CN1122876C

CN1122876C - 光掩模坯料

Info

Publication number: CN1122876C
Application number: CN95191612A
Authority: CN
Inventors: H·U·阿尔培; R·H·弗伦奇; F·D·卡尔克
Original assignee: DuPont Photomasks Inc
Current assignee: SCHOTT STONESLABE PRINTING TECHNOLOGIES AG
Priority date: 1994-02-14
Filing date: 1995-02-10
Publication date: 2003-10-01
Anticipated expiration: 2015-02-10
Also published as: WO1995022083A3; US5415953A; DE69509502T2; KR100362126B1; KR970701379A; JPH09508981A; JP3595860B2; DE69509502D1; EP0745235A1; EP0745235B1; TW316856B; WO1995022083A2; CN1145124A

Abstract

本发明公开了可透过预埋移相器-光掩模坯料，它包括一种光学非均匀性衰减薄膜，该薄膜在平印波长下至少具有0.001的透射，而且实质上是由多种成分的组合构成的，其中一种成分比另一种成分在平印波长下具有更高的吸收率。距离薄膜表面的一种深度，比另一种深度具有较高吸收成分的较高含量，并且贯穿此薄膜厚度的折射率和/或消光系数变化曲线是渐变的。上述变化曲线和薄膜厚度可进行选择，以在选定的平印波长下提供约180°或其奇数倍的相位移。

Description

光掩模坯料

发明的领域

本发明涉及光掩模坯料，更确切地说，涉及能在给定的波长下在入射光中提供相位移的光掩模坯料。

发明的背景

传统的光掩模坯料，通常包括有例如熔融石英片构成的基片，其上带有不透明的铬的薄膜。通过在该薄膜中提供所需要的开口区域的图案，便可由此坯料制成光掩模。在使用中，穿过光掩模的开口区域，用光学方法将光投影到光敏基片(例如涂复有光致聚合物的半导体片)的表面上。通常情况下，光掩模是用可见光或者紫外光进行照明。光学成象的主要局限在于，具有照明光波长数量级的谱级宽度是受衍射限制的。换句话说，波长为所需要的光学象大小同样数量级的光将发生衍射，而且投影出来的象将比所需要的象宽。

为了产生出比可见光或紫外光波长要窄的图案创造条件，工艺上已经考虑改成更短波长的光源，例如X-射线。美国专利No.4,890,309则公开了一种在X-射线平版印刷术中特别有用的衰减型(与不透明型相反)光掩模，其中衰减薄膜的材料和厚度的选择，是既使入射的一部分电磁辐射通过(即透过)，又使该辐射相对于通过此掩模开口特性的辐射产生相移。挑选出来的材料是钨、金、银以及这些材料的合金制成的均质的薄膜，或者高原子序数和低原子序数材料(例如钨和碳)的替换层。

在致力于避免X-射线平版印刷术所付的代价和复杂性的过程中，已经开发出用于紫外线和可见光区域的各种各样的相移光掩模，例如可参见B.J.Lin《Solid State Technology》，PP.43-47，1992.1。其中有或者要求蚀刻基片或者要求使用附加的移相层的边缘(rim)相移光掩模。此边缘相移光掩模固有地适用于任意的掩模图形，但需要一大的掩模正偏移，以将曝光时间减少到实际水平，而且由于很强的邻近效应，使其难以使用一共同的曝光时间，对于任意的掩模图形刻打出所有的特征尺寸和形状。对于边缘相移光掩模的改进，在技术上被称为衰减相移光掩模(APSPM)。其所利用的是吸收性的、局部透过的移相器，替代构图薄膜中传统的不透明的铬部分。此吸收性移相器的透射性被调节到约小于0.20，以防止产生幻影线。然而并非所有的移相器都能产生所需要量的相移和吸收。故在某些情况下，可能需要由不同的吸收特性和相移特性的材料组成的多层结构。市场上可以买得到的APSPM，其所利用的是缓变的铬的氧碳氮化物组成的薄膜，从基片-薄膜界面处的Cr-N复合物，变化为薄膜-空气界面处的Cr-O复合物，而且还能作为减反射涂层。虽然此APSPM能够提供一定程度的相移，然而为了达到所需要的180°的相位移，需要进一步的处置，例如对基片(在这种情况下是熔融石英)进行活性离子蚀刻。

日本公开的专利申请No.平成5-127.361，描述了一种衰减光掩模坯料，带有既能提供所需要的透射性又能提供相移的局部透过的薄膜，即此相移予埋在吸收层之中。这是通过使用具有适当的折射率和消光系数的沿深度方向为光学均质的薄膜材料来达到的。这种深度方向均质薄膜的缺点在于，由于折射率和消光系数是联系在一起的，故无法对透射性、相位移和反射率分别进行选择。一般说来，平印成象性能是受透射性、相位移和反射率的影响的，所以独立控制这三个参数是所想望的。这种均质薄膜另一个缺点在于，当使用铬的复合物时，如权利要求中详细说明的那样，电阻率是高的，从而使此薄膜在电子束构图系统中变得不可写入，除非使用分开的电荷耗散层。此均质薄膜进一步的缺点在于，当使用铬的复合物时，其在可见光谱区段的光谱光学透射性非常高，从而给检查完工的光掩模(通常在488nm波长下完成)及将此完工的光掩模装定在投影式光刻机上(通常在633nm的波长下完成)造成困难。

使用沿深度方向光学非均质的薄膜，以在衰减型相移光掩模坯料中同时获得所需要的透射性、相位移和反射率，已在1992年11月16日提出的共同未决的美国专利申请No.07/976.782进行过描述。这种非均匀衰减薄膜基本上是由金属成份和介电成份的组合构成的，其中薄膜的一个表面比其另一表面具有更高的金属成份含量，而且贯穿薄膜厚度的消光系数变化曲线是平缓的；而且其中所述的变化曲线和薄膜厚度可以选择，以在选定的波长下提供约180°(或其奇数倍)的相位移。这种非均匀的薄膜允许光掩模坯料具有灵活的设计和结构，包括独立地控制透射性、相位移和反射率。然而它规定了金属成份和介电成份之间一沿深度方向的组成梯度。

