專利名稱：曝光掩模、其制造方法以及使用其的半導體器件的制造方法
(本發(fā)明以在先的1999年9月30日遞交的日本專利申請平11-280499為優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容在此引入用作參考。)本發(fā)明涉及一種適用于采用帶電光束或X射線的各種曝光系統(tǒng)的曝光掩模，更具體地，涉及一種其中內(nèi)部應力引起的掩模圖案位置畸變得到矯正的曝光掩模以及制造該曝光掩模的方法。
近年來，以LSI器件為代表的電路器件的特征尺寸迅速縮小，因此，目前在工業(yè)水平上用作微細構(gòu)圖技術的光刻，因為其分辨率的限制很快將會變得無法形成幾十nm或更小的最小線寬。對于發(fā)展能取代目前光刻的微細制造技術的要求日益增加。能滿足此種要求的候選方案是使用短波VUV(真空紫外線)光、X射線或電子束的刻制技術。
如

圖1所示，使用X射線的ⅨX射線刻制曝光用X射線31通過具有掩模圖案的X射線曝光掩模30照射晶片33，以把掩模圖案轉(zhuǎn)印到X射線光刻膠32上。X射線曝光掩模30的結(jié)構(gòu)具有由發(fā)射X射線的輕重量元件制成的1-5μm厚隔膜(X射線透明支持膜)2和在隔膜2上形成的吸收X射線的X射線吸收器圖案4，該元件例如為氮化硅、碳化硅、硅、或金剛石，而且，X射線曝光掩模30由加強框架7和Si基片框架1支持。Si基片框架1用于使X射線吸收器圖案4中的畸變最小化，因為隔膜2非常薄并在機械上是薄弱的。
為制造此種X射線曝光掩模，首先，隔膜在Si基片的兩個表面上形成，蝕刻抑制器和反-反射膜、X射線吸收體膜、以及圖案轉(zhuǎn)印蝕刻硬掩模在一個表面上形成。接著，在Si基片下表面?zhèn)壬系母裟び梦g刻去除，開口部分的Si基片用背蝕刻去除，Si基片框架通過粘合加強框架來加強。然后，光刻膠圖案通過電子束曝光和顯像形成，圖案轉(zhuǎn)印蝕刻硬掩模被蝕刻，并除去光刻膠。最后，X射線吸收體膜被蝕刻，圖案轉(zhuǎn)印蝕刻硬掩模被除去，在隔膜上形成X射線吸收器圖案，從而完成X射線曝光掩模的制作。
從上述方法獲得的傳統(tǒng)X射線曝光掩模的面內(nèi)(in-plane)圖案圖像位置精度，通過用圖像位置測量設備(Leica的LMS-IPRO)測量所形成圖案相對于所需圖案的位移(面內(nèi)畸變；IPD)來評價。如圖2所示，觀察到圖案位移。參照圖2，虛線表示所需的位置，實線表示精確測量的位置。
產(chǎn)生的IPD值平均為11nm，對于3σ為43nm。最大位移量為49nm。位移幾乎發(fā)生在一個方向上。例如，用X射線刻制實現(xiàn)150nm級器件所要求的表層精度對于1／3設計準則是50nm。如果這包括作為掩模允許值的30nm，那么上述測量的圖案精度是不夠的。
得不到所需要圖像位置精度也許是因為形成掩模的光刻膠膜、圖案轉(zhuǎn)印蝕刻硬掩模、吸收體膜、隔膜和蝕刻抑制器膜中的每一個都有(1)內(nèi)部應力、(2)膜厚分布和(3)內(nèi)部應力分布。在每一個形成X射線曝光掩模的膜區(qū)域內(nèi)，圖案位置的位移與應力(在膜內(nèi)作用的力)引起的膜厚度差成正比。例如，圖3A和3B示出分別由X射線吸收體膜的拉應力和壓應力產(chǎn)生的圖案畸變。
當X射線吸收器圖案由在所需(光刻膠)圖案位置上具有拉應力的X射線吸收體膜4通過蝕刻形成時，吸收器圖案位置由中心面外位移，如圖3A所示，因為在吸收體膜蝕刻(去除)部分上的內(nèi)部應力釋放。另一方面，當X射線吸收體膜具有壓應力時，蝕刻后的吸收器圖案位置相對于所需位置上的(光刻膠)圖案向中心位置位移，如圖3B所示。如果圖案密度在整個圖案區(qū)域上變化，那么圖案位置根據(jù)圖案密度從所需位置位移。
不僅在X射線吸收體膜中而且在形成掩模的所有膜中，如果存在內(nèi)部應力，就會發(fā)生從所需位置的位移。由于圖案位置的位移與應力(在膜內(nèi)作用的力)引起的膜厚成正比，如果膜厚在平面內(nèi)變化，圖案位置就會從所需位置大大地位移。即使當膜有內(nèi)部應力分布時，IPD也會發(fā)生。
在傳統(tǒng)X射線曝光掩模制造中，主要是優(yōu)化材料和工藝，使掩模的每個膜中內(nèi)部應力面內(nèi)分布均勻，并且對于由蝕刻形成的膜(除了隔膜)，內(nèi)部應力減小，由此抑制IPD。然而，這些方法對于膜的可再現(xiàn)性仍然不好，并且在獲得所需圖像位置精度時有些問題。
