TWI825171B - 遮罩基底、轉印用遮罩以及半導體元件之製造方法 - Google Patents

遮罩基底、轉印用遮罩以及半導體元件之製造方法 Download PDF

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Abstract

提供一種即便在遮罩基底之基板主表面上存在有瑕疵，該瑕疵仍可作 為不會對轉印用遮罩之轉印像造成影響者而成為合格品的遮罩基底。一種在透光性基板之主表面上具備有轉印圖案形成用的薄膜之遮罩基底，係在該透光性基板之主表面存在有瑕疵，此瑕疵在將從該主表面側來觀察時的寬度為w，從該主表面到垂直方向之瑕疵前端的長度為L時，會滿足下述關係：L≦97.9×w-0.4。

Description

遮罩基底、轉印用遮罩以及半導體元件之製造方法
本發明係關於一種遮罩基底、轉印用遮罩以及半導體元件之製造方法。
在半導體元件之製造工序中，係使用光微影法來進行微細圖案之形成。又，此微細圖案之形成係使用轉印用遮罩。此轉印用遮罩一般會在透光性玻璃基板上，設置由金屬薄膜等所構成之微細轉印圖案。在此轉印用遮罩之製造中亦會使用光微影法。
近年來，伴隨著半導體元件之圖案的微細化，轉印用遮罩所形成之遮罩圖案亦朝微細化進展。通常，轉印用遮罩會使用在基板上具備圖案形成用之薄膜的遮罩基底來加以製造。藉由將轉印用遮罩設置於曝光裝置之遮罩台，並照射ArF準分子雷射等的曝光光線，利用會穿透過該轉印用遮罩之薄膜圖案(轉印圖案)的曝光光線，來將圖案轉印於轉印對象物(晶圓上之阻劑膜等)。
一般而言，在轉印用遮罩之基板上存在有瑕疵的情況，於使用該轉印用遮罩來在晶圓上之阻劑膜進行曝光轉印時，便會產生使該瑕疵之像被轉印至該阻劑膜的現象。因此，在從遮罩基底來製造轉印用遮罩後，便會利用遮罩瑕疵檢查裝置來進行遮罩瑕疵檢查。另一方面，自以往，在成為製造轉印用 遮罩之母版的遮罩基底中，特別是在形成有轉印圖案的區域中，會希望基板上沒有瑕疵。因此，自以往，在遮罩基底中，亦會進行例如在遮罩基底之製造過程中所產生的瑕疵之檢查(參照專利文獻1等)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開2010-175660號公報
然而，近年來，對遮罩基底進行瑕疵檢查之瑕疵檢查裝置的性能係大幅提升，而可檢出以往無法檢出般之大小的瑕疵。因此，相較於以往，在檢查瑕疵時檢出有瑕疵之遮罩基底的比率便會提高。在遮罩基底之製造的瑕疵檢查工序中，於僅選定基板上未有瑕疵的遮罩基底時，便會有使產率大幅下降之問題。
本發明人係建立即便在轉印用遮罩之基板上(基板之主表面)存在有瑕疵，仍可因為該瑕疵的條件而會有不在遮罩瑕疵檢查中被檢出的情況之假設。又，還建立即便在該基板上存在有瑕疵，仍會因為該瑕疵之條件而有不會產生對轉印像造成影響之問題的情況之假設。或者，建立該影響會小到能收斂到可容許範圍內程度的情況之假設。本發明人進一步地進行該等假設之驗證，而得到一定程度的見解。
本發明之第1目的係提供一種即便在遮罩基底之基板主表面上存在有瑕疵，該瑕疵仍可作為不會對轉印用遮罩之轉印像造成影響者而成為合格品的遮罩基底。
本發明之第2目的係提供一種即便在轉印用遮罩之基板主表面上存在有瑕疵，該瑕疵仍可作為不會對轉印用遮罩之轉印像造成影響者而成為合格品的轉印用遮罩。
本發明之第3目的係提供一種使用相關轉印用遮罩，來形成微細圖案之高品質的半導體元件之製造方法。
本發明人為了解決上述課題，便嘗試下述般之探討。
在瑕疵檢查裝置所檢出之例如存在於轉印用遮罩之基板上的瑕疵中係具有各種形狀、俯視觀察下之大小及高度。本發明人係建立即便在轉印用遮罩之基板上(基板之主表面)存在有瑕疵，仍會因為該瑕疵的條件而有不會在遮罩瑕疵檢查中被檢出的情況之假設。本發明人係進一步地建立即便在未被該遮罩瑕疵檢查所檢出之瑕疵存在於轉印用遮罩之基板上的情況下，於使用該轉印用遮罩來對晶圓上之阻劑膜進行曝光轉印時，該瑕疵之像仍不會被轉印至阻劑膜，在經由顯影處理等來形成阻劑圖案時，仍有不會在阻劑膜出現瑕疵之影響的情況之假說。或者，建立即便在該阻劑膜轉印出瑕疵，仍會有在進行顯影處理等來形成阻劑圖案時會將因為該瑕疵而對圖案精度造成之影響小到能收斂在可容許範圍內程度的情況之假設。
本發明人為了驗證該等假設，便製造出於基板主表面配置有多數不同大小及高度的凸瑕疵(程式瑕疵)的程式遮罩。使用遮罩瑕疵檢查裝置Teron(KLA Tencor公司製)來對此程式遮罩進行檢出有無各凸瑕疵的驗證。進一步地，藉由AIMS193(Carl Zeiss公司製)來對此程式遮罩，模擬出使用此程式遮罩 來進行曝光轉印時之轉印像，而驗證各凸瑕疵會對轉印像造成之影響。其結果，便了解到無法在遮罩瑕疵檢查中被檢出之凸瑕疵對轉印像所造成之影響都很小，而實質上不會成問題。亦即，得知即便無法在遮罩瑕疵檢查中被檢出之凸瑕疵實際存在，仍不會產生對轉印像造成影響之問題。
