专利名称：电子束光刻方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子束光刻方法，特别涉及电子束光刻方法以及适合于大尺寸半导体集成器件和高度集成的一种电子束光刻装置。
近几年来，随着器件的尺寸和集成度变大，需要精密的曝光图案。为了满足这一要求，已经有人提出一种高产量的电子束光刻系统。这种系统的一个例子是SCALPEL系统。SCALPEL表示“投影电子束光刻光刻限角散射”。在该电子束光刻系统中，每个曝光区域(条纹)(具有几个毫米的宽度)被扫描，并且用制备的电子束(EB)掩膜曝光。因此，由于曝光条纹是连接的，因而应当考虑连接调节方法及其TAT(周转时间)。
图1A和1B为示出常规SCALPEL类型的电子束光刻装置的结构。
在图1A中，通过电子枪辐射的电子束扫描一个支撑的掩膜(struttedmask)11，它使电子束定位(strut)。通过该支撑的掩膜11的电子束由投射器透镜12和13所控制，以形成对应于半导体晶片14上的掩膜的光刻图案。
图1B示出该装置的反馈操作。在图1B中，投射器透镜12和13具有SCALPEL孔121和射束偏转部分131。控制系统16控制具有由BSE检测部分19所检测的射束量的射束偏转单元131的电流、相位等等、检测射束量和掩膜11的位置的干涉仪17的输出信号、以及检测晶片14的位置的干涉仪17的输出信号。通过把聚集的电子束扫描到形成于作为半导体基片的晶片上的感光光刻胶，然后显影该光刻胶，则可以形成预定的光刻图案。
掩膜和晶片是通过在曝光过程中的照明而机械扫描的，以到达掩膜的所有构图部分(图1A)。为了实现叠层，两个层级的位置被实时地进行干涉监测。相对层级位置误差被检测并且利用缝合偏转器来确定和纠正。这种误差纠正方案被用于快速写入的直接写入系统中，并且还被应用于电子束近程打印机中(P.Nehmiz，W.Zapka，U.Behringer，M.Kallmeyer和H.BolenJ.Vac.Sci.& Technol.B3(1985)136)。图1B简略地示出该过程是如何工作的。
以前对构造高产量的投射电子束光刻系统的尝试(M.B.HeritageJ.Vac.Sci.& Technol.12(1975)1135；J.Frosien，B.Lischke and K.AngerJ.Vac.Sci.& Technol.16(1979)1827)；T.Asai，S.Ito，T.Eto and M.MigitakeJpn.J.Appl.Phys.19(1980)47)已经利用分步和重复写入方法，这需要电子光学系统能够照明和照射至少一个完整印模的掩膜区域。这些早期的系统的光学性能原则是通过平衡衍射效应抵消区域的弯曲而优化的(H.W.P.KoopeMicroelectron.Eng 9(1989)217)。这种方法一般导致使用相对小数量的光孔作为一种减少相差的方法。但是，为了获得经济上可行的产量水平，射束电流必须被最大化，这意味着，电子-电子相互作用必须被考虑(A.N.Broers和H.C.PfeifferProc.11th Symp.onElectron Ion and Laser Beam Technology(旧金山1971))。这些效应中的一种是不可纠正的图像模糊，其具有与衍射限制相类似的功能形式，但是它的幅度取决于射束电流(L.R.Harriott，S.D.Berger，J.A.Liddle，G.P.Watson和M.M.M.krtchyan要在J.Vac.Sci.& Technol上发表)。当以前考虑的全区域类型的电子光学系统优选地考虑到该效果，人们发现该射束电流必须被保持到不切实际的低水平，以保持可接受的分辨率。
