TWI784733B - 遮罩基底、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、轉印用遮罩之製造方法及半導體元件之製造方法 Download PDF

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Abstract

一種遮罩基底，係具備於基板上從該基板側依序層積有第1膜與第2膜之構造；該第1膜係由鉻、氧、氮及碳的總含量為90原子%以上之材料所構成；該第1膜中的鉻含量為50原子%以上；該第2膜係由含有金屬及矽且金屬及矽的總含量為80原子%以上之材料所構成；該第2膜相對於波長193nm的光之消光係數kU係大於該第1膜相對於波長193nm的光之消光係數kL。

Description

遮罩基底、轉印用遮罩之製造方法及半導體元件之製造方法
本發明係關於一種相移遮罩用的遮罩基底、相移遮罩及使用該相移遮罩之半導體元件的製造方法。
一般來說，在半導體元件之製造工序中，係使用光微影法來進行微細圖案的形成。此微細圖案的形成通常會使用多片稱作轉印用遮罩之基板。此轉印用遮罩一般來說係於透光性玻璃基板上設置有金屬薄膜等所構成的微細圖案。在此轉印用遮罩的製造中亦會使用光微影法。
轉印用遮罩的種類除了於傳統透光性基板上具有鉻系材料所構成的遮光膜圖案之二元式遮罩以外，已知有一種半調式相移遮罩。此半調式相移遮罩係於透光性基板上具有相移膜的圖案。此相移膜具有能夠以實質地無助於曝光之強度讓光線穿透，且使穿透該相移膜的光相對於以相同距離通過空氣中的光而產生特定相位差之功能，藉此產生所謂的相移效果。
如專利文獻1所揭示般，一般來說，使用曝光裝置將轉印用遮罩的圖案曝光在1片半導體晶圓上的阻膜來進行轉印之情況，一般來說係將該轉印用遮罩的圖案重複曝光在該阻膜的相異位置處來進行轉印。又，對此阻膜之重複曝光轉印係不間斷地進行。曝光裝置係以僅會將曝光光線照射在轉印用遮罩形成有轉印圖案之區域(轉印區域)之方式而設置有光圈。但藉由光圈來披覆(遮蔽)曝光光線之精確度有極限，且會難以避免曝光光線溢漏至較轉印用遮罩的轉印區域要更外側。於是，轉印用遮罩中形成有轉印圖案之區域的外周區域，當使用曝光裝置來曝光轉印在半導體晶圓上的阻膜之際，便被要求要能確保特定值以上的光學濃度(OD：Optical Dimension)，俾不會讓阻膜因穿透上 述外周區域之曝光光線而受到影響。通常，轉印用遮罩的外周區域中，期望OD為3以上(穿透率約0.1%以下)，必須至少為2.8左右(穿透率約0.16%)。
但半調式相移遮罩的相移膜係具有使曝光光線以特定的穿透率穿透之功能，僅靠此相移膜會難以確保轉印用遮罩的外周區域所要求之光學濃度。於是，如專利文獻1所揭示般之半調式相移遮罩的情況，係進行將遮光層(遮光帶)層積在外周區域的光半透光層上，來以光半透光層與遮光層的層積構造確保上述特定值以上的光學濃度。
另一方面，如專利文獻2所揭示般，作為半調式相移遮罩的遮罩基底，過去已知有一種具有以下構造之遮罩基底，該構造係於透光性基板上層積有金屬矽化物系材料所構成的半調式相移膜、鉻系材料所構成的遮光膜、及無機系材料所構成的蝕刻遮罩膜。使用此遮罩基底來製造相移遮罩的情況，首先，係以形成於遮罩基底的表面之阻劑圖案作為遮罩，並藉由氟系氣體來進行乾蝕刻而將蝕刻遮罩膜圖案化。接下來，以蝕刻遮罩膜圖案作為遮罩，並藉由氯與氧的混合氣體來進行乾蝕刻而將遮光膜圖案化，再以遮光膜圖案作為遮罩，並藉由氟氣體來進行乾蝕刻而將相移膜圖案化。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開平7-128840號公報
專利文獻2：國際公開第2004/090635號公報
近年來，以ArF準分子雷射(波長193nm)作為曝光光線之曝光技術中，轉印圖案的微細化日益演進，而被要求要能夠對應於較曝光光線的波長要小之圖案線寬。除了NA(Numerical Aperture；數值孔徑)=1以上之超高NA技術(液浸曝光等)以外，已開始應用針對遮罩上的所有圖案來使曝光裝置的照明最佳化之光源，以及遮罩的最佳化技術，即SMO(Source Mask Optimization；光源光罩最佳化)。由於應用此SMO之曝光裝置的照明系統變得複雜化，故將相移遮罩安裝在曝光裝置來照射曝光光線時，會有該曝光光線變成相對於相移遮罩的遮光膜(遮光帶)而從多個方向來入射之狀態的情況。
傳統遮光膜係以下述為前提而決定其遮光性能(光學濃度)，即使得以特定穿透率穿透相移膜的曝光光線會從該遮光膜之相移膜側的表面入射再從和相 移膜為相反側的表面射出。但將上述複雜化之照明系統的曝光光線照射在相移遮罩之情況，證實了通過相移膜而從遮光膜之相移膜側的表面入射之曝光光線會有較過去要容易發生從遮光帶的圖案側壁射出之現象。從上述般圖案側壁射出的曝光光線(溢漏光線)由於光量尚未充分衰減，故雖然是少許，但仍會讓半導體晶圓上等所設置的阻膜感光。即便是阻膜配置有轉印圖案之區域會少許地感光，仍會使得將被該區域曝光的轉印圖案顯影所形成之阻劑圖案的CD(Critical Dimension)大幅降低。
圖3係對半導體晶圓上的阻膜重複轉印4次相移遮罩的轉印圖案之情況的說明圖。像I1為曝光轉印1次相移遮罩的轉印圖案時之轉印像，像I2、I3、I4亦相同。像p1a~p1e為以相同的曝光轉印所轉印之圖案，像p2a~p2e、像p3a~p3e、像p4a~p4e亦相同。像S1、S2、S3、S4為相移遮罩的遮光帶圖案被轉印後之像。 如圖3所示，係以曝光裝置來不間斷地對相移遮罩之轉印圖案的阻膜重複進行曝光轉印。於是，鄰接之轉印像的遮光帶圖案便會被重複轉印。圖3中的S12、S13、S24、S34為2個遮光帶的轉印像相重疊而被轉印之區域，S1234為4個遮光帶的轉印像相重疊而被轉印之區域。
近年來，伴隨著半導體元件微細化的顯著，如圖3的像p1a~p1d般，配置相移膜的轉印圖案一直到遮光帶(像S1)附近之情況便有所增加。重複轉印在半導體晶圓上的阻膜之複數轉印圖案的配置係成為鄰接之遮光帶圖案會重複之位置關係。重複曝光轉印有此遮光帶圖案之區域當半導體晶圓形成有各晶粒後在進行切割分離時，會作為切割邊緣而被加以利用。
上述般的情況，將遮光帶附近所配置之微細圖案曝光轉印在阻膜來進行顯影處理等而形成阻劑圖案時，會因由遮光帶所產生之曝光光線的溢漏光線，而容易發生CD精確度降低之現象，便成為問題。特別是接受4次遮光帶圖案的曝光轉印之阻膜的區域S1234附近所配置之微細圖案(圖3中以一點鏈線的圓所圍繞之圖案p1d、p2c、p3b、p4a)由於溢漏光線的累積照射量容易變多，而特別會成為問題。
解決該等問題之方法有考慮了單純增厚遮光膜的膜厚來提高遮光帶的光學濃度(OD)。但若增厚遮光膜的膜厚，則便必須增厚當進行用以於遮光膜形成轉印圖案之蝕刻時，會成為遮罩的阻劑圖案(阻膜)之膜厚。過去，有很多相 移膜是由含矽材料所形成的情況，而遮光膜則有很多是由與此相移膜之間具有高蝕刻選擇性之含鉻材料(鉻系材料)所形成的情況。鉻系材料所構成的遮光膜雖係藉由利用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻而被圖案化，但阻膜相對於藉由利用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻的耐受性很低。於是，若增厚遮光膜的膜厚，雖亦必須大幅地增厚阻膜的膜厚，但於上述般的阻膜形成微細圖案時，便會容易發生阻劑圖案的傾倒或剝落之問題。
另一方面，如專利文獻2所揭示般，可藉由於鉻系材料所構成的遮光膜上設置含矽材料所構成的硬遮罩膜來使阻膜的膜厚較薄。但鉻系材料的遮光膜當藉由利用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻而被圖案化時，會有朝圖案側壁方向之蝕刻容易進行的傾向。於是，以具有微細圖案的硬遮罩膜作為遮罩來對遮光膜進行乾蝕刻之情況，若該遮光膜的膜厚較厚，則側蝕刻量便會容易變大，而容易導致遮光膜所形成之微細圖案的CD精確度降低。遮光膜之微細圖案的CD精確度降低會導致以此遮光膜的微細圖案作為遮罩來進行乾蝕刻時，相移膜所形成之微細圖案的CD精確度降低，而成為問題。另外，雖會在圖案化後對遮光膜進行洗淨工序，但若遮光膜的膜厚較厚，則在此洗淨時，亦會有遮光膜的圖案容易發生傾倒之問題。