進一步地，本發明人便基於該等驗證結果，而查明為轉印用遮罩中之基板上的凸瑕疵，且無法在遮罩瑕疵檢查中被檢出之凸瑕疵中，其凸瑕疵之寬度與高度之關係會滿足既定關係。
然後，進一步探討的結果，便得到即便在遮罩基底之基板上存在有寬度及高度之關係滿足既定關係之瑕疵，該瑕疵仍可作為不會對轉印像造成影響者而成為合格品的結論，並完成具有下述構成之發明。
(構成1)
一種遮罩基底，係在透光性基板之主表面上具備有轉印圖案形成用的薄膜之遮罩基底；在該透光性基板之該主表面存在有瑕疵；該瑕疵在將從該主表面側來觀察時的寬度為w，從該主表面到垂直方向之該瑕疵的前端之長度為L時，會滿足下述關係：L≦97.9×w-0.4。
(構成2)
如構成1之遮罩基底，其中該瑕疵的該長度L係13nm以下。
(構成3)
如構成1或2之遮罩基底，其中該瑕疵的該寬度w係200nm以下。
(構成4)
如構成1至3中任一者之遮罩基底，其中該瑕疵係存在於將轉印圖案形成於該薄膜之區域內的該透光性基板之主表面上。
(構成5)
如構成1至4中任一者之遮罩基底，其中該瑕疵係含有矽與氧。
(構成6)
如構成1至5中任一者之遮罩基底，其中該薄膜係具有以2%以上的穿透率來讓ArF準分子雷射之曝光光線穿透之功能，以及讓相對於穿透該薄膜之該曝光光線而使在空氣中通過與該薄膜之厚度相同距離的曝光光線之間會產生150度以上，200度以下的相位差之功能。
(構成7)
一種轉印用遮罩，係在透光性基板之主表面上具備形成有轉印圖案的薄膜之轉印用遮罩；在該透光性基板之該主表面存在有瑕疵；該瑕疵在將從該主表面側來觀察時的寬度為w，從該主表面到垂直方向之該瑕疵的前端之長度為L時，會滿足下述關係：L≦97.9×w-0.4。
(構成8)
如構成7之轉印用遮罩，其中該瑕疵的該長度L係13nm以下。
(構成9)
如構成7或8之轉印用遮罩，其中該瑕疵的該寬度w係200nm以下。
(構成10)
如構成7至9中任一者之轉印用遮罩，其中該瑕疵係存在於將轉印圖案形成於該薄膜之區域內的該透光性基板之主表面上。
(構成11)
如構成7至10中任一者之轉印用遮罩，其中該瑕疵係含有矽與氧。
(構成12)
如構成7至11中任一者之轉印用遮罩，其中該薄膜係具有以2%以上的穿透率來讓ArF準分子雷射之曝光光線穿透之功能，以及讓相對於穿透該薄膜之該曝光光線而使在空氣中通過與該薄膜之厚度相同距離的曝光光線之間會產生150度以上，200度以下的相位差之功能。
(構成13)
一種半導體元件之製造方法，係具備使用如構成7至12中任一者之轉印用遮罩，來將轉印圖案曝光轉印於半導體基板上之阻劑膜的工序。
根據本發明，便可提供一種即便在遮罩基底之基板主表面上存在有瑕疵，該瑕疵仍可作為不會對轉印用遮罩之轉印像造成影響者而成為合格品的遮罩基底。
又，根據本發明，便可提供一種即便在轉印用遮罩之基板主表面上存在有瑕疵，該瑕疵仍可作為不會對轉印用遮罩之轉印像造成影響者而成為合格品的轉印用遮罩。
又，可使用藉由本發明所得到之轉印用遮罩，來製造出形成有微細圖案之高品質的半導體元件。
1:透光性基板
1a~1i:凸瑕疵
2:薄膜
2a:轉印圖案
2b:線圖案
10:遮罩基底
20:轉印用遮罩
圖1係遮罩基底之剖面概略圖。
圖2係遮罩基底用基板之剖面圖。
圖3係轉印用遮罩之剖面概略圖。
圖4係顯示程式瑕疵之構成的俯視圖。
圖5係顯示程式瑕疵之構成的剖面圖。
圖6係顯示藉由遮罩瑕疵檢查裝置Teron，來對在基板之主表面配置有多數凸瑕疵(程式瑕疵)的複數片程式遮罩，進行有無檢出各凸瑕疵的驗證結果之圖式。
以下，便參照圖式就用以實施本發明之形態來加以詳述。
如上述，本發明人係建立即便在轉印用遮罩之基板上(基板之主表面)存在有瑕疵，仍可因為該瑕疵的條件而有不會在遮罩瑕疵檢查中被檢出的情況之假設。又，本發明人還建立即便存在有瑕疵，仍可因為該瑕疵之條件而有不會產生對轉印像造成影響之問題，或者，該影響會小到能收斂在可容許範圍內程度的情況之假設。本發明人係進行該等假設之驗證，而基於所得到的見解來完成本發明。以下便詳細說明。
本發明人係建立即便在轉印用遮罩之基板上(基板之主表面)存在有瑕疵，仍會因為該瑕疵的條件而有不會在遮罩瑕疵檢查中被檢出的情況之假設。本發明人係進一步地建立即便在未被該遮罩瑕疵檢查所檢出之瑕疵存在於轉印用遮罩之基板上的情況下，於使用該轉印用遮罩來對晶圓(半導體基板)上之阻劑膜進行曝光轉印時，該瑕疵之像仍不會被轉印至阻劑膜，而在經由顯影處理等來形成阻劑圖案時，仍有不會在阻劑膜出現瑕疵之影響的情況之假說。或者，建立即便在該阻劑膜轉印出瑕疵，仍有在進行顯影處理等來形成阻劑圖案時會將因為該瑕疵而對圖案精度造成之影響小到能收斂在可容許範圍內程度的情況之假設。
