TWI829153B - 空白遮罩、使用其的光罩以及半導體元件的製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及空白遮罩、使用其的光罩以及半導體元件的製造方法，所述空白遮罩包括透光基板以及配置在所述透光基板上的遮光膜。遮光膜包含過渡金屬、氧以及氮中的至少任意一種。遮光膜包括第一遮光層和配置在所述第一遮光層上的第二遮光層。下述式1中的遮光膜的Rd值為0.4至0.8。 在上述式1中，er 1值是利用氬氣進行蝕刻並測量的所述第一遮光層的蝕刻速度。 er 2值是利用氬氣進行蝕刻並測量的所述第二遮光層的蝕刻速度。 根據本發明的空白遮罩，在對遮光膜進行圖案化時能夠有效地抑制圖案的解析度低下。

Description

空白遮罩、使用其的光罩以及半導體元件的製造方法
本實施方式涉及空白遮罩、使用其的光罩以及半導體元件的製造方法。
隨著半導體裝置等的高積體化，需要半導體裝置的電路圖案的精細化。由此，進一步強調作為使用光罩在晶圓表面上顯影電路圖案的技術的光刻技術的重要性。
為了顯影精細化的電路圖案，要求在曝光製程中所使用的曝光光源實現短波長化。最近使用的曝光光源包括ArF準分子雷射器(波長為193nm)等。
另一方面，光罩包括二元遮罩(Binary mask)、相移遮罩(Phase shift mask)等。
二元遮罩具有在透光基板上形成有遮光層圖案的結構。在二元遮罩的形成有圖案的表面上，不包括遮光層的透射部將會使 曝光光線穿透，而包括遮光層的遮光部將會阻擋曝光光線，從而在晶圓表面的抗蝕劑膜上使圖案曝光。然而，在二元遮罩中，隨著圖案變得更精細，因在曝光製程中在透射部的邊緣處產生的光的衍射而精細圖案顯影上可能會出現問題。
相移遮罩包括利文森型(Levenson type)遮罩、支腿型(Outrigger type)和半色調型(Half-tone type)遮罩。其中，半色調型相移遮罩具有在透光基板10上配置有由半透光膜形成的圖案的結構。在半色調型相移遮罩的配置有圖案的表面上，不包括半透射層的透射部將會使曝光光線穿透，而包括半透射層的半透射部將會使衰減了的曝光光線穿透。上述衰減了的曝光光線與通過透射部的曝光光線相比具有相位差。由此，在透射部的邊緣處所產生的衍射光被穿透了所述半透射部的曝光光線抵消，由此相移遮罩能夠在晶圓的表面形成更精細的精細圖案。
現有技術文獻
專利文獻
韓國授權專利第10-1579843號
韓國授權專利第10-1584383號
韓國授權專利第10-1207724號
本實施方式的目的在於，提供一種在對遮光膜進行圖案化 時能夠有效地抑制圖案的解析度低下的空白遮罩、使用其的光罩以及半導體元件的製造方法。
根據本說明書的一實施例的空白遮罩包括透光基板及配置在上述透光基板上的遮光膜。
上述遮光膜包括過渡金屬、氧及氮中的至少任意一種。
上述遮光膜包括第一遮光層和配置在上述第一遮光層上的第二遮光層。
上述遮光膜的下述式1的Rd值為0.4至0.8。
Figure 111116595-A0305-02-0005-1
在上述式1中，er1值是利用氬氣進行蝕刻並測量的上述第一遮光層的蝕刻速度。
er2值是利用氬氣進行蝕刻並測量的上述第二遮光層的蝕刻速度。
上述er2值可以是0.4Å/s至0.5Å/s。
上述er1值可以0.51Å/s以上。
上述遮光膜的下述式2的Do值可以小於0.05。
[式2]Do=Bo-Po
在上述式2中，上述Bo值是在波長為193nm的曝光光線下測量的上述遮光膜的光學密度。
上述Po值是，向遮光圖案膜的測量區域照射波長為193nm的曝光光線而測量的所述遮光圖案膜的光學密度，所述遮光圖案膜是通過對上述遮光膜進行圖案化來形成的，當從上方觀察遮光圖案膜時，所述測量區域是從上述遮光圖案膜的因圖案化所形成的一個邊緣到向上述遮光圖案膜的內側方向上隔開4nm的位置為止的區域。
上述過渡金屬可以包括Cr、Ta、Ti以及Hf中的至少任意一種。
上述遮光膜的針對氯系氣體的蝕刻速度可以為1.55Å/s以上。
根據本說明書的另一實施例的空白遮罩包括透光基板及配置在上述透光基板上的遮光膜。
上述遮光膜包括過渡金屬、氧以及氮中的至少任意一種。
上述遮光膜包括第一遮光層和配置在上述第一遮光層上的第二遮光層。
通過對上述遮光膜進行圖案化來測量的圖案邊緣損失面積為10nm2以下。
上述圖案邊緣損失面積是，當測量通過對上述遮光膜進行圖案化來形成的遮光圖案膜的透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy，TEM)圖像並觀察上述透射電子顯微鏡圖像時，由第一線、第二線及上述遮光圖案膜的圖案邊緣輪廓圍繞的面積。
上述第一線是，在上述遮光圖案膜的側面輪廓中，當將上述遮光圖案膜的總高度設為100%時，將位於20%的總高度處的第一點和位於40%的總高度處的第二點相連接而成的延長線。
上述第二線是包括圖案膜交叉點並與上述透光基板的上表面平行配置的延長線。
上述圖案膜交叉點是圖案膜中心線與上述遮光圖案膜的上表面輪廓相遇的點。
上述圖案膜中心線是，經過上述遮光圖案膜的底面的中心點、即圖案膜中心點，並且與上述透光基板的上表面形成垂直的延長線。
根據本說明書的再一實施例的光罩包括透光基板及配置在上述透光基板上的遮光圖案膜。
上述遮光圖案膜包含過渡金屬、氧以及氮中的至少任意一種。
上述遮光圖案膜包括第一遮光層和配置在上述第一遮光層上的第二遮光層。
上述遮光膜的下述式1的Rd值為0.4至0.8。
Figure 111116595-A0305-02-0007-2
在上述式1中，er1值是利用氬氣進行蝕刻並測量的上述第一遮光層的蝕刻速度。
er2值是利用氬氣進行蝕刻並測量的上述第二遮光層的蝕 刻速度。
當觀察上述遮光圖案膜的截面時，在上述截面上測量的上述遮光圖案膜的圖案邊緣損失面積可以為10nm2以下。
根據本說明書的再一實施例的半導體元件的製造方法，其包括：準備步驟，用於配置光源、光罩及塗布有抗蝕劑膜的半導體晶圓；曝光步驟，將從上述光源入射的光經由上述光罩選擇性地透射在上述半導體晶圓上並使該光出射；以及顯影步驟，在上述半導體晶圓上顯影圖案。
上述光罩包括：透光基板；以及遮光圖案膜，配置在上述透光基板上。
上述遮光圖案膜包含過渡金屬、氧及氮中的至少任意一種。
上述遮光圖案膜包括第一遮光層和配置在上述第一遮光層上的第二遮光層。
上述遮光圖案膜的下述式1的Rd值為0.4至0.8。
Figure 111116595-A0305-02-0008-3
在上述式1中，er1值是利用氬氣進行蝕刻並測量的上述第一遮光層21的蝕刻速度。
er2值是利用氬氣進行蝕刻並測量的上述第二遮光層的蝕刻速度。
根據本實施方式的空白遮罩等，能夠有效地抑制在對遮光膜進行圖案化時可能會發生的圖案的解析度低下。
10:透光基板
20:遮光膜
21:第一遮光層
22:第二遮光層
23:通過對待測量的空白遮罩的遮光膜進行圖案化來獲得的遮光圖案膜
25:遮光圖案膜
30:相移膜
100:空白遮罩
150:通過對待測量的空白遮罩的遮光膜進行圖案化來形成的遮罩
200:光罩
Le:在遮光圖案膜中通過圖案化形成的一個邊緣
L1:第一線
L2:第二線
L0:圖案膜中心線
p1:第一點
p2:第二點
pc:圖案膜中心點
pi:圖案膜交叉點
Ap:圖案邊緣損失面積
Am:測量區域
圖1為用於說明根據本說明書公開的一實施例的空白遮罩的示意圖。
