TWI809232B - 遮罩基底、相移遮罩、相移遮罩之製造方法及半導體元件之製造方法 - Google Patents

遮罩基底、相移遮罩、相移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

本發明係提供一種具有相移膜之遮罩基底，該相移膜係兼具能夠讓ArF曝光光線以特定的透光率穿透之功能與產生特定的相位差之功能，且可抑制熱膨脹所伴隨的圖案位移。
相移膜係具有能夠讓ArF準分子雷射的曝光光線以15%以上的透光率穿透之功能，以及產生150度以上210度以下的相位差之功能，係由含有非金屬元素與矽之材料所形成，且包含有依序層積有第1層、第2層及第3層之構造，使第1層、第2層及第3層在曝光光線的波長中之折射率分別為n1、n2、n3時，會滿足n1>n2及n2<n3的關係，使第1層、第2層及第3層在曝光光線的波長中之消光係數分別為k1、k2、k3時，會滿足k1>k2及k2<k3的關係，使第1層及第3層的膜厚分別為d1、d3時，會滿足0.5≦d1/d3<1的關係。

Description

遮罩基底、相移遮罩、相移遮罩之製造方法及半導體元 件之製造方法
本發明係關於一種遮罩基底及使用該遮罩基底所製造之相移遮罩。又，本發明係關於一種使用上述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會使用光微影法來進行微細圖案的形成。又，此微細圖案的形成通常是使用多片被稱作轉印用遮罩之基板。使半導體元件的圖案微細化時，除了形成於轉印用遮罩之遮罩圖案的微細化以外，亦必須使光微影中所使用之曝光光源的波長變短。作為半導體裝置製造之際的曝光光線源，近年來從KrF準分子雷射(波長248nm)演進為ArF準分子雷射(波長193nm)來讓波長縮短。
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圖案之二元式遮罩以外，已知有一種半調式相移遮罩。半調式相移遮罩的相移膜中已廣泛地使用鉬矽化物(MoSi)系材料。
近年來，已檢討將為一種ArF耐光性高的材料之SiN或SiON般的Si系材料應用在相移膜。Si系材料相較於MoSi系材料而有遮光性能較低之傾向，故會較難以被應用在過去已被廣泛使用之透光率小於10%的相移膜。另一方面，Si系材料會容易被應用在透光率為10%以上之較高透光率的相移膜(專利文獻1)。
另一方面，半調式相移遮罩中，將該相移遮罩安裝在曝光裝置來照射ArF曝光光線時，會有相移膜的圖案發生位移之問題。這是因為在相移膜的 圖案內部被吸收之ArF曝光光線轉換成熱能，且該熱傳達至透光性基板而發生熱膨脹的緣故(專利文獻2)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開2015-111246號公報
專利文獻2：日本特開2015-152924號公報
半調式相移遮罩(以下簡稱作相移遮罩。)的相移膜必須同時具備能夠讓曝光光線以特定的透光率穿透之功能，以及會使穿透該相移膜內之曝光光線而與在空氣中通過和該相移膜的厚度相同距離之曝光光線之間產生特定的相位差之功能。近年來，半導體元件的微細化更加演進，而亦開始應用多重圖案化技術等曝光技術。在製造1個半導體元件時所使用之轉印用遮罩組中，對於各轉印用遮罩彼此的重疊精確度之要求變得更加嚴格。因此，相移遮罩的情況中，對於抑制相移膜之圖案(相移圖案)的熱膨脹來抑制因其而發生的相移圖案移動之要求亦日漸提高。
專利文獻2中，係使將光罩安裝在曝光裝置來從透光性基板側受到曝光光線的照射時之薄膜圖案的內面反射率(透光性基板側的反射率)較過去要更為提高。藉由使內面反射率較過去要更為提高，來降低薄膜因吸收了曝光光線的光能而被轉換的熱，以抑制透光性基板的熱膨脹所伴隨之薄膜圖案的位移發生。然後，已被提出有一種於透光性基板上依序層積有高反射物質層與光阻隔層之構造來作為二元式遮罩製造用的遮罩基底。又，已被提出有一種於透光性基板上依序層積有高反射物質層與相位反轉層之構造來作為相移遮罩製造用的遮罩基底。
二元式遮罩製造用之遮罩基底的情況，被要求高反射物質層與光阻隔層的層積構造需具備特定的遮光性能。這並不困難。另一方面，相移遮罩製造用之遮罩基底的情況，則是被要求高反射物質層與相位反轉層的層積構造除了具有能夠讓曝光光線以特定的透光率穿透之功能以外，亦需具有會使所穿透之曝光光線而與在空氣中通過和該層積構造相同厚度的距離之曝光光線之間產生特定的相位差之功能。僅以高反射物質層來確保特定的 內面反射率之設計思想的相移膜中，可實現的樣態係受到限制。尤其是以仰賴高反射物質層之設計思想來檢討透光率較高(例如15%以上)的相移膜的情況，若欲以高反射物質層與相位反轉層的層積構造來成為特定透光率與特定相位差，則會難以避免內面反射率降低，而變得難以抑制相移圖案的位移。
因此，本發明係為了解決過往課題而完成的發明，其目的為提供一種於透光性基板上具有相移膜之遮罩基底中，兼具能夠讓ArF曝光光線以特定的透光率穿透之功能，以及會使所穿透之該ArF曝光光線產生特定的相位差之功能，可抑制相移膜之圖案(相移圖案)的熱膨脹，來抑制因其而發生的相移圖案移動。又，其目的為提供一種使用該遮罩基底所製造之相移遮罩。然後，本發明之目的為提供一種使用上述般的相移遮罩之半導體元件之製造方法。
為達成前述課題，本發明係具有以下構成。
(構成1)
一種遮罩基底，係於透光性基板上具有相移膜之遮罩基底；
該相移膜係具有能夠讓ArF準分子雷射的曝光光線以15%以上的透光率穿透之功能，以及，會使穿透該相移膜之該曝光光線而與在空氣中通過和該相移膜的厚度相同距離之該曝光光線之間產生150度以上210度以下的相位差之功能；
該相移膜係由含有非金屬元素與矽之材料所形成；
該相移膜係包含有從該透光性基板側而依序層積有第1層、第2層及第3層之構造；
使該第1層、該第2層及該第3層在該曝光光線的波長中之折射率分別為n1、n2、n3時，會滿足n1>n2及n2<n3的關係；
使該第1層、該第2層及該第3層在該曝光光線的波長中之消光係數分別為k1、k2、k3時，會滿足k1>k2及k2<k3的關係；
使該第1層及該第3層的膜厚分別為d1、d3時，會滿足0.5≦d1/d3<1的關係。
(構成2)
如構成1之遮罩基底，其中使該第2層的膜厚為d2，且使該第1層、該第2層及該第3層之3層的總膜厚為dT時，會滿足0.24≦d2/dT≦0.3的關係。
(構成3)
如構成1或2之遮罩基底，其中該第1層係該折射率n1為2.3以上，該消光係數k1為0.2以上。
(構成4)
如構成1至3任一者之遮罩基底，其中該第2層係該折射率n2為1.7以上，且該消光係數k2為0.01以上。
(構成5)
如構成1至4任一者之遮罩基底，其中該第3層係該折射率n3為2.3以上，且該消光係數k3為0.2以上。
(構成6)
如構成1至5任一者之遮罩基底，其中該相移膜係由非金屬元素與矽所構成的材料，或類金屬元素、非金屬元素及矽所構成的材料所形成。
(構成7)
如構成1至6任一者之遮罩基底，其中該第1層、該第2層及該第3層皆是由含氮材料所形成。
(構成8)
如構成1至7任一者之遮罩基底，其中該第2層係由含氧材料所形成。
(構成9)
如構成1至8任一者之遮罩基底，其係於該相移膜上具有遮光膜。
(構成10)
