TWI732783B - 光罩基底、相移光罩及半導體裝置之製造方法 - Google Patents

光罩基底、相移光罩及半導體裝置之製造方法 Download PDF

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Abstract

於本發明之光罩基底10中，遮光膜4具有單層構造或複數層之積層構造，上述遮光膜4之至少1層係藉由含有過渡金屬及矽且不含有氮及氧之材料、或含有過渡金屬、矽及氮且滿足以下之式(1)之條件之材料之任一者而形成，相移膜2包含表層及表層以外之層，上述表層以外之層係由含有過渡金屬、矽、氮及氧，且氧之含量為3原子%以上，且滿足以下之式(A)之條件之材料而形成。
CN≦9.0×10-6×RM 4-1.65×10-4×RM 3-7.718×10-2×RM 2+3.611×RM-21.084‧‧‧式(1)
0.04×AS-0.06×AM>1‧‧‧式(A)

Description

光罩基底、相移光罩及半導體裝置之製造方法
本發明係關於一種光罩基底、相移光罩及半導體裝置之製造方法。
一般而言，於半導體裝置之製造步驟中，使用光微影法來進行微細圖案之形成。於該微細圖案之形成中，通常使用幾片被稱為轉印用光罩之基板。該轉印用光罩一般而言係於透光性之玻璃基板上設置有包含金屬薄膜等之微細圖案者。於該轉印用光罩之製造中亦使用光微影法。
於使半導體裝置之圖案微細化時，除了需要使形成於轉印用光罩之光罩圖案微細化以外，還需要使於光微影使用之曝光光源之波長短波長化。製造半導體裝置時所使用之曝光光源於近年來自KrF準分子雷射(波長248nm)向ArF準分子雷射(波長193nm)推進短波長化。
作為轉印用光罩之種類，除了先前之於透光性基板上具備包含鉻系材料之遮光膜圖案之二元光罩以外，還眾所周知有半色調式相移光罩。該半色調式相移光罩係於透光性基板上具備相移膜圖案者。該相移膜具有如下功能，即，使光以實質上無助於曝光之強度透過，且使透過該相移膜之光相對於在空氣中通過相同距離之光而產生特定之相位差，藉此，產生所謂之相移效果。
一般而言，轉印用光罩之形成轉印圖案之區域之外周區域要求確保特定值以上之光學濃度(OD)，以於使用曝光裝置曝光轉印至半導體晶圓上之抗蝕劑膜時，抗蝕劑膜不受透過外周區域之曝光之光之影響。通常，於轉印用光罩之外周區域中，較理想的是OD為3以上，至少需要為2.7左右。然而，半色調式相移光罩之相移膜具有使曝光之光以特定之透過率透過之功能，若僅利用該相移膜，則難以確保轉印用光罩之外周區域所要求之光學濃度。因此，於相對於曝光之光具有特定之相移量及透過率之半透明膜之上積層遮光膜(遮光性膜)，利用半透明膜與遮光膜之積層構造來確保特定之光學濃度。
另一方面，近年來，研究有藉由於遮光膜使用過渡金屬矽化物系材料而提高於遮光膜形成微細圖案時之精度。與其關聯之技術揭示於專利文獻1中。
然而，如於專利文獻2或專利文獻3等中亦視為問題般，近年來判明MoSi系(過渡金屬矽化物系)膜若長時間受ArF準分子雷射之曝光之光(ArF曝光之光)之照射，則產生圖案之線寬變化之現象。對於此種問題，於專利文獻2中，揭示有藉由於以MoSi系膜形成之圖案之表面形成鈍態膜而提高對於ArF曝光之光之耐光性(以下，亦簡稱為ArF耐光性)。又，於專利文獻3中，揭示有如下技術：關於半色調相移膜等過渡金屬矽系材料膜(亦稱為過渡金屬矽化物系材料膜)，藉由使膜中之氧含量為3原子%以上，且使矽之含量與過渡金屬之含量為滿足特定關係式之範圍內，進而，設為於該過渡金屬矽系材料膜之表層設置有表面氧化層之構成而提高ArF耐光性。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2007-241065公報
專利文獻2：日本專利特開2010-217514公報
專利文獻3：日本專利特開2012-058593公報
於專利文獻1中，記載有於相移膜或遮光膜中使用過渡金屬矽化物系材料。然而，於該專利文獻1中，關於應用於相移膜及遮光膜之材料，未於與ArF耐光性相關之觀點進行任何考慮。於專利文獻2中，藉由於由MoSi系膜形成之圖案之表面形成鈍態膜而提高ArF耐光性，但於該方法中，MoSi系膜之內部構造甚至未改變。即，關於MoSi系膜之內部構造，可謂ArF耐光性與先前同等。因此，必須不僅於MoSi系膜之圖案之上表面之表層，亦於側壁之表層形成鈍態膜。於該專利文獻2中，於在MoSi系膜形成圖案之後，藉由進行電漿處理、UV(ultraviole，紫外線)照射處理、或加熱處理而形成鈍態膜，但形成於MoSi系膜之圖案之面內之粗密差較大，相鄰之圖案彼此之側壁間之距離亦差異較大之情況較多。因此，存在難以於所有圖案之側壁形成相同厚度之鈍態膜之問題。
相對於該等問題點，專利文獻3表示有關於使用過渡金屬矽化物系材料膜時之ArF耐光性之1個解決方法。又，根據本申請人之實驗，明確於過渡金屬矽化物系材料中藉由提高氮之含量而獲得ArF耐光性之傾向(參照實施形態中所說明之圖2)。即，期待藉由於半色調式相移光罩之相移膜或遮光膜使用使氮之含量為特定量以上之過渡金屬矽化物系材料膜而具備ArF耐光性，且可提高形成微細圖案時之精度。
於專利文獻3中，揭示有具有於透明基板上依序積層有半色調相移膜與遮光膜之構造之光罩基底。於該專利文獻3中，半色調相移以包含含有過渡金屬、矽、氧及氮之材料之過渡金屬矽系材料形成，其組成亦於專利文獻3中應用ArF耐光性較高者。於該專利文獻3中，記載有將由ArF耐光性較高之過渡金屬矽系材料而形成之膜應用於遮光膜(積層於半色調相移膜上之遮光膜)。然而，關於用於積層於半色調相移膜上之遮光膜之其他材料，僅記載有至今為止廣泛使用之含有鉻之材料(鉻系材料)。即，於專利文獻3中僅揭示由ArF耐光性較高之材料形成遮光膜。
若由鉻系材料形成設置於半色調相移膜(以下，亦簡稱為相移膜)上之遮光膜，則無需特別考慮ArF耐光性，故而為最簡單之方法。然而，若自於遮光膜形成微細圖案之必要性之觀點考慮，則鉻系材料並非為較佳之材料。於半色調式相移光罩(以下，亦簡稱為相移光罩)中，設置有包含微細圖案之轉印圖案者係相移膜。於遮光膜，設置如遮光帶般之相對稀疏之圖案。一般而言，用以製作相移光罩而使用之光罩基底係具備自透光性基板側積層有相移膜與遮光膜之構造者。
於自該光罩基底製作相移光罩之製程中，首先，必須藉由乾式蝕刻而於遮光膜形成應形成於相移膜之轉印圖案。其原因在於，將形成有該轉印圖案之遮光膜作為蝕刻遮罩，藉由乾式蝕刻而於相移膜形成轉印圖案。於遮光膜暫時形成微細圖案，故而遮光膜較理想為應用能以較高之精度形成微細圖案之材料。
由鉻系材料形成之遮光膜必須藉由利用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻而圖案化。於利用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻中，於蝕刻氣體之特性上，難以提高各向異性蝕刻之傾向。因此，難以提高圖 案側壁之形狀精度，且亦難以減小面內(俯視)之CD(Critical Dimension，臨界尺寸)精度之不均。而且，形成於該遮光膜之轉印圖案之精度對將相移膜乾式蝕刻而形成之相移膜之轉印圖案之精度帶來影響。
又，有機系材料之抗蝕劑膜存在不耐氧電漿之傾向。為了將抗蝕劑膜作為蝕刻遮罩，於鉻系材料之遮光膜藉由乾式蝕刻形成圖案，必須使抗蝕劑膜之厚度變厚。於遮光膜之特性上，需要可確保特定之光學濃度之膜厚，故而抗蝕劑膜之厚度亦必須與其對應地變厚。若抗蝕劑膜之厚度變厚，則於在該抗蝕劑膜形成微細圖案時，圖案之縱橫比(圖案之高度相對於寬度之比率)變高，容易產生抗蝕劑圖案之倒塌，對形成微細圖案不利。由此現狀為於提高於由鉻系材料形成之遮光膜形成微細圖案時之精度存在極限。
另一方面，於由過渡金屬矽化物系材料形成遮光膜之情形時，遮光膜之圖案化係以利用氟系氣體之乾式蝕刻而進行。由於氟系氣體之乾式蝕刻係各向異性蝕刻之傾向較高，故而可提高圖案側壁之形狀精度。如專利文獻1中所揭示般，將遮光膜圖案化時所使用之蝕刻遮罩並非使用有機系材料之抗蝕劑膜，而是使用鉻系材料之蝕刻遮罩膜之情況較多。又，由於相移膜與遮光膜均係由過渡金屬矽化物系材料而形成，故而於相移膜與遮光膜之間使用鉻系材料之蝕刻終止膜之情況較多。
進而，於專利文獻1中未作考慮，於自此種積層構造之光罩基底製作相移光罩時，於形成轉印圖案之區域之外側由遮光膜與相移膜之積層構造(將對準標記之圖案形成於遮光膜與相移膜之兩者，設為藉由遮光膜與相移膜之積層構造之部分與透光性基板露出之部分之間之對比度而識別之標記)而構成對準標記等標記之情形時，如下所述，必須於在蝕刻終止膜形 成轉印圖案之乾式蝕刻結束之後殘留蝕刻遮罩膜。
因此，必須以較於蝕刻終止膜形成圖案之乾式蝕刻所需要之蝕刻時間，而使於蝕刻遮罩膜形成圖案之乾式蝕刻所需要之蝕刻時間變長之方式設計2個膜之厚度或組成。即便於使用任一設計方法之情形時，與不考慮該對準標記之形成之情形時之膜設計相比，抗蝕劑膜之厚度趨向於變厚。
