DE69725438T2

DE69725438T2 - Dämpfende eingebettete blankophasenverschiebungsmasken

Info

Publication number: DE69725438T2
Application number: DE69725438T
Authority: DE
Inventors: Francis Peter CARCIA; Harquail Roger FRENCH
Original assignee: DuPont Photomasks Inc
Current assignee: Toppan Photomasks Inc
Priority date: 1996-05-20
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2017-05-10
Also published as: US5897977A; CN1220742A; JP2000511301A; EP0900411B1; WO1997044710A1; ATE251766T1; DE69725438D1; TW334525B; CN1311292C; JP3938940B2; EP0900411A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Phasenverschiebungsphotomaskenblanks bei Photolithographie mit Licht kurzer Wellenlänge (d. h. < 400 nm). Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf Phasenverschiebungsphotomaskenblanks, die die Phase von Durchlicht um 180° relativ zu Licht, das sich bei derselben Weglänge in Luft ausbreitet, dämpfen und verändern. Derartige Photomaskenblanks sind im Stand der Technik als dämpfende (eingebettete) Phasenverschiebungsphotomaskenblanks oder Halbton-Phasenverschiebungsphotomaskenblanks allgemein bekannt. Noch spezieller schlägt diese Erfindung neue dämpfende, eingebettete Phasenverschiebungsphotomaskenblanks vor, deren optische Eigenschaften bei irgendeiner Wellenlänge durch Mehrschichtenbildung ultradünner UV-transparenter Schichten, periodisch oder aperiodisch, mit ultradünnen UV-absorbierenden Schichten entwickelt werden.
Die Elektronikindustrie versucht, die Photolithographie zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen hoher Dichte auf kritische Dimensionen von 0,25 μm und kleiner auszudehnen. Um dies zu erreichen, werden lithographische Photomaskenblanks benötigt, um mit Licht mit kurzer Wellenlänge, d. h. < 400 nm, zu arbeiten. Zwei Wellenlängen, die auf zukünftige Photolithographie abzielen, sind 248 nm (KrF-Laserwellenlänge) und 193 nm (ArF-Laserwellenlänge). Eine Phasenverschiebungsmaske verstärkt den gemusterten Kontrast von kleinen Schaltkreismerkmalen durch zerstörende, optische Interferenz.
Das Konzept eines Phasenverschiebungsphotomaskenblanks, der Licht dämpft und dessen Phase verändert, wurde von H. I. Smith in US 4,890,309 ("Lithography Mask with a π-Phase Shifting Attenuator") offenbart. Bekannte dämpfende, eingebettete Phasenverschiebungsphotomaskenblanks fallen hauptsächlich in zwei Kategorien: (1) Cr-basierende Photomaskenblanks, die Cr, Cr-oxid, Cr-carbid, Cr-nitrid, Cr-fluorid oder Kombinationen davon enthalten; und (2) SiO₂- oder Si₃N₄-basierende Photomaskenblanks, die SiO₂ oder Si₃N₄ zusammen mit einem überwiegend opaken Material, wie MoN oder MoSi₂, enthalten. Im allgemeinen beziehen sich die letzteren Materialien generisch auf ,MoOSiN'. Cr-basierende Photomaskenblanks weisen den Vorteil auf, daß sie chemisch haltbar sind, und die meisten der bekannten Verarbeitungsschritte, die für opake Cr-Photomaskenblanks entwickelt wurden, verwenden können. Die zweite Kategorie von Photomaskenblanks, die auf SiO₂ oder Si₃N₄ basieren, nutzen ihre Transparenz in Deep-UV und die Leichtigkeit des Trockenätzens mit der harmloseren fluorbasierenden Chemie. Jedoch macht die Notwendigkeit, Photomaskenblanks für noch kürzere Wellenlängen (< 200 nm) zu entwickeln, Cr-Chemien weniger wünschenswert, da Photomaskenblanks, die ausschließlich auf Cr (d. h. Oxiden, Nitriden, Carbiden, Fluoriden oder Kombinationen davon) basieren, bei derartigen Wellenlängen zu optisch absorbierend sind. Der Nachteil von ,MoSi-ON'-Photomaskenblanks in diesem kurzen Wellenlängenregime ist, daß sie zu Si-reich sind und folglich schlechte Ätzselektivität bezogen auf das Quarzsubstrat (SiO₂) aufweisen. Daher erfordern sie einen Ätzstopp, eine zusätzliche Schicht eines Materials, das in einem Fluorätzmittel schlecht ätzt.
