JPH01264221A - パターン形成方法およびリソグラフイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はな子線を用いた微細パターン描画技術に係り、
特に従来から問題とされてきた近接効果を低減・解消し
、しかも、を産性を高めるのに好適なパターン形成方法
およびパターン形成のためのリングラフィ装置に関する
。

〔従来の技術〕

電子線リソグラフィは従来の光学式リソグラフィでは実
現し得ないザブミクロン寸法領域での微細パターンを形
成し得るリングラフィ技術であり。

来たるべき６４Ｍ、２５６Ｍｂ　ｊ、　を以」二の超々
ＬＳＩ素子等を実現する上で必須の技術とされている。

しかしながら本技術には２例えばジャーナル　バキュー
ム　サイエンス　アンド　テクノロジー第１２巻、第６
号、１２／１１日、１９７５年ｐ、１２７１〜１２７５
　（Ｊｏｕｒｎａｌ　Ｖａｅｕｕｍ　Ｓｅ、１ｅｎｃｏ
　＆　ＴＣｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏ　２．１２．＆６．Ｎ
ｏｖ、／Ｄｅｃ　’７５）の「ブロキシミテイーエフェ
クト　イン　エレクトロンビーム　リングラフィ＋（Ｐ
ｒｏｘｉｍｉｔｙ　ｅｆｆｅｃｔ　ｉｎ　ｅｌｅｅｔｒ
ｏｎｂｅａｍｌｉｔｈｏｇｒａｐｉｈｙ）　Ｊと題する
論文で記されているように、試料内に入射した電子が試
料を構成する様々の元素と衝突・散乱し、入射点以外の
広い領域にまｅもその影響を及ぼす結果、描画／現像後
の図形形状・寸法、等が著しく劣化するという深刻を欠
陥を内在しでいる（近接効果）。

特に、該適度効果は大きな描画面積を有する図形が互い
に近接し合う場合において顕著となり、これらに挟まれ
た図形を設計通りに形成することは著しく困難となって
いる。これを第２図で説明する。２つの近接した大描画
面積図形２，２′をネガ型の電子線レジストを用いて形
成する場合。

同図内１点破線で示す近接効果影響範囲３で囲まれた内
側の全描画領域から、本来描画を行なわないはずの挟隘
領域１に対して上記接効果が及ぶため、該領域１は実効
的に描画された状態となり、現像後に残膜】′が発生し
、両図形２，２′の分離・解像が回置となっていた。

これに対して従来、２つの対策が考案されている。１つ
は多層レジストプロセスである。近接効果は上述の入射
電子の散乱現像の内、特に下地基板からの後方散乱電子
に起因している。そこでパターンの形成されるべきレジ
ストと下地基板との間にスペーサを設けることにより、
下地からの後方散乱電子がレジスト膜に及ぼす影響を低
下させようとするものである。

もう１つの方法は近接効果補正描画アルゴリズムである
。近接効果によって劣化する図形形状や寸法を予め想定
し、描画図形データを補正することにより結果的に近接
効果をキャンセルしようとするものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし上記従来技術は以下の点で問題があった。

すなわち、まず多層レジストプロセスにおいてはその多
層膜形成工程および多層膜加工工程に伴なう工程の複雑
化が問題となる。第３図でこれを説明する。多層レジス
トプロセスで代表的な３層しジス１〜法においては第３
図（ａ）のように基板４上にスペーサ膜５ならびに後工
程のドライエツチング加工用マスク膜６を形成した後、
レジスト７を形成しなければならない０次に第３図（ｂ
）で示す様に、所望図形をレジスト７に描画・現像する
。さらに第３図（ｃ）の様に、このレジスト７をマスク
としてドライエツチング加工用マスク膜６をドライエツ
チングで加工する。そして第３図（ｄ）で示すようにド
ライエツチング加工用マスク６をマスクとしてスペーサ
膜５をドライエッチングし、リソグラフィ工程を終了す
る。

上述の如く、従来の多層レジストプロセスは単層レジス
トプロセスに比べ、倍以上の工程数となるだけでなく、
上述の如くドライエツチング加工を必須とすることに起
因した加工装置の量産性の問題、あるいは装置コストの
問題なども付与的に発生してくる。

