TWI519887B - 光罩基底及轉印用遮罩之製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種可實現抗蝕劑薄膜化之光罩基底及轉印用遮罩之製造方法。
通常，半導體裝置之製造步驟，係使用光微影法進行微細圖案之形成。又，於該微細圖案之形成中，通常使用數張稱為轉印用遮罩之基板。該轉印用遮罩係通常於透光性之玻璃基板上設置有包含金屬薄膜等之微細圖案者，且亦於該轉印用遮罩之製造中使用光微影法。
於光微影法之轉印用遮罩之製造中，使用具有用以於玻璃基板等透光性基板上形成轉印圖案(遮罩圖案)之薄膜(例如遮光膜等)之光罩基底。使用有該光罩基底之轉印用遮罩之製造係包含如下步驟而進行：曝光步驟，其對形成於光罩基底上之抗蝕膜實施所需之圖案描繪；顯影步驟，其根據所需之圖案描繪，使上述抗蝕膜顯影而形成抗蝕劑圖案；蝕刻步驟，其根據抗蝕劑圖案對上述薄膜進行蝕刻；以及，將殘留之抗蝕劑圖案剝離去除之步驟。上述顯影步驟，係對形成於光罩基底上之抗蝕膜實施所需之圖案描繪後供給顯影液，將可溶於顯影液之抗蝕膜之部位溶解，形成抗蝕劑圖案。又，上述蝕刻步驟，係將該抗蝕劑圖案作為遮罩，藉由乾式蝕刻或濕式蝕刻來去除未形成抗蝕劑圖案之薄膜所露出之部位，藉此將所需之遮罩圖案形成於透光性基板上。以此方式，完成轉印用遮罩。
於將半導體裝置之圖案微細化處理時，不僅需要形成於轉印用遮罩之遮罩圖案之微細化處理，而且需要光微影中使用之曝光光源波長之短波長化處理。作為半導體裝置製造時之曝光光源，近年來，由KrF(krypton fluoride，氟化氪)準分子雷射(波長248 nm)至ArF(Argon fluoride，氟化氬)準分子雷射(波長193 nm)之短波長化不斷發展。
又，作為轉印用遮罩之種類，除了於先前之透光性基板上具有包含鉻系材料等之遮光膜圖案之二元光罩外，亦已知有半色調型移相光罩。該半色調型移相光罩係於透光性基板上具有移相膜之構造者，且該移相膜係使實質上並非有助於曝光之強度之光(例如，曝光波長之1%~20%)透過，產生特定之相位差者，且使用包含例如矽化鉬化合物之材料等。該半色調型移相光罩係藉由移相膜經圖案化處理之半透光部、及未形成有移相膜之使實質上利於曝光之強度之透光之透光部，而成為透過半透光部之光之相位相對透過透光部之光之相位實質上反轉之關係，藉此，通過半透光部與透光部之交界部附近並藉由繞射現象，而使彼此繞進對方區域之光相互抵消，並使交界部之光強度大致為零，提高交界部之對比度即解像度。
於轉印用遮罩或光罩基底中，在將形成於轉印用遮罩之遮罩圖案微細化時，需要光罩基底之抗蝕膜之薄膜化處理、及作為轉印用遮罩製造時之圖案化方法之乾式蝕刻加工。
然而，於抗蝕膜之薄膜化處理與乾式蝕刻加工中，產生以下所示之技術性問題。
其一，於進行光罩基底之抗蝕膜之薄膜化時，例如遮光膜之加工時間成為1個較大之限制事項。作為遮光膜之材料，係通常使用鉻，且於鉻之乾式蝕刻加工中，蝕刻氣體使用氯氣與氧氣之混合氣體。於將抗蝕劑圖案作為遮罩，利用乾式蝕刻將遮光膜圖案化時，抗蝕劑係為有機膜，且其主成分為碳，故而，對作為乾式蝕刻環境之氧電漿之耐受性極弱。於藉由乾式蝕刻將遮光膜圖案化期間，形成於該遮光膜上之抗蝕劑圖案必需以充分之膜厚殘留。作為一個指標，為了使遮罩圖案之剖面形狀良好，必需製成即便2倍左右之適量蝕刻時間(100%過蝕刻)亦可殘留之抗蝕膜厚。例如，通常作為遮光膜之材料之鉻、與抗蝕膜之蝕刻選擇比為1以下，故而，作為抗蝕膜之膜厚，必需為遮光膜之膜厚之2倍以上之膜厚。因此，為了將抗蝕膜薄膜化，必需縮短遮光膜之加工時間，因此，遮光膜之薄膜化係為重要之課題。然而，即使將遮光膜薄膜化，但為了確保遮光性，亦需要特定之光學濃度(通常，於使用光罩之曝光光束之波長中為3.0以上)，故遮光膜之薄膜化自然存在極限。
因此，作為將抗蝕膜之膜厚薄膜化之方法，先前提出有如下方法(參照日本專利特開2006-146152號公報(專利文獻1))：於遮光膜上，設置由與遮光膜存在蝕刻選擇性之材料形成之蝕刻遮罩膜，首先，將抗蝕劑圖案作為遮罩，對上述蝕刻遮罩膜進行蝕刻，形成蝕刻遮罩膜圖案，其次，將該蝕刻遮罩膜圖案作為遮罩，對上述遮光膜進行蝕刻，形成遮光膜圖案。作為該蝕刻遮罩膜之材料，提出有矽之氮氧化物等。
於上述矽之氮氧化物(例如SiON)之蝕刻遮罩膜之情形時，係使用Si靶材以濺鍍法進行成膜，但存在靶材之導電性低，易於產生缺陷之缺點。尤其DC(Direct Current，直流)濺鍍法之成膜易於產生缺陷。又，例如SiON膜亦於使用氟系氣體之乾式蝕刻中，蝕刻速率略低。
