膜的轉印用遮罩。
(結構2)
本發明之結構2係如結構1記載之遮罩基底，其中該高氧化層之含氧量為67at%以上。高氧化層之層中的含氧量為67at%以上時，TaO2鍵結不僅成為主體，亦提升Ta2O5鍵結狀態的含量比。這種含氧量使得「Ta2O3」及「TaO2」鍵結狀態存在稀少，且不穩定的「TaO」鍵結狀態變得無法存在。
(結構3)
本發明之結構3係如結構1或2中任一項記載之遮罩基底，其中該高氧化層中之Ta2O5鍵結的含量比係較該遮光膜中之Ta2O5鍵結的含量比更高。Ta2O5鍵結為具有非常高度穩定性的鍵結狀態，藉由增加高氧化層中Ta2O5鍵結的含量比，來大幅度地提升對於以氯系氣體與氧氣的混合氣體進行乾蝕刻的耐性。
(結構4)
本發明之結構4係如結構1至3中任一項記載之遮罩基底，其中進一步地該遮光膜係由含氮材料所組成。藉由使得含鉭遮光膜包含有氮，可抑制鉭的氧化。
(結構5)
本發明之結構5係如結構1至3中任一項記載之遮罩基底，其中該遮光膜具備從透光性基板側依序層積有下層與上層的結構；該高氧化層係形成於該上層的該下層側之相反側表層。此種結構可作為具有控制上層之遮光膜對於曝光光線的表面反射率功能之膜(抗反射膜)的效果。
(結構6)
本發明之結構6係如結構5記載之遮罩基底，其中該上層之含氧量係較該高氧化層之含氧量更少。該結果，可確保上層處的光學濃度增加，並可使得遮光膜的整體膜厚更薄，亦可降低遮光膜的表面反射率。
(結構7)
本發明之結構7係如結構6記載之遮罩基底，其中該上層之含氧量為50at%。使得含鉭材料之上層的含氧量為50at%以上的情況中，理論上，膜中的鉭將全部與氧鍵結。如此一來，具有較少量未與氧鍵結之鉭的上層則具有對於以不含氧之氯系蝕刻氣體進行乾蝕刻的耐性。
(結構8)
本發明之結構8係如結構5至7中任一項記載之遮罩基底，其中該高氧化層之Ta2O5鍵結的含量比係較該上層之Ta2O5鍵結的含量更高。Ta2O5鍵結為具有非常高度穩定性的鍵結狀態，藉由增加高氧化層中Ta2O5鍵結的含量比，來大幅度地提升對於以氯系氣體與氧氣的混合氣體進行乾蝕刻的耐性。
(結構9)
本發明之結構9係如結構5至8中任一項記載之遮罩基底，其中該下層之含氧量未達10at%。藉由大幅度地抑制由含鉭材料所組成之下層的含氧量，可提升以不含氧之氯系氣體進行的乾蝕刻速率。
(結構10)
本發明之結構10係如結構5至9中任一項記載之遮罩基底，其中該下層係由含氮材料所組成。藉由使得含鉭之下層包含有氮，可抑制鉭的氧化。
(結構11)
本發明之結構11係如結構5至10中任一項記載之遮罩基底，其中該蝕刻遮罩膜之含氧量為40at%以上。蝕刻遮罩膜中的含氧量為40at%以上時，相對於不含氧之氯系氣體的蝕刻速率為特定值以上。該結果，易於在進行下層之乾蝕刻的同時將蝕刻遮罩膜去除。
(結構12)
本發明之結構12係如結構11記載之遮罩基底，其中該蝕刻遮罩膜之膜厚為7nm以下。若蝕刻遮罩膜的膜厚為7nm以下，則易於在進行下層之乾蝕刻的同時將蝕刻遮罩膜去除。
(結構13)
本發明之結構13係一種使用結構1至12中任一項記載之遮罩基底所製造的轉印用遮罩。藉由使用本發明之遮罩基底，可獲得具有高精度之轉印圖樣，且具有光學特性良好之遮光膜的轉印用遮罩。
(結構14)
本發明之結構14係一種轉印用遮罩之製造方法，使用如結構1至4中任一項記載之遮罩基底，其具有下列步驟： 於該蝕刻遮罩膜上形成具有轉印圖樣之光阻膜的步驟；以形成有該轉印圖樣之光阻膜作為遮罩，並藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，而於該蝕刻遮罩膜形成轉印圖樣的步驟；以形成有該轉印圖樣之光阻膜或蝕刻遮罩膜作為遮罩，並藉由乾蝕刻而於該遮光膜形成轉印圖樣的步驟；以及於該遮光膜形成轉印圖樣後，藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，來將蝕刻遮罩膜去除的步驟。藉由本發明之製造方法，可製造具有高精度之轉印圖樣，且具有光學特性良好之遮光膜的轉印用遮罩。
(結構15)
本發明之結構15係一種轉印用遮罩之製造方法，使用結構5至11中任一項記載之遮罩基底來製作轉印用遮罩，其具有下列步驟：於該蝕刻遮罩膜上形成具有轉印圖樣之光阻膜的步驟；以具有該轉印圖樣之光阻膜作為遮罩，並藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，而於該蝕刻遮罩膜形成轉印圖樣的步驟；以形成有該轉印圖樣之光阻膜或蝕刻遮罩膜作為遮罩，並藉由使用氟系氣體之乾蝕刻，而於該上層形成轉印圖樣的步驟；以形成有該轉印圖樣之光阻膜或蝕刻遮罩膜或上層作為遮罩，並藉由使用實質上不含氧的氯系氣體之乾蝕刻，而於該下層形成轉印圖樣的步驟；以及於該下層形成轉印圖樣後，藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，來將蝕刻遮罩膜去除的步驟。藉由本發明之製造方法，可製造具有高精度之轉印圖樣，且具有光學特性良好之遮光膜的轉印用遮罩。
(結構16)
本發明之結構16係一種轉印用遮罩之製造方法，使用如結構12記載之遮罩基底來製作轉印用遮罩，其具有下列步驟：於該蝕刻遮罩膜上形成具有轉印圖樣之光阻膜的步驟；以具有該轉印圖樣之光阻膜作為遮罩，並藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，而於該蝕刻遮罩膜形成轉印圖樣的步驟；將該光阻膜去除的步驟；以形成有該轉印圖樣的蝕刻遮罩膜作為遮罩，並藉由使用氟系氣體之乾蝕刻，而於該上層形成轉印圖樣的步驟；以及以形成有該轉印圖樣的上層作為遮罩，並藉由使用實質上不含氧的氯系氣體之乾蝕刻，而於該下層形成轉印圖樣，且將蝕刻遮罩膜去除的步驟。藉由本發明之製造方法，可製造具有高精度之轉印圖樣，且具有光學特性良好之遮光膜的轉印用遮罩。
(結構17)
本發明之結構17係一種半導體元件之製造方法，使用如結構13記載之轉印用遮罩，於半導體基板上的光阻膜曝光轉印出轉印圖樣。根據本發明，可獲得不會因套印精度不足而導致電路圖樣之配線短路及斷線的半導體元件之製造方法。
(結構18)
本發明之結構18係一種半導體元件之製造方法，使用如結構14至16中任一項記載之轉印用遮罩的製造方法所製造的轉印用遮罩，於半導體基板上的光阻膜曝光轉印出轉印圖樣。根據本發明，可獲得不會因套印精度不足而導致電路圖樣之配線短路及斷線的半導體元件之製造方法。
又，為了達成前述課題，本發明具有以下結構。
(結構1A)
本發明之結構1A係一種製作轉印用遮罩時所使用的遮罩基底，具有於透光性基板上依序層積有遮光膜與蝕刻遮罩膜的結構，其中：該蝕刻遮罩膜係由含鉻材料所組成；該遮光膜係由含鉭材料所組成；於該遮光膜的透光性基板側之相反側表層係形成有高氧化層；該高氧化層進行X光電子光譜分析時，Ta(鉭)4f(電子軌域)狹帶頻譜係於較23eV更大鍵結能量處具有最大峰值。藉由使用本發明之遮罩基底，可製作具有高精度之轉印圖樣，且具有光學特性良好之遮光膜的轉印用遮罩。
(結構2A)
本發明之結構2A係如結構1A記載之遮罩基底，其中除了該高氧化層部分以外的遮光膜進行X光電子光譜分析時，Ta4f狹帶頻譜係於23eV以下鍵結能量處具有最大峰值。藉由如此這般地控制除了高氧化層部分以外的遮光膜中之Ta4f狹帶頻譜，可降低除了高氧化層部分以外的遮光膜中Ta2O5的含量比，從而提升遮光性能。
(結構3A)
本發明之結構3A係如結構1A或2A記載之遮罩基底，其中該遮光膜係由不含矽之材料所組成。藉由使得含鉭之遮光膜不包含有具有容易與氧及氮鍵結之特性的矽，更易於控制鉭元素的鍵結狀態。
(結構4A)
本發明之結構4A係如結構1A至3A中任一項記載之遮罩基底，其中進一步地該遮光膜係由含氮材料所組成。藉由使得含鉭之遮光膜包含有氮，可抑制鉭的氧化。
(結構5A)
本發明之結構5A係如結構1A至3A中任一項記載之遮罩基底，其中該遮光膜具備從透光性基板側依序層積有下層與上層的結構；該高氧化層係形成於該上層的該下層側之相反側表層處。此種結構可作為具有控制上層之遮光膜對於曝光光線的表面反射率功能之膜(抗反射膜)的效果。
(結構6A)
本發明之結構6A係如結構5A記載之遮罩基底，其中該上層之含氧量係較該高氧化層之含氧量更少。該結果，可確保上層處的光學濃度增加，並可使得遮光膜的整體膜厚更薄，亦可降低遮光膜的表面反射率。
(結構7A)
本發明之結構7A係如結構6A記載之遮罩基底，其中該高氧化層之含氧量為67at%以上，除了該高氧化層部分以外，上層之含氧量為50at%以上。含鉭材料之高氧化層的含氧量為67at%以上的情況中，理論上，Ta2O5鍵結狀態的含量比較高。又，含鉭材料之上層的含氧量為50at%以上的情況中，理論上，膜中的鉭將全部與氧鍵結。如此一來，具有較少量未與氧鍵結之鉭的上層則具有對於以不含氧之氯系蝕刻氣體進行乾蝕刻的耐性。
(結構8A)
