TWI824129B - 相位移空白遮罩、其製造方法及相位移遮罩 - Google Patents
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Abstract
本發明之解決手段為一種 相位移空白遮罩，其係在透明基板上具有以包含矽與氮但不含過渡金屬的材料所形成之相位移膜，曝光光線為KrF準分子雷射光，相位移膜係以單層或複數層所構成，單層或構成複數層的各個層係對於曝光光線的折射率n為2.5以上，消光係數k為0.4～1，相位移膜之對於曝光光線的相位差為170～190°，透過率為4～8%，膜厚為85nm以下。
效果為依照本發明，可提供具備薄的相位移膜之相位移空白遮罩及相位移遮罩，該相位移膜係確保作為以KrF準分子雷射為曝光光線的相位移膜所必要的相位差與透過率，在光罩圖型之加工或曝光中有利的。
Description
本發明關於半導體積體電路等之製造等中所用的相位移空白遮罩及其製造方法以及相位移遮罩。
於半導體技術所用的微影技術中，作為解析度提升技術之一，使用相位移法。相位移法係例如:使用於基板上形成相位移膜的光罩的方法，於光罩基板之對於曝光光線為透明的基板上，形成：對於穿透未形成相位移膜的部分之曝光光線，即通過與相位移膜的厚度相同長度的空氣之曝光光線，穿透相位移膜的光之相位的差大約180°的相位移膜圖型，利用光的干涉而提高對比之方法。作為應用其的光罩之一，有半色調相位移遮罩。半色調相位移遮罩係在石英等之對於曝光光線為透明的基板之上，形成有半色調相位移膜的遮罩圖型者，該相位移膜係將與穿透未形成相位移膜的部分之光的相位差設為大約180°，具有實質上不幫助曝光的程度之透過率。至目前為止，作為半色調相位移遮罩之相位移膜，主要使用包含鉬及矽之膜(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
[發明所欲解決的課題]
於使用包含鉬及矽的膜之相位移遮罩中，當曝光光線為KrF準分子雷射(波長248nm)時，一般使用6%的透過率、180°左右的相位差，且膜厚為100nm左右的相位移膜。近年來，於曝光光線使用ArF準分子雷射(波長193nm)之相位移膜中，以膜的薄膜化或提高耐洗淨性及耐光性為目的，多使用氮化矽的相位移膜。即使於以KrF準分子雷射為曝光光線的情況中，也沒有達到以ArF準分子雷射為曝光光線之情況的地步，但要求耐洗淨性或耐光性高，不易發生霧濁之相位移膜。
在氮化矽以KrF準分子雷射為曝光光線時，為了成為在KrF準分子雷射滿足指定的相位差及透過率之膜，必須配合其波長而調整氮與矽之組成比。又，若考慮往相位移遮罩的加工時之圖型的倒塌或圖型的剖面形狀，則希望儘可能薄、組成均勻之膜。曝光光線為ArF準分子雷射時，氮化矽係較多含有氮者折射率n大，消光係數k小，因此有提案在可能的範圍內提高氮含有率之相位移膜。
本發明係為了解決上述課題而完成者，目的在於提供相位移空白遮罩及其製造方法以及相位移遮罩，該相位移空白遮罩具有即使於曝光光線為波長248nm的KrF準分子雷射之情況中，也作為能對應於圖型的微細化之相位移膜，確保必要的相位差及透過率，而且在圖型形成或三次元效果的減低等中有利，膜厚薄。
[解決課題的手段]
本發明者為了解決上述課題而重複專心致力的檢討，結果發現曝光光線為KrF準分子雷射光時，與ArF準分子雷射不同，氮化矽係其組成比(原子%)為Si：N=53：47左右之組成，折射率n為最高，膜之薄膜化係無法僅提高氮含有率而達成，關於曝光光線為KrF準分子雷射時的氮化矽，於波長248nm的KrF準分子雷射曝光用之相位移空白遮罩中，藉由將相位移膜設為包含矽與氮但不含過渡金屬之組成，將折射率n與消光係數k設為指定範圍，或將矽與氮之比率設為指定範圍，而成為具有對於曝光光線的相位差(相位移量)為170～190°，尤其透過率為4～8%，膜厚為85nm以下之更薄的相位移膜之相位移空白遮罩及相位移遮罩，終於完全本發明。
因此，本發明提供以下之相位移空白遮罩、相位移空白遮罩之製造方法及相位移遮罩。
1.一種相位移空白遮罩，其係在透明基板上具有以包含矽與氮但不含過渡金屬的材料所形成之相位移膜的空白光罩，其特徵為：
曝光光線為KrF準分子雷射光，
上述相位移膜係以單層或複數層所構成，該單層或構成複數層的各個層係對於曝光光線的折射率n為2.5以上，消光係數k為0.4～1，上述相位移膜之對於曝光光線的相位差為170～190°，透過率為4～8%，膜厚為85nm以下。
2.上述相位移空白遮罩，其中上述單層或構成複數層的各個層之氮相對於矽與氮之合計的含有率N/(Si+N)為0.43以上0.53以下。
3.一種相位移空白遮罩，其係在透明基板上具有以包含矽與氮但不含過渡金屬的材料所形成之相位移膜的空白光罩，
曝光光線為KrF準分子雷射光，
上述相位移膜係以單層或複數層所構成，上述單層的至少一部分或上述構成複數層的層的至少一部分之層的氮相對於矽與氮之合計的含有率N/(Si+N)為0.43以上0.53以下，上述相位移膜之對於曝光光線的相位差為170～190°。
