CN1846171A - 衰减相移掩模坯体和光掩模 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用在曝光波长为300nm或更低的平版印刷中的嵌入式衰减相移掩模坯体，以及通过离子束沉积制备这种掩模坯体的方法。具体而言，掩模坯体包含基片和薄膜系统，其中薄膜系统包含透射控制子层和相移控制子层，透射控制子层包含选自Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氧化物、氮化物、硼化物和碳化物的金属和/或金属化合物以及这些金属和其化合物的组合；相移控制子层包含Ge、Si和/或Al的硼化物、碳化物、氧化物和/或氮化物或其组合。

Description

衰减相移掩模坯体和光掩模
                       发明领域
本发明涉及用在曝光波长为300nm或更低的平版印刷中的相移掩模坯体，以及制造这种掩模坯体的方法。
本发明要求享有序列号为10/655,593的美国专利申请以及申请号为04001359.1和04008566.4的欧洲专利申请的优先权，这些申请的内容此处引入作为参考。
                       发明背景
相移掩模作为将平版印刷工具分辨率、对比度和深度焦点延伸超出普通二元掩模技术可获取程度的手段已引起极大的关注。
在几种相移方案中，由Burn J.Lin在Solid State Technology，January issue第43页(1992)中提出的(嵌入式)衰减相移掩模赢得了广泛的接受，因为它易于制造以及与之相伴的成本节约，其中的教导此处引入作为参考。
已经提出了几种相移掩模的工艺变形方案，第一种变形方案中，给基片装配微透光层，例如非常薄的铬层，配以蚀刻入石英基片来制造期望的相移(Levinson型、硬型或交替型相移掩模)。这种方法要求对层沉积和蚀刻过程二者都有高度的控制。
另一种变形方案中，通过将一层或多层具有相移和衰减性质的层涂覆到基片上来提供相移掩模。还提出了单层法，其中单一的层就提供180°相移和入射光的衰减。除了单层法，双层和多层衰减相移掩模坯体也已经有所描述。
随着降低光掩模特征尺寸的要求的提高，沉积层膜厚的均匀度在掩模坯体的制造和处理中变得日益重要。为了沉积具有规定光学性质的层，例如规定的相移、透射率和/或反射率，必须避免对于计算层厚的局部偏差，因为这种局部偏差会引起贯穿掩模坯体直径的不均匀的光学性质。因此，控制层厚的均匀度变得日益重要。
此外，这种光掩模坯体必须基本上没有缺陷。光掩模坯体上的缺陷会导致光掩模内诸如针孔之类的缺陷，在IC设备内引起故障。避免掩模坯体上缺陷的任务因特征尺寸的减小而变得更具挑战性。例如对于65和45nm的节点(即晶片上的特征尺寸分别为65nm和45nm)，给光掩模布以特征尺寸为100nm的结构图样，由此必须不含微粒尺寸超过0.5μm的表面缺陷。
因而本发明的一个目标是提供曝光波长为300nm或更低的新型掩模坯体，将简单稳定生产的可能性与必需的光学性质、化学稳定性以及无缺陷表面和均匀沉积的层相结合。
                       发明概述
本发明的第一方面致力于一种制备嵌入式衰减相移掩模坯体的双离子束沉积法，所述掩模坯体包含基片和薄膜系统，所述掩模坯体能够生产在300nm或更低波长的照射光下具有基本180°相移和至少0.001％光透射率的光掩模；该方法包括在基片上沉积：
-透射控制子层，包含一种或多种选自Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氧化物、氮化物、硼化物和碳化物的金属或金属化合物以及这些金属和其化合物的组合；
-相移控制子层，包含Ge、Si和/或Al的硼化物、碳化物、氧化物和/或氮化物，或其组合；
其中薄膜系统的至少一层通过以下步骤沉积：
(a)从含有一种或多种Si、Al、Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb的混合物、合金或化合物靶通过来自一组气体的离子用一次离子束进行离子束沉积，以及
(b)用来自包含一组气体的辅助源的二次离子束轰击基片。
本发明的第二方面致力于一种嵌入式衰减相移掩模坯体，所述掩模坯体包含基片和薄膜系统，所述薄膜系统包含：
-透射控制子层，包含一种或多种选自Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氧化物、氮化物、硼化物和碳化物的金属和/或金属化合物以及这些金属和其化合物的组合；
-相移控制子层，包含Ge、Si和/或Al的硼化物、碳化物、氧化物和/或氮化物，或其组合；
其中透射控制子层和/或相移控制子层具有至多2％的平均膜厚均匀度；
所述掩模坯体能够生产在300nm或更低波长的照射光下具有基本180°相移和至少0.001％光透射率的光掩模；
本发明的第三方面致力于一种嵌入式衰减相移掩模坯体，所述掩模坯体包含基片和薄膜系统，所述薄膜系统包含：
-透射控制子层，以至少90at.-％的量包含一种或多种选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氮化物的金属和/或金属氮化物以及这些金属和其氮化物的组合；
-相移控制子层，以至少90at.-％的量包含Ge、Si和/或Al的氧化物和/或氧氮化物，或其组合；
所述相移掩模能够生产在波长约248nm的照射光下具有基本180°相移和至少0.001％光透射率的光掩模。
本发明的第四方面致力于一种嵌入式衰减相移掩模坯体，所述掩模坯体包含基片和薄膜系统，薄膜系统包含：
-透射控制子层，以至少90at.-％的量包含一种或多种选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氮化物的金属和/或金属氮化物及其组合；
-对比层，以至少90at.-％的量包含一种或多种金属氧化物，其中金属选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb及其组合；
-相移控制子层，以至少90at.-％的量包含Ge、Si和/或Al的氧化物和/或氮化物，或其组合；
所述掩模坯体能够生产在300nm或更低波长的照射光下具有基本180°相移和至少0.001％光透射率的光掩模。
本发明的第五方面致力于一种嵌入式衰减相移掩模坯体，其中掩模坯体包含基片和薄膜系统，薄膜系统包含：
-透射控制子层，以至少90at.-％的量包含一种或多种选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氮化物的金属和/或金属氮化物及其组合；
-相移控制子层，包含Si和/或Al；
-设置在相移控制层上的保护层，包含一种或多种选自Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氧化物、氮化物、碳化物和硼化物的金属和/或金属化合物及其组合，所述保护层厚度至多为5nm；
所述掩模坯体在300nm或更低波长的照射光下能够产生基本180°相移和至少0.001％光透射率的光掩模。
本发明的第六方面涉及一种嵌入式衰减相移掩模坯体，其中掩模坯体包含基片和薄膜系统，所述薄膜系统包含：
-透射控制子层，以至少90at.-％的量包含一种或多种金属氧化物，其中金属选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb及其组合；
-相移控制子层，以至少90at.-％的量包含Si和/或Al的氧化物和/或氧氮化物，或其组合；
所述相移掩模坯体能够生产在300nm或更低波长的照射光下具有基本180°相移和至少20％光透射率的光掩模。
当结合附图阅读时，基于以下的详细说明和发明点，本发明的这些和其它方面、目标、特征和优点将变得明显。
应当理解之前的总体描述和以下的详细描述仅是本发明的示例，意在提供一种纵览或框架来理解所请求保护的发明的特点和特征。
                       附图简述
附图中：
