空白掩模、光掩模及半导体元件的制造方法

技术领域

本实施方式涉及空白掩模、光掩模及半导体元件的制造方法。

背景技术

伴随半导体装置等的高集成化，产生了对半导体装置的电路图案实现微细化的需求。为此，使用光掩模在晶圆表面显影电路图案的技术，即光刻技术的重要性已变得更为凸显。

为了显影微细化的电路图案，需要实现用于曝光工艺的曝光光源的短波长化。近期使用的曝光光源包括ArF准分子激光(波长为193nm)等。

另一方面，光掩模包括二元掩模(Binary Mask)和相移掩模(Phase Shift Mask)等。

二元掩模具有在透光基板上形成遮光层图案的结构。在二元掩模的形成有图案的表面，不包括遮光层的透射部分使得曝光光透过，并且包括遮光层的遮光部分阻挡曝光光，从而可以在晶圆表面的抗蚀剂膜上曝光图案。然而，在二元掩模中，随着图案变得微细，由于在曝光工艺中在透射部分的边缘处产生的光的衍射，因此在微细化图案显影时可能出现问题。

相移掩模有交替型(Levenson type)、外架型(Outrigger)和半色调型(Half-tonetype)。其中，半色调型相移掩模具有在透光基板上形成由半透光膜形成的图案的结构。在半色调型相移掩模的形成有图案的表面，不包括半透射层的透射部分使得曝光光透过，并且包括半透射层的半透射部分使得衰减的曝光光透过。所述衰减的曝光光与透过透射部分的曝光光相比具有相位差。因此，在透射部分的边缘产生的衍射光被透过半透射部分的曝光光抵消，使得相移掩模可以在晶圆表面形成更精细的微细图案。

现有技术文献

专利文献

(专利文献1)韩国公开专利第10-2007-0060529号

(专利文献2)韩国授权专利第10-1593390号

发明内容

发明要解决的问题

本实施方式的目的在于提供一种能够在进行遮光膜的光学特性测量和缺陷检测的情况下获得更准确的测量值的空白掩模等。

用于解决问题的手段

根据本说明书的一个实施例的空白掩模包括透光基板和设置在所述透光基板上的遮光膜。

所述遮光膜包括过渡金属、氧和氮中的至少一种。

当用波长为193nm的光测量十次所述遮光膜的光密度时，测得的光密度值的标准偏差小于等于0.009。

从所述测得的光密度值中的最大值减去最小值所得的值小于0.03。

所述遮光膜的表面的Rsk值大于等于-2且小于等于0.1。

所述测得的光密度值是在所述遮光膜的表面中的共计49个特定测量点分别测量的光密度值的平均值。

所述测量十次是指，在每一次测量时，在所述遮光膜的表面中的共计49个特定测量点分别进行测量，并且在所述测量十次时均采用相同的测量点。

当用波长为193nm的光测量十次所述遮光膜的反射率时，测得的反射率值的标准偏差可以小于等于0.032％。

从所述测得的反射率值中的最大值减去最小值所得的值可以小于等于0.09％。

对于波长大于等于190nm且小于等于550nm的光，所述遮光膜的反射率可以大于等于15％且小于等于35％。

所述遮光膜的表面的Rku值可以小于等于3.5。

所述遮光膜的表面的Rp值可以小于等于4.7nm。

所述遮光膜的表面的Rpv值可以小于等于8.5nm。

所述遮光膜可以包括第一遮光层和设置在所述第一遮光层上的第二遮光层。

所述第二遮光层中的过渡金属的含量可以大于所述第一遮光层中的过渡金属的含量。

所述过渡金属包括Cr、Ta、Ti和Hf中的至少一种。

根据本说明书的另一个实施例的光掩模包括透光基板和设置在所述透光基板上的遮光图案膜。

所述遮光图案膜包括过渡金属、氧和氮中的至少一种。

当用波长为193nm的光测量十次所述遮光图案膜的上表面的光密度时，测得的光密度值的标准偏差小于等于0.009。

从所述测得的光密度值中的最大值减去最小值所得的值小于0.03。

所述遮光图案膜的上表面的Rsk值大于等于-2且小于等于0.1。

根据本说明书的又一个实施例的半导体元件的制造方法包括：准备步骤，设置光源、光掩模和涂有抗蚀剂膜的半导体晶圆，曝光步骤，通过所述光掩模将从所述光源入射的光选择性地透射并发射到所述半导体晶圆上，以及显影步骤，在所述半导体晶圆上显影图案。

所述光掩模包括透光基板和设置在所述透光基板上的遮光图案膜。

所述遮光图案膜包括过渡金属、氧和氮中的至少一种。

当用波长为193nm的光测量十次所述遮光图案膜的上表面的光密度时，测得的光密度值的标准偏差小于等于0.009。

从所述测得的光密度值中的最大值减去最小值所得的值小于0.03。

所述遮光图案膜的上表面的Rsk值大于等于-2且小于等于0.1。

发明效果

本实施方式的空白掩模等可以在执行遮光膜的光学特性测量以及缺陷检测的情况下获得更准确的测量值。

附图说明

图1是描述根据本说明书公开的一个实施例的空白掩模的概念图。

图2是描述用于测量遮光膜的光密度的方法的概念图。

图3是描述根据本说明书公开的另一个实施例的空白掩模的概念图。

图4是描述根据本说明书公开的又一个实施例的空白掩模的概念图。

图5是描述根据本说明书公开的又一个实施例的光掩模的概念图。

附图标记说明

100：空白掩模

10：透光基板

20：遮光膜

21：第一遮光层

22：第二遮光层

30：相移膜

200：光掩模

25：遮光图案膜

da：测量区域

dp：测量点

ds：扇区

具体实施方式

在下文中，将详细描述实施例，以便本实施方式所属技术领域的普通技术人员能够容易地实施。然而，本实施方式可以以各种不同的形式来实施并且不限于在此描述的实施例。

本说明书中使用的“约”、“实质上”等程度术语在提供所提及的含义中固有的制造偏差和材料允许偏差时，以等于或接近该数值范围的含义使用，以便防止非良心侵权者不正当地使用为帮助理解本实施方式而提供的包括准确数值或绝对数值的公开内容。

在本说明书的整个部分，包括在马库什形式的表达中的“其组合”的术语是指一种或多种选自以马库什形式记载的组件组成的组的混合物或组合，并且意指包括选自由上述组件组成的组的一个或多个。

