專利名稱：相位偏移光掩模坯料、相位偏移光掩模及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體集成電路等的制造等的光掩模技術(shù)，特別涉及利用相位偏移多層膜衰減曝光波長的光的半色調(diào)型相位偏移掩模及用于其制造的掩模坯料及其制造方法。
背景技術(shù)：
在以IC、LSI、以及VLSI等半導(dǎo)體集成電路的制造為代表的廣泛技術(shù)領(lǐng)域中使用的光掩模，通常是在具有設(shè)置在透光性基板上的以鉻為主要成分的遮光膜的光掩模坯料上形成圖案而加以制造。該圖案形成通常是在上述遮光膜上利用以紫外線或電子射線作為曝光光束的光刻法進(jìn)行。
近年來，由于半導(dǎo)體集成電路的高集成化等市場需要而要求圖案的微細(xì)化，針對該要求提出曝光波長的短波長化。但是，曝光波長的短波長化在改善圖案析像度的同時(shí)，也帶來了以下問題導(dǎo)致焦點(diǎn)深度減小，工藝穩(wěn)定性下降，給產(chǎn)品的成品率帶來不良影響。
作為有效的圖案轉(zhuǎn)印法之一的相位偏移法能克服上述問題，用于轉(zhuǎn)印微細(xì)圖案的掩模使用相位偏移掩模。相位偏移掩模根據(jù)相位偏移部(相位偏移膜)的透光特性，在實(shí)際應(yīng)用上大致分為完全透射型相位偏移掩模和半色調(diào)型相位偏移掩模。此處，完全透射型相位偏移掩模是指相位偏移部的透光率與基板露出部相同(對曝光波長透明)的掩模。另一方面，半色調(diào)型相位偏移掩模是指相位偏移部的透光率是基板露出部的數(shù)％～數(shù)十％程度的掩模。
結(jié)構(gòu)最簡單且制造容易的半色調(diào)型相位偏移掩模是以單層膜形成相位偏移部的“單層型半色調(diào)型相位偏移掩?！?。作為上述單層型半色調(diào)型相位偏移掩模，提出了具有由MoSiO、MoSiON等MoSi類材料形成的相位偏移部(相位偏移膜)的掩模等(例如，參見特開平7-140635號(hào)公報(bào))。
對于用于制造相位偏移掩模的掩模坯料(相位偏移掩模坯料)，當(dāng)然需要在曝光波長處的透射率、相位差、反射率、折射率等光學(xué)特性具有規(guī)定的值，從制造工藝方面考慮，要求能實(shí)現(xiàn)耐藥品性等耐久性或低缺陷性。但是，因?yàn)樯鲜鰡螌有桶肷{(diào)型相位偏移掩模以單一膜形成相位偏移部，所以如果將光學(xué)特性設(shè)定為所希望的值，則膜組成也被唯一地確定了，因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)難以得到能滿足耐藥品性等其它諸特性的相位偏移膜。
為了避免上述問題，分別設(shè)計(jì)滿足光學(xué)特性的層與滿足耐藥品性等其他特性的層，并將其層合，形成多層膜的相位偏移膜。但是，目前還不明確同時(shí)滿足光學(xué)特性和耐藥品性的膜結(jié)構(gòu)及膜組成。
另外，如果膜組成不同，則相位偏移膜在干式蝕刻工序中的蝕刻程度(蝕刻水平)不同，但是，蝕刻水平的不同導(dǎo)致圖案部端面(側(cè)壁)的平滑性下降、妨礙高精度并穩(wěn)定地轉(zhuǎn)印微細(xì)圖案的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的是提供相位偏移掩模坯料，以及使用該掩模坯料制造的相位偏移掩模，所述相位偏移掩模坯料在滿足光學(xué)特性的同時(shí)，耐藥品性優(yōu)異，而且，能提高蝕刻相位偏移膜時(shí)圖案部端面(側(cè)壁)的平滑性(即，降低粗糙度)，能高精度并穩(wěn)定地轉(zhuǎn)印微細(xì)圖案。
本發(fā)明為解決上述課題，提供了以下方案。
本發(fā)明的相位偏移掩模坯料具有層合n層由金屬硅化物的化合物組成的層而構(gòu)成的相位偏移多層膜、以及在該相位偏移多層膜的最表面設(shè)置的氧化穩(wěn)定化層，相位偏移多層膜從基板側(cè)數(shù)的第m層和第(m+1)層的金屬以及硅的組成變化量都小于或等于5摩爾％，同時(shí)，氧化穩(wěn)定化層表面區(qū)域的金屬含量是相位偏移多層膜中含金屬最多的層的金屬含量的1/3或1/3以下(摩爾比)。此處，n是大于或等于2的整數(shù)，m是滿足1≤m≤(n-1)的整數(shù)。
上述金屬硅化物的化合物優(yōu)選金屬硅化物的氧化物、氮化物、碳化物、氧氮化物、氧碳化物、氮碳化物、或氧氮碳化物中的任一種，上述金屬硅化物為鉬硅化物。
另外，上述氧化穩(wěn)定化層的表面區(qū)域優(yōu)選具有低于上述相位偏移多層膜中的最小金屬含量的金屬含量和高于最大含氧量的含氧量，上述相位偏移多層膜的最下層的層在相位偏移多層膜中具有最大金屬含量。