发明概要

本发明能为选定的平印波长提供一种可透过的、预埋移相器-光掩模坯料(即EPS-PMB)，它包括带有上表面和下表面的光学非均匀性衰减薄膜。该薄膜在平印波长下至少具有0.001的透射，而且基本上是由至少两种成份的组合构成的，其中至少一种成份比至少一种其它成份在平印波长下呈现更高的吸收率；其中距离薄膜上表面的一种深度，比距离此上表面的另一种深度具有更高的上述较高吸收成份的含量，并且贯穿此薄膜厚度的折射率和/或消光系数变化是平缓的；而且其中所述的变化曲线和薄膜厚度可进行选择，以在选定的平印波长下提供约180°(或其奇数倍)的相位移。

附图简述

图1表示根据本发明提供的在365nm波长下具有0.054的透射的EPS-PMB组分深度分布图。

图2表示图1中EPS-PMB的光谱透射性。

图3a及3b分别以度表示对于图1中EPS-PMB的椭圆率测量的和δ数据。

图4a及4b分别表示对图1中EPS-PMB的较多吸收和较少吸收成分的有效光学常数(n和k)。

图5表示对于图1中EPS-PMB的有效光学常数(n和k)的深度分布图。

图6表示对于图1中EPS-PMB的椭圆率测量模拟的光谱相位移。

图7a，7b，7c和7d分别表示对图1中EPS-PMB在325，442，488和633nm波长下的相敏干涉仪扫描。

图8表示对于图1中EPS-PMB的325，442，488和633nm波长下相敏干涉仪数据的曲线，以及拟合该数据的二阶曲线(对此EPS-PMB来说，内插的I-谱线相位移为179°)。

图9表示对于入射在图1中EPS-PMB上薄膜一侧的光的反射率。

图10表示对于入射在图1中EPS-PMB上基片一侧的光的反射率。

图11表示根据本发明提供的另一种EPS-PMB的组分深度分布图，其所带有的和本发明相适应的铬的化学性质，适于在365nm的波长下提供6.1％(即0.061)的透射；随着增大含碳量而改进电导率，其具有优化了的铬化学性质和湿蚀刻性能。

图12表示图11中EPS-PMB的光谱透射性。

图13表示对于入射在图11中EPS-PMB上薄膜一侧的光的反射率。

图14表示对于入射在图11中EPS-PMB上基片一侧的光的反射率。

图15a，15b和15c分别表示对图11中EPS-PMB在325，488和633nm波长下的相敏干涉仪扫描。

图16表示对于图11中EPS-PMB在325，488和633nm波长下的相敏干涉仪数据的曲线，以及拟合该数据的二阶曲线(对此EPS-PMB来说，预期的I-谱线相位移为173°)。

图17a和17b表示对于其它两种光掩模坯料的组分深度分布图，图17a的光掩模坯料，在薄膜的中间带有较多吸收的成份；图17b的光掩模，在薄膜的基面上带有较多吸收的成分。

图18a和18b分别表示图17a和17b中光掩模坯料的光谱透射性。

图19a和19b分别表示对于入射在图17a和17b的光掩模坯料的薄膜一侧的光的反射率。

图20a和20b分别表示对于入射在图17a和17b的光掩模坯料的基片一侧的光的反射率。

图21a，21b，21c，21d，21e和21f，分别表示对17a和17b的光掩模坯料在325nm，488nm和633nm下的相敏干涉仪扫描。

图22a和22b分别表示对于图17a和17b的光掩模坯料在325，488和633nm波长下相敏干涉仪数据的曲线，以及适合该数据的二阶曲线(对于这些光掩模坯料来说，预期的I-谱线相位移分别为203°和204°)。

图23表示另一种光掩模坯料的组分深度分布图，其所带有的铬的化学性质，适于在248nm波长(DUV)下提供2.3％的透射。

图24表示图23中光掩模坯料的透射性。

图25表示入射在图23中光掩模坯料上薄膜一侧的光的反射率。

图26表示入射在图23中光掩模坯料上薄膜一侧的光的反射率。

图27a，27b和27c，分别表示在325，488和633nm波长下对图23中光掩模坯料的相敏干涉仪扫描。

图28表示对于图23中光掩模坯料的325，488和633nm波长下的相敏干涉仪数据的曲线，以及拟合该数据的二阶曲线(对于此光掩模坯料来说，预期的DUV相位移为219°)。

图29表示根据本发明提供的另外一种EPS-PMB的组分深度分布图，其所带有和本发明相适应的铬的化学性质，适于提供6.3％的G-谱线透射。

图30表示图29中EPS-PMB的光谱透射性。

图31表示对于入射在图29中EPS-PMB上薄膜一侧的光的反射率。

图32表示对于入射在图29中EPS-PMB上基片一侧的光的反射率。

图33a，33b和33c，分别表示对于图29中EPS-PMB在325，488和633nm波长下的相敏干涉仪扫描。

图34表示对于图29中EPS-PMB在325，488和633nm波长的相敏干涉仪数据的曲线，以及适合该数据的二阶曲线(对此EPS-PMB来说，预期的G-谱线相位移为188°)。附图中使用的术语概览：

X-距离界面的薄膜深度()

Y-距离表面的薄膜深度()

C-原子浓度

W-波长(nm)

T-绝对透射

S-(度)

D-δ(度)

n-折射率

K-消光系数

P-相位移(度)

L-沿干涉仪扫描的位置

R-反射率

发明的详细描述

本发明能为光掩模坯料提供有益的薄膜。此薄膜能对特定的入射波长提供约180°(最好为180°±10°)或其奇数倍的相位移，因而对于制造光掩模特别有用。通常此薄膜是沉积在基片上的。基片可以是对所使用的入射光波长为透明的任何机械上稳定的材料。对于可用性和成本来说，诸如石英和熔融石英(玻璃)的基片是首选的。

