JP5515496B2 - 荷電粒子ビーム露光方法と半導体装置の製造方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム露光方法と半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、荷電粒子ビーム露光方法と半導体装置の製造方法に関する。
レジストを露光する露光装置としては、光露光装置と電子ビーム露光装置がある。なかでも電子ビーム露光装置は、光露光装置のようなレチクルが不要であるため、レチクルを作製するための時間とコストを削減でき、エンジニアリングサンプルのような少量生産に適している。
その電子ビーム露光装置においては、スループットを向上させるために、高頻度で使用される複数のマスクパターンをブロックマスクに形成し、それら複数のマスクパターンを一括して露光する部分一括露光方法が採用されている。
ところが、半導体装置の微細化によって上記のパターンが微細化されると、隣接するマスクパターンの各々に入射した電子がレジスト内で散乱し、いわゆる近接効果によって出来上がりのレジストパターンの形状が目標から外れてしまう。
そのような近接効果を抑制する方法として、例えば、ブロックマスク内に搭載してあるマスクパターンの辺の位置を調節して、隣接するマスクパターン同士が影響しあうのを防止する方法がある。但し、この方法だと、露光対象の品種が変更された場合に、ブロックマスク内のマスクパターンをその品種に対して流用することができなくなるため、品種毎にブロックマスクが必要になってしまい、時間とコストについてのメリットを活かせなくなる。
また、近接効果を抑制するために、ブロックパターンに搭載されたマスクパターンを予め一律に小さくしておく方法もある。しかしながら、近接効果の影響はマスク上の場所によって異なるため、全てのマスクパターンを一律に小さくしたのではマスク上の全ての場所において近接効果を抑制できないおそれがある。
一方、近接効果が小さくて露光量が不足する部分の露光を補うために補助露光を行う方法もある。この方法では、ブロックマスク内の一つのマスクパターンを小領域に細分し、各小領域に最適な補助露光量を算出して、それぞれの小領域に補助露光を行うことになる。但し、これでは補助露光の算出に要する時間が長期に及ぶと共に、その算出のために計算機内のメモリ等の資源の多くが占有されてしまう。更に、補助露光によりショット数が増加し、電子ビーム露光装置のスループットが低下するという点でもこの方法は不利である。
また、電子の散乱がレジストに与える影響を考慮しつつ、既存のブロックマスク内のマスクパターンの中に目標とするレジストパターンの形状に近いものがあれば、そのマスクパターンを用いて露光を行う方法もある。しかしながら、この用法では隣接するマスクパターン間の近接効果を考慮していないので、近接効果が大きい場合には出来上がりのレジストパターンの形が目標から外れてしまう。
S. Manaki et al., "New Electron Beam Proximity Effects Correction Approach for 45 and 32 nm Nodes", Japan Journal of Applied Physics, Vol.45, 6462 (2006)
特開２００２−３５３１０１号公報 特開２００７−２２７５６４号公報 特開２００３−３３２２２５号公報
荷電粒子ビーム露光方法と半導体装置の製造方法において、近接効果を考慮して露光データを補正することを目的とする。
以下の開示の一観点によれば、複数のデバイスパターンの露光データを準備するステップと、露光強度分布の中心の近傍にある前記デバイスパターンの各々を積分領域にしながら、該露光強度分布の前方散乱成分の積分値を求めるステップと、前記露光データを補正することにより、前記積分値が基準値に等しくなるように複数の前記デバイスパターンのそれぞれの形状を補正するステップと、前記補正の後、前記デバイスパターンのそれぞれに、該デバイスパターンと重心同士が一致するように、露光マスク内のマスクパターンを割り当てるステップと、前記デバイスパターンのそれぞれに前記マスクパターンを割り当てた後、該マスクパターンを透過した荷電粒子で露光したレジスト層によって設計幅を有するレジストパターンが得られるように、前記マスクパターンに露光量を割り当てるステップと、前記露光量を割り当てた後、複数の前記マスクパターンを前記露光量毎に複数のグループに分けるステップと、前記マスクパターンがブロック単位で形成された前記露光マスクの中から、前記グループ内におけるのと同一の配列で前記マスクパターンが形成されたブロックを選択するステップと、前記選択されたブロックを利用し、前記露光データに基づいて前記レジスト層をブロック露光するステップとを有する荷電粒子ビーム露光方法が提供される。
また、その開示の別の観点によれば、複数のデバイスパターンの露光データを準備するステップと、露光強度分布の中心の近傍にある前記デバイスパターンの各々を積分領域にしながら、該露光強度分布の前方散乱成分の積分値を求めるステップと、前記露光データを補正することにより、前記積分値が基準値に等しくなるように複数の前記デバイスパターンのそれぞれの形状を補正するステップと、前記補正の後、前記デバイスパターンのそれぞれに、該デバイスパターンと重心同士が一致するように、露光マスク内のマスクパターンを割り当てるステップと、前記デバイスパターンのそれぞれに前記マスクパターンを割り当てた後、該マスクパターンを透過した荷電粒子で露光したレジスト層によって設計幅を有するレジストパターンが得られるように、前記マスクパターンに露光量を割り当てるステップと、前記露光量を割り当てた後、前記露光データに基づいて前記レジスト層を露光するステップとを有し、前記レジスト層の露光は、前記マスクパターンがブロック単位で形成された前記露光マスクを用い、前記ブロック内で前記露光量が最も小さい前記マスクパターンの該露光量で一括露光し、前記露光量が最も小さい前記マスクパターン以外の前記マスクパターンに対しては追加露光を行い、該露光量の不足分を補い、前記追加露光は、前記マスクパターンよりも大きな断面形状に整形された前記荷電粒子のビームを前記マスクパターンに照射することにより行われる荷電粒子ビーム露光方法が提供される。
更に、その開示の他の観点によれば、複数のデバイスパターンの露光データを準備するステップと、露光強度分布の中心の近傍にある前記デバイスパターンの各々を積分領域にしながら、該露光強度分布の前方散乱成分の積分値を求めるステップと、前記露光データを補正することにより、前記積分値が基準値に等しくなるように複数の前記デバイスパターンのそれぞれの形状を補正するステップと、前記補正の後、前記デバイスパターンのそれぞれに、該デバイスパターンと重心同士が一致するように、露光マスク内の形状と大きさが異なる複数のマスクパターンのうち、前記補正後の前記デバイスパターンとの形状差が最も小さい前記マスクパターンを前記デバイスパターンに割り当てるステップと、前記デバイスパターンのそれぞれに前記マスクパターンを割り当てた後、該マスクパターンを透過した荷電粒子で露光したレジスト層によって設計幅を有するレジストパターンが得られるように、前記マスクパターンに露光量を割り当てるステップと、前記露光量を割り当てた後、前記露光データに基づいて前記レジスト層を露光するステップとを有する荷電粒子ビーム露光方法が提供される。
また、その開示の別の観点によれば、複数のデバイスパターンの露光データを準備するステップと、露光強度分布の中心の近傍にある前記デバイスパターンの各々を積分領域にしながら、該露光強度分布の前方散乱成分の積分値を求めるステップと、前記露光データを補正することにより、前記積分値が基準値に等しくなるように複数の前記デバイスパターンのそれぞれの形状を補正するステップと、前記補正の後、前記デバイスパターンのそれぞれに、該デバイスパターンと重心同士が一致するように、露光マスク内のマスクパターンを割り当てるステップと、前記デバイスパターンのそれぞれに前記マスクパターンを割り当てた後、該マスクパターンを透過した荷電粒子で露光したレジスト層によって設計幅を有するレジストパターンが得られるように、前記マスクパターンに露光量を割り当てるステップと、前記露光量の割り当ての後、複数の前記マスクパターンを前記露光量毎に複数のグループに分けるステップと、前記マスクパターンがブロック単位で形成された前記露光マスクの中から、前記グループ内におけるのと同一の配列で前記マスクパターンが形成されたブロックを選択するステップと、前記設計データに基づいて、半導体基板の上方に形成されたフォトレジスト層を前記選択されたブロックを利用してブロック露光するステップと、前記フォトレジスト層を現像してレジストパターンにするステップと、前記レジストパターンをマスクにしながら、該レジストパターンの下の膜をエッチングすることにより、デバイスパターンを形成するステップとを有する半導体装置の製造方法が提供される。
開示の荷電粒子ビーム露光方法によれば、デバイスパターンの形状を補正した後、そのデバイスパターンと重心が一致するようにマスクパターンを割り当てる。このように補正後のデバイスパターンにマスクパターンを割り当てると、設計上のパターン密度が密な領域ではマスクパターン同士の間隔を広げることができる。そのため、パターンの疎密差に起因した露光量不足を解消すべくマスクパターンへの露光量を増やすと、隣接するマスクパターンの像が互いに寄る方向に移動し、設計通りの間隔にデバイスパターンを形成することができる。これにより、近接効果に起因したデバイスパターンの位置ずれや、形状の崩れを抑制することが可能となる。
