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CN106133599A - 掩模坯料、相位位移掩模及其制造方法 - Google Patents

掩模坯料、相位位移掩模及其制造方法 Download PDF

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CN106133599A
CN106133599A CN201580015667.1A CN201580015667A CN106133599A CN 106133599 A CN106133599 A CN 106133599A CN 201580015667 A CN201580015667 A CN 201580015667A CN 106133599 A CN106133599 A CN 106133599A
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Abstract

本发明提供一种掩模坯料，其具有透明基板、形成于所述透明基板上的半透明层、形成于所述半透明层上的中间层、和形成于所述中间层上的遮光层，所述遮光层由不含过渡金属的单一金属材料构成，所述遮光层的膜厚为40nm以下，层叠有所述半透明层、所述中间层、所述遮光层的3种层的层叠体相对于曝光光的光学密度，为作为遮光区域发挥功能的值以上；因此，其可用于制造即使遮光图案膜减薄仍具有高遮光性，可减小EMF偏差值，图案加工性、耐光性、耐药品性优异，适合于晶圆上的半间距40nm以下的光刻技术的半色调型相位位移掩模。

Description

掩模坯料、相位位移掩模及其制造方法
技术领域
本发明涉及用于半导体组件制造的掩模坯料、相位位移掩模及其的制造方法，尤其是在使用高NA曝光装置、将掩模图案转印至晶圆上时，用于晶圆上的图案的半间距为40nm以下的光刻技术的半色调型的相位位移掩模。
背景技术
半导体组件的高集成化、细微化已由设计规范45nm节点进展至32nm节点，进而已进展至22m节点以下的半导体组件的开发。为了实现这些半导体组件的高集成化、细微化，目前进行通过使用了曝光波长193nm的ArF准分子激光的光学式投影曝光装置，使用光掩模在晶圆上进行图案转印的光刻技术。光刻技术中，作为曝光装置的高解析技术，增大投影透镜的开口数(NA)的高NA曝光技术、在投影透镜与曝光对象之间隔着高折射率介质而进行曝光的液浸曝光技术、变形照明搭载曝光技术等的开发、实用化正急速进展中。
因此，为了提升分辨率，近年来提出有超解析技术(RET技术，ResolutionEnhancement Technique)。作为这种超解析技术，有如配合曝光光学系统的特性而对掩模图案赋予辅助图案或偏差(掩模线宽等的修正量)而使掩模图案优化的方法，或所谓离轴照明法(也称为斜入射照明法)的方法等。在离轴照明法中，通常使用利用了瞳滤波片的环状照明、利用了双极(dipole)的瞳滤波片的双极照明、及利用了四极(C-quad)的瞳滤波片的四极照明等。
另一方面，作为用于光刻技术的光掩模(也称为光罩(reticle))中的分辨率提升对策，在透明基板上以铬等形成遮光膜，由使光透过部分与遮光部分构成图案的以往的二元型光掩模(以下也称为二元掩模)的细微化、高精度化的同时，已进行下述的开发、实用化：利用光干涉的相位位移效果而达到分辨率提升的莱文森(Levenson)型相位位移掩模；由使光透过的部分与半透过的部分所构成的半色调型相位位移掩模；未设置铬等遮光层的无铬型相位位移掩模等相位位移掩模。
所述半色调型相位位移掩模中，作为通常构成，是在透明基板上具有包含半透明膜的掩模图案(以下也称为半透明图案膜)，设计为使透过此半透明图案膜的曝光光与透过透明基板的曝光光的相位反转。
在这种半色调型相位位移掩模中，在设有半透明图案膜的部分(以下也称为掩模图案部)与露出透明基板的部分之间的边界部，产生因相位反转所造成的光强度降低，可抑制光强度分布的末端扩展。在半透明图案膜的材料，主要使用硅化钼(MoSi)的化合物，例如广泛使用氧化氮化硅化钼(MoSiON)等。
在此，半透明图案膜的透过率一直以来设计为6％左右，但在掩模图案部的面积较大处，由于透过此半透明图案膜的曝光光，有转印像变得不鲜明的问题。
因此，提出有在半透明图案膜上设置遮光部(以下也称为遮光图案膜)，确实地将不需要的曝光光予以遮光的构成(例如参照专利文献1)。这种构成的半色调型相位位移掩模称为三色调掩模(tritone mask)。
在此，在适合用于微小的点图案或孔图案的形成用的半透明图案膜的透过率为较高的三色调掩模的情况下，由于半透明图案膜上的遮光图案膜需要更高的遮光性，因此必须增厚遮光图案膜。
然而，若增厚遮光图案膜，则有用于对遮光图案膜进行加工的抗蚀剂图案也增厚的必要，而使细微图案的加工变得困难。另外，在掩模加工的过程中，有遮光图案膜与半透明图案膜的高度变高，在洗净时也容易发生图案崩塌的不良情形。
另外，在用于晶圆上的图案的半间距(hp)40nm以下的二元掩模中，光掩模上的掩模图案的线宽比用于光刻的ArF准分子激光曝光光的波长193nm小，由于采用为了形成细微图案而利用了斜入射照明法或瞳滤波片等的超解析技术，若掩模图案区域的遮光图案膜的膜厚较厚，则产生起因于电磁场(EMF：Electro Magnetics Field)效果的作为掩模图案线宽的修正量的偏差(称为EMF偏差)的值变大的问题。
而且，这种问题也发生于所述这样的具有遮光图案膜的半色调型相位位移掩模(三色调掩模)中。
因此，在具有遮光图案膜的半色调型相位位移掩模(三色调掩模)中，也对于以所述电磁场(EMF)效果为起因的课题，进行从掩模材料出发的重新检讨，近年来，作为铬系以外的遮光图案膜的材料，提出有使用了硅化钼(MoSi)系材料的三色调掩模(例如参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平8-292550号公报
专利文献2：日本专利特开2007-241137号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，配合所述薄膜化要求而调整组成的包含硅化钼(MoSi)系材料的遮光图案膜在掩模洗净时的耐药品性、或ArF准分子激光曝光时的耐光性不足，在遮光图案膜使用了所述硅化钼(MoSi)系材料的三色调掩模中，有无法稳定维持光学密度等质量的问题。
因此，本发明鉴于所述问题点，提供一种掩模坯料、相位位移掩模及其制造方法，所述掩模坯料可用于制作通过减薄遮光图案膜且维持充分的遮光性能，从而可使抗蚀剂薄膜化，提升洗净耐性，即使在使用了高透过率的半透明图案膜的情况下，仍可制作细微图案，还可减小EMF偏差值，图案加工性、耐光性、耐药品性优异，适合于晶圆上的半间距40nm以下的光刻技术的半色调型相位位移掩模。
解决问题的技术手段
为了解决所述课题，本发明第1发明的掩模坯料是用于制造应用ArF准分子激光曝光光的半色调型相位位移掩模，其特征在于，包含有透明基板、形成于所述透明基板上且控制所述曝光光的相位及透过率的半透明层、形成于所述半透明层上的中间层、和形成于所述中间层上的遮光层；所述遮光层由不含过渡金属的单一金属材料构成，所述遮光层的膜厚为40nm以下；层叠有所述半透明层、所述中间层、所述遮光层的3种层的层叠体相对于所述曝光光的光学密度，为作为遮光区域发挥功能的值以上。
本发明第2发明的掩模坯料，是在第1发明的掩模坯料中，层叠有所述半透明层、所述中间层、所述遮光层的3种层的层叠体以相对于所述曝光光的光学密度为2.8以上的方式调整。
本发明第3发明的掩模坯料，是在第1发明或第2发明的掩模坯料中，所述半透明层相对于所述曝光光的透过率T与所述遮光层的膜厚d的关系为T＝6％时为23nm≤d≤27nm的范围，T＝20％时为31nm≤d≤35nm的范围，T＝30％时为33nm≤d≤37nm的范围。
本发明第4发明的掩模坯料，是在第1发明至第3发明中任一项的掩模坯料中，所述遮光层由折射率n为1.0以下、且消光系数k为2.0以上的单一金属材料构成。
