DE10307518B4

DE10307518B4 - Halbtonphasenschiebermaskenrohling, Halbtonphasenschiebermaske und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE10307518B4
Application number: DE10307518A
Authority: DE
Inventors: Yuuki Akishima Shiota; Osamu Fuchu Nozawa; Ryo Akishima Ohkubo; Hideaki Fuchu Mitsui
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2023-02-22
Also published as: US20030180631A1; US7632612B2; DE10307518A1; US20070082278A1; US7115341B2

Abstract

Halbtonphasenschiebermaskenrohling zur Verwendung bei der Herstellung einer Halbtonphasenschiebermaske mit einem transparenten Substrat, einem lichtdurchlässigen Abschnitt, der auf dem Substrat ausgebildet ist, zum Durchlassen eines Belichtungslichtstrahls, einem Phasenschieberabschnitt, der auf dem Substrat ausgebildet ist, zum Durchlassen eines Teils des Belichtungslichtstrahls als durchgelassener Lichtstrahl und zum Verschieben einer Phase des durchgelassenen Lichtstrahls um einen vorbestimmten Betrag, wobei die Halbtonphasenschiebermaske so ausgeführt ist, daß Lichtstrahlen, die durch den lichtdurchlässigen Abschnitt und durch den Phasenschieberabschnitt treten, sich in der Nähe eines Grenzabschnitts zwischen diesen gegenseitig aufheben, wodurch ein vorbestimmter Kontrast in einem Grenzabschnitt einer Belichtungsstruktur, die auf die Oberfläche eines zu belichtenden Objekts zu übertragen ist, erhalten bleibt, wobei:
der Halbtonphasenschiebennaskenrohling einen Phasenschieberfilm zur Ausbildung des Phasenschieberabschnitts auf dem transparenten Substrat und einen lichtabschirmenden Film auf dem Phasenschieberfilm aufweist;
der Phasenschieberfilm mindestens aufweist: eine obere Schicht, die durch Trockenätzen unter Verwendung eines Gases auf Fluorbasis zu ätzen ist, und eine untere Schicht,...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbtonphasenschiebermaskenrohling, eine Halbtonphasenschiebermaske und ein Verfahren zu deren Herstellung und insbesondere einen Halbtonphasenschiebermaskenrohling, der für eine Verwendung in einer Kurzwellen-Belichtungslichtquelle der nächsten Generation geeignet ist, z. B. in einem ArF-Excimerlaser (193 nm) und einem F₂-Excimerlaser (157 nm).
Was einen dynamischen Direktzugriffspeicher (DRAN) betrifft, so hat sich die Massenproduktion von 256-Mbit-Produkten gegenwärtig etabliert, und eine höhere Integration von einer Mbit-Stufe zu einer Gbit-Ebene macht Fortschritte. In der Folge der Entwicklung einer höheren Integration wird eine Entwurfsvorschrift für einen integrierten Schaltkreis feiner. Es ist nur eine Frage der Zeit, wann ein feines Muster mit einer Linienbreite (Halbraster) von 0,10 μm oder weniger erforderlich ist.
Als eine Methode zur Anpassung an die Miniaturisierung der Struktur ist eine Auflösung der Struktur durch Verkürzung einer Wellenlänge einer Belichtungslichtquelle verbessert worden. Infolgedessen werden ein KrF-Excimerlaser (248 nm) und ein ArF-Excimerlaser (193 nm) hauptsächlich als Belichtungslichtquelle in der gegenwärtigen Photolithographie verwendet.
Obwohl die verkürzte Belichtungswellenlänge die Auflösung verbessert, nimmt die Fokustiefe ab. Dies führt zu ungünstigen Einflüssen, z. B. zu einer Erhöhung der Last, die auf eine Ausführung eines optischen Systems einschließlich einer Linse wirkt, und zu einer Verringerung der Stabilität eines Prozesses.
Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, ist ein Phasenverschiebungsverfahren zur Anwendung gekommen. Bei dem Phasenverschiebungsverfahren wird eine Phasenschiebermaske als Maske zur Übertragung der feinen Struktur verwendet.
Die Phasenschiebermaske weist beispielsweise einen Phasenschieberabschnitt, der einen strukturierten Abschnitt auf der Maske bildet, und einen unstrukturierten Abschnitt auf, in dem kein Phasenschieberabschnitt vorhanden ist. Bei dieser Struktur werden Lichtstrahlen, die sowohl durch den Phasenschieberabschnitt als auch durch die unstrukturierten Abschnitte hindurchgelassen werden, um 180° zueinander phasenverschoben, um eine gegenseitige Beeinflussung der Lichtstrahlen in einem Strukturgrenzbereich zu bewirken. Auf diese Weise wird der Kontrast eines übertragenen Bildes verbessert.
Es ist bekannt, daß ein Phasenverschiebungsbetrag ϕ (rad) des Lichtstrahls, der durch den Phasenschieberabschnitt tritt, von einem reellen Teil n eines komplexen Brechungsindex und von einer Filmdicke des Phasenschieberabschnitts abhängt und daß die Beziehung, die durch die folgende Gleichung (1) gegeben ist, hergestellt wird. ϕ = 2πd(n – 1)/λ (1)
Hierbei bedeutet λ eine Wellenlänge eines Belichtungslichtstrahls. Um die Phase um 180° zu verschieben, ist daher die Filmdicke gegeben durch: d = λ/{2(n – 1)} (2)
Die oben erwähnte Phasenschiebermaske erreicht eine Erhöhung der Fokustiefe, die ausreicht, eine gewünschte Auflösung zu erreichen. Es ist daher möglich, sowohl die Auflösung als auch die Anwendbarkeit des Prozesses zu verbessern, ohne die Belichtungswellenlänge zu ändern.
Praktischerweise wird die Phasenschiebermaske nach einer Lichtdurchlässigkeitseigenschaft des Phasenschieberabschnitts, der die Maskenstruktur bildet, in eine Phasenschiebermaske mit idealer Durchlässigkeit (Levenson-Maske) und in eine Halbtonphasenschiebermaske klassifiziert. Bei der ersteren hat der Phasenschieberabschnitt einen Lichtdurchlaßgrad, der dem des unstrukturierten Abschnitts (lichtdurchlässiger Abschnitt) äquivalent ist. Somit ist die erstere eine Maske, die im wesentlichen für die Belichtungswellenlänge durchlässig ist und im allgemeinen bei der Übertragung einer Linien- oder Raumstruktur effektiv ist.
Andererseits hat bei der letzteren, nämlich der Halbtonmaske, der Phasenschieberabschnitt (halblichtdurchlässiger Abschnitt) einen Lichtdurchlaßgrad in der Größenordnung von mehreren Prozent bis zu zweistelligen Prozentzahlen in bezug auf den Durchlaßgrad des unstrukturierten Abschnitts (lichtdurchlässigen Abschnitt). Es ist verständlich, daß dieser Typ bei der Herstellung eines Kontaktlochs oder einer isolierten Struktur effektiv ist.
Die Halbtonphasenschiebermaske weist eine Doppelschicht-Halbtonphasenschiebermaske mit einer Schicht hauptsächlich zum Regulieren des Durchlaßgrades und einer weiteren Schicht hauptsächlich zum Regulieren einer Phase; und eine Einzelschicht-Halbtonschiebermaske auf, die ein einfaches Gefüge hat und leicht herzustellen ist.
Gegenwärtig ist die Einzelschichtmaske vorherrschend, da sie leicht zu bearbeiten ist. In den meisten Fällen weist der Halbtonphasenschieberabschnitt einen Einzelschichtfilm aus MoSiN oder MoSiON auf.
Dagegen weist bei der Doppelschichtmaske der Halbtonphasenschieberabschnitt eine Kombination aus der Schicht vorwiegend zum Steuern des Durchlaßgrades und der Schicht vorwiegend zum Steuern des Phasenverschiebungsbetrags auf. Es ist möglich, eine Spektralcharakteristik, die durch den Durchlaßgrad und den Phasenverschiebungsbetrag (Phasenwinkel) dargestellt wird, unabhängig zu steuern.
Dagegen wird bei der Miniaturisierung einer LSI-Struktur erwartet, daß die Wellenlänge der Belichtungslichtquelle (Belichtungswellenlänge) in der Zukunft vom gegenwärtigen KrF-Excimerlaser (248 nm) auf den ArF-Excimerlaser (193 nm) und weiter auf den F₂-Excimerlaser (157 nm) verkürzt wird.
Bei der gegenwärtigen Halbtonphasenschiebermaske ist ein Film normalerweise so beschaffen, daß der Halbtonphasenschieberabschnitt einen Belichtungslichtdurchlaßgrad von etwa 6% hat. In Erwartung einer höheren Auflösung ist jedoch ein höherer Durchlaßgrad erwünscht. In Zukunft wird ein Durchlaßgrad von 15% oder mehr erforderlich sein.
Beim Streben nach der verkürzten Wellenlänge der Belichtungslichtquelle und dem höheren Durchlaßgrad besteht die Tendenz, daß der Auswahlbereich des Materials für den Halbtonphasenschieberabschnitt, der einem vorbestimmten Durchlaßgrad und einem vorbestimmten Phasenverschiebungsbetrag entspricht, eingeengt wird. Außerdem ist bei der Erhöhung des Durchlaßgrades ein Material mit einem hohen Durchlaßgrad erforderlich. Ferner ist bei der Verkürzung der Wellenlänge der Belichtungslichtquelle das Material mit einem hohen Durchlaßgrad im Vergleich zu der bisher verwendeten Wellenlänge notwendig. Diese Anforderungen verursachen ein Problem, nämlich daß die Ätzselektivität bei einem Quarzsubstrat während der Strukturierung reduziert wird.
In dem Halbtonphasenschieberabschnitt mit einem mehrschichtigen Aufbau mit zwei oder mehr Schichten können eine Phasendifferenz und ein Durchlaßgrad durch eine Kombination aus mehrschichtigen oder doppelschichtigen Filmen gesteuert werden. Es ist daher leicht, das Material zu wählen. Ferner kann ein Material, das als Ätzstopper einer oberen Schicht dient, als untere Schicht gewählt werden.
In der Phasenschiebermaske muß ein Reflexionsgrad des Belichtungslichtstrahls in bestimmtem Maße reduziert werden. Im allgemeinen wird in einem Schritt des Inspizierens des Erscheinungsbildes der Struktur als Inspektionswellenlänge ein Lichtstrahl mit der einer längeren Wellenlänge als die Belichtungswellenlänge verwendet, und eine Fehlerinspektionsvorrichtung vom Durchlaßtyp (Serie KLA300 und dgl.) wird verwendet. Wenn der Durchlaßgrad (z. B. 40% oder mehr) in bezug auf die Inspektionswellenlänge zu hoch ist (wenn z. B. die Belichtungswellenlänge 248 nm (KrF-Excimerlaser) ist, ist die Inspektionswellenlänge 488 nm oder 364 nm), ist es daher schwierig, die Inspektion durchzuführen.
Besonders bei der verkürzten Belichtungswellenlänge ist ein Halbtonphasenschieberabschnitt mit einem hohen Durchlaßgrad erforderlich, wie oben beschrieben. Das Material mit einem hohen Durchlaßgrad hat jedoch die Tendenz, den Durchlaßgrad zu erhöhen, wenn die Wellenlänge zu einer längeren Wellenlänge wechselt. In einem einschichtigen Halbtonphasenschieber ist es daher weiterhin schwierig, den Durchlaßgrad in bezug auf die Inspektionswellenlänge auf einen vorbestimmten Bereich zu reduzieren.
Ferner ist in bezug auf die Fehlerinspektionsvorrichtung ein neues Inspektionsverfahren entwickelt worden, das durchgelassene und reflektierte Lichtstrahlen verwendet. Wenn die Inspektion mit diesem Verfahren durchgeführt wird, kann der Durchlaßgrad der Inspektionswellenlänge geringfügig hoch (z. B. 50 bis 60%) sein im Vergleich zu der Inspektion, die das durchgelassene Licht verwendet. Es ist jedoch notwendig, den Reflexionsgrad der Inspektionswellenlänge so zu steuern, daß der Reflexionsgrad eine bestimmte Differenz (z. B. 3 oder mehr) zu dem eines transparenten Substrats hat.
In der oben beschriebenen Situation ist es durch die Verwendung des Halbtonphasenschieberabschnitts vom mehrschichtigen Typ mit zwei oder mehr Schichten einfach, die Reflexions- und Durchlaßcharakteristik bei den Belichtungs- und Inspektionslichtstrahlen zu steuern.
Die Doppelschicht-Halbtonphasenschiebermaske wird beispielsweise in JP 4-140 635 A beschrieben, wo der Halbtonphasenschieberabschnitt einen Doppelschichtaufbau mit einer dünnen Cr-Schicht und einem Glasüberzug hat (Beispiel 1 zum Stand der Technik).
Es ist bekannt, daß der Halbtonphasenschieberabschnitt eines mehrschichtigen Aufbaus unter Verwendung einer einzelnen, allgemein verbreiteten Vorrichtung und eines einzelnen, allgemein verbreiteten Ätzmittels zum Ätzen hergestellt werden kann. Beispielsweise offenbart JP 6-83 034 A eine Maske mit einem Halbtonphasenschieberabschnittmit einem mehrschichtigen Aufbau, bei dem das gleiche Element in mehreren Schichten enthalten ist (z. B. ein doppelschichtiger Aufbau mit einer Si- und SiN-Schicht) (Beispiel 2 zum Stand der Technik).
Ferner wird eine Technik zur Reduzierung des Durchlaßgrades in bezug auf die Inspektionswellenlänge in JP 7-168 343 A beschrieben. Insbesondere weist ein Doppelschichtaufbau auf: einen einschichtigen Film, der als Einzelschicht-Halbtonphasenschieber, z. B. MoSiO oder MoSiON, bekannt ist, und einen Durchlaßfilm, der in Kombination mit dem einschichtigen Film eine geringe Wellenlängenabhängigkeit vom Durchlaßgrad hat. Bei diesem Aufbau kann ein gewünschter Durchlaßgrad sowohl in bezug auf den Belichtungslichtstrahl (KrF-Excimerlaser) und den Inspektionslichtstrahl (488 nm) erreicht werden (Beispiel 3 zum Stand der Technik).
Ferner ist eine Maske mit einem Phasenschieberabschnitt mit einem mehrschichtigen Aufbau unter Verwendung eines Materials auf Tantal-Silicid-Basis in JP 2001-174 973 A beschrieben. Insbesondere hat der Halbtonphasenschieberabschnitt einen doppelschichtigen Aufbau, der eine obere Schicht, die Tantal, Silicium und Oxid als Hauptbestandteile enthält, und eine untere Schicht aufweist, die als Hauptbestandteil Tantal und kein Silicium enthält (Beispiel 4 zum Stand der Technik).
Ferner offenbart JP 2001-337 436 A eine Maske mit einem Halbtonphasenschieberabschnitt mit einem doppelschichtigen Aufbau, der eine obere Schicht, die als Hauptbestandteile Tantal, Silicium und Sauerstoff enthält, und eine untere Schicht aufweist, die als Hauptbestandteile Chrom und Chrom-Tantal-Legierung enthält (Beispiel 5 zum Stand der Technik).
Die oben beschriebenen Beispiele zum Stand der Technik haben die folgenden Probleme.
Im allgemeinen ist ein Halbtonphasenschieberfilm mit einer lichtabschirmenden Cr-Schicht versehen. Die lichtabschirmende Cr-Schicht dient als Ätzmaskenschicht für den Halbtonphasenschieberfilm und wird anschließend verwendet, um an einer gewünschten Position auf der Maske einen Lichtabschirmungsabschnitt zu bilden.
Bei dem Aufbau des Substrats, nämlich Glasschicht/dünne Cr-schicht/Glas, wie in Beispiel 1 zum Stand der Technik, ist die lichtabschirmende Cr-Schicht auf der Glasschicht ausgebildet. In diesem Fall wird eine Maskenstruktur mit einem dreischichtigen Aufbau aus einer lichtabschirmenden Cr-Schicht/Glasschicht/dünnen Cr-Schicht hergestellt, wobei eine Resiststruktur, die im allgemeinen bei der Strukturierung verwendet wird, auf diese übertragen wird. Danach wird die lichtabschirmende Cr-Schicht normalerweise durch Naßätzen selektiv entfernt.
Da jedoch die lichtabschirmende Cr-Schicht aus dem gleichen Material besteht wie die dünne Cr-Schicht, besteht insofern ein Problem, als die dünne Cr-Schicht Von dem selektiven Entfernungsprozeß der lichtabschirmenden Cr-Schicht betroffen ist. Insbesondere wird die dünne Cr-Schicht geätzt, und die Struktur wird mitunter nach dem Prinzip, das dem Ablösungsprinzip ähnlich ist, vollständig entfernt. Wenn die dünne Cr-Schicht seitlich geätzt wird, wird der Durchlaßgrad in der Nähe einer Strukturkante unvermeidlich geändert.
Als nächstes ist es in dem Beispiel 2 zum Stand der Technik möglich, beispielsweise die Si- und SiN-Schicht unter Verwendung der gleichen Zerstäubungsvorrichtung und des gleichen Si-Targets kontinuierlich aufzubringen. Wenn jedoch die SiN-Schicht durch reaktive Zerstäubung unter Verwendung des Si-Targets und einer Zerstäubungsatmosphäre, die Stickstoff enthält, aufgebacht wird, tritt eine Vergiftung des Targets durch die reaktive Zerstäubung auf. Infolgedessen kann die Reproduzierbarkeit nicht erreicht werden, und die Produktivität verringert sich. Ferner nimmt bei Verwendung von SiN der Durchlaßgrad bei der Verkürzung der Belichtungswellenlänge in den letzten Jahren ab.
Als nächstes wird im Beispiel 3 zum Stand der Technik MoSiO oder MoSiON als das Material des einschichtigen Films (obere Schicht) verwendet. Durch das Vorhandensein des Metalls wird jedoch der Durchlaßgrad reduziert. Dadurch ist dieses Beispiel nicht für die jüngste Verkürzung der Belichtungswellenlänge geeignet. Wenn der Anteil des Metalls reduziert ist, wird außerdem der Brechungsindex reduziert, so daß die Filmdicke des Halbtonphasenschiebers zunimmt. Dies ist nachteilig für die Feinbearbeitung.
Ferner wird in den Beispielen 4 und 5 zum Stand der Technik TaSiO als das Material der oberen Schicht verwendet. Durch das Vorhandensein des Metalls wird jedoch der Durchlaßgrad reduziert. Deshalb sind diese Beispiele nicht für die jüngste Verkürzung der Belichtungswellenlänge geeignet. Wenn der Gehalt des Metalls reduziert wird, wird außerdem der Brechungsindex reduziert, so daß die Filmdicke des Halbtonphasenschiebers zunimmt. Dies ist nachteilig für die Feinbearbeitung.
In diesen Beispielen zum Stand der Technik dient die untere Schicht außerdem als Ätzstopper gegen das Trockenätzen der oberen Schicht unter Verwendung eines Gases auf Fluorbasis. Danach wird die untere Schicht durch Trockenätzen unter Verwendung eines Gases auf Chlorbasis geätzt.
Die untere Schicht, die in dem Beispiel 4 zum Stand der Technik Tantal enthält, hat eine unzureichende Ätzselektivität in bezug auf das auf Fluor beruhende Trockenätzen der oberen Schicht. Bei der Chrom-Tantal-Legierung im Beispiel 5 zum Stand der Technik ist eine Ätzrate mit dem Gas auf Chlorbasis gering, und es wird keine hochgenaue Struktur erreicht.
