JP4160721B2 - 電子ビーム描画方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電子ビーム描画方法に係わり、特に高精度な電子ビーム描画方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電子ビーム描画装置は、パタンをポイントビームに分解するか、あるいは矩形ビームに分解して描画してきた。比較的新しい方式として、複雑な形状の電子ビームを形成することによりスループットを向上させる、一括図形照射法と呼ばれる試みも行われている。また、最近では第60回応用物理学会学術講演会講演予稿集(1999年)で述べられているように、一括図形用開口に部分的に電子ビームを照射する可変成形法と一括図形照射法を組み合わせた手法が検討されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例には単一の寸法における一括図形利用の原理実験しか述べられておらず、複数寸法への対応や開口の配置等の実用化のための具体的な記述はみられない。
【0004】
本発明の課題は、より具体的に可変成形法と一括図形照射法を組み合わせた電子ビーム描画方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の手段は、一括図形照射法が可能な電子ビーム描画システムを用いて、それぞれ隣接した縦長の矩形開口部を有する区画と横長の矩形開口部を有する区画およびそれらの矩形開口の大きさより縦横ともに長い非開口部を有する区画の組合せからなる区画群(以下では開口区画群という)を複数有するマスクを用いて描画することを特徴とする。
【0006】
特に実用的には縦長の矩形開口と横長の矩形開口の幅が同じであることが有効である。上記開口区画群において3つの区画の配置は何通りか考えられるが、上記3つの区画を複数配置する場合、3つの区画の位置関係を同じにする開口区画群とすることが望ましい。また、上記3つの区画を複数個配置することにより、複数の寸法幅の開口の配置が可能となり、汎用性を広げることができる。このように複数の寸法幅の開口により描画する場合、複数の開口区画群間の配置に関しても、マスク内で一定の間隔にあることが望ましい。すなわちマスク上で電子ビームを偏向する場合、上記の配置によれば、すべての開口位置を電子ビームで測定しなくとも、その規則性に基づいて決定することができる。
【0007】
また、上記3つの区画からなる開口区画群を増しても、全ての線幅をこの方法で描画することは困難であるために、別途可変成形用の大きな開口を設けることが望ましい。この場合はこの開口に付随する非開口部は三ケ所必要である。基本的にはこれらの区画群は隣接して配置するのが管理上容易であるが、マスク上での占有面積を減らすためには、区画群の一部(開口が存在しない部分)を重複させることが有効である。後述するように本発明では矩形開口は細長い場合が多いのでこの方法は特に有効に機能する。
【0008】
本発明の電子ビーム描画方法では、複数の開口区画群の中から描画パタン幅に応じて一つを選択し、偏向動作によりパタンの長さ分の電子ビームを形成し、電子ビームを試料に照射する。このとき、電子ビームの長さ(矩形開口長辺)方向のサイズを決定する動作が必要である。本発明ではこの動作を、幅が同じで長さの異なる2つ以上の開口区画群を設け、これら縦長開口と横長開口の各々の全体を照射し、このときのビーム形状、あるいは透過電子ビームの電流量を測定することで決定する。この結果、可変一括方法によるビーム寸法に関して線形近似が成り立ち、精度寸法の高い描画が可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
図1に本発明の方法を実施する装置の構成例を示す。電子銃1からの電子ビームは第1マスク2を直接照射する。第1マスク像は転写レンズ3により第2マスク5上に結像される。第2マスク5上での第1マスク像の位置は、成形偏向器10および図形選択偏向器4により変えることができる。第2マスク5を通過した電子ビームは縮小レンズ8および対物レンズ14を通して最終的に試料17上に投影される。
