CN107870507B - 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

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Abstract

本发明为半色调相移掩模坯和半色调相移掩模。提供包括透明基板和在其上的半色调相移膜的半色调相移掩模坯。所述半色调相移膜包括至少一个由硅系材料组成并且具有≤1013Ω/□的薄层电阻的层，所述硅系材料具有≤3at％的过渡金属含量，≥90at％的Si+N+O含量，30‑70at％的Si含量，30‑60at％的N+O含量，以及≤30at％的O含量。半色调相移膜在曝光于200nm以下的辐照时经历最小的图案尺寸变动劣化，并且具有耐化学品性和改进的加工性。

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的微制造等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，随着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，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的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，则由于曝光期间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期间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。另外，尝试应用分辨率增加技术(RET)例如改进的照度、浸没光刻法或双重曝光(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的图像，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用KrF准分子激光未观察到的损伤。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；并且掩模图案的线宽根据累积照射能量剂量而变化，如非专利文献1(Thomas Faure et al.,“Characterization of binary mask and attenuated phaseshift mask blanks for 32 nm mask fabrication,”Proc.of SPIE,vol.7122,第712209-1页至第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期间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/硅系材料膜例如MoSi系材料膜的改变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。
引用文献列表
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 mask andattenuated phase shift mask blanks for 32nm mask fabrication,”Proc.of SPIE,vol.7122,第712209-1页至第712209-12页
发明内容
在光掩模生产工艺中使用光掩模坯时，如果外来沉积物在光掩模坯上，它们对图案造成缺陷。为了去除外来沉积物，在光掩模生产工艺期间会清洁光掩模坯许多次。此外，当由此制备的光掩模用于光刻法工艺时，即使光掩模本身没有图案缺陷，也要反复清洁该光掩模，原因在于，如果外来沉积物在光刻法工艺期间沉降在光掩模上，使用该光掩模图案化的半导体基板最终也会有图案-转印失效。
为了从光掩模坯或光掩模将外来沉积物除去，在大多数情况下使用SPM、臭氧水或AMP施以化学清洁。SPM为硫酸/过氧化氢混合物，其为具有强氧化作用的清洁剂。臭氧水是其中溶解有臭氧的水并且用作SPM的替代品。AMP为氨水/过氧化氢混合物。将在其表面上具有有机外来沉积物的掩模坯或掩模浸没于AMP清洁液中时，在氨的溶解作用和过氧化氢的氧化作用下使有机外来沉积物释放并从表面除去。
尽管为了将光掩模坯或光掩模上的外来沉积物例如颗粒和污物除去，使用这样的化学液体的化学清洁是必要的，但化学清洁可能损伤光掩模坯或光掩模上的光学膜如半色调相移膜。例如，如果通过化学清洁使光学膜的表面变化，则可能改变该膜原本具有的光学性能。此外，反复地进行光掩模坯或光掩模的化学清洁。因此有必要使每个清洁步骤期间光学膜(例如半色调相移膜)的任何性能变化(例如，相移变化)最小化。