在本说明书的整个部分，“A和/或B”的记载是指“A、B、或者A和B”。

在本说明书的整个部分，除非另有说明，否则诸如“第一”、“第二”或者“A”、“B”之类的术语用于区分相同的术语。

在本说明书中，B位于A上的含义是指B直接位于A上或者B位于A上且B与A之间还设置有其它层，其解释不限于B位于与A的表面接触的位置。

在本说明书中，除非另有说明，否则单数形式被解释为包括在上下文中解释的单数或复数的含义。

在本说明书中，表面轮廓(surface profile)是指在表面上观察到的轮廓形状。

Rsk值是根据ISO_4287评估的值。Rsk值表示要测量的表面轮廓(surfaceprofile)的偏度(skewness)。

Rku值是根据ISO_4287评估的值。Rku值表示要测量的表面轮廓的峰度(kurtosis)。

峰(peak)是位于遮光膜表面轮廓中的基准线(意指表面轮廓中的高度平均线)的上部的部分。

谷(valley)是遮光膜表面轮廓中位于基准线下部的部分。

Rp值是根据ISO_4287评估的值。Rp值是要测量的表面轮廓中的最大峰高度。

Rv值是根据ISO_4287评估的值。Rv值是要测量的表面轮廓中的最大谷深。

Rpv值是要测量的表面的Rp值和Rv值之和。

在本说明书中，标准偏差是指样本标准偏差。

在本说明书中，假缺陷是指，位于遮光膜的表面，并且由于不会导致空白掩模的分辨率下降的缺陷，因此不属于真缺陷，但是在用高灵敏度的缺陷检测装置检测时，将被检测为存在缺陷。

伴随半导体的高集成化，产生了在半导体晶圆上形成更微细化的电路图案的需求。随着在半导体晶圆上显影的图案的线宽进一步缩小，与光掩模的分辨率下降有关的问题也在增加。

为了在半导体晶圆上精确地显影微细电路图案，可能需要控制光掩模的遮光图案膜具有所需的光学特性，并且可能需要遮光图案膜按照预先设计的图案形状进行精确图案化。

在对空白掩模中的遮光膜进行图案化之前，可以使用光谱椭偏仪(Spectroscopicellipsometer)实施用于测量遮光膜的光密度、反射率等的光学特性检测。另外，也可以在形成遮光膜之后和形成遮光图案膜之后进行缺陷检测。在光学特性检测过程中，由于测量值随测量次数而变化，因此可能难以准确地测量遮光膜的光密度、反射率等。另外，在缺陷检测过程中，根据遮光膜的表面特性，有时会检测出大量的假缺陷或产生炫光现象(flare)，因此可能在检测真缺陷时遇到难题。

本实施方式的发明人确认到，当多次测量遮光膜的光密度等时，表示测量值调整后的标准偏差等，并且确认到可以通过应用遮光膜表面的偏度等得到控制的空白掩模等来解决上述问题，从而完成了本实施方式。

在下文中，将具体描述本实施方式。

图1是描述根据本说明书公开的一个实施例的空白掩模的概念图。将参照上述图1描述本实施方式的空白掩模。

空白掩模100包括透光基板10和位于所述透光基板10上的遮光膜20。

透光基板10的材料可以是对曝光光具有透光性且能够应用于空白掩模100的任何材料。具体地，透光基板10对于波长为193nm的曝光光的透光率可以大于等于85％。所述透光率可以大于等于87％。所述透光率可以小于等于99.99％。作为示例，透光基板10可以使用合成石英基板。在这种情况下，透光基板10可以抑制透过所述透光基板10的光的衰减(attenuated)。

另外，透光基板10可以通过调节平面度和粗糙度等表面特性来抑制光学畸变的发生。

遮光膜20可以位于透光基板10的顶侧(top side)。

遮光膜20可以具有阻断从透光基板10的底侧(bottom side)入射的曝光光的至少一部分的特性。并且，当相移膜30(参照图4)等位于透光基板10与遮光膜20之间时，遮光膜20可以在按照图案形状蚀刻所述相移膜30等的工艺中用作蚀刻掩膜。

遮光膜20包括过渡金属、氧和氮中的至少一种。

遮光膜的光学特性

当用波长为193nm的光测量十次所述遮光膜20的光密度时，测得的光密度值的标准偏差小于等于0.009。

从所述测得的光密度值中的最大值减去最小值所得的值小于0.03。

可以使用光谱椭偏仪测量成膜后的遮光膜20的光密度、反射率等。在测量过程中，当以相同方法多次测量遮光膜20时，测量值的偏差可能非常大。发明人认为，这是因为在遮光膜20的表面产生检测光的漫反射而妨碍准确的测量。

在本实施方式中，应用通过相同的测量方法多次测量光密度而得到的测量值的标准偏差等得到调节的遮光膜20，从而可以容易地准确测量遮光膜20的光密度值。

遮光膜20的光密度值的标准偏差等的测量方法如下。

图2是描述用于测量遮光膜的光密度的方法的概念图。将参照上述图2描述本实施方式的空白掩模。

在遮光膜20上特定位于遮光膜20的中心的宽132mm和长132mm的测量区域da。将所述测量区域da分别在横向和纵向方向上划分为6等分以特定所形成的共计36个扇区ds。将每个所述扇区ds的共计49个顶点特定为测量点dp，并且在所述测量点dp处测量遮光膜20的透光率值。基于所述透光率值计算以下第1式的光密度。

第1式：

计算各个所述测量点dp的光密度值的平均值，并将计算出的值用作遮光膜20的光密度值。

测量十次遮光膜20的光密度，以便计算出光密度值的标准偏差和从最大值减去最小值所得的值。测量十次遮光膜20的光密度的过程均在相同的测量条件下对相同的测量点dp进行。

可以使用光谱椭偏仪测量光密度。检测光的波长为193nm。作为示例，光谱椭偏仪可以使用NanoView公司的MG-Pro。

当用波长为193nm的光测量十次所述遮光膜20的光密度时，测得的光密度值的标准偏差可以是小于等于0.009。所述标准偏差可以小于等于0.006。所述标准偏差可以小于等于0.0055。所述标准偏差可以大于等于0。

从所述测得的光密度值中的最大值减去最小值所得的值可以小于0.03。从所述最大值减去最小值所得的值可以小于等于0.025。从所述最大值减去最小值所得的值可以小于等于0.02。从所述最大值减去最小值所得的值可以大于等于0。

