CN1142579C - 电子束曝光方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种电子束曝光方法，在所述的方法中，使用具有散射区的掩膜，并设置限制孔，以控制由所述掩膜散射通过的散射电子数量，根据通过掩膜的电子束内的电子散射角度的差别形成散射的反差，进行图案曝光；根据图案密度，通过改变掩膜散射区域的厚度，控制散射电子的散射角度，并调整通过限制孔的散射电子数量，利用通过所述限制孔的散射电子修正曝光，在图案曝光的同时执行邻近效应修正；还公开了用于这种方法的掩膜和电子束曝光系统。

Description

电子束曝光方法
技术领域
本发明涉及主要被用于制造半导体器件的电子束曝光方法，以及其中所用的掩膜和电子束曝光系统，更具体地说，涉及用于电子束曝光的掩膜，所述曝光特别适合于限制散射角型电子束曝光方法中的邻近效应修正。
背景技术
在电子束曝光中，由于抗蚀层和基片内散射的电子所能引起的邻近效应强烈地影响图案线宽的精确性，这使邻近效应修成为本领域的重要技术。
在电子束曝光方法中最为广泛使用的单元格投射平板印刷术中，为了获得正确的剂量值，一般使用剂量补偿方法，这需要通过使用曝光强度分布(EID)功能的自相一致方法或图案密度方法进行复杂的计算。
同时，近年来引起广泛兴趣的作为下一代电子束曝光技术的散射角限制型(以下称作“SAL型”)电子束曝光方法中，通过以GHOST(双重图像)方法为基础的补偿方法实施邻近效应的修正。SAL型电子束曝光方法使用分割转录方法，其中把被曝光的整个芯片图案设置于掩膜上，扫描该掩膜，使图案被录制到晶片上。稍后的部分将与GHOST方法一起详细描述这种电子束曝光方法所用的曝光系统。关于用于SAL型电子束曝光方法的掩膜，使用一种掩膜(下称“散射薄膜掩膜”)，其中由电子束扩散构成的图案，例如厚度为50nm(纳米)的钨，利用较小的电子束散射功率被形成在能透射电子束的薄膜(下称“薄膜”)上，例如厚度100nm的氮化硅膜上。由电子组成的电子束实现曝光，这些电子不是分散的或者只是以较小的散射角散射到正被透射的薄膜，而且由于薄膜区与散射区之间电子束散射的差别，形成图像对比度。
在SAL型电子束曝光方法中，邻近效应修正是如下所述进行的。首先，由位于散射薄膜掩膜上散射体散射的一些电子被选择性地允许通过环形口，环形口设在布置于该位置的限制孔部分或在交叉附近区域中，于是利用物镜的球面和着色的光行差，使这些被允许通过的散射电子在后面散射范围附近散焦，并用于修正电子束，以照射所述晶片。与传统的GHOST方法对比，在这种传统的方法中，利用在后面散射范围之上通过散焦有意初始曝光的图案的反转图案，与初始曝光分离地完成弱的修正曝光，这种技术的特点是与图案曝光同时进行修正曝光，实现邻近效应修正。可以通过与图案曝光同时执行修正曝光实现这种邻近效应修正，从而有助于改进生产量。这种邻近效应修正方法记录在G.P.Watson等的报告中，见J.Vac.Sci.Technol.，B 13(6)，2504-2507页(1995年)。
与此相关，作为这种方法所用的掩膜(下称“模版掩膜”)，它在单元格投射平板印刷术中使用或者在一种装置(一种单元格投射平板印刷术型电子束曝光系统)中使用，通常使用在不允许电子束透射的基片中形成一个开口图案的掩膜，例如对于50keV电子束基片为厚度不小于20微米的硅衬底。
然而，随着更高集成度的半导体器件的实现，作为图案小型化的处理，如上面所描述的较厚基片制成的模版掩膜有下述问题。换句话说，当制造一种掩膜时，很难在20微米厚的硅衬底中精确地形成开口图案，以致尺寸上产生变化。此外，关于电子束曝光，因为掩膜吸收电子束并产生热，可能出现通过热的膨胀使掩膜耐久性降低和位置变化的问题。此外，由于要求进一步增加加速电压以缩小电子光学系统的光行差并增加分辨率，掩膜基片趋向变得更厚，使上面的问题更明显。
对于模版掩膜，如果掩膜基片做得较薄，虽然开口图案的线宽精确性提高而且热产生量降低，但在第一实例中应该阻断的电子束可能被允许透过掩膜基片部分(非开口部分)。结果，不应该暴露的在晶片上的抗蚀层区域可能被暴露，导致差的对比度和低的分辨率。
因此，为了解决单元格投射平板印刷术中模版掩膜的这些问题，日本未审专利申请No.97055/1998揭示一种电子束曝光用的掩膜，其中在较薄的掩膜基片中形成开口图案，另外，在掩膜的背后形成电子束散射层，用于散射透射过所述掩膜的电子束。这个电子束散射层可以是由多晶体例如多晶硅、硅化钨、硅化钼、硅化钛等构成的一个层或者一个不均匀的层。其中述及通过形成这种电子束散射层，可以成功地阻止可能透过掩膜的图案层(基片的非开口部分)的电子进入该晶片。
此外，日本未审专利申请No.163371/1994中揭示了一种电子束写入装置，其中在厚度不足电子渗透深度的基片中设置开口，以提供用作为掩膜的一种电子束形状孔，此外，在自电子光学系统中的上述外形孔起的下游侧，设置一个机构，以切断已经透过基片部分的外形孔(掩膜)的电子。该发明提供一种机构，通过在交叉平面中设置一个小直径的限制光阑，切断透过基片部分外形孔的散射电子，以致只是已经经过掩膜开口部分的电子可以被允许通过，而由限制光阑板除去掩膜基片附近的散射电子。另外，在那里描述了另一个切断机构。即设置一能量滤波器，并藉此使通过穿透掩膜基片部分已经损失部分能量的减速电子偏斜，然后进一步通过限制光阑除去它们。如上面描述的那样，由于掩膜变薄，使用于单元格投射平板印刷术的一些模版掩膜可以产生散射电子。在单元格投射平板印刷术中，具有这些散射电子的晶片的照射引起对比度的降低，并降低了分辨率，所以必需提供一种装置，以防止散射电子达到晶片。
