TWI682233B - 遮罩基底、相移遮罩及相移遮罩之製造方法、與半導體裝置之製造方法 - Google Patents

遮罩基底、相移遮罩及相移遮罩之製造方法、與半導體裝置之製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明係一種於透光性基板上具備相移膜之遮罩基底。該相移膜具有至少含有過渡金屬及矽之相移層、及使照射向該相移層之曝光之光衰減之矽層，且該矽層相接於相移層之基板側而形成。該遮罩基底係用以製作應用波長200nm以下之雷射曝光之光之相移遮罩。

Description

遮罩基底、相移遮罩及相移遮罩之製造方法、與半導體裝置之製造方法
本發明係關於一種半導體裝置之製造中所使用之相移遮罩、半導體裝置之製造中所使用之遮罩基底。尤其是關於較佳用於以波長200nm以下之短波長之曝光之光作為曝光光源之曝光裝置的相移遮罩、其製造方法。
一般而言，於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，於該微細圖案之形成時，通常使用數片稱為轉印用遮罩(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包含金屬薄膜等之微細圖案而成者，且於該光罩之製造中，亦使用光微影法。
近年來，正顯著地推進半導體裝置之圖案之微細化。於使半導體裝置之圖案微細化時，除了形成於轉印用遮罩中之遮罩圖案之微細化以外，還必須實現光微影法所使用之曝光光源波長之短波長化。具體而言，作為製造半導體裝置時之曝光光源，近年來正由KrF(krypton fluoride，氟化氪)準分子雷射(波長248nm)向ArF(Argon fluoride，氟化氬)準分子雷射(波長193nm)推進短波長化。
又，作為轉印用遮罩之種類，已知：除了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，還有半色調式相移遮罩。該半色調式相移遮罩係於透光性基板上具有半透光膜(相移膜)之構造者，該半透光膜係使實質上無助於曝光之強度之光(例如，相對於曝光波長為1%~20%)透過，且具有特定之相位差者，例如廣泛使用包含矽化鉬等過渡金屬矽化物系化合物之材料。該半色調式相移遮罩係藉由對半透光膜進行過圖案化之半透光部、及未形成半透光膜之使實質上有助於曝光之強度之光透過的透光部使透過半透光部之光之相位相對於透過透光部之光之相位成為實質上反轉之關係，藉此使通過半透光部與透光部之邊界部附近且藉由繞射現象相互流入對方區域之光相互抵消，使邊界部之光強度大致為零，使邊界部之對比度即解像度提昇者。
然而，隨著近年來之曝光光源波長之短波長化，因轉印用遮罩之重複使用而引起之遮罩劣化變得明顯。尤其是於使用上述過渡金屬矽化物系材料之相移遮罩之情形時，因曝光光源之ArF準分子雷射(波長193nm)照射，引起透光率或相位差之變化，進而產生線寬變化(增粗)之現象。於相移遮罩之情形時，此種透光率、相位差之變化為對遮罩性能產生影響之重要問題。若透光率之變化變大，則轉印精度變差，並且，若相位差之變化變大，則變得難以獲得圖案邊界部之相移效果，圖案邊界部之對比度會降低，且解像度會大幅地降低。又，線寬變化亦會使光罩之CD(Critical Dimension，臨界尺寸)精度變差，最終使所轉印之半導體基板之CD精度變差。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2010-217514號公報
專利文獻2：日本專利特開2013-254206號公報
根據本發明者之研究，因此種轉印用遮罩之重複使用而引起之遮罩劣化之問題之背景推測如下。先前，例如若產生霧度，則進行用以去除霧度之洗淨，但無法避免因洗淨而引起之膜減少(溶出)，換言之，洗淨次數決定了遮罩壽命。然而，由於隨著近年來之霧度之改善，洗淨次數已減少，且由於遮罩之重複使用期間延長，相應地曝光時間亦延長，故而尤其是對ArF準分子雷射等短波長光之耐光性之問題重新明顯化。
於先前，為了使半透光膜之耐光性提昇，例如於上述專利文獻1中亦記載有如下方法：對形成圖案之後之過渡金屬矽化物系膜進行電漿處理、UV照射處理、或加熱處理，於過渡金屬矽化物系膜之圖案之表面形成鈍化膜。欲藉由於圖案之表面形成鈍化膜，而提高過渡金屬矽化物系膜對曝光之光之耐光性。
又，於上述專利文獻2中記載有一種使用矽與過渡金屬之總和中之過渡金屬之過渡金屬之比率為9原子%以下且氮化不充分之不完全氮化物膜之半透光膜之例。該專利文獻2中，欲對過渡金屬與氮之鍵結、過渡金屬與矽之鍵結分別進行控制，並防止伴隨曝光之光照射之過渡金屬之氧化，提高耐光性。
根據此種專利文獻1及專利文獻2所記載之方法，可獲得伴隨曝光之光照射之過渡金屬矽化物系之薄膜之變質抑制效果。然而，專利文獻1中記載之方法具有難以使已鈍化之區域之層厚(膜厚)均一之問題。若已鈍化之區域之層厚不均一，則折射率或消光係數不均一。又，就專利文獻2中記載之方法而言，具有如下問題：於以成為所需鍵結狀態之方式成膜不完全氮化物膜之情形時，針對成膜時之氮流量或成膜腔室內之壓力控制之條件設定較繁雜。總之，先前技術雖於一 定程度上可獲得提高耐光性之效果，但難以實現穩定之耐光性提昇效果，即便長期使用亦難以獲得品質穩定之遮罩。
因此，本發明係為了解決先前之問題而成者，其目的在於：第1，提供一種過渡金屬矽化物系相移膜對波長200nm以下之曝光之光之耐光性優異且品質穩定性優異之遮罩基底。第2，提供一種使用該遮罩基底而製作之相移遮罩；第3，提供一種應用該相移遮罩之半導體裝置之製造方法。
本發明者將隨著曝光光源波長之短波長化因光罩之重複使用而引起之劣化變得顯著之主要原因推測如下。
本發明者對因重複使用而使透光率或相位差已產生變化之相移遮罩之半透光膜圖案進行了研究，結果判明：於MoSi系膜之表層側產生有包含Si及O、及若干之Mo之變質層，其為透光率或相位差之變化、線寬之變化(增粗)之主要原因之一。並且，認為產生此種變質層之原因(機制)如下。即，先前之進行過濺鍍成膜之MoSi系膜(半透光膜)由於構造上有間隙，即便於成膜後進行退火，MoSi膜之構造之變化亦較小，故而於光罩之使用過程中，例如因大氣中之氧氣(O2)或水(H2O)、氧氣(O2)與ArF準分子雷射進行反應而產生之臭氧(O3)等進入至該間隙，會與構成半透光膜之Si或Mo進行反應。即，於此種環境下，若構成半透光膜之Si及Mo受到曝光之光(尤其是ArF等短波長光)之照射，則受到激發並成為過渡狀態，Si會氧化及膨脹(由於SiO2之體積大於Si)，並且Mo亦會氧化而於半透光膜之表層側產生變質層。並且認為：若因光罩之重複使用而累積受到曝光之光之照射，則Si之氧化及膨脹進一步進展，並且已氧化之Mo於變質層中進行擴散並析出至表面，例如成為MoO3進行昇華，其結果為，變質層之厚度逐漸變大(變質層於MoSi膜中所占之比率變大)。此種變質層產生、並進一 步擴大之現象於成為構成半透光膜之Si或Mo之氧化反應之開端之具有使該等構成原子受到激發並成為過渡狀態所需要之能量之ArF準分子雷射等短波長之曝光之光之情形時得以明顯地確認。
