CN105301890A - 二元光掩模坯料、其制备、和二元光掩模的制备 - Google Patents

二元光掩模坯料、其制备、和二元光掩模的制备 Download PDF

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Abstract

二元光掩模坯料在透明衬底上具有遮光膜，所述遮光膜主要由过渡金属M和硅Si，或M、Si和N组成，并且具有3.0以上的光密度。所述遮光膜包括含M、Si和N的层，从而满足式B≤0.68×A+0.23，其中A是原子比M/Si且B是原子比N/Si，并且所述遮光膜具有47nm以下的厚度。所述二元光掩模坯料具有能够完全遮蔽曝光的光的薄遮光膜。

Description

二元光掩模坯料、其制备、和二元光掩模的制备
技术领域
本发明涉及二元光掩模坯料、用于制备所述二元光掩模坯料的方法，和用于由所述二元光掩模坯料制备二元光掩模的方法。所述二元光掩模典型地通过ArF准分子激光光刻用于半导体集成电路、电荷耦合器件(CCD)、液晶显示器(LCD)滤色器、磁头等的微细加工。
背景技术
在目前的半导体加工技术中，对大规模集成电路的更高的集成化的挑战对于电路图案的小型化提出了日益增长的要求。对于进一步减小构造电路的布线图案的尺寸以及用于构造单元(cell)的层间连接的接触孔图案小型化，存在着日益增长的要求。因此，在用于形成这样的布线图案和接触孔图案的光刻法中的写入电路图案的光掩模的制造中，需要能够精确写入更精细电路图案的技术以满足小型化要求。
为了在光掩模衬底上形成更高精确度的光掩模图案，第一优先的是在光掩模坯料上形成高精确度的抗蚀剂图案。因为光刻法在实际加工半导体衬底中实施缩小投影，所以所述光掩模图案具有约4倍于实际上必需的图案尺寸的尺寸，但是精确性并未相应地放宽。相反要求充当原件的所述光掩模具有比随后曝光的图案精确性更高的精确性。
此外，在目前流行的光刻法中，待写入的电路图案具有远小于所使用的光波长的尺寸。如果使用仅4倍放大电路特征的光掩模图案，则由于诸如在实际光刻操作中出现的光学干扰的影响，对应于光掩模图案的形状并不转印至抗蚀剂膜。为了减轻这些影响，在一些情况下必须将光掩模图案设计成比实际电路图案更复杂的形状，即对其应用所谓的光学邻近校正(OPC)的形状。因此，目前用于获得光掩模图案的光刻技术还需要更高精确度的加工方法。光刻性能有时通过最大分辨率来体现。关于分辨率极限，要求光掩模加工步骤中所涉及的光刻法具有等于或大于对于用于使用光掩模的半导体加工步骤中的光刻法而言必需的分辨率极限的最大分辨率精确度。
光掩模图案通常通过这样形成：在在透明衬底上具有遮光膜的光掩模坯料上形成光致抗蚀剂膜，使用电子束写入图案并显影以形成抗蚀剂图案。使用所得到的抗蚀剂图案作为刻蚀掩模，将所述遮光膜刻蚀为遮光图案。在使遮光图案小型化的尝试中，如果在将抗蚀剂膜厚度保持在小型化之前的本领域相同水平的同时进行加工，则称为长径比的膜厚度与图案宽度之比变得更高。结果，抗蚀剂图案轮廓劣化，阻碍有效的图案转印，并且在一些情况下发生抗蚀剂图案瓦解或脱离。因此，必须将抗蚀剂膜厚度减小至能够小型化。
关于待通过抗蚀剂图案作为刻蚀掩模刻蚀的遮光膜材料，本领域已知许多材料。尤其是在实践中使用铬化合物膜，因为可获得许多关于刻蚀的教导并且它们的加工已确立为标准方法。例如，具有由适合于ArF准分子激光光刻的铬化合物组成的遮光膜的光掩模坯料公开于JP-A2003-195479中。具体地，描述了厚度为50至77nm的铬化合物膜。
用于铬系膜如铬化合物膜的典型干法刻蚀方法是含氧氯气干法刻蚀，对于有机膜其具有一定的刻蚀能力。因此，当出于上述原因通过较薄的抗蚀剂膜进行刻蚀以转印较精细尺寸的图案时，所述抗蚀剂膜可能在蚀刻期间损坏。那么难于精确地转印所述抗蚀剂图案。为了满足小型化和精确性二者的要求，需要再次研究遮光材料以促进遮光膜的加工，而不是目前仅依赖于抗蚀性能改进的趋势。
例如，JP-A2006-78807公开了包括至少一层主要含有硅和过渡金属的材料的遮光膜，其中硅:金属的原子比为4-15:1。所述遮光膜具有改进的遮光功能并且易于加工和适合于ArF光刻法。同样，JP-A2007-241060公开了包括含硅和过渡金属的遮光膜和作为硬掩模膜的铬系材料的薄膜的光掩模坯料，其具有高精确度加工的优点。