此外，到目前为止，模版掩膜单独用在单元格投射平板印刷术中，除了本发明人之外，尚无任何被使用在SAL型电子束曝光方法中的记录。
目前，SAL型电子束曝光方法中的邻近效应修正存在下列问题。
通常，对于一次图案曝光的修正曝光总是用相当大的均衡剂量(反向散射系数η)作出的，不受图案密度分布的支配。这带来对比度的减少，导致差的分辨率和小的曝光剂量余量。
修正曝光的剂量通常通过在限制孔部分中形成的环形开口的直径和宽度调整。由于修正曝光剂量的控制是为整个图案设计的，所以在一个图案区域内不可能调整对图案密度分布的修正曝光剂量。
此外，在某些晶片中，邻近效应区域随在底层的图案而产生变化。尤其是在位于晶片表面上的抗蚀层下面的底层中，当互连的下面图案是重金属，如钨等形成的时，成像电子由下面的图案反射或者散射回来，因此，在没有形成下面图案的区域上的抗蚀层和下面图案形成区域之上的抗蚀层区域之间，邻近效应的程度可能成为不同的。迄今为止，甚至在这样的一种情况下，在一个图案区域内部不能改变修正曝光的剂量，所以不能根据在下面的图案作出剂量的调整。
同时，在日本未审专利申请No.274841/1998中，本受让人确定了邻近效应中的问题，即在全图案写入型电子束曝光方法中或在单元格投射平板印刷术中，在单元格阵列的中心部分和边缘部分之间，模版掩膜中的开口图案密度是不同的(因为在单元格阵列的边缘部分附近区域中没有形成图案)，以致录制在抗蚀层上的图案尺寸改变，并且揭示了一种掩膜，其特点在于掩膜基片的厚度是随位置变化的，以致根据在模版掩膜中的开口图案的密度和所用电子束曝光方法改变穿过掩膜基片的电子束的量。此外，该出版物的一段(0029)中描述，“根据在模版掩膜中的开口图案的密度通过掩膜基片厚度中的变化”，可以控制穿过非开口部分电子束的量。换句话说，在对应于开口图案密集的阵列中心部分的掩膜部分中，可使透射电子束的数量降低，而在对应于开口图案稀疏的阵列边缘部分的掩膜部分中，可以提高透射电子束的数量。因此，能够获得对于阵列中心的部分和阵列边缘部分的完全相同的图案尺寸，并且满意地修正邻近效应的不利影响。进一步的描述为，“由于整个图案的曝光可以通过一次照射完成，所以这种方法可以增加生产量”。
如在这种描述中清楚地看到的，做出上述出版物中揭示的发明，是在假定传送过非开口部分的电子都是直线传播的非散射电子，而忽略所有散射电子的情况下，只是通过电子传输速度的差异修正邻近效应。简而言之，在这种方法中，曝光将是利用图案的反转图案作出的，对于它来说，透射电子束的量随原始图案的图案密度产生变化。
这种方法完全不同于所谓GHOST方法，在GHOST方法中，邻近效应通过在反向散射范围上散焦原始图案(正图案)的反转图案形成的电子束执行弱的修正曝光。上述出版物所描述的方法中，反转图案的曝光与正图案同时进行，反转图案没有被散焦，以致图像对比度变得很低，它显示这个方法不适合于精细图案的形成。此外，因为用于反转图案的传送电子束的数量随原始的图案的图案密度产生变化，所以对比度也随图案密度产生变化，因此，线宽精确性变低。
发明内容
本发明的目的是，在SAL型电子束曝光方法中，在图案曝光的过程中，同时进行按照GHOST方法的邻近效应修正，以调整对图案密度的修正剂量，并且从而增加对比度、改善分辨率和增大剂量余裕。本发明的另一目的是通过调节受下面的图案影响的反向散射修正剂量改善图案的线宽精确性。本发明的又一目的是提供一种用于电子束曝光的掩膜和在所述方法中使用的电子束曝光系统。
根据本发明的第一方面，提出一种限制散射角型电子束曝光方法，其中使用具有散射区域的掩膜，并设置一个包括中心开口和围绕所述中心开口的闭合带状开口的限制孔，以控制由所述掩膜散射以便通过的散射电子的数量，从而根据在通过所述掩膜的电子束内电子散射角度中的差别形成散射反差，并执行图案曝光；其中通过根据图案密度改变掩膜散射区的厚度，使散射电子的散射角度受到控制，而且经过限制孔的散射电子的数量受到调整，而且为了修正曝光，使用在通过所述限制孔后的散射电子，在图案曝光的过程中同时进行邻近效应修正。
根据本发明的第二方面，提出有如第一方面描述的电子束曝光方法，其中所述掩膜有一种结构，即具有规定图案的电子束散射体构成的散射区域是形成在电子束可透射薄膜上。
根据本发明的第三方面，提出有如第一方面描述的电子束曝光方法，其中所述掩膜是通过在基片中设置开口部分而在其中形成开口图案的掩膜，并且所述基片的散射区域比电子侵透深度薄，并且其中形成所述开口图案的所述散射区域包括相应于晶片中的反向散射范围的区域。
根据本发明的第四方面，提出有如第三方面描述的电子束曝光方法，其中所述掩膜是通过合并多个掩膜图案形成一个规定图案的一组互补掩膜中的一个；
通过以一种方式设置每个互补掩膜的散射区域厚度，控制散射电子的散射角度，所述方式是对于使用一组所述互补掩膜并按照与形成规定图案需要的掩膜数一样的次数执行多次曝光的总修正剂量，等于在只使用一个掩膜并且只是通过一次曝光形成规定图案时的修正剂量；以及
