CN106502041B - 光掩模坯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光掩模坯，其包含透明衬底和含铬膜。所述含铬膜由包含Cr、N和可选的O的铬化合物形成，并且具有如下组成：Cr+N+O总含量≥93at％，且满足式：3Cr≤2O+3N。满足第一组成的铬化合物层的厚度在所述含铬膜的总厚度的10％～70％的范围内，所述第一组成是：N/Cr原子比≥0.95，Cr含量≥40at％，Cr+N含量≥80at％，O含量≤10at％。

Description

光掩模坯
技术领域
本发明涉及一种加工成适于用波长250nm以下的曝光光进行图案转印的光掩模的光掩模坯。
背景技术
出于如微电子器件高操作速度和节约能耗的目的，大型集成电路向更高集成度的挑战仍在继续。为满足持续增长的对于电路图案缩微的需求，先进的半导体微处理技术变得重要。例如，构成电路的线路图的缩微技术和用于构成单元的层间连接的接触孔图案的缩微技术变得必要。
先进的微处理技术依赖于使用光掩模的光蚀刻技术。像光刻系统和抗蚀剂材料一样，光掩模是微型化技术的一个重要领域。为了得到具有细径线路图或细径接触孔图案的光掩模，而致力于开发在光掩模坯上形成更细微和更精确的图案的技术。
为了在光掩模衬底上形成高精度光掩模图案，首要任务是在光掩模坯上以高精度将抗蚀剂膜构图。因为对半导体衬底进行微处理的光蚀刻采用收缩投影，在光掩模上形成的图案尺寸是在半导体衬底上形成的图案尺寸的约4倍。这不意味着因此放松在光掩模上形成的图案的精度。以高精度形成光掩模图案是必要的。
目前，通过光蚀刻在半导体衬底上写入的电路图案的尺寸远小于曝光光的波长。如果采用具有将电路图案原样放大4倍的图案的光掩模实施收缩曝光，光掩模图案会由于曝光光干涉和其它影响而无法如实转印到抗蚀剂膜上。
解决该问题的超分辨率掩模包括OPC掩模和相移掩模，OPC掩模中，所谓的光学临近修正(OPC)、即用于修正降低转印性能的光学临近效应的技术被应用于光掩模，相移掩模引起被图案透射的曝光光180°相移，以使入射光的强度分布成尖锐形。例如，在一些OPC掩模中，形成具有比电路图案的一半还小的尺寸的OPC图案(锤头，辅助条等)。相移掩模种类包括半色调、列文森(Levenson)和无铬型。
一般来说，掩模图案的形成开始于透明衬底上有遮光膜的光掩模坯，在该光掩模坯上形成光致抗蚀剂膜，将该光致抗蚀剂膜在光或电子束(EB)下曝光来写入图案，对光致抗蚀剂膜显影以形成光致抗蚀剂图案。然后，用该光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模，对遮光膜蚀刻或制图以形成光掩模图案。为得到细微的光掩模图案，出于以下原因，降低光致抗蚀剂膜的厚度(即，更薄的抗蚀剂膜)是有效的。
如果没有降低抗蚀剂膜厚度而仅缩微抗蚀剂图案，作为用于遮光膜的蚀刻掩模起作用的抗蚀剂图案特征在于有更高的纵横比(抗蚀剂膜厚度与特征宽度之比)。一般来说，由于抗蚀剂图案特征的纵横比变高，图案轮廓更容易恶化。从而对于遮光膜的图案转印精度降低。在极端情况下，抗蚀剂图案部分毁坏或剥落，产生图案缺陷。随着光掩模图案的缩微化，使在遮光膜制图期间用作蚀刻掩模的抗蚀剂膜变薄来防止纵横比变得太高是必要的。一般建议纵横比为3以下。为形成特征宽度70nm的抗蚀剂图案，例如，优选抗蚀剂膜厚度为210nm以下。
在另一方面，在使用光掩模和ArF准分子激光作为曝光光的ArF光刻中，光掩模图案被转印到可加工的衬底上，典型的是在半导体晶片上的光致抗蚀剂膜。根据目前的微型化技术进展，标准产品的图案宽度(晶片上的尺寸)小于100nm，而先进产品的图案宽度小于20nm。与减小的图案宽度对应的光掩模上主图案的最小宽度约为100nm，由于OPC的复杂化，辅助图案的最小宽度减小至不足100nm(确切地说，是约70nm)。
对于用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模来进行蚀刻的的遮光膜，已经提出了一些材料。特别地，纯铬膜以及含有氮、氧、碳中的至少一种和铬的铬化合物膜一般用作遮光膜材料。例如，专利文献1至专利文献3披露的光掩模坯，其中形成的铬化合物膜作为遮光膜，该遮光膜具有用于ArF准分子激光光刻的光掩模坯所必需的遮光性能。
对于光掩模的生产，用电子束(EB)曝光的方法是抗蚀剂制图的主流。对于EB辐射，采用50keV高加速电压以达到进一步的微型化。同时有一种趋势是抗蚀剂降低敏感度以实现更高的分辨率，在EB光刻系统中，从提高生产力的角度，目前的EB辐射密度经历了一个从40A/cm2到800A/cm2的显著飞跃。
当EB被导向电悬浮光掩模坯时，电子积累在光掩模坯的表面使其形成负电位。由于电荷产生的电场引起EB的轨道弯曲，产生写入位置的低精度。为了避免此类错误，设计出了适用于高能量/高密度EB写入的EB光刻系统，使得在光掩模坯接地时进行EB写入。例如，专利文献4披露了使用接地销针对光掩模坯接地的接地机制。
然而，如果接地电阻显著，在光掩模坯表面的电位因接地电流和接地电阻的积而提高，写入位置的精度相应降低。如果EB写入在接地电阻非常高的状态下进行，成像真空室里会发生非正常放电或衬底失效，引起系统污染。因此获得足够的接地电阻是重要的，建议在EB光刻系统中要求低接地电阻的接地方法，且光掩模坯必须有足够的电导率。
引用文献列表
专利文献1:JP-A 2003-195479
专利文献2:JP-A 2003-195483
专利文献3:JP-U 3093632
专利文献4:JP-A 2014-216407
专利文献5:JP-A 2007-033470
专利文献6:JP-A 2001-312043
发明内容
作为遮光膜的含铬膜如铬化合物膜一般用含氧氯基干法蚀刻制图，此时有机膜，典型的是光致抗蚀剂膜常被蚀刻到明显程度。如果用比较薄的抗蚀剂膜制成的掩模对含铬膜进行干法蚀刻，在蚀刻期间该抗蚀剂膜会被损坏以至于抗蚀剂图案可能变形。从而很难将抗蚀剂图案精确转印到含铬膜上。
将高分辨率、高制图精度和抗蚀能力赋予光致抗蚀剂或有机膜的尝试遭遇技术壁垒。光致抗蚀剂膜必须降低厚度以实现高分辨率的目标，然而出于确保含铬膜蚀刻时抗蚀剂膜的抗蚀能力的目的，光致抗蚀剂膜变薄程度必须受到限制。这就引发了高分辨率/制图精度和抗蚀能力之间的折衷关系。为了减轻在含铬膜制图期间对光致抗蚀剂膜的负载并降低含铬膜的厚度而最终以更高精度形成含铬膜的掩模图案，用于制图的含铬膜的构成(包括厚度和组成)必须改进。
