TWI575305B - 遮罩毛胚、相位移遮罩及其製造方法 - Google Patents

遮罩毛胚、相位移遮罩及其製造方法 Download PDF

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Description

遮罩毛胚、相位移遮罩及其製造方法
本發明係關於用於半導體元件製造之遮罩毛胚、相位移遮罩及其之製造方法，尤其是在使用於高NA曝光裝置、將遮罩圖案轉印至晶圓上時，用於晶圓上之圖案之半間距為40nm以下之微影技術的半色調型之相位移遮罩。
半導體元件之高集成化、細微化，係已由設計規範45nm節點進展至32nm節點，進而已進展至22m節點以下之半導體元件的開發。為了實現此等半導體元件之高集成化、細微化，目前係進行藉由使用了曝光波長193nm之ArF準分子雷射的光學式投影曝光裝置，使用光罩於晶圓上進行圖案轉印之光微影技術。光微影技術中，作為曝光裝置的高解析技術，增大投影透鏡之開口數(NA)的高NA曝光技術、於投影透鏡與曝光對象之間介存高折射率媒體而進行曝光的液浸曝光技術、變形照明搭載曝光技術等的開發、實用化正急速進展中。
因此，為了提升解析度，近年來提案有超解析技術(RET技術，Resolution Enhancement Technique)。作為此種超解析技術，有如配合曝光光學系統之特性而對遮罩圖案賦予輔助圖案或偏差(遮罩線寬等之修正量)而使遮罩圖案最佳化的方法，或所謂離軸照明法(亦稱為斜入射照明法)的方法等。於離軸照明法中，通常使用利用了瞳濾波 片之環狀照明、利用了雙極(dipole)之瞳濾波片的二孔照明、及利用了四極(C-quad)之瞳濾波片的四孔照片等。
另一方面，作為用於光微影技術之光罩(亦稱為光網(reticle))中之解析度提升對策，於透明基板上以鉻等形成遮光膜，使由光穿透部分與遮光部分構成圖案之習知二元型光罩(以下亦稱為二元遮罩)之細微化、高精度化的同時，已進行下述者之開發、實用化：利用光干涉之相位移效果而達到解析度提升的雷文生型相位移遮罩；由使光穿透之部分與半穿透之部分所構成的半色調型相位移遮罩；未設置鉻等遮光層之無鉻型相位移遮罩等相位移遮罩。
上述半色調型相位移遮罩中，作為通常構成，係於透明基板上具有由半透明膜所構成的遮罩圖案(以下亦稱為半透明圖案膜)者，設計為使穿透此半透明圖案膜之曝光光與穿透透明基板之曝光光的相位反轉。
於此種半色調型相位移遮罩中，在設有半透明圖案膜之部分(以下亦稱為遮罩圖案部)與露出透明基板之部分間的境界部，產生因相位反轉所造成的光強度降低，可抑制光強度分佈之裙邊擴展。於半透明圖案膜之材料，主要使用矽化鉬(MoSi)之化合物，例如廣泛使用氧化氮化矽化鉬(MoSiON)等。
於此，半透明圖案膜之穿透率習知係設計為6%左右，但在遮罩圖案部之面積較大處，由於穿透此半透明圖案膜之曝光光，有轉印像變得不鮮明的問題。
因此，提案有於半透明圖案膜上設置遮光部(以下亦稱為遮光圖案膜)，確實將不需要之曝光光予以遮光的構成(例如參照專利文獻1)。此種構成之半色調型相位移遮罩係稱為三色調遮罩(tritone mask)。
於此，在適合用於微小之點圖案或孔圖案之形成用的半透明圖案膜的穿透率為較高之三色調遮罩的情況，由於半透明圖案膜上之遮光圖案膜需要更高之遮光性，故必須增厚遮光圖案膜。
然而，若增厚遮光圖案膜，則有用於對遮光圖案膜進行加工之抗蝕劑圖案亦增厚的必要，而使細微圖案的加工變得困難。又，在遮罩加工的過程中，有遮光圖案膜與半透明圖案膜之高度變高，於洗淨時亦容易發生圖案崩塌的不良情形。
另外，在用於晶圓上之圖案之半間距(hp)40nm以下的二 元遮罩中，光罩上之遮罩圖案之線寬係較用於微影之ArF準分子雷射曝光光之波長193nm小，藉由採用過去為了形成細微圖案而利用了斜入射照明法或瞳濾波片等之超解析技術，若遮罩圖案區域的遮光圖案膜的膜厚較厚，則產生起因於電磁場(EMF：Electro Magnetics Field)效果之屬於遮罩圖案線寬之修正量的偏差(稱為EMF偏差)之值變大的問題。
而且，此種問題亦發生於上述般之具有遮光圖案膜的半色調型相位移遮罩(三色調遮罩)中。
因此，於具有遮光圖案膜之半色調型相位移遮罩(三色調遮罩)中，亦對於以上述電磁場(EMF)效果為起因之課題，進行對遮罩材料之重新檢討，近年來，作為鉻系以外之遮光圖案膜的材料，提案有使用了矽化鉬(MoSi)系材料的三色調遮罩(例如參照專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平8-292550號公報
[專利文獻2]日本專利特開2007-241137號公報
然而，配合上述薄膜化要求而調整組成之由矽化鉬(MoSi)系材料所構成的遮光圖案膜，係遮罩洗淨時之耐藥品性、或ArF準分子雷射曝光時之耐光性不足，於在遮光圖案膜使用了上述矽化鉬(MoSi)系材料的三色調遮罩中，有無法穩定維持光學密度等品質的問題。
因此，本發明係有鑑於上述問題點，提供一種遮罩毛胚、相位移遮罩及其製造方法，可用於製作遮光圖案膜薄，且維持充分之遮光性能，而可使抗蝕劑薄膜化，提升洗淨耐性，即使在使用了高穿透率之半透明圖案膜的情況，仍可製作細微圖案，進而可減小EMF偏差值，圖案加工性、耐光性、耐藥品性優越，適合於晶圓上之半間距40nm以下之微影技術的半色調型相位移遮罩。
為了解決上述課題，本發明第1發明之遮罩毛胚，係用於製造應用ArF準分子雷射曝光光之半色調型相位移遮罩者，其特徵為，包含有透明基板、形成於上述透明基板上且控制上述曝光光之相位及穿透率的半透明層、形成於上述半透明層上之中間層、與形成於上述中間層上之遮光層；上述遮光層係由不含過渡金屬之單一金屬材料所構成，上述遮光層之膜厚為40nm以下；已積層上述半透明層、上述中間層、上述遮光層之3種層的積層體相對於上述曝光光之光學密度，係可發揮作為遮光區域機能的值以上。
本發明第2發明之遮罩毛胚，係於第1發明之遮罩毛胚中，已積層上述半透明層、上述中間層、上述遮光層之3種層的積層 體，係以對於上述曝光光之光學密度為2.8以上之方式調整。
本發明第3發明之遮罩毛胚，係於第1發明或第2發明之遮罩毛胚中，上述半透明層相對於上述曝光光之穿透率T與上述遮光層之膜厚d的關係，係T=6%時為23nm≦d≦27nm之範圍，T=20%時為31nm≦d≦35nm之範圍，T=30%時為33nm≦d≦37nm之範圍。
本發明第4發明之遮罩毛胚，係於第1發明或第2發明之遮罩毛胚中，上述遮光層係由折射率n為1.0以下、且消光係數k為2.0以上之單一金屬材料所構成。
本發明第5發明之遮罩毛胚，係於第1發明或第2發明之遮罩毛胚中，上述單一金屬材料為矽。
本發明第6發明之遮罩毛胚，係於第1發明或第2發明之遮罩毛胚中，上述半透明層係由SixO1-x-yNy(x及y係滿足0<x<1、0<y<1及0<x+y≦1)所構成。
本發明第7發明之遮罩毛胚，係於第1發明或第2發明之遮罩毛胚中，上述中間層係由對於已使用氟系氣體之乾式蝕刻具有耐性的材料所構成。
本發明第8發明之遮罩毛胚，係於第1發明或第2發明之遮罩毛胚中，上述中間層係由含有鉻(Cr)之鉻系材料所構成，且上述中間層之膜厚為2nm~5nm之範圍內。
本發明第9發明之遮罩毛胚，係於第1發明或第2發明之遮罩毛胚中，於上述遮光層上，具有由對於已使用氟系氣體之乾式蝕刻具有耐性的材料所構成之硬遮罩層。
本發明第10發明之相位移遮罩，係應用ArF準分子雷射曝光光的半色調型相位移遮罩，其特徵為，包含有：透明基板、形 成於上述透明基板上且控制上述曝光光之相位及穿透率的半透明圖案膜、形成於上述半透明圖案膜上之中間圖案膜、與形成於上述中間圖案膜上之遮光圖案膜；上述遮光圖案膜係由不含過渡金屬之單一金屬材料所構成，上述遮光圖案膜之膜厚為40nm以下；已積層上述半透明圖案膜、上述中間圖案膜、上述遮光圖案膜之3種膜的積層體相對於上述曝光光之光學密度，係可發揮作為遮光區域機能的值以上。