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去湿度的一般气氛(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，典型地钼的硅系材料的半色调相移膜。该过渡金属/硅系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，典型地钼的硅系材料。但是，将使用这样的含有过渡金属的硅系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度而变。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的图案尺度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，需要经历最小的图案尺寸变动劣化并容许反复曝光的半色调相移掩模膜。
满足这样的要求的合适的膜包括无过渡金属的硅系材料的膜，例如由硅和氮组成的膜和由硅、氮和氧组成的膜。尽管这些膜对改进耐化学品性和图案尺寸变动劣化有效，但是其具有缓慢的干蚀刻速率和差的加工性。
本发明的目的是提供半色调相移掩模坯和具有半色调相移膜的半色调相移掩模，其中在图案化曝光时使用至多200nm的短波长高能辐照、典型地ArF准分子激光，甚至在增加的累积照射能量剂量的情形中，使由光照所致的膜性质改变导致图案尺寸变动劣化最小化，并且其耐化学品并且可高效地加工。
致力于开发曝光于ArF准分子激光时具有最小化的图案尺寸变动劣化和耐化学品性的半色调相移膜，发明人对作为无过渡金属的硅系材料的半色调相移膜的由硅和氮组成的膜与由硅、氮和氧组成的膜进行了研究。尽管这些半色调相移膜可用氟系气体干蚀刻，但其加工性因为缓慢的干蚀刻速率而差。
于是继续对半色调相移膜做了研究。发现，使用如下的硅系材料，可形成与无过渡金属的硅系材料相比对于波长至多200nm的光具有相等的图案尺寸变动劣化和相等的耐化学品性、相对于无过渡金属的硅系材料具有在氟气体干蚀刻期间的高蚀刻速率以及改进的加工性的半色调相移膜，所述硅系材料包含必要的过渡金属、硅和氮以及任选的氧，具有至多3at％的过渡金属含量，至少90at％的硅、氮和氧的合计含量，30-70at％的硅含量，30-60at％的氮和氧的合计含量，以及至多30at％的氧含量。
因此，在一方面，本发明提供半色调相移掩模坯，其包括透明基板和在其上的半色调相移膜，所述半色调相移膜相对于波长至多200nm的光具有相移150°～200°和透射率3％～30％。所述半色调相移膜为单层或多层膜，并且由包含必要的过渡金属、硅和氮以及任选的氧的硅系材料组成,所述半色调相移膜包括至少一个由硅系材料组成并且具有至多1013Ω/
Figure BDA0001422972630000061
的薄层电阻的层(A)，所述硅系材料具有至多3at％的过渡金属含量，至少90at％的硅、氮和氧的合计含量，30-70at％的硅含量，30-60at％的氮和氧的合计含量，以及至多30at％的氧含量。
典型地，所述过渡金属含有钼。
在优选的实施方式中，所述层(A)组成渐变使得部分或全部构成元素的浓度在厚度方向上连续变化。
典型地，所述半色调相移膜具有至多70nm的厚度。
在优选的实施方式中，所述半色调相移膜具有至多0.6nm的表面粗糙度RMS。
在优选的实施方式中，所述掩模坯还包括在所述半色调相移膜上的第二膜，第二膜为由含铬材料组成的单层或多层膜。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期间作为硬掩模发挥功能的加工辅助膜。
在优选的实施方式中，所述掩模坯还包括在第二膜上的第三膜，第三膜为由含硅材料组成的单层或多层膜。第二膜可以为遮光膜、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期间作为硬掩模发挥功能的加工辅助膜，第三膜为在第二膜的图案形成期间作为硬掩模发挥功能的加工辅助膜。另外，第二膜可以为在半色调相移膜的图案形成期间作为硬掩模和在第三膜的图案形成期间作为蚀刻阻止层发挥功能的加工辅助膜，第三膜为遮光膜、或遮光膜和减反射膜的组合。
在优选的实施方式中，所述掩模坯还包括在第三膜上的第四膜，第四膜为由含铬材料组成的单层或多层膜。典型地，第二膜为在半色调相移膜的图案形成期间作为硬掩模和在第三膜的图案形成期间作为蚀刻阻止层发挥功能的加工辅助膜，第三膜为遮光膜、或遮光膜和减反射膜的组合，第四膜为在第三膜的图案形成期间作为硬掩模发挥功能的加工辅助膜。
另外，本文还考虑了半色调相移掩模，其由上述定义的半色调相移掩模坯制备。
发明的有利效果