与利用一组这样的互补掩膜通过执行与所需要的一样多次的曝光形成规定图案，同步地使用经过限制孔之后的散射电子进行邻近效应修正用于修正曝光。
根据本发明的第五方面，提出一种限制散射角型电子束曝光方法，其中使用具有散射区域的掩膜，并设置包括中心开口和围绕所述中心开口的闭合带状开口的限制孔，以控制由所述掩膜散射以便通过的散射电子的数量，因此，根据在经过所述掩膜的电子束内电子散射角度中的差别形成散射反差，从而执行图案曝光；其中所述掩膜的结构是，其中具有规定图案的电子束散射体构成的散射区被形成在电子束可透射薄膜上；
通过使晶片下面的图案、散射电子的散射角受到控制，使通过限制孔的散射电子的数量受到调节的反向散射来改变掩膜电子束散射体的厚度，同时利用通过限制孔之后的散射电子修正曝光，在图案曝光的时候同时进行邻近效应修正。
根据本发明的第六方面，提出有如第一方面描述的电子束曝光方法，其中在相应于晶片下面的图案和所述下面图案贡献的反向散射范围的掩膜的散射区域中，当采用下面图案促成的反向散射时，从而控制散射电子的散射角度，同时调节经过限制孔的散射电子的数量，并且用通过限制孔之后的散射电子用于修正曝光，在图案曝光的同时进行邻近效应修正。
根据本发明的第七方面，提出第一方面所述的方法中使用的电子束曝光用的掩膜，其中为了控制散射电子的散射角，以这样的方式改变掩膜的散射区厚度，所述方式是可以利用与图案密度适应的修正剂量执行邻近效应修正。
根据本发明的第八方面，提出有如第七方面描述的用于电子束曝光的掩膜，所述掩膜的结构是，其中具有规定图案的电子束散射体构成的散射区域形成于电子束可透射的薄膜上。
根据本发明的第九方面，提出有如第七方面描述的用于电子束曝光的掩膜，其中通过在基片中设置开口部分而在其中形成开口图案，并且所述基片的散射区域比电子侵透深度薄，而且其中形成所述开口图案的散射区域包括相应于暴露的物质中的反向散射范围的一个区域。
根据本发明的第十方面，提出有如第四方面描述的方法中所用的电子束曝光的一组互补掩膜，通过合并多个掩膜图案形成一个规定图案；以及
设置每个互补掩膜的散射区厚度，使得对于使用一组所述互补掩膜并按照与形成规定图案需要的掩膜数一样的次数执行多次曝光的总修正剂量，等于在只是使用一个掩膜并且只是通过一次曝光形成规定图案时的修正剂量；
根据本发明的第十一方面，提出第五方面所述方法中使用的电子束曝光掩膜；它的结构是，其中具有规定图案的电子束散射体构成的散射区被形成在电子束可传送薄膜上；其中
为了控制散射电子的散射角，按照这样的方法改变电子束散射体的厚度，即可以利用晶片下面的图案促成的反向散射适当的修正剂量执行邻近效应修正。
根据本发明的第十二的方面，提出一种散射角限制型电子束曝光系统，其中使用具有散射区域的掩膜，并设置限制孔，以控制由所述掩膜散射以便通过的散射电子的数量，因此根据在通过所述掩膜的电子束内电子散射角度中的差别形成散射反差，从而执行图案曝光；其中所述掩膜是在第七到第十一方面中所描述的任何掩膜；而且所述限制孔包括中心部分的开口和中心部分周围的所述开口布置的闭合的带状开口，用于控制通过的散射电子数量，因此在图案曝光的同时执行邻近效应修正提供修正曝光。
在图案曝光的时候，本发明可以在用GHOST方法同时执行邻近效应修正的SAL型电子束曝光方法中，调整对图案密度的修正剂量，并且藉此增加对比度，增加分辨率和增大剂量余裕。此外，在本发明中，通过调节下面图案贡献的反向散射的修正剂量，可以提高图案的线宽精确性。此外，可以提供适于在这种方法中使用的电子束曝光的掩膜和电子束曝光系统。
附图说明
图1是说明根据本发明的散射角限制型电子束曝光系统的基本的结构的一个示意图。
图2是说明本发明限制散射角型电子束曝光系统基本结构的示意图；
图3是说明本发明邻近效应修正的基本原理的示意图；
图4是说明本发明邻近效应修正的基本原理的示意图；
图5是使用根据本发明的掩膜执行电子束曝光时获得的能量淀积分布的示意图。
图6是使用传统掩膜进行电子束曝光时获得的能量淀积分布示意图；
图7举例说明本发明的电子束曝光所用掩膜的一个实施例的示意图；
图8是表示通过透射Si模版掩膜(无开口)散射的散射电子的孔透射比与限制孔的孔径角之间关系的示意图；
图9是表示电子束对比度与Si模版掩膜(无开口)厚度之间关系的图线；
图10是表示通过透射Si模版掩膜(无开口)之后的电子孔透射比与这个Si模版掩膜厚度之间关系的一个图线；
图11举例说明本发明的电子束曝光所用掩膜的另一实施例的示意图；
图12举例说明模版掩膜传统制造方法的步骤的一系列剖面图；
图13举例说明本发明模版掩膜制造方法的步骤的一系列剖面图；
具体实施方式
下面使用优选实施例详细描写本发明。<SAL型电子束曝光系统的基本结构>
首先，参照示意图1和2描述SAL型电子束曝光系统的基本结构，该系统中修正曝光是与图案曝光同时进行的，并且因此而进行邻近效应修正。图1中示出某些散射电子和成像电子的轨道，而图2中只示出某些成像电子的轨道。
通过掩膜1的成像电子由第一凸透镜2聚焦，并且通过限制孔部分3的中心开口，该限制孔部分布置在交叉平面或者后焦点平面中，随后由第二凸透镜4在晶片5上的抗蚀层6上形成一图像。虽然在本发明中使用的抗蚀层可以是一个正像层，图1中的抗蚀层6是一个底片(负像)层，它的照射部分被保留，该图还表示显影后的形式。此外，第一和第二凸透镜构成一个双合透镜光学器件。