已經(jīng)提出一種在形成掩模后提高圖像位置精度的方法，其中，立即注入離子到圖案下的隔膜中，膜應力通過利用離子進入隔膜晶體增加晶格間距的效果來改變，由此利用隔膜的面外畸變來抑制因X射線吸收器圖案引起的畸變(日本專利申請?zhí)毓?-196211)。
已經(jīng)提出另一種在形成圖案后提高圖像位置精度的方法，其中，隔膜被蝕刻，或者離子注入到隔膜中增加／減小膜厚或膜應力(日本專利申請?zhí)毓?-94395)。還提出另外一種掩模圖案精度的方法，其中，可拉伸膜淀積在X射線曝光區(qū)域附近的掩?；卤砻嫔希纱藴p小凹形掩?；?，使膜平整化(日本專利申請?zhí)毓?-90137)。
在所有的現(xiàn)有技術中，任何因平面度降低引起的圖案畸變都可得到減小，盡管需要制作非常均勻的隔膜、非翹曲框架、和控制在低應力的X射線吸收體膜，但產(chǎn)生技術難度。對面內(nèi)均勻性如膜厚和應力的要求也是嚴格的。當隔膜蝕刻時，X射線透明度大大地改變，導致圖案尺寸的變化。另外，由于隔膜用作支撐，從穩(wěn)定性觀點出發(fā)它的蝕刻是不合乎需要的。
使用減小圖像投射技術的電子束投射刻制掩模、SCALPEL(用于投射電子刻制的有角度限制的散射)掩模、或者模板掩模也有如此結(jié)構(gòu)，其中電子散射圖案在隔膜上形成，如同在X射線曝光掩模內(nèi)一樣。對于低應力薄膜的形成和面內(nèi)均勻性如膜厚和應力的要求是嚴格的，并且現(xiàn)有技術有與在X射線曝光掩模內(nèi)一樣的技術難度。
如上所述，對于傳統(tǒng)的X射線曝光掩模和電子束曝光掩模，為得到幾十nm或更小的最小線寬的微細構(gòu)圖所要求的圖像位置精度，掩模的每一薄膜要求具有與包括膜應力、膜應力面內(nèi)均勻性及膜厚度的物理特性相比非常難達到的值和均勻性?；诖嗽颍趯黼y以實現(xiàn)能用于進一步縮小電路器件特征尺寸的高精度曝光掩模。
本發(fā)明的一個目的是提供一種能精確矯正因X射線吸收器圖案或電子散射圖案的內(nèi)部應力引起的位置畸變、并具有足以適用于將來特征尺寸縮小的高圖案精度的曝光掩模。
曝光掩模通過在具有相對較高曝光束透明度的透明支持層(隔膜層)上形成掩模層而形成。該掩模層具有有相對較高曝光束透明度的透明膜；以及嵌入在透明膜中并有相對較低曝光束透明度的掩模圖案。掩模圖案有時有對于設計圖案的位置誤差。這主要是因為透明膜的面內(nèi)應力分布不均勻。這種應力分布的不均勻性可通過至少一個應力調(diào)整部分來得到減小以矯正位置誤差。尤其是，當應力調(diào)整部分不在透明支持膜(隔膜)上形成而在透明膜上形成時，能獲得許多好處。
對于應力調(diào)整部分，可采用部分切割透明膜得到的切割部分、部分地淀積在透明膜上的透明部分以及物理或化學地改變透明膜得到的部分中的一個。
本發(fā)明的另外目的和優(yōu)點也會在隨后的描述中提出，并部分地從描述中明顯得到，或者可從本發(fā)明的實踐中認識到。本發(fā)明的目的和優(yōu)點可借助于后面特別指出的手段和結(jié)合得以實現(xiàn)。
在此引入并作為本說明書的一部分的附圖，與以上的概述和下面的優(yōu)選實施例詳述一起說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，用來理解本發(fā)明的原理。
圖1示出傳統(tǒng)X射線曝光；圖2示出因內(nèi)部應力引起的掩模圖案位移；圖3A和3B示出在現(xiàn)有領域中蝕刻X射線吸收器時產(chǎn)生的位置畸變；圖4A-4D示出本發(fā)明基本原理；圖5A-5F示出制造根據(jù)本發(fā)明第一實施例的X射線曝光掩模的步驟；
圖6G-6J示出制造根據(jù)本發(fā)明第一實施例的X射線曝光掩模的步驟；圖7A和7B示出用于制造根據(jù)本發(fā)明第一實施例的X射線曝光掩模的蝕刻設備的布置；圖8示出圖案位置和圖案尺寸相對于在用于制造根據(jù)本發(fā)明第一實施例的X射線曝光掩模的蝕刻設備中的透明膜蝕刻量的變化量；圖9示出如圖7所示蝕刻設備制造的掩模的蝕刻分布；圖10示出用于制造根據(jù)本發(fā)明第二實施例的X射線曝光掩模的蝕刻設備的布置；圖11A和11B分別示出圖案位置位移分布以及用于制造根據(jù)本發(fā)明第三實施例的X射線曝光掩模的離子注入設備；圖12A和12B分別示出圖案位置位移分布以及用于制造根據(jù)本發(fā)明第四實施例的X射線曝光掩模的濺射設備；圖13A-13E示出制造根據(jù)本發(fā)明第五實施例的電子束曝光掩模的步驟；以及圖14示出根據(jù)本發(fā)明第七實施例的半導體器件的生產(chǎn)流程圖。