如果相位偏移掩模坯料具有上述構(gòu)成，則不僅能利用上述氧化穩(wěn)定化層提高耐藥品性，而且能利用多層層合結(jié)構(gòu)體得到所希望的光學(xué)特性。即，如果利用本發(fā)明，則能提供滿足光學(xué)特性且耐藥品性優(yōu)異的相位偏移掩模坯料。
另外，本發(fā)明的相位偏移掩模是在本發(fā)明的相位偏移掩模坯料的相位偏移多層膜上進(jìn)行圖案化而得到的。
本發(fā)明的相位偏移掩模坯料的制造方法包括以下工序在基板上濺鍍形成層合n層由金屬硅化物的化合物組成的層而構(gòu)成的相位偏移多層膜的第1工序，和在該相位偏移多層膜的最表面上進(jìn)行氧化處理形成氧化穩(wěn)定化層的第2工序，上述濺鍍成膜是利用構(gòu)成上述金屬硅化物的金屬和硅的組成比例不同的多種靶(target)進(jìn)行的，設(shè)定對上述多個(gè)靶分別施加的電功率，使從上述相位偏移多層膜基板側(cè)開始的第m層在成膜時(shí)與第(m+1)層在成膜時(shí)的金屬以及硅的組成變化量小于或等于5摩爾％、并且對該靶施加的電功率是對該靶施加的最大電功率的30％或30％以下，進(jìn)行上述氧化處理，使上述氧化穩(wěn)定化層表面區(qū)域的金屬含量為上述相位偏移多層膜中含金屬最多的層的金屬含量的1/3或1/3以下(摩爾比)。此處，n是大于或等于2的整數(shù)，m是滿足1≤m≤(n-1)的整數(shù)。
在上述多種靶中，優(yōu)選金屬硅化物靶和硅靶，該金屬硅化物靶中含有鉬作為金屬成分。
另外，上述濺鍍成膜優(yōu)選使用含有氧或氮的濺鍍氣體進(jìn)行，對該濺鍍氣體中的氧或氮的含量進(jìn)行設(shè)定，使從上述相位偏移多層膜基板側(cè)開始的第m層成膜時(shí)和第(m+1)層成膜時(shí)的變化量小于或等于5摩爾％。
上述濺鍍成膜優(yōu)選使用含有氧的濺鍍氣體進(jìn)行，將該濺鍍氣體中的含氧量控制成能使上述相位偏移多層膜的最下層的層在上述相位偏移多層膜中具有最大的金屬含量，進(jìn)行上述氧化處理，使上述氧化穩(wěn)定化層的表面區(qū)域具有低于上述相位偏移多層膜中的最小金屬含量的金屬含量和高于最大含氧量的含氧量。
如果利用本發(fā)明的相位偏移掩模坯料的制造方法，則由于階段性(階梯狀)改變構(gòu)成相位偏移膜的多層層合結(jié)構(gòu)體的多層的成膜條件，而且，在規(guī)定條件下進(jìn)行每層的成膜，所以蝕刻相位偏移膜時(shí)的圖案形成部的側(cè)壁的平滑性提高，從而得到能高精度且穩(wěn)定地轉(zhuǎn)印微細(xì)圖案的相位偏移掩模坯料。


圖1是用于說明本發(fā)明的相位偏移掩模坯料的構(gòu)成的剖面簡圖。
圖2是在本發(fā)明的相位偏移掩模坯料的相位偏移多層膜上進(jìn)行圖案形成而得到的相位偏移掩模的剖面簡圖。
圖3是在本發(fā)明的半色調(diào)相位偏移掩模坯料的制作中使用的成膜裝置(濺鍍裝置)的結(jié)構(gòu)例說明圖。
圖4是在本發(fā)明的相位偏移多層膜上設(shè)置鉻類遮光膜的剖面簡圖。
圖5是在鉻類遮光膜上形成降低來自鉻類遮光膜的反射的鉻類防反射膜的剖面簡圖。
圖6是在相位偏移多層膜上設(shè)置在第1和第2鉻類防反射膜中間插入鉻類遮光膜層合而成的結(jié)構(gòu)體的說明圖。
圖7A～7D是用于說明在本發(fā)明相位偏移掩模坯料上形成圖案時(shí)的工序例的說明圖。
圖8A是依次層合5層MoSiON形成相位偏移多層膜時(shí)的成膜條件的說明圖。
圖8B是對在圖8A所示條件下成膜的相位偏移多層膜進(jìn)行光電子分光(XPS)分析的結(jié)果的說明圖。
圖9是總結(jié)了圖8B的XPS分析結(jié)果的表。
圖10A是依次層合5層MoSiON形成相位偏移多層膜時(shí)的成膜條件的說明圖。
圖10B是對在圖10A所示條件下成膜的相位偏移多層膜進(jìn)行光電子分光(XPS)分析的結(jié)果的說明圖。
圖11是總結(jié)了圖10B的XPS分析結(jié)果的表。
圖12A和圖12B用于說明利用干式蝕刻法使具有2層層合結(jié)構(gòu)的本發(fā)明相位偏移多層膜形成圖案時(shí)側(cè)壁形狀的說明圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明人等經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在設(shè)有具有多層層合結(jié)構(gòu)的相位偏移膜(相位偏移多層膜)的相位偏移掩模坯料中，所述多層層合結(jié)構(gòu)由金屬硅化物的化合物形成，而且，在相位偏移多層膜的最表面使金屬硅化物的化合物氧化，設(shè)置穩(wěn)定化層，由此能提高耐藥品性。需要說明的是，上述相位偏移膜表面的氧化穩(wěn)定化可以參照例如特開2003-50453號(hào)公報(bào)。
