DE10349087B4

DE10349087B4 - Verfahren zur Herstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen

Info

Publication number: DE10349087B4
Application number: DE10349087A
Authority: DE
Inventors: Masaru Mitsui; Toshiyuki Suzuki; Shigenori Ishihara
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2023-10-23
Also published as: TWI306996B; US7601468B2; KR100561895B1; US20040110072A1; DE10349087A1; JP2004144900A; KR20040036589A; TW200421053A; US7141339B2; US20070037073A1; JP4049372B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen, die jeweils eine Phasenverschiebungsschicht, die mindestens eine Halbtonschicht auf einem transparenten Substrat enthält, aufweisen, das folgendes umfaßt:
– die Erzeugung der Halbtonschicht auf dem transparenten Substrat durch reaktives Sputtern bei konstantem Strom in einer Atmosphäre, die ein reaktives Gas enthält,
– unter Verwendung eines Targets, das ein Metall und Silizium in einem Metall/Silizium-Zusammensetzungsverhältnis enthält, das so ausgewählt ist, dass eine vorherbestimmte optische Eigenschaft der Halbtonschicht erzielt wird, und
– bei einem Reaktivgas-Volumenstrom, der innerhalb eines Bereichs ausgewählt wird, in dem die Veränderung der Entladungsspannung innerhalb von 20 V liegt, wenn der Volumenstrom des Reaktivgases um 10 SCCM verändert wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen und Halbton-Phasenverschiebungsmasken. Genauer betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen, das die Verhinderung von Schwankungen der optischen Eigenschaften ermöglicht, wenn die Rohlinge massenproduziert werden, sowie Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge, die nach dem obigen Verfahren erhalten werden, und Halbton-Phasenverschiebungsmasken, die aus den obigen Maskenrohlingen hergestellt werden.
STAND DER TECHNIK:
Bei der herkömmlichen Herstellung von Halbleitervorrichtungen, wie beispielsweise ICs und LSIs, wird eine Mikroverarbeitung mittels Fotolithografie unter Verwendung einer Fotoresistzusammensetzung durchgeführt. Bei der Mikroverarbeitung wird eine dünne Schicht aus einer Fotoresistzusammensetzung auf einem Substrat, wie beispielsweise einem Siliciumwafer, ausgebildet, die Fotoresistzusammensetzung wird mit aktinischen Strahlen, wie beispielsweise UV-Licht, durch eine Maske mit einem Muster belichtet und dann entwickelt, wodurch ein Resistmuster erhalten wird, und das Substrat wird unter Verwendung des Resistmusters als Schutzschicht geätzt.
In den letzten Jahren hat der Integrationsgrad von Halbleitervorrichtungen jedoch rasch zugenommen, und die Herstellung von Schaltkreisen sehr hoher Integration oder dergleichen erfordert eine Verarbeitungsgenauigkeit eines ultrafeinen Musters im Submikrometer- oder Viertelmikrometerbereich. Herkömmliche UV-Strahlen, die als Belichtungslichtquelle verwendet werden, sind aufgrund ihrer Wellenlänge beschränkt, und da eine Tendenz zur Verkürzung der Wellenlänge der. Strahlen zur Belichtung besteht, wurden g-Strahlen, i-Strahlen und Fern-UV-Strahlen, wie beispielsweise Tief-UV- und Excimerlaserstrahlen zur Durchführung der Belichtung verwendet.
Für DRAMs (dynamic random access memory) wurde gegenwärtig der Rahmen für die Massenproduktion für 256 MB etabliert und der Integrationsgrad wird weiter von der Megabitklasse in die Gigabitklasse erhöht. Der Designmaßstab für integrierte Schaltkreise wurde dementsprechend minimiert und es wurde ein unmittelbares Problem, die Anforderungen für ein feines Muster mit einer Linienbreite (halbe Ganghöhe) von 0,10 μm oder weniger erfüllt.
Als ein Mittel zum Erreichen der Minimierung der Mustergröße wurde eine höhere Auflösung bisher durch Verringerung der Wellenlänge der Belichtungslichtquelle, wie oben beschrieben, erzielt. Als Ergebnis wurden KrF-Excimerlaser (248 nm) und ArF-Excimerlaser (193 nm) zu den hauptsächlich verwendeten Belichtungslichtquellen in der gegenwärtigen Fotolithografie, und darüber hinaus wird die Anwendung von F₂-Excimerlasern (157 nm) untersucht.
Einerseits verbessert die obige Abnahme der Wellenlänge des Belichtungslichts die Auflösung, jedoch wird andererseits die Fokustiefe verringert, so dass unerwünschte Ereignisse hervorgerufen werden, wie beispielsweise eine Zunahme der Anforderungen an das Design der optischen Systeme, einschließlich der Linse, und eine Abnahme der Prozessstabilität.
Zur Überwindung der obigen Probleme kam die Phasenverschiebungslithografie zur Anwendung. Das Phasenverschiebungs-Lithografieverfahren ist ein Verfahren zur Verbesserung der Auflösung der Fotolithografie, in dem lediglich die Maske modifiziert wird, ohne das optische System zu modifizieren, und in diesem Verfahren erfahren die Belichtungsstrahlen, die durch die Fotomaske hindurchtreten, eine Phasenverschiebung, so dass die Auflösung auf Basis einer Interferenz zwischen den transmittierten Strahlen deutlich verbessert werden kann. In dem obigen Phasenverschiebungs-Lithografieverfahren wird eine Phasenverschiebungsmaske als Maske für die Übertragung eines Mikromusters verwendet.