本發明人為了驗證該等假設，便製造出複數片之程式遮罩。各程式遮罩係於基板主表面上配置有多數凸瑕疵(程式瑕疵)。配置於1片程式遮罩的多數凸瑕疵之高度雖實質上都相同，但其多數凸瑕疵之大小(從主表面側來觀察(亦即，俯視)時的大小(例如寬度))會有所不同。又，其1片之程式遮罩係於其多數凸瑕疵上配置有線及空間之薄膜圖案(轉印圖案)。進一步地，在各程式遮罩之間的凸瑕疵的高度係分別有所不同。
圖4係顯示設置於此般各程式遮罩的程式瑕疵之構成的俯視圖，圖5係顯示程式瑕疵之構成的剖面圖。
如圖4及圖5所示，在基板(玻璃基板)1之主表面以等間隔來配置複數(9個)相同大小(寬度)及高度之凸瑕疵。然後，在該等9個以等間隔所配置之相同大小及高度的凸瑕疵1a、1b、...、1h、1i(以下，有記載為1a~1i的情況)上配置有會與該等凸瑕疵1a~1i的間隔在線圖案2b之間隔上有所不同之線及空間的薄膜圖案(轉印圖案)2a。藉此，便可做出凸瑕疵1a~1i與上述線圖案2b在重疊程度上有所不同之狀態。程式瑕疵會依不同大小之凸瑕疵(實質上相同高度)來做出此般凸瑕疵與線圖案有所不同重疊程度之狀態。然後，1片之程式遮罩僅設置有凸瑕疵為相同高度的程式瑕疵。亦即，會依凸瑕疵之高度有所不同之程式瑕疵來製造出各程式遮罩。
舉此程式瑕疵一具體例，例如，凸瑕疵的大小(寬度)w係在32nm~200nm的範圍，且為不同大小，並配置有實質上相同高度h(在4nm~24nm之範圍)之複數凸瑕疵。然後，在該等凸瑕疵上配置例如間距為360nm的線及空間之薄膜圖案(轉印圖案)2a，以控制凸瑕疵1a~1i與線圖案2b的重疊程度(圖5中所 示之寬度m)。另外，圖4中之L字標記M係為了在遮罩瑕疵檢查時讓遮罩瑕疵檢查裝置易於檢出程式遮罩上之程式瑕疵位置而設置之標記。
在從透光性基板上存在有凸瑕疵的遮罩基底來製造出轉印用遮罩之情況下，會因在該遮罩基底之圖案形成用薄膜所形成的圖案之形狀以及主表面上之圖案的配置而可能使得所完成之轉印用遮罩的薄膜圖案與凸瑕疵的位置關係(圖案邊緣與凸瑕疵之重疊程度)成為各種狀態。使用如上述般薄膜之線圖案與凸瑕疵的重疊程度有所不同的程式瑕疵，並藉由進行利用遮罩瑕疵檢查裝置Teron與AIMS193的驗證，則不論薄膜圖案與凸瑕疵的位置關係，均不會在遮罩瑕疵檢查中被檢出凸瑕疵，而在進行曝光轉印時不會產生凸瑕疵對轉印像所造成之影響，或是可將影響特定在為可容許範圍內之凸瑕疵的範圍。
上述般之程式瑕疵係可以下述方法來加以製作。
首先，例如在蝕刻方法中，係在玻璃基板上形成不同大小的凸瑕疵。接著，在基板整面成膜出圖案形成用薄膜後，藉由使用阻劑圖案之光微影法，來形成既定線與空間的薄膜圖案，便能製作出依不同大小之瑕疵來做出凸瑕疵與線圖案之重疊程度不同的狀態的程式瑕疵。另外，關於凸瑕疵之高度係藉由針對相對於玻璃基板之蝕刻時間等來加以調整。
接著，便使用遮罩瑕疵檢查裝置Teron(KLA Tencor公司製)來對配置有此般程式瑕疵的複數程式遮罩，進行有無檢出各凸瑕疵之驗證。其結果，便得知無法檢出既定凸瑕疵。圖6係顯示藉由遮罩瑕疵檢查裝置Teron，來對配置有不同大小(寬度)與相同高度之程式瑕疵的複數程式遮罩，進行有無檢出各凸瑕疵的驗證結果之圖式。
進一步地，藉由AIMS193(Carl Zeiss公司製)來對此複數程式遮罩，模擬出使用此程式遮罩來進行曝光轉印時之轉印像，而驗證各凸瑕疵對轉印像所造成之影響。其結果，便了解到會存在有對該轉印像造成之影響較大而成為問題之凸瑕疵，以及對該轉印像造成之影響較小而實質上不會成為問題之凸瑕疵。
又，對照該等驗證數據的結果，便得知無法在遮罩瑕疵檢查中被檢出之凸瑕疵均對轉印像造成之影響較小而實質上不會成問題。亦即，得知無法在遮罩瑕疵檢查中被檢出之凸瑕疵即便實際上存在，仍不會產生對轉印像造成影響之問題。
進一步地，本發明人便基於該等驗證結果，查明了為遮罩基底或轉印用遮罩中之基板上的凸瑕疵，且為無法在遮罩瑕疵檢查中被檢出之凸瑕疵係在該凸瑕疵的寬度w與高度h的關係會滿足下述關係：h≦97.9×w-0.4。另外，上述圖6係描繪出表示：h=97.9×w-0.4的關係之曲線。
然後，本發明人由上述驗證結果，得到下述結論：在遮罩基底或轉印用遮罩中之基板上，即便存在有例如滿足上述寬度w與高度h之關係的凸瑕疵，該凸瑕疵仍可作為不會對轉印用遮罩之轉印像造成影響者而成為合格品，而可完成本發明。
