图形之子图形的电子束辐射 本发明涉及一种在半导体集成电路的制作过程中利用电子束辐射图形的方法，更确切地说，涉及一种利用一可变成形电子束在光致抗蚀材料上直接绘制所需图形的方法。
因为近年来已研制出了半导体集成电路的高集成与高精密图形结构，所以在光刻技术中人们考虑用一种电子束绘制系统取代使用光的传统辐射系统。在电子束绘制系统中，利用电子束把图形直接绘制在一个光致抗蚀材料膜上。而且，在这种电子束绘制系统中，存在两类系统，即根据该电子束的类型可分为点形状电子束系统和可变成形电子束系统。
图1A至1D是说明可变成形电子束系统中绘制方法的示图。假定利用可变成形电子束对图1A中所示的所需辐射图形1进行辐射。一个电子束绘制装置具有t×t的最大散射尺寸，该尺寸是该装置特有地值，如图1B所示。在这种情况中，必须把该辐射图形1划分成具有比所述最大散射尺寸小的多个矩形，如图1C所示。换句话说，当该所需辐射图形1大于所述最大散射尺寸时，该辐射图形1不能被立即辐射。因而，该辐射图形1被划分成多个矩形A，B，C，D，E，F，G，和H，它们具有比所述最大散射尺寸小的尺寸，如图1C所示。随后，利用具有该尺寸的一矩形电子束执行辐射过程。
图形划分过程由一个矩形划分单元执行，此时，所需辐射图形数据被转换成一仅适于电子束辐射装置的格式，或通过所述电子束绘制装置中的一个散射分离单元执行。此外，在该图形划分过程中，该辐射图形按X轴和Y轴方向被以机械的方法划分。
因而，通过图形划分过程获得的矩形有时具有比最大散射宽度t小的多的宽度，如图1C所示的矩形图形D。
一般地，即使当产生了这样一个小矩形图形D时，利用一个已被事先固定确定的基准光辐射量执行辐射。该基准光辐射量被施加到其他的矩形图形A至C和E至H。而且，该所使用的矩形电子束的尺寸已根据事先执行的电子束尺寸校正确定。
以这种方式，在使用可变成形电子束的普通电子束辐射系统中，即使通过图形划分过程形成了小矩形图形，利用具有在尺寸上已事先校正的相同电子束尺寸的矩形电子束对所有矩形图形用相同的辐射光量执行绘制过程。
为此，在小矩形图形中该辐射光量是不足的。如表示光致抗蚀材料图形的剖视部分的图1D所示，此时该光致抗蚀材料图形被沿图C中线X-X剖开，在绘制过程之后，在与该矩形图形D对应的矩形光致抗蚀材料图形3D中的分辨率是不够的。于是，该电子束的绘制尺寸精度因此被降低。
下面将对矩形电子束的尺寸校正进行描述。图2A示出了通常用于可变成形电子束的尺寸校正的尺寸测量方法。在该尺寸测量方法中，将入射矩形电子束5在一用于校正的阶梯式靶子上扫描，且通过一反射电子检测器8对反射的电子7进行检测以测量扫描电子束的尺寸。
此时，如图2B至2D所示，被检测的原始信号9经受初级变异或次级变异以产生一信号10或信号11。于是执行该矩形电子束5的尺寸校正。应该注意，图2C和2D中所示的信号波形为理论上的波形。由于信号噪声，实际被变异的波形具有一个较宽的波形。
在这种尺寸校正方法的情况中，由于入射电子的数量随该矩形电子束变小而减小，因此获得的反射电子信号的强度也降低。结果，该反射电子信号的信噪比(S/N)变得如此的小，致使无法精确地测量该电子束的尺寸。因此，对于小图形来说，尺寸校正精确度是不够的。
为此，在实际的尺寸校正中，矩形电子束具有等于或大于0.5μm的尺寸，用于尺寸校正。然后，根据利用多个被测量值推定的一个尺寸曲线执行电子束的尺寸校正。在这种方式中，因为根据该推定的校正曲线确定该电子束的尺寸等于或大于0.5μm，所以尺寸精度随该电子束的尺寸变小而降低。
在矩形电子束的尺寸被校正之后，对一绝缘光致抗蚀材料图形的线路宽度进行测量，随后利用一辐射光量对该光致抗蚀材料图形执行图形绘制过程。结果，尽管执行了该电子束的尺寸校正，但是该电子束的尺寸从0.17μm的尺寸急剧地变小。
换句话说，当对一小图形辐射时，用于该小图形的被校正的矩形电子束的尺寸小于用于该小图形的所需的电子束的尺寸。人们发现，如果利用与对大尺寸图形辐射时的辐射光量相同的辐射光量对一小尺寸图形进行辐射，则该辐射光量是不够的。
