DE68924122T2

DE68924122T2 - Herstellungsverfahren für Halbleitervorrichtungen und durchsichtige Maske für den geladenen Teilchenstrahl.

Info

Publication number: DE68924122T2
Application number: DE68924122T
Authority: DE
Inventors: Toyotaka Kataoka; Kiichi Sakamoto
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1989-10-16
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2009-10-17
Also published as: US5036209A; EP0364929B1; DE68924122D1; EP0364929A3; EP0364929A2

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Halbleitervorrichtungen, bei der eine Ladungsträgerstrahlbelichtung, z.B. eine Elektronenstrahlbelichtung oder dgl. eingesetzt wird. Sie betrifft außerdem eine für einen Ladungsträgerstrahl transparente Maske.
Die Erfindung betrifft insbesondere die Herstellung von Halbleitervorrichtungen, bei der eine Ladungsträgerstrahlbelichtung vom Strahlformungstyp eingesetzt wird, die eine Maske zur Übertragung von Maskenmustern benutzt, sowie eine transparente Maske, die bei der Ladungsträgerstrahlbelichtung vom Strahlformungstyp benutzt wird.
Mit der wachsenden Zahl von Komponenten auf einem integrierten Schaltungschip (IC) trat in den letzten Jahren die Ladungsträgerstrahlbelichtung, z.B. als Elektronenstrahlbelichtung zunehmend an die Stelle der lithographischen Belichtung, die lange Jahre bei der Herstellung der Schaltungsmuster von ICs normalerweise verwendet wurde.
Die Ladungsträgerstrahlbelichtung erzeugt mit Hilfe eines elektromagnetisch steuerbaren Elektronenstrahls oder dgl. Schaltungsmuster. Dies hat den Vorteil, daß Schaltungsmuster im Submikronbereich erzeugt werden können. Die Ladungsträgerstrahlbelichtung wird grob klassifiziert in eine Strahlmethode vom Gauss-Typ und die Strahlformungsmethode.
In der vorliegenden Beschreibung soll der Ausdruck "elektromagnetisch" die Bedeutung "elektrisch oder magnetisch" haben, während der Ausdruck "elektromagnetische Steuerung" die Bedeutung "Steuerung durch ein elektrisches Feld und/oder durch ein magnetisches Feld" bedeuten soll.
In jüngerer Zeit werden die Muster von Halbleitervorrichtungen mit raschzunehmender Tendenz feiner und feiner. Die Belichtung durch einen Elektronenstrahl ermöglicht die Belichtung von Mustern im Submikronbereich und erfüllt die Anforderungen an die Auflösung in hinreichendem Maße. Die Belichtung durch Abtasten mit einem feinen Strahlpunkt oder einer nachfolgenden "Schußbelichtung" eines kleinen variablen rechteckigen Strahls hat jedoch den Nachteil, daß der Durchsatz wegen der sog. Belichtung in einem Schlag nicht vergrößert werden kann. Die Belichtung eines größeren Bereichs erfordert typischerweise eine längere Belichtungszeit.
Um das mit dem Stand der Technik verbundene Problem des geringen Durchsatzes zu lösen, ist in der japanischen Offenlegungsschrift 52-119815 eine Blockmuster-Belichtungsmethode beschrieben. Bei dieser Blockmuster-Belichtungsmethode wird eine Maske mit verschiedenen Mustern, die an verschiedenen Blockstellen auf der Maske ausgebildet sind, in dem Pfad eines Elektronenstrahls angeordnet, ein benötigter Block auf der Maske durch Ablenken des Elektronenstrahls ausgewählt und das Muster des ausgewählten Blocks belichtet. Wenn mit Hilfe dieser Methode verschiedene Schaltungsmuster während einer kurzen Zeitperiode belichtet werden, muß auf der Maske eine große Anzahl von Mustern ausgebildet werden. Es ist jedoch unpraktisch, eine Maske mit einer großen Anzahl solcher Musterblöcke herzustellen und eine Elektronenstrahlbelichtung durchzuführen.
Es sind zwar auch andere Methoden bekannt, die auf dem gleichen Konzept beruhen, wie es in der erwähnten japanischen Offenlegungsschrift 52-119815 beschrieben wurde, bei der Benutzung aller dieser Methoden treten jedoch Schwierigkeiten auf.
