DE69423686T2

DE69423686T2 - Halbtonphasenverschiebungsphotomaske, Blankohalbtonphasenverschiebungsmaske und Verfahren zur Herstellung der Blankomaske

Info

Publication number: DE69423686T2
Application number: DE69423686T
Authority: DE
Inventors: Naoya Hayashi; Hiroyuki Miyashita; Hiroshi Mohri; Masahiro Takahashi
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-08-17
Filing date: 1994-08-17
Publication date: 2000-07-27
Anticipated expiration: 2014-08-18
Also published as: KR100311704B1; KR950006959A; US5738959A; EP0643331A2; EP0643331A3; EP0643331B1; US5916712A; DE69423686D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Fotomaske, die zur Herstellung integrierter Schaltungen hoher Integrationsdichte dient, z. B. hochintegrierte Schaltungen (LSI), höchstintegrierte Schaltungen (VLSI) usw., sowie einen Fotomaskenrohling, der zur Herstellung der Fotomaske dient. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung- des Fotomaskenrohlings. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Halbton-Phasenschieberfotomaske, durch die ein projiziertes Bild sehr kleiner Größe erhalten werden kann, und außerdem einen Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling zum Herstellen der Halbton-Phasenschieberfotomaske. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings.
Integrierte Halbleiterschaltungen, z. B. IC, LSI, VLSI usw., werden durch Wiederholen von Lithografieverfahren mittels Fotomasken hergestellt. Besonders zur Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen sehr geringer Größe wurde bereits der Einsatz einer Phasenschieberfotomaske untersucht, was z. B. in der JP-A-58-173744 (1983) (Kokai) und der JP-A- 62-59296 (1987) offenbart ist, und Phasenschieberfotomasken mit verschiedenen Anordnungen wurden vorgeschlagen. Von diesen hat eine sogenannte Halbton-Phasenschieberfotomaske, z. B. gemäß der Offenbarung in der JP-A-4-136854 (1992) (Kokai), der US-A-4890309 usw., Aufmerksamkeit aufgrund der Erwartung geweckt, daß sie bald praktisch genutzt wird, und es wurden einige Vorschläge für Anordnungen und Materialien der Halbton-Phasenschieberfotomaske gemacht, durch die sich die Ausbeute verbessern läßt und die Kosten durch Senkung der Anzahl notwendiger Herstellungsschritte reduziert werden können. Siehe dazu z. B. die JP-A-5-2259 (1993) und 5-127361 (1993) (Kokai).
Aus der JP-A-63-081426 sind ein Fotomaskenrohling und eine Fotomaske bekannt. Ein Fotomaskenrohling weist ein lichtdurchlässiges Substrat und einen durchscheinenden Dünnfilm auf, mit dem eine Hauptfläche des lichtdurchlässigen Substrats beschichtet ist. Der durchscheinende Dünnfilm enthält Chrom sowie Chromnitrid, -oxid oder -fluotid. Ferner weist eine Fotomaske ein aus Quarzglas bestehendes lichtdurchlässiges Substrat und ein durchscheinendes Dünnfilmmuster auf, das auf einer Hauptfläche des lichtdurchlässigen Substrats gebildet ist. Das durchscheinende Dünnfilmmuster wird durch selektive Musterung des durchscheinenden Dünnfilms eines Fotomaskenrohlings erhalten und enthält Chrom sowie Chromnitrid, -oxid oder -fluorid.
Auch die JP-A-2-242252 betrifft einen Fotomaskenrohling und eine Fotomaske. Ein Lichtabschirmfilm und ein Antireflexionsfilm sind nacheinander auf jedem transparenten Substrat gebildet, um einen Fotomaskenrohling zu erhalten, und eine oder mehrere Arten von Elementen, die aus C, 0, F und N ausgewählt sind, sind in den Lichtabschirmfilm aus Cr so eingebaut, daß sich die Konzentration der Elemente von der Oberfläche des Cr-Films zum Substrat kontinuierlich verringert.
Im folgenden wird die Halbton-Phasenschieberfotomaske kurz anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 16(a) bis 16(d) zeigen das Prinzip der Halbton-Phasenschieberlithografie, und Fig. 17 (a) bis 17 (d) zeigen ein herkömmliches Lithografieverfahren. Fig. 16(a) und 17(a) sind Schnittansichten von Fotomasken. Fig. 16(b) und 17(b) zeigen jeweils die Lichtamplitude auf der Fotomaske. Fig. 16 (c) und 17(c) zeigen jeweils die Lichtamplitude auf einem Wafer. Fig. 16(d) und 17(d) zeigen jeweils die Lichtstärke auf dem Wafer. Die Bezugszahlen 101 und 201 bezeichnen Substrate, und 202 bezeichnet einen 100% lichtblockierenden Film. Ein halbtransparenter Film 102 verschiebt die Phase von Auflicht im wesentlichen über 180º und hat einen Durchlaßgrad von 1% bis 50%. Die Bezugszahlen 103 und 203 bezeichnen Auflicht. Beim herkömmlichen Verfahren wird gemäß Fig. 17(a) der 100% lichtblockierende Film 202, der zum Beispiel aus Chrom hergestellt ist, auf dem Substrat 201 gebildet, das zum Beispiel aus Quarz (Quarzglas) hergestellt ist, und der lichtblockierende Film 202 wird lediglich mit einem lichtdurchlässigen Abschnitt in einem gewünschten Muster gebildet. Somit hat die Lichtstärkeverteilung auf dem Wafer eine mäßige Steigung gemäß Fig. 17(d). Dadurch verschlechtert sich die Auflösung. Bei der Halbton-Phasenschieberlithografie stehen dagegen das Licht, das den halbtransparenten Film 102 durchläuft, und das Licht, das die Öffnung im Film 102 durchläuft, im wesentlichen in umgekehrter Phasenbeziehung zueinander. Folglich beträgt die Lichtstärke am Mustergrenzabschnitt auf dem Wafer 0 gemäß Fig. 16(d). Damit läßt sich verhindern, daß die Lichtstärkeverteilung eine mäßige Steigung zeigt. Folglich läßt sich die Auflösung verbessern.
Hierbei ist zu beachten, daß ein Phasenschieber-Lithografieverfahren einer anderen Art als die Halbton-Phasenschieberlithografie mindestens zwei Fotogravierverfahren erfordert, um ein Maskenmuster herzustellen, da der lichtblockierende Film und der Phasenschieberfilm unterschiedliche Muster haben, während die Halbton-Phasenschieberlithografie im wesentlichen nur ein Fotogravierverfahren benötigt, da sie nur ein Muster beinhaltet; dies ist ein großer Vorteil der Halbton-Phasenschieberlithografie.
Im übrigen muß der halbtransparente Film 102 der Halbton-Phasenschieberfotomaske zwei Funktionen erfüllen, d. h. Phasenumkehr und Durchlaßgradsteuerung. Für die Phasenumkehrfunktion sollte der halbtransparente Film 102 so angeordnet sein, daß Belichtungslicht, das den Halbton-Fhasenschieberabschnitt durchläuft, und Belichtungslicht, das die Öffnung im Film 102 durchläuft, im wesentlichen in umgekehrter Phasenbeziehung zueinander stehen. Bei Behandlung des halbtransparenten Films 102 als absorbierenden Film, was z. B. in M. Born, E. Wolf, "Principles of Optics", Seiten 628 bis 632,gezeigt ist, kann Mehrfachinterferenz vernachlässigt werden. Folglich läßt sich die Phasenänderung φ von senkrecht durchgelassenem Licht wie folgt berechnen:
worin φ die Phasenänderung von Licht ist, das senkrecht eine Fotomaske durchläuft, die einen auf einem Substrat gebildeten Mehrschichtfilm (m-2 Schichten) hat, xk.k+1 die an der Grenzfläche zwischen der k-ten Schicht und der (k+1)-ten Schicht auftretende Phasenänderung ist, uk und dk die Brechzahl eines die k-te Schicht bildenden Materials bzw. die Dikke der k-ten Schicht sind und λ die Wellenlänge von Belichtungslicht ist. Hierbei ist angenommen, daß die Schicht mit k = 1 das Substrat und die Schicht mit k = m Luft ist.
Diesen Phasenschiebereffekt erhält man, wenn φ in den Bereich von mc ± π/3 Radiant fällt (n ist eine ungerade Ganzzahl).
Der Durchlaßgrad des Halbton-Phasenschieberabschnitts für Belichtungslicht, der zum Erhalten des Halbton-Phasenschiebereffekts am meisten geeignet ist, richtet sich zudem nach Größe, Fläche, Anordnung, Konfiguration usw. des Übertragungsmusters. Das heißt, der optimale Durchlaßgrad ändert sich je nach speziellem Übertragungsmuster. In der Praxis muß zum Erhalten des Halbton-Phasenschiebereffekts der Belichtungslicht-Durchlaßgrad des Halbton-Phasenschieberabschnitts im Bereich des optimalen Durchlaßgrads (bestimmt durch jedes Übertragungsmuster) mit mehreren Prozent Toleranz eingestellt sein. Allgemein variiert der optimale Durchlaßgrad in einem breiten Bereich, d. h. von 1% bis 50%, je nach Übertragungsmustern, nimmt man den Durchlaßgrad an der Öffnung der Halbton-Phasenschieberschicht mit 100% an. Das heißt, es besteht Bedarf an Halbton-Phasenschiebermasken mit verschiedenen Durchlaßgradwerten, um verschiedenen Mustern gerecht zu werden.
In der Realität werden die Phasenumkehrfunktion und die Durchlaßgrad-Steuerfunktion durch die komplexe Brechzahl (Brechzahl und Extinktionskoeffizient) eines Substratmaterials und eines Materials, das einen Halbton-Phasenschieberfilm (ein jede Schicht bildendes Material bei einem Mehrschichtfilm) bildet, sowie die Filmdicke bestimmt. Das heißt, ein als Halbton-Phasenschieberschicht einer Halbton-Phasenschieberfotomaske verwendbares Material muß einen Durchlaßgrad für Belichtungslicht im Bereich von 1% bis 50% haben, wenn der Halbton-Phasenschieberfilm auf einem Substrat gebildet ist, wobei die Filmdicke so gesteuert ist, daß die durch die vorgenannte Gleichung (1) erhaltene Phasendifferenz φ in den Bereich von rar ± π/3 Radiant fällt (n ist eine ungerade Ganzzahl). Als solches Material sind Filme bekannt, die hauptsächlich aus einer Chromverbindung bestehen, was z. B. in der JP-A-5-127361 (1993) (Kokai) offenbart ist.
Im übrigen handelt es sich bei den Filmen, die hauptsächlich aus einer Chromverbindung bestehen, um Chromoxid, Chromnitrid, Chromoxidnitrid, Chromoxidcarbid und Chromoxidcarbidnitrid, und die Durchlaßgrade dieser Filme für Belichtungslicht hängen stark von der Wellenlänge von Belichtungslicht ab. Beispielsweise zeigt Fig. 18 eine spektrale Durchlaßgradkurve eines Chromoxidfilms, der auf einem synthetischen Quarzsubstrat durch reaktives Sputtern in einer Sauerstoffatmosphäre mittels eines Chromtargets gebildet ist. In diesem Fall beträgt die Dicke des Chromoxidfilms etwa 50 nm. Wie aus Fig. 18 deutlich wird, fällt der Durchlaßgrad des Chromoxidfilms im kurzen Wellenlängenbereich schnell ab. Daher kann eine Halbton-Phasenschieberfotomaske, die den Chromoxidfilm äls Halbton-Phasenschieberschicht verwendet, zur Belichtung an der g-Linie (436 nm) und i-Linie (365 nm) einer Superhochdruck-Quecksilberlampe eingesetzt werden, kann aber nicht zur Belichtung mit Kryptonfluorid-Excimerlaserlicht (248 nm) verwendet werden, wodurch eine höhere Auflösung realisiert werden kann, da der Durchlaßgrad zu niedrig ist. Ähnlich können die Chromnitrid-, Chromoxidnitrid-, Chromoxidcarbid- und Chromoxidcarbidnitridfilme nicht zur Belichtung mit Kryptonfluorid-Excimerlaserlicht verwendet werden, was ihren Einsatz zur hochauflösenden Lithografie unmöglich macht.
Unter diesen Umständen besteht die Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung einer Halbton-Phasenschieberfotomaske, die einen ausreichend hohen Durchlaßgrad für Licht kurzer Wellenlänge hat und zur hochauflösenden Lithografie verwendbar ist, die durch Belichtung mit tief ultravioletter Strahlung bewirkt wird, z. B. Kryptonfluorid-Excimerlaserlicht, und zudem in der Bereitstellung eines Rohlings, der zur Herstellung der Halbton-Phasenschieberfotomaske dient.
Angesichts der beschriebenen Probleme wurden im Rahmen der Erfindung erschöpfende Untersuchungen angestellt, um ein Halbton-Phasenschiebermaterial mit einem Durchlaßgrad zu entwickeln, der in einen Bereich fällt, in dem es als Halbton- Phasenschieberschicht verwendbar ist, wenn es zu einem Film mit einer Dicke ausgebildet ist, bei der die Phase von tief ultraviolettem Licht, z. B. Kryptonfluorid-Excimerlaserlicht, umgekehrt wird. Dadurch kam die Erfindung zustande.
Das heißt, die Erfindung betrifft eine Halbton-Phasenschieberfotomaske mit einer Halbton-Phasenschieberschicht, die mindestens eine Schicht aufweist, die hauptsächlich aus einer Chromverbindung besteht, die mindestens Fluoratome enthält, sowie einen zur Herstellung der Halbton-Phasenschieberfotomaske verwendeten Rohling, und sie betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings. Ein Film, der hauptsächlich aus einer Fluoratome enthaltenden Chromverbindung besteht, ist im Durchlaßgrad im kurzen Wellenlängenbereich dem herkömmlichen Film überlegen, der hauptsächlich aus Chromoxid, Chromnitrid, Chromoxidnitrid, Chromoxidcarbid oder Chromoxidcarbidnitrid besteht, das keine Fluoratome enthält. Auch wenn daher ein Film, der hauptsächlich aus einer Fluoratome enthaltenden Chromverbindung besteht, auf einem transparenten Substrat in einer Dicke ausgebildet ist, bei der die Phase von tief ultraviolettem Licht, z. B. Kryptonfluorid-Excimerlaserlicht, umgekehrt wird, läßt sich ein Durchlaßgrad erhalten, der für den als Halbton-Phasenschieberfilm zu verwendenden Film ausreichend hoch ist.
