CN1086512C

CN1086512C - 带电束曝光掩模及带电束曝光方法

Info

Publication number: CN1086512C
Application number: CN97116763A
Authority: CN
Inventors: 山田泰久; 野末宽
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 1996-08-15
Filing date: 1997-08-15
Publication date: 2002-06-19
Anticipated expiration: 2017-08-15
Also published as: TW398043B; JPH1064783A; KR100282281B1; CN1174402A; KR19980018691A; JP2830854B2; US5968686A

Abstract

一种电子束曝光掩模，此掩模包括一基片，该基片具有一第一区域和第二区域，在第一区域内形成第一组多个单元孔径，在第二区域内形成第二组多个单元孔径。被辐射到第一区域的带电束的偏转角小于基准角。被辐射到第二区域的带电束的偏转角大于或等于基准角。每个第一组多个单元孔径都对应于需要高图形转换精度的精细图形。每个第二组多个单元孔径对应于不需高图形转换精度的精略图形。

Description

带电束曝光掩模及带电束曝光方法

本发明涉及用于半导体器件生产中的电子束或离子束曝光等带电束曝光，尤其是关于具有不同单元孔径的带电束曝光掩模，每个单元孔径都典型地与一集成电路芯片的重复单元图形相对应，本发明还涉及一种使用曝光掩模的带电束曝光方法。

近年来，随着集成电路中的集成尺寸的增长和密集度的提高，在半导体器件生产过程中越来越强的需要高的生产量。毫无疑问地这种需要也同样适用于应用电子束的蚀剂工艺过程即电子束蚀刻。

为了与高生产量的需要相适应，在电子束蚀刻中已发展出一种叫作“单元投影法”的改进方法。根据此“单元投影法”，典型地，曝光掩模具有不同的单元孔径，除了为形成一可变成形孔径的成形孔径之外，每个单元孔径都与集成电路芯片相对应。在使用中，电子束重复辐射到各个单元孔径或每一集成电路芯片的成形孔径上。

图1示出为单元投影法而设计的传统曝光掩模的实例。在图1中，在传统曝光掩模100的基片101中有规则地形成多个孔径102a、102b及102c。

形状为长方形并用来形成可变成形电子束的成形孔径102a位于基片101的中心区域。每个都与集成电路芯片的重复单元图形相对应的单元孔径102b位于基片101的周边区域。每个都与同一集成电路芯片的重复单元图形相对应的单元孔径102c位于基片101的中间区域。这些单元孔径102b和102c的几何尺寸根据集成电路芯片的所设计的布局(或曝光)数据来确定。

通过电子束的偏转来对孔径102a、102b和102c进行选择。尤其是如图2中所示，长方形的电子束121被辐射到常规的曝光掩模100上。通过位于电子源和掩模100之间的射线束成形掩模(未示出)来使光束121成形为长方形。

电子束121被位于射线成形掩模和曝光掩模100之间的射线偏转器(未示出)所偏转，以便被辐射到孔径102a、102b及102c中所需的一个孔径上，从而来选择孔径102a、102b或102c。已通过被选择的孔径102a、102b或102c的射线121被投射到半导体晶片上的电子束防护层区域，从而将与孔径102a、102b和102c相对应的图形转换到防护层上。

孔径102a、102b和102c的布局或设置可根据掩模设计者的意图来随意确定。

根据图1中所示的常规曝光掩模100，当电子束121被辐射到位于掩模100的中心区域中的成形孔径102a时，由于射线121的轴被设计成与掩模100的中心对准，从而无需对射线121进行偏转。

然而，当电子束121被辐射到位于掩模100的周边和中间区域的任一个单元孔径102b和102c时，射线121需要用射线偏转器偏转一θ角。很清楚，对于在周边区域的单元孔径102b的角θ的值要比在中间区域的单元孔径102c的角θ值大。

射线121的偏转变形和偏差随射线偏转量的增加而增大，例如偏转角θ。因此，在半导体晶片上的可获得的图形设置精度将随偏转角θ成比例地降低。这意味着当选择了位于掩模100的周边区域中的一个孔径102b时，由于图形设置精度的降低，会产生一些问题。

