用于制备半色调相移掩模坯的方法、半色调相移掩模坯、半色调相移掩模和薄膜形成设备与流程

本发明涉及加工成用于半导体集成电路等的微制造的半色调相移掩模的半色调相移掩模坯，用于制备该半色调相移掩模坯的方法，半色调相移掩模和用于形成该掩模坯的薄膜的设备。

背景技术：

在半导体技术领域，为了图案特征的进一步微型化而努力进行研究和开发。近来，随着包括电路图案微型化的发展，互连图案细化和用于单元构成层之间连接的接触孔图案的微型化在发展以符合lsi更高的集成密度，对于微图案化技术的要求在增长。因此，连同用于制造在光刻微制造工艺的曝光步骤中使用的光掩模的技术，需要具有形成更精细且精确的电路图案或掩模图案的技术。

通常，当通过光刻法在半导体衬底上形成图案时采用缩小投影。因此在光掩模上形成的图案特征的尺寸是在半导体衬底上形成的图案特征的尺寸的约4倍。在目前的光刻技术中，印刷的电路图案的尺寸显著地小于用于曝光的光的波长。因此，如果通过将电路图案的尺寸乘4倍来简单地形成光掩模图案，则由曝光期间的光学干涉和其他效应所致，没有将所需的图案转移至半导体衬底上的抗蚀剂膜。

有时，通过在光掩模上将图案形成为比实际电路图案更复杂的形状来减轻曝光期间的光学干涉和其他效应。例如可通过将光学邻近效应修正(opc)引入实际电路图案来设计这种复杂图案形状。而且，尝试应用分辨率增强技术(ret)(例如变形照明、浸没光刻法或双重曝光(或双重图案化)光刻法)以满足图案的微型化和更高精度的需求。

使用相移方法作为ret之一。该相移方法是通过在光掩模上形成能够相反转约180度的膜图案，使得可通过利用光学干涉改进对比度。适用于该相移方法的光掩模之一为半色调相移掩模。通常，该半色调相移掩模包括石英或类似材料(其对曝光光透明)的衬底、和在该衬底上形成的半色调相移膜的光掩模图案，其能够提供约180度的相移并具有不足以有助于图案形成的透射率。作为半色调相移膜，专利文献1提出具有氧化硅化钼(mosio)或氧氮化硅化钼(mosion)的半色调相移膜的掩模。

出于通过光刻法形成更精细图像的目的，使用更短波长的光作为光源。在目前最先进的光刻工艺阶段，曝光光源已从krf准分子激光(248nm)过渡至arf准分子激光(193nm)。

引文列表

专利文献1：jp-ah07-140635

专利文献2：jp-a2015-111246(usp9，366，951，ep2871520)

专利文献3：jp-a2007-033469

专利文献4：jp-a2007-233179

专利文献5：jp-a2007-241065

发明概述

由专利文献2已知，通过由硅、氮和任选的氧构成的膜(例如由硅和氮构成的不含过渡金属的膜，或由硅、氮和氧构成的不含过渡金属的膜)来构成半色调相移膜，使得半色调相移膜在耐化学性方面得以改进。

通常，通过溅射方法来沉积用于形成光掩模坯上图案的薄膜(典型是半色调相移膜)。例如，通过溅射工艺在透明衬底上形成由硅和氮构成的膜(sin膜)，该溅射工艺包括以下步骤：在沉积室中放置单个硅靶，将稀有气体(例如氩)和氮气的气体混合物供给至该室，施加电力以产生气体等离子体，和使等离子体原子撞击该硅靶以溅射硅粒子。如此溅射的硅粒子在靶表面上与氮反应，在它们通向衬底的途中吸收氮，或者在衬底上与氮反应。所得氮化硅沉积在衬底上。sin膜的氮含量通过改变氮气在气体混合物中的混合比来控制。该工艺能够在透明衬底上沉积具有任何所需氮含量的sin膜。

然而，当通过溅射单个硅靶来沉积氮化硅的半色调相移膜时，必须通过设定氮气的流量来进行膜沉积，使得该膜可具有相移和透射率的所需值(例如相移中值180±30°和透射率3-7％)。由反应性溅射的特性所致，稳定的膜沉积在氮气流量的一定范围内变得困难。特别地在氮气流量从低水平至中等水平范围的区域(过渡模式的膜沉积条件)中，稳定的膜沉积困难。在这样的流量范围中，氮流量的轻微变化导致膜沉积状态的显著变化。结果，半色调相移膜具有大幅变化的光学性质。特别地，难以形成具有其基本光学性质(包括相移和透射率)的面内均匀性的半色调相移膜。

同时，这些问题很少出现在以下区域中：即使当氮被引入时靶表面上也没有发生渗氮，并因此沉积了具有低氮含量的膜的区域(金属模式的膜沉积条件)；以及氮气流量高，靶表面氮化，并因此沉积了具有高氮含量的膜的区域(反应模式的膜沉积条件)。因此，可通过组合这些区域中的溅射步骤以形成多层结构(包括低氮含量层和高氮含量层)的半色调相移膜来避免这些问题。多层结构的半色调相移膜具有高的光学性质的面内均匀性，但是在厚度方向上组成逐级渐变。当将此半色调相移膜加工成半色调相移膜图案时，图案的截面形状的垂直性差。

本发明的目的是提供一种用于制备半色调相移掩模坯的方法，该半色调相移掩模坯包含半色调相移膜，其中该半色调相移膜含有硅和氮，并具有良好的光学性质面内均匀性，并且当将该半色调相移膜加工成半色调相移膜图案时，图案的截面形状完全竖直。另一个目的是提供具有半色调相移膜的半色调相移掩模坯、具有半色调相移膜的掩模图案的半色调相移掩模和用于形成薄膜以构造该掩模坯的设备。

发明人寻找了主要由硅和氮组成的半色调相移膜，并且该半色调相移膜由组成在厚度方向上保持恒定或连续渐变的单层构成，或者由包括该单层和设置在该单层远离衬底一侧上的表面氧化层的两个层构成。可通过以下操作将半色调相移膜有效地沉积在透明衬底的表面上：使用含有稀有气体和含氮气体的溅射气体和多个靶，将具有不同值的电力施加至该多个靶，进行反应性溅射，和沿衬底轴在水平方向旋转衬底。当将此半色调相移膜加工成半色调相移膜图案时，图案截面形状完全竖直。半色调相移膜由单层或包括该单层和表面氧化层的两个层构成时，膜提供相对于arf准分子激光的波长的透射率和相移，相移具有180±30°膜面的中值并且透射率具有3至17％的膜面的中值。即使在过渡模式的膜沉积条件下反应性溅射的情况下，其中在反应性气体流量从低水平至中等水平范围的区域中沉积膜，也获得了具有光学性质(包括相移和透射率)的面内均匀性高的半色调相移膜。本发明以这些发现为基础。

