CN1603948A - 衰减相移掩模坯件和光掩模 - Google Patents

衰减相移掩模坯件和光掩模 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于平版印刷术的衰减相移掩模坯件，制造这种掩模坯件的方法。

Description

衰减相移掩模坯件和光掩模
技术领域
本发明涉及衰减相移掩模坯件，其用于曝光波长为200纳米或以下的平版印刷术，以及制造这类掩模坯件的方法。
背景技术
对相移掩模存在相当大的兴趣，相移掩模作为提高平版印刷工具的分辨率、对比度和焦深的途径，是常规二元掩模技术所无法比拟的。在几种相移方案当中，由Burn J.Lin在固态技术(Solid StateTechnology)，1月，第43页(1992)中(其中的教导在此引为参考)提出的(嵌入)衰减相移掩模日益得到广泛的认可，因为其易于加工并且节约相关的费用。
已经提出了几种衰减相移掩模的技术方案。在第一种方案中，在基片上提供稍微透明的层，例如非常薄的铬层，并蚀刻到石英基片中以产生所需要的相移。该方法要求对层的沉积和蚀刻工艺两者的高度控制。在其他方案中，通过在基片上涂覆一个或多个具有相移和衰减性能的层来提供相移掩模。已经提出了单层解决方案，其中一个层提供了180°相移和入射光的衰减。这类单层解决方案例如描述于美国5,942,356、美国5,635,3125、美国6,503,644、美国5,939,225、美国5,477,058和美国2002/0119378A1中。选择单层解决方案是由于其结构简单并因此易于制备。然而，在透射和相移的独立可调节性方面，单层解决方案受到限制。特别地，不能获得用于193纳米曝光波长的高透射衰减相移掩模坯件和用于157曝光波长的相移掩模坯件。除单层解决方案之外，还描述了双层和多层衰减相移掩模坯件。多层已经描述于例如美国5,897,977和美国6,274,280。美国5,897,977涉及用于低于400纳米波长的嵌入衰减相移掩模坯件(EAPSM)，其包括不同的交替的光学透明材料例如金属氧化物、金属氮化物或者碱土金属氟化物的层和光吸收材料例如元素金属、金属氧化物或者金属氮化物的层。美国6,274,280描述了用于低于200纳米的曝光波长的EAPSM，其包括不同的交替的光学透明材料的连续层和光吸收材料的层，所述光学透明材料基本上由选自Al和Si的氧化物的氧化物组成，和所述光吸收材料基本上由选自Al和Si的氮化物的氮化物组成。在美国6,395,433中还描述了用于低于160纳米的曝光波长的相移掩模坯件的单层和多层方案。移相系统包括至少一种具有至少硅、二氧化硅或者氮化硅的材料和吸收性金属氧化物或者氮化物，以降低相移掩模坯件的透射性能。该文献强调多层的每一层应该是足够薄的，以导致多层起假单层的作用。多层方案对于低于200纳米的曝光波长是较少优选的，因为缺陷不能被修复。
几种出版物提到双层相移掩模坯件：JP 04-068352A涉及所有高精确度的相移掩模，其可以容易地检验和校正。美国2002/0122991A1描述了单层和双层中间色相移掩模坯件，其包含由硅、氧和氮构成的相移层。任选地，在基片和相移层之间提供蚀刻终止层。相移层的透射通过改变相移层中氧和氮的比率来调节。按照该文献，如果相移层中氮的范围低于5原子％或者氧的范围超过60原子％，则薄膜的透射比过高并且失去中间色相移层的功能。美国5,482,799涉及双层相移掩模坯件，其中相移层包括由大致均质材料形成的单层和透射薄膜，在与所述单层薄膜结合使用时，其透射比对波长的依赖性较小。移相系统的一个层与移相系统的另一个层在光学性质上的这种依赖性对于移相系统是不利的，因为相移和透射比可以被独立地调整。美国6,458,496描述了具有双层相移系统的相移掩模坯件。该掩模坯件具有提高的对基片的蚀刻选择性比率。根据其描述，TaSiO是赋予相移掩模坯件以相移性质的优选的材料。
引用的文献当中没有一个与解决沉积层中缺陷的问题或者与用于200纳米或以下曝光波长的相移掩模坯件中层的均匀性问题的双层方案有关。
随着对降低光掩模特征尺寸的不断提高的要求，基本上无缺陷的光掩模坯件变得越来越重要。光掩模坯件上的缺陷可能导致光掩模中针孔等缺陷，其导致IC器件中的缺陷。由于特征尺寸的降低，避免掩模坯件上的缺陷的工作变得更加困难。例如对于65和45纳米结点(即晶片上分别为65纳米和45纳米的特征尺寸)，光掩模使用具有100纳米特征尺寸的结构进行图案化，因此必须避免超过0.5μm粒度的表面缺陷。
因此，本发明的目的是提供新颖的用于200纳米或以下曝光波长的相移掩模坯件，其兼具易于和稳定生产的可能性与必要的光学性质、化学稳定性以及无缺陷表面和均匀沉积层。
发明内容
本发明的第一个方面是用于平版印刷术的衰减相移掩模，其包含基片和在所述基片的一个表面上的薄膜系统；所述薄膜系统包含：
相移层，其包含相移控制次层和透射控制次层；
所述相移掩模能生产在200纳米或以下波长的曝光光下具有基本上180°相移和至少0.001％透光度的光掩模；
其中，所述薄膜系统基本上不含具有0.5微米或以上粒度的缺陷。
优选该薄膜系统具有最多50个、更优选最多20个具有0.3到0.5微米粒度的缺陷。
优选相移控制次层基本上不降低相移层的透光度，并且优选包含选自硅的氧化物和氧氮化物(oxinitrides)及其混合物的材料。甚至更优选，所述相移控制层基本上由SiO2组成。
