專利名稱：光掩模坯料的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及光掩模坯料，更確切地說，涉及能在給定的波長下在入射光中提供相位移的光掩模坯料。
發(fā)明的背景傳統(tǒng)的光掩模坯料，通常包括有例如熔融石英片構(gòu)成的基片，其上帶有不透明的鉻的薄膜。通過在該薄膜中提供所需要的開口區(qū)域的圖案，便可由此坯料制成光掩模。在使用中，穿過光掩模的開口區(qū)域，用光學方法將光投影到光敏基片(例如涂復有光致聚合物的半導體片)的表面上。通常情況下，光掩模是用可見光或者紫外光進行照明。光學成象的主要局限在于，具有照明光波長數(shù)量級的譜級寬度是受衍射限制的。換句話說，波長為所需要的光學象大小同樣數(shù)量級的光將發(fā)生衍射，而且投影出來的象將比所需要的象寬。
為了產(chǎn)生出比可見光或紫外光波長要窄的圖案創(chuàng)造條件，工藝上已經(jīng)考慮改成更短波長的光源，例如X-射線。美國專利No.4,890,309則公開了一種在X-射線平版印刷術(shù)中特別有用的衰減型(與不透明型相反)光掩模，其中衰減薄膜的材料和厚度的選擇，是既使入射的一部分電磁輻射通過(即透過)，又使該輻射相對于通過此掩模開口特性的輻射產(chǎn)生相移。挑選出來的材料是鎢、金、銀以及這些材料的合金制成的均質(zhì)的薄膜，或者高原子序數(shù)和低原子序數(shù)材料(例如鎢和碳)的替換層。
在致力于避免X-射線平版印刷術(shù)所付的代價和復雜性的過程中，已經(jīng)開發(fā)出用于紫外線和可見光區(qū)域的各種各樣的相移光掩模，例如可參見B.J.Lin《Solid State Technology》，PP.43-47,1992.1。其中有或者要求蝕刻基片或者要求使用附加的移相層的邊緣(rim)相移光掩模。此邊緣相移光掩模固有地適用于任意的掩模圖形，但需要一大的掩模正偏移，以將曝光時間減少到實際水平，而且由于很強的鄰近效應(yīng)，使其難以使用一共同的曝光時間，對于任意的掩模圖形刻打出所有的特征尺寸和形狀。對于邊緣相移光掩模的改進，在技術(shù)上被稱為衰減相移光掩模(APSPM)。其所利用的是吸收性的、局部透過的移相器，替代構(gòu)圖薄膜中傳統(tǒng)的不透明的鉻部分。此吸收性移相器的透射性被調(diào)節(jié)到約小于0.20，以防止產(chǎn)生幻影線。然而并非所有的移相器都能產(chǎn)生所需要量的相移和吸收。故在某些情況下，可能需要由不同的吸收特性和相移特性的材料組成的多層結(jié)構(gòu)。市場上可以買得到的APSPM，其所利用的是緩變的鉻的氧碳氮化物組成的薄膜，從基片-薄膜界面處的Cr-N復合物，變化為薄膜-空氣界面處的Cr-O復合物，而且還能作為減反射涂層。雖然此APSPM能夠提供一定程度的相移，然而為了達到所需要的180°的相位移，需要進一步的處置，例如對基片(在這種情況下是熔融石英)進行活性離子蝕刻。
日本公開的專利申請No.平成5-127.361，描述了一種衰減光掩模坯料，帶有既能提供所需要的透射性又能提供相移的局部透過的薄膜，即此相移予埋在吸收層之中。這是通過使用具有適當?shù)恼凵渎屎拖庀禂?shù)的沿深度方向為光學均質(zhì)的薄膜材料來達到的。這種深度方向均質(zhì)薄膜的缺點在于，由于折射率和消光系數(shù)是聯(lián)系在一起的，故無法對透射性、相位移和反射率分別進行選擇。一般說來，平印成象性能是受透射性、相位移和反射率的影響的，所以獨立控制這三個參數(shù)是所想望的。這種均質(zhì)薄膜另一個缺點在于，當使用鉻的復合物時，如權(quán)利要求中詳細說明的那樣，電阻率是高的，從而使此薄膜在電子束構(gòu)圖系統(tǒng)中變得不可寫入，除非使用分開的電荷耗散層。此均質(zhì)薄膜進一步的缺點在于，當使用鉻的復合物時，其在可見光譜區(qū)段的光譜光學透射性非常高，從而給檢查完工的光掩模(通常在488nm波長下完成)及將此完工的光掩模裝定在投影式光刻機上(通常在633nm的波長下完成)造成困難。
使用沿深度方向光學非均質(zhì)的薄膜，以在衰減型相移光掩模坯料中同時獲得所需要的透射性、相位移和反射率，已在1992年11月16日提出的共同未決的美國專利申請No.07/976.782進行過描述。這種非均勻衰減薄膜基本上是由金屬成份和介電成份的組合構(gòu)成的，其中薄膜的一個表面比其另一表面具有更高的金屬成份含量，而且貫穿薄膜厚度的消光系數(shù)變化曲線是平緩的；而且其中所述的變化曲線和薄膜厚度可以選擇，以在選定的波長下提供約180°(或其奇數(shù)倍)的相位移。這種非均勻的薄膜允許光掩模坯料具有靈活的設(shè)計和結(jié)構(gòu)，包括獨立地控制透射性、相位移和反射率。然而它規(guī)定了金屬成份和介電成份之間一沿深度方向的組成梯度。
發(fā)明概要本發(fā)明能為選定的平印波長提供一種可透過的、預埋移相器-光掩模坯料(即EPS-PMB)，它包括帶有上表面和下表面的光學非均勻性衰減薄膜。該薄膜在平印波長下至少具有0.001的透射，而且基本上是由至少兩種成份的組合構(gòu)成的，其中至少一種成份比至少一種其它成份在平印波長下呈現(xiàn)更高的吸收率；其中距離薄膜上表面的一種深度，比距離此上表面的另一種深度具有更高的上述較高吸收成份的含量，并且貫穿此薄膜厚度的折射率和/或消光系數(shù)變化是平緩的；而且其中所述的變化曲線和薄膜厚度可進行選擇，以在選定的平印波長下提供約180°(或其奇數(shù)倍)的相位移。
