专利名称：用电子束大小电流混合一次曝光制备x射线掩模的方法
技术来源本发明提供一种采用电子束大小电流混合一次曝光制备X射线掩模的方法。
背景技术：
X射线光刻(XRL)采用1nm波长的软X射线，是一种接近式光刻。就光刻工艺性能而言，X射线光刻能同时实现高分辨率、大焦深，大像场等，是其他所有光刻手段难以比拟的，掩模制造技术是X射线光刻开发中最为困难的部分。人们普遍认为，1倍的X射线光刻掩模制作的高难度是阻碍X射线光刻技术早日进入工业生产领域的障碍。可以说，X射线光刻掩模开发的成败是关系到X射线光刻技术能否以及何时应用于工业生产的决定性因素。尽管在过去的许多年里，人们提出了许多种X射线光刻掩模制作的方案，而且已在实验室中制作成功，但是真正能为正式生产所采用的制作方法至今没有。因此，X射线光刻掩模的开发是X射线光刻技术亟待解决的关键问题。X射线光刻用的掩模，在功能上与传统的光学光刻掩模一样在制备好的掩模上，形成透X射线区和不透X射线区，从而形成掩模曝光图形。但其材料组成、结构形式和制作工艺上比普通光学掩模难度大得多、技术也复杂得多。通常X射线的掩模写图形的过程由电子束完成，在X射线的掩模中既有X射线也有对准标记等大图形，还有100nm左右的精细图形。如果不剖分图形，必须用小电流曝光全部图形，效率极低。如果剖分图形，同时采用二次曝光，将很难保证图形的相对位置不变。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备X射线掩模的新方法，该方法采用电子束大小电流混合一次曝光制备X射线掩模，解决了制备X射线掩模时，效率和分辨率难以兼顾的矛盾。其中，保证曝光后大小图形相对位置关系不变的图形剖分方法；按不同的切割步距对剖分图形进行格式转换；用二个不同的路径编辑同一个曝光文件；对剖分后的大小版形分别赋予不同的工作参数(EOS)表；都未见相关报道。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种用电子束大小电流混合一次曝光制备X射线掩模的方法，将其电子束曝光版图剖分为二部分，即精细图形和其它的大图形；将剖分后的大小版形按不同条件进行转换；用二个不同的路径编辑曝光文件；对剖分后的大小版形分别赋予不同的工作参数(EOS)表；对剖分后的大小版形分别赋予不同的曝光剂量和曝光电流；将二次曝光的初始位置和剖分后的大小版形的版架位置设定在为同一值。
所述的制备X射线掩模的方法，包括以下步骤1)将电子束曝光版图剖分为二部分版图剖分时，选择500nm作为临界尺寸，图形经过剖分后，成为二个图形，即精细图形和其它的大图形，其中，精细图形为100nm左右的图形；为了保证曝光后精细图形和其它的大图形的相对位置不变，在图形剖分时要保证精细图形和其它的大图形的中心位置相同，并和剖分前的图形中心位置一样；2)将剖分后的大小版形按不同条件进行转换将通常的版图设计软件设计出的图形，由GDSII格式，转换成电子束曝光机可以接受的图形格式；在进行大小版形转换时，为保证曝光后的图形的保真度，在进行图形格式转换时，对大小版形进行不同处理，即对大图形采用大的切割步距，而对小图形采用小的切割步距；3)用二个不同的路径编辑曝光文件在电子束曝光之前，编辑曝光作业文件和曝光顺序文件；在同一曝光作业文件中，只采用一个曝光路径，在曝光路径中设定曝光过程中的检查步骤和每次检查的间隔时间；由于精细图形对曝光分辨率和图形的定位精度都有更高要求，因此对精细图形的路径设置中，必须对曝光电流聚焦版架的初始位置进行设置，同时，每次检查的间隔时间要相当短，而对大图形，在路径设置中只需对曝光电流进行检查；4)对剖分后的大小版形分别赋予不同的工作参数(EOS)表在大小电流混合曝光中，因有二套不同的版图和曝光条件，必须将这些不同的参数预先设定在不同的