Die japanische Offenlegungsschrift 62-260322 schlägt eine Strahlformungsplatte vor, auf der Muster zusammen mit wenigstens einer Öffnung in Form eines Quadrats ausgebildet sind, die ganzzahlige Vielfache der kleinsten Einheit von wiederholt ausgebildeten Mustern darstellen. Mit Hilfe der quadratischen Öffnung ermöglicht es die Strahlformungsplatte, zu einer Zeit soviele Speicherzellenmuster wie möglich zu beleuchten, während das allgemeine Prinzip der Belichtung mit einem variablen rechteckigen Strahl beibehalten wird. Diese Methode, bei der die Strahlformungsplatte benutzt wird, ist jedoch ebenfalls unpraktisch, weil für jedes wiederholte Muster eine Strahlformungsplatte benötigt wird. Um die Anzahl der Belichtungen bei der in der erwähnten japanischen Offenlegungsschrift 62-260322 beschriebenen Methode wirksam herabzusetzen, ist es außerdem erforderlich, daß die Fläche einer kleinen Parzelle, die die beschriebene Wiederholeinheit bildet, so stark zu vergrößern, daß sie so viele transparente Öffnungen wie möglich enthält und so viele Muster wie möglich mit einer einzigen Belichtung hergestellt werden können. Wenn die Fläche der kleinen Parzelle vergrößert wird und der Ladungsträgerstrahl entsprechend aufgeweitet wird, wird dadurch jedoch die Ladungsdichte des Ladungsstrahls verringert, so daß die Belichtungszeit der einzigen Belichtung verlängert werden muß. Deshalb sind auch bei dieser Methode einer Vergrößerung des Durchsatzes Grenzen gesetzt. Deshalb wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Mehrzahl kleiner Parzellen mit kleiner Fläche auf einer transparenten Maske ausgebildet werden und eine dieser kleinen Parzellen nach Bedarf ausgewählt und belichtet wird. Da die Fläche der transparenten Maske selbst jedoch vergrößert wird, wenn die Anzahl der kleinen Parzellen wächst und weil im Bedarfsfall eine benötigte kleine Zelle aus der großen Anzahl von kleinen Parzellen ausgewählt wird und Arbeitsvorgänge wie das mechanische Bewegen der Maske und die Ablenkung des Ladungsträgerstrahls wiederholt werden, benötigt man viel Zeit, so daß das Problem einer Verbesserung des Durchsatzes bestehen bleibt.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen anzugeben, das ein effektives Drucken von wiederholten Mustern mit Hilfe eines Ladungsträgerstrahls ermöglicht.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine verbesserte transparente Maske für einen Ladungsträgerstrahl zur Verfügung zu stellen, die sich zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen mit Wiederholungsmustern eignet.
Ein weiteres Ziel besteht darin, ein verbessertes Gerät zur Ladungsträgerstrahlbelichtung zu schaffen, mit dem die für die Auswahl einer benötigten kleinen Parzelle aus einer Vielzahl kleiner Parzellen auf einer transparenten Maske benötigte Zeit im Vergleich zum Stand der Technik verkürzt und auf diese Weise der Durchsatz verbessern werden kann.
Nach einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung die Verfahrensschritte:
Erzeugen eines Ladungsträgerstrahls,
elektromagnetisches Ablenken des Ladungsträgerstrahls und Ausleuchten einer kleinen Parzelle aus einer Mehrzahl von kleinen transparenten Parzellen, die ein Parzellenaggregat aus einer Mehrzahl von Parzellenaggregaten bilden, die auf einer transparenten Maske ausgebildet sind,
Reduzieren des durch die Maske gemusterten Ladungsträgerstrahls und Aufbelichten desselben auf eine zu belichtende Halbleitervorrichtung,
wobei das Verfahren folgende weitere Verfahrensschritte aufweist:
Bewegen eines Parzellenaggregats aus der genannten Mehrzahl von Parzellenaggregaten in eine vorbestimmte Position durch mechanisches Bewegen der transparenten Maske und
Auswählen einer kleinen Parzelle aus der Mehrzahl von kleinen transparenten Parzellen des bewegten Parzellenaggregats.
Nach einem weiteren wichtigen Aspekt der Erfindung ist eine transparente Maske für einen Ladungsträgerstrahl vorgesehen, die Muster für das Mustern des Ladungsträgerstrahls aufweist,
mit einer Mehrzahl von Parzellenaggregaten, die jeweils eine Gruppe von kleinen transparenten Parzellen aufweisen, die transparente Öffnungen enthalten, die Komponenten von Schaltungsmustern einer integrierten Schaltung entsprechen, wobei die Gruppe eines Parzellenaggregats einen ersten Satz von kleinen Parzellen enthält, von denen jede ein Öffnungsmuster darstellt, das ein unabhängiges Muster ist und für ein nicht wiederholtes Muster verwendet wird, das wiederholt für die Belichtung verwendet wird, sowie einen zwei ten Satz von kleinen Parzellen, von denen jede ein wiederholtes Grundmuster ist, das zu mindest einen Teil einer Figur darstellt, die eine Wiederholungseinheit zum Drucken eines wiederholten Musters auf einem Halbleiterchip ist.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung sind auf der transparenten Maske benachbarte Parzellenaggregate durch eine isolierte Region voneinander getrennt, ist ferner die Größe jedes Parzellenaggregats der Mehrzahl von Parzellenaggregaten so gewählt, daß der Ladungsträgerstrahl mit einer Ladungsträgerstrahl-Belichtungsvorrichtung abgelenkt werden kann, und ist die Größe jeder kleinen Parzelle so gewählt, daß der Ladungsträgerstrahl diese kleine Parzelle zu einer Zeit ganz ausleuchten kann.