一種相移遮罩，係於透光性基板上具有相移膜之相移遮罩，該相移膜係具有轉印圖案；
該相移膜係具有能夠讓ArF準分子雷射的曝光光線以15%以上的透光率穿透之功能，以及，會使穿透該相移膜之該曝光光線而與在空氣中通過和該相移膜的厚度相同距離之該曝光光線之間產生150度以上210度以下的相位差之功能；
該相移膜係由含有非金屬元素與矽之材料所形成；
該相移膜係包含有從該透光性基板側而依序層積有第1層、第2層及第3層之構造；
使該第1層、該第2層及該第3層在該曝光光線的波長中之折射率分別為n1、n2、n3時，會滿足n1>n2及n2<n3的關係；
使該第1層、該第2層及該第3層在該曝光光線的波長中之消光係數分別為k1、k2、k3時，會滿足k1>k2及k2<k3的關係；
使該第1層及該第3層的膜厚分別為d1、d3時，會滿足0.5≦d1/d3<1的關係。
(構成11)
如構成10之相移遮罩，其中使該第2層的膜厚為d2，且使該第1層、該第2層及該第3層之3層的總膜厚為dT時，會滿足0.24≦d2/dT≦0.3的關係。
(構成12)
如構成10或11之相移遮罩，其中該第1層係該折射率n1為2.3以上，該消光係數k1為0.2以上。
(構成13)
如構成10至12任一者之相移遮罩，其中該第2層係該折射率n2為1.7以上，且該消光係數k2為0.01以上。
(構成14)
如構成10至13任一者之相移遮罩，其中該第3層係該折射率n3為2.3以上，且該消光係數k3為0.2以上。
(構成15)
如構成10至14任一者之相移遮罩，其中該相移膜係由非金屬元素與矽所構成的材料，或類金屬元素、非金屬元素及矽所構成的材料所形成。
(構成16)
如構成10至15任一者之相移遮罩，其中該第1層、該第2層及該第3層皆是由含氮材料所形成。
(構成17)
如構成10至16任一者之相移遮罩，其中該第2層係由含氧材料所形成。
(構成18)
如構成10至17任一者之相移遮罩，其係於該相移膜上具有遮光膜，該遮光膜係具有包含遮光帶的圖案。
(構成19)
一種相移遮罩之製造方法，係使用如構成9的遮罩基底之相移遮罩之製造方法，具有以下工序：
藉由乾蝕刻來於該遮光膜形成轉印圖案之工序；
藉由以具有該轉印圖案的遮光膜作為遮罩之乾蝕刻，來於該相移膜形成轉印圖案之工序；以及
藉由以包含遮光帶的圖案之阻膜作為遮罩之乾蝕刻，來於該遮光膜形成包含遮光帶的圖案之工序。
(構成20)
一種半導體元件之製造方法，係具有使用如構成18的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。
本發明之遮罩基底係於透光性基板上具有相移膜，該相移膜係兼具能夠讓ArF曝光光線以特定的透光率穿透之功能，以及會使所穿透之該ArF曝光光線產生特定的相位差之功能，可抑制相移膜之圖案(相移圖案)的熱膨脹，來抑制因其而發生的相移圖案移動。
1:透光性基板
2:相移膜
21:第1層
22:第2層
23:第3層
2a:相移圖案
3:遮光膜
3a、3b:遮光圖案
4:硬遮罩膜
4a:硬遮罩圖案
5a:第1阻劑圖案
6b:第2阻劑圖案
100:遮罩基底
200:相移遮罩
圖1係顯示本發明第1實施型態中之遮罩基底的構成之剖面圖。
圖2係顯示本發明第1實施型態中之相移遮罩的製造工序之剖面示意圖。
圖3係顯示相移膜中之第1層的膜厚相對於第3層的膜厚之比率(d1/d3)與吸收率A的關係之圖表。
圖4係顯示相移膜中之第2層的膜厚相對於總膜厚之比率(d2/dT)與吸收率A的關係之圖表。
以下，針對本發明之實施型態來加以說明。本案發明人針對在相移膜中兼具能夠讓ArF曝光光線以特定的透光率穿透之功能以及會產生特定的相位差之功能，且可抑制熱膨脹所伴隨的圖案位移之方法，而苦心進行了研究。
為了抑制熱膨脹所伴隨的圖案位移，便必須抑制ArF曝光光線在相移膜的內部被轉換為熱能。本案發明人獲得了以下見解，亦即，相移膜的溫度上升會和在相移膜的內部被吸收之ArF曝光光線的比率(ArF曝光光線的吸收率A)的乘方大致呈比例。然後，依據此見解，本案發明人發現當使入射至透光性基板內的ArF曝光光線為100%時，使得ArF曝光光線的吸收率A下降至60%以下對於將上述相移膜內部被轉換的熱能抑制在容許範圍內來說非常重要。相移膜中之ArF曝光光線的吸收率A、透光率T、以及內面反射率R(此內面反射率R係指使得從空氣與透光性基板的界面入射至透光性基板內之ArF曝光光線的光量為100%時之內面反射率。以下相同。)之間會成立「A[%]=100[%]-(透光率T[%]+內面反射率R[%])」的關係。因此，為了滿足特定的透光率T與60%以下的吸收率A，使得內面反射率R某種程度地變高便很重要。
為了提高透光性基板上所設置之相移膜的內面反射率R，便必須以在曝光波長中的消光係數k較高之材料來形成相移膜中至少相接於透光性基板之層。單層構造的相移膜由滿足上述被要求的光學特性與膜厚之必要性來看，一般來說是以折射率n較大且消光係數k較小的材料來形成。此處，考慮了藉由調整形成相移膜之材料的組成來大幅地提高消光係數k，以提高相移膜的內面反射率R之方法。若進行此調整，由於該相移膜會變得無法滿足特定範圍之透光率T的條件，故便必須使該相移膜的厚度大幅地變薄。 但卻會因使得相移膜的厚度變薄，而導致該相移膜變得無法滿足特定範圍之相位差的條件。由於使得形成相移膜之材料的折射率n變大有其極限，故會難以藉由單層構造的相移膜來提高內面反射率R。透光率T為15%以上之較高透光率之相移膜的情況，會特別難以藉由單層構造的相移膜來提高內面反射率R。
另一方面，雙層構造之相移膜的情況，雖可調整為會滿足特定範圍的透光率T與特定範圍的相位差之條件且會提高內面反射率R，但設計自由度並不太高。尤其是以雙層構造來實現具有能夠充分獲得相移效果之特定相位差(150度以上210度以下)與透光率為15%以上的光學特性之相移膜的情況，會難以提高內面反射率R，而難以使吸收率A為60%以下。因此，便針對由矽系材料(含有非金屬元素與矽之材料)所構成且具有3層以上的層積構造之相移膜的情況能否實現同時滿足上述條件這一點，而苦心進行研究。在具有上述般3層以上的層積構造之相移膜的情況，不僅是可調整為會滿足特定範圍的透光率T與特定範圍的相位差之條件且會提高內面反射率R，並且設計自由度亦很高。
結果發現為了同時滿足上述條件，作為包含有依序層積有第1層、第2層及第3層的構造之相移膜，只要使該3層的各折射率n與消光係數k滿足特定關係即可。具體而言，係發現為了實現能夠同時滿足特定相位差(150度以上210度以下)、15%以上的透光率T、以及60%以下的吸收率A之3個條件的相移膜，只要使相移膜當使得第1層、第2層及第3層在ArF曝光光線的波長中之各折射率分別為n1、n2、n3時，會滿足n1>n2及n2<n3的關係，且使第1層、第2層及第3層在ArF曝光光線的波長中之各消光係數分別為k1、k2、k3時，會滿足k1>k2及k2<k3的關係即可。