又，於抗蝕膜上形成抗蝕劑圖案之情形時，即便形成於與抗蝕劑之密接性較高之鉻系遮光膜之表面上，若抗蝕劑圖案之線寬小於抗蝕膜厚之1/3，則亦產生抗蝕劑圖案之崩陷或欠缺等，故而，必需使抗蝕膜厚為抗蝕劑圖案之線寬之3倍以下。於DRAM(Dynamic Random Access Memory，動態隨機存取記憶體)半間距45 nm世代，若考慮該等方面，則必需使抗蝕膜厚為180 nm以下，進而，於DRAM半間距32 nm世代，必需使抗蝕膜厚為100 nm以下。然而，於將矽之氮氧化物作為材料之蝕刻遮罩膜之情形時，由於與抗蝕劑之蝕刻選擇性較低，故存在無法充分地達成抗蝕膜之薄膜化之問題。
另一方面，藉由抗蝕膜之薄膜化而對蝕刻遮罩膜蝕刻時消耗之抗蝕膜厚變得不充裕，導致蝕刻之終點檢測精度就CD(Critical Dimension，臨界尺寸)穩定性之觀點而言變得極其重要。然而，存在包含矽之氮氧化物之蝕刻遮罩膜對主要用於終點檢測之紅色雷射光之反射率較低，難以進行終點檢測之問題。
因此，本發明係鑒於此種先前之情況研製而成者，其目的在於：第一，提供一種可充分地達成抗蝕膜之薄膜化之光罩基底及轉印用遮罩之製造方法；第二，提供一種製造穩定性較高之光罩基底及轉印用遮罩之製造方法。
本發明者對作為蝕刻遮罩膜之材料，使矽之氮氧化物中含有過渡金屬之情形進行了研究。可知悉隨著膜中之過渡金屬之含有比率變高，反應性提高，對氟系氣體之蝕刻速率亦提高。然而，可判明於蝕刻遮罩膜中之過渡金屬與矽中之過渡金屬之含有比率(即，由百分率[%]表示使蝕刻遮罩膜中之過渡金屬與矽之合計含量[原子%]為100時之過渡金屬之含量[原子%]之比率者，以下相同)為9%以上之情形時，產生新問題。
於矽之氮氧化物或使其中含有過渡金屬之材料之情形時，即便對抗蝕劑之密接性低於鉻系材料，且相對抗蝕劑圖案之寬度之膜厚為3倍以下，亦易於產生抗蝕劑圖案之崩陷或欠缺。因此，對蝕刻遮罩膜，實施用以確保與抗蝕劑之密接性之HMDS(六甲基二矽氮烷：Hexamethyldisilazane)等矽烷系偶合劑之表面處理後，必需塗佈抗蝕劑。然而，已判明於蝕刻遮罩膜中之過渡金屬與矽中之過渡金屬之含有比率為9%以上之情形時，若於矽烷系偶合劑之表面處理後，塗佈抗蝕膜，則如圖5所示，於抗蝕膜上將產生圓形之塗佈不均缺陷，導致抗蝕劑塗佈性存在較大之問題。即便變更過渡金屬之種類，該現象之傾向亦未改變。本發明者進而進行了銳意研究，結果發現可藉由使過渡金屬之含量最佳化，而解決抗蝕劑塗佈性之問題。
本發明者係基於以上闡明事實、考量，進而繼續銳意研究，結果完成了本發明。
即，為了解決上述課題，本發明具有以下構成。
一種光罩基底，其特徵在於，其係於透光性基板上包含利用以可由氯系氣體進行乾式蝕刻之金屬為主成分之材料形成之遮光膜，且於該遮光膜上形成轉印圖案時使用抗蝕膜者，且，於上述遮光膜之上表面，設置有由過渡金屬及矽中更包含氮及氧中之至少一元素之材料形成之蝕刻遮罩膜，該蝕刻遮罩膜中之過渡金屬與矽之間之過渡金屬之含有比率未達9%。
如構成1之光罩基底，其中對上述蝕刻遮罩膜之表面實施矽烷系偶合劑之表面處理。
如構成2之光罩基底，其中上述矽烷系偶合劑為六甲基二矽氮烷(Hexamethyldisilazane)。
如構成2或3之光罩基底，其中抗蝕膜係與上述蝕刻遮罩膜之表面相接形成。
如構成1至4中任一項之光罩基底，其中上述蝕刻遮罩膜中之過渡金屬係為鉬(Mo)。
如構成1至5中任一項之光罩基底，其中上述蝕刻遮罩膜係膜厚為5 nm~20 nm。
如構成1至6中任一項之光罩基底，其中上述抗蝕膜係膜厚為50 nm~180 nm。
如構成1至7中任一項之光罩基底，其中可由形成上述遮光膜之氯系氣體進行乾式蝕刻之金屬係為鉻。
如構成1至8中任一項之光罩基底，其中於上述透光性基板與上述遮光膜之間設置有移相膜。
如構成9之光罩基底，其中上述移相膜係由過渡金屬及矽中更包含氮及氧中之至少一者元素之材料形成。
如構成10之光罩基底，其中上述移相膜中之過渡金屬係為鉬(Mo)。
一種轉印用遮罩之製造方法，其特徵在於，其係使用有如構成1之光罩基底之轉印用遮罩之製造方法，且包含如下步驟：對上述蝕刻遮罩膜之表面實施矽烷系偶合劑之表面處理；與上述表面處理後之蝕刻遮罩膜之表面相接形成抗蝕膜；於上述抗蝕膜上使轉印圖案曝光，形成抗蝕劑圖案；將上述抗蝕劑圖案作為遮罩，利用氟系氣體對上述蝕刻遮罩膜進行乾式蝕刻，形成蝕刻遮罩膜圖案；以及，將上述蝕刻遮罩膜圖案作為遮罩，利用氯系氣體對上述遮光膜進行乾式蝕刻，形成遮光膜圖案。
一種轉印用遮罩之製造方法，其特徵在於，其係使用有如構成9之光罩基底之轉印用遮罩之製造方法，且包含如下步驟：對上述蝕刻遮罩膜之表面實施矽烷系偶合劑之表面處理；與上述表面處理後之蝕刻遮罩膜之表面相接形成抗蝕膜；於上述抗蝕膜使轉印圖案曝光，形成抗蝕劑圖案；將上述抗蝕劑圖案作為遮罩，利用氟系氣體對上述蝕刻遮罩膜進行乾式蝕刻，形成蝕刻遮罩膜圖案；將上述蝕刻遮罩膜圖案作為遮罩，利用氯系氣體對上述遮光膜進行乾式蝕刻，形成遮光膜圖案；以及，將上述遮光膜圖案作為遮罩，利用氟系氣體對上述移相膜進行乾式蝕刻，形成移相膜圖案。