Bei der Halbton-Phasenschieberlithografie erhält man die Brechzahl und den Extinktionskoeffizienten für Belichtungslicht eines Films, der eine Halbton-Phasenschieberschicht bildet, z. B. durch Ellipsometrie, und der Film wird so eingestellt, daß der Durchlaßgrad des Films bei Ausbildung auf einem transparenten Substrat in einer ausreichenden Dicke, um die Phase von Belichtungslicht umzukehren, die anhand der vorgenannten Gleichung (1) erhalten wird, gleich dem optima len Durchlaßgrad ist, der durch das relevante Übertragungsmuster usw. bestimmt wird. Unter der Annahme, daß die Belichtung mit Kryptonfluorid-Excimerlaserlicht erfolgt, kann der herkömmliche Film, der hauptsächlich aus Chromoxid, Chromnitrid, Chromoxidnitrid, Chromoxidcarbid oder Chromoxidcarbidnitrid besteht, das keine Fluoratome enthält, nicht als Halbton-Phasenschieberschicht verwendet werden, da der Durchlaßgrad bei der zur Phasenumkehr geeigneten Filmdicke viel zu niedrig ist. Dagegen ändert sich die erfindungsgemäße, Fluoratome enthaltende Chromverbindung in Brechzahl und Extinktionskoeffizient je nach den Anteilen von Fluoratomen und anderen enthaltenen Atomen. Daher kann die Zusammensetzung der Chromverbindung so eingestellt sein, daß der Durchlaßgrad für Belichtungslicht bei einer zur Phasenumkehr geeigneten Filmdicke gleich dem erforderlichen optimalen Durchlaßgrad ist. In diesem Fall läßt sich der Chromverbindungsfilm als Halbton-Phasenschieberschicht in Form einer Einzelschicht verwenden. Allerdings kann die Anordnung so sein, daß ein Chromverbindungsfilm zunächst so ausgebildet wird, daß der Durchlaßgrad für Belichtungslicht höher als notwendig ist, wonach eine lichtblockierende Schicht darauf geschichtet wird, um den Durchlaßgrad innerhalb des Bereichs einzustellen, in dem die Phasenumkehrfunktion nicht beeinträchtigt ist.
Ferner sind die Halbton-Phasenschieberfotomaske und der Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling der Erfindung, bei denen eine Fluoratome enthaltende Chromverbindung als Halbton-Phasenschieberschicht verwendet wird, darin vorteilhaft, daß der Durchlaßgrad für Belichtungslicht geändert werden kann, indem sie auf 150ºC oder mehr in der Luft oder einem Vakuum nach ihrer Herstellung erwärmt werden. Zudem läßt sich der Durchlaßgrad für Belichtungslicht ändern, indem sie einer oxidierenden Atmosphäre, z. B. Luft, Wasserdampf usw., oder einer reduzierenden Atmosphäre, z. B. Wasserstoff, ausgesetzt werden. In diesen Fällen kann der Durchlaßgrad für Belichtungslicht noch wirksamer geändert werden, indem die Fotomaske oder der Rohling dem Plasma eines Gases, z. B. gemäß der vorstehenden Beschreibung, ausgesetzt werden.
Die erfindungsgemäße, Fluoratome enthaltende Chromverbindung kann unter Einsatz einer herkömmlichen Technik zur Bildung von Dünnfilmen ausgebildet sein, z. B. Sputtern, Vakuumabscheiden, Ionenplattieren usw.
Um einen erfindungsgemäßen, Fluoratome enthaltenden Chromverbindungsfilm durch Sputtern zu erhalten, wird ein hauptsächlich aus Metallchrom mit oder ohne fluorierte Oberfläche bestehendes Target verwendet, und die Filmbildung durch Sputtern erfolgt durch Induzieren elektrischer Gleichstrom-(GS)- oder Hochfrequenz-(HF)-Entladung in einer Atmosphäre, die nur ein Sputtergas enthält, z. B. Argon, Neon, Xenon, Helium, Stickstoff usw., oder eine Kombination aus einem solchen Sputtergas und einem Fluorquellgas, z. B. Fluor, Kohlenstofftetrafluorid, Schwefelhexafluorid, Stickstofftrifluorid, Chlortrifluorid usw. Bei Bedarf kann die Atmosphäre mit einem Sauerstoff-, Stickstoff- oder Kohlenstoffquellgas gemischt sein, z. B. Sauerstoff-, Stickstoff- oder Kohlendioxidgas. In diesem Fall lassen sich Brechzahl und Extinktionskoeffizient des resultierenden Films steuern, indem Filmbildungsbedingungen geändert werden, z. B. Zusammensetzung des Atmosphärengases, Druck, Sputterleistung usw., um so die Zusammensetzung, Textur, Struktur usw. des Films zu ändern.
Zur Bildung eines erfindungsgemäßen, Fluoratome enthaltenden Chromverbindungsfilms durch Vakuumverdampfen wird Metallchrom oder perfluoriertes Chrom als Verdampfungsquelle verwendet, und die Vakuumverdampfung erfolgt entweder durch das Widerstandsheizverfahren mittels eines Wolframkorbs, einer wolframplattierten Spule oder eines wolframplattierten Schiffchens, eines Kohlenstofftiegels usw. oder das EB-(Elektronenstrahl)-Verdampfungsverfahren durch Bestrahlen mit Elektronenstrahlen. Das Vakuumverdampfen erfolgt in einer Atmosphäre, die ein Fluorquellgas enthält, d. h. Fluor, Kohlenstofftetrafluorid oder eine andere Kohlenstoffluoridverbindung, Schwefelhexafluorid oder eine andere Schwefelfluoridverbindung, Stickstofftrifluorid, Chlortrifluorid usw. Bei Bedarf kann das Fluorquellgas mit einem Sauerstoff-, Stickstoff- oder Kohlenstoffquellgas gemischt sein, z. B. Sauerstoff-, Stickstoff- oder Kohlendioxidgas. Auch in diesem Fall lassen sich Brechzahl und Extinktionskoeffizient des resultierenden Films steuern, indem die Verdampfungsbedingungen geändert werden, um so die Zusammensetzung, Textur, Struktur usw. des Films zu ändern.
Zur Bildung eines erfindungsgemäßen, Fluoratome enthaltenden Chromverbindungsfilms durch Ionenplattieren wird Metallchrom oder perfluoriertes Chrom als Verdampfungsquelle verwendet, und ein Fluorquellgas, z. B. Fluor, Rohlenstofftetrafluorid, Schwefelhexafluorid, Stickstofftrifluorid, Chlortrifluorid usw., kommt zur Bildung einer Atmosphäre zum Einsatz. Bei Bedarf kann das Fluorquellgas mit einem Sauerstoff-, Stickstoff- oder Kohlenstoffquellgas gemischt sein, z. B. Sauerstoff-, Stickstoff- oder Kohlendioxidgas. Auch in diesem Fall lassen sich Brechzahl und Extinktionskoeffizient des resultierenden Films steuern, indem die Filmbildungsbedingungen geändert werden.
Im erfindungsgemäßen, Fluoratome enthaltenden. Chromverbindungsfilm wird die optische Konstante des Films durch den Gehalt an Fluor und anderen Komponenten gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt. Daher ist es wichtig, die Zusammensetzung des Films genau zu steuern, um eine Halbton-Phasenschieberfotomaske mit hoher Genauigkeit zu erhalten. Selten erfüllt eine stöchiometrisch stabile Verbindung sowohl die Phasenumkehrfunktion als auch die Durchlaßgrad-Steuerfunktion. Daher ist es allgemein notwendig, einen Film aus einer Zwischenverbindung zu bilden. Folglich stellt die Erfindung auch ein neues Verfahren zur Bildung einer Phasenschieberschicht gemäß den Ansprüchen mit einer gewünschten Zusammensetzung und hoher Genauigkeit bereit.
Das heißt, das Verfahren zur Herstellung einer Fluoratome enthaltenden Chromverbindung gemäß der Erfindung ist ein Dünnfilmbildungsverfahren, bei dem Chrom in einer Vakuumkammer verdampft und auf ein transparentes Substrat für eine Fotomaske abgeschieden wird. Gemäß dem Verfahren der Erfindung kann das verdampfte Chrom mit Fluoratomen reagieren, bevor es auf das Substrat abgeschieden wird. Insbesondere wird die Reaktion von Chrom mit Fluoratomen so durchgeführt, daß das verdampfte Chrom das Plasma eines Fluoratome enthaltenden Ga ses durchlaufen kann. Die Chromverdampfungsquelle kann reines Metallchrom oder eine Chromverbindung sein. Bevorzugte Verfahren zum Verdampfen der Chromverdampfungsquelle sind Beschuß mit beschleunigten Elektronen durch eine Elektronenkanone und Beschuß mit Ionen durch eine Ionenkanone. Möglich ist auch der Einsatz von Widerstandsheizung unter Verwendung einer Spule oder eines Schiffchens. Das zuvor beschriebene Plasma kann durch Anlegen eines kapazitiv oder induktiv gekoppelten elektrischen HF-Felds an einen Raum erzeugt werden, in den ein Fluoratome enthaltendes Gas zuvor eingeleitet wurde. Außerdem kann das Plasma unter Verwendung eines elektrischen GS-Felds erzeugt werden. Möglich ist auch der Einsatz eines Verfahrens, bei dem ein durch eine Ionenkanone ionisiertes Gas zum Raum geführt wird, in den ein Fluoratome enthaltendes Gas zuvor eingeleitet wurde, oder ein Verfahren, bei dem ein Fluoratome enthaltendes Gas durch eine Ionenkanone ionisiert wird, bevor es in den Raum eingeleitet wird. Als Fluoratome enthaltendes Gas können Fluor, ein Kohlenstoffluoridgas, Schwefelhexafluorid, Stickstofftrifluorid, Chlortrifluorid usw. verwendet werden.
Außerdem ist es möglich, einen Fluoratome enthaltenden Chromverbindungsfilm mit einer gleichmäßigen Dicke und einer gewünschten Zusammensetzung durch Erzeugen von Chromteilchen aus einem Chromtarget durch Sputtern und ferner Erzeugen eines Plasmas aus einem Fluoratome enthaltenden Gas durch eine Ionenkanone zu bilden.
Die optische Konstante des durch das Filmbildungsverfahren gebildeten Verbindungsfilms läßt sich steuern, indem die im vorgenannten Plasmaraum stattfindende Reaktion gesteuert wird, z. B. die Menge von zu verdampfendem Chrom, der Durchfluß des Fluoratome enthaltenden Gases, der Druck und die zur Plasmaerzeugung angelegte elektrische Leistung. Da die Konfiguration des Reaktionsraums, das Gaseinleitungsverfahren und andere Kennwerte eines zur Filmbildung verwendeten Systems auch Auswirkungen auf die optischen Kennwerte des gebildeten Films haben, ist bevorzugt, Reaktionsbedingungen unter Berücksichtigung der Kennwerte des Systems ordnungsgemäß einzu stellen. Außerdem kann das Substrat erwärmt werden, auf das die Fluoratome enthaltende Chromverbindung abzuscheiden ist.
Beim zuvor beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer Fluoratome enthaltenden Chromverbindung kann eine gewünschte Zusammensetzung auch in einem Zwischenzustand genau realisiert werden, der stöchiometrisch instabil ist, weshalb Halbton-Phasenschieberfilme mit verschiedenen optischen Konstanten gebildet werden können. Vorteilhaft ist das Verfahren außerdem, da ein Film leicht erhalten werden kann, bei dem die Restspannung gesenkt und die Haftung am Substrat verbessert ist. Zusätzlich ist auch die Abscheidungsrate für den praktischen Einsatz zufriedenstellend.
Obwohl in der vorstehenden Beschreibung die Erfindung im Hinblick auf einen einschichtigen Film aus einer Chromfluoridverbindung erläutert wurde, ist zu beachten, daß die Erfindung ähnlich auf eine Halbton-Phasenschieberfotomaske und einen Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling anwendbar ist, bei denen die Halbton-Phasenschieberschicht eine Mehrschichtstruktur hat.
Außerdem kann bei Verwendung eines Fluoratome enthaltenden Chromverbindungsfilms, der durch das Verfahren der Erfindung gebildet ist, als Halbton-Phasenschieberschicht in Form einer Einzelschicht dieser durch nahezu das gleiche Verfahren gemustert werden, das für den lichtblockierenden Chromfilm der herkömmlichen Fotomaske zum Einsatz kommt, da der Chromverbindungsfilm in der Erfindung Chromatome als Matrix hat. Auch im Falle eines Mehrschichtfilms kann bei Verwendung der Fluoratome enthaltenden Chromverbindung in Kombination mit Chrom, Chromoxid, Chromnitrid, Chromoxidnitrid, Chromoxidcarbid, Chromoxidcarbidnitrid usw. das Fotogravieren in einem einzelnen Musterbildungsverfahren durch annähernd das gleiche Verfahren wie bei der herkömmlichen Technik erreicht werden. Folglich läßt sich die Ausbeute verbessern, und die Kosten können reduziert werden.
Im folgenden wird die Bildung eines erfindungsgemäßen, Fluoratome enthaltenden Chromverbindungsfilms anhand eines Beispiels näher erläutert, bei dem reaktives Gleichstrom- (GS)-Sputtern in einer Mischgasatmosphäre, die Argongas und als Fluorquelle dienendes Kohlenstofftetrafluoridgas enthält, mittels Metallchrom als Target durchgeführt wird.
Filme werden auf einem zufriedenstellend gereinigten Siliziumwafer gebildet, wobei das Verhältnis zwischen Argongas- und Kohlenstofftetrafluoridgas-Durchfluß variiert wird. Danach werden die Brechzahl und der Extinktionskoeffizient jedes Films mit einem handelsüblichen Spektroellipsometer gemessen. Gemessen wird ferner eine zur Verschiebung der Phase von Belichtungslicht über 180º notwendige Filmdicke im Hinblick auf das Belichtungsverfahren, z. B. mit Kryptonfluorid- Excimerlaserlicht (Wellenlänge 248 nm) und einem synthetischen Quarzsubstrat. Fällt der Durchlaßgrad des Films für Belichtungslicht bei tatsächlicher Ausbildung in der berechneten Dicke auf dem synthetischen Quarzsubstrat für eine Fotomaske in den Bereich von 1% bis 50%, läßt sich der Film als Halbton-Phasenschieberfilm verwenden.