工作参数(EOS)表中；通过曝光过程的消磁，在曝光完精细图形后，将自动删除精细图形的工作参数(EOS)表，再调入大图形的工作参数(EOS)表开始曝光大图形；5)对剖分后的大小版形分别赋予不同的曝光剂量和曝光电流对于精细图形为保证分辨率和定位精度，选择比较小的电流，100nm的图形选择100PA的电流，50nm以下的图形选择50PA的电流；电流的大小决定了束斑的大小，而对于曝光大图形，为提高效率，选择2nA的电流；在曝光剂量的选择上针对不同的抗蚀剂赋予不同的值，在采用大小电流混合曝光时，对PMMA抗蚀剂，大图形赋予350uc/cm2的剂量，而精细图形赋予500uc/cm2的剂量；对于SAL601抗蚀剂，大图形赋予12uc/cm2的剂量，而精细图形赋予35uc/cm2的剂量；6)将二次曝光的初始位置和剖分后的大小版形的版架位置设定在同一值由于要求电子束设备自动进行大小电流的不同曝光，而电子束曝光前定位通常是通过检测版架上的一系列金属标记，因此必须将二次曝光的初始位置和剖分后的大小版形的版架位置设定在同一值。这样才能够保证精细图形和大图形的相对位置不变。
所述的制备X射线掩模的方法，其所述步骤3中，精细图形的路径名为FINE；具体设置为FINEINITIAL(初始点)，INIMSH(网格标记)，PDEF(偏转)，DISTOR(场畸变)，FOCUS(聚焦)，CURRNT(电流)CYCLIC(循环周期)，INIMSH(网格标记)，PDEF(偏转)，DISTOR(场畸变)，CURRNT(电流)，CASSET(片架)CYCLE(循环周期)10M，F；大图形的路径名为COARS；具体设置为COARSINITIAL(初始点)，INIMSH(网格标记)，PDEF(偏转)，CURRNT(电流)，CYCLIC(循环周期)，INIMSH(网格标记)，PDEF(偏转)，CURRNT(电流)，CASSET(片架)CYCLE(循环周期)30M，F；每30分钟检测以上参数一次。
所述的制备X射线掩模的方法，其所述步骤4的工作参数(EOS)表，对大图形的工作参数(EOS)为(3，8)、对小图形的工作参数(EOS)为(3，7)。
所述的制备X射线掩模的方法，其所述步骤4之后，还包括下列步骤a)将已经在硅支撑骨架上制备好Si3N4和金属薄膜的基片上涂抗蚀剂，胶厚500nm；b)前烘，采用热板105℃，2min；c)自然冷却10min。
所述的制备X射线掩模的方法，其所述c)步自然冷却10min后，a.在工作参数(EOS)(3，8)状态下调整电子束曝光设备，同时进行步骤5、步骤6，分别设置不同的电流，聚焦片架(cassette)的位置；b.在工作参数(EOS)(3，7)状态下调整电子束曝光设备，同时进行步骤5、步骤6，分别设置不同的电流，聚焦片架(cassette)的位置；c.要求工作参数(EOS)(3，7)状态下片架(cassette)的位置和工作参数(EOS)(3，8)状态下片架(cassette)的位置相同。
所述的制备X射线掩模的方法，其所述步骤6之后，还包括下列步骤a)将电子束设备设置在消磁状态；b)进行电子束曝光；c)后烘，采用热板，105℃，2mind)显影，22℃，5min，制备完成。
本发明在使用电子束制备X射线掩模时，在保证电子束的高分辨率时也大大提高了其效率。本发明方法也可以应用到由精细线条和大的图形构成的一些规则图形的曝光，如砷化镓高迁移率(GaAsPHEMT)器件和声表面波器件等。
图1是用本发明方法制备的X射线掩膜示意图。
具体实施例方式