本發明者基於以上清楚事實、探討，著眼於使照射向MoSi膜等相移膜之曝光之光衰減作為抑制變質層之產生、擴大之對策，進一步繼續進行了銳意研究，結果完成本發明。
即，為了解決上述問題，本發明具有以下構成。
(構成1)
一種遮罩基底，其特徵在於：其係用以製作適用於波長200nm以下之雷射曝光之光之相移遮罩者，且於透光性基板上具備相移膜，上述相移膜具有至少含有過渡金屬及矽之相移層、及使照射向該相移層之曝光之光衰減之矽層，且上述矽層相接於上述相移層之上述基板側而形成。
(構成2)
如構成1記載之遮罩基底，其特徵在於：上述矽層之膜密度為2.1g/cm3以上且2.5g/cm3以下。
如構成1或2記載之遮罩基底，其特徵在於：上述矽層之膜厚為3nm以上且20nm以下。
(構成4)
如構成1至3中任一項記載之遮罩基底，其特徵在於：上述矽層之曝光透光率為30%以上且70%以下。
(構成5)
如構成1至4中任一項記載之遮罩基底，其特徵在於：上述相移層進而含有氮與氧之任一者或兩者。
(構成6)
如構成1至5中任一項記載之遮罩基底，其特徵在於：上述相 移層之過渡金屬為鉬。
(構成7)
如構成1至6中任一項記載之遮罩基底，其特徵在於：上述相移層之膜厚為100nm以下。
(構成8)
如構成1至7中任一項記載之遮罩基底，其特徵在於：於上述相移膜之與上述基板相反之側之表面具有以鉻為主成分之遮光膜。
(構成9)
如構成8記載之遮罩基底，其特徵在於：於上述遮光膜之與上述相移膜相反之側之表面具有含有矽之硬質遮罩膜。
(構成10)
一種相移遮罩之製造方法，其特徵在於：包含將如構成1至9中任一項記載之遮罩基底之上述相移膜圖案化之步驟。
(構成11)
一種相移遮罩，其特徵在於：其係適用於波長200nm以下之雷射曝光之光者，且於透光性基板上具備相移膜圖案，上述相移膜圖案具有至少含有過渡金屬及矽之相移層、及使照射向該相移層之曝光之光衰減之矽層，且上述矽層相接於上述相移層之上述基板側而形成。
(構成12)
一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於包含如下步驟：使用藉由如構成10記載之相移遮罩之製造方法所製造之相移遮罩、或如構成11記載之相移遮罩，並藉由微影法將上述相移遮罩之轉印圖案圖案轉印至半導體基板上。
根據本發明之遮罩基底，於透光性基板上具備相移膜，且該相移膜具有至少含有過渡金屬及矽之相移層、及使照射向該相移層之曝 光之光衰減之矽層，上述矽層相接於上述相移層之基板側而形成。藉此，變成矽層存在於相移層之下層(基板側，即曝光側)，於使用該遮罩基底所製作之相移遮罩中，變成相移層受到已衰減之曝光之光照射，因而相移層中所包含之過渡金屬不易受到曝光之光激發，因而能夠有效地抑制包含過渡金屬矽化物之相移層之氧化、變質。因此，根據本發明，能夠獲得過渡金屬矽化物系相移膜對波長200nm以下之曝光之光之耐光性優異、且品質穩定性優異之遮罩基底。
又，根據使用此種本發明之遮罩基底而製作之相移遮罩，如上所述，過渡金屬矽化物系相移膜對波長200nm以下之曝光之光之耐光性優異，且品質穩定性優異。
又，藉由使用該相移遮罩之圖案轉印，能夠製造圖案精度優異之高品質之半導體裝置。
1‧‧‧透光性基板
2‧‧‧相移膜
2a‧‧‧相移膜圖案
3‧‧‧遮光膜
3a‧‧‧遮光膜圖案
3A‧‧‧遮光膜下層
3B‧‧‧遮光膜中間層
3C‧‧‧遮光膜上層
4‧‧‧硬質遮罩膜
4a‧‧‧硬質遮罩膜圖案
5‧‧‧抗蝕劑膜
5a‧‧‧抗蝕劑圖案
6‧‧‧抗蝕劑膜
6a‧‧‧抗蝕劑圖案
10‧‧‧遮罩基底
11‧‧‧遮罩基底
12‧‧‧遮罩基底
20‧‧‧相移遮罩
21‧‧‧矽層
21a‧‧‧矽層圖案
22‧‧‧相移層
22a‧‧‧相移層圖案
圖1係本發明之遮罩基底之一實施形態之剖面概略圖。
圖2係本發明之遮罩基底之另一實施形態之剖面概略圖。
圖3係本發明之遮罩基底之又一實施形態之剖面概略圖。
圖4A係表示使用本發明之遮罩基底之相移遮罩之一製造步驟的剖面概略圖。
圖4B係表示使用本發明之遮罩基底之相移遮罩之一製造步驟的剖面概略圖。
圖4C係表示使用本發明之遮罩基底之相移遮罩之一製造步驟的剖面概略圖。
圖4D係表示使用本發明之遮罩基底之相移遮罩之一製造步驟的剖面概略圖。
圖4E係表示使用本發明之遮罩基底之相移遮罩之一製造步驟的剖面概略圖。
圖5A係表示使用本發明之遮罩基底之相移遮罩之一製造步驟(圖4E之延續)的剖面概略圖。
圖5B係表示使用本發明之遮罩基底之相移遮罩之一製造步驟的剖面概略圖。
圖5C係表示使用本發明之遮罩基底之相移遮罩之一製造步驟的剖面概略圖。
圖5D係表示使用本發明之遮罩基底之相移遮罩之一製造步驟的剖面概略圖。
以下，一面參照圖式一面詳細說明用以實施本發明之形態。
如上所述，本發明者著眼於使照射向MoSi膜等相移膜之曝光之光衰減作為抑制變質層之產生、擴大之對策進行了努力研究，結果發現藉由具有以下構成之本發明能夠解決上述問題。
即，如上述構成1般，本發明係關於一種遮罩基底，其特徵在於：其係用以製作適用於波長200nm以下之雷射曝光之光之相移遮罩者，且於透光性基板上具備相移膜，上述相移膜具有至少含有過渡金屬及矽之相移層、及使照射向該相移層之曝光之光衰減之矽層，且上述矽層相接於上述相移層之上述基板側而形成。本發明之遮罩基底於相移遮罩中，尤其適合於半色調式相移遮罩之製作。
圖1係表示本發明之遮罩基底之一實施形態之剖面概略圖。
如圖1所示，本發明之遮罩基底10之一實施形態具有於透光性基板1上具備相移膜2之構造。此處，上述相移膜2具有至少含有過渡金屬及矽之相移層22、及使照射向該相移層22之曝光之光衰減之矽層21，且上述矽層21相接於上述相移層之基板1側而形成。即，本實施形態於透光性基板1上具有依序積層矽層21、相移層22而成之相移膜2。
此處，作為上述遮罩基底10之透光性基板1，只要為用於半導體裝置製造用之轉印用遮罩之基板，則並無特別限定。於使用於相移型遮罩用之遮罩基底之情形時，只要為對所使用之曝光波長具有透明性者，則並無特別限制，可使用合成石英基板、或其他各種玻璃基板(例如，鈉鈣玻璃、鋁矽酸鹽玻璃等)。其中，可尤佳地使用合成石英基板，其原因在於：於對於微細圖案形成有效之ArF準分子雷射(波長193nm)或短於ArF準分子雷射之波長之區域下透明性較高。
本發明中，上述相移膜2成為矽層21與相移層22之積層構造。並且，上述矽層21存在於上述相移層22之下層(基板側)。
上述相移層22由至少含有過渡金屬及矽之材料而形成，能夠應用於本發明之上述相移層22之構成無需特別進行限定，例如可應用自先前一直使用之相移型遮罩之相移膜之構成。
作為此種相移層22之例，例如可較佳地列舉：含有包含過渡金屬及矽之金屬矽化物之半透光膜、或含有使過渡金屬及矽中含有選自氧、氮或碳中之1種以上元素以改良膜之光學特性、物性(蝕刻速率、與其他膜(層)之蝕刻選擇性等)等之過渡金屬矽化物系材料的半透光膜。