根據本發明，可提供一種光罩基底及轉印用遮罩之製造方法，該光罩基底係於透光性基板上之遮光膜之上表面，設置由過渡金屬及矽中更包含氮及氧中之至少一元素之材料形成之蝕刻遮罩膜，藉由使該蝕刻遮罩膜中之過渡金屬與矽之間之過渡金屬之含有比率為未達9%，而獲得與抗蝕劑之間較高之蝕刻選擇性，從而藉由使用蝕刻遮罩膜來充分地達成抗蝕膜之薄膜化。又，根據本發明，可提供一種光罩基底及轉印用遮罩之製造方法，該光罩基底係即便對光罩基底之表面實施矽烷系偶合劑之處理，亦不會產生如先前之圓形之塗佈缺陷，故可獲得良好之抗蝕劑塗佈性，使製造穩定性較高。
以下，參照圖式對本發明之實施形態進行詳述。
本發明之第1實施形態係一種光罩基底，其特徵在於，其係於透光性基板上包含利用以可由氯系氣體進行乾式蝕刻之金屬為主成分之材料形成之遮光膜，且於該遮光膜形成轉印圖案時使用抗蝕膜者，且，於上述遮光膜之上表面，設置有由過渡金屬及矽中更包含氮及氧中之至少一元素之材料形成之蝕刻遮罩膜，該蝕刻遮罩膜中之過渡金屬與矽之間之過渡金屬之含有比率未達9%。
圖1A及圖1B係表示本發明第1實施形態之光罩基底之構造的剖面圖。
圖1A係表示在透光性基板1上包含遮光膜2及蝕刻遮罩膜3之構造之光罩基底10A，圖1B係表示如下構造之光罩基底10B，即，於透光性基板1上包含遮光膜2及蝕刻遮罩膜3，且對該蝕刻遮罩膜3之表面實施作為矽烷系偶合劑之一之HMDS之處理，從而與蝕刻遮罩膜3之表面相接形成抗蝕膜4。即，本發明之光罩基底不僅為如上所述般於透光性基板1上包含遮光膜2及蝕刻遮罩膜3之構造者，亦包含進而形成有抗蝕膜4之構造者。
上述透光性基板1若為對使用之曝光波長具有透明性者則無特別限制。於本發明中，可使用石英基板、及其他各種玻璃基板(例如，鹼石灰玻璃、鋁矽酸鹽玻璃等)，而其中石英基板由於在ArF準分子雷射或相較ArF準分子雷射為短波長之區域內透明性較高，故而尤其適於本發明。
又，上述遮光膜2係包含以可由氯系氣體進行乾式蝕刻之金屬為主成分之材料。此處之可由氯系氣體進行乾式蝕刻之金屬，係不限於可僅由氯系氣體(Cl2、SiCl2、CHCl3、CCl4、BCl3等)進行乾式蝕刻之金屬，亦包含可由該等氯系氣體與氧氣之混合氣體進行乾式蝕刻之金屬。又，形成遮光膜2之材料必需對於氟系氣體之乾式蝕刻具有耐受性。作為亦同時滿足該條件者，於可僅由氯系氣體進行乾式蝕刻之金屬中，有鉿(Hf)、鋯(Zr)、鉭-鉿(Ta-Hf)、鉭-鋯(Ta-Zr)等，於可由氯系氣體與氧氣之混合氣體進行乾式蝕刻之金屬中，有鉻(Cr)、釕(Ru)等。尤其鉻由於對氟系氣體之乾式蝕刻之耐受性較高，氧化穩定性亦良好，故而較佳。
於形成遮光膜2之材料中，除可由氯系氣體進行乾式蝕刻之金屬外，亦可包含氧、氮、碳、硼等。又，該遮光膜可為單層，亦可為複數層(例如，遮光層與防反射層之積層構造)。於使遮光膜為遮光層與防反射層之積層之情形時，防反射層較佳為鉻系，以獲得與上層蝕刻遮罩膜較高之蝕刻選擇性。再者，所謂主成分，係指材料之全部金屬成分中之可由氯系氣體進行乾式蝕刻之金屬之含有率為50%以上。
上述蝕刻遮罩膜3係由過渡金屬及矽中更包含氮及氧中之至少1個元素之材料形成。
具體而言，較佳為包含過渡金屬及矽之氮化物、氧化物、或者氮氧化物之材料。過渡金屬可適用鉬、鉭、鎢、鈦、鉻、鉿、鎳、釩、鋯、釕、銠等。
於本發明中，上述蝕刻遮罩膜3中之過渡金屬與矽之間之過渡金屬之含有比率未達9%。若過渡金屬之含有比率為9%以上，則如圖5所示，實施HMDS之表面處理之情形時之抗蝕劑塗佈性欠佳，從而產生圓形之塗佈不均缺陷。再者，較佳為將過渡金屬之含有比率之上限設為8%以下，更佳為設為7%以下，最佳為設為5%以下。作為過渡金屬之含有比率之下限值，較佳為1%以上。若過渡金屬之含有比率低於1%，則變得難以獲得靶材之導電性、相對氟系氣體之蝕刻速率、蝕刻終點檢測精度，並且難以獲得與未添加過渡金屬時之差別。因此，其下限必需設為1原子%以上，較佳為2%以上。
於本發明中，尤其於蝕刻遮罩膜3由鉬(Mo)與矽(Si)之氮化物、或者氮氧化物形成之情形時，鉬與矽之間之Mo含有比率(即，由百分率[%]表示將蝕刻遮罩膜中鉬與矽之合計含量[原子%]設為100時鉬之含量[原子%]之比率者，以下相同)係必需使其上限未達9%，較佳為8%以下，更佳為7%以下，最佳為5%以下。又，其下限必需設為1%以上，較佳為2%以上。
上述蝕刻遮罩膜3係較佳膜厚為5 nm~20 nm。若膜厚未達5 nm，則無法確保作為對遮光膜2乾式蝕刻時之蝕刻遮罩發揮功能所需之厚度。另一方面，若膜厚超過20 nm，則必需使用以對其進行蝕刻之抗蝕劑圖案之膜厚增厚，從而無法達成亦能支援DRAM半間距45 nm世代之抗蝕膜之薄膜化。尤其於用於DRAM半間距32 nm世代之光罩基底之情形時，較理想的是使蝕刻遮罩膜3之膜厚為15 nm以下，較佳為10 nm以下。於在透光性基板1上形成上述遮光膜2及蝕刻遮罩膜3時，尤佳為濺鍍成膜法。又，本發明於蝕刻遮罩膜3之形成中應用DC濺鍍法時尤為有效。
