TWI801665B - 相位移型空白光罩及相位移型光罩 - Google Patents

相位移型空白光罩及相位移型光罩 Download PDF

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Abstract

解決手段為一種相位移型空白光罩，其係在透明基板上具有由包含至少1層之單層或多層所構成的相位移膜，該至少1層係選自由過渡金屬、矽、氮及氧所成之層及由矽、氮及氧所成之層，相位移膜對波長200nm以下的光之相位移量為150~250°，穿透率為60~80%，相位移膜的膜厚為150nm以下，且過渡金屬相對於過渡金屬及矽之合計的含有比率(原子%比)為0.03以下。
本發明之效果在於可提供一種具備有利於光罩圖型的加上或曝光的更薄之相位移膜，且可確保作為相位移膜所需之相位差與高穿透率的相位移膜之相位移型空白光罩及相位移型光罩。

Description

相位移型空白光罩及相位移型光罩
本發明係有關於一種使用於半導體積體電路等的製造等的相位移型空白光罩及相位移型光罩。
於半導體技術領域中，將圖型愈做愈小的研究開發日新月異。尤其是近年來，隨著大規模積體電路的高積體化，電路圖型、配線圖型或構成單元之層間配線用之接觸孔圖型愈做愈小，對微細加上技術的要求便愈來愈高。隨之，在微細加上時之光微影步驟中所使用的光罩之製造技術領域，也愈來愈要求開發出形成更微細且正確的電路圖型(遮罩圖型)之技術。
一般而言，藉由光微影技術在半導體基板上形成圖型時，係進行縮小投影。因此，形成於光罩之圖型的大小便需為形成於半導體基板上之圖型大小的4倍左右。於目前的光微影技術領域中，待描繪之電路圖型的大小係遠低於曝光中所使用之光的波長。因此，在將電路圖型的大小單純放大4倍而形成光罩圖型時，會因曝光時所產生之光的干涉等影響，結果導致原本的形狀無法轉印於半導體基板上的阻劑膜。
因此，有時亦藉由將形成於光罩之圖型形成為比實際的電路圖型更複雜的形狀，來減輕上述光的干涉等影響。作為此種圖型形狀，有例如對實際的電路圖型實施光學鄰近效應修正(OPC：Optical Proximity Correction)而成的形狀。此外，為了因應圖型的微細化與高精準度化，有人使用變形照明、液浸技術、解析度增強技術(RET：Resolution Enhancement Technology)，亦有人應用雙重曝光(雙圖案微影技術)等技術。
又，作為解析度增強技術(RET：Resolution Enhancement Technology)之一，係採用相位移法。相位移法係一種在光罩上形成使相位反轉約180°的膜圖型，利用光的干涉來提升對比的方法。作為應用此方法的光罩之一，有半色調相位移型光罩。半色調相位移型光罩係在石英等對曝光光線呈透明的基板上使相位反轉約180°，而形成具有非有助於圖型形成之程度的穿透率之半色調相位移膜的遮罩圖型者。作為半色調相位移型光罩，有人提出具有由矽化鉬氧化物(MoSiO)、矽化鉬氧氮化物(MoSiON)所構成的半色調相位移膜者等(日本特開平7-140635號公報(專利文獻1))。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平7-140635號公報
[專利文獻2]日本特開2007-33469號公報
[專利文獻3]日本特開2007-233179號公報
[專利文獻4]日本特開2007-241065號公報
就相位移膜的穿透率，迄此係使用20%以下，例如6%左右者；近來，亦有人研究高穿透率者。膜的穿透率愈高，干涉所致之光的衰減效應愈大，在形成微細的圖型時愈為有利。然而，在製造高穿透率的相位移型空白光罩時，為提升穿透率而需增加氧含量；氧的含量增加，雖可提升穿透率，但另一方面膜的折射率會下降，而有為了獲得既定的相位差，則須加大膜厚的問題。相位移膜愈薄，不僅對圖型形成愈有利，且可降低三維效應而較為有利。因此，在光微影中，為了形成更微細的圖型，而要求更薄的膜。
本發明係為了解決上述課題而完成者，茲以提供一種具有可確保作為可因應圖型的微細化之相位移膜的相位差及穿透率，且有利於圖型形成或降低三維效應等之膜厚較薄的相位移膜之相位移型空白光罩及相位移型光罩為目的。
本案發明人等係以開發出一種可確保作為相 位移膜所需之相位差與穿透率上且膜厚較薄的相位移膜為目標，首先對常作為相位移膜使用之包含鉬等過渡金屬的相位移膜進行研究。然而，對波長200nm以下的光之穿透率為例如60%以上的相位移膜，僅添加些許量的過渡金屬，其穿透率便會降低，而為了彌補降低之穿透率而添加更多的氧時，隨著氧的添加量的增加，若達期望的穿透率時則膜的折射率會下降；因此，為了確保作為相位移膜所需之相位差，則需使膜變得更厚。