本發明第11發明之相位移遮罩，係於第10發明之相位移遮罩中，已積層上述半透明圖案膜、上述中間圖案膜、上述遮光圖案膜之3種膜的積層體，係以對於上述曝光光之光學密度為2.8以上之方式調整。
本發明第12發明之相位移遮罩，係於第10發明或第11發明之相位移遮罩中，上述半透明圖案膜相對於上述曝光光之穿透率T與上述遮光圖案膜之膜厚d的關係，係T=6%時為23nm≦d≦27nm之範圍，T=20%時為31nm≦d≦35nm之範圍，T=30%時為33nm≦d≦37nm之範圍。
本發明第13發明之相位移遮罩，係於第10發明或第11發明之相位移遮罩中，上述遮光圖案膜係由折射率n為1.0以下、且消光係數k為2.0以上之單一金屬材料所構成。
本發明第14發明之相位移遮罩，係於第10發明或第11發明之相位移遮罩中，上述單一金屬材料為矽。
本發明第15發明之相位移遮罩，係於第10發明或第11發明之相位移遮罩中，上述半透明圖案膜係由SixO1-x-yNy(x及y係滿足0<x<1、0<y<1及0<x+y≦1)所構成。
本發明第16發明之相位移遮罩，係於第10發明或第11 發明之相位移遮罩中，上述中間圖案膜係由對於已使用氟系氣體之乾式蝕刻具有耐性的材料所構成。
本發明第17發明之相位移遮罩，係於第10發明或第11發明之相位移遮罩中，上述中間圖案膜係由含有鉻(Cr)之鉻系材料所構成，且上述中間圖案膜之膜厚為2nm~5nm之範圍內。
本發明第18發明之相位移遮罩之製造方法，其特徵為依序具有下述步驟：準備具有硬遮罩層之遮罩毛胚的步驟，該具有硬遮罩層之遮罩毛胚係具有透明基板、形成於上述透明基板上且控制上述曝光光之相位及穿透率的半透明層、形成於上述半透明層上之中間層、與形成於上述中間層上之遮光層，上述遮光層係由不含過渡金屬之單一金屬材料所構成，於該遮罩毛胚之上述遮光層上形成有硬遮罩層；於上述硬遮罩層上，形成第1抗蝕劑圖案膜的步驟；對由上述第1抗蝕劑圖案膜露出之上述硬遮罩層進行蝕刻，形成第1形態之硬遮罩圖案膜的步驟；對由上述第1形態之硬遮罩圖案膜露出之上述遮光層，將上述中間層用於蝕刻停止層而進行蝕刻，形成第1形態之遮光圖案膜的步驟；將上述第1抗蝕劑圖案膜去除的步驟；形成第2抗蝕劑圖案膜的步驟，該第2抗蝕劑圖案膜係被覆上述第1形態之硬遮罩圖案膜之所希望區域、及由上述第1形態之遮光圖案膜露出之上述中間層之所希望區域；對由上述第2抗蝕劑圖案膜露出之上述第1形態之硬遮罩圖案膜、及由上述第2抗蝕劑圖案膜與上述第1形態之遮光圖案膜露出之上述中間層進行蝕刻，形成第2形態之硬遮罩圖案膜及第1形態之中間圖案膜的步驟；去除上述第2抗蝕劑圖案膜的步驟；對由上述第2形態之硬遮罩圖案膜露出之上述第1形態之遮光圖案膜、與由上述第1形態之中間圖案膜露出之上述半透明層進行蝕刻，形成第2 形態之遮光圖案膜及半透明圖案膜的步驟；與對由上述第2形態之硬遮罩圖案膜及上述第2形態之遮光圖案膜露出之上述第1形態之中間圖案膜進行蝕刻，一邊去除上述第2形態之硬遮罩圖案膜、一邊形成第2形態之中間圖案膜的步驟。
本發明第19發明之相位移遮罩之製造方法，其特徵為依序具有下述步驟：準備具有硬遮罩層之遮罩毛胚的步驟，該具有硬遮罩層之遮罩毛胚係具有透明基板、形成於上述透明基板上且控制上述曝光光之相位及穿透率的半透明層、形成於上述半透明層上之中間層、與形成於上述中間層上之遮光層，上述遮光層係由不含過渡金屬之單一金屬材料所構成，於該遮罩毛胚之上述遮光層上形成有硬遮罩層；於上述硬遮罩層上，形成第1抗蝕劑圖案膜的步驟；對由上述第1抗蝕劑圖案膜露出之上述硬遮罩層進行蝕刻，形成第1形態之硬遮罩圖案膜的步驟；對由上述第1形態之硬遮罩圖案膜露出之上述遮光層，將上述中間層用於蝕刻停止層而進行蝕刻，形成第1形態之遮光圖案膜的步驟；對由上述第1形態之遮光圖案膜露出之上述中間層進行蝕刻，形成第1形態之中間圖案膜的步驟；將上述第1抗蝕劑圖案膜去除的步驟；形成第2抗蝕劑圖案膜的步驟，該第2抗蝕劑圖案膜係被覆上述第1形態之硬遮罩圖案膜之所希望區域；對由上述第2抗蝕劑圖案膜露出之上述第1形態之硬遮罩圖案膜進行蝕刻，形成第2形態之硬遮罩圖案膜的步驟；去除上述第2抗蝕劑圖案膜的步驟；對由上述第2形態之硬遮罩圖案膜露出之上述第1形態之遮光圖案膜、及由上述第1形態之中間圖案膜露出之上述半透明層進行蝕刻，形成第2形態之遮光圖案膜及半透明圖案膜的步驟；對由上述第2形態之硬遮罩圖案膜及上述第2形態之遮光圖案膜露出之上述第1形態之中間圖 案膜進行蝕刻，一邊去除上述第2形態之硬遮罩圖案膜、一邊形成第2形態之中間圖案膜的步驟。
根據本發明，可得到具備有即使經薄膜化仍對曝光光具有高遮光性之遮光圖案膜，可減小EMF偏差值，圖案加工性佳，耐藥品性、耐光性優越，適合於晶圓上之半間距40nm以下之微影技術的半色調型相位移遮罩。
10、20‧‧‧遮罩毛胚
11‧‧‧透明基板
12‧‧‧半透明層
13‧‧‧中間層
14‧‧‧遮光層
21‧‧‧硬遮罩層
22、23、24、25‧‧‧硬遮罩圖案膜
30、40‧‧‧相位移遮罩
32、32a、32b、32c、32d‧‧‧半透明圖案膜
33、33a、33b、33c‧‧‧中間圖案膜
34、34a、34b、34c‧‧‧遮光圖案膜
42、42a、42b、42c、42d‧‧‧半透明圖案膜
43、43a、43b、43c‧‧‧中間圖案膜
44、44a、44b、44c‧‧‧遮光圖案膜
51、53、54、56‧‧‧抗蝕劑圖案膜
52、55‧‧‧抗蝕劑層
63、73‧‧‧中間圖案膜
64、74‧‧‧遮光圖案膜
91‧‧‧光穿透部
92‧‧‧遮光部
100‧‧‧二元遮罩
101‧‧‧透明基板
102‧‧‧遮光圖案膜
圖1(a)及(b)為表示本發明之遮罩毛胚之例的概略剖面圖。
圖2(a)及(b)為表示本發明之相位移遮罩之例的概略剖面圖。
圖3(a)至(j)為表示本發明之相位移遮罩之製造方法之一例的概略步驟圖。
圖4(a)至(j)為表示本發明之相位移遮罩之製造方法之其他例的概略步驟圖。
圖5為表示本發明之遮罩毛胚之半透明層之穿透率與遮光層膜厚間之關係的圖。
圖6為本發明中用於遮罩之轉印特性評價的四極(C-quad)之瞳濾波片的平面概略圖。
圖7為表示各遮罩構成中之EMF偏差值的圖。
圖8為用於說明EMF偏差之二元遮罩的剖面概略圖。
以下根據圖式，詳細說明本發明之遮罩毛胚、相位移遮罩及其製造方法。
<遮罩毛胚>
首先，說明本發明之遮罩毛胚。
圖1為表示本發明之遮罩毛胚之例的概略剖面圖。於此，圖1(b)所示形態之遮罩毛胚20，係於圖1(a)所示形態之遮罩毛胚10之遮光層14上具有硬遮罩層21者。
如圖1(a)所示，本實施形態之遮罩毛胚10係具有透明基板11、形成於其上之半透明層12、形成於半透明層12上之中間層13、與形成於中間層13上之遮光層14。
而且，遮光層14係由不含過渡金屬之單一金屬材料所構成，遮光層14之膜厚為40nm以下，已積層半透明層12、中間層13、遮光層14之3種層的積層體相對於ArF準分子雷射曝光光之光學密度，為可發揮作為遮光區域機能的值以上，特佳為2.8以上。以下分別說明構成本實施形態之遮罩毛胚10之透明基板11、半透明層12、中間層13及遮光層14等。
(1)透明基板
本實施形態中，作為透明基板11，可使用使曝光光依高穿透率穿透之經光學研磨的合成石英玻璃、螢石、氟化鈣等，較佳係通常較多使用而品質穩定、短波長之曝光光之穿透率高的合成石英玻璃。
(2)半透明層
本實施形態中，半透明層12係具有控制ArF準分子雷射曝光光之相位及穿透率的半色調層的作用，作為其材料並無特別限定，可使用 習知半色調型相位移遮罩所使用者。
例如，作為半透明層，可使用由屬於氮化矽(SiN)系材料之SixO1-x-yNy(x及y係滿足0<x<1、0<y<1及0<x+y≦1)所構成的膜，或屬於矽化鉬(MoSi)系材料之氧化矽化鉬膜(MoSiO)、氮化矽化鉬膜(MoSiN)、氧化氮化矽化鉬膜(MoSiON)等。
