DE10214092B4

DE10214092B4 - Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling und Halbton-Phasenverschiebungsmaske

Info

Publication number: DE10214092B4
Application number: DE10214092A
Authority: DE
Inventors: Yuki Shiota; Osamu Nozawa; Hideaki Mitsui
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2012-03-15
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: DE10214092A1; US20030064297A1; US7060394B2

Abstract

Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling für Halbton-Phasenverschiebungsmasken, die auf einem transparenten Substrat einen lichtdurchlässigen Teil, der Belichtungslicht transmittiert, und einen Phasenverschiebungsteil aufweisen, der einen Teil des Belichtungslichts transmittiert und die Phase des transmittierten Lichts in einem vorherbestimmten Ausmaß verschiebt, wobei der Maskenrohling einen Phasenverschiebungsfilm aufweist, der den Phasenverschiebungsteil auf dem transparenten Substrat bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenverschiebungsfilm aus zwei Schichten aufgebaut ist, einer niedrigdurchlässigen Schicht und einer hochdurchlässigen Schicht, die einen kleineren Extinktionskoeffizenten aufweist als die niedrigdurchlässige Schicht und auf der niedrigdurchlässigen Schicht angeordnet ist, die hochdurchlässige Schicht SiOxNy aufweist, der Extinktionskoeffizient K1 der niedrigdurchlässigen Schicht und der Extinktionskoeffizient K2 der hochdurchlässigen Schicht die Bedingungen K2 < K1 ≤ 3,0 bei einer Belichtungswellenlänge λ im Bereich von 140–200 nm erfüllen, und die Dicke d1 (nm) der niedrigdurchlässigen Schicht die Bedingung 0,001 ≤ K1d1/λ ≤ 0,500 bei der Belichtungswellenlänge λ erfüllt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
1. Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Phasenverschiebungsmaske, die unter Ausnutzung der Interferenzwirkung ihres Phasenverschiebers die Auflösung von Übertragungsmustern verbessert, sowie einen Phasenverschiebungsmasken-Rohling hierfür. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske und einen Rohling hierfür.
2. Beschreibung des Standes der Technik:
Das Phasenverschiebungsverfahren ist eine Ultraauflösungstechnik im Bereich der Fotolithografie, die den Kontrast übertragener Abbildungen im Vergleich zu einem Verfahren unter Verwendung einer herkömmlichen Fotomaske im gleichen Belichtungswellenlängenbereich erhöht und die Übertragung feiner Muster über den Wellenlängengrenzwert hinaus ermöglicht. In dem Phasenverschiebungsverfahren wird zur Übertragung feiner Muster eine Phasenverschiebungsmaske verwendet.
Eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske ist eine Art einer Phasenverschiebungsmaske. Die Durchlässigkeit des Phasenverschiebungsteils (halbdurchlässiger Teil) der Halbton-Phasenverschiebungsmaske beträgt einige % bis einige 10% von derjenigen des Nicht-Musterbereichs (lichtdurchlässiger Bereich), und Halbton-Phasenverschiebungsmasken sind effektiv bei der Ausbildung von Kontaktlöchern und Isoliermustern. Halbton-Phasenverschiebungsmasken wurden weitverbreitet gebräuchlich zur Ausbildung von Kontaktlöchern, da sie relativ leicht durch Musterbildung herzustellen sind. Die Halbton-Phasenverschiebungsmaske umfasst einen lichtdurchlässigen Teil und einen halbdurchlässigen Halbton-Phasenverschiebungsbereich, der der Funktion der Phasenverschiebung von Licht dient. Die Phase des Lichts, das durch die beiden Teile der Maske hindurchpassiert, wird im allgemeinen um 180° verschoben, wodurch eine gegenseitige Interferenz an den Mustergrenzen auftritt, wodurch der Kontrast der übertragenen Abbildungen erhöht wird. Als Ergebnis wird die Fokustiefe zur Erzielung der notwenigen Auflösung der Maske vergrößert, und es ist daher möglich, die Auflösung der Maske zu erhöhen und ihren Prozessbelichtungsspielraum zu verbreitern, ohne die Belichtungswellenlänge zu verändern. Bezüglich des Schichtaufbaus des Halbton-Phasenverschiebungsteils werden Halbton-Phasenverschiebungsmasken in zwei Typen, eine Einzelschichtmaske und eine mehrschichtige Maske, eingeteilt.
Für einschichtige Phasenverschiebungsmasken sind beispielsweise auf SiO_x oder SiO_xN_y basierende Masken bekannt, wie beispielsweise diejenigen, die in JP 07-199447 A beschrieben sind, sowie auf SiN_x basierende Masken, wie in JP 08-211591 A beschrieben. Einige Beispiele für mehrschichtige Phasenverschiebungsmasken sind in US 5 939 227 A und der JP 2000-511301 A beschrieben.
Der Vorteil der einzelschichtigen Halbton-Phasenverschiebungsmaske ist, dass die Struktur simpel und die Herstellung relativ einfach ist. Daher sind die meisten gegenwärtig in großem Maßstab hergestellten Halbton-Phasenverschiebungsmasken Einzelschicht-Masken. Andererseits ist der Vorteil der mehrschichtigen Halbton-Phasenverschiebungsmaske, dass verschiedene Parameter der Durchlässigkeit und des Phasenverschiebungsgrads, die bei Masken gesteuert werden müssen, unabhängig voneinander gesteuert werden können.
In den meisten mehrschichtigen Masken umfasst der Halbton-Phasenverschiebungsteil eine Kombination aus einer lichtabschirmenden Schicht und einer transparenten Schicht. Die lichtabschirmende Schicht ist aus einem Material hergestellt, das in der Lage ist, das Licht, das innerhalb eines Belichtungswellenlängenbereichs einfällt, abzuschirmen; und die transparente Schicht ist aus einem transparenten Material hergestellt, dessen Durchlässigkeit innerhalb des Belichtungswellenlängenbereichs mindestens 80% beträgt. In einer solchen mehrschichtigen Halbton-Phasenverschiebungsmaske dient die lichtabschirmende Schicht zur Steuerung der Durchlässigkeit der Maske auf ein praktisches Maß, und die transparente Schicht dient zur Sicherstellung der notwendigen Phasenverschiebung von 180° relativ zur Musterapertur (lichtdurchlässiger Teil). Daher haben die beiden Schicht in der mehrschichtigen Halbton-Phasenverschiebungsmaske unterschiedliche Aufgaben und funktionieren unabhängig voneinander.
Damit das zukünftige Erfordernis feinerer Schaltkreismuster erreicht wird, ist es nunmehr unvermeidlich, die Wellenlänge des Belichtungslichts weiter zu verkürzen, auch wenn die Phasenverschiebungs-Ultraauflösungstechnik in bestmöglicher Weise angewandt wird. Gegenwärtig werden ArF-Excimerlaser mit 193 nm und F₂-Excimerlaser mit 157 nm als Belichtungslichtquellen in der Fotolithografie der nächsten Generation erforscht. Es sind jedoch nur wenige transparente Materialien bekannt, die in diesem Belichtungswellenlängenbereich eine Durchlässigkeit von mindestens 80% aufweisen, wie beispielsweise CaF₂ und hochreines Quarz. Die meisten Materialien absorbieren mindestens etwa 20% des Lichts und reflektieren mindestens etwa 10% des Lichts in diesem Bereich. Mit anderen Worten können Materialien mit Ausnahme von CaF₂ und hochreinem Quarz, die für die transparente Schicht in den gegenwärtigen Fotomasken, die mit herkömmlichem Licht längerer Wellenlänge als das obige kurzwellige Licht belichtet werden, verwendet werden, keine transparente Schicht bilden, sondern bilden eine hochdurchlässige Schicht mit einer Durchlässigkeit von weniger als 70% in den zukünftigen Fotomasken, die mit dem obigen kurzwelligen Licht belichtet werden sollen. In dem Fall, dass die gegenwärtigen mehrschichtigen Halbton-Phasenverschiebungsmasken mit dem obigen Aufbau mit dem obigen kurzwelligen Licht belichtet werden, wird die darin befindliche transparente Schicht folglich unvermeidlich die Steuerung und Verringerung der Durchlässigkeit bewirken, und als Ergebnis wird die Durchlässigkeit unter das notwendige Niveau für Halbton-Phasenverschiebungsmasken fallen.