专利文献5描述了一种基于铬并含有轻元素(添加于其中的氧和氮)的遮光膜，它在含氧氯基干法蚀刻期间展示出高蚀刻率，能够减轻对光致抗蚀剂膜的负载而最终以高精度形成光掩模图案。然而，含轻元素铬膜的电导率随轻元素含量的增加而降低。因为EB光刻系统适合在电流密度高达800A/cm2条件下放射EB，所以用于防止光掩模坯在EB写入期间电荷积聚的措施是必要的。
关于基于铬并有轻元素(添加于其中的氧和氮)的膜，例如，一种措施是将该膜形成为包括至少一种金属铬层的多层结构膜来保持电导率。然而，在这个例子中，金属铬层的蚀刻率低，这意味着在膜厚度方向排列了具有显著蚀刻率差异的多个层。当用干法蚀刻加工膜时，图案的截面轮廓由于不同的侧蚀刻而恶化，引发尺寸精度的恶化。
本发明的目的之一是提供一种光掩模坯，其所具有的电导率使该光掩模坯可以用于适合以高电流密度放射EB的EB光刻系统，并且该光掩模坯包括一种含铬膜，这种含铬膜用薄光致抗蚀剂膜制图，以高精度形成截面轮廓良好的细径光掩模图案。
当用干法蚀刻加工含铬膜时，所产生图案的截面轮廓受含铬膜组成的影响较大。当干法蚀刻是各向异性时，如示意图图4所示，含铬膜图案52的轮廓线宽是蚀刻掩模膜或抗蚀剂膜的蚀刻掩模图案53线宽在膜厚度方向上的如实反映。当干法蚀刻是各向同性时，如示意图图5所示，相对于蚀刻掩模图案53的线宽，含铬膜图案52的轮廓线宽在膜厚度方向上在中心收缩。在图4和图5中，膜或透明衬底51在含铬膜之下。
为了在作为光掩模的遮光膜的含铬膜上精确地形成细径图案，例如，含铬膜必须具有用于成像系统的足够电导率和高蚀刻率。含铬膜是遮光膜的情况下，它必须具有相对于曝光光作为遮光膜所必要的光密度。从得到足够截面轮廓图案以提供高尺寸精度的角度看，含铬膜在厚度方向上具有最小蚀刻率变化是重要的。
对于含铬膜而言，存在着含氧氯基干法蚀刻的蚀刻率和电导率之间的折衷关系。因而，根据所需光学性能应用包括高金属性含铬层和富轻元素含铬层的多层结构含铬膜。然而，在这种由组成不同的层构成的多层膜中，各层有不同的蚀刻率，因而各层从图案侧面在宽度方向上进行的蚀刻的程度不同。不同的侧蚀刻的结果是，该图案会形成一种图案宽度在图案厚度方向上变化的轮廓，例如，图案宽度在厚度方向上在中心更窄或更宽的腰状或桶装的轮廓，或者是图案宽度在厚度方向上在顶部或底部更宽的T形或倒T形轮廓。也就是说，多层膜易发生轮廓错误。
在一个实例中，含铬膜52包括依次层叠的具有高蚀刻率的铬化合物层52a、具有低蚀刻率的铬化合物层52b和具有高蚀刻率的铬化合物层52c，如示意图图6所示，具有高蚀刻率的层更易发生侧蚀刻，失去截面的垂直性。在图6中侧蚀刻状态被夸张地描绘成阶梯，但实际的侧蚀刻不会如此极端且成为持续适度的变化。不管怎样，很难将蚀刻掩模图案53的形状精确地转印到含铬膜52上。在图6中，膜或透明衬底51在含铬膜的下方。
当用含铬膜图案作为蚀刻掩模，将基础膜例如含硅且不含过渡金属的材料或含硅和过渡金属的材料的膜、或者透明衬底进行制图时，会出现蚀刻偏差。这就是，在用作蚀刻掩模的膜的图案和被蚀刻的基础膜或衬底的图案之间发生实质的尺寸偏离，引起图案转印成效的恶化。
关于包含透明衬底和在其之上的含铬膜的光掩模坯，本发明人已经发现当含铬膜构建成多层结构铬化合物层，其由含有铬和氮或者含有铬、氮和氧的铬化合物形成，并且每一铬化合物层的铬含量为至少30at％且铬、氮和氧的总含量为至少93at％且满足式(1)：
3Cr≤2O+3N (1)
(其中，Cr是铬含量(at％)，O是氧含量(at％)，N是氮含量(at％))时，含铬膜具有最高蚀刻率并耐清洗；当含铬膜包括至少一个满足第一组成的铬化合物层，其中氮/铬原子比为至少0.95，铬含量为至少40at％，铬和氮总含量为至少80at％，氧含量为10at％以下时，该满足第一组成的至少一个铬化合物层的总厚度在含铬膜整体厚度的10％至70％的范围内，其它由不满足第一组成的层构成，由此可获得为了用于EB光刻系统而必要的电导率，且氯干法蚀刻的清除时间缩短。
满足第一组成的层和有高蚀刻率但不满足第一组成的层的组合确保含铬膜厚度被降低而光掩模坯所必要的电导率被保持。其结果是，光致抗蚀剂膜厚度能够降低。多层膜中铬化合物层之间侧蚀刻的差异被最小化，产生令人满意的截面轮廓的蚀刻图案。得到具有高分辨率和高精度的含铬膜图案。即使在使用波长250nm以下曝光光在可加工衬底上形成线宽不大于0.1μm的抗蚀剂图案的光蚀刻工艺中，细微光掩模图案是必要的情况下，该含铬膜能够被加工形成高精度的令人满意的光掩模图案。
相应地，本发明提供一种被加工成适合于使用波长250nm以下曝光光进行图案转印的光掩模的光掩模坯，其包含透明衬底和直接或通过光学膜设置在衬底上的含铬膜。该含铬膜由至少两层铬化合物层构成，每一铬化合物层由含铬和氮，或含铬、氮和氧的铬化合物形成，具有如下组成：铬含量为至少30at％且铬、氮和氧的总含量为至少93at％，并满足式(1):
3Cr≤2O+3N (1)
其中，Cr是铬含量(at％)，O是氧含量(at％)，N是氮含量(at％)。含铬膜包括满足第一组成的至少一个铬化合物层，该第一组成是：氮/铬原子比为至少0.95，铬含量为至少40at％，铬和氮的总含量为至少80at％，氧的含量为10at％以下。该满足第一组成的至少一个铬化合物层的总厚度在含铬膜整体厚度的10％到70％范围内。该含铬膜的薄层电阻不超过10,000Ω/□。
在一个优选实施方式中，含铬膜相对于曝光光的光密度为2.5到3.5。
在一个优选实施方式中，含铬膜通过光学膜设置在透明衬底上，且光学膜包括由含硅且不含过渡金属的材料或含硅和过渡金属的材料形成的相移膜。
在一个优选实施方式中，光掩模坯进一步包含设置在含铬膜的远离衬底侧的蚀刻掩模膜，该蚀刻掩模膜由含硅材料形成。
在一个优选实施方式中，含铬膜相对于曝光光的光密度为1.5到2.6。
在一个优选实施方式中，含铬膜和相移膜相对于曝光光的光密度之和为2.5到3.5。
在一个优选实施方式中，含铬膜、相移膜和蚀刻掩模膜相对于曝光光的光密度之和为2.5到3.5。
在一个优选实施方式中，含铬膜通过光学膜设置于透明衬底上，且该光学膜包括由含硅且不含过渡金属的材料或含硅和过渡金属的材料形成的遮光膜。
有益的效果