附圖簡述

圖1表示根據(jù)本發(fā)明提供的在365nm波長下具有0.054的透射的EPS-PMB組分深度分布圖。
圖2表示圖1中EPS-PMB的光譜透射性。
圖3a及3b分別以度表示對于圖1中EPS-PMB的橢圓率測量的和δ數(shù)據(jù)。
圖4a及4b分別表示對圖1中EPS-PMB的較多吸收和較少吸收成分的有效光學常數(shù)(n和k)。
圖5表示對于圖1中EPS-PMB的有效光學常數(shù)(n和k)的深度分布圖。
圖6表示對于圖1中EPS-PMB的橢圓率測量模擬的光譜相位移。
圖7a，7b，7c和7d分別表示對圖1中EPS-PMB在325，442，488和633nm波長下的相敏干涉儀掃描。
圖8表示對于圖1中EPS-PMB的325，442，488和633nm波長下相敏干涉儀數(shù)據(jù)的曲線，以及擬合該數(shù)據(jù)的二階曲線(對此EPS-PMB來說，內(nèi)插的I-譜線相位移為179°)。
圖9表示對于入射在圖1中EPS-PMB上薄膜一側(cè)的光的反射率。
圖10表示對于入射在圖1中EPS-PMB上基片一側(cè)的光的反射率。
圖11表示根據(jù)本發(fā)明提供的另一種EPS-PMB的組分深度分布圖，其所帶有的和本發(fā)明相適應(yīng)的鉻的化學性質(zhì)，適于在365nm的波長下提供6.1％(即0.061)的透射；隨著增大含碳量而改進電導率，其具有優(yōu)化了的鉻化學性質(zhì)和濕蝕刻性能。
圖12表示圖11中EPS-PMB的光譜透射性。
圖13表示對于入射在圖11中EPS-PMB上薄膜一側(cè)的光的反射率。
圖14表示對于入射在圖11中EPS-PMB上基片一側(cè)的光的反射率。
圖15a，15b和15c分別表示對圖11中EPS-PMB在325，488和633nm波長下的相敏干涉儀掃描。
圖16表示對于圖11中EPS-PMB在325，488和633nm波長下的相敏干涉儀數(shù)據(jù)的曲線，以及擬合該數(shù)據(jù)的二階曲線(對此EPS-PMB來說，預期的I-譜線相位移為173°)。
圖17a和17b表示對于其它兩種光掩模坯料的組分深度分布圖，圖17a的光掩模坯料，在薄膜的中間帶有較多吸收的成份；圖17b的光掩模，在薄膜的基面上帶有較多吸收的成分。
圖18a和18b分別表示圖1 7a和17b中光掩模坯料的光譜透射性。
圖19a和19b分別表示對于入射在圖17a和17b的光掩模坯料的薄膜一側(cè)的光的反射率。
圖20a和20b分別表示對于入射在圖17a和17b的光掩模坯料的基片一側(cè)的光的反射率。
圖21a，21b，21c，21d，21e和21f，分別表示對17a和17b的光掩模坯料在325nm，488nm和633nm下的相敏干涉儀掃描。
圖22a和22b分別表示對于圖17a和17b的光掩模坯料在325，488和633nm波長下相敏干涉儀數(shù)據(jù)的曲線，以及適合該數(shù)據(jù)的二階曲線(對于這些光掩模坯料來說，預期的I-譜線相位移分別為203°和204°)。
圖23表示另一種光掩模坯料的組分深度分布圖，其所帶有的鉻的化學性質(zhì)，適于在248nm波長(DUV)下提供2.3％的透射。
圖24表示圖23中光掩模坯料的透射性。
圖25表示入射在圖23中光掩模坯料上薄膜一側(cè)的光的反射率。
圖26表示入射在圖23中光掩模坯料上薄膜一側(cè)的光的反射率。
圖27a，27b和27c，分別表示在325，488和633nm波長下對圖23中光掩模坯料的相敏干涉儀掃描。
圖28表示對于圖23中光掩模坯料的325，488和633nm波長下的相敏干涉儀數(shù)據(jù)的曲線，以及擬合該數(shù)據(jù)的二階曲線(對于此光掩模坯料來說，預期的DUV相位移為219°)。
圖29表示根據(jù)本發(fā)明提供的另外一種EPS-PMB的組分深度分布圖，其所帶有和本發(fā)明相適應(yīng)的鉻的化學性質(zhì)，適于提供6.3％的G-譜線透射。
圖30表示圖29中EPS-PMB的光譜透射性。
圖31表示對于入射在圖29中EPS-PMB上薄膜一側(cè)的光的反射率。
圖32表示對于入射在圖29中EPS-PMB上基片一側(cè)的光的反射率。
圖33a，33b和33c，分別表示對于圖29中EPS-PMB在325，488和633nm波長下的相敏干涉儀掃描。
圖34表示對于圖29中EPS-PMB在325，488和633nm波長的相敏干涉儀數(shù)據(jù)的曲線，以及適合該數(shù)據(jù)的二階曲線(對此EPS-PMB來說，預期的G-譜線相位移為188°)。附圖中使用的術(shù)語概覽X-距離界面的薄膜深度()Y-距離表面的薄膜深度()C-原子濃度W-波長(nm)T-絕對透射S-(度)D-δ(度)n-折射率K-消光系數(shù)P-相位移(度)L-沿干涉儀掃描的位置R-反射率發(fā)明的詳細描述本發(fā)明能為光掩模坯料提供有益的薄膜。此薄膜能對特定的入射波長提供約180°(最好為180°±10°)或其奇數(shù)倍的相位移，因而對于制造光掩模特別有用。通常此薄膜是沉積在基片上的?；梢允菍λ褂玫娜肷涔獠ㄩL為透明的任何機械上穩(wěn)定的材料。對于可用性和成本來說，諸如石英和熔融石英(玻璃)的基片是首選的。
