CN104694901A - 溅射沉积方法、溅射系统、光掩模坯料的制造及光掩模坯料 - Google Patents

溅射沉积方法、溅射系统、光掩模坯料的制造及光掩模坯料 Download PDF

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Abstract

本发明提供了溅射沉积方法、溅射系统、光掩模坯料的制造及光掩模坯料。通过以下方法在衬底上溅射沉积膜：向真空室(3)提供第一和第二靶材(1，2)，使得第一和第二靶材(1，2)的溅射表面(11，21)可面向衬底(5)并且彼此平行或倾斜布置，同时向第一和第二靶材(1，2)供应电能，并且在衬底上沉积溅射颗粒同时控制溅射条件，使得从一个靶材射出的溅射颗粒到达另一个靶材的溅射表面并且沉积在其上的速率不大于通过溅射从该另一个靶材移除该溅射颗粒的速率。

Description

溅射沉积方法、溅射系统、光掩模坯料的制造及光掩模坯料
技术领域
本发明涉及使用同时溅射两个或更多个靶材的共沉积技术的溅射沉积方法，适用于该溅射沉积方法的溅射系统，使用该溅射沉积方法或溅射系统制造具有在透明衬底上沉积的功能膜的光掩模坯料的方法，以及使用该溅射沉积方法或溅射系统制造的光掩模坯料。
背景技术
在半导体技术领域中，对于进一步减小图案特征尺寸，研究和开发努力在继续。对较高集成的大规模集成电路的挑战对于电路图案的微型化提出日益增加的需求。对于构造电路的布线图案尺寸的进一步缩小和用于构造槽的层间连接的接触孔图案的微型化存在日益增加的需求。因此，在用于形成这样的布线图案和接触孔图案的光刻法的包含图案的光掩模的制造中，需要能够精确地写入较精细的电路图案的技术以满足微型化需求。
当通过光刻法在半导体衬底上形成图案时，经常使用缩小投影(reduction projection)。因而光掩模包含图案，其具有的尺寸为在半导体衬底上形成的图案尺寸的约4倍。然而，这并不意味着与在半导体衬底上形成的图案相比，对于在光掩模上形成的图案所需要的精度放松。相当需要在光掩模上形成的充当原型的图案具有比在曝光后形成的实际图案高的精度。
此外，在目前盛行的光刻法中，待写入的电路图案具有的特征尺寸远小于所使用的光的波长。如果提供的光掩模具有的图案仅为半导体衬底上的电路图案尺寸的4倍放大，那么归因于影响例如在曝光期间的光学干涉，没有将对应于光掩模图案的所需形状传递到抗蚀剂膜。
为了减小如光学干涉这样的影响，在一些情况下，必须将光掩模图案设计成比实际图案更加复杂的形状。例如，通过将光学邻近校正(OPC)应用于实际的电路图案来设计这样的形状。
与电路图案尺寸的微型化联合，用于获得光掩模图案的光刻法技术还需要较高精度的加工方法。光刻性能有时由最大分辨率表示。如上所述，需要在光掩模上形成的充当原型的图案具有比在曝光后形成的实际图案高的精度。
通常由在透明衬底上具有光屏蔽膜的光掩模坯料通过在该坯料上涂覆抗蚀剂膜和使用电子束写入图案(即曝光)来形成光掩模图案。使曝光的抗蚀剂膜显影以形成抗蚀剂图案。采用制作了所得的抗蚀剂图案的刻蚀掩模，随后将光屏蔽膜刻蚀成光屏蔽膜图案。该光屏蔽膜图案变成光掩模图案。
在这一点上，必须与光屏蔽图案的微型化程度一致地减小抗蚀剂膜的厚度。在形成精细光屏蔽膜图案同时保持抗蚀剂膜的厚度不变的尝试中，称作纵横比的抗蚀剂膜厚度与光屏蔽图案尺寸的比例变得较大。因此，抗蚀剂图案轮廓劣化，防止了有效的图案传递。在一些情况下，抗蚀剂膜将塌陷或剥离。
作为在透明衬底上形成的光屏蔽膜的材料，至今已提出了许多材料。实际上，由于铬化合物的刻蚀行为是公知的，因而使用它们。铬基材料膜的干法刻蚀通常为氯基干法刻蚀。然而，氯基干法刻蚀通常相对于有机膜具有一定水平的刻蚀能力。出于这个原因，当在薄抗蚀剂膜中形成图案并且采用制作了抗蚀剂图案的刻蚀掩模刻蚀光屏蔽膜时，还可通过氯基干法刻蚀将抗蚀剂图案刻蚀至不可忽略的程度。因此，待传递到光屏蔽膜的所需抗蚀剂图案没有得到精确地传递。
为了避免这样的不便，需要具有较大耐刻蚀性的抗蚀剂材料，但是这在本领域尚为未知的。出于这个原因，需要具有高加工精度的光屏蔽膜材料以便形成具有高分辨率的光屏蔽膜图案。关于具有比现有技术材料高的加工精度的光屏蔽膜材料，报道了尝试将一定量的轻元素纳入铬化合物中以加快光屏蔽膜的刻蚀速率。