另外，此等之中，較佳係由上述屬於氮化矽(SiN)系材料之SixO1-x-yNy所構成的膜。相較於含有上述矽化鉬(MoSi)系材料之膜之習知半色調型相位移遮罩中所使用者，可將半透明層12作成為具有對ArF準分子雷射曝光光之高穿透率、且更薄者。再者，作為由上述SixO1-x-yNy所構成之膜，並無特別限定，特佳係ArF準分子雷射曝光光之波長下的消光係數k為0.2~0.45之範圍內，ArF準分子雷射曝光光之波長下的折射率n為2.3~2.7之範圍內，ArF準分子雷射曝光光之波長下的穿透率為15%~38%之範圍內。尤其可將半透明層12作成為具有高穿透率、且更薄者。
藉此，使用由本發明之遮罩毛胚所形成的相位移遮罩，可於圖案之境界，藉由因相位效果所造成之光干涉使光強度成為零，提升轉印像之對比，在製造圖案形成體的情況，半透明層12具有更高之光穿透率，故可使該相位效果更加顯著。又，由上述SixO1-x-yNy所構成之膜，由於不含金屬，故即使長時間照射ArF準分子雷射曝光光，矽(Si)之氧化膜仍不致成長，可防止圖案尺寸(Critical Dimension)發生改變。同樣地，於相位移遮罩之洗淨步驟中，亦可防止圖案尺寸改變。從而，於光微影時，可使轉印特性優越，且提高ArF準分子雷射曝光光照射耐性、及洗淨耐性。
另外，在半透明層12具有更高光穿透率的情況，為了 使已積層半透明層12、中間層13、遮光層14之3種層的積層體相對於ArF準分子雷射曝光光之光學密度成為作為遮光區域發揮機能的值以上、特佳為2.8以上，所需要之中間層13及遮光層14之全體膜厚變厚。從而，於此情況下，如後述般，在中間層13為由含有鉻(Cr)之鉻系材料所構成、且遮光層14為由單一金屬材料之矽(Si)所構成的情況下，由於減薄中間層13，可將為了使上述積層體相對於ArF準分子雷射曝光光之光學密度成為作為遮光區域發揮機能的值以上、特佳為2.8以上而所需要之將中間層13與遮光層14之全層膜厚減薄的效果，將因為中間層13及遮光層14全體之原本膜厚變厚，故變得顯著。因此，可迴避相位移遮罩之EMF偏差值變大的效果變得顯著。然後，其中，如後述般，在將中間層13膜厚減薄至5nm以下時，此等效果變得更加顯著。因此，上述中，較佳係由上述屬於氮化矽(SiN)系材料的SixO1-x-yNy所構成的膜。
從而，在使用由上述SixO1-x-yNy所構成之膜作為半透明層12時，在中間層13為由含有鉻(Cr)之鉻系材料所構成，且遮光層14為由屬於單一金屬材料之矽(Si)所構成的情況，可更加減薄半透明層12，且可使中間層13及遮光層14之全體膜厚顯著減薄。藉此，可於由半透明層12所形成之後述半透明圖案膜32中抑制圖案崩塌等缺陷發生，或使半透明層12之加工或後述半透明圖案膜32之修正變得容易，同時可顯著迴避相位移遮罩之EMF偏差值變大。又，在中間層13之膜厚減薄至5nm以下時，此效果更得更加顯著。
又，上述由SixO1-x-yNy所構成之膜並無特別限定，較佳係氮(N)之組成比y為0.4~0.6範圍內。若未滿足上述範圍，則無法滿足上述所希望穿透率範圍；若超過上述範圍，則超過上述所希望穿 透率範圍。
而且，上述由SixO1-x-yNy所構成之膜，並無特別限定，較佳係矽(Si)之組成比x及氮(N)之組成比y滿足0.95≦x+y≦1，其中更佳係實質上滿足x+y=1。於上述由SixO1-x-yNy所構成之膜中，若氧(O)較多，由於消光係數k變低，故穿透率變高，結果折射率n變低。因此，為了得到180。之相位差而使上述由SixO1-x-yNy所構成之膜之膜厚變厚。於此，所謂矽(Si)之組成比x與氮(N)之組成比y實質上滿足x+y=1，係指實質上不含有氧(O)。作為矽(Si)之組成比x與氮(N)之組成比y實質上滿足x+y=1的x+y的範圍，為0.97~1.00之範圍內、較佳為0.98~1.00之範圍內。
又，上述由SixO1-x-yNy所構成之膜並無特別限定，較佳係矽(Si)之組成比x與氮(N)之組成比y實質上滿足x=y。藉此，可得到矽(Si)與氮(N)的緻密膜，可期待耐洗淨性、ArF準分子雷射曝光光照射耐性等各耐性的提升。於此，所謂矽(Si)之組成比x與氮(N)之組成比y實質上滿足x=y，係指x與y之比x：y=0.4：0.6~0.6：0.4之範圍。
在半透明層12為由例如上述氮化矽(SiN)系材料所構成的情況，可藉由使用了氟系氣體、例如CF4、CHF3、C2F6、或此等之混合氣體、或於此等氣體混合了氧等稀釋氣體的氣體作為蝕刻氣體進行乾式蝕刻，而形成圖案。
又，形成上述由SixO1-x-yNy所構成之膜的方法並無特別限定，可舉例如藉由於濺鍍靶使用由矽(Si)所構成的靶，適當選擇濺鍍氣體，藉此依構成上述由SixO1-x-yNy所構成之膜之SixO1-x-yNy(x及y係滿足0<x<1、0<y<1及0<x+y≦1)的組成比成為所希望比 率的成膜條件，藉濺鍍形成上述由SixO1-x-yNy所構成之膜。
再者，上述由SixO1-x-yNy所構成之膜的膜厚並無特別限定，較佳為57nm~67nm之範圍內。若為57nm~67nm之範圍內的膜厚，則由於半透明層12之膜厚變得較習知半透明層之膜厚薄，故容易藉由蝕刻形成半透明圖案膜。而且，由於可使蝕刻所需時間縮短，故如後述般，即使在透明基板11及半透明層12之間不具有防止對透明基板11造成損傷之防止蝕刻阻障層，在藉蝕刻形成半透明圖案膜時，仍可充分迴避對透明基板11造成損傷的情形。
另外，上述由SixO1-x-yNy所構成之膜的膜厚中，較佳為57nm~64nm之範圍內、特佳57nm~62nm之範圍內。此係由於在上述由SixO1-x-yNy所構成之膜之膜厚較薄時，在以上述由SixO1-x-yNy所構成之膜所形成之半透明圖案膜中可抑制圖案崩塌等缺陷發生，而且使上述由SixO1-x-yNy所構成之膜的加工或半透明圖案膜的修正變得容易。
另外，上述由SixO1-x-yNy所構成之膜之膜厚可藉由J.A.Woollam公司製楕圓偏光計VUV-VASE進行測定、算出。
另一方面，如後述般，在遮光層14為由屬於單一金屬材料之矽(Si)所構成時，在使用上述中屬於矽化鉬(MoSi)系材料之膜作為半透明層12的情況，相較於使用了由屬於上述氮化矽(SiN)系材料之SixO1-x-yNy所構成之膜，鉬(Mo)容易從由矽化鉬(MoSi)系材料所構成之半透明層12擴散至由矽(Si)所構成之遮光層14中。因此，如後述般，中間層13具有特別適合作為擴散防止層，具有以防止在由單一金屬材料之矽(Si)所構成之遮光層14與半透明層12之間構成各層之材料彼此擴散的優點。
另外，在半透明層12為由矽化鉬系材料所構成的情況，可藉由使用了氟系氣體、例如CF4、CHF3、C2F6、或此等之混合氣體、或於此等氣體混合了氧之氣體作為蝕刻氣體進行乾式蝕刻，而形成圖案。
又，在半透明層12為氧化矽化鉬膜(MoSiO)時，半透明層12之形成方法並無特別限定，可使用鉬與矽之混合靶(Mo：Si=1：2莫耳%)，於氬與氧之混合氣體環境下，藉由反應性濺鍍法而形成。
於此，習知半色調型相位移遮罩所使用之半透明層，係設計為使對於上述曝光光之穿透率主要成為6%左右。
另一方面，本發明之遮罩毛胚由於在加工為相位移遮罩時，成為在半透明圖案膜上具有遮光圖案膜的形態(三色調遮罩)，故本實施形態之半透明層12亦可設計為具有更高穿透率(例如30%左右)。而且，在半透明層12具有高穿透率的情形，可更加提升相位效果。
(3)中間層
本實施形態中，中間層13係具有作為對遮光層14進行蝕刻加工時之蝕刻停止層、及對半透明層12進行蝕刻加工時之蝕刻遮罩的作用。又，中間層13係具有作為防止由構成遮光層14之材料由遮光層14擴散至半透明層12的擴散防止層的作用。