為解決上述問題，本發明之第一目的為提供一種遮罩基底，係關於具有以下構造之遮罩基底，該構造係於透光性基板上依序層積有含矽材料所形成的相移膜，以及包含有以含鉻材料所形成的層之遮光膜；其為一種即便是將由該遮罩基底所製造之相移遮罩安裝在應用SMO般之複雜照明系統的曝光裝置，來對被轉印對象物(即半導體晶圓等)上所設置的阻膜進行曝光轉印之情況，仍可使顯影處理後的該阻膜所形成之微細圖案成為高CD精確度般之以相移膜與遮光膜的層積構造而具有較過去要高的光學濃度之遮罩基底。
除此之外，本發明之第二目的為提供一種藉由乾蝕刻而形成於遮光膜之微細圖案的CD精確度高，且亦會抑制遮光膜圖案的傾倒發生之遮罩基底。
又，本發明之目的為提供一種相移遮罩，係關於使用此遮罩基底所製造之相移遮罩，即便是將該相移遮罩安裝在複雜照明系統的曝光裝置來對阻膜 進行曝光轉印之情況，仍可以顯影處理後的該阻膜所形成之微細圖案會成為高CD精確度之方式，來形成光學濃度較過去要高的遮光帶，且可於相移膜精確度佳地形成微細圖案之相移遮罩。
本發明另外的目的為提供一種使用該相移遮罩之半導體元件的製造方法。
本發明係具有以下構成來作為解決上述課題之方法。
(構成1)
一種遮罩基底，係具有於透光性基板上依序層積有相移膜與遮光膜之構造；
該相移膜與該遮光膜之層積構造相對於ArF準分子雷射的曝光光線之光學濃度為3.5以上；
該遮光膜係具有從該透光性基板側層積有下層及上層之構造；
該下層係含有鉻，且由鉻、氧、氮及碳的總含量為90原子%以上之材料所構成；
該上層係含有金屬及矽，且由金屬及矽的總含量為80原子%以上之材料所構成；
該上層相對於該曝光光線的消光係數kU係大於該下層相對於該曝光光線的消光係數kL。
(構成2)
如構成1之遮罩基底，其中該相移膜相對於該曝光光線的穿透率為1%以上。
(構成3)
如構成1或2之遮罩基底，其中該下層的消光係數kL為2.0以下，該上層的消光係數kU係大於2.0。
(構成4)
如構成1至3中的任一遮罩基底，其中該上層相對於該曝光光線的折射率nU係小於該下層相對於該曝光光線的折射率nL，該上層相對於該曝光光線的折射率nU除以該下層相對於該曝光光線的折射率nL之比率nU/nL為0.8以上。
(構成5)
如構成4之遮罩基底，其中該下層的折射率nL為2.0以下，該上層的折射率nU係小於2.0。
(構成6)
如構成1至5中的任一遮罩基底，其中該下層係由鉻、氧及碳的總含量為90原子%以上之材料所構成。
(構成7)
如構成1至6中的任一遮罩基底，其中該上層係由鉭及矽的總含量為80原子%以上之材料所構成。
(構成8)
如構成1至7中的任一遮罩基底，其中該相移膜係由含有矽之材料所構成。
(構成9)
一種相移遮罩，係具有於透光性基板上依序層積有具轉印圖案的相移膜與具遮光帶圖案的遮光膜之構造；
該相移膜與該遮光膜之層積構造相對於ArF準分子雷射的曝光光線之光學濃度為3.5以上；
該遮光膜係具有從該透光性基板側層積有下層及上層之構造；
該下層係含有鉻，且由鉻、氧、氮及碳的總含量為90原子%以上之材料所構成；
該上層係含有金屬及矽，且由金屬及矽的總含量為80原子%以上之材料所構成；
該上層相對於該曝光光線的消光係數kU係大於該下層相對於該曝光光線的消光係數kL。
(構成10)
如構成9之相移遮罩，其中該相移膜相對於該曝光光線的穿透率為1%以上。
(構成11)
如構成9或10之相移遮罩，其中該下層的消光係數kL為2.0以下，該上層的消光係數kU係大於2.0。
(構成12)
如構成9至11中的任一相移遮罩，其中該上層相對於該曝光光線的折射率nU係小於該下層相對於該曝光光線的折射率nL，該上層相對於該曝光光線的折射率nU除以該下層相對於該曝光光線的折射率nL之比率nU/nL為0.8以上。
(構成13)
如構成12之相移遮罩，其中該下層的折射率nL為2.0以下，該上層的折射率nU係小於2.0。
(構成14)
如構成9至13中的任一相移遮罩，其中該下層係由鉻、氧及碳的總含量為90原子%以上之材料所構成。
(構成15)
如構成9至14中的任一相移遮罩，其中該上層係由鉭及矽的總含量為80原子%以上之材料所構成。
(構成16)
如構成9至15中的任一相移遮罩，其中該相移膜係由含有矽之材料所構成。
(構成17)
一種半導體元件之製造方法，係具有使用如構成9至16中的任一相移遮罩，來將轉印圖案曝光轉印在半導體基板上的阻膜之工序。
本發明之遮罩基底由於係具有相移膜與遮光膜的層積構造相對於ArF準分子雷射的曝光光線之光學濃度為3.5以上而適於SMO的高光學濃度，故即便是將使用此遮罩基底所製造的相移遮罩安裝在應用SMO般之複雜照明系統的曝光裝置，來對被轉印對象物的阻膜進行曝光轉印之情況，仍可提高顯影處理後的阻膜所形成之微細圖案的CD精確度。又，本發明之遮罩基底當 對遮光膜以乾蝕刻來形成微細圖案時，仍可使該所形成之微細圖案的CD精確度較高，且充分抑制所形成之遮光膜的微細圖案因洗淨等而傾倒。
本發明之相移遮罩係使用本發明之遮罩基底所製造者。因此，即便是將該相移遮罩安裝在應用SMO般之複雜照明系統的曝光裝置，來對被轉印對象物的阻膜進行曝光轉印之情況，仍可提高顯影處理後的阻膜所形成之微細圖案的CD精確度。
又，本發明之相移遮罩由於係使用本發明之遮罩基底來製造相移遮罩，故可於相移膜精確度佳地形成微細圖案。
再者，使用本發明之相移遮罩的半導體元件之製造方法能夠以良好的CD
精確度來將微細圖案轉印在半導體晶圓上的阻膜。
1:透光性基板
2:相移膜
2a:相移圖案
3:遮光膜
31:下層
32:上層
3b:遮光圖案
31a、31b:下層圖案
32a、32b:上層圖案
4a、5b:阻劑圖案
100:遮罩基底
200:相移遮罩
圖1為本發明之實施型態相關之遮罩基底的概略剖面圖。
圖2係顯示本發明之實施型態相關之相移遮罩的製造工序之概略剖面圖。
圖3係顯示針對阻膜來將相移遮罩的轉印圖案重複曝光轉印時，各轉印圖案的配置之概略圖。
首先，針對本發明的完成經過加以說明。本案發明人為了即便是將相移遮罩安裝在應用SMO般之複雜照明系統的曝光裝置，來對被轉印對象物(即半導體晶圓等)上所設置的阻膜進行曝光轉印之情況，仍可使顯影處理後的該阻膜所形成之微細圖案成為高CD精確度，便針對相移膜與遮光膜的層積構造所需之光學濃度進行了研究。其結果發現相移膜與遮光膜的層積構造相對於ArF準分子雷射的曝光光線(以下稱作ArF曝光光線。)之光學濃度(以下簡稱作光學濃度。)必須為3.5以上。
接下來，將相移膜相對於ArF曝光光線的穿透率假定為已被廣泛使用之穿透率(6%，光學濃度為約1.2)來進行更一步的研究。此情況下，遮光膜相對於ArF曝光光線的光學濃度則必須為2.3以上。嘗試了以鉻系材料來形成光 學濃度為2.3以上之遮光膜。試著藉由增厚遮光膜的膜厚來使光學濃度為2.3以上後，發現必須大幅地增厚阻劑圖案的厚度，而難以藉由乾蝕刻來於遮光膜形成微細圖案。又，試著在此遮光膜上設置矽系材料的硬遮罩膜，並以形成有微細圖案之硬遮罩膜作為遮罩且藉由乾蝕刻來於遮光膜形成微細圖案。但證實了於遮光膜形成微細圖案時所產生之側蝕刻量會變大，而會導致遮光膜所形成之微細圖案的CD精確度降低。再者，若於此遮光膜形成微細圖案後再進行洗淨，則會發生遮光膜的圖案脫離之現象，縱使是此方法亦難以於遮光膜精確度佳地形成微細圖案。
鉻系材料的薄膜會隨著鉻含量變多，而有每單位膜厚的光學濃度變高之傾向。因此，便確認是否能以光學濃度會成為2.3以上般之鉻含量大幅地較多之材料來形成遮光膜，並於該遮光膜上層積矽系材料的硬遮罩膜，而於遮光膜形成微細圖案。但此遮光膜相對於藉由氯系氣體與氧氣的混合氣體所進行之乾蝕刻的蝕刻率非常地慢，而有遮光膜所形成之圖案面內的CD均勻性較低之結果。該等研究的結果證實了僅以鉻系材料來形成光學濃度為2.3以上的遮光膜在實用上是有困難的。
