JPH02186620A - 電子ビーム描画によるパターン形成方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、レジストに電子ビームを露光して集積回路
パターンを形成するようにした電子ビーム描画によるパ
ターン形成方法に関する。

（従来の技術） 微細なパターンを半導体基板上に形成する技術は、半導
体集積回路の製造工程には不可欠である。

このような微細パターンを形成するための方法として次
のようなものがある。すなわち、まず始めに基板上にレ
ジストを塗布し、このレジスト層に電子ビーム露光を使
用して所定パターンを描画する。次に現像液を用いて現
像を行うことにより、レジストとじてポジ型レジストを
使用したときは露光部分を、ネガ型レジストを使用した
ときは未露光部分をそれぞれ溶解させる。このような方
法によってレジストパターンを形成することができ番ゝ る。

ところで、現在、半導体メモリを中心とした集積回路を
製造する場合には、上記のような方法でｎ倍体（例えば
ｎ＝５．１０）のレクチルを形成し、このレクチルを用
いて半導体ウェーハ上に集積回路パターンを縮小投影露
光する方法がとられている。ところが、さらに最近では
、集積回路パターンが微細化するのに伴い、ウェーハ上
にパターンを電子ビームによって直接描画する手法も普
及しつつある。このように半導体集積回路の製造工程に
おいて、電子ビームを用いてパターンを形成する方法は
極めて１ｒ要な位置を占めている。

しかしながら、パターンの形成に電子ビームを用いる場
合、電子線のかぶり効果による基板面内のパターン寸法
の変動が問題になっている。この電子線のかぶりは、半
導体基板表面で反射した電子が、エネルギーを消失する
まで、電子線露光装置内の上部遮蔽板との間で反射を繰
返すことによって生ずるものである。

次に電子線のかぶりに効果に起因して寸法変動が生じる
ことの概念を説明する。第８図（ａ）はウェーハ上にパ
ターンを描画するために使用されるテストデータを図形
化して示したものであり、図中、斜線を施した部分は未
露光部分に、それ以外の部分は露光部分にそれぞれ対応
している。このテストデータパターンは、近接効果によ
る寸法変動分が無視できるように、５μｍ（電子ビーム
加速電圧が２０ｋｅＶの条件のとき）のライン及びスペ
ース・パターンを採用した。そしてこのテストデータを
用いてウェーハに描画を行ない、実際に得られたスペー
ス・パターン寸法変動を求めた。その結果は第８図（ｂ
）に示す通りであり、寸法変動が及ぶ領域りは約２０ｍ
ｍであった。この結果は、電子ビームによる１回の露光
に対し、約２０ｍｍＭれた領域まで電子線かぶりが影響
することを意味する。

実際の集積回路製造用のマスクは第９図（ａ）に示すよ
うなパターン配置になっている。すなわち、マスク本体
ｌＯの中央にメインパターン領域１１が配置され、その
周囲に複数のアライメント用パターン領域１２、マスク
名称が記載されるマスク名称パターン領域１３等が配置
される。第９図（ｂ）は、第９図（ａ）中のＡ−Ａ’綿
線間位置において、レジスト中に吸収されたエネルギー
分布を示す。第９図（ｂ）から明らかなように、メイン
パターン領域１１のパターン中央と周辺との間にはΔε
の値のエネルギーギャップが電子線かぶり効果によって
生じている。

この電子線かぶりの問題を回避するために、−に部遮蔽
板の祠質をＡＩ！から反射係数の低い（ｊ皇子番号の小
さい）Ｃ（炭素）やＢｅ（ベリリウム）等に変更するこ
とが提案されている。しかし、Ｃは発塵性があることや
、これらは全て磁気シールドが不完全になるといった問
題があり、電子線かぶりの問題を完全に回避することは
できない。

ここで、電子線かぶりが及ぼす寸法変動について以下に
説明する。パターンの寸法変動は、パターン全体の露光
部と未露光部との面積比（以下、これを白黒比と称する
）による寸法変動（面間ばらつき）と、パターン面内の
電子線のかぶり効果に基づく寸法変動（面内ばらつき）
との２つに大別される。第１０図は白黒比Ｗ／（Ｗ＋Ｂ
）の変化に応じた面間の寸法変動の特性を示している。

なお、Ｗは露光部の面積、Ｂは未露光部の面積であり、
白黒比はラインとスペースの線幅を変更することによっ
て変化させた。このような面間の寸法変動を補正するに
は、第１１図の特性図に示すようなドーズ量（露光量）
補正を行なえばよいことが分っている。

（発明か解決しようとする課題） ところで、従来、円形ビームのラスタースキャン型の電
子ビーム描画装置において、ドーズ量補正を行う場合に
は、基板毎に電子光学系の調整を行う必要があり、スル
ープットが落ちるという問題が生じる。

