本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體集成電路等的微細加工的半色調(diào)相移光掩模坯和半色調(diào)相移光掩模。

背景技術(shù)：

隨著光掩模技術(shù)向進一步小型化發(fā)展，圖案特征寬度變得比曝光波長小。目前采用分辨率提高技術(shù)(RET)例如光學(xué)鄰近校正(OPC)、變形照明、浸沒式光刻、相移法和雙重曝光光刻。特別地，相移法迄今為止已采用了具有約6％的透射率的半色調(diào)相移膜。為了通過光刻形成較窄寬度的圖案，例如形成具有50nm以下的半間距的圖案，需要具有較高透射率的半色調(diào)相移膜以獲得較高的對比度。具體地，需要具有約180°的相移和9％-40％的透射率的半色調(diào)相移膜。

引用列表

專利文獻1：JP-A 2006-078953

專利文獻2：JP-A 2003-280168

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在具有高透射率的半色調(diào)相移光掩模坯中，由于可期待膜的薄化和膜的耐清潔性的改善，因此具有由硅和氮、或者硅、氧和氮組成的半色調(diào)相移膜的半色調(diào)相移光掩模坯在研究中。但是，在從光掩模坯加工為光掩模的步驟過程中，該半色調(diào)相移膜具有缺點，該缺點包括氟系干蝕刻的緩慢蝕刻速率和極困難的缺陷校正。

通過將過渡金屬添加到該半色調(diào)相移膜中從而改善該光掩模坯的加工性。將過渡金屬添加到該膜中傾向于使其透射率減小。為了得到具有高透射率的半色調(diào)相移膜，不僅必須添加氮，而且必須添加一定量的氧。但是，作為單層膜形成由過渡金屬、硅、氧和氮組成的高透射率半色調(diào)相移膜時，產(chǎn)生膜應(yīng)力增加的問題。由于將光掩模坯加工為光掩模后使膜應(yīng)力消除，因此增加的膜應(yīng)力導(dǎo)致該膜中形成的圖案的位置精度的降低。特別是通過濺射(其通常用于半色調(diào)相移膜的沉積)作為單層膜沉積半色調(diào)相移膜時，通過根據(jù)預(yù)定的膜組成將反應(yīng)性氣體向腔室中的供給速率設(shè)定得非常高來進行濺射。于是，低腔室壓力下的膜沉積困難，盡管認為低腔室壓力的設(shè)定對于消除膜應(yīng)力有效。通過調(diào)節(jié)膜沉積條件(包括腔室壓力)來使膜應(yīng)力保持得低是相當(dāng)困難的。

本發(fā)明涉及半色調(diào)相移光掩模坯，其具有由過渡金屬、硅、氧和氮組成并且具有高透射率的半色調(diào)相移膜。本發(fā)明的目的是提供具有應(yīng)力低且容易加工并且保持預(yù)定的相移的半色調(diào)相移膜的半色調(diào)相移光掩模坯；其制備方法；和半色調(diào)相移光掩模。

關(guān)于具有由過渡金屬、硅、氧和氮組成并且具有高透射率的半色調(diào)相移膜的半色調(diào)相移光掩模坯，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)當(dāng)半色調(diào)相移膜由包括具有低氧含量的應(yīng)力松弛層和具有高氧含量的相移調(diào)節(jié)層的多個層構(gòu)成時，得到的半色調(diào)相移膜相對于曝光光提供高透射率和預(yù)定的相移，并且提供高加工精度。該半色調(diào)相移膜由這樣的多個層構(gòu)成時，該應(yīng)力松弛層傾向于在比曝光光的波長長的波長側(cè)、典型地在紅外側(cè)具有低透射率，并且該應(yīng)力松弛層在光學(xué)退火處理例如閃光燈退火中對照射光的吸收效率增加。于是該包括應(yīng)力松弛層和相移調(diào)節(jié)層的多層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜在通過光學(xué)退火處理來消除膜應(yīng)力方面有利。

一方面，本發(fā)明提供半色調(diào)相移光掩模坯，其包括透明基材和在其上相對于波長200nm以下的光提供9％-40％的透射率和150°-200°的相移的半色調(diào)相移膜。該半色調(diào)相移膜由過渡金屬、硅、氧和氮組成，具有至少3at％的平均過渡金屬含量，并且由多個層組成，該多個層包括至少一個由該過渡金屬、硅、氧和氮組成的應(yīng)力松弛層和至少一個由該過渡金屬、硅、氧和氮組成的相移調(diào)節(jié)層。該應(yīng)力松弛層具有最低的至少3at％的氧含量，并且該相移調(diào)節(jié)層具有比該應(yīng)力松弛層的氧含量高至少2at％的至少5at％的氧含量。

優(yōu)選的實施方案中，該半色調(diào)相移膜與該透明基材鄰接地形成。

優(yōu)選的實施方案中，最接近該透明基材設(shè)置的層為該應(yīng)力松弛層。

優(yōu)選的實施方案中，該半色調(diào)相移膜由至少三層組成，并且該相移調(diào)節(jié)層的每個與任意的應(yīng)力松弛層鄰接地設(shè)置。

優(yōu)選的實施方案中，該過渡金屬含量在5at％-10at％的范圍內(nèi)。

典型地，該過渡金屬為鉬。

優(yōu)選的實施方案中，該半色調(diào)相移膜具有9％-12％的透射率或15％-30％的透射率。

將該光掩模坯加工為半色調(diào)相移光掩模，該光掩模適合用于在可加工的基材上形成具有50nm以下的半間距的圖案的光刻，以及用于使用波長200nm以下的曝光光將該圖案轉(zhuǎn)印到在該可加工的基材上形成的光致抗蝕劑膜的圖案曝光步驟。