另一方面，於將蝕刻遮罩膜作為遮罩，對遮光膜進行乾式蝕刻而形成轉印圖案之情形時，鉻系材料之蝕刻遮罩膜雖具有相對於氟系氣體之蝕刻耐性但並非完全不被蝕刻。於將遮光膜圖案化之期間，蝕刻遮罩膜之表面持續曝露於各向異性提高之蝕刻氣體(施加有偏壓之狀態之蝕刻氣體)，故而藉由物理性之作用等而一點點地被蝕刻。因此，蝕刻遮罩膜必須設為考慮將遮光膜圖案化時之利用氟系氣體之乾式蝕刻時之減膜量、與將蝕刻終止膜圖案化時之利用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻時之減膜量的厚度。
若蝕刻遮罩膜之厚度變厚，則於將該蝕刻遮罩膜圖案化時成為遮罩之抗蝕劑膜之厚度亦必須變厚。因此，要求使蝕刻遮罩膜之厚度變薄。為了使蝕刻遮罩膜之厚度變薄，較理想為使遮光膜之厚度變薄。然而，遮光膜有必須確保特定之光學濃度(OD)之限制。為了具有遮光膜之本來之功能即“遮光”之能力且實現薄膜化，而必須為每單位膜厚之光學濃度(OD)較高之材料。於過渡金屬矽化物系材料中，為了提高每單位膜厚之光學濃度(OD)，必須減少除過渡金屬與矽以外之元素之含量。尤其，由於成為使光學濃度降低之因素之元素為氧或氮，故而必須減少該等之含量，但如上所述，自ArF耐光性之觀點考慮，氮之含量必須為特定量以上，認為於該方面產生不可避免之取捨。
本發明係鑒於上述方面，其目的在於提供一種於自能夠於遮光膜形成微細圖案之觀點考慮使用至少含有過渡金屬與矽之材料即過渡金屬矽化物系材料(以下，亦簡稱為過渡金屬矽化物系材料)之情形時，亦可實現遮光膜之薄膜化，且亦能夠消除ArF耐光性之問題之相移光罩及用以製作其之光罩基底、半導體裝置之製造方法。
為了解決上述問題，本發明具有以下之構成。
(構成1)
一種光罩基底，其特徵在於，其係具有於透光性基板上依序積層有相移膜、蝕刻終止膜及遮光膜之構造者，且上述遮光膜具有單層構造或複數層之積層構造，上述遮光膜之至少1層係藉由含有過渡金屬及矽且不含有氮及氧之材料、或含有過渡金屬、矽及氮且滿足以下之式(1)之條件之材料之任一者而形成，上述相移膜包含表層與表層以外之層，上述表層以外之層係由含有過渡金屬、矽、氮及氧，且氧之含量為3原子%以上，且滿足以下之式(A)之條件之材料而形成。
CN≦9.0×10-6×RM 4-1.65×10-4×RM 3-7.718×10-2×RM 2+3.611×RM-21.084‧‧‧式(1)
0.04×AS-0.06×AM>1‧‧‧式(A)
其中，RM為上述1層中之過渡金屬之含量〔原子%〕相對於過渡金屬及矽之合計含量〔原子%〕之比率〔%〕，CN〔原子%〕為上述1層中之氮之含量〔原子%〕，AM為上述表層以外之層中之過渡金屬之含量〔原子 %〕，AS為上述表層以外之層中之矽之含量〔原子%〕。
(構成2)
一種光罩基底，其特徵在於，其係具有於透光性基板上依序積層有相移膜、蝕刻終止膜及遮光膜之構造者，且上述遮光膜具有單層構造或複數層之積層構造，上述遮光膜之至少1層係藉由含有過渡金屬及矽且不含有氮及氧之材料、或含有過渡金屬、矽及氮且滿足以下之式(1)之條件之材料之任一者而形成，上述相移膜包含表層與表層以外之層，上述表層以外之層係由含有過渡金屬、矽、氮及氧，且氧之含量為3原子%以上，且滿足以下之式(B)之條件之材料而形成。
CN≦9.0×10-6×RM 4-1.65×10-4×RM 3-7.718×10-2×RM 2+3.611×RM-21.084‧‧‧式(1)
0.04×AS-0.06×AM-0.03×AN>-0.1‧‧‧式(B)
其中，RM為上述1層中之過渡金屬之含量〔原子%〕相對於過渡金屬及矽之合計含量〔原子%〕之比率〔%〕，CN〔原子%〕為上述1層中之氮之含量〔原子%〕，AM為上述表層以外之層中之過渡金屬之含量〔原子%〕，AS為上述表層以外之層中之矽之含量〔原子%〕，AN為上述表層以外之層中之氮之含量〔原子%〕。
(構成3)
一種光罩基底，其特徵在於，其係具有於透光性基板上依序積層有相移膜、蝕刻終止膜及遮光膜之構造者，且上述遮光膜具有單層構造或複數層之積層構造， 上述遮光膜之至少1層係藉由含有過渡金屬及矽且不含有氮及氧之材料、或含有過渡金屬、矽及氮且滿足以下之式(1)之條件之材料之任一者而形成，上述相移膜包含表層與表層以外之層，上述表層以外之層係由含有過渡金屬、矽、氮及氧，且氧之含量為3原子%以上，且滿足以下之式(C)之條件之材料而形成。
CN≦9.0×10-6×RM 4-1.65×10-4×RM 3-7.718×10-2×RM 2+3.611×RM-21.084‧‧‧式(1)
0.04×AS-0.06×AM-0.03×AN+0.02×AO>0‧‧‧式(C)
其中，RM為上述1層中之過渡金屬之含量〔原子%〕相對於過渡金屬及矽之合計含量〔原子%〕之比率〔%〕，CN〔原子%〕為上述1層中之氮之含量〔原子%〕，AM為上述表層以外之層中之過渡金屬之含量〔原子%〕，AS為上述表層以外之層中之矽之含量〔原子%〕，AN為上述表層以外之層中之氮之含量〔原子%〕，AO為上述表層以外之層中之氧之含量〔原子%〕。
(構成4)
如構成1至3中任一項之光罩基底，其中上述相移膜之表層之氧含量較上述表層以外之層多。
(構成5)
如構成1至4中任一項之光罩基底，其中上述蝕刻終止膜由含有鉻之材料而形成。
(構成6)
如構成1至5中任一項之光罩基底，其中上述相移膜、蝕刻終止膜及上 述遮光膜之積層構造中之相對於ArF準分子雷射光之光學濃度為2.7以上。
(構成7)
如構成1至6中任一項之光罩基底，其中於上述遮光膜上具備包含含有鉻之材料之硬質遮罩膜。
(構成8)
一種相移光罩，其特徵在於，其係具有於透光性基板上依序積層有相移膜圖案、蝕刻終止膜圖案及遮光膜圖案之構造者，且上述遮光膜圖案具有單層構造或複數層之積層構造，上述遮光膜圖案之至少1層係藉由含有過渡金屬及矽且不含有氮及氧之材料、或含有過渡金屬、矽及氮且滿足以下之式(1)之條件之材料之任一者而形成，上述相移膜圖案包含表層與表層以外之層，上述表層以外之層係由含有過渡金屬、矽、氮及氧，且氧之含量為3原子%以上，且滿足以下之式(A)之條件之材料而形成。
CN≦9.0×10-6×RM 4-1.65×10-4×RM 3-7.718×10-2×RM 2+3.611×RM-21.084‧‧‧式(1)
0.04×AS-0.06×AM>1‧‧‧式(A)
其中，RM為上述1層中之過渡金屬之含量〔原子%〕相對於過渡金屬及矽之合計含量〔原子%〕之比率〔%〕，CN〔原子%〕為上述1層中之氮之含量〔原子%〕，AM為上述表層以外之層中之過渡金屬之含量〔原子%〕，AS為上述表層以外之層中之矽之含量〔原子%〕。
(構成9)
一種相移光罩，其特徵在於，其係具有於透光性基板上依序積層有 相移膜圖案、蝕刻終止膜圖案及遮光膜圖案之構造者，且上述遮光膜圖案具有單層構造或複數層之積層構造，上述遮光膜圖案之至少1層係藉由含有過渡金屬及矽且不含有氮及氧之材料、或含有過渡金屬、矽及氮且滿足以下之式(1)之條件之材料之任一者而形成，上述相移膜圖案包含表層與表層以外之層，上述表層以外之層係由含有過渡金屬、矽、氮及氧，且氧之含量為3原子%以上，且滿足以下之式(B)之條件之材料而形成。
CN≦9.0×10-6×RM 4-1.65×10-4×RM 3-7.718×10-2×RM 2+3.611×RM-21.084‧‧‧式(1)
0.04×AS-0.06×AM-0.03×AN>-0.1‧‧‧式(B)
其中，RM為上述1層中之過渡金屬之含量〔原子%〕相對於過渡金屬及矽之合計含量〔原子%〕之比率〔%〕，CN〔原子%〕為上述1層中之氮之含量〔原子%〕，AM為上述表層以外之層中之過渡金屬之含量〔原子%〕，AS為上述表層以外之層中之矽之含量〔原子%〕，AN為上述表層以外之層中之氮之含量〔原子%〕。
(構成10)
一種相移光罩，其特徵在於，其係具有於透光性基板上依序積層有相移膜圖案、蝕刻終止膜圖案及遮光膜圖案之構造者，且上述遮光膜圖案具有單層構造或複數層之積層構造，上述遮光膜圖案之至少1層係藉由含有過渡金屬及矽且不含有氮及氧之材料、或含有過渡金屬、矽及氮且滿足以下之式(1)之條件之材料之任一者而形成， 上述相移膜圖案包含表層與表層以外之層，上述表層以外之層係由含有過渡金屬、矽、氮及氧，且氧之含量為3原子%以上，且滿足以下之式(C)之條件之材料而形成。
CN≦9.0×10-6×RM 4-1.65×10-4×RM 3-7.718×10-2×RM 2+3.611×RM-21.084‧‧‧式(1)
0.04×AS-0.06×AM-0.03×AN+0.02×AO>0‧‧‧式(C)
其中，RM為上述1層中之過渡金屬之含量〔原子%〕相對於過渡金屬及矽之合計含量〔原子%〕之比率〔%〕，CN〔原子%〕為上述1層中之氮之含量〔原子%〕，AM為上述表層以外之層中之過渡金屬之含量〔原子%〕，AS為上述表層以外之層中之矽之含量〔原子%〕，AN為上述表層以外之層中之氮之含量〔原子%〕，AO為上述表層以外之層中之氧之含量〔原子%〕。
(構成11)
如構成8至10中任一項之相移光罩，其中上述相移膜圖案之表層之氧含量較上述表層以外之層多。
(構成12)
如構成8至11中任一項之相移光罩，其中上述蝕刻終止膜圖案係由含有鉻之材料而形成。
(構成13)
如構成8至12中任一項之相移光罩，其中上述相移膜圖案、蝕刻終止膜圖案及上述遮光膜圖案之積層構造中之相對於ArF準分子雷射光之光學濃度為2.7以上。
(構成14)
一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於具有如下步驟：於具有發出ArF準分子雷射光之曝光光源之曝光裝置，設置如構成8至13中任一項之相移光罩，將轉印圖案轉印至形成於被轉印基板上之抗蝕劑膜。
