JP2001144001A - パターン形成方法及びそれを用いるデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光と電子線のミックス・アンド・マッチ方式
の露光において、電子線転写露光をコンプリメンタリー
マスクを使わないで１回の転写で済ませる方法を提供す
る。 【解決手段】 ドーナッツパターンを構成する環状の露
光部５０を４隅のコーナー部５１と、コーナー部５１で
相互に分離された４本の直線部５２とに分割する。そし
て、コーナー部５１を紫外光ＤＵＶで光露光する一方、
直線部５２を電子線転写露光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、同一のレジスト
層を電子線転写露光と光露光を併用して露光しパターン
形成する方法、いわゆるミックス・アンド・マッチ式の
パターン形成方法に関する。特には、電子線転写露光に
おいてコンプリメンタリーな２つのパターンに分割して
２回露光することを避けて露光を１回で済ますことがで
き、高精度のパターンを高スループットで形成できるパ
ターン形成方法に関する。また、そのようなパターン形
成方法を用いるデバイス製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＫｒＦやＡｒＦレーザのような波長の短
い紫外光（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）等の
光と電子線の相方を用いて同一のレジスト層を露光しパ
ターン形成する方法（同層ミックス・アンド・マッチ）
が提案されている。この同層ミックス・アンド・マッチ
を行う場合、電子線転写露光する微細パターンに、環状
の露光部に囲まれた島状の非露光部を含むパターン（ド
ーナッツパターン）や、細長い非露光部が存在する場合
には、１枚のステンシルマスク（孔開きマスク）上にパ
ターン形成することが不可能又は困難である。そこで、
パターンを２つのコンプリメンタリー（相補的）なパタ
ーンに分けて、２枚のステンシルマスクを作製し、２回
電子線転写露光を行う。この場合、光露光と合わせて、
３回も露光を行うこととなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように電子線転
写露光をコンプリメンタリーなパターンを有するレチク
ルを用いて２回行う場合には、電子線転写露光のスルー
プットが半分近くに低下してしまう。また、コンプリメ
ンタリーな２つのパターンを一枚のレチクル基板上に形
成する場合には、レチクルの寸法が大きくなって、適当
な材料を得にくい。

【０００４】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、電子線転写露光をコンプリメンタリーマス
クを使わないで１回の転写で済ませる方法を提供するこ
とを目的とする。また本発明の他の目的は、半導体デバ
イスを製造する時、リソグラフィーを高スループットで
行うデバイス製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のパターン形成方法は、 同一のレジスト層
を電子線転写露光と光露光を併用して露光することによ
りパターン形成する方法であって； 形成するパターン
を、電子線転写露光により形成するパターンと、光露光
により形成するパターンとに分ける際に、電子線転写露
光用のレチクルをコンプリメンタリーな２枚のレチクル
に分ける必要のないように両パターンを分けることを特
徴とする。

【０００６】つまり、電子線転写露光するパターンに、
ドーナッツパターンやアスペクト比の大きすぎる細長い
パターンが残らないようにする。これにより、１回の光
露光と１回の電子線転写露光でミックス・アンド・マッ
チのリソグラフィーが完了するので高スループットのパ
ターン形成を行うことができる。

【０００７】本発明のデバイス製造方法は、 同一のレ
ジスト層を電子線転写露光と光露光を併用して露光する
ことによりパターン形成するデバイス製造方法であっ
て；形成するパターンを、電子線転写露光により形成す
るパターンと、光露光により形成するパターンとに分け
る際に、電子線転写露光用のレチクルをコンプリメンタ
リーな２枚のレチクルに別ける必要のないように両パタ
ーンを分けることを特徴とする。これにより、リソグラ
フィーを高スループットで行うデバイス製造方法を提供
することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１〜図６を参照しつつ本発明に
係るパターン分割方法の様々な実施の形態を説明する。
まず図１に示すパターン分割方法について説明する。図
１は、ドーナッツパターンを光露光パターンと電子線転
写露光パターンとに分割する方法の１例を説明するため
の図である。図１には、四角い環状の露光部５０に囲ま
れた島状の非露光部５３を含むドーナッツパターンが示
されている。露光部５０は、４隅のコーナー部５１（ハ
ッチングが入っている部分）と、コーナー部５１で相互
に分離された４本の直線部５２とに分割される。コーナ
ー部５１は、形成したいパターンよりも外側に太らせる
方向にリサイズされる。