In der DE 101 64 189 A1 wird ein Halbtonphasenverschiebungsmaskenrohling bereitgestellt, durch den ein gewünschter Transmissionsgrad und eine gewünschte Phasenverschiebung in der Nähe von 157 nm als Wellenlänge eines F₂-Excimerlasers bereitgestellt wird.
Die US 2001/0005564 A1 beschreibt einen Halbtonphasenverschiebungsmaskenrohling mit einem transparenten Substrat und einem Halbtonphasenverschiebungsfilm auf dem Substrat, wobei der Halbtonphasenverschiebungsfilm eine Vielfachschichtkonstruktion aufweist, in der zumindest die erste Schicht mit einem chlorinierten Gas geätzt werden kann und eine zweite Schicht mit einem fluorinierten Gas geätzt werden kann, wobei die beiden Schichten in dieser Reihenfolge von der dem transparenten Substrat benachbarten Seite angeordnet sind.
In der US 5 942 356 A ist eine Halbtonphasenverschiebungsmaske und ein -maskenrohling für die Maske offenbart, die einen dünnschichtigen, transluzenten Abschnitt aufweisen, der im wesentlichen aus Stickstoff, Metall und Silizium gebildet wird.
Auch die JP 10-198017 A Fund die JP 2001-066756 A beschreiben Halbtonphasenverschiebungsmasken, -Maskenrohlinge und Herstellungsverfahren hierfür.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Halbtonphasenschiebermaskenrohling und eine Halbtonphasenschiebermaske bereitzustellen, die bei der Feinbearbeitbarkeit während des Ätzens zur Ausbildung eines Halbtonphasenschieberabschnitts besonders gut ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Halbtonphasenschiebermaskenrohling und eine Halbtonphasenschiebermaske bereitzustellen, die bei einem hohen Durchlaßgrad (Durchlaßgrad von 8 bis 30%) verwendet werden kann, wenn eine Belichtungslichtquelle eine verkürzte Wellenlänge hat, besonders in einem Belichtungswellenlängenbereich von 140 bis 200 nm, besonders in der Nähe von 157 nm als die Wellenlänge eines F₂-Excimerlasers und in der Nähe von 193 nm als die Wellenlänge eines ArF-Excimerlasers.
Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird ein Halbtonphasenschiebermaskenrohling bereitgestellt, bei dem ein Phasenschieberfilm einen Film, der als Hauptkomponenten Silicium, Sauerstoff und Stickstoff enthält, und einen Ätzstopperfilm aufweist, der zwischen dem Film und einem transparenten Substrat ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß wird bei Halbtonphasenschieberschichten, die auf dem transparenten Substrat ausgebildet sind, ein Film, der an das transparente Substrat angrenzt, als untere Schicht bezeichnet, und ein Film, der auf der unteren Schicht ausgebildet ist, als obere Schicht bezeichnet.
Auf der Grundlage der Tatsache, daß SiN_x eine hohe Strahlungsbeständigkeit gegen den Belichtungslichtstrahl und eine hohe chemische Beständigkeit gegen eine Reinigungsflüssigkeit oder dgl. hat, da Si-N-Bindung zur Dichte einer Matrix eines Films beiträgt, und daß SiO_x einen relativ hohen Durchlaßgrad auch auf einer kurzen Wellenlängenseite hat, haben die Erfinder ihre Aufmerksamkeit auf SiO_xN_y gerichtet, das die Vorteile dieser beiden Materialien nutzt.
Ferner haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß es durch Steuerung der Zusammensetzung von SiO_xN_y möglich ist, einen Phasenschieberfilm herzustellen, der zur Verwendung mit einem Belichtungslichtstrahl mit einer kurzen Wellenlänge geeignet ist. Ferner haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß der Halbtonphasenschieberfilm mit einem Doppelschichtaufbau aus einem SiO_xN_y-Film (obere Schicht) und einem Ätzstopperfilm (untere Schicht) nicht nur eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Belichtungslichtbestrahlung und eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit hat, sondern auch eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit einer Struktur.
Dabei ist der Ätzstopperfilm ein Film, der aus einem Material mit einer Funktion, nämlich das Fortschreiten des Ätzens des SiO_xN_y-Films zu verhindern, mit einer Funktion, nämlich die Erkennung eines Ätzendpunkts des Phasenschieberfilms zu erleichtern, oder mit beiden oben erwähnten Funktionen besteht.
Die obere Schicht ist aus einem Material, das im wesentlichen aus Silicium, Sauerstoff und Stickstoff besteht. Das heißt, die obere Schicht weist einen Film auf, der Silicium, Sauerstoff und Stickstoff als Hauptkomponenten enthält. Dieses Material ist in folgender Hinsicht vorteilhaft. Obwohl der Belichtungslichtstrahl eine verkürzte Wellenlänge hat, kann insbesondere ein gewünschter Durchlaßgrad und eine Phasendifferenz durch Steuerung in Kombination mit der unteren Schicht erreicht werden. Außerdem sind die Strahlungsbeständigkeit gegen den Belichtungslichtstrahl und die chemische Beständigkeit gegen die Reinigungsflüssigkeit oder dgl. hoch. Da ein relativ hoher Brechungsindex erreicht werden kann, ist es ferner möglich, die Gesamtfilmdicke des Halbtonphasenschieberfilms, die ausreicht, um eine gewünschte Phasendifferenz zu erreichen, zu unterdrücken. Dadurch ist die Feinbearbeitungsfähigkeit des Halbtonphasenschieberfilms sehr gut.
Was das oben erwähnte Material der oberen Schicht betrifft, so wird bevorzugt, daß ein reeller Teil n des komplexen Brechungsindexes auf einen Wert innerhalb eines Bereichs n ≥ 1,7 und ein imaginärer Teil k des komplexen Brechungsindex auf einen Wert innerhalb eines Bereichs k ≤ 0,450 reguliert und gesteuert wird. Diese Bereiche sind vorteilhaft bei der Erreichung einer gewünschten optischen Charakteristik der Halbtonphasenschiebermaske nach der Verkürzung der Wellenlänge des Belichtungslichtstrahls. Bei dem F₂-Excimerlaser ist der Bereich k ≤ 0,40 bevorzugt und der Bereich 0,07 ≤ k ≤ 0,35 besonders bevorzugt.
Bei dem ArF-Excimerlaser ist der Bereich 0,10 ≤ k ≤ 0,45 bevorzugt. Beim F₂-Excimerlaser ist der Bereich n ≥ 2,0 bevorzugt und der Bereich n ≥ 2,2 besonders bevorzugt. Beim ArF-Excimerlaser ist der Bereich n ≥ 2,0 bevorzugt und der Bereich n ≥ 2,5 besonders bevorzugt.
Um die oben beschriebene optische Charakteristik zu erreichen, werden die Anteile der oben erwähnten Komponenten folgendermaßen gewählt. Der Anteil des Siliciums ist 35 bis 45 Atom-%, der Anteil des Sauerstoffs ist 1 bis 60 Atom-% und der Anteil des Stickstoffs 5 bis 60 Atom-%. Wenn der Anteil des Siliciums größer ist als 45% oder wenn der Anteil des Stickstoffs größer ist als 60%, wird der Durchlaßgrad des Films unzureichend. Wenn dagegen der Anteil des Stickstoffs kleiner ist als 5% und wenn der Anteil des Sauerstoffs 60% überschreitet, wird der Durchlaßgrad des Films zu hoch, und somit geht die Funktion des Halbtonphasenschieberfilms verloren. Wenn der Anteil des Siliciums kleiner ist als 35% oder wenn der Anteil des Stickstoffs 60% überschreitet, wird der Aufbau des Films physikalisch und chemisch sehr instabil.
Unter dem gleichen Gesichtspunkt werden die Anteile der oben erwähnten Komponenten bei dem F₂-Excimerlaser vorzugsweise folgendermaßen gewählt. Der Anteil des Siliciums ist 35 bis 40 Atom-%, der Anteil des Sauerstoffs 25 bis 60 Atom-% und der Anteil des Stickstoffs 5 bis 35 Atom-%. Ebenso werden die Anteile der oben erwähnten Komponenten beim ArF-Excimerlaser vorzugsweise folgendermaßen gewählt. Der Anteil des Siliciums ist 38 bis 45 Atom-%, der Anteil des Sauerstoffs 1 bis 40 Atom-% und der Anteil des Stickstoffs ist 30 bis 60 Atom-%. Neben den oben erwähnten Komponenten können auch kleine Mengen von Verunreinigungen (Metall, Kohlenstoff, Fluor und dgl.) enthalten sein.
Die erfindungsgemäße obere Schicht kann aufgebracht werden durch reaktive Zerstäubung unter Verwendung eines Targets, das im wesentlichen aus Silicium besteht, und einer Zerstäubungsatmosphäre unter Verwendung eines reaktiven Gases, das ein Edelgas, Stickstoff und Sauerstoff enthält. Das Target, das im wesentlichen Silicium aufweist, hat eine hohe Partikeldichte und Reinheit und ist daher stabil im Vergleich zu dem Fall, wo ein gemischtes Target, z. B. Metallsilicid, verwendet wird. Demzufolge besteht insofern ein Vorteil, als ein Partikelerzeugungsanteil des resultierenden Films reduziert wird.
Die Ätzstopperschicht weist einen Film auf, der aus einem Material mit einer Funktion, nämlich das Fortschreiten der Ätzung des SiO_xN_y-Films zu verhindern, mit einer Funktion, nämlich die Ermittlung eines Ätzendpunkts des Phasenschieberfilms zu erleichtern, oder mit beiden oben erwähnten Funktionen besteht.
Vorzugsweise besteht der Film mit einer Funktion, nämlich das Fortschreiten des Ätzens des SiO_xN_y-Films aus einem Material mit einer geringen Selektivität in bezug auf das Ätzen der Phasenschieberschicht zu verhindern, d. h. aus einem Material mit einer Ätzrate, die niedriger ist als die des Si-O_xN_y-Films in bezug auf ein Ätzmedium, das beim Ätzen des Si-O_xN_y-Films verwendet wird. Insbesondere ist erwünscht, daß der Film aus einem Material besteht, das eine Ätzselektivität von 0,7 oder weniger, vorzugsweise 0,5 oder weniger hat.
Dagegen ist der letztere Ätzstopperfilm mit einer Funktion zur Erleichterung der Erkennung des Ätzendpunkts des Phasenschieberfilms ein Film, der aus einem Material besteht, bei dem die Differenz des Reflexionsgrades für einen Ätzendpunkt Erkennungslichtstrahl (z. B. 680 nm) zwischen dem transparenten Substrat (z. B. dem synthetischen Harz-Substrat) und dem Ätzstopper größer ist als der zwischen dem transparenten Substrat und dem SiO_xN_y-Film.
Vorzugsweise hat das Material einen Brechungsindex (den reellen Teil des komplexen Brechungsindex) der höher ist als die Brechungsindizes des SiO_xN_y-Films und des transparenten Substrats. Vorzugsweise besteht der Ätzstopperfilm aus einem Material, bei dem die Differenz des Brechungsindex für die Wellenlänge des Ätzendpunkt-Erkennungslichtstrahls zwischen dem Ätzstopperfilm und dem SiO_xN_y-Film 0,5 oder größer, vorzugsweise 1 oder größer ist und bei dem die Differenz des Brechungsindex zwischen dem Ätzstopperfilm und dem transparenten Substrat 0,5 oder größer, vorzugsweise 1 oder größer ist.
Es ist erwünscht, daß die Ätzstopperschicht eine Ätzselektivität von 1,5 oder mehr, vorzugsweise 2,0 oder mehr hat. Insbesondere wenn die Ätzstopperschicht nicht entfernt werden kann, nimmt der Durchlaßgrad des Lichtdurchlaßabschnitts ab, so daß sich ein Kontrast nach der Strukturübertragung verschlechtert Auch wenn die Schicht entfernt werden kann, könnte das Substrat in der Nähe des Ätzendpunkts geätzt werden, es sei denn, daß die Ätzrate der Ätzstopperschicht größer ist als die des Substrats. Infolgedessen verschlechtert sich die Bearbeitungsgenauigkeit.
Wenn man die oben erwähnten Gesichtspunkte berücksichtigt, verwendet man zweckmäßig eine einzige Art von Material oder zwei oder mehr Arten von Materialien, die aus einer Gruppe gewählt sind, die folgendes aufweist: Magnesium, Aluminium, Titan, Vanadium, Chrom, Yttrium, Zirkon, Niob, Molybdän, Zinn, Lanthan, Tantal, Wolfram, Silicium und Hafnium sowie eine Verbindung (Oxid, Nitrid, Stickoxid) daraus usw.
Die Ätzstopperschicht hat vorzugsweise eine Filmdicke, die in einen Bereich von 10 bis 200 Angström fällt. Wenn die Dicke kleiner ist als 10 Angström, kann das Ätzen nicht vollständig verhindert werden, und eine deutliche Änderung im Reflexionsgrad kann nicht ermittelt werden. Dies kann zu einer Verschlechterung der Strukturbearbeitungsgenauigkeit führen.
Dagegen kann eine Erweiterung der Struktur durch das Fortschreiten des isotropen Ätzens maximal etwa das Zweifache der Filmdicke in Abhängigkeit vom Ätzprozeß erreichen. Wenn die Filmdicke 200 Angström überschreitet und wenn eine Strukturlinienbreite von 0,1 μm (= 1000 Angström) oder weniger verarbeitet wird, wird ein Abmessungsfehler von 40% oder mehr erzeugt. In diesem Fall wird die Qualität der Maske ernsthaft ungünstig beeinflußt.
Vorzugsweise hat die Ätzstopperschicht eine Funktion, nämlich den Durchlaßgrad zu regulieren. Der Durchlaßgrad der Ätzstopperschicht in bezug auf die Belichtungswellenlänge (140 bis 200 nm, etwa 157 nm oder etwa 193 nm) wird zwischen 3 und 40% gewählt. Der Durchlaßgrad des Phasenschieberabschnitts wird also beibehalten, und der Durchlaßgrad für die Inspektionswellenlänge, der länger ist als die Belichtungswellenlänge, kann durch die Ätzstopperschicht, die in einem unteren Teil des Phasenschieberabschnitts ausgebildet ist (durch Laminierung eines anderen Materials) reduziert werden.
Insbesondere wird die Inspektion der Maske in einem Herstellungsprozeß gegenwärtig unter Verwendung eines Inspektionslichtstrahls durchgeführt, der eine Wellenlänge aufweist, die länger ist als die Belichtungswellenlänge und die die durchgelassene Lichtstärke mißt. Der Durchlaßgrad eines halbdurchlässigen Abschnitts (Phasenschieberabschnitt) ist vorzugsweise 40% oder kleiner in dem Bereich von 200 bis 300 nm, der gegenwärtig verwendeten Wellenlänge. Insbesondere wenn der Durchlaßgrad 40% oder größer ist, ist ein Kontrast in bezug auf den Durchlaßabschnitt nicht ausreichend, und eine Inspektionsgenauigkeit wird gering. Wenn der Ätzstopperfilm aus einem Material mit einer hohen Lichtabschirmungsfunktion besteht, kann der Ätzstopperfilm aus einer einzigen Art von Material oder aus zwei oder mehr Arten von Materialen bestehen, die aus einer Gruppe gewählt sind, die aufweist: Aluminium, Titan, Vanadium, Chrom, Zirkon, Niob, Molybdän, Lanthan, Tantal, Wolfram, Silicium und Hafnium sowie deren Nitrid.
Vorzugsweise hat die Ätzstopperschicht eine Filmdicke, die ausreichend kleiner ist als die des Phasenschieberabschnitts. Insbesondere ist eine Filmdicke von 200 Angström oder weniger geeignet. Wenn die Dicke 200 Angström überschreitet, ist es sehr wahrscheinlich, daß der Durchlaßgrad bei der Belichtungswellenlänge kleiner als 3 ist. In diesem Fall werden der Phasenwinkel und der Durchlaßgrad durch die beiden Schichten reguliert, nämlich durch den SiO_xN_y-Film und den Ätzstopperfilm.
Vorzugsweise wird der Durchlaßgrad der Ätzstopperschicht selbst in bezug auf die Belichtungswellenlänge (140 bis 200 nm, etwa 157 nm oder etwa 193 nm) so gewählt, daß er 3 bis 40 ist, und der Durchlaßgrad wird auf 3 bis 40% reguliert, wenn die Ätzstopperschicht mit dem SiO_xN_y-Film laminiert ist. Wenn die Ätzstopperschicht vorhanden ist, muß die Ätzstopperschicht, die auf der Oberfläche eines Abschnitts entsprechend dem Lichtdurchlaßabschnitt freiliegt, entfernbar sein. Der Grund dafür ist folgender: Wenn der Lichtdurchlaßabschnitt mit der Ätzstopperschicht überzogen ist, nimmt der Durchlaßgrad des Lichtdurchlaßabschnitts ab.
Um den Ätzstopperfilm zu entfernen, muß ein Verfahren angewendet werden, daß sich vom Ätzen des SiO_xN_y-Films unterscheidet, wenn der Ätzstopperfilm aus einem Material besteht, das eine Funktion hat, nämlich das Fortschreiten des Ätzens des SiO_xN_y-Films zu verhindern. Wenn der Ätzstopperfilm aus einem Material besteht, das eine Funktion aufweist, nämlich die Ermittlung des Ätzendpunkts des Phasenschieberfilms zu erleichtern, kann das Ätzen des SiO_xN_y-Films und das Ätzen des Ätzstopperfilms nach dem gleichen Verfahren oder nach anderen Verfahren durchgeführt werden.
Der Phasenschieberfilm, der aus dem SiO_xN_y-Film besteht, kann durch Trockenätzen (RIE: reaktives Ionenätzen) unter Verwendung eines Gases auf Fluorbasis, z. B. CHF₃, CF₄, SF₆ und C₂F₆ und eines Mischgases daraus, geätzt werden. Wenn andererseits der Ätzstopperfilm nach einem Verfahren geätzt und entfernt wird, das sich von dem für den Phasenschieberfilm unterscheidet, kann Trockenätzen unter Verwendung eines Gases auf Fluorbasis verwendet werden, das sich von dem unterscheidet, das beim Entfernen des Phasenschieberfilms, beim Trockenätzen unter Verwendung des Gases auf Chlorbasis, z. B. Cl₂ und Cl₂ + O₂, oder beim Naßätzen unter Verwendung von Säure, Lauge oder dgl. verwendet wird.
Als der Ätzstopperfilm, der durch das Trockenätzen auf Fluorbasis entfernbar ist, das mit dem Ätzen des Phasenschieberfilms, nämlich des SiO_xN_y-Films identisch ist, kann ein Material, z. B. Silicium, MoSi_x, TaSi_x, WS_x CrSi_x ZrSi_x und HfSi_x, verwendet werden.
Wenn der Ätzstopperfilm, der kontinuierlich mit dem Si-O_xN_y-Film geätzt werden kann, vorgesehen ist, wie oben beschrieben, ist der Vorteil im Herstellungsprozeß groß. Als der Ätzstopperfilm, der nach einem Verfahren geätzt werden kann, das sich von dem des Ätzens des Phasenschieberfilms unterscheidet, der den SiO_xN_y-Film umfaßt, wird vorzugsweise ein Dünnfilm, der Ta enthält (z. B. ein Dünnfilm aus Ta, TaN_x, TaZr_x, TaCr_x oder TaHf_x), ein Dünnfilm, der Zr enthält, oder ein Dünnfilm verwendet, der Hf enthält und der durch Trockenätzen unter Verwendung von Cl₂ geätzt werden kann. Als Alternative kann vorzugsweise ein Dünnfilm verwendet werden, der Cr enthält und der durch Trockenätzen unter Verwendung von Cl₂ + O₂ geätzt werden kann.