在描述本發(fā)明實施例之前，先參照圖4A-4D描述本發(fā)明的基本原理。X射線曝光掩模在此作為曝光掩模的示例，盡管其原理也適用于電子束曝光掩模。
圖4A示出在本發(fā)明X射線曝光掩模制造之前的狀態(tài)。該X射線曝光掩模具有覆蓋在Si框架1之上的X射線透明支持薄膜(隔膜)2、形成在隔膜2上的X射線吸收器圖案4和X射線透明膜3。形成在該X射線曝光掩模上的X射線吸收器圖案通過制造步驟在偏離所需圖案位置401的位置402上形成。
圖4B示出根據(jù)本發(fā)明的X射線曝光掩模。透明膜3的厚度部分地減小，以把X射線吸收器圖案的位置畸變減小到所需位置。當部分301形成時，可以得到矯正圖案403，其中畸變的圖案矯正到所需位置。
更具體地，為矯正其位置要矯正到所需位置401的圖案402，透明膜3在靠近其位置需矯正的圖案區(qū)域上的膜厚，相對于透明膜3在運動方向上的膜厚減小預定的量。這改變作用在掩模平面內(nèi)的應力分布以產(chǎn)生IPD，所以圖案位置得以矯正。
即使當新的透明膜302淀積在部分透明膜3上而不是除去部分透明膜3時，如圖4C所示，透明膜3和靠近要移動的圖案402的透明膜302的內(nèi)部應力可以調(diào)整。在這種情況下，作用在掩模平面內(nèi)的應力分布也可改變以產(chǎn)生IPD，所以圖案位置得以矯正。
相似地，如圖4D所示，為移動其位置要矯正到所需圖案分布位置401的圖案402，在其位置要矯正的圖案402的區(qū)域和鄰近區(qū)域303中的透明膜3，形成得具有比透明膜在運動方向上的應力小預定量的內(nèi)部應力。這改變作用在掩模平面內(nèi)的應力分布以產(chǎn)生IPD，所以圖案位置得以矯正。
即使當例如反-反射膜、蝕刻抑制膜、防充電膜、或緩沖膜的薄膜形成在隔膜2的一個或兩個表面上時，其位置要矯正的圖案通過上述相同的效果可移動到所需圖案分布位置。
這些矯正圖案位置的方法對于例如具有自支持膜(隔膜)的X射線曝光掩模的結(jié)構(gòu)非常有效，并且對于減小圖像投射刻制和Fresnel區(qū)域板而言，它們不僅對X射線曝光掩模有效而且對電子束曝光掩模有效。然而，當圖案形成在可視為剛體的結(jié)構(gòu)上時，如同在用于傳統(tǒng)光刻的標線那樣，采用應力變化的位置矯正是困難的。因而，對于具有自支持膜的結(jié)構(gòu)的減小圖像投射刻制而言，上述技術對X射線曝光掩?；螂娮邮毓庋谀Ｊ俏ㄒ坏?。
現(xiàn)基于以下實施例描述本發(fā)明的細節(jié)。
(第一實施例)圖5A-5F和圖6G-6J示出制造根據(jù)本發(fā)明第一實施例的X射線曝光掩模的步驟。
首先，如圖5A所示，設定基片溫度為1025℃和壓力為30乇，把150sccm的10％氫稀釋的硅烷氣體、65sccm的10％氫稀釋的乙炔氣體、150sccm的100％氯化氫氣體和作為載體氣體的10SLM的氫一起輸入試管，在直徑4″厚度2mm的清潔Si(100)晶片上利用低壓CVD，形成作為X射線透明薄膜(隔膜)2的2μm厚SiC膜。
如圖5B所示，在1毫乇的Ar壓力下，用作反-反射膜和蝕刻抑制器5的98nm厚的鋁膜利用RF濺射設備在基片的上表面上形成。具有高X射線透明度的作為構(gòu)圖層(透明膜)3的600nm厚的SiO2膜，通過把TEOS用作主要材料的CVD在反-反射膜和蝕刻抑制器5上形成，并接著退火以調(diào)整SiO2膜中的應力到0-5MPa。
如圖5C所示，設定壓力為10毫乇和RF功率為200W，在轉(zhuǎn)印基片下表面中心、半徑為70mm的區(qū)域內(nèi)的SiC膜2，通過使用RIE設備提供25sccm的CF4氣體和40sccm的O2氣體把鋁用作蝕刻掩模而除去，由此形成用作蝕刻Si晶片1的掩模的開口區(qū)域6。
如圖5D所示，外徑125mm、內(nèi)徑72mm及厚度6．2mm的玻璃環(huán)用UV固化樹脂粘合作為框架7。如圖5E所示，通過把包含1∶1比例的氫氟酸和硝酸的溶液混合物滴到除去SiC膜2的部分上，用背蝕刻設備蝕刻除去Si。
如圖5F所示，在市場上可買到的電子束正光刻膠ZEP520(粘性12cps)涂敷在以2000rpm轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的基片的上表面上50秒，并用熱板在175℃下烘焙2分鐘形成300nm厚的光刻膠(光敏膜)8。用電子束直接寫設備在75kv加速電壓下把圖案寫在該基片上。為獲得所需繪圖精度，進行多次曝光寫圖案4次。對單次曝光設定劑量為96μC／cm2，鄰近效果由劑量矯正來矯正。在電子束寫之后，用市場上可買到的顯像液ZEP-RD在液體溫度18℃下進行顯像工藝1分鐘。隨后，用MIBK把得到的結(jié)構(gòu)漂洗1分鐘除去顯像液。