【0010】
試料17上での電子ビームの位置は、主偏向器11、副偏向器12、副副偏向器13およびステージ16の動作により自由に変えられる。さらにステージ16上にはタングステン等の重金属を材料としたマーク18が備えてあり、このマーク18を電子ビームで走査したときの反射電子を反射電子検出器15で検出し、その信号を処理することで、ビームの形状、サイズ、位置等を検出できる。さらに、ステージ16上にはファラディカップ19が備えてあり、ビーム電流値を測定することが可能である。本実施例ではクロムレチクル基板を用いたが、半導体素子用のシリコン基板や通信用のGaAs基板でも構わない。
【0011】
図2に第2マスクの開口配置を示す。図2では実線で表されている縦長矩形開口201と横長矩形開口202および中央の大きな矩形開口207が実際の開口である。縦長矩形開口201と横長矩形開口202は多数形成されている。太い破線で囲まれた開口区画群204は3つの矩形領域(以後開口区画と呼ぶ)から形成されており、一つは縦長開口がある区画、その右下の一つは横長開口がある区画、そして真下の一つは非開口部203(開口のない区画)である。
【0012】
図2では同じ大きさの開口区画群を複数有し、それらが隣り合って配置されている。それぞれ区画群の中の矩形開口の幅は同じであるが、異なる開口区画群の間では必ずしも同じではない。これらの矩形開口上に第1マスク像206を投影する様子を同じく図2に示してある。
【0013】
第1マスク像206は、先に述べたように偏向器により第2マスク上の照射位置を変えることができる。従って図2のように矩形開口との長手方向の重なり合いを変化させれば、異なった長さの電子ビームが得られる。この時の幅は第2マスクの開口寸法と縮小率から自動的に求められるために、高精度な描画が可能となる。
【0014】
図2から明らかなように、第1マスク像206と矩形開口の重なりを変えるためには、非開口部が必要であるが、前記した3種の区画(201、202および203)を一つの開口区画群204とすることにより、非開口部203を共用することができる。また、矩形開口の左下の角を常に照射するようにできるために、ビームサイズによらず図形の原点を一定にでき、制御が容易となる。
【0015】
この制御の容易性は、複数の開口区画群の中の開口領域の位置関係を共通にすることにより維持することが可能である。このことはまた、開口区画群を密に配置するためにも有効である。結果的に偏向器への負担や収差の低減に効果的である。
【0016】
開口区画群を複数持つメリットは、種々の幅のパタンに対応できることにある。第2マスク上の偏向器の使い方には幾つか方法があるが、本実施例では各開口区画群に対しては偏向量の大きい図形選択偏向器を用い、その開口区画群内の開口部に対する第1マスク像の重なり具合の制御は、整定時間が短い成形偏向器によって行った。一つのチップを描画する際には同じ幅のパタンを描画する可能性が高く、同じ幅の矩形は成形偏向器で制御したほうがスループットを向上できる。
【0017】
本実施例では一つの開口区画の大きさは5μmである。矩形の幅は0.52μmから1μmまで、13種類用意しており、変化のピッチは0.04μmである。描画するレチクルは4倍レチクルであるので、ウェハ上では0.13μmから0.01μmピッチで0.25μmまで、多世代のLSIへの対応が可能となる。
【0018】
これ以外の寸法は中央の大きな矩形開口207と成形偏向器を用いて種々のサイズの矩形ビームを形成すればよい。このために大きな矩形開口207の三方には非開口部を設けている。本実施例の描画方法を用いてレチクルを製作した結果、0.52μmから1μmまで縦横とも15nmの寸法精度が得られた。従来の可変成形法では25nm程度にとどまっていた。
【0019】
本発明は一括図形法の機能を用いているために、開口領域に独立に複雑な形状の一括図形209を配置し、通常の一括図形法と併用してもよい。また、矩形を回転させるか、2辺が平行な鋭角を持つ四辺形208を配置することにより、斜め線の寸法精度を向上させることもできる。矩形開口の寸法についても、もっとピッチを小さくすれば同じ世代のLSIの中でのプロセスの違いによる寸法調整も可能となる。
