JP2835109B2 - 荷電ビーム描画方法 - Google Patents

荷電ビーム描画方法

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JP2835109B2
JP2835109B2 JP1311391A JP31139189A JP2835109B2 JP 2835109 B2 JP2835109 B2 JP 2835109B2 JP 1311391 A JP1311391 A JP 1311391A JP 31139189 A JP31139189 A JP 31139189A JP 2835109 B2 JP2835109 B2 JP 2835109B2
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  • Electron Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、電子ビームやイオンビーム等の荷電ビーム
を用いて半導体ウェハ若しくはマスク基板等に微細パタ
ーンを形成する技術に係わり、特に可変線状ビームをラ
スタ走査してパターンを描画する荷電ビーム描画方法に
関する。
(従来の技術) 従来、LSIを製造する場合、微細な回路パターンを複
数層に形成する必要があり、且つ各層毎の高精度な位置
合わせが必要となる。実際4MビットのDRAM以上の超LSI
では、1μm以下の微細加工と共に、0.1μm以下の位
置合わせ精度が要求されている。このようなサブミクロ
ンの微細加工及び位置合わせには、従来の光露光法では
限界があり、最近では電子ビーム描画方法が用いられて
いる。
電子ビーム描画方法では、一括露光ではなく直接描画
であることから、描画スループット小さい。このため、
これを改善するため様々な可変成形ビーム方式の電子ビ
ーム描画装置が開発されている。その一つに、可変線状
ビームラスタ走査方式の装置がある。この装置では、第
1のアパーチャを通した電子ビームを第2のアパーチャ
上に投影し、2つのアパーチャ像の重なり合った開口部
を経た矩形ビーム(線状ビーム)を形成すると共に、こ
の矩形ビームの長辺の長さを可変にし、該ビームを長辺
方向と直交する方向にラスタ走査して所望パターンを描
画する方法を採用している。
しかしながら、この種の方法にあっては次のような問
題点があった。即ち、2つのアパーチャ像の光学的重な
りからなる矩形ビームの長辺の長さを、1回のビーム走
査で描画すべき領域のビーム走査方向と直交する方向の
長さ(描画幅)に合わせて描画するが、その際にレジス
ト材料が異なることによってパターン形成状況に差が生
じる。具体的には、ポジ型レジストわ用いた場合、抜き
パターンのつなぎ部が細り、ビームのつなぎ部で“離
れ”によるラフネスが生じる。一方、ネガ型レジストを
用いた場合、残しパターンのつなぎ部が太り、ビームの
つなぎ部で“重なり”によるラフネスが生じる。これら
の誤差は、ビーム長及び描画幅を1.6μmとしたとき0.1
5μmもあり、設計寸法0.5μmに対して許容できる範囲
ではなかった。
(発明が解決しようとする課題) このように従来、可変線状ビームをラスタ走査して所
望パターンを描画すると、レジスト材料によりビームの
つなぎ部で“重なり”或いは“離れ”が生じ、ビームつ
なぎ部のレジストパターンが太る。このため、所望のパ
ターン寸法に対して仕上り寸法誤差が大きくなり、高精
度のパターン形成が困難になる問題があった。また、こ
の問題は電子ビーム描画方法に限らず、イオンビーム描
画方法についても同様に言えることである。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、ビームのつなぎ部における“重な
り”や“離れ”による寸法誤差が発生するのを防止する
ことができ、高精度のパターン形成を行い得る荷電ビー
ム描画方法を提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の骨子は、レジスト材料に応じて線状ビームの
長さを設計寸法よりも長く又は短くすることにある。
即ち本発明は、2つのアパーチャの光学的重なりから
なる長さ可変の可変線状ビームを、ビーム長さ方向と直
交する方向に走査して、ポジ型レジストに所望パターン
を描画する荷電ビーム描画方法において、前記線状ビー
ムの長さを、1回のビーム走査で描画すべき領域のビー
ム走査方向と直交する方向の長さよりも長く設定するよ
うにした方法である。
また本発明は、2つのアパーチャの光学的重なりから
なる長さ可変の可変線状ビームを、ビーム長さ方向と直
交する方向に走査して、ネガ型レジストに所望パターン
を描画する荷電ビーム描画方法において、前記線状ビー
ムの長さを、1回のビーム走査で描画すべき領域のビー
ム走査方向と直交する方向の長さよりも短く設定するよ
うにした方法である。
(作用) 本発明によれば、レジスト材料が異なった場合、即ち
ポジ型レジスト或いはネガ型レジストであってもビーム
のつなぎ部で“重なり”や“離れ”等が生じることはな
く、所望パターンに忠実なパターンを形成することが可
