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TWI553400B - 光罩基板及光罩之製造方法 - Google Patents

光罩基板及光罩之製造方法 Download PDF

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TWI553400B
TWI553400B TW102117208A TW102117208A TWI553400B TW I553400 B TWI553400 B TW I553400B TW 102117208 A TW102117208 A TW 102117208A TW 102117208 A TW102117208 A TW 102117208A TW I553400 B TWI553400 B TW I553400B
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tin
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中川秀夫
笹本紘平
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信越化學工業股份有限公司
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Description

光罩基板及光罩之製造方法
本發明係關於製造半導體積體電路等時所使用之光罩用的光罩基板，尤其關於具備有作為光罩圖型加工輔助膜的硬光罩膜之光罩基板，及使用其之光罩之製造方法。
半導體技術的領域中，係持續進行用以達成圖型進一步的細微化之研究開發。尤其是近年來伴隨著大型積體電路的高積體化，電路圖型的細微化或配線圖型的細線化，或者是用在構成單元之層間配線之接觸孔圖型的細微化等乃持續進行，使得對細微加工技術之要求逐漸提高。
伴隨於此，在細微加工時的微影技術中所使用之光罩之製造技術的領域中，係逐漸要求開發出可形成更細微且正確的電路圖型(光罩圖型)之技術。
一般而言，在藉由微影技術將圖型形成於半導體基板上時，係進行縮小投影。因此，光罩上所形成之圖型的大小，成為半導體基板上所形成之圖型的大小之大約4倍。然而，此並非意味著對光罩上所形成之圖型所要求之精度 ，與半導體基板上所形成之圖型相比較為寬鬆。反而，對於作為母版之光罩上所形成之圖型，係要求較曝光後所得之實際的圖型更高之精度。
在現今的微影技術領域中，所描繪之電路圖型的大小，遠低於曝光時所使用之光的波長。因此，在將電路圖型的大小單純地增為4倍來形成光罩的圖型時，由於曝光時所產生之光的干涉等影響，會導致無法將原先的形狀轉印於半導體基板上的光阻膜之結果。
因此，有時亦可藉由將光罩上所形成之圖型構成為較實際的電路圖型更複雜之形狀，來減緩上述光的干涉等影響。如此的圖型形狀，例如有對實際的電路圖型施以光學近接效應修正(OPC：Optical Proximity Correction)後之形狀。
如此，伴隨著電路圖型大小的細微化，在用於光罩圖型的形成之微影技術中，係要求更進一步的高精度加工手法。微影技術的性能，雖可藉由臨限解析度來表現，但如上所述，對於作為母版之光罩上所形成之圖型，係要求較曝光後所得之實際的圖型更高之精度。因此，對於形成光罩圖型之解析臨限，亦要求與將圖型形成於半導體基板上時之微影技術所需的解析臨限為同等程度或是更高的解析臨限。
形成光罩圖型時，通常是在將遮光膜設置在透明基板上之光罩基板的表面上，形成光阻膜，並藉由電子束來進行圖型的描繪(曝光)。然後使曝光後的光阻膜顯影而得到 光阻圖型後，以該光阻圖型為光罩對遮光膜進行蝕刻而得到遮光(膜)圖型。如此得到之遮光(膜)圖型係成為光罩圖型。
此時，上述光阻膜的厚度，必須因應遮光圖型的細微化程度而薄化。此係由於在欲維持光阻膜的厚度下形成細微的遮光圖型時，光阻膜厚與遮光圖型大小之比(寬高比)增大，由於光阻圖型之形狀的劣化，而無法順利地進行圖型轉印，或是光阻圖型倒塌而引起剝離之故。
另一方面，在先前的光罩基板中，在僅薄化光阻的膜厚來形成圖型時，由於在蝕刻步驟中光阻膜所受到的破壞，有時可能引起該圖型形狀劣化而退縮。此時無法將光阻圖型正確地轉印於遮光膜，而無法製作圖型精度高之光罩。因此，係已探討各種即使使光阻達到薄膜化，亦能夠高精度地來形成圖型之構造的光罩基板。
例如在專利文獻1(日本特開2006-78807號公報)中，係揭示一種遮光膜，其係至少具備1層由含有矽與過渡金屬作為主成分，且矽與過渡金屬之原子比為矽：金屬=4~15：1之材料所構成之層。上述由含有矽與過渡金屬之材料所構成之層，可藉由氟系乾式蝕刻進行加工，氟系乾式蝕刻對光阻圖型所造成之破壞程度較低。因此，藉由採用上述構成，可得到遮光性能及加工性佳之ArF曝光用遮光膜。