引用列表
专利文献1：JP-A2003-195479
专利文献2：JP-A2006-078807
(US7,691,546,EP1801647)
专利文献3：JP-A2007-241060
(US2007212619,EP1832926)
专利文献4：JP-AH07-140635
发明简述
如上文所述，需要可以在对抗蚀剂图案产生较少损坏的温和条件下加工的遮光膜以精确地形成更精细尺寸的图案。JP-A2007-241060中提出，在包括含有硅和过渡金属作为用于提供降低透明性功能的元素以及任选的低原子量元素(如氮和氧)的遮光膜和铬系硬掩模膜的光掩模坯料的情况下，一种降低对抗蚀剂的负荷的有效手段为通过降低遮光膜本身的厚度以及硬掩模膜的厚度。在该情况下，特别是在遮光膜侧，使添加至材料的低原子量元素(例如氮和氧)的浓度最小化，以由薄膜获得更佳的遮光效果。也就是说，将所谓的高度金属膜用作遮光膜。
当由其制造光掩模的光掩模坯料设有光学功能膜如遮光膜和相移膜时，这些光学膜必须满足对于所述光掩模而言必需的物理性质，特别是光学性质和化学稳定性。所述光学膜还必须在可加工性方面得以改进以促进高精确度掩模图案的形成。随着光刻法向期望的图案尺寸减小的进展，还要求所述掩模具有更精细尺寸和更高精确度的图案。
当由无机材料膜形成精细尺寸、高精确度的图案时，优选降低待加工的无机材料膜的厚度，只要保持必要的物理性质即可。这是因为抗蚀剂膜的厚度必须较薄，以使得在加工时所使用的抗蚀剂图案具有更高的精确度，如上所述，并且因为在通过在干法刻蚀或类似技术、使用由抗蚀剂膜得到的抗蚀剂图案将图案转印至无机材料膜的步骤中，图案转印的精确性可以通过将抗蚀剂膜上的负荷最小化而增加。
特别是当将光掩模坯料加工为能够与具有60nm或更小的线宽度的曝光图案的形成相符的光掩模，必须降低所述遮光膜的厚度以防止所述遮光膜在所述光掩模制备方法、特别是清洁步骤期间图案瓦解。为了在光掩模上的图案设计期间降低三维效应的目的，也需要降低所述遮光膜的厚度。
因为如专利文献3中所描述的含有硅和过渡金属作为提供透明性衰减功能的元素的化合物的遮光膜对具有200nm以下波长的光具有高遮光能力，并且可以在氟系干法刻蚀条件下刻蚀，确立对于在光刻法期间用作抗蚀剂材料的有机材料相对优选的刻蚀率。即使使用这样的材料，保持遮光功能的同时降低遮光膜的厚度在保证工艺精确性方面仍然是有效的。在生产具有高精确度的二元光掩模的尝试中，例如进一步降低遮光膜的厚度是可取的。为了使遮光膜的厚度降低而不牺牲遮光功能，必须通过降低轻元素如氮和氧的含量而形成更金属的膜，由此增加膜对于曝光的光的吸收系数。
本发明的目的在于提供包括保持必需的遮光功能的同时厚度降低的遮光膜的二元光掩模坯料，用于制备所述二元光掩模坯料的方法，和用于由所述二元光掩模坯料制备二元光掩模的方法。
本发明涉及包括透明衬底和在其上的遮光膜的二元光掩模坯料，所述遮光膜主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成并具有3.0以上的光密度。发明人已发现，在所述遮光膜具有低于某个水平的厚度且包括其组成满足过渡金属和氮与硅的某种关系的层时，实现所述目的。具体地，所述遮光膜具有47nm以下的厚度且包括满足式(1)的过渡金属-硅-氮组成的层：
B≤0.68×A+0.23(1),
或所述遮光膜具有43nm以下的厚度且包括满足式(2)的过渡金属-硅-氮组成的层：
B≤1.19×A-0.19(2),
或所述遮光膜具有41nm以下的厚度且包括满足式(3)的过渡金属-硅-氮组成的层：
B≤2.12×A-0.70(3)
其中A为M/Si的原子比和B为N/Si的原子比。所述遮光膜由所述具体组成的单层组成或包括所述具体组成的层的多个层组成。采用该构造，获得具有较薄的遮光膜的二元光掩模坯料，所述遮光膜具有必需的遮光功能。上述式可应用于设计构成元素的组成。然后，可以根据特定膜厚度有效地设计形成较薄的遮光膜必需的构成元素，特别是过渡金属、硅和氮的组成。
本发明提供了二元光掩模坯料，用于制备所述二元光掩模坯料的方法，和用于制备二元光掩模的方法，如下文所定义。