根據本實施形態之光罩基底，蝕刻遮罩膜可獲得氟系氣體中較高之乾式蝕刻速率，且獲得與抗蝕劑之間較高之蝕刻選擇性，故而可藉由使用蝕刻遮罩膜而充分地達成抗蝕膜之薄膜化。具體而言，抗蝕膜係可將膜厚薄膜化至例如50 nm~180 nm之範圍內。又，尤其於使蝕刻遮罩膜3之膜厚為15 nm以下之情形時，可將抗蝕膜之膜厚薄膜化至50 nm~100 nm之範圍內。
又，即便對光罩基底之表面實施矽烷系偶合劑(尤其HMDS)之表面處理，亦不會產生如先前之圓形塗佈缺陷，從而獲得良好之抗蝕劑塗佈性，且獲得製造穩定性較高之光罩基底。
其次，根據圖2A~圖2D對使用有本實施形態之光罩基底之轉印用遮罩之製造步驟進行說明。
此處，利用本實施形態之光罩基底10B(參照圖1B)來進行說明。首先，於對該抗蝕膜4利用電子束描繪裝置進行所需之圖案描繪後，由特定之顯影液進行顯影，形成抗蝕劑圖案4a(參照圖2A)。
其次，將上述抗蝕劑圖案4a作為遮罩，對蝕刻遮罩膜3進行乾式蝕刻，形成蝕刻遮罩膜圖案3a(參照圖2B)。作為乾式蝕刻氣體，可使用氟系氣體。
其次，於去除殘留之抗蝕劑圖案4a後(參照圖2C)，將蝕刻遮罩膜圖案3a作為遮罩，對遮光膜2進行乾式蝕刻，形成遮光膜圖案2a。作為乾式蝕刻氣體，可使用氯系氣體(包含氯與氧之混合氣體)。
由此，獲得二元轉印用遮罩20(參照圖2D)。
參照圖3A~圖3G對本發明第2實施形態進行說明。
本實施形態之光罩基底係上述第1實施形態之光罩基底中透光性基板1與遮光膜2之間設置有移相膜5之構造之移相光罩基底11(參照圖3A)。
本實施形態中之透光性基板1、遮光膜2、及蝕刻遮罩膜3與第1實施形態相同，故而此處省略重複之說明。
上述移相膜5係使實質上不利於曝光之強度之光(例如，相對於曝光波長為1%~20%)透過者，且產生特定之相位差(例如180度)，並且，藉由該移相膜經圖案化處理之半透光部、及未形成有移相膜之使實質上有利於曝光之強度之透過之透光部，而使透過半透光部之光之相位相對透過透光部之光之相位成為實質反轉之關係，藉此，通過半透光部與透光部之交界部附近，藉由繞射現象，而使彼此繞入對方之區域之光相互抵消，使交界部之光強度大致為零，從而提高交界部之對比度即解像度。
作為該移相膜5，可較佳列舉過渡金屬及矽中更包含氮及氧中之至少1個元素之材料，但較佳為包含例如過渡金屬矽化物之氮化物、氧化物或氮氧化物之材料。過渡金屬可適用鉬、鉭、鎢、鈦、鉻、鉿、鎳、釩、鋯、釕、銠等。又，移相膜5可為單層，亦可為複數層。
即便本實施形態之光罩基底(移相光罩基底)中，蝕刻遮罩膜亦獲得氟系氣體中較高之乾式蝕刻速率，且獲得與抗蝕劑之間較高之蝕刻選擇性，故而可藉由使用蝕刻遮罩膜而充分地達成抗蝕膜之薄膜化。具體而言，抗蝕膜係可使膜厚薄膜化至例如50 nm~180 nm之範圍內。
又，即便對光罩基底之表面實施矽烷系偶合劑(尤其HMDS)之表面處理，亦不會產生如先前之圓形塗佈缺陷，故獲得良好之抗蝕劑塗佈性，從而獲得製造穩定性較高之光罩基底。
其次，根據圖3A~圖3G對使用有本實施形態之光罩基底之轉印用遮罩之製造步驟進行說明。
本實施形態之光罩基底11(參照圖3A)係為如下構造者：於透光性基板1上包含移相膜5、遮光膜2、及蝕刻遮罩膜3，且對該蝕刻遮罩膜3之表面實施矽烷系偶合劑之表面處理，從而與蝕刻遮罩膜3之表面相接形成抗蝕膜4。
首先，於對該抗蝕膜4利用電子束描繪裝置進行所需之圖案描繪後，由特定之顯影液進行顯影，形成抗蝕劑圖案4a(參照圖3B)。
其次，將上述抗蝕劑圖案4a作為遮罩，對蝕刻遮罩膜3進行乾式蝕刻，形成蝕刻遮罩膜圖案3a(參照圖3C)。作為乾式蝕刻氣體，可使用氟系氣體。
其次，於去除殘留之抗蝕劑圖案4a後(參照圖3D)，將蝕刻遮罩膜圖案3a作為遮罩，對遮光膜2進行乾式蝕刻，形成遮光膜圖案2a(參照圖3E)。作為乾式蝕刻氣體，可使用氯系氣體(包含氯與氧之混合氣體)。
其次，將遮光膜圖案2a作為遮罩，對移相膜5進行乾式蝕刻，形成移相膜圖案5a(參照圖3F)。作為該情形時之乾式蝕刻氣體，可使用氟系氣體。再者，於該階段中，利用氟系氣體，將蝕刻遮罩膜圖案3a大致去除。
以此方式獲得移相光罩(轉印用遮罩)21，但因移相光罩之構造，可進而去除上述遮光膜圖案2a，或者如圖3G所示，亦可藉由光微影步驟來對上述遮光膜圖案2a進行圖案化處理，製成形成有遮光帶2b之移相光罩22。
以下，藉由實施例來對本發明之實施形態進行更具體說明。同時，亦對相對於實施例之比較例進行說明。