4.一種相位移空白遮罩之製造方法，其係製造上述相位移空白遮罩之方法，包含：
以使用含矽的靶與氮氣的反應性濺鍍，形成上述相位移膜之步驟，
將該步驟中設定的氮氣流量，於使氮氣的流量從低流量變化至高流量時，於相位移膜之對於曝光光線的折射率n成為最高的流量之-20%至+20%之範圍內，設為一定或使其連續地或階段地變化。
5.上述相位移空白遮罩之製造方法，其中將上述步驟中設定的氮氣流量，於上述相位移膜之對於曝光光線的折射率n成為最高的流量，設為一定。
6.上述相位移空白遮罩之製造方法，其中上述濺鍍係磁控濺鍍，上述含矽的靶係矽靶。
7.一種相位移遮罩，其特徵為使用上述相位移空白遮罩而形成者。
[發明的效果]
依照本發明，可提供具備薄的相位移膜之相位移空白遮罩及相位移遮罩，該相位移膜係確保作為以KrF準分子雷射為曝光光線的相位移膜所必要的相位差與透過率，在光罩圖型之加工或曝光中有利的。
[實施發明的形態]
以下，更詳細地說明本發明。
本發明之相位移空白遮罩係具有在石英基板等透明基板上所形成的相位移膜。又，本發明之相位移遮罩係具有在石英基板等透明基板上所形成的相位移膜之遮罩圖型(光罩圖型)。
於本發明中，透明基板例如宜為SEMI規格中所規定之6吋見方、厚度25毫吋之被稱為6025基板的透明基板，使用SI單位系統時，通常記載為152mm見方、厚度6.35mm的透明基板。
圖1(A)係顯示本發明之相位移空白遮罩的一例之剖面圖，此相位移空白遮罩100具備透明基板10與形成在透明基板10上的相位移膜1。又，圖1(B)係顯示本發明之相位移遮罩的一例之剖面圖，此相位移遮罩101具備透明基板10與形成在透明基板10上的相位移膜圖型11。相位移遮罩係可藉由使用相位移空白遮罩，形成其相位移膜之圖型而得。
本發明之相位移膜係於指定的膜厚中，對於KrF準分子雷射(波長248nm)的曝光光線，可賦予指定的相位差(相位移量)與指定的透過率之膜。於本發明中，相位移膜係以包含矽與氮但不含過渡金屬的材料所形成。為了提高膜的洗淨耐性，使相位移膜含有氧者係有效果的，因此包含矽與氮但不含過渡金屬的材料，係除了矽及氮以外，亦可包含氧，但因含有氧而膜的折射率n降低，故有膜厚變厚之傾向。因此，包含矽與氮但不含過渡金屬的材料較佳為由矽與氮所成之材料(將不可避免的雜質除外，實質上由此等2種元素所構成的材料)。
相位移膜只要滿足作為相位移膜所必要的相位差及透過率即可，可以單層構成，也可以複數層構成。於單層及複數層之任一情況中，皆單層或構成複數層的各個層可為單一組成層(組成在厚度方向中無變化的層)，也可為組成傾斜層(組成在厚度方向中變化的層)。
本發明之相位移膜係於單層或構成複數層的各個層中，對於曝光光線的折射率n較佳為2.5以上，特佳為2.55以上。折射率n之上限通常為2.7以下。又，本發明之相位移膜係於單層或構成複數層的各個層中，對於曝光光線的消光係數k較佳為0.4以上，特佳為0.5以上，較佳為1以下，特佳為0.8以下。
本發明之相位移膜係在以單層構成相位移膜時，於單層的至少一部分，尤其單層全體中，以複數層構成相位移膜時，於構成複數層的至少一部分之層，尤其各個層(全部的層)中，氮相對於矽與氮之合計的含有率N/(Si+N)較佳為0.43以上，特佳為0.45以上，且較佳為0.53以下，特佳為0.5以下。再者，成為組成傾斜層時，組成的傾斜範圍較佳為上述範圍內。再者，單層或複數層的各層包含氧時，氧的含有率較佳為30原子%以下，特佳為10原子%以下，極佳為5原子%以下。
本發明之相位移膜之對於曝光光線的相位差，只要在相位移膜存在的部分(相位移部)與相位移膜不存在的部分之邊界部，藉由通過各自的曝光光線之相位差而曝光光線進行干涉，可使對比增大之相位差即可，相位差可為170°以上190°以下。另一方面，本發明之相位移膜之對於曝光光線的透過率可為4%以上8%以下。於本發明之相位移膜之情況，可將對於KrF準分子雷射(波長248nm)的相位差及透過率設為上述範圍內。
本發明之相位移膜的全體厚度，係愈薄愈容易形成微細的圖型，可設為85nm以下，較佳設為80nm以下。另一方面，相位移膜之膜厚的下限係對於曝光光線，在得到必要的光學特性之範圍內設定，並沒有特別的限制，但一般為50nm以上。
本發明之相位移膜係可採用眾所周知的成膜手法來成膜，但較佳為藉由容易得到均質性優異之膜的濺鍍法來成膜，亦可使用DC濺鍍、RF濺鍍之任一方法，但更佳為磁控濺鍍。靶與濺鍍氣體係按照層構成或組成而適宜選擇。作為靶，只要使用矽靶、氮化矽靶、包含矽與氮化矽之兩者的靶等之含矽靶即可。氮的含有率係可藉由在濺鍍氣體中，使用氮氣作為反應性氣體，適宜調整導入量進行反應性濺鍍而調整。再者，於濺鍍氣體中，亦可使用氦氣、氖氣、氬氣等作為稀有氣體。