図１は、第１実施形態に係る電子ビーム露光装置の構成図である。 図２は、第１実施形態に係るブロックマスクの要部拡大平面図である。 図３は、可変矩形露光について説明するための斜視図である。 図４は、ブロック露光について説明するための斜視図である。 図５は、第１実施形態におけるデバイスパターンの配列の一例について示す平面図である。 図６は、第１実施形態に係る露光データの補正方法について示すフローチャートである。 図７は、電子の前方散乱と後方散乱について説明するための断面図である。 図８は図５の一部拡大平面図である。 図９は、第１実施形態において、補正前の二つのデバイスパターン同士の間隔と、補正後の辺の移動量との関係を示すグラフである。 図１０は、第１実施形態において、補正前と補正後の前方散乱強度Ff0(x,y)を模式的に示すグラフである。 図１１（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態において、デバイスパターンへの代表マスクパターンの割り当て方について示す平面図である。 図１２は、第１実施形態における式（７）、（８）の物理的な意味を説明するための前方散乱強度のグラフである。 図１３は、第１実施形態において計算された前方散乱強度の一例を模式的に示す平面図である。 図１４は、第１実施形態における面積密度法について説明するための拡大平面図である。 図１５は、第１実施形態における後方散乱比率ηの定義について示すための図である。 図１６は、第１実施形態において算出された露光量の一例を模式的に表す平面図である。 図１７は、第１実施形態において、複数の代表マスクパターンの各々を露光両毎にグループ分けした一例を示す平面図である。 図１８は、第１実施形態において、マスクパターンのブロックの選択の仕方の一例について模式的に示す平面図である。 図１９は、第１実施形態のステップS3、S4を省いたときの問題点について説明するための平面図である。 図２０は、第１実施形態において、基準値e0を設定する際のシミュレーションについて示す平面図である。 図２１は、第１実施形態のステップS1〜S3を行って得られた補正後のデバイスパターンの配置を示す平面図である。 図２２は、図２１のデバイスパターンにマスクパターンｃを割り当て、デバイスパターンの露光を行った場合のシミュレーション結果を示す図である。 図２３は、図２１のような形状補正をすることなく、補正がされていない露光データをそのまま使用した場合のシミュレーション結果を示す図である。 図２４は、図２１に示した補正後のデバイスパターンのそれぞれに、第１実施形態のステップS4に従って代表パターンを割り当てたときの平面図である。 図２５は、第１実施形態に従って露光をした場合のシミュレーション結果を示す図である。 図２６は、第２実施形態に係る荷電粒子ビーム露光方法のフローチャートである。 図２７は、第２実施形態のステップS10の処理内容を模式的に説明するための平面図である。 図２８は、第２実施形態において、ブロック露光における電子ビームの散乱強度と、レジスト層内の位置との関係を模式的に示すグラフである。 図２９は、第２実施形態における追加露光について模式的に示す平面図である。 図３０は、第２実施形態における追加露光を行う場合の電子ビームの散乱強度と、レジスト層内の位置との関係を模式的に示すグラフである。 図３１は、第３実施形態で使用される複数種類の代表マスクパターンの一例を示す平面図である。 図３２（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態において、デバイスパターンへの代表マスクパターンの割り当て方法について示す平面図である。 図３３（ａ）、（ｂ）は、長尺状のデバイスパターンを得るための露光方法について示す平面図である。 図３４（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１）である。 図３５（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その２）である。 図３６（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その３）である。 図３７（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その４）である。 図３８（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その５）である。 図３９（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その６）である。 図４０（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その７）である。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態で使用される電子ビーム露光装置１の構成図である。
この電子ビーム露光装置１は、露光データ作成部２と、制御部３と、電子光学系４とを有する。
このうち、電子光学系４は内部が減圧されたコラム５を備えており、そのコラム５の内部には電子線EBを生成するための電子銃１１が設けられる。
そして、電子銃１１の下流には、アパーチャ１２ａが形成された整形マスク１２が設けられる。アパーチャ１２ａの平面形状は矩形状であり、整形マスク１２を透過した電子線EBはその断面形状が矩形状に整形される。
更に、その整形マスク１２の下流には、第１のマスク偏向器１３、露光マスク１４、及び第２のマスク偏向器１５が設けられる。電子ビームEBは、各偏向器１３、１５により偏向し、露光マスク１４内の所定の位置にあるマスクパターンに偏向される。
なお、露光マスク１４は、不図示の駆動手段に接続されており、後述のマスクパターンが電子ビームEBに当たるように水平面内を移動することができる。この駆動手段は主に露光を開始する前に露光マスク１４の位置を調整するため用いられ、露光中は第１のマスク偏向器１３や第２のマスク偏向器１５により露光マスク１４の所定のマスクパターンに電子ビームEBを偏向する。
そして、第２のマスク偏向器１５の下流には、半導体基板２０の表面上に電子ビームEBの焦点を合わせるためのフォーカスレンジ１６と、半導体基板２０の所定の部分に電子ビームEBを偏向するための第１の偏向器１７と第２の偏向器１８が設けられる。
なお、半導体基板２０は、ステージ１９上に載置されており、ステージ１９によって水平面内を移動する。
このような電子ビーム露光装置１においては、デバイスパターンの設計データD0に基づいて露光データ作成部２が露光データDEを作成する。設計データD0には、コンタクトホール等のデバイスパターンの位置と形状とが含まれる。そして、露光データDEには、設計データD0で特定されるデバイスパターンを得るための露光量や電子ビームEBの偏向量等が含まれる。
なお、露光データ作成部２には、後述のように露光データDEを補正する際に使用する記憶部２ａが設けられる。
制御部３は、そのような露光データDEに基づいて、電子光学系４の各部に制御信号を出力する。
例えば、電子銃１１から発生する電子ビームEBの強度は、強度信号SIにより制御される。
また、ブロックマスク１４上での電子ビームEBの偏向量は、マスク偏向信号SMDにより制御される。更に、ブロックマスク１４の移動量はマスク移動信号SMSにより制御され、電子ビームEBの焦点はフォーカス信号SFにより制御される。そして、半導体基板２０上での電子ビームEBの偏向量は基板偏向信号SSにより制御され、ステージ１９の移動量はステージ制御信号SCにより制御される。
図２は、上記したブロックマスク１４の要部拡大平面図である。
ブロックマスク１４には、開口１４ａとマスクパターン１４ｂとが形成される。
このうち、開口１４ａは矩形状の平面形状を有し、後述のように可変矩形露光を行う際に使用される。
一方、マスクパターン１４ｂは、コンタクトホール等のデバイスパターンに対応するものであって、デバイスへの使用頻度が高いピッチと個数でブロック単位で形成される。
例えば、この例では第１〜第3のブロックBLK1〜BLK3が画定されており、第１のブロックBLK1と第２のブロックBLK2では三つのマスクパターン１４ｂが形成される。そして、第３のブロックBLK3では、３×３個の配列でマスクパターン１４ｂが形成される。
更に、本実施形態では、後述の露光データの補正の際に使用する代表ブロックBLK0も露光マスク１４に画定される。その代表ブロックBLK0には、一つの代表マスクパターン１４ｃのみが形成される。
代表マスクパターン１４ｃの大きさと平面形状は特に限定されないが、本実施形態では他のブロックBLK1〜BLK3におけるマスクパターン１４ｂと同一の大きさを有する正方形に代表マスク１４ｃを形成する。本実施形態では、代表ブロックBLK0に収まる大きさである一辺が４μm以下の正方形状に代表マスクパターン１４ｃを形成する。
図３は、そのような露光マスク１４を利用した可変矩形露光について説明するための斜視図である。
