采用带电粒子束的图形绘制方法及其装置 本发明涉及使用带电粒子在半导体基体上形成精细图形的图形绘制方法，尤其涉及通过将需要绘制的图形分为中心部分和围绕该中心部分的外缘部分，并对这些部分分别照射带电粒子束用带电粒子束形成精细图形的图形绘制方法，及用于该方法的装置。
随着大规模集成电路的发展，用于为半导体器件提供精细图形的方法也得到急速发展。为了生产目前所需要的0.25μm或更小图形间距的半导体器件，使用带电粒子束的图形绘制方法是一种有效的方法。图1示出要绘制的一图形的示意图。两个长方形的预定区域21短边长为20μm，长边长为100μm，且它们的长边是相互并列设置的，该两个区域之间具有0.2μm的间距。用电子束将要绘制的图形安排在这些图形预定区域21中。换句话说，在图形预定区域21之间提供了一个不安排图形的间隔区域33。
然而，这里存在着一个问题是，当相同曝射强度的电子束均匀地加于这些图形预定区域21时，该间隔区域33被图形所掩埋。这是由于在抗蚀膜内和基片表面上电子束弥散所产生一种现象，此称邻近效应。当所要绘制地图形变得更小时，这一问题就变得更为严重。
在上述的那种情况下，提出了一种将各图形预定区域21分为用于形成这个区域的外缘的外缘部分和被外缘部分包围的一中心部分，并且规定外缘部分的曝射强度要高于中心部分的方法。图2示出将所要绘制的图形分为外缘部分和中心部分的示意图。如图2所示，图1中所示两个图预定区域21各被分为在外周边区域宽度有0.2μm的外缘部分23和被该外缘部分23包围的中心部分22。在外缘部分23的电子束曝射强度定为比中心部分22高，且对这些区域分别施加电子束以在各个区域内形成图形。
然而这种方法也有一个问题，即间隔区域33沿长度方向远离其中心位置时，间隔区域33的宽度增大。图3示出了通过在硅基片上覆盖一层0.5μm厚的负胶，并以上面所述方式形成图形时间隔区域33的宽度变化。图3是根据已有技术的示例，以水平轴表示沿间隔区域的长度方向由端部到中心部分的距离并以垂直轴表示间隔区域的宽度，示出两者间的关系曲线图。如图3所示，在一项曝射条件下在中心部分的间隔区域宽度为0.2μm的设计尺寸，而自距间隔区域端部10μm左右的端部位置起，间隔区域的宽度增大。于是，间隔区域33端部的宽度大于其中心部分的宽度约0.3μm或更多一些。当产生这样一种尺寸变化时，产生了使半导体器件特性改变的非常严重的问题。
另外还有一种用于在两个图形预定区域相互接触时防止接触部分曝射过量的图形绘制装置(未经审查的日本专利公开No.平5-217869)。根据这项已有技术，当两个图预定区域相互接触时，对形成接触部分的这些区域的边长进行比较，相应于具有较短长度边的外缘部分的电子束曝射被省略掉。根据这种设计，与电子束加到各区域的所有外缘部分相比，可以防止由于过量曝射产生的绘制精度下降。
还有一种用于根据图形预定区域调整外缘部分宽度的图形绘制方法(未经审查的日本专利公开No.昭59-167018)。在这项已有技中，通过按照图形预定区域的尺寸调整外缘部分的宽度，防止电子束积蓄能量向图形预定区域以外泄放。按照这种设计，可以提高绘制图形的精度。
然而，即使采用了这些方法，也不能完全防止间隔区域宽度的扩展现象。
本发明的目的是提供一种能够使用带电粒子束以高精度的图形区域形成一相夹区域的图形绘制方法及其装置。
本发明所涉及的使用带电粒子束的图形绘制方法具有将要形成图形的区域分为中心部分和外缘部分的步骤，该外缘部分被划分为围绕中心部分的多个轮廓部分，向这些轮廓部分的每一个上照射带电电子束的步骤是按这样一种方式进行的，即沿外缘部分离一特定轮廓部分较远的轮廓部分所受的照射能量强度高于与该特定轮廓部分更接近的轮廓部分。
本发明涉及的另一种使用带电粒子束的图形绘制方法包括将要形成图形的两个区域中的每一个分为一中心部分和一外缘部分的步骤，该外缘部分被分为围绕中心部分的多个轮廓部分，包括计算这些图形区域之间距离的步骤，以及向每一个这些轮廓部分进行照射带电电子束的步骤，当与一特定轮廓的距离等于或小于一预定值时。这种电子束的照射方式是在沿外缘部分距一特定轮廓部分较远的轮廓部分所用的照射能量强度高于与该特定轮廓部分较近的轮廓部分。
根据本发明，由于在沿着外缘部分距一特定轮廓部分较远的轮廓部分所照射的带电粒子束的能量强度高于离该特定轮廓部分较近的轮廓部分，所以能够减少两个图形区域之间相夹区域的宽度的变化，从而形成所需的高精度图形。
