TWI778231B - 遮罩基底、相位轉移遮罩以及半導體元件之製造方法 - Google Patents

遮罩基底、相位轉移遮罩以及半導體元件之製造方法 Download PDF

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Abstract

提供一種相位轉移遮罩用之遮罩基底，係具備可相對於ArF曝光光線而 具有高穿透率，並相對於檢查光線而得到高對比率之蝕刻阻止膜。
一種遮罩基底，係具備在透光性基板上依序層積有蝕刻阻止膜與相位轉移膜的構造，其中相位轉移膜係由含有矽及氧的材料所構成，而相對於波長193nm之光線的折射率n1為1.5以上，且相對於波長193nm之光線的衰退係數k1為0.1以下，蝕刻阻止膜係相對於波長193nm之光線的折射率n2為2.6以上，且相對於波長193nm之光線的衰退係數k2為0.4以下，折射率n2及衰退係數k2會滿足k2≦-0.188×n2+0.879，以及k2>-0.188×n2+0.879且k2≦2.75×n2-6.945中之任一者。

Description

遮罩基底、相位轉移遮罩以及半導體元件之製造方法
本發明係關於一種遮罩基底以及使用該遮罩基底所製造出之相位轉移遮罩。又，本發明係關於一種使用上述相位轉移遮罩的半導體元件之製造方法。
一般而言，半導體元件之製造工序係使用光微影法來進行微細圖案之形成。在此圖案之形成中通常會使用數片的轉印用遮罩。特別是在形成微細圖案之情況下，大多是使用藉由利用光的相位差來提高以解析度為代表的轉印性能之相位轉移遮罩。又，在將半導體元件之圖案微細化時，除了將相位轉移遮罩所代表的轉印用遮罩進行改良、改善之外，還需要將光微影所使用之曝光光源的波長短波長化。因此，近年來，在半導體元件之製造時所使用的曝光光源便從KrF準分子雷射(波長248nm)朝ArF準分子雷射(波長193nm)來短波長化邁進。
作為該等相位轉移遮罩用遮罩基底之類型係有置放於移相器上之雷文生(Levenson)型、置放於移相器下之雷文生型以及半色調型等類型。例如，專利文獻1揭露有一種置放於移相器上之雷文生型的遮罩基底。此遮罩基底係在透明基板與相位轉移層之間具有設置於透明基板上之相位轉移層的乾蝕刻用之蝕刻阻止層。此蝕刻阻止層係藉由氧化鉿所構成之層來加以構成。
又，專利文獻2揭露有一種針對曝光光線來在透明基板設置凹陷部，以控制所穿透之光線的相位之無鉻相位轉移用遮罩基底。設置於基板的凹陷部所鄰接之部分或基板周邊部的遮光膜係包含有在使用以氟系氣體為主體的蝕刻氣體的蝕刻程序中之可蝕刻材料所構成的膜A。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特許3301556號公報
專利文獻2：日本特開2007-241136號公報
如專利文獻2所記載般，在針對曝光光線來在透明基板本身設置凹陷部的無鉻相位轉移遮罩的情況，相位轉移遮罩之各凹陷部會在藉由對基板進行乾蝕刻來同時形成。在以往所進行的對透光性基板形成凹陷部之乾蝕刻中，會與以蝕刻來將設置於透光性基板上的相位轉移膜圖案化的情況有所差異，而難以檢測出蝕刻終點。即便欲以蝕刻時間來控制相位轉移遮罩中之各凹陷部圖案的底面形狀或深度，仍會受到微溝槽效應或微負載效應等的影響。因此，並不容易以乾蝕刻來控制各凹陷部之底面形狀或深度。
另一方面，作為無鉻相位轉移遮罩用之遮罩基底係開始探討一種在基板上設置蝕刻阻止膜，而在此蝕刻阻止膜上設置由矽及氧所構成，且具有與透光性基板幾乎相同穿透率的相位轉移膜之構成。此遮罩基底係在製作出相位轉移遮罩時，被要求要能讓在穿透過蝕刻阻止膜上存在有相位轉移膜的部分(非凹陷部)之曝光光線與穿透過該蝕刻阻止膜上不存在相位轉移膜的部分(凹陷部)之曝光光線之間會產生相位轉移效果。
在無鉻相位轉移遮罩的情況下，由於僅以在穿透過非凹陷部之曝光光線與穿透過凹陷部之曝光光線之間所產生的相位轉移效果來構成曝光光線之圖案，故會被要求要有高相位轉移效果。因此，蝕刻阻止膜便會期望能在與形成於其上的相位轉移膜之層積構造中，相對於ArF曝光光線而具有80%以上的穿透率。
蝕刻阻止膜係在相位轉移膜之透光部中殘留在圖案會被形成的部分(凹陷部)與未被形成的部分(非凹陷部)的任一者之膜。相位轉移遮罩之透光部中之曝光光線的穿透率低落是與曝光光線每單位時間朝轉印對象物之加總照射量低落有關。因此，便會需要加長曝光時間，而導致半導體元件製造中曝光轉印工序的產率低落。由此般觀點看來，蝕刻阻止膜亦被期望在與形成於其上的相位轉移膜之層積構造中，相對於ArF曝光光線而具有80%以上的穿透率。
先前技術1之相位轉移光罩基底所使用的蝕刻阻止膜係在波長較長之水銀燈的i線(365nm)或KrF準分子雷射之波長(248nm)下具有穿透性。然而，在形成更微細圖案所使用的ArF準分子雷射之波長中，便不具有充足的穿透率。
又，為了提高形成在相位轉移膜之圖案的檢查精度，關於檢查光線亦會朝短波長化邁進。近年來，亦會使用與ArF準分子雷射相同波長193nm的檢查光線來進行圖案之缺陷檢查。為了使用此般短波長之檢查光線來精度良好地進行圖案之缺陷檢查，便期望使僅蝕刻阻止膜相對於波長193nm之光線的反射率除以在蝕刻阻止膜及相位轉移膜之層積構造中相對於波長193nm之光線的反射率而計算出的對比率成為1.5以上。
本發明係為了解決上述以往的課題而完成者。亦即，目的在於提供一種相位轉移遮罩用之遮罩基底，係具備在透光性基板上依序層積有蝕刻阻止膜與相位轉移膜的構造，而具備可相對於ArF曝光光線而具有高穿透率，並相對於具有與ArF曝光光線相同的193nm波長的檢查光線而得到高對比率之蝕刻阻止膜。又，目的在於提供一種相位轉移遮罩，係使用該遮罩基底來加以製造。然後，本發明之目的在於提供一種使用此般相位轉移遮罩的半導體元件之製造方法。
為了達成上述課題，本發明係具有下述構成。
(構成1)
一種遮罩基底，係具備在透光性基板上依序層積有蝕刻阻止膜與相位轉移膜的構造之遮罩基底；其中該相位轉移膜係由含有矽及氧的材料所構成；該相位轉移膜係相對於波長193nm之光線的折射率n1為1.5以上，且相對於波長193nm之光線的衰退係數k1為0.1以下；該蝕刻阻止膜係相對於波長193nm之光線的折射率n2為2.6以上，且相對於波長193nm之光線的衰退係數k2為0.4以下，進一步地，該折射率n2及該衰退係數k2會滿足下述條件1及條件2中的任一者條件：
條件1：k2≦-0.188×n2+0.879；
條件2：k2>-0.188×n2+0.879且k2≦2.750×n2-6.945。
(構成2)
如構成1之遮罩基底，其中該蝕刻阻止膜的該折射率n2為3.1以下。
(構成3)
如構成1或2之遮罩基底，其中該蝕刻阻止膜的該衰退係數k2為0.05以上。
(構成4)
如構成1至3中任一者之遮罩基底，其中該相位轉移膜的該折射率n1為1.6以下。
(構成5)
