本發(fā)明涉及半色調(diào)相移光掩模坯及其制備方法，該半色調(diào)相移光掩模坯被加工為用于半導(dǎo)體集成電路等的微制造的半色調(diào)相移光掩模。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域中，研究和開(kāi)發(fā)的努力在持續(xù)以進(jìn)一步使圖案特征小型化。近來(lái)，由于包括電路圖案的小型化的發(fā)展，互連圖案的薄化以及用于單元構(gòu)成層之間的連接的接觸孔圖案的小型化在發(fā)展以符合更高的lsi的集成密度，因此存在對(duì)微圖案化技術(shù)的不斷增長(zhǎng)的需求。因此，與用于制造光刻微制造工藝的曝光步驟中使用的光掩模的技術(shù)相關(guān)聯(lián)，希望具有形成更精細(xì)和精確電路圖案或掩模圖案的技術(shù)。

通常，通過(guò)光刻法在半導(dǎo)體基板上形成圖案時(shí)采用縮小投影。因此，在光掩模上形成的圖案特征的尺寸約為在半導(dǎo)體基板上形成的圖案特征的尺寸的4倍。在目前的光刻技術(shù)中，印刷的電路圖案的尺寸顯著地小于用于曝光的光的波長(zhǎng)。因此，如果單純地通過(guò)將電路圖案的尺寸乘以4倍而形成光掩模圖案，則由于曝光過(guò)程的光學(xué)干涉和其他效應(yīng)，沒(méi)有將所需的圖案轉(zhuǎn)印于半導(dǎo)體基板上的抗蝕劑膜。

有時(shí)，通過(guò)在光掩模上將圖案形成為比實(shí)際電路圖案更為復(fù)雜的形狀來(lái)減輕曝光過(guò)程中的光學(xué)干涉和其他效應(yīng)?？梢岳缤ㄟ^(guò)將光學(xué)近接校正(opc)引入實(shí)際的電路圖案來(lái)設(shè)計(jì)這樣復(fù)雜的圖案形狀。而且，嘗試應(yīng)用分辨率提高技術(shù)(ret)例如改進(jìn)的照度、浸沒(méi)式光刻法或雙重曝光(或雙重圖案化)光刻法以滿足對(duì)圖案的小型化和更高精度的需求。

將相移法用作ret之一。相移法是通過(guò)在光掩模上形成能夠使相位反轉(zhuǎn)約180度的膜的圖案，以致可以通過(guò)利用光學(xué)干涉來(lái)改善對(duì)比度。適于相移法的光掩模之一為半色調(diào)相移光掩模。典型地，該半色調(diào)相移光掩模包括對(duì)曝光光透明的石英或類似材料的基板和在該基板上形成的半色調(diào)相移膜的光掩模圖案，其能夠提供約180度的相移并且具有不足以有助于圖案形成的透射率。作為半色調(diào)相移光掩模，專利文獻(xiàn)1提出了具有硅化氧化鉬(mosio)或硅化氧氮化鉬(mosion)的半色調(diào)相移膜的光掩模。

為了通過(guò)光刻法形成更精細(xì)圖像，將更短波長(zhǎng)的光用作光源。在光刻工藝的目前最先進(jìn)的階段中，已使曝光光源從krf準(zhǔn)分子激光(248nm)過(guò)渡到arf準(zhǔn)分子激光(193nm)。發(fā)現(xiàn)使用能量更大的arf準(zhǔn)分子激光的光刻法對(duì)掩模產(chǎn)生在krf準(zhǔn)分子激光的情況下沒(méi)有觀察到的損傷。一個(gè)問(wèn)題在于，連續(xù)使用光掩模時(shí)，在該光掩模上形成異物狀生長(zhǎng)缺陷。這些生長(zhǎng)缺陷也稱為“渾濁”。以往認(rèn)為渾濁形成的源頭在于掩模圖案表面上硫酸銨晶體的生長(zhǎng)?，F(xiàn)在認(rèn)為有機(jī)物也參與渾濁形成。

已知一些方法以克服渾濁問(wèn)題。關(guān)于arf準(zhǔn)分子激光的長(zhǎng)期照射時(shí)在光掩模上形成的生長(zhǎng)缺陷，例如，專利文獻(xiàn)2記載了如果在預(yù)定的階段對(duì)該光掩模進(jìn)行清潔，則能夠?qū)⑵溥B續(xù)地使用。

隨著為了圖案轉(zhuǎn)印所照射的arf準(zhǔn)分子激光的曝光劑量增加，對(duì)光掩模給予不同于渾濁的損傷；并且掩模圖案的線寬根據(jù)累積照射能量劑量而變化，如非專利文獻(xiàn)1中報(bào)道那樣。該問(wèn)題在于隨著在arf準(zhǔn)分子激光的長(zhǎng)期照射過(guò)程中累積照射能量劑量增加，認(rèn)為是圖案材料的氧化物的物質(zhì)層在膜圖案的外部生長(zhǎng)，由此圖案寬度變化。也報(bào)道了通過(guò)使用上述渾濁去除中使用的apm(氨水/過(guò)氧化氫)或者使用spm(硫酸/過(guò)氧化氫)進(jìn)行清潔，不能使曾經(jīng)損傷的掩模恢復(fù)。認(rèn)為損傷源完全不同。

非專利文獻(xiàn)1指出，通過(guò)作為可用于使焦點(diǎn)的深度擴(kuò)展的掩模技術(shù)的半色調(diào)相移光掩模進(jìn)行電路圖案的曝光時(shí)，由起因于arf準(zhǔn)分子激光的照射的過(guò)渡金屬/硅基材膜例如mosi基材膜的變動(dòng)引起的圖案尺寸變動(dòng)誘發(fā)顯著的劣化(該劣化稱為“圖案尺寸變動(dòng)劣化”)。于是，為了長(zhǎng)期地使用價(jià)格高的光掩模，有必要解決由arf準(zhǔn)分子激光的照射引起的圖案尺寸變動(dòng)劣化。

如非專利文獻(xiàn)1中報(bào)道那樣，在干燥空氣氣氛中照射光時(shí)很少發(fā)生由arf準(zhǔn)分子激光的照射引起的圖案尺寸變動(dòng)劣化。于是，在干燥空氣中曝光被視為是防止圖案尺寸變動(dòng)劣化的新對(duì)策。但是，對(duì)于干燥空氣氣氛的控制，新增加了額外的設(shè)備和靜電對(duì)策，導(dǎo)致成本增加。因此必須能夠在不需要完全除去濕氣的一般氣氛(例如約50％的濕度)中長(zhǎng)期曝光。

使用arf準(zhǔn)分子激光作為能量源的光刻法中使用的光掩模中，半色調(diào)相移光掩模通常使用過(guò)渡金屬/硅基材、典型地含有鉬的硅基材。過(guò)渡金屬/硅基材主要由過(guò)渡金屬和硅組成并且任選地含有輕元素例如氮和/或氧(例如，專利文獻(xiàn)1)和痕量的碳和氫。作為過(guò)渡金屬，通常使用鉬、鋯、鉭、鎢和鈦。典型地，使用鉬(參見(jiàn)專利文獻(xiàn)1)，有時(shí)添加第二過(guò)渡金屬(參見(jiàn)專利文獻(xiàn)3)。在遮光膜中，也使用過(guò)渡金屬/硅基材、典型地含有鉬的硅基材。

但是，將這樣的過(guò)渡金屬/硅基材的光掩模曝光于大劑量的高能輻照時(shí)，由于高能輻照的照射，發(fā)生顯著的圖案尺寸變動(dòng)劣化，暗示光掩模的壽命變得比所要求的短。存在的嚴(yán)重問(wèn)題是：將過(guò)渡金屬/硅基材膜的光掩模圖案曝光于arf準(zhǔn)分子激光輻照時(shí)，用于曝光的光掩模圖案經(jīng)歷線寬的變化。

引用文獻(xiàn)列表

專利文獻(xiàn)1：jp-ah07-140635

專利文獻(xiàn)2：jp-a2008-276002(usp7941767)

專利文獻(xiàn)3：jp-a2004-133029

專利文獻(xiàn)4：jp-a2007-033469

專利文獻(xiàn)5：jp-a2007-233179

專利文獻(xiàn)6：jp-a2007-241065

非專利文獻(xiàn)1：thomasfaure等，“characterizationofbinarymaskandattenuatedphaseshiftmaskblanksfor32nmmaskfabrication,”proc.ofspie，第7122卷，第712209-1至712209-12頁(yè)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

光掩模技術(shù)具有如下的趨勢(shì)：隨著小型化的發(fā)展，圖案寬度變得小于曝光光的波長(zhǎng)。因此，如上所述采用ret技術(shù)例如opc、改進(jìn)的照度、浸沒(méi)式光刻法、相移法和雙重曝光。關(guān)于相移膜，較薄的膜對(duì)于圖案形成有利并且對(duì)于減輕3d效應(yīng)有效。對(duì)于光刻法，為了形成較精細(xì)尺寸的圖案，需要較薄的膜。

在光掩模制備工藝中使用光掩模坯時(shí)，如果外來(lái)沉積物在光掩模坯上，它們引起圖案缺陷。為了除去外來(lái)沉積物，在光掩模制備工藝過(guò)程中將光掩模坯清潔許多次。進(jìn)而，將得到的光掩模用于光刻工藝時(shí)，即使制備的光掩模無(wú)圖案缺陷，也要將該光掩模反復(fù)地清潔，原因在于如果在光刻工藝過(guò)程中外來(lái)沉積物沉積在光掩模上，使用該光掩模圖案化的半導(dǎo)體基板最終帶有圖案轉(zhuǎn)印缺陷。

為了從光掩模坯或光掩模將外來(lái)沉積物除去，在大多數(shù)情況下使用spm、臭氧水或apm實(shí)施化學(xué)清潔。spm為硫酸/過(guò)氧化氫混合物，其為具有強(qiáng)氧化作用的清潔劑。臭氧水是其中溶解有臭氧的水并且用作spm的替代物。apm為氨水/過(guò)氧化氫混合物。將其表面上具有有機(jī)外來(lái)沉積物的光掩模坯或光掩模浸入apm清潔液中時(shí)，在氨的溶解作用和過(guò)氧化氫的氧化作用下將有機(jī)外來(lái)沉積物釋放并且從表面除去。

盡管使用這樣的化學(xué)液體的化學(xué)清潔對(duì)于將光掩模坯或光掩模上的外來(lái)沉積物例如顆粒和污染物除去是必要的，但化學(xué)清潔能夠損傷光掩模坯或光掩模上的光學(xué)膜，典型地半色調(diào)相移膜。例如，如果通過(guò)化學(xué)清潔使光學(xué)膜的表面改變，則能夠使該膜原本具有的光學(xué)性能變化。此外，將光掩模坯或光掩模的化學(xué)清潔反復(fù)地進(jìn)行。因此必須使每個(gè)清潔步驟過(guò)程中光學(xué)膜的任何性能變化(例如，相移變化)最小化。滿足上述要求的膜中，有包含硅和氮和/或氧的膜，例如，由硅和氮組成的不含過(guò)渡金屬的膜和由硅、氮和氧組成的不含過(guò)渡金屬的膜，它們具有改善的耐化學(xué)性。

