专利名称：光掩膜及其曝光方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生产半导体集成电路的装置中的光掩膜以及用该光掩膜对半导体集成电路的图案曝光的方法。
特别是涉及一种用于形成存储装置的接触孔的掩膜以及一种接触孔曝光方法。
在以前，增加半导体集成电路的集成度造成其中所用的电路图案的大大缩小。但是，由于光源波长的原因，使用投影型曝光装置的光刻照相技术的分辨率受到限制。
在近几年来，为获得超高分辨率，人们已经提出了各种方法。例如，利用相移掩膜或利用特殊形状的照明灯来提高分辨率。
一种现有的用于提高开孔图案的分辨率的中间色调的相移掩膜公开于日本专利特开平4-136854中。在该专利中用一种中间色调相移掩膜(一种半透明的相移掩膜)代替通常的遮光膜。
但是，当使用中间色调的相移掩膜时，由于有少量光透过该半透明的相移掩膜，从而在该开孔图案周围有一强光区域，这称为旁瓣。
因此，在存储器件的情况中，接触孔之间的间距狭窄，随着图案的尺寸变小，这些旁瓣相互重叠，这样多余的旁瓣会转印到光刻胶上。
除利用中间色调的相移掩膜外，还有另外一种已公开于日本专利特开平4-268714中的用于提高开孔图案的分辨率的方法。
在该专利中，如图6所示，在开孔图案4附近的区域中，在掩膜上设置低于投影透镜分辨率的副孔5。
利用如图5(A)所示的环形光源10或如图5(B)所示的四点光源11通过该掩膜曝光可以提高该开孔的分辨率。
这种掩膜对带有稀疏分布的孤立开孔是有效的。
另一种方法是已在日本专利特开平62-67514中提出的，如图7所示，在该专利中所用的掩膜上设置有辅助移相器9，该移相器位于该开孔图案4周围，并把通过它的光移相180°，其尺寸小于投影透镜的可分辨的极限。
该掩膜把移相的效果加到被隔离开孔上，并且当在照明光学系统中使用具有等于0.3或更小的小数值孔径σ的照明装置进行照明时，可以提高分辨率。
带有如图6和图7所示的副孔或辅助移相器对于孤立的开孔来说是有效的。
但是，如图3所示，在存储器件的接触孔图案中，开孔分布在有些部位密度很高。
例如，在图3(C)所示的电容性接触孔的情况中，不可能在开孔图案的周围设置副孔或辅助移相器。
相应地，本发明的一个目的在于提供一种与现有技术相比能够减轻上述的问题并能够提高存储器件开孔图案分辨率的光掩膜，以及使用这种光掩膜的曝光方法。
为了实现上述目的，本发明具有如下基本的技术构成。
具体来说，本发明的第一个方面是一种用于至少在半导体器件的图案的一部分上形成多个构图部件的光掩膜，该掩膜上带有多个与将要形成的构图部件的位置相对的主孔，在每个主孔中通过照在其上面的指定光线，该光掩膜还带有多个位于该主孔之间的微小副孔，每个副孔中通过一束光线，该光线在曝光时不会转印到基片的表面上。
本发明的第二个方面是一种光掩膜，其中在多个主孔和副孔中的相邻的主副孔之间至少有一个带有光学移相器。
另外，本发明第三个方面是一种利用根据本发明第一个方面的光掩膜执行曝光的方法，该曝光过程是利用在照明光源周围区域发光的变形照明灯进行的。
本发明的第四个方面是一种利用根据本发明第二个方面的光掩膜执行曝光的方法，该曝光的过程是利用有小的数值孔径的照明光学系统的光源的照明进行的。
通过采用上述的技术构成，可以利用根据本发明的光掩膜作为具有用于存储器件的接触孔图案的光掩膜。
作为其结构的一个具体例子，可以在上述接触孔之间画出矩阵线以连接这些孔，以这些矩阵线交点作为矩阵点，在一些或所有没有位于接触孔图案处的矩阵点上增加微小的副孔，这些副孔在曝光时不会转印到基片表面上。
为了形成半导体的电路部分，在根据本发明执行曝光的方法中，利用规定的光束在阻蚀层中形成特定图案，如果使用不带有上述相移装置的光掩膜，最好使用在照明灯的周围区域发光的变形照明灯进行曝光，如果使用带有上述相移装置的光掩膜，可以用传统光源进行曝光，但该光束要被缩得很细。
图1(A)为表示一个要用根据本发明的光掩膜进行描绘的半导体电路的图形结构的一个示例的平面图，图1(B)为表示一个用于根据本发明的位线接触孔的光掩膜的一个具体示例的结构的平面图，图1(C)为表示用于根据本发明的电容性接触孔的光掩膜的一个具体示例的平面图。
图2(A)为表示一个要用根据本发明的光掩膜进行描绘的半导体电路的图形结构的一个示例的平面图，图2(B)为表示一个用于根据本发明的位线接触孔的光掩膜的另一个具体示例的结构的平面图，图2(C)为表示用于根据本发明的电容性接触孔的光掩膜的另一个具体示例的平面图。
