專(zhuān)利名稱(chēng)：光衰減隱蔽的相位移式光掩模半成品的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種利用短波長(zhǎng)(即小于400納米)的光進(jìn)行光刻的相位移式光掩模半成品。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一些相位移式光掩模半成品，其使透射的光衰減并相對(duì)于在空氣中沿相同路徑長(zhǎng)度傳播的光相位變化180°。這種光掩模半成品在本技術(shù)領(lǐng)域通常稱(chēng)之為光衰減(隱蔽的)相位移式光掩模半成品或半色度相位移式光掩模半成品。
為了制造極限尺寸達(dá)0.25毫米或者更小高密度集成電路，電子業(yè)一直尋求發(fā)展光刻技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，光刻用的光掩模半成品需要利用短波長(zhǎng)的光(即小于400納米)來(lái)加工。用于進(jìn)一步光刻的兩個(gè)波長(zhǎng)為248納米(KrF激光波長(zhǎng))和193納米(ArF激光波長(zhǎng))。一種相位移式光掩模增強(qiáng)了微小電路圖案的對(duì)比度，這是由于其消除了光波干涉。
使光衰減和相位變化的相位移式光掩模和光掩模半成品的概念是由H.I.Smith在US4890309中公開(kāi)的(“具有相位移式衰減器的光刻掩?！?已知的光衰減隱蔽的相位移式光掩模主要分成兩類(lèi)(1)含Cr、Cr-氧化物、Cr-碳化物、Cr-氮化物、Cr-氟化物或其組合的Cr-基光掩模半成品；(2)含SiO2或Si3N4以及基本不透明材料例如MoN或MoSi2的SiO2基或Si3N4基光掩模半成品。通常后一類(lèi)材料被總稱(chēng)為’MoOSiN’。
Cr-基光掩模半成品具有的優(yōu)點(diǎn)是耐化學(xué)性能，并且可以采用對(duì)于不透明的Cr光掩模半成品顯影的大多數(shù)的相似的處理步驟?；赟iO2-或Si3N4的第二類(lèi)光掩模半成品利用其能縱深透過(guò)UV的透明性和易于利用氟基的無(wú)毒化學(xué)制劑進(jìn)行干蝕刻。然而，對(duì)于利用更短波長(zhǎng)(小于200納米)的光使光掩模顯影的需求使得Cr化學(xué)制劑不夠合意，因?yàn)樵谶@些波長(zhǎng)下，僅基于Cr(即其氧化物、氮化物、碳化物、氟化物或其組合)的光掩模的光吸收作用太大。“MoSiON”光掩模半成品的缺點(diǎn)是在這種短波長(zhǎng)的光下，其Si過(guò)多，因而相對(duì)于石英(SiO2)基片蝕刻的選擇性不良。因此需要一種蝕刻阻擋物，即一種附加的材料層，其在氟蝕刻中難以蝕刻。
此外，有一些參考文獻(xiàn)，其中的光衰減隱蔽的相位移式光掩模半成品包含經(jīng)氫化的無(wú)定形碳層，鉭以及它與Cr金屬層的化合物，或者一層或多層由鉿化合物構(gòu)成的層。
發(fā)明概述本發(fā)明包含一種光衰減隱蔽的相位移式光掩模半成品，其能夠在所選擇的光刻用光波長(zhǎng)小于400納米時(shí)形成180°相位移和具有至少為0.001的光透射率，該光掩模半成品包含至少一層鋁化合物和至少一種成分，該成分在所選擇的光刻用光波長(zhǎng)小于400納米時(shí)比鋁化合物具有更大的光吸收作用。
氮化鋁、氧氮化鋁和氧化鋁是優(yōu)選的鋁化合物的實(shí)例。這些化合物在短波長(zhǎng)光下是較透明的，并且是堅(jiān)固耐用的，可蝕刻的，以及相對(duì)于石英基片具有蝕刻選擇性。該較大的光吸收成分選自元素金屬、金屬氧化物、金屬氮化物以及其混合物。特別優(yōu)選的該較大光吸收成分是選自Ti、Fe、In、Co、Bi、Mn、Cu、Sn、Cr、Ni、V、Nb、Ta、Mo、鑭系金屬和W的氧化物；或者Ti、Nb、Mo、Cr、W、Ta、Zr、Hf或V的氮化物以及元素金屬。
另一方面，本發(fā)明包括一種用于制備光衰減隱蔽的相位移式光掩模半成品的方法，該光掩模半成品能在所選擇的光刻用光波長(zhǎng)小于400納米時(shí)，形成180°相位移以及具有至少為0.001的光透射率，該方法包含在一基片上淀積至少一層鋁化合物以及至少一種成分，該成分在所選擇的光刻用光波長(zhǎng)小于400納米時(shí)具有比鋁化合物更大的光吸收作用。