Durch das Mustern einer relativ komplizierten Figur kann die Anzahl der Belichtungsvorgänge stark reduziert werden. Wenn alle Muster gemustert werden, ergibt sich eine große Zahl. Wenn diese große Zahl von Mustern auf einer transparenten Maske für ein Verkleine rungsbelichtungsgerät ausgebildet werden, wird die Größe der transparenten Maske größer und größer und kann dann leicht den Bereich überschreiten, in dem ein Ladungsträgerstrahl elektromagnetisch abgelenkt werden kann. Die für die elektromagnetische Ablenkung erforderliche Zeit Iiegt in der Größenordnung von Mikrosekunden, während zum mechanischen Bewegen der transparenten Masken einige 10 bis zu einigen 100 Millisekunden benötigt werden. Infolgedessen wird die Belichtungszeit länger.
Die wiederholten Muster können effektiv in einer kurzen Zeit belichtet werden, indem man die transparente Maske in eine Mehrzahl von Parzellen aufteilt, einer Parzelle eine solche Größe verleiht, daß der Ladungsträgerstrahl elektromagnetisch abgelenkt werden kann, auf einer Parzelle zusammen mit einem Öffnungsmuster für ein nicht wiederholtes Muster wiederholte Grundmuster ausbildet, die sich zum Drucken einer Figur eignen, die ein wie derholtes Muster enthält, und in Übereinstimmung mit verschiedenen Figuren wiederholte Muster jeder Parzelle vorbereitet.
Mit Hilfe einer einzigen transparenten Maske kann eine große Anzahl von Figuren effektiv belichtet werden, indem man eine Mehrzahl von Parzellen auf der transparenten Maske vorsieht, ein benötigtes Exemplar der Parzellen in dem Ablenkbereich des Ladungsträgerstrahls anordnet und anschließend den Ladungsträgerstrahl mit der elektromagnetischen Ablenkung abtastet.
Wenn ein neues Muster benötigt wird, wird die transparente Maske durch die mechanische Antriebseinrichtung bewegt und eine geeignete Parzelle ausgewählt.
Da auf der transparenten Maske relativ große Muster verkleinert werden, wird es einfacher, ein Iatentes Bild mit einer gewünschten Auflösung zu erzeugen.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Ladungsträgerstrahl-Belichtungsvorrichtung mit einer transparenten Maske vorgesehen, die ferner folgende Teile aufweist:
Mittel zur Erzeugung eines Ladungsträgerstrahls, Ablenkmittel zum elektromagnetischen Ablenken des Ladungsträgerstrahls und zum Beleuchten einer kleinen Parzelle aus der Mehrzahl von kleinen Parzellen,
Maskenbewegungsmittel zum mechanischen Bewegen der transparenten Maske und Belichtungsreduzierungsmittel zum Reduzieren des durch die Maske gemusterten Ladungsträgerstrahls und zum Aufbelichten desselben auf eine zu belichtende Halbleitervorrichtu ng
Auf der transparenten Maske können kleine Parzellen ausgebildet sein, die für die Musterbelichtung der gleichen integrierten Schaltung benötigt werden, so daß die für die Herstellung dieser integrierten Schaltung erforderliche Musterbelichtung ohne Änderung der transparenten Maske durchgeführt wird.
Die kleinen Parzellen in dem Parzellenaggregat sind erfindungsgemäß in Abhängigkeit von der Belichtungsfolge angeordnet. Die Parzellenaggregate sind ebenfalls in Abhängigkeit von der Belichtungsfolge angeordnet. Aus diesem Grund kann die für die mechanische Massenbewegung für die Auswahl und Belichtung einer benötigten kleinen Parzelle erforderli che Zeit und die für die Ablenkung des Ladungsträgerstrahls benötigte Zeit minimiert werden, ohne daß sie von der Anzahl der kleinen Parzellen abhängig ist.
Infolgedessen kann die Zeit, die zur Belichtung aller benötigten Muster auf einem zu belichtenden Objekt benötigt wird, im Vergleich zum Stand der Technik stark verkürzt werden.
Die Merkmale und Vorteile des Verfahrens zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen und der transparenten Maske für einen Ladungsträgerstrahl gemäß der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher verdeutlicht.
Fig. 1A zeigt eine schematische Ansicht einer Ladungsträgerstrahl-Belichtungsvorrichtung und dient zur Erläuterung des Grundkonzepts der Erfindung,
