带电粒子束曝光方法和在晶片上形成图形的方法

摘要

带电粒子束曝光方法中,用局部全场曝光的孔掩模,进行图形曝光,以便没有重叠,从而形成大量传递图形。如此做时,曝光量为能够形成图形的曝光量的1/2。然后,改变镜头位置,以便曝光位置与先前的曝光位置重叠,进行曝光形成下一传递图形。如此做时,曝光量也为形成图形所需量的1/2。以此方式,随着曝光位置的移动,每每进行两次曝光,每次的曝光量皆为1/2。

说明书

本发明涉及一种带电粒子束曝光方法，特别涉及一种能重复曝光半导体器件的整个所需图形的带电粒子束曝光方法。

与光学光刻相比，预计用例如一般为电子束的带电粒子束的光刻方法是一种在精细度方面更具优势的方法。

然而，这种方法存在难以维持高产量的问题。但是对于具有许多重复图形的LSI器件，利用具有将选取的重复图形形成于其中用以重复进行局部全场曝光的EB(电子束)掩模，可以提高产量。

图5(a)是进行局部全场曝光的电子束曝光设备的简化示图，图5(b)是孔掩模的放大透视图。

从电子源501发射出的电子束由用于束成形的第一孔掩模502整形成矩形。如图5(b)所示，从该装置的CAD数据库中选出的几种图形作为局部整体图形，预先形成于第二孔掩模503上。

通过第一孔掩模502的电子束505被第二孔掩模503上的偏转器偏转，从而通过第二孔掩模上的所选图形。

第二孔掩模503下的物镜和偏转器在第二孔掩模503上还原图形，并将图形传递到晶片504上的合适位置。

然后，移动其上装有晶片504的X-Y工作台(图中未示出)一个节距，在已预先曝光区的相邻区上进行曝光。另一方法是偏移电子束，以曝光晶片上移动了一个节距的区域。

按上述方法，能够一次传递的镜头(shot)尺寸受所用的电子束光学系统的限制，且目前与芯片的尺寸相比很小。

为此，要分割芯片上的图形，以便于在掩模上布置。然而，关于其中有许多重复图形的DRAM或其它LSI，可以减少孔掩模上排列的图形的数量。

然而，在利用局部全场曝光法时，为了防止相邻传递图形间和在两传递部分之间的连接部分发生缺陷，必须尽可能地避免镜头之间的相互位置移动。

然而，按局部全场曝光法，超过百万计的镜头的众多镜头中每一个将一个挨一个重复传递，很难完全避免镜头位置间的偏差造成的缺陷。

造成这些偏差的原因尽管包括取决于控制偏转器所用的D/A转换器的线性精度的局部位置偏斜，及由于例如振动和电噪声等环境因素造成的突发性位置偏斜。

在由于这些因素而发生位置偏斜时，相邻镜头间的连接部分处会发生短接或桥缺陷等危险。

例如，在利用示于图6(a)的孔掩模601进行局部全场曝光时，如果每个镜头都在合适的位置，则能没有中断地顺利连接传递图形602，如图6(b)所示。

然而，如果局部全场镜头间存在偏移，则无法适当地连接传递图形。

例如，如果传递图形603相对于预先形成的传递图形604向左或右偏移，则产生如图6(c)所的桥605，如果传递图形603相对于传递图形604向上偏移，则形成短接606，如图6(d)所示。

如果用图7(a)所示孔掩模701进行局部全场曝光，且传递图形703相对于预先形成的传递图形702向下偏移，则很可能在传递图形间形成桥704，如图7(b)所示。

因为上述问题，为解决用于部分曝光的镜头间的连接部分的缺陷的问题，已有人提出了建议。

日本未审查专利公报(KOKAI)57-112016(日本已审查专利公报(KOKOKU)61-45375)中，提出了用于可变成形曝光(Variableformed exposure)的方法(此后称之为第一改进实例)，这种曝光可以曝光任意矩形图形，同时光束一次移动很小量。

按此方法，如图8所示，在形成直线传递图形801时，成形束的长度关于每个镜头按步逐渐增大，以形成传递图形802，成形束达到最大长度后，保持该长度，进行拍摄，以形成传递图形803，此后，在将要描述的端部的边缘处，成形束长度关于每个镜头按步逐渐缩短，以形成传递图形804。

在图示的实例中，传递图形801的所有区域皆曝光四次。据说，根据这种方法，能够防止每个镜头间连接处发生凸起或凹陷。

在日本未审查专利公报(KOKAI)2-71509，提出了一种通过在孔掩模的图形边缘处提供突起部分减少镜头间连接部分处的缺陷的方法(此后称之为第二改进实例)。

具体地，在形成传递图形901时，在用于进行局部全场曝光的孔掩模的图形边缘预先提供突起部分，用一个镜头进行曝光，以便使传递图形902的相应突起部分，由此形成连续传递图形901，如图9所示。