在“日本专利公开”(JP-A-Heisei 5-217 870)中公开了一种方法，其中提供了一个用于每种图形尺寸的邻近效应表，根据该邻近效应对一电子束的尺寸进行校正。
近年来，半导体器件的高集成与精处理要求具有等于或小于0.20μm尺寸的微图形的成形。因此，在这种情况下，要求尺寸精度等于或小于0.02μm，该值是设计尺寸的±10％。为此，这对于避免引起该尺寸精度的下降的尺寸校正不够是必要和不可缺少的。
本发明的实现解决了上述问题。因而，本发明的一个目的是提供一种利用可变成形电子束辐射图形的方法，采用该方法能够使图形的分辨率和尺寸精度得到改进。
为了实现本发明的目的，利用一电子束辐射装置绘制图形的方法包括如下步骤：
将一个大图形划分成多个子图形；
随后选择其中一个子图形；
把该所选子图形的尺寸与一根据设计尺寸确定的基准电子束的尺寸比较；
当该所选子图形的每部分尺寸大于所述基准电子束的一相应部分的尺寸时，确定该基准电子束为用于该所选子图形的使用电子束，和确定根据设计尺寸预定的一基准辐射量为一使用辐射量；
当该所选子图形的至少某一尺寸不大于所述基准电子束的一相应部分的尺寸时，对用于该所选图形的使用电子束的尺寸进行估计；
当该所选子图形的至少某一尺寸不大于所述基准电子束的一相应部分的尺寸时，根据用于该所选图形的使用电子束的估计尺寸为该所选图形确定使用辐射量；和
将具有该使用辐射量的使用电子束照射到所述子图形。
在此，根据用于该所选图形的使用辐射量确定辐射时间。确定该使用辐射时间除了与该所选子图形有关外，还取决于该使用电子束的加速电压。
上述确定步骤可包括根据所选子图形的尺寸查阅一辐射量表以修正用于该所选子图形的偏差辐射量，和将该偏差辐射量加到基准辐射量中以确定用于该所选子图形的使用辐射量。
可替换地，该确定步骤可包括根据该所选子图形的尺寸和使用电子束的加速电压计算使用辐射量。
为了实现本发明的另一目的，利用一电子束辐射装置绘制图形的方法包括如下步骤：
将一个大图形划分成多个子图形；
随后选择其中一个子图形；
把该所选子图形的尺寸与一根据设计尺寸确定的基准电子束的尺寸比较；
当该所选子图形的每部分尺寸大于所述基准电子束的一相应部分的尺寸时，确定该用于所选子图形的基准电子束为一使用电子束的尺寸；
当该所选子图形的至少某一尺寸不大于所述基准电子束的一相应部分的尺寸时，根据该所选子图形确定该使用电子束的尺寸；和
将该使用电子束照射到子图形上。
在这种情况中，根据该子图形的尺寸和该使用电子束的加速电压确定用于所选子图形的使用电子束的尺寸。
该确定步骤可包括根据基准电子束的尺寸和所选子图形的尺寸估计该使用电子束的尺寸，根据所选子图形的尺寸查阅一偏差电子束尺寸表以修正用于该所选子图形的偏差电子束尺寸，和将该偏差电子束尺寸加到估计尺寸的某一尺寸中以确定用于该所选子图形的使用电子束的尺寸。
可替换地，该确定步骤可包括根据该所选子图形的尺寸和使用电子束的加速电压计算该使用电子束的尺寸。
为了实现本发明的另一目的，利用一电子束辐射装置绘制图形的方法包括如下步骤：
将一个大图形划分成多个子图形；
根据每一子图形的尺寸和该使用电子束的加速电压估计用于每一子图形的使用电子束的辐射条件；
校正用于每一子图形的使用电子束的估计的辐射条件；和
利用具有校正辐射条件的使用电子束分别照射该子图形。
除了根据每一子图形的尺寸和该使用电子束的加速电压估计用于每一子图形的使用电子束的辐射条件外，该估计步骤可包括根据一校正电子束的校正辐射条件估计用于每一子图形的使用电子束的辐射条件，所述校正电子束的校正辐射条件是根据设计尺寸确定的。