作為上述過渡金屬，例如可列舉：鉬、鉭、鎢、鈦、鉻、鎳、釩、鋯、釕、銠等。其中，尤佳為鉬。於過渡金屬為鉬之情形時，由於會顯著地產生先前之因相移膜之曝光之光而引起之變質之問題，故而尤其可發揮本發明之作用效果。
作為上述至少含有過渡金屬及矽之材料，具體而言，較佳為包含過渡金屬矽化物、或過渡金屬矽化物之氮化物、氧化物、碳化物、氮氧化物、碳氧化物、或碳氮氧化物之材料。
又，於本發明中，上述相移層22可應用單層構造、或包含低透光率層及高透光率層之積層構造之任一者。
上述相移層22之較佳之膜厚因材質而不同，尤其就相移功能、透光率之觀點而言，較理想為可進行適當調整。又，於本發明中，由於上述相移膜2包含矽層21與相移層22之積層構造，故而亦考慮到矽層21之相位差、透光率，就相移膜2整體之相移功能、透光率之觀點而言，亦較理想為對上述相移層22之膜厚進行調整。通常，例如為100nm以下、進而較佳為80nm以下之範圍較佳。
又，位於上述相移層22之下層(基板側，換言之為曝光側)之上述矽層21具有使照射向相移層22之曝光之光衰減之功能。
由於上述矽層21存在於相移層22之基板側即曝光之光所照射之側，於使用該遮罩基底所製作之相移遮罩中，變成相移層22受到已衰減之曝光之光照射，因而相移層22中所含之過渡金屬不易受到曝光之光激發，從而能夠有效地抑制包含過渡金屬矽化物之相移層22之氧化、變質。因此，能夠獲得過渡金屬矽化物系相移膜對波長200nm以下之曝光之光之耐光性優異、且品質穩定性優異之遮罩基底。
又，藉由為矽層，亦得以確保與透光性基板1(例如合成石英玻璃)之乾式蝕刻選擇性。
再者，此處所述之所謂「矽層」，為容許含有薄膜形成階段不可避免地進入之雜質元素、或含有因成膜後之經時變化而進入之雜質元素者。例如，於藉由濺鍍法形成矽層之情形時，稍微混入有靶中所含之雜質成分、或於成膜過程中進入薄膜之稀有氣體成分、以及因成膜後之經時變化而源自上層之矽化物膜或基底之基板成分之狀態的層包含於本發明之「矽層」之概念。總之，並非有意地形成除矽以外還含有其他成分之矽化合物層之情形包含於本發明之構成。
上述矽層21之膜密度較佳為2.1g/cm3以上，更佳為2.2g/cm3以上。於膜密度未達2.1g/cm3之情形時，由於在Si層會增加空隙， 故而產生會自鄰接之基板或上層承收氧等成分之虞。又，若膜密度超過2.5g/cm3，則存在矽層21變得過密，進行乾式蝕刻時之蝕刻時間變得過長之問題。因此，較佳之膜密度為2.1g/cm3以上且2.5g/cm3以下，更佳為2.2g/cm3以上且2.3g/cm3以下。再者，膜密度能夠藉由X射線反射率測定法(XRR法)等公知之方法進行測定(以下相同。)。
又，上述矽層21之膜厚無需特別進行制約，於本實施形態中，例如較佳為3nm以上且20nm以下之範圍。若膜厚未達3nm，則存在無法充分地發揮使照射向相移層22之曝光之光衰減而抑制相移層22之變質之效果之虞。另一方面，若膜厚超過20nm，則存在照射相移層22之曝光之光能量之衰減量變大導致對製造半導體裝置時之圖案轉印產生影響之虞。
又，如上所述，關於上述相移膜2整體之光學特性，尤其是就相移功能、透光率之觀點而言，需要進行調整，但本發明之矽層21之折射率較小，對上層之相移層22之相位差產生之影響相對較小。因此，較理想為主要考慮矽層21之透光率而進行上述相移膜2(或上述相移層22)之膜設計。
上述矽層21之曝光透光率亦因膜厚而不同，例如較佳為30%以上且70%以下。若為該範圍，則變得容易對上層之相移層22之曝光透光率進行調整。
關於上述相移膜2，要求對曝光之光之透光率為2%以上。欲使透過相移膜2之內部之曝光之光與透過空氣中之曝光之光之間產生充分之相移效果，對曝光之光之透光率需要至少為2%。相移膜2對曝光之光之透光率較佳為3%以上，更佳為4%以上。另一方面，相移膜2對曝光之光之透光率較佳為30%以下，更佳為20%以下，進而較佳為10%以下。
關於相移膜2，為了獲得適當之相移效果，要求以使透過之ArF 曝光之光與僅以與該相移膜2之厚度相同之距離通過空氣中之光之間產生之相位差成為150度以上且180度以下之範圍的方式進行調整。相移膜2之上述相位差較佳為155度以上，更佳為160度以上。另一方面，相移膜2之上述相位差較佳為179度以下，更佳為177度以下。其原因是為了於在相移膜2形成圖案時之乾式蝕刻時，減小因透光性基板1受到微小地蝕刻而引起之相位差之增加之影響。又，其原因亦在於：近年來之藉由曝光裝置之對相移遮罩之曝光之光之照射方式為自相對於相移膜2之膜面之垂直方向以特定角度傾斜之方向使曝光之光入射者正在增加。
於如圖1所示之遮罩基底10之透光性基板1上形成包含依序積層矽層21、相移層22而成之積層膜之相移膜2的方法無需特別進行制約，其中可較佳地列舉濺鍍成膜法。若藉由濺鍍成膜法，則能夠形成均一且膜厚固定之膜，故而較佳。
又，於本實施形態之遮罩基底10中，於透光性基板1與相移膜2之間，只要於無損本發明之作用效果下，可具有其他構成層。作為此種構成層，例如可列舉包含藉由氟系氣體無法蝕刻之Cr系材料之蝕刻終止層。
圖2係表示本發明之遮罩基底之另一實施形態之剖面概略圖。
本發明之遮罩基底如圖2所示，亦可設為於透光性基板1上具有包含上述矽層21與相移層22之積層之相移膜2，且於該相移膜2上進而設置有遮光膜3及硬質遮罩膜4之構成之遮罩基底11。例如，可用於製作在遮罩周邊區域具備遮光帶之半色調式相移遮罩。
關於上述透光性基板1、包含矽層21與相移層22之積層之相移膜2係如已說明般，故而此處省略重複之說明。
於本實施形態之遮罩基底11中，上述遮光膜3係為了將硬質遮罩膜4之圖案儘可能地原樣地轉印至相移膜2而設置。
為了確保與以過渡金屬矽化物系材料而形成之相移層22之蝕刻選擇性，上述遮光膜3以含有鉻之材料而形成。
作為上述含有鉻之材料，例如可列舉：鉻(Cr)單質、或於鉻中添加氧、氮、碳等元素而成之鉻化合物(例如CrN、CrC、CrO、CrON、CrCN、CrOC、CrOCN等)。
亦可使形成上述遮光膜3之含有鉻之材料中含有鉬、銦及錫之中之一種以上元素。藉由使其含有鉬、銦及錫之中之一種以上元素，能夠進一步加快對含氯氣體與氧氣之混合氣體之蝕刻速率。
只要可於與形成上述相移層22(尤其是表層部分)之材料之間獲得對乾式蝕刻之蝕刻選擇性，則亦可利用含有過渡金屬及矽之材料形成上述遮光膜3。其原因在於：含有過渡金屬及矽之材料之遮光性能較高，能夠減薄遮光膜3之厚度。作為含有於遮光膜3之過渡金屬，可列舉：鉬(Mo)、鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鉿(Hf)、鎳(Ni)、釩(V)、鋯(Zr)、釕(Ru)、銠(Rh)、鋅(Zn)、鈮(Nb)、鈀(Pd)等任一金屬或該等金屬之合金。作為含有於遮光膜3之過渡金屬元素以外之金屬元素，可列舉：鋁(Al)、銦(In)、錫(Sn)及鎵(Ga)等。
另一方面，亦可使上述遮光膜3具備自相移膜2側依序積層包含含有鉻之材料之層與包含含有過渡金屬及矽之材料之層而成之構造。關於此情形時之含有鉻之材料及含有過渡金屬及矽之材料之具體事項，與上述遮光膜3之情形相同。
