TW505829B - A transmissive embedded phase shifter-photomask blank - Google Patents

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505829 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____B7_五、發明説明（1 ) 本發明的範疇 這發明是有關於一光罩遮沒物，更詳細而言，是有關 於這光罩遮沒物對某特定波長的投射光線來提供相轉移。 本發明的背景 傳統光罩遮沒物，一般是由一基層，如融合矽板及在 上面的一不透明鉻膜所組成。這光罩的產生，是從這些遮 沒物藉由在這膜上提供一希望鑄型的通道區域而得。在使 用上，這光線是由光學投射經由這光罩的通道區域到一光 敏感基層，如感光聚合物所塗裝的半導體封糊。目前，這 光罩是由可見光或紫外光來照射◊一基本的光學影像限制 是因爲這照射光之波長範圍相對於線的寬度有繞射的限制 。換句話說，這光線的波長和這希望光學影像大小在相同 範圍將會有繞射產生，而這投射的影像將會比希望的影像 還要寬些。 爲了讓這鑄型比可見光或紫外光的波長更窄的效果產 生，便在技術上考慮用較短波長的光源，如X — r a y來 代替。U.S. Patent NO· 4，890，309 曾發表一種 衰減（和不透明是相反）型式的光罩，特別是使用在 X - r a y的石版印刷，其中這衰減膜的材料及厚度的選 擇，是要可以穿過（即透射）一部分這射入的電磁輻射及 這相關的輪射其穿過這光罩通道時有_射相轉移。這材料 的選擇是這鎢、金、銀，這些物質的合金或是高及低原子 序物質（例如，鎢及碳）的交替層，其所產生的均勻膜。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) " - -4 一 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 線 505829 A7 B7 五、發明説明（2 ) 致力於避免這X - r a y石版印刷的昂貴及複雜性， 已經發展出一可用紫外光及可見光範圍內不同的相_轉移 光罩（例如，見追 B.J. Lin, S LID STATE TECHNOLOGY, ΡΡ· 4 3 — 4 7 ’ January ’ 1 9 9 2 )在這些所謂金屬 環邊的相-轉移光罩中’不是需要基層蝕刻就是需要使用 多餘的相一轉移層。這金屬環邊的相一轉移光罩是十分適 合運用在這完全光罩鑄型，但是需要大的正向光罩斜線以 減少暴露次數至實際程度及由於強接近效應（pr〇Xmity effects )使得對這完全光罩鑄型其使用一個普通暴露在 於描繪全部形貌大小及形狀時是困難的。對這金屬環邊的 相—轉移光罩的改善如衰減相-轉移光罩（APSPM )是已 知技術。APSPM是用一可吸收，部分透射的相轉移器以代 替鑄型膜上的傳統不透明鉻部分。這可吸收性相轉移器的 透射率是調整至最少約0. 20以避免產生這塊影線。然 而，並非所有相轉移器可作相轉移及吸收至希望的量。因 此，在某些案子中是需要由不同吸收及相轉移性質的物質 所組成的多層結構。一商業上所運用的APSPM是使用一分 級之鉻的氧碳氮化物成分膜，其不同從在基層-膜界面的 C r 一 N化合物至在基層—膜界面的C r 一 0化合物，而 這也適用做爲抗反射的塗料。然而這APSPM提供些許相轉 移，然爲了獲得希望的180°相轉移’一些更進一步的 程序如這基層的活性離子蝕刻，在這例子是爲融合矽，且 這過程是必須的，才可獲得希望的1 8 0 °相轉移。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） » 5 一 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -i ----1 ............=i IB1I In mi--"J................. ................... in 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505829 A7 B7 五、發明説明（3 ) 此發明的纊結 這發明是提供一可用於選定波長的可透射性的隱沒相 轉移器一光罩遮沒物（即，EPS - PMB) ，其包含一 透射率至少是0· 001及由金屬成分和介電成分所結合 ’組成的光學非均相衰減膜。