带电粒子束光刻装置以及带电粒子束的光刻方法

摘要

一种带电粒子束光刻装置,从电子束发生源射出的电子束,由第1图形选择偏转部使其偏转方向照射在第1掩膜的规定孔上,透过第1掩膜的电子束由第2图形选择偏转部使其偏转方向后,照射在第2掩膜上,和照射在晶片台上装载的晶片上,进行部分汇总曝光。在第2掩膜上,形成光刻单元阵列图形的中心部图形的部分汇总曝光掩膜,不形成剩余图形用的部分汇总曝光掩膜。在第1掩膜上,开设了主孔和与该主孔的整数份之1面积的能够照射剩余图形部的孔。

说明书

本发明涉及一种用电子束等带电粒子在试料上直接绘出图形的带电粒子束光刻装置和带电粒子束的光刻方法。特别是，对单元阵列图形等重复图形用部分汇总光刻方式进行光刻的带电粒子束光刻装置以及带电粒子束的光刻方法。

作为用于DRAM(动态随机存储器)制造工程中容量导体等光刻技术中使用的电子束光刻方法，有一种汇总光刻法。这就是，同一图形连续存在的时侯，将重复出现图形的一部分设置在第2掩膜(也叫作第2光孔)上作为部分汇总曝光掩膜，用从设有矩形孔的第1掩膜(也叫作第1光孔)透过的电子束将很多图形同时绘写在试料上的手法。即，是使电子束，从与第1掩膜矩形孔透过电子束的照射面积同等面积的第2掩膜上的部分汇总曝光掩膜通过，这样把在第2掩膜上形成的部分汇总曝光掩膜图形顺序地光刻在晶片上的方法，它可大幅度缩短光刻具有周期性图形的时间。

用部分汇总光刻法光刻重复图形时，在制作数据阶段，从设计数据中将重复图形作为部分汇总基本单元提取，再作为部分汇总直绘数据输出。这时，会发生周期性重复图形数不是所提取的部分汇总基本单元图形的整倍数。对于这种情况，以往用以下的相应方法。

(1)为了不发生剩余图形，将部分汇总基本单元的大小进行调节然后提取。

(2)为提高处理量，用部分汇总在光刻可能的范围内放入最大尺寸的图形群作为部分汇总基本单元提取，在单元阵列图形端部发生的没完全进入这一最大区域的尾数的剩余图形，使用在第2掩膜上设有的单一图形孔，或者用将第1，第2掩膜的图形组合的可变矩形光刻法光刻。

(3)为提高处理量，用部分汇总在光刻可能的范围内放入最大尺寸的图形群作为部分汇总基本单元提取，而在单元阵列图形端部发生的没完全进入这一最大区域的尾数的剩余图形，作为另一部分汇总基本单元提取，在第2掩膜上光刻主要部分，在汇总用孔以外设置一剩余图形用的部分汇总用孔，使用多种的部分汇总用孔进行单元阵列图形的光刻。

图5为上述(2)，(3)方法的说明图，图5(a)是第1掩膜，图5(b)、(b’)是第2掩膜的孔的形状图。另外，图5(c)出示的是在半导体晶片上的部分汇总曝光应形成的单元阵列图形。

如图5(a)所示，在第1掩膜12₁上，其中央部开设一矩形孔12a。如图5(b)所示，在方法(2)中使用的第2掩膜13₁上设有矩形孔13a和部分汇总曝光掩膜13b，13d～13g。而在方法(3)中使用的第2掩膜13₂，在第2掩膜131上将形成的单一图形的部分汇总曝光掩膜13g取而代之，形成对应于剩余图形的具有多数图形孔的部分汇总曝光掩膜13h。然后，如图5(c)所示，单元阵列图形11，由通过作为基准的部分汇总曝光掩膜13b所光刻的中心部图形11a和其余的剩余图形11b构成。