Ein Verfahren zur Lösung dieses Problems ist die Verringerung der Dicke der hochdurchlässigen Schicht in den Fotomasken, die mit dem kurzwelligen Licht belichtet werden sollen – die Schicht entspricht der transparenten Schicht gegenwärtiger Fotomasken, die mit herkömmlichem, nicht wellenlängenverkürzten Licht belichtet werden. In diesem Fall ist jedoch die durch die hochdurchlässige Schicht erzielbare Phasenverschiebung nicht gut.
Wenn eine herkömmliche einzelschichtige Halbton-Phasenverschiebungsmaske mit derartigem kurzwelligen Licht belichtet wird, ist es schwierig, sowohl die Durchlässigkeit als auch die Filmdicke der Maske in einem solchen Ausmaß zu steuern, dass die mit dem Licht belichtete Maske die gewünschte Phasenverschiebung hervorruft. Beispielsweise ist das Ausmaß der Phasenverschiebung ϕ (rad) des Lichts, das durch diesen Phasenverschiebungsteil einer einzelschichtigen Halbton-Phasenverschiebungsmaske hindurchgetreten ist, durch die folgende Formel (1) gekennzeichnet: ϕ = 2 πd(n – 1)/λ, worin n der Brechungsindex des den Phasenverschiebungsteil der Maske bildenden Einzelschichtfilms ist, d die Filmdicke kennzeichnet und λ kennzeichnet die Wellenlänge des transmittierten Lichts kennzeichnet.
Daher kann die Maske keine zufriedenstellende Phasenverschiebung bewirken, wenn die Filmdicke des Phasenverschiebungsteils der Maske zur Verhinderung der Verringerung der Durchlässigkeit der Maske verringert wird.
Andererseits kann in einer mehrschichtigen Phasenverschiebungsmaske, nicht jedoch in einer einschichtigen, die Phasenverschiebungssteuerung und die Durchlässigkeitssteuerung unabhängig voneinander durch die unterschiedlichen bestandteilbildenden Filme bewirkt werden, und daher könnte die mehrschichtige Phasenverschiebungsmaske ideale Transmissionseigenschaften aufweisen. Der herkömmliche Filmaufbau, wie in den oben genannten Patentveröffentlichungen, kann jedoch die beabsichtigten Transmissionseigenschaften im Wellenlängenbereich von F₂-Excimerlasern kaum wirksam realisieren.
Beispielsweise können der Filmaufbau aus vier Schichten aus Si₃N₄ und TaN, die abwechselnd in dieser Reihenfolge miteinander laminiert sind, wie in US 5 939 227 A offenbart; und der Filmaufbau aus AlN/MoN_x, AlN/TiN oder RuO₂/HfO₂, die abwechselnd in dieser Reihenfolge multilaminiert sind, wie in WO 97/44710 A1 (entsprechend der JP 2000-511301 A ) offenbart, keine optischen Eigenschaften (Durchlässigkeit, Phasenverschiebungswinkel) aufweisen, die im Wellenlängenbereich von F₂-Excimerlasern effektiv sind.
Ein weiteres Problem des mehrschichtigen Filmaufbaus ist, dass die Steuerung des Reflexionsvermögens des Films, was zur Begutachtung der Maske und zur Erhöhung der Genauigkeit des tatsächlichen Belichtungsprozesses erforderlich ist, nicht einfach ist.
Ferner muss bei dem Verfahren der Herstellung des mehrschichtigen Filmaufbaus die Ätzbarkeit jeder Schicht berücksichtigt werden. Hierbei ist es bedeutsam, dass der mehrschichtige Filmaufbau das Ätzverfahren so weit wie möglich vereinfacht. Insbesondere ist es bedeutsam, dass der mehrschichtige Film so geplant wird, dass das Substrat in dem Trockenätzverfahren nicht geätzt wird und dass der gewünschte Phasenunterschied akkurat gesteuert wird.
Die WO 00/42437 A1 beschreibt einen Phasenverschiebungsmasken-Rohling gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
Die vorliegende Erfindung wurde ausgehend von dieser Situation gemacht und deren Ziel ist die Bereitstellung einer mehrschichtigen Halbton-Phasenverschiebungsmaske, die bei Belichtung mit Licht in einem Wellenlängenbereich von 140–200 nm, einschließlich der Wellenlänge von 157 nm von F₂-Excimerlasern, frei von dem oben genannten Problem der Durchlässigkeitsverringerung der darin befindlichen, hochdurchlässigen Schicht ist, und die Bereitstellung eines Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlings für die Maske. Die vorliegende Erfindung wurde in der oben beschriebenen Situation gemacht, und deren Ziel ist die Bereitstellung einer mehrschichtigen Halbton-Phasenverschiebungsmaske mit einer geeigneten Durchlässigkeit, die deren Belichtung selbst mit Licht im Vakuum-UV-Bereich von 140–200 nm, insbesondere mit F₂-Excimerlaserlicht um 157 nm, erlaubt, und die ein verringertes Reflexionsvermögen in einem breiten Wellenlängenbereich einschließlich des Belichtungslichts und des Lichts für die Untersuchung der Maske aufweist, und die leicht zur Phasenunterschiedssteuerung trockengeätzt werden kann; sowie die Bereitstellung eines Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlings für die Maske.
Insbesondere wird erfindungsgemäß eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske bereitgestellt, deren Reflexionsvermögen gegenüber dem Belichtungslicht verringert ist, so dass die Genauigkeit bei der tatsächlichen Belichtung erhöht wird, sowie ein Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling hierfür.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
Erfindungsgemäß bedeuten ”hochdurchlässige Schicht” und ”niedrigdurchlässige Schicht” einen relativen Durchlässigkeitsunterschied zwischen den Schichten im Vergleich zueinander, und der Extinktionskoeffizient der niedrigdurchlässigen Schicht ist größer als derjenige der hochdurchlässigen Schicht.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN:
Im ersten erfindungsgemäßen Aspekt, worin der Extinktionskoeffizient K₁ der niedrigdurchlässigen Schicht und deren Dicke d₁ in Bezug auf das Verhältnis K₁d₁/λ besonders definiert ist, ist die hochdurchlässige Schicht frei von dem Problem der Transmissionsverringerung im Vakuum-UV-Bereich von λ zwischen 140 und 200 nm, und daher stellt die Halbton-Phasenverschiebungsmaske eine zufriedenstellende Durchlässigkeit von 3–40%, die für sie erforderlich ist, sicher.
Wenn im Gegensatz hierzu der Extinktionskoeffizient K₁ der niedrigdurchlässigen Schicht größer als 3,0 ist (K₁ > 3,0), wenn die Belichtungswellenlänge λ zwischen 140 und 200 nm fällt, oder wenn die Dicke d₁ der niedrigdurchlässigen Schicht so ist, dass K₁d₁/λ > 0,500 bei der Belichtungswellenlänge λ zwischen 140 und 200 nm ist, kann die Halbton-Phasenverschiebungsmaske die notwendige zufriedenstellende Durchlässigkeit von 3–40% nicht sicherstellen.
Wenn der Extinktionskoeffizient K₁ der niedrigdurchlässigen Schicht so ist, dass K₁d₁/λ < 0,001 bei einer Belichtungswellenlänge λ zwischen 140 und 200 nm ist, ist die Durchlässigkeit der Halbton-Phasenverschiebungsmaske zu hoch.
Ausgehend von den obigen Bedingungen sind Metallfilme, Metallnitridfilme und Metallnitroxidfilme, die als notwendigen Bestandteil mindestens eines, ausgewählt aus Si, Ti, Cr, Ta, Zr, Mo, V, Nb, W und Al, enthalten, als Material für die niedrigdurchlässige Schicht bevorzugt. Unter diesen sind Filme aus Ti, Cr, Ta, Al, Zr, TaN_x, CrN_x, TiN_x, AlN_x oder ZrN_x besonders bevorzugt, da sie leicht zu bilden und zu bearbeiten sind. Die Reihenfolge der miteinander zu laminierenden niedrigdurchlässigen Schicht und hochdurchlässigen Schicht ist nicht sonderlich festgelegt, d. h. jede dieser Schicht kann die obere Schicht darstellen. Zur Verringerung der Reflexionsfähigkeit der Maske ist jedoch vorzugsweise die hochdurchlässige Schicht die oberste Schicht.