优选透射控制次层基本上不改变相移层的相移，并且优选包含选自以下的材料：Mg、Si、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氮化物和两种或多种这些金属或者氮化物的混合物。按照本发明的一个实施方案，所述透射控制次层基本上由选自以下的一种材料组成：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W或者其氮化物。
本发明的第二个方面是制造用于平版印刷术的衰减相移掩模的方法，其中所述相移掩模包含基片和在所述基片的一个表面上的薄膜系统；所述薄膜系统包含相移层，该相移层包含相移控制次层和透射控制次层；其中所述薄膜系统基本上不含具有0.5微米或以上粒度的缺陷；所述相移掩模能生产在200纳米或以下波长的曝光光下具有基本上180°相移和至少0.001％的透光度的光掩模；
所述方法包括：
提供基片；和
提供薄膜系统；
其中，提供薄膜系统包括以下步骤：
-在所述基片上形成透射控制次层；
-在所述基片上形成相移控制次层。
优选透射控制次层和/或相移控制次层通过溅射沉积形成，所述溅射沉积使用选自以下的技术：双离子束溅射、离子束辅助沉积、离子束溅射沉积、RF匹配网络、DC磁控管、AC磁控管和RF二极管。优选氙用作溅射气体。
本发明的第三个方面是用于平版印刷术的衰减相移掩模，其包含基片和在所述基片的一个表面上的薄膜系统；所述薄膜系统包含：
相移层，其包含相移控制次层和透射控制次层；
所述相移掩模能生产在200纳米或以下波长的曝光光下具有基本上180°相移和至少0.001％透光度的光掩模；
其中，所述相移掩模的相移具有最多大约±5°的与平均值的偏差和所述相移掩模的透光度具有最多大约±5％的与平均透光度值的偏差。
优选相移控制次层基本上不降低相移层的透光度，并且优选包含选自硅的氧化物和氧氮化物及其混合物的材料。甚至更优选，所述相移控制层基本上由SiO2组成。
优选透射控制次层基本上不改变相移层的相移，并且优选包含选自以下的材料：Mg、Si、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氮化物和两种或多种这些金属或者氮化物的混合物。按照本发明的一个实施方案，所述透射控制次层基本上由选自以下的一种材料组成：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W或者其氮化物。
本发明的第四个方面是制造用于平版印刷术的衰减相移掩模的方法，其中所述相移掩模包括基片和在所述基片的一个表面上的薄膜系统；所述薄膜系统包含相移层，该相移层包含相移控制次层和透射控制次层；其中所述相移掩模的相移具有最多大约±5°的与平均值的偏差和所述相移掩模的透光度具有最多大约±5％的与平均透光度值的偏差；所述相移掩模能生产在200纳米或以下波长的曝光光下具有基本上180°相移和至少0.001％透光度的光掩模；
所述方法包括：
提供基片；和
提供薄膜系统；
其中，提供薄膜系统包括以下步骤：在所述基片上形成透射控制次层和在所述基片上形成相移控制次层。
优选透射控制次层和/或相移控制次层通过溅射沉积形成，所述溅射沉积使用选自以下的技术：双离子束溅射、离子束辅助沉积、离子束溅射沉积、RF匹配网络、DC磁控管、AC磁控管和RF二极管。优选氙用作溅射气体。
参考以下详细说明和附图将更清楚地理解本发明的这些和其他目的、特征和优点。
应当理解，前面的一般说明和以下的详细说明均仅仅是本发明的示例，提供用以理解权利要求所描述的本发明性质和特性的概述或者框架。
优选实施方案的详细说明
正如本领域已知的，“光掩模坯件”或者“掩模坯件”不同于“光掩模”或者“掩模”，后者用来描述已经结构化或者图案化或者成像之后的光掩模坯件。虽然本文中尽量沿用该习惯，但是本领域技术人员会理解该差别不是本发明的重要方面。因此，应当理解，术语“光掩模坯件”或者“掩模坯件”在本文中以最广泛意义使用，包括成像的和非成像的光掩模坯件两者。
措词“具有基本上180°的相移”指相移掩模坯件提供的入射光相移足以抵消结构的边界部分中的光并且因此提高边界处的对比度。优选提供160°到190°、更优选170°到185°的相移。
本发明的掩模坯件在波长低于200纳米的曝光光下具有至少0.001％、优选至少0.5％的透光度。
本发明的相移掩模或者掩模坯件包含基片和在该基片一个表面上的薄膜系统。所述薄膜系统包含至少以下描述的相移层，但是还可以包含另外的层，例如抗反射层或者吸收层。作为这种吸收层，可以在本发明的相移掩模坯件的相移层上提供铬或者TaN层。
本发明涉及具有至少双层相移层的衰减相移掩模坯件。相移层基本上被分成至少透射控制次层和相移控制次层。在现有技术中，甚至在双和多层系统中，至少一个层基本上提供相移层的相移功能和衰减功能两者。然而，本发明的发明人已经发现，将相移功能和衰减功能实质上区分成至少两个独立的次层，对于用于低于200纳米的曝光波长的衰减相移掩模坯件是特别有利的。这种衰减相移掩模坯件可以容易地对掩模坯件的透光度进行调整，而不需要改变次层的组成，而是仅仅简单地通过改变透射控制次层的厚度来进行。通过改变相移次层的厚度，掩模坯件的相移可以容易地调整，而不实质上改变掩模坯件的透光度。掩模坯件的相移的调整通常是使掩模坯件适应刻蚀过程所必需的。在这种刻蚀过程期间，基片通常被蚀刻到规定的深度，因此对相移系统增加了附加的相移。为了使掩模坯件适应所述的蚀刻成为掩模坯件，根据刻蚀过程，不必需将相移精确地设定为180°，而是可以设定为大约175°到180°的相移。