Fig. 1 B zeigt eine vergrößerte Draufsicht der transparenten Maske von Fig. 1A,
Fig. 1C zeigt eine stark vergrößerte fragmentarische Draufsicht verschiedener Muster, die auf der kleinen Parzelle der Maske von Fig. 1 B ausgebildet sind,
Fig. 2A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen gemäß der Erfindung,
Fig. 2B zeigt eine Schnittansicht der transparenten Maske von Fig. 2A,
Fig. 2C zeigt eine Draufsicht des zentralen Bereichs der transparenten Maske von Fig. 2B,
Fig. 2D zeigt in einer vergrößerten Draufsicht das Layout der kleinen Parzelle in einem Parzellenaggregat aus einer Mehrzahl von Parzellenaggregaten auf der transparenten Maske von Fig. 2C,
Fig. 3A zeigt einen Schnitt zur schematischen Veranschaulichung eines Beispiels der Struktur einer transparenten Maske,
Fig. 3B zeigt eine Draufsicht der transparenten Maske von Fig. 3A,
Fig. 4A zeigt eine schematische Draufsicht eines mechanischen Bewegungsmechanismus zur Positionierung der Maske in einer Position, in der sie von einem Elektro nenstrahl beleuchtet wird,
Fig. 4B zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Beziehungen zwischen den größeren Prozeßschritten, die zum mechanischen Bewegen der Maske in die Position verwendet werden, in der sie von dem Elektronenstrahl beleuchtet wird,
Fig. 5A zeigt eine Draufsicht zur schematischen Illustration eines IC-Speicherchips, der aus Speicherzellenteilen und einem Randschaltungsteil besteht,
Fig. 5B zeigt eine vergrößerte Draufsicht, die kleine Parzellen darstellt, die aus Mustern der Speicherzellenteile und des marginalen Schaltungsteils ausgewählt sind (marginal auch oben) in Bezug auf ein Verdrahtungsschichtmuster zwischen den darunter liegenden Schichtmustern, die den IcC-Speicher von Fig. 5A enthalten,
Fig. 5C zeigt eine vergrößerte Draufsicht zur schematischen Illustration des Layouts von Mustern auf einem Parzellenaggregat auf der Maske, nach welchem das Verdrahtungsschichtmuster von Fig. 5B gewonnen wird.
Das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1A, 1B und 1C der anliegenden Zeichnungen dargestellt. In Fig. 1A wird von einer Ladungsträgerstrahl-Generatoreinrichtung 1 ein Ladungsträgerstrahl 10 emittiert, der dann von einer Ablenkeinrichtung 2 zur elektromagnetischen Ablenkung eines Ladungsträgerstrahls abgelenkt und auf einer transparenten Maske 3 projiziert wird. Die transparente Maske wird durch mechanische Antriebsmittel 9a und 9b mechanisch bewegt. Wie Fig. 1B zeigt sind auf der transparenten Maske 3 eine Mehrzahl von Parzellenaggregaten 4 ausgebildet, die jeweils in eine Mehrzahl von kleinen Parzellen 5 unterteilt sind. Jede kleine Parzelle 5 bildet eine Fläche, die der Ladungsträgerstrahl 10 zu einer Zeit beleuchten kann, während jedes Parzellenaggregat 4 ein Bereich ist, in dem der Ladungsträgerstrahl 10 mit Hilfe der Ablenkeinrichtung 2 abgelenkt werden kann. Wie Fig. 1C zeigt, enthält eine kleine Parzellengruppe wiederholte Grundmuster 5b, die jeweils zumindest einen Teil einer Figur darstellen, die eine Wiederholungseinheit von Wiederholungsmustern bildet, ferner Öffnungsmuster 5a zum Zusammensetzen eines nicht wiederholten Teils durch die gleichen variablen rechteckigen Muster wie bei dem Stand der Technik. Im Bedarfsfall kann die kleine Parzellengruppe außerdem Fluchtungsmuster 5c enthalten. Diese sind an vorbestimmten Stellen jedes Parzellenaggregats 4 vorgesehen und dienen zur Ausrichtung der kleinen Parzelle 5. Die wiederholten Grundmuster 5b eignen sich zur Darstellung bestimmter wiederholter Muster einer herzustellenden Halbleitervorrichtung. Sie werden so ausgewählt, daß ein Ladungsträgerstrahl mit geringer Aberration erzeugt werden kann. Der Inhalt der wiederholten Grundmuster 5b kann beispielsweise eine bis zu mehrere Zellen eines DRAM (dynamic random-access memory) oder eine Zelle bis wenigstens an Abschnitt mehrerer Zellen eines SRAM (static randomaccess memory) bilden. Die wiederholten Grundmuster 5b sind so ausgebildet, daß Wiederholungsmuster gedruckt werden können, indem ein Wiederholungsgrundmuster selbst mit seinem Anfang an das Ende angefügt wird oder indem die Kombination einiger von ihnen mit dem Anfang an das Ende angefügt wird. Wenn eine Schaltungsfigur aus rechteckigen Mustern zusammengesetzt wird, stehen Muster zur Verfügung, wie sie z.B. auf der rechten Seite von Fig. 1C dargestellt sind, die mehrere Sätze von zusammengesetzten rechteckigen Mustern enthalten, die jeweils aus mehreren rechteckigen Mustern bestehen und mehrere rechteckige Muster enthalten, die auf der rechten Seite der zusammengesetzten rechteckigen Muster angeordnet sind. Derjenige Teil eines Schaltungsmusters, der sich nicht wiederholt, wird, wie beim Stand der Technik, durch eine Kombination von variablen rechteckigen Öffnungen erzeugt weil eine große Anzahl von Mustern verschiedener Art erforderlich ist, wenn Muster einer komplizierten Figur hergestellt werden. Zu diesem Zweck werden die Öffnungsmuster 5a benötigt. Infolgedessen sollten in jedem von mehreren Parzellenaggregaten 4 vorzugsweise Öffnungsmuster 5a mit Rechteckform und ähnliche mit einer zumindest teilweise gemeinsamen Form vorgesehen sein.
Der Ladungsträgerstrahl 10, der durch die transparente Maske 3 gemustert wird, wird mit Hilfe der Verkleinerungs- und Belichtungseinrichtung 7 verkleinert und auf einen zu belichtenden Gegenstand 8 projiziert.
In Fig. 2A bis 2D ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Fig. 2A zeigt schematisch ein Elektronenstrahl-Belichtungsgerät. Ein von einer Elektronenkanone 21 abgegebener Elektronenstrahl 20 wird mit Hilfe einer ersten Formungsöffnung 22 in Rechteckform gebracht und mit Hilfe eines Objektivs 23 fokussiert. Der fokussierte Elektronenstrahl 20 wird von einem Ablenker 24 beleuchtet, der zur Auswahl einer kleinen Parzelle in einem Wiederholungsgrundmuster einer beliebigen kleinen Parzelle 28 in einem Parzellenaggregat 27 auf einer transparenten Maske 26 dient. Der gemusterte Elektronenstrahl 20 wird von einem Objektiv 29 auf einem Ablenker 30 fokussiert. Anschließend wird der gemusterte Elektronenstrahl 20 auf ein Verkleinerungsobjektiv 31 projiziert und mit Hilfe einer Ablenkeinheit 34 mit einem Objektiv 32 und einem Ablenker 33 weiter abgelenkt und auf einen Wafer 35 aufbelichtet. Auf einem Parzellenaggregat 27 der transparenten Maske 26 sind außerdem variable rechteckige Öffnungen (Schlitz ohne Muster) ausgebildet, die für Muster benutzt werden, die sich nicht wiederholen.
Die erste Formungsöffnung 22 dient zur Festlegung der Außenlinie des Elektronenstrahls 20, so daß dieser nur eine kleine Parzelle 28 auf der transparenten Maske 26 beleuchtet und die benachbarten kleinen Parzellen 28 nicht beleuchtet werden.
Der Ablenker 24 zur Auswahl einer kleinen Parzelle dient zur Ablenkung des Elektronenstrahls 20 innerhalb eines Parzellenaggregats 27. Es kann beispielsweise eine Ablenkung in der Größenordnung von 3 bis 5 mm in einer Richtung auf der transparenten Maske 26 vorgesehen sein.
Der durch die Öffnung einer kleinen Parzelle 28 auf der transparenten Maske 26 gemusterte Elektronenstrahl 20 wird von dem Objektiv 29 zu einem Bild geformt und dann von dem Verkleinerungsobjektiv 32 beispielsweise um den Faktor 1:100 verkleinert. Durch die Verkleinerung erhält man feine Druckmuster. Wenn feinere Muster gedruckt werden, werden also die Muster auf der Maske 26 mit einem stärkeren Verkleinerungsverhältnis belichtet.
Die transparente Maske 26 enthält einen Siliziumwafer 40, dessen zentraler Teil 41 als dünne Schablone ausgebildet ist und Öffnungsmuster besitzt, wie dies in Fig. 28 dargestellt ist. Die Maske kann selbstverständlich auch aus einer Metallplatte oder dgl. bestehen. Der zentrale Teil 41 der transparenten Maske 26 hat rechteckige Form mit einer Seiten- länge zwischen 30 und 50 mm und weist eine Vielzahl von Parzellenaggregaten 27 auf, wie dies in Fig. 2C dargestellt ist. Das Parzellenaggregat 27 hat einen rechteckigen Musterformungsbereich mit einer Seitenlänge von 3 bis 5 mm. Dies ist der Bereich, innerhalb dessen der Elektronenstrahl abgelenkt werden kann, ohne daß eine Maskenstufe mechanisch bewegt wird. Die Parzellenaggregate 27 sind durch eine isolierte Region 44 voneinander getrennt.
In jedem Parzellenaggregat 27 ist eine Vielzahl der kleinen Parzellen 28 in Form einer Matrix angeordnet, wie dies in Fig. 2D dargestellt ist. Die einzelnen kleinen Parzellen 28 haben Rechteckform mit einer Seitenlänge von 200 bis 500 um. Die Größe der kleinen Parzelle 28 wird durch die Größe eines Elektronenstrahls bestimmt, der ein Bild der Maskenmuster mit großer Genauigkeit auf den Wafer 35 projizieren kann, der den zu belichtenden Gegenstand bildet.
Fig. 3A und 3B zeigen schematisch ein Beispiel der Struktur eines Parzellenaggregats.
In Fig. 3A ist ein Siliziumsubstrat 51 dargestellt, dessen Rückseite durch Ätzen eine U-förmige Gestalt verliehen wurde. Der zentrale Teil 52 weist transparente Muster 53a und 53b auf, auf die von der Oberseite des Substrats 51 ein Elektronenstrahl 55 auftrifft.
Fig. 3B zeigt eine Draufsicht der transparenten Maske 51 von Fig. 3A. Zwischen dem dünnen zentralen Teil 52 und dem dicken Randbereich 51 befindet sich ein Bereich 56, dessen Dicke allmählich abnimmt. Der zentrale Teil 52 bildet ein Parzellenaggregat, das in Musterbildungsbereiche 58a, 58b, 58c und 58d aufgeteilt ist, die kleine Parzellen darstellen. In den Musterbildungsbereichen 58a, 58b, 58c und 58d sind transparente Muster 53a, 53b, 53c bzw. 53d ausgebildet. Die transparenten Muster 53a sind diejenigen, die vier Rechtecke enthalten, die transparenten Muster 53b diejenigen, in denen zwei Formen mit verbreiterten Enden antiparallel angeordnet sind, und die transparenten Muster 53c diejenigen, die zwei mäanderförmige parallele Linien enthalten. Diese Muster stellen Figuren dar, die zu einer Wiederholungseinheit eines Wiederholungsmusters werden. Das transparente Muster 53d ist eine Öffnung für ein nicht wiederholtes Muster. Ein auftreffender Strahl wird ausgeformt, indem zwei Seiten der Öffnung verwendet werden.
Eine transparente Maske enthält in der Praxis eine Vielzahl solcher Parzellenaggregate. Außerdem ist die Anzahl der Muster in dem Parzellenaggregat normalerweise sehr viel größer.
Beim Belichtungsprozeß, z.B. für ein Chip einer Halbleitervorrichtung, werden die Wiederholungsgrundmuster in Folge belichtet. So werden beispielsweise zwei langgestreckte Linien in Längsrichtung belichtet, indem die Muster 53c von Fig. 3B in Längsrichtung sequentiell belichtet werden.
Wenn eine neue Form belichtet wird, wird ein geeignetes Parzellenaggregat, das der Form entspricht, ausgewählt und mechanisch in eine Position bewegt, in der es von dem Elektronenstrahl beleuchtet wird.
Fig. 4A und 4B zeigen ein Beispiel für einen mechanischen Bewegungsmechanismus.
In Fig. 4A ist ein Antriebsmotor mit 61 bezeichnet und eine Kupplung mit 62. Die Kupplung 62 ist auf einer Führung 63 montiert. Mit 64 ist eine in allen Richtungen drehbare Kugel bezeichnet, mit 65 eine Stelle, an der eine Maskenplatte mit Mustern angeordnet wird. Ein Spiegel 66 dient zum Reflektieren und Messen von Licht, das von einem Laser 67 erzeugt wird. In der Längsrichtung ist außerdem eine (nicht dargestellte) Laser-Meßeinheit angeordnet, die zur Überwachung der Position der Maskenplatte und zum präzisen Positionieren der Maskenplatte relativ zu der Beleuchtungsposition des Elektronenstrahls dient.
Fig. 4B zeigt die Beziehungen zwischen den Hauptprozeßschritten für das mechanische Bewegen der Maskenplatte in die Beleuchtungsposition des Elektronenstrahls. Eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) 69 erzeugt in Abhängigkeit von Figurendaten in einer Datei 68 Belichtungsdaten, die in einem Pufferspeicher 70 einmal gespeichert werden. Ein Mustergenerator 71 sucht die Belichtungsdaten auf, ein Teil 74 zur Bewegungssteuerung der Strahlformungsplatte erzeugt einen Befehl, mit dem ein gefordertes Parzellenaggregat in die Beleuchtungsposition des Elektronenstrahls bewegt wird, und der Motor 61 wird über einen Digital/Analog-Wandler (D/A-Wandler) 75 und einen Verstärker 76 angetrieben. Nach der mechanischen Bewegung des geforderten Parzellenaggregats liest der Mustergeneratorteil 71 das Muster der Belichtungsdaten aus und steuert den Elektronenstrahl über einen D/A-Wandler 72 und einen Verstärker 73.
Da Wiederholungsgrundmuster, die sich zur Belichtung eines Wiederholungsmusters eignen, wie oben beschrieben, innerhalb einer Zelle zusammengefaßt sind, kann das Wiederholungsmuster in kürzerer Zeit belichtet werden. Da eine Vielzahl von Parzellen auf ein und der selben transparenten Maske ausgebildet sind, können außerdem verschiedene Wiederholungsmuster gedruckt werden.
Fig. 5A zeigt schematisch ein IC-Speicherchip, der aus Speicherzellenteilen und einem marginalen Schaltungsteil besteht. Die Muster eines IC-Speichers und dgl. werden im allgemeinen dadurch ausgebildet, daß man Muster von einigen Schichten bis zu einigen zehn Schichten stapelt. Kleine Parzellen mit Mustern, die Komponenten eines Schichtmusters entsprechen, werden aus allen darunterliegenden Schichten ausgewählt, die den IC-Speicher umfassen, und auf der transparenten Maske nach einer Belichtungsfolge angeordnet. In Fig. 5B stellen a bis g jeweils kleine Parzellen dar, die aus Mustern der Speicherzellenteile und des marginalen Schaltungsteils in Bezug auf ein Verdrahtungsschichtmuster unter den darunterliegenden Schichtmustern ausgewählt sind, die den IC-Speicher umfassen. Diese kleinen Parzellen sind in einem Parzellenaggregat 80 auf der transparenten Maske z.B. in der in Fig. 5G dargestellten Reihenfolge angeordnet, und die Belichtung erfolgt in der Reihenfolge a bc d(e be d)f bg. Es sei erwähnt, daß die Symbole in den Klammern wiederholt benutzt werden, wenn die Gelegenheit dies erfordert. Die Größe des Parzellenaggregats ist so festgelegt daß eine kleine Parzelle innerhalb des Parzellenaggregats 80 durch die Ladungsträgerstrahl-Ablenkvorrichtung allein ausgewählt werden kann, ohne daß die transparente Maske mechanisch bewegt wird. Für den Fall, daß die Anzahl der ausgewählten kleinen Parzellen so groß ist, daß sie nicht in einem einzigen Parzellenaggregat Platz findet, werden sie in einem benachbarten Parzellenaggregat ausgebildet. Um die Anzahl der mechanischen Maskenbewegungen zu verringern, können außerdem kleine Parzellen mit identischen Mustern wiederholt in verschiedenen Parzellenaggregaten angeordnet sein.
Nachdem die in der beschriebenen Weise ausgebildete transparente Maske in einer vorbestimmten Position in dem in Fig. 2 dargestellten Elektronenstrahl-Belichtungsgerät angeordnet wurde, werden die kleinen Parzellen durch die Einrichtung zur Bewegung der transparenten Maske, den Ablenker und dgl. ausgewählt und belichtet, so daß das Verdrahtungsschichtmuster, wie in Fig. 5B dargestellt, gewonnen werden kann.
Durch das Auswählen kleiner Parzellen nach dem beschriebenen Verfahren und durch das Anordnen der Zellen auf der transparenten Maske nach dem beschriebenen Verfahren für die anderen Schichtmuster, die keine Verdrahtungsschicht bilden, können auch alle Musterbelichtungen, die für die Herstellung der IC-Speicher erforderlich sind, mit einer transparenten Maske ausgeführt werden.
Wenn man auf der transparenten Maske kleine Parzellen mit nicht wiederholten Mustern zusammen mit den erwähnten kleinen Parzellen für wiederholten Muster ausbildet, kann man gleichzeitig variable rechteckige Muster erzeugen, indem man die kleinen Parzellen für nicht wiederholte Muster in Kombination mit dem rechteckigen Muster 22 auf der transparenten Maske benutzt.
Das in Fig. 5A bis 5C dargestellte Ausführungsbeispiel ist, wie oben beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß das Layout zwischen den kleinen Parzellen innerhalb eines Parzeilenaggregats so festgelegt ist, daß die kleinen Parzellen, die bezüglich der Belichtungsfolge eines zu belichtenden Gegenstands zeitlich nahe beieinander liegen, auch örtlich nahe beieinander liegen. Auch in Fig. 1B kann das Layout zwischen den Parzellenaggregaten so festgelegt werden, daß die Parzellenaggregate, die in der Belichtungsfolge eines zu belichtenden Gegenstands zeitlich nahe beieinander liegen, auch räumlich nahe beieinander liegen. Bei der Ausbildung von Mustern der gleichen Schicht wird beispielsweise ein Grundwiederholungsabschnitt der Muster auf der gleichen Schicht beispielsweise eines SRAM oder dgl. in mehr als zwei Muster unterteilt, die in benachbarten kleinen Parzellen eines Parzellenaggregats auf der Maske angeordnet sind. Andererseits werden bei der Ausbildung von Mustern unterschiedlicher Schichten diese auf benachbarten Parzellenaggregaten auf der Maske ausgebildet.
Durch die erfindungsgemäße Minimierung der Bewegungsdistanz und der Anzahl der Be wegungen der transparenten Maske und die Ablenkdistanz des Ladungsträgerstrahls läßt sich im Vergleich zum Stand der Technik die für die Belichtung erforderliche Zeit verkürzen und damit der Durchsatz der Ladungsträger-Belichtungsvorrichtung verbessern.
Obwohl die Erfindung unter spezieller Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben wurde, sind selbstverständlich innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche Änderungen und Modifizierungen möglich.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit den Verfahrensschritten:

Erzeugen eines Ladungsträgerstrahls (20),

elektromagnetisches Ablenken des Ladungsträgerstrahls (20) und Ausleuchten einer kleinen Parzelle (28) aus einer Mehrzahl von kleinen transparenten Parzellen (28), die ein Parzellenaggregat (27) aus einer Mehrzahl von Parzellenaggregaten (27) bilden, die auf einer transparenten Maske (26) ausgebildet sind,

Reduzieren des durch die Maske (26) gemusterten Ladungsträgerstrahls (20) und Aufbelichten desselben auf eine zu belichtende Halbleitervorrichtung (35),

wobei das Verfahren folgende weitere Verfahrensschritte aufweist: Bewegen eines Parzellenaggregats (27) aus der genannten Mehrzahl von Parzellenaggregaten (27) in eine vorbestimmte Position durch mechanisches Bewegen der transparenten Maske (26) und

Auswählen einer kleinen Parzelle (28) aus der Mehrzahl von kleinen transparenten Parzellen (28) des bewegten Parzellenaggregats (27).

2. Verfahren nach Anspruch 1 mit den weiteren Verfahrensschritten:

Ausbilden jedes Parzellenaggregats (27) der transparenten Maske (26) mit einer solchen Größe. daß der Ladungsträgerstrahl (20) mit Hilfe einer Ablenkvorrichtung (24) darauf abgelenkt werden kann,

Ausbilden jeder kleinen Parzelle (28) des Parzellenaggregats (27) mit einer solchen Größe daß der Ladungsträgerstrahl (20) diese kleine Parzelle (28) zu einer Zeit ganz ausleuchten kann,

Ausbilden einer Mustergruppe, die wiederholte Grundmuster enthält, die zumindest einen Teil einer Figur darstellen, die eine Wiederholungseinheit zum Drucken von wiederholten Muster der zu belichtenden Halbleitervorrichtung (35) ist, als Gruppe von kleinen Parzellen (28) innerhalb jedes Parzellenaggregats (27),

Auswählen eines Parzellenaggregats (27) in Abhängigkeit von der Druckmusterinformation der Halbleitervorrichtung (35) und mechanisches Bewegen der fransparente Maske (26) sowie elektromagnetisches Ablenken des Ladungsträgerstrahls (20). und sequentielles Auswählen der kleinen Parzellen (28) des ausgewählten Parzellenaggregats (27) und Belichten der wiederholten Muster der Halbleitervorrichtung.

3. Transparente Maske für einen Ladungsträgerstrahl (20). die Muster für das Mustern des Ladungsträgerstrahls (20) aufweist, mit einer Mehrzahl von Parzellenaggregaten (27), die jeweils eine Gruppe (2) von kleinen transparenten Parzellen (28) aufweisen. die transparente Öffnungen enthalten, die Komponenten von Schaltungsmustern einer integrierten Schaltung entsprechen, wobei die Gruppe (29 von kleinen Parzellen (28) eines Parzellenaggregats (27) einen ersten Satz von kleinen Parzellen (28) enthält, von denen jede ein Öffnungsmuster darstellt. das ein unabhängiges Muster ist und für ein nicht wiederholtes Muster verwendet wird, das wiederholt für die Belichtung verwendet wird. sowie einen zweiten Satz von kleinen Parzellen (28). von denen jede ein wiederholtes Grundmuster ist, das zumindest einen Teil einer Figur darstellt, die eine Wiederholungseinheit zum Drucken eines wiederholten Musters auf einem Halbleiterchip ist

4. Transparente Maske nach Anspruch 3, bei der der erste Satz von Mustern für eine variable rechteckige Form bestimmt ist.

5. Transparente Maske nach Anspruch 3 oder 4, bei der benachbarte Parzellenaggregate (27) auf der transparenten Maske (26) durch eine isolierte Region (44) voneinander getrennt sind.

die Größe jedes Parzellenaggregats (27) der Mehrzahl von Parzellenaggregaten so gewählt ist, daß der Ladungsträgerstrahl (20) mit einer Ladungsträgerstrahl-Belichtungsvorrichtung abgelenkt werden kann.

die Größe jeder kleinen Parzelle (28) so gewählt ist. daß der Ladungsträgerstrahl (20) diese kleine Parzelle (28) zu einer Zeit ganz ausleuchten kann.

6. Transparente Maske nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei der

das Layout zwischen den Parzellenaggregaten (27) so festgelegt ist. daß diejenigen Parzellenaggregate (27) räumlich benachbart sind, die in einer Belichtungsfolge für ein zu belichtendes Objekt (35) zeitlich benachbart sind, und

das Layout zwischen den kleinen Parzellen (28) innerhalb eines Parzellenaggregats (27) so festgelegt ist, daß diejenigen kleinen Parzellen (28) räumlich benachbart sind. die in einer Belichtungsfolge eines zu belichtenden Objekts (35) zeitlich benachbart sind.

7. Transparente Maske nach einem der Ansprüche 3 bis 6. bei der die auf der transparenten Maske (26) ausgebildeten kleinen Parzellen (28) die zur Musterbelichtung der integrierten Schaltung benötigten Parzellen sind und

die für die Herstellung der integrierten Schaltung erforderliche Musterbelichtung ohne Austausch der transparenten Maske (26) durchgeführt wird.

8. Ladungsträgerstrahl.Belichtungsvorrichtung mit einer transparenten Maske (26) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, die ferner folgende Teile aufweist:

Mittel (21 bis 23) zur Erzeugung eines Ladungsträgerstrahls (20),

Ablenkmittel (24) zum elektromagnetischen Ablenken des Ladungsträgerstrahls (20) und zum Beleuchten einer kleinen Parzelle (28) aus der Mehrzahl von kleinen Parzellen (28), Maskenbewegungsmittel (9a, 9b) zum mechanischen Bewegen der transparenten Maske (26) und

Belichtungsreduzierungsmittel (30 bis 34) zum Reduzieren des durch die Maske (26) gemusterten Ladungsträgerstrahls und zum Aufbelichten desselben auf eine zu belichtende Halbleitervorrichtung (35).