如上述，於半透明層12較佳係使用氮化矽(SiN)系之化合物或矽化鉬(MoSi)系之化合物，此氮化矽(SiN)系之化合物或矽化鉬(MoSi)系之化合物主要係藉由使用了氟系氣體之乾式蝕刻進行加工，故中間層13較佳係由對使用了氟系氣體之乾式蝕刻具有耐性的材料所構成。
作為構成此中間層13之材料的具體例，可舉例如Cr、CrO、CrN、 CrNO等之鉻系材料，或Ta、TaO、TaN、TaNO等之鉭系材料。
作為此等構成中間層13之材料，其中較佳為Cr、CrO、CrN、CrNO等含有鉻(Cr)的鉻系材料。如後述般，在遮光層14為由屬於單一金屬材料之矽(Si)所構成的情況，其可適合作為在遮光層14與半透明層12之間防止構成各層之材料彼此擴散的擴散防止層。尤其在半透明層12為由矽化鉬化合物(MoSi)所構成、遮光層14為由屬於單一金屬材料之矽(Si)所構成的情況，其可適合作為防止鉬(Mo)由半透明層12擴散至遮光層14的擴散防止層。因此，中間層13可特別適合作為在遮光層14與半透明層12之間防止構成各層之材料彼此擴散的擴散防止層。
又，此等鉻系材料中，較佳為CrN、CrON、及CrO。在為由CrN、CrON、及CrO所構成之膜的情況，由於在氮氣、氧氣、或此等之混合氣體的環境下，藉由反應性濺鍍法予以形成，故相較於在氬氣環境下、藉反應性濺鍍法所形成之鉻膜(Cr)，其成膜中之穩定性高，圖案加工性良好。再者，CrN、CrON、及CrO中，特佳為CrN。由於為不含氧(O)之材料，故CrN膜之膜厚可變得較由CrON及CrO所構成之膜的膜厚更薄。藉此，使中間層13之膜厚減薄，為了使已積層半透明層12、中間層13、遮光層14之3種層的積層體相對於ArF準分子雷射曝光光之光學密度成為可發揮作為遮光區域機能的值以上、特佳為2.8以上所需要的中間層13及遮光層14之全體膜厚可減薄。
尚且，中間層13可為由相同材料所構成之單層構造，亦可為由相異材料所構成之複層構造。
中間層13之膜厚若具有可足夠作為對遮光層14進行蝕刻加工時之蝕刻停止層、及對半透明層12進行蝕刻加工時之蝕刻遮罩 的厚度，且具有足夠作為防止構成遮光層14之材料由遮光層14擴散至半透明層12之擴散防止層的厚度即可，在過厚的情況，有相位移遮罩之EMF偏差值變大之虞。因此，中間層13之膜厚較佳為2nm~5nm之範圍。
另外，其中，在中間層13為由含有鉻(Cr)之鉻系材料所構成之情況，較佳係中間層13之膜厚為2nm~5nm之範圍內。若未滿足上述範圍，則由於膜厚過薄，故無法使中間層13成為緻密之膜，於中間層13形成孔，故難以在半透明層12與遮光層14之間防止構成彼此層之材料的擴散。尤其是在半透明層12為由矽化鉬化合物(MoSi)所構成、遮光層14為由屬於單一金屬材料之矽(Si)所構成的情況，中間層13將難以適合作為防止鉬(Mo)由半透明層12擴散至遮光層14的擴散防止層。因此，中間層13將難以特別適合作為在遮光層14與半透明層12之間防止構成各層之材料彼此擴散的擴散防止層。若超過上述範圍，在遮光層14為由屬於單一金屬材料之矽(Si)所構成的情況，由於中間層13及遮光層14之全體膜厚變得過厚，故有相位移遮罩之EMF偏差值變大之虞。
以下具體說明在中間層13為由含有鉻(Cr)之鉻系材料所構成、且遮光層14為由屬於單一金屬材料之矽(Si)所構成的情況下，藉由將中間層13膜厚減薄而獲得之效果。
如上述般，已積層半透明層12、中間層13、遮光層14之3種層的積層體相對於ArF準分子雷射曝光光之光學密度，必須成為2.8以上。又，由屬於單一金屬材料之矽(Si)所構成的層的消光係數k，係較由含有鉻(Cr)之鉻系材料所構成之層大。因此，藉由將由含有鉻(Cr)之鉻系材料所構成之中間層13之膜厚減薄，並使由中間層13所得之光 學密度之比例減小，另一方面，將由屬於單一金屬材料之矽(Si)所構成之遮光層14增厚，並使由遮光層14所得之光學密度之比例增大，可得到能夠使為了使上述積層體相對於ArF準分子雷射曝光光之光學密度成為2.8以上所必要之中間層13及遮光層14之全體膜厚減薄的效果。藉此，可得到迴避相位移遮罩之EMF偏差值變大的效果。而且，其中，在中間層13之膜厚不超過上述範圍、為5nm以下的情況，此等效果變得顯著。
中間層13之形成可應用習知之真空成膜的方法，例如在中間層13為鉻膜(Cr)的情況，可使用鉻之靶，於氬氣環境下，藉由反應性濺鍍法予以形成。
(4)遮光層
本實施形態中，遮光層14係由不含過渡金屬之單一金屬材料所構成。構成遮光層14之單一金屬材料的膜，可藉由濺鍍法等通常之成膜方法予以形成。單一金屬材料之膜，係例如可於濺鍍時使用該單一金屬材料之靶而進行成膜，由實質上不含其他元素之單一金屬材料的膜所構成。
本發明中，除了單一金屬材料之膜形成以外，並不故意進行其他金屬之混入、或氧化物或氮化物等的形成，成膜時並不進行氧或氮氣的導入。然而，殘存於裝置內之微量氧等非故意地被攝取至所成膜之膜表面等的情形，係涵括於作成為實質上由本發明之單一金屬材料所構成之遮光層。
亦即本發明中，所謂「遮光層為由不含過渡金屬之單一金屬材料所構成」，係指遮光層實質上由單一金屬材料所構成。因此，本發明之 「由不含過渡金屬之單一金屬材料所構成之遮光層」，若為對遮光層之機能及特性不造成影響的雜質則亦可含有。作為此種雜質並無特別限定，可舉例如碳、氧、氮、硼、氦、氫、氬、氙等。而且，此種雜質於遮光層中之比例並無特別限定，較佳為0%以上且5%以下，更佳0%以上且2%以下，特佳0%以上且1%以下。
另外，本實施形態中，遮光層14之膜厚為40nm以下，已積層半透明層12、中間層13、遮光層14之3種層的積層體相對於ArF準分子雷射曝光光之光學密度，為作為遮光區域發揮機能的值以上、特佳為2.8以上。於此，所謂「遮光區域」，係指於由本發明之遮罩毛胚所形成之後述本發明之相位移遮罩(半色調型相位移遮罩)中，在穿透半透明圖案膜之曝光光中，在將遮罩圖案轉印於被轉印體時所不需要的曝光光被中間圖案膜及遮光圖案膜所遮蔽的區域。又，所謂「作為遮光區域發揮機能」，係指在由本發明之遮罩毛胚所形成之後述本發明之相位移遮罩(半色調型相位移遮罩)中，穿透半透明圖案膜之曝光光中，對在將遮罩圖案轉印於被轉印體時所不需要的曝光光進行遮光。
於此，遮光層14之膜厚可於滿足上述光學密度的範圍內變化。亦即，在半透明層12之穿透率小時，可配合其而將遮光層14之膜厚減薄。
本實施形態中，半透明層12之穿透率T與遮光層14之膜厚d的關係，較佳係T=6%時為23nm≦d≦27nm之範圍，T=20%時為31nm≦d≦35nm之範圍，T=30%時為33nm≦d≦37nm之範圍。
又，本實施形態中，遮光層14係以由折射率n為1.0以下、且消光係數k為2.0以上之單一金屬材料所構成者為佳，此單一金屬材料較佳為矽(Si)。此係由於消光係數k越高，越可將為了使上述 積層體相對於ArF準分子雷射曝光光之光學密度成為可發揮作為遮光區域機能的值以上、特佳為2.8以上所需要的遮光層14的膜厚減薄。因此，可迴避相位移遮罩之EMF偏差值變大。又，矽(Si)係於此種單一金屬材料中屬於消光係數k較高者。
上述般之遮光層14的形成，係例如可以不含雜質離子之矽結晶作為靶，於氬(Ar)氣環境下藉反應性濺鍍法予以形成。
本實施形態中，作為於遮光層所不含有之過渡金屬，可舉例如鉬(Mo)、鉭(Ta)、鎢(W)等，尤其是鉬可列舉為遮光層所不含有之過渡金屬。
如上述，鉬係與矽形成矽化鉬化合物(MoSi)，例如使用作為二元型光罩的遮光圖案膜。然而，使用了矽化鉬(MoSi)系材料之遮光圖案膜，係耐藥品性或耐光性不足，於遮光圖案膜使用了矽化鉬(MoSi)系材料的二元型光罩，係於遮罩洗淨或ArF準分子雷射曝光時，發生遮罩圖案之尺寸(CD尺寸)變化。從而，本發明中，係由不含鉬等過渡金屬之單一金屬材料構成遮光層。而且，更佳形態係遮光層為由矽所構成。
另外，由矽所構成之遮光層，係在使用了氟系氣體的蝕刻中，顯示較習知之矽化鉬系遮光層更快的蝕刻速度，而使圖案加工容易，亦可使抗蝕劑薄膜化，可提升解析力。
