專利名稱：嵌入式衰減相移光掩模坯料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衰減(attenuated)的嵌入式(embedded)相移光掩模坯料，尤其涉及衰減型相移掩模(APSM)材料及方法。
背景技術(shù)：
由于與常規(guī)的二元光掩模相比相移掩模能夠產(chǎn)生分辨率更高的圖像，因此人們開始著眼于作為用于微電子制造的下一代光刻(lithographic)技術(shù)的相移掩模。在幾種相移方案中，由Burn J.Lin、Solid State Technology、1月出版、第43頁(1992)提出的嵌入式衰減移相器由于便于制造、節(jié)省相關(guān)成本而獲得廣泛認(rèn)同，在此引作參考?，F(xiàn)存與這種方案有關(guān)的多種變型以改善光掩模的光學(xué)性能，即，光透射率的可調(diào)性和耐光子照射和化學(xué)處理的能力。
將157nm光刻術(shù)(lithography)當(dāng)作后193nm光刻術(shù)方案。目前，沒有合適的157nm用APSM材料，無法表現(xiàn)出合適的光學(xué)性能、可調(diào)性、防輻射和化學(xué)品的能力、刻蝕選擇性、低缺陷和制造簡便性。早先在2001年2月26日申請的、申請?zhí)枮镹o.9/793646中，我們公開了以用于193nm光刻術(shù)的SiTiN、SiTiON體系為基礎(chǔ)的APSM材料和工藝，該技術(shù)在此引作參考。
這里，我們描述制造157nm的APSM材料的物質(zhì)組成和方法，特別是制造相移光掩模的層疊雙層結(jié)構(gòu)和方法，所述相移光掩模具有與在光掩模的使用(光子曝光和化學(xué)處理)過程中的穩(wěn)定光學(xué)性能相結(jié)合的可調(diào)節(jié)光透射率，和優(yōu)異的刻蝕選擇性。該物質(zhì)組成由具有刻蝕阻擋層的SiMxOyNz構(gòu)成，其中元素M表示在權(quán)利要求書中描述的金屬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的廣義方案包括衰減型嵌入式相移光掩模坯料，該坯料能夠產(chǎn)生180°的相移，以所選擇的光刻波長具有至少0.001％的光透射率，具有化學(xué)和光學(xué)耐久性、及靈活的光透射率可調(diào)性。
在另一方面，本發(fā)明包括制造衰減型嵌入式相移光掩模的方法，該方法包括淀積雙層薄膜相移材料的步驟。
在另一方面，本發(fā)明包括由相移層和刻蝕阻擋層構(gòu)成的相移物質(zhì)組成。


在考慮以下詳細(xì)描述的過程中以及當(dāng)結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明時，本發(fā)明的這些和其它目的、特點和優(yōu)點將更為明顯，其中圖1表示APSM.(a)單層方式和(b)雙層方式的兩種方案。
圖2是對于單層方式尤其是SiTiON、波長與透射率的函數(shù)關(guān)系曲線。
圖3是原子組成、光學(xué)常數(shù)n和k、對給出180度相移所需的厚度，和在157nm的相應(yīng)透射率。通過X射線光電子光譜和盧瑟福反向散射測量原子組成。利用VESA Woollam Ellipsometer測量光學(xué)常數(shù)。利用光學(xué)常數(shù)計算厚度和透射率。
圖4表示對于雙層APSM.波長與透射率函數(shù)關(guān)系曲線，(a)頂層是相移層SiTiO、底層是刻蝕阻擋層Ti，(b)頂層是相移層SiTiO、底層是刻蝕阻擋層Ta。
圖5表示光學(xué)常數(shù)(n和k)、薄膜厚度和在157nm的相應(yīng)透射率。利用VESA Woollam Ellipsometer測量光學(xué)常數(shù)，由光學(xué)常數(shù)計算對應(yīng)于180度相移的厚度和透射率。
圖6是在熱硫酸和過氧化氫溶液以90C(H2SO4∶H2O2＝3∶1)的混合物中透射率相對于對相移層SiTiO的清洗時間的曲線。
圖7是在熱硫酸和過氧化氫溶液以90C(H2SO4∶H2O2＝3∶1)的混合物中透射率相對于對雙層SiTiO/Ta的清洗時間的曲線。
圖8是利用相應(yīng)的刻蝕氣體的SiTiO、Ti、Ta和石英的RIE選擇性刻蝕的列表。
圖9是APSM SiTiO/Ti的激光耐久性曲線。透射率變化作為激光劑量的函數(shù)繪出。157nm激光束的能量密度是2.5mJ/cm2/脈沖，重復(fù)頻率是50Hz。總激光劑量是5kJ/cm2。
