專利名稱：曝光裝置、曝光方法及半導(dǎo)體器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體器件制造的曝光裝置和曝光方法、使用該曝光方法的半導(dǎo)體器件制造方法。
背景技術(shù)：
使用電子束、離子束或其它帶電粒子束的光刻技術(shù)已發(fā)展成為下一代光刻術(shù)。在形成用于光刻技術(shù)的掩模中，從其反面一側(cè)深蝕刻掩模白板(待成為掩模的襯底)，以形成約10nm至10μm厚度的薄膜區(qū)(薄膜)，然后在薄膜中布置待投影的圖形。
由于掩模具有較低機(jī)械硬度的薄膜區(qū)，因此形成高位置精度的圖形的方法和此外通過用被測量數(shù)據(jù)測量掩模應(yīng)變以校正位置誤差的方法是重要的。
例如，電子束投影光刻技術(shù)(EPL)使用具有梁結(jié)構(gòu)(beam structure)的模版掩模，以及提出了通過激光干涉坐標(biāo)測量裝置測量在梁上形成的標(biāo)記和通過電子光學(xué)系統(tǒng)校正測量的掩模應(yīng)變。
但是，在下面的說明中，沒有考慮由重力引起的掩模變形的影響。此外，如果通過數(shù)值處理根據(jù)測量出的掩模應(yīng)變數(shù)據(jù)計(jì)算重力的影響，那么可能不考慮掩模形狀的差異、固定方法的再現(xiàn)性或通過坐標(biāo)測量裝置和通過曝光裝置的掩模固定方法中的差異。
另一方面，在近X射線光刻術(shù)(PXL)中，提出了在EB描繪的時(shí)候校正掩模變形的方法(參考日本未審專利公開(Kokai)第8-203817號)。
但是，該方法必須形成兩個(gè)掩模，以致它在生產(chǎn)時(shí)間、處理和成本方面是不符合需要的?？紤]PXL掩模的成品率，為了形成單個(gè)掩?？赡鼙仨氈貜?fù)執(zhí)行幾次或更多次的測試。實(shí)際上，通過該方法制造PXL掩模沒有被普及。
在光刻技術(shù)中，盡管認(rèn)識到通過重力引起的掩模變形(參考日本未審專利公開(Kokai)第6-18220號)，但是僅僅提出了掩模固定方法的改進(jìn)或硬件的其他改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的一個(gè)技術(shù)問題是提供一種能校正圖像位置誤差的曝光裝置，該圖像位置誤差僅僅通過校正曝光過程中的掩模圖形的電子束描繪數(shù)據(jù)不能被減小，以及提供其曝光方法。
本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題是提供一種使用上述曝光方法的半導(dǎo)體器件制造方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種曝光裝置，其具有校正數(shù)據(jù)制備裝置，考慮由重力引起的圖形位移校正在與曝光姿勢相反的姿勢下的掩模的圖像位置，以基于被校正的圖像位置與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)之間的差異制備第一校正數(shù)據(jù)；和帶電粒子束照射裝置，基于第一校正數(shù)據(jù)通過使帶電粒子束偏轉(zhuǎn)，以校正曝光于被曝光體的圖形的位置，來執(zhí)行曝光。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種曝光方法，具有以下步驟測量與曝光姿勢相反的姿勢下掩模的圖像位置的步驟；考慮曝光姿勢下由重力引起的圖形位移校正測量的圖像位置，以基于校正的圖像位置和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)之間的差異制備第一校正數(shù)據(jù)；以及基于第一校正數(shù)據(jù)通過使帶電粒子束偏轉(zhuǎn)執(zhí)行曝光，以校正將曝光于被曝光體的圖形位置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種半導(dǎo)體器件制造方法，包括通過掩模照射帶電粒子束以投影圖形到半導(dǎo)體器件的曝光步驟，該曝光步驟具有以下步驟測量與曝光姿勢相反的姿勢下的掩模的圖像位置；考慮在曝光姿勢下由重力引起的圖形位移以校正測量的圖像位置，以基于校正的圖像位置和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)之間的差異制備第一校正數(shù)據(jù)；以及基于第一校正數(shù)據(jù)通過使帶電粒子束偏轉(zhuǎn)執(zhí)行曝光，以校正曝光于被曝光體的圖形位置。


圖1A和1B是根據(jù)本實(shí)施例將應(yīng)用于曝光方法的掩模的剖面圖，圖1A是模版掩模(stencil mask)的剖面圖，以及圖1B是散射薄膜掩模(scatteringmembrane mask)的剖面圖；圖2A和2B是根據(jù)本實(shí)施例將應(yīng)用于曝光方法的掩模例子的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示圖，圖2A是平面圖，以及圖2B是透視圖；圖3A至3C是通過EB描繪裝置評價(jià)圖形的位置精度的結(jié)果示圖，圖3A是理想的圖形布置，圖3B是實(shí)際的描繪圖形布置的示圖，以及圖3C示出了通過坐標(biāo)測量裝置的測量數(shù)據(jù)的示圖；圖4A是掩模制造工序中掩模姿勢的示圖，圖4B是曝光過程中掩模姿勢的示圖，以及圖4C是用于說明由于掩模彎曲圖形移位的機(jī)理的示圖；圖5是用于說明根據(jù)本實(shí)施例的曝光裝置和曝光方法的示圖；圖6A至6C是用于說明通過使用測試掩模制備圖形傳遞函數(shù)的步驟示圖；圖7是通過曝