例如，专利文件1公开了一种材料，其基于铬(Cr)和氮(N)并且在X射线衍射法上表现出基本上归于CrN(200)的衍射峰。当通过氯基干法刻蚀加工由这种材料制得的光屏蔽膜时，增加了干法刻蚀速率，并且减少了在干法刻蚀期间抗蚀剂膜的膜厚度损失。
专利文件2公开了一种具有光屏蔽膜的光掩模坯料，该光屏蔽膜具有铬基化合物组成，与现有技术膜相比将该组成改变成富含轻元素、低铬的组成。即，适当地设计该组成、膜厚度和层合结构，从而获得所需的透射率T和反射率R，同时加快干法刻蚀。
当使用基于铬基化合物和具有向其添加的轻元素的光屏蔽膜材料时，必须设计光屏蔽膜，使得不仅改进其刻蚀速率，而且还确保了必要的光学性质，因为其为光学膜。这对膜设计的自由度施加了限制。此外，当使用具有向其添加轻元素的铬基化合物作为硬掩模膜时而不是作为光屏蔽膜时(硬掩模膜用于光屏蔽膜的加工)，确保必要功能的可用轻元素的范围受到适当地(duely)限制。在这种情况下膜设计的自由度也受到限制。
引文列表：
专利文件1：WO 2007/074806
专利文件2：JP-A 2007-033470
专利文件3：JP-A H07-140635
专利文件4：JP-A 2007-241060
专利文件5：JP-A 2007-241065(US 20070212619)
专利文件6：JP-A 2011-149093
发明内容
以加快光掩模坯料中功能膜(通常为光屏蔽膜)的刻蚀速率同时保持必要的物理性质(包括光学性质)为目的，本发明人研究了一种铬基材料的功能膜，该铬基材料包含具有不高于400℃的熔点的金属元素。
在光掩模坯料的制造中，通常的做法是通过溅射来沉积功能膜，通常为光屏蔽膜。当通过溅射来沉积包含具有不高于400℃的熔点的金属元素的铬基材料的功能膜时，例如可使用以下方法：
(1)使用单一靶材的溅射方法，通过烧结铬或铬化合物与具有不高于400℃的熔点的金属元素的混合物制备该靶材。
(2)使用单一复合物靶材的溅射方法，其中将铬和具有不高于400℃的熔点的金属元素设置在单一底板中，使得这些不同的金属的面积比可在深度方向上保持不变，和
(3)共溅射方法，其使用铬或铬化合物的靶材和具有不高于400℃的熔点的金属元素的靶材。
在这些溅射方法中，方法(1)经受靶材制备在技术上是困难的问题。当将粒状铬或铬化合物与一定量的具有不高于400℃的熔点的粒状金属元素混合并烧结时，烧结温度必须低于该金属元素的熔点(≤400℃)，因为在超过该金属元素的熔点的温度下该金属元素颗粒被熔融成液相。这样的低烧结温度可导致不充分的烧结密度或不均匀的组成分布。
采用方法(2)，可制备靶材本身。然而，对于每一种所需的功能膜组成必须制备靶材，因为铬与具有不高于400℃的熔点的金属元素的组成比是固定的。方法(2)不能灵活地适应任何组成变化以满足膜设计的变化。此外，方法(2)难以沉积组成渐变的膜，在该膜中铬与具有不高于400℃的熔点的金属元素的组成比在厚度方向上连续变化。
相比之下，共溅射方法(3)可灵活地适应任何组成变化并且提供高自由度的膜设计，因为铬和具有不高于400℃的熔点的金属元素是从单独的靶材即铬或铬化合物的靶材和具有不高于400℃的熔点的金属元素的靶材可获得的，它们经受共溅射。还可以沉积组成渐变的膜，在该膜中铬与具有不高于400℃的熔点的金属元素的组成比在厚度方向上连续变化。然而，在通过共溅射的膜沉积中，具有不高于400℃的熔点的金属元素的靶材的初始放电行为是不稳定的，这使预溅射成为必要直至放电行为变得稳定。即使在放电行为变得稳定之后，具有不高于400℃的熔点的金属元素的靶材也具有高的异常放电可能性，这引起对功能膜的损坏。
与使用两个或更多个靶材的共溅射方法联合，例如具有高于400℃的熔点的金属或类金属元素的靶材(含高熔点元素的靶材)，例如铬钯或铬化合物钯，和具有不高于400℃的熔点的金属元素的靶材(含低熔点元素的靶材)，本发明的目的是提供能够维持稳定共溅射的溅射沉积方法和溅射系统；使用该溅射沉积方法或溅射系统制造光掩模坯料的方法；和使用该溅射沉积方法或溅射系统制造的光掩模坯料。
在通过同时使多个靶材经受放电来沉积膜的共溅射方法中，认为从一个靶材射出的溅射颗粒落在另一个靶材上是不重要的问题，因为一旦落下，溅射颗粒就通过该另一个靶材的溅射被移除。然而，在该另一个靶材的材料的溅射速率远低于落下的溅射颗粒的材料的溅射速率时，问题随着溅射过程而产生，即溅射颗粒积累而形成涂层，使该另一个靶材的溅射速率减慢，源自于溅射沉积的膜的组成改变，并且沉积速率明显改变。因而变得非常难以控制溅射沉积膜的组成。在一些情况下，靶材的溅射表面变得明显不规则，这引起异常放电。因此，溅射表面可变成粉尘产生的来源。