可変矩形露光においては、アパーチャ１２ａで整形された電子ビームEBの一部を露光マスク１４の開口１４ａに通すことで、アパーチャ１２ａと開口１４ａとの重複部分に相当する形状を基板２０上に描画する。
一方、図４は、上記の露光マスク１４を利用したブロック露光について説明するための斜視図である。
ブロック露光では、ブロックBLK1〜BLK4のそれぞれに電子ビームEBが照射され、各ブロックBLK1〜BLK4を通った電子ビームEBによって、ブロック内のマスクパターン１４ｂが一括して基板２０上に描画される。
ところで、図４のようにブロック露光を行う際には、一つのブロック内で隣接するパターン１４ｂを通った電子ビームEBが互いに影響を及ぼしあう近接効果が発生する。その近接効果により、基板２０上のレジストパターンの幅が設計幅から外れてしまうことになる。
そこで、本実施形態では、次のように露光データ作成部２（図１参照）において露光データDEを補正することにより、近接効果を抑制するようにする。
以下では、その補正方法について、デバイスパターンが図５のように配列されている場合を例にしながら説明する。
図５は、デバイスパターン３０の配列の一例を示す平面図である。デバイスパターン３０は例えばコンタクトホールであり、この例ではパターン密度が疎な領域Aと密な領域Bに配列されている。
また、図６は、本実施形態に係る露光方法について示すフローチャートである。
まず、最初のステップS1では、露光データ作成部２において、既述の露光データDEを準備する。
次に、ステップS2に移り、以下のようにして近接効果を考慮しつつ露光データDEを補正する。
近接効果を考慮するには、レジスト層の一点に入射した電子がその周囲に与える影響を考える必要がある。その影響は次の式（１）で定義される露光強度分布により把握することができる。
Figure 0005515496
f(x,y)は、EID(Exposure Intensity Distribution)関数とも呼ばれ、レジスト層の一点（0,0）に入射した電子によって点（x,y）におけるレジスト層に蓄積される単位面積あたりのエネルギを表す。
レジスト層へのエネルギの蓄積は、前方散乱した電子による影響と、後方散乱した電子による影響の総和として考えることができる。
図７は、電子の前方散乱と後方散乱について説明するための断面図である。
図７のように、基板２０上に形成されたレジスト層３０に電子ビームEBが入射すると、電子の中には基板２０の深くで反射して再びレジスト層３０に戻るものや、基板２０の表面近くで反射してレジスト層３０に戻るものもある。
よって、レジスト層３０に蓄積されるエネルギは、そのように反射する前の電子により与えられたものと、反射後の電子によって与えられたものの和となる。
本実施形態では、基板２０の深くで反射した電子によってレジスト層３０に蓄積されたエネルギを後方散乱成分fb(x,y)と定義する。そして、反射前にレジスト層３０を通過した電子や、基板２０の表面近くで反射した電子によってレジスト層３０に蓄積されたエネルギを前方散乱成分ff(x,y)と定義する。
式（１）のEID関数において、右辺第１項と第２項の和が前方散乱成分ff(x,y)に相当し、右辺第３項が後方散乱成分fb(x,y)に相当する。すなわち、次の式（２）、（３）が成り立つ。
Figure 0005515496
Figure 0005515496
また、式（１）〜（３）において、βfは第１前方散乱径であり、レジスト層３０を通過する電子によってレジスト層３０に蓄積されるエネルギを表す。また、βfは第２前方散乱径であって、基板２０の表面近くで反射した電子によってレジスト層３０に蓄積されるエネルギを表す。そして、βbは後方散乱径であり、基板２０の深くで反射した電子によってレジスト層３０に蓄積されるエネルギを表す。
また、ηaは第２前方散乱比率、ηbは後方散乱比率を表す。
本ステップS2では、レジスト層３０の一点に入射した電子がその周囲のレジスト層３０に与える影響のうち、式（２）の前方散乱成分ff(x,y)に起因したものを、図８の領域Sの範囲内で考慮する。
図８は図５の一部拡大平面図である。
図８に示されるように、領域Sは、一つのデバイスパターン３０の一辺３０ｘに中心座標（xi,yi）がある円形の領域である。そして、その領域Sは、中心座標（xi,yi）が存在するデバイスパターン３０の近傍の複数のデバイスパターン３０に重なるように設定される。
そして、この領域Sを積分領域にし、次の式（４）で表される積分値Ff0(xi,yi)を算出する。
Figure 0005515496
式（４）において、関数pは次の式（５）で定義される。
Figure 0005515496
すなわち、点(x',y')がいずれかのデバイスパターン３０に属している場合にはp(x',y')は１に等しく、それ以外の場合にはp(x',y')は0となる。
このような関数p(x',y')の性質から、式（４）の積分値Ff0(xi,yi)は、露光強度分布の中心（xi,yi）の近傍にあるデバイスパターン３０の各々を積分領域にしながら、該露光強度分布の前方散乱成分ff(x,y)を積分して得られた積分値と等価になる。なお、中心（xi,yi）のことを、以下では評価点（xi,yi）という場合もある。
また、このように定義される積分値Ff0(xi,yi)は、前方散乱強度と呼ばれる。
次に、ステップS3に移行する。
ステップS3では、上記の前方散乱強度Ff0(xi,yi)が基準値e0に等しくなるように、各デバイスパターン３０の形状を補正する。そのような補正は、例えば、各デバイスパターン３０の各辺を移動することにより逐次的に行われ、n回目の辺の移動量ΔLとn+1回目の辺の移動量ΔLとの間に実質的な差がなくなった場合に補正を終了する。
図８では、そのようにして形状を補正した後のデバイスパターン３０ｙを点線で示している。
或いは、上記のように逐次的な計算を行うのに代えて、ルールベース補正でデバイスパターン３０の形状を補正するようにしてもよい。
次の表１は、そのようなルールベース補正で使用されるテーブルの一例である。
Figure 0005515496
このテーブルは、露光データ作成部２（図１参照）の記憶部２ａに格納されており、図９のグラフを利用して作成される
図９のグラフA〜Ｃは、補正前の二つのデバイスパターン３０同士の間隔pと、補正後の辺の移動量ΔLとの関係を示すものである。また、図９の下側には各グラフA〜Ｃの意味を説明するための模式図を併記してある。
このうち、グラフAは、中心（xi,yi）が存在するデバイスパターン３０の他に、隣接する８個のデバイスパターン３０が積分範囲Sに重なる場合のものである。また、グラフBは、中心（xi,yi）が存在するデバイスパターン３０の他に、隣接する３個のデバイスパターン３０が積分範囲Sに重なる場合のものである。そして、グラフCは、中心（xi,yi）が存在するデバイスパターン３０の他に、隣接する１個のデバイスパターン３０のみが積分範囲Sに重なる場合のものである。
これらのグラフの縦軸は、式（４）の前方散乱強度Ff0(xi,yi)が既述の基準値e0になる場合のデバイスパターン３０の辺の移動量ΔLである。
実際に露光データDEを補正する場合には、デバイスパターン３０の各辺を連続的に移動させるよりも、各辺の移動量を整数単位でステップ的に各辺を移動する方が簡単である。
例えば、図９のグラフCでは、p＜７０nmのときは、ΔLの小数点以下を無視してΔLを０nmとする。また、７０nm≦p＜８０nmのときもはΔLの小数点以下を無視してΔLを１nmとし、８０nm＜pのときは小数点以下を切り上げてΔLを２nmとする。これをまとめたものが上記の表１のテーブルである。
本ステップS3では、そのようなテーブルを用いたルールベースによる補正、或いは式（４）を用いた数値計算により、デバイスパターン３０の各辺を移動量ΔLだけ移動させる。
図１０は、補正前と補正後の前方散乱強度Ff0(x,y)を模式的に示すグラフである。
なお、図１０では、図の簡略化のために、密な領域Bにおけるデバイスパターン３０の個数を３個に留めてある。
図１０に示されるように、補正前では、密な領域Bにおける前方散乱強度Ff0(x,y)は、疎な領域Aにおけるよりも上側にシフトする。これは、密な領域Bでは、それぞれのデバイスパターン３０が隣接するデバイスパターン３０から影響を受けるためである。
これに対し、補正前の疎な領域Aでは、周囲のデバイスパターン３０からの影響がないので、密な領域Bと比較して前方散乱強度Ff0(x,y)は下側にシフトする。
そして、補正を行った後では、基準値e0をスライスレベルとしたときのグラフの幅Wが、各デバイスパターン３０ｙにおいて同一となる。
よって、このように補正された露光データDEを用いて露光を行えば、各デバイスパターン３０は、近接効果によって像の大きさが不均一になることなく、レジスト層において同一の幅で解像されることになる。
ただし、このように補正を行うためには、補正によって辺の長さがまちまちとなった各デバイスパターン３０ｙを個別に描画しなければならないので、ブロック単位で一括露光ができなくなり、電子ビーム露光装置のスループットが低下してしまう。
そこで、本実施形態では、以下のようにして補正後のデバイスパターン３０ｙを代表マスクパターン１４ｃで描画することにし、露光量の過不足については別途補正することとする。