通過(guò)參照附圖進(jìn)一步閱讀說(shuō)明書(shū)和所提出的權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它特征會(huì)變得更清楚。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是在6％N2/Ar混合氣體中制備的本發(fā)明的Al/AlN金屬陶瓷光掩模半成品的X射線(xiàn)衍射圖形。
圖2是在含10％的N2/Ar混合氣體中制備的本發(fā)明的Al/AlN金屬陶瓷光掩模半成品的X射線(xiàn)衍射圖形。
圖3是在含20％的N2/Ar混合氣體中制備的本發(fā)明的Al/AlN金屬陶瓷光掩模半成品的X射線(xiàn)衍射圖形。
圖4是表示在金屬陶瓷光掩模半成品的濺射過(guò)程中的折射系數(shù)(n)和N2的分壓力之間相互關(guān)系的曲線(xiàn)圖。
圖5是表示在金屬陶瓷光掩模半成品的濺射過(guò)程中的消光系數(shù)(k)和N2的分壓力之間相互關(guān)系的曲線(xiàn)圖。
圖6是表示關(guān)于金屬陶瓷光掩模的隱蔽移相器的透射率(％T)與N2分壓的關(guān)系曲線(xiàn)圖。
圖7是表示在AlN/CrN多層光掩模半成品中的折射系數(shù)(n)和AlN百分?jǐn)?shù)之間相互關(guān)系的曲線(xiàn)圖。
圖8是表示在AlN/CrN多層光掩模半成品中的消光系數(shù)(k)和AlN百分?jǐn)?shù)之間相互關(guān)系的曲線(xiàn)圖。
圖9是表示在AlN/CrN多層光掩模半成品中隱蔽移相器的透射率(％T)與AlN百分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線(xiàn)圖。
圖10是表示在Al2O3/CrOx復(fù)合光掩模半成品中的折射系數(shù)(n)和Al2O3百分?jǐn)?shù)之間相互關(guān)系的曲線(xiàn)圖。
圖11是表示在Al2O3/CrOx復(fù)合光掩模半成品中的消光系數(shù)(k)和Al2O3百分?jǐn)?shù)之間相互關(guān)系的曲線(xiàn)圖。
圖12是表示在Al2O3/CrOx復(fù)合光掩模半成品中隱蔽移相器的透射率(％T)與Al2O3百分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線(xiàn)圖。
圖13是表示在AlN/CrN復(fù)合光掩模半成品中隱蔽移相器的透射率(％T)與Al2O3百分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線(xiàn)圖。
實(shí)施方案詳細(xì)描述正如本技術(shù)領(lǐng)域所公知的，“光掩模半成品”不同于“光掩?！痹谟?，后一術(shù)語(yǔ)用于表示已成像后的光掩模半成品。雖然，這里已經(jīng)力求遵循習(xí)慣術(shù)語(yǔ)，但本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解該區(qū)別不在于本發(fā)明的材料方面。因此，應(yīng)理解，這里所用的“光掩模半成品”廣義而言包含成像和未成像的光掩模半成品。
本發(fā)明的相位移式光掩模半成品可認(rèn)為有三種不同的形式；(1)金屬陶瓷，(2)多層式，(3)復(fù)合材料。用于制備光掩模半成品的優(yōu)選方法是通過(guò)汽相淀積的物理方法(例如濺射或蒸發(fā))，不過(guò)也可以采用本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的用于將材料淀積到基片上的其它方法。
金屬陶瓷術(shù)語(yǔ)金屬陶瓷這里使用是指包含以均勻或不均勻方式散布在陶瓷基質(zhì)中的元素金屬的光掩模半成品。在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)正文中，金屬陶瓷用M/AlX來(lái)表示，其中M指較小濃度的金屬，AlX指鋁化合物的陶瓷基質(zhì)。