另外，還獲得了以下新知識(shí)通過將上述氧化穩(wěn)定化層表面區(qū)域的金屬含量設(shè)定為相位偏移多層膜中含金屬最多的層的金屬含量的1/3或1/3以下(摩爾比)，可以得到滿足光學(xué)特性且耐藥品性優(yōu)異的相位偏移掩模坯料(以及相位偏移掩模)。
即，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，金屬硅化物的化合物膜的耐藥品性隨著膜中金屬含量的減少而提高，在以為了滿足光學(xué)特性而由單層膜構(gòu)成金屬硅化物的化合物膜時(shí)的金屬含量作為1的情況下，如果將金屬含量設(shè)定為1/3或1/3以下，則能顯著表現(xiàn)出提高耐藥品性的效果。為此在相位偏移多層膜的最表面設(shè)置了氧化穩(wěn)定化層。
另外，由于蝕刻具有上述組成分布(profile)的相位偏移膜時(shí)各層的蝕刻速度取決于各層的組成，因此彼此相鄰層合的2層的組成如果差別大，則在其界面蝕刻速度驟然變化，產(chǎn)生顯著階差，導(dǎo)致側(cè)壁的粗糙度變大。
因此，為了提高形成了圖案的相位偏移膜的側(cè)壁的平滑性，理想的情形是使組成從基板側(cè)的層(最下面的層)到表面?zhèn)鹊膶?最上方的層)連續(xù)變化地進(jìn)行成膜(換言之，使層合數(shù)無限大)，但是，實(shí)際上不容易使具有上述組成連續(xù)變化的結(jié)構(gòu)的膜穩(wěn)定地成膜，每批成膜時(shí)，由于組成分布變化，致使光學(xué)特性或化學(xué)穩(wěn)定性等也發(fā)生變化。
所以，在本發(fā)明中，階段性(階梯狀)地改變構(gòu)成相位偏移多層膜的多層的成膜條件，使每層的成膜在規(guī)定條件下進(jìn)行。
具體而言，本發(fā)明的相位偏移掩模坯料作為相位偏移部，選擇如下組成具有層合n層(此處，n為大于或等于2的整數(shù))由金屬硅化物的化合物組成的層而形成的相位偏移多層膜，并將構(gòu)成上述相位偏移部的多層膜中的從基板側(cè)開始的第m層和第(m+1)層中含有的金屬和硅的組成變化量分別設(shè)定為小于或等于5摩爾％，而且，設(shè)置在該多層膜最表面的氧化穩(wěn)定化層的表面區(qū)域的金屬含量為相位偏移多層膜中含金屬最多的層的金屬含量的1/3或1/3以下(摩爾比)。此處，m是滿足1≤m≤(n-1)的整數(shù)。
另外，在本說明書中，“硅”這一技術(shù)用語與“金屬”這一技術(shù)用語區(qū)別使用。即，本說明書中所稱“金屬”，如果沒有特別說明，則不包括“硅”。
作為上述金屬硅化物的化合物包括鉬硅化物之類金屬硅化物的氧化物、氮化物、碳化物、氧氮化物、氧碳化物、氮碳化物、或氧氮碳化物，例如，MoSiON。
上述相位偏移部是經(jīng)利用濺鍍法成膜相位偏移多層膜以及接下來的表面氧化處理而形成的。在濺鍍成膜工序中，使用構(gòu)成金屬硅化物的金屬和硅的組成比彼此不同的多種靶(例如，金屬硅化物靶和硅靶)。而且，通過調(diào)整施加在上述靶上的電功率量(施加功率)控制相位偏移多層膜中各層的組成。
具體而言，對上述每種靶的施加電功率進(jìn)行設(shè)定，使從上述相位偏移多層膜的基板側(cè)開始的第m層在成膜時(shí)與第(m+1)層在成膜時(shí)的金屬以及硅的組成變化量小于或等于5摩爾％，并且施加的電功率是對各靶的最大施加電功率的30％或30％以下，在此條件下成膜。接下來，在相位偏移多層膜上進(jìn)行表面氧化處理形成氧化穩(wěn)定化層，使氧化穩(wěn)定化層表面區(qū)域的金屬含量為相位偏移多層膜中含金屬最多的層的金屬含量的1/3或1/3以下(摩爾比)。
選擇上述MoSiON作為金屬硅化物的化合物時(shí)，使用含有鉬為金屬成分的靶作為金屬硅化物靶，作為濺鍍氣體選擇含有氧和氮的氣體。需要說明的是，選擇金屬硅化物的氧化物或氮化物或碳化物作為金屬硅化物的化合物時(shí)，可以分別使用含有氧、含有氮、或含有碳的氣體作為濺鍍氣體。
另外，適當(dāng)改變混合在濺鍍氣體中的氧、氮、以及碳的含量，還可以選擇氧氮化物、氧碳化物、氮碳化物、或氧氮碳化物的金屬硅化物的化合物。
