JP3712140B2 - Electron beam drawing device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子線を用いた描画パターン形成に係わり、特に一括図形照射法を用いる電子線描画装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近の半導体集積回路は微細化、高集積化が進んでおり、微細加工を実現するためのリソグラフィ技術も装置の高精度化が進められている。さらなる微細化、高精度化に伴い、従来用いられてきた光リソグラフィに変わり、電子線描画装置が用いられるようになってきた。光リソグラフィに対する電子線描画装置の欠点の一つとして、スループットの低さが挙げられる。これを克服するためにサイトウ等が「プロシーディングオブインターナショナルマイクロプロセスコンファレンス(1990年)、第48頁〜51頁」で述べているように、メモリセルの繰り返しパターンを複数持つ複数の開口からなる図形開口を用いて、これより大きな電子ビームで図形開口を照射し、図形開口の像を試料上に形成することによりスループットの向上を図っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は繰り返しパターンを有するメモリセルには有効であるが、周辺の論理回路には適用出来ない。従って、周辺回路は従来の可変矩形法を用いて描画することになる。可変矩形法の問題点は自由に矩形サイズを変えた電子ビームが形成できる反面、マスクの熱ドリフトやチャージアップにより生じる矩形サイズの誤差がレジストパターン形成の誤差となる問題点がある。このことは電子ビームを用いて形成した集積回路の歩留まりを低下させ、極端な場合、ある程度以下のサイズの電子ビームを実質的に形成不可能とする。
本発明の目的は、電子ビーム描画にて高精度なパターン形成を実現し、メモリセルの周辺回路や繰り返しのない論理回路の描画精度を向上させて、集積回路の分留り向上に寄与することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、一括図形照射法用の図形開口を持つマスクに一つの開口からなる一括図形照射法用の図形開口を持つ。そして、この開口を用いて集積回路特に論理回路部を描画する。更に、回路の比較的小さなパターンを図形開口により、比較的大きなパターンを可変成形法により形成する。矩形開口の寸法が試料上の最小寸法以下であると更に良い。この時のマスクの厚さは電子線の飛程より薄くし、マスクの散乱電子を遮断する絞りを下流に設ける。開口の形状は特に矩形が良く、大きさの異なる複数の矩形開口があれば更に良い。特に、一つの矩形開口からなる一括図形照射法用の図形開口とその90度回転した矩形開口からなる図形開口を有することは重要である。また、これら矩形の角近傍に矩形より小さい開口を追加した形状とする。その他、これら開口形状は一括図形に用いられる繰り返し図形の1セル単位分の図形開口形状とする。
更に、適当な大きさの矩形開口を用いてマーク検出し、描画を行えば位置精度の良い描画が可能となる。大きさとしては最大一括図形の2%から25%の間が適当である。
なお、一つの開口からなる一括図形照射法用の図形開口を複数の開口からなる図形開口より図形選択偏向器を使用しない時の第1マスク像に近い位置に配置すること、一つの開口からなる一括図形照射法用の図形開口を複数の開口からなる図形開口の図形選択偏向器と別の偏向器にて選択することによって、より有効に種々の開口を選択する。
【0005】
【発明の実施の形態】
図1に本発明を適用する一括図形照射法用の装置構成を示し、本発明の電子線描画装置及び描画パターン形成方法の有効性について述べる。なお、図2に、図1に示したマスクの平面図(a)及び断面図(b)を示し、あわせてシリコンマスク31上の一つの図形開口群32を拡大して示す。第1マスク2上の矩形開口を透過した電子は第2マスク5上に結像される。図2に示す第2マスク上には可変成形用の矩形開口34(125μm角)と複数の開口からなるメモリセルパターンを有する図形開口33がある。第2マスク上の第1マスク像35は150μm角であり、第2マスク上の一括図形は最大125μm角である。第1マスク像は150μm単位で一括図形を選択する。第2マスクを透過した図形ビームは縮小レンズ8により縮小され更に対物レンズ14により試料上に結像される。一括図形は例えばホールパターンであり、例えば配線パターンである。第2マスク上には更に一つの開口からなる図形開口36がある。図2では矩形開口であり、これはホールパターンの一括図形の1セル分に相当する。通常のホールパターンの形成工程ではメモリセルのみならず周辺回路でもホールパターンを形成する。従って、一つの開口からなる図形開口、特に矩形開口を用意しておけば、周辺回路はこの開口を用いて形成することが可能である。図形開口を透過した電子ビームの試料上での大きさは縮小率を調整することにより調整が可能であり、しかも縮小率は非常に安定している。従って、試料上の矩形開口の図形開口ビームの大きさは高精度に調整できる。これにより可変矩形では困難な矩形ビームの高精度化が可能となる。一辺が試料上の最小寸法に対応するマスク上の寸法以下であれば、これら高精度が要求される微細なパターンの描画に本発明が容易に適用できる。更に言えば最小寸法に対応するマスク上の寸法かその1/2が良い。以上の作用はメモリセル回路がなくとも同様であり論理回路のみであっても本発明の一括図形照射法は有効である。更に通常のメモリ回路ではメモリセル部と周辺回路部は多くが同等のサイズのホールを用いるためにメモリセル部の一括図形開口の1セル分を持つ図形開口を用いることが有効となる。
【0006】
また、周辺回路は必ずしも一つの大きさの矩形よりなるものではない。図3に異なる大きさの図面開口を有する場合のマスクの平面図(a)及び断面図(b)を示し、あわせてシリコンマスク31上の一つの開口群32を拡大して示す。図3に示すように一つの矩形開口からなる図形開口の異なったサイズの開口37を複数有するように構成する。特に可変矩形法では困難な微小なパターンを一つの矩形開口により行い、比較的大きなパターンは従来の可変矩形法で描画すれば、異なる大きさの矩形からなる周辺回路の効率的な描画が可能となる。一つの矩形開口からなる一括図形照射法用の図形開口とその90度回転した矩形開口からなる図形開口を持てば、配線の様な細長いパターンが必要な場合に直交する2方向に配線パターンを形成することが可能であり、応用範囲が拡がる。
