TW478035B - Electron beam exposure mask and method for manufacturing electron beam exposure mask - Google Patents

Description

478035 五、發明說明（l) 【發明領域】 製造 本發明係關於如何在不失去機械強度的情況下 出微細圖案的電子束曝光用光罩及其製造方法。 【發明背景】 在以大型積體電路為代表的半導體裝置y之製造時， 奴將各式各樣的薄膜，包括如氧化矽薄膜的絕緣膜、形成 於半導體基板的氮化矽膜、如鋁離子膜的導電膜及銅離子 膜圖案化成為所望之形狀，微影技術乃為不可或缺者。 於微影技術中，照相微影技術傳統上被認?'是廣泛應 用的一種方法。對紫外線感光的光阻劑形成光阻膜，紫外 線經由圖案光罩照射到光阻膜後，紫外線照射到的區域便 被侵蝕（正片型態）或紫外線未照射到的區域便被侵蝕 (負片型態）。 如5心著大型積體電路技術之積集度逐漸進步，需 要能夠處理更微細圖案之微影技術。因此，電子束微影技 術便被發展出來，而波長較紫外線短的電子& 曝光介質。 η汉從用'•丨 ▲於此一電子束微影技術中，使用對電子束感光的電 束抗蝕劑。利用模板光罩（或開口光罩，以下稱為 曝？用《罩）㈣計圖案以照射及曝光的方法描繪在電子 束抗蝕劑上。電子束曝光用光罩使用在電子分散及凝 均能作用及適合精密製程的材料，通常膜‘ 半導體薄膜。 /潯膜的 五、發明說明（2) 圖3是傳統電子束曝光用光罩結構的剖面圖。 板上： .=:，；、電子束曝光用光罩51是由基板52及基 5 3所構成。、 成。基板係由單晶矽或類似材料及開口 材料n t單晶矽的半導體活性膜5 6及氧化矽或類似 導至本j所構成。+導體性膜56是由上有傳 V至+ V體活性膜的開口 58之圖案57所構成。 Α 開053及半導體活性膜56上的開口58便成 為電子束曝光打的電子束通道。 以下將會根據圖4A、4B、4C、4D以及4Ε，一 說明電子束曝光用光罩的製造方法。. 某= ::圖“所示，使用由單晶矽所構成的半導體 ^ 虱矽構成的蝕刻光罩61，利用化學氣相沈積 /^似的製程在半導體基板6 0的背面形成氮化矽、 艇或相似的薄膜。 驟二，在半導體基板60表面應用已知的植氧分離法 j γχ )、技術，、植入氧離子形成由氧化梦構成的埋入絕 V齡半導體活性膜56便可由埋入絕緣膜55與半導體基 板6 0分離。 i 步驟三’如圖4C所示，應用已知的照相微影技術，半 ¥體活性膜56表面上須保留的區域以光阻膜62覆蓋，之後 以光阻膜62為光罩進行乾姓刻，將半導體活性膜56轉變成 設計圖案’即進行圖案形成。經此過程，纟有開口 58的設 計圖案5 7便被製造出來。