以使用含矽的靶與氮氣的反應性濺鍍形成本發明之相位移膜時，較佳為將所設定的氮氣流量，設為相位移膜之對於曝光光線的折射率n成為最高的流量之-20%至+20%之範圍內，尤其設為相位移膜之對於曝光光線的折射率n成為最高的流量而形成。藉由成為如此，可以更薄的膜厚形成相位差為170～190°、透過率為4～8%之相位移膜。相位移膜之對於曝光光線的折射率n成為最高的流量，只要預先確認於使氮氣的流量從低流量變化至高流量時所得的氮化矽之折射率n的變化而決定即可。此時，氮氣的流量以外之濺鍍條件(對靶的施加電力、其他濺鍍氣體的流量、濺鍍壓力等)係固定(一定)。再者，於實際形成膜時設定的流量亦可一定，也可連續地或階段地變化。
將相位移膜設為複數層時，為了抑制相位移膜的膜質變化，作為其表面側(與透明基板疏離之側)的最表面部之層，可設置表面氧化層。此表面氧化層之氧含有率可為20原子%以上，更可為50原子%以上。作為形成表面氧化層之方法，具體而言，除了藉由大氣氧化(自然氧化)的氧化之外，作為強制地氧化處理之方法，可舉出藉由臭氧氣體或臭氧水來處理濺鍍所形成的膜之方法，或在氧氣環境等之氧存在環境中，藉由烘箱加熱、燈退火、雷射加熱等，加熱至300℃以上之方法等。此表面氧化層的厚度較佳為10nm以下，特佳為5nm以下，極佳為3nm以下，通常以1nm以上得到作為氧化層的效果。表面氧化層雖然亦可於濺鍍步驟中增加氧量而形成，但為了成為缺陷更少的層，較佳為藉由前述的大氣氧化或氧化處理而形成。
於本發明之相位移空白遮罩的相位移膜之上，可設置由單層或複數層所成的第2層。第2層通常係鄰接於相位移膜而設置。作為此第2層，具體而言，可舉出遮光膜、遮光膜與抗反射膜之組合、相位移膜之圖型形成中作為硬遮罩之功能的加工輔助膜等。又，設置後述的第3層時，亦可利用此第2層，在第3層的圖型形成中作為具有蝕刻阻擋之功能的加工輔助膜(蝕刻阻擋膜)。作為第2層之材料，含鉻的材料係合適。
作為如此的相位移空白遮罩，具體而言，可舉出圖2(A)所示者。圖2(A)係顯示本發明之相位移空白遮罩的一例之剖面圖，此相位移空白遮罩100具備透明基板10、形成在透明基板10上的相位移膜1、與形成在相位移膜1上的第2層2。
於本發明之相位移空白遮罩中，可於相位移膜之上，設置蝕刻遮罩膜作為第2層，該蝕刻遮罩膜係具有作為用於在遮光膜或相位移膜上形成圖型之硬遮罩的功能。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，可在相位移遮罩中設置將曝光光線完全遮光的區域。此遮光膜及抗反射膜亦可利用作為蝕刻中的加工輔助膜。關於遮光膜及抗反射膜之膜構成及材料，有許多的報告(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)，但作為較佳的遮光膜與抗反射膜之組合的膜構成，例如可舉出設置含鉻的材料之遮光膜，更設置減低來自遮光膜的反射之含鉻的材料之抗反射膜等。遮光膜及抗反射膜皆可以單層構成，也可以複數層構成。作為遮光膜或抗反射膜之含鉻的材料，可舉出鉻單質、鉻氧化物(CrO)、鉻氮化物(CrN)、鉻碳化物(CrC)、鉻氧氮化物(CrON)、鉻氧碳化物(CrOC)、鉻氮碳化物(CrNC)、鉻氧氮碳化物(CrONC)等之鉻化合物等。再者，此處，表示含鉻的材料之化學式係顯示構成元素者，不是意指構成元素之組成比(於以下之含鉻的材料中同樣)。
第2層為遮光膜或是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，極佳為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，且較佳為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，且較佳為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，於需要調整蝕刻速度時，更佳為1原子%以上。此時，鉻、氧、氮及碳之合計的含有率較佳為95原子%以上，特佳為99原子%以上，極佳為100原子%。
又，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，且較佳為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，於需要調整蝕刻速度時，更佳為1原子%以上。此時，鉻、氧、氮及碳之合計的含有率較佳為95原子%以上，特佳為99原子%以上，極佳為100原子%。
第2層為遮光膜或是遮光膜與抗反射膜之組合時，第2層之膜厚通常為20～100nm，較佳為40～70nm。又，對於波長200nm以下的曝光光線，相位移膜與第2層之合計的光學濃度較佳為2.0以上，特佳為2.5以上，極佳為3.0以上。
於本發明之相位移空白遮罩的第2層之上，可設置由單層或複數層所成的第3層。第3層通常係鄰接於第2層而設置。作為此第3層，具體而言，可舉出在第2層之圖型形成中作為硬遮罩之功能的加工輔助膜、遮光膜、遮光膜與抗反射膜之組合等。作為第3層之材料，含矽的材料係合適，特佳為不含鉻者。