因此，本案發明人等為解決上述課題而致力進行研究的結果發現，在藉由使相位移膜以由包含至少1層之單層或多層所構成的相位移膜構成，該至少1層係選自由過渡金屬、矽、氮及氧所成之層及由矽、氮及氧所成之層，並使過渡金屬相對於構成相位移膜的層之過渡金屬及矽之合計的含有比率(原子%比)為0.03以下，而作成對波長200nm以下的光之相位移量為150~250°，穿透率為60~80%的相位移膜時，仍可使相位移膜的膜厚為150nm以下，終至完成本發明。
從而，本發明係提供以下相位移型空白光罩及相位移型光罩。
1.一種相位移型空白光罩，其特徵為：其係在透明基板上具有由包含至少1層之單層或多層所構成的相位移膜，該至少1層係選自由過渡金屬、矽、氮及氧所成之層及由矽、氮及氧所成之層，該相位移膜對波長200nm以下的光之相位移量為150~250°，穿透率為60~80%，上述相 位移膜的膜厚為150nm以下，且上述過渡金屬相對於由上述過渡金屬、矽、氮及氧所成之層之上述過渡金屬及矽之合計的含有比率(原子%比)為0.03以下。
2.如1之相位移型空白光罩，其中上述相位移膜係包含由上述過渡金屬、矽、氮及氧所成之層，該層之上述過渡金屬相對於上述過渡金屬及矽之合計的含有比率(原子%比)為0.001以上。
3.如1或2之相位移型空白光罩，其中在構成上述相位移膜的各層中，氮及氧的總含有率為50原子%以上。
4.如1至3中任一項之相位移型空白光罩，其中在構成上述相位移膜的各層中，氮的含有率為10原子%以上，且氮的含有率係低於氧的含有率。
5.如1至4中任一項之相位移型空白光罩，其中上述過渡金屬係包含鉬。
6.如1至5中任一項之相位移型空白光罩，其進一步在上述相位移膜上具有以含鉻材料所構成之由單層或多層所構成的第2層。
7.一種相位移型光罩，其特徵為使用如1至6中任一項之相位移型空白光罩所形成。
根據本發明，可提供一種具備有利於光罩圖型的加工或曝光的更薄之相位移膜，且可確保作為相位移膜所需之相位差與高穿透率的相位移膜之相位移型空白光 罩及相位移型光罩。根據本發明之相位移型光罩，可達到符合光微影中圖型進一步的微細化與高精準度化之要求的曝光。
1:相位移膜
2:第2層
3:第3層
4:第4層
10:透明基板
11:相位移膜圖型
100:相位移型空白光罩
101:相位移型光罩
圖1為表示本發明之相位移型空白光罩及相位移型光罩之一例的剖面圖。
圖2為表示本發明之相位移型空白光罩之另一例的剖面圖。
[實施發明之形態]
以下，就本發明更詳細地加以說明。
本發明之相位移型空白光罩係具有形成於石英基板等透明基板上之由單層或多層(即2層以上)所構成的相位移膜。又，本發明之相位移型光罩係具有形成於石英基板等透明基板上之由單層或多層(即2層以上)所構成的相位移膜之遮罩圖型(光罩圖型)。
本發明中，透明基板宜為例如SEMI規格所規定之6吋見方、厚度25毫吋之稱為6025基板的透明基板；採用SI單位系統時，一般係表記為152mm見方、厚度6.35mm的透明基板。
圖1(A)為表示本發明之相位移型空白光罩之 一例的剖面圖，此相位移型空白光罩100係具備透明基板10及形成於透明基板10上的相位移膜1。又，圖1(B)為表示本發明之相位移型光罩之一例的剖面圖，此相位移型光罩101係具備透明基板10及形成於透明基板10上的相位移膜圖型11。
相位移膜為了滿足作為相位移膜所需之相位差及穿透率，亦能以單層構成；例如為了滿足既定的表面反射率，可使其包含具有抗反射機能的層，為了滿足整體作為相位移膜所需之相位差及穿透率，亦較佳以多層構成。
在單層及多層之任一種情況下，各層亦能以組成朝厚度方向連續地變化的方式形成。又，以多層構成相位移膜時，可採用選自構成元素不同的層及構成元素相同而組成比不同的層的2層以上之組合；以3層以上構成多層時，若非為相鄰的層，則亦可組合相同的層。
本發明之相位移膜係由包含至少1層之單層或多層所構成，該至少1層係選自由過渡金屬、矽、氮及氧所成之層及由矽、氮及氧所成之層。於此，由過渡金屬(Me)、矽(Si)、氮(N)及氧(O)所成之層較佳為排除無可避免之雜質，實質上以此4種元素所構成的層；而且，由矽(Si)、氮(N)及氧(O)所成之層較佳為排除無可避免之雜質，實質上以此3種元素所構成的層。具體而言，可舉出MeSiNO(過渡金屬矽氮化氧化物)層、SiNO(矽氮化氧化物)層。此外，於此，MeSiNO及SiNO係表示構成元素者，而 非意指構成元素之組成比。過渡金屬可舉出鉬、鋯、鎢、鈦、鉿、鉻、鉭等，較佳包含鉬，尤以過渡金屬為鉬為佳。