此外，如果沉积在该另一个靶材的溅射表面上的涂层为绝缘膜，那么接收该绝缘膜的部分经历电荷累积，这引起异常放电。在绝缘膜部分中溅射速率极度降低。这种现象特别是在DC溅射中变得突出并且在使用反应性气体如氧或氮作为溅射气体的反应溅射中是可能的。特别地，使用氧作为反应性气体的溅射具有形成绝缘膜的强烈可能性。
做了大量的研究来解决上述问题，本发明人发现所形成的膜的品质在通过共溅射的膜沉积过程中是不一致的，因为在共溅射期间来自多个靶材的溅射颗粒引起对各靶材的溅射表面的相互污染或改性，由此改变了溅射表面的状态。特别是当向各靶材提供的功率具有偏差时，接收较低功率供应的靶材更易于受从接收较高功率供应的靶材飞来的溅射颗粒污染或改性溅射表面。当由于从一个靶材飞来的溅射颗粒沉积在另一个靶材的溅射表面上而形成的涂层的导电性低于该另一个靶材自身的导电性时，或者当该涂层的材料的溅射速率低于该另一个靶材的材料的溅射速率时，发生溅射表面的污染或改性，从而干扰稳定的溅射过程。
对于其表面状态改变的靶材，例如可通过在完全惰性气体例如Ar的气氛中溅射该靶材来移除其溅射表面上的污染物或改性部分。然而，由于污染物极度减慢了溅射速率，溅射表面上的污染物或改性部分的移除是不容易的。即使通过上述方法周期性地进行污染物或改性部分的移除以便继续共溅射，在整个靶材的溅射表面上方仅暴露构成靶材的材料以维持稳定和均匀的溅射也是不容易的。一旦改变了靶材的溅射表面的状态，就难以通过上述方法完全清洁该溅射表面。存在对于基本上抑制溅射表面的污染或改性的手段的需求。
在本文中，将具有高于400℃的熔点的金属或类金属元素的靶材例如铬钯或铬化合物钯称作“含高熔点元素的靶材”，并且将具有不高于400℃的熔点的金属元素的靶材称作“含低熔点元素的靶材”。如果来自含低熔点元素的靶材的溅射颗粒飞行并且落到含高熔点元素的靶材的溅射表面上，那么来自含低熔点元素的靶材的溅射颗粒不可能在含高熔点元素的靶材的溅射表面上沉积或积累(即不可能形成涂层)，因为来自含低熔点元素的靶材的溅射颗粒的材料的溅射速率高于含高熔点元素的靶材的材料的溅射速率。因而认为含高熔点元素的靶材的放电从开始变得稳定。
另一方面，含低熔点元素的靶材的初始放电行为是不稳定的，因为来自含高熔点元素的靶材的溅射颗粒的材料的溅射速率低于含低熔点元素的靶材的材料的溅射速率。因而，来自含高熔点元素的靶材的溅射颗粒可能在含低熔点元素的靶材的溅射表面上积累而形成涂层。出于这个原因，放电行为不会变得稳定直至使该涂层的形成与含高熔点元素的靶材的溅射平衡。含低熔点元素的靶材上的该涂层触发感应异常放电。
关于使用两个或更多个靶材的共溅射方法，例如第一靶材和不同于第一靶材的第二靶材，本发明人发现通过向共用真空室提供第一和第二靶材，使得待溅射的第一和第二靶材的表面可面向待涂覆的衬底并且彼此平行或倾斜布置，同时向第一和第二靶材供应电能，并且在衬底上沉积溅射颗粒同时控制第一和第二靶材的溅射条件，使得从一个靶材射出的溅射颗粒到达另一个靶材的溅射表面并且沉积在其上的速率不大于通过其溅射从该另一个靶材移除该溅射颗粒的速率，可保持稳定的共溅射同时抑制溅射表面免受污染或改性。当相对于第一和第二靶材设置用于永久分隔第一和第二靶材的溅射表面之间限定的空间的阻挡体部件从而防止从一个靶材射出的溅射颗粒到达另一个靶材的溅射表面时，获得了较好的结果。这确保了具有最小化缺陷的功能膜的形成，并且因此确保了满足电路图案的微型化需要的品质的光掩模坯料的制造。
因此，在第一方面，本发明提供了用于在衬底上溅射沉积膜的方法，其包括以下步骤：
向真空室提供第一和第二靶材，使得待溅射的第一和第二靶材的表面可面向待涂覆的衬底并且彼此平行或倾斜布置，
同时向第一和第二靶材提供电能，和
在该衬底上沉积溅射颗粒，同时控制第一和第二靶材的溅射条件，使得从一个靶材射出的溅射颗粒到达另一个靶材的溅射表面并且沉积在其上的速率不大于通过其溅射从该另一个靶材移除该溅射颗粒的速率。