本发明的半色调相移掩模坯具有半色调相移膜，其相对于波长至多200nm的光经历最小的图像尺寸变动劣化，具有良好的耐化学品性并且相对于无过渡金属的硅系材料膜在加工性上得以改善。如通过在氟系干蚀刻过程中与无过渡金属的硅系材料膜相比较高的蚀刻速率所证明，相对于无过渡金属的硅系材料膜本发明的半色调相移膜的加工性得以改善，同时其保持与无过渡金属的硅系材料膜基本相等的激光照射耐受性和耐化学品性。此外，本发明的半色调相移膜具有低的薄层电阻以抑制任何电荷累积(charge buildup)。
附图说明
图1A和1B分别为一个示例性的本发明的半色调相移掩模坯和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另一实施方式的横截面图。
具体实施方式
本发明涉及包括透明基板和其上形成的半色调相移膜的半色调相移掩模坯(或半色调相移型光掩模坯)。透明基板典型地为石英基板。优选如SEMI标准中规定的称为6025基板的6英寸方形且25mil厚的透明基板，或者以SI单位表示时152mm方形且6.35mm厚的透明基板。半色调相移膜可以为单层结构或者多层结构(即两层或更多层)。本发明还涉及具有半色调相移膜的(光)掩模图案的半色调相移(光)掩模。
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。
半色调相移膜可由单层或多层组成，只要满足用于半色调相移掩高能所需的相移和透射率。在多层结构的情形中,该膜优选由包括减反射功能层的多层组成使得整体的膜可以满足预定的表面反射率以及所需的相移和透射率。
在任一单层或多层结构中，每层可以为组成渐变的层，即，其中部分或全部构成元素的浓度在厚度方向上连续变化的层。特别地，后文描述的预定组成的层(A)应优选为其中部分或全部构成元素的浓度在厚度方向上连续变化的层。在多层结构的情形中，半色调相移膜可为选自以下的层的两层或更多层的组合：由不同成分组成的层和由相同成分以不同的组成比组成的层。在膜由三层或更多层组成时，可以包括相同的层，只要其彼此不邻接。
由于使用波长至多200nm的曝光光、典型地为ArF准分子激光(波长193nm)的光刻法中使用半色调相移掩模，所以半色调相移膜应优选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。
半色调相移的整体厚度应优选为至多70nm、更优选至多65nm，因为较薄的膜有利于形成较精细的图案。膜厚的下限设定在得到相对于波长至多200nm的光的希望的光学性质的范围。具体地，膜厚设定为至少40nm，但下限并不关键。
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。特别地，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，但从对比度增加的观点出发，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。在此意义上，相移优选为160-190°，更优选为175-185°，最优选地约为180°。另外半色调相移膜具有至少3％、优选至少5％和至多30％的曝光光的透射率
优选半色调相移膜具有至多0.6nm的表面粗糙度(RMS)。此处使用的表面粗糙度(RMS)为通过原子力显微镜(AFM)测定的表面粗糙度(RMS)。优选表面粗糙度的较小值，原因是在检测缺陷时可检测到较小的缺陷。另外优选半色调相移膜具有至多1013欧姆/方形(Ω/
Figure BDA0001422972630000091
),尤其至多1012Ω/
Figure BDA0001422972630000092
的薄层电阻。特别地，后文将描述的层(A)应具有至多1015Ω/
Figure BDA0001422972630000093
,尤其至多1013Ω/
Figure BDA0001422972630000094
的薄层电阻。只要半色调相移膜的薄层电阻落入该范围内，任何电荷累积，例如在电镜典型地为扫描电镜(SEM)下测量掩模图案尺寸过程中的电荷累积可被抑制，能实现更准确的尺寸测量。
尽管半色调相移膜具有上述范围内的相移、透射率和厚度，优选地相对于曝光光其具有至少2.4、更优选地至少2.5、甚至更优选至少2.6的折射率n。通过使半色调相移膜的氧含量减少，优选地通过除去氧，能够使该膜的折射率n增大，并且能够减小该膜的厚度，同时保持对于相移功能所需要的相移。随着氧含量越低，折射率n越高，并且进而，随着折射率n越高，由较薄的膜可获得需要的相移。因此，当半色调相移膜为单层结构时，该单层优选具有至少2.4，更优选至少2.5,并且甚至更优选至少2.6的折射率n。当半色调相移膜为多层结构时,其对应整体厚度的至少60％,优选至少70％,更优选至少80％,进一步优选至少90％,最优选100％的部分优选具有至少2.4,更优选至少2.5,并且甚至更优选至少2.6的折射率n。