一些金屬陶瓷例如Al/AlN或Ru/Al2O3是通過(guò)濺射式用電子束蒸發(fā)制得的。在濺射的實(shí)例中，在進(jìn)行濺射之前利用深冷抽氣泵對(duì)不銹鋼真空室抽真空使其壓力至少達(dá)到1×104Pa。渦流分子泵或擴(kuò)射泵也是適用的。所使用的金屬靶直徑在5-20厘米之間。為了制得金屬陶瓷，DC磁控管、RF磁控管和RF二極管濺射方式全都是有效的。為了濺射制得金屬陶瓷，該靶可以是單純金屬靶，例如為制備Al/AlN時(shí)，或者多組分靶，例如制備Cr-SiO膜時(shí)。在元素金屬靶的情況下，濺射條件決定了化學(xué)組成，而靶各種成分的比決定多組分材料中的化學(xué)組成。
在基片上沉積各層膜之前，通過(guò)在純Ar中至少持續(xù)30分鐘濺射金屬靶，對(duì)其進(jìn)行預(yù)濺射或預(yù)處理，以便形成一個(gè)清潔的反應(yīng)性表面。然后在Ar中和在N2的分壓力下以便形成氮化物，或在O2分壓力下形成氧化物，或者在O2加N2分壓力下形成氧氮化物。標(biāo)準(zhǔn)的總濺射壓力為1.3×10-2Pa或更小，以便促進(jìn)致密膜的生長(zhǎng)。但是，如果為有利于改進(jìn)薄膜其它特性例如應(yīng)力，也可以采用更高的壓力?？偟氖?，對(duì)于金屬陶瓷、多層式和復(fù)合物光掩模，真空條件、靶預(yù)處理和濺射條件都是相似的。
在利用電子束蒸發(fā)制取金屬陶瓷的情況下，在各層膜的汽相淀積之前，利用渦輪分子泵對(duì)真空系統(tǒng)抽真空使其壓力小于1×10-4Pa。使用分別的蒸汽源來(lái)汽相淀積Al化合物和金屬。來(lái)自每一電子束加熱源的材料的淀積速率單獨(dú)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并由石英晶體速率控制器進(jìn)行控制。按照相對(duì)的淀積速率，可以控制由這種汽相淀積方法制取的金屬陶瓷的化學(xué)成分。通常，對(duì)于汽相淀積的金屬陶瓷、多層式和復(fù)合物光掩模，其真空度和淀積速率是相似的。
多層式術(shù)語(yǔ)“多層式”使用是指這樣一些光掩模半成品，是由交替的Al化合物層和具有較大光吸收成分層構(gòu)成的。為便于這些多層式的制取，最好Al化合物和該較大光吸收的成分屬于相同的類(lèi)型，例如它們都是氮化物或氧化物。這些層可以是超薄的(1-2單層)或更厚的。各相對(duì)層厚度控制了光學(xué)特性。分層可以是周期性的或非周期性的；各層可以全都具有相同的厚度，或者每層可以具有不同的厚度。還可以適當(dāng)?shù)夭捎梅旨?jí)的層厚，以便設(shè)計(jì)在相同透射率下的不同的膜反射率。多層方案是有吸引力的，因?yàn)楣鈱W(xué)特性可以通過(guò)選擇各單層的厚度來(lái)設(shè)計(jì)，同時(shí)又維持相同的處理?xiàng)l件。
通過(guò)在Ar和其它反應(yīng)性氣體例如N2或O2的分壓力中利用分別的金屬靶濺射可以制取多層的光掩模半成品。各靶實(shí)體上是分開(kāi)的，以便它們?yōu)R射的通量是不會(huì)重疊。兩個(gè)靶在相同的濺射氣體環(huán)境下工作，雖然施加到每個(gè)靶上的功率因而其相關(guān)的濺射速率通常是不同的。通過(guò)使在每一靶下的可旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的各基片依次地暫停，進(jìn)行多層生長(zhǎng)。膜的化學(xué)成分由各層的厚度調(diào)節(jié)，并且由它們的淀積速率和各基片在每一靶下的暫停時(shí)間長(zhǎng)度來(lái)控制。另外，各基片可以連續(xù)地按照恒定的速度旋轉(zhuǎn)，各層厚度僅利用濺射速率確定。當(dāng)各基片在靶下暫停時(shí)，可以對(duì)其靜止的時(shí)間編制程序。從而可形成周期性或非周期性的結(jié)構(gòu)。