由過渡金屬、矽、氮及氧所成之層，其中過渡金屬相對於過渡金屬及矽之合計的含有比率(原子%比)較佳為0.03以下，特佳為0.02以下。此外，若為由矽、氮及氧所成之層時，過渡金屬相對於過渡金屬及矽之合計的含有比率(原子%比)為0。相位移膜更佳包含至少1層由過渡金屬、矽、氮及氧所成之層。此時，過渡金屬相對於過渡金屬及矽之合計的含有比率(原子%比)較佳為0.001以上，特佳為0.003以上。包含過渡金屬及矽之層中圖型尺寸變動劣化的問題，由於可藉由將過渡金屬相對於過渡金屬及矽之合計的含有比率設為此種範圍來改善而較佳。
當本發明之相位移膜以單層構成時，於整個單層，而且以多層構成時，於構成多層之層的1層以上，尤其是在設置後述之表面氧化層時，除此表面氧化層外於多層之各層中，矽的含有率較佳為30原子%以上，特佳為35原子%以上，較佳為45原子%以下，特佳為40原子%以下。
當本發明之相位移膜以單層構成時，於整個單層，而且以多層構成時，於構成多層之層的1層以上，尤其是在設置後述之表面氧化層時，除此表面氧化層外於多層之各層中，氮的含有率較佳為10原子%以上，特佳為13原子%以上，較佳為30原子%以下，特佳為20原子%以 下；又，氧的含有率較佳為60原子%以下，特佳為50原子%以下。
當本發明之相位移膜以單層構成時，於整個單層，而且以多層構成時，於構成多層之層的1層以上，尤其是在設置後述之表面氧化層時，除此表面氧化層外於多層之各層中，氮及氧的總含有率較佳為50原子%以上，特佳為60原子%以上；又，氮的含有率較佳低於氧的含量。
當本發明之相位移膜以單層構成時，於整個單層，而且以多層構成時，於構成多層之層的1層以上，尤其是在設置後述之表面氧化層時，除此表面氧化層外於多層之各層中，矽與氮的比率較佳為矽：氮=3：1~4：1(原子%比)。
本發明之相位移膜係在既定的膜厚下，對波長200nm以下的光(曝光光線)，尤為在使用相位移型光罩之光微影中所使用的ArF準分子雷射(193nm)可賦予既定的相位移量(相位差)與既定的穿透率的膜。
本發明之相位移膜對曝光光線之相位差，只要是在存在相位移膜之部分(相位移部)與不存在相位移膜之部分的交界部，因通過各者之曝光光線的相位差使曝光光線產生干涉，而使對比增大的相位差即可，相位差只要是150°以上，尤為170°以上且為250°以下，尤為230°以下即可。就一般的相位移膜，係將相位差設定為約180°；而基於增大上述之對比的觀點，相位差不限定於約180°。若 為本發明之相位移膜時，可將對波長200nm以下的光(曝光光線)，尤為ArF準分子雷射(193nm)的相位移量設為上述範圍內。另外，本發明之相位移膜對曝光光線的穿透率係有別於習知一般的穿透率，可使其達到高穿透率的60~80%。
本發明之相位移膜之全體的厚度，愈薄則愈容易形成微細的圖型，故設為150nm以下，較佳為130nm以下。另外，就相位移膜的膜厚的下限，係設定於對曝光光線可獲得所需之光學特性的範圍，不特別限制，一般而言為50nm以上。
當本發明之相位移膜以單層構成時，於整個單層，而且以多層構成時，於構成多層之層的1層以上，尤其是在設置後述之表面氧化層時，除此表面氧化層外於整個多層中，對曝光光線的折射率n較佳為1.75以上，特佳為1.8以上。藉由使相位移膜的氧含有率為60原子%以下，尤為50原子%以下，或降低過渡金屬的含有率，在既定的穿透率下可提高膜的折射率，而且，可在確保作為相位移膜所需之相位差下進一步縮減膜的厚度。就其折射率，氧的含有率愈低則愈高；折射率愈高，可獲得薄膜所需之相位差。
當本發明之相位移膜以單層構成時，於整個單層，而且以多層構成時，於整個多層中，對曝光光線的消光係數k較佳大於0且為0.1以下，特佳為0.05以下。
本發明之相位移膜可應用周知之成膜手法形 成；較佳藉由容易獲得均質性優良的膜之濺鍍法來成膜，DC濺鍍、RF濺鍍之任一種方法皆可使用。靶材與濺鍍氣體可依據層構成或組成適宜選擇。靶材只要使用矽靶、氮化矽靶、包含矽與氮化矽此兩者之靶材等即可，此等靶材亦可含有氧。當相位移膜包含過渡金屬時，此等靶材可進一步包含過渡金屬，亦可同時使用包含過渡金屬者與不包含過渡金屬者。氮與氧的含量可透過濺鍍氣體使用作為反應性氣體之含氮氣體、含氧氣體、含氮及氧之氣體等，並適宜調整導入量而進行反應性濺鍍來調整。作為反應性氣體，具體而言可使用氮氣(N2氣體)、氧氣(O2氣體)、氮氧化物氣體(N2O氣體、NO氣體、NO2氣體)等。再者，濺鍍氣體亦可使用作為稀有氣體之氦氣、氖氣、氬氣等。
相位移膜採多層時，為抑制相位移膜的膜質變化，作為其表面側(與透明基板相反之一側)之最表面部的層，可設置表面氧化層。此表面氧化層的氧含有率可為20原子%以上，甚而亦可為50原子%以上。作為形成表面氧化層之方法，具體而言，除藉由大氣氧化(自然氧化)之氧化外，作為強制性進行氧化處理之方法，尚可舉出對藉由濺鍍所形成的膜使用臭氧氣體或臭氧水進行處理的方法，或在氧氣環境等有氧存在的環境中，藉由烘箱加熱、燈退火、雷射加熱等予以加熱至300℃以上的方法等。此表面氧化層的厚度較佳為10nm以下，特佳為5nm以下，尤佳為3nm以下；一般而言，若為1nm以上則可獲得作為氧化層之效果。表面氧化層亦可藉由在濺鍍步驟中增加氧量 來形成，而為了形成缺陷較少的層，係以藉由前述之大氣氧化或氧化處理來形成為佳。