如下所述，本发明提供一种用于制备半色调相移掩模坯的方法，半色调相移掩模坯，半色调相移掩模和用于形成薄膜以构造该掩模坯的设备。

在一方面，本发明提供一种用于制备半色调相移掩模坯的方法，该半色调相移掩模坯包含透明衬底和透明衬底上的半色调相移膜，该半色调相移膜主要含有硅和氮，由组成在厚度方向上保持恒定或连续渐变的单层构成，或者由包括该单层和设置在该单层远离衬底一侧上的表面氧化层的两个层构成，提供相对于arf准分子激光的波长的相移，该相移具有180±30°的膜面的中值和至多2°的膜面内最大值和最小值之差，并且具有相对于arf准分子激光的波长的透射率，该透射率具有3至17％的膜面的中值和至多0.2％的膜面内最大值和最小值之差，

该方法包括以下步骤：通过使用含有稀有气体和含氮气体的溅射气体和包括至少两个硅靶的多个靶在衬底表面上沉积半色调相移膜，将具有至少两个不同值的电力施加至该至少两个硅靶，进行反应性溅射，和沿衬底轴在水平方向旋转该衬底。

在优选实施方案中，沉积步骤包括过渡模式下的反应性溅射，使得该半色调相移膜由不饱和的硅化合物形成。

优选在溅射沉积步骤中，布置该多个靶使得条件是该衬底的旋转轴和穿过该多个靶的每个的溅射表面中心的垂线是平行的并间隔有距离，一个靶具有在垂线和该旋转轴之间最近的距离；另外的靶的垂线和该旋转轴之间的距离为该一个靶的垂线和该旋转轴之间的距离的1至3倍，和在从该旋转轴至垂线延伸的法线之间的夹角具有70°至180°的最大值。

在优选的实施方案中，至少两个法线从该旋转轴延伸至垂线，并且相邻的法线之间的夹角都在70°至180°的范围内。

最优选，该多个靶为硅靶。

在优选实施方案中，该单层具有至少98at％的硅和氮的总含量，并且该表面氧化层含有硅、氮和氧。

在另一方面，本发明提供一种半色调相移掩模坯，其包含透明衬底和透明衬底上的半色调相移膜，

该半色调相移膜主要由硅和氮构成，由组成在厚度方向上保持恒定或连续渐变的单层构成，或者由包括该单层和设置在该单层远离衬底一侧上的表面氧化层的两个层构成，提供相对于arf准分子激光的波长的相移，该相移具有180±30°的膜面的中值和至多2°的膜面内最大值和最小值之差，并且具有相对于arf准分子激光的波长的透射率，该透射率具有3至17％的膜面的中值和至多0.2％的膜面内的最大值和最小值之差。

在优选实施方案中，该单层具有至少98at％的硅和氮的总含量，并且该表面氧化层含有硅、氮和氧。

在另外的方面，本发明提供半色调相移掩模，其包含透明衬底和以上所述的半色调相移掩模坯中的半色调相移膜的掩模图案。

在又一另外的方面，本发明提供一种用于形成薄膜以构成光掩模坯的设备，其包含用于构成该光掩模坯的衬底、多个靶、用于供应含有稀有气体和含氮气体的溅射气体的气体供应部、和用于同时引起放电至该多个靶的装置，其中通过沿衬底的轴旋转该衬底、溅射该多个靶和在该衬底上沉积薄膜来形成构成光掩模坯的薄膜，设置该多个靶使得条件是该衬底的旋转轴和穿过该多个靶的每个的溅射表面中心的垂线是平行的并间隔有距离，一个靶具有在该垂线和该旋转轴之间最近的距离，另外的靶的垂线和该旋转轴之间的距离为该一个靶的垂线和该旋转轴之间的距离的1至3倍，并且在从该旋转轴至垂线延伸的法线之间的夹角具有70°至180°的最大值。

在优选实施方案中，至少两个法线从该旋转轴至垂线延伸，并且相邻的法线之间的夹角都在70°至180°的范围内。

最优选地，该多个靶为硅靶。

在优选实施方案中，通过过渡模式的反应性溅射在该衬底上沉积由不饱和的硅化合物形成的半色调相移膜。

本发明的有益效果

含有硅和氮的半色调相移膜具有耐化学性和良好的光学性质面内均匀性。当将半色调相移膜加工成半色调相移膜图案时，图案截面形状完全竖直。获得了包含半色调相移膜的半色调相移掩模坯，和包含半色调相移膜的掩模图案的半色调相移掩模。

附图简要说明

图1为显示了透明衬底和靶的一种示例性布置的正视图。

图2a为显示了透明衬底和靶的一种示例性布置的平面图。图2b为显示了透明衬底和靶的另一种布置的平面图。

图3a为显示了透明衬底和靶的另外的布置的平面图。图3b为显示了透明衬底和靶的又一另外的布置的平面图。

图4a为一种示例性半色调相移掩模坯的截面图。图4b为一种示例性半色调相移掩模的截面图。

图5a、5b和5c为不同的示例性半色调相移掩模坯的截面图。

优选实施方案描述

本发明针对半色调相移掩模坯，其包含透明衬底和其上形成的半色调相移膜。根据本发明的方法，通过反应性溅射将半色调相移膜沉积在衬底上。溅射步骤使用含有稀有气体和反应性气体的溅射气体。含氮气体作为反应性气体是必不可少的，在半色调相移膜的沉积过程中其与靶材料反应以形成该膜的一部分。具体地，取决于半色调相移膜的特定组成，可选择氮气(n2气体)和氮氧化物气体(n2o、no和no2气体)。待沉积不含氧的膜时，使用氮气(n2气体)。该溅射气体包括氦气、氖气或氩气作为稀有气体。取决于半色调相移膜的特定组成，可另外使用另一种气体例如氧气(o2气体)或氧化碳气体(co和co2气体)。可通过调节溅射气体的流量，特别是反应性气体流量和施加至靶的电力(将在以下描述)来控制在半色调相移膜中氮的含量和其他轻元素(例如氧和碳)的含量。调节溅射条件使得膜沉积速率可落在合适的范围内。

使用多个靶用于溅射。靶的数量可为2个、3个或更多。考虑到粒子产生来源(其可通过沉积室中靶的复杂布置引入)和靶更换操作，优选相对少量的靶。因此靶的数量通常至多为5个。虽然可将相同值的电力施加至多个靶，但是优选将不同值的电力施加至多个靶的一些或全部。虽然电力随着靶的面积、电源的构造和靶冷却系统而变化，但是通常在100w至5000w范围内施加电力。当使用多个靶，且同时将电力施加至靶时，优选将不同值的电力施加至多个靶的一些或全部以驱使溅射放电，相对于使用单个靶的情况，所沉积的半色调相移膜在光学性质的面内分布方面得以改进。

该多个靶应包括至少两个硅靶(si靶，即由si构成的靶)，且优选全部是硅靶。将不同值的电力施加至多个硅靶。特别地，当使用两个硅靶时，向其施加不同值的电力。当使用三个或更多个硅靶时，可施加互相不同值的电力，或者可将同一值的电力施加至一些靶并且可将一个不同的值的电力施加至剩下的靶(或者可将多个不同的值的电力施加至剩下的靶)。

使用硅靶以外的靶时，其意味着总共使用三个或更多个靶，取决于半色调相移膜的特定组成，其他的靶可为含有硅的靶例如氮化硅靶或含有硅和氮化硅这两者的靶。然后，可形成不含过渡金属的半色调相移膜，特别是具有硅基材料例如sin、sino、sinoc或sinc的半色调相移膜。