同时，由掩膜1散射的大部分电子被限制孔3阻断，只有一小部分电子经过中心开口和环绕中心开口的闭合带状开口。利用第二凸透镜4的球差和色差，通过该处的这些掩膜散射电子被散焦，并且分布在晶片之上作为修正电子束。中心开口和闭合带状开口被同中心布置，而且闭合带状开口可以是例如矩形或者正方形这类多边形外廓形式的环形的或带状的。它通常是环形的，但是可以使用多边形结构的形状，例如矩形的或方形的，取决于孔的材料和制造条件。通常提供一加强筋用于连接闭合带状开口的外围与内部，而且这个加强筋可加宽该区域，闭合的带状开口甚至部分地闭合，只要可以获得需要的邻近效应修正即可。
因此，修正电子束的强度，以及与该强度成比例的修正剂量通常是受闭合带状开口的面积以及散焦的范围、闭合带状开口离限制孔的中心的距离控制的；对于环形的开口，通过改变它的尺寸控制剂量。由于闭合带状开口的开口面积比中心开口的面积大，所以在实践中，邻近效应修正主要取决于经过闭合带状开口的散射电子。此外，在用于曝光的限制孔的实际的图样中，由于反向散射范围主要地取决于晶片材料和加速电压，在晶片材料以及加速电压相同的情况之下，闭合带状孔的位置相对于限制孔的中心被设置为不变的(散焦的程度不变)，而且通过改变闭合带状开口的分区(开口面积)宽度只有修正剂量被调整。<邻近效应修正的基本原理>
接下来参照图3和4，描述邻近效应修正的基本原理。这里是利传统的散射薄膜掩膜进行描述的，以致这种掩膜中在电子束散射区和具有较小的电子束散射功率的电子束传送区(以下简称“传送区”)之间产生差别。图3(a)示出散射薄膜掩膜，参考数字21和22分别表示一薄膜(电子束可透射薄膜)和一散射层。图3(b)表示当使用一限制孔而没有闭合带状开口且不提供修正电子束时，换句话说，当没有进行邻近效应修正时，晶片的抗蚀层中的能量淀积的分布，而图3(c)表示当使用限制孔与闭合带状开口并且提供一修正电子束时，换句话说，当作出邻近效应修正时，能量淀积的分布。在所述附图中，βb是反向散射范围。假设前向散射电子的能量是1，反向散射电子具有相应于反向散射系数η的能量，则此情况下需要的修正剂量比率δ是按照η/(1+η)给出的。
通过散焦修正电子束到反向散射范围βb或L附近，如图3(b)看到的，可以把已经被降低到接近边界的淀积能量带到一个常量水平，与在图3(c)中看到的一样。这导致图案线宽精确性的改善。
图4中以在其上形成一个线条与间隔的图案(1/1)替换图3(a)中的散射薄膜掩膜，换句话说是图案密度为50％的图案。如在图4中清楚地看到的，即使当图案密度被改变，也可按同样地方法做出邻近效应修正，不象在传统的GHOST方法中那样，那里无需执行对于每个图案所需的复杂计算的反转图案的单独的修正曝光。<本发明掩膜的功能和效果>
接下来参照图5和6，利用在其中散射区厚度根据图案密度变化的本发明的掩膜描述当进行电子束曝光的时候获得的功能和效果。图5是表示利用本发明散射薄膜掩膜进行电子束曝光时在抗蚀层中能量淀积分布的示意图，而为了比较，图6示出用传统的散射薄膜掩膜(散射体层22的厚度是常量)的能量淀积分布的一个示意图。在图5和6的每种情况下，图6(c)表示散射薄膜掩膜的横断面视图。在模版掩膜的情况下，没有给出相应于薄膜21的任何薄膜，由在其中形成开口图案的硅等构成的基片替换散射体层22。图6(b)表示无邻近效应修正的情况，那就是说，在其中使用的限制孔没有环形开口而是只有中心开口的情况，并且没有进行修正曝光，当图6(c)表示有邻近效应修正的情况时，那就是说，在其中使用的限制孔具有围绕中心开口的环形开口并提供修正电子束的情况下，在图案曝光的时候同时进行邻近效应修正。此外，在理论上，使用于本发明的图案密度表示来自电子束入射点的包含在反向散射范围内部的一个区域的图案密度。
没有作出邻近效应修正，淀积能量的变化随位置图案密度改变出现，例如在孤立图案和一个图案的中心部分与边缘部分之间可以看到，如图5(b)和图6(b)所示。当执行邻近效应修正时，淀积能量完全变成常量，不受图案密度的支配，如图5(c)和6(c)所示。这改善了图案的线宽精确性。
在本发明中，为了改善暴露部分与未暴露部分之间淀积能量的对比度，提高分辨率和增加剂量余裕，掩膜的散射区域(散射体层22)的厚度是根据图案密度α改变的，如图5(a)所示。通过改变掩膜散射区的厚度，可以控制散射电子的散射角，因此，可以调整经过限制孔的散射电子的数量。其实，在传统的散射薄膜掩膜中，因为散射体层具有不变的厚度，所以只是可以调整对于作为一个整体的掩膜的修正剂量。与此对照，即使在一个掩膜图案内部，改正剂量可以是根据图案密度局部地调整。通过用这种方式根据图案密度改变掩膜散射区的厚度，具有对一个给定图案密度所需要的最小剂量的修正电子束的照射成为可能的，而且作为结果，对比度可以做得更高，分辨率更好以及剂量余裕更大。此外，对于暴露的部分的最大电子强度是由Imax表示，而对于未暴露部分的最小电子强度由Imin表示，曝光对比度C是通过C＝(Imax-Imin)/(Imax+Imin)给出的。对于实际的曝光，由于电子强度与能量成比例，淀积能量的对比度CE可以由CE＝(Emax-Emin)/(Emax+Emin)表示，在此Emax是最大淀积能量，而Emin是最小淀积能量。