一方、近接効果補正描画アルゴリズムにおいては、みか
け上近接効果をキャンセルすべき描画図形データを補正
してやるために、生じるべき近接効果を予想しこれをデ
ータに反映させなければならない。一般にこの一連の手
続きは全て計算機処理によってなされ、図形の大きさや
周囲図形との位置関係等を全て包含した形でデータが補
正され、作成される。しかしＬＳＩやＵＬＳＩといった
大規模な図形焦団において、こうした補正を行なうこと
は膨大な計算機処理時間（ＣＰＵ時間）と膨大なデータ
ファイル容量とが必要となり、現実的な時間と容量では
封環し切れない。

以上の様に、近接効果の低減・解消のためにそれぞれ考
案されてきた従来技術は、いずれもそれを実行する段で
様々の問題を抱えており、実用化のキメ手となり得ない
でいた。

本発明の目的は、上述の従来方法における実用上の問題
点を解消し、しかも効果的な近接効果の低減・解消を行
なうパターン形成方法とその実施に好適なリソグラフイ
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、描画されるべき図形の輪郭部だけには従来
通りレジスト層全体を露光し、輪郭部内部にオしてはレ
ジスト表面層までだけを露光してやることにより達成さ
れる。これを実現する手段として下地までのレジストを
露光するのに高エネルギの電子線、イオン線又はレジス
ト層下面まで達する光あるいは短波長のＸ線を用いるこ
とができる。一方、レジスト表面層だけを露光するのに
、低エネルギの電子線、イオン線、レジスト表面層での
吸収の大きい波長をもつ光、もしくは、長波長のＸ線を
用いることができる。実際の適用に当ってはこれらレジ
スト層下面まで露光するものとレジスト表面層だけを露
光するものの中から適当な組合わせを用いることが望ま
しい。

〔作用〕

前述の様に、近接効果は試料内入射電子が試料構成元素
と衝突・散乱することに起因しており、特に下地基板か
らの後方散乱電子の影響が最も強いことが知られている
。したがって第２図で説明したような近接効果影響範囲
内では遠方からの後方散乱電子の影響が蓄積される結果
１本来の未描画域が実質描画されたことになっている。

そこで入射電子が下地基板に達しない様にすれば、原理
的に上述のような近接効果は無くなる。

第４図でこれを説明する。第４図（ａ）は従来の下地４
までレジスト７を露光する方式である。

入射した電子が下地で後方散乱される結果、描画図形間
でレジスト中において互いに後方散乱電子の影Ｗ（近接
効果）を受け、第４図（ｂ）で示すように現像後に解像
しなくなる。また第４図（ｃ）は、レジスト表層だけを
露光する方式である。入射電子が下地４まで達しないた
め、第４図（ａ）の様な近接効果が生じないことを示す
。

レジスト表層だけを露光する方式において、電子線を用
いないで、光などによる一括露光で行なえれば、量産性
面でより一層好ましい。

しかしレジスト表面層のみ露光する方式においては第４
図（ｄ）に示すように現像後のレジストパターン断面は
著しいアンダカットを生じたり、足をすくわれてパター
ンが流れたりする。そこで第１図（ａ）に示すように描
画図形２，２′を輪郭分解８し、第１図（ｂ）に示すよ
うに描画面積の火きな輪郭部内側９に対しては上述のよ
うにレジスト表層のみ露光１０して下地後方散乱を発生
させず、描画面積の小さい輪郭部８に対しては上述のよ
うなアンダカット等を抑制するために従来通りの下地基
板４まで達する露光１１を行なうようにすれば近接効果
を著しく低減でき、しかも良好なパターン断面をも得ら
れる。

尚、上述の様に輪郭部およびその内部とを別々に露光す
る上で、両者の重ね合わせに問題が予想される。即ち、
通常、リソグラフィ装置の異なる露光では、０．２〜０
．３μｍ程度の重ね合わせ誤差が生じる。したがって上
記誤差が生じると第１図（ｅ）の如く輪郭部境界で未露
光部が生じることになる。