本发明第5发明的掩模坯料，是在第1发明至第4发明中任一项的掩模坯料中，所述单一金属材料为硅。
本发明第6发明的掩模坯料，是在第1发明至第5发明中任一项的掩模坯料中，所述半透明层包含SixO1-x-yNy(x及y满足0＜x＜1、0＜y＜1及0＜x+y≤1)。
本发明第7发明的掩模坯料，是在第1发明至第6发明中任一项的掩模坯料中，所述中间层由对于使用了氟系气体的干式蚀刻具有耐性的材料构成。
本发明第8发明的掩模坯料，是在第1发明至第7发明中任一项的掩模坯料中，所述中间层由含有铬(Cr)的铬系材料构成，且所述中间层的膜厚为2nm～5nm的范围内。
本发明第9发明的掩模坯料，是在第1发明至第8发明中任一项的掩模坯料中，在所述遮光层上，具有由对于使用了氟系气体的干式蚀刻具有耐性的材料构成的硬掩模层。
本发明第10发明的相位位移掩模，是应用ArF准分子激光曝光光的半色调型相位位移掩模，其特征在于，包含有：透明基板、形成于所述透明基板上且控制所述曝光光的相位及透过率的半透明图案膜、形成于所述半透明图案膜上的中间图案膜、和形成于所述中间图案膜上的遮光图案膜；所述遮光图案膜由不含过渡金属的单一金属材料构成，所述遮光图案膜的膜厚为40nm以下；层叠有所述半透明图案膜、所述中间图案膜、所述遮光图案膜的3种膜的层叠体相对于所述曝光光的光学密度，为作为遮光区域发挥功能的值以上。
本发明第11发明的相位位移掩模，是在第10发明的相位位移掩模中，层叠有所述半透明图案膜、所述中间图案膜、所述遮光图案膜的3种膜的层叠体以相对于所述曝光光的光学密度为2.8以上的方式调整。
本发明第12发明的相位位移掩模，是在第10发明或第11发明的相位位移掩模中，所述半透明图案膜相对于所述曝光光的透过率T与所述遮光图案膜的膜厚d的关系为T＝6％时为23nm≤d≤27nm的范围，T＝20％时为31nm≤d≤35nm的范围，T＝30％时为33nm≤d≤37nm的范围。
本发明第13发明的相位位移掩模，是在第10发明至第12发明中任一项的相位位移掩模中，所述遮光图案膜由折射率n为1.0以下、且消光系数k为2.0以上的单一金属材料构成。
本发明第14发明的相位位移掩模，是在第10发明至第13发明中任一项的相位位移掩模中，所述单一金属材料为硅。
本发明第15发明的相位位移掩模，是在第10发明至第14发明中任一项的相位位移掩模中，所述半透明图案膜包含SixO1-x-yNy(x及y满足0＜x＜1、0＜y＜1及0＜x+y≤1)。
本发明第16发明的相位位移掩模，是在第10发明至第15发明中任一项的相位位移掩模中，所述中间图案膜由对于使用了氟系气体的干式蚀刻具有耐性的材料构成。
本发明第17发明的相位位移掩模，是在第10发明至第16发明中任一项的相位位移掩模中，所述中间图案膜由含有铬(Cr)的铬系材料构成，且所述中间图案膜的膜厚为2nm～5nm的范围内。
本发明第18发明的相位位移掩模的制造方法，其特征在于，依次具有下述步骤：准备具有硬掩模层的掩模坯料的步骤，该具有硬掩模层的掩模坯料具有透明基板、形成于所述透明基板上且控制所述曝光光的相位及透过率的半透明层、形成于所述半透明层上的中间层、和形成于所述中间层上的遮光层，在所述遮光层由不含过渡金属的单一金属材料构成的掩模坯料的所述遮光层上形成有硬掩模层；在所述硬掩模层上，形成第1抗蚀剂图案膜的步骤；对由所述第1抗蚀剂图案膜露出的所述硬掩模层进行蚀刻，形成第1形态的硬掩模图案膜的步骤；对由所述第1形态的硬掩模图案膜露出的所述遮光层，将所述中间层用于蚀刻停止层而进行蚀刻，形成第1形态的遮光图案膜的步骤；将所述第1抗蚀剂图案膜去除的步骤；形成第2抗蚀剂图案膜的步骤，该第2抗蚀剂图案膜被覆所述第1形态的硬掩模图案膜的期望区域、及由所述第1形态的遮光图案膜露出的所述中间层的期望区域；对由所述第2抗蚀剂图案膜露出的所述第1形态的硬掩模图案膜、及由所述第2抗蚀剂图案膜与所述第1形态的遮光图案膜露出的所述中间层进行蚀刻，形成第2形态的硬掩模图案膜及第1形态的中间图案膜的步骤；去除所述第2抗蚀剂图案膜的步骤；对由所述第2形态的硬掩模图案膜露出的所述第1形态的遮光图案膜、和由所述第1形态的中间图案膜露出的所述半透明层进行蚀刻，形成第2形态的遮光图案膜及半透明图案膜的步骤；以及，对由所述第2形态的硬掩模图案膜及所述第2形态的遮光图案膜露出的所述第1形态的中间图案膜进行蚀刻，去除所述第2形态的硬掩模图案膜、并且形成第2形态的中间图案膜的步骤。
本发明第19发明的相位位移掩模的制造方法，其特征在于，依次具有下述步骤：准备具有硬掩模层的掩模坯料的步骤，该具有硬掩模层的掩模坯料具有透明基板、形成于所述透明基板上且控制所述曝光光的相位及透过率的半透明层、形成于所述半透明层上的中间层、和形成于所述中间层上的遮光层，在所述遮光层由不含过渡金属的单一金属材料构成的掩模坯料的所述遮光层上形成有硬掩模层；在所述硬掩模层上，形成第1抗蚀剂图案膜的步骤；对由所述第1抗蚀剂图案膜露出的所述硬掩模层进行蚀刻，形成第1形态的硬掩模图案膜的步骤；对由所述第1形态的硬掩模图案膜露出的所述遮光层，将所述中间层用于蚀刻停止层而进行蚀刻，形成第1形态的遮光图案膜的步骤；对由所述第1形态的遮光图案膜露出的所述中间层进行蚀刻，形成第1形态的中间图案膜的步骤；将所述第1抗蚀剂图案膜去除的步骤；形成第2抗蚀剂图案膜的步骤，该第2抗蚀剂图案膜被覆所述第1形态的硬掩模图案膜的期望区域；对由所述第2抗蚀剂图案膜露出的所述第1形态的硬掩模图案膜进行蚀刻，形成第2形态的硬掩模图案膜的步骤；去除所述第2抗蚀剂图案膜的步骤；对由所述第2形态的硬掩模图案膜露出的所述第1形态的遮光图案膜、及由所述第1形态的中间图案膜露出的所述半透明层进行蚀刻，形成第2形态的遮光图案膜及半透明图案膜的步骤；对由所述第2形态的硬掩模图案膜及所述第2形态的遮光图案膜露出的所述第1形态的中间图案膜进行蚀刻，去除所述第2形态的硬掩模图案膜、并且形成第2形态的中间图案膜的步骤。
发明效果
根据本发明，可得到具备有即使经薄膜化仍对曝光光具有高遮光性的遮光图案膜，可减小EMF偏差值，图案加工性好，耐药品性、耐光性优异，适合于晶圆上的半间距40nm以下的光刻技术的半色调型相位位移掩模。
附图说明
图1为表示本发明的掩模坯料的例的示意剖面图。
图2为表示本发明的相位位移掩模的例的示意剖面图。
图3为表示本发明的相位位移掩模的制造方法的一例的示意步骤图。
图4为表示本发明的相位位移掩模的制造方法的其他例的示意步骤图。
图5为表示本发明的掩模坯料的半透明层的透过率与遮光层膜厚的关系的图。
图6为本发明中用于掩模的转印特性评价的四极(C-quad)的瞳滤波片的平面示意图。
图7为表示各掩模构成中的EMF偏差值的图。
图8为用于说明EMF偏差的二元掩模的剖面示意图。
具体实施方式
以下根据附图，详细说明本发明的掩模坯料、相位位移掩模及其制造方法。
<掩模坯料>
首先，说明本发明的掩模坯料。
图1为表示本发明的掩模坯料的例的示意剖面图。在此，图1(b)所示形态的掩模坯料20是在图1(a)所示形态的掩模坯料10的遮光层14上具有硬掩模层21。
如图1(a)所示，本实施方式的掩模坯料10具有透明基板11、形成于其上的半透明层12、形成于半透明层12上的中间层13、和形成于中间层13上的遮光层14。
而且，遮光层14由不含过渡金属的单一金属材料构成，遮光层14的膜厚为40nm以下，层叠有半透明层12、中间层13、遮光层14的3种层的层叠体相对于ArF准分子激光曝光光的光学密度，为作为遮光区域发挥功能的值以上，特别优选为2.8以上。以下分别说明构成本实施方式的掩模坯料10的透明基板11、半透明层12、中间层13及遮光层14等。
(1)透明基板
本实施方式中，作为透明基板11，可使用使曝光光以高透过率透过的经光学研磨的合成石英玻璃、萤石、氟化钙等，优选通常较多使用而质量稳定、短波长的曝光光的透过率高的合成石英玻璃。
(2)半透明层
本实施方式中，半透明层12作为控制ArF准分子激光曝光光的相位及透过率的半色调层发挥作用，作为其材料并无特别限定，可使用以往的半色调型相位位移掩模所使用的材料。