在这种情况下，可以更准确地测量遮光膜20的光密度。

遮光膜对于波长为193nm的光的光密度值可以大于等于1.5且小于等于3。遮光膜对于波长为193nm的光的光密度值可以大于等于1.7且小于等于2.8。遮光膜对于波长为193nm的光的光密度值可以大于等于1.8且小于等于2.5。在这种情况下，当遮光膜与相移膜形成层叠结构时，可以有效地阻挡曝光光。

遮光膜20对于波长为193nm的光的透光率可以大于等于1％。遮光膜20对于波长为193nm的光的透光率可以大于等于1.3％。遮光膜20对于波长为193nm的光的透光率可以大于等于1.4％。遮光膜20对于波长为193nm的光的透光率可以为小于等于2％。在这种情况下，遮光膜20可以层叠在相移膜上以帮助有效地阻挡曝光光。

当用波长为193nm的光测量十次遮光膜20的透光率时，测得的透光率值的标准偏差可以小于等于0.0018％。从所述测得的透光率值中的最大值减去最小值所得的值可以小于等于0.0055％。

用于测量所述透光率值的标准偏差和最大值减去最小值所得的值的方法与前述的用于测量光密度的标准偏差和最大值减去最小值所得的值的方法相同。

当用波长为193nm的光测量十次遮光膜20的透光率时，测得的透光率值的标准偏差可以小于等于0.0018％。所述标准偏差可以小于等于0.0015％。所述标准偏差可以小于等于0.001％。所述标准偏差可以大于等于0％。

当用波长为193nm的光测量十次遮光膜20的透光率时，从测得的最大值减去最小值所得的值可以小于等于0.0055％。从所述最大值减去最小值所得的值可以小于等于0.0045％。从所述最大值减去最小值所得的值可以小于等于0.0035％。从所述最大值减去最小值所得的值可以大于等于0％。

在这种情况下，可以使用光谱椭偏仪容易地从遮光膜20测量准确的透光率。

当用波长为193nm的光测量十次所述遮光膜20的反射率时，测得的反射率值的标准偏差小于等于0.032％。

从所述测得的反射率值中的最大值减去最小值所得的值小于等于0.09％。

用于测量反射率值的方法与前述的用于测量光密度值的方法相同。

当用波长为193nm的光测量十次所述遮光膜20的反射率时，测得的反射率值的标准偏差可以小于等于0.032％。所述标准偏差可以小于等于0.03％。所述标准偏差可以小于等于0.028％。所述标准偏差可以大于等于0％。

从所述测得的反射率值中的最大值减去最小值所得的值可以小于等于0.09％。从所述最大值减去最小值所得的值可以小于等于0.0855％。从所述最大值减去最小值所得的值可以小于等于0.083％。从所述最大值减去最小值所得的值可以大于等于0％。

在这种情况下，可以从遮光膜20的表面测量更准确的反射率值。

遮光膜20对于波长大于等于190nm且小于等于550nm的光的反射率可以大于等于15％且小于等于35％。

在对遮光膜20的表面进行缺陷检测的过程中，检测光入射到遮光膜20的表面并在遮光膜20的表面形成反射光。缺陷检测仪可以分析所述反射光以判定是否存在缺陷。本实施方式可以在缺陷检测仪的检测光波长范围内将遮光膜20的表面的反射率控制在实施方式预设的范围内。由此，能够抑制在缺陷检测过程中由于不受控制的反射光的光强度导致缺陷检测仪的精度降低。

遮光膜20的反射率通过光谱椭偏仪测量。作为示例，遮光膜20的反射率可以使用NanoView公司的型号MG-Pro来测量。

遮光膜20对于波长大于等于190nm且小于等于550nm的光的反射率可以大于等于15％且小于等于35％。所述反射率可以大于等于17％且小于等于30％。所述反射率可以大于等于20％且小于等于28％。在这种情况下，可以进一步提高遮光膜20表面缺陷检测的准确度。

遮光膜的表面粗糙度的相关特性

遮光膜20表面的Rsk值可以大于等于-2且小于等于0.1。

根据遮光膜20的表面粗糙度特性，遮光膜20的光学特性测量值可能随测量次数而变化。在检测光在遮光膜20表面反射和透过的过程中，分布在遮光膜20表面的峰可能引起检测光的漫反射。这可能会影响光学特性测量值的准确性。

为了抑制检测光的漫反射现象，可以考虑单纯地降低遮光膜20的表面粗糙度的方法。然而，在这种情况下，在检测遮光膜20的表面的缺陷的过程中，可能会出现过强反射光入射到检测仪镜头的眩光(flare)现象。眩光现象可能导致测得的遮光膜表面图像畸变，使得难以检测到遮光膜20的实际缺陷。

本实施方式可以控制遮光膜20的组成、层结构、表面处理工艺条件等。同时，可以将遮光膜20的表面轮廓，特别是偏度特性控制在本实施方式预设的范围内。由此，能够控制反射光路，以便在测定光学特性值时有利于获得更准确的测量值。另外，在缺陷检测过程中，可以有效地抑制遮光膜表面发生图像畸变。

用于测量遮光膜20表面的Rsk值的方法如下。

在位于遮光膜20的表面的中心部(中央部)的宽1μm、长1μm的区域测量Rsk值。使用二维粗糙度测量仪在所述区域中将扫描速率设置为0.5Hz以在非接触模式下测量Rsk值。作为示例，可以通过应用Park System公司的型号XE-150来测量Rsk值，该型号XE-150应用了Park System公司的型号Cantilever即PPP-NCHR作为探针。

遮光膜20表面的Rsk值可以大于等于-2且小于等于0.1。所述Rsk值可以大于等于-1。所述Rsk值可以大于等于-0.9。所述Rsk值可以大于等于-0.88。所述Rsk值可以大于等于-0.8。所述Rsk值可以大于等于-0.7。所述Rsk值可以小于等于0。所述Rsk值可以小于等于-0.15。所述Rsk值可以小于等于-0.2。在这种情况下，可以有效地降低检测光在遮光膜20的表面发生漫反射的程度。

遮光膜20表面的Rku值可以小于等于3.5。

本实施方式可以控制分布在遮光膜20表面的峰的峰度。在这种情况下，在检测光学特性的过程中，可以抑制从遮光膜表面反射的检测光偏离目标光路。另外，通过抑制遮光膜20的表面的反射率变得过高，能够进一步提高缺陷检测的准确度。