Die obige Phasenverschiebungsmaske ist beispielsweise aufgebaut aus einem Phasenverschiebungsbereich, der einen Musterbereich auf der Maske bildet, und einem Nicht-Musterbereich, in dem kein Verschiebungsbereich vorhanden ist. Die Phasen der Strahlen, die durch die obigen zwei Bereiche hindurchtreten, werden gegeneinander um 180° verschoben, wodurch gegenseitige Auslöschung der Strahlen im Grenzbereich des Musters hervorgerufen wird, wodurch der Kontrast des übertragenen Bildes verbessert wird. Es ist bekannt, dass die Phasenverschiebung ϕ (rad) des durch den Phasenverschiebungsbereich hindurchpassierenden Strahls vom Realteil des komplexen Brechungsindex (n) des Phasenverschiebungsbereichs und der Schichtdicke (d) abhängt und die durch die folgende Gleichung ausgedrückte Beziehung besteht: ϕ = 2πd(n – 1)λ, (1) worin λ die Wellenlänge des Belichtungsstrahls ist. Zur Verschiebung der Phase um 180° kann die Schichtdicke (d) daher wie folgt bestimmt werden: d = λ/{2(n – 1)}. (2)
Die obige Phasenverschiebungsmaske kann eine Zunahme der Fokustiefe zur Erzielung der notwendigen Auflösung erzielen und sie kann gleichzeitig die Auflösung und die Anwendung des Prozesses ohne Veränderung der Wellenlänge des Belichtungsstrahls verbessern.
In Abhängigkeit von der Lichtdurchlässigkeit des Phasenverschiebungsbereichs, der das Maskenmuster bildet, können Phasenverschiebungsmasken in der Praxis weitgehend eingeteilt werden in Phasenverschiebungsmasken vom vollständigen Transmissionstyp (Levenson-Typ) und in Halbton-Phasenverschiebungsmasken. Erstere ist eine Maske, bei der die Lichtdurchlässigkeit des Phasenverschiebungsbereichs der Lichtdurchlässigkeit des Nicht-Musterbereichs (Lichtdurchlässigkeitsbereich) äquivalent ist, und die gegenüber der Wellenlänge des Belichtungslichtes nahezu transparent ist. Sie wird im allgemeinen als zur Übertragung einer Linie und eines Leerraumes wirksam angesehen. Im letztgenannten Halbtontyp ist die Lichtdurchlässigkeit des Phasenverschiebungsbereichs (halblichtdurchlässiger Bereich) einige bis einige Zehn Prozent der Lichtdurchlässigkeit des Nicht-Musterbereichs (Lichtdurchlässigkeitsbereich) und sie wird als zur Herstellung eines Kontaktloches und eines isolierten Musters wirksam angesehen.
Die Halbton-Phasenverschiebungsmaske schließt eine zweischichtige Halbton-Phasenverschiebungsmaske, die aus einer Schicht hauptsächlich zur Einstellung der Durchlässigkeit und einer Schicht hauptsächlich zur Einstellung der Phase aufgebaut ist, sowie eine einschichtige Halbton-Phasenverschiebungsmaske, die eine einfache Struktur aufweist und leicht herzustellen ist, auf.
Die gegenwärtige Hauptströmung ist eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske, deren Halbton-Phasenverschiebungsbereich aus einer einzigen Schicht aus einer MoSiN-Schicht oder MoSiON-Schicht aufgebaut ist.
Im allgemeinen wird die obige MoSiN-Schicht oder MoSiON-Schicht mit einem reaktiven Sputterverfahren unter Verwendung eines MoSi-Targets in einer Sputteratmosphäre, die ein Inertgas und reaktive Gase, wie beispielsweise O₂, N₂, NO₂ und dergleichen enthält, ausgebildet. Als ein MoSi-Target wird typischerweise ein Target mit einem MoSi-Mengenverhältnis von 1:2 (Molverhältnis) verwendet. Die MoSi-haltige Schicht neigt im allgemeinen dazu, mit abnehmender Wellenlänge eine geringere Durchlässigkeit zu zeigen, und aufgrund der Verringerung der Wellenlänge des Belichtungslichts wird daher ein Verfahren angewandt, worin ein MoSi-Target mit einem Siliciumgehalt von 70–95 mol-% verwendet wird, damit eine Materialschicht mit einer größeren Durchlässigkeit erhalten wird (siehe beispielsweise JP 2 989 156 B2 ). Herkömmlicherweise wird der Volumenstrom des reaktiven Gases gesteuert, und gegebenenfalls wird die Zusammensetzung des Targets gesteuert, damit eine Schicht mit den beabsichtigten optischen Eigenschaften entsprechend der Wellenlänge eines vorherbestimmten Belichtungslichtes erhalten wird.
Mit der Minimierung von LSI-Mustern wurden als Belichtungslichtquellen (Wellenlänge des Belichtungslichtes) in der Praxis i-Strahlen (367 nm) und KrF-Excimerlaserstrahlen (248 nm) und in letzter Zeit ArF-Excimerlaserstrahlen (193 nm) zur Anwendung gebracht. Dementsprechend wird nach Halbton-Phasenverschiebungsmasken verlangt, die Phasenverschiebungsschichten mit optischen Eigenschaften (Durchlässigkeit und Phasendifferenz) aufweisen, die für die Wellenlängen von Belichtungslicht, wie beispielsweise i-Strahlen, KrF-Excimerlaserstrahlen und ArF-Excimerlaserstrahlen geeignet sind. Bei den meisten der gegenwärtig erhältlichen Halbton-Phasenverschiebungsmasken sind die Schichten so ausgelegt, dass ihre Halbton-Phasenverschiebungsbereiche eine Belichtungslichtdurchlässigkeit von etwa 6% aufweisen. Für deutlich höhere Auflösungen sind jedoch Halbton-Phasenverschiebungsmasken mit einer höheren Durchlässigkeit erforderlich und es besteht ein zunehmender Bedarf für Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge mit verschiedenen Transmissionseigenschaften, wie beispielsweise einer Durchlässigkeit von 9%, 15% oder dergleichen.
