JP3085454B2 - 荷電粒子線露光方法 - Google Patents

荷電粒子線露光方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線露光方
法に関し、特に所望の半導体デバイスパターンを一括し
てかつ繰り返し露光する荷電粒子線露光方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】電子線に代表される荷電粒子線を用いた
リソグラフィは、光リソグラフィに比較して微細化に有
利な方法として期待されているが、スループットを高く
維持することが困難であるという問題点がある。しか
し、繰り返しパターンの多いＬＳＩでは、抽出された繰
り返しパターンが形成されたＥＢ（電子ビーム）マスク
を使用して部分一括露光を繰り返し行うことにより、ス
ループットの向上を図ることが可能である。
【０００３】図５（ａ）は、部分一括露光を行う電子線
露光装置の概略構成図であり、図５（ｂ）は、アパーチ
ャマスクの斜視拡大図である。電子源５０１より放射さ
れた電子ビームは、ビーム成形用の第１アパーチャマス
ク５０２により矩形に成形される。図５（ｂ）に示すよ
うに、第２アパーチャマスク５０３上には、予めデバイ
スのＣＡＤデータより部分一括露光パターンとして抽出
された数種のパターンが形成されている。第１アパーチ
ャマスク５０２を透過した電子ビーム５０５は、第２ア
パーチャマスク５０３上方の偏向器により、第２アパー
チャマスク上の選択されたパターンを通過するように偏
向される。そして、第２アパーチャマスク５０３下方の
対物レンズおよび偏向器により、縮小されウェハ５０４
上の適当な位置に第２アパーチャマスク５０３上のパタ
ーンを転写する。次いで、ウェハ５０４が搭載されたＸ
−Ｙステージ（図示なし）が１ピッチ移動され、先に露
光を行った領域の隣接した領域が露光が行われる。若し
くは、電子ビームに対して偏向が加えられてウェハ上の
１ピッチ分ずれた領域に対して露光が行われる。
【０００４】この方法では、一括して転写出来るショッ
トサイズは、用いられる電子光学系により制限され、現
状チップサイズに比べはるかに小さい。このため、チッ
プ上のパターンは分割されてマスク上に配置されるので
あるが、繰り返しパターンの多いＤＲＡＭなどのＬＳＩ
では、アパーチャマスクに配置するパターン数を少なく
することができる。而して、この部分一括露光方式を採
用する場合には、隣接する転写パターン間ないし転写パ
ターンの接続部において欠陥が生じないようにするため
に、ショット間の相互の位置ずれを極力排除できるよう
にする必要がある。
【０００５】しかし、メガオーダ以上となるショット数
を１つずつ転写を繰り返していく部分一括露光法におい
て、ショット位置ばらつきに起因する欠陥を完全に除去
することは困難である。このばらつきを生じる原因とし
ては偏向器の制御に用いられるＤ／Ａ変換器のリニアリ
ティ精度に依存した局所的位置ずれや、振動や電気的ノ
イズといった外部環境要因による突発的位置ずれ等が考
えられる。これらの要因により位置ずれが生じた場合、
隣接するショット間の接続部においては、断線やブリッ
ジ欠陥が発生する恐れがある。例えば、図６（ａ）に示
すアパーチャマスク６０１を用いて部分一括露光を行う
場合、各ショットが正規位置に行われたときには、図６
（ｂ）に示されるように、転写パターン６０２は切れ目
なく滑らかに接続される。しかし、部分一括ショットが
正規位置よりずれた場合、転写パターンが正常に接続さ
れないことになる。例えば図６（ｃ）に示すように先に
形成された転写パターン６０４に対し転写パターン６０
３が左右方向にずれた場合にはブリッジ６０５が発生
し、図６（ｄ）に示すように転写パターン６０３が上方
にずれた場合には断線６０６が発生する。また、図７
（ａ）に示すアパーチャマスク７０１を用いて部分一括
露光を行う場合、先に描画された転写パターン７０２に
対し、転写パターン７０３の位置が下方にずれた場合、
転写パターン間でブリッジ７０４が発生する可能性が高
くなる。
【０００６】そこで、部分露光のショット間の接続部で
の欠陥を解消できるようにするための提案が従来よりい
くつかなされている。特開昭５７−１１２０１６号公報
（特公昭６１−４５３７５号公報）には、任意の矩形パ
ターンを露光する可変成形露光方式において、ビームを
少しずつ移動させながら露光する方法（以下、第１の改
善例という）が提案されている。この方法では、図８に
示すように、直線状の転写パターン８０１を形成する際
に、描画始点側端部では、各ショット毎に整形ビームの
長さを段階的に増大させて転写パターン８０２を形成
し、整形ビームが最大長さに達した後はその長さを維持
してショットを行って転写パターン８０３を形成し、描
画終点側端部では、各ショット毎に整形ビームの長さを
段階的に縮小させて転写パターン８０４を形成する。図