另外，本發明之遮罩毛胚，係如圖1(b)所示形態之遮罩毛胚20般，亦可於遮光層14上具有硬遮罩層21。若為此種形態，由於可將硬遮罩層21用於蝕刻遮罩而對遮光層14進行加工，故可使抗蝕劑更加薄膜化。
如上述，較佳係於遮光層14使用矽，此矽由於主要係 藉由使用了氟系氣體之乾式蝕刻進行加工，故硬遮罩層21較佳係由對使用了氟系氣體之乾式蝕刻具有耐性的材料所構成。作為構成此硬遮罩層21之材料的具體例，可舉例如Cr、CrO、CrN、CrNO等之鉻系材料，或Ta、TaO、TaN、TaNO等之鉭系材料。硬遮罩層21之膜厚為例如2nm~5nm之範圍。
尚且，硬遮罩層21可為由相同材料所構成之單層構造，亦可為由相異材料所構成之複層構造。
硬遮罩層21之形成可應用習知之真空成膜方法，例如在硬遮罩層21為鉻膜(Cr)時，可使用鉻之靶，於氬氣環境下，藉由反應性濺鍍法予以形成。
(5)其他
另外，作為中間層13及遮光層14之組合，其中較佳係由上述鉻系材料所構成之中間層13及由上述屬於單一金屬材料之矽(Si)所構成之遮光層14的組合。此係由於上述屬於單一金屬材料之矽(Si)，係相較於上述鉻系材料，其消光係數k較大，兩者之消光係數k的差較大所致。藉此，如上述般，藉由將中間層13減薄，可得到能夠將為了使上述積層體相對於ArF準分子雷射曝光光之光學密度成為可發揮作為遮光區域機能的值以上、特佳為2.8以上所需要的中間層13及遮光層14的整體膜厚薄膜的效果。而且，在中間層13之膜厚為5nm以下時，此效果變得顯著。
<相位移遮罩>
接著說明本發明之相位移遮罩。
圖2為表示本發明之相位移遮罩之例的概略剖面圖。
例如如圖2(a)所示，本發明之相位移遮罩30係具有透明基板11、形成於其上的半透明圖案膜32、形成於半透明圖案膜32上之中間圖案膜33、與形成於中間圖案膜33上之遮光圖案膜34。而且，遮光圖案膜34係由不含過渡金屬之單一金屬材料所構成，遮光圖案膜34之膜厚為40nm以下；已積層半透明圖案膜32、中間圖案膜33、遮光圖案膜34之3種膜的積層體，相對於ArF準分子雷射曝光光之光學密度，為可發揮作為遮光區域機能的值以上、特佳為2.8以上。
本發明形態之相位移遮罩30，可由上述遮罩毛胚10或遮罩毛胚20進行製造。亦即，相位移遮罩30之半透明圖案膜32可將遮罩毛胚10之半透明層12加工為圖案狀而獲得；同樣地，中間圖案膜33可將中間層13加工為圖案狀而獲得，遮光圖案膜34可將遮光層14加工為圖案狀而獲得。
於圖2(a)所示之概略剖面圖中，在相位移遮罩30之左端部，係於半透明圖案膜32a上形成有中間圖案膜33a及遮光圖案膜34a；同樣地，在相位移遮罩30之右端部，係於半透明圖案膜32d上形成有中間圖案膜33c及遮光圖案膜34c。
此形成有遮光圖案膜34a及遮光圖案膜34c的區域，係形成了遮罩圖案之區域(有效區域)的外周部，相當於習知半色調型相位移遮罩中設有遮光帶的區域。
於習知之半色調型相位移遮罩中，係利用由形成於遮光帶之圖案所造成的光干涉，將由外周部所穿透之不需要之曝光光予以遮蔽，但在本實施形態之相位移遮罩30中，可藉由遮光圖案膜34a及遮光圖案膜34c確實地遮蔽不需要之曝光光。
又，作為有效區域中之遮罩圖案，相位移遮罩30係具有僅由半透明圖案膜32b所構成之部分(單層構成部)，與由半透明圖案膜32c、中間圖案膜33b、遮光圖案膜34b之3種膜所構成之部分(積層構成部)。
積層構成部之半透明圖案膜32c的面積，通常較單層構成部之半透明圖案膜32c之面積大，因此，於積層構成部設置遮光圖案膜34b，將穿透半透明圖案膜之不需要之曝光光確實遮蔽。於相位移遮罩30中，係以不消除由積層構成部之半透明圖案膜32c所造成之相位效果的方式，設計成使半透明圖案膜32c之邊緣部分由遮光圖案膜34b露出。
尚且，本發明中，亦可具有半透明圖案膜之邊緣部分不由遮光圖案膜露出之形態的積層構成部。
例如，圖2(b)所示形態之相位移遮罩40，係與相位移遮罩30同樣地，具有透明基板11、形成於其上的半透明圖案膜42、形成於半透明圖案膜42上之中間圖案膜43、與形成於中間圖案膜43上之遮光圖案膜44，但在其有效區域中，係具有半透明圖案膜42c之邊緣部分不由遮光圖案膜44b露出之形態的積層構成部。此種積層構成部例如可利用作為對準標記。
<相位移遮罩之製造方法>
接著說明本發明之相位移遮罩之製造方法。
(第1實施形態)
圖3為表示圖2(a)所示形態之相位移遮罩30之製造方法之例的概略步驟圖。
在藉由本實施形態之製造方法以獲得相位移遮罩30時，係例如，首先，如圖3(a)所示般，準備於具有透明基板11、形成於透明基板11的半透明層12、形成於上述半透明層上之中間層13、與形成於中間層13上之遮光層14的遮罩毛胚10的遮光層14上，形成有硬遮罩層21的硬遮罩層之遮罩毛胚20。
接著，藉由使用了電子束描畫等之抗蝕劑製版，於硬遮罩層21上，形成第1抗蝕劑圖案膜51(圖3(b))。
接著，例如藉由使用了氯系氣體之乾式蝕刻，對由第1抗蝕劑圖案膜51露出之硬遮罩層21進行蝕刻，形成第1形態之硬遮罩圖案膜22；進而對由第1形態之硬遮罩圖案膜22露出之遮光層14，藉由使用了氟系氣體之乾式蝕刻，將中間層13用於蝕刻停止層而進行蝕刻，形成第1形態之遮光圖案膜64(圖3(c))；其後，去除第1抗蝕劑圖案膜51(圖3(d))。
接著，在第1形態之硬遮罩圖案膜22上、及由第1形態之遮光圖案膜64露出之中間層13上，形成第2抗蝕劑層52(圖3(e))；接著，藉由使用了電子束描畫等之抗蝕劑製版，形成被覆第1形態之硬遮罩圖案膜22之所希望區域、及由第1形態之遮光圖案膜64露出之中間層13之所希望區域的第2抗蝕劑圖案膜53(圖3(f))。
接著，例如藉由使用了氯系氣體之乾式蝕刻，對由第2抗蝕劑圖案膜53露出之第1形態之硬遮罩圖案膜22、及由第2抗蝕劑圖案膜53與第1形態之遮光圖案膜64露出之中間層13進行蝕刻，形成第2形態之硬遮罩圖案膜23及第1形態之中間圖案膜63(圖3(g))；其後，去除第2抗蝕劑圖案膜53(圖3(h))。
接著，藉由使用了氟系氣體之乾式蝕刻，對由第2形態 之硬遮罩圖案膜23露出之第1形態之遮光圖案膜64、與由第1形態之中間圖案膜63露出之半透明層12進行蝕刻，形成第2形態之遮光圖案膜34及半透明圖案膜32(圖3(i))。
接著，例如使用了氯系氣體之乾式蝕刻，對第2形態之硬遮罩圖案膜23、及由第2形態之遮光圖案膜34露出之第1形態之中間圖案膜63進行蝕刻，一邊去除第2形態之硬遮罩圖案膜23、一邊形成第2形態之中間圖案膜33，而得到相位移遮罩30(圖3(j))。
(第2實施形態)
圖4為表示圖2(b)所示形態之相位移遮罩40之製造方法之例的概略步驟圖。
藉由本實施形態之製造方法以獲得相位移遮罩40時，係例如，首先，如圖4(a)所示般，準備於具有透明基板11、形成於透明基板11上的半透明層12、形成於上述半透明層上之中間層13、與形成於中間層13上之遮光層14的遮罩毛胚10的遮光層14上，形成有硬遮罩層21的硬遮罩層之遮罩毛胚20。
接著，藉由使用了電子束描畫等之抗蝕劑製版，於硬遮罩層21上，形成第1抗蝕劑圖案膜54(圖4(b))。
接著，例如藉由使用了氯系氣體之乾式蝕刻，對由第1抗蝕劑圖案膜54露出之硬遮罩層21進行蝕刻，形成第1形態之硬遮罩圖案膜24；接著，對由第1形態之硬遮罩圖案膜24露出之遮光層14，藉由使用了氟系氣體之乾式蝕刻，將中間層13用於蝕刻停止層而進行蝕刻，形成第1形態之遮光圖案膜74的步驟；進而對由第1形態之遮光圖案膜74露出之中間層13進行蝕刻，形成第1形態之中間圖 案膜73(圖4(c))；其後，將第1抗蝕劑圖案膜54去除(圖4(d))。
接著，於第1形態之硬遮罩圖案膜24上、及由第1形態之中間圖案膜73露出之半透明層12上，形成第2抗蝕劑層55(圖4(e))，接著，藉由使用了電子束描畫等之抗蝕劑製版，形成被覆第1形態之硬遮罩圖案膜24之所希望區域的第2抗蝕劑圖案膜56(圖4(f))。