光裝置使帶電電子束偏轉(zhuǎn)的外觀示圖；圖8是根據(jù)本實(shí)施例執(zhí)行曝光方法的曝光裝置的結(jié)構(gòu)例子的示圖；圖9A是用于圖8的曝光裝置的掩模的詳細(xì)例子的平面圖，以及圖9B是曝光區(qū)域的放大視圖；圖10A是由重力引起的模版掩模變形的示圖，以及圖10B是因變形產(chǎn)生的圖形位移量的示圖；圖11A和11B是說明模版掩模的測量圖形的可布置區(qū)域的示圖；圖12A和12B是偏轉(zhuǎn)校正數(shù)據(jù)的示圖，圖12A是理想的偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的示圖，以及圖12B是實(shí)際的偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的示圖；圖13A和13B是用于說明根據(jù)本實(shí)施例的曝光方法的效果示圖。
具體實(shí)施例方式
下面，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。
下面將用例子描述本實(shí)施例，將本發(fā)明應(yīng)用于被發(fā)展成為下一代光刻技術(shù)以及使用電子束、離子束或其它帶電粒子的光刻技術(shù)。
首先，將描述本實(shí)施例中應(yīng)用的掩模。
上述光刻技術(shù)包括穿過掩模的帶電粒子束通過電子或離子光學(xué)系統(tǒng)被縮小并投影到晶片(EPL電子投影光刻技術(shù)和IPL離子投影光刻技術(shù).)以及掩模圖形被投影到靠近掩模布置并在掩模底下的晶片，沒有聚焦光學(xué)系統(tǒng)(PEL接近電子光刻技術(shù))。
上述技術(shù)之間的公共點(diǎn)是從反面一側(cè)深深地蝕刻掩模白板(將成為掩模的襯底)，以形成約10nm至10μm厚度的薄膜區(qū)(薄膜)，然后在薄膜中布置待投影的圖形。通過薄膜的孔形成有投影圖形的掩模被稱作“模版掩?！?例如，H.C.Pfeiffer，Jpn.J.Appl.Phys.34，6658(1995))。以及通過用于散射帶電粒子束的金屬薄膜或其他部件形成有投影圖形的掩模被稱作“散射薄膜掩?！?例如，L.R.Harriott，J.Vac.Sci.Technol.B15，2130(1997))。圖1A和1B是模版掩模和散射薄膜掩模的例子的截面結(jié)構(gòu)。
圖1A是通過使用SOI襯底形成的模版掩模的剖面圖。在圖1A所示的模版掩模中，經(jīng)由蝕刻停止層11在硅襯底10上形成SOI層的薄膜12。硅襯底10和蝕刻停止層11被處理，以形成梁13。被梁13分段的薄膜12形成有孔的圖形12a。例如，蝕刻停止層11的厚度是1μm以及薄膜12的厚度是2μm。
圖1B是散射薄膜掩模的剖面圖。在散射薄膜掩模中，在硅襯底20上形成例如氮化硅的薄膜21，以及硅襯底20被處理，以形成梁22。被梁22圍繞的薄膜21在其表面上形成有散射圖形23，散射圖形23包括鉻層23a和鎢層23b。例如，薄膜21的厚度是150nm，鉻膜23a的厚度是10nm以及鎢膜23b的厚度是50nm。
圖2A是圖1A或圖1B所示的掩模的平面圖。如圖2A所示，在掩模的中間部分中的曝光區(qū)A形成有孔的圖形12a或散射圖形23。
圖2B示出了圖2A的放大曝光區(qū)A的透視圖。由于掩模具有低機(jī)械硬度的薄膜，因此通過被格子梁分開的多個(gè)小截面薄膜、而不是單個(gè)薄膜形成整個(gè)掩模區(qū)。至于具有上述梁結(jié)構(gòu)的掩模制造方法，有使用通過KOH或其他堿溶液濕法蝕刻的方法和使用反應(yīng)離子刻蝕的方法。
接下來，將描述影響掩模的圖像位置誤差的因數(shù)。
掩模的圖像位置(IP)誤差可以分為以下幾種情況(1)由掩模制造工藝引起的誤差；(2)由它被裝載到曝光裝置時(shí)的掩模形變引起的誤差；(3)由掩模圖形的密度引起的誤差；以及(4)由在曝光過程中由于帶電粒子照射的掩模加熱或因掩模移動產(chǎn)生振動所引起的誤差。
在它們當(dāng)中，作為與誤差(3)有關(guān)的校正方法，有公開之前的在先申請(參考日本專利申請(tokugan)No.2002-119845)。誤差(4)對于PEL而言不被認(rèn)為是缺點(diǎn)，PEL使用約幾keV的低加速電子束以及在曝光過程中掩模不移動。但是，對于使用100keV的高加速電子束且在曝光過程中掩模具有最大幾乎0.2m/s的加速度的EPL而言它可能是缺點(diǎn)。因此，不得不利用掩模冷卻機(jī)制和掩模臺移動順序的優(yōu)化及用于裝置的(用于硬件)其他技術(shù)執(zhí)行EPL。
本實(shí)施例將描述通過曝光裝置的帶電粒子光學(xué)系統(tǒng)校正上述誤差(1)和(2)的方法。盡管誤差(1)分為更詳細(xì)的因數(shù)，但是主要因數(shù)是由掩模圖形的EB描繪引起的誤差。圖3A至3C示出了通過激光干涉坐標(biāo)測量裝置測量在具有圖1A所示結(jié)構(gòu)的掩模上描繪的格子狀圖形的位置精度的例子數(shù)據(jù)。
圖3A示出了理想的圖形布置，圖3B示出了實(shí)際的描繪圖形布置，以及圖3C示出了通過坐標(biāo)測量裝置的測量數(shù)據(jù)。注意，圖3B所示的圖形的位移被強(qiáng)調(diào)和圖示。
如圖3A至3C所示，由于EB描繪裝置的晶片臺的機(jī)械性能，在圖像位置(IP)精度中線性地出現(xiàn)誤差。通過對EB描繪裝置的電子光學(xué)系統(tǒng)執(zhí)行圖3C所示數(shù)據(jù)的反饋可以減小線性誤差，但是可能難以完全抑制誤差。
誤差(2)有兩個(gè)主要因數(shù)。圖4A至4C是用于說明第一因數(shù)的示圖。注意，圖4A至4C示出了作為例子的模版掩模。