本发明的薄膜，其光学非均匀性在于贯穿该薄膜厚度的折射率和/或消光系数是变化的。根据即时发明的光学非均匀衰减薄膜，典型情况下其形式为从下表面(通常为基片-薄膜之间的界面)处的较高光学吸收特性到上表面(通常为薄膜-空气之间的界面)处的较低光学吸收特性范围内，具有连续变化的结构；或者其形式为从下表面(通常为基片-薄膜之间的界面)处的较低光学吸收特性到局部穿过薄膜厚度一定位置处的较高光学吸收特性，到上表面(通常为薄膜-空气之间的界面)处的较低光学吸收特性的范围内，具有连续变化的结构；或者其形式为从下表面(通常为基片-薄膜间的界面)处的较高光学吸收特性到局部穿过薄膜厚度一定位置处的较低光学吸收特性，到上表面(通常为薄膜-空气间的界面)处的较高光学吸收特性范围内，具有连续变化的结构。在此光学非均匀薄膜中任意深度处，其材料可被限定为至少两种成分的混合物，至少一种较高吸收的成分和至少一种较低吸收的成分。较高吸收成分的折射率通常为1至6，最好为2至5；较低吸收成分的折射率通常为1至3.5，最好为1.2至2.8。较高吸收成分的消光系数通常为0到6，最好为0.5到3.5；较低吸收成分的消光系数通常为0到2，最好为0到1.5。此非均匀衰减薄膜中的较高吸收成分和较低吸收成分，可以从例如过渡和不过渡的金属-氟--氧-碳-氮材料中选择。特别适于实施本发明的材料是：金属-氧-碳-氮(即M-O-C-N)；金属-氯-氧-碳-氮(即M-Cl-O-C-N)；金属-氯-氟-氧-碳-氮(即M-Cl-F-O-C-N)，以及金属-氟-氧-碳-氮(即M-F-O-C-N)，其中M选自Cr，Fe，Mo，Zn，Co，Nb，Ta，W，Ti，Al，Mg，Si组中及其混合物。Cr是首选的M，而且铬-氧-碳-氮是基于性能和可用性的首选材料。

该薄膜的折射率曲线、消光系数曲线或者两种曲线，贯穿薄膜厚度是逐渐变化的。这种逐渐变化可以按平滑连续的方式和/或按步递级的方式来完成。本发明的薄膜为多种成分的组合，其中一种成分在平印波长下比另一种成分具有更高的吸收率。如在此对于每种成分使用的吸收率α，与该成分的消光系数κ成正比，(即α＝4πκ/λ，其中λ为入射光的波长)。在多数实施例中，此薄膜组分基本上是两种成分的组合。这两种成分可以是金属成分(即一种其特征在于消光系数在0至6范围内的材料，并且随着光子能量在1.5到6.5电子伏特范围内增加，其值通常还会减小)和介电成分(即一种其特征在于消光系数在0至2范围内的材料，并且随着光子能量在1.5到6.5电子伏特范围内增加，其值通常也会增大)的组合，以使消光系数和薄膜厚度变化曲线能够提供约180°(或其奇数倍)的相位移，如在共同未决的美国专利申请No.07/976,782中那样；或者这两种成分可以是根据本发明的其它组合。实际上，两种介电材料(即两种其特征在于消光系数通常会随着光子能量在1.5到6.5电子伏特范围内增加而增大的材料)也可以使用，只要其中之一比另一材料具有较高的吸收率(即更高的消光系数)。使用两种介电材料，便于在I-谱线和G-谱线的平印波长下获得约0.04和更高(例如在0.04和0.50之间)透射性；而且在DUV平印波长下达到约0.01和更高(例如在0.01和0.12之间)的透射性。

在基本上是由两种成分组合构成的薄膜中的深度D处，薄膜的折射率和消光系数与其介电常数ε(D)间的关系如下式所示：

ϵ_{1} (D) = \frac{n^{2} (D) - k^{2} (D)}{μ (D)}

ϵ_{2} (D) = \frac{2 n (D) k (D)}{μ (D)}

ϵ (D) = ϵ_{1} (D) + ϵ_{2} (D)

式中n(D)为深度D处的折射率；K(D)为深度D处的消光系数，而且μ(D)为深度D处的导磁系数。

为了本发明的目的，在此薄膜中的深度D处，介电常数被定义为以下式表示的两种成分材料的介电常数的组合

f_{a} (D) \frac{ϵ_{a} (D) - ϵ (D)}{ϵ_{a} (D) + 2 ϵ (D)} = f_{b} (D) \frac{ϵ (D) - ϵ_{b} (D)}{ϵ_{b} (D) + 2 ϵ (D)}

式中ε_a(D)和ε_b(D)为两种成分的材料在深度D处的介电常数；而且fa(D)和fb(D)为两种成分材料在深度D处的体积份数。此等式乃是Bruggeman有效平均数逼近法的陈述(已由D.E.Aspnes在“通过椭圆率测量法精确测定光学性能”一文中更全面地描述过，发表在1985年由Edward D.Palik编辑的《固定光学常数手册》中，Academic Press，Orlando，pp.89-112，在此被结合作为参考)。按照此Bruggeman有效平均数逼近法，fa(D)+fb(D)＝1。这两种成分的介电函数并不局限在性质上不是金属的就是介电的。只要上述等式得到满足，折射率和消光系数的深度曲线就可能是完全通用的。在任意深度处，该薄膜并不需要仅仅由较高吸收的成分(即fa(D)＝1)或仅仅由较低吸收的成分(即fb(D)＝1)来构成。

本领域的技术熟练人员将会明白，存在有两种以上成分的场合下，类似的然而更复杂的解析也可以做到。

为了本发明的目的，此光学非均匀性薄膜必须具有一定的透明度，足以满足该薄膜提供的相位移对光掩模产生的线宽具有所要求的效果。光掩模坯料中使用的薄膜的最大厚度d_max，可以根据薄膜的最少吸收成分中介电成分的折射率n_min和所使用的光的波长λ，由下式估算出来：

d_{\max} = \frac{(mλ)}{(2 (n_{top} - 1))}

d_{\max} = \frac{mλ}{2 (n_{\min} - 1)} .