接著，例如藉由使用了氯系氣體之乾式蝕刻，對由第2抗蝕劑圖案膜56露出之第1形態之硬遮罩圖案膜24進行蝕刻，形成第2形態之硬遮罩圖案膜25(圖4(g))；其後，去除第2抗蝕劑圖案膜56(圖4(h))。
接著，例如藉由使用了氟系氣體之乾式蝕刻，對由第2形態之硬遮罩圖案膜25露出之上述第1形態之遮光圖案膜74、及由第1形態之中間圖案膜73露出之上述半透明層12進行蝕刻，形成第2形態之遮光圖案膜44及半透明圖案膜42(圖4(i))。
接著，例如使用了氯系氣體之乾式蝕刻，對由第2形態之硬遮罩圖案膜25及第2形態之遮光圖案膜44露出之第1形態之中間圖案膜73進行蝕刻，一邊去除第2形態之硬遮罩圖案膜25、一邊形成第2形態之中間圖案膜43，而得到相位移遮罩40(圖4(i))。
[實施例]
以下使用實施例，更具體地進行說明。
(實施例1-1)
使用經光學研磨之6吋正方、0.25吋厚之合成石英基板作為透明基板11，使用矽化鉬氧化膜(MoSiO)作為半透明層12，使用膜厚3nm之鉻膜(Cr)作為中間層13，使用矽膜(Si)作為遮光層14，使用膜厚3nm 之鉻膜(Cr)作為硬遮罩層21，準備具有硬遮罩層之遮罩毛胚20。
於此，半透明層12之膜厚係調整為對於曝光光之穿透率成為6%；遮光層14之膜厚係調整為使已積層半透明層12、中間層13、遮光層14之3種層的積層體相對於曝光光之光學密度成為3.0。
上述光學密度係藉由大塚電子公司製MCPD3000所測定，光學常數可藉由楕圓偏光計(J.A.Woollam公司製)之測定而獲得。又，膜厚可藉由使用了AFM裝置(SII NanoTechnology公司製)之段差計測而獲得。
接著，於上述硬遮罩層21上塗佈電子束抗蝕劑，藉電子束描畫裝置進行圖案描畫、及顯影，形成第1抗蝕劑圖案膜51。
接著，將上述第1抗蝕劑圖案膜51用於蝕刻遮罩，首先，以氯與氧之混合氣體對硬遮罩層21進行乾式蝕刻，形成第1形態之硬遮罩圖案膜22；進而藉由使用了CF4氣體之乾式蝕刻，對由第1形態之硬遮罩圖案膜22露出之遮光層14進行蝕刻，形成第1形態之遮光圖案膜64；其後，藉由氧電漿將第1抗蝕劑圖案膜51予以灰化去除。
接著，在第1形態之硬遮罩圖案膜22上、及由第1形態之遮光圖案膜64露出之中間層13上，塗佈作為第2抗蝕劑層52之電子束抗蝕劑；接著，藉由電子束描畫裝置進行圖案描畫、及顯影，形成第2抗蝕劑圖案膜53。
接著，藉由使用了氯與氧之混合氣體之乾式蝕刻，對由第2抗蝕劑圖案膜53露出之第1形態之硬遮罩圖案膜22、及由第2抗蝕劑圖案膜53與第1形態之遮光圖案膜64露出之中間層13進行蝕刻，形成第2形態之硬遮罩圖案膜23及第1形態之中間圖案膜63；其 後，藉氧電漿將第2抗蝕劑圖案膜53予以灰化去除。
接著，藉由使用了SF6氣體之乾式蝕刻，對由第2形態之硬遮罩圖案膜23露出之第1形態之遮光圖案膜64、與由第1形態之中間圖案膜63露出之半透明層12進行蝕刻，形成第2形態之遮光圖案膜34及半透明圖案膜32。
接著，藉由使用了氯與氧之混合氣體之乾式蝕刻，對第2形態之硬遮罩圖案膜23、及由第2形態之遮光圖案膜34露出之第1形態之中間圖案膜63進行蝕刻，一邊去除第2形態之硬遮罩圖案膜23、一邊形成第2形態之中間圖案膜33，而得到實施例1-1的相位移遮罩30。
於此相位移遮罩30之製造中，由於遮光層為矽膜，故相較於矽化鉬(MoSi)系的膜，其由氟系氣體所進行之蝕刻速度較快，圖案加工性良好。又，由於此相位移遮罩30之遮光層為矽膜，故相較於矽化鉬(MoSi)系的膜，其顯示更高的耐藥品性、耐光性。
(實施例1-2)
除了半透明層12之膜厚係調整為對於曝光光之穿透率成為20%，遮光層14之膜厚係調整為使已積層半透明層12、中間層13、遮光層14之3種層的積層體相對於曝光光之光學密度成為3.0以外，其餘與實施例1-1同樣進行，得到實施例1-2之相位移遮罩30。
(實施例1-3)
除了半透明層12之膜厚係調整為對於曝光光之穿透率成為30%，遮光層14之膜厚係調整為使已積層半透明層12、中間層13、遮光層 14之3種層的積層體相對於曝光光之光學密度成為3.0以外，其餘與實施例1-1同樣進行，得到實施例1-3之相位移遮罩30。
(比較例1-1)
準備具有下述構成之二元型光罩毛胚：於經光學研磨之6吋正方、0.25吋厚之透明之合成石英基板上，形成膜厚50nm之矽化鉬氮化膜(MoSiN)作為遮光層，於其上，形成膜厚3nm之鉻膜(Cr)作為硬遮罩層。
接著，於上述毛胚之硬遮罩層上塗佈電子束抗蝕劑，藉由電子束描畫裝置進行圖案描畫、及顯影，形成所希望形狀之抗蝕劑圖案膜。
接著，將上述抗蝕劑圖案膜用於蝕刻遮罩，藉由氧與氧之混合氣體對硬遮罩層之鉻膜進行蝕刻，進而使用SF6氣體對遮光層之矽化鉬氮化膜進行乾式蝕刻以形成所希望之遮罩圖案，其後，藉氧電漿將抗蝕劑圖案膜予以灰化去除。
接著，藉氯與氧之混合氣體將硬遮罩層之鉻膜圖案進行蝕刻去除，得到比較例1-1之二元型光罩。
<半透明層之穿透率與遮光層之膜厚的關係>
首先，說明上述實施例1-1~1-3中半透明層12之各穿透率、與遮光層14之膜厚間的關係。
本發明中，遮光層14之膜厚可於滿足上述光學密度之範圍內變化。亦即，在半透明層12之穿透率較小時，可配合其將遮光層14之膜厚減薄。於此，中間層13之膜厚為極薄之3nm，材料亦為鉻系，故可無視其遮光性。
從而，在遮光層14使用矽膜的情況，由半透明層12與遮光層14 之2層滿足光學密度成為3.0的半透明層12之穿透率與遮光層14之膜厚間的關係，係如圖5所示。
例如，在半透明層12之穿透率為6%時，滿足上述條件之遮光層14的膜厚為25nm；同樣地，在半透明層12之穿透率為20%時，遮光層14的膜厚為33nm；在半透明層12之穿透率為30%時，遮光層14的膜厚為35nm。
於此，本發明中，已積層半透明層12、中間層13、遮光層14之3種層的積層體相對於曝光光之光學密度較佳為2.8以上。另一方面，為了減小EMF偏差，遮光層14之膜厚越薄越好，例如若上述光學密度為3.2左右即足夠。
因此，本實施形態中，半透明層12之穿透率T與遮光層之膜厚d的關係，較佳係T=6%時為23nm≦d≦27nm之範圍，T=20%時為31nm≦d≦35nm之範圍，T=30%時為33nm≦d≦37nm之範圍。
<EMF偏差及曝光寬容度的評價>
接著，針對本發明之相位移遮罩與習知二元型光罩，說明藉由模擬器評價EMF偏差及曝光寬容度(EL：Exposure Latitude)的結果。
(模擬條件)
模擬係依下述條件進行。使用EM-Suite Version v6.00(商品名：Panoramic Technology公司製)作為模擬軟體；作為3維(亦記載為3D)模擬條件，於模擬模式係使用3維電磁場模擬之TEMPEST(EM-Suite選項)之FDTD法(亦稱為時域差分法、時域有限差分法)，格柵尺寸設為1nm(於4倍遮罩時)。作為2維(亦記載為2D)模擬條件，係於模擬 模式使用克希荷夫(Kirchhoff)法。
(微影條件)
作為2維及3維模擬中之微影條件，曝光光源為ArF準分子雷射且曝光波長為193nm，投影透鏡之開口數(NA)設為1.35。照明系統係設為由使用了瞳濾波片之斜入射光所進行的曝光，設定使用了圖6所示之四極(C-quad)之瞳濾波片的四孔照明。C-quad之4個光穿透部91，係於XY軸上形成為自瞳中心起之開口角為20度的扇型，為了能依高解析像轉印縱、橫之遮罩圖案，相對於遮罩圖案使光穿透部91成為0度、90度之配置(XY偏極化)，在將瞳濾波片之半徑設為1時，將自瞳中心起之距離的外徑(外σ)設為0.98、內徑(內σ)設為0.8。4個光穿透部91以外的地方係作為遮光部92(斜線部分)。
尚且，上述之投影透鏡的開口數(NA)1.35，係用於細微半導體裝置用之遮罩圖案轉印，而用於作為一例者，但本發明並不限定於此，亦可使用其他開口數之透鏡。