例如，作为半透明层，可使用包含作为氮化硅(SiN)系材料的SixO1-x-yNy(x及y满足0＜x＜1、0＜y＜1及0＜x+y≤1)的膜，或作为硅化钼(MoSi)系材料的氧化硅化钼膜(MoSiO)、氮化硅化钼膜(MoSiN)、氧化氮化硅化钼膜(MoSiON)等。
另外，这些的中，优选包含所述作为氮化硅(SiN)系材料的SixO1-x-yNy的膜。这是由于，相比于含有所述硅化钼(MoSi)系材料的膜的以往的半色调型相位位移掩模中所使用的材料，可将半透明层12作成为具有对ArF准分子激光曝光光的高透过率、且更薄的层。再者，作为包含所述SixO1-x-yNy的膜，并无特别限定，特别优选ArF准分子激光曝光光的波长下的消光系数k为0.2～0.45的范围内，ArF准分子激光曝光光的波长下的折射率n为2.3～2.7的范围内，ArF准分子激光曝光光的波长下的透过率为15％～38％的范围内。这是由于，尤其可将半透明层12作成为具有高透过率、且更薄的层。
因此，使用由本发明的掩模坯料所形成的相位位移掩模，可在图案的边界，通过因相位效果所造成的光干涉使光强度成为零，提升转印像的对比度，在制造图案形成体的情况下，半透明层12具有更高的光透过率，因此可使该相位效果更加显著。另外，包含所述SixO1-x-yNy的膜，由于不含金属，因此即使长时间照射ArF准分子激光曝光光，硅(Si)的氧化膜仍不致成长，可防止图案尺寸(Critical Dimension)发生改变。同样地，在相位位移掩模的洗净步骤中，也可防止图案尺寸改变。从而，在光刻时，可使转印特性优异，且提高ArF准分子激光曝光光照射耐性、及洗净耐性。
另外，在半透明层12具有更高光透过率的情况下，为了使层叠有半透明层12、中间层13、遮光层14的3种层的层叠体相对于ArF准分子激光曝光光的光学密度成为作为遮光区域发挥功能的值以上、特别优选为2.8以上，所需要的中间层13及遮光层14的全体膜厚变厚。从而，在此情况下，如后述那样，在中间层13为由含有铬(Cr)的铬系材料构成、且遮光层14为由单一金属材料的硅(Si)构成的情况下，通过减薄中间层13，可将为了使所述层叠体相对于ArF准分子激光曝光光的光学密度成为作为遮光区域发挥功能的值以上、特别优选为2.8以上而所需要的将中间层13与遮光层14的全层膜厚减薄的效果，由于中间层13及遮光层14全体的原本膜厚变厚而变得显著。因此，可回避相位位移掩模的EMF偏差值变大的效果变得显著。然后，其中，如后述那样，在将中间层13膜厚减薄至5nm以下时，这些效果变得更加显著。因此，上述之中，优选包含所述作为氮化硅(SiN)系材料的SixO1-x-yNy的膜。
从而，在使用包含所述SixO1-x-yNy的膜作为半透明层12时，在中间层13由含有铬(Cr)的铬系材料构成，且遮光层14为由作为单一金属材料的硅(Si)构成的情况下，可更加减薄半透明层12，且可使中间层13及遮光层14的全体膜厚显著减薄。因此，可在由半透明层12所形成的后述半透明图案膜32中抑制图案崩塌等缺陷发生，或使半透明层12的加工或后述半透明图案膜32的修正变得容易，同时可显著回避相位位移掩模的EMF偏差值变大。另外，在中间层13的膜厚减薄至5nm以下时，此效果更得更加显著。
另外，所述包含SixO1-x-yNy的膜并无特别限定，优选氮(N)的组成比y为0.4～0.6范围内。若未满足所述范围，则无法满足所述所希望的透过率范围；若超过所述范围，则超过所述所希望的透过率范围。
而且，所述包含SixO1-x-yNy的膜，并无特别限定，优选硅(Si)的组成比x及氮(N)的组成比y满足0.95≤x+y≤1，其中优选实质上满足x+y＝1。在所述包含SixO1-x-yNy的膜中，若氧(O)较多，则由于消光系数k变低而透过率变高，结果折射率n变低。因此，为了得到180°的相位差而使所述包含SixO1-x-yNy的膜的膜厚变厚。在此，所谓硅(Si)的组成比x与氮(N)的组成比y实质上满足x+y＝1是指实质上不含有氧(O)。作为硅(Si)的组成比x与氮(N)的组成比y实质上满足x+y＝1的x+y的范围，为0.97～1.00的范围内、优选为0.98～1.00的范围内。
另外，所述包含SixO1-x-yNy的膜并无特别限定，优选硅(Si)的组成比x与氮(N)的组成比y实质上满足x＝y。因此，可得到硅(Si)与氮(N)的致密膜，可期待耐洗净性、ArF准分子激光曝光光照射耐性等各耐性的提升。在此，所谓硅(Si)的组成比x与氮(N)的组成比y实质上满足x＝y是指x与y的比x∶y＝0.4∶0.6～0.6∶0.4的范围。
在半透明层12为由例如所述氮化硅(SiN)系材料构成的情况下，可通过使用了氟系气体、例如CF4、CHF3、C2F6、或这些的混合气体、或在这些气体混合了氧等稀释气体的气体作为蚀刻气体进行干式蚀刻，而形成图案。
另外，形成所述包含SixO1-x-yNy的膜的方法并无特别限定，可举例如通过溅射靶使用包含硅(Si)的靶，适当选择溅射气体，因此按构成所述包含SixO1-x-yNy的膜的SixO1-x-yNy(x及y满足0＜x＜1、0＜y＜1及0＜x+y≤1)的组成比成为所希望比率的成膜条件，通过溅射形成所述包含SixO1-x-yNy的膜。
再者，所述包含SixO1-x-yNy的膜的膜厚并无特别限定，优选为57nm～67nm的范围内。若为57nm～67nm的范围内的膜厚，则由于半透明层12的膜厚变得比以往的半透明层的膜厚薄，因此容易通过蚀刻形成半透明图案膜。而且，由于可使蚀刻所需时间缩短，因此如后述那样，即使在透明基板11及半透明层12之间不具有防止对透明基板11造成损伤的防止蚀刻阻障层，在通过蚀刻形成半透明图案膜时，仍可充分回避对透明基板11造成损伤的情形。
另外，所述包含SixO1-x-yNy的膜的膜厚中，优选为57nm～64nm的范围内、特别优选57nm～62nm的范围内。这是由于在所述包含SixO1-x-yNy的膜的膜厚较薄时，在以所述包含SixO1-x-yNy的膜所形成的半透明图案膜中可抑制图案崩塌等缺陷发生，而且使所述包含SixO1-x-yNy的膜的加工或半透明图案膜的修正变得容易。
另外，所述包含SixO1-x-yNy的膜的膜厚可通过J.A.Woollam公司制椭圆偏光计VUV-VASE进行测定、算出。
另一方面，如后述那样，在遮光层14为由作为单一金属材料的硅(Si)构成时，在使用上述之中的作为硅化钼(MoSi)系材料的膜作为半透明层12的情况下，相比于使用了包含作为所述氮化硅(SiN)系材料的SixO1-x-yNy的膜，钼(Mo)容易从由硅化钼(MoSi)系材料构成的半透明层12扩散至由硅(Si)构成的遮光层14中。因此，如后述那样，中间层13具有特别适合作为扩散防止层，具有防止在由单一金属材料的硅(Si)构成的遮光层14与半透明层12之间构成各层的材料彼此扩散的优点。
另外，在半透明层12为由硅化钼系材料构成的情况，可通过使用了氟系气体、例如CF4、CHF3、C2F6、或这些的混合气体、或在这些气体混合了氧的气体作为蚀刻气体进行干式蚀刻，而形成图案。
另外，在半透明层12为氧化硅化钼膜(MoSiO)时，半透明层12的形成方法并无特别限定，可使用钼与硅的混合靶(Mo∶Si＝1∶2mol％)，在氩与氧的混合气体环境下，通过反应性溅射法而形成。
在此，以往的半色调型相位位移掩模所使用的半透明层设计为使对于所述曝光光的透过率主要成为6％左右。
另一方面，本发明的掩模坯料由于在加工为相位位移掩模时，成为在半透明图案膜上具有遮光图案膜的形态(三色调掩模)，因此本实施方式的半透明层12也可设计为具有更高透过率(例如30％左右)。而且，在半透明层12具有高透过率的情况下，可更加提升相位效果。
(3)中间层
本实施方式中，中间层13作为对遮光层14进行蚀刻加工时的蚀刻停止层、及对半透明层12进行蚀刻加工时的蚀刻掩模发挥作用。另外，中间层13作为防止由构成遮光层14的材料由遮光层14扩散至半透明层12的扩散防止层发挥作用。