而且，取决于半色调相移膜的特定组成，可与含有硅的靶一起使用含有过渡金属(me)例如钼、钨、钽或锆的靶。含有过渡金属的靶的示例为过渡金属靶和过渡金属-硅靶。然后，可形成含有过渡金属的半色调相移膜，特别是具有过渡金属-硅基材料例如mesin、mesino、mesinoc和mesinc的半色调相移膜。

在溅射工艺中，粒子从施加了电力的靶表面被溅射或驱逐越过该靶从而引起放电，并且然后沉积在与该靶相对的受体(例如透明衬底或光掩模坯构造衬底)表面上。如本文所用的靶表面被称为“溅射表面”并且该受体表面被称为“接收表面”。如在semi标准中规定的，当溅射沉积至具有6英寸见方和25密耳(mil)厚的透明衬底(已知为6025衬底)时，靶的尺寸，典型地靶的溅射表面的尺寸大体上为具有100mm至300mm的直径。全部靶可具有同一尺寸，或者一些或全部靶可具有不同尺寸。

在本发明的实践中，因为将至少两个不同值的电力施加至硅靶，所以需要在进行溅射沉积的同时保持透明衬底的接收表面水平并沿衬底的轴旋转该衬底，以便确保在衬底的各个部分上溅射沉积的均匀性。优选的设定是这样的：旋转轴在透明衬底的中心穿过该透明衬底，因为可使溅射区域最小化并且溅射沉积的均匀性增强。在溅射工艺过程中，可进一步水平转动、水平振动或竖直上下移动该衬底。溅射工艺可为dc或rf溅射。溅射压力典型地为0.01pa至1pa，优选0.03pa至0.2pa。

半色调相移膜的溅射沉积步骤优选包括过渡模式的反应性溅射，使得可由不饱和的硅化合物形成该半色调相移膜。如本文所用的“过渡模式”是指以下状态：从靶溅射或离开的粒子成为满足不饱和组成(即a或b值超过1)的硅化合物并且在透明衬底上形成膜，并且该状态通常可用在反应性气体流量的低至中等区域中。对于过渡模式的溅射沉积而言，取决于靶的类型和溅射气体的类型，特别是反应性气体的类型，有必要设定不同的条件。典型地，通过调节施加至靶的电力和溅射气体(特别是反应性气体)的流量至低至中等范围可实现过渡模式的溅射沉积。

“反应模式”是指以下状态：从靶溅射或离开的粒子成为满足饱和组成(即a或b值＝1)的硅化合物并且在透明衬底上形成膜，并且该状态通常可用在反应性气体流量的高区域中。对于反应模式的溅射沉积而言，取决于靶的类型和溅射气体的类型，特别是反应性气体的类型，有必要设定不同的条件。典型地，通过调节施加至靶的电力和溅射气体(特别是反应性气体)的流量至高范围可实现反应模式的溅射沉积。“金属模式”是指以下状态：从靶溅射或离开的粒子保持在没有与反应性气体反应的金属状态(金属包括硅)并且在透明衬底上形成膜。通过调节反应性气体的流量至低范围，特别是省略反应性气体(反应性气体的流量＝0)，可实现金属模式的溅射沉积。

可通过在预定条件下实际进行溅射并分析所得膜的组成来确定溅射沉积状态是否为过渡模式、反应模式或金属模式。需要注意的是，当使用两个或更多个靶时，在一些情况下，全部靶可采用过渡模式，并且在施加至靶的电力不同的情况下，靶可采用不同的模式。例如，即使在反应性气体流量完全相同的沉积条件下，如果施加至靶的电力高，则所溅射的金属的量大，并且没有发生反应，导致释放不饱和硅化合物的过渡模式；并且如果施加至靶的电力低，则所溅射的金属的量小，并且发生反应，导致释放饱和硅化合物的反应模式。当形成了具有沿厚度方向恒定组成的单层膜时，它能够满足以过渡模式溅射至少一个靶。当以过渡模式溅射一个或多个靶时，可采用反应模式或金属模式溅射剩下的一个或多个靶。

当形成了具有沿厚度方向连续渐变组成的单层膜时，连续地或逐级(即以短间隔分割为多级)改变施加至靶的电力和溅射气体的流量，特别是反应性气体的流量。在这些情况下，它能够满足在溅射工艺的部分或全部过程中以过渡模式溅射至少一个靶。当以过渡模式溅射一个或多个靶时，可采用反应模式或金属模式溅射剩下的一个或多个靶，并且在此情况下，溅射工艺可经过反应模式或金属模式。

当形成了具有沿厚度方向恒定组成的单层膜时，并且当形成了具有沿厚度方向连续渐变组成的单层膜时，考虑到半色调相移膜的光学性质的面内均匀性以过渡模式溅射全部靶更有效。

假设衬底具有旋转轴，垂线穿过多个靶的每个的溅射表面的中心，该旋转轴与该垂线平行并且间隔一距离，并且一个靶具有在该旋转轴隔和该垂线之间最近的距离。优选布置该多个靶使得另一个或多个靶的垂线和该旋转轴之间的距离是该一个靶的垂线和该旋转轴之间的(最近)距离的1至3倍，更优选1至2倍，和甚至更优选1至1.5倍。更优选地，在以衬底的旋转轴为中心的两个、三个或更多个同心圆任意者上布置全部靶。最优选布置该多个靶使得另一个或多个靶的垂线和该旋转轴之间的距离等于该一个靶(具有垂线和该旋转轴之间最近的距离)的垂线和该旋转轴之间的距离，即，在以衬底的旋转轴为中心的一个同心圆上布置全部靶。

假设衬底具有旋转轴并且垂线穿过多个靶的每个的溅射表面的中心，优选布置该多个靶使得在从该旋转轴至垂线延伸的法线之间的夹角具有70°至180°的最大值。在优选实施方案中，布置该多个靶使得至少两个法线从旋转轴延伸至垂线，并且相邻法线之间的夹角都在从70°，特别地从120°，至180°，优选小于180°并且特别地至140°的范围内。

上述多个靶的布置在薄膜形成系统(溅射系统)中是有效的，其中通过溅射多个靶同时沿受体的旋转轴旋转该受体从而在受体(例如光掩模坯构造衬底例如透明衬底)上沉积薄膜例如半色调相移膜。该薄膜形成系统优选包括溅射室、用于供应含有稀有气体(例如氩气)和含氮气体(例如氮气)的溅射气体的气体供应部、和用于同时驱使向多个靶放电的设备。该设备优选能够同时将电力施加至该多个靶，优选将具有不同值的电力施加至一些或全部靶，由此驱使溅射放电。

现在参考附图，描述了透明衬底的旋转轴、延伸穿过靶的垂线、旋转轴与垂线之间的距离、从衬底的旋转轴至穿过靶的垂线延伸的法线、该法线的方向、和法线之间的角。图1为显示了透明衬底s和靶t的一种示例性布置的正视图。该衬底s具有保持水平的接收表面ss，和穿过衬底s的中心并在垂直于该接收表面ss(即沿竖直或重力方向)的方向延伸的旋转轴“a”。在另一方面，每个靶t具有溅射表面ts，和穿过靶t的溅射表面ts的中心并在垂直于该衬底的接收表面ss(即沿竖直或重力方向)的方向延伸的垂线“v”。靶t的溅射表面ts平行于衬底s的接收表面ss，即保持水平。只要每个靶的溅射表面面对衬底的接收表面则可倾斜该靶。还在此情况下，垂线穿过每个靶的溅射表面的中心。穿过靶t的垂线“v”与衬底s的旋转轴“a”之间的距离“d”等于法线“n”上旋转轴“a”与垂线“v”之间的距离。