另外，以上作為本發明一實施形態，雖已說明凸瑕疵相關之驗證結果，但在凹瑕疵的情況亦會得到相同之結論。
本發明之遮罩基底為在透光性基板之主表面上具備有轉印圖案形成用的薄膜之遮罩基底，係在該透光性基板之該主表面存在有瑕疵，該瑕疵 在將從該主表面側來觀察時的寬度為w，從該主表面到垂直方向之該瑕疵前端的長度為L時，會滿足下述關係：L≦97.9×w-0.4...(1)。
在此，所謂存在於上述基板之主表面的該瑕疵係包含凸瑕疵與凹瑕疵兩者。又，所謂從該主表面到垂直方向之該瑕疵前端的長度為L在凸瑕疵的情況，為其高度h，在凹瑕疵的情況，為其深度d。又，存在於上述基板主表面的該瑕疵係例如含有矽與氧。
本發明之遮罩基底係在其遮罩基底之基板上存在有凸瑕疵或凹瑕疵，此凸瑕疵或凹瑕疵係在使用此遮罩基底來製造出轉印用遮罩，並滿足對該轉印用遮罩進行遮罩瑕疵檢查時不會被檢出的特定關係(上述瑕疵之寬度w與上述長度L之關係式(1))之凸瑕疵或凹瑕疵。藉此，對於在製造遮罩基底時之暇疵檢查工序中被檢出凸瑕疵或凹瑕疵之遮罩基底，在滿足上述關係式(1)之凸瑕疵或凹瑕疵的情況，則即便存在有該凸瑕疵或凹瑕疵，該等瑕疵仍可作為不會對轉印像造成影響者而成為合格品。因此，便可提高為合格品之遮罩基底的比率，而能以高產率來提供遮罩基底。
在本發明之遮罩基底中，上述瑕疵之長度L較佳地係13nm以下。上述瑕疵之長度L，也就是在凸瑕疵之情況下其高度h，在凹瑕疵的情況下則其深度d超過13nm時，此般瑕疵大多會不滿足上述瑕疵之寬度w與上述長度L之關係式(1)，因此，對轉印像造成之影響會變大。另外，上述瑕疵之長度L較佳地係11nm以下。這是因為若是瑕疵之長度L為11nm以下，且瑕疵之寬度w為200nm以下的話，則此瑕疵並不會在遮罩瑕疵檢查中被檢出之故。進一步地，上述瑕疵之長度L更佳地係6nm以下。這是因為若是瑕疵之長度L為6nm以下，且瑕疵之寬度w為1000nm以下的話，則此瑕疵便不會在遮罩瑕疵檢查中被檢出之故。
又，本發明之遮罩基底中，上述瑕疵之寬度w較佳地係200nm以下。在上述瑕疵之寬度w超過200nm時，則此般瑕疵大多會不滿足上述瑕疵之寬度w與上述長度L之關係式(1)，因此對轉印像造成之影響會變大。
本發明之遮罩基底係在透光性基板1之主表面上具備轉印圖案形成用之薄膜2的遮罩基底10(參照圖1、圖2)。
上述透光性基板1只要為可用於半導體裝置製造用之轉印遮罩(例如，二元遮罩、相位轉移遮罩等的穿透性遮罩等)的基板的話，便未特別限制。從而，上述透光性基板1只要為相對於所使用之曝光波長而具有透明性者的話便未特別限制，可使用合成石英基板或其他各種玻璃基板(例如，鈉鈣玻璃、矽酸鋁玻璃等)。其中由於合成石英基板係在對微細圖案形成有效的ArF準分子雷射(波長193nm)或較其要短波長之區域中透明性較高，故特佳地會被加以使用。
在穿透型遮罩製造用之遮罩基底的情況，上述薄膜2會使用遮光膜、半穿透膜、相位轉移膜或該等膜之層積膜。在上述薄膜2為相位轉移膜之情況，較佳地係具有例如以2%以上的穿透率來讓ArF準分子雷射(波長193nm)之曝光光線穿透之功能，以及讓相對於穿透上述薄膜之上述曝光光線而使在空氣中通過與上述薄膜之厚度相同距離的曝光光線之間會產生150度以上，200度以下的相位差之功能。又，亦可對應於目的來追加硬遮罩膜或蝕刻阻止膜等。薄膜2可為單一膜或相同種類或不同種類之膜的層積膜。作為薄膜2之材料雖可使用例如含鉻(Cr)材料、含矽(Si)材料、含有矽(Si)及過渡金屬(Mo等)的材料、含鉭(Ta)材料，但當然並不限於該等材料。
雖無需特別限制將薄膜2形成在圖1所示之遮罩基底10般的透光性基板1上的方法，但其中可較佳地舉例濺鍍成膜法。由於藉由濺鍍成膜法，便可均勻地形成膜厚固定之膜，故較佳。
即便為在製造出遮罩基底時之瑕疵檢查工序中未被檢出瑕疵的遮罩基底，在滿足上述瑕疵之寬度w與上述長度L之關係式(1)的瑕疵之情況，該等瑕疵仍可作為不會對轉印像造成影響者而將該遮罩基底判斷為合格品。藉此，便可提高成為瑕疵檢查之合格品的遮罩基底之比率，而可提高遮罩基底之產率。
本發明中，上述瑕疵係存在於將轉印圖案形成在上述薄膜之區域內的透光性基板之主表面上的瑕疵。在此，在具有一邊約152mm之四角形的主表面的基板之情況，較佳地係將以該基板主表面之中心為基準，且一邊為132mm的四角形內側區域作為將轉印圖案形成於薄膜之區域。因此，即便在以此基板主表面之中心為基準且一邊為132mm之四角形的內側區域內之基板主表面存在有瑕疵，於滿足上述關係式(1)之瑕疵的情況，便可將該遮罩基底判斷為瑕疵檢查之合格品。