如構成1至4中任一者之遮罩基底，其中該透光性基板相對於波長193nm之光線的折射率n3為1.5以上，1.6以下，且相對於波長193nm之光線的衰退係數k3為0.1以下。
(構成6)
如構成1至5中任一者之遮罩基底，其中在該蝕刻阻止膜及該相位轉移膜的層積構造中相對於波長193nm之光線的穿透率為80%以上。
(構成7)
如構成1至6中任一者之遮罩基底，其中僅該蝕刻阻止膜相對於波長193nm之光線的表面反射率除以在該蝕刻阻止膜及該相位轉移膜之層積構造中相對於波長193nm之光線的表面反射率而計算出的對比率為1.5以上。
(構成8)
如構成1至7中任一者之遮罩基底，其中該蝕刻阻止膜係由含有鉿及氧的材料所構成。
(構成9)
如構成1至8中任一者之遮罩基底，其中該蝕刻阻止膜係形成為相接於該透光性基板之主表面。
(構成10)
如構成1至9中任一者之遮罩基底，其中該蝕刻阻止膜的厚度為1nm以上，4nm以下。
(構成11)
如構成1至10中任一者之遮罩基底，其中該相位轉移膜係具有讓穿透該相位轉移膜之波長193nm的光線而相對於在空氣中通過與該相位轉移膜之厚度相同距離的波長193nm的光線之間會產生150度以上，210度以下的相位差之機能。
(構成12)
如構成1至10中任一者之遮罩基底，其中該相位轉移膜上具備有遮光膜。
(構成13)
如構成12之遮罩基底，其中該遮光膜係由含鉻材料所構成。
(構成14)
一種相位轉移遮罩，係具備在透光性基板上依序層積有蝕刻阻止膜與具有相位轉移圖案之相位轉移膜的構造之相位轉移遮罩；其中該相位轉移膜係由含有矽及氧的材料所構成； 該相位轉移膜係相對於波長193nm之光線的折射率n1為1.5以上，且相對於波長193nm之光線的衰退係數k1為0.1以下；該蝕刻阻止膜係相對於波長193nm之光線的折射率n2為2.6以上，且相對於波長193nm之光線的衰退係數k2為0.4以下，進一步地，該折射率n2及該衰退係數k2會滿足下述條件1及條件2中的任一者條件：
條件1：k2≦-0.188×n2+0.879；
條件2：k2>-0.188×n2+0.879且k2≦2.750×n2-6.945。
(構成15)
如構成14之相位轉移遮罩，其中該蝕刻阻止膜的該折射率n2為3.1以下。
(構成16)
如構成14或15之相位轉移遮罩，其中該蝕刻阻止膜的該衰退係數k2為0.05以上。
(構成17)
如構成14至16中任一者之相位轉移遮罩，其中該相位轉移膜的該折射率n1為1.6以下。
(構成18)
如構成14至17中任一者之相位轉移遮罩，其中該透光性基板相對於波長193nm之光線的折射率n3為1.5以上，1.6以下，且相對於波長193nm之光線的衰退係數k3為0.1以下。
(構成19)
如構成14至18中任一者之相位轉移遮罩，其中在該蝕刻阻止膜及該相位轉移膜的層積構造中相對於波長193nm之光線的穿透率為80%以上。
(構成20)
如構成14至19中任一者之相位轉移遮罩，其中僅該蝕刻阻止膜之相對於波長193nm之光線的表面反射率除以在該蝕刻阻止膜及該相位轉移膜之層積構造中相對於波長193nm之光線的表面反射率而計算出的對比率為1.5以上。
(構成21)
如構成14至20中任一者之相位轉移遮罩，其中該蝕刻阻止膜係由含有鉿及氧的材料所構成。
(構成22)
如構成14至21中任一者之相位轉移遮罩，其中該蝕刻阻止膜係形成為相接於該透光性基板之主表面。
(構成23)
如構成14至22中任一者之相位轉移遮罩，其中該蝕刻阻止膜的厚度為1nm以上，4nm以下。
(構成24)
如構成14至23中任一者之相位轉移遮罩，其中該相位轉移膜係具有讓穿透該相位轉移膜之波長193nm的光線而相對於在空氣中通過與該相位轉移膜之厚度相同距離的波長193nm的光線之間會產生150度以上，210度以下的相位差之機能。
(構成25)
如構成14至24中任一者之相位轉移遮罩，其中該相位轉移膜上具備具有包含遮光帶之遮光圖案的遮光膜。
(構成26)
如構成25之相位轉移遮罩，其中該遮光膜係由含鉻材料所構成。
(構成27)
一種半導體元件之製造方法，係具備有以下工序：使用如構成14至26中任一者的相位轉移遮罩，來將相位轉印遮罩上之圖案曝光轉印在半導體基板上之阻劑膜。
本發明之遮罩基底係具備在透光性基板上依序層積有蝕刻阻止膜與相位轉移膜的構造之遮罩基底，其中該相位轉移膜係由含有矽及氧的材料所構成，該相位轉移膜係相對於波長193nm之光線的折射率n1為1.5以上，且相對於波長193nm之光線的衰退係數k1為0.1以下，該蝕刻阻止膜係相對於波長193nm之光線的折射率n2為2.6以上，且相對於波長193nm之光線的衰退係數k2為0.4以下，進一步地，該折射率n2及該衰退係數k2會滿足下述條件1及條件2中的任一者條件：
條件1：k2≦-0.188×n2+0.879
條件2：k2>-0.188×n2+0.879且k2≦2.750×n2-6.945。
根據本發明，便可提供一種相位轉移遮罩用之遮罩基底，係具備可相對於193nm波長之ArF曝光光線而具有高穿透率，並相對於具有193nm波長的檢查光線而得到高對比率之蝕刻阻止膜。如此般，波長193nm之光線係包含ArF曝光光線以及具有與此ArF曝光光線相同之193nm波長的檢查光線。
1:透光性基板
2:蝕刻阻止膜
3:相位轉移膜
3a:相位轉移圖案
4:遮光膜
4a、4b:遮光圖案
5:硬遮罩膜
5a:硬遮罩圖案
6a:第1阻劑圖案
7b:第2阻劑圖案
100:相位轉移遮罩
200:相位轉移遮罩
101:轉印圖案形成區域
102:遮光帶形成區域
圖1係顯示本發明第1實施形態之遮罩基底構成的剖面圖。
圖2係顯示本發明第1實施形態之相位轉移遮罩構成的剖面圖。
圖3係顯示本發明第1實施形態之相位轉移遮罩的製造工序之概略剖面圖。
圖4係顯示由模擬結果所導出而滿足表面反射對比率1.5的蝕刻阻止膜之折射率n2及衰退係數k2與最小膜厚d的關係，以及滿足穿透率80%的蝕刻阻止膜之折射率n2及衰退係數k2(k2範圍為0.20到0.40。)與最大膜厚d的關係之圖式。
圖5係顯示由模擬結果所導出而滿足內面反射對比率1.5的蝕刻阻止膜之折射率n2及衰退係數k2(k2範圍為0.20到0.40。)與最小膜厚d的關係之圖式。
圖6係顯示由模擬結果所導出而滿足表面反射對比率1.5的蝕刻阻止膜之折射率n2及衰退係數k2與最小膜厚d的關係，以及滿足穿透率80%的蝕刻阻止膜之折射率n2及衰退係數k2(k2範圍為0.05到0.40。)與最大膜厚d的關係之圖式。
圖7係顯示由模擬結果所導出而滿足內面反射對比率1.5的蝕刻阻止膜之折射率n2及衰退係數k2(k2範圍為0.05到0.40。)與最小膜厚d的關係之圖式。
首先，便闡述致使完成本發明之過程。本發明人為了得到相位轉移遮罩用之遮罩基底，而進行努力研究，該相位轉移遮罩用之遮罩基底係依序層積有用以製造CPL遮罩之遮罩基底的蝕刻阻止膜及相位轉移膜，而具備可相對於ArF曝光光線而具有80%以上的高穿透率，並相對於具有與ArF曝光光線相同之193nm波長的檢查光線而得到1.5以上高對比率之蝕刻阻止膜。