於本發明之相位移型空白光罩的相位移膜上，可設置由單層或多層所構成的第2層。第2層一般係設置成與相位移膜相鄰。就此第2層，具體而言可舉出遮光膜、遮光膜與抗反射膜之組合、在相位移膜的圖型形成中發揮作為硬遮罩之機能的加工輔助膜等。又，設置後述之第3層時，亦可利用此第2層作為在第3層之圖型形成中發揮蝕刻阻擋物之機能的加工輔助膜(蝕刻阻擋膜)。作為第2層之材料，宜為含鉻材料。
作為此種相位移型空白光罩，具體而言可舉出圖2(A)所示者。圖2(A)為表示本發明之相位移型空白光罩之一例的剖面圖，此相位移型空白光罩100係具備透明基板10；形成於透明基板10上的相位移膜1；及形成於相位移膜1上的第2層2。
本發明之相位移型空白光罩中，於相位移膜上亦可設置作為第2層之遮光膜。又，作為第2層，亦可組合遮光膜與抗反射膜而設置。藉由設置包含遮光膜的第2層，可於相位移型光罩設置完全遮蔽曝光光線的區域。此遮光膜及抗反射膜亦可作為蝕刻中的加工輔助膜而利用。就遮光膜及抗反射膜的膜構成及材料，已有諸多報導(例如日本特開2007-33469號公報(專利文獻2)、日本特開2007-233179號公報(專利文獻3)等)；而作為較佳之遮光膜與抗反射膜之組合的膜構成，可舉出例如設置含鉻材料之 遮光膜，並進一步設置可減少來自遮光膜之反射的含鉻材料之抗反射膜者等。遮光膜及抗反射膜均能以單層構成或以多層構成。遮光膜或抗反射膜之含鉻材料可舉出鉻單質、鉻氧化物(CrO)、鉻氮化物(CrN)、鉻碳化物(CrC)、鉻氧化氮化物(CrON)、鉻氧化碳化物(CrOC)、鉻氮化碳化物(CrNC)、鉻氧化氮化碳化物(CrONC)等的鉻化合物等。此外，於此，表示含鉻材料之化學式係表示構成元素者，而非意指構成元素之組成比(就以下之含鉻材料係相同)。
當第2層為遮光膜、或遮光膜與抗反射膜之組合時，遮光膜的鉻化合物中之鉻的含有率較佳為40原子%以上，特佳為60原子%以上且較佳為未達100原子%，特佳為99原子%以下，尤佳為90原子%以下。氧的含有率較佳為60原子%以下，特佳為40原子%以下，更佳為1原子%以上。氮的含有率較佳為50原子%以下，特佳為40原子%以下，更佳為1原子%以上。碳的含有率較佳為20原子%以下，特佳為10原子%以下，需調整蝕刻速度時則更佳為1原子%以上。此時，鉻、氧、氮及碳的總含有率較佳為95原子%以上，特佳為99原子%以上，尤佳為100原子%。
又，當第2層為遮光膜與抗反射膜之組合時，抗反射膜較佳為鉻化合物，鉻化合物中之鉻的含有率較佳為30原子%以上，特佳為35原子%以上且較佳為70原子%以下，特佳為50原子%以下。氧的含有率較佳為60原子%以下且較佳為1原子%以上，特佳為20原子%以上。氮的含有率較佳為50原子%以下，特佳為30原子%以下，且 更佳為1原子%以上，特佳為3原子%以上。碳的含有率較佳為20原子%以下，特佳為5原子%以下，需調整蝕刻速度時則更佳為1原子%以上。此時，鉻、氧、氮及碳的總含有率較佳為95原子%以上，特佳為99原子%以上，尤佳為100原子%。
當第2層為遮光膜、或遮光膜與抗反射膜之組合時，第2層的膜厚通常為20~100nm，較佳為40~70nm。又，係以使對波長200nm以下的曝光光線之相位移膜與第2層之合計的光學濃度為2.0以上，特佳為2.5以上，尤佳為3.0以上為佳。
於本發明之相位移型空白光罩的第2層上，可設置由單層或多層所構成的第3層。第3層一般係設置成與第2層相鄰。就此第3層，具體而言可舉出在第2層之圖型形成中發揮作為硬遮罩之機能的加工輔助膜、遮光膜、遮光膜與抗反射膜之組合等。第3層之材料宜為含矽材料，特佳為不含鉻者。
作為此種相位移型空白光罩，具體而言可舉出圖2(B)所示者。圖2(B)為表示本發明之相位移型空白光罩之一例的剖面圖，此相位移型空白光罩100係具備透明基板10；形成於透明基板10上的相位移膜1；形成於相位移膜1上的第2層2；及形成於第2層2上的第3層3。
當第2層為遮光膜、或遮光膜與抗反射膜之組合時，作為第3層，可設置在第2層之圖型形成中發揮作為硬遮罩之機能的加工輔助膜(蝕刻遮罩膜)。又，設置後 述之第4層時，亦可利用此第3層作為在第4層之圖型形成中發揮蝕刻阻擋物之機能的加工輔助膜(蝕刻阻擋膜)。此加工輔助膜較佳採用蝕刻特性與第2層不同之材料，例如適用於含鉻材料的蝕刻之對氯系乾蝕刻具有耐性的材料，具體而言為能以SF6或CF4等氟系氣體進行蝕刻的含矽材料。作為含矽材料，具體而言可舉出矽單質；包含矽與氮及氧之一者或兩者之材料；包含矽與過渡金屬之材料；包含矽、氮及氧之一者或兩者與過渡金屬之材料等的矽化合物等，過渡金屬可舉出鉬、鉭、鋯等。