本發(fā)明的薄膜，其光學非均勻性在于貫穿該薄膜厚度的折射率和/或消光系數(shù)是變化的。根據(jù)即時發(fā)明的光學非均勻衰減薄膜，典型情況下其形式為從下表面(通常為基片-薄膜之間的界面)處的較高光學吸收特性到上表面(通常為薄膜-空氣之間的界面)處的較低光學吸收特性范圍內(nèi)，具有連續(xù)變化的結(jié)構(gòu)；或者其形式為從下表面(通常為基片-薄膜之間的界面)處的較低光學吸收特性到局部穿過薄膜厚度一定位置處的較高光學吸收特性，到上表面(通常為薄膜-空氣之間的界面)處的較低光學吸收特性的范圍內(nèi)，具有連續(xù)變化的結(jié)構(gòu)；或者其形式為從下表面(通常為基片-薄膜間的界面)處的較高光學吸收特性到局部穿過薄膜厚度一定位置處的較低光學吸收特性，到上表面(通常為薄膜-空氣間的界面)處的較高光學吸收特性范圍內(nèi)，具有連續(xù)變化的結(jié)構(gòu)。在此光學非均勻薄膜中任意深度處，其材料可被限定為至少兩種成分的混合物，至少一種較高吸收的成分和至少一種較低吸收的成分。較高吸收成分的折射率通常為1至6，最好為2至5；較低吸收成分的折射率通常為1至3.5，最好為1.2至2.8。較高吸收成分的消光系數(shù)通常為0到6，最好為0.5到3.5；較低吸收成分的消光系數(shù)通常為0到2，最好為0到1.5。此非均勻衰減薄膜中的較高吸收成分和較低吸收成分，可以從例如過渡和不過渡的金屬-氟--氧-碳-氮材料中選擇。特別適于實施本發(fā)明的材料是金屬-氧-碳-氮(即M-O-C-N)；金屬-氯-氧-碳-氮(即M-Cl-O-C-N)；金屬-氯-氟-氧-碳-氮(即M-Cl-F-O-C-N)，以及金屬-氟-氧-碳-氮(即M-F-O-C-N)，其中M選自Cr，F(xiàn)e，Mo，Zn，Co，Nb，Ta，W，Ti，Al，Mg，Si組中及其混合物。Cr是首選的M，而且鉻-氧-碳-氮是基于性能和可用性的首選材料。
該薄膜的折射率曲線、消光系數(shù)曲線或者兩種曲線，貫穿薄膜厚度是逐漸變化的。這種逐漸變化可以按平滑連續(xù)的方式和/或按步遞級的方式來完成。本發(fā)明的薄膜為多種成分的組合，其中一種成分在平印波長下比另一種成分具有更高的吸收率。如在此對于每種成分使用的吸收率α，與該成分的消光系數(shù)κ成正比，(即α＝4πκ/λ，其中λ為入射光的波長)。在多數(shù)實施例中，此薄膜組分基本上是兩種成分的組合。這兩種成分可以是金屬成分(即一種其特征在于消光系數(shù)在0至6范圍內(nèi)的材料，并且隨著光子能量在1.5到6.5電子伏特范圍內(nèi)增加，其值通常還會減小)和介電成分(即一種其特征在于消光系數(shù)在0至2范圍內(nèi)的材料，并且隨著光子能量在1.5到6.5電子伏特范圍內(nèi)增加，其值通常也會增大)的組合，以使消光系數(shù)和薄膜厚度變化曲線能夠提供約180°(或其奇數(shù)倍)的相位移，如在共同未決的美國專利申請No.07/976,782中那樣；或者這兩種成分可以是根據(jù)本發(fā)明的其它組合。實際上，兩種介電材料(即兩種其特征在于消光系數(shù)通常會隨著光子能量在1.5到6.5電子伏特范圍內(nèi)增加而增大的材料)也可以使用，只要其中之一比另一材料具有較高的吸收率(即更高的消光系數(shù)).使用兩種介電材料，便于在I-譜線和G-譜線的平印波長下獲得約0.04和更高(例如在0.04和0.50之間)透射性；而且在DUV平印波長下達到約0.01和更高(例如在0.01和0.12之間)的透射性。
在基本上是由兩種成分組合構(gòu)成的薄膜中的深度D處，薄膜的折射率和消光系數(shù)與其介電常數(shù)ε(D)間的關(guān)系如下式所示ϵ1(D)=n2(D)-k2(D)μ(D)]]>ϵ2(D)=2n(D)k(D)μ(D)]]>ε(D)＝ε1(D)+ε2(D)式中n(D)為深度D處的折射率；K(D)為深度D處的消光系數(shù)，而且μ(D)為深度D處的導磁系數(shù)。
為了本發(fā)明的目的，在此薄膜中的深度D處，介電常數(shù)被定義為以下式表示的兩種成分材料的介電常數(shù)的組合fa(D)ϵa(D)-ϵ(D)ϵa(D)+2E(D)=fb(D)ϵ(D)-ϵb(D)ϵb(D)+2E(D)]]>式中εa(D)和εb(D)為兩種成分的材料在深度D處的介電常數(shù)；而且fa(D)和fb(D)為兩種成分材料在深度D處的體積份數(shù)。此等式乃是Bruggeman有效平均數(shù)逼近法的陳述(已由D.E.Aspnes在“通過橢圓率測量法精確測定光學性能”一文中更全面地描述過，發(fā)表在1985年由Edward D.Palik編輯的《固定光學常數(shù)手冊》中，Academic Press，Orlando，pp.89-112，在此被結(jié)合作為參考)。按照此Bruggeman有效平均數(shù)逼近法，fa(D)+fb(D)＝1。這兩種成分的介電函數(shù)并不局限在性質(zhì)上不是金屬的就是介電的。只要上述等式得到滿足，折射率和消光系數(shù)的深度曲線就可能是完全通用的。在任意深度處，該薄膜并不需要僅僅由較高吸收的成分(即fa(D)＝1)或僅僅由較低吸收的成分(即fb(D)＝1)來構(gòu)成。