另一方面，本發(fā)明提供半色調(diào)相移光掩模坯的制備方法，該半色調(diào)相移光掩模坯包括透明基材和在其上相對于波長200nm以下的光提供9％-40％的透射率和150°-200°的相移的半色調(diào)相移膜，該方法包括在該透明基材上形成半色調(diào)相移膜的步驟，該半色調(diào)相移膜由過渡金屬、硅、氧和氮組成，具有至少3at％的平均過渡金屬含量，并且由多個層組成，該多個層包括至少一個由該過渡金屬、硅、氧和氮組成的應(yīng)力松弛層和至少一個由該過渡金屬、硅、氧和氮組成的相移調(diào)節(jié)層，該應(yīng)力松弛層具有最低的至少3at％的氧含量，該相移調(diào)節(jié)層具有比該應(yīng)力松弛層的氧含量高至少2at％的至少5at％的氧含量。

優(yōu)選的實施方案中，該半色調(diào)相移膜具有9％-12％的透射率，并且該方法還包括對該基材上的半色調(diào)相移膜照射含紅外的光的脈沖的步驟。

優(yōu)選的實施方案中，該方法還包括在含紅外的光的脈沖照射的步驟前通過在250-600℃下保持至少2小時從而對該基材上的半色調(diào)相移膜進行熱處理的步驟。

另一優(yōu)選的實施方案中，該半色調(diào)相移膜具有15％-30％的透射率，并且該方法還包括通過在250-600℃下保持至少2小時從而對該基材上的半色調(diào)相移膜進行熱處理的步驟，但不包括含紅外的光的脈沖照射的步驟。

在另一方面，本發(fā)明提供半色調(diào)相移光掩模，包括透明基材和在其上相對于波長200nm以下的光提供9％-40％的透射率和150°-200°的相移的半色調(diào)相移膜，其中該半色調(diào)相移膜由過渡金屬、硅、氧和氮組成，具有至少3at％的平均過渡金屬含量，并且由多個層組成，該多個層包括至少一個由該過渡金屬、硅、氧和氮組成的應(yīng)力松弛層和至少一個由該過渡金屬、硅、氧和氮組成的相移調(diào)節(jié)層，該應(yīng)力松弛層具有最低的至少3at％的氧含量，該相移調(diào)節(jié)層具有比該應(yīng)力松弛層的氧含量高至少2at％的至少5at％的氧含量。

本發(fā)明的有利效果

在具有由過渡金屬、硅、氧和氮組成且具有高透射率的半色調(diào)相移膜的半色調(diào)相移光掩模坯中，本發(fā)明提供具有應(yīng)力低且加工性改善、同時保持預(yù)定的相移的半色調(diào)相移膜的半色調(diào)相移光掩模坯(和半色調(diào)相移光掩模)。使用該半色調(diào)相移掩模，符合圖案化精度和圖案小型化的要求的光刻曝光成為可能。

附圖說明

作為唯一的附圖，圖1為表示實驗1中ΔTIR對于半色調(diào)相移膜的氧含量的圖。

具體實施方式

本發(fā)明涉及半色調(diào)相移光掩模坯，其包括：透明基材、典型地石英基材和其上沉積并且由過渡金屬、硅、氧和氮組成的半色調(diào)相移膜。

該半色調(diào)相移膜相對于波長200nm以下的光(或曝光光)例如ArF準(zhǔn)分子激光(波長193nm)或F₂激光(波長157nm)具有至少9％且40％以下、特別地30％以下的透射率，具體地，與常規(guī)的含有過渡金屬的半色調(diào)相移膜相比，為高透射率。具有超過40％的透射率的膜含有高水平的應(yīng)力，其可能無法通過后述的熱處理完全地消除。

該半色調(diào)相移膜的相對于曝光光的相移使得由相移膜的區(qū)域(相移區(qū)域)傳輸?shù)钠毓夤馀c由將該相移膜除去的相鄰區(qū)域傳輸?shù)钠毓夤庵g的相移在邊界引起曝光光的干涉，由此增加對比度。具體地，該相移為150度至200度。盡管將一般的相移膜設(shè)定為約180°的相移，但從對比度提高的觀點出發(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°的相移對于形成較薄膜有效。當(dāng)然，接近180°的相移更為有效，原因在于可獲得較高的對比度。在這方面，該相移優(yōu)選為至少160°，更優(yōu)選為至少175°并且190°以下，更優(yōu)選地185°以下，最優(yōu)選為約180°。

該半色調(diào)相移膜是包括多個層的多層結(jié)構(gòu)的膜，該多個層包括由過渡金屬、硅、氧和氮組成的應(yīng)力松弛層和由過渡金屬、硅、氧和氮組成的相移調(diào)節(jié)層。盡管并無特別限制，但層的數(shù)目典型地為4以下。

該應(yīng)力松弛層是在該多個層中具有最低氧含量的層。該相移調(diào)節(jié)層是具有比該應(yīng)力松弛層的氧含量高至少2at％、優(yōu)選地至少5at％、更優(yōu)選地至少10at％、進一步優(yōu)選地至少15at％的氧含量的層。換言之，在構(gòu)成該半色調(diào)相移膜的多個層中，具有最低氧含量的層為該應(yīng)力松弛層并且其他層為具有比該應(yīng)力松弛層高的氧含量的相移調(diào)節(jié)層。該半色調(diào)相移膜由包括應(yīng)力松弛層和相移調(diào)節(jié)層的多個層組成時，與單層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜相比，使整個半色調(diào)相移膜的膜厚度減小。于是使將半色調(diào)相移膜加工為膜圖案的精度改善。

該應(yīng)力松弛層可以由單層或多層組成。應(yīng)指出地是，術(shù)語“多個”意味著兩個以上。該應(yīng)力松弛層由多層組成時，該應(yīng)力松弛層應(yīng)具有相同的氧含量。該應(yīng)力松弛層可以在過渡金屬、硅和氮含量的全部上不同，但優(yōu)選在過渡金屬、硅和氮含量中的一些或全部上相同。該應(yīng)力松弛層由多層組成時，該應(yīng)力松弛層可以在厚度上相同或不同。另一方面，該相移調(diào)節(jié)層由多層組成時，該相移調(diào)節(jié)層可以在過渡金屬、硅、氧和氮含量的全部上不同，或者可以在過渡金屬、硅、氧和氮含量的一些或全部上相同。該相移調(diào)節(jié)層由多層組成時，該相移調(diào)節(jié)層可以在厚度上相同或不同。

