JP2002170768A

JP2002170768A - 転写露光方法及びデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2002170768A
Application number: JP2000368671A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakasuji; 護中筋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2002-06-14

Abstract

(57)【要約】【課題】重なり合う２つのパターン層間の重ね合わせ
精度を向上し、つなぎ誤差を小さくできる転写露光方法
等を提供する。【解決手段】中央のトランジスタ領域５７の直ぐ左方
には、Ｙ方向のサブフィールド境界線５５が示されてい
る。Ｙ方向のサブフィールド境界線５５は、トランジス
タ領域５７と交差しないように段付形状になっている。
また、ゲートパターン５２層の転写露光を行う際には、
中央のトランジスタ領域５７の図の下方に示したような
迂回サブフィールド境界線５６を通るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、最小線幅0.1μm
未満の高精度・高密度パターンをも高スループットで形
成することを企図する転写露光方法に関する。特には、
重なり合う２つのパターン層間のパターン重ね合わせ精
度を向上し、つなぎ誤差を小さくできるように配慮を加
えた転写露光方法に関する。また、そのような転写露光
方法を用いてリソグラフィー工程を行うデバイス製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】転写露光装置の光学系の視野寸法を超え
る寸法のパターンを転写する方法として、感応基板（ウ
ェハ等）上に転写すべきパターンをマスク上で複数の小
領域（サブフィールド）に分割して形成し、該サブフィ
ールド毎にパターンを感応基板上に転写し、感応基板上
では各サブフィールドの像をつなぎ合わせてパターン全
体を転写する方法（分割転写方式と呼ぶ）がある。１つ
のサブフィールドの露光を終えて次のサブフィールドに
露光を進めるには、ビームを偏向したり、マスクや感応
基板を機械的に走査したりする。

【０００３】転写すべき全体のパターン（デバイスパタ
ーンと呼ぶ）をサブフィールドに分割する考え方として
従来提案されていたものは、デバイスパターンを機械的
にある同一寸法の矩形領域に分けるというものであっ
た。あるいは、デバイスパターンをサブフィールドに分
割する分割線を、サブフィールドのパターンのエッジと
なるべく交差しないように決定していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】分割転写方式では、ウ
ェハ上でサブフィールドの像をつなぎ合わせてデバイス
パターン全体を形成しているが、このつなぎが多少ずれ
ることがある。配線のようなパターン要素がサブフィー
ルドのつなぎ目で離れると断線となる。一方、２本の異
なる配線が重なると短絡となる。このような不良は、サ
ブフィールド境界とパターン要素が交差する点が増える
ほど発生率が上がるおそれがある。また、半導体デバイ
スのトランジスタとなるソースとゲート間あるいはゲー
トとドレイン間の領域がサブフィールド境界と交差し、
その部分でつなぎ不良があると、半導体デバイスの歩留
が低下するおそれがある。

【０００５】一方、パターン要素がなるべくサブフィー
ルドの境界線と交差しないように調整した場合には、パ
ターンエッジのつなぎ不良は防ぐことができる。しか
し、あるサブフィールドの例えば右端で形成したパター
ンとその右隣のサブフィールドの左端で形成したパター
ンとの間隔が不規則になる問題点がある。

【０００６】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、重なり合う２つのパターン層間の重ね合わ
せ精度を向上し、つなぎ誤差を小さくできる転写露光方
法等を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の転写露光方法は、感応基板上に転写すべ
きデバイスパターンをマスク上で複数の小領域（サブフ
ィールド）に分割して形成し、該小領域毎に前記デバ
イスパターンの一部を前記感応基板上に転写し、前記
感応基板上では前記各小領域の像をつなぎ合わせて前記
デバイスパターン全体を転写する方法であって；前記
感応基板上に複数のパターン層を積層し、前記小領域
内を、重なり合う２つのパターン層間の重ね合わせ精度
が高くなければならない部分と低くてもよい部分とに分
類し、該精度が高くなければならない部分について
は、各パターン層の露光用マスクのそれぞれにおいて該
部分を同一の小領域内に配置することを特徴とする。

【０００８】これにより、重なり合う２つのパターン層
間の重ね合わせ精度が向上し、つなぎ誤差を小さくでき
る。そのため、集積回路等での重ね合わせ部分の冗長部
（寸法余裕部）を小さくでき、同じ線幅のＩＣを設計す
る場合、小さい面積で１つのチップが製作できる。