【０００９】図１の実施例では、上記露光部５０のコー
ナー部５１を紫外光ＤＵＶで光露光する一方、同露光部
５０の直線部５２を電子線転写露光する。４本の直線部
５２は互いに分離されるのでドーナッツパターンが解消
され、１枚のステンシルレチクル上にパターン形成でき
る。なお、図１の実施例においては、露光部５０を構成
する４隅のコーナー部５１のうち、対角線上の２つのコ
ーナー部５１を電子線転写露光しても、パターンのコン
プリメンタリー化を避けることができる。また、図１の
実施例では、コーナー部５１の光露光では、外側の寸法
を大きく採ったＤＵＶ用のマスクが用いられる。これに
より、コーナー部５１が光近接効果を受けて丸みを帯び
るのを防止している。

【００１０】次に図２に示すパターン分割方法について
説明する。図２は、ドーナッツパターンを光露光パター
ンと電子線（ＥＢ）転写露光パターンとに分割する方法
の他の例を説明するための図である。なお、図２は図１
の変形例であり、図１との共通部分に同符号が付されて
いる。図２の実施例では、ドーナッツパターンを構成す
る露光部５０のコーナー部５１が、さらに、露光部５０
の角を含む小さい正方形状のＥＢ露光部５１ａと、同部
５１ａと直線部５２とを隔てるＤＵＶ露光部５１ｂ（ハ
ッチングが入っている部分）とに分割される。

【００１１】図２の実施例では、上記コーナー部５１の
ＤＵＶ露光部５１ｂを紫外光ＤＵＶで光露光する一方、
同コーナー部５１のＥＢ露光部５１ａと上記直線部５２
とを電子線転写露光する。この場合、図１の実施例に比
べてコーナ部５１の角の解像度は高くなる。

【００１２】次に図３に示すパターン分割方法について
説明する。図３は、所定のアスペクト比以上の細長いラ
イン状露光部を光露光パターンと電子線転写露光パター
ンとに分割する方法を説明するための図である。図３に
は、幅１００nmで長さ１０μm以上のライン状露光部６
０が示されている。同露光部６０はアスペクト比１００
以上である。露光部６０の両側は非露光部６１となって
いる。ライン状露光部６０の長手方向の所々には、同露
光部６０を横断するブリッジ部６２（ハッチングが入っ
ている部分）が設けられている。図３には、複数のブリ
ッジ部６２のうちの１つが示されている。ブリッジ部６
２は、ライン状露光部６０における比較的精度を必要と
しない部位を横断するよう配置されている。このブリッ
ジ部６２により、ライン状露光部６０が比較的小アスペ
クト比のＥＢ露光部６３に分割される。つまり、ブリッ
ジ部６２がレチクル上における非露光部６１間の機械的
なサポートとなるので、レチクルの変形や破壊を防ぐこ
とができる。ブリッジ部６２には符号６２ａで示したよ
うに形成したいパターンからはみ出た部分を追加し、パ
ターンにくびれが生じるのを防ぐ。接点部６２ａの長さ
はシュミレーション又は実測で最適値が求められる。

【００１３】上記ブリッジ部６２は、非露光部６１との
接点を為す接点部６２ａと、ライン状露光部６０に平行
な線状の平行部６２ｂとを備えている。平行部６２ｂが
同露光部６０の長手方向に食い違った２つの接点部６２
ａ間を繋いでいる。すなわち、ブリッジ部６２はクラン
ク状に折り曲げられた形状である。なお、図３の実施例
では、ライン状露光部６０を同露光部６０の長手方向に
対して斜めに横断するブリッジ部を代用することもでき
る。