更に電子ビーム描画システムの解像限界近くになると例えば矩形開口を用いても描画パターンは必ずしも矩形とならず、円に近い形状となる。従って、図4のマスクの平面図(一つの開口群の拡大図を含む)(a)及び断面図(b)に示すように、一括図形の開口パターンの角に小さな開口を追加することにより結果的に角の形状の良い描画パターンが得られる。一つの矩形開口からなる開口図形にもこの手法は応用可能である。なお図4において、38は複数の開口からなる変形図形開口、39は一つの開口からなる変形図形開口である。このことにより従来不可能だった周辺回路の矩形パターンの形状を改善できる。もちろん、メモリセルを有しない論理回路においても同様であり、論理回路でも一括図形照射法が効果的になる。この場合、開口の変形は微細な形状の開口を形成することになる。従って、マスクを薄くして加工精度を向上させることが効果的であり、この際にマスクを透過した散乱電子を遮断する絞りを設けておけば、充分なマスクコントラストを得ることが出来る。
【0007】
更に従来の可変矩形ビームでのマーク検出では矩形の大きさの誤差がマーク位置の検出誤差につながるために、大きさの確定した矩形開口を用いたマーク検出の方が高精度な位置精度を期待できる。図5及び図6を用いて説明する。マーク検出で一般に用いられる手段は図5に示すように十字のマーク203上を矩形ビーム200で走査し下地とマークとの反射率の差により図6のような信号を得る。この信号波形から最も精度良く求まる座標は波形の中点であり、その座標は波形の立ち上がり点Aを基準とした相対座標で(K+L)/2となる。すなわち矩形のサイズLに依存する。通常、矩形ビームの位置基準201は矩形のエッジ部分であり、この位置201とマーク203の中心位置との相対距離を求めることによりマークの位置を測定する。従って、マークの相対位置は図6に示す波形の立ち上がり点Aを基準に中心座標よりL/2を減ずることにより求めることができる(すなわちK/2)。従って、測定時の実際の矩形の幅L’が設定値の幅Lと異なれば、(L’−L)/2だけ、測定座標に誤差が生じることになる。本発明によれば設定値の矩形の幅を精度良く実現することが可能となり、この誤差を回避することが可能である。また矩形を用いることにより従来のスライスレベル法や対象性演算法等のマーク検出方法をそのまま使うことができる。矩形の大きさは小さ過ぎると十分な信号強度が得られず、大き過ぎるとクーロン効果によりビームが呆けてしまうので、最大一括図形の2%から25%が適当である。また、上記描画方法と組み合わせれば可変矩形を全く用いることなく描画が可能となる。このことは装置の簡素化に効果的である。
以上述べて来たように本発明によって繰り返しのないパターンに対しても有効に一括図形照射法を用いることが出来る。これにより従来より高精度な描画が可能となり、集積回路作製の歩留まりを向上させることが出来る。
【0008】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面により説明する。
(第1の実施例)
図7に本実施例での装置構成を示す。第1マスク2に150μm角の矩形開口を設け、矩形像を第2マスク5上に形成する。第2マスク上の図形開口は2段に分離された図形選択偏向器4により選択される。なお18は可変矩形法用の可変矩形偏向器である。第2マスクはシリコンからなり図8に示すように可変矩形用の125μmの矩形開口34の周囲に五つの一括図形用の図形開口がある。なお図8(a)はマスクの平面図(一つの開口群の拡大図を含む)、(b)はその断面図であり、71は一つの開口からなる図形開口B、Cを示す。図形開口と可変矩形用開口の差は、図形開口を通過した電子ビームの輪郭が図形開口のみによって定まるのに対して、可変矩形用の開口を通過した電子ビームの輪郭は第1マスク上の開口の輪郭と第2マスク上の開口の輪郭の両者によって定まることにある。図形開口を透過した電子は縮小レンズ8により縮小され最終的に試料上に1/25に縮小されて結像される。第2マスク上にはこうした開口群が25個存在し開口群はマスクステージの移動により選択される。ウエハ17はステージ16により搬入搬出を行う。ウエハ以外にもカセットを変えることによりレチクルの描画も可能である。ウエハ上で0.2μm角の矩形ホールを形成するためには、マスク上には5μm角の矩形開口を形成する必要がある。図8のウエハ図形開口Aはウエハ上0.2μmの矩形であり、一括図形内に16ビット分の矩形がある。これに対して図形開口Bは単位一括図形範囲125μm以内に一つの矩形しか存在しない。図形開口Cも同様である。図形開口BとCの違いはそれぞれウエハ上で0.2μm角と0.25μm角であることにある。これらの開口は図形選択偏向器4により選択される。
【0009】
図9は本実施例での描画パターンの一部を示す。メモリセル部は図8に示した図形開口Aを用いて描画し周辺回路は図8に示した図形開口B、C及び可変矩形により描画する。なお図9において、80は図形開口Aによって描画されたメモリセル部の図形、81,82はそれぞれ図形開口B、Cによって描画された周辺回路部の図形、83は可変矩形によって描画された周辺回路部の図形である。可変矩形で描画するパターンは0.5μm以上のパターンであり、メモリセルの最周辺部にある0.2μm及び0.25μmのパターンは図形開口Bにより描画する。このことにより周辺回路の精度の厳しいパターンを、矩形サイズ調整の誤差を持つ可変矩形を用いずに描画することが出来る。全てのパターンを図形開口で描画するのは必要な図形数の増大を引き起こすために、0.5μm以上の精度の緩いパターンは可変矩形で描画する。周辺回路の0.2μmと0.25μmのそれぞれのホールの描画パターンの寸法誤差は6インチウエハ内で±0.02μm以下であった。これに対して0.5μmホールは可変矩形法で描画したために寸法誤差は±0.06μmと余り良くない値であったが、寸法が大きいために実際上は支障はない。
【0010】
図10(a)〜(d)は本実施例での工程を示す素子の断面図である。Nマイナスシリコン基板45に通常の方法でPウエル層46、P層47、フィールド酸化膜48、多結晶シリコン/シリコン酸化膜ゲート49、P高濃度拡散層50、N高濃度拡散層51、などを形成した(図8(a))。次に通常の方法でリンガラス(PSG)の絶縁膜52を被着した。その上に電子線レジスト53を塗布し、本発明の変形マスクを用いた方法によりホールパターン54を形成した(図8(b))。次に電子線レジストをマスクにして絶縁膜52をドライエッチングしてコンタクトホール55を形成した(図8(c))。次に、通常の方法でW/TiN電極配線56を形成し、次に層間絶縁膜57を形成した。次に、電子線レジストを塗布し、本発明の変形マスクを用いた方法でホールパターン58を形成した。ホールパターン58の中はWプラグで埋め込み、Al第2配線59を連結した(図8(d))。以降のパッシベーション工程は従来法を用いた。なお、本実施例では主な製造工程のみを説明したが、コンタクトホール形成のリソグラフィ工程で本発明の描画パターン形成方法を用いたこと以外は従来法と同じ工程を用いた。以上の工程によりCMOSLSIを高歩留まりで製造することが出来た。本実施例を用い半導体装置を製作した結果、周辺回路の不良発生を防止でき、製品の良品歩留まりが大幅に向上した。
