專利名稱：半透明疊層膜、光掩模坯料、光掩模及其制造方法
技術區(qū)域本發(fā)明涉及在半導體集成電路、CCD(電荷耦合器件)、LCD(液晶顯示元件)用彩色濾色片及磁頭等的微細加工中使用的光掩模技術。
背景技術：
近年來，為了適應伴隨大規(guī)模集成電路的高集成化而對電路圖案的微細化要求等，高度的半導體微細加工技術逐漸成為極其重要的要素技術。例如，大規(guī)模集成電路的高集成化要求必須有構成電路的配線圖案的細線化技術、或用于構成單元(cell)的層間配線的接觸孔(contact hole)圖案的微細化技術。加速大規(guī)模集成電路的圖案微細化是為了使其高速運轉和降低電功率消耗，因為最有效方法為圖案的微細化。
上述高度的微細加工幾乎都利用使用光掩模的光刻法技術加以實施，因此光掩模與曝光裝置或抗蝕劑材料同樣為支持微細化技術的基本技術。因此，為了實現具有上述被細線化的配線圖案或被微細化的接觸孔圖案的光掩模，正在開發(fā)用于在光掩模坯料上形成更微細、且更正確的圖案的技術。
為了在光掩?；迳闲纬筛呔鹊墓庋谀D案，必須以將光掩模坯料上形成的抗蝕劑圖案高精度地圖案化為前提。對半導體基板進行微細加工時的光刻法利用縮小投影法進行實施，因此在光掩模上形成的圖案的尺寸為形成在半導體基板上的圖案尺寸的4倍左右，但是這并不意味著在光掩模上形成的圖案的精度要求放寬，而是要求以高于曝光后在半導體基板上得到的圖案精度的高精度形成光掩模圖案。
目前，采用光刻法在半導體基板上描畫的電路圖案的尺寸遠小于曝光光的波長，因此使用形成了將電路圖案直接放大4倍的光掩模圖案的光掩模進行縮小曝光，在曝光光的干涉等影響下，無法將與光掩模圖案同樣的形狀轉印到抗蝕劑膜上。
因此，作為超析像掩模，使用適用通過進行所謂的光學鄰近效應修正(Optical Proximity Effect CorrectionOPC)來修正使轉印特性劣化的光學鄰近效應的技術的OPC掩模，或使用將相鄰開口圖案的相位改變180°、使相鄰開口圖案中間的光振幅為0的移相掩模作為標準。例如，必須在OPC掩模上形成尺寸為電路圖案的1/2或1/2以下的OPC圖案(錘頭或輔助桿(assist bar)等)。
由此，不僅用于在半導體基板上形成電路圖案的光刻法，而且用于在光掩模坯料上形成圖案的光刻法也開始要求高精度的圖案形成技術。光刻法性能的指標之一為“臨界析像度”，要求光掩模的圖案形成工序中采用的光刻法具有與在半導體基板上形成電路圖案的工序中采用的光刻法同等或更高的臨界析像度。
根據在相對于曝光光為透明的基板上設置的移相器的透光特性，將移相掩模大致分為完全透射型(雷文生型)移相掩模和半色調型移相掩模。完全透射型移相掩模上設置的移相器的透光率與基板(的露出部)大致相等，相對于曝光光事實上為透明。
由于該類型的光掩模在與設置有移相器的區(qū)域相位反轉180°的透射光和與未設置移相器的區(qū)域無相位變化的透射光之間的干涉效果大，因此能夠得到優(yōu)良的析像度。但是，除了限定為可形成的掩模圖案為連續(xù)的掩模之外，還存在光掩模的制造成本非常高等問題。
半色調型移相掩模在移相器中使用對曝光光的透射率為基板(的露出部)的數％～數十％左右的吸收體材料，該類型的光掩模雖然無法得到完全透射型移相掩模那樣的清晰度，但是具有對掩模圖案的限制少、且光掩模的制造成本低的優(yōu)點。
特開2004-029746號公報著眼于上述完全透射型移相掩模和半色調型移相掩模各自的特長，公開了一種并用半遮光性相位偏移膜和透光性相位偏移膜的光掩模構成。
特開2004-029746號公報中公開的光掩模中，位于開口部(透光部)周邊的移相器(周邊部)僅為1層(下層相位偏移膜)，周邊部的與開口部相反的區(qū)域為下層相位偏移膜和上層相位偏移膜疊層而成的半透光部。在上述光掩模中，調整相位差，使開口部的透射光和周邊部的透射光為反相位，周邊部的透射光和半透光部的透射光為反相位，但是，如果高精度地進行上述相位差調整，則必須嚴密地控制成膜條件，制造工序復雜化，成為導致成本升高的原因。另外，即使通過蝕刻開口部區(qū)域的基板來調整相位差，也依然存在上述問題。
另外，特開2004-029746號公報中記載的其他實施例中，公開了蝕刻基板形成移相器、在上述移相器的鄰接區(qū)域內設置有半遮光部的構成，在上述構成中，使移相器(周邊部)與開口部(透光部)相分離，在兩者之間設置半遮光部。但是，即使采用上述構成，為了相對于曝光光產生180°的相位變化而進行蝕刻、形成移相器也必須有高度的加工技術，并未解決制造工序復雜化和制造成本升高的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種能夠將半透明膜(半色調膜)中的相位差調整及透射率控制容易化的光掩模坯料的構成、及使用上述構成的光掩模坯料制作的光掩模。
為了解決上述問題，本發(fā)明的半透明疊層膜是由使透射到膜中的光的相位比在空氣中傳播時超前的相位超前膜和使透射到膜中的光的相位比在空氣中傳播時滯后的相位滯后膜疊層而成的。
