溅射沉积方法、溅射系统、光掩模坯料的制造及光掩模坯料的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]在半导体技术领域中，对于进一步减小图案特征尺寸，研宄和开发努力在继续。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。
[0003]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(reduct1nproject1n)。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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]例如，专利文件I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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]引文列表:
[0015]专利文件1:WO 2007/074806
[0016]专利文件2: JP-A 2007-033470
[0017]专利文件3:JP-A H07-140635
[0018]专利文件4:JP_A 2007_241060
[0019]专利文件5:JP-A 2007-241065 (US 20070212619)
[0020]专利文件6: JP-A 2011-149093
【发明内容】
[0021]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，本发明人研宄了一种铬基材料的功能膜，该铬基材料包含具有不高于400°C的熔点的金属元素。
[0022]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°C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:
[0023](I)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°C的熔点的金属元素的混合物制备该靶材。
[0024](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°C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
[0025](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°C的熔点的金属元素的靶材。
[0026]在这些溅射方法中，方法(I)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°C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°C )，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。
[0027]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°C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°C的熔点的金属元素的组成比在厚度方向上连续变化。
[0028]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°C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°C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°C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°C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°C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。
[0029]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°C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°C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。
[0030]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。
[0031]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。
[0032]做了大量的研宄来解决上述问题，本发明人发现所形成的膜的品质在