用于测量遮光膜20表面的Rku值的方法与前述的用于测量Rsk值的方法相同。

遮光膜20表面的Rku值可以小于等于3.5。所述Rku值可以小于等于3.2。所述Rku值可以小于等于3。所述Rku值可以大于等于1。所述Rku值可以大于等于2。在这种情况下，可以帮助抑制在遮光膜20的表面发生漫反射，并且可以帮助遮光膜呈现适合缺陷检测的反射率。

本实施方式可以控制位于遮光膜20表面的最大峰高度或最大谷深。由此，在缺陷检测过程中，可以使得在遮光膜20的表面反射的检测光具有足以检测缺陷的强度，从而可以显着降低假缺陷的检测频率。另外，在测量光学特性值时，可以减少测量值的偏差。

用于测量遮光膜20表面的Rp值、Rv值的方法与前述的用于测量Rsk值的方法相同。通过相加Rp值和Rv值，得出Rpv值。

遮光膜20表面的Rp值可以小于等于4.7nm。所述Rp值可以小于等于4.65nm。所述Rp值可以小于等于4.5nm。所述Rp值可以大于等于1nm。

遮光膜20表面的Rv值可以小于等于3.9nm。所述Rv值可以小于等于3.6nm。所述Rv值可以小于等于3.5nm。所述Rv值可以大于等于1nm。

遮光膜20表面的Rpv值可以小于等于8.5nm。所述Rpv值可以小于等于8.4nm。所述Rpv值可以小于等于8.3nm。所述Rpv值可以小于等于8nm。所述Rpv值可以小于等于7.9nm。所述Rpv值可以大于等于1nm。

在这种情况下，可以提高遮光膜20表面的缺陷检测和光学特性测量的准确度。

遮光膜的层结构和组成

图3是描述根据本说明书的另一个实施例的空白掩模的概念图。将参照上述图3描述本实施方式。

遮光膜20可以包括第一遮光层21和设置在所述第一遮光层21上的第二遮光层22。

第二遮光层22可以包括过渡金属、氧和氮中的至少一种。第二遮光层22可以包含35at％以上的过渡金属。第二遮光层22可以包含40at％以上的过渡金属。第二遮光层22可以包含45at％以上的过渡金属。第二遮光层22可以包含50at％以上的过渡金属。第二遮光层22可以包含75at％以下的过渡金属。第二遮光层22可以包含70at％以下的过渡金属。第二遮光层22可以包含65at％以下的过渡金属。第二遮光层22可以包含60at％以下的过渡金属。

第二遮光层22中对应于氧或氮的元素的含量可以是15at％以上。所述含量可以是20at％以上。所述含量可以是25at％以上。所述含量可以是55at％以下。所述含量可以是50at％以下。所述含量可以是45at％以下。

第二遮光层22可以包含5at％以上的氧。第二遮光层22可以包含10at％以上的氧。第二遮光层22可以包含25at％以下的氧。第二遮光层22可以包含20at％以下的氧。

第二遮光层22可以包含10at％以上的氮。第二遮光层22可以包含15at％以上的氮。第二遮光层22可以包含30at％以下的氮。第二遮光层22可以包含25at％以下的氮。

第二遮光层22可以包含1at％以上的碳。第二遮光层22可以包含3at％以上的碳。第二遮光层22可以包含10at％以下的碳。第二遮光层22可以包含8at％以下的碳。

在这种情况下，遮光膜20可以与相移膜30一起形成叠层来帮助充分地阻挡曝光光。

第一遮光层21可以包括过渡金属、氧和氮。第一遮光层21可以包含20at％以上的过渡金属。第一遮光层21可以包含25at％以上的过渡金属。第一遮光层21可以包含30at％以上的过渡金属。第一遮光层21可以包含55at％以下的过渡金属。第一遮光层21可以包含50at％以下的过渡金属。第一遮光层21可以包含45at％以下的过渡金属。

第一遮光层21的氧含量和氮含量之和可以为22at％以上。第一遮光层21的氧含量和氮含量之和可以为30at％以上。第一遮光层21的氧含量和氮含量之和可以为40at％以上。第一遮光层21的氧含量和氮含量之和可以为70at％以下。第一遮光层21的氧含量和氮含量之和可以为60at％以下。第一遮光层21的氧含量和氮含量之和可以为50at％以下。

第一遮光层21可以包含20at％以上的氧。第一遮光层21可以包含25at％以上的氧。第一遮光层21可以包含30at％以上的氧。第一遮光层21可以包含50at％以下的氧。第一遮光层21可以包含45at％以下的氧。第一遮光层21可以包含40at％以下的氧。

第一遮光层21可以包含2at％以上的氮。第一遮光层21可以包含5at％以上的氮。第一遮光层21可以包含20at％以下的氮。第一遮光层21可以包含15at％以下的氮。

第一遮光层21可以包含5at％以上的碳。第一遮光层21可以包含10at％以上的碳。第一遮光层21可以包含25at％以下的碳。第一遮光层21可以包含20at％以下的碳。

在这种情况下，第一遮光层21可以帮助遮光膜20具有优异的消光特性。

所述过渡金属可以包括Cr、Ta、Ti和Hf中的至少一种。所述过渡金属可以是Cr。

第一遮光层21的厚度可以为

第二遮光层22的厚度可以为

第二遮光层22的厚度与第一遮光层21的厚度之比可为0.05至0.3。所述厚度比可以是0.07至0.25。所述厚度比可以是0.1至0.2。在这种情况下，遮光膜20具有足够的消光特性，同时，在图案化遮光膜20时形成的遮光图案膜可以形成接近垂直的侧表面轮廓。

第二遮光层22的过渡金属的含量可以大于第一遮光层21的过渡金属的含量。

第二遮光层22可以具有比第一遮光层21更大的过渡金属含量值，以便精确地控制在图案化遮光膜20的过程中形成的遮光图案膜的侧表面轮廓并确保适合缺陷检测的反射率。然而，在这种情况下，随着对遮光膜20进行热处理，在第二遮光层22中可能发生过渡金属的回收、再结晶和晶粒生长。当在具有高过渡金属含量的第二遮光层22中不控制晶粒生长时，由于过度生长的过渡金属颗粒，与热处理前相比，遮光膜20的表面可能形成变形的轮廓。这可能导致遮光膜20的粗糙度特性发生变化，并且可能影响遮光膜20的光学特性测量和缺陷检测的准确度。

