TW381190B - Improved X-ray mask structure - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___—__ B7 , f 五、發明説明（1 ) ~ " 技術範, 本發明係關於X-射線光罩，及尤其係關於具有良好的耐 彎曲性，並界定任何期望曝光範圍之通用尺寸的光罩。 發明背吾 知體電路（I C )技術已發展至可使用平面技術在同一半導 體晶片上製造大量完整電路之程度。典型上係使用微影技 術將電路併入於晶圓上。各電路可包括以預先選定的配置 方式電互連的大量组件，諸如電晶體、二極體、電阻器、 電容器等等。於將電路组件形成於晶片上後，將晶片進行 測4，並切割成包含選定電路陣列之個別晶片，將其進〜 步加工，並囊封成記憶體、邏輯或其他丨C。 微影技術被廣泛用於在需要良好解析度及高良率之半導 體晶片上形成電路圖案。使用光學步進（stepplng)技術， 可利用步進及重覆方法將—開始形成於光罩基材上之圖案 光學轉移至晶圓之光阻劑層上。步進及重覆方法包括將包 含供一部分晶圓用之圖案之光罩移至晶圓之未曝光部分， 及使用電磁輻射於將光罩圖案成像於晶圓上。於使圖案成 像後，移動晶圓並重覆曝光'繼續對各微影步驟之步進及 重覆方法，直至整個晶圓皆經曝光爲止。 原來的微影技術係在晶片上使用光阻劑層，及使用紫外 光或自然光於使b案曝光於晶片上。然而，紫外光及自然 光技術有解新度的限制。最終於防蝕劑中得到之解析度， 尤其受限於入射光之波長。 部分由於此限制，發展出x_射線石Μ於利用⑽ ____ _4_ ί紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4《格（―21〇>< 297公着^ — -— ----------壯衣------訂------線 (請先閱»背面之注意事¾再填寫本頁〕 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明说明（ χ_射線之較短波長在防蝕劑中使適當的圖案曝光。射線 之波長範圍一般係自約(^丨至1.0毫微米，其可顯著地改良 與石印法相關之解析度及每個晶圓的電路良率。 在X-射線石印法中，使用射線源，諸如同步加速器 ，於將X-射線之強烈的平行光束引導通過在半導體晶圓之 光阻劑層上方射線光罩。此光罩包括—中心、χ_射線 透明區域，其包括由X-射線吸收材料所形成之選定圖案。 X-射線在下方的光阻㈣中使與χ_射線吸收材料圖案相對 應之圖案曝光。 爲形成使用於X-射線石印法中之心射線光罩，使用—由 X-射線不透明材料，例如矽，所形成之平晶圓作爲基材。 此基材具有使用習知之㈣技術，例如，將適當的捧雜劑 擴散至基材内作爲_止點（eteh_st()p)，而㈣至拉 k之中〜區域。將基材結合至支承環，以提供光罩支承及 安定性。然後利用諸如電鍍之技術，將X-射線吸收材料， 例如，金，以適當的電路圖案選擇性地沈積於晶圓、 區域的上表面。 ^ 在另一種具體實例中，使一薄声之讲仆功 石為曰氮化石夕或鑽 HP 成長，及經由將晶圓基材蝕刻至成長 並在此層上形成X-射線吸收圖案而形成薄膜。成長層， 忮又將使用術t吾薄膜於指示爲χ _射線透明及支 不透明圖案·>曰η Γ- 1 J ~射線 〜w 0區域，而不管用以產生此 爲何。 匕及〈万法 使元成的光罩緊鄰於覆蓋正作用或負作用防蝕劑之半導 本紙張_歧朗 i — ： — -：----裝------1T------^ ___I_^請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3 ) 體晶圓，及外加X -射線，以使在下層半導體晶圓上之對應 的防蝕劑圖案曝光。 目前，將X -射線光罩中之薄膜尺寸調整至打算使用光罩 之特殊的晶片尺寸。因此’晶片的製造商必須備有供其可 ‘需要之不同尺寸薄膜.用之多種含薄膜基材。極度須要具 有夠大，而.可容納所有晶片尺寸之通用或標準化薄膜尺寸 之基材，已有人進行過一些嘗試，然而成效有限。 其問題在於此種通用尺寸的薄膜需夠大而可容納供不同 尺寸晶片用之不同尺寸圖案。然而.，使用此種大薄膜需要 結合曝光‘設備使用光閥（s h u 11 e 1. S )，以避免相鄰晶片的不 必要曝光。