在具備於透光性基板上依序層積有蝕刻阻止膜與相位轉移膜的構造之遮罩基底中，相位轉移膜係由含有矽及氧的材料所構成，其折射率n1、衰退係數k1及膜厚會作為CPL遮罩而受到機能上的限制。因此，便需要以使蝕刻阻止膜之折射率n2與衰退係數k2成為既定範圍的方式來加以控制。
於是，本發明人便著眼在用以滿足在蝕刻阻止膜及相位轉移膜之層積構造中相對於波長193nm之光線的穿透率為80%以上的蝕刻阻止膜之最大膜厚d與蝕刻阻止膜n2及衰退係數k2的關係，而就蝕刻阻止膜及相位轉移膜來進行光學模擬。光學模擬中，係在折射率n2為2.6到3.1的範圍內及衰退係數k2為0.05到0.40的範圍內，一邊改變蝕刻阻止膜之折射率n2及衰退係數k2的各數值，一邊計算出穿透率為80%時的蝕刻阻止膜的最大膜厚d。在此，相位轉移膜之膜厚為177(nm)，折射率n1為1.56，衰退係數k1為0.00。
之後，便以此模擬結果為基礎，來整理出蝕刻阻止膜之折射率n2及衰退係數k2與最大膜厚d之關係。圖4及圖6係表示滿足穿透率80%的蝕刻阻止膜之折射率n2及衰退係數k2與最大膜厚d之關係。
如圖4及圖6中所示，在蝕刻阻止膜之最大膜厚d為2.5nm、3.0nm時，滿足穿透率80%的蝕刻阻止膜之折射率n2及衰退係數k2的各關係式係如下所示。
k2=-0.156n2+0.859(最大膜厚d=2.5nm的情況)
k2=-0.188n2+0.879(最大膜厚d=3.0nm的情況)
如此般，關於滿足穿透率80%之蝕刻阻止膜，係發現到折射率n2及衰退係數k2具有負相關關係。
又，本發明人係著眼在用以滿足表面反射對比率1.5及內面反射對比率1.5的蝕刻阻止膜之最小膜厚與蝕刻阻止膜之折射率n2及衰退係數k2之關係，而就蝕刻阻止膜及相位轉移膜來進行光學模擬。關於光學模擬中之折射率n2及衰退係數k2的範圍、相位轉移膜之膜厚、折射率n1、衰退係數k1係與上述穿透率相關之模擬相同。
之後，便以此模擬結果為基礎，來分別整理出滿足表面反射對比率1.5及內面反射對比率1.5之蝕刻阻止膜的折射率n2及衰退係數k2與最小膜厚d之關係。圖4及圖6係顯示在滿足表面反射對比率1.5之蝕刻阻止膜的最小膜厚d=2.0nm、2.5nm、3.0nm的情況下之近似曲線。又，圖5及圖7係顯示在滿足內面反射對比率1.5之蝕刻阻止膜的最小膜厚d=2.0nm、2.5nm的情況下之近似曲線。在圖4至圖7所示之折射率n2及衰退係數k2的範圍中，滿足內面反射對比率1.5的最小膜厚d的數值會一直小於滿足表面反射對比率1.5之最小膜厚d的數值。由該等情事看來，便發現到若是以滿足表面反射對比率1.5的方式來設定蝕刻阻止膜之最小膜厚d的話，便可滿足內面反射對比率1.5。
然後，如圖4及圖6所示，分別整理出滿足表面反射對比率1.5之蝕刻阻止膜的折射率n2及衰退係數k2與最小膜厚d之關係，以及滿足穿透率80%的蝕刻阻止膜之折射率n2及衰退係數k2與最大膜厚d之關係，而就使各條件都成立的構成來加以探討。其結果，便發現到若是為滿足在最大膜厚d=3.0nm之情況下 的k2=-0.188×n2+0.879之關係的k2值及低於該值的k2值的話，便可使穿透率及對比率的各條件都成立(另外，在此為了簡化說明，便著眼於k2值，但關於n2值亦可說是相同。)。亦即，發現到在滿足蝕刻阻止膜之折射率n2及衰退係數k2為條件1：k2≦-0.188×n2+0.879時，便可使穿透率與對比率的各條件都成立。
又，圖4及圖6中，k2>-0.188×n2+0.879的區域係最大膜厚d未達3.0nm的區域。另一方面，在較圖4及圖6所示之d=3.0nm(表面反射對比率1.5)所表示之近似曲線要靠左側的區域係最小膜厚d超過3.0nm的區域。從而，便得知在圖4及圖6中，該等區域所重疊之區域(斜線區域B)係無法使各條件都成立。於是，為了排出此區域，便求得最小膜厚d=3.0nm的近似曲線與條件1之公式的交點，而針對較此交點要靠上側的近似曲線來進行直線近似，得到下式：k2=2.750×n2-6.945。
亦即，發現到蝕刻阻止膜之折射率n2及衰退係數k2在滿足條件2：k2>-0.188×n2+0.879且k2≦2.750×n2-6.945時，便可使穿透率與對比率的各條件成立。
本發明係經由上述般努力探討的結果所完成者。另外，圖4到圖7所示之近似曲線會因計算方式而有些許變動。然而，此變動所產生之折射率n2及衰退係數k2的範圍之變動對蝕刻阻止膜之對比率、膜厚、穿透率所造成的影響較小，而在容許範圍。
<第1實施形態>
[遮罩基底與其製造]
以下，便參照圖式就實施形態來進行說明。
本發明第1實施形態相關之遮罩基底係為了用於製造CPL(Chromeless Phase Lithography)遮罩，亦即無鉻相位轉移遮罩的遮罩基底。CPL遮罩在轉印圖案形成區域內，除了大圖案區域以外，基本上不會設置遮光膜，而是藉由透光性基板之凹陷部與非凹陷部來構成轉印圖案之類型的相位轉移遮罩。
於圖1顯示此第1實施形態之遮罩基底的構成。此第1實施形態相關之遮罩基底100係在透光性基板1主表面上具備蝕刻阻止膜2、相位轉移膜3、遮光膜4以及硬遮罩膜5。
透光性基板1只要為相對於曝光光線具有高穿透率，並具有充分剛性者的話，便不特別限制。本發明係可使用合成石英玻璃基板、其他各種玻璃基板(例如鈉鈣玻璃、鋁矽酸鹽玻璃等)。該等基板中，特別是合成石英玻璃基板由於在ArF準分子雷射光(波長193nm)或較其要短波長之區域中穿透率會較高，故較佳地能作為用於高精細之轉印圖案形成的本發明之遮罩基底。透光性基板1較佳地係相對於波長193nm之光線的折射率n3為1.5以上，1.6以下，且相對於波長193nm之光線的衰退係數k3為0.1以下。另外，透光性基板1之衰退係數k3的下限值為0.0。
蝕刻阻止膜2係以滿足上述條件1及條件2之任一者的材料所形成。又，蝕刻阻止膜2係以相對於在使用將相位轉移膜3圖案化時所進行的氟系氣體之乾蝕刻，而可在與相位轉移膜3之間得到蝕刻選擇性的材料所形成。此蝕刻阻止膜2係在相位轉移遮罩200完成後的階段中，不在轉印圖案形成區域101整面被去除而殘留者(參照圖2)。亦即，在透光部中未有相位轉移圖案3b的區域之凹陷部亦會成為殘留有蝕刻阻止膜2之型態。因此，蝕刻阻止膜2較佳地係形成為在與透光性基板1之間不透過其他膜而相接於透光性基板1主表面。
透光性基板1相對於曝光光線之穿透率為100%時，蝕刻阻止膜2的穿透率較佳地係80%以上，更佳地係85%以上。
蝕刻阻止膜2的含氧量較佳地係50原子%以上。這是因為要將曝光光線之穿透率成為上述數值以上會被要求要讓蝕刻阻止膜2中含有較多氧之故。另一方面，蝕刻阻止膜2的含氧量較佳地係67原子%以下。