因此，便嘗試使遮光膜為鉻系材料的下層與金屬矽化物系材料的上層之層積構造。藉由以鉻系材料來形成遮光膜的相移膜側所配置之下層，則相對於相移膜形成微細圖案時所進行之利用氟系氣體的乾蝕刻便會具有高蝕刻耐受性，可使其發揮作為硬遮罩之功能。又，相對於去除遮光膜時所進行之利用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，由於相移膜具有高蝕刻耐受性，故可縮小去除遮光膜時對相移膜造成的影響。另一方面，藉由以金屬矽化物系材料來形成遮光膜的上層，則相對於遮光膜的下層形成微細圖案時所進行之利用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻便會具有高蝕刻耐受性，可使其發揮作為硬遮罩之功能。又，可在於相移膜形成微細圖案時所進行之利用氟系氣體的乾蝕刻時同時去除遮光膜的上層。
遮光膜的下層最好是不要包含有會相對於利用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，而使蝕刻率大幅降低般的元素(矽等)。考慮了這一點，便使遮光膜的下層含有鉻，且由鉻、氧、氮及碳的總含量為90原子%以上之材料所形成。基於上述情事，會難以使形成遮光膜的下層之鉻系材料中的鉻含量較多， 則要提高下層相對於ArF曝光光線的消光係數kL(以下簡稱作消光係數kL。)便有極限。針對上述情事，為了提高相對於藉由氯系氣體與氧氣的混合氣體來將鉻系材料的薄膜乾蝕刻之蝕刻率，若含有較多的氧則有效果，但氧會成為使薄膜的消光係數k大幅地降低之主要原因。
過去，考慮了使遮光膜的上層具有反射防止功能，大多係使用消光係數k較下層要小的材料。但近年來因曝光裝置的性能提升，使得轉印圖案區域的外側區域(包含形成有遮光帶的區域之區域。)中之表面反射率的限制變得緩和。因此，便構成為使遮光膜的上層的消光係數kU會較下層的消光係數kL要來得大。
遮光膜的上層已被要求當利用氯系氣體與氧氣的混合氣體來進行乾蝕刻而將鉻系材料的下層圖案化時，必須具有作為硬遮罩的功能。傳統矽系材料的硬遮罩膜亦有被重視提高相對於鉻系材料的薄膜之蝕刻選擇性的情況，便使用含有較多的氧或氮之矽材料。
本發明中，係針對金屬矽化物系材料的上層而使氧及氮的含量較過去要來得少，來加以驗證在與鉻系材料的下層之間相對於利用氯系氣體與氧氣的混合氣體來進行乾蝕刻之蝕刻選擇性。其結果，得知即便是實質地不含氧及氮之金屬矽化物系材料的上層(但接觸大氣中之表層則氧化會進行。)，當利用氯系氣體與氧氣的混合氣體來進行乾蝕刻而將鉻系材料的下層圖案化時，上層會充分地發揮作為硬遮罩之功能。若要藉由層積上層來抑制遮光膜的整體膜厚增加，則必須充分提高上層的消光係數kU。基於該等研究，便使遮光膜的上層含有金屬及矽，且由金屬及矽的總含量為80原子%之材料所形成。
經過以上苦心研究的結果而完成了本發明之遮罩基底。具體來說，為一種具有於透光性基板上依序層積有相移膜與遮光膜之構造的遮罩基底，相移膜與遮光膜的層積構造相對於ArF準分子雷射的曝光光線之光學濃度為3.5以上，遮光膜係具有從透光性基板側層積有下層及上層之構造，下層係含有鉻，且由鉻、氧、氮及碳的總含量為90原子%以上之材料所構成，上層係含有金屬及矽，且由金屬及矽的總含量為80原子%以上之材料所構成，上層相對於曝光光線的消光係數kU係大於下層相對於曝光光線的消光係數kL。
以下，便依據圖式來加以說明上述本發明之詳細構成。此外，各圖中針對相同的構成要素則賦予相同的符號來進行說明。
<遮罩基底>
圖1係顯示遮罩基底之實施型態的概略結構。圖1所示之遮罩基底100係於透光性基板1的一主表面上依序層積有相移膜2、遮光膜3的下層31及遮光膜3的上層32之構成。遮罩基底100亦可為於上層32上依需要而層積有阻膜之構成。又，基於上述理由，遮罩基底100被要求相移膜2與遮光膜3的層積構造相對於ArF曝光光線之光學濃度至少為3.5以上。遮罩基底100係相移膜2與遮光膜3的層積構造相對於ArF曝光光線之光學濃度更佳為3.8以上，再更佳為4.0以上。以下說明遮罩基底100之主要構成部的細節。
[透光性基板]
透光性基板1係由相對於微影之曝光工序中所使用的曝光光線而穿透性良好的材料所構成。上述般之材料可使用合成石英玻璃、矽酸鋁玻璃、鹼石灰玻璃、低熱膨脹玻璃(SiO2-TiO2玻璃等)或其他各種玻璃基板。特別是使用合成石英玻璃之基板，由於相對於ArF曝光光線之透明性很高，故可適當地使用來作為遮罩基底100的透光性基板1。
此外，此處所謂微影中的曝光工序係指利用相移遮罩(其係使用此遮罩基底100所製作)所進行之微影中的曝光工序，以下的曝光光線係指此曝光工序中所使用之ArF準分子雷射(波長：193nm)。
[相移膜]
相移膜2係具有會以實質地無助於曝光之強度來讓ArF曝光光線穿透，且相對於該穿透的ArF曝光光線，會與空氣中以和相移膜2的厚度相同距離而通過的曝光光線之間產生特定的相位差之功能。具體來說，係藉由將此相移膜2圖案化來形成殘留有相移膜2之部分與未殘留有相移膜2之部分，而成為使穿透相移膜2之光線(實質地無助於曝光之強度的光線)會相對於穿透無相移膜2的部分之曝光光線而相位會實質地反轉之關係。藉由上述方式來將因繞射現象而相互繞進對方的區域之光線抵消，而使相移膜2之圖案邊境部處的光強度幾乎為零，便可獲得能夠提高圖案邊境部的對比(即解析度)之效果，即所謂的相移效果。
相移膜2相對於ArF曝光光線之穿透率較佳為1%以上，更佳為2%以上。又，相移膜2相對於ArF曝光光線之穿透率較佳為35%以下，更佳為30%以下。相移膜2之上述相位差較佳為150度以上，更佳為160度以上。又，相移膜2之上述相位差較佳為200度以下，更佳為190度以下。
上述般的相移膜2在此係由含有矽(Si)之材料所形成。又，相移膜2除了矽以外，較佳宜由含有氮(N)之材料所形成。上述般的相移膜2可藉由使用氟系氣體之乾蝕刻來加以圖案化，相對於構成後述遮光膜3之Cr系材料的下層31而具有充分的蝕刻選擇性。
相移膜2較佳宜由矽及氮所構成的材料，或於矽及氮所構成的材料包含有選自類金屬元素及非金屬元素的1種以上元素之材料所形成。相移膜2除了矽及氮以外，亦可含有任一類金屬元素。此類金屬元素當中，若含有選自硼(B)、鍺(Ge)、銻(Sb)及碲(Te)的1種以上元素，由於可期待提高作為濺鍍靶所使用之矽的導電性，故較佳。相移膜2除了矽及氮以外，亦可含有任一非金屬元素。此處，本發明中的非金屬元素係指包含有狹義的非金屬元素(氮(N)、碳(C)、氧(O)、磷(P)、硫(S)、硒(Se))、鹵素及惰性氣體。此非金屬元素當中又以含有選自碳、氟(F)及氫(H)的1種以上元素為佳。
相移膜2亦可含有惰性氣體(亦稱作稀有氣體。以下，在本說明書中相同。)。惰性氣體為以反應性濺鍍來成膜相移膜2之際，可藉由存在於成膜室內來增快成膜速度，從而提高生產性之元素。使此惰性氣體電漿化並衝撞到靶材，藉此則靶材構成元素會從靶材飛出，而在到達透光性基板1的途中會一邊攝入反應性氣體並一邊附著在透光性基板1，藉此，於透光性基板1上便會形成有相移膜2。此靶材構成元素從靶材飛出到附著在透光性基板1為止的期間，會有成膜室內的惰性氣體被微量地攝入。此反應性濺鍍中所需的惰性氣體，較佳者舉例有氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)。又，為了緩和相移膜2的應力，可使原子量小的氦(He)、氖(Ne)積極地被攝入相移膜。
相移膜2只要是可藉由使用氟系氣體之乾蝕刻來加以圖案化，則亦可另含有金屬元素。所含有之金屬元素例示有鉬(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)、鋁(Al)。