式中m为奇数的正整数。实际上m通常为1或3，但并不局限于此，例如在X-射线区内。对于365nm的波长和n_min＝1.5来说，d_max＝365m个nm。该等式对于本发明的基本上并非不透明的薄膜(即此薄膜在平印波长下保持0.001以上的透射性)是适用的。

基于对薄膜最大厚度的这样一种定义，薄膜中较高吸收和较低吸收成分的体积，可从厚度基本上为零变化到要求这些非均匀衰减薄膜具有足够透明度所限定的厚度。典型情况下，较高吸收成分为5到150nm厚，较低吸收成分为10到400nm厚。

本发明的一个重要特点在于，薄膜的组分可以根据多种要求来设计，该薄膜在所要求的使用光的波长下具有预埋的移相器所要求的180°的相位移，该薄膜在所使用光的波长下具有所需要的透射性，该薄膜在所使用光的波长下具有所需要的反射率。特别需要指出的是，EPS-PMB场合下的平印波长是I-谱线，根据本发明的EPS-PMB场合下的平印波长是DUV，而且根据本发明，其中的平印波长是G-谱线。

典型情况下，所要求的反射率在0至约0.5的范围之内。

对于特定的一对较高吸收和较低吸收薄膜成分来说，例如图4a和4b中表示的那样，一种普遍的设计构成可以是较高吸收成分在一薄膜表面(例如邻接基片的表面)上，且其较低吸收成份在另一薄膜表面(例如邻接空气的表面)，并且如上讨论的那样有一定选定的从高吸收到低吸收的逐渐过渡的分布图。利用两种成分中每种成分的折射率和消光系数，与估算的薄膜厚度和选定的光学性能变化曲线一起，人们可以计算出该薄膜的透射性、反射率和相位移。对于这些计算来说，人们可以使用众所周知的矩阵算法(参见O.S.Heavens的“固体薄膜的光学性能”，Dover Publications，NY，1965，pp.69-80，在此被结合作为参考)。计算机可以用来实现此数学计算。对于给定的分布来说，此薄膜设计的最优化，是通过在可制造的范围内算出透射性、反射率和相位移的一些组合，并且确定出能提供最佳解的组合来完成的。利用基于此矩阵算法的计算机算出来的结果，可以将此分布模拟为大量的均匀的薄层，而且所有这些薄层的特征矩阵按矩阵相乘，以算出该薄膜的反射率、透射性和相位移。预先确定的光学性能曲线也可以使用，例如线性的、二次的、三次的、指数的，或者高斯的。实际上此曲线将受到用于制造薄膜的设备的约束。该设备通常还决定了薄膜结构中厚度区域的上下限。

本发明的另一方面在于，此非均匀薄膜的光谱光学特性可以改变，以适应光掩模的检查和装定工具的要求。典型情况下，这些工具工作在可见波长区域内，并且要求在检查和装定两种波长(通常分别为488nm和633nm)下具有低的透射性(例如小于0.60)，以进行正常的操作。这种非均匀薄膜的组成分布可以进行调节，以使较高吸收的成分集中在较薄的层中，并且提供所需要的较平的光谱透射响应；然而具有较高浓度的较低吸收成分的层则比较厚，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较薄的层中，以便于装定和检查。

本发明的另外一个方面在于，非均匀薄膜的组成分布图可以调节，如上对于平的光谱透射响应描述的那样，以使薄的较高吸收成分构成符合电子束曝光要求的电导层。或者换一种方式，碳的含量可以增加，以减小薄片的电阻。电子束写入系统要求电导层便于电荷的耗散。具有薄片电阻约为1×10⁹欧姆/平方或者更小(例如从1×10²到1×10⁹欧姆/平方)的薄膜，可以根据本发明为I-谱线和G-谱线的平版印刷术很容易地提供。

本发明的又一方面在于，此非均薄膜的湿蚀刻特性，可以调节成与传统性光掩模加工中使用的不透明薄膜的湿蚀刻特性基本上类似。这是通过调整该薄膜的组分，最好是碳的浓度，以提供所要求的蚀刻速率。在这种意义上，湿蚀刻的速率，乃是改变此非均匀薄膜的组分深度分布进行优化的变量之一。而且很明显，控制其组分的深度分布，允许人们有利地控制深度与薄膜蚀刻速率的关系，便于控制该薄膜边缘侧壁的轮廓。典型情况下，希望有的蚀刻速率，是在碳含量约从0.001到20原子百分数下对于氧-碳-氮、氯-氧-碳-氮、氯-氧-碳-氮和氟-氧-碳-氮达到的。

典型情况下，此衰减薄膜包括的较高吸收成分的体积基本上从99％到1％(如上限定的那样)，最好是从85％到5％；较低吸收成分的体积从1％到99％，最好是从15％到95％，均以此衰减薄膜的总体积为基础。光掩模坯料可以由技术上公知的方法制备。根据本发明的光掩模坯料，通常可以通过按单通道连续沉积工艺，将单个的非均匀衰减层沉积在透明的基片上来制备。传统的基片可以象这样使用，或者可以涂以一种象氧化铟或者氧化锡之类材料的导电的透明薄膜。

可以通过反应溅射沉积，将衰减薄膜沉积在基片上。反应溅射是一种在真空室中发生的涂敷过程。其中的真空室，乃是在预定的压力下充以气体(包括惰性气体和反应气体)混合物的溅射室。一种包括被溅射材料的靶，在溅射室内被定位在导电的阴极之上。由于负电位被加在靶上，故由该靶表面扩散的等离子体便形成。此等离子体包括惰性和反应气体的离子和物质(species)，以及靶的原子单位。此原子靶单位通过等离子体迁移到被涂敷到基片上，并且同反应气体物质反应，以形成各种组分。随着该基片穿过溅射室运动，这些组分便以薄膜或者薄层的形式沉积在每一基片上。适合此工艺的惰性气体，包括氩、氖、氪和氙。适合的反应气体包括氮、氧、甲烷和二氧化碳。溅射室中的压力，通常在3.0×10^-2到1.0×10^-3托的范围内。典型的靶为铬或者铬基材料，例如氮化铬、碳化铬或者氧化铬。对于光掩模坯料生产中反应溅射沉积的进一步讨论，已在美国专利No.5,230,971中提供，在此被结合作为参考。