图1a表示制造根据本发明的掩模坯体的优选装置的示意图；图1b表示辅助源的示意图。
图2表示根据本发明的一种实施方式的衰减相移掩模坯体(图2a)和掩模(图2c)的示意横截面，图2d表示当构建根据这种实施方式的掩模坯体时可采用的一种干蚀刻方法。
图3a-图3d表示根据本发明的另一种实施方式的掩模坯体的示意横截面，带对比层的掩模坯体(图3a)，带保护层的掩模坯体(图3b)、带对比层和保护层的掩模坯体(图3c)和带四层相移系统的掩模坯体(图3d)。
图4表示Ta和SiO2的色散曲线。
图5a和5b表示根据本发明一种实施方式的掩模坯体作为透射控制子层和相移控制子层厚度函数的透射模拟。
图6a和6b表示根据本发明一种实施方式的掩模坯体作为相移控制子层和透射控制子层厚度函数的相移模拟。
图7a-7e表示根据本发明一种实施方式的示例衰减相移掩模坯体用在157、193和248nm曝光波长下依赖于透射控制子层和相移控制子层厚度的透射变化模拟。
图8表示取决于根据本发明一种实施方式的掩模坯体的波长的光密度(振荡线)。
图9a和9b表示根据本发明某种实施方式的掩模坯体的光谱反射和透射曲线。
图10a和10b表示根据对比实施例1(图10a)和发明实施例1(图10b)的157nm衰减相移掩模坯体的透射均匀度。
图10c和10d表示根据对比实施例1(图10c)和发明实施例1(图10d)的157nm衰减相移掩模坯体Ta层的厚度均匀度。
图11a和11b表示根据对比实施例1(图11a)和发明实施例1(图11b)的157nm衰减相移掩模坯体SiO2层的厚度均匀度。
图12a、12b和12c表示根据对比实施例1(图12a)、对比实施例2(图12b)和实施例1(图12c)的157nm衰减相移掩模坯体的SiO2膜上的AFM测量表面。
图13a和13b表示根据实施例1的157nm衰减相移掩模坯体的缺陷图。
图14a和14b表示根据实施例1的157nm衰减相移掩模坯体的粒子分析，即缺陷水平。
图15a和15b表示靶腐蚀引起的Ta和SiO2膜的长期膜厚偏移。
图16表示根据本发明一种实施方式的蚀刻掩模坯体的SEM图。
图17a和17b表示根据本发明另一种实施方式的蚀刻掩模坯体的SEM图。
图18a和18b表示对根据本发明一种实施方式的掩模坯体上的对比层的作用的计算量。
图19表示Ta层的激光耐久性。
图20表示根据本发明一种实施方式的掩模坯体的化学耐久性。
图21表示根据本发明一种实施方式的带保护层掩模坯体在铬吸收干蚀刻前后GIXR与n&k曲线的对比。
图22表示根据本发明一种实施方式的掩模坯体在256nm检验波长下的反射和透射。
                优选实施方式的详细描述
如本领域中所知，“光掩模坯体”或“掩模坯体”与“光掩模”或“掩模”不同，因为在后的术语用于描述已经被构造、布图或描图之后的光掩模坯体。尽管本文中也全力遵循这种传统，但是本领域技术人员将懂得这种差别不存在于这项发明的材料方面中。因而，将理解本文中以最广义使用术语“光掩模坯体”或“掩模坯体”，以包括描图或未描图的光掩模坯体二者。
措辞“具有基本180°相移”是指相移掩模坯体提供足以抵偿结构体边界面中光的入射光相移，由此提高边界对比度。优选地，提供160°-190°的相移，更优选170°-185°。
根据本发明，当用于描述掩模坯体的层系统中第一层对第二层的相对位置时，措辞“下”和“上”具有以下的含义：  “下”是指提供所述第一层，比所述第二层更接近掩模坯体的基片，而措辞“上”是指提供所述第一层，比所述第二层更远离基片。
此外，如果没有特别指明，措辞“下”或“上”可以表示“正下”以及“下，但在所述两层之间至少提供一层其它层”或者“正上”以及“上，但在所述两层之间至少提供一层其它层”。
本发明的掩模坯体在波长300nm或更低的照射光下具有至少0.001％的透射率，优选至少0.5％。
图1示意性地表示根据本发明的一种沉积装置10的示例设置，用于通过离子束溅射(IBS)或离子束沉积(IBD)来制造光掩模坯体。装置10包含可用泵系统抽空的真空室12。
沉积粒子源或更具体而言离子沉积源20产生第一粒子或离子束22。沉积离子源20是高频(HF)离子源，然而，也可以使用其它类型的离子源。将溅射气体24在入口26引入沉积离子源20并在沉积离子源20内部通过原子碰撞以及被感应耦合电磁场加速的电子电离。  最好是弯曲的三格栅离子提取组件28用于加速由第一离子束22构成的一次离子，并将它们聚焦到靶40。
一次离子从沉积离子源20提取并击打靶或溅射靶40，由此引起级联的原子碰撞，轰出靶原子。这种溅射或蒸发靶的过程称为溅射过程。取决于待沉积的层，溅射靶例如是包含或者由钽、钛、硅、铬或以下提到的任何其它金属或化合物构成。沉积装置可以装配多个化学组成上有差别的不同溅射靶，从而能够不扰乱真空而将溅射过程换为另一个靶。优选地，溅射过程与层的沉积在适宜的真空中进行。
当一次离子的质量与靶原子的质量相当时，传递给靶原子的动量传递最大。由于惰性气体易于控制，优选将氦、氩、氙用作溅射气体24。由于溅射期间使用氙会提高沉积层厚度的均匀度，因而优选将氙用作溅射气体。
从靶40形成至少部分射向基片50的溅射离子42。溅射离子42带着比用常规汽相沉积法高得多的能量击打基片50，在基片50上沉积或生长高度稳定和致密的层或膜。
具体而言，通过第一离子束22的能量和/或入射角来调节或控制溅射原子例如金属原子的平均能量。通过使靶40绕轴旋转来调节第一离子束22相对于靶法线44的入射角。
基片50可转动地安装到三轴转动装置上。通过使基片围绕第一轴旋转来调节溅射离子相对于基片50法线54的平均入射角。通过调整入射角，可以控制并从而改善均匀度、内部膜结构以及机械参数，特别是膜应力。
此外，可以使基片50围绕垂直于代表第二转动轴的法线54旋转，以进一步改善沉积均匀度。
此外，基片还可以绕第三轴旋转或转动，使基片运动到离子束之外，从而允许例如紧接在沉积之前清洁基片50。
此外，设备10包括：辅助粒子源或辅助离子源60。其工作原理与沉积源20相同。第二粒子或离子束62指向基片50，例如用于对基片50和/或沉积在基片50上的膜进行平坦化、改善表面状况、掺杂和/或作进一步处理。经由气体入口66引入其它活泼或不活泼的气体。
优选用平直的三格栅提取系统68加速第二离子束62。
图1b表示辅助源的示意图。与沉积源类似，辅助源包含三个格栅，所谓的Accel格栅68a、所谓的Decel格栅68b以及所谓的Ground68c。离子在Accel格栅68a与Decel格栅68b之间加速而在至Ground68c的第二段路径中减速。这可对离子束的散度产生影响。
优选地，辅助源60用于将活泼气体如氧气和氮气引入系统。
第二离子束62基本覆盖整个基片50，实现在整个基片区域内均匀的离子分布或处理。如可从图1中看到的，基片50以相对于第二离子束62的轴65的角度b固定。
本领域的现状中，第二离子束62特别适用于：
-用氧、氮、碳和/或其它离子掺杂膜，
-在沉积之前清洁基片，例如用氧等离子体，
-通过使膜平坦化来改善膜的界面品质。
然而，根据本发明，第二或二次离子束可有利地用于改善沉积层厚均匀度。特别地，当溅射轻金属如Si、Al、Mg和Ge时或者当辅助源用于以诸如O和/或N的元素来掺杂溅射金属层以产生所述金属的氧化物、氮化物或氧氮化物层时，已经发现难以、甚至不可能用改善均匀度的普通方法，如变化目标角或改变溅射气体，来溅射具有高度均匀层厚的层。通常，较多的溅射金属原子沉积向掩模坯体的中部，较少的原子沉积向掩模坯体的侧面或侧部，由此产生掩模坯体的中部相对于侧部具有较高的厚度的沉积层。然而，还发现在某种程度上调整辅助源的离子束可以补偿这种作用。使用辅助源的离子束，可以以预定的方式蚀刻溅射层，即，比掩模坯体的侧部更强地蚀刻掩模坯体的中部至这种量：最终层在贯穿掩模坯体的整个表面上具有非常均匀的层厚。
为获得这种效果，需要调节辅助源用于沉积的第一或一次离子束的生成参数和用于产生第二或二次离子束的参数。这种调节影响离子束的几何构型统计分布即“几何形状”和离子束的能量，由此产生补偿作用。
必须调节若干参数来调整一次或二次离子束。