本发明的光掩模坯包括如下的含铬膜，所述含铬膜满足所需的光密度，在干法蚀刻中有高蚀刻率，并且对于降低当用干法蚀刻形成含铬膜图案时用作蚀刻掩模的光致抗蚀剂膜上的负载是有效的，有助于光致抗蚀剂膜厚度的降低。因为该含铬膜保持了电导率，所以它有效防止了EB光刻系统中光掩模坯的电荷积聚，达到高写入精度。因为该含铬膜薄在厚度方向上具有最小蚀刻率变化，所以蚀刻后的图案是改善的截面轮廓，引发了光掩模图案的高转印成效。其结果是，使用本发明的光掩模坯，能够以高精度形成细径光掩模图案。这实现了光掩模生产率的改善和在可加工衬底上用光掩模进行图案转印而形成的图案尺寸的降低。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式中的光掩模坯的截面图。
图2是本发明的第二实施方式中的光掩模坯的截面图。
图3是本发明的第三实施方式中的光掩模坯的截面图。
图4是用各向异性干法蚀刻形成的图案的截面轮廓示意图。
图5是用各向同性干法蚀刻形成的图案的截面轮廓示意图。
图6是在干法蚀刻后，具有不同蚀刻率的三个铬化合物层层叠成的含铬膜的截面图。
具体实施方式
本发明的光掩模坯用于加工成适于用波长250nm以下、特别是200nm以下曝光光、典型的是248nm的KrF准分子激光、193nm的ArF准分子激光或157nm的F2激光进行图案转印的光掩模。对于适于用波长250nm以下曝光光进行图案转印的光掩模，例如，波长257nm的光用于缺陷检测，波长405nm的光(固态激光二极管)用于读出对准标记。
该光掩模坯包括透明衬底(典型的是石英衬底)和直接或通过一个或多个光学膜设置于其上的含铬膜。该含铬膜由至少两个铬化合物层组成并且由可以用含氧氯基干法蚀刻进行蚀刻的材料形成。
含铬材料在含氧氯基干法蚀刻中(通常用于含铬材料的蚀刻)的蚀刻率可以通过向含铬材料中加入轻元素而提高。轻元素的加入使含铬材料膜、即含铬膜的高速蚀刻成为可能，产生的优势是当通过用作蚀刻掩模的光致抗蚀剂膜图案(典型的是EB成像写入的化学放大抗蚀剂膜)蚀刻含铬膜时，光致抗蚀剂膜上的负担可以被减轻。在某些情况下，用含硅材料的蚀刻掩模膜作为硬掩模来蚀刻含铬膜，具有高蚀刻率的含铬膜能够使蚀刻掩模膜在厚度上降低。这导致蚀刻偏差的直接改善，和用作蚀刻掩模膜的蚀刻掩模的光致抗蚀剂膜厚度的间接降低。
含铬膜由至少两个铬化合物层构成。每一铬化合物层由含有铬和氮或含有铬、氮和氧的铬化合物形成，并且具有以下组成(以下简称为“共同组成”)：铬含量为至少30at％，铬、氮和氧的总含量为至少93at％，并满足式(1):
3Cr≤2O+3N (1)
其中，Cr是铬含量(at％)，O是氧含量(at％)，N是氮含量(at％)。式(1)意味着铬化合物层中铬的平均价数至少为3。
每一铬化合物层都是全部满足共同组成所限定的铬含量，铬、氮和氧的总含量以及式(1)的层。在每一铬化合物层中，铬含量优选为至少33at％且为52at％以下，更优选50at％以下，进一步更优选48at％以下；铬、氮和氧的总含量优选至少95at％，更优选至少97at％，进一步更优选至少98at％。
铬化合物层由含铬和氮或者含铬、氮和氧的铬化合物形成，例子包括氮化铬(CrN)、氮氧化铬(CrON)、碳氮化铬(CrNC)、和碳氮氧化铬(CrONC),优选氮化铬(CrN)和氮氧化铬(CrON)。
如上所述，含铬材料中氮和/或氧的添加对于提高其蚀刻率是有效的。具体地，当轻元素被添加到金属材料中，其电阻率随着添加的轻元素的量增加而增加，表明电导率损失。当由具有提高的电阻率的材料制成的膜被设置于远离透明衬底的光掩模坯侧时，具体是在用于EB光刻的抗蚀剂膜的形成侧，在EB曝光期间会发生电荷积累，诱发令人不满意的写入精度下降。尤其当氧被作为轻元素添加时，它会诱发电阻率的明显提高，产生高电阻膜。
因此，根据本发明，含铬膜由含有铬和氮或含有铬、氮和氧的铬化合物形成，并满足如上定义的共同组成，并包括满足第一组成的至少一个铬化合物层，优选一个或两个铬化合物层，最优选一个铬化合物层，所述第一组成是：氮比铬的原子比为至少0.95，铬含量为至少40at％，铬和氮的总含量为至少80at％，氧含量为10at％以下。满足第一组成的铬化合物层总厚度为含铬膜整体厚度的至少10％，优选的是至少30％，且70％以下，优选的是60％以下。如果满足第一组成的铬化合物层的总厚度大于含铬膜整体厚度的70％，则会有相对于必要光密度的含铬膜的清除时间延长，抗蚀剂膜必须变厚，并且图案分辨率下降的风险。如果满足第一组成的铬化合物层的总厚度小于含铬膜整体厚度的10％，则会有含铬膜薄层电阻高，引发电荷积聚而干涉抗蚀剂图案EB成像写入的风险。
满足第一组成的层是完全满足上述第一组成中定义的氮/铬原子比，铬含量，铬和氮总含量，以及氧含量的层。优选的满足第一组成的层中，氮/铬原子比为1.1以下。在满足第一组成的层中，铬含量优选至少43at％且为52at％以下，优选50at％以下，更优选为48at％以下；铬和氮的总含量优选至少90at％，更优选至少93at％；氮含量优选至少43at％，更优选至少46at％，且为55at％以下,更优选为53at％以下。在满足第一组成的层中，氧含量优选10at％以下，更优选5at％以下。当包括满足第一组成的两层或多层时，这些层可以具有不同组成或者这些层的一些或全部可以具有相同组成。
在含铬膜中，除满足第一组成的铬化合物层之外的其余铬化合物层是由含有铬和氮或含有铬、氮和氧的铬化合物形成的，并且由单层或多层构成，优选至少2层且为5层以下，特别优选3层以下，并满足共同组成，但不满足第一组成。不满足第一组成的层优选由含有铬、氮和氧的铬化合物形成。当不满足第一组成的层被应用作除满足第一组成的层之外的其余层时，整体含铬膜具有高蚀刻率。并且，不满足第一组成的层适合用作具有减反射层功能的层。
在不满足第一组成的层中，铬含量优选至少30at％，更优选至少33at％，且为40at％以下，更优选为37at％以下；氮含量优选至少5at％，更优选至少8at％且为35at％以下,更优选为30at％以下；氧含量优选至少30at％，更优选至少35at％且为57at％以下，更优选为54at％以下。当包括不满足第一组成的两层或多层时，这些层可以具有不同的组成或者这些层的一些或全部可以具有相同的组成。