如果按照现有技术，必须改变层的组成以调整例如掩模坯件的透光度，生产参数例如流入装置的气体和/或甚至层沉积期间的靶均要求重复优化沉积过程，因此带来额外费用。
因此，本发明的衰减相移掩模坯件包含基片和相移层，其中相移层由基本上不降低掩模坯件透光度的相移控制次层和基本上不改变掩模坯件相移的透射控制次层组成。
措词“基本上不改变掩模坯件的相移”指掩模坯件的相移相对于总体相移被改变最多15°、优选最多大约10°、最优选最多大约5°的量。
在现有技术中，大多数具有相移功能的层包含相当量的吸收性元件，因此这些层还实质上降低相移掩模坯件的透光度。根据本发明，措词“基本上不降低掩模坯件的透光度”指相移控制次层降低坯件掩模的透光度达到所述透光度的最多大约10％、优选最多大约5％的值。
在下文中，描述了本发明的衰减相移掩模坯件和衰减相移掩模的优选结构。
参考图1a，本发明优选实施方案的掩模坯件包含基片1，在该基片上提供了相移层2。相移层2由透射控制次层3和相移控制次层4组成。优选，透射控制次层3作为相移层的第一个次层在基片1上提供，和相移控制次层4作为相移层的第二个次层在所述透射控制次层上提供，这还示于图1a中。然而，按照本发明的另一个实施方案，相移控制次层可以作为相移层的第一个次层在基片上提供，和透射控制次层作为相移层的第二个次层在相移控制次层上提供。
为了将示于图1a的相移掩模坯件转化为如图1c所示的成像的或者图案化的或者结构化的光掩模，如图1c所示，两步工艺是优选的。使用现有技术中已知的成像技术，例如在掩模坯件上提供光刻胶和结构化所述光刻胶，首先使用第一蚀刻剂将相移层的第一次层、优选相移控制次层图案化。在第二个步骤中，优选使用第二蚀刻剂将相移层的第二次层、优选透射控制次层图案化。
相移控制次层优选包含选自硅的氧化物和氧氮化物及其混合物的材料。
通过将氮加入相移控制次层，相移控制次层的折射率变得高于纯二氧化硅层的折射率。然而，因为将氮加入二氧化硅层可能损害相移控制次层的化学稳定性，因此氮优选的加入量为最多大约10原子％、更优选最多大约5原子％。
相移控制次层还可以包含少量的金属，其选自Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb及其混合物。然而，因为加入这些金属倾向于降低相移控制次层的透光度，因此优选这些金属仅仅以最多5原子％的量加入。甚至更优选，相移控制次层不含这种金属。此外，包含上述金属的相移控制次层，特别地以超过5原子％的量包含上述金属的相移控制次层易于导致具有较高缺陷水平的掩模坯件。因此从相移掩模坯件的薄膜系统的低缺陷水平角度讲，也不优选加入这种金属，特别地不优选以超过5原子％的量加入这种金属。
按照本发明的一个实施方案，相移控制次层基本上由SiO2组成。
相移控制次层的厚度被调节成在200纳米或以下曝光光波长下提供大约180°的相移。
获得确定的相移所必需的相移控制次层的厚度取决于形成相移次层的材料的折射率或者折射指数n和消光系数k。通常，具有较高折射指数的材料与具有较低折射指数的材料相比每单位沉积厚度的相移次层导致较大的相移。
在相移控制次层基本上由SiO2组成的情况下，如果生产高透光度衰减193纳米相移掩模坯件，相移控制层优选的厚度为至少大约130纳米、更优选至少大约145纳米和最多大约180纳米、更优选最多大约160纳米。在生产衰减157纳米相移掩模坯件的情况下，相移控制层优选的厚度为至少大约90纳米、更优选至少100纳米和最多120纳米、更优选最多大约110纳米。
透射控制次层由至少一种具有高不透明性的材料形成，并且优选包含选自以下的材料：Mg、Si、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氮化物和这些金属或者氮化物的两种或多种的混合物。更优选透射控制层包含选自以下的材料：Ta、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Cr、Mo和W。按照本发明的一个实施方案，透射控制次层优选由至少一种选自以下的材料组成：Nb、Ta、Ti、Cr、Mo、W、V、Nb、Zn、Zr、Hf、Si、Ge、Sn、Pb、Mn、Fe、Co、Ni、La、Mg和其氮化物以及这些金属或者氮化物的两种或多种的混合物。关于这一点，一种材料指例如一种元素金属例如Ti、Ta或者Hf或者一种金属氮化物例如TaN、TiN或者HfN的层。
透射控制层具有足够的厚度以将相移层的透光度调节到所需值，并且其厚度基本上取决于透射控制层的材料。厚度可以通过以下公式计算：
dTc＝-1/α×ln(T/100)
其中，T是以％表示的需要的透光度，αλ是在曝光波长λ下的吸光系数和dTc是计算的透射控制层的厚度。吸光系数α与消光系数k有关，按照以下公式计算：
α＝4πkλ/λ。