首先，沉积速率与蚀刻速率的比值对于补偿作用是重要的。沉积源离子束的沉积速率主要取决于沉积源IB()的离子流，辅助源离子束的蚀刻速率主要取决于辅助源IA的离子流。
此外，离子束的形式，即溅射离子的统计分布取决于以下参数：
-一次离子的质量，
-基片上一次和二次离子束的入射角α和β，
-施加到沉积源和辅助源的Accel格栅上的电压和电流，
-施加到沉积源和辅助源的Decel格栅上的电压。
通过轰击来自靶上沉积源的一次离子生成的原子束还受到靶密度、纯度和形状的影响。重复溅射过程期间，溅射原子的侵蚀导致靶形状的改变。如图15a和15b中所示，Si和Ta层的厚度表示整个重复溅射试验期间测量时与起始值的微小偏移。这种偏移归因于靶侵蚀，因而优选在进行了一定量溅射试验之后重新校准，例如溅射了20块掩模坯体之后。然而，该数目取决于所沉积的层厚。
为确定用于调整沉积源离子束和辅助源离子束的参数，优选使用DOE(试验设计)法。这类DOE法以及实施它们的软件可以购得并为本领域范围内公知。用于实施DOE的参数设置以及所述参数的范围必须适当选择。
根据本发明的优选实施方式，优选将以下参数和范围用于DOE：
-沉积源电流(IBD)，优选100-500mA，更优选200-300mA
-辅助源电流(IBA)，优选50-300mA，更优选80-200mA
-沉积源电压(UBD)，优选500-1500V，更优选1000-1500V
-辅助源电压(UBA)，优选50-150V
-沉积源的抑制栅极(Decel格栅，散度)电压(USD)，优选100-300V
-辅助源的抑制栅极电压(USA)，优选100-500V，更优选150-300V
最好将优选35-50°的固定靶角度和45-60°的固定夹角用于DOE。
沉积层的蚀刻可以与沉积过程同时进行，或者也可以在层的沉积完成之后进行。在蚀刻在沉积结束之后进行的情形中，优选在辅助源中使用活泼气体如惰性气体。
在蚀刻在沉积过程期间进行并且要溅射金属或半金属的氧化物或氮化物的情形中，优选使用元素金属或半金属的靶，并优选经由辅助源入口将氧和/或氮引入。
在要溅射元素金属、半金属或其混合物的情形中，优选使用这类元素金属或半金属的靶，并优选在辅助源中使用惰性气体如氩或氙。
作为溅射靶，可以使用包含元素的靶或包含组分的靶。在沉积层含有金属或半金属的氧化物、氮化物或氧氮化物的情形中，可以将这类金属或半金属的氧化物、氮化物或氧氮化物用作靶材料。然而，也可以用金属或半金属靶并引入氧气和/或氮气作为活泼溅射气体。在沉积SiO2的情形中，优选使用Si靶并引入氧作为活泼溅射气体。在沉积包含氮的层壳的情形中，优选引入氮气作为活泼溅射气体。
作为溅射气体，优选使用不活泼的气体，如氦、氩或氙。这类不活泼气体可以与活泼气体组合，如氧气、氮气、一氧化氮、二氧化氮和氧化二氮或其混合物。活泼气体是可以与溅射离子反应的气体，由此变成沉积层的一部分。根据本发明的优选实施方式，相移控制层溅射期间将不活泼气体与氧气的混合物用作附加溅射气体。
在制造双层或多层掩模坯体的情形中，优选在沉积装置的单一室中沉积所有的层而不中断超高真空。在制造双层或多层掩模坯体的情形中，特别优选沉积相移层各层而不中断真空。由此，避免了对带有表面缺陷的掩模坯体的去污，并获得基本上无缺陷的掩模坯体。这类溅射技术例如可以通过使用能够从若干靶溅射的溅射工具来实现。由此，能够获得具有缺陷密度低和/或层厚高度均匀的层的高品质相移掩模。
此外，提供用于300nm以下波长的平版印刷的嵌入式衰减掩模坯体，其中所述掩模坯体包含基片和置于该基片上的薄膜系统。
用于根据本发明的掩模坯体的基片材料优选由高纯熔融二氧化硅、掺氟熔融二氧化硅(F-SiO2)、氟化钙以及类似物构成。
除了相移系统，所述薄膜系统还可以包含诸如以下的各层：一层或多层防反射层，屏蔽或保护层、检验控制或对比层和/或吸收层或吸收剂层。对于这种吸收层，例如可以提供铬或TaN层。“铬”吸收剂层除铬之外还可以含有O和/或N。
掩模坯体的薄膜系统可以不含粒径为0.5μm或更高的缺陷。优选地，所述薄膜系统具有至多50个粒径0.3μm-0.5μm的缺陷，更优选至多20个这种缺陷。随着光掩模特征尺寸的减小，具有500nm或更高尺寸的缺陷会引起问题，因而必须不存在。对于粒径0.3μm-0.5μm的缺陷，每个掩模坯体至多50个缺陷的限量对于许多应用都是可以容忍的。
此外，根据本发明的具体实施方式，掩模坯体可以具有至多5的表面粗糙度(RMS)。使用根据本发明的辅助源提高了特别是SiO2层的表面粗糙度。图12a-12c表示根据未使用辅助源的对比实施例(12a和12b)以及发明实施例(12c)的SiO2层AFM测量表面粗糙度。
根据本发明的第二方面，薄膜系统的一层、一些层或所有层与子层可具有至多2％的膜厚平均均匀度，优选至多1％，更优选至多0.5％。提供具有高度均匀层厚的相移系统生成就掩模坯体所有位置上的相移和透射率而言具有高均匀度的相移掩模坯体。特别是，所述相移掩模坯体的相移会具有离相移平均值至多约±2°的偏移，更优选至多±1.5°，所述相移掩模坯体的透射率会具有离平均透射率值至多约±0.5％的偏移。
相移掩模坯体包含相移系统，该系统包含双层或多层相移系统，其中措辞“多层”包括从至少三层开始的任意层数。相移系统的层(或子层)通常会包含不同的功能或功能性。
根据本发明的相移掩模坯体的至少两层相移系统包含透射控制子层和相移控制子层。
将相移功能与衰减功能实质上分入至少两层独立的子层对于300nm或更低曝光波长下的衰减相移掩模坯体极其有利。这种衰减相移掩模坯体能够容易地调制掩模坯体的透射率，无需改变子层的组成而仅是简单地改变透射控制子层的厚度。掩模坯体的相移能够容易地调制，通过改变相移控制子层的厚度而基本不改变掩模坯体的透射率。常常需要调制掩模坯体的相移来使掩模坯体适合蚀刻过程。这种蚀刻过程期间，常常将基片蚀刻至指定深度，由此给相移系统添加附加相移。为了使掩模坯体适合这种掩模坯体内的蚀刻，取决于蚀刻过程，可能需要不将相移精确地设定为180°，而是设定约175°-180°的相移。
这样，相移掩模坯体包含基片和相移系统，其中相移系统由此包含基本上不降低掩模坯体透射率的相移控制子层和/或基本上不改变掩模坯体相移的透射控制子层。
用语“基本上不改变掩模坯体相移”是指掩模坯体的相移改变至总相移的至多15°，优选至多约10°，更优选至多5°的量。
根据本发明，用语“基本上不降低掩模坯体的透射率”是指相移控制子层将掩模坯体的透射率降低至至多约10％、优选至多约5％透射率的值。
参照图2a，根据本发明一个实施方式的掩模坯体包含基片1，其上配备相移系统2。相移系统2由透射控制子层3和相移控制子层4构成。优选地，也如图2a中所示，提供透射控制子层3作为基片1上相移层的第一子层，在透射控制子层上提供相移控制子层4作为相移层的第二子层。然而，根据另一种实施方式，可以提供相移控制子层作为基片上相移层的第一子层，在相移控制子层上提供透射控制子层作为相移层的第二子层。相移系统上，通常提供吸附剂层6。为了将图2a中所示的相移掩模坯体转变成图2c中所示的被描图、布图或构造的光掩模，最好，优选相移系统的两步蚀刻过程。如图2d中所示，首先可用第一蚀刻过程将吸收层6蚀刻，例如组合使用氯气和氧气的干蚀刻过程。然后，用第二蚀刻剂如氟基干蚀刻剂给相移系统2的第一子层4布图，优选相移控制子层。最后，用另一蚀刻剂如氯干蚀刻剂给相移系统2的第二子层3布图，优选透射控制子层。第一蚀刻剂可以与最后的蚀刻剂相同或不同。
相移控制子层包含选自Ge、Si和/或Al的硼化物、碳化物、氧化物和/或氮化物、或其组合的材料。根据本发明的某种实施方式，相移控制子层以至少90at.-％的量，优选至少95at.-％的量包含选自Ge、Si和/或Al的硼化物、碳化物、氧化物和/或氮化物、或其组合的材料。
根据一种实施方式，相移层基本上由在照射光波长下具有约0.3或更低，优选约0.05或更低消光系数k值的一种或多种材料或材料混合物构成。