在一个优选的实施方案中，对于第一和第二靶材中的一种或两种，在另一个靶材的溅射表面上沉积的溅射颗粒的电阻率高于该另一个靶材的电阻率，或者构成该另一个靶材的溅射表面上沉积的溅射颗粒的材料的溅射速率低于构成该另一个靶材的材料的溅射速率。
在一个优选的实施方案中，相对于第一和第二靶材设置用于永久分隔第一和第二靶材的溅射表面之间限定的空间的阻挡体部件从而防止从一个靶材射出的溅射颗粒到达另一个靶材的溅射表面。优选将该阻挡体部件设置在一个区域中，在该区域中它与连接第一靶材的溅射表面上的任何任意点与第二靶材的溅射表面上的任何任意点的所有直线相交。更优选地，将该阻挡体部件固定在真空室内不动。该阻挡体部件通常由导电材料制得并且是电接地的。
在一个优选的实施方案中，第一和第二靶材是具有不同成分元素的靶材、具有相同成分元素的不同组成的靶材、或具有不同溅射速率的靶材。在一个更优选的实施方案中，使用包含具有不高于400℃的熔点的金属的材料的含低熔点元素的靶材与包含具有高于400℃的熔点的金属或类金属的材料的含高熔点元素的靶材的组合作为第一和第二靶材。更通常地，具有高于400℃的熔点的金属或类金属是铬，并且具有不高于400℃的熔点的金属是锡。
在一个优选的实施方案中，溅射是使用反应性气体作为溅射气体的反应溅射。优选地，反应性气体包含含氧气体。
在第二方面，本发明提供了包含真空室的溅射系统，其中设置待涂覆的衬底；在真空室中设置的第一和第二靶材，使得待溅射的第一和第二靶材的表面可面向衬底并且彼此倾斜；和相对于第一和第二靶材设置的用于永久分隔第一和第二靶材的溅射表面之间限定的空间的阻挡体部件从而防止从一个靶材射出的溅射颗粒到达另一个靶材的溅射表面。
在一个优选的实施方案中，将该阻挡体部件设置在一个区域中，在该区域中它与连接第一靶材的溅射表面上的任何任意点与第二靶材的溅射表面上的任何任意点的所有直线相交。更优选地，将该阻挡体部件固定在真空室内不动。该阻挡体部件通常由导电材料制得并且是电接地的。
在第三方面，本发明提供了用于制造光掩模坯料的方法，其包括使用上述的溅射沉积方法在透明衬底上沉积功能膜的步骤。
在第四方面，本发明提供了用于制造具有在石英衬底上沉积的至少一种功能膜的光掩模坯料的方法，其包括以下步骤：
供给上述的溅射系统，
向该溅射系统提供包含具有不高于400℃的熔点的金属的材料的靶材和包含具有高于400℃的熔点的金属或类金属的材料的另一个靶材，
同时向两个靶材提供电能，和
在石英衬底上溅射沉积功能膜，该功能膜包含具有不高于400℃的熔点的金属和具有高于400℃的熔点的金属或类金属。
在第五方面，本发明提供了具有在石英衬底上沉积的至少一种功能膜的光掩模坯料，其中该功能膜包含具有不高于400℃的熔点的金属和具有高于400℃的熔点的金属或类金属，并且该功能膜通过如下方法形成：使用上述的溅射系统，向该溅射系统提供包含具有不高于400℃的熔点的金属的材料的靶材和包含具有高于400℃的熔点的金属或类金属的材料的另一个靶材，并且同时向两个靶材提供电能用于实现溅射沉积。
本文中还考虑了通过该方法制备的光掩模坯料。
本发明的有益效果
在通过使用两个或更多个靶材并且适应容易地符合膜组成的任何变化的共溅射方法的膜沉积中，可通过具有稳定放电同时抑制靶材的溅射表面的相互污染或改性的溅射来沉积膜。可一致地制造具有基本上不含缺陷的功能膜的品质的光掩模坯料。
附图说明
图1是本发明的一个实施方案中的溅射系统的示意性横截面视图。
图2是本发明的另一个实施方案中的溅射系统的示意性横截面视图。
图3是显示实施例1和2以及对比例1－3中电流对功率的图表。
图4是显示实施例1和2以及对比例1－3中室压力对靶材功率的图表。
图5是对比例中的现有技术溅射系统的示意性横截面视图。
在本公开中，贯穿附图显示的几个视图中相似的附图标记表示相似或对应的部件。
具体实施方式
如本文中使用的，术语“第一”、“第二”等不代表任何顺序或重要性，而是用于区别一种元件与另一种元件。术语“导电的”和“绝缘的”是电传导和电绝缘的。
本发明的一个实施方案是用于在衬底上溅射沉积膜的方法。其为共溅射方法，包括以下步骤：向共用真空室提供第一和第二靶材，使得第一和第二靶材的溅射表面可面向待涂覆的衬底并且彼此平行或倾斜布置，并且同时向第一和第二靶材供应电能。如本文中使用的，术语“溅射表面”是指在溅射期间由其射出颗粒的靶材表面。