此外，参照附图，当如图6所示使用具有恒定厚度散射区的传统散射薄膜时，利用作为可考虑数量的恒量剂量η的修正曝光应用到晶片的整个表面，与图案密度无关，以致修正曝光的能量淀积变大。对照于此，当使用本发明的掩膜时，该掩膜中散射区域的厚度(t0＜ti＜tm)是如图5所示根据图案密度(α0＜α1＜αm)改变的，修正剂量被调整到图案密度，以致修正曝光的能量淀积变小。尤其在具有最大值图案密度αm的图案区域中，可以减少修正剂量，这样由修正曝光产生的能量淀积区域在从边界起的反向散射范围L外面几乎消失。如在上面描述的，本发明通过修正曝光执行的邻近效应修正不会使对比度降得很多。因此，与利用传统掩膜的情况相比，产生的抗蚀层图案具有高质量(具有高分辨率)的横断面的形式，而且剂量余裕可以被设置得很大。<用于电子束曝光掩膜的结构>
接下来描述本发明的用于电子束曝光掩膜的结构。本发明通过增加掩膜散射区的厚度，散射电子的散射角可以被做得较大，修正剂量较小，而通过减少厚度，散射角可以做得较小，并且修正剂量较大。就这个结构而论，可以考虑两种结构；一种是传统的散射薄膜掩膜，而另外一个是传统的模版掩膜的显影形式。
图5(a)示出由传统散射薄膜掩膜发展的本发明掩膜的一个例子。在这种掩膜中，散射薄膜掩膜中形成在电子束可透射薄膜(薄膜21)之上的散射体层22的厚度被做成根据图案密度变化。对于电子束可透射薄膜而言，可以采用厚度50到150nm的氮化硅膜。作为散射体，可以在这个薄膜之上形成厚度50nm的钨(W)层、W/C层膜等，如在上面所描述的，然后形成图案。其它能够使用的散射层材料包括重金属，比如铬、钼、钛、金和铂，以及多晶材料比如多晶硅、硅化钨、硅化钼、硅化钛等。就散射薄膜掩膜的材料和制造方法而论，可以找到很多，例如在SPIE中的3236卷190页(1998)。
另一方面，对于传统的模版掩膜，以基片厚形成的开口图案足以吸收(阻塞)形成电子的所有的或几乎全部图像，而图案形成是利用成像电子的吸收对比度实现的。
作为本发明的掩膜(下称“散射模版掩膜”)，它可以是这样构成的，即通过使用一较厚的基片，其中形成允许电子束可观地透射以及充分地散射本电子束的一个薄的散射区域，然后在此散射区域中形成开口图案并且根据图案密度改变散射区域的厚度。
参照示出一个实施例的图7，进一步描述本发明的散射模版掩膜。图7(a)示出线条与间隔的转录图案31，而图7(b)示出沿图7(a)的A-B线看到的掩膜的剖视图。在这些图中，βb是反向散射范围。这里的转录图案尺寸对掩膜尺寸的比例设置为1∶1，所以转录图案与掩膜之间关系可能清楚地看到。
本发明的散射模版掩膜是这样一种掩膜，其中用硅等制造的基片设有一个开口，以致形成一开口图案，并且掩膜基片具有厚度小于电子渗透深度的散射区，以及所述开口图案是形成在这个散射区中。这个散射区还包括相应于在晶片中的成像电子的反向散射范围βb的一个区域。此外，散射区的厚度是根据图案密度变化的以致使得修正剂量最适宜。
当进行曝光时，使用散射模版掩膜，在其中开口图案被形成在掩膜基片的散射区中，经过开口部分的电子到达晶片上作为成像电子，而传送过散射区或基片的较薄区的电子变成散射的电子，它的大部分被在交叉平面中的限制孔阻塞。因此，利用本发明的散射模版掩膜，通过散射对比度在晶片上形成图像对比度，同时对于传统的掩膜，通过吸收对比度形成图像对比度。同时，在限制孔中经过修正带状开口的部分散射电子到达晶片上，作为修正电子束，由此实现邻近效应修正。如在上面所看到的，在散射模版掩膜中，散射区分别对应于散射体层22和开口部分，散射薄膜掩膜的电子束可透射薄膜(薄膜21)。
为了允许电子束透射并充分地散射，本发明的散射模版掩膜的散射区厚度被设置如下。散射区厚度的上限必须小于电子束范围(电子渗透深度)，最好小于电子渗透深度的1/2。此外，最好不大于平均释放路径的25倍，更好的是不大于15倍，不大于10倍尤好。散射区厚度的下限必须不小于平均释放路径，最好不小于1.5倍，更好的是不小于2倍，小于平均释放路径的3倍尤好。由于电子渗透深度和平均释放路径完全取决于掩膜基片材料和加速电压，不只考虑图案密度，还将考虑掩膜基片材料和加速电压，适当地设置散射区的厚度。这里，可以使用在Jpn.J.Appl.Phys.，10卷，第678页(1971年)中描述的公式估算平均释放路径。此外，可将上述掩膜基片中散射区的厚度设定为使电子束的对比度最好不小于90％，更好的是不小于95％，不小于98％尤好。此外，在某些情况下，必须考虑与制造有关的因素。例如，最好将硅衬底中开口的纵横比设定为不超过10，并且在设定厚度时最好是考虑这个要点。
本发明的散射模版掩膜的优点在于，因为开口图案是形成在较薄的散射区中，所以可以提高制造的精确性，而且因为大部分电子束透过散射区，所以可以极大地降低因电子束照射在掩膜中所产生的热。然而，如果在掩膜基片中的散射区极端的薄，可能损失掩膜的机械的强度。因此，如图7(b)所示，为了维持掩膜的机械的强度，除散射区以外的区域较好是形成的比散射区厚，较好是不小于散射区的两倍。
对于本发明的散射模版掩膜，例如，当使用硅衬底并且加速电压是100kV(电子渗透深度大约是67微米)时，硅衬底散射区的厚度下限较好是不小于0.3微米，更好是不小于0.4微米，以及最好是不小于0.6微米。上限较好是不大于5微米，更好是不大于3微米，最好是不大于2微米。