为解决由于图形设置精度的降低而产生的以上问题，通常地，为了实现降低电子束121的偏转变形和偏差的目的，已进行了各种各样的尝试。

例如，在1995年8月公开的日本未审查专利公开No.7-201701中揭示了一种改进的电子束曝光系统。通过此系统，可以根据由主偏转器所产生的电子束的偏转量，来使通过形成为一副射线偏转器的一对相瓜电极施加的驱动电压增加一特定量值。与此同时，通过另一对形成副射线偏转器的相反电极施加的另一个驱动电压被降低同一特定量值。因此，电子束的偏差得到了补偿。

此外，在1995年6月出版的日本未审查专利公开No.7-142321中揭示了一种电子束曝光系统的偏转补偿方法。在此方法中，当在第一步骤中在半导体晶片的某一特定位置上检测到有掩模形成时，对电子束的偏转量进行测量。此后，在第二步骤中，所测得的偏转量被设定作为电子束的补偿数据。在第三步骤中，根据所测得的偏转量的变化率来预测直到测量的偏转量将达到最大的忍受极限时的一时间周期，在第四步骤中，当所预测的时间周期将过去时，来为下一次测量进行第一、第二和第三步骤。

对于在日本未审查专利公开No.7-201701和7-142321中所揭示的常规技术存在着下列问题。

由于这些常规技术为了偏转电子束，需要电光系统的结构改变，其结果使电子曝光系统具有很复杂的结构。同样，它们也不能消除上面提到的由于在图形设置精度上的降低所导致的问题。

尤其是，近年来，由于半导体器件或集成电路的小型化的飞速发展，因此，在电子束蚀刻中对图形设置精度的要求已变得越来越高。由此看来，对于在日本未审查专利公开No.7-201701和7-142321中所揭示的常规技术很难达到所满意的图形设置精度。

因此，本发明的一个目的是提供一种带电束曝光掩模和带电束曝光方法，它们能在不受带电束的偏转变形及偏差的影响的情况下获得所需的图形转换精度。

本发明的另一个目的是提供一种带电束曝光掩模和一种带电束曝光方法，它们能在不改变对于带电束偏转系统的结构的情况下来获得所需的图形转换精度。

通过下面的描述会使本领域的技术人员对以上的及其它未特别指出的目的有更清楚的了解。

根据本发明的第一个方面，提供了一种带电束曝光掩模，其包含一具有一第一区域和一第二区域的基片，在基片的第一区域内形成第一组多个单元孔径，在基片的第二区域内形成第二组多个单元孔径。

基片的第一区域被设计成这样一种形式，即辐射到第一区域的带电束具有比基准角小的偏转角。基片的第二区域被设计成这样一种形式，即辐射到第二区域的带电束具有等于或大于基准角的偏转角。

第一组多个单元孔径中的每一个对应于在工件上所需的高图形转换精度的精细图形。第二组多个单元孔径中的每一个对应于不需要高图形转换精度的粗略图形。其中所述的高图形转换精度由小于或等于所述工件上特定值的所需最小器件尺寸和由在所述工件上小于或等于特定值的所需图形设置精度中的至少一个来决定。

对于根据本发明第一个方面的带电束曝光掩模，在基片的第一区域内形成第一组多个单元孔径，而在基片的第二区域内形成第二组多个单元孔径。第一组多个单元孔径中的每一个对应于在工件上所需的高图形转换精度的精细图形，第二组多个单元孔径中的每一个对应于不需高图形转换精度的粗略图形。

此外，基片的第一区域被设计成这样一种形式，即辐射到第一区域的带电束具有小于基准角的折解角。基片的第二区域被设计成这样一种形式，即辐射到第二区域的带电束具有大于或等于基准角的偏转角。

因此，需要高图形转换精度的精细图形在带电束的偏转角小于基准角的情况下被转换，这意味着精细图形在带电束的变形和偏差被抑制的同时被转换。

另一方面，不需高图形转换精度的粗略图形在带电束的偏转角大于或等于基准角的情况下被转换。这意味着粗略图形在带电束的变形和偏差为相对较大的时候被转换。然而，由于相对较大偏转变形和偏差所导致的任何问题都可通过适当的选择基准角的值来加以克服。