蝕刻阻止膜2從藥液耐性或洗淨耐性的觀點看來，較佳地係由含有鉿及氧的材料所形成。蝕刻阻止膜2相對於使用氟系氣體的乾蝕刻，較佳地係不包含會讓與相位轉移膜3之間的蝕刻選擇性下降的元素(例如矽)。又，蝕刻阻止膜2更佳地係由鉿及氧所構成的材料來加以形成。在此，所謂由鉿及氧所構成 的材料是指除了該等構成元素之外，在以濺鍍法來成膜時，僅含有被包含在蝕刻阻止膜2所不可避免的元素(氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)及氙(Xe)等的稀有氣體、氫(H)、碳(C)等)之材料。藉由使蝕刻阻止膜2中會與鉿鍵結的其他元素之存在成為極小，便可大幅提高蝕刻阻止膜2中之鉿與氧的鍵結比率。因此，被包含在蝕刻阻止膜2所不可避免的元素(稀有氣體、氫、碳等)的總計含量較佳地係3原子%以下。蝕刻阻止膜2較佳地係非晶構造。藉此，便可使蝕刻阻止膜2之表面粗度成為良好，並提高相對於曝光光線的穿透率。
另一方面，蝕刻阻止膜2不僅鉿，從提高蝕刻阻止膜2相對於ArF曝光光線的穿透率之觀點看來，還較佳地係含有具有使蝕刻阻止膜2之衰退係數k2下降的作用之金屬元素。從此觀點看來，作為讓蝕刻阻止膜2含有的金屬元素係舉例有鋁、鋯、銦、錫等。例如，在以含有鉿、鋁及氧的材料來形成蝕刻阻止膜2的情況，蝕刻阻止膜2之鉿(Hf)含量[原子%]相對於鉿(Hf)與鋁(Al)的總計含量[原子%]的比率(Hf/[Hf+Al]比率)較佳地係0.86以下。又，在此情況下之蝕刻阻止膜2的Hf/[Hf+Al]比率較佳地係0.60以上。
蝕刻阻止膜2在以滿足上述條件1及條件2的任一者為前提下，厚度較佳地係1nm以上。在考量從遮罩基底到製造相位轉移遮罩為止所進行之氟系氣體的乾蝕刻所致的影響、藥液洗淨所致的影響時，蝕刻阻止膜2之厚度最好是1nm以上。蝕刻阻止膜2之厚度更佳地係2nm以上。
雖蝕刻阻止膜2係適用相對於曝光光線的穿透率會較高的材料，但隨著厚度變厚，穿透率則會下降。又，蝕刻阻止膜2的折射率會較形成透光性基板1之材料要高，而蝕刻阻止膜2之厚度愈厚，則在設置出實際形成於相位轉移膜3之遮罩圖案時所造成的影響便會愈大。在考量該等情況時，蝕刻阻止膜2最好是4nm以下，較佳地為3nm以下。
蝕刻阻止膜2相對於波長193nm之光線的折射率n2較佳地係3.1以下，更佳地係3.0以下。這是因為會使在設計出實際形成於相位轉移膜3之遮罩圖案時所造成的影響降低之故。蝕刻阻止膜2會以折射率n2為2.6以上來加以形成。另一方面，蝕刻阻止膜2相對於波長193nm之光線的衰退係數k2(以下僅稱為衰退 係數k2)較佳地係0.4以下。這是因為會使蝕刻阻止膜2相對於曝光光線或檢查光線之穿透率提高之故。蝕刻阻止膜2之衰退係數k2較佳地係0.05以上，更佳地係0.1以上，最佳地係0.2以上。
蝕刻阻止膜2較佳地係在厚度方向組成的均勻性較高(亦即，厚度方向之各構成元素的含量差會收斂在5原子%以內的變動幅度)。另一方面，亦可為在厚度方向來將蝕刻阻止膜2製作成組成傾斜之膜構造。
相位轉移膜3係由含有矽與氧且相對於曝光光線為透明的材料所構成，並具有既定相位差。具體而言，係將透光部之相位轉移膜3圖案化，而形成存在有相位轉移膜3之非凹陷部與不存在相位轉移膜3的凹陷部，並相對於會穿透過不存在相位轉移膜3之凹陷部的曝光光線(ArF準分子雷射之曝光光線)，而使會穿透過存在相位轉移膜3之非凹陷部的曝光光線之位相成為實質上相反的關係(既定相位差)。藉此，便會因反射現象而使會互相回到對方區域的光線抵銷，而讓邊界部之光強度幾乎為零，而使解析度提高。
相位轉移膜3較佳地係具有以95%以上的穿透率來讓波長193nm的光線穿透之機能(穿透率)，以及讓穿透相位轉移膜3之該曝光光線而相對於在空氣中通過與該相位轉移膜3之厚度相同距離的光線之間會產生150度以上，210度以下的相位差之機能。又，此相位轉移膜3之相位差更佳地係150度以上，200度以下，最佳地係150度以上，190度以下。相位轉移膜3之曝光光線穿透率從提高曝光效率之觀點看來，較佳地係96%以上，更佳地係97%以上。
相位轉移膜3之厚度較佳地係200nm以下，更佳地係190nm以下。另一方面，相位轉移膜3之厚度較佳地係143nm以上，更佳地係153nm以上。
在相位轉移膜3中，為了滿足上述光學特性與膜厚度相關的各種條件，相對於波長193nm的光線之折射率n1會被要求要1.5以上，較佳地係1.52以上，更佳地係1.54以上。又，相位轉移膜3之折射率n1較佳地係1.68以下，更佳地係1.63以下。相位轉移膜3相對於波長193nm之光線的衰退係數k1會被要求要0.1以下，更佳地係0.02以下，更佳地係趨近於0。
另外，包含相位轉移膜3之薄膜的折射率n與衰退係數k並非僅以該薄膜之組成來決定。該薄膜之膜密度或結晶狀態等亦會是左右折射率n及衰退係數k的要素。因此，便調整以反應性濺鍍來成膜出薄膜時之各種條件，並以使該薄膜會成為既定折射率n以及衰退係數k的方式來加以成膜。在以反應性濺鍍來成膜出相位轉移膜3之情況，要成為上述折射率n1與衰退係數k1的範圍，則調整稀有氣體與反應性氣體(氧氣)之混合氣體的比率是有效的，但並不限於此。還涉及在以反應性濺鍍來成膜時之成膜室內的壓力、施加至濺鍍靶材的電力、靶材與透光性基板1之間的距離等的位置關係等各面向。又，該等成膜條件係在成膜裝置中為固有，而可以使所形成之相位轉移膜3成為既定折射率n1及衰退係數k1的方式來適當調整。
相位轉移膜3可以單層來構成，亦可以複數層之層積體來構成，且由含有矽及氧的材料所構成。藉由使矽含有氧，便可相對於曝光光線而確保高透明度，而可得到作為相位轉移膜3的較佳光學特性。
相位轉移膜3如上述係由含有矽與氧的材料所構成。為了提高相對於曝光光線之穿透率及耐光性，以及提高乾蝕刻之加工性，相位轉移膜3較佳地係使矽與氧以外的元素含量成為5原子%以下，更佳地係3原子%以下。更佳地，相位轉移膜3較佳地係由矽與氧所構成之材料，例如SiO2。在以濺鍍法來成膜出相位轉移膜3之情況，在此膜不可避免地會含有作為緩衝氣體所使用之氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)及氙(Xe)等的稀有氣體以及存在於真空中之氫(H)、碳(C)等。在此情況，較佳地係藉由將成膜條件最佳化或是在成膜後進行退火，來使被包含在相位轉移膜3之矽與氧以外的該等元素之總計含量成為5原子%以下，更佳地係3原子%以下。
雖氧化矽系材料的相位轉移膜3係藉由濺鍍來加以形成，但亦可適用DC濺鍍、RF濺鍍及離子束濺鍍等的任一種濺鍍。在使用導電性較低之靶材(矽靶材、SiO2靶材等)的情況下，較佳地係適用RF濺鍍或離子束濺鍍。在考量成膜速率時，較佳地係適用RF濺鍍。
遮光膜4可適用單層構造及2層以上的層積構造的任一者。又，單層構造之遮光膜及2層以上的層積構造之遮光膜各層可在膜或層之厚度方向為幾乎相同之組成的構成，亦可在層之厚度方向製作成組成傾斜之構成。