示した例では、転写パターン８０１の全ての領域が４回
ずつのショットの露光が行われる。この方法によれば、
各ショットのつなぎ目に膨らみや凹みを生じさせないよ
うにすることができる、とされている。
【０００７】また、特開平２−７１５０９号公報には、
アパーチャマスクのパターンの端部に突起部を設けるこ
とにより、ショットの接続部での欠陥を軽減する方法
（以下、この方法を第２の改善例という）が提案されて
いる。すなわち、転写パターン９０１を形成しようとす
る場合、部分一括露光を行うアパーチャマスクのパター
ン端部に突起部を設けておき、１ショットでの転写パタ
ーン９０２の突起部同志が重なるように露光を行って連
続パターンの転写パターン９０１を形成する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図６、図７を参照して
説明した従来例では、各ショット間で位置ずれが生じる
とブリッジや断線が発生するという問題があった。ま
た、図８に示した第１の改善例では、整形ビームを用い
て露光を行う方式でありしかもビーム形状を変更しなが
ら多重露光を行わなければならないためスループットの
向上を望むことができないという欠点があり、さらに、
形成できる転写パターンが直線状パターンに限定される
という問題がある。一方、図９に示した第２の改善例で
は、本来のパターンとは異なった部分（突起部など）を
マスクに形成しなければならないため、ＣＡＤデータに
基づいてアパーチャマスクを形成する際に端部でのパタ
ーン形状に変更を加えなければならないという不都合が
生じる。また、転写パターンの最外側端部に本来のパタ
ーンには存在しない突起部などが形成されてしまうとい
う欠点もある。さらに、第２の改善例では、図７に示し
た従来例と同様に、ショット間で垂直方向の位置ずれが
発生した場合には、その方向に隣接するショット間のパ
ターンにブリッジ欠陥が生じる可能性が高くなる。よっ
て、本発明の解決すべき課題は、特殊なパターンのアパ
ーチャマスクを用いることなく、また、スループットを
大幅に低下させることなく、部分一括露光法を用いるパ
ターン転写法において、隣接パターン間でのブリッジの
発生あるいはパターン接続部における断線やパターンの
膨らみ、ブリッジの発生を抑制できるようにすることで
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述した本発明の課題
は、部分一括露光法により孤立した単位パターンを複数
個含むパターンをウェハ上に転写するに際して、１回の
ショットの露光量を正規の露光量の１／ｎとし、ショッ
ト位置を１回毎に移動させながら同一個所をｎ回露光す
るようにすることにより、解決することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明による荷電粒子線露光方法
は、孤立した単位パターンを複数個含むパターンを部分
一括露光法により１ショット毎にショット位置をシフト
させつつ繰り返し露光する方法において、１ショットの
露光量をパターン形成に必要な露光量の１／ｎ（ｎは２
以上の整数）とし、かつ、ウェハ上の同一領域をｎ回重
ねて露光することを特徴とするものであって、好ましく
は、単位パターンの露光を前回の露光領域と露光領域が
重ならないようにショット位置を移動させて行う場合
と、前回の露光領域と露光領域が一部重なるようにショ
ット位置をシフトさせて行う場合とを含んで露光が行わ
れる。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の実施例について、図面を参照
して詳細に説明する。 ［参考例］ 図１は、本発明の参考例を説明するための平面図であっ
て、図１（ａ）にアパーチャマスクを、図１（ｂ）は形
成された転写パターンを示す。図１（ａ）に示す斜め線
パターンの部分一括露光パターンのマスクを用いて露光
を行い、ウェハ上に第１ショットにより転写パターン１
０２を、第２ショットにより転写パターン１０３を、第
３ショットにより転写パターン１０４を形成する。この
とき、露光量は多重露光を行わない場合の１／２とす
る。次に、同じマスクを用いて、転写パターン１０２か
ら左右方向および垂直方向に１ショットの露光領域の１
／２ずつずれた位置を露光して転写パターン１０５を形
成する。この場合の露光量も多重露光を行わない場合の
１／２とすると、２重露光の行われた領域ではパターン
形成に必要十分なエネルギーが蓄積される。これをチッ
プ内の繰り返しパターン領域全体にわたって繰り返す。
なお、具体的な露光方法としては、転写パターン１０
２、１０３を形成した後、続けて図の垂直方向にショッ
ト位置を移動させてこの列の露光を完了させる。その
後、ショット位置を転写パターン１０２の列のパターン
に対して左右方向および垂直方向に１ショットの露光領
域の１／２ずつシフトさせて露光を行いさらにショット