相移控制子层还可以含有少量选自Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Sn、Pb的金属及其混合物。然而，由于这些金属的混入倾向于降低相移控制子层的透射率，因此优选这些金属仅以至多5at.-％的量混入。根据某种实施方式，相移控制子层基本上不含这类金属。此外，含有、特别是以高于5at.-％的量含有上述金属的相移控制子层易于生长具有较高缺陷水平的掩模坯体。因此，从相移掩模坯体的薄膜系统的低缺陷水平来看，这类金属的混入，特别是以高于5at.-％的量混入也是不优选的。
根据一种实施方式，相移控制子层以至少90at.-％的量，优选以至少95at.-％的量包含Si、Al和/或Ge的氧化物和/或氧氮化物和/或其组合。根据另一种实施方式，仅以至多约10at.-％的量，更优选至多约5at.-％的量将氮添加到相移控制子层中。
根据本发明的一种实施方式，相移控制子层基本上由SiO2构成。
相移控制子层具有经调整以在300nm或更低范围内的照射光波长下提供约180°相移或任意其它所需相移的厚度。
获得指定相移所需的相移控制子层厚度取决于构成相移子层的材料的折射率或折射指数n以及消光系数k。作为普遍规则，与具有较低折射指数的材料相比，具有较高折射指数的材料每相移子层沉积厚度上将产生更大的相移。
透射控制子层包含一种或多种选自Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氧化物、氮化物、硼化物和碳化物的金属或金属化合物以及这些金属或其化合物的组合。
根据本发明的一种实施方式，透射控制子层包含至少一种具有相对较高不透明度的材料，并且包含一种选自Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氮化物、以及两种或多种这些金属或氮化物的混合物的材料。根据具体实施方式，透射控制层包含一种选自Ta、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Cr、Mo和W的金属。优选地，透射控制子层以至少90at.-％的量，更优选至少95at.-％的量包含前述金属和化合物。根据另一种实施方式，透射控制子层由至少一种选自Nb、Ta、Ti、Cr、Mo、W、V、Nb、Zn、Zr、Hf、Si、Ge、Sn、Pb、Mn、Fe、Co、Ni、La、Mg、其氮化物以及两种或多种这些金属或其氮化物的混合物的材料构成。本文中，一种材料意味着一种元素金属，如Ti、Ta或Hf层；或者一种金属氮化物，例如TaN、TiN或HfN。
透射控制子层具有足够的厚度来将相移系统的透射率调节至期望值，其厚度基本上取决于透射控制子层的材料。该厚度可由下式计算：
               dTc＝-1/αλ×In(T/100)
其中T是期望透射率％，αλ是曝光波长λ下的吸收系数，Tc是透射控制子层的计算厚度。吸收系数α依照下式与消光系数k关联：
                    α＝4πkλ/λ
根据本发明的一种实施方式，在基片正上提供透射控制层，该层还提供蚀刻终止功能，即对石英基片具有高蚀刻选择性。由此，能够容易地防止相移掩模过蚀刻进入石英基片。根据本发明的这种实施方式，透射控制子层优选具有至少约8nm，更优选至少约10nm的厚度。如果该厚度小于约8nm，透射控制子层的蚀刻终止功能将不足。
根据本发明的这种实施方式，优选透射控制子层优选具有与相移控制子层不同的蚀刻选择性。如果用含氟组分蚀刻相移控制层，则优选通过使用诸如Cl2、Cl2+O2、CCl4、CH2Cl2的氯基气体的干蚀刻法、或通过使用酸、碱或类似物的湿蚀刻来蚀刻透射控制层。然而，优选干蚀刻法。对于使用含氟组分的蚀刻法，优选使用诸如CHF3、CF4、SF6、C2F6及其混合物的含氟气体的反应性离子蚀刻(RIE)。
根据本发明的第四方面，提供包含“检验控制层”或“对比层”的相移掩模坯体。这个方面的一种实施方式在图3a和3c中示意性示出，其中对比层7位于透射控制子层3之上。
在比照明波长更长的波长下使掩模坯体经历检验步骤。例如将在例如257nm和356nm的检验波长下检验用于193nm平板印刷的掩模坯体。为了使在这些波长下的检验可行，用于193nm平板印刷的掩模坯体不仅必须在曝光波长下具有期望的透射率和相移，而且应当在检验波长下遵从特定的最大透射率和反射率。
根据本发明，“检验控制”或“对比”层在例如257nm和/或356nm的检验波长下特别提供改善的对比度。它可以改善反射率，即在检验波长或曝光波长下赋予相移掩模坯体防反射性质，或者它有助于在检验波长下将透射率控制在预定的范围内。
由于这种对比层在曝光波长下通常也改变相移系统的透射率和/或相移，因此必须调节相移控制子层的厚度和/或透射控制子层的厚度，以在曝光波长下保证所需的相移和透射率，即必须通过对比层对相移的添加量来减小相移控制子层的厚度，和/或必须通过对比层对透射率的添加量来减小透射控制子层的厚度。
根据一种实施方式，在基片上提供透射控制子层，在透射控制子层上提供相移控制子层并在相移控制子层上提供对比层。根据另一种实施方式，在基片上提供透射控制子层，在透射控制层上提供对比层并在对比层上提供相移控制子层。
优选对比层以至少90at.-％的量包含一种或多种金属氧化物，其中金属选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb及其组合。根据具体实施方式，透射控制子层包含一种选自Ta、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Cr、Mo和W的金属。
根据本发明的这第四个方面，透射控制子层优选包含以至少90at.-％的量包含一种或多种选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb其氮化物的金属和/或金属氮化物及其组合；相移控制子层优选以至少90at.-％的量包含Ge、Si和/或Al的氧化物或氮化物和/或其组合。
根据一种具体实施方式，透射控制子层以至少90at.-％的量，优选至少95at.-％的量包含一种上述金属，例如Ta。在这种情形中，对比层优选包含至少90at.-％，更优选至少95at.-％的与透射控制子层所用金属相同的氧化物，例如Ta2O5。然而，其它金属氧化物如Cr2O3也是可以的。
根据一种实施方式，相移控制子层以至少95at.-％的量包含SiO2，和/或透射控制子层以至少95at.-％的量包含Ta和/或Ta氮化物，和/或对比层以至少95at.-％的量包含Ta2O5。
根据另一种具体实施方式，对比层包含与透射控制子层相同和/或与相移控制子层相同的蚀刻选择性。由此，优选不会因插入对比层而增加蚀刻步数。
根据某种实施方式，本发明的掩模坯体在一种或多种检验波长下具有至多50％的透射率，和/或在一种或多种检验波长下具有至多20％的反射率。
对比层优选具有至多30nm，更优选至多20nm的厚度。
根据第五方面，掩模坯体可以包含“屏蔽层”或“保护层”，所述保护层具有至多5nm的厚度。这个方面的一种实施方式示意性地示于图3b和3c中，其中保护层8位于相移控制子层4之上。
在相移控制子层包含Si和/或Al的情形中，当与碱性、酸性或其它腐蚀性清洁剂接触时，相移控制子层会易于变劣。然而，在通过这种清洁步骤减小相移控制子层的厚度的情形中，这会改变相移掩模坯体的相移，因而不是优选的。根据这个方面，通常在基片上提供透射控制子层，在透射控制子层上提供相移控制子层。湿蚀刻过程中保护层会额外保护含Si和/或Al的层。
此外，保护层会起到避免所谓的“雾化(haze)”效应的作用，该效应发生在用于193nm平板印刷中的光掩模中，认为由光掩模清洁期间的晶体形成而产生。由于沉积在含Si和/或Al层上的保护层，可以避免晶体在含Si和/或Al层上的沉淀。
根据某种实施方式，所述保护层具有至多4nm的厚度，优选至多2nm。通常，对于保护层，至少0.2nm的厚度就足以赋予层系统对于碱性、酸性和/或其它腐蚀性清洁剂的保护作用，然而，根据本发明的某种实施方式，保护层具有至少0.5nm、甚至至少0.7nm的厚度，例如取决于待采用的碱性清洁剂的腐蚀性。
根据本发明的另一种实施方式，保护层基本上不改变待制造的掩模坯体和光掩模的光学性质。光学性质例如为掩模坯体的相移、透射率和反射性质。