圖2為用於說明根據另一實施例的對待測量的空白遮罩的遮光膜進行圖案化而形成的遮光圖案膜的示意圖。
圖3為從上方觀察根據再一實施例的對遮光膜進行圖案化而形成的遮光圖案膜的平面圖。
圖4為用於說明根據再一實施例的對遮光膜進行圖案化而形成的遮光圖案膜的圖案邊緣損失面積的測量方法的示意圖。
圖5為用於說明根據再一實施例的空白遮罩的示意圖。
圖6為用於說明根據再一實施例的光罩的示意圖。
在下文中，將對實施例進行詳細描述，以便本實施方式所屬領域具有通常知識者能夠容易地實施實施例。本實施方式可通過多種不同的方式實現，並不限定於在此說明的實施例。
在本說明書中使用的程度的術語“約”或“實質上”等意指具有接近指定的具有容許誤差的數值或範圍的含義，並旨在防止用 於理解本實施方式所公開的準確的或絕對的數值被任何不合情理的協力廠商不正當或非法地使用。
在本說明書全文中，馬庫西形式的表述中包括的“這些組合”這一術語是指選自由馬庫西形式的表述中記載的多個結構要素組成的組中的一種以上的混合或組合，是指包括選自由上述多個結構要素組成的組中的一種以上。
在本說明書全文中，“A和/或B”形式的記載意指“A、B或A及B”。
在本說明書全文中，除非有特別說明，如“第一”、“第二”或“A”、“B”等的術語為了互相區別相同術語而使用。
在本說明書中，B位於A上的含義是指B位於A上或其中間存在其他層的情況下B位於A上或可位於A上，不應限定於B以接觸的方式位於A表面的含義來解釋。
除非有特別說明，在本說明書中單數的表述解釋為包括上下文所解釋的單數或複數的含義。
在本說明書中，室溫是指20℃至25℃。
在本說明書中，遮光圖案膜的表面輪廓是指，在使用透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy，TEM)測量裝置等觀察上述遮光圖案膜的截面時，從上述截面上觀察到的遮光圖案膜的輪廓。
在本說明書中，遮光圖案膜的側面輪廓是指，在使用透射電子顯微鏡測量裝置等觀察上述遮光圖案膜的截面時，從上述截 面上觀察到的遮光圖案膜的側面的輪廓。
在本說明書中，遮光圖案膜的圖案邊緣輪廓是指，在使用透射電子顯微鏡測量裝置等觀察上述遮光圖案膜的截面時，從上述截面上觀察到的遮光圖案膜的上部的邊緣及其周邊部的輪廓。
隨著半導體的高積體化，需要在半導體晶圓上形成更精細的電路圖案。隨著在半導體晶圓上顯影的圖案的線寬進一步減小，光罩的解析度的相關問題也趨於增加。
包括在空白遮罩中的遮光膜可以通過蝕刻等形成為遮光圖案膜。將配置在遮光膜上的抗蝕劑圖案或其他薄膜圖案作為遮罩，並且將蝕刻氣體作為蝕刻劑(etchant)，由此通過蝕刻形成遮光圖案膜。
當通過適用蝕刻氣體作為蝕刻劑的乾法蝕刻方法來對遮光膜進行圖案化時，通過圖案化所形成的遮光圖案膜可能在面內方向上表現出不均勻的光學特性。具體而言，蝕刻氣體可以沿著抗蝕劑圖案或蝕刻遮罩從遮光膜的表面向遮光膜的下部蝕刻遮光膜。在蝕刻過程中，在所形成的遮光圖案膜的側面，側面的上部區域可以與側面的下部區域相比暴露在蝕刻氣體中的時間相對較長。因此，在遮光圖案膜側面的上部區域，在遮光膜的面內方向上可能會發生不必要的蝕刻。這可能成為降低空白遮罩的解析度的因素之一。
本實施方式的發明人確認了通過在遮光膜中導入多層結構且使上層結構比下層結構更緻密等方法來能夠有效地抑制空白 遮罩的解析度低下，從而完成了本實施方式。
在下文中，將詳細描述本實施方式。
圖1為用於說明根據本說明書公開的一實施例的空白遮罩的示意圖。在下文中，將參照上述圖1說明本實施方式的空白遮罩。
空白遮罩100包括透光基板10及配置在上述透光基板10上的遮光膜20。
作為透光基板10的材質，只要是對曝光光線具有透光性且可適用於空白遮罩100的材質，就不受限制。具體而言，透光基板10對於波長為193nm的曝光光線的透射率可以為85%以上。上述透射率可以為87%以上。上述透射率可以為99.99%以下。例如，可以將合成石英基板適用作透光基板10。在這種情況下，透光基板10可以抑制透射上述透光基板10的光的衰減(attenuated)。
另外，通過調節透光基板10的平坦度、粗糙度等表面特性，能夠抑制光學畸變的發生。
遮光膜20可以位於透光基板10的上表面(top side)上。
遮光膜20可以具有至少能夠阻擋從透光基板10的下表面(bottom side)側入射的曝光光線的一定部分的特性。並且，相移膜30(參照圖5)等可以位於透光基板10和遮光膜20之間。在這種情況下，遮光膜20可以在將上述相移膜30等蝕刻成圖案形狀的製程中用作蝕刻遮罩。
遮光膜20包含過渡金屬、氧以及氮中的至少任意一種。
遮光膜20包括第一遮光層21和配置在上述第一遮光層21上的第二遮光層22。
遮光膜的每層緻密度
遮光膜20的下述式1的Rd值為0.4至0.8。
Figure 111116595-A0305-02-0013-4
在上述式1中，er1值是利用氬氣進行蝕刻並測量到的上述第一遮光層21的蝕刻速度。
er2值是利用氬氣進行蝕刻並測量到的上述第二遮光層22的蝕刻速度。
在對遮光膜20進行圖案化的過程中，遮光圖案膜的側面的上部側與下部側相比可以相對更長時間暴露在蝕刻氣體中。因此，在遮光圖案膜側面的上部區域，在遮光膜20的面內方向上可能會發生不必要的蝕刻。因此，遮光圖案膜的側面難以與透光基板10的表面形成接近於垂直的角度。
為了解決上述問題，可以考慮如下控制的方法，即，將第二遮光層22的過渡金屬的含量調節為比第一遮光層21的過渡金屬的含量相對較大，由此使第二遮光層22的基於蝕刻劑的蝕刻速度低於第一遮光層21的基於蝕刻劑的蝕刻速度。然而，即使適用上述方法來減少形成在第二遮光層22的邊緣部分的損傷程度，也因所要求的圖案的線寬逐漸精細化的趨勢，形成在上述邊緣部分 的損傷仍然可能會導致與光罩的解析度相關的問題。此外，當僅僅考慮對遮光圖案膜的側面輪廓的精密控制而調節包含在第二遮光層22中的過渡金屬的含量時，可能會發生遮光膜的蝕刻速度低下和因鉻遷移(Cr migration)而產生的缺陷等。也就是說，除了調節遮光膜的各個層的組成含量之外，還需要通過調節各個層的包括緻密程度等在內的其他特性來更精確地控制由圖案化過程所形成的遮光圖案膜的側面輪廓。
另一方面，針對遮光膜20的圖案化中所使用的蝕刻氣體將會伴隨著與遮光膜20的化學反應。因此，通過蝕刻氣體來測量到的遮光膜20中的各個層的蝕刻速度，可能會收到構成各個層的元素和與蝕刻氣體的反應性等的很大影響。本實施方式的發明人判斷，用蝕刻氣體測量到的數值難以直接反映出各個層的緻密程度。
另一方面，基於氬氣的蝕刻對應於實質上不伴隨與待蝕刻的遮光膜20的化學反應的物理蝕刻。因此，在所有的其他條件相同的情況下，利用氬氣進行蝕刻並測量到的蝕刻速度被認為：與遮光膜20中各個層的組成和化學反應性等無關，並且能夠有效地反映出遮光膜20中各個層的緻密程度的參數。
因此，本實施方式的發明人確認到，通過控制能夠反映出第一遮光層21和第二遮光層22緻密地形成的程度的Rd值來能夠更精密地控制在對遮光膜20進行圖案化時所形成的遮光圖案膜的側面輪廓。
可以根據各種因素控制er1值、er2值以及Rd值。具體而言，上述數值可能會受到如遮光層的密度、遮光層中所含元素的結晶化程度、遮光層中非金屬元素的含量、遮光層中各個構成元素的配置等多種因素的影響。尤其，根據包括遮光膜20中的各個層的成膜時的磁體旋轉速度在內的製程條件、成膜後的冷卻處理等後處理製程條件等，上述數值會發生變化。Rd值的控制手段的詳細說明與以下內容重複，因此將省略。
