CN106019810B - 半色调相移掩模坯和半色调相移掩模 - Google Patents

半色调相移掩模坯和半色调相移掩模 Download PDF

Info

Publication number
CN106019810B
CN106019810B CN201610195663.2A CN201610195663A CN106019810B CN 106019810 B CN106019810 B CN 106019810B CN 201610195663 A CN201610195663 A CN 201610195663A CN 106019810 B CN106019810 B CN 106019810B
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
phase shift
halftone phase
silicon
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610195663.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106019810A (zh
Inventor
笹本纮平
高坂卓郎
稻月判臣
金子英雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Chemical Co Ltd filed Critical Shin Etsu Chemical Co Ltd
Publication of CN106019810A publication Critical patent/CN106019810A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106019810B publication Critical patent/CN106019810B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • G03F1/32—Attenuating PSM [att-PSM], e.g. halftone PSM or PSM having semi-transparent phase shift portion; Preparation thereof
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/20—Masks or mask blanks for imaging by charged particle beam [CPB] radiation, e.g. by electron beam; Preparation thereof
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/66—Containers specially adapted for masks, mask blanks or pellicles; Preparation thereof
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2002—Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image
    • G03F7/2008—Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image characterised by the reflectors, diffusers, light or heat filtering means or anti-reflective means used
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/033—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers
    • H01L21/0334—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane
    • H01L21/0337—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane characterised by the process involved to create the mask, e.g. lift-off masks, sidewalls, or to modify the mask, e.g. pre-treatment, post-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01007—Nitrogen [N]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01008—Oxygen [O]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01014—Silicon [Si]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

本发明提供半色调相移掩模坯，包括透明基板和半色调相移膜，该半色调相移膜由具有至少90at％的Si+N+O含量、30‑70at％的Si含量、30‑60at％的N+O含量和30at％以下的O含量的硅基材料组成，并且具有70nm以下的厚度。该半色调相移膜对于掩模图案加工足够薄，在曝光于亚200nm辐照时经历最小的图案尺寸变动劣化并且保持必要的相移和透射率。

Description

半色调相移掩模坯和半色调相移掩模
技术领域
本发明涉及用于半导体集成电路等的微制造的半色调相移掩模坯和半色调相移掩模。
背景技术
在半导体技术领域中，研究和开发的努力在持续以进一步使图案特征小型化。近来，由于包括电路图案的小型化的发展，互连图案的薄化以及用于单元构成层之间的连接的接触孔图案的小型化在发展以符合较高的LSI的集成密度，因此存在对微图案化技术的不断增长的需求。因此，与用于制造光刻微制造工艺的曝光步骤中使用的光掩模的技术相关联，希望具有形成更精细和精确电路图案或掩模图案的技术。
通常，通过光刻法在半导体基板上形成图案时采用缩小投影。因此，在光掩模上形成的图案特征的尺寸约为在半导体基板上形成的图案特征的尺寸的约4倍。在目前的光刻技术中，印刷的电路图案的尺寸显著地小于用于曝光的光的波长。因此，如果通过单纯地将电路图案的尺寸乘以4倍而形成光掩模图案，则由于曝光过程的光学干涉和其他效应，没有将所需的图案转印到半导体基板上的抗蚀剂膜。
有时，通过在光掩模上将图案形成为比实际电路图案更为复杂的形状来减轻曝光过程中的光学干涉和其他效应。可以例如通过将光学近接校正(OPC)引入实际的电路图案来设计这样复杂的图案形状。而且，尝试应用分辨率提高技术(RET)例如改进的照度、浸渍光刻法或双重曝光(或双重图案化)光刻法以满足对小型化和较高图案精度的需求。
将相移法用作RET之一。相移法是通过在光掩模上形成能够使相位反转约180度的膜的图案，以致可以通过利用光学干涉来改善对比度。适于相移法的光掩模之一为半色调相移掩模。典型地，该半色调相移掩模包括对曝光光透明的石英或类似材料的基板和在该基板上形成的半色调相移膜的掩模图案，其能够提供约180度的相移并且具有不足的透射率以有助于图案形成。作为半色调相移掩模，专利文献1(JP-A H07-140635)提出了具有硅化氧化钼(MoSiO)或硅化氧氮化钼(MoSiON)的半色调相移膜的掩模。
为了通过光刻法形成较精细图像，将较短波长的光用作光源。在光刻工艺的目前最先进的阶段，已使曝光光源从KrF准分子激光(248nm)过渡到ArF准分子激光(193nm)。发现使用较大能量的ArF准分子激光的光刻法对掩模产生在KrF准分子激光的情况下没有观察到的损伤。一个问题在于，连续使用光掩模时，在该光掩模上形成异物状生长缺陷。这些生长缺陷也称为“浑浊”。以往认为浑浊形成的源头在于掩模图案表面上硫酸铵晶体的生长。现在认为有机物也参与浑浊形成。