作為如此的相位移空白遮罩，具體而言，可舉出圖2(B)所示者。圖2(B)係顯示本發明之相位移空白遮罩的一例之剖面圖，此相位移空白遮罩100具有透明基板10、形成在透明基板10上的相位移膜1、形成在相位移膜1上的第2層2、與形成在第2層2上的第3層3。
第2層為遮光膜或是遮光膜與抗反射膜之組合時，作為第3層，可設置在第2層之圖型形成中作為硬遮罩之功能的加工輔助膜(蝕刻遮罩膜)。又，於設置後述的第4層時，亦可利用此第3層作為在第4層之圖型形成中當作蝕刻阻擋之功能的加工輔助膜(蝕刻阻擋膜)。此加工輔助膜係與第2層不同蝕刻特性的材料，例如對於含鉻的材料之蝕刻所適用的氯系乾蝕刻具有耐性之材料，具體而言，較佳設為以SF6
或CF4
等之氟系氣體能蝕刻之含矽的材料。作為含矽的材料，具體而言，可舉出矽單質、含有矽與氮及氧的一者或兩者之材料、含有矽與過渡金屬的材料、含有矽與氮及氧的一者或兩者與過渡金屬的材料等之矽化合物等，作為過渡金屬，可舉出鉬、鉭、鋯等。
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，且較佳為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，於需要調整蝕刻速度時，更佳為1原子%以上，尤佳為20原子%以上。可含有過渡金屬，也可不含，含有過渡金屬時，其含有率較佳為35原子%以下，特佳為20原子%以下。此時，矽、氧、氮及過渡金屬之合計的含有率較佳為95原子%以上，特佳為99原子%以上，極佳為100原子%。
第2層為遮光膜或是遮光膜與抗反射膜組合，第3層為加工輔助膜時，第2層之膜厚通常為20～100nm，較佳為40～70nm，第3層之膜厚通常為1～30nm，較佳為2～15nm。又，對於波長200nm以下的曝光光線，相位移膜與第2層之合計的光學濃度較佳設為2.0以上，特佳設為2.5以上，極佳設為3.0以上。
又，第2層為加工輔助膜時，可設置遮光膜作為第3層。又，作為第3層，亦可組合遮光膜與抗反射膜而設置。此時，第2層係在相位移膜之圖型形成中作為硬遮罩之功能的加工輔助膜(蝕刻遮罩膜)，亦可利用作為第3層之圖型形成中作為蝕刻阻擋的功能之加工輔助膜(蝕刻阻擋膜)。作為加工輔助膜之例，可舉出如日本特開2007-241065號公報(專利文獻4)所示之以含鉻的材料所構成之膜。加工輔助膜係可以單層構成，也可以複數層構成。作為加工輔助膜之含鉻的材料，可舉出鉻單質、鉻氧化物(CrO)、鉻氮化物(CrN)、鉻碳化物(CrC)、鉻氧氮化物(CrON)、鉻氧碳化物(CrOC)、鉻氮碳化物(CrNC)、鉻氧氮碳化物(CrONC)等之鉻化合物等。
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，極佳為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，於需要調整蝕刻速度時，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，且較佳為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，於需要調整蝕刻速度時，更佳為1原子%以上。此時，鉻、氧、氮及碳之合計的含有率較佳為95原子%以上，特佳為99原子%以上，極佳為100原子%。
另一方面，第3層的遮光膜及抗反射膜係與第2層不同蝕刻特性的材料，例如對於含鉻的材料之蝕刻所適用的氯系乾蝕刻具有耐性之材料，具體而言，較佳設為以SF6
或CF4
等之氟系氣體能蝕刻之含矽的材料。作為含矽的材料，具體而言，可舉出矽單質、含有矽與氮及氧的一者或兩者之材料、含有矽與過渡金屬的材料、含有矽與氮及氧的一者或兩者與過渡金屬的材料等之矽化合物等，作為過渡金屬，可舉出鉬、鉭、鋯等。
第3層為遮光膜或是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，極佳為20原子%以下，於需要調整蝕刻速度時，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，於需要調整蝕刻速度時，更佳為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，且較佳為1原子%以上。此時，矽、氧、氮及過渡金屬之合計的含有率較佳為95原子%以上，特佳為99原子%以上，極佳為100原子%。
第2層為加工輔助膜，第3層為遮光膜或是遮光膜與抗反射膜之組合時，第2層之膜厚通常為1～20nm，較佳為2～10nm，第3層之膜厚通常為20～100nm，較佳為30～70nm。又，對於波長200nm以下的曝光光線，相位移膜與第2層與第3層之合計的光學濃度較佳為2.0以上，特佳為2.5以上，極佳為3.0以上。