相移膜2的厚度較佳為90nm以下。若相移膜2的厚度較90nm要來得厚，則藉由使用氟系氣體之乾蝕刻來加以圖案化的所需時間便會變長。相移膜2的厚度更佳為80nm以下。另一方面，相移膜2的厚度較佳為40nm以上。若相移膜2的厚度未達40nm，則會有無法獲得作為相移膜而被要求的特定穿透率與相位差之虞。
[遮光膜]
遮光膜3係具有從相移膜2側依序層積有下層31與上層32之構成。下層31係含有鉻，且由鉻、氧、氮及碳的總含量為90原子%以上之材料所形成。下層31較佳宜由鉻、氧、氮及碳的總含量為95原子%以上之材料所形成，更佳宜由98原子%以上之材料所形成。此係因為若要加快相對於使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻的蝕刻率，則最好是減少上述以外元素(尤其是矽)的含量之緣故。
下層31只要是滿足上述總含量的範圍，則亦可包含有上述構成元素以外的金屬元素、類金屬元素及非金屬元素。此情況之金屬元素舉例有鉬、銦、錫等。此情況之類金屬元素舉例有硼、鍺等。此情況之非金屬元素舉例有狹義的非金屬元素(磷、硫、硒)、鹵素(氟、氯等)、惰性氣體(氦、氖、氬、氪、氙等)。特別是以濺鍍法來形成下層31時，惰性氣體為僅會被微量地攝入膜中之元素，且亦為若使層中積極地含有，則會有有益的情況之元素。但關於矽，則被要求下層31中的含量為3原子%以下，較佳為1原子%以下，更佳為檢測極限值以下。
下層31較佳宜含有鉻，且由鉻、氧及碳的總含量為90原子%以上之材料所形成。下層31較佳宜由鉻、氧及碳的總含量為95原子%以上之材料所形成，更佳宜由98原子%以上之材料所形成。隨著下層31中的氮含量變多，相對於使用氯系氣體與氧氣的混合氣體來進行乾蝕刻之蝕刻率雖會變快，但側蝕刻量亦會變大。若考慮到使相對於使用氯系氣體與氧氣的混合氣體來進行乾蝕刻之蝕刻率會較使下層31含有氧之情況而不會變快，則可說是使下層31中的氮含量較少者為佳。下層31的氮含量較佳為未達10原子%，更佳為5原子%以下，再更佳為2原子%以下。下層31係包含實質地由鉻、氧及碳所構成，且實質地不含氮之樣態。
下層31的鉻含量較佳為50原子%以上。遮光膜3雖然上層32是選擇光學濃度高的材料，但這是因下層31亦最好能確保某種程度的光學濃度之緣故。又，也是為了抑制以乾蝕刻來將下層31圖案化時所產生的側蝕刻之緣故。另一方面，下層31的鉻含量較佳為80原子%以下，更佳為75原子%以下。此係為了以乾蝕刻來將遮光膜3圖案化時能夠確保充分的蝕刻率之緣故。
下層31的氧含量較佳為10原子%以上，更佳為15原子%以上。此係為了以乾蝕刻來將遮光膜3圖案化時能夠確保充分的蝕刻率之緣故。另一方面，下層31的氧含量較佳為50原子%以下，更佳為40原子%以下，再更佳為35原子%以下。與上述同樣地，這是因下層31亦最好能確保某種程度的光學濃度之緣故。又，也是為了抑制以乾蝕刻來將下層31圖案化時所產生的側蝕刻之緣故。
下層31的碳含量較佳為10原子%以上。此係為了抑制以乾蝕刻來將下層31圖案化時所產生的側蝕刻之緣故。另一方面，下層31的碳含量較佳為30原子%以下，更佳為25原子%以下，再更佳為20原子%以下。此係為了以乾蝕刻來將遮光膜3圖案化時能夠確保充分的蝕刻率之緣故。下層31較佳為構成該下層31之各元素的含量在膜厚方向上的差異皆未達10%。此係為了以乾蝕刻來將下層31圖案化時能夠縮小膜厚方向的蝕刻率差異之緣故。
下層31的厚度較佳為大於15nm，更佳為18nm以上，再更佳為20nm以上。另一方面，下層31厚度較佳為60nm以下，更佳為50nm以下，再更佳為45nm以下。遮光膜3雖然上層32是選擇光學濃度高的材料，但要提高上層32對於遮光膜3整體所要求的光學濃度之貢獻度亦有所極限。因此，下層31亦必須確保某種程度的光學濃度。又，下層31由於必須加快相對於使用氯系氣體與氧氣的混合氣體來進行乾蝕刻之蝕刻率，故提高遮光性能會有極限。於是，便必須使下層31為特定厚度以上。另一方面，若過度加厚下層31的厚度，則會變得難以抑制側蝕刻的發生。下層31的厚度範圍係考慮了該等限制者。
上層32係含有金屬及矽，且由金屬及矽的總含量為80原子%以上之材料所形成。上層32較佳宜由金屬及矽的總含量為85原子%以上之材料所形成，更佳宜由90原子%以上之材料所形成。構成上層32之元素當中，又以 金屬與矽為可提高上層32相對於ArF曝光光線的遮光性能之元素。又，如上所述，證實了若增加上層32之金屬與矽的總含量，則相對於下層31形成微細圖案時所進行之利用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻亦會具有高耐受性，可發揮作為硬遮罩之功能。另一方面，上層32之與相移膜2為相反側的表面由於是接觸大氣中之面，故包含有該表面的表層會容易進行氧化。於是，便難以僅由金屬與矽來形成上層32整體。另一方面，上層32被期望較下層31更具有高遮光性能。考慮了該等情況，上層32被要求係由層整體之金屬及矽的總含量平均為80原子%以上之材料所形成，較佳為85原子%以上，更佳為90原子%以上。
上層32所含的金屬元素較佳為選自鉬(Mo)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鈮(Nb)、釩(V)、鈷(Co)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銦(In)、錫(Sn)及鋁(Al)之1種以上的金屬元素。上層32所含的金屬元素更佳為鉭。鉭為一種原子量大，遮光性能高，且相對於由遮罩基底來製造相移遮罩中途所進行之洗淨工序中所使用的洗淨液，或對相移遮罩進行洗淨所使用的洗淨液，為耐受性高之元素。上層32較佳宜由鉭及矽的總含量為80原子%以上之材料所形成，更佳為85原子%以上，再更佳為90原子%以上。
上層32只要是滿足上述總含量的範圍，則亦可包含有上述構成元素以外的類金屬元素及非金屬元素。此情況之類金屬元素舉例有硼、鍺等。此情況之非金屬元素舉例有狹義的非金屬元素(氧、氮、碳、磷、硫、硒)、鹵素(氟、氯等)及惰性氣體(氦、氖、氬、氪、氙等)。特別是以濺鍍法來形成上層32時，惰性氣體為僅會被微量地攝入膜中之元素，且亦為若使層中積極地含有，則會有有益的情況之元素。
上層32中，金屬的含量[原子%]除以金屬與矽的總含量[原子%]之比率(亦即，上層32中金屬與矽的總含量[M+Si][0原子%]為100時，將金屬含量M[原子%]的比率以[%]來表示之比率。以下稱作M/[M+Si]比率。)較佳為5%以上，更佳為10%以上，再更佳為15%以上。又，上層32的M/[M+Si]比率較佳為60%以下，更佳為55%以下，再更佳為50%以下。金屬矽化物系材料的薄膜中，隨著金屬與矽的含有率接近化學計量上為穩定的比率，而有很多具有遮光性能(光學濃度)變大傾向的情況。金屬矽化物系材料之薄膜的情況，當金屬： 矽為1：2時，有很多化學計量上為穩定比率的情況，上述上層32的M/[M+Si]比率係考慮了該傾向者。
上層32的厚度較佳為5nm以上，更佳為7nm以上，再更佳為10nm以上。另一方面，上層32的厚度較佳為40nm以下，更佳為35nm以下，再更佳為30nm以下。上層32對於遮光膜3整體所要求光學濃度的貢獻度必須高於下層31的貢獻度。又，提高上層32每單位膜厚的光學濃度是有極限的。另一方面，由於上層32必須能夠以形成有微細圖案之阻膜作為遮罩來進行乾蝕刻而形成微細圖案，故加厚上層32的厚度會有所極限。上層32的厚度範圍係考慮了該等限制者。此外，上層32的厚度較佳宜較下層31的厚度要來得薄。
上層32雖係以形成有微細圖案之阻膜作為遮罩來進行乾蝕刻而形成微細圖案，但此上層32的表面會有與有機系材料的阻膜之間的密著性低之傾向。因此，較佳宜對上層32的表面施予HMDS(Hexamethyldisilazane)處理來提高表面的密著性。