Bezüglich der optischen Eigenschaften von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen war es herkömmlicherweise erforderlich, die Transmissionsschwankung auf ± 1% und die Phasenverschiebung auf ± 5° zu steuern. In den letzten Jahren wurde es jedoch erforderlich, eine Transmissionsschwankung von ± 0,4%, vorzugsweise ± 0,2%, und eine Phasenverschiebungsabweichung von ± 4°, vorzugsweise ± 2°, zu erzielen. Mit der Abnahme der Wellenlänge des Belichtungslichts wird es jedoch noch schwieriger, die obigen Schwankungen so zu steuern, dass sie in tolerierbaren Grenzen liegt. Wenn die obigen verschiedenen Arten von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen mit verschiedenen optischen Eigenschaften mit einer Massenproduktionsvorrichtung hergestellt werden, ist es schwierig, Schichtbildungsbedingungen einzustellen, unter denen die optischen Eigenschaften bezüglich der optischen Eigenschaften jeder Art nicht variieren.
US 5,942,356 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen, die jeweils eine Phasenverschiebungsschicht, die mindestens eine Halbtonschicht auf einem transparenten Substrat enthält, aufweisen. Dieses umfasst die Erzeugung einer Halbtonschicht auf einem transparenten Substrat durch reaktives Sputtern in einer ein reaktives Gas enthaltenden Atmosphäre, wobei ein Metall und Silizium in einem vorbestimmen Metall/Silizium-Zusammensetzungsverhältnis enthaltendes Target verwendet wird.
US 2001/0006754 A1 beschreibt eine Phasenverschiebungsmaske und einen Phasenverschiebungsmasken-Rohling, worin ein Fluordotiertes Metallsilizid als Phasenverschiebungsmaterial verwendet wird. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung derselben offenbart, worin eine Schicht aus dem Fluordotiertes Metallsilizid mittels Sputtern auf einem transparenten Träger aufgebracht wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
Es ist ein erfindungsgemäßes Ziel, ein Verfahren zur effizienten Herstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen bereitzustellen und gleichzeitig Schwankungen der optischen Eigenschaften unter den Rohlingen bei der kommerziellen Massenproduktion so zu verhindern, dass die Rohlinge gleichförmige Qualitäten aufweisen, sowie die Bereitstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen, die nach dem obigen Verfahren hergestellt wurden, und Halbton-Phasenverschiebungsmasken, die aus den obigen Maskenrohlingen hergestellt werden.
Zum Erreichen des obigen Ziels haben die hiesigen Erfinder sorgfältige Studien angestellt und haben als Ergebnis folgendes herausgefunden. Wenn eine Halbtonschicht auf einem transparenten Substrat hergestellt wird durch Sputtern eines Targets, das ein Metall und Silicium enthält, in einer Atmosphäre, die ein reaktives Gas enthält, wodurch Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge hergestellt werden, die jeweils eine Phasenverschiebungsschicht, die jeweils eine Halbtonschicht enthält, auf dem transparenten Substrat aufweisen, wird die obige Halbtonschicht unter bestimmten Bedingungen wie später erläutert ausgebildet, wodurch in effizienter Weise Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge hergestellt werden können, deren Schwankungen der optischen Eigenschaften bei der Massenproduktion vermieden werden. Auf Basis dieses Befundes wurde die vorliegende Erfindung erhalten. Daher wird erfindungsgemäß folgendes bereitgestellt:
Ein Verfahren zur Herstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen, die jeweils eine Phasenverschiebungsschicht, die mindestens eine Halbtonschicht auf einem transparenten Substrat enthält, aufweisen, das folgendes umfaßt:

– die Erzeugung der Halbtonschicht auf dem transparenten Substrat durch reaktives Sputtern bei konstantem Strom in einer Atmosphäre, die ein reaktives Gas enthält,
– unter Verwendung eines Targets, das ein Metall und Silizium in einem Metall/Silizium-Zusammensetzungsverhältnis enthält, das so ausgewählt ist, dass eine vorherbestimmte optische Eigenschaft der Halbtonschicht erzielt wird, und
– bei einem Reaktivgas-Volumenstrom, der innerhalb eines Bereichs ausgewählt wird, in dem die Änderung der Entladungsspannung innerhalb von 20 V liegt, wenn der Volumenstrom des Reaktivgases um 10 SCCM verändert wird.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind wie in den abhängigen Ansprüchen 2–9 der anliegenden Patentansprüche ausgeführt. Des Weiteren wird erfindungsgemäß folgendes bereitgestellt:
Ein Verfahren zur Herstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken, das folgendes umfaßt:

– das obige Verfahren gemäß den anliegenden Patentansprüchen 1–9 zur Herstellung eines Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlings, und
– den anschließenden Schritt der Bemusterung des erhaltenen Rohlings unter Erhalt eines Phasenverschiebungsschichtmusters auf dem transparenten Substrat.