如圖6G所示，用形成的光刻膠圖案作為掩模，SiO2膜圖案2用CHF3氣體和CO氣體通過活性離子蝕刻進行制作。當剩余的光刻膠8在氧氣等離子體內(nèi)灰化并除去之后，得到的結(jié)構(gòu)用硫酸和過氧化氫的溶液混合物清洗。
如圖6H所示，作為X射線吸收器材料4的0．6μm厚的銅(Cu)膜用RF濺射設備在3毫乇Ar壓力下形成，然后退火調(diào)整Cu膜內(nèi)的應力到幾乎0MPa。
多余的Cu膜部分用稱作光刻膠背蝕的下述方法除去。如圖6I所示，在市場上可買到的電子束正光刻膠ZEP520(粘性12cps)用與前述光刻膠應用相同的設備涂敷在轉(zhuǎn)速2000rpm的掩模表面上50秒，并用熱板在175℃下烘焙2分鐘形成300nm厚的光刻膠8′。由旋轉(zhuǎn)涂敷的特性決定，該表面具有幾乎扁平的涂層。
如圖6J所示，設定光刻膠8′和Cu的蝕刻速率幾乎相同的條件，掩模表面用HBr氣體通過活性離子蝕刻進行蝕刻，直到SiO2表面曝光。
對于由上述工藝制造的X射線曝光掩模，掩模圖案分布位置用圖像位置測量設備(Leica的LMS-IPRO)進行測量，檢查設計圖案位置和形成的圖案之間的圖像位置尺寸誤差。最大圖像位置誤差為50nm，對于3σ位移是35nm。位移幾乎發(fā)生在一個方向(Y方向)上。
為移動和矯正預定量的一部分形成圖案，以減小位置畸變，隔膜2上的透明膜3的厚度用圖7A和7B所示的設備部分地減小預定量。
圖7A示出用于化學干蝕刻的蝕刻設備的總體布置。圖7B為靠近噴嘴的放大視圖。參照圖7A和7B，參考號9代表冷卻氣體；10為掩模夾具；11為分隔片；12為蝕刻氣體；13為蝕刻氣體發(fā)生器；14為X-Y行程驅(qū)動電機；15為容器；16為噴嘴；17為間隙。
使用這種設備，X射線曝光掩模用分隔片11設置在掩模夾具10之上，并用流向在吸收器圖案表面相反側(cè)的隔膜表面的冷卻氣體9進行冷卻。在這種狀態(tài)下，作為蝕刻氣體12的CF4氣體由蝕刻氣體發(fā)生器13提供并通過噴嘴16噴射到X射線曝光掩模的上表面。此時，只有作為透明膜材料的SiO2有選擇性的蝕刻。計算對應于每個圖案必需移動量的蝕刻量(膜厚)。確定該量時還應考慮圖案CD(臨界尺寸)的影響。
在此情形中，最大蝕刻量(膜厚)設定為40nm，最大位移量設定為50nm。對于圖案在蝕刻區(qū)域內(nèi)的CD均勻性的降低，10μm間隙的X射線刻制圖案轉(zhuǎn)印器確定對于100nm大小的L／S(直線和空間)圖案的變化量為1．5nm或更小，并有非常小的影響。
圖8示出通過測量圖案位置相對于SiO2膜的蝕刻量和轉(zhuǎn)印圖案尺寸的圖案位置變化量所獲得的另一結(jié)果。圖8清楚地示出，位置變化量和圖案尺寸與蝕刻量成正比變化。即使當蝕刻量為50nm(位置變化量為28nm)時，尺寸的變化量也壓縮到2％或更小。其原因見后。當諸如SiO2膜的材料用作透明膜時，透明膜的去除很少影響圖案尺寸，因為透明度相當高。在傳統(tǒng)的隔膜中，由于隔膜中的應力高達幾百MPa，相對于蝕刻量的位置變化量變大。然而，在用于第一實施例的透明膜如SiO2膜中，由于膜具有低至5MPa的應力，所以相對于蝕刻量的變化量較小，退火技術適合增加圖像位置精度。因此，當用該技術矯正掩模時，可以制造具有良好圖像位置和CD的高精度掩模。
如圖7A和7B所示的設備能采用時間控制在各自的坐標位置進行蝕刻，同時通過控制X-Y行程驅(qū)動電機14驅(qū)動X-Y行程來掃描掩模，并且能由噴嘴16調(diào)整蝕刻區(qū)域301的大小。圖9示出由此蝕刻設備制作的蝕刻區(qū)域19。因而，控制和制作如此進行，使得Y方向上的位置畸變減小并且獲得所需要的掩模圖案分布位置，由此提高曝光掩模的圖像位置精度。
當由上述工藝制造的掩模的圖案分布位置用晶片坐標測量設備測量并通過比較該圖案與設計的圖案數(shù)據(jù)來進行評價時，最大位置畸變量為14nm，對于3σ的位移是10nm。
(第二實施例)下面詳細描述本發(fā)明的第二實施例。
由與第一實施例相同的工藝制造的X射線曝光掩模的圖案分布位置，用晶片坐標測量設備(Leica的LMS-IPRO)測量并通過比較該圖案與設計的圖案數(shù)據(jù)來進行評價。最大圖像位置誤差為60nm，對于3σ的位移是30nm。位移幾乎發(fā)生在一個方向上。