本發明之結構8A係如結構5A至7A中任一項記載之遮罩基底，其中該高氧化層之Ta2O5鍵結的含量比係較該上層之Ta2O5鍵結的含量比更高。Ta2O5鍵結為具有非常高度穩定性的鍵結狀態，藉由增加高氧化層中Ta2O5鍵結的含量比，來大幅度地提升對於以氯系氣體與氧氣的混合氣體進行乾蝕刻的耐性。
(結構9A)
本發明之結構9A係如結構5A至8A中任一項記載之遮罩基底，其中該下層之含氧量未達10at%。藉由大幅度地抑制由含鉭材料所組成之下層的含氧量，便可提升以不含氧之氯系氣體進行的乾蝕刻速率。
(結構10A)
本發明之結構10A係如結構5A至9A中任一項記載之遮罩基底，其中該下層係由含氮材料所組成。藉由使得含鉭之下層包含有氮，可抑制鉭的氧化。
(結構11A)
本發明之結構11A係如結構5A至10A中任一項記載之遮罩基底，其中該蝕刻遮罩膜之含氧量為40at%以上。蝕刻遮罩膜中的含氧量為40at%以上時，相對於不含氧之氯系氣體的蝕刻速率為特定值以上。該結果，易於在進行下層之乾蝕刻的同時將蝕刻遮罩膜去除。
(結構12A)
本發明之結構12A係如結構11A記載之遮罩基底，其中該蝕刻遮罩膜之膜厚為7nm以下。若蝕刻遮罩膜的膜厚為7nm以下，則易於在進行下層之乾蝕刻的同時將蝕刻遮罩膜去除。
(結構13A)
本發明之結構13A係一種轉印用遮罩，使用如結構1A至12A中任一項記載之遮罩基底所製造。藉由使用本發明之遮罩基底，可獲得具有高精度之轉印圖樣，且具有光學特性良好之遮光膜的轉印用遮罩。
(結構14A)
本發明之結構14A係一種轉印用遮罩之製造方法，使用如結構1A至4A中任一項記載之遮罩基底來製作轉印用遮罩，其具有下列步驟：於該蝕刻遮罩膜上形成具有轉印圖樣之光阻膜的步驟； 以形成有該轉印圖樣之光阻膜作為遮罩，並藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，而於該蝕刻遮罩膜形成轉印圖樣的步驟；以形成有該轉印圖樣之光阻膜或蝕刻遮罩膜作為遮罩，並藉由乾蝕刻而於該遮光膜形成轉印圖樣的步驟；以及於該遮光膜形成轉印圖樣後，藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，來將蝕刻遮罩膜去除的步驟。藉由使用本發明之製造方法，可獲得具有高精度之轉印圖樣，且具有光學特性良好之遮光膜的轉印用遮罩。
(結構15A)
本發明之結構15A係一種轉印用遮罩之製造方法，使用如結構5A至11A中任一項記載之遮罩基底來製作轉印用遮罩，其具有下列步驟：於該蝕刻遮罩膜上形成具有轉印圖樣之光阻膜的步驟；以具有該轉印圖樣之光阻膜作為遮罩，並藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，而於該蝕刻遮罩膜形成轉印圖樣的步驟；以形成有該轉印圖樣之光阻膜或蝕刻遮罩膜作為遮罩，並藉由使用氟系氣體之乾蝕刻，而於該上層形成轉印圖樣的步驟；以形成有該轉印圖樣之光阻膜或蝕刻遮罩膜或上層作為遮罩，並藉由使用實質上不含氧的氯系氣體之乾蝕刻，而於該下層形成轉印圖樣的步驟；以及於該下層形成轉印圖樣後，藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，來將蝕刻遮罩膜去除的步驟。藉由使用本發明之製造方法，可製造具有高精度之轉印圖樣，且具有光學特性良好之遮光膜的轉印用遮罩。
(結構16A)
本發明之結構16A係一種轉印用遮罩之製造方 法，使用結構12A記載之遮罩基底來製作轉印用遮罩，其具有下列步驟：於該蝕刻遮罩膜上形成具有轉印圖樣之光阻膜的步驟；以具有該轉印圖樣之光阻膜作為遮罩，並藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，而於該蝕刻遮罩膜形成轉印圖樣的步驟；將該光阻膜去除的步驟；以形成有該轉印圖樣的蝕刻遮罩膜作為遮罩，並藉由使用氟系氣體之乾蝕刻，而於該上層形成轉印圖樣的步驟；以及以形成有該轉印圖樣的上層作為遮罩，並藉由使用實質上不含氧的氯系氣體之乾蝕刻，而於該下層形成轉印圖樣，且將蝕刻遮罩膜去除的步驟。藉由使用本發明之製造方法，可製造具有高精度之轉印圖樣，且具有光學特性良好之遮光膜的轉印用遮罩。
(結構17A)
本發明之結構17A係一種半導體元件之製造方法，使用結構13A記載之轉印用遮罩，於半導體基板上的光阻膜曝光轉印出轉印圖樣。根據本發明，可獲得不會因套印精度不足而導致電路圖樣之配線短路及斷線的半導體元件之製造方法。
(結構18A)
本發明之結構18A係一種半導體元件之製造方法，使用如結構14A至16A記載之轉印用遮罩的製造方法所製造的轉印用遮罩，於半導體基板上的光阻膜曝光轉印出轉印圖樣。根據本發明，可獲得不會因套印精度不足而導致電路圖樣之配線短路及斷線的半導體元件之製造方法。
藉由本發明，便可獲得一種遮罩基底，其可使用層積有鉭系材料之遮光膜與鉻系材料之蝕刻遮罩膜的遮罩 基底，來製作出具有高精度之轉印圖樣，且具有光學特性良好之遮光膜之轉印用遮罩。又，藉由本發明，可獲得具有高精度之轉印圖樣，且具有光學特性良好之遮光膜的轉印用遮罩及其製造方法。又，藉由使用轉印用遮罩(其係使用本發明之遮罩基底)，可製造出不會因套印精度不足而導致電路圖樣之配線短路及斷線的半導體元件。
具體而言，本發明之遮罩基底係於含鉭材料所組成之遮光膜的透光性基板側之相反側表層形成有含氧量60at%以上的高氧化層，再於該遮光膜上形成有由含鉻材料所組成的蝕刻遮罩膜。藉由這種結構的遮罩基底，則於遮光膜形成轉印圖樣後，即便是進行使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻來將蝕刻遮罩膜剝離，仍可製作出遮光膜圖樣之光學特性良好的轉印用遮罩。又，可製造於遮光膜形成之轉印圖樣線邊緣粗糙度(line edge roughness)良好的轉印用遮罩。又，透過使用該遮罩基底所製造的轉印用遮罩，於半導體元件上的光阻膜進行曝光轉印，可在半導體元件上形成高精度的光阻圖樣。
又，具體而言，本發明之遮罩基底係於含鉭材料所組成之遮光膜的透光性基板側之相反側表層形成有高氧化層，該高氧化層進行X光電子光譜分析時，Ta4f狹帶頻譜係於較23eV更大鍵結能量處具有最大峰值，再於該遮光膜上形成有含鉻材料所組成的蝕刻遮罩膜。藉由這種結構的遮罩基底，則於遮光膜形成轉印圖樣後，即便是進行使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻來將蝕刻遮罩膜剝離，仍可製作出遮光膜圖樣之光學特性良好的轉印用遮罩。又，可製造於遮光膜形成之轉印圖樣線邊緣粗糙度良好的轉印用遮罩。又，透過使用該遮罩基底所製造的轉印用遮罩，於半導體元件上的光阻膜進行曝光轉印，可在半導體元件上形成高精度的光阻圖樣。
1‧‧‧透光性基板
2‧‧‧遮光膜
2a‧‧‧遮光膜圖樣
3‧‧‧蝕刻遮罩膜
3a‧‧‧蝕刻遮罩圖樣
4‧‧‧光阻膜
4a‧‧‧光阻圖樣
21‧‧‧遮光膜本體
22、242‧‧‧高氧化層
242a‧‧‧高氧化層圖樣
23‧‧‧下層
23a‧‧‧下層圖樣
24‧‧‧上層
24a‧‧‧上層圖樣
241‧‧‧上層本體
241a‧‧‧上層本體圖樣
100、101‧‧‧遮罩基底
200、201‧‧‧轉印用遮罩
圖1係顯示本發明之第1實施形態中遮罩基底之結構的剖面圖。
圖2係顯示本發明之第1實施形態中轉印用遮罩之製造步驟的剖面圖。
圖3係顯示本發明之第2實施形態中遮罩基底之結構的剖面圖。
圖4係顯示本發明之第2實施形態中轉印用遮罩之製造步驟的剖面圖。
圖5係顯示蝕刻遮罩膜中含鉻量及含氧量相對於氯系氣體之蝕刻速率的關係之示意圖。
圖6係顯示實施例中對遮罩基底之遮光膜以歐傑電子光譜分析(AES)進行分析後的結果(縱深分佈曲線)示意圖。
圖7係顯示實施例中對遮罩基底之遮光膜進行XPS分析的結果(Ta4f狹帶頻譜)示意圖。
以下，說明本發明之各實施形態。
本發明人為了解決使用於含鉭材料所組成的遮光膜上層積有由含鉻材料所組成之蝕刻遮罩膜的遮罩基底來製作轉印用遮罩之情況中產生的問題，經過再三研究。該問題係，將蝕刻遮罩膜去除時所進行之氯系氣體與氧氣之混合氣體的乾蝕刻，會使遮光膜的蝕刻遮罩膜側之表面受到影響，造成遮光膜之光學特性(表面反射率及光學濃度等)惡化，以及於遮光膜之圖樣邊緣部分產生圓角，使得圖樣之線邊緣粗糙度惡化。該研究之結果得知，若含鉭材料 之材料中含氧量至少為60at%(原子%)以上，則可大幅度地提升對於以氯系氣體與氧氣的混合氣體進行之乾蝕刻的耐性，且該材料所形成之遮光膜將可抑制光學特性的影響及圖樣邊緣的圓角。但是，遮光膜必須確保特定數值以上的光學濃度(例如，光學濃度2.5以上等)。另一方面，由於轉印圖樣的微細化進展，而要求遮光膜之膜厚需變得更薄。當遮光膜整體係以這種高含氧量材料形成時，為確保特定數值以上之光學濃度，則必須生成較厚的遮光膜之膜厚。
考慮以上事項，本發明之第1實施形態中的遮罩基底，係製作轉印用遮罩時所使用的遮罩基底，具有於透光性基板上依序層積有遮光膜與蝕刻遮罩膜的結構，其中：該蝕刻遮罩膜係由含鉻材料所組成；該遮光膜係由含鉭材料所組成；於該遮光膜的透光性基板側之相反側表層係形成有含氧量60at%以上的高氧化層。