金屬硅化物的化合物中氧或氮的含量的調(diào)整可以通過調(diào)整濺鍍氣體中含有的氧或氮的含量而實(shí)現(xiàn)。具體而言，調(diào)整氧氣或氮?dú)獾牧髁?，使成膜時(shí)氧或氮的含量在從相位偏移多層膜的基板側(cè)開始的第m層成膜時(shí)與第(m+1)層成膜時(shí)的變化量小于或等于5摩爾％。
作為相位偏移部的優(yōu)選組成設(shè)計(jì)之一，可以舉出如下組成分布設(shè)置在相位偏移多層膜最表面上的氧化穩(wěn)定化層的表面區(qū)域具有低于相位多層膜中的最小金屬含量的金屬含量和高于最大含氧量的含氧量，而且，相位偏移多層膜的最下層在相位偏移多層膜中具有最大的金屬含量。
制成上述層合結(jié)構(gòu)的情況下，通過使設(shè)置在最表面的氧化穩(wěn)定化層的表面區(qū)域具有在由表面穩(wěn)定化層和相位偏移多層膜形成的“相位偏移膜”中最小的金屬含量和最大的含氧量，能形成耐藥品性優(yōu)異的相位偏移部，相位偏移膜的最下層具有相位偏移多層膜中最大的金屬含量，由此提高了圖案形成部端面(側(cè)壁)的平滑性。
而且，通過在上述相位偏移多層膜上形成圖案，能夠得到轉(zhuǎn)印了能適應(yīng)半導(dǎo)體集成電路的微細(xì)化、高集成化的高精度微細(xì)圖案的相位偏移掩模。
另外，還可以根據(jù)需要，在上述氧化穩(wěn)定化層上形成鉻類遮光膜或鉻類防反射膜、或?qū)雍仙鲜瞿じ?層或1層以上形成的多層膜。
另外，對于上述氧化穩(wěn)定化層的形成方法沒有特別限定，例如，可以采用特開2003-50453號(hào)公報(bào)中記載的臭氧水溶液處理或相位偏移多層膜表面的自然氧化處理等方法。需要說明的是，也可以不按照上述特別的氧化工序，而是通過調(diào)整相位偏移多層膜的最表面層的濺鍍成膜時(shí)的氧氣流量來提高該最表面層中的含氧量，從而相對降低該層中的金屬含量。
下面，參照

實(shí)施本發(fā)明的最佳方案。
圖1是為了說明本發(fā)明相位偏移掩模坯料的構(gòu)成的剖面簡圖，基板1上設(shè)置了層合2層由金屬硅化物(2a，2b)組成的層形成的相位偏移多層膜2。此處，基板1是能透過曝光光線的材料(例如，石英或CaF2等)，相位偏移多層膜2中基板1側(cè)(下面)的層2a是金屬含量相對高的金屬硅化物的化合物，上面的層2b是金屬組成相對低的金屬硅化物的化合物。如上所述，上面的層2b的表面經(jīng)氧化處理形成氧化穩(wěn)定化層2c，該表面區(qū)域的金屬含量為下面的層2a的金屬含量的1/3或1/3以下(摩爾比)，利用上述較低的金屬組成，能顯示出優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、較高的耐藥品性。
在本發(fā)明中，由于只利用低金屬含量的金屬硅化物的化合物層(上面的層2b)無法構(gòu)成滿足所希望的光學(xué)特性的相位偏移膜，所以需要組合能容易控制光學(xué)特性的金屬含量較高的金屬硅化物的化合物層(下面的層2a)，由此構(gòu)成既能滿足光學(xué)特性且耐藥品性優(yōu)異的相位偏移多層膜。
此處，用于提高耐藥品性的氧化穩(wěn)定化層(2c)的厚度為大于或等于10。需要說明的是相位偏移多層膜2為2層層合結(jié)構(gòu)僅作為示例，還可以層合3層或3層以上的膜構(gòu)成相位偏移多層膜2。
圖2是在上述相位偏移掩模坯料的相位偏移多層膜2上形成圖案而得到的相位偏移掩模的剖面簡圖，按規(guī)定布局配置通過圖案化而形成的相位偏移部3、和經(jīng)圖案形成使相位偏移多層膜2被部分除去而形成的基板露出部4。透過相位偏移部3的光的相位相對通過基板露出部4的光的相位發(fā)生偏移，利用該相位偏移效果提高轉(zhuǎn)印像的對比度。
如上所述，相位偏移多層膜2利用含有氧、氮、碳中的任一種氣體的濺鍍氣體進(jìn)行濺鍍成膜，選擇層合數(shù)或各層的組成，使其對曝光光線的透射率以及透過相位偏移部3的光和透過基板露出部4的光的相位差為所希望的值。通常，使透射率在數(shù)％～數(shù)十％的范圍內(nèi)，多數(shù)情況下優(yōu)選在3～40％的范圍內(nèi)。另外，相位差，例如設(shè)定在180度±5度的范圍內(nèi)。需要說明的是，本發(fā)明中采用的濺鍍方法可以利用直流電源，也可以利用高頻電源，或，還可以采用磁控管濺鍍方式、常規(guī)方式、或其它方式。
圖3是制作本發(fā)明的半色調(diào)相位偏移掩模坯料時(shí)使用的成膜裝置(濺鍍裝置)的構(gòu)成例說明圖。在該圖中，1是作為透明基板的6英寸方形石英基板，通常，使用其表面以及端面被精密研磨的石英基板。101是室(chamber)，102a為第1靶，102b為第2靶，103為陰極濺鍍氣體導(dǎo)入口，104為氣體排氣口，105為基板旋轉(zhuǎn)臺(tái)，106a及106b分別為用于對第1及第2靶施加偏壓的電源。