本实施方式可以在控制第二遮光层22具有比第一遮光层21更大的过渡金属含量值的同时，控制遮光膜20的粗糙度特性、热处理、冷却处理和表面处理等的工艺条件等。由此，可以使得遮光膜20在具有期望的光学特性和蚀刻特性的同时，能够从遮光膜20的表面得到更准确的光学特性测量值和缺陷检测结果。

其它薄膜

图4是描述根据本说明书的又一个实施例的空白掩模的概念图。将参照上述图4描述本实施方式的空白掩模。

根据本说明书的另一个实施例的空白掩模100包括透光基板10、设置在所述透光基板10上的相移膜30以及设置在所述相移膜30上的遮光膜20。

相移膜30包括过渡金属和硅。

有关遮光膜20的描述与前述内容重复，在此省略重复的描述。

相移膜30可以位于透光基板10与遮光膜20之间。相移膜30是用于衰减透过所述相移膜30的曝光光的强度并通过调节相位差来实质上抑制在图案边缘处产生的衍射光的薄膜。

相移膜30对波长为193nm的光的相位差可以为170°至190°。相移膜30对波长为193nm的光的相位差可以为175°至185°。相移膜30对波长为193nm的光的透光率可以为3％至10％。相移膜30对波长为193nm的光的透光率可以为4％至8％。在这种情况下，可以提高包括所述相移膜30的光掩模的分辨率。

相移膜30可以包括过渡金属和硅。相移膜30可以包括过渡金属、硅、氧和氮。所述过渡金属可以是钼。

有关透光基板10和遮光膜20的物性和组成等的描述分别与前述内容重复，在此省略重复的描述。

可以在遮光膜20上设置硬掩模(未图示)。当蚀刻遮光膜20图案时，硬掩模可以起到蚀刻掩膜的功能。硬掩模可以包括硅、氧和氮。

光掩模

图5是描述根据本说明书的又一个实施例的光掩模的概念图。将参照上述图5描述本实施方式的光掩模。

根据本说明书的又一个实施例的光掩模200包括透光基板10和设置在所述透光基板10上的遮光图案膜25。

遮光图案膜25包括过渡金属、氧和氮中的至少一种。

当用波长为193nm的光测量十次所述遮光图案膜25的上表面的光密度时，测得的光密度值的标准偏差小于等于0.009。

从所述测得的光密度值中的最大值减去最小值所得的值小于0.03。

遮光图案膜25的上表面的Rsk值大于等于-2且小于等于0.1。

可以通过图案化前述的空白掩模100的遮光膜20来形成遮光图案膜25。

用于测量遮光图案膜25的光密度的方法与前述的测量遮光膜20的光密度的方法相同。但是，当测量点不位于遮光图案膜25的上表面时，应当在位于所述测量点附近位置的遮光图案膜25的上表面重新设置测量点后测量光密度。

在遮光图案膜25的上表面测量Rsk值的方法与前述的在遮光膜20的表面测量Rsk值的方法相同。但是，当遮光图案膜25的上表面没有位于光掩模200表面的中心部(中央部)的宽1μm、长1μm的区域时，在位于所述区域附近的遮光图案膜25的上表面进行测量。

有关遮光图案膜25的物性、组成和结构的描述与有关空白掩模100的遮光层20的描述重复，在此省略重复的描述。

遮光膜的制造方法

根据本说明书的一个实施例的空白掩模的制造方法可以包括：准备步骤，在溅射腔室内设置透光基板和溅射靶材。

根据本说明书的一个实施例的空白掩模的制造方法可以包括：成膜步骤，将气氛气体注入到溅射腔室中并对溅射靶材施加功率以在透光基板上形成遮光膜。

成膜步骤可以包括：第一遮光层成膜过程，在透光基板上形成第一遮光层；以及第二遮光层成膜过程，在所述第一遮光层上形成第二遮光层。

根据本说明书的一个实施例的空白掩模的制造方法可以包括：热处理步骤，在大于等于150℃且小于等于300℃的气氛中进行大于等于5分钟且小于等于30分钟的热处理。

根据本说明书的一个实施例的空白掩模的制造方法可以包括：冷却步骤，冷却经过所述热处理步骤的遮光膜。

根据本说明书的一个实施例的空白掩模的制造方法可以包括：稳定化步骤，在大于等于10℃且小于等于60℃的气氛中稳定化经过冷却步骤的空白掩模。

根据本说明书的一个实施例的空白掩模的制造方法可以包括：表面处理步骤，对经过稳定化步骤的空白掩模的遮光膜进行表面处理。

表面处理步骤可以包括在遮光膜表面应用氧化剂溶液的表面氧化处理过程。

表面处理步骤可以包括冲洗遮光膜表面的冲洗过程。

在准备步骤中，当形成遮光膜时，可以考虑遮光膜的组成来选择靶材。作为溅射靶材，可以使用一种含有过渡金属的靶材。溅射靶材可以使用包括含有过渡金属的一种靶材的两种以上靶材。包含过渡金属的靶材可以包含90at％以上的过渡金属。包含过渡金属的靶材可以包含95at％以上的过渡金属。包含过渡金属的靶材可以包含99at％的过渡金属。

过渡金属可以包括Cr、Ta、Ti和Hf中的至少一种。过渡金属可以包括Cr。过渡金属可以是Cr。

有关设置在溅射腔室内的透光基板的描述与前述内容重复，在此省略重复的描述。

在准备步骤中，可以在溅射腔室内设置磁体。磁体可以设置在与溅射靶材的发生溅射的一个表面相对的表面上。

在遮光膜的成膜步骤，在对包括在遮光膜的各层进行成膜时，可以应用不同的成膜工艺条件。尤其，可以考虑遮光膜的表面粗糙度特性、消光特性和蚀刻特性，不同地适用遮光膜的各层的气氛气体组成、施加到溅射靶材的功率和成膜时间等各种工艺条件。

气氛气体可以包括惰性气体、反应气体和溅射气体。惰性气体是不包含构成成膜的薄膜的元素的气体。反应气体是含有构成成膜的薄膜的元素的气体。溅射气体是在等离子体气氛中进行离子化并与靶材碰撞的气体。