【０００９】前記重ね合わせ精度が高くなければならな
い部分とは、例えばトランジスタ部又はコンタクトホー
ル周辺部である。集積回路のトランジスタ領域について
は、ソース領域・ドレイン領域・ゲート領域が全部一つ
のサブフィールド内で転写される。そのため、これらの
領域のパターンエッジ間の間隔に重ね合わせ精度が関与
しないので、高精度なパターン形成が実現できる。

【００１０】本転写露光方法においては、前記パター
ンの要素と前記小領域の境界との交差が、該パターン要
素の内角が180°を越える特異点で選択的に起るように
することが好ましい。これにより、パターン層間の重ね
合わせ精度の必要な領域を同じ視野で転写することがで
きる。そのため、パターン層間の重ね合わせ精度で決ま
るパターン間距離のばらつきを小さくできる。

【００１１】本発明のデバイス製造方法は、前記転写
露光方法を用いるリソグラフィー工程を含むことを特徴
とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】まず、分割転写方式の電子線投影
露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概
要について図面を参照しつつ説明する。図３は、分割転
写方式の電子線投影露光装置の光学系全体における結像
関係及び制御系の概要を示す図である。光学系の最上流
に配置されている電子銃１は、下方に向けて電子線を放
射する。電子銃１の下方には２段のコンデンサレンズ
２、３が備えられており、電子線は、これらのコンデン
サレンズ２、３によって収束されブランキング開口７に
クロスオーバーC.O.を結像する。

【００１３】二段目のコンデンサレンズ３の下には、矩
形開口４が備えられている。この矩形開口（照明ビーム
成形開口）４は、レチクル（マスク）１０の一つのサブ
フィールドを照明する照明ビームのみを通過させる。こ
の開口４の像は、レンズ９によってレチクル１０に結像
される。

【００１４】ビーム成形開口４の下方には、ブランキン
グ偏向器５が配置されている。同偏向器５は、必要時に
照明ビームを偏向させてブランキング開口７の非開口部
に当て、ビームがレチクル１０に当たらないようにす
る。ブランキング開口７の下には、照明ビーム偏向器８
が配置されている。この偏向器８は、主に照明ビームを
図３の横方向（Ｘ方向）に順次走査して、照明光学系の
視野内にあるレチクル１０の各サブフィールドの照明を
行う。偏向器８の下方には、照明レンズ９が配置されて
いる。照明レンズ９は、レチクル１０上にビーム成形開
口４を結像させる。

【００１５】レチクル１０は、実際には（図４を参照し
つつ後述）光軸垂直面内（Ｘ−Ｙ面）に広がっており、
多数のサブフィールドを有する。レチクル１０上には、
全体として一個の半導体デバイスチップをなすパターン
（チップパターン）が形成されている。レチクル１０は
移動可能なレチクルステージ１１上に載置されており、
レチクル１０を光軸垂直方向（ＹＸ方向）に動かすこと
により、照明光学系の視野よりも広い範囲に広がるレチ
クル上の各サブフィールドを照明することができる。レ
チクルステージ１１には、レーザ干渉計を用いた位置検
出器１２が付設されており、レチクルステージ１１の位
置をリアルタイムで正確に把握することができる。

【００１６】レチクル１０の下方には投影レンズ１５及
び１９並びに偏向器１６が設けられている。レチクル１
０の１つのサブフィールドを通過した電子線は、投影レ
ンズ１５、１９、偏向器１６によってウェハ２３上の所
定の位置に結像される。ウェハ２３上には、適当なレジ
ストが塗布されており、レジストに電子線のドーズが与
えられ、レチクル上のパターンが縮小されてウェハ２３
上に転写される。

【００１７】レチクル１０とウェハ２３の間を縮小率比
で内分する点にクロスオーバーC.O.が形成され、同クロ
スオーバー位置にはコントラスト開口１８が設けられて
いる。同開口１８は、レチクル１０の非パターン部で散
乱された電子線がウェハ２３に到達しないよう遮断す
る。

【００１８】ウェハ２３の直上には反射電子検出器２２
が配置されている。この反射電子検出器２２は、ウェハ
２３の被露光面やステージ上のマークで反射される電子
の量を検出する。例えばレチクル１０上のマークパター
ンを通過したビームでウェハ２３上のマークを走査し、
その際のマークからの反射電子を検出することにより、
レチクル１０と２３の相対的位置関係を知ることができ
る。