そこで同図（ｄ）の様に輪郭部およびその内部とに図形
分類する際は、上記重ね合わせ誤差を加味して、輪郭部
あるいは、その内部図形を必要に応じて拡大することが
実際上、望ましい。

〔実施例〕

以下１本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

〈実施例】−〉 第５図は１輪郭部の露光に高加速エネルギの電子線を、
輪郭部内側の露光に低加速エネルギの電子線を用いた例
である。

シリコン基板４上にネガ型レジストＲＤ２００ＯＮ（日
立化我社、商品名）７を０．５　　μｍ塗布形成する。

描画図形は１００μｍｘ　］、、　Ｏ０μｍの矩形１２
．１２’　が幅０．５　　μｍの間隔で対向したもので
あり、第５図（ａ）、各矩形は幅０゜５　μｍの輪郭部
１３で囲まれている９まず加速電圧３０ｋＶの高加速エ
ネルギ電子線１４で照射量４０μＣ／ｄにて、この輪郭
部のみを描画する（第５図（ｂ））。次に、第５図（ｅ
）で示すように加速電圧］、ＯｋＶの低加速エネルギを
子線１５で照射量２０μＣ／ａＪにて輪郭部内側１６を
描画する。その後、　ＲＤ２００ＯＮ専用現像液（日立
化成）を用いて約６０秒間の浸漬現像を行ない、水洗で
現像を終了したところ第５図（ｄ）の様にほぼ初期膜厚
を保ったまま描画図形通りのパターンが得ら才すだ。

一方、これに対して全描画図形を３０ｋＶの高加速電圧
電子線で描画し、現像したところ対向した２つの矩形は
矩形間が充分に現像さオｔず、互いに接合し、解像でき
なかった。同様に全描画図形を１０ｋＶの低加速電子線
で描画し、現像したところ、約３０秒程度現像した時点
で現像を停止した時にはアンダカットがみられ、約６０
秒間現像した時には完全に足をすくわれてパターンが流
力、てしまった。

〈実施例２〉 第６図は、輪部部の露光に高加速エネルギの電子線を用
い、輪郭部内側の露光↓こエキシマレーザを泪いた例で
ある８ シリコン基板４上にネガ型レジストＲＤ２００ＯＮ（日
立化成）７を１．Ｏμｍ膜厚で塗布形成する。所望図形
は実施例１と同一であり１００Ｘ１００μｍ矩形が、０
．５　μｍ間隔で対向しているものである０輪郭部は幅
０．５　　μｍで描画図形を囲んでいる。まず加速電圧
３０にνの高加速エネルギ電子線１４で照射量４０μＣ
／ｄにてこの輪郭部のみを描画する（第６図（ａ））。

次に第６図（ｂ）に示すように、フォトマスク１６を介
してＫｒＦのエキシマレーザ１７を１００ｍＪ／ｆｆｌ
程度の光で輪郭部内側のみを露光する。現像はＲＤ２０
０ＯＮ専用現像液（日立化成）を用いて約１５０秒間、
浸漬法で行ない、水洗して終了したところ、はぼ初期膜
厚を保ったまま設計通りのパターンが得られた。

〈実施例３〉 実施例３は輪郭部の露光に高加速エネルギの電子線を用
い１輪郭部内側の露光に遠紫外線（ＤｅｅｐＵＶ）光を
用いた例である。

実施例２と同様にシリコン基板上にＲＤ２００ＯＮを膜
厚１．０　μｍ塗布形成する。０．５　　μｍ幅の輪郭
部を周囲に有する１、　ＯＯｔｚ　ｍ口の矩形が２つ幅
０．５　μｍで対向している描画図形の内１輪郭部のみ
を加速電圧３０ｋＶの高加速エネルギ電子線により４０
μＣ／ｄの照射量で露光する。次に超高圧水銀灯の発光
波長の内２４８ｎｍの遠紫外光を干渉フィルタでとり出
し、フォトマスクを介して輪郭部内側だけを約２０　ｍ
　Ｊ　／　ａｌの照射量で露光する。ＲＤ２００ＯＮ専
用現像液により約１５０秒間現像し水洗停止したところ
、はぼ初期膜厚を保ったままの設計通りのパターンが得
られた。