遮罩基底及轉印用遮罩中的薄膜，其晶格結構為微晶，較佳地為非晶質。因此，遮光膜內之晶格結構不易成為單一結構，而容易成為混雜有複數種晶格結構的狀態。即，含鉭材料為高氧化層之情況中，容易成為混雜有TaO鍵結、Ta2O3鍵結、TaO2鍵結及Ta2O5鍵結的狀態(混晶狀態)。隨著遮光膜中特定表層處之Ta2O5鍵結的含量比提升，將具有提升對於以氯系氣體與氧氣的混合氣體進行乾蝕刻的耐性之傾向。又，隨著遮光膜中特定表層處之Ta2O5鍵結的含量比提升，亦具有提升阻止氫侵入之特性、耐化學藥品性、耐溫水性及對ArF之耐光性等傾向。
據信當高氧化層之層中含氧量為60at%以上未達66.7at%時，層中鉭與氧之鍵結狀態會傾向以Ta2O3鍵結為主體，與層中的含氧量未達60at%的情況相比，最不穩定鍵結的TaO鍵結變得很少。據信當高氧化層之層中含氧量為66.7at%以上時，層中鉭與氧之鍵結狀態會傾向以TaO2 鍵結為主體，最不穩定鍵結的TaO鍵結及次不穩定鍵結的Ta2O3鍵結均變得很少。
據信當高氧化層之層中含氧量為67at%以上時，則TaO2鍵結不僅會成為主體，亦提升Ta2O5鍵結狀態的含量比。達此程度含氧量時，會使得「Ta2O3」及「TaO2」鍵結狀態存在稀少，更無法存在有不穩定的「TaO」鍵結狀態。據信當高氧化層之層中含氧量為71.4at%時，則實質上僅會形成有Ta2O5鍵結狀態。當高氧化層之層中含氧量為60at%以上時，則不僅會包含有最穩定之鍵結狀態的「Ta2O5」，且亦會包含有「Ta2O3」及「TaO2」的鍵結狀態。另一方面，最不穩定鍵結的TaO鍵結數量相當稀少，可說是幾乎不會造成對於以氯系氣體與氧氣的混合氣體進行乾蝕刻之耐性、阻止氫侵入之特性、耐化學藥品性及對ArF之耐光性降低，故高氧化層中的含氧量下限值推論至少60at%。
高氧化層之Ta2O5鍵結的含量比係較佳地係較遮光膜中Ta2O5鍵結的含量比更高。Ta2O5鍵結為具有非常高穩定性的鍵結狀態，藉由增加高氧化層中Ta2O5鍵結的含量比，能大幅度地提升對於以氯系氣體與氧氣的混合氣體進行乾蝕刻的耐性。又，亦可大幅度地提升阻止氫侵入之特性、耐化學藥品性、耐溫水性等之遮罩耐洗特性及對ArF之耐光性。尤其，高氧化層最佳地係形成僅有Ta2O5的鍵結狀態。另外，關於高氧化層中氮與其它元素之含量範圍，在不會影響前述效果範圍者為佳，實質上不包含有該等元素者更佳。
另一方面，關於透光性基板側之相反側表層所形成之高氧化層，經致力研究的結果，已知透過X光電子光譜來分析高氧化層時(XPS分析)，Ta4f狹帶頻譜係於較23eV更大鍵結能量處形成最大峰值者，可解決該等問題。具有高鍵結能量之材料，具有提升對於以氯系氣體與氧氣的混 合氣體進行乾蝕刻的耐性之傾向。又，亦具有提升阻止氫侵入之特性、耐化學藥品性、耐溫水性及對ArF之耐光性的傾向。鉭化合物中具有最高鍵結能量之鍵結狀態為Ta2O5鍵結。如前述，遮罩基底及轉印用遮罩的薄膜之晶格結構不易成為單一結構，而容易成為混雜有複數種晶格結構的狀態。
高氧化層中Ta2O5鍵結的含量越高，可提升前述各特性。透過如前述般控制層中的含氧量，亦可促進Ta2O5鍵結的含量比之提升。但是，為了更確實地形成Ta2O5鍵結的含量比較高的高氧化層，可對實際形成之高氧化層進行X光電子光譜分析，觀察Ta4f狹帶頻譜以進行控制者為佳。例如，關於濺鍍成膜裝置之成膜條件以及形成高氧化層的表面處理之處理條件等，可設定複數個條件，而以各條件來各自製造於遮光膜表層形成有高氧化層的遮罩基底。對各遮罩基底之高氧化層進行X光電子光譜分析，觀察Ta4f狹帶頻譜，選定形成有高鍵結能量之高氧化層的條件，而於遮光膜表層製造出具備該選定條件所形成之高氧化層的遮罩基底。如此製造之遮罩基底可確實提升形成於該遮光膜表層之高氧化層的Ta2O5鍵結含量比。
本發明之遮罩基底的高氧化層於進行X光電子光譜分析時，Ta4f狹帶頻譜係於較23eV更大鍵結能量處具有最大峰值。係因鍵結能量之最大峰值為23eV以下的含鉭材料，不易存在有Ta2O5鍵結。本發明之遮罩基底的高氧化層於進行X光電子光譜分析時，較佳地Ta4f狹帶頻譜的鍵結能量之最大峰值為24eV以上，更佳地為25eV以上，為25.4eV以上者特佳。高氧化層的鍵結能量之最大峰值為25eV以上時，則高氧化層中鉭與氧的鍵結狀態會成為以Ta2O5鍵結為主體，能大幅度地提升對於以氯系氣體與氧氣的混合氣體進行乾蝕刻的耐性。
於本發明之遮罩基底，較佳地，除了高氧化層部分以外的遮光膜於進行X光電子光譜分析時，Ta4f狹帶頻譜係於23eV以下鍵結能量處具有最大峰值。Ta4f狹帶頻譜中的鍵結能量越高，會提升遮光膜中鉭與氧的鍵結比率，降低相對曝光光線之每單位膜厚的遮光膜光學濃度。因此，為確保特定之光學濃度便需增厚必要之遮光膜的膜厚，而非為所期望的。除了該高氧化層部分以外的遮光膜處，鍵結能量之最大峰值為22.6eV以下者較佳，為22eV以下者更佳。
於本發明之遮罩基底中，遮光膜較佳地由不含矽之材料所組成。其係因為藉由得含鉭之遮光膜中不包含有具備易與氧及氮鍵結之特性的矽，便能更容易控制高氧化層中鉭元素與氧的鍵結狀態。又，於遮光膜形成轉印圖樣時，使用氯系氣體作為乾蝕刻之蝕刻氣體的情況中，如遮光膜中含有氯，會使得蝕刻速率大為降低，而非為所期望的。
本發明之遮罩基底的高氧化層較佳地厚度為1.5nm以上4nm以下。在高氧化層的厚度未達1.5nm的情況中，因過薄而無法期待效果，高氧化層的厚度超過4nm時，則對於表面反射率的影響增大，難以控制獲得特定表面反射率(相對於曝光光線之表面反射率及相對於各波長光線之反射光譜)。又，因為高氧化層相對ArF曝光光線的光學濃度非常地低，就使得遮光膜之膜厚薄膜化的觀點來看並無正面幫助。另外，就確保遮光膜整體之光學濃度的觀點，與提升阻止氫侵入之特性、耐化學藥品性及對ArF之耐光性的觀點之間雙方取得平衡時，高氧化層的厚度更佳地在1.5nm以上3nm以下。
高氧化層之形成方法係對於形成有遮光膜後的遮罩基底，進行例如溫水處理、臭氧水處理、含氧氣體中 之加熱處理、含氧氣體中之紫外線照射處理及O2電漿處理等。
該遮光膜相對於曝光光線必須具有特定光學濃度(OD)。關於遮光膜之光學濃度，使用ArF準分子雷射作為曝光光線情況中，於該波長(約193nm)中必須為2.5以上，較佳地為2.8以上，更佳地為3.0以上。
形成遮光膜的含鉭材料，可列舉有，例如鉭金屬、於鉭中包含有自氮、氧、硼及碳中所選出一種以上之元素且實質上不含氫的材料等。可列舉有，例如，Ta、TaN、TaON、TaBN、TaBON、TaCN、TaCON、TaBCN及TaBOCN等。在可獲得本發明之效果的範圍內，該材料亦可包含有鉭以外的金屬。
遮罩基底之遮光膜較佳地由含有鉭與氮之材料所形成。鉭為一種易於自然氧化的材料。鉭受氧化時會降低對於曝光光線的遮光性能(光學濃度)。又，就形成遮光膜圖樣的觀點來看，在鉭未受氧化之狀態，可說是一種皆能以含有氟系氣體之蝕刻氣體(氟系蝕刻氣體)，與含有氯系氣體且不含氧之蝕刻氣體(不含氧的氯系蝕刻氣體)來進行乾蝕刻的素材。但是，就形成遮光膜圖樣的觀點來看，受氧化的鉭則可說是一種難以藉由不含氧之氯系蝕刻氣體進行乾蝕刻的素材，而為僅能以氟系蝕刻氣體進行乾蝕刻的素材。讓鉭含有氮，可抑制鉭的氧化。又，故藉由使得含鉭材料所組成的遮光膜相接於透光性基板的主表面所形成，因含氮可降低相對於曝光光線的內面反射率，且與含氧的情況相比，可抑制光學濃度的降低，故較佳。
自光學濃度的觀點來看，遮光膜中的含氮量於30at%以下為佳，較佳地為25at%以下，更佳地為20at%以下。遮光膜中的含氮量較佳地為5at%以上。又，需要讓內面反射率未達40%的情況，遮光膜中的含氮量則較佳地為 7at%以上。
形成蝕刻遮罩膜的含鉻材料，可列舉有，例如於鉻中包含有自氮、氧、碳及硼中所選出一種以上之元素的材料。例如，可列舉有CrN、CrON、CrCN、CrCON、CrBN、CrBON、CrBCN及CrBOCN等。在可獲得本發明之效果的範圍內，該材料亦可包含有鉻以外的金屬。就獲得作為蝕刻遮罩(其係於遮光膜精度良好地形成有轉印圖樣)的功能之觀點來看，蝕刻遮罩膜的膜厚較佳地為4nm以上。又，就薄化光阻膜厚的觀點來看，蝕刻遮罩膜的膜厚較佳地為15nm以下。
遮罩基底的透光性基板之材料，除了合成石英玻璃之外、可列舉出石英玻璃、矽酸鋁玻璃、鹼石灰玻璃及低熱膨脹玻璃(SiO2-TiO2玻璃等)等。尤其，因合成石英玻璃相對於ArF準分子雷射光(波長193nm)的穿透率較高，故較佳。另外，適用於本發明之遮罩基底及轉印用遮罩的曝光光線並無特別限制，具體而言，可列舉有ArF準分子雷射光、KrF準分子雷射光及放射i線等。使用ArF準分子雷射作為曝光光線的遮罩基底及轉印用遮罩，對於主表面平坦度及形成薄膜之轉印圖樣位置精度等的要求標準非常地高，因此特別有用。