遮光膜4會被要求要具有以高遮光率來將曝光光線遮光的機能。遮光膜4會被要求要確保大於2.0的光學濃度(OD)，較佳地係2.8以上的OD，更佳地係3.0以上的OD。在此，如圖2所示，所謂遮光帶形成區域102係指形成有為曝光轉印對象之圖案(電路圖案)的轉印圖案形成區域101外側所形成的遮光區域。遮光帶形成區域102的形成目的在於防止朝晶圓進行曝光轉印時，鄰接曝光所致之不良影響(曝光光線的重疊)。
圖1所記載的形態之遮罩基底100係構成為在相位轉移膜3上不透過其他膜而層積遮光膜4。在此構成情況下的遮光膜4係需要適用相對於在相位轉移膜3形成圖案時所使用的蝕刻氣體而具有充分蝕刻選擇性的材料。在此情況下之遮光膜4較佳地係以含鉻材料來加以形成。作為形成遮光膜4之含鉻材料除了鉻金屬以外，還可舉例在鉻含有選自氧、氮、碳、硼及氟的一種以上的元素之材料。
一般而言，鉻系材料雖會以氯系氣體與氧氣之混合氣體來被蝕刻，但鉻金屬相對於此蝕刻氣體之蝕刻速率並不太高。在考量提高相對於氯系氣體與氧氣之混合氣體的蝕刻氣體之蝕刻速率的情況時，作為形成遮光膜4之材料較佳地係在鉻含有選自氧、氮、碳、硼及氟的一種以上的元素之材料。又，亦可在形成遮光膜4之含鉻材料含有鉬、銦、錫中之一種以上的元素。藉由含有鉬、銦、錫中之一種以上的元素，便可更加速相對於氯系氣體與氧氣之混合氣體的蝕刻速率。
在遮罩基底100中，較佳地係構成為在遮光膜4上進一步地層積有相對於在蝕刻遮光膜4時所使用的蝕刻氣體而具有蝕刻選擇性的材料所形成之硬遮罩膜5。由於硬遮罩膜5基本上不受到光學濃度之限制，故硬遮罩5之厚度可較遮光膜4之厚度要大幅地薄。然後，有機系材料的阻劑膜只要是在將圖案形成於此硬遮罩膜5的乾蝕刻結束為止的期間，仍具有作為蝕刻遮罩之機能的膜之厚 度的話，便已足夠。因此，便可使阻劑膜的厚度較以往要大幅地薄。阻劑膜之薄膜化係在阻劑解析度提升與防止圖案崩塌上具有效果，且在對應於微細化要求上極為重要。
在以含鉻材料來形成遮光膜4之情況，此硬遮罩膜5較佳地係以含矽材料來加以形成。另外，在此情況下，硬遮罩膜5會有與有機系材料之阻劑膜的密合性較低之傾向。因此，較佳地係將硬遮罩膜5表面施予HMDS(Hexamethyldisilazane)處理，以提高表面密合性。另外，在此情況之硬遮罩膜5更佳地係以SiO2、SiN、SiON等來加以形成。
又，在以含鉻材料來形成遮光膜4之情況，硬遮罩膜5之材料除了該含矽材料之外，亦可適用含鉭材料。在此情況之含鉭材料除了鉭金屬之外，可舉於鉭含有選自氮、氧、硼及碳的一種以上之元素的材料等。
另一方面，遮光膜4係可具備依序從相位轉移膜3側層積有由含鉻材料所構成之層，以及由含有過渡金屬與矽的材料所構成之層的構造。關於在此情況下之含鉻材料的具體內容係與上述遮光膜4的情況相同。又，在由含有過渡金屬與矽的材料所構成之層中，該層所含有的過渡金屬係可舉鉬(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)等的任一種金屬或該等金屬之合金。除了該層所含有之過渡金屬以外的金屬元素係舉有鋁(Al)、銦(In)、錫(Sn)及鎵(Ga)等。
在層積有由該含鉻材料所構成之層以及由含有過渡金屬與矽之材料所構成之層的構造之遮光膜4的情況，硬遮罩膜5較佳地係以含鉻材料來加以形成。
在遮罩基底100中，較佳地將有機系材料之阻劑膜以100nm以下之膜厚，並相接於硬遮罩膜5表面來加以形成。在對應於DRAM hp32nm世代的微細圖案之情況，會有在應形成於硬遮罩膜5之轉印用圖案(相位轉移圖案)設置有線寬為40nm的SRAF(Sub-Resolution Assist Feature)的情況。在此般情況，由於阻劑圖案之剖面縱寬比會低至1：2.5，故可抑制在阻劑膜顯影時、沖洗時等阻劑圖 案會崩倒或脫開之情事。另外，在阻劑膜之膜厚為80nm以下時，由於可進一步地抑制阻劑圖案之崩倒或脫開，故會更佳。
雖蝕刻阻止膜2、相位轉移膜3、遮光膜4、硬遮罩膜5係藉由濺鍍來加以形成，但亦可適用DC濺鍍、RF濺鍍及離子束濺鍍等的任一種濺鍍。在使用導電性較低之靶材的情況下，較佳地係適用RF濺鍍或離子束濺鍍。在考量成膜速率時，較佳地係適用RF濺鍍。
關於蝕刻阻止膜2之成膜方法，較佳地係將含有鉿之靶材(除了表層之外，實質上不含有氧的鉿靶材或是含有鉿與氧的靶材)配置於成膜室內，而在透光性基板1上形成蝕刻阻止膜2。具體而言，係將透光性基板1配置於該成膜室內之基板載置台，而在氬氣等的稀有氣體氛圍(或是在與氧氣或含氧氣體之混合氣體氛圍)下，將既定電壓施加至靶材(在此情況，RF電源會較佳)。藉此，電漿化後之稀有氣體粒子便會衝撞於靶材而產生濺鍍現象，在透光性基板1表面形成有含有鉿及氧的蝕刻阻止膜2。此時，蝕刻阻止膜2之膜厚、折射率n2、衰退係數k2會以滿足上述條件1及條件2的任一者之方式來設定成膜條件。
如上述，此第1實施形態之遮罩基底100係可提供一種具備可相對於ArF曝光光線而具有高穿透率，且相對於具有與ArF曝光光線相同之193nm的波長之檢查光線而得到高對比率之蝕刻阻止膜2的相位轉移遮罩用之遮罩基底100。
[相位轉移遮罩與其製造]
此第1實施形態相關之相位轉移遮罩200(參照圖2)中，遮罩基底100之蝕刻阻止膜2係被殘留在透光性基板1之主表面上整面，而在相位轉移膜3形成有相位轉移圖案3a，在遮光膜4形成有遮光圖案4b。另外，硬遮罩膜5會在此相位轉移遮罩200之製作途中被去除(參照圖3)。
亦即，此第1實施形態相關之相位轉移遮罩200係具備在透光性基板1上，依序層積有蝕刻阻止膜2、相位轉移圖案3a以及遮光圖案4b的構造。相位轉移圖案3a係由含有矽及氧之材料所構成。蝕刻阻止膜2係以滿足上述條件1及條件2的任一者之材料來加以形成。然後，蝕刻阻止膜2係以相對於在將相位 轉移膜3圖案化時所進行而使用氟系氣體的乾蝕刻，會在與相位轉移膜3之間得到蝕刻選擇性的材料來加以形成。另外，關於此相位轉移遮罩200中之透光性基板1、蝕刻阻止膜2、相位轉移圖案3a以及遮光圖案4b的具體構成，係與遮罩基底100之情況相同。
以下，便依照為重要部分剖面構造圖之圖3所示的製造工序，來說明此第1實施形態相關之相位轉移遮罩200的製造方法。另外，在此係就遮光膜4適用含鉻材料，硬遮罩膜5適用含矽材料的情況來加以闡述。
首先，將阻劑膜藉由旋塗法，來形成為相接於遮罩基底100之硬遮罩膜5。接著，針對阻劑膜，以電子線來描繪出應形成於相位轉移膜3之圖案，進一步地藉由進行顯影處理等的既定處理，來形成第1阻劑圖案6a(參照圖3(a))。接著，將第1阻劑圖案6a作為遮罩，而進行使用氟系氣體之乾蝕刻，以在硬遮罩膜5形成硬遮罩圖案5a(參照圖3(b))。
接著，便去除第1阻劑圖案6a。之後，將硬遮罩圖案5a作為遮罩，而進行使用氯系氣體與氧系氣體的混合氣體之乾蝕刻，以在遮光膜4形成遮光圖案4a(參照圖3(c))。接著，將遮光圖案4a作為遮罩，而進行使用氟系氣體之乾蝕刻，以在相位轉移膜3形成相位轉移圖案3a(參照圖3(d))。藉由此乾蝕刻，來去除硬遮罩圖案5a。