遮光膜20的Rd值的測量方法如下。
首先，使用透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy，TEM)分別測量第一遮光層21和第二遮光層22的厚度。通過將作為測量對象的空白遮罩100加工成寬度為15mm且長度為15mm的尺寸來準備樣品。在對上述樣品表面進行聚焦離子束(Focused Ion Beam，FIB)處理後，將其配置在TEM圖像測量裝置中，並且測量上述樣品的TEM圖像。從上述TEM圖像分別計算出第一遮光層21和第二遮光層22的厚度。
示例性地，TEM圖像可以通過日本電子光學實驗室(Japan Electron Optics Laboratory，JEOL)的JEM-2100F HR模型來測量。
之後，用氬氣對上述樣品進行蝕刻，由此分別測量出第一遮光層21和第二遮光層22的蝕刻時間。將上述樣品配置在X射線光電子能譜(X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS)測量裝置中，並且用氬氣對位於上述樣品中心部的寬度為4mm且長度為2mm的區域進行蝕刻，由此測量每層的蝕刻時間。在測量每層的 蝕刻時間時，測量裝置內的真空度為1.0×10-8mbar，X射線源(Source)為Monochromator(單色儀)Al Kα(1486.6eV)，陽極功率為72W，陽極電壓為12kV，氬離子束的電壓為1kV。
示例性地，XPS測量裝置可以適用美國賽默飛世爾科技公司(Thermo Fisher Scientific Inc.)的K-Alpha模型。
從測量到的第一遮光層21和第二遮光層22的厚度和蝕刻速度計算出er1值、er2值及Rd值。
遮光膜20的Rd值可以為0.4至0.8。遮光膜20的Rd值可以為0.5至0.77。遮光膜20的Rd值可以為0.6至0.8。遮光膜20的Rd值可以為0.6至0.7。在這種情況下，能夠更精確地控制通過圖案化遮光膜來形成的遮光圖案膜的側面輪廓。
遮光膜20的er2值可以為0.4Å/s至0.5Å/s。遮光膜20的er2值可以為0.4Å/s至0.47Å/s。遮光膜20的er2值可以為0.42Å/s至0.45Å/s。在這種情況下，能夠更容易地將遮光膜20的Rd值控制在本實施方式中預設的範圍內，並且能夠有效地抑制因下面將描述的濺射粒子再沉積(Redeposition)所引起的微粒(particle)形成。
遮光膜20的er1值可以為0.51Å/s以上。遮光膜20的er1值可以為0.55Å/s以上。遮光膜20的er1值可以為0.6Å/s以上。遮光膜20的er1值可以為1.0Å/s以下。遮光膜20的er1值可以為0.8Å/s以下。遮光膜20的er1值可以為0.7Å/s以下。在這種情況下，能夠更容易地調節遮光膜的Rd值，並且能夠更有效地蝕刻遮 光膜。
遮光膜的光學特性
遮光膜20的下述式2的Do值可以小於0.05。
[式2]Do=Bo-Po
在上述式2中，上述Bo值是通過照射波長為193nm的曝光光線來測量的上述遮光膜20的光學密度。
上述Po值是，當從上方觀察對上述遮光膜20進行圖案化而形成的遮光圖案膜時，對所述遮光圖案膜的測量區域照射波長為193nm的曝光光線而測量的所述遮光圖案膜的光學密度，所述測量區域對應於從遮光圖案膜的因圖案化所形成的一個邊緣Le(參照圖3)到向上述遮光圖案膜的內側方向隔開4nm的位置為止的區域。
圖2為用於說明對待測量的空白遮罩的遮光膜進行圖案化而形成的遮光圖案膜的示意圖。在下文中，將參照圖2說明本實施方式。
遮光圖案膜23是通過對遮光膜20進行圖案化來形成的。遮光圖案膜23的側面(遮光圖案膜23的yz面)只要不是空白遮罩本身的側面，通常通過蝕刻形成。通過上述蝕刻來形成的側面的上部區域(在遮光圖案膜23的yz面的位於z軸方向的上方的區域)暴露於蝕刻劑的時間較長，因此與上述側面的下部區域(在遮光圖案膜23的yz面的位於z軸方向的下方的區域)相比可能 會發生更多蝕刻。因此，與遮光圖案膜23的兩個末端(遮光圖案膜23的位於x軸方向上兩側的邊緣)相鄰的部分相較於遮光圖案膜23的中心部(遮光圖案膜23的位於x軸方向上中心的部分)，可以具有相對較薄的厚度。因此，可能會出現在遮光圖案膜23的面內方向上的消光特性偏差。本實施方式可以提供一種通過控制遮光膜的Do值來有效地抑制因圖案化所導致的解析度低下的空白遮罩。
為了控制遮光膜20的Do值，不僅控制遮光膜20中的各個層的其他條件，還需要控制成遮光膜中所含有的各個層本身的緻密度之間存在差異。並且，上述緻密度不僅可能會受到組成影響，而且還可能會受到濺射時的製程條件和濺射後的包括冷卻步驟在內的後處理製程條件等的影響。由於關於上述控制手段的說明與以下內容重複，因此將省略其記載。
圖3為從上方觀察對遮光膜進行圖案化而形成的遮光圖案膜的平面圖。在下文中，將參照圖3說明本實施方式。
Bo值是通過向圖案化之前的遮光膜20的表面照射波長為193nm的曝光光線來測量的。當在遮光膜上形成有另一薄膜(例如，硬遮罩)時，在通過蝕刻去除上述另一薄膜後測量Bo值。當對形成在遮光膜上的另一薄膜進行蝕刻時，蝕刻之前的遮光膜20的厚度與蝕刻之後的遮光膜20的厚度之差被設定在3nm以內。
此後，從通過對遮光膜20進行圖案化來形成的遮光圖案膜23中測量Po值。當從上方觀察上述遮光圖案膜23時，將與從 上述遮光圖案膜23的因圖案化所形成的一個邊緣Le到向上述遮光圖案膜23的內側方向隔開4nm的位置為止的區域對應的區域被定義為測量區域Am。通過對上述測量區域Am照射波長為193nm的曝光光線來測量Po值。
從測量到的上述Bo值和Po值計算出Do值。
上述Bo值和Po值可以用橢圓偏振儀(ellipsometer)測量。例如，可以使用韓國NANO-VIEW公司的MG Pro模型來測量上述Bo值和Po值。
遮光膜20的Do值可以小於0.05。遮光膜20的Do值可以為0.04以下。遮光膜20的Do值可以為0.03以下。遮光膜20的Do值可以為0.02以下。遮光膜20的Do值可以為0.01以上。在這種情況下，能夠有效地抑制因遮光膜20的圖案化所導致的空白遮罩100的解析度低下。
遮光膜20的Bo值可以為1.8以上。遮光膜20的Bo值可以為1.85以上。遮光膜20的Bo值可以為3以下。在這種情況下，包括遮光膜20的薄膜層疊體能夠有效地阻擋曝光光線的透射。
遮光膜20的Po值可以為1.8以上。遮光膜20的Po值可以為1.82以上。遮光膜20的Po值可以為3以下。遮光膜20的Po值可以為2以下。遮光膜20的Po值可以為1.9以下。在這種情況下，能夠有效地幫助抑制空白遮罩100的解析度低下。
對於波長為193nm的光，遮光膜20可以具有1%以上的透射率。對於波長為193nm的光，遮光膜20可以具有1.3%以上的 透射率。對於波長為193nm的光，遮光膜20可以具有1.4%以上的透射率。對於波長為193nm的光，遮光膜20可以具有2%以下的透射率。在這種情況下，包括遮光膜20的薄膜能夠有效地抑制曝光光線的透射。
遮光膜的蝕刻特性
上述遮光膜20的針對氯系氣體的蝕刻速度可以為1.55Å/s以上。
為了提高空白遮罩100的解析度，可能會需要有配置在遮光膜20上的抗蝕劑膜或蝕刻遮罩膜的薄膜化。在對遮光膜20進行圖案化時，控制遮光膜20的針對蝕刻劑的蝕刻速度，由此即使在上述遮光膜20上形成比較薄的抗蝕劑膜等，也可以對遮光膜20進行圖案化。