根據本發明之光罩基底(藉由此而製作之相移光罩)，於遮光膜使用過渡金屬矽化物系材料之情形時，亦可實現遮光膜之薄膜化，且亦能夠消除ArF耐光性之問題。又，根據本發明之半導體裝置之製造方法，於半導體裝置之製造中，即便將相移光罩長期使用(即便長時間受到ArF準分子雷射之曝光之光之照射)亦可抑制產生圖案之線寬變化之現象。
1:透光性基板
2:相移膜
2a:相移膜圖案
3:蝕刻終止膜
3a:蝕刻終止膜圖案
3b:蝕刻終止膜圖案
4:遮光膜
4a:遮光膜圖案
4b:遮光膜圖案
5:硬質遮罩膜
5a:硬質遮罩膜圖案
5b:硬質遮罩膜圖案
6a:第1抗蝕劑圖案
7b:第2抗蝕劑圖案
10:光罩基底
20:相移光罩
圖1係表示本發明之第1實施形態之光罩基底之層構成之剖視圖。
圖2係關於每單位膜厚之光學濃度成為特定值(以0.005刻度記為0.060〔OD/nm〕~0.080〔OD/nm〕之範圍)之過渡金屬矽化物系材料，表示Mo/(Mo+Si)比率與氮含量之關係的圖。
圖3(a)~(h)係表示本發明之第1實施形態之相移光罩之製造步驟之剖視圖。
以下，對於本發明之實施態樣，一面參照圖式一面具體地進行說明。再者，以下之實施態樣為將本發明具體化時之一形態，並不將本發明限定於該範圍內。
於具有於透光性基板上自透光性基板側起積層有相移膜圖案與遮光膜圖案之構造之相移光罩中，考慮相移膜及遮光膜均由過渡金屬矽化物系材料而形成之情形時，一般而言，進行於相移膜與遮光膜之兩者應用具有 ArF耐光性之過渡金屬矽化物系材料之設計。然而，本發明者等之銳意研究之結果發現，關於應用於遮光膜之過渡金屬矽化物系材料，即便使用ArF耐光性不高之材料，實用上亦不會產生問題。
一般而言，於在曝光裝置之光罩台設置相移光罩，對轉印對象物(半導體晶圓上之抗蝕劑膜等)進行曝光轉印之情形時，曝光之光自相移光罩之透光性基板之背面側(未設置相移膜圖案之側之主表面)入射。入射至透光性基板之曝光之光自相反側之主表面入射至相移膜(相移膜圖案)。而且，於通過相移膜之內部之期間曝光之光之光量衰減，於自相移膜之表面出射時，成為與特定之透過率對應之光量。而且，於遮光膜於相移膜上所處之區域(存在遮光膜圖案之區域)中，該衰減至與特定之透過率對應之光量之曝光之光(於在相移膜與遮光膜之間介置有蝕刻終止膜之情形時，為進而通過蝕刻終止膜之內部之曝光之光)入射至遮光膜。
本發明者等人查明，包含過渡金屬矽化物系材料之薄膜圖案藉由受到ArF曝光之光之照射而產生之圖案線寬之變化，與ArF曝光之光之累計照射量具有相關性。如上所述，與藉由向轉印對象物之1次曝光轉印而相移光罩之相移膜圖案所受到之ArF曝光之光之照射量相比，遮光膜圖案所受到之ArF曝光之光之照射量大幅度地小。即，於對相移光罩進行特定次數之曝光轉印時，與相移膜圖案所受到之ArF曝光之光之累計照射量相比，遮光膜圖案所受到之ArF曝光之光之累計照射量大幅度地變少。
因此，於對在透光性基板上積層有相移膜圖案與包含ArF耐光性較低之過渡金屬矽化物系材料之遮光膜圖案之構造之相移光罩，進行向轉印對象物之曝光轉印之情形時，與對在透光性基板上不介置其他膜而設置有遮光膜圖案之構造之轉印用光罩以相同條件進行向轉印對象物之曝光轉印之 情形時相比，變化為遮光膜圖案之線寬所不容許之粗度之前的使用次數(向轉印對象物之曝光轉印次數)大幅度上升。
左右相移光罩之壽命之因素不僅為相關ArF耐光性之圖案線寬之粗度。例如，相移光罩必須於每使用特定次數時利用藥液進行洗淨。於該洗淨時，相移膜或遮光膜之圖案表面藉由藥液而一點一點地溶解(產生減膜)。由於藉由重複該洗淨所致之膜厚之減少，而變得不滿足作為相移光罩之相移膜或遮光膜之光學特性時，作為相移光罩之壽命結束。除此以外，亦存在左右相移光罩之壽命(耐用次數)之因素，於藉由該等複數個因素而某種程度上規定之相移光罩之壽命結束之時期之前，若由ArF曝光所引起之遮光膜之線寬之變化量收斂於容許範圍內，則作為遮光膜之性能無問題。
以上之本發明者等人之銳意研究之結果想到，若為於透光性基板上介置積層有使ArF曝光之光衰減至特定之透過率為止之相移膜的遮光膜，則即便不考慮ArF耐光性之觀點而選定過渡金屬矽化物系材料，亦至少於相移膜壽命結束之時期之前由ArF曝光所引起的遮光膜之線寬之變化量收斂於容許範圍內，實質上不產生ArF耐光性之問題。而且，得出如下結論，即，自作為遮光膜而本來要求之功能即遮光性能之觀點考慮選定形成遮光膜之材料，將會關係到提供可於相移膜形成微細之圖案之光罩基底。
本發明係藉由由本申請人針對如下現狀此次首次獲得上述知識見解，而提供於遮光膜使用每單位膜厚之光學濃度較高之材料(具體而言為氧或氮之含量較少之過渡金屬矽化物)的光罩基底、相移光罩及半導體裝置之製造方法，即，現狀為於如下兩者之間存在無法解決之取捨關係，即，於針對在遮光膜形成微細圖案之要求而使用過渡金屬矽化物系材料之 情形時，「基於在遮光膜要求之遮光性能與薄膜化之要求，需要每單位膜厚之光學濃度較高之材料(具體而言為於過渡金屬矽化物系材料中氧或氮之含量較少之材料)之必要條件」；及「要求對於ArF準分子雷射曝光之光之較高之耐光性(具體而言必須使用含有特定量以上之氮之過渡金屬矽化物)之最近之知識見解」。
<第1實施形態>
圖1係表示本發明之第1實施形態之光罩基底10之層構成之剖視圖。圖1所示之本發明之光罩基底10為於透光性基板1上依序積層有相移膜2、蝕刻終止膜3、遮光膜4及硬質遮罩膜5之構造。
以下，針對各層進行說明。
<<透光性基板>>
作為透光性基板1，只要為相對於ArF準分子雷射具有透明性者則並不特別限制。於本發明中，可使用合成石英基板、其他各種玻璃基板(例如，鈉鈣玻璃、鋁矽酸鹽玻璃等)。於各種玻璃基板之中尤其合成石英基板由於在ArF準分子雷射或較其更短波長之區域中透明性較高，故而作為用於高精細之轉印圖案之形成之本發明的光罩基底之基板而較佳。
<<相移膜>>
相移膜2為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%~30%，較佳為2~20%)透過者，且為具有特定之相位差(例如，150度~180度)者。具體而言，藉由將該相移膜2圖案化，而形成殘留相移膜2之部分與不殘留相移膜2之部分，相對於透過無相移膜2之部分之光(ArF準分子雷射曝光之光)，而透過相移膜2之光(實質上無助於曝光之強度之 光)之相位成為實質上反轉之關係。如此一來，藉由繞射現象而相互進入至對方之區域之光相互抵消，使交界部之光強度大致為零而使交界部之對比度即解像度提高。相移膜2之膜厚較佳為90nm以下。
於對於晶圓上之抗蝕劑膜之曝光、顯影製程應用NTD(Negative Tone Development)製程之情形時，使用明視野光罩(圖案開口率較高之轉印用光罩)。於明視野之相移光罩中，相移膜之透過率相對性地較高者透過透光部之光之0次光與1次光之平衡較佳，抗蝕劑膜上之圖案解像性提高。其原因在於，透過相移膜之曝光之光與0次光干涉而使光強度衰減之效果變得更大。於應用於該明視野之相移光罩之情形時，相移膜2更佳為相對於曝光波長之透過率為10%以上。再者，於該情形時，相移膜2之相對於曝光波長之透過率較佳為30%以下，更佳為20%以下。
該第1實施形態之相移膜2包含表層與表層以外之層。相移膜2之表層以外之層係由含有過渡金屬、矽、氮及氧，且氧之含量為3原子%以上，且滿足以下之式(A)之條件之材料而形成。
0.04×AS-0.06×AM>1‧‧‧式(A)
其中，AM為上述表層以外之層中之過渡金屬之含量〔原子%〕，AS為上述表層以外之層中之矽之含量〔原子%〕。
藉由受到ArF曝光之光之照射而包含過渡金屬矽化物系材料之薄膜(相移膜2)之圖案之線寬產生變化係起因於產生如下現象，即，於圖案之表層側形成包含Si與O、若干之過渡金屬之變質層。利用濺鍍法成膜之過渡金屬矽化物系材料之薄膜容易產生構造性之間隙。大氣中之氧或水容易進入至該構造性之間隙。若此種狀態之相移膜受到ArF曝光之光之照射，則自該薄膜中之氧或水產生臭氧。同樣地受到ArF曝光之光之照射之薄膜 中之矽或過渡金屬被激發，與臭氧鍵結而產生矽之氧化物或過渡金屬之氧化物。過渡金屬之氧化物具有容易於薄膜中擴散而於表層析出之特徵。又，藉由該氧化之過渡金屬於薄膜之表面析出，而產生大氣中之氧或水更容易進入至薄膜中之情況，從而促進薄膜中之矽或過渡金屬之進一步之氧化。因此，如上述之式(A)所示之關係般，於薄膜中之矽之含量與過渡金屬之含量之間，使過渡金屬之含量相對性地變少，藉此可提高薄膜之相對於ArF曝光之光之照射之耐性。
相移膜2中之表層以外之層係由含有過渡金屬、矽及氮及氧之材料而形成。作為該情形時之過渡金屬，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)、鈮(Nb)、銦(In)、錫(Sn)及鈀(Pd)等中之任一者以上之金屬或該等金屬之合金。於相移膜2之材料中，除了上述元素以外，亦可包含氮(N)、氧(O)、碳(C)、氫(H)及硼(B)等元素。又，於相移膜2之材料中，亦可包含氦(He)、氬(Ar)、氪(Kr)及氙(Ye)等稀有氣體。
該等材料係相對於利用含有氟系氣體之蝕刻氣體之乾式蝕刻之蝕刻速率較快，容易獲得相移膜2所要求之諸多特性。尤其，該等材料作為形成必須嚴格控制透過相移膜2之曝光之光之相位之相移膜2之材料較理想。