在基板1的一側(cè)主面上，例如，層合多個(gè)由含有硅和鉬兩者的金屬硅化物的化合物組成的層，形成相位偏移多層膜2。此處，以金屬硅化物為MoSiON的情況為例進(jìn)行說明。
對于此處使用的靶，作為第1靶102a使用硅(Si)單結(jié)晶，作為第2靶102b使用作為致密高純度的靶的鉬硅化物(MoSi)多結(jié)晶。設(shè)定氣體流量，使成膜中的室內(nèi)氣壓達(dá)到0.1Pa，邊使基板1以30rpm的速度旋轉(zhuǎn)，邊形成鉬硅化物的化合物層(MoSiON層)。
具體而言，作為濺鍍氣體，將Ar氣體、O2氣體、以及N2氣體按規(guī)定的流量導(dǎo)入室101內(nèi)，調(diào)整室內(nèi)氣體壓力，對MoSi3靶和Si靶施加規(guī)定的放電功率，邊使基板1以30rpm的速度旋轉(zhuǎn)，邊開始成膜。根據(jù)需要，將對各靶的施加功率和各種氣體的流量階梯狀設(shè)定成每個(gè)構(gòu)成相位偏移膜的層不同的值。
在如上所述地成膜的相位偏移多層膜的最表面，利用臭氧水溶液進(jìn)行表面處理等形成氧化穩(wěn)定化層。在該氧化穩(wěn)定化層上也可以成膜例如以鉻金屬為主要成分的“遮光層”或“防反射層”。
圖4是在相位偏移多層膜2上的氧化穩(wěn)定化層2c上設(shè)置鉻類遮光膜5時(shí)的剖面簡圖。另外，圖5是在鉻類遮光膜5上形成能降低來自鉻類遮光膜5的反射的鉻類防反射膜6。圖6是在氧化穩(wěn)定化層2c上設(shè)置在第1和第2鉻類防反射膜6a、6b之間插入鉻類遮光膜5層合而成的結(jié)構(gòu)體的剖面簡圖。
上述鉻類遮光膜或鉻類防反射膜可以通過反應(yīng)性濺鍍成膜，所述反應(yīng)性濺鍍使用鉻單體或在鉻中添加了氧、氮、碳中的任一種、或其組合形成的靶，使用在氬氣、氪氣等惰性氣體中添加作為碳源的二氧化碳形成的濺鍍氣體等。
具體而言，成膜CrONC膜時(shí)，作為濺鍍氣體可以導(dǎo)入CH4、CO2、CO等含碳?xì)怏w、NO、NO2、N2等含氮?dú)怏w、CO2、NO、O2等含氧氣體中的各1種或1種以上，或者也可以使用在其中混合有Ar、Ne、Kr等惰性氣體的氣體。從基板面內(nèi)均一性或制造工序的控制性方面考慮，特別優(yōu)選使用以CO2氣體作為碳源和氧源的氣體。作為導(dǎo)入方法，可以將各種濺鍍氣體分別導(dǎo)入室內(nèi)，也可以將幾種氣體組合或?qū)⑷繗怏w混合后導(dǎo)入。
另外，CrOC膜中，Cr為20～95原子％，特別優(yōu)選30～85原子％，C為1～30原子％，特別優(yōu)選5～20原子％，O為1～60原子％，特別優(yōu)選5～50原子％，而在CrONC膜中，Cr為20～95原子％，特別優(yōu)選30～80原子％，C為1～20原子％，特別優(yōu)選2～15原子％，O為1～60原子％，特別優(yōu)選5～50原子％，N為1～30原子％，特別優(yōu)選3～20原子％。
本發(fā)明的相位偏移掩模是在如上所述地得到的相位偏移掩模坯料的相位偏移多層膜上實(shí)施圖像形成而得到的。
圖7A～7D是在本發(fā)明相位偏移掩模坯料上進(jìn)行圖案化時(shí)的工序例的說明圖。首先，在基板1上形成相位偏移多層膜2和氧化穩(wěn)定化層2c后，形成抗蝕劑膜7(圖7A)，利用光刻法使該抗蝕劑膜7圖案化(圖7B)，然后，蝕刻相位偏移多層膜2(圖7C)。通過上述一系列工序，以所希望的布局配置通過圖案化形成的相位偏移部3和經(jīng)圖案化使相位偏移多層膜2被部分除去而形成的基板露出部4。
最后，剝離殘留的抗蝕劑膜7，結(jié)束圖案化(圖7D)。上述抗蝕劑膜7的涂布、圖案化(曝光、顯影)、蝕刻、抗蝕劑膜7的除去可以按照公知的方法進(jìn)行。
另外，在氧化穩(wěn)定化層2c上形成鉻類遮光膜和/或鉻類防反射膜(Cr類膜)時(shí)，可以通過蝕刻除去需要曝光的區(qū)域的遮光膜和/或防反射膜，使表面露出相位偏移多層膜2，然后，按與上述相同的順序?qū)ο辔黄贫鄬幽?進(jìn)行圖案形成。另外，也可以在鉻類膜上涂布抗蝕劑，進(jìn)行圖案形成，通過蝕刻鉻類膜和相位多層膜2形成圖案，接下來利用選擇性蝕刻只除去需要曝光的區(qū)域的鉻類膜，使表面露出相位偏移圖案，得到相位偏移掩模。
下面，利用實(shí)施例更具體地說明本發(fā)明。