氮之外或氧和氮之外的轻元素可以被添加到铬化合物层，而此种其它轻元素是碳、氢、氟等。例如，碳的添加对于增强蚀刻率是有效的。然而，如果碳的量太多，蚀刻率变得太高，而干法蚀刻变得更加各向同性，导致很难控制截面轮廓。当加碳的铬化合物层层叠到无碳的铬化合物层上时，这些层的蚀刻率会有比较大的差别。如果是这样，在干法蚀刻期间这些层的侧蚀刻程度不同，以致截面轮廓可能恶化。进而，由于在铬化合物层中添加碳，光掩模的对硫酸过氧化物混合物或臭氧过氧化物混合物(用来在将光掩模坯加工成光掩模步骤中和通过光掩模曝光步骤中定期清洗光掩模的)的耐化学性被降低。从而，有可能调节干法蚀刻条件以防止截面轮廓恶化，但截面轮廓会因化学清洁而恶化。从而，当除了氮和氧以外的其它轻元素、例如碳被添加到铬化合物层时，这种其它轻元素含量优选控制为低量，具体为7at％或更少，更具体为5at％或更少，进一步具体为3at％或更少，特别是2at％或更少。
本发明的光掩模坯中，含铬膜的薄层电阻应不超过10,000欧姆/平方(Ω/□)，优选不超过8,000Ω/□。当多层结构的含铬膜由满足上述组成要求的铬化合物层组成时，整体含铬膜的薄层电阻在这个范围。尤其当满足第一组成的层是唯一的一层时，该层优选薄层电阻应不超过10,000Ω/□，更优选为不超过8,000Ω/□。当包括满足第一组成的两层或多层时，满足第一组成的每一层的薄层电阻可以落在该范围内或该范围外，不论哪种情况，整体含铬膜的薄层电阻应不超过10,000Ω/□，优选不超过8,000Ω/□，这样对防止抗蚀剂图案EB写入期间的任何电荷积累是有效的。
含铬膜可以是具有任何所需功能的膜，例如，光学膜如遮光膜、减反射膜或相移膜(如，半色调相移膜)，或辅助加工膜如蚀刻掩模膜或蚀刻停止膜。在某些情况下，光学膜包括起蚀刻掩模膜或蚀刻停止膜作用的辅助加工膜，条件是在光掩模坯加工成光掩模之后，这种膜被留在光掩模上以便其起到光学膜的作用。需指出的是，虽然蚀刻停止膜是一种典型的在光掩模坯加工成光掩模后被留在光掩模上的膜，但在光掩模坯加工成光掩模后，蚀刻掩模膜可以是被留在蚀刻掩模上的膜或者是从光掩模上完全移除的膜(被称为牺牲膜)。
构成光掩模坯的光学膜和辅助加工膜的材料可以选自过渡金属、金属、其合金、和这些金属或合金的化合物，取决于必要的光学性能和蚀刻性能，以及电性能如电导率。合适的过渡金属包括铬(Cr)、锆(Zr)、钽(Ta)、钛(Ti)、钼(Mo)、钨(W)、铁(Fe)、镍(Ni)和钴(Co)；合适的金属包括硅(Si)、锗(Ge)和铝(Al)；合适的化合物包括金属或合金的氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氮化物和碳氧氮化物。这些金属中，优选的是铬(Cr)、钼(Mo)和硅(Si)。
本发明的光掩模坯最适合作为包括含铬膜的光掩模坯，所述含铬膜在光掩模坯加工成光掩模时，用光致抗蚀剂膜(典型的是化学放大抗蚀剂膜)的掩模图案作为蚀刻掩模通过含氧氯基干法蚀刻来形成图案。
本发明光掩模坯的第一实施方式是具有直接设置在透明衬底上的含铬膜的光掩模坯。图1是第一实施方式中的典型光掩模坯的截面图。光掩模坯101包括透明衬底1和其上的含铬膜2。含铬膜2是包括从衬底1侧依次层叠的第一铬化合物层21、第二铬化合物层22和第三铬化合物层23的三层结构，其中一层或两层是满足第一组成的层，而其余的、即其余两层或一层是不满足第一组成的层。典型地，通过在含铬膜2上形成用于EB光刻的抗蚀剂膜并进行EB成像写入来将光掩模坯101加工成光掩模。第一实施方式的光掩模坯可以是二元掩模坯，在这种情况下，含铬膜优选是遮光膜。
在光掩模坯的第一实施方式中，含铬膜是遮光膜的情况下，该含铬膜相对于曝光光的光密度应优选为至少2.5，更优选至少2.8且在3.5以下，更优选为3.2以下。
在光掩模坯的第一实施方式中，含铬膜是遮光膜的情况下，当曝光光是ArF准分子激光时，该含铬膜厚度优选80nm以下，更优选70nm以下，进一步更优选为65nm以下，且至少55nm；或当曝光光是KrF准分子激光时，厚度优选100nm以下，更优选是90nm以下，进一步更优选为80nm以下，且至少60nm。
本发明光掩模坯的第二实施方式中，光掩模坯包括如下的含铬膜并且是含铬膜通过一个或多个光学膜而设置在透明衬底上的光掩模坯，所述含铬膜在光掩模坯加工成光掩模时用光致抗蚀剂膜(典型的是化学放大抗蚀剂膜)的掩模图案作为蚀刻掩模通过含氧氯基干法蚀刻来形成图案。尤其当该含铬膜图案在光学膜蚀刻中作为硬掩模起作用时，第二实施方式中的光掩模坯是有益的，例如，因为能以高精度由含铬膜形成该图案，并且当用含铬膜图案使光学膜形成图案时，图案也能以高精度形成。含铬膜与光学膜的组合包括遮光膜和相移膜(如，半色调相移膜)的组合以及蚀刻掩模膜和遮光膜的组合。
图2是第二实施方式中的典型光掩模坯的截面图。光掩模坯102包括透明衬底1、从衬底1侧依次层叠于其上的光学膜3和含铬膜2。含铬膜2是包括从衬底1侧依次层叠的第一铬化合物层21、第二铬化合物层22和第三铬化合物层23的三层结构，其中一个或两个层是满足第一组成的层，而其余的、即剩余两个或一个层是不满足第一组成的层。典型地，光掩模坯102通过在含铬膜2上形成用于EB光刻的抗蚀剂膜并进行EB成像写入来被加工成光掩模。第二实施方式中的光掩模坯可以是相移掩模坯，在这种情况下，光学膜优选是相移膜且含铬膜优选是遮光膜。
本发明中的光掩模坯也优选作为包括如下含铬膜的光掩模坯，所述含铬膜在光掩模坯加工成光掩模时用蚀刻掩模膜的掩模图案作为硬掩模通过含氧氯基干法蚀刻来形成图案。第三实施方式是包括透明衬底、含铬膜和设置于含铬膜的远离衬底侧、优选紧邻含铬膜的蚀刻掩模膜的光掩模坯。
图3是一个第三实施方式的典型光掩模坯的截面图。光掩模坯103包括透明衬底1、从衬底1侧依次层叠的光学膜3、含铬膜2和蚀刻掩模膜4。含铬膜2是包括从衬底1侧依次层叠其上的第一铬化合物层21、第二铬化合物层22和第三铬化合物层23的三层结构，其中一个或两个层是满足第一组成的层，其余的、即剩余两个或一个层是不满足第一组成的层。典型地，通过在抗蚀剂掩模膜4上形成用于EB光刻的抗蚀剂膜并进行EB成像写入而将光掩模坯103加工成光掩模。第三实施方式中的光掩模坯可以是相移掩模坯，在这种情况下，光学膜优选是相移膜且含铬膜优选是遮光膜。
在光掩模坯的第一至第三实施方式中，含铬膜是具有光学功能的膜如遮光膜的情况下，该膜必须具有高分辨率和高图案转印精度以及光学功能。在这个意义上，该含铬膜必须满足所需的光学功能如光密度，在含氧氯基干法蚀刻中具有高蚀刻率，并且形成在厚度方向上具有最小线宽变化的截面轮廓得以改善的掩模图案。