已知一些方法以克服浑浊问题。关于ArF准分子激光的长期照射时在光掩模上形成的生长缺陷，例如，专利文献2(JP-A 2008-276002)记载了如果在预定的阶段对该光掩模进行清洁，则能够将其连续地使用。
随着为了图案转印所照射的ArF准分子激光的曝光剂量增加，对光掩模给予不同于浑浊的损伤；并且掩模图案的尺寸根据累积照射能量剂量而变化，如非专利文献1(Thomas Faure等，“Characterization of binary and attenuated phase shift maskblanks for 32nm mask fabrication,”Proc.of SPIE，第7122卷，第712209-1至712209-12页)中报道那样。该问题在于随着在ArF准分子激光的长期照射过程中累积照射能量剂量增加，认为是图案材料的氧化物的物质层在膜图案的外部生长，由此图案宽度变化。也报道了通过使用上述浑浊去除中使用的AMP(氨水/过氧化氢)或者使用SPM(硫酸/过氧化氢)进行清洁，不能使曾经损伤的掩模恢复。认为损伤源完全不同。
非专利文献1指出，通过作为可用于使焦点的深度扩展的掩模技术的半色调相移掩模进行电路图案的曝光时，由起因于ArF准分子激光的照射的过渡金属/硅基材料膜例如MoSi基材膜的变动引起的图案尺寸变动诱发显著的劣化(该劣化称为“图案尺寸变动劣化”)。于是，为了长期地使用价格高的光掩模，有必要解决由ArF准分子激光的照射引起的图案尺寸变动劣化。
引用列表
专利文献1:JP-A H07-140635
专利文献2:JP-A 2008-276002(USP 7941767)
专利文献3:JP-A 2004-133029
专利文献4:JP-A 2007-033469
专利文献5:JP-A 2007-233179
专利文献6:JP-A 2007-241065
非专利文献1:Thomas Faure等,“Characterization of binary and attenuatedphase shift mask blanks for 32nm mask fabrication,”Proc.of SPIE,第7122卷，第712209-1至712209-12页
发明内容
关于相移膜，较薄的膜有利于图案形成并且对于减轻3D效应有效。因此为了光刻法，需要较薄的膜以形成较精细尺寸的图案。
如非专利文献1中指出那样，在干燥空气气氛中照射光时确实很少发生由短波长光、典型地ArF准分子激光的照射引起的图案尺寸变动劣化。在干燥空气气氛中曝光被视为抑制图案尺寸变动劣化的新方法。但是，干燥空气气氛的控制给曝光系统增加了额外的单元并且引起有待处理的静电和其他问题，导致费用增加。在这种情况下，需要能够在不需要完全除湿的一般气氛(典型地具有约45％的湿度)中长期曝光。
使用ArF准分子激光作为光源的光刻法中使用的光掩模包括半色调相移掩模，该半色调相移掩模具有含有过渡金属，典型地钼的硅基材料的半色调相移膜。该硅基材料主要由过渡金属和硅组成并且进一步含有氧和/或氮作为轻元素(例如，专利文献1)。使用的适合的过渡金属包括Mo、Zr、Ta、W和Ti。其中，最常使用Mo(例如，专利文献1)。有时添加第二过渡金属(例如，专利文献3)。对于遮光膜，也使用含有过渡金属，典型地钼的硅基材料。但是，将使用这样的含有过渡金属的硅基材料的光掩模曝光于大剂量的高能辐照时，由于高能辐照的照射，该掩模经历显著的图案尺寸变动劣化。于是光掩模的服务寿命比需要的短。
存在的严重问题是：用短波长光，典型地ArF准分子激光照射半色调相移掩模上的光掩模图案时，用于曝光的光掩模图案经历线宽的变动，即，“图案尺寸变动劣化”。允许的图案宽度的阈值随光掩模图案的类型，尤其是施加于其的图案尺寸而变。如果变动小，可通过修正曝光条件和重置曝光系统的照射条件而进一步使用该掩模。例如，用于形成符合22nm的图案尺寸的半导体电路的光刻法中，掩模图案线宽的变动必须落在大约±5nm内。但是，如果图案宽度变动大，存在该变动在光掩模上具有面内分布的可能性。而且在进一步小型化技术中，在掩模上形成具有小于100nm的超细尺寸的辅助图案。为了这些掩模上的图案小型化并且从掩模图案的复杂化引起的掩模加工成本增加的方面出发，需要经历最小图案尺寸变动劣化并容许反复曝光的半色调相移掩模膜。
本发明的目的是提供具有半色调相移膜的半色调相移掩模坯和半色调相移掩模，该半色调相移膜足够薄以有利于图案形成和3D效果减轻，同时保持对于半色调相移功能必要的相移和透射率以符合图案尺寸小型化，并且在使用波长至多200nm的短高能辐照，典型地ArF准分子激光进行图案状曝光时，即使在累积照射能量剂量增加的情况下，使起因于光照射的膜性能的变化引起的图案尺寸变动劣化最小。
为了开发半色调相移膜，该半色调相移膜具有减小的厚度和曝光于ArF准分子激光时最小的图案尺寸变动劣化，同时保持对于半色调相移功能必要的相移和透射率，本发明人对通常用作半色调相移膜的含有过渡金属、典型地钼的半色调相移膜进行了研究。但是，将过渡金属或氧添加于半色调相移膜时，产生如下问题：使具有预定的透射率的膜的折射率与添加的过渡金属或氧的量成比例地减小，该膜必需厚以获得对于相移功能必要的相移，并且使曝光于ArF准分子激光时的图案尺寸变动劣化恶化。
于是对具有最小的过渡金属的含量的半色调相移膜进行了研究。已发现使用必要地包括硅和氮且任选地包括氧、具有至少90at％(原子％)的硅、氮和氧的总含量、30-70at％的硅含量、30-60at％的氮和氧的总含量、至多30at％的氧含量和至多1at％的过渡金属含量的硅基材料，能够将相对于波长至多200nm的光具有150°-200°的相移和3％-30％的透射率的半色调相移膜形成为至多70nm的厚度。
曝光于亚200nm波长的短高能辐照，典型地ArF准分子激光时，该半色调相移膜经历最小的图案尺寸变动劣化。即，该半色调相移膜具有改善的对于由亚200nm波长，典型地ArF准分子激光的短高能辐照的累积照射引起的膜变动的耐性。一旦如上所述构成该半色调相移膜，则得到半色调相移掩模坯，其能够有利地被加工成半色调相移掩模，该半色调相移掩模具有半色调相移膜的图案，该图案包括具有约100-200nm的宽度的主光掩模图案，其在使用波长至多200nm的曝光光在可加工的基板例如硅晶片上形成具有至多50nm的半节距的图案的光刻法中是必要的，该半色调相移掩模在曝光时经历小的图案尺寸变动劣化。
因此，一方面，本发明提供半色调相移掩模坯，包括透明基板和其上的半色调相移膜，相对于波长200nm以下的光，该半色调相移膜具有150°-200°的相移和3％-30％的透射率。该半色调相移膜为单层或多层膜，每一层主要地包括硅和氮并且任选地包括氧，该半色调相移膜为单层时，整个单层由硅基材料组成，或者该半色调相移膜为多层膜时，其厚度的至少60％由硅基材料组成，所述硅基材料具有至少90at％的硅、氮和氧的总含量、30-70at％的硅含量、30-60at％的氮和氧的总含量、30at％以下的氧含量和1at％以下的过渡金属含量。该半色调相移膜具有70nm以下的厚度。
优选的实施方案中，该半色调相移膜具有20％-30％的透射率，并且所述硅基材料含有氧并且具有至少95at％的硅、氮和氧的总含量。
在另一优选的实施方案中，该半色调相移膜具有3％以上且小于20％的透射率，并且所述硅基材料不含氧且具有至少95at％的硅和氮的总含量。
在优选的实施方案中，该掩模坯在该半色调相移膜上还包括第二膜，该第二膜为由含铬材料组成的单层或多层膜。优选地，该第二膜为遮光膜、遮光膜和减反射膜的组合、或者在半色调相移膜的图案形成过程作为硬掩模发挥功能的辅助膜。
在优选的实施方案中，该掩模坯在该第二膜上还包括第三膜，该第三膜为由含硅材料组成的单层或多层膜。更优选地，该第二膜为遮光膜或者遮光膜和减反射膜的组合，并且第三膜为在第二膜的图案形成过程中作为硬掩模发挥功能的辅助膜。而且优选地，第二膜为在该半色调相移膜的图案形成过程中作为硬掩模并且在该第三膜的图案形成过程中作为蚀刻阻挡层发挥功能的辅助膜，并且该第三膜为遮光膜或者遮光膜和减反射膜的组合。
优选的实施方案中，该掩模坯在该第三膜上还包括第四膜，该第四膜为由含铬材料组成的单层或多层膜。更优选地，该第二膜为在该半色调相移膜的图案形成过程中作为硬掩模并且在该第三膜的图案形成过程中作为蚀刻阻挡层发挥功能的辅助膜，该第三膜为遮光膜或者遮光膜和减反射膜的组合，并且该第四膜为在该第三膜的图案形成过程中作为硬掩模发挥功能的辅助膜。