此處，本案發明人係著眼於相移膜中之第1層的膜厚d1與第3層的膜厚d3之比率(亦即，第1層的膜厚d1相對於第3層的膜厚d3之比率，即膜厚比率d1/d3)和吸收率A的關係，而針對相移膜進行了光學模擬。具體而言，首先，將相移膜之第1層、第2層及第3層的各折射率n與消光係數k設定為會滿足上述特定關係之值。接著，設計出一種調整第1層、第2層及第3層的各膜厚d1、d2、d3，來成為所需的透光率及相位差之相移膜。進 一步地，以該所設計之相移膜的參數來進行光學模擬，以計算出該所設計之膜厚比率d1/d3在相移膜中之吸收率A。此外，吸收率A的值係使用上述關係式A[%]=100[%]-(透光率T[%]+內面反射率R[%])來計算出。接著，增減該所設計之相移膜之第1層與第3層的膜厚d1、d3，來設計出各膜厚比率d1/d3的相移膜。進一步地，進行相同的光學模擬，來分別計算出該各膜厚比率d1/d3中之相移膜的吸收率A。此外，會因增減膜厚d1、d3，而有該相移膜的透光率及相位差自期望值較大地偏移之情況。此情況下係藉由改變膜厚d2來使該相移膜的透光率及相位差接近期望值。
圖3係顯示由上述般光學模擬的結果所獲得之相移膜中之第1層與第3層的膜厚比率d1/d3和吸收率A的關係之圖表。如同圖所示，本案發明人發現為了實現能夠同時滿足特定相位差(150度以上210度以下)、15%以上的透光率T、以及60%以下的吸收率A之3個條件的相移膜，便必須滿足0.5≦d1/d3<1的關係。
又，本案發明人亦著眼於相移膜中之第2層的膜厚d2與第1層、第2層及第3層之3層的總膜厚dT之膜厚比率(第2層的膜厚d2相對於3層的總膜厚dT之比率，即膜厚比率d2/dT)和吸收率A的關係。然後，圖3的說明中係與上述同樣地針對相移膜來進行光學模擬。圖4係顯示由上述般光學模擬的結果所獲得之相移膜中之第2層的膜厚d2與第1層、第2層及第3層之3層的總膜厚dT之膜厚比率d2/dT和吸收率A的關係之圖表。如同圖所示，本案發明人發現為了實現能夠同時滿足特定相位差(150度以上210度以下)、15%以上的透光率T、以及60%以下的吸收率A之3個條件的相移膜，便必須滿足0.24≦d2/dT≦0.3的關係。本發明係基於上述般苦心檢討的結果而完成的發明。
圖1係顯示本發明之實施型態相關之遮罩基底100的構成之剖面圖。圖1所示之本發明之遮罩基底100係具有於透光性基板1上依序層積有相移膜2、遮光膜3及硬遮罩膜4之構造。
透光性基板1除了合成石英玻璃以外，可由石英玻璃、矽酸鋁玻璃、鹼石灰玻璃、低熱膨脹玻璃(SiO2-TiO2玻璃等)等所形成。該等當中又以合成石英玻璃相對於ArF準分子雷射光之透光率較高，故作為形成遮罩基底 的透光性基板1之材料來說特佳。形成透光性基板1之材料在ArF曝光光線的波長(約193nm)中之折射率n較佳為1.5以上1.6以下，更佳為1.52以上1.59以下，再更佳為1.54以上1.58以下。
相移膜2相對於ArF曝光光線之透光率T較佳為15%以上。由於此第1實施型態之相移膜2的設計自由度很高，故即便是透光率T為15%以上之情況，仍可調整為會滿足特定範圍之相位差的條件且會提高內面反射率R。相移膜2相對於曝光光線之透光率T較佳為16%以上，更佳為17%以上。另一方面，隨著相移膜2相對於曝光光線之透光率T變高，則會難以提高內面反射率R。因此，相移膜2相對於曝光光線之透光率T較佳為40%以下，更佳為35%以下。
為了獲得適當的相移效果，相移膜2被要求需使所穿透之ArF曝光光線而與在空氣中通過和該相移膜2的厚度相同距離之光線之間所產生的相位差調整為150度以上210度以下之範圍。相移膜2中的前述相位差較佳為155度以上，更佳為160度以上。另一方面，相移膜2中的前述相位差較佳為200度以下，更佳為195度以下。
由降低入射至相移膜2內部的ArF曝光光線被轉換為熱之比率之觀點來看，在透光性基板1上僅存在有相移膜2之狀態下來使入射至透光性基板1內的ArF曝光光線為100%時，相移膜2被要求相對於ArF曝光光線之透光性基板1側(內面側)的反射率(內面反射率)R需至少為20%以上。透光性基板1上僅存在有相移膜2之狀態係指由該遮罩基底100來製造相移遮罩200(參見圖2(g))時，相移圖案2a上係未層積有遮光圖案3b之狀態(未層積有遮光圖案3b之相移圖案2a的區域)。另一方面，若僅存在有相移膜2之狀態下的內面反射率R過高，當使用由該遮罩基底100所製造的相移遮罩200來朝轉印對象物(半導體晶圓上的阻膜等)進行曝光轉印時，由於會因相移膜2內面側的反射光而導致對曝光轉印像造成的影響變大，故不佳。由此觀點來看，則相移膜2相對於ArF曝光光線之內面反射率R較佳為40%以下。
本實施型態中之相移膜2係具有從透光性基板1側而層積有第1層21、第2層22及第3層23之構造。相移膜2的整體必須至少滿足上述透光率T、 相位差、內面反射率R的各條件。本實施型態中之相移膜2為了滿足上述條件，係構成為使第1層21、第2層22及第3層23在ArF曝光光線的波長中之折射率分別為n1、n2、n3時，會滿足n1>n2及n2<n3的關係，使第1層21、第2層22及第3層23在ArF曝光光線的波長中之消光係數分別為k1、k2、k3時，會滿足k1>k2及k2<k3的關係，且使第1層21及第3層23的膜厚分別為d1、d3時，會滿足0.5≦d1/d3<1的關係。又，本實施型態中之相移膜2係構成為使第2層22的膜厚為d2，且使第1層21、第2層22及第3層23之3層的總膜厚為dT時，會滿足0.24≦d2/dT≦0.3的關係。
進一步地，第1層21的折射率n1較佳為2.3以上，更佳為2.4以上。第1層21的折射率n1較佳為3.0以下，更佳為2.8以下。第1層21的消光係數k1較佳為0.2以上，更佳為0.25以上。又，第1層21的消光係數k1較佳為0.5以下，更佳為0.4以下。此外，第1層21的折射率n1及消光係數k1係將第1層21的整體在光學上視為均勻的一層所導出之數值。
又，第2層22的折射率n2較佳為1.7以上，更佳為1.8以上。又，第2層22的折射率n2較佳為小於2.3，更佳為2.2以下。第2層22的消光係數k2較佳為0.01以上，更佳為0.02以上。又，第2層22的消光係數k2較佳為0.15以下，更佳為0.13以下。此外，第2層22的折射率n2及消光係數k2為將第2層22的整體在光學上視為均勻的一層所導出之數值。
第3層23的折射率n3較佳為2.3以上，更佳為2.4以上。第3層23的折射率n3較佳為3.0以下，更佳為2.8以下。第3層23的消光係數k3較佳為0.2以上，更佳為0.25以上。第3層23的消光係數k3較佳為0.5以下，更佳為0.4以下。此外，第3層23的折射率n3及消光係數k3為將第3層23的整體在光學上視為均勻的一層所導出之數值。
包含有相移膜2之薄膜的折射率n與消光係數k並非僅由該薄膜的組成而決定。該薄膜的膜密度或結晶狀態等亦為左右折射率n或消光係數k之要素。因此，係調整以反應性濺射來成膜出薄膜時的諸條件，而以該薄膜會成為所需的折射率n及消光係數k之方式來進行成膜。為了使第1層21、第2層22及第3層23成為上述折射率n與消光係數k的範圍，在以反應性濺射來進行成膜之際，並不僅只限於調整惰性氣體與反應性氣體(氧氣、氮 氣體等)的混合氣體之比率。而亦有調整以反應性濺射來成膜時的成膜室內壓力、施加在濺射靶材之電力、或靶材與透光性基板1間的距離等位置關係等之多種方法。該等成膜條件為成膜裝置所固有，係適當地調整為所形成之第1層21、第2層22及第3層23會成為所需的折射率n及消光係數k。