按照本发明优选的实施方案，透射控制层被直接提供在基片上，并且还提供蚀刻终止功能，即具有与石英基片不同的蚀刻选择性。因此可以容易地防止相移掩模被过度蚀刻进入石英基片。按照本发明的这一实施方案，透射控制次层具有的厚度优选为至少大约8纳米、最优选至少大约10纳米。如果厚度低于大约8纳米，透射控制次层的蚀刻终止功能是不够的。
按照本发明的这一实施方案，透射控制次层优选具有不同于相移控制次层的蚀刻选择性。如果相移控制层使用含氟组分蚀刻，则透射控制层优选通过使用氯基气体例如Cl2、Cl2+O2、CCl4、CH2Cl2的干蚀刻法或者使用酸、碱等的湿蚀刻法进行蚀刻。然而，干蚀刻法是优选的。作为使用含氟组分的蚀刻法，使用氟气体例如CHF3、CF4、SF6、C2F6及其混合物的活性离子蚀刻(RIE)是优选的。
按照本发明的第一个方面，相移掩模或者掩模坯件的薄膜系统不含粒度为0.5微米或以上的缺陷。优选所述薄膜系统具有最多50个、更优选最多20个具有0.3到0.5微米粒度的缺陷。随着光掩模上的特征尺寸的降低，具有500纳米或以上尺寸的缺陷将产生问题，因此必需不存在。对于粒度为0.3到0.5微米的缺陷，每掩模坯件最高50个缺陷的限定的量对于许多应用是容许的。
按照本发明的第三个方面，本发明的相移掩模坯件在该掩模坯件的所有位置上其相移和透光度具有高均匀性。特别地，所述相移掩模坯件的相移与该相移的平均值的偏离为最多大约±5°，并且所述相移掩模坯件的透光度与平均透光度值的偏离为最多大约±5％。
用于本发明相移掩模的基片材料优选由高纯度熔凝硅石、氟掺杂的熔凝硅石(F-SiO2)、氟化钙等等形成。
本发明还涉及用于平版印刷术的衰减相移掩模，其包含基片和在所述基片的一个表面上的薄膜系统；所述薄膜系统包含：
相移层，其包含相移控制次层和透射控制次层；
所述相移掩模能生产在200纳米或以下波长的曝光光下具有基本上180°相移和至少0.001％透光度的光掩模；
其中，相移控制次层基本上由SiO2组成和透射控制次层基本上由选自以下的金属组成：Ta、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Cr、Mo和W；和
其中相移控制次层的厚度和透射控制次层的厚度被选择成在200纳米或以下的曝光波长下具有有效性能。该金属优选是Ta。曝光波长优选是157纳米或者193纳米。
还提供了使用200纳米或以下、优选157纳米或者193纳米的曝光波长的平版印刷的方法，其包括使用掩模坯件和/或光掩模的步骤，所述掩模坯件和/或光掩模包含基片和在所述基片的一个表面上的薄膜系统；所述薄膜系统包含：
相移层，其包含相移控制次层和透射控制次层；
所述相移掩模能生产在200纳米或以下波长的曝光光下具有基本上180°相移和至少0.001％透光度的光掩模；
其中，相移控制次层基本上由SiO2组成和透射控制次层基本上由选自以下的金属组成：Ta、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Cr、Mo和W。
优选，相移控制次层的厚度和透射控制次层的厚度被选择成在200纳米或以下的曝光波长、特别地193纳米或者157纳米的曝光波长下具有有效性能。该金属优选是Ta。
本发明还涉及制造本发明的用于平版印刷术的相移掩模或者掩模坯件的方法，其包括：
提供基片和在所述基片的一个表面上的薄膜系统；
其中，提供所述薄膜系统包括以下步骤：
-在所述基片上形成透射控制次层的层；
-在所述基片上形成相移控制次层的层；
所述掩模坯件能够生产在200纳米或以下的选择波长下具有基本上180°相移和至少0.001％透光度的光掩模坯件。
优选透射控制次层和/或相移控制层和/或一个或多个另外的层通过使用选自以下的技术的溅射沉积来形成：双离子束溅射、离子束辅助沉积、离子束溅射沉积、RF匹配网络、DC磁控管、AC磁控管和RF二极管。
按照优选的实施方案，相移层的次层和任选的另外的层在淀积设备的单一室中被沉积，而不中断超高真空。特别优选沉积相移层的两个层，而不中断真空。因此，避免了具有表面缺陷的掩模坯件的净化，并且可以获得基本上不含缺陷的相移掩模坯件。这种溅射技术可以例如通过使用允许从几个靶溅射的溅射工具来实现。因此，可以获得具有低缺陷密度和/或就层厚度而言具有高度均匀的层的高质量相移掩模。
作为溅射靶，可以使用包含元素的靶或者包含组分的靶。在沉积层包含金属或者半金属的氧化物、氮化物或者氧氮化物的情况下，可以使用这类金属或者半金属的氧化物、氮化物或者氧氮化物作为制靶材料。然而，也可以使用金属或者半金属的靶，并且引入氧和/或氮作为活性溅射气体。在沉积SiO2的情况下，优选使用硅的靶并且引入氧作为活性气体。在沉积层将包含氮的情况下，优选引入氮作为活性溅射气体。
对于溅射气体，优选使用惰性气体例如氦、氩或者氙。这类惰性气体可以与活性气体例如氧、氮、一氧化氮、二氧化氮和氧化二氮或者其混合物混合。活性气体是可以与溅射的离子反应并且因此成为沉积层的一部分的气体。按照本发明优选的实施方案，在溅射相移控制层期间，将惰性气体和氧的混合物用作附加的溅射气体。在提供层厚度具有高度均匀性并且因此相移和/或透光度具有高度均匀性的相移掩模坯件的情况下，优选使用氙作为非活性的溅射气体。氙作为溅射气体导致高度均匀的溅射层。
图13图解地显示了按照本发明优选的实施方案用于通过离子束溅射(IBS)或者离子束沉积(IBD)制造光掩模坯件的淀积设备的装置。设备10包括真空室12，其可以通过泵系统抽空。