In dem zweiten erfindungsgemäßen Aspekt ist das Verhältnis K₁d₁/λ spezifisch so definiert, dass die Maske die gewünschte Phasenverschiebung und die gewünschte Durchlässigkeit bei einer Belichtungswellenlänge eines ArF-Excimerlasers um 193 nm sicherstellt.
Weiter bevorzugt ist im Hinblick auf die Durchlässigkeit der Maske 0,040 ≤ K₁d₁/λ ≤ 0,300. Im Hinblick auf die Phasenverschiebung der Maske ist weiter bevorzugt 0,010 ≤ K₁ ≤ 2,50.
In dem dritten erfindungsgemäßen Aspekt ist das Verhältnis K₁d₁/λ spezifisch so definiert, dass die Maske die gewünschte Phasenverschiebung und die gewünschte Durchlässigkeit bei einer Belichtungswellenlänge eines F₂-Excimerlasers um 157 nm sicherstellt.
Weiter bevorzugt ist im Hinblick auf die Durchlässigkeit der Maske 0,040 ≤ K₁d₁/λ ≤ 0,200. Im Hinblick auf die Phasenverschiebung der Maske ist weiter bevorzugt 0,010 ≤ K₁ ≤ 2,70.
In dem vierten erfindungsgemäßen Aspekt, der dem ersten erfindungsgemäßen Aspekt untergeordnet ist, besitzt die hochdurchlässige Schicht einen Brechungsindex n₂ und einen Extinktionskoeffizienten K₂, die so definiert sind, dass n₂ ≥ 1,5 und K₂ ≥ 0,45 bei einer Belichtungswellenlänge λ zwischen 140 und 200 nm ist. So definiert stellt die Maske gemäß diesem erfindungsgemäßen Aspekt die gewünschte Phasenverschiebung und die gewünschte Durchlässigkeit sicher.
Im Gegensatz dazu kann die Halbton-Phasenverschiebungsmaske nicht die erforderliche Durchlässigkeit von 3–40% aufweisen, wenn K₂ > 0,45 ist.
Wenn n₂ < 1,5 ist, ist die Dicke der hochdurchlässigen Schicht zur Erzielung der notwendigen Phasenverschiebung zu groß. Das ist insofern problematisch, als das Seitenverhältnis des Musterprofils in der gemusterten Maske groß ist, oder der Querschnitt des Musterprofils ist eng und hoch und das Musterprofil ist instabil.
Ausgehend von den obigen Bedingungen sind SiO_xN_y, SiO_x, CaF₂ und MgF₂ als Materialien für die hochdurchlässige Schicht bevorzugt. Diese können Spurenmetalle und Mikroelemente enthalten.
In dem fünften erfindungsgemäßen Aspekt sind K₂ und n₂ der hochdurchlässigen Schicht spezifisch so definiert, dass die Maske die gewünschte Phasenverschiebung und die gewünschte Durchlässigkeit bei einer Belichtungswellenlänge des ArF-Excimerlasers um 193 nm sicherstellt.
Im Hinblick auf die Phasenverschiebung der Maske ist n₂ ≥ 2,0 weiter bevorzugt. Ferner ist im Hinblick auf die Durchlässigkeit der Maske K₂ ≤ 0,40 ebenfalls weiter bevorzugt.
In dem sechsten erfindungsgemäßen Aspekt sind K₂ und n₂ der hochdurchlässigen Schicht spezifisch so definiert, dass die Maske die gewünschte Phasenverschiebung und die gewünschte Durchlässigkeit bei einer Belichtungswellenlänge des F₂-Excimerlasers um 157 nm sicherstellt.
Im Hinblick auf die Phasenverschiebung der Maske ist n₂ ≥ 1,7 weiter bevorzugt. Ferner ist im Hinblick auf die Durchlässigkeit der Maske K₂ ≤ 0,38 ebenfalls weiter bevorzugt.
Gemäß weiteren Beispielen (siebter bis zwölfter Aspekt) ist der Phasenverschiebungsfilm ein mehrschichtiger Film aus mindestens drei Schichten, die in einer gewünschten Weise miteinander laminiert sind. Hierin ist die hochdurchlässige Schicht frei von dem Problem der Transmissionsverringerung im Vakuum-UV-Bereich von λ zwischen 140 und 200 nm, und daher ermöglicht die Halbton-Phasenverschiebungsmaske die erforderliche zufriedenstellende Durchlässigkeit von 3–40%.
Bezüglich ihrer Ausführungsformen kann der mehrschichtige Phasenverschiebungsfilm gemäß diesen Aspekten eine Struktur von abwechselnd laminierten niedrigdurchlässigen Schichten und hochdurchlässigen Schichten sein, oder kann teilweise eine Laminatstruktur aus zwei oder mehr niedrigdurchlässigen oder hochdurchlässigen, direkt aufeinander laminierten Schichten ohne eine andere Schicht dazwischen darstellen.
Hierbei ist die Reihenfolge von niedrigdurchlässiger Schicht und hochdurchlässiger Schicht, die miteinander laminiert werden, nicht speziell definiert, d. h. jede dieser Schichten kann eine obere Schicht darstellen. Zur Verringerung der Reflexionsfähigkeit der Maske ist es jedoch bevorzugt, dass die oberste Schicht eine hochdurchlässige Schicht ist.
In dem mehrschichtigen Film mit mindestens zwei niedrigdurchlässigen oder hochdurchlässigen Schichten können mindestens zwei niedrigdurchlässige Schichten hinsichtlich ihres Materials und deren Zusammensetzung identisch oder voneinander verschieden sein. Ebenfalls können mindestens zwei hochdurchlässige Schichten darin hinsichtlich des Materials und deren Zusammensetzung identisch oder voneinander verschieden sein.
In dem Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling gemäß dem fünfzehnten erfindungsgemässen Aspekt, worin der Phasenverschiebungsfilm ein vierschichtiger oder höherer mehrschichtiger Film ist, der aus einer ersten, zweiten ... und n-ten Schicht, die in dieser Reihenfolge auf dem Substrat miteinander laminiert sind, aufgebaut ist, und worin die Schichten mit ungerader Nummer Schicht mit hohem Brechungsindex aus mindestens einem, ausgewählt aus Metallen, Übergangsmetallen und deren Oxiden, Nitriden, Nitroxiden und Siliciumverbindungen darstellen, die die hauptsächliche Funktion der Transmissionssteuerung besitzen, und worin die Schichten mit gerader Nummer Schichten mit niedrigem Brechungsindex aus einem Siliciumoxid oder Nitroxid darstellen, die die Hauptaufgabe der Phasenverschiebungssteuerung erfüllen, ist die Durchlässigkeit des Phasenverschiebungsfilms (halbdurchlässiger Film) innerhalb des Vakuum-UV-Bereichs von 140–200 nm, insbesondere bei der Wellenlänge eines F₂-Excimerlasers von 157 nm, im Bereich der für die Maske erforderlichen 3–40% (vorzugsweise zwischen 3 und 20%).
Die Steuerung der Reihenfolge der miteinander zu laminierenden aufbauenden Schichten und der Dicke jeder Schicht ermöglicht die Steuerung (Verringerung) der Reflexionsfähigkeit des Phasenverschiebungsfilms, was zur Erhöhung der Genauigkeit bei der Maskeninspektion und bei der tatsächlichen Belichtung erforderlich ist. Die Reflexionsfähigkeit des Films beträgt vorzugsweise höchstens 40% (weiter bevorzugt höchstens 20%) im Vakuum-UV-Bereich von 140–200 nm (insbesondere um 157 nm oder um 193 nm) und um 248 nm.
Nach einem weiteren Beispiel (fünfzehnter Aspekt), worin die Schicht direkt auf dem Substrat eine Schicht mit hohem Brechungsindex ist, kann der Endpunkt des Ätzens der Schicht leicht durch Messung der Menge des auf dem Substrat reflektierten Lichts gemessen werden (da der Brechungsindex des Substrats niedrig ist) und die Phasendifferenz der geätzten Struktur kann genau gesteuert werden, da das Substrat vor dem Ätzen geschützt ist. Im Gegensatz hierzu ist es in dem Fall, dass die Schicht direkt auf dem Substrat eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex ist, schwierig, den Endpunkt des Schichtätzens durch Messung der Menge des auf dem Substrat reflektierten Lichts zu bestimmen, und auch nach dem Ätzen der Schicht mit niedrigem Brechungsindex direkt auf dem Substrat auf das gewünschte Maß wird der Ätzvorgang weiter fortgeführt und als Ergebnis wird auch das Substrat geätzt. In diesem Fall ist die Phasendifferenz der geätzten Struktur größer als 180° und die Phasenverschiebungsmaske zeigt keine verbesserte Auflösung.