圖10是APSM SiTiO/Ta的激光耐久性曲線。透射率變化作為激光劑量的函數(shù)繪出。157nm激光束的能量密度是2.5mJ/cm2/脈沖，重復(fù)頻率是50Hz?？偧す鈩┝渴?kJ/cm2。
具體實施例方式
本發(fā)明人發(fā)明了用于制造光掩模坯料的物質(zhì)組成和方法，生產(chǎn)出具有可調(diào)光學(xué)特性(％T、n和k)(T是透射率；n是折射率；k是消光系數(shù))的相移膜，在157nm具有180°度相移，對于激光照射和化學(xué)處理具有良好的穩(wěn)定性以及良好的刻蝕選擇性。相移膜由雙層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。鄰近基底的層控制％T，并用作刻蝕阻擋層，而在頂部的另一層用作相移層。第一層包括金屬或金屬基膜。例如鈦和鉭。相移膜包括硅和金屬和氮和/或氧。金屬可從下述元素選擇II、IV、V族元素、過渡金屬、鑭系元素和錒系元素。例如用鈦作為金屬。本發(fā)明包括相移層(SiwTixNyOz，其中w在0.1-0.6的范圍內(nèi)，x在0-0.2的范圍內(nèi)，y在0-0.6的范圍內(nèi)，z在0-0.7的范圍內(nèi))和刻蝕阻擋層(金屬或基于金屬的層)，相移層位于刻蝕阻擋層的頂部，刻蝕阻擋層淀積在基底(石英，氟化石英、CaF2、或Al2O3等)上，本發(fā)明還包括形成這些層的方法。
1.淀積由復(fù)合材料(例如，Si1-xMx，x在0-0.5的范圍內(nèi)，M表示選自II、IV、V族、過渡金屬、鑭系和錒系的元素)的單個靶或不同組分(例如，SiO2和M靶，或Si1-xMx和M靶)的兩個或多個靶，通過濺射淀積(RF、DC磁控管、AC磁控管、脈沖雙極DC磁控管、RF二極管濺射或本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其它濺射淀積方法)，淀積薄膜。在復(fù)合靶組成上的變化或純靶的功率和淀積時間的單獨變化產(chǎn)生了膜組成上的變化。利用氮和氧的反應(yīng)性濺射能夠進一步調(diào)節(jié)Si、M和N和O的相關(guān)組成，由此調(diào)節(jié)膜的光學(xué)特性?；着_可以是固定的、或用于單個靶的行星狀，和用于多個靶的具有相應(yīng)調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速的行星狀。
具體而言，RF磁控管濺射用于對相移層SiTiO(Ti作為元素M)的單個靶(Si0.7(TiSi2)0.1)淀積，DC磁控管淀積用于刻蝕阻擋層(Ta和Ti)的淀積。為了獲得對在光掩模清洗中所采用的化學(xué)處理穩(wěn)定的薄膜，需要對淀積條件進行優(yōu)化。我們確定了耐化學(xué)性所需的優(yōu)選淀積條件。
2.光學(xué)性能利用在150-700nm范圍內(nèi)的多角度VESA Woollam偏振光橢圓率測量儀(Ellipsometer)確定相移層和刻蝕阻擋層的光學(xué)性能(折射率(n)和消光系數(shù)(k))。然后，利用那些光學(xué)常數(shù)計算獲得180度相移的優(yōu)選膜厚度。在偏振光橢圓率測量儀的透射模式下測量在180度相移的透射率并與算出的透射率值進行比較。通過在激光照射到APSM樣品上時對其強度變化進行監(jiān)測，在實時內(nèi)監(jiān)測在激光照射過程中的透射率變化。該激光測量的建立類似于由Liberman等人(1999)所描述的情況。
3.實施例(A)SiwTixNyOz單層1)處理氣Ar/O2/N2利用在具有行星狀運動的旋轉(zhuǎn)支架中的基底或在沒有作行星狀運動的靶下設(shè)置的基底，采用Si0.7(TiSi2)0.1靶淀積由SiwTixNyOz構(gòu)成的薄膜。在氬/氮/氧混合物中以1.0mT的Ar分壓進行濺射。對于Ar、N2和O2采用超過純度氣體(99.999％)，腔室的背景壓力為小于9.0×10-7乇。通過由具有450W的功率的5英寸直徑靶的RF磁控管濺射淀積薄膜。在上述條件下，淀積速率典型為0.3-1.6/sec。