Wenn der Ätzstopperfilm aus dem Material besteht, das eine Funktion hat, nämlich das Fortschreiten des Ätzens des SiO_xN_y-Films zu verhindern, und das einen hohen Durchlaßgrad aufweist, kann der Ätzstopperfilm zwischen dem transparenten Substrat und dem halblichtdurchlässigen Film der oben beschriebenen Halbtonphasenschiebermaske mit einem einschichtigen Aufbau angeordnet sein. Bei diesem Aufbau muß der Ätzstopper, der auf dem lichtdurchlässigen Abschnitt freiliegt, nicht entfernt werden.
Die Ätzstopperschicht ist besonders effektiv, wenn der SiO_xN_y-Film 40 Atom-% oder mehr Sauerstoff enthält oder wenn die Differenz des Brechungsindexes des transparenten Substrats 0,5 oder kleiner, vorzugsweise 0,3 oder kleiner ist.
Außerdem haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß ein vorbestimmtes Material für eine untere Schicht, die gegen ein Gas auf Fluorbasis beständig ist und die durch Trockenätzen unter Verwendung eines Gases (z. B. das Gas auf Chlorbasis) geätzt werden kann, das sich von dem Gas auf Fluorbasis unterscheidet, wenn die obere Schicht durch Trockenätzen unter Verwendung des Gases auf Fluorbasis geätzt wird.
Zunächst kann das vorbestimmte Material ein einzelnes Material sein, das aus einer ersten Gruppe gewählt ist, die aus Al, Ga, Hf, Ti, V und Zr besteht, oder ein Material (eine Legierung oder irgendeine andere Mischung) sein, die zwei oder mehr Arten dieses Materials enthält (das Material wird nachstehend als erstes Material bezeichnet). Das einzelne Metall, das aus der ersten Gruppe gewählt ist, oder das erste Material ist ein Material, das gegen das Gas auf Fluorbasis beständig ist und das durch Trockenätzen unter Verwendung eines Gases (z. B. eines Gases auf Chlorbasis), das sich von dem Gas auf Fluorbasis unterscheidet, geätzt werden kann.
Das einzelne Metall, das aus der ersten Gruppe gewählt ist, oder das erste Material ist ein Material, das eine hohe Ätzbeständigkeit beim Trockenätzen unter Verwendung des Gases auf Fluorbasis hat und das unter Verwendung des Gases (z. B. Gas auf Chlorbasis, Gas auf Brombasis, Gas auf Iodbasis oder dgl.), das sich von dem Gas auf Fluorbasis unterscheidet, leicht geätzt werden kann.
Die untere Schicht muß eine Beständigkeit gegen das Trockenätzen unter Verwendung des Gases auf Fluorbasis in einem Maße haben, daß die Wirkung als Ätzstopperschicht für die obere Schicht erreicht wird. Die Ätzrate des Materials der unteren Schicht liegt vorzugsweise zwischen 0 und einem zweistelligen Betrag in Angström/min, obwohl sie von der Dicke der unteren Schicht und von dem Ätzratenverhältnis (nachstehend als Selektivität bezeichnet) zur oberen Schicht abhängt. Vorzugweise kann das Material beim Trockenätzen der unteren Schicht unter Verwendung des Gases auf Chlorbasis in dem Maße geätzt und entfernt werden, wie es in einem gewünschten Ätzprozeß zulässig ist. Es ist erwünscht, daß das Material eine fünf- oder mehrfache, besonders bevorzugt zehn- oder mehrfache Ätzrate hat, was die Selektivität im Hinblick auf das Substratmaterial betrifft.
Unter dem Gesichtspunkt der hohen chemischen Beständigkeit wird Hf, Zr oder dgl. als das einzelne Metall bevorzugt, das aus der ersten Gruppe gewählt ist. Unter dem Gesichtspunkt der Einfachheit der Herstellung des Zerstäubungstargets wird Al, Ti, V oder dgl. bevorzugt.
Gemäß der Erfindung kann das vorbestimmte Material ein Material (nachstehend als das zweite Material bezeichnet) sein, das mindestens eine Art von Metall enthält, die aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Cr, Ge, Pd, Si, Ta, Nb, Sb, Pt, Au, Po, Mo und W besteht, und mindestens eine Art von Metall enthält, das aus der oben erwähnten ersten Gruppe (Al, Ga, Hf, Ti und V) (einschließlich einer Legierung und irgendeiner anderen Mischung) besteht. Durch Zusatz eines Metalls, das aus der ersten Gruppe gewählt ist, zu dem Metall, das aus der zweiten Gruppe gewählt ist, weist das oben erwähnte Material voll und ganz eine Beständigkeit gegen das Gas auf Fluorbasis auf und kann durch Trockenätzen unter Verwendung eines Gases (z. B. Gas auf Chlorbasis, Gas auf Brombasis, Gas auf Iodbasis und dgl.), das sich von dem Gas auf Fluorbasis unterscheidet, geätzt werden. Das Material kann also eine Funktion aufweisen, die der des ersten Materials entspricht.
Hierbei haben die Metalle, die in der zweiten Gruppe (außer Cr) vorgegeben sind, eine schlechtere Beständigkeit gegen das Gas auf Fluorbasis als das Metall, das in der ersten Gruppe vorgegeben ist. Wenn das Metall, das aus der ersten Gruppe gewählt ist, zugesetzt wird, wird die Beständigkeit gegen das Gas auf Fluorbasis im Vergleich zu dem Fall, wo das Metall nicht zugesetzt wird, verbessert. Wenn ferner das Metall, das aus der ersten Gruppe gewählt ist, zugesetzt wird, wird eine gewünschte Beständigkeit gegen das Gas auf Fluorbasis hinreichend bereitgestellt. Man beachte, daß Cr eine Beständigkeit gegen das Gas auf Fluorbasis. hat, die der des Metalls entspricht, das in der ersten Gruppe vorgegeben ist.
Das Metall, das in der zweiten Gruppe vorgegeben ist, ist ein Material mit einer Ätzrate für das Gas auf Chlorbasis, die der des Metalls in der ersten Gruppe äquivalent ist oder die in einem Maße geringfügig schlechter ist, wie eine Kompensation durch Zusatz der ersten Gruppe möglich ist. Wie oben beschrieben, ist das Metall, das in der ersten Gruppe vorgegeben ist, ein Material, das leicht geätzt werden kann, beispielsweise unter Verwendung des Gases auf Chlorbasis. Daher behält oder verbessert das Material, das das in der zweiten Gruppe vorgegebene Metall und das ihr zugesetzte, in der ersten Gruppe vorgegebene Metall enthält, seine Ätzcharakteristik bei dem Gas auf Chlorbasis.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben also festgestellt, daß die Ätzcharakteristik in bezug auf das. Gas auf Chlorbasis beibehalten wird und die Beständigkeit gegen das Gas auf Fluorbasis deutlich verbessert wird, indem eine kleine Menge des Metalls, das aus der ersten Gruppe gewählt ist, dem Metall zugesetzt wird, das aus der zweiten Gruppe gewählt ist. Die zugesetzte Menge des Metalls, das aus der ersten Gruppe gewählt ist, in bezug auf das Metall, das aus der zweiten Gruppe gewählt ist, wird so gewählt, daß sie 2 oder mehr beträgt. Wenn die zugesetzte Menge kleiner als 2 ist, ist die Charakteristik des zugesetzten Materials nicht vollständig gegeben, und die Wirkung zur Verbesserung der Beständigkeit gegen das Gas auf Fluorbasis ist unzureichend.
Alternativ kann das vorbestimmte Material gemäß der Erfindung folgendes sein: das zweite Material, wobei diesem Stickstoff und/oder Kohlenstoff zugesetzt ist. Stickstoff und/oder Kohlenstoff sind vorzugsweise in einem solchen Bereich enthalten, daß die gewünschte Charakteristik nicht beeinträchtigt wird.
Hierbei kann das Gas auf Fluorbasis C_xF_y (z. B. CF₄, C₂F₆), CHF₃, ein Mischgas daraus oder irgendeines dieser Gase sein, wobei O₂ oder ein Edelgas (He, Ar, Xe) als Zusatzgas zugesetzt ist.
Außerdem kann als ein anderes Gas als das Gas auf Fluorbasis ein anderes Gas auf Halogenbasis als Fluor (ein Gas auf Chlorbasis, Brombasis, Iodbasis oder ein Mischgas daraus) verwendet werden. Als das Gas auf Chlorbasis kann Cl₂, BCl₃ HCl, ein Mischgas daraus oder irgendeines dieser Gase verwendet werden, wobei ein Edelgas (He, Ar, Xe) als Zusatzgas zugesetzt ist.
Als das Gas auf Brombasis kann Br₂, HBr, ein Mischgas daraus oder irgendeines dieser Gase verwendet werden, wobei ein Edelgas (He, Ar, Xe) als Zusatzgas zugesetzt ist. Als das Gas auf Iodbasis kann I₂, Hl, ein Mischgas daraus oder irgendeines dieser Gase verwendet werden, wobei diesen ein Edelgas (He, Ar, Xe) als Zusatzgas zugesetzt ist.
Hierbei wird bevorzugt, Gas auf Chlorbasis als das Gas zu verwenden, das sich von dem Gas auf Fluorbasis unterscheidet, da die Ätzrate im Vergleich zum Gas auf Brombasis oder zum Gas auf Iodbasis erhöht werden kann. Man beachte, daß ein Gas, das Fluor und ein anderes Gas als Fluor enthält, auch verwendet werden kann. In diesem Fall ist damit ein Gas, nämlich Fluor oder das andere Gas gemeint, das einen größeren Anteil einer angeregten Atomart an einer aktiven Atomart im Plasma aufweist.
Wenn die angeregte Atomart des Fluors einen größeren Anteil hat, wird das Gas als Gas auf Fluorbasis definiert. Wenn die angeregte Atomart des anderen Gases (z. B. Chlor), das kein Gas auf Fluorbasis ist, größer ist, wird das Gas als das andere Gas definiert, das sich von dem Gas auf Fluorbasis unterscheidet (z. B. das Gas auf Chlorbasis). Wenn Fluor und ein anderes Halogenelement oder andere Halogenelemente in einer einzelnen Gasverbindung (z. B. CIF₃ und dgl.) enthalten sind, wird das Gas als Gas auf Fluorbasis definiert.
Bei dem Gas, das sich von dem Gas auf Fluorbasis unterscheidet, wird bevorzugt, daß kein Sauerstoff als Zusatzgas enthalten ist. Der Grund dafür ist, daß der Zusatz von Sauerstoff die Ätzrate aufgrund der Oberflächenoxidation verringern kann. Beispielsweise bewirkt ein Ätzgas Cl₂ + O₂, das normalerweise beim Ätzen von Cr verwendet wird, eine komplizierte Reaktion, die die Tendenz hat, eine Ätzstreuung hervorzubringen. Dadurch wird bevorzugt, das Trockenätzen mit einem Einkomponentengas, z. B. Cl₂, durchzuführen, um eine hochgenaue Struktur zu erhalten.
Als nächstes wird die Funktion jeder Schicht beschrieben, die die oben beschriebene Anforderung erfüllt.
Die untere Schicht hat eine Beständigkeit gegen das Gas auf Fluorbasis. Auch wenn die obere Schicht unter Verwendung des Gases auf Fluorbasis trockengeätzt ist und die Oberfläche der unteren Schicht freiliegt, erfolgt die Filmreduzierung der unteren Schicht langsam. Dadurch kann eine ausreichende Überätzungszeit der oberen Schicht festgelegt werden, wobei man die Entfernung eines Restfilms der oberen Schicht als Ergebnis der Ätzstreuung aufgrund der Dichtedifferenz der Struktur berücksichtigt. Infolgedessen ist es möglich, eine Struktur, die eine Maskenstruktur genau reflektiert, auszubilden und die Maßgenauigkeit zu verbessern.
Die untere Schicht besteht aus dem Material, das durch Trockenätzen unter Verwendung des Gases (z. B. Gas auf Chlorbasis), das sich von dem Gas auf Fluorbasis unterscheidet (d. h. das einen bestimmten Grad einer Ätzrate für das Gas auf Chlorbasis hat), geätzt werden kann. Deshalb kann die untere Schicht trockengeätzt werden, beispielsweise unter Verwendung des Gases auf Chlorbasis. Auch wenn die Oberfläche des transparenten Substrats freiliegt, wird die Oberflächenschicht des transparenten Substrats kaum geätzt oder abgetragen. Deshalb ist es möglich, die Fluktuation der Phasendifferenz aufgrund des Ätzens oder Abtragens der Oberflächenschicht des Substrats und die Schwankung der Phasendifferenz in einer Ebene aufgrund der Schwankung beim Ätzen zu vermeiden und eine hohe Steuerbarkeit der Phasendifferenz zu erreichen. Der Grund dafür ist, daß das Quarzsubstrat, das häufig als das Substrat der Phasenschiebermaske verwendet wird, eine geringe Ätzrate in bezug auf das Trockenätzen zum Entfernen der unteren Schicht im Vergleich zu dem Material der unteren Schicht hat.
Die Ätzrate der unteren Schicht in bezug auf das Gas auf Chlorbasis ist vorzugsweise so hoch wie möglich. Obwohl es vom erforderlichen Wert der CD-Maßgenauigkeit und den Ätzbedingungen abhängt, wird bevorzugt, daß die Ätzrate nicht kleiner als 2500 Angström/min, 3000 Angström/min oder 4000 Angström/min ist. Insbesondere hat die untere Schicht in der Phasenschiebermaske normalerweise eine Ätzrate von 100 Angström/min oder weniger. Da die untere Schicht eine hohe Ätzrate hat, ist das Ätzen der unteren Schicht in wenigen Sekunden beendet. Eine Überätzungszeit ist extrem kurz. Eine Ätzrate von 360 Angström/min entspricht 6 Angström/s. Eine Ätzmenge (entfernte Menge) ist also extrem klein.
Anders als bei dem Aufbau, nämlich lichtabschirmende Cr-Schicht/Glasschicht/dünne Cr-Schicht/transparentes Substrat, der in Verbindung mit dem Stand der Technik beschrieben ist, ist der erfindungsgemäße Aufbau, nämlich lichtabschirmende Cr-Schicht/obere Schicht/untere Schicht/transparentes Substrat, außerdem in folgender Hinsicht vorteilhaft. Da die lichtabschirmende Cr-Schicht aus einem Material besteht, das sich von dem Material der unteren Schicht unterscheidet, ist eine selektive Operation im Prozeß der Entfernung der lichtabschirmenden Cr-Schicht möglich. Dieser Entfernungsprozeß kann nicht nur durch einen Naßprozeß unter Verwendung einer zweiten normalerweise verwendeten Ammoniumcer(IV)-nitratlösung durchgeführt werden, sondern kann auch unter Verwendung des Trokkenätzens durchgeführt werden. Es ist also möglich, einen ungünstigen Einfluß als Ergebnis des Ätzens der unteren Schicht im selektiven Entfernungsprozeß der lichtabschirmenden Cr-Schicht unabhängig vom Naß- oder Trockenätzen zu vermeiden. Das heißt, der erfindungsgemäße Aufbau ist an den oben beschriebenen Prozeß anpaßbar.
Während des Aufbringens sowohl der unteren wie der oberen Schicht kann das Aufbringen so erfolgen, daß das Filmgefüge ein amorphes Gefüge oder ein Gefüge mit extrem kleinen Korngrenzen ist. Dies trägt zur Verbesserung der Strukturgenauigkeit bei. Der Grund dafür ist folgender. Wenn das Filmgefüge ein Stengel- oder Kristallgefüge ist, entsteht während des Ätzens eine Rauhigkeit (Unebenheit oder Unregelmäßigkeiten) an einer Seitenwand der Struktur. Wenn dagegen das Filmgefüge das amorphe Gefüge oder das Gefüge mit extrem kleinen Korngrenzen ist, hat die Seitenwand der Struktur während des Ätzens im allgemeinen eine flache Fläche (im wesentlichen linear).
Wenn das Filmgefüge das Stengel- oder Kristallgefüge ist, kann eine Filmspannung entstehen, die ein Problem hervorruft. Wenn dagegen das Filmgefüge das amorphe Gefüge oder das Gefüge mit extrem kleinen Korngrenzen ist, kann die Filmspannung auf einfache Weise beherrscht werden.
Wenn die obere Schicht des Phasenschieberfilms aus einem Material auf Si-Basis, z. B. SiO_x, SiN_x, SiO_xN_y, SiC_x, SiC_xN_y oder SiC_xO_yN_z oder aus einem Material besteht, das ein Material auf Si-Basis und ein Metall M enthält (z. B. mindestens eines von Mo, Ta, W, Cr, Zr, Hf), so daß M/(Si + H)×100 vorzugsweise 10 Atom-% oder kleiner ist, kann die obere Schicht auf einfache Weise durch Trockenätzen unter Verwendung des Gases auf Fluorbasis bearbeitet werden und hat bei Verwendung des Gases auf Chlorbasis eine hohe Beständigkeit gegen das Trockenätzen. Wenn die obere Schicht aus dem oben erwähnten Material besteht, können der vorbestimmte Durchlaßgrad und der vorbestimmte Phasenverschiebungsbetrag erfüllt werden, auch wenn die Belichtungswellenlänge auf 193 nm, nämlich die Wellenlänge des ArF-Eximerlasers, oder 157 nm, nämlich die Wellenlänge des F₂-Eximerlasers, verkürzt ist. Es kann also eine Anpassung an die verkürzte Wellenlänge erfolgen.
Beispielsweise hat der Phasenschiebermaskenrohling folgenden Aufbau: aus SiO_x- und SiO_xN_y-Schicht/untere Schicht des vorbestimmten Materials (die Schicht mit der oben beschriebenen Ätzcharakteristik)/transparentes Substrat. Bei diesem Aufbau wird die SiO_x- und SiO_xN_y-Schicht durch Trockenätzen unter Verwendung von Gas auf Fluorbasis strukturiert, und ein Abschnitt entsprechend der unteren Schicht wird durch Trockenätzen unter Verwendung des Gases auf Chlorbasis bearbeitet, um die Beschädigung einer Unterschicht zu vermeiden.
Durch die Verwendung des Rohlings mit dem oben erwähnten Aufbau ist es möglich, die optische Charakteristik zu steuern und die Phasenverschiebungswirkung auch bei der Erzeugung einer zunehmend verkürzten Wellenlänge zu erreichen. Insbesondere wird der Phasenverschiebungsbetrag hauptsächlich durch die Dicke oder die Zusammensetzung der SiO_x- und SiO_xN_y-Schicht als der oberen Schicht gesteuert, während der Durchlaßgrad hauptsächlich durch die Dicke der unteren Schicht gesteuert wird, die aus dem oben beschriebenen vorbestimmten Material besteht. Es ist also möglich, die optische Charakteristik zu steuern.
Durch Bearbeitung der unteren Schicht durch Trockenätzen unter Verwendung des Gases auf Chlorbasis kann verhindert werden, daß das transparente Substrat als die Unterschicht beschädigt wird. Da die Änderung des Phasenverschiebungsbetrags durch Ätzen oder Abtragen des transparenten Substrats vermieden werden kann, kann die oben beschriebene Charakteristik gesteuert werden. Als Konsequenz wird eine vorbestimmte Phasenverschiebungswirkung erreicht.