この発明は１−記のような事情を考慮してなされたもの
であり、その目的は、スループットを落とすことなしに
、電子線かぶりの影響を低減せしめることによって、寸
法精度の高いパターンが形成できる電子ビーム描画によ
るパターン形成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とその作用）この発明の電
子ビーム描画によるパターン形成方法は、主偏向領域ま
たは副偏向領域の各描画単位毎に電子線の露光時間を設
定して描画を行うようにすることを特徴とする。

さらにこの発明の電子ビーム描画によるノくターン形成
方法は、形成されるパターン全体の露光部と未露光部の
面積比と露光量との関係を求め、電子線かぶりにより生
じるパターン面内の寸法偏差を求め、さらに単位露光量
当りの寸法変化率に基づいて上記寸法偏差に対する補正
露光量を求め、この補正露光量に基づき描画単位である
主偏向領域または副偏向領域毎に露光時間を設定して描
画を行うことを特徴とする。

この発明では、電子線かぶりの影響を考慮して、描画単
位である主偏向領域または副偏向領域毎に露光時間を設
定することにより、電子線光学系の調整を行わずに適正
なドーズ量で描画を行なうことができる。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明を実施例により説明する
。

第２図はこの発明の方法を実施する際に使用される電子
ビーム描画装置の概略的な構成を示す図である。図中、
２０は試料室であり、この試料室２０内には半導体ウェ
ーハもしくはガラスマスク等の試料２１を載置したテー
ブル２２が収容されている。

このテーブル２２は、テーブル駆動回路２３によりＸ方
向（紙面左右方向）及びＹ方向（紙面表裏方向）に駆動
される。そして、テーブル２２の移動位置は、レーザー
測長計等を用いた位置回路２４により測定される。

試料室２０のに方には、電子ビーム光学系３０が配設さ
れている。この光学系３０は、電子銃３１、各種レンズ
３２〜３Ｂ、ブランキング用偏向器３７、ビーム寸法可
変用偏向器３８、ビーム走査用の主偏向器３９、ビーム
走査用の副偏向器４０及びビーム成形アパチャ４１．４
２等から構成されている。そして、主偏向器３９により
所定の副偏向領域（サブフィールド）に位置決めを行う
と共に、ビーム寸法可変用偏向器３８及びビーム成形ア
パーチャ４Ｌ　４２によりビム形状を制御し、テーブル
２２を一方向に連続移動しながらフレーム領域を描画処
理する。さらに、テーブル２２を連続移動方向と直行す
る方向にステップ移動し、上記処理を繰返して各フレー
ム領域を順次描画するものとなっている。

一方、制御計算機５０には磁気ディスク（記録媒体）　
５１が接続されており、この磁気ディスク５１にはＬＳ
Ｉチップデータが格納されている。磁気ディスク５１か
ら読み出されたチップデータは、前記フレーム領域毎に
パターンメモリ５２に一時的に格納される。

パターンメモリ５２に格納されたフレーム領域毎のデー
タ、つまり描画位置及び図形データ等で構成されるフレ
ームデータは、データ解析部であるパターンデータデコ
ーダ５３及び描画デコーダ５４により解析され、ブラン
キング回路５５、ビーム成形器ドライバ５６、主偏向器
ドライバ５７及び副偏向器ドライバ５８に供給される。

すなわち、パターンデータデコーダ５３はフレームデー
タをデータ解析し、必要に応じてフレームデータに含ま
れる図形データに反転処理を施し、反転パターンデータ
を生成する。さらにパターンデータデコーダ５３は、フ
レームデータとして定義されている基本図形データを、
前記成形アパーチャ４Ｌ　４２の組合わせにより形成可
能な描画単位図形群に図形分割し、このデータに基づい
てブランキングデータを作成し、ブランキング回路５５
に供給する。また、パターンデータデコーダ５３は、フ
レームデータから希望するビーム寸法データを作成し、
ビーム成形型ドライバ５６に供給する。ビム成形器トラ
イバ５６からは前記光学系３０のビーム寸法可変用偏向
器３８に所定の偏向信号か供給され、これにより電子ビ
ームの寸法が制御されるようになっている。

描画データデコーダ５４は、上記フレームデータに基づ
いてサブフィールドの位置決めデータを作成し、主偏向
器ドライバ５７に供給する。主偏向器ドライバ５７から
は前記光学系３０の主偏向器３９に所定の信号か供給さ
れ、これにより電子ビームは指定されたサブフィールド
位置に偏向走査されるようになっている。さらに描画デ
ータデコーダ５４は副偏向器走査のための制御信号を発
生し、副偏向器ドライバ５８に供給する。そして、副偏
向器ドライバ５８から副偏向器４０に副偏向信号が供給
され、これによりザブフィールド毎の描画が行なわれる
。