本發明之第1實施形態係一種使用遮罩基底的轉印用遮罩之製造方法，其具有下列步驟：於蝕刻遮罩膜上形成具有轉印圖樣之光阻膜的步驟；以形成有轉印圖樣之光阻膜作為遮罩，並藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，而於該蝕刻遮罩膜形成轉印圖樣的步驟；以形成有轉印圖樣之光阻膜或蝕刻遮罩膜作為遮罩，並藉由使用氟系氣體之乾蝕刻，而於該遮光膜形成轉印圖樣的步驟；以及於遮光膜形成轉印圖樣後，藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，來將蝕刻遮罩膜去除的步驟。
圖1係顯示本發明之第1實施形態中遮罩基底100之結構的剖面圖。又，圖2係顯示使用該遮罩基底100的轉印用遮罩200之製造步驟的剖面圖。如圖2(a)所示，該遮罩基底100係於透光性基板1上層積有遮光膜2與蝕刻遮罩膜3，於遮光膜2的透光性基板1側之相反側(蝕刻遮罩膜3側)表層形成有高氧化層22(除了高氧化層22以外的遮光膜2係遮光膜本體21)。遮罩基底100的各結構細節如前述。以下，依圖2所示之製造步驟說明轉印用遮罩之製造方法。
首先，於該遮罩基底100之蝕刻遮罩膜3上形成光阻膜4(參考圖2(b))。其次，對於光阻膜4曝光描繪所需之轉印圖樣，接著進行顯影處理等指定處理，而形成具有轉印圖樣之光阻膜4(光阻圖樣4a)(參考圖2(c))。隨後，以光阻圖樣4a作為遮罩，並藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，而於蝕刻遮罩膜3形成轉印圖樣(蝕刻遮罩圖樣3a)(參考圖2(d))。其次，將光阻圖樣4a去除，接著以蝕刻遮罩圖樣3a作為遮罩，並藉由使用氟系氣體之乾蝕刻，而於遮光膜2(高氧化層22及遮光膜本體21)形成轉印圖樣(遮光膜圖樣2a)(參考圖2(e))。另外，對遮光膜2進行乾蝕刻時，亦可殘留有光阻圖樣4a。此情況下，係於形成遮光膜圖樣2a後將光阻圖樣4a去除。接著，形成遮光膜圖樣2a後，藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻來將蝕刻遮罩圖樣3a去除，並經過清洗等之特定處理，而獲得轉印用遮罩200(參考圖2(f))。
縱使是如前述般將蝕刻遮罩圖樣3a去除時進行使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻之情況，遮光膜2表面(高氧化層22)仍會具有高耐性。因此，所製造之轉印用遮罩200的遮光膜圖樣2a表面反射率之面內均勻性高，其它光學特性亦良好。又，遮光膜圖樣2a之線邊緣粗糙度亦為良好。尤其，自DRAM hp 32nm世代以後便需加以應用 的雙重曝光技術(狹義之雙重曝光技術〔DP技術〕、二次曝光技術〔DE技術〕等所使用之轉印用遮罩，其要求非常高的圖樣精度，因此特別合適。不過，雖係對於遮光膜2使用氟系氣體進行乾蝕刻而形成遮光膜圖樣2a，但亦可使用氯系氣體進行乾蝕刻。
該乾蝕刻所使用之氯系氣體只要含有Cl即可，並無特別限制。可列舉有，例如，Cl2、SiCl2、CHCl3、CH2Cl2、CCl4及BCl3等。又，該乾蝕刻中所使用之氟系氣體只要含有F即可，並無特別限制。可列舉有，例如，CHF3、CF4、C2F6、C4F8及SF6等。尤其，含有C及F之蝕刻氣體對於含鉭材料的蝕刻率較高。另一方面，由於不含有C之氟系氣體對於玻璃基板的蝕刻率較低，故可更加減少對於玻璃基板的損傷。
另外，於該轉印用遮罩之製造方法中，較佳地於蝕刻遮罩膜3形成轉印圖樣後，將光阻圖樣4a去除，再進行於遮光膜2形成轉印圖樣的乾蝕刻。轉印圖樣尺寸相當微細，因此光阻膜4之膜厚可越薄者為佳。以膜厚較薄之光阻圖樣4a對蝕刻遮罩膜3進行圖案成形後，若在殘留有光阻圖樣4a的狀態下，對遮光膜2進行乾蝕刻之情況，則光阻圖樣4a有可能在對遮光膜2進行蝕刻時消失。於乾蝕刻中，若存在有有機系材料之光阻圖樣4a之情況，則當該光阻圖樣4a受蝕刻時將會產生碳及/或氧，該等元素將影響對遮光膜2進行乾蝕刻時的蝕刻環境。對於遮光膜2的乾蝕刻過程中，若含有碳及/或氧之光阻圖樣4a消失，則過程中的蝕刻環境便會發生變化，恐會對於圖樣精度(圖樣側壁形狀之精度或面內之CD精度等)帶來不良影響，而非為所期望的。
又，由於對蝕刻遮罩膜3進行乾蝕刻時的蝕刻氣體，與對遮光膜2進行乾蝕刻時的蝕刻氣體相異，因此多半會在不同的蝕刻腔室進行蝕刻。因光阻圖樣所造成的碳或 氧之生成，係乾蝕刻時產生缺陷的主因。因此，較佳地，於蝕刻遮罩膜3之圖案成形後，將光阻圖樣4a去除，再將遮罩基底100引導至對遮光膜2進行乾蝕刻之蝕刻腔室內。
本發明之第2實施形態中的遮罩基底，其中，第1實施形態之遮罩基底的遮光膜具備從透光性基板側層積有下層與上層的結構，高氧化層係形成於上層的下層側之相反側表層。此種結構，上層係具有作為控制相對於遮光膜曝光光線的表面反射率功能之膜(抗反射膜)的效果。關於高氧化層之具體結構及作用/效果，與第1實施形態之遮罩基底相同。又，關於透光性基板之具體結構，與第1實施形態之遮罩基底相同。
較佳地，上層之含氧量係較該高氧化層之含氧量更少。透過遮光膜之此種結構，可增加上層所確保之光學濃度，並可使遮光膜之整體膜厚變得更薄，亦可降低遮光膜的表面反射率。考量對於表面反射率特性(相對於ArF曝光光線的反射率及相對於各波長光線的反射光譜)的控制容易度，較佳地上層中的含氧量未達60at%。
該上層的含氧量較佳地為50at%以上。遮罩基底及轉印用遮罩中的遮光膜，其晶格結構為微晶，較佳地為非晶質。因此，遮光膜內之晶格結構不易成為單一結構，而容易成為混雜有複數個晶格結構的狀態。即，含鉭材料之高氧化層的情況，易形成混雜有未與氧鍵結之Ta、TaO鍵結、Ta2O3鍵結、TaO2鍵結及Ta2O5鍵結的狀態(混晶狀態)。當含鉭材料之上層的含氧量為50at%以上的情況中，理論上，膜中的鉭將全部與氧鍵結。即使是在該混晶狀態中，仍可大幅度地降低未與氧鍵結之鉭存在上層中的比率。接著，這種未與氧鍵結之鉭較少的上層係具有對於以不含氧之氯系蝕刻氣體進行乾蝕刻的耐性。
較佳地，高氧化層的含氧量為67at%以上，除了 該高氧化層部分以外之上層的含氧量為50at%以上。當含鉭材料之上層的含氧量為50at%以上的情況，理論上，膜中的鉭將全部與氧鍵結。這種未與氧鍵結之鉭較少的上層係具有對於以不含氧之氯系蝕刻氣體進行乾蝕刻的耐性。再者，含鉭材料之高氧化層的含氧量為67at%以上時，理論上，將提升Ta2O5鍵結狀態的含量比。藉由於上層之表層設置有Ta2O5鍵結狀態之含量比較高的高氧化層，來大幅度地提升對於以氯系氣體與氧氣的混合氣體進行乾蝕刻時之上層表面之耐性。尤其，在上層具備有抗反射功能的情況中，能抑制進行將鉻系材料之蝕刻遮罩膜去除的乾蝕刻後的表面反射率之變化。
較佳地，高氧化層之Ta2O5鍵結的含量比係較上層之Ta2O5鍵結的含量比更高。Ta2O5鍵結為具有非常高穩定性的鍵結狀態，藉由增加高氧化層中Ta2O5鍵結的含量比，來大幅度地提升對於以氯系氣體與氧氣的混合氣體進行乾蝕刻的耐性。
又，較佳地該下層的含氧量未達10at%。藉由大幅度地抑制由含鉭材料所組成之下層的含氧量，可提升以不含氧之氯系氣體之乾蝕刻速率。
藉由將含氧量為50at%以上的上層，與含氧量未達10at%的下層加以組合，可達成光阻膜之進一步薄膜化的目的。上層係難以不含氧之氯系氣體進行乾蝕刻，而下層則可充份地以不含氧之氯系氣體進行乾蝕刻。因此，以形成有轉印圖樣的上層作為遮罩，且以不含氧之氯系氣體進行乾蝕刻，可於下層形成轉印圖樣。上述般遮光膜結構的情況，便不需於上層及下層兩處形成轉印圖樣前仍殘留光阻圖樣。
形成下層之材料係與形成第1實施形態之遮罩基底的遮光膜為相同材料。又，形成上層之材料較佳地係含 有鉭與氧，進一步地又含有氮、硼及碳等的材料。可列舉有，例如，TaO、TaON、TaBO、TaBON、TaCO、TaCON、TaBCO及TaBOCN等。
下層較佳地係以含鉭與氮材料所形成。關於這種結構的作用/效果、及合適之含氮量係與第1實施形態之遮罩基底的遮光膜相同。
使用本發明之第2實施形態之遮罩基底的轉印用遮罩之製造方法，其具有下列步驟：於蝕刻遮罩膜上形成具有轉印圖樣之光阻膜的步驟；以形成有轉印圖樣之光阻膜作為遮罩，並藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，而於該蝕刻遮罩膜形成轉印圖樣的步驟；以形成有該轉印圖樣之光阻膜或蝕刻遮罩膜作為遮罩，並藉由乾蝕刻而於該遮光膜形成轉印圖樣的步驟；以及於該遮光膜形成轉印圖樣後，藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，來將蝕刻遮罩膜去除的步驟。
圖3係顯示本發明之第2實施形態中遮罩基底101之結構的剖面圖。又，圖4係顯示使用該遮罩基底101的轉印用遮罩201之製造方法之製造步驟的剖面圖。如圖4(a)所示，該遮罩基底101係於透光性基板1上層積有具備下層23及上層24的遮光膜2與蝕刻遮罩膜3，高氧化層242係形成於上層24的下層23側之相反側(蝕刻遮罩膜3側)表層處(除了高氧化層242的上層24係上層本體241)。遮罩基底101的各結構細節如前述。以下，根據圖4所示之製造步驟，說明轉印用遮罩之製造方法。