Das oben genannte "Verfahren zur Herstellung von Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen" ist in breitem Sinne zu interpretieren und schließt ein Verfahren zur Massenherstellung von Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen ein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
1 ist ein Graph, das ein Beispiel für die Beziehung zwischen dem Stickstoff-Volumenstrom und der Entladungsspannung zeigt, wenn das Sputtern bei konstanter elektrischer Leistung durchgeführt wird;
2 ist eine schematische Zeichnung eines Beispiels für eine DC-Magnetron-Sputtervorrichtung zur Herstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen in einem Einzelsubstratsystem;
3 ist eine schematische Zeichnung eines Beispiels für eine Sputtervorrichtung zur Herstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen nach einem kontinuierlichen Inline-Rohlingsherstellungsverfahren;
4 ist ein Graph, der die Schwankungen der Phasenwinkel unter den Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen, die in Beispiel 1 erhalten wurden, zeigt;
5 ist ein Graph, der die Schwankungen der Durchlässigkeit unter den Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen, die in Beispiel 1 erhalten wurden, zeigt;
6 ist ein Graph, der die Schwankungen der Phasenwinkel unter den Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen, die in Beispiel 2 erhalten wurden, zeigt;
7 ist ein Graph, der die Schwankungen der Durchlässigkeit unter den Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen, die in Beispiel 2 erhalten wurden, zeigt.
ERFINDUNGSGEMÄSS BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN:
Das Verfahren zur Herstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen, wie es erfindungsgemäß bereitgestellt wird, ist ein Verfahren zur Herstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen, die jeweils eine Phasenverschiebungsschicht aufweisen, die mindestens eine Halbtonschicht auf einem transparenten Substrat enthalten. Die obige Phasenverschiebungsschicht besitzt eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur aus zwei oder mehr Schichten. Das reaktive Sputtern wird durchgeführt unter Verwendung eines Targets, das ein Metall und Silicium enthält, in einer Atmosphäre, die ein reaktives Gas enthält, wodurch die Phasenverschiebungsschicht, die mindestens eine Halbtonschicht enthält, gebildet wird.
Die Phasenverschiebungsschicht mit Einzelschichtstruktur, die aus einer Halbtonschicht gebildet ist, schließt beispielsweise eine Schicht ein, die zusammengesetzt ist aus einem Material, das ein Metall, Silicium und mindestens ein Element, ausgewählt aus Sauerstoff, Stickstoff, Fluor, Kohlenstoff und Wasserstoff, umfasst. Beispiele für das obige Metall schließen Molybdän, Tantal, Wolfram, Chrom, Titan, Nickel, Palladium, Hafnium und Zirkon ein.
Die Phasenverschiebungsschicht mit Mehrschichtstruktur schließt beispielsweise eine Phasenverschiebungsschicht ein, die gebildet wird durch Übereinanderlegen von zwei oder mehr der obigen einschichtigen Halbtonschichten, sowie eine Phasenverschiebungsschicht, die gebildet wird durch Übereinanderlegen der obigen einschichtigen Halbtonschicht und einer Transmissionsjustierschicht, wie beispielsweise einer Metallschicht, die mindestens ein Element enthält, ausgewählt aus Chrom, Tantal, Hafnium, Magnesium, Aluminium, Titan, Vanadium, Yttrium, Zirkon, Niob, Molybdän, Zinn, Lanthan, Wolfram und Silicium.
Zur Erzielung eines Phasenverschiebungseffekts wird die erfindungsgemäße Phasenverschiebungsschicht so eingestellt, dass die Phasendifferenz etwa 180° beträgt.
Das obige reaktive Gas ist mindestens eines, ausgewählt aus Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Fluor und Verbindungen von diesen. Insbesondere kann mindestens eines aus O₂, N₂, NO₂, N₂O, CH₄, CO₂, CF₄ und dergleichen verwendet werden. Beim reaktiven Sputtern schließt ein in Kombination mit dem obigen Reaktivgas verwendetes Sputtergas (Inertgas) beispielsweise Ar, He, Xe und Mischungen aus diesen Gasen ein.
Das Material für das obige transparente Substrat ist nicht kritisch und kann aus denjenigen ausgewählt werden, die üblicherweise als Material für ein transparentes Substrat von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen verwendet werden. Beispiele für das obige Material schließen Sodakalkgläser ein, wie beispielsweise Sodakalkglas und weißes Kronenglas; Gläser mit geringer Ausdehnung, wie beispielsweise Borsilicatglas, alkalifreies Glas und Aluminosilicatglas; Quarzgläser, wie beispielsweise synthetischer Quarz, und Kunststoffolien, wie beispielsweise eine Polyesterfolie. Unter diesen sind Sodakalkglas und Quarzglas als Material für ein Substrat für LSI- und LCD-Masken bevorzugt.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das bedeutendste Merkmal, dass die Ausbildung der Halbtonschicht durch reaktives Sputtern durchgeführt wird unter Verwendung eines Targets mit einem Metall/Silicium-Zusammensetzungsverhältnis, das so ausgewählt ist, dass eine vorherbestimmte optische Eigenschaft der Halbtonschicht erreicht wird, bei einem Reaktivgas-Volumenstrom, der innerhalb eines Bereichs ausgewählt wird, in dem die Entladungseigenschaften gegenüber der Veränderung des Volumenstroms des Reaktivgases stabilisiert ist. Wenn eine Mehrzahl von Arten von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen mit Halbtonschichten mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften von Maskenrohling zu Maskenrohling massenproduziert werden, so wird ein Target verwendet, das ausgewählt wird aus einer Mehrzahl von Targets mit unterschiedlichen Metall/Silicium-Zusammensetzungsverhältnissen, so dass die Halbtonschichten der Maskenrohlinge die vorherbestimmten unterschiedlichen optischen Eigenschaften erhalten.