尽管半色调相移膜具有上述范围内的相移、透射率和厚度，优选地相对于曝光光其具有至少0.4,尤其至少0.6和至多0.7,尤其至多0.65的消光系数k。当半色调相移膜为单层结构时，该单层优选具有至少0.4,尤其至少0.6和至多0.7,尤其至多0.65的消光系数k。当半色调相移膜为多层结构时,其对应整体厚度的至少60％,优选至少70％,更优选至少80％,进一步优选至少90％,最优选100％具有至少0.1,尤其至少0.2和至多0.7,尤其至多0.65的消光系数k。
半色调相移膜由硅系材料组成，其包含必要的过渡金属,硅和氮与任选的氧。构成半色调相移膜的单层或多层的每层由硅系材料组成，其包含必要的过渡金属,硅和氮与任选的氧。可以接受其他元素的加入，只要其为杂质的量。半色调相移膜包括至少一个具有预定组成的层(A)。当半色调相移膜为单层时，整体的单层为具有预定组成的层(A)；或者当膜为多层膜时，其对应于整体厚度(如果有的话不包括表面氧化层)的至少50％,优选至少60％,更优选至少70％的部分优选为具有预定组成的层(A)。在优选的实施方式中，层(A)占整体厚度的至少80％,更优选至少90％,和最优选100％。当半色调相移膜为多层膜时，优选被设置得远离透明基板的膜的最外表面层为层(A)。
在半色调相移膜中,组成层(A)的硅系材料应具有至多3at％,优选至多2at％,更优选至多1.5at％和优选至少0.1at％,更优选至少0.5at％,甚至更优选至少1at％的过渡金属含量。考虑到半色调相移膜的薄层电阻，过渡金属的含量为优选至少0.1at％,更优选至少0.5at％,甚至更优选至少1at％。为了得到令人满意的薄层电阻，过渡金属的含量更优选大于1at％,尤其至少1.1at％。合适的过渡金属包括钼、锆、钨、钛、铪、铬和钽。优选含钼。最优选过渡金属为钼。
在半色调相移膜中，组成层(A)的硅系材料应具有至少90at％,优选至少95at％的硅,氮和氧的合计含量(如果无氧，则为硅和氮的合计含量)。
在半色调相移膜中,组成层(A)的硅系材料应具有至少30at％,优选至少40at％,至多70at％,优选至多55at％的硅含量。具有至多50at％的硅含量的部分应优选占层(A)整体厚度的至少10％。半色调相移膜具有低的透射率(例如,3％至小于20％,特别地3％至12％,更特别地3％至小于10％)时,硅系材料优选具有至少40at％,优选至少44at％,和至多70at％,优选至多55at％的硅含量；并且具有至多50at％的硅含量的部分应优选占层(A)整体厚度的至少10％。在半色调相移膜具有高透射率(例如20％至30％)时,硅系材料优选具有至少30at％,优选至少40at％和至多55at％,优选至多50at％的硅含量；并且具有至多45at％硅含量的部分应优选占层(A)整体厚度的至少10％。
在半色调相移膜中,组成层(A)的硅系材料应具有至少30at％,优选至少45at％和至多60at％,优选至多55at％的氮和氧的合计含量。具有至少50at％的氮和氧合计含量的部分应优选占层(A)整体厚度的至少10％。
在半色调相移膜中,组成层(A)的硅系材料的应优选具有至少10at％,更优选至少40at％和至多60at％,更优选至多55at％的氮含量。在半色调相移膜具有低的透射率(例如,3％至小于20％,特别地3％至12％,更特别地3％至小于10％)时,硅系材料优选具有至少40at％,优选至少44at％,和至多60at％,优选至多56at％的氮含量；具有至少48at％,尤其至少50at％的氮含量的部分应优选占层(A)整体厚度的至少10％。半色调相移膜具有高的透射率(例如20％至30％)时),硅系材料优选具有至少10at％,优选至少40at％,和至多60at％,优选至多55at％的氮含量。
在半色调相移膜中,组成层(A)的硅系材料的应优选具有至多30at％,更优选至多6at％的氧含量。半色调相移膜具有高的透射率(例如20％至30％)时硅系材料优选具有至多30at％,优选至多25at％的氧含量。半色调相移膜具有低的透射率(例如,3％至小于20％,特别地3％至12％,更特别地3％至小于10％)时，硅系材料优选具有至多6at％,更优选至多3.5at％,甚至更优选至多1at％的氧含量。
合适的硅系材料包括过渡金属硅系材料、特别地由过渡金属(Me),硅和氮组成的过渡金属硅系材料即过渡金属硅氮化物(MeSiN)，与由过渡金属(Me),硅,氮和氧组成的过渡金属硅系材料即氧氮化过渡金属硅(MeSiON)。
为了形成作为薄膜的半色调相移膜，优选低氧含量的硅系材料更优选无氧材料。由此方面看，半色调相移膜应优选由无氧的硅系材料组成。
氟系干蚀刻时，半色调相移膜优选具有高于透明基板的蚀刻速率。当膜的蚀刻速率与基板的蚀刻速率之比为优选至少1.25,更优选至少1.3,甚至更优选至少1.35时，半色调相移膜进一步在加工性上得以提高。