这里，所述辐射条件是一个辐射量。在此种情况下，该估计步骤可包括把每一子图形的尺寸与该校正电子束的尺寸比较，当每个子图形的至少某一尺寸不大于该校正电子束的一相应部分的尺寸时，对该使用电子束的辐射条件进行估计。该估计步骤包括根据用于每一子图形的辐射量确定辐射时间。所述校正步骤可包括根据每一子图形的尺寸查阅一辐射量表以修正用于每一子图形的一偏差辐射量，和将该偏差辐射量加到一校正辐射量上以校正用于每一子图形的辐射量。
辐射条件可以是该使用电子束的尺寸。在这种情况下，该确定步骤可包括根据每一子图形的尺寸查阅一偏差电子束尺寸表以修正用于每一子图形的偏差电子束尺寸，和将该偏差电子束尺寸加到该使用电子束的被估计尺寸的某一尺寸上以校正用于每一子图形的使用电子束的尺寸。
所述照射步骤包括根据该辐射量控制一偏转器，或根据使用电子束的被校正尺寸控制一小孔。
图1A是说明一所需图形的示意图；
图1B是说明在普通电子束辐射系统中一电子束的最大散射尺寸的示意图；
图1C是说明在普通电子束辐射系统中该所需图形被划分成多个矩形图形的情况的示意图；
图1D是当对一光致抗蚀材料进行辐射并沿图1C中线X-X剖开时的一光致抗蚀材料图形的剖视图；
图2A是说明在普通电子束辐射系统中一电子束尺寸校正过程的示意图；
图2B是在对一电子束扫描时检测的理论上的反射电子的原始信号；
图2C和2D是说明当图2B的原始信号分别经受初级变异和次级变异时各信号的示意图；
图3是说明根据本发明的第一实施例的一电子束辐射系统的结构的框图；
图4是解释根据本发明的第一实施例的电子束辐射系统的工作的示意图；
图5A是说明一所需图形的示意图；
图5B是说明在一电子束辐射系统中一电子束的最大散射尺寸的示意图；
图5C是说明在该电子束辐射系统中该所需图形被划分成多个矩形图形的情况的示意图；
图5D是在图形出现时说明一系列矩形图形的示意图；
图6是说明线路宽度与辐射光密度之间关系的曲线；
图7是说明根据本发明的第二实施例的电子束辐射系统的工作的示意图。
下面，参考附图将更详细地对利用本发明的电子束辐射图形的方法进行描述。
图3是说明在本发明中使用的一电子束辐射装置的框图。该电子束辐射装置由一个控制系统和一个光系统组成。
该控制系统由控制单元16，计算单元14和存储器15构成，存储器15用于存储一偏差数据表T1和图形数据。所述光系统由电子枪1，消隐电极2，第一小孔3，成形透镜4，成形偏转器5，第二小孔6，还原透镜7，偏转器8，投射镜10和取样台12构成。一个具有保护膜的半导体晶片被放置在该取样台12上。
计算单元14执行对要被辐射的所需图形划分成多个子图形的划分过程，尺寸检查过程，通过查阅该存储器15的偏差数据的确定过程，和用于确定和设定一可用电子束条件的加法过程。控制单元16根据该使用电子束对消隐电极2，成形偏转器5，和偏转器8进行控制。
通过消隐电极2控制由电子枪1产生的电子束。该电子束的基本尺寸在控制单元16控制的成形偏转器5的控制下由第一和第二小孔3和6确定。该电子束的照射位置由偏转器8通过还原透镜7和投射镜10控制。
下面，将对图形绘制方法进行描述。图4示出了根据本发明的第一实施例的图形绘制方法的流程图。
图5A示出了要被辐射的一所需辐射图形21。图5B示出了为所述电子束辐射装置所特有的电子束的最大散射22。在本例中该最大散射为方形，其面积为tμm×tμm。
在利用一可变成形电子束对图5A中所示该所需辐射图形21进行辐射的情况下，将该所需辐射图形被划分成多个辐射子图形。该多个子图形中的一些具有比tμm的最大散射的尺寸小的尺寸。换句话说，当辐射图形21的尺寸大于最大散射尺寸以致该辐射图形21不能被仅一次辐射时，该辐射图形21被划分成矩形辐射子图形21A，21B，21C，21D，21E，21F，21G，和21H。在这种情况中，这些辐射子图形具有比最大散射的尺寸小的尺寸，如图5C中所示。这些辐射子图形由一个其尺寸比最大散射尺寸小的矩形电子束以图5D中所示顺序进行辐射。
事实上，通过计算单元14的矩形图形划分单元或散射分离单元(未示出)执行所述图形划分过程，此时所需图形数据被转换成为电子束辐射装置所特有的格式。即该计算单元14查阅存储器15以读出所需辐射图形21的所需图形数据，和将该辐射图形划分成多个辐射子图形21A至21H以将它们存储在存储器17中。