此外，專利文獻2(日本特開2007-241060號公報)中，係揭示一種方法，其係藉由將由鉻系材料所構成之薄膜 使用作為硬光罩膜，來進一步提高含有矽與過渡金屬之遮光膜的加工性之方法。
以往，遮光膜或半色調相位移膜等之光學膜，係採用含有過渡金屬及因應必要所選擇之氧或氮或是碳等的輕元素之過渡金屬化合物膜，或是含有矽及因應必要所選擇之過渡金屬或氧、氮、碳等的輕元素之矽化合物膜。尤其是鉻系材料膜和鉬/矽系材料膜，係廣泛地使用作為光學膜。
在將遮光膜構成為由鉻系材料所構成之膜時，當薄化用以對該遮光膜形成圖型之光阻膜時，係難以充分地確保遮光膜在圖型形成步驟中之耐蝕刻性。因此，於專利文獻2中，係提出一種即使薄化光阻膜，亦可進行細微圖型的加工，且將遮光膜構成為由可藉由氟系乾式蝕刻進行加工之材料所構成之膜之光罩基板。
此外，於專利文獻2中，亦揭示一種對由過渡金屬化合物所構成之遮光膜進行精密的圖型形成，並將較薄的鉻化合物膜利用作為硬光罩膜之內容。由該鉻化合物膜所構成之硬光罩膜，雖藉由轉印光阻圖型來形成圖型，但該精度可藉由充分地薄化硬光罩膜的厚度來確保。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2006-78807號公報
[專利文獻2]日本特開2007-241060號公報
[專利文獻3]日本特開2007-33470號公報
[專利文獻4]日本特開昭61-138257號公報
[專利文獻5]日本特開2012-53458號公報
然而，若僅是為了確保高圖型形成精度而充分地薄化硬光罩膜的厚度，則在對設置在該硬光罩膜的下方之膜進行蝕刻時，硬光罩膜的耐蝕刻性可能不足。除此之外，亦非常難以一邊維持高解析度一邊從光阻材料側提高耐蝕刻性。
因此，在將硬光罩膜構成為由鉻系材料所構成之膜時，乃需藉由與以往不同之手法，來提高該膜的蝕刻加工性，亦即提升對由鉻系材料所構成之硬光罩膜進行乾式蝕刻時之蝕刻速度。
鉻系材料膜，以往既已廣泛使用作為光罩基板的遮光膜，關於提升加工性之方法已有一些報告例。例如在專利文獻3(日本特開2007-33470號公報)中，係揭示一種發明，其係藉由將鉻系材料之遮光性膜的組成構成為較以往的膜更富含輕元素且為低鉻組成，以達到乾式蝕刻的高速化，而適當地設計出用以得到期望的穿透率T與反射率R之組成、膜厚、層合構造之光罩基板。
然而，如此富含輕元素且為低鉻組成之鉻系材料中，係存在有相對於氟系乾式蝕刻之耐蝕刻性低，以及為了確 保作為硬光罩膜的充分功能而需增厚該膜厚之問題。
亦即，為了提供可因應對近年來用以形成光罩圖型之微影技術之進一步的細微化以及高精度化之要求之光罩基板，係要求一種與以往不同之手法，其不僅可充分地確保由鉻系材料所構成之硬光罩膜之相對於氟系乾式蝕刻之耐蝕刻性，並且可提升氯系乾式蝕刻時之蝕刻速度。
本發明係鑒於上述問題而創作出，該目的在於可確保對由鉻系材料所構成之硬光罩膜所要求之化學特性等諸項特性，並且在對該鉻系材料膜進行蝕刻時，可降低相對於光阻圖型之負荷，藉此，即使薄化光阻膜，亦可進行高精度的圖型轉印。
為了解決上述課題，本發明之光罩基板，其特徵為：含有選自鉬、鉭、鉿、鈮、鎢、矽的群組之1種以上的元素，並且在可藉由氟系乾式蝕刻進行蝕刻之無機材料膜上，具備有由含有錫之鉻系材料所構成之硬光罩膜。
較佳者，前述含有錫之鉻系材料，其錫含量相對於鉻含量而言，以原子比計為0.01倍以上2倍以下。
此外，較佳者，前述含有錫之鉻系材料為錫-鉻金屬、錫-鉻氧化物、錫-鉻氮化物、錫-鉻碳化物、錫-鉻氧氮化物、錫-鉻氧碳化物、錫-鉻氮碳化物、錫-鉻氧氮碳化物中任一種。
前述可藉由氟系乾式蝕刻進行蝕刻加工之無機材料膜 ，較佳為含有鉬與矽之膜。
此外，前述含有鉬與矽之膜，較佳為遮光膜。
本發明之光罩之製造方法，其係使用上述光罩基板，其係具備有：藉由氯系乾式蝕刻對前述硬光罩膜進行蝕刻而形成硬光罩膜圖型之步驟，以及將前述硬光罩膜圖型用作為蝕刻光罩，並藉由氟系乾式蝕刻將圖型轉印於前述無機材料膜之步驟。
本發明中，係採用：含有選自鉬、鉭、鉿、鈮、鎢、矽的群組之1種以上的元素，並且在可藉由氟系乾式蝕刻進行蝕刻之無機材料膜上，具備有由含有錫之鉻系材料所構成之硬光罩膜之構造。
由含有錫之鉻系材料所構成之膜，可顯著地提升在氯系乾式蝕刻時的蝕刻速度。除此之外，相對於氟系乾式蝕刻而言具有同等以上的耐蝕刻性。
因此，在加工本發明之光罩基板時，可降低相對於用以加工硬光罩膜之光阻之蝕刻負荷，即使薄化光阻膜，亦可進行高精度的圖型轉印。
1‧‧‧透明基板
2‧‧‧遮光膜
3‧‧‧硬光罩膜
4‧‧‧半色調相位移膜
5‧‧‧蝕刻停止膜
6‧‧‧光阻膜
7‧‧‧光阻圖型
11‧‧‧反應室
12‧‧‧對向電極