【００１４】図３の実施例では、上記ブリッジ部６２の
接点部６２ａを所望サイズよりも非露光部６１内に若干
はみ出して形成している。これにより、接点部６２ａに
おけるドーズ不足を予防して、ライン状露光部６０がく
びれるのを防止している。

【００１５】次に図４に示すパターン分割方法について
説明する。図４は、太さの異なる線状パターンが交互に
繰り返される露光部を光露光パターンと電子線転写露光
パターンとに分割する方法を説明するための図である。
図４には、太さの異なる線状パターンが交互に繰り返さ
れた露光部７０が示されている。同露光部７０の両側は
非露光部７３となっている。露光部７０は、最小限幅に
近い細さを有する細線部７１と、細線部７１よりも太い
線幅を有する太線部７２とを備えている。すなわち、露
光部７０では、細線部７１と太線部７２が交互に繰り返
されて繋げられている。この例では、太線部７２を、外
側の２つのＥＢ露光部７２ａと、両ＥＢ露光部７２ａ間
に挟まれたＤＵＶ露光部７２ｂ（ハッチングが入ってい
る部分）とに分けている。

【００１６】図４の実施例では、上記太線部７２のＤＵ
Ｖ露光部７２ｂを紫外光ＤＵＶで光露光する一方、同太
線部７２のＥＢ露光部７２ａと上記細線部７１とを電子
線転写露光する。すなわち、太線部７２では、外側の部
分を解像度の高い電子線転写露光することにより、細線
部７１のみならず太線部７２も高い線幅精度を保証して
いる。

【００１７】次に図５に示すパターン分割方法について
説明する。図５は、細線状のパターンが屈曲しながら蛇
行した露光部を光露光パターンと電子線転写露光パター
ンとに分割する方法を説明するための図である。図５に
は、細線状のパターンが屈曲しながら蛇行した露光部８
０が示されている。同露光部８０の両側は非露光部８１
となっている。露光部８０は、矩形状のＤＵＶ露光部８
０ａとほぼ線状のＥＢ露光部８０ｂとを備えている。Ｅ
Ｂ露光部８０ｂが両ＤＵＶ露光部８０ａを分離してい
る。ＤＵＶ露光部８０ａは、内角α＝２７０゜のパター
ンエッジを含んでいる。なお、ＤＵＶ露光部８０ａの含
むパターンエッジの内角αは１９０゜以上であればよ
い。内角αが１９０゜以上の部分を光露光部とするの
は、光の方が近接効果によるパターンの変形が少なく、
内角αが１８０°以上の部分ではＥＢで転写すると近接
効果が大きいためである。図５の実施例では、露光部８
０のＤＵＶ露光部８０ａを紫外光ＤＵＶで光露光する一
方、同露光部８０のＥＢ露光部８０ｂを電子線転写露光
する。

【００１８】次に図６に示すパターン分割方法について
説明する。図６は、細線状パターン間が斜線パターンで
接続された露光部を光露光パターンと電子線転写露光パ
ターンとに分割する方法を説明するための図である。図
６には、千鳥に配置された細線状パターンが斜線パター
ンで接続された露光部９０が示されている。同露光部９
０の両側は非露光部９１となっている。露光部９０は、
細線状の直線部９０ａ（ｘ，ｙパターン）と、斜線のパ
ターンエッジを含む斜線部９０ｂ（ハッチングが入って
いる部分）とを備えている。斜線部９０ｂが両直線部９
０ａを繋いでいる。

【００１９】図６の実施例では、上記露光部９０の斜線
部９０ｂを紫外光ＤＵＶで光露光する一方、同露光部９
０の直線部９０ａを電子線転写露光している。なお、光
露光の分解能が高くない場合には、同直線部９０ａの線
幅を細くしてしまう虞れがある。そこで、図６に示すよ
うに、直線部９０ａを点線範囲までリサイズして太らせ
てもよい。