通常，通過(guò)濺射法沉積用于在光掩模坯上形成圖案的薄膜。例如，通過(guò)濺射工藝在透明基板上形成由硅和氮組成的膜(sin膜)，該濺射工藝包括如下步驟：將硅靶放置在沉積室中；將稀有氣體(例如氬氣)和氮?dú)獾臍怏w混合物供給到該室中；施加電功率以產(chǎn)生氣體等離子體；和使等離子體原子撞擊該硅靶以濺射硅顆粒。于是硅顆粒在它們的路徑上與氮反應(yīng)或者在靶表面上與氮反應(yīng)或者在基板上與氮反應(yīng)。得到的氮化硅沉積在基板上。通過(guò)改變氣體混合物中的氮?dú)獾幕旌媳葋?lái)控制sin膜的氮含量。該工藝能夠在透明基板上沉積具有任何所需的氮含量的sin膜。

但是，使用硅靶沉積sin膜時(shí)，取決于氣體混合物中氮?dú)獾牧髁?，在某區(qū)域中穩(wěn)定的膜沉積變得困難。在該區(qū)域中，難以控制包括相移和透射率在內(nèi)的膜的光學(xué)性能。特別地，難以形成在預(yù)定透射率下具有光學(xué)性能的面內(nèi)均勻性、同時(shí)保持預(yù)定的相移例如約180°的相移的膜。

本發(fā)明的目的是提供半色調(diào)相移光掩模坯和該光掩模坯的制備方法，該半色調(diào)相移光掩模坯包括含有硅和氮并且具有光學(xué)性能的面內(nèi)均勻性的半色調(diào)相移膜。

本發(fā)明涉及在透明基板上具有半色調(diào)相移膜的半色調(diào)相移光掩模坯的制備方法，該方法包括如下步驟：使用含硅靶、惰性氣體和含氮反應(yīng)性氣體通過(guò)反應(yīng)性濺射在該透明基板上沉積含有硅和氮的層作為該半色調(diào)相移膜的一部分或全部。條件是通過(guò)對(duì)整個(gè)靶施加電力，將該反應(yīng)性氣體供給到腔室內(nèi)，增加且然后減小該反應(yīng)性氣體的流量以由此掃描該反應(yīng)性氣體的流量，在掃描該反應(yīng)性氣體的流量時(shí)測(cè)定濺射電壓或電流值，并且繪制該濺射電壓或電流值相對(duì)于該反應(yīng)性氣體的流量，從而繪制滯后曲線；將在與等于或小于顯示該滯后的反應(yīng)性氣體流量的下限的范圍對(duì)應(yīng)的(金屬)區(qū)域中濺射的濺射步驟稱為“金屬模式”，將在與大于顯示該滯后的反應(yīng)性氣體流量的下限至小于上限的范圍對(duì)應(yīng)的(過(guò)渡)區(qū)域中濺射的濺射步驟稱為“過(guò)渡模式”，并且將在與等于或大于顯示該滯后的反應(yīng)性氣體流量的上限的范圍對(duì)應(yīng)的(反應(yīng))區(qū)域中濺射的濺射步驟稱為“反應(yīng)模式”。根據(jù)本發(fā)明，在該過(guò)渡模式濺射步驟的一部分或全部中，使選自對(duì)整個(gè)靶施加的電力、該惰性氣體的流量、和該反應(yīng)性氣體的流量中的至少一個(gè)參數(shù)、特別地反應(yīng)性氣體的流量連續(xù)地或階段地、優(yōu)選連續(xù)地增加或減小，以致使含有硅和氮的層在厚度方向上在組成上漸變。特別地，在該過(guò)渡模式濺射步驟的全體中，使該至少一個(gè)參數(shù)連續(xù)地增加或減小。于是，得到半色調(diào)相移膜，其具有相移和透射率的所需值以及相移和透射率的面內(nèi)分布的改善的均勻性。即，能夠以可再現(xiàn)的方式在透明基板上沉積具有令人滿意的光學(xué)性能的面內(nèi)均勻性的半色調(diào)相移膜。

因此，一方面中，本發(fā)明提供在透明基板上具有半色調(diào)相移膜的半色調(diào)相移光掩模坯的制備方法，該方法包括如下步驟：使用含硅靶、惰性氣體和含氮反應(yīng)性氣體通過(guò)反應(yīng)性濺射在該透明基板上沉積含有硅和氮的層作為該半色調(diào)相移膜的一部分或全部。條件是通過(guò)對(duì)整個(gè)靶施加電力，將該反應(yīng)性氣體供給到腔室內(nèi)，增加且然后減小該反應(yīng)性氣體的流量以由此掃描該反應(yīng)性氣體的流量，在掃描該反應(yīng)性氣體的流量時(shí)測(cè)定濺射電壓或電流值，并且繪制該濺射電壓或電流值相對(duì)于該反應(yīng)性氣體的流量，從而繪制滯后曲線，沉積含有硅和氮的層的步驟包括在與大于顯示該滯后的反應(yīng)性氣體流量的下限至小于上限的范圍對(duì)應(yīng)的區(qū)域中濺射的過(guò)渡模式濺射步驟，并且在該過(guò)渡模式濺射步驟的一部分或全部中，使選自對(duì)整個(gè)靶施加的電力、該惰性氣體的流量、和該反應(yīng)性氣體的流量中的至少一個(gè)參數(shù)連續(xù)地或階段地增加或減小。

優(yōu)選地，在該過(guò)渡模式濺射步驟中,在使選自對(duì)整個(gè)靶施加的電力、惰性氣體的流量、和反應(yīng)性氣體的流量中的至少一個(gè)參數(shù)連續(xù)地增大或減小的同時(shí)進(jìn)行濺射，以致可使含有硅和氮的層在厚度方向上在組成上漸變。

優(yōu)選地，在該過(guò)渡模式濺射步驟的全體中，在使選自對(duì)整個(gè)靶施加的電力、惰性氣體的流量、和反應(yīng)性氣體的流量中的至少一個(gè)參數(shù)連續(xù)地增大或減小的同時(shí)進(jìn)行濺射。

優(yōu)選地，在該過(guò)渡模式濺射步驟中，在使反應(yīng)性氣體的流量增大或減小的同時(shí)進(jìn)行濺射。

優(yōu)選地，沉積含有硅和氮的層的步驟包括在與等于或大于顯示滯后的反應(yīng)性氣體流量的上限的范圍對(duì)應(yīng)的區(qū)域中濺射的反應(yīng)模式濺射步驟，并且該反應(yīng)模式濺射步驟接著該過(guò)渡模式濺射步驟，或者該過(guò)渡模式濺射步驟接著該反應(yīng)模式濺射步驟。

優(yōu)選地，在該反應(yīng)模式濺射步驟的一部分或全體中，在使選自對(duì)整個(gè)靶施加的電力、惰性氣體的流量、和反應(yīng)性氣體的流量中的至少一個(gè)參數(shù)連續(xù)地或階段地增大或減小的同時(shí)進(jìn)行濺射。

優(yōu)選地，從該過(guò)渡模式濺射步驟到該反應(yīng)模式濺射步驟，或者從該反應(yīng)模式濺射步驟到該過(guò)渡模式濺射步驟，在使選自對(duì)整個(gè)靶施加的電力、惰性氣體的流量、和反應(yīng)性氣體的流量中的至少一個(gè)參數(shù)連續(xù)地增大或減小的同時(shí)進(jìn)行濺射。

優(yōu)選地，沉積含有硅和氮的層的步驟包括在與等于或小于顯示滯后的反應(yīng)性氣體流量的下限的范圍對(duì)應(yīng)的區(qū)域中濺射的金屬模式濺射步驟，并且該過(guò)渡模式濺射步驟接著該金屬模式濺射步驟，或者該金屬模式濺射步驟接著該過(guò)渡模式濺射步驟。

優(yōu)選地，在該金屬模式濺射步驟的一部分或全體中，在使選自對(duì)整個(gè)靶施加的電力、惰性氣體的流量、和反應(yīng)性氣體的流量中的至少一個(gè)參數(shù)連續(xù)地或階段地增大或減小的同時(shí)進(jìn)行濺射。

優(yōu)選地，從該金屬模式濺射步驟到該過(guò)渡模式濺射步驟，或者從該過(guò)渡模式濺射步驟到該金屬模式濺射步驟，在使選自對(duì)整個(gè)靶施加的電力、惰性氣體的流量、和反應(yīng)性氣體的流量中的至少一個(gè)參數(shù)連續(xù)地增大或減小的同時(shí)進(jìn)行濺射。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該含硅靶為硅靶；該惰性氣體為氬氣；該反應(yīng)性氣體為氮?dú)猓辉摵泄韬偷膶佑蓅in組成。

在另一方面，本發(fā)明提供半色調(diào)相移光掩模坯，其包括透明基板和其上形成的半色調(diào)相移膜，其中該半色調(diào)相移膜包括含有硅和氮的層作為其一部分或全體，該層包括在厚度方向上氮與硅和氮的合計(jì)的原子比n/(si+n)在0.25-0.57的范圍內(nèi)連續(xù)地變化的區(qū)域。

本發(fā)明的另一實(shí)施方案為半色調(diào)相移光掩模坯，其包括透明基板和其上形成的半色調(diào)相移膜，其中該半色調(diào)相移膜包括含有硅和氮的層作為其一部分或全部，相對(duì)于波長(zhǎng)193nm的曝光光顯示170°-190°的相移和2％-15％的透射率，相移面內(nèi)分布的最大值與最小值之差為3°以下，透射率面內(nèi)分布的最大值與最小值之差為基于面內(nèi)平均值的5％以下，并且該半色調(diào)相移膜具有67nm以下的厚度。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，含有硅和氮的層包括在厚度方向上氮與硅和氮的合計(jì)的原子比連續(xù)地變化的區(qū)域。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，含有硅和氮的層包括在厚度方向上氮與硅和氮的合計(jì)的原子比n/(si+n)在0.25-0.57的范圍內(nèi)連續(xù)地變化的區(qū)域。在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案中，含有硅和氮的層包括在厚度方向上氮與硅和氮的合計(jì)的原子比n/(si+n)在0.34-0.54的范圍內(nèi)連續(xù)地變化的區(qū)域。

也優(yōu)選地，在該含有硅和氮的層中，在厚度方向上氮與硅和氮的合計(jì)的原子比n/(si+n)的最大值與最小值之差為0.25以下。

典型地，該含有硅和氮的層由sin組成。

發(fā)明的有利效果

半色調(diào)相移光掩模坯包括半色調(diào)相移膜，該半色調(diào)相移膜包括含有硅和氮的層并且具有耐化學(xué)性。該半色調(diào)相移膜在光學(xué)性能的面內(nèi)均勻性上得到改善，同時(shí)保持相移和透射率的預(yù)定值。