Fig. 8 zeigt die Meßergebnisse für die Brechzahl und den Extinktionskoeffizienten bei der Wellenlänge 250 nm für verschiedene Verhältnisse zwischen Argongas- und Kohlenstofftetrafluoridgas-Durchfluß: 100 : 0, 90 : 10, 80 : 20, 78 : 22, 76 : 24, 64 : 26, 72 : 28 und 65 : 35. In diesem Beispiel wurde ein gewöhnliches planares GS-Magnetronsputtersystem verwendet, und die Filmbildung erfolgte unter den Bedingungen, daß der Gasdruck 4,0 mTorr betrug; der Gesamtgasdurchfluß von Argongas und Kohlenstofftetrafluoridgas 100 Normkubikzentimeter je Minute betrug; und die Sputterstromdichte 0,01 A/cm² betrug. Als Spektroellipsometer kam ein Es-4 G (hergestellt von Sopra) zum Einsatz, und zur Berechnung der optischen Konstante wurde Software MOSS (hergestellt von Sopra) verwendet. Fig. 9 zeigt die erforderliche Filmdicke zum Verschieben der Phase von Belichtungslicht von 250 nm über 180º, die man anhand der vorgenannten Gleichung (1) erhält, für verschiedene Gasdurchflußverhältnisse. Aus der Darstellung wird verständlich, daß obwohl die erforderliche Filmdicke mit dem Gasdurchflußverhältnis variiert, die Phase von Belichtungslicht von 250 nm Wellenlänge im Filmdickenbereich von 120 nm bis 220 nm umgekehrt wird.
Fig. 10 zeigt den Durchlaßgrad für Licht (250 nm) eines auf etwa 170 nm auf einem synthetischen Quarzsubstrat aufgebauten Films für eine Fotomaske von 90 Milli-Inch Dicke für jedes Gasdurchflußverhältnis. Bei der Durchlaßgradmessung kam ein Spektrofotometer (HP8450A, hergestellt von Hewlett-Packard Co.) zum Einsatz, und als Referenz wurde die Luft verwendet. Aus Fig. 9 und 10 wird deutlich, daß unter den zuvor beschriebenen Filmbildungsbedingungen ein Fluoratome enthaltender Chromverbindungsfilm, der als Halbton-Phasenschieberschicht verwendbar ist, erhalten wird, wenn das Verhältnis zwischen Argongas- und Kohlenstofftetrafluoridgas-Durchfluß in einem Bereich liegt, in dem der Anteil des Kohlenstofftetrafluoridgas-Durchflusses höher als mindestens 10% ist.
Fig. 11(a) bis 11(c) zeigen die Zusammensetzungsverhältnisse von Chrom, Fluor, Kohlenstoff und Sauerstoff im Film für jedes Durchflußverhältnis in der Messung durch Röntgen- Fotoelektronenspektroskopie (XPS). In diesem Fall wurde der Film nach Chrom, Fluor, Kohlenstoff und Sauerstoff analysiert. Fig. 11(a), 11(b) und 11(c) zeigen die Anzahl von Fluor-, Kohlenstoff- bzw. Sauerstoffatomen, die je 100 Chromatome vorhanden sind. Die Röntgen-Fotoelektronenspektroskopie erfolgte unter den später beschriebenen Bedingungen. Wie aus Fig. 9, 10 und 11(a) hervorgeht, wird mit zunehmendem Fluoratomgehalt im Film der Durchlaßgrad für Belichtungslicht, bei dem eine Phasenumkehr stattfindet, höher. Allgemein ist ein Belichtungslicht-Durchlaßgrad im Bereich von 1% bis 50% notwendig, um den Halbton-Phasenschiebereffekt zu erhalten. Damit also die Chromverbindung der Erfindung ein ordnungsgemäßes Halbton-Phasenschiebermaterial wird, ist es besonders notwendig, daß der Fluoratomgehalt im Film mindestens 100 Fluoratome je 100 Chromatome beträgt. Liegt die Anzahl von Fluoratomen unter 100 je 100 Chromatome, ist der resultierende Film ein lichtblockierender Film ähnlich wie ein Metallfilm, was Fig. 10 und 11(a) zeigen. Bei Ausbildung in einer zur Phasenumkehr von Belichtungslicht erforderlichen Dicke läßt folglich der Film im wesentlichen kein Belichtungslicht durch, wodurch kein Halbton-Phasenschiebereffekt erhalten wird. Andererseits kann ein 350 oder mehr Fluoratome je 100 Chromatome enthaltender Film in diesem Zustand nicht den Halbton-Phasenschiebereffekt bilden, kann aber als Halbton- Phasenschieberfilm verwendet werden, wenn er mit einem Film mit hohen lichtblockierenden Eigenschaften im Bereich kombiniert wird, in dem sich das Phasenverschiebungsmaß nicht wesentlich ändert.
Gemäß Fig. 11(b) und 11(c) liegt keine deutliche Korrelation zwischen Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen sowie der Halbton-Phasenschieberfunktion vor, wie sie bei Fluoratomen beobachtet wird. Der unter den zuvor beschriebenen Bedingungen gebildete Chromverbindungsfilm enthält höchstens 250 Kohlenstoffatome und höchstens 150 Sauerstoffatome je 100 Chromatome, was Fig. 11(b) und 11(c) zeigen. Allerdings läßt sich keine klare Beziehung zwischen dem Kohlenstoff- und Sauerstoffatomgehalt und den für den Halbton-Phasenschieberfilm erforderlichen Kennwerten feststellen, wie sie beim Fluoratomgehalt erkannt wird. Man geht davon aus, daß die Kohlenstoffatome aus dem Kohlenstofftetrafluoridgas beim Sputterverfahren zugeführt werden. Außerdem können die Kohlenstoffatome als Verunreinigung betrachtet werden, die aus der Filmbildungsatmosphäre oder der Analysenatmosphäre wandern. Besonders bei einem Vakuum ist die Möglichkeit einer durch eine Vakuumpumpe o. ä. verursachten Verunreinigung groß. Im Fall der zuvor beschriebenen Bedingungen werden beim Sputterverfahren keine Sauerstoffatome zwangszugeführt. Daher geht man davon aus, daß die Sauerstoffatome durch Lecks im Filmbildungssystem oder Oxidation bei der Analyse nach dem Filmbildungsverfahren zugeführt werden. In jedem Fall kann ein Film, in dem die Anzahl von Kohlenstoff- und Sauerstoff atomen höchstens 250 bzw. höchstens 150 je 100 Chromatome beträgt, zufriedenstellend als Halbton-Phasenschieberfilm verwendet werden, was aus Fig. 8 bis 11(c) deutlich wird.
Unter den zuvor beschriebenen Filmbildungsbedingungen wird ein als Halbton-Phasenschieberschicht verwendbarer, Fluoratome enthaltender Chromverbindungsfilm erhalten, wenn das Verhältnis zwischen Argongas- und Kohlenstofftetrafluoridgas- Durchfluß in einem Bereich liegt, in dem der Anteil des Kohlenstofftetrafluoridgas-Durchflusses höher als mindestens 10% ist, was zuvor beschrieben wurde. Allgemein unterscheidet sich dieser Durchflußverhältnisbereich je nach Filmbildungsbedingungen und Systemen. Im Hinblick auf das Zusammensetzungsverhältnis speziell zwischen Chrom- und Fluoratomen ist es aber nur bei einer Anzahl von Fluoratomen von mindestens 100 je 100 Chromatome möglich, einen Verbindungsfilm zu erhalten, der den Halbton-Phasenschiebereffekt unabhängig von den Filmbildungsbedingungen und dem verwendeten Filmbildungssystem liefert. Auch bei Filmbildung durch Sputtern, bei der ein anderes Gas als ein Argon/Kohlenstofftetrafluorid-Mischgas zum Einsatz kommt, oder auch bei einem anderen Filmbildungsverfahren als Sputtern kann ähnlich der resultierende Film als Halbton-Phasenschieberschicht verwendet werden, solange das Zusammensetzungsverhältnis zwischen Chrom- und Fluoratomen in den zuvor beschriebenen Bereich fällt. Erforderlich ist nur, daß die Anzahl von Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen höchstens 250 bzw. höchstens 150 je 100 Chromatome beträgt.
Obwohl die vorherige Beschreibung unter der Annahme erfolgte, daß Kryptonfluorid-Excimerlaserlicht als Belichtungslicht verwendet wird, gelten die zuvor dargestellten Zusammensetzungsverhältnisse ähnlich bei Belichtungslicht in anderen tief ultravioletten Wellenlängenbereichen. Möglich ist auch, die Erfindung auf Belichtung anzuwenden, die bei Wellenlängen im Bereich vom ultravioletten Bereich zum sichtbaren Bereich durchgeführt wird, z. B. bei der Wellenlänge der g-Linie (436 nm) und i-Linie (365 nm) einer Superhochdruck- Quecksilberlampe.
In der Erfindung wurde die Röntgen-Fotoelektronenspektroskopie wie folgt durchgeführt:
Als Röntgen-Fotoelektronenspektroskop kam ein ESCALAB 210, hergestellt von VG SCIENTIFIC, zum Einsatz. Der Elektronenenergieanalysator des ESCALAB210 war ein konzentrischer 150º-Halbkugelanalysator, und ein Röntgen-Fotoelektronenspektrum wurde mittels eines 5-Kanal-Thorondetektors gemessen.
Als Datenprozessor kam ein DEC Micro PDP11/53 zum Einsatz, und VGS DATA SYSTEM VGS5250 Version Jan 1992 wurde als Software zur Durchführung der quantitativen Berechnung und anderer Verarbeitungen verwendet.
Die Analysatoraustrittsarbeit dieses Systems betrug 4,63 eV.
Die Grundleistungsdaten dieses Systems entsprachen der nachfolgenden Tabelle bei einem Ag-Peak von 3d5/2, wenn die Messung bei 400 W unter Verwendung von MgKa (1253,60 eV) als Anregungslinien-Röntgenquelle durchgeführt wurde:
Die Meßbedingungen waren wie folgt:
Als Röntgenquelle wurde die Anregungslinie von AlKa- Strahlen (1486,60 eV) verwendet, und die Messung erfolgte bei 300 W.
Der Einfallwinkel von Röntgenstrahlen betrug etwa 60º von der Senkrechten auf die Probe. Der Detektor war auf der Senkrechten zur Probe angeordnet.
Die Messung des Vakuumgrads wurde unter Verwendung eines MILLENIA SERIES IPGCI durchgeführt. Der Vakuumgrad lag im Bereich von 5 · 10&supmin;¹ mbar bis 1 · 10&supmin;&sup6; mbar. Das Evakuierungssystem bestand aus einer Ionenpumpe 207-0230 (220 l/s), hergestellt von Perkin-Elmer, und einer Steuerung DIGITEL500. Als Analysenbereich wurde ein Bereich von höchstens etwa 1 mm Durchmesser gemessen.
Das XPS-Spektrum wurde für jede Bindungsenergie wie folgt gemessen:
Breiter Scan: 1100 eV bis 0 eV (BE)
Cr 2p: 620 eV bis 570 eV (BE)
F ls: 670 eV bis 710 eV (BE)
O ls: 560 eV bis 520 eV (BE)
C ls: 320 eV bis 270 eV (BE)
Alle Meßvorgänge wurden im CAE-Modus durchgeführt. Beim breiten Scan betrug die Durchlaufenergie 100 eV mit einem Schritt von 1 eV, und die Scananzahl betrug 3. In den anderen Fällen betrug die Durchlaufenergie 20 eV mit einem Schritt von 0,1 eV, und die Scananzahl betrug 3. In allen Fällen betrug die Kanalzeit 50 ms.
Obwohl diese Meßbedingungen in der Erfindung zum Einsatz kamen, ist zu beachten, daß diese Bedingungen lediglich als Beispiel dienen und daß im Fall eines gewöhnlichen Systems die Messung in jedem praktisch ausreichenden Bereich durchgeführt werden kann, in dem Auflösungsleistung und Empfindlichkeit nicht erheblich beeinträchtigt sind, wobei die elektrische Ladungsmenge berücksichtigt ist.
Das quantitative Berechnungsverfahren für die Elementzusammensetzung entsprach der nachfolgenden Beschreibung.
Die Hintergrundsubtraktion erfolgte nach Shirley in der Software. Zur Hintergrundbestimmung wurde sorgfältig berücksichtigt, daß kein Effekt eines Satelliten auf den Hauptpeak auftrat und die natürlichste Peakkonfiguration erhalten wurde. Die quantitative Berechnung erfolgte auf der Grundlage von Scofieldschen relativen Empfindlichkeitskoeffizienten in der Software. Das heißt, die durch Messung erhaltene Peakfläche wurde durch den relativen Empfindlichkeitskoeffizienten dividiert, und das Zusammensetzungsverhältnis jedes Elements wurde anhand des resultierenden Quotienten berechnet.
Als Zusammensetzungsverhältnis jedes konstituierenden Elements wurde der Wert des berechneten Zusammensetzungsverhältnisses verwendet, das unabhängig von der Ätzzeit annähernd konstant geworden war.
Die Scofieldschen relativen Empfindlichkeitskoeffizienten sind wie folgt:
Fluor: 4,26
Kohlenstoff: 1,00
Sauerstoff: 2,85
Chrom: 7,60
Die Ätzbedingungen waren wie folgt:
Einsatz als Ionenkanone fand eine zweistufige elektrostatische linsenangeordnete Elektronenbeschuß-Ionenkanone EX05 mit Differentialabzug, und als Steuerung wurde einen Kanonenversorgungseinheit 400X verwendet. Die Vergrößerung der physikalischen Bildeinheit war auf 1 eingestellt.
Zur Messung des Probenstroms kam ein Probenstrommesser 626 zum Einsatz.
Das Ätzen erfolgte im Vakuumbereich von 1 · 10&supmin;&sup7; mbar bis 1 · 10&supmin;&sup6; mbar und im Probenstrombereich von etwa -0,5 uA bis -1,5 uA.
Der Heizstrom betrug 2,4 A, der Emissionsstrom betrug 5 mA bis 10 mA, und die Quellenenergie betrug 3 kV bis 5 kV. Als Ätzgas wurde Argongas verwendet.
Die Ätzzeit war von der Ätzrate des Substrats abhängig. Ätzen und XPS-Spektralmessung erfolgten abwechselnd, bis das Verhältnis des Vorhandenseins jedes speziellen detektierten Elements als annähernd konstant betrachtet wurde.
Es erfolgte keine Ladungskorrektur unter Verwendung einer Elektronenkanone.