於包含石英玻璃之透光性基板上，利用枚葉式DC濺鍍裝置，且濺鍍靶材使用鉻靶材，於氬、二氧化碳、氮、與氦之混合氣體環境(氣壓為0.2 Pa，氣體流量比為Ar：CO2：N2：He=24：29：12：35)中，將DC電源之功率設為1.7 KW，進行反應性濺鍍，藉此，形成膜厚為39 nm之CrOCN層。其次，使用鉻靶材，於氬、一氧化氮、與氦之混合氣體環境(氣壓為0.2 Pa，氣體流量比為Ar：NO：He=27：18：55)中，將DC電源之功率設為1.7 KW，進行反應性濺鍍，藉此，形成膜厚為17 nm之CrON層。最後，使用鉻靶材，於氬、二氧化碳、氮、與氦之混合氣體環境(氣壓為0.2 Pa，氣體流量比為Ar：CO2：N2：He=21：37：11：31)中，將DC電源之功率設為1.8 KW，進行反應性濺鍍，藉此，形成膜厚為14 nm之CrOCN層。藉由以上之步驟，而形成總膜厚為70 nm之遮光膜。再者，該遮光膜係於波長193 nm中光學濃度(O.D.(Optical Density))為3.1。
其次，濺鍍靶材使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶材(原子%比為Mo：Si=4：96)，於氬(Ar)、氧、氮、與氦之混合氣體環境(氣壓為0.1 Pa，氣體流量比為Ar：O2：N2：He=6：5：11：16)中，將DC電源之功率設為3.0 KW，以膜厚15 nm將MoSiON膜(蝕刻遮罩膜，Mo：2.5原子%、Si：62.7原子%、O：12.4原子%、N：22.4原子%)成膜。
其次，利用以上述方式製作之光罩基底，製作二元轉印用遮罩。首先，於以特定之條件對光罩基底之表面實施HMDS處理後，形成電子束描繪用化學增幅型正型抗蝕膜(富士膠片電子材料(Fuji Film Electronic Materials)公司製PRL009)。抗蝕膜之形成係利用旋轉器(旋轉塗佈裝置)進行旋轉塗佈。於上述抗蝕膜塗佈後，利用加熱乾燥裝置進行特定之加熱乾燥處理。使抗蝕膜之膜厚達到100 nm。對形成之抗蝕膜，利用缺陷檢測裝置(Laser Tec公司製M2350)進行缺陷檢測。缺陷檢測係對形成轉印圖案之區域即距離光罩基底之中心132 mm見方內之區域，以高感光度模式進行。其結果示於圖4。於抗蝕膜上未產生圓形之塗佈不均缺陷，且所檢測之缺陷作為DRAM半間距45 nm世代之光罩基底亦為容許範圍，故抗蝕劑塗佈性良好。
其次，於對形成於上述光罩基底之抗蝕膜，利用電子束描繪裝置進行所需之圖案描繪後，由特定之顯影液進行顯影，形成抗蝕劑圖案。此時，未產生抗蝕劑圖案之崩陷或欠缺。
其次，將上述抗蝕劑圖案作為遮罩，進行包含MoSiON膜之蝕刻遮罩膜之乾式蝕刻，形成蝕刻遮罩膜圖案。作為乾式蝕刻氣體，使用SF6與He之混合氣體。
其次，於將殘留之抗蝕劑圖案剝離後，將上述蝕刻遮罩膜作為遮罩，進行包含遮光層與防反射層之遮光膜之乾式蝕刻，形成遮光膜圖案。作為乾式蝕刻氣體，使用Cl2與O2之混合氣體(Cl2：O2=4：1)。
以如上方式獲得二元轉印用遮罩。遮光膜圖案之CD變化量為2 nm以下，故以良好之圖案精度形成。
如本實施例所示，可藉由使用包含Mo含有比率(以百分率[%]表示使Mo與Si之合計含量[原子%]為100時之Mo之含量[原子%]之比率者，以下相同)未達9%之MoSiON之蝕刻遮罩膜，而將抗蝕膜厚薄膜化，故即便為了提高與抗蝕劑之密接性而實施HMDS處理之情形時，亦具有良好之抗蝕劑塗佈性。
於包含石英玻璃之透光性基板上，利用枚葉式DC濺鍍裝置，且濺鍍靶材使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶材(原子%比為Mo：Si=10：90)，於氬(Ar)、氮(N2)、與氦(He)之混合氣體環境(氣壓為0.3 Pa，氣體流量比為Ar：N2：He=5：49：46)中，將DC電源之功率設為2.8 KW，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)而形成膜厚為69 nm之MoSiN膜。其次，將形成有移相膜之基板以250℃進行5分鐘加熱處理(退火處理)，形成以鉬、矽、及氮為主要構成要素之由單層構成之ArF準分子雷射(波長193 nm)用移相膜。再者，該移相膜於ArF準分子雷射(波長193 nm)中，透射率為5.24%，相位差為173.85度。
其次，利用枚葉式DC濺鍍裝置，且濺鍍靶材使用鉻靶材，並於氬、二氧化碳、氮、與氦之混合氣體環境(氣壓為0.2 Pa，氣體流量比為Ar：CO2：N2：He=22：39：6：33)中，將DC電源之功率設為1.7 KW，進行反應性濺鍍，藉此，形成膜厚為30 nm之CrOCN層。其次，使用鉻靶材，並於氬與氮之混合氣體環境(氣壓為0.1 Pa，氣體流量比為Ar：N2=83：17)中，將DC電源之功率設為1.7 KW，進行反應性濺鍍，藉此，形成膜厚為4 nm之CrN層。最後，使用鉻靶材，於氬、二氧化碳、氮、與氦之混合氣體環境(氣壓為0.2 Pa，氣體流量比為Ar：CO2：N2：He=21：37：11：31)中，將DC電源之功率設為1.8 KW，進行反應性濺鍍，藉此，形成膜厚為14 nm之CrOCN層。藉由以上之步驟，形成總膜厚為48 nm之遮光膜。再者，該遮光膜於與移相膜之積層構造中，波長193 nm中之光學濃度(O.D.)為3.1。