Erfindungsgemäß bedeutet ”Schicht mit hohem Brechungsindex” und ”Schicht mit niedrigem Brechungsindex” den relativen Brechungsindexunterschied zwischen den miteinander verglichenen Schichten.
Nach weiteren Beispielen (fünfzehnter bis achtzehnter Aspekt) können die Schichten mit ungerader Nummer hinsichtlich des Materials und ihrer Zusammensetzung identisch oder voneinander verschieden sein. Das gleiche gilt für die darin vorhandenen Schichten mit gerader Nummer. Beispielsweise kann das Material und die Zusammensetzung der ersten Schicht mit hohem Brechungsindex so ausgelegt sein, dass die Schicht als Ätzunterbrecher für die direkt darüber befindliche Schicht mit niedrigem Brechungsindex dient; und das Material und die Zusammensetzung der dritten und höheren Schichten mit hohem Brechungsindex kann so ausgelegt sein, dass die Schichten leicht zu ätzen sind.
Bei Bedarf können eine oder mehrere Schichten mit hohem Brechungsindex in dem mehrschichtigen Film eine mehrschichtige Struktur aus zwei oder mehr hochbrechenden Schichten aufweisen. In diesem Fall können die zwei oder mehr hochbrechenden Schichten, die die mehrschichtige Struktur aufbauen, hinsichtlich des Materials und ihrer Zusammensetzung identisch oder verschieden sein. Das gleiche gilt für die niedrigbrechenden Schichten.
Vorzugsweise ist die oberste Schicht in dem mehrschichtigen Film eine niedrigbrechende Schicht. Falls die oberste Schicht eine hochbrechende Schicht ist, wird darauf eine Primärreflexion ausgebildet und die Reflexionsfähigkeit des mehrschichtigen Films kann nicht verringert werden.
Das Material für die hochbrechenden Schichten mit ungerader Nummer ist beispielsweise Tantal, Chrom, Titan, Aluminium, Vanadium, Zirkon, Niob, Molybdän, Lanthan, Wolfram, Silicium und deren Nitride, Nitroxide, Oxide und Siliciumverbindungen. Von diesen können eine oder mehrere einzeln oder in Kombination für den Film der Schichten verwendet werden. Unter diesen sind Ti, Cr, Ta, Al, Zr, TaN_x, CrN_x, TiN_x, AlN_x und ZrN_x besonders bevorzugt, da sie leicht zu Schichten ausgebildet werden können, und ihre Schichten sind leicht zu bearbeiten.
Die niedrigbrechenden erfindungsgemäßen Schichten mit gerader Nummer sind aus SiO_xN_y oder SiO_x gebildet, die Spurenmetalle oder Spurenelemente enthalten können.
Der erfindungsgemäße Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling kann zusätzlich zu dem Phasenverschiebungsfilm beliebige andere Filme (z. B. lichtabweisenden Film) aufweisen.
In dem sechzehnten Aspekt ist die Gesamtdicke aller Schichten mit ungerader Nummer des mehrschichtigen Films, die den Phasenverschiebungsfilm bilden, höchstens 200 Å. Die Durchlässigkeit des Maskenrohlings gemäß diesem Aspekt ist mindestens 3%, auch im Vakuum-UV-Wellenlängenbereich von 140–200 nm, insbesondere bei einer Wellenlänge von 157 nm eines F₂-Excimerlasers.
Wenn die Gesamtdicke aller ungeraden Schichten des mehrschichtigen Films mehr als 200 Å beträgt, kann die Durchlässigkeit des Maskenrohlings bei 157 nm eines F₂-Excimerlasers nicht mehr mindestens 3% betragen.
Vorzugsweise ist die Dicke der ersten Schicht mindestens 50 Å. Wenn sie geringer ist als 50 Ǻ, ist dies unvorteilhaft, da das Substrat nicht vollständig davor geschützt werden kann, geätzt zu werden, und bei der Verarbeitung des Maskenrohlings kann eine signifikante Reflexionsfähigkeitsveränderung nicht nachgewiesen werden.
Ein weiteres Beispiel (neunzehnter Aspekt) ist so ausgelegt, dass der Phasenverschiebungsfilm ein vierschichtiger oder höherschichtiger Film von abwechselnd laminierten, hochbrechenden Schichten mit der Hauptfunktion der Transmissionssteuerung und niedrigbrechenden Schichten mit der Hauptfunktion der Phasenverschiebungssteuerung ist, und mindestens eine niedrigbrechende Schicht in dem Film besitzt eine Antireflexfunktion zumindest gegenüber dem Belichtungslicht. Gemäß diesem Aspekt zeigt die Phasenverschiebungsmaske verbesserte Antireflexionseigenschaften zumindest gegenüber dem Belichtungslicht, das durch ihre Oberfläche (Filmseite) und deren Rückseite (Substratseite) eintritt.
Idealerweise erfüllt der ”mehrschichtige Phasenverschiebungsfilm, der so ausgelegt ist, dass mindestens eine niedrigbrechende Schicht darin eine Antireflexionsfunktion gegenüber dem Belichtungslicht besitzt”, die Bedingung nd = λ/4 × ungerade Zahl (ungerade Zahl mal dem Wert von λ/4), worin n den Brechungsindex des Films, der jede niedrigbrechende Schicht bildet, darstellt, und d ist deren Dicke. Es ist jedoch nicht so, dass der Phasenverschiebungsfilm die Antireflexionsfunktion nicht aufweist, wenn diese Formel nicht vollständig erfüllt ist. Daher kann gemäß dem neunzehnten Aspekt nd in einen Bereich um λ/4 × ungerade Zahl (±15%) fallen.
Vorzugsweise besitzt mindestens eine niedrigbrechende Schicht in dem neunzehnten Aspekt die Antireflexionsfunktion gegenüber Inspektionslicht.
Wenn zumindest die dem Substrat am nächsten liegende niedrigbrechende Schicht die Antireflexionsfunktion gegenüber dem Belichtungslicht aufweist, ist dies wirksamer zur Verringerung der Reflexionsfähigkeit der Rückseite (transparentes Substrat) der Phasenverschiebungsmaske. Durch Verringerung der Reflexionsfähigkeit der Rückseite der Phasenverschiebungsmaske würde das Belichtungslicht, das über das transparente Substrat der Maske in einen Musterübertragungsprozess mit der Maske eintritt, daran gehindert, darauf reflektiert zu werden.
In diesem Fall bedeutet die ”dem transparenten Substrat nächste niedrigbrechende Schicht” die niedrigbrechende Schicht, die dem mit der ersten, zweiten, ..., n-ten Schicht beschichteten transparenten Substrat nächste niedrigbrechende Schicht, und diese kann die erste oder die zweite Schicht sein. Vorzugsweise ist die Schicht jedoch die zweite Schicht, damit verhindert wird, dass das Substrat in dem oben genannten Trockenätzprozess geätzt wird, wodurch die Phasendifferenz der Maske sicher gesteuert wird.
Ferner ist es ebenso bevorzugt, dass zumindest die oberste niedrigbrechende Schicht eine Antireflexionsfunktion gegenüber dem Belichtungslicht aufweist, damit die Reflexionsfähigkeit der Oberfläche der Phasenverschiebungsmaske wirksamer verringert wird. Durch Verringerung der Reflexionsfähigkeit der Oberfläche der Phasenverschiebungsmaske wird das Licht, das auf dem Substrat einer Substanz, die in einem Musterübertragungsprozess mit der Maske reflektiert wird, daran gehindert, auf der Maske zurückreflektiert zu werden.
In diesem Fall bedeutet die ”oberste niedrigbrechende Schicht” die niedrigbrechende Schicht, die der äußersten Schicht des mehrschichtigen Films am nächsten ist, und dies kann die äußerste Schicht des Films selbst sein oder kann niedriger sein als die äußerste Schicht auf dem Film. Vorzugsweise ist die Schicht jedoch die äußerste Schicht. Der Grund hierfür ist, dass, falls die äußerste Schicht des Films eine hochbrechende Schicht ist, eine Primärreflexion darauf hervorgerufen wird, und die Reflexionsfähigkeit des Films nicht verringert werden kann.