【００１９】ウェハ２３は、静電チャック（図示され
ず）を介して、ＸＹ方向に移動可能なウェハステージ２
４上に載置されている。上記レチクルステージ１１とウ
ェハステージ２４とを、互いに逆の方向に同期走査する
ことにより、投影光学系の視野を越えて広がるチップパ
ターン内の各部を順次露光することができる。なお、ウ
ェハステージ２４にも、上述のレチクルステージ１１と
同様の位置検出器２５が装備されている。

【００２０】上記各レンズ２、３、９、１５、１９及び
各偏向器５、８、１６は、各々のコイル電源制御部２
ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ及び５ａ、８ａ、１６
ａを介してコントローラ３１によりコントロールされ
る。また、レチクルステージ１１及びウェハステージ２
４も、ステージ制御部１１ａ、２４ａを介して、制御部
３１によりコントロールされる。ステージ位置検出器１
２、２５は、アンプやＡ／Ｄ変換器等を含むインターフ
ェース１２ａ、２５ａを介してコントローラ３１に信号
を送る。また、反射電子検出器２２も同様のインターフ
ェース２２ａを介してコントローラ３１に信号を送る。

【００２１】コントローラ３１は、ステージ位置の制御
誤差を把握し、その誤差を像位置調整偏向器１６で補正
する。これにより、レチクル１０上のサブフィールドの
縮小像がウェハ２３上の目標位置に正確に転写される。
そして、ウェハ２３上で各サブフィールド像が繋ぎ合わ
されて、レチクル上のチップパターン全体がウェハ上に
転写される。

【００２２】次に、分割転写方式の電子線投影露光に用
いられるレチクルの詳細例について、図４を参照しつつ
説明する。図４は、電子線投影露光用のレチクルの構成
例を模式的に示す図である。（Ａ）は全体の平面図であ
り、（Ｂ）は一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メ
ンブレイン領域の平面図である。このようなレチクル
は、例えばシリコンウェハに電子線描画・エッチングを
行うことにより製作できる。

【００２３】図４（Ａ）には、レチクル１０における全
体のパターン分割配置状態が示されている。同図中に多
数の正方形４１で示されている領域が、一つのサブフィ
ールドに対応したパターン領域を含む小メンブレイン領
域（厚さ０．１μm 〜数μm）である。図４（Ｃ）に示
すように、小メンブレイン領域４１は、中央部のパター
ン領域（サブフィールド）４２と、その周囲の額縁状の
非パターン領域（スカート４３）とからなる。サブフィ
ールド４２は転写すべきパターンの形成された部分であ
る。スカート４３はパターンの形成されてない部分であ
り、照明ビームの縁の部分が当たる。パターン形成の形
態としては、メンブレインに孔開き部を設けるステンシ
ルタイプと、電子線の高散乱体からなるパターン層をメ
ンブレイン上に形成する散乱メンブレンタイプとがあ
る。

【００２４】一つのサブフィールド４２は、現在検討さ
れているところでは、レチクル上で０．５〜５mm角程度
の大きさを有する。投影の縮小率を１／５とすると、サ
ブフィールドがウェハ上に縮小投影された投影像の大き
さは、０．１〜１mm角である。小メンブレイン領域４１
の周囲の直交する格子状のグリレージと呼ばれる部分４
５は、レチクルの機械強度を保つための、例えば厚さ
０．５〜１mm程度の梁である。グリレージ４５の幅は、
例えば０．１mm程度である。なお、スカート４３の幅
は、例えば０．０５mm程度である。

【００２５】図４（Ａ）に示すように、図の横方向（Ｘ
方向）に多数の小メンブレイン領域４１が並んで一つの
グループ（マイナーストライプ４４）をなし、そのよう
なマイナーストライプ４４が図の縦方向（Ｙ方向）に多
数並んで１つのメジャーストライプ４９を形成してい
る。マイナーストライプ４４の長さ（メジャーストライ
プ４９の幅）は照明光学系の偏向可能視野の大きさに対
応している。なお、一つのマイナーストライプ４４内に
おける隣り合うサブフィールド間に、スカートやグリレ
ージのような非パターン領域を設けない方式も検討され
ている。

【００２６】メジャーストライプ４９は、Ｘ方向に並列
に複数存在する。隣り合うメジャーストライプ４９の間
にストラット４７として示されている幅の太い梁は、レ
チクル全体のたわみを小さく保つためのものである。ス
トラット４７はグリレージ４５と一体である。