在上述半透明疊層膜中，上述相位超前膜及相位滯后膜各自的膜厚(nm)為d(+)及d(-)、對透射到該膜中的光的折射率為n(+)及n(-)、消光系數為k(+)及k(-)時，優(yōu)選使上述相位超前膜滿足k(+)＞a1·n(+)+b1的關系、上述相位滯后膜滿足k(-)＜a2·n(-)+b2的關系。需要說明的是此處a1＝0.113·d(+)+0.774，b1＝-0.116·d(+)-0.281，a2＝0.113·d(-)+0.774，及b2＝-0.116·d(-)-0.281。
本發(fā)明的光掩模坯料具有設置在透明基板上的本發(fā)明的半透明疊層膜。
在上述光掩模坯料中，透射到上述半透明疊層膜中的光和在空氣中傳播的光的相位差絕對值優(yōu)選為50°或50°以下，更優(yōu)選為10°或10°以下，進一步優(yōu)選為3°或3°以下。
另外，在本發(fā)明的光掩模坯料中，上述半透明疊層膜對曝光光的透射率為3％或3％以上、30％或30％以下，上述半透明疊層膜的膜厚優(yōu)選為50nm或50nm以下。
本發(fā)明的光掩模坯料具備的上述半透明疊層膜可以為在含氧的氯系干式蝕刻中實質上未被蝕刻、在氟系干式蝕刻中可被蝕刻的膜。
在選擇上述半透明疊層膜時，光掩模坯料可以具有以下構成。
即，上述半透明疊層膜可以使用例如以硅的氧化物、氮化物或氧氮化物、或以硅和過渡金屬的氧化物、氮化物或氧氮化物為主成分的含硅化合物，此時，作為上述過渡金屬，可以舉出從下述元素中選擇的至少1種金屬元素，所述金屬元素為鈦(Ti)、釩(V)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)。
上述光掩模坯料在上述透明基板上依次疊層上述相位超前膜和上述相位滯后膜，該相位滯后膜的構成可以為硅的飽和氮化物或飽和氧氮化物、或硅和過渡金屬的飽和氮化物或飽和氧氮化物。
另外，也可以在上述半透明疊層膜上設置遮光性膜。此時，上述遮光性膜可以具有多層依次疊層而成的多層結構。
光掩模坯料上設置的上述遮光性膜優(yōu)選為以在氟系干式蝕刻中實質上未被蝕刻、在含氧的氯系干式蝕刻中可被蝕刻的鉻(Cr)為主成分的膜。
另外，上述遮光性膜例如為以金屬鉻、鉻氧化物、鉻氮化物、鉻氧氮化物、鉻氧碳化物、鉻氮碳化物或鉻氧氮碳化物為主成分的膜。
另外，本發(fā)明的光掩模坯料具備的上述半透明疊層膜可以為在氟系干式蝕刻中實質上未被蝕刻、在含氧的氯系干式蝕刻中可被蝕刻的膜。
在選擇上述半透明疊層膜時，上述半透明疊層膜優(yōu)選為以金屬鉻、鉻氧化物、鉻氮化物、鉻氧氮化物、鉻氧碳化物、鉻氮碳化物或鉻氧氮碳化物為主成分的膜，也可以在上述半透明疊層膜上具備遮光性膜。
上述遮光性膜優(yōu)選為以金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氧氮化物、金屬氧碳化物、金屬氮碳化物或金屬氧氮碳化物為主成分的膜，上述金屬以選自硅、鉭、鉬及鎢的金屬元素為主成分。
另外，在本發(fā)明的光掩模坯料中，也可以使上述遮光性膜具有防反射功能。另外，上述半透明疊層膜和上述遮光性膜對曝光光的光學濃度總和優(yōu)選為2.5或2.5以上。本發(fā)明的光掩模可以使用上述光掩模坯料進行制作。
本發(fā)明的光掩模坯料的制造方法的特征為具有以下工序在透明基板上形成上述半透明疊層膜后，在150℃或150℃以上、600℃或600℃以下的溫度對該半透明疊層膜實施熱處理。上述熱處理溫度優(yōu)選為200℃或200℃以上、600℃或600℃以下，更優(yōu)選為300℃或300℃以上、600℃或600℃以下。
根據本發(fā)明，使“相位超前膜”和“相位滯后膜”經疊層等一體化構成半透明膜，使相位超前膜中的相位超前量和相位滯后膜中的相位滯后量相抵消，因此，能夠提高具有充分的光衰減能力、且與在空氣中傳播的光的相位差極小的半透明膜(半色調膜)的設計自由度，能夠將半透明膜中的相位差調整及透射率控制容易化。結果使光掩模制造工序變得簡單。


圖1A及圖1B為用于說明本發(fā)明的光掩模坯料的構造例的剖面簡圖。
圖2是用于說明在透射到膜中的光的波長λ為193nm時，透射折射率n＝2.3及消光系數k＝0.3的膜的光與在空氣中傳播的光的相位差及透射率的膜厚依賴性的圖。
圖3是用于說明在透射到膜中的光的波長λ為193nm時，透射折射率n＝1.5及消光系數k＝2.0的膜的光與在空氣中傳播的光的相位差及透射率的膜厚依賴性的圖。
圖4是用于說明以消光系數k較低的膜作為相位超前膜、以消光系數k較高的膜作為相位滯后膜，使其疊層形成半透明疊層膜時的相位差的膜厚依賴性的圖。
圖5是在單層膜的膜厚為5nm、10nm、16nm、20nm及30nm時，用于獲得相位差0°的折射率n和消光系數k的關系的圖表。
圖6是將圖5中得到的膜厚(nm)與斜率及截距的關系圖表化而成的圖。
圖7是用于說明本發(fā)明光掩模坯料的成膜中使用的濺射裝置構成的剖面簡圖。
圖8A～圖8G是用于說明本發(fā)明的移相掩模的制造工序的圖。
圖9是本發(fā)明的半色調型移相掩模的剖面概念圖。