【0020】
(実施例2)
つぎに、特に開口領域の大きさに対して矩形開口の幅が小さい場合に有効な実施例について説明する。本実施例では開口区画群を横方向にずらしてお互いが重なるように配置した。重ね合わせは横方向あるいは縦方向の一方向である。
【0021】
図3に本実施例の第2マスクの配置図を示す。図3の307は重複部分の例を図示したもので、開口区画群の非開口区画部と開口を持つ区画の開口が形成されていない部分を重ねている。これにより開口を実質的に密に配置することが可能となる。描画精度は変化なく15nmが得られている。開口を密に配置したことによって逆に矩形の幅の種類を増やすことが可能となった。図示はしていないが、本実施例では0.41μmから0.7μmまで、0.01μmピッチで30種類の幅を用意することが可能となり、より汎用性を増すことができた。
【0022】
(実施例3)
つぎに、複数の開口区画群間の位置を同一距離あるいはその整数倍として縦横方向に配置した実施例を示す。図4に本実施例の第2マスクの開口配置例を示す。図4では長さ150μmのピッチPの格子上に配置されている。また実施例1と同様に、開口区画群内での矩形開口の左下の位置を一定としている。実施例1でも述べたように、描画では図形選択偏向器により開口区画群を選択するが、このとき全ての開口区画群の位置関係を描画のつど、あるいは第2転写マスク交換のたびに決定する必要がある。本実施例のように開口区画群間の位置、さらに開口区画群内での縦長、横長開口の位置関係が一定であれば、第2マスク内に配置された開口区画群のいくつかの開口位置が決定されると、残りは自動的に決定できるというメリットがある。
【0023】
図4の実施例では、開口矩形の幅が0.52μmから0.86μmまで、0.02μmピッチで18個の開口区画群を配置している。ここで外周部の4つの開口区画群402、403、404、405と、中心部の開口区画群401の位置を決定することで、残りの開口区画群を選択しながら描画した時には描画精度が実施例1、2同様の15nmが得られた。
【0024】
(実施例4)
つぎに、複数の開口区画群による可変一括描画方法において、ビームサイズを高精度で決定する実施例を示す。図5に第2マスクの開口位置の一例を示す。本実施例では異なる開口区画群に長手方向(開口長辺)の長さが異なり、幅(短辺方向)が同じ開口を複数備える。図5では開口区画群501および511の開口である。すなわち開口区画群501内の2つの縦長・横長の開口それぞれの長辺の長さLに対し、開口区画群511では縦長・横長の開口それぞれの長辺の長さがL/2にしてあり、各開口の短辺の長さは両開口区画群で等しい。また、図5では開口区画群502と512、503と513、504と514がそれぞれ同様な長辺の長さLとその1/2、短辺の長さが等しい関係にある。開口区画群502〜504では開口短辺の寸法が異なる。
【0025】
上記構成において、図6に示すように、大きい長辺の開口201aの全面に電子ビーム206を照射し(同図a)、試料ステージ上に備えられたファラディカップ18でビーム電流を測定する。さらに小さい長辺の開口201bの全面に電子ビーム206を照射し(同図b)、ビーム電流を測定する。
【0026】
この場合、短辺の寸法は大小の開口で同じであり、大小長辺の寸法(長さ)はマスクを作製する段階で決まっているため、測定されたビーム寸法とビーム電流量の関係が図7に示すように規定できる。そして大きい長辺の開口201a上でビーム206を長手方向に偏向し、上述した方法でビーム電流量を計測する(同図c)。
【0027】
上記ビーム偏向量と電流測定結果を図8に黒丸で示す。このとき、まずビーム電流量が減り始める偏向量D0が大きい長辺の開口201aの長さのビームサイズ偏向量とする。さらに小さい長辺の開口201bのビームサイズと同一のビーム電流量I1を示す偏向量D1を小さい長辺の開口長さ(L/2)のビームサイズ偏向量とする。そしてこの2つの偏向量D0、D1の値と電流量I0、I1の値により直線近似により他のビームサイズと偏向量を規定する。