本发明的新方法，在于提供一种制备采用电子束大小电流混合一次曝光制备X射线掩模，其包括以下步骤1)将电子束曝光版图剖分为二部分，即精细图形和其它的大图形，其中，精细图形为100nm左右的图形版图剖分时，如何选择剖分版图的临界尺寸非常重要，通常对于X射线掩模，一般由应用于X射线曝光的图形(一般小于500nm)和应用于X射线曝光时的对准标记(比较大，一般在几个微米)组成，因此选择500nm作为临界尺寸，这样图形经过剖分后将成为二个图形，即精细图形和其它的大图形。为了保证曝光后精细图形和其它的大图形的相对位置不变，在图形剖分时要保证精细图形和其它的大图形的中心位置相同，并和剖分前的图形中心位置一样。
2)将剖分后的大小版形按不同条件进行转换通常的版图设计软件设计出的图形为GDSII格式，这些格式的图形无法被电子束曝光机接受，因此必须将这些格式的图形进行转换。我们曝光用的电子束曝光设备是JEOL-JBX--5000LS，它可以接受的图形格式为JEOL51。在进行大小版形转换时，为保证曝光后的图形的保真度，我们在进行图形格式转换时，对大小版形进行了不同处理，即对大图形采用大的切割步距，而对小图形采用尽可能小的切割步距。
3)用二个不同的路径编辑曝光文件在电子束曝光之前，必须编辑曝光作业文件和曝光顺序文件。一般地，在同一曝光作业文件中，只采用一个曝光路径，在曝光路径中设定曝光过程中必须进行的检查步骤和每次检查的间隔时间。由于精细图形对曝光分辨率和图形的定位精度都有更高要求，因此对精细图形的路径设置中，必须对曝光电流聚焦版架的初始位置等都进行设置，同时，每次检查的间隔时间要相当短。而到大图形，为节约时间，提高效率，在路径设置中只需要曝光电流进行检查。
4)对剖分后的大小版形分别赋予不同的工作参数(EOS)表在电子束曝光中，工作参数(EOS)表相当于一个存储器，保存每次曝光前调整和设置机器的所有硬件参数。对于通常的电子束曝光，由于只要一个版图，采用一个曝光条件，因此只需要一个工作参数(EOS)表。而在大小电流混合曝光中，由于有二套不同的版图和曝光条件，必须将这些不同的参数预先设定在不同的工作参数(EOS)表中。通过曝光过程的消磁，在曝光完精细图形后将自动删除精细图形的工作参数(EOS)表，调入大图形的工作参数(EOS)表开始曝光大图形。
5)对剖分后的大小版形分别赋予不同的曝光剂量和曝光电流电子束曝光不同于光学曝光，电子束曝光是用一束电子在抗蚀剂上进行描绘来曝光图形，因此选择不同的曝光剂量和曝光电流在很大程度上决定着电子束的曝光效率。对于精细图形为保证分辨率和定位精度，同常选择比较小的电流，一般按我们的经验，100nm的图形选择100PA的电流，50nm以下的图形选择50PA的电流。电流的大小决定了束斑的大小，而对于曝光大图形，为提高效率，一般选择2nA的电流。在曝光剂量的选择上针对不同的抗蚀剂赋予不同的值。PMMA和SAL601是使用比较多的具有高分辨率的正性和负性抗蚀剂，对PMMA在采用大小电流混合曝光时，大图形赋予350uc/cm2的剂量，而精细图形赋予500uc/cm2的剂量；而对于SAL601大图形赋予12uc/cm2的剂量，而精细图形赋予35uc/cm2的剂量。
6)将二次曝光的初始位置和剖分后的大小版形的版架位置设定在为同一值由于要求电子束设备自动进行大小电流的不同曝光，而电子束曝光前定位通常是通过检测版架上的一系列金属标记，因此必须将二次曝光的初始位置和剖分后的大小版形的版架位置设定在为同一值。这样才能够保证精细图形和大图形的相当位置不变。
实施例(1)将要进行电子束曝光的图形剖分成大小二个图形，分别赋予XXL和XXS的名称。
(2)将图形XXL和XXS按不同的切割步距转换成二个JEOL51图形格式，分别赋予文件名XXL.j51和XXS.j51。