保护层可以具有与该保护层正上的层的蚀刻选择性不同的蚀刻选择性。在这种情形下，保护层保留在含Si和/或Al层上并应当与含Si和/或Al层具有相同的蚀刻选择性，从而不增加所需的蚀刻步数。保护层也可以具有与该保护层正上层相同的蚀刻选择性。
保护层可以在含Si和/或Al的相移控制子层上提供，和/或在含Si和/或Al的另一层上提供，可以包含选自Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氧化物、氮化物、碳化物和硼化物的金属和/或化合物及其组合。根据具体实施方式，透射控制层包含一种选自Ta、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Cr、Mo和W的金属。保护层优选以至少90at.-％的量包含金属的氧化物或氧氮化物，其中金属选自Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb及其组合。
根据这第五方面，透射控制子层可以以至少90at.-％的量包含选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氮化物的金属或金属氮化物及其组合。相移控制子层可以以至少90at.-％的量包含Si的氧化物和/或氮化物。
本发明的第六方面涉及一种高透射率掩模坯体，在300nm或更低波长的照射光下提供至少20％的光透射率。根据某种实施方式，根据这第六方面的掩模坯体的透射率可以为至少30％，优选至少40％，更优选至少50％。然而，即使在要生产透射率为20％的掩模坯体的情形中，根据这第六方面的掩模坯体也是有利的，因为薄膜系统的总厚能够因厚度减小的相移系统而减小。
根据这个方面，透射控制子层优选以至少90at.-％的量包含金属氧化物，其中金属选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb及其组合。
根据这个方面，相移控制子层可以以至少90at.-％的量包含Si和/或Al的氧化物和/或氧氮化物，或其组合。
根据本发明这个方面的一种实施方式，以基片上交替的顺序提供反射改善的高透射率掩模坯体，包含：
-透射控制子层，以至少90at.-％的量包含金属氧化物，其中金属选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb及其组合；
-相移控制子层，以至少90at.-％的量包含Si和/或Al的氧化物和/或氧氮化物，或其组合；
-透射控制子层，以至少90at.-％的量包含金属氧化物，其中金属选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb及其组合；
-相移控制子层，以至少90at.-％的量包含Si和/或Al的氧化物和/或氧氮化物，或其组合。
本发明的不同方面可以适当地相互组合，例如，在本发明其他方面的掩模坯体中也可以存在一层或若干层保护层和/或对比层。此外，作为第六方面一种实施方式的要点，本发明不限于仅具有一层相移控制子层和/或仅具有一层透射控制子层的相移系统。两层或更多层透射控制子层和/或相移控制子层可以存在于根据本发明的掩模坯体中。这种两层或多层透射控制子层和/或相移控制子层可以包含相同的材料，或者可以包含不同的材料。此外，这些层可以由均匀材料构成，或者可以在与基片不同距离的范围内具有渐变的组成。
本发明还涉及经构造的光掩模，该掩模已经通过如上所述将掩模坯体构造而制造，还涉及制造这种光掩模的方法。
试验
在之前和之后的实施例中，所有的温度都设置为未修订的摄氏度。以上或以下引用的所有申请、专利和公开物的整体内容都由此引入作为参考。
以下描述根据本发明优选实施方式的掩模坯体的设计和制造。
示例性膜设计和透射率调制
n和k值用模型Woollam VASE分光镜偏振光椭圆率测量仪在157nm和193nm下由偏振光椭圆率测量仪测量获得。典型地，分光镜扫描取55和65度。取透射率数据来改善模型设置。
图4表示Ta和SiO2的色散曲线。图4的柱从左到右表示测量的单层Ta和SiO2色散曲线。上排表示折射率n，下排表示消光系数k。
表A列出这些材料和SiO2基片在157、193和248nm的平版印刷波长下的色散值。
                                               表A
           157nm            193nm            248nm
    n     k     n     k     n     k
  基片     1.66     0     1.56     0     1.5     0
  Ta2O5     1.79     1.11     2.14     1.28     3.05     0.64
  Ta     1.50     2.11     1.92     2.50     2.20     2.66
  SiO2     1.75     0.028     1.62     0.005     1.56     0.002
上表A的色散数据用于进行以下计算。所有的模拟都基于广泛使用的用Matlab对薄膜进行数值计算的矩阵算法，如A.Macleod，“Thin-film optical filters”，第2版，1986，Bristol，AdamHilger中所述。这些模拟的结果示于图5-7中。
图5a阐述了对于衰减的157nm(6％透射率)以及高透射率193nm(20％透射率)的相移掩模坯体的设计，图5b表示对于衰减的(6％透射率)以及高透射率248nm(20％透射率)的相移掩模坯体的设计。图5a中，实线对应对于波长157nm相移子层的透射率与膜厚的关系，虚线对应透射率，该透射率作为相移子层用于波长193nm的相移掩模坯体的膜厚的函数。图5b中，上面的曲线对应透射率，该透射率作为移相子层对于高透射率的膜厚的函数，下面的曲线对应波长248nm的衰减相移掩模坯体。图5a和5b中，零膜厚对应未涂覆的基片。基片上提供Ta层。面的曲线表示透射率随充当透射控制子层的钽层膜厚的增加的(指数？)下降。在Ta层上提供SiO2层作为相移控制子层。透射控制子层与相移控制子层的界面在图5a和5b的每条面的曲线中都用细竖线表示。SiO2介电层表示因干扰而起的围绕平均透射率值的典型振荡。在与空气的最终界面上获得期望的透射率值。这类相移控制子层基本上不改变相移掩模坯体的透射率，而仅是对所得透射率值有微小贡献。零膜厚的透射率值为1，该值对于较佳分辨率被舍去。
图6a和6b表示作为膜厚函数的相移。零膜厚对应零相移。图6a中，钽层的相移先为微负，然后略微升高，在界面处再次接近零。因而，它对相移掩模坯体总相移的贡献可以忽略不计。图6b中，钽层对248nm相移掩模坯体引起微正的相移。然而，与二氧化硅层的大相移相比，由钽透射控制层引起的相移较小。因而，在第一步近似中，介电层生成因界面效应而叠加的随膜厚的增加而线性增加的相角。在与空气的最终界面上获得180°相角。
图5和6阐述了用于157nm、193nm和248nm的相移掩模坯体能够进行透射率和相角的广泛的独立控制。通过单独调节各个子层的厚度可以适应不同的波长和透射率要求。
图7a-7e阐述了五个相移系统的透射率的可调制性。在x轴上提供SiO2的膜厚，y轴上分别提供Ta和Ta2O5的膜厚。几乎竖直的实线表示引起180°相移的所有SiO2层与Ta或Ta2O5层膜厚的组合。几乎水平的曲线对应与不同子层厚度对应的不同透射率值。界面效应引起线条振荡。这种振荡作用会改变透射率至相当大的量，然而它们基本上不降低相移控制子层的透射率，而是至多引起基本上较高的透射率。由于大多数材料在300nm或更低的曝光波长下具有非常低的透射率，因而会引起较高透射率的作用如所述的振荡是相当有利的。