本发明的散射模版掩膜的另外一个重要的要点是，相应于成像电子的反向散射范围的掩膜基片区(下称“反向散射掩膜基片区”)也被做成具有上述的比电子渗透深度薄的厚度。换句话说，在掩膜基片中的散射区必须包括反向散射基片区。除非电子充分地发射或在反向散射基片区中产生足够散射的电子，否则不能满意地实现邻近效应修正。如在上面描述的，由于散射的电子必须在反向散射范围附近散焦，以便作为修正电子束照射晶片，所以散射的电子必须是同样至少从相应于反向散射范围的掩膜基片区(反向散射掩膜基片区)发出。<掩膜散射区的厚度和修正剂量之间的关系>
接下来，进一步描述在掩膜散射区的厚度中如何变化带来的散射电子的散射角控制，以及导致的修正剂量的调整。
图8(a)示出作为Si掩膜厚度的函数，通过发送过Si模版掩膜(没有开口部分)散射的电子孔透射比T(％)和限制孔的孔径角θ(mrad)之间的关系曲线图。在此，孔透射比T(％)表示落在晶片85上的电子数目与掩膜照射电子数目之比。这个关系是在图8(b)所示的光学系统中获得的，使用限制孔，它包括在中心部分单独地一个开口，而不包括任何环形的口，以及没有开口图案的掩膜的厚度分别为0.15微米、0.3微米、0.5微米、1.0微米以及2.0微米。在限制孔83中心部分的开口孔径角θ和半径r之间的关系是按照rD·θ给出的，在此，D是在掩膜81与第一凸透镜82之间的距离。
如图8(a)中清楚地看到的，由于孔径角θ变大(开口的半径r也变大)，孔透射比T增加，以及由于掩膜变厚，孔透射比减小。
上面的结果为，利用增加孔径角θ，孔透射比增加说明开口半径r增加，落在晶片上散射电子的数量变大。此外，在图8(a)中，给出了未散射电子的孔透射比，作为在孔径角0时的孔透射比。
另一方面，结果是，利用增加掩膜厚度，孔透射比递减显示掩膜变厚，那就是说，散射区变厚，电子束的散射角变大，它导致落在晶片上的散射电子的数量减少，这是因为具有大散射角度的散射电子被限制孔阻断。
本发明人承认这些观察的重要性，如在上面描述的，通过掩膜散射区厚度的改变，可以控制散射电子的散射角，从而落在晶片上散射电子的数量，那就是说，修正剂量可以被调整，而且已经开发成为本发明。
图9是显示在加速电压100kV时，在电子束对比度和Si模版掩膜(无开口)厚度之间关系的一个图。在此处电子束对比度c(％)是由C＝100-T0(％)表示的，在此T0是当孔径角被0mrad时的孔透射。例如图8(a)中，当掩膜厚度是0.3微米时，孔透射T0是10％，因此，电子束对比度变成90％，假设在这些条件下晶片上形成足够的图像对比度。<掩膜散射区的图案密度和厚度之间的关系>
接下来给出一例子，下面描述改变掩膜散射区的厚度，以调整对图案密度的修正剂量的过程。
在这个例子中，作为S掩膜，使用具有线条与空间图案的Si散射模版掩膜，的两个图案区，一个区的图案密度为50％(L/S＝1/1)，另一个区的图案密度为25％(L/S＝1/3)。这里的限制孔包括中心开口和围绕中心开口的环形开口，环形开口的内半径和外半径的孔径角分别地是20和40mrad(中间半径的孔径角是30mrad)。
曝光条件是加速电压是100keV，F1＝160mm和F2＝40mm。在这些曝光条件之下，如果使用的Si晶片的反向散射范围βb为30微米，对于光学系统的物镜(第二凸透镜4)而言，应该选择这样一个透镜，它具有这样的球差系数，以至通过限制孔中的环形开口的散射电子散焦在反向散射范围βb(30微米)周围。
假设前向散射电子的淀积能量是1，则反向散射电子的淀积能量由图案密度(α)和反向散射系数(η)的乘积给出，对于图案密度为50％的区域而言，淀积能量为η/2，对于图案密度为25％的区域而言，淀积能量为η/4。
接下来，利用有最大图案密度的区域中的反向散射淀积能量为标准，y4确定修正剂量。例如，散射最大图案密度是50％，修正剂量被选择为使得在所有图案区域中的淀积能量变成η/2(除了在边界附近地区之外，对于具有最大图案密度的区域的修正剂量是0)。在此情况下，对于具有25％图案密度的区域，相应于η/4(η/2-η/4)的修正剂量是必需的。因此，对于具有25％图案密度的区域，经过在限制孔中的环形的开口的修正电子束的修正剂量比率δ变成δ25＝(0.25/0.75)×η/(1+η)，并且如果反向散射系数η＝0.4，那么δ25＝0.095(＝9.5％)。如果另一个区域中最大的图案密度和图案密度分别地是由αm并且αi表示，则对于具有图案密度αi的区域修正剂量比率δi是按照常规表达式由δi＝((αm-αi)/(1-αi))×η/(1+η)(在此1≥αm＞αi)给出。
现在，图10是显示在孔透射比和掩膜厚度之间关系的曲线图(环形开口的孔径角：20-40mrad)。如图10所示，提供符合在前提到的δ25＝0.095(＝9.5％)的孔透射比9.5％的掩膜厚度是0.8微米。因此，具有图案密度50％的区域的掩膜厚度除边界附近之外不需要任何修正电子束的照射，掩膜厚度被设置为至少是2微米，以致对于20-40mrad的孔径角孔透射比为0％。
此外，虽然在上面的例子中，对于具有最大的图案密度的区域的修正剂量除了边界附近之外被设置为0，具有最大图案密度的区域可以利用一修正电子束被彻头彻尾照射，只要可以获得需要的对比度即可。<散射区的厚度根据下面图案而改变的掩膜>