首先，於該遮罩基底101之蝕刻遮罩膜3上形成光阻膜4(參考圖4(b))。其次，對光阻膜4曝光描繪所需之轉印圖樣，接著進行顯影處理等特定處理，而形成具有轉印圖樣之光阻膜4(光阻圖樣4a)(參考圖4(c))。隨後，以光阻圖樣4a作為遮罩，並藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾 蝕刻，而於蝕刻遮罩膜3形成轉印圖樣(蝕刻遮罩圖樣3a)(參考圖4(d))。其次，將光阻圖樣4a去除，接著以蝕刻遮罩圖樣3a作為遮罩，並藉由使用氟系氣體之乾蝕刻，而於上層24(高氧化層242及上層本體241)形成轉印圖樣(上層圖樣24a)(參考圖4(e))。此時，由於下層23係由亦能以氟系氣體進行乾蝕刻的材料所形成，因此下層23之上方受輕微蝕刻並不會造成問題。另外，對上層24進行乾蝕刻時，亦可殘留有光阻圖樣4a。該情況中，於形成遮光膜圖樣2a後再將光阻圖樣4a去除。
隨後，以蝕刻遮罩圖樣3a或上層圖樣24a作為遮罩，並進行使用不含氧之氯系氣體的乾蝕刻，而於下層23形成轉印圖樣(下層圖樣23a)(參考圖4(f))。透過該步驟，便會形成層積有下層圖樣23a與上層圖樣24a(高氧化層圖樣242a及上層本體圖樣241a)的遮光膜圖樣2a。再者，進行使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻來將蝕刻遮罩圖樣3a去除，並進行清洗等之特定處理，而獲得轉印用遮罩201(參考圖4(g))。
如前述般將蝕刻遮罩圖樣3a去除時，即使進行使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，遮光膜2表面(高氧化層242)仍具有高耐性。因此，所製造出之轉印用遮罩201的遮光膜圖樣2a之表面反射率的面內均勻性高，且其它光學特性亦良好。又，遮光膜圖樣2a之線邊緣粗糙度亦良好。尤其，自DRAM hp 32nm世代以後便需加以應用的雙重曝光技術(狹義之雙重曝光技術〔DP技術〕、二次曝光技術〔DE技術〕等所使用之轉印用遮罩，其要求非常高的圖樣精度，因此特別合適。
不過，該第2實施形態中轉印用遮罩之製造方法，雖對上層及下層使用相異的蝕刻氣體，但亦可對上層及下層使用相同的蝕刻氣體(例如，氟系氣體)進行乾蝕 刻。另外，關於該乾蝕刻所使用之氯系氣體及氟系氣體，係與第1實施形態的轉印用遮罩之製造方法相同。
又，於上層24(高氧化層242及上層本體241)形成轉印圖樣(上層圖樣24a)時，不僅以蝕刻遮罩膜3作為遮罩，亦能以形成有轉印圖樣之光阻膜(光阻圖樣4a)作為遮罩，並藉由使用氟系氣體之乾蝕刻，而於上層24形成轉印圖樣。該情況中，其後，能以形成有轉印圖樣之光阻膜(光阻圖樣4a)、蝕刻遮罩膜(蝕刻遮罩圖樣3a)或上層(上層圖樣24a)作為遮罩，且使用實質上不含氧之氯系氣體進行乾蝕刻，而於下層23形成轉印圖樣(下層圖樣23a)。於下層23形成轉印圖樣(下層圖樣23a)後，可進行使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，來將蝕刻遮罩膜3去除。
對含有鉻之蝕刻遮罩膜，為獲得能加速相對於不含氧之氯系氣體的乾蝕刻率之條件，進行以下實驗。具體而言，係對表1所示之鉻系材料的8種試樣膜，使用不含氧之氯系氣體(Cl2)進行乾蝕刻，來求得各蝕刻率。該結果如圖5所示。
圖5中，各試樣膜中含氧量與相對於不含氧之氯系氣體的蝕刻率之間關係顯示為■線圖，各試樣膜中含鉻量與相對於氯系氣體的蝕刻率之間關係則顯示為▲線圖。另外，圖5中之■及▲各點所賦予的記號係對應於試樣膜的編號。觀察該結果，可知含氧量與相對於不含氧之氯系氣體的蝕刻率之間具有相關性。又，亦發現試樣膜中含有氮及碳之影響較低。另一方面，可知含鉻量與相對於不含氧之氯系氣體的蝕刻率之間的相關性很低。
又，如圖5所示之結果中，鉻系材料膜中的含氧量為40at%以上時，相對於不含氧之氯系氣體的蝕刻率可達8.0nm/min(分)以上。例如，為了於遮光膜下層形成轉印圖樣，大約只須以不含氧之氯系氣體進行30秒乾蝕刻。此時，以含氧量為40at%以上之鉻系材料形成蝕刻遮罩膜時，若膜厚不超過4nm，則可於下層之乾蝕刻的同時將蝕刻遮罩膜去除。又，以含氧量為45at%以上之鉻系材料形成蝕刻遮罩膜時，若膜厚不超過5nm，則可於下層之乾蝕刻的同時將蝕刻遮罩膜去除。以含氧量為50at%以上之鉻系材料形成蝕刻遮罩膜時，若膜厚不超過6nm，則可於下層之乾蝕刻的同時將蝕刻遮罩膜去除。以含氧量為60at%以上之鉻系材料形成蝕刻遮罩膜時，若膜厚不超過7nm，則可於下層之乾蝕刻的同時將蝕刻遮罩膜去除。
前述實驗之試樣膜中，即使是含氧量最多的試樣膜H之情況中，當膜厚超過7.25nm時，於該條件之情況，亦難以於下層之乾蝕刻的同時將蝕刻遮罩膜去除。試樣膜H係理論上接近完全將氧化鉻氧化之含氧量的含氧量膜。如上述，於第2實施形態之遮罩基底中，蝕刻遮罩膜期望為7nm以下，較佳地為6nm以下，更佳地為5nm以下。又，於第2實施形態之遮罩基底中，由鉻系材料所組成之蝕刻遮罩膜，欲使形成轉印圖樣時之圖樣側壁具有特定程度以上之 垂直度，較佳地至少為4nm以上。由此，蝕刻遮罩膜含氧量期望為40at%以上。又，較佳地蝕刻遮罩膜之含氧量為45at%以上，更佳地為50at%以上，特佳地為60at%以上。
該各實施形態之遮罩基底的遮光膜不限定於上述之層積結構。遮光膜亦可為3層的層積結構、單層之成分梯度膜、或於上層與下層之間有成分梯度膜之結構。該各實施形態之遮罩基底所製成的轉印用遮罩係具有良好的線邊緣粗糙度，圖樣精度亦為優良。因此，於製造對遮光膜圖樣要求非常高位置精度的雙重曝光技術(DP技術、DE技術等)所使用之轉印用遮罩組的情況中，係特別合適。
該遮罩基底亦可於透光性基板與該遮光膜之間形成有由對透光性基板與該遮光膜皆具有蝕刻選擇性之材料(包含有Cr之材料，例如，Cr、CrN、CrC、CrO、CrON及CrC等)所組成的蝕刻阻擋膜及/或蝕刻遮罩膜。再者，亦可於透光性基板與遮光膜之間形成有相對曝光光線具特定相位差效果與穿透率的半色調相位差膜，或僅具有特定穿透率的光半穿透膜(該情況中，遮光膜主要用於形成遮光帶或遮光板等。)。
藉由各實施形態之遮罩基底製成之轉印用遮罩薄膜所形成的轉印圖樣表層處，較佳地亦形成含氧量為60at%以上的高氧化層。關於高氧化層及含鉭材料之高氧化層等的態樣及作用效果與前述相同。
其次，參考圖1至圖4並說明根據各實施形態製造遮罩基底及轉印用遮罩的實施例。
(實施例1)
〔遮罩基底之製造〕
準備由長寬尺寸約152mm×約152mm、厚度約6.25mm之合成石英玻璃所形成的透光性基板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(均方根 粗糙度Rq為0.2nm以下)，進行指定之清洗處理及乾燥處理後，進行自透光性基板表層將氫排除的加熱處理(500℃、40分)。
其次，於枚葉式DC濺鍍裝置內設置透光性基板1，使用鉭靶材，引入Xe與N2的混合氣體，並透過反應性濺射，而形成42nm膜厚之由TaN所組成之下層23(遮光層)。隨後，維持將透光性基板1設置於濺鍍裝置內的狀態，將濺鍍裝置內的氣體替換成Ar與O2的混合氣體，並透過反應性濺射，而形成9nm膜厚之由TaO所組成之上層24(抗反射層)。根據以上程序，於透光性基板上，形成由TaN所組成之下層23與由TaO所組成之上層24的層積結構之鉭系材料遮光膜2。
其次，在對形成有鉭系材料遮光膜2之透光性基板1進行自然氧化前(例如成膜後1小時以內)，或於成膜後收存於不會自然氧化的環境下後，浸泡於90℃的去離子水(DI Water：deionized water)中120分鐘，進行溫水處理(表面處理)。對於經溫水處理後之遮光膜進行AES(歐傑電子光譜分析)的結果如圖6所示。從該結果確認，上層24之表層形成有厚度2nm的高氧化層242。該高氧化層242的含氧量為71.4at%~67at%。又，其它層的組成係：下層(Ta：86at%、N：16at%)、除了高氧化層部分以外的上層本體241(Ta：42at%、O：58at%)。另外，於ArF曝光光線(波長193nm)中，該遮光膜2表面側的反射率(表面反射率)為25.1%。又，於ArF曝光光線中，該遮光膜2透光性基板1側的反射率為38.2%。該遮光膜2相對ArF曝光光線的OD(光學濃度)為3.06。
又，對遮光膜2進行XPS分析(X光電子光譜分析)。遮光膜2的Ta4f狹帶頻譜如圖7所示。於圖7的結果中，觀察到遮光膜2最表層的狹帶頻譜於Ta2O5鍵結能量 25.4eV)的位置處具有高峰值。又，觀察到距遮光膜2表面1nm深處的Ta4f狹帶頻譜峰值，於Ta2O5鍵結能量(25.4eV)與Ta鍵結能量(21.0eV)之間，峰值係靠近Ta2O5側。從該等結果可知，於上層24表層形成有具有Ta2O5鍵結的高氧化層。