另外，使用四孔照明作為上述照明系統的理由在於，四孔照明可同時對縱、橫之圖案進行解析，普遍性高而可適合於一般遮罩圖案轉印。然而，四孔照明係用於作為較佳一例，本發明中，即使為四孔照明以外之其他變形照明系統、例如環狀照明、二孔照明等，仍可同樣地獲得曝光寬容度的改善效果。
(EMF偏差之評價)
針對使用實施例1-1~1-3之相位移遮罩、及比較例1-1之習知二元型光罩，在於晶圓上之抗蝕劑形成直徑40nm之獨立孔圖案時的EMF 偏差的評價結果，利用圖7進行說明。
圖7中，穿透率0%之點表示比較例1-1之EMF偏差值，穿透率6%之點表示實施例1-1之EMF偏差值，穿透率20%之點表示實施例1-2之EMF偏差值，穿透率30%之點表示實施例1-3之EMF偏差值。又，圖7中之EMF偏差值，係表示晶圓上之尺寸。如圖7所示，在於晶圓上之抗蝕劑形成直徑40nm獨立孔圖案的情況，於比較例1-1之習知二元型光罩中，晶圓上之尺寸下必須有10nm之EMF偏差，但在實施例1-1~1-3的相位移遮罩中，所有EMF偏差值均可減小，尤其是實施例1-3之相位移遮罩中，EMF偏差值可減小至-0.6nm。
於此，針對本發明所使用之EMF偏差，以圖8所示之二元型光罩之剖面概略圖為例進行說明。圖8表示在透明基板101上具有由遮光圖案膜102所構成之遮罩圖案的二元遮罩100。於此，由於通常於光罩使用4倍體之光網，故遮罩圖案之線部的尺寸(稱為線CD(Critical Dimension))，係表示為對目標之晶圓上之線寬尺寸(稱為目標CD)之4倍之數值x(nm)、加入修正值之偏差d(nm)的值(x=目標CD×4)。
圖8中，偏差d係表示為偏差(d)=2×a
上述中，偏差d之值為+的情況係指線CD擴展之方向，d之值為-的情況係指線CD變窄之方向。然而，本發明中，在+的情況並未特別標示為+。
電磁場(EMF)效果之EMF偏差，係對晶圓上之抗蝕劑之轉印圖案線寬的重要尺寸(CD)精度造成大幅影響。因此，在製作光罩時，進行電磁場效果之模擬，為了抑制電磁場(EMF)效果所造成之影 響，必須進行光罩圖案的修正。此遮罩圖案的修正計算，係EMF偏差越大則越複雜化。又，修正後之遮罩圖案亦EMF偏差越大越複雜化，而對光罩製作造成較大負擔。例如，偏差值變大，亦產生因與鄰接圖案間之關係而無法修正圖案的問題。EMF偏差值越接近0則修正越小，光罩製造變得容易，提升遮罩製造產率。
(曝光寬容度之評價)
接著，針對曝光寬容度的評價結果，使用表1進行說明。
於此，曝光寬容度(EL：%)係指使晶圓上之抗蝕劑圖案膜之尺寸落於所容許之界限內的曝光能量範圍，表示光微影中對於曝光量(劑量)之變動的寬容度的值。亦即，抗蝕劑圖案之線寬尺寸之變動量落入既定容許範圍內之曝光能量範圍。若曝光寬容度大，則提升半導體元件製造之光微影步驟中的產率。
表1中，針對實施例1-1~1-3之相位移遮罩、及比較例1-1之習知二元型光罩，比較評價晶圓上之各圖案間距(nm)中之目標CD落入±10%內的曝光寬容度(EL)。
所評價之遮罩圖案，為線與間距(line and space)圖案，轉印於晶圓上時之全間距為80nm~300nm之範圍，作為目標之線CD係於晶圓上設為10nm。
如表1所示，實施例1-1~1-3之本發明之相位移遮罩， 係即使在圖案間距80nm~300nm的任一範圍內，相較於比較例1-1之習知二元型光罩，可增大曝光寬容度；尤其是在實施例1-3的相位移遮罩中，於圖案間距80nm時可得到曝光寬容度1.8%，於圖案間距160nm時可得到曝光寬容度1.2%，於圖案間距300nm時可得到曝光寬容度0.8%等較大值。
(實施例2-1)
使用經光學研磨之6吋正方、0.25吋厚之合成石英基板作為透明基板11，使用矽化鉬氧化膜(MoSiO)作為半透明層12，使用膜厚2nm之CrN膜作為中間層13，使用矽膜(Si)作為遮光層14，製作遮罩毛胚20。
於此，半透明層12之膜厚係調整為對於曝光光之穿透率成為6%；遮光層14之膜厚係調整為使已積層半透明層12、中間層13、遮光層14之3種層的積層體相對於曝光光之光學密度成為3.0。
上述光學密度係藉由大塚電子公司製MCPD3000所測定，光學常數可藉由楕圓偏光計(J.A.Woollam公司製)之測定而獲得。又，膜厚可藉由使用了AFM裝置(SII NanoTechnology公司製)之段差計測而獲得。
(實施例2-2)
除了使用膜厚4nm之CrN膜作為中間層13以外，其餘與實施例2-1同樣進行，製作遮罩毛胚20，調整半透明層12之膜厚及遮光層14之膜厚。
(比較例2-1)
除了使用膜厚6nm之CrN膜作為中間層13以外，其餘與實施例2-1同樣進行，製作遮罩毛胚20，調整半透明層12之膜厚及遮光層14之膜厚。
(比較例2-2)
除了使用膜厚8nm之CrN膜作為中間層13以外，其餘與實施例2-1同樣進行，製作遮罩毛胚20，調整半透明層12之膜厚及遮光層14之膜厚。
(比較例2-3)
除了使用膜厚10nm之CrN膜作為中間層13以外，其餘與實施例2-1同樣進行，製作遮罩毛胚20，調整半透明層12之膜厚及遮光層14之膜厚。
<中間層之膜厚與中間層及遮光層之全體膜厚間的關係>
說明上述實施例2-1~2-2及上述比較例2-1~2-3中之中間層13之膜厚與中間層13及遮光層14之全體膜厚間的關係。表2表示上述實施例2-1~2-2及上述比較例2-1~2-3中之中間層13(CrN膜)之膜厚、遮光層14(矽膜(Si))之膜厚、中間層13及遮光層14之全體膜厚、以及上述積層體相對曝光光的光學密度(OD值)。另，用於中間層13之CrN膜的折射率n及消光係數k，分別為1.5及1.8；遮光層14所使用之矽膜(Si)之折射率n及消光係數k分別為0.9及2.7。
[表2]
如表2所示，可知若中間層13之膜厚成為5nm以上，則相較於中間層之膜厚為5nm以下的情況，中間層13及遮光層14之全體膜厚變厚。因此，其教示了若中間層13之膜厚成為5nm以下，則可迴避相位移遮罩之EMF偏差值變大。
(實施例3-1)
除了使用膜厚2nm之CrON膜作為中間層13以外，其餘與實施例2-1同樣進行，製作遮罩毛胚20，調整半透明層12之膜厚及遮光層14之膜厚。
(實施例3-2)
除了使用膜厚4nm之CrON膜作為中間層13以外，其餘與實施例2-1同樣進行，製作遮罩毛胚20，調整半透明層12之膜厚及遮光層14之膜厚。
(比較例3-1)
除了使用膜厚6nm之CrON膜作為中間層13以外，其餘與實施例2-1同樣進行，製作遮罩毛胚20，調整半透明層12之膜厚及遮光層14之膜厚。
(比較例3-2)
除了使用膜厚8nm之CrON膜作為中間層13以外，其餘與實施例2-1同樣進行，製作遮罩毛胚20，調整半透明層12之膜厚及遮光層14之膜厚。
(比較例3-3)
除了使用膜厚10nm之CrON膜作為中間層13以外，其餘與實施例2-1同樣進行，製作遮罩毛胚20，調整半透明層12之膜厚及遮光層14之膜厚。
<中間層之膜厚與中間層及遮光層之全體膜厚間的關係>
說明上述實施例3-1~3-2及上述比較例3-1~3-3中之中間層13之膜厚與中間層13及遮光層14之全體膜厚間的關係。表3表示上述實施例3-1~3-2及上述比較例3-1~3-3中之中間層13(CrON膜)之膜厚、遮光層14(矽膜(Si))之膜厚、中間層13及遮光層14之全體膜厚、以及上述積層體相對曝光光的光學密度(OD值)。另，用於中間層13之CrON膜的折射率n及消光係數k，分別為2.4及1.4；遮光層14所使用之矽膜(Si)之折射率n及消光係數k分別為0.9及2.7。
如表3所示，可知若中間層13之膜厚成為5nm以上，則相較於中間層之膜厚為5nm以下的情況，中間層13及遮光層14之全體膜厚變厚。因此，其教示了若中間層13之膜厚成為5nm以下，則 可迴避相位移遮罩之EMF偏差值變大。