相移膜2(第1層21、第2層22及第3層23)係由含有非金屬元素與矽之材料所形成。以含有矽與過渡金屬之材料所形成的薄膜會有消光係數k變高之傾向。為了讓相移膜2的整體膜厚變薄，亦可以含有非金屬元素、矽及過渡金屬之材料來形成相移膜2。此情況下，所含有的過渡金屬舉例有鉬(Mo)、鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鉿(Hf)、鎳(Ni)、釩(V)、鋯(Zr)、釕(Ru)、銠(Rh)、鋅(Zn)、鈮(Nb)、鈀(Pd)等任一種金屬或該等金屬的合金。另一方面，相移膜2較佳宜由非金屬元素與矽構成的材料，或類金屬元素、非金屬元素及矽構成的材料所形成。若相移膜2被要求需相對於ArF曝光光線而具有高耐光性的情況，則較佳為不含過渡金屬。又，此情況下，關於除了過渡金屬以外金屬元素，由於無法否定亦有可能會成為相對於ArF曝光光線之耐光性降低的主要原因之可能性，故最好是未含有。
使相移膜2含有類金屬元素之情況，若使其含有選自硼、鍺、銻及碲之1種以上的類金屬元素，由於可期待能夠提高作為濺射靶材來被使用之矽的導電性，故較佳。
使相移膜2含有非金屬元素之情況，較佳為使其含有選自氮、碳、氟及氫之1種以上的非金屬元素。此非金屬元素亦包含有氦(He)、氬(Ar)、氪(Kr)及氙(Xe)等惰性氣體。又，相移膜2之第1層21、第2層22及第3層23較佳皆是由含氮材料所形成。一般來說，相較於不含氮所形成的薄膜，將氮添加在和該薄膜相同的材料所形成之薄膜會有折射率n變大之傾向。相移膜2之第1層21、第2層22及第3層23的任一層之折射率n亦為較高者便能夠使為了確保相移膜2被要求的特定相位差而需要的整體膜厚變薄。又，使得相移膜2之第1層21、第2層22及第3層23的任一層含有氮，亦可抑制形成相移圖案時之圖案側壁的氧化。
第1層21較佳宜相接於透光性基板1的表面所形成。這是因為藉由使第1層21成為會相接於透光性基板1的表面之構成，便可更加獲得會提高 上述相移膜2之第1層21、第2層22及第3層23的層積構造所產生之內面反射率R的效果之緣故。此外，只要是對於提高相移膜2的內面反射率R之效果所造成的影響很微小，則亦可在透光性基板1與相移膜2間設置有蝕刻停止膜。
第1層21的膜厚d1較佳為30nm以下，更佳為25nm以下。又，尤其是若考慮到提高相移膜2的內面反射率R這一點，則第1層21的膜厚d1較佳為15nm以上，更佳為17nm以上。
較佳宜不使第1層21積極地含有氧(當藉由X射線光電子光譜法等來進行組成分析時，氧含量較佳為3原子%以下，更佳為檢測下限值以下。)。這是因為使得形成第1層21之材料中含有氧所產生之第1層21的消光係數k1降低會較其他非金屬元素要來得大，而導致相移膜2的內面反射率R大幅地降低之緣故。
已被要求第1層21的折射率n1需大於第2層22的折射率n2(n1>n2)，且第1層21的消光係數k1需大於第2層22的消光係數k2(k1>k2)。因此，形成第1層21之材料中的氮含量較佳為40原子%以上，更佳為45原子%以上，再更佳為50原子%以上。此外，形成第1層21之材料中的氮含量較佳為57原子%以下。若使氮含量較化學計量上為穩定之Si3N4的氮含量(約57原子%)要來得多，則會因乾蝕刻時第1層21所產生的熱或遮罩洗淨等，而造成氮容易從第1層21移除，則氮含量便會容易降低。
第2層22則與第1層21不同，較佳宜由含氧材料所形成。又，第2層22更佳宜由矽、氮及氧構成的材料，或選自非金屬元素及類金屬元素之1種以上的元素與矽、氮、氧構成的材料所形成。這是因為第2層22在構成相移膜2之3層當中具有最小的折射率n2與消光係數k2，故具有折射率n2會隨著材料中的氧含量增加而降低之傾向，又，會具有消光係數k2的降低程度亦較氮要來得大之傾向的緣故。形成第2層22之材料的氧含量較佳為20原子%以上，更佳為25原子%以上，再更佳為30原子%以上。另一方面，隨著第2層22中的氧含量變多，則為了確保相移膜2整體相對於ArF曝光光線之特定的透光率T與相位差所需之相移膜2整體的總膜厚dT便會 變厚。考慮了該等觀點，則形成第2層22之材料的氧含量較佳為60原子%以下，更佳為55原子%以下，再更佳為50原子%以下。
又，形成第2層22之材料中的氮含量較佳宜較形成第1層21或第3層23之材料中的氮含量要來得少。因此，形成第2層22之材料中的氮含量較佳為5原子%以上，更佳為10原子%以上。又，形成第2層22之材料中的氮含量較佳為40原子%以下，更佳為35原子%以下，再更佳為30原子%以下。
如上所述，第2層22在構成相移膜2之3層當中係具有最小的折射率n2與消光係數k2。若第2層22的膜厚d2變得過厚，則相移膜2整體的總膜厚dT便會變厚。考慮了這一點，則第2層22的膜厚d2較佳為30nm以下，更佳為25nm以下，再更佳為22nm以下。又，若第2層22的膜厚d2過薄，則第2層22與第3層23之界面處之曝光光線的反射便會降低，而有相移膜2的內面反射率R降低之虞。考慮了這一點，則第2層22的膜厚d2較佳為10nm以上，更佳為15nm以上，再更佳為16nm以上。
第3層23係與第1層21同樣地，較佳為不積極地使其含有氧(當藉由X射線光電子光譜法等來進行組成分析時，氧含量較佳為3原子%以下，更佳為檢測下限值以下。)。
如上所述，已被要求第3層23的折射率n3需大於第2層22的折射率n2(n2<n3)，第3層23的消光係數k3需大於第2層22的消光係數k2(k2<k3)。因此，形成第3層23之材料中的氮含量較佳為40原子%以上，更佳為45原子%以上，再更佳為50原子%以上。此外，形成第3層23之材料中的氮含量較佳為57原子%以下。若使氮含量較化學計量上為穩定之Si3N4的氮含量(約57原子%)要來得多，便會因乾蝕刻時第3層23所產生的熱或遮罩洗淨等，而造成氮容易從第3層23移除，則氮含量便會容易降低。
第3層23係與第1層21同樣地具有較第2層22要來得高之折射率n3與消光係數k3。若此第3層23的膜厚d3變得過厚，則為了使相移膜2整體成為特定的透光率T，便必須讓其他第1層21或第2層22的膜厚d1、d2變薄，而有相移膜2的內面反射率R降低之虞。考慮了這一點，則第3層23的膜厚d3較佳為50nm以下，更佳為40nm以下，再更佳為35nm以下。 又，第3層23係具有較第2層22要來得高之折射率n3與消光係數k3，若為了提高相移膜2的內面反射率R，則必須為某種程度以上的膜厚d3。考慮了這一點，則第3層23的膜厚d3較佳為15nm以上，更佳為25nm以上。
然後，如上所述，第1層21與第3層23的膜厚比率d1/d3較佳為0.5以上，更佳為0.52以上，再更佳為0.55以上。又，第1層21與第3層23的膜厚比率d1/d3較佳為小於1，更佳為0.99以下，再更佳為0.95以下。
又，第2層22與從第1層21到第3層23之3層的總膜厚dT之膜厚比率d2/dT較佳為0.24以上，更佳為0.245以上，再更佳為0.25以上。又，第2層22與從第1層21到第3層23之3層的總膜厚dT之膜厚比率d2/dT較佳為0.3以下，更佳為0.295以下，再更佳為0.29以下。
相移膜2中的第1層21、第2層22及第3層23雖是藉由濺射所形成，但亦可應用DC濺射、RF濺射及離子束濺射等任一種濺射。若考慮成膜率，則較佳為應用DC濺射。在使用導電性較低的靶材之情況中，雖然較佳為應用RF濺射或離子束濺射，但若考慮成膜率，則較佳為應用RF濺射。