其中，這膜的某一表面是比 其他表面含有較高含量的金屬成分，及其消光係數的變化 曲線是逐漸隨膜的厚度而改變；及其中該消光係數變化曲 線和這膜的厚度必須要有選擇以提供一相轉移在某一選定 波長下約18 0° (或是它的單數倍）。 這圖的簡略描犹 圖1 :爲某代表性金屬材料，這折射率（η )及消光 係數（Κ)，其波長（λ，nm)函數的圖表 〇 圖2 :爲某代表性介電材料，這折射率（n )及消光 係數（Κ)，其波長（λ，nm)函數的圖表 〇 圖3 :就等級隱沒相轉移器-光罩遮沒物在波長 253n m，這折射率（n)，其從基層表面 (D，Angstroms)的距離所繪的深度曲線圖表 〇 圖4 :就隱沒相轉移器-光罩遮沒物使用於波長 253nm時，這透射率（τ)其波長（λ， n m )函數的圖表。 本紙張尺度適用中，國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 1— IΞ-- - --------------- i-1-i =====............... I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6 - 505829 A7 B7 五、發明説明（4 ) 圖5 :就隱沒相轉移器-光罩遮沒物使用於波長 2 5 3 nm時，這透射相轉移（s )其波長（ λ ，nm)函數的圖表。 圖6 :就隱沒相轉移器一光罩遮沒物在波長3 6 5 n m時，這折射率（η )，其從基層表面（ D，Angstroms)的距離所繪的深度曲線圖表。 圖7 :就隱藏相轉移器一光罩遮沒物用於波長2 5 7 nm時，這折射率（η)其從基層表面（D， Angstroms )的距離所繪的深度曲線圖表。 本發明的詳細描沭 這發明對光罩遮沒物提供一有利的膜。這膜對特殊投 射波長可提供一大約180° (較佳是180° ±10° )或其單數倍的相轉移，因此對光罩遮沒物是特別有用。 正常下這膜是置於基層上。這基層是可以任何機械穩定材 料，其對於所使用的投射光線波長是透明的。基層如石英 及融合矽（玻璃）其就可用性及價格來說是較佳的。 本發明的膜是所謂光學非均相，因爲其消光係數隨著 整個膜厚度而變化。依據現今發明所用的光學非均相衰減 膜’典型的是以一種型式，即連續性的不同結構範圍從在 某一表面（普通是一基層-膜的界面）是爲光學金屬特性 至在另一其他表面（普通是膜一空氣的界面）爲光學介電 特性。這金屬成分（例如，C r - N化合物）其特性是爲 消光係數（extinction Coefficient)的範圍在〇至6之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 -7 一 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505829 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（5 ) 間（較好是從〇 · 5至3 · 5 )，一般是隨光能量的增加 而減少，而這能量範圍是1· 5至6. 5eV。然而這介 電成分（例如C r - 0 )的特性是其消光係數範圍爲0至 2 (較好是0 — 1· 5)，一般在能量範圍1. 5至 .6 . 5 e V之間這係數是隨著光能量增加而增加。這金屬 成分的折射率（refractive index) —般是1至6，而較 佳是2至5;及這介電成分的折射率一般1至3. 5而較 佳是1. 2至2. 8。這非均相衰減膜的金屬及介電成分 可以選自這些物質如過渡性及非過渡性金屬的氟氧碳氮化 物。特別適用本發明的實際材料爲金屬的氧碳氮化物（即 Μ — 0 — C 一 N)，金屬的氯氧碳氮化物（即 M—C1 — 0 — C — Ν)，金屬的氯氟氧碳氮化物（即Μ —C 1 — F — 0 — C — N)及金屬的氟氧碳氮化物（即， M-F-0-C-N)，而這Μ是選自這群如Cr、Fe 、Mo、Zn、Co、Nb、Ta、W、Ti 、A1 、 M g及S i 。C r是較佳的Μ ;及基於操作性及適用性， 這鉻氧碳氮化物是較佳的材料。 這膜的消光係數曲線是隨整個厚度而改變，而且可以 是以平順的連續型式或是以一層層階梯式的這二種型式變 化。爲了本發明的目的，就一特定膜的金屬成分和介電成 分的體積分率是由這膜其消光係數的值恰等於這膜的二表 面消光係數的平均值時那膜的厚度點來做確定。這膜中就 消光係數而3其先學中點〃 （optical midpoint)所在 位置是對本發明的目的來做考慮，即這金屬及介電成分之 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