位置を図の垂直方向に移動させつつ露光を行って転写パ
ターン１０５の列の露光を完了させる。同様にして転写
パターン１０４の列以降の露光を行う。
【００１２】ところで、電子線露光における露光量は露
光の際の描画装置の電流値と露光時間とに比例して決定
されるのであるが、電流値は常に一定であるため、１／
２の露光量に必要な露光時間は１／２となる。従って、
多重露光による描画時間の増加はビームの偏向時間のみ
である。偏向時間は露光時間の１／１０〜１／１００程
度であるため、描画時間は最大で１．１倍程度となるに
過ぎない。
【００１３】図２に、図１（ａ）のマスクを用いて露光
を行い、第１ショットによる転写パターン２０１に対し
て第２ショットによる転写パターン２０２が位置ずれを
起こした場合のショットイメージおよび蓄積エネルギー
の分布のグラフに示す。図２（ａ）は転写パターン２０
２が上方に位置ずれを起こした場合、図２（ｂ）は転写
パターン２０２が下方に位置ずれを起こした場合、図２
（ｃ）は転写パターン２０２が左右方向に位置ずれを起
こした場合をそれぞれ示す。（ａ１）、（ｂ１）、（ｃ
１）は、本発明を適用した場合の蓄積エネルギー分布
を、（ａ２）、（ｂ２）、（ｃ２）は、従来例により露
光を行った場合の蓄積エネルギー分布をそれぞれ示す。
通常、パターン形成に必要な蓄積エネルギーのスレッシ
ョルドは蓄積エネルギーの最大値と最小値の中間値とな
るようにプロセス条件が最適化される。図２のグラフ
（ａ１）〜（ｃ２）においてエネルギーシュレショルド
を点線にて示す。それぞれのグラフにおいてスレッショ
ルド以上の蓄積エネルギーを持つ部分にパターンが形成
される。
【００１４】図２（ａ）では、本発明によりパターン２
０１と２０２の中間部が露光されるため、（ａ１）に示
すように、接続部の蓄積エネルギーがスレショルド以上
に増加し、断線を避けることができる。図２（ｂ）の場
合には、本発明に従って１回の露光量が減少しているこ
とにより、露光過多となる部分が減少し、線幅の増加を
抑制しブリッジの発生を回避することができる。図２
（ｃ）の場合にも図２（ｂ）の場合と同様に、位置ずれ
が生じたことによりパターンの重なり部となった部分の
露光量が減少するため、隣接するパターンとの間で発生
するブリッジ欠陥を抑制することができる。これに対
し、多重露光を用いない従来例によれば、図２（ａ２）
に示されるように断線の恐れが高くなり、また、図２
（ｂ２）、（ｃ２）に示されるように、隣接パターン間
での蓄積エネルギーが高くなりブリッジ欠陥の発生する
可能性が高くなる。上記参考例では、多重ショットの位
置のシフトを斜め方向に１ショットの露光領域の半分
（パターンの２ピッチ分）とし、２重露光を行っていた
が、ショット位置のシフト量と多重露光の回数は適宜変
更することができる。例えば、斜め方向のシフトを第１
の実施例の半分（パターンの１ピッチ分）とし、４重露
光を行ってパターンを形成するようにしてもよい。ま
た、ショット位置のシフト方向は実施例の４５度に限定
されず、適宜の角度（０度および９０度を含む）に選定
することができる。
【００１５】［第１の実施例］ 図３は、本発明の第１の実施例を説明するための図であ
って、図３（ａ）は、第２の実施例において用いられる
アパーチャマスクの平面図、図３（ｂ）は、転写パター
ンの状態を示す図である。本実施例は、フィールド酸化
膜に囲まれた活性領域やスタックトキャパシタの蓄積電
極パターンなどの島状パターンを形成する場合に利用す
ることができるものである。図３（ａ）に示すアパーチ
ャマスク３０１を用いて、図３（ｂ）に示すように、１
ショットの露光領域をおいて（重ねることなく）形成し
た転写パターン３０２に重ねて転写パターン３０２より
左右方向および垂直方向に１ショットの露光領域の１／
２ずつずれたパターンの転写パターン３０３を形成す
る。この露光パターンがチップ面に渡って繰り返され
る。よって、本実施例においても、繰り返しパターンの
端部を除く大多数の露光領域において２重露光が行われ
る。
【００１６】図３（ａ）に示すマスクを用いて、多重露
光法を用いない従来法により露光を行う場合、図３
（ｃ）に示すように、第ｎのショットによる転写パター
ン３０５が第ｎ−１のショットによる転写パターン３０
４に対して位置ずれを起こしたときの、図３（ｃ）にお
いて破線で示す部分の蓄積エネルギーの分布を図３
（ｄ）に示す。図３（ｄ）に示すように、転写パターン
が近付いたパターン間の境界部分での蓄積エネルギーが
高くなりブリッジ不良が発生する可能性が高くなる。し
かし、多重露光法を用いる本実施例によれば、図３
（ｅ）に示すように、転写パターン３０６に転写パター
ン３０７が近付いて形成されても、転写パターン３０８
を加えることによって必要なエネルギーを与えるように
したことにより、総合の転写パターン位置は正規の位置
に近付き、図３（ｆ）に示すように、パターン３０６、