本領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員將會明白，存在有兩種以上成分的場合下，類似的然而更復雜的解析也可以做到。
為了本發(fā)明的目的，此光學非均勻性薄膜必須具有一定的透明度，足以滿足該薄膜提供的相位移對光掩模產(chǎn)生的線寬具有所要求的效果。光掩模坯料中使用的薄膜的最大厚度dmax，可以根據(jù)薄膜的最少吸收成分中介電成分的折射率nmin和所使用的光的波長λ，由下式估算出來dmax=(mλ)(2(ntop-1))]]>dmax=mλ2(nmin-1)]]>式中m為奇數(shù)的正整數(shù)。實際上m通常為1或3，但并不局限于此，例如在X-射線區(qū)內(nèi)。對于365nm的波長和nmin＝1.5來說，dmax＝365m個nm。該等式對于本發(fā)明的基本上并非不透明的薄膜(即此薄膜在平印波長下保持0.001以上的透射性)是適用的。
基于對薄膜最大厚度的這樣一種定義，薄膜中較高吸收和較低吸收成分的體積，可從厚度基本上為零變化到要求這些非均勻衰減薄膜具有足夠透明度所限定的厚度。典型情況下，較高吸收成分為5到150nm厚，較低吸收成分為10到400nm厚。
本發(fā)明的一個重要特點在于，薄膜的組分可以根據(jù)多種要求來設(shè)計，該薄膜在所要求的使用光的波長下具有預埋的移相器所要求的180°的相位移，該薄膜在所使用光的波長下具有所需要的透射性，該薄膜在所使用光的波長下具有所需要的反射率。特別需要指出的是，EPS-PMB場合下的平印波長是I-譜線，根據(jù)本發(fā)明的EPS-PMB場合下的平印波長是DUV，而且根據(jù)本發(fā)明，其中的平印波長是G-譜線。
典型情況下，所要求的反射率在0至約0.5的范圍之內(nèi)。
對于特定的一對較高吸收和較低吸收薄膜成分來說，例如圖4a和4b中表示的那樣，一種普遍的設(shè)計構(gòu)成可以是較高吸收成分在一薄膜表面(例如鄰接基片的表面)上，且其較低吸收成份在另一薄膜表面(例如鄰接空氣的表面)，并且如上討論的那樣有一定選定的從高吸收到低吸收的逐漸過渡的分布圖。利用兩種成分中每種成分的折射率和消光系數(shù)，與估算的薄膜厚度和選定的光學性能變化曲線一起，人們可以計算出該薄膜的透射性、反射率和相位移。對于這些計算來說，人們可以使用眾所周知的矩陣算法(參見O.S.Heavens的“固體薄膜的光學性能”，Dover Publications，NY，1965，pp.69-80，在此被結(jié)合作為參考)。計算機可以用來實現(xiàn)此數(shù)學計算。對于給定的分布來說，此薄膜設(shè)計的最優(yōu)化，是通過在可制造的范圍內(nèi)算出透射性、反射率和相位移的一些組合，并且確定出能提供最佳解的組合來完成的。利用基于此矩陣算法的計算機算出來的結(jié)果，可以將此分布模擬為大量的均勻的薄層，而且所有這些薄層的特征矩陣按矩陣相乘，以算出該薄膜的反射率、透射性和相位移。預先確定的光學性能曲線也可以使用，例如線性的、二次的、三次的、指數(shù)的，或者高斯的。實際上此曲線將受到用于制造薄膜的設(shè)備的約束。該設(shè)備通常還決定了薄膜結(jié)構(gòu)中厚度區(qū)域的上下限。
本發(fā)明的另一方面在于，此非均勻薄膜的光譜光學特性可以改變，以適應(yīng)光掩模的檢查和裝定工具的要求。典型情況下，這些工具工作在可見波長區(qū)域內(nèi)，并且要求在檢查和裝定兩種波長(通常分別為488nm和633nm)下具有低的透射性(例如小于0.60)，以進行正常的操作。這種非均勻薄膜的組成分布可以進行調(diào)節(jié)，以使較高吸收的成分集中在較薄的層中，并且提供所需要的較平的光譜透射響應(yīng)；然而具有較高濃度的較低吸收成分的層則比較厚，并且提供相移的平衡。例如在M-O-C-N材料中，缺氧的成分可集中在較薄的層中，以便于裝定和檢查。
本發(fā)明的另外一個方面在于，非均勻薄膜的組成分布圖可以調(diào)節(jié)，如上對于平的光譜透射響應(yīng)描述的那樣，以使薄的較高吸收成分構(gòu)成符合電子束曝光要求的電導層?；蛘邠Q一種方式，碳的含量可以增加，以減小薄片的電阻。電子束寫入系統(tǒng)要求電導層便于電荷的耗散。具有薄片電阻約為1×109歐姆/平方或者更小(例如從1×102到1×109歐姆/平方)的薄膜，可以根據(jù)本發(fā)明為I-譜線和G-譜線的平版印刷術(shù)很容易地提供。
本發(fā)明的又一方面在于，此非均薄膜的濕蝕刻特性，可以調(diào)節(jié)成與傳統(tǒng)性光掩模加工中使用的不透明薄膜的濕蝕刻特性基本上類似。這是通過調(diào)整該薄膜的組分，最好是碳的濃度，以提供所要求的蝕刻速率。在這種意義上，濕蝕刻的速率，乃是改變此非均勻薄膜的組分深度分布進行優(yōu)化的變量之一。而且很明顯，控制其組分的深度分布，允許人們有利地控制深度與薄膜蝕刻速率的關(guān)系，便于控制該薄膜邊緣側(cè)壁的輪廓。典型情況下，希望有的蝕刻速率，是在碳含量約從0.001到20原子百分數(shù)下對于氧-碳-氮、氯-氧-碳-氮、氯-氧-碳-氮和氟-氧-碳-氮達到的。