图3(A)为表示一个要用根据现有技术的光掩膜进行描绘的半导体电路的图像结构的一个示例的平面图，图3(B)为表示一个用于根据现有技术的位线接触孔的光掩膜的一个具体示例的结构的平面图，图3(C)为表示用于根据现有技术的电容性接触孔的光掩膜的一个具体示例的平面图。
图4为表示现有技术的光掩膜与根据本发明的光掩膜的焦深之间的差别的坐标图。
图5(A)和图5(B)为表示根据本发明的变形照明灯的形状的平面图；图6为表示用于被隔离孔的光掩膜的一个示例的平面图，其中使用以前的副孔。
图7为表示用于被隔离孔的光掩膜的一个示例的平面图，其中使用以前的辅助移相器。
下面将参照相关附图具体说明本发明的实施例。
具体来说，图1(B)和图1(C)为表示根据本发明的光掩膜20和22的示例的平面图，其中为了形成图1(A)中所示的至少为该半导体元件图案25的一部分的多个图形部件(例如位线接触孔2或电容性接触孔3)，在与要形成部件2或3的位置相对的位置上设置有多个主孔，从这些主孔中分别通过照到要形成多个图案2或3的的每个部位的特定光束。
在这些光掩膜20和22上，另外在设置于主孔之间的副孔5中通过一定量的光束，这些光束在进行曝光时不被感光。
利用根据本发明的光掩膜20和22的半导体器件最好是存储器件，并且该半导体器件图案上至少一部分具有接触孔2或电容性接触孔3，但本发明不限于此。
也就是说，在本发明中的主孔4和副孔5最好这样分布以在光掩膜20和22中形成周期性的开孔组。
通过采用上述构造，当进行曝光时，可以建立深的场焦深。
当在本发明中，设置于光掩膜20和22中的副孔组5被设置于相对主孔组4的规定位置，该副孔不必限于在中央部位，最好把副孔设置于在规定部位之间向两方向延伸的虚似矩阵线6的交点7上，或设置于通过上述虚拟矩阵线6的交点7上，或设置于通过把上述虚拟矩线6等分形成的虚拟线6的交点7上。
图1(A)中所示的图案结构是要被用于本发明的光掩膜20和22中的半导体器件的图案，它具有如图3(A)的现有技术所示的相同图案结构。同样，图1(B)中所示的用于位线接触孔的光掩膜20的结构对应于图3(B)中所示的在现有技术中用于位线接触孔的光掩膜30，以及图1(C)所示的根据本发明的用于电容性接触孔的光掩膜22的结构对应于图3(C)所示的在现有技术中用于电容性接触孔的光掩膜32。
也就是说，根据本发明的光掩膜20由图3(B)中所示的光掩膜30构成，另外增加副孔5，这是为了特意使用于曝光的光束衍射，从而增加场的焦深。
具体来说，本发明的第一实施例中，有一个带有如图1(A)所示的凸起的存储单元图案(与图3(A)中所示的图案相同)的有源区域1，该存储单元是集中到一块并周期性地重复。
当形成图案后，把位线接触孔2和电容性接触孔3设置于在接触孔的矩阵线6的交点7上。
在图1(B)中所示的位线接触孔中，把比分辨极限小的副孔5设置于除开孔图案4之外的其他交点上。
这样，在所有矩阵点上都有开孔，从而形成周期性的开孔图案。
在图1(C)中所示的电容性接触孔也与上面类似。把比分辨极限小的副孔5设置于除开孔图案4之外的其他交点上。这样，在所有矩阵点上都有开孔，从而形成周期性的开孔图案。
在本发明中，当利用光掩膜20或22把光束曝光到基片上以形成一定的图案时，对于如图1(B)或图1(C)所示的周期性开孔图案来说，使用如图5(A)或图5(B)所示的周期发光的变形照明灯特别有效。
图4中表示用图1(B)中所示的本发明的光掩膜22与用图3(B)中所示的现有技术的光掩膜30所获得的被转印孔直径的场焦深之间的模拟比较图。
具体来说，其中直径为0.2μm的孔图案4和直径为0.15μm的副孔5，利用如图5(A)所示的环形光源，该光源的外径为σ=0.9，内径为σ=0.6。
该设影系统的数值孔径为2.5。如果用现有技术的光掩膜(场焦深在0.2±0.02μm范围内)，转印孔的直径为0.4μm，而用本发明的光掩膜20，转印孔的直径增加到0.8μm。
在另一种形式中，本发明的光掩膜是如图2(B)和图2(C)的带有用于存储器中的接触孔图案。在前一个例子中，光掩膜40是用于位线接触孔，在后一个例子中光掩膜42是用于电容性接触孔的，这些与本发明的第一个例子相同。
另外，在本发明中，矩阵线6用于连接上述接触孔图案。因此，在这些矩阵线的交点处确定矩阵点7，在曝光时不转印的微小副孔5设置于不存在接触孔图案的部分或所有矩阵点上，相移器9被置于每个在矩阵点7上的两两相隔的接触孔图案4和副孔5上，该相移器9把通过接触孔图案和副孔5的光的相位改变180度。