第一和第二靶材不限于两种物质的靶材。当使用三种或更多种物质的靶材时，任何两种物质的靶材可作为第一和第二靶材。当使用三种或更多种物质的靶材时，存在两种物质的靶材的多种组合。根据本发明的第一和第二靶材的关系适用于至少一种组合就足够了，优选所有组合。对于每种物质的靶材数目不限于一个，并且可使用相同物质的多个靶材。第一和第二靶材的溅射表面彼此平行或倾斜布置。溅射表面之间包括的角度通常为60°－180°，优选90°－170°。
在本发明的溅射沉积方法中，溅射第一和第二靶材同时控制溅射条件，使得从一个靶材射出的溅射颗粒到达另一个靶材的溅射表面并且沉积在其上的速率不大于当溅射该另一个靶材时从其移除该另一个靶材的溅射表面上沉积的溅射颗粒的速率，由此在衬底上沉积该溅射颗粒以在其上形成涂层。这种控制方式确保了即使当从一个靶材射出的溅射颗粒到达另一个靶材的溅射表面并且沉积在其上时，随着溅射该另一个靶材从其连续地移除该另一个靶材上沉积的溅射颗粒。维持了稳定的共溅射，同时抑制了溅射表面的污染或改性。
作为在共溅射方法期间控制溅射颗粒的沉积速率不高于溅射颗粒的移除速率的有效手段，相对于第一和第二靶材设置用于永久分隔第一和第二靶材的溅射表面之间限定的空间的阻挡体部件从而防止从一个靶材射出的溅射颗粒到达另一个靶材的溅射表面。这抑制了从一个靶材射出的溅射颗粒到达该另一个靶材的溅射表面并沉积在其上。因而甚至是该在另一个靶材的溅射表面上沉积的溅射颗粒的电阻率高于该另一个靶材的电阻率、或是构成该另一个靶材的溅射表面上沉积的溅射颗粒的材料的溅射速率低于构成该另一个靶材的材料的溅射速率的情况下，即在现有技术共沉积方法中具有困难下移除另一个靶材的溅射表面上沉积的溅射颗粒或由于在其上积累的溅射颗粒而形成的涂层的条件下，在共溅射方法期间溅射颗粒的沉积速率保持不高于溅射颗粒的移除速率。
优选地，布置该阻挡体部件从而与连接第一靶材的溅射表面上的任何任意点和第二靶材的溅射表面上的任何任意点的所有直线相交。采用这种布置，从一个靶材的溅射表面射出并且笔直向另一个靶材表面移动的溅射颗粒肯定受到阻挡体部件阻挡。尽管将阻挡体部件仅布置在其中阻挡体部件与连接第一靶材的溅射表面上的任何任意点和第二靶材的溅射表面上的任何任意点的所有直线相交的区域中就足够了，但是还可将阻挡体部件延伸超过其中阻挡体部件与连接第一靶材的溅射表面上的任何任意点和第二靶材的溅射表面上的任何任意点的所有直线相交的区域，这取决于溅射沉积条件，特别是溅射压力，这是因为随着在溅射期间真空室内的压力变得较高，溅射颗粒的平均自由程变得较短，并且来自一个靶材的溅射颗粒绕过阻挡体部件并且到达另一个靶材的溅射表面的可能性变得较高。
设置该阻挡体部件来永久分隔第一和第二靶材的溅射表面之间限定的空间。优选地，将该阻挡体部件固定在真空室中不动，因为如果它具有任何移动的部分那么粉尘产生量增加。
阻挡体部件优选由导电材料形成。此外优选地它是电接地的。尽管可保持该阻挡体部件为电浮动或非接地的，但是优选将该阻挡体部件与溅射系统的接地部分(例如接地的真空室或接地的真空室阻挡体)电连接，由此用于防止阻挡体部件上的任何电荷累积。
从靶材射出的溅射颗粒撞击阻挡体部件。如果该阻挡体部件包括其中溅射颗粒撞击的成角度的部分，那么随着溅射颗粒沉积和积累在阻挡体部件上而形成涂层，并且这样的涂层易于脱落。由于从涂层脱落的片段引起溅射膜的缺陷，优选地该阻挡体部件不包括其中溅射颗粒撞击的任何成角度或尖锐的部分。特别地，当阻挡体部件的角或末端成锥形或圆形时获得了较好的结果。
参考图1，说明了一种溅射系统，其适用于本发明的溅射沉积方法的实施。图1的溅射系统是DC溅射系统，其包含设置在共用真空室3中的第一靶材1和第二靶材2。在室3中设置待涂覆(即经受溅射沉积)的衬底5。第一靶材1具有待溅射的内表面11并且第二靶材2具有待溅射的内表面21。布置第一和第二靶材1和2，使得它们的溅射表面11和21可面向衬底5。还布置第一和第二靶材1和2使得它们的溅射表面11和21可面向内部并且彼此倾斜。衬底5位于支架6上，支架6适合于旋转，使得衬底5的接收溅射膜的表面可围绕轴转动。
在该溅射系统的真空室3中还设置了阻挡体部件4，用于永久地分隔第一和第二靶材1和2的溅射表面11和21之间限定的空间。阻挡体部件4是包括朝向下端逐渐变细的下部的板。阻挡体部件4的下端横截面为圆形。将阻挡体部件4固定在真空室3内不动。防护物7还沿着真空室3的内壁延伸。真空室防护物7是电接地的，而阻挡体部件4与防护物7连接并且因此通过防护物7电接地。在图1中还说明了溅射气体入口31、排气口32、和DC电源8。