本發明之遮罩基底10的透光性基板1主表面是在將轉印圖案形成在薄膜之區域的外側區域之情況，則可存在具有未滿足上述關係式(1)之寬度w與長度L的瑕疵。這是因為將轉印圖案形成在薄膜2之區域的外側區域實質上並不會對轉印像造成影響之故。另一方面，為本發明之遮罩基底10的透光性基板1主表面，且存在於將轉印圖案形成在薄膜2的區域之所有瑕疵則較佳地係滿足上述關係式(1)。另一方面，為將轉印圖案形成在透光性基板1主表面的薄膜2之區域存在有未滿足上述關係式(1)之寬度w與長度L的瑕疵之遮罩基底，若是其瑕疵 數會較少，且可在將轉印圖案配置於薄膜2時不會受到該瑕疵之影響的方式來加以配置的話，仍可為合格品。
本發明之遮罩基底10的透光性基板1主表面即便為將轉印圖案形成於薄膜的區域，只要為既定數量以下，亦可存在具有未滿足上述關係式(1)之寬度w與長度L的瑕疵。這是因為若是未滿足上述關係式(1)之瑕疵的數量非常少的話，藉由以讓薄膜覆蓋該瑕疵之方式來配置形成在薄膜之轉印圖案的主表面上之位置，便可在遮罩瑕疵檢查中不讓該瑕疵被檢出之故。又，亦是因為可降低該瑕疵對轉印像所造成之影響。未滿足上述關係式(1)之瑕疵所可容許的既定數量雖會因從該遮罩基底10所製作出之轉印用遮罩的樣態而改變，但較佳地係例如5個，更佳地係3個，最佳地係1個。
另一方面，遮罩基底10中存在於將轉印圖案形成於薄膜之區域的所有瑕疵較佳地係具有滿足上述關係式(1)之寬度故w與長度L。這是因為使用此般之遮罩基底10的話，即便製作出任何樣態的轉印用遮罩，仍不會在遮罩瑕疵檢查中被檢出該瑕疵，或是該瑕疵不會對轉印像造成影響之故。
如上述所說明，即便在遮罩基底之基板上存在有凸瑕疵或凹瑕疵，在為滿足上述瑕疵之寬度w與上述長度L之關係式(1)的凸瑕疵或凹瑕疵的情況，則該等瑕疵便可作為不會對轉印像造成影響者而成為合格品。因此，便可提高為合格品之遮罩基底的比率，而可以高產率來提供遮罩基底。
關於製造本發明之遮罩基底的方法，係可適用例如下述般之製造方法。具體而言為一種遮罩基底的製造方法，係在透光性基板之主表面上具備有轉印圖案形成用的薄膜之遮罩基底的製造方法，包含：準備該透光性基板之工序；對形成有該透光性基板之轉印圖案之側的主表面進行瑕疵檢查之工序； 選定在該瑕疵檢查中未被檢出瑕疵之透光性基板與僅檢出滿足既定關係之瑕疵的透光性基板來作為合格品的工序；以及在該合格品之透光性基板的一邊之主表面上形成該轉印圖案形成用之薄膜的工序；滿足該既定關係之瑕疵係在將從該主表面側來觀察時之該瑕疵的寬度為w，從該主表面到垂直方向之該瑕疵的前端之長度為L時，會滿足下述關係：L≦97.9×w-0.4。藉由使用此製造方法，便可提高為合格品之遮罩基底的比率，而可以高產率來提供遮罩基底。
又，在上述遮罩基底之情況中所說明之上述瑕疵的寬度w與上述長度L的關係式(1)係可同樣地適用存在於轉印用遮罩之基板上的瑕疵。
本發明之轉印用遮罩，係在透光性基板之主表面上具備形成有轉印圖案的薄膜之轉印用遮罩；在該透光性基板之該主表面存在有瑕疵；該瑕疵在將從該主表面側來觀察時的寬度為w，從該主表面到垂直方向之該瑕疵的前端之長度為L時，會滿足下述關係：L≦97.9×w-0.4...(1)。
在此，所謂存在於上述基板主表面之瑕疵係包含凸瑕疵與凹瑕疵兩者。又，所謂從上述主表面到垂直方向之瑕疵前端的長度為L在凸瑕疵的情況，為其高度h，在凹瑕疵的情況，為其深度d。此情況係與上述遮罩基底之情況相同。
上述轉印用遮罩係在透光性基板主表面上形成薄膜而作為遮罩基底，進一步地藉由將轉印圖案形成在該遮罩基底之薄膜來加以製造。例如，藉由將轉印圖案形成在圖1所示之遮罩基底10的薄膜2，來得到在圖3所示之透光性基板1上具備轉印圖案2a的轉印用遮罩20。用於轉印用遮罩之製造的遮罩基底較佳地係上述本發明之遮罩基底。將轉印圖案形成在薄膜2之方法通常從形成微 細圖案之觀點看來較佳地係使用光微影法。另外，關於轉印用遮罩中之上述透光性基板、薄膜之材質等係與上述遮罩基底之情況相同。
在本發明之轉印用遮罩中，係在該基板上存在有凸瑕疵或凹瑕疵。該凸瑕疵或凹瑕疵在為滿足上述瑕疵之寬度w與上述長度L之關係式(1)的凸瑕疵或凹瑕疵的情況，則即便在該基板上存在有凸瑕疵或凹瑕疵，該等瑕疵仍可作為不會對轉印像造成影響者而成為合格品。另外，關於導出上述瑕疵之寬度w與上述長度L之關係式(1)的過程係如上述。
又，在本發明之轉印用遮罩中，上述瑕疵之長度L較佳地係13nm以下。上述瑕疵之長度L，也就是在凸瑕疵之情況下其高度h超過13nm的情況，或是在凹瑕疵的情況下則其深度d超過13nm的情況，則該等瑕疵大多未滿足上述瑕疵之寬度w與上述長度L之關係式(1)。該等瑕疵對轉印像所造成之影響會變大。另外，與上述遮罩基底的情況相同，上述瑕疵之長度L較佳地係11nm以下。這是因為若是瑕疵之長度L為11nm以下，且瑕疵之寬度w為200nm以下的話，此瑕疵並不會在遮罩瑕疵檢查中被檢出之故。進一步地，上述瑕疵之長度L更佳地係6nm以下。這是因為若是瑕疵之長度L為6nm以下，且瑕疵之寬度w為1000nm以下的話，此瑕疵便不會在遮罩瑕疵檢查中被檢出之故。