復(fù)合物這里使用的術(shù)語(yǔ)“復(fù)合物”是指一種光掩模半成品，其包含Al化合物和具有較大光吸收的成分的原子或分子混合物，該較大光吸收成分選自Ti、Fe、In、Co、Bi、Mn、Cu、Sn、Cr、Ni、V、Nb、Ta、Mo的鑭系金屬和W的氧化物；或者Ti、Nb、Mo、Cr、W、Ta、Zr、Hf或V的氮化物這種混合物可以是均勻的或是不均勻的。當(dāng)采用多層(結(jié)構(gòu))時(shí)，為便于這些復(fù)合材料的制取，最好鋁化合物和具有較大光吸收的成分屬于相同的類(lèi)型，各復(fù)合物與金屬陶瓷的不同在于，該具有較多光吸收的成分是一種金屬氧化物或氮化物，而在金屬陶瓷中它是一種元素金屬。
各復(fù)合物光掩模半成品是由至少兩個(gè)靶共同濺射制取的。各靶具有共焦的幾何特性。使得能同時(shí)利用Al化合物和具有較大光吸收的成分涂覆基片，以得到原子混合物。這些復(fù)合物的化學(xué)組成由各靶的相對(duì)淀積速率控制。另外，各復(fù)合物還可以通過(guò)首先按組成當(dāng)量生長(zhǎng)各層，然后對(duì)它們進(jìn)行熱處理，以便利用各層的相互擴(kuò)散形成化學(xué)均勻狀態(tài)，或者利用具有所需化學(xué)性質(zhì)的多成分的靶淀積各層膜來(lái)構(gòu)成。
光學(xué)特性利用可變角度的光譜橢圓率計(jì)以對(duì)應(yīng)能量范圍為1.5-6.65電子伏特的波長(zhǎng)為186-800納米光按三種入射角測(cè)量，并組合光反射和透射數(shù)據(jù)來(lái)確定各種光學(xué)特性(折射系數(shù)“n”和消光系數(shù)“k”)。利用使在基片和膜頂面處有密度較低(50％)的分界表面的膜的光學(xué)模型，使這些光學(xué)常數(shù)同時(shí)適合于這些數(shù)據(jù)。根據(jù)光學(xué)特性的光譜相關(guān)關(guān)系的知識(shí)，可以計(jì)算與180°相位移相對(duì)應(yīng)的膜厚、透光率和反射率?？蓞㈤哋.S.Heavens的“固體薄膜的光學(xué)特性”(Optical Properties of ThinSolid Films)pp 55-62,Dover,NY,1991。
實(shí)施例實(shí)例1-8:Al/AlN金屬陶瓷制備表1概括了對(duì)于Al/AlN金屬陶瓷的構(gòu)成條件，其中P是Ar+N2的總壓力，％N是在Ar+N2氣體混合物中的N2的百分率，PW是功率，Vs是施加到Al靶上的電壓，R是膜淀積速率，d是膜的厚度。靶是直徑為7.6厘米的Al靶，RF磁控管在通常約2.6×10-3Pa的環(huán)境壓力下在深冷泵式濺射系統(tǒng)中進(jìn)行濺射。在濺射各層膜之前；在1.3Pa的Ar氣氛中以500瓦對(duì)Al靶進(jìn)行預(yù)濺射，持續(xù)約1小時(shí)。這樣就保證在引入N2之前該靶表面是高反應(yīng)性的金屬Al。當(dāng)在約20％的N2和80％的Ar的分壓力下用Al靶進(jìn)行反應(yīng)性濺射時(shí)形成AlN，而當(dāng)單獨(dú)在Ar中濺射時(shí)形成金屬Al膜。在中等分壓力下濺射產(chǎn)生由AlN和Al組成的膜層。
利用X射線(xiàn)衍射，在至少20％N2中濺射的膜層是具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)和C軸結(jié)構(gòu)的單相AlN。對(duì)于N2分壓力小于10％的情況，在衍射圖形中明顯地出現(xiàn)Al和AlN的峰。在6％的N2中，衍射主要呈現(xiàn)Al的峰，僅可檢測(cè)到微量的AlN。雖然在10％N2中，對(duì)于結(jié)晶相具有～5％的靈敏度的X射線(xiàn)衍射僅檢測(cè)到AlN，膜的光吸收作用的增加是Al存在的隱含證據(jù)。這些X射線(xiàn)衍射圖形表示在圖1-3中。
當(dāng)N2在14％-20％，金屬陶瓷的淀積速率近于恒定即～3埃/秒，這表明，Al靶為氮所飽和，這與由X射線(xiàn)衍射所表示的與單相AlN膜的生長(zhǎng)相一致。N2低于14％，淀積速率很快地增加，這反映金屬模式的濺射開(kāi)始；即在靶和基片表面的濺射速率超過(guò)N到達(dá)的速率，因此，N的濃度或通量不足以形成單相AlN膜。在這些條件下，形成由Al加AlN構(gòu)成的金屬陶瓷；在N2的分壓力小于14％的情況下，Al/AlN金屬陶瓷的形成也與光吸收的伴隨增加相一致。
表1
光學(xué)和相位移特性圖4和5概括表示在濺射過(guò)程中在N2分壓下于248和193納米光處的Al/AlN金屬陶瓷的光學(xué)常數(shù)的相關(guān)關(guān)系。這些數(shù)據(jù)的關(guān)鍵特征為在13％N2附近的光學(xué)常數(shù)恰好開(kāi)始快速變化，在該處淀積速率增加。反映Al靶由氮飽和模式轉(zhuǎn)變到氮不足或更多為金屬態(tài)。在按n降低和k增加的N不足的靶的工作模式下，濺射的膜中的Al/AlN的形成與在193納米處Al的光學(xué)常數(shù)(n=0.1和k=2.2)相一致。在248納米處有相似的趨勢(shì)，其中n隨N2濺射氣壓的變化更慢。
圖6概括表示作為AlN相對(duì)濃度的函數(shù)在Al/AlN金屬陶瓷中以形成180°相位移相對(duì)應(yīng)的膜厚所計(jì)算的193納米和248納米處的光透射率與AlN相對(duì)濃度的關(guān)系。對(duì)用于相位移式光掩模半成品具有吸引力的特征的金屬陶瓷是按照10-13％的N2分壓下得到的，對(duì)此，估計(jì)Al金屬濃度小于10％。具體地說(shuō)，對(duì)于11％的N2情況下，180°的相位移是在193納米處具有～6％透射率的640埃厚的膜中和在248納米處具有12.4％透射率的970埃厚的膜中實(shí)現(xiàn)的。
例9Ru/Al2O3金屬陶瓷制備利用Ru和Al2O3分別的源，通過(guò)電子束蒸發(fā)作用制取Ru/Al2O3金屬陶瓷。在進(jìn)行汽相淀積之前，利用渦輪分子泵對(duì)真空室抽真空，使其達(dá)到約7×10-3Pa的本底壓力。該源材料是純度為99.6％的2.5厘米×2.5厘米×0.051厘米的被破碎成小塊的Al2O3，其可封裝于體積約為8立方厘米的襯碳水冷的銅槽內(nèi)。將純度為99.95％體積約5立方厘米的Ru珠直接放在另一水冷Cu槽內(nèi)。將2.286毫米厚和2.5厘米×3.8厘米的各石英基片利用金屬夾具固定在位于在Ru和Al2O3源上面且與其呈等距離(約64厘米遠(yuǎn))的可旋轉(zhuǎn)鋁臺(tái)上。
用金屬擋板將各基片擋住，以防止汽相淀積，直到利用石英晶體速率控制器監(jiān)測(cè)、控制的Al2O3和Ru的蒸發(fā)速率達(dá)穩(wěn)定為止。利用約11千伏的電子束電壓將到達(dá)Ru和Al2O3源的電子束流逐漸分別增加到57毫安和75毫安，形成的平均淀積速率對(duì)Ru金屬為1.5埃/秒，對(duì)Al2O3為約8.8埃/秒，這相當(dāng)于在Ru/Al2O3中體積約占15％的Ru生長(zhǎng)。當(dāng)此速率已穩(wěn)定后，將擋板打開(kāi)，露出旋轉(zhuǎn)(3-5轉(zhuǎn)/分)的石英基片，以同時(shí)汽相淀積Al2O3和Ru。淀積持續(xù)進(jìn)行到總厚度約1000埃的膜均勻覆蓋在各基片上，在此之后將擋板關(guān)閉，切斷到各源的電子束電流。
光學(xué)和相位移特性根據(jù)可變角度的光譜橢圓率計(jì)以及光反射和透射數(shù)據(jù)，確定在193納米和248納米處光學(xué)特性(折射系數(shù)和消光系數(shù))。在193納米處，該復(fù)數(shù)形式的折射系數(shù)(n-ik)測(cè)定為1.88-i0.46，以及在248納米處為1.93-i0.31。在這兩種波長(zhǎng)處計(jì)算對(duì)應(yīng)于180°相位移的膜厚的光透射率，在248納米處，180°的相位移可以在1350埃厚的膜中的這種15％-Ru/Al2O3的金屬陶瓷中實(shí)現(xiàn)，這時(shí)透射率為10.1％；在193納米波長(zhǎng)處，具有3％的透射率的1116埃厚的膜實(shí)現(xiàn)180°相位移。對(duì)于光隱蔽相位移式光掩模半成品，這兩種結(jié)構(gòu)都在光透射率的有吸引力的范圍內(nèi)。
例10-17多層AlN/CrN制備通過(guò)依次暫停在Cr和Al二靶下持續(xù)旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的基片，以濺射形成周期性的多層AlN/CrN，這二個(gè)靶在真空室中是實(shí)體分開(kāi)的，使得其濺射通量不相重疊。在總壓為1.3×10-2Pa的25％N2/75％Ar的氣體混合物中進(jìn)行濺射。通過(guò)對(duì)各基片在每個(gè)靶下的暫停時(shí)間的程序控制，決定了多層結(jié)構(gòu)中單獨(dú)的AlN和CrN的各自厚度，經(jīng)測(cè)量，穩(wěn)定淀積速率對(duì)于AlN為1.5埃/秒，對(duì)于CrN為2.3埃/秒。
AlN是利用直徑為15厘米的Al靶由RF二極管濺射的，CrN是利用直徑為7.6厘米的濺射槍由RF磁控管濺射的。來(lái)自公用的RF電源的450瓦以利用各靶的單獨(dú)的RF匹配網(wǎng)絡(luò)分開(kāi)引向各個(gè)靶。根據(jù)較厚的膜測(cè)定對(duì)于AlN和CrN的各自的濺射速率。在進(jìn)行一系列的多層實(shí)驗(yàn)之前，在1.3×10-2Pa的純Ar氣氛中，二靶同時(shí)進(jìn)行預(yù)濺射持續(xù)1小時(shí)，以便在引入N2之前形Al和Cr的清潔的反應(yīng)性金屬表面。在濺射的過(guò)程中，AlN靶被偏置在1600伏下，而Cr靶被偏置在310伏下。表2概括表示在一個(gè)周期內(nèi)的AlN和CrN層的厚度，以及在膜中雙層(N)的總數(shù)。維持近1000埃的總膜厚對(duì)應(yīng)于由雙層數(shù)N與雙層厚(AlN+CrN)的乘積。
表2
光學(xué)和相位移特性在圖7和8表示了作為CrN和AlN的相對(duì)體積濃度的函數(shù)的關(guān)于CrN/AlN多層體在248納米和193納米波長(zhǎng)處的光學(xué)常數(shù)(n,k)。在248納米處，消光系數(shù)規(guī)則地由50％-CrN/AlN的0.6降低到6％-CrN/AlN的0.16。在相樣含量的組成范圍內(nèi)，n在6％-CrN/AlN時(shí)緩慢地由～2.0增加到2.25。這些趨勢(shì)是與AlN具有更小的吸收和較大的折射系數(shù)是一致的。在193納米的波長(zhǎng)處，該趨勢(shì)對(duì)降到20％-CrN/AlN是相似的，但更小的CrN濃度除外。
圖9概括表示了作為相對(duì)的AlN濃度的函數(shù)的、對(duì)于在多層AlN/CrN中形成180°相位移時(shí)在193納米和248納米波長(zhǎng)處所計(jì)算的光透射率。在248納米和193納米處在(5-10％)的光透射率的允許范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了180°相位移。直到AlN達(dá)80％的濃度，都存在一種與180°相位移結(jié)構(gòu)的組成相關(guān)的光透射率平滑逐漸變化的關(guān)系，這是理想可調(diào)諧材料體系的特性。
例18-20多層Al2O3/CrOx制備在50％-O2/Ar氣體混合物(1.3×10-2總壓力)中通過(guò)利用直徑為15厘米Al靶的RF二極管濺射和利用直徑為7.6厘米的CrOx靶的RF磁控管濺射制備多層CrOx/Al2O3。根據(jù)由每種氧化物的厚膜測(cè)定各氧化物層各自的穩(wěn)定淀積速率，以計(jì)算各氧化物層的厚度。對(duì)Al2O3，速率是0.36埃/秒，對(duì)CrOx速率是0.54埃/秒。來(lái)自單一電源的RF功率(500瓦)利用其匹配網(wǎng)絡(luò)分到各個(gè)靶上。在Al靶上靶電壓為1275伏，在Cr靶上靶電壓為285伏。表3概括表示了Al2O3和CrOx的層厚以及在該膜中的總層數(shù)(N)。
表3
光學(xué)和相位移特性在圖10和11中表示了作為多層CrOx/Al2O3的相對(duì)體積濃度或厚度的函數(shù)的多層CrOx/Al2O3的光學(xué)常數(shù)。關(guān)于多層CrN/AlN，在248納米處的n和k的相關(guān)關(guān)系隨化學(xué)組成有規(guī)則地變化，Al2O3濃度的增加降低了消光系數(shù)，這與在5-6.5電子伏特之間所測(cè)量的Al2O3膜的透射率以及其大的帶隙～9電子伏特相一致。