在被加工成适合于用波长250nm以下的曝光光进行图案转印的光掩模的光掩模坯中，使用含铬材料。在这些含铬材料中，铬单质和具有低含量轻元素如氧、氮或碳的铬化合物因为它们发挥了显著的遮光效果而被优选用作遮光膜。这些遮光膜形成材料中，铬单质和具有低含量轻元素如氧、氮或碳的铬化合物(以下称为“高金属性铬基材料”)电阻率低而适合作为用于形成导电性提供层(导电层)的材料。当该含铬膜被构建成包括由高金属性铬基材料组成的导电层时，含铬膜被赋予导电性。
另一方面，具有高含量轻元素如氧、氮或碳的铬化合物(以下称为“低金属性铬基材料”)对于调节含铬膜的光学性能或蚀刻性能是有效的。低金属性铬基材料对改善透过率也有效。虽然高金属性铬基材料形成的膜是有高反射率的膜，但它有时在光掩模坯或光掩模的缺陷检测中是有害的，也优选将低金属性铬基材料作为用于形成减反射提供层(减反射层)的材料应用于这种情况。进而，在仅有一个高金属性铬基材料层提供不充分的遮光性能时，可以形成低金属性铬基材料膜来补偿遮光性能的缺乏。
本发明的光掩模坯中，含铬膜由多层构成，其包括满足第一组成的层和不满足第一组成的层。在光掩模坯的第一到第三实施方式中，含铬膜是遮光膜的情况下，优选铬化合物层包括两种类型的层，一种铬化合物层主要功能作为导电层，而一种铬化合物层主要功能作为减反射层，在这里前者是满足第一组成的层而后者是不满足第一组成的层。例如，优选的是，在设置于最接近衬底的含铬膜表面和设置于最远离衬底的含铬膜表面中的一个或二者上，形成主要功能为减反射层的铬化合物层，尤其优选是紧邻主要功能为导电层的铬化合物层来形成主要功能为减反射层的铬化合物层。具体地，关于图1、2或3中所示的含铬膜2，优选第二铬化合物层22是主要功能为导电层的铬化合物层，第一铬化合物层21和第三铬化合物层23是主要功能为减反射层的铬化合物层。
虽然功能为减反射层的铬化合物层厚度被调节为满足所需的反射率，但是厚度典型地为30nm以下，优选20nm以下，更优选10nm以下，且至少0.7nm。如果减反射层厚度低于该范围，这样的薄层可能发挥差的反射率抑制作用并且对沉积是不稳定的。
第二实施方式的光掩模坯中，光学膜是相移膜(典型的是半色调膜)的情况下，该相移膜适合由含硅且不含过渡金属的材料或含硅和过渡金属的材料形成，优选过渡金属不包括铬，特别优选是钼。此种材料包括硅单质，含硅和轻元素如氧、氮或碳，特别是含氧和氮之一或两者都有的化合物，并且此种化合物具有进一步添加其中的过渡金属，优选过渡金属不包括铬，具体是钼、钽、钨、锆或钛，特别是钼。尤其当该相移膜是半色调相移膜时，该半色调相移膜也具有光密度，与无半色调相移膜的光掩模坯相比，能够使含铬膜的厚度降低。
第二实施方式的光掩模坯中，含铬膜是遮光膜而光学膜是半色调相移膜的情况下，该含铬膜优选相对于曝光光的光密度为至少1.5，更优选至少1.8且为2.6以下，更优选2.5以下，进一步更优选为2.4以下。该含铬膜和相移膜的相对于曝光光的光密度之和优选为至少2.5，更优选至少2.8且为3.5以下，更优选3.2以下。通过调节含铬膜和半色调相移膜的光密度至该范围得到所需的遮光性能。
在光掩模坯的第二实施方式中，含铬膜是遮光膜而光学膜是半色调相移膜的情况下，该含铬膜在曝光光是ArF准分子激光时厚度优选70nm以下，更优选60nm以下，进一步更优选50nm以下且至少35nm；或在曝光光是KrF准分子激光时厚度优选90nm以下，更优选80nm以下，进一步更优选75nm以下，且至少60nm。
在另一方面，该半色调相移膜被设定为相对于曝光光的透过率优选至少2％，更优选至少5％，进一步更优选为至少10％，最优选是至少11％且在40％以下，更优选30％以下，进一步更优选20％以下。该半色调相移膜在曝光光是ArF准分子激光时厚度优选80nm以下，更优选70nm以下，且至少50nm，更优选为至少60nm；或在曝光光是KrF准分子激光时厚度优选110nm以下，更优选100nm以下，且至少70nm，更优选为至少80nm。
像光掩模坯的第三实施方式那样，设置蚀刻掩模膜作为在含铬膜蚀刻中使用的硬掩模，由此能够使光致抗蚀剂膜变薄以对应进一步的图案微型化。这种蚀刻掩模膜典型地用作含铬膜的牺牲膜。很多时候，该蚀刻掩模膜在光掩模生产工艺中被完全移除。有时，该蚀刻掩模膜在光掩模生产工艺中被部分留下，而非全部移除。
该蚀刻掩模膜可以由以氟基干法蚀刻快速蚀刻，但在含氧氯基干法蚀刻中具有极其缓慢的蚀刻率(即，无实质蚀刻)的材料形成。合适的材料是含硅材料，例如，硅单质，含硅和轻元素(如氧、氮或碳)的化合物，并且此种化合物具有进一步添加其中的过渡金属，优选过渡金属不包括铬，具体是钼、钽、钨、锆或钛。
在光掩模坯的第三实施方式中，光学膜是相移膜(典型的是半色调相移膜)的情况下，该相移膜优选由含硅且不含过渡金属的材料或含硅和过渡金属的材料形成，优选过渡金属不包括铬，特别优选是钼。合适的材料如以上光掩模坯第二实施方式中所示。尤其当该相移膜是半色调相移膜时，该半色调相移膜也具有光密度，与无半色调相移膜的光掩模坯相比，能够使降低含铬膜的厚度降低。
在光掩模坯的第三实施方式中，含铬膜是遮光膜且光学膜是半色调相移膜的情况下，该含铬膜的相对于曝曝光的光密度，该含铬膜和相移膜的相对于曝光光的光密度之和，该含铬膜的厚度，该半色调相移膜的透过率，以及该半色调相移膜的厚度优选与第二实施方式有相同范围。
光掩模坯的第三实施方式中，含铬膜是遮光膜，光学膜是半色调相移膜，且蚀刻掩模膜是在光掩模生产工艺中被部分留下而非全部移除的膜(即被留在光掩模上并作为光学膜起作用的膜)的情况下，含铬膜、相移膜和蚀刻掩模膜的相对于曝光光的光密度之和优选为至少2.5，更优选至少2.8且在3.5以下，更优选为3.2以下。蚀刻掩模膜的厚度优选至少3nm，更优选至少5nm且在15nm以下，更优选10nm以下。
在第二实施方式的另一个实施例中，该光掩模坯可以是二元掩模坯。在这种情况下，光学膜是遮光膜且含铬膜是蚀刻掩模膜。
在光掩模坯的第二实施方式中，含铬膜是蚀刻掩模膜的情况下，该膜必须具有高分辨率和高图案转印精度以及光学功能。在这个意义上，该含铬膜必须满足所需的光学功能，在含氧氯基干法蚀刻中具有高蚀刻率，并且形成在厚度方向上具有最小线宽变化的截面轮廓得以改善的掩模图案。
在被加工成适合于用波长250nm以下的曝光光进行图案转印的光掩模的光掩模坯中，常使用含铬材料。在含铬材料中，优选高金属性铬基材料作为形成低电阻率导电层的材料。当构成含铬膜以便包括由高金属性铬基材料组成的导电层时，含铬膜被赋予导电性。