沉积粒子源或者更具体地离子沉积源20产生第一粒子或者离子束22。沉积离子源20是高频(HF)离子源，然而还可以使用其他类型的离子源。溅射气体24在进口26处被导入沉积离子源20，并且通过利用电子的原子碰撞在沉积离子源20内被电离，所述电子通过诱导耦合电磁场被加速。弯曲的三栅极离子提取组合件28被用来加速初级的离子，该初级离子包含在第一离子束22中，并且将它们聚焦到靶40。
初级离子从沉积离子源20提取并且打击靶或者溅射靶40，由此引起原子碰撞的级连并且将靶原子轰出。这种将靶溅射或者蒸发的工艺称为溅射工艺。溅射靶40是例如包含钽、钛、硅、铬或者任何其他上述金属或者由其组成的靶，这取决于要被沉积的层。淀积设备优选安装有许多不同的溅射靶，它们在化学组成上不同，使得溅射工艺可以改为另一个靶，而不需要中断真空。优选，溅射工艺和层的沉积在适合的真空中进行。
可以调节几种参数来影响初级离子和靶原子之间的动量转移功能，以优化激光质量。这些方法参数是：
-初级离子的质量，
-每秒钟初级离子的数目(即离子电流)，
-第一离子束22的能量，由加速电压决定，
-第一离子束相对于靶法线44的入射角，
-靶的密度和纯度。
当初级离子的质量相当于靶原子的质量时，到靶原子的动量转移是最大的。因为惰性气体容易处理，因此优选将氦、氩或者氙用作溅射气体24。优选氙用作溅射气体，因为在溅射期间使用氙能提高沉积层厚度的均匀性。
在溅射工艺中，由于动量转移的结果离开靶的溅射离子42的几何图形和能量的统计分布通过至少一种上述方法参数调节或者控制。
特别地，溅射原子(在该情况下为铬原子)的平均能量，通过第一离子束22的能量和/或入射角来调节或者控制。第一离子束22相对于靶法线44的入射角通过旋转靶40来调节。
至少一部分溅射离子42在到基片50的方向中从靶40出来。溅射离子42打击基片50，其能量大大高于常规的汽相沉积能量，在基片50上沉积或者形成高度稳定的和致密的层或者薄膜。
基片50可旋转地装在三轴转动装置上。溅射离子相对于基片50的法线54的入射角α通过围绕第一轴旋转基片50来调节。通过调节入射角，可以控制和从而提高均匀性、内部薄膜结构和机械参数，特别是薄膜应力。
此外，基片50可以垂直于表示第二旋转轴的法线54旋转，以提高沉积的均匀性。
基片还可围绕第三轴旋转，使得基片可以移出射束，以便例如刚好在沉积之前对基片50进行清洁。
此外，设备10包括辅助粒子源或者辅助离子源60。操作原理与沉积源20相同。第二粒子或者离子束62被导向基片50，用于例如基片50和/或沉积在基片50上的薄膜的平化、调理、掺杂和/或其它处理。其它活性和/或惰性气体64可以通过气体入口66引入。第二离子束62通过直线三栅极提取系统68加速。
第二离子束62基本上覆盖整个基片50，以获得在整个基片区域上的均匀的离子分布或者处理。第二离子束62特别被用于：
-用氧、氮、碳和/或其他离子掺杂薄膜，
-在沉积前清洁基片，例如用氧等离子体，
-通过平化薄膜提高薄膜的界面质量。
优选，辅助源60被用来将活性气体例如氧和氮引入系统。
取决于特定的处理，用第二离子束62辐射基片50和/或沉积在基片50上的薄膜可以在薄膜在基片50上的沉积之前、同时和/或之后进行。正如可以在图1中看到的，基片50相对于第二离子束62的轴65倾斜一角度β。
在上文和下述实施例中，所有温度是未校正的摄氏温度。
在上文和以下引用的所有申请、专利和出版物的全部公开内容在此加入作为参考。
附图说明
在附图中：
图1显示本发明的掩模坯件(图1a)和掩模(图1c)的截面示意图。
图2显示Ta、SiO2和SiTiO的色散曲线。
图3显示F-SiO2基片、在F-SiO2上的Ta单层、在F-SiO2基片上的SiO2单层和本发明示例性的相移掩模坯件的激光寿命测定的结果。
图4显示作为按照本发明优选实施方案的透射控制次层和相移控制次层的厚度的函数的本发明示例性掩模坯件的透光度的模拟。
图5显示作为相移控制次层和透射控制次层的厚度的函数的本发明示例性掩模坯件的相移的模拟。
图6a显示对于在193纳米的曝光波长下使用，两个本发明示例性掩模坯件的透光度依赖于透射控制次层和相移控制次层的厚度的变化的模拟。
图6b显示对于在157纳米的曝光波长下使用，本发明示例性掩模坯件的透光度依赖于透射控制层和相移控制层的厚度的变化的模拟。
图7a显示本发明示例性掩模坯件在重复清洁周期过程中的透光度变化。
图7b显示本发明示例性掩模坯件在重复清洁周期过程中的相移变化。
图8a显示本发明示例性掩模坯件的透射控制次层的厚度的均匀性。
图8b显示本发明示例性掩模坯件的相移控制次层的厚度的均匀性。
图9a显示本发明示例性相移掩模坯件的透光度的均匀性。
图9b显示本发明示例性相移掩模坯件的相移的均匀性。
图10显示本发明另一个示例性掩模坯件的相移控制层的厚度的均匀性。
图11显示本发明示例性掩模坯件的缺陷图和图12显示该掩模坯件的粒度柱状图。
图13显示优选的用于制造本发明掩模坯件的装置的示意图。
具体实施方式
实验
在下文中，描述了本发明掩模坯件的设计和加工。
沉积工具和参数
所有层使用如示于图13中的双离子束溅射工具进行沉积。具体地，Veeco Nexus LDD离子束沉积工具被用于所有沉积。
表A显示用于按照实施例和对比实施例使用的材料的溅射的一般沉积参数：
表A：