於本發明之相位移空白遮罩的第3層之上，可設置由單層或複數層所成之第4層。第4層通常係鄰接於第3層而設置。作為此第4層，具體而言，可舉出在第3層之圖型形成中作為硬遮罩之功能的加工輔助膜等。作為第4層，含鉻的材料係合適。
作為如此的相位移空白遮罩，具體而言，可舉出圖2(C)所示者。圖2(C)係顯示本發明之相位移空白遮罩的一例之剖面圖，此相位移空白遮罩100具有透明基板10、形成在透明基板10上的相位移膜1、形成在相位移膜1上的第2層2、形成在第2層2上的第3層3、與形成在第3層3上的第4層4。
第3層為遮光膜或是遮光膜與抗反射膜之組合時，作為第4層，可設置在第3層之圖型形成中作為硬遮罩之功能的加工輔助膜(蝕刻遮罩膜)。此加工輔助膜係與第3層不同蝕刻特性的材料，例如對於含矽的材料之蝕刻所適用的氟系乾蝕刻具有耐性之材料，具體而言，較佳為能以含氧的氯系氣體蝕刻之含鉻的材料。作為含鉻的材料，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)、鉻氧氮化物(CrON)、鉻氧碳化物(CrOC)、鉻氮碳化物(CrNC)、鉻氧氮碳化物(CrONC)等之鉻化合物等。
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，極佳為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，於需要調整蝕刻速度時，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%以下於需要調整蝕刻速度時，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，於需要調整蝕刻速度時，更佳為1原子%以上。此時，鉻、氧、氮及碳之合計的含有率較佳為95原子%以上，特佳為99原子%以上，極佳為100原子%。
第2層為加工輔助膜，第3層為遮光膜或是遮光膜與抗反射膜之組合，第4層為加工輔助膜時，第2層之膜厚通常為1～20nm，較佳為2～10nm，第3層之膜厚通常為20～100nm，較佳為30～70nm，第4層之膜厚通常為1～30nm，較佳為2～20nm。又，對於波長200nm以下的曝光光線，相位移膜與第2層與第3層之合計的光學濃度較佳為2.0以上，特佳為2.5以上，極佳為3.0以上。
第2層及第4層之以含鉻的材料所構成之膜，係可藉由使用鉻靶、於鉻中加有由氧、氮及碳所選出的任1種或2種以上之靶等，且使用於Ar、He、Ne等之稀有氣體中，按照成膜的膜之組成，適宜添加由含氧的氣體、含氮的氣體、含碳的氣體等所選出的反應性氣體之濺鍍氣體的反應性濺鍍，進行成膜。
另一方面，第3層之以含矽的材料所構成之膜，係可藉由使用矽靶、氮化矽靶、含有矽與氮化矽之兩者的靶、過渡金屬靶、矽與過渡金屬之複合靶等，且使用於Ar、He、Ne等之稀有氣體中，按照成膜的膜之組成，適宜添加由含氧的氣體、含氮的氣體、含碳的氣體等所選出的反應性氣體之濺鍍氣體的反應性濺鍍，進行成膜。
本發明之相位移遮罩係可從相位移空白遮罩，藉由常用方法製造。例如，於相位移膜之上形成有含鉻的材料之膜作為第2層之相位移空白遮罩中，例如可用下述之步驟來製造相位移遮罩。
首先，於相位移空白遮罩之第2層上，將電子線阻劑膜予以成膜，進行藉由電子線的圖型描繪後，藉由指定的顯像操作而得到阻劑圖型。其次，將所得之阻劑圖型當作蝕刻遮罩，藉由含有氧的氯系乾蝕刻，將阻劑圖型轉印至第2層，得到第2層的圖型。接著，將所得之第2層的圖型當作蝕刻遮罩，藉由氟系乾蝕刻，將第2層的圖型轉印至相位移膜，得到相位移膜圖型。此處，於必須殘留第2層的一部分之情況，將保護該部分的阻劑圖型形成在第2層之上後，藉由含有氧的氯系乾蝕刻，去除未被阻劑圖型所保護的部分之第2層。然後，藉由常見方法去除阻劑圖型，可得到相位移遮罩。
又，於相位移膜之上，作為第2層，形成含鉻的材料之遮光膜或是遮光膜與抗反射膜之組合，於第2層之上，作為第3層，形成有含矽的材料之加工輔助膜之相位移空白遮罩中，例如可用下述之步驟來製造相位移遮罩。
首先，於相位移空白遮罩的第3層之上，將電子線阻劑膜予以成膜，進行藉由電子線的圖型描繪後，藉由指定的顯像操作而得到阻劑圖型。其次，將所得之阻劑圖型當作蝕刻遮罩，藉由氟系乾蝕刻，將阻劑圖型轉印至第3層，得到第3層的圖型。接著，將所得之第3層的圖型當作蝕刻遮罩，藉由含有氧的氯系乾蝕刻，將第3層的圖型轉印至第2層，得到第2層的圖型。接著，於去除阻劑圖型後，將所得之第2層的圖型當作蝕刻遮罩，藉由氟系乾蝕刻，將第2層的圖型轉印至相位移膜，得到相位移膜圖型，同時去除第3層的圖型。接著，將保護殘留第2層的部分之阻劑圖型形成在第2層之上後，藉由含有氧的氯系乾蝕刻，去除未被阻劑圖型所保護的部分之第2層。然後，藉由常見方法去除阻劑圖型，可得到相位移遮罩。
另一方面，於相位移膜之上，作為第2層，形成含鉻的材料之加工輔助膜，於第2層之上，作為第3層，形成有含矽的材料之遮光膜或是遮光膜與抗反射膜之組合的相位移空白遮罩中，例如可用下述之步驟來製造相位移遮罩。