典型情況下，此衰減薄膜包括的較高吸收成分的體積基本上從99％到1％(如上限定的那樣)，最好是從85％到5％；較低吸收成分的體積從1％到99％，最好是從15％到95％，均以此衰減薄膜的總體積為基礎(chǔ)。光掩模坯料可以由技術(shù)上公知的方法制備。根據(jù)本發(fā)明的光掩模坯料，通常可以通過按單通道連續(xù)沉積工藝，將單個的非均勻衰減層沉積在透明的基片上來制備。傳統(tǒng)的基片可以象這樣使用，或者可以涂以一種象氧化銦或者氧化錫之類材料的導電的透明薄膜。
可以通過反應(yīng)濺射沉積，將衰減薄膜沉積在基片上。反應(yīng)濺射是一種在真空室中發(fā)生的涂敷過程。其中的真空室，乃是在預定的壓力下充以氣體(包括惰性氣體和反應(yīng)氣體)混合物的濺射室。一種包括被濺射材料的靶，在濺射室內(nèi)被定位在導電的陰極之上。由于負電位被加在靶上，故由該靶表面擴散的等離子體便形成。此等離子體包括惰性和反應(yīng)氣體的離子和物質(zhì)(species)，以及靶的原子單位。此原子靶單位通過等離子體遷移到被涂敷到基片上，并且同反應(yīng)氣體物質(zhì)反應(yīng)，以形成各種組分。隨著該基片穿過濺射室運動，這些組分便以薄膜或者薄層的形式沉積在每一基片上。適合此工藝的惰性氣體，包括氬、氖、氪和氙。適合的反應(yīng)氣體包括氮、氧、甲烷和二氧化碳。濺射室中的壓力，通常在3.0×10-2到1.0×10-3托的范圍內(nèi)。典型的靶為鉻或者鉻基材料，例如氮化鉻、碳化鉻或者氧化鉻。對于光掩模坯料生產(chǎn)中反應(yīng)濺射沉積的進一步討論，已在美國專利No.5,230,971中提供，在此被結(jié)合作為參考。
帶有非均勻衰減薄膜的本發(fā)明的光掩模坯料，可以比較有利地利用反應(yīng)濺射沉積技術(shù)來制備，其中(通過在基片穿過濺射室運動方向上間隔放置多個靶(例如鉻基靶)，使基片在穿過濺射室的方向上連續(xù)運動)。通過控制濺射室中的條件(例如通過直流和/或射頻控制同時加在每個靶上的電荷)，可以調(diào)節(jié)每個靶上面的等離子體和搭接在靶間的等離子體的組分，以將帶有不同組分的薄層和/或?qū)娱g過渡區(qū)域的單一衰減層沉積在移動的基片上，層間過渡區(qū)中的組分，是從一個薄層的組分到下一個薄層的組分逐漸變化的，于是使得到非均勻的衰減層。
本發(fā)明的這種制造EPS-PMB的方法，允許制造出低應(yīng)力的薄膜，從而為更大的實際薄膜厚度使用。例如，厚度高達500nm(例如從90到300nm)的機械上穩(wěn)定的薄膜，根據(jù)本發(fā)明很容易制造。
通過本發(fā)明的實踐，人們可以使用不同成份的材料，并且變化它們深度方向的光學常數(shù)分布圖，以使EPS-PMB所希望的多種性能優(yōu)化，例如透射性、相位移以及在使用波長下薄膜和基片的入射光反射率，檢查和裝定波長下的透射性，濕蝕刻速率，薄片電阻和薄膜應(yīng)力。此處提出的控制兩種或更多種材料(其中包括至少一種較高吸收成分和至少一種較低吸收成分)的光學性能及其深度分布的方法，可為單獨地確定、控制和設(shè)計出許多滿足各種實際要求的EPS-PMB成品提供機會。例如，本發(fā)明容許坯料的相移設(shè)置在180°±10°，而能夠達到(a)在使用的平印波長365nm(即I-譜線)或436nm(即G-譜線)下的透射性約在0.01到0.50的范圍內(nèi)(典型的透射性為0.02到0.20)，或者在使用的248nm(即DUV)平印波長下約在0.001到0.25的范圍內(nèi)(典型情況下為0.01到0.12)；(b)在EPS-PMB的平印波長下，薄膜和基片一側(cè)的反射率約在0.02至0.50的范圍內(nèi)(典型情況為0.08至0.24)；(c)薄片電阻約在1×102歐姆/平方至1×1012歐姆/平方的范圍內(nèi)(典型情況下，對于I-譜線和G-譜線平版印刷術(shù)來說，對于當電子或其它荷電束平印或修理技術(shù)用于EPS-PMB而要求良好的電荷耗散來說，為1×103到1×109歐姆/平方)；(d)薄膜的應(yīng)力約在0到1×1010達因/厘米2的范圍內(nèi)(典型情況為從1×107到1×109達因/厘米2)；(e)488nm檢查波長下的透射性，約在0.05至0.90的范圍內(nèi)(典型情況為0.10至0.60)；和/或(f)在633nm的裝定波長下，其透射在0.10至0.90的范圍內(nèi)(典型情況為0.30至0.70)。
在EPS-PMB的較高吸收成分位于薄膜/基片界面附近的本發(fā)明實施例中，與厚度缺陷小于薄膜厚度(薄膜損壞缺陷)的情況發(fā)生下的光學均勻的EPS-PMB相比，EPS-PMB通常能夠達到更高的可檢查性，因為保留在基片上的薄膜相對于石英呈現(xiàn)更大的對比度。
為便于通過濕或者干蝕刻方法產(chǎn)生出相移掩模(PSM)，可以對其組分分布加以控制，以使使用標準的酸性蝕刻劑的蝕刻速率在每3至300秒鐘為100nm的范圍內(nèi)，典型情況是每10至60秒鐘蝕刻100nm(例如可以達到低于Cr坯料的蝕刻速率的醋酸蝕刻速率)。此外，本發(fā)明的EPS-PMB的優(yōu)點在于，薄膜的透射性并非只由其厚度決定，因此，可以將此EPS-PMB設(shè)計成薄膜厚度在50至500nm的范圍內(nèi)(典型為90至140nm)，以在典型的蝕刻速率下，薄膜的蝕刻可以很容易地通過蝕刻定時以達到所需要的蝕刻來控制。這可以對照典型情況下薄膜厚度為10到45nm的薄Cr的坯料，這種場合下的蝕刻如此迅速，以致于當由標準定時控制時，蝕刻的控制下降。