遮光膜20的蝕刻劑可以包括氯系氣體。氯系氣體可以包括氯氣(Cl2)和氧氣(O2)。
可以通過遮光膜20的各個層的緻密度、遮光膜20的厚度方向上的各個元素的含量分佈、形成遮光膜20時的製程條件、成膜之後的冷卻速度等來控制遮光膜20的針對氯系氣體的蝕刻特性。
用於測量遮光膜20的針對氯系氣體的蝕刻速度的方法如下。
首先，通過測量遮光膜20的TEM圖像來測量遮光膜20的厚度。通過將作為測量對象的空白遮罩100加工成寬度為15mm 且長度為15mm的尺寸來準備樣品。在對上述樣品表面進行聚焦離子束(Focused Ion Beam，FIB)處理後，將其配置在TEM圖像測量裝置中，並且測量上述樣品的TEM圖像。從上述TEM圖像計算出遮光膜20的厚度。
示例性地，TEM圖像可以通過日本電子光學實驗室(Japan Electron Optics Laboratory，JEOL)的JEM-2100F HR模型來測量。
之後，測量遮光膜20的針對氯系氣體的蝕刻時間。作為上述氯系氣體，應用含有90體積比%至95體積比%的氯氣和5體積比%至10體積比%的氧氣的氣體。從上述遮光膜20的厚度和遮光膜20的蝕刻時間計算出遮光膜20的針對氯系氣體的蝕刻速度。
遮光膜20的針對氯系氣體的蝕刻速度可以為1.55Å/s以上。上述蝕刻速度可以為1.6Å/s以上。上述蝕刻速度可以為1.7Å/s以上。上述蝕刻速度可以為3Å/s以下。在這種情況下，可以通過配置在遮光膜20上的抗蝕劑膜的薄膜化，有助於有效地抑制空白遮罩100的解析度低下。
遮光膜的圖案邊緣損失面積
根據本說明書的另一實施例的空白遮罩包括透光基板及配置在上述透光基板上的遮光膜。
遮光膜包含過渡金屬、氧及氮中的至少任意一種。
遮光膜包括：第一遮光層：和配置在上述第一遮光層上的第二遮光層。
通過對遮光膜進行圖案化來測量到的圖案邊緣損失面積為10nm2以下。
圖案邊緣損失面積是，在測量通過對上述遮光膜進行圖案化來形成的遮光圖案膜的透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy，TEM)圖像並觀察上述TEM圖像時，由第一線、第二線及上述遮光圖案膜的圖案邊緣輪廓所圍成的面積。
第一線是，在上述遮光圖案膜的側面輪廓中，當將上述遮光圖案膜的總高度設為100%時，將位於20%的總高度上的第一點和位於40%的總高度上的第二點相連接的延長線。
第二線是，包括圖案膜交叉點，並且與透光基板的上表面平行配置的延長線。
圖案膜交叉點是，圖案膜中心線與遮光圖案膜的上表面輪廓相遇的點。
圖案膜中心線是，經過上述遮光圖案膜的底面的中心點、即圖案膜中心點，並且與上述透光基板的上表面形成垂直的延長線。
可以通過配置在遮光膜20上的抗蝕劑圖案或蝕刻遮罩膜來蝕刻遮光膜20。蝕刻後所形成的遮光圖案膜23的側面輪廓與配置在遮光圖案膜23下方的透光基板10的表面形成為越接近於垂直，越能提高光罩200的解析度。若不精確地控制遮光圖案膜23的側面輪廓，則顯影在半導體晶圓上的圖案的臨界尺寸(Critical Dimension，CD)偏差可能會進一步增加。
本實施方式可以提供一種通過調節遮光膜20的圖案邊緣損失面積來能夠精確地控制實施圖案化時所形成的遮光圖案膜23的側面輪廓的遮光膜20。
圖4為用於說明遮光膜的圖案邊緣損失面積的測量方法的示意圖。在下文中，將參照圖4說明本實施方式。
通過對遮光膜20進行圖案化來形成遮光圖案膜23。
之後，將包含上述遮光圖案膜23的基板加工成寬度為15mm且長度為15mm的尺寸並準備樣品。在對上述樣品的表面進行聚焦離子束(Focused Ion Beam，FIB)處理後，將其配置在TEM圖像測量裝置中，由此測量上述樣品的TEM圖像。
示例性地，TEM圖像可以通過日本電子光學實驗室(Japan Electron Optics Laboratory，JEOL)的JEM-2100F HR模型來測量。
然後，在從上述TEM圖像中觀察到的遮光圖案膜23的側面輪廓中，當將遮光圖案膜23的總高度設為100%時，確定位於20%的總高度上的第一點p1和位於40%的總高度上的第二點p2，並且還確定將上述兩個點相連接的延長線。將上述延長線定義為第一線L1。
確定圖案膜交叉點pi，所述圖案膜交叉點pi是圖案膜中心線L0與遮光圖案膜的上表面輪廓相遇的點，所述圖案膜中心線L0是經過在上述TEM圖像中觀察到的遮光圖案膜23的底面的中心點、即圖案膜中心點pc，並且與透光基板10形成垂直的線。確定包括上述圖案膜交叉點pi並與透光基板10平行配置的延長線。將 上述延長線定義為第二線L2。
圖案邊緣損失面積Ap被定義為由第一線L1、第二線L2及遮光圖案膜23的圖案邊緣輪廓圍繞而成的面積。從上述TEM圖像測量出圖案邊緣損失面積Ap。
遮光膜20的圖案邊緣損失面積Ap可以為10nm2以下。遮光膜20的圖案邊緣損失面積Ap可以為8nm2以下。遮光膜20的圖案邊緣損失面積Ap可以為6nm2以下。遮光膜20的圖案邊緣損失面積Ap可以為0.5nm2以上。在這種情況下，能夠從空白遮罩100實現有效地抑制解析度低下的光罩200。
遮光膜的組成及膜厚
遮光膜20可以包含過渡金屬、氧及氮中的至少任意一種。
遮光膜20可以包括：第一遮光層21；和位於上述第一遮光層21上的第二遮光層22。
本實施方式可以通過控制第二遮光層22中所含有的各個元素的含量來說明遮光膜20表現出所期望的消光特性，並且在對遮光膜20進行圖案化時可以使遮光圖案膜25的側面輪廓與透光基板形成接近於垂直的角度。
第二遮光層22可以包含過渡金屬、氧及氮中的至少任意一種。第二遮光層22可以包含50原子%(at%)至80原子%的過渡金屬。第二遮光層22可以包含55原子%至75原子%的過渡金屬。第二遮光層22可以包含60原子%至70原子%的過渡金屬。
第二遮光層22的對應於氧或氮的元素的含量可以是10原 子%至35原子%。第二遮光層22的對應於氧或氮的元素的含量可以是15原子%至25原子%。
第二遮光層22可以包含5原子%至20原子%的氮。第二遮光層22可以包含7原子%至13原子%的氮。
在這種情況下，第二遮光層22可以有助於使遮光膜20具有優異的消光特性。在這種情況下，能夠更精確地控制通過對遮光膜20進行圖案化來形成的遮光圖案膜23的側面輪廓。
第一遮光層21可以包含過渡金屬、氧及氮。第一遮光層21可以包含30原子%至60原子%的過渡金屬。第一遮光層21可以包含35原子%至55原子%的過渡金屬。第一遮光層21可以包含40原子%至50原子%的過渡金屬。
第一遮光層21的氧含量和氮含量的總和可以是40原子%至70原子%。第一遮光層21的氧含量和氮含量的總和可以是45原子%至65原子%。第一遮光層21的氧含量和氮含量的總和可以是50原子%至60原子%。
第一遮光層21可以包含20原子%至40原子%的氧。第一遮光層21可以包含23原子%至33原子%的氧。第一遮光層21可以包含25原子%至30原子%的氧。
第一遮光層21可以包含5原子%至20原子%的氮。第一遮光層21可以包含7原子%至17原子%的氮。第一遮光層21可以包含10原子%至15原子%的氮。
在這種情況下，第一遮光層21可以有助於使遮光膜20具 有優異的消光特性，而且還有助於提高遮光膜20的蝕刻速度。
上述過渡金屬可以包括Cr、Ta、Ti及Hf中的至少任意一種。上述過渡金屬可以是Cr。