其次，濺鍍靶材使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶材(原子%比為Mo：Si=4：96)，於氬(Ar)、氮(N2)、與氦(He)之混合氣體環境(氣壓為0.1 Pa，氣體流量比為Ar：N2：He=6：11：16)中，將DC電源之功率設為3.0 KW，以膜厚10 nm將MoSiN膜(蝕刻遮罩膜，Mo：2.3原子%，Si：56.6原子%，N：41.1原子%)成膜。
其次，利用以上述方式製作之移相光罩基底製作移相光罩。首先，以特定之條件對光罩基底之表面實施HMDS處理後，形成電子束描繪用化學增幅型正型抗蝕膜(富士膠片電子材料公司製PRL009)。抗蝕膜之形成係利用旋轉器(旋轉塗佈裝置)進行旋轉塗佈。對上述抗蝕膜進行塗佈後，利用加熱乾燥裝置進行特定之加熱乾燥處理。抗蝕膜之膜厚為90 nm。對形成之抗蝕膜，利用缺陷檢測裝置(Laser Tec公司製M2350)進行缺陷檢測。缺陷檢測係對形成轉印圖案之區域即距離光罩基底之中心132 mm見方內之區域，以高感光度模式實施，其結果，與實施例1之情形相同，在抗蝕膜上未產生圓形之塗佈不均缺陷，且檢測之缺陷亦為作為DRAM半間距32 nm世代之光罩基底所容許範圍，故抗蝕劑塗佈性良好。
其次，對形成於上述光罩基底上之抗蝕膜，利用電子束描繪裝置進行所需之圖案描繪後，由特定之顯影液進行顯影，形成抗蝕劑圖案。
其次，將上述抗蝕劑圖案作為遮罩，進行包含MoSiN膜之蝕刻遮罩膜之乾式蝕刻，形成蝕刻遮罩膜圖案。作為乾式蝕刻氣體，使用SF6與He之混合氣體。
其次，將殘留之抗蝕劑圖案剝離後，將上述蝕刻遮罩膜作為遮罩，進行包含遮光層與防反射層之遮光膜之乾式蝕刻，形成遮光膜圖案。作為乾式蝕刻氣體，使用Cl2與O2之混合氣體(Cl2：O2=4：1)。
其次，將上述遮光膜圖案作為遮罩，進行包含MoSiN膜之移相膜之乾式蝕刻，形成移相膜圖案。作為乾式蝕刻氣體，使用SF6與He之混合氣體。再者，於該移相膜之乾式蝕刻時，上述蝕刻遮罩膜圖案被去除。
其次，再次將與上述相同之抗蝕膜進行整面塗佈，並進行用以去除轉印區域內之多餘之遮光膜圖案之圖案曝光後，將該抗蝕膜顯影，形成抗蝕劑圖案。繼而，利用乾式蝕刻去除多餘之遮光膜圖案，並將殘留之抗蝕劑圖案剝離，獲得移相光罩。
由以上方式製作移相光罩。移相膜圖案之CD變化量未達2 nm，故以良好之圖案精度形成。
如本實施例所述，可藉由使用包含Mo含有比率未達9%之MoSiN之蝕刻遮罩膜，而使抗蝕膜厚薄膜化，且亦於實施HMDS處理以提昇與抗蝕劑之密接性之情形時，具有良好之抗蝕劑塗佈性。
於包含石英玻璃之透光性基板上，藉由與實施例2相同之製程，依次形成ArF準分子雷射(波長193 nm)用移相膜、及包含以鉻為主成分之材料之遮光膜。
其次，濺鍍靶材使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶材(原子%比 Mo：Si=4：96)，於氬(Ar)、氧、氮、與氦之混合氣體環境中，以膜厚10 nm使MoSiON膜(蝕刻遮罩膜，Mo：1.8原子%，Si：37.2原子%，O：12.9原子%，N：48.1原子%)成膜。
其次，利用以上述方式製作之移相光罩基底製作移相光罩。首先，以特定之條件對光罩基底之表面實施HMDS處理後，形成電子束描繪用化學增幅型正型抗蝕膜(富士膠片電子材料公司製PRL009)。抗蝕膜之形成係利用旋轉器(旋轉塗佈裝置)進行旋轉塗佈。對上述抗蝕膜進行塗佈後，利用加熱乾燥裝置進行特定之加熱乾燥處理。抗蝕膜之膜厚為90 nm。對形成之抗蝕膜，利用缺陷檢測裝置(Laser Tec公司製M2350)進行缺陷檢測。缺陷檢測係對形成轉印圖案之區域即距離光罩基底之中心132 mm見方內之區域，以高感光度模式實施，其結果，與實施例1之情形相同，在抗蝕膜上未產生圓形之塗佈不均缺陷，且所檢測之缺陷作為DRAM半間距32 nm世代之光罩基底亦為容許範圍，故抗蝕劑塗佈性良好。
其次，對形成於上述光罩基底上之抗蝕膜，藉由與實施例2相同之製程而製作移相光罩。移相膜圖案之CD變化量未達2 nm，故以良好之圖案精度形成。
如本實施例所述，可藉由使用包含Mo含有比率未達9%之MoSiON之蝕刻遮罩膜，而將抗蝕膜厚薄膜化，且亦於實施HMDS處理以提昇與抗蝕劑之密接性之情形時，具有良好之抗蝕劑塗佈性。