此種光閥之使用笨重，需要試驗性預曝光以決 '定屏蔽區域，且並非始終可完全有效防止非影像薄膜區域 及鄰接於期望標的區域之區域的至少—些照射。此外，薄 月吳丨逍時間的邵分射私由於無射損.壞而造成增加的光罩扭 曲。 發明總鈷 根據本發明，其提出一種具有良好耐扭曲性，且使用大 的標準化尺寸薄膜於提供配合期望尺寸晶片用之光罩的χ _ 射線光罩。此一曝光光罩尤其可有效用於石印法中^，使預 定尺寸曝光領域内之期望圖案曝光於晶片上，其包括： a) 具有平行上表面及下表面，且包括χ -射線透明薄膜之 貫質上X -射線不透明的基材； b) 包含期望圖案之在薄膜上之一層χ-射線吸收材料；及 c) 在X -射線不透明本體上表面及薄膜上表面之至少—部 -6 - I------^--^——种衣------、玎------# * Ϊ (請先閲讀之注意事項再填窝本頁) ,u - A7 A7 五、 發明説明（ 上万（$ X _射線阻斷/強化層。第一阻斷，強化層具有 轉期望曝光領域相稱及對準的第—χ_射線透明光罩框形區 域。 第一X-射線阻斷/強化層通常包含耐火金屬。在一較佳結 中基材G括台面，及薄膜和第一 X -射線阻斷/強化声 皆包含於台面中_。 基材係安裝於典型上爲ΝI s Τ環之環底座。 廷若須要，可將Χ_射線吸收材料之第二阻斷/強化層，其同 ‘可爲耐火i| ’放置於基材下表面上方。此層亦具有對 應於第-崎/強化層之第—框形區域，且與其對準之χ射 線透明框形區域。 圖示簡單説明 圖1顯示根據先前技藝之光罩之頂視圖。 圖2颁7F圖1之光罩沿箭頭2 _ 2之前視橫剖面。 圖3顯示根據本發明之光罩之前視橫剖面圖。 圖4顯示根據本發明之光罩之另一具體實例之前視橫剖面 圖0 圖5説明於將基材安裝於底座上後在薄膜中之扭曲。 圖6顯示根據本發明之光罩之又另一具體實例之頂視圖。 圖6 A顯示圖6所示之具體實例之頂視圖，其中晶圓之支 承底座爲方形。 圖7顯示圖6之光罩沿箭頭7_7之前視橫剖面。 發明之詳細説明 接下來將參照附圖説明本發明，其中在所有圖中以類似 -7- 本纸乐尺度適用令國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公蒼） I .. I 1 ~抽衣 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7五 、發明説明（ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、數目札’ΐτ颏似的凡件。所有圖爲用來説明本發明，而非 ^實際商業具體實例之概略圖示1此，僅將説明發明 唧需疋此等元件包含進來，及將技藝中所熟知且對説明發 月，非必要的兀件自圖中除去，以避免雜亂。 一圖及2員tf典型先前技藝光罩之不同圖示。如圖1及2所 示，根據習知技術構造之X-射線光罩包含X-射線不透明基 衬1 0，其典型上係由單晶石夕晶圓或其他適當材料所形成， …入有只Μ上圓形的頂視平面圖。基材」0分別具有實質 :行的上表面及下表面12及14。使用作爲基材10之典“ 阳圓馬直徑約1〇〇毫米及厚度約〇 62 5毫米，然而，亦可使 用其他尺寸，尤其係其他直徑的晶圓。 』在光罩基材ϋ程中，最先使適當的掺雜劑，諸如硼， it 1圓<上表面12及下表面14内。使测在晶圓内擴散 砥疋深度’及在後續之蝕刻步驟中作爲蝕刻止點。將晶 F'表面M上之方形中央區域20反應性離子蝕刻通過摻雜 的’木度’以使未掺雜矽暴露。然後利用乙醇胺及鄰苯二 疋水性混合物在未摻雜區域化學蝕刻晶 留下一薄的拉伸薄膜。此薄膜形成—約2.5微^^射 線半透明窗，其在窗形區域提供增加的[射線透射過基材 1下在本説明中，吾人將使用術語χ•射線透明於指示X 射線輻射可芽透過，而使基材曝光之區域，儘管在某此 體實例中，薄膜可能僅爲X -射線半透明。 説明於上的蚀刻及摻雜技術@一般熟悉$晶圓製造技術 人士熟知的技術。因此，不需進一步論述此等技術。 上 的 擴 至 圓 硼 酚 域 射 具 此外 ----^-----t.------IT------.^- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 五、發明説明（6 ) ^ 4技藝人士熟知之其他蝕刻技術亦係在本發明之範園 内。