此外，本實施型態中雖已針對以第1層21、第2層22及第3層23的3個層來構成相移膜2之情況加以說明，但只要是對於提高相移膜2的內面反射率R之效果所造成的影響很微小，則亦可於第3層23上另設置有第4層。雖未特別限定，第4層更佳宜由矽及氧構成的材料，或選自矽及氧與非金屬元素及類金屬元素之1種以上的元素構成的材料所形成。
遮罩基底100係於相移膜2上具有遮光膜3。一般來說二元式轉印用遮罩中，形成有轉印圖案之區域(轉印圖案形成區域)的外周區域為了使阻膜在使用曝光裝置來曝光轉印在半導體晶圓上的阻膜之際，不會受到穿透外周區域之曝光光線的影響，而被要求需確保特定值以上的光學濃度(OD)。這一點在相移遮罩的情況亦是相同。通常，在包含有相移遮罩之轉印用遮罩的外周區域中，OD較佳為2.8以上，更佳為3.0以上。相移膜2係具有能夠讓曝光光線以特定的透光率T穿透之功能，但只靠相移膜2會難以確保特定值的光學濃度。因此，在製造遮罩基底100之階段中，為了確保不足的光學濃度，便必須預先在相移膜2上層積遮光膜3。藉由成為上述般之遮罩基底100的構成，則只要在製造相移遮罩200(參見圖2)的中途將使用相 移效果之區域(基本上為轉印圖案形成區域)的遮光膜3加以去除，便可製造出外周區域已被確保為特定值的光學濃度之相移遮罩200。
遮光膜3可應用單層構造及2層以上的層積構造之任一者。又，單層構造的遮光膜3以及2層以上的層積構造之遮光膜3的各層可為在膜或層的厚度方向上是大致相同的組成之構成，抑或在層的厚度方向上組成呈傾斜之構成。
圖1所記載之型態中的遮罩基底100係構成為於相移膜2上未介隔著其他膜而層積有遮光膜3。此構成之情況的遮光膜3必須應用會相對於在相移膜2形成圖案之際所使用的蝕刻氣體而具有充分的蝕刻選擇性之材料。此情況的遮光膜3較佳宜由含鉻材料所形成。形成遮光膜3之含鉻材料除了鉻金屬以外，舉例有於鉻包含有選自氧、氮、碳、硼及氟之一種以上的元素之材料。
一般來說，鉻系材料雖可藉由氯系氣體與氧氣的混合氣體而被蝕刻，但鉻金屬相對於此蝕刻氣體的蝕刻率並不太高。若考慮提高相對於氯系氣體與氧氣之混合氣體的蝕刻氣體之蝕刻率這一點，則形成遮光膜3之材料較佳為於鉻包含有選自氧、氮、碳、硼及氟之一種以上的元素之材料。又，亦可使形成遮光膜3之含鉻材料包含有鉬、銦及錫當中之一種以上的元素。藉由使其含有鉬、銦及錫當中之一種以上的元素，便可更加提高相對於氯系氣體與氧氣的混合氣體之蝕刻率。
又，只要是與形成第3層23(尤其是表層部分)之材料之間，能夠相對於乾蝕刻而獲得蝕刻選擇性，則亦可以含有過渡金屬與矽之材料來形成遮光膜3。這是因為含有過渡金屬與矽之材料的遮光性能較高，可使遮光膜3的厚度較薄之緣故。遮光膜3所含有之過渡金屬舉例有鉬(Mo)、鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鉿(Hf)、鎳(Ni)、釩(V)、鋯(Zr)、釕(Ru)、銠(Rh)、鋅(Zn)、鈮(Nb)、鈀(Pd)等任一種金屬或該等金屬的合金。遮光膜3所含有之過渡金屬元素以外的金屬元素舉例有鋁(Al)、銦(In)、錫(Sn)及鎵(Ga)等。
此外，使遮光膜3為2層的情況，亦可具有從相移膜2側而依序層積有含鉻材料所構成的層與含有過渡金屬與矽之材料所構成的層之構造。此情 況下之含鉻材料及含有過渡金屬與矽之材料的具體事項係與上述遮光膜3的情況相同。
遮罩基底100在層積有相移膜2與遮光膜3之狀態下，透光性基板1側(內面側)相對於ArF曝光光線之反射率(內面反射率)較佳為20%以上。當遮光膜3是由含鉻材料所形成之情況，或遮光膜3之相移膜2側的層是由含鉻材料所形成之情況，若朝遮光膜3入射之ArF曝光光線的光量較多，則鉻便會因光而被激發，而容易發生鉻移動至相移膜2側之現象。藉由使層積有相移膜2與遮光膜3之狀態下相對於ArF曝光光線的內面反射率為20%以上，便可抑制該鉻的移動。又，當遮光膜3是由含有過渡金屬與矽的材料所形成之情況，若朝遮光膜3入射之ArF曝光光線的光量較多，則過渡金屬便會因光而被激發，而容易發生過渡金屬移動至相移膜2側之現象。藉由使層積有相移膜2與遮光膜3之狀態下相對於ArF曝光光線的內面反射率為20%以上，便可抑制該過渡金屬的移動。
遮罩基底100中，較佳宜構成為於遮光膜3上進一步地層積有相對於蝕刻遮光膜3時所使用的蝕刻氣體會具有蝕刻選擇性之材料所形成的硬遮罩膜4。由於硬遮罩膜4基本上不會受到光學濃度的限制，故可使硬遮罩膜4的厚度較遮光膜3的厚度更大幅地變薄。然後，有機系材料之阻膜的厚度只要是在於該硬遮罩膜4形成圖案之乾蝕刻結束為止的期間，能夠發揮作為蝕刻遮罩之功能便已足夠，故可使厚度較過去更大幅地變薄。阻膜的薄膜化係具有能夠提升阻劑解析度與防止圖案傾倒之效果，在對應於微細化的要求上極為重要。
當遮光膜3是由含鉻材料所形成之情況，則該硬遮罩膜4較佳是由含矽材料所形成。此外，由於此情況的硬遮罩膜4會具有和有機系材料的阻膜之密著性較低的傾向，故較佳宜對硬遮罩膜4的表面施予HMDS(Hexamethyldisilazane)處理，來提高表面的密著性。此外，此情況之硬遮罩膜4等更佳宜由SiO2、SiN、SiON所形成。
又，當遮光膜3是由含鉻材料所形成之情況下，硬遮罩膜4的材料除了前述以外，亦可應用含鉭材料。此情況下的含鉭材料除了鉭金屬以外，舉例有於鉭含有選自氮、氧、硼及碳之一種以上的元素之材料等。例如， 舉例有Ta、TaN、TaO、TaON、TaBN、TaBO、TaBON、TaCN、TaCO、TaCON、TaBCN、TaBOCN等。又，當遮光膜3是由含矽材料所形成之情況，則硬遮罩膜4較佳是由前述含鉻材料所形成。
遮罩基底100中，較佳宜相接於硬遮罩膜4的表面並以100nm以下的膜厚來形成有機系材料的阻膜。對應於DRAM hp32nm世代之微細圖案的情況，會有欲形成於硬遮罩膜4之轉印圖案(相移圖案)設置有線寬為40nm的SRAF(Sub-Resolution Assist Feature)之情況。但即便是此情況，由於可使阻劑圖案的剖面深寬比低至1：2.5，故當阻膜的顯影時、沖洗時等，仍可抑制阻劑圖案發生傾倒或脫離。此外，阻膜的膜厚較佳為80nm以下。
圖2係顯示由上述第1實施型態的遮罩基底100所製造之本發明之實施型態相關的相移遮罩200與其製造工序。如圖2(g)所示，相移遮罩200的特徵係於遮罩基底100的相移膜2形成有轉印圖案(即相移圖案2a)，且於遮光膜3形成有遮光圖案3b。遮罩基底100係設置有硬遮罩膜4之構成的情況，則硬遮罩膜4會在該相移遮罩200的製作中途被去除。
本發明實施型態相關之相移遮罩之製造方法的特徵係使用前述遮罩基底100，且具有藉由乾蝕刻來於遮光膜3形成轉印圖案之工序、藉由以具有轉印圖案的遮光膜3作為遮罩之乾蝕刻來於相移膜2形成轉印圖案之工序、以及藉由以具有遮光圖案的阻膜(阻劑圖案6b)作為遮罩之乾蝕刻來於遮光膜3形成遮光圖案3b之工序。以下，依照圖2所示之製造工序來加以說明本發明之相移遮罩200的製造方法。此外，此處係針對使用了於遮光膜3上層積有硬遮罩膜4的遮罩基底100之相移遮罩200的製造方法來加以說明。又，係針對遮光膜3是應用含鉻材料，且硬遮罩膜4是應用含矽材料之情況來加以敘述。
首先，相接於遮罩基底100中的硬遮罩膜4而藉由旋轉塗佈法來形成阻膜。接下來，針對阻膜以電子線來曝光描繪出欲形成於相移膜2之轉印圖案(相移圖案，即第1圖案)，並進一步地進行顯影處理等特定處理，來形成具有相移圖案之第1阻劑圖案5a(參見圖2(a))。接著，以第1阻劑圖案5a作為遮罩，並使用氟系氣體來進行乾蝕刻，而於硬遮罩膜4形成第1圖案(硬遮罩圖案4a)(參見圖2(b))。