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,其可包含过渡金属。氮和氧的含量在反应性溅射期间可通过如下调节，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。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)。可使用稀有气体例如氦、氖或氩气作为溅射气体。
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。可以通过大气或空气氧化或者强制氧化性处理来形成表面氧化层。强制氧化性处理的实例包括用臭氧气体或臭氧水处理硅系材料膜和在约300℃或更高在含氧的气氛、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期间增加溅射气体中氧的量而形成，但为了形成缺陷较少的层，优选上述的大气氧化或氧化性处理。
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加工辅助膜。如后述那样形成第三膜时，可将第二膜用作加工辅助膜(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和在该膜1上形成的第二膜2。
半色调相移掩模坯可包括遮光膜作为在半色调相移膜上的第二膜。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加工辅助膜。遮光膜和减反射膜的构成和材料由许多专利文献中已知，例如，专利文献4(JP-A 2007-033469)和专利文献5(JP-A 2007-233179)。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材料包括单纯的铬,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，该遮光膜由铬系材料制成，该铬系材料具有至少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。该铬系材料具有至少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。该铬系材料具有至少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。该铬系材料具有至少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、氮和碳的合计含量优选为至少95at％、更优选地至少99at％、尤其为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、氮和碳的合计含量优选为至少95at％、更优选地至少99at％、尤其为100at％。
第二膜为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加工辅助膜(蚀刻阻止膜)时，该加工辅助膜优选由具有与该半色调相移膜不同的蚀刻性质的材料、例如对施加于蚀刻含硅材料的氟干蚀刻具有耐受性的材料、特别是其能够用含氧的氯气蚀刻的含铬材料组成。适合的含铬材料包括单纯的铬,氧化铬(CrO),氮化铬(CrN),碳化铬(CrC),氧氮化铬(CrON),氧碳化铬(CrOC),氮化碳化铬(CrNC),氧氮化碳化铬(CrONC)和其他的铬化合物。
第二膜为加工辅助膜时，该膜优选具有优选至少40at％,更优选至少50at％和至多100at％,更优选至多99at％,并且甚至更优选至多90at％的铬含量。该膜具有至少0at％,和至多60at％,优选至多55at％的氧含量，其中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％,优选至多40at％,其中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％和至多20at％,优选至多10at％的碳含量，其中必须调节蚀刻速率时优选至少1at％的碳含量。铬、氧、氮和碳的合计含量优选为至少95at％、更优选地至少99at％、并且尤其为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。另外组合有第二膜的半色调相移膜应优选地具有至少2.0、更优选地至少2.5、进一步优选地至少3.0的合计光密度，相对于波长200nm以下的曝光光。第二膜为加工辅助膜时，第二膜具有典型地1-100nm、优选2-50nm的厚度。
