[发明专利]设计电子束掩模的方法和装置

说明书

发明领域

本发明涉及在电子束曝光设备中使用的设计EB(电子束)掩模的方法和用于设计EB掩模的装置，以便在半导体衬底上绘制预定图形。

相关技术的描述

近来，在制造半导体集成电路设备的工艺中，实践中已经采用利用带电粒子线的聚焦束、例如电子束、离子束等的微加工技术，然后绘制集成电路图形。例如，电子束曝光设备将电子束照射到涂覆了对电子线敏感的抗蚀剂的晶片上，由此曝光集成电路图形。此时，为了得到通过电子束绘制的图形，就采用EB掩模。

作为利用电子束的电子束制图技术，已知的有局部会聚或完全会聚的曝光技术，用于缩小和投影EB掩模的图形，然后在晶片上集中绘制单元区，例如存储器单元等。

那些曝光方法通常采用两个掩模。首先，采用第一掩模将电子束调整为矩形。其次，用调整好的电子束照射第二掩模。第二掩模具有多个矩形单元孔，在单元孔形成了局部图形，其选取了待照射到晶片上的部分集成电路图形。然后，通过电子光学系统，将这些单元孔缩小到数十分之一，并转印到晶片上。据此，完成了集中曝光。这种局部会聚或完全会聚曝光方法不仅减少了照射的数量，以提高产量，而且提高了照射的连接精度、倾斜图形的图像质量和图形数据的压缩能力。这样，有一个优点就是即使增加了超微细度，对晶片的绘图时间也不会产生直接影响。

顺便说一下，在用于上述会聚曝光方法的掩模中，有一种模版(Stencil)型EB掩模，其中将用于使电子束穿过的掩模孔做成与集成电路图形相对应，以及隔膜(membrane)型EB掩模，其中形成了与集成电路图形对应的、用于遮蔽电子束的膜。

如图1A所示，两种型中的模版型EB掩模存在一个问题，即不能制备其周围被掩模孔(斜线部分)完全环绕的区，因为没有用于支持它的部分(下文称为环形(donut)问题)。如图1B所示，在那些周边除了很小的一部分之外，其余部分被掩模孔(斜线部分)环绕的区中，不可能有哪部分具有足以支持它的强度。这样，带来一个问题是支持部分变形和损坏(下文称为叶形(leaf)问题)。

因此，为了制备模版型EB掩模，按如下方式解决环形问题和叶形问题。即，设计EB掩模的传统方法是将集成电路图形分为两个互补图形，分别在两个EB掩模中制作一个掩模孔。例如，按图2A所示方式制备图1A所示的集成电路图形，按图2B所示的方式制备图1B所示的集成电路图形。然后，利用其上形成了互补掩模的两个EB掩模(下文称为互补掩模)，通过顺序曝光，将集成电路图形缩小和转印到晶片上。

当在模版型EB掩模上形成了互补图形时，通常采用光刻技术在掩模上形成期望的抗蚀剂图形，通过蚀刻制作掩模孔。这里，当在掩模上形成了抗蚀剂图形时，对于线宽很大的图形和线宽很窄的图形，最佳曝光量是不同的。因此，应该尽量避免大面积的开口(掩模孔)图形。

而且，当将集成电路图形分为两个互补图形时，为了使最佳曝光量恒定，在缩小和转印到晶片上时，减小由库仑效应而引起的电子束的模糊，希望使两个互补掩模的掩模孔的面积密度(area densities)彼此相等。

为此，设计EB掩模的传统方法不仅要考虑环形问题和叶形问题，而且还要试图除去存在的大面积掩模孔。同时，使得两个互补掩模的掩模孔的面积密度彼此相等。为此，传统方法采用按预定长度来切分集成电路图形的方法。

然而，在这种分割方法中，当大面积的图形存在于集成电路图形中时，如果它被分为两个互补图形，使得面积密度彼此相等，可能出现的一种情况就是产生在一点连接掩模孔的点接触图形，如图3所示。而且，在微小尺寸的图形中可能会产生连接掩模孔的微小桥接图形，如图4所示。

点接触图形和微小桥接图形机械强度比较差。这样，EB掩模有可能会毁坏。因此，不能制备这种互补掩模(这里称为方格旗(checkeredflag)问题)。

用于设计EB掩模的传统装置不具有检测点接触图形和微小桥接图形的功能。为此，设计者以目检的方式等来检查点接触图形或微小桥接图形。然后，如果出现点接触图形或微小桥接图形，改变互补图形的形状，以应对方格旗问题。

然而，如果人们检查点接触图形或微小桥接图形，并如上所述修正互补图形，需要大量的设计步骤和昂贵的费用，TAT变长。而且，点接触图形或微小桥接图形的漏检不能使出现的方格旗问题得到圆满的解决。

日本公开专利申请(JP-A-平11-237728)公开了下列绘图方法和绘图装置。

第一种绘制方法包含如下步骤：将包含重复图形的制图图形分为格，格中边界线向重复图形的排列方向倾斜；利用带电粒子束或激光束按照样品对每个格进行绘制。