本发明还涉及由以上限定的半色调相移掩模坯制备的半色调相移掩模。
发明的有利效果
本发明的半色调相移掩模坯或半色调相移掩模具有半色调相移膜，该半色调相移膜足够薄以有利于光掩模图案形成，在曝光于亚200nm波长的辐照时经历最小的图案尺寸变动劣化，并且保持对于相移功能必要的相移和对于半色调功能必要的透射率。使用该半色调相移掩模，符合图案化精度和图案小型化的要求的光刻法曝光成为可能。该半色调相移掩模相对于累积曝光剂量经历最小的图案尺寸变动劣化，即，具有长寿命。
附图说明
图1A和1B分别是本发明的一个例示半色调相移掩模坯和对应的半色调相移掩模的横截面图。
图2A、2B和2C为本发明的半色调相移掩模坯的其他实施方案的横截面图。
具体实施方式
本发明涉及半色调相移(光)掩模坯，其包括透明基板和在其上形成的半色调相移膜。该透明基板典型地为石英基板。优选6英寸方形且25mil厚的透明基板，称为6025基板，如SEMI标准中规定那样，或者以SI单位表示时152mm方形且6.35mm厚的透明基板。该半色调相移膜可以是单层结构或者多层结构(即，两层或更多层)。该半色调相移(光)掩模具有半色调相移膜的(光)掩模图案。
图1A为本发明的一个实施方案中的半色调相移掩模坯的横截面图。半色调相移掩模坯100包括透明基板10和在其上形成的半色调相移膜1。图1B为本发明的一个实施方案中的半色调相移掩模的横截面图。半色调相移掩模101包括透明基板10和其上的半色调相移膜图案11。
半色调相移膜可以由单层或多层组成，只要满足对于半色调相移功能必要的相移和透射率。在多层结构的情况下，该膜优选地由包括减反射功能层的多层组成，以致整个膜可以满足预定的表面反射率以及必要的相移和透射率。
在单层或多层结构中，每个层可以是均匀的层或者组成上梯度变化的层(即，其组成在厚度方向上连续变化的层)。在多层结构的情况下，该半色调相移膜可以是选自由不同成分组成的层和由相同成分以不同组成比组成的层中的两层或更多层的组合。该膜由三层或更多层组成时，可以包括相同层，只要它们不彼此邻接。
由于将半色调相移掩模用于使用波长至多200nm的曝光光、典型地ArF准分子激光(波长193nm)的光刻法，因此该半色调相移膜应以预定的厚度提供相对于曝光光的预定的相移和预定的透射率。
半色调相移膜的(整体)厚度应优选地为至多70nm、更优选地至多62nm，原因在于较薄的膜有助于形成较精细的图案。将膜厚度的下限设定在相对于波长至多200nm的光获得所需的光学性能的范围内。具体地，将膜厚度设定为至少40nm，尽管下限并不严格。
相对于曝光光的半色调相移膜的相移使得由相移膜的区域(相移区域)透射的曝光光与由将相移膜除去的邻近区域透射的曝光光之间的相移在边界引起曝光光的干涉，由此增加对比度。具体地，相移为150-200度。尽管将通常的半色调相移膜设定为约180°的相移，但从对比度提高的观点出发，可能将相移调节到低于或超过180°。例如，设定小于180°的相移对于形成较薄的膜有效。当然，更接近180°的相移更有效，原因在于可获得较高的对比度。在这方面，相移优选为160-190°，更优选为175-185°，最优选地约为180°。
该半色调相移膜具有优选地至少3％、更优选地至少5％、并且至多30％的曝光光的透射率。
该半色调相移膜应优选具有至少2.4、更优选地至少2.5、进一步优选地至少2.6的折射率n，相对于曝光光，只要其满足上述限定的适当的相移、透射率和膜厚度。通过减少半色调相移膜的氧含量，优选地通过从该膜中除去氧，或者通过减少该半色调相移膜的过渡金属含量，优选地通过从该膜中除去过渡金属，能够使该膜的折射率n增大。而且，能够在保持相移功能所必需的相移的同时使该膜的厚度减小。而且，抑制对于波长200nm以下的光的照射的图案尺寸变动劣化。随着氧含量为较低，折射率n变得较高，并且随着折射率n为较高，可由较薄的膜获得必需的相移。该半色调相移膜为单层时，该单层应优选地具有至少2.4、更优选地至少2.5和进一步优选地至少2.6的折射率n。该半色调相移膜为多层膜时，整体厚度的至少60％应优选地具有至少2.4、更优选地至少2.5和进一步优选地至少2.6的折射率n。具有该范围内的折射率n的多层膜的层状部分优选为整体厚度的至少70％、更优选地至少80％、进一步优选地至少90％、和最优选地100％。
该半色调相移膜应优选地具有至少0.4、特别地至少0.6且至多0.7、特别地至多0.65的消光系数k，相对于曝光光，只要其满足上述限定的适合的相移、透射率和厚度。该半色调相移膜为单层时，该单层应优选地具有至少0.4、特别地至少0.6且至多0.7、特别地至多0.65的消光系数k。半色调相移膜为多层膜时，整体厚度的至少60％应优选地具有至少0.1、特别地至少0.2且至多0.7、特别地至多0.65的消光系数k。具有该范围内的消光系数k的多层膜的层状部分为整体厚度的优选地至少70％、更优选地至少80％、进一步优选地至少90％和最优选地100％。
该半色调相移膜由单层或多层组成，每个层由硅基材料组成。硅基材料含有硅和氮作为必要组分和氧作为任选组分。这些以外的元素是允许的，只要它们的量为杂质水平。优选地，过渡金属例如钼、锆、钨、钛、铪、铬和钽的含量限于1at％以下。更优选地，不含过渡金属。
半色调相移膜为单层时，整个单层应由硅基材料组成，该硅基材料具有至少90at％、优选地至少95at％的硅、氮和氧的总含量(如果不含氧，则为硅和氮的总含量)；或者半色调相移膜为多层膜时，其厚度(如果有，则不包括表面氧化层)的至少60％、优选地至少70％、更优选地至少80％、更优选地至少90％、最优选地100％(即，整个膜)应由硅基材料组成，该硅基材料具有至少90at％、优选地至少95at％的硅、氮和氧的总含量(如果不含氧，则为硅和氮的总含量)。
半色调相移膜为单层时，整个单层应由硅基材料组成，或者半色调相移膜为多层膜时，其厚度(如果有，则不包括表面氧化层)的至少60％、优选地至少70％、更优选地至少80％、更优选地至少90％、最优选地100％(即，整个膜)应由硅基材料组成，该硅基材料具有至少30at％、优选地至少40at％、并且至多70at％、优选地至多55at％、更优选地至多50at％的硅含量。特别地，半色调相移膜具有特别地从3％至小于20％、更特别地从3％至12％、更特别地从3％至小于10％的低透射率时，该硅基材料优选地具有至少40at％、更优选地至少44at％、并且至多70at％、更优选地至多55at％、更优选地至多50at％的硅含量。半色调相移膜具有特别地从20％至30％的高透射率时，该硅基材料优选具有至少30at％、更优选地至少40at％、并且至多55at％、更优选地至多45at％的硅含量。
半色调相移膜为单层时，整个单层应由硅基材料组成，或者半色调相移膜为多层膜时，其厚度(如果有，则不包括表面氧化层)的至少60％、优选地至少70％、更优选地至少80％、更优选地至少90％、最优选地100％(即，整个膜)应由硅基材料组成，该硅基材料具有至少30at％、优选地至少45at％、更优选地至少50at％、并且至多60at％、优选地至多55at％的氮和氧的总含量。
半色调相移膜为单层时，整个单层应由硅基材料组成，或者半色调相移膜为多层膜时，其厚度(如果有，则不包括表面氧化层)的至少60％、优选地至少70％、更优选地至少80％、更优选地至少90％、最优选地100％(即，整个膜)应由硅基材料组成，该硅基材料具有优选地至少10at％、更优选地至少40at％、并且优选地至多60at％、更优选地至多55at％的氮含量。特别地，半色调相移膜具有特别地从3％至小于20％、更特别地从3％至12％、更特别地从3％至小于10％的低透射率时，该硅基材料优选具有至少40at％、更优选地至少44at％、更优选地至少50at％、并且至多60at％、更优选地至多56at％的氮含量。半色调相移膜具有特别地从20％至30％的高透射率时，该硅基材料优选具有至少10at％、更优选地至少40at％、并且至多60at％、更优选地至多55at％的氮含量。
该半色调相移膜为单层时，整个单层应由硅基材料组成，或者该半色调相移膜为多层膜时，其厚度(如果有，则不包括表面氧化层)的至少60％、优选地至少70％、更优选地至少80％、进一步优选地至少90％、最优选地100％(即，整个膜)应由硅基材料组成，该硅基材料具有至多30at％、优选地至多6at％的氧含量。特别地，该半色调相移膜具有特别地从20％至30％的高透射率时，该硅基材料优选具有至多30at％、更优选地至多25at％的氧含量。该半色调相移膜具有特别地从3％至小于20％、更特别地从3％至12％、进一步特别地从3％至小于10％的低透射率时，该硅基材料优选具有至多6at％、更优选地至多3.5at％、进一步优选地至多1at％的氧含量。