如圖4A所示，當(dāng)制造模版掩模時(shí)，在向上的姿勢下，用抗蝕劑R涂敷在薄膜12的表面上，以及通過電子束直接描繪抗蝕劑R，以形成圖形。然后，通過使用抗蝕劑R作為掩?？涛g薄膜12，以形成孔的圖形12a。以及類似于圖4A使薄膜一側(cè)向上，執(zhí)行對所制造掩模的圖形位置精度的評估。
另一方面，如圖4B所示，當(dāng)曝光晶片時(shí)，使薄膜12向下裝載掩模，即薄膜12一側(cè)接近晶片，以及從梁13形成一側(cè)照射電子束。
以此方式，曝光時(shí)的掩模姿勢(曝光姿勢)相對于制造和測量圖像位置時(shí)的姿勢反轉(zhuǎn)。因此，如圖4C所示，薄膜12因重力彎曲，以致上表面?zhèn)仁湛s和下表面?zhèn)葦U(kuò)張。圖4C中的Z軸示出了垂直方向。由于存在因重力引起的形變，如果在向上的姿勢下薄膜12在正確的位置中形成有圖形，那么當(dāng)以反轉(zhuǎn)姿勢曝光時(shí)圖像位置可以被改變。
通過使用有限元模擬定量地分析由重力引起的模版掩模的變形(基于EPL掩模，C.-f.Chen等人，J.Vac.Sci.Thchnol.B19，2646(2001)以及基于PEL掩模，S.Omori等人，presented at the forty-sixth International Conference onElectron，Ion，Photon Beam Technology and Nanofabrication，Anaheim Hilton，Anaheim，CA，2002)。
第二因數(shù)是EB描繪裝置與曝光裝置之間的掩模固定方法的差異。對于半導(dǎo)體或掩模制造裝置，通過真空吸盤、靜電吸盤或機(jī)械夾持裝置緊緊地固定待處理的樣品(晶片或掩模白板)，但是該固定方法取決于各裝置。如果EB描繪裝置和曝光裝置之間的掩模固定方法可以是不同的，那么由于裝置內(nèi)的掩模平坦度彼此不同，通過與圖4C類似的機(jī)理可以出現(xiàn)圖形位移。
接下來，將參考圖5描述根據(jù)本實(shí)施例的曝光流程。本實(shí)施例的流程分為數(shù)據(jù)處理步驟、掩模制造工序以及曝光步驟。
首先，將描述考慮由重力引起的圖形變形校正初始掩模設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)(由R0圖示圖像位置)以形成EB描繪數(shù)據(jù)(圖像位置R1)的數(shù)據(jù)處理步驟。注意，由于用公開之前的在先申請(日本專利申請?zhí)?002-092612)中提及的類似處理執(zhí)行數(shù)據(jù)處理步驟，因此它將被簡單地描述。在本實(shí)施例中，通過下列流程降低僅僅通過數(shù)據(jù)處理步驟不能消除的誤差因數(shù)。
預(yù)先制備用于獲得EB描繪校正數(shù)據(jù)的測試掩模(ST1)。掩模不必包括實(shí)際的器件圖形，只要圖1A和1B以及圖2A和2B所示的掩模結(jié)構(gòu)相同，為了保證再現(xiàn)性，該掩?；旧峡梢灾圃煲粋€(gè)或數(shù)個(gè)。
盡管測試掩模包括用于通過激光干涉坐標(biāo)測量裝置如圖3A所示在整個(gè)掩模區(qū)上測量圖像位置(IP)精度的圖形，該圖形一般是幾μm至10μm以上的簡單形狀(正方形或井欄形狀)，以便其描繪和加工是極其容易的。即，測試掩模的生產(chǎn)在數(shù)量和技術(shù)難易度方面不防礙生產(chǎn)用掩模的生產(chǎn)。
然后，如圖6A所示，通過保持裝置30保持測試掩模TM，以便使薄膜12呈向上的姿勢，以及測量用于測量圖像位置(IP)精度的圖形的圖像位置RM(ST2)。如果可以在與曝光過程中類似的姿勢(即，薄膜是向下的姿勢)下測量圖像位置(IP)，那么它可以是有用的以及原則上是可能不是不可能的。但是，最近能獲得的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)測量裝置被設(shè)計(jì)成使圖形表面一側(cè)取向上姿勢測量坐標(biāo)。裝置的改造可能導(dǎo)致成本的增加以及妨礙用于其他定制的測量，以致它是不符合需要的。
然后，如圖6B所示，通過曝光裝置的掩模保持裝置31保持測試掩模TM，以便使薄膜12取向下的姿勢，以及被帶電粒子束掃描。因此，測試掩模TM上用于測量圖像位置(IP)精度的圖形被投影到涂覆有抗蝕劑R的晶片40。進(jìn)一步，如圖6C所示，通過使用顯影之后形成的抗蝕劑圖形作為掩模執(zhí)行刻蝕處理，由此在晶片上形成相同的圖形(ST3)。通過坐標(biāo)測量裝置測量晶片上的圖像位置RW(ST4)。
然后，在描繪掩模圖形及其曝光時(shí)的姿勢下因重力變形的圖像位置的變化被用于求得圖像位置傳遞函數(shù)F′。圖像位置傳遞函數(shù)F′表示為″RF＝F′[RM]″。因此，使用傳遞函數(shù)F′的反函數(shù)的圖像位置傳遞函數(shù)F，以便在曝光姿勢下基于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在位置上布置掩模圖形。
測試掩模的圖像位置RM與晶片上的投影圖像位置RW不同的主要原因是如上所述由重力引起掩模的球狀變形，從而通過圖形傳遞函數(shù)F的校正不取決于各掩模圖形。因此，它被普遍地應(yīng)用于每個(gè)生產(chǎn)用掩模。通過以此方式利用測試掩模作出的傳遞函數(shù)F，初始掩模設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)R0被變換為校正掩模數(shù)據(jù)R1(ST5)。
接下來，將描述掩模制造工序。
在掩模制造工序中，通過具有校正掩模數(shù)據(jù)R1的EB描繪裝置繪制掩模白板，通過下列刻蝕工藝形成圖1所示的模版圖形或散射圖形，清洗并檢查，結(jié)果，制造出掩模(ST6)。
以與測量測試掩模的圖像位置RM類似的姿勢和固定方法，對于所制造的掩模測量掩模的圖像位置R2(ST7)。注意，生產(chǎn)用掩模的場合，不能將用于測量圖像位置(IP)精度的圖形(下面，簡稱為“測量圖形”)布置在整個(gè)掩模區(qū)中，如用于獲得圖形傳遞函數(shù)F的測試掩模。
盡管后面將解釋與生產(chǎn)用掩模相比較的測量圖形的布置例子，但是下列四種方法或其組合是可能的。第一種方法中，在掩模具有圖2所示梁結(jié)構(gòu)的情況下，在梁上形成測量圖形，以在整個(gè)掩模區(qū)中布置充分?jǐn)?shù)量的測量圖形。
第二種方法類似于光掩模的縱向尺寸精度保證方法。即，測量圖形布置在器件實(shí)際工作區(qū)的周圍，所謂的“劃片線”，此處布置了對準(zhǔn)標(biāo)記、制造工序監(jiān)視圖形或器件性能測量圖形。該方法在整個(gè)掩模區(qū)中布置測量圖形會是不可能的。但是，掩模的球形變形由逐漸地改變位置的函數(shù)表示。因此，通過下級的函數(shù)在劃片線上插補(bǔ)測量圖形的位置，獲得掩模的圖像位置(IP)精度，而不降低精度。
在第三種方法中，在沒有障礙物的器件區(qū)中將測量圖形布置在位置上。換句話說，如果器件的多層結(jié)構(gòu)中具有接觸掩模層的層沒有圖形的區(qū)域，那么原則上可以布置測量圖形。通過對與掩模層和接觸掩模層的層對應(yīng)的三個(gè)掩模數(shù)據(jù)執(zhí)行OR運(yùn)算可以獲得該區(qū)域。
在第四種方法中，圍繞掩模區(qū)布置標(biāo)記。如圖2A所示，由于由帶電粒子束曝光的曝光區(qū)A的周圍是支撐薄膜的襯底區(qū)，因此可以不受限制地布置測量圖形。
通過測量值R2與校正掩模數(shù)據(jù)R1之間的差產(chǎn)生掩模的圖像位置(IP)的誤差δR并評價(jià)(ST8和ST9)。誤差δR設(shè)為由掩模制造工藝引起的誤差，如果它超過容許值，那么掩?？赡鼙仨氃僦谱?。
但是，人們認(rèn)為應(yīng)用使用帶電粒子束的光刻技術(shù)(EPL、IPL和PEL)的下一代半導(dǎo)體器件將變得超細(xì)，電路最小線寬小于90nm。因此，掩模的圖像位置(IP)精度要求變得非常嚴(yán)格。
具體，PEL必須在掩模上形成具有與實(shí)際器件相似尺寸的圖形?？紤]現(xiàn)有EB描繪裝置的性能，如果應(yīng)用表示ITRS路線圖(road map)的“δR”的容許值，那么存在掩模的成品率變得極其低的可能性。
本實(shí)施例中，注意帶電粒子束可被電磁場透鏡極其高精度地偏轉(zhuǎn)的優(yōu)越性能，使用光子的光刻技術(shù)不具有該優(yōu)越性能，在曝光過程中，通過曝光裝置的副偏轉(zhuǎn)操作校正部分掩模應(yīng)變(圖像位置誤差δR)。因此，掩模制造中IP誤差δR的容許值被放寬以及可以充分地提高掩模制造的成品率。由于這些，制造掩模的成本變低以及它導(dǎo)致半導(dǎo)體器件制造的整個(gè)成本減少。
在步驟ST9，為滿足某些放寬容許值的掩模制備曝光過程中的校正數(shù)據(jù)Δ1?？紤]將處于薄膜姿勢向上的位置R2的圖形移動到曝光姿勢下的位置F[R2]，以致“Δ1＝F[R2]-R0”表示第一校正數(shù)據(jù)(ST10)。
通過本發(fā)明的校正數(shù)據(jù)制備裝置制備第一校正數(shù)據(jù)。通過將用于上述運(yùn)算處理的程序讀出到數(shù)據(jù)處理裝置來實(shí)現(xiàn)校正數(shù)據(jù)制備裝置。
已提出了通過測量所制造掩模的圖形位置精度以及對電子光學(xué)系統(tǒng)執(zhí)行測量數(shù)據(jù)的反饋來校正掩模應(yīng)變和曝光的方法，例如限制EPL的提案(L.E.Ocola等人，J.Vac.Sci.Technole.B19，2659(2001))。但是，在現(xiàn)有技術(shù)中，沒有考慮在圖像位置(IP)的測量過程中或曝光時(shí)掩模姿勢的反轉(zhuǎn)對圖像位置(IP)的影響(參考圖4C)。此外，使用“R2-R0”作為校正數(shù)據(jù)。
由于它表明姿勢的反轉(zhuǎn)使得圖形位移不少于數(shù)十nm(前述的；C.-f.Chen等人，J.Vac.Sci.Technol.B19，2646(2001))，顯然現(xiàn)有技術(shù)中的方法不是正確的操作。本實(shí)施例具有圖像位置傳遞函數(shù)被預(yù)先計(jì)算以及應(yīng)用于EB描繪校正(圖5中的R0至R1)及另外應(yīng)用于由掩模制造工藝引起的誤差校正的性能。此外，在以下的說明中，由掩模形狀的差異引起的圖像位置傳遞函數(shù)的誤差可以被校正。過去這些不被關(guān)注。
測量圖像位置(IP)精度的掩模被裝載到曝光裝置。在曝光之前，測量作為位置函數(shù)的掩模W(x，y)的高度(ST11)。這里，“(x，y)”表示為掩模平面的坐標(biāo)。通過激光干涉流量計(jì)(A.Ehrmann等人，SPIE 3997，385(2000))、靜電電容傳感器(M.Oda等人，Jpn.J.Appl.Phys.34，6729(1995))或其他掩模形狀測量裝置執(zhí)行高度測量。由于說明中的曝光裝置的掩模臺是超高的精度，例如，當(dāng)掩模臺移動以及通過接近掩模的靜電電容傳感器測量傳感器和掩模之間的距離時(shí)，因此可以精確地獲得“W(x，y)”。
注意，上述測量不必在曝光裝置中執(zhí)行，以及可以制造和使用具有測量裝置的單獨(dú)裝置。但是，如上所述，必須采用盡可能與曝光裝置相同的掩模固定方法或保證至少相同級別的平坦度的方法。