上述遮光膜3可為單層構造，亦可為積層構造。例如，可設為遮光層與表面抗反射層之2層構造、或進而加入背面抗反射層而成之3層構造。圖3係表示以遮光膜下層3A、遮光膜中間層3B、遮光膜上層3C之3層構造而構成上述遮光膜3之實施形態之遮罩基底12。
上述遮光膜3之膜厚無需特別進行制約，就確保特定之遮光性之觀點而言，通常例如較佳為30nm以上且80nm以下之範圍。再 者，對遮光膜3要求於相移膜2之積層構造下對曝光之光之光學濃度(OD)大於2.0，較佳為2.5以上，更佳為2.8以上，進而較佳為3.0以上。
又，上述硬質遮罩膜4需要為與正下方之遮光膜3蝕刻選擇性較高之素材，但由於藉由於本實施形態中尤其是硬質遮罩膜4選擇含有矽之素材能夠確保與包含鉻系之素材之遮光膜3較高之蝕刻選擇性，故而不僅能夠實現抗蝕劑膜之薄膜化，亦能夠減薄硬質遮罩膜4之膜厚。因此，會提昇形成於遮罩基底表面之具有轉印圖案之抗蝕劑圖案於硬質遮罩膜4之轉印精度。
上述硬質遮罩膜4可使用含有矽(Si)之材料。作為適合於硬質遮罩膜4之含有矽(Si)之材料，可列舉於矽(Si)中含有選自氧(O)、氮(N)、碳(C)、硼(B)及氫(H)中之1種以上元素之材料。又，作為除此以外之適合於硬質遮罩膜4之含有矽(Si)之材料，可列舉於矽(Si)及過渡金屬中含有選自氧(O)、氮(N)、碳(C)、硼(B)及氫(H)中之1種以上元素之材料。又，作為該過渡金屬，例如可列舉：鉬(Mo)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鈮(Nb)、釩(V)、鈷(Co)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、釕(Ru)、錫(Sn)。： 作為此種構成硬質遮罩膜4之材料之具體例，可列舉：氧化矽(SiO2)、氮氧化矽(SiON)、氧化鉭(TaO)、氮氧化鉭(TaON)、氧硼化鉭(TaBO)及氮氧硼化鉭(TaBON)。
再者，以含有矽及氧之材料所形成之硬質遮罩膜4由於存在與有機系材料之抗蝕劑膜之密接性較低之傾向，故而較佳為對硬質遮罩膜4之表面實施HMDS(Hexamethyldisilazane，六甲基二矽氮烷)處理，使表面之密接性提昇。
上述硬質遮罩膜4之膜厚無需特別進行制約，但至少需要於正下方之遮光膜3之蝕刻完成之前不會消失之程度之膜厚。另一方面， 若硬質遮罩膜4之膜厚較厚，則難以將正上方之抗蝕劑圖案薄膜化。就此種觀點而言，例如較佳為2nm以上且20nm以下之範圍。
關於形成上述遮光膜3及上述硬質遮罩膜4之方法亦無需特別進行制約，其中可較佳地列舉濺鍍成膜法。若藉由濺鍍成膜法，則能夠形成均一且膜厚固定之膜，故而較佳。
於圖2所示之遮罩基底11及圖3所示之遮罩基底12中，亦可於透光性基板1與相移膜2之間具有與上述相同之其他構成層。
又，於遮罩基底之表面具有抗蝕劑膜之形態者亦包含於本發明之遮罩基底，但於圖1~圖3中未進行圖示。
另一方面，作為本發明之實施形態之變化例，可列舉具備於透光性基板1上依序積層矽層21及包含SiN系材料之相移層22而成之構造之相移膜2的遮罩基底10。SiN系材料之薄膜之ArF耐光性大幅地高於MoSi系材料之薄膜。於在SiN系材料之薄膜形成轉印圖案之後累計照射ArF準分子雷射之曝光之光(以下，亦稱為ArF曝光之光)時所產生之圖案之寬度之CD變化(增粗)較先前之MoSi系材料之薄膜之情形時受到較大抑制。然而，期望相移遮罩之進一步長壽命化。
Si3N4為化學計量穩定之材料，對ArF曝光之光之耐光性(以下，亦稱為ArF耐光性)亦於包含矽及氮之材料中優勢較高。Si3N4較氮含量較少之SiNx，由於ArF曝光之光之波長之折射率n較大，故而於將Si3N4應用於相移膜之材料之情形時，能夠減薄用以對ArF曝光之光賦予特定之相位差所需要之膜厚。以下，於僅記述為折射率n之情形時，意指對ArF曝光之光之波長之折射率n，於僅記述為消光係數k之情形時，意指對ArF曝光之光之波長之消光係數k。
關於因ArF耐光性而成為問題之相移圖案之CD變化，認為最大之主要原因在於：於ArF曝光之光入射至相移膜之內部時，會使構成該相移膜之元素受到光激發。於MoSi系材料之薄膜之情形時，過渡金 屬之鉬(Mo)容易受到光激發，起因於此，自表面之矽(Si)之氧化大幅地進展，圖案之體積大幅地膨脹。因此，MoSi系材料之相移膜於ArF曝光之光照射前後之CD變化(增粗)明顯。於SiN系材料之相移膜之情形時，由於不含有過渡金屬，故而於ArF曝光之光照射前後之CD變化相對較小。然而，相移膜中之矽雖不如過渡金屬明顯，但亦會因ArF曝光之光之照射而受到光激發。
用以製造相移遮罩之遮罩基底之相移膜可於如成為非晶或微結晶結構之成膜條件下進行濺鍍成膜。非晶或微結晶結構之薄膜中之Si3N4之鍵結狀態弱於結晶膜中之Si3N4。因此，非晶或微結晶結構之Si3N4之相移膜容易因ArF曝光之光之照射而使膜中之矽受到光激發。若將相移膜設為Si3N4之結晶膜，則能夠抑制膜中之矽受到光激發。然而，由於若藉由乾式蝕刻於結晶膜形成轉印圖案，則該圖案側壁之粗糙度變得差得大幅地超過作為轉印圖案可容許之LER(Line Edge Roughness)之程度，因此結晶膜無法應用於相移膜。
Si3N4為折射率n較大且另一方面ArF曝光之光之波長之消光係數k大幅地較小之材料。因此，若欲利用Si3N4形成相移膜使特定之相位差成為將近180度之方式進行設計，則只能夠製作透光率將近20%左右之較高之透光率者。若使SiN系材料之氮含量降低，則能夠製作特定之相位差及特定之透光率之相移膜，當然，氮含量會降低並且ArF耐光性亦會降低。因此，於製作透光率低於包含Si3N4之相移膜之相移膜之情形時，需要將相移膜設為包含Si3N4之層與用以調整透光率之層之積層構造。然而，於僅設置調整透光率之層之情形時，由於該層之ArF耐光性不高，故而無法完成壽命更長之相移遮罩。
考慮到該等情況，結果為得出變化例之遮罩基底10較佳為具備以下構成之結論。即，該遮罩基底10之特徵在於：其係於透光性基板1上具備相移膜2者，且相移膜2具有如下功能：使ArF準分子雷 射之曝光之光以2%以上之透光率透過；及使已透過相移膜2之上述曝光之光與上述相移膜2之厚度相同之距離通過空氣中之曝光之光之間產生150度以上且180度以下的相位差；且相移膜2包含自透光性基板1側依序積層矽層21及相移層22而成之構造，相移層22除其表層部分以外由包含矽及氮之材料、或於包含矽及氮之材料中含有1種以上選自除氧以外之非金屬元素及半金屬元素之元素的材料而形成，相移層22之厚度厚於矽層21。
該變化例之遮罩基底於透光性基板1側配置有相移膜2之矽層21。藉此，較僅以SiN系材料構成相移膜2之情形，能夠提高透光性基板1側之相移膜2對自表面入射之曝光之光之反射率(以下，亦稱為背面反射率)。並且，由於入射至矽層21之內部之ArF曝光之光之光強度被降低，故而能夠減少矽層21及相移層22之內部之矽之光激發之產生。藉由該等作用，可大幅地提高相移膜2整體之ArF耐光性。