Außerdem gibt es Verweise in der Literatur auf dämpfende, eingebettete Phasenverschiebungsphotomaskenblanks, die hydrierte, amorphe Kohlenstoffschichten, Tantal und dessen Verbindungen mit einer Schicht aus Cr-Metall, oder ein oder mehrere Schichten, die aus einer Hafniumverbindung bestehen, umfassen.
Praktische Phasenverschiebungsphotomaskenblanks erfordern abstimmbare Durchlässigkeit bei der Betriebswellenlänge (< 400 nm) und bei der Beobachtungswellenlänge (typischerweise 488 nm). Weitere wünschenswerte Eigenschaften umfassen elektrische Leitfähigkeit, damit Elektronenstrahlmusterung ermöglicht wird, Trockenätzfähigkeit mit Selektivität zum Photoresist und Quarzsubstrat, Umwelt-, chemische und Strahlungsstabilität. Es würde ebenso vorteilhaft sein, wenn dasselbe Verfahren verwendet werden könnte, um Photomaskenblanks mit den benötigten optischen Eigenschaften bei unterschiedlichen Wellenlängen herzustellen.
Es ist in der Technik bekannt, die Chemie der obersten Schicht zu modifizieren oder eine Schicht zu einem Binär- oder Phasenverschiebungsphotomaskenblank zuzugeben, so daß er antireflektierend oder stärker chemisch robust ist. Obwohl diese Photomaskenblanks dann "multiple" Schichten in dem Sinne enthalten, daß sie mindestens zwei Schichten aufweisen, stimmen diese zusätzlichen Schichten die optische Durchlässigkeit und die durchgelassene Phase des Photomaskenblanks nicht ab.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem Aspekt umfaßt die Erfindung einen dämpfenden, eingebetteten Phasenverschiebungsphotomaskenblank, welcher befähigt ist, eine Phasenverschiebung von 180° mit einer optischen Durchlässigkeit von mindestens 0,001 bei einer ausgewählten lithographischen Wellenlänge von < 400 nm zu erzeugen, der alternierende Schichten eines optisch transparenten Materials und eines optisch absorbierenden Materials umfaßt, wobei sowohl das optisch transparente Material als auch das optisch absorbierende Material aus Metalloxiden, Metallnitriden und Mischungen davon ausgewählt sind; und der Photomaskenblank mindestens zwei Schichten eines optisch transparenten Materials und mindestens zwei Schichten eines optisch absorbierenden Materials umfaßt.
In einem anderen Aspekt umfaßt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von dämpfenden, eingebetteten Phasenverschiebungsphotomaskenblanks, welche befähigt sind, eine Phasenverschiebung von 180° mit einer optischen Durchlässigkeit von mindestens 0,001 bei einer ausgewählten lithographischen Wellenlänge von < 400 nm zu erzeugen, wobei das Verfahren die Schritte des Abscheidens von alternierenden Schichten eines optisch transparenten Materials und eines optisch absorbierenden Materials auf ein Substrat umfaßt, wobei sowohl das optisch transparente Material als auch das optisch absorbierende Material aus Metalloxiden, Metallnitriden und Mischungen davon ausgewählt sind, und wobei mindestens zwei Schichten des optisch transparenten Materials und mindestens zwei Schichten des optisch absorbierenden Materials abgeschieden werden.
Diese und andere Merkmale der Erfindung werden aus dem Weiterlesen dieser Beschreibung in bezug auf die Zeichnungen und der beiliegenden Ansprüche offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Brechungsindex (n) und dem MoN_x in % in den erfindungsgemäßen AlN/MoN_x-Photomaskenblanks zeigt.
2 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Extinktionskoeffizienten (k) und dem MoN_x in % in den erfindungsgemäßen AlN/MoN_x-Photomaskenblanks zeigt.
3 ist eine graphische Darstellung, die die optische Durchlässigkeit (%T) der erfindungsgemäßen AlN/MoN_x-Photomaskenblanks als Funktion von MoN_x in % zeigt.
4 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Brechungsindex (n) und dem TiN in % in den erfindungsgemäßen AlN/TiN-Photomaskenblanks zeigt.
5 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Extinktionskoeffizienten (k) und dem TiN in % in den erfindungsgemäßen AlN/TiN-Photomaskenblanks zeigt.
6 ist eine graphische Darstellung, die die optische Durchlässigkeit (%T) von erfindungsgemäßen AlN/TiN-Photomaskenblanks als Funktion von TiN in % zeigt.
7 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Brechungsindex (n) und dem RuO₂ in % in den erfindungsgemäßen RuO₂/HfO₂-Photomaskenblanks zeigt.