惰性气体可以包括氦气。

反应气体可以包括包含氮元素的气体。所述包含氮元素的气体可以是例如N

溅射气体可以是Ar气体。

用于向溅射靶材施加功率的电源可以使用DC电源，也可以使用RF电源。

在第一遮光层成膜过程中，施加到溅射靶材的功率可以大于等于1.5kW且小于等于2.5kW。在第一遮光层成膜过程中，施加到溅射靶材的功率可以大于等于1.6kW且小于等于2kW。

在第一遮光层成膜过程中，反应气体的流量与气氛气体的惰性气体的流量之比可以大于等于1.5且小于等于3。所述流量之比可以大于等于1.8且小于等于2.7。所述流量之比可以大于等于2且小于等于2.5。

包括在反应气体中的氧含量与氮含量的比率可以大于等于1.5且小于等于4。包括在反应气体中的氧含量与氮含量的比率可以大于等于2且小于等于3。包括在反应气体中的氧含量与氮含量的比率可以大于等于2.2且小于等于2.7。

在这种情况下，第一遮光层可以帮助遮光膜具有足够的消光特性。通过控制第一遮光层的蚀刻特性，可以帮助在图案化后遮光膜图案侧表面轮廓具有与透光基板接近垂直的形状。

第一遮光层的成膜时间可以是大于等于200秒且小于等于300秒。第一遮光层的成膜时间可以是大于等于210秒且小于等于240秒。在这种情况下，第一遮光层可以帮助遮光膜具有足够的消光特性。

在执行第一遮光层成膜后，可以在大于等于5秒且小于等于10秒的期间停止向溅射腔室供应电力和气氛气体，并且可以在第二遮光层成膜过程中再次供应电力和气氛气体。

在第二遮光层成膜过程中，施加到溅射靶材的功率可以大于等于1kW且小于等于2kW。在第二遮光层成膜过程中，施加到溅射靶材的功率可以大于等于1.2kW且小于等于1.7kW。

在第二遮光层成膜过程中，反应气体的流量与气氛气体的惰性气体的流量之比可以大于等于0.3且小于等于0.8。所述流量之比可以大于等于0.4且小于等于0.6。

在第二遮光层成膜过程中，包括在反应气体中的氧含量与氮含量的比率可以小于等于0.3。包括在反应气体中的氧含量与氮含量的比率可以小于等于0.1。包括在反应气体中的氧含量与氮含量的比率可以大于等于0.001。

在这种情况下，有助于将遮光膜的表面粗糙度特性控制在本实施方式所期待的范围内，并且有助于使遮光膜具有稳定的消光特性。

第二遮光层的成膜时间可以大于等于10秒且小于等于30秒。第二遮光层的成膜时间可以大于等于15秒且小于等于25秒。在这种情况下，第二遮光层可以包括在遮光膜中以帮助抑制曝光光透过。

在热处理步骤中，可以对完成成膜步骤的遮光膜进行热处理。具体地，可以将完成所述遮光膜的成膜的基板设置在热处理腔室内，接着进行热处理。

通过对遮光膜进行热处理，可以去除形成在所述遮光膜的应力，并且可以进一步提高遮光膜的密度。当对遮光膜进行热处理时，包括在遮光膜中的过渡金属可回收(recovery)和再结晶(recrystallization)，从而可以有效地去除形成在遮光膜中的应力。然而，在热处理步骤中，当热处理温度和时间等工艺条件不受控制时，遮光膜中会出现晶粒生长(grain growth)，由于过渡金属晶粒尺寸不受控制，与热处理前相比，遮光膜的表面轮廓会发生明显变形。这可能影响遮光膜的表面粗糙度特性，并且可能引起遮光膜表面的光学特性和缺陷检测过程的问题。

本实施方式可以控制热处理步骤中的热处理时间和温度，并且可以在稍后将详细描述的冷却步骤中控制冷却速度、冷却时间、冷却时的气氛气体等，从而可以在有效去除形成在遮光膜的内部应力的同时，使得遮光膜表面具有本实施方式预设的粗糙度特性，并且有助于从遮光膜获得准确的光学特性测量值和缺陷检测结果。

热处理步骤可以在160℃至300℃下实施。热处理步骤可以在180℃至280℃下实施。

热处理步骤可以进行5分钟至30分钟。热处理步骤可以进行10分钟至20分钟。

在这种情况下，可以有效地去除形成在遮光膜的内部应力，并且可以帮助抑制由于热处理引起的过渡金属颗粒的过度生长。

在冷却步骤中，可以对完成热处理的遮光膜进行冷却。可以在完成了热处理步骤的空白掩模的基板侧设置在调节到本实施方式的预设冷却温度的冷却板，从而可以冷却空白掩模。在冷却步骤中，可以通过调节空白掩模与冷却板之间的间隔、引入气氛气体等的工艺条件来控制空白掩模的冷却速度。

可以在完成热处理步骤后的2分钟内对空白掩模执行冷却步骤。在这种情况下，可以有效地抑制过渡金属颗粒由于遮光膜内部的余热而生长。

在冷却板的每个角上安装具有调节后的长度的翅片，并且将空白掩模设置在所述翅片上以使基板面对冷却板，由此，可以控制空白掩模的冷却速度。

除了利用冷却板的冷却方法之外，还可以向执行冷却步骤的空间注入惰性气体以冷却空白掩模。在这种情况下，可以更有效地去除冷却板的冷却效率相对较差的空白掩模的遮光膜侧的余热。

作为示例，惰性气体可以是氦气。

在冷却步骤中，应用到冷却板的冷却温度可以为10℃至30℃。所述冷却温度可以是15℃至25℃。

在冷却步骤中，空白掩模与冷却板之间的间隔距离可以是0.01m至30mm。所述间隔距离可以是0.05mm至5mm。所述间隔距离可以是0.1mm至2mm。

在冷却步骤中，空白掩模的冷却速度可以为30℃/分钟至80℃/分钟。所述冷却速度可以为35℃/分钟至75℃/分钟。所述冷却速度可以为40℃/分钟至70℃/分钟。

在这种情况下，可以抑制由于热处理后的遮光膜中残留的热而导致的过渡金属的晶粒生长，从而有助于遮光膜表面具有本实施方式预设的范围内的表面粗糙度特性。

在稳定化步骤中，能够使冷却步骤后的空白掩模稳定化。由此，能够防止因温度急剧变化而对空白掩模造成损伤。

使经过冷却步骤的空白掩模稳定化的方法有多种。作为示例，可以将经过冷却步骤的空白掩模与冷却板分离，然后在室温的大气中放置预定时间。作为另一个示例，可以将经过冷却步骤的空白掩模与冷却板分离，然后在大于等于15℃且小于等于30℃的气氛中稳定大于等于30分钟且小于等于200分钟的时间。此时，可以使空白掩模以大于等于20rpm且小于等于50rpm的速度旋转。作为又一个示例，可以以大于等于5升/分钟且小于等于10升/分钟的流量在大于等于1分钟且小于等于5分钟的期间向冷却步骤后的空白掩模喷射不与空白掩模反应的气体。此时，不与空白掩模反应的气体可以具有大于等于20℃且小于等于40℃的温度。