Die zuvor beschriebenen Meßbedingungen und Ätzbedingungen in der Erfindung dienen lediglich als Beispiele. Allgemein kann eine Messung gleicher Spektrumqualität unter anderen Bedingungen erfolgen, solange Empfindlichkeit und Auflösungsleistung nicht beeinträchtigt sind.
Mit erneutem Bezug auf die Erfindungsbeschreibung kann bei Einsatz eines Fluoratome enthaltenden Chromverbindungsfilms, der durch das Verfahren der Erfindung gebildet ist, als Halbton-Phasenschieberschicht in Form einer Einzelschicht dieser durch etwa das gleiche Verfahren gemustert werden, das für den lichtblockierenden Film der herkömmlichen Fotomaske zum Einsatz kommt, da der Chromverbindungsfilm in der Erfindung Chromatome in der Matrix hat. Auch im Fall eines Mehrschichtfilms kann bei Verwendung der Fluoratome enthaltenden Chromverbindung in Kombination mit Chrom, Chromoxid, Chromnitrid, Chromoxidnitrid, Chromoxidcarbid, Chromoxidcarbidnitrid usw. das Fotogravieren in einem einzelnen Musterbildungsverfahren durch annähernd das gleiche Verfahren wie bei der herkömmlichen Technologie erreicht werden. Somit läßt sich die Ausbeute verbessern, und die Kosten können gesenkt werden.
Wie zuvor beschrieben wurde, hat die Halbton-Phasenschieberfotomaske der Erfindung auf einem transparenten Substrat eine Halbton-Phasenschieberschicht, die mindestens eine hauptsächlich aus einer Chromverbindung bestehende Schicht aufweist, wobei die Chromverbindung mindestens Fluoratome zusätzlich zu Chromatomen enthält.
In diesem Fall kann die Chromverbindung Atome mindestens eines Elements, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sauerstoff, Kohlenstoff, Schwefel, Stickstoff und Wasserstoff besteht, zusätzlich zu Chrom- und Fluoratomen enthalten. Ferner kann die hauptsächlich aus der Chromverbindung bestehende Schicht andere Verunreinigungsatome als Chrom-, Fluor-, Sauerstoff-, Kohlenstoff-, Schwefel-, Stickstoff- und Wasserstoffatome im Bereich enthalten, in dem die durch Ellipsometrie erhaltene Brechzahl für Belichtungslicht nicht um 0,1 oder mehr geändert wird. Zudem ist die Halbton-Phasenschieberschicht auf dem transparenten Substrat vorzugsweise so gebildet, daß die Phasendifferenz φ, die durch die nachfolgende Gleichung erhalten wird, in den Bereich von mc ± π/3 Radiant fällt (n ist eine ungerade Ganzzahl):
worin φ die Phasenänderung von Licht ist, das senkrecht die Fotomaske durchläuft, die einen auf dem transparenten Substrat gebildeten Mehrschichtfilm (m-2 Schichten) hat, xk,k+1 die an der Grenzfläche zwischen der k-ten Schicht und der (k+1)-ten Schicht auftretende Phasenänderung ist, uk und dk die Brechzahl eines die k-te Schicht bildenden Materials bzw. die Dicke der k-ten Schicht sind und λ die Wellenlänge von Belichtungslicht ist, und wobei die Schicht mit k = 1 als das transparente Substrat angenommen wird und die Schicht mit k = m als Luft angenommen wird.
Ferner liegt der Durchlaßgrad der Halbton-Phasenschieberschicht für Belichtungslicht vorzugsweise im Bereich von 1% bis 50%, wenn der Durchlaßgrad für das Belichtungslicht an einer Öffnung der Halbton-Phasenschieberschicht mit 100% angenommen ist. Außerdem kann die Halbton-Phasenschieberschicht mindestens eine Schicht aus einer Fluor enthaltenden Chromverbindung und eine Schicht aus einem Material aufweisen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chrom, Chromoxid, Chromnitrid, Chromoxidnitrid, Chromoxidcarbid und Chromoxidcarbidnitrid besteht.
Ferner enthält die zuvor beschriebene Chromverbindung vorzugsweise mindestens 100 Fluoratome je 100 Chromatome in der Analyse durch Röntgen-Fotoelektronenspektroskopie. Außerdem ist bevorzugt, daß die Chromverbindung höchstens 150 Sauerstoffatome je 100 Chromatome und/oder höchstens 250 Kohlenstoffatome je 100 Chromatome enthält.
Der Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling der Erfindung hat auf einem transparenten Substrat eine Halbton-Phasenschieberschicht, die mindestens eine hauptsächlich aus einer Chromverbindung bestehende Schicht aufweist, wobei die Chromverbindung mindestens Fluoratome zusätzlich zu Chromatomen enthält.
In diesem Fall kann die Chromverbindung Atome mindestens eines Elements, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sauerstoff, Kohlenstoff, Schwefel, Stickstoff und Wasserstoff besteht, zusätzlich zu Chrom- und Fluoratomen enthalten. Ferner kann die hauptsächlich aus der Chromverbindung bestehende Schicht andere Verunreinigungsatome als Chrom-, Fluor-, Sauerstoff-, Kohlenstoff-, Schwefel-, Stickstoff- und Wasserstoffatome im Bereich enthalten, in dem die durch Ellipsometrie erhaltene Brechzahl für Belichtungslicht nicht um 0,1 oder mehr geändert wird. Ferner ist die Halbton-Phasenschieberschicht auf dem transparenten Substrat vorzugsweise so gebildet, daß die Phasendifferenz φ, die durch die nachfolgende Gleichung erhalten wird, in den Bereich von nπ ± π/3 Radiant fällt (n ist eine ungerade Ganzzahl):
worin φ die Phasenänderung von Licht ist, das senkrecht den Fotomaskenrohling durchläuft, der einen auf dem transparenten Substrat gebildeten Mehrschichtfilm (m-2 Schichten) hat, xk.k+1 die an der Grenzfläche zwischen der k-ten Schicht und der (k+1)-ten Schicht auftretende Phasenänderung ist, uk und dk die Brechzahl eines die k-te Schicht bildenden Materials bzw. die Dicke der k-ten Schicht sind und λ die Wellenlänge von Belichtungslicht ist, und wobei die Schicht mit k = 1 als das transparente Substrat angenommen wird und die Schicht mit k = m als Luft angenommen wird.
Ferner liegt der Durchlaßgrad für Belichtungslicht der Halbton-Phasenschieberschicht vorzugsweise im Bereich von 1% bis 50%, wenn der Durchlaßgrad des transparenten Substrats für das Belichtungslicht mit 100% angenommen ist. Zudem kann die Halbton-Phasenschieberschicht mindestens eine Schicht aus einer Fluor enthaltenden Chromverbindung und eine Schicht auseinem Material aufweisen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chrom, Chromoxid, Chromnitrid, Chromoxidnitrid, Chromogidcarbid und Chromoxidcarbidnitrid besteht.
Ferner enthält die zuvor beschriebene Chromverbindung vorzugsweise mindestens 100 Fluoratome je 100 Chromatome in der Analyse durch Röntgen-Fotoelektronenspektroskopie. Außerdem ist bevorzugt, daß die Chromverbindung höchstens 150 Sauerstoffatome je 100 Chromatome und/oder höchstens 250 Kohlenstoffatome je 100 Chromatome enthält.
Ferner stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings bereit, der auf einem transparenten Substrat eine Halbton-Phasenschieberschicht hat, die mindestens eine Schicht aufweist, die hauptsächlich aus einer Chromverbindung besteht, wobei Chrom aus Metallchrom oder einer Chromverbindung in einem Plasma verdampft oder gesputtert wird, das aus einem Fluoratome enthaltenden Gas erzeugt wird, wodurch auf dem transparenten Substrat eine Schicht gebildet wird, die hauptsächlich aus einer Chromfluoridverbindung besteht.
In diesem Fall kann die Verdampfung von Chrom durch Beschuß mit Elektronen, die durch eine Elektronenkanone beschleunigt werden, oder durch Beschuß mit einem ionisierten Gas bewirkt werden.
Das Plasma, das aus einem Fluoratome enthaltenden Gas hergestellt wird, kann durch Ionisieren eines Fluoratome enthaltenden Gases bei dessen Einleitung in den Raum zwischen der Chromquelle und dem transparenten Substrat oder Einleitung ein zuvor ionisiertes, Fluoratome enthaltendes Gas in den Raum zwischen der Chromquelle und dem transparenten Substrat erzeugt werden. Das Plasma kann auch erzeugt werden, indem ein zuvor ionisiertes Gas in den Raum zwischen der Chromquelle und dem transparenten Substrat eingeleitet wird, während ein Fluoratome enthaltendes Gas in den gleichen Raum eingeleitet wird.
Möglich ist auch, ein zuvor ionisiertes, Fluoratome enthaltendes Gas an der Chromquelle durch den Raum zwischen der Chromquelle und dem transparenten Substrat zu leiten, wodurch Chrom verdampft und auch ein Fluoratome enthaltendes Plasma erzeugt wird, und dadurch auf dem transparenten Substrat eine Schicht zu bilden, die hauptsächlich aus einer Chromfluoridverbindung besteht.
In der Halbton-Phasenschieberfotomaske, dem Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling sowie im Verfahren zur Herstellung des Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings der Erfindung enthält die hauptsächlich aus einer Chromverbindung bestehende Schicht, die zur Bildung einer Halbton-Phasenschieberschicht verwendet wird, mindestens Fluoratome zusätzlich zu Chromatomen. Daher läßt sich ein Durchlaßgrad, der höher als ein vorbestimmter Wert ist, auch bei Belichtung mit einer relativ kurzen Wellenlänge erhalten. Folglich kann die Halbton-Phasenschieberfotomaske der Erfindung zur Belichtung mit tief ultravioletter Strahlung verwendet werden, z. B. Kryptonfluorid-Excimerlaserlicht. Dadurch läßt sich hochauflösende Lithografie realisieren. Da außerdem die Fotomaske durch annähernd das gleiche Verfahren wie bei den herkömmlichen Fotomasken gebildet werden kann, läßt sich die Ausbeute verbessern, und die Kosten können gesenkt werden.
Noch weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind teils offensichtlich und gehen teils aus der Beschreibung hervor.
Somit weist die Erfindung die Merkmale des Aufbaus, Kombinationen aus Elementen sowie die Anordnung von Teilen auf, die als Beispiel im nachfolgend erläuterten Aufbau dargestellt sind, und der Schutzumfang der Erfindung ist in den Ansprüchen festgelegt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1(a) und 1(b) sind Schnittansichten zur Darstellung des Verfahrens zum Erhalten eines Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings im Beispiel 1 gemäß der Erfindung.
Fig. 2(a) bis 2(c) sind Schnittansichten zur Darstellung der Abfolge von Schritten zur Herstellung einer Halbton-Phasenschieberfotomaske im Beispiel 2 gemäß der Erfindung.
Fig. 3(a) bis 3(e) sind Schnittansichten zur Darstellung der Abfolge von Schritten zur Herstellung einer Halbton-Phasenschieberfotomaske im Beispiel 4 gemäß der Erfindung.
Fig. 4(a) bis 4(d) sind Schnittansichten zur Darstellung der Abfolge von Schritten zur Herstellung einer Halbton-Phasenschieberfotomaske im Beispiel 5 gemäß der Erfindung.
Fig. 5 ist ein Diagramm der spektralen Durchlaßgradkurve des Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings im Beispiel 1.
Fig. 6 ist ein Diagramm der spektralen Durchlaßgradkurve des Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings im Beispiel 4.
Fig. 7 ist ein Diagramm der spektralen Durchlaßgradkurve des Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings im Beispiel 5.
Fig. 8 ist ein Diagramm der Werte für die Brechzahl und den Extinktionskoeffizienten, gemessen unter Änderung des Sputtergas-Durchflußverhältnisses.
Fig. 9 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen der zum Bewirken einer Phasenumkehr erforderlichen Filmdicke und dem Sputtergas-Durchflußverhältnis.
Fig. 10 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Durchlaßgrad und dem Sputtergas-Durchflußverhältnis.
Fig. 11(a), 11(b) und 11(c) sind Diagramme der Beziehungen zwischen den Anzahlen vorhandener Fluor-, Kohlenstoff- und Sauerstoffatome gegenüber der Anzahl von Chromatomen einerseits und dem Sputtergas-Durchflußverhältnis andererseits.
Fig. 12 zeigt ein Beispiel für ein System, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings verwendet wird.
Fig. 13 zeigt ein weiteres System, das für das Verfahren zur Herstellung eines Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings der Erfindung einsetzbar ist.
Fig. 14 zeigt noch ein weiteres System, das für das Verfahren zur Herstellung eines Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings der Erfindung einsetzbar ist.
Fig. 15 ist ein Diagramm des Durchlaßgrads eines im Beispiel 6 der Erfindung erhaltenen, Fluoratome enthaltenden Chromverbindungsfilms.
Fig. 16(a) bis 16(d) zeigen das Prinzip der Halbton-Phasenschieberlithografie.
Fig. 17(a) bis 17(d) zeigen ein herkömmliches Lithografieverfahren.
Fig. 18 ist ein Diagramm der spektralen Durchlaßgradkurve eines Chromoxidfilms.
Es folgt eine Beschreibung von Beispielen für die Halbton-Phasenschieberfotomaske, den Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling und das Verfahren zur Herstellung des Halbton- Phasenschieberfotomaskenrohlings gemäß der Erfindung:

[Beispiel 1]

Im folgenden wird ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling anhand von Fig. 1(a) und 1(b) beschrieben. Gemäß Fig. 1(a) wurde auf einem spiegelpolierten Siliziumwafer 401 ein Chromverbindungsfilm 402 in einer Dicke von etwa 30 nm durch Sputtern unter den folgenden Bedingungen gebildet, wodurch eine Probe 407 zur Ellipsometrie erhalten wurde:
Filmbildungssystem: planares GS-Magnetronsputtersystem Target: Metallchrom
Gas und Durchfluß: Argongas mit 76 Normkubikzentimeter je Minute + Schwefelhexafluoridgas mit 24 Normkubikzentimeter je Minute
Sputterdruck: etwa 3 mTorr
Sputterstrom: 6 A
Als nächstes erfolgte eine Messung der Probe 407 auf die Brechzahl u und den Extinktionskoeffizienten k bei der KrF- Excimerlaserwellenlänge (248 nm) mit einem handelsüblichen Spektroellipsometer (Es-4 G, hergestellt von Sopra). Die Ergebnisse lauteten u = 1, 996 und k = 0, 437. Unter Behandlung der Probe 407 als Metallfilm gemäß der vorgenannten Darstellung in M. Born, E. Wolf, "Principles of Optics", Seiten 628 bis 632 wurde eine erforderliche Filmdicke für eine 180º- Phasenverschiebung von Durchlaßlicht der Wellenlänge 248 nm durch den Film bei Ausbildung auf einem hochreinen synthetischen Quarzsubstrat berechnet, das als Fotomaskensubstrat verwendet wurde. Bestimmungsgemäß betrug die erforderliche Filmdicke 130 nm.
Folglich wurde gemäß Fig. 1(b) ein Chromverbindungsfilm 404 in einer Dicke von etwa 130 nm auf einem optisch polierten, zufriedenstellend gereinigten hochreinen synthetischen Quarzsubstrat 403 unter den zuvor beschriebenen Filmbildungsbedingungen gebildet, wodurch ein erfindungsgemäßer Halbton- Phasenschieberfotomaskenrohling 408 erhalten wurde, bei dem der Durchlaßgrad für Licht der Wellenlänge 248 nm etwa 5% betrug. Die spektrale Durchlaßgradkurve dieses Rohlings ist im Diagramm von Fig. 5 gezeigt.