8 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Extinktionskoeffizienten (k) und dem RuO₂ in % in den erfindungsgemäßen RuO₂/HfO₂-Photomaskenblanks zeigt.
9 ist eine graphische Darstellung, die die optische Durchlässigkeit (%T) von erfindungsgemäßen RuO₂/HfO₂-Photomaskenblanks als Funktion von RuO₂ in % zeigt.
10 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Brechungsindex (n) und dem RuO₂ in % in den erfindungsgemäßen RuO₂/ZrO₂-Photomaskenblanks zeigt.
11 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Extinktionskoeffizienten (k) und dem RuO₂ in % in den erfindungsgemäßen RuO₂/ZrO₂-Photomaskenblanks zeigt.
12 ist eine graphische Darstellung, die die optische Durchlässigkeit (%T) der erfindungsgemäßen RuO₂/ZrO₂-Photomaskenblanks als Funktion von RuO₂ in % zeigt.
13 ist eine graphische Darstellung, die die optische Durchlässigkeit (%T) als Funktion der Energie (E) für AlN/MoN_x Photomaskenblanks gemäß der Erfindung zeigt.
14 ist eine graphische Darstellung, die das optische Reflektionsvermögen (%R) als Funktion der Energie (E) für AlN/MoN_x-Photomaskenblanks gemäß der Erfindung zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Wie in der Technik bekannt ist, unterscheidet sich ein "Photomaskenblank" von einer "Photomaske" dahingehend, daß der letztere Ausdruck verwendet wird, um einen Photomaskenblank, nachdem er belichtet worden ist, zu beschreiben. Während jeder Versuch gemacht worden ist, dieser Konvention zu folgen, wird es der Fachmann einschätzen, daß der Unterschied kein wesentlicher Aspekt dieser Erfindung ist. Folglich wird angenommen, daß der Ausdruck "Photomaskenblanks" hierin im breitesten Sinne verwendet wird, damit sowohl belichtete als auch nicht-belichtete Photomaskenblanks eingeschlossen werden.
Optische Mehrfachschichten dieser Erfindung bestehen aus alternierenden kontinuierlichen Schichten einer optisch transparenten Schicht (T) mit einer optisch absorbierenden Schicht (A), die dafür vorgesehen sind, eine Phasenverschiebung von 180° mit einer Durchlässigkeit von mindestens 0,001 zu erzeugen. Diese Mehrfachschichten können periodisch (dieselben Dicken von T und A werden durch den Stapel aufrechterhalten) oder aperiodisch (Dicken von T und A verändern sich durch den Stapel) sein. Als Beispiel kann die Chemie der Mehrfachschichten dieser Erfindung als 20 × (35 Å AlN + 15 Å CrN) ausgedrückt werden, was periodisch, alternierende Schichten von 35 Å dicken AlN, einer UV-durchlässigen Schicht, mit 15 Å CrN, einer UV-absorbierenden Schicht, die sich 20 Mal mit einer Gesamtfilmdicke von 1000 Å wiederholen, darstellt.
Wie hierin verwendet, ist eine) "optisch transparente(s)" Material oder Schicht (T) eines) mit einem Extinktionskoeffizienten k < 0,3 innerhalb des Bereiches 3 eV < E < 7 eV. Beispiele von optisch transparenten Materialien umfassen Oxide von Hf, Y, Zr, Al, Si und Ge; und Nitride von Al, Si, B, C. Eine) "optisch absorbierende(s)" Material oder Schicht (A) ist eines) mit einem Extinktionskoeffizienten k > 0,3 innerhalb des Bereiches 3 eV < E < 7 eV. Beispiele von optisch absorbierenden Materialien umfassen Oxide von Cr, Ti, Fe, In, Co, Bi, Mn, Cu, Sn, Ni, V, Ta, Mo, Ru und W; Nitride von Ti, Nb, Mo, W, Ta, Hf, Zr und Cr.
Das Dickeverhältnis von A/T ist < 5, mit dem bevorzugten Bereich A/T < 1, so daß der gesamte Stapel eine Transmission von mindestens 0,001 bei lithographischer Wellenlänge aufweist. Die Gesamtdicke des Stapels, wobei d ausgewählt wird, um eine 180°-Phasenverschiebung bei lithographischer optischer Wellenlänge 1 zu erzeugen, entspricht ungefähr der Bedingung 2(n – 1)d = 1/2 oder einem ungeraden Vielfachen davon. Die Gesamtzahl von einzelnen durchlässigen und absorbierenden Schichten ist N > 2, entsprechend mindestens 4 Schichten. Einzelne Schichtdicken von A und T sind mit d konsistent und werden der optischen Berechnung unterzogen.