随后，根据图4中所示对每个矩形辐射子图形21A至21H的程序执行根据本发明第一实施例的绘制过程。
首先，在步骤S1，矩形辐射子图形21A至21H被一个一个地按顺序选取，并从存储器15中读出。对每一所选矩形辐射子图形执行尺寸(宽w和高h)检查以确定该所选矩形辐射子图的宽w和高h是否不小于一特定尺寸，即一基准电子束的基准宽
WR和基准高HR。该基准电子束的尺寸是根据电子枪1的加速电压和一设计线宽事先确定的。
当辐射子图形的宽w和高h都不小于基准电子束的宽WR和高HR时，确定不会导致辐射不足。这样，利用该基准电子束，在步骤S3执行具有该基准电子束的标准辐射量的辐射。
另一方面，当辐射子图形的宽w和高h二者或二者之一小于基准电子束的宽WR和高HR时，确定导致辐射不足。因此，在步骤S2，计算单元14查阅偏差辐射量表T1以读取与基准电子束的宽WR和高HR对应的偏差辐射量D(m)。
在存储器15中的偏差辐射量表T1存储有与基准电子束的宽WR和高HR相关联的偏差辐射量数据D(1)，…，和D(n)。例如，在本例中，当宽小于h(1)和高h等于或大于w(1)和小于w(1)时从表T1中选取偏差辐射量数据D(2)。而且，用于该所选辐射子图形的束尺寸和辐射量是利用各种线宽通过推定法事先确定的。因此，该所选偏差辐射量D(m)被加到根据基准图形宽和加速电压事先确定的辐射量中。于是，确定了电子束辐射条件。接着，在步骤S3A，根据该电子束辐射条件执行电子束辐射。
在这种情况下，可通过增加流经电子枪1的电流增加电子束辐射量。然而，当电流增加时，电子束辐射装置的稳定工作将变得困难。因此，通常对电子束辐射的时间周期进行控制。
而且，如果仅该矩形辐射子图形的尺寸之一小于该基准电子束的相应尺寸，则假设辐射图形的其他尺寸与该使用电子束的相应尺寸相同，并为该辐射子图形的所述尺寸之一选取偏差辐射量。
之后，对最后的辐射子图形重复相同的过程。
下面，用一个特定例子对偏差辐射量进行说明。
图6是说明当用1.0的基准辐射量实际执行电子束辐射时的线宽(水平轴)和绘制密度(左侧纵轴和已被规一化的值)或尺寸(右侧纵轴)之间关系的曲线。在本例中，该基准辐射量是用0.2μm宽作为设计线宽对一绝缘线图形辐射所需的辐射量。
假设该电子束的加速电压为50KV，和在薄于0.2μm的布线图形(例如，在具有0.05μm线宽的布线图形中)中实际辐射密度为大约0.95。在这种情况下，对用于具有0.05μm线宽的布线图形的电子束尺寸进行估计。维持对具有0.02μm线宽的布线图形的辐射量。在这种情况下，大约0.05(5％)的辐射量在密度上是不足的。因此，在这种情况中，确定0.05的偏差辐射量，即5％的被估计电子束的辐射量作为一基准辐射量。
而且，在这种情况下，在偏差辐射量中有可能考虑一偏差电子束尺寸。这就是说，在这种情况下，0.02μm的偏差电子束尺寸被确定。换句话说，作为偏差辐射量的确定程序，如图6曲线所示确定该电子束尺寸与绘制强度的关系，和为每一线宽对该偏差辐射量连同加速电压进行确定或估计。确定的各偏差辐射量被事先存储在上述表T1中。
在上述的例子中，接着，将一使用的电子束的尺寸设定为0.2μm作为一设计线宽。当每一辐射子图形21A，21B，21C，21D，21E，21F，21G，和21H的一尺寸小于0.2μm时，例如该尺寸为0.05μm，则控制辐射装置形成用于0.05μm线宽的的一基准电子束。然后，根据辐射子图形的尺寸从表T1中选择偏差辐射量D(1)，…，和D(n)之一。随后，利用将该偏差辐射量加到该基准电子束的基准辐射量上获得的值执行辐射。
因此，在本实施例的电子束辐射方法中，即使当对一个小辐射子图形辐射时，也能避免引起光致抗蚀材料分辨率变差的辐射不足。结果，随着半导体器件的高集成化和精细处理，即使要求对具有等于或薄于例如0.2μm的图形进行辐射，与传统的方法比较，该图形分辨率和尺寸精度也能充分地得到改进。