在参照图6和7说明的实例中，由于镜头间位置偏斜，导致了桥和短接的问题。

在示于图8的第一改进实例中，缺点是该方法利用成形束进行曝光，由于束形状改变，需要进行多次曝光，妨碍了实现高产量，另一个缺点是可以形成的传递图形限于直线图形。

按示于图9的第二改进实例。由于需要形成并非图形固有部分的部分(例如突起)，所以存在着以下问题，即，在根据CAD数据形成孔掩模时，要改变图形端部的图形形状。

这导致了在传递图形的最外部存在非图形固有组成部分的突起等。

另外，在第二改进实例中，与示于图7的以往实例类似，如果镜头间发生垂直方向的偏移，则在此方向上相邻镜头间图形中桥缺陷的发生几率增大。

因此，本发明的目的是提供用局部全场曝光的曝光方法，该方法不利用具有特定图形的孔掩模，可以抑制相邻图形间产生桥，及图形中连接部分发生断路、图形凸起和桥等，且不会降低产量。

为了实现上述目的，本发明提供一种带电粒子束曝光方法，在利用局部全场曝光法将图形传递到晶片上时，对每个镜头的曝光量确定为形成一个图形所需的正常曝光量的1/n，在每次移动镜头位置时，对一个相同位置曝光n次。

更具体地，本发明提供一种对晶片用带电粒子束曝光的方法，借助于一个单元图形利用局部全场曝光法在晶片上重复进行曝光，对于每个镜头移动镜头位置，带电粒子束曝光法包括以下步骤：确定每个镜头的曝光量为形成一个图形所需的曝光量的1/n(n为大于等于2的整数)；对形成于晶片上的相同区域重叠多次曝光n次，同时移动镜头位置，使目前的曝光区叠于先前的曝光区上。

图1(a)和1(b)分别是展示孔掩模和传递图形的平面图，用于说明本发明的第一实施例。

图2(a)-2(c)是展示传递图形和累积能量分布的示图，用于说明本发明的第一实施例。

图3(a)是本发明第二实施例中所用孔掩模的平面图，图3(b)、3(c)和3(e)是图3(a)所示孔掩模的传递图形的平面图，图3(d)和3(f)分别展示了对图3(c)和3(e)所示传递图形测量的累积能量的分布，用于说明本发明的第二实施例。

图4(a)-4(d)是展示本发明第三实施例的平面图。

图5是电子束曝光设备构型的简化示图。

图6是展示以往实例的平面图。

图7是展示以往另一实例的平面图。

图8是展示第一改进实例的示图。

图9是展示第二改进实例的示图。

下面将参照附图更具体地说明本发明的具体实施例。

首先，根据本发明的带电粒子束曝光法是一种利用局部全场曝光法重复曝光一个单元图形的方法，其中在重叠曝光时镜头位置移动，形成一个图形的一个镜头所需的曝光量为1/n(这里n是至少为2的整数)，其中晶片上一个相同区按重叠方式曝光n次。

而且，按该方法，最好是移动镜头位置以便单元图形的曝光区与前一镜头的曝光区重叠，移动镜头位置以便单元图形的曝光区与前一镜头的曝光区重叠。

按本发明，最好是在一次操作中结合使用上述两种情况。

因此，以下实施例可作为本发明实施例之一。

例如，带电粒子束曝光法还包括以下情形，即偏移单元图形的曝光，使目前的曝光区不与先前的曝光区重叠，随后，在先前的曝光区上再移动相同的单元图形，以利用局部全场曝光法对所述区进行重叠多次曝光，其中对于每个镜头的曝光量为形成一个图形所需的曝光量的1/n(n为等于2的整数)，用此曝光量进行总共n次重叠多次曝光。实例1

图1是展示本发明第一实施例的平面图，图1(a)展示了孔掩模，图1(b)展示了将形成的传递图形。

用局部全场曝光图形掩模进行示于图1(a)中的斜线图形曝光，示于图1(b)的传递图形102由第一镜头形成于晶片上，传递图形103利用第二镜头形成于晶片上，传递图形104利用第三镜头形成于晶片上。

在这样做时，曝光量为不进行多次曝光情况下的曝光量的1/2。

接着，利用同一掩模，在左-右的方向和垂直方向上从传递图形102偏移一个镜头的曝光区的1/2，由此形成图1(b)所示的传递图形105。

在这样做时，如果曝光量为不进行多次曝光时的1/2，则在已进行了两次曝光的区域上累积了足够的能量。

然后，重复此过程，直到在芯片的整个面积上重复图形。

关于曝光的具体方法，在形成传递图形102和103后，在与排列传递图形102和103的方向垂直的方向上移动镜头位置，以形成传递图形104等。

然后，沿从左到右的方向和垂直于传递图形102的方向移动镜头位置，移动量为镜头区的1/2，进行曝光，完成传递图形105的曝光。

重复进行这种操作，完成最终图形，该图形包括所设置的一定量的单元图形，并且单元图形以两个方向上单元图形间距的1/2的偏移间距彼此重叠。

用电子束进行曝光，曝光量由曝光设备的电流值和曝光时间确定，并正比于这些参数。

因为电流值一直保持不变，所以1/2曝光量的时间为1/2的曝光时间。

因此，用束偏移系统多次曝光的曝光时间增量只是偏移束的时间。

由于偏移时间为曝光时间的1/10-1/100，所以形成图形的时间会增长到不大于约1.1倍。

如上所述，按本发明的带电粒子束曝光法，沿左-右方向、垂直方向或左-右和垂直两方向移动镜头位置，以便目前的曝光区与前一次的曝光区重叠。

另外，单元图形由按预定间距形成的重复图形构成，镜头位置的移动等于所述间距的整数倍。

按该实施例，例如，甚至在传递图形103和104的位置已与传递图形102发生了偏斜，通过图形移动量为单元图形间距的1/n且曝光功率量为正常形成传递图形所需量的1/n的局部全场曝光，可以修复偏斜图形S1、S2、S3、S4等的线，从而形成了传递图形的修正线。

因为进行了多次重叠曝光的那部分传递图形可以被移动到图形的修正线，如属于传递图形105的粗线L1-L4所示，所以可以修正偏斜线，以形成包括多个单元图形的精确连续图形。

因此，在进行局部全场曝光以形成带有有特定构型图形的重叠式多次曝光图形时本发明特别有用，如图1(a)所示。

因此，可优选用于本发明的单元图形的构成为包括多个图形要素，每个图形要素都有纵向轴，且纵向长度彼此相同或不同，图形要素彼此平行排列。

而且，上述的单元图形中，多个图形要素按预定间距和相对于预定方向的预定角度排列于单元图形中。

图2是展示用示于图1(a)中的掩模的情况下的镜头图象和累积能量分布的分布图，其中由第二镜头形成的传递图形202从预定位置相对于由第一镜头形成的传递图形201偏移。

图2(a)展示了传递图形202相对于传递图形201向上偏移的情况，图2(b)展示了传递图形202相对于传递图形201向下偏移的情况，图2(c)展示了传递图形202相对于传递图形201左-右偏移的情况。

曲线图(a1)、(b1)和(c1)展示了应用本发明的情况下的累积能量分布，曲线图(a2)、(b2)和(c2)展示了用过去的方法进行曝光的情况下的累积能量分布。

通常工艺条件确定成使形成图形所需的累积能量阈值为累积能量的最大值和最小值之间的中间值。

曲线图(a1)-(c2)中，能量阈值由虚线表示。

这些曲线图的每一图中，在累积能量大于阈值的部分形成图形。

图2(a)中，因为图形201和202的中间部分利用本发明曝光，所以连接部分的累积能量增大到大于阈值，从而可以避免断路缺陷。

在图2(b)的情况下，根据本发明，由于每次的曝光量减少，所以重复曝光部分的效果变弱，抑制了线宽的变大，避免了桥的发生。

在图2(c)的情况下，与图2(b)情况类似，因为由于图形的位置偏斜造成的图形偏移使得图形的重叠部分曝光量减少，所以可以抑制相邻图形间的桥缺陷的发生。

相反，根据以往不用多次曝光的方法，如图2(a2)所示，发生断路连接的危险性很大，如图2(b2)和2(c2)所示，由于相邻图形间累积能量的增加导致的桥缺陷发生的可能性很大。

尽管按上述实施例，多个镜头位置的移动在对角方向，移动量为一个镜头的1/2(两个图形间距)，利用两次曝光，还可以改变位置移动量和将进行的多次曝光的数目。

例如，可以使对角线方向的移动量为第一实施例的1/2(一个图形间距)，并进行四次曝光以形成图形。

另外，对于如第一实施例中的45度镜头位置移动方向没有限制，可以选择合适的角度(包括0-90度方向)。实例2

图3展示了本发明的第二实施例，图3(a)是用于第二实施例的孔掩模的平面图，图3(b)是展示传递图形情况的示图。

该实施例可用于形成岛形图形的情况，最好是用作被场氧化膜包围的激活区或用作堆叠电容的蓄电区。

利用示于图3(a)的孔掩模301，例如首先形成邻近排列于预定矩形区内的至少四个传递图形302，并且每个传递图形302分别独立地拍摄到晶片的一个镜头曝光区，且不使彼此发生任何重叠。

然后，如图3(b)所示，在已形成的四个传递图形302上重叠孔图形301，并在左-右方向和垂直方向上移动每一个镜头的曝光区的1/2，从而形成传递图形303。

在芯片上重复这种曝光图形。

于是按本实施例，除重复图形的边缘部分外，在众多曝光区进行两次曝光。

用图3(a)所示掩模，在利用不进行多次曝光的过去方法进行曝光时，如图3(c)所示，由位置移动导致的图形要素位置偏移发生于传递图形305中时，该图形由相对于第n-1个镜头形成的传递图形304由第n个镜头形成，由图3(c)中的虚线L5所示的部分的累积能量分布示于图3(d)。

如图3(d)所示，在其间图形相互靠近的边界部分累积的能量变大，所以桥缺陷的发生几率变大。

然而，根据本实施例，用多次曝光，如图3(e)所示，即使通过附加传递图形308施加所需的能量，从而靠近传递图形306形成传递图形307，所有传递图形也可以达到合适的位置，如图3(f)所示，可以减弱图形306和307间累积的增大，于是可以抑制桥缺陷的发生。

在统计学上，据说n次多次曝光的图形位置的标准偏差为不进行多次曝光的情况下的1/倍。

这样，通过进行多次曝光，图形位置的精度可以提高。

尽管按上述本发明第二实施例，镜头位置的移动仅为一个镜头曝光区的1/2(两个图形间距)，但也可以使移动量为上述实施例的1/2。

另外，本发明不限于在电子束曝光方面的应用，本发明也可以应用于使用离子束的任何曝光方法。实例3

在象上述第一和第二实施例那样多次曝光形成图形时，不可避免地要在边缘部分或重复图形的角部产生未充分曝光区。

按本发明第三实施例，对这种未充分曝光区进行单独曝光，可以得到与整个区域上相同的曝光量。

例如，如图4(a)所示，在第一实施例的情况下，边缘部分401处的曝光不充分。

这种情况下，对这种边缘部分401进行可变的成形曝光，以补偿这种曝光不足。

如果预先制造根据移动量每个都有各自的尺寸的局部全场曝光图形孔掩模402，如图4(b)-4(d)所示，在图形边缘曝光时，可以选择这些掩模图形，从而解决图形边缘部分曝光不充分的问题。

按上述实施例，在晶片上形成预定图形时，为形成图形，最好用带有适当选择的软件的图5所示设备，以便控制图5所示的必要部件和装置。

本发明的另一方案是在晶片上形成预定图形的方法。

根据该方案，在晶片上形成预定图形的方法中，利用局部全场曝光法在晶片上重复曝光单元图形，其中对于每个镜头来说镜头位置移动，另外，本发明形成图形的方法包括以下步骤：确定每个镜头的曝光量为形成图形所必需的曝光量的1/n(n为大于等于2的整数)；在形成于所述晶片上的同一区域进行n次重叠多次曝光，同时移动镜头位置，以便目前的曝光区重叠于前一次的曝光区之上。

另外，本发明的在晶片上形成预定图形的方法，还包括移动单元图形的所述曝光光线，以便目前的曝光区不重叠于前一次的曝光区上，然后再在这前先的曝光区上移动同一单元图形，以便利用局部全场曝光法在各区上进行所述的重叠多次曝光，其中每个镜头的曝光量为形成图形所必需的曝光量的1/n(n为大于等于2的整数)，以便总共进行n次重叠多次曝光。

按本发明的在晶片上形成预定图形的方法，在左-右方向、垂直方向或左-右和垂直两方向上移动镜头位置，以便目前的曝光区与前一次的曝光区部分重叠。

按本发明的在晶片上形成预定图形的方法，对于由于移动曝光位置而造成的曝光区边缘部分曝光量不足的区域，利用不充分曝光的图形的可变成形曝光或局部全场曝光进行曝光。

如上所述，由于本发明的曝光法进行n次多重曝光，其曝光量为所需曝光量的1/n，同时移动每个镜头的镜头位置，所以可以抑制曝光图形的位置偏移。

在镜头内部进行多重曝光的实施例中，在镜头边界区中不存在连接缺陷，可以更可靠地抑制图形连接部分处的桥缺陷和断路缺陷的发生。