Photomaskenblanks aus alternierenden Schichten einer optisch transparenten Verbindung und einer optisch absorbierenden Verbindung wurden durch Sputtern aus separaten Metalltargets in Partialdrücken von Ar und anderen reaktiven Gasen, wie N₂ oder O₂, hergestellt. Die Targets wurden physikalisch getrennt, so daß ihre gesputterten Masseflüsse nicht überlappen. Beide Targets wurden in derselben Sputtergasumgebung betrieben, obwohl die Energie, die an jedes Target angelegt wurde, und folglich seine Sputterrate normalerweise unterschiedlich war. Mehrfachschichtenwachstum erfolgte, indem die Substrate auf einem drehbaren Tisch unter jedem Target nacheinander pausieren. Die chemische Zusammensetzung der Filme wurde durch die Dicke der einzelnen Schichten eingestellt und durch deren Abscheidungsrate und die Dauer, wie lange die Substrate unter jedem Target pausierten, kontrolliert. Alternativ könnten die Substrate bei einer konstanten Geschwindigkeit gedreht werden und einzelne Schichtdicken durch Sputterraten fixiert werden. Wenn Substrate unter Targets pausierten, konnten die Zeiten, die sie stationär waren, programmiert werden, um so entweder periodische oder aperiodische Mehrfachschichtstrukturen zu erzeugen.
Optische Eigenschaften
Die optischen Eigenschaften (Brechungsindex n und Extinktionskoeffizient k) wurden aus spektroskopischer Ellipsometrie mit variablem Winkel bei drei Einfallswinkeln von 186–800 nm, die einem Energiebereich von 1,5 bis 6,65 eV entsprechen, in Kombination mit optischen Reflexions- und Transmissionsdaten bestimmt. Die optischen Konstanten wurden diesen Daten unter Verwendung eines optischen Filmmodells, das weniger dichte (50%) Grenzflächenschichten bei dem Substrat und der Oberfläche des Films ermöglicht, gleichzeitig angepaßt. Aus dem Wissen der Spektralabhängigkeit von optischen Eigenschaften kann die Filmdicke, die der 180°- Phasenverschiebung entspricht, die optische Durchlässigkeit und das Reflektionsvermögen berechnet werden.
Insbesondere wird ein allgemein theoretischer Formalismus zur Berechnung der optischen Eigenschaften von Übergittern und mehrschichtigen Materialien in O. Hunderi, Effective Medium Theory and Nonlocal Effects for Superlattices, J. of Wave-Material Interaction, 2 (1987) S. 29 bis 39 und O. Hunderi, The Optical Properties of Thin Films and Superlattices, Physica A, 157 (1989) S. 309–322 offenbart, wobei die Offenbarungen hierin als Verweis aufgenommen werden. In der langen Wellenlängengrenze finden Hunderi und Mitarbeiter, daß sich der mehrschichtige Stapel wie ein Einzelfilm mit einer optischen Achse senkrecht zu dem Film und mit einer üblichen dielektrischen Konstante, angegeben durch e0 = faea + ftet,verhält, worin f_a und f_t die Volumenfraktionen der absorbierenden bzw. durchlassenden Schichten sind, und e_a und e_t deren entsprechende dielektrische Konstanten sind.
Beispiele
Beispiele 1 bis 5: AlN/MoN_x-Photomaskenblanks
Herstellung und physikalische Eigenschaften
Wir sputterten periodische Mehrfachschichten von AlN/MoN_x, indem die Substrate auf einem rotierenden Tisch nacheinander unter den Mo- und Al-Targets pausierten, die physikalisch in der Vakuumkammer getrennt waren, so daß deren gesputterten Masseflüsse nicht überlappen. Sputtern wurde in einem 25% N₂/75% Ar-Gasgemisch (Gesamtdruck 1,3 × 10^–2 PA) durchgeführt, um Nitride von Al und Mo zu bilden. Die einzelne AlN- und MoN_x-Dicken in diesen Mehrfachschichten wurden fixiert, indem die Zeit, in der die Substrate unter jedem Target pausierten, unter Verwendung unabhängig gemessener, statischer Abscheidungsraten: 1,0 Å/s für AlN und 0,86 Å/s für MoN_x, die 25 W und 284 Volt, angelegt an das Mo-Target, und 250 W und 190 V an dem Al-Target entsprechen, programmiert wurde. AlN wurde aus einem Al-Target von 5 cm Durchmesser rf-Magnetron-gesputtert, und MoN_x wurde aus Mo-Target von 7,6 cm Durchmesser dc-Magnetron-gesputtert.