其次，在枚葉式DC濺鍍裝置內設置形成有遮光膜之透光性基板，使用鉻靶材，引入Ar、CO2及N2的混合氣體，並透過反應性濺射，而形成10nm膜厚之由CrOCN(Cr：34at%、O：39at%、C：11at%、N：16at%)所組成之蝕刻遮罩膜3(硬遮罩膜)。根據以上製程，而獲得實施例1之遮罩基底101，其係於透光性基板之主表面上具備有由TaN所組成之下層23與於表層處由包含有鉭之高氧化層242的TaO所組成之上層24所構成的層積結構之遮光膜2，且更進一步地層積有由CrOCN所組成之蝕刻遮罩膜3。
〔轉印用遮罩之製造〕
其次，使用實施例1之遮罩基底101，依以下製程製作出實施例1之轉印用遮罩201。首先，藉由旋轉塗佈法，於蝕刻遮罩膜3上形成膜厚60nm之由電子線描繪用化學增幅型光阻所組成的光阻膜4(參考圖4(b))。其次，對於光阻膜4進行轉印圖樣的電子線描繪，並進行特定之顯影處理及清洗處理，而形成光阻圖樣4a(參考圖4(c))。不過，進行電子線描繪的轉印圖樣係為，使用雙重曝光技術而將22nm節點之微細圖樣分割成兩個較為稀疏之轉印圖樣當中的其中一者。其次，以光阻圖樣4a作為遮罩，並藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，而於蝕刻遮罩膜3形成轉印圖樣(蝕刻遮罩圖樣3a)(參考圖4(d))。隨後，將光阻圖樣4a去除後，以蝕刻遮罩圖樣3a作為遮罩，並使用氟系氣體(CF4)進行乾蝕刻，而於包含有遮光膜2之高氧化層242的上層24形成轉印圖樣(上層圖樣24a)(參考圖4(e))。此時，下層 23之上側亦受輕微蝕刻。再者，以蝕刻遮罩圖樣3a或上層圖樣24a作為遮罩，並使用氯系氣體(Cl2)進行乾蝕刻，而於遮光層之下層23形成轉印圖樣(下層圖樣23a)(參考圖4(f))。最後，藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，來將蝕刻遮罩圖樣3a去除(參考圖4(g))。透過以上製程，獲得轉印用遮罩201(二元式遮罩)。
製作好的實施例1之轉印用遮罩201，於ArF曝光光線(波長193nm)中，遮光膜圖樣2a表面側的反射率(表面反射率)為25.2%，與成膜有遮光膜2階段之遮罩基底處所測得的反射率相比幾無變化。又，所測得的線邊緣粗糙度係相當地微小。再者，對遮光膜圖樣2a側壁部分進行剖面TEM觀察，上層圖樣24a邊緣部分的圓角係於容許範圍內，為良好的結果。於相同的製程中，係使用該實施例1之遮罩基底，來製作出具有使用雙重曝光技術而將22nm節點之微細圖樣分割成2個較為稀疏之轉印圖樣當中的另一者之轉印圖樣的轉印用遮罩。透過以上製程，藉由使用2個轉印用遮罩並以雙重曝光技術進行曝光轉印，而獲得可將22nm節點之微細圖樣轉印至轉印物體的實施例1之轉印用遮罩組。
〔半導體元件之製造〕
使用製作好的實施例1之轉印用遮罩組，並使用以ArF準分子雷射作為曝光光線的曝光裝置，且應用雙重曝光技術，而於半導體元件上之光阻膜曝光轉印出22nm節點之微細圖樣。對曝光後之半導體元件上的光阻膜進行特定之顯影處理，而形成光阻圖樣，並以該光阻圖樣作為遮罩，來對下層膜進行乾蝕刻，而形成電路圖樣。確認了形成於半導體元件之電路圖樣沒有因套印精度不足而導致電路圖樣之配線短路及斷線。
(實施例2)
〔遮罩基底之製造〕
除了將蝕刻遮罩膜3之材料改為CrO(Cr：46at%、O：54at%)，並將膜厚改為6nm以外，依與實施例1相同之製程製造出實施例2之遮罩基底。
〔轉印用遮罩之製造〕
其次，使用實施例2之遮罩基底101，依以下製程製作出實施例2之轉印用遮罩201。首先，藉由旋轉塗佈法，於蝕刻遮罩膜3上形成膜厚60nm之由電子線描繪用化學增幅型光阻所組成的光阻膜4(參考圖4(b))。其次，對於光阻膜4進行轉印圖樣的電子線描繪，並進行特定之顯影處理及清洗處理，而形成光阻圖樣4a(參考圖4(c))。不過，進行電子線描繪的轉印圖樣係為，使用雙重曝光技術而將22nm節點之微細圖樣分割成兩個較為稀疏之轉印圖樣當中的其中一者。其次，以光阻圖樣4a作為遮罩，並藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，而於蝕刻遮罩膜3形成轉印圖樣(蝕刻遮罩圖樣3a)(參考圖4(d))。接著，將光阻圖樣4a去除後，以蝕刻遮罩圖樣3a作為遮罩，並使用氟系氣體(CF4)進行乾蝕刻，而於包含有遮光膜2之高氧化層242的上層24形成轉印圖樣(上層圖樣24a)(參考圖4(e))。此時，下層23之上側亦受輕微蝕刻。再者，以上層圖樣24a作為遮罩，並使用氯系氣體(Cl2)進行乾蝕刻，而於遮光層之下層23形成轉印圖樣(下層圖樣23a)。此時，蝕刻遮罩圖樣3a亦會藉由使用氯系氣體(Cl2)之乾蝕刻而被全部去除(參考圖4(g))。透過以上製程，獲得轉印用遮罩201(二元式遮罩)。
製作好的實施例2之轉印用遮罩201，於ArF曝光光線(波長193nm)中，遮光膜2表面側的反射率(表面反射率)為25.6%，與成膜有遮光膜2階段之遮罩基底處所測得的反射率相比幾無變化。又，所測得的線邊緣粗糙度係相當地微小。再者，對遮光膜圖樣2a側壁部分進行剖面TEM觀察，上層圖樣24a邊緣部分的圓角係於容許範圍內，為良好 的結果。於相同的製程中，係使用該實施例2之遮罩基底，來製作出具有使用雙重曝光技術而將22nm節點之微細圖樣分割成2個較為稀疏之轉印圖樣當中的另一者之轉印圖樣的轉印用遮罩。透過以上製程，使用2個轉印用遮罩並以雙重曝光技術進行曝光轉印，而獲得可將22nm節點之微細圖樣轉印至轉印物體的實施例2之轉印用遮罩組。
〔半導體元件之製造〕
使用製作好的實施例2之轉印用遮罩組，並使用以ArF準分子雷射作為曝光光線的曝光裝置，且應用雙重曝光技術，而於半導體元件上之光阻膜曝光轉印出22nm節點之微細圖樣。對曝光後之半導體元件上的光阻膜進行特定之顯影處理，而形成光阻圖樣，並以該光阻圖樣作為遮罩，來對下層膜進行乾蝕刻，而形成電路圖樣。確認了形成於半導體元件之電路圖樣沒有因套印精度不足而導致電路圖樣之配線短路及斷線。
(實施例3)
〔遮罩基底之製造〕
除了將於遮光膜2之上層24處形成高氧化層242製程中的溫水處理製程，以臭氧水處理替代之外，依與實施例1相同之製程製造出實施例3之遮罩基底。臭氧水處理(表面處理)的條件係使用臭氧濃度50ppm、溫度25℃的臭氧水，處理時間15分。
對經臭氧水處理後的遮光膜2進行AES(歐傑電子光譜分析)。從該結果確認，上層24之表層係形成有厚度2nm的高氧化層242。該高氧化層242的含氧量為71.4at%~67at%。其它遮光膜2的各層組成及光學特性係與實施例1之遮光膜2相同。又，對遮光膜2進行XPS分析(X光電子光譜分析)，觀察到遮光膜2最表層的Ta4f狹帶頻譜於Ta2O5鍵結能量(25.4eV)的位置處具有高峰值。又，觀察到距遮光 膜2表面1nm深處的Ta4f狹帶頻譜峰值，於Ta2O5鍵結能量(25.4eV)與Ta鍵結能量(21.0eV)之間，峰值係靠近Ta2O5側。從該等結果可知，於上層24表層形成有具有Ta2O5鍵結的高氧化層242。
〔轉印用遮罩之製造〕
其次，使用實施例3之遮罩基底，依與實施例1相同的製程製作出實施例3之轉印用遮罩。製作好的實施例3之轉印用遮罩，於ArF曝光光線(波長193nm)中，遮光膜表面側的反射率(表面反射率)為25.3%，與成膜有遮光膜2階段之遮罩基底處所測得的反射率相比幾無變化。又，所測得的線邊緣粗糙度係相當地微小。再者，對遮光膜圖樣2a側壁部分進行剖面TEM觀察，上層圖樣24a邊緣部分的圓角係於容許範圍內，為良好的結果。於相同的製程中，係使用該實施例3之遮罩基底，來製作出具有使用雙重曝光技術而將22nm節點之微細圖樣分割成2個較為稀疏之轉印圖樣當中的另一者之轉印圖樣的轉印用遮罩。透過以上製程，使用2個轉印用遮罩並以雙重曝光技術進行曝光轉印，而獲得可將22nm節點之微細圖樣轉印至轉印物體的實施例3之轉印用遮罩組。
〔半導體元件之製造〕
使用製作好的實施例3之轉印用遮罩組，並使用以ArF準分子雷射作為曝光光線的曝光裝置，且應用雙重曝光技術，而於半導體元件上之光阻膜曝光轉印出22nm節點之微細圖樣。對曝光後之半導體元件上的光阻膜進行特定之顯影處理，而形成光阻圖樣，並以該光阻圖樣作為遮罩，來對下層膜進行乾蝕刻，而形成電路圖樣。確認了形成於半導體元件之電路圖樣沒有因套印精度不足而導致電路圖樣之配線短路及斷線。
(實施例4)
〔遮罩基底之製造〕
除了將於遮光膜2之上層24處形成高氧化層242製程中的溫水處理製程，以加熱處理替代之外，依與實施例1相同之製程製造出實施例4之遮罩基底。加熱處理(表面處理)的條件係於大氣中、加熱溫度140℃、處理時間30分。