在濺射前，以450W、在5mT Ar中對靶預(yù)濺射5分鐘。在薄膜的淀積條件下進行5分鐘的預(yù)濺射以預(yù)處理靶的表面。在預(yù)濺射之后，優(yōu)選立即將基底通過負(fù)載鎖定腔室裝入淀積腔室中并進行淀積。根據(jù)淀積條件，膜厚在400-2000的范圍內(nèi)。圖2表示光透射率與波長的函數(shù)關(guān)系。薄膜具有2.10的折射率k和0.467的吸收常數(shù)。對于以157nm給定的5.26％的透射率，薄膜的對應(yīng)膜厚為745。根據(jù)計算，具有相同的光學(xué)常數(shù)的薄膜需要711的厚度，從而獲得在157nm 180度的相移，得到5.9％的透射率。通過調(diào)節(jié)氧與氮的比例，在157nm可獲得高達18％的透射率。圖3是由X射線光電子光譜和盧瑟福反向散射測出的薄膜的原子組成隨氧濃度變化的列表。利用VESAWoollam偏振光橢圓率測量儀測量光學(xué)常數(shù)n和k，計算出對于相應(yīng)于180度相移的膜厚在157nm的光透射率。隨著氧濃度的增加，折射率n降低。結(jié)果，180度相移所需的厚度以及在157nm的光透射率增加。
雖然這種單層APSM滿足光學(xué)性能，但是相對于石英的刻蝕選擇性差，在CF4等離子體中刻蝕選擇性低于1.7。這是由于以下原因需要相當(dāng)高的氧濃度(＞35％)來提供適當(dāng)?shù)耐干渎?，這樣高的氧濃度造成對石英基底的低選擇性。為了提高刻蝕選擇性，研制了采用刻蝕阻擋膜的雙層APSM。
(B)SiwTixOz/金屬雙層對于雙層APSM，在氟化石英基底上淀積金屬刻蝕阻擋層(圖1)。這里我們示出具有鈦刻蝕阻擋層和鉭刻蝕阻擋層的例子。在金屬刻蝕阻擋層之后，通過采用Si0.7(TiSi2)0.1靶淀積由SiwTixNyOz構(gòu)成的相移層。這里給出的例子采用對于Si比Ti的特定比例具有最大透明度(y＝0)的組成。
利用DC磁控管濺射、采用1.0mT Ar分壓、在氬處理器中進行金屬層濺射。在實際的膜淀積之前，在基底與負(fù)載鎖定腔室分離的同時對靶進行10分鐘的預(yù)濺射。利用從150-300W的范圍內(nèi)的功率由直徑為5英寸的靶淀積薄膜。在上述條件下，淀積速率典型為2.3-4.5/sec。典型地，刻蝕阻擋層厚度為10-400。在金屬刻蝕阻擋層淀積之后，在對相移層進行預(yù)濺射清洗的同時將基底轉(zhuǎn)移至負(fù)載鎖定腔室。通過由5英寸直徑的靶的RF濺射淀積來淀積相移層。對于此實施例，在具有1.0mT Ar分壓(Ar以15sccm流動)的氬/氧混合處理氣下淀積SiTiO膜。利用Gransviile-Phillips精密漏泄閥排出氧，以維持在0.10-0.70mT范圍內(nèi)的恒定O2分壓。RF功率在從450W到900W的范圍內(nèi)。在上述條件下，淀積速率典型為0.75-1.7/sec。根據(jù)淀積條件，相移層厚度在400-2000的范圍內(nèi)。
對于相移層SiTiO采用以下條件，得到最佳的光學(xué)和化學(xué)耐久性。將RF功率設(shè)定為900W，Ar分壓設(shè)定為1.0mT，氧分壓設(shè)定為0.55mT。對于具有低于0.35mT的氧分壓的膜而言，由于在膜中氧的低結(jié)合性，導(dǎo)致在實際應(yīng)用中的光透射性太低。并且，低功率淀積(450W)造成較差的化學(xué)耐久性，同樣造成膜的更高孔隙率(低密度)。在加載基底之前，用氧灰器(oxygen asher)預(yù)清洗基底，以消除能降低在157nm的透射率的碳?xì)浠衔铩?br> 圖4是作為SiTiO/Ti和SiTiO/Ta的波長的函數(shù)的透射曲線。對于兩層APSM，以檢驗(inspection)波長248nm的透射率都低于30％。這是優(yōu)于單層APSM的另一優(yōu)點。在圖3的表中示出了相移層SiTiO的原子組成。由Woollam偏振光橢圓率測量儀測量出光學(xué)常數(shù)(n和k)和膜厚。該值連同在157nm的相應(yīng)透射率示于圖5中。雙層設(shè)計的優(yōu)點在于，與單層相比更容易調(diào)節(jié)光透射率。通過簡單調(diào)節(jié)刻蝕阻擋層來調(diào)節(jié)透射率，而不是靠改變氧的濃度。例如，具有149的Ti的1150的SiTiO提供具有5.9％的透射率的180度的相移。通過將Ti減至60(和將SiTiO減至1175)，透射率變?yōu)?2％。類似地，對于具有106的Ta的1170的SiTiO，提供具有5.9％的透射率的180度的相移。通過將Ta減至50(和將SiTiO減至1183)，透射率變?yōu)?0.6％。
圖6概括了作為在硫酸和過氧化氫(H2SO4∶H2O2＝3∶1，90℃)的清洗溶液中的浸入時間的函數(shù)的、以157nm的相移層SiTiO的T％的變化，上述溶液典型用于在生產(chǎn)線中剝離光刻膠，也稱作piranha溶液。在浸入了115分鐘后，T％的變化總量為0.3％。這種優(yōu)異的穩(wěn)定性確保了采用標(biāo)準(zhǔn)光掩模制造工藝時材料的適應(yīng)性。作為對比，一起示出了低功率(450W)的淀積。雙層SiTiO/Ta的化學(xué)耐久性還示出作為piranha清洗的函數(shù)的極其穩(wěn)定的T％。圖7概括了作為在硫酸和過氧化氫的清洗溶液中的浸入時間的函數(shù)的、以157nm的雙層SiTiO/Ta的T％的改變。在最初清洗之后出現(xiàn)了從6.07％-6.27％的T％的增長，但在隨后的90分鐘清洗過程中出現(xiàn)了0.02％的T％。這說明雙層SiTiO/Ta對于重復(fù)清洗具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性。