矽層21較SiN系材料之相移層22，使透過層內之ArF曝光之光衰減之功能較高。因此，即便增高相移層22之氮含量，亦能夠將相移膜2整體對曝光之光之相位差設為上述範圍內，並且將對曝光之光之透光率設為10%以下。關於該變化例之矽層21相關之其他事項(膜密度等)，與上述各實施形態之矽層21相同。
該變化例之相移層22較佳為膜密度大於2.5g/cm3，更佳為2.6g/cm3以上。於膜密度未達2.5g/cm3之情形時，由於SiN膜中會增加空隙，故而有自大氣中等承收氧等成分之虞。又，若相移層22之膜密度超過3.0g/cm3，則存在膜內之Si-N鍵變得過於緻密而導致進行乾式蝕刻時之蝕刻時間會變得過長之問題。相移層22之膜密度較佳為3.0g/cm3以下，更佳為2.9g/cm3以下。
關於該變化例之矽層21之厚度，較理想為於滿足相移膜2所要 求之上述條件之範圍內極力減薄。矽層21之厚度較佳為未達12nm，更佳為11nm以下，進而較佳為10nm以下。又，尤其是若考慮到相移膜2之背面反射率方面，矽層21之厚度較佳為3nm以上，更佳為4nm以上，進而較佳為5nm以上。
該變化例之相移層22由於以ArF耐光性相對較高之材料而形成，故而較理想為於滿足相移膜2所要求之上述條件之範圍內，極力增大相移層22之厚度相對於相移膜2整體之膜厚之比率。相移層22之厚度較佳為矽層21之厚度之5倍以上，更佳為5.5倍以上，進而較佳為6倍以上。又，相移層22之厚度更佳為矽層21之厚度之10倍以下。相移層22之厚度較佳為80nm以下，更佳為70nm以下，進而較佳為65nm以下。又，相移層22之厚度較佳為50nm以上，更佳為55nm以上。
該變化例之相移層22除其表層部分以外由包含矽及氮之材料、或於包含矽及氮之材料中含有1種以上選自除氧以外之非金屬元素及半金屬元素之元素的材料而形成。所謂相移層22之表層部分，係指相移層22之與矽層21側相反之側之表層部分。於藉由成膜裝置於透光性基板1上成膜相移膜2結束之後，進行膜表面之洗淨處理。該相移層22之表層部分由於在洗淨處理時暴露於洗淨液或沖洗液中，故而不管成膜時之組成如何都難以避免氧化進展。又，由於相移膜2暴露於大氣中或於大氣中進行加熱處理，亦會使相移層22之表層部分之氧化進展。如上所述，相移層22越為折射率n較高之材料越佳。由於存在折射率n隨著材料中之氧含量增加而降低之傾向，故而除表層部分以外，於成膜時不會積極地使相移層22含有氧(氧含量於進行藉由X射線光電子光譜法等之組成分析時為檢測出之下限值以下)。根據該等情況，相移層22之表層部分以於形成除表層部分以外之相移層22之材料中加入氧而成之材料而形成。
該變化例之相移層22之表層部分可藉由各種氧化處理而形成。其原因在於：能夠設為使表層穩定之氧化層。作為該氧化處理，例如可列舉：於大氣等含有氧氣之氣體中之加熱處理、於含有氧氣之氣體中之藉由閃光燈等之光照射處理、使臭氧或氧電漿接觸於相移層22之表面之處理等。尤佳為使用可同時獲得減少相移膜2之膜應力之作用之加熱處理或藉由閃光燈等之光照射處理。相移層22之表層部分較佳為厚度為1nm以上，更佳為1.5nm以上。又，相移層22之表層部分較佳為厚度為5nm以下，更佳為3nm以下。
於該變化例之相移層22中不含有可成為對ArF曝光之光之耐光性降低之主要原因之過渡金屬。關於除過渡金屬以外之金屬元素，由於無法否定可成為對ArF曝光之光之耐光性降低之主要原因之可能性，故而較理想為亦不含有。相移層22中除矽及氮以外亦可含有任一半金屬元素。該半金屬元素之中，較佳為含有選自硼、鍺、銻及碲中之1種以上元素，其原因在於：能夠期待使作為濺鍍靶而使用之矽之導電性提高。
又，該變化例之相移層22中除矽及氮以外亦可含有氧以外之非金屬元素。該非金屬元素之中，較佳為含有選自碳、氟及氫中之1種以上元素。該非金屬元素中亦包含氦(He)、氬(Ar)、氪(Kr)及氙(Xe)等稀有氣體。存在如下傾向：相移層22越為折射率n較高之材料越佳，矽系材料之氮含量變得越多，折射率n變得越高。形成相移層22之材料中之氮含量較佳為大於50原子%，更佳為52原子%以上，進而較佳為55原子%以上。
關於該變化例之遮罩基底中之透光性基板1、遮光膜3、及硬質遮罩膜4相關之事項，與上述各實施形態之遮罩基底10之情形相同。
本發明亦提供由上述本發明之遮罩基底而製作之相移遮罩及其 製造方法。
圖4A~圖4E及圖5A(圖4E之延續)~圖5D係表示使用本發明之遮罩基底之相移遮罩之製造步驟之遮罩基底等之剖面概略圖。再者，此處使用上述圖2所示之實施形態之遮罩基底11進行說明。
首先，於遮罩基底11之表面藉由旋轉塗佈法形成電子束繪圖用之抗蝕劑膜5(參照圖4A)。
繼而，對該抗蝕劑膜5電子束繪圖特定之圖案，於描繪後進行顯影，藉此形成特定之抗蝕劑圖案5a(參照圖4B)。該抗蝕劑圖案5a具有成為最終之轉印圖案之應形成於相移膜2之所需裝置圖案。
繼而，將形成於遮罩基底之硬質遮罩膜4上之上述抗蝕劑圖案5a作為遮罩，並藉由使用氟系氣體之乾式蝕刻，於硬質遮罩膜4形成與形成於相移膜2之圖案對應之硬質遮罩膜圖案4a(參照圖4C)。
繼而，於去除上述抗蝕劑圖案5a之後，將上述硬質遮罩膜圖案4a作為遮罩，並藉由使用氯氣與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻，於遮光膜3形成與形成於相移膜2之圖案對應之遮光膜圖案3a(參照圖4D)。
繼而，將上述遮光膜圖案3a作為遮罩，並藉由使用氟系氣體之乾式蝕刻，對包含矽層21及相移層22之積層之相移膜2連續進行乾式蝕刻，形成相移膜圖案2a(參照圖4E)。再者，於該相移膜2之蝕刻步驟中，露出至表面之硬質遮罩膜圖案4a得以去除。
繼而，於上述圖4E之狀態之基板上之整個面，藉由旋轉塗佈法形成與上述相同之抗蝕劑膜6(參照圖5A)，並使用電子束繪圖機描繪特定之裝置圖案(例如與遮光帶圖案對應之圖案)，其後進行顯影，而形成特定之抗蝕劑圖案6a(參照圖5B)。
繼而，將該抗蝕劑圖案6a作為遮罩，並藉由使用氯氣及氧氣之混合氣體之乾式蝕刻對露出之遮光膜圖案3a進行蝕刻，藉此例如將 轉印圖案形成區域內之遮光膜圖案3a去除，於轉印圖案形成區域之周邊部形成遮光帶圖案(參照圖5C)。
最後，將殘存之抗蝕劑圖案6a去除，藉此完成相移遮罩(例如半色調式相移遮罩)20(參照圖5D)。
如由上述說明所明確：所完成之上述相移遮罩20於透光性基板1上具備相移膜圖案2a，且該相移膜圖案2a成為矽層圖案21a與相移層圖案22a之積層構造，上述矽層圖案21a存在於上述相移層圖案22a之下層(基板側)。
於使用上述相移遮罩20之圖案轉印時，由於藉由矽層21之存在，變成相移層22受到已衰減之曝光之光照射，因而相移層22中所含之過渡金屬不易受到曝光之光激發，從而能夠有效地抑制包含過渡金屬矽化物之相移層22之氧化、變質。根據本發明，能夠獲得過渡金屬矽化物系相移膜對波長200nm以下之曝光之光之耐光性優異、且品質穩定性優異之相移遮罩。
又，根據包含如下步驟之半導體裝置之製造方法，能夠獲得圖案精度優異之高品質之半導體裝置，該步驟為：使用此種本發明之遮罩基底而製作相移遮罩，並使用該相移遮罩藉由微影法將該相移遮罩之轉印圖案圖案轉印至半導體基板上。
另一方面，關於由上述變化例之遮罩基底而製作之相移遮罩及其製造方法，係與上述本發明之相移遮罩及相移遮罩之製造方法之情形相同。由於藉由具備包含如SiN系之矽及氮之材料之相移層22，可減小入射至矽層21之內部之曝光之光之光強度，故而能夠減少矽層21及相移層22之內部之矽之光激發之產生，從而能夠有效地抑制包含SiN系材料之相移層22之氧化、變質。另一方面，關於使用上述變化例之相移遮罩之半導體裝置之製造方法，係與上述本發明之半導體裝置之製造方法之情形相同。
上述變化例之遮罩基底、相移遮罩之製造方法、及半導體裝置之製造方法例如具有以下構成。
(構成1A)
一種遮罩基底，其特徵在於：其係於透光性基板上具備相移膜者，且上述相移膜具有如下功能：使ArF準分子雷射之曝光之光以2%以上之透光率透過；及使已透過上述相移膜之上述曝光之光與僅以與上述相移膜之厚度相同之距離於空氣中通過之曝光之光之間產生150度以上且180度以下的相位差；上述相移膜包含自透光性基板側依序積層矽層及相移層而成之構造；上述相移層除其表層部分以外由包含矽及氮之材料、或於包含矽及氮之材料中含有1種以上選自除氧以外之非金屬元素及半金屬元素之元素的材料而形成；上述相移層之厚度厚於上述矽層。
(構成2A)
如構成1A記載之遮罩基底，其特徵在於：上述矽層之膜密度為2.1g/cm3以上且2.5g/cm3以下。
(構成3A)
如構成1A或2A記載之遮罩基底，其特徵在於：上述相移層之膜密度大於2.5g/cm3且為3.0g/cm3以下。
(構成4A)
如構成1A至3A中任一項記載之遮罩基底，其特徵在於：上述相移層之厚度為上述矽層之厚度之5倍以上。
(構成5A)
如構成1A至4A中任一項記載之遮罩基底，其特徵在於：上述矽 層之厚度為3nm以上且未達12nm。
(構成6A)
如構成1A至5A中任一項記載之遮罩基底，其特徵在於：上述相移層之膜厚為80nm以下。
(構成7A)
如構成1A至6A中任一項記載之遮罩基底，其特徵在於：上述相移層之氮含量大於50原子%。
(構成8A)
如構成1A至7A中任一項記載之遮罩基底，其特徵在於：於上述相移膜之與上述基板相反之側之表面具有遮光膜，該遮光膜包含含有鉻之材料。
(構成9A)
如構成8A記載之遮罩基底，其特徵在於：於上述遮光膜之與上述相移膜相反之側之表面具有硬質遮罩膜，該硬質遮罩膜包含含有矽之材料。
(構成10A)
一種相移遮罩之製造方法，其特徵在於：包含將如構成1A至9A中任一項記載之遮罩基底之上述相移膜圖案化之步驟。
(構成11A)
一種相移遮罩，其特徵在於：其係於透光性基板上具備相移膜圖案者，且上述相移膜圖案具有如下功能：使ArF準分子雷射之曝光之光以2%以上之透光率透過；及使已透過上述相移膜圖案之上述曝光之光與僅以與上述相移膜之厚度相同之距離於空氣中通過之曝光之光之間產生150度以上且180度以下的相位差；上述相移膜圖案包含自透光性基板側依序積層矽層及相移層而 成之構造；上述相移層除其表層部分以外由包含矽及氮之材料、或於包含矽及氮之材料中含有1種以上選自除氧以外之非金屬元素及半金屬元素之元素的材料而形成；上述相移層之厚度厚於上述矽層。
(構成12A)
如構成11A記載之相移遮罩，其特徵在於：上述矽層之膜密度為2.1g/cm3以上且2.5g/cm3以下。
(構成13A)
如構成11A或12A記載之相移遮罩，其特徵在於：上述相移層之膜密度大於2.5g/cm3且為3.0g/cm3以下。
(構成14A)
如構成11A至13A中任一項記載之相移遮罩，其特徵在於：上述相移層之厚度為上述矽層之厚度之5倍以上。
(構成15A)
如構成11A至14A中任一項記載之相移遮罩，其特徵在於：上述矽層之厚度為3nm以上且未達12nm。
(構成16A)
如構成11A至15A中任一項記載之相移遮罩，其特徵在於：上述相移層之膜厚為80nm以下。
(構成17A)
如構成11A至16A中任一項記載之相移遮罩，其特徵在於：上述相移層之氮含量大於50原子%。
(構成18A)
如構成11A至17A中任一項記載之相移遮罩，其特徵在於：於上述相移膜圖案之與上述基板相反之側之表面具有遮光膜圖案，該遮光 膜圖案包含含有鉻之材料。
(構成19A)
一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於包含如下步驟：使用藉由如構成10A記載之相移遮罩之製造方法所製造之相移遮罩，並藉由微影法將上述相移遮罩之轉印圖案圖案轉印至半導體基板上。
(構成20A)
一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於包含如下步驟：使用如構成11A至18A中任一項記載之相移遮罩，並藉由微影法將上述相移遮罩之轉印圖案圖案轉印至半導體基板上。
[實施例]
以下，藉由實施例對本發明進一步具體地進行說明。
(實施例1)
本實施例係關於將波長193nm之ArF準分子雷射作為曝光之光而使用之用於製造半色調式相移遮罩之遮罩基底及相移遮罩之製造。
本實施例所使用之遮罩基底12係如圖3所示之於透光性基板(玻璃基板)1上依序積層包含矽層21與相移層22之積層之相移膜2、3層積層構造之遮光膜3、及硬質遮罩膜4而成之構造者。該遮罩基底12係如以下般進行製作。
準備合成石英基板(大小約152mm×152mm×厚度6.35mm)作為玻璃基板1。
繼而，形成包含矽層21與相移層22之積層之相移膜2。
首先，於單片式RF(radio frequency，射頻)濺鍍裝置內設置上述合成石英基板1，使用矽(Si)靶，將氬(Ar)氣(壓力=5×10-2Pa)設為濺鍍氣體，藉由RF濺鍍於合成石英基板上以8nm之厚度形成矽(Si)層21。所形成之矽(Si)層21之折射率為0.95，對波長193nm之曝光之光之消光係數為2.70。
繼而，於單片式DC(direct current，直流)濺鍍裝置內設置已形成矽層21之合成石英基板1，使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合燒結靶(Mo：Si=4原子%：96原子%)，將氬(Ar)、氮(N2)、氧(O2)及氦(He)之混合氣體(流量比Ar：N2：O2：He=13：50：6：100，壓力=0.2Pa)設為濺鍍氣體，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，於矽層21上以75nm之厚度形成包含鉬、矽、氧及氮之相移層(MoSiON)22。所形成之MoSiON相移層之組成為Mo：Si：O：N=5：30：39：26(原子%比)。該組成係藉由XPS(X-ray photoelectron spectrum，X射線光電子光譜)進行測定。所形成之相移層(MoSiON)22之折射率為2.38，對波長193nm之曝光之光之消光係數為0.32。
以以上方式所形成之2層構造之相移膜2之總膜厚為83nm，對波長193nm之曝光之光之相位差為176.3度，透光率為6.08%。