带有非均匀衰减薄膜的本发明的光掩模坯料，可以比较有利地利用反应溅射沉积技术来制备，其中(通过在基片穿过溅射室运动方向上间隔放置多个靶(例如铬基靶)，使基片在穿过溅射室的方向上连续运动)。通过控制溅射室中的条件(例如通过直流和/或射频控制同时加在每个靶上的电荷)，可以调节每个靶上面的等离子体和搭接在靶间的等离子体的组分，以将带有不同组分的薄层和/或层间过渡区域的单一衰减层沉积在移动的基片上，层间过渡区中的组分，是从一个薄层的组分到下一个薄层的组分逐渐变化的，于是使得到非均匀的衰减层。

本发明的这种制造EPS-PMB的方法，允许制造出低应力的薄膜，从而为更大的实际薄膜厚度使用。例如，厚度高达500nm(例如从90到300nm)的机械上稳定的薄膜，根据本发明很容易制造。

通过本发明的实践，人们可以使用不同成份的材料，并且变化它们深度方向的光学常数分布图，以使EPS-PMB所希望的多种性能优化，例如透射性、相位移以及在使用波长下薄膜和基片的入射光反射率，检查和装定波长下的透射性，湿蚀刻速率，薄片电阻和薄膜应力。此处提出的控制两种或更多种材料(其中包括至少一种较高吸收成分和至少一种较低吸收成分)的光学性能及其深度分布的方法，可为单独地确定、控制和设计出许多满足各种实际要求的EPS-PMB成品提供机会。例如，本发明容许坯料的相移设置在180°±10°，而能够达到：(a)在使用的平印波长365nm(即I-谱线)或436nm(即G-谱线)下的透射性约在0.01到0.50的范围内(典型的透射性为0.02到0.20)，或者在使用的248nm(即DUV)平印波长下约在0.001到0.25的范围内(典型情况下为0.01到0.12)；(b)在EPS-PMB的平印波长下，薄膜和基片一侧的反射率约在0.02至0.50的范围内(典型情况为0.08至0.24)；(c)薄片电阻约在1×10²欧姆/平方至1×10¹²欧姆/平方的范围内(典型情况下，对于I-谱线和G-谱线平版印刷术来说，对于当电子或其它荷电束平印或修理技术用于EPS-PMB而要求良好的电荷耗散来说，为1×10³到1×10⁹欧姆/平方)；(d)薄膜的应力约在0到1×10¹⁰达因/厘米²的范围内(典型情况为从1×10⁷到1×10⁹达因/厘米²)；(e)488nm检查波长下的透射性，约在0.05至0.90的范围内(典型情况为0.10至0.60)；和/或(f)在633nm的装定波长下，其透射在0.10至0.90的范围内(典型情况为0.30至0.70)。

在EPS-PMB的较高吸收成分位于薄膜/基片界面附近的本发明实施例中，与厚度缺陷小于薄膜厚度(薄膜损坏缺陷)的情况发生下的光学均匀的EPS-PMB相比，EPS-PMB通常能够达到更高的可检查性，因为保留在基片上的薄膜相对于石英呈现更大的对比度。

为便于通过湿或者干蚀刻方法产生出相移掩模(PSM)，可以对其组分分布加以控制，以使使用标准的酸性蚀刻剂的蚀刻速率在每3至300秒钟为100nm的范围内，典型情况是每10至60秒钟蚀刻100nm(例如可以达到低于Cr坯料的蚀刻速率的醋酸蚀刻速率)。此外，本发明的EPS-PMB的优点在于，薄膜的透射性并非只由其厚度决定，因此，可以将此EPS-PMB设计成薄膜厚度在50至500nm的范围内(典型为90至140nm)，以在典型的蚀刻速率下，薄膜的蚀刻可以很容易地通过蚀刻定时以达到所需要的蚀刻来控制。这可以对照典型情况下薄膜厚度为10到45nm的薄Cr的坯料，这种场合下的蚀刻如此迅速，以致于当由标准定时控制时，蚀刻的控制下降。

本发明包括一些可透过的EPS-PMB的实施例，可以与110nm到1000nm范围内的平印波长一起使用。

由以下非限定性的实例中，本发明的实际应用将变得更加明白。

实例1

将两个铬靶定位在市场上可以买得到的直流磁控管溅射装置中。每个靶约为6英寸宽、20英寸长和0.25英寸高。靶与靶之间边缘至边缘的距离约为5英寸。溅射室中充以气体，包括氩、氮、氧、二氧化碳和甲烷。抛过光的玻璃基片，在表I中对于5.4％的I-谱线的EPS-PMB#3700提出的条件下，穿过该溅射室移动。

在这些操作条件下，由于光辐射是来自两种不同的等离子体和等离子体搭接区中的不同物质，故穿过处理室一侧提供的观察窗，用肉眼能够观察到从第一个靶上的鲜明的蓝色变化到第二个靶上鲜明的粉红色的色谱变化，证明在基片移动的方向上等离子体中存在着组分梯度分布。被沉积的薄膜中这种沿深度方向组分分布曲线的存在，表示在图1中。在此组分分布图中，人们可以看到此EPS-PMB的优化深度方向结构，随着表面上氧含量的增加以及Cr-含量和氮含量朝向薄膜-基片之间界面的增加，碳的含量则从表面到薄膜-基片间界面增加。

由溅射室中取出的基片，其上带有通过触针自记断面描绘法确定的约111.8nm厚的镀膜，表明在深度方向光学非均匀性的沉积薄膜中，存在着铬的复合物沿深度方向的变化。对于空气-薄膜和基片-薄膜间表面的光学透射性(图2)和反射率(图9和10)以及椭圆光度法测量光谱(图3a及3b)，进行过测量。利用这些光谱测量结果，这两种成分材料的光学性质如折射率和消光系数以及这些光学性质的分布，使用在此描述的矩阵方法进行模拟化。对于该薄膜两种成分材料中每种材料算出来的光学性质，表示在图4中，而且具有描述如上的比较强的吸收性能(图4a)和比较弱的吸收性能。应当指出，图4中表示的两种成分材料消光系数的弥散现象，具有介电型弥散，与共同未决的美国专利申请No.07/976,782中限定的一种金属型及一种介电型材料相反。一种估算出来的折射率和消光系数分布，与图4和利用矩阵法确定的光学和椭圆光度测量数据一致，被表示在图5中。这种I-谱线的EPS-PMB#3700中两种成分材料的光学常数，对于使用365nm的波长，被总结在表III中；而且这种深度方向非均匀性薄膜沿深度方向光学常数的变化，可以利用在此描述的Bruggeman有效平均数逼近方程按照自洽的方式确定，且其成分材料的份额和相对深度，在表III中提供。虽然其它一些曲线也可能一致，然而测得的光学和椭圆光度测量数据，不能假定薄膜具有均匀性来解释。