在本发明的半色调相移掩模坯中，可在第二膜上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加工辅助膜。第三膜优选由含硅材料、尤其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、和在第二膜2上形成的第三膜3。
第二膜为遮光膜、遮光膜和减反射膜的组合或者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加工辅助膜时，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加辅助膜(蚀刻阻止膜)。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加工辅助膜(蚀刻阻止膜)。该加工辅助膜优选由具有与第二膜不同的蚀刻性质的材料，例如对于应用于蚀刻含铬材料的氯干蚀刻具有耐受性的材料，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单纯的硅,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,以及含有氮和氧中的一种或两种、硅、和过渡金属的材料。过渡金属的实例为钼、钽和锆。
第三膜为加工辅助膜时，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、氮和过渡金属的合计含量优选为至少95at％，更优选地至少99at％，尤其为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加工辅助膜时，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。另外组合有第二膜的半色调相移膜应优选地具有至少2.0、更优选地至少2.5、甚至更优选地至少3.0的合计光密度，相对于波长200nm以下的曝光光。第二膜为加工辅助膜和第三膜为加工辅助膜时，第二膜具有典型地为1-100nm、优选2-50nm的厚度，第三膜具有典型地为1-30nm、优选2-15nm的厚度。
第二膜为加工辅助膜时，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加工辅助膜(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加工辅助膜(蚀刻阻止膜)。加工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。加工辅助膜可以为单层或者多层。制成加工辅助膜的适合的含铬材料包括单纯的铬,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。
第二膜为加工辅助膜时，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％、甚至更优选地至多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,氮和碳的合计含量优选为至少95at％、更优选为至少99at％、尤其为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质的材料，例如，对于应用于蚀刻含铬材料的氯干蚀刻具有耐受性的材料，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单纯的硅,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、氮和过渡金属的合计含量优选为至少95at％、更优选地至少99at％、尤其为100at％。
第二膜为加工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。另外组合有第二膜和第三膜的该半色调相移膜应优选地具有至少2.0、更优选地至少2.5、进一步优选地至少3.0的合计光密度，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加工辅助膜。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加工辅助膜(蚀刻掩模膜)。该加工辅助膜优选由具有与第三膜不同的蚀刻性质的材料，例如，对于应用于蚀刻含硅材料的氟干蚀刻具有耐受性的材料，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单纯的铬,氧化铬(CrO),氮化铬(CrN),碳化铬(CrC),氧氮化铬(CrON),氧碳化铬(CrOC),氮化碳化铬(CrNC),氧氮化碳化铬(CrONC)和其他铬化合物。