    Ta     SiO2     SiTiO
沉积源
气体  Ar(99.9999％)     Ar(99.9999％)   Ar(99.9999％)
气体流量  15sccm     10sccm   10sccm
U-束  1500V     800V   800V
I-束  400mA     200mA   200mA
辅助源
掺杂气体  ---     O2(99.9995％)   O2(99.9995％)
气体流量  0     38sccm   38sccm
其他
靶材抖  Ta(99.95％)     Si(99.999％％)   SiTi复合材料(95％Si；5％Ti)
沉积速率  0.57埃/s     0.29埃/s   0.23埃/s
背压  ＜3*10e-8托     ＜3*10e-8托   3*10e-8托＜
沉积压力  ～2*10e-4托     ～2*10e-4托   ～2*10e-4托
1)沉积后的薄膜厚度通过GIXR测定
椭率计色散数据
使用Woollam VASE光谱椭率计，从椭率计测定获得在157和193纳米下的n和k值。通常，光谱扫描在55和65度下进行。采用透光度数据来改进模型拟合。
图2显示Ta、SiO2和SiTiO的色散曲线。图2的列从左到右显示测定的Ta、SiO2和SiTiO的单层色散曲线。上排显示折射率n和下排显示消光系数k。
表1列出了这些材料和F-SiO2基片在193纳米和157平版印刷波长下的色散值。
表1：
SiO2  157nm     193nm   SiTiO  157nm   193nm
nk  1.710.008     1.610.002   nk  1.720.08   1.630.05
基片  157nm     193nm   Ta  157nm   193nm
nk  1.650     1.560   nk  1.502.11   1.922.50
这些值被用于以下用于193纳米和157纳米的相移掩模坯件的薄膜设计。
薄膜设计和透光度调整
将上述表1的色散数据用于进行以下计算。所有模拟基于广泛使用的利用Matlab的用于薄膜的矩阵算法，如A.Macleod，“薄膜光学滤光器”，第2版，1986，Bristol，Adam Hilger所描述的，用于数值计算。这些模拟的结果示于图4。
图4举例说明了用于衰减157纳米(6％透光度)和高(20％)透光度193纳米相移掩模坯件的设计。实线对应于波长157纳米的相移次层的透光度与薄膜厚度的关系。虚线对应于作为用于193纳米波长相移掩模坯件的相移次层的薄膜厚度的函数的透光度。零薄膜厚度相当于未涂覆的基片。在基片上，提供了薄的Ta层(在193纳米掩模坯件情况下为11纳米，在157纳米掩模坯件情况下为20纳米)。图形显示了透光度随着钽层薄膜厚度的增大呈指数递减，该钽层薄膜起相移掩模坯件的透射控制次层的作用。在Ta的薄层上提供了SiO2层，作为相移控制次层(在193纳米相移掩模坯件情况下为152纳米，在157纳米掩模坯件情况下为106纳米)。透射控制次层与相移控制次层的界面用垂直细线表示。电介SiO2层显示典型的由干涉所引起的围绕平均透光度值的波动。在最终与空气的界面处获得了需要的透光度值。这类相移控制次层基本上不改变相移掩模坯件的透光度，而是仅仅对得到的透光度值具有较小的贡献。对于零薄膜厚度，透光度值是1，对于较好的分辨率，其是平截的。
图5显示了作为薄膜厚度的函数的相移。零薄膜厚度相当于零相移。钽层的相移首先是稍微负的，然后稍微升高，并且在界面处又接近零。因此，其对相移掩模坯件的总相移的贡献可忽略。相当近似地，电介层随着薄膜厚度增大而导致相角的线性增大，其被干涉效应所叠加。在与空气的最终界面处获得了需要的180°的相角。
图4和5举例说明相移掩模坯件可以在宽范围内对透光度和相角进行独立控制。通过独立地调节单个次层的厚度可以适应不同的波长和透光度要求。
图6a和6b举例说明对于双相移系统透光度的可调性。x-轴为SiO2薄膜厚度和y-轴为钽薄膜厚度。近似垂直的实线表示SiO2层和Ta层的薄膜厚度的综合，其导致180°相移。近似水平的图形相当于对应于不同次层厚度的不同的透光度值。线波动是由干涉效应所引起的。这类波动作用可以很大地改变透光度，然而它们基本上不降低相移控制次层的透光度，而是最多导致实质上较高的透光度。因为在200纳米或以下的曝光波长下，大多数的材料具有非常低的透光度，象可以导致较高透光度的所述波动这种作用是相当有利的。
左侧图形分别显示透光度和相移与193纳米掩模坯件系统的不同的薄膜厚度的关系。为了能起到可靠的蚀刻终止作用，假定最小钽层厚度为10纳米。在这样的条件下，透光度可以被调整到高达22％。右侧图形分别显示透光度和相移与157纳米掩模坯件系统的不同的薄膜厚度的关系。可以获得28％的透光度值。对于两种波长，可以生产衰减和高透光度相移掩模坯件。
实施例和对比实施例
利用上述用于193纳米曝光波长的高透光度衰减相移掩模坯件和用于157纳米曝光波长的衰减相移掩模坯件的设计来制造掩模坯件。
表2显示了掩模坯件的结构和结果。
表2：
  实施例1   实施例2     对比例
基片     石英     F-石英     F-石英
透射控制次层
材料     Ta     Ta     Ta
厚度     11nm     20nm     17nm