(實(shí)施例1相位偏移多層膜的成膜工藝?yán)?)本實(shí)施例涉及用于制造ArF曝光用透射率為6％的半色調(diào)(HT)相位偏移掩模的光掩模坯料具有的相位偏移多層膜的成膜工藝?yán)?br> 圖8A和圖8B分別用于說明依次層合5層MoSiON構(gòu)成上述相位偏移多層膜時(shí)的成膜條件(圖8A)以及在該條件下，利用光電子分光(XPS)分析成膜的相位偏移多層膜的結(jié)果(圖8B)。
在圖8A中，橫軸表示距離基板表面的膜厚，左縱軸表示混合在濺鍍氣體中的氧氣的流量，右縱軸表示對第1和第2靶施加的電功率。此處，濺鍍用的第1和第2靶分別使用Si單晶和鉬硅化物(MoSi2.3)多晶。并使用Ar、氮、氧的混合氣體作為濺鍍用氣體。
另外，圖9將上述結(jié)果歸納成表，包括對第1以及第2靶施加的電功率(W)、Ar氣、氮?dú)?、氧氣各自的流?sccm)、膜厚()、每層相對整體厚度的比例(％)等。
參照圖8A和圖9可知，第1層的成膜在如下的條件下開始，得到膜厚為60的層，所述成膜條件為第1靶(Si)上的施加功率為635W、第2靶(MoSi2.3)上的施加功率為365W，混合在濺鍍氣體中的氧氣流量為1.5sccm。另外，混合在濺鍍氣體中的Ar氣流量以及氮?dú)饬髁糠謩e為5.0sccm和50.0sccm，上述Ar氣流量以及氮?dú)饬髁恳恢本S持到相位偏移多層膜的成膜結(jié)束。
接下來，在上述第1層上形成第2層。改為在下面的成膜條件下開始成膜，并得到厚度為60的第2層，成膜條件為第1靶(Si)上的施加功率為660W、第2靶(MoSi2.3)上的施加功率為340W，混合在濺鍍氣體中的氧氣流量為1.0sccm。
然后，如圖8A和圖9所示依次改變各條件，成膜第3層、第4層、以及第5層，最終得到總膜厚為700的相位偏移多層膜。利用臭氧水溶液(臭氧濃度為5～30％)，在室溫對該相位偏移多層膜表面進(jìn)行5分鐘的表面處理，形成氧化穩(wěn)定化層。
參照圖8B，相位偏移多層膜中的鉬(Mo)、硅(Si)、氧、氮各元素的分布隨上述濺鍍成膜條件的改變而緩慢改變，不引起劇烈的組成變化。
如上所述，該相位偏移多層膜的基板側(cè)開始的第m層和第(m+1)層的鉬和硅的組成變化量都被控制在5摩爾％或5摩爾％以下，而且，在相位偏移多層膜最表層膜的表面形成的氧化穩(wěn)定化層表面區(qū)域的鉬含量為相位偏移多層膜中含鉬最多的層(第1層)的金屬含量的1/3或1/3以下(摩爾比)。
另外，此處的濺鍍成膜是利用構(gòu)成金屬硅化物的鉬和硅的組成比不同的多種靶進(jìn)行的，將對上述各靶的施加功率設(shè)定成使相位偏移多層膜的基板側(cè)開始的第m層成膜時(shí)與第(m+1)層成膜時(shí)的金屬以及硅的組成變化量小于或等于5摩爾％，并且，各靶上的施加功率為最大施加功率的30％或30％以下。
而且，對濺鍍氣體中的含氧量進(jìn)行設(shè)定，使相位偏移多層膜的基板側(cè)開始的第m層成膜時(shí)與第(m+1)層成膜時(shí)的變化量小于或等于5摩爾％。另外，多層膜中含有微量碳(C)，這不是有意混入的，而是由于殘留在濺鍍室內(nèi)的含碳雜質(zhì)等的污染造成的。
為了確認(rèn)上述得到的本發(fā)明相位偏移多層膜的耐藥品性，將其在氨水∶雙氧水∶水的體積比為1∶1∶8的調(diào)整液(25℃)中浸漬1小時(shí)，然后測定透射率變化(測定波長為193nm)。耐藥品性優(yōu)異的膜被期待藥液浸漬前后的透射率變化小，而本發(fā)明的相位偏移多層膜的透射率變化量僅為0.1％，顯示出高耐藥品性。
(實(shí)施例2相位偏移多層膜的成膜工藝?yán)?)本實(shí)施例涉及用于制造KrF曝光用透射率為6％的半色調(diào)(HT)相位偏移掩模的光掩模坯料具有的相位偏移多層膜的成膜工藝?yán)?br> 圖10A和圖10B分別說明依次層合5層MoSiON構(gòu)成上述相位偏移多層膜時(shí)的成膜條件(圖10A)以及在該條件下，利用光電子分光(XPS)分析成膜的相位偏移多層膜的結(jié)果(圖10B)。
在圖10A中，橫軸表示距離基板表面的膜厚，左縱軸表示混合在濺鍍氣體中的氧氣的流量，右縱軸表示對第1和第2靶施加的電功率。此處，濺鍍用的第1和第2靶分別使用Si單晶和鉬硅化物(MoSi2.3)多晶。并使用Ar、氮、氧的混合氣體作為濺鍍用氣體。
另外，圖11將上述結(jié)果歸納成表，包括對第1以及第2靶施加的電功率(W)、Ar氣、氮?dú)?、氧氣各自的流?sccm)、膜厚()、每層相對整體厚度的比例(％)等。
參照圖10A和圖11可知，第1層的成膜在如下的條件下開始，得到膜厚為200的第1層，所述條件為第1靶(Si)上的施加功率為250W、第2靶(MoSi2.3)上的施加功率為750W，混合在濺鍍氣體中的氧氣流量為2.0sccm。另外，混合在濺鍍氣體中的Ar氣流量以及氮?dú)饬髁糠謩e為5.0sccm和50.0sccm，上述Ar氣流量以及氮?dú)饬髁恳恢本S持到相位偏移多層膜的成膜結(jié)束。