如果掩模表面的形狀(W)類似于用于制備傳遞函數(shù)F的測試掩模的形狀Wref(預(yù)先測量)，那么僅僅第一校正數(shù)據(jù)Δ1可以是必需的。但是，掩模形狀實(shí)際上具有個(gè)體差異。例如，通過SOI晶片形成圖1A中的模版掩模。通過掩埋氧化膜的刻蝕停止膜的數(shù)百M(fèi)Pa的壓縮應(yīng)力，SOI晶片可能彎曲數(shù)十μm，以及對于各個(gè)SOI晶片彎曲量是不同的。
因此，如圖5所示，通過掩模形狀的個(gè)體差異引起的圖像位置(IP)誤差被計(jì)算作為第二校正數(shù)據(jù)Δ2(ST12)。通過本發(fā)明的校正數(shù)據(jù)制備裝置制備第二校正數(shù)據(jù)。通過執(zhí)行下面說明的處理將程序讀出到數(shù)據(jù)處理裝置實(shí)現(xiàn)校正數(shù)據(jù)制備裝置?；诟叨茸兓苽涞诙Ｕ龜?shù)據(jù)Δ2有兩種方法。下面，將描述通過校正數(shù)據(jù)制備裝置制備第二校正數(shù)據(jù)Δ2的方法。
圖4C中提出了第一種方法，以及圖形的位移與掩模表面的局部傾斜有關(guān)。根據(jù)材料力學(xué)的文獻(xiàn)(例如，S.P.Timoshenko and S.Woinowsky-Krieger，″Theory ofPlates and Shells.″)，通過下列公式(1)表示平板的微小彎曲，u=-h2(∂w∂x)...(1)]]>v=-h2(∂w∂y)]]>公式(1)中， “u”和“v”各自表示x方向和y方向的位移，以及“h”表示平板的厚度。具有如圖2A和2B的梁結(jié)構(gòu)的掩?？刹皇菄?yán)格的平板，因此認(rèn)為該公式近似地成立。因此，由于公式(1)的“W”用“(W-Wref)”代替，獲得由曝光過程中各個(gè)掩模的彎曲形狀引起的圖像位置(IP)誤差的第二校正數(shù)據(jù)Δ2。通過校正數(shù)據(jù)制備裝置執(zhí)行此方式的操作，以制備第二校正數(shù)據(jù)。
下面將描述用于制備第二校正數(shù)據(jù)Δ2的第二種方法。
即，對多個(gè)測試掩模執(zhí)行圖6A至6C所示的步驟，因此作出相比于測試掩模的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的投影到晶片的圖形RM的位移(對應(yīng)于第二校正數(shù)據(jù)Δ2)與在圖6B所示步驟中測量的測試掩模的彎曲形狀Wref之間的關(guān)系。
然后，分別制備彎曲形狀Wref的多個(gè)第二校正數(shù)據(jù)并制成數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫對應(yīng)于本發(fā)明的存儲裝置。
由于這些，在測量生產(chǎn)用掩模的彎曲形狀W之后，從形成的數(shù)據(jù)庫閱讀為具有與形狀W最相似的彎曲形狀的測試掩模制備的第二校正數(shù)據(jù)Δ2并加以利用。
如上所述，可以制備偏轉(zhuǎn)校正數(shù)據(jù)。
注意，由如所謂的光刻術(shù)中“為獲得條件的曝光(exposure for obtainingconditions)”可以間接地知道偏轉(zhuǎn)校正數(shù)據(jù)，對布置有重合精度測量副標(biāo)記的晶片執(zhí)行測試曝光，并測量從掩模投影至晶片的重合精度測量主標(biāo)記和晶片上的副標(biāo)記之間的相對位置(重合精度測量)(可以僅僅相對地知道掩模應(yīng)變，將晶片上的副標(biāo)記作為基準(zhǔn))。但是，為獲得條件的過程使曝光步驟的產(chǎn)出量降低以及器件制造的整個(gè)工藝成本增加，以致它是不合符需要的。
在本實(shí)施例中，通過使用為保證掩模制造工序中的縱向尺寸精度通常執(zhí)行的用于圖像位置(IP)精度的測量數(shù)據(jù)和在曝光裝置內(nèi)執(zhí)行的掩模高度測量數(shù)據(jù)，可以快速地制備校正數(shù)據(jù)，而不進(jìn)行測試曝光。
如上所述制備的第一和第二校正數(shù)據(jù)Δ1和Δ2(偏轉(zhuǎn)校正數(shù)據(jù))被存儲到帶電粒子曝光裝置的存儲單元。
然后，如圖7所示，當(dāng)帶電粒子束B通過帶電粒子光學(xué)系統(tǒng)(帶電粒子束照射裝置)的主偏轉(zhuǎn)透鏡掃描掩模M時(shí)，由于副偏轉(zhuǎn)透鏡根據(jù)偏轉(zhuǎn)校正數(shù)據(jù)輕微地偏轉(zhuǎn)帶電粒子束B的前進(jìn)方向，因此由掩模應(yīng)變引起的從原始位置變形的圖形被投影到晶片40上的校正位置(ST13)。注意偏轉(zhuǎn)校正數(shù)據(jù)可以被存儲到另一存儲單元和當(dāng)通過在線曝光和使用時(shí)可以從該存儲單元下載。
由于這些，掩模所要求的圖像位置(IP)精度可以被稍微減輕和實(shí)現(xiàn)掩模的制造成本及其制造時(shí)間的減少。
接下來，基于偏轉(zhuǎn)校正數(shù)據(jù)，將描述用于曝光晶片的曝光裝置的結(jié)構(gòu)例子。就使用等倍的模版掩模而言，PEL掩模所要求的圖像位置(IP)精度可以比EPL掩模和IPL掩模更嚴(yán)格。然后，描述將本發(fā)明應(yīng)用于PEL的例子。
圖8是低加速電壓電子束等倍接近曝光外觀的電子光學(xué)系統(tǒng)的概略圖。在文獻(xiàn)(T.Utsumi的美國專利號5831272(1998年11月3日))中提到了如上所述的曝光裝置。