【００２０】従来では、ドーナッツパターンや所定のア
スペクト比以上のパターン等を含む所望パターンを２つ
のコンプリメンタリーなパターンに分けて、２枚のステ
ンシルマスクを作製していた。このため、２回の電子線
転写露光及び１回の光露光から成る３回の露光が行われ
ていた。この場合、電子線転写露光のスループットが半
分近くまで低下してしまうという問題を有していた。さ
らに、コンプリメンタリーな２つのパターンを１枚のレ
チクル基板上に形成する場合には、レチクルの寸法が大
きくなって、適当な材料を得にくいという問題を有して
いた。

【００２１】本発明では、図１〜図６に例として示す分
割方法により、光露光により形成するパターンと電子線
転写露光により形成するパターンとをうまく分割して、
電子線転写露光パターンのコンプリメンタリー化を回避
している。そのため、１回の光露光と１回の電子線転写
露光とでミックス・アンド・マッチのリソグラフィーを
完了することができる。したがって、高スループットの
パターン形成を実現することができる。

【００２２】次に上記説明した電子線転写露光装置を利
用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図７は、
微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パ
ネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の
製造のフローを示す。

【００２３】ステップ１（回路設計）では、半導体デバ
イスの回路設計を行う。この次に、上述のように光露光
するパターンと電子線転写露光するパターンとに分け
る。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パタ
ーンを形成したマスクを製作する。この時、パターンに
ついて局所的にリサイズを施すことにより近接作用や空
間電荷効果によるビームボケの補正を行ってもよい。一
方、ステップ３（ウエハ製造）では、シリコン等の材料
を用いてウエハを製造する。

【００２４】ステップ４（酸化）では、ウエハの表面を
酸化させる。ステップ５（ＣＶＤ）では、ウエハ表面に
絶縁膜を形成する。ステップ６（電極形成）では、ウエ
ハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ７（イオ
ン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステッ
プ８（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布す
る。ステップ９（電子ビーム露光）では、ステップ２で
作ったマスクを用いて電子ビーム転写装置によって、マ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ
１０（光露光）では、同じくステップ２で作った光露光
用マスクを用いて、光ステッパーによってマスクの回路
パターンをウエハに焼付露光する。この前又は後に、電
子ビームの後方散乱電子を均一化する近接効果補正露光
を行ってもよい。

【００２５】ステップ１１（現像）では、露光したウエ
ハを現像する。ステップ１２（エッチング）では、レジ
スト像以外の部分を選択的に削り取る。ステップ１３
（レジスト剥離）では、エッチングがすんで不要となっ
たレジストを取り除く。ステップ４からステップ１３を
繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パタ
ーンが形成される。

【００２６】ステップ１４（組立）は、後工程と呼ば
れ、上の工程によって作製されたウエハを用いて半導体
チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシン
グ、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。ステップ１５（検査）では、ステ
ップ１４で作製された半導体デバイスの動作確認テス
ト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て
半導体デバイスが完成しこれが出荷（ステップ１６）さ
れる。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、電子線転写露光をコンプリメンタリーマスク
を使わないで１回の転写で済ませる方法を提供できる。
また、半導体デバイスを製造する時、リソグラフィーを
高スループットで行うデバイス製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るドーナッツパターンを光露光パタ
ーンと電子線転写露光パターンとに分割する方法の１例
を説明するための図である。

【図２】本発明に係るドーナッツパターンを光露光パタ
ーンと電子線転写露光パターンとに分割する方法の他の
例を説明するための図である。

【図３】本発明に係る所定のアスペクト比以上の細長い
ライン状露光部を光露光パターンと電子線転写露光パタ
ーンとに分割する方法を説明するための図である。

【図４】本発明に係る太さの異なる線状パターンが交互
に繰り返される露光部を光露光パターンと電子線転写露
光パターンとに分割する方法を説明するための図であ
る。

【図５】本発明に係る細線状のパターンが屈曲しながら
蛇行した露光部を光露光パターンと電子線転写露光パタ
ーンとに分割する方法を説明するための図である。

【図６】本発明に係る細線状パターン間が斜線パターン
で接続された露光部を光露光パターンと電子線転写露光
パターンとに分割する方法を説明するための図である。

【図７】微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チッ
プ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマ
シン等）の製造のフローを示す。