圖12概括表示了作為Al2O3的相對(duì)濃度或厚度的函數(shù)的在193納米和248納米波長(zhǎng)處具有180°相位移的多層Al2O3/CrOx的計(jì)算光透射率。這些數(shù)據(jù)表明，對(duì)于Al2O3濃度小于50％的多層Al2O3/CrOx，可以實(shí)現(xiàn)具有5-15％的光透射率的180°相位移。
例21多層AlN/MoNx制備利用Al靶(5厘米直徑)和Mo靶(7.6厘米直徑)濺射多層AlN/MoNx,25×(40AlN+10MoNx)，兩靶是實(shí)體分開(kāi)的，以使其濺射的通量不相重疊。開(kāi)始，在1.3×10-2Pa的Ar中對(duì)各靶同時(shí)進(jìn)行預(yù)濺射Mo是在150瓦(300伏)下由DC磁控管濺射，Al是在300瓦(195伏)下由RF磁控管濺射，時(shí)間為60分鐘。在預(yù)濺射之后，在總壓力為1.3×10-2Pa的25％/N2/Ar氣體混合物中，在石英基片上生長(zhǎng)多層AlN/MoNx。對(duì)于MoNx淀積速率為0.86埃/秒，對(duì)于AlN淀積速率為1.0埃/秒。
光學(xué)和相位移特性利用可變角度光譜橢圓率計(jì)和光反射和透射數(shù)據(jù)，測(cè)定在193納米和248納米波長(zhǎng)處的光學(xué)特性(折射系數(shù)和消光系數(shù))。在193納米波長(zhǎng)處，復(fù)數(shù)形式的折射系數(shù)(n-ik)測(cè)定為2.365-i0.620，在248納米波長(zhǎng)處為2.288-i0.37。按這兩種波長(zhǎng)，計(jì)算與180°相位移相對(duì)應(yīng)的膜厚時(shí)的光透射率。在具有980埃厚的膜中，實(shí)現(xiàn)了多層AlN/MoNx在248納米波長(zhǎng)處的180°相位移，其透射率為12.7％；在193納米波長(zhǎng)處，725厚的膜實(shí)現(xiàn)180°相位移，其透射率為4.1％。這兩種結(jié)構(gòu)都處在光隱蔽的相位移式光掩模半成品的光透射率的有吸引力的范圍內(nèi)。
例22-24AlN-CrN復(fù)合物制備利用直徑為5厘米的Al靶和Cr靶，在20％N2/Ar氣體混合物中通過(guò)反應(yīng)性的濺射制備AlN-CrN復(fù)合物。Al是由RF磁控管濺射，而Cr是DC磁控管濺射。按共焦幾何要求配置此兩濺射槍?zhuān)允蛊錇R射通量在石英基片上重疊，兩槍位置距每個(gè)靶約15厘米。對(duì)不銹鋼室抽真空達(dá)1.1×10-4Pa的本底壓力之后，在1.3×10-2Pa的Ar中對(duì)Cr和Al靶進(jìn)行預(yù)濺射Cr靶在150瓦預(yù)濺射，Al靶在400瓦預(yù)濺射。預(yù)濺射之后，利用Cr和Al靶在靜態(tài)固定的單一石英基片上通過(guò)同時(shí)進(jìn)行反應(yīng)性的濺射淀積具有3種不同化學(xué)組成的AlN-CrN復(fù)合物。濺射實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)概括表示在表4中。每層膜約1000埃厚。
表4
光學(xué)和相位移特性利用可變角度光譜橢圓率計(jì)和光反射以透射數(shù)據(jù)，測(cè)定在193納米和248納米波長(zhǎng)處的光學(xué)特性(折射系數(shù)和消光系數(shù))。圖13概括表示作為在該復(fù)合物中相對(duì)AlN濃度的函數(shù)的在193納米和248納米波長(zhǎng)處具有180°相位移的AlN-CrN復(fù)合物的計(jì)算光透射率。這些數(shù)據(jù)表明，在AlN濃度約在50％以上時(shí)，在AlN-CrN復(fù)合物中可以實(shí)現(xiàn)180°相位移，其光透射率為5-15％。
權(quán)利要求