又，本發明之轉印用遮罩中，上述瑕疵之寬度w較佳地係200nm以下。在上述瑕疵之寬度w超過200nm時，此般瑕疵大多會不滿足上述瑕疵之寬度w與上述長度L之關係式(1)。此般瑕疵對轉印像所造成之影像會變大。
又，本發明之轉印用遮罩中，上述瑕疵可為存在於將轉印圖案形成在上述薄膜之區域內的透光性基板之主表面上的瑕疵。例如在具有一邊約152mm之四角形的主表面的透光性基板之情況，較佳地係將以該透光性基板主 表面之中心為基準，且一邊為132mm的四角形內側區域作為將轉印圖案形成於薄膜之區域。即便在以此透光性基板主表面之中心為基準且一邊為132mm之四角形的內側區域內之基板主表面上存在有瑕疵，於滿足上述關係式(1)之瑕疵的情況，仍可將該轉印用遮罩判斷為瑕疵檢查之合格品。
又，本發明之轉印用遮罩中，在將轉印圖案形成在上述薄膜之區域的外側區域之情況，則可存在具有未滿足上述關係式(1)之寬度w與長度L的瑕疵。這是因為將轉印圖案形成在上述薄膜之區域的外側區域實質上並不會對轉印像造成影響之故。另一方面，存在於將轉印圖案形成在上述薄膜的區域之所有瑕疵則較佳地係滿足上述關係式(1)。
如上所說明，本發明之轉印用遮罩係在該基板上存在有凸瑕疵或凹瑕疵。該凸瑕疵或凹瑕疵係滿足上述瑕疵之寬度w與上述長度L之關係式(1)的凸瑕疵或凹瑕疵。即便存在有此般凸瑕疵或凹瑕疵，該等瑕疵仍可作為不會對轉印像造成影響者而成為合格品。
又，本發明亦提供一種半導體元件之製造方法，係具有使用上述轉印用遮罩，來將轉印圖案曝光轉印於半導體基板上之阻劑膜的工序。使用本發明所得到之轉印用遮罩，便可製造形成有微細圖案之高品質半導體元件。
[實施例]
以下，便藉由實施例來具體說明本發明。
(實施例1)
本實施例1係關於一種使用波長193nm之ArF準分子雷射來作為曝光光線的半色調型相位轉移遮罩之製造所使用的遮罩基底。
本實施例1所使用之遮罩基底係具有在透光性基板(玻璃基板)上依序層積光半透膜、雙層構造之遮光膜以及硬遮罩膜的構造。此遮罩基底係如下般來加以製作。
準備一合成石英基板(大小約152mm×152mm×厚度6.35mm)來作為玻璃基板。對此合成石英基板使用為遮罩基底用瑕疵檢查裝置的M6640(Lasertec公司製)來進行瑕疵檢查。其結果，會在形成有轉印圖案的區域(一邊為132mm之四角形的內側區域)內的該合成石英基板上，檢出7個凸瑕疵，及檢出4個凹瑕疵。針對此檢出之所有凸瑕疵及凹瑕疵，以原子力顯微鏡(AFM)來測量各凸瑕疵及凹瑕疵之寬度w以及高度h或深度d。其結果，確認到任一者的凸瑕疵其寬度w與高度h之關係會滿足h≦97.9×w-0.4之關係，且進一步地任一者的凹瑕疵其寬度w與深度d之關係會滿足d≦97.9×w-0.4之關係。
接著，在上述合成石英基板上，以69nm之厚度來形成由鉬、矽及氮所構成之MoSiN光半透膜(相位轉移膜)。具體而言，係將上述合成石英基板設置在枚葉式DC濺鍍裝置內，而使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合燒結靶材(Mo：Si=12原子%：88原子%)，且將氬(Ar)、氮(N2)及氦(He)的混合氣體(流量比Ar：N2：He=8：72：100，壓力=0.2Pa)作為濺鍍氣體，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)來形成MoSiN光半透膜。所形成之光半透膜的組成係Mo：Si：N=4.1：35.6：60.3(原子%比)。此組成係藉由X射線光電子光譜法(XPS)來加以測量。
接著，便從濺鍍裝置來將上述合成石英基板取出，而對上述合成石英基板上之光半透膜在大氣中進行加熱處理。此加熱處理係以450℃進行30分鐘。在對此加熱處理後之光半透膜使用相位轉移量測量裝置來測量於ArF準分子 雷射之波長(193nm)中的穿透率與相位轉移量時，穿透率為6.44%，相位轉移量為174.3度。
接著，便將成膜出上述光半透膜之基板再度放入濺鍍裝置內，而在上述光半透膜上形成由CrOCN膜所構成之下層以及由CrN膜所構成之上層的層積構造之遮光膜。具體而言，係使用由鉻所構成之靶材，並在氬(Ar)與二氧化碳(CO2)與氮(N2)與氦(He)的混合氣體氛圍(流量比Ar：CO2：N2：He=20：24：22：30，壓力0.3Pa)中，藉由進行反應性濺鍍，來在上述光半透膜上形成厚度47nm且由CrOCN膜所構成之遮光膜下層。接著，同樣地使用鉻靶材，並在氬(Ar)與氮(N2)的混合氣體氛圍(流量比Ar：N2=25：5，壓力0.3Pa)中，藉由進行反應性濺鍍，來在上述下層上形成厚度5nm且由CrN膜所構成之遮光膜上層。