為移動和矯正預定量的圖案位置，采用如圖10所示的液相濕式蝕刻設備。參照圖10，參考號10代表掩模夾具；14為X-Y行程驅(qū)動電機；15為容器；20為冷卻水；21為蝕刻液體供給；以及22為蝕刻液體。49％HF溶液用作蝕刻液體。隔膜2從一個噴射噴嘴輸出并噴射到要蝕刻的所需區(qū)域。只用作為透明膜材料的SiO2有選擇性地蝕刻。計算對應于每個圖案必需移動量的蝕刻量。確定該量時還考慮圖案CD的影響。
本設備還能采用時間控制在各自的坐標位置進行蝕刻，同時通過控制X-Y行程驅(qū)動電機14驅(qū)動X-Y行程來掃描掩模，并且能由噴嘴調(diào)整蝕刻區(qū)域的大小。因而，移動和矯正所形成的圖案到設計的圖案分布位置，由此提高圖像位置精度。
當由上述工藝制造的掩模的圖案分布位置用晶片坐標測量設備測量并通過比較該圖案與設計的圖案數(shù)據(jù)來進行評價時，最大位置畸變量為18nm，對于3σ的位移是10nm。
(第三實施例)接著詳細描述本發(fā)明的第三實施例。
由與第一實施例相同的工藝制造的掩模的圖案分布位置用晶片坐標測量設備(Leica的LMS-IPRO)測量并通過比較該圖案與設計的圖案數(shù)據(jù)來進行評價。如圖11A所示，最大圖像位置誤差為70nm，對于3σ的位移是30nm。幾乎所有的位移發(fā)生在面向掩模中心的方向上。
為移動和矯正預定量的一部分形成圖案，采用如圖11B所示的離子注入設備。參照圖11B，參考號9代表冷卻氣體；10為掩模夾具；11為分隔片；14為X-Y行程驅(qū)動電機；15為容器；17為間隙；23為離子；24為開孔。
為減小位置畸變，Ar離子通過具有X-Y驅(qū)動函數(shù)的開孔24以180keV能量和1×1015cm-2的劑量注入隔膜的中央?yún)^(qū)域，該隔膜位于中央?yún)^(qū)域的圖案部分。這使圖案形成于其上的中央?yún)^(qū)域內(nèi)的透明膜和吸收體膜中的內(nèi)部應力降低大約10％。因而，移動和矯正所形成的圖案到設計的圖案分布位置，由此提高圖像位置精度。
當由上述工藝制造的掩模的圖案分布位置用圖像位置測量設備測量并通過比較該圖案與設計的圖案數(shù)據(jù)來進行評價時，最大位置畸變量為30nm，對于3σ的位移是20nm。
(第四實施例)接著詳細描述本發(fā)明的第四實施例。
由與第一實施例相同的工藝制造的掩模的圖案分布位置，用晶片坐標測量設備(Leica的LMS-IPRO)測量并通過比較該圖案與設計圖案數(shù)據(jù)來進行評價。如圖12A所示，最大圖像位置誤差為60nm，對于3σ的位移是28nm。位移幾乎發(fā)生在一個方向上。
為移動和矯正預定量的一部分形成圖案，采用如圖12B所示的磁控濺射設備。參照圖12B，參考號9代表冷卻氣體；10為掩模夾具；11為分隔片；14為X-Y行程驅(qū)動電機；15為容器；16為噴嘴；17為間隙；24為開孔，以及25為濺射顆粒。
為減小位置畸變，具有壓應力的第二透明SiO2膜通過具有X-Y驅(qū)動函數(shù)的開孔24僅在吸收器和透明膜圖案的表面上所需區(qū)域內(nèi)形成。計算對應于每個圖案必需移動量的淀積量(膜厚)。確定該量時還考慮圖案CD的影響。因而，移動和矯正所形成的圖案到設計圖案分布位置，由此提高圖像位置精度。
當由上述工藝制造的掩模的圖案分布位置用圖像位置測量設備測量并通過比較該圖案與設計圖案數(shù)據(jù)來進行評價時，最大位置畸變量為30nm，對于3σ的位移是20nm。
在第一到第四實施例中，圖像位置精度變得相當高。這是因為，基于在掩模制造之后與設計圖案數(shù)據(jù)比較／評價的結(jié)果，透明膜圖案的膜厚或應力進行改進控制，使得用于減小掩模位置精度下降的應力分布根據(jù)每個圖案的位置畸變量而獲得。由于僅改進隔膜上的透明膜，X射線吸收器圖案部分的針對X射線的各種特性(吸收特性、相位特性、和形狀)還保持與改進前一樣的狀態(tài)，圖案的CD均勻性也保持不變。因為這個原因，能制造不僅有優(yōu)秀的圖像位置精度而且有優(yōu)秀的CD均勻性的掩模。
根據(jù)第一到第四實施例，在制造掩模時，在掩模內(nèi)不符合圖像位置精度要求的位置畸變通過改進隔膜上透明膜部分而減小，由此制造具有非常高圖像位置精度的X射線曝光掩模。基于此優(yōu)點，因為精確掩模的生產(chǎn)率提高并且掩模制造工藝成本降低，所以能提供廉價的半導體器件或光學元件。
(第五實施例)以下詳細描述對于還原圖像投射刻制的電子束曝光掩?；騍CALPEL掩模的制造方法。圖13A-13E示出用于第五實施例中的SCALPEL掩模的制造步驟。
首先，如圖13A所示，作為隔膜52的150nm-200nm厚的SiNx膜在1mm厚直徑4”的清潔Si(100)基片51上采用低壓CVD形成。作為構(gòu)圖層(透明膜)53的50nm厚的摻雜硼的Si膜由LPCVD形成，接著退火調(diào)整Si膜內(nèi)應力到幾乎為0MPa。此后，采用RIE設備形成格柵結(jié)構(gòu)圖案。設定壓力為10毫乇以及RF功率為200W，輸送25sccm的CF4氣體和40sccm的O2氣體以除去基片下表面上的SiNx膜，由此形成在蝕刻Si晶片時用作掩模的開口區(qū)域56。
如圖13B所示，在市場上可買到的電子束正光刻膠ZEP520(粘性12cps)自旋涂敷在上表面上，并用熱板在170℃下烘焙5分鐘，形成光刻膠(光敏膜)58。接著，采用背蝕設備通過滴KOH溶液到SiNx膜被去除的部分上蝕刻去除Si，由此形成支柱。在清洗和漂洗基片后，用UV固化樹脂把玻璃環(huán)粘合到框架57上。
然后，采用電子束直接寫設備以75KV加速電壓把圖案寫在該基片上。為獲得所需要的圖像位置精度，進行多次曝光寫圖案4次。對單次曝光設定劑量為70μC／cm2，鄰近效果由劑量矯正來矯正。在寫之后，用市場上可買到的顯像液ZPD-RD在液體溫度18℃下進行顯像工藝1分鐘。隨后，用MIBK把得到的結(jié)構(gòu)漂洗1分鐘除去顯像液。
如圖13C所示，用形成的光刻膠圖案作為掩模，Si膜圖案53用CF4氣體和Cl2(氯氣)氣體通過活性離子蝕刻進行制作。當剩余的光刻膠在氧氣等離子體內(nèi)灰化并除去之后，得到的結(jié)構(gòu)用硫酸和過氧化氫的溶液混合物清洗。
如圖13D所示，作為散射材料54的60nm厚W膜用DC濺射設備形成，然后退火調(diào)整W膜內(nèi)的應力到幾乎為0MPa。
如圖13E所示，多余的W膜54用與第一實施例中一樣的光刻膠背蝕除去。更具體地，使用與前述光刻膠應用相同的設備把市場上可買到的電子束正光刻膠ZEP520(粘性12cps)自旋涂敷在掩模表面上，并用熱板在175℃下烘焙2分鐘形成光刻膠膜。然后，設定光刻膠膜和W的蝕刻速率幾乎相同的條件，用HBr氣體通過活性離子蝕刻對掩模表面進行蝕刻，直到Si表面曝光。
對于由上述工藝制造的掩模，掩模圖案分布位置用圖像位置測量設備(Leica的LMS-IPRO)進行測量，檢查設計圖案位置和形成的圖案之間的尺寸差。最大圖像位置誤差為50nm，對于3σ位移是35nm。位移幾乎發(fā)生在一個方向(Y方向)上。
為移動和矯正預定量的一部分形成圖案以減小位置畸變，利用如圖7A和7B所示的設備使在隔膜上的透明膜的厚度部分地減小預定量。在此情形中，最大蝕刻量(膜厚)設定為20nm，最大位移量設定為30nm。
當由上述工藝制造的掩模的圖案分布位置用圖像位置測量設備測量并通過比較該圖案與設計圖案數(shù)據(jù)來進行評價時，最大位置畸變量為14nm，對于3σ的位移是10nm。
(第六實施例)接著詳細描述本發(fā)明的第六實施例。
對于由與第五實施例相同的工藝制造的SCALPEL掩模，圖案分布位置用圖像位置測量設備(Leica的LMS-IPRO)測量并通過比較該圖案與設計圖案數(shù)據(jù)來進行評價。最大位置位移量為70nm，對于3σ的位移是30nm。位移幾乎發(fā)生在一個方向(Y方向)上。
為移動和矯正預定量的一部分形成圖案，采用如圖11B所示的離子注入設備。為減小位置畸變，B(硼)離子主要以40keV能量和1×1018cm-2的劑量通過具有X-Y驅(qū)動函數(shù)的開孔24注入有最大位移的圖案區(qū)域中，以改變在其上形成圖案的中央?yún)^(qū)域上的透明膜和吸收體膜的內(nèi)部應力分布?；诖斯に?，移動并矯正形成的圖案到所需的圖案分布位置，由此提高圖像位置精度。
在此情形中，不僅因改進應力分布引起圖像位置精度的提高，而且因在SiNx隔膜充電引起對圖像位置精度降低的抑制，都會被抑制，因為摻雜B的Si透明膜是導電層。因此，把離子注入到SCALPEL掩模中提高圖像位置精度的方法是非常有效的。
當由上述工藝形成的掩模的圖案分布位置用圖像位置測量設備測量并通過比較該圖案與設計圖案數(shù)據(jù)來進行評價時，最大位置位移量為30nm，對于3σ的位移是20nm。
如上所述，根據(jù)第五和第六實施例，在制造掩模時，在掩模內(nèi)不符合圖像位置精度要求的位置畸變通過改進隔膜52上透明膜53部分而減小，由此制造具有非常高圖像位置精度的電子束曝光掩模?；诖藘?yōu)點，因為精確掩模的生產(chǎn)率提高并且掩模制造工藝成本降低，所以能提供廉價的半導體器件或光學元件。
(第七實施例)以下描述生產(chǎn)使用由上述每一個實施例制造的曝光掩模的微細器件的方法。此處微細器件包括諸如集成電路或ULSI的半導體芯片、液晶器件、微細機械和薄膜磁頭。
下面舉例說明半導體器件。
圖14示出生產(chǎn)半導體器件的步驟。在步驟(電路設計)1-1中，半導體器件的電路用CAD設計。在步驟(掩模制作)1-2中，掩?；谠O計電路圖案制作。檢查掩模的圖像位置精度，圖案位置根據(jù)需要采用第一到第五實施例中的任意一個進行矯正。這確保預定的精度。
在步驟(晶片制作)1-3中，晶片用諸如硅的材料制作。在步驟(晶片工藝)1-4中，實際電路圖案用已制作的掩模在晶片上刻制形成。晶片工藝包括多個工藝，其中包括預處理、光刻膠應用、預烘焙、曝光、曝光后烘焙(PEP)、顯像、漂洗、后烘焙、蝕刻、離子注入、光刻膠去除、以及檢查。
在步驟(組裝)1-5中，進行后處理，把在步驟1-4中制作的晶片組裝制造成半導體芯片。步驟1-5包括組裝工藝(切割與粘合)和封裝工藝(芯片工藝)。在步驟(檢查／矯正)1-6中，在步驟1-5中制造的半導體器件進行操作確認測試和耐久性確認測試檢查并進行矯正。經(jīng)過這些工藝，半導體器件完成并裝運(步驟1-7)。
根據(jù)本實施例的生產(chǎn)方法，轉(zhuǎn)?。毓夤に囃ㄟ^采用廉價曝光掩模以低成本進行，所以可提供廉價的半導體器件或光學元件。
(變形)本發(fā)明不局限于上述實施例。第一到第四實施例可適當?shù)亟Y(jié)合。對于第一到第四實施例X射線曝光掩模的透明膜厚度和應力的控制方法可與第五或第六實施例的SCALPEL掩模相結(jié)合。
而且，半導體器件的光刻膠不局限于ZEP-520，也可使用SAL-601(可從Shipley得到)或TDUR-N9TR4(可從Tokyo ohka kogyo得到)。X射線吸收器不局限于Cu，也可使用Ni、Zn、Ga、Ge、W、Ta、Au、Re、或者Cu氮化物、Ni氮化物、Zn氮化物、Ga氮化物、Ge氮化物、W氮化物、Ta氮化物、Au氮化物、Re氮化物、Cu碳化物、Ni碳化物、Zn碳化物、Ga碳化物、Ge碳化物、W碳化物、Ta碳化物、Au碳化物、Re碳化物、或它們的合金。散射材料不局限于W，也可使用Ni、Zn、Ga、Ge、W、Ta、Au、Re、或者W氮化物、Ni氮化物、Zn氮化物、Ga氮化物、Ge氮化物、W氮化物、Ta氮化物、Au氮化物、Re氮化物、W碳化物、Ni碳化物、Zn碳化物、Ga碳化物、Ge碳化物、W碳化物、Ta碳化物、Au碳化物、Re碳化物、或它們的合金。對于隔膜也如此，不僅可使用SiC或SiNx也可使用SiCxNy、BN、或金剛石膜。
對于X射線曝光掩模的透明膜材料，不僅可使用在實施例中使用的SiO2膜，也可使用SiON膜。使用SiON膜的優(yōu)點是，與SiO2膜相比容易控制應力，并且吸收材料Cu的熱擴散可得到抑制。SiON是實施例中透明膜圖案層的合適材料，因為Auger電子譜學和Rutherford反向散射譜學已指出在形成SiON膜時容易控制應力，并且即使在500℃溫度下退火1小時Cu也不會熱擴散進SiO2膜。由于高溫退火是可能的，吸收器能以高縱橫比且沒有任何熱擴散和空隙地嵌入凹形部分，故可形成高精確度的吸收器圖案。
對于合適的透明膜材料，具有高X射線透明度且波長在0．6-1．0nm范圍內(nèi)的Si、Si3N4、SiC、Al2O3、SrO、MgO、Y2O3、TiO2也可使用。用于蝕刻透明膜的氣體、溶液和離子注入材料也不局限于那些在上述實施例中使用的，還可使用各種材料。
對于電子束曝光掩模的透明膜材料，不僅可使用在實施例中使用的Si膜，也可使用對電子束有小散射系數(shù)的SiO2、Si3N4、SiC、Al2O3、SrO、MgO、Y2O3、TiO2，或使用通過在此通過摻雜輕重量元素得到的材料。用于蝕刻透明膜的氣體、溶液和離子注入材料也不局限于那些在上述實施例中使用的，還可使用各種材料。
如同已在上面詳細描述過的，根據(jù)上述實施例，對于在透明支持膜(隔膜)上形成的透明膜圖案進行諸如切割、淀積或離子注入的工藝，以精確地矯正因X射線吸收器圖案或散射圖案中的內(nèi)部應力引起的位置畸變，由此獲得具有非常高位置精度的曝光掩模。因而，由于精確掩模的生產(chǎn)率得到提高且掩模制造工藝的成本降低，可提供廉價的半導體器件或光學元件。
對于本領域技術人員，其它的優(yōu)點和變形易于理解。因此，本發(fā)明在其更廣泛的范圍內(nèi)不局限于此處所述的特定細節(jié)和代表性實施例。因此，只要不偏離在后附權(quán)利要求或等效要求的限制之內(nèi)的本發(fā)明基本概念的精神或范圍，就可進行各種改進。
權(quán)利要求
1．一種曝光掩模，其中包括透明基體；以及在所述透明基體上形成的透明膜，所述透明膜具有至少一個以預定掩模圖案形成并有相對較低曝光束透明度的掩模部件，以及至少一個改變所述透明膜內(nèi)的面內(nèi)應力分布的應力改變部件。