第6頁 478035 五、發明說明（3) 人絕如圖4D所示，在選擇性地钱刻開口 58下的埋 進行以井阳後，姓刻罩上覆蓋著光阻膜63的須保留區域， ==阻膜63為光軍的乾敍刻，將： 計的圖案，即進行圖案形成。 早1锝文成。又 f =五，在清除光阻膜63之後，以蝕刻罩61作 罩，應用濕蝕刻保留半導體基板6〇 7 擇性地經由開口53被_。 牛¥體基板60旎選 埋入Ιί膜5: 钱刻罩61及經由開口53曝光過之 罩51便宣告完i Γ 圖3所示之電子束曝光用光 ^今，傳統的電子束曝光用光罩存 基”由半導體活性膜所構成的圖案厚度 要部为地改變圖案的精密度將是十分困難2。q，因此心 換句話說，關於電子束曝光用光罩， 圖案的精密度能經由改變部分的光罩，使雖:”示 根據设計的規格在部分的光罩上成形，然而：;田=案仔以 圖案之精確度，之前所提到的半導；J達到微細 造得更薄。 膜尽度部必須製 當半導體活性膜之厚度被製造得更薄， J二公差將會變差。因A，半導體活性膜之機械強 須夠厚，來增加光罩的機械強度^ 4膜厚度卻必 舉例來說，當半導體活性膜為了得到機A 成夠：時’微細圖案外觀比率之面積將變大：^;㊁薄 成，由於缺乏製程精確度，想要製造精密的 478035 五、發明說明（4) 難。但相反地 容易地被製造 變差。 由上所述 案與改善機械 導體活性膜薄 改善機械強度 制。 為了取代 由兩塊基板層 基板是在高張 得更薄時是具 時基板的平坦 液將滲進縫隙 ’當半導體活性膜達到夠 出來，然而由於光罩變薄/了日可，微細圖案將 機械強度卻會 ，在製造電子束曝光用先羞〇士 強度是相對的。傳統上，=，製造微細圖 不論是由製造微細圖案或 的角度來看’能被製造的光I便存在著限 ί 5上更進一步地發展，<更是製造出 :成的、·，巴緣矽（S0I) I板。然而，這兩塊 :下層豐起來的’因&，光罩在受到張力變 有弹^的。此外，在某些例子中，由於層疊 度將k差，產生縫隙，因此製造過程中蝕刻 中，使圖案遭受到破壞。 【發明概述】 一由以上之觀點，本發明之目的便是提供一電子束曝光 用光罩及製造方法，於形成微細圖案時亦能改善機械強 度。 ，發明之第一實施樣態，由一基板、基板上之薄膜以 及在薄膜之中’經由埋入絕緣膜所形成之半導體膜上之設 計^案所構成之電子束曝光用光罩：其中，第一半導體膜 及第二^導體膜形成於薄膜當中；含有小開口之微細圖案 形成於第一半導體膜；含有大開口之粗糙圖案形成於第二

478035 五、發明說明（5) 半導體膜。 在前述 半導體膜形 形成於基板 如前所 開口形成於 本發明 法包含：於 形成步驟， 體基板透過 厚度，部分 第二埋入絕 緣膜上形成 較厚的第二 口圖案之圖 有大開口圖 案之圖案形 面，選擇性 體基板姓刻 如前所 光罩及開口 步驟。 如前所 入氧離子以 之發明第 成於基板 上較第一 述，一較 基板。 之第一實 半導體基 於半導體 埋入絕緣 地將埋入 緣膜之第 一實施樣觫φ卜2 m — Γ中，一較佳方式是此第/ 里入絕緣膜，第二半導體骖 埋入絕緣膜薄之楚 ^ 千钕骰 社古4 H ，之卓二埋入絕緣膜。 佳方式疋此值1 得冷至小開口及大開口厶 施樣態 板之表 基板之 膜分離 絕緣膜 =半導 第一半導體膜， ;在第 驟，以 形成步 以及利 傳導至 半導體膜 案形成步 案之圖案 成步驟； 地姓刻出 步驟。 ’電子束 面製造出 背面製造 出半導體 分為第一 體膜形成 以及在第 一半導體 及在第二 驟；將餘 用蝕刻光 小開口及 曝光用光 光罩的第 絕緣膜， 私，增加 埋入絕緣 步驟，在 二埋入絕 膜上，形 半導體膜 刻光罩飯 罩，於半 大開口的 罩之製造# 一半導體膳 以及從半導 埋入絕緣膜 膜及較薄的 第一埋入絕 緣膜上形成 成含有小開 上，形成含 刻成設計圖 導體基板背 開口之半導 述 較 下的第一 述，一車交 形成埋人 乜方式便是進一步地包括蝕刻曝露在 埋入絕緣膜及第二埋入絕緣膜之蝕刻 ，方式便是於半導體形成步驟一中植 絕緣膜’以及於半導體形成步驟二中