【0028】
従来の可変成形法では、ビームサイズ校正時の寸法形状測定あるいは電流測定によってビームサイズを決定していたため、XY2方向の第2アパーチャ上での偏向量誤差がビームサイズ誤差になった。また本発明の一括図形照射法でも一つの開口区画群で決定した場合、最大ビームサイズ偏向量は上述の電流値測定で決定できるが、それ以外の点は電流と偏向量の関係で決定する必要がある。この場合、偏向量と寸法サイズの関係に関するゲインとオフセットの関係が不明確である。しかし本実施例のように開口長手方向の偏向量の規定が2点でできれば、通常の線形関係にある全てのビーム電流量と偏向量を明確に規定できる。
【0029】
本実施例ではファラディカップ18による電流測定によりビーム寸法を規定する方法を示したが、これはステージ上のマーク17と反射電子検出器によるビーム形状の計測による方法でも同様の結果を得ることが可能である。
【0030】
本実施例の開口短辺が同一で、かつ長辺に大小がある2つ以上の開口区画群は、必ずしもすべての短辺サイズに対して備える必要はなく、代表的な寸法で設定すれば実施例3で示した開口区画群間の同一位置関係により他の開口短辺をもつ開口区画群に対しても同一の関係(寸法毎の偏向リストあるいは寸法と偏向量の関係式)が適用できることは明白である。
【0031】
実際のマスクパタン描画において、0.52μm幅のパタンを形成するために加速電圧50kV、縮小率25分の1の電子ビーム描画装置を使用した。このとき、第2アパーチャには本発明の縦長開口、横長開口と非開口領域を含む開口区画群を複数持ち、また可変成形用矩形開口も備えた。これら開口区画群の一つは短辺13.0μm、長辺62.50μmで、それぞれ縦長と横長の開口が設けてある。また別の開口区画群は短辺13.0μm、長辺31.25μmで、縦長と横長の開口が設けてある。
【0032】
描画ではこれら2つの開口区画群により上述した寸法決定方法を実施し、描画した結果、長期にわたり0.52μmのパタンで15nmの寸法精度が得られた。また同じパタンを可変成形法で描画した時には、ビームサイズの校正による誤差を含めて寸法精度25nm程度であった。
【0033】
(実施例5)
以下では、本発明の電子ビーム描画方法を使用したマスク製造方法を示す。図9(a)〜(e)は、代表的な工程でのマスク断面を示している。図9(a)は、描画前の状態である。マスク基板601は石英ガラスで、外形が152mm角、その厚さは6.4mmである。石英ガラス基板601の上面にはクロムを主材料とする光リソグラフィ用の遮光膜602がスパッタにより形成されている。さらにクロム遮光膜602上に電子ビームに感光するレジスト603が塗布されている。図9(a)の例では、レジスト603は化学増幅系ポジ型レジストで、スピン塗布法で形成され、約100℃でのプリベーク後の膜厚は400nmであった。
【0034】
図9(b)は、レジストが塗布されたマスク基板が電子ビーム描画装置内で描画されている様子を示している。このとき、描画は加速電圧50kVで照射量10μC/cm2で実施され、本発明の一括図形照射法を使用している。電子ビーム604が照射されたレジスト部分605では酸が発生している。
【0035】
全てのパタンの描画終了後、電子ビーム描画装置からマスク基板を取り出し、約100℃程度のベーク工程を実施した。このベーク工程では描画時に発生した酸がレジスト内に拡散し、かつ触媒として反応してビーム照射部の現像液への溶解速度が増加する。その後、アルカリ現像液で約1分間の現像し、純水によるリンスの後図9(c)に示すレジストパタンが形成された。このレジストパタンはさらにポストベークと呼ばれる130℃程度のベーク工程を経て、クロム膜602のエッチング工程に進む。
【0036】
図9(d)はエッチング後の断面である。このときエッチングは酸素と塩素ガスを主成分とするドライエッチングが行われた。エッチングのレジストアッシング、酸・アルカリ系水溶液による化学洗浄、あるいはブラシ、超音波による物理洗浄を経て最終的にイソプロピルアルコール蒸気乾燥で、レジストが除去され、図9(e)に示すようにクロムパタン付きのマスクが完成した。