第一遮光層21的膜厚可以是250Å至650Å。第一遮光層21的膜厚可以是350Å至600Å。第一遮光層21的膜厚可以是400Å至550Å。在這種情況下，第一遮光層21能夠有助於使遮光膜20有效地阻擋曝光光線。
第二遮光層22的膜厚可以是30Å至200Å。第二遮光層22的膜厚可以是30Å至100Å。第二遮光層22的膜厚可以是40Å至80Å。在這種情況下，第二遮光層22能夠提高遮光膜20的消光特性，並且有助於進一步精確地控制遮光圖案膜23的側面輪廓。
相對於第一遮光層21的膜厚的第二遮光層22的膜厚比率可以為0.05至0.3。上述膜厚比可以為0.07至0.25。上述膜厚比可以為0.1至0.2。在這種情況下，遮光膜20能夠具有足夠的消光特性，並且在實施圖案化時能夠形成與透光基板的表面接近於垂直的側面輪廓。
其他薄膜
圖5為用於說明根據本說明書的另一實施例的空白遮罩的示意圖。將參照上述圖5說明本實施方式的空白遮罩。
相移膜30可以位於透光基板10和遮光膜20之間。相移膜30是，用於衰減穿透上述相移膜30的曝光光線的強度，並通過調節相位差來實質上抑制產生在圖案邊緣處的衍射光。
對於波長為193nm的光，相移膜30可以具有170°至190°的相位差。對於波長為193nm的光，相移膜30可以具有175°至185°的相位差。對於波長為193nm的光，相移膜30可以具有3%至10%的透射率。對於波長為193nm的光，相移膜30可以具有4%至8%的透射率。在這種情況下，能夠提高包括有上述相移膜30的光罩200的解析度。
相移膜30可以包含過渡金屬和矽。相移膜30可以包含過渡金屬、矽、氧及氮。上述過渡金屬可以是鉬。
關於透光基板10和遮光膜20的說明分別與在上面說明的內容重複，因此將省略其說明。
硬遮罩(未圖示)可以位於遮光膜20上。當對遮光膜20進行圖案蝕刻時，硬遮罩可以用作蝕刻遮罩膜。硬遮罩可以包含矽、氮及氧。
光罩
圖6為用於說明根據本說明書的另一實施例的光罩的示意圖。將參照上述圖6說明本實施方式的光罩。
根據本說明書的另一實施例的光罩200包括：透光基板10；及位於上述透光基板10上的遮光圖案膜25。
遮光圖案膜25包含過渡金屬、氧及氮中的至少任意一種。
遮光圖案膜25包括：第一遮光層21；和配置在上述第一遮光層21上的第二遮光層22。
遮光圖案膜25的下述式1的Rd值為0.4至0.8。
Figure 111116595-A0305-02-0028-5
在上述式1中，er1值是利用氬氣進行蝕刻並測量的上述第一遮光層21的蝕刻速度。
er2值是利用氬氣進行蝕刻並測量的上述第二遮光層22的蝕刻速度。
可以通過對在上面說明的空白遮罩100的遮光膜20進行圖案化來形成遮光圖案膜25。
遮光圖案膜25的Rd值的測量方法與在空白遮罩100中測量遮光膜20的Rd值的方法相同。
遮光圖案膜25的圖案邊緣損失面積可以為10nm2以下。
除了省略對遮光膜20進行圖案化的過程之外，遮光圖案膜25的圖案邊緣損失面積的測量方法與遮光膜20的圖案邊緣損失面積的測量方法相同。
遮光圖案膜25的下述式3的PDo值可以小於0.05。
[式3]PDo=PBo-PPo
在上述式3中，上述PBo值是通過照射波長為193nm的曝光光線來測量的上述遮光圖案膜25的光學密度。
上述PPO值是，通過向所述遮光圖案膜25的測量區域照射波長為193nm的曝光光線來測量的所述遮光圖案膜的光學密度的平均值，當從上方觀察上述遮光圖案膜25時，所述測量區域對 應於從上述遮光圖案膜25的一個邊緣到向上述遮光圖案膜25的內側方向隔開4nm的位置為止的區域。
上述一個邊緣是指，遮光圖案膜25的邊緣中的因蝕刻而形成的邊緣。
遮光圖案膜25的PDo值、PBo值及PPo值的測量方法分別與遮光膜20的Do值、Bo值及Po值的測量方法相同。然而，在測量遮光圖案膜25的PDo值、PBo值及PPo值時省略對遮光膜進行圖案化的過程。此外，在測量PBo值時，作為測量物件的表面是遮光圖案膜25的表面，而不是圖案化之前的遮光膜的表面。
針對遮光圖案膜25的物理特性、組分以及結構等的說明與空白遮罩的遮光膜的說明重複，因此將省略其說明。
遮光膜的製造方法
根據本說明書的一實施例的空白遮罩的製造方法可以包括準備步驟，在上述準備步驟中，將透光基板、濺射靶材(target)以及磁體設置在濺射室(chamber)中。
根據本說明書的一實施例的空白遮罩的製造方法可以包括成膜步驟，在上述成膜步驟中，將氣氛氣體注入到濺射室內，並且控制磁體的旋轉速度，而且對濺射靶材施加電力而在透光基板上形成遮光膜。
根據本說明書的一實施例的空白遮罩的製造方法可以包括熱處理步驟，在上述熱處理步驟中，在150℃至330℃的溫度下進行熱處理5分鐘至30分鐘。
根據本說明書的一實施例的空白遮罩的製造方法，可以包括對經過了上述熱處理步驟的遮光膜進行冷卻的冷卻步驟。
根據本說明書的一實施例的空白遮罩的製造方法可以包括穩定化步驟，在上述穩定化步驟中，將經過了上述冷卻步驟的空白遮罩在30℃至50℃的溫度下進行1分鐘至5分鐘的穩定化。
成膜步驟可以包括：在透光基板上形成第一遮光層的第一遮光層成膜過程；以及，在上述第一遮光層上形成第二遮光層的第二遮光層成膜過程。
在準備步驟中，可以考慮遮光膜的組成而選擇形成遮光膜時的靶材。作為濺射靶材，可以應用一種含有過渡金屬的靶。濺射靶材可以為包括一個含有過渡金屬的靶材的兩個以上的靶材。含有過渡金屬的靶材可以包含90原子%以上的過渡金屬。含有過渡金屬的靶材可以包含95原子%以上的過渡金屬。含有過渡金屬的靶可以包含99原子%的過渡金屬。
過渡金屬可以包括Cr、Ta、Ti及Hf中的至少任意一種。過渡金屬可以包括Cr。
關於配置在濺射室中的透光基板的內容與上述內容重複，因此將省略說明。
在準備步驟中，可以將磁體配置在濺射室中。磁體可以配置在與濺射靶材中的發生濺射的一面相對的表面上。
在遮光膜的成膜步驟中，在形成遮光膜所包括的各個層時，可以採用不同的成膜製程條件。尤其，考慮到遮光膜的消光 特性和蝕刻特性等，可以對各個層採用不同的條件，例如，氣氛氣體組分、腔室內的壓力、施加到濺射靶材的電力、磁體的旋轉速度、成膜時間、基板的旋轉速度等。
氣氛氣體可以包括非活性氣體、反應氣體以及濺射氣體。非活性氣體是包含不構成將要成膜的薄膜的元素的氣體。反應氣體是包含構成將要成膜的薄膜的元素的氣體。濺射氣體是在等離子體氣氛中離子化並與靶材發生碰撞的氣體。非活性氣體可以包括氦。反應氣體可以包括含有氮的氣體。例如，上述含有氮的氣體可以為N2、NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等。反應氣體可以包括含有氧的氣體。例如，上述含有氧的氣體可以為O2、CO2等。反應氣體可以包括含有氮的氣體和含有氧的氣體。上述反應氣體可以包括同時含有氮和氧的氣體。例如，上述同時含有氮和氧的氣體可以為NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等。
濺射氣體可以為Ar氣體。
作為向濺射靶材施加電力的電源，可以使用DC電源，或者也可以使用RF電源。
在遮光膜的成膜步驟中，可以調節磁體的旋轉速度。磁體的旋轉速度可能會對濺射室中所形成的等離子體的分佈區域產生影響。具體而言，隨著磁體的旋轉速度增加，等離子體傾向於在濺射靶材周邊形成，而隨著磁體的旋轉速度降低，等離子體傾向於在透光基板周邊形成。