接下來，在上述第1層上形成第2層。改為在下面的成膜條件下開始成膜，并得到厚度為250的第2層，所述成膜條件為第1靶(Si)上的施加功率為300W、第2靶(MoSi2.3)上的施加功率為700W，混合在濺鍍氣體中的氧氣流量為1.0sccm。
在上述第2層上形成第3層。在下面的成膜條件下開始成膜，并得到厚度為250的第3層，成膜條件為第1靶(Si)上的施加功率為350W、第2靶(MoSi2.3)上的施加功率為650W，混合在濺鍍氣體中的氧氣流量為0.5sccm。
然后，如圖10A和圖11所示依次改變各條件，成膜第4層、第5層，最終得到總膜厚為938的相位偏移多層膜。利用臭氧水溶液(臭氧濃度為5～30％)，在室溫下對該相位偏移多層膜表面進(jìn)行5分鐘的表面處理，形成氧化穩(wěn)定化層。
參照圖10B，相位偏移多層膜中的鉬(Mo)、硅(Si)、氧、氮各元素的分布隨上述濺鍍成膜條件的改變而緩慢改變，不引起劇烈的組成變化。
如上所述，該相位偏移多層膜的基板側(cè)開始的第m層和第(m+1)層的鉬和硅的組成變化量都被控制在5摩爾％或5摩爾％以下，而且，在相位偏移多層膜最表層的膜表面形成的氧化穩(wěn)定化層的表面區(qū)域的鉬含量為相位偏移多層膜中含鉬最多的層(第1層)的金屬含量的1/3或1/3以下(摩爾比)。
另外，此處的濺鍍成膜是利用構(gòu)成金屬硅化物的鉬和硅的組成比不同的多種靶進(jìn)行的，將對上述各靶上的施加功率設(shè)定成使相位偏移多層膜的基板側(cè)開始的第m層成膜時(shí)與第(m+1)層成膜時(shí)的金屬以及硅的組成變化量小于或等于5摩爾％，并且，各靶上的施加功率為最大施加功率的30％或30％以下。
而且，對濺鍍氣體中的含氧量進(jìn)行設(shè)定，使相位偏移多層膜的基板側(cè)開始的第m層成膜時(shí)與第(m+1)層成膜時(shí)的變化量小于或等于5摩爾％。另外，多層膜中含有微量碳(C)，這不是有意混入的，而是由于殘留在濺鍍室內(nèi)的含碳雜質(zhì)等的污染造成的。
為了確認(rèn)上述得到的本發(fā)明相位偏移多層膜的耐藥品性，將其在氨水∶雙氧水∶水的體積比為1∶1∶8的調(diào)整液(25℃)中浸漬1小時(shí)，然后測定透射率變化(測定波長為248nm)。耐藥品性優(yōu)異的膜被期待藥液浸漬前后的透射率變化小，而本發(fā)明的相位偏移多層膜的透射率變化量僅為0.1％，顯示出高耐藥品性。
(比較例)圖12A和圖12B說明利用干式蝕刻法使具有2層層合結(jié)構(gòu)的本發(fā)明相位偏移多層膜形成圖案時(shí)的側(cè)壁形狀，圖12A是組成被控制的本發(fā)明相位偏移多層膜的剖面簡圖，圖12B是所述組成未被控制的相位偏移多層膜的剖面簡圖(在圖12B中，將對應(yīng)于圖12A中所示結(jié)構(gòu)部件的標(biāo)號(hào)后加’進(jìn)行表示)。
如果蝕刻下層(2a’)和上層(2b’)的組成有很大差別的相位偏移多層膜(2’)，則各層的蝕刻速度的差別顯著，在上層和下層之間的界面處蝕刻速度發(fā)生急劇變化，結(jié)果產(chǎn)生顯著階差，導(dǎo)致側(cè)壁的粗糙度變大(圖12B)。與此相反，如本發(fā)明所示，階梯狀緩慢改變構(gòu)成相位偏移膜的多層的成膜條件，使2層(2a，2b)界面處的蝕刻速度緩慢改變，結(jié)果使側(cè)壁平坦化(圖12A)。
以上利用實(shí)施例對本發(fā)明的相位偏移掩模坯料以及使用該掩模坯料制作的相位偏移掩模進(jìn)行說明，但上述實(shí)施例只是實(shí)施本發(fā)明的例子，并不是將本發(fā)明限定于此。對上述實(shí)施例進(jìn)行的各種變化也包括在本發(fā)明范圍內(nèi)，而且，從上述記載可知本發(fā)明的范圍內(nèi)有可能存在其他各種產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明提供相位偏移掩模坯料，以及使用所述掩模坯料制造的相位偏移掩模，所述掩模坯料滿足光學(xué)特性，同時(shí)耐藥品性優(yōu)異，并且能提高蝕刻相位偏移膜時(shí)的圖像形成部的端面(側(cè)壁)的平滑性(降低粗糙度)，能高精度且穩(wěn)定地轉(zhuǎn)印微細(xì)圖案。
權(quán)利要求