於包含石英玻璃之透光性基板上，利用枚葉式濺鍍裝置，且濺鍍靶材使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶材(原子%比Mo：Si=10：90)，於氬(Ar)、氮(N2)、與氦(He)之混合氣體環境(氣壓為0.3 Pa，氣體流量比為Ar：N2：He=5：49：46)中，將DC電源之功率設為2.8 KW，藉由反應性濺鍍(DC濺鍍)而形成膜厚為69 nm之MoSiN膜。其次，將形成有移相膜之基板以250℃進行5分鐘加熱處理(退火處理)，形成以鉬、矽、及氮為主要構成要素之由單層構成之ArF準分子雷射(波長193 nm)用移相膜。再者，該移相膜於ArF準分子雷射(波長193 nm)中，透射率為5.24%，相位差為173.85度。
其次，利用枚葉式DC濺鍍裝置，且濺鍍靶材使用鉻靶材，於氬、二氧化碳、氮、與氦之混合氣體環境(氣壓為0.2 Pa，氣體流量比為Ar：CO2：N2：He=22：39：6：33)中，將DC電源之功率設為1.7 KW，進行反應性濺鍍，藉此，形成膜厚為30 nm之CrOCN層。其次，使用鉻靶材，於氬與氮之混合氣體環境(氣壓為0.1 Pa，氣體流量比為Ar：N2=83：17)中，將DC電源之功率設為1.7 KW，進行反應性濺鍍，藉此，形成膜厚為4 nm之CrN層。最後，使用鉻靶材，於氬、二氧化碳、氮、與氦之混合氣體環境(氣壓為0.2 Pa，氣體流量比為Ar：CO2：N2：He=21：37：11：31)中，將DC電源之功率設為1.8KW，進行反應性濺鍍，藉此，形成膜厚為14 nm之CrOCN層。藉由以上之步驟，形成總膜厚為48 nm之遮光膜。再者，該遮光膜於與移相膜之積層構造中，波長193 nm中之光學濃度(O.D.)為3.1。
其次，濺鍍靶材使用鉬(Mo)與矽(Si)之混合靶材(原子%比Mo：Si=9.5：90.5)，於氬(Ar)、氮、與氦之混合氣體環境(氣壓為0.1 Pa，氣體流量比為Ar：N2：He=5：49：46)中，將DC電源之功率設為3.0 KW，以膜厚10 nm使MoSiN膜(蝕刻遮罩膜，Mo：5.1原子%，Si：47.1原子%，N：47.8原子%)成膜。
其次，利用以上述方式製作之移相光罩基底製作移相光罩。首先，以特定之條件對光罩基底之表面實施HMDS處理後，形成電子束描繪用化學增幅型正型抗蝕膜(富士膠片電子材料公司製PRL009)。抗蝕膜之形成係利用旋轉器(旋轉塗佈裝置)進行旋轉塗佈。將上述抗蝕膜塗佈後，利用加熱乾燥裝置進行特定之加熱乾燥處理。抗蝕膜之膜厚為90 nm。對所形成之抗蝕膜，利用缺陷檢測裝置(Laser Tec公司製M2350)進行缺陷檢測。缺陷檢測係對形成轉印圖案之區域即距離光罩基底之中心132 mm見方內之區域，以低感光度模式實施。其結果示於圖5。即便以缺陷檢測感光度較低之低感光度模式進行檢測，於抗蝕膜上亦明顯地產生有圓形之塗佈不均缺陷。該缺陷無論DRAM半間距32 nm世代，抑或是45 nm世代之光罩基底均無法容許之缺陷。
此後，以與實施例2相同之方式製作移相光罩。
所得之移相光罩中之移相膜圖案因抗蝕膜之缺陷而於轉印圖案上多產生白缺陷或黑缺陷，且CD變化量亦因抗蝕膜之塗佈缺陷而增大至10 nm以上，從而已無法用作半導體設計規則hp45世代以後之轉印用遮罩。
參考例係直至在透光性基板上形成移相膜及遮光膜為止，製程與實施例2相同。其次，濺鍍靶材使用矽(Si)靶材，於氬、氮、與氧之混合氣體環境中，以膜厚10 nm使SiON膜(蝕刻遮罩膜Si：O：N=35：45：10[原子%))成膜，製作移相光罩基底。
其次，對實施例1、實施例2、及參考例之各光罩基底，驗證將光學蝕刻終點檢測應用於將蝕刻遮罩膜乾式蝕刻時之終點檢測時之特性差異。所用之光學蝕刻終點檢測裝置係由光電變換器接收波長600~700 nm之光(紅色雷射光)照射至蝕刻遮罩膜之表面時之表面反射光，由電信號獲取反射光之增減，並由該電信號之變化(反射光之變化)檢測蝕刻終點。於圖6中分別對於實施例1[圖6A]、實施例2[圖6B]、及參考例1[圖6C]之各光罩基底，表示以SF6與He之混合氣體作為蝕刻氣體進行乾式蝕刻期間自光學蝕刻終點檢測裝置之光電變換器獲得之電信號強度變化。
於實施例1之MoSiON膜中，電信號強度(增益)之變化較大，故可容易地進行蝕刻終點之檢測。又，於實施例2之MoSiN膜中，電信號強度(增益)之變化相對較大，故可充分進行蝕刻終點之檢測。與此相對，於參考例之SiON膜之情形時，由於對紅色雷射光之透射性較高(反射率較低)，故而電信號強度(增益)之變化較小，因此，蝕刻終點檢測之檢測較難。於SiON膜之情形時，較理想的是使用其他蝕刻終點檢測方法。
以上，利用實施形態對本發明進行了說明，但本發明之技術性範圍並不限定於上述實施形態記載之範圍。本領域之技術人員應當知悉可對上述實施形態施加多種變更或改良。根據請求項之記載可明確施加此種變更或改良之形態亦可包含於本發明之技術性範圍內。
1．．．透光性基板
2．．．遮光膜
2a．．．遮光膜圖案
2b．．．遮光帶
3．．．蝕刻遮罩膜
3a．．．蝕刻遮罩膜圖案
4．．．抗蝕膜
4a．．．抗蝕劑圖案
5．．．移相膜