相移膜2較佳為於與蝕刻終止膜3相接之側之表層，較表層以外之相移膜2之氧含量更多地含有氧。藉由設為此種表層，而於利用乾式蝕刻將蝕刻終止膜3去除時，相移膜2之表層對於被曝露於氯系氣體與氧氣之混合氣體之蝕刻氣體而可具有較高之耐性。作為於相移膜2形成氧含量相對性地多之表層之方法，除了將成膜後之相移膜2之表層氧化處理之方法以外，還存在將氧含量較多之材料之層利用濺鍍法成膜於相移膜2之表面之 方法等。又，作為該氧化處理，可應用含有氧之氣體中(大氣中等)之加熱處理或進行閃光燈等之閃光照射而使表層氧化之處理。
<<蝕刻終止膜>>
蝕刻終止膜3係由含有鉻之材料形成，該材料於用以於遮光膜4形成轉印圖案之乾式蝕刻時，以可於遮光膜4與相移膜2之間使蝕刻之進展停止之方式相對於遮光膜4及相移膜2具有蝕刻選擇性之。蝕刻終止膜3之材料除了作為上述之元素之鉻(Cr)以外，亦可包含選自氮(N)、氧(O)、碳(C)、氫(H)及硼(B)之1個以上之元素。又，為了提高相對於利用氯系氣體與氧氣之乾式蝕刻之蝕刻速率，及提高相對於利用氟系氣體之乾式蝕刻之耐性，蝕刻終止膜3之材料亦可含有選自銦(In)及錫(Sn)之1個以上之元素。進而，蝕刻終止膜3之材料亦可包含氦(He)、氬(Ar)、氪(Kr)及氙(Xe)等稀有氣體。具體而言，例如，可列舉CrN、CrON、CrOC、CrOCN等材料。
另一方面，若於對下述之遮光膜4進行利用氟系氣體之乾式蝕刻而形成微細圖案時獲得充分之蝕刻選擇性，則亦可由含有矽及氧之材料形成蝕刻終止膜3。作為形成該情形時之蝕刻終止膜3之較佳之材料，可列舉包含矽及氧之材料或包含矽、氮及氧之材料等。
蝕刻終止膜3較佳為厚度為3nm以上，更佳為4nm以上。又，蝕刻終止膜3較佳為厚度為10nm以下，更佳為8nm以下。
<<遮光膜>>
如上述所說明，於自光罩基底製作之後之相移光罩中，大多數於遮光膜4不存在微細圖案。然而，為了於相移膜2精度良好地形成微細圖案，必須可於遮光膜4形成微細圖案。遮光膜4之至少1層為了能夠形成微細圖 案而使用過渡金屬矽化物系材料，且為了薄膜化而使用每單位膜厚之光學濃度較高之材料。具體而言，遮光膜4之至少1層係由含有過渡金屬及矽不含有氮及氧之材料，或含有過渡金屬、矽及氮且滿足以下之式(1)之條件之材料而形成。
CN≦9.0×10-6×RM 4-1.65×10-4×RM 3-7.718×10-2×RM 2+3.611×RM-21.084‧‧‧式(1)
其中，上述式中之RM為上述1層中之過渡金屬之含量〔原子%〕相對於過渡金屬及矽之合計含量〔原子%〕之比率〔%〕，CN〔原子%〕為上述1層中之氮之含量〔原子%〕。
作為過渡金屬，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)、鈮(Nb)、銦(In)、錫(Sn)及鈀(Pd)等中之任一者以上之金屬或該等金屬之合金，其中，較佳為鉬。遮光膜4之材料除了上述之過渡金屬及矽以外，亦可包含氮(N)、氧(O)、碳(C)、氫(H)及硼(B)等元素。其中，關於氧要求為5原子%以下，較佳為3原子%以下，進而較佳為不積極地含有氧(RBS、XPS等之組成分析之結果為檢測下限值以下)。又，遮光膜4之材料亦可包含氦(He)、氬(Ar)、氪(Kr)及氙(Xe)等稀有氣體。
遮光膜4包含單層或2層以上之積層構造。可使遮光膜4之厚度最薄者係單層構造。因此，於更加追求遮光膜4之薄膜化之情形時，較佳為，使遮光膜4為單層構造，由含有過渡金屬及矽但不含有氮及氧之材料，或含有過渡金屬、矽及氮且滿足上述之式(1)之條件之材料而形成該遮光膜4之整體。
另一方面，遮光膜4不僅附加滿足相對於ArF曝光之光之特定之光學 濃度的條件，而且亦附加相對於ArF曝光之光之遮光膜之表面反射率的條件(例如，為40%以下，較佳為30%以下)之情形較多。於此種情形時，較佳為，將遮光膜4設為包含自最遠離透光性基板1之側起按照上層及下層之順序積層之構造者。具體而言，由光學濃度較高之材料，即，含有過渡金屬及矽但不含有氮及氧之材料，或含有過渡金屬、矽及氮且滿足上述之式(1)之條件之材料而形成下層。進而，由相對較低之光學濃度之材料形成上層而具有降低表面反射率之功能。又，亦可設為使遮光膜4為組成傾斜膜，且為具有包含上述光學濃度較高之材料之區域與包含上述相對較低之光學濃度之材料之區域的內部構造。
上層亦可由過渡金屬矽化物系材料以外之材料而形成，較佳為由含有過渡金屬、矽、及氮之材料而形成。於該情形時，期望上層中之氮及氧之合計含量為30原子%以上。又，若自遮光膜整體之薄膜化之觀點考慮，則較佳為上層中之氮及氧之合計含量為60原子%以下。氧係相對於上層中之含量之消光係數之降低程度與氮相比較大，可更加提高上層之曝光之光之透過度，故而能夠更加降低表面反射率。上層中之氧之含量較佳為10原子%以上，更佳為15原子%以上。另一方面，氮之層中之含量較理想的是10原子%以上，但為了遮光膜4之薄膜化，為了稍微抑制上層之氧含量，且使表面反射率降低，而較佳為使氮之含量為15原子%以上，更佳為20原子%以上。
於由過渡金屬矽化物系材料形成上層之情形時，較佳為該上層中之過渡金屬之含量未達10原子%。若上層中之過渡金屬之含量為10原子%以上，則於自該光罩基底製作相移光罩時，存在相對於光罩洗淨(利用氨水過氧化氫混合物等之鹼洗淨或溫水洗淨)之耐性較低，而產生由上層之溶 解所致之光學特性之變化(表面反射率之上升)之虞。該傾向於上層之過渡金屬使用鉬之情形時尤其顯著。
圖2係關於每單位膜厚(1nm)之光學濃度(OD)為特定值(以0.005刻度記為0.060〔OD/nm〕~0.080〔OD/nm〕之範圍)遮光膜，以如下比率為橫軸，且以氮之含量為縱軸進行繪圖，並相對於各者畫近似曲線而得之圖表，該比率係將含有鉬與矽，進而含有氮之薄膜中之鉬之含量〔原子%〕除以鉬與矽之合計含量〔原子%〕所得之比率(即，將設遮光膜中之鉬與矽之合計含量〔原子%〕為100時之鉬之含量〔原子%〕之比率以〔%〕表示者，以下，稱為Mo/(Mo+Si)比率)。
又，於圖2中，關於對Mo/(Mo+Si)比率及氮含量不同之薄膜，驗證相對於ArF準分子雷射曝光之光之耐光性之結果亦以○×進行繪圖。該ArF耐光性之驗證係準備於透光性基板上成膜包含過渡金屬矽化物系材料之薄膜，且於該薄膜形成圖案寬度(線寬)為200〔nm〕之線與間隙之圖案者即試驗用光罩而進行。作為曝光之光之ArF準分子雷射係以自該試驗用光罩之透光性基板側通過薄膜之方式進行照射。ArF準分子雷射之照射係設為接近實際上以曝光裝置曝光時之條件即間歇照射。
具體之ArF準分子雷射之照射條件係設為振盪頻率：500〔Hz〕，每1脈衝之能量密度：10〔mJ/(cm2‧pulse)〕，連續振盪之脈衝數：10，該連續振盪10脈衝所需要之時間：20〔msec〕，脈衝寬度：5〔nsec〕，連續振盪後之暫停期間(間隔期間)：500〔msec〕。於該照射條件下進行15小時之間歇照射。藉由該間歇照射而對薄膜照射之累計曝光量為10〔kJ/cm2〕。又，ArF準分子雷射之照射時，試驗用光罩係放置於相對濕度35%RH之大氣中。
於利用以上之照射條件照射之前後，對試驗用光罩之薄膜之圖案寬度(線寬)進行測定，計算ArF準分子雷射之照射前後之線寬之變化量。然後，將線寬之變化量為10〔nm〕以上之試驗用光罩之薄膜設為無ArF耐光性，於圖2中之與該薄膜之Mo/(Mo+Si)比率及氮含量相應之位置繪圖「×」。同樣地，將線寬之變化量未達10〔nm〕之試驗用光罩之薄膜設為有ArF耐光性，於圖2中之與該薄膜之Mo/(Mo+Si)比率及氮含量相應之位置繪圖「○」。
如亦自圖2中之○×之繪圖所明確般，判明於鉬矽化物系材料之薄膜中，為了具有ArF耐光性，而氮之含量必須為固定以上。又，亦判明ArF耐光性之有無係藉由Mo/(Mo+Si)比率而使氮含量之下限變化。進而，亦可知圖2中之每單位膜厚之光學濃度之傾向或ArF耐光性相關之驗證結果為與鉬矽化物系材料之薄膜相關者，關於鉬以外之過渡金屬M之矽化物系材料(MSi)亦具有同樣之傾向。即，將圖2中之橫軸設為M/(M+Si)比率亦成為大致同樣之結果。
於圖2之圖表中，基於每單位膜厚之光學濃度為0.070〔OD/nm〕之繪圖(圖2中之「▲」之繪圖)之近似曲線之近似式為上述之式(1)。於圖2中藉由設為包含式(1)之近似曲線上之下側(氮含量變少之側)之範圍者，可實現遮光膜4之薄膜化。根據圖2中之ArF耐光性之○×之繪圖亦明確，包含式(1)之近似曲線上之下側之範圍為ArF耐光性困難之範圍，如上所述，於先前，於考慮「具有ArF耐光性之相移光罩(用以製成其之光罩基底)」之提供之情形時，未考慮選擇該範圍之材料。
於考慮遮光膜4之進一步薄膜化之情形時，較佳為將過渡金屬之含量〔原子%〕相對於遮光膜4之過渡金屬及矽之合計含量〔原子%〕之比率 RM〔%〕與氮之含量CN〔原子%〕，設為包含基於成為圖2之0.075〔OD/nm〕之繪圖(圖2中之「□」之繪圖)之近似曲線上之下側之範圍。該情形時之近似曲線係由以下之式(2)而定義。
CN≦9.84×10-4×RM 3-1.232×10-1×RM 2+4.393×RM-33.413‧‧‧式(2)