接下來，在去除第1阻劑圖案5a後，以硬遮罩圖案4a作為遮罩，並使用氯系氣體與氧氣的混合氣體來進行乾蝕刻，而於遮光膜3形成第1圖案(遮光圖案3a)(參見圖2(c))。接著，以遮光圖案3a作為遮罩，並使用氟系氣體來進行乾蝕刻，而於相移膜2形成第1圖案(相移圖案2a)，且去除硬遮罩圖案4a(參見圖2(d))。
接下來，藉由旋轉塗佈法來於遮罩基底100上形成阻膜。接下來，針對阻膜以電子線來曝光描繪出欲形成於遮光膜3之圖案(遮光圖案，即第2圖案)，並進一步地進行顯影處理等特定處理，來形成具有遮光圖案之第2阻劑圖案6b(參見圖2(e))。接著，以第2阻劑圖案6b作為遮罩，並使用氯系氣體與氧氣的混合氣體來進行乾蝕刻，而於遮光膜3形成第2圖案(包含遮光帶之遮光圖案3b)(參見圖2(f))。進一步地，去除第2阻劑圖案6b並經由洗淨等特定處理來獲得相移遮罩200(參見圖2(g))。
前述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，舉例有Cl2、SiCl2、CHCl3、CH2Cl2、CCl4、BCl3等。又，前述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，舉例有CHF3、CF4、C2F6、C4F8、SF6等。尤其不含C之氟系氣體由於相對於玻璃基板的蝕刻率較低，故可更加減少對玻璃基板造成的損傷。
本發明之相移遮罩200係使用前述遮罩基底100所製作。因此，形成有轉印圖案之相移膜2(相移圖案2a)相對於ArF曝光光線之透光率T會成為15%以上，且穿透相移圖案2a之曝光光線與在空氣中通過和相移圖案2a的厚度相同距離之曝光光線之間的相位差會成為150度以上210度的範圍內，且進一步地，ArF曝光光線的吸收率A會成為60%以下。又，該相移遮罩200中，未層積有遮光圖案3b之相移圖案2a的區域(僅存在有相移圖案2a之透光性基板1上的區域)中之內面反射率R會成為20%以上。藉此，便可減少入射至相移膜2的內部之ArF曝光光線的光量，且為了以相當於預先設定的透光率之光量來讓ArF曝光光線從相移膜2射出，便可降低在相移膜2的內部被轉換為熱之光量。
較佳地，相移遮罩200未層積有遮光圖案3b之相移圖案2a的區域中之內面反射率R為40%以下。這是因為在使用相移遮罩200來朝轉印對象物 (半導體晶圓上的阻膜等)進行曝光轉印時，為了使因相移圖案2a內面側的反射光而對曝光轉印像所造成的影響成為不會變大之範圍的緣故。
較佳地，相移遮罩200層積有遮光圖案3b之相移圖案2a在透光性基板1上的區域中之內面反射率為20%以上。當遮光圖案3a是由含鉻材料所形成之情況，或遮光圖案3a之相移圖案2a側的層是由含鉻材料所形成之情況，便可抑制遮光圖案3a內的鉻移動至相移圖案2a內。又，當遮光圖案3a是由含有過渡金屬與矽的材料所形成之情況，便可抑制遮光圖案3a內的過渡金屬移動至相移圖案2a內。
本發明之半導體元件之製造方法的特徵係使用前述相移遮罩200來將轉印圖案曝光轉印在半導體基板上的阻膜。相移遮罩200之相移圖案2a相對於ArF曝光光線的內面反射率很高，可降低入射至相移圖案2a的內部之ArF曝光光線的光量。藉此，便可降低入射至相移圖案2a的內部之ArF曝光光線被轉換為熱的比率，來充分抑制透光性基板1因該熱而熱膨脹導致相移圖案2a發生位移。因此，即便是將該相移遮罩200安裝在曝光裝置，並持續進行從該相移遮罩200的透光性基板1側照射ArF曝光光線來朝轉印對象物(半導體晶圓上的阻膜等)曝光轉印之工序，相移圖案2a的位置精確度仍然很高，能夠以高精確度來將所需圖案持續轉印在轉印對象物。
【實施例】
以下，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)
[遮罩基底之製造]
準備主表面的尺寸為約152mm×約152mm，且厚度為約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在端面及主表面被研磨成特定的表面粗糙度後，會被施予特定的洗淨處理及乾燥處理。測量此透光性基板1的光學特性後，在ArF曝光光線的波長中之折射率n為1.556，消光係數k為0.00。
接下來，相接於透光性基板1的表面並以18.9nm的膜厚d1來形成矽及氮所構成之相移膜2的第1層21(Si3N4膜Si：N=43原子%：57原子%)。此第1層21係將透光性基板1設置在單片式RF濺射裝置內，並使用矽(Si) 靶材，且藉由以氪(Kr)氣體及氮(N2)的混合氣體作為濺射氣體之RF濺射所形成。接著，於第1層21上以17.6nm的膜厚d2來形成矽、氮及氧所構成之相移膜2的第2層22(SiON膜Si：O：N=40原子%：38原子%：22原子%)。此第2層22係使用矽(Si)靶材，並藉由以氬(Ar)、氧(O2)及氮(N2)的混合氣體作為濺射氣體之反應性濺射(RF濺射)所形成。然後，於第2層22上以33.0nm的膜厚d3來形成矽及氮所構成之相移膜2的第3層23(Si3N4膜Si：N=43原子%：57原子%)。此第3層23係使用矽(Si)靶材，並藉由以氪(Kr)及氮(N2)的混合氣體作為濺射氣體之反應性濺射(RF濺射)所形成。亦即，實施例1之相移膜2中的第1層21、第2層22及第3層23之3層的總膜厚dT為69.5nm。
此外，第1層21、第2層22及第3層23的組成為藉由X射線光電子光譜法(XPS)的測定所獲得之結果。以下，關於其他膜亦相同。
接下來，針對形成有該相移膜2之透光性基板1來進行用以降低相移膜2的膜應力之加熱處理。使用相移量測定裝置(Lasertec公司製MPM193)來測量該相移膜2相對於波長193nm的光之透光率T與相位差後，透光率T為20.7%，相位差為177.0度(deg)。進一步地，測量此相移膜2之第1層21、第2層22及第3層23的各光學特性後，第1層21的折射率n1為2.61，消光係數k1為0.36，第2層22的折射率n2為1.90，消光係數k2為0.035，第3層23的折射率n3為2.61，消光係數k3為0.36。實施例1中之第1層21與第3層23的膜厚比率d1/d3為0.573。又，實施例1中之第2層22的膜厚d2與從第1層21到第3層23之3層的總膜厚dT之膜厚比率d2/dT為0.253。然後，相移膜2相對於波長193nm的光之內面反射率(透光性基板1側的反射率)R為20.8%，ArF曝光光線的吸收率A為58.5%。
如此般地，實施例1中的相移膜2當使第1層21、第2層22及第3層23的各折射率分別為n1、n2、n3時，會滿足n1>n2及n2<n3的關係，並且使第1層21、第2層22及第3層23的各消光係數分別為k1、k2、k3時，會滿足k1>k2及k2<k3的關係，使第1層21及該第3層23的膜厚分別為d1、d3時，會滿足0.5≦d1/d3<1的關係。又，當使第2層22的膜厚為d2，且使第1層21、第2層22及第3層23之3層的總膜厚為dT時，會滿足0.24≦ d2/dT≦0.3的關係。然後，實施例1中的相移膜2係具有能夠充分獲得相移效果之特定相位差(150度以上210度以下)與透光率為15%以上的光學特性，且會滿足60%以下的吸收率A。