附圖說(shuō)明

圖1a和圖1b分別為本發(fā)明的一個(gè)例示性半色調(diào)相移光掩模坯和對(duì)應(yīng)的半色調(diào)相移光掩模的橫截面圖。

圖2a、圖2b和圖2c為本發(fā)明的半色調(diào)相移光掩模坯的其他實(shí)施方案的橫截面圖。

圖3為表示實(shí)施例1中繪制的滯后曲線的圖。

圖4為表示實(shí)施例3中繪制的滯后曲線的圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)含硅靶與惰性氣體和含有氮的反應(yīng)性氣體的反應(yīng)性濺射以在透明基板上沉積含有硅和氮的層作為半色調(diào)相移膜的一部分或全部，從而制備半色調(diào)相移光掩模坯。在沉積含有硅和氮的層的步驟中，基于滯后曲線來(lái)設(shè)定沉積或?yàn)R射條件，該滯后曲線通過(guò)對(duì)整個(gè)靶施加電力，將該反應(yīng)性氣體供給到腔室內(nèi)，增加且然后減小該反應(yīng)性氣體的流量以由此掃描該反應(yīng)性氣體的流量，在掃描該反應(yīng)性氣體的流量時(shí)測(cè)定濺射電壓或電流值(目標(biāo)電壓或電流值)，并且繪制該濺射電壓或電流值相對(duì)于該反應(yīng)性氣體的流量而繪制。

在實(shí)驗(yàn)中，使用靶、惰性氣體和反應(yīng)性氣體在真空室或減壓室中進(jìn)行反應(yīng)性濺射。在將對(duì)整個(gè)靶施加的電力和惰性氣體的流量保持恒定的同時(shí)，使反應(yīng)性氣體的流量從零氣體供給狀態(tài)逐漸地增大。隨著反應(yīng)性氣體的流量增大，濺射電壓(即，靶電壓)逐漸降低。電壓行為如下所述：電壓在初期緩慢降低(以緩坡)，在中期迅速降低(以陡坡)，并且最后再次緩慢降低(以緩坡)。在電壓再次緩慢降低的范圍中使反應(yīng)性氣體的流量增大后，相反地使反應(yīng)性氣體的流量減小。隨著反應(yīng)性氣體的流量減小，濺射電壓(即，靶電壓)逐漸增大。在該階段，電壓行為如下所述：電壓在初期緩慢增大(以緩坡)，在中期迅速增大(以陡坡)，并且最后再次緩慢增大(以緩坡)。在迅速降低或增大(以陡坡)的區(qū)域中，在反應(yīng)性氣體流量上升的過(guò)程中記錄的濺射電壓與在反應(yīng)性氣體流量下降的過(guò)程中記錄的濺射電壓并不一致，具體地，在反應(yīng)性氣體流量下降的過(guò)程中記錄的濺射電壓較低。

在另一實(shí)驗(yàn)中，使用靶和反應(yīng)性氣體在真空室或減壓室中進(jìn)行反應(yīng)性濺射。在使對(duì)整個(gè)靶施加的電力和惰性氣體的流量保持恒定的同時(shí)，使反應(yīng)性氣體的流量從零氣體供給狀態(tài)逐漸地增大。隨著反應(yīng)性氣體的流量增大，濺射電流(即，靶電流)逐漸增大。電流行為如下所述：電流在初期緩慢增大(以緩坡)，在中期迅速增大(以陡坡)，并且最后再次緩慢增大(以緩坡)。在電流再次緩慢增大的范圍中使反應(yīng)性氣體的流量增大后，相反地使反應(yīng)性氣體的流量減小。隨著反應(yīng)性氣體的流量減小，濺射電流(即，靶電流)逐漸降低。在該階段，電流行為如下所述：電流在初期緩慢降低(以緩坡)，在中期迅速降低(以陡坡)，并且最后再次緩慢降低(以緩坡)。在迅速增大或降低(以陡坡)的區(qū)域中，在反應(yīng)性氣體流量上升的過(guò)程中記錄的濺射電流與在反應(yīng)性氣體流量下降的過(guò)程中記錄的濺射電流并不一致，具體地，在反應(yīng)性氣體流量下降的過(guò)程中記錄的濺射電流較高。

由上述反應(yīng)性濺射實(shí)驗(yàn)可以看到，通過(guò)對(duì)整個(gè)靶施加恒定的電力，以恒定的流量將惰性氣體供給到腔室中，將反應(yīng)性氣體供給到腔室中，增加而后減小反應(yīng)性氣體的流量以由此對(duì)該反應(yīng)性氣體的流量進(jìn)行掃描，在反應(yīng)性氣體的流量的掃描時(shí)測(cè)定濺射電壓或電流值，并且繪制濺射電壓或電流值相對(duì)于反應(yīng)性氣體的流量，從而繪制例如圖3和4中所示并且與公知的磁滯曲線(b-h曲線)相似的滯后曲線，原因在于濺射電壓或電流值在反應(yīng)性氣體流量的上升和下降之間不一致。

用反應(yīng)性氣體流量的上升過(guò)程中記錄的濺射電壓或電流以及反應(yīng)性氣體流量的下降過(guò)程中記錄的濺射電壓或電流描繪滯后曲線。滯后區(qū)域由曲線部分限定。在滯后區(qū)域中，反應(yīng)性氣體的流量的下限和上限對(duì)應(yīng)于反應(yīng)性氣體流量的上升過(guò)程中記錄的濺射電壓或電流值和反應(yīng)性氣體流量的下降過(guò)程中記錄的濺射電壓或電流值變得基本上一致的點(diǎn)。具體地，假定由式(1-1)確定百分比變化：

(va-vd)/{(va+vd)/2}×100(1-1)

其中va是反應(yīng)性氣體流量的上升過(guò)程中記錄的濺射電壓值，并且vd為反應(yīng)性氣體流量的下降過(guò)程中記錄的濺射電壓值，或者由式(1-2)確定百分比變化：

(id-ia)/{(ia+id)/2}×100(1-2)

其中ia是反應(yīng)性氣體流量的上升過(guò)程中記錄的濺射電流值并且id為反應(yīng)性氣體流量的下降過(guò)程中記錄的濺射電流值，式(1-1)或(1-2)的百分比變化從滯后區(qū)域的中心向下限側(cè)或上限側(cè)逐漸減小并且達(dá)到1％或更小、特別地基本上為零時(shí)的點(diǎn)為滯后區(qū)域(過(guò)渡區(qū)域)中反應(yīng)性氣體流量的下限和上限。

作為滯后區(qū)域中反應(yīng)性氣體流量的下限處的濺射電壓值vl和滯后區(qū)域中反應(yīng)性氣體流量的上限處的濺射電壓值vh，可分別應(yīng)用反應(yīng)性氣體流量的上升過(guò)程中記錄的濺射電壓的平均值和反應(yīng)性氣體流量的下降過(guò)程中記錄的濺射電壓的平均值。同樣，作為滯后區(qū)域中反應(yīng)性氣體流量的下限處的濺射電流值il和滯后區(qū)域中反應(yīng)性氣體流量的上限處的濺射電流值ih，可分別應(yīng)用反應(yīng)性氣體流量的上升過(guò)程中記錄的濺射電流的平均值和反應(yīng)性氣體流量的下降過(guò)程中記錄的濺射電流的平均值。

與該滯后曲線相關(guān)聯(lián)，將反應(yīng)性氣體流量等于或小于滯后區(qū)域的下限的區(qū)域稱為“金屬模式”，將反應(yīng)性氣體流量等于或大于滯后區(qū)域的上限的區(qū)域稱為“反應(yīng)模式”，并且將金屬模式與反應(yīng)模式之間的區(qū)域稱為“過(guò)渡模式”。認(rèn)為在反應(yīng)性氣體流量等于或低于滯后區(qū)域的下限的金屬模式中濺射的過(guò)程中，在沒(méi)有用反應(yīng)性氣體的反應(yīng)產(chǎn)物覆蓋的狀態(tài)下靶表面的侵蝕部被保持。在反應(yīng)性氣體流量等于或高于滯后區(qū)域的上限的反應(yīng)模式中濺射的過(guò)程中，靶表面與反應(yīng)性氣體反應(yīng)以致用反應(yīng)性氣體的反應(yīng)產(chǎn)物將靶表面完全地覆蓋。在反應(yīng)性氣體流量高于滯后區(qū)域的下限且低于其上限的過(guò)渡模式中濺射的過(guò)程中，靶表面的侵蝕部被反應(yīng)性氣體的反應(yīng)產(chǎn)物部分地覆蓋。

當(dāng)獲得確保根據(jù)式(2-1)由滯后區(qū)域中反應(yīng)性氣體流量的下限處的濺射電壓值vl和滯后區(qū)域中反應(yīng)性氣體流量的上限處的濺射電壓值vh確定的電壓的百分比變化：

(vl-vh)/{(vl+vh)/2}×100(2-1)

或者根據(jù)式(2-2)由滯后區(qū)域中反應(yīng)性氣體流量的下限處的濺射電流值il和滯后區(qū)域中反應(yīng)性氣體流量的上限處的濺射電流值ih確定的電流的百分比變化：

(ih-il)/{(il+ih)/2}×100(2-2)

為至少5％、特別地至少15％的滯后曲線時(shí)本發(fā)明最為有效。

而且，當(dāng)獲得確保作為滯后區(qū)域中反應(yīng)性氣體流量的下限和上限之間的平均值的反應(yīng)性氣體流量的上升過(guò)程中記錄的濺射電壓值va與反應(yīng)性氣體流量的下降過(guò)程中記錄的濺射電壓值vd之差(用絕對(duì)值計(jì))為滯后區(qū)域中反應(yīng)性氣體流量的下限處的濺射電壓值vl與滯后區(qū)域中反應(yīng)性氣體流量的上限處的濺射電壓值vh之差(用絕對(duì)值計(jì))的至少5％、特別地至少10％；或者作為滯后區(qū)域中反應(yīng)性氣體流量的下限和上限之間的平均值的反應(yīng)性氣體流量的上升過(guò)程中記錄的濺射電流值ia與反應(yīng)性氣體流量的下降過(guò)程中記錄的濺射電流值id之差(用絕對(duì)值計(jì))為滯后區(qū)域中反應(yīng)性氣體流量的下限處的濺射電流值il與滯后區(qū)域中反應(yīng)性氣體流量的上限處的濺射電流值ih之差(用絕對(duì)值計(jì))的至少5％、特別地至少10％的滯后曲線時(shí)本發(fā)明最為有效。

應(yīng)指出的是，在金屬模式和反應(yīng)模式兩者中，在反應(yīng)性氣體流量的上升過(guò)程中記錄的濺射電壓或電流值基本上與反應(yīng)性氣體流量的下降過(guò)程中記錄的濺射電壓或電流值一致。

對(duì)于光掩模坯，膜的面內(nèi)均勻性是重要的。作為半色調(diào)相移膜，通常使用含有硅的膜。為了提供具有一定透射率的膜，必須將氧、氮等添加到含硅膜中。為了形成具有預(yù)定的相移和預(yù)定的透射率的含硅膜，必須以過(guò)渡模式濺射沉積該膜。但是，過(guò)渡模式的膜沉積傾向于降低面內(nèi)均勻性。