具體實施例方式
下面參照附圖，說明實施本發(fā)明的最佳方案。
本發(fā)明人等就用于無需復雜的工序和特別高精度的加工即可得到兼具完全透射型移相掩模和半色調移相掩模的優(yōu)點的光掩模的光掩模坯料構成進行了反復研究，在研究過程中發(fā)現，如果進行膜設計，使光學膜的厚度d、折射率n及消光系數k彼此具有特定的關系，則可以使透射到膜中的光的相位和在空氣中傳播的光的相位差極小，另外，還可以使其相位差為正值(膜中的透射光的相位比在空氣中傳播的光超前的狀態(tài))或負值(膜中的透射光的相位比在空氣中傳播的光滯后的狀態(tài))。
詳細情況如后所述，只要使上述“相位超前膜”和“相位滯后膜”經疊層等一體化，使相位超前膜中的相位超前量和相位滯后膜中的相位滯后量相抵消，就可以制成具有充分的光衰減能力、且與在空氣中傳播的光的相位差極小的半透明膜(半透明疊層膜)，進行使用，因此，能夠得到兼具上述完全透射型移相掩模和半色調移相掩模的優(yōu)點的光掩模。另外，上述相位超前量和相位滯后量的抵消不需要完全抵消(即相位變化量為零)，只要抵消至少一部分即可，上述抵消程度可以根據半透明疊層膜所要求的光學特性等各種條件進行設定。
另外，作為制造具備上述半透明疊層膜的光掩模坯料時的光掩模的相位調整基本上僅為使移相器與開口部的相位為反相位(相位差180°)，因此制造工序也被簡化。
此處，制成相位超前膜和相位滯后膜疊層而成的結構是因為如果單獨使用上述膜，則為了降低與在空氣中傳播的光的相位差，必要的膜厚d和折射率n及消光系數k的選擇(即材料選擇)極為有限，極端限制了半透明膜的設計自由度。
圖1A及圖1B是用于說明本發(fā)明的光掩模坯料的構造例的剖面簡圖，如圖1A所示，上述光掩模坯料的基本構造為在光學透明的基板11的一側主面設置半透明疊層膜12，上述半透明疊層膜12由第1半透明膜13(基板側的半透明膜)和第2半透明膜14(表面?zhèn)鹊陌胪该髂?依次疊層而成。此處，作為基板11，可以使用石英玻璃、CaF2或硅鋁酸鹽玻璃等普通的透明基板。另外，第1及第2半透明膜13、14其一為上述相位超前膜，另一為相位滯后膜。另外，第1半透明膜13和第2半透明膜14不必均為單層膜，也可以使多層疊層為一體產生規(guī)定的相位超前量或相位滯后量的多層膜。
另外，如圖1B所示，也可以在半透明疊層膜12上設置遮光性膜15，當然也可以使上述遮光性膜15具有多層依次疊層而成的多層構造，或使遮光性膜15具備防反射功能。另外，制成在半透明疊層膜12上設置有遮光性膜15的構成時，優(yōu)選使上述2層對曝光光的光學濃度總和為2.5或2.5以上。特別是對作為ArF曝光波長的193nm的光的光學濃度優(yōu)選為3.0或3.0以上。
從確保將上述光掩模坯料加工成光掩模時的高圖案形成精度等方面考慮，半透明疊層膜12的厚度優(yōu)選盡可能薄。半透明疊層膜12的優(yōu)選膜厚依賴于掩模工序，通常優(yōu)選為50nm或50nm以下，更優(yōu)選為20nm或20nm以下。
透射到上述半透明疊層膜12中的光與在空氣中傳播的光的相位差絕對值必須低至不顯著表現出因從上述媒質透射出來的光彼此干涉而導致的衰減效果的程度。如果上述相位差為50°或50°以下，則可以將衰減效果抑制在10％或10％以下；如果相位差為10°或10°以下，則可以將衰減效果抑制在1％或1％以下。
另外，如果透射到半透明疊層膜12中的光的相位變化量因膜的位置而不同(面內相位波動)，則加上需要光干涉的圖案(例如在基板上雕刻形成的圖案)區(qū)域內的相位差，光掩模的性能降低。例如，1°的面內相位波動誘發(fā)2％左右的未干涉光，對圖案轉印精度產生不可忽視的影響，因此從高精度地形成圖案方面考慮，優(yōu)選盡可能降低半透明疊層膜12的面內相位波動。
考慮到上述面內相位波動，優(yōu)選將半透明膜的相位差設定為3°或3°以下。如果具有上述程度的相位差，則即使存在10％左右的面內相位波動，其相位差量至多為0.3°左右，因此可以將未干涉光抑制在0.6％或0.6％以下。但是，面內相位波動為3％或3％以下的均勻半透明疊層膜12的情況下，能夠得到相位差為10°或10°以下、具有足夠性能的光掩模。另外，半透明疊層膜12對曝光光的透射率與現有半色調相位偏移膜同樣地優(yōu)選為3～30％左右。
半透明疊層膜12是第1半透明膜13和第2半透明膜14依次疊層而成的，對上述半透明膜的膜厚d及對曝光光的折射率n、及消光系數k進行設計(材料選擇等)，使其一為相位超前膜，另一為相位滯后膜。具體而言，相位超前膜的膜厚(nm)為d(+)、對透射到膜中的光(曝光光)的折射率為n(+)、消光系數為k(+)，相位滯后膜的膜厚(nm)為d(-)、對透射到膜中的光(曝光光)的折射率為n(-)、消光系數為k(-)時，進行設計，使相位超前膜滿足k(+)＞a1·n(+)+b1、相位滯后膜滿足k(-)＜a2·n(-)+b2的關系。此處，系數a及b分別為膜厚的函數，相位超前膜的a1＝0.113·d(+)+0.774，b1＝-0.116·d(+)-0.281，相位滯后膜的a2＝0.113·d(-)+0.774，b2＝-0.116·d(-)-0.281。
下面說明進行上述參數設定的理由，首先進行定性說明，然后進行定量說明。
圖2及圖3是用于說明透射到膜中的光的波長λ為作為ArF曝光波長的193nm時，透射折射率n及消光系數k的膜的光與在空氣中傳播的光的相位差(左縱軸度)及透射率(右縱軸％)的膜厚(橫軸nm)依賴性的圖，總結了采用光學計算進行解析的結果。圖2示出折射率n＝2.3、消光系數k＝0.3的膜的例子，圖3示出折射率n＝1.5、消光系數k＝2.0的膜的例子。
參照圖2，消光系數k較小的膜顯示出透射率隨膜厚變薄而升高、相位差隨膜厚變薄而降低的膜厚依賴性，相位差通常為正值(膜厚為零時的相位差＝0除外)，無論膜厚如何，通常表現為相位超前。另外，上述膜厚依賴性不過是一個例子，通過光學參數(材料選擇)的選擇，可以使相位差為正值(相位超前)或負值(相位滯后)。
參照圖3，折射率n為1.5、消光系數k為2.0時，透射率僅顯示出隨膜厚變薄而提高的傾向，相反，相位差具有極小值，其值為負值。即，隨膜厚變薄而單調地顯示出降低傾向的相位差大致在膜厚為20nm時相位差為0(零)，繼續(xù)降低，在膜厚為5～10nm時顯示負的極小值后，顯示再次增大的傾向。這表示可根據膜厚使相位滯后或相位超前。
此處，折射率n為1.5、消光系數k為2.0是假定選擇MoSiON不飽和化合物作為材料的情況，在該例中，為了使相位差在0±3°的范圍(圖中以虛線表示)內，只要將膜厚設定為17～24nm即可，具有上述膜厚時的透射率為5～11％。
利用圖2或圖3示出的、由膜厚(及材料選擇)進行的相位差調整，以單層膜構成半透明膜時，為了將膜的透射率設定為所希望的值，必須進行膜設計，調整作為參數的n和k，使相位差為所希望的值(例如0°附近)。但是，由于上述單層膜相對于膜厚的相位差變化大，因此用于使相位差在所希望的范圍內的光學調整要求困難且煩雜的作業(yè)。另外，由于即使微小的條件變化，也將導致光學特性發(fā)生較大改變，因此也很難進行用于使制造工序穩(wěn)定化的管理。
本發(fā)明中，組合相位滯后膜和相位超前膜，提高各膜的設計自由度，然后使相位滯后量和相位超前量相抵消，由此提高作為半透明膜整體的設計自由度。
圖4是用于說明以消光系數k較低的膜為相位超前膜、以消光系數k較高的膜為相位滯后膜，使其疊層形成半透明疊層膜時的相位差的膜厚依賴性的圖。此處給出使低消光系數k的相位超前膜的膜厚為1.2nm(一定)，疊層上述相位超前膜和高消光系數k的相位滯后膜(膜厚d橫軸)的例子。因此，半透明疊層膜的整體膜厚為在橫軸的膜厚值上附加1.2nm得到的數值。需要說明的是低消光系數k的相位超前膜的光學常數為折射率n＝2.3、消光系數k＝0.3，單獨的膜對波長193nm的光的相位超前量為5.8°。
由圖4所示的結果可知，半透明疊層膜整體的相位差在0±3°的范圍內的相位滯后膜的膜厚范圍為2～18nm(Δ＝16nm)，與圖3所示的單層膜時(17～24nmΔ＝7nm)相比擴大2倍以上。如上所述，如果相位滯后膜和相位超前膜疊層構成半透明膜，則可容易地設計在任意透射率下相位差均較小的半色調掩模坯料，而且能夠降低制造條件改變導致的特性變化，能夠實現穩(wěn)定的生產。
為了設計上述半透明疊層膜，必須明確單層膜中相位的超前·滯后條件。下面說明獲得用于使相位差為0°的折射率n和消光系數k的組合的例子。
圖5是在單層膜的膜厚為5nm、10nm、16nm、20nm及30nm時，求出用于得到相位差0°的折射率n和消光系數k的關系的圖表，此處所示的直線是各膜厚的“相位超前滯后界線”。該相位超前滯后界線基本以直線表示，因此可以表達為k＝a·n+b的關系，此時的斜率a和截距b取決于膜厚d。
圖6是將圖5中得到的膜厚(nm)與斜率及截距的關系圖表化得到的圖，由該圖表可知相位超前滯后界線(k＝a·n+b)的系數a及b為a＝0.113·d+0.774，b＝-0.116·d-0.281。總之，為了形成相位超前膜，可以設定膜厚d、折射率n及消光系數k，使其滿足k＞a·n+b；為了形成相位滯后膜，可以設定膜厚d、折射率n及消光系數k，使其滿足k＜a·n+b。
需要說明的是相位超前膜或相位滯后膜也可以分別由多層疊層而成，上述膜為單層結構時，優(yōu)選消光系數k大、且折射率n小的材料。這是由于如果消光系數k較大，那么即使膜厚薄，也能夠得到所希望的透射率；折射率n越小，每單位膜厚的相位偏移量越小，結果能夠得到相位偏移量小、且較薄的半透明疊層膜。
假定在本發(fā)明的光掩模坯料上設置遮光區(qū)域、半透明(半色調)區(qū)域和透明區(qū)域，進行圖案形成。此時，如圖1B所示，通常在半透明疊層膜12上預先設置遮光性膜15。上述遮光性膜優(yōu)選使用與半透明疊層膜材料之間的蝕刻選擇性足夠大的材料，具體而言，優(yōu)選在氟系干式蝕刻中實質上未被蝕刻、在含氧的氯系干式蝕刻中可被蝕刻的膜。作為上述材料，例如有金屬鉻(Cr)、鉻氧化物(CrO)、鉻氮化物(CrN)、鉻氧氮化物(CrON)、鉻氧碳化物(CrOC)、鉻氮碳化物(CrNC)或鉻氧氮碳化物(CrONC)等以鉻為主成分的膜，當然也可以組合上述膜，多層疊層形成遮光性膜。
另外，使作為上述遮光性膜的基底的半透明疊層膜為在含氧的氯系干式蝕刻中實質上未被蝕刻、在氟系干式蝕刻中可被蝕刻的膜，可以得到高蝕刻選擇性。作為上述半透明疊層膜用材料，例如有以硅的氧化物、氮化物或氧氮化物、或硅與過渡金屬的氧化物、氮化物或氧氮化物為主成分的含硅化合物，作為過渡金屬，可以使用從鈦(Ti)、釩(V)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)中選擇的至少1種金屬元素，從干式蝕刻加工性或耐化學試劑性及導電性方面考慮，最優(yōu)選鉬。
此處，上述含硅化合物為不飽和化合物(不飽和氧化物、不飽和氮化物、不飽和氧氮化物等)時，上述材料為半色調移相掩模的工序中通常利用的材料，存在可利用現有掩模工序的技術優(yōu)點。
需要說明的是從調整相位差方面考慮，可以將相位超前膜和相位滯后膜中的任一種配置在基板側，考慮到耐化學試劑性，優(yōu)選將相位超前膜配置在基板側，將相位滯后膜配置在表層側。這是因為如上所述，相位滯后膜可以使用與相位超前膜相比折射率大、消光系數小的材料，上述膜可以由飽和氮化物或飽和氧氮化物構成，與金屬膜相比，上述膜多數具有優(yōu)良的耐化學試劑性。
特別是以MoSiON為代表的含有金屬和硅的飽和氧化物或飽和氧氮化物多數顯示出高耐化學試劑性?？傊?，考慮耐化學試劑性的情況下，在透明基板上依次疊層相位超前膜和相位滯后膜，作為相位滯后膜用材料，使用硅的飽和氮化物或飽和氧氮化物、或硅與過渡金屬的飽和氮化物或飽和氧氮化物等。需要說明的是采用上述構成時相位滯后膜的消光系數k優(yōu)選設定為1或1以下。
而且，為了提高耐化學試劑性，以150℃或150℃以上的溫度實施退火是有效的。上述退火工序只要在半透明疊層膜的成膜后即可，可以加入到工序的任何階段，在退火處理工序前進行充分洗滌，避免異物固附等問題是重要的。此時的退火溫度優(yōu)選為200℃或200℃以上，更優(yōu)選為300℃或300℃以上，如果退火溫度超過600℃，則半透明疊層膜的光學特性容易發(fā)生大的變化，難以控制特性，因此優(yōu)選為600℃或600℃以下。
設置遮光區(qū)域、半色調區(qū)域和透明區(qū)域，進行圖案形成時，如果組合在氟系干式蝕刻中實質上未被蝕刻而在含氧的氯系干式蝕刻中可被蝕刻的遮光性膜、和在含氧的氯系干式蝕刻中實質上未被蝕刻而在氟系干式蝕刻中可被蝕刻的半透明疊層膜，則如上所述，能夠在上述膜之間得到足夠大的蝕刻選擇性，但是，作為半透明疊層膜，當然也可以選擇使用在氟系干式蝕刻中實質上未被蝕刻而在含氧的氯系干式蝕刻中可被蝕刻的膜。此時，作為遮光性膜，選擇在含氧的氯系干式蝕刻中實質上未被蝕刻而在氟系干式蝕刻中可被蝕刻的膜。
作為上述半透明疊層膜用材料，例如有金屬鉻、鉻氧化物、鉻氮化物、鉻氧氮化物、鉻氧碳化物、鉻氮碳化物或鉻氧氮碳化物，作為遮光性膜用材料，例如有以金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氧氮化物、金屬氧碳化物、金屬氮碳化物或金屬氧氮碳化物為主成分的材料，上述金屬以選自硅、鉭、鉬及鎢的金屬元素為主成分。
在SiO2系基板上形成上述膜時，以在氟系干式蝕刻中實質上未被蝕刻而在含氧的氯系干式蝕刻中可被蝕刻的膜為半透明疊層膜、以在含氧的氯系干式蝕刻中實質上未被蝕刻而在氟系干式蝕刻中可被蝕刻的膜為遮光性膜的組合特別有效。這是由于SiO2系基板在含氧的氯系干式蝕刻中實質上未被蝕刻而在氟系干式蝕刻中可被蝕刻，因此在按遮光性膜、半透明疊層膜及基板的順序進行的一系列蝕刻工序中，任一工序均可得到高蝕刻特性。
下面，利用實施例更詳細地說明本發(fā)明。
(實施例1光掩模坯料)本實施例中，就在基板上設置了本發(fā)明的半透明疊層膜的光掩模坯料、及依次疊層上述半透明疊層膜和遮光性膜形成的光掩模坯料的例子進行說明。
〔半透明疊層膜〕圖7為用于說明本發(fā)明光掩模坯料的成膜中使用的濺射裝置結構的剖面簡圖，圖中，11為作為6英寸的方形石英基板的透明基板，101為室(chamber)，102a為第1靶，102b為第2靶，103為濺射氣體導入口，104為氣體排氣口，105為基板旋轉臺，106a及106b分別為用于對第1及第2靶施加偏壓的電源。
使用上述濺射裝置，在石英基板上依次形成由不飽和氧氮化膜(第1 MoSiON膜)構成的相位超前膜和由氧氮化膜(第2 MoSiON膜)構成的相位滯后膜，制成半透明疊層膜，上述不飽和氧氮化膜是由鉬和硅構成的，上述氧氮化膜是由鉬和硅構成的。
首先，形成相位超前膜(第1 MoSiON膜)時，作為濺射氣體，導入20sccm的Ar氣體、5sccm的N2和2sccm的O2的混合氣體。需要說明的是導入上述濺射氣體時，控制氣體流量，使室101內的氣壓為0.10Pa。然后，對MoSi2(燒結體)靶施加800W的放電功率，對Si(單結晶)靶施加200W的放電功率，邊使基板以30rpm的速度旋轉，邊形成厚度為15.0nm的由鉬和硅構成的不飽和氧氮化膜。
然后，在形成相位滯后膜(第2 MoSiON膜)時，作為濺射氣體，導入5sccm的Ar氣體、50sccm的N2及0.2sccm的O2的混合氣體。需要說明的是導入上述濺射氣體時，控制氣體流量，使室101內的氣壓為0.07Pa。然后，對MoSi2(燒結體)靶施加100W的放電功率，對Si(單結晶)靶施加900W的放電功率，邊使基板以30rpm的速度旋轉，邊形成厚度為1.5nm的由鉬和硅構成的氧氮化膜。
在200℃下對如上所述地成膜的疊層膜進行2小時熱處理，形成半色調掩模坯料的半透明疊層膜。需要說明的是對上述半透明疊層膜進行膜厚調整，使其透射率約為9％。
為了研究上述第1 MoSiON膜(相位超前膜)和第2 MoSiON膜(相位滯后膜)各膜的光學特性，在與上述相同的各條件下將上述膜單獨成膜，研究在波長為193nm(ArF準分子激光)的光下各膜的光學常數時，相位超前膜的折射率n＝1.791、消光系數k＝2.465，相位滯后膜的折射率n＝2.489、消光系數k＝0.443。
將第1 MoSiON膜的膜厚(d＝15nm)及折射率(n＝1.791)的值代入表示以上說明的相位超前滯后界線的式中，滿足邊界條件的消光系數為k＝2.40。第1 MoSiON膜的消光系數k為2.465，大于邊界條件(k＝2.40)的值，因此相位超前，作為相位超前膜起作用。
同樣地將第2 MoSiON膜的膜厚(d＝1.5nm)及折射率(n＝2.489)的值代入表示相位超前滯后界線的式中，滿足邊界條件的消光系數為k＝1.89。第2 MoSiON膜的消光系數k為0.443，小于邊界條件(k＝2.40)的值，因此相位滯后，作為相位滯后膜起作用。
評價上述光學特性的相位超前膜和相位滯后膜疊層而成的半透明疊層膜的各種特性的結果如下所述。
首先，光學特性使用相位差計測定光從透明基板側入射時半透明疊層膜的透射率及相位差。結果為波長193nm時的透射率為8.70％，相位差為2.81°。
另外，耐化學試劑性通過測定在氨水(30wt％)∶雙氧水(30wt％)∶純水為1∶1∶30的調整液(40℃)中浸漬1小時后的透射率變化來進行評價。需要說明的是透射率的測定波長為193nm。耐化學試劑性優(yōu)良的膜在藥液浸漬前后的透射率變化小，本實施例的半透明疊層膜在藥液浸漬前后的透射率變化量僅為0.167％，顯示極高的耐化學試劑性。
由上述結果可以判斷，在由鉬和硅構成的不飽和氧氮化膜(MoSiON膜相位超前膜)上依次形成由鉬和硅構成的氧氮化膜(MoSiON膜相位滯后膜)得到的半透明疊層膜的相位偏移量小，耐化學試劑性也優(yōu)良。
〔遮光性膜〕本發(fā)明的光掩模坯料可以具有在上述半透明疊層膜上設置有鉻系遮光性膜的構成。上述遮光性膜的成膜也可以與半透明疊層膜同樣地使用圖7所示構成的濺射裝置來進行。鉻系的遮光性膜(遮光膜及/或防反射膜)可以使用鉻金屬單體或在鉻中添加氧、氮、碳中的任一種或上述元素的組合得到的靶進行成膜。
具體而言，在形成Cr-O-N-C系的膜時，作為濺射氣體導入CH4、CO2、CO等含碳氣體，NO、NO2、N2等含氮氣體，CO2、NO、O2等含氧氣體中每一組氣體的1種或1種以上，或者使用其中混合有Ar、Ne、Kr等惰性氣體的氣體。特別是從基板面內均勻性、制造時的控制性方面考慮，作為碳源及氧源氣體，優(yōu)選使用CO2氣體或CO氣體。另外，作為氣體導入方法，可以將各種濺射氣體分別導入室內，也可以將少量氣體集中或將全部氣體混合，導入室內。
需要說明的是鉻氧氮化膜(CrON膜)時的優(yōu)選組成為20～95原子％的Cr、1～50原子％的N、1～60原子％的O，更優(yōu)選30～85原子％的Cr、5～40原子％的N、5～50原子％的O。另外，CrONC膜時的優(yōu)選組成為20～95原子％的Cr、1～20原子％的C、1～60原子％的O、1～30原子％的N，更優(yōu)選30～80原子％的Cr、2～15原子％的C、5～50原子％的O、3～20原子％的N。
本實施例中的遮光性膜可以利用通常使用的單靶磁控管DC濺射裝置，在具有上述組成的CrN遮光膜上形成CrON膜的防反射膜而得到。
首先，在形成CrN的遮光膜時，作為濺射氣體，導入20sccm的Ar氣體及5sccm的N2氣體。即，不導入O2氣體。需要說明的是導入上述濺射氣體時，控制氣體流量，使室101內的氣壓為0.10Pa。然后，對Cr靶施加1000W的放電功率，邊使基板以30rpm的速度旋轉，邊形成厚度為27nm的CrN膜。
然后，形成CrON膜的防反射膜時，作為濺射氣體，導入10sccm的Ar氣體、30sccm的N2及15sccm的O2的混合氣體。需要說明的是導入上述濺射氣體時，控制氣體流量，使室101內的氣壓為0.1Pa。然后，對Cr靶施加1000W的放電功率，邊使基板以30rpm的速度旋轉，邊形成厚度20nm的CrON膜。
如上所述地得到的鉻系遮光性膜在193nm的光學濃度為2.3。上述光學濃度值表示形成在上述半透明膜(透射率8.70％，相當于光學濃度1.1)上時得到總計3.4的光學濃度。一般而言，雙層膜的遮光能力只要光學濃度為3或3以上即為充分，另外，在半色調掩模的遮光區(qū)域內，只要光學濃度為2.5或2.5以上即可。考慮到上述情況，可知本實施例中得到的鉻系遮光性膜具有實用上充分的遮光能力。
另外，本實施例的鉻系遮光性膜的片材電阻為40Ω/□。制造工序所要求的防帶電效果的程度取決于圖案形成工序中的描畫條件，因此不能一概而論，通常優(yōu)選為1000Ω/□或1000Ω/□以下?？傊@然本實施例的鉻系遮光性膜可期待實用上充分程度的防帶電效果。
而且，測定波長為257nm的光的反射率，結果為17％。為了利用掩模制造工序中通常使用的缺陷檢查機高精度地進行缺陷檢查，對波長為257nm的光的反射率必須在10～20％的范圍內。由此可知本實施例的鉻系遮光性膜也具備適用于掩模制造工序中的檢查的光學特性(反射率)。
(比較例)本比較例說明目前已知的單純構成的半透明膜的各種特性與實施例1的本發(fā)明半透明疊層膜的各種特性的比較結果。
本比較例的半透明膜是使用圖7所示的濺射裝置在石英基板上形成的含有鉬和硅的不飽和氧氮化膜。形成半透明膜時，作為濺射氣體，導入20sccm的Ar氣體、9sccm的N2及0.2sccm的O2的混合氣體。需要說明的是導入上述濺射氣體時，控制氣體流量，使室101內的氣壓為0.1Pa。然后，對MoSi2(燒結體)靶施加100W的放電功率，對Si(單結晶)靶施加900W的放電功率，邊使基板以30rpm的速度旋轉，邊形成厚度為18.0nm的由鉬和硅構成的不飽和氧氮化膜(MoSiON膜)。在200℃下對成膜后的膜進行2小時熱處理，形成半色調掩模坯料的半透明膜。需要說明的是進行膜厚調整，使該半透明膜的透射率約為9％。
研究上述半透明膜對波長193nm(ArF準分子激光)的光的光學常數時，折射率n＝1.791，消光系數k＝2.010。將半透明膜的膜厚(d＝18.0nm)及折射率(n＝2.010)的值代入上述說明的表示相位超前滯后界線的式中，滿足邊界條件的消光系數k＝3.275。上述半透明膜的消光系數k為2.010，小于邊界條件(k＝3.275)的值，表示相位滯后。
評價上述光學特性的半透明膜的各種特性的結果如下所述。
首先，光學特性使用相位差計測定光從透明基板側入射時的半透明疊層膜的透射率及相位差。結果為波長193nm下的透射率為8.70％，相位差為7.38°。
另外，耐化學試劑性通過測定在氨水(30wt％)∶雙氧水(30wt％)∶純水為1∶1∶30的調整液(40℃)中浸漬1小時后的透射率變化量來進行評價。需要說明的是透射率的測定波長為193nm。耐化學試劑性優(yōu)良的膜在藥液浸漬前后的透射率變化小，本比較例的半透明疊層膜在藥液浸漬前后的透射率變化量為2.283％。
其結果與實施例1中說明的本發(fā)明的半透明疊層膜的各種特性比較，雖然透射率均為8.70％，但是對于相位差，本發(fā)明的半透明疊層膜為2.81°，比較例的半透明膜為7.38°，對于作為耐化學試劑性的評價指標的調整液浸漬后的透射率變化，本發(fā)明的半透明疊層膜為0.167％，而其比較例的半透明膜為2.283％。
如上所述，本發(fā)明的半透明疊層膜與現有的常規(guī)構成的半透明膜相比，可以降低相位偏移量，且顯示較高的耐化學試劑性。
(實施例2移相掩模的制造工序)本實施例中說明使用本發(fā)明的光掩模坯料得到移相掩模的制造工序。
圖8A～圖8G為用于說明移相掩模的制造工序的圖，首先，在設置于基板11上的半透明疊層膜12上涂布光致抗蝕劑膜(圖8A)，在上述光致抗蝕劑膜16上形成第1抗蝕劑圖案16(圖8B)。
以如上所述地得到的第1抗蝕劑圖案為掩模，利用氟系干式蝕刻形成半透明疊層膜12的圖案(圖8C)。
在上述狀態(tài)下剝離第1抗蝕劑圖案16(圖8D)，重新涂布光致抗蝕劑膜，進行圖案形成，形成第2抗蝕劑圖案17(圖8E)。
然后，以形成了圖案的第2抗蝕劑圖案17作為蝕刻掩模，對基板11的一部分進行干式蝕刻，形成溝部18(圖8F)。然后，除去第2抗蝕劑圖案17，完成半色調型移相掩模(圖8G)。
圖9為如上所述地得到的本發(fā)明的半色調型移相掩模的剖面概念圖，形成設置在半透明疊層膜12上的半遮光部19、除去基板11的一部分而形成的移相器(相位偏移部)20、和露出基板11表面的開口部21的圖案，得到半色調型移相掩模。在上述半色調型移相掩模中，透過開口部21的光和透過半遮光部19的光為同相位(相位差＝0°)，透過開口部21和移相器20的光彼此為反相位(相位差＝180°)。
以上由實施例說明了本發(fā)明的光掩模坯料及使用上述光掩模坯料制作的光掩模，上述實施例只是用于實施本發(fā)明的例子，本發(fā)明并不限定于此。上述實施例的各種變形也包括在本發(fā)明的范圍內，而且上述記載說明在本發(fā)明的范圍內也存在其他各種實施例。
產業(yè)上的可利用性本發(fā)明提供一種具有能夠將半透明膜(半色調膜)中的相位差調整及透射率控制容易化的構成的光掩模坯料、及使用該光掩模坯料制作的光掩模。
權利要求
1.一種半透明疊層膜，其特征為，該膜是由使透射到膜中的光的相位與在空氣中傳播時相比超前的相位超前膜和使透射到膜中的光的相位與在空氣中傳播時相比滯后的相位滯后膜疊層而成的。
2.如權利要求1所述的半透明疊層膜，其特征為，所述相位超前膜及相位滯后膜各自的膜厚(nm)為d(+)及d(-)、相對于透射到該膜中的光的折射率為n(+)及n(-)、消光系數為k(+)及k(-)時，所述相位超前膜滿足k(+)＞a1·n(+)+b1的關系，所述相位滯后膜滿足k(-)＜a2·n(-)+b2的關系；其中，a1＝0.113·d(+)+0.774，b1＝-0.116·d(+)-0.281，a2＝0.113·d(-)+0.774，及b2＝-0.116·d(-)-0.281。
3.一種光掩模坯料，其特征為，該光掩模坯料在透明基板上具有權利要求1或2所述的半透明疊層膜。
4.如權利要求3所述的光掩模坯料，其特征為，透射到所述半透明疊層膜中的光和在空氣中傳播的光的相位差絕對值為50°或50°以下。
5.如權利要求4所述的光掩模坯料，其特征為，所述相位差的絕對值為10°或10°以下。
6.如權利要求5所述的光掩模坯料，其特征為，所述相位差的絕對值為3°或3°以下。
7.如權利要求3所述的光掩模坯料，其特征為，所述半透明疊層膜相對于曝光光的透射率為3％或3％以上、30％或30％以下。
8.如權利要求3所述的光掩模坯料，其特征為，所述半透明疊層膜的膜厚為50nm或50nm以下。
9.如權利要求8所述的光掩模坯料，其特征為，所述半透明疊層膜的膜厚為20nm或20nm以下。
10.如權利要求3所述的光掩模坯料，其特征為，所述半透明疊層膜為在含氧的氯系干式蝕刻中實質上未被蝕刻、在氟系干式蝕刻中可被蝕刻的膜。
11.如權利要求10所述的光掩模坯料，其特征為，所述半透明疊層膜為以硅的氧化物、氮化物或氧氮化物、或硅與過渡金屬的氧化物、氮化物或氧氮化物為主成分的含硅化合物。
12.如權利要求11所述的光掩模坯料，其特征為，所述過渡金屬為從鈦(Ti)、釩(V)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)中選擇的至少1種金屬元素。
13.如權利要求11或12所述的光掩模坯料，其特征為，在所述透明基板上依次疊層所述相位超前膜和所述相位滯后膜，該相位滯后膜為硅的飽和氮化物或飽和氧氮化物、或硅和過渡金屬的飽和氮化物或飽和氧氮化物。
14.如權利要求3所述的光掩模坯料，其特征為，所述半透明疊層膜上具備遮光性膜。
15.如權利要求14所述的光掩模坯料，其特征為，所述遮光性膜為以鉻(Cr)為主成分的膜，所述鉻在氟系干式蝕刻中實質上未被蝕刻、在含氧的氯系干式蝕刻中可被蝕刻。
16.如權利要求15所述的光掩模坯料，其特征為，所述遮光性膜為以金屬鉻、鉻氧化物、鉻氮化物、鉻氧氮化物、鉻氧碳化物、鉻氮碳化物或鉻氧氮碳化物為主成分的膜。
17.如權利要求3所述的光掩模坯料，其特征為，所述半透明疊層膜為在氟系干式蝕刻中實質上未被蝕刻、在含氧的氯系干式蝕刻中可被蝕刻的膜。
18.如權利要求17所述的光掩模坯料，其特征為，所述半透明疊層膜為以金屬鉻、鉻氧化物、鉻氮化物、鉻氧氮化物、鉻氧碳化物、鉻氮碳化物或鉻氧氮碳化物為主成分的膜。
19.如權利要求17所述的光掩模坯料，其特征為，所述半透明疊層膜上具備遮光性膜。
20.如權利要求19所述的光掩模坯料，其特征為，所述遮光性膜為以金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氧氮化物、金屬氧碳化物、金屬氮碳化物或金屬氧氮碳化物為主成分的膜，所述金屬以選自硅、鉭、鉬及鎢的金屬元素為主成分。
21.如權利要求14或19所述的光掩模坯料，其特征為，所述半透明疊層膜和所述遮光性膜相當于曝光光的光學濃度總和為2.5或2.5以上。
22.一種光掩模，是使用權利要求3所述的光掩模坯料制作的光掩模。
23.一種光掩模坯料的制備方法，其特征為，該制備方法具備以下工序在透明基板上形成權利要求1或2所述的半透明疊層膜后，在150℃或150℃以上、600℃或600℃以下的溫度對該半透明疊層膜實施熱處理。
24.如權利要求23所述的光掩模坯料的制備方法，其特征為，所述熱處理溫度為200℃或200℃以上、600℃或600℃以下。
25.如權利要求24所述的光掩模坯料的制備方法，其特征為，所述熱處理溫度為300℃或300℃以上、600℃或600℃以下。
全文摘要
半透明疊層膜12具有第1半透明膜13和第2半透明膜14的疊層結構，對上述半透明膜的膜厚d、對曝光光的折射率n及消光系數k進行設計，使其一為相位超前膜，另一為相位滯后膜。使相位超前膜的膜厚(nm)為d
文檔編號G03F7/20GK1815361SQ20061000108
公開日2006年8月9日 申請日期2006年1月16日 優(yōu)先權日2005年2月4日
發(fā)明者吉川博樹, 稻月判臣, 木名瀨良紀, 岡崎智, 森田元彥, 佐賀匡 申請人:信越化學工業(yè)株式會社, 凸版印刷株式會社