當第3層為加工輔助膜時，加工輔助膜較佳為矽化合物，矽化合物中之矽的含有率較佳為20原子%以上，特佳為33原子%以上且較佳為95原子%以下，特佳為80原子%以下。氮的含有率較佳為50原子%以下，特佳為30原子%以下，更佳為1原子%以上。氧的含有率較佳為70原子%以下，特佳為66原子%以下，需調整蝕刻速度時則更佳為1原子%以上，再更佳為20原子%以上。過渡金屬的含有率較佳為35原子%以下，特佳為20原子%以下。此時，矽、氧、氮及過渡金屬的總含有率較佳為95原子%以上，特佳為99原子%以上，尤佳為100原子%。
當第2層為遮光膜、或遮光膜與抗反射膜之組合且第3層為加工輔助膜時，第2層的膜厚通常為20~100nm，較佳為40~70nm，第3層的膜厚通常為1~30nm，較佳為2~15nm。又，係以使對波長200nm以下的曝光光線之相位移膜與第2層之合計的光學濃度為2.0以上，特佳 為2.5以上，尤佳為3.0以上為佳。
再者，當第2層為加工輔助膜時，作為第3層，可設置遮光膜。又，作為第3層，亦可組合設置遮光膜與抗反射膜。此時，第2層為在相位移膜的圖型形成中發揮作為硬遮罩之機能的加工輔助膜(蝕刻遮罩膜)，亦可作為在第3層之圖型形成中發揮蝕刻阻擋物之機能的加工輔助膜(蝕刻阻擋膜)而利用。作為加工輔助膜之實例，可舉出如日本特開2007-241065號公報(專利文獻4)所示之以含鉻材料所構成的膜。加工輔助膜能以單層構成或以多層構成。加工輔助膜之含鉻材料可舉出鉻單質、鉻氧化物(CrO)、鉻氮化物(CrN)、鉻碳化物(CrC)、鉻氧化氮化物(CrON)、鉻氧化碳化物(CrOC)、鉻氮化碳化物(CrNC)、鉻氧化氮化碳化物(CrONC)等的鉻化合物等。
當第2層為加工輔助膜時，第2層的鉻化合物中之鉻的含有率較佳為40原子%以上，特佳為50原子%以上且較佳為100原子%以下，特佳為99原子%以下，尤佳為90原子%以下。氧的含有率較佳為60原子%以下，特佳為55原子%以下，需調整蝕刻速度時則更佳為1原子%以上。氮的含有率較佳為50原子%以下，特佳為40原子%以下，更佳為1原子%以上。碳的含有率較佳為20原子%以下，特佳為10原子%以下，需調整蝕刻速度時則更佳為1原子%以上。此時，鉻、氧、氮及碳的總含有率較佳為95原子%以上，特佳為99原子%以上，尤佳為100原子%。
另一方面，第3層之遮光膜及抗反射膜較佳 採用蝕刻特性與第2層不同之材料，例如適用於含鉻材料的蝕刻之對氯系乾蝕刻具有耐性的材料，具體而言為能以SF6或CF4等氟系氣體進行蝕刻的含矽材料。作為含矽材料，具體而言可舉出矽單質；包含矽與氮及氧之一者或兩者之材料；包含矽與過渡金屬之材料；包含矽、氮及氧之一者或兩者與過渡金屬之材料等的矽化合物等，過渡金屬可舉出鉬、鉭、鋯等。
當第3層為遮光膜、或遮光膜與抗反射膜之組合時，遮光膜及抗反射膜較佳為矽化合物，矽化合物中之矽的含有率較佳為10原子%以上，特佳為30原子%以上且較佳為未達100原子%，特佳為95原子%以下。氮的含有率較佳為50原子%以下，特佳為40原子%以下，尤佳為20原子%以下，需調整蝕刻速度時則更佳為1原子%以上。氧的含有率較佳為60原子%以下，特佳為30原子%以下，需調整蝕刻速度時則較佳為1原子%以上。過渡金屬的含有率較佳為35原子%以下，特佳為20原子%以下，且更佳為1原子%以上。此時，矽、氧、氮及過渡金屬的總含有率較佳為95原子%以上，特佳為99原子%以上，尤佳為100原子%。
當第2層為加工輔助膜且第3層為遮光膜、或遮光膜與抗反射膜之組合時，第2層的膜厚通常為1~20nm，較佳為2~10nm；第3層的膜厚通常為20~100nm，較佳為30~70nm。又，係以使對波長200nm以下的曝光光線之相位移膜與第2層與第3層之合計的光學濃度為2.0以 上，特佳為2.5以上，尤佳為3.0以上為佳。
於本發明之相位移型空白光罩的第3層上，可設置由單層或多層所構成的第4層。第4層一般係設置成與第3層相鄰。就此第4層，具體而言可舉出在第3層之圖型形成中發揮作為硬遮罩之機能的加工輔助膜。第4層之材料宜為含鉻材料。
作為此種相位移型空白光罩，具體而言可舉出圖2(C)所示者。圖2(C)為表示本發明之相位移型空白光罩之一例的剖面圖，此相位移型空白光罩100係具備透明基板10；形成於透明基板10上的相位移膜1；形成於相位移膜1上的第2層2；形成於第2層2上的第3層3；及形成於第3層3上的第4層4。