[1]二元光掩模坯料，其包括透明衬底和在所述透明衬底上的遮光膜，所述遮光膜主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成，由一个或多个层组成，并且具有3.0以上的光密度，其中
所述遮光膜包括满足式(1)的过渡金属-硅-氮组成的层，并具有47nm以下的厚度：
B≤0.68×A+0.23(1)
其中A为M比Si的原子比和B为N比Si的原子比。
[2]二元光掩模坯料，其包括透明衬底和在所述透明衬底上的遮光膜，所述遮光膜主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成，由一个或多个层组成，并且具有3.0以上的光密度，其中
所述遮光膜包括满足式(2)的过渡金属-硅-氮组成的层，并具有43nm以下的厚度：
B≤1.19×A-0.19(2)
其中A为M比Si的原子比和B为N比Si的原子比。
[3]二元光掩模坯料，其包括透明衬底和在所述透明衬底上的遮光膜，所述遮光膜主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成，由一个或多个层组成，并且具有3.0以上的光密度，其中
所述遮光膜包括满足式(3)的过渡金属-硅-氮组成的层，并具有41nm以下的厚度：
B≤2.12×A-0.70(3)
其中A为M比Si的原子比和B为N比Si的原子比。
[4][1]至[3]中任一项所述的二元光掩模坯料，其中所述过渡金属是钼。
[5][1]至[3]中任一项所述的二元光掩模坯料，还包括在所述遮光膜上的硬掩模膜，所述硬掩模膜由当刻蚀所述遮光膜时具有耐刻蚀性的材料形成。
[6][5]所述的二元光掩模坯料，其中所述过渡金属是钼，并且所述硬掩模膜包含铬。
[7]用于制备二元光掩模的方法，包括以下步骤：在[1]至[4]中任一项所述的二元光掩模坯料的遮光膜上形成具有150nm以下厚度的抗蚀剂膜，加工所述抗蚀剂膜以形成其刻蚀掩模图案，使用抗蚀剂膜的刻蚀掩模图案加工所述遮光膜以形成其光掩模图案，和除去抗蚀剂膜的刻蚀掩模图案。
[8]用于制备二元光掩模的方法，包括以下步骤：在[5]或[6]所述的二元光掩模坯料的硬掩模膜上形成具有150nm以下厚度的抗蚀剂膜，加工所述抗蚀剂膜以形成其刻蚀掩模图案，使用抗蚀剂膜的刻蚀掩模图案加工所述硬掩模膜以形成其刻蚀掩模图案，使用硬掩模膜的刻蚀掩模图案加工所述遮光膜以形成其光掩模图案，和除去抗蚀剂膜的刻蚀掩模图案和硬掩模膜的刻蚀掩模图案。
[9]用于制备二元光掩模坯料的方法，所述二元光掩模坯料包括透明衬底和在所述透明衬底上的遮光膜，所述遮光膜主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成，由一个或多个层组成，并且具有3.0以上的光密度，
所述方法包括形成所述遮光膜的步骤，从而使得其可以包括满足式(1)的过渡金属-硅-氮组成的层，并且其可以具有47nm以下的厚度：
B≤0.68×A+0.23(1)
其中A为M比Si的原子比和B为N比Si的原子比。
[10]用于制备二元光掩模坯料的方法，所述二元光掩模坯料包括透明衬底和在所述透明衬底上的遮光膜，所述遮光膜主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成，由一个或多个层组成，并且具有3.0以上的光密度，
所述方法包括形成所述遮光膜的步骤，从而使得其可以包括满足式(2)的过渡金属-硅-氮组成的层，并且其可以具有43nm以下的厚度：
B≤1.19×A-0.19(2)
其中A为M比Si的原子比和B为N比Si的原子比。
[11]用于制备二元光掩模坯料的方法，所述二元光掩模坯料包括透明衬底和在所述透明衬底上的遮光膜，所述遮光膜主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成，由一个或多个层组成，并且具有3.0以上的光密度，其中
所述方法包括形成所述遮光膜的步骤，从而使得其可以包括满足式(3)的过渡金属-硅-氮组成的层，并且其可以具有41nm以下的厚度：
B≤2.12×A-0.70(3)