图2a、2b、3a和3b为显示了透明衬底s和靶t的示例性布置的平面图。对于每个靶t而言，提供了从衬底s的旋转轴至穿过靶的垂线延伸的法线“n”和该法线的方向。布置靶使得法线之间的角的最大值落入预定范围内，并且更优选存在法线至垂线的三个或更多方向和任意两个相邻法线之间的夹角落入预定范围内。还在此情况下，穿过靶t的垂线(未示出)与衬底s的旋转轴(未示出)之间的距离“d”等于法线“n”上旋转轴与垂线之间的距离。具体地，参考图2a，与两个靶t有关的法线“n”之间夹角θ为最大并且落入预定范围内，并且存在法线“n”至穿过靶的垂线的两个方向，并且一对相邻法线“n”的方向之间的夹角落入预定范围内。

在图2b的布置中，在与三个靶t有关的法线“n”之间三个夹角θ1、θ2和θ3中最大的θ3落入预定范围内。在图3(a)的布置中，在与三个靶t有关的法线“n”之间三个夹角θ1、θ2和θ3中最大的θ3落入预定范围内。存在法线“n”至穿过靶的垂线的三个方向，并且在三对相邻法线“n”的方向之间夹角θ1、θ2和θ3落入预定范围内。

在图3b的布置中，在与三个靶t有关的法线“n”之间三个夹角θ1、θ2和θ3中最大的θ2、θ3落入预定范围内(特别地，θ2＝θ3且θ1＝0°)，并且存在法线“n”至穿过靶的垂线的两个方向，且在一对相邻法线“n”的方向之间夹角θ2、θ3落入预定范围内。使用三个或更多个靶时，可布置靶使得与该靶有关的全部法线在不同的方向，或与两个或更多个靶有关的法线在同一方向，并且与另一个靶有关的法线的方向不同于重叠的法线方向。在后者的实施方案中，其中靶具有重叠的法线，穿过这些靶的垂线与重叠的法线对齐。

如上所述，布置靶使得在从衬底的旋转轴至穿过靶的垂线延伸的法线之间的夹角的最大值落入预定范围，并且布置具有法线至靶的不同方向的靶使得在相邻法线的方向之间包括预定的角。然后获得光学性质的面内均匀性得到改进的半色调相移膜。如果靶沿一个方向布置，则在溅射过程中局部产生低反应性气体浓度的斑点，导致在溅射空间内低反应均匀性。即靶金属和反应性气体的反应过程中在以下任一处发生偏差：靶的溅射表面、溅射的粒子和衬底的接收表面。根据本发明的靶的布置确保在溅射空间内靶金属与反应性气体反应的均匀性，并最终增强所得半色调相移膜的光学性质的面内均匀性。

本发明的半色调相移掩模坯被限定为包含透明衬底(通常石英衬底)和直接或通过另一个膜在其上沉积的半色调相移膜。优先选择如在semi标准中规定的具有6英寸见方和25密耳厚的透明衬底(已知为6025衬底)，或者当以si单位表示时具有152mm见方和6.35mm厚的透明衬底。半色调相移掩模具有半色调相移膜的(光)掩模图案。

半色调相移模主要由硅和氮组成。在一个实施方案中，该膜由单层构成，该层的组成在厚度方向保持恒定或连续渐变。连续渐变的组成意味着组成改变太小以至于在组成分析上没有检测到拐点。因为溅射特性表明膜组成改变对溅射条件改变的中等响应，可通过以短间隔分割为多级地改变溅射条件例如施加至靶的电力和溅射气体(特别是反应性气体)的流量获得组成的连续渐变。优选通过连续改变溅射条件获得组成的连续渐变。

图4a为本发明的一个实施方案中的半色调相移掩模坯的截面图。该半色调相移掩模坯100包括透明衬底10和在其上形成的半色调相移膜1。图4b为本发明的一个实施方案中的半色调相移掩模的截面图。该半色调相移掩模101包括透明衬底10和在其上形成的半色调相移膜图案11。

在其中半色调相移膜为单层膜的实施方案中，它含有硅和氮。优选该膜主要由硅和氮组成。特别地硅和氮的总含量为至少90at％，更优选至少95at％，和甚至更优选至少98at％。硅含量优选为至少35at％，更优选至少42at％和至多50at％，更优选至多48at％。氮含量优选为至少45at％，更优选至少50at％和至多57at％，更优选至多55at％。除硅和氮之外，构成该半色调相移膜的单层膜可含有过渡金属例如钼、钨、钽或锆，特别是钼。在此情况下，过渡金属的含量优选为至多5at％。除了氮，该膜可含有轻元素例如氧或碳，并且在此情况下，轻元素(除了氮之外)的含量优选为至多5at％。优选构成该半色调相移膜的单层膜由硅、氮和氧构成，最优选由硅和氮构成。

半色调相移膜可包括表面氧化层作为表面侧层(或最外层)以便抑制膜品质中任何改变。特别地，可通过主要由硅和氮组成并具有沿厚度方向保持恒定或连续渐变的组成的单层膜以及沉积在该单层膜远离衬底一侧上的表面氧化层这两个层来构造该半色调相移膜。表面氧化层的厚度优选为该半色调相移膜总厚度的至多10％，更优选至多5％。该表面氧化层可具有至少20at％的氧含量，甚至可接受至少50at％的氧含量。除氧之外，该表面氧化层优选含有硅和氮，并且还可含有过渡金属例如钼、钨、钽或锆，或轻元素例如氧或碳。优选该表面氧化层由硅、氮和氧构成。

可通过大气或空气的氧化或者强制氧化处理来形成表面氧化层。强制氧化处理的实例包括硅基材料膜与臭氧气体或臭氧水的处理，和在含氧气氛(典型地是氧气气氛)中通过炉加热、灯退火或激光在约300℃或更高温度下加热膜。该表面氧化层优选具有至多10nm，更优选至多5nm和甚至更优选至多3nm的厚度。只要氧化层的厚度为至少1nm，该氧化层就发挥其效果。优选通过如上所述的大气氧化或氧化处理来形成该表面氧化层以便该层含有最少的缺陷。

优选由不饱和的硅化合物形成半色调相移膜。在其中半色调相移膜为单层膜的实施方案中，优选由不饱和的硅化合物形成该单层膜；在其中半色调相移膜包括该单层膜和表面氧化层的实施方案中，优选由不饱和的硅化合物形成单层膜和表面氧化膜的一者或两者，特别地至少形成该单层膜。假设硅化合物由硅和氮，或硅、氮和氧和/或碳构成，硅为四价的，氮为三价的，氧为二价的并且碳为四价的，如本文使用的术语“不饱和”是指其中氮、氧和碳的当量合计小于硅当量的组成。具体地，其中a的值超过1的组成为不饱和的组成，a的值由以下等式计算：

a＝csi×4/(cn×3+co×2+cc×4)