當第3層為遮光膜、或遮光膜與抗反射膜之組合時，作為第4層，可設置在第3層之圖型形成中發揮作為硬遮罩之機能的加工輔助膜(蝕刻遮罩膜)。此加工輔助膜較佳採用蝕刻特性與第3層不同之材料，例如適用於含矽材料的蝕刻之對氟系乾蝕刻具有耐性的材料，具體而言為能以含氧之氯系氣體進行蝕刻的含鉻材料。含鉻材料具體而言可舉出鉻單質、鉻氧化物(CrO)、鉻氮化物(CrN)、鉻碳化物(CrC)、鉻氧化氮化物(CrON)、鉻氧化碳化物(CrOC)、鉻氮化碳化物(CrNC)、鉻氧化氮化碳化物(CrONC)等的鉻化合物等。
當第4層為加工輔助膜時，第4層中之鉻的含有率較佳為40原子%以上，特佳為50原子%以上且較佳為 100原子%以下，特佳為99原子%以下，尤佳為90原子%以下。氧的含有率較佳為60原子%以下，特佳為40原子%以下，需調整蝕刻速度時則更佳為1原子%以上。氮的含有率較佳為50原子%以下，特佳為40原子%以下，需調整蝕刻速度時則更佳為1原子%以上。碳的含有率較佳為20原子%以下，特佳為10原子%以下，需調整蝕刻速度時則更佳為1原子%以上。此時，鉻、氧、氮及碳的總含有率較佳為95原子%以上，特佳為99原子%以上，尤佳為100原子%。
當第2層為加工輔助膜、第3層為遮光膜、或遮光膜與抗反射膜之組合且第4層為加工輔助膜時，第2層的膜厚通常為1~20nm，較佳為2~10nm，第3層的膜厚通常為20~100nm，較佳為30~70nm，第4層的膜厚通常為1~30nm，較佳為2~20nm。又，係以使對波長200nm以下的曝光光線之相位移膜與第2層與第3層之合計的光學濃度為2.0以上，特佳為2.5以上，尤佳為3.0以上為佳。
第2層及第4層之以含鉻材料所構成的膜可藉由反應性濺鍍而形成，該反應性濺鍍係使用鉻靶材或對鉻添加選自氧、氮及碳之任1種或2種以上的靶材等，並使用對Ar、He、Ne等稀有氣體，依據待形成之膜的組成而適宜添加選自含氧氣體、含氮氣體、含碳氣體等之反應性氣體的濺鍍氣體。
另一方面，第3層之以含矽材料所構成的膜可藉由反應性濺鍍而形成，該反應性濺鍍係使用矽靶材、 氮化矽靶材、包含矽與氮化矽此兩者之靶材、過渡金屬靶材、矽與過渡金屬之複合靶材等，並使用對Ar、He、Ne等稀有氣體，依據待形成之膜的組成而適宜添加選自含氧氣體、含氮氣體、含碳氣體等之反應性氣體的濺鍍氣體。
本發明之相位移型光罩可由相位移型空白光罩，根據常用方法來製造。例如在相位移膜上形成有作為第2層之含鉻材料的膜之相位移型空白光罩，例如可依下述步驟來製造相位移型光罩。
首先，在相位移型空白光罩的第2層上形成電子束阻劑膜，藉由電子束進行圖型描繪後，藉由既定的顯影操作獲得阻劑圖型。其次，以所得之阻劑圖型為蝕刻遮罩，藉由含氧之氯系乾蝕刻將阻劑圖型轉印於第2層，而得到第2層之圖型。其次，以所得之第2層之圖型為蝕刻遮罩，藉由氟系乾蝕刻將第2層之圖型轉印於相位移膜，而得到相位移膜圖型。於此，需殘留第2層的一部分時，係將保護該部分之阻劑圖型形成於第2層上後，藉由含氧之氯系乾蝕刻去除未經阻劑圖型保護之部分的第2層。然後，藉由常用方法去除阻劑圖型，可獲得相位移型光罩。
又，在相位移膜上形成有作為第2層之含鉻材料的遮光膜、或遮光膜與抗反射膜之組合，且於第2層上形成有作為第3層之含矽材料的加工輔助膜之相位移型空白光罩，例如可依下述步驟來製造相位移型光罩。
首先，在相位移型空白光罩的第3層上形成電子束阻劑膜，藉由電子束進行圖型描繪後，藉由既定的 顯影操作獲得阻劑圖型。其次，以所得之阻劑圖型為蝕刻遮罩，藉由氟系乾蝕刻將阻劑圖型轉印於第3層，而得到第3層之圖型。其次，以所得之第3層之圖型為蝕刻遮罩，藉由含氧之氯系乾蝕刻將第3層之圖型轉印於第2層，而得到第2層之圖型。其次，去除阻劑圖型後，以所得之第2層之圖型為蝕刻遮罩，藉由氟系乾蝕刻將第2層之圖型轉印於相位移膜而得到相位移膜圖型的同時，去除第3層之圖型。其次，將保護欲殘留第2層之部分的阻劑圖型形成於第2層上後，藉由含氧之氯系乾蝕刻去除未經阻劑圖型保護之部分的第2層。然後，藉由常用方法去除阻劑圖型，可獲得相位移型光罩。
另一方面，在相位移膜上形成有作為第2層之含鉻材料的加工輔助膜，且於第2層上形成有作為第3層之含矽材料的遮光膜、或遮光膜與抗反射膜之組合的相位移型空白光罩，例如可依下述步驟來製造相位移型光罩。
首先，在相位移型空白光罩的第3層上形成電子束阻劑膜，藉由電子束進行圖型描繪後，藉由既定的顯影操作獲得阻劑圖型。其次，以所得之阻劑圖型為蝕刻遮罩，藉由氟系乾蝕刻將阻劑圖型轉印於第3層，而得到第3層之圖型。其次，以所得之第3層之圖型為蝕刻遮罩，藉由含氧之氯系乾蝕刻將第3層之圖型轉印於第2層，而得到去除掉待去除相位移膜之部分之第2層的第2層之圖型。其次，去除阻劑圖型並將保護欲殘留第3層之部分的阻劑圖型形成於第3層上後，以所得之第2層之圖型為蝕刻遮 罩，藉由氟系乾蝕刻將第2層之圖型轉印於相位移膜而得到相位移膜圖型的同時，去除未經阻劑圖型保護之部分的第3層。其次，藉由常用方法去除阻劑圖型。然後，藉由含氧之氯系乾蝕刻去除去除掉第3層之部分的第2層，可獲得相位移型光罩。