【0011】
(第2の実施例)
本実施例での装置構成は第1の実施例(図1)と同様であるが、図形選択の偏向が1段であり縮小レンズ(図1の8)の励磁を変えることによって縮小率を1/50とした点が異なる。図11に本実施例でのマスク開口を示す。なお、図11(a)はマスクの平面図(一つの開口群の拡大図を含む)、(b)はその断面図であって、72は250μm角の矩形、73は一つの開口からなる変形図形開口Eを示す。一括図形は変形したホール用の矩形パターンである。パターンはウエハ上で0.15μm角のホールである。従ってマスク上では7.5μm角の開口が必要となる。本実施例で用いた電子ビーム描画装置は電子ビームのボケが0.1μm程度であるために、7.5μm角の開口を用いても0.15μm角でなく、0.15μmの円形ホールとなってしまう。そこで図11では矩形の角に更に開口を追加した変形した開口を用いている。これにより、より矩形に近いホールパターンの形成が可能となり、ホールのコンタクト抵抗の低減に寄与する。描画の結果、角の曲率半径が0.03μmのホールが得られた。そして本実施例でも16bit分のホールパターンを有する図形開口Dとともに一つの変形したホールパターン開口からなる図形開口Eを有する。これを用いて図12に1部のパターンを示すように周辺回路のホールパターンを描画する。図12において、84は図11に示した図形開口Dにより形成された図形、85は図11に示した変形図形開口Eにより形成された周辺回路部の図形である。これにより従来矩形状の電子ビームでしか描画出来なかった周辺回路もより好ましい形状の電子ビームで描画が出来る。以上の様に本発明は周辺回路の寸法誤差の低減のみならず、描画パターン形状の改善も可能となる。なお、本実施例ではマスク開口の微細加工の精度を向上させるためにシリコン製のマスクの厚さを5μm(使用した50kV電子の飛程の1/4)とした。5μmのシリコン内で散乱、透過した電子は大きな角度をもってマスクを透過するために縮小レンズの下に設けた制限絞り(図1の9)で遮断されウエハ上に到達しない。制限絞りは第2マスクの下方であればどこに設置してもよいが、散乱角が拡大される縮小レンズ以降が良い。制限絞りの径は1mmである。薄いマスクは開口の変形に必要な微小な寸法の開口形成に適している。
本実施例を第1の実施例と同様に集積回路の工程に適用したところ矩形開口と比べてコンタクト抵抗が平均で20%低下し更にその変動も±5%以下とすることが出来た。この結果、集積回路の分留まりが大幅に向上した。
【0012】
(第3の実施例)
本実施例では配線パターン形成への応用例を示す。図13にマスク開口を示す。なお、図13(a)はマスクの平面図(一つの開口群の拡大図を含む)、(b)はその断面図であって、74は一つの開口からなる図形開口Q〜Tを示す。本実施例ではメモリセル部用の図形開口Pの他に長方形パターンを有する図形開口Q、R、S、Tの4種類を設けている。寸法はそれぞれ5μm×50μm、50μm×5μm、5μm×100μm、100μm×5μmである。本実施例では装置の縮小率を1/25としているために試料上での寸法はそれぞれ0.2μm×2μm、2μm×0.2μm、0.2μm×4μm、4μm×0.2μmとなる。これらの開口の特徴は一つの矩形開口からなる一括図形照射法用の図形開口とその90度回転した矩形開口からなる図形開口を持つことと、その1辺が同じ長さであり他の辺が異なる長さであることにある。
このマスクを用いて図14に1部のパターンを示す様に配線工程の描画を行った。なお86〜89はそれぞれ上記図形開口P〜Sにて形成された図形を示す。本実施例ではメモリセル部は図形開口Pで周辺回路は図形開口Q〜Tで描画した。配線工程では周辺パターンも直線部が多く、これらを長方形開口のマスクを用いて描画すれば寸法精度のよい描画が期待できる。配線は通常2方向に延びるために2方向の長方形を有することが望ましい。また、異なる長さの長方形開口を持てば、図14のように効率良く図形開口を用いることが出来る。
本実施例を集積回路のアルミ配線工程に適用した。ホール形成工程を終えたウエハ上に金属を化学気相法により全面に1μm厚で堆積する。次に電子線レジストを塗布する。その後図13のマスクパターン72を有するマスクを用いて描画する。描画の後現像し、レジストパターンを形成、更にそれをマスクとして金属層をドライエッチングし、金属配線パターンを形成する。レジストは最後に除去する。この結果、寸法精度の良い配線(20枚ウエハについて各10点測定したところ、0.2μm±0.02μmの精度で配線が形成されていた。図14ではTがこの測定点の一つを示す。)を形成することが出来きた。これにより配線抵抗の変動が小さくなり、結果的に集積回路の分留まりが大幅に向上した。
【0013】
(第4の実施例)
本実施例では論理パターンのホール層形成に適用した。従って図15の様にマスク上にメモリ回路用の複雑な図形開口はない。図15において、(a)はマスクの平面図(一つの開口群の拡大図を含む)、(b)はその断面図であって、37は一つの開口からなる異なる大きさの図形開口U〜Wを示す。マスクは異なったサイズ(ウエハ上で0.2μm、0.25μm、0.3μmである。)の正方形開口を有している。図16に描画した回路パターンの1部を示す。図16において、90は図15に示した図形開口Uによって形成された図形であり、91は図15に示した図形開口Wによって形成された周辺回路部の図形である。論理回路であるためにホールの位置や大きさに規則性はない。しかし、本実施例の描画パターン形成方法を適用することによりこれらの微小ホールを精度良く形成することが出来た。
【0014】
(第5の実施例)