Der obige "Bereich, in dem die Entladungseigenschaften stabilisiert sind" kennzeichnet einen Bereich, in dem der Entladungsstrom oder die Entladungsspannung keine wesentliche Veränderung bei einer Veränderung des Volumenstroms des Reaktivgases zeigt, wenn der Sputtervorgang bei einer konstanten Spannung durchgeführt wird. Wenn der Sputtervorgang bei einem konstanten Strom durchgeführt wird, kennzeichnet er einen Bereich, in dem die elektrische Entladungsleistung oder Entladungsspannung keine wesentliche Veränderung bei einer Veränderung des Volumenstroms des Reaktivgases zeigt. Insbesondere kennzeichnet er einen Bereich, in dem die Veränderung der Entladungsspannung innerhalb von 20 V liegt, wenn der Volumenstrom des Reaktivgases um 10 SCCM (Standard-cm³/min) verändert wird.
1 ist ein Graph, der ein Beispiel für die Beziehung zwischen dem Stickstoffgas-Volumenstrom und der Entladungsspannung zeigt, wenn der Sputtervorgang bei einer konstanten elektrischen Leistung unter Verwendung eines Targets, das Molybdän und Silicium in einem Molybdän/Silicium-Molverhältnis von 20:80 enthält, durchgeführt wird, wobei die elektrische Leistung konstant bei 2 kW gehalten wird, und Argon (Ar: 10 SCCM) und Stickstoff als Sputteratmosphäre verwendet. werden. Der Graph zeigt die Veränderung der Entladungsspannung relativ zur Veränderung des Volumenstroms des Stickstoffs. Wie in 1 gezeigt, gibt es Bereiche, in denen die Entladungsspannung eine geringe Veränderung in bezug auf eine Veränderung des Volumenstroms des Stickstoffs zeigt, d. h. die Entladungseigenschaften sind stabilisiert. Das heißt, 1 zeigt einen stabilen Bereich, in dem die Entladungsspannung etwa 620–630 V beträgt, bei einem Stickstoff-Volumenstrom von etwa 55 SCCM oder weniger sowie einen stabilen Bereich, in dem die Entladungsspannung etwa 350 V beträgt, bei einem Stickstoff-Volumenstrom von etwa 80 SCCM oder darüber.
Eine Veränderung der Entladungseigenschaften, wie beispielsweise der Spannung, besitzt einen großen Einfluss auf die Schwankung der optischen Eigenschaften, so dass der Stickstoff-Volumenstrom in einem Bereich ausgewählt wird, in dem die Entladungsspannung nicht verändert wird. In 1 sind zwei stabile Bereiche gezeigt. Im Hinblick auf die Güte (Durchlässigkeit und Phasendifferenz) der zu bildenden Halbtonschichten ist es jedoch bevorzugt, den Stickstoff-Volumenstrom im Bereich des letztgenannten stabilen Bereichs einzustellen, in dem die Entladungsspannung etwa 350 V beträgt.
1 zeigt eine Ausführungsform des Sputtervorgangs bei einer konstanten elektrischen Leistung, in dem ein molybdän- und siliciumhaltiges Target, Stickstoff als Reaktivgas und Argon als Sputtergas verwendet wird. Das oben Gesagte ist jedoch auch in Fällen anwendbar, in denen ein Target mit anderem Molybdän/Silicium-Molverhältnis oder ein Target, das ein anderes Metall und Silicium enthält, ein anderes Reaktivgas oder ein anderes Sputtergas verwendet wird, oder der Sputtervorgang bei konstanter Stromstärke durchgeführt wird.
Ferner werden eine Mehrzahl von Targets mit unterschiedlichen Metall/Silicium-Zusammensetzungsverhältnissen bereitgestellt und es wird ein Target mit einem Metall/Silicium-Zusammensetzungsverhältnis ausgewählt, das eine vorherbestimmte optische Eigenschaft liefert, wenn der oben bestimmte Gasvolumenstrom angewandt wird. Anhand von durch die hiesigen Erfinder durchgeführten Experimenten wurde herausgefunden, dass der Extinktionskoeffizient des Halbtonschichtmaterials gesteuert werden kann, wenn das Zusammensetzungsverhältnis des Targets, beispielsweise in Intervallen von 0,1 mol-% oder weniger, feinjustiert wird.
Daher werden unter den Gasströmungsbedingungen, die innerhalb eines Bereichs ausgewählt sind, in dem die Entladungseigenschaften stabilisiert sind, Targets mit Zusammensetzungsverhältnissen, die in Intervallen von 1 mol oder dergleichen verändert sind, zur Ausbildung von Halbtonschichten in einer solchen Weise verwendet, dass die Halbtonschichten eine vorherbestimmte Phasendifferenz (180° im Fall einer Einzelsicht) aufweisen, und die Halbtonschichten werden bezüglich ihrer Durchlässigkeit gemessen. In dieser Weise wird das Zusammensetzungsverhältnis des Targets, das eine vorherbestimmte Durchlässigkeit liefert, bestimmt.
Zur Erzielung eines Materials mit hoher Durchlässigkeit wird das Zusammensetzungsverhältnis des Targets vorzugsweise aus Zusammensetzungen ausgewählt, die einen weitaus größeren Siliciumgehalt als eine Metallsilizidzusammensetzung mit hohem Siliciumgehalt unter den stöchiometrisch stabilen Metallsiliziden aufweist. Genauer wird das Zusammensetzungsverhältnis vorzugsweise aus Zusammensetzungen ausgewählt, die einen Siliciumgehalt von 70–95 mol-% aufweisen. Wenn der Siliciumgehalt weniger als 70 mol-% beträgt, ist es schwierig, ein Material mit hoher Durchlässigkeit zu erhalten. Zur Verwendung von Licht mit einer kürzeren Wellenlänge als derjenigen eines KrF-Excimerlasers ist der Siliciumgehalt vorzugsweise 78 mol-% oder mehr, und zur Verwendung von Licht mit einer kürzeren Wellenlänge als derjenigen eines ArF-Excimerlasers ist der Siliciumgehalt vorzugsweise 85 mol-% oder mehr. Wenn der Siliciumgehalt 95 mol-% übersteigt, kann die Entladungsstabilität während des DC-Sputtervorgangs beeinträchtigt sein.
