電子束曝光方法以及所使用的掩膜和電子束曝光系統的製作方法
2023-05-20 11:03:56 2
專利名稱：電子束曝光方法以及所使用的掩膜和電子束曝光系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子束曝光方法以及所使用的掩膜電子束曝光系統，更加特別涉及一種用於製造半導體器件的分段掩膜圖案轉印型的電子束曝光方法，特別適用於鄰近效應糾正，以及所使用的掩膜和電子束曝光系統。
在用於製造半導體器件的光刻步驟中執行的電子束曝光中，由於在基片以及其覆蓋的光刻膠層中的散射電子所造成的鄰近效應嚴重地影響投影圖案的線寬精度。例如，在接近的間隔線和間隔圖案中，進入到曝光部分的電子可能強烈地在基片中散射(反向散射)，並且在鄰近的未曝光部分中的光刻膠可能被這種反向散射的電子所曝光(背景曝光)。結果，一個圖案的中間部分和邊緣部分變得表現出不同的澱積能量分布，如圖4中所示，並且當光刻膠被顯影時(特別在邊緣部分)，不能夠獲得設置在能量的適當閾值電平處的預定圖像。這強調了這樣一個事實，即鄰近效應糾正是本領域中的一個基本技術。
作為鄰近效應糾正的實際方法，已經有劑量補償法，在圖案曝光時，根據背景曝光的劑量適當選擇最佳劑量，以及「虛影」曝光方法，其中進行糾正曝光，以使得背影曝光的劑量在執行圖案曝光的所有區域保持恆定電平。
在單元投影方法和可變形狀電子束曝光方法中，這兩者都是廣泛使用的電子束曝光方法，為了根據劑量補償方法進行鄰近效應糾正，已經採用使用曝光密度分布(EID)函數的一致方法(self-consistent method)、圖案密度方法等等方法，任何一種方法都需要複雜的計算。從而，數據處理需要較長時間，並且除了每個不同圖案的轉印之外，必須進行另外一組這樣的複雜計算。
「虛影」方法是一種技術，其中在用於曝光的原始圖案(正圖案)受到曝光之後，用由正圖案的反轉圖案在反向散射範圍內散焦形成的電子束來執行弱糾正曝光(「虛影」曝光)，從而使得可能通過用於正圖案曝光的入射電子的反向散射導致的鄰近效應得到糾正。圖5為說明根據作為一種「虛影」方法的補償「虛影」方法的鄰近效應糾正的原理的示意圖，其中簡要示出由於電子束曝光所造成的澱積能量的分布。圖5(a)表示具有線和間隔(1/1)的原始圖案的澱積能量的分布，並且圖5(b)表示用通過在反向散射範圍內散焦反轉圖案而形成的電子束糾正曝光而產生的澱積能量分布，而圖5(c)示出當提供這種如圖5(b)中所示的澱積能量分布的糾正曝光被應用於圖5(a)的曝光區域時的情況中的澱積能量分布。在圖中，正向散射電子的能量被設置為1，並且η和βb分別表示反向散射係數和反向散射範圍。通過根據「虛影」方法進行鄰近效應糾正，可以使得背景曝光的劑量達到圖5(c)中所示的恆定電平。從而，澱積能量的分布可以變得完全一致，並且提高圖案的線寬精度。
但是，為了把這種「虛影」方法應用到單元投影光刻方法或者可變形狀電子束曝光方法，曝光強度必須仍然用EID函數等等來計算。另外，由於反轉圖案的形成需要複雜的計算，因此數據處理需要相當長的時間。按照這種方式獲得的反轉圖案的投影也需要花時間。這些因素都會明顯地減少產量。
同時，作為一種代替單元投影光刻方法和可變形狀電子束曝光方法的新電子束曝光方法，最近已經提出分段掩膜圖案轉印型的電子束曝光方法。分段掩膜圖案轉印型的電子束曝光方法是這樣一種方法，其中預定的用於曝光的原始圖案被分為多個分區，並且每個所述分區被依次地曝光，直到整個預定原始圖案被轉印。儘管指定的原始圖案被分為多個分區，但是分段掩膜圖案轉印型的電子束曝光方法使用一個掩膜，在該掩膜上整體形成一個晶片的指定圖案的整個分段部分。在這一方面，分段掩膜轉印型的電子束曝光方法與可變形狀電子束曝光方法或單元投影光刻方法完全不同，在可變形狀電子束曝光方法中，要形成的圖案不是實際形成到掩膜上，而是被處理為軟體數據，而在單元投影光刻方法中採用僅僅形成指定圖案的重複部分的掩膜。
在日本專利申請第176720/1999中的參照該公開文獻中的圖2的現有技術部分中對分段掩膜圖案轉印型的電子束曝光方法有詳盡的說明。根據該描述，在下文中描述分段掩膜圖案轉印型電子束曝光方法。
圖6為說明分段掩膜圖案轉印型電子束曝光方法的示意圖。在圖6中，參考標號100表示掩膜；100a表示掩膜上的一個分區；100b表示在分區100a之間的分界區域；110表示覆蓋有光刻膠的基片，例如晶片；110a表示用於在基片110上的一片(一個晶片)的區域；110b表示用於在基片110上投影的區域，每個區域對應於一個分區100a；AX表示帶電粒子束的光學系統的光軸；EB表示帶電粒子束，並且CO表示帶電粒子束的光學系統的交叉點(crossover point)。
在掩膜100中，由分界區域100b所分離而沒有圖案，具有多個分區100a，每個分區在隔膜上提供要轉印到基片110上的圖案。另外，格子形狀的支承系統設置在分界區域100b上，保護隔膜。在此的掩膜100是在一個隔膜上的散射掩膜，該隔膜例如具有100nm厚度的氮化矽膜，形成有例如由50nm厚的鎢所製成的電子束散射圖案。該散射掩膜是主要用於散射角限制類型的電子束曝光方法的掩膜(在下文中稱為「SAL類型」)，並且在此的曝光方法假設為SAL類型。