其结果是，在不受带电束的偏转变形和偏差的影响的情况下可获得所需的图形转换精度。同样，在不改变对于带电束偏转系统的结构的情况下，可获得所需的图形转换精度。

在根据本发明第一方面的掩模的最佳实施例中，高图形转换精度由工件上小于或等于一特定值的所需的最小器件尺寸和由工件上小于或等于特定值的一所需的图形设置精度中至少一个来确定。

在根据本发明第一方面的另一个最佳实施例中，用于产生一可变形带电束的成形孔径还另外地形成于基片的第二区域内。在此情况下，在无需用另一个掩模来替换的情况下可以将除单元图形以外的任何图形(例如随机图形、与重复图形相连的区域等)转换到工件上。

在根据本发明第一方面的另一个最佳实施例中，在基片内还形成被第一区域所包围的第三区域。基片的第三区域被设计成这样一种形式，即被辐射到第三区域的带电束的偏转角基本等于零。

根据本发明的第二方面，其提供了一种带电束曝光方法，其包含下面的步骤(a)、(b)及(c)。

在步骤(a)中，准备一具有一第一区域和一第二区域的基片的带电束曝光掩模。在基片的第一区域内形成第一组多个单元孔径，在基片的第二区域内形成第二组多个单元孔径、第一组多个单元孔径中的再一个与工件上需要高图形转换精度的精细图形相对应。第二组多个单元孔径中的每一个与不需高精度转换的粗略图形相对应。其中所述的高图形转换精度由小于或等于所述工件上特定值的所需最小器件尺寸和由在所述工件上小于或等于特定值的所需图形设置精度中的至少一个来决定。

在步骤(b)中，带电束以小于基准角的偏转角辐射到第一组多个单元孔径中被选定的一个孔径上。因此，与第一组多个单元孔径中所选定的一个孔径相对应的精细图形被转换到工件上。

在步骤(c)中，带电束以大于或等于基准角的偏转角被辐射到第二组多个单元孔径中的被选定的一个孔径上。因此，与第二组多个单元孔径中所选定的一个孔径相对应的粗略图形被转换到工件上。

应用根据本发明第二方面的带电束曝光方法，为了将与第一组多个单元孔径相对应的精细图形转换到工件上，带电束以小于基准角的一偏转角被辐射到第一组多个单元孔径中所选定的一个孔径上。为了将与第二组多个单元孔径相对应的粗略图形转换到工件上，带电束以大于或等于基准角的偏转角被辐射到第二组多个单元孔径中所选定的一个孔径上。

因此，在不受带电束的偏转变形和偏差的影响的情况下可获得所需的图形转换精度。同样，在不改变带电偏转系统的结构的情况下可获得所需的图形转换精度。

在根据本发明第二方面的最佳实施例中，高图形转换精度由工件上小于或等于一特定值的所需的最小器件尺寸和由工件上小于或等于一特定值的一所需图形设置精度中的至少一个来决定。

在根据本发明第二个方面的另一个最佳实施例中，在基片的第二区域内还另外形成一用于产生可变形带电束的成形孔径。在此情况下，在无需用另一掩模来替代的情况下，可将除单元图形以外的任何图形(例如随机图形、与重复图形相连的区域等)转换到工件上。

在根据本发明第二方面的方法的另一个最佳实施例中，在基片内形成一被第一区域所包围的第三区域。基片的第三区域被设计成这样一种形式，即被辐射到第三区域的带电束的偏转角基本等于零。

另外，在根据本发明第一方面的带电束曝光掩模和根据本发明第二方面的带电束曝光方法中，最好将基准角设定为10°。这是因为如果带电束的偏转角大于10°则不能忽略带电束的偏转变形和偏差。