Wie oben beschrieben, wird das reaktive Sputtern durchgeführt unter Verwendung eines Targets mit einem Metall/Silicium-Zusammensetzungsverhältnis, das so ausgewählt ist, dass eine vorherbestimmte optische Eigenschaft erhalten wird, bei einem Reaktivgas-Volumenstrom, der innerhalb eines Bereichs ausgewählt wird, in dem die Entladungseigenschaften gegenüber einer Veränderung des Reaktivgas-Volumenstroms stabilisiert ist, wodurch eine Halbtonschicht mit vorherbestimmtem Phasenwinkel und vorherbestimmter Durchlässigkeit erhalten werden kann, worin deren Schwankungen gering sind, d. h. die Schwankung des Phasenwinkels liegt im allgemeinen innerhalb von ± 4°, vorzugsweise innerhalb ± 2°, und die Schwankung der Durchlässigkeit liegt im allgemeinen innerhalb von ± 0,4%, vorzugsweise innerhalb von ± 0,2%.
Als Verfahren zur Massenherstellung von Halbton Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen kann erfindungsgemäß ein beliebiges aus einem Einzelsubstratsystem und einem kontinuierlichen Inline-Rohlingsherstellungsverfahren angewandt werden.
Zunächst wird das Einzelsubstratsystem erläutert.
2 zeigt eine schematische Figur eines Beispiels einer DC-Magnetron-Sputtervorrichtung zur Herstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen nach einem Einzelsubstratsystem.
Die DC-Magnetron-Sputtervorrichtung weist eine Vakuumkammer (1) auf, und innerhalb der Vakuumkammer (1) befindet sich eine Magnetronkathode (2) und ein Substrathalter (3). An der Magnetronkathode (2) ist eine Halteplatte (4) befestigt, und das Sputtertarget (5) ist an der Halteplatte (4) befestigt. Die Halteplatte (4) wird direkt oder indirekt mit einem Wasserkühlsystem (nicht gezeigt) gekühlt. Die Magnetronkathode (2), die Halteplatte (4) und das Sputtertarget (5) sind elektrisch miteinander verbunden. An dem Substrathalter (3) ist ein transparentes Substrat (6) befestigt.
Die Vakuumkammer (1) wird mit einer Vakuumpumpe durch den Auslass (7) evakuiert. Wenn die Atmosphäre in der Vakuumkammer ein Vakuum erreicht, bei dem die Eigenschaften einer auszubildenden Schicht nicht länger beeinträchtigt werden, wird eine stickstoffhaltige Gasmischung durch den Gaseinlass (8) eingeführt und zur Durchführung des Sputtervorgangs wird mittels der DC-Stromquelle (9) eine negative Spannung an die Magnetronkathode (2) angelegt. Der Druck innerhalb der Vakuumkammer (1) wird mit einem Druckmesser (10) gemessen.
Das transparente Substrat wird in die Vakuumkammer (1) eingeführt und nach der Ausbildung einer dünnen Schicht darauf durch den Sputtervorgang in der Vakuumkammer (1) wird der so hergestellte Phasenverschiebungsmasken-Rohling aus der obigen Vakuumkammer (1) ausgetragen. Die obige Prozessreihe wird nacheinander mit jedem einer Mehrzahl von transparenten Substraten durchgeführt, und die transparenten Substrate werden in nahezu konstanten Abständen ein- und die Maskenrohlinge werden in nahezu konstanten Abständen aus der Vakuumkammer ausgeführt, wodurch der Zeitraum zur Ausbildung einer Schicht unter einer Mehrzahl von Maskenrohlingen konstant gemacht werden kann.
Nachfolgend wird das kontinuierliche Inline-Rohlingsherstellungsverfahren erläutert. 3 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine Sputtervorrichtung zur Herstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen nach einem kontinuierlichen Inline-Rohlingsherstellungsverfahren.
In der in 3 gezeigten Sputtervorrichtung wird die Ausbildung von Schichten auf einer Mehrzahl von transparenten Substraten (6), die auf einer Palette (11) plaziert sind, kontinuierlich durchgeführt und es wird eine Reihe von Schichtbildungen durchgeführt, während die Paletten in einer Vakuumkammer unter Veränderung der Zuführmengen an Reaktivgasen (O₂, N₂ usw.) in Transportrichtung transportiert werden. In diesem Fall kann daher eine mehrschichtige Schicht in einer Kammer (mit einem Vakuum) durch Sputtern hergestellt werden. Ferner können mehrere Maskenrohlinge gleichzeitig in einer Kammer gebildet werden. In 3 kennzeichnet das Bezugszeichen (12) eine Einführkammer, das Bezugszeichen (13) kennzeichnet die Sputterkammer und das Bezugszeichen (14) kennzeichnet die Entnahmekammer.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge, die jeweils eine optische Eigenschaft besitzen, deren Schwankungen gesteuert sind und die eine gleichförmige Produktqualität aufweisen, in effizienter Weise durch Massenproduktion hergestellt werden.