In einem weiteren Beispiel (zwanzigster Aspekt), worin die Schicht direkt oberhalb des Substrats eine hochbrechende Schicht ist, kann der Ätzendpunkt der Schicht leicht durch Messung der auf dem Substrat reflektierten Lichtmenge gemessen werden (da der Brechungsindex des Substrats niedrig ist) und die Phasendifferenz der geätzten Struktur kann genau gesteuert werden, da das Substrat daran gehindert wird, geätzt zu werden. Im Gegensatz hierzu ist im Fall, dass die Schicht direkt oberhalb des Substrats eine niedrigbrechende Schicht ist, der Ätzendpunkt der Schicht schwierig durch Messung der auf dem Substrat reflektierten Lichtmenge zu messen, und selbst nachdem die niedrigbrechende Schicht direkt oberhalb des Substrats auf das gewünschte Maß geätzt wurde, wird der Ätzvorgang weiter fortgesetzt, und als Ergebnis wird auch das Substrat geätzt. In diesem Fall ist die Phasendifferenz der geätzten Struktur größer als 180°, und die Phasenverschiebungsmaske zeigt keine verbesserte Auflösung.
In dem Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling gemäß einem weiteren Beispiel (einundzwanzigster Aspekt), worin das Material der hochbrechenden Schichten mindestens eines ist, ausgewählt aus Metallen, Übergangsmetallen und deren Oxiden, Nitriden, Nitroxiden und Siliciumverbindungen, und worin das Material der niedrigbrechenden Schicht ein Siliciumoxid oder Nitroxid ist, liegt die Durchlässigkeit des Phasenverschiebungsfilms (halbdurchlässiger Film) innerhalb des Vakuum-UV-Bereichs von 140–200 nm, insbesondere bei der Wellenlänge eines F₂-Excimerlasers von 157 nm, zwischen den für die Maske erforderlichen 3–40% (vorzugsweise zwischen 3 und 20%).
Die Steuerung der Reihenfolge der miteinander zu laminierenden Aufbauschichten und deren Dicke ermöglicht die Steuerung (Verringerung) der Reflexion von Belichtungslicht auf dem Phasenverschiebungsfilm, und die Reflexionsfähigkeitssteuerung des Films ist erforderlich zur Erhöhung der Genauigkeit bei der tatsächlichen Belichtung des Maskenrohlings mit Licht. Zusätzlich ermöglicht die Steuerung der Reihenfolge der miteinander zu laminierenden Aufbauschichten und deren Dicke auch die Steuerung (Verringerung) der Reflexion von Maskeninspektionslicht auf der Maske.
Die Reflexionsfähigkeit des Films ist vorzugsweise höchstens 40% (weiter bevorzugt höchstens 20%) im Vakuum-UV-Bereich von 140–200 nm (insbesondere um 157 nm oder um 193 nm) und um 248 nm.
In einem weiteren Beispiel (zweiundzwanzigster Aspekt) ist die Gesamtdicke aller hochbrechenden Schichten höchstens 200 Å. Die Durchlässigkeit des Maskenrohlings gemäß diesem erfindungsgemäßen Aspekt ist mindestens 3%, auch im Vakuum-UV-Wellenlängenbereich von 140–200 nm, insbesondere bei einer Wellenlänge von 157 nm eines F₂-Excimerlasers.
Wenn die Gesamtdicke aller hochbrechenden Schichten mehr als 200 Å beträgt, kann die Durchlässigkeit der Maske bei 157 nm eines F₂-Excimerlasers nicht mindestens 3% betragen.
Vorzugsweise ist die Dicke der hochbrechenden Schicht (erste Schicht) direkt oberhalb des transparenten Substrats mindestens 50 Å. Ist sie geringer als 50 Å, ist dies unvorteilhaft, da das Substrat nicht vollständig daran gehindert werden kann, geätzt zu werden, und bei der Verarbeitung der Maske kann eine signifikante Reflexionsfähigkeitsänderung nicht nachgewiesen werden.
Da sie den neunzehnten bis zweiundzwanzigsten Aspekt erfüllt, wird der Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlingen gemäß einem weiteren Beispiel (dreiundzwanzigster Aspekt) durch Belichtung mit Licht eines F₂-Excimerlasers mit einer Wellenlänge um 157 nm gut verarbeitet, und seine Eigenschaften, einschließlich der Reflexionsfähigkeit, der Durchlässigkeit und des Phasenverschiebungsgrads erfüllen alle die Erfordernisse für Halbton-Phasenverschiebungsmasken.
In dem neunzehnten bis dreiundzwanzigsten Aspekt können die hochbrechenden Schichten hinsichtlich des Materials und deren Zusammensetzung identisch oder verschieden sein. Das gleiche trifft für die darin vorhandenen niedrigbrechenden Schichten zu. Beispielsweise kann das Material und die Zusammensetzung der ersten hochbrechenden Schicht so ausgelegt sein, dass die Schicht als Ätzunterbrecher für die direkt darüber befindliche niedrigbrechende Schicht dient; und das Material und die Zusammensetzung der dritten und höheren hochbrechenden Schichten kann so ausgelegt sein, dass die Schichten leicht zu ätzen sind.
Hinsichtlich seiner Ausführungsformen kann der mehrschichtige Phasenverschiebungsfilm in diesen Aspekten eine Struktur von abwechselnd laminierten, niedrigbrechenden Schichten und hochbrechenden Schichten sein, oder kann teilweise eine Laminatstruktur aus zwei oder mehr niedrigbrechenden oder hochbrechenden Schichten, die direkt miteinander laminiert sind, ohne dass andere Schichten dazwischen sind, aufweisen.
Das Material für die hochbrechenden Schichten ist beispielsweise Tantal, Chrom, Titan, Aluminium, Vanadium, Zirkon, Niob, Molybdän, Lanthan, Wolfram, Silicium und deren Nitride, Nitroxide, Oxide und Siliciumverbindungen. Eines oder mehrere hiervon können einzeln oder in Kombination miteinander für den Film aus den Schichten verwendet werden. Unter diesen sind Ti, Cr, Ta, Al, Zr, TaN_x, CrN_x, TiN_x, AlN_x und ZrN_x besonders bevorzugt, da sie leicht zu Schichten geformt werden können und ihre Schichten leicht zu bearbeiten sind.
Vorzugsweise sind die niedrigbrechenden Schichten aus SiO_xN_y oder SiO_x gebildet, die Spurenmetalle oder Spurenelemente enthalten können.
Der erfindungsgemäße Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling kann beliebige andere Filme (z. B. Lichtschutzfilm) zusätzlich zu dem Phasenverschiebungsfilm aufweisen.
Nachfolgend werden erfindungsgemäße Beispiele beschrieben.
BEISPIELE 1 BIS 7, VERGLEICHSBEISPIELE 1 BIS 3
Die Beispiele 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3 sind Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge, die durch Belichtung mit einem F₂-Excimerlaser bei 157 nm zu verarbeiten sind.
In den Beispielen 1 bis 6 und Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wurde eine Niedrigtransmissionsschicht aus dem unten in Tabelle 1 angegebenen Material auf einem transparenten CaF₂-Substrat mittels reaktiven RF-Sputterns ausgebildet, wobei das entsprechende Metalltarget und reaktives Gas verwendet wurde.
Anschließend wurde eine hochdurchlässige Schicht aus SiO_xN_y auf der niedrigdurchlässigen Schicht unter Verwendung eines Si-Targets ausgebildet. Das verwendete reaktive Gas war eine Mischung aus Stickstoff und Sauerstoff. Auf diese Weise wurde auf dem Substrat ein zweischichtiger Phasenverschiebungsfilm ausgebildet.
In dem zweischichtigen Film wurde die Dicke jeder Schicht so gesteuert, dass die hierin herzustellenden Masken eine Phasenverschiebung von 180° bei 157 nm sicherstellen können. Bei der Ausbildung des SiO_xN_y-Films wurde die Menge an reaktivem Gas aus Stickstoff und Sauerstoff so gesteuert, dass der ausgebildete Film einen Brechungsindex n von 2,2 und einen Extinktionskoeffizienten K von 0,2 bei 157 nm aufwies.
Der Phasenverschiebungsfilm gemäß Beispiel 7 ist ein mehrschichtiger Film. Genauer ist er ein vierschichtiger Film, der aufgebaut ist aus zwei niedrigdurchlässigen Schichten und zwei hochdurchlässigen Schichten, die abwechselnd miteinander laminiert sind, wobei jede niedrigdurchlässige Schicht aus dem Material gemäß Tabelle 1 ist und jede hochdurchlässige Schicht eine Schicht aus SiO_xN_y mit einem Brechungsindex n von 2,2 und einem Extinktionskoeffizienten K von 0,2 wie in den Beispielen 1 bis 6 ist.