本実施例では矩形の図形開口を用いたマーク検出について説明する。図17に装置構成を示す。ステージ上に重金属で作られたビーム校正用のマーク102及びウエハ17上のマーク103がある。図18はマスク構造であって、(a)はマスクの平面図(一つの開口群の拡大図を含む)、(b)はその断面図であり、36は一つの開口からなる異なる大きさの図形開口を示す。矩形開口101がマーク検出用開口であり、この図形を選択して大きさの定まった矩形ビームを形成する。矩形開口101の大きさは50μm角であり面積は最大一括図形開口125μm角(矩形開口34)の16%である。縮小率は1/25であるため、ウエハ上では2μm角となる。これによりマーク上を走査し、反射電子や2次電子等を検出しマーク位置を検出する。ウエハ上にマークのある場合は主にウエハ上のマークを検出し下層のパターンの位置を計測して合わせ描画を行い、レチクル等ウエハ上にマークのない場合はステージ上に固定したビーム校正用マークにより電子ビームの絶対位置を計測して描画する。図19にマーク形状を図20に矩形ビームを走査した時の反射電子信号を示す。マーク111はタングステンで形成された十字マークであり、その上を矩形ビーム112で方向113に走査する。得られた反射電子信号の最大値の半分の強度のライン121と信号122との交点を用いてマーク位置を検出する。この方法を用いて図10と同様のメモリ集積回路のホール層の描画を行ったところ下層配線層との合わせ精度が従来の可変矩形法の±0.07μmから±0.05μmへと向上した。これによりメモリ集積回路の歩留まりの向上に寄与した。
一つの開口のみを持つ図形開口の形状は、この他回路の必要に応じた様々な工夫が考えられる。特に実施例で示した配線、ホール工程以外の素子分離やゲート製作工程など半導体微細加工のすべての工程に有効である。また、図形ビームの形成法も本実施例に限ったものではなく、開口の形、大きさや縮小率、更に開口数や配置等は任意に変えることが出来る。更に本明細書では全て可変成形との混用であったが、本発明を用いれば図形開口のみで描画することも可能である。可変成形機能の除去は装置コストの低減を可能とするために、本発明の応用として有力である。
【0015】
(第6の実施例)
本実施例では、図21のマスクを用いた。一括図形は21種類である。内周の5個の図形開口36は一つの開口からなり、外周の16個の図形開口(33を含む)は複雑な図形開口である。可変矩形用偏向器により内周の5図形を図形選択用の偏向器で選択した。内周の図形の選択は偏向距離が短いために高速で行うことができる。一つの矩形からなる開口は論理回路部に用いるために複数の矩形開口を頻繁に選択した描画する。そのために高速な選択が必須である。外周に一つの開口を設ける場合と比較して描画時間が約1/2となった。なお図21において35は第1マスク像、34は125μm角の矩形を表わす。
一つの開口のみを持つ図形開口の形状は、この他回路の必要に応じた様々な工夫が考えられる。特に実施例で示した配線、ホール工程以外の素子分離やゲート製作工程など半導体微細加工の全ての工程に有効である。また、図形ビームの形成法も本実施例に限ったものではなく、開口の形、大きさや縮小率、更に開口数や配置等は任意に変えることができる。更に上記実施例では全て可変成形との混用であったが、本発明の描画パターン形成方法を用いれば図形開口のみで描画することも可能である。可変成形機能の除去は装置コストの低減を可能とするために、本発明の応用として有力である。
【0016】
【発明の効果】
以上説明したように一つの開口のみを持つ図形開口を有することにより、特に繰り返しのない論理回路の描画精度を向上させることが出来る。この結果、集積回路の分留り向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の描画パターン形成方法を説明するための一括図形照射法用の電子線描画装置の構成図である。
【図2】本発明の描画パターン形成方法を説明するためのマスク図である。
【図3】本発明の描画パターン形成方法を説明するための矩形開口を有するマスク図である。
【図4】本発明の描画パターン形成方法を説明するための変形した図形開口を示す図である。
【図5】本発明の位置決め用マーク検出方法を説明するためのマーク及び矩形ビームを表わす図である。
【図6】本発明の位置決め用マーク検出方法を説明するための反射電子信号を表わす図である。
【図7】本発明の第1の実施例における電子線描画装置の構成図である。
【図8】本発明の第1の実施例におけるマスク図である。
【図9】本発明の第1の実施例における描画パターン図である。
【図10】本発明の第1の実施例における描画パターン形成の工程図である。
【図11】本発明の第2の実施例におけるマスク図である。
【図12】本発明の第2の実施例における描画パターン図である。
【図13】本発明の第3の実施例におけるマスク図である。
【図14】本発明の第3の実施例における描画パターン図である。
【図15】本発明の第4の実施例におけるマスク図である。
【図16】本発明の第4の実施例における描画パターン図である。
【図17】本発明の第5の実施例における電子線描画装置の構成図である。
【図18】本発明の第5の実施例におけるマスク図である。
【図19】本発明の第5の実施例における電子線描画装置で用いる位置決め用マーク及び矩形ビームを表わす図である。
【図20】本発明の第5の実施例における位置決め用マーク検出時の反射電子信号を表わす図である。
【図21】本発明の第6の実施例におけるマスク図である。
【符号の説明】
1:電子銃、2:第1マスク、3:転写レンズ、4:図形選択偏向器、5:第2マスク、6:マスク交換室、7:マスクステージ、8:縮小レンズ、9:制限絞り、10:焦点補正器、11:主偏向器、12:副偏向器、13:副副偏向器、14:対物レンズ、15:電子検出器、16:ステージ、17:ウエハ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drawing pattern formation using a charged particle beam, and in particular, an electron beam drawing apparatus using a collective figure irradiation method. In Related.
[0002]
[Prior art]