【0037】
上記マスク製造方法と本発明の電子ビーム描画方法の組合せで、0.52μmから1μmまで縦横とも15nmの寸法精度のクロムパタンが得られた。従来の可変成形法では25nm程度にとどまっていた。
【0038】
(実施例6)
図10に本発明の電子ビーム描画方法を用いた半導体集積回路の製造工程を示す。図10(a)から図10(d)はその工程を示す素子の断面図である。
【0039】
Nマイナスシリコン基板1120に通常の方法でPウエル層1121、P層1122、フィールド酸化膜1123、多結晶シリコン/シリコン酸化膜ゲート1124、P高濃度拡散層1125、N高濃度拡散層1126、などを形成した(a)。つぎに、リンガラス(PSG)の絶縁膜1127を被着し、絶縁膜1127をドライエッチングしてコンタクトホール1128を形成した(b)。
【0040】
つぎに、通常の方法でW/TiN電極配線1130材を被着し、その上に感光剤1129を塗布し、本発明の電子ビーム描画方法を用いて感光剤1129のパターンニングを行った(c)。そして、ドライエッチングなどによりW/TiN電極配線1130を形成した。つぎに層間絶縁膜1131を形成し、通常の方法でホールパターン1132を形成した。ホールパターン1132の中はWプラグで埋め込み、Al第2配線1133を連結した(d)。以降のパッシベーション工程は従来法を用いた。
【0041】
なお、本実施例では主な製造工程のみを説明したが、W/TiN電極配線形成のリソグラフィ工程で本発明の電子ビーム描画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、質が低下することなくパタンを形成することができ、CMOSLSIを高歩留りで製造することができた。本発明の電子ビーム描画方法を用い半導体集積回路を製作した結果、寸法精度が向上したことにより生産性が向上した。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば種々のサイズの矩形開口を配置することが可能となり、精度のよい描画が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施に用いた電子ビーム描画装置の構成例を示す縦断面図。
【図2】本発明の一実施例の第2マスクを示す平面図。
【図3】本発明の一実施例の第2マスクを示す平面図。
【図4】本発明の一実施例の第2マスクを示す平面図。
【図5】本発明の一実施例の第2マスクを示す平面図。
【図6】短辺が同じで長辺が異なる開口区画群と第1マスクの像を示す平面図。
【図7】電流測定結果を示す図。
【図8】ビーム偏向時の電流測定結果を示す図。
【図9】マスク製造の工程を示す断面図。
【図10】半導体集積回路の製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
1…電子源、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…対物絞り、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…試料、18…マーク、19…ファラディカップ、200…第2マスク、201…縦長矩形開口、202…横長矩形開口、203…非開口部、204…開口区画群、205…開口領域境界、206…第1マスク像、207…大きな開口、208…二辺が平行で鋭角を持つ開口、209…通常の一括図形開口、300…第2マスク、301…縦長矩形開口、302…横長矩形開口、303…非開口部、304…開口区画群、305…開口領域境界、306…第1マスク像、307…重複領域例、308…大きな矩形開口、401…中心部の開口区画群、402、403、404、405…外周部の開口区画群、501〜504…開口区画群、511〜514…501から504の長辺の長さが1/2の開口区画群、601…石英ガラス基板、602…クロム遮光膜、603…化学増幅系ポジ型レジスト、604…電子ビーム、605…電子ビームが照射されたレジスト部分、1120…Nマイナスシリコン基板、1121…Pウエル層、1122…P層、1123…フィールド酸化膜、1124…多結晶シリコン/シリコン酸化膜ゲート、1125…P高濃度拡散層、1126…N高濃度拡散層、1127…絶縁膜、1128…コンタクトホール、1129…感光剤、1130…W/Ti電極配線、1131…層間絶縁膜、1132…ホールパターン、1133…アルミ第2配線。