该半色调相移膜为单层时，整个单层应由硅基材料组成，或者该半色调相移膜为多层膜时，其厚度(如果有，则不包括表面氧化层)的至少60％、优选地至少70％、更优选地至少80％、进一步优选地至少90％、最优选地100％(即，整个膜)应由硅基材料组成，该硅基材料具有至多1at％的过渡金属含量。例示的过渡金属包括钼,锆,钨,钛,铪,铬和钽。该硅基材料可以不含过渡金属，或者含有至少0.01at％的过渡金属以改善该膜的电阻。
适合的硅基材料包括由硅和氮组成的硅基材料，即氮化硅(SiN)和由硅、氮和氧组成的硅基材料，即氧氮化硅(SiON)。
一个优选的实施方案中，半色调相移膜由硅基材料组成，该硅基材料含有硅、氮和氧，硅、氮和氧的总含量为至少95at％，特别地由硅、氮和氧组成的硅基材料。于是，该半色调相移膜具有20％-30％的范围内的透射率和上述限定的适当的相移和膜厚度。
为了形成半色调相移膜作为薄膜，优选具有较低氧含量的硅基材料，更优选不含氧的材料。从这方面出发，该半色调相移膜应优选地由不含氧的硅基材料组成。本说明书中，该半色调相移膜有利地由含有硅和氮但不含氧的硅基材料组成，硅和氮的总含量为至少95at％，特别地由硅和氮组成的硅基材料。该半色调相移膜具有从3％至小于20％的范围内的透射率和上述限定的适当的相移和膜厚度。
尽管可采用任何公知的成膜技术沉积半色调相移膜，但优选溅射技术，原因在于容易沉积均质的膜。可采用DC溅射或RF溅射。可取决于层构成和膜的组成来适当地选择靶和溅射气体。适合的靶包括硅靶、氮化硅靶和含有硅和氮化硅的靶。可通过使用含氮气体、含氧气体、或者含氮/氧气体、和任选地含碳气体作为反应性气体，并且调节其流量，从而在反应性溅射过程中调节氮和氧的含量。反应性气体为例如氮气(N2气)、氧气(O2气)、氮氧化物气体(N2O气、NO气、NO2气)。溅射气体中，也可使用稀有气体例如氦、氖或氩气。
在其中该半色调相移膜为多层膜的实施方案中，该膜可以包括表面氧化层作为表面侧的最外层(远离基板设置)以抑制膜质量的任何变化。表面氧化层可具有至少20at％的氧含量，甚至至少50at％的氧含量也是可接受的。可以通过气氛或空气氧化或者强制氧化处理来形成表面氧化层。强制氧化处理的实例包括用臭氧气体或臭氧水处理硅基材料膜和在约300℃在含氧的气氛、典型地氧气气氛中通过烘箱加热、灯退火或激光加热来加热膜。该表面氧化层优选具有至多10nm、更优选地至多5nm、进一步优选地至多3nm的厚度。只要其厚度为至少1nm，则该氧化层发挥其效果。尽管该表面氧化层也可通过在溅射步骤过程中增加溅射气体中氧的量而形成，但对于形成缺陷较少的层，优选上述的气氛氧化或氧化处理。
本发明的半色调相移掩模坯中，可以在该半色调相移膜上形成单层或多层结构的第二膜。最经常地，与该半色调相移膜邻接地设置第二膜。第二膜的实例包括遮光膜、遮光膜和减反射膜的组合、和在随后的半色调相移膜的图案形成过程中作为硬掩模发挥功能的辅助膜。如后述那样形成第三膜时，可将第二膜用作辅助膜(蚀刻阻止膜)，其在随后的第三膜的图案形成过程中作为蚀刻阻止层发挥功能。第二膜优选由含铬材料组成。
一个例示实施方案为图2A中所示的半色调相移掩模坯。图2A中用100表示的半色调相移掩模坯包括透明基板10、在该基板上形成的半色调相移膜1和在该膜1上形成的第二膜2。
半色调相移掩模坯可在半色调相移膜上包括遮光膜作为第二膜。遮光膜和减反射膜的组合也可用作第二膜。提供包括遮光膜的第二膜确保半色调相移掩模包括能够完全遮蔽曝光光的区域。该遮光膜和减反射膜也可在蚀刻过程中用作辅助膜。遮光膜和减反射膜的构成和材料由许多已知专利文献例如，专利文献4(JP-A 2007-033469)和专利文献5(JP-A 2007-233179)中已知。遮光膜和减反射膜的一个优选的膜构成为具有含Cr材料的遮光膜和用于减少由遮光膜引起的反射的含Cr材料的减反射膜的结构。遮光膜和减反射膜的每一个可以是单层或多层。制成遮光膜和减反射膜的适合的含Cr材料包括铬自身,氧化铬(CrO),氮化铬(CrN),碳化铬(CrC),氧氮化铬(CrON),氧碳化铬(CrOC),氮碳化铬(CrNC),氧氮碳化铬(CrONC)和其他的铬化合物。
第二膜为遮光膜或者遮光膜和减反射膜的组合时，该遮光膜由铬基材料制成，该铬基材料具有至少40at％、特别地至少60at％且小于100at％、优选地至多99at％、更优选地至多90at％的铬含量。该铬基材料具有至少0at％且至多60at％、优选地至多40at％的氧含量，必须调节蚀刻速率时，优选至少1at％的氧含量。该铬基材料具有至少0at％且至多50at％、优选地至多40at％的氮含量，必须调节蚀刻速率时优选至少1at％的氮含量。该铬基材料具有至少0at％且至多20at％、优选地至多10at％的碳含量，必须调节蚀刻速率时，优选至少1at％的碳含量。铬、氧、氮和碳的总含量优选为至少95at％、更优选地至少99at％、特别地100at％。
第二膜为遮光膜和减反射膜的组合时，该减反射膜优选由含铬材料制成，该含铬材料具有优选地至少30at％、更优选地至少35at％且优选地至多70at％、更优选地至多50at％的铬含量。该含铬材料优选具有至多60at％、并且至少1at％和更优选地至少20at％的氧含量。该含铬材料优选具有至多50at％、更优选地至多30at％、并且至少1at％、更优选地至少3at％的氮含量。该含铬材料优选具有至少0at％且至多20at％、更优选地至多5at％的碳含量，必须调节蚀刻速率时优选至少1at％的碳含量。铬、氧、氮和碳的总含量优选为至少95at％、更优选地至少99at％、特别地100at％。
第二膜为遮光膜或者遮光膜和减反射膜的组合时，第二膜具有典型地20-100nm、优选地40-70nm的厚度。而且半色调相移膜与第二膜的组合应优选地具有至少2.0、更优选地至少2.5、进一步优选地至少3.0的总光密度，相对于波长200nm以下的曝光光。
在本发明的半色调相移掩模坯中，在第二膜上可形成单层或多层结构的第三膜。最经常地，将第三膜与第二膜邻接地设置。第三膜的实例包括遮光膜,遮光膜和减反射膜的组合,和在随后的第二膜的图案形成过程中作为硬掩模发挥功能的辅助膜。第三膜优选由含硅材料，特别地无铬的含硅材料组成。
一个例示实施方案为图2B中所示的半色调相移掩模坯。图2B以100表示的半色调相移掩模坯包括透明基板10、在该基板上形成的半色调相移膜1、在该膜1上形成的第二膜2、和在第二膜2上形成的第三膜3。
第二膜为遮光膜或者遮光膜和减反射膜的组合时，第三膜可以是在随后的第二膜的图案形成过程中作为硬掩模发挥功能的辅助膜(蚀刻掩模膜)。如后述那样形成第四膜时，第三膜可用作在随后的第四膜的图案形成过程中作为蚀刻阻止层发挥功能的辅助膜(蚀刻阻止膜)。该辅助膜优选由具有与第二膜不同的蚀刻性能的材料，例如对于应用于含铬材料的蚀刻的氯干蚀刻具有耐性的材料，特别地能够用氟化物气体例如SF6或CF4蚀刻的含硅材料组成。适合的含硅材料包括硅自身,含有硅以及氮和氧中的一种或两种的材料,含有硅和过渡金属的材料,以及含有硅、氮和氧中的一种或两种、和过渡金属的材料。过渡金属的实例为钼、钽和锆。
第三膜为辅助膜时，其优选由含硅材料组成，该含硅材料具有优选地至少20at％、更优选地至少33at％且至多95at％、更优选地至多80at％的硅含量。该含硅材料具有至少0at％且至多50at％、优选地至多30at％的氮含量，必须调节蚀刻速率时，优选至少1at％的氮含量。该含硅材料具有至少0at％、优选地至少20at％且至多70at％、优选地至多66at％的氧含量，必须调节蚀刻速率时，优选至少1at％的氧含量。该含硅材料具有至少0at％且至多35at％、优选地至多20at％的过渡金属含量，如果存在，优选至少1at％的过渡金属含量。硅、氧、氮和过渡金属的总含量优选为至少95at％，更优选地至少99at％，特别地100at％。
第二膜为遮光膜或遮光膜和减反射膜的组合并且第三膜为辅助膜时，第二膜具有典型地20-100nm、优选地40-70nm的厚度，并且第三膜具有典型地1-30nm、优选地2-15nm的厚度。而且半色调相移膜与第二膜的组合应优选地具有至少2.0、更优选地至少2.5、进一步优选地至少3.0的总光密度，相对于波长200nm以下的曝光光。