首先，於相位移空白遮罩的第3層之上，將電子線阻劑膜予以成膜，進行藉由電子線的圖型描繪後，藉由指定的顯像操作而得到阻劑圖型。其次，將所得之阻劑圖型當作蝕刻遮罩，藉由氟系乾蝕刻，將阻劑圖型轉印至第3層，得到第3層的圖型。接著，將所得之第3層的圖型當作蝕刻遮罩，藉由含有氧的氯系乾蝕刻，將第3層的圖型轉印至第2層，得到去除相位移膜的部分之第2層被去除的第2層之圖型。接著，去除阻劑圖型，將保護殘留第3層的部分之阻劑圖型形成在第3層之上後，將所得之第2層的圖型當作蝕刻遮罩，藉由氟系乾蝕刻，將第2層的圖型轉印至相位移膜，得到相位移膜圖型，同時去除未被阻劑圖型所保護的部分之第3層。接著，藉由常見方法去除阻劑圖型。然後，藉由含有氧的氯系乾蝕刻，去除已去除第3層的部分之第2層，可得到相位移遮罩。
再者，於相位移膜之上，作為第2層，形成含鉻的材料之加工輔助膜，於第2層之上，作為第3層，形成含矽的材料之遮光膜或是遮光膜與抗反射膜之組合，再者，於第3層之上，作為第4層，形成有含鉻的材料之加工輔助膜的相位移空白遮罩中，例如可用下述之步驟來製造相位移遮罩。
首先，於相位移空白遮罩的第4層之上，將電子線阻劑膜予以成膜，進行藉由電子線的圖型描繪後，藉由指定的顯像操作而得到阻劑圖型。其次，將所得之阻劑圖型當作蝕刻遮罩，藉由含有氧的氯系乾蝕刻，將阻劑圖型轉印至第4層，得到第4層的圖型。接著，將所得之第4層的圖型當作蝕刻遮罩，藉由氟系乾蝕刻，將第4層的圖型轉印至第3層，得到第3層的圖型。接著，去除阻劑圖型，將保護殘留第3層的部分之阻劑圖型形成在第4層之上後，將所得之第3層的圖型當作蝕刻遮罩，藉由含有氧的氯系乾蝕刻，將第3層的圖型轉印至第2層，得到第2層的圖型，同時去除未被阻劑圖型所保護的部分之第4層。接著，將第2層的圖型當作蝕刻遮罩，藉由氟系乾蝕刻，將第2層的圖型轉印至相位移膜，得到相位移膜圖型，同時去除未被阻劑圖型所保護的部分之第3層。接著，藉由常見方法去除阻劑圖型。然後，藉由含有氧的氯系乾蝕刻，去除已去除第3層的部分之第2層與已去除阻劑圖型的部分之第4層，可得到相位移遮罩。
[實施例]
以下，顯示實施例及比較例，具體地說明本發明，惟本發明不受下述之實施例所限制。
[實施例1]
於濺鍍裝置之腔室內，設置152mm見方、厚度6.35mm之6025石英基板，使用矽靶作為濺鍍靶，使用氬氣、氮氣作為濺鍍氣體，將放電電力設為1.9kW，將氬氣流量設為28sccm(固定)，在19至40sccm之間設定氮氣流量，將由SiN所成、組成不同的單層之相位移膜8種予以成膜。
求出此等膜之對於KrF準分子雷射(波長248nm)的光學常數之折射率n及消光係數k。圖3及圖4中分別顯示繪製折射率n及消光係數k之值相對於氮氣流量之圖表。又，以XPS(X射線光電子分光分析法，以下相同)測定此等之膜的組成。圖5中顯示繪製折射率n之值相對於N/(Si+N)之值(原子比)之圖表。由圖5可知，折射率n成為最高的流量係N/(Si+N)之值為0.47左右。
接著，於濺鍍裝置之腔室內，設置152mm見方、厚度6.35mm之6025石英基板，使用矽靶作為濺鍍靶，使用氬氣、氮氣作為濺鍍氣體，將放電電力設定在1.9kW，將氬氣流量設定在28sccm，將氮氣流量設定在27sccm，將由SiN所成之單層的相位移膜予以成膜。
該相位移膜之對於KrF準分子雷射(波長248nm)的折射率n為2.60，消光係數k為0.70，相位差為177°，透過率為4.5%，且厚度為79nm。又，以XPS測定此膜之組成，結果N/(Si+N)之值(原子比)為0.49。
[實施例2]
於濺鍍裝置之腔室內，設置152mm見方、厚度6.35mm之6025石英基板，使用矽靶作為濺鍍靶，使用氬氣、氮氣作為濺鍍氣體，將放電電力設為1.9kW，將氬氣流量設為17sccm(固定)，在10至30sccm之間設定氮氣流量，將由SiN所成、組成不同的單層之相位移膜8種予以成膜。
求出此等膜之對於KrF準分子雷射(波長248nm)的光學常數之折射率n及消光係數k，另外，以XPS測定此等膜之組成，與實施例1同樣地確認，結果折射率n成為最高的流量係N/(Si+N)之值為0.47左右。
接著，於濺鍍裝置之腔室內，設置152mm見方、厚度6.35mm之6025石英基板，使用矽靶作為濺鍍靶，使用氬氣、氮氣作為濺鍍氣體，將放電電力設定在1.9kW，將氬氣流量設定在17sccm，將氮氣流量設定在27sccm，將由SiN所成之單層的相位移膜予以成膜。
該相位移膜之對於KrF準分子雷射(波長248nm)的折射率n為2.60，消光係數k為0.60，相位差為179°，透過率為6.7%，且厚度為80nm。又，以XPS測定此膜之組成，結果N/(Si+N)之值(原子比)為0.50。
[實施例3]