本發(fā)明包括一些可透過的EPS-PMB的實施例，可以與110nm到1000nm范圍內(nèi)的平印波長一起使用。
由以下非限定性的實例中，本發(fā)明的實際應(yīng)用將變得更加明白。
實例1將兩個鉻靶定位在市場上可以買得到的直流磁控管濺射裝置中。每個靶約為6英寸寬、20英寸長和0.25英寸高。靶與靶之間邊緣至邊緣的距離約為5英寸。濺射室中充以氣體，包括氬、氮、氧、二氧化碳和甲烷。拋過光的玻璃基片，在表I中對于5.4％的I-譜線的EPS-PMB#3700提出的條件下，穿過該濺射室移動。
在這些操作條件下，由于光輻射是來自兩種不同的等離子體和等離子體搭接區(qū)中的不同物質(zhì)，故穿過處理室一側(cè)提供的觀察窗，用肉眼能夠觀察到從第一個靶上的鮮明的藍色變化到第二個靶上鮮明的粉紅色的色譜變化，證明在基片移動的方向上等離子體中存在著組分梯度分布。被沉積的薄膜中這種沿深度方向組分分布曲線的存在，表示在圖1中。在此組分分布圖中，人們可以看到此EPS-PMB的優(yōu)化深度方向結(jié)構(gòu)，隨著表面上氧含量的增加以及Cr-含量和氮含量朝向薄膜-基片之間界面的增加，碳的含量則從表面到薄膜-基片間界面增加。
由濺射室中取出的基片，其上帶有通過觸針自記斷面描繪法確定的約111.8nm厚的鍍膜，表明在深度方向光學非均勻性的沉積薄膜中，存在著鉻的復合物沿深度方向的變化。對于空氣-薄膜和基片-薄膜間表面的光學透射性(圖2)和反射率(圖9和10)以及橢圓光度法測量光譜(圖3a及3b)，進行過測量。利用這些光譜測量結(jié)果，這兩種成分材料的光學性質(zhì)如折射率和消光系數(shù)以及這些光學性質(zhì)的分布，使用在此描述的矩陣方法進行模擬化。對于該薄膜兩種成分材料中每種材料算出來的光學性質(zhì)，表示在圖4中，而且具有描述如上的比較強的吸收性能(圖4a)和比較弱的吸收性能。應(yīng)當指出，圖4中表示的兩種成分材料消光系數(shù)的彌散現(xiàn)象，具有介電型彌散，與共同未決的美國專利申請No.07/976,782中限定的一種金屬型及一種介電型材料相反。一種估算出來的折射率和消光系數(shù)分布，與圖4和利用矩陣法確定的光學和橢圓光度測量數(shù)據(jù)一致，被表示在圖5中。這種I-譜線的EPS-PMB#3700中兩種成分材料的光學常數(shù)，對于使用365nm的波長，被總結(jié)在表III中；而且這種深度方向非均勻性薄膜沿深度方向光學常數(shù)的變化，可以利用在此描述的Bruggeman有效平均數(shù)逼近方程按照自洽的方式確定，且其成分材料的份額和相對深度，在表III中提供。雖然其它一些曲線也可能一致，然而測得的光學和橢圓光度測量數(shù)據(jù)，不能假定薄膜具有均勻性來解釋。
在所設(shè)計的使用365nm波長的I-譜線下，所生產(chǎn)EPS-PMB#3700的透射性為0.054。此EPS-PMB#3700的相位移譜，如由矩陣法得出的成分材料的光學常數(shù)及其深度變化模型中確定的那樣，被表示在圖6中。在使用365nm的波長下，EPS-PMB#3700的相位移為179°，如在波長325nm，442nm，488nm和633nm下(圖7a，7b，7c和7d)，分別由四個相敏干涉儀量具的測量(即跨過光掩模坯料表面的雙光束相敏干涉儀線性掃描)單獨確定的那樣。這些測量結(jié)果總結(jié)在表IV中，且被用作365nm波長下相移的二階內(nèi)插(圖8)。在由矩陣法模擬薄膜獨立地確定的此EPS-PMB#3700單元的相移和相敏干涉儀量具的測量結(jié)果之間，發(fā)現(xiàn)有良好的一致，證明在理解此EPS-PMB的結(jié)構(gòu)、組成、光學性能和特性方面模擬的正確性。此薄膜的反射率，對于入射在EPS-PMB薄膜一側(cè)的光和入射在基片一側(cè)的光來說，分別表示在圖9和10中，而且表明在365nm的波長下，對于由薄膜一側(cè)入射的光來說，EPS-PMB的反射率為0.147，對由基片一側(cè)入射的光為0.128，證明其具有控制EPS-PMB抗反射性能的能力。EPS-PMB#3700的透射性，在典型的488nm檢查波長下為0.217，在633nm的裝定波長下為0.472。蝕刻此EPS-PMB的凈時間為30秒，允許對此坯料使用傳統(tǒng)的濕蝕刻方法，且此EPS-PMB#3700的薄片電阻為1.2×109歐姆/平方，對此坯料的電子束寫入一般是適合的。
實例2本實例用來說明材料深度分布工藝技術(shù)如何能夠調(diào)節(jié)濕蝕刻時間和導電性，而不對EPS-PMB的光學性能產(chǎn)生顯著地影響?？偨Y(jié)在表I中對于EPS-PMB#4300的工藝參數(shù)表明，相對于EPS-PMB#3700的主要工藝變化在于CH4的流率。圖11表示#4300相對#3700(圖1)的碳波度的增加和氧濃度的減小。如表II中表示的那樣，這種材料深度分布的變化，賦于#4300以65秒的濕蝕刻時間(與#3700的30秒的濕蝕刻時間相比)，并且賦于#4300比#3700低50倍的片電阻(通過公知的靜電計方法測出的)。