〈実施例４〉 第７図に輪郭部内側を遠紫外光線とフォトマスクで露光
し、輪郭部は電子線で露光するリソグラフイ装置を示す
。

遠紫外光線源２３は２００〜３００ｎｍの波長領域を有
するクセノンランプを用いた。光学系２４により該光線
を平行化し、予め所望図形の輪郭領域を除いた図形部の
み透過するようにしたフォトマスク２５に該平行光線を
照射した。この時、試料台２２はレジストを塗布した試
料２１をチャック固定し上記マスク直下に移動完了して
いる。

輪郭部内側のみ露光した後、上記試料台は電子線描画工
程の為、描画位置へ移動する。電子線源１８より射出さ
れた電子線１９は絞られ偏向器２０により、試料２１上
の所定輪郭部だけを描画した。尚、上記レジスト材料お
よび遠紫外光エネルギ、さらにまた電子線加速エネルギ
は全て実施例３と同様である。

〈実施例５〉 実施例５は輪郭部内側をエキシマレーザで露光し、輪郭
部は、電子線で露光するリソグラフイ装置の例である。

第８図でこれを説明する。

エキシマレーザ２６′は波長２４８ｎｍの狭帯域ＫｒＦ
レーザ源２６を用いた。レーザ光偏向系２７を用い該レ
ーザで所望の位置を走査する。この時、試料２１を固定
した試料台２２は、走査領域内に移動完了している。描
画図形データ２９よす１輪郭部内側だけのデータを分類
し、制御用コンピュータ２８により、上記レーザ光の偏
向走査を行なった１次に、実施例４と同様に輪郭部だけ
の描画を行なった。尚、上記レジスト材料およびレーザ
の光量さらにまた電子線の加速エネルギは、全て、実施
例２と同様である。

〈実施例６〉 実施例６は、実施例５の輪郭部内側露光源としてのエキ
シマレーザを低加速エネルギの電子線に置き換えたもの
である。第９図でこれを説明する。

該７低加速電子線３０は、電子線源１８′より射出され
、数百〜数キロボルトの加速電圧で加速されている。こ
れを偏向器２０′で偏向し、試料内の描画図形輪郭部内
側だけを描画する。この時の描画は、描画図形データ２
９より、輪郭部内側だけのデータを分類したものを制御
用コンピュータ２８で制御し、実行した。以下、実施例
４と同様に、高加速エネルギの電子線１９で輪郭部だけ
の描画を行なった。

〈実施例７〉 実施例７は、輪郭部内側の露光を、紫外光線照射により
、マスクから発生する２次電子で行なう装置である。第
１０図を用いて、これを説明する。

マスク３１は、ガラスブランクにクロム蒸着のものを用
い、予め、所望図形に対応した位置には、Ｃｓｌの図形
が形成されている。該図形は上述の。

輪郭部内側に対応したものとなっている。紫外光源２３
からの紫外光線により照射された該マスク３１は、輪郭
部内側に対応したＣｓＩより成るマスクパターンから、
低エネルギの２次電子を放出し、試料２１を露光する。