具体来说，在本发明中，除了主孔4和副孔5被设置于矩阵中，光相移装置9也被设置于其中一个主孔4和副孔5处，它们相邻分布，从而形成带有相移器的孔8。
本发明的光相移装置9不限于任何特定结构，它可以是主要由位于光掩膜40和42的开孔4或5的特定部位上并能实现特定相移的玻璃制成的片状元件，也可以通过从带孔的光掩膜的玻璃基片上除去一定的厚度的玻璃以实现特定的相移。
这就是说，如图2(B)所示，在本发明的第二实施例中，副孔5被置于不带有开孔图案4的矩阵点位置7上，这些副孔小于分辨极限。
然后，在每个矩阵点7上都有开孔4和5，从而形成周期性的开孔图案，而相移装置9被设置于相隔的开孔图案4或副孔5上。
在图2(C)中所示的电容性开孔图案掩膜42也类似，副孔5被置于不带有开孔图案4的矩阵点位置7上，这些副孔小于分辨极限，从而，在每个矩阵点7上形成周期性的开孔图案。
与上述情况相同，相移装置9被设置于相隔的开孔图案4或副孔5上。
分别在图2(B)或图2(C)中示出的光掩膜40或42为具有周期性的相移掩膜，它对于使用相对于变形光源的传统的光源来说十分有效，对这种掩膜要使用带有小的σ的高度相干的照明光(即一种大大减弱的光束，其中光学数值孔径NA′与照明灯的数值孔径NA之比值NA′/NA较小)。
换句话说，在本发明第二个例子中，当利用上述光掩膜40或42时，最好使用具有小数值孔径的光学系统的照明光源进行曝光。
通过使用本发明的光掩膜和曝光方法，当对存储器件转印接触孔时，场的焦深被扩大。另外，通过加宽焦点边缘，因此使得对具有更高集成度的半导体集成电路曝光成为可能。
权利要求
1.一种用于形成半导体器件的图案的多个图形部分的至少一部分的光掩膜，其特征在于，所述的光腌膜中包括多个主孔，其中每个主孔中通过照到至少由多个图形部分构成的与用于所述半导体器件的各图形部分相对的位置处的各部位的特定光束，所述光掩膜还包括至少一个具有比所述各主孔小的副孔，每个副孔位于所述主孔之间并在其中通过一定的光，所通过的光在曝光时不会转印到所述基片的表面上。
2.根据权利要求1所述的光掩膜，其特征在于，其中所述半导体器件为存储器件。
3.根据权利要求1所述的光掩膜，其特征在于，其中所述半导体器件的多个图形部分的至少一部分为接触孔。
4.根据权利要求1所述的光掩膜，其特征在于，其中所述主孔和所述的副孔周期性地分布于光掩膜内。
5.根据权利要求4所述的光掩膜，其特征在于，其中所述副孔被设置于在特定部位之间两方向延伸的虚拟矩阵线的交点上，或设置于通过把上述虚拟矩阵线等分形成的虚拟线的交点上。
6.根据权利要求1所述的光掩膜，其特征在于，其中所述光掩膜中也包括设置于所述的多个主孔和多个副孔中的至少一部分孔处的光学相移装置。
7.根据权利要求6所述的光掩膜，其特征在于，其中所述光学相移装置被设置于相邻所述主孔和所述副孔组成的一对孔中的至少一个孔上。
8.一种曝光方法，通过这种方法从光源发出的光束通过设置于光掩膜上带有要在所述基片上形成特定图案的一部分的特定图案的开孔照到基片上，其特征在于，所述方法是这样进行的，通过利用用于形成半导体器件的图案的多个图形部分的至少一部分的光掩膜，所述的光腌膜中包括多个主孔，其中每个主孔中通过照到至少由多个图形部分构成的与用于所述半导体器件的各图形部分相对的位置处的各部位的特定光束，所述光掩膜还包括至少一个具有比所述各主孔小的副孔，每个副孔位于所述主孔之间并在其中通过一定的光，所通过的光在曝光时不会转印到所述基片的表面上，并利用从周围区域发光的变形光源发出的光束通过所述光掩膜的所述主孔或所述副孔照到所述基片进行曝光。
9.根据权利要求8所述的曝光方法，其特征在于，其中使用具有一个小的数值孔径的光学系统进行照明。
10.根据权利要求8所述的曝光方法，其特征在于，其中所述的光掩膜的所述主孔和所述副孔中一些孔带有光相移装置。
全文摘要
一种光掩膜上带有多个在用于所述半导体器件的各图形部分相对的位置处通过特定光束的主孔,所通过的光束照到由多个图形部分构成的部位,该光掩膜还包括至少一个具有比所述各主孔小的副孔,每个副孔位于所述主孔之间并在其中通过一定的光,所通过的光在曝光时不会转印到所述基片的表面上,这些副孔位于主孔之间。
文档编号G03F1/70GK1216396SQ9812441
公开日1999年5月12日 申请日期1998年10月30日 优先权日1997年10月31日
发明者田边容由, 石田伸二, 安里直生 申请人:日本电气株式会社