根據(jù)本發(fā)明，半色調(diào)相移光掩模坯的制備方法包括沉積含有硅和氮的層的步驟。該沉積含有硅和氮的層的步驟包括在與大于顯示滯后的反應(yīng)性氣體流量的下限至小于上限的范圍對(duì)應(yīng)的區(qū)域中在濺射狀態(tài)下濺射的過(guò)渡模式濺射步驟。在該過(guò)渡模式濺射步驟的一部分或全體、優(yōu)選地全體中，使選自對(duì)整個(gè)靶施加的電力、惰性氣體的流量、和反應(yīng)性氣體的流量中的至少一個(gè)參數(shù)、尤其是反應(yīng)性氣體的流量連續(xù)地或階段地、優(yōu)選連續(xù)地增大或減小，以致使含有硅/氮的層的組成在厚度方向上漸變。以這種方式，形成半色調(diào)相移膜。關(guān)于含有硅和氮的半色調(diào)相移膜、尤其是不含過(guò)渡金屬的膜，例如，sin膜和sion膜、尤其是sin膜，在現(xiàn)有技術(shù)中難以將相對(duì)于波長(zhǎng)193nm的曝光光滿足預(yù)定的相移和透射率、尤其是170-190°的相移和2-15％的透射率并且具有高面內(nèi)均勻性的膜沉積到70nm以下、尤其是67nm以下的厚度。但是，在本文中限定的條件下進(jìn)行濺射沉積時(shí)，得到具有光學(xué)性能(例如相移和透射率)的改善的面內(nèi)均勻性的半色調(diào)相移膜。具體地，該半色調(diào)相移膜得以改善以致其面內(nèi)分布中相移的最大值與最小值之差為3°以下、優(yōu)選地2°以下、更優(yōu)選地1°以下，并且其面內(nèi)分布中透射率的最大值與最小值之差為面內(nèi)平均值的5％以下、優(yōu)選地4％以下、更優(yōu)選地3％以下。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，其中沉積含有硅和氮的層的步驟只是過(guò)渡模式濺射步驟，可得到具有較好的面內(nèi)均勻性的膜。例如，在相對(duì)于曝光光具有170-190°的相移的膜、尤其是sin膜的情況下，可沉積相對(duì)于曝光光具有3-15％的透射率的半色調(diào)相移膜。

盡管在現(xiàn)有技術(shù)中難以形成具有光學(xué)性能例如相移和透射率的面內(nèi)均勻性的含有硅/氮的膜，但本發(fā)明的方法能夠形成下述的半色調(diào)相移膜，相對(duì)于波長(zhǎng)250nm以下、尤其是200nm以下的曝光光、典型地arf準(zhǔn)分子激光(波長(zhǎng)193nm)，其具有170-190°、特別地175-185°、最特別地基本上180°的相移和30％以下、特別地15％以下、更特別地10％以下且至少2％、特別地至少3％、更特別地至少5％的透射率，并且以這樣的光學(xué)性能的較好的面內(nèi)均勻性為特征。本發(fā)明中，濺射沉積的參數(shù)包括反應(yīng)性氣體例如氮?dú)夂脱鯕獾牧髁?，惰性氣體例如氬氣、氦氣和氖氣、特別是氬氣的流量，和對(duì)整個(gè)濺射靶施加的電力。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該沉積含有硅/氮的層的步驟還包括在與等于或大于顯示滯后的反應(yīng)性氣體流量的上限的范圍對(duì)應(yīng)的區(qū)域中在濺射狀態(tài)下濺射的反應(yīng)模式濺射步驟。具體地，該反應(yīng)模式濺射步驟接著該過(guò)渡模式濺射步驟，或者該過(guò)渡模式濺射步驟接著該反應(yīng)模式濺射步驟。通過(guò)在沉積含有硅/氮的層的步驟中包括該反應(yīng)模式濺射步驟，可沉積具有較高的透射率的半色調(diào)相移膜。例如，在相對(duì)于曝光光具有170-190°的相移的膜、尤其是sin膜的情況下，如果包括該反應(yīng)模式濺射步驟，能夠沉積相對(duì)于曝光光具有5-15％的透射率的半色調(diào)相移膜。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在該反應(yīng)模式濺射步驟的一部分或全體、更優(yōu)選地全體中，使選自對(duì)整個(gè)靶施加的電力、惰性氣體的流量、和反應(yīng)性氣體的流量中的至少一個(gè)參數(shù)、尤其是反應(yīng)性氣體的流量連續(xù)地或階段地、更優(yōu)選連續(xù)地增大或減小，優(yōu)選地以致使含有硅/氮的層的組成在厚度方向上漸變。優(yōu)選地，使得從該過(guò)渡模式濺射步驟向該反應(yīng)模式濺射步驟的轉(zhuǎn)移或者從該反應(yīng)模式濺射步驟向該過(guò)渡模式濺射步驟的轉(zhuǎn)移連續(xù)而沒(méi)有中斷濺射放電，原因在于能夠形成具有較好的粘合性的膜。

從該過(guò)渡模式濺射步驟到該反應(yīng)模式濺射步驟、或者從該反應(yīng)模式濺射步驟到該過(guò)渡模式濺射步驟、特別是在步驟到步驟的邊界、更特別地步驟的自始至終，優(yōu)選在使選自對(duì)整個(gè)靶施加的電力、惰性氣體的流量、和反應(yīng)性氣體的流量中的至少一個(gè)參數(shù)連續(xù)地增大或減小的同時(shí)進(jìn)行濺射。

在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，該沉積含有硅/氮的層的步驟還包括在與等于或低于顯示滯后的反應(yīng)性氣體流量的下限的范圍對(duì)應(yīng)的區(qū)域中在濺射狀態(tài)下濺射的金屬模式濺射步驟。具體地，該過(guò)渡模式濺射步驟接著該金屬模式濺射步驟，或者該金屬模式濺射步驟接著該過(guò)渡模式濺射步驟。通過(guò)在沉積含有硅/氮的層的步驟中包括該金屬模式濺射步驟，可沉積具有較低的透射率的半色調(diào)相移膜。例如，在相對(duì)于曝光光具有170-190°的相移的膜、尤其是sin膜的情況下，如果包括該金屬模式濺射步驟，能夠沉積相對(duì)于曝光光具有2-10％的透射率的半色調(diào)相移膜。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在該金屬模式濺射步驟的一部分或全體、更優(yōu)選地全體中，使選自對(duì)整個(gè)靶施加的電力、惰性氣體的流量、和反應(yīng)性氣體的流量中的至少一個(gè)參數(shù)、尤其是反應(yīng)性氣體的流量連續(xù)地或階段地、更優(yōu)選連續(xù)地增大或減小，優(yōu)選地以致使含有硅/氮的層的組成在厚度方向上漸變。優(yōu)選地，使得從該過(guò)渡模式濺射步驟向該金屬模式濺射步驟的轉(zhuǎn)移或者從該金屬模式濺射步驟向該過(guò)渡模式濺射步驟的轉(zhuǎn)移連續(xù)而沒(méi)有中斷濺射放電，原因在于能夠形成具有較好的粘合性的膜。

從該過(guò)渡模式濺射步驟到該金屬模式濺射步驟、或者從該金屬模式濺射步驟到該過(guò)渡模式濺射步驟、特別是在步驟到步驟的邊界、更特別地步驟的自始至終，優(yōu)選在使選自對(duì)整個(gè)靶施加的電力、惰性氣體的流量、和反應(yīng)性氣體的流量中的至少一個(gè)參數(shù)連續(xù)地增大或減小的同時(shí)進(jìn)行濺射。

半色調(diào)相移膜中的含有硅/氮的層由含有硅和氮的材料構(gòu)成。含有硅和氮的材料優(yōu)選為合計(jì)含有至少90at％、更優(yōu)選地至少94at％的硅和氮的硅基材。該硅基材可進(jìn)一步含有氧、碳或其他元素，較低含量的氧和碳是優(yōu)選的，并且應(yīng)優(yōu)選不含過(guò)渡金屬。例示性硅基材包括sin、sion、sinc、和sionc。優(yōu)選地，含有硅/氮的層為由硅和氮組成的sin或者由硅、氧和氮組成的sion的層，原因在于耐化學(xué)性和耐激光照射性的進(jìn)一步改善。最優(yōu)選地，該層為sin的層，原因在于可使該膜的厚度減小。

通過(guò)能夠形成均質(zhì)膜的濺射法沉積半色調(diào)相移膜中的含有硅/氮的層，可采用dc濺射或rf濺射。可取決于層的構(gòu)成和組成來(lái)適當(dāng)?shù)剡x擇靶和濺射氣體。適合的靶為含硅靶，包括硅靶(或si靶)、氮化硅靶、和含有硅和氮化硅的靶。其中，優(yōu)選硅基靶，特別地具有至少90at％的硅含量的靶，最優(yōu)選硅靶。通過(guò)使用含氮?dú)怏w和任選地含氧氣體、含氮/氧氣體或含碳?xì)怏w作為反應(yīng)性氣體，并且在反應(yīng)性濺射期間調(diào)節(jié)這樣的氣體的流量，可以調(diào)節(jié)氮的含量以及氧和碳的含量。適合的反應(yīng)性氣體包括氮?dú)?n2氣)、氧氣(o2氣)、氧化氮?dú)?n2o氣、no氣、no2氣)、和氧化碳?xì)?co氣、co2氣)。作為氮源必要的反應(yīng)性氣體優(yōu)選為氮?dú)?。在濺射氣體中，可使用稀有氣體例如氦氣、氖氣或氬氣作為惰性氣體。優(yōu)選的惰性氣體為氬氣。濺射壓力典型地為0.01-1pa，優(yōu)選為0.03-0.2pa。

本發(fā)明的半色調(diào)相移光掩模坯可通過(guò)在透明基板上形成半色調(diào)相移膜并且在至少400℃的溫度下熱處理或退火至少5分鐘來(lái)制備。沉積后半色調(diào)相移膜的熱處理優(yōu)選通過(guò)在至少400℃、更優(yōu)選地至少450℃的溫度下對(duì)基板上沉積的半色調(diào)相移膜加熱至少5分鐘、更優(yōu)選地至少30分鐘的時(shí)間來(lái)進(jìn)行。熱處理溫度優(yōu)選為900℃以下，更優(yōu)選為700℃以下，并且熱處理時(shí)間優(yōu)選為24小時(shí)以下，更優(yōu)選為12小時(shí)以下。熱處理可以在濺射室中或者從濺射室轉(zhuǎn)移到熱處理爐后進(jìn)行。熱處理氣氛可以是惰性氣體氣氛例如氦氣或氬氣、真空、或者含氧氣氛例如氧氣氛。