在上述(2)的方法中，如图6(a)所示，用第2掩膜132的部分汇总曝光掩膜13b光刻中心部图形11a(这时的汇总曝光区域表示为11aa)，使用单一图形的部分汇总曝光掩膜13g，如图6(b)所示的对剩余图形11b一个一个光刻(这时的汇总曝光区域表示为11bb)。或者，用第1掩膜121的矩形孔12a和第2掩膜131的矩形孔13a组合形成矩形图形，将剩余图形11b的图形一个一个曝光。

在上述(3)的方法中，如图6(a)所示，用第2掩膜132的部分汇总曝光掩膜13b光刻中心部图形11a，用剩余图形用的部分汇总曝光掩膜13h如图6(b’)所示，将剩余图形11b在每一个汇总曝光区域11bc中曝光。 

但是，使用上述(1)的方法时，由于作为部分汇总基本单元提取的单元尺寸较小，要增加部分汇总曝光数，有处理量低的缺点。而使用上述方法(2)时也同样，由于要将剩余图形一个个曝光，要增加曝光次数使处理量降低。而使用上述方法(3)时，在提高处理能力的第2掩膜上，必须预备出中心部用的部分汇总曝光掩膜13b和剩余图形用的部分汇总曝光掩膜13h两部分(必要的剩余图形用的部分汇总曝光掩膜不只限于一种)，会导致限制能装载在第2掩膜的部分汇总图形数的结果。而通常，可能装载在第2掩膜的部分汇总图形种类就有数个～数10个。

作为这些点的对策，以操作电子束的变化来光刻剩余图形的方法已公布在特开平7-211609号公报上。图7为公布在同公报上的光刻装置示意构成图，21是电子束发生源，22是电子束，23是第1掩膜，24是成形透镜头，25是成形偏转器，26是第2掩膜，27是缩小透镜，28是确定位置偏转器，29是对物透镜，30是半导体晶片。在半导体晶片30上，用中心部图形31a和剩余图形31b光刻出单元阵列图形31。

在光刻中心部图形31a时，要使透过第1掩膜23的电子束照射在第2掩膜上的全孔上进行曝光。然后，在光刻剩余图形31b时，透过第1掩膜23的电子束通过由成形偏转器25使其偏转并照射在第2掩膜上，只有第2掩膜26上的孔的一部分受到电子束的照射，进行曝光。

同样的光刻方法也公布在特开平6-13301号公报上。

根据上述的特开平7-211609号公报公布的光刻方法，虽然能够减少第2掩膜上开设的部分汇总曝光掩膜的掩膜数，但反而会产生以下的问题。

第1个问题是，因为偏转器的偏转精度不一定很高，电子束端部很难到达微细的第2掩膜上的孔之间的位置。若电子束端部不能到达第2掩膜上的孔之间的位置时就会发生图形的过多露出或欠缺。偏光器的精度不足会成为引起偏转器的偏离方向与电子束方向不垂直或电子束旋转的起因。

第2个问题是，由于剩余图形的曝光是基于电子束在第2掩膜上的横向偏移进行的，要使横向偏移的电子束不干涉到相邻接的其他的掩膜上的孔，就必须将开设在第2掩膜上的部分汇总曝光掩膜的距离充分展开，其结果还是限制了能够装载在第2掩膜上的掩膜数。

第3个问题是，电子束的能量分布形式为越趋于电子束的端部能量越低。因此，进行光刻时希望使用能量强度高的正中间的电子束，但是，如图7所示方法，由于电子束端部的部分优先被使用，所以就很有可能引起图形形状的劣化。

本发明正是要解决上述的以往技术的问题点，其目的不是使装载在第2掩膜上的部分汇总掩膜数增加，也不是使共计的曝光次数增加，而是得到一种进行精度高的光刻装置和方法。

为了达到上述目的，本发明提供一种带电粒子束光刻装置，是将从带电粒子源发出的带电粒子照射在通过第1掩膜已形成多数部分汇总曝光用掩膜的第2掩膜的一部分汇总曝光用掩膜上，并将该一部分汇总曝光用掩膜的图形光刻在试料上的汇总部分曝光方式的带电粒子束光刻装置，其特征在于在第1掩膜上形成前述部分汇总曝光用掩膜的全区域可受到照射的主孔和前述主孔的整数份之1的孔面积的辅助孔，并使自前述带电粒子源发出的带电粒子照射在前述第1掩膜的任意孔上所构成。另外，为了达到上述目的，本发明还提供一种带电粒子束光刻方法，是将从带电粒子源发出的带电粒子照射在通过第1掩膜已形成多数部分汇总曝光用掩膜的第2掩膜的一部分汇总曝光用掩膜上，并将该一部分汇总曝光用掩膜的图形光刻在试料上的汇总部分曝光方式的带电粒子束光刻方法，其特征在于，在第1掩膜上形成前述部分汇总曝光用掩膜的全区域可受到照射的主孔和前述主孔的整数份之1的孔面积的辅助孔，并使试料上的单元阵列图形区域的大部分区域用前述第1掩膜的主孔和前述第2掩膜的一部分汇总曝光用掩膜来曝光，同时根据前述单元阵列图形区域的前述第1掩膜的主孔和前述第2掩膜的前述一部分汇总曝光用掩膜组合曝光，将成为多余的剩余单元阵列图形区域用前述第1掩膜的全辅助孔和前述第2掩膜的前述一部分汇总曝光用掩膜进行曝光。

下面，对附图进行简单说明。

图1为本发明实施方式的电子束光刻装置的示意构成图。

图2为本发明第1实施例的第1、第2掩膜的图形和应光刻的单元阵列图。

图3为本发明第1实施方式的光刻状态说明图。

图4为本发明第2实施例的第1、第2掩膜的图形和应光刻的单元阵列图。

图5为以往例的第1、第2掩膜的图形和应光刻的单元阵列图。

图6为以往例的光刻状态说明图。

图7为其它的以往例的电子束光刻装置示意图。

下面，对本发明的实施方式进行说明。图1出示的是本发明的实施方式中带电粒子束光刻装置的示意构成图。在图1出示的光刻装置中，在第2掩膜保持部8上装载的第2掩膜7上，如左图出示，只形成光刻单元阵列图形的中心部图形的部分汇总曝光掩膜7a，不形成剩余图形用的部分汇总曝光掩膜。然后，在第1掩膜保持部5上装载的第1掩膜4上，如左图出示，设置了使透过的电子束能够照射在第2掩膜7的部分汇总曝光掩膜7a全区域上的主孔4a和与这个主孔4a的整数份之1的面积相应的剩余图形部的开孔。在图示的例中，形成了1／2面积的1／2孔4b、4c和1／4面积的1／4孔4d。

在图1所示的光刻装置中，从电子束发生源1射出的电子束2，由第1图形选择偏转部3使其偏转方向照射在第1掩膜的规定孔上。然后，透过第1掩膜4的电子束由第2图形选择偏转部6使其偏转方向后，照射在第2掩膜7上，和照射在晶片台10上装载的晶片9上，进行部分汇总曝光。

在光刻中央部的单元阵列图形时，由第1图形选择偏转部3选择第1掩膜的主孔4a，使第2掩膜的部分汇总曝光的全区域受到照射。这样按部分汇总曝光掩膜7a的图形进行光刻。在光刻在单元阵列图形端部存在的剩余图形时，由第1图形选择偏转部3选择第1掩膜上的开孔4b～4d的任意孔使第2掩膜7的部分汇总曝光掩膜7a的部分区域受到照射。这样进行部分汇总曝光掩膜的整数份之1的区域的光刻。

每进行一次曝光光刻，要移动晶片台10使电子束在半导体晶片上的照射位置移动从而光刻全区域的单元阵列图形。

第1掩膜上开设的主孔的整数份之1的孔面积的辅助孔是，①横方向的宽度与主孔横向的宽度相同，纵方向的宽度为主孔纵向的宽度的整数份之1的第1种辅助孔，和②纵方向的宽度与主孔纵向的宽度相同，横方向的宽度为主孔横向的宽度的整数份之1的第2种辅助孔，和③横方向的宽度为主孔横向的宽度的整数份之1并且纵方向的宽度为主孔纵向的宽度的整数份之1的第3种辅助孔中的一种或多种孔。

这里，为了使曝光次数尽可能少，这个电子束光刻装置用部分汇总在光刻的可能的最大范围上(或非常接近此范围)来选定第2掩膜上形成的部分汇总曝光掩膜7a的尺寸。

图1中虽然出示了作为本发明的实施方式的电子束光刻装置，但本发明并不限定于此，本发明也适用于离子束光刻装置。

实施例

下面，参照附图，来对本发明的实施例进行详细的说明。

参照图2、图3，以DRAM制造工程的一个工序的容量接触光刻技术为例对本发明的第1实施例进行说明。如图2(c)所示，根据单元的排列展开接触图形，作为单元阵列图形11被规则地排列。用部分汇总直绘法，光刻这一图形时，从设计数据中提取出特定的重复单位作为部分汇总的1次曝光量，基于这个重复单位作成部分汇总曝光掩膜，与此同时将设计数据变换成部分汇总EB直绘用数据格式。图2(c)中所示的是DRAM的容量接触例，作为部分汇总的重复单位，提取16个接触孔。这时的提取基准是，为了提高处理量，以一次曝光光刻可能的最大区域作为基准。这样提取出的部分汇总用图形，由于是用第1掩膜中央的主孔和第2掩膜的部分汇总曝光掩膜孔光刻的，在EB直绘用格式数据变换时要附加上这个掩膜识别信息。但是，以部分汇总的一次曝光光刻在可能的最大区域(或非常接近此区域的被选定的)中提取出部分汇总图形时，在存储器阵列的端部会发生没有作为部分汇总图形提取的剩余图形。在图2(c)的情况下，在存储器阵列的端部会产生没有装载入部分汇总图形中的8个接触孔。这些剩余图形，以8个为单位，作为部分汇总图形提取。即，在存储器阵列中心部的一部分上组成了汇总图形的1／2的图形群。由于这样提取的剩余图形用的部分汇总图形，是使用第1掩膜的主孔的1／2面积的辅助孔和第2掩膜的部分汇总曝光掩膜光刻的，因此，在EB直绘用格式数据变换时就要附加上这个掩膜识别信息。

用这样得到的部分汇总数据制作第1、第2掩膜。如图2(c)所示，单元阵列图形11含有用第1掩膜的主孔光刻的中心部图形11a和用第1掩膜的辅助孔光刻的剩余图形11b。第1掩膜12，如图2(a)所示，在中央部形成一主孔12a，与此同时在周边部开设了1／2辅助孔12b。在第2掩膜13处，为了用部分汇总曝光光刻单元阵列图形11而形成部分汇总曝光掩膜13b。在第2掩膜13处，与形成其它的部分汇总曝光掩膜13c～13f的同时在中央部开设了矩形孔13a。然后，基于上述数据的孔识别信息，一边选择第1掩膜·第2掩膜的孔一边进行光刻。

即，在光刻单元阵列图形11的中心部图形11a时，如图3(a)所示，用第1掩膜12的主孔12a和第2掩膜13的部分汇总曝光掩膜13b在半导体晶片14上进行光刻。这时的晶片上的汇总曝光区域以11aa表示。而且，在光刻单元阵列图形11的剩余图形11b时，如图3(b)所示，用第1掩膜12的1／2辅助孔12b和第2掩膜13的部分汇总曝光掩膜13b在半导体晶片14上进行光刻。这时的晶片上的汇总曝光区域以11ba表示。

图4出示的是本发明第2实施例的掩膜图形和单元阵列图形。本实施例也是DRAM容量接触的光刻技术例。如图4(c)所示，根据单元阵列的展开，接触图形作为单元阵列图形11被规则地排列。用部分汇总直绘法，为了光刻这一图形，提取出特定的重复单位作为部分汇总的1次曝光量，基于这个重复单位制作部分汇总曝光掩膜，与此同时将设计数据变换成部分汇总EB直绘用数据格式。这样，在单元阵列图形11的端部产生了没能装载在部分汇总图形中的含有2种8个的接触孔和4个的接触孔的剩余图形11b。这些剩余图形以8个和4个为单位作为部分汇总图形提取。这样提取出的剩余图形用的部分汇总图形，由于是用第1掩膜的1／2孔(2种)以及1／4孔和第2掩膜的部分汇总曝光掩膜光刻的，因此，在EB直绘用格式数据变换时就要附加上这个掩膜识别信息。

使用这样得到的部分汇总数据制作第1、第2掩膜。第1掩膜12，如图4(a)所示，在其中央部形成主孔12a，同时在周边部开设1／2辅助孔12b、12c、1／4辅助孔12d。在第2掩膜13上，为了用部分汇总曝光光刻单元阵列图形11而形成部分汇总曝光掩膜13b。与第1实施例的情况相同，在第2掩膜13上，在形成其它的部分汇总曝光掩膜13c～13f的同时，在中央部开设矩形孔13a。然后，基于上述数据的孔识别信息，一边选择第1掩膜·第2掩膜的孔一边进行光刻。

即，在光刻单元阵列图形11的中央部11a时，用第1掩膜12的主孔12a和第2掩膜13的部分汇总曝光掩膜13b在半导体晶片上进行光刻。这时晶片上的汇总曝光区域以11aa表示。而且，在光刻单元阵列图形11的剩余图形11b时，首先，用第1掩膜12的1／2辅助孔12b和第2掩膜13的部分汇总曝光掩膜13b在半导体晶片上进行光刻。这时晶片上的汇总曝光区域以11ba表示。其次，用第1掩膜12的1／2辅助孔12c和第2掩膜13的部分汇总曝光掩膜13b在半导体晶片上进行光刻。这时晶片上的汇总曝光区域以11ba’表示。接着，用第1掩膜12的1／4辅助孔12d和第2掩膜13的部分汇总曝光掩膜13b在半导体晶片上进行光刻。这时的晶片上的汇总曝光区域以11ba”表示。

在以上的实施例中，虽然使用第1掩膜的辅助孔和第2掩膜的部分汇总曝光掩膜光刻剩余图形，但是剩余图形中的一部分图形，也可用第1掩膜的主孔和第2掩膜中央部的矩形孔的组合来形成矩形图形，以可变成形矩形光刻法光刻。

如以上说明，根据本发明，在第2掩膜处设置部分汇总曝光掩膜的同时在第1掩膜处设置部分汇总曝光掩膜的全部可受到照射的主孔和其整数份之1的面积的辅助孔，由于将单元阵列图形中心部的图形通过部分汇总曝光掩膜和主孔组合，另外，将单元阵列图形的剩余图形通过部分汇总曝光掩膜和辅助孔组合进行光刻，所以可得到以下效果。

①光刻装置可将汇总曝光掩膜的尺寸在可能的范围内尽量设计得大，因此，曝光次数就可以减少。

②使汇总曝光掩膜的一部分，不依据偏转器而是依据第1掩膜的辅助孔进行选择，所以，剩余图形不受光刻装置偏转精度的左右能够以高精度光刻。

③由于不是使电子束在第2掩膜上横向偏移，所以可以使第2掩膜上邻接掩膜间的距离缩短，可增加装载在第2掩膜上的部分汇总曝光掩膜数。

④不优先使用电子束的端部，均等地利用高能量的中心部电子束，所以不会招致图形形状劣化，可以形成良好的图形。