圖8是單層設(shè)計和雙層設(shè)計的刻蝕選擇性的概括。SiTiO/Ti和SiTiO/Ta是相似的，它們的主要改進都優(yōu)于單層設(shè)計。但在相同的刻蝕條件下，Ti/石英表現(xiàn)出比Ta/石英組合更好的刻蝕選擇性。
對于157nm的激光照射，SiTiO/Ti和SiTiO/Ta都表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。圖9概括了作為以157nm照射(利用Lambda Physik LPX 120F2激光器)的函數(shù)的、對于以157nm的SiTiO/Ti APSM的T％的變化。利用以50Hz的頻率、2.5mJ/cm2/脈沖的功率密度的激光照射該膜。在5.0kJ/cm2的劑量處總透射率的變化是0.50％。在具有低于2ppm氧的氮氣氛下照射樣品。SiTiO/Ti APSM提供了0.5％(5.94％-6.44％)的總增量。并且，SiTiO/Ta雙層試驗與SiTiO/Ti雙層類似。圖10概括了作為以157nm照射(利用Lambda Physik LPX 120激光器)的函數(shù)的、對于以157nm的SiTiO/Ta的T％的變化。利用以50Hz的頻率、2.5mJ/cm2/脈沖的激光功率密度的激光照射該膜。在5.0kJ/cm2的劑量處總透射率的變化是0.55％。在具有低于2ppm氧的氮氣氛下照射樣品。SiTiO/Ta APSM提供了0.55％(5.71％-6.26％)的總增量。
雖然根據(jù)本發(fā)明的特定實施方式描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于以上描述，而是僅有下面附帶的權(quán)利要求書限定保護范圍。其中要求排他性或獨占權(quán)的本發(fā)明實施的實施方式限定在附加權(quán)利要求書中。在此引證的所有參考文獻的教導(dǎo)在此引作參考。
權(quán)利要求
1.一種用在光刻工藝中的衰減型相移掩模坯料，包括基底；在所述基底上淀積的刻蝕阻擋層；在所述刻蝕阻擋層上淀積的相移層(phase shifting layer)；和所述相移掩模坯料能夠生產(chǎn)出具有基本上為180°的相移和在＜500nm的選擇波長下至少為0.001％的光透射率的光掩模。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的衰減型相移掩模坯料，其中相移層包括通式為AwBxNyOz的復(fù)合材料，其中A是選自IVA族、VA族或VIA族的元素，B是選自II族、IV族、V族、過渡金屬、鑭系和錒系的元素，其中w從約0.1至約0.6，x從約0至約0.2，y從約0至約0.6，z從約0至約0.7。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的衰減型相移掩模坯料，其中相移層包括硅/鈦/氮/氧復(fù)合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的衰減型相移掩模坯料，其中所述硅/鈦/氮/氧復(fù)合材料具有結(jié)構(gòu)式SiwTixNyOz，其中w從約0.1至約0.6，x從約0至約0.2，y從約0至約0.6，z從約0至約0.7。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的衰減型相移掩模坯料，其中相移層具有從約400至約2000的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的衰減型相移掩模坯料，其中刻蝕阻擋層包括選自金屬或復(fù)合材料的材料，其中復(fù)合材料包括選自金屬、來自II、IV和V族的元素、氮和氧的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的衰減型相移掩模坯料，其中刻蝕阻擋層包括選自鈦和鉭的材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的衰減型相移掩模坯料，其中刻蝕阻擋層具有從約50至約500的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的衰減型相移掩模坯料，其中相移層是SiTiO，刻蝕阻擋層是Ta。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的衰減型相移掩模坯料，其中相移層是SiTiO，刻蝕阻擋層是Ti。