圖8所示的曝光裝置100具有作為電子光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)射電子束102的電子槍103、使電子束102平行的聚光透鏡104，限制電子束102的孔105、使電子束102偏轉(zhuǎn)以便使之在持久或向量掃描模式中平行以及使之垂直地入射到模版掩模SM的一對主偏轉(zhuǎn)器106和107、執(zhí)行調(diào)整的一對微調(diào)偏轉(zhuǎn)器108和109以及控制整個(gè)裝置的操作的控制單元110。包括控制單元的電子光學(xué)系統(tǒng)103至110對應(yīng)于帶電粒子束照射裝置，帶電粒子束照射裝置基于由校正數(shù)據(jù)制備裝置制備的校正數(shù)據(jù)使電子束(帶電粒子束)偏轉(zhuǎn)，并照射電子束。
在圖8所示的曝光裝置中，由于使用了低加速電子，因此使用圖1A所示的模版掩模SM。在圖8中，通過穿過模版掩模ST的孔的電子束102曝光晶片40上的抗蝕劑。圖8所示的曝光裝置采用等倍曝光(equal scale exposure)，以及模版掩模SSM和晶片40被接近布置。由于在模版掩模SM與晶片40之間不存在縮小投影光學(xué)系統(tǒng)，因此曝光裝置具有相對簡單的結(jié)構(gòu)。
控制單元110控制主偏轉(zhuǎn)器106和107并使電子束102在模版掩模SM上掃描，以將掩模圖形投影到晶片40。在曝光期間，通過閱讀偏轉(zhuǎn)校正數(shù)據(jù)和控制微調(diào)偏轉(zhuǎn)器108和109，輕微地改變電子束102的方向，由掩模應(yīng)變引起的從原始位置移動的圖形被投影到晶片40上的正確位置。在上述控制中，可能需要預(yù)先求出表示圖像位置誤差的各種偏轉(zhuǎn)校正數(shù)據(jù)和為了將圖形投影到晶片40上的正確位置向微調(diào)偏轉(zhuǎn)器108和109施加電壓的條件間的相互關(guān)系。
注意，在圖中它被省略，由于晶片臺和掩模臺接近，利用掩模臺的驅(qū)動系統(tǒng)，以在晶片臺上設(shè)置的靜電電容傳感器上掃描掩模，可以測量掩模形狀。
圖9A是圖8所示的曝光裝置使用的模版掩模的平面圖。
通過四英寸直徑的SOI晶片形成圖9A所示的模版掩模，以及在其中間部分形成有40mm正方形的曝光區(qū)A(L＝20mm)。SOI層利用的薄膜厚度是600nm以及背面刻蝕的阻止層的刻蝕停止層的厚度是400nm。
圖9B示出了圖9A的曝光區(qū)A的例子的放大視圖。
在圖9B中，薄膜尺寸d1是1050μm以及梁寬d2是200μm。如圖9A和9B所示，曝光區(qū)A分為四個(gè)區(qū)域A1至A4，以及互補(bǔ)分割的掩模圖形被適當(dāng)?shù)胤峙浜筒贾玫剿膫€(gè)區(qū)域(I.Ashida，S.Omori and H.Ohnuma，Proc.SPIE 4754，847(2001))。
圖10A示出了中間部分40mm正方形中的模版掩模的變形，所述變形由重力引起。如圖10A所示，在模版掩模中存在約1.5μm的高度差，以及由高度差引起的圖形位移最大為44nm。注意，如圖10B所示，由掩模的球形形變引起的位移由逐漸地改變位置的函數(shù)表示以及可以被如上提及的傳遞函數(shù)F校正。
如圖11A所示劃片線SL圍繞芯片Ch布置，以及如圖11B所示芯片Ch布置在掩模中。
在此情況下，由于在圖9A和9B所示的掩模的各個(gè)區(qū)域A1至A4中形成梁的區(qū)域布置有其他區(qū)域A1至A4的圖形形成區(qū)，因此圍繞芯片設(shè)置的劃片線SL可以形成有用于測量圖像位置(IP)精度的圖形。它有助于提高校正精度。注意，圖形形成區(qū)被定義為在薄膜區(qū)中沒有形成梁的區(qū)域。
由校正掩模數(shù)據(jù)R1制造的掩模如圖5所示被測量圖像位置(IP)精度(ST7)，以及對其位置精度進(jìn)行合格與否的判定(ST8和ST9)。用第一校正數(shù)據(jù)Δ1計(jì)算出合格的掩模(ST10)。然后，掩模被裝載到圖8所示的曝光裝置，以及通過類似于測試掩模的靜電電容傳感器測量其高度。如上所述，測試掩模和所述掩模之間的形狀差異可以變換為第二校正數(shù)據(jù)Δ2，或可以使用記錄圖像位置(IP)誤差與掩模形狀的關(guān)系的數(shù)據(jù)庫。最后，圖8所示的曝光裝置通過使用兩個(gè)校正數(shù)據(jù)的總和曝光(ST13)。
下面將參考圖12A和12B及圖13A和13B描述本實(shí)施例的效果。
在如圖12A所示不需要校正的理想數(shù)據(jù)的情況下，通過主偏轉(zhuǎn)器106和107使電子束102垂直地掃描晶片。另一方面，在圖5的流程中得到的偏轉(zhuǎn)校正數(shù)據(jù)設(shè)為例如圖12B所示的數(shù)據(jù)的情況下，在本實(shí)施例中，基于校正數(shù)據(jù)，通過微調(diào)偏轉(zhuǎn)器108和109使電子束102偏轉(zhuǎn)到晶片，并照射到晶片。
圖13A和13B將示出使用偏轉(zhuǎn)校正數(shù)據(jù)的曝光效果。
如圖13A所示，即使掩模圖形MP從理想的格子E翹曲，但是通過圖13B所示的曝光過程中的偏轉(zhuǎn)被校正以便在晶片上形成高精度格子并被投影。
下面總結(jié)如上所述的根據(jù)本實(shí)施例的曝光裝置、曝光方法和半導(dǎo)體器件制造方法的效果。
首先，通過傳遞函數(shù)校正圖像位置，掩模的圖像位置精度將提高以及器件的成品率將增加。
其次，對掩模的圖像位置精度要求可以被放寬以及掩模的成品率將提高。由于這些，可以降低掩模成本。
通過在曝光裝置測量掩模的高度，可以校正由掩模襯底的差異引起的誤差，以致對襯底平坦度的規(guī)定可以放緩以及掩模價(jià)格可以被降低。
通過基于偏轉(zhuǎn)校正數(shù)據(jù)改變帶電粒子束的照射角度以及將電子束照射到晶片，投影在晶片上的圖形的位置精度提高以及器件的成品率增加。