於濺鍍裝置之腔室內，設置152mm見方、厚度6.35mm之6025石英基板，使用矽靶作為濺鍍靶，使用氬氣、氮氣、氧氣作為濺鍍氣體，將放電電力設定在1.9kW，將氬氣流量設定在28sccm，將氮氣流量設定在26sccm，將氧氣流量設定在1.5sccm，將由SiON所成之單層的相位移膜予以成膜。
該相位移膜之對於KrF準分子雷射(波長248nm)的折射率n為2.52，消光係數k為0.56，相位差為178°，透過率為7.3%，且厚度為83nm。又，以XPS測定此膜之組成，結果N/(Si+N)之值(原子比)為0.49，氧的含有率為2原子%。
[比較例1]
於濺鍍裝置之腔室內，設置152mm見方、厚度6.35mm之6025石英基板，使用矽靶作為濺鍍靶，使用氬氣、氮氣作為濺鍍氣體，將放電電力設為1.9kW，將氬氣流量設為28sccm，將氮氣流量設定在19sccm，將由SiN所成之下層(厚度27nm)與將氮氣流量設定在35sccm且由SiN所成之上層(厚度64nm)的2層所成之相位移膜予以成膜。
該相位移膜之對於KrF準分子雷射(波長248nm)的折射率n係下層為2.45，上層為2.38，消光係數k係下層為1.5，上層為0.07，相位差為177°，透過率為6.2%，但厚度為91nm之厚。又，以XPS測定此膜之組成，結果N/(Si+N)之值(原子比)係下層為0.40，上層為0.53。
[比較例2]
於濺鍍裝置之腔室內，設置152mm見方、厚度6.35mm之6025石英基板，使用矽靶作為濺鍍靶，使用氬氣、氮氣作為濺鍍氣體，將放電電力設為1.9kW，將氬氣流量設為28sccm，使氮氣流量在19到45 sccm為止連續地變化，而將單層的相位移膜予以成膜，其係由組成在厚度方向中連續地變化之SiN所構成，光學特性在厚度方向中連續地變化之組成傾斜層所構成。
該相位移膜之對於KrF準分子雷射(波長248nm)的折射率n，係在相接於石英基板之側的下面部為2.45，在與石英基板疏離之側的上面部為2.33，消光係數k係在相接於石英基板之側的下面部為1.5，在相接於石英基板之側的下面部為0.05，相位差為177°，透過率為6.0%，但為厚度87nm之厚。又，以XPS測定此膜之組成，結果N/(Si+N)之值(原子比)係在相接於石英基板之側的下面部為0.40，在與石英基板疏離之側的上面部為0.53。
[比較例3]
於濺鍍裝置之腔室內，設置152mm見方、厚度6.35mm之6025石英基板，使用鉬矽(MoSi)靶與矽靶作為濺鍍靶，使用氬氣、氮氣、氧氣作為濺鍍氣體，將MoSi靶的放電電力設為1.2kW，將矽靶的放電電力設為8kW，將氬氣流量設定在5sccm，將氮氣流量設為65sccm，將氧氣流量2.5sccm，將由MoSiON所成之單層的相位移膜予以成膜。
該相位移膜之對於KrF準分子雷射(波長248nm)的折射率n為2.25，消光係數k為0.52，相位差為175°，透過率為6.2%，但厚度為99nm之厚。又，以XPS測定此膜之組成，結果鉬係14原子%含有，N/(Si+N)之值(原子比)為0.56。
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:相位移空白遮罩
101:相位移遮罩
[圖1]係顯示本發明之相位移空白遮罩及相位移遮罩的一例之剖面圖。
[圖2]係顯示本發明之相位移空白遮罩的另一例之剖面圖。
[圖3]係繪製實施例1中的折射率n相對於氮氣流量之圖表。
[圖4]係繪製實施例1中的消光係數k相對於氮氣流量之圖表。
[圖5]係繪製實施例1中的折射率n相對於N/(Si+N)之圖表。
1:相位移膜
10:透明基板
11:相位移膜圖型
100:相位移空白遮罩
101:相位移遮罩
Claims (31)
- 一種相位移空白遮罩，其包含基板、及位於該基板上之相位移膜，該相位移膜由基本上由矽與氮所組成的材料所構成，其特徵為：曝光光線為KrF準分子雷射光，該相位移膜係由複數層所組成，該複數層中之各個層基本上係由矽與氮所組成，並且對於該曝光光線的折射率n為至少2.5且消光係數k為0.4至1，及該相位移膜對於該曝光光線的相位移為170至190°且透過率為4至8%，厚度為至多85nm。
- 如請求項1之相位移空白遮罩，其中該複數層中之各個層之含有率N/(Si+N)在0.43至0.53之範圍內，該含有率N/(Si+N)表示氮含有率(at %)相對於矽與氮之合計的含有率(at %)。
- 一種製造如請求項1之相位移空白遮罩之方法，其包含下列步驟：以使用含矽的靶與氮氣的反應性濺鍍，形成該相位移膜，其中在該形成步驟中，將該氮氣流量設定為賦予該相位移膜對於該曝光光線有折射率n成為最高的流量的-20%至+20%之值，並且保持一定或使其連續地或階段地變化，賦予該折射率n成為最高的流量係從低流量至高流量變化時獲得的。
- 如請求項3之方法，其中在該形成步驟 中，將該氮氣流量設定為賦予該相位移膜對於該曝光光線有折射率n成為最高的流量，並且保持一定。
- 如請求項3或4之方法，其中該濺鍍係磁控濺鍍，及該含矽的靶係矽靶。
- 一種相位移遮罩，其特徵為使用如請求項1或2之相位移空白遮罩所製造。