まず、ステップS4では、図１１（ａ）に示すように、上記の補正後の設計データDEにおけるデバイスパターン３０ｙのそれぞれに、該デバイスパターン３０と重心g同士が一致するように、代表マスクパターン１４ｃ（図２参照）を割り当てる。なお、図１１（ａ）では、補正後のデバイスパターン３０ｙの平面形状が正方形である場合を前提としている。
次いで、代表マスクパターン１４ｃを透過した電子がレジスト層に与える影響を把握するめ、次の式（６）で定義される前方散乱強度Ff(x,y,W,H)を考える。
Figure 0005515496
式（６）で定義される前方散乱強度Ff(x,y,W,H)は、式（４）で定義されるFf0(xi,yi)とは異なり、積分範囲が対象となる一つのデバイスパターン３０ｙに限定されている。
すなわち、この前方散乱強度Ff(x,y,W,H)は、幅がWで高さがHのデバイスパターン３０ｙに均一に電子ビームを照射した場合において、点(x,y)におけるレジスト層に蓄積されるエネルギの前方散乱成分を表すものである。そして、前方散乱強度Ff(x,y,W,H)は、デバイスパターン３０ｙの中心(0,0)からの距離(x,y)の関数となる。
このような前方散乱強度Ff(x,y,W,H)を用いると、レジストパターンの設計幅W'は、次の式（７）を満たす。
Figure 0005515496
すなわち、デバイスパターン３０ｙの中心からの距離xが設計幅W'の１／２のときの前方散乱強度が基準値e0となる。
なお、補正後のデバイスパターン３０ｙの形状が正方形ではなく、図１１（ｂ）のように各辺の長さW、Hが異なる長方形になることがある。その場合には、図１１（ｂ）の点線に示すように、補正後のデバイスパターン３０ｙと面積が同一の仮想正方形３２を想定する。その仮想正方形３２の一辺の幅W"は(W×H)1/2となる。そして、その幅W"を式（７）の幅Wに代入し、これ以降の計算を行う。
次いで、式（７）のW'を利用して、マスクパターン１４ｃの各々について次の式（８）により前方散乱強度ekを求める。
Figure 0005515496
式（８）におけるW0は、正方形状の代表マスクパターン１４ｃの一辺の幅である。また、ekにおけるkは適当な整数であって、同一の前方散乱強度同士をグループ化するための添え字である。
図１２は、これらの式（７）、（８）の物理的な意味を説明するための前方散乱強度のグラフである。
代表マスクパターン１４ｃは、その幅W0が補正後のデバイスパターン３０ｙの幅Wよりも狭い。よって、代表マスクパターン１４ｃを通った電子ビームEBによってレジスト層にエネルギが蓄積される範囲は、補正後のデバイスパターン３０ｙにおけるよりも狭くなる。
そのため、図１２に示すように、代表マスクパターン１４ｃの前方散乱強度Ff(x,y,W0,W0)のグラフはデバイスパターン３０ｙの前方散乱強度Ff(x,y,W,W)よりも下側にシフトする。
そして、式（７）、（８）によれば、各グラフの幅がW'となるときのスライスレベルが、代表マスクパターン１４ｃの前方散乱強度Ff(x,y,W0,W0)についてはekに、デバイスパターン３０の前方散乱強度Ff(x,y,W,W)についてはe0に等しいことになる。
なお、W0とW'との差ΔW（＝W0−W'）はプロセスシフトと呼ばれる。
設計幅W'よりも代表マスクパターン１４ｃの幅W0を小さくし、プロセスシフトΔWを負の値にすると、露光時に代表マスクパターン１４ｃを通る電子ビームの強度プロファイルが急峻となり、高コントラストを実現できる。
本ステップでは、式（８）に従って、各デバイスパターン３０ｙに割り当てられた代表マスクパターン１４ｃのそれぞれに対して前方散乱強度ekを計算する。
図１３は、その計算結果の一例を模式的に示す平面図である。
図１３の例では、四つの異なる値の前方散乱強度e0〜e3が代表マスクパターン１４ｃに付与されている。
次に、ステップS5に移り、次のようにして代表マスクパターン１４ｃのそれぞれに露光量を割り当てる。
露光量の割り当てにあたっては、まず、面積密度法により、電子ビームEBの後方散乱強度を次のように計算する。
図１４は、面積密度法について説明するための拡大平面図である。
面積密度法では、図１４に示すように、補正後の各デバイスパターン３０ｙを細かいメッシュ状に分割する。メッシュの形状は正方形であり、その一辺の長さΔpは後方散乱長βbの１／１０程度、例えば１μm程度とするのが好ましい。
そして、各メッシュにおいて補正後のデバイスパターン３０ｙが占める割合を露光データ作成装置２が計算する。その割合は面積密度αと呼ばれる。図１４では、その面積密度αをメッシュ内に併記してある。
その後、一つのデバイスパターン３０ｙにおいて、面積密度αの最大値αmaxを抽出する。図１４の例では、最大値αmaxは１である。
次に、散乱比率ηを算出する。
図１５は、散乱比率ηの定義について示すための図である。
図１５では、式（３）で定義される後方散乱成分fb(x,y)のグラフと、横軸とで囲まれた部分の面積をIbで示している。なお、横軸の距離rはr=(x2+y2)1/2で定義される。
更に、図１５では、前方散乱成分ff(x,y)と後方散乱成分fb(x,y)の各グラフで囲まれた部分の面積をIfで示している。
これらの面積Ib、Ifを用いて、散乱比率ηは次の式（９）で定義される。
Figure 0005515496
上記のαmaxとηとを用い、本実施形態では、補正後のデバイスパターン３０ｙにおける電子ビームの後方散乱強度をαmax・ηと近似する。
また、レジスト層が解像するのに要する電子ビームの最低限の蓄積エネルギをEthとするとき、露光量dkは次の式（１０）を満たす。
Figure 0005515496
これから、露光量dkは次の式（１１）のようになる。
Figure 0005515496
本実施形態では、式（１１）を利用して、露光データ作成部２が露光量dkを算出する。なお、dkにおけるkは適当な整数であって、同一の露光量同士をグループ化するための添え字である。
図１６は、このようにして算出された露光量dkの一例を模式的に表す平面図である。
図１６の例では、四つの異なる値の露光量d0〜d3が各代表マスクパターン１４ｃに付与されている。
このような露光量dkで各デバイスパターン３０を露光することにより、露光したレジスト層から得られるレジストパターンの幅を設計幅W'にすることができる。
次に、ステップS6に移り、複数の代表マスクパターン１４ｃの各々を、露光データ作成部２が露光量毎に複数のグループに分ける。
図１７は、そのようなグループ分けを先の図１６の例に対して行った場合の平面図である。
この例では、露光量がd0のグループG0、露光量がd1のグループG1、露光量がd2のグループG2、露光量がd3のグループG3に各デバイスパターン３０のグループ分けを行う。
次いで、ステップS7に移り、露光マスク１４のブロックBLK0〜BLK3（図２参照）の中から、グループG0〜G3内におけるのと同一の配列でマスクパターン１４ｂが形成されたブロックを選択する。
図１８は、そのような選択の仕方について模式的に示す平面図である。
この例では、グループG0に対してブロックBLK3が選択され、グループG1に対してはブロックBLK1とブロックBLK2が選択される。そして、グループG2とグループG3に対しては代表グループBLK0が選択される。
以上により、露光データDEの補正が終了した。
この後は、ステップS8に移り、ステップS7で選択した各ブロックBLK1〜BLK3を用いて、露光データDEに基づいてレジスト層に対してブロック露光を行う。
上記した本実施形態によれば、ステップS3においてデバイスパターン３０の形状を一度補正した後、ステップS4において補正後デバイスパターン３０ｙと重心gが一致するようにマスクパターン１４ｃを割り当てる。
図１９は、これらのステップS3、S4を省いたときの問題点について説明するための平面図であって、レジストパターンにおけるデバイスパターン３０の配置を示すものである。
なお、図１９では、設計上のデバイスパターン３０を点線で示し、実際にレジストに形成されるデバイスパターン３０を実線で示している。
図１９に示されるように、密な領域Bにおいて行列状に配置されたデバイスパターン３０のうち、四隅のデバイスパターン３０は、中央のデバイスパターン３０と比べて周囲からの電子ビームの影響を受け難い。よって、四隅のデバイスパターン３０については、設計幅を得るために、中央のデバイスパターン３０と比べて露光量を上げる必要がある。その結果、矢印で示すように四隅のデバイスパターン３０は中央に寄るようになり、設計通りの配列ピッチでデバイスパターン３０を形成するのが困難となる。
これに対し、本実施形態では、ステップS3で形状が補正されたデバイスパターン３０と重心gが一致するようにマスクパターン１４ｃを割り当てるので、密な領域Bでのマスクパターン１４ｃ同士の間隔を広げることができる。
そのため、パターンの疎密差に起因した露光量不足を解消すべく四隅のマスクパターン１４ｃへの露光量を増やすと、隣接するマスクパターン１４ｃの像が互いに寄る方向に移動し、設計通りの間隔にデバイスパターン３０を形成することができる。これにより、近接効果に起因したデバイスパターン３０の位置ずれや、形状の崩れを抑制することが可能となる。
次に、本実施形態のシミュレーション結果について説明する。
このシミュレーションでは、式（１）のEID関数の形を次の式（１２）のように仮定した。
Figure 0005515496