接下来参照图11描述用于电子束曝光的掩膜的另一实施例。图11(a)示出线条与间隔的转录图案31和下面图案32，而图11(b)表示沿图11(a)的线A-B看进去所得的掩膜的剖面视图。在这些图中，βbsi是由硅衬底引起的反向散射范围，而βbw是下面图案对其起作用的另一反向散射范围。这里的转录图案尺寸对掩膜尺寸的比例设定为1∶1，所以能清楚地看到转录图案和掩膜之间关系。
下面图案32包括格栅、互连和接触孔的填充部分，接触孔填充部分由具有比晶片材料更高密度的材料制造的，构成下面图案的重材料可以是重金属例如钨、铜、钽、钴、钛、钼等。例如，线条和间隔的传送模式31对应于位线或铝互连图案。
在这个实施例中，因为考虑到反向散射系数和反向散射范围随材料的类型产生变化，可以更精确地控制对于转录图案的线宽。
在这个实施例中，当形成具有不同掩膜厚度的区域时，应该考虑所述下面图案对其起作用的反向散射。可以根据在晶片侧和下面图案上基片材料的反向散射系数设定掩膜厚度不同的这个区域的厚度。此外，不只是考虑直接地对应于下面图案形成区域的区域，而且也考虑对应于下面图案对其起作用的反向散射范围的区域，可以确定具有不同掩膜厚度的区域的厚度。
如图11所示，散射层22的厚度在区域Rw中是最薄的，这里，下面图案32促成反向散射，而在区域Rsi中稍厚的地方，所述下面图案32对其没有帮助。在区域Rw中，厚度被设定为小于区域Rsi中的厚度，使更多修正剂量可以提供用于晶片的照射，以便补偿由于所述下面图案促成反向散射造成的能量淀积的增加。如果与下面图案促成的反向散射区域对应的掩膜基片的散射区域被做得较薄，按照这种方式，由于下面图案促成的反向散射的邻近效应可以被修正，而在显影之后抗蚀层图案的线宽精确度可以更进一步提高。
如图11所画出的，上面的实施例是这样一个例子，在其中掩膜基片的散射区的厚度单独地根据下面图案对其促成的反向散射改变，而与它的图案密度无关。然而，在根据掩膜图案密度设定掩膜基片散射区域的厚度时，也可以考虑所述下面图案促成的反向散射，选择散射区域的厚度。在本例中，为了弄清楚所述下面图案促成的反向散射区域中的反向散射程度，必须考虑晶片基片的反向散射系数和所述下面图案的反向散射系数。<本发明对互补掩膜的适应>
对于模版掩膜，公知的问题是当掩膜具有一图案的时候，例如包括布置以形成矩形或正方形的所有四个侧边或只是三个侧边的条形图案时，掩膜可能轻易地被损坏。因为在这样的掩膜中，支撑由条形图案所围绕的相邻区(例如对于正方形图案的四角部分)的支撑部分只是占有有限的区域和具有低的强度，所以当操作的时候，在支撑部分掩膜可能轻易地被损坏。
因此，为了解决常被称为环形问题或叶片问题的这个问题，可以使用一种方法，该方法包括步骤：将给定图案分割成为多个图案，为每个分割图案制造相配的掩膜，以及利用这些掩膜实现多次电子束曝光，从而最后实现给定图案的形成。一组这些掩膜被称作互补掩膜，其中每一个具有一分割的图案。
在传统的SAL型电子曝光方法中，如果这些互补掩膜被用于形成规定的图案图案，将出现下列问题。换句话说，由于在与图案曝光同时执行的邻近效应修正中，修正电子束是为了每个掩膜提供的，所以当曝光是使用多个互补掩膜进行多次，而形成规定图案时，在第二曝光之后对每个曝光给出修正电子束的过量照射。结果，因为错误的修正剂量，线宽精确性被降低而且对比度被缩小。
本发明为了克服这个问题，在根据图案密度进行的掩膜基片的散射区的厚度设定中，每个互补掩膜的散射区的厚度是以这样的一种方式设定的，即对于使用一组所述互补掩膜并执行与需要形成规定图案掩膜数相同次数的多次曝光总修正剂量，等于规定图案只是使用一个掩膜和只是通过一次曝光形成时的修正剂量。于此，利用在对应于修正剂量比率δ的孔透射比和掩膜厚度之间的关系，可以获得每个掩膜基片散射区的厚度，如图10所示。
如在上面描述的，如果使用其中散射区厚度被改变以及散射角被控制的互补掩膜，同时通过使用一组互补掩膜执行规定图案的形成并且实现与所需次数同样的多次电子束曝光，可以实现具有规定修正剂量的最佳邻近效应修正。<掩膜制造方法>
散射模版掩膜的制造方法
在描述了制造模版掩膜的传统方法之后，参照图12，描述根据本发明的制造散射模版掩膜方法的一个实施例。
首先，在合成晶片44(Si/SiO2/Si)上形成抗蚀层，然后通过平板印刷术形成图案，如图12(a)所示，在此参考数字41和43表示Si层，数字42为SiO2层。
如图12(b)所示，使用形成图案的抗蚀层层45作为掩膜，Si层43被干蚀刻。
在除去抗蚀层之后，然后形成氮化硅膜46作为在随后步骤中将被执行的湿蚀刻的保护膜，如图12(c)所示。接下来，在背面形成抗蚀层47并且形成图案，以形成在其中央有一打开窗口的抗蚀层。
接下来如图12(d)所示，在除去开口部分的氮化硅之后，用碱性溶液，如钾氢氧化物溶液，湿蚀刻开口部分中暴露的Si层41。Si层41的锥形形状是使用Si层的方向形成的。随后，通过湿蚀刻除去暴露的SiO2膜42。
此后，如图12(e)所示，除去抗蚀层47和保护膜46，通过溅射方法等，在表面之上形成用例如黄金、铂、或钯制造的导电膜48。
本发明的散射模版掩膜可以是通过应用上面的制造方法的步骤制成的。
为了部分改变掩膜中散射区的厚度，例如，在形成掩膜之后，通过用来自背面的离子束照射，可以选择地除去Si层。做为选择，在图12(d)所示步骤之后，除去抗蚀层47和保护膜46，此后，用离子束从顶端表面照射，先于在表面之上形成导电膜48除去Si层。
做为选择，例如，在图12(b)所示步骤之后，除去抗蚀层45，其后通过平板印刷术形成抗蚀层并且形成图案(图13(a))，然后利用形成图案的抗蚀层49作为掩膜，对其实施干蚀刻，从而部分地形成较薄的区域(图13(b))。做为选择，在图12(d)所示步骤之后，除去抗蚀层47和保护膜46，其后，如在上面描述的，通过平板印刷术形成一抗蚀层并且形成图案，然后先于在顶端表面上形成导电膜48，利用该形成图案的抗蚀层作为掩膜，对其实施干蚀刻。可以对于在一起的多个区域重复如此形成部分较薄区域的步骤，这些多个区域中的每个区域具有不同的图案密度。
散射薄膜掩膜的制造方法
在描述了制造散射薄膜掩膜传统方法的一个例子之后，描述根据本发明的制造散射薄膜掩膜方法的一个实施例。可以在别处找到制造S散射薄膜掩膜传统方法的进一步描述，如SPIE，3236卷，190页(1998年)。
首先，通过LPCVD(低压化学汽相淀积)方法在硅衬底上形成氮化硅膜作为电子束可透射薄膜。在此，氮化硅膜被形成在硅衬底的两表面上。随后，在衬底表面上所形成的氮化硅膜上通过溅射方式生长一个钨层，作为散射层。
接下来，在形成在硅衬底背后上的氮化硅膜之上，涂覆抗蚀层并且形成图案，并且使用形成的抗蚀层图案作为掩膜，通过反应离子蚀刻除去氮化硅膜，以致在规定区域中使硅衬底暴露。此外，在这个步骤之后，可以在基片顶表面上的在氮化硅膜之上形成一钨层。
在除去抗蚀层之后，通过与KOH(氢氧化钾)实行湿蚀刻，除去在硅衬底暴露的区域中的硅，并且从而形成一开口部分，使衬底顶端表面上形成的氮化硅膜暴露。
接下来，在位于衬底顶端侧上的钨层上加给一个抗蚀层涂层并形成图案，并且使用该形成的抗蚀层图案作为掩膜，通过干蚀刻将钨层形成图案。通过除去抗蚀层，得到散射薄膜掩膜，其中在氮化硅膜上形成钨层图案。
到目前为止，描述了传统制造方法的一个例子。在这种方法中，为了部分地改变钨层图案的厚度，可以采取下列步骤。即首先故意地形成比需要的厚的钨层，然后重复多次平板印刷术处理过程，对于分别的规定图案区域变化蚀刻量，由此可以形成部分地具有不同厚度的散射层图案。
做为选择，在氮化硅膜上形成钨层中，可以对于每个规定区域执行形成抗蚀层图案、执行钨溅射和除去抗蚀层的步骤，并且，如果钨溅射量是随这些分别的步骤不同的，则可以形成局部具有不同厚度的散射层图案。

Claims (6)

1.一种限制散射角型电子束曝光方法，其中使用具有散射区域的掩膜，并设置一个包括中心开口和围绕所述中心开口的闭合带状开口的限制孔，以控制由所述掩膜散射通过的散射电子的数量，根据在通过所述掩膜的电子束内的电子散射角度的差别形成散射反差，藉此执行图案曝光；其中通过根据图案密度改变掩膜散射区的厚度，控制散射电子的散射角度，并调整通过限制孔的散射电子数量，使用通过所述限制孔之后的散射电子用于修正曝光，在图案曝光的同时执行邻近效应修正。
2.根据权利要求1所述的电子束曝光方法，其特征在于所述掩膜具有一种结构，即具有规定图案的电子束散射体构成的散射区域是形成在电子束可透射的薄膜上。
3.根据权利要求1所述的电子束曝光方法，其特征在于所述掩膜是通过在基片中设置开口部分而在其中形成开口图案的一种掩膜，并且所述基片具有比电子侵透深度薄的散射区域，并且其中形成所述开口图案的所述散射区域包括相应于晶片中的反向散射范围的一个区域。
4.根据权利要求1所述的电子束曝光方法，其特征在于：
在与晶片的下面图案和所述下面图案促成的反向散射范围相对应的掩模散射区中，根据所述下面图案促成的反向散射，设定掩膜散射区的厚度，从而，控制散射电子的散射角度，并调整通过限制孔的散射电子数量，并且利用通过所述限制孔的用于修正曝光的散射电子，在图案曝光的同时执行邻近效应修正。
5.根据权利要求3所述的电子束曝光方法，其特征在于所述掩膜是通过合并多个掩膜图案形成规定图案的一组互补掩膜中的一个；
通过以一种方式设定每个互补掩膜的散射区厚度，控制散射电子的散射角度，所述方式是，对于使用一组所述互补掩膜并按照与形成规定图案需要的掩膜数同样的次数进行多次曝光的总修正剂量等于只用一个掩膜并且只通过一次曝光形成规定图案时的修正剂量；以及
与利用一组这样的互补掩膜通过执行与所需要的掩模数同样的次数的曝光形成规定图案，同步地使用经过限制孔之后的散射电子进行邻近效应修正用于修正曝光。
6.一种限制散射角型电子束曝光方法，其中使用具有散射区域的掩膜，并设定一个包括中心开口和围绕所述中心开口的闭合带状开口的限制孔，以控制由所述掩膜散射通过的散射电子数量，根据通过所述掩膜的电子束内的电子散射角度的差别形成散射反差，藉此执行图案曝光；其中所述掩膜具有一种结构，其中具有规定图案的电子束散射体构成的散射区被形成在电子束可传送薄膜上；以及
通过根据相应晶片下面图案的反向散射系数改变掩膜电子束散射体的厚度，控制散射电子的散射角度及调整通过限制孔的散射电子数量，并利用通过所述限制孔后的散射电子修正曝光，在图案曝光的同时执行邻近效应修正。
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