- 一種相位移空白遮罩，其包含基板、及位於該基板上之相位移膜，該相位移膜由基本上由矽與氮所組成的材料所構成，其特徵為：曝光光線為KrF準分子雷射光，該相位移膜係由複數層所組成，該複數層中之各個層基本上係由矽與氮所組成，並且含有率N/(Si+N)在0.43至0.53之範圍內，該含有率N/(Si+N)表示氮含有率(at %)相對於矽與氮之合計的含有率(at %)，及該相位移膜對於該曝光光線的相位移為170至190°。
- 一種製造如請求項7之相位移空白遮罩之方法，其包含下列步驟：以使用含矽的靶與氮氣的反應性濺鍍，形成該相位移膜，其中在該形成步驟中，將該氮氣流量設定為賦予該相位移膜對於該曝光光線有折射率n成為最高的流量的-20%至+20%之值，並且保持一定或使其連續地或階段地變化，賦予該折射率n成為最高的流量係從低流量至高流量變化時獲得的。
- 如請求項8之方法，其中在該形成步驟中，將該氮氣流量設定為賦予該相位移膜對於該曝光光線有折射率n成為最高的流量，並且保持一定。
- 如請求項8或9之方法，其中該濺鍍係磁控濺鍍，及該含矽的靶係矽靶。
- 一種相位移遮罩，其特徵為使用如請求項7~10中任一項之相位移空白遮罩所製造。
- 一種相位移空白遮罩，其包含基板、及位於該基板上之相位移膜，該相位移膜由包含矽與氮但不含過渡金屬的材料所構成，其特徵為：曝光光線為KrF準分子雷射光，該相位移膜係由複數層所組成，該複數層由表面氧化層所組成，該表面氧化層在遠離該基板之側形成為最外層，並且一或多層分別對於該曝光光線的折射率n為至少2.5且消光係數k為0.4至1，及該相位移膜對於該曝光光線的相位移為170至190°且透過率為4至8%，厚度為至多85nm。
- 如請求項12之相位移空白遮罩，其中該表面氧化層之氧含有率係至少20 at %。
- 如請求項12之相位移空白遮罩，其中該相位移膜之厚度為至少50nm。
- 如請求項14之相位移空白遮罩，該表面氧化層之厚度為1至10nm。
- 如請求項12之相位移空白遮罩，其中該 一或多層之含有率N/(Si+N)在0.43至0.53之範圍內，該含有率N/(Si+N)表示氮含有率(at %)相對於矽與氮之合計的含有率(at %)。
- 如請求項12~16中任一項之相位移空白遮罩，其中該一或多層中之各個層基本上係由矽與氮所組成。
- 一種製造如請求項12之相位移空白遮罩之方法，其包含下列步驟：以使用含矽的靶與氮氣的反應性濺鍍，形成該相位移膜，其中在該形成步驟中，將該氮氣流量設定為賦予該相位移膜對於該曝光光線有折射率n成為最高的流量的-20%至+20%之值，並且保持一定或使其連續地或階段地變化，賦予該折射率n成為最高的流量係從低流量至高流量變化時獲得的。
- 如請求項18之方法，其中在該形成步驟中，將該氮氣流量設定為賦予該相位移膜對於該曝光光線有折射率n成為最高的流量，並且保持一定。
- 如請求項18或19之方法，其中該濺鍍係磁控濺鍍，及該含矽的靶係矽靶。
- 一種相位移遮罩，其特徵為使用如請求項12~17中任一項之相位移空白遮罩所製造。
- 一種相位移空白遮罩，其包含基板、及位於該基板上之相位移膜，該相位移膜由包含矽與氮但不 含過渡金屬的材料所構成，其特徵為：曝光光線為KrF準分子雷射光，該相位移膜係由複數層所組成，該複數層由表面氧化層所組成，該表面氧化層在遠離該基板之側形成為最外層，並且一或多層之含有率N/(Si+N)在0.43至0.53之範圍內，該含有率N/(Si+N)表示氮含有率(at %)相對於矽與氮之合計的含有率(at %)，及該相位移膜對於該曝光光線的相位移為170至190°。
- 如請求項22之相位移空白遮罩，其中該表面氧化層之氧含有率為至少20 at %。
- 如請求項22之相位移空白遮罩，其中該相位移膜之厚度為至少50nm。
- 如請求項24之相位移空白遮罩，其中該表面氧化層之厚度為1至10nm。
- 如請求項22之相位移空白遮罩，其中該相位移膜之厚度為至多85nm。
- 如請求項22~26中任一項之相位移空白遮罩，其中該一或多層中之各個層基本上係由矽與氮所組成。
- 一種製造如請求項22之相位移空白遮罩之方法，其包含下列步驟：以使用含矽的靶與氮氣的反應性濺鍍，形成該相位移膜，其中在該形成步驟中，將該氮氣流量設定為賦予該相位移 膜對於該曝光光線有折射率n成為最高的流量的-20%至+20%之值，並且保持一定或使其連續地或階段地變化，賦予該折射率n成為最高的流量係從低流量至高流量變化時獲得的。
- 如請求項28之方法，其中在該形成步驟中，將該氮氣流量設定為賦予該相位移膜對於該曝光光線有折射率n成為最高的流量，並且保持一定。
- 如請求項28或29之方法，其中該濺鍍係磁控濺鍍，及該含矽的靶係矽靶。
- 一種相位移遮罩，其特徵為使用如請求項22~27中任一項之相位移空白遮罩所製造。
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