透光度
相移控制次层
材抖     SiO2     SiO2     SiTiO
厚度     152     106     105
相移掩模坯料
曝光波长     193nm     157nm     157nm
曝光波长下的透光度     20％     6％     6％
相移     180°     180°     180°
激光寿命
激光寿命测试通过具有用于157纳米应用的Novatube的LambdaPhysik LPX120进行。在测试期间的重复速率是50赫兹，流量为每脉冲大约2mJ/cm2。实验室用不锈钢制成，并且用99.999N2吹扫，在辐射期间维持在O2含量低于1.0ppm。透光度测定方案使用了利用光束分裂器的双光束测定(主光束和参考光束)。监测激光脉冲的能量探头由Star Tech Instruments生产(PV16C型)。在辐射前和后的结果与通过Woollam椭率计进行的透光度测定一致。
图3显示了F-SiO2基片、Ta和SiO2单层和完整的Ta-SiO2相移掩模坯件的原地透光度测定。大部分透光度变化发生在紧接着辐射开始之后。这可能是由于表面污染的脱除。现场透光度测定还显示了显著的噪音。因此进行了Woollam椭率计透光度测定，以确定透光度变化，并且因此确定样品的激光稳定性。
结果示于表3。
表3
 激光前 激光后
F-SiO2  83.8％ 84.4％
Ta  3.83％ 3.92％
SiO2  74.3％ 80.9％
Ta-SiO2  6.32％ 6.51％
表3显示了用椭率计在辐射之前和之后测定的透光度。氟掺杂的熔凝硅石基片(F-SiO2)的值被用来确认测定的正确性。在辐射之前用Woollam得到的值为83.8％，其与现场透光度值(84.8％)具有良好的一致性，而在6kJ/cm2剂量之后的Woollam透光度为84.4％，其与现场透光度值(86.7％)相比是非常小的值。然而，因为大部分由激光引起的透光度变化可能是由于表面污染的除去(主要是水)，因此很可能一旦样品暴露于常规实验室环境，所述表面将重新被污染，给出可与辐射之前的透光度相比的值。
示于图3中的Ta和Ta-SiO2薄膜的现场透光度值显示显著的噪音。由于仪器的动态范围的限制，对于我们的装置，在小的透光度范围下通常会观察到这一现象。然而，Ta-SiO2的激光稳定性是很好的，如表中所示，在5.8kJ/cm2剂量之后透光度从6.32％改变为6.51％。
化学稳定性
清洁对透光度和相移的影响是任何衰减相移掩模坯件中的重要特征。使掩模清洁不应该显著地改变相移或者透光度。为了测试清洁对实施侧的相移掩模坯件的影响，使图案化的Ta-SiO2相移掩模坯件(实施例2)和图案化的Ta-SiTiO相移掩模坯件(对比实施例1)经受重复清洁周期。利用硫酸过氧化物混合物在90℃下清洁每个板并且用稀释的氨漂洗液漂洗。然后利用MPM193测定相移和透光度。在下一个清洁周期之前经过至少一天，以便最小化可能的天然的氧化物的任何影响。对于该部分的薄膜特征测试，每个掩模经历四个清洁周期。
图7a和7b显示了这些实验的结果。示于图7a和7b中的重复清洁测试的结果表明，多次清洁对相移具有最小的影响(每次清洁有～0.25°损失)，透光度有轻微的提高(每次清洁有～0.08％点的提高)。两种相移掩模坯件在清洁方面均是可接受的。
相移和透光度的均匀性
利用两种不同的方法对实施例进行分析。第一种方法是利用N&K照相分光计的厚度拟合。使用固定的色散值，分光计从测定的反射和透射数据中计算薄膜厚度。通常，该方法对于电介层比对于金属层更精确。为了改进对于金属层的拟合质量，使用固定薄膜厚度进行分布拟合，该固定薄膜厚度先用切向入射X射线反射计测定。图8a和8b显示了实施例2的掩模坯件的结果，其中相移层使用氩气作为溅射气体被沉积。
图8a显示了在140毫米×140毫米区域中测定的钽层厚度的等值线图。包括角落的范围/平均均匀性值是5.4％。排除角落点，该值是2.9％。
图8b显示了SiO2层的等值线图。此时，包括角落的范围/平均均匀性值是6.5％。排除角落点，该值是3.2％。
在为了用MPM193进行测定而将掩模坯件结构化之后，通过MPM193测定透射和相移均匀性。图9a和9b显示了结果。图9a显示测定的透光度均匀性。平均值是4.3％和3sigma是0.6％。图9b显示了测定的相角均匀性。平均值是137.5°和3sigma是3.6°。图9a和9b显示了与图8a和8b中的等值线图相同的旋转对称分布。透光度和相移的不均匀性由薄膜厚度不均匀性得到解释。
薄膜均匀性可以通过使用氙的溅射来改进。图10显示了这种改进的掩模坯件(实施例2)的等值线图。
SiO2层的厚度不均匀性改进了四倍。包括角落的范围/平均值现在是仅仅1.4％。这已经得到了±1.3°的相移均匀性。
缺陷水平的测定
缺陷水平使用高分辨率激光扫描器缺陷检验工具测定。用激光束逐行扫描坯件的两个表面。用两个光电倍增器检测反射的和透射的漫射光。用软件从四个测定信号当中计算粒子的类别、位置和尺寸。结果作为位置图和尺寸柱状图显示。在图中，粒子尺寸被简化为三种类别，即大约0.2到0.5微米的粒子，0.5和1微米之间的粒子和超过1微米的粒子。点表明0.2到0.5微米的粒子，圆和方形表明较大粒子尺寸的粒子。