图7a-7e中，水平振荡线表示Ta、Ta2O5和SiO2对于不同透射率的可能的膜厚组合。贯穿水平线的竖直线为产生180°相移的Ta、Ta2O5和SiO2组合。在标明钽层的特定层厚以及SiO2层的特定层厚、其中竖直线贯穿水平线的点上，可以获得对于给定的透射率具有180°相移的相移系统。假设Ta或Ta2O5层的最小厚度为10nm，则能够调制透射率，对于157nm系统高达28％(图6a)，对于193nm系统高达28％(图6b)以及对于248nm系统高达30％(图6c)。在使用Ta2O5的高透射率系统(图7d和7e)中，能够获得高达50％的透射率。在所有情形中都可以生产波长衰减且高透射率相移掩模坯体。
                      沉积实验
(A)沉积工具
所有的层都用图1中示意性示出的双离子束溅射工具沉积。特别地，将Veeco Nexus LDD离子束沉积仪用于所有沉积。
(B)沉积参数
精确沉积参数通过DOE用软件JMP 5.0.1a版测定，该软件由SASInstitute Inc.，SAS Campus Drive，Cary，North Carolina 27513，USA开发。将IBD、TW和FW作为固定参数引入，将UBD、USD、IBA、UBA和USA作为变量引入。
表B表示用于溅射根据实施例和对比例所用材料的通用沉积参数：
                  图B：通用沉积参数
    Ta     SiO2
    沉积源
    气体流量     15sccm     10sccm
    U-束     1500V     800V
    I-束     400mA     200mA
    其它
    靶材料     Ta(99.95％)     Si(99.999％)
    沉积速率   0.57/s   0.29/s
    环境压力   ＜3*10e-8托   ＜3*10e-8托
    沉积压力   ～2*10e-4托   ～2*10e-4托
                      表C：溅射SiO2的参数
    对比实施例1     对比实施例2     实施例1
  沉积源
  溅射气体     氩气     氙气     氙气
  气体流量     38sccm     38sccm     6sccm
  U-束(UBD)     1000V     1000V     1000V
  Decel栅极(USD)     -150V     -150V     -150V
  I-束(IBD)     250mA     250mA     250mA
  辅助源
  溅射气体     自然O2     电离O2     萃取O2
  气体流量     30sccm     30sccm     30sccm
  U-束(UBA)     ---     ---     150V
  Decel栅极(USA)     ---     ---     -300V
  I-束(IBA)     ---     ---     100mA
  最佳均匀度     1.6％     1.0％     0.2％
       表D：溅射Ta和Ta2O5的参数
    Ta     Ta2O5
    沉积源
    溅射气体     氩气     氙气
    气体流量     38sccm     38sccm
    U-束     1500V     ---
    Decel栅极     ---
    I-束     400mA     ---
    辅助源     关闭     ---
  溅射气体   ---   萃取O2
  气体流量
  U-束   ---   ---
  Decel栅极   ---   ---
  I-束   ---   ---
  最佳均匀度   0.2％   0.2％
实施例1和对比实施例1(157nm下的PSM)
通过采用如上所列标准沉积参数，在石英基片上沉积Ta透射控制子层并在该透射控制子层上沉积SiO2相移控制子层，制造图2中示意性描述的相移掩模坯体。沉积层厚度列于表1中。在相移控制子层上沉积标准铬吸收剂层(厚度：50nm)。
                            表1
  实施例1a   实施例1b
相移掩模坯体
曝光波长   157nm   157nm
曝光波长下的透射率   6％   20％
相移   180°   180°
基片   F-石英   F-石英
透射控制子层
材料   Ta   Ta
厚度   20nm   12.5nm
相移控制子层
材料   SiO2   SiO2
厚度   106nm   109nm
相移系统的总厚度   121.2nm
在256nm(检验)下的反射率   ≈28％
在256nm(检验)下的透射率   ≈10％
重复进行实施例1和对比实施例。
实施例2(193nm下的PSM)
通过采用如上所列标准沉积参数，在石英基片上沉积Ta透射控制子层并在该透射控制子层上沉积SiO2相移控制子层，制造图2中示意性描述的相移掩模坯体。沉积层厚度列于表2中。在相移控制子层上沉积标准铬吸收剂层(厚度：50nm)。
                           表2
  实施例2a   实施例2b
相移掩模坯体
曝光波长   193nm   193nm
曝光波长下的透射率   6％   20％
相移   180°   180°
基片   石英   石英
透射控制子层
材料   Ta   Ta
厚度   21nm   13nm
相移控制子层
材料   SiO2   SiO2
厚度   144nm   150nm
相移系统的总厚度   163nm
在256nm(检验)下的反射率   ≈37％
在256nm(检验)下的透射率   ≈16％
实施例3(248nm下的PSM，图2)
通过采用如上所列标准沉积参数，在石英基片上沉积Ta透射控制子层并在该透射控制子层上沉积SiO2相移控制子层，制造图2中示意性描述的相移掩模坯体。沉积层厚度列于表3中。在相移控制子层上沉积标准铬吸收剂层(厚度：50nm)。
                       表3
    实施例3a   实施例3b
相移掩模坯体
曝光波长     248nm   248nm
曝光波长下的透射率     6％   20％
相移     180°   180°
基片     石英   石英
透射控制子层
材料     Ta   Ta
厚度     25nm   14nm
相移控制子层
材料     SiO2   SiO2
厚度     190   206
实施例4(193nm下的PSM，带对比层)
通过采用如上所列标准沉积参数，在石英基片上沉积Ta透射控制子层，在透射控制子层上沉积Ta2O5对比层并在对比层上沉积SiO2相移控制子层，制造图3a中示意性描述的相移掩模坯体。沉积层厚度列于表4中。在相移控制子层上沉积标准铬吸收剂层(厚度：50nm)。
                      表4
    实施例4a     实施例4b
相移掩模坯体
曝光波长     193nm     193nm
曝光波长下的透射率     6％     20％
相移     180°     180°
基片     石英     石英
透射控制子层
材料     Ta     Ta
厚度     19nm     12nm
对比层
材料     Ta2O5     Ta2O5
厚度     8.5nm     5nm
相移控制子层
材料     SiO2     SiO2
厚度     140     148
图9a和9b表示与没有这类对比层(实施例2a和2b)的掩模坯体相比，包含对比层的示例掩模坯体(实施例4a和4b)的检验性能的改善。图9a表示在193nm下具有6％透射率的掩模坯体对193nm曝光波长的反射率和透射率；图9b表示在193nm下具有20％透射率的掩模坯体对193nm曝光波长的反射率和透射率。两种情形下，与没有这种对比层(虚线)的掩模坯体相比，包含对比层(实线)的掩模坯体的反射率和透射率都被改善。此外，193nm下的反射也被对比层改善。
图18a和18b表示根据实施例4a和4b的对比层的厚度在曝光波长和检验波长下对反射率的影响。厚度低于10nm的对比层足以获得所需的反射率。零厚度对应无对比层的相移系统，即具有相移控制子层和透射控制子层的相移系统。