每個分區100a具有一個分區圖案，該圖案被轉印到基片110上劃分的一片的區域110a上，並且每個劃分圖案被依次地轉印到基片110。基片110的外觀在圖6(b)中示出。基片110的截面(圖6(b)的Va截面)在圖6(a)中放大示出。
在圖6中，z軸取為與帶電粒子束的光學系統的光軸AX平行，並且x軸和y軸被分別取為與分區100a的陣列的方向相平行。當掩膜100和基片110延著x軸分別在如箭頭Fm和Fw所示的相反的方向上連續運動，在一線上的分區100a的圖案被通過在y軸的方向上的帶電粒子束的分步掃描而連續轉印。在完成一條線上的圖案的投影之後，在x軸方向上的下一條線的分區100a接收帶電粒子束的掃描。然後，按照相同的方式，依次地連續執行分區100a的投影(分段投影)，以對一片(晶片)轉印整個圖案。
在分區100a上的掃描次序和到基片110上的轉印次序分別用帶有箭頭Am和Aw的線表示。在此，掩膜100和基片110的運動方向相反，因為掩膜100和基片110的x軸和y軸分別由一對投影透鏡反向。
當按照這種方式執行投影時(分段投影)，如果在y軸方向上的一條線的分區100a的圖案由一對投影透鏡原樣投影到基片110上，在基片110上的投影110b的區域之間形成的分界區域100b，每個用於投影的區域分別對應於分區100a。為了克服該問題，已經通過每個分區100a的帶電粒子束EB被折射為與在y軸方向上的分界區域100b的寬度Ly相同，從而糾正圖案投影位置。
對於x軸方向，除了以各自特定的速度移動可透射的散射掩膜100和基片110，該速度與圖案減小的比例成正比。也就是說，當完成在一條線上的分區100a的投影並且轉到下一條線上的分區100a的投影時，帶電粒束EB被折射為與x軸方向上的分界區域100b的寬度Lx相同，從而糾正圖案投影部分，而不在用於投影110b的區域之間在x軸方向上產生間隔。
如上文所述，在分段掩膜圖案轉印型方法中，使用完全形成有一個晶片的指定圖案的整個分段部分的掩膜，使得與常規的單元投影光刻方法和可變形狀電子束曝光方法相比，產量顯著提高。
另外，在分段掩膜圖案轉印型方法中，由于格子形式的支承結構被設置在形成於各個分區100a之間的分界區域100b上，可以良好地抑制可能由於帶電粒子束的放射導致掩膜結構的彎曲形變和熱形變，並且可以高精度地執行曝光投影。
在上述分段掩膜圖案轉印型電子束曝光方法中，上述鄰近效應被糾正仍然是一個很重要的問題。
作為用於分段掩膜圖案轉印型電子束曝光方法的鄰近效應糾正方法，G.P.Watson等人(J.Vac.Sci.Technol.B13(6)，2504-2507(1995))提出一種根據SCALPEL(註冊商標)「虛影」方法的鄰近效應糾正方法，其中上述「虛影」被應用於SAL型電子束曝光方法。
由G.P.Watson等人提出的鄰近效應糾正方法在下文中描述。
對於用在該SAL型電子束曝光方法中的掩膜，使用一種掩膜(在下文中稱為「散射掩膜」)，其中例如用相對較小的電子束散射功率在例如100nm厚的氮化矽膜這樣的電子束透射隔膜(在下文中簡單稱為「隔膜」)上形成例如由50nm厚的鎢所製成的電子束散射圖案。用已經透過不形成散射圖案的隔膜區域的不散射或僅僅具有相對小的散射角的電子構成的電子束對晶片進行曝光。同時，透射過散射區域的以較大散射角散射的電子被置於交點或交點附近的限制光孔部分所擋住。按照這種方式通過在隔膜區域和散射區域之間電子束散射的不同，在晶片上形成圖像對比。
儘管，在上述分段掩膜圖案轉印型方法中的掩膜內，分隔預定圖案的分區域形成為格子狀，並且可以為條狀，並且在此所用的掩膜實際上具有形成為條狀的分界區域。在利用這種掩膜的情況下，執行每個分區的曝光，並且用電子束在長度方向上掃描由條狀分界區域所化分的一個帶狀分區的內部。
在上述SAL型電子束曝光方法中，如下執行鄰近效應糾正。首先，由散射掩膜上的散射層所散射的一些電子被有選擇地通過設置在位於交點上或附近的限制光孔部分中的環狀開孔，然後由投影透鏡的球差使得這些通過的散射電子被散焦到大約反向散射範圍，並且被用作為糾正曝光(「虛影」曝光)電子束來照射晶片。
在圖7中示出說明在SAL型方法中的鄰近效應糾正光學系統的示意圖。通過掩膜201的成像電子由第一投影透鏡202所聚焦，然後通過限制光孔部分203中的中央開孔，該限制光孔部分至交點平面或者後聚焦平面，並且隨後由第二投影透鏡204在晶片205上的光刻膠206上形成圖案。在圖7中光刻膠206是負片類型，照射部分被保持，並且在顯影之後顯示出形狀。
同時，大多數由掩膜201所散射的電子被限制光孔203所阻擋，僅僅一小部分電子通過中央開孔以及環繞中央開孔的環行開孔。通過的掩膜散射電子被第二投影透鏡204的球差散焦到反向散射範圍βb附近，並且在晶片上分布為一個糾正曝光(虛影曝光)電子束。中央和環狀開孔為同心圓。