再者，在相位移膜上形成有作為第2層之含鉻材料的加工輔助膜，於第2層上形成有作為第3層之含矽材料的遮光膜、或遮光膜與抗反射膜之組合且進一步在第3層上形成有作為第4層之含鉻材料的加工輔助膜之相位移型空白光罩，例如可依下述步驟來製造相位移型光罩。
首先，在相位移型空白光罩的第4層上形成電子束阻劑膜，藉由電子束進行圖型描繪後，藉由既定的顯影操作獲得阻劑圖型。其次，以所得之阻劑圖型為蝕刻遮罩，藉由含氧之氯系乾蝕刻將阻劑圖型轉印於第4層，而得到第4層之圖型。其次，以所得之第4層之圖型為蝕刻遮罩，藉由氟系乾蝕刻將第4層之圖型轉印於第3層，而得到第3層之圖型。其次，去除阻劑圖型並將保護欲殘留第3層之部分的阻劑圖型形成於第4層上後，以所得之第3層之圖型為蝕刻遮罩，藉由含氧之氯系乾蝕刻將第3層之圖型轉印於第2層而得到第2層之圖型的同時，去除未經阻劑圖型保護之部分的第4層。其次，以第2層之圖型為蝕刻遮罩，藉由氟系乾蝕刻將第2層之圖型轉印於相位移膜而得到相位移膜圖型的同時，去除未經阻劑圖型保護之部分的第3層。其次，藉由常用方法去除阻劑圖型。然後，藉由 含氧之氯系乾蝕刻去除去除掉第3層之部分的第2層與去除掉阻劑圖型之部分的第4層，可獲得相位移型光罩。
本發明之相位移型光罩在用於將半間距為50nm以下，特佳為30nm以下，尤佳為20nm以下之圖型形成於被加工基板的光微影中，或在以ArF準分子雷射(193nm)、F2雷射(157nm)等波長200nm以下之曝光光線將圖型轉印於形成在被加工基板上之光阻膜的曝光中特別有效。
就本發明之圖型曝光方法，係使用由相位移型空白光罩所製造的相位移型光罩，對包含相位移膜之圖型的光罩圖型照射曝光光線，而將光罩圖型轉印於形成在被加工基板上之屬光罩圖型之曝光對象的光阻膜上。曝光光線的照射可為採乾式條件之曝光或液浸曝光；就本發明之圖型曝光方法，藉由在實際生產時於較短時間內累積照射能量會上升之液浸曝光，尤其是在以300mm以上的晶圓作為被加工基板藉由液浸曝光對光罩圖型進行曝光時特別有效。
[實施例]
以下示出實施例及比較例對本發明具體地加以說明，惟本發明不受下述實施例所限制。
[實施例1]
在濺鍍裝置的腔室內設置152mm見方、厚度6.35mm的 6025石英基板，作為濺鍍靶材係使用矽(Si)靶材，作為濺鍍氣體係使用氬氣、氮氣及氧氣，將對矽(Si)靶材所施加之電力設為1,000W，氬氣的流量設為15sccm，氮氣的流量設為11sccm，氧氣的流量設為11sccm，形成由SiON所構成的單層相位移膜，而得到相位移型空白光罩。此相位移膜對ArF準分子雷射(193nm)的相位差為188°、穿透率為71%，膜厚為113nm。又，以XPS(X射線光電子分光分析法，下同)測定此膜的組成，結果矽(Si)為38原子%、氮(N)為16原子%、氧(O)為46原子%。
[實施例2]
在濺鍍裝置的腔室內設置152mm見方、厚度6.35mm的6025石英基板，作為濺鍍靶材係使用鉬矽(MoSi，表示構成元素，非意指構成元素之組成比(下同))靶材與矽(Si)靶材，作為濺鍍氣體係使用氬氣、氮氣及氧氣，將對鉬矽(MoSi)靶材所施加之電力設為50W，對矽(Si)靶材所施加之電力設為1,800W，氬氣的流量設為15sccm，氮氣的流量設為20sccm，氧氣的流量設為13.5sccm，形成由MoSiON(表示構成元素，非意指構成元素之組成比(下同))所構成的單層相位移膜，而得到相位移型空白光罩。此相位移膜對ArF準分子雷射(193nm)的相位差為185°、穿透率為75%，膜厚為112nm。又，XPS測定此膜的組成，結果矽(Si)為37原子%，氮(N)為15原子%，氧(O)為47原子%，鉬(Mo)相對於鉬(Mo)及矽(Si)之合計的含有比率(原子%比)為0.002， 且鉬(Mo)的含有率為未達1原子%。此時，係形成含有極少量過渡金屬(Mo)的相位移膜，惟形成了相位差、穿透率及膜厚與不含過渡金屬(Mo)的實施例1之相位移膜同等的相位移膜。
[實施例3]