图17a和17b表示在根据实施例4a的掩模坯体上干蚀刻试验的结果(SEM图)。节距大小为500nm(图17a)和200nm(图17b)。结果以孤立的线、孤立的空间以及密线和空间表示。即使对于仅100nm的特征尺寸，侧壁角和蚀刻终止性能也非常好。通过与相移控制子层相同的干蚀刻过程来蚀刻对比层，即将氟用作蚀刻剂的干蚀刻过程。因而增加对比层不会增加蚀刻步数。
实施例5(193nm下的PSM，具有保护层)
通过采用如上所列标准沉积参数，在石英基片上沉积Ta透射控制子层，在透射控制子层上沉积Ta2O5对比层，在对比层上沉积SiO2相移控制子层并在相移控制子层上沉积Ta2O5保护层(厚度：1nm)，制造图3c中示意性描述的相移掩模坯体。在相移控制子层上沉积标准铬吸收剂层(厚度：50nm)。
在根据实施例4a的掩模坯体的SiO2层上，在沉积Cr吸收层之前用如上所列沉积参数沉积一层。然后使该掩模坯体经历铬干蚀刻过程(Cl+O2)  。
图21a和图21b表示铬干蚀刻过程之后的根据实施例4的掩模坯体与沉积铬层之前的根据实施例4的掩模坯体相比的光学性质。沉积Cr之前与除去Cr之后掩模坯体的切线入射X-射线反射曲线(GIXR，图21a)和光谱曲线(n&k，图21b)是相同的。这种结果表明薄保护层未被铬干蚀刻过程除去。
实施例6(在157和193nm下的高透射率PSM)
通过采用如上所列标准沉积参数，在石英基片上沉积Ta2O5透射控制子层并在该透射控制子层上沉积SiO2相移控制子层，制造图2中示意性描述的相移掩模坯体。沉积层厚度列于表6中。在相移控制子层上沉积标准铬吸收剂层(厚度：50nm)。
                      表6
  实施例6a     实施例6b
相移掩模坯体
曝光波长   157nm     193nm
曝光波长下的透射率   20％     20％
相移   180°     180°
基片   F-石英     石英
透射控制子层
材料   Ta2O5     Ta2O5
厚度   64nm     35nm
相移控制子层
材料   SiO2     SiO2
厚度   15nm     100nm
相移系统的总厚度     79nm     135nm
在256nm(检验)下的反射率     25％     10％
在256nm(检验)下的透射率     30％     55％
与实施例1b(相移系统总厚度125nm)和2b(相移系统总厚度163nm)相比，这些相移掩模坯体提供20％的透射率，但是由于较薄的相移系统，能够降低薄膜系统的总厚度。
实施例7(在193nm下的PSM，20％透射率)
通过采用如上所列标准沉积参数，在石英基片上沉积第一Ta2O5透射控制子层(厚度：12nm)，在该第一透射控制子层上沉积第一SiO2相移控制子层(厚度：12nm)，在第一相移控制子层上沉积第二Ta2O5透射控制子层(厚度：22nm)并在该第二透射控制子层上沉积第二SiO2相移控制子层(厚度：92nm)，制造图3d中示意性描述的相移掩模坯体。在第二相移控制子层上沉积标准铬吸收剂层(厚度：50nm)
与实施例6b的掩模坯体相比，根据实施例7的掩模坯体仍然具有减小的相移系统总厚度(138nm)；然而，当与实施例2b相移系统的总厚度(163nm)相比时，根据实施例7的掩模坯体在193nm的曝光波长下具有非常低的反射率(＜4％)，并在256nm的检验波长下具有足够低的反射率(＜20％)和足够低的透射率(＜50％)。图22a和22b表示根据实施例7的掩模坯体的反射率和透射率。
相移和透射率的均匀度
用采用N&K分光计通过厚度拟合分析各实施例。从测量的反射率和透射率数据采用分光计的固定色散值计算膜厚。通常这种方法对于介电层比对于金属层更为精确。为改善金属层的拟合性质，在用切线入射X-射线反射计之前用所测的固定膜厚进行色散拟合。
图10a-10d表示对于根据实施例1和对比实施例1的掩模坯体的钽层的结果。
图11a表示在140mm×140mm区域中测量的钽层厚度的等高曲线。包括角在内的变化/平均均匀度值为5.4％。不包括角点的该值为2.9％。
图11b表示SiO2层的等高曲线。此处包括角在内的变化/平均均匀度值为6.5％。不包括角点的该值为3.2％。
缺陷水平的测量
用高分辨率激光扫描缺陷检验工具测量缺陷水平。坯体的两个表面都用激光束逐行扫描。用两个光电倍增器检测反射和透射的杂散光。用软件计算四个测量信号之外的粒子种类、位置和尺寸。结果以位置图和尺寸柱状图示出。在位置图中，粒子大小被归为三类，即约0.2-0.5μm的粒子，0.5μm与1μm之间的粒子以及1μm以上的粒子。小点表示约0.2-0.5μm的粒子，环和正方形表示粒子尺寸较大的粒子。
图13a和13b表示根据实施例的本发明相移掩模坯体的粒子水平。图13a表示相移层的粒子图，图13b表示覆盖有吸收铬层的相移层的粒子图。图14a和14b表示对于一系列实施例，清洗步骤对粒子水平的影响。
化学耐受性测试
测试根据实施例的掩模坯体对于不同清洗剂的化学耐受性，并与市售相移掩模坯体对比。
图20a-20c表示这些测试的结果。每组图的每个上图表表示用清洗剂处理后掩模坯体的相移变化，下图表表示用清洗剂处理后掩模坯体的透射率变化。
图20a表示在用酸性清洗剂(H2SO4/H2O2，90℃)进行若干清洗循环前后，根据实施例1的掩模坯体的相变化和透射率变化。尽管每次清洗后的透射率和相移微小变化，但是这些变化仍然在相移掩模坯体所需的所需规格范围内。当使根据实施例2和3的相移掩模坯体接触相同的酸性清洗剂时，得到同样的结果。因而，本发明的相移掩模坯体对酸性清洗剂表现出优异的化学耐受性。
图20b表示在用标准碱性清洗剂(NH4/H2O2)进行若干清洗循环前后，根据实施例2(图中PSM193-6)的掩模坯体、根据实施例4(图中PSM193-6P)的掩模坯体以及商售硅化钼相移掩模坯体(对于193nm具有6％的透射率，图中：MoSi)的相变化和透射率变化。尽管MoSi掩模坯体的相移和透射率因清洗而变化，但是在根据实施例2和4的掩模坯体的情形中却不能看到这种变化。当使根据实施例1、3和5的掩模坯体经历相同的清洗循环时，得到同样的结果(相移和透射率无变化)。因而，本发明的相移掩模坯体对标准碱性清洗剂表现出优异的化学耐受性。
图20c表示在用其它碱性清洗剂(KOH，50℃下pH12)进行若干清洗循环前后，根据实施例2(图中PSM193-6)的掩模坯体、根据实施例4(图中PSM193-6P)的掩模坯体的相变化和透射率变化。尽管根据实施例2的掩模坯体的相移和透射率因清洗而微小变化，但是在根据实施例4的掩模坯体的情形中却不能看到这种变化。由此，能够看出通过在SiO2层上提供保护层，能够进一步提高本发明的掩模坯体对碱性清洗剂总是优异的化学耐受性。
通过替换总体或具体描述的之前实施例中所用的本发明反应物和/或操作条件，以类似过程重复前述实施例。
从之前的描述，本领域技术人员能够容易地确定本发明的实质特征，而且能够做出本发明的各种改变和改进以使其适应各种用途和条件而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (27)

1.一种制备嵌入式衰减相移掩模坯体的双离子束沉积法，所述掩模坯体包含基片和薄膜系统，所述掩模坯体能够生产在300nm或更低波长的照射光下具有基本180°相移和至少0.001％的光透射率的光掩模；该方法包括在基片上沉积：
-透射控制子层，包含一种或多种选自Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氧化物、氮化物、硼化物和碳化物的金属或金属化合物以及这些金属和其化合物的组合；
-相移控制子层，包含Ge、Si和/或Al的硼化物、碳化物、氧化物和/或氮化物，或其组合；
其中薄膜系统的至少一层通过以下步骤沉积：
(c)从含有一种或多种Si、Al、Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb的混合物、合金或化合物的靶通过来自一组气体的离子用一次离子束进行离子束沉积，以及