其中A为M比Si的原子比和B为N比Si的原子比。
[12][9]至[11]中任一项所述的方法，其中所述过渡金属是钼。
发明的有益效果
本发明的二元光掩模坯料具有能够完全遮蔽曝光的光的较薄的遮光膜。当将所述二元光掩模坯料加工成二元光掩模时，所产生的光掩模具有高精确度，因为可以使用厚度降低的抗蚀剂膜。当将具有铬系材料的硬掩模膜的所述二元光掩模坯料加工成二元光掩模时，所得到的光掩模具有较高的精确度。
附图简述
图1是本发明的第一实施方式中的二元光掩模坯料的横截面视图。
图2是本发明的第二实施方式中的二元光掩模坯料的横截面视图。
图3是本发明的第三实施方式中的二元光掩模坯料的横截面视图。
图4是本发明的第四实施方式中的二元光掩模坯料的横截面视图。
图5是显示试验1中的A值(M/Si)、B值(N/Si)和膜厚度的图。
实施方式的描述
本发明的二元光掩模坯料是由其制造包括两个区域：透光区域和遮光区域的二元光掩模的坯料。其具有在透明衬底如石英衬底上的遮光膜，所述遮光膜在波长193nm处具有3.0以上的光密度。其中将遮光膜除去且仅存在透明衬底的区域变成所述二元光掩模的透光区域，而其中在透明衬底上存在或留下遮光膜的区域变成遮光区域。因为该遮光膜旨在用于所述二元光掩模，所以其应当具有3.0以上且优选3.5以下的光密度。下文将要描述的特定组成的遮光膜即使在膜厚度不超过47nm，具体地不超过43nm，且更具体地不超过41nm时也保证期望的遮光功能。应注意的是，所述遮光膜的(下限)厚度为10nm以上。
所述二元光掩模坯料具有在透明衬底上的遮光膜，而所述遮光膜由单层或多个层、具体地两个、三个或更多个层组成。第一实施方式，具有单层遮光膜的二元光掩模坯料在图1中示为包括在透明衬底1上的单层遮光膜2。第二实施方式，具有多层遮光膜、典型地两层遮光膜的二元光掩模坯料在图2中示为包括在透明衬底1上的遮光膜2，所述遮光膜2由邻近的层21和远离的层22组成。术语“邻近的”和“远离的”用于表示将层邻近或远离衬底布置。
所述遮光膜主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成。在其中所述遮光膜为单层的实施方式中，所述层应当主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成。在其中所述遮光膜由多个层组成的另一实施方式中，至少一个层应当为主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成的层(称为“第一层”)。所述第一层的厚度(如果包括多于一个第一层，则指总厚度)优选占所述遮光膜总厚度的50％以上，更优选70％以上。另一方面，另一层(称为“第二层”)包含过渡金属M和硅Si，以及任选的选自氮N、氧O和碳C的至少一种元素。最优选的是所有层主要由过渡金属M、硅Si和氮N组成。
在其中主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成的所述遮光膜为单层的实施方式中，所述层优选包含以过渡金属M、硅Si和氮N总和计80原子％以上，且具体地10～35原子％的过渡金属M，50～80原子％的硅Si以及0原子％以上、特别是1原子％以上和30原子％以下的氮N。在其中主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成的所述遮光膜由多个层构成的实施方式中，主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成的所述第一层优选包含以过渡金属M、硅Si和氮N总和计80原子％以上，且具体地10～35原子％的过渡金属M，50～80原子％的硅Si和0原子％以上、特别是1原子％以上和30原子％以下的氮N。所述第二层优选包含以过渡金属M和硅Si总和计35原子％以上，且具体地3～35原子％的过渡金属M，30～80原子％的硅Si和0原子％以上、特别是10原子％以上和55原子％以下的氮N。尽管所述遮光膜或其构造层还可以包含氧O和/或碳C作为轻元素组分，但是优选的是所述遮光膜或其构造层由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成。最优选的过渡金属是钼Mo。