この時、露光されるべき図形の寸法および形状精度を考
慮し、輪郭部は、上記２次電子の飛程よりも充分大きく
とり、上記２次電子が輪郭部外へ、もれぬ様にした。以
下、実施例４と同様に、高加速エネルギの電子線１９に
て輪郭部だけの描画を行なった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電子線リソグラフィにおける近接効果
の問題を容易な方法で激減させることができ、電子線リ
ソグラフィ本来の超微細性をパターンに反映できる。ま
た、光等を用いた一括露光と電子線描画とを組み合わす
ことができることから全面を描画してい〈従来の電子線
リソグラフィに比べて量産性を格段に向上させることも
でき、電子線リソグラフィによるＵＬＳ　Ｔ製造実現を
大きく図る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は、電子線リソグ
ラフィにおける近接効果の説明図、第３図は従来例にお
ける３層レジストプロセスを説明する断面図、第４図は
、ネガ型レジストを用いた場合における本発明の詳細な
説明する断面図、第５図は本発明の一実施例を説明する
バタン描画部の平面図および断面図、第６図は本発明の
他の実施例を説明するバタン描画部の断面図、第７図乃
至第１０図は本発明の実施例になるリソグラフィ装置の
概略縦断面図である。 １・・・大面積描画領域に挟まれた図形、１′・・・現
像後の残膜、２．２’・・・大面積描画領域、３・・・
近接効果影響領域、４・・・下地基板、５・・・スペー
サ、６・・・ドライエツチング加工用マスク材料、７・
・・レジスト、８，１３・・・輪郭部、９，１６・・・
軸郭部内側領域、１０・・・レジスト下面まで遠さない
露光。 １１・・・レジスト下面まで達する露光、１．２．１２
’１００μｍ口大面積描画領域、１４・・・高加速エネ
ルギ電子線、１５・・・低加速エネルギ電子線、１６・
・・フォトマスク、１７・・・エキシマレーザ、１８゜
１８′・・・電子銃、１９・・・高加速エネルギ電子線
。 ２０．２０’・・・偏向器、２１・・・試料、２２・・
・試料台、２３・・・遠紫外光ランプ、２３′・・・紫
外光ランプ、２４・・・光学系、２５・・・マスク（も
しくはレモクル）、２６・・・エキシマレーザ源、２６
′・・・レーザ、２７・・・偏向器、２８・・・制御用
コンピュータ、２９・・・描画図形データ、３０・・・
低加速エネルギ電子線、３１・・・ＣｓＩによりピター
ニングされたマ■　１　　図 Ｚ　２　困 箒　３　図 第　４　図 ■　５　図 ■６　図 ■　７　図 ｖ　６　国 ■　９　　図 不　　ｌθ　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、描画装置試料室内試料台上に設置された試料表面の
   所定位置に、電子線発生源から射出された電子をビーム
   状に入射し、該試料上に所望の図形を露光する電子線描
   画方法において、描画図形の輪郭部に対してはレジスト
   層全体を露光し、描画図形輪郭部内側に対してはレジス
   ト表面層だけを露光することを特徴とするパターン形成
   方法。 ２、レジスト表面層だけを露光する手段が低加速エネル
   ギの電子線である特許請求の範囲第１項記載のパターン
   形成方法。 ３、レジスト表面層だけを露光する手段が遠紫外線光線
   である特許請求の範囲第１項記載のパターン形成方法。 ４、レジスト表面層だけを露光する手段が遠紫外線であ
   り、その光源がエキシマレーザである特許請求の範囲第
   １項記載のパターン形成方法。 ５、描画装置試料内試料台上に設置された試料表面の所
   定位置に、電子線発生源から射出された電子をビーム状
   に入射し、該試料上に所望の図形を露光する電子線リソ
   グラフイ装置において、描画図形の輪郭部内側でけに対
   してレジスト表面層を露光するための露光系を具備した
   ことを特徴とするリソグラフイ装置。 ６、レジスト表面層を露光するための光源として紫外線
   、もしくは遠紫外線を用い、該光線をフオトマスク、も
   しくはレキクルを介することにより輪郭部内側だけに露
   光する露光系を設けてなることを特徴とする特許請求の
   範囲第５項記載のリソグラフイ装置。 ７、レジスト表面層を露光するための光源として遠紫外
   光レーザ、もしくはエキシマレーザを用い、該光線を走
   査することにより輪郭部内側だけを露光する露光系を設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のリソ
   グラフイ装置。 ８、レジスト表面層を露光する光源として低エネルギの
   電子線を用い、該電子線を走査することにより輪郭部内
   側だけを露光する露光系を有してなることを特徴とする
   特許請求の範囲第５項記載のリソグラフイ装置。 ９、レジスト表面層を露光する光源として長波長Ｘ線を
   用い、該Ｘ線をＸ線マスクを介することにより輪郭部内
   側でけに露光する露光系を設けたことを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載のリソグラフイ装置。 １０、紫外光線照射によりマスク面から発生する２次電
   子を光源として、輪郭部内側のレジスト表面層を露光す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のリソグ
   ラフイ装置。