接著，藉由旋塗法形成阻劑膜，之後，針對阻劑膜，以電子線來描繪出應形成於遮光膜4之圖案(包含遮光帶之圖案)，進一步地藉由進行顯影處理等的既定處理，來形成第2阻劑圖案7a(參照圖3(e))。
之後，將第2阻劑圖案7b作為遮罩，而進行使用氯系氣體與氧系氣體的混合氣體之乾蝕刻，以在遮光膜4形成遮光圖案4b(參照圖3(f))。
之後，在去除第2阻劑圖案7b後便進行洗淨工序。在洗淨工序後，依需要來使用波長193nm的光線進行遮罩缺陷檢查。進一步地，依據缺陷檢查之結果，而依需要來進行缺陷修正，以製造出相位轉移遮罩200(參照圖3(g))。蝕刻阻止膜2係可相對於具有193nm波長之ArF曝光光線而具有高穿透率，並相對於具 有與ArF曝光光線相同的193nm波長之檢查光線而得到高對比率。因此，便可以高精度來進行缺陷檢查及缺陷修正。
[半導體元件之製造]
第1實施形態之半導體元件的製造方法係使用第1實施形態之相位轉移遮罩200或使用第1實施形態之遮罩基底100所製造出之相位轉移遮罩200，來將轉印用圖案曝光轉印在半導體基板上之阻劑膜。因此，在使用第1實施形態之相位轉移遮罩200來曝光轉印於半導體元件上之阻劑膜時，便可以充分滿足設計模樣的精度來將圖案形成在半導體元件上之阻劑膜。
另外，至此雖就為了製造出CPL遮罩而適用第1實施形態之遮罩基底100的態樣來加以說明。然而，本發明之遮罩基底的適用對象並不特別限於CPL遮罩，亦可同樣地適用在製造例如雷文生型相位轉移遮罩的用途。
[實施例]
以下，便藉由實施例來進一步地具體說明本發明實施形態。
(實施例1)
[遮罩基底之製造]
準備好由主表面尺寸為約152mm×約152mm，厚度為約6.35mm的合成石英玻璃所構成之透光性基板1。此透光性基板1係將端面及主表面研磨至既定表面粗度以下(方均根粗度Rq為0.2nm以下)，之後，施予既定洗淨處理及乾燥處理。使用分光橢圓分光儀(J．A．Woollam公司製M-2000D)來測量此透光性基板1之各光學特性時，波長193nm之光線的折射率n3係1.556，衰退係數k3係0.00(測量下限)。
接著，將由鉿及氧所構成之蝕刻阻止膜2(HfO膜)以3nm膜厚來形成為相接於透光性基板1表面。具體而言，係將透光性基板1設置於片葉式RF濺鍍裝置內，而讓Hf靶材放電，以藉由將氬(Ar)及氧(O2)之混合氣體作為濺鍍氣體的濺鍍(RF濺鍍)來形成蝕刻阻止膜2。針對以相同條件來形成於其他透光性基板上之蝕刻阻止膜來進行X射線光電分光分析法之分析的結果，Hf：O=34：66(原子%比)。
又，使用上述分光橢圓分光儀(J．A．Woollam公司製M-2000D)來測量蝕刻阻止膜2之各光學特性時，波長193nm之光線的折射率n2係2.73，衰退係數k2係0.36。
接著，將由含有矽及氧之SiO2所構成的相位轉移膜3以177nm膜厚來形成為相接於蝕刻阻止膜2表面。具體而言，係將形成有蝕刻阻止膜2之透光性基板1設置於片葉式RF濺鍍裝置內，而使用二氧化矽(SiO2)靶材，並藉由將氬(Ar)氣體作為濺鍍氣體的濺鍍(RF濺鍍)來在蝕刻阻止膜2上形成由SiO2所構成之相位轉移膜3。另外，在針對其他透光性基板1主表面，以相同條件而僅形成由SiO2所構成的相位轉移膜3，而在使用上述分光橢圓分光儀來測量其最上層之光學特性時，波長193nm之光線的折射率n1係1.56，衰退係數k1係0.00(測量下限)。
之後，將由含鉻的遮光膜4以59nm膜厚來形成為相接於相位轉移膜3表面。此遮光膜4係除了鉻之外還含有氧與碳之CrOC膜。具體而言，將形成有相位轉移膜3後之透光性基板1設置於片葉式DC濺鍍裝置內，而使用鉻(Cr)靶材，並藉由在二氧化碳(CO2)及氦(He)之混合氣體氛圍下的反應性濺鍍(DC濺鍍)，來形成遮光膜4。接著，對形成有上述遮光膜4(CrOC膜)之透光性基板1施予加熱處理。具體而言，係使用加熱板，在大氣中以加熱溫度為280℃，加熱時間為5分鐘來進行加熱處理。
針對加熱處理後之遮光膜4，以X射線光電分光分析法(ESCA、有RBS修正)來進行分析。此結果，便確認到遮光膜4之透光性基板1側的相反側之表面附近區域(從表面到2nm左右的深度為止之區域)係具有含氧量會較其以外之區域要多的組成傾斜部(含氧量為40原子%以上)。又，得知除了遮光膜4之組成傾斜部以外的區域之各構成元素含量的平均值係Cr：71原子%，O：15原子%，C：14原子%。進一步地，確認到除了遮光膜4之組成傾斜部以外的區域之厚度方向的各構成元素差都在3原子%以下，而實質上並無厚度方向之組成傾斜。另外，關於下述所示之其他膜的組成，亦與上述遮光膜4相同地藉由X射線光電分光分析法(ESCA、有RBS修正)來獲得。
又，在針對加熱處理後之遮光膜4，使用分光光度計(安捷倫科技公司製Cary4000)來測量ArF準分子雷射之光線的波長(約193nm)之光學濃度(OD)時，確認到為3.0以上。
接著，將由含有矽與氧之SiO2所構成的硬遮罩膜5以12nm膜厚來形成為相接於遮光膜4表面。具體而言，將形成有遮光膜4後之透光性基板1設置於片葉式RF濺鍍裝置內，而使用二氧化矽(SiO2)靶材，並藉由將氬(Ar)氣體作為濺鍍氣體的RF濺鍍來在遮光膜4上形成由SiO2所構成之硬遮罩膜5。以上述順序，來製造出實施例1之遮罩基底100。
另外，以相同順序來在其他透光性基板形成蝕刻阻止膜，而藉由上述分光橢圓分光儀，來分別測量僅在該蝕刻阻止膜之狀態下，在波長193nm的光線中之表面反射率(透光性基板1相反側之反射率)與內面反射率(透光性基板1側之反射率)。其結果，表面反射率為14.3%，內面反射率為10.7%。
接著，以相同順序來將相位轉移膜3形成為相接於該蝕刻阻止膜2表面，而藉由上述分光橢圓分光儀，來分別測量在該蝕刻阻止膜2與相位轉移膜3之層積構造中，在波長193nm的光線之穿透率與表面反射率(透光性基板1相反側之反射率)與內面反射率(透光性基板1側之反射率)。其結果，以透光性基板1之穿透率為100%時，穿透率為81.3%，表面反射率為9.0%，內面反射率為6.2%。
從此結果看來，得知因為設置實施例1之蝕刻阻止膜2而產生之穿透率下降之影響會較小。一方面，僅蝕刻阻止膜2的表面反射率除以在蝕刻阻止膜2及相位轉移膜3之層積構造中的表面反射率而計算出的對比率為1.59。另一方面，僅蝕刻阻止膜2的內面反射率除以在蝕刻阻止膜2及相位轉移膜3之層積構造中的內面反射率而計算出的對比率為1.73。任一者的對比率皆為1.5以上。由此看來，即便從此實施例1之遮罩基底100來製作相位轉移遮罩200，而對該相位轉移遮罩200，以將波長193nm之光線用於檢查光線的遮罩檢查裝置來進行遮罩缺陷檢查，仍可說是能正常判斷遮罩缺陷。
[相位轉移遮罩之製造與評價]