第四膜为加工辅助膜时，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、氮和碳的合计含量优选为至少95at％、更优选地至少99at％、尤其为100at％。
第二膜为加工辅助膜，第三膜为遮光膜或者遮光膜和减反射膜的组合，并且第四膜为加工辅助膜时；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。另外组合有第二膜和第三膜的半色调相移膜应优选地具有至少2.0、更优选地至少2.5、进一步优选地至少3.0的合计光密度，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中的反应性气体。
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、或者硅/过渡金属复合靶，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。如果留下第二膜的任何区域，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加工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。如果留下第二膜的任何区域，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加工辅助膜、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加工辅助膜、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加工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。接下来，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的半间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
能够同时诱发放电至两个靶的DC磁溅射系统被加载以MoSi靶和Si靶。将152mm方形和6.35mm厚的石英基板置于腔室内。通过如下进行溅射，在MoSi靶上施加35W的功率并在Si靶施加1,900W的功率以同时放电，供应Ar气和N2气作为溅射气体，调节Ar气流量恒定为21sccm，将N2气流量从26sccm连续地改变至47sccm。将MoSiN的半色调相移膜沉积在石英基板上。该膜具有在厚度方向上连续地渐变的组成，相对于波长193nm的光的179°的相移和6％的透射率，以及65nm的厚度。以此方式，得到半色调相移掩模坯。
通过X-射线光电子能谱(XPS)对半色调相移膜分析组成，发现Mo和N的含量在厚度方向上连续降低,硅的含量在厚度方向上连续增加。基板侧的膜组成为Mo:Si:N＝1.4:46.5:52.1(原子比)，表面侧的膜组成(远离基板)为Mo:Si:N＝0.9:52.3:46.8(原子比)。具有超过1.1at％的Mo含量的部分的厚度占半色调相移膜整体厚度的50％。
半色调相移膜具有AFM下测量的0.51nm的表面粗糙度(RMS)和1012Ω/
Figure BDA0001422972630000211
的薄层电阻。用SF6气和O2气氟系干蚀刻时，该膜具有蚀刻速率0.76nm/sec，其是在同样条件下的石英基板的蚀刻速率(0.53nm/sec)的1.43倍。通过如下在具有两个高频电源的蚀刻系统中进行了氟系干蚀刻：利用以54W的连续放电将反应性离子蚀刻分派至一个电源，利用以325W的连续放电将诱导结合的等离子体分派至另一电源，以18sccm的流量供应SF6气，并以45sccm的流量供应O2气。
对半色调相移膜通过将膜在AMP(30wt％氨水:30wt％过氧化氢水:去离子水＝1:1:200以体积比计)中浸没120分钟评价了耐化学品性。由化学处理后的0°的相移变化(相移不变)证明，耐化学品性令人满意。通过标准技术，加工半色调相移膜以形成具有200nm线宽的掩模图案，得到半色调相移掩模。在空气中在室温(23℃)和45％的相对湿度下，用ArF准分子激光脉冲照射掩模图案达到40kJ/cm2的累积剂量，发现，掩模图案线宽经历了1nm或更小的变化，即基本不变。使该膜的图案尺寸变动最小。
比较例1
对和实施例1中同样的溅射系统仅仅加载Si靶。将152mm方形和6.35mm厚的石英基板置于腔室内。通过如下进行溅射，在Si靶上施加1,900W的功率用于放电，供应Ar气和N2气作为溅射气体，调节Ar气的流量恒定为22sccm，将N2气的流量从23.5sccm连续地改变至44.5sccm。将SiN半色调相移膜沉积在石英基板上。该膜具有在厚度方向上连续地渐变的组成，相对于波长193nm的光的179°的相移和6％的透射率，以及64nm的厚度。以此方式，得到半色调相移掩模坯。