其中csi为硅含量，cn为氮含量，co为氧含量和cc为碳含量(全部采用at％)。不饱和的状态还可限定为具有si-si键的硅化合物。在半色调相移膜的溅射沉积过程中可通过以过渡模式溅射来获得不饱和的组成。

构成半色调相移膜的硅化合物还含有过渡金属时，术语“不饱和”是指其中氮、氧和碳的当量合计小于硅和过渡金属的当量合计的组成。例如，硅化合物含有六价的钼作为过渡金属时，术语“不饱和”是指其中氮、氧和碳的当量合计小于硅和钼的当量合计的组成。特别地，其中b的值超过1的组成为不饱和的组成，b的值由以下等式计算：

b＝(csi×4+cmo×6)/(cn×3+co×2+cc×4)

其中csi为硅含量，cmo为钼含量，cn为氮含量，co为氧含量和cc为碳含量(全部采用at％)。

不饱和的硅化合物的a值和b值的上限通常为至多1.5，特别地至多1.3。与不饱和的硅化合物相比，可将组成具有为1的a值或b值的硅化合物称作饱和的硅化合物。饱和的状态还可限定为不含si-si键的硅化合物。在半色调相移膜的溅射沉积过程中可通过以反应模式溅射来获得饱和的组成。

半色调相移膜相对于曝光光的相移是这样的：由相移膜的区域(相移区域)传播的曝光光和由去除了相移膜的邻近区域传播的曝光光之间的相移，引起曝光光的干涉由此提高对比度。特别地，相移在180±30°，即从150°至210°的范围内。虽然将普通的半色调相移膜设定为约180°的相移，但是从对比度增强的观点考虑，可以调节相移小于或超过180°而不是限于为约180°。例如，设定具有小于180°的相移对于形成较薄的膜是有效的。当然，更接近180°的相移更有效，因为可实现更高的对比度。在这方面，相移优选为160°至190°，更优选175°至185°。对于半色调相移膜而言，面内相移的中值应优选落入以上限定范围内。此外半色调相移膜的面内相移的最大值和最小值之差应优选为至多2°，特别地至多1°。

半色调相移膜具有优选为至少3％，更优选至少5％和至多17％，更优选至多12％的曝光光透射率。对于半色调相移膜而言，面内透射率的中值应优选落入以上限定范围内。此外面内透射率的最大值和最小值之差应优选为至多0.2％，特别地至多0.1％。

半色调相移膜的总厚度应优选为至多70nm，更优选至多65nm，因为更薄的膜促进形成更精细的图案。半色调相移膜的总厚度通常为至少58nm作为下限。

在本发明的半色调相移掩模坯中，可在半色调相移膜上形成单层或多层结构的第二膜。最经常地，与该半色调相移膜邻接地设置第二膜。第二膜的实例包括遮光膜；遮光膜和减反射膜的组合；和在随后的半色调相移膜的图案形成过程中作为硬掩模起作用的辅助膜。当如后述将形成第三膜时，可将第二膜用作辅助膜(蚀刻阻止膜)，其在随后的第三膜的图案形成过程中作为蚀刻阻止层(stopper)起作用。第二膜优选由含铬材料组成。

一个示例性实施方案为图5a中所示的半色调相移掩模坯。图5a中以100代表的半色调相移光掩模坯包括透明衬底10、在该衬底上形成的半色调相移膜1和在该膜1上形成的第二膜2。

半色调相移掩模坯可在半色调相移膜上包括遮光膜作为第二膜。遮光膜和减反射膜的组合也可用作第二膜。提供包括遮光膜的第二膜确保半色调相移掩模包括能够完全遮蔽曝光光的区域。该遮光膜和减反射膜也可在蚀刻过程中用作辅助膜。遮光膜和减反射膜的构成和材料在许多专利文献中已知，例如专利文献3(jp-a2007-033469)和专利文献4(jp-a2007-233179)。遮光膜和减反射膜的一个优选的膜构成为具有含cr材料的遮光膜和用于减小由遮光膜的反射的含cr材料的减反射膜的结构。遮光膜和减反射膜的每个可为单层或多层。制成遮光膜和减反射膜的适合的含cr材料包括铬单质、氧化铬(cro)、氮化铬(crn)、碳化铬(crc)、氧氮化铬(cron)、氧碳化铬(croc)、氮碳化铬(crnc)、氧氮碳化铬(cronc)和其他铬化合物。

第二膜为遮光膜或遮光膜和减反射膜的组合时，该遮光膜由铬基材料制成，该铬基材料具有至少40at％、特别地至少60at％且小于100at％、优选至多99at％、且更优选至多90at％的铬含量。该铬基材料具有至少0at％和至多60at％、优选至多40at％的氧含量，当必须调节蚀刻速率时，具有优选至少1at％的氧含量。该铬基材料具有至少0at％和至多50at％、优选至多40at％的氮含量，当必须调节蚀刻速率时，具有优选至少1at％的氮含量。该铬基材料具有至少0at％和至多20at％、优选至多10at％的碳含量，当必须调节蚀刻速率时，具有优选至少1at％的碳含量。铬、氧、氮和碳的总含量优选为至少95at％，更优选至少99at％，和特别地100at％。

第二膜为遮光膜和减反射膜的组合时，该减反射膜优选由含铬材料制成，该含铬材料具有优选至少30at％、更优选至少35at％和优选至多70at％、和更优选至多50at％的铬含量。该含铬材料优选具有至多60at％、并且至少1at％和更优选至少20at％的氧含量。该含铬材料优选具有至多50at％、更优选至多30at％、和至少1at％、更优选至少3at％的氮含量。该含铬材料优选具有至少0at％和至多20at％、更优选至多5at％的碳含量，当必须调节蚀刻速率时，具有优选至少1at％的碳含量。铬、氧、氮和碳的总含量优选为至少95at％，更优选至少99at％，和特别地100at％。

第二膜为遮光膜或遮光膜和减反射膜的组合时，第二膜具有通常20nm至100nm、优选40nm至70nm的厚度。而且与该第二膜组合的半色调相移膜应优选具有至少2.0、更优选至少2.5、和甚至更优选至少3.0的总光学密度，相对于波长至多200nm的曝光光。

在本发明的半色调相移掩模坯中，可在第二膜上形成单层或多层结构的第三膜。最经常地，与第二膜邻接地设置第三膜。第三膜的实例包括遮光膜；遮光膜和减反射膜的组合；和在随后的第二膜的图案形成过程中作为硬掩模起作用的辅助膜。第三膜优选由含硅材料形成，特别地由不含铬的含硅材料形成。

一个示例性实施方案为图5b中所示的半色调相移掩模坯。图5b中以100代表的半色调相移掩模坯包括透明衬底10、在该衬底上形成的半色调相移膜1、在该膜1上形成的第二膜2、和在该第二膜2上形成的第三膜3。