Erfindungsgemäß wird bevorzugt, eine lichtabschirmende Cr-Schicht auf dem Phasenschiebermaskenrohling auszubilden, die Resiststruktur auf der abschirmenden Cr-Schicht auszubilden, um eine lichtabschirmende Cr-Struktur zu erreichen und den Phasenschieberfilm unter Verwendung einer Kombination aus Resiststruktur und lichtabschirmender Cr-Struktur oder der lichtabschirmenden Cr-Struktur allein als Maske zu ätzen. Nach dem Ätzen des Phasenschieberfilms verbleibt die lichtabschirmende Cr-Struktur in einem lichtabschirmenden Bandabschnitt eines Nichtübertragungsbereichs der Phasenschiebermaske. Als Alternative wird die lichtabschirmende Cr-Struktur entfernt, bis auf eine Ausrichtungsmarke, die einen Abschnitt innerhalb und außerhalb des Übertragungsbereichs oder eines gewünschten Bereichs ausschließlich der Nachbarschaft des Grenzbereichs der Struktur bildet, und zwar zusätzlich zu dem oben erwähnten lichtabschirmenden Bandabschnitt. Die lichtabschirmende Cr-Schicht kann ein Einzelschichtfilm oder ein Mehrschichtfilm sein, der Cr oder Cr, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff enthält.
Erfindungsgemäß ist der Brechungsindex des Films der oberen Schicht bei der Inspektionswellenlänge kleiner als der Brechungsindex der unteren Schicht. Unter dieser Bedingung kann der Reflexionsgrad auf den Inspektionslichtstrahl eingestellt werden. Bei der Belichtungswellenlänge ist der Brechungsindex des Films der oberen Schicht auch kleiner als der Brechungsindex des Films der unteren Schicht. Unter dieser Bedingung kann der Reflexionsgrad auf den Belichtungslichtstrahl eingestellt werden, so daß der Reflexionsgrad einen Wert hat, der kleiner ist als ein erforderlicher Wert.
Insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Strukturübertragung ist es erwünscht, daß der Durchlaßgrad für den Belichtungslichtstrahl 3 bis 20%, vorzugsweise 6 bis 20% beträgt, während der Reflexionsgrad für den Belichtungslichtstrahl 30%, vorzugsweise 20% beträgt. Im Hinblick auf die Fehlerinspektion der Maske unter Verwendung des durchgelassenen Lichtstrahls ist der Inspektionslichtdurchlaßgrad vorzugsweise 40% oder kleiner. Im Hinblick auf die Fehlerinspektion der Maske unter Verwendung des durchgelassenen Lichtstrahls und des reflektierten Lichtstrahls wird bevorzugt, daß der Inspektionslichtdurchlaßgrad 60% oder kleiner und der Inspektionslichtreflexionsgrad 12% oder größer ist.
Für den Belichtungslichtstrahl nach Verwendung der erfindungsgemäßen Halbtonphasenschiebermaske wird ein Belichtungswellenlängenbereich von 140 bis 200 nm verwendet. Insbesondere wird die Wellenlänge von etwa 157 nm, was die Wellenlänge des F₂-Eximerlasers ist, und die Wellenlänge von etwa 193 nm, was die Wellenlänge des ArF-Eximerlasers ist, verwendet. Es ist auch möglich, ein hochdurchlässiges Erzeugnis herzustellen, bei dem der Halbtonphasenschieberabschnitt einen hohen Durchlaßgrad (8 bis 30%)hat.
Erfindungsgemäß wird der Filmaufbau so ausgeführt, daß die obere Schicht als eine Schicht (Phasenregulierungsschicht) dient, die eine Funktion hat, nämlich den Phasenverschiebungsbetrag zu regulieren, während die untere Schicht als eine Schicht (Durchlaßgradregulierungsschicht) dient, die eine Funktion hat, nämlich den Durchlaßgrad zu regulieren.
Insbesondere wenn man annimmt, daß der Phasenverschiebungsbetrag des Belichtungslichtstrahls, der durch die obere Schicht (Phasenregulierungsschicht) tritt und der eine Wellenlänge λ hat, die durch ϕ(°) dargestellt wird, ist die Filmdikke d der Phasenregulierungsschicht gegeben durch: d = (ϕ/360) × λ/(n –1) (3), wobei n den Brechungsindex der Phasenregulierungsschicht in bezug auf den Lichtstrahl mit der Wellenlänge λ darstellt.
Wenn man annimmt, daß der Phasenverschiebungsbetrag der unteren Schicht (Durchlaßgradregulierungsschicht) durch ϕ' dargestellt wird, muß der Phasenverschiebungsbetrag Φ des Halbtonphasenschieberabschnitts folgendermaßen bemessen sein: Φ = ϕ + ϕ' = 180°.
Der Wert ϕ' fällt im allgemeinen in einen Bereich von –20° ≤ ϕ' ≤ 20°. Jenseits des oben erwähnten Bereichs ist die Filmdicke der unteren Schicht zu groß, und der Durchlaßgrad des Belichtungslichtstrahls kann nicht erhöht werden. Dadurch ist die Filmdicke d der oberen Schicht folgendermaßen ausgelegt: 0,44 × λ/(n – 1) ≤ d ≤ 0,56 × λ/(n – 1) (4)
Insbesondere kann die Filmdicke der unteren Schicht 1 bis 20 nm, vorzugsweise 1 bis 15 nm sein. Infolgedessen ist es möglich, die Filmdicke des Halbtonphasenschieberfilms auf 120 nm oder weniger, besonders bevorzugt auf 100 nm oder weniger zu reduzieren.
Man beachte, daß der Phasenverschiebungsbetrag des Halbtonphasenschieberfilms idealerweise 180° ist, aber praktisch der Bereich von 180° ±5° ausreichend ist.
Als das erfindungsgemäße transparente Substrat kann ein synthetisches Quarzsubstrat verwendet werden. Insbesondere wenn der F₂-Eximerlaser als der Belichtungslichtstrahl verwendet wird, kann ein F-dotiertes synthetisches Quarzsubstrat, ein Calciumfluoridsubstrat und dgl. verwendet werden.
Als das Material der unteren Schicht wird insbesondere bevorzugt, ein Material, das im wesentlichen aus Tantal und Hafnium besteht, oder ein Material, das im wesentlichen aus Silicium und Hafnium besteht, zu verwenden. Das Material der unteren Schicht ist beständig gegen Trockenätzgas auf Fluorbasis und kann durch das Trockenätzgas auf Chlorbasis entfernt werden. Bei diesem Aufbau wird mit einem Verfahren (Ätzverfahren) zur Bearbeitung des Halbtonphasenschieberfilms die obere Schicht durch das Trockenätzen unter Verwendung des Gases auf Fluorbasis geätzt, während die untere Schicht durch das Trokkenätzen unter Verwendung des Gases auf Chlorbasis geätzt wird.
Insbesondere ist Tantal oder Silicium auch in Form eines einzelnen Metalls ein Material, das durch das Trockenätzen unter Verwendung des Gases auf Chlorbasis geätzt werden kann, ohne daß das transparente Substrat beschädigt wird. Tantal oder Silicium hat jedoch keine so sehr gute Beständigkeit gegen das Trockenätzen der oberen Schicht unter Verwendung des Gases auf Fluorbasis.
Dagegen ist das einzelne Metall Hafnium ein Material, das eine sehr gute Beständigkeit gegen das Trockenätzen der oberen Schicht unter Verwendung des Gases auf Fluorbasis hat und das durch das Trockenätzen unter Verwendung des Gases auf Chlorbasis geätzt werden kann. Wenn dem Tantal oder Silicium Hafnium zugesetzt wird, wird die Beständigkeit gegen das Trokkenätzen unter Verwendung des Gases auf Fluorbasis im Vergleich zu dem Fall, wo Hafnium nicht zugesetzt ist, verbessert. Außerdem kann die Ätzcharakteristik in bezug auf das Gas auf Chlorbasis beibehalten oder verbessert werden. Vorzugsweise ist die Menge des Hafniums, das dem Tantal oder Silicium zugesetzt wird, unter dem Gesichtspunkt, daß die Beständigkeit gegen das Trockenätzgas auf Fluorbasis erreicht wird, 2 Atom-% oder mehr.
Wenn die untere Schicht aus dem Material ist, das im wesentlichen aus Tantal und Hafnium besteht oder im wesentlichen aus Silicium und Hafnium besteht, ist die zugesetzte Menge des Hafniums, die in der unteren Schicht enthalten ist, vorzugsweise 50 Atom-% oder kleiner. Der Grund dafür ist, daß der halblichtdurchlässige Film, der Tantal oder Silicium enthält, nur eine kleine Differenz zwischen dem Durchlaßgrad bei der Belichtungswellenlänge und dem Durchlaßgrad bei der Inspektionswellenlänge aufweist. Der Grund dafür ist, daß als Alternative der Durchlaßgrad bei der Inspektionswellenlänge größer ist als der Durchlaßgrad bei der Belichtungswellenlänge, und ein solches Material ist für die Auslegung der optischen Charakteristik (Durchlaßgrad und/oder Reflexionsgrad des Belichtungslichts und des Inspektionslichts) geeignet. Daher erleichtert der Zusatz einer ausreichenden Menge von Tantal oder Silicium die Auslegung der optischen Charakteristik.
Bei dem erfindungsgemäßen Halbtonphasenschiebermaskenrohling und der erfindungsgemäßen Halbtonphasenschiebermaske kann nach dem Aufbringen des Halbtonphasenschieberfilms eine Wärmebehandlung oder Lasertempern durchgeführt werden. Durch die Wärmebehandlung entstehen verschiedene Wirkungen, z. B. die Relaxation der Filmspannung, die Verbesserung der chemischen Beständigkeit und der Bestrahlungsbeständigkeit und die Feinregulierung des Durchlaßgrades. Die Wärmebehandlungstemperatur ist vorzugsweise 200°C oder mehr, besonders bevorzugt 380°C oder mehr.
Erfindungsgemäß kann eine lichtabschirmende Schicht, die Chrom als Hauptkomponente enthält, auf dem Halbtonphasenschieberfilm ausgebildet sein. Der lichtabschirmende Film wird als Ätzmaskenschicht für den Halbtonphasenschieberfilm verwendet und wird danach selektiv entfernt, um einen lichtabschirmenden Abschnitt in einer gewünschten Position oder in einem gewünschten Bereich auf der Halbtonphasenschiebermaske auszubilden. Als der lichtabschirmende Film, der Chrom als Hauptkomponente enthält, kann ein Film verwendet werden, der einen Einzelschicht- oder Mehrschichtaufbau hat (einschließlich eines Films mit einem kontinuierlichen Zusammensetzungsgradienten) und der Chrom oder zusätzlich zum Chrom Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und/oder Fluor enthält. Vorzugsweise wird ein Antireflexionsfilm (Antireflexion bei der Belichtungswellenlänge), der Sauerstoff enthält, in einem Oberflächenschichtabschnitt ausgebildet.
Wenn der lichtabschirmende Film, der Chrom als Hauptkomponente enthält, auf dem Halbtonphasenschieberfilm der Halbtonphasenschiebermaske ausgebildet ist, kann der lichtabschirmende Film als lichtabschirmendes Band ausgebildet werden, um den Übertragungsbereich zu umschließen. Um den Kontrast einer Marke, z. B. einer Ausrichtungsmarke, zu erhöhen, kann als Alternative ein lichtabschirmender Film an einer Markierungsposition ausgebildet werden. Um einen Nebenkeulenlichtstrahl zu reduzieren, während ein Phasenverschiebungseffekt erreicht wird, kann als Alternative der lichtabschirmende Film in einem Bereich, außer in der Nähe der Grenze des halblichtdurchlässigen Abschnitts, ausgebildet werden.
Die vorliegende Erfindung weist eine Ausführungsform auf, die die oben erwähnte Trockenätzcharakteristik der oberen und der unteren Schicht nutzt und die die Beschränkung in der vertikalen Beziehung und die Beschränkung der Anwendung beseitigt. Die vorliegende Erfindung ist daher auf ein Laminatmaterial zum Trockenätzen (Laminatmaterial vor dem Trockenätzen) nach dem Stand der Technik anwendbar, z. B. auf ein Ätzmaskenmaterial und ein Ätzstoppermaterial.
Die Nachfrage nach dem Material, das eine sehr gute Trockenätzcharakteristik hat, ist nicht nur beschränkt auf die oben erwähnte Fotomaske, die die Phasenverschiebung verwendet, sondern erreicht auch einen großen Bereich von Anwendungen, beispielsweise als die Ätzstopperschicht, die dafür bestimmt ist, die Unterschicht und das Ätzmaskenmaterial zu schützen, das eine hohe Selektivität und eine reduzierte Dicke entsprechend der Miniaturisierung der Struktur haben muß.
In der oben erwähnten Ausführungsform besteht die zweite Schicht aus einem Material (nachstehend bezeichnet als Material, das eine vorbestimmte Funktion aufweist), das eine hohe Ätzbeständigkeit beim Trockenätzen unter Verwendung des Gases auf Fluorbasis hat und das auf einfache Weise unter einer Bedingung geätzt werden kann, nämlich unter Verwendung des Gases auf Chlorbasis. Das Material der zweiten Schicht enthält mindestens eines, nämlich Al, Ga, Hf, Ti, V und/oder Zr. Die oben erwähnte vorbestimmte Funktion wird erreicht durch den Film, der das oben erwähnte Element oder die oben erwähnten Elemente enthält, oder durch den Film, der ein anderes Metall und das ihm zugesetzte oben erwähnte Element enthält. Die Menge des oben erwähnten Elements oder der oben erwähnten Elemente in bezug auf ein anderes Metall ist 2% oder mehr. Wenn die zugesetzte Menge kleiner als 2% ist, ist die Charakteristik des zugesetzten Materials nicht vollständig gegeben, und die oben erwähnte vorbestimmte Funktion wird beim Ätzen nicht erreicht. Als weiteres, hier beschriebenes Metall kann ein Material verwendet werden, das durch das Gas auf Chlorbasis geätzt werden kann. Beispielsweise kann ein anderes Metall folgendes sein: Cr, Ge, Pd, Si, Ta, Nb, Sb, Pt, Au, Po, Mo und W.
Die Verwendung der oben erwähnten Materialien macht es möglich, ein hochselektives Ätzen durchzuführen, das die Differenz der Trockenätzcharakteristik nutzt, die von der Atomart des Gases abhängt. Diese Wirkung trägt auch zur Reduzierung der Dicke der Komponentenschicht bei (z. B. zur Reduzierung der Dicke der Ätzmaskenschicht) und führt zur Verbesserung der Genauigkeit der Feinstruktur.
Während des Aufbringens sowohl der ersten wie der zweiten Schicht, kann das Aufbringen so erfolgen, daß das Filmgefüge ein amorphes Gefüge oder ein Gefüge mit extrem kleinen Korngrenzen ist. Dies trägt zur Verbesserung der Strukturgenauigkeit bei. Der Grund dafür ist folgender. Wenn das Filmgefüge ein Stengel- oder Kristallgefüge ist, entsteht während des Ätzens eine Rauhigkeit (Unebenheit oder Unregelmäßigkeiten) an einer Seitenwand der Struktur. Wenn dagegen das Filmgefüge das amorphe Gefüge oder das Gefüge mit extrem kleinen Korngrenzen ist, hat die Seitenwand der Struktur während des Ätzens eine im allgemeinen flache Oberfläche (im wesentlichen linear). Wenn das Filmgefüge das Stengel- oder Kristallgefüge ist, kann Filmspannung erzeugt werden, wobei ein Problem entstehen kann. Wenn dagegen das Filmgefüge das amorphe Gefüge oder das Gefüge mit extrem kleinen Korngrenzen ist, kann die Filmspannung auf einfache Weise beherrscht werden.
Die erste Schicht in der oben erwähnten Ausführungsform schließt auch den Fall ein, wo ein oberer Schichtabschnitt des Substrats der ersten Schicht entspricht, d. h. wenn eine geätzte Struktur (eine Vertiefung oder eine abgetragene Struktur) mit der zweiten Schicht als Ätzmaskenschicht in einem Oberflächenschichtabschnitt des Substrats ausgebildet wird. Das Laminat in der oben erwähnten Ausführungsform ist u. a. ein Laminat, das aus der zweiten Schicht und dem Substrat besteht (der obere Schichtabschnitt entspricht der ersten Schicht).
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung ausführlich in Verbindung mit verschiedenen Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben. Man beachte hierbei, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die nachstehenden Beispiele beschränkt ist.
1A und 1B zeigen Schnittansichten eines Halbtonphasenschiebermaskenrohlings bzw. einer Halbtonphasenschiebermaske gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A bis 2D sind Ansichten zur Beschreibung einer Folge von Schritten der Bearbeitung jeder Schicht in Beispiel 2;
3A bis 3E sind Ansichten zur Beschreibung einer Folge von Schritten zur Bearbeitung jeder Schicht in Beispiel 3;
4A bis 4E sind Ansichten zur Beschreibung einer Folge von Schritten zur Bearbeitung jeder Schicht in Vergleichsbeispiel 2;
5A bis 5D sind Ansichten zur Beschreibung einer ersten Hälfte eines Herstellungsprozesses eines Halbtonphasenschiebermaskenrohlings und einer Halbtonphasenschiebermaske in jedem der Beispiele 5 bis 10 und der Vergleichsbeispiele 3 bis 5;
6A bis 6D sind Ansichten zur Beschreibung einer zweiten Hälfte des Herstellungsprozesses nach der ersten Hälfte in 5A bis 5D;
7 ist ein Spektrumdiagramm einer optischen Charakteristik des Halbtonphasenschiebermaskenrohlings in Beispiel 5;
8 ist ein Spektrumdiagramm der optischen Eigenschaft des Halbtonphasenschiebermaskenrohlings in Beispiel 6;
9 ist eine Ansicht, die eine Modifikation des Halbtonphasenschiebermaskenrohlings und der Halbtonphasenschiebermaske gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Mit Bezug auf 1A weist ein Halbtonphasenschiebermaskenrohling 1 ein transparentes Substrat 2 und einen Halbtonphasenschieberfilm 5 auf, der auf dem transparenten Substrat 2 ausgebildet ist und eine untere Schicht 3 und eine obere Schicht 4, die auf der unteren Schicht 3 ausgebildet ist, aufweist.
Mit Bezug auf 1B weist eine Halbtonphasenschiebermaske 1' das transparente Substrat 2 und einen Halbtonphasenschieberabschnitt 5' auf, der auf dem transparenten Substrat 2 ausgebildet ist und einen unteren Schichtabschnitt 3' und einen oberen Schichtabschnitt 4', der auf dem unteren Schichtabschnitt 3' ausgebildet ist, aufweist. Bei diesem Aufbau ist eine Maskenstruktur 8 ausgebildet, die einen halblichtdurchlässigen Abschnitt 6, in dem der Halbtonphasenschieberabschnitt 5' ausgebildet ist, und einen lichtdurchlässigen Abschnitt 7 aufweist, in dem der Halbtonphasenschieberabschnitt 5' nicht ausgebildet ist. Sowohl der Halbtonphasenschieberfilm 5 als auch der Halbtonphasenschieberabschnitt 5' haben einen gewünschten Durchlaßgrad in bezug auf einen Belichtungslichtstrahl und einen Phasenverschiebungswinkel von etwa 180°. Außerdem ist sowohl der Halbtonphasenschieberfilm 5 als auch der Halbtonphasenschieberabschnitt 5' so ausgeführt, daß der Durchlaßgrad bei einer Inspektionswellenlänge oder der Durchlaßgrad und der Reflexionsgrad in einen gewünschten Bereich fallen.
Beispiel 1