将阻挡体部件4设置在其中它与连接第一靶材1的溅射表面11上的任何任意点和第二靶材2的溅射表面21上的任何任意点的所有直线相交的区域中。在本文中，例如参考第一靶材1的侧部。根据余弦定理在随机方向上射出溅射颗粒。由图1中的虚线箭头描绘从第一靶材1的溅射表面11的周向边缘射出的溅射颗粒的上限位置。从第一靶材1的溅射表面11的周向边缘射出并且笔直朝向第二靶材2的溅射表面21移动的那些溅射颗粒，不论它们来自顶侧(较接近第二靶材)还是底侧(远离第二靶材)，都受到阻挡体部件4阻挡，这表明它们不能到达第二靶材2的溅射表面21。对于第二靶材2的侧部也是如此。
图2说明了另一种溅射系统，其也适合于实施本发明的溅射沉积方法。在图2的溅射系统中，布置用于永久分隔第一和第二靶材1和2的溅射表面11和21之间限定的空间的圆柱形阻挡体部件41和42，以分别包围第一和第二靶材1和2的溅射表面11和21。阻挡体部件41和42每个包括朝向下端逐渐减小的下部。阻挡体部件的下端横截面是圆形。将阻挡体部件41和42固定在真空室3中不动。将阻挡体部件41和42与真空室防护物7连接并且因此通过防护物7电接地。显著地，图2的溅射系统与图1的相同，不同之处在于阻挡体部件是不同的，其中相似的标记表示相似的部件。
将阻挡体部件41和42每个布置在其中它与连接第一靶材1的溅射表面11上的任何任意点和第二靶材2的溅射表面21上的任何任意点的所有直线相交的区域中。在本文中，例如参考第一靶材1的侧部。根据余弦定理在随机方向上射出溅射的颗粒。由图2中的虚线箭头描绘从第一靶材1的溅射表面11的周向边缘射出的溅射颗粒的上限位置。从第一靶材1的溅射表面11的周向边缘射出并且笔直朝向第二靶材2的溅射表面21移动的那些溅射颗粒，不论它们来自顶侧(较接近第二靶材)还是底侧(远离第二靶材)，都受到阻挡体部件41阻挡，这表明它们不能到达第二靶材2的溅射表面21。对于第二靶材2的侧部也是如此，因为从第二靶材2射出的那些溅射颗粒在它们到达第一靶材1的溅射表面11之前被阻挡体部件42阻挡。
在图1和2的任一种系统中，对于第一和第二靶材作出配置例如以防止从一个靶材射出的溅射颗粒到达另一个靶材的溅射表面，即防止从第一靶材1射出的溅射颗粒到达第二靶材2的溅射表面21并且防止从第二靶材2射出的溅射颗粒到达第一靶材1的溅射表面11。
将阻挡体部件配置为板(图1)和圆柱体(图2)，但其不限于此。虽然图1和2说明了示例性的DC溅射系统，但是本发明的溅射沉积方法可为RF溅射方法并且本发明的溅射系统可为RF溅射系统。本发明在DC溅射沉积方法例如DC磁控溅射沉积和脉冲DC溅射沉积方法中以及在DC溅射系统例如DC磁控溅射和脉冲DC溅射系统中是同等有效的。
当第一和第二靶材的组合即不同物质的第一靶材和第二靶材的组合是不同成分元素或相同成分元素的不同组成的靶材的组合时，本发明是有效的。当第一和第二靶材的组合是具有不同溅射速率的靶材的组合时，本发明也是有效的。这是因为由不同物质的第一和第二靶材的组合的共溅射倾向于导致从一个靶材射出的溅射颗粒沉积在另一个靶材的溅射表面上以在其上形成涂层的现象。
因此，当第一和第二靶材的组合是包含具有不高于400℃的熔点的金属元素的含低熔点元素的靶材(特别是由具有不高于400℃的熔点的材料形成的靶材，并且更特别是由具有不高于400℃的熔点的金属形成的靶材)和具有高于400℃的熔点的金属或类金属的含高熔点元素的靶材(特别是由具有高于400℃的熔点的材料形成的靶材，并且更特别是由具有高于400℃的熔点的金属或类金属形成的靶材)的组合时，本发明是有效的。
含低熔点元素的靶材的实例包括由包含具有不高于400℃的熔点的金属(称作低熔点金属)的材料制得的靶材，例如In、Sn或Ga。含低熔点元素的靶材优选具有不高于400℃的熔点。特别地，In靶、Sn靶和Ga靶是有用的。含高熔点元素的靶材的实例包括由包含具有高于400℃的熔点的金属或类金属(称作高熔点金属)的材料制得的靶材，例如Al、Ti、Cr、Ni、Mo、Au或Si。含高熔点元素的靶材优选具有高于400℃的熔点。特别地，Al靶、Ti靶、Cr靶、Ni靶、Mo靶、Au靶、Si靶和MoSi靶是有用的。尤其是低熔点金属优选为In或Sn，Sn为最优选的，并且高熔点金属优选为Cr、Mo、或Si，Cr为最优选的。
尽管本发明的溅射沉积方法和溅射系统可用于仅使用惰性气体例如Ar、Ne或Kr的沉积中，但是它们在包含反应性气体例如含氧气体、含氮气体或含碳气体(例如O2气体、O3气体、N2气体、N2O气体、NO气体、NO2气体、CO气体或CO2气体)的气氛，或者包含反应性气体和惰性气体两者的气氛中的反应溅射是更加有效的。特别是当该气氛包含含氧气体作为反应性气体时，本发明变得有利，因为在靶材的溅射表面上沉积的溅射颗粒变成氧化物颗粒，其在大多数情况下为绝缘的。
本发明的溅射沉积方法和溅射系统适合作为用于在光掩模坯料的制造中沉积功能膜的方法，该光掩模坯料包含透明衬底例如石英衬底和在其上堆叠的至少一种功能膜。在透明衬底上形成的功能膜的实例包括光屏蔽膜、减反射膜、相移膜、刻蚀掩模膜、和刻蚀截止膜，特别是具有预定光学性质的光学膜例如光屏蔽膜、减反射膜、或相移膜。本发明的溅射沉积方法和溅射系统适用于沉积任何这些功能膜，特别是光学膜，并且尤其是光屏蔽膜。使用本发明的溅射沉积方法和溅射系统，可沉积基本上不含缺陷的功能膜，并且因此可制造符合电路图案的微型化的品质的光掩模坯料。
与其金属或类金属组分由具有高于400℃的熔点的高熔点金属构成的功能膜相比，预期包含具有高于400℃的熔点的高熔点金属和一定量的具有不高于400℃的熔点的低熔点金属的功能膜在刻蚀速率方面给以改进。使用本发明的溅射沉积方法和溅射系统，可通过稳定的共溅射来沉积包含高熔点金属和低熔点金属两者的功能膜，同时使溅射系统中的粉尘产生最小化。
从加快光掩模坯料中功能膜的刻蚀速率的角度来看，第一和第二靶材的优选组合为包含In和Sn中的至少一种的材料的含低熔点元素的靶材和包含选自Cr、Mo和Si的金属或类金属的材料(特别是包含Cr的材料)的含高熔点元素的靶材的组合。特别地，优选In靶与Cr靶的组合和Sn靶与Cr靶的组合。
实施例
下面通过说明而不是通过限制的方式给出实施例和对比例。
实施例1和2
配备如图1所示的DC磁控溅射系统，Sn靶作为第一靶材，Cr靶作为第二靶材，Ar惰性气体以及N2和O2反应性气体作为溅射气体。使用150mm高乘500mm宽的导电板作为靶材之间的阻挡体部件并且使其与连接两个靶材的溅射表面中心的线段的垂直平分线对准。将该阻挡体部件布置在其中它与连接Sn靶的溅射表面上的任何任意点和Cr靶上的溅射表面上的任何任意点的所有直线相交的区域中。所使用的衬底为用于光掩模的6025石英衬底，在该衬底上沉积CrSnON膜。
关于放电，功率是恒定的，每个靶材的电流和电压值取决于溅射环境而改变。将Cr靶的功率固定在1,000W，并且Sn靶的功率为350W(实施例1)或900W(实施例2)。在当膜沉积变得稳定或假设稳态的时间，评估了Sn靶上的电流值(电压值)和真空室的真空。在图3和4中绘制了结果。
对比例1－3
如实施例1，在石英衬底上沉积CrSnON膜，不同之处在于使用如图5说明的不含阻挡体的溅射系统，并且Sn靶的功率为350W(对比例1)、550W(对比例2)或900W(对比例3)。评估了Sn靶上的电流值(电压值)和真空室的真空。在图3和4中绘制了结果。显著地，图5的溅射系统与图1中的相同，不同之处在于省略了阻挡体部件，其中相似的标记表示相似的部件。
实施例1和2与对比例1－3的对比显示了在使用阻挡体部件的实施例中比在省略阻挡体部件的对比例中更高的电流值(即更低的电压值)是可获得的。在使用阻挡体部件的实施例中真空室的压力降低，因为消耗了更多的反应性气体。因此认为在使用阻挡体部件的实施例中比在省略阻挡体部件的对比例中释放了更富集的溅射颗粒。从这些结果来看，当在靶材之间插入阻挡体部件时，可抑制由靶材的溅射表面的污染或改性的影响引起的靶材上的电压升高，即可抑制异常放电的发生。因此，形成了基本上无缺陷的膜。
在实施例1和对比例1之间对比了沉积速率和膜组成。如从实施例1和对比例1之间的对比看到的，当溅射沉积持续相同的时间(250秒)时，在省略了阻挡体部件的对比例1中沉积了34nm厚的膜，并且在具有阻挡体部件的实施例1中沉积了53nm厚的膜，这表明实施例1中的沉积速率提高到对比例1的1.5倍。通过X射线光电子能谱(XPS)分析了如此沉积的膜的组成。如从XPS的结果看到的，没有阻挡体部件而沉积的对比例1的膜具有0.32的Sn/Cr原子比，而使用阻挡体部件沉积的实施例1的膜具有0.49的Sn/Cr原子比，这表明Sn相对于Cr的增加。因此认为，通过插入阻挡体部件增加了锡含量，因为抑制了靶材溅射效率的降低并且保持了对于沉积溅射颗粒的影响为敏感的Sn靶的溅射速率。