如上所述，对于半透明层12，优选使用氮化硅(SiN)系的化合物或硅化钼(MoSi)系的化合物，此氮化硅(SiN)系的化合物或硅化钼(MoSi)系的化合物主要通过使用了氟系气体的干式蚀刻进行加工，因此中间层13优选由对使用了氟系气体的干式蚀刻具有耐性的材料构成。
作为构成此中间层13的材料的具体例，可举例如Cr、CrO、CrN、CrNO等的铬系材料，或Ta、TaO、TaN、TaNO等的钽系材料。
作为这些构成中间层13的材料，其中优选为Cr、CrO、CrN、CrNO等含有铬(Cr)的铬系材料。如后述那样，在遮光层14为由作为单一金属材料的硅(Si)构成的情况下，其可适合作为在遮光层14与半透明层12之间防止构成各层的材料彼此扩散的扩散防止层发挥作用。尤其在半透明层12为由硅化钼化合物(MoSi)构成、遮光层14为由作为单一金属材料的硅(Si)构成的情况下，其可适合作为防止钼(Mo)由半透明层12扩散至遮光层14的扩散防止层发挥作用。因此，中间层13可特别适合作为在遮光层14与半透明层12之间防止构成各层的材料彼此扩散的扩散防止层发挥作用。
另外，这些铬系材料中，优选为CrN、CrON、及CrO。在为由CrN、CrON、及CrO构成的膜的情况下，由于在氮气、氧气、或这些的混合气体的环境下，通过反应性溅射法予以形成，因此相比于在氩气环境下、通过反应性溅射法所形成的铬膜(Cr)，其成膜中的稳定性高，图案加工性良好。再者，CrN、CrON、及CrO中，特别优选为CrN。由于为不含氧(O)的材料，因此CrN膜的膜厚可变得比由CrON及CrO构成的膜的膜厚更薄。因此，使中间层13的膜厚减薄，为了使层叠有半透明层12、中间层13、遮光层14的3种层的层叠体相对于ArF准分子激光曝光光的光学密度成为作为遮光区域发挥功能的值以上、特别优选为2.8以上所需要的中间层13及遮光层14的全体膜厚可减薄。
需要说明的是，中间层13可为由相同材料构成的单层结构，也可为由相异材料构成的多层结构。
中间层13的膜厚若具有可足够作为对遮光层14进行蚀刻加工时的蚀刻停止层、及对半透明层12进行蚀刻加工时的蚀刻掩模的厚度，且具有足够作为防止构成遮光层14的材料由遮光层14扩散至半透明层12的扩散防止层的厚度即可，在过厚的情况下，有相位位移掩模的EMF偏差值变大的可能。因此，中间层13的膜厚优选为2nm～5nm的范围。
另外，其中，在中间层13为由含有铬(Cr)的铬系材料构成的情况下，优选中间层13的膜厚为2nm～5nm的范围内。这是由于，若未满足所述范围，则由于膜厚过薄，而无法使中间层13成为致密的膜，在中间层13形成孔，因此难以在半透明层12与遮光层14之间防止构成彼此层的材料的扩散。这尤其是由于，在半透明层12为由硅化钼化合物(MoSi)构成、遮光层14为由作为单一金属材料的硅(Si)构成的情况下，中间层13将难以适合作为防止钼(Mo)由半透明层12扩散至遮光层14的扩散防止层发挥作用。因此，中间层13将难以特别适合作为在遮光层14与半透明层12之间防止构成各层的材料彼此扩散的扩散防止层。若超过所述范围，在遮光层14为由作为单一金属材料的硅(Si)构成的情况下，由于中间层13及遮光层14的全体膜厚变得过厚，因此有相位位移掩模的EMF偏差值变大的可能。
以下具体说明在中间层13为由含有铬(Cr)的铬系材料构成、且遮光层14为由作为单一金属材料的硅(Si)构成的情况下，通过将中间层13膜厚减薄而获得的效果。
如上述那样，层叠有半透明层12、中间层13、遮光层14的3种层的层叠体相对于ArF准分子激光曝光光的光学密度，必须成为2.8以上。另外，由作为单一金属材料的硅(Si)构成的层的消光系数k，比由含有铬(Cr)的铬系材料构成的层大。因此，通过将由含有铬(Cr)的铬系材料构成的中间层13的膜厚减薄，并使由中间层13所得的光学密度的比例减小，另一方面，将由作为单一金属材料的硅(Si)构成的遮光层14增厚，并使由遮光层14所得的光学密度的比例增大，可得到能够使为了使所述层叠体相对于ArF准分子激光曝光光的光学密度成为2.8以上所必要的中间层13及遮光层14的全体膜厚减薄的效果。因此，可得到回避相位位移掩模的EMF偏差值变大的效果。而且，其中，在中间层13的膜厚不超过所述范围、为5nm以下的情况下，这些效果变得显著。
中间层13的形成可应用以往的真空成膜的方法，例如在中间层13为铬膜(Cr)的情况下，可使用铬的靶，在氩气环境下，通过反应性溅射法予以形成。
(4)遮光层
本实施方式中，遮光层14由不含过渡金属的单一金属材料构成。构成遮光层14的单一金属材料的膜，可通过溅射法等通常的成膜方法予以形成。单一金属材料的膜例如可在溅射时使用该单一金属材料的靶而进行成膜，由实质上不含其他元素的单一金属材料的膜构成。
本发明中，除了单一金属材料的膜形成以外，并不故意进行其他金属的混入、或氧化物或氮化物等的形成，成膜时并不进行氧或氮气的导入。然而，残存于装置内的微量氧等非故意地被摄取至所成膜的膜表面等的情形，包含于作成为实质上由本发明的单一金属材料而成的遮光层。
也即本发明中，所谓“遮光层为由不含过渡金属的单一金属材料构成”，是指遮光层实质上由单一金属材料构成。因此，对于本发明的“由不含过渡金属的单一金属材料构成的遮光层”而言，若为对遮光层的功能及特性不造成影响的杂质则也可含有。作为这种杂质并无特别限定，可举例如碳、氧、氮、硼、氦、氢、氩、氙等。而且，这种杂质在遮光层中的比例并无特别限定，优选为0％以上且5％以下，更优选0％以上且2％以下，特别优选0％以上且1％以下。
另外，本实施方式中，遮光层14的膜厚为40nm以下，层叠有半透明层12、中间层13、遮光层14的3种层的层叠体相对于ArF准分子激光曝光光的光学密度，为作为遮光区域发挥功能的值以上、特别优选为2.8以上。在此，所谓“遮光区域”，是指在由本发明的掩模坯料形成的后述本发明的相位位移掩模(半色调型相位位移掩模)中，在透过半透明图案膜的曝光光中，在将掩模图案转印于被转印体时所不需要的曝光光被中间图案膜及遮光图案膜所遮蔽的区域。另外，所谓“作为遮光区域发挥功能”，是指在由本发明的掩模坯料所形成的后述本发明的相位位移掩模(半色调型相位位移掩模)中，透过半透明图案膜的曝光光中，对在将掩模图案转印于被转印体时所不需要的曝光光进行遮光。
在此，遮光层14的膜厚可在满足所述光学密度的范围内变化。也即，在半透明层12的透过率小时，可配合其而将遮光层14的膜厚减薄。
本实施方式中，半透明层12的透过率T与遮光层14的膜厚d的关系，优选为T＝6％时为23nm≤d≤27nm的范围，T＝20％时为31nm≤d≤35nm的范围，T＝30％时为33nm≤d≤37nm的范围。
另外，本实施方式中，遮光层14优选以由折射率n为1.0以下、且消光系数k为2.0以上的单一金属材料构成，更优选该单一金属材料为硅(Si)。这是由于消光系数k越高，越可将为了使所述层叠体相对于ArF准分子激光曝光光的光学密度成为作为遮光区域发挥功能的值以上、特别优选为2.8以上所需要的遮光层14的膜厚减薄。因此，可回避相位位移掩模的EMF偏差值变大。另外，由于硅(Si)是在这种单一金属材料中消光系数k较高的。
上述这样的遮光层14的形成，例如可以以不含杂质离子的硅结晶作为靶，在氩(Ar)气环境下通过反应性溅射法予以形成。
本实施方式中，作为在遮光层所不含有的过渡金属，可举例如钼(Mo)、钽(Ta)、钨(W)等，尤其是钼可列举为遮光层所不含有的过渡金属。
如上所述，钼与硅形成硅化钼化合物(MoSi)，例如使用作为二元型光掩模的遮光图案膜。然而，使用了硅化钼(MoSi)系材料的遮光图案膜的耐药品性或耐光性不足，在遮光图案膜中使用了硅化钼(MoSi)系材料的二元型光掩模，在掩模洗净或ArF准分子激光曝光时，发生掩模图案的尺寸(CD尺寸)变化。因此，本发明中，由不含钼等过渡金属的单一金属材料构成遮光层。而且，更优选形态是遮光层为由硅构成的形态。
另外，由硅构成的遮光层在使用了氟系气体的蚀刻中，显示比以往的硅化钼系遮光层更快的蚀刻速度，图案加工容易，也可使抗蚀剂薄膜化，可提升解析力。
另外，本发明的掩模坯料像如图1(b)所示形态的掩模坯料20那样，也可在遮光层14上具有硬掩模层21。若为这种形态，由于可将硬掩模层21用于蚀刻掩模而对遮光层14进行加工，因此可使抗蚀剂更加薄膜化。