第二膜为遮光膜或遮光膜和减反射膜的组合时，第三膜可为在随后的第二膜的图案形成过程中作为硬掩模起作用的辅助膜(蚀刻掩模膜)。当如后述将形成第四膜时，第三膜可用作在随后的第四膜的图案形成过程中作为蚀刻阻止层起作用的辅助膜(蚀刻阻止膜)。该辅助膜优选由具有与第二膜不同的蚀刻性质的材料，例如对于应用于含铬材料的蚀刻的氯干蚀刻具有耐性的材料，特别地可采用氟化物气体例如sf6或cf4蚀刻的含硅材料构成。适合的含硅材料包括硅单质，含有氮和氧中的一种或两种的材料以及硅，含有硅和过渡金属的材料，以及含有氮和氧中的一种或两种、硅以及过渡金属的材料。过渡金属的实例为钼、钽和锆。

第三膜为辅助膜时，其优选由含硅材料组成，该含硅材料具有优选至少20at％、更优选至少33at％和至多95at％、更优选至多80at％的硅含量。该含硅材料具有至少0at％和至多50at％、优选至多30at％的氮含量，当必须调节蚀刻速率时，具有优选至少1at％的氮含量。该含硅材料具有至少0at％、优选至少20at％和至多70at％、优选至多66at％的氧含量，当必须调节蚀刻速率时，具有优选至少1at％的氧含量。该含硅材料具有至少0at％和至多35at％、优选至多20at％的过渡金属含量，如果存在则具有优选至少1at％的过渡金属含量。硅、氧、氮和过渡金属的总含量优选为至少95at％，更优选至少99at％，和特别地100at％。

第二膜为遮光膜或遮光膜和减反射膜的组合并且第三膜为辅助膜时，第二膜具有通常20nm至100nm、优选40nm至70nm的厚度，并且第三膜具有典型地1nm至30nm、优选2nm至15nm的厚度。而且与第二膜组合的半色调相移膜应优选具有至少2.0、更优选至少2.5、和甚至更优选至少3.0的总光学密度，相对于波长至多200nm的曝光光。

第二膜为辅助膜时，可形成遮光膜作为第三膜。而且，可形成遮光膜和减反射膜的组合作为第三膜。本文中第二膜可用作在半色调相移膜的图案形成过程中作为硬掩模起作用的辅助膜(蚀刻掩模膜)，或在第三膜的图案形成过程中作为蚀刻阻止层起作用的辅助膜(蚀刻阻止膜)。辅助膜的实例为如专利文献5(jp-a2007-241065)中所述的含铬材料的膜。辅助膜可为单层或多层。制成辅助膜的适合的含铬材料包括铬单质、氧化铬(cro)、氮化铬(crn)、碳化铬(crc)、氧氮化铬(cron)、氧碳化铬(croc)、氮碳化铬(crnc)、氧氮碳化铬(cronc)和其他铬化合物。

第二膜为辅助膜时，该膜优选具有优选至少40at％、更优选至少50at％和至多100at％、更优选至多99at％、和甚至更优选至多90at％的铬含量。该膜具有至少0at％、和至多60at％、优选至多55at％的氧含量，当必须调节蚀刻速率时，具有优选至少1at％的氧含量。该膜具有至少0at％、和至多50at％、优选至多40at％的氮含量，当必须调节蚀刻速率时，具有优选至少1at％的氮含量。该膜具有至少0at％和至多20at％、优选至多10at％的碳含量，当必须调节蚀刻速率时，具有优选至少1at％的碳含量。铬、氧、氮和碳的总含量优选为至少95at％、更优选至少99at％、和特别地100at％。

在另一方面，作为第三膜的遮光膜和减反射膜优选由具有与第二膜不同的蚀刻性质的材料，例如对于应用于含铬材料的蚀刻的氯干蚀刻具有耐性的材料，特别地可采用氟化物气体例如sf6或cf4蚀刻的含硅材料组成。适合的含硅材料包括硅单质，含有氮和氧中的一种或两种的材料以及硅，含有硅和过渡金属的材料，含有氮和氧中的一种或两种、硅以及过渡金属的材料。过渡金属的实例为钼、钽和锆。

第三膜为遮光膜或者遮光膜和减反射膜的组合时，该遮光膜和减反射膜优选由含硅材料组成，该含硅材料具有优选至少10at％、更优选地至少30at％和小于100at％、更优选至多95at％的硅含量。该含硅材料具有至少0at％和至多50at％、优选至多40at％、特别地至多20at％的氮含量，当必须调节蚀刻速率时具有优选至少1at％的氮含量。该含硅材料具有至少0at％、和至多60at％、优选至多30at％的氧含量，当必须调节蚀刻速率时具有优选至少1at％的氧含量。该含硅材料具有至少0at％和至多35at％、优选至多20at％的过渡金属含量，如果存在则具有优选至少1at％的过渡金属含量。硅、氧、氮和过渡金属的总含量优选为至少95at％、更优选至少99at％、和特别地100at％。

第二膜为辅助膜并且第三膜为遮光膜或遮光膜和减反射膜的组合时，第二膜具有通常1nm至20nm、优选2nm至10nm的厚度，并且第三膜具有通常20nm至100nm、优选30nm至70nm的厚度。而且与第二膜和第三膜组合的半色调相移膜应优选具有至少2.0、更优选至少2.5、和甚至更优选至少3.0的总光学密度，相对于波长至多200nm的曝光光。

在本发明的半色调相移掩模坯中，可在第三膜上形成单层或多层结构的第四膜。最经常地，与第三膜邻接地设置第四膜。第四膜的实例为在随后的第三膜的图案形成过程中作为硬掩模起作用的辅助膜。第四膜优选由含铬材料组成。

一个示例性实施方案为图5c中所示的半色调相移掩模坯。图5c中以100代表的半色调相移掩模坯包括透明衬底10、在该衬底上形成的半色调相移膜1、在该膜1上形成的第二膜2、在该第二膜2上形成的第三膜3和在该第三膜3上形成的第四膜4。

第三膜为遮光膜或遮光膜和减反射膜的组合时，第四膜可为在随后的第三膜的图案形成过程中作为硬掩模起作用的辅助膜(蚀刻掩模膜)。该辅助膜优选由具有与第三膜不同的蚀刻性质的材料，例如，对于应用于含硅材料的蚀刻的氟干蚀刻具有耐性的材料，特别地可采用含氧的氯化物气体蚀刻的含铬材料组成。适合的含铬材料包括铬单质、氧化铬(cro)、氮化铬(crn)、碳化铬(crc)、氧氮化铬(cron)、氧碳化铬(croc)、氮碳化铬(crnc)、氧氮碳化铬(cronc)和其他铬化合物。

第四膜为辅助膜时，该膜具有至少40at％、优选至少50at％和至多100at％、优选至多99at％、和更优选至多90at％的铬含量。该膜具有至少0at％和至多60at％、优选至多40at％的氧含量，当必须调节蚀刻速率时具有优选至少1at％的氧含量。该膜具有至少0at％和至多50at％、优选至多40at％的氮含量，当必须调节蚀刻速率时具有优选至少1at％的氮含量。该膜具有至少0at％和至多20at％、优选至多10at％的碳含量，当必须调节蚀刻速率时具有优选至少1at％的碳含量。铬、氧、氮和碳的总含量优选为至少95at％、更优选至少99at％、和特别地100at％。