盡管可經(jīng)由另一膜例如光學(xué)膜(例如，遮光膜或減反射膜)、輔助加工膜(例如，蝕刻掩模膜或蝕刻終止膜)或?qū)щ娔⒃摪肷{(diào)相移膜沉積到該透明基材上，但優(yōu)選將該半色調(diào)相移膜與該透明基材鄰接地(沒有任何中間層)沉積。在遠離該基材設(shè)置的半色調(diào)相移膜的表面上，可形成另一膜，例如光學(xué)膜(例如，遮光膜或減反射膜)、輔助加工膜(例如，蝕刻掩模膜或蝕刻終止膜)、導(dǎo)電膜或抗蝕劑膜。

在構(gòu)成該半色調(diào)相移膜的應(yīng)力松弛層和相移調(diào)節(jié)層中，優(yōu)選與該基材最接近地、特別是與該基材鄰接地形成該應(yīng)力松弛層(在單層的情況下為該層或者在多層的情況下為任一層)。與該基材鄰接的應(yīng)力松弛層的配置使得由該基材引起的基材相鄰部分中的膜應(yīng)力能夠高效地松弛，與單層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜相比，成功地進一步使整個半色調(diào)相移膜的膜應(yīng)力減小。于是進一步改善將半色調(diào)相移膜加工成膜圖案的精度。

上述構(gòu)成的半色調(diào)相移膜的實例為包括從基材側(cè)依次堆疊的應(yīng)力松弛層和相移調(diào)節(jié)層的兩層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜、包括從基材側(cè)依次堆疊的應(yīng)力松弛層和兩個相移調(diào)節(jié)層的三層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜、和包括從基材側(cè)依次堆疊的應(yīng)力松弛層、相移調(diào)節(jié)層和應(yīng)力松弛層的三層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜。具有與該基材鄰接設(shè)置的應(yīng)力松弛層的半色調(diào)相移膜與具有相同透射率、相移和厚度的單層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜相比，具有較小的膜應(yīng)力，并且特別有效，原因在于通過熱處理和/或含IR的光的脈沖照射實現(xiàn)較高的膜應(yīng)力緩和效果，這將后述。而且，在構(gòu)成該半色調(diào)相移膜的應(yīng)力松弛層和相移調(diào)節(jié)層中，優(yōu)選地將該應(yīng)力松弛層形成在最外層(最遠離該基材)，特別是在兩層結(jié)構(gòu)的情況下，從該基材側(cè)將該相移調(diào)節(jié)層和應(yīng)力松弛層依次堆疊，原因在于該配置對于增加來自該半色調(diào)相移膜的表面?zhèn)鹊姆瓷渎屎蛯τ谠黾尤毕輽z測靈敏性有效。

在其中該半色調(diào)相移膜由三層以上組成的實施方案中，優(yōu)選地將每個相移調(diào)節(jié)層(在單層的情況下為該層或者多層的情況下為所有層)與任意的應(yīng)力松弛層鄰接地沉積，更優(yōu)選地，將應(yīng)力松弛層和相移調(diào)節(jié)層交替地沉積。與該應(yīng)力松弛層鄰接的相移調(diào)節(jié)層的配置使得來自該相移調(diào)節(jié)層(含有比該應(yīng)力松弛層多的膜應(yīng)力)的膜應(yīng)力能夠高效地松弛，與單層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜相比，成功地進一步使整個半色調(diào)相移膜的膜應(yīng)力減小。于是進一步改善將半色調(diào)相移膜加工成膜圖案的精度。

上述構(gòu)成的半色調(diào)相移膜的實例為包括從該基材側(cè)依次堆疊的相移調(diào)節(jié)層、應(yīng)力松弛層和相移調(diào)節(jié)層的三層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜、包括從該基材側(cè)依次堆疊的應(yīng)力松弛層、兩個相移調(diào)節(jié)層和應(yīng)力松弛層的四層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜、和包括從該基材側(cè)依次或倒序交替堆疊的應(yīng)力松弛層和相移調(diào)節(jié)層的四層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜。包括交替堆疊的應(yīng)力松弛層和相移調(diào)節(jié)層的半色調(diào)相移膜，例如，包括從該基材側(cè)依次堆疊的相移調(diào)節(jié)層/應(yīng)力松弛層/相移調(diào)節(jié)層的三層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜具有比具有相同的透射率、相移和厚度的單層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜小的膜應(yīng)力，并且特別有效，原因在于通過熱處理和/或含IR的光的脈沖照射實現(xiàn)較高的膜應(yīng)力緩和效果，這將后述。

該半色調(diào)相移膜為由過渡金屬、硅、氧和氮組成的膜，即，過渡金屬硅的氧氮化物的膜。但是，包括這些以外的元素是容許的，只要它們的量處于雜質(zhì)水平。為了該半色調(diào)相移膜具有至少9％的高透射率并且易于加工，該半色調(diào)相移膜應(yīng)具有至少3at％、優(yōu)選地至少5at％的平均過渡金屬含量。該平均過渡金屬含量優(yōu)選為10at％以下，更優(yōu)選為8at％以下，進一步優(yōu)選為7at％以下。具有超過10at％的平均過渡金屬含量的膜可能在耐清潔性和耐曝光光照射性上差。

而且，該半色調(diào)相移膜應(yīng)優(yōu)選地具有至少30at％、優(yōu)選地至少33at％且45at％以下、更優(yōu)選地40at％以下的平均硅含量和至少10at％、優(yōu)選地至少12at％且45at％以下、更優(yōu)選地40at％以下的平均氧含量。氮的平均含量實質(zhì)上為余量。應(yīng)指出地是，半色調(diào)相移膜中元素的平均含量對應(yīng)于基于該膜的全部層中原子的總量的該元素的總量的原子％。