在另一方面，低金属性铬基材料对调节含铬膜的光学性能和蚀刻性能是有效的。低金属性铬基材料对改善透过率也有效。虽然高金属性铬基材料形成的膜是有高反射率的膜，但是它有时在光掩模坯或光掩模的缺陷检测中是有害的，也优选将低金属性铬基材料作为用于形成应用于这种情况的减反射层的材料。
本发明的光掩模坯中，含铬膜由多层结构构成，其包括满足第一组成的层和不满足第一组成的层。在光掩模坯的第二实施方式中，含铬膜是蚀刻掩模膜的情况下，优选铬化合物层包括两种类型的层，一种铬化合物层主要功能作为导电层，一种铬化合物层主要功能作为减反射层，在这里前者是满足第一组成的层，后者是不满足第一组成的层。例如，优选的是，在设置于最接近衬底的含铬膜表面和设置于最远离衬底的含铬膜表面中的一个或二者上形成主要功能为减反射层的铬化合物层，更优选的是，紧邻主要功能为导电层的铬化合物层来形成主要功能为减反射层的铬化合物层。具体地，关于图2中的含铬膜2，优选第二铬化合物层22是主要功能为导电层的铬化合物层，而第一铬化合物层21和第三铬化合物层23是主要功能为减反射层的铬化合物层。
虽然主要功能为减反射层的铬化合物层的厚度被调节为满足所需的反射率，但是厚度典型的是30nm以下，优选20nm以下，更优选是10nm以下，且至少0.7nm。如果减反射层厚度低于该范围，这样的薄层可能发挥差的反射抑制作用并对沉积是不稳定的。
光掩模坯的第二实施方式中，光学膜是遮光膜的情况下，该遮光膜优选由含硅且不含过渡金属的材料或含硅和过渡金属的材料形成，优选过渡金属不包括铬，特别优选是钼。合适的材料如上述相移膜中所示。
光掩模坯的第二实施方式中，光学膜是遮光膜的情况下，该遮光膜被设定为相对于曝光光的光密度典型为至少2.5，优选至少2.8且在3.5以下，优选为3.2以下。该遮光膜在曝光光是ArF准分子激光时厚度优选80nm以下，更优选70nm以下，进一步更优选为65nm以下，且至少40nm，更优选至少45nm；或在曝光光是KrF准分子激光时厚度优选100nm以下，更优选90nm以下，进一步更优选为80nm以下，且至少50nm，更优选至少60nm。在另一方面，含铬膜是蚀刻掩模膜的情况下，该含铬膜的厚度优选至少3nm，更优选至少5nm且20nm以下，更优选为10nm以下。
在光掩模坯的进一步的实施方式中，可以在设置于远离透明衬底的含铬膜表面上、优选紧邻该含铬膜地形成另一种光学膜。另一种光学膜优选遮光膜，例如，由含硅且不含过渡金属的材料或含硅和过渡金属的材料形成。当此种遮光膜被引入时，含铬膜可以是蚀刻停止膜或相移膜如半色调相移膜。
在光掩模坯上沉积含铬膜、光学膜(例如相移膜或遮光膜)和辅助加工膜(例如蚀刻掩模膜或蚀刻停止膜)的优选方法是通过溅射来进行膜的沉积，这是因为可获得具有光学性能的面内均匀性高和缺陷少的膜。
该含铬膜通过溅射而沉积。例如，用铬靶作为靶材。溅射气体根据所需构成要素在如氮气(N2)、氧气(O2)、氧化氮气(N2O,NO2)、烃气(如，CH4)和氧化碳气(CO,CO2)的反应气体中选择。稀有气体如氩气(Ar)可选并伴随反应气体一起使用。膜沉积可以通过向溅射真空室输入溅射气体并调节施加到靶材上的功率和溅射气体的流量来进行，以便成为含铬膜的每一铬化合物层能变成满足第一组成的层或不满足第一组成的层。
当相移膜或遮光膜是由含硅且不含过渡金属的材料或含硅和过渡金属的材料沉积而成时，或者当蚀刻掩模膜是由含硅材料沉积而成时，例如，靶材根据所需构成要素而选自硅靶、过渡金属靶和过渡金属-硅靶。溅射气体根据所需构成要素在如氮气(N2)、氧气(O2)、氧化氮气(N2O,NO2)、烃气(如，CH4)和氧化碳气(CO,CO2)的反应气体中选择。稀有气体如氩气(Ar)可选并伴随反应气体一起使用。膜沉积可以通过向溅射真空室输入溅射气体，并调节施加到靶材上的功率和溅射气体的流量来进行，以便形成所需组成的膜。
光掩模可以是通过标准方法由光掩模坯制备的。例如，在光掩模坯上形成化学放大抗蚀剂组成的抗蚀剂膜，然后进行EB写入图案。用抗蚀剂图案作为初始蚀刻掩模，基础膜包括含铬膜、光学膜(例如相移膜，遮光膜)、辅助加工膜(例如蚀刻掩模膜，蚀刻停止膜)和透明衬底，通过干法蚀刻技术按次序蚀刻，其中干法蚀刻技术可根据被蚀刻材料从含氧氯基干法蚀刻和氟基干法蚀刻中选择。通过这种方法，形成光掩模图案，即，得到光掩模。当通过干法蚀刻加工该含铬膜时，如示意图图4所示，产生的图案是截面轮廓接近于各向异性干法蚀刻产物。需要指出的是为进一步抑制EB写入中的电荷积累，可以在抗蚀剂膜上形成有机导电膜。
实施例
使用以下实施例和比较例更具体地说明本发明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
在152mm见方且6mm厚的石英衬底上实施DC磁控管溅射沉积。通过溅射硅靶并向溅射室输入15sccm(流量)的Ar气和30sccm的N2气作为溅射气，在该衬底上沉积62nm厚的SiN膜作为半色调相移膜。
通过溅射金属铬靶并向溅射室输入8sccm的Ar气、25sccm的N2气和15sccm的O2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。在半色调相移膜上形成主要功能为衬底侧减反射层的18nm厚的CrON层。接下来，通过溅射金属铬靶并向溅射室输入45sccm的N2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。形成主要功能为导电层的28nm厚的CrN层。进而，通过溅射金属铬靶并向溅射室输入10sccm的Ar气、30sccm的N2气和15sccm的O2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。形成主要功能为远离衬底侧的减反射层的1nm厚的CrON层。通过这种方法，得到具有三层结构且47nm厚的含铬膜作为遮光膜的光掩模坯。相对于ArF准分子激光(波长193nm)，该含铬膜光密度是2.1，含铬膜和半色调相移膜的光密度之和是3.0。
实施例2
在152mm见方且6mm厚的石英衬底上实施DC磁控管溅射沉积。通过溅射硅靶并向溅射室输入15sccm(流量)的Ar气和32sccm的N2气作为溅射气，在该衬底上沉积61nm厚的SiN膜作为半色调相移膜。