2．如權(quán)利要求1所述的掩模，其中制成所述透明膜的材料從包括SiO2、SiC、SiON、Si、Si3N4、Al2O3、SrO、MgO、Y2O3和TiO2的組中選擇。
3．如權(quán)利要求1所述的掩模，其中制成掩模部件的材料從包括Cu、Ni、Zn、Ga、Ge、W、Ta、Au、Re、Cu氮化物、Ni氮化物、Zn氮化物、Ga氮化物、Ge氮化物、W氮化物、Ta氮化物、Au氮化物、Re氮化物、Cu碳化物、Ni碳化物、Zn碳化物、Ga碳化物、Ge碳化物、W碳化物、Ta碳化物、Au碳化物、Re碳化物、以及至少兩種材料的合金的組中選擇。
4．如權(quán)利要求1所述的掩模，其中所述透明膜的厚度部分地減小而成為所述應力改變部件。
5．如權(quán)利要求1所述的掩模，其中所述應力改變部件為部分地淀積在所述透明膜上的透明部件。
6．如權(quán)利要求1所述的掩模，其中所述透明膜部分地改變而成為所述應力改變部件。
7．一種曝光掩模，其中包括透明基體；以及在所述透明基體上形成的透明膜，所述透明膜具有至少一個以預定掩模圖案形成并有相對較低曝光束透明度的掩模部件，且所述透明膜的厚度部分地減小以改變所述透明膜內(nèi)的面內(nèi)應力分布。
8．如權(quán)利要求7所述的掩模，其中所述透明膜的厚度部分地減小以使所述掩模部件中的因所述面內(nèi)應力分布引起的位置誤差減小到基本上不大于14nm。
9．一種曝光掩模，其中包括透明基體；以及在所述透明基體上形成的透明膜，所述透明膜具有至少一個以預定掩模圖案形成并有相對較低曝光束透明度的掩模部件，以及至少一個淀積在所述透明膜上以改變所述透明膜的面內(nèi)應力分布的透明部件部分。
10．如權(quán)利要求9所述的掩模，其中所述透明膜由SiO2制成。
11．如權(quán)利要求9所述的掩模，其中所述透明部件由與所述透明膜材料相同的材料形成。
12．如權(quán)利要求9所述的掩模，其中所述透明部件部分地淀積以使所述掩模部件中的因所述面內(nèi)應力分布引起的位置誤差減小到基本上不大于18nm。
13．一種曝光掩模，其中包括透明基體；以及在所述透明基體上形成的透明膜，所述透明膜具有至少一個以預定掩模圖案形成并有相對較低曝光束透明度的掩模部件，所述透明膜部分地改變以改變所述透明膜的面內(nèi)應力分布。
14．如權(quán)利要求13所述的掩模，其中所述透明膜部分地注入離子以改變所述透明膜的所述面內(nèi)應力分布。
15．如權(quán)利要求13所述的掩模，其中所述透明膜部分地摻有雜質(zhì)以改變所述透明膜的所述面內(nèi)應力分布。
16．如權(quán)利要求13所述的掩模，其中所述透明膜部分地改變以使所述掩模部件中的因所述面內(nèi)應力分布引起的位置誤差減小到基本上不大于30nm。
17．一種制造掩模的方法，其中包括以下步驟在透明基體上形成透明膜；在所述透明膜中以預定的掩模圖案形成掩模部件；以及部分地減小所述透明膜的厚度以改變所述透明膜內(nèi)的面內(nèi)應力分布。
18．一種制造掩模的方法，其中包括以下步驟在透明基體上形成透明膜；在所述透明膜中以預定的掩模圖案形成掩模部件；以及在所述透明膜上部分地淀積至少一個透明部件以改變所述透明膜內(nèi)的面內(nèi)應力分布。
19．一種制造掩模的方法，其中包括以下步驟在透明基體上形成透明膜；在所述透明膜中以預定的掩模圖案形成掩模部件；以及部分地改變所述透明膜以改變所述透明膜內(nèi)的面內(nèi)應力分布。
20．一種制造半導體器件的方法，其中包括以下步驟使用預定材料制備晶片；在晶片上用曝光掩?？讨贫纬呻娐穲D案，所述曝光掩模包括透明基體以及在所述透明基體上形成的透明膜，所述透明膜有至少一個以預定芯片圖案形成并有相對較低曝光束透明度的掩模部件，和至少一個改變所述透明膜內(nèi)的面內(nèi)應力分布的應力改變部件；以及把所述晶片分割成半導體芯片。
全文摘要
一種掩模,具有透明基體和形成在透明基體上的透明膜。該透明膜有至少一個在預定掩模部分內(nèi)形成并有相對較低曝光束透明度的掩模部件。掩模薄膜有時有對于設計位置的位置誤差。這主要是因為透明膜的面內(nèi)應力分布不均勻。透明膜在厚度上部分地減小可使面內(nèi)應力分布一致。
文檔編號G03F1/22GK1293449SQ0012928
公開日2001年5月2日 申請日期2000年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月30日
發(fā)明者江崎瑞仙 申請人:株式會社東芝