糾正電子束的強度以及與強度成正比的糾正量通常由環狀開孔的面積所控制，並且散焦範圍由環狀開孔距限制光孔的中央的距離或者開口的半徑所限制。由於環狀開孔的開孔面積大於中央開孔，因此在實踐上鄰近效應糾正主要取決於通過環狀開孔的散射電子。另外，在曝光的限制光孔的實際設計中，由於反向散射範圍主要取決於晶片材料和加速電壓，因此在相同條件的晶片材料和加速電壓下，環狀開孔相對於限制光孔的中央的位置被設置為恆定(散焦程度為恆定)。由於最佳糾正量取決於基片材料，即，反向散射係數η，因此糾正量的調節是通過根據下層基片改變環狀開孔寬度(開孔面積)而實現的。
接著，參照圖8和9，描述在圖7中所示的上述光學系統的鄰近效應糾正的基本原理。
圖8(a)示出散射掩膜，並且參考標號301和302分別表示隔膜和散射層。圖8(b)示出當使用沒有環狀開孔的限制光孔並提供未糾正電子束時，換句話說，當沒有進行鄰近效應糾正時，在晶片上的光刻膠中的能量澱積分布，而圖8(c)示出當使用帶有環狀開孔的限制光孔並提供糾正的電子束時，換句話說，當進行鄰近效應糾正時，能量澱積的分布。在圖中，βb為反向散射範圍。假設正向散射電子的能量為1，則反向散射電子具有對應於反向散射係數η的能量，並且在這種情況中所需的糾正量δ由η/(1+η)給出。反向散射電子的能量可以作為圖像密度和反向散射係數的乘積而獲得。
通過把糾正電子束散焦到反向散射範圍βb或L附近，如圖8(b)中所示被降低為接近邊線的澱積能量可以達到圖8(c)中所示的恆定電平。結果提高了圖案的線寬的精度。
在圖9中，在圖8(a)中的三色掩膜由形成有一個線和間隔圖案(1/1)的掩膜所代替，換句話說，該圖案具有50％的圖案密度。如圖9中所示，即使當圖案密度改變時，也可以按照相同的方式進行鄰近效應糾正。
但是，上述由G.P.Watson等人所提出的用於SAL型電子束曝光方法的鄰近效應糾正方法具有一個問題，即難以調整用於糾正曝光(虛影曝光)的散焦程度和糾正量。
G.P.Watson等人所提出的鄰近效應糾正方法是這樣一種方法，其中糾正曝光是與圖案曝光同時執行的，從而進行鄰近效應糾正。由於一次曝光可以實現圖案曝光和鄰近效應糾正，因此該糾正方法具有高產量的優點。但是，僅僅當使用一個相同的掩膜並對相同類型的基片進行電子束曝光，並且重複執行圖案投影時，該方法才可以提供高產量和優秀的鄰近效應糾正。
除了加速電壓之外，鄰近效應的程度隨著圖案密度、用於曝光的基片材料、光刻膠膜的厚度等等而改變。因此，當採用具有不同圖案的掩膜時，當採用由不同材料所製成的用於曝光的基片時、或者光刻膠層在不同的光刻步驟中形成為具有不同厚度，則需要調節糾正量和散焦程度，以使得鄰近效應糾正適合於特定的掩膜、用於曝光的基片和光刻膠的膜厚。並且當電子束散射成的厚度隨著掩膜而改變時，散射電子的散射角被改變，相應地糾正量也改變，使得糾正量必須重新調節。
由於糾正量的調節是通過改變在限制光孔部分203中的環狀開孔的半徑和寬度(面積)而實現的，因此必須分別有效準備不同的環狀開孔。另外，為了替換限制光孔部分，必須暫停電子束曝光，並且破壞真空條件，光學系統的內部必須被打開以使得空氣進入。簡而言之，上述常規方法具有這樣的問題，如果要實現適合於掩膜和曝光基片的最佳鄰近效應糾正，必導致產量顯著下降。
另外，在實踐中，如果形成在掩膜上的散射層的厚度在人造散射掩膜中的掩膜平面上變化，則電子的散射角發生相應改變。這改變了糾正量，並且使得鄰近效應糾正不足。從而，在掩膜製造中，對整個掩膜平面上的膜厚要求具有最高標準的抑制性，但是製造這樣高度一致的膜厚的散射掩膜不是一件容易的事情，導致成品率低和成本高的問題。
另外，除了圖案密度之外，在用於一塊晶片或用於一部分的幾個片斷的圖案中，鄰近效應的程度隨著下層圖案而變化。例如，當互連層等的下層圖案由鎢等在置於晶片表面上的光刻膠層的下層上的重金屬所形成時，入射電子被下層圖案反射或反向散射，從而鄰近效應的程度可能在沒有下層圖案的區域上的光刻膠區域與形成有下層圖案的區域上的光刻膠區域之間變得非常不同。在上述常規糾正方法中，不能夠根據在用於一個晶片的圖案或用於幾個片斷的一部分的圖案中的部分地改變的鄰近效應而部分地調整糾正曝光。
本發明的一個例子是提供一種電子束曝光方法，其中用於鄰近效應糾正的糾正曝光變得容易，並且可以獲得優異的線寬精度，並且提供一種掩膜和所使用的電子束曝光系統。
本發明涉及一種分段掩膜圖案轉印型電子束曝光方法，其中預定圖案被分為多個分區，以在每個所述分區形成分段圖案，並且依次地對每個所述分區進行曝光，從而完成整個所述指定圖案的投影；其中包括如下步驟對每個所述分區執行曝光，並且依次地在其上面轉印分段圖案，以及用各個所述分段圖案的反轉圖案的散焦電子束依次地對所述分段圖案的每個投影區域執行糾正曝光，從而糾正由於圖案曝光所造成的鄰近效應。
另外，本發明涉及上文所述的分段掩膜圖案轉印型電子束曝光方法；其中包括如下步驟利用在一個相同基片上具有通過把預定圖案分為多個分區所形成的一組分段圖案的掩膜，對每個所述分區執行曝光，並且依次地在其上面轉印分段圖案，以形成在每個所述分區的分段圖案，並且具有這些分段圖案的一組反轉圖案；以及用各個所述分段圖案的反轉圖案的散焦電子束，依次地對所述分段圖案的投影區域進行糾正曝光，從而糾正由圖案曝光所造成的鄰近效應。