在主要由过渡金属M、特别是钼Mo和硅Si组成的遮光膜或主要由过渡金属M、特别是钼Mo，硅Si和氮N组成的遮光膜中，单位膜厚度的光密度可以通过增加过渡金属M的含量而增加，这暗示获得必要的光密度即3.0以上的光密度需要的所述膜厚度可以减小。同样，单位膜厚度的光密度可以通过降低氮N含量而增加，这暗示获得必要的光密度即3.0以上的光密度需要的所述膜厚度可以减小。
在所述二元光掩模坯料的一个实施方式中，其中所述遮光膜为单层，则构造所述层使得过渡金属M、硅Si和氮N的组成满足式(1)：
B≤0.68×A+0.23(1)
其中A为M比Si的原子比即M/Si，和B为N比Si的原子比即N/Si，和其中所述遮光膜由多个层组成，则构造至少一个层、优选所有层使得过渡金属M、硅Si和氮N的组成满足上述式(1)。于是即使所述遮光膜的厚度(遮光膜的总厚度)为47nm或更小时，其也具有3.0以上的必需的光密度。
在所述二元光掩模坯料的另一个实施方式中，其中所述遮光膜为单层，则构造所述层使得过渡金属M、硅Si和氮N的组成满足式(2)：
B≤1.19×A-0.19(2)
其中A为原子比M/Si，和B为原子比N/Si，和其中所述遮光膜由多个层组成，则构造至少一个层、优选所有层使得过渡金属M、硅Si和氮N的组成满足上述式(2)。于是即使所述遮光膜的厚度(遮光膜的总厚度)为43nm或更小时，其也具有3.0以上的必需的光密度。
在所述二元光掩模坯料的再一个实施方式中，其中所述遮光膜为单层，则构造所述层使得过渡金属M、硅Si和氮N的组成满足式(3)：
B≤2.12×A-0.70(3)
其中A为原子比M/Si，和B为原子比N/Si，和其中所述遮光膜由多个层组成，则构造至少一个层、优选所有层使得过渡金属M、硅Si和氮N的组成满足上述式(3)。于是即使所述遮光膜的厚度(遮光膜的总厚度)为41nm或更小时，其也具有3.0以上的必需的光密度。
既然如上选择包括在所述遮光膜中的一个或多个层的组成和所述遮光膜的厚度，获得具有遮光膜的二元光掩模坯料，所述遮光膜薄且提供必需的遮光功能。当将上述式应用于设计构造元素的组成时，可以根据特定的膜厚度有效地设计形成较薄的遮光膜必需的构造元素特别是过渡金属、硅和氮的组成。在式(1)至(3)中任一项中，A(＝M/Si)优选具有0.1至0.6，特别是0.1至0.5的值，且B(＝N/Si)优选具有0至0.5的值。在另外的实施方式中，所述遮光膜由多个层组成，所述层之一可以是具有减反射功能的层(减反射层)。
通常在光掩模坯料的遮光膜形成中，通常使用溅射技术，特别是反应性溅射。在本发明的实践中，优选通过溅射沉积所述遮光膜。如果仅使用混合的M-Si靶，通过控制所述靶的M/Si之比，可以调节待沉积的所述遮光膜或其构造层的过渡金属M与硅Si之比(原子比)。如果使用M靶和Si靶，可以通过控制在沉积期间施加至所述靶的功率的比例来调节所述遮光膜或层中的M/Si之比。所述M/Si之比可以另外的方式来调节，例如通过使用两个或更多个具有不同组成的M-Si靶，使用M-Si靶和Si靶，和控制在沉积期间施加至不同靶的功率的比例。
待沉积的所述遮光膜或其构造层中的氮N比硅Si之比(原子比)通常通过在沉积期间引入含N气体如N2气体来调节，使得所沉积的所述遮光膜可以包含N。具体地，N/Si之比可以通过控制在沉积期间供给的N的量来调节。所述N的量还可以通过使用含氮N的靶来调节。可以将惰性气体如Ar气添加至溅射气体中。溅射压力典型地为0.02至0.5Pa。
在所述二元光掩模坯料中，可以在所述遮光膜上形成减反射膜。本文所使用的减反射膜优选为具有增加的N含量或具有添加至其中的氧O以使得所述膜更透明的类似组成。另外，在所述二元光掩模坯料中，可以在所述遮光膜上形成硬掩模膜，所述硬掩模膜以在刻蚀所述遮光膜时具有耐刻蚀性的材料、即、具有刻蚀掩模功能的材料形成。具有单层的遮光膜的所述二元光掩模坯料的第三实施方式在图3中显示为包括透明衬底1，在所述衬底1上的单层的遮光膜2，和在所述遮光膜2上的刻蚀掩模膜3。具有多层(典型地，两层)的遮光膜的所述二元光掩模坯料的第四实施方式在图4中显示为包括透明衬底1，在所述衬底1上的由邻近层21和远离层22组成的遮光膜2，和在所述遮光膜2上的刻蚀掩模膜3。