１コ 次に」１記のような構成の装置１ｔを用いた一般的な電
子ビーム描画方法について説明する。このときの描画処
理を行うためのデータ生成工程を示したものが第３図で
ある。集積回路のパターンはＣＡＤシステムを用いて設
計及び作成され、その設計パターンデータはホスト計算
機により描画ブタに変換される。そして、この描画デー
タを読み出して電子ビーム描画が行なわれることになる
。

電子ビーム描画は第４図（ａ）に示すような順序で実行
される。すなわち、第４図（ａ）は前記第９図（ｂ）中
のメインパターン領域１１を示したものであり、このメ
インパターン領域は主偏向幅（フレーム幅）に分割され
た複数の帯状のフレームＦ１．Ｆ２．Ｆ３．　　・・で
構成されている。そして、図中で最も左端に位置する第
１フレームＦ］から右方向に向かって各フレームの描画
が順次行なわれる。また、各フレームはテーブル連続移
動方向に沿って複数の主偏向領域（セル）Ｍ〕。

Ｍ２．Ｍ３．・・・に分割されている。さらに各主偏向
領域Ｍは第４図（ｂ）に示すように複数の副偏内領域（
サブフィールド）Ｓｌ−Ｓ１６の集合で構成され、描画
は例えば各副偏向領域に割付けられた番号の順に行なわ
れる。このように、メインパターン領域は主偏向領域に
よって格子状に分割されている。

次に、電子線のかふり効果による・Ｊ法変動の補正の方
法を、−に記事偏向領域単位で実行する場合を説明する
。基本的な考え方は、予めメインバタン領域内の電子ビ
ームの吸収エネルギー分布を求めておき、エネルギーか
不足する周辺パターン部に基本ドーズ量ＤＯよりも大き
いドーズ量を与えることで、面内の電子ビーム吸収エネ
ルギー分布を均一にすることである。ここでドーズＣＤ
は、電流密度ｊと露光時間（ショツト時間）ｔの積から
求められる。すなわち、Ｄ＝ｊ−ｔである。露光時間は
データフォーマット上、主偏向領域毎に設定か可能であ
り、ドーズ量の設定は露光時間の調整により行なわれる
。

次にドーズ量の具体的な設定について説明する。

まず、メインパターン領域を第５図に示すように複数の
領域Ａ−Ｃに分割する。なお、図中の（Ｊ／２゜Ｌはフ
レーム幅の整数倍にされており、約２０ｍｍ程度とする
。第５図において、領域Ａは均一なエネルギー分布を持
つ領域であり、この領域Ａ内に存在する全ての主偏向領
域に対しては基本ドズロＤＯで描画を行う。領域Ｂ、Ｃ
は・ｊ法変動が生じ、ドーズ量補正が必要な領域である
。この両領域Ｂ、Ｃ内に存在する各主偏向領域に対して
は次のような関係でドーズ量を割り付ける。

第６図はメインパターン領域において、パタンのエツジ
からの距離ｒに対する寸法変化量ΔＷの関係を示す特性
図であり、予めこのような関係を求めておく。また、こ
の関係はパターン全体の白黒比をパラメータとして、種
々のものを用意しておく。ここで、寸法変化量ΔＷの変
化に対するドーズ量の補正率αは、第７図の特性図の関
係から得られる。従って、パターン全体の白黒比が決ま
れば、各主偏向領域毎のドーズ量の浦１Ｅ率αｉが求ま
る。このようにして求められた各主偏向領域毎のドーズ
量の補正率αｉの一例を第１図に示ず。なお、ｋｊＳ１
図において、ａｏ＝１＜α１くα２く　・・・　くαｎ
＋４なる関係がある。ドーズ量の補正率がα０の主偏向
領域に対しては、前記基本ドーズｍ　Ｄ　Ｏに基づく基
本露光時間で描画が行なわれる。これ以外の主偏向領域
の描画は、基本ドーズｍ　Ｄ　Ｏに第１図中に記載され
たドーズ量の補正率αｉを乗じて得られるドーズｆｆ１
Ｄｉに基づく露光時間で描画が行なわれる。なお、デー
タフォーマットに含まれる基本露光時間を、補正率αｉ
を乗じた時間に書換える時期はその主偏向領域の描画の
前でもよく、あるいは前フレームの描画中であってもよ
い。

このようにに記実施例の方法によれば、各主偏向領域に
対する描画を行う際に、メインパターン領域内の位置に
応じて露光時間を設定して行うようにしたので、電子線
のかぶり効果による基板面内または基板面間で寸法のば
らつきの発生を防止することができる。この結果、パタ
ーン領域やパターンの白黒比にかかわらず、再現性よく
寸法の均一性の高いレジストマスクパターンを、スルプ
ツトを落とさずに形成することが１１Ｊ能になる。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、種々の変形が可能であることはいうまでもない。例え
ば」二記実施例では露光時間の設定を主偏向領域単位で
行う場合について説明したが、これは第４図（ｂ）に示
す副偏向領域＋１を位で行うことにより、より細かに露
光時間が設定でき、寸法の補正精度の向上をより図るこ
とができる。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、スルプツトを落
とすことなしに、電子線かぶりの影響を低減せしめこと
によって寸法精度の高いバタンか形成できる電子ビーム
描画によるパターン形成方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法において描画を行う際の各主偏
向領域に対するドーズ量の補正率の一例を示す図、第２
図はこの発明の方法を実施する際に使用される電子ビー
ム描画装置の概略的な構成を示す図、第３図は上記第２
図の装置を用いて描画処理を行う際のデータ生成工程を
示す図、第４図ないし第７図はそれぞれこの発明の詳細
な説明するために使用される図であり、第４図（ａ）は
メインパターン領域内で描画が行なわれる順序を説明す
るための図、第４図（ｂ）は主偏向領域の構成を示す図
、第５図はメインパターン領域を複数の領域に分割した
状態を示す図、第６図はメインパターン領域のパターン
エツジからの距離に対する寸法変化量の関係を示す特性
図、第７図は寸法変化量の変化に対するドーズ量の補正
率の関係を示す特性図、第８図（ａ）はウェーハ上にパ
タンを描画するために使用されるテストデータを図形化
して示す図、第８図（ｂ）は第８図（ａ）のテストデー
タを用いて描画を行なった際に得られるパターンの寸法
変動を示す図、第９図（ａ）は実際の集積回路製造用の
マスクのパターン配置を示す図、第９図（ｂ）は第９図
（ａ）中のＡＡ′線間の位置においてレジスト中に吸収
されたエネルギー分布を示す図、第１０図は白黒比の変
化に応じた面間の月決変動の特性を示す図、第１１図は
第１０図の特性に対応して露光量補正を行なう際の特性
図である。 １０・・・マスク本体、ｌｌ・・・メインパターン領域
、１２・・・アライメント用パターン領域、１３・・・
マスク名称パターン領域、２０・・・試料室、２１・・
・試料、２２・・・テーブル、２３・・・テーブル駆動
回路、２４・・・位置回路、３０・・・電子ビーム光学
系、３１・・・電子銃、３２〜３６・・・レンズ、３７
・・・ブランキング用偏向器、３８・・・ビーム寸法可
変用偏向器、３９・・・ビーム走査用の主偏向器、４０
・・・ビーム走査用の副偏向器、４１．４２・・・ビー
ム成形アパーチャ、５０・・・制御計算機、５１・・・
磁気ディスク、５２・・・パターンメモリ、５３・・・
パターンデータデコーダ、５４・・・描画デコーダ、５
５・・・ブランキング回路、５６・・・ビーム成形蓋ド
ライバ、５７・・・主偏向器ドライバ、５８・・・副偏
向器ドライバ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 （山ｒ／）Ｍ ぺ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理基板の表面にレジストを塗布し、集積回路
   のパターン領域を所定の幅に分割したフレーム領域毎に
   描画する可変成型ビーム型の電子線露光装置で被処理基
   板上に描画した後、現像処理を施してレジストパターン
   を形成する方法において、 主偏向領域または副偏向領域の各描画単位毎に電子線の
   露光時間を設定して描画を行うようにすることを特徴と
   する電子ビーム描画によるパターン形成方法。
2. （２）形成されるパターン全体の露光部と未露光部との
   面積比に応じて、各描画単位毎に電子線の露光時間の設
   定を行うようにした請求項１記載の電子ビーム描画によ
   るパターン形成方法。
3. （３）被処理基板の表面にレジストを塗布し、集積回路
   のパターン領域を所定の幅に分割したフレーム領域毎に
   描画する可変成型ビーム型の電子線露光装置で被処理基
   板上に描画した後、現像処理を施してレジストパターン
   を形成する方法において、 形成されるパターン全体の露光部と未露光部の面積比と
   露光量との関係を求め、電子線かぶりにより生じるパタ
   ーン面内の寸法偏差を求め、さらに単位露光量当りの寸
   法変化率に基づいて上記寸法偏差に対する補正露光量を
   求め、この補正露光量に基づき描画単位である主偏向領
   域または副偏向領域毎に露光時間を設定して描画を行う
   ことを特徴とする電子ビーム描画によるパターン形成方
   法。