接著，便使用此實施例1之遮罩基底100，以下述順序來製作實施例1之相位轉移遮罩200。首先，在硬遮罩膜5表面施予HMDS處理。接著，藉由旋塗法，來將由電子線描繪用化學增幅型阻劑所構成的阻劑膜以膜厚80nm形成為相接於硬遮罩膜5表面。接著，針對此阻劑膜，而電子線描繪出應形成於相位轉移膜3之圖案，並進行既定顯影處理，來形成第1阻劑圖案6a(參照圖3(a))。在此，第1阻劑圖案6a係以在相位轉移膜3形成有缺陷的方式，來將程序缺陷預先添加在除了本來應形成之相位轉移圖案以外之處。
接著，將第1阻劑圖案6a作為遮罩，而進行使用CF4氣體的乾蝕刻，以在硬遮罩膜5形成硬遮罩圖案5a(參照圖3(b))。
接著，便藉由TMAH來去除殘留之第1阻劑圖案6a。接著，將硬遮罩圖案5a作為遮罩，而在使用氯與氧的混合氣體(氣體流量比Cl2：O2=20：1)的高偏壓條件下進行乾蝕刻，以在遮光膜4形成遮光圖案4a(參照圖3(c))。
接著，將遮光圖案4a作為遮罩，而進行使用CF4氣體的乾蝕刻，以在相位轉移膜3形成相位轉移圖案3a(參照圖3(d))。在此蝕刻初期階段中，遮光圖案4a上所形成之硬遮罩圖案5a亦具有作為蝕刻遮罩的機能。然而，由於此硬遮罩膜5之材料與相位轉移膜3之材料為相同的SiO2，故硬遮罩圖案5a會在更早階段被去除。
接著，藉由旋塗法，來將由電子線描繪用化學增幅型阻劑所構成的阻劑膜以膜厚200nm來形成為相接於遮光圖案4a表面。接著，針對此阻劑膜，以電子線描繪出應形成於遮光膜4之圖案，而進行既定顯影處理，來形成第2阻劑圖案7b(參照圖3(e))。接著，將第2阻劑圖案7b作為遮罩，而進行使用氯與氧的混合氣體(氣體流量比Cl2：O2=4：1)的乾蝕刻，以在遮光膜4形成遮光圖案4b(參照圖3(f))。接著，藉由灰化來去除第2阻劑圖案7b，並進行洗淨處理，來製作出實施例1之相位轉移遮罩(CPL遮罩)200(參照圖3(g))。
針對製作出的實施例1之相位轉移遮罩200，藉由將波長193nm之光線用於檢查光線的遮罩檢查裝置(KLA-Tencor公司製Teron640)來進行遮罩圖 案之檢查。其結果，便可在配置有程序缺陷之處的相位轉移圖案3a上檢測出缺陷。
針對此實施例1之相位轉移遮罩200，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製)，以波長193nm之曝光光線來進行曝光轉印於半導體元件上之阻劑膜時的轉印像的模擬。在檢驗此模擬之曝光轉印像時，除了存在有程式缺陷之處以外，都會充分滿足設計模樣。因設置蝕刻阻止膜2所致透光部之穿透率下降對曝光轉印所造成之影響很微小。由此結果看來，即便將實施例1之相位轉移遮罩200設置於曝光裝置之遮罩台，而曝光轉印於半導體元件上之阻劑膜，最後仍可說是能高精度地形成半導體元件上所形成的電路圖案。
(實施例2)
[遮罩基底之製造]
此實施例2之遮罩基底100除了蝕刻阻止膜2之構成之外，都與實施例1之遮罩基底100同樣地加以製造。具體而言，此實施例2之遮罩基底100中係對蝕刻阻止膜2，使用在波長193nm之光線中的折射率n2為2.70，衰退係數k2為0.40的材料，並以2.8nm的膜厚來加以形成。從而，在透光性基板1上依序層積有蝕刻阻止膜2、相位轉移膜3及遮光膜4的遮罩基底100之構造，以及透光性基板1、相位轉移膜3、遮光膜4的材料及製法係與實施例1相同。
以與實施例1之情況相同的順序來測量實施例2在蝕刻阻止膜2與相位轉移膜3之層積狀態下，在波長193nm的光線中之穿透率，以透光性基板1之穿透率為100%時，穿透率為80.1%。由此結果看來，得知因為設置實施例2之蝕刻阻止膜2而產生的穿透率下降之影響會較小。一方面，以與實施例1之情況相同的順序，來將僅實施例2之蝕刻阻止膜2的表面反射率除以在蝕刻阻止膜2及相位轉移膜3之層積構造中的表面反射率而計算出的對比率為1.50。另一方面，將僅實施例2之蝕刻阻止膜2的內面反射率除以在蝕刻阻止膜2及相位轉移膜3之層積構造中的內面反射率而計算出的對比率為1.60。任一者的對比率皆為1.5以上。由此看來，即便從此實施例3之遮罩基底100來製作相位轉移遮罩200，而對 該相位轉移遮罩200，以將波長193nm之光線用於檢查光線的遮罩檢查裝置來進行遮罩缺陷檢查，仍可說是能正常判斷遮罩缺陷。
[相位轉移遮罩之製造與評價]
接著，以與實施例1相同順序，而使用實施例2之遮罩基底100來製作出實施例2之相位轉移遮罩200。針對製作出的實施例2之相位轉移遮罩200，藉由將波長193nm之光線用於檢查光線的遮罩檢查裝置(KLA-Tencor公司製Teron640)來進行遮罩圖案之檢查。其結果，便可在配置有程序缺陷之處的相位轉移圖案3a上檢測出缺陷。
針對此實施例2之相位轉移遮罩200，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製)，以波長193nm之曝光光線來進行曝光轉印於半導體元件上之阻劑膜時的轉印像的模擬。在檢驗此模擬之曝光轉印像時，除了存在有程式缺陷之處以外，都會充分滿足設計模樣。因設置蝕刻阻止膜2所致透光部之穿透率下降對曝光轉印所造成之影響很微小。由此結果看來，即便將實施例2之相位轉移遮罩200設置於曝光裝置之遮罩台，而曝光轉印於半導體元件上之阻劑膜，最後仍可說是能高精度地形成半導體元件上所形成的電路圖案。
(比較例1)
[遮罩基底之製造]
此比較例1之遮罩基底除了蝕刻阻止膜之構成以外，都與實施例1之遮罩基底100同樣地加以製造。具體而言，此比較例1之遮罩基底中係對蝕刻阻止膜，使用在波長193nm之光線中的折射率n2為2.60，衰退係數k2為0.40的材料，並以2.9nm的膜厚來加以形成。從而，在透光性基板上依序層積有蝕刻阻止膜、相位轉移膜及遮光膜的遮罩基底之構造，以及透光性基板、相位轉移膜、遮光膜的材料及製法係與實施例1相同。
以與實施例1之情況相同的順序來測量比較例1之在蝕刻阻止膜與相位轉移膜的層積狀態下，在波長193nm的光線中之穿透率，以透光性基板1之穿透率為100%時，穿透率為80.1%。然而，與實施例1之情況相同的順序來將僅蝕刻阻止膜2的表面反射率除以在蝕刻阻止膜及相位轉移膜之層積構造中的 表面反射率而計算出的對比率為1.46，而低於1.5。由此看來，在從此比較例1之遮罩基底來製作相位轉移遮罩，而對該相位轉移遮罩以將波長193nm之光線用於檢查光線的遮罩檢查裝置來進行遮罩缺陷檢查的情況，便可說是會難以正常判斷遮罩缺陷。
[相位轉移遮罩之製造與評價]
接著，以與實施例1相同順序，而使用比較例1之遮罩基底來製作出比較例1之相位轉移遮罩。針對製作出的比較例1之相位轉移遮罩，藉由將波長193nm之光線用於檢查光線的遮罩檢查裝置(KLA-Tencor公司製Teron640)來進行遮罩圖案之檢查。其結果，並無法在配置程式缺陷之處的相位轉移圖案上檢測出缺陷。