【００２７】現在有力と考えられている方式によれば、
１つのメジャーストライプ（以下単にストライプと呼
ぶ）４９内のＸ方向のサブフィールド４２の列（マイナ
ーストライプ４４）は電子線偏向により順次露光され
る。一方、ストライプ４９内のＹ方向の列は、連続ステ
ージ走査により順次露光される。

【００２８】次に、本発明の第１の実施の形態に係る転
写露光方法におけるパターン分割方法について図を参照
しつつ説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に
係る転写露光方法を適用した場合における、パターン要
素とサブフィールド境界の関係を模式的に示す平面図で
ある。図１には、図の左下から右上に階段状に形成され
たゲートパターン５２（右上りハッチング部）が図示さ
れている。ゲートパターン５２の周りのところどころに
は、トランジスタ領域５７があるピッチで配置されてい
る。トランジスタ領域５７には、図の右側にソースパタ
ーン５１、左側にドレインパターン５３が配置されてい
る。ゲートパターン５２とソースパターン５１との間隔
に符号５８を付し、ゲートパターン５２とドレインパタ
ーン５３との間隔に符号５９を付して示す。なお、転写
露光は、トランジスタ領域５７の層、ソースパターン５
１とドレインパターン５３の層、ゲートパターン５２の
層の３層に分けて行う。

【００２９】図１には、露光時のサブフィールド境界線
を破線で示してある。中央のトランジスタ領域５７の直
ぐ下方には、Ｘ方向の視野境界線５４が直線状に図示さ
れている。中央のトランジスタ領域５７の直ぐ左方に
は、Ｙ方向の視野境界線５５が図示されている。Ｙ方向
の視野境界線５５は、Ｘ方向の視野境界線５４から直角
に延びており、トランジスタ領域５７と交差しないよう
に段付形状になっている。また、ゲートパターン５２層
の転写露光を行う際には、中央のトランジスタ領域５７
の図の下方に示したような迂回視野境界線５６（斜めの
線）を通るようにする。これは、Ｘ方向に転写露光を行
う際に、ゲートパターン５２の折れ曲がり点５２´を境
界線が通るようにするためである。なお、折れ曲がり点
５２´は、つなぎ精度の不良があっても、影響が目立た
ない。

【００３０】以上のように、トランジスタ領域５７内の
ソースパターン５１、ドレインパターン５３、ゲートパ
ターン５２の転写露光を同じサブフィールドで行うこと
ができる。そのため、重ね合わせ部分での視野歪による
精度の悪化は生じず、ソース−ゲート間距離５８やゲー
ト−ドレイン間距離５９の精度もよくすることができ
る。

【００３１】次に、本発明の第２の実施の形態に係る転
写露光方法におけるパターン分割方法について図を参照
しつつ説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態に
係る転写露光方法を適用した場合における、パターン要
素とサブフィールド境界の関係を模式的に示す平面図で
ある。この実施の形態は、コンタクトホール層と配線層
の２層をＥＢ転写でパターン形成する例である。

【００３２】図２には、図の上下方向に３本の配線パタ
ーン６２が示されている。各配線パターン６２上には、
あるピッチでコンタクトホール６１が形成されている。
コンタクトホール６１は、正方形をしており、その周り
の配線パターン６２はコンタクトホール６１よりも太く
なっている。この間隔の内、X方向の間隔に符号６４を
付し、Y方向の間隔に符号６５を付した。また、配線パ
ターン６２の太くなっている部分の内、内角が180°以
上の点を特異点６６とした。図では特異点６６の内角は
270°である。

【００３３】図２には、露光時のサブフィールド境界線
を破線で示してある。図の右側の２本の配線パターン６
２−２、６２−３の間には、上下方向に直線のＹ方向の
サブフィールド境界線７５が図示されている。一方、X
方向のサブフィールド境界線７４は、図の左右に位置す
る配線パターン６２−１、６２−３の上側のコンタクト
ホール６１の下側の特異点６６を通るように図示されて
いる。また、中央の配線パターン６２−２の下側に形成
されたコンタクトホール６１の上側の特異点６６を通る
ように迂回しているX方向のサブフィールド境界線７３
も図示されている。