本发明采用带电粒子束的图形绘制装置具有一产生带电电子束的产生源，一个用于划分要形成图形的区域的划分单元和一个用于控制带电电子束曝射的控制单元。用划分单元将要形成图形的区域划分为中心部分和外缘部分，该外缘部分则被划分成围绕此中心部分的多个轮廓部分。带电电子束是受控制单元的控制向这些轮廓部分中的每一个上面照射，它所遵循的照射方式是沿着外缘部分距一特定轮廓部分较远的轮廓部分所照射的能量强度高于离该特定轮廓部分较近的轮廓部分。
按照本发明，当有两个图区要绘制时，由于图形绘制装置具有设置向轮廓部分照射带电粒子束的能量强度的控制单元，它沿外缘部分距特定轮廓部分较远的轮廓部分设定的照射能量强度高于离该特定轮廓部分较近的轮廓部分，所以能够减小在这两个图形区域之间相夹区域的宽度变化，因此能以高精度形成所需的图形。
图1所示为要绘制的一图形的示意图。
图2所示为将要绘制的图形划分为一外缘部分和一中心部分的示意图。
图3所示为按照已有技术的间隔区域宽度变化的曲线表示图。
图4A是本发明的一个实施例图形绘制装置的示意图，图4B示出通过孔径的一束电子束的示意图。
图5为表示要绘制的一图形的示意图。
图6为表示本发明第一实施例的图形绘制方法的流程图。
图7为表示本发明第一实施例中对要绘制的一图形进行划分处理的示意图。
图8为表示第一实施例中间隔区域宽度变化的曲线图。
图9为表示第二实施例中对要绘制的一图形进行划分处理的示意图。
图10为表示第二实施例中间隔区域宽度变化的曲线图。
下面将参照附图对本发明的实施例加以描述。图4A为本发明一个实施例的图形绘制装置的示意图，图4B示出通过孔径的一束电子束的示意图。在本实施例的图形绘制装置中，设有用于在其上固定半导体基片11的一样片台12，以及一个产生电子束50向放置在样片台12上的半导体基片11照射的电子枪1。在电子枪1和样片台12之间，自顶部起顺序设有：控制向半导体基片11照射电子束通/断的消隐电极2、具有一正方形孔3a用于将电子束50变为具有一方形截面的电子束50a的第一孔径3，一个对通过第一孔径3的电子束50a限制其扩展的形成透镜4，用于偏转电子束50a的一成形偏转器5，具有一正方形孔6a用于将电子束50a变为更小截面的电子束50b的第二孔径b，一个用于限制通过第二孔径b的电子束50b扩展的压缩透镜7，分别用于偏转电子束50b的一个主偏转器8和一个副偏转器9，以及一个用于控制电子束50b聚焦的投影透镜10。消隐电极2、成形偏转器5、主偏转器8和副偏转器9分别与用于操纵这些单元运行的一操纵部件16连接。此外，还有分别与操纵部件16相连接的用于存储要绘制的图形的绘图数据的一存储装置15、用于要形成图形的一区域划分为轮廓部分和中心部分的一划分单元14a、用于根据绘图数据控制电子束的曝射强度的一控制单元14b和用于存储绘图数据的绘图数据存储器17。
下面将描述采用具有上面所述结构的图形绘制装置的一种图形绘制方法。图5示出要绘制的一个图形的示意图。图5所示的图形与图1所示图形相同，因此省略掉它们的详细说明。图6是表示本发明第一实施例的一种图形绘制方法的流程。首先，将已被存储在存储装置15内的要绘制的图形的绘图数据存储在绘图数据存储器17中，然后，计算间隔区域的宽度S(步骤S10)。在本实施例中，宽度S恒定为0.2μm。
接下来，在间隔区域33中，检测宽度S等于或小于第一基准值sth的一位置(步骤S20)。例如，第一基准值sth2是0.2μm。在本实施例中，在所有位置上宽度S等于或小于第一基准值。
然后，计算与间隔区域33接触的图形预定区域21的边长W1和W2及与这些边垂直的边长h1和h2(步骤S30)。在本实施例中，W1和W2的长度分别为100μm，h1和h2的长度分别为20μm。
接下来，作出长度W1和W2是否等于或超过第二基准值wt和长度h1和h2是否等于或超过第三基准值hth的判断(步骤S40)。例如，第二基准值Wth是30μm，第三基准值是10μm。
如果长度W1和W2等于或超过第二基准值Wth且长度h1和h2等于或超过第三基准值hth，则由划分单元14a进行图形预定区域21的划分处理(步骤S50)。图7是表示第一实施例中对要绘制的图形进行划分处理的示意图。在本实施例中，每个图形预定区域21被划分为设在外缘具有0.2μm宽度的外缘部分和被外缘部分围绕的中心部分22。此外，与间隔区域33接触的外缘部分的接触部分自该接触部分的两端位置起以每5μm依次划分为轮廓部分27、26和25，而在轮廓25之间夹住的接触部分的位置则设为轮廓部分24。与此类似，与接触间隔区域33的接触部分相平行的部分自其两端起以每5μm依次划分成轮廓部分31、30和29，在轮廓部分29之间设一轮廓部分28。此外，在与接触部分垂直的每个外缘部分设一轮廓部分32。