11.一種制造用在光刻工藝中的衰減型相移掩模坯料的方法，包括提供基底；在所述基底上淀積一薄層刻蝕阻擋層；在所述基底上淀積一層相移層(phase shifting layer)；和所述坯料能夠生產(chǎn)出具有180°的相移和在＜500nm的選擇波長下至少為0.001％的光透射率的光掩模。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中相移層包括通式為AwBxNyOz的復(fù)合材料，其中A是選自IVA族、VA族或VIA族的元素，B是選自II族、IV族、V族、過渡金屬、鑭系和錒系的元素，其中w從約0.1至約0.6，x從約0至約0.2，y從約0至約0.6，z從約0至約0.7。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中相移層包括選自硅/鈦/氮復(fù)合材料和硅/鈦/氮/氧復(fù)合材料的材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述硅/鈦/氮/氧復(fù)合材料具有結(jié)構(gòu)式SiwTixNyOz，其中w從約0.1至約0.6，x從約0至約0.2，y從約0至約0.6，z從約0至約0.7。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中利用選自RF匹配網(wǎng)絡(luò)、DC磁控管、AC磁控管、脈沖雙極DC磁控管、離子束輔助淀積、離子束濺射淀積和RF二極管的技術(shù)通過由兩個或多個不同組分的靶的濺射淀積，形成相移膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中利用選自RF匹配網(wǎng)絡(luò)、DC磁控管、AC磁控管、脈沖雙極DC磁控管、離子束輔助淀積、離子束濺射淀積和RF二極管的方法、通過由復(fù)合材料(Si1-xTix)的靶的濺射淀積形成相移層，其中x從約0至約0.5。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中在能夠行星式運動或靜止和/或旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)的支架中設(shè)置基底。
18.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中利用選自RF匹配網(wǎng)絡(luò)、DC磁控管、AC磁控管、脈沖雙極DC磁控管、離子束輔助淀積、離子束濺射淀積和RF二極管的技術(shù)通過由兩個或多個不同組分的靶的濺射淀積，形成相移膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述兩個或多個靶選自SiO2靶和Ti靶；或者(Si1-xTix)靶和Ti靶，其中x從約0至約0.5。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中在能夠行星式運動或靜止和/或旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)的支架中設(shè)置基底。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在選自空氣、氧、真空以及從由O2、N2、H2、Ar、Kr、Ne、He、O3和H2O構(gòu)成的組中選出的氣體混合物的氣氛中以升高的溫度對基底進行退火。
全文摘要
一種嵌入式衰減相移光掩模坯料，采用由金屬、硅、氮和氧制成的光透射膜形成，產(chǎn)生透光的相移。增加刻蝕阻擋層以提高相移層的刻蝕選擇性。通過該工藝獲得寬范圍的光透射(在157nm，0.001％至15％)。
文檔編號G03F1/00GK1646994SQ03808171
公開日2005年7月27日 申請日期2003年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月12日
發(fā)明者瑪麗·安格洛普洛斯, 凱瑟琳娜·巴比奇, 杰伊·S·切伊, 邁克爾·斯特拉特·赫伯斯, 羅伯特·N·朗, 阿潘·帕拉維·瑪霍洛瓦拉, 肯尼思·克里斯托弗·拉斯特 申請人:國際商業(yè)機器公司