13‧‧‧ICP產生用高頻發送器
14‧‧‧天線線圈
15‧‧‧試樣
16‧‧‧平面電極
17‧‧‧RIE用高頻發送器
18‧‧‧排氣口
19‧‧‧氣體導入口
第1圖係顯示本發明之光罩基板之構成的一型態之剖面圖。
第2圖係顯示二元式光罩之製造程序的一型態之圖。
第3圖係顯示本發明之光罩基板之構成的其他型態之剖面圖。
第4圖係顯示半色調相位移光罩之製造程序的一型態(前半)之圖。
第5圖係顯示半色調相位移光罩之製造程序的一型態(後半)之圖。
第6圖係顯示用以說明乾式蝕刻所使用之裝置之構成的概略之圖。
以下係參考圖面來說明用以實施本發明之形態。
由含有錫之鉻系材料所構成之硬光罩膜，可適用在穿透型的光罩以及反射型的光罩，在以下的說明中，係以穿透型的光罩基板為例來說明。
如上述般，當光罩基板的構成要素之遮光膜或相位移膜等之光學膜，是由可藉由氟系乾式蝕刻進行蝕刻加工之材料所構成之膜時，用以高精度地圖型形成該光學膜之加工輔助膜，係採用由鉻系材料所構成之硬光罩膜(例如參考專利文獻2)。
該硬光罩膜，在無法充分地確保光阻圖型的耐蝕刻性而使加工精度降低時，係替代用作為光阻圖型。因此，硬光罩膜用的材料，係選擇在對蝕刻對象的膜(被加工膜)形成圖型時之蝕刻條件下具有高耐蝕刻性，並且在剝離該硬光罩膜時幾乎不會對蝕刻完成的被加工膜造成破壞之物性 者。
例如，當可藉由氟系乾式蝕刻進行加工之膜，例如含有選自鉬、鉭、鉿、鈮、鎢、矽的群組之1種以上的元素之膜為被加工膜時，設置在該被加工膜上之硬光罩膜，以往既已採用鉻系材料。鉻系材料，相對於氟系乾式蝕刻顯示出高耐蝕刻性，並且藉由調節氯系乾式蝕刻時所添加之氧的量，可在幾乎不對上述被加工膜造成破壞下進行剝離。
然而，以往的鉻系材料中，隨著光罩圖型的細微化而使光阻膜的薄膜化進行，伴隨於此，硬光罩膜亦不得不隨之薄膜化，結果難以充分地確保作為硬光罩膜之功能。
因此，為了提供可因應對近年來用以形成光罩圖型之微影技術之進一步的細微化以及高精度化的要求之光罩基板，乃需藉由與以往不同之手法，一邊確保由鉻系材料所構成之光學膜的諸項特性，一邊提升在對該膜進行乾式蝕刻時之蝕刻速度。
本發明者們係對由鉻系材料所構成之膜的乾式蝕刻速度提升進行探討，結果發現到藉由使鉻系材料含有錫，可顯著地提升相對於氯系乾式蝕刻之乾式蝕刻速度，因而完成本發明。
本發明之光罩基板，其特徵為：含有選自鉬、鉭、鉿、鈮、鎢、矽的群組之1種以上的元素，並且在可藉由氟系乾式蝕刻進行蝕刻之無機材料膜上，具備有由含有錫之鉻系材料所構成之硬光罩膜。
當藉由濺鍍使鉻系材料膜成膜時，一般是採用不含金屬雜質之高純度的鉻靶材。此係由於從經驗來看，當金屬雜質混入於經濺鍍成膜後之鉻系材料膜中時，鉻系材料膜的蝕刻速度會降低之故。
本發明者們係針對可確保由鉻系材料所構成之膜的設計自由度，並可提高該膜的乾式蝕刻速度之嶄新手法進行各種探討，結果發現到當鉻系材料膜中含有錫時，可提升在進行含有氧之氯系乾式蝕刻時之蝕刻速度，因而完成本發明。
亦即，以往為了不使鉻系材料膜的蝕刻速度降低，係使用高純度的鉻靶材，並以不混入金屬雜質之方式成膜，相對於此，本發明者們係根據上述發現，於鉻系材料膜中有意地添加錫來成膜。
根據本發明者們的探討，鉻系材料膜中的錫含量(濃度)，相對於鉻含量而言，以原子比計較佳為0.01倍以上，尤佳為0.1倍以上，更佳為0.3倍以上。
相對於鉻而言，錫含量以原子比計為0.01倍以上之鉻系材料膜，在一般的氯系乾式蝕刻條件下，可顯著地提升蝕刻速度。該效果可藉由提高錫含量而增大。錫含量的上限並無特別限制，但當錫含量過剩時，可能難以得到顯示出與不含錫之鉻系材料大致同等的諸項特性之膜。因此，錫含量相對於鉻含量而言，以原子比計較佳為2倍以下，尤佳為1.5倍以下。
由含有錫之鉻系材料所構成之硬光罩膜中，錫相對於 鉻之含有比在深度方向上可為一定，或是為含有比在深度方向上具有變化之分布。
例如，若將硬光罩膜形成為多層構造，上層構成為不含錫或錫含有比較低之層，下層構成為錫含有比較高之層，則相對於上層(表面側)的蝕刻速度，可僅提升下層(基板側)的蝕刻速度，而將過度蝕刻時間設定較短。另一方面，當將基板側的錫含有比設計較低時，可更容易地藉由監控對乾式蝕刻時的鉻進行終端偵測。
上述含有錫之鉻系材料，除了錫-鉻金屬之外，可例示出錫-鉻氧化物、錫-鉻氮化物、錫-鉻碳化物、錫-鉻氧氮化物、錫-鉻氧碳化物、錫-鉻氮碳化物、錫-鉻氧氮碳化物等之鉻化物。此等當中，特佳為錫-鉻氮化物、錫-鉻氧氮化物、錫-鉻氧氮碳化物。
可將硬光罩膜的膜厚中之例如50%以下，較佳為25%以下之區域，形成為由不含錫之鉻系材料所構成之構成。
此時，不含錫之鉻系材料，除了鉻金屬之外，可例示出鉻氧化物、鉻氮化物、鉻碳化物、鉻氧氮化物、鉻氧碳化物、鉻氮碳化物、鉻氧氮碳化物等之鉻化物。此等當中，特佳為鉻氮化物、鉻氧氮化物、鉻氧氮碳化物。