如上所述，优选遮光层14中使用硅，此硅由于主要通过使用了氟系气体的干式蚀刻进行加工，因此硬掩模层21优选由对使用了氟系气体的干式蚀刻具有耐性的材料构成。作为构成此硬掩模层21的材料的具体例，可举例如Cr、CrO、CrN、CrNO等铬系材料，或Ta、TaO、TaN、TaNO等钽系材料。硬掩模层21的膜厚为例如2nm～5nm的范围。
需要说明的是，硬掩模层21可为由相同材料构成的单层结构，也可为由相异材料构成的多层结构。
硬掩模层21的形成可应用以往的真空成膜方法，例如在硬掩模层21为铬膜(Cr)时，可使用铬的靶，在氩气环境下，通过反应性溅射法予以形成。
(5)其他
另外，作为中间层13及遮光层14的组合，其中优选由所述铬系材料构成的中间层13及由所述作为单一金属材料的硅(Si)构成的遮光层14的组合。这是由于所述作为单一金属材料的硅(Si)，相比于所述铬系材料，其消光系数k较大，两者的消光系数k的差较大所致。因此，如上述那样，通过将中间层13减薄，可得到能够将为了使所述层叠体相对于ArF准分子激光曝光光的光学密度成为作为遮光区域发挥功能的值以上、特别优选为2.8以上所需要的中间层13及遮光层14的整体膜厚薄膜的效果。而且，在中间层13的膜厚为5nm以下时，此效果变得显著。
<相位位移掩模>
接着，说明本发明的相位位移掩模。
图2为表示本发明的相位位移掩模的例的示意剖面图。
例如如图2(a)所示，本发明的相位位移掩模30具有透明基板11、形成于其上的半透明图案膜32、形成于半透明图案膜32上的中间图案膜33、和形成于中间图案膜33上的遮光图案膜34。而且，遮光图案膜34由不含过渡金属的单一金属材料构成，遮光图案膜34的膜厚为40nm以下；层叠有半透明图案膜32、中间图案膜33、遮光图案膜34的3种膜的层叠体，相对于ArF准分子激光曝光光的光学密度，为作为遮光区域发挥功能的值以上、特别优选为2.8以上。
本发明形态的相位位移掩模30，可由所述掩模坯料10或掩模坯料20进行制造。也即，相位位移掩模30的半透明图案膜32可将掩模坯料10的半透明层12加工为图案状而获得；同样地，中间图案膜33可将中间层13加工为图案状而获得，遮光图案膜34可将遮光层14加工为图案状而获得。
在图2(a)所示的示意剖面图中，在相位位移掩模30的左端部，在半透明图案膜32a上形成有中间图案膜33a及遮光图案膜34a；同样地，在相位位移掩模30的右端部，在半透明图案膜32d上形成有中间图案膜33c及遮光图案膜34c。
此形成有遮光图案膜34a及遮光图案膜34c的区域是形成了掩模图案的区域(有效区域)的外周部，相当于以往的半色调型相位位移掩模中设有遮光带的区域。
在以往的半色调型相位位移掩模中，利用由形成于遮光带的图案所造成的光干涉，将由外周部所透过的不需要的曝光光予以遮蔽，但在本实施方式的相位位移掩模30中，可通过遮光图案膜34a及遮光图案膜34c确实地遮蔽不需要的曝光光。
另外，作为有效区域中的掩模图案，相位位移掩模30具有仅由半透明图案膜32b构成的部分(单层构成部)，与由半透明图案膜32c、中间图案膜33b、遮光图案膜34b的3种膜构成的部分(层叠构成部)。
层叠构成部的半透明图案膜32c的面积，通常比单层构成部的半透明图案膜32c的面积大，因此，在层叠构成部设置遮光图案膜34b，将透过半透明图案膜的不需要的曝光光确实遮蔽。在相位位移掩模30中，以不消除由层叠构成部的半透明图案膜32c所造成的相位效果的方式，设计成使半透明图案膜32c的边缘部分由遮光图案膜34b露出。
需要说明的是，本发明中，也可具有半透明图案膜的边缘部分不由遮光图案膜露出的形态的层叠构成部。
例如，图2(b)所示形态的相位位移掩模40与相位位移掩模30同样地，具有透明基板11、形成于其上的半透明图案膜42、形成于半透明图案膜42上的中间图案膜43、和形成于中间图案膜43上的遮光图案膜44，但在其有效区域中，具有半透明图案膜42c的边缘部分不由遮光图案膜44b露出的形态的层叠构成部。这种层叠构成部例如可利用作为对准标记。
<相位位移掩模的制造方法>
接着，说明本发明的相位位移掩模的制造方法。
(第1实施方式)
图3为表示图2(a)所示形态的相位位移掩模30的制造方法的例的示意步骤图。
在通过本实施方式的制造方法以获得相位位移掩模30时，例如，首先，如图3(a)所示那样，准备在具有透明基板11、形成于透明基板11的半透明层12、形成于所述半透明层上的中间层13、和形成于中间层13上的遮光层14的掩模坯料10的遮光层14上，形成有硬掩模层21的硬掩模层的掩模坯料20。
接着，通过使用了电子束描绘等的抗蚀剂制版，在硬掩模层21上，形成第1抗蚀剂图案膜51(图3(b))。
接着，例如通过使用了氯系气体的干式蚀刻，对由第1抗蚀剂图案膜51露出的硬掩模层21进行蚀刻，形成第1形态的硬掩模图案膜22；进而对由第1形态的硬掩模图案膜22露出的遮光层14，通过使用了氟系气体的干式蚀刻，将中间层13用于蚀刻停止层而进行蚀刻，形成第1形态的遮光图案膜64(图3(c))；其后，去除第1抗蚀剂图案膜51(图3(d))。
接着，在第1形态的硬掩模图案膜22上、及由第1形态的遮光图案膜64露出的中间层13上，形成第2抗蚀剂层52(图3(e))；接着，通过使用了电子束描绘等的抗蚀剂制版，形成被覆第1形态的硬掩模图案膜22的期望区域、及由第1形态的遮光图案膜64露出的中间层13的期望区域的第2抗蚀剂图案膜53(图3(f))。
接着，例如通过使用了氯系气体的干式蚀刻，对由第2抗蚀剂图案膜53露出的第1形态的硬掩模图案膜22、及由第2抗蚀剂图案膜53与第1形态的遮光图案膜64露出的中间层13进行蚀刻，形成第2形态的硬掩模图案膜23及第1形态的中间图案膜63(图3(g))；其后，去除第2抗蚀剂图案膜53(图3(h))。
接着，通过使用了氟系气体的干式蚀刻，对由第2形态的硬掩模图案膜23露出的第1形态的遮光图案膜64、与由第1形态的中间图案膜63露出的半透明层12进行蚀刻，形成第2形态的遮光图案膜34及半透明图案膜32(图3(i))。
接着，例如通过使用了氯系气体的干式蚀刻，对第2形态的硬掩模图案膜23、及由第2形态的遮光图案膜34露出的第1形态的中间图案膜63进行蚀刻，去除第2形态的硬掩模图案膜23、并且形成第2形态的中间图案膜33，而得到相位位移掩模30(图3(j))。
(第2实施方式)
图4为表示图2(b)所示形态的相位位移掩模40的制造方法的例的示意步骤图。
通过本实施方式的制造方法以获得相位位移掩模40时，例如，首先，如图4(a)所示那样，准备在具有透明基板11、形成于透明基板11上的半透明层12、形成于所述半透明层上的中间层13、和形成于中间层13上的遮光层14的掩模坯料10的遮光层14上，形成有硬掩模层21的硬掩模层的掩模坯料20。
接着，通过使用了电子束描绘等的抗蚀剂制版，在硬掩模层21上，形成第1抗蚀剂图案膜54(图4(b))。
接着，例如通过使用了氯系气体的干式蚀刻，对由第1抗蚀剂图案膜54露出的硬掩模层21进行蚀刻，形成第1形态的硬掩模图案膜24；接着，对由第1形态的硬掩模图案膜24露出的遮光层14，通过使用了氟系气体的干式蚀刻，将中间层13用于蚀刻停止层而进行蚀刻，形成第1形态的遮光图案膜74的步骤；进而对由第1形态的遮光图案膜74露出的中间层13进行蚀刻，形成第1形态的中间图案膜73(图4(c))；其后，将第1抗蚀剂图案膜54去除(图4(d))。
接着，在第1形态的硬掩模图案膜24上、及由第1形态的中间图案膜73露出的半透明层12上，形成第2抗蚀剂层55(图4(e))，接着，通过使用了电子束描绘等的抗蚀剂制版，形成被覆第1形态的硬掩模图案膜24的期望区域的第2抗蚀剂图案膜56(图4(f))。
接着，例如通过使用了氯系气体的干式蚀刻，对由第2抗蚀剂图案膜56露出的第1形态的硬掩模图案膜24进行蚀刻，形成第2形态的硬掩模图案膜25(图4(g))；其后，去除第2抗蚀剂图案膜56(图4(h))。