EPS-PMB#4300的透射性(圖12)，入射在薄膜上的反射率(圖13)、入射在基片上的反射率(圖14)、在325nm、488nm和633nm波長下由相敏干涉儀量具測出的相位移(圖15)，以及對此相敏干涉儀數(shù)據(jù)的二階擬合(圖16)，全都與EPS-PMB#3700的值類似。假如將#4300的薄膜厚度略微增加，以致于其在365nm波長下的相移與#3700的相移相等，則此#4300在365nm波長下的透射性將變?yōu)榧s0.055，其與#3700的透射性基本上相同。
實例3在本實例中，使用三個濺射靶來調(diào)節(jié)EPS-PMB中各種成分的相對厚度和深度方向的比例，使得EPS-PMB的入射在薄膜上和入射在基片上的反射率可能有靈活的設(shè)計。本實例用來說明對較強吸收成分的消光系數(shù)的調(diào)整。
三個鉻靶使用在實例1中描述的反應(yīng)濺射裝置中。光掩模坯料是在EPS-PMB樣品#4100和#4200的名義之下，使用表I中描述的工藝參數(shù)生產(chǎn)的。在兩種情況下，三個濺射靶中的一個實質(zhì)上工作在比其余兩濺射靶更高的功率下。對于這兩個EPS-PMB來說，其工藝參數(shù)間的實質(zhì)性區(qū)別在于，靶#2對于樣品#4100為高功率，靶#1對于樣品#4200為高功率。因此，，薄膜的較強吸收區(qū)，對于樣品#4100來說，是在薄膜的中心，而對于樣品#4200來說，是鄰近基片-薄膜之間的界面處。這種吸收區(qū)位置之間的差異，被表示在兩種材料的組成深度分布曲線(圖17)中。
圖17中的深度分布曲線說明，樣品#4200的較強吸收區(qū)域比#4100的較強吸收區(qū)域具有更少的氧。因此，樣品#4200的較強吸收區(qū)域?qū)⒈?4100的較強吸收區(qū)域顯示出更高的消光系數(shù)。我們可以通過識別出薄膜中氧的濃度經(jīng)受其總變化一半的位置，來確定薄膜中較強吸收區(qū)域的范圍。因此，在樣品#4100中(圖17a)，氧由其表面濃度0.55下降到最低濃度0.35，以致于氧濃度的總變化為0.20，且其總變化之半為0.10。于是樣品#4100的較強吸收區(qū)，被確為薄膜中氧的濃度下降到0.45(即0.55-0.10為0.45)以下的區(qū)域。這個區(qū)域差不多是通過#4100薄膜總厚度的75％延伸。樣品#4200的較強吸收區(qū)域的相對厚度，可以按照類似方式來確定，但對于#4200來說(圖17b)，氧的濃度約從表面附近的0.53下降至其最低點的約為0.27，而且較強的吸收區(qū)被確定為氧的濃度下降到0.40以下的區(qū)域。對于樣品#4200來說，較強的吸收區(qū)看上去擁有約薄膜總厚度的55％，比樣品#4100較強吸收區(qū)的相應(yīng)厚度要小。樣品#4200較強吸收區(qū)具有的較高消光系數(shù)，造成其透射性略比#4100低，雖然樣品#4200的較強吸收區(qū)擁有薄膜總厚度中比較薄的區(qū)域。這種具有較高消光系數(shù)的較強吸收區(qū)的濃度，還賦于樣品#4200以比#4100更平坦的光譜透射響應(yīng)，如圖18所示。較低的透射，在檢查和裝定由光坯料生產(chǎn)的光掩模中是重要的。
樣品#4100和#4200之間進一步的區(qū)別，在于由公知的靜電計方法測得的薄片電阻。樣品#4200的比較薄的較少氧吸收區(qū)，賦于它以比樣品#4100的比較厚的較高氧吸收區(qū)低的片電阻，如表II中指出的那樣。這在光坯料的電子束構(gòu)圖方面有利，因為材料的片電阻應(yīng)當?shù)偷阶阋允贡∧さ臉?gòu)圖并不需要電荷耗散層。所需要的片電阻取決于所要求的圖形逼真度，但片電阻約在109Ω/□以下被發(fā)現(xiàn)是有利的。
薄膜中較強吸收區(qū)位置的變化，還能造成入射在薄膜上和入射在基片上的反射率的變化，如圖19，20和表II中表示的那樣。在使用365nm的波長下，樣品#4100具有的薄膜入射反射率為0.103，基片入射反射率為0.149；而在同樣的波長下，樣品#4200具有的薄膜入射反射率為0.152，基片入射反射率為0.104。
對于樣品#4100和#4200的相移測量結(jié)果，表示在圖21中，且對圖21中數(shù)據(jù)的二階擬合，表示在圖22中。這些數(shù)據(jù)和表II中的數(shù)據(jù)，表明在使用365nm的波長下的相位移，對樣品#4100為203°，對樣品#4200為204°。因而本實例中的深度分布工藝技術(shù)，允許對材料的透射性、片電阻和反射率進行調(diào)節(jié)，雖然在使用365nm的波長下的相移基本上不受影響。
實例4本實例用來說明對于使用不同于I-譜線(365nm)的波長下EPS-PMB的生產(chǎn)。使用表I中對樣品#3900設(shè)定的工藝，生產(chǎn)出衰減坯料#3900，其所具有的組分分布表示在圖23中。它具有透射性(圖24)以及薄膜和基片入射的反射率(圖25和26)，當與此薄膜大的DUV相移組合(如從圖27的相敏干涉儀掃描和圖28的二階擬合所確定的那樣)時，允許人們由此材料生產(chǎn)出在平印波長下具有2.3％透射性的DUV EPS-PMB。這是通過使用圖23的成分材料和相對深度分布，生產(chǎn)出907nm厚的薄膜，以提供2.3％透射的DUV EPS-PMB來實現(xiàn)的。