另外，本發明涉及一種上文所述的分段掩膜圖案轉印型電子束曝光方法；其中包括如下步驟利用具有通過把指定圖案分為多個分區所形成的一組分段圖案的第一掩膜，對每個所述分區執行曝光，並且依次地在其上面轉印分段圖案，以在每個所述分區中形成分段圖案；以及利用具有所述分段圖案的一組反轉圖案的第二掩膜，用各個所述分段圖案的反轉圖案的散焦電子束，依次地對所述分段圖案的投影區域執行糾正曝光，從而糾正由於圖案曝光所造成的鄰近效應。
另外，本發明涉及一種上述分段掩膜圖案轉印型電子束曝光方法，其中透射掩膜被用作為第一掩膜，散射掩膜被用作為第二掩膜。
另外，本發明涉及一種用於上述電子束曝光的方法中的電子束曝光掩膜，其在一個相同基片上具有一組分段圖案，該圖案是通過把指定圖案分為多個分區而形成的，以在每個所述分區中形成一個分段圖案，並且具有一組這些分段圖案的反轉圖案。
另外，本發明涉及一種電子束曝光系統，其中具有一種結構，通過依次地在每個分區中通過分段圖案執行曝光，如上文所述放置的掩膜可以轉印所述指定圖案，並且可以依次地通過在每個分區中的反轉圖案執行曝光，而用反轉圖案的電子束對分段圖案的每個投影區域進行曝光；以及一種結構，其可以在每次該反轉圖案的電子束用於曝光時，散焦該反轉圖案的電子束。
在本發明中，即使當一個掩膜具有不同圖案的掩膜所代替，或用於曝光的基片被改變為另一個具有不同反向散射係數的基片然後執行電子束曝光時，在通過每個分區中的反轉圖案的糾正曝光時簡單地改變照射時間，糾正量可以容易地被調節，以適應圖案密度或者反向散射係數。另外，當用替換為另一塊具有不同反向散射範圍的材料所製成的基片進行電子束曝光時，由動態聚焦透鏡在通過每個分區中的反轉圖案執行糾正曝光，可以把散焦程度調整為反向散射範圍。按照這種方式，本發明可以根據用於曝光的掩膜和基片類型進行最佳的鄰近效應糾正，而不降低產量，因此可以獲得優良的線寬精度。
另外，在本發明中，即使在用於晶片上或幾個區段的一部分的指定圖案中，通過反轉圖案在每個分區中執行糾正曝光，通過根據下層圖案的圖案密度和影響把每次照射的照射時間調節為反向散射的程度，可以根據局部變化的鄰近效應局部調整糾正量。另外，在本發明中，即使在用於晶片或用幾個區段的一部分的指定圖案上，在通過每個分區中的反轉圖案執行糾正曝光中，可以通過把用於每次照射的動態聚焦透鏡調整為與基片具有不同反向散射範圍的下層圖案的影響，可以根據局部變化的鄰近效應局部調整反轉圖案射束的散焦程度。按照這種方式，本發明可以在要形成的指定圖案中提供最佳的糾正曝光，響應局部變化的鄰近效應而隨著位置改變糾正曝光，而不降低產量，因此可以獲得優良的線寬精度。
另外，本發明可以利用一個相同的掩膜在任何加速電壓進行鄰近效應糾正，因為即使反向散射範圍隨著曝光系統的加速電壓而改變，糾正曝光射束的模糊量可以通過動態聚焦透鏡而調節。
在本發明中，由於原始圖案和反轉圖案都形成在掩膜上，因此無論所採用的光刻膠是負性或正性，通過相同的操作利用相同的掩膜都可以獲得優良的線寬精度。
另外，在本發明中，散射電子不參與糾正曝光，使得對於散射掩膜的散射層不需要高標準的均勻性。結果，散射掩膜可以低成本地簡單製造出來。
另外，在本發明中，由於可以容易地獲得用於反轉圖案的數據，在製造掩膜中，僅僅通過在短時間內反轉在CAD(計算機輔助設計)數據中的圖案數據的色度就可以實現，因此以前用於鄰近效應糾正的所需較長數據處理時間可以大大的減少。另外，當正圖案和負圖案形成在分離的掩膜上，如果負光刻膠和正光刻膠都用於在製造掩膜中的多個掩膜，則即使上文所述的圖像數據的色度反轉也變得不必要。因此，在這種情況下，對鄰近效應糾正不需要任何數據處理，從而可以進一步大大減小鄰近效應糾正所需的預處理時間。
另外，在本發明中，通過採用透射掩膜(stencil mask)和散射掩膜分離作為用於指定圖案和反轉圖案的掩膜，因此即使在反轉圖案形成時形成可能導致環問題(doughun problem)或葉問題(leaf problem)的圖案，也可以毫無問題地簡單製造掩膜，除此之外還可以高解析度地執行圖案曝光。
圖1為示出根據本發明的圖案區域的組合的平面視圖。
圖2為說明根據本發明的掩膜製造方法的一個實例的步驟的一系列截面視圖。
圖3為說明在根據本發明的電子束曝光系統中的光學系統的示意圖。
圖4為示出在說明鄰近效應時由電子束曝光所導致的澱積能量的分布。
圖5為說明根據虛影方法的鄰近效應糾正原理的示意圖。
圖6為說明分段掩膜圖案轉印型的電子束曝光方法的示意圖。
圖7為說明散射角限制型電子束曝光方法中的常規鄰近效應糾正的光學系統的示意圖。
圖8為說明在散射角限制型電子束曝光方法中的常規鄰近效應糾正的原理的示意圖。
圖9為說明在散射角限制型電子束曝光方法中的常規鄰近效應糾正的原理的示意圖。
下面將描述本發明的優選實施例。
在本發明中，在分段掩膜轉印型的電子束曝光方法中，其中指定圖案被分為多個分區並且依次對這些分區中的每一個進行曝光，從而轉印整個指定圖案，為了糾正由於圖案曝光所造成的鄰近效應的糾正，執行通過在分區中的分段圖案的曝光，然後由分段圖案的反轉圖案的射束散焦所形成的糾正曝光(虛影曝光)的射束被施加到在該分區中的分段圖案的投影區域。在此所用的分段圖案的投影區域是指在鏡片上對應於進行曝光的掩膜上的分區的區域。
把通過散焦把指定圖案分為多個分區所獲得的分段圖案的反轉圖案的電子束而形成的糾正曝光電子束施加到用於分段圖案的投影區域，可以採用如下兩種技術。
在第一種技術中，在通過一個或多個分段圖案一次進行一個分區的曝光之後，通過散焦分段圖案的反轉圖案的射束所形成糾正曝光電子束被一次施加到用於分段圖案的投影區域。通過重複這些步驟，最後完成整個指定圖案的投影和相應的糾正曝光。在該實施例中，一個掩膜在一個相同基片上具有一組分段圖案，該分段圖案是通過把指定圖案按照這樣一種方式分為多個分區而形成的，使得一個分段圖案存在於每個分區中，並且利用該掩膜製造這些分段圖案的一組反轉圖案，在一次通過一個分區執行曝光和轉印分段圖案的步驟以及把分段圖案的反轉圖案的電子束散焦所形成的糾正曝光電子束應用到分段圖案的投影區域的步驟是輪流執行或者按照指定次序執行。
在第二技術中，指定圖案被按照這樣一種方式分為多個分區，使得一個分段圖案存在於每個分區中，並且通過每個分區依次執行曝光，所有分段圖案被曝光並且整個指定圖案被轉印，然後通過散焦分段圖案的反轉圖案的電子束而形成的糾正曝光電子束被依次施加到用於分段圖案的每個投影區域，並且最後完成整個指定圖案的糾正曝光。在一個實施例中，在完成指定圖案的分段投影之後，用於指定圖案的糾正曝光被部分執行，製造具有通過把指定圖案分為多個分區使得一個分段圖案存在於每個分區中而形成的一組分段圖案的第一掩膜以及具有這些分段圖案的一組反轉圖案的第二掩膜，並且在用第一掩膜進行指定圖案分段投影之後，利用第二掩膜，通過散焦分段圖案的反轉圖案的電子束而形成的糾正曝光電子束被應用於每個分段圖案的投影區域，該分段圖案依次由第一掩膜所形成。
用於第一技術中的掩膜被形成在一個相同基片上並具有一組通過把指定圖案分為多個分區而形成的分段圖案，使得分段圖案存在於每個分區中，並具有這些分段圖案的反轉圖案。圖1為說明在根據本發明的掩膜中的圖案區域的組成的平面視圖。
圖1(a)為示出通過格子形式的分界區域2所劃分的掩膜的圖案區域的組成的一個例子的示意圖，而圖1(b)為示出掩膜的圖案區域由條紋形式的分界區域2所分割的組成的另一個例子，這些條紋是相互平行的條狀分區。在圖中帶有箭頭的線表示在掩膜上各個分區的曝光次序。
並且，在圖1中，分界區域2的寬度相同，由於掩膜機械強度的原因，分界區域的一個或多個指定部分的寬度可以被設置為更寬。例如，在圖1(a)中，通過加寬分界區域的中央縱向和/或橫向線，多個分區可以被分為在一個掩膜內兩組或四組分區。按照這種方式，形成在一個掩膜中的多個分區被分為兩組或多組分區，以任何給定的長度的間隔形成獨立區域。在這些分界區域中，即，不形成圖案的區域，可以設置支承部件或者加厚該掩膜的部分，使得能夠增強掩膜的機械強度。這種掩膜的組合可以類似地用作為第二技術中所用的掩膜。
作為掩膜的圖案區域中的分區的一個排列方式，例如，分段圖案1a的分區的反轉圖案1b的分區被交替放置，如圖1(a)中所示。在使用這種掩膜的電子束曝光中，通過各個分區中的分段圖案和反轉圖案的曝光次序按照掩膜中分區的排列方式進行，並且通過分段圖案的曝光以及用散焦其反轉圖案的電子束所形成的電子束進行糾正曝光交替執行。用於掩膜上各個分段圖案1a的分區和反轉圖案1b的分區的排列次序以及曝光的對應次序不限於上述這種1∶1的交替陣列次序和曝光的相應次序，並且根據排列方式，該陣列可以按照優選的次序交替放置並曝光。例如，可以製造這樣一種掩膜，其中在分段圖案的分區1a中對齊的行與在每個反轉圖案的分區1b中對齊的行交替放置，並且利用該掩膜，可以交替地進行通過在一行中的所有分區1a的分段圖案的曝光以及用由散焦在下一行中的所有分區1b的反轉圖案的電子束所形成的電子束進行的糾正曝光。否則，可以製造圖案區域被分為兩個部分的掩膜，一個部分中僅僅有分段圖案的分區1a，另一個部分僅僅有反轉圖案的分區1b，並且利用該掩膜可以首先進行通過該掩膜上的所有分段圖案的曝光，以及在通過散焦各個分段圖案的反轉圖案的電子束所形成的糾正曝光電子束可以依次應用到分段圖案的對應投影區域。
作為在掩膜的圖案區域中的分區的另一個可能排列，在圖1(b)中示出，其中分段圖案1a的帶狀分區和反轉圖案1b的帶狀分區交替放置。並且在利用這種掩膜的電子束曝光中，用於各個分區的分段圖案的投影次序按照在掩膜中的分區的排列方式，並且依次交替進行通過分段圖案的曝光和用散焦反轉圖案的電子束而形成的電子束進行的糾正曝光。即使在形成帶狀區域的情況中，用於在掩膜上各個分段圖案1a的分區和反轉圖案1b的分區的排列次序和曝光的對應次序不限於上述這種1∶1的交替線以及曝光的對應次序，並且可以按照優選的次序交替排列這些線並且進行根據該排列方式的曝光。否則，可以製造圖案區域被分為兩個部分的掩膜，其中一個部分僅僅放置分段圖案的分區1a，並且另一個部分僅僅放置分段圖案的分區1b，利用該掩膜，首先可以在該掩膜上進行通過所有分段圖案的曝光，然後通過散焦各個分段圖案的反轉圖案的電子束所形成的糾正曝光電子束被依次應用到分段圖案的對應投影區域。
另外，當圖案區域按照格子形式劃分以形成圖1(a)中所示的方形或矩形分區時，每個分區被形成為具有可以通過一次照射曝光的大小。可以通過電子束曝光系統的一次照射進行曝光的面積當前可以設置為1平方毫米左右，在掩膜上的分區的大小例如還可以被設置為1平方毫米左右。在這種情況下，例如通過1/4減量投影，可以通過一次照射實現投影到晶片上250平方微米的區域。同時，當該圖案區域是以條紋形式劃分以形成圖1(b)中所示的帶狀分區時，每個分區被形成為具有可以用電子束在長度方向上掃描的大小，以曝光在該分區內的整個區域。例如，帶狀分區的寬度被設置為1毫米，並且長度方向上的長度可以根據掩膜的圖案區域大小和折射器的掃描寬度而適當地設置。
上文所述關於用在第一技術中的掩膜。在第二技術中，把第一掩膜和第二掩膜作為一個組合而使用，第一掩膜具有通過把指定圖案分為多個分區使得在每個分區中具有一個分段圖案而形成的一組分段圖案(正圖案)，並且第二掩膜具有這些分段圖案的一組反轉圖案。
對於具有一組正圖案的分段圖案的第一掩膜，可以採用用於常規的分段掩膜圖案轉印型電子束曝光方法中的已有掩膜。具有一組反轉圖案的第二掩膜可以通過形成一種結構而形成，其中反轉圖案被分別放置在對應於第一掩膜的分段圖案形成位置的位置處。換句話說，可以通過把指定圖案的反轉圖案劃分為多個分區，使得所有分段反轉圖案形成在對應於第一掩膜中的各個分段圖案的位置處，而製造該第二掩膜。
用於上文中的「指定圖案」表示對應於用在晶片或一部分幾個分段中的正圖案，並且是一個通過掩膜的投影而形成的正圖案。最好使用這樣一種掩膜，其中全部形成對一個晶片形成的正圖案，但是如果必要的話，對於一個晶片的正圖案可以被分為幾個區段，並且可以製造各個掩膜並用於這幾個分段圖案。通常，可以分為2至3個分區。例如，當一個晶片的正圖案被分為兩段時，製造用於這兩段圖案的各個掩膜，並且使用兩個掩膜形成用於與一個晶片的正圖案。
可以在一個掩膜上形成用於一個晶片的所有正圖案和反轉圖案。但是，如果用於一個圖案的正圖案被按照上述第一技術中的方式來劃分，則要形成在一個晶片上的正圖案被製造在與分段數目相同數目的掩膜中。分配給各個掩膜的正圖案(指定圖案)還被分為在各個掩膜中的多個分區。每個掩膜被製造為在一個相同的基片上具有形成在一個分區中的一組分段圖案和每個分段圖案的一組反轉圖案。同時，在第二技術中，要形成在一塊晶片上的原始正圖案被分為幾個圖案，並且要分配給各個掩膜的正圖案(指定圖案)還被分為在各個掩膜中的多個分區。分別形成為一個分區中的一組分段圖案形成在掩膜基片上。實際上，形成與分段相同數目的第一掩膜。另外，根據每個第一掩膜，一組反轉圖案形成在用於上文所述的每個分段圖案的掩膜基片上，從而形成第二掩膜。儘管第二掩膜是通常製造成與第一掩膜數目相同。另外，儘管可以在一組分段圖案上製造掩膜，並且上述的一組反轉圖案形成在相同的掩膜基片上，利用這種掩膜，應當通過第一技術執行圖案曝光。
用於本發明中的掩膜被通過在上述各個分區中形成分段圖案或者其反轉圖案而製造，這種類型的掩膜結構通常被用於分段掩膜轉印型的電子束曝光方法中。或者，在第二技術中，其中正圖案和反轉圖案都形成在分離的掩膜中，如果兩種不同色度(即負性和正性)的光刻膠用於各個圖案，則可以容易地形成反轉圖案，而不需要反轉CAD數據。分別形成為用於本發明的掩膜分區中的反轉圖案可以容易地通過反轉用於形成對應分段圖案的CAD數據而形成。因此，不需要進行複雜的計算，使得能夠在短時間內製造掩膜。另外，由於反轉圖案是分別在掩膜的一個分區中形成的，在利用這些反轉圖案進行糾正曝光時，糾正曝光可以通過一次照射或一次掃描從一個分區到另一個分區進行糾正曝光，因此，可以在短時期內完成糾正曝光。
對於可以應用到本發明的掩膜類型，在此給出散射掩膜和透射掩膜。
首先，描述散射掩膜。散射掩膜是一種這樣的掩膜，其中如上文所述在電子束透射隔膜(在下文中稱為「隔膜」)上形成具有相對較小的電子束散射能力的電子束散射層所形成的圖案。通過由不散射或者僅僅以相對較小的散射角散射的電子所構成的電子束對晶片執行曝光，這些電子透過沒有散射層的隔膜區域。同時，透過散射區域的散射電子被置於交點處或附近的限制光孔部分所截住。另外，散射角可以通過選擇散射層等的適當厚度而設置為較大，並且避免散射電子從晶片上發射。按照這種方式，通過在隔膜區域和散射層區域之間電子束散射的差別在晶片上形成圖像對比。
對於隔膜，可以使用具有50至150nm厚的氮化矽膜。作為散射層，可以在該隔膜上形成具有50nm左右厚度的鎢(W)層，或者W/C分層膜，然後進行構圖。可以使用的其它散射層材料包括重金屬，例如鉻、鉬、鈦、金和鉑，以及多晶材料，例如多晶矽、矽化鎢、矽化鉬、矽化鈦等等。
例如在SPIE，Vol.3236，pp.190(1998)中可以找到對散射掩膜製造方法的描述。散射掩膜的製造方法的一個例子在下文中描述。
首先，在矽基片上，通過LPCVD(低壓化學氣相澱積)方法形成氮化矽膜作為電子束透射膜(隔膜)。在此，氮化矽膜形成在矽基片的兩個表面上。然後，在形成於基片的表面上的氮化矽膜上，通過濺射方法生長一個鎢層，作為散射層。
接著，在形成於矽基片背面的氮化矽膜上，塗上一層光刻膠，並且進行構圖，利用所形成的光刻膠圖案作為掩膜，通過反應離子蝕刻方法除去氮化矽膜，以在指定區域暴露出矽基片。另外，在該步驟之後，在基片的上表面上的氮化矽膜上形成鎢層。
在除去光刻膠之後，通過用氫氧化鉀執行溼法蝕刻，在矽基片的暴露區域中的矽被除去，從形成暴露出形成於基片上表面上的氮化矽膜的開口部分。
然後，在位於基片上方的鎢層上，施加一層光刻膠並進行構圖，並且利用所形成的光刻膠圖案作掩膜，通過幹法蝕刻對鎢層進行構圖。通過除去光刻膠，獲得在氮化矽膜上形成有鎢層圖案的散射掩膜。
接著，描述透射掩膜。作為透射掩膜，通常使用在基片上形成有開口圖案的掩膜，該基片不允許以給定加速電壓加速的電子束透過，例如，當加速電壓為50千伏時，矽基片的厚度不小於20微米。當通過該開孔圖案的電子束到達晶片作為成像電子時，矽掩膜基片的不開孔部分通過吸收或反射阻擋電子束。相應地，當採用透射掩膜時，通過所謂的吸收對比在晶片上形成圖像對比。另外，考慮到避免由於電子束的吸收所造成在掩膜上產生熱量以及提高開孔圖案的形成精度，可以使得掩膜基片儘可能薄，以使得電子束通過不開孔部分。僅僅在這種情況中，需要採取一些措施。例如，在電子束曝光系統的光學系統中導入限制光孔，以截住透射過掩膜基片的不開孔部分的散射電子，或者位於掩膜的不散射部分上的散射層使得透射電子的散射角更大，以使得已經透過的散射電子不會落在晶片上，或者降低對比度。相應地，在掩膜(散射透射掩膜)的情況中，其中開孔圖案形成在足夠薄以使得電子束透過的掩膜基片區域上，圖案形成主要是通過散射對比度而實現的。特別地，當採用矽基片時，當掩膜基片的厚度變小並且透射率增加，則圖案成形更加取決於散射對比度，最後，幾乎變得完全取決於散射對比度。例如，當加速電壓被設置為100千伏時，如果矽基片的圖案形成區域的厚度被設置為不小於0.2微米，但是不大於5微米，並且最好不小於0.3微米但是不大於3微米，用透射掩膜可以通過散射對比度而獲得圖案成形。
對於透射掩膜，已知的問題是掩膜在具有圖案時容易被損壞，例如，該圖案包括形成矩形或正方形的所有四邊或僅僅三條邊的條形圖案。由於支持由在這種掩膜中的條形圖案和相鄰區域(例如，方形圖案的四角部分)所環繞的區域的部分僅僅佔據有限的面積，並且具有較低強度，因此在處理時，在支持部分處該掩膜可能容易被損壞。並且由條形圖案所構成的閉合圖案還容易脫落，完全失去該支持部分。這種有時被稱為環問題或者葉問題的問題可能在掩膜基片上形成反轉圖案時出現。
相應地，在本發明中，為了克服這些問題，對於可能導致這些特殊問題的分段圖案和反轉圖案，分別形成為一個分區中的這些分段圖案和反轉圖案被進一步分為幾個圖案，並且這些圖案被設置在掩膜的一個分區中，使得不會丟失它們的支持部分或者減弱支持部分的機械強度。例如，當在一個分區上形成分段圖案被進一步分段以形成兩個分段圖案時，這些新的分段圖案被分別設置在兩個分區中。為了寫入精度的目的，在這些被分別設置的新的分段圖案最好相互接近地放置。
接著，參照圖2，描述透射掩膜的製造方法的一個例子。
首先，在合成晶片24(Si/SiO2/Si)上形成光刻膠層，然後通過光刻進行構圖，如圖2(a)中所示，其中參考標號21和23表示矽層，22表示氧化矽層。
接著，如圖2(b)中所示，利用構圖的光刻膠層25作為掩膜，對矽層23進行幹法蝕刻。
在除去光刻膠層之後，然後形成氮化矽膜26作為在下一個步驟中執行的溼法蝕刻的保護層，如圖2(c)中所示。接著，在背面形成光刻膠層，然後構圖形成在中部具有開窗的光刻膠層27。
接著，如圖2(d)中所示，通過用利用氫氧化鉀溶液這樣的鹼性溶液對暴露於開孔部分中的矽層21進行溼法蝕刻。利用矽層的方向性，形成傾斜的矽層21。然後，利用氫氟酸通過溼法蝕刻除去暴露的氧化矽膜22。
然後，如圖2(e)中所示，除去光刻膠層27和保護膜26，並且通過濺射方法等在該表面上形成例如由金、鉑或鈀所製成的導電膜28。
由於上述散射掩膜和透射掩膜具有其各自的優點，因此可以選擇適當的掩膜用於光刻步驟的情況或作為一個組合使用。當使用這些掩膜的組合時，可以利用透射掩膜作為形成指定圖案(正圖案)的第一掩膜，並且使用散射掩膜作為第二掩膜，以形成反轉圖案，或者反過來由散射掩膜作為第一掩膜並用透射掩膜作為第二掩膜。
儘管因為成像電子在通過隔膜中的無彈性散射中損失了能量，由於通過隔膜區域的色差造成解析度下降，但是散射掩膜沒有透射掩膜所特有的環問題或葉問題。透射掩膜肯定比散射掩膜獲得更高的解析度。考慮到這些因素，最好透射掩膜被用作為形成指定圖案(正圖案)的第一掩膜，以及用散射掩膜作為形成反轉圖案的第二掩膜。與用散射掩膜作為第一掩膜的情況相比，通過利用透射掩膜作為第一掩膜來形成指定圖案，可以獲得更高的解析度。另外，通過選擇散射掩膜作為第二掩膜用於形成反轉圖案，即使容易產生環問題或葉問題的圖案，也可以毫無困難地容易製造反轉圖案掩膜。
接著，參照圖3，描述用於本發明的電子束曝光系統。
圖3為把散射掩膜用作為掩膜31的光學系統的示意圖。掩膜31的開口區域和不開口區域分別對應於散射掩膜的隔膜區域和散射區域。
在透過掩膜的散射電子通過第一投影透鏡32之後，它們幾乎完全被置於交點平面(後焦平面)上或附近的限制光孔部分33所阻擋。如果散射電子的散射角很大，使得散射電子幾乎不落在晶片35上，或者透射掩膜的基片足夠厚，以阻擋電子束，不需要限制光孔部分33來獲得對比度。
與上述散射電子相反，通過指定圖案掩膜(透射掩膜)的開孔部分或者掩膜(散射掩膜)的隔膜區域的開口部分的成像電子由第一投影透鏡32所聚焦，然後通過限制光孔部分33中的中央開口，隨後由第二投影透鏡34在晶片35上的光刻膠36上成像。圖3中所示的光刻膠36是負性光刻膠，其中被照射部分得到保留，並且在顯影之後成形。該光刻膠可以是正性光刻膠。在此的第一和第二投影透鏡構成雙光學器件。
同時，通過開口部分或者反轉圖案掩膜的隔膜區域的成像電子由第一投影透鏡32所聚焦，然後通過限制光孔部分33中的中部開孔。隨後，隨著通過第二投影透鏡34形成圖像，這些電子被置於第二投影透鏡34附近或相同位置處的動態聚焦透鏡(未在圖中示出)散焦到反向散射範圍，並且作為糾正電子束在晶片上分布。
動態聚焦透鏡機構通常設置為用於把焦平面調節為晶片的高度，或者在由於出現庫侖效應所造成的焦點改變之後進行糾正。在本發明中，儘管該機構用於在對正性圖案進行曝光時作正常操作，但是它控制在反轉圖案的曝光時的聚焦位置，使得反轉圖案電子束可以被散焦到反向散射範圍。另外，由於反轉圖案電子束的模糊程度可以通過動態聚焦透鏡的操作狀態(焦點位置)的調節而調整，當用另一塊由具有不同反向散射範圍的材料所製成的晶片替換時，或者當在一個晶片中的反向散射範圍隨著與基片具有不同反向散射範圍的材料所製成的下層圖案的出現位置而變化時，模糊程度可以對每個晶片或區域進行調整。
另外，通過散焦的反轉圖案電子束的照射時間，可以根據曝光的基片的條件來控制糾正量。
權利要求
1．一種分段掩膜圖案轉印型電子束曝光方法，其中預定圖案被分為多個分區，以在每個所述分區形成分段圖案，並且依次地對每個所述分區進行曝光，從而完成整個所述指定圖案的投影；其中包括如下步驟對每個所述分區執行曝光，並且依次地在其上面轉印分段圖案，以及用各個所述分段圖案的反轉圖案的散焦電子束依次地對所述分段圖案的每個投影區域執行糾正曝光，從而糾正由於圖案曝光所造成的鄰近效應。
2．根據權利要求1所述的分段掩膜圖案轉印型電子束曝光方法；其特徵在於包括如下步驟利用在一個相同基片上具有通過把預定圖案分為多個分區所形成的一組分段圖案的掩膜，對每個所述分區執行曝光，並且依次地在其上面轉印分段圖案，以形成在每個所述分區的分段圖案，並且具有這些分段圖案的一組反轉圖案；以及用各個所述分段圖案的反轉圖案的散焦電子束，依次地對所述分段圖案的投影區域進行糾正曝光，從而糾正由圖案曝光所造成的鄰近效應。
3．根據權利要求1所述的分段掩膜圖案轉印型電子束曝光方法；其特徵在於包括如下步驟利用具有通過把指定圖案分為多個分區所形成的一組分段圖案的第一掩膜，對每個所述分區執行曝光，並且依次地在其上面轉印分段圖案，以在每個所述分區中形成分段圖案；以及利用具有所述分段圖案的一組反轉圖案的第二掩膜，用各個所述分段圖案的反轉圖案的散焦電子束，依次地對所述分段圖案的投影區域執行糾正曝光，從而糾正由於圖案曝光所造成的鄰近效應。
4．根據權利要求3所述的分段掩膜圖案轉印型電子束曝光方法，其特徵在於透射掩膜被用作為第一掩膜，散射掩膜被用作為第二掩膜。
5．一種用於權利要求2中所述的電子束曝光的方法中的電子束曝光掩膜，其特徵在於在一個相同基片上具有一組分段圖案，該圖案是通過把指定圖案分為多個分區而形成的，以在每個所述分區中形成一個分段圖案，並且具有一組這些分段圖案的反轉圖案。
6．一種電子束曝光系統，其中具有一種結構，通過依次地在每個分區中通過分段圖案執行曝光，如權利要求5所述放置的掩膜可以轉印所述指定圖案，並且可以依次地通過在每個分區中的反轉圖案執行曝光，而用反轉圖案的電子束對分段圖案的每個投影區域進行曝光；以及一種結構，其可以在每次該反轉圖案的電子束用於曝光時，散焦該反轉圖案的電子束。
全文摘要
本發明涉及一種分段掩膜圖案轉印型電子束曝光方法,其中預定圖案被分為多個分區,在每個所述分區形成分段圖案,依次地對每個所述分區進行曝光,完成整個所述指定圖案的投影;包括如下步驟;對分區執行曝光,並且在其上面轉印分段圖案,用各個所述分段圖案的反轉圖案的散焦電子束對所述分段圖案的每個投影區域執行糾正曝光,從而糾正由於圖案曝光所造成的鄰近效應。本發明可以容易地在光刻步驟中為鄰近效應糾正進行糾正曝光調節。
文檔編號G01N23/225GK1297251SQ0013274
公開日2001年5月30日 申請日期2000年11月16日 優先權日1999年11月17日
發明者山下浩, 小日向秀夫 申請人:日本電氣株式會社