所形成之遮光膜下層的CrOCN膜之組成係Cr：O：C：N=49.2：23.8：13.0：14.0(原子%比)，遮光膜上之上層的CrN膜的組成係Cr：N=76.2：23.8(原子%比)。該等組成係藉由XPS來加以測量。
接著，便在上述遮光膜上形成由SiON膜所構成之硬遮罩膜。具體而言，係使用矽靶材，並在氬(Ar)與一氧化氮(NO)與氦(He)的混合氣體氛圍(流量比Ar：NO：He=8：29：32，壓力0.3Pa)中，藉由進行反應性濺鍍，來在上述遮光膜上形成厚度15nm且由SiON膜所構成之硬遮罩膜。所形成的SiON膜之組成係藉由XPS來加以測量。
上述光半透膜與遮光膜之層積膜的光學濃度在ArF準分子雷射之波長(193nm)中為3.0以上(穿透率0.1以下)。
如上述般，製作本實施例1之遮罩基底。
接著，便進行所製作出之上述遮罩基底的瑕疵檢查。瑕疵檢查所使用之瑕疵檢查裝置會使用為遮罩基底用瑕疵檢查裝置的M6640(Lasertec公司製)。其結果，針對上述合成石英基板，在瑕疵檢查中被檢出之凸瑕疵與凹瑕疵全部會在薄膜的相同位置被檢出。然而，並未檢出有其以外的新的凸瑕疵與凹瑕疵。
接著，便使用此遮罩基底，來製作半色調型相位轉移遮罩。
首先，在上述遮罩基底上面進行HMDS(hexamethyldisilazane)處理，藉由旋塗法，來塗布電子線描繪用化學增幅型阻劑(FUJIFILM Electronic Materials公司製PRL009)，進行既定之烘焙處理，來形成膜厚150nm之阻劑膜。
接著，在使用電子線描繪機來對上述阻劑膜描繪出既定元件圖案後，將阻劑膜顯影以形成阻劑圖案。既定元件圖案係應形成在光半透膜(相位轉移膜)的相對轉移圖案所對應之圖案，包含線及空間。
接著，便將上述阻劑圖案作為遮罩，來進行硬遮罩膜之乾蝕刻，以形成硬遮罩膜圖案。乾蝕刻氣體係使用氟系氣體(SF6)。
在去除上述阻劑圖案後，將上述硬遮罩膜圖案作為遮罩，來連續進行由上層及下層的層積膜所構成的遮光膜之乾蝕刻，以形成遮光膜圖案。乾蝕刻氣體係使用Cl2與O2之混合氣體(Cl2：O2=8：1(流量比))。
接著，便將上述遮光膜圖案作為遮罩，來進行光半透膜之乾蝕刻，以形成光半透膜圖案(相位轉移膜圖案)。乾蝕刻氣體係使用氟係氣體(SF6)。另外，在此光半透膜之蝕刻工序中，會去除露出表面之硬遮罩膜圖案。
接著，在基板上整面，藉由旋塗法，再度形成該阻劑膜。在使用電子線描繪機，來描繪出既定元件圖案(例如遮光帶圖案所對應之圖案)後，進行顯影以形成既定阻劑圖案。接著，將該阻劑圖案作為遮罩，藉由進行露出之遮 光膜圖案的蝕刻，來去除例如轉印圖案形成區域內的遮光膜圖案，以在轉印圖案形成區域的周邊部形成遮光帶圖案。在此情況下之乾蝕刻氣體係使用Cl2與O2之混合氣體(Cl2：O2=8：1(流量比))。
最後，去除殘留之阻劑圖案，來製作出半色調型相位轉移遮罩。
然後，對此半色調型相位轉移遮罩，使用遮罩瑕疵檢查裝置Teron(KLA Tencor公司製)，來進行遮罩瑕疵檢查。其結果，在遮罩基底之瑕疵檢查中所被檢出之基板上的凸瑕疵及凹瑕疵均未成為遮罩瑕疵而被檢出。
接著，便對此半色調型相位轉移遮罩，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製)，來進行以波長193nm之曝光光線而在半導體元件上之阻劑膜進行曝光轉印時的轉印像之模擬。確認到在驗證此模擬之曝光轉印像時，可以高精度來進行曝光轉印。亦即，確認到即便在遮罩基底之基板上存在有瑕疵，若是該瑕疵為滿足上述寬度w與高度h(或是深度d)之關係的瑕疵的話，便不會產生起因於該瑕疵而對轉印像造成之影響的問題。
(比較例1)
與實施例1相同，對準備好的合成石英基板(玻璃基板)，使用為遮罩基底用瑕疵檢查裝置之M6640(Lasertec公司製)來進行瑕疵檢查。其結果，便會在形成有轉印圖案之區域(一邊為132mm的四角形內側區域)內之該合成石英基板上，檢出9個凸瑕疵，並檢出6個凹瑕疵。針對該等檢出之所有凸瑕疵及凹瑕疵，以原子力顯微鏡(AFM)來測量各凸瑕疵及凹瑕疵之寬度w以及高度h或深度d。其結果，確認到在所有的凸瑕疵中，有7個凸瑕疵的寬度w與高度h之關係未滿足h≦97.9×w-0.4之關係。進一步地，確認到在所有的凹瑕疵中，有3個凹瑕疵的寬度w與深度d之關係未滿足d≦97.9×w-0.4之關係。