本發明所採用之由含有錫之鉻系材料所構成之硬光罩膜，可依據用以使一般的鉻系材料層成膜之一般所知的方法(例如參考專利文獻1、2、3等)來進行，但依據DC(直流)濺鍍或RF(射頻)濺鍍等之濺鍍法，可容易得到均質性佳之膜。
使由含有錫之鉻系材料所構成之硬光罩膜濺鍍成膜時 ，可使用添加有錫之鉻靶材(添加錫之鉻靶材)，或是個別設置鉻靶材與錫靶材並進行共濺鍍(同步濺鍍)來進行。此外，亦可使用於單一靶材中具有鉻區域與錫區域之複合靶材。再者，亦可使用複合靶材與鉻靶材來進行共濺鍍。
在將錫添加於鉻靶材時，除了添加金屬錫之外，亦可添加錫氧化物、錫氮化物、ITO等之錫化物。
再者，當使用含有錫之靶材與不含錫之靶材來進行共濺鍍時，不僅是各個靶材的面積比，亦可藉由控制施加於各靶材之電力，來調整無機材料膜中的錫濃度。
尤其在由含有錫之鉻系材料所構成之層間欲改變鉻與錫之比，或是在1層中欲逐漸改變鉻與錫之比時，藉由組合使用含有錫之靶材與不含錫之靶材，或是組合使用錫含量不同之靶材來進行共濺鍍，並改變靶材間的施加電力比，可容易地形成期望之錫含有比不同的層。
使本發明之硬光罩膜成膜時之濺鍍氣體，可因應膜組成來適當地選擇。為了膜的緊密性和防止氟系乾式蝕刻步驟中的側蝕，膜較佳係含有輕元素，特佳含有氮，關於該輕元素的導入，使用由濺鍍氣體所進行之反應性濺鍍並添加選自氧、氮、碳之1種以上的元素來調整膜的組成之作法，係與一般所知之使鉻系材料膜成膜之情形相同。
例如，在使不含輕元素之含錫無機材料膜成膜時，可僅使用氬氣。在使含有輕元素之硬光罩膜成膜時，可在氮氣、氧化氮氣、氧氣、氧化碳氣、烴氣等之反應性氣體的1種以上，或是此等反應性氣體與氬氣等之惰性氣體之混 合氣體中進行反應性濺鍍。為了防止氟系乾式蝕刻條件下的側蝕，較佳係構成為含有約5%以上的氮之膜。
濺鍍氣體的流量可適當地調整。氣體流量於成膜中可設為一定，當在膜厚的方向上欲改變氧量或氮量時，可因應目的的組成來改變。
本發明之光罩基板中所設置之硬光罩膜，藉由將膜厚形成為1~30nm，可得到充分的蝕刻光罩功能，為了將加工硬光罩膜時之疏密相依性形成更低，較佳係設為1~20nm，特佳設為1~10nm。
該硬光罩膜，係設置在藉由氟系乾式蝕刻進行加工之膜上，並藉由硬光罩圖型對下方的膜形成圖型。
藉由氟系乾式蝕刻進行加工之膜，為人所知者有許多種，如金屬成分可例示出含有1種以上之選自鉬、鉭、鉿、鈮、鎢、矽之元素之膜。該膜可含有氧、氮、碳等之輕元素成分。
當藉由氟系乾式蝕刻進行加工之膜為遮光膜時，較多是採用含有鉬與矽之材料等的過渡金屬與含有矽之材料(專利文獻2等)、鉭(專利文獻4：日本特開昭61-138257號公報)等。此等遮光膜材料，通常進一步添加輕元素，以調整作為光學膜之物性或緊密性等諸項物性。當中，含有鉬與矽之材料，其光學特性與加工性能佳，故可較佳地作為遮光膜材料。
本發明所採用之由含有錫之鉻系材料所構成之硬光罩膜，亦可使用在藉由氟系乾式蝕刻進行加工之膜的任一種 圖型形成。該膜的典型例子為遮光膜之情形。
因此，以下係以採用由含有錫之鉻系材料所構成之硬光罩膜的圖型，來加工由含有鉬之矽系材料所構成之遮光膜者為例，來簡單地說明。
設置在透明基板上之遮光膜，在使用作為光罩時，係具有在圖型形成部位上可將曝光光實質地遮光以防止光阻膜的感光之功能。
因此，當遮光膜材料為含有鉬之矽系材料，於二元式光罩用途中，在使用作為光罩時，以使相對於曝光光之遮光膜的光學濃度，通常成為2.3以上，較佳為2.5以上，更佳為3.0以上之方式來設計。此外，在將遮光膜設置在半色調相位移膜上時，合計半色調相位移膜與遮光膜時之光學濃度，通常成為2.3以上，較佳為2.5以上，更佳為3.0以上之方式來設計。再者，為了讓遮光膜具有抗反射功能，一般係在遮光膜的表面側，亦即與基板為相反側上，設置光學濃度較小之層。
由含有鉬之矽系材料所構成之遮光膜，可因應必要將氮或氧添加於鉬及矽中。此外，因情況的不同，亦可形成為由含有碳等的其他輕元素之材料所構成之膜。
該遮光膜材料，可列舉出鉬-矽、鉬-矽氧化物、鉬-矽氮化物、鉬-矽氧氮化物、鉬-矽氧碳化物、鉬-矽氮碳化物、鉬-矽氧氮碳化物等。
含有鉬之矽系材料，可藉由調整氮與氧的添加量，將抗反射功能等的光學物性形成為期望物性，並可形成為具 有較佳加工物性者。
使用作為遮光膜材料時之含有鉬之矽系材料的一般組成範圍，在著重於遮光功能時，矽為10原子%以上95原子%以下，尤佳為30原子%以上95原子%以下。此外，氧為0原子%以上50原子%以下，尤佳為0原子%以上30原子%以下。氮為0原子%以上40原子%以下，尤佳為0原子%以上20原子%以下，碳為0原子%以上20原子%以下，尤佳為0原子%以上5原子%以下。此外，過渡金屬為0原子%以上35原子%以下，尤佳為1原子%以上20原子%以下。