第二膜为辅助膜时，第三膜为遮光膜或遮光膜和减反射膜的组合，并且第四膜为辅助膜；该第二膜具有通常1nm至20nm、优选2nm至10nm的厚度，该第三膜具有通常20nm至100nm、优选30nm至70nm的厚度，并且该第四膜具有通常1nm至30nm、优选2nm至20nm的厚度。而且与第二膜和第三膜组合的半色调相移膜应优选具有至少2.0、更优选至少2.5、和甚至更优选至少3.0的总光学密度，相对于波长至多200nm的曝光光。

可通过反应性溅射来沉积含铬材料的第二膜和第四膜，该反应性溅射使用铬靶或具有添加到其中的氧、氮和碳中的一种或多种的铬靶、和基于稀有气体例如ar、he或ne的溅射气体，取决于待沉积的膜的所需组成，向溅射气体中添加选自含氧气体、含氮气体和含碳气体的气体。

可通过反应性溅射沉积含硅材料的第三膜，该反应性溅射使用硅靶、氮化硅靶、含有硅和氮化硅的靶、过渡金属靶、或者硅/过渡金属复合靶，和基于稀有气体例如ar、he或ne的溅射气体，取决于待沉积的膜的所需组成，向溅射气体中加入选自含氧气体、含氮气体和含碳气体中的气体。

可通过标准技术将半色调相移掩模坯加工成半色调相移掩模。例如，可如下加工仅包含在透明衬底上沉积的半色调相移膜的半色调相移光掩模坯。首先，在半色调相移膜上形成适于电子束(eb)光刻法的抗蚀剂膜，曝光于eb的图案，并且以常规方式显影，形成抗蚀剂图案。将如此获得的抗蚀剂图案用作蚀刻掩模时，进行氟基干蚀刻用于将抗蚀剂图案转印至半色调相移膜，获得半色调相移膜的图案。采用常规手段去除抗蚀剂图案，产生半色调相移掩模。

在另一实例中，可如下将包含半色调相移膜和在其上沉积的含铬材料第二膜的半色调相移掩模坯加工成掩模。首先，在半色调相移掩模坯的第二膜上形成适于eb光刻法的抗蚀剂膜，曝光于eb的图案，并且以常规方式显影，形成抗蚀剂图案。将如此获得的抗蚀剂图案用作蚀刻掩模时，进行含氧的氯基干蚀刻用于将该抗蚀剂图案转印至第二膜，获得第二膜的图案。接下来，将第二膜图案用作蚀刻掩模时，进行氟基干蚀刻用于将该图案转印至半色调相移膜，获得半色调相移膜的图案。如果残留第二膜的任何区域，则在该第二膜上形成用于保护该区域的抗蚀剂图案。此后，通过含氧的氯基干蚀刻去除第二膜的没有采用该抗蚀剂图案保护的部分。采用常规手段去除抗蚀剂图案，产生半色调相移掩模。

在另外的实例中，可如下将包含半色调相移膜、在其上沉积的含铬材料的遮光膜或遮光膜/减反射膜作为第二膜、和在其上沉积的含硅材料的辅助膜作为第三膜的半色调相移掩模坯加工成掩模。首先，在半色调相移光掩模坯的第三膜上形成适于eb光刻法的抗蚀剂膜，曝光于eb的图案，并且以常规方式显影，形成抗蚀剂图案。将如此获得的抗蚀剂图案用作蚀刻掩模时，进行氟基干蚀刻用于将该抗蚀剂图案转印至第三膜，获得第三膜的图案。将如此获得的第三膜图案用作蚀刻掩模时，进行含氧的氯基干蚀刻用于将第三膜图案转印至第二膜，获得第二膜的图案。在此时去除该抗蚀剂图案。进而，将第二膜图案用作蚀刻掩模时，进行氟基干蚀刻用于将第二膜图案转印至半色调相移膜以限定半色调相移膜的图案，并且同时去除第三膜图案。如果残留第二膜的任何区域，则在第二膜上形成用于保护该区域的抗蚀剂图案。此后，通过含氧的氯基干蚀刻去除第二膜的没有被该抗蚀剂图案保护的部分。采用常规手段去除抗蚀剂图案，产生半色调相移掩模。

在又一实例中，可如下将包含半色调相移膜、在其上沉积的含铬材料的辅助膜作为第二膜、和在第二膜上沉积的含硅材料的遮光膜或遮光膜/减反射膜作为第三膜的半色调相移掩模坯加工成掩模。首先，在半色调相移掩模坯的第三膜上形成适于eb光刻法的抗蚀剂膜，曝光于eb的图案，并且以常规方式显影，形成抗蚀剂图案。将如此获得的抗蚀剂图案用作蚀刻掩模时，进行氟基干蚀刻用于将该抗蚀剂图案转印至第三膜，获得第三膜的图案。将如此获得的第三膜图案用作蚀刻掩模时，进行含氧的氯基干蚀刻用于将第三膜图案转印至第二膜，由此获得了第二膜的图案，即，去除第二膜的待去除半色调相移膜的部分。在此时去除抗蚀剂图案。在第三膜上形成用于保护残留的第三膜的部分的抗蚀剂图案。进而，将第二膜图案用作蚀刻掩模时，进行氟基干蚀刻用于将第二膜图案转印至半色调相移膜以限定半色调相移膜的图案，并且同时去除第三膜的没有被抗蚀剂图案保护的部分。采用常规手段去除抗蚀剂图案。最后，进行含氧的氯基干蚀刻以去除第二膜的已去除了第三膜的部分，产生半色调相移掩模。

在又一实例中，可如下将包含半色调相移膜、在其上沉积的含铬材料的辅助膜作为第二膜、在第二膜上沉积的含硅材料的遮光膜或遮光膜/减反射膜作为第三膜、和在第三膜上沉积的含铬材料的辅助膜作为第四膜的半色调相移掩模坯加工成掩模。首先，在半色调相移掩模坯的第四膜上形成适于eb光刻法的抗蚀剂膜，曝光于eb的图案，并且以常规方式显影，形成抗蚀剂图案。将如此获得的抗蚀剂图案用作蚀刻掩模时，进行含氧的氯基干蚀刻用于将该抗蚀剂图案转印至第四膜，获得第四膜的图案。将如此获得的第四膜图案用作蚀刻掩模时，进行氟基干蚀刻用于将第四膜图案转印至第三膜，获得第三膜的图案。在此时去除抗蚀剂图案。在第四膜上形成用于保护要残留的第三膜的部分的抗蚀剂图案。进而，将第三膜图案用作蚀刻掩模时，进行含氧的氯基干蚀刻用于将第三膜图案转印至第二膜，获得第二膜的图案，并且同时去除第四膜的没有被抗蚀剂图案保护的部分。接下来，将第二膜图案用作蚀刻掩模时，进行氟基干蚀刻用于将第二膜图案转印至半色调相移膜以限定半色调相移膜的图案，并且同时去除第三膜的没有被抗蚀剂图案保护的部分。采用常规方式去除抗蚀剂图案。最后，进行含氧的氯基干蚀刻以去除第二膜的已去除了第三膜的部分和第四膜的已去除了抗蚀剂图案的部分，产生半色调相移掩模。