1.一種相位偏移掩模坯料，該掩模坯料具有層合n層由金屬硅化物的化合物組成的層而構(gòu)成的相位偏移多層膜和設(shè)置在該相位偏移多層膜的最表面的氧化穩(wěn)定化層，從上述相位偏移多層膜的基板側(cè)開始的第m層和第(m+1)層的金屬及硅的組成變化量都小于或等于5摩爾％，同時(shí)，上述氧化穩(wěn)定化層表面區(qū)域的金屬含量為上述相位偏移多層膜中含金屬最多的層的金屬含量的1/3或1/3以下(摩爾比)，此處，n為大于或等于2的整數(shù)，m為滿足1≤m≤(n-1)的整數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的相位偏移掩模坯料，其中，所述金屬硅化物的化合物是金屬硅化物的氧化物、氮化物、碳化物、氧氮化物、氧碳化物、氮碳化物、或氧氮碳化物中的任一種。
3.如權(quán)利要求1或2所述的相位偏移掩模坯料，其中，所述金屬硅化物是鉬硅化物。
4.如權(quán)利要求1或2所述的相位偏移掩模坯料，其中，所述氧化穩(wěn)定化層的表面區(qū)域具有低于所述相位偏移多層膜中的最小金屬含量的金屬含量和高于最大含氧量的含氧量，所述相位偏移多層膜的最下層的層在相位偏移多層膜中具有最大金屬含量。
5.一種相位偏移掩模，該掩模是將權(quán)利要求1或2所述的相位偏移掩模坯料的相位偏移多層膜進(jìn)行圖案化而形成的。
6.相位偏移掩模坯料的制造方法，該方法包括以下工序在基板上濺鍍形成相位偏移多層膜的第1工序，該相位偏移多層膜是層合n層由金屬硅化物的化合物組成的層而構(gòu)成的；對上述相位偏移多層膜的最表面進(jìn)行氧化處理，形成氧化穩(wěn)定化層的第2工序；上述濺鍍成膜是利用構(gòu)成上述金屬硅化物的金屬和硅的組成比例不同的多種靶進(jìn)行的，將對上述各靶施加的電功率設(shè)定成使從上述相位偏移多層膜的基板側(cè)開始的第m層在成膜時(shí)與第(m+1)層在成膜時(shí)的金屬以及硅的組成變化量小于或等于5摩爾％，并且所施加的電功率是對該靶所施加的最大電功率的30％或30％以下，進(jìn)行上述氧化處理，使上述氧化穩(wěn)定化層表面區(qū)域的金屬含量為上述相位偏移多層膜中含金屬最多的層的金屬含量的1/3或1/3以下(摩爾比)，此處，n是大于或等于2的整數(shù)，m是滿足1≤m≤(n-1)的整數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的相位偏移掩模坯料的制造方法，其中，所述多種靶選擇金屬硅化物靶和硅靶。
8.如權(quán)利要求7所述的相位偏移掩模坯料的制造方法，其中，所述金屬硅化物靶中含有鉬作為金屬成分。
9.如權(quán)利要求6～8中任一項(xiàng)所述的相位偏移掩模坯料的制造方法，其中，所述濺鍍成膜使用含有氧或氮的濺鍍氣體進(jìn)行，對該濺鍍氣體中的氧或氮的含量進(jìn)行設(shè)定，使其在從上述相位偏移多層膜的基板側(cè)開始的第m層成膜時(shí)和第(m+1)層成膜時(shí)的變化量小于或等于5摩爾％。
10.如權(quán)利要求6～8中任一項(xiàng)所述的相位偏移掩模坯料的制造方法，其中，所述濺鍍成膜使用含有氧的濺鍍氣體進(jìn)行，將該濺鍍氣體中的含氧量控制在能使所述相位偏移多層膜的最下層的層在所述相位偏移多層膜中具有最大的金屬含量，進(jìn)行所述氧化處理，使所述氧化穩(wěn)定化層的表面區(qū)域具有低于上述相位偏移多層膜中的最小金屬含量的金屬含量和高于最大含氧量的含氧量。
全文摘要
在對曝光光線透明的基板(1)上設(shè)置層合2層由金屬硅化物的化合物(2a、2b)組成的層的相位偏移多層膜(2)。而且，在表面?zhèn)鹊慕饘俟杌锏幕衔?2b)表面上形成氧化穩(wěn)定化層(2c)。相位偏移多層膜(2)中基板側(cè)(下面)的層(2a)是金屬組成相對高的金屬硅化物的化合物，上面的層(2b)是金屬組成相對低的金屬硅化物的化合物。氧化穩(wěn)定化層(2c)的金屬含量為下面的層(2a)的金屬含量的1/3或1/3以下(摩爾比)，為低金屬組成，化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異，顯示高耐藥品性。下面的層(2a)由具有較高金屬含量的金屬硅化物的化合物膜構(gòu)成，因此，容易控制相位偏移多層膜的光學(xué)特性，能得到所希望的光學(xué)特性。
文檔編號(hào)H01L21/027GK1862377SQ20061007690
公開日2006年11月15日 申請日期2006年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月12日
發(fā)明者稻月判臣, 吉川博樹, 丸山保, 岡崎智 申請人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社