將要成膜的薄膜的緻密度等可以根據濺射室中所形成的 等離子體的形成位置而變得不同。隨著等離子體越靠近濺射靶材周邊形成，氬離子與濺射靶材的一面之間發生的碰撞次數相對增加，並且薄膜傾向於相對緻密地形成。當考慮到上述的等離子體特性而控制磁體的旋轉速度時，可以相對容易地分別控制形成在遮光膜中的第一遮光層和第二遮光層的緻密度等。
在第一遮光層的成膜過程中，施加到濺射靶材的電力可以為1.5kW至2.5kW。在第一遮光層的成膜過程中，施加到濺射靶材的電力可以為1.6kW至2kW。
在第一遮光層的成膜過程中，相對於氣氛氣體的非活性氣體的流量，反應氣體的流量比率可以為1.5至3。上述流量比率可以為1.8至2.7。上述流量比率可以為2至2.5。
在反應氣體中，相對於所包含在氮含量與氧含量的比率可以為1.5至4。在反應氣體中，相對於所包含的氮含量的氧含量比率可以為2至3。在反應氣體中，相對於所包含的氮含量的氧含量比率可以為2.2至2.7。
在這種情況下，第一遮光層可以有助於使遮光膜具有足夠的消光特性。此外，通過控制第一遮光層的蝕刻特性，可以有助於使圖案化之後的遮光圖案膜的側面輪廓具有接近於與透光基板的表面垂直的形狀。
在第一遮光層的成膜過程中，磁體的旋轉速度可以為90rpm至140rpm。在第一遮光層的成膜過程中，磁體的旋轉速度可以為100rpm至120rpm。在這種情況下，可以有助於提高第一 遮光層的蝕刻速度。
第一遮光層的成膜時間可以為200秒至300秒。第一遮光層的成膜時間可以為210秒至240秒。在這種情況下，第一遮光層可以有助於使遮光膜具有足夠的消光特性。
在第二遮光層的成膜過程中，施加到濺射靶材的電力可以為1kW至2kW。在第二遮光層的成膜過程中，施加到濺射靶材的電力可以為1.2kW至1.7kW。在這種情況下，可以有助於使第二遮光層具有在預設範圍內的緻密度。
在第二遮光層的成膜過程中，相對於氣氛氣體的非活性氣體的流量的反應氣體的流量比率可以為0.3至0.8。上述流量比率可以為0.4至0.6。
在第二遮光層的成膜過程中，在反應氣體中，相對於所包含的氮含量的氧含量比率可以為0.3以下。在反應氣體中，相對於所包含的氮含量的氧含量比率可以為0.1以下。在反應氣體中，相對於所包含的氮含量的氧含量比率可以為0.001以上。
在這種情況下，通過控制第二遮光層的緻密度等，可以使通過圖案化來形成的遮光圖案膜的側面具有接近於與透光基板的表面相對垂直的輪廓。
在第二遮光層的成膜過程中，可以調節磁體的旋轉速度。當僅僅考慮抑制對遮光膜進行圖案化時在遮光圖案膜中的第二遮光層的側面可能會發生的不必要的蝕刻的觀點而控制磁體的旋轉速度時，由濺射靶材所產生的濺射粒子不會沉積在成膜物件的表 面上，而可能會再沉積(redeposition)在上述濺射靶材的表面上。再沉積了的濺射粒子可能作為粒子源(source)起作用，從而導致空白遮罩的解析度下降。本實施方式在第二遮光層的成膜過程中，通過將磁體的旋轉速度控制在預設的範圍內，可以在對遮光膜進行圖案化時精確地控制遮光圖案膜的側面輪廓，而且還可以有效地抑制粒子的形成。
在第二遮光層的成膜過程中，磁體的旋轉速度可以為100rpm至150rpm。在第二遮光層的成膜過程中，磁體的旋轉速度可以為110rpm至140rpm。在這種情況下，當對遮光膜進行圖案化時，可以精確地控制遮光圖案膜的側面輪廓，並且可以抑制由粒子所引起的圖案解析度低下。
第二遮光層的成膜時間可以為10秒至30秒。第二遮光層的成膜時間可以為15秒至25秒。在這種情況下，第二遮光層可以有助於使圖案化了的遮光膜的側面與透光基板表面形成接近於垂直的角度。
在熱處理步驟中，可以對完成了成膜步驟的遮光膜進行熱處理。具體而言，可以在將完成了上述遮光膜的成膜的基板配置在熱處理室中，之後對其進行熱處理。
在熱處理步驟中，氣氛溫度可以為150℃至300℃。上述氣氛溫度可以為170℃至280℃。上述氣氛溫度可以為200℃至250℃。
在熱處理步驟中，熱處理時間可以為5分鐘至25分鐘。 上述熱處理時間可以為10分鐘至20分鐘。在這種情況下，可以有效地減少形成在遮光膜中的應力。
空白遮罩可以在完成熱處理步驟之後的2分鐘內實施冷卻步驟。在這種情況下，可以抑制因加熱而導致遮光膜中所含的過渡金屬的晶粒生長。
在冷卻步驟中，可以使用冷卻板對遮光膜進行冷卻。具體而言，可以在完成了熱處理步驟的空白遮罩的基板側配置調節至預設冷卻溫度的冷卻板，由此冷卻空白遮罩。在冷卻步驟中，可以通過調節空白遮罩與冷卻板之間的間隔來控制空白遮罩的冷卻速度。
在冷卻步驟中，施加於冷卻板的冷卻溫度可以為10℃至40℃。上述冷卻溫度可以為20℃至30℃。
冷卻步驟可以執行5分鐘至20分鐘。冷卻步驟可以執行10分鐘至15分鐘。
在冷卻步驟中，空白遮罩和冷卻板之間的隔開距離可以為0.01mm至30mm。上述隔開距離可以為0.05mm至5mm。上述隔開距離可以為0.1mm至2mm。
在冷卻步驟中，空白遮罩的冷卻速度可以為0.45℃/s至1℃/s。上述冷卻速度可以為0.5℃/s至0.8℃/s。
在這種情況下，可以實質上顯著抑制因冷卻對遮光膜造成的損壞，並且可以有效地抑制因熱處理後的遮光膜中所含的過渡金屬的晶粒生長而導致的各個層、尤其是第二遮光層的緻密度低 下。
在穩定化步驟中，可以使經過了冷卻步驟的空白遮罩穩定化。在經過了冷卻步驟的空白遮罩的情況下，因溫度的急劇變化而可能會對空白遮罩造成重大損壞(damage)。為了防止發生這種情況，可能會需要穩定化步驟。
用於使經過了冷卻步驟的空白遮罩穩定化的方法可以多種多樣。作為一例，在將經過了冷卻步驟的空白遮罩從冷卻板分離後，可以在室溫的大氣中放置預定時間。作為另一例，可以從冷卻板分離出經過了冷卻步驟的空白遮罩，之後在30℃至50℃下進行1分鐘至5分鐘的穩定化。此時，可以使空白遮罩以20rpm至50rpm的旋轉速度旋轉1分鐘至5分鐘。作為另一例，可以將不與空白遮罩發生反應的氣體以5L/分鐘至10L/分鐘的流量向經過了冷卻步驟的空白遮罩噴射1分鐘至5分鐘。此時，不與空白遮罩發生反應的氣體可以具有20℃至40℃的溫度。
半導體元件的製造方法
根據本說明書的另一實施例的半導體元件的製造方法，其包括：準備步驟，用於配置光源、光罩以及塗布有抗蝕劑膜的半導體晶圓；曝光步驟，將從上述光源入射的光經由上述光罩選擇性地透射在上述半導體晶圓上並使該光出射；以及顯影步驟，在上述半導體晶圓上顯影圖案。
光罩包括：透光基板；以及遮光圖案膜，配置在上述透光基板上， 遮光圖案膜包含過渡金屬、氧以及氮中的至少任意一種。
遮光圖案膜包括：第一遮光層；和配置在上述第一遮光層上的第二遮光層。
遮光圖案膜的下述式1的Rd值為0.4至0.8。
Figure 111116595-A0305-02-0037-6
在上述式1中，er1值是利用氬氣進行蝕刻並測量的上述第一遮光層的蝕刻速度。
er2值是利用氬氣進行蝕刻並測量的上述第二遮光層的蝕刻速度。
在準備步驟中，光源是能夠產生具有短波長的曝光光線的裝置。曝光光線可以是具有200nm以下的波長的光。曝光光線可以是具有193nm的波長的ArF光。
可以在光罩和半導體晶圓之間額外地配置透鏡。透鏡具有縮小光罩上的電路圖案形狀並將其轉印到半導體晶圓上的功能。作為透鏡，只要是通常應用於ArF半導體晶圓曝光製程中的透鏡，就不受限制。例如，上述透鏡可以是由氟化鈣(CaF2)構成的透鏡。
在曝光步驟中，可以通過光罩將曝光光線選擇性地透射到半導體晶圓上。在這種情況下，在抗蝕劑膜中的入射了曝光光線的部分可能會發生化學變性。