能となり、パターン寸法精度を向上させることができ
る。
ここで、線状ビームの長さを設計寸法、即ち1回のビ
ーム走査で描画すべき描画幅と等しくした場合、ビーム
のつなぎ部で“重なり”や“離れ”が生じるのは、次の
ような理由によると考えられる。即ち、ポジ型レジスト
を用いた場合にビームのつなぎ部で“離れ”が生じるの
は、線状ビームの端のビーム強度が中央部よりも弱いた
め、ビームのつなぎ部でレジストの露光量が少なく(ア
ンダー露光)になるためと考えられる。また、ネガ型レ
ジストを用いた場合にビームのつなぎ部で“重なり”が
生じるのは、レジストが現像時に膨潤するためと考えら
れる。そこで本発明のように、ポジ型レジストの場合は
線状ビームの長さを設計寸法よりも長く、ネガ型レジス
トの場合は線状ビームの長さを設計寸法よりも短く設定
することにより、ビームのつなぎ部における“離れ”や
“重なり”等を防止することが可能となる。
(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。
第1図は本発明の一実施例方法に使用した電子ビーム
描画装置を示す概略構成図である。図中11は電子銃、12
(12a,12b,12c,12d)はレンズ、13(13a,13b,13c)は偏
向器、14(14a,14b)はアパーチャマスク、15は試料面
を示しており、この装置自体は従来の可変線状ビームラ
スタ走査方式の電子ビーム描画装置と同様である。
この装置においては、第2図(a)に示す如く第1ア
パーチャ21と第2アパーチャ22との光学的重なりによ
り、矩形ビーム23を形成することができる。つまり、即
ち2つのアパーチャ像の重なり合った長さ可変の可変線
状ビーム23を形成することができる。そして、このビー
ム23をビーム長方向と直交する方向に走査すると共に、
ビームをオン・オフして所望パターンを描画する。例え
ば、第2図(b)に示す如くビーム23を走査し、図中に
示すように,,…,の順に描画し、ライン&スペ
ースのパターンを形成する。
次に、上記装置を用いた描画方法について、第3図及
び第4図を参照して説明する。第3図はポジ型レジスト
を用いた場合のレジストパターン形成状況を示す模式図
であり、第4図はネガ型レジストを用いた場合のレジス
トパターン形成状況を示す模式図であり、共にライン&
スペースのパターンを描画している。また、図中31,41
は矩形ビーム、32はポジ型レジスト、42はネガ型レジス
ト、33,43は被加工膜、34は抜きパターン、44は残しパ
ターン、35,45はラフネスを示している。
まず、従来方法と同様に、ビーム31の長辺の長さaを
設計寸法、即ち1回のビーム走査で描画される領域の幅
(描画幅)に等しくし(a=b=1.6μm)、ポジ型レ
ジスト32に評価パターンを描画した。このとき、ビーム
の加速電圧は50keV,ビーム電流は400A/cm2,ビーム照射
量は80μC/cm2とした。ポジ型レジスト32としてはPMMA
(ポリメチルメタクリレート)を用い、このレジスト32
を1μm厚さで塗布した。評価パターンとしては、0.5
μmのライン&スペースを選択的に描画した。現像液に
はIAA(イソアミルアセテート)を用い、現像温度は24
℃とした。また、リンス液にはIPA(イソプロピルアル
コール)を用いて、室温処理を行った。
この条件で得られたレジストパターンをSEMで観察し
たところ、第3図(a)に示す結果が得られた。即ち、
描画幅bとビーム長aとが1.6μmと同一寸法であるに
も拘らず、抜きパターン34が部分的に細くなり、ビーム
のつなぎ部で設計寸法0.5μmに対して“離れ”による
ラフネスがx1=0.15μm程度生じた。
そこで本実施例方法では、矩形ビーム31の長辺aを設
計値1.6μmに対して0.015μm長めの1.615μmに設定
し、上記と同じ条件でポジ型レジスト32にライン&スペ
ースのパターンを描画した。この条件で得られたレジス
トパターンをSEMで観察し、ビームのつなぎ部の“重な
り”或いは“離れ”によるラフネスを寸法測定した結
果、第3図(b)に示す結果が得られた。即ち、描画幅
bである設計寸法1.6μmに対して、矩形ビーム31の長
辺の長さaが1.615μmとやや長めにも拘らず、ビーム
のつなぎ部での“重なり”或は“離れ”によるラフネス
は0.03μm以内にあり、設計寸法0.5μmに対して十分
な精度を得ることができた。
パターン精度が改善された理由は、矩形ビームの長さ
を設計寸法よりも長くしているので、ビームの端におけ
るアンダー露光部が隣接する描画領域で重なることにな
り、ビームのつなぎ部においてもレジストの露光量を十
分にできるためである。
次に、従来方法と同様に、ビーム41の長辺の長さaを
設計寸法、即ち1回のビーム走査で描画される領域の幅
(描画幅)に等しくし(a=b=1.6μm)、ネガ型レ
ジスト42に評価パターンを描画した。このとき、ビーム
の条件は先と同様に、加速電圧50keV,ビーム電流400A/c
m2,ビーム照射量80μC/cm2とした。ネガ型レジスト42と
してはCMS−EX(R)(クロロメチル化スチレン)を用
い、このレジスト42を0.5μm厚さで塗布した。評価パ