接著，便在進行瑕疵檢查後之透光性基板(玻璃基板)上，以與實施例1相同之順序來製作出依序層積有光半透膜、雙層構造之遮光膜以及硬遮罩膜之構造的遮罩基底。
接著，便進行所製作出之上述遮罩基底的瑕疵檢查。瑕疵檢查所使用之瑕疵檢查裝置會使用與實施例1相同的為遮罩基底用瑕疵檢查裝置的M6640(Lasertec公司製)。其結果，針對上述合成石英基板，在瑕疵檢查中被檢出之凸瑕疵與凹瑕疵全部會在薄膜的相同位置被檢出。然而，並未檢出有其以外之新的凸瑕疵與凹瑕疵。
接著，便使用此遮罩基底來與實施例1同樣地製作出半色調型相位轉移遮罩。
然後，對此所製作出之半色調型相位轉移遮罩，使用遮罩瑕疵檢查裝置Teron(KLA Tencor公司製)，來進行遮罩瑕疵檢查。其結果，會在轉印圖案形成區域內檢出10個凸瑕疵及凹瑕疵來作為遮罩瑕疵。該等瑕疵均是在透光性基板之瑕疵檢查所被檢出之凸瑕疵及凹瑕疵中未滿足上述寬度w及高度h(或深度d)的瑕疵。另一方面，在透光性基板之瑕疵檢查所被檢出之凸瑕疵及凹瑕疵中，滿足上述寬度w與高度h(或深度d)的關係之瑕疵均未在此遮罩瑕疵檢查中被檢出。
接著，便對此半色調型相位轉移遮罩，使用AIMS193(Carl Zeiss公司製)，來進行以波長193nm之曝光光線而在半導體元件上之阻劑膜進行曝光轉印時的轉印像之模擬。在驗證此模擬之曝光轉印像時，便產生了起因於在上述遮罩瑕疵檢查所被檢出之凸瑕疵及凹瑕疵的轉印不良。另一方面，雖在透光性基板之瑕疵檢查中被檢出，但在遮罩瑕疵檢查中未被檢出之凸瑕疵及凹瑕疵均未產生轉印不良。
1:透光性基板
2:薄膜
10:遮罩基底

Claims (13)

  1. 一種穿透型遮罩基底，係在透光性基板之主表面上具備有轉印圖案形成用的薄膜之穿透型遮罩基底；在該透光性基板之該主表面存在有瑕疵；該瑕疵即使未被該薄膜覆蓋，也不會對使用該穿透型遮罩基底所得的穿透型轉印用遮罩之轉印像造成影響；該瑕疵在將從該主表面側來觀察時的寬度為w，從該主表面到垂直方向之該瑕疵的前端之長度為L時，會滿足下述關係：L≦97.9×w-0.4。
  2. 如申請專利範圍第1項之穿透型遮罩基底，其中該瑕疵的該長度L係13nm以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之穿透型遮罩基底，其中該瑕疵的該寬度w係200nm以下。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之穿透型遮罩基底，其中該瑕疵係存在於將該轉印圖案形成於該薄膜之區域內的該透光性基板之該主表面上。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之穿透型遮罩基底，其中該瑕疵係含有矽與氧。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之穿透型遮罩基底，其中該薄膜係具有以2%以上的穿透率來讓ArF準分子雷射之曝光光線穿透之功能，以及讓相對於穿透該薄膜之該曝光光線而使在空氣中通過與該薄膜之厚度相同距離的曝光光線之間會產生150度以上，200度以下的相位差之功能。
  7. 一種穿透型轉印用遮罩，係在透光性基板之主表面上具備形成有轉印圖案的薄膜之穿透型轉印用遮罩；在該透光性基板之該主表面存在有瑕疵；該瑕疵即使未被該薄膜覆蓋，也不會對該穿透型轉印用遮罩之轉印像造成影響；該瑕疵在將從該主表面側來觀察時的寬度為w，從該主表面到垂直方向之該瑕疵的前端之長度為L時，會滿足下述關係：L≦97.9×w-0.4。
  8. 如申請專利範圍第7項之穿透型轉印用遮罩，其中該瑕疵的該長度L係13nm以下。
  9. 如申請專利範圍第7或8項之穿透型轉印用遮罩，其中該瑕疵的該寬度w係200nm以下。
  10. 如申請專利範圍第7或8項之穿透型轉印用遮罩，其中該瑕疵係存在於將該轉印圖案形成於該薄膜之區域內的該透光性基板之該主表面上。
  11. 如申請專利範圍第7或8項之穿透型轉印用遮罩，其中該瑕疵係含有矽與氧。
  12. 如申請專利範圍第7或8項之穿透型轉印用遮罩，其中該薄膜係具有以2%以上的穿透率來讓ArF準分子雷射之曝光光線穿透之功能，以及讓相對於穿透該薄膜之該曝光光線而使在空氣中通過與該薄膜之厚度相同距離的曝光光線之間會產生150度以上，200度以下的相位差之功能。
  13. 一種半導體元件之製造方法，係具備使用如申請專利範圍第7至12項中任一項之穿透型轉印用遮罩，來將轉印圖案曝光轉印於半導體基板上之阻劑膜的工序。
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