特别地，当所述遮光膜中的所述过渡金属是钼时，所述硬掩模膜优选地由通常用作硬掩模材料的任意铬系材料、例如金属铬或含铬的铬化合物和选自氧、氮和碳的一种或多种轻元素形成。
铬系材料的硬掩模膜例如描述于专利文献3中。为了能够高精确度地加工所述遮光膜，必需的是可以高精确度地加工所述硬掩模膜本身。为此，所述硬掩模膜优选地具有1nm至10nm的厚度和基本上由50～100原子％、更优选60～95原子％的铬，0～50原子％、更优选0～30原子％的氧，0～50原子％、更优选5～40原子％的氮，和0～20原子％、更优选0～10原子％的碳组成的组成。
像所述遮光膜那样，所述硬掩模膜优选通过溅射沉积。所述沉积可以通过仅用氩气溅射铬靶，或仅用反应性气体如氮气或氮氧化物、或反应性气体如氮气或氮氧化物与惰性气体如氩气的混合物反应溅射，例如如专利文献4中所描述。可以根据期望的膜性质调节溅射气体的流速。例如，可以将所述流速在整个沉积过程设定为恒定或根据期望的组成变化，使得所述氧和/或氮含量可以在所述膜的厚度方向上变化。
本发明的二元光掩模坯料最佳地适合于制造用于ArF光刻法、即暴露于波长为193nm的ArF准分子激光的二元光掩模。
可以由本发明的二元光掩模坯料通过以下过程来制造二元光掩模：在最外表面上形成抗蚀剂膜、遮光膜或减反射膜或硬掩模膜(如果有的话)，加工所述抗蚀剂膜以形成其抗蚀剂图案，采用充当刻蚀掩模图案的所述抗蚀剂图案刻蚀下层的膜，由此形成下层的光掩模图案或刻蚀掩模图案，和剥离所述刻蚀掩模图案。即使当所述抗蚀剂膜非常薄，具体地具有150nm以下，更具体地50至120nm的厚度时，所述二元光掩模坯料也保证了以高精确度形成所述遮光膜的图案。
具体地，当不形成硬掩模膜时，可以由所述二元光掩模坯料通过如下过程制备二元光掩模：在所述二元光掩模坯料的遮光膜上(或在减反射膜上，如果在遮光膜上单独形成所述减反射膜)形成具有150nm以下厚度的抗蚀剂膜，加工所述抗蚀剂膜以形成其刻蚀掩模图案，使用抗蚀剂膜的刻蚀掩模图案加工所述遮光膜(或所述减反射膜，如果有的话，和所述遮光膜)以形成其光掩模图案，和除去所述抗蚀剂膜的刻蚀掩模图案。
当形成硬掩模膜时，可以由所述二元光掩模坯料通过如下过程制备二元光掩模：在所述硬掩模膜上形成具有150nm以下厚度的抗蚀剂膜，加工所述抗蚀剂膜以形成其刻蚀掩模图案，使用抗蚀剂膜的刻蚀掩模图案加工所述硬掩模膜以形成其刻蚀掩模图案，使用硬掩模膜的刻蚀掩模图案加工所述遮光膜(或所述减反射膜，如果在所述遮光膜上单独形成所述减反射膜的话，和所述遮光膜)以形成其光掩模图案，和除去所述抗蚀剂膜的刻蚀掩模图案和硬掩模膜的刻蚀掩模图案。
实施例
为了进一步阐释本发明，以下给出试验和实施例，然而本发明并不限于此。
试验1
通过溅射技术，使用硅(Si)靶和硅化钼(MoSi)靶以及作为溅射气体的氩气和氮气，在石英衬底上沉积MoSiN膜。在控制施加至所述MoSi靶的功率、施加至所述Si靶的功率、氩气的流速和氮气的流速时，将不同MoSiN组成的六个膜沉积成使它们可以具有3.0的光密度的厚度。通过X射线光电子能谱(XPS)测量Mo、Si和N的组成。由对于每个膜测定的组成，计算A的值(＝M/Si原子比)和B的值(＝N/Si原子比)。由所述A值计算对应于式(1)、(2)或(3)右侧的C1、C2或C3的值。
C1＝0.68×A+0.23
C2＝1.19×A-0.19
C3＝2.12×A-0.70
结果示于表1和图5中。
表1
由这些结果可知，对于主要由Mo、Si和N组成且具有3.0以上的光密度的遮光膜而言，可以基于式(1)至(3)设计可应用于厚度等于或小于预定厚度的所述遮光膜的组成。
实施例1
将MoSiN层沉积在石英衬底上，同时连续降低氮气的浓度。所得到的MoSiN层为43nm厚的组成渐变的层，其在邻近衬底侧具有20原子％Mo、58原子％Si和20原子％N的组成(相当于A＝0.34、B＝0.34、C1＝0.46)和在远离衬底侧具有22原子％Mo、62原子％Si和15原子％N的组成(相当于A＝0.35、B＝0.24、C1＝0.47)。随后，在使得该层由7原子％Mo、48原子％Si和37原子％N组成(相当于A＝0.15,B＝0.77,C1＝0.33)的条件下沉积4nm厚的MoSiN层。获得两层的遮光膜。