Recent semiconductor integrated circuits have been miniaturized and highly integrated, and lithography techniques for realizing microfabrication have also been improved in accuracy of the apparatus. With further miniaturization and higher precision, an electron beam drawing apparatus has been used instead of the conventionally used photolithography. One of the drawbacks of an electron beam lithography apparatus for optical lithography is low throughput. To overcome this, Saito et al. Described in "Proceedings of International Microprocess Conference (1990), pp. 48-51". The aperture is used to irradiate the graphic aperture with a larger electron beam, and an image of the graphic aperture is formed on the sample to improve the throughput.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The above prior art is effective for a memory cell having a repetitive pattern, but cannot be applied to a peripheral logic circuit. Therefore, the peripheral circuit is drawn using the conventional variable rectangle method. The problem with the variable rectangle method is that an electron beam having a rectangular size can be freely formed, but there is a problem that an error in the rectangular size caused by thermal drift or charge-up of the mask becomes an error in resist pattern formation. This lowers the yield of the integrated circuit formed using the electron beam, and in an extreme case, an electron beam having a size below a certain level cannot be substantially formed.
An object of the present invention is to realize high-accuracy pattern formation by electron beam drawing, improve the drawing accuracy of peripheral circuits of memory cells and non-repetitive logic circuits, and contribute to improving the yield of integrated circuits. It is in.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, a mask having a graphic opening for collective graphic irradiation method has a graphic opening for collective graphic irradiation method consisting of one opening. Then, using this opening, an integrated circuit, particularly a logic circuit part, is drawn. Further, a relatively small pattern of a circuit is formed by a graphic opening, and a relatively large pattern is formed by a variable molding method. It is even better if the size of the rectangular opening is less than or equal to the minimum size on the sample. At this time, the thickness of the mask is made smaller than the range of the electron beam, and a stop for blocking scattered electrons of the mask is provided downstream. The shape of the opening is particularly rectangular, and it is even better if there are a plurality of rectangular openings with different sizes. In particular, it is important to have a graphic opening composed of one rectangular opening for the collective graphic irradiation method and a graphic opening composed of a rectangular opening rotated by 90 degrees. Moreover, it is set as the shape which added the opening smaller than a rectangle in the corner vicinity of these rectangles. In addition, these opening shapes are graphic opening shapes for one cell unit of repeated graphics used for the collective graphic.