Tabelle 1 zeigt das Ergebnis zur Bestätigung der Ätzcharakteristik von TaZr_x (was das Material darstellt, das Ta und Zr enthält, aber den Anteil von Ta und Zr nicht zeigt, was auch im folgenden gilt) und Zr, wenn Trockenätzen unter Verwendung des Gases auf Fluorbasis oder des Gases auf Chlorbasis durchgeführt wurde. Tabelle 2 zeigt das Ergebnis zur Bestätigung der Ätzcharakteristik von TaAl und TaHf, wenn Trockenätzen unter Verwendung des Gases auf Fluorbasis oder des Gases auf Chlorbasis durchgeführt wurde. Somit ist in diesem Beispiel hauptsächlich die Trockenätzcharakteristik des Films bestätigt worden, der Ta als Hauptkomponente und ein Material (Al, Hf, Zr) enthält, von dem man annimmt, daß es mit der erfindungsgemäßen Wirkung in Zusammenhang steht. Tabelle 1

	Zr-Gehalt (%)	Ätzgas	Ätzrate (Å/min)	Selektionsverhältnis (/QZ)
TaZr_x		Cl₂	4020	11,2
Zr	100	Cl₂	3370	9,4
QZ	0	Cl₂	360	-
TaZr_x	1,8	C₂F₆	40	0,3
TaZr_x	2,6	C₂F₆	40	0,3
TaZr_x	4,3	C₂F₆	10	0,1
Zr	100	C₂F₆	7	0,1
QZ	0	C₂F₆	120	-