用于估计电子束光刻过程的精度的相关技术参考文献被提出为日本专利公告第59-124127。在该相关技术参考文献中，公开一种电子束曝光图案估计方法。在该电子束曝光图案估计方法中，光刻一个估计图案。估计图案区域被置于实际图案区域的外部。估计图案是在预定数目的区域的间隔处光刻的。通过检测该估计图案，预定图案的光刻精度被估计。
在所提出的日本专利公告第59-124127的相关技术参考文献中，该估计图案区域被置于实际图案区域的外部。另一方面，根据本发明，一个精确估计图案形成在条纹连接边界区域中。因此，提出的日本专利公告第59-124127的相关技术参考文献的技术不同于本发明。
利用电子束曝光图案的相关技术参考文献被提出作为日本专利公告第62-271424。在该相关技术参考中，公开一种充电射束曝光方法，以形成用高精度连接区域的图案。该充电射束曝光方法包括如下步骤(a)曝光一个图案用于测量区域连接的精度，(b)形成一个光刻胶图案用于测量区域连接的精度，(c)测量区域连接的精度，以及(d)输出一个补偿参数到充电射束曝光装置的偏转单元，以曝光预定的图案。
在所提出的日本专利公告第62-271424的相关技术参考文献中，用于测量区域连接的精度的图案是通过区域边界曝光的。另一方面，根据本发明，用于估计精度的图案形成在条纹连接边界区域中。因此，该相关技术参考文献的技术不同于本发明。
用于利用电子束曝光图案的一个相关技术参考文献已经被提出为日本专利公告第6-204105。在该相关技术参考文献中，公开一种曝光方法，以提高相邻投射区域的连接部分的重叠精度。该曝光方法包括如下步骤(a)利用具有转印图案和对准掩膜的第一掩膜来把转印图案和对准掩膜的图像曝光到感光基片的第一投射区域；(b)当第一掩膜图案或第二掩膜图案曝露于对应感光基片上的第一投射区域的第二投射区域中时，按照这样一种方式使得第一掩膜图案或者第二掩膜图案连接到转印图案，来检测对准掩膜图像的位置；以及(c)把转印图案形成该第二投射区域中的掩膜与对应于检测结果的感光基片相对齐。
在提出作为日本专利公告第6-204105的相关技术参考中，当第一掩膜图案或者第二掩膜图案曝光于第二投射区域中时，已经被曝光的该对齐掩膜图案被再次曝光。因此已经曝光并且形成在第一投射区域中的对齐掩膜图像被擦除。在光刻连接方法中，感光基片的曝光区域被有效地使用。随着在刚刚被曝光的区域中的对齐掩膜，下一个区域也被曝光。另一方面，根据本发明，精确的估计图案形成在先前曝光的条纹连接边界区域中。因此该相关技术参考文献的技术不同于本发明。
用于测量用电子束曝光的图案的连接精度的相关技术参考文献被提出为日本专利申查公告第62-14089。在该相关技术参考文献中，一种用于测量利用电子束曝光图案的连接精度的方法被公开，以便于通过刻度读取操作和简单计算，容易地测量在平行方向和垂直方向上的区域的连接精度。一对主刻度线和副刻度线用这样一种方法被暴露，即使得第一刻度线的方向垂直于第二刻度线的方向，并且这些刻度线与边界形成45度角。通过观察第一和第二刻度线，可以测量在平行方向和垂直方向上的连接精度。
在所提出的日本专利审查公告第62-14089的相关技术参考文献中，该刻度线用这样一种方式曝光，使得第一刻度线的方向与第二刻度线的方向相垂直，并且这些刻度线与该边界形成45度角。另一方面，根据本发明，形成
形方框标记和方形方框标记。因此该相关技术参考文献的技术不同于本发明。
一种用于测量用电子束曝光的图案的连接精度的相关技术参考文献被提出，如日本审查专利公告第7-111951。在该相关技术参考文献中，一种用于测量用电子束曝光的图案的连接精度的方法被公开，以便于直接在垂直方向上读取连接精度，并且忽略线宽测量单元的使用。在该相关技术参考文献中，一个主刻度包括多个图案，它是具有预定长度并且垂直于曝光的区域边界的直线。该相邻直线形成在从曝光区域边界预定增加的间隔上。一个副刻度包括多个图案，它是具有预定长度并且垂直于曝光区域边界的直线。该副刻度的图案被形成与该曝光区域边界相邻。作为参考图案，与主刻度和副刻度相同的图案被用于对应与该曝光区域边界的边界线平行的参考线。
在所提出的日本审查专利公告第7-11195l的相关技术参考文献中，主刻度和副刻度的多个曝光图案是直线。另一方面，根据本发明，形成
形方框标记或者方形方框标记。
用于测量利用电子束光刻的图案的连接精度的相关技术参考文献被公开，如日本专利公告第2-5407。在该相关技术参考文献中，公开一种曝光方法。在该相关技术参考文献中，一种技术用于利用可变电子束(EB)直接光刻图案。根据该相关技术参考文献，对应于图案数据，不用掩膜对每个图案形成方形EB。利用该方形EB的每个图案曝光。在该相关技术参考文献中，游标卡尺图案可以利用EB数据。另外，一束电子束被偏转用于多个构成每个游标卡尺图案的直线图案的每个方形，并且每个方形被直接光刻(包括)。因此，随着曝光区域的变形，增加偏转电子束的偏转误差。因此，难以精确测量连接误差。
图2示出常规的电子束光刻方法。在图2中，所需图案1和2被光刻在一块芯片上。在芯片的条纹边界处，所需图案的连接误差是通过直接线宽测量SEM(扫描电子显微镜)而测量的。该测量的连接误差被反馈到主曝光过程。该连接误差应当使用线宽测量SEM在每个晶片中和在两块晶片之间测量，以及在一块芯片中测量。因此，要花几个小时来测量连接误差。另外，由于该连接误差应当手动测量，因此测量结果不能够定量地获得。另外，需要较长的调节时间。连接精度进一步下降。在图2中所示的SCALPEL掩膜截面视图中，参考标号7是一个隔膜(氮化膜)。参考标号80是散射部件(重金属)。SCALPEL掩膜是EB转印掩膜，其中散射部件(重金属)8的所需图案形成在隔膜7上。在SCALPEL方法中，与用于利用可变电子束(EB)直接光刻图案的常规方法不同，一幅图像是用制备的EB掩膜而转印的。
但是，上述相关技术参考文献具有如下问题。
如上文所述，在高产量的电子束光刻方法中，每个区域(条纹)被扫描，并且用制备的EB掩膜曝光。由于曝光的条纹被连接，所以应当采取处理连接条纹和TAT的措施。在根据每个相关技术参考文献的电子束光刻方法中，每个曝光条纹的连接精度是不够的。
本发明的一个目的是提供一种电子束光刻方法，它使得用于曝光条纹的连接调节时间缩短，并且提高连接精度。
本发明是用于利用电子束曝光和光刻所需图案的电子束光刻方法，其中包括如下步骤(a)在条纹连接边界区域中形成多个精度估计图案和一所需图案，以形成一个电子束掩膜，(b)用电子束掩膜光刻这些图案，(c)用精度估计图案测量曝光条纹的连接误差，(d)用电子束曝光这些图案，以及(e)检查已经被曝光的图案的连接。
参照图4，本发明是一种利用电子束曝光和光刻所需图案的电子束曝光方法，包括如下步骤(a)在条纹连接边界区域中形成多个精度估计图案和一所需图案，以形成一个电子束掩膜(图4中所示的步骤S1)，(b)用电子束掩膜光刻图案(图4中所示的步骤S2)，(c)用精度估计图案测量曝光条纹的连接误差(图4中所示的步骤S3)，(d)用电子束曝光这些图案(图4中所示的步骤S4)，以及(e)检查已经被曝光的图案的连接(图4中所示的步骤S5)。
在根据本发明的电子束光刻方法中，多个精度估计图案(方框标记和游标卡尺图案)和所需图案形成在完全转印型或大面积转印型电子束掩膜的条纹边界(曝光区域)处。利用电子束掩膜，条纹连接部分被重叠并且曝光。因此，通过利用光学显微镜或者自动测量装置定量地测量象方框标记或者游标卡尺图案这样的精度估计图案，曝光条纹的连接调节时间可以被缩短，并且可以提高连接精度。
在下文如附图中所示的最佳实施例的具体描述中，本发明的这些和其它目的、特点和优点将变得更加清楚。
图lA和1B是用于解释常规电子束光刻方法的示意图；图2为用于解释一种常规电子束光刻方法的示意图；图3为用于解释根据本发明一个实施例的电子束光刻方法的示意图；以及图4为示出用于根据本发明的实施例的电子束光刻方法的过程的流程图。
接着，将参照附图描述本发明的一个实施例。图3示出一个掩膜图案和曝光的光刻胶图案。该掩膜图案和曝光的光刻胶图案被置于图lA和1B中所示的支撑的掩膜11上。在条纹连接边界区域(具有约10至20μm的宽度)，所需掩膜图案1和2用EB(电子束)掩膜A-3和EB掩膜B-5所形成。另外，在EB掩膜A-3上，形成一个
形连接检查方框标记6(具有约5-10μm的宽度)。类似地，在EB掩膜B-5上，形成一个方形连接检查方框标记4(具有约5-10gm的宽度)。在这种情况下，多个
形连接检查方框标记4和多个方形连接检查方框标记6被置于条纹连接边界区域中的预定位置。
在这种情况下，条纹连接区域是条纹连接的边界，其中对于具有250μm宽度的每个条纹区域的实际芯片被扫描和曝光。如图3中所示，框中框图案6、4是方形图案与
形图案相重叠的图案。当测量连接误差时，一束光线扫描于该框中框图案6、4上。换句话说，该框中框6、4是一个由方形图案和环绕该方形图案的中空方框所构成的图案。除了框中框6、4之外，可以使用游标卡尺图案。该游标卡尺图案是一个游标图案。当使用一个测量尺寸的游标卡尺时，该游标卡尺图案具有一部分□被切除的形状。通过连接两个具有不同间距的图案，可以测量误差。换句话说，该游标卡尺图案包括主刻度图案和副刻度图案。对应于主刻度图案和副刻度图案的相对位置，刻度位置的相对误差(在这种情况下，是连接误差)被测量。
条纹边界区域被重叠并且用一束电子束曝光。当利用图3中所示的光刻胶图案时，曝光条纹的连接被检查。通过测量连接误差的量，并且提取位移成分和旋转成分，所获得数据和所提取的数据被反馈回主曝光过程。在该主曝光过程中，利用该框中框图案6、4可以检查图案的连接。
(2)操作的描述接着，参照图4描述本发明的实施例的操作。
图4为示出根据本发明的实施例的电子束光刻方法的步骤的流程图。在图4中，在步骤S1中(作为一个EB掩膜形成步骤)，连接检查方框标记或者游标卡尺图案被置于所需图案的条纹连接边界区域的附近。因此，获得一个EB掩膜。在作为一个先前光刻步骤的步骤S2中，利用EB掩膜执行一个先前的光刻处理。该游标卡尺图案是具有不同间隔的两组直线图案被曝光的图案，并且偏差(误差)量的差分被测量。
在作为测量步骤的步骤S3中，利用连接检查方框标记或者游标卡尺图案，曝光条纹之间的连接误差被测量。在作为主曝光步骤的步骤4中，连接误差被反馈，然后执行主曝光过程。另外，连接误差可以在步骤3中几次测量。无论何时测量连接误差，该测量结果被反馈到主曝光过程。
在作为外观检查步骤的步骤S5中，除了检查尺寸和重叠精度之外，还利用连接检查方框标记或者游标卡尺图案检查图案的连接。在这种情况下，由于方框标记可以用测量单元来测量，因此图案的连接可以在短时间内定量地检查。在游标卡尺图案的情况下，尽管它是手动测量的，但是，它可以用光学显微镜定量地测量。在这种情况下，由于不需要使用作为真空装置的线宽测量SEM，因此调节时间的TAT变得比常规方法更短。
根据本发明的实施例的电子束光刻方法包括如下步骤(a)在条纹连接边界区域中形成多个精度估计图案和一所需图案，以形成一个电子束掩膜，(b)用电子束掩膜光刻图案，(c)用精度估计图案测量曝光条纹的连接误差，(d)用电子束曝光该图案，以及(e)检查已经被曝光的图案的连接。
在根据本发明的电子束光刻方法中，多个精度估计图案(方框标记和游标卡尺图案)以及一所需图案被形成在完全转印型或者大面积转印型电子束掩膜的条纹边界(曝光区域)上。利用电子束掩膜，条纹连接部分被重叠和曝光。因此通过利用光学显微镜或者自动测量装置定量地测量象方框标记或者游标卡尺图案这样的精度估计图案，曝光条纹的连接调节时间可以被缩短，并且可以提高连接精度。
尽管本发明已经参照最佳实施例进行了描述，但是本领域内的专业人员应当知道可以在形式和细节上作出上述和各种其它改变、省略和添加，而不脱离要发明的精神和范围。
权利要求
1.一种用于利用电子束曝光和光刻所需图案的电子束光刻方法，其中包括如下步骤(a)在条纹连接边界区域中形成多个精度估计图案和一所需图案，以形成一个电子束掩膜；(b)用电子束掩膜光刻图案；(c)用精度估计图案测量曝光条纹的连接误差；(d)用电子束曝光这些图案；以及(e)检查已经被曝光的图案的连接。
2.根据权利要求1所述的电子束光刻方法，其特征在于，在步骤(a)中，形成方框标记作为精度估计图案。
3.根据权利要求1所述的电子束光刻方法，其特征在于，在步骤(a)中，形成成对的
形方框标记和方形方框标记作为精度估计图案。
4.根据权利要求1所述的电子束光刻方法，其特征在于，在步骤(a)中，形成游标卡尺图案作为精度估计图案。
5.根据权利要求l所述的电子束光刻方法，其特征在于，在步骤(a)中，形成SCALPEL掩膜，该掩膜具有预定图案和精度估计图案。
6.根据权利要求l所述的电子束光刻方法，其特征在于，在步骤(b)中，包括该精度估计图案的区域与该电子束掩膜相重合。
7.根据权利要求1所述的电子束光刻方法，其特征在于，步骤(d)是步骤(c)的反馈步骤。
8.根据权利要求2所述的电子束光刻方法，其特征在于，在步骤(a)中，形成一个SCALPEL掩膜，该掩膜具有预定图案和精度估计图案。
9.根据权利要求2所述的电子束光刻方法，其特征在于，在步骤(b)中，包括该精确估计图案的区域与该电子束掩膜重叠。
10.根据权利要求2所述的电子束光刻方法，其特征在于，步骤(d)是步骤(c)的反馈步骤。
11.根据权利要求3所述的电子束光刻方法，其特征在于，在步骤(a)中，形成一个SCALPEL掩膜，该掩膜具有预定图案和精度估计图案。
12.根据权利要求3所述的电子束光刻方法，其特征在于，在步骤(b)中，包括该精确估计图案的区域与该电子束掩膜重叠。
13.根据权利要求3所述的电子束光刻方法，其特征在于，步骤(d)是步骤(c)的反馈步骤。
14.根据权利要求4所述的电子束光刻方法，其特征在于，在步骤(a)中，形成一个SCALPEL掩膜，该掩膜具有预定图案和精度估计图案。
15.根据权利要求4所述的电子束光刻方法，其特征在于，在步骤(b)中，包括该精确估计图案的区域与该电子束掩膜重叠。
16.根据权利要求4所述的电子束光刻方法，其特征在于，步骤(d)是步骤(c)的反馈步骤。
17.一种用于利用电子束光刻图案的电子束光刻装置，其中包括用于在条纹连接边界区域中形成多个精度估计图案和所需图案，以形成一个电子束掩膜的掩膜形成装置；用于利用电子束掩膜光刻图案的光刻装置；用于利用精度估计图案测量曝光条纹的连接误差的测量装置；用于从所述测量装置接收反馈数据和用该电子束曝光图案的主曝光装置；以及用于检查已经被曝光的图案的连接的检测装置。
18.根据权利要求17所述的电子束光刻装置，其特征在于使用方框标记作为精度估计图案。
19.根据权利要求17所述的电子束光刻装置，其特征在于使用成对的
形方框标记和方形方框标记作为精度估计图案。
20.根据权利要求17所述的电子束光刻方法，其特征在于使用游标卡尺图案作为精度估计图案。
全文摘要
在此公开一种用于利用电子束曝光和光刻所需图案的电子束光刻方法,其中包括如下步骤:(a)在条纹连接边界区域中形成多个精度估计图案和所需图案,以形成一个电子束掩膜;(b)用电子束掩膜光刻图案;(c)用精度估计图案测量曝光条纹的连接误差;(d)用电子束曝光该图案;以及(e)检查已经被曝光的图案的连接。
文档编号H01J37/317GK1271176SQ0010351
公开日2000年10月25日 申请日期2000年3月24日 优先权日1999年3月26日
发明者中岛谦 申请人:日本电气株式会社