また、目標とするデバイスパターン３０の設計幅W'は６０nmとし、代表マスクパターン１４ｃの幅W0は５０nmとした。したがって、プロセスシフトΔW（＝W0−W'）は−１０nmとなる。
更に、デバイスパターン３０同士の間隔の設計値については６０nmとした。
図２０は、基準値e0を設定する際のシミュレーションについて示す平面図である。
図２０において、各デバイスパターン３０に付されている数字は、デバイスパターン３０の各々について計算したFf(xi,yi,W,H)の値である。その計算に際しては、W＝H＝５０nmとした。また、(xi,yi)は各デバイスパターン３０の評価点である。
そして、本シミュレーションでは、図２０における９個のデバイスパターン３０のそれぞれのFf(xi,yi,W,H)の合計をe0に設定し、e0＝０．５２８７５７とした。
図２１は、上記の条件でステップS1〜S3を行って得られた補正後のデバイスパターン３０ｙの配置について示す平面図である。
なお、図２１においては、デバイスパターン３０ｙの各辺の長さと、各デバイスパターン３０ｙ間の間隔がnm単位で併記してある。
図２２は、比較のために、図２１のデバイスパターン３０ｙにマスクパターン１４ｃを割り当て、デバイスパターン３０の露光を行った場合のシミュレーション結果を示す図である。なお、このシミュレーションでは、上記した本実施形態と異なり、図１４、図１５で説明したような後方散乱成分を考慮することなく露光量を設定した。これは、シミュレーションに用いたデバイスパターン３０が後方散乱の広がりに比べて十分小さく、後方散乱の影響を無視できるためである。
また、図２２において、各デバイスパターン３０の間の数字は隣接するパターン３０の間隔を示す。また、デバイスパターン３０の内側の数字は、上段が当該パターン３０の幅Wを示し、下段が当該パターン３０の高さHを示すものである。
図２２に示されるように、デバイスパターン３０の形状を補正しただけでは、密な領域Bに、他のデバイスパターン３０と比較して辺の長さが１nm以上乖離するデバイスパターン３０が発生してしまう。
また、図２３は、比較のために、図２１のような形状補正をすることなく、補正がされていない露光データDEをそのまま使用した場合のシミュレーション結果を示す図である。なお、図２３における各数字の意味は図２２におけるのと同様である。
図２３に示すように、デバイスパターン３０の形状を補正しない場合には、各パターン３０のそれぞれの辺の長さが設計幅（６０nm）と比較して大きく乖離する。また、各パターン３０の間隔も、設計値（６０nm）から外れている。
図２４は、図２１に示した補正後のデバイスパターン３０ｙのそれぞれに、ステップS4に従って代表パターン１４ｃを割り当てたときの平面図である。
なお、図２４には、各代表パターン１４ｃ間の間隔の他に、ステップS4で算出した前方散乱強度eとステップS5で算出した露光量dも併記してある。
図２５は、このように代表パターン１４ｃを割り当て、露光量dで露光をした場合のシミュレーション結果を示す図である。
なお、図２５における各数字の意味は図２２及び図２３におけるのと同様である。
図２５に示されるように、ステップS1〜S5まで行うと、先の図２２及び図２３と比較して、辺の各パターン３０のそれぞれの辺の長さを設計幅（６０nm）に近づけることが可能となると共に、各パターン３０の間隔も設計値（６０nm）に近づけることができる。
このことから、本実施形態にしたがって露光データDEを補正することが、設計レイアウトに近い配列のデバイスパターン３０を得るのに有用であることが確認された。
（第２実施形態）
上記した第１実施形態では、ステップS6において複数のマスクパターン１４ｃを露光量毎にグループG0〜G3に分け、各グループG0〜G3を個別にブロック露光した。
これに対し、本実施形態では、そのようなグループ化を行わずにブロック露光を以下のように行う。
図２６は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム露光方法のフローチャートである。
本実施形態では、第１実施形態に従ってステップS1〜S5を行った後、ステップS10に移る。
図２７は、ステップS10の処理内容を模式的に説明するための平面図である。
図２７では、第１実施形態のステップS5を行ったことにより、各代表マスクパターン１４ｃに露光量d1〜d3が割り当てられた状態を示す。
そして、本ステップS10では、露光マスク１４のブロックBLK0〜BLK3の中から、マスクパターン１４ｂの配列が上記の代表マスクパターン１４ｃと同一の配列を有するブロックBLK1を選択する。
このとき、マスクパターン１４ｃに対する露光量d1〜d3は同一とは限らない。そこで、個々のマスクパターン１４ｃの露光量d1〜d3を、露光データ作成部２の記憶部２ａ（図１参照）内に予め格納しておく。
次に、ステップS11に移り、上記のブロックBLK1を用いて、ブロック露光によりレジスト層に対して電子ビームを一括露光する。
このときの露光量dとしては、d1〜d3のうちの最小値を利用する。例えば、d3＞d2＞d1なる大小関係があるときは、最小値である露光量d1でこのブロック露光を行う。
図２８は、このようなブロック露光における電子ビームの散乱強度と、レジスト層内の位置xとの関係を模式的に示すグラフである。
上記のように露光量d（＝d1）で露光を行うと、当該露光量dが適正露光量である露光マスク１４ｂでは、レジストにおいて解像される幅が設計幅W'となる。
これに対し、適正露光量がd2、d3のデバイスパターン３０では露光量不足となり、レジスト層で解像される幅W2、W3が設計幅W'よりも狭くなってしまう。
そのような露光量不足を補うため、次のステップS12では追加露光を行う。
図２９は、その追加露光について模式的に示す平面図である。
図２９に示すように、追加の露光パターン３１は、各マスクパターン１４ｂよりも大きく整形された状態で露光マスク１４に照射される。
そのような露光パターン３１は、図３において説明した可変矩形露光により、電子ビームEBの断面形状をマスクパターン１４ｂよりも大きく整形することで得られる。
また、露光パターン３１の大きさについては、露光装置１で発生する最大の位置ずれ量をdP、マスクパターン１４ｂの幅をW1とするときに、W1＋2dPとするのが好ましい。このように位置ずれdPを考慮して露光パターン３１の大きさを設定することで、各パターン３１、１４ｂの位置ずれが原因でマスクパターン１４ｂを透過した電子ビームの一部が欠けるのを防止できる。
一方、追加の露光量Δdについては、ブロック露光における露光量との合計が適正露光量になるようにする。
例えば、適正露光量がd2の露光マスク１４ｂに対しては、追加の露光量Δdをd2−dとする。また、適正露光量がd3の露光マスク１４ｂに対しては、追加の露光量Δdをd3−dとする。
図３０は、このような追加露光を行う場合の電子ビームの散乱強度と、レジスト層内の位置xとの関係を模式的に示すグラフである。
図３０に示されるように、追加の露光を行うことで、各露光マスク１４ｂを通った電子ビームの前方散乱強度が上側にシフトする。これにより、各露光マスク１４ｂで露光したレジスト層から得られるレジストパターンの幅を設計幅W'に等しくすることが可能となる。
以上により、本実施形態に係る電子ビーム露光方法の基本ステップが終了した。
上記したように、本実施形態では、複数のマスクパターン１４ｂをブロック露光で一括露光し、露光不足となったマスクパターン１４ｂに対して追加の露光を行う。追加露光の露光量は小さいため、マスクパターンを個別に露光する場合に比べて、トータルの電子ビームの照射時間は短くなる。これにより、ブロック露光のメリットである優れたスループットを活かしつつ、レジスト層で解像される幅を設計幅に近づけることが可能となる。
（第３実施形態）
第１実施形態では、図２に示したように代表ブロックBLK0に属する代表マスクパターン１４ｃの大きさと形状が正方形の一種類のみであるとの前提で説明を行った。
露光マスク１４に形成する代表マスクパターン１４ｃは、このように一種類だけでなく、形状と大きさが異なる複数種類あってもよい。
図３１は、そのような複数種類の代表マスクパターン１４ｃの一例を示す平面図である。
以下では、図３１のように大きさと各辺の比率とが異なる複数種類の代表マスクパターン１４ｃが存在する場合に、第１実施形態のステップS4の処理方法について説明する。
ステップS4は、第１実施形態で説明したように、形状を補正した後のデバイスパターン３０ｙに代表マスクパターン１４ｃを割り当てるステップである。代表マスクパターン１４ｃが形状補正をした後のデバイスパターン３０ｙと相似か否かにより処理方法が異なるので、場合分けをして説明する。
（i）代表マスクパターン１４ｃの中に補正後のデバイスパターン３０ｙと相似なものがあるとき
この場合は、図３２（ａ）に示すように、複数の代表マスクパターン１４ｃの中から、デバイスパターン３０ｙとの形状差が最も少ない代表マスクパターン１４ｃを選択する。
形状差は、デバイスパターン３０ｙとマスクパターン１４ｃのそれぞれの重心gを一致させたときにおける長辺のずれ量Δxで定義される。なお、短辺のずれ量Δyで形状差を定義してもよい。
そして、それぞれの重心g同士が一致するように、デバイスパターン３０ｙにマスクパターン１４ｃを割り当てる。
また、前方散乱強度の基準値e0については、式（７）の右辺の４番目の変数をHに変えた次の式（１３）から算出する。
Figure 0005515496