Furthermore, if mark detection is performed using a rectangular opening of an appropriate size and drawing is performed, drawing with high positional accuracy is possible. A suitable size is between 2% and 25% of the maximum collective figure.
It should be noted that the figure opening for the collective figure irradiation method consisting of one opening is arranged closer to the first mask image when the figure selection deflector is not used than the figure opening consisting of a plurality of openings, and consists of one opening. Various apertures are selected more effectively by selecting a graphic aperture for the collective graphic irradiation method using a graphic aperture consisting of a plurality of apertures and a different deflector.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an apparatus configuration for a batch graphic irradiation method to which the present invention is applied, and the effectiveness of the electron beam drawing apparatus and the drawing pattern forming method of the present invention will be described. 2 shows a plan view (a) and a cross-sectional view (b) of the mask shown in FIG. 1, and an enlarged view of one
[0006]
Also, the peripheral circuit is not necessarily composed of a single rectangle. FIG. 3 shows a plan view (a) and a cross-sectional view (b) of a mask having drawing openings of different sizes, and an enlarged view of one
Further, when the resolution limit of the electron beam drawing system is approached, for example, even if a rectangular opening is used, the drawing pattern does not necessarily have a rectangular shape, but has a shape close to a circle. Therefore, as shown in the plan view of the mask of FIG. 4 (including an enlarged view of one opening group) (a) and the sectional view (b), the result is obtained by adding small openings to the corners of the opening pattern of the collective figure. Thus, a drawing pattern having a good corner shape can be obtained. This method can also be applied to an opening figure composed of one rectangular opening. In FIG. 4,
[0007]
Furthermore, in conventional mark detection with a variable rectangular beam, an error in the size of the rectangle leads to an error in the detection of the mark position. Therefore, mark detection using a rectangular aperture with a determined size is expected to provide higher accuracy. it can. This will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 5, a means generally used in mark detection scans a
As described above, according to the present invention, the collective graphic irradiation method can be effectively used even for a non-repetitive pattern. As a result, it is possible to perform drawing with higher accuracy than in the past, and the yield of integrated circuit fabrication can be improved.
[0008]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 7 shows an apparatus configuration in this embodiment. A rectangular opening of 150 μm square is provided in the
[0009]
FIG. 9 shows a part of the drawing pattern in this embodiment. The memory cell portion is drawn using the graphic opening A shown in FIG. 8, and the peripheral circuit is drawn using the graphic openings B and C and the variable rectangle shown in FIG. In FIG. 9, 80 is a figure of the memory cell portion drawn by the figure opening A, 81 and 82 are figures of the peripheral circuit portion drawn by the figure openings B and C, respectively, and 83 is a peripheral circuit drawn by the variable rectangle. It is a figure of the part. The pattern drawn by the variable rectangle is a pattern of 0.5 μm or more, and the 0.2 μm and 0.25 μm patterns in the outermost periphery of the memory cell are drawn by the graphic opening B. As a result, it is possible to draw a pattern with strict accuracy of the peripheral circuit without using a variable rectangle having an error in adjusting the rectangular size. Since drawing all the patterns with the figure openings causes an increase in the number of necessary figures, a loose pattern with an accuracy of 0.5 μm or more is drawn with a variable rectangle. The dimensional error of the drawing pattern of each hole of 0.2 μm and 0.25 μm in the peripheral circuit was ± 0.02 μm or less in a 6-inch wafer. On the other hand, since the 0.5 μm hole was drawn by the variable rectangle method, the dimensional error was not so good as ± 0.06 μm. However, since the size is large, there is no practical problem.
[0010]
10A to 10D are cross-sectional views of the element showing the steps in this example. A P well
[0011]
(Second embodiment)
The apparatus configuration in this embodiment is the same as that in the first embodiment (FIG. 1), but the figure selection deflection is one stage, and the reduction ratio is set to 1 by changing the excitation of the reduction lens (8 in FIG. 1). / 50 is different. FIG. 11 shows a mask opening in this embodiment. 11A is a plan view of the mask (including an enlarged view of one opening group), FIG. 11B is a cross-sectional view thereof, 72 is a rectangular of 250 μm square, and 73 is a deformation made of one opening. A graphic opening E is shown. A collective figure is a deformed rectangular pattern for a hole. The pattern is a 0.15 μm square hole on the wafer. Therefore, a 7.5 μm square opening is required on the mask. Since the electron beam writing apparatus used in this example has an electron beam blur of about 0.1 μm, a 7.5 μm square opening is not a 0.15 μm square but a 0.15 μm circular hole. End up. Therefore, in FIG. 11, a modified opening in which an opening is further added to a rectangular corner is used. As a result, a hole pattern closer to a rectangle can be formed, which contributes to a reduction in hole contact resistance. As a result of drawing, a hole having a corner radius of curvature of 0.03 μm was obtained. Also in this embodiment, the figure opening E having one hole pattern opening and a figure opening D having a hole pattern of 16 bits is provided. Using this, the hole pattern of the peripheral circuit is drawn as shown in FIG. 12, 84 is a graphic formed by the graphic opening D shown in FIG. 11, and 85 is a graphic of the peripheral circuit portion formed by the modified graphic opening E shown in FIG. As a result, a peripheral circuit which has been conventionally drawn only with a rectangular electron beam can be drawn with a more preferable electron beam. As described above, the present invention can not only reduce the dimensional error of the peripheral circuit but also improve the drawing pattern shape. In this embodiment, the thickness of the silicon mask was set to 5 μm (1/4 of the used 50 kV electron range) in order to improve the precision of the fine processing of the mask opening. The electrons scattered and transmitted in 5 μm silicon are blocked by a limiting aperture (9 in FIG. 1) provided under the reduction lens so as to pass through the mask with a large angle and do not reach the wafer. The limiting aperture may be installed anywhere below the second mask, but it is preferable to use a lens after the reduction lens that increases the scattering angle. The diameter of the restriction aperture is 1 mm. A thin mask is suitable for forming an opening having a minute size necessary for deformation of the opening.