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濺射裝置內，並使用鉻(Cr)靶材，且藉由以氬(Ar)、二氧化碳(CO2)及氦(He)的混合氣體作為濺射氣體之反應性濺射(DC濺射)，而於相移膜2上以56nm的厚度來形成CrOC所構成的遮光膜3(CrOC膜Cr：O：C=56原子%：27原子%：17原子%)。測量此相移膜2與遮光膜3之層積構造相對於波長193nm的光之光學濃度(OD)後，為3.0以上。又，準備其他透光性基板1並以相同成膜條件來僅成膜出遮光膜3，測量該遮光膜3的光學特性後，折射率n為1.95，消光係數k為1.42。
接下來，將層積有相移膜2及遮光膜3之透光性基板1設置在單片式RF濺射裝置內，並使用二氧化矽(SiO2)靶材且以氬(Ar)氣體作為濺射氣體，而藉由RF濺射來於遮光膜3上以12nm的厚度形成矽及氧所構成之硬遮罩膜4。藉由以上的步驟順序，來製造出會具有於透光性基板1上層積有3層構造之相移膜2、遮光膜3及硬遮罩膜4的構造之遮罩基底100。
[相移遮罩之製造]
接下來，使用此實施例1之遮罩基底100，並藉由以下的步驟順序來製作實施例1之相移遮罩200。首先，對硬遮罩膜4的表面施予HMDS處理。接著，藉由旋轉塗佈法而相接於硬遮罩膜4的表面並以膜厚80nm來形成電子線描繪用化學增幅型阻劑所構成的阻膜。接下來，針對此阻膜以電子線來描繪出欲形成於相移膜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，來形成具有第1圖案之第1阻劑圖案5a(參見圖2(a))。
接下來，以第1阻劑圖案5a作為遮罩，並使用CF4氣體來進行乾蝕刻，而於硬遮罩膜4形成第1圖案(硬遮罩圖案4a)(參見圖2(b))。之後，去除第1阻劑圖案5a。
接著，以硬遮罩圖案4a作為遮罩，並使用氯與氧的混合氣體(氣體流量比Cl2：O2=10：1)來進行乾蝕刻，而於遮光膜3形成第1圖案(遮光圖案3a)(參見圖2(c))。接下來，以遮光圖案3a作為遮罩，並使用氟系氣體(SF6+He) 來進行乾蝕刻，而於相移膜2形成第1圖案(相移圖案2a)，且同時去除硬遮罩圖案4a(參見圖2(d))。
接下來，於遮光圖案3a上藉由旋轉塗佈法並以膜厚150nm來形成電子線描繪用化學增幅型阻劑所構成的阻膜。接下來，針對阻膜來曝光描繪出欲形成於遮光膜之圖案(遮光圖案，即第2圖案)，並進一步地進行顯影處理等特定處理，來形成具有遮光圖案之第2阻劑圖案6b(參見圖2(e))。接著，以第2阻劑圖案6b作為遮罩，並使用氯與氧的混合氣體(氣體流量比Cl2：O2=4：1)來進行乾蝕刻，而於遮光膜3形成第2圖案(遮光圖案3b)(參見圖2(f))。進一步地，去除第2阻劑圖案6b，並經由洗淨等特定處理來獲得相移遮罩200(參見圖2(g))。
將所製作之實施例1的半調式相移遮罩200安裝在以ArF準分子雷射作為曝光光線之曝光裝置的遮罩台座，並從相移遮罩200的透光性基板1側照射ArF曝光光線，來將圖案曝光轉印在半導體元件上的阻膜。針對曝光轉印後的阻膜進行特定處理來形成阻劑圖案，並以SEM(Scanning Electron Microscope)來觀察該阻劑圖案。其結果為自設計圖案之位移量在面內皆為容許範圍內。由此結果可謂言能夠以該阻劑圖案作為遮罩來於半導體元件上高精確度地形成電路圖案。
(實施例2)
[遮罩基底之製造]
實施例2之遮罩基底100除了相移膜2以外，係以和實施例1相同的步驟順序所製造。此實施例2之相移膜2係分別改變第1層21、第2層22及第3層23的膜厚d1、d2、d3，這一點與實施例1的相移膜2不同。具體而言，係以和實施例1相同的步驟順序，而相接於透光性基板1的表面並以24.4nm的膜厚d1來形成相移膜2的第1層21，以21.4nm的膜厚d2來形成第2層22，且以27nm的膜厚d3來形成第3層23。亦即，實施例2之相移膜2中的第1層21、第2層22及第3層23的總膜厚dT為72.8nm。
又，以和實施例1相同的處理條件來針對此實施例2之相移膜2亦進行加熱處理。使用相移量測定裝置(Lasertec公司製MPM193)來測量該相移膜2相對於波長193nm的光之透光率與相位差後，透光率為20.7%，相位差為 177.2度(deg)。進一步地，測量該相移膜2之第1層21、第2層22及第3層23的各光學特性(折射率及消光係數)後，皆與實施例1相同。實施例2中之第1層21與第3層23的膜厚比率d1/d3為0.904。又，實施例2中之第2層22的膜厚d2與從第1層21到第3層23之3層的總膜厚dT之膜厚比率d2/dT為0.294。然後，相移膜2相對於波長193nm的光之內面反射率(透光性基板1側的反射率)R為20.3%，ArF曝光光線的吸收率A為59.0%。
如此般地，實施例2中的相移膜2當使第1層21、第2層22及第3層23的各折射率分別為n1、n2、n3時，會滿足n1>n2及n2<n3的關係，且使第1層21、第2層22及第3層23的各消光係數分別為k1、k2、k3時，會滿足k1>k2及k2<k3的關係，使第1層21及該第3層23的膜厚分別為d1、d3時，會滿足0.5≦d1/d3<1的關係。又，當使第2層22的膜厚為d2，且使第1層21、第2層22及第3層23之3層的總膜厚為dT時，會滿足0.24≦d2/dT≦0.3的關係。然後，實施例2中的相移膜2係具有能夠充分獲得相移效果之特定相位差(150度以上210度以下)與透光率為15%以上的光學特性，且會滿足60%以下的吸收率A。
然後，以和實施例1相同的步驟順序來於相移膜2上形成遮光膜3及硬遮罩膜4，便製造出實施例2之遮罩基底100。測量該相移膜2與遮光膜3之層積構造相對於波長193nm的光之光學濃度(OD)後，為3.0以上。
[相移遮罩之製造]
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作實施例2之相移遮罩200。
將所製作的實施例2之半調式相移遮罩200安裝在以ArF準分子雷射作為曝光光線之曝光裝置的遮罩台座，並從相移遮罩200的透光性基板1側照射ArF曝光光線，來將圖案曝光轉印在半導體元件上的阻膜。針對曝光轉印後的阻膜進行特定處理來形成阻劑圖案，並以SEM(Scanning Electron Microscope)來觀察該阻劑圖案。其結果為自設計圖案之位移量在面內皆為容許範圍內。由此結果可謂言能夠以該阻劑圖案作為遮罩來於半導體元件上高精確度地形成電路圖案。
(比較例1)
[遮罩基底之製造]
此比較例1之遮罩基底除了相移膜以外，係以和實施例1相同的步驟順序所製造。此比較例1之相移膜係改變第1層、第2層、第3層的膜厚d1、d2、d3，這一點與實施例1的相移膜2不同。具體而言，係以和實施例1相同的步驟順序而相接於透光性基板的表面並以32nm的膜厚d1來形成相移膜的第1層，以25.4nm的膜厚d2來形成第2層，且以15nm的膜厚d3來形成第3層。亦即，比較例1的相移膜中之第1層、第2層、第3層的總膜厚dT為72.4nm。