進而，較佳為將過渡金屬之含量〔原子%〕相對於遮光膜4之過渡金屬及矽之合計含量〔原子%〕之比率RM〔%〕與氮之含量CN〔原子%〕，設為包含基於成為圖2之0.080〔OD/nm〕之繪圖(圖2中之「△」之繪圖)之近似曲線上之下側之範圍。該情形時之近似曲線係由以下之式(3)而定義。
CN≦1.355×10-3×RM 3-1.668×10-1×RM 2+6.097×RM-58.784‧‧‧式(3)
再者，式(1)~式(3)之各近似式由於為根據圖2中之各繪圖而分別算出之近似式，故而根據算出方式而稍微變動。然而，滿足由該近似式之變動所產生之各特定之光學濃度之「M/(M+Si)比率」及「氮含量」之交界線之移動對光學濃度之變動所帶來之影響較小，為容許之範圍內。
遮光膜4較佳為整體之厚度為50nm以下，更佳為45nm以下。又，遮光膜4較佳為整體之厚度為20nm以上，更佳為25nm以上。又，於將遮光膜4設為包含自最遠離透光性基板1之側起按照上層及下層之順序積層之構造之構成之情形時，上層之厚度較佳為3nm以上，更佳為4nm以上。又，上層之厚度較佳為10nm以下，更佳為8nm以下。為了使上層具有使遮光膜4之相對於ArF曝光之光之反射率降低之功能，且抑制面內之反射率之不均，而上層之厚度必須為3nm以上。另一方面，若使上層之厚度過厚，則不可避免遮光膜4之整體之膜厚變厚，故而不佳。
<<硬質遮罩膜>>
硬質遮罩膜5係以相對於用以於遮光膜4形成轉印圖案之圖案化時之乾式蝕刻而可確保與遮光膜4之蝕刻選擇性的方式使用包含鉻之材料。硬質遮罩膜5之材料除了上述元素即鉻(Cr)以外，亦可包含選自氮(N)、氧(O)、碳(C)、氫(H)及硼(B)之1個以上之元素。又，為了提高相對於利用氯系氣體與氧氣之乾式蝕刻之蝕刻速率，及提高相對於利用氟系氣體之乾式蝕刻之耐性，亦可使硬質遮罩膜5之材料含有選自銦(In)及錫(Sn)之1個以上之元素。進而，硬質遮罩膜5之材料亦可包含氦(He)、氬(Ar)、氪(Kr)及氙(Xe)等稀有氣體。具體而言，例如，可列舉CrN、CrON、CrOC、CrOCN等材料。
硬質遮罩膜5較佳為膜厚為3nm以上，更佳為5nm以上。若膜厚未達3nm，則有如下顧慮，即，將硬質遮罩膜圖案作為遮罩而對於遮光膜4之乾式蝕刻結束之前硬質遮罩膜5之圖案邊緣方向之減膜有進展，從而轉印至遮光膜4之圖案之相對於設計圖案之CD精度大幅度降低。又，硬質遮罩膜5較佳為膜厚為15nm以下，更佳為12nm以下。若膜厚較15nm厚，則於將設計圖案轉印至硬質遮罩膜5時所需要之抗蝕劑膜厚變厚，難以將微細圖案精度良好地轉印至硬質遮罩膜5。
蝕刻終止膜3與硬質遮罩膜5均係包含含有鉻之材料，且為利用使用氧與氯之混合氣體之乾式蝕刻而圖案化之膜。作為蝕刻終止膜3之材料，可列舉與上述之硬質遮罩膜5同樣之含有鉻之材料。如下述之自第1實施形態之光罩基底製造相移光罩之步驟所示，於在蝕刻終止膜3形成轉印圖案(相移圖案)之乾式蝕刻結束之後，亦必須殘留有遮光膜4上之硬質遮罩膜5。因此，於將蝕刻終止膜3之厚度設為Ds，將蝕刻終止膜3之相對於氧與氯之混合氣體之蝕刻速率設為Vs，將硬質遮罩膜5之厚度設為Dh，將硬質遮罩膜5之相對於氧與氯之混合氣體之蝕刻速率設為Vh時，較理想為滿足 (Dh/Vh)>(Ds/Vs)之關係。
又，於利用使用氧與氯之混合氣體之乾式蝕刻將蝕刻終止膜3圖案化之後，較佳為硬質遮罩膜5以2nm以上之厚度殘留。其原因在於，於利用氟系氣體對相移膜2進行乾式蝕刻結束之前，不管蝕刻條件如何而硬質遮罩膜5均確實地殘留。若考慮該方面，則較佳為亦同時滿足Dh-2‧Ds‧(Vh/Vs)≧2〔nm〕之關係。再者，該情形時之蝕刻終止膜3之圖案化係於蝕刻終止膜3之適量蝕刻後，僅以與適量蝕刻所需要之時間相同之時間進行過蝕刻而更加提高蝕刻終止膜3之圖案側壁形狀之垂直性。
關於蝕刻終止膜3與硬質遮罩膜5，為了滿足如上所述之條件，而將蝕刻終止膜3及硬質遮罩膜5均由大致相同之組成之材料而構成，使硬質遮罩膜5之厚度較蝕刻終止膜3厚(較佳為厚2nm以上)之方法最容易調整。作為除此以外之方法，存在選定使形成蝕刻終止膜3之材料較形成硬質遮罩膜5之材料而相對於氧與氯之混合氣體之蝕刻速率較快者之方法。作為提高相對於氧與氯之混合氣體之鉻系材料膜之蝕刻速率之方法，有效的是增加材料中之氧或氮之含量。然而，該調整方法亦具有使相對於氟系氣體之蝕刻耐性降低之側面。
於在鉻系材料膜增加銦(In)或錫(Sn)之含量之情形時，雖不如增加氧或氮之含量之情形時那麼顯著，但可提高鉻系材料膜之相對於氯之混合氣體之蝕刻速率。而且，亦具有由增加鉻系材料膜之銦(In)或錫(Sn)之含量所致的相對於氟系氣體之蝕刻耐性之降低較小之優點。
以上，關於第1實施形態之光罩基底10針對各層進行了說明，但於本發明之光罩基底中，相移膜2、蝕刻終止膜3及遮光膜4之積層構造之相對於ArF準分子雷射光(波長：193nm)之光學濃度(OD)必須為2.7以上，較 佳為3.0以上。若考慮上述之積層構造(積層膜)中之各膜所要求之功能，則期望遮光膜4具有更高之光學濃度，根據本實施形態，如上所述，由於採用每單位膜厚之光學濃度較高之材料，故而能夠使膜厚形成得較薄。再者，於作為相移光罩觀察之情形時，根據上述亦明確，蝕刻終止膜3係於功能上可視為遮光膜4之一部分(可謂之遮光膜具有複數層之積層構造)。
即便於將本實施形態之相移膜2設為應用於明視野之相移光罩之透過率(10%以上)之光學特性之情形時，亦要求相移膜2、蝕刻終止膜3及遮光膜4之積層構造之相對於曝光之光之光學濃度為2.7以上，較佳為3.0以上之情況不變。於該情形時，由於遮光膜4要求更高之光學濃度，故而藉由應用本實施形態之遮光膜4之構成而獲得之效果變得更大。
其次，對於使用上述所說明之本實施形態之光罩基底10製作相移光罩之方法進行說明。圖3係表示本發明之第1實施形態之相移光罩20之製造步驟之剖視圖。根據圖3所示之製造步驟，對第1實施形態之相移光罩20之製造方法進行說明。此處所使用之光罩基底10(參照圖3(a))之構成係如上所述。
首先，於光罩基底10(圖1)之硬質遮罩膜5之上，形成包含有機系材料之第1抗蝕劑膜。其次，對形成於該光罩基底10上之第1抗蝕劑膜6，進行應形成於相移膜2之所期望之圖案(轉印圖案)之電子束描畫。電子束描畫後，進行顯影處理，藉此形成具有所期望之轉印圖案之第1抗蝕劑圖案6a(參照圖3(a))。繼而，將具有該轉印圖案之第1抗蝕劑圖案6a作為遮罩，進行使用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻，藉此形成具有轉印圖案之硬質遮罩膜圖案5a(參照圖3(b))。作為氯系氣體與氧氣之混合氣體中所使用之氯系氣體，例如，可列舉Cl2、SiCl4、CHCl3、CH2Cl2、CCl4及 BCl3等。再者，於形成硬質遮罩膜圖案5a之後，將殘留之第1抗蝕劑圖案6a去除。
其次，將硬質遮罩膜圖案5a作為遮罩，藉由使用氟系氣體之乾式蝕刻而形成具有轉印圖案之遮光膜圖案4a(參照圖3(c))。作為此處所使用之氟系氣體，可列舉SF6、CHF3、CF4、C2F6、C4F8等。
繼而，將遮光膜圖案4a作為遮罩，進行使用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻，藉此形成具有轉印圖案之蝕刻終止膜圖案3a(參照圖3(d))。再者，於形成蝕刻終止膜圖案3a之蝕刻時，硬質遮罩膜圖案5a亦被蝕刻，於該階段必須以硬質遮罩膜圖案5a不消失之方式構成硬質遮罩膜5。
其次，於硬質遮罩膜圖案5a上形成第2抗蝕劑膜，對該第2抗蝕劑膜進行包含應形成於遮光膜4之遮光帶之所期望之遮光圖案之電子束描畫。電子束描畫後，進行顯影處理，藉此形成具有遮光圖案之第2抗蝕劑圖案7b。繼而，將具有遮光圖案之第2抗蝕劑圖案7b作為遮罩，進行使用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻，藉此形成具有遮光圖案之硬質遮罩膜圖案5b(參照圖3(e))。
其次，將殘留之第2抗蝕劑圖案7b去除，並且將具有遮光圖案之硬質遮罩膜圖案5b、及具有轉印圖案之蝕刻終止膜圖案3a作為遮罩，進行利用氟系氣體之乾式蝕刻，藉此於同一步驟形成具有遮光圖案之遮光膜圖案4b、及具有轉印圖案之相移膜圖案2a(參照圖3(f))。
然後，藉由將遮光膜圖案4b作為遮罩進行使用氯系氣體與氧氣之混合氣體之乾式蝕刻，而形成具有遮光圖案之蝕刻終止膜圖案3b，且將硬質遮罩膜圖案5b去除(於同一步驟中處理，(參照圖3(g)))。然後，藉由實施 特定之洗淨而獲得相移光罩20(參照圖3(h))。
再者，於相移光罩20，於形成轉印圖案之區域之外周之區域形成對準標記(參照圖3(h))，該對準標記係於將相移光罩20設置於曝光裝置時之對準中使用。該對準標記較理想為高對比度，要求即便相對於相移膜2亦可形成對準標記之圖案(即，由相移膜2、蝕刻終止膜3及遮光膜4之積層構造之部分與基板1表面露出之部分而構成對準標記)。為了形成此種對準標記，而於用以於蝕刻終止膜3形成微細圖案之利用氯系氣體與氧氣之混合氣體的乾式蝕刻結束之階段(參照圖3(d))，必須殘留有硬質遮罩膜5。然而，隨著硬質遮罩膜5變厚，抗蝕劑圖案6a之厚度亦必須變厚，故而不容許硬質遮罩膜5無限制地變厚。若以更薄之厚度形成具有特定之光學濃度之遮光膜4，則可於利用氟系氣體對遮光膜4進行乾式蝕刻時減少硬質遮罩膜5之減膜量。自此種觀點而言，使遮光膜4之厚度變薄亦係非常重要之要素，根據本發明，可提供適合於此種要求之光罩基底。
再者，於圖3所示之製造步驟中，於形成硬質遮罩膜圖案5a之後，將殘留之第1抗蝕劑圖案6a去除，但亦可直接殘留。於該情形時，於形成遮光膜圖案4a與蝕刻遮罩膜圖案3a之製程之前使第1抗蝕劑圖案6a殘留。第1抗蝕劑圖案6a只要至少直至用以形成蝕刻遮罩膜圖案3a之乾式蝕刻之中途為止殘留於硬質遮罩膜圖案5a上即可。於進行此種製程之情形時，至少直至進行用以形成蝕刻遮罩膜圖案3a之乾式蝕刻之中途為止，硬質遮罩膜圖案5a被第1抗蝕劑圖案6a保護，且於受保護之期間不被氯系氣體與氧氣之蝕刻氣體蝕刻即可。因此，於該情形時，硬質遮罩膜5與蝕刻遮罩膜3亦可不滿足(Dh/Vh)>(Ds/Vs)之關係。
<半導體裝置之製造方法>
使用上述本實施形態之相移光罩20，藉由微影技術而於半導體基板上形成基於相移光罩20之轉印圖案之圖案，經過其他各種步驟，藉此可製造於半導體基板上形成有各種圖案等之半導體裝置。
曝光裝置具備ArF準分子雷射曝光之光之曝光光源、投影光學系統、搭載轉印用光罩(相移光罩)之光罩台、及搭載半導體基板之平台等。搭載有本實施形態之相移光罩20、且於平台搭載有帶抗蝕劑膜之半導體基板之曝光裝置係使自ArF準分子雷射曝光之光之曝光光源所獲得之曝光之光適當經由光學系統入射至相移光罩20，藉由透過其之光(轉印圖案)，而通過投影光學系統轉印至帶抗蝕劑膜之半導體基板上(將轉印圖案轉印至形成於被轉印基板上之抗蝕劑膜)。然後，藉由將該抗蝕劑圖案作為遮罩使用而實施蝕刻等，例如可於半導體基板上形成特定之配線圖案。藉由經過此種步驟及其他需要之步驟而製造半導體裝置。本實施形態之相移光罩20係考慮ArF耐光性者，即便將相移光罩20長期使用(即便長時間受到ArF準分子雷射之曝光之光之照射)，亦可將圖案之線寬之變化量抑制於容許範圍內。
<第2實施形態>
其次，對本發明之第2實施形態之光罩基底10進行說明。第2實施形態之光罩基底10係相對於第1實施形態之光罩基底10，除了相移膜2之構成不同之方面以外，其他構成係與第1實施形態之光罩基底10相同。關於與第1實施形態相同之構成使用與第1實施形態相同之符號，將此處之說明省略或簡化。因此，以下主要對第2實施形態之光罩基底10之相移膜2進行說明。
<<相移膜>>
該第2實施形態之相移膜2包含表層與表層以外之層。相移膜2中之表層以外之層係由含有過渡金屬、矽、氮及氧，且氧之含量為3原子%以上，且滿足以下之式(B)之條件之材料而形成。
0.04×AS-0.06×AM-0.03×AN>-0.1‧‧‧式(B)
其中，AM為上述表層以外之層中之過渡金屬之含量〔原子%〕，AS為上述表層以外之層中之矽之含量〔原子%〕，AN為上述表層以外之層中之氮之含量〔原子%〕。
含有過渡金屬(M)、矽(Si)、氮(N)及氧(O)之薄膜(相移膜2)係可於內部取得各種鍵結狀態。該等之中，M-N鍵結係相對不穩定之鍵結狀態。取M-N鍵結之過渡金屬M藉由受到ArF曝光之光之照射，而使過渡金屬M激發從而切斷與氮之鍵結，與臭氧鍵結而成為過渡金屬之氧化物。如上所述，過渡金屬之氧化物促進薄膜表層之變質層之形成。若考慮該方面，則較佳為相移膜2中之矽之含量、過渡金屬之含量、及氮之含量滿足如式(B)所示之關係。藉由相移膜2滿足上述之式(B)所示之關係，可提高薄膜之相對於ArF曝光之光之照射之耐性。
再者，關於相移膜2之其他事項係與第1實施形態中之相移膜2之情形時相同。又，由於關於自本實施形態之光罩基底10製作相移光罩20之步驟或使用該相移光罩20之半導體裝置之製造方法亦與第1實施形態相同，故而省略此處之說明。
<第3實施形態>
其次，對本發明之第3實施形態之光罩基底10進行說明。第3實施形態之光罩基底10係相對於第1實施形態之光罩基底10除了相移膜2之構成不同之方面以外，其他構成與第1實施形態之光罩基底10相同。關於與第 1實施形態相同之構成使用與第1實施形態相同之符號，將此處之說明省略或簡化。因此，以下主要對第3實施形態之光罩基底之相移膜2進行說明。
<<相移膜>>
該第3實施形態之相移膜2包含表層與表層以外之層。相移膜2中之表層以外之層係由含有過渡金屬、矽、氮及氧，且氧之含量為3原子%以上，且滿足以下之式(C)之條件之材料而形成。
0.04×AS-0.06×AM-0.03×AN+0.02×AO>0‧‧‧式(C)
其中，AM為上述表層以外之層中之過渡金屬之含量〔原子%〕，AS為上述表層以外之層中之矽之含量〔原子%〕，AN為上述表層以外之層中之氮之含量〔原子%〕，AO為上述表層以外之層中之氧之含量〔原子%〕。
含有過渡金屬(M)、矽(Si)、氮(N)及氧(O)之薄膜(相移膜2)係可於內部取得各種鍵結狀態。該等之中，M-N鍵結係相對不穩定之鍵結狀態。取M-N鍵結之過渡金屬M藉由受到ArF曝光之光之照射，而使過渡金屬M激發從而切斷與氮之鍵結，與臭氧鍵結而成為過渡金屬之氧化物。如上所述，過渡金屬之氧化物促進於薄膜之表層形成變質層。又，由於過渡金屬之氧化物促進於薄膜之表層形成變質層，故而薄膜中之氧之含量亦對ArF曝光之光之耐光性產生影響。若考慮該方面，則較佳為相移膜2中之矽之含量、過渡金屬之含量、氮之含量及氧之含量滿足如式(C)所示之關係。藉由相移膜2滿足上述之式(C)所示之關係，可提高薄膜之相對於ArF曝光之光之照射之耐性。
再者，關於相移膜2之其他事項係與第1實施形態中之相移膜2之情形時相同。又，由於關於自本實施形態之光罩基底10製作相移光罩20之步驟或使用該相移光罩20之半導體裝置之製造方法亦與第1實施形態相同， 故而省略此處之說明。
實施例
以下，根據實施例，對本發明之各實施形態進而具體地進行說明。
<實施例1>
〔光罩基底之製造〕
準備主表面之尺寸為約152mm×約152mm、厚度為約6.35mm之包含合成石英玻璃之透光性基板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度，然後實施特定之洗淨處理及乾燥處理而成者。
其次，將透光性基板1設置於單片式DC濺鍍裝置內，使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶，於氬(Ar)、氧(O2)、氮(N2)、及氦(He)之混合氣體環境下，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)而於透光性基板1上，以73nm之膜厚形成包含鉬、矽、氧及氮之相移膜2(MoSiON膜Mo：8.1原子%，Si：41.2原子%，O：16.8原子%，N：33.9原子%)。
嘗試將該相移膜2之組成代入至上述之式(A)之左邊進行計算，結果為1.16而大於1。根據該情況，可確認該相移膜2滿足式(A)之條件。同樣地，嘗試將相移膜2之組成代入至式(B)之左邊進行計算，結果為0.15而大於-0.1。根據該情況，可確認該相移膜2亦滿足式(B)之條件。同樣地，嘗試將相移膜2之組成代入至式(C)之左邊進行計算，結果為0.48而大於0。根據該情況，可確認該相移膜2亦滿足式(C)之條件。
繼而，對形成有該相移膜2之透光性基板1，進行利用閃光燈照射之退火處理。具體而言，使腔室內為氧(O2)及氮(N2)之混合氣體環境(氣體流量比O2：N2=30：70)，將能量密度10J/cm2之閃光燈光照射至MoSiON膜。此時，將閃光燈光之照射時間設為5msec，將基板加熱溫度設為300 ℃。利用STEM(Scanning Transmission Electron microscope，掃描穿透電子顯微鏡)與EDX(Energy Dispersive X-ray Spectrometry，能量色散X射線光譜儀)對閃光燈照射後之相移膜2進行分析，結果確認到以自相移膜2之表面約2nm左右之厚度形成有氧化層。對該相移膜2，利用相移量測定裝置測定於ArF準分子雷射之光之波長(193nm)之透過率與相位差，結果透過率為6.1%，相位差為176.8度。
其次，將透光性基板1設置於單片式DC濺鍍裝置內，使用鉻(Cr)靶於氬(Ar)、氮(N2)、二氧化碳(CO2)、及氦(He)之混合氣體環境下藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)，而與相移膜2之表面相接，以5nm之膜厚形成包含鉻、氧、碳及氮之蝕刻終止膜3(CrOCN膜Cr：48.9原子%，O：26.4原子%，C：10.6原子%，N：14.1原子%)。再者，CrOCN膜之組成係藉由歐傑電子能譜分析(AES)所獲得之結果。以下，關於其他膜亦相同。
其次，將透光性基板1設置於單片式DC濺鍍裝置內，使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶(Mo：Si=21原子%：79原子%)，於氬(Ar)及氦(He)之混合氣體環境下，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)而與蝕刻終止膜3之表面相接，以15nm之膜厚形成包含鉬及矽之遮光膜4之下層(MoSi膜Mo：20.3原子%，Si：79.7原子%)。其次，將透光性基板1設置於單片式DC濺鍍裝置內，使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶(Mo：Si=4原子%：96原子%)，於氬(Ar)、氧(O2)、氮(N2)及氦(He)之混合氣體環境，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)而與遮光膜4之下層之表面相接，以10nm之膜厚形成包含鉬、矽、氧及氮之遮光膜4之上層(MoSiON膜Mo：2.6原子%，Si：57.1原子%，O：15.9原子%，N：24.4原子%)。將遮光膜4之合計膜厚設為25nm。