在顯影步驟中，可以對已經完成曝光步驟的半導體晶圓進 行顯影溶液處理，由此在半導體晶圓上顯影圖案。當所塗布的抗蝕劑膜是正性抗蝕劑(positive resist)時，在抗蝕劑膜中的入射了曝光光線的部分可能會被顯影溶液溶解掉。當所塗布的抗蝕劑膜是負性抗蝕劑(negative resist)時，在抗蝕劑膜中的未入射曝光光線的部分可能會被顯影溶液溶解掉。通過顯影溶液處理，將抗蝕劑膜形成為抗蝕劑圖案。可以通過將上述抗蝕劑圖案作為遮罩，在半導體晶圓上形成圖案。
關於光罩的說明與前面的內容重複，因此將省略說明。
以下，將對具體實施例進行更詳細的說明。
製造例：遮光膜的成膜
實施例1：在DC濺射設備的腔室內，配置了寬度為6英寸、長度為6英寸、厚度為0.25英寸的石英材質的透光基板。將鉻靶材配置在腔室中，使得T/S距離為255mm，並且基板與靶材之間形成25度的角度。在上述鉻靶材的背面設置了磁體。
之後，將混合了21體積比%的Ar、11體積比%的N2、32體積比%的CO2以及36體積比%的He的氣氛氣體導入到腔室中，並且對濺射靶材施加1.85kW的電力，而且將磁體的旋轉速度設為113rpm並進行了250秒的濺射製程，從而形成了第一遮光層。
在形成第一遮光層之後，將混合了57體積比%的Ar和43體積比%的N2的氣氛氣體導入到腔室中，並且對濺射靶材施加1.5kW的電力，而且將磁體的旋轉速度設為113rpm並進行了25秒的濺射製程，從而製造了形成有第二遮光層的空白遮罩的樣品。
將形成第二遮光層後的樣品配置在熱處理室內。之後，在250℃的氣氛溫度下進行了15分鐘的熱處理。從熱處理室中取出結束了熱處理的空白遮罩，並且將空白遮罩在40℃的氣氛溫度下以30rpm的旋轉速度旋轉了2分鐘，由此對其進行了穩定化。
在經過了穩定化的空白遮罩的基板側設置了冷卻溫度為10℃至40℃的冷卻板。空白遮罩的基板和冷卻板之間的隔開距離為0.1mm。冷卻步驟實施了5分鐘至20分鐘。
實施例2：在與實施例1相同的條件下製造了空白遮罩樣品。但不同之處在於，當形成第一遮光層時，作為氣氛氣體採用了混合有19體積比%的Ar、11體積比%的N2、36體積比%的CO2及34體積比%的He的氣體。
實施例3：在與實施例1相同的條件下製造了空白遮罩樣品。但不同之處在於，當形成第一遮光層時，作為氣氛氣體採用了混合有17體積比%的Ar、24體積比%的N2、29體積比%的CO2及30體積比%的He而成的氣體。此外，當冷卻空白遮罩樣品時，空白遮罩的基板表面和冷卻板之間的隔開距離設為2mm。
實施例4：在與實施例2相同的條件下製造了空白遮罩樣品。但不同之處在於，當形成第二遮光層時，磁體的旋轉速度設為127rpm。此外，當冷卻空白遮罩樣品時，空白遮罩的基板和冷卻板之間的隔開距離設為2mm。
實施例5：在與實施例4相同的條件下製造了空白遮罩樣品。但不同之處在於，當形成第一遮光層時，磁體的旋轉速度設 為131rpm。
實施例6：在與實施例2相同的條件下製造了空白遮罩樣品。但不同之處在於，當冷卻空白遮罩樣品時，空白遮罩的基板表面和冷卻板之間的隔開距離設為5mm。
比較例1：在與實施例1相同的條件下製造了空白遮罩樣品。但不同之處在於，當形成第二遮光層時，作為氣氛氣體採用了混合有44體積比%的Ar和56體積比%的N2的氣體。
比較例2：在與實施例2相同的條件下製造了空白遮罩樣品。但不同之處在於，當形成第二遮光層時，磁體的旋轉速度設為89rpm。
比較例3：在與實施例2相同的條件下製造了空白遮罩樣品。但不同之處在於，當冷卻空白遮罩樣品時，空白遮罩的基板表面和冷卻板之間的隔開距離設為10mm。
比較例4：在與實施例2相同的條件下製造了空白遮罩樣品。但不同之處在於，當冷卻空白遮罩樣品時，空白遮罩的基板表面和冷卻板之間的隔開距離設為20mm。
每個實施例和比較例的成膜、熱處理以及冷卻條件記載於下述表1中。
評估例：遮光膜的Rd值測量
將各個實施例和比較例的樣品加工成寬度為15mm、長度為15mm的尺寸。在對加工後的樣品的表面進行了聚焦離子束(Focused Ion Beam，FIB)處理後，將其配置在日本電子光學實 驗室(Japan Electron Optics Laboratory，JEOL)的JEM-2100F HR模型裝置內，並且測量了上述樣品的TEM圖像。從上述TEM圖像分別計算出了第一遮光層和第二遮光層的厚度。
之後，利用氬氣對上述樣品進行蝕刻，由此分別測量了第一遮光層和第二遮光層的蝕刻時間。將上述樣品配置在美國賽默飛世爾科技公司(Thermo Fisher Scientific Inc.)的K-Alpha模型裝置內，並且利用氬氣對位於上述樣品的中心部的寬度為4mm且長度為2mm的區域進行蝕刻，由此測量了每個層的蝕刻時間。當測量每個層的蝕刻時間時，測量裝置內的真空度為1.0×10-8mbar，X射線源(Source)為Monochromator Al Kα(1486.6eV)，陽極功率為72W，陽極電壓為12kV，氬離子束的電壓為1kV。
從測量到的第一遮光層和第二遮光層的厚度和蝕刻速度計算出er1值、er2值及Rd值。從各個實施例和比較例測量到的er1值、er2值及Rd值記載於下述表2。
評估例：遮光膜的光學特性測量
從各個實施例和比較例的樣品的遮光膜的表面，使用韓國NANO-VIEW公司的MG Pro模型來測量了針對波長為193nm的曝光光線的光學密度、即Bo值以及透射率。
之後，通過對遮光膜進行圖案化來形成了遮光圖案膜。使用了韓國NANO-VIEW公司的MG Pro模型來向上述遮光圖案膜的測量區域照射波長為193nm的曝光光線而測量了Po值，當從上方觀察上述遮光圖案膜時，所述測量區域對應於從上述遮光圖案 膜的因圖案化所形成的一個邊緣到向上述遮光圖案膜的內側方向隔開4nm的位置為止的區域。
從測量到的Bo值和Po值計算出Do值。
在各個實施例和比較例中測量到的Do值、Bo值、Po值以及針對波長為193nm的光的透射率記載於下述表2中。
評估例：遮光膜的蝕刻特性測量
通過測量各個實施例和比較例的樣品中所包含的遮光膜的TEM圖像來測量了遮光膜的厚度。將樣品加工成寬度為15mm且長度為15mm的尺寸。在對加工後的上述樣品的表面進行聚焦離子束(Focused Ion Beam，FIB)處理後，將其配置在日本電子光學實驗室(Japan Electron Optics Laboratory，JEOL)的JEM-2100F HR模型裝置內，並且測量了上述樣品的TEM圖像。從上述TEM圖像計算出遮光膜的厚度。
之後，測量了遮光膜的針對氯系氣體的蝕刻時間。作為上述氯系氣體，採用了含有90體積比%至95體積比%的氯氣和5體積比%至10體積比%的氧氣的氣體。從上述遮光膜的厚度和遮光膜的蝕刻時間計算出了遮光膜的針對氯系氣體的蝕刻速度。
各個實施例和比較例的蝕刻速度的測量值記載於下述表2中。
評估例：遮光膜的圖案邊緣損失面積測量
通過對各個實施例和比較例的樣品的遮光膜進行圖案化來形成了遮光圖案膜。之後，將包括上述遮光圖案膜的基板加工 成寬度為15mm且長度為15mm的尺寸。在對上述樣品的表面進行聚焦離子束(Focused Ion Beam，FIB)處理後，將其配置在日本電子光學實驗室(Japan Electron Optics Laboratory，JEOL)的JEM-2100F HR模型裝置內，並且測量了上述樣品的TEM圖像。