Jedes Filmmaterial wurde unter Verwendung des Zerstäubungsverfahrens aufgebracht. Um das Material zuzusetzen, wurde ein Metallstück aus dem in Betracht kommenden Material auf einem Ta-Target plaziert. Dann erfolgte das Aufbringen. Ob das Material dem Film zugesetzt wurde, wurde durch Verwendung der Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) bestätigt. Beim Trockenätzen wurden die in Tabelle 2 angegebenen Gase verwendet. In diesem Beispiel wurde das Ätzen mit einem hochdichten Plasma unter Verwendung einer Plasmaquelle mit induktiver Kopplung durchgeführt. Tabelle 2

Ätzgas Ätzrate (Å/min) Selektionsverhältnis (/QZ)

TaAl Cl₂ 2880 11,5

TaHf Cl₂ 2980 11,0

QZ Cl₂ 260 -

TaAl C₂F₅ 70 0,6

TaHf C₂F₆ 20 0,2

QZ C₂F₆ 110 -
Im Ergebnis des Experiments hat sich bestätigt, daß durch Zusatz einer kleinen Menge der erfindungsgemäßen Materialien (Al, Hf, Zr) die Beständigkeit gegen das Gas auf Fluorbasis verbessert wird, während die Charakteristik, die auf Chlor beruht, erhalten bleibt. Es hat sich bestätigt, daß der erfindungsgemäße Zr-Einmetallfilm ein Material ist, das eine hohe Ätzbeständigkeit (d. h. die Ätzrate ist niedrig) beim Trockenätzen unter Verwendung des Gases auf Fluorbasis hat und das beim Trockenätzen unter Verwendung des Gases auf Chlorbasis leicht geätzt werden kann (d. h. die Ätzrate ist hoch).
(Vergleichsbeispiel 1)
Um die Wirkung des Zusatzes in Beispiel 1 zu bestätigen, hat sich im Vergleichsbeispiel 1 die Trockenätzcharakteristik in bezug auf den Ta-Einmetallfilm ohne Zusatz der oben erwähnten Materialien bestätigt. Wie in Tabelle 3 gezeigt, hatte der Ta-Einmetallfilm bei dem Quarzsubstrat eine unzureichende Selektivität in bezug auf das Gas auf Fluorbasis. Die Ätzbedingungen in diesem Vergleichsbeispiel entsprachen denen in Beispiel 1. Tabelle 3

Ätzgas Ätzrate (Å/min) Selektionsverhältnis (/QZ)