另外，本發明亦可使用適用於X-射線光罩用途之其他 薄挺材料，例如碳化攻、氮化碎、績石等等。 在亦爲熟悉技藝人士所熟知之後續的x _射線光罩製造步 驟中，將基材10之周邊區域結合至由玻璃或其他適當材料 所形成之環狀支承環2 4。支承環2 4爲约〗〇毫米寬及]〇毫 米厚，且其賦予基材之薄膜區域2〇強度、完整性及穩定張 力。雖然支承環通常爲圓形，且其可爲NiST環，但技藝中 亦知Η兒使用方形或平行四邊形的支承物，且此種非圓形的 每亦係在本發明之範圍内。可將發表於Faure等人之美國 專^1·! 5虎數5，] 2 4，5 6 1中之類型的應力均衡層包含進來。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 然後將一層X -射線吸收材料2 6，例如，金、鎢、叙、或 其他適當的X _射線吸收劑，選擇性地沈積於基材之上表面 丨-上。此沈積可利用習知的電鍍、或濺艘及減.去圖案 (subtractl0n patterns)技術進行，其亦係熟悉技藝人士 所熟知。舉例來説，可使用説明sNakagawa，美國專利 5庑數4，8 8 1，2 5 7中之技術選擇性地.沈積χ_射線吸收材料， 其可降低X-射線吸收材料在X及γ方向之變形。在任何情 況中，將X -射線吸收材料沈積在用於石印法之光罩薄膜上 ，而形成電路圖案。可使用其他習知的製造技術於完成及 保護X-射線光罩基材上之圖案，包括加上未示於圖中之保 護層。 將Α成的X -射線光罩1 0裝設於X -射線石印步進器組合中 ，以使一部分覆蓋防蝕劑的半導體晶圓曝光，例如，如 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 -------B7____ , 五、發明説明（7 ) ~ N a 1< a g a w a，美國專利號數4，8 8 1，2 5 7所示。 圖3顯示根據本發明所製造之光罩。此光罩同樣包含由單 晶砂或其他適當材料所形成之乂_射線不透明基材1〇，且其 具有實質上圓形的頂視平面圖。基材i 〇同樣可爲硬晶圓。 使用先前發表的相同蝕刻技術，將一部分的基材3 〇蝕刻掉 ’而形成大致爲圓形的X -射線透明薄膜3 2。然而，相對於 先前技藝之敎授，此薄膜之尺寸並未對應於特定尺寸晶片 I任何特殊曝光範圍，而係夠大以可容納不同尺寸晶片之 多種不同尺寸曝光範園。 接下來，在薄膜上方沈積一結合X -射線阻斷/薄膜強化層 3 4，其仏—以向楊式模數耐火金屬較佳之層，其實質上可 抑制X -射線輻射之通過，大約爲3微米厚。有用的耐火金 屬尤其包括Ta、TaSi、Taj、及W。可將耐火金屬沈積 爲單層或多層之組合，以形成阻斷/強化層3 4。 k 了作爲X -射線輪射之阻斷層外，此層同時可作爲提供 堅固框架，以支承薄膜防止扭曲，尤其係在安裝至底座環 時之強化層。 使用適當的蝕刻光罩層，在阻斷/強化層中，在薄膜3 2上 方敍刻一與製備光罩之曝光範園共同延伸之窗3 6，而形成 被阻斷/強化層框住之χ_射線透明區域。當然，亦可將阻斷 /強化層沈積於基材上，留下區域3 6未被覆蓋，而產生框形 备狀區域a以下將在薄膜上方在阻斷/強化層中之此X -射線 透明區域稱爲第一 X —射線透明光罩框形區域。 蝕刻阻斷層或以留下一區域未受覆蓋之方式將此等層沈 -10- 本紙張尺反適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝· 訂 經濟部智慧財產局R工消費合作社印製 i、發明説明（ Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 積於表面上之技術係技藝中所熟知，且其係執業者的選擇 事項。 接下來在框形窗狀區域内在薄膜32上製作x_射線吸收材 料，諸如，比方説，金、Ta、Tasl之期望的曝光圖案26 。此同樣係、以技藝中熟知之方式使用減去或加成法及材料 完成。 圖4顯示本發明之另一種具體實例。在此具體實例中， 材40包括一台面42。基材分別具有實質上平行的上及下 形表面46及47。台面4.2具有上表面48。上及下環形表 及台面上表面皆爲互相平行的平面。 在本發明之一具體實例中，基材4〇爲直徑約1〇〇毫米 厚度約2 %米之市售矽晶圓；台面4 2亦爲圓形且與晶圓 心，並具有約57毫米之直徑。