接着，例如通过使用了氟系气体的干式蚀刻，对由第2形态的硬掩模图案膜25露出的所述第1形态的遮光图案膜74、及由第1形态的中间图案膜73露出的所述半透明层12进行蚀刻，形成第2形态的遮光图案膜44及半透明图案膜42(图4(i))。
接着，例如使用了氯系气体的干式蚀刻，对由第2形态的硬掩模图案膜25及第2形态的遮光图案膜44露出的第1形态的中间图案膜73进行蚀刻，去除第2形态的硬掩模图案膜25、并且形成第2形态的中间图案膜43，而得到相位位移掩模40(图4(j))。
[实施例]
以下使用实施例，更具体地进行说明。
(实施例1-1)
使用经光学研磨的6英寸见方、0.25英寸厚的合成石英基板作为透明基板11，使用硅化钼氧化膜(MoSiO)作为半透明层12，使用膜厚3nm的铬膜(Cr)作为中间层13，使用硅膜(Si)作为遮光层14，使用膜厚3nm的铬膜(Cr)作为硬掩模层21，准备具有硬掩模层的掩模坯料20。
在此，半透明层12的膜厚调整为相对于曝光光的透过率成为6％；遮光层14的膜厚调整为使层叠有半透明层12、中间层13、遮光层14的3种层的层叠体相对于曝光光的光学密度成为3.0。
所述光学密度通过大冢电子公司制MCPD3000所测定，光学常数可通过椭圆偏光计(J.A.Woollam公司制)的测定而获得。另外，膜厚可通过使用了AFM装置(SIINanoTechnology公司制)的段差计测而获得。
接着，在所述硬掩模层21上涂布电子束抗蚀剂，通过电子束描绘装置进行图案描绘、及显影，形成第1抗蚀剂图案膜51。
接着，将所述第1抗蚀剂图案膜51用于蚀刻掩模，首先，以氯与氧的混合气体对硬掩模层21进行干式蚀刻，形成第1形态的硬掩模图案膜22；进而通过使用了CF4气体的干式蚀刻，对由第1形态的硬掩模图案膜22露出的遮光层14进行蚀刻，形成第1形态的遮光图案膜64；其后，通过氧等离子体将第1抗蚀剂图案膜51予以灰化去除。
接着，在第1形态的硬掩模图案膜22上、及由第1形态的遮光图案膜64露出的中间层13上，涂布作为第2抗蚀剂层52的电子束抗蚀剂；接着，通过电子束描绘装置进行图案描绘、及显影，形成第2抗蚀剂图案膜53。
接着，通过使用了氯与氧的混合气体的干式蚀刻，对由第2抗蚀剂图案膜53露出的第1形态的硬掩模图案膜22、及由第2抗蚀剂图案膜53与第1形态的遮光图案膜64露出的中间层13进行蚀刻，形成第2形态的硬掩模图案膜23及第1形态的中间图案膜63；其后，通过氧等离子体将第2抗蚀剂图案膜53予以灰化去除。
接着，通过使用了SF6气体的干式蚀刻，对由第2形态的硬掩模图案膜23露出的第1形态的遮光图案膜64、与由第1形态的中间图案膜63露出的半透明层12进行蚀刻，形成第2形态的遮光图案膜34及半透明图案膜32。
接着，通过使用了氯与氧的混合气体的干式蚀刻，对第2形态的硬掩模图案膜23、及由第2形态的遮光图案膜34露出的第1形态的中间图案膜63进行蚀刻，去除第2形态的硬掩模图案膜23、并且形成第2形态的中间图案膜33，而得到实施例1-1的相位位移掩模30。
在此相位位移掩模30的制造中，由于遮光层为硅膜，因此相比于硅化钼(MoSi)系的膜，其由氟系气体所进行的蚀刻速度较快，图案加工性良好。另外，由在此相位位移掩模30的遮光层为硅膜，因此相比于硅化钼(MoSi)系的膜，其显示更高的耐药品性、耐光性。
(实施例1-2)
半透明层12的膜厚调整为相对于曝光光的透过率成为20％，遮光层14的膜厚调整为使层叠有半透明层12、中间层13、遮光层14的3种层的层叠体相对于曝光光的光学密度成为3.0，除此以外，与实施例1-1同样进行，得到实施例1-2的相位位移掩模30。
(实施例1-3)
半透明层12的膜厚调整为相对于曝光光的透过率成为30％，遮光层14的膜厚调整为使层叠有半透明层12、中间层13、遮光层14的3种层的层叠体相对于曝光光的光学密度成为3.0，除此以外，与实施例1-1同样进行，得到实施例1-3的相位位移掩模30。
(比较例1-1)
准备具有下述构成的二元型光掩模坯料：在经光学研磨的6英寸见方、0.25英寸厚的透明的合成石英基板上，形成膜厚50nm的硅化钼氮化膜(MoSiN)作为遮光层，在其上，形成膜厚3nm的铬膜(Cr)作为硬掩模层。
接着，在所述坯料的硬掩模层上涂布电子束抗蚀剂，通过电子束描绘装置进行图案描绘、及显影，形成所希望形状的抗蚀剂图案膜。
接着，将所述抗蚀剂图案膜用于蚀刻掩模，通过氯与氧的混合气体对硬掩模层的铬膜进行蚀刻，进而使用SF6气体对遮光层的硅化钼氮化膜进行干式蚀刻以形成所希望的掩模图案，其后，通过氧等离子体将抗蚀剂图案膜予以灰化去除。
接着，通过氯与氧的混合气体将硬掩模层的铬膜图案进行蚀刻去除，得到比较例1-1的二元型光掩模。
<半透明层的透过率与遮光层的膜厚的关系>
首先，说明上述实施例1-1～1-3中的半透明层12的各透过率与遮光层14的膜厚的关系。
本发明中，遮光层14的膜厚可在满足所述光学密度的范围内变化。即，在半透明层12的透过率较小时，可配合其将遮光层14的膜厚减薄。在此，中间层13的膜厚为极薄的3nm，材料也为铬系，因此可无视其遮光性。
从而，在遮光层14使用硅膜的情况下，由半透明层12与遮光层14的2层满足光学密度成为3.0的半透明层12的透过率与遮光层14的膜厚的关系为如图5所示。
例如，在半透明层12的透过率为6％时，满足所述条件的遮光层14的膜厚为25nm；同样地，在半透明层12的透过率为20％时，遮光层14的膜厚为33nm；在半透明层12的透过率为30％时，遮光层14的膜厚为35nm。
在此，本发明中，层叠有半透明层12、中间层13、遮光层14的3种层的层叠体相对于曝光光的光学密度优选为2.8以上。另一方面，为了减小EMF偏差，遮光层14的膜厚越薄越好，例如若所述光学密度为3.2左右即足够。
因此，本实施方式中，半透明层12的透过率T与遮光层的膜厚d的关系，优选为T＝6％时为23nm≤d≤27nm的范围，T＝20％时为31nm≤d≤35nm的范围，T＝30％时为33nm≤d≤37nm的范围。
<EMF偏差及曝光宽容度的评价>
接着，针对本发明的相位位移掩模与以往的二元型光掩模，说明通过仿真评价EMF偏差及曝光宽容度(EL：Exposure Latitude)的结果。
(模拟条件)
模拟按照下述条件进行。使用EM-Suite Version v6.00(商品名：PanoramicTechnology公司制)作为仿真软件；作为3维(也记载为3D)仿真条件，仿真模式中使用3维电磁场仿真的TEMPEST(EM-Suite选项)的FDTD法(也称为时域差分法、时域有限差分法)，格栅尺寸设为1nm(在4倍掩模时)。作为2维(也记载为2D)仿真条件，仿真模式使用克希荷夫(Kirchhoff)法。
(光刻条件)
作为2维及3维模拟中的光刻条件，曝光光源为ArF准分子激光且曝光波长为193nm，投影透镜的开口数(NA)设为1.35。照明系统设为由使用了瞳滤波片的斜入射光所进行的曝光，设定使用了图6所示的四极(C-quad)的瞳滤波片的四极照明。C-quad的4个光透过部91，是在XY轴上形成为自瞳中心起的开口角为20度的扇型，为了以高解析像转印纵、横的掩模图案，相对于掩模图案使光透过部91成为0度、90度的配置(XY偏极化)，在将瞳滤波片的半径设为1时，将距瞳中心的距离的外径(外σ)设为0.98、内径(内σ)设为0.8。4个光透过部91以外的地方作为遮光部92(斜线部分)。
需要说明的是，所述的投影透镜的开口数(NA)1.35用于细微半导体装置用的掩模图案转印，而用作一例，但本发明并不限定于此，也可使用其他开口数的透镜。
另外，使用四极照明作为所述照明系统的理由在于，四极照明可同时对纵、横的图案进行解析，普遍性高而可适合于一般掩模图案转印。然而，四极照明用作优选一例，本发明中，即使为四极照明以外的其他变形照明系统、例如环状照明、双极照明等，仍可同样地获得曝光宽容度的改善效果。
(EMF偏差的评价)
针对使用实施例1-1～1-3的相位位移掩模、及比较例1-1的以往的二元型光掩模，在于晶圆上的抗蚀剂形成直径40nm的独立孔图案时的EMF偏差的评价结果，利用图7进行说明。