在所设计的使用365nm波长的I-谱线下，所生产EPS-PMB#3700的透射性为0.054。此EPS-PMB#3700的相位移谱，如由矩阵法得出的成分材料的光学常数及其深度变化模型中确定的那样，被表示在图6中。在使用365nm的波长下，EPS-PMB#3700的相位移为179°，如在波长325nm，442nm，488nm和633nm下(图7a，7b，7c和7d)，分别由四个相敏干涉仪量具的测量(即跨过光掩模坯料表面的双光束相敏干涉仪线性扫描)单独确定的那样。这些测量结果总结在表IV中，且被用作365nm波长下相移的二阶内插(图8)。在由矩阵法模拟薄膜独立地确定的此EPS-PMB#3700单元的相移和相敏干涉仪量具的测量结果之间，发现有良好的一致，证明在理解此EPS-PMB的结构、组成、光学性能和特性方面模拟的正确性。此薄膜的反射率，对于入射在EPS-PMB薄膜一侧的光和入射在基片一侧的光来说，分别表示在图9和10中，而且表明在365nm的波长下，对于由薄膜一侧入射的光来说，EPS-PMB的反射率为0.147，对由基片一侧入射的光为0.128，证明其具有控制EPS-PMB抗反射性能的能力。EPS-PMB#3700的透射性，在典型的488nm检查波长下为0.217，在633nm的装定波长下为0.472。蚀刻此EPS-PMB的净时间为30秒，允许对此坯料使用传统的湿蚀刻方法，且此EPS-PMB#3700的薄片电阻为1.2×10⁹欧姆/平方，对此坯料的电子束写入一般是适合的。

实例2

本实例用来说明材料深度分布工艺技术如何能够调节湿蚀刻时间和导电性，而不对EPS-PMB的光学性能产生显著地影响。总结在表I中对于EPS-PMB#4300的工艺参数表明，相对于EPS-PMB#3700的主要工艺变化在于CH₄的流率。图11表示#4300相对#3700(图1)的碳波度的增加和氧浓度的减小。如表II中表示的那样，这种材料深度分布的变化，赋于#4300以65秒的湿蚀刻时间(与#3700的30秒的湿蚀刻时间相比)，并且赋于#4300比#3700低50倍的片电阻(通过公知的静电计方法测出的)。

EPS-PMB#4300的透射性(图12)，入射在薄膜上的反射率(图13)、入射在基片上的反射率(图14)、在325nm、488nm和633nm波长下由相敏干涉仪量具测出的相位移(图15)，以及对此相敏干涉仪数据的二阶拟合(图16)，全都与EPS-PMB#3700的值类似。假如将#4300的薄膜厚度略微增加，以致于其在365nm波长下的相移与#3700的相移相等，则此#4300在365nm波长下的透射性将变为约0.055，其与#3700的透射性基本上相同。

实例3

在本实例中，使用三个溅射靶来调节EPS-PMB中各种成分的相对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灵活的设计。本实例用来说明对较强吸收成分的消光系数的调整。

三个铬靶使用在实例1中描述的反应溅射装置中。光掩模坯料是在EPS-PMB样品#4100和#4200的名义之下，使用表I中描述的工艺参数生产的。在两种情况下，三个溅射靶中的一个实质上工作在比其余两溅射靶更高的功率下。对于这两个EPS-PMB来说，其工艺参数间的实质性区别在于，靶#2对于样品#4100为高功率，靶#1对于样品#4200为高功率。因此，，薄膜的较强吸收区，对于样品#4100来说，是在薄膜的中心，而对于样品#4200来说，是邻近基片-薄膜之间的界面处。这种吸收区位置之间的差异，被表示在两种材料的组成深度分布曲线(图17)中。

图17中的深度分布曲线说明，样品#4200的较强吸收区域比#4100的较强吸收区域具有更少的氧。因此，样品#4200的较强吸收区域将比#4100的较强吸收区域显示出更高的消光系数。我们可以通过识别出薄膜中氧的浓度经受其总变化一半的位置，来确定薄膜中较强吸收区域的范围。因此，在样品#4100中(图17a)，氧由其表面浓度0.55下降到最低浓度0.35，以致于氧浓度的总变化为0.20，且其总变化之半为0.10。于是样品#4100的较强吸收区，被确为薄膜中氧的浓度下降到0.45(即0.55-0.10为0.45)以下的区域。这个区域差不多是通过#4100薄膜总厚度的75％延伸。样品#4200的较强吸收区域的相对厚度，可以按照类似方式来确定，但对于#4200来说(图17b)，氧的浓度约从表面附近的0.53下降至其最低点的约为0.27，而且较强的吸收区被确定为氧的浓度下降到0.40以下的区域。对于样品#4200来说，较强的吸收区看上去拥有约薄膜总厚度的55％，比样品#4100较强吸收区的相应厚度要小。样品#4200较强吸收区具有的较高消光系数，造成其透射性略比#4100低，虽然样品#4200的较强吸收区拥有薄膜总厚度中比较薄的区域。这种具有较高消光系数的较强吸收区的浓度，还赋于样品#4200以比#4100更平坦的光谱透射响应，如图18所示。较低的透射，在检查和装定由光坯料生产的光掩模中是重要的。

样品#4100和#4200之间进一步的区别，在于由公知的静电计方法测得的薄片电阻。样品#4200的比较薄的较少氧吸收区，赋于它以比样品#4100的比较厚的较高氧吸收区低的片电阻，如表II中指出的那样。这在光坯料的电子束构图方面有利，因为材料的片电阻应当低到足以使薄膜的构图并不需要电荷耗散层。所需要的片电阻取决于所要求的图形逼真度，但片电阻约在10⁹Ω/□以下被发现是有利的。