基於上述理由，而被要求遮光膜3之上層32的消光係數kU必須大於下層31的消光係數kL。下層31的消光係數kL較佳為2.00以下，更佳為1.95以下，再更佳為1.90以下。又，下層31的消光係數kL較佳為1.20以上，更佳為1.25以上，再更佳為1.30以上。相對於此，上層32的消光係數kU則較佳為大於2.00，更佳為2.10以上，再更佳為2.20以上。又，上層32的消光係數kU較佳為3.20以下，更佳為3.10以下，再更佳為3.00以下。
相移膜2必須兼具相對於穿透的曝光光線而能夠以特定穿透率來穿透之功能，以及能夠產生特定的相位差之功能。由於相移膜2已被要求必須以更薄的膜厚來實現該等功能，故會有很多相移膜2是以折射率n大的材料所形成之情況。另一方面，遮光膜3的下層31基於上述情事，鉻含量會較多，而氮含量則較少，氮為一種因含有於材料中，則該材料的折射率n會具有變大傾向之元素。因此，下層31的折射率n便會小於相移膜2。另一方面，遮光膜3的上層32如上所述，由於已被要求大幅提高遮光性能，故期望氮含量係較下層31要來得少。基於該等情事，遮罩基底100便具有折射率n會依相移膜2、下層31、上層32的順序而變小之層積構造。
一般來說，層積有折射率n大的膜與折射率n小的膜之構造體中，當通過折射率n大的膜內部之光線相對於折射率n大的膜與折射率小的膜之界面，而從垂直的方向以特定入射角入射至該界面時，該光線會以較入射角要大的射出角度從界面侵入至折射率n小的膜。又，若折射率n大的膜與折射率n小的膜之間的折射率差愈大，則入射角與射出角的差便愈大。於是，當相對於相移膜2的界面而從垂直之方向以特定角度傾斜行進的曝光光線從相移膜2侵入至遮光膜3的下層31之際，從相對於界面為垂直方向的傾斜角度便會愈大。另外，當侵入至該下層31之曝光光線侵入至上層32之際，則從相對於界面為垂直方向的傾斜角度便會更大。
於上述般的遮光膜3形成遮光帶之情況，當照射角度因SMO而複雜化的曝光光線從下層31行進至上層32時，會因從相對於該界面為垂直方向的傾斜角度變大，而容易發生光量尚未充分衰減便作為溢漏光線而從形成有遮光帶之上層32的側壁射出之現象。為了降低起因於此現象之溢漏光線，較佳宜使上層32的折射率nU小於下層31的折射率nL(即上層32的折射率nU除以下層31的折射率nL之比率nU/nL未達1.0)，且使上層32的折射率nU除以下層31的折射率nL之比率nU/nL為0.8以上。此外，上層32的折射率nU除以下層31的折射率nL之比率nU/nL更佳為0.85以上，再更佳為0.9以上。
基於上述理由，下層31的折射率nL較佳為2.00以下，更佳為1.98以下，再更佳為1.95以下。又，下層31的折射率nL較佳為1.45以上，更佳為1.50以上，再更佳為1.55以上。相對於此，上層32的折射率nU則較佳為小於2.00，更佳為1.95以下，再更佳為1.90以下。又，上層32的折射率nU較佳為1.30以上，更佳為1.35以上，再更佳為1.40以上。
微影之曝光工序中，為了防止因ArF曝光光線的反射而導致曝光轉印不良，便期望相移遮罩的兩側主表面處之曝光光線的表面反射率不會過高。特別是來自曝光裝置的縮小光學系統之曝光光線的反射光所接觸之遮光膜中表面側(自透光性基板最遠一側的表面)的反射率期望為例如60%以下(較佳為55%以下)。此係為了抑制遮光膜的表面與縮小光學系統的透鏡之間因多重反射而產生之雜散光。
遮光膜3中，下層31與上層32之層積構造的厚度較佳為80nm以下，更佳為75nm以下，再更佳為70nm以下。又，遮光膜3中，下層31與上層32之層積構造的厚度較佳為30nm以上，更佳為35nm以上，再更佳為40nm以上。若遮光膜3的整體膜厚過厚，則會難以於遮光膜3高精確度地形成微細圖案。另一方面，若遮光膜3的整體膜厚過薄，則會難以滿足遮光膜3要求的光學濃度。
相移膜2、遮光膜3的下層31及上層32可藉由濺鍍法來形成。濺鍍可為使用直流(DC)電源者或使用高頻(RF)電源者，又，磁控濺鍍方式或常規方式皆可。DC濺鍍在機構單純這一點上為佳。又，使用磁控在成膜速度較快，可提高生產性這一點上為佳。此外，成膜裝置不論是直列(inline)式或單片式皆可。
[阻膜]
遮罩基底100中，較佳宜相接於遮光膜3之上層32的表面，而形成有膜厚為100nm以下之有機系材料的阻膜。此情況下，較佳宜對上層32的表面施予HMDS處理後再塗佈形成阻膜。上層32係由可使用氟氣體來進行乾蝕刻而將微細圖案加以圖案化之材料所形成。該上層32由於會在於下層31將微細圖案加以圖案化時所進行之利用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻時，發揮作為硬遮罩的功能，故即便阻膜為100nm以下，仍可於遮光膜3形成微細圖案。阻膜的膜厚更佳為80nm以下。阻膜較佳為電子線描繪曝光用的阻劑，進一步地該阻劑為化學增幅型更佳。
上述般之遮罩基底100係具有在相移膜2與遮光膜3之層積構造下相對於ArF準分子雷射的曝光光線之光學濃度為3.5以上而適於SMO的高光學濃度。因此，即便是將從遮罩基底100所製造之相移遮罩安裝在應用SMO般之複雜照明系統的曝光裝置，來對被轉印對象物的阻膜進行曝光轉印之情況，仍可提高顯影處理後的阻膜所形成之微細圖案的CD精確度。又，遮罩基底100當對遮光膜3以乾蝕刻來形成微細圖案時，該所形成之微細圖案的CD精確度高，且可充分抑制所形成之遮光膜3的微細圖案因洗淨等而傾倒。
<遮罩基底的製造方法>
以上構成的遮罩基底100係依下述步驟順序所製造。首先，準備透光性基板1。此透光性基板1的端面及主表面已先被研磨成特定的表面粗糙度(例如在一邊為1μm之四角形的內側區域內，均方根粗糙度Rq為0.2nm以下)，之後，施有特定的洗淨處理及乾燥處理。
接著，藉由濺鍍法來於此透光性基板1上形成相移膜2。形成相移膜2後，以特定的加熱溫度來進行退火處理而作為後處理。接下來，藉由濺鍍法於相移膜2上形成上述遮光膜3的下層31。然後，藉由濺鍍法於下層31上形成上述上層32。藉由濺鍍法之各層的成膜中，係使用以特定的組成比而含有構成各層的材料之濺鍍靶及濺鍍氣體，進一步地依需要而使用上述惰性氣體與反應性氣體的混合氣體來作為濺鍍氣體以進行成膜。之後，此遮罩基底100為具有阻膜者的情況，依需要而對上層32的表面施予HMDS處理。然後，在施有HMDS處理之上層32的表面上藉由旋轉塗佈法般的塗佈法來形成阻膜，便完成遮罩基底100。
<相移遮罩的製造方法及相移遮罩>
接下來，參閱圖2之顯示相移遮罩的製造工序之概略剖面圖來加以說明使用圖1所示構成的遮罩基底100之半調式相移遮罩的製造方法。
首先，對遮罩基底100中遮光膜3之上層32的表面施予HMDS處理。接下來，藉由旋轉塗佈法於該HMDS處理後的上層32上形成阻膜。接著，以電子線來對該阻膜曝光描繪應形成於相移膜2之第1圖案(相移圖案、轉印圖案)。之後，對阻膜進行PEB(曝光後烘烤)處理、顯影處理、後烘烤處理等特定處理，而於阻膜形成第1圖案(相移圖案)(阻劑圖案4a)(參閱圖2(a))。此外，此經曝光描繪後的第1圖案為應用SMO之最佳化後的圖案。
接下來，以阻劑圖案4a作為遮罩，並使用氟系氣體來對遮光膜3的上層32進行乾蝕刻，而於上層32形成第1圖案(上層圖案32a)(參閱圖2(b))。之後，去除阻劑圖案4a(參閱圖2(c))。此外，此處亦可在不去除阻劑圖案4a而是使其殘留之情況下，來進行遮光膜3之下層31的乾蝕刻。此情況下，阻劑圖案4a會在下層31的乾蝕刻時消失。
接下來，以上層圖案32a作為遮罩，並使用氯系氣體與氧氣的混合氣體來進行高偏壓蝕刻，而於下層31形成第1圖案(下層圖案31a)(參閱圖2(d))。針對下層31之乾蝕刻係使用氯系氣體的混合比率較過去要高之蝕刻氣體。下層31的乾蝕刻中，氯系氣體與氧氣的混合氣體之混合比率若以蝕刻腔室內之氣體流量比來看，較佳為氯系氣體：氧氣=10以上：1，更佳為15以上：1，再更佳為20以上：1。藉由使用氯系氣體的混合比率高之蝕刻氣體，便可提高乾蝕刻的異向性。又，在下層31的乾蝕刻中，氯系氣體與氧氣的混合氣體之混合比率若以蝕刻腔室內之氣體流量比來看，較佳為氯系氣體：氧氣=40以下：1。