ターンとしては、0.5μmのライン&スペースを選択的
に描画した。現像液にはIIAとEC(エイルセロルブ)の
混合液を用い、リンス液にはIPAを用た。
この条件で得られたレジストパターンをSEMで観察し
たところ、第4図(a)に示す結果が得られた。即ち、
描画幅bとビーム長aとが1.6μmと同一寸法であるに
も拘らず、残しパターン44が部分的に太くなり、ビーム
のつなぎ部で設計寸法0.5μmに対して“重なり”によ
るラフネスがx2=0.15μm程度生じた。
そこで本実施例方法では、矩形ビーム41の長辺aを設
計値1.6μmに対して0.015μm短めの1.585μmに設定
し、上記と同じ条件でネガ型レジスト42にライン&スペ
ースのパターンを描写した。この条件で得られたレジス
トパターンをSEMで観察し、ビームのつなぎ部の“重な
り”或いは“離れ”によるラフネスを寸法測定した場
合、第4図(b)に示す結果が得られた。即ち、描画幅
bである設計寸法1.6μmに対して、矩形ビーム41の長
辺の長さaが1.585μmとやや短いにも拘らず、ビーム
のつなぎ部での“重なり”或いは“離れ”によるラフネ
スは0.3μm以内にあり、設計寸法0.5μmに対して十分
な精度を得ることができた。
パターン精度が改善された理由は、矩形ビームの長さ
を設計寸法よりも長くして、ビームのつなぎ部でレジス
トがアンダー露光となるが、ネガ型レジストの場合には
材料特有の現像時における膨潤があり、この膨潤によっ
てレジストがスムーズにつながるためである。
かくして本実施例方法によれば、レジスト材料に応じ
て矩形ビームの寸法を設計寸法より長く或いは短く設定
することにより、ビームのつなぎ部で、“重なり”や
“離れ”等が生じるのを未然に防止することができる。
このため、所望パターンに忠実なパターンを形成するこ
とが可能となり、レジストパターンのパターン寸法精度
を向上させることができる。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものでは
ない。例えば、ビームの形状は必ずしも矩形に限るもの
ではなく、長さ可変の線状ビームであればよい。また、
線状ビームの長さの設計寸法からの増減量は実施例に何
等限定されるものではなく、ビーム条件及び使用するレ
ジストに応じて適宜定めればよい。但し、ポジ型レジス
トの場合は設計寸法よりも長く、ネガ型レジストの場合
は設計寸法よりも短くする必要がある。また、電子ビー
ムの代わりにイオンビームを用いたイオンビームの描画
方法に適用することも可能である。その他、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することがで
きる。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、矩形ビームの長
辺の長さをレジスト材料により、予めやや長め或いは短
めに設定して描画することにより、ビームのつなぎ部で
の重なり或いは離れによるラフネスを低減し、高精度パ
ターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例方法に使用した電子ビーム描
画装置を示す概略構成図、第2図はアパーチャ重なりに
よる矩形ビーム形成方法を説明するための模式図、第3
図及び第4図は上記実施例方法の作用を説明するための
模式図である。 11……電子銃、 12……レンズ、 13……偏向器、 14……アパーチャマスク、 21,22……アパーチャ、 23……矩形ビーム(線状ビーム)、 32……ポジ型レジスト、 42……ネガ型レジスト、 34……抜きパターン、 44……残しパターン、 35,45……ラフネス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−25596(JP,A) 特開 平3−8321(JP,A) 特開 昭63−148630(JP,A) 特開 昭59−22324(JP,A) 特開 昭57−112016(JP,A) 特開 昭62−285418(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2つのアパーチャの光学的重なりからなる
    長さ可変の可変線状ビームを、ビーム長さ方向と直交す
    る方向に走査して、ポジ型レジストに所望パターンを描
    画する荷電ビーム描画方法において、 前記線状ビームの長さを、1回のビーム走査で描画すべ
    き領域のビーム走査方向と直交する方向の長さよりも長
    く設定したことを特徴とする荷電ビーム描画方法。
  2. 【請求項2】2つのアパーチャの光学的重なりからなる
    長さ可変の可変線状ビームを、ビーム長さ方向と直交す
    る方向に走査して、ネガ型レジストに所望パターンを描
    画する荷電ビーム描画方法において、 前記線状ビームの長さを、1回のビーム走査で描画すべ
    き領域のビーム走査方向と直交する方向の長さよりも短
    く設定したことを特徴とする荷電ビーム描画方法。
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