【符号の説明】

５０，６０，７０，８０，９０ 露光部 ５１ コーナー部 ５２ 直線部 ５３，６１，７３，８１，９１ 非露光部 ５１ａ，６３，７２ａ，８０ｂ ＥＢ露光部 ５１ｂ，７２ｂ，８０ａ ＤＵＶ露光部 ６２ ブリッジ部 ６２ａ 接点
部 ６２ｂ 平行部 ７１ 細線部 ７２ 太線部 ９０ａ 直線
部（ｘ，ｙパターン） ９０ｂ 斜線部

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一のレジスト層を電子線転写露光と光
   露光を併用して露光することによりパターン形成する方
   法であって；形成するパターンを、電子線転写露光によ
   り形成するパターンと、光露光により形成するパターン
   とに分ける際に、電子線転写露光用のレチクルをコンプ
   リメンタリーな２枚のレチクルに分ける必要のないよう
   に両パターンを分けることを特徴とするパターン形成方
   法。
2. 【請求項２】 同一のレジスト層を電子線転写露光と光
   露光を併用して露光しパターン形成する方法であって；
   環状の露光部に囲まれた島状の非露光部を含むパターン
   （ドーナッツパターン）を、電子線転写露光により形成
   するパターンと、光露光により形成するパターンとに分
   ける際に、 上記環状の露光部を、コーナー部と、該コーナー部で相
   互に分離された直線部とに分け、 コーナー部を光露光し、直線部を電子線転写露光するこ
   とを特徴とするパターン形成方法。
3. 【請求項３】 同一のレジスト層を電子線転写露光と光
   露光を併用して露光しパターン形成する方法であって；
   所定のアスペクト比以上の細長いライン状露光部を、電
   子線転写露光により形成するパターンと、光露光により
   形成するパターンとに分ける際に、 該ライン状露光部の長手方向の所々にラインを横断する
   ブリッジ部を設け、 該ブリッジ部を光露光し、その他の部分を電子線転写露
   光することを特徴とするパターン形成方法。
4. 【請求項４】 上記ライン状露光部の両側の非露光部と
   上記ブリッジ部との接点が、ライン状露光部の長手方向
   に食い違うように、ブリッジ部をクランク状に折り曲げ
   るか、ライン状露光部長手方向に対して斜めに傾けるこ
   とを特徴とする請求項３記載のパターン形成方法。
5. 【請求項５】 最小限幅に近い細いパターン及び線幅精
   度を要するパターンを電子線転写露光し、 線幅精度を要しない太いパターンを光露光することを特
   徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
6. 【請求項６】 細い線状のパターンが屈曲しながら蛇行
   しているパターンについては、パターンの内側が１９０
   °以上のパターンエッジを含む矩形部で該蛇行パターン
   を分割し、 該矩形部を光露光し、その他の部分を電子線転写露光す
   ることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
7. 【請求項７】 細い線状のパターンが斜線のパターンエ
   ッジを含むパターン（斜線パターン）で接続されている
   場合、 上記斜線パターンを光露光し、他の部分を電子線転写露
   光することを特徴とする請求項１記載のパターン形成方
   法。
8. 【請求項８】 上記光露光するパターンが、形成したい
   パターンよりも外側に太らせる方向にリサイズされてい
   ることを特徴とする請求項１〜７記載のパターン形成方
   法。
9. 【請求項９】 同一のレジスト層を電子線転写露光と光
   露光を併用して露光することによりパターン形成するデ
   バイス製造方法であって；形成するパターンを、電子線
   転写露光により形成するパターンと、光露光により形成
   するパターンとに分ける際に、電子線転写露光用のレチ
   クルをコンプリメンタリーな２枚のレチクルに分ける必
   要のないように両パターンを分けることを特徴とするデ
   バイス製造方法。
10. 【請求項１０】 上記光露光するパターンを、形成した
    いパターンよりも外側に太らせる方向にリサイズするこ
    とを特徴とする請求項９記載のデバイス製造方法。