對于構(gòu)成該半色調(diào)相移膜的每個層，過渡金屬、硅、氧和氮的含量如下所述。對于該應(yīng)力松弛層和該相移調(diào)節(jié)層的任一者，該過渡金屬含量優(yōu)選為至少3at％、特別地至少5at％，并且10at％以下、特別地7at％以下；并且該硅含量優(yōu)選為至少30at％、特別地至少33at％，并且45at％以下、特別地40at％以下。對于該應(yīng)力松弛層，該氧含量優(yōu)選為至少5at％、特別地至少10at％，并且35at％以下、更優(yōu)選地30at％以下、特別地20at％以下；并且對于該相移調(diào)節(jié)層，優(yōu)選為至少7at％、特別地至少12at％，并且60at％以下、更優(yōu)選地50at％以下、特別地40at％以下。氮的平均含量實質(zhì)上為余量。

在本發(fā)明的實施中，應(yīng)用具有比該相移調(diào)節(jié)層的氧含量低至少2at％的氧含量的應(yīng)力松弛層。這使得該應(yīng)力松弛層能夠充分發(fā)揮功能以使該半色調(diào)相移膜中的膜應(yīng)力減小。該半色調(diào)相移膜具有至少26at％的平均氧含量，特別是該半色調(diào)相移膜的全部層具有至少26at％的氧含量的實施方案中，由于這樣高的氧含量對膜應(yīng)力的增加具有較大的影響，因此優(yōu)選將該應(yīng)力松弛層與該相移調(diào)節(jié)層之間的氧含量之差設(shè)定為至少10at％、更優(yōu)選地至少15at％。

如果該應(yīng)力松弛層的厚度(應(yīng)力松弛層由多層組成時多層的合計厚度)相對于該半色調(diào)相移膜的總厚度太薄時，不可預(yù)期由該應(yīng)力松弛層產(chǎn)生的膜應(yīng)力的充分減小。如果該厚度相對于該半色調(diào)相移膜的總厚度太厚，則為了獲得預(yù)定的高透射率，必須對該相移調(diào)節(jié)層給予較高的氧含量。結(jié)果，反而使膜應(yīng)力增加；或者由于具有低氧含量的應(yīng)力松弛層占較高比例，因此沒有使整個半色調(diào)相移膜的氧含量充分地增加，無法獲得預(yù)定的高透射率。由于上述原因，該應(yīng)力松弛層的厚度優(yōu)選為該半色調(diào)相移膜的總厚度的至少5％、更優(yōu)選地至少10％，并且50％以下、更優(yōu)選地30％以下。

該半色調(diào)相移光掩模坯可通過采用任何公知的方法在透明基材上沉積包括應(yīng)力松弛層和相移調(diào)節(jié)層的半色調(diào)相移膜，并且任選地在該基材與該半色調(diào)相移膜之間和/或在遠離該基材設(shè)置的該半色調(diào)相移膜的一側(cè)沉積另一膜而制備。

優(yōu)選地，通過反應(yīng)性濺射沉積該半色調(diào)相移膜。具體地，將透明基材設(shè)置在濺射室中?？赏ㄟ^使用過渡金屬靶、過渡金屬-硅靶和硅靶作為靶，供給反應(yīng)性氣體例如氧(O₂)氣、氮(N₂)氣和氧化氮(N₂O、NO₂)氣以及稀有氣體例如氬(Ar)氣作為濺射氣體，并且根據(jù)待沉積的應(yīng)力松弛層或相移調(diào)節(jié)層的組成來調(diào)節(jié)整個靶的功率和濺射氣體的流量來進行濺射沉積。根據(jù)應(yīng)力松弛層和相移調(diào)節(jié)層的堆疊次序和數(shù)目來依次改變?yōu)R射條件。根據(jù)各個層的厚度來選擇濺射時間。以這種方式，可沉積包括應(yīng)力松弛層和相移調(diào)節(jié)層的多層構(gòu)成的半色調(diào)相移膜。濺射壓力優(yōu)選在0.01Pa-0.5Pa的范圍內(nèi)。

優(yōu)選通過在至少250℃、特別地至少300℃并且600℃以下、特別地500℃以下的溫度下保持至少2小時、特別地至少4小時來對該透明基材上沉積的半色調(diào)相移膜進行熱處理。該熱處理對于從該半色調(diào)相移膜消除應(yīng)力有效?？赏ㄟ^將其上沉積有半色調(diào)相移膜的基材容納于熱處理爐、典型地電爐中，并且在預(yù)定的溫度下加熱預(yù)定的時間來進行該熱處理?？稍谶h離該基材設(shè)置的半色調(diào)相移膜的一側(cè)形成另一膜之前或之后進行該熱處理。盡管并不嚴格，但考慮膜應(yīng)力消除效果和生產(chǎn)率時，熱處理的持續(xù)時間典型地為6小時以下。

進而，優(yōu)選對該透明基材上沉積的半色調(diào)相移膜進行含有紅外(IR)的光的脈沖照射。含有IR的光的脈沖照射對于從該半色調(diào)相移膜消除應(yīng)力有效。通過將該脈沖照射處理與熱處理組合，從而提高效果。通過在脈沖照射處理之前進行熱處理，消除膜應(yīng)力的效果變得最高?？稍谶h離該基材設(shè)置的半色調(diào)相移膜的一側(cè)形成另一膜之前或之后進行該脈沖照射處理。優(yōu)選在遠離該基材設(shè)置的半色調(diào)相移膜的一側(cè)形成另一膜之前進行該脈沖照射處理，原因在于能夠?qū)⒐庵苯诱丈溆谠摪肷{(diào)相移膜。

用于發(fā)出含有IR的光的脈沖的優(yōu)選的光源為閃光燈。閃光燈為在連續(xù)的寬波長區(qū)域中提供短持續(xù)時間的光脈沖的光源，例如，包括透光性材料、典型地填充有氣體例如氙氣的玻璃的燈泡的燈，對其以脈沖施加高電壓用于發(fā)光。通過脈沖照射處理向該膜施加的能量的量因膜組成而改變，優(yōu)選為至少15J/cm²，特別地至少20J/cm²并且35J/cm²以下，特別地30J/cm²以下，以累計劑量計。