1．一種光衰減隱蔽的相位移式光掩模半成品，其在所選擇的光刻用的光波長(zhǎng)小于400納米處，具有至少為0.001的光透視率，該光掩模半成品包含至少一層鋁化合物和至少一種成分，該成分在所選擇的光刻用的光波長(zhǎng)小于400納米處具有比鋁化合物有較大光吸收。
2．如權(quán)利要求1所述的光掩模半成品，其中，光掩模半成品是金屬陶瓷光掩模半成品。
3．如權(quán)利要求1所述的光掩模半成品，其中，光掩模半成品是多層光掩模半成品。
4．如權(quán)利要求3所述的光掩模半成品，它包含另一層鋁化合物和有更大光吸收的組分。
5．如權(quán)利要求1所述的光掩模半成品，其中，光掩模半成品是復(fù)合光掩模半成品。
6．如權(quán)利要求1所述的光掩模半成品，其中，鋁化合物選自氮化鋁、氮氧化鋁和氧化鋁。
7．如權(quán)利要求1所述的光掩模半成品，其中，較大光吸收組分選自元素金屬、金屬氧化物、金屬氮化物以及其混合物。
8．如權(quán)利要求1所述的光掩模半成品，其中，較大光吸收組分選自(a)元素金屬；(b)Ti、Fe、In、Co、Bi、Mn、Cu、Sn、Cr、Ni、V、Nb、Ta、Mo、鑭系金屬或W的氧化物；(c)Ti、Nb、Mo、Cr、W、Ta、Zr、Hf或V的氮化物；以及(d)它們的混合物。
9．如權(quán)利要求1所述的光掩模半成品，其中，所選擇的光刻用的光波長(zhǎng)選自193納米、248納米和365納米。
10．一種用于制備光衰減隱蔽的相位移式光掩模的半成品的方法，該光掩模半成品能夠在所選擇的光刻用的光波長(zhǎng)小于400納米處形成180°相位移和具有至少為0.001的光透射率，該方法包含在基片上淀積至少一層鋁化合物和至少一種成分，該成分在所選擇的光刻用的光波長(zhǎng)小于400納米處比鋁化合物具有更大光吸收作用。
11．如權(quán)利要求10所述的方法，其中，淀積步驟包括物理汽相淀積。
12．如權(quán)利要求11所述的方法，其中，物理汽相淀積步驟選自濺射和蒸發(fā)。
13．如權(quán)利要求10所述的方法，其中，鋁化合物選自氮化鋁、氧氮化鋁和氧化鋁。
14．如權(quán)利要求10所述的方法，其中，該較大光吸收組分選自元素金屬、金屬氧化物、金屬氮化物以及其混合物。
15．如權(quán)利要求10所述的方法，其中，該較大光吸收組分選自(a)元素金屬；(b)Ti、Fe、In、Co、Bi、Mn、Cu、Sn、Cr、Ni、V、Nb、Ta、Mo、鑭系金屬或W的氧化物；(c)Ti、Nb、Mo、Cr、W、Ta、Zr、Hf或V的氮化物；以及(d)它們的混合物。
16．如權(quán)利要求10所述的方法，其中，該較大光吸收組分是一種元素金屬，并且該淀積層包含分散在鋁化合物內(nèi)的元素金屬，以形成金屬陶瓷光掩模半成品。
17．如權(quán)利要求10所述的方法，其中，淀積另一些鋁化合物層和具有較大光吸收的組分，以形成一種多層光掩模半成品。
18．如權(quán)利要求10所述的方法，其中，該較大光吸收組分不是元素金屬，并且淀積層包含鋁化合物和具有較大光吸收組分的混合物，以便構(gòu)成復(fù)合的光掩模半成品。
19．如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所選擇的光刻用的光波長(zhǎng)選自193納米、248納米和365納米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光衰減隱蔽的相位移式光掩模半成品,它能在所選擇的光刻用的光波長(zhǎng)小于400納米處形成180°相位移,并具有至少為0.001的光透射率,其包含至少一層鋁化合物和至少一種成分,該成分在所選擇的光刻用的光波長(zhǎng)小于400納米處比鋁化合物具有較大的光吸收,并且通過(guò)在基片上淀積至少一層鋁化合物和至少一種比鋁化合物具有更大吸收作用的成分。
文檔編號(hào)G03F1/08GK1219248SQ97194799
公開(kāi)日1999年6月9日 申請(qǐng)日期1997年5月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月20日
發(fā)明者P·F·卡思爾, R·H·弗倫奇 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司