３０７間での蓄積エネルギーの高まりは緩和され、ブリ
ッジ不良の発生を抑制することができる。統計的にみて
も、ｎ回の多重露光を行った場合のパターン位置の標準
偏差は、多重露光を行わない場合の１／√ｎ倍になると
され、多重露光を行うことによって、パターン位置の精
度が向上する。
【００１７】上記第１の実施例では、ショット位置のシ
フトを１ショットの露光領域の１／２（マスクパターン
の２ピッチ分）だけ行っていたが、このシフト量は実施
例の半分とすることができる。また、本発明は、電子線
露光ばかりではなく、イオンビームを用いた露光法にも
適用が可能なものである。
【００１８】［第２の実施例］参考 例および第１の実施例のように多重露光によりパタ
ーン形成を行う場合には、繰り返しパターンの端部にお
いて、必ず露光量不足領域が生じる。第３の実施例で
は、この露光量不足領域を別途露光することにより、全
領域を同一の露光量となるようにする。例えば、参考例
の場合、図４に示す端部４０１において露光量が不足し
ている。そこで、この端部４０１に対して可変成形露光
を行って、不足する露光量を補う。または、予めシフト
量に応じたショットサイズの部分一括露光パターンのア
パーチャマスク４０２を作製しておき、繰り返しパター
ン端部においてそのマスクパターンを選択して露光を行
い露光量不足領域を解消する。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による露光
方法は、１ショット毎にショット位置をシフトさせつつ
孤立したパターンのパターン形成に必要な露光量の１／
ｎの露光量でｎ回の多重露光を行うものであるので、露
光パターンの位置ずれを抑制することができる。また、
ショットの境界領域に、接続欠陥の存在しないショット
内部を重ねて露光する実施例によれば、パターン接続部
に生じるブリッジ欠陥や断線をより確実に抑制すること
が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例を説明するためのアパーチャマ
スクと転写パターンの平面図。
【図２】本発明の参考例の効果を説明するための転写パ
ターン図と蓄積エネルギー分布図。
【図３】本発明の第１の実施例を説明するためのアパー
チャマスクと転写パターンの平面図と蓄積エネルギーの
分布図。
【図４】本発明の第２の実施例を説明する平面図。
【図５】電子線露光装置の概略構成図。
【図６】従来例を説明する平面図。
【図７】他の従来例を説明する平面図。
【図８】第１の改善例を説明する図。
【図９】第２の改善例を説明する図。
【符号の説明】
１０１、３０１、４０２、６０１、７０１ アパーチャ
マスク １０２〜１０５、２０１、２０２、３０２〜３０８、６
０２〜６０４、７０２、７０３、８０１〜８０４、９０
１、９０２ 転写パターン ４０１ 端部 ５０１ 電子源 ５０２ 第１アパーチャマスク ５０３ 第２アパーチャマスク ５０４ ウェハ ５０５ 電子ビーム ６０５、７０４ ブリッジ ６０６ 断線

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 孤立した単位パターンを複数個含むパタ
    ーンを部分一括露光法により１ショット毎にショット位
    置を移動させつつ繰り返し露光する荷電粒子線露光方法
    において、１ショットの露光量をパターン形成に必要な
    露光量の１／ｎ（ｎは２以上の整数）とし、かつ、前回
    の露光領域と露光領域が一部重なるようにショット位置
    をシフトさせつつウェハ上の同一領域をｎ回重ねて露光
    することを特徴とする荷電粒子線露光方法。
  2. 【請求項２】 単位パターンの露光を前回の露光領域と
    露光領域が重ならないようにショット位置を移動させて
    行う場合を含むことを特徴とする請求項１記載の荷電粒
    子線露光方法。
  3. 【請求項３】 前回の露光領域と露光領域が一部重なる
    ようにショット位置をシフトさせて行う場合のショット
    位置のシフトを左右方向および／または垂直方向に関し
    て行うことを特徴とする請求項１または２記載の荷電粒
    子線露光方法。
  4. 【請求項４】 単位パターンが所定のピッチで形成され
    た繰り返しパターンにより構成されており、ショット位
    置のシフトが前記ピッチの整数倍で行われることを特徴
    とする請求項１、２または３記載の荷電粒子線露光方
    法。
  5. 【請求項５】 露光位置のシフトにより生じた露光領域
    端部の露光量の不十分な領域を、可変成形露光もしくは
    その露光量不足パターンの部分一括露光により露光する
    ことを特徴とする請求項１、２または３記載の荷電粒子
    線露光方法。
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