[Beispiel 2]

Im folgenden wird ein Beispiel für die erfindungsgemäße Halbton-Phasenschieberfotomaske anhand von Fig. 2(a) bis 2(c) erläutert, die den Verfahrensablauf zu ihrer Herstellung zeigen.
Gemäß Fig. 2(a) wurde die Oberfläche des im Beispiel 1 erhaltenen Rohlings 501 mit einem gewünschten Resistmuster 502 aus einem Material, das einen organischen Stoff als Hauptkomponente enthielt, durch herkömmliche Elektronenstrahllithografie oder Fotolithografie versehen. Als nächstes wurde gemäß Fig. 2(b) der halbtransparente Film an den Öffnungen im Resistmuster einem HF-(Hochfrequenz)-Plasma unter Verwendung eines Mischgases aus CH&sub2;Cl&sub2; : O&sub2; = 1 : 2,5 unter dem Druck von 0,3 Torr ausgesetzt, um selektives Trockenätzen zu bewirken, wodurch ein gewünschtes halbtransparentes Filmmuster 503 erhalten wurde. Abschließend wurde das restliche Resist 504 durch ein herkömmliches Verfahren entfernt, wodurch eine Halbton-Phasenschieberfotomaske 505 der Erfindung gemäß Fig. 2(c) erhalten wurde, bei der der Durchlaßgrad des Halbton-Phasenschieberabschnitts für Licht der Wellenlänge 248 nm 5% betrug. Zu beachten ist, daß die Halbton-Phasenschieberfotomaske 505 im Hinblick auf alle Anforderungen praktikabel war, d. h. Maßgenauigkeit der geätzten Abschnitte, Quer schnittkonfiguration, Filmdickenverteilung, Durchlaßgradverteilung, Haftung des Films am Substrat usw.

[Beispiel 3]

Im folgenden wird ein weiteres Beispiel für die erfindungsgemäße Halbton-Phasenschieberfotomaske erläutert. Eine wie im Beispiel 2 erhaltene Halbton-Phasenschieberfotomaske wurde 1 Stunde bei 200ºC in einem Konvektionsofen mit einer Luftatmosphäre erwärmt. Als Ergebnis änderte sich der Durchlaßgrad des Halbton-Phasenschieberabschnitts für Licht der Wellenlänge 248 nm von etwa 5% auf etwa 8%. Die Halbton- Phasenschieberfotomaske war ebenfalls im Hinblick auf alle Anforderungen, d. h. Maßgenauigkeit der geätzten Abschnitte, Querschnittkonfiguration, Filmdickenverteilung, Durchlaßgradverteilung, Haftung des Films am Substrat usw., in jeder Stufe des Verfahrens zur Durchlaßgradänderung praktikabel.

[Beispiel 4]

Im folgenden wird ein weiteres Beispiel für einen erfindungsgemäßen einschichtigen Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling anhand von Fig. 3(a) bis 3(e) beschrieben, in denen der Verfahrensablauf für seine Herstellung gezeigt ist.
Gemäß Fig. 3(a) wurde auf einem spiegelpolierten Siliziumwafer 1401 ein Fluoratome enthaltender Chromverbindungsfilm 1402 in einer Dicke von etwa 50 nm durch Sputtern unter den folgenden Bedingungen gebildet, wodurch eine Probe 1407 zur Ellipsometrie erhalten wurde:
Filmbildungssystem: planares GS-Magnetronsputtersystem
Target: Metallchrom
Gas und Durchfluß: Argongas mit 76 Normkubikzentimeter je Minute + Kohlenstofftetrafluoridgas mit 24 Normkubikzentimeter je Minute
Sputterdruck: etwa 4 mTorr
Sputterstrom: 6 A
Als nächstes erfolgte eine Messung der Probe 1407 auf die Brechzahl u und den Extinktionskoeffizienten k bei der Wellenlänge 250 nm mit einem handelsüblichen Spektroellipsometer (Es-4 G, hergestellt von Sopra). Die Ergebnisse lauteten u = 1,678 und k = 0,169. Unter Behandlung der Probe 1407 als Metallfilm gemäß der vorgenannten Darstellung in M. Botn, E. Wolf, "Principles of Optics", Seiten 628 bis 632 wurde eine erforderliche Filmdicke für eine 180º-Phasenverschiebung von Durchlaßlicht der Wellenlänge 250 nm durch den Film bei Ausbildung auf einem hochreinen synthetischen Quarzsubstrat berechnet, das als Fotomaskensubstrat verwendet wurde. Bestimmungsgemäß betrug die erforderliche Filmdicke 185 nm.
Folglich wurde gemäß Fig. 3(b) ein Chromverbindungsfilm 1404 in einer Dicke von etwa 180 nm auf einem optisch polierten, zufriedenstellend gereinigten hochreinen synthetischen Quarzsubstrat 1403 unter den zuvor beschriebenen Filmbildungsbedingungen gebildet, wodurch ein erfindungsgemäßer einschichtiger Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling 1408 erhalten wurde, bei dem der Durchlaßgrad für Licht der Wellenlänge 250 nm etwa 10,5% betrug. Die spektrale Durchlaßgradkurve dieses Rohlings ist im Diagramm von Fig. 6 gezeigt.
Danach wurde gemäß Fig. 3(c) die Oberfläche des gemäß der vorstehenden Beschreibung erhaltenen Rohlings mit einem gewünschten Resistmuster 1405 aus einem Material, das einen organischen Stoff als Hauptkomponente enthielt, durch herkömmliche Elektronenstrahllithografie oder Fotolithografie versehen. Als nächstes wurde gemäß Fig. 3(d) der halbtransparente Film an den Öffnungen im Resistmuster einem HF-Plasma unter Verwendung eines Mischgases aus CH&sub2;Cl&sub2; : O&sub2; = 1 : 2,5 unter dem Druck von 0,3 Torr ausgesetzt, um selektives Trockenätzen zu bewirken, wodurch ein gewünschtes halbtransparentes Filmmuster 1406 erhalten wurde. Hierbei betrug die Ätzrate des Chromverbindungsfilms etwa 0,6 nm/s. Abschließend wurde das restliche Resist durch ein herkömmliches Verfahren entfernt, wodurch eine einschichtige Halbton-Phasenschieberfotomaske 1409 der Erfindung gemäß Fig. 3(e) erhalten wurde.
Die einschichtige Halbton-Phasenschieberfotomaske war ebenfalls im Hinblick auf alle Anforderungen praktikabel, d. h. Maßgenauigkeit der geätzten Abschnitte, Querschnittkonfiguration, Filmdickenverteilung, Durchlaßgradverteilung, Haftung des Films am Substrat usw.

[Beispiel 5]

Im folgenden wird ein Beispiel für eine erfindungsgemäße mehrschichtige Halbton-Phasenschieberfotomaske anhand von Fig. 4(a) bis 4(d) beschrieben, die den Verfahrensablauf zu ihrer Herstellung zeigen.
Gemäß Fig. 4(a) wurde auf einem synthetischen Quarzsubstrat 1601 für eine Fotomaske ein Metallchromfilm 1602 in einer Dicke von etwa 40 nm durch Sputtern unter den folgenden Bedingungen gebildet:
Filmbildungssystem: planares GS-Magnetronsputtersystem Target: Metallchrom
Gas und Durchfluß: Argongas mit 100 Normkubikzentimeter je Minute
Sputterdruck: etwa 3 mTorr
Sputterstrom: 6 A
Als nächstes wurde ein Fluoratome enthaltender Chromverbindungsfilm 1603 auf dem Metallchromfilm 1602 in der gleichen Dicke unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 4 gebildet, wodurch ein mehrschichtiger Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling 1604 der Erfindung erhalten wurde. Die spektrale Durchlaßgradkurve des Rohlings 1604 ist in Fig. 7 gezeigt. Der Durchlaßgrad des Rohlings 1604 bei der Wellenlänge 248 nm betrug 5,5%.
Gemäß Fig. 4(b) wurde die Oberfläche des Rohlings 1604 mit einem gewünschten Resistmuster 1605 aus einem Material, das einen organischen Stoff als Hauptkomponente enthielt, durch herkömmliche Elektronenstrahllithografie oder Fotolithografie versehen. Als nächstes wurde gemäß Fig. 4(c) der mehrschichtige Halbton-Phasenschieberfilm an den Öffnungen im Resistmuster einem HF-Plasma unter Verwendung eines Mischgases aus CH&sub2;Cl&sub2; : O&sub2; = 1 : 2,5 unter dem Druck von 0,3 Torr ausgesetzt, um selektives Trockenätzen in einem Verfahren zu bewirken, wodurch ein gewünschtes halbtransparentes Filmmuster 1606 erhalten wurde. Abschließend wurde das restliche Resist durch ein herkömmliches Verfahren entfernt, wodurch eine mehrschichtige Halbton-Phasenschieberfotomaske 1607 der Erfindung gemäß Fig. 4(d) erhalten wurde.
Da die Fluoratome enthaltende Chromverbindungsschicht 1603 Chromatome als Matrix auf die gleiche Weise wie der Metallchromfilm 1602 hat, sind die Ätzkennwerte der Chromverbindungsschicht 1603 und des Metallfilms 1602 im wesentlichen gleich. Folglich sind die Musterverarbeitungskennwerte der mehrschichtigen Halbton-Phasenschieberfotomaske annähernd die gleichen wie die der einschichtigen Halbton-Phasenschieberfotomaske von Beispiel 4.
Auch die mehrschichtige Halbton-Phasenschieberfotomaske war im Hinblick auf alle Anforderungen praktikabel, d. h. Maßgenauigkeit der geätzten Abschnitte, Querschnittkonfiguration, Filmdickenverteilung, Durchlaßgradverteilung, Haftung des Films am Substrat usw.
Im folgenden wird das Verfahren zur Herstellung des Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings als Beispiele 6 und 7 beschrieben. Vor der Beschreibung der Beispiele werden einige Beispiele für ein System erläutert, das zur Durchführung des Herstellungsverfahrens der Erfindung zum Einsatz kommt.
Fig. 12 zeigt ein Beispiel für ein System, das zur Herstellung des Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings der Erfindung verwendet wird. Gemäß Fig. 12 ist ein Vakuumtank 601 mit einem Evakuierungssystem über ein Drosselventil 602 verbunden. Eine Chromverdainpfungsquelle 603, eine Elektronenkanone 604 und ein Fotomaskensubstrat 605 sind in der Vakuumkammer 601 angeordnet. Die Bezugszahl 606 bezeichnet einen Reaktionsgas-Zufuhranschluß und 607 eine HF-Stromzufuhrspule.
Bei geöffnetem Drosselventil 602 wird das Innere der Vakuumkammer 601 auf einen vorbestimmten Vakuumgrad evakuiert. Danach wird Rohlenstofftetrafluorid in die Vakuumkammer 601 durch den Zufuhranschluß 606 eingeleitet, wobei der Durchfluß durch eine Massendurchflußsteuerung 608 gesteuert wird. Als nächstes wird der Druck in der Vakuumkammer 601 auf einen zum Erzeugen eines Plasmas geeigneten Vakuumgrad gesteuert, indem das Drosselventil 602 gesteuert wird, und ein HF-Strom wird zur Spule 607 geführt, wodurch ein Plasma im Raum zwischen dem Substrat 605 und der Verdampfungsquelle 603 erzeugt wird. Anschließend werden beschleunigte Elektronen aus der Elektronenkanone 604 auf die Verdampfungsquelle 603 aus Reinmetall chrom gerichtet, um die Chromverdampfung einzuleiten. Nach Stabilisierung des Elektronenemissionszustands und des Plasmaentladungszustands wird eine das Substrat 605 abdeckende Blende 609 geöffnet, um die Filmbildung einzuleiten, wodurch ein Film in einer vorbestimmten Dicke gebildet wird.
Fig. 13 zeigt ein weiteres Beispiel für ein System, das zur Herstellung des Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings der Erfindung verwendet wird. Eine Vakuumkammer 701 hat die gleiche Anordnung wie die Vakuumkammer 601 von Fig. 12 mit der Ausnahme, daß sie mit einer Ionenkanone 704 ausgerüstet ist. Die Ionenkanone 704 ionisiert ein Gas, das in die Kammer 701 aus einem Trägergas-Einlaßanschluß 707 geführt wird, wodurch ein Trägergasplasma im Raum zwischen der Chromverdampfungsquelle 703 und dem Fotomaskensubstrat 705 erzeugt wird. Außerdem richtet die Ionenkanone 704 das ionisierte Gas auf die Chromverdampfungsquelle 703, um Chrom zu verdampfen.
Bei der Herstellung eines Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings durch dieses System wird das Drosselventil 702 geöffnet, und das Innere der Vakuumkammer 701 wird auf einen vorbestimmten Vakuumgrad evakuiert. Danach wird Argon in die Vakuumkammer 701 geleitet, wobei der Durchfluß durch die Massendurchflußsteuerung 710 gesteuert wird. Außerdem wird der Druck auf einen zum Erzeugen eines Plasmas geeigneten Wert gesteuert, indem das Drosselventil 702 gesteuert wird. Anschließend wird ein elektrischer Strom zum Heizfaden in der Ionenkanone 704 geführt, und eine Spannung wird an der Ionenstrahl-Entnahmeelektrode angelegt, wodurch die Ionenkanone 704 durchströmendes Argon ionisiert und so ein Argonplasma in der Vakuumkammer 701 erzeugt wird. Eine Bündelungsspule 711 steuert die Verteilung des Plasmas. Als nächstes wird Kohlenstofftetrafluorid in die Vakuumkammer 701 aus dem Gaszufuhranschluß 706 eingeleitet, wobei der Durchfluß durch die Massendurchflußsteuerung 708 gesteuert wird. Nach Stabilisierung des Plasmas wird die Blende 709 geöffnet, um die Filmbildung auf dem Substrat 705 einzuleiten.
Fig. 14 veranschaulicht noch ein weiteres Beispiel für ein System, das zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung des Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings der Erfin dung zum Einsatz kommt. Eine Vakuumkammer 801 hat die gleiche Anordnung wie die Vakuumkammer 601 von Fig. 12 mit der Ausnahme, daß sie mit einer Ionenkanone 804 ausgerüstet ist. Die Ionenkanone 804 ionisiert ein Gas, das in die Vakuumkammer 801 aus einem Trägergas-Einlaßanschluß 807 geführt wird, wodurch ein Trägergasplasma im Raum zwischen dem Chromtarget 803 und dem Fotomaskensubstrat 805 erzeugt wird. Die Massendurchflußsteuerung 808 führt ein Fluoratome enthaltendes Gas in die Vakuumkammer 801 aus dem Gaszufuhranschluß 806, während sie den Durchfluß wie im System von Fig. 13 steuert. Eine HF- oder Gleichspannung wird zwischen dem Chromtarget 803 und dem Fotomaskensubstrat 805 von einer Stromversorgung 812 angelegt, um Chromteilchen durch Sputtern zu erzeugen. Die Chromteilchen können mit dem Fluoratome enthaltenden Gasplasma reagieren, wodurch ein Fluoratome enthaltender Chromverbindungsfilm auf dem Fotomaskensubstrat 805 gebildet wird.

[Beispiel 6]

Unter Verwendung des Systems von Fig. 12 wurde ein Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling hergestellt. Bei geöffneten Drosselventil 602 wurde das Innere der Vakuumkammer 601 auf 1 g 10&supmin;&sup5; Torr evakuiert. Anschließend wurde Kohlenstofftetrafluoridgas in die Vakuumkammer 601 durch den Zufuhranschluß 606 eingeleitet, wobei der Durchfluß durch die Massendurchflußsteuerung 608 auf 100 Normkubikzentimeter je Minute gesteuert wurde. Als nächstes wurde der Druck in der Vakuumkammer 601 auf 5 · 10&supmin;³ Torr gesteuert, indem das Drosselventil 602 gesteuert wurde, und ein HF-Strom (13,56 MHz) mit 150 W wurde zur Spule 607 geführt, wodurch ein Plasma im Raum zwischen dem Substrat 605 und der Verdampfungsquelle 603 erzeugt wurde. Anschließend wurden beschleunigte Elektronen aus der Elektronenkanone 604 auf die Verdampfungsquelle 603 aus Reinmetallchrom gerichtet, um die Chromverdampfung einzuleiten. Nach Stabilisierung des Elektronenemissionszustands und des Plasmaentladungszustands wurde die das Substrat 605 abdeckende Blende 609 geöffnet, um die Filmbildung einzuleiten. Hierbei wurde die Filmbildungsrate unter Verwendung eines Quarzfilmdicken-Kontrollgeräts überwacht. Die Filmbildungsrate betrug 0,5 nm je Sekunde.
Unter den zuvor beschriebenen Bedingungen wurde ein Film mit etwa 50 nm auf einen Siliziumwafer abgeschieden, und die optische Konstante des Films bei der KrF-Excimerlaserwellenlänge (248 nm) wurde durch Ellipsometrie bestimmt. Die Ergebnisse lauteten u = 1,723 und k = 0,2255. Unter Behandlung des Films als Metallfilm gemäß M. Born, E. Wolf, "Principles of Optics", Seiten 628 bis 632 wurde eine erforderliche Filmdicke für eine 180º-Phasenverschiebung von Durchlaßlicht der Wellenlänge 248 nm durch den Film bei Ausbildung auf einem Fotomaskensubstrat berechnet. Bestimmungsgemäß betrug die erforderliche Filmdicke 170 nm.
Bei der Messung des erhaltenen, Fluoratome enthaltenden Chromverbindungsfilms durch Röntgen-Elektronenspektroskopie (ESCALAB210, hergestellt von VG SCIENTIFIC) betrug das Verhältnis der Anzahl von Chromatomen zur Anzahl von Fluoratomen 1 : 2.
Ein Fluoratome enthaltender Chromverbindungsfilm wurde mit etwa 170 n.m auf einem optisch polierten, zufriedenstellend gereinigten hochreinen synthetischen Quarzsubstrat unter den gleichen Bedingungen wie zuvor ausgebildet. Der Durchlaßgrad dieses Films ist im Diagramm von Fig. 15 gezeigt. Zu beachten ist, daß der Durchlaßgrad für Licht der Wellenlänge 248 nm etwa 10,5% betrug. Aus dem Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling kann eine Maske durch annähernd das gleiche Verfahren wie im Fall der herkömmlichen Fotomasken gebildet werden. Somit kann der Rohling in eine ausgezeichnete Halbton-Phasenschieberfotomaske zur KrF-Excimerlaserbelichtung verarbeitet werden.