通过溅射金属铬靶并向溅射室输入8sccm的Ar气、25sccm的N2气和15sccm的O2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。在半色调相移膜上形成主要功能为衬底侧减反射层的18nm厚的CrON层。接下来，通过溅射金属铬靶并向溅射室输入45sccm的N2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。形成主要功能为导电层的23nm厚的CrN层。进而，通过溅射金属铬靶并向溅射室输入10sccm的Ar气、30sccm的N2气和15sccm的O2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。形成主要功能为远离衬底侧的减反射层的1nm厚的CrON层。通过这种方法，得到具有三层结构且42nm厚的含铬膜作为遮光膜的光掩模坯。相对于ArF准分子激光(波长193nm)，该含铬膜光密度是1.9，含铬膜和半色调相移膜的光密度之和是3.0。
实施例3
在152mm见方且6mm厚的石英衬底上实施DC磁控管溅射沉积。通过溅射硅靶并向溅射室输入15sccm(流量)的Ar气和32sccm的N2气作为溅射气，在该衬底上沉积61nm厚的SiN膜作为半色调相移膜。
通过溅射金属铬靶并向溅射室输入8sccm的Ar气、25sccm的N2气和15sccm的O2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。在半色调相移膜上形成主要功能为衬底侧减反射层的18nm厚的CrON层。接下来，通过溅射金属铬靶并向溅射室输入45sccm的N2气和1sccm的O2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。形成主要功能为导电层的24nm厚的CrON层。进而，通过溅射金属铬靶并向溅射室输入10sccm的Ar气,30sccm的N2气和15sccm的O2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。形成主要功能为远离衬底侧的减反射层的1nm厚的CrON层。通过这种方法，得到具有三层结构且43nm厚的含铬膜作为遮光膜的光掩模坯。相对于ArF准分子激光(波长193nm)，该含铬膜光密度是1.9，含铬膜和半色调相移膜的光密度之和是3.0。
实施例4
在152mm见方且6mm厚的石英衬底上实施DC磁控管溅射沉积。通过溅射硅靶并向溅射室输入15sccm(流量)的Ar气和32sccm的N2气作为溅射气，在该衬底上沉积61nm厚的SiN膜作为半色调相移膜。
通过溅射金属铬靶并向溅射室输入8sccm的Ar气、25sccm的N2气和15sccm的O2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。在半色调相移膜上形成主要功能为衬底侧减反射层的18nm厚的CrON层。接下来，通过溅射金属铬靶并向溅射室输入45sccm的N2气和1sccm的CH4气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。形成主要功能为导电层的23nm厚的CrNC层。进而，通过溅射金属铬靶并向溅射室输入10sccm的Ar气、30sccm的N2气和15sccm的O2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。形成主要功能为远离衬底侧的减反射层的1nm厚的CrON层。通过这种方法，得到具有三层结构42nm厚含铬膜作为遮光膜的光掩模坯。相对于ArF准分子激光(波长193nm)，该含铬膜光密度是1.9，含铬膜和半色调相移膜的光密度之和是3.0。
实施例5
在152mm见方且6mm厚的石英衬底上实施DC磁控管溅射沉积。通过溅射含钼和硅(摩尔比为1:2)的靶材和硅靶并向溅射室输入30sccm(流量)的Ar气和5sccm的N2气作为溅射气，在该衬底上沉积45nm厚的MoSiN膜作为遮光膜。
通过溅射金属铬靶并向溅射室输入45sccm的N2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。在遮光膜上形成主要功能为导电层的5nm厚的CrN层。进而，通过溅射金属铬靶并向溅射室输入10sccm的Ar气、30sccm的N2气和15sccm的O2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。形成主要功能为远离衬底侧的减反射层的3nm厚的CrON层。通过这种方法，得到具有两层结构且5nm厚的含铬膜作为蚀刻掩模膜的光掩模坯。
比较例1
在152mm见方且6mm厚的石英衬底上实施DC磁控管溅射沉积。通过溅射硅靶并向溅射室输入15sccm(流量)的Ar气和32sccm的N2气作为溅射气，在该衬底上沉积61nm厚的SiN膜作为半色调相移膜。
通过溅射金属铬靶并向溅射室输入8sccm的Ar气、30sccm的N2气和15sccm的O2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。在半色调相移膜上形成主要功能为衬底侧减反射层的9nm厚的CrON层。接下来，通过溅射金属铬靶并向溅射室输入9sccm的Ar气、20sccm的N2气和15sccm的O2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。形成主要功能为衬底侧减反射层的9nm厚的CrON层。通过溅射金属铬靶并向溅射室输入10sccm的Ar气、30sccm的N2气和15sccm的O2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。形成主要功能为导电层的4nm厚的CrON层。进而，通过溅射金属铬靶并向溅射室输入10sccm的Ar气、30sccm的N2气和15sccm的O2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。形成主要功能为远离衬底侧的减反射层的22nm厚的CrON层。通过这种方法，得到具有四层结构44nm厚含铬膜作为遮光膜的光掩模坯。相对于ArF准分子激光(波长193nm)，该含铬膜光密度是1.9，含铬膜和半色调相移膜的光密度之和是3.0。