Unter Verwendung eines Ellipsometers wurde der Extinktionskoeffizient K der niedrigdurchlässigen Schicht in diesen Beispielen und Vergleichsbeispielen gemessen. Die Daten für K und Kd/λ sind in Tabelle 2 angegeben. Unter Verwendung eines Vakuum-UV-Spektrometers wurde die Durchlässigkeit und die Reflexionsfähigkeit des zweischichtigen Films und des vierschichtigen Films bei 157 nm gemessen. Die Daten sind in Tabelle 2 angegeben. d kennzeichnet die Dicke (nm) der einzigen niedrigdurchlässigen Schicht oder die Gesamtdicke (nm) der laminierten niedrigdurchlässigen Schichten; und λ kennzeichnet die Wellenlänge des F₂-Excimerlasers, 157 nm. TABELLE 1

	Material der niedrigdurchlässigen Schicht
Beispiel 1	Cr
Beispiel 2	Ta
Beispiel 3	Ti
Beispiel 4	CrN_x
Beispiel 5	TaN_x
Beispiel 6	TiN_x
Beispiel 7	TaN_x
Vergleichsbeispiel 1	Film auf Cr-Basis
Vergleichsbeispiel 2	TiN_x
Vergleichsbeispiel 3	SiO_xN_y

TABELLE 2

	Extinktionskoeffizient K der niedrigdurchlässigen Schicht (157 nm)	Kd/λ der niedrigdurchlässigen Schicht (157 nm)	Durchlässigkeit (%) (157 nm)	Reflexionsgrad (%) (157 nm)
Beispiel 1	1,52	0,0775	7,86	10,09
Beispiel 2	2,01	0,1255	5,08	11,11
Beispiel 3	1,27	0,0809	7,35	9,09
Beispiel 4	1,45	0,1016	8,80	9,48
Beispiel 5	1,23	0,0627	13,85	18,30
Beispiel 6	1,73	0,1179	5,39	11,95
Beispiel 7	2,01	0,1152	11,54	8,94
Vergleichsbeispiel 1	1,52	0,2904	2,60	-
Vergleichsbeispiel 2	1,73	0,3306	1,57	-
Vergleichsbeispiel 3	0,35	kleiner als 0,001	größer als 40	-

Wie Tabelle 2 zeigt, weisen alle Beispiele 1 bis 7 eine Durchlässigkeit innerhalb des Bereichs von 3–40% bei 157 nm auf, die für Halbton-Phasenverschiebungsmasken ausreichend ist. Andererseits besitzen die Vergleichsbeispiele 1 und 2, worin Kd/λ der niedrigdurchlässigen Schicht groß ist, keine ausreichende Durchlässigkeit. Im Gegensatz dazu ist die Durchlässigkeit in Vergleichsbeispiel 3 zu hoch, da Kd/λ der niedrigdurchlässigen Schicht klein ist, und Vergleichsbeispiel 3 ist für eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske ungeeignet. In Vergleichsbeispiel 3 unterscheidet sich die niedrigdurchlässige Schicht aus SiO_xN_y von der hochdurchlässigen Schicht aus SiO_xN_y dadurch, dass der Stickstoffgehalt der ersteren größer ist als der der letzteren.
Ferner wurde gefunden, dass bei Verringerung des Sauerstoffgehalts der hochdurchlässigen Schicht aus SiO_xN_y in einer Weise, dass der Extinktionskoeffizient K der hochdurchlässigen Schicht bei 157 nm größer wird als 0,40 (K > 0,40), die Maskenrohlinge keine zufriedenstellende Durchlässigkeit aufweisen können. Es wurde ferner gefunden, dass bei einem Brechungsindex n der hochdurchlässigen Schicht von weniger als 1,5 (n < 1,5), bei 157 nm die Dicke der hochdurchlässigen Schicht stark erhöht werden muss, damit die notwendige Phasenverschiebung erzielt wird, und in diesem Fall ist das Seitenverhältnis des Musterprofils in den gemusterten Masken hoch und das Musterprofil ist instabil.
BEISPIELE 8 BIS 10, VERGLEICHSBEISPIELE 4 UND 5
Beispiele 8 bis 10 und Vergleichsbeispiele 4 und 5 sind Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlinge, die durch Belichtung mit ArF-Excimerlaserlicht um 193 nm zu verarbeiten sind.
In den Beispielen 8 und 10 und den Vergleichsbeispielen 4 und 5 wurde eine niedrigdurchlässige Schicht aus dem in Tabelle 3 angegebenen Material auf einem transparenten CaF₂-Substrat mittels reaktivem RF-Sputtern unter Verwendung des entsprechenden Metalltargets und reaktivem Gas ausgebildet.
Anschließend wurde eine hochdurchlässige Schicht aus SiO_xN_y auf der niedrigdurchlässigen Schicht unter Verwendung eines Si-Targets ausgebildet. Das verwendete reaktive Gas war eine Mischung aus Stickstoff und Sauerstoff. Auf diese Weise wurde ein zweischichtiger Phasenverschiebungsfilm auf dem Substrat ausgebildet.
In dem zweischichtigen Film wurde die Dicke jeder Schicht so gesteuert, dass die hierin herzustellenden Masken eine Phasenverschiebung von 180° bei 193 nm sicherstellen können. Bei der Ausbildung des SiO_xN_y-Films wurde die Menge an reaktivem Gas aus Stickstoff und Sauerstoff so gesteuert, dass der ausgebildete Film einen Brechungsindex n von 2,2 und einen Extinktionskoeffizienten K von 0,11 bei 193 nm aufwies.

Unter Verwendung eines Ellipsometers wurde der Extinktionskoeffizient K der niedrigdurchlässigen Schicht in diesen Beispielen und Vergleichsbeispielen gemessen. Die Daten für K und Kd/λ sind in Tabelle 4 angegeben. Unter Verwendung eines Vakuum-UV-Spektrometers wurde die Durchlässigkeit und die Reflexionsfähigkeit des zweischichtigen Films und des vierschichtigen Films bei 193 nm gemessen. Die Daten sind in Tabelle 4 angegeben. d kennzeichnet die Dicke (nm) der einzigen niedrigdurchlässigen Schicht oder die Gesamtdicke (nm) der laminierten niedrigdurchlässigen Schichten; und λ kennzeichnet die Wellenlänge des ArF-Excimerlasers, 193 nm. TABELLE 3

	Material der niedrigdurchlässigen Schicht
Beispiel 8	CrN_x
Beispiel 9	TaN_x
Beispiel 10	TiN_x
Vergleichsbeispiel 4	Film auf Cr-Basis
Vergleichsbeispiel 5	Film auf Cr-Basis

TABELLE 4

	Extinktionskoeffizient K der niedrigdurchlässigen Schicht (193 nm)	Kd/λ der niedrigdurchlässigen Schicht (193 nm)	Durchlässigkeit (%) (193 nm)	Reflexionsgrad (%) (193 nm)
Beispiel 8	1,58	0,0979	13,58	12,11
Beispiel 9	1,33	0,0828	17,24	6,07
Beispiel 10	1,68	0,1050	13,32	12,45
Vergleichsbeispiel 4	2,63	0,5450	1,12	15,47
Vergleichsbeispiel 5	2,63	0,00237	43,89	10,35

Wie Tabelle 4 zeigt, besitzen alle Beispiele 8 bis 10 eine Durchlässigkeit bei 193 nm, die für Halbton-Phasenverschiebungsmasken geeignet ist. Andererseits besitzt Vergleichsbeispiel 4, worin Kd/λ groß ist, keine zufriedenstellende Durchlässigkeit. Im Gegensatz hierzu ist die Durchlässigkeit von Vergleichsbeispiel 5 zu groß, da Kd/λ klein ist, und Vergleichsbeispiel 5 ist als Halbton-Phasenverschiebungsmaske ungeeignet.
Ferner wurde gefunden, dass bei Verringerung des Sauerstoffgehalts der hochdurchlässigen Schicht aus SiO_xN_y in einer Weise, dass der Extinktionskoeffizient K der hochdurchlässigen Schicht bei 193 nm größer wird als 0,45 (K > 0,45), die Maskenrohlinge keine zufriedenstellende Durchlässigkeit aufweisen können. Es wurde ferner gefunden, dass bei einem Brechungsindex n der hochdurchlässigen Schicht von weniger als 1,7 (n < 1,7), bei 193 nm die Dicke der hochdurchlässigen Schicht stark erhöht werden muss, damit die notwendige Phasenverschiebung erzielt wird, und in diesem Fall ist das Seitenverhältnis des Musterprofils in den gemusterten Masken hoch und das Musterprofil ist instabil.
Die Erfindung ist nicht auf den Bereich der oben dargestellten Beispiele beschränkt.
Beispielsweise ist die Erfindung nicht auf die Materialien und die Filmbildungsbedingungen aus diesen Beispielen beschränkt.
Als Sputtergas bei der Ausbildung der Aufbauschichten sind ein beliebiges aus Stickstoff, Sauerstoff und anderen verschiedenen Stickstoffquellen und Sauerstoffquellen, wie beispielsweise Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und Distickstoffmonoxid, sowie gemischte Gase daraus mit Inertgas, wie beispielsweise Argon oder Xenon, geeignet. Das Sputterverfahren ist nicht spezifisch definiert. Beispielsweise kann das System zum Leistungseintrag in die Sputtervorrichtung (RF, DC usw.), die Sputterausgangsleistung, der Dampfdruck und auch das Substratheizsystem, sofern verwendet, in geeigneter Weise in Abhängigkeit von den zu verwendenden Targets und Gasen und den beabsichtigten Eigenschaften der auszubildenden Filme ausgewählt werden.
Hinsichtlich des Substratmaterials sind beliebige andere, wie beispielsweise hochreines Quarz usw. verwendbar.
BEISPIELE 11 BIS 17, VERGLEICHSBEISPIEL 6
Filmbildung:
In den Beispielen 11 und 12 wurden vier Schichten aus alternierendem TaN_x und SiO_xN_y (Brechungsindex n = 2,0) in dieser Reihenfolge auf einem transparenten Substrat durch RF-Sputtern aufgebracht. Die Schichten aus TaN_x wurden unter Verwendung eines Ta-Targets und Ar und N₂ als Sputtergas ausgebildet. Die Schichten aus SiO_xN_y wurden unter Verwendung eines Si-Targets und Ar, N₂ und O₂ als Sputtergas ausgebildet.
Beispiel 13 unterscheidet sich von Beispielen 11 und 12 dadurch, dass es Schichten aus SiO_x anstelle der Schichten aus SiO_xN_y aufweist. In Beispiel 13 wurden vier abwechselnde Schichten aus TaN_x und SiO_x (Brechungsindex n = 1,66) in dieser Reihenfolge auf einem Substrat laminiert. Die SiO_x-Schichten wurden unter Verwendung eines SiO₂-Targets und Ar als Sputtergas ausgebildet.
Beispiel 14 unterscheidet sich von Beispielen 11 und 12 dadurch, dass es Ta-Schichten anstelle der Schichten aus TaN_x aufweist. In Beispiel 14 wurden vier abwechselnde Schichten aus Ta und SiO_xN_y in dieser Reihenfolge auf einem Substrat laminiert. Die Schichten aus Ta wurden unter Verwendung eines Ta-Targets und Ar als Sputtergas ausgebildet.
Beispiel 15 unterscheidet sich von Beispielen 11 und 12 dadurch, dass es Schichten aus CrN_x anstelle von Schichten aus TaN_x aufweist. In Beispiel 15 wurden vier abwechselnde Schichten aus CrN_x und SiO_xN_y in dieser Reihenfolge auf einem Substrat laminiert. Die Schichten aus CrN_x wurden unter Verwendung eines Cr-Targets und N₂ und Ar als Sputtergas ausgebildet.
Beispiel 16 unterscheidet sich von Beispiel 11 nur hinsichtlich der Reihenfolge der Schichtlaminierung. In Beispiel 16 wurden vier abwechselnde Schichten aus SiO_xN_y und TaN_x in dieser Reihenfolge auf einem Substrat laminiert.
Beispiel 17 unterscheidet sich von Beispiel 13 nur hinsichtlich der Dicke der SiO_x-Schichten.
Vergleichsbeispiel 6 unterscheidet sich von Beispiel 1 nur dadurch, dass die Dicke der zweiten und vierten niedrigbrechenden Schichten verändert wurde.