第二膜为辅助膜时，可形成遮光膜作为第三膜。也可形成遮光膜和减反射膜的组合作为第三膜。在此，第二膜可用作在半色调相移膜的图案形成过程中作为硬掩模发挥功能的辅助膜(蚀刻掩模膜)，或者在第三膜的图案形成过程中作为蚀刻阻止层发挥功能的辅助膜(蚀刻阻止膜)。辅助膜的实例为专利文献6(JP-A 2007-241065)中记载的含铬材料的膜。辅助膜可以为单层或者多层。制成辅助膜的适合的含铬材料包括铬自身,氧化铬(CrO),氮化铬(CrN),碳化铬(CrC),氧氮化铬(CrON),氧碳化铬(CrOC),氮碳化铬(CrNC),氧氮碳化铬(CrONC)和其他的铬化合物。
第二膜为辅助膜时，该膜优选具有优选地至少40at％、更优选地至少50at％且至多100at％、更优选地至多99at％、进一步优选地至多90at％的铬含量。该膜具有至少0at％、并且至多60at％、优选地至多55at％的氧含量，必须调节蚀刻速率时，优选至少1at％的氧含量。该膜具有至少0at％、并且至多50at％、优选地至多40at％的氮含量，必须调节蚀刻速率时，优选至少1at％的氮含量。该膜具有至少0at％并且至多20at％、优选地至多10at％的碳含量，必须调节蚀刻速率时，优选至少1at％的碳含量。铬,氧,氮和碳的总含量优选为至少95at％、更优选为至少99at％、特别地100at％。
另一方面，作为第三膜的遮光膜和减反射膜优选由具有与第二膜不同的蚀刻性能的材料，例如，对于应用于含铬材料的蚀刻的氯干蚀刻具有耐性的材料，特别地能够用氟化物气体例如SF6或CF4蚀刻的含硅材料组成。适合的含硅材料包括硅自身,含有硅和氮和/或氧的材料,含有硅和过渡金属的材料,和含有硅、氮和/或氧、和过渡金属的材料。过渡金属的实例为钼、钽和锆。
第三膜为遮光膜或者遮光膜和减反射膜的组合时，该遮光膜和减反射膜优选由含硅材料组成，该含硅材料具有优选地至少10at％、更优选地至少30at％且小于100at％、更优选地至多95at％的硅含量。该含硅材料具有至少0at％且至多50at％、优选地至多40at％、特别地至多20at％的氮含量，必须调节蚀刻速率时优选至少1at％的氮含量。该含硅材料具有至少0at％、并且至多60at％、优选地至多30at％的氧含量，必须调节蚀刻速率时优选至少1at％的氧含量。该含硅材料具有至少0at％且至多35at％、优选地至多20at％的过渡金属含量，如果存在，优选至少1at％的过渡金属含量。硅、氧、氮和过渡金属的总含量优选为至少95at％、更优选地至少99at％、特别地100at％。
第二膜为辅助膜并且第三膜为遮光膜或者遮光膜和减反射膜的组合时，第二膜具有典型地1-20nm、优选地2-10nm的厚度，并且第三膜具有典型地20-100nm、优选地30-70nm的厚度。而且该半色调相移膜与第二膜和第三膜的组合应优选地具有至少2.0、更优选地至少2.5、进一步优选地至少3.0的总光密度，相对于波长至多200nm的曝光光。
本发明的半色调相移光掩模坯中，可在第三膜上形成单层或多层结构的第四膜。最经常地，与第三膜邻接地设置第四膜。第四膜的实例为在随后的第三膜的图案形成过程中作为硬掩模发挥功能的辅助膜。第四膜优选由含铬材料组成。
一个例示实施方案为图2C中所示的半色调相移掩模坯。图2C中以100表示的半色调相移掩模坯包括透明基板10、在该基板上形成的半色调相移膜1、在该膜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。
第三膜为遮光膜或者遮光膜和减反射膜的组合时，第四膜可以是在随后的第三膜的图案形成过程中作为硬掩模发挥功能的辅助膜(蚀刻掩模膜)。该辅助膜优选由具有与第三膜不同的蚀刻性能的材料，例如，对于应用于含硅材料的蚀刻的氟干蚀刻具有耐性的材料，特别地能够用含氧的氯化物气体蚀刻的含铬材料组成。适合的含铬材料包括铬自身,氧化铬(CrO),氮化铬(CrN),碳化铬(CrC),氧氮化铬(CrON),氧碳化铬(CrOC),氮碳化铬(CrNC),氧氮化碳化铬(CrONC)和其他铬化合物。
第四膜为辅助膜时，该膜具有至少40at％、优选地至少50at％且至多100at％、优选地至多99at％、更优选地至多90at％的铬含量。该膜具有至少0at％且至多60at％、优选地至多40at％的氧含量，必须调节蚀刻速率时优选至少1at％的氧含量。该膜具有至少0at％且至多50at％、优选地至多40at％的氮含量，必须调节蚀刻速率时，优选至少1at％的氮含量。该膜具有至少0at％且至多20at％、优选地至多10at％的碳含量，必须调节蚀刻速率时优选至少1at％的碳含量。铬、氧、氮和碳的总含量优选为至少95at％、更优选地至少99at％、特别地100at％。
第二膜为辅助膜时，第三膜为遮光膜或者遮光膜和减反射膜的组合，并且第四膜为辅助膜；第二膜具有典型地1-20nm、优选地2-10nm的厚度，第三膜具有典型地20-100nm、优选地30-70nm的厚度，并且第四膜具有典型地1-30nm、优选地2-20nm的厚度。而且半色调相移膜与第二膜和第三膜的组合应优选地具有至少2.0、更优选地至少2.5、进一步优选地至少3.0的总光密度，相对于波长至多200nm的曝光光。
含铬材料的第二膜和第四膜可以通过反应性溅射沉积，该反应性溅射使用铬靶或者具有添加到其中的氧、氮和碳中的一种或多种的铬靶，和基于稀有气体例如Ar、He或Ne的溅射气体，取决于待沉积的膜的所需的组成，向溅射气体中加入选自含氧气体、含氮气体和含碳气体的反应性气体。
含硅材料的第三膜可通过反应性溅射沉积，该反应性溅射使用硅靶、氮化硅靶、含有硅和氮化硅的靶、过渡金属靶、或者复合硅/过渡金属靶，和基于稀有气体例如Ar、He或Ne的溅射气体，取决于待沉积的膜的所需的组成，向溅射气体中加入选自含氧气体、含氮气体和含碳气体中的反应性气体。
可以通过标准技术将掩模坯加工为掩模。例如，可以如下加工包括半色调相移膜和在其上沉积的含铬材料的第二膜的半色调相移掩模坯。首先，在半色调相移掩模坯的第二膜上形成适于电子束(EB)光刻法的抗蚀剂膜，曝光于EB的图案，和以常规的方式显影，形成抗蚀剂图案。将这样得到的抗蚀剂图案用作蚀刻掩模时，进行含氧的氯系干蚀刻以将抗蚀剂图案转印于第二膜，得到第二膜的图案。接下来，在将第二膜图案用作蚀刻掩模时，进行氟系干蚀刻以将该图案转印于该半色调相移膜，得到半色调相移膜的图案。如果残留第二膜的任何区域，则在第二膜上形成用于保护该区域的抗蚀剂图案。然后，通过含氧的氯系干蚀刻将没有用该抗蚀剂图案保护的第二膜的部分除去。以常规的方式将抗蚀剂图案除去，得到半色调相移掩模。
在另一实例中，可以如下加工包括半色调相移膜、作为第二膜在其上沉积的含铬材料的遮光膜或者遮光膜/减反射膜、和作为第三膜在其上沉积的含硅材料的辅助膜的半色调相移掩模坯。首先，在半色调相移掩模坯的第三膜上形成适于EB光刻法的抗蚀剂膜，曝光于EB的图案，并且以常规的方式显影，形成抗蚀剂图案。将这样得到的抗蚀剂图案用作蚀刻掩模时，进行氟系干蚀刻以将该抗蚀剂图案转印于第三膜，得到第三膜的图案。将这样得到的第三膜图案用作蚀刻掩模时，进行含有氧的氯系干蚀刻以将第三膜图案转印于第二膜，得到第二膜的图案。此时将该抗蚀剂图案除去。进而，将第二膜图案用作蚀刻掩模时，进行氟系干蚀刻以将第二膜图案转印于半色调相移膜以限定半色调相移膜的图案并且同时将第三膜图案除去。如果残留第二膜的任何区域，在第二膜上形成用于保护该区域的抗蚀剂图案。然后，通过含氧的氯系干蚀刻将第二膜的没有用该抗蚀剂图案保护的部分除去。以常规的方式将该抗蚀剂图案除去，得到半色调相移掩模。
在另一实例中，可以如下加工包括半色调相移膜、作为第二膜在其上沉积的含铬材料的辅助膜、和作为第三膜在第二膜上沉积的含硅材料的遮光膜或遮光膜/减反射膜的半色调相移掩模坯。首先，在半色调相移掩模坯的第三膜上形成适于EB光刻法的抗蚀剂膜，曝光于EB的图案，并且以常规的方式显影，形成抗蚀剂图案。将这样得到的抗蚀剂图案用作蚀刻掩模时，进行氟系干蚀刻以将该抗蚀剂图案转印于第三膜，得到第三膜的图案。将这样得到的第三膜图案用作蚀刻掩模时，进行含氧的氯系干蚀刻以将第三膜图案转印于第二膜，由此得到第二膜的图案，即，将第二膜的待除去半色调相移膜的部分除去。此时将抗蚀剂图案除去。在第三膜上形成用于保护第三膜的待留下的部分的抗蚀剂图案。进而，将第二膜图案用作蚀刻掩模时，进行氟系干蚀刻以将第二膜图案转印到半色调相移膜以限定半色调相移膜的图案并且同时将第三膜的没有用抗蚀剂图案保护的部分除去。以常规的方式将抗蚀剂图案除去。最后，进行含氧的氯系干蚀刻以将第二膜的已将第三膜除去的部分除去，得到半色调相移掩模。