图11和12显示了按照实施例2的本发明相移掩模坯件的粒子含量。图11显示了粒子图和图12显示了尺寸分布柱状图。具有0.3到0.5微米粒度的粒子的总数仅仅是14，并且没有检测到粒度超过0.5微米的粒子。
对比实施例的相移掩模坯件显示了粒度在0.5微米和1微米之间和甚至超过1微米的粒子。据推测是由于基质内部的钛原子起粒子的种子的作用。
通过对用于前述实施例中的、一般地或者特别地描述的本发明反应物和/或操作条件进行替代，可以同样成功地重复前述实施例。
根据上文的说明，本领域技术人员可以容易地确定本发明的必要特征，并且在不背离其精神和范围下，可以对本发明进行各种改变和改进，以使其适合于各种应用和条件。

Claims (21)

1.用于平版印刷术的衰减相移掩模，其包含基片和在所述基片的一个表面上的薄膜系统；所述薄膜系统包含：
相移层，其包含相移控制次层和透射控制次层；
所述相移掩模能生产在200纳米或以下波长的曝光光下具有基本上180°相移和至少0.001％透光度的光掩模；
其中，所述薄膜系统基本上不含具有0.5微米或以上粒度的缺陷。
2.权利要求1的相移掩模，其中薄膜系统具有最多50个粒度为0.3到0.5微米的缺陷。
3.权利要求1的相移掩模，其中薄膜系统具有最多20个粒度为0.3到0.5微米的缺陷。
4.权利要求1的相移掩模，其中所述相移控制次层基本上不改变相移掩模的透光度。
5.权利要求1的相移掩模，其中所述相移控制次层包括选自硅的氧化物和氧氮化物的材料。
6.权利要求1的相移掩模，其中所述相移控制层基本上由SiO2组成。
7.权利要求1的相移掩模，其中所述透射控制次层基本上不改变相移掩模的相移。
8.权利要求1的相移掩模，其中所述透射控制次层包括选自以下的材料：Mg、Si、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氮化物和两种或多种这些金属或者氮化物的混合物。
9.权利要求8的相移掩模坯件，其中所述透射控制次层基本上由一种选自以下的材料组成：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W或者其氮化物。
10.制造用于平版印刷术的衰减相移掩模的方法，其中所述相移掩模包含基片和在所述基片的一个表面上的薄膜系统；所述薄膜系统包含相移层，该相移层包含相移控制次层和透射控制次层；其中所述薄膜系统基本上不含具有0.5微米或以上粒度的缺陷；所述相移掩模能生产在200纳米或以下波长的曝光光下具有基本上180°相移和至少0.001％的透光度的光掩模；
所述方法包括：
提供基片；和
提供薄膜系统；
其中，提供薄膜系统包括以下步骤：
-在所述基片上形成透射控制次层；
-在所述基片上形成相移控制次层。
11.用于平版印刷术的衰减相移掩模，其包含基片和在所述基片的一个表面上的薄膜系统；所述薄膜系统包含：
相移层，其包含相移控制次层和透射控制次层；
所述相移掩模能生产在200纳米或以下波长的曝光光下具有基本上180°相移和至少0.001％透光度的光掩模；
其中，所述相移掩模的相移具有最多大约±5°的与平均值的偏差和所述相移掩模的透光度具有最多大约±5％的与平均透光度值的偏差。
12.权利要求11的相移掩模，其中所述相移控制次层基本上不改变相移掩模的透光度。
13.权利要求11的相移掩模，其中所述相移控制次层包括选自硅的氧化物和氧氮化物的材料。
14.权利要求11的相移掩模，其中所述相移控制层基本上由SiO2组成。
15.权利要求11的相移掩模，其中所述透射控制次层基本上不改变相移掩模的相移。
16.权利要求11的相移掩模，其中所述透射控制次层包括选自以下的材料：Mg、Si、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氮化物和两种或多种这些金属或者氮化物的混合物。
17.权利要求16的相移掩模坯件，其中所述透射控制次层基本上由一种选自以下的材料组成：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W或者其氮化物。
18.制造用于平版印刷术的衰减相移掩模的方法，其中所述相移掩模包括基片和在所述基片的一个表面上的薄膜系统；所述薄膜系统包含相移层，该相移层包含相移控制次层和透射控制次层；其中所述相移掩模的相移具有最多大约±5°的与平均值的偏差和所述相移掩模的透光度具有最多大约±5％的与平均透光度值的偏差；所述相移掩模能生产在200纳米或以下波长的曝光光下具有基本上180°相移和至少0.001％透光度的光掩模；
所述方法包括：
提供基片；和
提供薄膜系统；
其中，提供薄膜系统包括以下步骤：在所述基片上形成透射控制次层和在所述基片上形成相移控制次层。
19.权利要求18的方法，其中透射控制次层通过使用选自以下的技术的溅射沉积形成：双离子束溅射、离子束辅助沉积、离子束溅射沉积、RF匹配网络、DC磁控管、AC磁控管和RF二极管。
20.权利要求18的方法，其中相移控制次层通过使用选自以下的技术的溅射沉积形成：双离子束溅射、离子束辅助沉积、离子束溅射沉积、RF匹配网络、DC磁控管、AC磁控管和RF二极管。
21.权利要求18的方法，其中氙被用作溅射气体。
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