最小器件尺寸的特定值最好被设为0.2μm或更小。这是因为如果工件上的最小器件尺寸为0.2μm或更小，则不能忽略带电束的偏转变形及偏差。

图形设置精度的特定值最好被设为0.1μm或更小。这是因为如果工件上的图形设置精度为0.1μm或更小，则不能忽略带电束的偏转变形和偏差。

为了使本发明能更好的实施，现在参考相应附图对本发明进行描述。

图1为常规电子束曝光掩模的平面示意图；

图2示出当电子束被辐射到图1中常规电子束曝光掩模中的其中一个单元孔径上时的状态的透视图；

图3为根据本发明第一个实施例的电子束曝光掩模的平面示意图；

图4为用于根据图3中第一个实施例的电子束曝光掩模的电子束曝光系统的示意图；

图5A示出当电子束被辐射到位于根据图3中第一个实施例的电子束曝光掩模的内侧区域的第一组单元孔径中的一个孔径上时的状态透视图；

图5B为当电子束被辐射到位于根据图3中第一个实施例的电子束曝光掩模的外部区域的第二组单元孔径中的一个孔径上时的状态透视图；

图6为根据图3中第一个实施例的电子束曝光掩模生产过程的流程图；

图7为根据本发明第二个实施例的电子束曝光掩模的平面示意图。

下面将参考所附附图来对本发明的最佳实施例进行描述。第一实施例

根据本发明第一实施例的电子束曝光掩摸具有图3中所示的结构。

如图3中所示，根据第一实施例的电子束曝光掩模1具有一正方形基片2。基片2被分割为内侧区域2a和外侧区域2b。内侧区域2a具有正方形的形状。围住内侧区域2a的外侧区域2b为正方形环状。内侧区域2a和外侧区域2b的中心位于基片2的中心。

在基片2内有规则地形成9个单元孔径3a和16个单元孔径3b，它们以矩阵列的方式排列。每个单元孔径3a和3b都与要被转换到半导体晶片上的几何形状的重复图形相对应。内侧单元孔径3a位于内侧区域2a内。外侧单元孔径3b位于外侧区域2b内。

这里，内部单元孔径3a被设计成分别将半导体存储器件的几何形状的精细存储单元图形形成或转换到晶片上。晶片上的存储单元图形需要高的图形转换精度。外部单元孔径3b被设计成分别将半导体存储器件的几何形状的粗略周边电路图形形成或转换到晶片上。晶片上的周边电路不需要高的图形转换精度。

在此第一实施例中，如图3中所示，在外部区域2b内另外形成两个正方形成形孔径4。用成形孔径4来形成常规可变形电子束。

图4示出了电子束曝光系统10，其执行常规的单元投影方法。此系统包含一个电子枪11，一个第一射线偏转器12、一掩模夹具13、一投影透镜系统16、一第二射线偏转器17和一晶片载台14。

在操作中，在电子枪11和第一射线偏转器12之间固定一个第一成形掩模15。第一成形掩模15具有一正方形形状的第一成形孔径(未示出)。根据第一实施例的曝光掩模1被固定到掩模夹具13上。在晶片载台14上放置一作为工作件的半导体晶片20。

已由电子枪11发射出的电子束21首先被辐射到第一成形掩模15上，由此形成正方形的电子束21。

射线偏转器12在与电子束21的轴相垂直的平面内沿两正交方向来偏转正方形的电子束21。射线21被偏转器21偏转到单元孔径2a和2b及成形孔径4中所需要的一个上面，从而根据需要选择出所需的孔径2a、2b或4。

投影透镜系统16将已通过孔径2a、2b和4中所选出的一个的电子束投射到载台14上的晶片20上。

第二射线偏转器17对射线21进行偏转从而将射线21置位于晶片20上的所需的位置，从而将与所选出的孔径2a、2b或4相对应的图形转换到晶片20上。

最小器件尺寸(或最小线宽)非常小(小于或等于0.6μm)的精细图形被用来作为内部孔径2a。例如，需要非常小的最小器件尺寸的存储单元的图形被用来作为内部孔径2a。

另外，即使器件尺寸不是很小，图形的图形设置精度非常小(小于或等于0.1μm的任何图形被用来作为内部孔径2a。例如，较低位置接触孔的图形或金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极图形被用来作为内部孔径2a。

最小器件尺寸不是非常小的孔径的相略图形(大于0.2μm)被用来作为外部孔径2b。此外，任何图形设置精度不是非常小(大于0.1μm)的图形被用来作为外部孔径2b。例如，上位接触孔的图形、存储器件的周边电路或布线层被用来作为外部孔径2b。