Ta Cl₂ 2900 8,1

QZ Cl₂ 360 -

Ta C₂F₆ 110 0,9

Qz C₂F₆ 120 -
(Beispiel 2)
In diesem Beispiel wurde eine SiON-Schicht mit einem Zr-Film, der als Ätzmaske verwendet wurde, bearbeitet.
Der Filmaufbau war Resist/Zr/SiON (2A). Jede auf das Si-Substrat aufgebrachte Schicht wurde bearbeitet, und die Wirkung als Ätzmaskenmaterial wurde bestätigt. In diesem Beispiel war die Filmdicke jeder Schicht wie folgt. Die Zr-Schicht hatte eine Dicke von 200 Angström, und die SiON-Schicht hatte eine Dicke von 800 Angström. Nachdem die Zr-Schicht mit dem Chlorgas mit der Resiststruktur als die Maske (2B) bearbeitet war, wurde die SiON-Schicht bearbeitet. Dann wurde der Restfilm der Zr-Schicht gemessen. Infolgedessen hat sich der Restfilm von 60% oder mehr bestätigt. Es hat sich dann herausgestellt, daß die ausreichende Trockenätzbeständigkeit in Form des Ätzmaskenmaterials gegeben war.
(Beispiel 3)
In diesem Beispiel wurde eine Photomaske mit einer Phasenverschiebungswirkung hergestellt. Hierbei wurden Rohlinge mit einem Substrataufbau, nämlich SiON/TaZr/QZ feinbearbeitet, wobei die Selektivität zwischen den Materialien berücksichtigt wurde.
Für den Zweischichtfilm auf dem QZ-Substrat wurde die HF-Magnetronzerstäubung durchgeführt, um die SiON-Schicht von etwa 800 Angström und die TaZr-Schicht von etwa 60 Angström aufzubringen. Zur Strukturierung (oder zur Ausbildung der lichtabschirmenden Cr-Schicht) wurde der Cr-Film von etwa 500 Angström auf die SiON-Schicht aufgebracht. Danach wurde ein ZEP-Resist für einen Elektronenstrahl aufgebracht. Durch einen Elektronenstrahlzeichnungsschritt und einen Entwicklungsschritt wurde eine Prüfstruktur mit einer Breite von 0,5 μm ausgebildet (3A).
Hierbei wurde die Filmdicke jeder Schicht mit Bezug auf die Phasendifferenz des Lichtstrahls gewählt, der durch die Maske durchgelassen wurde.
Auf der Grundlage der Resiststruktur erfolgte die Cr-Bearbeitung in einem Mischgas aus Chlor und Sauerstoff (Sauerstoffanteil von etwa 20%) (3B).
Danach wurde die SiON-Schicht unter Verwendung eines C₂F₆-Gases bearbeitet (3C). Dann wurde die TaZr-Schicht mit dem Chlorgas geätzt (3D). Die Cr-Schicht (einschließlich des Resistfilms) wurde in einem Naßprozeß hauptsächlich unter Verwendung der zweiten Ammoniumcer(IV)-Nitratlösung entfernt (oder selektiv entfernt unter Zurücklassung eines lichtabschirmenden Bandabschnitts) (3E). So wurde eine gewünschte Prüfstruktur ausgebildet.
Zur Strukturierung wurde eine hochdichte Plasmaätzvorrichtung verwendet, die die Plasmaquelle mit induktiver Kopplung verwendete. Der Teil der bearbeiteten Strukturform wurde unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) beobachtet. Im Ergebnis wurde die Ausbildung einer ausgezeichneten Struktur ohne Ätzen oder Abtragen im QZ-Substrat bestätigt.
Bei einer Probe, bei der die Bearbeitung unterbrochen wurde, als die SiON-Schicht ausgebildet wurde, wurde die Strukturbeobachtung auf gleiche Weise durchgeführt. Im Ergebnis hat sich keine wesentliche Filmreduzierung der TaZr-Schicht bestätigt. Unter Berücksichtigung der Streuung wurde die Überätzungszeit zu der vorbestimmten Trockenätzzeit addiert. Auf diese Weise wurde die Strukturausbildung ohne den Restfilm der SiON-Schicht realisiert. Ferner wurde das seitliche Ätzen der TaZr-Schicht durch die Entfernung der Cr-Schicht nicht erkannt.
(Vergleichsbeispiel 2)
In diesem Vergleichsbeispiel wurde die TaZr-Schicht im Beispiel 2 durch TaN ersetzt, das eine ähnliche Ätzbeständigkeit bei Gas auf Fluorbasis hat wie die SiON-Schicht. Außer daß das Material auf dem QZ-Substrat verändert wurde, erfolgte die Bearbeitung wie in Beispiel 3. Der TaN-Film wurde durch reaktive Zerstäubung unter Verwendung eines Mischgases aus Argon und Stickstoff aufgebracht. Insbesondere wurde die Bearbeitung von Cr auf der Grundlage der Resiststruktur durchgeführt (4A und 4B). Danach wurde die SiON-Schicht unter Verwendung des C₂F₆-Gases bearbeitet (4C). Dann wurde die TaN-Schicht mit dem Chlorgas geätzt (4D). Die Cr-Schicht (einschließlich des Resistfilms) wurde durch den Naßprozeß hauptsächlich unter Verwendung der zweiten Ammoniumcer(IV)-Nitratlösung entfernt (4E). So wurde die vorbestimmte Teststruktur ausgebildet.
Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 wurde eine Prüfstruktur von 0,5 μm ausgebildet. Im Ergebnis wurde wie in dem vorhergehenden Beispiel eine ausgezeichnete Form der Struktur erreicht. Das Ätzen oder Abtragen in dem darunterliegenden QZ-Substrat hat sich jedoch bestätigt. Die Ätzrate des TaN-Films durch das Gas auf Fluorbasis entsprach im wesentlichen der von QZ.
(Beispiel 4)
In diesem Beispiel wurde die Bearbeitung wie in Beispiel 2 durchgeführt, außer daß die TaZr-Schicht durch die Hf-Schicht und die Cr-Schicht ersetzt wurde.
Auf die gleiche Weise wurde eine Feinstruktur ausgebildet, und die Strukturform wurde mittels SEM beobachtet. Im Ergebnis hat sich bestätigt, daß die Struktur ähnlich ausgebildet wurde wie in Beispiel 3. Es wurde kein wesentlicher Unterschied bei der Beschädigung des QZ-Substrats beobachtet. Es ist bestätigt worden, daß eine ausgezeichnete Strukturausbildung erfolgte.
Beispiele 5–10 und Vergleichsbeispiele 3–5
In den Beispielen 5 bis 7 und in den Vergleichsbeispielen 3 bis 5 wurde der Phasenschiebermaskenrohling und die Phasenschiebermaske unter Verwendung des F₂-Excimerlasers (Wellenlänge 157 nm) für den Belichtungslichtstrahl und des Lichtstrahls mit einer Wellenlänge von 257 nm als Inspektionslichtstrahl hergestellt. In den Beispielen 8 und 9 wurden der Phasenschiebermaskenrohling und die Phasenschiebermaske unter Verwendung des ArF-Excimerlasers (Wellenlänge 193 nm) für den Belichtungslichtstrahl und des Lichtstrahls mit einer Wellenlänge von 364 nm als Inspektionslichtstrahl hergestellt.
Als nächstes wird mit Bezug auf 5A bis 5D und 6A bis 6D ein erfindungsgemäßer Herstellungsprozeß beschrieben.
Zunächst wurde die untere Schicht 3 auf das transparente Substrat 2 aus synthetischem Quarz unter Verwendung der Gleichstrom-Magnetronzerstäubungsvorrichtung mit dem Target mit der in Tabelle 4 gezeigten Zusammensetzung (in den Vergleichsbeispielen 3 und 5 Einzelelemente aus Tantal bzw. Silicium) und mit dem Edelgas (Argongas) als Zerstäubungsgas aufgebracht.
Als nächstes wurde unter Verwendung der Gleichstrom-Magnetronzerstäubungsvorrichtung der SiON-Film als die obere Schicht 4 durch das reaktive Zerstäubungsverfahren unter Verwendung von Si als das Target und Ar, O₂ und N₂ als das Zerstäubungsgas auf die untere Schicht 3 aufgebracht (5A).
Als nächstes wurde der Halbtonphasenschiebermaskenrohling, der wie oben beschrieben hergestellt wurde, bei 400°C für eine Stunde wärmebehandelt.
Danach wurden ein lichtabschirmender Film 9, der Chrom als Hauptkomponente enthielt, und ein Elektronenstrahlzeichnungsresist 10 nacheinander auf den oben erwähnten Zweischichtfilm auflaminiert (5B). Dann wurde die Struktur mit dem Elektronenstrahl auf dem Resist gezeichnet, gefolgt von der Entwicklung durch Tauchen und Brennen. So wurde die Resiststruktur 10' ausgebildet (5C).
Danach wurde mit der als Maske verwendeten Resiststruktur durch das Trockenätzen unter Verwendung eines Cl₂ + O₂-Gases eine lichtabschirmende Bandfilmstruktur 9' ausgebildet. Nach dem Wechsel des Gases wurde die Struktur des Halbtonphasenschieberabschnitts ausgebildet. In diesem Schritt wurde CH₄ + O₂ verwendet, um die obere Schicht 4 zu ätzen, und Cl₂-Gas wurde verwendet, um die untere Schicht 3 zu ätzen (5D). Im Vergleichsbeispiel 3 wurde auch die untere Schicht mit CH₄ + O₂ geätzt, und daher wurde kein Ätzen mit Cl₂-Gas durchgeführt.
Als nächstes wurde der Resist auf der resultierenden Struktur abgezogen und entfernt (6A). Wiederum wurde die gesamte Fläche mit einem Resist 11 überzogen (6B). Danach wurde in einem Laserzeichnungs- und Entwicklungsprozeß eine Resiststruktur 11' ausgebildet (6C). Anschließend wurde ein lichtabschirmendes Band 12 durch Naßätzen in einem Nichtübertragungsbereich, nicht aber in einem Übertragungsbereich I ausgebildet. Als nächstes wurde die Resiststruktur abgezogen und entfernt. So wurde die Halbtonphäsenschiebermaske hergestellt (6D).
Das Material des transparenten Substrats, die Zusammensetzung der oberen Schicht, die Filmdicke, die optische Charakteristik des Belichtungslichtstrahls und des Inspektionslichtstrahls, die Ätzcharakteristik und dgl. sind in den Tabellen 4 bis 7 dargestellt. Die Zusammensetzung der unteren Schicht ist im wesentlichen die gleiche wie die des Targets.

7 und 8 zeigen Durchlaßgrad- und Reflexionsgradkurven in bezug auf die Wellenlängen in den Beispielen 5 bzw. 6. In den Beispielen 5 und 6 wurden für die Durchlaßgrade in bezug auf den Belichtungslichtstrahl (F₂-Excimerlaser) ein Standarderzeugnis (6%) und ein Erzeugnis mit hohem Durchlaßgrad (etwa 9%) realisiert. Der Reflexionsgrad für den Belichtungslichtstrahl war gering und entsprach dem erforderlichen Bereich (20% oder weniger). Der Durchlaßgrad für den Inspektionslichtstrahl war auch geringer als eine obere Grenze des erforderlichen Wertes (40% oder weniger). Diese Beispiele wurden für die Inspektion also ausreichend angepaßt.

Tabelle 5

	157 nm		193 nm		Zusammensetzung (Atom-%)
SiON(1)	n	k	n	k	Si	O	N
SiON(1)	2,00	0,20	-	-	36	48	16
SiON(2)	-	-	2,22	0,18	40	27	33
SiON(3)	2,05	0,22	-	-	36	46	18
SiON(4)	2,17	0,30	2,05	0,10	38	38	24

Tabelle 6

	Ta	Hf	Si	Cr	Zr
Ta-Hf(1)	90	10
Ta-Hf(2)	80	20
Hf-Si		17	83
Ta-Cr	96			4

Tabelle 7

		Ätzselektionsverhältnis zwischen der unteren und oberen Schicht (SF₆+He)	Ätzselektionsverhältnis zwischen der unteren Schicht und dem Substrat (Cl₂)
Beispiel	5	0,25	> 5
	6	0,25	> 5
	7	0,08	> 5
	8	0,25	> 5
	9	0,17	> 5
	10	0,17	> 5
Vergl.-beispiel	3	0,67	> 5
	4	0,25	2,50
	5	8,08	-