Vorm Sputtern der Mehrfachschichten wurden die Mo- und Al-Targets gleichzeitig in 1,3 × 10^–2 Pa von Ar für etwa eine Stunde vorgesputtert, um frische, reaktive, metallische Targetoberflächen vorm Einbringen von N₂ zu erzeugen. Die Al-Targets wurden bei 300 W (360 Volt) und das Mo-Target bei 150 W (300 Volt) vorgesputtert. Die Gesamtfilmdicke, die nahe 1000 Å aufrechterhalten wurde, entspricht einer Doppelschichtdicke (AlN + MoN_x), die mit der Anzahl an Doppelschichten, N, multipliziert wurde. Tabelle 1 faßt einzelne Schichtdicken, die Gesamtzahl an Doppelschichten (N) und die elektrischen Fächenwiderstände für AlN/MoN_x-Mehrfachschichten zusammen. Selbst für AlN-reiche Zusammensetzungen (Bsp. 3 und 4) weisen diese Mehrfachschichtenfilme relativ niedrigen Widerstand auf, was zum Ableiten der Ladung während des e-Strahlschreibens günstig ist.
Tabelle 1
Optische Eigenschaften
1 und 2 fassen die Abhängigkeit der optischen Konstanten, Brechungsindex (n) und Extinktionskoeffizient (k) bei 248 nm und 193 nm, hinsichtlich der AlN/MoN_x-Mehrfachschichten als Funktion der Fraktion von MoN_x zusammen. Bei beiden Wellenlängen erhöht sich k beinahe monoton, wenn sich die MoN_x Dicke erhöht, was mit der höheren Absorption von MoN_x als von AlN übereinstimmt. Bei 248 nm ist der Brechungsindex beinahe unabhängig von der Fraktion von MoN_x, während die Erhöhung von MoN_x n bei 193 nm verringert. Dies ist übereinstimmend mit der metallähnlichen Verringerung, die hinsichtlich n in MoN_x mit Energie auftritt. Bei 248 nm sind n für AlN und MoN_x beinahe gleich, während bei 193 nm n hinsichtlich MoN_x kleiner wird, aber für AlN größer, da sein verbotenes Energieband (^–6,5 eV) erreicht wird.
Bei 488 nm (2,54 eV), der Wellenlänge, die üblich zur Überprüfung der Photomaskenblanks verwendet wird, betrugen die Transmissionen der Beispiele 2 und 3 ^–47% bzw. ^–35%, was für die Überprüfung dieser Photomasken günstig ist.
Phasenverschiebungseigenschaften
3 faßt die Abhängigkeit der optischen Durchlässigkeiten, berechnet für AlN/MoN_x-Mehrfachschichtdicken, die der 180°-Phasenverschiebung bei 193 nm und 248 nm entsprechen, von der relativen Fraktion von MoN_x zusammen. Bei 248 nm treten akzeptable Durchlässigkeiten (5 bis 10%) in dem Bereich von 0,25 bis 0,4 MoN_x auf, während sie bei 193 nm ungefähr in dem Bereich von 0,1 bis 0,2 auftreten. Daher sind AlN/MoN_x-Mehrfachschichten ein ideal abstimmbares System zum Dämpfen von Phasenverschiebungsphotomaskenblanks bei 248 nm und 193 nm.
Beispiele 6 bis 10: AlN/TiN-Photomaskenblanks
Herstellung und physikalische Eigenschaften
AlN/TiN-Mehrfachschichten wurden durch rt-Magnetronsputtern aus einem Al-Target mit einem Durchmesser von 5 cm und durch dc-Magnetronsputtern aus einem Ti-Target mit einem Durchmesser von 7,6 cm in einem reaktiven Gasgemisch aus Ar und N₂ hergestellt. Beide Targets wurden in Ar vorm Beschichten der Substrate, die Quarz mit einer Dicke von 2,5 cm × 3,8 cm × 2,286 cm waren, vorgesputtert. Die statischen Abscheidungsraten für AlN und TiN, die für das Wachstum der Mehrfachschichten in 1,3 × 10^–2 Pa eines 75% Ar/25% N₂-Gasgemisches verwendet wurden, betrugen 1 Å/s bzw. 1,1 Å/s. Um diese Abscheidungsraten zu erreichen, wurde das Al-Target bei 250 W (210 V) und das Ti-Target bei 150 W (322 V) betrieben. Tabelle 2 faßt die einzelnen Schichtdicken, die Gesamtzahl an Doppelschichten (N) und Flächenwiderstände für AlN/TiN-Mehrfachschichten zusammen.
Tabelle 2
Optische Eigenschaften
4 und 5 fassen die Abhängigkeit des Brechungsindexes und des Extinktionskoeffizienten von TiN in % in AlN/TiN-Mehrfachschichten zusammen. Diese Tendenzen sind mit kleinerem n und größerem k für TiN als für AlN bei 248 nm und 193 nm übereinstimmend. Bei 488 nm, der Wellenlänge, die üblich zur Überprüfung der Photomaskenblanks verwendet wurde, war die Transmission in Beispiel 7 günstig niedrig, –40%.
Phasenverschiebungseigenschaften
6 faßt die Abhängigkeit der optischen Durchlässigkeiten, berechnet für AlN/TiN-Mehrfachschichtendicken, die der 180°-Phasenverschiebung bei 193 nm und 248 nm entsprechen, von TiN in % zusammen. Bei 248 nm treten akzeptable Durchlässigkeiten (5 bis 10%) in dem Bereich von 33 bis 45% TiN auf, während bei 193 nm ähnliche Durchlässigkeiten ungefähr in dem Bereich von 15 bis 25% auftreten. Daher sind AlN/TiN-Mehrfachschichten ein ideal abstimmbares System zum Dämpfen von Phasenverschiebungsphotomaskenblanks bei 248 nm und 193 nm.
Beispiele 11 bis 14: RuO₂/HfO₂-Photomaskenblanks
Herstellung und physikalische Eigenschaften
RuO₂/HfO₂-Mehrfachschichten wurden durch dc-Magnetronsputtern aus einem Ru-Target mit einem Durchmesser von 5 cm und durch rf-Magnetronsputtern aus einem Hf-Target mit einem Durchmesser von 7,6 cm reaktiv bei einem 10% Partialdruck von O₂ in 1,3 × 10^–2 Pa Gesamtdruck von Ar + O₂ hergestellt. Substrate waren 2,5 cm × 3,8 cm × 0,2286 mm Quarz, die unter jedem Target nacheinander pausierten, um die Mehrfachschichten zu bilden. Die für jeden Target gemessenen statischen Abscheidungsraten wurden verwendet, um die Zeit zu berechnen, in der die Substrate unter jedem Target pausierten, um spezielle Schichtdicken herzustellen. In den Beispielen 11 bis 13 betrug die RuO₂-Abscheidungsrate 0,79 Å/s, während sie für Beispiel 14 3,3 Å/s betrug; dies entspricht 25 W (528 V) bzw. 50 W (619 V), die an das Ru-Target angelegt wurden. In all diesen Beispielen betrug die Energie, die an das Hafniumtarget angelegt wurde, 300 W (270 V). Vorm Abscheiden der Mehrfachschichten wurden sowohl die Hf- als auch die Ru-Targets in 1,3 × 10^–2 Pa Ar für mindestens 30 Minuten vorgesputtert, um reine metallische Oberflächen zu bilden, bevor das O₂-Gas eingebracht wurde. Tabelle 3 faßt die ungefähren Einzelschichtdicken, die Gesamtzahl an Doppelschichten (N) und Flächenwiderstände für vier RuO₂/HfO₂-Mehrfachschichten zusammen. All diese Widerstände waren ausreichend niedrig, um die Ladung während des e-Strahlschreibens abzuleiten.
Tabelle 3
Optische Eigenschaften
7 und 8 fassen die Abhängigkeit des Brechungsindexes und des Extinktionskoeffizienten von RuO₂ in % in RuO₂/HfO₂-Mehrfachschichten bei 248 nm und 193 nm zusammen. Die allgemeine Tendenz ist, mit der Erhöhung des RuO₂-Gehalts n zu verringern und k zu erhöhen. Jedoch spiegelt die Verringerung in k bei 50% RuO₂ und 193 nm einen Unterschied in den optischen Eigenschaften dieser RuO₂-Schicht, die bei 3,3 Å/s im Vergleich zu 0,79 Å/s für andere gesputtert wurde, wieder, da sein Extinktionskoeffizient empfindlich gegenüber den Abscheidungsbedingungen ist. Das heißt, Filme, die mit mehr O₂ gesputtert wurden, werden weniger kristallin und weisen einen größeren Extinktionskoeffizienten bei 193 nm als Filme auf, die bei niedrigeren Konzentrationen an O₂ gesputtert wurden. Die Erhöhung der Sputterrate während des Aufrechterhaltens desselben O₂-Partialdrucks, wie in Beispiel 14, ist äquivalent zu der Verringerung des Partialdruckes bei der Targetoberfläche, die O₂ verbraucht. Bei 488 nm, der Wellenlänge, die üblich zur Überprüfung der Photomaskenblanks verwendet wurde, betrug die Transmission für alle RuO₂/HfO₂-Mehrfachschichten weniger als 45%, was hinsichtlich der Überprüfung günstig ist.
Phasenverschiebungseigenschaften
9 faßt die Abhängigkeit von optischen Durchlässigkeiten, berechnet für RuO₂/HfO₂-Mehrfachschichtendicken, die 180°-Phasenverschiebung bei 193 nm und 248 nm entsprechen, von RuO₂ in % zusammen. Bei 248 nm treten akzeptable Durchlässigkeiten (5 bis 12%) in dem Bereich von 25 bis 30% RuO₂ auf, während bei 193 nm ähnliche Durchlässigkeiten ungefähr in dem Bereich von –17 bis 25% auftreten. Daher sind RuO₂/HfO₂-Mehrfachschichten ein ideal abstimmbares System zum Dämpfen von Phasenverschiebungsphotomasken bei 248 nm und 193 nm.
Beispiele 15 bis 18: RuO₂/ZrO₂-Photomaskenblanks
Herstellung und physikalische Eigenschaften
RuO₂/ZrO₂-Mehrfachschichten wurden durch rf-Magnetronsputtern aus einem Zr-Target mit einem Durchmesser von 7,6 cm und durch dc-Magnetronsputtern aus einem Ru-Target mit einem Durchmesser von 5 cm reaktiv in einer 10% O₂/90 Ar-Atmosphäre bei einem Gesamtdruck von 1,3 × 10^–2 Pa hergestellt. Für die Mehrfachschichtensynthese wurden 25 W bei 515 V an dem Ru-Target angelegt, während 300 W bei 280 V an dem Zr-Target angelegt wurden. Für diese Bedingungen betrugen die statischen Abscheidungsraten auf Substrate 0,79 Å/s für RuO₂ und 0,77 Å/s für ZrO₂. Mehrfachschichten aus RuO₂/ZrO₂ wurden in üblicher Weise hergestellt, indem Quarzsubstrate unter jedem Target nacheinander pausierten, nachdem die Ru- und Zr-Targets in 1,3 × 10^–2 Pa Ar vorgesputtert wurden. Tabelle 4 faßt die Zusammensetzung und Flächenwiderstände von RuO₂/ZrO₂-Mehrfachschichten zusammen, dessen optischen Eigenschaften gemessen wurden, um deren Effizienz als dämpfende Phasenverschiebungsphotomaskenblanks zu bestimmen. Beispiele 16 bis 18 wiesen Flächenwiderstände von 1 MΩ/Quadrat (sq) auf, was zum Ableiten der Ladung beim e-Strahlschreiben günstig ist.
Tabelle 4
Optische Eigenschaften
10 und 11 fassen die Abhängigkeit des Brechungsindexes und des Extinktionskoeffizienten von RuO₂ in % in RuO₂/ZrO₂-Mehrfachschichten bei 248 nm und 193 nm zusammen. Wie in ähnlichen Mehrfachschichten mit HfO₂ ist für ZrO₂ die allgemeine Tendenz eine Verringerung von n und eine Erhöhung von k mit der Erhöhung des RuO₂-Gehalts.
Phasenverschiebungseigenschaften
12 faßt die Abhängigkeit der optischen Durchlässigkeiten, berechnet für RuO₂/ZrO₂-Mehrfachschichtendicken, die der 180°-Phasenverschiebung bei 193 nm und 248 nm entsprechen, von RuO₂ in % zusammen. Bei 248 nm treten akzeptable Durchlässigkeiten (5 bis 15%) in dem Bereich von 35 bis 40% RuO₂ auf, während bei 193 nm ähnliche Durchlässigkeiten ungefähr in dem Bereich von ^–20 bis 35 auftreten. Daher sind RuO₂/ZrO₂-Mehrfachschichten ein ideal abstimmbares System zum Dämpfen von Phasenverschiebungsphotomaskenblanks bei 248 nm und 193 nm.
Beispiele 19 bis 20: aperiodische AlN/MoN_x-Photomaskenblanks
Beispiele 19 und 20 zeigen, wie es möglich ist, optische Eigenschaften von mehrschichtigen Photomaskenblanks durch aperiodisches Stapeln von einzelnen Schichten abzustimmen. Die Mehrfachschicht von Beispiel 19 ist ein periodischer Stapel von AlN/MoN_x : 20x(40 Å AlN + 20 Å MoN_x), wobei Beispiel 20 aus einem aperiodischen Stapel: [12x(40 Å AlN + 10 Å MoN_x) + 5(40 Å AlN + 30 Å MoN_x) + 3(40 Å AlN + 50 Å MoN_x] mit dickeren MoN_x Schichten bei der Film/Luft-Grenzfläche besteht. Beide mehrschichtigen Stapel enthalten dieselbe Menge an AlN (800 Å) und MoN_x (420 Å, und deren optische Transmissionen, die in 13 gegen die Energie gezeigt werden, sind beinahe überall identisch. Jedoch weist das Reflexionsvermögen (14) von Beispiel 20 mit der stärker metallähnlichen, MoN_x-reichen Oberfläche ein 50% größeres Reflexionsvermögen (^–15% im Vergleich zu 10%) bei ^–2,2 eV nahe der Überprüfungsenergie von 2,54 eV (488 nm) auf. Daher ist es durch aperiodisches Stapeln möglich, eine spezielle optische Eigenschaft, wie Reflexionsvermögen, während des Aufrechterhaltens derselben optischen Transmission und Phasenverschiebung abzustimmen.

Claims

Dämpfender, eingebetteter Phasenverschiebungsphotomaskenblank, welcher befähigt ist, eine Phasenverschiebung von 180° mit einer optischen Durchlässigkeit von mindestens 0,001 bei einer ausgewählten lithographischen Wellenlänge < 400 nm zu erzeugen, wobei der Photomaskenblank alternierende Schichten eines optisch transparenten Materials und eines optisch absorbierenden Materials umfaßt, wobei sowohl das optisch transparente Material als auch das optisch absorbierende Material aus Metalloxiden, Metallnitriden und Mischungen davon ausgewählt sind, und der Photomaskenblank mindestens zwei Schichten eines optisch transparenten Materials und mindestens zwei Schichten eines optisch absorbierenden Materials umfaßt.
Photomaskenblank nach Anspruch 1, wobei das optisch transparente Material aus der Gruppe, bestehend aus (a) Oxiden von Hf, Y, Zr, Al, Si oder Ge, (b) Nitriden von Al, Si, B oder C, und (c) Mischungen davon, ausgewählt ist.
Photomaskenblank nach Anspruch 1, wobei das optisch absorbierende Material aus der Gruppe, bestehend aus (a) Oxiden von Cr, Ti, Fe, In, Co, Bi, Mn, Cu, Sn, Ni, V, Ta, Mo, Ru, Metallen der Lanthanidenreihe oder W, (b) Nitriden von Ti, Nb, Mo, W, Ta, Hf, Y, Zr oder Cr, und (c) Mischungen davon, ausgewählt ist.
Photomaskenblank nach Anspruch 1, wobei die alternierenden Schichten periodisch sind.
Photomaskenblank nach Anspruch 1, wobei die alternierenden Schichten aperiodisch sind.
Verfahren zur Herstellung von dämpfenden, eingebetten Phasenverschiebungsphotomaskenblanks, welche befähigt sind, eine Phasenverschiebung von 180° mit einer optischen Durchlässigkeit von mindestens 0,001 bei einer ausgewählten lithographischen Wellenlänge < 400 nm zu erzeugen, wobei das Verfahren die Schritte des Abscheidens von alternierenden Schichten eines optisch transparenten Materials und eines optisch absorbierenden Materials auf ein Substrat umfaßt, wobei sowohl das optisch transparente Material als auch das optisch absorbierende Material aus Metalloxiden, Metallnitriden und Mischungen davon ausgewählt sind und wobei mindestens zwei Schichten des optisch transparenten Materials und mindestens zwei Schichten des optisch absorbierenden Materials abgeschieden werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die alternierenden Schichten periodisch sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die alternierenden Schichten aperiodisch sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das optisch transparente Material aus der Gruppe, bestehend aus (a) Oxiden von Hf, Y, Zr, Al, Si oder Ge, (b) Nitriden von Al, Si, B oder C, und (c) Mischungen davon, ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das optisch absorbierende Material aus der Gruppe, bestehend aus (a) Oxiden von Cr, Ti, Fe, In, Co, Bi, Mn, Cu, Sn, Ni, V, Ta, Mo, Ru, Metallen der Lanthanidenreihe oder W, (b) Nitriden von Ti, Nb, Mo, W, Ta, Hf, Zr oder Cr, und (c) Mischungen davon, ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die alternierenden Schichten durch Dampfabscheidung abgeschieden werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Schichten durch Sputterabscheidung abgeschieden werden.