下面对图4中的电子束曝光系统的操作进行描述。

在第一步骤中，如图5A中所示，电子束21被辐射到内部单元孔径3a中所选出的一个孔径上，该孔径与掩模1的法线N(即，非偏转电子束21的轴)成一θ₁的偏转角。图5A中的参考字符B表示偏转电子束21的轴。偏转角θ₁小于基准角。因此，将与单元孔径3a中所选出的一个孔径对应的精细单元图形转换到晶片20上。

在另一步骤中，如图5B中所示，电子束21以与法线N成θ₂的偏转角被辐射到外部单元孔径36中所选出的一个孔径上，其中θ₁＜θ₂。偏转角θ₂大于基准角。因此，与外部单元孔径3b中的所选出的一个孔径对应的粗略图形被转换到晶片20上。

在另外一个步骤中，如图5B中所示，电子束21以同一与法线N成θ₂的偏转角被辐射到成形孔径4的所选出的一个孔径上。因此，与成形孔径4的所选出的一个孔径相对应的随机图形被转换到晶片20上。

对于根据本发明第一实施例的电子束曝光掩模1，在基片2的内部区域2a内形成内部单元孔径3a而在基片2的外部区域2b内形成外部单元孔径3b。每个内部单元孔径3a与需要高图形转换精度的精细图形相对应。每个外部单元孔径3b都与不需高图形转换精度的粗略图形相对应。

此外，基片2的内部区域2a被设计成这样一种形式，即被辐射到内部区域2a的电子束21的偏转角θ₁小于基准角。基片2的外部区域2b被设计成这样一种形式，即被辐射到外部区域2b的射线21的偏转角θ₂大于基准角。

因此，在电子束21的偏转角小于基准角的情况下，需要高图形转换精度的精细图形2a被转换。这意味着在精细图形3a被转换的同时，射线21的偏转变形和偏差被克服。

另一方面，在射线21的偏转角大于基准角的情况下，不需高图形转换精度的粗略图形3b被转换。这意味着在粗略图形3b被转换的同时，射线21的偏转变形和偏差相对较大。然而，通过适当选择基准角的值，可以克服任何由于大的偏转变形和偏差所产生的问题。

其结果是，在不受电子束21的偏转变形和偏差的影响的情况下可获得所需的图形转换精度。另外，在不改变用于偏转射线21的电光系统的结构的情况下可以获得所需的图形转换精度。

此外，由于在外部区域2b内形成两个成形孔径4，这有另外的一个好处，即在不用另一个掩模来替代掩模1的情况下可将除单元图形以外的任何图形(例如随机图形、与重复图形相连的区域等)转换到晶片20上。

图6示出制造根据第一实施例的曝光掩模1的生产程序。

在步骤S1中，通过半导体存储器件的布局或曝光数据来确定多个单元图形。

在步骤S2中，来判定存储单元图形的最小器件尺寸(或最小线宽)是否为小于或等于0.2μm，如果答案为“是”，则执行步骤S4。如果答案为“否”则执行步骤S3。

在步骤S3中，来判定存储单元图形的设置精度是否为小于或等于0.1μm。如果答案为“是”，则执行步骤S4。如果答案为“否”，则执行步骤S5。

在步骤S4中，与上述提到的单元图形相对应的单元孔径被设计位于掩模1的基片2的内部区域2a内。

在步骤S5中，与上面提到的单元图形相对应的单元孔径被设计位于掩模1的基片2的外部区域2b内。

在步骤S4和S5中孔径3a、3b和4的位置设定可通过如下所述方法进行。

首先，选择第一个要被置于内部区域2a中的单元图形并将其布置在内部区域2a(例如基片2的中心)的中心处的单元孔径3a中。然后，选择第二到第九个将被置于内部区域2a中的单元图形并顺序地将它们安置在围绕中心孔径3a的单元孔径3a中。此后，选择出第一到第十六个要被置于外侧区域2b内的单元图形并顺序地将它们设置在单元孔径3b内以便围住内部区域2a。最后，将成形的孔径设置在外围区域内的剩余孔径4内。