Claims (9)
- 一括図形照射法が可能な電子ビーム描画システムを用い、それぞれ隣接した縦長の矩形開口部を有する区画と、横長の矩形開口部を有する区画と、それらの矩形開口の大きさより縦横ともに長い非開口部を有する区画との組合せからなる開口区画群を複数有し、
前記開口区画群が、前記非開口部を有する区画に対して、前記非開口部を有する区画の縦方向に前記縦長の矩形開口部を有する区画を配置し、且つ、前記非開口部を有する区画の横方向に前記横長の矩形開口部を有する区画を配置した開口区画群であるマスクを用いて描画することを特徴とする電子ビーム描画方法。 - 請求項1において、前記縦長の矩形開口部と前記横長の矩形開口部の幅が同じであることを特徴とする電子ビーム描画方法。
- 請求項1において、前記各開口区画群において、前記非開口部を有する区画に対して、前記縦長の矩形開口部を有する区画を配置する際、前記非開口部を有する区画と縦長の矩形開口部を有する区画との位置関係が、同じ向きであり、且つ、前記非開口部を有する区画に対して、前記横長の矩形開口部を有する区画を配置する際、前記非開口部を有する区画と横長の矩形開口部を有する区画との位置関係が、同じ向きであるように配置されたことを特徴とする電子ビーム描画方法。
- 一括図形照射法が可能な電子ビーム描画システムを用い、それぞれ隣接した縦長の矩形開口部を有する区画と、横長の矩形開口部を有する区画と、それらの矩形開口の大きさより縦横ともに長い非開口部を有する区画との組合せからなる開口区画群を複数有し、且つ
上記複数の開口区画群の他に、さらに一つの矩形開口部と上記矩形開口の大きさより縦横ともに長い3つの非開口区画からなる開口区画群を有するマスクを用いて描画することを特徴とする電子ビーム描画方法。 - 一括図形照射法が可能な電子ビーム描画システムを用い、それぞれ隣接した縦長の矩形開口部を有する区画と、横長の矩形開口部を有する区画と、それらの矩形開口の大きさより縦横ともに長い非開口部を有する区画との組合せからなる開口区画群を複数有し、且つ
上記3つの区画からなる複数の開口区画群を隣接して有するマスクを用いて描画することを特徴とする電子ビーム描画方法。 - 一括図形照射法が可能な電子ビーム描画システムを用い、それぞれ隣接した縦長の矩形開口部を有する区画と、横長の矩形開口部を有する区画と、それらの矩形開口の大きさより縦横ともに長い非開口部を有する区画との組合せからなる開口区画群を複数有し、且つ
上記3つの区画からなる複数の開口区画群の領域の一部が重複することを特徴とする電子ビーム描画方法。 - 請求項3において、前記各開口区画群において、前記非開口部を有する区画に対して、前記縦長の矩形開口部を有する区画を配置する際、前記非開口部を有する区画と縦長の矩形開口部を有する区画との位置関係が、同じ向きであり、且つ、前記非開口部を有する区画に対して、前記横長の矩形開口部を有する区画を配置する際、前記非開口部を有する区画と横長の矩形開口部を有する区画との位置関係が、同じ向きであるように配置された開口区画群を一定間隔で複数配置したことを特徴とする電子ビーム描画方法。
- 請求項1において、前記縦長の矩形開口部と前記横長の矩形開口部の短辺が同じで、かつ長辺の長さが異なる2組以上の開口区画群を配置したことを特徴とする電子ビーム描画方法。
- 請求項8において、前記開口部より大きな形状を持つ電子ビームを、それぞれの開口の長辺方向を偏向で移動させながら所望の寸法の矩形ビームを形成し、描画するときに上記長辺の長さが異なる2つ以上の開口部ビーム形状、あるいはビーム電流を計測し、上記計測値に基づいて矩形ビーム寸法を決定し、描画することを特徴とする電子ビーム描画方法。
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