又，針對此下層31之乾蝕刻中，從透光性基板1的內面側所施加偏壓亦較過去為高。雖依蝕刻裝置而在提高偏壓之效果上有差異，但例如，施加此偏壓時的電力較佳為15[W]以上，更佳為20[W]以上，再更佳為30[W]以上。藉由提高偏壓，便可提高利用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻的異向性。
接下來，藉由旋轉塗佈法於上層圖案32a及相移膜2上形成阻膜。以電子線來對該阻膜曝光描繪應形成於遮光膜3之第2圖案(含有遮光帶圖案之圖案)。之後，進行顯影處理等特定處理而形成具有第2圖案(遮光圖案)(阻劑圖案5b)之阻膜(參閱圖2(e))。
接著，使用氟系氣體來進行乾蝕刻，並以下層圖案31a作為遮罩而於相移膜2形成第1圖案(相移圖案2a)，且以阻劑圖案5b作為遮罩而於上層圖案32a形成第2圖案(上層圖案32b)(參閱圖2(f))。之後，去除阻劑圖案5b。此外，此處亦可在不去除阻劑圖案5b而是使其殘留之情況下，來進行後述遮光膜3之下層圖案31a的乾蝕刻。此情況下，阻劑圖案5b會在下層圖案31a的乾蝕刻時消失。
接下來，以上層圖案32b作為遮罩，且使用氯系氣體與氧氣的混合氣體來進行乾蝕刻，而於下層圖案31a形成第2圖案(下層圖案31b)(參閱圖2(g)、(h))。此外，此時下層圖案31a的乾蝕刻中，氯系氣體與氧氣的混合比率及偏壓亦可以傳統條件來進行。最後，經過洗淨等特定處理便獲得相移遮罩200(參閱圖2(h))。
此外，上述製造工序中的乾蝕刻所使用之氯系氣體只要是含有Cl則未特別限制。例如，氯系氣體舉例有Cl2、SiH2Cl2、CHCl3、CH2Cl2、CCl4、BCl3等。又，上述製造工序中的乾蝕刻所使用之氟系氣體只要是含有F則未特別限制。例如，氟系氣體舉例有CHF3、CF4、C2F6、C4F8、SF6等。特別是，不含C之氟系氣體由於相對於玻璃基板之蝕刻率較低，故可更加減少對玻璃基板的損傷。
藉由以上工序所製造之相移遮罩200係具有於透光性基板1上依序層積有具轉印圖案的相移膜(相移圖案2a)，以及具遮光圖案的遮光膜(遮光圖案3b)之構成(參閱圖2(h))。此相移遮罩由於係由遮罩基底100所製造，故和遮罩基底100具有相同的特徵。亦即，此相移遮罩200為一種具有於透光性基板1上依序層積有具轉印圖案的相移膜2與具遮光帶圖案的遮光膜3之構造的相移遮罩，相移膜2與遮光膜3之層積構造相對於ArF準分子雷射的曝光光線之光學濃度為3.5以上，遮光膜3係具有從該透光性基板1側層積有下層31及上層32之構造，下層31係含有鉻，且由鉻、氧、氮及碳的總含量為90原子%以上之材料所構成，上層32係含有金屬及矽，且由金屬及矽的總含量為80原子%以上之材料所構成，上層32相對於曝光光線的消光係數kU係大於下層31相對於曝光光線的消光係數kL。
此相移遮罩200係使用遮罩基底100所製造者。因此，即便是將此相移遮罩200安裝在應用SMO般之複雜照明系統的曝光裝置，來對被轉印對象物的阻膜進行曝光轉印之情況，仍可提高顯影處理後的阻膜所形成之微細圖案的CD精確度。
<半導體元件之製造方法>
接下來，針對使用上述相移遮罩200之半導體元件的製造方法來加以說明。半導體元件之製造方法的特徵係使用上述相移遮罩200來對半導體基板上的阻膜曝光轉印相移遮罩200的轉印圖案(相移圖案2a)。上述般半導體元件之製造方法係依下述方式進行。
首先，準備形成有半導體元件之基板。此基板可為例如半導體基板、具有半導體薄膜之基板、抑或進一步地於該等的上部成膜有微細加工膜。然後，於所準備的基板上形成阻膜，並使用上述相移遮罩200來對此阻膜重複進行 縮小轉印曝光。藉此將相移遮罩200所形成之轉印圖案無間隙地配置在阻膜。此外，此時所使用之曝光裝置為能夠以最適當的照明系統來將ArF曝光光線照射在應用SMO而相移圖案2a經最佳化後的相移遮罩200。
進一步地，進行以下處理：將曝光轉印有轉印圖案之阻膜顯影處理而形成阻劑圖案、或以此阻劑圖案作為遮罩來對基板的表層施予蝕刻加工、或是導入雜質之處理等。當處理結束後便去除阻劑圖案。一邊更換轉印用遮罩一邊在基板上重複進行以上般的處理，進一步地進行所需的加工處理，藉此便完成半導體元件。
以上般之半導體元件的製造由於係使用能夠以複雜但最適當的照明系統來將ArF曝光光線照射在應用SMO而相移圖案2a經最佳化後的相移遮罩200之曝光裝置，來對半導體基板上的阻膜重複曝光轉印，故可將微細圖案高精確度地曝光轉印在阻膜。再者，相移遮罩200除了構成遮光帶之相移圖案2a與遮光圖案3b的層積構造相對於ArF曝光光線之光學濃度為3.5以上而較過去要大幅地變高以外，係構成為遮光圖案3b之上層圖案32b的消光係數kU會大於下層圖案31b的消光係數kL，且可充分抑制來自遮光帶的溢漏光線。藉此，縱使是以複雜的照明系統來將ArF曝光光線照射在相移遮罩200，仍可充分抑制因溢漏光線而導致半導體基板上的阻膜所曝光轉印之微細圖案的CD精確度降低。於是，以此阻膜的圖案作為遮罩來將下層膜乾蝕刻而形成電路圖案的情況，便可形成不會有因精確度不足而導致配線短路或斷線之高精確度的電路圖案。
<實施例>
以下，便藉由實施例來更加具體地說明本發明之實施型態。
(實施例1)
[遮罩基底的製造]
參閱圖1，準備主表面的尺寸為約152mm×約152mm，厚度為約6.35mm之合成石英玻璃所構成的透光性基板1。此透光性基板1的端面及主表面先被研磨成特定的表面粗糙度(均方根粗糙度Rq為0.2nm以下)，之後，再施予特定的洗淨處理及乾燥處理。
接下來，將透光性基板1設置在單片式DC濺鍍裝置內，並使用鉬(Mo)與矽(Si)的混合燒結靶材(Mo：Si=11原子%：89原子%)且以氬(Ar)、氮(N2)及氦(He)的混合氣體作為濺鍍氣體，而藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)來於透光性基板1上形成厚度69nm之鉬、矽及氮所構成的相移膜2。
接下來，對形成有此相移膜2之透光性基板1進行用以降低相移膜2的膜應力，以及用以於表層形成氧化層之加熱處理。具體來說，係使用加熱爐(電爐)而在大氣中使加熱溫度為450℃，加熱時間為1小時，來進行加熱處理。使用相移量測量裝置(Lasertec公司製MPM193)來測量加熱處理後的相移膜2相對於波長193nm的光之穿透率與相位差後，則穿透率為6.0%，相位差為177.0度(deg)。
接下來，將形成有相移膜2之透光性基板1設置在單片式DC濺鍍裝置內，且使用鉻(Cr)靶材，而在氬(Ar)、二氧化碳(CO2)及氦(He)的混合氣體氛圍下進行反應性濺鍍(DC濺鍍)。藉此，便會相接於相移膜2而形成有膜厚43nm之鉻、氧及碳所構成遮光膜(CrOC膜)3的下層31。
接下來，將層積有相移膜2及下層31之透光性基板1設置在單片式DC濺鍍裝置內，且使用鉭矽化物(TaSi2)靶材並以氬(Ar)氣體作為濺鍍氣體，而藉由DC濺鍍來於遮光膜3的下層31上形成厚度8nm之鉭及矽所構成遮光膜3的上層32。
接下來，對形成有上述下層(CrOC膜)31及上層(TaSi膜)32之透光性基板1施予加熱處理。具體來說，係使用加熱板而在大氣中使加熱溫度為280℃，加熱時間為5分鐘，來進行加熱處理。加熱處理後，對層積有相移膜2及遮光膜3之透光性基板1，使用光譜儀(Agilent Technologies公司製Cary4000)來測量相移膜2與遮光膜3的層積構造在ArF準分子雷射光的波長(約193nm)中之光學濃度後，結果為4.12。又，測量遮光膜3之與相移膜2為相反側的表面反射率後，結果為51%。最後施予特定的洗淨處理而製造出實施例1的遮罩基底100。