なお、変数W、Hは、それぞれ補正後のデバイスパターン３０ｙの幅と高さである。
また、前方散乱強度ekについては、式（８）の右辺の４番目の変数をH0に変えた次の式（１４）から算出する。
Figure 0005515496
なお、変数W0、H0は、それぞれ代表パターン１４ｃの幅と高さである。
このようにして算出されたe、e0を用いて、第１実施形態のステップS4が行われることになる。
（ii）代表マスクパターン１４ｃの中に補正後のデバイスパターン３０ｙと相似なものがないとき
図３２（ｂ）にこの場合の平面図を示す。
この場合は、補正後のデバイスパターン３０ｙの幅Wと高さHの比率H／Wが基準比率R以下であるか否かに応じ、更に以下のような場合分けをする。なお、基準比率Rは特に限定されないが、以下ではR＝２とする。
（ａ）H／W≦Rのとき
この場合は、図３２（ｂ）に示すように、デバイスパターン３０ｙと面積が同一の仮想矩形３５を考え、その仮想矩形３５との形状差が最も小さく且つ仮想矩形３５と相似になる代表パターン１４ｃを選択する。そして、それぞれの重心g同士が一致するように、その代表パターン１４ｃをデバイスパターン３０ｙに割り当てる。
ここで、上記のようにデバイスパターン３０と仮想矩形３５との面積が同一になるには、次の式（１５）が成り立つ。
Figure 0005515496
ここで、W0、H0はそれぞれ代表パターン１４ｃの幅と高さであり、pW0、pH0はそれぞれ仮想矩形３５の幅と高さである。
そして、代表パターン１４ｃと仮想矩形３５との相似比pは、式（１５）から次の式（１６）のように書ける。
Figure 0005515496
この相似比pを利用して、前方散乱強度eとその基準値e0を次の式（１７）、（１８）から算出する。
Figure 0005515496
Figure 0005515496
式（１８）のように、本例では、仮想矩形３５の幅pW0と高さpH0を利用して前方散乱強度の基準値e0を算出する。これは、実際に露光に使用する代表パターン１４ｃと相似な仮想矩形の幅pW0と高さpH0を利用する方が、デバイスパターン３０ｙの幅Wと高さHを利用する場合よりも、補正の精度が向上するためである。
（ｂ）H／W＞Rのとき
この場合は、上記のような仮想矩形３５を利用せず、既述の式（１３）、（１４）を利用して前方散乱強度eとその基準値e0を算出する。これは、H／Wが大きいと、式（６）で定義される前方散乱強度Ff(x,y,W,H)がHに依らなくなるため、式（１８）のように仮想矩形３５の幅pW0と高さpH0を利用して基準値e0を算出する実益がないからである。
（第４実施形態）
第１〜第３実施形態では、ホール形状のデバイスパターン３０を例にして説明したが、これらの実施形態で説明した露光方法はゲート電極のような長尺状のデバイスパターンにも適用し得る。
図３３（ａ）は、そのような長尺状のデバイスパターン３８に対して第１実施形態のステップＳ１〜Ｓ３を行い、デバイスパターン３８の形状を補正した後の平面図である。
このような形状のデバイスパターン３８を露光するには、図３３（ｂ）に示すように、デバイスパターン３８を複数の矩形パターン３８ａ〜３８ｇに分割する。
そして、これらの矩形パターン３８ａ〜３８ｇに対応した形状のマスクパターンを備えた露光マスクを使用して、各パターン３８ａ〜３８ｇを個別に露光することで、図３３（ａ）に示したような長尺状のデバイスパターン３８を実現し得る。
（第５実施形態）
本実施形態では、第１〜第４実施形態で説明した露光方法を利用した半導体装置の製造方法について説明する。
図３４〜図４０は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。
以下では、半導体装置としてMOSトランジスタを製造する。
まず、図３４（ａ）に示すように、半導体基板としてのシリコン基板５０を熱酸化して熱酸化膜５１を約１０nmの厚さに形成した後、その上に減圧CVD法により窒化シリコン膜５２を約１４０nmの厚さに形成する。
次に、図３４（ｂ）に示すように、第１の窓５３ａを備えた第１のレジストパターン５３を窒化シリコン膜５２の上に形成する。そして、この第１のレジストパターン５３をマスクとして使用しながら、フッ素系のガスをエッチングガスにするRIE(Reactive Ion Etching)により窒化シリコン膜５２をエッチングし、第１のホール５２ａを形成する。その後、エッチングガスを塩素系のガスに変えて、第１のホール５２ａの下の熱酸化膜５１をエッチングして第２のホール５１ａを形成する。
そして、エッチングガスをそのままにして更にエッチングを進めることにより、各ホール５１ａ、５２ａの下のシリコン基板５０をエッチングして、深さが約３００nm程度のSTI(Shallow Trench Isolation)用の溝５０ａを形成する。なお、溝５０ａの幅は特に限定されないが、本実施形態ではその幅を約４０μmとする。
その後に、第１のレジストパターン５３を除去する。
次に、図３５（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。まず、プラズマCVD法により全面に酸化シリコン膜を形成してそれにより溝５０ａを完全に埋め込む。その後、窒化シリコン膜５２を研磨ストッパとして使用しながらその酸化シリコン膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing)により研磨し、窒化シリコン膜５２の上面から除去すると共に、溝５０ａ内に残された酸化シリコン膜を素子分離絶縁膜５４とする。なお、窒化シリコン膜５２は、このCMPによって膜減りしてその厚さが約５０nm程度にまで薄くなる。
また、上記ではSTI用の素子分離絶縁膜５４を形成したが、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法により素子分離絶縁膜を形成してもよい。
次いで、図３５（ｂ）に示すように、燐酸を用いて窒化シリコン膜５２をウエットエッチングして除去する。
次に、図３６（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
まず、熱酸化膜５１をスルー膜として使用しながら、シリコン基板５０にボロン等のp型不純物をイオン注入してpウエル５５を形成する。その後に、このイオン注入によってダメージを受けた熱酸化膜５１をウエットエッチングして除去し、シリコン基板５０の清浄面を露出させる。そのウエットエッチングでは、例えばフッ酸溶液がエッチング液として使用される。
続いて、シリコン基板５０を再び熱酸化して厚さ約５nmの熱酸化膜を形成し、それをゲート絶縁膜５６とする。
その後、シランを反応ガスとして使用するCVD法により、素子分離絶縁膜５４とゲート絶縁膜５６の上に導電膜５７としてポリシリコン膜を厚さ約１００nm程度に形成する。
次に、図３６（ｂ）に示すように、導電膜５７の上に第１のレジスト層５８を形成する。
そして、図１に示した電子ビーム露光装置１内にシリコン基板５０を入れ、電子ビームEBによりその第１のレジスト層５８を露光することにより、第１のレジスト層５８にゲート電極形状の第１の潜像５８ａを形成する。
露光に際しては、第１〜第４実施形態に従って露光データDEを補正する。これにより、電子ビームEBの近接効果が原因で第１の潜像５８ａの形状や大きさが崩れるのが抑制され、設計幅に近い幅を有する第１の潜像５８ａを第１のレジスト層５８に形成することができる。
次いで、図３７（ａ）に示すように、第１のレジスト層５８を現像することにより、上記の第１の潜像５８ａを第１のレジストパターン５８ｂとして残す。
そして、その第１のレジストパターン５８ｂをマスクにし、塩素系のガスをエッチングガスとするRIEにより導電膜５７を選択的にエッチングし、ゲート電極５７ａを形成する。
この後に、第１のレジストパターン５８ｂは除去される。
次に、図３７（ｂ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
まず、ゲート電極５７ａをマスクにしながらシリコン基板５０にヒ素等のn型不純物をイオン注入することにより、ゲート電極５７ａの側方のシリコン基板５０にn型ソース／ドレインエクステンション５９を形成する。
次いでCVD法によりシリコン基板５０の上側全面に酸化シリコン膜等の絶縁膜を形成した後、その絶縁膜をエッチバックしてゲート電極５７ａの側面に絶縁性サイドウォール６０として残す。
その後、ゲート電極５７ａと絶縁性サイドウォール６０をマスクにして、リン等のn型不純物をシリコン基板５０にイオン注入する。これにより、ゲート電極５７ａの側方のシリコン基板５０に、n型ソース／ドレインエクステンション５９よりも深くて不純物濃度の高いn型ソース／ドレイン領域６１が形成される。
続いて、図３８（ａ）に示すように、シリコン基板５０の上側全面にスパッタ法によりコバルト膜を形成した後、RTA(Rapid Thermal Anneal)によりコバルトとシリコンとを反応させる。続いて、素子分離絶縁膜５４等の上で未反応となっているコバルト膜をウエットエッチングにより除去し、ソース／ドレイン領域６１の上にコバルトシリサイド層６２を残す。そのコバルトシリサイド層はゲート電極５７ａの上面にも形成され、それによりゲート電極５７ａはポリサイド構造となる。