JT 裝· 訂 線- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8 - 505829 A7 B7 五、發明説明（6 ) 間的有效界面，即使這消光係數中沒有突然界面變化，也 可能存在於膜的厚度中的某個位置。典型的，其他光學性 質如折射率也是會隨著膜的厚度而逐漸變化（例如，見圖 3 ) 〇 就本發明的目的而言，這光學非均相膜就這膜所提供 以獲得這光罩所產生希望線寬效果的相轉移來說必須要有 足夠的透明度才可以。這膜用於光罩上的最大厚度，dma?i ，可以用這膜的介電表層的介電成分其折射係數'' n "及所用光線的波長λ來估計，即 (m λ ) d max = - (2 ( n — 1 )) 其中這m是單數的正整數。實際上，m典型是1或3 ’但 並不限定於此’例如在X - r a y區域。對一波長爲 365nm 及 nt<3P=l· 5，dmax 即爲 365nm° 這公式就本發明的膜而言是有用的，因它並不是實質不透 明（即這膜的透射率是保持在〇 · 0 0 1之上）° 根據這膜最大厚度的確定’這金屬成分及介電成分的 是可以隨這厚度由實質〇至依這非均相衰減膜其足夠透明 度的要求而定的厚度’這二者之間的變化而變化。典型地 這金屬成分是5 nm至1 5 0 nm厚而介電成分是1 〇 nm 至 400nm 厚。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9 - 505829 A7 ——___ B7_ 五、發明説明（7 ) 本發明的一種重要特色即是這膜的組成可以根據多重 要求來設計，像這膜對隱沒式相轉移器在某希望的光線波 長運用下所要求的1 8 0°相轉移及這膜要有希望的透射 率。這膜的設計就某一特別的需求應該也要考慮這希望的 .反射率。典型地，希望的反射率是在〇至0. 5左右的範 圍之間。 就一特殊對的金屬及介電膜成分，如圖1及圖2所示 ，一普遍設計可以是由這膜的某一表面金屬成分（例如， 鄰近這基層）及這膜的另一表面介電成分（例如，鄰近空 氣）及一由上述所討論由金屬至介電成分爲逐漸轉變的選 定曲線所構成。利用這兩成分的折射率及消光係數，再加 上一估計出這膜的厚度及其選定在光學性質上的變化曲線 ’就可計算出透射率，反射率及這膜的相轉移。我們可以 利用這熟悉的矩陣方法（matrix method )(見0.8· Heavens, "Optical Properties of Thin Solid Films", Dover Publications, NY ， 1 9 6 5 PP· 6 9 - 8 0 ，據 此合併做爲參照）。電腦可以運用來做此數據的計算。就 一指定的曲線，要對這膜做完善的設計，是利用在可製造 範圍內所計算出這透射率、反射率及相轉移的結合及決定 何種結合來提供較佳溶液，如此的這些步驟來完成。基於 這矩陣方法所以利用電腦計算，而這曲線也可用大量的均 相薄層來把其模式化，而這所有薄層的特性矩陣數，加以 做矩陣乘積以計算出這膜的反射率、透射率及相轉移。可 以使用預定的光學性質曲線如線性、二次程式的、三次程 本紙張尺度適用中周國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --裝------訂----—線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505829 A7 ________B7 五、發明説明（8 ) 式的、指數的或高斯式等等。實際上這曲線可藉由特殊設 備來加以限定以製造這膜。在這膜製造中，這設備也可正 常地決定這厚度的上限及下限區域。 典型地’這衰減膜的基本組成是9 9%至1% (如上 述所定）最佳是8 5%至5%的金屬成分含量，及1%到 9 9%，較佳是1 5至9 5%的介電成分含量，這主要是 基於這衰減膜的總含量爲何來決定。