(d)用来自包含一组气体的辅助源的二次离子束轰击基片。
2.根据权利要求1的方法，其中调整所述一次离子束和所述二次离子束以提供至多2％的所述层厚平均均匀度。
3.根据权利要求1的方法，其中至少两层的薄膜系统通过从一种或多种Si、Al、Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb的混合物、合金或化合物的靶通过来自一组气体的离子用一次离子束进行离子束沉积来沉积。
4.根据权利要求3的方法，其中至少两层的薄膜系统通过用来自包含一组气体的辅助源的二次离子束轰击基片来沉积。
5.根据权利要求3的方法，其中沉积至少两层的薄膜系统而不中断沉积过程期间的真空。
6.权利要求1的方法，该方法包含在基片上沉积：
-透射控制子层，以至少90at.-％的量包含金属和/或金属化合物，其中金属或金属化合物选自Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氧化物和氮化物，以及这些金属和化合物的组合。
7.根据权利要求1的方法，该方法包括在基材上沉积：
-透射控制子层，包含Ta、其氧化物、其氮化物和/或其组合。
8.根据权利要求1的方法，该方法包括在基片上沉积：
-相移控制子层，以至少90at.-％的量包含Ge、Si和/或Al的氧化物或氧氮化物，或其组合。
9.一种嵌入式衰减相移掩模坯体，掩模坯体包含基片和薄膜系统，所述薄膜系统包含：
-透射控制子层，包含选自Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氧化物、氮化物、硼化物和碳化物的金属和/或金属化合物以及这些金属和其化合物的组合；
-相移控制子层，包含Ge、Si和/或Al的硼化物、碳化物、氧化物和/或氮化物，或其组合；
其中透射控制子层和/或相移控制子层具有至多2％的平均膜厚均匀度；
所述掩模坯体能够生产在300nm或更低波长的照射光下具有基本180°相移和至少0.001％光透射率的光掩模。
10.根据权利要求9的掩模坯体，其中透射控制子层和相移控制子层具有至多1％的膜厚平均均匀度。
11.根据权利要求9的掩模坯体，其中掩模坯体包含基片和薄膜系统，所示薄膜系统包含
-基本上由金属和/或金属化合物构成的层，所述金属或化合物选自Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb及其氧化物、氮化物、硼化物和碳化物，以及这些金属和其化合物的组合；
-以至少95at.-％的量包含Ge、Si和/或Al的硼化物、碳化物、氧化物和/或氮化物或其组合的层。
12.根据权利要求9的掩模坯体，其中掩模坯体在157nm、193nm、或248nm波长下具有5-30％的透射率。
13.一种嵌入式衰减相移掩模坯体，该掩模坯体包含基片和薄膜系统，所述薄膜系统包含基片和薄膜系统，所述薄膜系统包含：
-透射控制子层，以至少90at.-％的量包含一种或多种选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氮化物的金属和/或金属氮化物以及这些金属和其氮化物的组合；
-相移控制子层，以至少90at.-％的量包含Ge、Si和/或Al的氧化物和/或氧氮化物，或其组合；
所述相移掩模能够生产在波长约248nm的照射光下具有基本180°相移和至少0.001％的光透射率的光掩模。
14.根据权利要求13的掩模坯体，其中所述相移控制子层以至少95at.-％的量包含SiO2。
15.根据权利要求13的掩模坯体，其中所述透射控制子层以至少95at.-％的量包含一种或多种选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氮化物的金属和/或金属氮化物及其组合。
16.一种嵌入式衰减相移掩模坯体，包含基片和薄膜系统，薄膜系统包含：
-透射控制子层，以至少90at.-％的量包含一种或多种选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氮化物的金属和/或金属氮化物及其组合；
-对比层，以至少90at.-％的量包含一种或多种金属氧化物，其中金属选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb及其组合；
-相移控制子层，以至少90at.-％的量包含Ge、Si和/或Al的氧化物或氮化物，或其组合；
所述掩模坯体能够生产在300nm或更低波长的照射光下具有基本180°相移和至少0.001％光透射率的光掩模。
17.根据权利要求16的掩模坯体，其中透射控制子层配备在基片上，对比层配备在透射控制子层上，相移控制子层配备在对比层上。
18.根据权利要求16的掩模坯体，其中透射控制子层配备在基片上，相移控制子层配备在透射控制子层上，对比层配备在相移控制子层上。
19.根据权利要求16的掩模坯体，其中所述相移控制子层以至少95at.-％的量包含SiO2。
20.根据权利要求16的掩模坯体，其中所述透射控制子层以至少95at.-％的量包含Ta和/或Ta氮化物。
21.根据权利要求16的掩模坯体，其中所述对比层以至少95at.-％的量包含Ta2O5。
22.一种嵌入式衰减相移掩模坯体，其中掩模坯体包含基片和薄膜系统，薄膜系统包含：
-透射控制子层，以至少90at.-％的量包含一种或多种选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氮化物及其组合的金属和/或金属氮化物；
-相移控制子层，包含Si和/或Al；
-设置在相移控制子层上的保护层，包含一种或多种选自Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb、其氧化物、氮化物、碳化物和硼化物及其组合的金属和/或金属化合物，所述保护层厚度至多为5nm；
所述掩模坯体能够生产在300nm或更低波长的照射光下具有基本180°相移和至少0.001％光透射率的光掩模。
23.根据权利要求22的掩模坯体，其中所述透射控制子层配备在基片上，相移控制子层配备在透射控制子层上。
24.根据权利要求22的掩模坯体，其中所述相移控制子层以至少90at.-％的量包含Si的氧化物和/或氮化物。
25.根据权利要求22的掩模坯体，其中所述保护层以至少90at.-％的量包含金属氧化物，其中金属选自Al、Mg、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb及其组合。
26.一种嵌入式衰减相移掩模坯体，其中掩模坯体包含基片和薄膜系统，所述薄膜系统包含：
-透射控制子层，以至少90at.-％的量包含一种或多种金属氧化物，其中金属选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb及其组合；
-相移控制子层，以至少90at.-％的量包含Si和/或Al的氧化物和/或氧氮化物，或其组合；
所述相移掩模坯体能够生产在300nm或更低波长的照射光下具有基本180°相移和至少20％光透射率的光掩模。
27.根据权利要求26的掩模坯体，其中所述薄膜系统以交替的顺序包含：
-第一透射控制子层，以至少90at.-％的量包含一种或多种金属氧化物，其中金属选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb及其组合；
-第一相移控制子层，以至少90at.-％的量包含Si和/或Al的氧化物和/或氧氮化物，或其组合；
-第二透射控制子层，以至少90at.-％的量包含一种或多种金属氧化物，其中金属选自Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Sn、Pb及其组合；
-第二相移控制子层，以至少90at.-％的量包含Si和/或Al的氧化物和/或氧氮化物，或其组合。
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