次いで、図３８（ｂ）に示すように、シリコン基板５０の上側全面にエッチングストッパ膜６３として窒化シリコン膜をCVD法により形成し、更にその上にCVD法により酸化シリコン膜等の絶縁膜６４を形成して、これらの膜６３、６４を層間絶縁膜６５とする。その後に、層間絶縁膜６５の上面をCMP法により研磨して平坦化する。その平坦化の結果、層間絶縁膜６５の厚さは、シリコン基板５０の平坦面上で約７００nmとなる。
次に、図３９（ａ）に示すように、層間絶縁膜６５の上に第２のレジスト層６８を形成する。
そして、第１〜第４実施形態に従って補正された露光データDEに基づいて、露光装置１（図１参照）内において電子ビームEBにより第２のレジスト層６８を露光することにより、ホール形状の第２の潜像６８ａを第２のレジスト層６８に形成する。
このように第１〜第４実施形態に従って露光データDを補正することで、電子ビームEBの近接効果が原因で第２の潜像６８ａの形状や大きさが崩れるのが抑制され、第２の潜像６８ａの幅を設計幅に近づけることが可能となる。
その後に、図３９（ｂ）に示すように、第２のレジスト層６８を現像することにより第２の潜像６８ａを除去し、第２の窓６８ｂを備えた第２のレジストパターン６８ｃを形成する。
次に、図４０（ａ）に示すように、第２のレジストパターン６８ｃをマスクにするRIEにより層間絶縁膜６５をエッチングして、コバルトシリサイド層６２に至る深さのコンタクトホール６５ａを層間絶縁膜６５に形成する。
そのエッチングは、絶縁膜６４に対するエッチングとエッチングストッパ膜６３に対するエッチングとの２ステップで行われ、エッチングストッパ膜６３のエッチングでは下地のコバルトシリサイド層６２がエッチングストッパとして機能する。
そして、これらのエッチングにおけるエッチングガスとしては、絶縁膜６４に対してはC4F8、O2、及びArの混合ガスが使用され、エッチングストッパ膜６３に対してはC4F8、CF4、O2、及びArの混合ガスが使用される。
この後に、第２のレジストパターン６８ｃは除去される。
次に、図４０（ｂ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
まず、コンタクトホール６５ａの内面と層間絶縁膜６５の上面に、スパッタ法によりチタン膜と窒化チタン膜とをこの順に形成し、それらをグルー膜とする。続いて、このグルー膜の上に、六フッ化タングステンを反応ガスとして使用するCVD法によりタングステン膜を形成し、そのタングステン膜によりコンタクトホール６５ａを完全に埋め込む。その後に、層間絶縁膜６５上の余分なグルー膜とタングステン膜とをCMP法により除去し、それらの膜をホール６５ａの中に導電性プラグ６９として残す。その導電性プラグ６９は、n型ソース／ドレイン領域６１と電気的に接続される。
ここまでの工程により、ゲート電極５７ａやn型ソース／ドレイン領域６１等を有するMOSトランジスタTRの基本構造が完成したことになる。
以上説明した本実施形態によれば、図３６（ｂ）と図３９（ａ）を参照して説明したように、第１のレジスト層５８と第２のレジスト層６８を電子ビームEBで露光するときに、第１〜第４実施形態で説明した露光方法を採用する。
そのため、露光時の近接効果によって各レジスト層５８、６８に形成される潜像５８ａ、６８ａの形状と大きさが崩れるのを抑制でき、ゲート電極５７ａやコンタクトホール６５ａ等のデバイスパターンの寸法を設計値に近づけることが可能となる。
以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 複数のデバイスパターンの露光データを準備するステップと、
露光強度分布の中心の近傍にある前記デバイスパターンの各々を積分領域にしながら、該露光強度分布の前方散乱成分の積分値を求めるステップと、
前記露光データを補正することにより、前記積分値が基準値に等しくなるように複数の前記デバイスパターンのそれぞれの形状を補正するステップと、
前記補正の後、前記デバイスパターンのそれぞれに、該デバイスパターンと重心同士が一致するように、露光マスク内のマスクパターンを割り当てるステップと、
前記デバイスパターンのそれぞれに前記マスクパターンを割り当てた後、該マスクパターンを透過した荷電粒子で露光したレジスト層によって設計幅を有するレジストパターンが得られるように、前記マスクパターンに露光量を割り当てるステップと、
前記露光量を割り当てた後、前記露光データに基づいて前記レジスト層を露光するステップと、
を有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
（付記２） 前記露光量の割り当ての後、複数の前記マスクパターンを前記露光量毎に複数のグループに分けるステップと、
前記マスクパターンがブロック単位で形成された前記露光マスクの中から、前記グループ内におけるのと同一の配列で前記マスクパターンが形成されたブロックを選択するステップとを更に有し、
前記レジスト層を露光するステップにおいて、前記選択されたブロックを利用して、ブロック露光を行うことを特徴とする付記１に記載の荷電粒子ビーム露光方法。
（付記３） 前記レジスト層の露光は、
前記マスクパターンがブロック単位で形成された前記露光マスクを用い、前記ブロック内で前記露光量が最も小さい前記マスクパターンの該露光量で一括露光し、
前記露光量が最も小さい前記マスクパターン以外の前記マスクパターンに対しては追加露光を行い、該露光量の不足分を補うことを特徴とする付記１に記載の荷電粒子ビーム露光方法。
（付記４） 前記追加露光は、前記マスクパターンよりも大きな断面形状に整形された前記荷電粒子のビームを前記マスクパターンに照射することにより行われることを特徴とする付記３に記載の荷電粒子ビーム露光方法。
（付記５） 前記露光マスクは、形状と大きさが異なる複数の前記マスクパターンを備えており、
前記デバイスパターンに前記マスクパターンを割り当てるステップは、
前記複数のマスクパターンのうち、前記補正後の前記デバイスパターンとの形状差が最も小さい前記マスクパターンを前記デバイスパターンに割り当てることにより行われることを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の荷電粒子ビーム露光方法。
（付記６） 前記複数のマスクパターンの中に、前記補正後の前記デバイスパターンとの相似なマスクパターンがない場合、前記補正後の前記バイスパターンと面積が同一の仮想矩形を想定し、前記複数のマスクパターンの中で前記仮想矩形との形状差が最も小さい前記マスクパターンを前記デバイスパターンに割り当てることを特徴とする付記５に記載の荷電粒子ビーム露光方法。
（付記７） 前記マスクパターンへの前記露光量の割り当ては、
前記補正後の前記デバイスパターンを積分領域にしたときの前記前方散乱成分の積分値で定義される前方散乱強度を、前記マスクパターンの中心からの距離の関数として算出し、
前記距離が前記設計幅の１／２のときの前記前方散乱強度の値を求め、
前記補正後の前記デバイスパターンについての荷電粒子の後方散乱強度を求め、
前記レジスト層が解像するのに要する前記荷電粒子の最低限の蓄積エネルギと、前記前方散乱強度の前記値と前記後方散乱強度の和との比を、前記露光量として算出することにより行われることを特徴とする付記１〜付記６のいずれかに記載の露光方法。
（付記８） 複数のデバイスパターンの露光データを準備するステップと、
露光強度分布の中心の近傍にある前記デバイスパターンの各々を積分領域にしながら、該露光強度分布の前方散乱成分の積分値を求めるステップと、
前記露光データを補正することにより、前記積分値が基準値に等しくなるように複数の前記デバイスパターンのそれぞれの形状を補正するステップと、
前記補正の後、前記デバイスパターンのそれぞれに、該デバイスパターンと重心同士が一致するように、露光マスク内のマスクパターンを割り当てるステップと、
前記デバイスパターンのそれぞれに前記マスクパターンを割り当てた後、該マスクパターンを透過した荷電粒子で露光したレジスト層によって設計幅を有するレジストパターンが得られるように、前記マスクパターンに露光量を割り当てるステップと、
前記露光量を割り当てた後、前記設計データに基づいて、半導体基板の上方に形成されたフォトレジスト層を露光するステップと、
前記フォトレジスト層を現像してレジストパターンにするステップと、
前記レジストパターンをマスクにしながら、該レジストパターンの下の膜をエッチングすることにより、デバイスパターンを形成するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記９） 前記露光量の割り当ての後、複数の前記マスクパターンを前記露光量毎に複数のグループに分けるステップと、
前記マスクパターンがブロック単位で形成された前記露光マスクの中から、前記グループ内におけるのと同一の配列で前記マスクパターンが形成されたブロックを選択するステップとを更に有し、
前記レジスト層を露光するステップにおいて、前記選択されたブロックを利用して、ブロック露光を行うことを特徴とする付記８に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０） 前記レジスト層の露光は、
前記マスクパターンがブロック単位で形成された前記露光マスクを用い、前記ブロック内で前記露光量が最も小さいマスクパターンの該露光量で一括露光し、