When this embodiment was applied to an integrated circuit process in the same manner as in the first embodiment, the contact resistance was reduced by 20% on average as compared with the rectangular opening, and the fluctuation could be ± 5% or less. As a result, the yield of the integrated circuit is greatly improved.
[0012]
(Third embodiment)
In this embodiment, an application example for forming a wiring pattern will be described. FIG. 13 shows the mask opening. 13A is a plan view of the mask (including an enlarged view of one opening group), FIG. 13B is a sectional view thereof, and 74 shows graphic openings Q to T each having one opening. In this embodiment, four types of graphic openings Q, R, S, and T having a rectangular pattern are provided in addition to the graphic opening P for the memory cell portion. The dimensions are 5 μm × 50 μm, 50 μm × 5 μm, 5 μm × 100 μm, and 100 μm × 5 μm, respectively. In this embodiment, since the reduction ratio of the apparatus is 1/25, the dimensions on the sample are 0.2 μm × 2 μm, 2 μm × 0.2 μm, 0.2 μm × 4 μm, and 4 μm × 0.2 μm, respectively. The feature of these openings is that they have a figure opening for batch figure irradiation consisting of one rectangular opening and a figure opening consisting of a rectangular opening rotated 90 degrees, and one side is the same length and the other side is The length is different.
Using this mask, the wiring process was drawn so as to show a part of the pattern in FIG. Reference numerals 86 to 89 denote figures formed by the figure openings P to S, respectively. In this embodiment, the memory cell portion is drawn with a graphic opening P and the peripheral circuits are drawn with graphic openings Q to T. In the wiring process, the peripheral pattern has many straight portions, and if these are drawn using a mask having a rectangular opening, drawing with high dimensional accuracy can be expected. Since the wiring normally extends in two directions, it is desirable to have a two-way rectangle. If rectangular openings having different lengths are provided, a graphic opening can be used efficiently as shown in FIG.
This example was applied to an aluminum wiring process of an integrated circuit. A metal is deposited to a thickness of 1 μm on the entire surface by chemical vapor deposition on the wafer after the hole formation process. Next, an electron beam resist is applied. Thereafter, drawing is performed using a mask having the mask pattern 72 of FIG. After the drawing, development is performed to form a resist pattern, and the metal layer is dry-etched using the resist pattern as a mask to form a metal wiring pattern. The resist is removed last. As a result, wiring with good dimensional accuracy (measured at 10 points for each of 20 wafers, wiring was formed with an accuracy of 0.2 μm ± 0.02 μm. In FIG. 14, T represents one of the measuring points. ) Was able to be formed. As a result, the fluctuation of the wiring resistance is reduced, and as a result, the yield of the integrated circuit is greatly improved.
[0013]
(Fourth embodiment)
In this embodiment, the present invention is applied to formation of a hole layer of a logic pattern. Therefore, there is no complicated figure opening for the memory circuit on the mask as shown in FIG. 15, (a) is a plan view of a mask (including an enlarged view of one opening group), (b) is a cross-sectional view thereof, and 37 is a graphic opening U to a different size consisting of one opening. W is shown. The mask has square openings of different sizes (0.2 μm, 0.25 μm and 0.3 μm on the wafer). FIG. 16 shows a part of the drawn circuit pattern. 16, 90 is a graphic formed by the graphic opening U shown in FIG. 15, and 91 is a graphic of the peripheral circuit portion formed by the graphic opening W shown in FIG. Since it is a logic circuit, there is no regularity in the position and size of holes. However, by applying the drawing pattern forming method of this embodiment, these minute holes can be formed with high accuracy.
[0014]
(Fifth embodiment)
In this embodiment, mark detection using a rectangular figure opening will be described. FIG. 17 shows an apparatus configuration. There are a
As for the shape of the graphic opening having only one opening, various devices according to the needs of other circuits can be considered. In particular, it is effective in all processes of semiconductor microfabrication such as element isolation and gate manufacturing processes other than the wiring and hole processes shown in the embodiments. Further, the method of forming the graphic beam is not limited to this embodiment, and the shape, size, reduction ratio, numerical aperture, arrangement, etc. of the aperture can be arbitrarily changed. Furthermore, in the present specification, all of them are mixed with variable molding, but if the present invention is used, it is possible to draw only with a graphic opening. The removal of the variable forming function is effective as an application of the present invention in order to reduce the apparatus cost.