所述遮光膜具有47nm的厚度。对于波长193nm的光，所述膜具有3.05的光密度OD、在其邻近衬底侧具有34％的反射率和在其远离侧具有32％的反射率。因为邻近所述衬底形成了由过渡金属M、硅Si和氮N组成且满足式(1)的MSiN层，所以可以形成具有47nm厚度的遮光膜。
接着，通过溅射技术在所述二元光掩模坯料上沉积具有10nm厚度的CrN膜(Cr:N＝9:1，以原子比表示)。在其上涂覆用于EB光刻法的抗蚀剂材料以形成具有150nm厚度的抗蚀剂膜。将所述抗蚀剂膜暴露于EB并显影以形成具有120nm线宽的线-间隔图案(刻蚀掩模图案)。使用185sccm的Cl2气、55sccm的O2气和9.25sccm的He气作为刻蚀剂气体通过干法刻蚀使CrN膜形成图案，由此将抗蚀剂图案转印至所述CrN膜，以形成CrN膜的刻蚀掩模图案。通过所述CrN膜的刻蚀掩模图案，使用18sccm的SF6气和45sccm的O2气作为刻蚀剂气体干法刻蚀所述遮光膜。其后，除去抗蚀剂膜的所述刻蚀掩模图案和CrN膜的所述刻蚀掩模图案，产生遮光膜的光掩模图案。
在SEM下观察到由此获得的遮光膜的光掩模图案的横截面轮廓，确认完全正交的横截面。
实施例2
在石英衬底上在使得邻近所述衬底形成由20原子％Mo、70原子％Si和6原子％N组成(相当于A＝0.29、B＝0.09、C2＝0.15)并具有39nm的厚度的MoSiN层的条件下进行沉积。随后在使得该层由6原子％Mo、54原子％Si和22原子％N组成(相当于A＝0.11、B＝0.41、C2＝-0.06)的条件下沉积4nm厚的MoSiN层。获得两层的遮光膜。
所述遮光膜具有43nm的厚度。对于波长193nm的光，所述膜具有3.00的光密度OD、在其邻近衬底侧具有51％的反射率和在其远离侧具有45％的反射率。因为邻近所述衬底形成了由过渡金属M、硅Si和氮N组成且满足式(2)的MSiN层，所以可以形成具有43nm或更小厚度的遮光膜。
之后，和实施例1中同样，获得所述遮光膜的光掩模图案。在SEM下观察其横截面轮廓，确认完全正交的横截面。
实施例3
在石英衬底上在使得形成由33原子％Mo、65原子％Si和2原子％N组成(相当于A＝0.51、B＝0.03、C3＝0.38)并具有40nm的厚度的MoSiN层的条件下进行沉积。获得单层的遮光膜。
所述遮光膜具有40nm的厚度。对于波长193nm的光，所述膜具有3.05的光密度OD、在其邻近衬底侧具有55％的反射率和在其远离侧具有62％的反射率。因为形成了由过渡金属M、硅Si和氮N组成且满足式(3)的MSiN层，所以可以形成具有41nm或更小厚度的遮光膜。
之后，和实施例1中同样，获得所述遮光膜的光掩模图案。在SEM下观察其横截面轮廓，确认完全正交的横截面。
比较例1
在石英衬底上在使得形成由17原子％Mo、55原子％Si和28原子％N组成(相当于A＝0.31、B＝0.51、C1＝0.44)并具有48nm的厚度的MoSiN层的条件下进行沉积。获得单层的遮光膜。
所述遮光膜具有48nm的厚度。对于波长193nm的光，所述膜具有3.00的光密度OD、在其邻近衬底侧具有32％的反射率和在其远离侧的具有40％的反射率。当将该MSiN膜的厚度降低至低于48nm时，所述光密度OD下降至低于3.0。当由过渡金属M、硅Si和氮N组成的MSiN层不满足式(1)时，不能形成以47nm或更小的厚度具有3.0以上的光密度OD的遮光膜。

Claims (13)

1.二元光掩模坯料，其包括透明衬底和在所述透明衬底上的遮光膜，所述遮光膜主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成，由一个或多个层组成，并且具有3.0以上的光密度，其中
所述遮光膜包括满足式(1)的过渡金属-硅-氮组成的层，并具有47nm以下的厚度：
B≤0.68×A+0.23(1)
其中A为M比Si的原子比和B为N比Si的原子比。