Claims (20)

1.用于在衬底上溅射沉积膜的方法，其包括以下步骤：
向真空室提供第一和第二靶材，使得待溅射的第一和第二靶材的表面可面向待涂覆的衬底并且彼此平行或倾斜布置，
同时向第一和第二靶材提供电能，和
在该衬底上沉积溅射颗粒同时控制第一和第二靶材的溅射条件，使得从一个靶材射出的溅射颗粒到达另一个靶材的溅射表面并且沉积在其上的速率不大于通过其溅射从该另一个靶材移除该溅射颗粒的速率。
2.权利要求1的方法，其中对于第一和第二靶材中的一种或两种，在该另一个靶材的溅射表面上沉积的溅射颗粒的电阻率高于该另一个靶材的电阻率，或者构成在该另一个靶材的溅射表面上沉积的溅射颗粒的材料的溅射速率低于构成该另一个靶材的材料的溅射速率。
3.权利要求1的方法，其中相对于第一和第二靶材设置用于永久分隔第一和第二靶材的溅射表面之间限定的空间的阻挡体部件从而防止从一个靶材射出的溅射颗粒到达该另一个靶材的溅射表面。
4.权利要求3的方法，其中将该阻挡体部件设置在一个区域中，在该区域中它与连接第一靶材的溅射表面上的任何任意点和第二靶材的溅射表面上的任何任意点的所有直线相交。
5.权利要求3的方法，其中将该阻挡体部件固定在真空室中不动。
6.权利要求3的方法，其中该阻挡体部件由导电材料制得并且是电接地的。
7.权利要求1的方法，其中第一和第二靶材是具有不同成分元素的靶材、具有相同成分元素的不同组成的靶材、或具有不同溅射速率的靶材。
8.权利要求1的方法，其中使用包含具有不高于400℃的熔点的金属的材料的含低熔点元素的靶材与包含具有高于400℃的熔点的金属或类金属的材料的含高熔点元素的靶材的组合作为第一和第二靶材。
9.权利要求8的方法，其中具有高于400℃的熔点的金属或类金属是铬。
10.权利要求8的方法，其中具有不高于400℃的熔点的金属是锡。
11.权利要求1的方法，其中溅射是使用反应性气体作为溅射气体的反应溅射。
12.权利要求11的方法，其中反应性气体包含含氧气体。
13.溅射系统，其包含
真空室，其中设置待涂覆的衬底，
在真空室中设置的第一和第二靶材，使得待溅射的第一和第二靶材的表面可面向衬底并且彼此倾斜，和
相对于第一和第二靶材设置的用于永久分隔第一和第二靶材的溅射表面之间限定的空间的阻挡体部件，从而防止从一个靶材射出的溅射颗粒到达另一个靶材的溅射表面。
14.权利要求13的系统，其中将该阻挡体部件设置在一个区域中，在该区域中它与连接第一靶材的溅射表面上的任何任意点和第二靶材的溅射表面上的任何任意点的所有直线相交。
15.权利要求13的系统，其中将该阻挡体部件固定在真空室中不动。
16.权利要求13的系统，其中该阻挡体部件由导电材料制得并且是电接地的。
17.用于制造光掩模坯料的方法，其包括使用权利要求1的溅射沉积方法在透明衬底上沉积功能膜的步骤。
18.用于制造具有在石英衬底上沉积的至少一种功能膜的光掩模坯料的方法，其包括以下步骤：
供给权利要求13的溅射系统，
向该溅射系统提供包含具有不高于400℃的熔点的金属的材料的靶材和包含具有高于400℃的熔点的金属或类金属的材料的另一个靶材，
同时向两个靶材提供电能，和
在石英衬底上溅射沉积功能膜，该功能膜包含具有不高于400℃的熔点的金属和具有高于400℃的熔点的金属或类金属。
19.具有在石英衬底上沉积的至少一种功能膜的光掩模坯料，其中
该功能膜包含具有不高于400℃的熔点的金属和具有高于400℃的熔点的金属或类金属，并且
该功能膜通过如下方法形成：使用权利要求13的溅射系统，向该溅射系统提供包含具有不高于400℃的熔点的金属的材料的靶材和包含具有高于400℃的熔点的金属或类金属的材料的另一个靶材，并且同时向两个靶材提供电能用于实现溅射沉积。
20.光掩模坯料，其通过权利要求17的方法制备。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150610

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