5a．．．移相膜圖案
10A、10B、11．．．光罩基底
20．．．二元轉印用遮罩
21、22．．．移相光罩
圖1A係表示本發明第1實施形態之光罩基底之構造的剖面圖。
圖1B係表示本發明第1實施形態之其他光罩基底之構造的剖面圖。
圖2A係表示使用有本發明第1實施形態之光罩基底之轉印用遮罩的一製造步驟之剖面圖。
圖2B係表示使用有本發明第1實施形態之光罩基底之轉印用遮罩的一製造步驟之剖面圖。
圖2C係表示使用有本發明第1實施形態之光罩基底之轉印用遮罩的一製造步驟之剖面圖。
圖2D係表示使用有本發明第1實施形態之光罩基底之轉印用遮罩的一製造步驟之剖面圖。
圖3A係表示使用有本發明第2實施形態之光罩基底之轉印用遮罩的一製造步驟之剖面圖。
圖3B係表示使用有本發明第2實施形態之光罩基底之轉印用遮罩的一製造步驟之剖面圖。
圖3C係表示使用有本發明第2實施形態之光罩基底之轉印用遮罩的一製造步驟之剖面圖。
圖3D係表示使用有本發明第2實施形態之光罩基底之轉印用遮罩的一製造步驟之剖面圖。
圖3E係表示使用有本發明第2實施形態之光罩基底之轉印用遮罩的一製造步驟之剖面圖。
圖3F係表示使用有本發明第2實施形態之光罩基底之轉印用遮罩的一製造步驟之剖面圖。
圖3G係表示使用有本發明第2實施形態之光罩基底之轉印用遮罩的一製造步驟之剖面圖。
圖4係表示對本發明實施例1之光罩基底之抗蝕膜的缺陷檢測結果之剖面圖。
圖5係表示對本發明比較例之光罩基底之抗蝕膜的缺陷檢測結果之剖面圖。
圖6A係表示在對蝕刻遮罩膜進行乾式蝕刻時自光學蝕刻終點檢測裝置所得之電信號變化的圖，且係關於實施例1之蝕刻遮罩膜之圖。
圖6B係表示在對蝕刻遮罩膜進行乾式蝕刻時自光學蝕刻終點檢測裝置所得之電信號變化的圖，且係關於實施例2之蝕刻遮罩膜之圖。
圖6C係表示在對蝕刻遮罩膜進行乾式蝕刻時自光學蝕刻終點檢測裝置所得之電信號變化的圖，且係關於參考例之蝕刻遮罩膜之圖。
1．．．透光性基板
2．．．遮光膜
3．．．蝕刻遮罩膜
4．．．抗蝕膜
10A、10B．．．光罩基底
Claims (14)
- 一種光罩基底，其特徵在於：其係於透光性基板上，包含遮光膜，該遮光膜係以可由氯系氣體進行乾式蝕刻之金屬作為主成分之材料形成，且設有與上述遮光膜之上表面相接，並由過渡金屬及矽中更包含氮及氧中之至少一元素之材料形成之蝕刻遮罩膜，且該蝕刻遮罩膜中之過渡金屬與矽之間之過渡金屬之含有比率為5%以下。
- 如請求項1之光罩基底，其中對上述蝕刻遮罩膜之表面實施矽烷系偶合劑之表面處理。
- 如請求項2之光罩基底，其中上述矽烷系偶合劑係為六甲基二矽氮烷(Hexamethyldisilazane)。
- 如請求項2之光罩基底，其中抗蝕膜係與經實施上述矽烷系偶合劑之表面處理後之上述蝕刻遮罩膜之表面相接形成。
- 如請求項1之光罩基底，其中上述蝕刻遮罩膜中之過渡金屬為鉬(Mo)。
- 如請求項1之光罩基底，其中上述蝕刻遮罩膜膜厚為5nm~20nm。
- 如請求項4之光罩基底，其中上述抗蝕膜膜厚為50nm~180nm。
- 如請求項1之光罩基底，其中上述形成遮光膜之可由氯系氣體進行乾式蝕刻之金屬係鉻。
- 如請求項1之光罩基底，其中上述形成遮光膜之可由氯系氣體進行乾式蝕刻之金屬係鉿(Hf)、鋯(Zr)、鉭-鉿(Ta-Hf)、鉭-鋯(Ta-Zr)中任一者。
- 如請求項1之光罩基底，其中於上述透光性基板與上述遮光膜之間設置有移相膜。
- 如請求項10之光罩基底，其中上述移相膜係由過渡金屬及矽中更包含氮及氧中之至少一元素之材料形成。
- 如請求項11之光罩基底，其中上述移相膜中之過渡金屬為鉬(Mo)。
- 一種轉印用遮罩之製造方法，其特徵在於：其係使用有如請求項1之光罩基底之轉印用遮罩之製造方法，且包含如下步驟：對上述蝕刻遮罩膜之表面實施矽烷系偶合劑之表面處理；與上述表面處理後之蝕刻遮罩膜之表面相接形成抗蝕膜；於上述抗蝕膜中使轉印圖案曝光，形成抗蝕劑圖案；將上述抗蝕劑圖案作為遮罩，利用氟系氣體對上述蝕刻遮罩膜進行乾式蝕刻，形成蝕刻遮罩膜圖案；以及將上述蝕刻遮罩膜圖案作為遮罩，利用氯系氣體對上述遮光膜進行乾式蝕刻，形成遮光膜圖案。
- 一種轉印用遮罩之製造方法，其特徵在於： 其係使用有如請求項10之光罩基底之轉印用遮罩之製造方法，且包含如下步驟：對上述蝕刻遮罩膜之表面實施矽烷系偶合劑之表面處理；與上述表面處理後之蝕刻遮罩膜之表面相接形成抗蝕膜；於上述抗蝕膜中使轉印圖案曝光，形成抗蝕劑圖案；將上述抗蝕劑圖案作為遮罩，利用氟系氣體對上述蝕刻遮罩膜進行乾式蝕刻，形成蝕刻遮罩膜圖案；將上述蝕刻遮罩膜圖案作為遮罩，利用氯系氣體對上述遮光膜進行乾式蝕刻，形成遮光膜圖案；以及將上述遮光膜圖案作為遮罩，利用氟系氣體對上述移相膜進行乾式蝕刻，形成移相膜圖案。
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