CN1294623C - 使用光束成型获取椭圆及圆化形状之方法 - Google Patents

使用光束成型获取椭圆及圆化形状之方法 Download PDF

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Abstract

一种制造一掩模(316)以供图案化一半导体晶片之方法。该掩模(316)包括椭圆(340)或圆形化特征利用一椭圆形能量光束(350)形成。利用实质上圆形能量光束形成之卵形(340)或圆形化特征之不理想阶梯形边缘(344)，以椭圆形能量光束(350)予以平滑化。一种以掩模(316)制造一半导体装置之方法亦包括在内。椭圆形能量光束(350)亦可用来直接图案化一半导体晶片。

Description

使用光束成型获取椭圆及圆化形状之方法
技术领域
本发明关于半导体制造工具，特别关于一方法以产生用于半导体装置制造中之光掩模或光栅上之图案。
背景技术
半导体装置已使用于各种电子用具上，如个人计算机及手机。半导体制造方法典型利用微影处理以经半导体晶片之表面构成图案。微影术典型包括利用施加阻抗层材料于半导体装置之表面。之后，以曝露阻抗层于光下，特别是紫外光以便在负抗蚀剂方法中交互链接，以将阻抗层成图案。交互链接可防止与显影剂反应，其将未受UV光曝露之交互链接之阻抗层之区域显影掉。其它型式之阻抗层在紫外光之被正阻抗层方法中曝光下链中断。
半导体装置上之阻抗层利用光掩模或光栅，此处称为”掩模”加以图案化。掩模之功能为一屏蔽以防止在微影期间光通过预定区域。一掩模典型包括一不透明或高度吸光层之材料，如金属之铬或铬合金，根据图案设计投影在半导体晶片上加以图案。不透明或半透明区在透明基板，通常为石英上构成。使用之掩模可包括电子束掩模，散射掩模及/或腊纸掩模，例如在投影电子束微影(SCALPLE)中之环状限制散射。
半导体工业被迫使降低半导体装置之尺寸。迷你化已为容纳今日半导体产品增加之电路密度所必需。半导体组件降低组件尺寸之趋势下，微影掩模之制造及检查已日增困难。精密之半导体处理对掩模提供之影像品质甚为敏感。掩模之缺陷构造能力已被限制在某些最小尺寸，其与用以提供掩模上图案化之方法及制造工具有关。
掩模之图案可利用激光图案产生器，或电子束图案产生器等来源构成图案或写入图案。因为掩模包括尺寸在微米以下之特性，其制造典型利用自动装置实施。
参考第1图，显示之习知技艺之微影掩模制造系统100，其包括一台114供配置待制造之掩模或光栅116。能源110提供一能量光束如激光束或电子光束以预定之光或电子密度在掩模上写入图案。掩模较佳以定位器或台114导引以根据计算机产生之图案写入掩模116上。
备有一无图案于其上之坯件掩模116。掩模116包括吸光不透明材料，如铬，钼或其合金，或金属氧化物配置在透明玻璃或石英基板上。掩模116安装在定位器114或台，或其它定位装置上。该台116能准确定位掩模114包括旋转。一透镜系统112配置在掩模116与能源110之间以聚焦由能源110产生之能量光束。能源110较佳能产生能量光束，如紫外线波长之光或电子波束具有约50KeV或较少之能量。能源110包括一激励器激光。透镜系统112控制用以写入掩模116上图案之光束之尺寸及形状。
制造期间，能源110产生能量光束由透镜系统112聚焦及构形。其用以导引光束至掩模116。
掩模116根据储存在计算机120之内存125中之图案操纵掩模116转移及旋转。计算机120之处理器123发出信号以控制该台114之移动以写入内存125储存之图案于光阻层上。能源110可由处理器123控制。处理器123发出一信号至能源110根据图案以将光束开启或关闭。
或者，利用一快门(未示出)以停止光束之传播。
激光及电子能量图案产生器有能力产生复杂掩模图案，包括具有窄几何图形，密光学近似改正(OPC)及相移掩模(PSM)。OPC可协助补偿遗失之光，以保证精确之图案形成于半导体晶片上。例如，无OPC时，半导体晶片上之矩形图案，因光在边缘上为圆形而成椭圆。OPC用以增加微小之细线至角落以改正此一现象，以保证角落为非圆形，或移动一特性边缘使晶片之尺寸更为准确。相移掩模改变通过掩模之光之相位，可使改进之聚焦深度及晶片上之分辨率。相移可协助降低晶片表面之不规则之线分辨率之失真。
发明内容
本发明之实施例作为一制造微影掩模可达到技术优点，其利用一椭圆激光或电子激光光束以平滑掩模之粗糙边缘及建立一具有平滑与曲线边缘之椭圆及圆形化特征。
在一实施例中，揭示一制造供图案化半导体晶片之掩模之方法，包含提供一掩模坯件，其包括一基板及一不透明材料形成其上，及利用椭圆形能量光束图案化该不透明材料为一卵形或圆形特性。