下面，将对根据本发明的第二实施例的电子束辐射方法进行描述。图7示出了第二实施例中的电子束辐射方法。
在第二实施例中的电子束辐射装置中，把矩形图形划分成多个辐射子图形的划分与第一实施例的相同。因此，图形划分过程的描述被删除，而将参考图7仅对辐射过程进行描述。
首先，在步骤S1′，执行每一矩形辐射子图形的尺寸(宽w和高h)检查，以确定该辐射子图形的宽w和高h是否不小于用于0.2μm设计线宽的基准电子束的宽WR和高HR。根据电子枪1的加速电压和一设计图形宽度确定该基准电子束的宽WR和高HR。当辐射子图形的宽w和高h都不小于基准电子束的宽WR和高HR时，确定不会导致辐射不足。这样，利用该基准电子束，在步骤S3′执行具有该基准电子束的标准辐射量的辐射。
另一方面，当辐射子图形的宽w和高h二者或二者之一小于基准电子束的宽WR和高HR时，确定导致辐射不足。因此，当该辐射子图形的尺寸为0.05μm时，对用于0.05μm线宽的电子束的尺寸进行估计。接着，在步骤2′，计算单元14查阅偏差电子束尺寸表T2，以读取与辐射子图形的宽w和高h对应的该偏差电子束尺寸S(m)。
在存储器15中的偏差电子束尺寸表T2存储有与辐射子图形的宽w和高h相关联的偏差电子束尺寸数据S(1)，…，和S(n)。即，在本例中，当宽小于h(1)和高h等于或大于w(1)和小于w(1)时从表T2中选取偏差电子束数据S(2)。随后，把所选偏差电子束尺寸S(m)数据与估计电子束的尺寸相加以确定一电子束辐射条件。接着，在步骤S3A′，根据该电子束辐射条件执行电子束辐射。
如果仅该矩形辐射子图形的尺寸之一小于该基准电子束的相应尺寸，则假设该辐射子图形的其他尺寸与该使用电子束的相应尺寸相同。于是，为该辐射子图形的所述尺寸之一选取偏差电子束尺寸数据。
具体地说，参考图6，当该电子束的加速电压为50KV时，用于0.05μm的布线图形的偏差电子束尺寸被确定为0.02μm。即，该偏差电子束尺寸被确定用于每一线宽。确定后的偏差电子束尺寸被存储在上述的表T2中。
在上述的例子中，接着，用于辐射子图形21A，21B，21C，21D，21E，21F，21G，和21H的基准电子束的尺寸被设定为0.2μm。当辐射子图形的尺寸之一小于0.2μm时，对用于该辐射子图形的电子束的尺寸进行估计。随后，根据该辐射子图形的尺寸从表T2中选取偏差电子束尺寸数据S(1)，…，和S(n)。接着，利用把该偏差电子束尺寸与用于该辐射子图形的电子束的估计尺寸相加获得的值执行辐射。
因此，在本实施例的电子束辐射方法中，即使当对一个小辐射子图形辐射时，也能避免引起光致抗蚀材料分辨率变差的辐射不足，如同第一实施例中一样。结果，随着半导体器件的高集成化和精细处理，即使要求对具有等于或薄于例如0.2μm的图形进行辐射，与传统的方法比较，该图形分辨率和尺寸精度也能充分地得到改进。
在以上的描述中，对每个辐射子图形执行辐射。然而，在对用于所有辐射子图形的偏差辐射量或偏差电子束尺寸进行修正以确定辐射条件后，可以共同地执行辐射。
应该注意，本发明并不限于上述的实施例。在范围内可以做出各种改进而不脱离本发明的精神。例如，在上述实施例中，从偏差辐射量表或偏差电子束尺寸表中选取偏差数据。然而，不同于使用上述表的方法，线宽和绘制密度或电子束尺寸之间的关系可作为函数存储在存储器，如图3所示。在这种情况中，可根据小的矩形辐射子图形的线宽计算偏差辐射量或偏差电子束尺寸。根据这样一种结构，使在辐射量或电子束方面的精细调整成为可能。
如上所述，根据本发明，在利用可变成形电子束辐射或绘制图形的方法中，即使当对一个小辐射子图形辐射时，也能避免引起光致抗蚀材料分辨率变差的辐射不足。因此，随着半导体器件的高集成化和精细处理，即使要求对具有等于或薄于例如0.2μm的图形进行辐射，与传统的例子比较，该图形分辨率和尺寸精度也能充分地得到改进。