對積層於該透光性基板1上之相移膜2、蝕刻終止膜3及遮光膜4之積 層膜，使用光譜式橢圓儀(J.A.Woollam公司製M-2000D)對相對於波長193nm之光之光學濃度(OD)進行測定，結果可確認出為3.0以上。
其次，將透光性基板1設置於單片式DC濺鍍裝置內，使用鉻(Cr)靶於氬(Ar)、氮(N2)、二氧化碳(CO2)、及氦(He)之混合氣體環境下，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)而與遮光膜4之表面相接，以15nm之膜厚形成包含鉻、氧、碳及氮之硬質遮罩膜5(CrOCN膜Cr：48.9原子%，O：26.4原子%，C：10.6原子%，N：14.1原子%)。進而，實施特定之洗淨處理，獲得實施例1之光罩基底10。
〔相移光罩之製造〕
其次，使用實施例1之光罩基底10，按照以下之順序製作實施例1之相移光罩20。首先，藉由旋轉塗佈法而與硬質遮罩膜5之表面相接，以膜厚80nm形成包含電子束描畫用化學增幅型抗蝕劑之第1抗蝕劑膜。其次，對第1抗蝕劑膜電子束描畫第1圖案，且進行特定之顯影處理及洗淨處理而形成具有第1圖案之第1抗蝕劑膜(第1抗蝕劑圖案)6a(參照圖3(a))。該第1圖案係於轉印圖案形成區域(132mm×104mm之內側區域)配置有應形成於相移膜2之DRAM(Dynamic Random Access Memory，動態隨機存取記憶體)hp32 nm代之轉印圖案(包含線寬40nm之SRAF(Sub Resolution Assist Features，次解析度輔助特性)之微細圖案)，於轉印圖案形成區域之外側區域，且形成遮光帶之區域(於相移光罩之完成時殘留遮光膜4之區域)配置有對準標記之圖案者。
其次，將第1抗蝕劑圖案6a作為遮罩，對硬質遮罩膜5進行使用氯與氧之混合氣體之乾式蝕刻，而形成具有第1圖案之硬質遮罩膜(硬質遮罩膜圖案)5a(參照圖3(b))。然後，將第1抗蝕劑圖案6a去除。
其次，將硬質遮罩膜圖案5a作為遮罩，對遮光膜4進行使用氟系氣體(CF4)之乾式蝕刻，而形成具有第1圖案之遮光膜(遮光膜圖案)4a(參照圖3(c))。
其次，將遮光膜圖案4a作為遮罩，進行使用氯與氧之混合氣體之乾式蝕刻，而形成具有第1圖案之蝕刻終止膜(蝕刻終止膜圖案)3a(參照圖3(d))。再者，於該乾式蝕刻中，將蝕刻時間設為蝕刻終止膜3之適量蝕刻時間之2倍之時間(100%過蝕刻)。此時，藉由氯與氧之混合氣體而硬質遮罩膜圖案5a亦自表面被蝕刻，但能以5nm左右之厚度殘留。
其次，藉由旋轉塗佈法而與硬質遮罩膜圖案5a之表面相接，以膜厚80nm形成包含電子束描畫用化學增幅型抗蝕劑之第2抗蝕劑膜。其次，對第2抗蝕劑膜電子束描畫第2圖案，且進行特定之顯影處理及洗淨處理而形成具有第2圖案之第2抗蝕劑膜(第2抗蝕劑圖案)7b。該第2圖案係於轉印圖案形成區域之外側區域配置有遮光帶之圖案者。
其次，將第2抗蝕劑圖案7b作為遮罩，進行使用氯與氧之混合氣體之乾式蝕刻，而形成具有第2圖案及對準標記圖案之硬質遮罩膜(硬質遮罩膜圖案)5b(參照圖3(e))。然後，將第2抗蝕劑圖案7b去除。
其次，將蝕刻終止膜圖案3a作為遮罩，進行使用含有氟系氣體之蝕刻氣體(SF6+He)之乾式蝕刻而形成具有第1圖案之相移膜(相移膜圖案)2a。又，將硬質遮罩膜圖案5b作為遮罩，亦同時形成具有第2圖案及對準標記圖案之遮光膜(遮光膜圖案)4b(參照圖3(f))。
其次，將遮光膜圖案4b作為遮罩，進行使用氯與氧之混合氣體之乾式蝕刻而形成具有第2圖案及對準標記圖案之蝕刻終止膜(蝕刻終止膜圖案)3b。又，藉由該乾式蝕刻而將硬質遮罩膜圖案5b同時全部去除。然 後，實施特定之洗淨而獲得相移光罩20(參照圖3(g))。
〔ArF耐光性之驗證實驗〕
對所製作之實施例1之相移光罩20進行ArF耐光性之驗證實驗。對實施例1之相移光罩20上之2個部位，具體而言，轉印圖案形成區域內之僅存在相移膜圖案2a之部位，與形成遮光帶之區域中之積層相移膜圖案2a、蝕刻終止膜圖案3b及遮光膜圖案4b之部位，自透光性基板1側進行ArF準分子雷射之照射。ArF準分子雷射之照射係設為接近實際上以曝光裝置曝光時之條件之間歇照射。
具體之ArF準分子雷射之照射條件係設為振盪頻率：500〔Hz〕，每1脈衝之能量密度：10〔mJ/(cm2‧pulse)〕，連續振盪之脈衝數：10，該連續振盪10脈衝所需要之時間：20〔msec〕，脈衝寬度：5〔nsec〕，連續振盪後之暫停期間(間隔期間)：500〔msec〕。於該照射條件下進行15小時之間歇照射。藉由該間歇照射而對薄膜照射之累計曝光量為10〔kJ/cm2〕。又，ArF準分子雷射之照射時，相移光罩20係放置於相對濕度35%RH之大氣中。
於照射ArF準分子雷射之前後，對所照射之部位之相移膜圖案2a之圖案寬度與遮光膜圖案4b之圖案寬度進行測定，計算ArF準分子雷射之照射前後之線寬之變化量。其結果，相移膜圖案2a之線寬之變化量為2.8nm，可確認ArF耐光性充分高。又，遮光膜圖案4b之線寬之變化量亦為3.9nm，可確認ArF耐光性充分高。
〔圖案轉印性能之評價〕
對進行ArF耐光性之驗證實驗之後之實施例1之相移光罩20，使用AIMS(Aerial Image Metrology System，航空圖像測量系統)193(Carl Zeiss公司製造)，進行利用波長193nm之曝光之光曝光轉印至半導體裝置上之抗蝕劑膜時之轉印像之模擬。對該模擬之曝光轉印像進行驗證，結果無圖案之短路或斷線，充分滿足設計規格。根據該結果，可謂即便將該實施例1之相移光罩20設置於曝光裝置之光罩台，對半導體裝置上之抗蝕劑膜進行曝光轉印，最終形成於半導體裝置上之電路圖案亦能以高精度形成。又，對準標記之對比度亦無相移膜圖案2a、蝕刻終止膜圖案3b、及遮光膜圖案4b之間之位置偏移，可獲得相對於對準標記檢測器之檢測光亦較高之對比度。
<實施例2>
〔光罩基底之製造〕
按照與實施例1相同之順序準備透光性基板1。其次，將透光性基板1設置於單片式DC濺鍍裝置內，使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶，於氬(Ar)、氧(O2)、氮(N2)、及氦(He)之混合氣體環境下，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)而於透光性基板1上，以71nm之膜厚形成包含鉬、矽、氧及氮之相移膜2(MoSiON膜Mo：3.2原子%，Si：49.1原子%，O：8.9原子%，N：38.8原子%)。
嘗試將該相移膜2之組成代入至上述之式(A)之左邊進行計算，結果為1.77而大於1。根據該情況，可確認該相移膜2滿足式(A)之條件。同樣地，嘗試將相移膜2之組成代入至式(B)之左邊進行計算，結果為0.61而大於-0.1。根據該情況，可確認該相移膜2亦滿足式(B)之條件。同樣地，嘗試將相移膜2之組成代入至式(C)之左邊進行計算，結果為0.79而大於0。根據該情況，可確認該相移膜2亦滿足式(C)之條件。
繼而，對形成有該相移膜2之透光性基板1，進行利用閃光燈照射之 退火處理。具體而言，使腔室內為氧(O2)及氮(N2)之混合氣體環境(氣體流量比O2：N2=30：70)，將能量密度10J/cm2之閃光燈光照射至MoSiON膜。此時，將閃光燈光之照射時間設為5msec，將基板加熱溫度設為300℃。利用STEM與EDX對閃光燈照射後之相移膜2進行分析，結果確認到以自相移膜2之表面約2nm左右之厚度形成有氧化層。對該相移膜2，利用相移量測定裝置測定於ArF準分子雷射之光之波長(193nm)之透過率與相位差，結果透過率為6.2%，相位差為177.3度。
其次，根據與實施例1相同之順序，與相移膜2之表面相接而依序形成蝕刻終止膜3、遮光膜4、硬質遮罩膜5。進而，實施特定之洗淨處理，獲得實施例2之光罩基底10。再者，於形成硬質遮罩膜5之前之階段中，對積層於透光性基板1上之相移膜2、蝕刻終止膜3及遮光膜4之積層膜，使用光譜式橢圓儀(J.A.Woollam公司製造M-2000D)測定相對於波長193nm之光之光學濃度(OD)，可確認為3.0以上。
〔相移光罩之製造〕
使用實施例2之光罩基底10，根據與實施例1相同之順序，製作實施例2之相移光罩20。
〔ArF耐光性之驗證實驗〕
對所製作之實施例2之相移光罩20，根據與實施例1相同之順序，進行ArF耐光性之驗證實驗。其結果，於照射ArF準分子雷射之前後，相移膜圖案2a之線寬之變化量為2.7nm，可確認ArF耐光性充分高。又，於照射ArF準分子雷射之前後，遮光膜圖案4b之線寬之變化量亦為3.9nm，可確認ArF耐光性充分高。
〔圖案轉印性能之評價〕