台面之上表面48高起於上 形表面4 6約1毫米。然而，亦可採用其他尺寸，尤其係 他直徑的晶圓，以上之尺寸係用來説明而非限制本發明。 再次使用論述於上之技術，經由將晶圓蝕刻通過光罩 預定深度，而在基材上形成一 X _射線透明薄膜5 〇。如同回 3之情況，並不將薄膜尺寸作成符合於特定的標的尺寸戈= 定的晶片，而係將其做的夠大以可容納預期最大的夕' 的尺寸。雖然將其説明爲方形，但其亦可爲圓形或最適合 於計劃用途之任何其他形狀。 ° 接下來在台面4 2之上表面4 8上方放置—χ_射線阻斷 化層3 4，其同樣以高楊氏模數耐火金屬較佳。同樣地， 等層典型上爲約3微米厚。 基 環 面 及 同 環 其 至 圖 強 此 ----------抽衣-------、玎------I - , (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（9 ) 如先IT所説明，此阻斷/強化層並未完全覆蓋住薄膜，而 係形成第一 X-射線透明光罩框形區域3 6。此χ_射線透明 框形區域再次係作成對應於光罩所達成之特定.晶片之期望 曝光範園的大小。阻斷/強化層再次環繞並框住透明區域。 於沈積阻斷/強化層並製作第—框形區域3 6後，再次將期 望的曝光圖案2 6放置於第—框形區域内之薄膜上。、 、如早先所論述，將基材安裝至支承底座，例如將矽晶圓 安裝至N I. S T或其他支承環之程序中會使薄膜產生—些扭曲 。如圖5所示，選擇台面之高度「h」，以致薄膜⑼，不會 歪斜至在其上表面48上之任何—點低於基材上表面“之程 度。如圖5所示’在薄膜上表面上之最低點爲點49。一條 平行於基材表面之線47顯示於將晶圓安裝至支承底座環Μ 後’點4 9仍保持於表面4 6上方。 接下來參照圖6及7,其説明本發明之又另一具體實例， 其中光罩包括-保護表膜67，及其中薄膜包括成長於台面 ^上表面上之—層56。如圖所示”料次可爲諸如先前所 况明心具有台面5 3之碎晶圓之支承物5 2的—部分$ *銀刻 缚，層56。此蚀刻部分界定當使用此類型薄膜時可資利 的取大‘的面積’且其超過使用此支承物之光罩所意圖 成之晶片大小之所有預期的標的面積。 祕層56延伸於開放面積54上。在所説明的具體實例 认的圖水5 8係利用減去法製造於此薄膜層$ 6上，其中先 將輻^收層66塗覆於薄膜層56上.，及經由選擇㈣移 :光氣園中、$分的輕射吸收層6 6，留下期望的圖案 至 達 中 除 而 ----;-----------裝------、玎------.^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -12- 本紙張尺度適用中國國家檩準（CNS ) * 公 經濟部智趫財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（ιυ ) 製得標的圖案。如在先前的實施例中，此輻射吸收層包含 技藝中常用之材料諸如金、妞、矽酸钽、或可提供充分的 X-射線吸收’而可防止輻射敏感材料曝光於晶片上之任何 其他有用的此等材料，且其可方便地蝕刻而產生期望的圖 案。 如早先所論述且説明於圖3及4之情況，將具有第一框形 輕射透明區域6 1之輕射阻斷/強化層6 〇放置於輻射吸收層 6 6上。第一框形輻射透明區域6 1與期望晶片的曝光範圍一 致。. 光罩視需要可更包含形成於輻射阻斷/強化層6〇上之額外 的保護層或表膜6 7，諸如一層聚合物材料。表膜以延伸於 包括透明光罩框形區域6 1之阻斷/強化層之整個表面較佳， 且其可包括一或多個表膜通風孔道6.8。 . 視需要亦可將第二輻射阻斷/強化層6 2放置於薄膜5 6之 下侧。此第二阻斷/強化層62亦具有實質上與第—框形透明 區域相同且與第一框形透明區域對準的第二框形輻射透明 區域6 3。此第二層可改良X _射線雜散輻射之阻斷/強化， 及平衡由於存在第一阻斷/強化層6 0所造成之在表膜上之雇 變〇 層6 2可更包括用以調整光罩中之圖案之放大的構件6 4。 此等構件可爲壓電薄膜或致動器，其可用於校正放大誤声 ，如發表於M a 1 d ο n a d 〇，美國專利號數4，9 6 4，丨4 5。亦可 使用磁伸縮層供相同用途用。此等層典型上係由外部引動 ，且其可經由以經控制的方式施加應力扭曲薄膜，而.