Erfindungsgemäß werden ferner Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge bereitgestellt, die nach dem obigen Verfahren hergestellt werden, und darüber hinaus werden Halbton-Phasenverschiebungsmasken bereitgestellt, die aus den obigen Maskenrohlingen hergestellt sind.
Die erfindungsgemäßen Halbton-Phasenverschiebungsmasken können hergestellt werden durch Bereitstellung von Maskenrohlingen, die jeweils eine Phasenverschiebungsschicht, die mindestens eine nach dem obigen Verfahren hergestellte Halbtonschicht enthält, auf einem transparenten Substrat aufweisen, und Bemusterung der Phasenverschiebungsschicht zur Entfernung eines Teils davon nach einem vorherbestimmten Muster, wodurch ein Maskenmuster ausgebildet wird, das aus einem halblichtdurchlässigen Bereich und einem lichtdurchlässigen Bereich gebildet wird.
Das obige Musterbildungsverfahren ist nicht sonderlich beschränkt und es kann ein beliebiges Verfahren angewandt werden, das für die Herstellung von herkömmlichen Halbton-Phasenverschiebungsmasken bekannt ist. Beispielsweise wird eine Elektronenstrahl-Resistschicht auf der Phasenverschiebungsschicht eines Maskenrohlings ausgebildet, und die Resistschicht wird nach einem vorherbestimmten Muster mit Elektronenstrahlen bestrahlt. Anschließend wird der Resist unter Ausbildung eines Resistmusters entwickelt, und dann wird die Phasenverschiebungsschicht unter Verwendung des Resistmusters als Maske trockengeätzt und das verbleibende Resistmuster wird abgeschält (entfernt), wodurch erfindungsgemäß bereitgestellte Halbton-Phasenverschiebungsmasken erhalten werden, die jeweils einen halblichtdurchlässigen Bereich und einen lichtdurchlässigen Bereich aufweisen.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend detaillierter unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung nicht durch diese Beispiele beschränkt wird.
BEISPIEL 1
Mit einer DC-Magnetron-Sputtervorrichtung, wie in 2 gezeigt, wurde nach einem Einzelrohling-Herstellungsverfahren wie unten beschrieben eine einschichtige halblichtdurchlässige Schicht, die im wesentlichen aus Molybdän, Silicium und Stickstoff zusammengesetzt war, auf einem transparenten Substrat ausgebildet. Auf diese Weise wurden 250 Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge für KrF-Excimerlaserlicht (248 nm) hergestellt.
Als Sputtertarget wurde ein Target mit einem Mo:Si-Molverhältnis von 20,0:80,0 verwendet, und als Sputtergas wurde eine Gasmischung verwendet, die Argon, Stickstoff und Helium enthielt (Gasvolumenstrom: Ar = 10 SCCM, N₂ = 80 SCCM, He = 40 SCCM). Die halblichtdurchlässigen Schichten wurden so ausgebildet, dass die Phasenwinkel der halblichtdurchlässigen Schichten auf etwa 180° bei der Wellenlänge von KrF-Excimerlaserlicht eingestellt wurden. Die obigen Gasströmungsbedingungen wurden innerhalb eines Bereichs ausgewählt, in dem die Entladungseigenschaften stabilisiert waren.
Die Rohlinge wurden dann in einer Wärmebehandlungsvorrichtung für 30 Minuten bei 250°C wärmebehandelt.
Die obigen Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge (mit einer quadratischen Form von 15,2 × 15,2 cm) wurden bezüglich der Schwankungen der Phasenwinkel und der Durchlässigkeit bei der Wellenlänge von KrF-Excimerlaserlicht untersucht. Bei der Messung (Untersuchung) wurde ein Durchschnittswert von Daten an sechs zufälligen Punkten in einer quadratischen Messfläche von 13,2 × 13,2 cm als Wert für ein gemessenes Substrat angenommen. 4 und 5 zeigen die Ergebnisse. Diese Figuren zeigen, dass die Schwankung des Phasenwinkels unter den Rohlingen innerhalb von ± 1° und die Schwankung der Durchlässigkeit unter den Rohlingen innerhalb von ± 0,1 lag. In diesem Beispiel wurden Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge massenproduziert, die stabile optische Eigenschaften für KrF-Excimerlaserlicht aufweisen.
BEISPIEL 2
Mit der gleichen DC-Magnetron-Sputtervorrichtung wie in Beispiel 1 wurde nach einem Einzelrohling-Herstellungsverfahren wie unten beschrieben eine einschichtige halblichtdurchlässige Schicht, die im wesentlichen aus Molybdän, Silicium und Stickstoff zusammengesetzt war, auf einem transparenten Substrat ausgebildet. Auf diese Weise wurden 250 Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge für ArF-Excimerlaserlicht (193 nm) hergestellt.
Als Sputtertarget wurde ein Target mit einem Mo:Si-Molverhältnis von 10,0:90,0 verwendet, und als Sputtergas wurde eine Gasmischung, die Argon, Stickstoff und Helium enthielt, in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 verwendet (Gasvolumenstrom: Ar = 10 SCCM, N₂ = 80 SCCM, He = 40 SCCM). Die halblichtdurchlässigen Schichten wurden so ausgebildet, dass die Phasenwinkel der halblichtdurchlässigen Schichten auf etwa 180° bei der Wellenlänge von ArF-Excimerlaserlicht eingestellt wurden.
Die Rohlinge wurden dann in einer Wärmebehandlungsvorrichtung für 30 Minuten bei 250°C wärmebehandelt.