針對比較例1之相位轉移遮罩，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製)，以波長193nm之曝光光線來進行曝光轉印於半導體元件上之阻劑膜時的轉印像的模擬。在檢驗此模擬之曝光轉印像時，除了存在有程式缺陷之處以外，仍充分滿足設計模樣。然而，此比較例1之相位轉移遮罩並無法檢測出程式缺陷，故亦無法修正缺陷處。由此結果看來，在將比較例1之相位轉移遮罩設置於曝光裝置之遮罩台，而曝光轉印於半導體元件上之阻劑膜的情況，便能預想到最後在半導體元件上所形成之電路圖案會產生許多斷線或短路。
1‧‧‧透光性基板
2‧‧‧蝕刻阻止膜
3‧‧‧相位轉移膜
4‧‧‧遮光膜
5‧‧‧硬遮罩膜
100‧‧‧遮罩基底

Claims (27)

  1. 一種遮罩基底，係具備在透光性基板上依序層積有蝕刻阻止膜與相位轉移膜的構造之遮罩基底；其中該相位轉移膜係由含有矽及氧的材料所構成；該相位轉移膜係相對於波長193nm之光線的折射率n 1為1.5以上，且相對於波長193nm之光線的衰退係數k 1為0.1以下；該蝕刻阻止膜係相對於波長193nm之光線的折射率n 2為2.6以上，且相對於波長193nm之光線的衰退係數k 2為0.4以下，進一步地，該折射率n 2及該衰退係數k 2會滿足下述條件1及條件2中的任一者條件：條件1：k 2≦-0.188×n 2+0.879；條件2：k 2>-0.188×n 2+0.879且k 2≦2.750×n 2-6.945。
  2. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其中該蝕刻阻止膜的該折射率n 2為3.1以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩基底，其中該蝕刻阻止膜的該衰退係數k 2為0.05以上。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩基底，其中該相位轉移膜的該折射率n 1為1.6以下。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩基底，其中該透光性基板相對於波長193nm之光線的折射率n 3為1.5以上，1.6以下，且相對於波長193nm之光線的衰退係數k 3為0.1以下。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩基底，其中在該蝕刻阻止膜及該相位轉移膜的層積構造中相對於波長193nm之光線的穿透率為80%以上。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩基底，其中僅該蝕刻阻止膜相對於波長193nm之光線的表面反射率除以在該蝕刻阻止膜及該相位轉移膜之層積構造中相對於波長193nm之光線的表面反射率而計算出的對比率為1.5以上。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩基底，其中該蝕刻阻止膜係由含有鉿及氧的材料所構成。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩基底，其中該蝕刻阻止膜係形成為相接於該透光性基板之主表面。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩基底，其中該蝕刻阻止膜的厚度為1nm以上，4nm以下。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩基底，其中該相位轉移膜係具有讓穿透該相位轉移膜之波長193nm的光線而相對於在空氣中通過與該相位轉移膜之厚度相同距離的波長193nm的光線之間會產生150度以上，210度以下的相位差之機能。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩基底，其中該相位轉移膜上具備有遮光膜。
  13. 如申請專利範圍第12項之遮罩基底，其中該遮光膜係由含鉻材料所構成。
  14. 一種相位轉移遮罩，係具備在透光性基板上依序層積有蝕刻阻止膜與具有相位轉移圖案之相位轉移膜的構造之相位轉移遮罩；其中該相位轉移膜係由含有矽及氧的材料所構成；該相位轉移膜係相對於波長193nm之光線的折射率n 1為1.5以上，且相對於波長193nm之光線的衰退係數k 1為0.1以下；該蝕刻阻止膜係相對於波長193nm之光線的折射率n 2為2.6以上，且相對於波長193nm之光線的衰退係數k 2為0.4以下，進一步地，該折射率n 2及該衰退係數k 2會滿足下述條件1及條件2中的任一者條件：條件1：k 2≦-0.188×n 2+0.879；條件2：k 2>-0.188×n 2+0.879且k 2≦2.750×n 2-6.945。
  15. 如申請專利範圍第14項之相位轉移遮罩，其中該蝕刻阻止膜的該折射率n 2為3.1以下。
  16. 如申請專利範圍第14或15項之相位轉移遮罩，其中該蝕刻阻止膜的該衰退係數k 2為0.05以上。
  17. 如申請專利範圍第14或15項之相位轉移遮罩，其中該相位轉移膜的該折射率n 1為1.6以下。
  18. 如申請專利範圍第14或15項之相位轉移遮罩，其中該透光性基板相對於波長193nm之光線的折射率n 3為1.5以上，1.6以下，且相對於波長193nm之光線的衰退係數k 3為0.1以下。
  19. 如申請專利範圍第14或15項之相位轉移遮罩，其中在該蝕刻阻止膜及該相位轉移膜的層積構造中相對於波長193nm之光線的穿透率為80%以上。
  20. 如申請專利範圍第14或15項之相位轉移遮罩，其中僅該蝕刻阻止膜之相對於波長193nm之光線的表面反射率除以在該蝕刻阻止膜及該相位轉移膜之層積構造中相對於波長193nm之光線的表面反射率而計算出的對比率為1.5以上。
  21. 如申請專利範圍第14或15項之相位轉移遮罩，其中該蝕刻阻止膜係由含有鉿及氧的材料所構成。
  22. 如申請專利範圍第14或15項之相位轉移遮罩，其中該蝕刻阻止膜係形成為相接於該透光性基板之主表面。
  23. 如申請專利範圍第14或15項之相位轉移遮罩，其中該蝕刻阻止膜的厚度為1nm以上，4nm以下。
  24. 如申請專利範圍第14或15項之相位轉移遮罩，其中該相位轉移膜係具有讓穿透該相位轉移膜之波長193nm的光線而相對於在空氣中通過與該相位轉移膜之厚度相同距離的波長193nm的光線之間會產生150度以上，210度以下的相位差之機能。
  25. 如申請專利範圍第14或15項之相位轉移遮罩，其中該相位轉移膜上具備具有包含遮光帶之遮光圖案的遮光膜。
  26. 如申請專利範圍第25項之相位轉移遮罩，其中該遮光膜係由含鉻材料所構成。
  27. 一種半導體元件之製造方法，係具備有以下工序：使用如申請專利範圍第14至26項中任一項的相位轉移遮罩，來將相位轉印遮罩上之圖案曝光轉印在半導體基板上之阻劑膜。
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