(3)编辑曝光作业文件，在该文件中分别对精细图形和大图形设置不同的曝光路径精细图形的路径名为FINE；具体设置为FINEINITIAL(初始点)，INIMSH(网格标记)，PDEF(偏转)，DISTOR(场畸变)，FOCUS(聚焦)，CURRNT(电流)，CYCLIC(循环周期)，INIMSH(网格标记)，PDEF(偏转)，DISTOR(场畸变)，CURRNT(电流)，CASSET(片架)，CYCLE(循环周期)10M，F；大图形的路径名为COARS；具体设置为COARSINITIAL(初始点)，INIMSH(网格标记)，PDEF(偏转)，CURRNT(电流)，CYCLIC(循环周期)，INIMSH(网格标记)，PDEF(偏转)，CURRNT(电流)，CASSET(片架)，
CYCLE(循环周期)30M，F；每30分钟检测以上参数一次。
(4)对精细图形和大图形分别指定不同的工作参数(EOS)表，如精细图形的工作参数(EOS)表为(3，7)，则大图形的工作参数(EOS)表为(3，8)。
(5)对精细图形和大图形分别指定不同的曝光剂量。对PMMA抗蚀剂，大图形赋予350uc/cm2的剂量，而精细图形赋予500uc/cm2的剂量；而对于SAL601大图形赋予12uc/cm2的剂量，而精细图形赋予35uc/cm2的剂量。
(6)对精细图形和大图形分别指定不同的曝光电流，精细图形采用100PA的电流，大图形采用2nA的电流。
(7)将已经在硅支撑骨架上制备好Si3N4和金属薄膜的基片上涂SAL601抗蚀剂，胶厚500nm。
(8)前烘，采用热板105℃，2min。
(9)自然冷却10min.。
(10)在EOS(3，8)状态下调整电子束曝光设备，分别设置不同的电流，聚焦片架(cassette)的位置。
(11)在EOS(3，7)状态下调整电子束曝光设备，分别设置不同的电流，聚焦片架(cassette)的位置。要求片架(cassette)位置的和工作参数(EOS)(3，8)状态下相同。
(12)将电子束设备设置在消磁状态。
(13)进行电子束曝光。
(14)后烘，采用热板，105℃，2min。
(15)显影，22℃，4-6min，制备完成。
采用本发明方法成功地研制出100nm的X-射线掩模，相对于采用同一电流一次曝光在保证分辨率的同时大大提高了效率；而相对于采用大小不同电流二次曝光又大大提高了曝光图形的定位精度。是一种行之有效的高分辨率，高效率的曝光方法。图1给出了用本发明方法制备的100nm的X-射线掩模示意图。
权利要求
1.一种用电子束大小电流混合一次曝光制备X射线掩模的方法，其特征在于将电子束曝光版图剖分为二部分，即精细图形和其它的大图形；将剖分后的大小版形按不同条件进行转换；用二个不同的路径编辑曝光文件；对剖分后的大小版形分别赋予不同的工作参数表；对剖分后的大小版形分别赋予不同的曝光剂量和曝光电流；将二次曝光的初始位置和剖分后的大小版形的版架位置设定在为同一值。
2.根据权利要求1所述的制备X射线掩模的方法，其特征在于包括以下步骤1)将电子束曝光版图剖分为二部分版图剖分时，选择500nm作为临界尺寸，图形经过剖分后，成为二个图形，即精细图形和其它的大图形，其中，精细图形为100nm左右的图形；为了保证曝光后精细图形和其它的大图形的相对位置不变，在图形剖分时要保证精细图形和其它的大图形的中心位置相同，并和剖分前的图形中心位置一样；2)将剖分后的大小版形按不同条件进行转换将通常的版图设计软件设计出的图形，由GDSII格式，转换成电子束曝光机可以接受的图形格式；在进行大小版形转换时，为保证曝光后的图形的保真度，在进行图形格式转换时，对大小版形进行不同处理，即对大图形采用大的切割步距，而对小图形采用小的切割步距；3)用二个不同的路径编辑曝光文件在电子束曝光之前，编辑曝光作业文件和曝光顺序文件；在同一曝光作业文件中，只采用一个曝光路径，在曝光路径中设定曝光过程中的检查步骤和每次检查的间隔时间；由于精细图形对曝光分辨率和图形的定位精度都有更高要求，因此对精细图形的路径设置中，必须对曝光电流聚焦版架的初始位置进行设置，同时，每次检查