於其他透光性基板1的主表面上以同條件來製造層積有相移膜2與遮光膜3之遮罩基底。對此遮罩基底的相移膜2及遮光膜3，以X射線光電子光譜法(XPS)(有RBS補正)來進行分析。其結果，除了相移膜2已進行氧化之表 層(從與透光性基板1為相反側的表面到3nm的深度之區域)以外之內部區域的組成為Mo：6原子%，Si：45原子%，N：49原子%。又，遮光膜3之下層31的組成為Cr：71原子%，O：15原子%，C：14原子%，除了上層32已進行氧化之表層(從與透光性基板1為相反側的表面到3nm的深度之區域)以外之內部區域的組成為Ta：32原子%，Si：68原子%。此下層31在厚度方向上各構成元素的差異皆為3原子%以下，可確認到在厚度方向上實質上並無組成梯度。又，上層32的內部區域在厚度方向上，各構成元素的差異皆為3原子%以下，可確認到內部區域在厚度方向上實質上並無組成梯度。另外，亦可確認到上層32之層整體的鉭(Ta)與矽(Si)之總含量為80原子%以上。
使用光譜橢圓偏光計(J.A.Woollam公司製M-2000D)來測量遮光膜3的下層31與上層32處相對於波長193nm的光之折射率n與消光係數k。其結果，下層31在波長193nm中之折射率nL為1.82，消光係數kL為1.83，上層32在波長193nm中之折射率nU為1.78，消光係數kU為2.84。又，上層32在波長193nm中之折射率nU除以下層31在波長193nm中之折射率nL的比率nU/nL為0.978。
[相移遮罩的製造]
接下來，使用此實施例1的遮罩基底100並依以下的步驟順序來製造實施例1之半調式相移遮罩200。首先，對遮光膜3之上層32的表面施予HMDS處理。接著，藉由旋轉塗佈法而相接於上層32的表面來形成膜厚100nm之電子線描繪用化學增幅型阻劑所構成的阻膜。接下來，以電子線來對此阻膜描繪應形成於相移膜2之相移圖案(即第1圖案)，並進行特定的顯影處理及洗淨處理，而形成具有第1圖案之阻劑圖案4a(參閱圖2(a))。此經曝光描繪後的第1圖案為應用SMO而最佳化後之圖案。又，第1圖案如圖3的p1a~p1d所示，係於遮光帶的附近具有微細圖案。
接下來，以阻劑圖案4a作為遮罩，並使用氟系氣體(SF6+He)來對上層32進行乾蝕刻，而於上層32形成第1圖案(上層圖案32a)(參閱圖2(b))。接下來，去除阻劑圖案4a(參閱圖2(c))。接著，以上層圖案32a作為遮罩，並使用氯氣(Cl2)與氧氣(O2)的混合氣體(氣體流量比Cl2：O2=13：1)來對下層31進行乾蝕 刻(施加偏壓時的電力為50[W]之高偏壓蝕刻)，而於下層31形成第1圖案(下層圖案31a)(參閱圖2(d))。
接下來，藉由旋轉塗佈法來於上層圖案32a及相移膜2上形成阻膜。以電子線來對該阻膜曝光描繪應形成於遮光膜3之第2圖案(包含有遮光帶圖案之圖案)後，進行顯影處理等特定處理，而形成具有第2圖案(遮光圖案)之阻膜(阻劑圖案5b)(參閱圖2(e))。
接下來，使用氟系氣體(SF6+He)來進行乾蝕刻，且以下層圖案31a作為遮罩而於相移膜2形成第1圖案(相移圖案2a)，並以阻劑圖案5b作為遮罩而於上層圖案32a形成第2圖案(上層圖案32b)(參閱圖2(f))。之後，去除阻劑圖案5b(參閱圖2(g))。接下來，以上層圖案32b作為遮罩並使用氯氣(Cl2)與氧氣(O2)的混合氣體(氣體流量比Cl2：O2=4：1)來進行乾蝕刻，而於下層圖案31a形成第2圖案(下層圖案31b)(參閱圖2(g)、(h))。最後，經過洗淨等特定處理便獲得了實施例1之相移遮罩200(參閱圖2(h))。
對此實施例1的相移遮罩200以遮罩檢查裝置(KLA-Tencor公司製Teron600Series)來進行遮罩檢查後，並未發現相移圖案2a有缺陷。由此可確認到即便是遮光性能較過去要高的遮光膜3，仍可於相移膜2形成阻劑圖案4a的微細圖案來充分發揮作為硬遮罩之功能。又，可確認到縱使增加上層32的金屬與矽之總含量，仍會相對於下層31形成微細圖案時所進行之利用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻而具有高耐受性，可發揮作為硬遮罩之功能。再者，可確認到因使遮光膜3的遮光性能較過去要高而受到疑慮之下述問題，亦即，發生遮光膜3所形成之微細圖案的CD精確度降低，甚至相移膜2所形成之微細圖案的CD精確度降低之問題，以及遮光膜3的圖案傾倒之問題完全不會成為問題，而是該等微細圖案的CD精確度高，且亦可抑制遮光膜3的圖案傾倒發生。
[圖案轉印性能的評估]
將此實施例1的相移遮罩200安裝在能夠以藉由SMO而最佳化後的照明系統對相移遮罩200照射ArF曝光光線之曝光裝置的遮罩台，來對半導體基板上的阻膜以圖3所示般的配置重複進行曝光轉印。對曝光轉印後之半導體基板上的阻膜進行顯影處理等而形成阻劑圖案。以SEM觀察該阻劑圖案後， 可確認到以高CD精確度而形成有阻劑圖案。關於過去有CD精確度降低的疑慮之曝光轉印有4次圖3所示遮光帶之區域的像S1234附近之微細圖案p1d、p2c、p3b、p4a，亦可確認到是以高CD精確度所形成。由此結果可謂言以此阻劑圖案作為遮罩來進行乾蝕刻便可高精確度地形成電路圖案。
(實施例2)
[遮罩基底的製造]
實施例2之遮罩基底100除了遮光膜3是形成厚度18nm的下層31，以及形成厚度24nm的上層32以外，其他係以和實施例1相同的步驟順序所製造。使用光譜儀(Agilent Technologies公司製Cary4000)來對此實施例2之遮罩基底100測量相移膜2與遮光膜3之層積構造在ArF準分子雷射光的波長(約193nm)中之光學濃度後，結果為4.12。又，測量遮光膜3之與相移膜2為相反側的表面反射率後，結果為55%。
[相移遮罩的製造]
接下來，使用此實施例2之遮罩基底100並以和實施例1相同的步驟順序來製造實施例2之相移遮罩200。與實施例1之情況同樣地，以遮罩檢查裝置(KLA-Tencor公司製Teron600Series)來對此實施例2之相移遮罩200進行遮罩檢查後，並未發現相移圖案2a有缺陷。由此可確認到其係與實施例1相同。
[圖案轉印性能的評估]
與實施例1之情況同樣地，將此實施例2的相移遮罩200安裝在能夠以藉由SMO而最佳化後的照明系統對相移遮罩200照射ArF曝光光線之曝光裝置的遮罩台，來對半導體基板上的阻膜以圖3所示般的配置重複進行曝光轉印。對曝光轉印後之半導體基板上的阻膜進行顯影處理等而形成阻劑圖案。以SEM觀察該阻劑圖案後，可確認到以高CD精確度而形成有阻劑圖案。關於過去有CD精確度降低的疑慮之曝光轉印有4次圖3所示遮光帶之區域的像S1234附近之微細圖案p1d、p2c、p3b、p4a，亦可確認到是以高CD精確度所形成。由此結果可謂言以此阻劑圖案作為遮罩來進行乾蝕刻便可高精確度地形成電路圖案。
(實施例3)
[遮罩基底的製造]
實施例3之遮罩基底100除了遮光膜3以外，係以和實施例1相同的步驟順序所製造。此實施例3之遮光膜3係以CrOCN膜來形成下層32，但在和實施例1相同的組成下而改變上層31的膜厚。具體來說，係將形成有相移膜2之透光性基板1設置在單片式DC濺鍍裝置內，並使用鉻(Cr)靶材而在氬(Ar)、二氧化碳(CO2)、氮(N2)及氦(He)的混合氣體氛圍下來進行反應性濺鍍(DC濺鍍)。藉此，便會相接於相移膜2而形成有膜厚43nm之鉻、氧、碳及氮所構成遮光膜(CrOCN膜)3的下層31。接下來，將層積有相移膜2及下層31之透光性基板1設置在單片式DC濺鍍裝置內，並使用鉭矽化物(TaSi2)靶材且以氬(Ar)氣體作為濺鍍氣體，而藉由DC濺鍍在遮光膜3的下層31上形成厚度12nm之鉭及矽所構成之遮光膜3的上層32。
與實施例1同樣地，在其他透光性基板1的主表面上以相同條件來製造層積有相移膜2與遮光膜3之遮罩基底。以X射線光電子光譜法(有XPS、RBS補正)來對此實施例3之遮罩基底的下層31及上層32進行分析。其結果，下層31的組成為Cr：55原子%，O：22原子%，C：12原子%，N：11原子%。又，下層31的內部區域在厚度方向上，各構成元素的差異皆為皆為3原子%以下，可確認到內部區域在厚度方向上實質上並無組成梯度。此外，上層32係與實施例1的上層32為大致相同結果。
使用光譜橢圓偏光計(J.A.Woollam公司製M-2000D)來測量此實施例3之遮罩基底的下層31相對於波長193nm的光之折射率n與消光係數k。其結果，下層31在波長193nm中之折射率nL為1.93，消光係數kL為1.50。此外，上層32係與實施例1的上層為大致相同的結果。又，上層32在波長193nm中之折射率nU除以下層31在波長193nm中之折射率nL的比率nU/nL為0.922。使用光譜儀(Agilent Technologies公司製Cary4000)來對此實施例3之遮罩基底測量相移膜2與遮光膜3之層積構造在ArF準分子雷射光的波長(約193nm)中之光學濃度後，結果為4.06。又，測量遮光膜3之與相移膜2為相反側的表面反射率後，結果為52%。
[相移遮罩的製造]
接下來，使用此實施例3之遮罩基底100並以和實施例1相同的步驟順序來製造實施例3之相移遮罩200。與實施例1之情況同樣地，以遮罩檢查裝 置(KLA-Tencor公司製Teron600Series)來對此實施例3之相移遮罩200進行遮罩檢查後，並未發現相移圖案2a有缺陷。由此可確認到其係與實施例1相同。
[圖案轉印性能的評估]
與實施例1之情況同樣地，將此實施例3之相移遮罩200安裝在能夠以藉由SMO而最佳化後的照明系統對相移遮罩200照射ArF曝光光線之曝光裝置的遮罩台，來對半導體基板上的阻膜以圖3所示般的配置重複進行曝光轉印。對曝光轉印後之半導體基板上的阻膜進行顯影處理等而形成阻劑圖案。以SEM觀察該阻劑圖案後，可確認到以高CD精確度而形成有阻劑圖案。關於過去有CD精確度降低的疑慮之曝光轉印有4次圖3所示遮光帶之區域的像S1234附近之微細圖案p1d、p2c、p3b、p4a，亦可確認到是以高CD精確度所形成。由此結果可謂言以此阻劑圖案作為遮罩來進行乾蝕刻便可高精確度地形成電路圖案。
(比較例1)
[遮罩基底的製造]
比較例1之遮罩基底除了遮光膜3以外，係以和實施例1相同的步驟順序所製造。此比較例1之遮光膜係以CrOCN膜來形成下層，且以SiO2膜來形成上層。具體來說，係將形成有相移膜之透光性基板設置在單片式DC濺鍍裝置內，並使用鉻(Cr)靶材，而在氬(Ar)、二氧化碳(CO2)、氮(N2)及氦(He)的混合氣體氛圍下來進行反應性濺鍍(DC濺鍍)。藉此，便會相接於相移膜而形成有膜厚43nm之鉻、氧及碳所構成遮光膜(CrOCN膜)的下層。接下來，將層積有相移膜及遮光膜的下層之透光性基板設置在單片式RF濺鍍裝置內，並使用二氧化矽(SiO2)靶材，且以氬(Ar)氣體作為濺鍍氣體而藉由RF濺鍍來於遮光膜的下層上形成厚度12nm之矽及氧所構成之遮光膜的上層。
與實施例1同樣地，以相同條件在其他透光性基板的主表面上製造層積有相移膜與遮光膜之遮罩基底。以X射線光電子光譜法(有XPS、RBS補正)來對此比較例1中遮罩基底之遮光膜的下層及上層進行分析。其結果，下層的組成為Cr：55原子%，O：22原子%，C：12原子%，N：11原子%，上層的組成為Si：35原子%，O：65原子%。又，下層及上層的內部區域在厚度 方向上，各構成元素的差異皆為3原子%以下，可確認到內部區域在厚度方向上實質上並無組成梯度。
與實施例1同樣地，使用光譜橢圓偏光計(J.A.Woollam公司製M-2000D)來測量此比較例1之遮罩基底的下層相對於波長193nm的光之折射率n與消光係數k。其結果，下層在波長193nm中之折射率nL為1.93，消光係數kL為1.50。又，上層在波長193nm中之折射率nU為1.59，消光係數kU為0.00。再者，上層32在波長193nm中之折射率nU除以下層31在波長193nm中之折射率nL的比率nU/nL為0.824。使用光譜儀(Agilent Technologies公司製Cary4000)來對此比較例1之遮罩基底測量相移膜與遮光膜之層積構造在ArF準分子雷射光的波長(約193nm)中之光學濃度後，結果為3.01。又，測量遮光膜之與相移膜為相反側的表面反射率後，結果為11%。
[相移遮罩的製造]
接下來，使此比較例1之遮罩基底並以和實施例1相同的步驟順序來製造比較例1之相移遮罩200。與實施例1之情況同樣地，以遮罩檢查裝置(KLA-Tencor公司製Teron600Series)來對此比較例1之相移遮罩進行遮罩檢查後，並未發現相移圖案2a有缺陷。由此可確認到遮光性能與過去相同(厚度亦與過去相同)之遮光膜3(不藉由組成來提高遮光性能，且亦未加厚厚度來確保光學濃度。)可於相移膜形成阻劑圖案4a的微細圖案來充分發揮作為硬遮罩之功能。
[圖案轉印性能的評估]
與實施例1之情況同樣地，將此比較例1之相移遮罩安裝在能夠以藉由SMO而最佳化後的照明系統對相移遮罩200照射ArF曝光光線之曝光裝置的遮罩台，來對半導體基板上的阻膜以圖3所示般的配置重複進行曝光轉印。對曝光轉印後之半導體基板上的阻膜進行顯影處理等而形成阻劑圖案。以SEM來觀察該阻劑圖案後，證實了有CD精確度降低疑慮之曝光轉印有4次圖3所示遮光帶之區域的像S1234附近之微細圖案p1d、p2c、p3b、p4a，其CD精確度會特別降低。由此結果可謂言若以此阻膜作為遮罩來進行乾蝕刻而形成電路圖案的情況，則會有發生電路不良等之虞。
1:透光性基板
2:相移膜
3:遮光膜
31:下層
32:上層
100:遮罩基底

Claims (9)

  1. 一種遮罩基底，係具備於基板上從該基板側依序層積有第1膜與第2膜之構造；該第1膜係由鉻、氧、氮及碳的總含量為90原子%以上之材料所構成；該第1膜中的鉻含量為50原子%以上；該第2膜係由含有金屬及矽且金屬及矽的總含量為80原子%以上之材料所構成；該第2膜相對於波長193nm的光之消光係數kU係大於該第1膜相對於波長193nm的光之消光係數kL。
  2. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其中該第1膜的消光係數kL為2.0以下，該第2膜的消光係數kU係大於2.0。
  3. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其中該第2膜相對於波長193nm的光之折射率nU係小於該第1膜相對於波長193nm的光之折射率nL；該第2膜相對於波長193nm的光之折射率nU除以該第1膜相對於波長193nm的光之折射率nL之比率nU/nL為0.8以上。
  4. 如申請專利範圍第3項之遮罩基底，其中該第1膜的折射率nL為2.0以下，該第2膜的折射率nU係小於2.0。
  5. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其中該第1膜係由鉻、氧及碳的總含量為90原子%以上之材料所構成。
  6. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其中該第2膜中，該金屬的含量[原子%]除以該金屬及矽的總含量[原子%]之比率為5%以上。
  7. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其中該第2膜係由鉭及矽的總含量為80原子%以上之材料所構成。
  8. 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7項中任一項的遮罩基底之轉印用遮罩之製造方法，包含以下工序；以形成有轉印圖案之阻膜作為遮罩，且藉由使用氟系氣體之乾蝕刻，於該第2膜形成轉印圖案之工序；以及以形成有該轉印圖案之該第2膜作為遮罩，且藉由使用氯系氣體與氧氣的混合氣體之乾蝕刻，於該第1膜形成轉印圖案之工序。
  9. 一種半導體元件之製造方法，係具備有使用藉由如申請專利範圍第8項之轉印用遮罩之製造方法所製造的轉印用遮罩，將轉印圖案曝光轉印在半導體基板上的阻膜之工序。
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