在又一实例中，可以如下加工包括半色调相移膜、作为第二膜在其上沉积的含铬材料的辅助膜、作为第三膜在第二膜上沉积的含硅材料的遮光膜或遮光膜/减反射膜、和作为第四膜在第三膜上沉积的含铬材料的辅助膜的半色调相移掩模坯。首先，在半色调相移掩模坯的第四膜上形成适于EB光刻法的抗蚀剂膜，曝光于EB的图案，并且以常规的方式显影，形成抗蚀剂图案。将这样得到的抗蚀剂图案用作蚀刻掩模时，进行含氧的氯系干蚀刻以将该抗蚀剂图案转印于第四膜，得到第四膜的图案。将这样得到的第四膜图案用作蚀刻掩模时，进行氟系干蚀刻以将第四膜图案转印于第三膜，得到第三膜的图案。此时将抗蚀剂图案除去。在第四膜上形成用于保护第三膜的待留下的部分的抗蚀剂图案。进而，将第三膜图案用作蚀刻掩模时，进行含氧的氯系干蚀刻以将第三膜图案转印于第二膜，得到第二膜的图案，同时将第四膜的没有用抗蚀剂图案保护的部分除去。其次，将第二膜图案用作蚀刻掩模时，进行氟系干蚀刻以将第二膜图案转印于半色调相移膜以限定半色调相移膜的图案，同时将第三膜的没有用抗蚀剂图案保护的部分除去。以常规的方式将该抗蚀剂图案除去。最后，进行含氧的氯系干蚀刻以将第二膜的已将第三膜除去的部分和第四膜的已将抗蚀剂图案除去的部分除去，得到半色调相移掩模。
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的半节距的图案的光刻法中，包括如下步骤：在可加工的基板上形成光致抗蚀剂膜和经由用于将图案转印于光致抗蚀剂膜的图案化掩模将光致抗蚀剂膜曝光于波长至多200nm的光，典型地ArF准分子激光(193nm)或F2激光(157nm)，本发明的半色调相移掩模最适合用于该曝光步骤。
实施例
以下给出实施例以进一步说明本发明，但本发明并不限于此。
实施例1
在152mm方形和6.35mm厚的石英基板上，通过使用硅靶作为溅射靶且使用氮气和氩气作为溅射气体的反应性溅射，沉积SiN的半色调相移膜。调节沉积时间以致该膜相对于波长193nm的光(ArF准分子激光，下同)可具有178°的相移。于是，该膜具有相对于波长193nm的光的6％的透射率和61nm的厚度。在X射线光电子能谱法(XPS)上，该膜具有48:52的Si:N原子比和至多0.1at％的过渡金属含量。
接下来，在该半色调相移膜上，通过使用铬靶作为溅射靶并且使用氮气、氧气和氩气作为溅射气体的溅射沉积CrON的遮光膜。将该遮光膜沉积到45nm的厚度，得到半色调相移掩模坯。接下来，在遮光膜上形成用于EB光刻法的抗蚀剂膜。采用EB光刻法对该抗蚀剂膜进行处理以形成抗蚀剂图案。将该抗蚀剂图案作为蚀刻掩模，通过氯系干蚀刻将该遮光膜图案化以形成遮光膜图案。将该遮光膜图案作为蚀刻掩模，通过氟系干蚀刻将该半色调相移膜蚀刻以形成具有200nm的线宽的半色调相移膜图案。最后，将该抗蚀剂膜图案除去，得到半色调相移掩模。
在25℃和湿度45％的清洁空气气氛中，用具有1.6kHz的脉冲频率和2.5-4.0mJ/cm2的脉冲能量的波长193nm的光照射这样得到的半色调相移掩模直至累积照射能量剂量达到40kJ/cm2。使用了曝光系统ArFES-3500PM(Li tho Tech Japan Corp.)和ArF准分子激光光源IndyStar(Coherent GmbH)。在扫描电子显微镜LWM9045(Vistec)下测定波长193nm的光照射前后半色调相移膜图案的线宽。193nm光照射前后的图案尺寸变动小达0.7nm。
实施例2
在152mm方形和6.35mm厚的石英基板上，通过使用硅靶作为溅射靶且使用氮气和氩气作为溅射气体的反应性溅射，沉积SiN的半色调相移膜。调节沉积时间以致该膜相对于波长193nm的光可具有180°的相移。于是，该膜具有相对于波长193nm的光的12％的透射率和60nm的厚度。在XPS分析上，该膜具有47:53的Si:N原子比和至多0.1at％的过渡金属含量。
如实施例1中那样，在该半色调相移膜上沉积遮光膜，得到半色调相移掩模坯。通过按照包括用于EB光刻法和蚀刻的抗蚀剂膜的形成的与实施例1中相同的程序，得到了半色调相移掩模。接下来，如实施例1中那样用波长193nm的光照射半色调相移掩模。测定了波长193nm的光照射前后半色调相移膜图案的线宽。193nm光照射前后的图案尺寸变动小达0.6nm。
实施例3
在152mm方形和6.35mm厚的石英基板上，通过使用硅靶作为溅射靶且使用氮气、氧气和氩气作为溅射气体的反应性溅射，沉积SiON的半色调相移膜。调节沉积时间以致该膜相对于波长193nm的光可具有177°的相移。于是，该膜具有相对于波长193nm的光的19％的透射率和60nm的厚度。在XPS分析上，该膜具有45:53:2的Si:N:O原子比和至多0.1at％的过渡金属含量。
如实施例1中那样，在该半色调相移膜上沉积遮光膜，得到半色调相移掩模坯。通过按照包括用于EB光刻法和蚀刻的抗蚀剂膜的形成的与实施例1中相同的程序，得到了半色调相移掩模。接下来，如实施例1中那样用波长193nm的光照射半色调相移掩模。测定了波长193nm的光照射前后半色调相移膜图案的线宽。193nm光照射前后的图案尺寸变动小达0.7nm。
实施例4
在152mm方形和6.35mm厚的石英基板上，通过使用硅和钼/硅靶作为溅射靶且使用氮气和氩气作为溅射气体的反应性溅射，沉积MoSiN的半色调相移膜。调节沉积时间以致该膜相对于波长193nm的光可具有176°的相移。于是，该膜具有相对于波长193nm的光的4％的透射率和60nm的厚度。在XPS分析上，该膜具有47:52的Si:N原子比和0.9at％的过渡金属含量。
如实施例1中那样，在该半色调相移膜上沉积遮光膜，得到半色调相移掩模坯。通过按照包括用于EB光刻法和蚀刻的抗蚀剂膜的形成的与实施例1中相同的程序，得到了半色调相移掩模。接下来，如实施例1中那样用波长193nm的光照射半色调相移掩模。测定了波长193nm的光照射前后半色调相移膜图案的线宽。193nm光照射前后的图案尺寸变动小达0.5nm。
比较例1
在152mm方形和6.35mm厚的石英基板上，通过使用硅靶和以1:2的摩尔比含有钼和硅的靶作为溅射靶且使用氮气、氧气和氩气作为溅射气体的反应性溅射，沉积MoSiON的半色调相移膜。调节沉积时间以致该膜相对于波长193nm的光可具有177°的相移。于是，该膜具有相对于波长193nm的光的6％的透射率和75nm的厚度。在XPS分析上，该膜具有36:45:10的Si:N:O原子比和9at％的Mo含量。
如实施例1中那样，在该半色调相移膜上沉积遮光膜，得到半色调相移掩模坯。通过按照包括用于EB光刻法和蚀刻的抗蚀剂膜的形成的与实施例1中相同的程序，得到了半色调相移掩模。接下来，如实施例1中那样用波长193nm的光照射半色调相移掩模。测定了波长193nm的光照射前后半色调相移膜图案的线宽。193nm光照射前后的图案尺寸变动大达26.7nm。
比较例2
在152mm方形和6.35mm厚的石英基板上，通过使用硅靶和以1:2的摩尔比含有钼和硅的靶作为溅射靶且使用氮气、氧气和氩气作为溅射气体的反应性溅射，沉积MoSiON的半色调相移膜。调节沉积时间以致该膜相对于波长193nm的光可具有177°的相移。于是，该膜具有相对于波长193nm的光的6％的透射率和72nm的厚度。在XPS分析上，该膜具有36:42:14的Si:N:O原子比和9at％的Mo含量。
如实施例1中那样，在该半色调相移膜上沉积遮光膜，得到半色调相移掩模坯。通过按照包括用于EB光刻法和蚀刻的抗蚀剂膜的形成的与实施例1中相同的程序，得到了半色调相移掩模。接下来，如实施例1中那样用波长193nm的光照射半色调相移掩模。测定了波长193nm的光照射前后半色调相移膜图案的线宽。193nm光照射前后的图案尺寸变动大达20.6nm。
已证实具有至多1at％的过渡金属含量的半色调相移膜图案在以40kJ/cm2的累积照射剂量照射193nm光的前后经历小于1nm的最小图案尺寸变动劣化。这暗示具有这样的半色调相移膜图案的半色调相移掩模具有长寿命。根据本发明，得到半色调相移掩模坯或半色调相移掩模，其具有厚度至多70nm的半色调相移膜，其适合加工成光掩模图案并且在曝光于193nm光时经历最小图案尺寸变动劣化。