2.二元光掩模坯料，其包括透明衬底和在所述透明衬底上的遮光膜，所述遮光膜主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成，由一个或多个层组成，并且具有3.0以上的光密度，其中
所述遮光膜包括满足式(2)的过渡金属-硅-氮组成的层，并具有43nm以下的厚度：
B≤1.19×A-0.19(2)
其中A为M比Si的原子比和B为N比Si的原子比。
3.二元光掩模坯料，其包括透明衬底和在所述透明衬底上的遮光膜，所述遮光膜主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成，由一个或多个层组成，并且具有3.0以上的光密度，其中
所述遮光膜包括满足式(3)的过渡金属-硅-氮组成的层，并具有41nm以下的厚度：
B≤2.12×A-0.70(3)
其中A为M比Si的原子比和B为N比Si的原子比。
4.权利要求1至3中任一项所述的二元光掩模坯料，其中所述过渡金属是钼。
5.权利要求1至3中任一项所述的二元光掩模坯料，还包括在所述遮光膜上的硬掩模膜，所述硬掩模膜由当刻蚀所述遮光膜时具有耐刻蚀性的材料形成。
6.权利要求5所述的二元光掩模坯料，其中所述过渡金属是钼并且所述硬掩模膜包含铬。
7.用于制备二元光掩模的方法，包括以下步骤：
在权利要求1至3中任一项所述的二元光掩模坯料的遮光膜上形成具有150nm以下厚度的抗蚀剂膜，
加工所述抗蚀剂膜以形成其刻蚀掩模图案，
使用抗蚀剂膜的刻蚀掩模图案加工所述遮光膜以形成其光掩模图案，和
除去所述抗蚀剂膜的刻蚀掩模图案。
8.用于制备二元光掩模的方法，包括以下步骤：
在权利要求5所述的二元光掩模坯料的硬掩模膜上形成具有150nm以下厚度的抗蚀剂膜，
加工所述抗蚀剂膜以形成其刻蚀掩模图案，
使用抗蚀剂膜的刻蚀掩模图案加工所述硬掩模膜以形成其刻蚀掩模图案，
使用硬掩模膜的刻蚀掩模图案加工所述遮光膜以形成其光掩模图案，和
除去所述抗蚀剂膜的刻蚀掩模图案和所述硬掩模膜的刻蚀掩模图案。
9.用于制备二元光掩模的方法，包括以下步骤：
在权利要求6所述的二元光掩模坯料的硬掩模膜上形成具有150nm以下厚度的抗蚀剂膜，
加工所述抗蚀剂膜以形成其刻蚀掩模图案，
使用抗蚀剂膜的刻蚀掩模图案加工所述硬掩模膜以形成其刻蚀掩模图案，
使用硬掩模膜的刻蚀掩模图案加工所述遮光膜以形成其光掩模图案，和
除去所述抗蚀剂膜的刻蚀掩模图案和所述硬掩模膜的刻蚀掩模图案。
10.用于制备二元光掩模坯料的方法，所述二元光掩模坯料包括透明衬底和在所述透明衬底上的遮光膜，所述遮光膜主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成，由一个或多个层组成，并且具有3.0以上的光密度，
所述方法包括形成所述遮光膜的步骤，从而使得其可包括满足式(1)的过渡金属-硅-氮组成的层，并且其可具有47nm以下的厚度：
B≤0.68×A+0.23(1)
其中A为M比Si的原子比和B为N比Si的原子比。
11.用于制备二元光掩模坯料的方法，所述二元光掩模坯料包括透明衬底和在所述透明衬底上的遮光膜，所述遮光膜主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成，由一个或多个层组成，并且具有3.0以上的光密度，
所述方法包括形成所述遮光膜的步骤，从而使得其可包括满足式(2)的过渡金属-硅-氮组成的层，并且其可具有43nm以下的厚度：
B≤1.19×A-0.19(2)
其中A为M比Si的原子比和B为N比Si的原子比。
12.用于制备二元光掩模坯料的方法，所述二元光掩模坯料包括透明衬底和在所述透明衬底上的遮光膜，所述遮光膜主要由过渡金属M和硅Si，或过渡金属M、硅Si和氮N组成，由一个或多个层组成，并且具有3.0以上的光密度，其中
所述方法包括形成所述遮光膜的步骤，从而使得其可包括满足式(3)的过渡金属-硅-氮组成的层，并且可具有41nm以下的厚度：
B≤2.12×A-0.70(3)
其中A为M比Si的原子比和B为N比Si的原子比。
13.权利要求10至12中任一项所述的方法，其中所述过渡金属是钼。
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