在另一实施例中，揭示一制造供图案化一半导体晶片之掩模之方法，包含提供一基板，有一不透明材料于其上形成，及在不透明材料上构成图案，部分图案具有阶梯形边缘。不透明材料上之阶梯形边缘利用椭圆形能量光束加以降低。
尚揭示一制造供图案化半导体晶片之掩模之方法，包括提供一基板，其包括一透明材料，沉积一不透明材料于基板上，及利用实际上圆形能量光束在不透明材料上构成卵形或圆形之图案，部分卵形或圆形特性包含不理想之阶梯形边缘。该卵形或圆形特性阶梯形边缘至少部分利用椭圆形能量光束除去。
尚揭示一制造半导体装置之方法，包含提供半导体晶片及以掩模将半导体晶片图案化，该掩模包括利用椭圆形能量光束构成之卵形或圆形特性。
尚揭示一制造半导体晶片之方法，包含提供一有面之半导体晶片，沉积一阻抗层于半导体晶片表面上。该方法包括以能量光束将光阻抗蚀图案化，其中该能量光束包括一具有椭圆形剖面之光束。该阻抗层用来将晶片表面图案化。
本发明之实施例之优点包括提供一方法，以在半导体晶片掩模上建立一卵形或圆形特性，其无由利用具有圆形剖面之光束导致之激光/电子光束图案化引起之阶梯边缘。内存半导体装置如磁性随机存取内存(MRAM)装置及动态随机存取内存(DRAM)装置，特别可自建立椭圆形及图案之能力获益，并将内存单元性能最大化。
此外，以椭圆形激光/电子光束将卵形及圆形特性之边缘平滑化较快，需要一较低功率密度，及较利用圆形剖面能量光束图案一较大表面面积，如习知技艺之方法然。习知技艺之激光及电子光束源亦可使用，但需根据本发明实施例调整能量源以建立一椭圆形剖面光束。
附图说明
本发明实施例之上述特性将可藉以下之说明及伴随之图式获得更清晰之了解，图中：
第1图为一方块图，显示一传统激光/电子图案产生器供半导体制造方法中掩模之图案化；
第2图说明一激光/电子光束之剖面图，该光束具有圆形剖面在习知技艺方法中用以图案化一掩模；
第3图显示习知技艺掩模，其具有由多个叠加矩形图案构成之卵形特性，是利用习知技艺激光/电子光束掩模图案化构成；
第4图显示一椭圆形激光/电子光束，用以根据本发明之实施例将掩模之卵形特性之曲线平滑化；
第5图为具有椭圆形剖面光束之剖面图，其系用来根据本发明实施例平滑化一掩模图案之椭圆及圆形特性；
第6图显示本发明实施例用以将掩模之圆形特性之曲线平滑化之椭圆形激光/电子光束；及
第7图说明用以图案化半导晶片之本发明实施例制造之掩模。
不同图式中之对应号码及符号系指对应零件，除非特别指出者例外。
图式用以清晰说明较佳实施之相关特性，但并非合乎比例。
具体实施方式
习知技艺掩模图案化将予以讨论，随后说明本发明较佳实施例及讨论其优点。
虽然激光/电子束图案产生器系统如第1图所示提供较高之记号输出，较其它可用方法为佳之低成本及较佳配置准确性，但某些技术问题仍然存在。例如，角落圆形化即为一问题。如揭示于2001,4,10颁授之美国专利号码6,214,496，该专利以参考方式并入此间。第2图显示习知技艺掩模116表现之角落圆形化。掩模116包括一透明基板126及一不透明材料128含金属材料如铬。一阻抗层沉积在材料128上，一激光/电子光束130具有一圆形剖面，用以图案化该阻抗层。该光束交互链接或中断聚合物链于理想区域，随后施加适当之溶剂去除。因光束130之剖面为圆形，掩模116之角落138为圆形化，而非在一点处为直角。美国专利号码6,214,496揭示使用椭圆激光/电子光束之短轴以降低角落圆形化。
利用激光/电子光束在掩模上写入图案之另一问题为，以具有圆形剖面之激光/电子光束建立之卵形，圆形或曲线证明为具挑战性。第3图显示习知技艺之掩模，其具有基板226及不透明材料228沉积其上。卵形特性240及其它圆形特性(未示出)系以重叠复数个不同尺寸之具有直角角落之矩形及方形图案在不透明材料228上。每一矩形图案242之构成系以具有圆剖面之能量光束跨过掩模216达成。重叠一数组或多个矩形图案242导致一具有阶梯形及不理想之材料214之边缘243于掩模216上。
在此技艺中，生产之掩模216如无过多材料244及阶梯形边缘243则最为理想。生产椭圆及圆形特性具有平滑边缘之掩模非常必要。某些半导体装置如MRAMs及DRAMs可自椭圆或卵形于掩模上获益，如掩模之卵形构成沟道或内存单元之其它特征，则内存单元之性能可获改进。
此外，曝光工具之栅级对齐与限制可影响运算时间(TAT)及全面掩模品质及图案保真度。
此技艺中需要一方法以制造供图案一半导体晶片之掩模，晶片具有椭圆或圆形特征而无不理想阶梯形图案于其边缘。
第4图显示一椭圆形激光/电子光束350用以平滑本发明实施例之掩模316之卵形特征340之曲线。备有一掩模坯件316具有一透明基板及326及不透明材料沉积其上。阻抗层328沉积或形成在掩模坯件316上。利用圆形剖面之能量光束在掩模316上图案化多个矩形342。外边缘343之一数组矩形342构成阶梯形图案而勾划出理想之卵形。