另外，比較表2及表3，若中間層13之膜厚成為4nm以上，相較於使用CrON膜作為中間層13的情況，使用CrN膜作為中間層13的情況係遮光層14之膜厚、及中間層13與遮光層14之全體膜厚變薄。其理由可認為，相較於CrON膜，CrN膜者係消光係數k較高、穿透率較低所致。又，可認為此係相對於CrON膜含有氧(O)，CrN膜不含有氧(O)所致。
以上分別說明了本發明之遮罩毛胚、相位移遮罩及其製造方法，但本發明並不限定於上述實施形態。上述實施形態為例示，具有與本發明申請專利範圍記載之技術思想實質上相同之構成、發揮相同作用效果者，任何情況均涵括於本發明之技術範圍內。
11‧‧‧透明基板
30‧‧‧相位移遮罩
32‧‧‧半透明遮罩圖案膜
33‧‧‧中間圖案膜
34‧‧‧遮光圖案膜
40‧‧‧相位移遮罩
42‧‧‧半透明圖案膜
43‧‧‧中間圖案膜
44‧‧‧遮光圖案膜

Claims (16)

  1. 一種遮罩毛胚，係用於製造應用ArF準分子雷射曝光光之半色調型相位移遮罩者，其特徵為，包含有：透明基板、形成於上述透明基板上且控制上述曝光光之相位及穿透率的半透明層、形成於上述半透明層上之中間層、與形成於上述中間層上之遮光層；上述遮光層係具備不含過渡金屬之折射率n為1.0以下、且消光係數k為2.0以上之單一金屬材料，上述遮光層之膜厚為40nm以下；已積層上述半透明層、上述中間層、上述遮光層之3種層的積層體相對於上述曝光光之光學密度，係2.8以上。
  2. 如申請專利範圍第1項之遮罩毛胚，其中，上述半透明層相對於上述曝光光之穿透率T與上述遮光層之膜厚d的關係，係T=6%時為23nm≦d≦27nm之範圍，T=20%時為31nm≦d≦35nm之範圍，T=30%時為33nm≦d≦37nm之範圍。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩毛胚，其中，上述單一金屬材料為矽。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩毛胚，其中，上述半透明層係由SixO1-x-yNy(x及y係滿足0<x<1、0<y<1及0<x+y≦1)所構成。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩毛胚，其中，上述中間層係具備對於已使用氟系氣體之乾式蝕刻具有耐性的材料。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩毛胚，其中，上述中間層係具備含有鉻(Cr)之鉻系材料，且上述中間層之膜厚為2nm~5nm之範圍內。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩毛胚，其中，於上述遮光層上，具備對於已使用氟系氣體之乾式蝕刻具有耐性的材料之硬遮罩層。
  8. 一種相位移遮罩，係應用ArF準分子雷射曝光光的半色調型相位移遮罩，其特徵為，包含有：透明基板、形成於上述透明基板上且控制上述曝光光之相位及穿透率的半透明圖案膜、形成於上述半透明圖案膜上之中間圖案膜、與形成於上述中間圖案膜上之遮光圖案膜；上述遮光圖案膜係具備不含過渡金屬之折射率n為1.0以下、且消光係數k為2.0以上之單一金屬材料，上述遮光圖案膜之膜厚為40nm以下；已積層上述半透明圖案膜、上述中間圖案膜、上述遮光圖案膜之3種膜的積層體相對於上述曝光光之光學密度，係2.8以上。
  9. 如申請專利範圍第8項之相位移遮罩，其中，上述半透明圖案膜相對於上述曝光光之穿透率T與上述遮光圖案膜之膜厚d的關係，係T=6%時為23nm≦d≦27nm之範圍，T=20%時為31nm≦d≦35nm之範圍，T=30%時為33nm≦d≦37nm之範圍。
  10. 如申請專利範圍第8或9項之相位移遮罩，其中，上述遮光圖案膜係具備折射率n為1.0以下、且消光係數k為2.0以上之單一金屬材料。
  11. 如申請專利範圍第8或9項之相位移遮罩，其中，上述單一金屬材料為矽。
  12. 如申請專利範圍第8或9項之相位移遮罩，其中，上述半透明圖案膜係由SixO1-x-yNy(x及y係滿足0<x<1、0<y<1及0<x+y≦1)所構成。
  13. 如申請專利範圍第8或9項之相位移遮罩，其中，上述中間圖案膜係具備對於已使用氟系氣體之乾式蝕刻具有耐性的材料。
  14. 如申請專利範圍第8或9項之相位移遮罩，其中，上述中間圖案膜係具備含有鉻(Cr)之鉻系材料，且上述中間圖案膜之膜厚為2nm~5nm之範圍內。
  15. 一種相位移遮罩之製造方法，其特徵為依序具有下述步驟：準備具有硬遮罩層之遮罩毛胚的步驟，該具有硬遮罩層之遮罩毛胚係具有透明基板、形成於上述透明基板上且控制上述曝光光之相位及穿透率的半透明層、形成於上述半透明層上之中間層、與形成於上述中間層上之遮光層，上述遮光層係具備不含過渡金屬之折射率n為1.0以下、且消光係數k為2.0以上之單一金屬材料，於該遮罩毛胚之上述遮光層上形成有硬遮罩層；於上述硬遮罩層上，形成第1抗蝕劑圖案膜的步驟；對由上述第1抗蝕劑圖案膜露出之上述硬遮罩層進行蝕刻，形成第1形態之硬遮罩圖案膜的步驟；對由上述第1形態之硬遮罩圖案膜露出之上述遮光層，將上述中間層用於蝕刻停止層而進行蝕刻，形成第1形態之遮光圖案膜的步驟；將上述第1抗蝕劑圖案膜去除的步驟；形成第2抗蝕劑圖案膜的步驟，該第2抗蝕劑圖案膜係被覆上述第1 形態之硬遮罩圖案膜之所希望區域、及由上述第1形態之遮光圖案膜露出之上述中間層之所希望區域；對由上述第2抗蝕劑圖案膜露出之上述第1形態之硬遮罩圖案膜、及由上述第2抗蝕劑圖案膜與上述第1形態之遮光圖案膜露出之上述中間層進行蝕刻，形成第2形態之硬遮罩圖案膜及第1形態之中間圖案膜的步驟；去除上述第2抗蝕劑圖案膜的步驟；對由上述第2形態之硬遮罩圖案膜露出之上述第1形態之遮光圖案膜、與由上述第1形態之中間圖案膜露出之上述半透明層進行蝕刻，形成第2形態之遮光圖案膜及半透明圖案膜的步驟；與對由上述第2形態之硬遮罩圖案膜及上述第2形態之遮光圖案膜露出之上述第1形態之中間圖案膜進行蝕刻，一邊去除上述第2形態之硬遮罩圖案膜、一邊形成第2形態之中間圖案膜的步驟。
  16. 一種相位移遮罩之製造方法，其特徵為依序具有下述步驟：準備具有硬遮罩層之遮罩毛胚的步驟，該具有硬遮罩層之遮罩毛胚係具有透明基板、形成於上述透明基板上且控制上述曝光光之相位及穿透率的半透明層、形成於上述半透明層上之中間層、與形成於上述中間層上之遮光層，上述遮光層係具備不含過渡金屬之折射率n為1.0以下、且消光係數k為2.0以上之單一金屬材料，於該遮罩毛胚之上述遮光層上形成有硬遮罩層；於上述硬遮罩層上，形成第1抗蝕劑圖案膜的步驟；對由上述第1抗蝕劑圖案膜露出之上述硬遮罩層進行蝕刻，形成第1形態之硬遮罩圖案膜的步驟；對由上述第1形態之硬遮罩圖案膜露出之上述遮光層，將上述中間 層用於蝕刻停止層而進行蝕刻，形成第1形態之遮光圖案膜的步驟；對由上述第1形態之遮光圖案膜露出之上述中間層進行蝕刻，形成第1形態之中間圖案膜的步驟；將上述第1抗蝕劑圖案膜去除的步驟；形成第2抗蝕劑圖案膜的步驟，該第2抗蝕劑圖案膜係被覆上述第1形態之硬遮罩圖案膜之所希望區域；對由上述第2抗蝕劑圖案膜露出之上述第1形態之硬遮罩圖案膜進行蝕刻，形成第2形態之硬遮罩圖案膜的步驟；去除上述第2抗蝕劑圖案膜的步驟；對由上述第2形態之硬遮罩圖案膜露出之上述第1形態之遮光圖案膜、及由上述第1形態之中間圖案膜露出之上述半透明層進行蝕刻，形成第2形態之遮光圖案膜及半透明圖案膜的步驟；對由上述第2形態之硬遮罩圖案膜及上述第2形態之遮光圖案膜露出之上述第1形態之中間圖案膜進行蝕刻，一邊去除上述第2形態之硬遮罩圖案膜、一邊形成第2形態之中間圖案膜的步驟。
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