繼而，於上述相移膜2上形成包含CrOCN膜之下層3A、包含CrN膜之中間層3B、包含CrOCN膜之上層3A之積層構造之遮光膜3。具體而言，使用包含鉻之靶，於氬(Ar)與二氧化碳(CO2)、氮(N2)、氦(He)之混合氣體環境(流量比Ar：CO2：N2：He=20：25：13：30；壓力0.3Pa)中進行反應性濺鍍，藉此於上述相移膜2上形成厚度30nm之包含CrOCN膜之遮光膜下層3A。繼而，使用相同之鉻靶，於氬(Ar)與氮(N2)之混合氣體環境(流量比Ar：N2=25：5；壓力0.3Pa)中進行反應性濺鍍，藉此於上述下層3A上形成厚度4nm之包含CrN膜之遮光膜中間層3B。繼而，使用相同之鉻靶，於氬(Ar)與二氧化碳(CO2)、氮(N2)、氦(He)之混合氣體環境(流量比Ar：CO2：N2：He=20：24：22：30；壓力0.3Pa)中進行反應性濺鍍，藉此於上述中間層3B上形成厚度14nm之包含CrOCN膜之遮光膜上層3C。
所形成之遮光膜下層3A之CrOCN膜之組成為Cr：O：C：N=55.2：22.1：11.6：11.1(原子%比)。又，遮光膜中間層3B之CrN膜之 組成為Cr：N=76.2：23.8(原子%比)，遮光膜上層3C之CrOCN膜之組成為Cr：O：C：N=49.2：23.8：13.0：14.0(原子%比)。該等組成係藉由XPS進行測定。
繼而，於上述遮光膜3上形成包含SiO2膜之硬質遮罩膜4。具體而言，使用二氧化矽(SiO2)靶，於氬(Ar)氣環境(壓力0.3Pa)中進行反應性濺鍍，藉此於上述遮光膜3上形成厚度5nm之包含SiO2膜之硬質遮罩膜4。
上述相移膜2與遮光膜3之積層膜之光學濃度於ArF準分子雷射之波長(193nm)中為3.0以上(透光率為0.1%以下)。
如以上般製作本實施例之遮罩基底12。
繼而，使用該遮罩基底12，按照上述之圖4A~圖4E及圖5A~圖5D所示之製造步驟，製造半色調式相移遮罩。再者，以下符號與圖4A~圖4E及圖5A~圖5D中之符號對應。
首先，對上述遮罩基底12之上表面進行HMDS處理，並藉由旋轉塗佈法塗佈電子束繪圖用之化學增幅型抗蝕劑(Fuji Film Electronic Materials公司製造PRL009)，進行特定之烘烤處理，形成膜厚80nm之抗蝕劑膜5(參照圖4A)。
繼而，使用電子束繪圖機，對上述抗蝕劑膜5描繪特定之裝置圖案(與應形成於相移膜2之相移圖案對應之圖案)之後使抗蝕劑膜進行顯影，而形成抗蝕劑圖案5a(參照圖4B)。
繼而，將上述抗蝕劑圖案5a作為遮罩，進行硬質遮罩膜4之乾式蝕刻，而形成硬質遮罩膜圖案4a(圖4C參照)。作為乾式蝕刻氣體，使用氟系氣體(CF4)。
於去除上述抗蝕劑圖案5a之後，將上述硬質遮罩膜圖案4a作為遮罩，連續進行包含上層3C、中間層3B及下層3A之積層膜之遮光膜3之乾式蝕刻，而形成遮光膜圖案3a(參照圖4D)。作為乾式蝕刻 氣體，使用Cl2與O2之混合氣體(Cl2：O2=4：1(流量比))。
繼而，將上述遮光膜圖案3a作為遮罩，連續進行包含矽層21及相移層22之積層之相移膜2之乾式蝕刻，而形成相移膜圖案2a(參照圖4E)。作為乾式蝕刻氣體，使用氟系氣體(SF6)。再者，於該相移膜2之蝕刻步驟中，露出至表面之硬質遮罩膜圖案4a得以去除。
繼而，於上述圖4E之狀態之基板上之整個面，藉由旋轉塗佈法形成與上述相同之抗蝕劑膜6(參照圖5A)，並使用電子束繪圖機描繪特定之裝置圖案(例如與遮光帶圖案對應之圖案)，其後進行顯影，而形成特定之抗蝕劑圖案6a(參照圖5B)。繼而，將該抗蝕劑圖案6a作為遮罩，進行露出之遮光膜圖案3a之蝕刻，例如去除轉印圖案形成區域內之遮光膜圖案3a，而於轉印圖案形成區域之周邊部形成遮光帶圖案(參照圖5C)。作為該情形之乾式蝕刻氣體，使用Cl2與O2之混合氣體(Cl2：O2=8：1(流量比))。
最後，去除殘存之抗蝕劑圖案6a，而製作半色調式相移遮罩20(參照圖5D)。
再者，上述相移膜圖案2a之透光率、相位差與製造遮罩基底時幾乎無變化。
[評價]
對所獲得之相移遮罩20藉由遮罩檢查裝置進行遮罩圖案之檢查，結果由設計值確認到於容許範圍內形成有微細圖案。又，對所獲得之相移遮罩20以成為總照射量30kJ/cm2之方式連續照射ArF準分子雷射。如上所述，所謂照射量30kJ/cm2(能量密度約25mJ/cm2)，相當於將相移遮罩20使用大致100,000次，以通常之相移遮罩20之使用頻度相當於使用大致3個月。
對上述照射後之相移膜2(Si層+MoSiON層)之透光率及相位差進行測定，結果為於ArF準分子雷射(波長193nm)中，透光率變成 6.12%，相位差變成176.1度。因此，關於照射前後之變化量，透光率為+0.04%，相位差為-0.2度，變化量抑制得較小，該程度之變化量對相移遮罩20之性能無影響。又，使用TEM(Transmission Electron Microscopy，穿透式電子顯微鏡)對相移膜圖案2a之剖面進行詳細觀察，結果為並未特別確認到如先前所產生之較厚之變質層，關於線寬之增粗(CD變化量)亦得以抑制至2nm以下。因此，可知：本實施例之遮罩基底及使用其所製作之相移遮罩對藉由200nm以下之短波長之曝光光源之累積照射具備極高之耐光性。
(實施例2)
該實施例2之遮罩基底係於形成相移膜2之相移層22之材料應用SiN膜，除此以外，以與實施例1之遮罩基底相同之順序進行製造。具體而言，於單片式RF濺鍍裝置內設置透光性基板1，使用矽(Si)靶，藉由將氬(Ar)氣作為濺鍍氣體之RF濺鍍，以8nm之厚度相接於透光性基板1之表面形成矽層21。繼而，使用矽(Si)靶，藉由將氬(Ar)及氮(N2)之混合氣體作為濺鍍氣體之反應性濺鍍(RF濺鍍)，以63nm之厚度於矽層21上形成包含矽及氮之相移層22(SiN膜Si：N=43原子%：57原子%)。按照以上順序，相接於透光性基板1之表面以71nm之厚度形成積層矽層21及相移層22而成之相移膜2。該相移膜2之相移層22之厚度為矽層21之厚度之7.9倍。再者，相移層22之組成係藉由利用X射線光電子光譜法(XPS)之測定所獲得之結果。
對已形成該相移膜2之透光性基板1進行加熱處理，以減少相移膜2之膜應力，及於表層部分形成氧化層。使用相移量測定裝置(Lasertec公司製造MPM193)測定該相移膜2對波長193nm之光之透光率及相位差，結果為透光率為6.1%，相位差為177.0度(deg)。又，對該相移膜2藉由SEM(Scanning Electron Microscope，掃描式電子顯微鏡)及EDX(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy，X射線能量 散佈分析儀)進行分析，結果為確認到於自相移層22之表面約2nm左右之厚度之表層部分形成有氧化層。進而，對該相移膜2之矽層21及相移層22之各光學特性進行測定，結果為矽層21之折射率n為1.06，消光係數k為2.72，相移層22之折射率n為2.63，消光係數k為0.37。相移膜2對波長193nm之光之背面反射率(透光性基板1側之反射率)為44.1%。
