本发明涉及用于半导体集成电路等的微细加工的半色调相移光掩模坯和半色调相移光掩模。
背景技术：
随着光掩模技术向进一步小型化发展，图案特征宽度变得比曝光波长小。目前采用分辨率提高技术(RET)例如光学邻近校正(OPC)、变形照明、浸没式光刻、相移法和双重曝光光刻。特别地，相移法迄今为止已采用了具有约6％的透射率的半色调相移膜。为了通过光刻形成较窄宽度的图案，例如形成具有50nm以下的半间距的图案，需要具有较高透射率的半色调相移膜以获得较高的对比度。具体地，需要具有约180°的相移和9％-40％的透射率的半色调相移膜。
引用列表
专利文献1：JP-A 2006-078953
专利文献2：JP-A 2003-280168
技术实现要素：
在具有高透射率的半色调相移光掩模坯中，由于可期待膜的薄化和膜的耐清洁性的改善，因此具有由硅和氮、或者硅、氧和氮组成的半色调相移膜的半色调相移光掩模坯在研究中。但是，在从光掩模坯加工为光掩模的步骤过程中，该半色调相移膜具有缺点，该缺点包括氟系干蚀刻的缓慢蚀刻速率和极困难的缺陷校正。
通过将过渡金属添加到该半色调相移膜中从而改善该光掩模坯的加工性。将过渡金属添加到该膜中倾向于使其透射率减小。为了得到具有高透射率的半色调相移膜，不仅必须添加氮，而且必须添加一定量的氧。但是，作为单层膜形成由过渡金属、硅、氧和氮组成的高透射率半色调相移膜时，产生膜应力增加的问题。由于将光掩模坯加工为光掩模后使膜应力消除，因此增加的膜应力导致该膜中形成的图案的位置精度的降低。特别是通过溅射(其通常用于半色调相移膜的沉积)作为单层膜沉积半色调相移膜时，通过根据预定的膜组成将反应性气体向腔室中的供给速率设定得非常高来进行溅射。于是，低腔室压力下的膜沉积困难，尽管认为低腔室压力的设定对于消除膜应力有效。通过调节膜沉积条件(包括腔室压力)来使膜应力保持得低是相当困难的。
本发明涉及半色调相移光掩模坯，其具有由过渡金属、硅、氧和氮组成并且具有高透射率的半色调相移膜。本发明的目的是提供具有应力低且容易加工并且保持预定的相移的半色调相移膜的半色调相移光掩模坯；其制备方法；和半色调相移光掩模。
关于具有由过渡金属、硅、氧和氮组成并且具有高透射率的半色调相移膜的半色调相移光掩模坯，本发明人已发现当半色调相移膜由包括具有低氧含量的应力松弛层和具有高氧含量的相移调节层的多个层构成时，得到的半色调相移膜相对于曝光光提供高透射率和预定的相移，并且提供高加工精度。该半色调相移膜由这样的多个层构成时，该应力松弛层倾向于在比曝光光的波长长的波长侧、典型地在红外侧具有低透射率，并且该应力松弛层在光学退火处理例如闪光灯退火中对照射光的吸收效率增加。于是该包括应力松弛层和相移调节层的多层结构的半色调相移膜在通过光学退火处理来消除膜应力方面有利。
一方面，本发明提供半色调相移光掩模坯，其包括透明基材和在其上相对于波长200nm以下的光提供9％-40％的透射率和150°-200°的相移的半色调相移膜。该半色调相移膜由过渡金属、硅、氧和氮组成，具有至少3at％的平均过渡金属含量，并且由多个层组成，该多个层包括至少一个由该过渡金属、硅、氧和氮组成的应力松弛层和至少一个由该过渡金属、硅、氧和氮组成的相移调节层。该应力松弛层具有最低的至少3at％的氧含量，并且该相移调节层具有比该应力松弛层的氧含量高至少2at％的至少5at％的氧含量。
优选的实施方案中，该半色调相移膜与该透明基材邻接地形成。
优选的实施方案中，最接近该透明基材设置的层为该应力松弛层。
优选的实施方案中，该半色调相移膜由至少三层组成，并且该相移调节层的每个与任意的应力松弛层邻接地设置。
优选的实施方案中，该过渡金属含量在5at％-10at％的范围内。
典型地，该过渡金属为钼。
优选的实施方案中，该半色调相移膜具有9％-12％的透射率或15％-30％的透射率。
将该光掩模坯加工为半色调相移光掩模，该光掩模适合用于在可加工的基材上形成具有50nm以下的半间距的图案的光刻，以及用于使用波长200nm以下的曝光光将该图案转印到在该可加工的基材上形成的光致抗蚀剂膜的图案曝光步骤。
另一方面，本发明提供半色调相移光掩模坯的制备方法，该半色调相移光掩模坯包括透明基材和在其上相对于波长200nm以下的光提供9％-40％的透射率和150°-200°的相移的半色调相移膜，该方法包括在该透明基材上形成半色调相移膜的步骤，该半色调相移膜由过渡金属、硅、氧和氮组成，具有至少3at％的平均过渡金属含量，并且由多个层组成，该多个层包括至少一个由该过渡金属、硅、氧和氮组成的应力松弛层和至少一个由该过渡金属、硅、氧和氮组成的相移调节层，该应力松弛层具有最低的至少3at％的氧含量，该相移调节层具有比该应力松弛层的氧含量高至少2at％的至少5at％的氧含量。
优选的实施方案中，该半色调相移膜具有9％-12％的透射率，并且该方法还包括对该基材上的半色调相移膜照射含红外的光的脉冲的步骤。
优选的实施方案中，该方法还包括在含红外的光的脉冲照射的步骤前通过在250-600℃下保持至少2小时从而对该基材上的半色调相移膜进行热处理的步骤。
另一优选的实施方案中，该半色调相移膜具有15％-30％的透射率，并且该方法还包括通过在250-600℃下保持至少2小时从而对该基材上的半色调相移膜进行热处理的步骤，但不包括含红外的光的脉冲照射的步骤。
在另一方面，本发明提供半色调相移光掩模，包括透明基材和在其上相对于波长200nm以下的光提供9％-40％的透射率和150°-200°的相移的半色调相移膜，其中该半色调相移膜由过渡金属、硅、氧和氮组成，具有至少3at％的平均过渡金属含量，并且由多个层组成，该多个层包括至少一个由该过渡金属、硅、氧和氮组成的应力松弛层和至少一个由该过渡金属、硅、氧和氮组成的相移调节层，该应力松弛层具有最低的至少3at％的氧含量，该相移调节层具有比该应力松弛层的氧含量高至少2at％的至少5at％的氧含量。
本发明的有利效果
在具有由过渡金属、硅、氧和氮组成且具有高透射率的半色调相移膜的半色调相移光掩模坯中，本发明提供具有应力低且加工性改善、同时保持预定的相移的半色调相移膜的半色调相移光掩模坯(和半色调相移光掩模)。使用该半色调相移掩模，符合图案化精度和图案小型化的要求的光刻曝光成为可能。
附图说明
作为唯一的附图，图1为表示实验1中ΔTIR对于半色调相移膜的氧含量的图。
具体实施方式
本发明涉及半色调相移光掩模坯，其包括：透明基材、典型地石英基材和其上沉积并且由过渡金属、硅、氧和氮组成的半色调相移膜。
该半色调相移膜相对于波长200nm以下的光(或曝光光)例如ArF准分子激光(波长193nm)或F2激光(波长157nm)具有至少9％且40％以下、特别地30％以下的透射率，具体地，与常规的含有过渡金属的半色调相移膜相比，为高透射率。具有超过40％的透射率的膜含有高水平的应力，其可能无法通过后述的热处理完全地消除。
该半色调相移膜的相对于曝光光的相移使得由相移膜的区域(相移区域)传输的曝光光与由将该相移膜除去的相邻区域传输的曝光光之间的相移在边界引起曝光光的干涉，由此增加对比度。具体地，该相移为150度至200度。尽管将一般的相移膜设定为约180°的相移，但从对比度提高的观点出发，可以将相移调节到低于或高于180°。例如，设定小于180°的相移对于形成较薄膜有效。当然，接近180°的相移更为有效，原因在于可获得较高的对比度。在这方面，该相移优选为至少160°，更优选为至少175°并且190°以下，更优选地185°以下，最优选为约180°。
该半色调相移膜是包括多个层的多层结构的膜，该多个层包括由过渡金属、硅、氧和氮组成的应力松弛层和由过渡金属、硅、氧和氮组成的相移调节层。尽管并无特别限制，但层的数目典型地为4以下。
该应力松弛层是在该多个层中具有最低氧含量的层。该相移调节层是具有比该应力松弛层的氧含量高至少2at％、优选地至少5at％、更优选地至少10at％、进一步优选地至少15at％的氧含量的层。换言之，在构成该半色调相移膜的多个层中，具有最低氧含量的层为该应力松弛层并且其他层为具有比该应力松弛层高的氧含量的相移调节层。该半色调相移膜由包括应力松弛层和相移调节层的多个层组成时，与单层结构的半色调相移膜相比，使整个半色调相移膜的膜厚度减小。于是使将半色调相移膜加工为膜图案的精度改善。
该应力松弛层可以由单层或多层组成。应指出地是，术语“多个”意味着两个以上。该应力松弛层由多层组成时，该应力松弛层应具有相同的氧含量。该应力松弛层可以在过渡金属、硅和氮含量的全部上不同，但优选在过渡金属、硅和氮含量中的一些或全部上相同。该应力松弛层由多层组成时，该应力松弛层可以在厚度上相同或不同。另一方面，该相移调节层由多层组成时，该相移调节层可以在过渡金属、硅、氧和氮含量的全部上不同，或者可以在过渡金属、硅、氧和氮含量的一些或全部上相同。该相移调节层由多层组成时，该相移调节层可以在厚度上相同或不同。
尽管可经由另一膜例如光学膜(例如，遮光膜或减反射膜)、辅助加工膜(例如，蚀刻掩模膜或蚀刻终止膜)或导电膜将该半色调相移膜沉积到该透明基材上，但优选将该半色调相移膜与该透明基材邻接地(没有任何中间层)沉积。在远离该基材设置的半色调相移膜的表面上，可形成另一膜，例如光学膜(例如，遮光膜或减反射膜)、辅助加工膜(例如，蚀刻掩模膜或蚀刻终止膜)、导电膜或抗蚀剂膜。
在构成该半色调相移膜的应力松弛层和相移调节层中，优选与该基材最接近地、特别是与该基材邻接地形成该应力松弛层(在单层的情况下为该层或者在多层的情况下为任一层)。与该基材邻接的应力松弛层的配置使得由该基材引起的基材相邻部分中的膜应力能够高效地松弛，与单层结构的半色调相移膜相比，成功地进一步使整个半色调相移膜的膜应力减小。于是进一步改善将半色调相移膜加工成膜图案的精度。
上述构成的半色调相移膜的实例为包括从基材侧依次堆叠的应力松弛层和相移调节层的两层结构的半色调相移膜、包括从基材侧依次堆叠的应力松弛层和两个相移调节层的三层结构的半色调相移膜、和包括从基材侧依次堆叠的应力松弛层、相移调节层和应力松弛层的三层结构的半色调相移膜。具有与该基材邻接设置的应力松弛层的半色调相移膜与具有相同透射率、相移和厚度的单层结构的半色调相移膜相比，具有较小的膜应力，并且特别有效，原因在于通过热处理和/或含IR的光的脉冲照射实现较高的膜应力缓和效果，这将后述。而且，在构成该半色调相移膜的应力松弛层和相移调节层中，优选地将该应力松弛层形成在最外层(最远离该基材)，特别是在两层结构的情况下，从该基材侧将该相移调节层和应力松弛层依次堆叠，原因在于该配置对于增加来自该半色调相移膜的表面侧的反射率和对于增加缺陷检测灵敏性有效。
在其中该半色调相移膜由三层以上组成的实施方案中，优选地将每个相移调节层(在单层的情况下为该层或者多层的情况下为所有层)与任意的应力松弛层邻接地沉积，更优选地，将应力松弛层和相移调节层交替地沉积。与该应力松弛层邻接的相移调节层的配置使得来自该相移调节层(含有比该应力松弛层多的膜应力)的膜应力能够高效地松弛，与单层结构的半色调相移膜相比，成功地进一步使整个半色调相移膜的膜应力减小。于是进一步改善将半色调相移膜加工成膜图案的精度。
上述构成的半色调相移膜的实例为包括从该基材侧依次堆叠的相移调节层、应力松弛层和相移调节层的三层结构的半色调相移膜、包括从该基材侧依次堆叠的应力松弛层、两个相移调节层和应力松弛层的四层结构的半色调相移膜、和包括从该基材侧依次或倒序交替堆叠的应力松弛层和相移调节层的四层结构的半色调相移膜。包括交替堆叠的应力松弛层和相移调节层的半色调相移膜，例如，包括从该基材侧依次堆叠的相移调节层/应力松弛层/相移调节层的三层结构的半色调相移膜具有比具有相同的透射率、相移和厚度的单层结构的半色调相移膜小的膜应力，并且特别有效，原因在于通过热处理和/或含IR的光的脉冲照射实现较高的膜应力缓和效果，这将后述。
该半色调相移膜为由过渡金属、硅、氧和氮组成的膜，即，过渡金属硅的氧氮化物的膜。但是，包括这些以外的元素是容许的，只要它们的量处于杂质水平。为了该半色调相移膜具有至少9％的高透射率并且易于加工，该半色调相移膜应具有至少3at％、优选地至少5at％的平均过渡金属含量。该平均过渡金属含量优选为10at％以下，更优选为8at％以下，进一步优选为7at％以下。具有超过10at％的平均过渡金属含量的膜可能在耐清洁性和耐曝光光照射性上差。
而且，该半色调相移膜应优选地具有至少30at％、优选地至少33at％且45at％以下、更优选地40at％以下的平均硅含量和至少10at％、优选地至少12at％且45at％以下、更优选地40at％以下的平均氧含量。氮的平均含量实质上为余量。应指出地是，半色调相移膜中元素的平均含量对应于基于该膜的全部层中原子的总量的该元素的总量的原子％。
对于构成该半色调相移膜的每个层，过渡金属、硅、氧和氮的含量如下所述。对于该应力松弛层和该相移调节层的任一者，该过渡金属含量优选为至少3at％、特别地至少5at％，并且10at％以下、特别地7at％以下；并且该硅含量优选为至少30at％、特别地至少33at％，并且45at％以下、特别地40at％以下。对于该应力松弛层，该氧含量优选为至少5at％、特别地至少10at％，并且35at％以下、更优选地30at％以下、特别地20at％以下；并且对于该相移调节层，优选为至少7at％、特别地至少12at％，并且60at％以下、更优选地50at％以下、特别地40at％以下。氮的平均含量实质上为余量。
在本发明的实施中，应用具有比该相移调节层的氧含量低至少2at％的氧含量的应力松弛层。这使得该应力松弛层能够充分发挥功能以使该半色调相移膜中的膜应力减小。该半色调相移膜具有至少26at％的平均氧含量，特别是该半色调相移膜的全部层具有至少26at％的氧含量的实施方案中，由于这样高的氧含量对膜应力的增加具有较大的影响，因此优选将该应力松弛层与该相移调节层之间的氧含量之差设定为至少10at％、更优选地至少15at％。
如果该应力松弛层的厚度(应力松弛层由多层组成时多层的合计厚度)相对于该半色调相移膜的总厚度太薄时，不可预期由该应力松弛层产生的膜应力的充分减小。如果该厚度相对于该半色调相移膜的总厚度太厚，则为了获得预定的高透射率，必须对该相移调节层给予较高的氧含量。结果，反而使膜应力增加；或者由于具有低氧含量的应力松弛层占较高比例，因此没有使整个半色调相移膜的氧含量充分地增加，无法获得预定的高透射率。由于上述原因，该应力松弛层的厚度优选为该半色调相移膜的总厚度的至少5％、更优选地至少10％，并且50％以下、更优选地30％以下。
该半色调相移光掩模坯可通过采用任何公知的方法在透明基材上沉积包括应力松弛层和相移调节层的半色调相移膜，并且任选地在该基材与该半色调相移膜之间和/或在远离该基材设置的该半色调相移膜的一侧沉积另一膜而制备。
优选地，通过反应性溅射沉积该半色调相移膜。具体地，将透明基材设置在溅射室中。可通过使用过渡金属靶、过渡金属-硅靶和硅靶作为靶，供给反应性气体例如氧(O2)气、氮(N2)气和氧化氮(N2O、NO2)气以及稀有气体例如氩(Ar)气作为溅射气体，并且根据待沉积的应力松弛层或相移调节层的组成来调节整个靶的功率和溅射气体的流量来进行溅射沉积。根据应力松弛层和相移调节层的堆叠次序和数目来依次改变溅射条件。根据各个层的厚度来选择溅射时间。以这种方式，可沉积包括应力松弛层和相移调节层的多层构成的半色调相移膜。溅射压力优选在0.01Pa-0.5Pa的范围内。
优选通过在至少250℃、特别地至少300℃并且600℃以下、特别地500℃以下的温度下保持至少2小时、特别地至少4小时来对该透明基材上沉积的半色调相移膜进行热处理。该热处理对于从该半色调相移膜消除应力有效。可通过将其上沉积有半色调相移膜的基材容纳于热处理炉、典型地电炉中，并且在预定的温度下加热预定的时间来进行该热处理。可在远离该基材设置的半色调相移膜的一侧形成另一膜之前或之后进行该热处理。尽管并不严格，但考虑膜应力消除效果和生产率时，热处理的持续时间典型地为6小时以下。
进而，优选对该透明基材上沉积的半色调相移膜进行含有红外(IR)的光的脉冲照射。含有IR的光的脉冲照射对于从该半色调相移膜消除应力有效。通过将该脉冲照射处理与热处理组合，从而提高效果。通过在脉冲照射处理之前进行热处理，消除膜应力的效果变得最高。可在远离该基材设置的半色调相移膜的一侧形成另一膜之前或之后进行该脉冲照射处理。优选在远离该基材设置的半色调相移膜的一侧形成另一膜之前进行该脉冲照射处理，原因在于能够将光直接照射于该半色调相移膜。
用于发出含有IR的光的脉冲的优选的光源为闪光灯。闪光灯为在连续的宽波长区域中提供短持续时间的光脉冲的光源，例如，包括透光性材料、典型地填充有气体例如氙气的玻璃的灯泡的灯，对其以脉冲施加高电压用于发光。通过脉冲照射处理向该膜施加的能量的量因膜组成而改变，优选为至少15J/cm2，特别地至少20J/cm2并且35J/cm2以下，特别地30J/cm2以下，以累计剂量计。
使用含有IR的光的脉冲照射处理对于具有9％-12％的范围内的透射率的半色调相移膜特别有效。对于具有超过12％的透射率的半色调相移膜，每单位照射能量的膜应力降低效果变得较弱。如果照射较大量的能量以弥补这样的效果的损失，则不经济并且产生如下问题：由于来源于照射系统的材料的引入而将该膜污染并且由于这样的污染物而使膜质量改变。于是，对于具有超过12％、特别地至少15％且50％以下、特别地30％以下的透射率的半色调相移膜，建议只进行热处理并且省略使用含有IR的光的脉冲照射处理。
构成半色调相移膜，即构成应力松弛层和相移调节层的过渡金属以及构成该半色调相移膜的沉积中使用的靶的过渡金属典型地选自钼、锆、钨、钛、铪、铬和钽。可使用选自这些过渡金属中的一种或多种元素，最优选钼。
本发明的半色调相移光掩模如上所述，定义为包括透明基材和其上形成的包括应力松弛层和相移调节层的半色调相移膜的图案。可通过采用应用于光掩模坯上的膜的图案化的任何公知的技术将该半色调相移膜图案化，从而由上述的半色调相移光掩模坯制备光掩模。例如，如果需要，将抗蚀剂膜沉积在该半色调相移光掩模坯上，并且通过标准技术将该抗蚀剂膜图案化。利用该抗蚀剂膜图案制成的蚀刻掩模，通过干蚀刻对下层膜进行图案化。进而，如果需要，利用该抗蚀剂膜图案和该膜图案制成的蚀刻掩模，通过干蚀刻依次对更下层的膜(如果有的话)和该透明基材进行图案化。最后将不需要的膜(一个或多个)除去，得到半色调相移光掩模，尽管取决于膜组成，该干蚀刻可选自氯系、氟系和其他干蚀刻技术，但对于根据本发明的半色调相移膜，典型地选择氟系干蚀刻。
用于在可加工的基材上形成具有50nm以下、典型地30nm以下、更典型地20nm以下的半间距的图案的光刻法中，其包括如下步骤：在可加工的基材上形成光致抗蚀剂膜和通过用于将图案转印于该光致抗蚀剂膜的图案化掩模使该光致抗蚀剂膜曝光于波长200nm以下的光、典型地ArF准分子激光(193nm)或F2激光(157nm)，该半色调相移光掩模(由本发明的半色调相移光掩模坯制备)最适合用于该曝光步骤。
通过该半色调相移光掩模(由本发明的半色调相移光掩模坯制备)进行图案曝光的方法包括如下步骤：在可加工的基材上形成光致抗蚀剂膜，适当地设置带有包括半色调相移膜图案的光掩模图案的半色调相移光掩模，和对该光掩模图案照射曝光光以由此将该光掩模图案转印于该可加工的基材上的光致抗蚀剂膜。曝光光的照射可以是干式曝光或浸液式曝光。本发明的半色调相移光掩模在通过浸没式光刻将具有至少300mm的大小的晶片形式的可加工的基材上的抗蚀剂膜曝光于光的光掩模图案中特别有效，该浸没式光刻具有如下倾向：在商业应用中累积照射的能量量在较短时间内急剧增加。
实施例
以下给出实施例以进一步对本发明进行例示，但本发明并不限于此。
实验1
在溅射系统的腔室中，设置152mm见方和6.35mm厚的6025石英基材。通过使用MoSi和Si靶作为溅射靶，使用氩气、氮气和氧气作为溅射气体，对整个MoSi靶施加300W的恒定功率并且对整个Si靶施加1,700W的恒定功率，以18sccm的恒定流量供给氩气，以65sccm的恒定流量供给氮气，并且以0、3、6、10和15sccm的不同流量供给氧气，从而在基材上沉积5个MoSiON的半色调相移膜。对该沉积进行调节以致该膜相对于波长193nm的光(ArF准分子激光，下同)可具有177°的相移。
通过平整度测试仪(UltraFlat Type-G，Corning Tropel)对沉积的半色调相移膜测定TIR(总指示读数)。应指出地是，同样适用于以下的TIR测定。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去沉积后的TIR值而得到TIR之差(ΔTIR)并且作为膜应力的指数报道。对于在不同条件下沉积的半色调相移膜，在图1的图中作为氧含量的函数绘制ΔTIR。由图1可以看到，具有较低的氧含量的膜含有较低的每单位相移的应力。
实施例1
在溅射系统的腔室中，设置152mm见方且6.35mm厚的6025石英基材。通过使用MoSi和Si靶作为溅射靶，使用氩气、氮气和氧气作为溅射气体，对整个MoSi靶施加300W的恒定功率并且对整个Si靶施加1,700W的恒定功率，以18sccm的恒定流量供给氩气，以65sccm的恒定流量供给氮气，并且以6.6、13.6和17.6sccm的不同流量供给氧气，从而在该基材上沉积MoSiON的半色调相移膜。该半色调相移膜为三层结构，其包括从该基材侧依次堆叠的应力松弛层(28nm厚)、第一相移调节层(43nm厚)和第二相移调节层(42nm厚)。对该沉积的半色调相移膜测定TIR。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去沉积后的TIR值所得到的TIR差(ΔTIR)为-0.30μm。
在加热炉中在300℃下对其上沉积有半色调相移膜的透明基材进行热处理6小时。测定热处理后的TIR值。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去热处理后的TIR值所得到的TIR差(ΔTIR)为-0.25μm。
使用闪光灯退火系统LA3020F(Screen Holdings Co.，Ltd.)，在以提供29.1J/cm2(通过采用色度计的预先测定确定，下同)的照射能量剂量的条件下对热处理后的半色调相移膜进行含IR的光的脉冲照射，以完成半色调相移光掩模坯。脉冲照射处理后对该光掩模坯测定TIR值。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去脉冲照射处理后的TIR值所得到的TIR差(ΔTIR)为-0.24μm。
该半色调相移膜相对于该曝光光具有30％的透射率和177°的相移，并且具有113nm的厚度。该应力松弛层具有4.2at％的钼含量、35.9at％的硅含量、31.8at％的氧含量、和28.1at％的氮含量；该第一相移调节层具有3.5at％的钼含量、32.6at％的硅含量、49.1at％的氧含量、和14.8at％的氮含量；该第二相移调节层具有3.2at％的钼含量、31.5at％的硅含量、57.1at％的氧含量、和8.2at％的氮含量。整个半色调相移膜平均具有3.6at％的钼含量、33.0at％的硅含量、47.8at％的氧含量、和15.6at％的氮含量。将沉积条件、膜组成、照射能量、ΔTIR、膜厚度、透射率和相移示于表1中。
比较例1
在溅射系统的腔室中，设置152mm见方且6.35mm厚的6025石英基材。通过使用MoSi和Si靶作为溅射靶，使用氩气、氮气和氧气作为溅射气体，对整个MoSi靶施加300W的功率并且对整个Si靶施加1,700W的功率，以18sccm的流量供给氩气，以65sccm的流量供给氮气，并且以15sccm的流量供给氧气，从而在该基材上沉积MoSiON单层结构的半色调相移膜。对该沉积的半色调相移膜测定TIR。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去沉积后的TIR值所得到的TIR差(ΔTIR)为-0.37μm。
在加热炉中在300℃下对其上沉积有半色调相移膜的透明基材进行热处理6小时。测定热处理后的TIR值。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去热处理后的TIR值所得到的TIR差(ΔTIR)为-0.32μm。
如实施例1中那样，使用闪光灯退火系统LA3020F，在以提供29.1J/cm2的照射能量剂量的条件下对热处理后的半色调相移膜进行含IR的光的脉冲照射，以完成半色调相移光掩模坯。脉冲照射处理后对该光掩模坯测定TIR值。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去脉冲照射处理后的TIR值所得到的TIR差(ΔTIR)为-0.32μm。
该半色调相移膜相对于该曝光光具有30％的透射率和177°的相移，并且具有114nm的厚度。该半色调相移膜具有3.5at％的钼含量、33.6at％的硅含量、47.5at％的氧含量、和15.4at％的氮含量。将沉积条件、膜组成、照射能量、ΔTIR、膜厚度、透射率和相移示于表1中。
实施例1与比较例1的比较揭示出透射率和相移是相同的，膜厚度基本上相等，但实施例1的半色调相移膜在沉积后的ΔTIR、热处理后的ΔTIR和脉冲照射处理后的ΔTIR上全部优异。已证实包括具有低氧含量的应力松弛层和具有高氧含量的相移调节层的多层结构的半色调相移膜作为用于消除膜应力的高透射率半色调相移膜有效。
实施例2
在溅射系统的腔室中，设置152mm见方且6.35mm厚的6025石英基材。通过使用MoSi和Si靶作为溅射靶，使用氩气、氮气和氧气作为溅射气体，对整个MoSi靶施加300W的恒定功率并且对整个Si靶施加1,700W的恒定功率，以18sccm的恒定流量供给氩气，以65sccm的恒定流量供给氮气，并且以6、1和5sccm的不同流量供给氧气，从而在该基材上沉积MoSiON的半色调相移膜。该半色调相移膜为三层结构，其包括从该基材侧依次堆叠的第一相移调节层(35nm厚)、应力松弛层(11nm厚)、和第二相移调节层(35nm厚)。对该沉积的半色调相移膜测定TIR。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去沉积后的TIR值所得到的ΔTIR为-0.16μm。
在加热炉中在300℃下对其上沉积有半色调相移膜的透明基材进行热处理6小时。测定热处理后的TIR值。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去热处理后的TIR值所得到的ΔTIR为-0.11μm。
如实施例1中那样，使用闪光灯退火系统LA3020F，在以提供29.1J/cm2的照射能量剂量的条件下对热处理后的半色调相移膜进行含IR的光的脉冲照射以完成半色调相移光掩模坯。脉冲照射处理后对该光掩模坯测定TIR值。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去脉冲照射处理后的TIR值所得到的ΔTIR为-0.09μm。
该半色调相移膜相对于该曝光光具有15％的透射率和180°的相移，并且具有81nm的厚度。该第一相移调节层具有4.5at％的钼含量、37.0at％的硅含量、25.3at％的氧含量、和33.2at％的氮含量；该应力松弛层具有5.2at％的钼含量、39.9at％的硅含量、8.2at％的氧含量、和46.7at％的氮含量；该第二相移调节层具有4.8at％的钼含量、37.6at％的硅含量、21.0at％的氧含量、和36.6at％的氮含量。整个半色调相移膜平均具有4.7at％的钼含量、37.7at％的硅含量、21.1at％的氧含量、和36.5at％的氮含量。将沉积条件、膜组成、照射能量、ΔTIR、膜厚度、透射率和相移示于表1中。
比较例2
在溅射系统的腔室中，设置152mm见方且6.35mm厚的6025石英基材。通过使用MoSi和Si靶作为溅射靶，使用氩气、氮气和氧气作为溅射气体，对整个MoSi靶施加300W的功率并且对整个Si靶施加1,700W的功率，以18sccm的流量供给氩气，以65sccm的流量供给氮气，并且以6.5sccm的流量供给氧气，从而在该基材上沉积MoSiON单层结构的半色调相移膜。对该沉积的半色调相移膜测定TIR。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去沉积后的TIR值所得到的ΔTIR为-0.21μm。
在加热炉中在300℃下对其上沉积有半色调相移膜的透明基材进行热处理6小时。测定热处理后的TIR值。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去热处理后的TIR值所得到的ΔTIR为-0.15μm。
如实施例1中那样，使用闪光灯退火系统LA3020F，在以提供29.1J/cm2的照射能量剂量的条件下对热处理后的半色调相移膜进行含IR的光的脉冲照射以完成半色调相移光掩模坯。脉冲照射处理后对该光掩模坯测定TIR值。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去脉冲照射处理后的TIR值所得到的ΔTIR为-0.14μm。
该半色调相移膜相对于该曝光光具有15％的透射率和180°的相移，并且具有81nm的厚度。该半色调相移膜具有4.8at％的钼含量、37.8at％的硅含量、21.1at％的氧含量、和36.3at％的氮含量。将沉积条件、膜组成、照射能量、ΔTIR、膜厚度、透射率和相移示于表1中。
实施例2与比较例2的比较揭示出透射率、相移和膜厚度是相同的，但实施例2的半色调相移膜在沉积后的ΔTIR、热处理后的ΔTIR和脉冲照射处理后的ΔTIR上全部优异。已证实包括具有低氧含量的应力松弛层和具有高氧含量的相移调节层的多层结构的半色调相移膜作为用于消除膜应力的高透射率半色调相移膜有效。
实施例3
在溅射系统的腔室中，设置152mm见方且6.35mm厚的6025石英基材。通过使用MoSi和Si靶作为溅射靶，使用氩气、氮气和氧气作为溅射气体，对整个MoSi靶施加300W的恒定功率并且对整个Si靶施加1,700W的恒定功率，以18sccm的恒定流量供给氩气，以58sccm的恒定流量供给氮气，并且以3.5和4.5sccm的不同流量供给氧气，从而在该基材上沉积MoSiON的半色调相移膜。该半色调相移膜为两层结构，其包括从该基材侧依次堆叠的应力松弛层(37nm厚)和相移调节层(38nm厚)。对该沉积的半色调相移膜测定TIR。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去沉积后的TIR值所得到的ΔTIR为-0.23μm。
在加热炉中在300℃下对其上沉积有半色调相移膜的透明基材进行热处理6小时。测定热处理后的TIR值。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去热处理后的TIR值所得到的ΔTIR为-0.18μm。
如实施例1中那样，使用闪光灯退火系统LA3020F，在以提供26.8J/cm2的照射能量剂量的条件下对热处理后的半色调相移膜进行含IR的光的脉冲照射以完成半色调相移光掩模坯。脉冲照射处理后对该光掩模坯测定TIR值。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去脉冲照射处理后的TIR值所得到的ΔTIR为+0.01μm。
该半色调相移膜相对于该曝光光具有12％的透射率和177°的相移，并且具有75nm的厚度。该应力松弛层具有5.0at％的钼含量、38.2at％的硅含量、13.8at％的氧含量、和43.0at％的氮含量；并且该相移调节层具有5.4at％的钼含量、38.2at％的硅含量、15.8at％的氧含量、和40.6at％的氮含量。整个半色调相移膜平均具有5.2at％的钼含量、38.2at％的硅含量、14.9at％的氧含量、和41.7at％的氮含量。将沉积条件、膜组成、照射能量、ΔTIR、膜厚度、透射率和相移示于表1中。
比较例3
在溅射系统的腔室中，设置152mm见方且6.35mm厚的6025石英基材。通过使用MoSi和Si靶作为溅射靶，使用氩气、氮气和氧气作为溅射气体，对整个MoSi靶施加300W的功率并且对整个Si靶施加1,700W的功率，以18sccm的流量供给氩气，以58sccm的流量供给氮气，并且以4.2sccm的流量供给氧气，从而在该基材上沉积MoSiON单层结构的半色调相移膜。对该沉积的半色调相移膜测定TIR。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去沉积后的TIR值所得到的ΔTIR为-0.25μm。
在加热炉中在300℃下对其上沉积有半色调相移膜的透明基材进行热处理6小时。测定热处理后的TIR值。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去热处理后的TIR值所得到的ΔTIR为-0.20μm。
如实施例1中那样，使用闪光灯退火系统LA3020F，在以提供26.8J/cm2的照射能量剂量的条件下对热处理后的半色调相移膜进行含IR的光的脉冲照射以完成半色调相移光掩模坯。脉冲照射处理后对该光掩模坯测定TIR值。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去脉冲照射处理后的TIR值所得到的ΔTIR为-0.03μm。
该半色调相移膜相对于该曝光光具有12％的透射率和177°的相移，并且具有75nm的厚度。该半色调相移膜具有5.3at％的钼含量、38.3at％的硅含量、15.6at％的氧含量、和40.8at％的氮含量。将沉积条件、膜组成、照射能量、ΔTIR、膜厚度、透射率和相移示于表1中。
实施例3与比较例3的比较揭示出透射率、相移和膜厚度是相同的，但实施例3的半色调相移膜在沉积后的ΔTIR、热处理后的ΔTIR和脉冲照射处理后的ΔTIR上全部优异。已证实包括具有低氧含量的应力松弛层和具有高氧含量的相移调节层的多层结构的半色调相移膜作为用于消除膜应力的高透射率半色调相移膜有效。作为含有IR的光的脉冲照射的结果，用较少的照射能量剂量就使膜应力消除。实施例3对于消除膜应力特别有效。
实施例4
在溅射系统的腔室中，设置152mm见方且6.35mm厚的6025石英基材。通过使用MoSi和Si靶作为溅射靶，使用氩气、氮气和氧气作为溅射气体，对整个MoSi靶施加400W的恒定功率并且对整个Si靶施加1,600W的恒定功率，以17sccm的恒定流量供给氩气，以55sccm的恒定流量供给氮气，并且以3.6和4.6sccm的不同流量供给氧气，从而在该基材上沉积MoSiON的半色调相移膜。该半色调相移膜为两层结构，其包括从该基材侧依次堆叠的应力松弛层(21nm厚)和相移调节层(54nm厚)。对该沉积的半色调相移膜测定TIR。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去沉积后的TIR值所得到的ΔTIR为-0.28μm。
在加热炉中在300℃下对其上沉积有半色调相移膜的透明基材进行热处理6小时。测定热处理后的TIR值。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去热处理后的TIR值所得到的ΔTIR为-0.21μm。
如实施例1中那样，使用闪光灯退火系统LA3020F，在以提供23.4J/cm2的照射能量剂量的条件下对热处理后的半色调相移膜进行含IR的光的脉冲照射以完成半色调相移光掩模坯。脉冲照射处理后对该光掩模坯测定TIR值。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去脉冲照射处理后的TIR值所得到的ATIR为+0.01μm。
该半色调相移膜相对于该曝光光具有9％的透射率和177°的相移，并且具有75nm的厚度。该应力松弛层具有6.3at％的钼含量、38.3at％的硅含量、13.0at％的氧含量、和42.4at％的氮含量；并且该相移调节层具有7.0at％的钼含量、38.2at％的硅含量、15.0at％的氧含量、和39.8at％的氮含量。整个半色调相移膜平均具有6.8at％的钼含量、38.3at％的硅含量、14.2at％的氧含量、和40.7at％的氮含量。将沉积条件、膜组成、照射能量、ΔTIR、膜厚度、透射率和相移示于表1中。
比较例4
在溅射系统的腔室中，设置152mm见方且6.35mm厚的6025石英基材。通过使用MoSi和Si靶作为溅射靶，使用氩气、氮气和氧气作为溅射气体，对整个MoSi靶施加400W的功率并且对整个Si靶施加1,600W的功率，以17sccm的流量供给氩气，以55sccm的流量供给氮气，并且以4.4sccm的流量供给氧气，从而在该基材上沉积MoSiON单层结构的半色调相移膜。对该沉积的半色调相移膜测定TIR。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去沉积后的TIR值所得到的ΔTIR为-0.31μm。
在加热炉中在300℃下对其上沉积有半色调相移膜的透明基材进行热处理6小时。测定热处理后的TIR值。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去热处理后的TIR值所得到的ΔTIR为-0.24μm。
如实施例1中那样，使用闪光灯退火系统LA3020F，在以提供23.4J/cm2的照射能量剂量的条件下对热处理后的半色调相移膜进行含IR的光的脉冲照射以完成半色调相移光掩模坯。脉冲照射处理后对该光掩模坯测定TIR值。通过从沉积前测定的(即，该石英基材的)TIR值减去脉冲照射处理后的TIR值所得到的ΔTIR为-0.04μm。
该半色调相移膜相对于该曝光光具有9％的透射率和177°的相移，并且具有75nm的厚度。该半色调相移膜具有6.8at％的钼含量、37.2at％的硅含量、14.3at％的氧含量、和41.7at％的氮含量。将沉积条件、膜组成、照射能量、ΔTIR、膜厚度、透射率和相移示于表1中。
实施例4与比较例4的比较揭示出透射率、相移和膜厚度是相同的，但实施例4的半色调相移膜在沉积后的ΔTIR、热处理后的ΔTIR和脉冲照射处理后的ΔTIR上全部优异。已证实包括具有低氧含量的应力松弛层和具有高氧含量的相移调节层的多层结构的半色调相移膜作为用于消除膜应力的高透射率半色调相移膜有效。作为含有IR的光的脉冲照射的结果，用较少的照射能量剂量就使膜应力消除。实施例4对于消除膜应力特别有效。
表1