本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例。
例如，圖5的流程可以被應(yīng)用于EPL和IPL掩模。在EPL和IPL中，掩模和晶片不接近，以致掩模的高度測量是必要的以執(zhí)行與圖8所示的曝光裝置不同的機(jī)構(gòu)。如果圖像位置(IP)誤差的校正數(shù)據(jù)是相同的，那么由于電子或離子光學(xué)系統(tǒng)是不同的，用于偏轉(zhuǎn)校正的裝置控制方法是不同的。
除以上之外，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種改變。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明中的曝光裝置和曝光方法可以應(yīng)用于，例如用于制造半導(dǎo)體器件的使用帶電粒子束的曝光步驟。本發(fā)明中的半導(dǎo)體器件制造方法可以應(yīng)用于采用使用帶電粒子束的曝光步驟的半導(dǎo)體器件的制造。
權(quán)利要求
1.一種曝光方法，包括以下步驟測量相對于曝光姿勢的反轉(zhuǎn)姿勢下的掩模的圖像位置；考慮在所述曝光姿勢下由重力引起的圖形位移校正所述測量的圖像位置，以基于被校正的圖像位置與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)之間的差異制備第一校正數(shù)據(jù)；以及通過基于所述第一校正數(shù)據(jù)使帶電粒子束偏轉(zhuǎn)，以校正曝光于被曝光體上的圖形的位置，來執(zhí)行曝光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曝光方法，其中通過預(yù)先使用測試掩模求得表示所述曝光姿勢和所述反轉(zhuǎn)姿勢下所述由重力引起的圖形位移的相關(guān)性的傳遞函數(shù)，以及通過使用所述傳遞函數(shù)校正所述測量的圖像位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曝光方法，其中所述掩模設(shè)有用于測量位置精度的圖形，該圖形不同于被投影到所述被曝光體的所述圖形，以及測量所述掩模的圖像位置的步驟包括測量所述掩模的用于測量位置精度的所述圖形的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曝光方法，在執(zhí)行曝光的步驟之前還包括測量所述曝光姿勢下所述掩模的彎曲形狀；以及基于所述測量的彎曲形狀制備第二校正數(shù)據(jù)，所述第二校正數(shù)據(jù)表示在所述曝光姿勢下由各個(gè)掩模的彎曲形狀引起的圖像位置的位移，其中所述執(zhí)行曝光的步驟包括基于所述第一校正數(shù)據(jù)和所述第二校正數(shù)據(jù)通過使帶電粒子束偏轉(zhuǎn)以校正曝光于所述被曝光體的圖形的位置來執(zhí)行曝光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的曝光方法，其中制備所述第二校正數(shù)據(jù)的步驟包括基于預(yù)先測量的所述曝光姿勢下的測試掩模的彎曲形狀與所述被測掩模的彎曲形狀的差異制備表示所述圖像位置的位移的所述第二校正數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的曝光方法，其中制備所述第二校正數(shù)據(jù)的步驟包括通過使用彼此具有不同彎曲形狀的多個(gè)測試掩模制備表示曝光姿勢下所述圖像位置的位移的多個(gè)所述第二校正數(shù)據(jù)并將多個(gè)所述第二校正數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫，以及從所述數(shù)據(jù)庫讀出所述第二校正數(shù)據(jù)并利用所述第二校正數(shù)據(jù)，所述第二校正數(shù)據(jù)對應(yīng)于與所述被測掩模的所述彎曲形狀相比具有最接近的彎曲形狀的所述測試掩模。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曝光方法，其中使用模版掩模作為所述掩模。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曝光方法，其中使用電子束作為所述帶電粒子束。
9.一種具有通過經(jīng)由掩模照射帶電粒子束將圖形投影到半導(dǎo)體器件的曝光步驟的半導(dǎo)體器件制造方法，所述曝光步驟包括以下步驟測量相對于曝光姿勢的反轉(zhuǎn)姿勢下所述掩模的圖像位置；考慮在所述曝光姿勢下由重力引起的圖形位移校正所述測量的圖像位置，以基于被校正的圖像位置與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)之間的差異制備第一校正數(shù)據(jù)；以及通過基于所述第一校正數(shù)據(jù)使帶電粒子束偏轉(zhuǎn)以校正曝光于被曝光體的圖形的位置來執(zhí)行曝光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其中通過預(yù)先使用測試掩模求得表示所述曝光姿勢和所述反轉(zhuǎn)姿勢下由重力引起的圖形位移的關(guān)系的傳遞函數(shù)，以及通過使用所述傳遞函數(shù)校正所述測量的圖像位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其中所述掩模設(shè)有用于測量位置精度的圖形，該圖形不同于被投影到所述被曝光體的所述圖形，以及測量所述掩模的圖像位置的步驟包括測量所述掩模的用于測量位置精度的所述圖形的位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件制造方法，在執(zhí)行曝光的步驟之前還包括測量所述曝光姿勢下所述掩模的彎曲形狀；以及基于所述測量的彎曲形狀制備第二校正數(shù)據(jù)，所述第二校正數(shù)據(jù)表示在曝光姿勢下由各個(gè)掩模的彎曲形狀引起的圖像位置的位移，其中執(zhí)行曝光的步驟包括基于所述第一校正數(shù)據(jù)和所述第二校正數(shù)據(jù)通過使帶電粒子束偏轉(zhuǎn)以校正曝光于被曝光體的圖形的位置來執(zhí)行曝光。