使用含有IR的光的脈沖照射處理對于具有9％-12％的范圍內(nèi)的透射率的半色調(diào)相移膜特別有效。對于具有超過12％的透射率的半色調(diào)相移膜，每單位照射能量的膜應(yīng)力降低效果變得較弱。如果照射較大量的能量以彌補這樣的效果的損失，則不經(jīng)濟并且產(chǎn)生如下問題：由于來源于照射系統(tǒng)的材料的引入而將該膜污染并且由于這樣的污染物而使膜質(zhì)量改變。于是，對于具有超過12％、特別地至少15％且50％以下、特別地30％以下的透射率的半色調(diào)相移膜，建議只進行熱處理并且省略使用含有IR的光的脈沖照射處理。

構(gòu)成半色調(diào)相移膜，即構(gòu)成應(yīng)力松弛層和相移調(diào)節(jié)層的過渡金屬以及構(gòu)成該半色調(diào)相移膜的沉積中使用的靶的過渡金屬典型地選自鉬、鋯、鎢、鈦、鉿、鉻和鉭。可使用選自這些過渡金屬中的一種或多種元素，最優(yōu)選鉬。

本發(fā)明的半色調(diào)相移光掩模如上所述，定義為包括透明基材和其上形成的包括應(yīng)力松弛層和相移調(diào)節(jié)層的半色調(diào)相移膜的圖案。可通過采用應(yīng)用于光掩模坯上的膜的圖案化的任何公知的技術(shù)將該半色調(diào)相移膜圖案化，從而由上述的半色調(diào)相移光掩模坯制備光掩模。例如，如果需要，將抗蝕劑膜沉積在該半色調(diào)相移光掩模坯上，并且通過標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)將該抗蝕劑膜圖案化。利用該抗蝕劑膜圖案制成的蝕刻掩模，通過干蝕刻對下層膜進行圖案化。進而，如果需要，利用該抗蝕劑膜圖案和該膜圖案制成的蝕刻掩模，通過干蝕刻依次對更下層的膜(如果有的話)和該透明基材進行圖案化。最后將不需要的膜(一個或多個)除去，得到半色調(diào)相移光掩模，盡管取決于膜組成，該干蝕刻可選自氯系、氟系和其他干蝕刻技術(shù)，但對于根據(jù)本發(fā)明的半色調(diào)相移膜，典型地選擇氟系干蝕刻。

用于在可加工的基材上形成具有50nm以下、典型地30nm以下、更典型地20nm以下的半間距的圖案的光刻法中，其包括如下步驟：在可加工的基材上形成光致抗蝕劑膜和通過用于將圖案轉(zhuǎn)印于該光致抗蝕劑膜的圖案化掩模使該光致抗蝕劑膜曝光于波長200nm以下的光、典型地ArF準(zhǔn)分子激光(193nm)或F₂激光(157nm)，該半色調(diào)相移光掩模(由本發(fā)明的半色調(diào)相移光掩模坯制備)最適合用于該曝光步驟。

通過該半色調(diào)相移光掩模(由本發(fā)明的半色調(diào)相移光掩模坯制備)進行圖案曝光的方法包括如下步驟：在可加工的基材上形成光致抗蝕劑膜，適當(dāng)?shù)卦O(shè)置帶有包括半色調(diào)相移膜圖案的光掩模圖案的半色調(diào)相移光掩模，和對該光掩模圖案照射曝光光以由此將該光掩模圖案轉(zhuǎn)印于該可加工的基材上的光致抗蝕劑膜。曝光光的照射可以是干式曝光或浸液式曝光。本發(fā)明的半色調(diào)相移光掩模在通過浸沒式光刻將具有至少300mm的大小的晶片形式的可加工的基材上的抗蝕劑膜曝光于光的光掩模圖案中特別有效，該浸沒式光刻具有如下傾向：在商業(yè)應(yīng)用中累積照射的能量量在較短時間內(nèi)急劇增加。

實施例

以下給出實施例以進一步對本發(fā)明進行例示，但本發(fā)明并不限于此。

實驗1

在濺射系統(tǒng)的腔室中，設(shè)置152mm見方和6.35mm厚的6025石英基材。通過使用MoSi和Si靶作為濺射靶，使用氬氣、氮氣和氧氣作為濺射氣體，對整個MoSi靶施加300W的恒定功率并且對整個Si靶施加1,700W的恒定功率，以18sccm的恒定流量供給氬氣，以65sccm的恒定流量供給氮氣，并且以0、3、6、10和15sccm的不同流量供給氧氣，從而在基材上沉積5個MoSiON的半色調(diào)相移膜。對該沉積進行調(diào)節(jié)以致該膜相對于波長193nm的光(ArF準(zhǔn)分子激光，下同)可具有177°的相移。

通過平整度測試儀(UltraFlat Type-G，Corning Tropel)對沉積的半色調(diào)相移膜測定TIR(總指示讀數(shù))。應(yīng)指出地是，同樣適用于以下的TIR測定。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去沉積后的TIR值而得到TIR之差(ΔTIR)并且作為膜應(yīng)力的指數(shù)報道。對于在不同條件下沉積的半色調(diào)相移膜，在圖1的圖中作為氧含量的函數(shù)繪制ΔTIR。由圖1可以看到，具有較低的氧含量的膜含有較低的每單位相移的應(yīng)力。

實施例1

在濺射系統(tǒng)的腔室中，設(shè)置152mm見方且6.35mm厚的6025石英基材。通過使用MoSi和Si靶作為濺射靶，使用氬氣、氮氣和氧氣作為濺射氣體，對整個MoSi靶施加300W的恒定功率并且對整個Si靶施加1,700W的恒定功率，以18sccm的恒定流量供給氬氣，以65sccm的恒定流量供給氮氣，并且以6.6、13.6和17.6sccm的不同流量供給氧氣，從而在該基材上沉積MoSiON的半色調(diào)相移膜。該半色調(diào)相移膜為三層結(jié)構(gòu)，其包括從該基材側(cè)依次堆疊的應(yīng)力松弛層(28nm厚)、第一相移調(diào)節(jié)層(43nm厚)和第二相移調(diào)節(jié)層(42nm厚)。對該沉積的半色調(diào)相移膜測定TIR。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去沉積后的TIR值所得到的TIR差(ΔTIR)為-0.30μm。