然後，在上述TEM圖像中觀察到的遮光圖案膜的側面輪廓中，當將遮光圖案膜的總高度設為100%時，確定了位於20%的總高度上的點和位於40%的總高度上的點，還確定了將上述兩個點相連接的延長線、即第一線。
通過確定經過上述TEM圖像中觀察到的遮光圖案膜的中心部的直線和上表面輪廓的交叉點，來確定了包括上述交叉點且與透光基板平行配置的延長線、即第二線。
從上述TEM圖像測量了由第一線、第二線及遮光圖案膜的輪廓圍繞而成的面積、即圖案邊緣損失面積。
從各個實施例和比較例測量到的圖案邊緣損失面積記載於下述表2中。
Figure 111116595-A0305-02-0043-13
Figure 111116595-A0305-02-0044-14
Figure 111116595-A0305-02-0044-15
Figure 111116595-A0305-02-0045-16
在上述表2中，實施例1至實施例6的Rd值為0.4至0.8，另一方面，比較例1和實施例2的Rd值小於0.4或大於0.8。
對於Do值而言，實施例1至實施例6的Do值小於0.05，另一方面，所有比較例的Do值均為0.05以上。
對於透射率而言，實施例1至實施例6的透射率為1.55%以下，另一方面，比較例2的透射率為1.7%以上。
對於蝕刻速度而言，所有實施例和比較例的蝕刻速度均為1.6Å/s以上。
對於圖案邊緣損失面積而言，實施例1至實施例6的圖案邊緣損失面積為8nm2以下，另一方面，所有比較例的圖案邊緣損失面積均為8.5nm2以上。
以上對本發明的優選實施例進行了詳細說明，但本發明的範圍並不限定於此，利用所附發明要求保護範圍中所定義的本發明的基本概念的本發明所屬技術領域具有通常知識者的各種變形及改良形態也屬於本發明的範圍。
100:空白遮罩
10:透光基板
20:遮光膜
21:第一遮光層
22:第二遮光層

Claims (9)

  1. 一種空白遮罩，包括：透光基板；以及遮光膜，配置在所述透光基板上，所述遮光膜包含過渡金屬、氧以及氮中的至少任意一種，所述遮光膜包括第一遮光層和配置在所述第一遮光層上的第二遮光層，下述式1中的所述遮光膜的Rd值為0.4至0.8，且er2值為0.4Å/s至0.5Å/s，
    Figure 111116595-A0305-02-0047-7
     在上述式1中，er1值是利用氬氣進行蝕刻並測量的所述第一遮光層的蝕刻速度，所述er2值是利用氬氣進行蝕刻並測量的所述第二遮光層的蝕刻速度。
  2. 如請求項1所述的空白遮罩，其中，所述過渡金屬包括Cr、Ta、Ti以及Hf中的至少任意一種。
  3. 如請求項1所述的空白遮罩，其中，所述遮光膜的針對氯系氣體的蝕刻速度為1.55Å/s以上。
  4. 如請求項1所述的空白遮罩，其中，對所述遮光膜進行圖案化而形成遮光圖案膜，並且測量的所述遮光圖案膜的圖案邊緣損失面積為10nm2以下， 所述圖案邊緣損失面積是，當測量所述遮光圖案膜的透射電子顯微鏡圖像並觀察所述透射電子顯微鏡圖像時，由第一線、第二線以及所述遮光圖案膜的圖案邊緣輪廓圍繞的面積，所述第一線是，在所述遮光圖案膜的側面輪廓中，當將所述遮光圖案膜的總高度設為100%時，將位於20%的總高度的第一點和位於40%的總高度的第二點相連接的延長線，所述第二線是包括圖案膜交叉點並與所述透光基板的上表面平行配置的延長線，所述圖案膜交叉點是圖案膜中心線與所述遮光圖案膜的上表面輪廓相遇的點，所述圖案膜中心線是，經過作為所述遮光圖案膜的底面的中心點的圖案膜中心點，並且與所述透光基板的上表面形成垂直的延長線。
  5. 一種光罩，包括：透光基板；以及遮光圖案膜，配置在所述透光基板上，所述遮光圖案膜包含過渡金屬、氧以及氮中的至少任意一種，所述遮光圖案膜包括第一遮光層和配置在所述第一遮光層上的第二遮光層，下述式1中的所述遮光圖案膜的Rd值為0.4至0.8，且er2值為0.4Å/s至0.5Å/s，
    Figure 111116595-A0305-02-0048-8
     在上述式1中， er1值是利用氬氣進行蝕刻並測量的所述第一遮光層的蝕刻速度，所述er2值是利用氬氣進行蝕刻並測量的所述第二遮光層的蝕刻速度。
  6. 一種光罩，包括：透光基板；以及遮光圖案膜，配置在所述透光基板上，所述遮光圖案膜包含過渡金屬、氧以及氮中的至少任意一種，所述遮光圖案膜包括第一遮光層和配置在所述第一遮光層上的第二遮光層，下述式1中的所述遮光圖案膜的Rd值為0.4至0.8，
    Figure 111116595-A0305-02-0049-9
     在上述式1中，er1值是利用氬氣進行蝕刻並測量的所述第一遮光層的蝕刻速度，er2值是利用氬氣進行蝕刻並測量的所述第二遮光層的蝕刻速度，其中當觀察所述遮光圖案膜的截面時，在所述截面上測量的所述遮光圖案膜的圖案邊緣損失面積為10nm2以下。
  7. 一種半導體元件的製造方法，包括：準備步驟，用於配置光源、光罩以及塗布有抗蝕劑膜的半導體晶圓； 曝光步驟，將從所述光源入射的光經由所述光罩選擇性地透射在所述半導體晶圓上並使所述光出射；以及顯影步驟，在所述半導體晶圓上顯影圖案，所述光罩包括：透光基板；以及遮光圖案膜，配置在所述透光基板上，所述遮光圖案膜包含過渡金屬、氧以及氮中的至少任意一種，所述遮光圖案膜包括第一遮光層和配置在所述第一遮光層上的第二遮光層，下述式1中所述遮光圖案膜的Rd值為0.4至0.8，且er2值為0.4Å/s至0.5Å/s，
    Figure 111116595-A0305-02-0050-10
     在上述式1中，er1值是利用氬氣進行蝕刻並測量的所述第一遮光層的蝕刻速度，所述er2值是利用氬氣進行蝕刻並測量的所述第二遮光層的蝕刻速度。
  8. 一種空白遮罩，包括：透光基板；以及遮光膜，配置在所述透光基板上，所述遮光膜包含過渡金屬、氧以及氮中的至少任意一種，所述遮光膜包括第一遮光層和配置在所述第一遮光層上的第二遮光層， 下述式1中的所述遮光膜的Rd值為0.4至0.8，且er1值為0.51Å/s以上，
    Figure 111116595-A0305-02-0051-11
     在上述式1中，所述er1值是利用氬氣進行蝕刻並測量的所述第一遮光層的蝕刻速度，er2值是利用氬氣進行蝕刻並測量的所述第二遮光層的蝕刻速度。
  9. 一種空白遮罩，包括：透光基板；以及遮光膜，配置在所述透光基板上，所述遮光膜包含過渡金屬、氧以及氮中的至少任意一種，所述遮光膜包括第一遮光層和配置在所述第一遮光層上的第二遮光層，下述式1中的所述遮光膜的Rd值為0.4至0.8，且下述式2中的所述遮光膜的Do值小於0.05，
    Figure 111116595-A0305-02-0051-12
     在上述式1中，er1值是利用氬氣進行蝕刻並測量的所述第一遮光層的蝕刻速度，er2值是利用氬氣進行蝕刻並測量的所述第二遮光層的蝕刻速度， [式2]Do=Bo-Po在上述式2中，Bo值是通過照射波長為193nm的曝光光線來測量的所述遮光膜的光學密度，Po值是向遮光圖案膜的測量區域照射波長為193nm的曝光光線來測量的所述遮光圖案膜的光學密度，所述遮光圖案膜是通過對所述遮光膜進行圖案化來形成的，當從上方觀察所述遮光圖案膜時，所述測量區域對應於從所述遮光圖案膜的因圖案化而形成的一個邊緣到向所述遮光圖案膜的內側方向隔開4nm的位置為止的區域。
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