薄膜中较强吸收区位置的变化，还能造成入射在薄膜上和入射在基片上的反射率的变化，如图19，20和表II中表示的那样。在使用365nm的波长下，样品#4100具有的薄膜入射反射率为0.103，基片入射反射率为0.149；而在同样的波长下，样品#4200具有的薄膜入射反射率为0.152，基片入射反射率为0.104。

对于样品#4100和#4200的相移测量结果，表示在图21中，且对图21中数据的二阶拟合，表示在图22中。这些数据和表II中的数据，表明在使用365nm的波长下的相位移，对样品#4100为203°，对样品#4200为204°。因而本实例中的深度分布工艺技术，允许对材料的透射性、片电阻和反射率进行调节，虽然在使用365nm的波长下的相移基本上不受影响。

实例4

本实例用来说明对于使用不同于I-谱线(365nm)的波长下EPS-PMB的生产。使用表I中对样品#3900设定的工艺，生产出衰减坯料#3900，其所具有的组分分布表示在图23中。它具有透射性(图24)以及薄膜和基片入射的反射率(图25和26)，当与此薄膜大的DUV相移组合(如从图27的相敏干涉仪扫描和图28的二阶拟合所确定的那样)时，允许人们由此材料生产出在平印波长下具有2.3％透射性的DUV EPS-PMB。这是通过使用图23的成分材料和相对深度分布，生产出907nm厚的薄膜，以提供2.3％透射的DUV EPS-PMB来实现的。

实例5

在此提出的原理，也被用来生产在不同于I-谱线(365nm)的波长下使用的EPS-PMB。使用表I中对于#5000提出的工艺设定，生产出在G-谱线(436nm)下使用的衰减坯料#5000，其所具有的组分分布表示在图29中。它还具有透射性(图30)以及薄膜和基片入射的反射率(如从图31的相敏干涉仪扫描和图32的二阶拟合所确定的那样)，当与此薄膜的G-谱线相移结合时，表明这是在平印波长下具有6.3％的透射性的6.3％G-谱线EPS-PMB。

实例1至5证明这些薄膜的非均匀特性所具有的固有优点，以及非均匀衰减薄膜中较高吸收和较低吸收成份的多方面适应性。

表I 工艺参数


								参数	单位	#3700	#4300	#4100	#4200	#3900	#5000
工作压力	10^-3托	3.21	3.25	3.21	3.47	3.45	3.39	参数	单位	#3700	#4300	#4100	#4200	#3900	#5000
工作压力	10^-3托	3.21	3.25	3.21	3.47	3.45	3.39	基片移动速度	毫米/分	150	150	150	150	150	150
直流电功率，#1靶	KW	0	0	0.82	1.67	0	1.67	基片移动速度	毫米/分	150	150	150	150	150	150
直流电功率，#1靶	KW	0	0	0.82	1.67	0	1.67	直流电功率，#2靶	KW	1.66	1.68	1.68	0.85	2.23	0.86
直流电功率，#3靶	KW	0.85	0.86	0.86	0.86	1.22	0.87	直流电功率，#2靶	KW	1.66	1.68	1.68	0.85	2.23	0.86
直流电功率，#3靶	KW	0.85	0.86	0.86	0.86	1.22	0.87	Ar	sccm	89	89	89	89	89	89
O₂	sccm	7	7	9	9	10.25	9	Ar	sccm	89	89	89	89	89	89
O₂	sccm	7	7	9	9	10.25	9	N₂	sccm	24	24	24	24	24	24
CH₄	sccm	3.75	15	3.75	3.75	3.75	15	N₂	sccm	24	24	24	24	24	24
CH₄	sccm	3.75	15	3.75	3.75	3.75	15	CO₂	sccm	5.4	5.4	6.9	6.9	7.9	6.9

表II 衰减光掩模坯料的性能

性能	单位	#3700	#4300	#4100	#4200	#3900	#5000
性能	单位	#3700	#4300	#4100	#4200	#3900	#5000	实际透射性	相对于空气的绝对值	0.054(365nm)	0.061(365nm)	0.072(365nm)	0.054(365nm)	0.010(248nm)	0.063(436nm)
相移(计算出来的)	相敏干涉仪量具拟合绝对值	179°(365nm)	173°(365nm)	203°(365nm)	204°(365nm)	219°(248nm)	188°(436nm)	实际透射性	相对于空气的绝对值	0.054(365nm)	0.061(365nm)	0.072(365nm)	0.054(365nm)	0.010(248nm)	0.063(436nm)
相移(计算出来的)	相敏干涉仪量具拟合绝对值	179°(365nm)	173°(365nm)	203°(365nm)	204°(365nm)	219°(248nm)	188°(436nm)	薄膜入射的反射率	相对于空气的绝对值	0.147(365nm)	0.137(365nm)	0.103(365nm)	0.152(365nm)	0.190(248nm)	0.168(436nm)
基片入射的反射率	相对于空气的绝对值	0.128(365nm)	0.112(365nm)	0.149(365nm)	0.104365nm)	0.114(248nm)	0.125(436nm)	薄膜入射的反射率	相对于空气的绝对值	0.147(365nm)	0.137(365nm)	0.103(365nm)	0.152(365nm)	0.190(248nm)	0.168(436nm)
基片入射的反射率	相对于空气的绝对值	0.128(365nm)	0.112(365nm)	0.149(365nm)	0.104365nm)	0.114(248nm)	0.125(436nm)	488nm检查波长下的透射性	相对于空气的绝对值	0.217	0.236	0.278	0.208	0.520	0.10
633nm装定波长下的透射性	相对于空气的绝对值	0.472	0.464	0.623	0.521	0.652	0.28	488nm检查波长下的透射性	相对于空气的绝对值	0.217	0.236	0.278	0.208	0.520	0.10
633nm装定波长下的透射性	相对于空气的绝对值	0.472	0.464	0.623	0.521	0.652	0.28	薄膜厚度	nm	111.8	122.6	138.4	131.3	110.4	146.3
净蚀刻时间	秒	30	65	35	35	25	110	薄膜厚度	nm	111.8	122.6	138.4	131.3	110.4	146.3
净蚀刻时间	秒	30	65	35	35	25	110	薄片电阻	欧姆/平方	1.2×10⁹	2.2×10⁷	3.3×10¹⁰	8.7×10⁸	3.9×10¹¹	5×10⁵
EPS-PMB的相移	相对于空气的绝对值	179°I-谱线	173°I-谱线	180°I-谱线样板	180°I-谱线样板	180°DUV样板	188°G-谱线	薄片电阻	欧姆/平方	1.2×10⁹	2.2×10⁷	3.3×10¹⁰	8.7×10⁸	3.9×10¹¹	5×10⁵
EPS-PMB的相移	相对于空气的绝对值	179°I-谱线	173°I-谱线	180°I-谱线样板	180°I-谱线样板	180°DUV样板	188°G-谱线	EPS-PMB的透射性	相对于空气的绝对值	0.054(365nm)	0.061(365nm)	0.097(365nm)	0.076(365nm)	0.023(248nm)	0.063(436nm)
EPS-PMB的厚度	nm			122.7	115.9	90.7		EPS-PMB的透射性	相对于空气的绝对值	0.054(365nm)	0.061(365nm)	0.097(365nm)	0.076(365nm)	0.023(248nm)	0.063(436nm)