此外，在構成為具備抗反射功能之遮光膜時，矽為10原子%以上80原子%以下，尤佳為30原子%以上50原子%以下。此外，氧為0原子%以上60原子%以下，尤佳為0原子%以上40原子%以下。氮為0原子%以上57原子%以下，尤佳為20原子%以上50原子%以下，碳為0原子%以上20原子%以下，尤佳為0原子%以上5原子%以下。此外，過渡金屬為0原子%以上35原子%以下，尤佳為1原子%以上20原子%以下。
為了製作出用以高精度地加工細微圖型之二元式光罩，遮光膜較佳係盡可能地薄膜化。關於由含有鉬之矽系材料所構成之遮光膜的薄膜化，專利文獻5(日本特開2012-53458號公報)中有相關揭示內容，本發明之光罩基板中，亦可適用該遮光膜薄膜化技術。
具體而言，並非將遮光膜區分為著重於遮光功能之情 形與著重於抗反射功能之情形，而是以使光學濃度在遮光膜的表面側與基板側較低之方式，使膜中的輕元素含量改變。在構成如此的膜設計時，即使使遮光膜薄膜化，亦不會損及遮光功能，可將曝光光的反射率保持較低。藉由該膜設計，可將遮光膜的膜厚薄化至35~60nm。
關於由含有鉬等的過渡金屬之矽系材料來形成遮光膜之方法，從得到均質性佳的膜之觀點來看，較佳為濺鍍方法。此時可使用DC濺鍍或RF濺鍍等之任一種方法，特佳為DC濺鍍法。
鉬等的過渡金屬與矽之組成比，以成為預先決定之目的組成之方式，使用過渡金屬與矽的比率經調整後之1種靶材，但亦可使用複數種不同種類的靶材，並藉由施加於靶材之電力來調整組成比。
如此之濺鍍所使用之靶材，可僅採用含有過渡金屬之矽靶材，或是採用過渡金屬靶材與矽靶材之組合、含有過渡金屬之矽靶材與矽靶材之組合、過渡金屬靶材與含有過渡金屬之矽靶材之組合、過渡金屬靶材與含有過渡金屬之矽靶材與矽靶材之組合等之各種型態。
濺鍍氣體可使用一般所知之惰性氣體、反應性氣體，較佳為僅有氬氣，或是氬氣與氮氣、氧化氮氣體、氧氣等之組合等，並以得到期望組成之方式來選擇並調整。
為了調整膜的遮光性，可預先確認遮光性對濺鍍條件之相依性與成膜速度，並根據該結果來設定構成遮光膜之基板側組成梯度區域、中間區域、及表面側組成梯度區域 的濺鍍條件進行成膜，其結果可得到具有期望的遮光性之遮光膜。
此時，當欲得到吸收係數在深度方向上階段地或連續地變化之膜時，例如可階段地或連續地改變濺鍍氣體的組成。此外，在使用複數種靶材來成膜時，亦可階段地或連續地改變施加於各靶材之電力，以多段或連續地改變過渡金屬與矽之比，而控制深度方向上的吸收係數。
本發明之光罩基板，亦可因應必要而形成為具備半色調相位移膜之構成。此外，當該半色調相位移膜與遮光膜中的任一種是藉由氟系乾式蝕刻進行加工之膜時，可因應必要在遮光膜與半色調相位移膜之間設置蝕刻停止膜。
當遮光膜與半色調相位移膜中的任一種是由含有過渡金屬之矽系材料所構成之膜時，較佳係將蝕刻停止膜形成為鉻系材料所構成之膜。該鉻系材料膜亦可形成為由含有錫之鉻系材料所構成之膜。
本發明之光罩基板中，使用含有錫之鉻系材料所構成之硬光罩來對下層之由氟系乾式蝕刻所加工之膜進行加工之方法，可依據以往的方法(例如參考專利文獻2)進行如下。
由含有錫之鉻系材料所構成之膜，與由不含錫之鉻系材料所構成之膜相同，可藉由含有氧之氯系氣體進行乾式蝕刻，但在同一條件下比較時，與由不含錫之鉻系材料所構成之層相比，係顯著地顯示出高蝕刻速度。
由含有錫之鉻系材料所構成之膜的乾式蝕刻，例如可 使用：將氯氣與氧氣之混合比(Cl2氣體：O2氣體)構成為以體積流量比計1：2~20：1，且可因應必要混合氦氣等惰性氣體之氣體來進行。
當將由含有錫之鉻系材料所構成之膜使用作為蝕刻光罩，並藉由氟系乾式蝕刻來加工位於該下方之膜時，例如可使用含有氟之氣體。該含有氟之氣體，可例示出氟氣、含有碳與氟之氣體(CF4或C2F6等)、含有硫與氟之氣體(SF6等)。此外，亦可使用此等含有氟之氣體與氦氣等之不含氟之氣體之混合氣體。該蝕刻用的氣體中，可因應必要添加氧等氣體。
第1圖係顯示本發明之光罩基板之構成的一型態之剖面圖。於該圖所示之型態中，於透明基板1上形成有遮光膜2，於該遮光膜2上設置有硬光罩膜3。該例中，硬光罩膜3的全體是由含有錫之鉻系材料所成膜。使用該光罩基板來製造二元式光罩之步驟，大致如下所述。
第2圖係顯示二元式光罩之製造程序的一型態之圖。首先，在第1圖所示之光罩基板的硬光罩膜3上，塗佈光阻而形成光阻膜6(第2圖A)。
接著對光阻膜6進行電子束的圖型照射，並經過顯影等既定步驟，而得到光阻圖型7(第2圖B)。
使用該光阻圖型7作為光罩，藉由氯系乾式蝕刻對硬光罩膜3形成圖型(第2圖C)。此時，由含有錫之鉻系材料所構成之硬光罩膜3，由於具有高蝕刻速率，所以可縮短蝕刻時間而降低對光阻圖型7的破壞。其結果能夠高精 度地進行圖型轉印，並且可降低因圖型的疏密所造成之加工誤差的負載效果。