接下来，根据电子束密度由控制单元14b控制对所划分的各轮廓部分进行合适曝光量(步骤S60)。在与间隔区域33接触的外缘部分的接触部分和与该接触部分平行的部分，在分别远离轮廓部分24和28的轮廓部分的电子束曝射强度渐次设定为大于较接近轮廓部分24和28的曝射强度，致使在分别远离中心位置轮廓部分24和28的轮廓部分的电子束照射能量值大于与轮廓部分24和28较近的轮廓部分。在如下表1中示出本实施例中各个位置曝射强度设定值。
表1 位置 曝射强度微库仑/(cm2) 中心部分22 20.0 轮廓部分24.28 24.0 轮廓部分25.29 24.4 轮廓部分26.30 28.0 轮廓部分27.31 32.8 轮廓部分32 33.0
在图形预定区域21的绘图数据和各轮廓部分的曝射强度被作为新的绘图数据存入存储器17之后，就将它们传送到操纵部件16。
然后，由作为产生源的电子枪1发射电子束50，并由操纵部件16对每次发射控制消隐电极2、成形偏转器5和主偏转器8及副偏转器9，使得能按照为各个轮廓部分所设置的曝射强度发射电子束50b。通过重复这一操作一个潜象的图形被绘制在敷有一层抗蚀胶的半导体晶片11的表面上。
图8示出了当通过在硅晶片上敷涂0.5μm厚的一层负抗触胶时，以上面所述方式绘制图形时的间隔区域33宽度变化。图8示出在第一实施例中以水平轴代表沿长度方向自间隔区域的端部到中心部的距离和以竖轴代表的间隔区域宽度之间关系的曲线图。按照本实施例，在间隔区域33的端部宽度和在间隔区域33中心部分的宽度之间的差仅有0.1μm，如图8所示。由于在如图3所示的常规图形绘制方法的情况下在间隔区域33的端部的宽度此在中心部的宽度大0.3μm或更多，因此就有可能通过本实施例将间隔区域宽度变化限制到一非常小的程度。
在步骤20中，在宽度S大于第一基准值Sth的位置处不作上述的划分处理，且电子束是以与中心部分22相同的方式发射的。当在步骤S40中，不管长度W1或W2小于第二基准值Wth或是长度h1或h2小于第三基准值hth寸，都不作划分处理。
下面将描述本发明的第二实施例。图5所示图形也将绘在本实施例中。在本实施例中，以与第一实施例相同的方式绘制一潜象图形，只是对整个图形的曝射强度设定为一常数值，而且按照设定的曝射强度对要绘制的图形区域进行划分的方法也不同于第一实施例。图9所示为表示对第二实施例中要绘制的图案进行划分处理的示意图。在本实施例中，电子束是按设定的曝射强度以一常数值22.4微库仑/cm2发射的。为了这个目的，在与间隔区域33接触的外缘部分的接触部分和在与该接触部分平行的部分，远离轮廓部分24和28的轮廓部分的宽度分别设定为渐次大于较接近轮廓部分24和28的轮廓部分的宽度，使得远离中心位置周缘部分24和28的轮廓部分所受电子束的曝射能量值分别大于更接近轮廓部分24和28的轮廓部分。因此，中心部分22a的形状不同于中心部分22的形状。在本实施例中每个轮廓部分的宽度如下面的表2所示。
表2 轮廓部分 宽度(μm) 33、37 0.2 34、38 0.3 35、39 0.45 36、40 0.7
图10示出了通过在一硅基片上涂敷一层0.5μm厚的负抗蚀胶，以上面所述方式绘制一图形时的间隔区域33宽度的变化。图10是表示在第二实施例中，由水平轴代表的沿长度方向由间隔区域33的端部到中心部的距离和由竖轴代表的间隔区域的宽度之间关系的曲线图。如图10所示，根据本实施例，在间隔区域33的端部的宽度和间隔区域33中心部的宽度之间的差仅为0.1μm左右。由于在图3所示的常规图形绘制方法的情况中，在间隔区域端部的宽度比中心部的宽度大0.3μm或更多，因此以与第一实施例相似的方式，采用本实施例，就可能将间隔区域宽度的变化限制到一最小的程度。
在第一和第二实施例中，虽然与间隔区域接触的外缘部分是以每5μm划分的，且电子束的曝射强度或轮廓部分的宽度是以四级变化的，但本发明并不只限于此。划分的宽度和划分的数量也是可以根据要绘制的图形和间隔区域的尺寸改变的。
此外，向图形预定区域发射的电子束能量强度还可以通过组合第一实施例和第二实施例进行控制。