第9頁 478035 五、發明說明（6) 形成第:埋入絕緣膜與第二埋入絕緣膜。 一 ^ $所述，一較佳方式便是於第一半導體形成步驟及 一 —f體形成步驟中使用植氧分離法技術。 如别所述’ 一較佳方式便是利用氮化矽膜或氧化矽膜 作為韻刻光罩。 +、根據^發明之第三實施樣態，包含基板、基板上之薄 膜在薄膜之中，經由埋入絕緣膜所形成之半導體膜上 之，^圖案所構成之電子束曝光用光罩包含：薄膜中較第 一一 V體膜厚之第二半導體膜；於第一半導體膜中含有小 之微細圖案；於第二半導體膜中含有大開口之粗糙圖 茶。 罩之專=之第四實施樣態，一製造電子束曝光用光 =ί:ί以體半導體基板；…論 刹 導體膜之形成步驟，及於半導體基板之背 :絕==膜之形成步驟，以及將半導體基板與： 产之第二^導轉半導體膜之形成步驟；增加埋入絕緣膜厚 ί -埋：絕缘ϊ ΐ形成步驟，將埋入絕緣膜部分地分離為 二，===:;里：絕緣膜㈣二埋入絕緣 入絕緣膜上形第-半導體；’並於第二埋 一丰導辦腔φ丰導體膜厚的第二半導體膜丨於第 驟，及於嗲第:ί成含有小開口的微細圖案之圖案形成步 之@半導體膜中，形成含有大開口的粗糙圖案 圖#刻光罩餘刻為設計圖案之餘刻光罩 成乂驟，利用蝕刻光罩，於該半導體基板背面，選

第10頁 478035 五、發明說明（7) 擇性地#刻產生傳導至小開口及大開口之開口之半導體基 板韻刻步驟。 【較佳實施例之詳細說明】 茲將參照附隨的圖示，以說明本發明。在圖示中，相 似的參考符號表示類似的元件。 圖1係顯示本發明之電子束曝光用光罩之剖面圖。圖 2A、2B、2C、2D、2E、及2F係顯不此電子束曝光用光罩之 製造步驟。 如圖1所示，此電子束曝光用光罩是由單晶矽或類似 材料之基板2、開口 3及基板2上的薄膜4所構成。薄膜4包 含了-薄半導體活性膜（第一半導體膜）6丄：；：半 導體活性膜（第二半導體膜）。薄半導體活性膜以由具小 開口 8A的微細圖案7A所構成。厚半導體活性膜6βά具大開 口 8Β的粗糙圖案7Β所構成。 之間存在厚埋入絕緣膜 之間存在較厚埋入絕緣膜 薄半導體活性膜6Α與基板2 5Α °厚半導體活性膜7Β與基板2 5Α薄的薄埋入絕緣膜5Β。 8Α ， 道° 基板2上之開口 3連結至薄半導體活性膜^上之小開口 亚連結至厚半導體活性膜6Β上之大開口8β。每一個開 J開口 8Α及大開口 8Β均為電子束曝光時之電子束通 基板2之厚度介於4〇〇"m ,θ ^ Α"1 至70 0 //in 之間。此外，形 U細圖案7 A之厚埋入絕緣膜c； A眉 、家膝5A厚度介於5从冚至2〇 #瓜之

第 478035 五、發明說明（8) 間，薄埋入絕緣膜5 B厚度介於1 # m至8 /z m之間。而形成粗 糙圖案7 B之薄埋入絕緣膜5 B厚度介於1 /z m至8 // m之間，厚 埋入絕緣膜5A之厚度介於5 // m至20 //m之間。 接下來圖2A至圖2F，將說明製造電子束曝光用光罩之 步驟。 首先，如圖2A所示，使用厚度4〇〇#πι至700 #m之單晶 石夕半導體基板ίο、氮化矽薄膜構成之蝕刻罩η，經由CVD 製程或類似方法在半導體基板1〇背面製造出的厚度〇.丨 至0 · 3 // m之氧化石夕或類似材料之薄膜。 呢氮化矽膜及氧化矽膜較易成形，且與基版1〇有著良好 =廷擇比率。因此，以這兩種材料作為蝕刻光罩是較為適 ΐ 如圖2B所示，使用已知的植氧分離法 产丨 術，在基板1 0之表面，植入氧離子以形成厚 ΪΊ;”的氧化石夕埋入絕緣膜5。由基板所分離出 之上方。认至8 V m的半導體活性膜形成於埋入絕緣膜5 弟二步驟，如图9 Γ ώί·- 半導體基板10之表 =不，應用已知的光微影製程，在 方法植入氣_工面覆盖光阻膜13，隨後並以類似圖2Β的 其結果：：製造出粗糙圖案之區域。 區域。此區域的，離，將選擇性地被植入形成微細圖案之 入絕緣膜並成為f入絕緣膜厚度由5/zm增加至20/zm，埋 從另一方面^，厚的埋入絕緣膜5 A。 來說將/又有任何氧離子被植入由光阻膜

第12頁 478035 五、發明說明（9) 12覆蓋之埋入絕緣膜5其他區域。此區域 ra至8㈣’隨後’此處之埋人絕緣膜便成為維持】# 緣膜5A薄之薄埋入絕緣膜5β。 …° &厚埋入絕 因此’由圖2C所示，埋入絕緣膜5被八 膜5Α及薄埋人絕緣賴。在厚埋入絕緣膜刀^成上厚埋入絕緣 度1⑽至之薄半導體活性膜6Α，在 =形成厚 上，將形成厚成5,至10心之厚半導體活性入、、、^緣膜5Β 第四步驟，如圖2D所示，應用已、δ° 薄半導體活性膜6Α及厚半導體活性膜程，在 上光阻膜13，為了將薄半導體活二區域塗 成；：r一行圖案形成，=匕=; 光罩進仃乾蝕刻。此過程中，在薄、3為 出具有小開口8A之微細圖案7A，並在厚半導體活 製造出具有大開口 8B之粗糙圖案7B。 、 、 .第，步驟’如圖2E所示，在選擇性地钱刻曝露在小開 口 =旱埋入絕緣膜5八及曝露在大開口8 5”後，在嶋罩"上必需區域塗上光阻膜“，= =阻膜14為光罩進行乾钱刻，將钱刻光罩U刻劃成設計 圖案，以進行圖案形成。 第’、步驟，如圖2 F所示，在去除光阻膜1 4之後，在半 導體基板10之背面使用蝕刻光罩u進行濕蝕刻，半導體基 板1 0將選擇性地被蝕刻出開口 3。 取後，以乾蝕刻去除蝕刻光罩丨丨、曝露在小開口 8A之 厚埋入、’、邑緣膜5 A及曝露在大開口 8 B之薄埋人絕緣膜5 B，因 第13頁 478035 五、發明說明（ίο) 此’如圖1所示之電子束曝光用光罩1將被完成。 根據以上所提電子束曝光用光罩之製造程序，由於微 細f案=是成形於半導體基板10表面之厚埋入絕緣膜5A上 之薄半導體活性膜6A中，圖案可十分精確地被製造出。因 此’將半導體活性膜薄至最薄並輕易地製造出設計之微細 圖案將是十分可能的。 更，一步地說，由於粗糙圖案几是成形於半導體基板 ^上之薄絕緣膜5B表面之厚半導體活性膜6β中，圖案可十 刀精確地被製造出。因此，由於維持一厚的薄膜是可能

的’將半導體活性膜厚至最佳以至於機械強度可被增強亦 是十分可能的。 一經此程序，根據圖案處理之精確度，可得到一最佳之 外觀比率。圖案飯刻後能符合設計之尺寸，且並無半導體 f丨生膜乾钱刻過程中，負載效果所造成之尺寸改變之影 立八雖然在光罩上存在因設計規則之緣故，圖案精確度將 、、1二也被改變及微細圖案將部分地被製造出之需求，卻無 法在不失去機械強度下滿足此需求。

省如以上所述，由於粗糙區域之機械強度是根據增厚 活性膜之設計規則而定，因此當半導體裝置裝有 要i f元或類似裝置’光罩之公差將可改善。此外，在 u t圖案之區域内，半導體活性膜將變薄，因此，影 將至最小’且限制過程尺寸可被縮短。 根據以上所述，電子束曝光用光罩是由具有開口 3 i

第U頁 478035 五、發明說明（11) 基板2及基板2上之薄膜4所構成。薄膜4由一較薄的半導體 活性膜6A、（第=半導體薄膜）及一較厚的半導體活性膜6β (第=f導體薄膜）構成。具有小開σ 8 Α的微細圖案7Α形 成於較薄的半導體活性膜6A，而具有大開口 8β的粗糙圖案 7Β則形成於較厚的半導體活性膜“。如此，一微細圖案便 可分別地被製造出來。 因此’製造出微細圖案同時並能改善機械強度將是可 能的。 本發明將由附圖詳細說明，具體的結構並不限於該裝 置，本發明之改變與設計之修正將不會偏離本發明之範圍 及精神。 夕主Ϊ : Λ —基板之材料將不限於單晶石夕*其他使用 之丰V體溥膜。一S0I之基板亦可被使用。 體穿ί ^制ί發：以電子束曝光用光罩為你!，來解釋半導 圖=程並不限於此及可應用來製造 厚度此ϊ膜：：：ί顯示出每個半導體薄膜及埋入絕緣膜 情況、目的及ΪΓΪ及類似過程之實例；'然而’根據使用 如“兄對這些裝置作出修正將是可能的。 :斤述，根據本發明，電子束曝光用光罩俜由且 有開口的基板及基板上夕嘀γj 兀早你由具 體活性胺A ^ ^ 之，辱胰構成。溥膜由一較薄的半導 f:，及一車父厚的半導體活性膜構成。具有小開口 2 圖案則形成於較厚的：導/乂 ： 有大開口的粗糙 牛體活性膜。如此，一微細圖案便 第15頁 478035 五、發明說明（12) 可分別地被製造出來。 根據電子束曝光用光罩之製造過程，微細圖案成形於 厚埋入絕緣膜上之薄半導體活性膜，而粗糙圖案成形於薄 埋入絕緣膜上之厚半導體活性膜。如此一來，可部分改變 精確度，但不會失去機械強度的光罩將可能輕被 衣造出。 ^ $成微細圖案時改善機械強度亦是可能的。 申請之曰太^申请案根據西元1 99 9年6月28日所提出專利 利申請案第平1 1 —2 1 3 643號主張優先權。

478035 圖式簡單說明 圖1係顯示依本發明一實施例之電子束曝光用光罩之 剖面圖。 圖2A、2B、2C、2D、2E、及2F係依本發明一實施例之 製程順序顯示一電子束曝光用光罩之製造步驟。 圖3係顯示一傳統電子束曝光用光罩之構造的剖面 圖。 圖4A、.4B、4C、4D及4E係依製程順序顯示一傳統電子 束曝光用光罩之製造步驟。 【符號說明】 1〜電子束曝光用光罩 2〜基板 3〜開口 薄膜 5〜 埋入絕緣膜 6〜 半導體活性膜 5A， 〜厚的 埋入絕 緣 膜 5B， 〜薄的 埋入絕 緣 膜 6A〜薄半 導體活 性 膜 6B〜厚半 導體活 性 膜 7 A， 〜微細 圖案 7B ' 〜粗糙 圖案 8A， 〜較小 開口 8B ' 〜較大 開口

第17頁 478035 圖式簡單說明 1 0〜半導體基板 1 1〜姓刻罩 1 2〜光阻膜 1 3〜光阻膜 1 4〜光阻膜

51〜電子束曝光用光罩 5 2〜基板 53〜開口 54〜薄膜 5 5〜埋入絕緣膜 5 6〜半導體活性膜 57〜圖案 6 0〜半導體基板 6 1〜餘刻罩 5 5〜埋入絕緣膜 5 6〜半導體活性膜 57〜圖案

6 2〜光阻膜 6 3〜光阻膜

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Claims (1)

1. 478035 案號 89115209 A_Ά. 曰 修正 六、申請專利範圍 面分別形成 緣膜與半導 第二半 度增加，將 二埋入絕緣 膜，在該第 圖案形 口的微細圖 粗链圖案， 蝕刻光 之圖案；以 半導體 擇性地在半 開口及該較 一蝕刻光罩與一絕緣膜，並形成隔著一埋入絕 體基板部分離之半導體膜； 導體膜形成步驟：令該埋入絕緣膜之一部分厚 該埋入絕緣膜分成第一埋入絕緣膜及較薄的第 膜，並在該第一埋入絕緣膜上形成第一半導體 二埋入絕緣膜上形成較厚的第二半導體膜； 成步驟：在該第一半導體膜上製造具有較小開 案，在該第二半導體膜上製造具有較大開口的 參 罩形成圖案步驟：於該飯刻光罩形成所望形狀 及 基板蝕刻步驟：利用該蝕刻光罩作為光罩，選 導體基板部的背面钱刻，以形成連通至該較小 大開口之開口。 6 ·如申請專利範圍第5項之電子束曝光用光罩之製造方 法，更包含：將曝露於該蝕刻光罩及該開口内的該第一埋 入絕緣膜及該第二埋入絕緣膜加以蝕刻之步驟。 7.如申請專利範圍第5項之電子束曝光用光罩之製造方 法，其中，於該第一半導體膜形成步驟中植入氧離子以形 成該第一埋入絕緣膜，於該第二半導體膜形成步驟中植入 氧離子以形成該第二埋入絕緣膜。

   第20頁 478035 修正__ 8 ·如申清專利範圍第5項之電子束曝光用光罩之製造方 法，其中，利用植氧分離法（SIM〇x，by implanted 〇xygen)技術施行該第一半導體膜形成步 該弟二半導體膜形成步驟。 9去如i:專，乾圍第+ 5項之電子束曝光用★罩之製造方 彳/、 氮化矽膜或氧化矽膜被使用作為該蝕刻光罩。 :，如其申二=?膜第】=電… 騰3乳化矽膜被使用作為該蝕刻光罩。 11. 如申請專利範圚® 7 ^ 法，其中，氮化石夕膜Γ:之電子束曝光用光罩之製造方 騰或乳化矽膜被使用作為該蝕刻光罩。 12·如申睛專利範圍第R 法，其中，氮化石夕膜ΐ員之電子束曝光用光罩之製造方 、或氣化矽膜被使用作為該蝕刻光罩。 13. —種電子束曝光用弁 · 部，受該基板部所支 ，匕含·一基板部；一薄膜 著一埋入絕緣膜而飛士，及一圖案部，於該薄膜部中，陪 該雷子走瞧伞 成於一半導體薄膜〜上； 該電子束曝先用光罩 第一半導體膜，张# S · 第二半導體膜，膜部中； 具有較小開口之n j膜邛中較該第一半導體膜厚； <破細圖案，形成於該第一半導體臈

   478035 t號 89115209 六、申請專利範圍 中；以及 中 具有較大開口之粗糙圖案，形成於該第二半導體膜 14. 一種儲存媒體，供儲存製造電子束曝光用光罩用之程 式’該程式包含：

   第一半導體膜形成步驟：在半導體基板部之正面及背 面分別形成一钱刻光罩與一絕緣膜，並形成隔著一埋入絕 緣膜與半導體基板部分離之半導體膜； 第一半導體膜形成步驟：令該埋入絕緣膜之一部分厚 度增加，將該埋入絕緣膜分成第一埋入絕緣膜及較薄的第 一埋入絕緣膜，並在該第一埋入絕緣膜上形成第一半導體 膜，在該第二埋入絕緣膜上形成較厚的第二半導體膜； 圖案形成步驟：在該第一半導體膜上製造具有較小開 口的微細圖案，在該第二半導體膜上製造具有較大開口的 粗糙圖案； 飯刻光罩形成圖案步驟：於該蝕刻光罩形成所望形狀 之圖案；以及 半導體基板钱刻步驟： 擇性地在半導體基板部的背 開口及該較大開口之開口。 利用該蝕刻光罩作為光罩，選 面餘刻’以〜形成連通至該較小