光罩遮沒物可利用這 技術中的熟悉方法來製造。根據本發明的光罩遮沒物一般 可藉由沈澱一單相的非均相衰減層至一透明基層上，而這 是以單一通道、連續式沈澱的製法來製造。傳統的基層可 以如此使用，或塗裝一導電性及透明材料的膜，如氧化銦 或氧化錫。 這衰減膜可以藉由反應濺射沈澱的方法來沈澱於一基 層上。反應濺射是一種塗裝方法，其在一真空室中進行。 在這真空室內是一濺射室其充滿鈍氣及反應氣體的混合氣 體且在預定壓力下。那含有這材料的目標物其濺射位置是 在濺射室的電子傳導陰極上。當這負電位加在這目標物上 時，會形成-從目標物的表面所延伸的電漿。這電漿包含 有惰性及反應性氣體離子及物質，及這目標物的原子單位 。這原子似目標單位經由這電漿到基層上而形成塗裝，並 且和這反應性氣體物種以形成不同的組成。這組成在這基 層移經濺射室時便以一薄膜或層方式來沈澱在每一基層上 。適合這製法的惰性氣體包括氬、氖、氪、氙氣。合適的 反應性氣體包括氮、氧、甲烷及二氧化碳。在這濺射室的 本紙張尺度適用中周國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝------訂----_線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一 11 一 505829 A7 B7 五、發明説明（9 ) 壓力通常是在3. OxlO-2至1. 〇xi〇-3T〇rr這 範圍內。這目標物典型地是鉻或是以鉻爲主的物質如鉻的 氮化物、鉻的碳化物、鉻的氧化物。更進一步就產製光罩 遮沒物其反應性濺射沈澱的討論是提供於U.S. Patent

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August 8，1 9 9 1，在此一併加以參考。 本發明的光罩遮沒物，其有一非均相衰減膜，就使用 反應性濺射沈澱技術來製備是較有利的，其中這基層是連 續性移經這濺射室，而在這基層移經濺射室的方向上每次 間隔就提供這多重目標物（例如，鉻爲主目標物）於這基 層上。藉由控制這濺射室的有關條件（例如，同時運用在 每一目標物的電子電荷，例如由直流電流及/或無線頻率 )，這置於各目標物的電漿成份及這重疊於目標物間的電 漿可以被調整以單一衰減層方式沈澱於移動的基層上，而 迫單一哀減層是有多層的不同成分及/或內層透過區域， 其中這成分逐漸隨一層至另一層改變而改變，結果形成一 非均相衰減層。 本發明包括這具體的穿透性EPS - PMB s其是用 於波長在1 1 〇 nm至1 〇 〇 〇 nm範圍之間。藉由接下 來的無限制實施例中可令本發明的實際實用性能更佳明確 〇 實施例1 二個含鉻目標物，其置於一商用直流平面磁控電子管 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1 I ι^ϋ ml HI III I In n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、η 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12 - 2, 8 X 1 0-3 Torr 240 mm/min 1. 4 KW 0. 8 KW 90 seem 3.6 seem 24 seem 3.5 seem 7.5 seem 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505829 A7 _ B7 五、發明説明（10 ) 的濺射裝置中。每一目標物是約6英吋寬、2 Q英吋長及 〇.25英吋高。這目標物之間其邊對邊的距離約5英吋 。這濺射室內充滿了氣體其包栝氣、氮、氧、二氧化碳及 甲烷等。一光亮玻璃基層是以袠格i所列的條件下移經這 濺射室。