的间隔时间要相当短，而对大图形，在路径设置中只需对曝光电流进行检查；4)对剖分后的大小版形分别赋予不同的工作参数表在大小电流混合曝光中，因有二套不同的版图和曝光条件，必须将这些不同的参数预先设定在不同的工作参数表中；通过曝光过程的消磁，在曝光完精细图形后，将自动删除精细图形的工作参数表，再调入大图形的工作参数表开始曝光大图形；5)对剖分后的大小版形分别赋予不同的曝光剂量和曝光电流对于精细图形为保证分辨率和定位精度，选择比较小的电流，100nm的图形选择100PA的电流，50nm以下的图形选择50PA的电流；电流的大小决定了束斑的大小，而对于曝光大图形，为提高效率，选择2nA的曝光电流；在曝光剂量的选择上针对不同的抗蚀剂赋予不同的值，在采用大小电流混合曝光时，对PMMA抗蚀剂，大图形赋予350uc/cm2的剂量，而精细图形赋予500uc/cm2的剂量；对于SAL601抗蚀剂，大图形赋予12uc/cm2的剂量，而精细图形赋予35uc/cm2的剂量；6)将二次曝光的初始位置和剖分后的大小版形的版架位置设定在同一值由于要求电子束设备自动进行大小电流的不同曝光，而电子束曝光前定位通常是通过检测版架上的一系列金属标记，因此必须将二次曝光的初始位置和剖分后的大小版形的版架位置设定在同一值，这样才能够保证精细图形和大图形的相对位置不变。
3.根据权利要求2所述的制备X射线掩模的方法，其特征在于所述步骤3中，精细图形的路径名为FINE；具体设置为FINE初始点，网格标记，偏转，场畸变，聚焦，电流，循环周期，网格标记，偏转，场畸变，电流，片架，循环周期 10M，F；大图形的路径名为COARS；具体设置为COARS初始点，网格标记，偏转，电流，循环周期，网格标记，偏转，电流，片架，循环周期 30M，F；每30分钟检测以上参数一次。
4.根据权利要求2所述的制备X射线掩模的方法，其特征在于所述步骤4的工作参数表，对大图形的工作参数为(3，8)、对小图形的工作参数为(3，7)。
5.根据权利要求2所述的制备X射线掩模的方法，其特征在于所述步骤4之后，还包括下列步骤a)将已经在硅支撑骨架上制备好Si3N4和金属薄膜的基片上涂抗蚀剂，胶厚500nm；b)前烘，采用热板105℃，2min；c)自然冷却10min。
6.根据权利要求2或5所述的制备X射线掩模的方法，其特征在于所述c)步自然冷却10min后，a.在工作参数(3，8)状态下调整电子束曝光设备，同时进行步骤5、步骤6，分别设置不同的电流，聚焦片架的位置；b.在工作参数(3，7)状态下调整电子束曝光设备，同时进行步骤5、步骤6，分别设置不同的电流，聚焦片架的位置；c.要求工作参数(3，7)状态下，片架的位置和工作参数(3，8)状态下，片架位置相同。
7.根据权利要求2所述的制备X射线掩模的方法，其特征在于所述步骤6之后，还包括下列步骤a)将电子束设备设置在消磁状态；b)进行电子束曝光；c)后烘，采用热板，105℃，2min；d)显影，22℃，5min，制备完成。
全文摘要
本发明提供一种采用电子束大小电流混合一次曝光制备X射线掩模的方法。该方法，将电子束曝光版图剖分为二部分，即精细图形和其它的大图形；将剖分后的大小版形按不同条件进行转换；用二个不同的路径编辑曝光文件；对剖分后的大小版形分别赋予不同的工作参数(EOS)表；对剖分后的大小版形分别赋予不同的曝光剂量和曝光电流；将二次曝光的初始位置和剖分后的大小版形的版架位置设定为同一值。本发明在使用电子束制备X射线掩模时，在保证电子束的高分辨率时也大大提高了其效率。
文档编号H01L21/02GK1818789SQ200510008009
公开日2006年8月16日 申请日期2005年2月7日 优先权日2005年2月7日
发明者刘明, 叶甜春, 谢常青, 张建宏 申请人:中国科学院微电子研究所