因此，可获得图3中根据本发明第一个实施例的曝光掩模1。

第二实施例

一般地，电子束的偏转变形及偏差会连续地随着偏转角的增大而变化。因此，基片2可根据最小器件尺寸而被分割为3个或更多的区域。

图7示出了根据本发明第二个实施例的电子束曝光掩模1A。此掩模1A除了另外在内部区域2a中形成中心区域2c和在中心区域2c中形成一单元孔径3c之外，其结构基本与图3中第一实施例的掩模1相同。中心区域2c位于基片2的中心。

因此，这里省略了对相同结构的描述，并为了简化描述的目的，对相应的元件使用了相同的参考数码。

很清楚与在第一实施例中具有同样的优点。

在上面第一和第二实施例中，对电子束曝光掩模进行了描述。然而，无需说本发明也同样适用于任何其它的带电束曝光掩模，例如用于离子束蚀刻的离子束曝光掩模等。

虽然已对发明的最佳形式进行了描述，必须明确，对本领域的技术人员而言所作的显而易见的修改都不脱离本发明的精神。因此本发明的范围仅由如下的权利要求来进行限定。

Claims

1.一种带电束曝光掩模，其特征在于它包含：

一具有第一区域及第二区域的基片；

在所述基片的所述第一区域内形成的第一组多个单元孔径；

在所述基片的所述第二区域内形成的第二组多个单元孔径；

所述基片的所述第一区域被设计成这样一种形式，即被辐射到所述第一区域的带电束具有小于基准角的偏转角；

所述基片的所述第二区域被设计成这样一种形式，即被辐射到所述第二区域的所述带电束的偏转角大于或等于所述基准角；

与精细图形对应的每个所述第一组的多个单元孔径在工件上需要高的图形转换精度；及

与粗略图形对应的每个所述第二组多个单元孔径不需所述高的图形转换精度；

其中所述的高图形转换精度由小于或等于所述工件上特定值的所需最小器件尺寸和由小于或等于所述工件上特定值的所需图形设置精度中的至少一个来决定。

2.根据权利要求1所述的掩模，其特征在于其还包括用于在所述基片的所述第二区域内产生可变形带电束的一成形孔径。

3.根据权利要求1所述的掩模，其特征在于其还包括在所述基片内形成的将被所述第一区域包围的第三区域；

其中所述基片的第三区域被设计成这样一种形式，即被辐射到所述第三区域的所述带电束的偏转角基本为零。

4.根据权利要求1所述的掩模，其特征在于其中所述基准角为10°。

5.根据权利要求1所述的掩模，其特征在于所述最小器件尺寸的所述特定值为0.2μm或更小。

6.根据权利要求1所述的掩模，其特征在于其中所述图形设置精度的特定值为0.1μm或更小。

7.一种带电束曝光方法，包含如下步骤：

(a)准备一带电束曝光掩模，其具有一带有一第一区域的第二区域的基片；

在所述基片的所述第一区域内形成第一组多个单元孔径，在所述基片的所述第二区域内形成第二组多个单元孔径；

与精细图形对应的每个所述第一组的多个单元孔径都需要工件上的高图形转换精度；

与粗略图形对应的每个所述第二组的多个单元孔径无需所述的高图形转换精度；

其中所述的高图形转换精度由小于或等于所述工件上特定值的所需最小器件尺寸和由在所述工件上小于或等于特定值的所需图形设置精度中的至少一个来决定；

(b)以小于基准角的偏转将带电束辐射到第一组多个单元孔径中被选出的一个孔径上，从而将与所述第一组多个单元孔径中被选出的一个孔径相对应的精细图形转换到所述工件上；

(c)以大于或等于基准角的偏转角将带电束辐射到所述第二组多个单元孔径中被选出的一个孔径上，从而将与所述第二组多个单元孔径中被选出的一个孔径相对应的粗略图形转换到所述工件上。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于还包括一用于在所述基片的所述第二区域内产生可变形带电束的一成形孔径。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于还包括在所述基片内形成将被所述第一区域包围的第三区域；

其中所述基片的所述第三区域被设计成这样一种形式，即被辐射到所述第三区域的带电束的偏转角大致等于零。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于其中所述基准角为10°。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于其中所述最小器件尺寸的特定值为0.2μm或更小。

12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于其中所述图形设置精度的特定值为0.1μm或更小。