过多材料344在矩形342数组构成后位于掩模阻抗层中。
根据本发明较佳实施例，利用椭圆激光束350移除过多材料344以达到掩模316上之理想卵形边缘。较佳为，激光定位及剖面形状程序于控制图案化之计算机记忆体中。
参考第2图，显示矩形342之近视图。矩形342阶梯形边缘343有一第一侧133及第二侧132，第一侧及第二侧133，132彼此成直角位置以形成一直角角落。根据本发明实施例减少阶梯形边缘包含阶梯形边缘343之直角角落平滑化及移除过多材料344。
第5图显示具有椭圆形剖面光束350之剖面图，其用来将本发明一实施例掩模316图案之椭圆及圆形特征平滑化。能量光束350包含长轴B及短轴A。长轴B为短轴A长度之二倍，或者，长轴B较短轴A长1/2至三倍之间。较佳为，根据本发明之实施例，沿光束350之长轴B之边缘用来移除过多材料344，以构成掩模316上理想之卵形或椭圆形340，如第4图所示。或者，可利用短轴，于另一实施例中，椭圆光束350可以一角度配置，利用长轴B光束边缘之一部分及短轴A光束边缘之一部分，将掩模316之形状平滑为圆形化特征。
第6图显示椭圆激光/电子光束450用以将本发明实施例之掩模之圆形特征440之曲线平滑化。较佳为利用光束450之长轴B之一边缘以平滑圆形440之边缘，自重叠之矩形图案数组442之阶梯形边缘443之环状外部区域移除过多材料444。
在另一实施例中，所述之椭圆激光/电子光束350/450可用来在掩模316/416上构成图案形状，而不用具有圆形之能量光束形成之重叠矩形342/442之数组。因为椭圆光束350/450较习知技艺所用之圆形光束为大，图案化一掩模316/416需要较少时间，及可达成掩模316/416之较高输出。
根据本发明之实施例，椭圆剖面能量光束350/450较佳用来图案化具有圆形边缘之掩模316/416上之特征，如卵形，椭圆，圆形，S形及其它圆形化形状。
第7图说明本发明实施例制造之掩模316/416。根据本发明制造之掩模316/416配置在一光源或能源110及待图案化之半导体晶片360之间。半导体晶片360包含一基板，具有多个导电及绝缘层配置在其上以备图案化。一阻抗层在每一层图案化之前施加；不同之掩模316/416用来图案化每一层。
光或其它能量自光源110放射，使掩模316/416之透明区域326/426中之晶片360曝光。或者，利用上述制造之掩模316/416，卵形及圆形特征可精确在晶片360上图案化。较小特征尺寸可在晶片360上达成及达成改进之聚焦。
在半导体晶片上产生图案之另一方法称为”直接写入”，其中之图案利用激光或电子光束直接在晶片上构成。此一技术不需要一光掩模，常被用来快速照相排版或小型应用。
本发明实施例中，包括利用椭圆形能量光束以直接写入法直接图案化一半导体晶片。一第5图所示有一椭圆形剖面之光束350可用来在本发明实施例之半导体晶片上直接形成椭圆形及圆形特征。
本发明之一实施例包含图案化半导体晶片之方法，包括提供具有一表面之半导体晶片，沉积阻抗层在半导体晶片表面上，及以能量光束图案化该阻抗层，其中之能量光束包含具有椭圆形剖面之一光束。该能量光束350可包含激光，离子光束或电子能量光束。卵形或圆形化特征利用该光束在阻抗层上图案化。该光阻抗蚀于是用来图案化晶片表面。
在另一实施例中，一实际上圆形能量光束用来在阻抗层上构成包括卵形或圆形化特征，具有包括不理想阶梯形边缘之卵形或圆形化特征之部分。卵形或圆形化特征阶梯形边缘至少以椭圆形能量光束350部分移除。
另一实施例包括利用上述之直接图案化方法将半导体装置图案化。
本发明之实施例提供较习知技艺制造半导体装置掩模之方法为优之数项优点。备有一方法以在半导体装置之掩模上建立卵形及圆形特征，俾在卵形及圆形特征上无利用圆形剖面之激光/电子光束图案化引起之阶梯形边缘。MRAM及DRAM装置特别自建立内存单元之椭圆及图案获益，及可使内存单元性能最大。此外，以椭圆形激光/电子光束平滑特征边缘较快，所需功率密度较低，及较利用圆形剖面能量光束图案一较大面积。可利用习知激光/电子光束能源，需根据本发明调整习知能源以建立椭圆形剖面光束。
本发明已以说明性实施例说明如上，此一说明不能解释为有限制性。说明性实施例与本发明之其它实施例组合之修改，对精于此技艺人士言，参考说明后当属明显。此外，精于此技艺者可安排方法步骤之顺序，仍属本发明范围之内。因此，所附之权利要求涵盖任何修改及实施例。此外，本发明之范围不限于本说明书所述之方法，机器，事项之组成，方式，步骤之实施例。准此，附录之权利要求意欲包括如程序，机器，制造，事项之组成，方式或步骤等于其中。

Claims (12)

1.一种制造供图案化半导体晶片掩模的方法，包括：
提供一个掩模坯件，包括一不透明材料形成其上；
在不透明材料上形成一图案，部分图案包含阶梯形边缘；
以椭圆形能量光束减少不透明材料上的阶梯形边缘。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述形成图案包含形成一个至少具有边缘的图案，该边缘具有二侧边互成直角以构成实质上直角角落，其中所述减少阶梯形边缘包含平滑化该直角角落。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述椭圆形能量光束包括一长轴及一短轴，其中沿能量光束长轴的边缘用于移除阶梯形边缘。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中所述构成图案包含构成卵形或圆形特征。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中所述减少阶梯形边缘包含利用激光或电子光束能量束。
6.如权利要求1或2所述的方法，还包含利用掩模以圆案化一个半导体晶片。
7.如权利要求6所述的方法，其中在所述已图案化的半导体晶片上形成一个磁随机存取内存或动态随机存取内存装置。
8.如权利要求1或2所述的方法，其中所述不透明材料沉积在一透明材料或一基板上。
9.如权利要求1或2所述的方法，其中所述阶梯形边缘是通过利用实际上圆形能量光束而构成。
10.一种图案化半导体晶片的方法，包括：
提供一个具有表面的半导体晶片；
在半导体晶片表面上沉积阻抗层；
以能量光束图案化该阻抗层，其中所述能量光束包括椭圆形剖面的光束；
利用阻抗层将半导体晶片图案化，
其中在阻抗层上构成包括卵形或圆形化特征的一圆案，部分该卵形或圆形化特征包括阶梯形边缘；及
其中以椭圆形能量光束移除至少部分所述卵形或圆形化特征的阶梯形边缘。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述能量光束包含一激光或一电子光束能量束。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中图案化所述阻抗层包含构成卵形或圆形特征。
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