表III

EPS-PMB#3700中材料的光学性能

在365nm波长下的值	相对位直	材料1的百分份额	材料2的百分份额	n	k	ε₁	ε₂
在365nm波长下的值	相对位直	材料1的百分份额	材料2的百分份额	n	k	ε₁	ε₂	成分材料1	-	100	0	2.85	0.89	7.36	5.06
成分材料2	-	0	100	2.11	0.28	4.39	1.17	成分材料1	-	100	0	2.85	0.89	7.36	5.06
成分材料2	-	0	100	2.11	0.28	4.39	1.17	位置1：基片/薄膜间界面	0	31.2	68.8	2.34	0.45	6.00	2.54
位置2：薄膜内部	36.3	100	0	2.85	0.89	7.36	5.06	位置1：基片/薄膜间界面	0	31.2	68.8	2.34	0.45	6.00	2.54
位置2：薄膜内部	36.3	100	0	2.85	0.89	7.36	5.06	位置3：空气/薄膜间界面	100	6.2	93.8	2.16	0.31	4.56	1.33

表IV

使用相敏干涉仪量具测得的衰减光掩模坯料的相移

波长(nm)	单位	#3700	#4300	#4100	#4200	#3900	#5000
波长(nm)	单位	#3700	#4300	#4100	#4200	#3900	#5000	325	°	192	188	223	224	182	232
442	°	156	-	-	-	-	-	325	°	192	188	223	224	182	232
442	°	156	-	-	-	-	-	488(检查波长)	°	142	134	151	153	120	171
633(装定波长)	°	103	102	110	111	83	132	488(检查波长)	°	142	134	151	153	120	171

本发明的特定实施例以这些实例进行说明。对于本领域的技术熟练人员来说，根据对在此公开的本发明说明书或实践的考虑，其它一些实施例将变得明显。应当理解，某些变换和变动也能够付诸实践，而不离开本发明新概念的精神和范围。进一步应当理解，本发明并不局限于在此说明的特定表述和实例，但它包括了下述权利要求范围内它的一些变化形式。

Claims

1.一种对于选定的平印波长可透过的预埋移相器-光掩模坯料，包括带有上表面和下表面的非均匀性衰减薄膜，该薄膜在平印波长下至少具有0.001的透射度，而且实质上是由至少两种成分的组合构成的，其中至少一种成分比至少一种其它成分在平印波长下具有更高的吸收率；其中距离薄膜上表面的一种深度，比距离此上表面的另一种深度具有更高的上述较高吸收成分的含量，并且贯穿此薄膜厚度的无论在衰减薄膜中的什么位置的折射率变化曲线、消光系数变化曲线或者上述两种变化曲线都是渐变的；而且其中所述的变化曲线和薄膜的厚度可进行选择，以在选定的平印波长下提供约180°或其奇数倍的相位移。

2.如权利要求1的可透过预埋移相器-光掩模坯料，其中的相位移约为180°。

3.如权利要求2的可透过预埋移相器-光掩模坯料，其中的反射率在0至0.5的范围内。

4.如权利要求2的可透过预埋移相器-光掩模坯料，实质上是两种成分的组合。

5.如权利要求4的可透过预埋移相器-光掩模坯料，其中的两种成分是两种介电成分。

6.如权利要求4或5的可透过预埋移相器-光掩模坯料，其中较高的吸收成分的体积是从薄膜的85％到5％，其中较低吸收成分的体积是从薄膜的15％到95％。

7.如权利要求2或5的可透过预埋移相器-光掩模坯料，其中选定的平印波长为从110nm到1000nm。

8.如权利要求7的可透过预埋移相器-光掩模坯料，其中的成分为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选自Cr，Fe，Mo，Zn，Co，Nb，Ta，W，Ti，Al，Mg，Si组中及其混合物。

9.如权利要求8的可透过预埋移相器-光掩模坯料，其中的M为Cr。

10.如权利要求9的可透过预埋移相器-光掩模坯料，其中的成分是Cr-O-C-N材料。

11.如权利要求1的可透过预埋移相器-光掩模坯料，其中的折射率变化曲线贯穿薄膜厚度为渐变的。

12.如权利要求1或11的可透过预埋移相器-光掩模坯料，其中的消光系数变化曲线贯穿薄膜厚度为渐变的。

13.如权利要求1的光掩模坯料，其中在488nm的检查波长下的透射性为从0.05至0.90，在633nm的装定波长下的透射性为从0.10至0.90。

14.如权利要求1的光掩模坯料，其中对于I-谱线或G-谱平版印刷术的薄片电阻，在1×10²到1×10⁹欧姆/平方的范围内。

15.如权利要求1的可透过预埋移相器-光掩模，其中的醋酸蚀刻速率低于醋酸蚀刻Cr坯料的速率。