接著使用圖型形成後之硬光罩膜3作為光罩，藉由氟系乾式蝕刻對遮光膜2形成圖型(第2圖D)。此時，由含有錫之鉻系材料所構成之硬光罩膜3，由於相對於氟系乾式蝕刻之耐蝕刻性極高，即使硬光罩膜3為薄膜，亦可進行高精度的圖型轉印。
殘存之光阻圖型7藉由乾式蝕刻被去除(第2圖E)，然後藉由含有氧之氯系乾式蝕刻來去除硬光罩膜3，而完成二元式光罩(第2圖F)。
第3圖係顯示本發明之光罩基板之構成的其他型態之剖面圖。於該圖所示之型態中，係構成為半色調相位移光罩，於透明基板1上依序層合半色調相位移膜4與蝕刻停止膜5，於該蝕刻停止膜5上設置有遮光膜2與硬光罩膜3。
該例中，半色調相位移膜4為可藉由氟系乾式蝕刻進行加工之膜，蝕刻停止膜5是由鉻系材料所構成之膜，且可含有錫或不含錫。此外，遮光膜2為可藉由氟系乾式蝕刻進行加工之膜，硬光罩膜3的全體是由含有錫之鉻系材料所構成。
使用該光罩基板來製造半色調相位移光罩之步驟，大致如下所述。
第4圖及第5圖係顯示半色調相位移光罩之製造程序的一型態之圖。首先，在第3圖所示之光罩基板的硬光罩 膜3上，塗佈光阻而形成光阻膜6(第4圖A)。
接著對光阻膜6進行電子束的圖型照射，並經過顯影等既定步驟，而得到在欲去除半色調相位移膜4之部分具有開口部之光阻圖型7(第4圖B)。
使用該光阻圖型7作為光罩，藉由氯系乾式蝕刻對硬光罩膜3形成圖型(第4圖C)。此時，由含有錫之鉻系材料所構成之硬光罩膜3，由於具有高蝕刻速率，所以可縮短蝕刻時間而降低對光阻圖型7的破壞。其結果能夠高精度地進行圖型轉印，並且可降低因圖型的疏密所造成之加工誤差的負載效果。
接著使用圖型形成後之硬光罩膜3作為光罩，藉由氟系乾式蝕刻對遮光膜2形成圖型(第4圖D)。此時，由含有錫之鉻系材料所構成之硬光罩膜3，由於相對於氟系乾式蝕刻之耐蝕刻性極高，即使硬光罩膜3為薄膜，亦可進行高精度的圖型轉印。
殘存之光阻圖型7藉由乾式蝕刻被去除(第4圖E)。
接著重新塗佈光阻而形成光阻膜6'(第5圖A)。
對該光阻膜6'進行電子束的圖型照射，並經過顯影等既定步驟，而得到用以保護遮光膜2所欲殘留的部分之光阻圖型7'(第5圖B)。
當在該狀態藉由含有氧之氯系乾式蝕刻進行蝕刻時，未由光阻圖型7'所被覆之部分的硬光罩膜3，以及未由遮光膜2所被覆之蝕刻停止膜5，被同時去除(第5圖C)。
然後再進行氟系乾式蝕刻時，未由硬光罩膜3所被覆 之部分的遮光膜2，以及未由蝕刻停止膜5所被覆之部分的半色調相位移膜4，被同時去除(第5圖D)。
殘存之光阻圖型7'藉由乾式蝕刻被去除(第5圖E)，然後藉由含有氧之氯系乾式蝕刻處理，使殘存之硬光罩膜3、及蝕刻停止膜5的不必要部分被去除，而完成半色調相位移光罩(第5圖F)。
[乾式蝕刻特性的評估實驗]
評估乾式蝕刻特性之實驗例，係在一邊為152mm且厚度為6mm之矩形的石英基板上，藉由依據個別設置有鉻靶材與錫靶材之共濺鍍所進行之DC濺鍍法，以厚度44nm使錫濃度不同的2種CrON膜成膜。
CrON膜中的錫含量，可藉由調整鉻靶材與錫靶材的施加電力來調整。濺鍍氣體為氬氣與氧氣、氮氣之混合氣體。
此外，用以比較，亦使用Cr靶材，使不含錫之CrON膜成膜。
分別製作出複數個上述3種鉻系材料膜的試樣。鉻系材料膜的組成分析，係使用ESCA(JEOL公司製的JPS-9000MC)來測定。
對於此等的各試樣，比較出藉由含有氧之氯系乾式蝕刻對44nm膜厚的鉻系材料膜所進行之乾式蝕刻的速度(清除時間)。
第6圖係用以說明含有氧之氯系乾式蝕刻所使用之裝 置之構成的概略之圖，該圖中，符號11為反應室，12為對向電極，13為感應放電電漿(ICP)產生用高頻發送器，14為天線線圈，15為試樣，16為平面電極，17為RIE(反應性離子蝕刻)用高頻發送器，18為排氣口，19為氣體導入口。第6圖亦兼作為後述氟系乾式蝕刻所使用之裝置之構成的概略圖。
乾式蝕刻，係在將反應室內壓力設為6mTorr，供給Cl2(185sccm)、O2(55sccm)、He(9.25sccm)作為蝕刻氣體，將供給至RIE用高頻發送器17之施加電壓設為700V(脈衝)，將供給至ICP(感應放電電漿)產生用高頻發送器13之電力設為400W(連續放電)之條件下進行。
第1表為在上述條件下，從反射率測定中，求取進行含有氧之氯系乾式蝕刻時之實驗例1、實驗例2及比較實驗例之各試樣的清除時間之結果。在此，係以將比較實驗例之試樣的清除時間值設為1之相對值來進行比較。
從上述結果中，可得知於CrON膜中含有錫之實驗例1及2的試樣中，與不含Sn之比較實驗例的試樣相比，均可提升含有氧之氯系乾式蝕刻時之蝕刻速度。
此外，對於此等的各試樣，比較出44nm膜厚的CrON膜之氟系乾式蝕刻速度(清除時間)。該氟系乾式蝕 刻，係在將反應室內壓力設為5mTorr，供給SF6(18sccm)、O2(45sccm)作為蝕刻氣體，將供給至RIE用高頻發送器17之施加電壓設為54V(連續放電)，將供給至ICP產生用高頻發送器13之電力設為325W(連續放電)之條件下進行。