Die Dicke jeder Schicht in diesen Beispielen und dem Vergleichsbeispiel ist in Tabelle 5 angegeben. Auf Basis der oben genannten Formel (1) wurden die Aufbauschichten von jedem hierin hergestellten vierschichtigen Film so gesteuert, dass die Gesamtsumme der Phasenverschiebung durch die Schichten bei 157 nm eines F₂-Excimerlasers 180° betragen konnte. Die zweite niedrigbrechende Schicht in den Beispielen 11 und 13 bis 15 und die vierte niedrigbrechende Schicht in Beispiel 12 wurden hinsichtlich ihrer Dicke, des Materials und der Zusammensetzung so geplant, dass sie die Bedingung erfüllen, dass nd innerhalb eines Bereichs von etwa λ/4 × ungerade Zahl (±15%) fällt, wobei jede dieser Schichten einen Brechungsindex ”n” und eine Dicke ”d” besitzt. In Vergleichsbeispiel 6 war die Dicke d der zweiten und vierten niedrigbrechenden Schichten (Brechungsindex: n) jedoch so verändert, dass nd den Bereich von etwa λ/4 × ungerade Zahl (±15%) überstieg. TABELLE 5

	1. Schicht		2. Schicht		3. Schicht		4. Schicht
Beispiel 11	TaN_x:	50 Å	SiO_xN_y:	200 Å	TaN_x:	30 Å	SiO_xN_y:	600 Å
Beispiel 12	TaN_x:	50 Å	SiO_xN_y:	600 Å	TaN_x:	30 Å	SiO_xN_y:	200 Å
Beispiel 13	TaN_x:	50 Å	SiO_x:	250 Å	TaN_x:	30 Å	SiO_x:	950 Å
Beispiel 14	Ta:	50 Å	SiO_xN_y:	200 Å	Ta:	30 Å	SiO_xN_y:	600 Å
Beispiel 15	CrN_x:	50 Å	SiO_xN_y:	200 Å	CrN_x:	30 Å	SiO_xN_y:	600 Å
Beispiel 16	SiO_xN_y:	200 Å	TaN_x:	50 Å	SiO_xN_y:	600 Å	TaN_x:	30 Å
Beispiel 17	TaN_x:	50 Å	SiO_x:	350 Å	TaN_x:	30 Å	SiO_x:	850 Å
Vergleich beispiel 6	TaN_x:	50 Å	SiO_xN_y:	380 Å	TaN_x:	50 Å	SiO_xN_y:	380 Å

Optische Eigenschaften:
Unter Verwendung eines Vakuum-UV-Spektrometers wurde die Durchlässigkeit und die Oberflächenreflexion der in den Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellten Proben gemessen. Die Daten bei 157 nm, 193 nm und 248 nm sind in Tabelle 6 angegeben. Die Durchlässigkeit der Rückseitenoberfläche und die Reflexion der Rückseitenoberfläche der Probe aus Beispiel 11 wurde in der gleichen Weise gemessen und die Daten sind in Tabelle 7 angegeben.
Tabelle 6 zeigt, dass die Proben der Beispiele 11 bis 17 alle eine Durchlässigkeit von 3–40% bei 157 nm, die für Halbton-Phasenverschiebungsmasken erforderlich und ausreichend ist, aufweisen. Wenn die Dicke der Aufbauschichten dieser Proben in geeigneter Weise verändert wurde, war der Reflexionsgrad um 157 nm bei diesen Proben niedriger als das annehmbare Niveau von 20%. Tabelle 6 zeigt ferner, dass der Reflexionsgrad der Proben aus den Beispielen 11 bis 15 und 17 bei um 193 nm und bei der gegenwärtigen Inspektionswellenlänge um 248 nm verringert war.
Vergleicht man Beispiele 11 und 12, ist ersichtlich, dass die Probe aus Beispiel 12, die so geplant wurde, dass die näher an der Oberfläche befindliche niedrigbrechende Schicht die Bedingung erfüllt, dass nd innerhalb des Bereichs von etwa λ/4 × ungerade Zahl fällt eine geringere Oberflächenreflexion zeigt.
Tabelle 7 zeigt, dass die Rückseitenoberflächenreflexion der Probe, die so geplant wurde, dass die niedrigbrechende Schicht, die dem transparenten Substrat näher ist, die Bedingung erfüllt, dass nd innerhalb des Bereichs von etwa λ/4 × ungerade Zahl fällt, verringert ist.
In Vergleichsbeispiel 6 wurden die Dicken der zweiten und vierten niedrigbrechenden Schichten nicht unter Berücksichtigung der Reflektivität der Probe definiert. Daher konnte die Reflektivität der Probe aus Vergleichsbeispiel 11 um 157 nm nicht verringert werden.
In Beispiel 16 wurden im Unterschied zu Beispielen 11 bis 15 und 17 vier Schichten aus abwechselnd SiO_xN_y und TaN_x in dieser Reihenfolge auf einem Substrat laminiert. Aus diesem Grund ist der Reflexionsgrad bei 193 nm und 248 nm hoch, obwohl der Reflexionsgrad bei 157 nm deutlich verringert ist.
Trockenätzen:
Ein einschichtiger Film aus TaN_x, SiO_xN_y oder SiO_x wurde auf einem transparenten Quarzsubstrat unter den gleichen Bedingungen wie in den Beispielen 11 und 12 ausgebildet. Diese Proben und das Quarzsubstrat wurden in einem reaktiven Trockenätz(RIE)-Modus geätzt. Das verwendete Ätzgas war Cl₂. Aus der Ätzrate jedes einschichtigen Films wurde die Ätzselektivität jedes Films relativ zum Quarzsubstrat erhalten. Die Daten sind in Tabelle 8 angegeben. TABELLE 8