對經加熱處理後的遮光膜2進行AES(歐傑電子光譜分析)。從該結果確認，上層24之表層形成有厚度2nm的高氧化層242。該高氧化層242的含氧量為71.4at%~67at%。其它遮光膜2的各層組成及光學特性係與實施例1之遮光膜2相同。又，對遮光膜2進行XPS分析(X光電子光譜分析)，觀察到遮光膜2最表層的Ta4f狹帶頻譜於Ta2O5鍵結能量(25.4eV)的位置處具有高峰值。又，觀察到距遮光膜2表面1nm深處的Ta4f狹帶頻譜峰值，於Ta2O5鍵結能量(25.4eV)與Ta鍵結能量(21.0eV)之間，峰值係靠近Ta2O5側。從該等結果可知，於上層24表層形成有具有Ta2O5鍵結的高氧化層242。
〔轉印用遮罩之製造〕
其次，使用實施例4之遮罩基底，依與實施例1相同的製程製作出實施例4之轉印用遮罩。製作好的實施例4之轉印用遮罩，於ArF曝光光線(波長193nm)中，遮光膜表面側的反射率(表面反射率)為25.3%，與成膜有遮光膜2階段之遮罩基底處所測得的反射率相比幾無變化。又，所測得的線邊緣粗糙度係相當地微小。再者，對於遮光膜圖樣2a側壁部分進行剖面TEM觀察，上層圖樣24a邊緣部分的圓角係於容許範圍內，為良好的結果。於相同的程序中，使用該實施例4之遮罩基底，製作出具有使用雙重曝光技術而將22nm節點之微細圖樣分割成2個較為稀疏之轉印圖樣當中的另一者之轉印圖樣的轉印用遮罩。透過以上製程，使用2個轉印用遮罩並以雙重曝光技術進行曝光轉印，而獲得 可將22nm節點之微細圖樣轉印於轉印物體的實施例4之轉印用遮罩組。
〔半導體元之製造〕
使用製作好的實施例4之轉印用遮罩組，並使用以ArF準分子雷射作為曝光光線的曝光裝置，且應用雙重曝光技術，而於半導體元件上之光阻膜曝光轉印出22nm節點之微細圖樣。對曝光後之半導體元件上的光阻膜進行特定之顯影處理，而形成光阻圖樣，並以該光阻圖樣作為遮罩，來對下層膜進行乾蝕刻，而形成電路圖樣。確認了形成於半導體元件之電路圖樣沒有因套印精度不足而導致電路圖樣之配線短路及斷線。
(實施例5)
〔遮罩基底之製造〕
除了將於遮光膜2之上層24處形成高氧化層242製程中的溫水處理製程，以紫外線照射處理替代之外，依與實施例1相同之程序製造出實施例5之遮罩基底。紫外線照射處理(表面處理)係將50mJ/cm2的ArF準分子雷射光以1cm/秒的掃瞄速度進行全掃瞄。
對經紫外線照射處理後的遮光膜2進行AES(歐傑電子光譜分析)。從該結果確認，上層24之表層形成有厚度2nm的高氧化層242。該高氧化層242的含氧量為71.4at%~67at%。其它遮光膜2的各層組成及光學特性係與實施例1之遮光膜2相同。又，對遮光膜2進行XPS分析(X光電子光譜分析)，觀察到遮光膜2最表層的Ta4f狹帶頻譜於Ta2O5鍵結能量(25.4eV)的位置處具有高峰值。又，觀察到距遮光膜2表面1nm深處的Ta4f狹帶頻譜峰值，於Ta2O5鍵結能量(25.4eV)與Ta鍵結能量(21.0eV)之間，峰值係靠近Ta2O5側。從該等結果可知，於上層24表層形成有具有Ta2O5鍵結的高氧化層242。
〔轉印用遮罩之製造〕
其次，使用實施例5之遮罩基底，依與實施例1相同的製程製作出實施例5之轉印用遮罩。製作好的實施例5之轉印用遮罩，於ArF曝光光線(波長193nm)中，遮光膜表面側的反射率(表面反射率)為25.2%，與成膜有遮光膜2階段之遮罩基底處所測得的反射率相比幾無變化。又，所測得的線邊緣粗糙度係相當地微小。再者，對遮光膜圖樣2a側壁部分進行剖面TEM觀察，上層圖樣24a邊緣部分的圓角係於容許範圍內，為良好的結果。於相同的製程中，係使用該實施例5之遮罩基底，來製作出具有使用雙重曝光技術而將22nm節點之微細圖樣分割成2個較為稀疏之轉印圖樣當中的另一者之轉印圖樣的轉印用遮罩。透過以上製程，使用2個轉印用遮罩並以雙重曝光技術進行曝光轉印，而獲得可將22nm節點之微細圖樣轉印於轉印物體的實施例5之轉印用遮罩組。
〔半導體元件之製造〕
使用製作好的實施例5之轉印用遮罩組，並使用以ArF準分子雷射作為曝光光線的曝光裝置，且應用雙重曝光技術，而於半導體元件上之光阻膜曝光轉印出22nm節點之微細圖樣。對曝光後之半導體元件上的光阻膜進行特定之顯影處理，而形成光阻圖樣，並以該光阻圖樣作為遮罩，來對下層膜進行乾蝕刻，而形成電路圖樣。確認了形成於半導體元件之電路圖樣沒有因套印精度不足而導致電路圖樣之配線短路及斷線。
(實施例6)
〔遮罩基底之製造〕
除了將於遮光膜2之上層24處形成高氧化層242製程中的溫水處理製程，以氧電漿處理替代之外，依與實施例1相同之製程製造出實施例6之遮罩基底。氧電漿處理 (表面處理)的條件係將遮罩基底101導入進行氧電漿灰化用之光阻剝離裝置、處理時間5分。
對經氧電漿處理後的遮光膜2進行AES(歐傑電子光譜分析)。從該結果確認上層24之表層形成有厚度2nm的高氧化層242。該高氧化層242的含氧量為71.4at%~67at%。其它遮光膜2的各層組成及光學特性係與實施例1之遮光膜2相同。又，對遮光膜2進行XPS分析(X光電子光譜分析)，觀察到遮光膜2最表層的Ta4f狹帶頻譜於Ta2O5鍵結能量(25.4eV)的位置處具有高峰值。又，觀察到距遮光膜2表面1nm深處的Ta4f狹帶頻譜峰值，於Ta2O5鍵結能量(25.4eV)與Ta鍵結能量(21.0eV)之間，峰值係靠近Ta2O5側。從該等結果可知，於上層24表層形成有具有Ta2O5鍵結的高氧化層242。
〔轉印用遮罩之製造〕
其次，使用實施例6之遮罩基底，依與實施例1相同的製程製作出實施例6之轉印用遮罩。製作好的實施例6之轉印用遮罩，於ArF曝光光線(波長193nm)中，遮光膜表面側的反射率(表面反射率)為25.3%，與成膜有遮光膜2階段之遮罩基底處所測得的反射率相比幾無變化。又，所測得的線邊緣粗糙度係相當地微小。再者，對於遮光膜圖樣2a側壁部分進行剖面TEM觀察，上層圖樣24a邊緣部分的圓角係於容許範圍內，為良好的結果。於相同的製程中，係使用該實施例6之遮罩基底，製作出具有使用雙重曝光技術而將22nm節點之微細圖樣分割成2個較為稀疏之轉印圖樣當中的另一者之轉印圖樣的轉印用遮罩。透過以上製程，使用2個轉印用遮罩並以雙重曝光技術進行曝光轉印，而獲得可將22nm節點之微細圖樣轉印於轉印物體的實施例4之轉印用遮罩組。
〔半導體元件之製造〕
使用製作好的實施例6之轉印用遮罩組，並使用以ArF準分子雷射作為曝光光線的曝光裝置，且應用雙重曝光技術，而於半導體元件上之光阻膜曝光轉印出22nm節點之微細圖樣。對曝光後之半導體元件上的光阻膜進行特定之顯影處理，而形成光阻圖樣，並以該光阻圖樣作為遮罩，來對下層膜進行乾蝕刻，而形成電路圖樣。確認了形成於半導體元件之電路圖樣沒有因套印精度不足而導致電路圖樣之配線短路及斷線。
(實施例7)
〔遮罩基底之製造〕
準備由長寬尺寸約152mm×約152mm、厚度約6.25mm之合成石英玻璃所形成的透光性基板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(均方根粗糙度Rq為0.2nm以下)，進行指定之清洗處理及乾燥處理後，進行自透光性基板表層將氫排除的加熱處理(500℃、40分)。
其次，於枚葉式DC濺鍍裝置內設置透光性基板1，使用鉭靶材，引入Xe與N2的混合氣體，並透過反應性濺射，而形成49nm膜厚之由TaN所組成之遮光膜2。透過以上製程，於透光性基板1上形成有由TaN所組成之遮光膜2。
其次，在對鉭系材料遮光膜2之透光性基板1進行自然氧化前(例如成膜後1小時以內)，或於成膜後收存於不會自然氧化的環境下後，浸泡於90℃的去離子水(DI Water：deionized water)中120分鐘，進行溫水處理(表面處理)。對於經溫水處理後之遮光膜進行AES(歐傑電子光譜分析)。從該結果確認，遮光膜2之表層形成有厚度2nm的高氧化層22。該高氧化層22的含氧量為71.4at%~67at%。又，除了高氧化層部分以外的遮光膜本體21膜之組成係：Ta：77at%、N：23at%)。另外，該遮光膜2相對ArF曝光光 線的OD(光學濃度)為3.1。
又，對遮光膜2進行XPS分析(X光電子光譜分析)。觀察到遮光膜2最表層的Ta4f狹帶頻譜於Ta2O5鍵結能量(25.4eV)的位置處具有高峰值。又，觀察到距遮光膜2表面1nm深處的Ta4f狹帶頻譜峰值，於Ta2O5鍵結能量(25.4eV)與Ta鍵結能量(21.0eV)之間，峰值係靠近Ta2O5側。從該等結果可知，於遮光膜2表層形成有具有Ta2O5鍵結的高氧化層22。
其次，在枚葉式DC濺鍍裝置內設置形成有遮光膜2之透光性基板，使用鉻靶材，引入Ar與O2的混合氣體，並透過反應性濺射，而形成6nm膜厚之由CrO(Cr：46at%、O：54at%)所組成之蝕刻遮罩膜3(硬遮罩膜)。根據以上製程，而獲得實施例7之遮罩基底100，其係於透光性基板2之主表面上具備有由包含鉭之高氧化層22的TaN所組成之遮光膜2，再層積有由CrO所組成之蝕刻遮罩膜3。
〔轉印用遮罩之製造〕