第2表為在上述條件下，從反射率測定中，求取進行氟系乾式蝕刻時之實驗例1、實驗例2及比較實驗例之各試樣的清除時間之結果。在此，係以氟系乾式蝕刻的清除時間相對於含有氧之氯系乾式蝕刻的清除時間之比來進行比較。
從上述結果中，可得知於CrON膜中含有錫之實驗例1及2的試樣中，與不含Sn之比較實驗例的試樣相比，均可提升氟系乾式蝕刻的清除時間相對於含有氧之氯系乾式蝕刻的清除時間之比。具體而言，含有氧之氯系乾式蝕刻的清除時間與氟系乾式蝕刻的清除時間之比，為1比11以上。
[實施例] [實施例1]
使用直流濺鍍裝置，於石英基板上形成由遮光層與抗反射層所構成之遮光膜。遮光層，係使由鉬與矽與氮所構成之膜(膜厚41nm)成膜於石英基板上。
靶材係採用MoSi2靶材與Si靶材2種，一邊以30rpm旋轉石英基板一邊成膜。濺鍍氣體係使用氬氣與氮氣，反應室內的氣體壓調整為0.05Pa。
以ESCA來調查該遮光膜的組成，可得知為Mo：Si：N=1：3：1.5(原子比)。
使用直流濺鍍裝置，使由鉬與矽與氮所構成之抗反射層(膜厚10nm)成膜於該遮光層上。
靶材係採用MoSi2靶材與Si靶材2種，一邊以30rpm旋轉石英基板一邊成膜。濺鍍氣體係使用氬氣與氮氣，反應室內的氣體壓調整為0.05Pa。
以ESCA來調查該抗反射層的組成，可得知為Mo：Si：N=1：4：3(原子比)。
使用直流濺鍍裝置，使由CrSnON所構成之作為蝕刻光罩膜的硬光罩膜(膜厚10nm)成膜於該抗反射層上。
靶材係採用Cr靶材與Sn靶材2種，一邊以30rpm旋轉石英基板一邊成膜。濺鍍氣體係使用氬氣與氮氣與氧氣，反應室內的氣體壓調整為0.1Pa。
以ESCA來調查該硬光罩膜的組成，可得知為Cr：Sn：O：N=4：1：5：2(原子比)。
如此，可得到於石英基板上層合有作為遮光膜之由MoSiN所構成之遮光層、由MoSiN所構成之抗反射層、 及作為蝕刻光罩膜之由CrSnON所構成之膜之光罩基板。
接著以250nm的厚度塗佈化學增幅型負型光阻，並進行曝光及顯影而形成圖型。接著以該光阻圖型作為光罩，藉由氯氣與氧氣之混合氣體進行乾式蝕刻，對蝕刻光罩膜形成圖型。
上述蝕刻，係在將反應室內壓力設為6mTorr，供給Cl2(185sccm)、O2(55sccm)、He(9.25sccm)作為蝕刻氣體，將供給至RIE用高頻發送器17之施加電壓設為700V(脈衝)，將供給至ICP產生用高頻發送器13之電力設為400W(連續放電)之條件下進行。
接著使用上述圖型形成後之光阻膜與硬光罩膜作為光罩，進行氟系乾式蝕刻而對遮光膜形成圖型。
上述蝕刻，係在將反應室內壓力設為5mTorr，供給SF6(185sccm)、O2(45sccm)作為蝕刻氣體，將供給至RIE用高頻發送器17之施加電壓設為54V(連續放電)，將供給至ICP產生用高頻發送器13之電力設為325W(連續放電)之條件下進行。
最後剝離光阻而完成光罩。
[實施例2]
使用直流濺鍍裝置，於石英基板上形成由鉬與矽與氧與氮所構成之半色調相位移膜(膜厚75nm)。
靶材係採用MoSi2靶材與Si靶材2種，一邊以30rpm旋轉石英基板一邊成膜。濺鍍氣體係使用氬氣與氧氣與氮 氣，反應室內的氣體壓調整為0.05Pa。
以ESCA來調查該半色調相位移膜的組成，可得知為Mo：Si：O：N=1：4：1：4(原子比)。
使用直流濺鍍裝置，於該半色調相位移膜上，使由CrSnON所構成之蝕刻停止膜(膜厚10nm)成膜。
靶材係採用Cr靶材與Sn靶材2種，一邊以30rpm旋轉石英基板一邊成膜。濺鍍氣體係使用氬氣與氮氣與氧氣，反應室內的氣體壓調整為0.1Pa。
以ESCA來調查該蝕刻停止膜的組成，可得知為Cr：Sn：O：N=4：1：5：2(原子比)。
使用直流濺鍍裝置，於該蝕刻停止膜上，形成由遮光層與抗反射層所構成之遮光膜。遮光層，係使由鉬與矽與氮所構成之膜(膜厚23nm)成膜於蝕刻停止膜上。
靶材係採用MoSi2靶材與Si靶材2種，一邊以30rpm旋轉石英基板一邊成膜。濺鍍氣體係使用氬氣與氮氣，反應室內的氣體壓調整為0.05Pa。
以ESCA來調查該遮光膜的組成，可得知為Mo：Si：N=1：3：1.5(原子比)。
使用直流濺鍍裝置，使由鉬與矽與氮所構成之抗反射層(膜厚10nm)成膜於遮光層上。
靶材係採用MoSi2靶材與Si靶材2種，一邊以30rpm旋轉石英基板一邊成膜。濺鍍氣體係使用氬氣與氮氣，反應室內的氣體壓調整為0.05Pa。
以ESCA來調查該抗反射層的組成，可得知為Mo： Si：N=1：4：3(原子比)。
使用直流濺鍍裝置，使由CrSnON所構成之作為蝕刻光罩膜的硬光罩膜(膜厚5nm)成膜於該抗反射層上。