前記露光量が最も小さいマスクパターン以外の前記マスクパターンに対しては追加露光を行い、該露光量の不足分を補うことを特徴とする付記８に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１） 前記デバイスパターンは、ホール又はゲート電極であることを特徴とする付記８〜１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
１…電子ビーム露光装置、２…露光データ作成部、３…制御部、４…電子光学系、５…コラム、１１…電子銃、１２…整形マスク、１３…第１のマスク偏向器、１４…露光マスク、１４ａ…開口、１４ｂ…マスクパターン、１４ｃ…代表マスクパターン、１５…第２のマスク偏向器、１６…フォーカスレンジ、１７…第１の偏向器、１８…第２の偏向器、１９…ステージ、２０…半導体基板、３０…デバイスパターン、３０ｘ…一辺、３０ｙ…補正後のデバイスパターン、３１…追加の露光パターン、３２…仮想正方形、３５…仮想矩形、３８…長尺状のデバイスパターン、３８ａ〜３８ｇ…矩形パターン、５０…シリコン基板、５０ａ…溝、５１…熱酸化膜、５１ａ…第２のホール、５２…窒化シリコン膜、５２ａ…第１のホール、５３…第１のレジストパターン、５３ａ…第１の窓、５４…素子分離絶縁膜、５５…pウエル、５６…ゲート絶縁膜、５７…導電膜、５７ａ…ゲート電極、５８…第１のレジスト層、５８ａ…第１の潜像、５８ｂ…第１のレジストパターン、５９…n型ソース／ドレインエクステンション、６０…絶縁性サイドウォール、６１…n型ソース／ドレイン領域、６２…コバルトシリサイド層、６３…エッチングストッパ膜、６４…絶縁膜、６５…層間絶縁膜、６８…第２のレジスト層、６８ａ…第２の潜像、６８ｂ…第２の窓、６８ｃ…第２のレジストパターン、６９…導電性プラグ。

Claims (7)

  1. 複数のデバイスパターンの露光データを準備するステップと、
    露光強度分布の中心の近傍にある前記デバイスパターンの各々を積分領域にしながら、該露光強度分布の前方散乱成分の積分値を求めるステップと、
    前記露光データを補正することにより、前記積分値が基準値に等しくなるように複数の前記デバイスパターンのそれぞれの形状を補正するステップと、
    前記補正の後、前記デバイスパターンのそれぞれに、該デバイスパターンと重心同士が一致するように、露光マスク内のマスクパターンを割り当てるステップと、
    前記デバイスパターンのそれぞれに前記マスクパターンを割り当てた後、該マスクパターンを透過した荷電粒子で露光したレジスト層によって設計幅を有するレジストパターンが得られるように、前記マスクパターンに露光量を割り当てるステップと、
    前記露光量を割り当てた後、複数の前記マスクパターンを前記露光量毎に複数のグループに分けるステップと、
    前記マスクパターンがブロック単位で形成された前記露光マスクの中から、前記グループ内におけるのと同一の配列で前記マスクパターンが形成されたブロックを選択するステップと、
    前記選択されたブロックを利用し、前記露光データに基づいて前記レジスト層をブロック露光するステップと、
    を有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
  2. 複数のデバイスパターンの露光データを準備するステップと、
    露光強度分布の中心の近傍にある前記デバイスパターンの各々を積分領域にしながら、該露光強度分布の前方散乱成分の積分値を求めるステップと、
    前記露光データを補正することにより、前記積分値が基準値に等しくなるように複数の前記デバイスパターンのそれぞれの形状を補正するステップと、
    前記補正の後、前記デバイスパターンのそれぞれに、該デバイスパターンと重心同士が一致するように、露光マスク内のマスクパターンを割り当てるステップと、
    前記デバイスパターンのそれぞれに前記マスクパターンを割り当てた後、該マスクパターンを透過した荷電粒子で露光したレジスト層によって設計幅を有するレジストパターンが得られるように、前記マスクパターンに露光量を割り当てるステップと、
    前記露光量を割り当てた後、前記露光データに基づいて前記レジスト層を露光するステップとを有し、
    前記レジスト層の露光は、
    前記マスクパターンがブロック単位で形成された前記露光マスクを用い、前記ブロック内で前記露光量が最も小さい前記マスクパターンの該露光量で一括露光し、
    前記露光量が最も小さい前記マスクパターン以外の前記マスクパターンに対しては追加露光を行い、該露光量の不足分を補い、
    前記追加露光は、前記マスクパターンよりも大きな断面形状に整形された前記荷電粒子のビームを前記マスクパターンに照射することにより行われることを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
  3. 複数のデバイスパターンの露光データを準備するステップと、
    露光強度分布の中心の近傍にある前記デバイスパターンの各々を積分領域にしながら、該露光強度分布の前方散乱成分の積分値を求めるステップと、
    前記露光データを補正することにより、前記積分値が基準値に等しくなるように複数の前記デバイスパターンのそれぞれの形状を補正するステップと、
    前記補正の後、前記デバイスパターンのそれぞれに、該デバイスパターンと重心同士が一致するように、露光マスク内の形状と大きさが異なる複数のマスクパターンのうち、前記補正後の前記デバイスパターンとの形状差が最も小さい前記マスクパターンを前記デバイスパターンに割り当てるステップと、
    前記デバイスパターンのそれぞれに前記マスクパターンを割り当てた後、該マスクパターンを透過した荷電粒子で露光したレジスト層によって設計幅を有するレジストパターンが得られるように、前記マスクパターンに露光量を割り当てるステップと、
    前記露光量を割り当てた後、前記露光データに基づいて前記レジスト層を露光するステップと、
    を有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
  4. 前記複数のマスクパターンの中に、前記補正後の前記デバイスパターンと相似なマスクパターンがない場合、前記補正後の前記デバイスパターンと面積が同一の仮想矩形を想定し、前記複数のマスクパターンの中で前記仮想矩形との形状差が最も小さい前記マスクパターンを前記デバイスパターンに割り当てることを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子ビーム露光方法。
  5. 前記マスクパターンへの前記露光量の割り当ては、
    前記補正後の前記デバイスパターンを積分領域にしたときの前記前方散乱成分の積分値で定義される前方散乱強度を、前記マスクパターンの中心からの距離の関数として算出し、
    前記距離が前記設計幅の１／２のときの前記前方散乱強度の値を求め、
    前記補正後の前記デバイスパターンについての荷電粒子の後方散乱強度を求め、
    前記レジスト層が解像するのに要する前記荷電粒子の最低限の蓄積エネルギと、前記前方散乱強度の前記値と前記後方散乱強度の和との比を、前記露光量として算出することにより行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の露光方法。
  6. 複数のデバイスパターンの露光データを準備するステップと、
    露光強度分布の中心の近傍にある前記デバイスパターンの各々を積分領域にしながら、該露光強度分布の前方散乱成分の積分値を求めるステップと、
    前記露光データを補正することにより、前記積分値が基準値に等しくなるように複数の前記デバイスパターンのそれぞれの形状を補正するステップと、
    前記補正の後、前記デバイスパターンのそれぞれに、該デバイスパターンと重心同士が一致するように、露光マスク内のマスクパターンを割り当てるステップと、
    前記デバイスパターンのそれぞれに前記マスクパターンを割り当てた後、該マスクパターンを透過した荷電粒子で露光したレジスト層によって設計幅を有するレジストパターンが得られるように、前記マスクパターンに露光量を割り当てるステップと、
    前記露光量の割り当ての後、複数の前記マスクパターンを前記露光量毎に複数のグループに分けるステップと、
    前記マスクパターンがブロック単位で形成された前記露光マスクの中から、前記グループ内におけるのと同一の配列で前記マスクパターンが形成されたブロックを選択するステップと、
    前記設計データに基づいて、半導体基板の上方に形成されたフォトレジスト層を前記選択されたブロックを利用してブロック露光するステップと、
    前記フォトレジスト層を現像してレジストパターンにするステップと、
    前記レジストパターンをマスクにしながら、該レジストパターンの下の膜をエッチングすることにより、デバイスパターンを形成するステップと、
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 前記デバイスパターンは、ホール又はゲート電極であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
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