在表面处理步骤中，可以通过在遮光膜的表面喷射氧化剂溶液来对遮光膜进行表面处理。氧化剂溶液是具有足以氧化包括遮光膜在内的金属膜的反应性溶液。当将氧化剂溶液喷射到遮光膜表面时，氧化剂溶液可与遮光膜表面反应，因此有助于遮光膜表面具有本实施方式所预期的粗糙度特性。尤其，通过控制氧化剂溶液的组成、流量、喷射方法等，可以将位于遮光膜表面的峰的形状、大小和分布等调节在本实施方式预设的范围内。

在下文中，将详细描述表面处理步骤。

表面处理步骤可以包括第一冲洗过程、表面氧化处理过程和第二冲洗过程。

在表面处理步骤中，在进行表面氧化处理过程之前，可以对遮光膜的表面进行第一冲洗过程。具体地，在第一冲洗过程中，可以在使空白掩模低速旋转的同时以大于等于1000毫升/分钟且小于等于1800毫升/分钟的流量喷射碳酸水。由此，可以有效去除吸附在遮光膜表面的颗粒。

在表面氧化处理过程中，可以将氧化剂溶液喷射到遮光膜的表面。

氧化剂溶液不受限制，只要其对金属膜具有氧化能力即可。作为示例，可以使用氢水和SC-1溶液中的至少一种作为氧化剂溶液。

当将SC-1溶液用作氧化剂溶液时，SC-1溶液中的氨水(NH

当将SC-1溶液用作氧化剂溶液时，SC-1溶液中的过氧化氢(H

所述SC-1溶液的电导率可以大于等于1000μS/cm。所述SC-1溶液的电导率可以大于等于1500μS/cm。所述SC-1溶液的电导率可以小于等于3000μS/cm。所述SC-1溶液的电导率可以大于等于2500μS/cm。

在这种情况下，通过控制遮光膜表面的偏度和形状等，可以有效地抑制测量光学特性时的检测光的漫反射现象。

氧化剂溶液可以以大于等于500毫升/分钟且小于等于4000毫升/分钟的总流量喷射。氧化剂溶液可以以大于等于700毫升/分钟且小于等于3000毫升/分钟的总流量喷射。氧化剂溶液可以以大于等于1000毫升/分钟且小于等于2000毫升/分钟的总流量喷射。

当使用两种以上不同的溶液作为氧化剂溶液时，可以同时喷射每种溶液。当使用两种以上不同的溶液作为氧化剂溶液时，可以依次喷射每种溶液。

喷射氧化剂溶液的时间可以大于等于100秒且小于等于2000秒。喷射氧化剂溶液的时间可以大于等于200秒且小于等于1500秒。喷射氧化剂溶液的时间可以大于等于300秒且小于等于1000秒。喷射氧化剂溶液的时间可以大于等于400秒且小于等于700秒。

在这种情况下，可以有效地控制遮光膜的表面粗糙度。

可以使用一种溶液作为氧化剂溶液，也可以使用两种以上溶液作为氧化剂溶液。当使用两种以上溶液作为氧化剂溶液时，可以使用单独的喷嘴将每种溶液喷射到遮光膜的表面。

当使用两种以上溶液作为氧化剂溶液时，每种溶液的喷射时间可以相同。每种溶液的喷射时间可以互不相同。

为了在遮光膜的整个区域以均匀的流量喷射氧化剂溶液，在喷射过程中，可以在遮光膜区域内在移动喷嘴的位置的同时喷射氧化剂溶液。

在完成表面氧化处理过程后，可以进行第二冲洗过程。具体地，在第二冲洗过程中，可以在使空白掩模低速旋转的同时以大于等于1000毫升/分钟且小于等于1800毫升/分钟的流量喷射碳酸水。由此，可以有效去除残留在遮光膜表面的氧化剂溶液。

半导体元件的制造方法

根据本说明书的另一个实施例的半导体元件的制造方法包括：准备步骤，设置光源、光掩模和涂有抗蚀剂膜的半导体晶圆；曝光步骤，通过所述光掩模将从所述光源入射的光选择性地透射并发射到所述半导体晶圆上；以及显影步骤，在所述半导体晶圆上显影图案。

光掩模包括透光基板和设置在所述透光基板上的遮光图案膜。

遮光图案膜包括过渡金属、氧和氮中的至少一种。

当用波长为193nm的光测量十次所述遮光图案膜的上表面的光密度时，测得的光密度值的标准偏差小于等于0.009。

从所述测得的光密度值中的最大值减去最小值所得的值小于0.03。

遮光图案膜的上表面的Rsk值大于等于-2且小于等于0.1。

在准备步骤中，光源是能够产生短波长的曝光光的装置。曝光光可以是波长小于等于200nm的光。曝光光可以是波长为193nm的ArF光。

光掩模与半导体晶圆之间还可以设置透镜。透镜具有缩小光掩模上的电路图案形状并转移到半导体晶圆上的功能。透镜不受限制，只要能普遍应用于ArF半导体晶圆曝光工艺即可。作为示例，所述透镜可以是由氟化钙(CaF

在曝光步骤中，曝光光可以通过光掩模选择性地透射到半导体晶圆上。在这种情况下，可以在抗蚀剂膜的入射有曝光光的部分发生化学改性。

在显影步骤中，可以用显影液处理经过曝光步骤的半导体晶圆，以在半导体晶圆上显影图案。当涂覆的抗蚀剂膜是正性抗蚀剂(positive resist)时，抗蚀剂膜的入射有曝光光的部分可以被显影液溶解。当涂覆的抗蚀剂膜是负性抗蚀剂(negative resist)时，抗蚀剂膜的曝光光未入射的部分可以被显影液溶解。抗蚀剂膜经过显影液处理而形成抗蚀剂图案。可以将所述抗蚀剂图案作为掩模，从而在半导体晶圆上形成图案。