Die obigen Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge (mit einer quadratischen Form von 15,2 × 15,2 cm) wurden bezüglich der Schwankungen der Phasenwinkel und der Durchlässigkeit bei der Wellenlänge von ArF-Excimerlaserlicht in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 untersucht. 6 und 7 zeigen die Ergebnisse. Diese Figuren zeigen, dass die Schwankung des Phasenwinkels unter den Rohlingen innerhalb von ± 1° und die Schwankung der Durchlässigkeit unter den Rohlingen innerhalb von ± 0,1% lag. In diesem Beispiel wurden Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge massenproduziert, die stabile optische Eigenschaften für ArF-Excimerlaserlicht aufweisen.
In den obigen Beispielen werden bei der Herstellung einer Mehrzahl von Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen für die Wellenlängen unterschiedlichen Belichtungslichts die Gasbedingungen bei exzellenter Entladungsstabilität fixiert und die Zusammensetzung des Targets modifiziert, wodurch Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge, die jeweils eine unterschiedliche optische Eigenschaft aufweisen, in ein und derselben Vorrichtung massenproduziert werden können.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
Zum Vergleich wurde die gleiche Vorrichtung wie in Beispiel 1 verwendet und Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Sputtergas durch eine Gasmischung ersetzt wurde, die Argon, Stickstoff und Helium enthielt (Gasvolumenstrom: Ar = 10 SCCM, N₂ = 60 SCCM, He = 40 SCCM.
Als Ergebnis war die Schwankung des Phasenwinkels unter den Rohlingen innerhalb von ± 5° und die Schwankung der Durchlässigkeit unter den Rohlingen betrug ± 1%. Das heißt, die Schwankungen waren größer als in Beispiel 1 und es war folglich nicht möglich, Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge mit den angestrebten stabilen optischen Eigenschaften in Massenproduktion herzustellen.
Während die obigen Beispiele Ausführungsformen zur Herstellung von zwei Typen von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen für zwei Belichtungslichtwellenlängen zeigen, können Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge für zwei oder mehr Belichtungslichtwellenlängen oder Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge mit unterschiedlichen Durchlässigkeitswerten selbstverständlich ebenso hergestellt werden.
Die Sputtervorrichtung ist nicht auf eine Vorrichtung nach den in den Beispielen beschriebenen Einzelrohling-Herstellungsverfahren beschränkt und sie kann eine Vorrichtung nach dem kontinuierlichen Inline-Rohlingsherstellungsverfahren sein.
Darüber hinaus kann das als Reaktivgas verwendete N₂ durch ein anderes Reaktivgas ersetzt werden.
Ferner wurden in den obigen Beispielen Einzelschicht-Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge hergestellt. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf die Ausbildung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen angewandt werden, die jeweils eine mehrschichtige Struktur aus zwei oder mehr Schichten aufweisen.
WIRKUNG DER ERFINDUNG:
Erfindungsgemäß kann ein Verfahren zur Herstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen bereitgestellt werden, das die Verhinderung von Schwankungen der optischen Eigenschaften ermöglicht, wenn die Rohlinge massenproduziert werden, sowie Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge, die nach dem obigen Verfahren hergestellt werden, und Halbton-Phasenverschiebungsmasken, die aus den obigen Maskenrohlingen hergestellt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen, die jeweils eine Phasenverschiebungsschicht, die mindestens eine Halbtonschicht auf einem transparenten Substrat enthält, aufweisen, das folgendes umfaßt: – die Erzeugung der Halbtonschicht auf dem transparenten Substrat durch reaktives Sputtern bei konstantem Strom in einer Atmosphäre, die ein reaktives Gas enthält, – unter Verwendung eines Targets, das ein Metall und Silizium in einem Metall/Silizium-Zusammensetzungsverhältnis enthält, das so ausgewählt ist, dass eine vorherbestimmte optische Eigenschaft der Halbtonschicht erzielt wird, und – bei einem Reaktivgas-Volumenstrom, der innerhalb eines Bereichs ausgewählt wird, in dem die Veränderung der Entladungsspannung innerhalb von 20 V liegt, wenn der Volumenstrom des Reaktivgases um 10 SCCM verändert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei eine Mehrzahl von Typen von Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen, die jeweils unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen, hergestellt werden unter Verwendung eines jeweiligen Targets, das aus einer Mehrzahl von Targets mit unterschiedlichen Metall/Silizium-Zusammensetzungsverhältnissen ausgewählt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Reaktivgas mindestens eines ist, ausgewählt aus Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Verbindungen derselben und Kohlenstoff-Verbindungen.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Reaktivgas mindestens eines ist, ausgewählt aus O₂, N₂, NO₂, N₂O, CH₄, CO₂ und CF₄.
Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–4, wobei das Target einen Siliziumgehalt von 70–95 mol-% aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei der Siliziumgehalt des Targets 85–95 mol-% beträgt.
Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–6, wobei die erzeugten Halbtonschichten der Maskenrohlinge eine Schwankung der Durchlässigkeit innerhalb von ± 0,4% aufweisen.
Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–7, wobei die erzeugten Halbtonschichten der Maskenrohlinge eine Schwankung des Phasenwinkels innerhalb von ± 4° aufweisen.
Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–8, wobei der Siliziumgehalt des Targets so ausgewählt ist, dass eine vorherbestimmte Durchlässigkeit der erzeugten Halbtonschichten erzielt wird.
Verfahren zur Herstellung von Halbton-Phasenverschiebungsmasken, das folgendes umfaßt: – das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–9 zur Herstellung eines Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlings, und – den anschließenden Schritt der Bemusterung des erhaltenen Rohlings unter Erhalt eines Phasenverschiebungsschichtmusters auf dem transparenten Substrat.