以此方式，由包含半色调相移膜的半色调相移掩模坯，可制备包含透明衬底和半色调相移膜的掩模图案的半色调相移掩模。

用于在可加工的衬底上形成具有至多50nm、通常至多30nm、和更通常至多20nm的半间距的图案的光刻方法中，包括以下步骤:在可加工的衬底上形成光致抗蚀剂膜，和经由图案化掩模将光致抗蚀剂膜曝光于arf准分子激光(193nm)以将图案转印至该光致抗蚀剂膜，本发明的半色调相移掩模最适于用于该曝光步骤。

由掩模坯获得的半色调相移掩模可有利地应用于图案形成工艺，该图案形成工艺包括将光投射至包括半色调相移膜的图案的掩模图案，其用于将该掩模图案转印至可加工的衬底上的物体(光致抗蚀剂膜)。曝光光的照射可为干式曝光或浸没曝光。当通过浸没光刻法将作为可加工的衬底的至少300mm的晶片曝光于光掩模图案时，本发明的半色调相移掩模特别有效，具有在商业规模微制造中积累照射能量剂量在相对短时间内增加的趋势。

实施例

以下给出的实施例用于进一步说明本发明，但是本发明不限于此。

实施例1

在dc磁控溅射系统中，放置了154mm×154mm×6.35mm厚的6025石英衬底，其接收表面保持水平。供给氩气和氮气作为溅射气体。两个具有170mm直径的溅射表面的硅靶用作靶，溅射表面保持水平。沿衬底的旋转轴(在衬底的中心垂直延伸)在水平方向旋转该衬底时，进行反应性溅射。在该衬底上沉积由硅和氮构成的半色调相移膜(sin膜)，产生半色调相移掩模坯。

假设该衬底具有旋转轴并且垂线在每个硅靶的溅射表面的中心处延伸垂直于每个硅靶的溅射表面。该旋转轴和穿过两个硅靶的垂线之间的距离设定为同一的375mm。布置两个硅靶使得从该旋转轴至穿过一个硅靶的垂线延伸的法线和从该旋转轴至穿过另一个硅靶的垂线延伸的法线之间的夹角为144°。溅射气体的流量包括30sccm的氩气和51sccm的氮气。将1710w的电力施加至一个硅靶并且190w的电力施加至另一个硅靶。进行溅射沉积直至膜厚度达到63nm。对于每个硅靶而言，溅射条件相当于过渡模式。

在从膜表面的中心对角延伸95mm的区域上，对如此沉积的半色调相移膜测量相对于arf准分子激光(波长193nm)的相移和透射率，得到176.9°至177.5°、中值为177.2°的相移，0.6°的膜面内相移的最大值和最小值之差，6.08％至6.15％、中值为6.115％的透射率，0.07％的膜面内透射率的最大值和最小值之差。证实了令人满意的相移和透射率的面内均匀性。

通过xps，分析了该膜沿深度方向的组成。sin膜由硅和氮以47:53的原子比组成，相当于具有a值超过1的不饱和的硅化合物的组成。沿深度方向组成恒定。由于沿膜厚度方向恒定的组成，在掩模图案形成过程中蚀刻速率沿膜厚度方向变为恒定，表明掩模图案的截面轮廓是完全竖直的。

对比例1

在dc磁控溅射系统中，放置了154mm×154mm×6.35mm厚的6025石英衬底，其接收表面保持水平。供给氩气和氮气作为溅射气体。一个具有170mm直径的溅射表面的硅靶用作靶，溅射表面保持水平。沿衬底的旋转轴(在衬底的中心垂直延伸)在水平方向旋转该衬底时，进行反应性溅射。在该衬底上沉积由硅和氮构成的半色调相移膜(sin膜)，产生半色调相移掩模坯。

假设该衬底具有旋转轴并且垂线在硅靶溅射表面的中心延伸垂直于硅靶的溅射表面。旋转轴和穿过硅靶的垂线之间的距离设定为375mm。溅射气体的流量包括30sccm的氩气和50sccm的氮气。将1900w的电力施加至硅靶。进行溅射沉积直至膜厚度达到63nm。溅射条件相当于过渡模式。

通过xps，分析了该膜沿深度方向的组成。sin膜由硅和氮以47:53的原子比组成，相当于局部氮化的硅化合物的组成(氮/硅原子比<4/3)。沿深度方向组成恒定。由于沿膜厚度方向恒定的组成，在掩模图案形成过程中蚀刻速率沿膜厚度方向变为恒定，表明掩模图案的截面轮廓是完全竖直的。

在从膜表面的中心对角延伸95mm的区域上，对如此沉积的半色调相移膜测量相对于arf准分子激光(波长193nm)的相移和透射率，得到179.6°至180.6°、中值为180.1°的相移，和1.0°的膜面内相移的最大值和最小值之差，示出了令人满意的相移的面内均匀性。该膜显示了6.74至7.36％、中值为7.05％的透射率，和0.62％的膜面内透射率的最大值和最小值之差，示出了差的透射率的面内均匀性。

对比例2

在dc磁控溅射系统中，放置了154mm×154mm×6.35mm厚的6025石英衬底，其接收表面保持水平。供给氩气和氮气作为溅射气体。一个具有170mm直径的溅射表面的硅靶用作靶，溅射表面保持水平。沿衬底的旋转轴(在衬底的中心垂直延伸)在水平方向旋转该衬底时，进行反应性溅射。在该衬底上沉积由硅和氮构成的半色调相移膜(sin膜)，产生半色调相移掩模坯。

假设该衬底具有旋转轴并且垂线在硅靶溅射表面的中心延伸垂直于硅靶的溅射表面。旋转轴和穿过硅靶的垂线之间的距离设定为375mm。通过供给30sccm的氩气和0sccm的氮气并施加1800w的电力至该硅靶，沉积了10nm厚的si层作为第一层。然后通过供给17sccm的氩气和40sccm的氮气并施加1900w的电力至该硅靶，沉积了62nm厚的sin层作为第二层。沉积了具有72nm总厚度的半色调相移膜。对于第一层而言溅射条件相当于金属模式，对于第二层而言溅射条件相当于反应模式。

在从膜表面的中心对角延伸95mm的区域上，对如此沉积的半色调相移膜测量相对于arf准分子激光(波长193nm)的相移和透射率，得到175.8至177.6°、中值为176.7°的相移，1.8°的膜面内相移的最大值和最小值之差，6.03至6.12％、中值为6.075％的透射率，0.09％的膜面内透射率的最大值和最小值之差，示出了令人满意的相移和透射率的面内均匀性。

通过xps，分析了第二层沿深度方向的组成。sin层由43at％的硅和57at％的氮组成，相当于具有a值为1的饱和硅化合物的组成。沿厚度方向组成在第一层和第二层之间的界面处阶梯式改变。氟基干蚀刻典型地用于这种半色调相移膜的蚀刻。评价了该第一层和第二层的蚀刻速率。当在提供对于第一层(si层)而言0.5nm/秒的蚀刻速率的条件下蚀刻第二层(sin层)时，蚀刻速率为0.65nm/秒。由于蚀刻速率的不同，由具有不同蚀刻速率的至少两层组成的半色调相移膜呈现横向蚀刻的差异，表明掩模图案的截面轮廓的竖直性差。