靶材係採用Cr靶材與Sn靶材2種，一邊以30rpm旋轉石英基板一邊成膜。濺鍍氣體係使用氬氣與氮氣與氧氣，反應室內的氣體壓調整為0.1Pa。
以ESCA來調查該硬光罩膜的組成，可得知為Cr：Sn：O：N=4：1：5：2(原子比)。
如此，可得到於石英基板上層合有由MoSiON所構成之半色調相位移膜、由CrSnON所構成之蝕刻停止膜、作為遮光膜之由MoSiN所構成之遮光層、由MoSiN所構成之抗反射層、及由CrSnON所構成之作為蝕刻光罩膜之硬光罩膜之光罩基板。
接著以250nm的厚度塗佈化學增幅型負型光阻，並進行曝光及顯影而形成圖型。接著以該光阻圖型作為光罩，藉由氯氣與氧氣之混合氣體進行乾式蝕刻，對作為蝕刻光罩膜之硬光罩膜形成圖型。
上述蝕刻，係在將反應室內壓力設為6mTorr，供給Cl2(185sccm)、O2(55sccm)、He(9.25sccm)作為蝕刻氣體，將供給至RIE用高頻發送器17之施加電壓設為700V(脈衝)，將供給至ICP產生用高頻發送器13之電力設為400W(連續放電)之條件下進行。
接著使用上述圖型形成後之光阻膜與硬光罩膜作為光罩，進行氟系乾式蝕刻而對遮光膜形成圖型。
上述蝕刻，係在將反應室內壓力設為5mTorr，供給SF6(185sccm)、O2(45sccm)作為蝕刻氣體，將供給至RIE用高頻發送器17之施加電壓設為54V(連續放電)，將供給至ICP產生用高頻發送器13之電力設為325W(連續放電)之條件下進行。
然後再藉由氯氣與氧氣之混合氣體進行乾式蝕刻，對硬光罩膜進行蝕刻，同時亦去除蝕刻停止膜。
上述蝕刻，係在將反應室內壓力設為6mTorr，供給Cl2(185sccm)、O2(55sccm)、He(9.25sccm)作為蝕刻氣體，將供給至RIE用高頻發送器17之施加電壓設為700V(脈衝)，將供給至ICP產生用高頻發送器13之電力設為400W(連續放電)之條件下進行。
接著在具有光阻殘渣時，剝離光阻並去除遮光膜的不必要部分，以形成用以保護殘留遮光膜之部分之光阻圖型，然後進行氟系乾式蝕刻，對半色調相位移膜形成圖型，並同時去除不必要部分的遮光膜。
上述蝕刻，係在將反應室內壓力設為5mTorr，供給SF6(185sccm)、O2(45sccm)作為蝕刻氣體，將供給至RIE用高頻發送器17之施加電壓設為54V(連續放電)，將供給至ICP產生用高頻發送器13之電力設為325W(連續放電)之條件下進行。
然後剝離光阻，去除作為蝕刻光罩膜之硬光罩膜，而完成半色調相位移光罩。
如以上所說明般，本發明中所採用之由含有錫之鉻系 材料所構成之膜，可顯著地提升在氯系乾式蝕刻時的蝕刻速度。除此之外，與由將鉻的一部分取代為輕元素之鉻系材料所構成之膜相比，相對於氟系乾式蝕刻而言具有同等以上的耐蝕刻性。
因此，在加工本發明之光罩基板時，可降低相對於用以加工硬光罩膜之光阻之蝕刻負荷，即使薄化光阻膜，亦可進行高精度的圖型轉印。
產業上之可應用性：
本發明可確保由鉻系材料所構成之化學特性等諸項特性，並且在對該鉻系材料膜進行蝕刻時，可降低相對於光阻圖型之負荷，藉此，即使薄化光阻膜，亦可進行高精度的圖型轉印。
1‧‧‧透明基板
2‧‧‧遮光膜
3‧‧‧硬光罩膜

Claims (6)

  1. 一種光罩基板，其特徵為：在含有選自鉬、鉭、鉿、鈮、鎢、矽的群組之1種以上的元素並且可藉由氟系乾式蝕刻進行蝕刻之無機材料膜上，具備由含有錫之鉻系材料所構成之硬光罩膜；前述含有錫之鉻系材料中，相對於鉻含量而言，其錫含量係以原子比計為0.01倍以上2倍以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之光罩基板，其中前述含有錫之鉻系材料為錫-鉻金屬、錫-鉻氧化物、錫-鉻氮化物、錫-鉻碳化物、錫-鉻氧氮化物、錫-鉻氧碳化物、錫-鉻氮碳化物、錫-鉻氧氮碳化物中任一種。
  3. 如申請專利範圍第1項之光罩基板，其中前述可藉由氟系乾式蝕刻進行蝕刻加工之無機材料膜為含有鉬與矽之膜。
  4. 如申請專利範圍第2項之光罩基板，其中前述可藉由氟系乾式蝕刻進行蝕刻加工之無機材料膜為含有鉬與矽之膜。
  5. 如申請專利範圍第3項或第4項之光罩基板，其中前述含有鉬與矽之膜為遮光膜。
  6. 一種光罩之製造方法，其係使用如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之光罩基板之光罩之製造方法，其係具備有：藉由氯系乾式蝕刻對前述硬光罩膜進行蝕刻而形成硬光罩膜圖型之步驟，以及將前述硬光罩膜圖型用作為蝕刻 光罩，並藉由氟系乾式蝕刻將圖型轉印於前述無機材料膜之步驟。
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