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其中制備所述第二校正數(shù)據(jù)的步驟包括基于預(yù)先測量的曝光姿勢下的測試掩模的彎曲形狀與所述被測掩模的彎曲形狀的差異制備表示所述圖像位置的位移的所述第二校正數(shù)據(jù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其中制備所述第二校正數(shù)據(jù)的步驟包括通過使用彼此具有不同彎曲形狀的多個(gè)測試掩模制備多個(gè)所述第二校正數(shù)據(jù)，并將多個(gè)所述第二校正數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫，所述第二校正數(shù)據(jù)表示曝光姿勢下所述圖像位置的位移，以及從所述數(shù)據(jù)庫讀出所述第二校正數(shù)據(jù)并利用所述第二校正數(shù)據(jù)，所述第二校正數(shù)據(jù)對應(yīng)于與所述被測掩模的所述彎曲形狀相比具有最接近的彎曲形狀的所述測試掩模。
15.一種曝光裝置，包括校正數(shù)據(jù)制備裝置，考慮曝光過程中由重力引起的圖形位移校正在與曝光姿勢相反的反轉(zhuǎn)姿勢下掩模的圖像位置，以基于被校正的圖像位置和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)之間的差異制備第一校正數(shù)據(jù)；以及帶電粒子束照射裝置，基于所述第一校正數(shù)據(jù)通過使帶電粒子束偏轉(zhuǎn)以校正曝光于被曝光體的圖形的位置來執(zhí)行曝光。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的曝光裝置，其中所述校正數(shù)據(jù)制備裝置通過使用傳遞函數(shù)校正圖像位置，所述傳遞函數(shù)表示在曝光姿勢下和反轉(zhuǎn)姿勢下由重力引起的圖形位移的相互關(guān)系。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的曝光裝置，其中所述掩模設(shè)有用于測量位置精度的圖形，該圖形不同于被曝光于所述被曝光體的所述圖形，以及所述校正數(shù)據(jù)制備裝置基于所述掩模的用于測量位置精度的圖形的位置制備所述第一校正數(shù)據(jù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的曝光裝置，還包括用于測量曝光姿勢下所述掩模的彎曲形狀的掩模形狀測量裝置，其中所述校正數(shù)據(jù)制備裝置基于所述測量的彎曲形狀進(jìn)一步制備第二校正數(shù)據(jù)，該第二校正數(shù)據(jù)表示在曝光姿勢下由各個(gè)掩模的彎曲形狀引起的圖像位置的位移，以及基于所述第一校正數(shù)據(jù)和所述第二校正數(shù)據(jù)制備校正數(shù)據(jù)，以及所述帶電粒子束偏轉(zhuǎn)裝置基于所述校正數(shù)據(jù)使帶電粒子束偏轉(zhuǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的曝光裝置，其中所述校正數(shù)據(jù)制備裝置基于預(yù)先測量的曝光姿勢下測試掩模的彎曲形狀與所述被測掩模的彎曲形狀的差異制備所述第二校正數(shù)據(jù)，第二校正數(shù)據(jù)表示所述圖像位置的位移。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的曝光裝置，還包括用于存儲多個(gè)所述第二校正數(shù)據(jù)的存儲裝置，所述第二校正數(shù)據(jù)表示關(guān)于彼此具有不同彎曲形狀的多個(gè)測試掩模在曝光姿勢下所述圖像位置的位移，其中所述校正數(shù)據(jù)制備裝置從所述存儲裝置讀出所述第二校正數(shù)據(jù)并利用所述第二校正數(shù)據(jù)，第二校正數(shù)據(jù)對應(yīng)于與所述被測掩模的所述彎曲形狀相比具有最接近的彎曲形狀的所述測試掩模。
全文摘要
為了提供一種能校正不能僅僅通過校正掩模圖形的電子束描繪數(shù)據(jù)減小的曝光過程中圖像位置誤差的曝光裝置和曝光方法，以及使用該方法的半導(dǎo)體器件制造方法，其中在與曝光姿勢相反的姿勢下測量掩模的圖像位置R2(ST7)；考慮在曝光姿勢下由重力引起的圖形位移校正測量的圖像位置R2，和基于校正的圖像位置和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)之間的差制備第一校正數(shù)據(jù)Δ1(ST10)；以及基于第一校正數(shù)據(jù)Δ1使帶電粒子束偏轉(zhuǎn)，以校正曝光于被曝光體的圖形的位置，來執(zhí)行曝光。
文檔編號H01J37/304GK1735959SQ20038010852
公開日2006年2月15日 申請日期2003年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月14日
發(fā)明者大森真二, 守屋茂, 納土?xí)x一郎 申請人:索尼株式會社