半色調(diào)相移膜可包括表面氧化層作為最外層(該膜的遠(yuǎn)離基板的表面?zhèn)?以抑制膜的品質(zhì)的任何變化。表面氧化層可具有至少20at％的氧含量，甚至至少50at％的氧含量也是可接受的。表面氧化層可通過(guò)大氣或空氣氧化或者強(qiáng)制氧化處理而形成。強(qiáng)制氧化處理的實(shí)例包括用臭氧氣體或臭氧水對(duì)硅基材料膜的處理，和通過(guò)烘箱加熱、燈退火或激光加熱在含氧氣氛例如氧氣氣氛中在300℃以上加熱膜。表面氧化層優(yōu)選具有10nm以下、更優(yōu)選地5nm以下、進(jìn)一步優(yōu)選地3nm以下的厚度。只要其厚度為至少1nm，該氧化層就發(fā)揮其效果。盡管也可通過(guò)在濺射步驟期間增加濺射氣體中氧的量來(lái)形成表面氧化層，但為了形成缺陷較少的層，優(yōu)選沉積后的大氣氧化或氧化處理。

盡管將半色調(diào)相移光掩模坯定義為在透明基板上具有半色調(diào)相移膜(如上所定義)，但對(duì)基板的種類和大小并無(wú)特別限制。透明基板典型地為對(duì)于通常使用的曝光光的波長(zhǎng)透明的石英基板。優(yōu)選為6英寸見(jiàn)方和25密耳厚的透明基板(稱為6025基板，如semi標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定)、或者用si單位表示時(shí)的152mm見(jiàn)方和6.35mm厚的透明基板。半色調(diào)相移光掩模具有半色調(diào)相移膜的(光)掩模圖案。

圖1a為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中的半色調(diào)相移光掩模坯的橫截面圖。半色調(diào)相移光掩模坯100包括透明基板10和其上形成的半色調(diào)相移膜1。圖1b為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中的半色調(diào)相移光掩模的橫截面圖。半色調(diào)相移光掩模101包括透明基板10和其上的半色調(diào)相移膜圖案11。

本文中使用的曝光光優(yōu)選為波長(zhǎng)250nm或更短、特別地200nm或更短的光，例如arf準(zhǔn)分子激光(波長(zhǎng)193nm)或f2激光(波長(zhǎng)157nm)，最優(yōu)選arf準(zhǔn)分子激光(193nm)。

半色調(diào)相移膜相對(duì)于曝光光的相移使得由相移膜的區(qū)域(相移區(qū)域)透射的曝光光與由將相移膜去除的相鄰區(qū)域透射的曝光光之間的相移在邊界處引起曝光光的干涉，由此增加對(duì)比度。具體地，該相移為150-200度。盡管將一般的半色調(diào)相移膜設(shè)定為約180°的相移，但從對(duì)比度提高的觀點(diǎn)出發(fā)，可以將相移調(diào)節(jié)到低于或高于180°。例如，設(shè)定小于180°的相移對(duì)于形成較薄的膜有效。當(dāng)然，更接近180°的相移更為有效，原因在于可得到較高的對(duì)比度。在這方面，該相移優(yōu)選為170-190°，更優(yōu)選為175-185°，最優(yōu)選為約180°。該半色調(diào)相移膜具有的曝光光的透射率優(yōu)選為至少2％，更優(yōu)選為至少3％，進(jìn)一步優(yōu)選為至少5％，并且為30％以下，更優(yōu)選為15％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為10％以下。

該半色調(diào)相移膜的(總)厚度應(yīng)優(yōu)選為70nm以下，更優(yōu)選為67nm以下，進(jìn)一步優(yōu)選為65nm以下，最優(yōu)選為62nm以下，原因在于較薄的膜有助于形成較精細(xì)的圖案。將膜厚度的下限設(shè)定在相對(duì)于曝光光獲得所需的光學(xué)性能的范圍內(nèi)。最經(jīng)常地，將膜厚度設(shè)定為至少40nm，但對(duì)下限并無(wú)嚴(yán)格限制。

作為不包括表面氧化層(如果有的話)的全體半色調(diào)相移膜，相對(duì)于曝光光，該半色調(diào)相移膜應(yīng)優(yōu)選地具有至少2.3、更優(yōu)選地至少2.5、進(jìn)一步優(yōu)選地至少2.6的折射率n。通過(guò)減少半色調(diào)相移膜的氧含量(如果含有硅/氮的層含有氧)，優(yōu)選地通過(guò)從該膜中除去氧，或者通過(guò)從該膜中除去過(guò)渡金屬，能夠在保持預(yù)定的透射率的同時(shí)使該膜的折射率n增大，并且能夠在保持相移功能所必需的相移的同時(shí)使膜的厚度減小。而且，隨著氧含量降低，折射率n升高，并且隨著折射率n升高，可由較薄的膜獲得必需的相移。

作為不包括表面氧化層(如果有的話)的全體半色調(diào)相移膜，相對(duì)于曝光光，該半色調(diào)相移膜應(yīng)優(yōu)選地具有至少0.2、特別地至少0.4、并且1.0以下、特別地0.7以下的消光系數(shù)k。

該半色調(diào)相移膜包括含有硅/氮的層(如上所定義)作為其一部分或全部時(shí)，該含有硅/氮的層優(yōu)選地包括氮與硅和氮的合計(jì)的原子比n/(si+n)在厚度方向上連續(xù)地或者階段地、優(yōu)選連續(xù)地變化的區(qū)域，更優(yōu)選地包括氮與硅和氮的合計(jì)的原子比n/(si+n)在厚度方向上在至少0.25、特別地至少0.34且0.57以下、特別地0.54以下的范圍內(nèi)連續(xù)地或階段地、優(yōu)選連續(xù)地變化的區(qū)域。該區(qū)域也可稱作組成漸變區(qū)域。這樣的構(gòu)成的半色調(diào)相移膜特別是在面內(nèi)均勻性上得到改善并且能夠由本發(fā)明的方法形成。

在半色調(diào)相移膜的優(yōu)選的實(shí)施方案中，不包括表面氧化層(如果有的話)的全體半色調(diào)相移膜由含有硅/氮的層構(gòu)成，該含有硅/氮的層優(yōu)選地包括原子比n/(si+n)在厚度方向上在上述規(guī)定的范圍內(nèi)連續(xù)地或者階段地、更優(yōu)選連續(xù)地變化的區(qū)域。

在下述實(shí)施方案中，其中半色調(diào)相移膜包括含有硅/氮的層，該含有硅/氮的層包括氮與硅和氮的合計(jì)的原子比n/(si+n)在厚度方向上連續(xù)地或者階段地、優(yōu)選連續(xù)地變化的區(qū)域，更優(yōu)選厚度方向上原子比n/(si+n)的最大值與最小值之差為0.25以下、特別地0.15以下。這樣構(gòu)成的半色調(diào)相移膜特別是在粘合性上得到改善并且能夠由本發(fā)明的方法形成。

含有硅/氮的層包括氮與硅和氮的合計(jì)的原子比在厚度方向上連續(xù)地變化的區(qū)域的半色調(diào)相移膜的結(jié)構(gòu)包含含有硅/氮的層包括組成上連續(xù)地漸變的區(qū)域；含有硅/氮的層包括氮與硅和氮的合計(jì)的原子比在厚度方向上階段地變化的區(qū)域的半色調(diào)相移膜的結(jié)構(gòu)包含含有硅/氮的層包括組成上階段地漸變的區(qū)域。含有硅/氮的層中的組成上漸變的區(qū)域包括硅或氮線性地增加或減少的區(qū)域以及硅或氮以鋸齒形增加或減少的區(qū)域。

半色調(diào)相移膜中的含有硅/氮的層由含有硅和氮的硅基材料形成。該硅基材料優(yōu)選為含有合計(jì)至少90at％、更優(yōu)選地至少94at％的硅和氮的硅基材料。盡管該硅基材料可含有氧，但氧的含量?jī)?yōu)選為10at％以下、特別地6at％以下。為了形成較薄的膜，該硅基材應(yīng)優(yōu)選地具有較低的氧含量并且更優(yōu)選地不含氧。從該觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選含有硅/氮的層包括由硅和氮組成的材料(sin)的層并且更優(yōu)選為由硅和氮組成的材料(sin)的層。

也優(yōu)選地，該硅基材料不含過(guò)渡金屬例如鉬、鋯、鎢、鈦、鉿、鉻和鉭。使用這樣的硅基材料克服了與含有過(guò)渡金屬的硅基材料相關(guān)聯(lián)的圖案尺寸變動(dòng)劣化的問(wèn)題并且改善化學(xué)清潔過(guò)程中的耐化學(xué)性。

半色調(diào)相移膜中的含有硅/氮的層優(yōu)選在具有至少35at％、特別地至少43at％且80at％以下、特別地75at％以下的硅含量的硅基材料的其全體(不包括表面氧化層(如果有的話))中形成。

半色調(diào)相移膜中的含有硅/氮的層優(yōu)選在具有至少20at％、特別地至少25at％且60at％以下、特別地57at％以下的氮含量的硅基材料的其全體(不包括表面氧化層(如果有的話))中形成。

半色調(diào)相移膜中的含有硅/氮的層優(yōu)選在具有10at％以下、更優(yōu)選地6at％以下、特別地1at％以下的氧含量的硅基材料的其全體(不包括表面氧化層(如果有的話))中形成。

關(guān)于半色調(diào)相移膜的構(gòu)成，包括具有低硅含量的遠(yuǎn)離基板的部分(在表面?zhèn)?的膜對(duì)于改善耐化學(xué)性有效，并且包括具有低硅含量的遠(yuǎn)離基板的部分(在表面?zhèn)?或者接近基板的部分(在基板側(cè))的膜對(duì)于減小反射率有效。另一方面，從可控性例如半色調(diào)相移膜的蝕刻過(guò)程中的端部檢測(cè)的精度的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選接近基板的部分具有高硅含量。

只要可獲得本發(fā)明的益處，半色調(diào)相移膜可以由多層構(gòu)成。半色調(diào)相移膜包括含有硅/氮的層作為一部分時(shí)，余部可以是含有硅/氮的層以外的一層或多層。半色調(diào)相移膜為多層膜時(shí)，其可以是選自由不同成分組成的層和以不同組成比由相同成分組成的層中的兩層以上的組合。半色調(diào)相移膜由三層以上構(gòu)成時(shí)，相同層的組合是可接受的，只要它們不相互鄰接。由相同成分組成的層構(gòu)成的半色調(diào)相移膜的有利之處在于能夠用共同的蝕刻劑將其蝕刻。

只要滿足半色調(diào)相移功能所必需的相移和透射率，半色調(diào)相移膜可以由單層或多層組成。例如，該膜可以由包括減反射功能層的多層組成，以致整個(gè)膜可以滿足預(yù)定的表面反射率以及必要的相移和透射率。

本發(fā)明的半色調(diào)相移光掩模坯中，可在半色調(diào)相移膜上形成單層或多層結(jié)構(gòu)的第二膜。最經(jīng)常地，與該半色調(diào)相移膜鄰接地設(shè)置第二膜。第二膜的實(shí)例包括遮光膜、遮光膜和減反射膜的組合、和在隨后的半色調(diào)相移膜的圖案形成過(guò)程中作為硬掩模發(fā)揮功能的輔助膜。如后述那樣形成第三膜時(shí)，可將第二膜用作輔助膜(蝕刻阻止膜)，其在隨后的第三膜的圖案形成過(guò)程中作為蝕刻阻止層發(fā)揮功能。第二膜優(yōu)選由含鉻材料組成。

一個(gè)例示實(shí)施方案為圖2a中所示的半色調(diào)相移光掩模坯。圖2a中用100表示的半色調(diào)相移光掩模坯包括透明基板10、在該基板上形成的半色調(diào)相移膜1和在該膜1上形成的第二膜2。

半色調(diào)相移光掩模坯可在半色調(diào)相移膜上包括遮光膜作為第二膜。遮光膜和減反射膜的組合也可用作第二膜。提供包括遮光膜的第二膜確保半色調(diào)相移光掩模包括能夠完全遮蔽曝光光的區(qū)域。該遮光膜和減反射膜也可在蝕刻過(guò)程中用作輔助膜。遮光膜和減反射膜的構(gòu)成和材料由許多專利文獻(xiàn)例如專利文獻(xiàn)4(jp-a2007-033469)和專利文獻(xiàn)5(jp-a2007-233179)中已知。遮光膜和減反射膜的一個(gè)優(yōu)選的膜構(gòu)成為具有含cr材料的遮光膜和用于減少由遮光膜引起的反射的含cr材料的減反射膜的結(jié)構(gòu)。遮光膜和減反射膜的每一個(gè)可以是單層或多層。制成遮光膜和減反射膜的適合的含cr材料包括鉻單質(zhì),氧化鉻(cro),氮化鉻(crn),碳化鉻(crc),氧氮化鉻(cron),氧碳化鉻(croc),氮碳化鉻(crnc),氧氮碳化鉻(cronc)和其他的鉻化合物。

可以使用鉻靶或者其中添加有氧、氮和碳中的一種以上的鉻靶以及基于稀有氣體例如ar、he或ne的濺射氣體(取決于待沉積的膜的所需的組成向其中添加選自含氧氣體、含氮?dú)怏w和含碳?xì)怏w中的反應(yīng)性氣體)，通過(guò)反應(yīng)性濺射沉積鉻基遮光膜和鉻基減反射膜。

第二膜為遮光膜或者遮光膜和減反射膜的組合時(shí)，該遮光膜由鉻基材料制成，該鉻基材料具有至少30at％、特別地至少35at％且小于100at％、優(yōu)選地至多99at％、更優(yōu)選地至多90at％的鉻含量。該鉻基材料具有至少0at％且至多60at％、優(yōu)選地至多50at％的氧含量，必須調(diào)節(jié)蝕刻速率時(shí)，優(yōu)選至少1at％的氧含量。該鉻基材料具有至少0at％且至多50at％、優(yōu)選地至多40at％的氮含量，必須調(diào)節(jié)蝕刻速率時(shí)優(yōu)選至少1at％的氮含量。該鉻基材料具有至少0at％且至多30at％、優(yōu)選地至多20at％的碳含量，必須調(diào)節(jié)蝕刻速率時(shí)，優(yōu)選至少1at％的碳含量。鉻、氧、氮和碳的總含量?jī)?yōu)選為至少95at％、更優(yōu)選地至少99at％、特別地100at％。

第二膜為遮光膜和減反射膜的組合時(shí)，該減反射膜優(yōu)選由含鉻材料制成，該含鉻材料具有優(yōu)選地至少30at％、更優(yōu)選地至少35at％且優(yōu)選地至多70at％、更優(yōu)選地至多50at％的鉻含量。該含鉻材料優(yōu)選具有至多60at％、并且至少1at％和更優(yōu)選地至少20at％的氧含量。該含鉻材料優(yōu)選具有至多50at％、更優(yōu)選地至多30at％、并且至少1at％、更優(yōu)選地至少3at％的氮含量。該含鉻材料優(yōu)選具有至少0at％且至多30at％、更優(yōu)選地至多20at％的碳含量，必須調(diào)節(jié)蝕刻速率時(shí)優(yōu)選至少1at％的碳含量。鉻、氧、氮和碳的總含量?jī)?yōu)選為至少95at％、更優(yōu)選地至少99at％、特別地100at％。

第二膜為遮光膜或者遮光膜和減反射膜的組合時(shí)，第二膜具有典型地20-100nm、優(yōu)選地40-70nm的厚度。而且與第二膜組合的半色調(diào)相移膜應(yīng)優(yōu)選地具有至少2.0、更優(yōu)選地至少2.5、進(jìn)一步優(yōu)選地至少3.0的總光密度，相對(duì)于波長(zhǎng)250nm以下、特別地200nm以下的曝光光。

在本發(fā)明的半色調(diào)相移光掩模坯中，在第二膜上可形成單層或多層結(jié)構(gòu)的第三膜。最經(jīng)常地，將第三膜與第二膜鄰接地設(shè)置。第三膜的實(shí)例包括遮光膜,遮光膜和減反射膜的組合,和在隨后的第二膜的圖案形成過(guò)程中作為硬掩模發(fā)揮功能的輔助膜。第三膜優(yōu)選由含硅材料、特別地不含鉻的含硅材料組成。

一個(gè)例示實(shí)施方案為圖2b中所示的半色調(diào)相移光掩模坯。圖2b中以100表示的半色調(diào)相移光掩模坯包括透明基板10、在該基板上形成的半色調(diào)相移膜1、在該膜1上形成的第二膜2、和在第二膜2上形成的第三膜3。

第二膜為遮光膜或者遮光膜和減反射膜的組合時(shí)，第三膜可以是在隨后的第二膜的圖案形成過(guò)程中作為硬掩模發(fā)揮功能的輔助膜(蝕刻掩模膜)。如后述那樣形成第四膜時(shí)，第三膜可用作在隨后的第四膜的圖案形成過(guò)程中作為蝕刻阻止層發(fā)揮功能的輔助膜(蝕刻阻止膜)。該輔助膜優(yōu)選由具有與第二膜不同的蝕刻性能的材料，例如對(duì)于應(yīng)用于含鉻材料的蝕刻的氯干蝕刻具有耐性的材料，特別地能夠用氟化物氣體例如sf6或cf4蝕刻的含硅材料組成。適合的含硅材料包括硅單質(zhì),含有硅以及氮和氧中的一種或兩種的材料,含有硅和過(guò)渡金屬的材料,以及含有氮和氧中的一種或兩種、硅、和過(guò)渡金屬的材料。過(guò)渡金屬的實(shí)例為鉬、鉭和鋯。

第三膜為輔助膜時(shí)，其優(yōu)選由含硅材料組成，該含硅材料具有優(yōu)選地至少20at％、更優(yōu)選地至少33at％且至多95at％、更優(yōu)選地至多80at％的硅含量。該含硅材料具有至少0at％且至多50at％、優(yōu)選地至多40at％的氮含量，必須調(diào)節(jié)蝕刻速率時(shí)，優(yōu)選至少1at％的氮含量。該含硅材料具有至少0at％、優(yōu)選地至少20at％且至多70at％、優(yōu)選地至多66at％的氧含量，必須調(diào)節(jié)蝕刻速率時(shí)，優(yōu)選至少1at％的氧含量。該含硅材料具有至少0at％且至多35at％、優(yōu)選地至多20at％的過(guò)渡金屬含量，如果存在，優(yōu)選至少1at％的過(guò)渡金屬含量。硅、氧、氮和過(guò)渡金屬的總含量?jī)?yōu)選為至少95at％，更優(yōu)選地至少99at％，特別地100at％。

第二膜為遮光膜或遮光膜和減反射膜的組合并且第三膜為輔助膜時(shí)，第二膜具有典型地20-100nm、優(yōu)選地40-70nm的厚度，并且第三膜具有典型地1-30nm、優(yōu)選地2-15nm的厚度。而且與第二膜組合的半色調(diào)相移膜應(yīng)優(yōu)選地具有至少2.0、更優(yōu)選地至少2.5、進(jìn)一步優(yōu)選地至少3.0的總光密度，相對(duì)于波長(zhǎng)250nm以下、特別地200nm以下的曝光光。

第二膜為輔助膜時(shí)，可形成遮光膜作為第三膜。也可形成遮光膜和減反射膜的組合作為第三膜。在此，第二膜可用作在半色調(diào)相移膜的圖案形成過(guò)程中作為硬掩模發(fā)揮功能的輔助膜(蝕刻掩模膜)，或者在第三膜的圖案形成過(guò)程中作為蝕刻阻止層發(fā)揮功能的輔助膜(蝕刻阻止膜)。輔助膜的實(shí)例為專利文獻(xiàn)6(jp-a2007-241065)中記載的含鉻材料的膜。輔助膜可以為單層或者多層。制成輔助膜的適合的含鉻材料包括鉻單質(zhì),氧化鉻(cro),氮化鉻(crn),碳化鉻(crc),氧氮化鉻(cron),氧碳化鉻(croc),氮碳化鉻(crnc),氧氮碳化鉻(cronc)和其他的鉻化合物。

第二膜為輔助膜時(shí)，該膜優(yōu)選具有優(yōu)選地至少30at％、更優(yōu)選地至少35at％且至多100at％、更優(yōu)選地至多99at％、進(jìn)一步優(yōu)選地至多90at％的鉻含量。該膜具有至少0at％、并且至多60at％、優(yōu)選地至多55at％的氧含量，必須調(diào)節(jié)蝕刻速率時(shí)，優(yōu)選至少1at％的氧含量。該膜具有至少0at％、并且至多50at％、優(yōu)選地至多40at％的氮含量，必須調(diào)節(jié)蝕刻速率時(shí)，優(yōu)選至少1at％的氮含量。該膜具有至少0at％并且至多30at％、優(yōu)選地至多20at％的碳含量，必須調(diào)節(jié)蝕刻速率時(shí)，優(yōu)選至少1at％的碳含量。鉻、氧、氮和碳的總含量?jī)?yōu)選為至少95at％、更優(yōu)選地至少99at％、特別地100at％。

另一方面，作為第三膜的遮光膜和減反射膜優(yōu)選由具有與第二膜不同的蝕刻性能的材料，例如，對(duì)于應(yīng)用于含鉻材料的蝕刻的氯干蝕刻具有耐性的材料，特別地能夠用氟化物氣體例如sf6或cf4蝕刻的含硅材料組成。適合的含硅材料包括硅單質(zhì),含有硅和氮和/或氧的材料,含有硅和過(guò)渡金屬的材料,和含有硅、氮和/或氧、和過(guò)渡金屬的材料。過(guò)渡金屬的實(shí)例為鉬、鉭和鋯。

第三膜為遮光膜或者遮光膜和減反射膜的組合時(shí)，該遮光膜和減反射膜優(yōu)選由含硅材料組成，該含硅材料具有優(yōu)選地至少10at％、更優(yōu)選地至少30at％且小于100at％、更優(yōu)選地至多95at％的硅含量。該含硅材料具有至少0at％且至多50at％、優(yōu)選地至多40at％、特別地至多20at％的氮含量，必須調(diào)節(jié)蝕刻速率時(shí)優(yōu)選至少1at％的氮含量。該含硅材料具有至少0at％、并且至多60at％、優(yōu)選地至多30at％的氧含量，必須調(diào)節(jié)蝕刻速率時(shí)優(yōu)選至少1at％的氧含量。該含硅材料具有至少0at％且至多35at％、優(yōu)選地至多20at％的過(guò)渡金屬含量，如果存在，優(yōu)選至少1at％的過(guò)渡金屬含量。硅、氧、氮和過(guò)渡金屬的總含量?jī)?yōu)選為至少95at％、更優(yōu)選地至少99at％、特別地100at％。

第二膜為輔助膜并且第三膜為遮光膜或者遮光膜和減反射膜的組合時(shí)，第二膜具有典型地1-20nm、優(yōu)選地2-10nm的厚度，并且第三膜具有典型地20-100nm、優(yōu)選地30-70nm的厚度。而且與第二膜和第三膜組合的半色調(diào)相移膜應(yīng)優(yōu)選地具有至少2.0、更優(yōu)選地至少2.5、進(jìn)一步優(yōu)選地至少3.0的總光密度，相對(duì)于波長(zhǎng)250nm以下、特別地200nm以下的曝光光。

本發(fā)明的半色調(diào)相移光掩模坯中，可在第三膜上形成單層或多層結(jié)構(gòu)的第四膜。最經(jīng)常地，與第三膜鄰接地設(shè)置第四膜。第四膜的實(shí)例為在隨后的第三膜的圖案形成過(guò)程中作為硬掩模發(fā)揮功能的輔助膜。第四膜優(yōu)選由含鉻材料組成。

一個(gè)例示的實(shí)施方案為圖2c中所示的半色調(diào)相移光掩模坯。圖2c中以100表示的半色調(diào)相移光掩模坯包括透明基板10、在該基板上形成的半色調(diào)相移膜1、在該膜1上形成的第二膜2、在第二膜2上形成的第三膜3和在第三膜3上形成的第四膜4。

第三膜為遮光膜或者遮光膜和減反射膜的組合時(shí)，第四膜可以是在隨后的第三膜的圖案形成過(guò)程中作為硬掩模發(fā)揮功能的輔助膜(蝕刻掩模膜)。該輔助膜優(yōu)選由具有與第三膜不同的蝕刻性能的材料，例如，對(duì)于應(yīng)用于含硅材料的蝕刻的氟干蝕刻具有耐性的材料，特別地能夠用含氧的氯化物氣體蝕刻的含鉻材料組成。適合的含鉻材料包括鉻單質(zhì),氧化鉻(cro),氮化鉻(crn),碳化鉻(crc),氧氮化鉻(cron),氧碳化鉻(croc),氮化碳化鉻(crnc),氧氮化碳化鉻(cronc)和其他鉻化合物。

第四膜為輔助膜時(shí)，該膜具有至少30at％、優(yōu)選地至少35at％且至多100at％、優(yōu)選地至多99at％、更優(yōu)選地至多90at％的鉻含量。該膜具有至少0at％且至多60at％、優(yōu)選地至多40at％的氧含量，必須調(diào)節(jié)蝕刻速率時(shí)優(yōu)選至少1at％的氧含量。該膜具有至少0at％且至多50at％、優(yōu)選地至多40at％的氮含量，必須調(diào)節(jié)蝕刻速率時(shí)，優(yōu)選至少1at％的氮含量。該膜具有至少0at％且至多30at％、優(yōu)選地至多20at％的碳含量，必須調(diào)節(jié)蝕刻速率時(shí)優(yōu)選至少1at％的碳含量。鉻、氧、氮和碳的總含量?jī)?yōu)選為至少95at％、更優(yōu)選地至少99at％、特別地100at％。

第二膜為輔助膜時(shí)，第三膜為遮光膜或者遮光膜和減反射膜的組合，并且第四膜為輔助膜；第二膜具有典型地1-20nm、優(yōu)選地2-10nm的厚度，第三膜具有典型地20-100nm、優(yōu)選地30-70nm的厚度，并且第四膜具有典型地1-30nm、優(yōu)選地2-20nm的厚度。而且與第二膜和第三膜組合的半色調(diào)相移膜應(yīng)優(yōu)選地具有至少2.0、更優(yōu)選地至少2.5、進(jìn)一步優(yōu)選地至少3.0的總光密度，相對(duì)于波長(zhǎng)250nm以下、特別地200nm以下的曝光光。

含鉻材料的第二膜和第四膜可以通過(guò)反應(yīng)性濺射沉積，該反應(yīng)性濺射使用鉻靶或者具有添加到其中的氧、氮和碳中的一種以上的鉻靶、和基于稀有氣體例如ar、he或ne的濺射氣體，取決于待沉積的膜的所需的組成，向?yàn)R射氣體中加入選自含氧氣體、含氮?dú)怏w和含碳?xì)怏w中的反應(yīng)性氣體。

含硅材料的第三膜可通過(guò)反應(yīng)性濺射沉積，該反應(yīng)性濺射使用硅靶、氮化硅靶、含有硅和氮化硅的靶、過(guò)渡金屬靶、或者復(fù)合硅/過(guò)渡金屬靶，和基于稀有氣體例如ar、he或ne的濺射氣體，取決于待沉積的膜的所需的組成，向?yàn)R射氣體中加入選自含氧氣體、含氮?dú)怏w和含碳?xì)怏w中的反應(yīng)性氣體。

可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)將光掩模坯加工為光掩模。例如，可以如下加工包括半色調(diào)相移膜和在其上沉積的含鉻材料的第二膜的半色調(diào)相移光掩模坯。首先，在半色調(diào)相移光掩模坯的第二膜上形成適于電子束(eb)光刻法的抗蝕劑膜，曝光于eb的圖案，和以常規(guī)的方式顯影，形成抗蝕劑圖案。將這樣得到的抗蝕劑圖案用作蝕刻掩模時(shí)，進(jìn)行含氧的氯系干蝕刻以將抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)印于第二膜，得到第二膜的圖案。接下來(lái)，在將第二膜圖案用作蝕刻掩模時(shí)，進(jìn)行氟系干蝕刻以將該圖案轉(zhuǎn)印于該半色調(diào)相移膜，得到半色調(diào)相移膜的圖案。如果殘留第二膜的任何區(qū)域，則在第二膜上形成用于保護(hù)該區(qū)域的抗蝕劑圖案。然后，通過(guò)含氧的氯系干蝕刻將沒(méi)有用該抗蝕劑圖案保護(hù)的第二膜的部分除去。以常規(guī)的方式將抗蝕劑圖案除去，得到半色調(diào)相移光掩模。

在另一實(shí)例中，可以如下加工包括半色調(diào)相移膜、作為第二膜在其上沉積的含鉻材料的遮光膜或者遮光膜/減反射膜、和作為第三膜在其上沉積的含硅材料的輔助膜的半色調(diào)相移光掩模坯。首先，在半色調(diào)相移光掩模坯的第三膜上形成適于eb光刻法的抗蝕劑膜，曝光于eb的圖案，并且以常規(guī)的方式顯影，形成抗蝕劑圖案。將這樣得到的抗蝕劑圖案用作蝕刻掩模時(shí)，進(jìn)行氟系干蝕刻以將該抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)印于第三膜，得到第三膜的圖案。將這樣得到的第三膜圖案用作蝕刻掩模時(shí)，進(jìn)行含有氧的氯系干蝕刻以將第三膜圖案轉(zhuǎn)印于第二膜，得到第二膜的圖案。此時(shí)將該抗蝕劑圖案除去。進(jìn)而，將第二膜圖案用作蝕刻掩模時(shí)，進(jìn)行氟系干蝕刻以將第二膜圖案轉(zhuǎn)印于半色調(diào)相移膜以限定半色調(diào)相移膜的圖案并且同時(shí)將第三膜圖案除去。如果要?dú)埩舻诙さ娜魏螀^(qū)域，則在第二膜上形成用于保護(hù)該區(qū)域的抗蝕劑圖案。然后，通過(guò)含有氧的氯系干蝕刻將第二膜的沒(méi)有用該抗蝕劑圖案保護(hù)的部分除去。以常規(guī)的方式將該抗蝕劑圖案除去，得到半色調(diào)相移光掩模。

在另一實(shí)例中，可以如下加工包括半色調(diào)相移膜、作為第二膜在其上沉積的含鉻材料的輔助膜、和作為第三膜在第二膜上沉積的含硅材料的遮光膜或遮光膜/減反射膜的半色調(diào)相移光掩模坯。首先，在半色調(diào)相移光掩模坯的第三膜上形成適于eb光刻法的抗蝕劑膜，曝光于eb的圖案，并且以常規(guī)的方式顯影，形成抗蝕劑圖案。將這樣得到的抗蝕劑圖案用作蝕刻掩模時(shí)，進(jìn)行氟系干蝕刻以將該抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)印于第三膜，得到第三膜的圖案。將這樣得到的第三膜圖案用作蝕刻掩模時(shí)，進(jìn)行含有氧的氯系干蝕刻以將第三膜圖案轉(zhuǎn)印于第二膜，由此得到第二膜的圖案，即，將第二膜的待除去半色調(diào)相移膜的部分除去。此時(shí)將抗蝕劑圖案除去。在第三膜上形成用于保護(hù)第三膜的待留下的部分的抗蝕劑圖案。進(jìn)而，將第二膜圖案用作蝕刻掩模時(shí)，進(jìn)行氟系干蝕刻以將第二膜圖案轉(zhuǎn)印到半色調(diào)相移膜以限定半色調(diào)相移膜的圖案并且同時(shí)將第三膜的沒(méi)有用抗蝕劑圖案保護(hù)的部分除去。以常規(guī)的方式將抗蝕劑圖案除去。最后，進(jìn)行含有氧的氯系干蝕刻以將第二膜的已將第三膜除去的部分除去，得到半色調(diào)相移光掩模。

在又一實(shí)例中，可以如下加工包括半色調(diào)相移膜、作為第二膜在其上沉積的含鉻材料的輔助膜、作為第三膜在第二膜上沉積的含硅材料的遮光膜或遮光膜/減反射膜、和作為第四膜在第三膜上沉積的含鉻材料的輔助膜的半色調(diào)相移光掩模坯。首先，在半色調(diào)相移光掩模坯的第四膜上形成適于eb光刻法的抗蝕劑膜，曝光于eb的圖案，并且以常規(guī)的方式顯影，形成抗蝕劑圖案。將這樣得到的抗蝕劑圖案用作蝕刻掩模時(shí)，進(jìn)行含有氧的氯系干蝕刻以將該抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)印于第四膜，得到第四膜的圖案。將這樣得到的第四膜圖案用作蝕刻掩模時(shí)，進(jìn)行氟系干蝕刻以將第四膜圖案轉(zhuǎn)印于第三膜，得到第三膜的圖案。此時(shí)將抗蝕劑圖案除去。在第四膜上形成用于保護(hù)第三膜的待留下的部分的抗蝕劑圖案。進(jìn)而，將第三膜圖案用作蝕刻掩模時(shí)，進(jìn)行含有氧的氯系干蝕刻以將第三膜圖案轉(zhuǎn)印于第二膜，得到第二膜的圖案，同時(shí)將第四膜的沒(méi)有用抗蝕劑圖案保護(hù)的部分除去。接下來(lái)，將第二膜圖案用作蝕刻掩模時(shí)，進(jìn)行氟系干蝕刻以將第二膜圖案轉(zhuǎn)印于半色調(diào)相移膜以限定半色調(diào)相移膜的圖案，同時(shí)將第三膜的沒(méi)有用抗蝕劑圖案保護(hù)的部分除去。以常規(guī)的方式將該抗蝕劑圖案除去。最后，進(jìn)行含有氧的氯系干蝕刻以將第二膜的已將第三膜除去的部分和第四膜的已將抗蝕劑圖案除去的部分除去，得到半色調(diào)相移光掩模。

用于在可加工的基板上形成具有至多50nm、典型地至多30nm、更典型地至多20nm的半間距的圖案的光刻法中，包括如下步驟：在可加工的基板上形成光致抗蝕劑膜和經(jīng)由用于將圖案轉(zhuǎn)印于光致抗蝕劑膜的圖案化掩模將光致抗蝕劑膜曝光于波長(zhǎng)至多250nm、特別地至多200nm的光，典型地arf準(zhǔn)分子激光(波長(zhǎng)193nm)或f2激光(157nm)，本發(fā)明的半色調(diào)相移光掩模最適合用于該曝光步驟。

由光掩模坯得到的半色調(diào)相移光掩模可有利地應(yīng)用于圖案形成法，其包括將光投射于包括半色調(diào)相移膜的圖案的光掩模圖案以將該光掩模圖案轉(zhuǎn)印于可加工的基板上的對(duì)象(光致抗蝕劑膜)。曝光光的照射可以是干式曝光或浸沒(méi)式曝光。尤其是通過(guò)浸沒(méi)式光刻法將作為可加工的基板的至少300mm的晶片曝光于光掩模圖案時(shí)，本發(fā)明的半色調(diào)相移光掩模有效，具有在商業(yè)規(guī)模微型制造中累積照射能量劑量在較短時(shí)間內(nèi)增加的趨勢(shì)。

實(shí)施例

以下給出實(shí)施例以進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行例示，但本發(fā)明并不限于此。

實(shí)施例1

在濺射系統(tǒng)的腔室中，放置152mm見(jiàn)方和6.35mm厚的石英基板。將硅靶用作濺射靶，并且將氬氣和氮?dú)庥米鳛R射氣體。對(duì)整個(gè)靶施加的電力和氬氣的流量保持恒定。在改變氮?dú)獾牧髁康耐瑫r(shí)測(cè)定流過(guò)靶的電流，得到滯后曲線。具體地，對(duì)整個(gè)靶施加1.9kw的電力，以17sccm將氬氣供給到腔室內(nèi)，并且以10sccm將氮?dú)夤┙o到腔室內(nèi)。在該狀態(tài)下，開(kāi)始濺射。以每秒0.17sccm的增量將氮?dú)獾牧髁繌?0sccm增加并且最終至60sccm。然后，相反地以每秒0.17sccm的減量將氮?dú)獾牧髁繌?0sccm減小并且最終至10sccm。相對(duì)于流量繪制電流以繪出滯后曲線，如圖3所示。圖3中，實(shí)線曲線表示氮?dú)饬髁可仙^(guò)程中記錄的濺射電流并且虛線曲線表示氮?dú)饬髁肯陆颠^(guò)程中記錄的濺射電流。將具有上限和下限的滯后區(qū)域限定在這些曲線之間。

接下來(lái)，基于圖3的滯后曲線，使用硅靶作為濺射靶并且使用氮?dú)夂蜌鍤庾鳛闉R射氣體，在152mm見(jiàn)方和6.35mm厚的石英基板上進(jìn)行濺射。具體地，對(duì)整個(gè)靶施加的電力為1.9kw，氬氣的流量為17sccm，并且使氮?dú)獾牧髁繌?0sccm連續(xù)地增加到45sccm。沉積了64nm厚的半色調(diào)相移膜。通過(guò)相移/透射率測(cè)定系統(tǒng)mpm193(laserteccorp.，在下述測(cè)定中使用的相同的系統(tǒng))對(duì)該半色調(diào)相移膜測(cè)定了相移和透射率。該膜相對(duì)于波長(zhǎng)193nm的光具有172.4±0.6°的相移和5.1±0.1％的透射率，并且相移和透射率的面內(nèi)分布窄，表示令人滿意的面內(nèi)均勻性。通過(guò)xps分析該半色調(diào)相移膜的組成，查明66at％si和34at％n的基板側(cè)組成、46at％si和54at％n的表面?zhèn)?遠(yuǎn)離基板)組成以及基板側(cè)與表面?zhèn)戎g的連續(xù)漸變的組成。

實(shí)施例2

基于圖3的滯后曲線，使用硅靶作為濺射靶并且使用氮?dú)夂蜌鍤庾鳛闉R射氣體，在152mm見(jiàn)方和6.35mm厚的石英基板上進(jìn)行濺射。具體地，對(duì)整個(gè)靶施加的電力為1.9kw，氬氣的流量為17sccm，并且使氮?dú)獾牧髁繌?5sccm連續(xù)地變化到10sccm。沉積了69nm厚的半色調(diào)相移膜。該半色調(diào)相移膜相對(duì)于波長(zhǎng)193nm的光具有178.0±0.3°的相移和4.5±0.1％的透射率，并且相移和透射率的面內(nèi)分布窄，表示令人滿意的面內(nèi)均勻性。通過(guò)xps分析該半色調(diào)相移膜的組成，查明46at％si和54at％n的基板側(cè)組成、68at％si和32at％n的表面?zhèn)冉M成以及基板側(cè)與表面?zhèn)戎g的連續(xù)漸變的組成。

實(shí)施例3

在濺射系統(tǒng)的腔室中，放置152mm見(jiàn)方和6.35mm厚的石英基板。將硅靶用作濺射靶，并且將氬氣和氮?dú)庥米鳛R射氣體。對(duì)整個(gè)靶施加的電力和氬氣的流量保持恒定。在改變氮?dú)獾牧髁康耐瑫r(shí)測(cè)定流過(guò)靶的電流，得到滯后曲線。具體地，對(duì)整個(gè)靶施加1.9kw的電力，以20.5sccm將氬氣供給到腔室內(nèi)，并且以10sccm將氮?dú)夤┙o到腔室內(nèi)。在該狀態(tài)下，開(kāi)始濺射。以每秒0.17sccm的增量將氮?dú)獾牧髁繌?0sccm增加并且最終至60sccm。然后，相反地以每秒0.17sccm的減量將氮?dú)獾牧髁繌?0sccm減小并且最終至10sccm。相對(duì)于流量繪制電流以繪出滯后曲線，如圖4所示。圖4中，實(shí)線曲線表示氮?dú)饬髁可仙^(guò)程中記錄的濺射電流并且虛線曲線表示氮?dú)饬髁肯陆颠^(guò)程中記錄的濺射電流。將具有上限和下限的滯后區(qū)域限定在這些曲線之間。

接下來(lái)，基于圖4的滯后曲線，使用硅靶作為濺射靶并且使用氮?dú)夂蜌鍤庾鳛闉R射氣體，在152mm見(jiàn)方和6.35mm厚的石英基板上進(jìn)行濺射。具體地，對(duì)整個(gè)靶施加的電力為1.9kw，氬氣的流量為20.5sccm，并且使氮?dú)獾牧髁繌?3.8sccm連續(xù)地變化到43.9sccm。沉積了64nm厚的半色調(diào)相移膜。該半色調(diào)相移膜相對(duì)于波長(zhǎng)193nm的光具有177.1±0.9°的相移和5.1±0.1％的透射率，并且相移和透射率的面內(nèi)分布窄，表示令人滿意的面內(nèi)均勻性。通過(guò)xps分析該半色調(diào)相移膜的組成，查明51at％si和49at％n的基板側(cè)組成、46at％si和54at％n的表面?zhèn)?遠(yuǎn)離基板)組成以及基板側(cè)與表面?zhèn)戎g的連續(xù)漸變的組成。

實(shí)施例4

基于圖4的滯后曲線，使用硅靶作為濺射靶并且使用氮?dú)夂蜌鍤庾鳛闉R射氣體，在152mm見(jiàn)方和6.35mm厚的石英基板上進(jìn)行濺射。具體地，對(duì)整個(gè)靶施加的電力為1.9kw，氬氣的流量為20.5sccm，并且使氮?dú)獾牧髁繌?5.5sccm連續(xù)地變化到45sccm。沉積了62nm厚的半色調(diào)相移膜。該半色調(diào)相移膜相對(duì)于波長(zhǎng)193nm的光具有175.9±0.5°的相移和7.95±0.1％的透射率，并且相移和透射率的面內(nèi)分布窄，表示令人滿意的面內(nèi)均勻性。通過(guò)xps分析該半色調(diào)相移膜的組成，查明50at％si和50at％n的基板側(cè)組成、46at％si和54at％n的表面?zhèn)冉M成以及基板側(cè)與表面?zhèn)戎g的連續(xù)漸變的組成。

實(shí)施例5

基于圖4的滯后曲線，使用硅靶作為濺射靶并且使用氮?dú)夂蜌鍤庾鳛闉R射氣體，在152mm見(jiàn)方和6.35mm厚的石英基板上進(jìn)行濺射。具體地，對(duì)整個(gè)靶施加的電力為1.9kw，氬氣的流量為20.5sccm，并且使氮?dú)獾牧髁繌?8.3sccm連續(xù)地變化到45.0sccm。沉積了61nm厚的半色調(diào)相移膜。該半色調(diào)相移膜相對(duì)于波長(zhǎng)193nm的光具有176.5±0.7°的相移和10.5±0.2％的透射率，并且相移和透射率的面內(nèi)分布窄，表示令人滿意的面內(nèi)均勻性。通過(guò)xps分析該半色調(diào)相移膜的組成，查明48at％si和52at％n的基板側(cè)組成、46at％si和54at％n的表面?zhèn)冉M成以及基板側(cè)與表面?zhèn)戎g的連續(xù)漸變的組成。

比較例1

基于圖3的滯后曲線，使用硅靶作為濺射靶并且使用氮?dú)夂蜌鍤庾鳛闉R射氣體，在152mm見(jiàn)方和6.35mm厚的石英基板上進(jìn)行濺射。具體地，對(duì)整個(gè)靶施加的電力為1.9kw，氬氣的流量為17sccm，并且使氮?dú)獾牧髁勘３趾愣ㄓ?8.6sccm。沉積了61nm厚的半色調(diào)相移膜。該半色調(diào)相移膜相對(duì)于波長(zhǎng)193nm的光具有174.7±1.1°的相移和4.4±0.3％的透射率。根據(jù)xps分析，該半色調(diào)相移膜的組成在厚度方向上均勻。