图7中，透过率0％的点表示比较例1-1的EMF偏差值，透过率6％的点表示实施例1-1的EMF偏差值，透过率20％的点表示实施例1-2的EMF偏差值，透过率30％的点表示实施例1-3的EMF偏差值。另外，图7中的EMF偏差值表示晶圆上的尺寸。如图7所示，在于晶圆上的抗蚀剂形成直径40nm独立孔图案的情况下，在比较例1-1的以往的二元型光掩模中，晶圆上的尺寸下必须有10nm的EMF偏差，但在实施例1-1～1-3的相位位移掩模中，所有EMF偏差值均可减小，尤其是实施例1-3的相位位移掩模中，EMF偏差值可减小至-0.6nm。
在此，针对本发明所使用的EMF偏差，以图8所示的二元型光掩模的剖面示意图为例进行说明。图8表示在透明基板101上具有由遮光图案膜102而成的掩模图案的二元掩模100。在此，由于通常光掩模中使用4倍体的光罩，因此掩模图案的线部的尺寸(称为线CD(Critical Dimension))表示为对目标的晶圆上的线宽尺寸(称为目标CD)的4倍的数值x(nm)加上修正值的偏差d(nm)的值(x＝目标CD×4)。
图8中，偏差d表示为
偏差(d)＝2×a
上述之中，偏差d的值为+的情况是指线CD扩展的方向，d的值为-的情况是指线CD变窄的方向。然而，本发明中，在+的情况并未特别标示为+。
电磁场(EMF)效果的EMF偏差对于向晶圆上的抗蚀剂的转印图案线宽的重要尺寸(CD)精度造成大幅影响。因此，在制作光掩模时，进行电磁场效果的模拟，为了抑制电磁场(EMF)效果所造成的影响，必须进行光掩模图案的修正。EMF偏差越大则该掩模图案的修正计算越复杂化。另外，EMF偏差越大修正后的掩模图案也越复杂化，而对光掩模制作造成较大负担。例如，偏差值变大，也产生因与邻接图案的关系而无法修正图案的问题。EMF偏差值越接近0则修正越小，光掩模制造变得容易，提升掩模制造成品率。
(曝光宽容度的评价)
接着，针对曝光宽容度的评价结果，使用表1进行说明。
在此，曝光宽容度(EL：％)是指使晶圆上的抗蚀剂图案膜的尺寸落入所容许的界限内的曝光能量范围，表示光刻中对于曝光量(剂量)的变动的宽容度的值。即，抗蚀剂图案的线宽尺寸的变动量落入既定容许范围内的曝光能量范围。若曝光宽容度大，则提升半导体组件制造的光刻步骤中的成品率。
表1中，针对实施例1-1～1-3的相位位移掩模、及比较例1-1的以往的二元型光掩模，比较评价晶圆上的各图案间距(nm)中的目标CD落入±10％内的曝光宽容度(EL)。
所评价的掩模图案，为线与间距(line and space)图案，转印于晶圆上时的通间距(全间距)为80nm～300nm的范围，作为目标的线CD是在晶圆上设为10nm。
[表1]
如表1所示，实施例1-1～1-3的本发明的相位位移掩模即使在图案间距80nm～300nm的任一范围内，相比于比较例1-1的以往的二元型光掩模，可增大曝光宽容度；尤其是在实施例1-3的相位位移掩模中，在图案间距80nm时可得到曝光宽容度1.8％，在图案间距160nm时可得到曝光宽容度1.2％，在图案间距300nm时可得到曝光宽容度0.8％等较大值。
(实施例2-1)
使用经光学研磨的6英寸见方、0.25英寸厚的合成石英基板作为透明基板11，使用硅化钼氧化膜(MoSiO)作为半透明层12，使用膜厚2nm的CrN膜作为中间层13，使用硅膜(Si)作为遮光层14，制作掩模坯料20。
在此，半透明层12的膜厚调整为相对于曝光光的透过率成为6％；遮光层14的膜厚调整为使层叠有半透明层12、中间层13、遮光层14的3种层的层叠体相对于曝光光的光学密度成为3.0。
所述光学密度通过大冢电子公司制MCPD3000所测定，光学常数可通过椭圆偏光计(J.A.Woollam公司制)的测定而获得。另外，膜厚可通过使用了AFM装置(SIINanoTechnology公司制)的段差计测而获得。
(实施例2-2)
除了使用膜厚4nm的CrN膜作为中间层13以外，与实施例2-1同样进行，制作掩模坯料20，调整半透明层12的膜厚及遮光层14的膜厚。
(比较例2-1)
除了使用膜厚6nm的CrN膜作为中间层13以外，与实施例2-1同样进行，制作掩模坯料20，调整半透明层12的膜厚及遮光层14的膜厚。
(比较例2-2)
除了使用膜厚8nm的CrN膜作为中间层13以外，与实施例2-1同样进行，制作掩模坯料20，调整半透明层12的膜厚及遮光层14的膜厚。
(比较例2-3)
除了使用膜厚10nm的CrN膜作为中间层13以外，与实施例2-1同样进行，制作掩模坯料20，调整半透明层12的膜厚及遮光层14的膜厚。
<中间层的膜厚与中间层及遮光层的全体膜厚的关系>
说明上述实施例2-1～2-2及上述比较例2-1～2-3中的中间层13的膜厚与中间层13及遮光层14的全体膜厚的关系。表2表示上述实施例2-1～2-2及上述比较例2-1～2-3中的中间层13(CrN膜)的膜厚、遮光层14(硅膜(Si))的膜厚、中间层13及遮光层14的全体膜厚、以及上述层叠体相对曝光光的光学密度(OD值)。需要说明的是，用于中间层13的CrN膜的折射率n及消光系数k分别为1.5及1.8；遮光层14所使用的硅膜(Si)的折射率n及消光系数k分别为0.9及2.7。
[表2]
实施例2-1 实施例2-2 比较例2-1 比较例2-2 比较例2-3
CrN膜的膜厚 2 4 6 8 10
硅膜的膜厚 25 23 22 21 19
全体膜厚 27 27 28 29 29
光学密度(OD值) 3.03 2.99 3.02 3.05 3.01
如表2所示，可知若中间层13的膜厚成为5nm以上，则相比于中间层的膜厚为5nm以下的情况，中间层13及遮光层14的全体膜厚变厚。因此，其提示了若中间层13的膜厚成为5nm以下，则可回避相位位移掩模的EMF偏差值变大。
(实施例3-1)
除了使用膜厚2nm的CrON膜作为中间层13以外，与实施例2-1同样进行，制作掩模坯料20，调整半透明层12的膜厚及遮光层14的膜厚。
(实施例3-2)
除了使用膜厚4nm的CrON膜作为中间层13以外，与实施例2-1同样进行，制作掩模坯料20，调整半透明层12的膜厚及遮光层14的膜厚。
(比较例3-1)
除了使用膜厚6nm的CrON膜作为中间层13以外，与实施例2-1同样进行，制作掩模坯料20，调整半透明层12的膜厚及遮光层14的膜厚。
(比较例3-2)
除了使用膜厚8nm的CrON膜作为中间层13以外，与实施例2-1同样进行，制作掩模坯料20，调整半透明层12的膜厚及遮光层14的膜厚。
(比较例3-3)
除了使用膜厚10nm的CrON膜作为中间层13以外，与实施例2-1同样进行，制作掩模坯料20，调整半透明层12的膜厚及遮光层14的膜厚。
<中间层的膜厚与中间层及遮光层的全体膜厚的关系>
说明上述实施例3-1～3-2及上述比较例3-1～3-3中的中间层13的膜厚与中间层13及遮光层14的全体膜厚的关系。表3表示上述实施例3-1～3-2及上述比较例3-1～3-3中的中间层13(CrON膜)的膜厚、遮光层14(硅膜(Si))的膜厚、中间层13及遮光层14的全体膜厚、以及上述层叠体相对曝光光的光学密度(OD值)。需要说明的是，用于中间层13的CrON膜的折射率n及消光系数k分别为2.4及1.4；遮光层14所使用的硅膜(Si)的折射率n及消光系数k分别为0.9及2.7。
[表3]
实施例3-1 实施例3-2 比较例3-1 比较例3-2 比较例3-3
CrON膜的膜厚 2 4 6 8 10
硅膜的膜厚 25 24 23 22 21
全体膜厚 27 28 29 30 31
光学密度(OD值) 3 3.01 3.02 3.03 3.04
如表3所示，可知若中间层13的膜厚成为5nm以上，则相比于中间层的膜厚为5nm以下的情况，中间层13及遮光层14的全体膜厚变厚。因此，其提示了若中间层13的膜厚成为5nm以下，则可回避相位位移掩模的EMF偏差值变大。
另外，比较表2及表3，若中间层13的膜厚成为4nm以上，相比于使用CrON膜作为中间层13的情况，使用CrN膜作为中间层13的情况的遮光层14的膜厚、及中间层13与遮光层14的全体膜厚变薄。其理由可认为，相比于CrON膜，CrN膜的消光系数k较高、透过率较低所致。另外，可认为这是由于CrON膜含有氧(O)，而CrN膜不含有氧(O)所致。