對進行ArF耐光性之驗證實驗之後之實施例2之相移光罩20，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製造)，進行利用波長193nm之曝光之光曝光轉印至半導體裝置上之抗蝕劑膜時之轉印像之模擬。對該模擬之曝光轉印像進行驗證，結果無圖案之短路或斷線，充分滿足設計規格。根據該結果，可謂即便將該實施例2之相移光罩20設置於曝光裝置之光罩台而於半導體裝置上之抗蝕劑膜進行曝光轉印，最終形成於半導體裝置上之電路圖案亦能以高精度形成。又，對準標記之對比度亦係於相移膜圖案2a、蝕刻終止膜圖案3b、及遮光膜圖案4b之間亦無位置偏移，即便相對於對準標記檢測器之檢測光亦可獲得較高之對比度。
<實施例3>
〔光罩基底之製造〕
按照與實施例1相同之順序準備透光性基板1。其次，將透光性基板1設置於單片式DC濺鍍裝置內，使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶，於氬(Ar)、氧(O2)、氮(N2)、及氦(He)之混合氣體環境下，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)而於透光性基板1上，以70nm之膜厚形成包含鉬、矽、氧及氮之相移膜2(MoSiON膜Mo：6.8原子%，Si：45.9原子%，O：3.6原子%，N：43.7原子%)。
嘗試將該相移膜2之組成代入至上述之式(A)之左邊進行計算，結果為1.43而大於1。根據該情況，可確認該相移膜2滿足式(A)之條件。同樣地，嘗試將相移膜2之組成代入至式(B)之左邊進行計算，結果為0.12而大於-0.1。根據該情況，可確認該相移膜2亦滿足式(B)之條件。同樣地，嘗試將相移膜2之組成代入至式(C)之左邊進行計算，結果為0.19而大於0。根據該情況，可確認該相移膜2亦滿足式(C)之條件。
繼而，對形成有該相移膜2之透光性基板1，進行利用閃光燈照射之退火處理。具體而言，使腔室內為氧(O2)及氮(N2)之混合氣體環境(氣體流量比O2：N2=30：70)，將能量密度10J/cm2之閃光燈光照射至MoSiON膜。此時，將閃光燈光之照射時間設為5msec，將基板加熱溫度設為300℃。利用STEM與EDX對閃光燈照射後之相移膜2進行分析，結果確認出以自相移膜2之表面約2nm左右之厚度形成有氧化層。對該相移膜2，利用相移量測定裝置測定於ArF準分子雷射之光之波長(193nm)之透過率與相位差，結果透過率為6.1%，相位差為177.7度。
其次，根據與實施例1相同之順序，與相移膜2之表面相接而依序形成蝕刻終止膜3、遮光膜4、硬質遮罩膜5。進而，實施特定之洗淨處理而獲得實施例2之光罩基底10。再者，於形成硬質遮罩膜5之前之階段中，對積層於透光性基板1上之相移膜2、蝕刻終止膜3及遮光膜4之積層膜，使用光譜式橢圓儀(J.A.Woollam公司製造M-2000D)測定相對於波長193nm之光之光學濃度(OD)，可確認為3.0以上。
〔相移光罩之製造〕
使用實施例3之光罩基底10，根據與實施例1相同之順序製作實施例3之相移光罩20。
〔ArF耐光性之驗證實驗〕
對所製作之實施例3之相移光罩20，根據與實施例1相同之順序進行ArF耐光性之驗證實驗。其結果，於照射ArF準分子雷射之前後，相移膜圖案2a之線寬之變化量為2.4nm，可確認ArF耐光性充分高。又，於照射ArF準分子雷射之前後，遮光膜圖案4b之線寬之變化量亦為3.9nm，可確認ArF耐光性充分高。
〔圖案轉印性能之評價〕
對進行ArF耐光性之驗證實驗之後之實施例3之相移光罩20，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製造)，進行利用波長193nm之曝光之光曝光轉印至半導體裝置上之抗蝕劑膜時之轉印像之模擬。對該模擬之曝光轉印像進行驗證，結果無圖案之短路或斷線，充分滿足設計規格。根據該結果，可謂即便將該實施例3之相移光罩20設置於曝光裝置之光罩台而對半導體裝置上之抗蝕劑膜進行曝光轉印，最終形成於半導體裝置上之電路圖案亦能以高精度形成。又，對準標記之對比度亦係於相移膜圖案2a、蝕刻終止膜圖案3b、及遮光膜圖案4b之間亦無位置偏移，即便相對於對準標記檢測器之檢測光亦可獲得較高之對比度。
1:透光性基板
2:相移膜
3:蝕刻終止膜
4:遮光膜
5:硬質遮罩膜
10:光罩基底

Claims (18)

  1. 一種光罩基底，其特徵在於，其係具有於透光性基板上依序積層有相移膜、蝕刻終止膜及遮光膜之構造者，且上述遮光膜具有單層構造或複數層之積層構造，上述遮光膜之至少1層係藉由含有過渡金屬及矽且不含有氮及氧之材料、或含有過渡金屬、矽及氮且滿足以下之式(1)之條件之材料之任一者而形成，上述相移膜包含表層與表層以外之層，上述表層以外之層係由含有過渡金屬、矽、氮及氧，且氧之含量為3原子%以上，且滿足以下之式(A)、(B)、(C)之條件之材料而形成，CN≦9.0×10-6×RM 4-1.65×10-4×RM 3-7.718×10-2×RM 2+3.611×RM-21.084‧‧‧式(1) 0.04×AS-0.06×AM>1‧‧‧式(A) 0.04×AS-0.06AM-0.03×AN>-0.1‧‧‧式(B) 0.04×AS-0.06×AM-0.03×AN+0.02×AO>0‧‧‧式(C)其中，RM為上述1層中之過渡金屬之含量〔原子%〕相對於過渡金屬及矽之合計含量〔原子%〕之比率〔%〕，CN〔原子%〕為上述1層中之氮之含量〔原子%〕，AM為上述表層以外之層中之過渡金屬之含量〔原子%〕，AS為上述表層以外之層中之矽之含量〔原子%〕，AN為上述表層以外之層中之氮之含量〔原子%〕，AO為上述表層以外之層中之氧之含量〔原子%〕。
  2. 如請求項1之光罩基底，其中上述相移膜之表層之氧含量較上述表層以外之層多。
  3. 如請求項1之光罩基底，其中上述蝕刻終止膜由含有鉻之材料而形成。
  4. 如請求項1之光罩基底，其中上述相移膜、蝕刻終止膜及上述遮光膜之積層構造之相對於ArF準分子雷射光之光學濃度為2.7以上。
  5. 如請求項1之光罩基底，其中於上述遮光膜上具備包含含有鉻之材料之硬質遮罩膜。
  6. 如請求項1之光罩基底，其中上述蝕刻終止膜由包含矽及氧之材料或包含矽、氮及氧之材料形成。
  7. 如請求項1之光罩基底，其中上述遮光膜包含自上述透光性基板側起按照上述1層與上層之順序積層之構造。
  8. 如請求項7之光罩基底，其中上述上層由含有過渡金屬、矽及氮之材料形成，且上述上層中之氮及氧之合計含量為30原子%以上。
  9. 如請求項7之光罩基底，其中上述上層中之氧之含量為10原子%以上。
  10. 一種相移光罩，其特徵在於，其係具有於透光性基板上依序積層有相移膜圖案、蝕刻終止膜圖案及遮光膜圖案之構造者，且上述遮光膜圖案具有單層構造或複數層之積層構造，上述遮光膜圖案之至少1層係藉由含有過渡金屬及矽且不含有氮及氧之材料、或含有過渡金屬、矽及氮且滿足以下之式(1)之條件之材料之任一者而形成，上述相移膜圖案包含表層與表層以外之層，上述表層以外之層係由含有過渡金屬、矽、氮及氧，且氧之含量為3原子%以上，且滿足以下之式(A)、(B)、(C)之條件之材料而形成，CN≦9.0×10-6×RM 4-1.65×10-4×RM 3-7.718×10-2×RM 2+3.611×RM-21.084‧‧‧式(1) 0.04×AS-0.06×AM>1‧‧‧式(A) 0.04×AS-0.06AM-0.03×AN>-0.1‧‧‧式(B) 0.04×AS-0.06×AM-0.03×AN+0.02×AO>0‧‧‧式(C)其中，RM為上述1層中之過渡金屬之含量〔原子%〕相對於過渡金屬及矽之合計含量〔原子%〕之比率〔%〕，CN〔原子%〕為上述1層中之氮之含量〔原子%〕，AM為上述表層以外之層中之過渡金屬之含量〔原子%〕，AS為上述表層以外之層中之矽之含量〔原子%〕，AN為上述表層以外之層中之氮之含量〔原子%〕，AO為上述表層以外之層中之氧之含量〔原子%〕。
  11. 如請求項10之相移光罩，其中上述相移膜圖案之表層之氧含量較上 述表層以外之層多。
  12. 如請求項10之相移光罩，其中上述蝕刻終止膜圖案係由含有鉻之材料而形成。
  13. 如請求項10之相移光罩，其中上述相移膜圖案、蝕刻終止膜圖案及上述遮光膜圖案之積層構造中之相對於ArF準分子雷射光之光學濃度為2.7以上。
  14. 如請求項10之相移光罩，其中上述蝕刻終止膜圖案由包含矽及氧之材料或包含矽、氮及氧之材料形成。
  15. 如請求項10之相移光罩，其中上述遮光膜圖案包含自上述透光性基板側起按照上述1層與上層之順序積層之構造。
  16. 如請求項15之相移光罩，其中上述上層由含有過渡金屬、矽及氮之材料形成，且上述上層中之氮及氧之合計含量為30原子%以上。
  17. 如請求項15之相移光罩，其中上述上層中之氧之含量為10原子%以上。
  18. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於具有如下步驟：於具有發出ArF準分子雷射光之曝光光源之曝光裝置，設置如請求項10至17中任一項之相移光罩，將轉印圖案轉印至形成於被轉印基板上之抗蝕劑膜。
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