繼而，於該相移膜2上，以與實施例1之遮罩基底相同之順序形成遮光膜3及硬質遮罩膜4。按照以上順序製造具備於透光性基板1上積層包含矽層21與SiN之相移層22之相移膜2、遮光膜3及硬質遮罩膜4而成的構造之實施例2之遮罩基底12。
繼而，使用該實施例2之遮罩基底12，以與實施例1相同之順序製作實施例2之相移遮罩20。再者，對相移膜2進行使用SF6+He之乾式蝕刻，此時之矽層21之蝕刻速率相對於相移層22之蝕刻速率之比為2.06。
[評價]
對所獲得之實施例2之相移遮罩20，藉由遮罩檢查裝置進行遮罩圖案之檢查，結果由設計值確認到於容許範圍內形成有微細圖案。又，對所獲得之相移遮罩，進行以總照射量成為40kJ/cm2之方式間歇照射ArF準分子雷射之照射處理。該照射處理前後之相移圖案2a之CD變化量為1.5nm。
進而，對該進行過ArF準分子雷射光之照射處理之後之相移遮罩20，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製造)進行以波長193nm之曝光之光對半導體裝置上之抗蝕劑膜進行曝光轉印時之曝光轉印圖像之模擬。對該模擬中所獲得之曝光轉印圖像進行驗證，結果為充分滿足設計規格。根據以上情況，利用該實施例2之遮罩基底所製造之相移遮罩20即便設置於曝光裝置以累計照射量成為高至40kJ/cm2地進行藉由 ArF準分子雷射之曝光之光之曝光轉印，亦能夠以高精度對半導體裝置上之抗蝕劑膜進行曝光轉印。
(比較例)
於上述實施例1中所使用之遮罩基底中，省去矽層之形成，於基板1之表面形成MoSiON層作為相移膜，除此以外，以與實施例1相同之方式形成遮光膜及硬質遮罩膜，而製作比較例之遮罩基底。
再者，對上述形成有MoSiON膜之透光性基板實施加熱處理。具體而言，於大氣中進行將加熱溫度設為400℃且將加熱時間設為2小時之加熱處理。再者，該MoSiON膜於ArF準分子雷射中，透光率變成6.11%，相位差變成175.6度。又，使用TEM(穿透式電子顯微鏡)對加熱處理後之MoSiON膜之剖面進行詳細觀察，結果為於MoSiON膜之表層部分無特別變化，且未形成如覆膜者。
繼而，以與實施例1相同之方式，使用上述比較例之遮罩基底製作相移遮罩。再者，所製作之相移遮罩之相移膜之透光率、相位差與製造遮罩基底時幾乎無變化。
對所獲得之本比較例之相移遮罩以總照射量成為30kJ/cm2之方式連續照射ArF準分子雷射。對照射後之相移膜(MoSiON膜)之透光率及相位差進行測定，結果於ArF準分子雷射中，透光率變成7.69%，相位差變成170.8度。因此，關於照射前後之變化量，透光率為+1.58%，相位差為-4.8度，變化量非常大，若產生該程度之變化量，則無法作為光罩使用。又，使用TEM(穿透式電子顯微鏡)對相移膜圖案之剖面進行詳細觀察，結果為確認到如先前產生之變質層，且確認由此而引起之線寬之增粗(CD變化量)亦為10nm。
以上，針對本發明之實施形態及實施例進行了說明，但此僅為例示，並非對申請專利範圍進行限定者。申請專利範圍所記載之技術中包含將以上所例示之具體例進行各種變化、變更者。
本案係以2015年3月27日提出申請之日本專利申請第2015-067259號中之優先權作為基礎而主張其利益者，其所有揭示作為參考文獻而併入本文。
1‧‧‧透光性基板
2‧‧‧相移膜
10‧‧‧遮罩基底
21‧‧‧矽層
22‧‧‧相移層

Claims (18)

  1. 一種遮罩基底，其特徵在於：其係於透光性基板上具備相移膜者，且上述相移膜具有如下功能：使ArF準分子雷射之曝光之光以2%以上之透光率透過；及使已透過上述相移膜之上述曝光之光，與僅以與上述相移膜之厚度相同之距離於空氣中通過之曝光之光之間產生150度以上且180度以下的相位差；上述相移膜包含自透光性基板側依序積層矽層及相移層而成之構造；上述相移層除其表層部分以外由包含矽及氮之材料、或於包含矽及氮之材料中含有1種以上選自除氧以外之非金屬元素及半金屬元素之元素的材料而形成；上述相移層之厚度厚於上述矽層；上述矽層之厚度為3nm以上且未達12nm。
  2. 如請求項1之遮罩基底，其中上述矽層之膜密度為2.1g/cm3以上且2.5g/cm3以下。
  3. 如請求項1或2之遮罩基底，其中上述相移層之膜密度大於2.5g/cm3且為3.0g/cm3以下。
  4. 如請求項1或2之遮罩基底，其中上述相移層之厚度為上述矽層之厚度之5倍以上。
  5. 如請求項1或2之遮罩基底，其中上述相移層之膜厚為80nm以下。
  6. 如請求項1或2之遮罩基底，其中上述相移層之氮含量大於50原子%。
  7. 如請求項1或2之遮罩基底，其於上述相移膜之與上述基板相 反之側之表面具有包含含有鉻之材料之遮光膜。
  8. 如請求項7之遮罩基底，其於上述遮光膜之與上述相移膜相反之側之表面具有硬質遮罩膜，該硬質遮罩膜包含含有矽之材料。
  9. 一種相移遮罩之製造方法，其特徵在於：其包含將如請求項1至8中任一項之遮罩基底之上述相移膜圖案化之步驟。
  10. 一種相移遮罩，其特徵在於：其係於透光性基板上具備相移膜圖案者，且上述相移膜圖案具有如下功能：使ArF準分子雷射之曝光之光以2%以上之透光率透過；及使已透過上述相移膜圖案之上述曝光之光，與僅以與上述相移膜之厚度相同之距離於空氣中通過之曝光之光之間產生150度以上且180度以下之相位差；上述相移膜圖案包含自透光性基板側依序積層矽層及相移層而成之構造；上述相移層除其表層部分以外係由包含矽及氮之材料、或於包含矽及氮之材料中含有1種以上選自除氧以外之非金屬元素及半金屬元素之元素的材料而形成；上述相移層之厚度厚於上述矽層；上述矽層之厚度為3nm以上且未達12nm。
  11. 如請求項10之相移遮罩，其中上述矽層之膜密度為2.1g/cm3以上且2.5g/cm3以下。
  12. 如請求項10或11之相移遮罩，其中上述相移層之膜密度大於2.5g/cm3且為3.0g/cm3以下。
  13. 如請求項10或11之相移遮罩，其中上述相移層之厚度為上述矽層之厚度之5倍以上。
  14. 如請求項10或11之相移遮罩，其中上述相移層之膜厚為80nm 以下。
  15. 如請求項10或11之相移遮罩，其中上述相移層之氮含量大於50原子%。
  16. 如請求項10或11之相移遮罩，其於上述相移膜圖案之與上述基板相反之側之表面具有遮光膜圖案，該遮光膜圖案包含含有鉻之材料。
  17. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於包含如下步驟：使用藉由如請求項9之相移遮罩之製造方法所製造之相移遮罩，並藉由微影法將上述相移遮罩之轉印圖案圖案轉印至半導體基板上。
  18. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於包含如下步驟：使用如請求項10至16中任一項之相移遮罩，並藉由微影法將上述相移遮罩之轉印圖案圖案轉印至半導體基板上。
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