Claims (10)

1.半色调相移掩模坯，包括透明基板和其上的半色调相移膜，相对于波长200nm以下的光，该半色调相移膜具有150°-200°的相移和3％-12％的透射率，其中
所述半色调相移膜为单层或多层膜，每一层主要地包括硅和氮并且任选地包括氧，该半色调相移膜为单层时，整个单层由硅基材料组成，或者该半色调相移膜为多层膜时，其厚度的至少60％由硅基材料组成，所述硅基材料具有至少90at％的硅、氮和氧的总含量、30-70at％的硅含量、30-60at％的氮和氧的总含量、56at％以下的氮含量，30at％以下的氧含量和1at％以下的过渡金属含量，并且，
所述半色调相移膜具有70nm以下的厚度。
2.权利要求1的掩模坯，其中所述硅基材料不含氧且具有至少95at％的硅和氮的总含量。
3.权利要求1的掩模坯，在该半色调相移膜上还包括第二膜，该第二膜为由含铬材料组成的单层或多层膜。
4.权利要求3的掩模坯，其中该第二膜为遮光膜、遮光膜和减反射膜的组合、或者在该半色调相移膜的图案形成过程中作为硬掩模发挥功能的辅助膜。
5.权利要求3的掩模坯，在该第二膜上还包括第三膜，该第三膜为由含硅材料组成的单层或多层膜。
6.权利要求5的掩模坯，其中该第二膜为遮光膜或者遮光膜和减反射膜的组合，该第三膜为在该第二膜的图案形成过程中作为硬掩模发挥功能的辅助膜。
7.权利要求5的掩模坯，其中该第二膜为在该半色调相移膜的图案形成过程中作为硬掩模并且在该第三膜的图案形成过程中作为蚀刻阻挡层发挥功能的辅助膜，并且该第三膜为遮光膜或者遮光膜和减反射膜的组合。
8.权利要求5的掩模坯，在该第三膜上还包括第四膜，该第四膜为由含铬材料组成的单层或多层膜。
9.权利要求8的掩模坯，其中该第二膜为在该半色调相移膜的图案形成过程中作为硬掩模并且在该第三膜的图案形成过程中作为蚀刻阻挡层发挥功能的辅助膜，该第三膜为遮光膜或者遮光膜和减反射膜的组合，并且该第四膜为在该第三膜的图案形成过程中作为硬掩模发挥功能的辅助膜。
10.由权利要求1的半色调相移掩模坯制备的半色调相移掩模。
CN201610195663.2A 2015-03-31 2016-03-31 半色调相移掩模坯和半色调相移掩模 Active CN106019810B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015072658A JP6341129B2 (ja) 2015-03-31 2015-03-31 ハーフトーン位相シフトマスクブランク及びハーフトーン位相シフトマスク
JP2015-072658 2015-03-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106019810A CN106019810A (zh) 2016-10-12
CN106019810B true CN106019810B (zh) 2020-12-08

Family

ID=55699368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610195663.2A Active CN106019810B (zh) 2015-03-31 2016-03-31 半色调相移掩模坯和半色调相移掩模

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10372030B2 (zh)
EP (1) EP3079012B1 (zh)
JP (1) JP6341129B2 (zh)
KR (1) KR102217760B1 (zh)
CN (1) CN106019810B (zh)
SG (1) SG10201602443QA (zh)
TW (1) TWI684059B (zh)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102366782B1 (ko) * 2016-07-25 2022-02-23 호야 가부시키가이샤 마스크 블랭크, 전사용 마스크, 전사용 마스크의 제조 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법
JP6733464B2 (ja) 2016-09-28 2020-07-29 信越化学工業株式会社 ハーフトーン位相シフトマスクブランク及びハーフトーン位相シフトマスク
JP6740107B2 (ja) 2016-11-30 2020-08-12 Hoya株式会社 マスクブランク、転写用マスク及び半導体デバイスの製造方法
JP6900872B2 (ja) * 2016-12-26 2021-07-07 信越化学工業株式会社 フォトマスクブランク及びその製造方法
JP6900873B2 (ja) * 2016-12-26 2021-07-07 信越化学工業株式会社 フォトマスクブランク及びその製造方法
JP6432636B2 (ja) * 2017-04-03 2018-12-05 凸版印刷株式会社 フォトマスクブランク、フォトマスク及びフォトマスクの製造方法
US11333966B2 (en) * 2017-11-24 2022-05-17 Hoya Corporation Mask blank, phase shift mask, and method of manufacturing semiconductor device
SG11202005137VA (en) * 2017-12-26 2020-07-29 Hoya Corp Mask blank, phase shift mask, and method of manufacturing semiconductor device
KR20200133377A (ko) * 2018-03-26 2020-11-27 호야 가부시키가이샤 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 반도체 디바이스의 제조 방법
JP6927177B2 (ja) * 2018-09-26 2021-08-25 信越化学工業株式会社 位相シフト型フォトマスクブランク及び位相シフト型フォトマスク
JP7264083B2 (ja) * 2019-03-29 2023-04-25 信越化学工業株式会社 位相シフトマスクブランクス、その製造方法及び位相シフトマスク
JP7192731B2 (ja) * 2019-09-27 2022-12-20 信越化学工業株式会社 ハーフトーン位相シフト型フォトマスクブランク、その製造方法、及びハーフトーン位相シフト型フォトマスク
JP6987912B2 (ja) * 2020-03-16 2022-01-05 アルバック成膜株式会社 マスクブランクス、位相シフトマスク、製造方法
JP7033638B2 (ja) * 2020-12-09 2022-03-10 Hoya株式会社 マスクブランク、転写用マスクの製造方法、及び半導体デバイスの製造方法
KR102400199B1 (ko) * 2020-12-31 2022-05-18 에스케이씨솔믹스 주식회사 반도체 소자 제조 장치
KR102368448B1 (ko) * 2021-02-10 2022-02-25 에스케이씨솔믹스 주식회사 반도체 소자 제조 장치
KR102349368B1 (ko) * 2021-02-25 2022-01-07 에스케이씨솔믹스 주식회사 반도체 소자 제조 장치
KR102349367B1 (ko) * 2020-12-31 2022-01-07 에스케이씨솔믹스 주식회사 반도체 소자 제조 장치

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3128148A1 (de) * 1981-07-16 1983-02-03 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen N-acylcyclopropylamine, verfahren zu ihrer herstellung und diese verbindungen enthaltende mittel zur regulierung des pflanzenwachstum