在加熱爐中在300℃下對其上沉積有半色調(diào)相移膜的透明基材進行熱處理6小時。測定熱處理后的TIR值。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去熱處理后的TIR值所得到的TIR差(ΔTIR)為-0.25μm。

使用閃光燈退火系統(tǒng)LA3020F(Screen Holdings Co.，Ltd.)，在以提供29.1J/cm²(通過采用色度計的預(yù)先測定確定，下同)的照射能量劑量的條件下對熱處理后的半色調(diào)相移膜進行含IR的光的脈沖照射，以完成半色調(diào)相移光掩模坯。脈沖照射處理后對該光掩模坯測定TIR值。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去脈沖照射處理后的TIR值所得到的TIR差(ΔTIR)為-0.24μm。

該半色調(diào)相移膜相對于該曝光光具有30％的透射率和177°的相移，并且具有113nm的厚度。該應(yīng)力松弛層具有4.2at％的鉬含量、35.9at％的硅含量、31.8at％的氧含量、和28.1at％的氮含量；該第一相移調(diào)節(jié)層具有3.5at％的鉬含量、32.6at％的硅含量、49.1at％的氧含量、和14.8at％的氮含量；該第二相移調(diào)節(jié)層具有3.2at％的鉬含量、31.5at％的硅含量、57.1at％的氧含量、和8.2at％的氮含量。整個半色調(diào)相移膜平均具有3.6at％的鉬含量、33.0at％的硅含量、47.8at％的氧含量、和15.6at％的氮含量。將沉積條件、膜組成、照射能量、ΔTIR、膜厚度、透射率和相移示于表1中。

比較例1

在濺射系統(tǒng)的腔室中，設(shè)置152mm見方且6.35mm厚的6025石英基材。通過使用MoSi和Si靶作為濺射靶，使用氬氣、氮氣和氧氣作為濺射氣體，對整個MoSi靶施加300W的功率并且對整個Si靶施加1,700W的功率，以18sccm的流量供給氬氣，以65sccm的流量供給氮氣，并且以15sccm的流量供給氧氣，從而在該基材上沉積MoSiON單層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜。對該沉積的半色調(diào)相移膜測定TIR。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去沉積后的TIR值所得到的TIR差(ΔTIR)為-0.37μm。

在加熱爐中在300℃下對其上沉積有半色調(diào)相移膜的透明基材進行熱處理6小時。測定熱處理后的TIR值。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去熱處理后的TIR值所得到的TIR差(ΔTIR)為-0.32μm。

如實施例1中那樣，使用閃光燈退火系統(tǒng)LA3020F，在以提供29.1J/cm²的照射能量劑量的條件下對熱處理后的半色調(diào)相移膜進行含IR的光的脈沖照射，以完成半色調(diào)相移光掩模坯。脈沖照射處理后對該光掩模坯測定TIR值。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去脈沖照射處理后的TIR值所得到的TIR差(ΔTIR)為-0.32μm。

該半色調(diào)相移膜相對于該曝光光具有30％的透射率和177°的相移，并且具有114nm的厚度。該半色調(diào)相移膜具有3.5at％的鉬含量、33.6at％的硅含量、47.5at％的氧含量、和15.4at％的氮含量。將沉積條件、膜組成、照射能量、ΔTIR、膜厚度、透射率和相移示于表1中。

實施例1與比較例1的比較揭示出透射率和相移是相同的，膜厚度基本上相等，但實施例1的半色調(diào)相移膜在沉積后的ΔTIR、熱處理后的ΔTIR和脈沖照射處理后的ΔTIR上全部優(yōu)異。已證實包括具有低氧含量的應(yīng)力松弛層和具有高氧含量的相移調(diào)節(jié)層的多層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜作為用于消除膜應(yīng)力的高透射率半色調(diào)相移膜有效。

實施例2

在濺射系統(tǒng)的腔室中，設(shè)置152mm見方且6.35mm厚的6025石英基材。通過使用MoSi和Si靶作為濺射靶，使用氬氣、氮氣和氧氣作為濺射氣體，對整個MoSi靶施加300W的恒定功率并且對整個Si靶施加1,700W的恒定功率，以18sccm的恒定流量供給氬氣，以65sccm的恒定流量供給氮氣，并且以6、1和5sccm的不同流量供給氧氣，從而在該基材上沉積MoSiON的半色調(diào)相移膜。該半色調(diào)相移膜為三層結(jié)構(gòu)，其包括從該基材側(cè)依次堆疊的第一相移調(diào)節(jié)層(35nm厚)、應(yīng)力松弛層(11nm厚)、和第二相移調(diào)節(jié)層(35nm厚)。對該沉積的半色調(diào)相移膜測定TIR。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去沉積后的TIR值所得到的ΔTIR為-0.16μm。

在加熱爐中在300℃下對其上沉積有半色調(diào)相移膜的透明基材進行熱處理6小時。測定熱處理后的TIR值。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去熱處理后的TIR值所得到的ΔTIR為-0.11μm。

如實施例1中那樣，使用閃光燈退火系統(tǒng)LA3020F，在以提供29.1J/cm²的照射能量劑量的條件下對熱處理后的半色調(diào)相移膜進行含IR的光的脈沖照射以完成半色調(diào)相移光掩模坯。脈沖照射處理后對該光掩模坯測定TIR值。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去脈沖照射處理后的TIR值所得到的ΔTIR為-0.09μm。