實例5在此提出的原理，也被用來生產(chǎn)在不同于I-譜線(365nm)的波長下使用的EPS-PMB。使用表I中對于#5000提出的工藝設(shè)定，生產(chǎn)出在G-譜線(436nm)下使用的衰減坯料#5000，其所具有的組分分布表示在圖29中。它還具有透射性(圖30)以及薄膜和基片入射的反射率(如從圖31的相敏干涉儀掃描和圖32的二階擬合所確定的那樣)，當與此薄膜的G-譜線相移結(jié)合時，表明這是在平印波長下具有6.3％的透射性的6.3％G-譜線EPS-PMB。
實例1至5證明這些薄膜的非均勻特性所具有的固有優(yōu)點，以及非均勻衰減薄膜中較高吸收和較低吸收成份的多方面適應(yīng)性。
表I 工藝參數(shù)
表II 衰減光掩模坯料的性能
表IIIEPS-PMB#3700中材料的光學性能
表IV使用相敏干涉儀量具測得的衰減光掩模坯料的相移
本發(fā)明的特定實施例以這些實例進行說明。對于本領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員來說，根據(jù)對在此公開的本發(fā)明說明書或?qū)嵺`的考慮，其它一些實施例將變得明顯。應(yīng)當理解，某些變換和變動也能夠付諸實踐，而不離開本發(fā)明新概念的精神和范圍。進一步應(yīng)當理解，本發(fā)明并不局限于在此說明的特定表述和實例，但它包括了下述權(quán)利要求范圍內(nèi)它的一些變化形式。
權(quán)利要求
1.一種對于選定的平印波長可透過的預埋移相器-光掩模坯料，包括帶有上表面和下表面的非均勻性衰減薄膜，該薄膜在平印波長下至少具有0.001的透射，而且實質(zhì)上是由至少兩種成分的組合構(gòu)成的，其中至少一種成分比至少一種其它成分在平印波長下具有更高的吸收率；其中距離薄膜上表面的一種深度，比距離此上表面的另一種深度具有更高的上述較高吸收成分的含量，并且貫穿此薄膜厚度的折射率變化曲線、消光系數(shù)變化曲線或者上述兩種變化曲線是漸變的；而且其中所述的變化曲線和薄膜的厚度可進行選擇，以在選定的平印波長下提供約180°或其奇數(shù)倍的相位移。
2.如權(quán)利要求1的可透過預埋移相器-光掩模坯料，其中的相位移約為180°。
3.如權(quán)利要求2的可透過預埋移相器-光掩模坯料，其中的反射率在0至0.5的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2的可透過預埋移相器-光掩模坯料，實質(zhì)上是兩種成分的組合。
5.如權(quán)利要求4的可透過預埋移相器-光掩模坯料，其中的兩種成分是兩種介電成分。
6.如權(quán)利要求4或5的可透過預埋移相器-光掩模坯料，其中較高的吸收成分的體積是從薄膜的85％到5％，其中較低吸收成分的體積是從薄膜的15％到95％。
7.如權(quán)利要求2或5的可透過預埋移相器-光掩模坯料，其中選定的平印波長為從110nm到1000nm。
8.如權(quán)利要求7的可透過預埋移相器-光掩模坯料，其中的成分為M-O-C-N材料，M-Cl-O-C-N材料，M-Cl-F-O-C-N材料或M-F-O-C-N材料，其中M選自Cr，F(xiàn)e，Mo，Zn，Co，Nb，Ta，W，Ti，Al，Mg，Si組中及其混合物。
9.如權(quán)利要求8的可透過預埋移相器-光掩模坯料，其中的M為Cr。
10.如權(quán)利要求9的可透過預埋移相器-光掩模坯料，其中的成分是Cr-O-C-N材料。
11.如權(quán)利要求1的可透過預埋移相器-光掩模坯料，其中的折射率變化曲線貫穿薄膜厚度為漸變的。
12.如權(quán)利要求1或11的可透過預埋移相器-光掩模坯料，其中的消光系數(shù)變化曲線貫穿薄膜厚度為漸變的。
13.如權(quán)利要求1的光掩模坯料，其中在488nm的檢查波長下的透射性為從0.05至0.90，在633nm的裝定波長下的透射性為從0.10至0.90。
14.如權(quán)利要求1的光掩模坯料，其中對于I-譜線或G-譜平版印刷術(shù)的薄片電阻，在1×102到1×109歐姆/平方的范圍內(nèi)。
15.如權(quán)利要求1的可透過預埋移相器-光掩模，其中的醋酸蝕刻速率低于醋酸蝕刻Cr坯料的速率。
全文摘要
本發(fā)明公開了可透過預埋移相器-光掩模坯 料。它包括一種光學非均勻性衰減薄膜，該薄膜在平印波長下 至少具有0.001的透射，而且實質(zhì)上是由多種成分的組合構(gòu)成 的。其中一種成分比另一種成分在平印波長下具有更高的吸收 率。距離薄膜表面的一種深度，比另一種深度具有較高吸收成 分的較高含量，并且貫穿此薄膜厚度的折射率和/或消光系數(shù) 變化曲線是漸變的。上述變化曲線和薄膜厚度可進行選擇，以 在選定的平印波長下提供約180°或其奇數(shù)倍的相位移。
文檔編號G03F1/00GK1145124SQ95191612
公開日1997年3月12日 申請日期1995年2月10日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月14日
發(fā)明者H·U·阿爾培, R·H·弗倫奇, F·D·卡爾克 申請人:納幕爾杜邦公司