Filmzusammensetzung Ätzselektivität relativ zum Quarzsubstrat

TaN_x 7,56

SiO_xN_y 1,33

SiO_x 1,07
Die Ätzselektivität der TaN_x-Schicht direkt oberhalb des Quarzsubstrats ist ausreichend hoch im Vergleich zum Substrat. Das bedeutet, dass, wenn die TaN_x-Schicht auf dem TaN_x-beschichteten Quarzsubstrat geätzt wird, das Substrat nur geringfügig geätzt wird, und daher die Phasenverschiebung in der geätzten TaN_x-Schicht nur geringfügig verändert wird. Da ferner der Reflexionsgrad von TaN_x bei der Ätzendpunktbestimmungwellenlänge von 633 nm mindestens 15% beträgt, während derjenige des Quarzsubstrats etwa 6% ist, ist die zeitabhängige Reflexionsgradveränderung beim Ätzen der TaN_x-Schicht groß, und der Ätzendpunkt ist leicht nachzuweisen. Andererseits ist die Ätzselektivität relativ zum Quarzsubstrat der Probe mit einer Schicht aus SiO_xN_y (Beispiel 6) oder SiO_x direkt oberhalb des Substrats niedrig. Daher wird, wenn die SiO_xN_y- oder SiO_x-beschichtete Probe geätzt wird, auch das Quarzsubstrat geätzt, und die Phasenverschiebung der geätzten Probe verändert sich. Da der Reflexionsgrad von SiO_xN_y bei der Ätzendpunktbestimmungswellenlänge von 633 nm um 10% und derjenige von SiO_x um 6% liegt, und derjenige des Quarzsubstrats um 6% liegt, ist ferner die zeitabhängige Reflexionsgradänderung beim Ätzen der Schicht aus SiO_xN_y oder SiO_x gering, und der Ätzendpunkt ist nicht leicht nachzuweisen.
Die Erfindung ist nicht auf den Bereich der oben genannten Beispiele beschränkt.
Beispielsweise sind als Sputtergas bei der Ausbildung der Aufbauschichten ein beliebiges aus Stickstoff, Sauerstoff und anderen verschiedenen Stickstoffquellen und Sauerstoffquellen, wie beispielsweise Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und Distickstoffmonoxid, sowie gemischte Gase daraus mit Inertgas, wie beispielsweise Argon oder Xenon, geeignet. Das Sputterverfahren ist nicht spezifisch definiert. Beispielsweise kann das System zum Leistungseintrag in die Sputtervorrichtung (RF, DC usw.), die Sputterausgangsleistung, der Dampfdruck und auch das Substratheizsystem, sofern verwendet, in geeigneter Weise in Abhängigkeit von den zu verwendenden Targets und Gasen und den beabsichtigten Eigenschaften der auszubildenden Filme ausgewählt werden.
Das Verfahren zum Ätzen der Aufbauschichten kann für alle Schichten identisch sein oder kann für die einzelnen Schichten unterschiedlich sein. Hinsichtlich des Ätzgases sind beliebige fluorhaltige Gase, wie beispielsweise CHF₃, CF₄, SF₆ oder C₂F₆ und deren gemischte Gase, geeignet.
Als Substratmaterial sind beliebige andere, wie beispielsweise CaF₂ usw. geeignet.
Wie oben beschrieben, wurde erfindungsgemäß das Problem der Transmissionsverringerung gelöst, das bisher in hochdurchlässigen Schichten in konventionellen zweischichtigen oder mehrschichtigen Halbton-Phasenverschiebungsmasken, die im Wellenlängenbereich zwischen 140 und 200 nm, einschließlich 157 nm von F₂-Excimerlasern, verwendet werden, unvermeidbar war. Daher werden erfindungsgemäß mehrschichtige Halbton-Phasenverschiebungsmasken bereitgestellt, die in diesem Wellenlängenbereich verwendbar sind, sowie Maskenrohlinge hierfür.
Wie oben beschrieben, wird erfindungsgemäß ferner eine mehrschichtige Halbton-Phasenverschiebungsmaske bereitgesellt, die eine geeignete Durchlässigkeit aufweist, die eine Belichtung auch mit Licht im Vakuum-UV-Bereich von 140–200 nm, insbesondere mit F₂-Excimerlaser um 157 nm erlaubt, und die eine reduzierte Reflexionsfähigkeit in einem breiten Wellenlängenbereich einschließlich des Lichts zur Belichtung und des Lichts zur Maskeninspektion besitzt und die leicht zur Phasendifferenzsteuerung trockengeätzt werden kann, sowie ein Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling für die Maske.
Erfindungsgemäß wird ferner eine mehrschichtige Halbton-Phasenverschiebungsmaske bereitgestellt, die eine geeignete Durchlässigkeit besitzt, die deren Belichtung auch mit Licht im Vakuum-UV-Bereich von 140–200 nm, insbesondere mit F₂-Excimerlaserlicht um 157 nm, erlaubt, und die spezifisch so geplant ist, dass ihre Reflektivität gegenüber Belichtungslicht reduziert sein kann, so dass die Genauigkeit bei der tatsächlichen Belichtung zunimmt; sowie ein Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling für die Maske.

Claims

Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling für Halbton-Phasenverschiebungsmasken, die auf einem transparenten Substrat einen lichtdurchlässigen Teil, der Belichtungslicht transmittiert, und einen Phasenverschiebungsteil aufweisen, der einen Teil des Belichtungslichts transmittiert und die Phase des transmittierten Lichts in einem vorherbestimmten Ausmaß verschiebt, wobei der Maskenrohling einen Phasenverschiebungsfilm aufweist, der den Phasenverschiebungsteil auf dem transparenten Substrat bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenverschiebungsfilm aus zwei Schichten aufgebaut ist, einer niedrigdurchlässigen Schicht und einer hochdurchlässigen Schicht, die einen kleineren Extinktionskoeffizenten aufweist als die niedrigdurchlässige Schicht und auf der niedrigdurchlässigen Schicht angeordnet ist, die hochdurchlässige Schicht SiO_xN_y aufweist, der Extinktionskoeffizient K₁ der niedrigdurchlässigen Schicht und der Extinktionskoeffizient K₂ der hochdurchlässigen Schicht die Bedingungen K₂ < K₁ ≤ 3,0 bei einer Belichtungswellenlänge λ im Bereich von 140–200 nm erfüllen, und die Dicke d₁ (nm) der niedrigdurchlässigen Schicht die Bedingung 0,001 ≤ K₁d₁/λ ≤ 0,500 bei der Belichtungswellenlänge λ erfüllt.
Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling nach Anspruch 1, der die Bedingung 0,010 ≤ K₁d₁/λ ≤ 0,500 bei der Belichtungswellenlänge λ eines ArF-Excimerlasers von 193 nm erfüllt.
Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling nach Anspruch 2, der die Bedingung 0,040 ≤ K₁d₁/λ ≤ 0,300 bei der Belichtungswellenlänge λ eines ArF-Excimerlasers von 193 nm erfüllt.
Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der die Bedingung 0,010 ≤ K₁ ≤ 2,50 erfüllt.
Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling nach Anspruch 1, der die Bedingung 0,001 ≤ K₁d₁/λ ≤ 0,250 bei der Belichtungswellenlänge λ eines F₂-Excimerlasers von 157 nm erfüllt.
Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling nach Anspruch 5, welcher die Bedingung 0,040 ≤ K₁d₁/λ ≤ 0,200 bei der Belichtungswellenlänge λ eines F₂-Excimerlasers von 157 nm erfüllt.
Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling nach einem der Ansprüche 5 bis 6, welcher die Bedingung 0,010 ≤ K₁ ≤ 2,70 erfüllt.
Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die hochdurchlässige Schicht mit einem Brechungsindex n₂ und einem Extinktionskoeffizienten K₂ die Bedingungen n₂ ≥ 1,5 und K₂ ≤ 0,45 bei einer Belichtungswellenlänge λ im Bereich von 140–200 nm erfüllt.
Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die hochdurchlässige Schicht SiO_xN_y, SiO_x, CaF₂ oder MgF₂ aufweist.
Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling nach Anspruch 9, bei welchem die hochdurchlässige Schicht aus SiO_xN_y besteht.
Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling nach Anspruch 8, der n₂ > 1,7 und K₂ < 0,45 bei der Belichtungswellenlänge λ eines ArF-Excimerlasers von 193 nm erfüllt.
Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling nach Anspruch 11, welcher die Bedingung n₂ > 2,0 und K₂ < 0,40 bei der Belichtungswellenlänge λ eines ArF-Excimerlasers von 193 nm erfüllt.
Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling nach Anspruch 8, der n₂ ≥ 1,5 und K₂ ≤ 0,40 bei der Belichtungswellenlänge λ eines F₂-Excimerlasers von 157 nm erfüllt.
Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohling nach Anspruch 13, welcher die Bedingung n₂ ≥ 1,7 und K₂ ≤ 0,38 bei der Belichtungswellenlänge λ eines F₂-Excimerlasers von 157 nm erfüllt.
Halbton-Phasenverschiebungsmaske mit einem Maskenmuster, umfassend einen lichtdurchlässigen Teil und einen Phasenverschiebungsteil, die erhalten wird durch selektive Musterung des Phasenverschiebungsfilms des Halbton-Phasenverschiebungsmasken-Rohlings nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, wodurch ein gewünschtes Muster erzielt wird.
Musterübertragungsverfahren unter Verwendung der Halbton-Phasenverschiebungsmaske nach Anspruch 15 zur Übertragung von Mustern.