該半色調(diào)相移膜相對于該曝光光具有15％的透射率和180°的相移，并且具有81nm的厚度。該第一相移調(diào)節(jié)層具有4.5at％的鉬含量、37.0at％的硅含量、25.3at％的氧含量、和33.2at％的氮含量；該應(yīng)力松弛層具有5.2at％的鉬含量、39.9at％的硅含量、8.2at％的氧含量、和46.7at％的氮含量；該第二相移調(diào)節(jié)層具有4.8at％的鉬含量、37.6at％的硅含量、21.0at％的氧含量、和36.6at％的氮含量。整個半色調(diào)相移膜平均具有4.7at％的鉬含量、37.7at％的硅含量、21.1at％的氧含量、和36.5at％的氮含量。將沉積條件、膜組成、照射能量、ΔTIR、膜厚度、透射率和相移示于表1中。

比較例2

在濺射系統(tǒng)的腔室中，設(shè)置152mm見方且6.35mm厚的6025石英基材。通過使用MoSi和Si靶作為濺射靶，使用氬氣、氮氣和氧氣作為濺射氣體，對整個MoSi靶施加300W的功率并且對整個Si靶施加1,700W的功率，以18sccm的流量供給氬氣，以65sccm的流量供給氮氣，并且以6.5sccm的流量供給氧氣，從而在該基材上沉積MoSiON單層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜。對該沉積的半色調(diào)相移膜測定TIR。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去沉積后的TIR值所得到的ΔTIR為-0.21μm。

在加熱爐中在300℃下對其上沉積有半色調(diào)相移膜的透明基材進行熱處理6小時。測定熱處理后的TIR值。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去熱處理后的TIR值所得到的ΔTIR為-0.15μm。

如實施例1中那樣，使用閃光燈退火系統(tǒng)LA3020F，在以提供29.1J/cm²的照射能量劑量的條件下對熱處理后的半色調(diào)相移膜進行含IR的光的脈沖照射以完成半色調(diào)相移光掩模坯。脈沖照射處理后對該光掩模坯測定TIR值。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去脈沖照射處理后的TIR值所得到的ΔTIR為-0.14μm。

該半色調(diào)相移膜相對于該曝光光具有15％的透射率和180°的相移，并且具有81nm的厚度。該半色調(diào)相移膜具有4.8at％的鉬含量、37.8at％的硅含量、21.1at％的氧含量、和36.3at％的氮含量。將沉積條件、膜組成、照射能量、ΔTIR、膜厚度、透射率和相移示于表1中。

實施例2與比較例2的比較揭示出透射率、相移和膜厚度是相同的，但實施例2的半色調(diào)相移膜在沉積后的ΔTIR、熱處理后的ΔTIR和脈沖照射處理后的ΔTIR上全部優(yōu)異。已證實包括具有低氧含量的應(yīng)力松弛層和具有高氧含量的相移調(diào)節(jié)層的多層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜作為用于消除膜應(yīng)力的高透射率半色調(diào)相移膜有效。

實施例3

在濺射系統(tǒng)的腔室中，設(shè)置152mm見方且6.35mm厚的6025石英基材。通過使用MoSi和Si靶作為濺射靶，使用氬氣、氮氣和氧氣作為濺射氣體，對整個MoSi靶施加300W的恒定功率并且對整個Si靶施加1,700W的恒定功率，以18sccm的恒定流量供給氬氣，以58sccm的恒定流量供給氮氣，并且以3.5和4.5sccm的不同流量供給氧氣，從而在該基材上沉積MoSiON的半色調(diào)相移膜。該半色調(diào)相移膜為兩層結(jié)構(gòu)，其包括從該基材側(cè)依次堆疊的應(yīng)力松弛層(37nm厚)和相移調(diào)節(jié)層(38nm厚)。對該沉積的半色調(diào)相移膜測定TIR。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去沉積后的TIR值所得到的ΔTIR為-0.23μm。

在加熱爐中在300℃下對其上沉積有半色調(diào)相移膜的透明基材進行熱處理6小時。測定熱處理后的TIR值。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去熱處理后的TIR值所得到的ΔTIR為-0.18μm。

如實施例1中那樣，使用閃光燈退火系統(tǒng)LA3020F，在以提供26.8J/cm²的照射能量劑量的條件下對熱處理后的半色調(diào)相移膜進行含IR的光的脈沖照射以完成半色調(diào)相移光掩模坯。脈沖照射處理后對該光掩模坯測定TIR值。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去脈沖照射處理后的TIR值所得到的ΔTIR為+0.01μm。

該半色調(diào)相移膜相對于該曝光光具有12％的透射率和177°的相移，并且具有75nm的厚度。該應(yīng)力松弛層具有5.0at％的鉬含量、38.2at％的硅含量、13.8at％的氧含量、和43.0at％的氮含量；并且該相移調(diào)節(jié)層具有5.4at％的鉬含量、38.2at％的硅含量、15.8at％的氧含量、和40.6at％的氮含量。整個半色調(diào)相移膜平均具有5.2at％的鉬含量、38.2at％的硅含量、14.9at％的氧含量、和41.7at％的氮含量。將沉積條件、膜組成、照射能量、ΔTIR、膜厚度、透射率和相移示于表1中。

比較例3

在濺射系統(tǒng)的腔室中，設(shè)置152mm見方且6.35mm厚的6025石英基材。通過使用MoSi和Si靶作為濺射靶，使用氬氣、氮氣和氧氣作為濺射氣體，對整個MoSi靶施加300W的功率并且對整個Si靶施加1,700W的功率，以18sccm的流量供給氬氣，以58sccm的流量供給氮氣，并且以4.2sccm的流量供給氧氣，從而在該基材上沉積MoSiON單層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜。對該沉積的半色調(diào)相移膜測定TIR。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去沉積后的TIR值所得到的ΔTIR為-0.25μm。

在加熱爐中在300℃下對其上沉積有半色調(diào)相移膜的透明基材進行熱處理6小時。測定熱處理后的TIR值。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去熱處理后的TIR值所得到的ΔTIR為-0.20μm。