調整 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -----------择衣------'玎^-----0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 五、發明説明（11 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 影像大小。 在另一種具體實例由 '，可將薄膜形變元件埋置於阻斷/強 化層中。 阻斷/強化層亦可白冬你α 匕令供相同用途用的埋置加熱元件，如發表於D i M i 1 i a等人，、，^ 吴國專利號數5，1 5 5，7 4 9。最後， 具有調整構件之層可π Λ κ m « g」不馬阻斷/強化層。 圖6A顯示與.圖6所干π ^ 尸々不者相同的光罩結構，然而，在此 子中之支承底座24,爲方形而非圓形。 在另一種較佳具晋# -啦Al & ，一 、只例中，、經由將蝕刻矽晶片以製造 膜之步驟保留至已將I 从 。 壯钻射吸收材料及阻斷/強化層沈積於曲 圓上後，而改變製造光罩夕 光卓心万法。此係有利之處，由於此 等步職-般需要精確地㈣沈'積溫度，此在薄膜上很難 到。非常薄的薄膜具有極小的質量，且其較其餘的晶·圓 難維持於均勾的溫度下。因&, #在移除大部分的晶圓… 形成薄膜之蝕刻步驟之前進行此等步驟時，此步驟係在較 能維持於均勻溫度下之甚厚的基材上進行。 熟悉技藝人士由前文所説明之本發明之㈣㈣以 其進行許多修改。應將此等修·改解拜良、7 >、λ ,、， 辦样馬涵蓋於如説明於 附之申請專利範圍之本發明之範園内。 ' 例 薄 達更 以 f士 隨 ----------裝------訂-------線一. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇 X 297公釐）

Claims (1)

1. 申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 . .羣 _'猶 • 使用於石'^期望圖案曝光於晶片隹:壽% '嘗·，此光罩輸谬 穿平行上表狳及下表面之實質上X-射線不造士的** 基材彳./此基材包括一亦具有上及下表面之χ _射線透明薄 膜； b )在該薄膜上之一層包含期望圖案之X _射線吸收材料 ;及 c)在該X-射線不透明本體上表面及薄膜上表面之至少 一部分上方之第一 X -射線阻斷/強化層，該第一阻斷/強 化層具有與期望曝光範圍相稱及對準的第一 χ —射線透明 光罩框形區域。 2 .如申請專利範園第1項之光罩 強化層包含耐火金屬。 3 .如申請專利範圍第1項之光罩 ’及其中#亥薄膜包含於台面中 4 .如申請專利範圍第3項之光罩 強化層係在台面上方。 5 .如申請專利範圍第3項之光罩 承底座’及其中遠台面在基材上表面上方延伸至於將基 材安裝至支承底座後，在薄膜上表面上之所有點皆保持 高於基材上表面之程度之高度。 6·如申請專利範園第5項之光罩，其中該基材係圓形晶圓 ，及該支承底座包括Ν 1 ST環。 7 .如申诸專利範圍第3項之光罩，其中該薄膜包括成長於 其中該第一X-射線阻斷/ 其中該基材包括一台面 其中該第一 X -射線阻斷/ 其中該基材係安裝於支 ΙΊ I In I n 訂 I 線， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） A8 B8 C8 D8 層 9 ^8jlI90 ———_ 、申請專利範圍 台面上之— 8.:申請範園第1項之光罩，其進-步包括在薄膜下 面第二X-射線阻斷/強化層，此第二阻斷/強化層 包括與第一框形區域對準之第二框形區域。 :1專利範圍第8項之光罩，其中該第二框形區域係 與弟一框形區域共同延伸。 1〇· = :利範圍第1項之光罩，其進-步包括-在薄膜 件。〈背層，此背層包括由外部引動之薄膜形變元 I1.如申請專利範圍第8項之光罩， ^ . 、中该弟二阻斷/強化層 匕括由外邯引動的薄膜形變.元件。 Ϊ 2 .如申請專利範園第5項之光罩，生 ” Τ咸文承底座爲方形。 .111Ί n 訂 I HI II 線 (請先閱讀背面之注意事芩再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐）