光掩模、曝光方法与仪器、图形制造、形成方法及半导体器件的制作方法

专利名称：光掩模、曝光方法与仪器、图形制造、形成方法及半导体器件的制作方法
光掩模、曝光方法与仪器、图形制造、形成方法及半导体器件 技术领域所述本发明涉及一种能够将高清晰度图形转印在晶片上的光掩 模， 一种使用所述光掩模进行扫描曝光的方法以及仪器， 一种制造所 述光掩模图形的方法， 一种图形形成方法，以及一种半导体器件。
背景技术：
步进器广泛地用作縮小投影曝光仪器，用于将微电路图形转印在 晶片上形成的抗蚀剂或者另一种感光材料上。所述步进器为一种步进重复(step-and-repeat)曝光仪器，如图19A所示，包含具有束源的照 明光学系统41，光掩模42，与縮小投影光学系统43。在步进器中，将 在光掩模42上的电路图形縮小以及投影在所述晶片44的表面上，并 在单一工艺过程中将所述图形转印在所述晶片44上。当完成一次曝光 时，将其上设置了所述晶片44的平台以预定量步进，并再次曝光所述 晶片。重复该程序直到曝光整个晶片44。随着近年来半导体器件具有更高集成度，对用于晶片的微机械加 工提出了更多的要求。并且，芯片尺寸增加以及需要具有大直径以及 高数值孔径(NA)的投影透镜用于所述步进器。在步进器中，然而， 单次曝光所涵盖的可曝光区域(曝光区域)的尺寸主要取决于所述投 影透镜的直径以及像差，因为透镜像差随着所述透镜直径增加而增加， 而难以保证更宽的曝光区域同时维持高分辨率。有鉴于此，近年来已经开始使用具有宽的曝光区域的高分辨率步 进扫描(step-and-scan)曝光仪器(日本未决专利申请No.JP09-167735)。 该曝光仪器称为"扫描器"，进一步的具有用于形成狭缝照明区域的 光掩模遮板46，通过依照所述缩小投影光学系统43的缩小投影放大倍 率以预定速度同步地扫描所述光掩模42以及晶片44来进行一次扫描， 如图19B所示。当完成一次扫描曝光时，将其上设置了所述晶片的平 台以预定量步进，并再次曝光所述晶片。通过重复该程序曝光整个晶 片。由于在所述扫描器中仅使用部分具有低像差的透镜，所以在所述 狭缝的纵向能够显著地增加曝光区域，并且结果能够确保大的曝光区 域。因此与同时曝光所述芯片的整个表面的步进器相比能够更精细地 转印图形。当利用传统的步进器和扫描器处理晶片时，根据所述縮小投影光 学系统(投影透镜)的縮小倍率使用在其上以4或5的倍数形成的放 大的电路图形的光掩模。在传统的光掩模50中，将所述掩模图形51 的放大倍率(掩模放大倍率)在X和Y方向设定为相同(例如4X4 的放大倍率)，通过精确地穿过所述晶片上的光掩模50的复制光束以 在所述晶片上形成非常微小的图形，如图20所示。然而，所述图形间距随着越来越小的半导体器件变得越来越窄， 并且难以获得期望分辨率。并且所述衍射束的衍射角随着在所述光掩 模上的图形的縮小而增加。因此存在问题在于难以限制射束在所述投 影透镜之内，并且不能获得期望图形。更小的图形也引起问题在于所 述光掩模自己的成品率降低，导致供给不足。因此本发明目的是提供一种能够在晶片上形成微图形并具有高成 品率的光掩模。本发明的另一个目的是提供一种制造该光掩模的简便的方法。本发明的还一个目的是提供一种根据步进扫描曝光技术形成特别 精细图形的改善曝光方法与器件，其中使用所述光掩模。
本发明的又一个目的是提供一种能够在晶片上形成微细图形的图 形形成方法。本发明另外的目的是提供一种高集成高性能半导体器件。 发明内容通过在扫描曝光仪器内使用的光掩模能够完成本发明的以上所述 及其他目的，其中沿着扫描方向以预定放大倍率偏差延伸掩模图形。利用本发明的所述光掩模，当采用所述扫描和步进方法以在所述 放大倍率偏差方向上对应于所述掩模放大倍率的扫描速度曝光晶片时，因为纵横尺寸具有放大倍率偏差，所以和利用在纵向和横向具有 相同掩模放大倍率的普通的光掩模进行的扫描曝光相比，能够转印更 高清晰度图形。并且，由于与普通的光掩模相比，间隔和图形的宽度 在单一方向延伸，所以可以更灵活的设定所述光掩模上的图形处理精度。在本发明中，优选地，相比于所述扫描方向，所述掩模图形的纵 向更接近于与所述扫描方向垂直的方向，并且所述掩模图形优选地具 有以预定间距间歇排列的重复图形。当以最低处理尺寸的间距重复地 形成线和间隔图形或者另一个重复图形时，所述图形分辨率存在特别 问题，但是当按照本发明沿着扫描方向延伸所述光掩模上的掩模图形 的宽度时，可以得到显著性的效果。所述重复图形优选地包括以下任 —:线和间隔，密集孔，密集的柱状图形，环状图形，和U形图形。优选地本发明的光掩模进一步地包含记录在外部曝光区域内的有 关所述放大倍率偏差的信息。只要有关所述放大倍率偏差的信息记录 在所述光掩模上，则当在曝光仪器内设定所述光掩模时，能够读取所 述光掩模的放大倍率偏差，并且能够基于所述放大倍率偏差自动的计 算所述晶片的扫描速度，并且能够将要曝光的晶片的定向调整到期望定向。本发明的所述光掩模可能是普通的二元光掩模，OPC掩模，或者 衰减的或者交替的无铬相移掩模，或者这些掩模的组合。本发明的上述目的能够通过根据步进扫描技术曝光晶片的曝光方 法获得，其中使用具有沿着扫描方向以预定放大倍率偏差延伸的掩模图形的光掩模。本发明优选地包含移动速度确定步骤，用于根据所述放大倍率 偏差和所述晶片的移动速度确定所述光掩模的移动速度；以及扫描曝 光步骤，用于在利用狭缝射束照明所述晶片并且以与所述晶片同步的 所述光掩模的移动速度移动所述光掩模的同时，通过以预定扫描速度移动所述晶片来曝光所述光掩模。根据该方法，通过利用在纵向和横 向具有不同的掩模放大倍率的放大倍率偏置光掩模，在所述掩模图形延伸方向设定所述光掩模的扫描方向，与利用普通的光掩模进行扫描 曝光的情况相比能够转印更高清晰度图形。得到该结果是因为在基于 沿着扫描方向掩模放大倍率所确定的预定速度移动所述光掩模的同时 扫描并且曝光所述晶片。所述光掩模移动速度确定步骤优选地包括以 下步骤设定所述光掩模移动速度是所述晶片的移动速度的n倍，其 中n (n>l)是沿着扫描方向的所述掩模放大倍率，m (n〉m〉1)是在 与所述扫描方向垂直的方向的掩模放大倍率。本发明优选地进一步地具有放大倍率偏差信息读取步骤用于读 取记录在所述光掩模上的有关所述放大倍率偏差的信息，该步骤在所 述扫描速度确定步骤之前。当在所述曝光仪器内设定所述光掩模时， 通过读取所述光掩模的掩模放大倍率信息，能够基于所述掩模放大倍 率信息自动地计算所述晶片的扫描速度。本发明优选地进一步地具有晶片方向调整步骤用于根据有关所 述放大倍率偏差的信息调整所述晶片的定向，该步骤在所述扫描曝光 步骤之前。在利用具有放大倍率偏差的光掩模的情况下，所述掩模图 形的延伸方向必须匹配于所述扫描方向，因为在调整所述晶片定向的 时候不需要调整所述光掩模的定向所以处理所述光掩模变得更为方 便。根据步进扫描技术曝光晶片的曝光仪器，通过利用具有沿着扫描 方向以预定放大倍率偏差延伸的掩模图形的光掩模能够实现本发明的 上述目的，所述曝光仪器包括照明系统，用于照明所述光掩模上的 狭缝射束；縮小投影曝光仪器，用于将穿过所述光掩模的所述射束缩 小和投影在所述晶片上；扫描曝光装置，用于根据所述光掩模的掩模 放大倍率之一以预定扫描速度扫描和曝光的所述晶片。在本发明中，所述扫描曝光装置优选地包含在其上安置了光掩 模的光掩模平台；在其上安置了晶片的晶片平台；以及扫描控制装置， 用于以相反方向彼此同步地移动所述光掩模平台和所述晶片平台。此 时，所述扫描曝光装置优选地设定所述光掩模平台的移动速度为所述 晶片平台的移动速度，其中n (n>l)是沿着扫描方向的所述掩模放大 倍率，m (n>m>l)是在与所述扫描方向垂直的方向的掩模放大倍率。根据本发明的所述曝光仪器，与利用其中所述掩模放大倍率在纵 向和横向相同的普通的光掩模进行扫描曝光的情况相比，能够转印更 高清晰度图形。获得该结果是因为利用具有偏置纵横尺寸的光掩模， 采用所述步进扫描技术以是放大倍率偏差方向m倍的扫描速度进行扫 描本发明的所述曝光仪器优选地进一步地包含放大倍率偏差信息 读取装置，用于读取记录在所述光掩模上的有关所述放大倍率偏差的-信息；扫描速度确定装置，用于根据有关所述放大倍率偏差的信息和所述晶片的移动速度确定所述光掩模平台的移动速度。当在所述曝光
仪器中设定所述光掩模时，能够通过读取有关所述光掩模的所述放大
倍率偏差信息自动地计算光掩模的移动速度，节省所需的手动输入有 关放大倍率偏差信息的劳动量。
本发明的曝光仪器中，所述晶片平台优选地进一步地包含晶片旋 转装置，所述晶片旋转装置根据有关所述放大倍率偏差的信息调整所述 晶片的定向。在利用具有放大倍率偏差的光掩模的情况下，所述掩模图 形的延伸方向必须匹配于所述扫描方向，但是因为在调整所述晶片定向 的时候不需要调整所述光掩模的定向所以处理所述光掩模变得更为方 便。
本发明的所述曝光仪器可以是浸式曝光方法，改进的照明方法， 或者所述二者的组合。
本发明的上述目的还能够通过光掩模图形制造方法完成，包括 实际图形制造支持步骤，用于支持制造投影在晶片上的具有相等的纵 向和横向比率的实际图形的图形；辅助图形生成步骤，用于根据所述
实际图形生成辅助图形；组合图形生成步骤，用于生成所述实际图形 和所述辅助图形的组合图形；转换步骤，用于利用预定掩模放大倍率
在所述组合图形的纵向和横向上转换所述尺寸。在该情况下，实际图
形制造支持步骤优选地包括以下步骤利用相等的纵向和横向比率显 示所述实际图形和其尺寸指示比例，所述转换步骤优选地包括以下步 骤利用相等的纵向和横向比率显示所述组合图形并且在己经放大其 尺寸指示比例之后显示所述尺寸。依据这种方法处理，无须考虑所述 偏置图形的形状而能够在图形制造屏幕上处理类似于实际图形的图 形。
本发明的上述目的还能够通过使用本发明的所述光掩模的图形形 成方法来完成，所述图形形成方法包括以下步骤在晶片上形成第一 布线图形；旋转所述晶片同时将所述光掩模扫描方向保持相同方向，
并且形成第二布线图形，该第二布线图形基本上垂直于所述晶片上的 所述第一布线图形。
本发明的上述目的还可以通过一种图形形成方法完成，其包含 普通图形形成步骤，利用其中纵向和横向的掩模放大倍率是相等的光
掩模形成图形；高分辨率图形形成步骤，利用其中纵向和横向的掩模
放大倍率是不等的光掩模形成图形。
本发明的上述目的还可以通过一种图形形成方法完成，其中当在 具有所述图形的晶片上根据所述重复图形形成孔图形时在与重复图形 的纵向相垂直的方向上进行扫描和曝光。
本发明的上述目的还可以通过利用根据本发明所述光掩模制造的 半导体器件来实现。因此能够获得一种高密度高性能半导体器件。
本发明的上述目的还可以通过利用根据所述本发明的所述曝光方 法制造的半导体器件实现。因此能够获得一种高密度高性能半导体器 件。
本发明的上述目的还可以通过利用根据所述本发明的所述图形形 成方法制造的半导体器件实现。因此能够获得一种高密度高性能半导 体器件。
根据本发明，能够提供一种光掩模，其能够在晶片上形成微图形 并具有高成品率。
根据本发明，能够提供一种光掩模制造方法，其能够在晶片上形 成微图形并具有高成品率。
根据本发明，能够提供一种曝光方法与器件，其能够根据所述步
进扫描技术利用在X和Y方向上具有不同的掩模放大倍率的光掩模形 成高清晰度图形。


通过参考具体说明并结合附图将使得本发明的以上所述及其他目
的特征和优点更明显，其中
图1是显示了根据本发明优选实施例的所述光掩模的构造的示意
性俯视图2是所述光掩模的剖视图3是显示了所述OPC掩模图形的示意性俯视图4A是显示了所述半色调类型相移掩模图形的示意性横截面图4B是显示了 Levenson类型相移掩模图形的示意性横截面图； 图5A是显示了与在晶片上縮小和曝光的实际图形相比，在偏置放
大倍率光掩模IO上的掩模图形13 (线和间隔的重复图形)的示意性俯
视图5B是显示了与在晶片上缩小和曝光的实际图形相比，在偏置放 大倍率光掩模IO上的掩模图形13 (孔图形)的示意性俯视图6A是描述偏置放大倍率光掩模的效果的示意性视图，特别地显 示了利用普通的光掩模在晶片上形成的图形形状；
图6B是描述偏置放大倍率光掩模的效果的示意性视图，特别地显 示了利用所述本实施例的偏置放大倍率光掩模在晶片上形成的图形形 状；
图7A是描述偏置放大倍率光掩模的效果的示意性视图，特别地显 示了穿过普通的光掩模的光的强度分布；
图7B是描述偏置放大倍率光掩模的效果的示意性视图，特别地显 示了穿过偏置放大倍率光掩模的光的强度分布；
图8A是显示了偏置放大倍率光掩模的作用的矩形(柱形)图形的
视图8B作用是显示了偏置放大倍率光掩模的作用的基本圆形图形 的视图8C是显示了偏置放大倍率光掩模的作用的U型图形的视图； 图9是显示了在所述掩模图形的方向和所述扫描方向之间关系的 示意性视图IO是显示了所述偏置放大倍率光掩模的制造程序的流程图IIA是显示了光掩模绘图屏幕(在转换之前的放大倍率)的示 意性视图11B是显示了光掩模绘图屏幕(在转换之后的放大倍率)的示 意性视图12是显示了扫描器20的构造的示意性透视图，其中使用偏置 放大倍率光掩模；
图13是显示利用所述扫描器20的进行扫描和曝光晶片的顺序的 流程图14是显示了根据本发明另一个实施例的所述曝光仪器的构造的 原理图15是显示了根据本发明又一个实施例的所述曝光仪器的构造的 原理图16是描述离轴照明系统原理的原理图17A至17G是用于说明双重曝光方法的示意性俯视图18A和18B是显示了在所述光掩模上形成的掩模图形的宽度的
控制方法的示意性剖视图19A是显示了在先步骤和重复类型投影曝光系统(步进器)的
原理图19B是显示了现有技术中的步进扫描类型投影曝光系统(扫描 器)的原理图；以及
图20是显示了现有技术中的光掩模的结构的平面图。
具体实施例方式
以下参考所述附图详细地描述本发明的优选实施例。
图1是显示了根据本发明优选实施例的所述光掩模的构造的示意
性俯视图；图2是所述光掩模的剖视图。
如图1所示，所述光掩模10包含衬底ll，位于所述衬底ll上
的曝光区域12，在所述曝光区域12内形成的掩模图形13，以及在所 述曝光区域12的外部曝光区域14中形成的掩模放大倍率信息14x。在 所述本发明的光掩模10中，在所述曝光区域12内设置四个芯片图形， 如图所示，在一次曝光中曝光四个芯片。
所述衬底11还称为掩模基底并由透明石英衬底或者玻璃衬底构 成。如图2所示，所述石英衬底的表面由铬(Cr)或者另一种挡光膜 13a部分地覆盖，并因此形成掩模图形13。所述掩模图形13可以是负 性或者正性图形。
本实施例的所述光掩模10可以是普通二元光掩模如图1和2所示， 也可以是OPC (光学邻近效应校正)掩模，在掩模图形13的外围形成 0PC辅助图形13b，如图3所示。所述光掩模还可以是半色调(还称为 "衰减")相移掩模，如图4a所示使用半挡光膜13c，或者可以是 Levinson (还称为"交替")相移掩模，如图4B所示，使用薄膜(移相 器)13d等等。所述光掩模还可以是无铬相移掩模，其中根本不使用由 铬(Cr)组成的挡光膜。还可以使用以上所述的组合。
在本实施例中，包括所述掩模图形13的整个曝光区域12沿着由 箭头指示的扫描方向(Y方向)延伸，并且在所述曝光区域12内形成 的所述掩模图形13的X和Y方向的所述掩模放大倍率是不同的，如图 l所示。例如，在图中的所述掩模图形13的掩模放大倍率在X方向设 定为幅值4， Y方向设定为幅值8。在本实施例中，当利用在X和Y方 向上具有不同掩模放大倍率的所述光掩模(以下简称"偏置放大倍率光 掩模")进行所述步进扫描曝光技术时，通过利用Y方向作为扫描方向 并且在Y方向上以是所述晶片的扫描速度8倍的速度移动所述光掩模， 能够转印具有相等的纵向和横向比率的高清晰度晶片。
右侧区域14用作用于定位掩模的形成区域还用作所述掩模放大倍 率信息14X的记录区域。特别地，在本实施例中，所述掩模放大倍率 信息14X本身被用作定位掩模。所述掩模放大倍率信息14X是用于指 示所述光掩模在X和Y方向的掩模放大倍率的信息，使用例如数字、 代码、或者条型码的格式记录。光掩模的掩模放大倍率通常地在X和 Y方向相同，但是在偏置放大倍率光掩模中X和Y方向的掩模放大倍
率是不同的。扫描器读取所述掩模放大倍率信息14X，通过根据所述 掩模放大倍率信息14X计算放大倍率偏差能够确定扫描速度。可以单 独设定Y方向的掩模放大倍率，因为所述X方向的掩模放大倍率基于 使用了所述光掩模的曝光仪器的透镜放大倍率而被设定为唯一值。相 对于X方向(垂直于扫描方向的方向)，所述掩模放大倍率可以设定 为的Y方向(扫描方向)的放大倍率偏差并记录在右侧区域14。在该 情况下，所述光掩模10的放大倍率偏差是"2"。所述X和Y方向的掩 模放大倍率能够被处理作为有关所述光掩模10的放大倍率偏差信息。
图5A和5B是显示了与在晶片上縮小和投影的实际图形相比，在 偏置放大倍率光掩模IO上的掩模图形13的示意性俯视图；图5A显示 了线和间隔的重复图形，图5B显示了孔图形。
如图5A所示，当在晶片上形成具有W,宽度的线15a和间隔15b 的重复图形作为实际图形时，在所述光掩模上的所述线15a和间隔15b 的宽度均设定为nWi。在该情况下，"n"是Y方向上的掩模放大倍率。 所述Y方向掩模放大倍率被设定为超过所述X方向的掩模放大倍率m 的放大倍率，并且所述X方向的掩模放大倍率m被设定为等于所述缩 小投影光学系统(投影透镜)的縮小倍率，即，n〉m>l。因此，例如， 当所述縮小投影光学系统的縮小倍率是幅值4并且在X和Y方向的所 述放大倍率偏差是n/m二2时，Y方向的掩模放大倍率被设定为n==8， 并且在所述偏置放大倍率光掩模上所述线15c和间隔15d设定为 "8W,。如箭头所示，所述掩模图形的扫描方向被设定为所述线和间 隔的延伸方向，即，该方向基本上垂直于所述线和间隔的宽度方向。如图5B所示，当在晶片上形成具有W2的长度和宽度的孔图形16a 作为实际图形时，所述光掩模上的孔图形16b的长度被设定为mW2， 宽度设定为nW2。在该情况下，"m"是X方向的掩模放大倍率，"n" 是Y方向的掩模放大倍率。所述Y方向掩模放大倍率被设定为超过所 述X方向的掩模放大倍率的放大倍率，并且所述X方向的掩模放大倍 率m被设定为等于所述縮小投影光学系统(投影透镜)的縮小倍率， 即，n〉m〉1。当所述縮小投影光学系统的縮小倍率等于4时，在所述X 方向的掩模放大倍率被设定为m二4。当在所述X和Y方向的放大倍率 偏差被设定为n/m = 2时，Y方向的掩模放大倍率被设定为n==8，在所 述偏置放大倍率光掩模上的所述孔图形16b的长度被设定为"4W2"， 宽度被设定为"8W2 "。所述掩模图形的扫描方向被设定为所述孔图 形的宽度方向，即，该方向基本上垂直于所述孔图形的纵向，如箭头 所示。然而所述孔图形的长度和宽度是W2时，可以设定任一方向为宽 度方向。图6和7是描述偏置放大倍率光掩模的作用的示意性视图。图6A 显示了利用在X和Y方向具有相等的掩模放大倍率的普通光掩模(参 见图18)在晶片上形成的图形形状。图6B显示了利用本实施例的所述 偏置放大倍率光掩模在晶片上形成的图形形状。图7A显示了穿过普通 的光掩模的光的强度分布，图7b显示了穿过偏置放大倍率光掩模的光 的强度分布。如图6A所示，当利用普通的曝光方法和具有(mxm)的掩模放 大倍率的普通的光掩模将掩模图形转印在光掩模上时，所述实际图形 17的沿着X方向的边缘上的不均匀性增加。相反，当具有(mxn)的 掩模放大倍率的偏置放大倍率光掩模以n倍于扫描速度的速度移动并 转印掩模图形时，与普通的光掩模相比能够降低所述实际图形17的边 缘上的不均匀性，并且能够形成高清晰度图形，如图6B所示。
如图7A所示，当利用普通的曝光方法和具有(mxm)的掩模放 大倍率的普通的光掩模在光掩模上转印图形时，穿过所述掩模图形13 的光的强度图形L的上升和下降部分是略微逐渐地倾斜的。相反，当 以n倍于所述晶片的扫描速度的速度移动具有(rnxn)的掩模放大倍率 的偏置放大倍率光掩模以转印掩模图形时，能够形成高清晰度图形， 因为穿过所述掩模图形13的光的强度图形L2的上升和下降部分直线地 垂落，如图7B所示。随着所述掩模图形的尺寸接近于所述光的波长该 现象变得更为显著。因此，当以窄间距形成线和间隔的的重复图形诸如字线和数据线 时，通过设定垂直于所述图像的延伸方向的方向为扫描方向并且设定 所述线和间隔的宽度为大于由所述縮小投影放大倍率确定的宽度，则 能够降低线图形的边缘的不均匀性。换句话说，通过以此方式形成微 布线图形，能够降低那些与所述扫描方向相交的边缘的不均匀性并且 能够形成更高清晰度图形同时确保在关于所述扫描方向和平行图形方 面具有相同的常规工艺精度。所述偏置放大倍率光掩模的掩模图形不限于孔或者线以及上述的 形状，可以考虑各种各样的形状。所述图形可以是矩形形状(柱状) 如图8A所示，基本环形图形如图8B所示，或者U形图形如图8C所 示。此外，所述掩模图形的纵向不是必需定向在垂直于所述扫描方向 的方向，优选地，所述纵向相比于扫描方向(Y方向)更接近于垂直 于所述扫描方向的方向(X方向)，如图9所示。利用这样的定向， 可以充分增加所述晶片上的形成的图形的分辨率，但是不超过该定向 垂直的情况时的程度。图IO是显示了偏置放大倍率光掩模的制造程序的流程图。图11A 和11B是显示了光掩模绘图屏幕的示意性视图。图11A显示了在转换 之前的放大倍率，图IIB显示了在转换之后的放大倍率。
如图IO所示制造偏置放大倍率光掩模的第一步是设计实际图形，即实际形成在所述晶片上的图形(S101)。使用图形设计CAD制造实 际图形的绘图，通过利用CAD保证主图形的绘图。在该情况下用子制 造实际图形的初始格栅被设定为在所述实际图形17x的X和Y方向具 有相同比例。随后基于所述实际图形生成辅助图形(S102)。辅助图形的范例 包括用于形成OPC掩模的OPC图形，用于形成相移掩模的相移图形等 等。其后制造由实际数据和辅助数据组成的组合图形(S103)。接下来，设定所述组合图形X和Y方向的掩模放大倍率(S104)。 如上所述，当制造普通光掩模时，设定所述X和Y方向的掩模放大倍 率为相同，(即mxm)。然而当制造偏置放大倍率光掩模时，设定X 方向或者Y方向的掩模放大倍率大于另一方向的掩模放大倍率。可以 根据所述主图形的形状确定将所述X方向或者Y方向设定为更高放大 倍率。当在所述组合图形中出现许多线和间隔的重复图形时，和所述 图形的延伸方向基本垂直的方向优选地设定为更高放大倍率。因此能 够降低所述线图形的边缘的不均匀性，在晶片上形成高清晰度图形。 当用于制造光掩模的光掩模绘图机必须建立或者在光掩模制造期间所 用的尺寸校正必须设定时，优选地在已经所述掩模放大倍率之后 (S104)设定期望尺寸校正。接下来，基于所述X和Y方向的掩模放大倍率转换所述组合图形 的X和Y方向的尺寸进而设定(S105)。即使是偏置图形，在所述屏 幕上显示具有在所述纵向和横向具有相同掩模放大倍率的图形17y，仅 转换和显示用于显示所述尺寸的比例，如所图IIB所示。因此，图形 设计者能够处理作为相似的图形的在所述屏幕上的实际图形而无须考 虑所述偏置放大倍率图形的形状。通过在光掩模上实际形成以此方式 制造的组合图形完成本实施例的偏置放大倍率光掩模(S106)。
接下来，将描述使用了偏置放大倍率光掩模的晶片的曝光方法。图12是显示了使用了偏置放大倍率光掩模的扫描器20的构造的 示意性透视图。如图12所示，所述扫描器20包含光源21，透镜22a和22b， 设置在所述透镜22a和22b之间的光掩模遮板23，用于改变穿过所述 透镜22b的光的传播方向的反射镜24，会聚透镜25，以及投影透镜27。 所述扫描器20的照明系统由所述光源21、透镜22a和22b、光掩模遮 板23、反射镜24以及会聚透镜25组成。所述扫描器20的縮小投影光 学系统由所述投影透镜27组成。所述扫描器20进一步地包含光掩 模平台26,在其上安置具有绘图掩模图形的光掩模18;晶片平台28， 在与其安置在一起的晶片19上已经施加抗蚀剂或者另一种感光材料； 成像装置29，其能够成像光掩模的表面；以及控制器30，用于控制所 述组件。可以用于所述光源21的光源包括g-， h-，或者i-线激光；KrF准 分子激光器，ArF准分子激光器，F2准分子激光器，EUV，以及X射 线或者其他能量射线。通过利用所述光掩模平台26在所述Y方向移动 光掩模18，通过所述控制器30控制移动速度V2以及所述Y方向上的 位置30。通过利用所述晶片平台28在所述X以及Y方向移动所述晶 片19，并通过所述控制器30控制Y方向上的移动速度V！以及在X和 Y方向上的位置。所述晶片平台28具有晶片旋转机构，所述晶片19 的定向能够旋转360°。所述光掩模平台26和晶片平台28是同步和通 过所述控制器30控制的。縮小和投影所述光掩模上的整个掩模图形同 时相互同步并以相反方向移动所述晶片19和光掩模18。用经由所述透镜22a的从所述光源21发射的光辐射所述光掩模遮 板23。所述光掩模遮板23具有狭缝23a，其以X方向延伸如图所示，
因此获得狭缝照明区域31。通过所述光掩模遮板23限制的光经由所述 透镜22b，反射镜24，和会聚透镜25指向所述光掩模18。穿过所述光 掩模18的光通过所述投影透镜27传输并指向所述晶片19。以此方式，在扫描方向以V,的扫描速度移动所述狭缝照明区域， 以至于在如箭头Pl所示的，通过与所述扫描方向相反的方向上以预定 速度Vj多动所述晶片19来扫描并曝光所述晶片上的整个预定曝光区 域，同时通过穿过所述光掩模18的狭缝光来辐射所述晶片19。另一方 面，所述狭缝照明区域扫描所述光掩模18上的所述整个掩模图形，并 如箭头P2所示，通过以预定速度V2在和所述晶片19的移动方向相反 的方向上(即，所述扫描方向)移动所述光掩模18，在所述晶片19上 的预定曝光区域縮小并投影所述整个掩模图形。在该情况下，利用具有mXm(m〉1)的掩模放大倍率的普通光掩 模，其中根据所述投影透镜27的縮小投影放大倍率m对其进行设定， 则通过设定所说光掩模的移动速度V2为所述晶片的移动速度V,的m 倍，即v^mXV!，能够形成对应于所述掩模放大倍率的期望图形。相 反，利用具有mXn (n>m〉l)的掩模放大倍率的偏置放大倍率光掩模， 通过与普通光掩模的相同方式，设定光掩模的移动速度V2为所述晶片 的移动速度Vl的n倍，即V2二nXVp可以在晶片上形成具有相等纵 向和横向比率的图形。此外，相比于普通光掩模，能够形成在沿着X 方向的图形边缘没有非均性的高清晰度图形。接下来，参考图13说明利用扫描器20对上述晶片进行扫描和曝 光的程序。当如上所述利用扫描器20扫描和曝光所述晶片19时，先将所述 光掩模18安置在所述光掩模平台26上(S201)。对于安置了偏置放 大倍率光掩模的具体情况，设定所述图形的延伸方向，以使得其定向 在所述扫描方向。随后通过所述成像装置29读取光掩模18上的右侧
区域，根据所述右侧区域彼此相对地放置所述光掩模18和晶片19，并 读取所述光掩模18得掩模放大倍率信息(S202)。
定位所述光掩模18和晶片19还涉及到关于所述扫描方向调整所 述晶片19的定向(S203)。使用普通光掩模的情况下，可以根据晶片 的定向自由地确定所述掩模图形的定向，对所述光掩模18上的掩模图 形的定向无限制，因为所述掩模图形具有相等的纵向和横向比率。在 使用偏置放大倍率光掩模的情况下，所述光掩模放大倍率在X和Y方 向是不同的，所以所述图形的延伸方向必须匹配于所述扫描方向。因 此，通过所述扫描方向限制所述掩模图形的定向，照例确定在所述扫 描器20上安置的所述光掩模18的定向。因此，通过以所需预定量旋 转所述晶片平台28，使得所述光掩模19的定向匹配于所述光掩模18 的定向。
接下来，根据所述掩模放大倍率信息确定所述光掩模18的移动速 度V2 (S204)。根据扫描方向(Y方向)的掩模放大倍率和所述晶片 19的移动速度Vp确定所述光掩模的移动速度。例如，对于具有mX m(m〉1)的掩模放大倍率的普通光掩模，其中已经根据所述投影透镜 27的縮小投影放大倍率m对其进行了设定，则设定所述光掩模的移动 速度V2为所述晶片的移动速度Vi的m倍，艮卩，V2二mXVi。因此可 以形成对应于所述掩模放大倍率的期望图形。
相反，利用具有mXn (n〉m〉1)的掩模放大倍率的偏置放大倍率 光掩模，设定光掩模的移动速度V2为所述晶片的移动速度Vi的n倍， 即V2二nXVi。例如，在具有4X8的掩模放大倍率的偏置放大倍率光 掩模的情况下，所述光掩模的移动速度设定为是所述扫描速度的8倍。 此外，例如在具有4X16的掩模放大倍率的偏置放大倍率光掩模情况 下，所述光掩模的移动速度设定为是所述扫描速度的16倍。因此，以 和普通光掩模相同方式，在晶片19上可以形成具有相等纵向和横向比 率的图形。此外，相比于普通光掩模，能够形成在X方向的图形边缘
没有非均性的高清晰度图形。接下来，扫描并曝光晶片19 (S205)。在扫描曝光中，通过以相 互相反的方向移动所述光掩模平台26和晶片平台28，使得在晶片19 上的狭缝照明区域在Y方向以预定扫描速度移动，同时以狭缝光通量 照明所述光掩模18。以此方式，通过扫描整个光掩模18将所述光掩模 18上的整个图形转印到所述晶片19上。在此，以普通方式扫描并曝光 普通光掩模，其中在Y方向上以mXVi的速度移动光掩模18，在Y方 向上以nXVi的速度扫描偏置放大倍率光掩模。因此，当根据光掩模的 掩模放大倍率以预定速度扫描光掩模时，在晶片上能够形成具有相等 的纵向和横向比率的高清晰度图形。如上所述，根据本实施例，以Y方向用作扫描方向，利用偏置放 大倍率光掩模，其中X方向的掩模放大倍率是m (m>l)且Y方向的 掩模放大倍率是n (n〉m>l)，则以晶片的扫描速度的n倍的速度移动 所述光掩模。因此，可以在晶片上形成具有相等的纵向和横向比率的 图形，并且可以形成比普通光掩模具有更高清晰度的图形。本发明的偏置放大倍率光掩模能够被进一步地应用于多种扫描和 曝光系统。图14是显示了根据本发明的另一实施例的曝光仪器的构造的原理图。在所述曝光仪器32内采用浸式曝光方法，并且所述曝光仪器32 包括纯净水供应单元33，用于在所述投影透镜27和安置在所述晶片 平台28上的晶片19之间供给纯净水；以及纯净水回收单元34，用于 回收纯净水，如图14所示。要以锐角穿过所述投影透镜27的射束因为空气的界面而反射。因此，分辨率不增高，但是当加了水时，射束 会在水的界面弯曲，能够达到焦点，改善焦深。根据该浸式曝光方法，
可以进行电路线宽是45nm的超精细加工，因为可以获得134nm的等 效波长a/n)，即使是具有193nm的ArF准分子激光器用作束源。因为在所述曝光仪器32内采用的是通过利用所述步进扫揺技术移 动和曝光晶片19的扫描曝光方法，所以可以使用本发明的偏置放大倍 率光掩模。换句话讲，如上所述的利用扫描器20的相同方式，通过扫 描和曝光所述晶片19同时根据光掩模的放大倍率偏差和所述晶片的扫 描速度来以预定速度移动所述偏置放大倍率光掩模，能够形成高清晰 度图形。具体而言，因为采用浸式曝光方法，相比于扫描器20的情况， 可以获得更高分辨率的图形。图15是显示了根据本发明的还一实施例的曝光仪器的构造的原理图。如图15所示，在曝光仪器36内采用改进照明方法(离轴照明)， 该曝光仪器特征是用于进行离轴照明的离轴照明37的孔径。所述离轴 照明的孔径设置在所述照明光学系统的傅立叶变换平面内。从光源发 射的射束穿过所述离轴照明37的孔径内的传播窗口 37a并进入会聚透 镜25。换句话讲，在利用离轴照明进行曝光的情况下，照明位置偏移 于所述光学系统的光轴。因此，利用离轴照明，0阶射束和士1阶射束 传播同时偏移于所述光学系统的光轴的中心，如图16所示。因此，不 使用离光轴中心远的射束(在此是+l阶射束)，并且仅使用离光轴近 的两个分量(O和-l阶射束)。因此可以使得增加紧凑图形的DOF焦 深，并且进行绘图的条件范围得以扩展。使用所述改进照明方法的曝光仪器36也能够采用扫描曝光技术， 其中利用所述步进扫描技术移动并曝光晶片19，同时使用本发明的偏 置放大倍率光掩模。换句话说，以如上所述扫描器20的同样的方法能 够形成高清晰度图形，其中通过扫描和曝光所述晶片19同时以根据所 述光掩模的放大倍率偏差和所述晶片的扫描速度的预定速度移动所述
偏置放大倍率光掩模。特别地，因为采用改进照明方法，与如上所述扫描器20相比能够获得更高分辨率图形。如果联合如上所述改进照明 方法和所述浸式曝光方法，能够获得更高分辨率图形。接下来，将说明利用所述偏置放大倍率光掩模的双重曝光方法。 如果形成高清晰度密集的孔图形或者高清晰度密集的焊盘图形，所述 双重曝光方法是有效的。图17A至17F是用于说明所述双重曝光方法的示意性俯视图。例如，当如所图17A所示以负抗蚀剂工艺形成密集的孔图形60 时，首先制备晶片61，在其上涂敷了光致抗蚀剂62 (图17B)，并且 通过本实施例的所述双重曝光方法在所述晶片61上形成第一线图形63 的潜像(图17C)。在该情况下，制备与第一线图形对应的包含了掩模 图形的偏置放大倍率光掩模64 (图17D)，并扫描利用所述偏置放大 倍率光掩模进行晶片61的曝光。所述偏置放大倍率光掩模64的掩模 图形包含开口区65a，对应于所述第一线图形；除所述开口区域65a 之外的挡光区65b，并且所述开口区65a的宽度在沿着扫描方向上以预 定放大倍率偏差延伸。如图17C所示，通过利用所述偏置放大倍率光 掩模64对所述晶片61扫描和曝光，在所述晶片61上形成第一线图形 63的所述潜像。接下来，所述晶片61旋转90度(图17E)，之后在所述晶片61 上形成和所述第一线图形63的潜像相垂直的第二线图形66的潜像(图 17F)。在该情况下，制备对应于第二线图形的包含了掩模图形的偏置 放大倍率光掩模67 (图17G)，并利用所述偏置放大倍率光掩模67对 所述晶片进行扫描和曝光。因此，如图17F所示，在所述晶片61上形 成第二线图形66的所述潜像。进一步地，显影所述晶片61并去除所 述曝光区域之外的抗蚀剂62。如图17A所示，因而获得密集孔图形60。
在利用普通光掩模的情况下，随着所述图形变得精细，光掩模的 工艺准确度的偏差增加。然而，在利用偏置放大倍率光掩模的情况下， 由于所述掩模的尺寸精度在一个方向能够更高，所述双重曝光方法行 之有效。所述双重曝光方法不限制子形成如上所述的孔图形，可以适 用于各种各样的图形。
在接近于分辨率极限的条件下，以一比一的比例形成线宽度和间 隔宽度。然而，上述偏置放大倍率光掩模中，所述线宽度(开口区的 宽度)窄于间隔宽度(所述挡光区的宽度)。通过以下控制方法调整。
图18A和18B是显示了对在所述光掩模上形成的掩模图形的宽度 调整方法的示意性剖视图；当扩展所述掩模图形的宽度时，如图18A所示，在所述掩模材料 73的表面上形成具有接近于所述分辨率极限的预定宽度的抗蚀剂图形 74，之后通过利用所述抗蚀剂图形74构图所述掩模材料73。因此形成 具有预定线宽度的掩模图形73a。接下来，通过在所述掩模图形73a上 形成由相同材料组成的薄掩模膜并回蚀该膜，形成侧壁73b。因此，扩 展所述线图形的宽度。
如图18B所示，当变窄所述掩模图形的宽度时，在所述掩模材料 73的表面上形成具有与所述分辨率极限相接近的预定宽度的抗蚀剂图 形74，之后用02等离子处理进行修整工艺。因此变窄了所述抗蚀剂图 形74的宽度。接下来，通过利用所述抗蚀剂图形74并构图所述掩模 材料73形成掩模图形73c，其比所述初始抗蚀剂图形74的线宽度更窄。 因此，能够变窄所述线图形的宽度。
因此，参考具体实施例已经对本发明进行了显示和说明。然而， 应该认为，本发明决不限于所述配置的细节，无须偏离于所附的权利 要求的范围可以进行各种变化和修改。
例如，如实施例所述，所述扫描器20的縮小投影光学系统用投影 透镜27构造，如所图12所示，但是本发明不限于该构造，还可以是 任意构造，只要其中仅使用了反射镜和其他反射光学系统。此外，如上所述的实施例中，Y方向上的掩模放大倍率设定为超 过X方向的掩模放大倍率，但这是出于方便说明的考虑如此设定X和 Y方向，并且可以设定所述X方向的掩模放大倍率为高放大倍率。在 该情况，然而，很明显必须设定所述X方向为扫描方向。
权利要求
1. 一种用于扫描曝光仪器中的光掩模，其包括 在沿着扫描方向上以预定放大倍率偏差延伸的掩模图形。
2. 根据权利要求l所述光掩模，其中，所述掩模图形的纵向相比 于所述扫描方向更接近于和所述扫描方向垂直的方向。
3. 根据权利要求l所述的光掩模，其中，所述掩模图形具有以预 定间距间歇地排列的重复图形。
4. 根据权利要求l所述光掩模，其中，所述重复图形包括以下任 意线和间隔；密集孔；密集柱状图形；环状图形；和U形图形。
5. 根据权利要求l所述光掩模，其中设定所述放大倍率偏差超过
6. 根据权利要求1所述光掩模，进一步地包括记录在外部曝光区 域内的有关所述放大倍率偏差的信息。
7. 根据权利要求l所述光掩模，包括普通二元光掩模。
8. 根据权利要求l所述光掩模，包括衰减、交替、或者无铬相移 掩模。
9. 一种根据步进扫描技术曝光晶片的曝光方法，其使用具有在沿 着扫描方向上以预定放大倍率偏差延伸的掩模图形的光掩模。
10. 根据权利要求9所述曝光方法，包括光掩模移动速度确定步骤，用于根据所述放大倍率偏差和所述晶 片的移动速度确定所述光掩模的移动速度；以及扫描曝光步骤，用于通过以预定扫描速度移动所述晶片同时以狭 缝射束照明所述晶片，并且与所述晶片同步以所述光掩模的移动速度 移动所述光掩模，对所述光掩模进行曝光。
11. 根据权利要求IO所述曝光方法，其中，所述光掩模移动速度 确定步骤包括以下步骤设定所述光掩模移动速度是所述晶片的移动速度的n倍，其中n (n〉1)是沿着扫描方向的所述掩模放大倍率，m (n>m>l)是在与所 述扫描方向垂直的方向的掩模放大倍率。
12. 根据权利要求IO所述曝光方法进一步地包括放大倍率偏差 信息读取步骤，用于读取记录在上所述光掩模上的有关所述放大倍率 偏差的信息，该步骤在所述扫描速度确定步骤之前。
13. 根据权利要求IO所述曝光方法进一步地包括晶片方向调整 步骤，用于根据有关所述放大倍率偏差的信息调整所述晶片的定向， 该步骤在所述扫描曝光步骤之前。
14. 一种在晶片上形成图形的方法，包括以下步骤通过利用具有在沿着扫描方向上以预定放大倍率偏差延伸的掩模 图形的第一光掩模，在晶片上形成多个第一线图形的潜像，并扫描和曝光所述晶片；通过利用具有在沿着扫描方向上以预定放大倍率偏差延伸的掩模 图形的第二光掩模，在所述晶片上形成与第一线图形垂直的多个第二 线图形的潜像；以及通过显影所述晶片形成密集孔图形或者密集焊盘图形。
15. 根据权利要求14所述在晶片上的图形方法，进一步地包括以 下步骤 扩展形成在所述晶片上的所述密集孔图形或者所述密集焊盘图形 的宽度。
16. —种曝光仪器，其根据所述步进扫描技术，通过利用具有在 沿着扫描方向上以预定放大倍率偏差延伸的掩模图形的光掩模，对晶片曝光，该曝光仪器包括照明系统，用于将狭缝射束照明在所述光掩模上； 縮小投影曝光仪器，用于将穿过所述光掩模的射束縮小并投影在所述晶片上；以及扫描曝光装置，用于以根据所述光掩模的掩模放大倍率之一的预 定扫描速度扫描和曝光所述晶片。
17. 根据权利要求16所述曝光仪器，其中所述扫描曝光装置包含 光掩模平台，在其上安置光掩模；晶片平台，在其上安置晶片；以及扫描控制装置，用于彼此同步地在相反方向上移动所述光掩模平 台和所述晶片平台。
18. 根据权利要求17所述曝光仪器，其中，所述扫描曝光装置设 定所述光掩模平台的移动速度为所述晶片平台的移动速度，其中n(n〉1)是沿着扫描方向的所述掩模放大倍率，m (n〉m〉1)是在与所 述扫描方向垂直的方向的掩模放大倍率。
19. 根据权利要求16所述曝光仪器，进一步地包括 放大倍率偏差信息读取装置，用于读取记录在所述光掩模上的有关所述放大倍率偏差的信息；以及扫描速度确定装置，用于根据有关所述放大倍率偏差的信息和所 述晶片的移动速度确定所述光掩模平台的移动速度。
20. 根据权利要求19所述曝光仪器，其中，所述晶片平台进一步地包含晶片旋转装置，所述晶片旋转装置根据有关所述放大倍率偏 差的信息调整所述晶片的定向。
21. 根据权利要求16所述曝光仪器，其以浸式曝光方法曝光所述曰h!r 曰曰斤o
22. 根据权利要求16所述曝光仪器，其以改进照明方法曝光所述曰ti" 曰曰斤o
23. —种光掩模图形制造方法，包括实际图形制造支持步骤，用于对被投影在晶片上的具有相等的纵向和横向比率的实际图形的绘图进行支持制造；辅助图形生成步骤，用于根据所述实际图形生成辅助图形； 组合图形生成步骤，用于生成所述实际图形和所述辅助图形的组合图形；以及转换步骤，用于利用预定掩模放大倍率，转换所述组合图形在纵 向和横向的尺寸。
24. 根据权利要求23所述光掩模图形制造方法，其中所述实际图 形制造支持步骤优选地包括以下步骤利用相等的纵向和横向比率显 示所述实际图形和其尺寸指示比例，并且所述转换步骤优选地包括以 下步骤在已经放大所述尺寸指示比例之后利用相等的纵向和横向比率显示所述组合图形并显示所述尺寸。
25. —种图形形成方法，其使用具有在沿着扫描方向上以预定放 大倍率偏差延伸的掩模图形的光掩模，该方法包括以下步骤在晶片上形成第一布线图形；以及旋转所述晶片同时将所述光掩模扫描方向保持相同方向以及在晶 片上形成第二布线图形，其基本垂直于所述第一布线图形。
26. —种图形形成方法包括普通图形形成步骤，用于利用在所述纵向和横向具有相等的掩模放大倍率的光掩模形成图形；以及高分辨率图形形成步骤，用于利用在所述纵向和横向具有不同的 掩模放大倍率的光掩模形成图形。
27. —种图形形成方法，其中，当在已具有图形的晶片上根据重 复图形形成孔图形时，在和重复图形的纵向相垂直的方向进行扫描和 曝光。
28. —种半导体器件，利用根据权利要求1至8之任一所述光掩 模所制造。
29. —种半导体器件，利用根据权利要求9至B之任一所述曝光 方法所制造。
30. —种半导体器件，利用根据权利要求14或者15所述图形形 成方法所制造。
31. —种半导体器件，利用根据权利要求25至27之任一所述图 形形成方法所制造。
全文摘要
所述光掩模10包含衬底11，位于所述衬底11上的曝光区域12，在所述曝光区域12内形成的掩模图形13，以及在所述曝光区域12的外部曝光区域14(右侧区域)内形成的掩模放大倍率信息14X。包括所述掩模图形13的所述整个曝光区域12在沿着如箭头所示的扫描方向(Y方向)上延伸。例如，所述掩模图形13的掩模放大倍率在所述X方向设定为幅值4，在Y方向上设定为幅值8。当利用在所述X和Y方向具有不同的掩模放大倍率的光掩模进行步进扫描曝光技术时，能够转印具有相等的纵向和横向比率的高清晰度晶片。
文档编号G03F1/36GK101122735SQ20061015679
公开日2008年2月13日 申请日期2006年12月27日 优先权日2006年8月11日
发明者山口秀范 申请人:尔必达存储器株式会社