以上分别说明了本发明的掩模坯料、相位位移掩模及其制造方法，但本发明并不限定于所述实施方式。所述实施方式为例示，具有与本发明技术方案记载的技术思想实质上相同的构成、发挥相同作用效果的方案，任何情况均包含于本发明的技术范围内。
符号说明
10、20 掩模坯料
11 透明基板
12 半透明层
13 中间层
14 遮光层
21 硬掩模层
22、23、24、25 硬掩模图案膜
30、40 相位位移掩模
32、32a、32b、32c、32d 半透明图案膜
33、33a、33b、33c 中间图案膜
34、34a、34b、34c 遮光图案膜
42、42a、42b、42c、42d 半透明图案膜
43、43a、43b、43c 中间图案膜
44、44a、44b、44c 遮光图案膜
51、53、54、56 抗蚀剂图案膜
52、55 抗蚀剂层
63、73 中间图案膜
64、74 遮光图案膜
91 光透过部
92 遮光部
100 二元掩模
101 透明基板
102 遮光图案膜

Claims (19)

1.一种掩模坯料，是用于制造应用ArF准分子激光曝光光的半色调型相位位移掩模，其特征在于，包含有
透明基板、
形成于所述透明基板上且控制所述曝光光的相位及透过率的半透明层、
形成于所述半透明层上的中间层、与
形成于所述中间层上的遮光层；
所述遮光层由不含过渡金属的单一金属材料构成，
所述遮光层的膜厚为40nm以下；
层叠有所述半透明层、所述中间层、所述遮光层的3种层的层叠体相对于所述曝光光的光学密度，为作为遮光区域发挥功能的值以上。
2.如权利要求1所述的掩模坯料，其中，层叠有所述半透明层、所述中间层、所述遮光层的3种层的层叠体以相对于所述曝光光的光学密度为2.8以上的方式调整。
3.如权利要求1或2所述的掩模坯料，其中，所述半透明层相对于所述曝光光的透过率T与所述遮光层的膜厚d的关系为
T＝6％时为23nm≤d≤27nm的范围，
T＝20％时为31nm≤d≤35nm的范围，
T＝30％时为33nm≤d≤37nm的范围。
4.如权利要求1～3中任一项所述的掩模坯料，其中，所述遮光层由折射率n为1.0以下、且消光系数k为2.0以上的单一金属材料构成。
5.如权利要求1～4中任一项所述的掩模坯料，其中，所述单一金属材料为硅。
6.如权利要求1～5中任一项所述的掩模坯料，其中，所述半透明层包含SixO1-x-yNy，x及y满足0＜x＜1、0＜y＜1及0＜x+y≤1。
7.如权利要求1～6中任一项所述的掩模坯料，其中，所述中间层由对于使用了氟系气体的干式蚀刻具有耐性的材料构成。
8.如权利要求1～7中任一项所述的掩模坯料，其中，所述中间层由含有铬Cr的铬系材料构成，且所述中间层的膜厚为2nm～5nm的范围内。
9.如权利要求1～8中任一项所述的掩模坯料，其中，在所述遮光层上，具备由对于使用了氟系气体的干式蚀刻具有耐性的材料构成的硬掩模层。
10.一种相位位移掩模，是应用ArF准分子激光曝光光的半色调型相位位移掩模，其特征在于，包含有
透明基板、
形成于所述透明基板上且控制所述曝光光的相位及透过率的半透明图案膜、
形成于所述半透明图案膜上的中间图案膜、与
形成于所述中间图案膜上的遮光图案膜；
所述遮光图案膜由不含过渡金属的单一金属材料构成，
所述遮光图案膜的膜厚为40nm以下；
层叠有所述半透明图案膜、所述中间图案膜、所述遮光图案膜的3种膜的层叠体相对于所述曝光光的光学密度，为作为遮光区域发挥功能的值以上。
11.如权利要求10所述的相位位移掩模，其中，层叠有所述半透明图案膜、所述中间图案膜、所述遮光图案膜的3种膜的层叠体以相对于所述曝光光的光学密度为2.8以上的方式调整。
12.如权利要求10或11所述的相位位移掩模，其中，所述半透明图案膜相对于所述曝光光的透过率T与所述遮光图案膜的膜厚d的关系为
T＝6％时为23nm≤d≤27nm的范围，
T＝20％时为31nm≤d≤35nm的范围，
T＝30％时为33nm≤d≤37nm的范围。
13.如权利要求10～12中任一项所述的相位位移掩模，其中，所述遮光图案膜由折射率n为1.0以下、且消光系数k为2.0以上的单一金属材料构成。
14.如权利要求10～13中任一项所述的相位位移掩模，其中，所述单一金属材料为硅。
15.如权利要求10～14中任一项所述的相位位移掩模，其中，所述半透明图案膜包含SixO1-x-yNy，x及y满足0＜x＜1、0＜y＜1及0＜x+y≤1。
16.如权利要求10～15中任一项所述的相位位移掩模，其中，所述中间图案膜由对于使用了氟系气体的干式蚀刻具有耐性的材料构成。
17.如权利要求10～16中任一项所述的相位位移掩模，其中，所述中间图案膜由含有铬Cr的铬系材料构成，且所述中间图案膜的膜厚为2nm～5nm的范围内。
18.一种相位位移掩模的制造方法，其特征在于，依次具有下述步骤：
准备具有硬掩模层的掩模坯料的步骤，该具有硬掩模层的掩模坯料具有透明基板、形成于所述透明基板上且控制所述曝光光的相位及透过率的半透明层、形成于所述半透明层上的中间层、和形成于所述中间层上的遮光层，在所述遮光层由不含过渡金属的单一金属材料构成的掩模坯料的所述遮光层上形成有硬掩模层；
在所述硬掩模层上，形成第1抗蚀剂图案膜的步骤；
对由所述第1抗蚀剂图案膜露出的所述硬掩模层进行蚀刻，形成第1形态的硬掩模图案膜的步骤；
对由所述第1形态的硬掩模图案膜露出的所述遮光层，将所述中间层用于蚀刻停止层而进行蚀刻，形成第1形态的遮光图案膜的步骤；
将所述第1抗蚀剂图案膜去除的步骤；
形成第2抗蚀剂图案膜的步骤，该第2抗蚀剂图案膜被覆所述第1形态的硬掩模图案膜的期望区域、及由所述第1形态的遮光图案膜露出的所述中间层的期望区域；
对由所述第2抗蚀剂图案膜露出的所述第1形态的硬掩模图案膜、及由所述第2抗蚀剂图案膜与所述第1形态的遮光图案膜露出的所述中间层进行蚀刻，形成第2形态的硬掩模图案膜及第1形态的中间图案膜的步骤；
去除所述第2抗蚀剂图案膜的步骤；
对由所述第2形态的硬掩模图案膜露出的所述第1形态的遮光图案膜、和由所述第1形态的中间图案膜露出的所述半透明层进行蚀刻，形成第2形态的遮光图案膜及半透明图案膜的步骤；以及
对由所述第2形态的硬掩模图案膜及所述第2形态的遮光图案膜露出的所述第1形态的中间图案膜进行蚀刻，去除所述第2形态的硬掩模图案膜、并且形成第2形态的中间图案膜的步骤。
19.一种相位位移掩模的制造方法，其特征在于，依次具有下述步骤：
准备具有硬掩模层的掩模坯料的步骤，该具有硬掩模层的掩模坯料具有透明基板、形成于所述透明基板上且控制所述曝光光的相位及透过率的半透明层、形成于所述半透明层上的中间层、和形成于所述中间层上的遮光层，在所述遮光层由不含过渡金属的单一金属材料构成的掩模坯料的所述遮光层上形成有硬掩模层；
在所述硬掩模层上，形成第1抗蚀剂图案膜的步骤；
对由所述第1抗蚀剂图案膜露出的所述硬掩模层进行蚀刻，形成第1形态的硬掩模图案膜的步骤；
对由所述第1形态的硬掩模图案膜露出的所述遮光层，将所述中间层用于蚀刻停止层而进行蚀刻，形成第1形态的遮光图案膜的步骤；
对由所述第1形态的遮光图案膜露出的所述中间层进行蚀刻，形成第1形态的中间图案膜的步骤；
将所述第1抗蚀剂图案膜去除的步骤；
形成第2抗蚀剂图案膜的步骤，该第2抗蚀剂图案膜被覆所述第1形态的硬掩模图案膜的期望区域；
对由所述第2抗蚀剂图案膜露出的所述第1形态的硬掩模图案膜进行蚀刻，形成第2形态的硬掩模图案膜的步骤；
去除所述第2抗蚀剂图案膜的步骤；
对由所述第2形态的硬掩模图案膜露出的所述第1形态的遮光图案膜、及由所述第1形态的中间图案膜露出的所述半透明层进行蚀刻，形成第2形态的遮光图案膜及半透明图案膜的步骤；
对由所述第2形态的硬掩模图案膜及所述第2形态的遮光图案膜露出的所述第1形态的中间图案膜进行蚀刻，去除所述第2形态的硬掩模图案膜、并且形成第2形态的中间图案膜的步骤。
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