有关光掩模的描述与前述内容重复，在此省略重复的内容。

在下文中，将更详细地描述具体实施例。

制造例：遮光膜成膜

实施例1：在DC溅射设备的腔室内设置了宽6英寸、长6英寸、厚0.25英寸的透光石英基板。在腔室内设置了铬靶材，其T/S距离为255毫米，基板与靶材之间的角度为25度。

之后，将混合有21体积％的Ar、11体积％的N

在第一遮光层成膜后，在腔室中的第一遮光层上注入混合有57体积％的Ar和43体积％的N

将完成第二遮光层成膜的试片放置于腔室中，并且在200℃的环境温度下进行了15分钟的热处理。

将冷却温度为23℃的冷却板安装到了经过热处理的试片的基板侧。调整试片基板与冷却板之间的间隔距离，使得在试片的遮光膜表面测得的冷却速度达到45℃/分钟后，进行了5分钟的冷却步骤。

在完成冷却处理后，将试片在大于等于20℃且小于等于25℃的气氛中在大气中保存，稳定化120分钟。

对稳定后的试片的遮光膜进行第一冲洗过程。具体地，在低速旋转的同时以大于等于1000毫升/分钟且小于等于1800毫升/分钟的流量连续80秒钟喷射碳酸水以实施了冲洗。

在完成第一冲洗过程后，对试片的遮光膜表面实施了表面氧化处理过程。具体地，在所述遮光膜表面连续504秒同时喷射了作为氧化剂溶液使用的流量大于等于500毫升/分钟且小于等于1000毫升/分钟的SC-1溶液和流量大于等于500毫升/分钟且小于等于1500毫升/分钟的氢水。此后，在遮光膜表面连续160秒钟单独喷射了流量大于等于500毫升/分钟且小于等于1500毫升/分钟的氢水。

所述SC-1溶液中的氨水(NH

在喷射SC-1溶液和氢水的过程中，在试片的遮光膜区域内沿对角方向反复移动喷嘴的同时进行了喷射。

此后，在低速旋转试片的同时以大于等于1000毫升/分钟且小于等于1800毫升/分钟的流量向试片的遮光膜表面连续88秒钟喷射碳酸水以实施了第二次冲洗过程。

实施例2：在与实施例1相同的条件下制造了空白掩模试片。但是，在表面氧化处理过程中，SC-1溶液中氨水(NH

实施例3：在与实施例1相同的条件下制造了空白掩模试片。但是，在表面氧化处理过程中，SC-1溶液中氨水(NH

实施例4：在与实施例1相同的条件下制造了空白掩模试片。但是，在表面氧化处理过程中，SC-1溶液中氨水(NH

实施例5：在与实施例1相同的条件下制造了空白掩模试片。但是，在表面氧化处理过程中，SC-1溶液中氨水的含量为0.07体积％。

比较例1：在与实施例1相同的条件下制造了空白掩模试片。但是，在稳定化处理之后，没有应用第一冲洗过程、表面氧化处理过程和第二冲洗过程。

比较例2：在与实施例1相同的条件下制造了空白掩模试片。但是，在表面氧化处理过程中，作为氧化剂溶液的替代方案，喷射了适用大于等于1000毫升/分钟且小于等于2500毫升/分钟的流量的碳酸水。

比较例3：在与实施例1相同的条件下制造了空白掩模试片。但是，在表面氧化处理过程中，SC-1溶液中氨水的含量为2体积％。

比较例4：在与实施例1相同的条件下制造了空白掩模试片。但是，热处理过程中的热处理温度为150℃，并且冷却过程中的冷却温度为27℃。

比较例5：在与实施例1相同的条件下制造了空白掩模试片。但是，实施了20分钟稳定化过程。

各个实施例和比较例的工艺条件记载于下表1中。

评价例：光学特性偏差评价

在实施例和比较例各自的试片的遮光膜的表面，特定了位于遮光膜中心的宽132mm、长132mm的测量区域。分别在横向和纵向方向上将所述测量区域划分成6等分，从而特定了所形成的共计36个扇区。将每个所述扇区的共计49个顶点特定为测量点，使用光谱椭偏仪(Spectroscopic ellipsometer)在所述测量点测量透光率值，并且基于所述透光率值计算出了第1式的光密度。计算出各个所述测量点的光密度值的平均值，并且将该值分别用作了遮光膜的光密度值。

为了计算出光密度值的标准偏差和从最大值减去最小值所得的值，测量了十次遮光膜的光密度。测量十次遮光膜的光密度的过程均在相同的测量条件下对相同的测量点进行。

光谱椭偏仪使用NanoView公司的MG-Pro，检测光的波长为193nm。

通过与计算光密度值的标准偏差和从最大值减去最小值所得的值相同的方法，计算出了透光率和反射率的标准偏差和从最大值减去最小值所得的值。

在各实施例和比较例中测得的值记载于下表2中。

评价例：表面粗糙度评价

各个实施例和比较例的遮光膜表面的Rsk、Rku、Rp、Rv值是根据ISO_4287测量的值。通过相加所述Rp值和Rv值，算出了Rpv值。

具体地，通过在位于遮光膜中心部的宽1μm、长1μm的区域使用Park System公司的型号XE-150模型进行测量，在扫描速率0.5Hz下以非接触模式测量了Rsk、Rku、Rp、Rv和Rpv值，XE-150模型应用了Park System公司的型号Cantilever即PPP-NCHR作为探针。

各实施例和比较例的测量结果如下表3所示。

[表1]

[表2]

[表3]

在上述表2中，在实施例1至实施例5中测得的光密度标准偏差小于等于0.009，而在比较例1至比较例5中测得的光密度标准偏差大于0.009。

在实施例1至实施例5中测得的反射率标准偏差小于等于0.032％，而在比较例1至比较例5中测得的反射率标准偏差大于0.032％。

在实施例1至实施例5中测得的从光密度值中的最大值减去最小值所得的值小于等于0.02，而在比较例1至比较例5中测得的值大于0.03。

在实施例1至实施例5中测得的反射率的最大值减去最小值所得的值小于等于0.09％，而在比较例1至比较例5中测得的值大于0.09％。