Im Beispiel 7 wurde ein hoher Durchlaßgrad (etwa 15%) in bezug auf den Belichtungslichtstrahl (F₂-Excimerlaser) realisiert. Der Reflexionsgrad der Belichtungswellenlänge war niedrig und entsprach dem erforderlichen Bereich (20% oder weniger). Der Durchlaßgrad für die Inspektionswellenlänge war geringfügig zu hoch. Dieses Beispiel entsprach jedoch den erforderlichen Werten (Durchlaßgrad von 60% oder weniger, Reflexionsgrad von 10% oder mehr), die erforderlich sind, um die Inspektion unter Verwendung des durchgelassen Lichtstrahls und des reflektierten Lichtstrahls durchzuführen. Dieses Beispiel war also für die Inspektion unter Verwendung des durchgelassenen Lichtstrahls und des reflektierten Lichtstrahls ausreichend angepaßt.
Im Beispiel 8 wurde ein hoher Durchlaßgrad (etwa 15%) realisiert. Der Reflexionsgrad für die Belichtungswellenlänge war niedrig und entsprach dem erforderlichen Bereich (20% oder weniger). Der Durchlaßgrad für den Inspektionslichtstrahl war auch niedriger als die obere Grenze des erforderlichen Wertes (40% oder weniger). Dieses Beispiel war also für die Inspektion ausreichend angepaßt.
In den Beispielen 9 und 10 wurde TaHf als das Material der unteren Schicht in den Beispielen 5 bis 8 durch HfSi ersetzt. Im Beispiel 9 wurde ein hoher Durchlaßgrad (etwa 15%) in bezug auf den Belichtungslichtstrahl (ArF-Excimerlaser) realisiert. Im Beispiel 10 wurde ein Erzeugnis mit hohem Durchlaßgrad (etwa 11%) in bezug auf den Belichtungslichtstrahl (F₂-Excimerlaser) realisiert. Der Reflexionsgrad der Belichtungswellenlänge war niedrig und entsprach dem erforderlichen Bereich (30% oder weniger). Der Durchlaßgrad für den Inspektionslichtstrahl war auch niedriger als die obere Grenze des erforderlichen Wertes (40% oder weniger). Diese Beispiele waren also für die Inspektion ausreichend angepaßt.
In jedem der oben beschriebenen Beispiele 5 bis 10 hat die untere Schicht im Vergleich zur oberen Schicht eine geringe Ätzselektivität in bezug auf ein SF₆+He-Trockätzgas. Ferner weist die untere Schicht eine ausreichende Beständigkeit gegen das Ätzen der oberen Schicht auf. Die untere Schicht hat im Vergleich zum transparenten Substrat eine hohe Ätzselektivität in bezug auf ein Cl₂-Trockenätzgas. Die Beschädigung des transparenten Substrats während des Entfernens der unteren Schicht wird daher unterdrückt. Dadurch war es möglich, eine Halbtonphasenschiebermaske auszubilden, die eine äußerst hervorragende Querschnittsform hat und wurde bei Änderung der optischen Charakteristik aufgrund des Überätzens des transparenten Substrats minimiert.
In den Vergleichsbeispielen 3 und 5 wurden Einzelelemente, nämlich Tantal und Silicium als das Material der unteren Schicht verwendet, ohne daß jeweils Hafnium enthalten war. In diesen Vergleichsbeispielen hat die untere Schicht im Vergleich zu der oberen Schicht eine große Ätzselektivität bei dem CH₄+O₂-Trockenätzgas. Auch wenn ferner die obere Schicht unter Verwendung des Gases auf Fluorbasis trockengeätzt ist und die Oberfläche der unteren Schicht freiliegt, erfolgt die Filmreduzierung der unteren Schicht schnell. Im Ergebnis ist es schwierig, eine ausreichende Überätzungszeit unter Berücksichtigung des Entfernens der oberen Schicht aufgrund der Ätzstreuung zu bestimmen, die durch die Differenz der Dichte der Struktur verursacht wird.
Wenn die ausreichende Überätzung nicht durchgeführt wird, kann somit keine Struktur mit einer ausgezeichneten Querschnittsform ausgebildet werden. Wenn die ausreichende Überätzung erfolgt, wird die untere Schicht auch geätzt und das transparente Substrat wird auch abgetragen, so daß sich die optische Charakteristik unvermeidlich ändert.
Im Vergleichsbeispiel 1 erfolgte keine hinreichende Überätzung der oberen Schicht. Im Ergebnis wurde die Struktur mit der ausgezeichneten Querschnittsform nicht erreicht. Im Vergleichsbeispiel 3 hat die untere Schicht im Vergleich zur oberen Schicht eine sehr hohe Ätzselektivität in bezug auf das CH₄+O₂-Trockengas. Im Ergebnis der ausreichenden Überätzung der oberen Schicht wurde das transparente Substrat auch abgetragen, und der Phasenverschiebungsbetrag änderte sich unvermeidlich.
Im Vergleichsbeispiel 2 war die Ätzselektivität in bezug auf das Cl₂-Trockenätzgas gering. Daher war der Schaden am Substrat während der Entfernung der unteren Schicht groß, und die optische Charakteristik änderte sich unvermeidlich.
Mit Bezug auf 9 wird der lichtabschirmende Film auf dem Halbtonphasenschieberabschnitt der Halbtonphasenschiebermaske auf eine andere Weise ausgebildet. Insbesondere wird eine lichtabschirmende Schicht 13 in einem gewünschten Bereich ausgebildet, nicht aber in der Nähe der Grenze zwischen dem halblichtdurchlässigen Abschnitt 6 und dem lichtdurchlässigen Abschnitt 7. Durch Ausbildung der Abschirmschicht 13 auf die oben erwähnte Weise wird eine Phasenverschiebungswirkung erreicht, und ein Nebenkeulenlichtstrahl kann reduziert werden. Wenn der Durchlaßgrad des Halbtonphasenschieberabschnitts hoch ist, ist der Einfluß des Nebenkeulenlichtstrahls problematisch. Daher ist der oben erwähnte Aufbau besonders für das Erzeugnis mit hohem Durchlaßgrad (Durchlaßgrad des Halbtonphasenschieberabschnitts ist 8 bis 30%) effektiv.
Erfindungsgemäß kann ein Halbtonphasenschiebermaskenrohling und eine Halbtonphasenschiebermaske hergestellt werden, die eine sehr gute Feinbearbeitungsfähigkeit während des Ätzens zur Ausbildung eines Halbtonphasenschieberabschnitts aufweist.
Bei einer Belichtungslichtquelle mit einer verkürzten Wellenlänge, insbesondere in einem Belichtungswellenlängenbereich von 140 bis 200 nm ist ein Erzeugnis mit hohem Durchlaßgrad (Durchlaßgrad von 8 bis 30%) bei der Wellenlänge von etwa 157 nm, nämlich der Wellenlänge eines F₂-Excimerlasers, und von etwa 193 nm, nämlich der Wellenlänge eines ArF-Excimerlasers, verwendbar.
Im Ergebnis kann unter Verwendung der erfindungsgemäßen Halbtonphasenschiebermaske eine hochgenaue Übertragungsstruktur übertragen werden.

Claims

Halbtonphasenschiebermaskenrohling zur Verwendung bei der Herstellung einer Halbtonphasenschiebermaske mit einem transparenten Substrat, einem lichtdurchlässigen Abschnitt, der auf dem Substrat ausgebildet ist, zum Durchlassen eines Belichtungslichtstrahls, einem Phasenschieberabschnitt, der auf dem Substrat ausgebildet ist, zum Durchlassen eines Teils des Belichtungslichtstrahls als durchgelassener Lichtstrahl und zum Verschieben einer Phase des durchgelassenen Lichtstrahls um einen vorbestimmten Betrag, wobei die Halbtonphasenschiebermaske so ausgeführt ist, daß Lichtstrahlen, die durch den lichtdurchlässigen Abschnitt und durch den Phasenschieberabschnitt treten, sich in der Nähe eines Grenzabschnitts zwischen diesen gegenseitig aufheben, wodurch ein vorbestimmter Kontrast in einem Grenzabschnitt einer Belichtungsstruktur, die auf die Oberfläche eines zu belichtenden Objekts zu übertragen ist, erhalten bleibt, wobei: der Halbtonphasenschiebennaskenrohling einen Phasenschieberfilm zur Ausbildung des Phasenschieberabschnitts auf dem transparenten Substrat und einen lichtabschirmenden Film auf dem Phasenschieberfilm aufweist; der Phasenschieberfilm mindestens aufweist: eine obere Schicht, die durch Trockenätzen unter Verwendung eines Gases auf Fluorbasis zu ätzen ist, und eine untere Schicht, die zwischen der oberen Schicht und dem transparenten Substrat ausgebildet ist und die gegen Gas auf Fluorbasis beständig ist und die durch Trockenätzen unter Verwendung eines anderen Gases als das Gas auf Fluorbasis geätzt werden kann; der lichtabschirmende Film Chrom aufweist und durch Ätzen selektiv von dem Phasenschieberfilm entfernt werden kann; und (a) die untere Schicht aus einem Material besteht, das mindestens ein Metall aufweist, das aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Cr, Ge, Pd, Si, Ta, Nb, Sb, Pt, Au, Po, Mo und W besteht, wobei diesem ein Metall zugesetzt ist, das aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Al, Ga, Hf, Ti und V besteht; oder (b) die untere Schicht aus dem in (a) genannten Material besteht, wobei diesem Stickstoff und/oder Kohlenstoff zugesetzt ist.
Halbtonphasenschiebeimaskenrohling nach Anspruch 1, wobei der lichtabschirmende Film ein Einzelschichtfilm oder ein Mehrschichtfilm mit Chrom ist.
Halbtonphasenschiebermaskenrohling nach Anspruch 2, wobei der lichtabschirmende Film zusätzlich zu Chrom Sauerstoff, Kohlenstoff oder Stickstoff aufweist.
Halbtonphasenschiebermaskenrohling nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die obere Schicht aus folgendem besteht: einem Material, das aus einer Gruppe gewählt ist, die aus SiO, SiN_x, SiO_xN_y, SiC_x, SiC_xN_y, SiC_x,Oy, besteht, und einem Material, das SiO_x, SiN_x, SiO_xN_y, SiC_x, SiC_xN_y oder SiC_xO_y enthält, wobei diesem ein Metall zugesetzt ist.
Halbtonphasenschiebermaskenrohling nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die untere Schicht aus einem Material besteht, das aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Ta, TaHf_x und Hf besteht.
Halbtonphasenschiebermaskenrohling nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die obere Schicht aus einem Material besteht, das aus Silizium, Sauerstoff und Stickstoff besteht, und die untere Schicht aus einem Material besteht, das aus Tantal und Hafnium besteht.
Halbtonphasenschiebermaskenrohling nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die obere Schicht aus einem Material besteht, das aus Silizium, Sauerstoff und Stickstoff besteht, und die untere Schicht aus einem Material besteht, das aus Silizium und Hafnium besteht.
Halbtonphasenschiebermaskenrohling nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Hafniumgehalt in der unteren Schicht in Atomprozenten 50% oder weniger ist.
Halbtonphasenschiebermaskenrohling nach Anspruch 6 oder 7, wobei die obere Schicht in Atomprozenten 35–45% Silizium, 1–60% Sauerstoff und 5–60% Stickstoff enthält.
Verfahren zur Herstellung einer Phasenschiebermaske unter Verwendung eines Halbtonphasenschiebermaskenrohlings nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit den Schritten: Ätzen der oberen Schicht zum Ausbilden einer Struktur darauf unter Verwendung eines Gases auf Fluorbasis; kontinuierliches Ätzen der unteren Schicht unter Verwendung eines Gases auf Chlorbasis; und Entfernen zumindest eines Teils des lichtabschirmenden Films durch Nassätzen.
Verfahren zum Herstellen einer Phasenschiebermaske unter Verwendung eines Halbtonphasenschiebermaskenrohlings nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit den Schritten: Ätzen des lichtabschirmenden Films unter Verwendung eines ersten Gases auf Chlorbasis mit einer Resiststruktur als Maske; Ätzen der oberen Schicht zum Ausbilden einer Struktur darauf unter Verwendung eines Gases auf Fluorbasis mit einer Resiststruktur oder einer Struktur des lichtabschirmenden Films als Maske; Ätzen der unteren Schicht unter Verwendung eines zweiten Gases auf Chlorbasis; und Entfernen zumindest eines Teils des lichtabschirmenden Films durch Nassätzen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das erste Gas auf Chlorbasis Chlor und Sauerstoff aufweist und das zweite Gas auf Chlorbasis aus Chlor besteht.
Halbtonphasenschiebermaske, aufweisend ein transparentes Substrat mit einer darauf ausgebildeten Maskenstruktur mit einem lichtdurchlässigen Abschnitt und einem halblichtdurchlässigen Abschnitt, wobei die Halbtonphasenschiebermaske gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12 hergestellt ist.
Verwendung der Halbtonphasenschiebermaske nach Anspruch 13 zum Übertragen einer Struktur.
Laminat mit einer ersten Schicht, einer zweiten Schicht über oder unter der ersten Schicht und einer obersten Schicht, wobei die erste Schicht unter Verwendung eines Gases auf Fluorbasis geätzt werden kann, die zweite Schicht gegen das Gas auf Fluorbasis beständig ist und unter Verwendung eines anderen Gases als das Gas auf Fluorbasis geätzt werden kann, die oberste Schicht ein Material aufweist, das sich von dem der zweiten Schicht unterscheidet, so daß es durch Ätzen selektiv von der ersten oder zweiten Schicht entfernt werden kann, (a) die zweite Schicht aus einem Material besteht, das mindestens ein Metall aufweist, das aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Cr, Ge, Pd, Si, Ta, Nb, Sb, Pt, Au, Po, Mo und W besteht, wobei diesem ein Metall zugesetzt ist, das aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Al, Ga, Hf, Ti und V besteht; oder (b) die zweite Schicht aus dem in (a) genannten Material besteht, wobei diesem Stickstoff und/oder Kohlenstoff zugesetzt ist, und die oberste Schicht Chrom aufweist.
Laminat nach Anspruch 15, wobei: die erste Schicht aus folgendem besteht: einem Material, das aus einer Gruppe gewählt ist, die aus SiO_x, SiN_x, SiO_xN_y, SiC_x, SiC_xN_y, SiC_xO_y besteht, und einem Material, das SiO_x, SiN_x, SiO_xN_y, SiC_x, SiC_xN_y oder SiC_xO_y, enthält, wobei diesem ein Metall zugesetzt ist.
Laminat nach Anspruch 15 oder 16, wobei die zweite Schicht auf der ersten Schicht ausgebildet ist, und die zweite Schicht als Ätzmaskenschicht für die erste Schicht verwendet werden kann.
Laminat nach Anspruch 15 oder 16, wobei die zweite Schicht unter der ersten Schicht ausgebildet ist, und die zweite Schicht als Ätzstopper für die erste Schicht verwendet wird.
Strukturausbildungsverfahren zur Ausbildung einer Struktur mindestens mit einer ersten Schicht, die durch Trockenätzen unter Verwendung eines Gases auf Fluorbasis bearbeitet werden kann, und einer zweiten Schicht, die durch Trockenätzen unter Verwendung eines Gases auf Chlorbasis bearbeitet werden kann und die gegen das Gas auf Fluorbasis beständig ist, und einer obersten Schicht; wobei (a) die zweite Schicht aus einem Material besteht, das mindestens ein Metall aufweist, das aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Cr, Ge, Pd, Si, Ta, Nb, Sb, Pt, Au, Po, Mo und W besteht, wobei diesem ein Metall zugesetzt ist, das aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Al, Ga, Hf, Ti und V besteht; oder (b) die zweite Schicht aus dem in (a) genannten Material besteht, wobei diesem Stickstoff und/oder Kohlenstoff zugesetzt ist, und die oberste Schicht Chrom aufweist; wobei das Verfahren aufweist: Ätzen der ersten Schicht unter Verwendung eines Gases auf Fluorbasis, um eine Struktur darauf auszubilden, kontinuierliches Ätzen der zweiten Schicht unter Verwendung eines Gases auf Chlorbasis, und Entfernen zumindest eines Teils der obersten Schicht durch Nassätzen.