【００３４】コンタクトホール６１の層を転写するとき
は、直線状のサブフィールド境界線７４、７５に従いパ
ターン分割して転写露光を行う。一方、配線パターン６
２の層を転写するときは、直線状のＹ方向のサブフィー
ルド境界線７５と迂回しているＸ方向のサブフィールド
境界線７３に従い転写露光を行う。このようにして、コ
ンタクトホール６１と配線パターン６２の重ね合わせ精
度の必要な領域（図のハッチングを施した領域）を同じ
視野で転写することができる。そのため、コンタクトホ
ール６１と配線パターン６２間の重ね合わせ精度で決ま
る両パターン間距離６４、６５のばらつきを小さくでき
る。なお、図の特異点６６はつなぎ精度がやや低くても
影響の少ない場所である。

【００３５】次に以上で説明した電子線転写露光方法を
利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図５
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。

【００３６】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。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部的にリサイズを施す
ことにより近接効果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（ウェハ製造）
では、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。

【００３７】ステップ４（酸化）では、ウェハの表面を
酸化させる。ステップ５（ＣＶＤ）では、ウェハ表面に
絶縁膜を形成する。ステップ６（電極形成）では、ウェ
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、ウェハにイオンを打ち込む。ステッ
プ８（レジスト処理）では、ウェ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ェハに焼付露光する。その際、
上述の転写露光方法を用いる。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ェ
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。

【００３８】ステップ１１（現像）では、露光したウェ
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、ウェハ上に多重に回路パタ
ーンが形成される。

【００３９】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ェハを用いて半導体
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。

【００４０】以上図１〜図５を参照しつつ、本発明の実
施の形態に係る転写露光方法等について説明したが、本
発明はこれに限定されるものではなく、様々な変更を加
えることができる。

【００４１】

【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、重なり合う２つのパターン層間のパターン重
ね合わせ精度が向上し、つなぎ誤差を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る転写露光方法
を適用した場合における、パターン要素とサブフィール
ド境界の関係を模式的に示す平面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る転写露光方法
を適用した場合における、パターン要素とサブフィール
ド境界の関係を模式的に示す平面図である。

【図３】分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全
体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。

【図４】電子線投影露光用のレチクルの構成例を模式的
に示す図である。（Ａ）は全体の平面図であり、（Ｂ）
は一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブレイン
領域の平面図である。

【図５】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】

１電子銃２，３コンデ
ンサレンズ４照明ビーム成形開口５ブランキ
ング偏向器７ブランキング開口８照明ビー
ム偏向器９コンデンサレンズ１０レチクル
（マスク）１１レチクルステージ１２レチクル
ステージ位置検出器１５第１投影レンズ１６像位置調
整偏向器１８コントラスト開口１９第２投影
レンズ２２反射電子検出器２３ウェハ２４ウェハステージ２５ウェハス
テージ位置検出器３１コントローラ４１小メンブレイン領域４２サブフィ
ールド４３スカート４４マイナー
ストライプ４５グリレージ４７ストラッ
ト４９メジャーストライプ５１ソースパターン５２ゲートパ
ターン５３ドレインパターン５４ X方向の
サブフィールド境界線５５ Y方向のサブフィールド境界線５６迂回サブ
フィールド境界線５７トランジスタ領域５８ソース−
ゲート間距離５９ゲート−ドレイン間距離６１コンタクトホール６２配線パタ
ーン６４ X方向の間隔６５ Y方向の間
隔６６特異点７３迂回サブ
フィールド境界線７４ X方向のサブフィールド境界線７５ Y方向のサ
ブフィールド境界線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感応基板上に転写すべきデバイスパター
ンをマスク上で複数の小領域（サブフィールド）に分割
して形成し、該小領域毎に前記デバイスパターンの一部を前記感応基
板上に転写し、前記感応基板上では前記各小領域の像をつなぎ合わせて
前記デバイスパターン全体を転写する方法であって；前
記感応基板上に複数のパターン層を積層し、前記小領域内を、重なり合う２つのパターン層間の重ね
合わせ精度が高くなければならない部分と低くてもよい
部分とに分類し、該精度が高くなければならない部分については、各パタ
ーン層の露光用マスクのそれぞれにおいて該部分を同一
の小領域内に配置することを特徴とする転写露光方法。
【請求項２】前記重ね合わせ精度が高くなければなら
ない部分が、トランジスタ部又はコンタクトホール周辺
部であることを特徴とする請求項１記載の転写露光方
法。
【請求項３】前記パターンの要素と前記小領域の境界
との交差が、該パターン要素の内角が180°を越える特
異点で選択的に起るようにすることを特徴とする請求項
１又は２記載の転写露光方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項記載の転写
露光方法を用いるリソグラフィー工程を含むことを特徴
とするデバイス製造方法。