在濺鍍裝置的腔室內設置152mm見方、厚度6.35mm的6025石英基板，作為濺鍍靶材係使用鉬矽(MoSi)靶材與矽(Si)靶材，作為濺鍍氣體係使用氬氣、氮氣及氧氣，將對鉬矽(MoSi)靶材所施加之電力設為高於實施例2的100W，對矽(Si)靶材所施加之電力設為1,750W，氬氣的流量設為15sccm，氮氣的流量設為20sccm，氧氣的流量設為16sccm，形成由MoSiON所構成的單層相位移膜，而得到相位移型空白光罩。此相位移膜對ArF準分子雷射(193nm)的相位差為190°、穿透率為74%，膜厚為130nm。又，以XPS測定此膜的組成，結果矽(Si)為36原子%，氮(N)為10原子%，氧(O)為53原子%，鉬(Mo)相對於鉬(Mo)及矽(Si)之合計的含有比率(原子%比)為0.02，且鉬(Mo)的含有率為未達1原子%。
[比較例1]
在濺鍍裝置的腔室內設置152mm見方、厚度6.35mm的6025石英基板，作為濺鍍靶材係使用鉬矽(MoSi)靶材與矽(Si)靶材，作為濺鍍氣體係使用氬氣、氮氣及氧氣，將對 鉬矽(MoSi)靶材所施加之電力設為高於實施例3的150W，對矽(Si)靶材所施加之電力設為1,700W，氬氣的流量設為17sccm，氮氣的流量設為20sccm，氧氣的流量設為18.7sccm，形成由MoSiON所構成的單層相位移膜，而得到相位移型空白光罩。此相位移膜對ArF準分子雷射(193nm)的相位差為195°、穿透率為71%，膜厚為152nm。又，以XPS測定此膜的組成，結果矽(Si)為34原子%，氮(N)為5原子%，氧(o)為60原子%，鉬(Mo)相對於鉬(Mo)及矽(Si)之合計的含有比率(原子%比)為0.03，且鉬(Mo)的含有率為1原子%。
[比較例2]
在濺鍍裝置的腔室內設置152mm見方、厚度6.35mm的6025石英基板，作為濺鍍靶材係使用鉬矽(MoSi)靶材與矽(Si)靶材，作為濺鍍氣體係使用氬氣、氮氣及氧氣，將對鉬矽(MoSi)靶材所施加之電力設為高於比較例1的200W，對矽(Si)靶材所施加之電力設為1,650W，氬氣的流量設為15sccm，氮氣的流量設為23.5sccm，氧氣的流量設為20sccm，形成由MoSiON所構成的單層相位移膜，而得到相位移型空白光罩。此相位移膜對ArF準分子雷射(193nm)的相位差為188°、穿透率為73%，膜厚為160nm。又，以XPS測定此膜的組成，結果矽(Si)為32原子%，氮(N)為2.6原子%，氧(O)為64原子%，鉬(Mo)相對於鉬(Mo)及矽(Si)之合計的含有比率(原子%比)為0.04，且鉬(Mo)的含有率為1原子%。
[比較例3]
在濺鍍裝置的腔室內設置152mm見方、厚度6.35mm的6025石英基板，作為濺鍍靶材係使用矽(Si)靶材，作為濺鍍氣體係使用氬氣及氧氣，將對矽(Si)靶材所施加之電力設為1,000W，氬氣的流量設為15sccm，氧氣的流量設為40sccm，形成由SiO所構成的單層相位移膜，而得到相位移型空白光罩。此相位移膜對ArF準分子雷射(193nm)的相位差為215°、穿透率為90%，膜厚為200nm。又，以XPS測定此膜的組成，結果矽(Si)為33原子%，氧(O)為67原子%。
1:相位移膜
10:透明基板
11:相位移膜圖型
100:相位移型空白光罩
101:相位移型光罩

Claims (7)

  1. 一種相位移型空白光罩，其特徵為：其係在透明基板上具有由包含至少1層之單層或多層所構成的相位移膜，該至少1層係由過渡金屬、矽、氮及氧所成之層，該相位移膜對波長200nm以下的光之相位移量為150~250°，穿透率為60~80%，上述相位移膜的膜厚為150nm以下，且上述過渡金屬相對於由上述過渡金屬、矽、氮及氧所成之層之上述過渡金屬及矽之合計的含有比率(原子%比)為0.001以上0.03以下。
  2. 如請求項1之相位移型空白光罩，其中上述過渡金屬係包含鉬。
  3. 一種相位移型空白光罩，其特徵為：其係在透明基板上具有由包含至少2層之單層或多層所構成的相位移膜，該至少2層係選自由過渡金屬、矽、氮及氧所成之層及由矽、氮及氧所成之層，該相位移膜對波長200nm以下的光之相位移量為150~250°，穿透率為60~80%，上述相位移膜的膜厚為150nm以下，且上述過渡金屬相對於由上述過渡金屬、矽、氮及氧所成之層之上述過渡金屬及矽之合計的含有比率(原子%比)為0.03以下，上述過渡金屬係包含鉬。
  4. 如請求項1至3中任一項之相位移型空白光罩，其中在構成上述相位移膜的各層中，氮及氧的總含有率為50原子%以上。
  5. 如請求項1至3中任一項之相位移型空白光罩，其中在構成上述相位移膜的各層中，氮的含有率為10原子%以上，且氮的含有率係低於氧的含有率。
  6. 如請求項1至3中任一項之相位移型空白光罩，其進一步在上述相位移膜上具有以含鉻材料所構成之由單層或多層所構成的第2層。
  7. 一種相位移型光罩，其特徵為使用如請求項1至6中任一項之相位移型空白光罩所形成。
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