又，以和實施例1相同的處理條件來針對此比較例1之相移膜亦進行加熱處理。使用相移量測定裝置(Lasertec公司製MPM193)來測量該相移膜相對於波長193nm的光之透光率與相位差後，透光率為20.7%，相位差為176.9度(deg)。進一步地，測量該相移膜之第1層、第2層、第3層的各光學特性(折射率及消光係數)後，皆與實施例1相同。比較例1中之第1層與第3層的膜厚比率d1/d3為2.133。又，比較例1中之第2層的膜厚d2與從第1層到第3層之3層的總膜厚dT之膜厚比率d2/dT為0.351。然後，相移膜相對於波長193nm的光之內面反射率(透光性基板側的反射率)R為8.7%，ArF曝光光線的吸收率A為70.6%。
如此般地，比較例1中的相移膜當使第1層、第2層及第3層的各折射率分別為n1、n2、n3時，會滿足n1>n2及n2<n3的關係，且使第1層、第2層及第3層的各消光係數分別為k1、k2、k3時，會滿足k1>k2及k2<k3的關係。然而，第1層及第3層的膜厚分別為d1、d3時，並未滿足0.5≦d1/d3<1的關係。又，當使第2層的膜厚為d2，且使第1層、第2層及第3層之3層的總膜厚為dT時，並未滿足0.24≦d2/dT≦0.3的關係。然後，比較例1中的相移膜雖具有能夠充分獲得相移效果之特定相位差(150度以上210度以下)與透光率為15%以上的光學特性，但並未滿足60%以下的吸收率A。
藉由以上的步驟順序，來製造出會具有於透光性基板上層積有相移膜、遮光膜及硬遮罩膜的構造之比較例1的遮罩基底。測量該相移膜與遮光膜之層積構造相對於波長193nm的光之光學濃度(OD)後，為3.0以上。
[相移遮罩之製造]
接下來，使用此比較例1之遮罩基底並以和實施例1相同的步驟順序來製作比較例1之相移遮罩。
將所製作之比較例1的半調式相移遮罩安裝在以ArF準分子雷射作為曝光光線之曝光裝置的遮罩台座，並從相移遮罩的透光性基板側照射ArF曝光光線，來將圖案曝光轉印在半導體元件上的阻膜。針對曝光轉印後的阻膜進行特定處理來形成阻劑圖案，並以SEM(Scanning Electron Microscope)觀察該阻劑圖案。其結果為自設計圖案的位移量很大，且發現很多為容許範圍外的部位。由此結果可預想若以此阻劑圖案作為遮罩，則半導體元件上所形成之電路圖案便會發生斷線或短路。

Claims (20)

  1. 一種遮罩基底，係於透光性基板上具有相移膜；該相移膜係具有能夠讓ArF準分子雷射的曝光光線以15%以上的透光率穿透之功能，以及，會使穿透該相移膜之該曝光光線而與在空氣中通過和該相移膜的厚度相同距離之該曝光光線之間產生150度以上210度以下的相位差之功能；該相移膜係由含有非金屬元素與矽之材料所形成；該相移膜係包含有從該透光性基板側而依序層積有第1層、第2層及第3層之構造；使該第1層、該第2層及該第3層在該曝光光線的波長中之折射率分別為n1、n2、n3時，會滿足n1>n2及n2<n3的關係；使該第1層、該第2層及該第3層在該曝光光線的波長中之消光係數分別為k1、k2、k3時，會滿足k1>k2及k2<k3的關係；使該第1層及該第3層的膜厚分別為d1、d3時，會滿足0.5≦d1/d3<1的關係。
  2. 如申請專利範圍第1項之遮罩基底，其中使該第2層的膜厚為d2，且使該第1層、該第2層及該第3層之3層的總膜厚為dT時，會滿足0.24≦d2/dT≦0.3的關係。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩基底，其中該第1層係該折射率n1為2.3以上，該消光係數k1為0.2以上。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩基底，其中該第2層係該折射率n2為1.7以上，且該消光係數k2為0.01以上。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩基底，其中該第3層係該折射率n3為2.3以上，且該消光係數k3為0.2以上。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩基底，其中該相移膜係由非金屬元素與矽所構成的材料，或類金屬元素、非金屬元素及矽所構成的材料所形成。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩基底，其中該第1層、該第2層及該第3層皆是由含氮材料所形成。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩基底，其中該第2層係由含氧材料所形成。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之遮罩基底，其係於該相移膜上具有遮光膜。
  10. 一種相移遮罩，係於透光性基板上具有相移膜，該相移膜係具有轉印圖案；該相移膜係具有能夠讓ArF準分子雷射的曝光光線以15%以上的透光率穿透之功能，以及，會使穿透該相移膜之該曝光光線而與在空氣中通過和該相移膜的厚度相同距離之該曝光光線之間產生150度以上210度以下的相位差之功能；該相移膜係由含有非金屬元素與矽之材料所形成；該相移膜係包含有從該透光性基板側而依序層積有第1層、第2層及第3層之構造；使該第1層、該第2層及該第3層在該曝光光線的波長中之折射率分別為n1、n2、n3時，會滿足n1>n2及n2<n3的關係；使該第1層、該第2層及該第3層在該曝光光線的波長中之消光係數分別為k1、k2、k3時，會滿足k1>k2及k2<k3的關係；使該第1層及該第3層的膜厚分別為d1、d3時，會滿足0.5≦d1/d3<1的關係。
  11. 如申請專利範圍第10項之相移遮罩，其中使該第2層的膜厚為d2，且使該第1層、該第2層及該第3層之3層的總膜厚為dT時，會滿足0.24≦d2/dT≦0.3的關係。
  12. 如申請專利範圍第10或11項之相移遮罩，其中該第1層係該折射率n1為2.3以上，該消光係數k1為0.2以上。
  13. 如申請專利範圍第10或11項之相移遮罩，其中該第2層係該折射率n2為1.7以上，且該消光係數k2為0.01以上。
  14. 如申請專利範圍第10或11項之相移遮罩，其中該第3層係該折射率n3為2.3以上，且該消光係數k3為0.2以上。
  15. 如申請專利範圍第10或11項之相移遮罩，其中該相移膜係由非金屬元素與矽所構成的材料，或類金屬元素、非金屬元素及矽所構成的材料所形成。
  16. 如申請專利範圍第10或11項之相移遮罩，其中該第1層、該第2層及該第3層皆是由含氮材料所形成。
  17. 如申請專利範圍第10或11項之相移遮罩，其中該第2層係由含氧材料所形成。
  18. 如申請專利範圍第10或11項之相移遮罩，其係於該相移膜上具有遮光膜，該遮光膜係具有包含遮光帶的圖案。
  19. 一種相移遮罩之製造方法，係使用如申請專利範圍第9項的遮罩基底之相移遮罩之製造方法，具有以下工序：藉由乾蝕刻來於該遮光膜形成轉印圖案之工序；藉由以具有該轉印圖案的遮光膜作為遮罩之乾蝕刻，來於該相移膜形成轉印圖案之工序；以及藉由以包含遮光帶的圖案之阻膜作為遮罩之乾蝕刻，來於該遮光膜形成包含遮光帶的圖案之工序。
  20. 一種半導體元件之製造方法，係具有使用如申請專利範圍第18項的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。
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