[0015]
(Sixth embodiment)
In this example, the mask of FIG. 21 was used. There are 21 types of collective figures. The five
As for the shape of the graphic opening having only one opening, various devices according to the needs of other circuits can be considered. In particular, it is effective in all processes of semiconductor microfabrication such as element isolation and gate manufacturing processes other than the wiring and hole processes shown in the embodiments. Further, the method of forming the graphic beam is not limited to the present embodiment, and the shape, size, reduction ratio, numerical aperture, arrangement, etc. of the opening can be arbitrarily changed. Further, in the above-described embodiments, all are mixed with variable shaping, but if the drawing pattern forming method of the present invention is used, it is possible to draw only with a graphic opening. The removal of the variable forming function is effective as an application of the present invention in order to reduce the apparatus cost.
[0016]
【The invention's effect】
As described above, by having a graphic opening having only one opening, it is possible to improve the drawing accuracy of a logic circuit that is not particularly repeated. As a result, it contributes to improvement of the yield of the integrated circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an electron beam drawing apparatus for a collective figure irradiation method for explaining a drawing pattern forming method of the present invention.
FIG. 2 is a mask diagram for explaining a drawing pattern forming method of the present invention.
FIG. 3 is a mask diagram having a rectangular opening for explaining the drawing pattern forming method of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a deformed graphic opening for explaining the drawing pattern forming method of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a mark and a rectangular beam for explaining the positioning mark detection method of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing reflected electron signals for explaining the positioning mark detection method of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of an electron beam lithography apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a mask diagram according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a drawing pattern diagram according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a process chart of drawing pattern formation in the first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a mask diagram in the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a drawing pattern diagram according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a mask diagram according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a drawing pattern diagram according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a mask diagram according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a drawing pattern diagram according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a configuration diagram of an electron beam lithography apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a mask diagram in the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram illustrating a positioning mark and a rectangular beam used in an electron beam lithography apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a diagram showing a reflected electron signal when a positioning mark is detected in the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a mask diagram in the sixth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: electron gun, 2: first mask, 3: transfer lens, 4: figure selection deflector, 5: second mask, 6: mask exchange chamber, 7: mask stage, 8: reduction lens, 9: limiting aperture, 10: focus corrector, 11: main deflector, 12: sub deflector, 13: sub sub deflector, 14: objective lens, 15: electron detector, 16: stage, 17: wafer.
Claims (4)
該電子銃から放射された電子ビームを成形する開口部を有する第1のマスクと、
前記第1のマスクを透過した前記電子ビームを成形する第2のマスクと、
偏向器と、
対物レンズと、
試料を載置するステージとを備え、
前記第2のマスクは、1つの矩形開口からなる第1の一括図形照射法用の図形開口部と、複数の開口からなる第2の一括図形照射法用の図形開口部とを備え、
前記偏向器は、前記第1の一括図形照射法用の図形開口部に前記電子ビーム照射するための第1の偏向器と、
前記第2の一括図形照射法用の図形開口部に前記電子ビーム照射するための第2の偏向器とを備え、
前記第2の一括図形照射法用の図形開口部は前記第2のマスクの中心に対して前記第1の一括図形照射法用の図形開口部よりも遠い位置に配置され、
前記第1または第2の図形開口部への照射に応じて前記第1の偏向器と第2の偏向器を選択するよう構成したことを特徴とする電子線描画装置。An electron gun,
A first mask having an opening for shaping an electron beam emitted from the electron gun;
A second mask for shaping the electron beam transmitted through the first mask;
A deflector;
An objective lens;
A stage on which a sample is placed,
The second mask includes a graphic opening for a first collective graphic irradiation method including a single rectangular opening, and a graphic opening for a second collective graphic irradiation method including a plurality of openings,
The deflector includes a first polarization direction unit for the electron beam irradiation in the figure the opening for the first batch graphic irradiation method,
And a second polarization direction unit for the electron beam irradiation in the figure the opening for the second batch graphic irradiation method,
The graphic opening for the second batch graphic irradiation method is disposed at a position farther from the center of the second mask than the graphic opening for the first batch graphic irradiation method,
Electron beam lithography apparatus characterized by being configured to select the first polarization direction unit and a second polarization direction device according to the irradiation to the first or second graphic opening.
前記第1の一括図形照射法用の図形開口部と前記第2の一括図形照射法用の図形開口部は複数の図形開口群であることを特徴とする電子線描画装置。The electron beam drawing apparatus according to claim 1 ,
The electron beam drawing apparatus according to claim 1, wherein the graphic opening for the first collective graphic irradiation method and the graphic opening for the second collective graphic irradiation method are a plurality of graphic opening groups.
前記第2のマスクの図形開口部を透過した電子ビームを前記試料に走査して位置を検出する手段を備えることを特徴とする電子線描画装置。The electron beam drawing apparatus according to claim 1 ,
An electron beam drawing apparatus comprising: means for scanning the sample with an electron beam transmitted through a graphic opening of the second mask to detect a position.
前記ステージはビーム校正用マークを備え、
前記第2のマスクの図形開口部を透過した電子ビームを前記ビーム校正用マークに照射して、該電子ビームの絶対位置を計測する手段を備えることを特徴とする電子線描画装置。The electron beam drawing apparatus according to claim 1 ,
The stage includes a beam calibration mark,
An electron beam drawing apparatus comprising: means for irradiating the beam calibration mark with an electron beam transmitted through the graphic opening of the second mask and measuring an absolute position of the electron beam.
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