该半色调相移膜具有AFM下测量的0.51nm的表面粗糙度(RMS)和超过测量极限的薄层电阻1013Ω/
Figure BDA0001422972630000221
。在和实施例1同样的蚀刻试验中，该膜具有蚀刻速率0.65nm/sec,其是在同样条件下的石英基板的蚀刻速率的1.23倍。在和实施例1同样的化学试验中，由化学处理后的0°的相移变化(相移不变)证明，耐化学品性令人满意。在和实施1同样的激光照射试验中，掩模图案线宽经历了1nm或更小的变化，即基本不变。使该膜的图案尺寸变动最小。
比较例2
对和实施例1中同样的溅射系统加载MoSi靶和Si靶。将152mm方形和6.35mm厚的石英基板置于腔室内。通过如下进行溅射，在MoSi靶上施加725W的功率并在Si靶上施加1,275W的功率以同时放电，供应Ar气、N2气和O2气作为溅射气体，调节Ar气的流量恒定为8.5sccm，N2气的流量恒定为65sccm，O2气的流量恒定为2.6sccm。将MoSiON半色调相移膜沉积在石英基板上。该膜具有在厚度方向上恒定的组成，相对于波长193nm的光的177°的相移和6％的透射率，以及75nm的厚度。以此方式，得到半色调相移掩模坯。
XPS分析时，半色调相移膜具有组成Mo:Si:N:O＝8.7:36.1:45.1:10.1(原子比)。该膜具有AFM下测量的0.75nm的表面粗糙度(RMS)。在和实施1同样的激光照射试验中，掩模图案线宽经历了26.7nm的变化。该膜在图案尺寸变动方面差。

Claims (17)

1.半色调相移掩模坯，包括透明基板和在其上的半色调相移膜，所述半色调相移膜相对于波长至多200nm的光具有相移150°～200°和透射率3％～30％，其中
所述半色调相移膜为单层或多层膜，并且由包含必要的过渡金属、硅和氮以及任选的氧的硅系材料组成,
所述半色调相移膜包括至少一个由硅系材料组成并且具有至多1013Ω/□的薄层电阻的层(A)，所述硅系材料具有至多3at％的过渡金属含量，至少90at％的硅、氮和氧的合计含量，30-70at％的硅含量，30-60at％的氮和氧的合计含量，以及至多30at％的氧含量,
所述层(A)组成渐变使得部分或全部构成元素的浓度在厚度方向上连续变化。
2.根据权利要求1所述的掩模坯，其中，所述过渡金属含有钼。
3.根据权利要求1所述的掩模坯，其中，在厚度方向上，过渡金属和氮的含量连续降低，并且硅的含量连续增加。
4.根据权利要求1所述的掩模坯，其中，过渡金属和氮的含量从基板侧连续降低，并且硅的含量从基板侧连续增加。
5.根据权利要求1所述的掩模坯，其中，所述半色调相移膜具有至多70nm的厚度。
6.根据权利要求1所述的掩模坯，其中，所述半色调相移膜具有至多0.6nm的表面粗糙度RMS。
7.根据权利要求1所述的掩模坯，还包括在所述半色调相移膜上的第二膜，第二膜为由含铬材料组成的单层或多层膜。
8.根据权利要求7所述的掩模坯，其中，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期间作为硬掩模发挥功能的加工辅助膜。
9.根据权利要求7所述的掩模坯，还包括在第二膜上的第三膜，第三膜为由含硅材料组成的单层或多层膜。
10.根据权利要求9所述的掩模坯，其中，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期间作为硬掩模发挥功能的加工辅助膜，第三膜为在第二膜的图案形成期间作为硬掩模发挥功能的加工辅助膜。
11.根据权利要求9所述的掩模坯，其中，第二膜为在半色调相移膜的图案形成期间作为硬掩模和在第三膜的图案形成期间作为蚀刻阻止层发挥功能的加工辅助膜，第三膜为遮光膜、或遮光膜和减反射膜的组合。
12.根据权利要求9所述的掩模坯，还包括在第三膜上的第四膜，第四膜为由含铬材料组成的单层或多层膜。
13.根据权利要求12所述的掩模坯，其中，第二膜为在半色调相移膜的图案形成期间作为硬掩模和在第三膜的图案形成期间作为蚀刻阻止层发挥功能的加工辅助膜，第三膜为遮光膜、或遮光膜和减反射膜的组合，第四膜为在第三膜的图案形成期间作为硬掩模发挥功能的加工辅助膜。
14.根据权利要求1所述的掩模坯，其中，所述层(A)中的硅、氮和氧的合计含量为至少95at％。
15.根据权利要求1所述的掩模坯，其中，在所述层(A)中，具有至多50at％的硅含量的部分占层(A)的整体厚度的至少10％，而具有至少50at％的氮和氧的合计含量的部分占层(A)的整体厚度的至少10％。
16.根据权利要求1所述的掩模坯，其中，组成层(A)的硅系材料具有至少0.5at％的过渡金属含量。
17.半色调相移掩模，其由根据权利要求1所述的半色调相移掩模坯制备。
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