其次，使用實施例7之遮罩基底100，依以下製程製作出實施例7之轉印用遮罩200。首先，藉由旋轉塗佈法，於蝕刻遮罩膜3上形成膜厚60nm之由電子線描繪用化學增幅型光阻所組成的光阻膜4(參考圖2(b))。其次，對於光阻膜4進行轉印圖樣的電子線描繪，並進行特定之顯影處理及清洗處理，形成光阻圖樣4a(參考圖2(c))。不過，進行電子線描繪的轉印圖樣係為，使用雙重曝光技術而將22nm節點之微細圖樣分割成兩個較為稀疏之轉印圖樣當中的其中一者。其次，以光阻圖樣4a作為遮罩，並藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，而於蝕刻遮罩膜3形成轉印圖樣(蝕刻遮罩圖樣3a)(參考圖2(d))。隨後，將光阻圖樣4a去除後，以蝕刻遮罩圖樣3a作為遮罩，並使用氟系氣體(CF4)進行乾蝕刻，而於包含有高氧化層22的遮光膜2形成轉印圖 樣(遮光膜圖樣2a)(參考圖2(e))。最後，藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，來將蝕刻遮罩圖樣3a去除(參考圖2(f))。透過以上製程，獲得轉印用遮罩200(二元式遮罩)。
製作好的實施例7之轉印用遮罩200的遮光膜2表面側的反射率(表面反射率)，與成膜有遮光膜2階段之遮罩基底處所測得的反射率相比幾無變化。又，所測得的線邊緣粗糙度係相當地微小。再者，對於遮光膜圖樣2a側壁部分進行剖面TEM觀察，遮光膜圖樣2a邊緣部分的圓角係於容許範圍內，為良好的結果。於相同的製程中，係使用該實施例7之遮罩基底，來製作出具有使用雙重曝光技術而將22nm節點之微細圖樣分割成2個較為稀疏之轉印圖樣當中的另一者之轉印圖樣的轉印用遮罩。透過以上製程，使用2個轉印用遮罩並以雙重曝光技術進行曝光轉印，而獲得可將22nm節點之微細圖樣轉印於轉印物體的實施例7之轉印用遮罩組。
〔半導體元件之製造〕
使用製作好的實施例7之轉印用遮罩組，並使用以ArF準分子雷射作為曝光光線的曝光裝置，且應用雙重曝光技術，而於半導體元件上之光阻膜曝光轉印出22nm節點之微細圖樣。對曝光後之半導體元件上的光阻膜進行特定之顯影處理，而形成光阻圖樣，並以該光阻圖樣作為遮罩，來對下層膜進行乾蝕刻，而形成電路圖樣。確認了形成於半導體元件之電路圖樣沒有因套印精度不足而導致電路圖樣之配線短路及斷線。
(比較例1)
〔遮罩基底之製造〕
除了於形成遮光膜2之上層24後立即形成蝕刻遮罩膜3(不進行形成高氧化層242的製程)以外，依與實施例1 相同之製程製造出比較例1之遮罩基底。
〔轉印用遮罩之製造〕
其次，使用比較例1之遮罩基底，依與實施例1相同的製程製作出比較例1之轉印用遮罩。製作好的比較例1之轉印用遮罩，於ArF曝光光線(波長193nm)中，遮光膜2表面側的反射率(表面反射率)為28.5%，與同條件之實施例1中，與成膜有遮光膜2階段之遮罩基底處所測得的反射率相比，反射率的變化很大。亦確認了遮光膜2面內的反射率分佈惡化。又，所測得的線邊緣粗糙度超出了22nm節點的容許範圍。對遮光膜圖樣2a側壁部分進行剖面TEM觀察，上層圖樣24a邊緣部分的圓角亦超過容許範圍。於相同的製程中，係使用該比較例1之遮罩基底，來製作出具有使用雙重曝光技術而將22nm節點之微細圖樣分割成2個較為稀疏之轉印圖樣當中的另一者之轉印圖樣的轉印用遮罩。透過以上製程，使用2個轉印用遮罩並以雙重曝光技術進行曝光轉印，而獲得將22nm節點之微細圖樣轉印於轉印物體的比較例1之轉印用遮罩組。
〔半導體元件之製造〕
使用製作好的比較例1之轉印用遮罩組，並使用以ArF準分子雷射作為曝光光線的曝光裝置，且應用雙重曝光技術，而於半導體元件上之光阻膜曝光轉印出22nm節點之微細圖樣。對曝光後之半導體元件上的光阻膜進行特定之顯影處理，而形成光阻圖樣，並以該光阻圖樣作為遮罩，來對下層膜進行乾蝕刻，而形成電路圖樣。確認了形成於半導體元件之電路圖樣因套印精度不足而發生電路圖樣之配線短路及斷線。因此，比較例1之轉印用遮罩組無法將22nm節點之微細圖樣轉印於轉印物體。
1‧‧‧透光性基板
2‧‧‧遮光膜
3‧‧‧蝕刻遮罩膜
21‧‧‧遮光膜本體
22‧‧‧高氧化層

Claims (18)

  1. 一種遮罩基底，係製作轉印用遮罩時所使用的遮罩基底，具有於透光性基板上依序層積有遮光膜與蝕刻遮罩膜的結構，其特徵為：該蝕刻遮罩膜係由含鉻材料所組成；該遮光膜係由含鉭材料所組成；於該遮光膜的透光性基板側之相反側表層係形成有高氧化層；該高氧化層進行X光電子光譜分析時，Ta4f狹帶頻譜係於較23eV更大鍵結能量處具有最大峰值。
  2. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其中除了該高氧化層部分以外的遮光膜進行X光電子光譜分析時，Ta4f狹帶頻譜係於23eV以下鍵結能量處具有最大峰值。
  3. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其中該遮光膜係由不含矽之材料所組成。
  4. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其中該遮光膜係更進一步地由含氮材料所組成。
  5. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其中該遮光膜具備從透光性基板側依序層積有下層與上層的結構；該高氧化層係形成於該上層的該下層側之相反側表層處。
  6. 如申請專利範圍第5項之遮罩基底，其中該上層之含氧量係較該高氧化層之含氧量更少。
  7. 如申請專利範圍第6項之遮罩基底，其中該高氧化層之含氧量為67at%以上，除了該高氧化層部分以外，上層之含氧量為50at%以上。
  8. 如申請專利範圍第5項之遮罩基底，其中該高氧化層之Ta2O5鍵結的含量比係較該上層之Ta2O5鍵結的含量比更高。
  9. 如申請專利範圍第5項之遮罩基底，其中該下層之含氧量未達10at%。
  10. 如申請專利範圍第5項之遮罩基底，其中該下層係由含氮材料所組成。
  11. 如申請專利範圍第5項之遮罩基底，其中該蝕刻遮罩膜之含氧量為40at%以上。
  12. 如申請專利範圍第11項之遮罩基底，其中該蝕刻遮罩膜之膜厚為7nm以下。
  13. 一種轉印用遮罩，係使用如申請專利範圍第1至12項中任一項之遮罩基底所製造。
  14. 一種轉印用遮罩之製造方法，係使用如申請專利範圍第1至4項中任一項之遮罩基底來製作轉印用遮罩，其特徵為具有下列步驟：於該蝕刻遮罩膜上形成具有轉印圖樣之光阻膜的步驟；以形成有該轉印圖樣之光阻膜作為遮罩，並藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，而於該蝕刻遮罩膜形成轉印圖樣的步驟；以形成有該轉印圖樣之光阻膜或蝕刻遮罩膜作為遮罩，並藉由乾蝕刻而於該遮光膜形成轉印圖樣的步驟；以及於該遮光膜形成轉印圖樣後，藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻來將蝕刻遮罩膜去除的步驟。
  15. 一種轉印用遮罩之製造方法，係使用如申請專利範圍第5至11項中任一項之遮罩基底來製作轉印用遮罩，其特徵為具有下列步驟：於該蝕刻遮罩膜上形成具有轉印圖樣之光阻膜的步驟；以具有該轉印圖樣之光阻膜作為遮罩，並藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，而於該蝕刻遮罩膜形成轉印圖樣的步驟；以形成有該轉印圖樣之光阻膜或蝕刻遮罩膜作為遮罩，並 藉由使用氟系氣體之乾蝕刻，而於該上層形成轉印圖樣的步驟；以形成有該轉印圖樣之光阻膜或蝕刻遮罩膜或上層作為遮罩，並藉由使用實質上不含氧的氯系氣體之乾蝕刻，而於該下層形成轉印圖樣的步驟；以及於該下層形成轉印圖樣後，藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻來將蝕刻遮罩膜去除的步驟。
  16. 一種轉印用遮罩之製造方法，係使用如申請專利範圍第12項之遮罩基底來製作轉印用遮罩，其特徵為具有下列步驟：於該蝕刻遮罩膜上形成具有轉印圖樣之光阻膜的步驟；以具有該轉印圖樣之光阻膜作為遮罩，並藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，而於該蝕刻遮罩膜形成轉印圖樣的步驟；將該光阻膜去除的步驟；以形成有該轉印圖樣的蝕刻遮罩膜作為遮罩，並藉由使用氟系氣體之乾蝕刻，而於該上層形成轉印圖樣的步驟；以及以形成有該轉印圖樣的上層作為遮罩，並藉由使用實質上不含氧的氯系氣體之乾蝕刻，而於該下層形成轉印圖樣，且將去除蝕刻遮罩膜的步驟。
  17. 一種半導體元件之製造方法，係使用如申請專利範圍第13項之轉印用遮罩，於半導體基板上的光阻膜曝光轉印出轉印圖樣。
  18. 一種半導體元件之製造方法，係使用如申請專利範圍第14項之轉印用遮罩的製造方法所製造的轉印用遮罩，於半導體基板上的光阻膜曝光轉印出轉印圖樣。
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