比较例2
在152mm见方且6mm厚的石英衬底上实施DC磁控管溅射沉积。通过溅射硅靶并向溅射室输入15sccm(流量)的Ar气和32sccm的N2气作为溅射气，在该衬底上沉积61nm厚的SiN膜作为半色调相移膜。
通过溅射金属铬靶并向溅射室输入10sccm的Ar气,50sccm的N2气和5sccm的CH4气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。在半色调相移膜上形成主要功能为衬底侧减反射层的45nm厚的CrNC层。接下来，通过溅射金属铬靶并向溅射室输入30sccm的Ar气和35sccm的N2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。形成主要功能为导电层的3nm厚的CrN层。进而，通过溅射金属铬靶并向溅射室输入10sccm的Ar气、50sccm的N2气和10sccm的O2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。形成主要功能为远离衬底侧的减反射层的3nm厚的CrON层。通过这种方法，得到具有三层结构51nm厚含铬膜作为遮光膜的光掩模坯。相对于ArF准分子激光(波长193nm)，该含铬膜光密度是1.9，含铬膜和半色调相移膜的光密度之和是3.0。
比较例3
在152mm见方且6mm厚的石英衬底上实施DC磁控管溅射沉积。通过溅射含钼和硅(摩尔比为1:2)的靶材和硅靶并向溅射室输入30sccm(流量)的Ar气和5sccm的N2气作为溅射气，在该衬底上沉积45nm厚的MoSiN膜作为遮光膜。
通过溅射金属铬靶并向溅射室输入20sccm的Ar气和5sccm的N2气作为溅射气以实施DC磁控管溅射沉积。在遮光膜上形成10nm厚的CrN层。得到具有单层含铬膜作为蚀刻掩模膜的光掩模坯。
对于实施例和比较例的光掩模坯，含铬膜的每一铬化合物层都通过X射线光电子谱(XPS)分析其组成。结果连同是否满足式(1)都显示在表1中。单独地，通过在绝缘石英衬底上直接形成实施例和比较例中的每一含铬膜来制备薄层电阻评估样本。样本电性能通过四探针法测量，从中计算出含铬膜的薄层电阻。结果显示在表1中。
通过含氧氯基干法蚀刻将含铬膜从实施例和比较例的光掩模坯中剥离。测量剥离所需时间，也就是蚀刻清除时间。根据下式确定基于光密度标准的蚀刻清除时间，该光密度标准相当于相对于ArF准分子激光(波长193nm)为2.0的光密度：(测量的蚀刻清除时间)×{2/(含铬膜的光密度)}。结果显示在表1中。相对于标准蚀刻清除时间，更短的时间对于以高分辨率形成图案更有效，理想的是130秒或更短的时间。
接下来，在实施例和比较例中每一光掩模坯的含铬膜上，沉积厚度为100nm的用于EB光刻的抗蚀剂膜。抗蚀剂膜被暴露在EB光刻系统而成为线宽100nm的线条-间隔图案，并显影形成抗蚀剂图案。当抗蚀剂图案用作蚀刻掩模时，在75％过蚀刻条件下通过含氧氯基干法蚀刻来蚀刻含铬膜，即，蚀刻时间相当于从每一含铬膜的蚀刻率计算出的蚀刻清除时间的175％，从而将线条-间隔图案转印到含铬膜。抗蚀剂图案被剥离掉，在横截面上切割线条-间隔图案。观察含铬膜图案中线条的蚀刻壁的截面轮廓。截面轮廓的评估结果显示在表1中。
对于线条的截面轮廓，要求在厚度方向上的线宽变化为零且截面轮廓完全垂直。通过预设的与抗蚀剂图案两端在宽度方向上共面且垂直于含铬膜表面的平面来评估，使用该平面作为参考平面，当含铬膜线条的实际截面是从参考平面向内凹陷时判定该含铬膜图案为负，当膜线条实际截面是向外突出时为正，用于评估该含铬膜图案在厚度方向上的线宽变化。假如含铬膜厚度是一致的(1),当厚度方向上线宽变化的最大值在-0.05到+0.05范围之间时评估为好(○)，当最大值在-0.1到小于-0.05的范围，或大于+0.05到+0.1的范围时为中等(△)，当最大值在小于-0.1或大于+0.1的范围时为差(×)。
表1
Figure BDA0001103571750000261
虽然以典型实施方式对本发明进行了说明和描述，但这不意味本发明限定于这些详细内容。本领域技术人员可以想到各种实施方式、增加、修改和删除。只要能够获得本发明的效果和益处，所有这样的实施方式都在本发明的主旨和范围内。

Claims (8)

1.光掩模坯，其被加工成适于使用波长250nm以下的曝光光进行图案转印的光掩模，该光掩模坯包含透明衬底和含铬膜，所述含铬膜直接或通过光学膜而设置在所述衬底上，其中，
所述含铬膜由至少两个铬化合物层构成，每个铬化合物层由包含铬和氮或包含铬、氮和氧的铬化合物形成，并且具有如下组成：铬含量为至少30at％，铬、氮和氧的总含量为至少93at％，且满足式(1)，
3Cr≤2O+3N (1)
其中，Cr是铬原子含量(at％)，O是氧原子含量(at％)，N是氮原子含量(at％)，
所述至少两个铬化合物层中的至少一个铬化合物层满足第一组成：氮/铬的原子比为至少0.95，铬含量为至少40at％，铬和氮的总含量为至少80at％，氧含量为10at％以下，
满足第一组成的所述至少一个铬化合物层的总厚度在所述含铬膜的总厚度的10％～70％的范围内，
所述含铬膜的薄层电阻为10,000Ω/□以下。
2.根据权利要求1所述的光掩模坯，其中，所述含铬膜相对于所述曝光光的光密度为2.5～3.5。
3.根据权利要求1所述的光掩模坯，其中，所述含铬膜通过光学膜被设置在所述透明衬底上，所述光学膜包括由含硅但不含过渡金属的材料或含硅和过渡金属的材料形成的相移膜。
4.根据权利要求3所述的光掩模坯，进一步包含设置在所述含铬膜的远离所述衬底侧的蚀刻掩模膜，所述蚀刻掩模膜由含硅材料形成。
5.根据权利要求3所述的光掩模坯，其中，所述含铬膜相对于所述曝光光的光密度为1.5～2.6。
6.根据权利要求3所述的光掩模坯，其中，所述含铬膜和所述相移膜相对于所述曝光光的光密度之总和为2.5～3.5。
7.根据权利要求4所述的光掩模坯，其中，所述含铬膜、所述相移膜和所述蚀刻掩模膜相对于所述曝光光的光密度之总和为2.5～3.5。
8.根据权利要求1所述的光掩模坯，其中，所述含铬膜通过所述光学膜设置在所述透明衬底上，所述光学膜包括由含硅但不含过渡金属的材料或含硅和过渡金属的材料形成的遮光膜。
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