如實施例1中那樣，使用閃光燈退火系統(tǒng)LA3020F，在以提供26.8J/cm²的照射能量劑量的條件下對熱處理后的半色調(diào)相移膜進行含IR的光的脈沖照射以完成半色調(diào)相移光掩模坯。脈沖照射處理后對該光掩模坯測定TIR值。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去脈沖照射處理后的TIR值所得到的ΔTIR為-0.03μm。

該半色調(diào)相移膜相對于該曝光光具有12％的透射率和177°的相移，并且具有75nm的厚度。該半色調(diào)相移膜具有5.3at％的鉬含量、38.3at％的硅含量、15.6at％的氧含量、和40.8at％的氮含量。將沉積條件、膜組成、照射能量、ΔTIR、膜厚度、透射率和相移示于表1中。

實施例3與比較例3的比較揭示出透射率、相移和膜厚度是相同的，但實施例3的半色調(diào)相移膜在沉積后的ΔTIR、熱處理后的ΔTIR和脈沖照射處理后的ΔTIR上全部優(yōu)異。已證實包括具有低氧含量的應(yīng)力松弛層和具有高氧含量的相移調(diào)節(jié)層的多層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜作為用于消除膜應(yīng)力的高透射率半色調(diào)相移膜有效。作為含有IR的光的脈沖照射的結(jié)果，用較少的照射能量劑量就使膜應(yīng)力消除。實施例3對于消除膜應(yīng)力特別有效。

實施例4

在濺射系統(tǒng)的腔室中，設(shè)置152mm見方且6.35mm厚的6025石英基材。通過使用MoSi和Si靶作為濺射靶，使用氬氣、氮氣和氧氣作為濺射氣體，對整個MoSi靶施加400W的恒定功率并且對整個Si靶施加1,600W的恒定功率，以17sccm的恒定流量供給氬氣，以55sccm的恒定流量供給氮氣，并且以3.6和4.6sccm的不同流量供給氧氣，從而在該基材上沉積MoSiON的半色調(diào)相移膜。該半色調(diào)相移膜為兩層結(jié)構(gòu)，其包括從該基材側(cè)依次堆疊的應(yīng)力松弛層(21nm厚)和相移調(diào)節(jié)層(54nm厚)。對該沉積的半色調(diào)相移膜測定TIR。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去沉積后的TIR值所得到的ΔTIR為-0.28μm。

在加熱爐中在300℃下對其上沉積有半色調(diào)相移膜的透明基材進行熱處理6小時。測定熱處理后的TIR值。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去熱處理后的TIR值所得到的ΔTIR為-0.21μm。

如實施例1中那樣，使用閃光燈退火系統(tǒng)LA3020F，在以提供23.4J/cm²的照射能量劑量的條件下對熱處理后的半色調(diào)相移膜進行含IR的光的脈沖照射以完成半色調(diào)相移光掩模坯。脈沖照射處理后對該光掩模坯測定TIR值。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去脈沖照射處理后的TIR值所得到的ATIR為+0.01μm。

該半色調(diào)相移膜相對于該曝光光具有9％的透射率和177°的相移，并且具有75nm的厚度。該應(yīng)力松弛層具有6.3at％的鉬含量、38.3at％的硅含量、13.0at％的氧含量、和42.4at％的氮含量；并且該相移調(diào)節(jié)層具有7.0at％的鉬含量、38.2at％的硅含量、15.0at％的氧含量、和39.8at％的氮含量。整個半色調(diào)相移膜平均具有6.8at％的鉬含量、38.3at％的硅含量、14.2at％的氧含量、和40.7at％的氮含量。將沉積條件、膜組成、照射能量、ΔTIR、膜厚度、透射率和相移示于表1中。

比較例4

在濺射系統(tǒng)的腔室中，設(shè)置152mm見方且6.35mm厚的6025石英基材。通過使用MoSi和Si靶作為濺射靶，使用氬氣、氮氣和氧氣作為濺射氣體，對整個MoSi靶施加400W的功率并且對整個Si靶施加1,600W的功率，以17sccm的流量供給氬氣，以55sccm的流量供給氮氣，并且以4.4sccm的流量供給氧氣，從而在該基材上沉積MoSiON單層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜。對該沉積的半色調(diào)相移膜測定TIR。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去沉積后的TIR值所得到的ΔTIR為-0.31μm。

在加熱爐中在300℃下對其上沉積有半色調(diào)相移膜的透明基材進行熱處理6小時。測定熱處理后的TIR值。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去熱處理后的TIR值所得到的ΔTIR為-0.24μm。

如實施例1中那樣，使用閃光燈退火系統(tǒng)LA3020F，在以提供23.4J/cm²的照射能量劑量的條件下對熱處理后的半色調(diào)相移膜進行含IR的光的脈沖照射以完成半色調(diào)相移光掩模坯。脈沖照射處理后對該光掩模坯測定TIR值。通過從沉積前測定的(即，該石英基材的)TIR值減去脈沖照射處理后的TIR值所得到的ΔTIR為-0.04μm。

該半色調(diào)相移膜相對于該曝光光具有9％的透射率和177°的相移，并且具有75nm的厚度。該半色調(diào)相移膜具有6.8at％的鉬含量、37.2at％的硅含量、14.3at％的氧含量、和41.7at％的氮含量。將沉積條件、膜組成、照射能量、ΔTIR、膜厚度、透射率和相移示于表1中。

實施例4與比較例4的比較揭示出透射率、相移和膜厚度是相同的，但實施例4的半色調(diào)相移膜在沉積后的ΔTIR、熱處理后的ΔTIR和脈沖照射處理后的ΔTIR上全部優(yōu)異。已證實包括具有低氧含量的應(yīng)力松弛層和具有高氧含量的相移調(diào)節(jié)層的多層結(jié)構(gòu)的半色調(diào)相移膜作為用于消除膜應(yīng)力的高透射率半色調(diào)相移膜有效。作為含有IR的光的脈沖照射的結(jié)果，用較少的照射能量劑量就使膜應(yīng)力消除。實施例4對于消除膜應(yīng)力特別有效。

表1