表格：L 操作壓力 基層移動速度 目標物#1的DC電子力 目標物# 2的D C電子力 A r 〇2 N 2 C Η 4 C 0 2 在這些操作條件下’由於這是兩不同物種在兩不同電 漿及這電漿重疊區中所發射的光線，因此有-色光譜從明 亮藍色的第一目標物變化至第二目標物上的明亮粉紅色， 而這可由那製造室的兩邊所提供的視窗用肉眼即可觀察出 ，如此確定在這基層移動方向有關電漿其成份梯度的存在 〇 這基層從室中移出時，其有塗裝上一約8 7微毫米的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐Ί ' -13 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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A7 B7五、發明説明（11 ) 膜，這是由針筆曲線測量而定。這光學上反射率及透射率 及這空氣-膜和基層-膜之間的界面其橢圓形測量光譜， 都可一併測量。使用這些類似分光鏡的測量法，這些光學 性質如在這空氣-膜和基層-膜之間的界面其折射的指數 及消光係數，和這些光學性質的曲線都可以利用本文中所 描述的矩陣方法來加以模式化。在這基層-膜界面間的物 質其所計算出的光學性質是描示於圖1而這是爲上述所界 定的金屬性本質，然而這膜-空氣之間的界面之物質其所 計算出的光學性質是描示於圖2，並有如上述所界定的介 電性本質。其所估計的折射率曲線是和圖1及圖2相符合 ，而這使用矩陣方法所定出的測量之光學及橢圓形式數值 是描示於圖3。雖然其他曲線可能也是符合，但這測出的 光學和橢圓形式數值是不可用來解釋以假定這膜是具有均 相性質。 這光罩遮沒物所產生的透射率是描示於圖4，其中這 膜的透射率在波長253nm時是約0. 005。在這波 長下，這透過的光線其相轉移由矩陣方法所決定是約 180° ，如圖5所描述。這膜的反射率在253nm下 所測出是約0 . 1 9。因此這光罩遮沒物被認爲使用於 2 5 3 nm時是一隱沒相轉移器的光罩遮沒物。 實施例2 一被設計用於365nm下的EPS — PMB。個別 使用示於圖1及圖2的金屬及介電成分，EPS — PMB (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 -線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 14 - 505829 般 1 提 所 域 領 的 圍 jgB y 專 請 申 面 下 這 如 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（12 ) 的合適曲線（具有透射率〇 · 〇 2 7、反射率約〇 . 2 6 及在365nm下180°相轉移）係示於圖6。 實施例3 一被設計用在2 5 7 nm下的EP S — PMB。個別 使用示於圖1及圖2的金屬及介電成分，E P S - PMB 的合適曲線（具有透射率〇· 01，反射率約0. 175 及在257nm下173°相轉移）係示於圖7。 實施例2及實施例3描述這些膜之非均相本質的固有 優點及這些非均相衰減膜之金屬及介電成分的可變性。 本發明的特殊具體部分是敘述於這些實施例中。其他 具體部分對這些熟練這技術者就在此本發明所發表的說明 或實用中來做考慮將會十分明瞭。在了解修正部分及其可 變部分後，將可實際運用而不致於偏離本發明之最理論的 精神及領域。如此可更加了解本發明不是僅限於特殊組成 及在此所描述的實施例而已，而且是包括像這類修正形式 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 505829 六、申請專利範圍 1. 一種對240至380nm之選定波長爲可透射 性之隱沒相轉移器-光罩遮沒物，其係包含一具透射率至 少爲0 . 〇 〇 1之光學非均相衰減膜，且其主要組成係爲 結合一佔該膜體積8 5%至5%之C r 一 0 — C — N型金 屬性成分和一佔該膜體積1 5%至9 5%之C r — 0 — C 一 N型介電成分；其中，該膜的某一表面係比起其他表面 含有較高含量之金屬性成分，且該消光係數之變化曲線係 隨該膜之厚度而改變；而其中，該變化曲線和該膜之厚度 係在該選定之波長下做選擇以提供一相轉移180。土 10° ，或其單數倍。 2 ·如申請專利範圍第1項之可透射性之隱沒相轉移 器一光罩遮沒物，其中該相轉移係180。 ±10。。 3 _如申請專利範圍第2項之可透射性之隱沒相轉移 器-光罩遮沒物，其中該反射率係於〇至〇· 5之範圍內 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂- 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 16 -