JP3247485B2 (ja) * 1992-07-08 2002-01-15 株式会社東芝 露光用マスク及びその製造方法
JP3064769B2 (ja) 1992-11-21 2000-07-12 アルバック成膜株式会社 位相シフトマスクおよびその製造方法ならびにその位相シフトマスクを用いた露光方法
US5823655A (en) * 1996-01-16 1998-10-20 Brooks; I. Morris Inconspicuous modular decorative lighting apparatus
US6045954A (en) * 1998-06-12 2000-04-04 Industrial Technology Research Institute Formation of silicon nitride film for a phase shift mask at 193 nm
JP2002258458A (ja) * 2000-12-26 2002-09-11 Hoya Corp ハーフトーン型位相シフトマスク及びマスクブランク
JP4332697B2 (ja) * 2002-01-10 2009-09-16 信越化学工業株式会社 スパッタターゲット
JP3988041B2 (ja) 2002-10-08 2007-10-10 信越化学工業株式会社 ハーフトーン位相シフトマスクブランク及びその製造方法
JP4933753B2 (ja) 2005-07-21 2012-05-16 信越化学工業株式会社 位相シフトマスクブランクおよび位相シフトマスクならびにこれらの製造方法
EP1746460B1 (en) 2005-07-21 2011-04-06 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Photomask blank, photomask and fabrication method thereof
JP4551344B2 (ja) 2006-03-02 2010-09-29 信越化学工業株式会社 フォトマスクブランクおよびフォトマスク
JP4764214B2 (ja) * 2006-03-10 2011-08-31 凸版印刷株式会社 ハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造方法
JP4509050B2 (ja) 2006-03-10 2010-07-21 信越化学工業株式会社 フォトマスクブランク及びフォトマスク
US8048351B2 (en) * 2006-08-14 2011-11-01 Swagelok Company Bio-pharmaceutical hose
JP4714180B2 (ja) 2007-05-01 2011-06-29 株式会社東芝 フォトマスク管理方法、フォトマスク洗浄可能回数生成方法、及びフォトマスク管理システム
JP5644293B2 (ja) * 2010-09-10 2014-12-24 信越化学工業株式会社 遷移金属ケイ素系材料膜の設計方法
US20130030959A1 (en) * 2011-07-26 2013-01-31 Jason Gray Real Time Online Searching
JP5879951B2 (ja) * 2011-11-21 2016-03-08 信越化学工業株式会社 光パターン照射方法、ハーフトーン位相シフトマスク及びハーフトーン位相シフトマスクブランク
JP5739375B2 (ja) * 2012-05-16 2015-06-24 信越化学工業株式会社 ハーフトーン位相シフトマスクブランク及びハーフトーン位相シフトマスクの製造方法
JP2012212180A (ja) * 2012-07-24 2012-11-01 Shin Etsu Chem Co Ltd 欠陥の低減方法
JP6005530B2 (ja) 2013-01-15 2016-10-12 Hoya株式会社 マスクブランク、位相シフトマスクおよびこれらの製造方法
KR102211544B1 (ko) 2013-01-15 2021-02-02 호야 가부시키가이샤 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 반도체 디바이스의 제조 방법
JP5686216B1 (ja) * 2013-08-20 2015-03-18 大日本印刷株式会社 マスクブランクス、位相シフトマスク及びその製造方法
KR102380131B1 (ko) * 2013-08-21 2022-03-30 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤 마스크 블랭크, 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크, 및 그것을 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법
JP6264238B2 (ja) * 2013-11-06 2018-01-24 信越化学工業株式会社 ハーフトーン位相シフト型フォトマスクブランク、ハーフトーン位相シフト型フォトマスク及びパターン露光方法
JP5823655B1 (ja) * 2014-03-18 2015-11-25 Hoya株式会社 マスクブランク、位相シフトマスクおよび半導体デバイスの製造方法
JP6524614B2 (ja) * 2014-05-27 2019-06-05 大日本印刷株式会社 マスクブランクス、ネガ型レジスト膜付きマスクブランクス、位相シフトマスク、およびそれを用いるパターン形成体の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3079012B1 (en) 2021-02-17
US10372030B2 (en) 2019-08-06
EP3079012A2 (en) 2016-10-12
JP6341129B2 (ja) 2018-06-13
TW201702732A (zh) 2017-01-16
EP3079012A3 (en) 2016-12-14
SG10201602443QA (en) 2016-10-28
CN106019810A (zh) 2016-10-12
US20160291452A1 (en) 2016-10-06
JP2016191863A (ja) 2016-11-10
TWI684059B (zh) 2020-02-01
KR102217760B1 (ko) 2021-02-19
KR20160117243A (ko) 2016-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106019810B (zh) 半色调相移掩模坯和半色调相移掩模
CN106019808B (zh) 相移掩模坯、相移掩模和坯制备方法
CN107870507B (zh) 半色调相移掩模坯和半色调相移掩模
CN106019809B (zh) 半色调相移掩模坯，半色调相移掩模，和图案曝光方法
US9366951B2 (en) Halftone phase shift photomask blank, halftone phase shift photomask and pattern exposure method
CN106997145B (zh) 半色调相移光掩模坯和制造方法
CN107868935B (zh) 半色调相移光掩模坯、制造方法和半色调相移光掩模
EP3629084B1 (en) Phase shift-type photomask blank, method of preparing a photomask and phase shift-type photomask
JP6579219B2 (ja) ハーフトーン位相シフトマスクブランク及びハーフトーン位相シフトマスク

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant