电子束曝光系统及其方法

专利名称：电子束曝光系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生产半导体器件的电子束曝光系统、用于电子束曝光的掩膜和电子束曝光方法。更具体的，本发明涉及一种适合用于邻近效应修正的电子束曝光系统、用于电子束曝光的掩膜和用于电子束曝光的方法。
在电子束曝光中，由于在保护层和基片中的散射电子产生的邻近效应会大大的影响图形线宽精度。因此，邻近效应修正就成为了一种重要的技术因素。
在作为最为流行的电子束曝光方法的单元投射刻蚀技术中，已经使用了剂量补偿方法，其需要使用曝光强度分布(EID)函数通过自-相容(self-consistent)方法或图形密度方法进行复杂的运算。
另一方面，在投射电子束刻蚀的对散射角进行限制的方法中，作为另外一种电子束曝光技术已经引起人们的注意，其应用GHOST技术(即SCALPELGHOST技术)，使用部分散射电子作为修正电子束，通过补偿方法对邻近效应进行修正。
散射角限制型的电子束曝光方法使用一种部分转换技术，其中只形成整个芯片的一既定图形或将其几个区域中的一个划分为多个部分；对每个部分形成具有部分图形的掩膜；使用掩膜，对各个部分进行曝光，以对部分图形进行转换，最后将既定的图形转换到晶片上。
在散射角限制型电子束曝光方法中使用的掩膜中，由电子束散射体构成的图形被形成在可发射电子束膜片上，该膜片并不特定用于散射电子(此后指“散射膜片掩膜”)。用电子束曝光晶片，该电子束并不散射或在通过可发射电子束膜片后用相对较小的角度进行散射。因此，膜片和散射区之间的电子束散射间的差可保证在晶片上形成形状的对比。
通过选择的将在散射膜片掩膜上的散射体散射的部分电子发送到形成在交叠面处的限制开孔中的环状开孔中可对散射角限制型电子束曝光方法中的邻近效应进行修正；通过物镜的球形色散将所发散的散射电子近似的散焦到背散射的范围内；然后用作为修正束的电子辐射晶片。在G.P.Watson等，J.Vac.Sci.Technol.，B，13(6)，2504-2507(1995)中已经对此邻近效应修正技术进行了描述。此方法的特征在于在进行图形曝光的同时通过进行曝光修正而对邻近效应进行修正，而在传统的GHOST技术中，通过用具有与原始曝光图形相反的图形的散焦束对晶片进行单独的曝光。因此，通过此种与图形曝光同时进行的曝光修正的邻近效应修正技术可提高产量。
然而，在传统的散射角限制型限制电子束曝光方法中的邻近效应修正技术存在下面的问题。
邻近效应的程度依赖于基片的类型和掩膜图形。因此，当使用由不同的材料构成的基片或具有不同图形的掩膜进行曝光时，为了使邻近效应修正适用于基片或掩膜，必须对修正剂量进行重新调整。当使用具有不同的电子散射体厚度的掩膜时，必须用具有不同开孔尺寸的孔阑代替限制孔阑。通过改变形成在限制孔阑中的环形开孔的尺寸和宽度可对修正剂量进行调节。为了使修正剂量最优化，需要准备另外的一个限制孔阑，在终止电子束曝光和在空气中打开腔室而破坏真空后，必须对其进行设置。因此，根据传统的技术，已经出现了一个问题，即在试图对邻近效应修正最优化的同时，会使产量大大的降低。
另外，用在传统的散射角限制型电子束曝光方法中的上述的散射膜片掩膜存在下面的问题。
首先，由于在可发送电子束膜片中同样散射电子，形成图形的电子的能量分布被扩展，这会造成色散，由此导致电子束位移。为了将电子束位移减到最小，必须减少半角电子束收敛。然而，电子束半角收敛的减少会使得库仑效应明显，结果导致分辨率降低。通过减少电子束电流可将库仑效应减到最小。然而，其导致曝光时间变长，并由此使产量减少。因此，散射膜片掩膜并未提供足够的电子曝光性能。
第二，通过在薄的(大约100nm)氮化硅膜上形成更薄的(大约50nm)加工图形的诸如钨的重金属膜而制备散射膜片掩膜。因此，其制备很困难且产量低。
除了上述的问题外，上述的邻近效应修正技术还存在下面的问题。
当在晶片表面上的保护层中的基层上形成由诸如钨的重金属构成的诸如互连的下层图形时，下层图形会对形成图形的电子造成反射或背散射。其结果，在无下层图形的区域上的保护区和具有下层图形的区域上的保护区之间的邻近效应程度会产生差别。在传统的邻近效应修正方法中，对应下层的图形已经很难调节每个区域的修正剂量，因此，未进行类似的尝试。
下面将描述用于传统的单元投射或其中使用的系统(单元投射型电子束曝光系统)中的掩膜。
传统的单元投射(或曝光系统)通常使用一种掩膜，该掩膜是通过在阻挡电子束的基片(诸如厚度至少为20μm的硅基片)上形成开孔图形而制备的，该掩膜在此后被称为“镂花掩膜”)。
当为了对应更集成化的半导体器件而使图形更精细化时，由厚基片构成的镂花掩膜会产生下面的问题。在制备掩膜过程中，很难在厚度至少为20μm的基片上形成开孔图形，导致尺寸发生变化。另外，在电子束曝光中，掩膜吸收电子束并由此被加热，导致其耐久性降低，并由于热膨胀而使掩膜位置发生变化。另外，为了提高分辨率，通过降低电光系统中的偏差，需要增大加速电压，因此，掩膜基片变厚，结果导致这些问题更突出。
在被阻挡的电子束通过掩膜基片区(非开孔区)时，更薄的掩膜可提高开孔图形中的线宽精确度并减少热量。其结果，晶片中未被曝光的区域被曝光，结果导致较差的对比度，且分辨率被降低。
为了解决上述的问题，JP-A 10-97055中揭示了一种通过下面的方法制备的用于电子束曝光的掩膜，该方法包含如下的步骤在相对薄的掩膜基片上形成开孔图形并为了散射通过掩膜的电子束而在掩膜的背面上形成电子束散射层。电子束散射层可为诸如多晶硅、钨的硅化物、钼的硅化物和钛的硅化物等的的多晶层，或为波纹状的层。本申请中描述了通过形成此种的电子束散射层从而可对通过掩膜中的图形层(非开孔基片区)的电子进行散射并防止它们到达基片。
JP-A 6-163371已经揭示了一种电子束拉伸(drawing)装置，其特征在于在一个基片上形成开孔，该基片的厚度小于电子穿透深度，从而形成用做掩膜的电子束形孔阑和用于阻挡散射的电子通过成形孔阑(掩膜)的基片区的机制。在所述的发明中，提供了一种用于阻挡电子束通过成形孔阑的基片区的机制，即在交叠面上提供了具有小开孔尺寸的限制孔阑片，从而只通过穿过掩膜开孔的电子束，并删掉在掩膜基片区散射的电子。另外，还揭示了另外的一种阻挡机制，其中通过形成能量滤波片而改变在通过掩膜基片区后已经损失部分能量的减速电子的方向，然后通过限制孔阑对其进行删除。
在JP-A 6-163371中描述了通过上述的成形孔阑(掩膜)可解决用在电子束投射刻蚀装置的掩膜中的第一个问题，在该装置中，一次对大形状的转换掩膜用统一的电子束进行曝光，即通过在相对透明的膜上将由可大大的散射电子束的重金属构成的图形形成作为支撑层的电子束而制备掩膜。
本发明的一个目的是提供一种散射角限制型电子束曝光方法和散射角限制型电子束曝光系统，其中在不降低产量和保持优良线宽精确度的情况下对邻近效应修正进行调节。
本发明的另外一个目的是提供一种镂花型掩膜，从而可在进行邻近效应修正的同时进行适用于散射角限制型电子束曝光的图形曝光。本发明的另外的一个目的在于提供一种掩膜，其可被制备成具有精确的掩膜图形，并保证所进行的图形曝光具有更高的分辨率和精确度。本发明的另外的一个目的在于提供一种掩膜，其可根据晶片下的图形对邻近效应进行任意的修正。
本发明的另外的一个目的在于提供一种电子束曝光系统和一种电子束曝光方法，其具有优良的曝光性能并具有较高的分辨率和图形精确度，并保证在进行图形曝光的同时对邻近效应进行修正，从而可提高产量。本发明的更进一步的目的在于提供一种电子束曝光系统和一种电子束曝光方法，其可根据晶片下的下层图形任意的对邻近效应进行修正。
本发明所提供的具有掩膜的散射角限制型电子束曝光系统，所述掩膜包含一个散射区和一个限制孔阑，该孔阑可控制通过掩膜的散射电子的量，系统包含第一限制孔阑，固定在交叠面或其附近，并具有一个中心开孔和围绕中心开孔的闭合细长开孔；及第二限制孔阑，其可沿光轴移动并具有一个中心开孔和围绕中心开孔的闭合细长开孔。
本发明同样提供一种散射角限制型电子束曝光系统，其具有一个掩膜，该掩膜包含一个散射区和一个限制孔阑，该孔阑限制通过掩膜的散射电子的量，其中限制孔阑包含一个中心开孔和围绕中心开孔的闭合细长开孔，系统包含限制孔阑改变件，其中设置或生产有多个与闭合细长开孔的尺寸不同的限制孔阑；及一个机制，其可通过控制限制孔阑改变件而将多个限制孔阑中所需的一个孔阑设置在光学系统中。
本发明同样提供一种散射角限制型电子束曝光系统，其具有一个掩膜，该掩膜包含第一个散射区和一个限制孔阑，该孔阑限制通过掩膜的散射电子的量，该系统还包含固定在光学系统中的并只在其中心具有开孔的第一限制孔阑；限制孔阑改变件，其中设置或生产多个在其中心具有不同尺寸开孔的第二限制孔阑，且开孔大于第一限制孔阑的外径；及一个机制，其可通过控制限制孔阑改变件而将多个第二限制孔阑中所需的一个第二孔阑设置第一限制孔阑的轴上。
本发明同样提供一种散射角限制型电子束曝光系统，其具有一个掩膜，该掩膜包含第一个散射区和一个限制孔阑，该孔阑限制通过掩膜的散射电子的量，该系统还包含第一限制孔阑改变件，其包含多个第一限制孔阑，该孔阑只在它们的中心具有开孔，且外径彼此不同；第二限制孔阑改变件，其中设置或生产多个在其中心具有不同尺寸开孔的第二限制孔阑，且开孔大于第一限制孔阑的外径；及一个机制，其可通过控制第一和第二限制孔阑改变件而将多个第一限制孔阑中所需的一个第一孔阑和将多个第二限制孔阑中所需的一个第二孔阑设置在光学系统中的同一个轴上。
本发明同样提供一种使用本发明的散射角限制型电子束曝光系统的散射角限制型电子束曝光方法，该方法包含如下的步骤沿光轴移动第二限制孔阑，只要限制孔阑不挡住电子束的与掩膜上图形的最外边周的图案相对应的轨迹的中心即可，调节通过第一和第二限制孔阑的开孔的散射电子的量，用于控制修正剂量，并在进行图形曝光的同时对邻近效应进行修正。
根据上述的本发明，可有效的对邻近效应修正进行调节，并可获得高的产量和优良的线宽精确度，特别是在生产半导体器件的制作图形步骤中。
本发明同样提供一种用在散射角限制型电子束曝光方法中的电子束曝光掩膜，该方法包含如下的步骤在通过掩膜使用部分散射电子对邻近效应进行修正的同时，借助由电子束散射差引入的散射对比图形使用具有散射区的掩膜进行图形曝光，其中，掩膜基片具有散射区，其厚度小于电子的穿透深度，其包含与晶片中的形成图形电子的背散射范围相对应的区域；及在散射区中形成被加工图形的开孔。
本发明同样提供上述的电子束曝光掩膜，其中至少在掩膜基片中的散射区中形成电子散射层。
本发明同样提供上述的电子束曝光掩膜，其中散射区的厚度根据背散射而发生变化，其中的背散射是由晶片的下面图形形成的。
本发明同样提供一种散射角限制型电子束曝光系统，该系统包含上述的电子束曝光掩膜和限制孔阑，该限制孔阑具有一个中心开孔和一个围绕中心开孔的细长闭合开孔，用于限制所通过的掩膜散射电子的数量，其可使用部分散射电子用于在进行图形曝光的同时对邻近效应进行修正。
本发明同样提供一种散射角限制型电子束曝光方法，其包含如下的步骤在使用部分散射电子通过掩膜修正邻近效应的同时，借助由电子束散射差所产生的散射对比图形使用具有散射区的掩膜进行图形曝光，其中通过在掩膜基片上形成散射区而制备掩膜，其厚度小于电子穿透深度，掩膜包含与晶片中的形成-图形电子的背散射范围相对应的区域；并在散射区中形成被加工图形的开孔。
本发明同样提供上述的电子束曝光方法，其中散射区的厚度依赖于背散射而发生变化，而背散射是由晶片的下部图形而产生的。
如上所述的本发明可提供一种镂花型掩膜，其适合用于散射角限制型电子束曝光方法，并保证在对图形进行曝光的同时对邻近效应进行修正。可容易的制备具有精确掩膜图形的本发明的掩膜，并可保证获得高分辨率和高精确度的图形曝光。另外，本发明同样提供一种掩膜，其中可根据晶片中的下部图形对邻近效应进行任意的修正。
另外，本发明同样提供一种电子束曝光系统和一种电子束曝光方法，其可提高产量并具有高的分辨率和高的精确度，并保证在对图形进行曝光的同时对邻近效应进行修正。另外，本发明可提供一种电子束曝光系统和一种电子束曝光方法，其中可根据晶片的下层图形对邻近效应进行任意的修正。


图1为用于解释本发明的基本概念的光学系统的概念示意图；图2为用于描述本发明中的邻近效应修正基本原理的概念示意图；图3为用于描述本发明中的邻近效应修正基本原理的概念示意图；图4为用于调节本发明中的邻近效应过程的光学系统的概念示意图；图5为用于调节本发明中的邻近效应过程的光学系统的概念示意图；图6为表示在图5中的光学系统中的第二限制孔阑处的散射电子强度分布的示意图；图7为本发明的一个实施例中修正剂量和限制孔阑位移之间关系的示意图；图8为在本发明的电子束曝光系统中的限制孔阑；图9示出了在本发明的电子束曝光系统中的限制孔阑；图10示出了本发明的电子束曝光掩膜的结构；图11示出了本发明的电子束曝光掩膜的结构；
图12为根据现有技术的用于生产电子束曝光掩膜的工艺过程的截面示意图；图13为用于描述生产本发明中的电子束曝光掩膜的工艺过程的截面示意图；图14为用于描述生产本发明中的电子束曝光掩膜的工艺过程的截面示意图；图15为用于描述生产本发明中的电子束曝光掩膜的工艺过程的截面示意图。
下面将参考最佳实施例对本发明进行详细描述。
首先将参考图1中的光学系统的概念示意图对本发明的基本概念进行描述。通过第一凸透镜2对通过掩膜1的形成-图形电子进行聚焦，然后通过设置在交叠面(即后-焦面)处的限制孔阑3中的中心开孔，以通过作为物镜的第二凸透镜4在晶片5上的保护层6上形成图形。图6中的保护层6为负型，其中仍保留有辐射区，而图中示出了在显相后的形状。在本发明中可使用正保护膜。第一和第二凸透镜构成成对的光学系统。
另一方面，大多数通过掩膜1散射的电子被限制孔阑3所阻挡，而部分电子通过中心开孔和围绕中心开孔的闭合细长开孔。通过第二凸透镜4(物镜)的球形色散将发射的散射电子散焦到大约背散射范围内，作为修正电子束射到晶片上。中心和闭合细长开孔被同心设置，而闭合细长开孔可为诸如长方形或正方形的环形或多边形。其通常为环形，但针对孔阑材料和生产条件其也可为诸如正方形和长方形的多边形。为了将闭合细长开孔的周边与内部相连通常提供一个肋条。只要可进行所需的邻近效应修正，可对肋条进行扩展使得闭合细长开孔部分闭合。
当将限制孔阑固定在交叠面时，通过改变闭合细长开孔的面积可对修正电子束的强度(修正剂量与强度成正比)进行调节。通过改变闭合细长开孔和限制孔阑中心的距离可对散焦的范围进行调整；对环形开孔，可通过改变其尺寸。由于在闭合细长开孔中的开孔面积大于中心开孔的面积，从散射电子分布的角度看，邻近效应的修正几乎依赖于通过闭合细长开孔的散射电子。
用在本发明中的掩膜可为上述的散射膜片掩膜，其中由电子束散射体构成的图形被形成在可发送电子束膜片上，该膜片不明显的散射电子。膜片最好包含一个不散射电子的光件；例如，SiN和SiC。散射体可由重金属构成，其目的是散射电子束，诸如钨、钽、铬、钼、钛、金和铂。掩膜的膜片的厚度在大约0.1到0.2微米的范围，而加速电压为100KV。
在本发明中使用的掩膜可为在后面将进行描述的散射镂花掩膜。
下面将参考图2和图3对邻近效应修正的基本原理进行描述。
图2(a)示出了散射膜片掩膜，其中21为膜片而22为散射体。图(2b)示出了在使用无闭合细长开孔的限制孔阑和不使用修正束时，即无邻近效应修正时在晶片上的保护层中的能量分布情况，图2(c)示出了当使用闭合细长开孔的限制孔阑和使用修正束时，即进行邻近效应修正时在晶片上的保护层中的能量分布情况。在这些图中，βb为背散射范围。假设向前散射的电子的能量为1，背散射电子的能量对应于背散射系数η。必须通过修正曝光而对数值η进行补偿；特别是，通过散射体的η/(1+η)(修正剂量比；δ)的电子必须射到晶片上。
可将修正电子束散焦到背散射的范围βb内，即L，以给出如图2(c)中所示的恒定积累能量，其在图2(b)中的宽线附近已经降低，其结果，可提高图形的线宽精度。当限制孔阑中的闭合细长开孔的宽度增大时，即开孔面积增大时，修正剂量增大，并当闭合细长开孔的尺寸增大时，色散增大，从而散焦可变宽。
在图3中，用1∶1线-面积比的图形代替图2(a)中所示的散射膜片掩膜，即形成一个具有50％图形密度的图形。从图3中可明显的看出，即使当图形密度改变时，也可类似的进行邻近效应修正，无论任何时候当如传统的GHOST技术一样改变图形时，无需单独对反面图形进行需要复杂运算的修正曝光。
已经对本发明的基本原理和邻近效应修正的基本原理进行了描述。然后，将参考图4到图6对本发明的特征概念和原理进行描述。
在现有技术中，由于在交叠面(后-焦面)，未被散射的或散射程度很小的形成图形电子和对形成图形作出贡献的电子通过限制孔阑中的中心开孔，而不会被限制孔阑3所阻挡。如果限制孔阑沿轴大幅度移动，形成图形电子被限制孔阑所阻挡，由此图形的周围被遮挡。将参考图4对此现象进行描述。限制孔阑3从S2向上进行移动，对应最外围图形的形成图形的电子束轨迹几乎全部被挡住，由此遮挡住图形的周边。因此。在现有技术中，需要将限制孔阑固定在交叠面。另外，在现有技术的方法中无需移动限制孔阑，因此，将限制孔阑进行固定已经无需怀疑的是公有技术。
另一方面，本发明还考虑了对邻近效应修正和形成图形的电子有贡献的散射电子，并最终发现由于散射电子强度(散射电子的量)的空间分布根据在光轴方向上的位置而变化，通过从交叠面沿光轴移动限制孔阑可改变所发送的散射电子量。
本发明还提供一种具有掩膜的散射角限制型电子束曝光系统，其包含一个散射区和一个限制孔阑，该孔阑限制通过掩膜的散射电子束的量，该系统包含第一限制孔阑，其固定在交叠面或其附近，并具有一个中心开孔和围绕中心开孔的闭合细长开孔；及第二限制孔阑，其可沿光轴进行移动，并具有一个中心开孔和围绕中心开孔的闭合细长开孔。
第二限制孔阑可通过在光轴上调节第二限制孔阑位置的机制根据所需的修正剂量沿光轴移动，只要第二限制孔阑不会挡住电子束轨迹的中心即可，其中的电子束轨迹形成与掩膜上的图形的最外周边相对应的图形。
在本发明中，除了固定在交叠面或其附近的第一限制孔阑外，还提供了可在光轴上进行移动的第二限制孔阑。第二限制孔阑可沿光轴进行移动以调节在两个限制孔阑中通过闭合细长开孔中的散射电子的量，即可调节修正剂量。
图5示出了设置了第一和第二限制孔阑3a，3b的光学系统，和从掩膜1发射的散射电子的轨迹。第二限制孔阑3b中的闭合细长开孔具有相同的形状(环形)且尺寸与第一限制孔阑3a中的相同。在第二限制孔阑3b(中心孔阑)的中心的开孔与第一限制孔阑3a相比具有相对较大的尺寸。
考虑到从图5中的掩膜1内的A散射的电子，很明显的无第二限制孔阑3b，可通过第一限制孔阑3a中的环形开孔的散射电子被第二限制孔阑3b阻挡。这是因为在第一限制孔阑3a的位置处散射电子的空间强度分布中第一和第二限制孔阑3a，3b的环形开孔之间的相对位置关系的位移造成的。
下面将参考图6详细描述环形开孔之间的相对位置关系。图6示出了被固定在交叠面处的第一限制孔阑3a的位置处的散射电子的空间强度分布。在图6(a)中，第一和第二限制孔阑3a，3b被在同一位置进行重叠。在两边的阴影区是由于通过限制孔阑中的环形开孔的散射电子造成的，而中心的阴影区是由于通过限制孔阑中的中心开孔的散射电子造成的。通过用πr2与分布函数相乘可计算出到达晶片的电子数。因此，通过中心开孔的散射电子数较少，且对比程度降低不是很明显。由于第一和第二限制孔阑中的环形开孔具有相同的形状和尺寸，在第一和第二限制孔阑中的通过环形开孔的散射电子的强度分布范围被完全重叠。对于限制孔阑中的中心开孔，第二限制孔阑中的中心开孔位于由虚线表示的位置，这是因为第二限制孔阑中的中心开孔比第一限制孔阑中的开孔略大。
另一方面，在图6中，第二限制孔阑3b沿光轴从第一限制孔阑3a的位置相上移动图5中所示的距离S。图6(b)中的虚线表示第二限制孔阑3b中的开孔的位置。在图6(b)中，第二限制孔阑3b沿光轴进行移动，从而第二限制孔阑3(b)(P2)中的环形开孔的位置相对第一限制孔阑3a(P1)中的环形开孔的位置向左移动。因此，用阴影区表示通过第一和第二限制孔阑中的开孔的散射电子的量(强度)，在阴影区中与开孔位置P1对应的区域和与开孔位置P2对应的区域重叠，并与图6(a)中的情况相比其变小。因此，通过沿光轴移动第二限制孔阑3b可控制修正剂量。
然而，如上所述，过量的移动限制孔阑会遮挡住图形的周边或是线宽精度变低，这是因为在晶片上无足够的形成图形的电子。因此，只要可避免此问题，就可沿光轴移动限制孔阑或设定限制孔阑的中心开孔尺寸。换句话说，在本发明中需要在一定的范围内移动限制孔阑，在该范围内不会遮挡与掩膜上的最外周图形相对应的形成图形电子的轨迹的中心。在该范围内(在图4中从S0到S1)，可用具有足够积累能量的形成图形的电子辐射晶片上的保护层，并通过散射电子将修正剂量调节到所需的数值。虽然在图5的实施例中，第二限制孔阑从第一限制孔阑向上移动，第二限制孔阑也可从第一限制孔阑向下移动。
要被移动的第二限制孔阑中的中心开孔的尺寸最好大于要被固定的第一限制孔阑中的中心开孔的尺寸，以便进一步避免由于第二限制孔阑的移动而阻挡形成图形的电子。可将第二限制孔阑的中心开孔的尺寸设定在一定的范围内，该范围被实际包括在闭合细长开孔(小于环形开孔的内径)之中。如图4中所示，通过增大中心开孔的尺寸可扩大形成图形的电子可通过的范围，因此可增大第二限制孔阑移动的范围。其结果，修正剂量的变化范围被拓宽。
虽然第二限制孔阑中的闭合细长开孔的形状和尺寸几乎与第一限制孔阑中的相同，只要其不阻碍调整到所需的修正剂量，就可对其进行适当的改变。
已经描述了通过沿光轴移动限制孔阑调整修正剂量，另外，通过改变第一凸透镜1的弧度也可使交叠面产生位移，只要限制孔阑不会阻挡与掩膜上的图形最外周边相对应的形成图形电子束的轨迹的中心即可。沿光轴移动交叠面可在定位第二限制孔阑后对修正剂量进行精确的调节。
在本发明中，在“限制孔阑不会阻挡与掩膜上的图形最外周边相对应的形成图形电子束的轨迹的中心的范围”内，可保证形成与掩膜上图形的最外周边相对应图形的电子束的强度(形成图形电子强度Is)至少是当限制孔阑位于交叠面S0时的50％。在本发明中，形成图形的电子强度Is最好至少为70％，更好是80％，最理想的是90％。在本发明中，最好在保持形成图形的电子强度尽可能高的同时调节修正剂量。即使当形成图形的电子强度Is为95％或更高，也可对修正剂量进行充分的调节。如上所述，通过使第二限制孔阑中的中心开孔的尺寸大于第一限制孔阑中的中心开孔的尺寸，在即使当修正剂量可在较宽的范围内变化的情况下(即第二限制孔阑的位移增大)，可减少被第二限制孔阑所阻挡的形成图形的电子的量或干脆消除，由此可保证足够的形成图形电子的强度。
下面将参考图4用具体的数值对本发明进行描述。当束收敛半角d＝5mrad，F1＝160mm，F2＝40mm，而掩膜图形宽度W＝1mm，第二限制孔阑中的开孔半径可选择为0.7mm，以保证修正剂量具有足够的变化范围，而不会阻挡形成图形的电子。
图7示出了通过环形开孔的散射电子强度(修正剂量)与第二限制孔阑的位移S之间关系的示意图。坐标表示修正剂量比，假设在交叠面S0处的修正剂量为1。第一限制孔阑的中心开孔的尺寸(半径)0.2mm，环形开孔的外部尺寸(半径)7.04mm，环形开孔的内部尺寸(半径)2.24mm，环形开孔的宽度4.8mm，同时对于第二限制孔阑，中心开孔尺寸(半径)为0.7mm，而外部尺寸(半径)、内部尺寸(半径)及环形开口的宽度都与第一限制孔阑的相同。例如，当第二限制孔阑的位移S为95mm时，从图7中可看出，修正剂量被减少5％(形成图形电子强度被保持在100％)。
已经对通过调节修正剂量而对邻近效应进行修正的过程进行了描述，其中对修正剂量的调节是通过控制通过第一和第二限制孔阑中的开孔的散射电子的量实现的。下面将描述限制孔阑改变机制，其配备有多个限制孔阑并可在不破坏真空的情况下改变这些孔阑。这些过程可单独进行也可结合进行。当结合进行时，最好使用下面描述的限制孔阑改变机制代替被固定在交叠面或其附近的第一限制孔阑。
图8为限制孔阑改变件62的实例示意图，其中设置或生产了多个彼此具有不同的闭合细长开孔尺寸的限制孔阑61。其被设计成通过将所述元件旋转到由箭头表示的其中一个方向上(旋转型)(图8(a))或将所述元件移动到由箭头表示的其中的一个方向上(滑动型)(图8(b))从而将多个限制孔阑中的所需的一个限制孔阑设置在光学系统中。
虽然为了将闭合细长开孔的周边与内部相连而通常提供肋条，可对肋条进行拓宽而使得闭合细长开孔部分闭合。
图示出了另外的一个实施例，其中图9(a)和9(b)分别为平面图和侧视图。第一限制孔阑71在其中心具有一个开孔并被固定在光学系统中。第二限制孔阑72具有一个中心开孔，其内径大于第一限制孔阑71的外径。这些具有彼此不同开孔尺寸的第二限制孔阑被设置或生产在单个的限制孔阑改变件73中。第一和第二限制孔阑可被设置在同一个轴上，以提供能够修正邻近效应的明显具有中心开孔和围绕中心开孔的环形开孔的限制孔阑。通过旋转限制孔阑改变件73可改变环形开孔的宽度以选择所需的第二限制孔阑。
所使用的另外的一个实施例包含第一限制孔阑改变件，其包含多个只在它们的中心具有开孔的第一限制孔阑，其外径彼此不同；第二限制孔阑改变件，其中设置或生产多个在中心具有彼此尺寸不同的开孔的第二限制孔阑，开孔的尺寸大于第一限制孔阑的外径；和一个机制，其可通过控制第一和第二限制孔阑改变件从而将多个第一限制孔阑中的所需的一个第一限制孔阑和多个第二限制孔阑中的所需的一个第二限制孔阑设置到光学系统中的同一轴上。
使用上述的限制孔阑改变机制，可从多个替代物中选择限制孔阑，而不用打开系统而破坏真空，并可适当的调节用于修正邻近效应的修正剂量或通过色散进行邻近效应修正的散焦的范围。
下面将对本发明的电子束曝光掩膜(此后称为“散射镂花掩膜”)进行描述。
图10示出了本发明的散射镂花掩膜的实施例。图10(a)示出了用于线-空白的转换图形31，而图10(b)示出了沿图10(a)中的线A-B的掩膜的截面图。在这些图中，βb为背-散射范围。转换图形的尺寸比掩膜尺寸被设定在1∶1，可清楚的表示出被转换图形和掩膜之间的关系。
本发明的散射镂花掩膜为镂花掩膜，其中掩膜基片被提供一个被加工图形的开孔，且掩膜基片具有一个散射区，该区的厚度小于电子穿透深度，该掩膜包含一个与晶片中的形成图形电子的被散射范围βb相对应的区域。
此种的散射镂花掩膜的基片可由硅或诸如钨和钼的金属构成，最好为硅。
对于掩膜基片，在比电子穿透深度薄的区域形成散射镂花掩膜中的开孔图形。通过开孔的电子射到晶片上作为形成图形电子，同时穿过基片的薄区域(散射区)的电子变为散射电子，它们中的大多数被交叠面处的限制孔阑所阻挡。因此，在晶片上形成图形对比。另一方面，通过限制孔阑中的闭合细长开孔的部分散射电子射到基片上作为修正束，用于修正邻近效应。
根据本发明，通过选择散射镂花掩膜中的散射区的厚度可选择性地充分发送和散射电子束。散射区的上限厚度必须比电子束范围(电子穿透深度)薄，最好比电子穿透深度的1/2薄，其最好是平均自由通过量的25倍，更好的是15倍，最理想的是10倍。散射区厚度的下限必须大于平均自由通过量；最好是平均自由通过量的至少1.5倍，更好是至少2倍，最理想为至少3倍。由于电子穿透深度和平均自由通过量主要依赖于掩膜基片材料和加速电压，散射区的厚度应适当的进行选择，并将这些因素都考虑在内。使用在Jpn.J.Appl.Phys.，Vol.10，p.678(1971)中描述的方程可对平均自由通过量进行估算。通过选择按如上方式设定的掩膜基片中的散射区的厚度以给出晶片上的最好至少90％、更好至少95％、最理想的为98％的电子束对比度。另外，还应考虑与生产相关的一些因素。例如，对于硅基片，开孔的纵横尺寸比最好为10，由此在确定厚度时必须对此进行考虑。
在本发明的散射镂花掩膜中，其优点在于可提高加工精度，这是因为在较薄的散射区中形成开孔图形，并且由于大多数电子束穿过散射区，将由于电子束辐射造成的对掩膜所施加的热量减到最小。然而，如果掩膜基片中的散射区过薄，掩膜的机械强度会变弱。因此，如图10(b)中所示，除了散射区以外的其他的区域最好比散射区厚，用于保持掩膜的机械强度；尤其是，这些区域的厚度最好是散射区的两倍。
在本发明的散射镂花掩膜中，例如，当使用硅基片且加速电压为100KV时(电子穿透深度为67微米)，硅基片的厚度范围为例如0.2到2微米。硅基片的散射区的厚度的下限最好至少为0.2微米，更好在至少0.3微米，更加好在至少0.4微米，最理想的在至少0.6微米。上限最好为5微米，更好为3微米，最理想的为2微米。
在本发明的散射镂花掩膜中，当掩膜基片中的散射区变薄时，散射电子的散射角变小。因此，必须适当选择散射区的厚度，这是为了避免通过限制孔阑中的中心开孔的具有较小散射角的散射电子所造成的对比程度的降低，或者为了增大散射角而将电子束散射层沉积到掩膜基片中的散射区上。电子束散射层可形成在掩膜的背面、正面或两面上。可通过适当的选择电子束散射层的厚度而在保证线宽精度的同时发送足够量的电子并增大电子的散射角。例如，当使用诸如钨的重金属时，从机械加工的精度的角度看，厚度最好为1微米，从电子散射的角度看，至少为10nm。电子束散射层可由诸如钨、钽、铬、钼、钛、金、铂或诸如多晶硅、钨的硅化物、钼的硅化物和钛的硅化物等构成。通过形成此种电子束散射层，可增强掩膜强度。另外，可通过形成电子束散射层而给出限制孔阑中的环形开孔的相对较大的宽度，这是因为在散射电子密度减低时散射电子能量降低而散射角变宽，从而可保证限制孔阑中的环形开孔的线宽精度。
在本发明的散射镂花掩膜中同样重要的是，与晶片中的用于形成图形电子的背散射范围对应的掩膜基片区(此后称为“背散射基片区”)比电子穿透深度薄。换句话说，必须形成掩膜基片中的散射区，包含背散射基片区。如果在背散射基片区中电子不穿透或产生的散射电子量不足，就无法充分的修正邻近效应。如上所述，由于散射电子必须被散焦到被散射范围以辐射作为修正束，必须至少从与背散射范围对应的掩膜基片区发射散射电子，即从背散射基片区。
参考图11，将描述本发明的另外一个电子束曝光掩膜(散射镂花掩膜)。图11(a)示出了用于线-空白的转换图形31和下部图形32，其包含例如由具有比晶片材料密度高的材料构成的单元中的门电路和互连及接孔的填充部分，而图11(b)示出了沿图11(a)中的线A-B的掩膜的截面图。在这些图中，βbsi为归因于硅基片的背散射范围，而βbw为由于下部图形产生的背散射范围。转换图形的尺寸比为掩膜尺寸被设定在1∶1，用于清楚的表示出被转换图形和掩膜之间的关系。构成下层图形的重金属可为钨、铜、钽、钴、钛和钼。用于上述线-空白转换的转换图形31对应于例如诸如位线和铝互连的上层图形。
在此实施例中，由于其考虑到背散射系数η和背散射范围βb依据材料的类型而变化，从而可更精确的控制被转换图形的线宽。
在本实施例中，形成具有不同掩膜厚度的区域，同时考虑到由于基片材料和下层图形所产生的背散射。可根据基片材料和下层图形的背散射系数选择具有不同的掩膜厚度的区域的厚度。另外，在选择具有不同掩膜厚度的区域厚度时，不仅要考虑到与下层图形对应的区域，而且还要考虑到与归因于下层图形产生的背散射范围对应的区域。
如图11中所示，在下层图形32产生背散射的区域Rw中的掩膜厚度最薄，而在下层图形32未产生背散射的区域Rsi中掩膜厚度稍厚。为了发送和散射电子束，两个区域Rw和Rsi都比电子穿透深度薄，而其他的区域Rsp比它们厚，这是为了保持掩膜的机械强度。为了补偿由于下层图形产生的背散射而造成的能量积累的增大，区域Rw比区域Rsi薄，用于使用更大的修正剂量辐射晶片。因此，可将与下层图形产生的背散射区对应的掩膜基片区制得更薄，以修正由于下层图形产生的背散射所造成的邻近效应，并进一步提高在显相后保护图形中的线宽精度。
在图11中所示的实施例中，为了部分调节辐射到晶片上的修正束剂量，根据归因于下层图形所产生的背散射通过部分改变掩膜基片中的散射区的厚度而对散射电子进行局部控制。除了改变掩膜基片中的散射区的厚度外，可使用其他的方法用于局部调整修正剂量，其中电子束散射层被部分形成在散射区上以局部控制修正剂量。例如，在图11中，针对与由下层图形所产生的背散射区对应的区域Rw，对整个散射区(Rw，Rsi)进行优化，并在区域Rsi上形成电子束散射层，即在除了与由下层图形所产生的背散射区对应的区域Rw以外的其他的散射区。电子束散射层可保证散射电子的散射角增大，从而通过限制孔阑的电子减少，由此可部分降低修正剂量。可用与图10中的实施例相同的材料和厚度形成电子束散射层。
可使用各种传统的生产用于单元-投射型电子束曝光系统的镂花掩膜的方法制备电子束曝光掩膜。
下面将参考图12描述传统的生产镂花掩膜的方法，然后描述用于生产本发明的电子束曝光掩膜(散射镂花掩膜)的方法的实施例。
首先，在合成基片44(Si/SiO2/Si)上形成保护膜，然后通过刻蚀技术加工图形，如图12(a)所示，其中41和43表示Si层，而42表示SiO2层。
如图12(b)中所示，使用加工图形的保护层45作为掩膜干蚀Si层43。
然后，在去除保护层后，为后续的湿法-蚀刻步骤形成作为保护层的氮化硅膜46，如图12(c)所示。然后，在背面上，形成保护层，并加工图形以形成位于其中心的带有开孔窗口的保护层47。
然后，如图12(d)所示，通过诸如氢氧化钾的碱性溶液湿法蚀刻开孔中的露出的氮化硅膜和Si层41。形成锥形Si层41的原因在于Si层的方向性。然后，通过湿法蚀刻去除露出的SiO2膜。
然后，如图12(e)所示，去除保护层47和保护膜46，并通过诸如溅射技术在表面上形成由诸如金、铂、或钯等构成的导电层48。
可通过使用上述的生产方法制备本发明的电子束曝光掩膜(散射镂花掩膜)。
为了局部改变掩膜中的散射区的厚度，在形成掩膜后，通过用来自背面的离子束辐射而选择的去除Si层。另外，在图12(d)的步骤后，去除保护层47和保护膜46，然后用来自正面的离子束进行辐射，以在表面上形成导电膜48之前选择的去除Si层。
另外，例如，在图12(b)的步骤之后，去除保护层45，然后形成光刻胶层并通过刻蚀方法形成图形(图12(a))。然后，使用被加工图形的保护层49作为掩膜对产物进行干蚀，以局部的形成更薄的区域(图13(b))。另外，在图12(d)的步骤之后，去除保护层47和保护膜46，然后如上所述，形成保护层并通过刻蚀技术加工图形，然后使用被加工图形的保护层49作为掩膜对产物进行干蚀，以在表面上形成导电膜之前局部的形成更薄的区域。
通过如下的方法，可在掩膜中的散射区中局部的形成电子束散射膜。
在图12(d)的步骤后，去除保护层47和保护膜46。然后，形成光刻胶层，并通过刻蚀技术加工图形(图14(a))；在被加工图形的保护层50上形成电子束散射膜51(图15(b))；并将形成在保护层50上的电子束散射膜51及保护层50去除，从而在表面上形成导电膜48之前局部的提供电子束散射膜(图14(c))。
另外，例如，在图12(d)的步骤之后，去除保护层47和保护膜46；在基片上形成电子束散射膜51(图15(a))；通过刻蚀技术形成保护层并加工图形(图15(b))；使用被加工图形的保护层50作为掩膜蚀刻所得的产物，以去除不需要的电子束散射膜；然后去除保护层50以在表面上形成导电膜48之前局部的提供电子束散射膜(图15(c))。
权利要求
1.一种具有掩膜的散射角限制型电子束曝光系统，该所述掩膜包含一个散射区和一个限制孔阑，该孔阑可控制通过掩膜的散射电子的量，所述系统包含第一限制孔阑，固定在交叠面或其附近，并具有一个中心开孔和围绕中心开孔的闭合细长开孔；及第二限制孔阑，其可沿光轴移动并具有一个中心开孔和围绕中心开孔的闭合细长开孔。
2.根据权利要求1所述的散射角限制型电子束曝光系统，其特征在于掩膜包含由形成在可发射电子束膜上的电子束散射体构成的图形。
3.根据权利要求1所述的散射角限制型电子束曝光系统，其特征在于掩膜具有一个开孔图形，该图形由在其比电子穿透深度薄的区域中的开孔构成。
4.根据权利要求1所述的散射角限制型电子束曝光系统，其特征在于包含限制孔阑改变件，其中设置或生产多个与围绕中心开孔的闭合细长开孔的尺寸不同的限制孔阑；及一个机制，其可通过控制限制孔阑改变件而将多个限制孔阑中所需的一个孔阑作为第一限制孔阑设置在光学系统中。
5.根据权利要求1所述的散射角限制型电子束曝光系统，其特征在于该系统还包含限制孔阑(A)，其固定在光学系统中并只在其中心具有开孔，用于代替第一限制孔阑；限制孔阑改变件，其中设置或生产多个在其中心具有彼此不同尺寸开孔的限制孔阑(B)，且开孔大于限制孔阑(A)的外径；及一个机制，其可通过控制限制孔阑改变件而将多个限制孔阑(B)中所需的一个限制孔阑(B)设置在限制孔阑(A)的轴上。
6.根据权利要求1所述的散射角限制型电子束曝光系统，其特征在于该系统包含第一限制孔阑改变件，其包含多个限制孔阑(A)，该孔阑只在它们的中心具有开孔，且外径彼此不同，用于代替第一限制孔阑；第二限制孔阑改变件，其中设置或生产多个在其中心具有彼此不同尺寸开孔的限制孔阑(B)，且开孔大于限制孔阑(A)的外径；及一个机制，其可通过控制第一和第二限制孔阑改变件而将多个限制孔阑(A)中所需的一个限制孔阑(A)和将多个限制孔阑(B)中所需的一个限制孔阑(B)设置在光学系统中的同一个轴上。
7.一种具有掩膜的散射角限制型电子束曝光系统，所述掩膜包含一个散射区和一个限制孔阑，该孔阑可控制通过掩膜的散射电子的量，其中该孔阑包含一个中心开孔和一个围绕中心开孔的闭合细长开孔，该系统包含限制孔阑改变件，其中设置或生产多个与闭合细长开孔的尺寸不同的限制孔阑；及一个机制，其可通过控制限制孔阑改变件而将多个限制孔阑中所需的一个孔阑设置在光学系统中。
8.一种散射角限制型电子束曝光系统，其具有一个掩膜，该掩膜包含一个散射区和一个限制孔阑，该孔阑限制通过掩膜的散射电子的量，该系统还包含固定在光学系统中的并只在其中心具有开孔的第一限制孔阑；限制孔阑改变件，其中设置或生产多个在其中心具有彼此不同尺寸开孔的第二限制孔阑，且开孔大于第一限制孔阑的外径；及一个机制，其可通过控制限制孔阑改变件而将多个第二限制孔阑中所需的一个第二限制孔阑设置在第一限制孔阑的轴上。
9.一种散射角限制型电子束曝光系统，其具有一个掩膜，该掩膜包含一个散射区和一个限制孔阑，该孔阑限制通过掩膜的散射电子的量，该系统还包含第一限制孔阑改变件，其包含多个第一限制孔阑，该孔阑只在它们的中心具有开孔，且外径彼此不同；第二限制孔阑改变件，其中设置或生产多个在其中心具有彼此不同尺寸开孔的第二限制孔阑，且开孔大于第一限制孔阑的外径；及一个机制，其可通过控制第一和第二限制孔阑改变件而将多个第一限制孔阑中所需的一个第一限制孔阑和将多个第二限制孔阑中所需的一个第二限制孔阑设置在光学系统中的同一个轴上。
10.一种使用根据权利要求1所述的散射角限制型电子束曝光系统的散射角限制型电子束曝光方法，该方法包含如下的步骤沿光轴移动第二限制孔阑，只要限制孔阑不挡住电子束的与掩膜上图形的最外边周的图案相对应的轨迹的中心即可，以调节通过第一和第二限制孔阑的开孔的散射电子的量，用于控制修正剂量，并在进行图形曝光的同时对邻近效应进行修正。
11.根据权利要求10所述的散射角限制型电子束曝光方法，其特征在于通过改变凸透镜的弧度，并沿光轴移动交叠面而对修正剂量做进一步的调整。
12.一种用在散射角限制型电子束曝光方法中的电子束曝光掩膜，该方法包含如下的步骤在通过掩膜使用部分散射电子对邻近效应进行修正的同时，借助由电子束散射差引入的散射对比图形使用具有散射区的掩膜进行图形曝光，其中，掩膜基片具有散射区，其厚度小于电子的穿透深度，其包含与晶片中的形成图形电子的背散射范围相对应的区域；及在散射区中形成被加工图形的开孔。
13.根据权利要求12所述的的电子束曝光掩膜，其特征在于为了维持掩膜的机械强度，除散射区以外的区域的厚度大于散射区的厚度。
14.根据权利要求12所述的的电子束曝光掩膜，其特征在于其中至少在掩膜基片中的散射区中形成电子散射层。
15.根据权利要求12所述的的电子束曝光掩膜，其特征在于其中散射区的厚度根据背散射而发生变化，其中的背散射是由晶片的下面图形形成的。
16.根据权利要求12所述的的电子束曝光掩膜，其特征在于其中在散射区中，在除与由晶片下层图形产生背散射区域对应的区域以外的区域上形成电子束散射层。
17.根据权利要求12所述的的电子束曝光掩膜，其特征在于掩膜基片由硅构成。
18.一种包含如权利要求12到17中的任何一个权利要求所述的掩膜的散射角限制型电子束曝光系统，其中的限制孔阑具有一个中心开孔和一个围绕中心开孔的细长闭合开孔，用于限制通过掩膜的掩膜散射电子，其可使用部分散射电子用于在进行图形曝光的同时对邻近效应进行修正。
19.一种散射角限制型电子束曝光方法，其包含如下的步骤在使用部分散射电子通过掩膜修正邻近效应的同时，借助由电子束散射差所产生的散射对比图形使用具有散射区的掩膜进行图形曝光，其中通过在掩膜基片上形成散射区而制备掩膜，其厚度小于电子穿透深度，掩膜包含与晶片中的形成图形电子的背散射范围相对应的区域；并在散射区中形成被加工图形的开孔。
20.根据权利要求19所述的电子束曝光方法，其特征在于其中散射区的厚度依赖于背散射而发生变化，而背散射是由晶片的下部图形而产生的。
21.根据权利要求19所述的电子束曝光方法，其特征在于在散射区中，在除与由晶片下层图形产生背散射区域对应的区域以外的区域上形成电子束散射层。
全文摘要
本发明涉及一种具有掩膜的限制散射角限制型电子束曝光系统,包含散射区和限制孔阑,该孔阑用于限制通过掩膜的散射电子量,限制孔阑包含固定在交叠面附近的第一限制孔阑,其具有中心开孔和围绕中心开孔的闭合细长开孔;第二限制孔阑可沿光轴进行移动并具有中心开孔和围绕中心开孔的闭合细长开孔,同时涉及利用该系统的电子束曝光方法。
文档编号G03F7/09GK1264850SQ00103090
公开日2000年8月30日 申请日期2000年2月24日 优先权日1999年2月24日
发明者山下浩 申请人:日本电气株式会社