[Beispiel 7]

Mit dem System von Fig. 13 wurde ein Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling der Erfindung hergestellt.
Bei geöffneten Drosselventil 702 wurde das Innere der Vakuumkammer 701 auf 1 · 10&supmin;&sup5; Torr evakuiert. Anschließend wurde Argon in die Vakuumkammer 701 geleitet, wobei der Durchfluß durch die Massendurchflußsteuerung 710 auf 50 Normkubikzentimeter je Minute gesteuert wurde. Hierbei wurde der Druck auf 5 g 10&supmin;³ Torr gesteuert, indem das Drosselventil 702 gesteuert wurde. Anschließend wurde ein elektrischer Strom zum Heizfaden in der Ionenkanone 704 geführt, und eine Spannung wurde an der Ionenstrahl-Entnahmeelektrode angelegt, wodurch die Ionenkanone 704 durchströmendes Argon ionisiert, und dadurch ein Argonplasma in der Vakuumkammer 701 erzeugt wurde. Die Plasmaverteilung wurde durch die Bündelungsspule 711 gesteuert. Als nächstes wurde Kohlenstofftetrafluorid in die Vakuumkammer 701 aus dem Gaszufuhranschluß 706 eingeleitet, wobei der Durchfluß durch die Massendurchflußsteuerung 708 auf 50 Normkubikzentimeter je Minute gesteuert wurde. Nach Stabilisierung des Plasmas wurde die Blende 709 geöffnet, um die Filmbildung auf dem Substrat 705 einzuleiten.
Der durch dieses Verfahren gebildete, Fluoratome enthaltende Chromverbindungsfilm zeigte etwa die gleichen Kennwerte wie der im Beispiel 6 gebildete Film. Daher diente der Film als ausgezeichneter Schieber für eine Halbton-Phasenschieberfotomaske.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, enthält bei der Halbton-Phasenschieberfotomaske, dem Halbton- Phasenschieberfotomaskenrohling und dem Herstellungsverfahren für den Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling der Erfindung die hauptsächlich aus einer Chromverbindung bestehende Schicht, die zur Bildung einer Halbton-Phasenschieberschicht zum Einsatz kommt, mindestens Fluoratome zusätzlich zu Chromatomen. Daher läßt sich ein Durchlaßgrad, der höher als ein vorbestimmter Wert ist, auch bei Belichtung mit einer relativ kurzen Wellenlänge erhalten. Folglich kann die Halbton-Phasenschieberfotomaske der Erfindung zur Belichtung mit tief ultravioletter Strahlung verwendet werden, z. B. Kryptonfluorid-Excimerlaserlicht. Damit läßt sich hochauflösende Lithografie realisieren. Da außerdem die Fotomaske durch annähernd das gleiche Verfahren wie bei den herkömmlichen Fotomasken gebildet werden kann, läßt sich die Ausbeute verbessern, und die Kosten können gesenkt werden.

Claims

1. Halbton-Phasenschieberfotomaske, die auf einem transparenten Substrat eine Halbton-Phasenschieberschicht hat, die mindestens eine Schicht aufweist, die hauptsächlich aus einer Chromverbindung besteht,

wobei die Chromverbindung mindestens Fluoratome zusätzlich zu Chromatomen aufweist, und

wobei die Halbton-Phasenschieberschicht auf dem transparenten Substrat so gebildet ist, daß die Phasendifferenz φ, die durch die nachfolgende Gleichung erhalten wird, in den Bereich von nπ ± π/3 Radiant fällt (n ist eine ungerade Ganzzahl):

worin φ die Phasenänderung von Licht ist, das senkrecht die Fotomaske durchläuft, die einen auf dem transparenten Substrat gebildeten Mehrschichtfilm (m-2 Schichten) hat, xk,k+1 die an der Grenzfläche zwischen der k-ten Schicht und der (k+1)-ten Schicht auftretende Phasenänderung ist, uk und dk die Brechzahl eines die k-te Schicht bildenden Materials bzw. die Dicke der k-ten Schicht sind und λ die Wellenlänge von Belichtungslicht ist, und wobei die Schicht mit k = 1 als das transparente Substrat angenommen wird, und die Schicht mit k = m als Luft angenommen wird.

2. Halbton-Phasenschieberfotomaske nach Anspruch 1, wobei die Chromverbindung Atome mindestens eines Elements, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sauerstoff, Kohlenstoff, Schwefel, Stickstoff und Wasserstoff besteht, zusätzlich zu Chrom- und Fluoratomen enthält.

3. Halbton-Phasenschieberfotornaske nach Anspruch 1 oder 2, wobei die hauptsächlich aus der Chromverbindung bestehende Schicht andere Verunreinigungsatome als Chrom-, Fluor-, Sauerstoff-, Kohlenstoff-, Schwefel-, Stickstoff- und Wasserstoffatome im Bereich enthält, in dem die durch Ellipsometrie erhaltene Brechzahl für Belichtungslicht nicht um 0,1 oder mehr geändert wird.

4. Halbton-Phasenschieberfotomaske nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Durchlaßgrad der Halbton-Phasenschieberschicht für Belichtungslicht im Bereich von 1% bis 50% liegt, wenn der Durchlaßgrad für das Belichtungslicht an einer Öffnung der Halbton-Phasenschieberschicht mit 100% angenommen ist.

5. Halbton-Phasenschieberfotomaske nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Halbton-Phasenschieberschicht mindestens eine Schicht aus einer Fluor enthaltenden Chromverbindung und eine Schicht aus einem Material aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chrom, Chromoxid, Chromnitrid, Chromoxidnitrid, Chromoxidcarbid und Chromoxidcarbidnitrid besteht.

6. Halbton-Phasenschieberfotomaske nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Chromverbindung mindestens 100 Fluoratome je 100 Chromatome in der Analyse durch Röntgen- Photoelektronenspektroskopie enthält.

7. Halbton-Phasenschieberfotomaske nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Chromverbindung höchstens 150 Sauerstoffatome je 100 Chromatome in der Analyse durch Röntgen-Photoelektronenspektroskopie enthält.

8. Halbton-Phasenschieberfotomaske nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Chromverbindung höchstens 250 Kohlenstoffatome je 100 Chromatome in der Analyse durch Röntgen-Photoelektronenspektroskopie enthält.

9. Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling für eine Halbton-Phasenschieberfotomaske, insbesondere eine Fotomaske nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Rohling auf einem transparenten Substrat eine Halbton-Phasenschieberschicht hat, die mindestens eine Schicht aufweist, die hauptsächlich aus einer Chromverbindung besteht, wobei die Chromverbindung mindestens Fluoratome zusätzlich zu Chromatomen aufweist, und

wobei die Halbton-Phasenschieberschicht auf dem transparenten Substrat so gebildet ist, daß die Phasendifferenz φ, die durch die nachfolgende Gleichung erhalten wird, in den Bereich von nπ ± π/3 Radiant fällt (.n ist eine ungerade Ganzzahl):

worin φ die Phasenänderung von Licht ist, das senkrecht die Fotomaske durchläuft, die einen auf dem transparenten Substrat gebildeten Mehrschichtfilm (m-2 Schichten) hat, gk,k+1 die an der Grenzfläche zwischen der k-ten Schicht und der (k+1)-ten Schicht auftretende Phasenänderung ist, uk und dk die Brechzahl eines die k-te Schicht bildenden Materials bzw. die Dicke der k-ten Schicht sind und λ die Wellenlänge von Belichtungslicht ist, und wobei die Schicht mit k = 1 als das transparente Substrat angenommen wird und die Schicht mit k = m als Luft angenommen wird.

10. Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling nach Anspruch 9, wobei der Durchlaßgrad der Halbton-Phasenschieberschicht für Belichtungslicht im Bereich von 1% bis 50% liegt, wenn der Durchlaßgrad des transparenten Substrats für das Belichtungslicht mit 100% angenommen ist.

11. Verfahren zur Herstellung eines Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings nach Anspruch 9 oder 10, wobei Chrom aus Metallchrom oder einer Chromverbindung in einem Plasma verdampft oder gesputtert wird, das aus einem Fluoratome enthaltenden Gas erzeugt wird, wodurch auf dem transparenten Substrat eine Schicht gebildet wird, die hauptsächlich aus einer Chromfluoridverbindung besteht.

12. Verfahren zur Herstellung eines Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings nach Anspruch 11, wobei die Verdampfung von Chrom durch Beschuß mit Elektronen, die durch eine Elektronenkanone beschleunigt werden, oder durch Beschuß mit einem ionisierten Gas bewirkt wird.

13. Verfahren zur Herstellung eines Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Plasma, das aus einem Fluoratome enthaltenden Gas hergestellt wird, durch Ionisieren eines Fluoratome enthaltenden Gases bei dessen Einleitung in einen Raum zwischen der Chromquelle und dem transparenten Substrat erzeugt wird.

14. Verfahren zur Herstellung eines Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Plasma, das aus einem Fluoratome enthaltenden Gas hergestellt wird, durch Einleiten eines zuvor ionisierten, Fluoratome enthaltenden Gases in einen Raum zwischen der Chromquelle und dem transparenten Substrat erzeugt wird.

15. Verfahren zur Herstellung eines Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Plasma, das aus einem Fluoratome enthaltenden Gas hergestellt wird, durch Einleiten eines zuvor ionisierten Gases in einen Raum zwischen der Chromquelle und dem transparenten Substrat erzeugt wird, während ein Fluoratome enthaltendes Gas in den gleichen Raum eingeleitet wird.

16. Verfahren zur Herstellung eines Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings nach Anspruch 11, wobei ein zuvor ionisiertes, Fluoratome enthaltendes Gas auf die Chromquelle durch einen Raum zwischen der Chromquelle und dem transparenten Substrat gerichtet wird, wodurch Chrom verdampft und auch ein Fluoratome enthaltendes Plasma erzeugt und damit auf dem transparenten Substrat eine Schicht gebildet wird, die hauptsächlich aus einer Chromfluoridverbindung besteht.