JPH033350A - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、パターン形成方法に関し、特に、極微細幅の
パターンを形成する場合に通用して好適なものである。

〔発明の概要〕

本゛発明は、ガス状の原料を含む雰囲気中で基板に荷電
粒子ビームを線状に照射することにより上記原料から上
記基板上に生成される物質から成るパターンを形成する
ようにしたパターン形成方法において、上記基板上に存
在する異物に上記荷電粒子ビームが照射されたときに上
記異物より発生する二次電子または反射電子を検出する
ことにより上記異物の位置を認識し、上記異物を迂回す
るように上記荷電粒子ビームを照射して上記パターンを
形成するようにしている。これによって、異物により断
線などの不良を生じることなく極微細幅のパターンを形
成することができる。

〔従来の技術〕

従来、ＶＬＳＩや！ＪＬＳＩなどにおいては通常、次の
ような方法で配線を形成している。すなわち、まず半導
体基板上に配線形成用の金属膜を形成した後、この金属
膜上にレジストを塗布する。次に、二のレジストを光学
式の露光装置により露光した後、このレジストの現像を
行うことによりレジストパターンを形成する。次に、こ
のレジストパターンをマスクとして金属膜をエツチング
することにより配線を形成する。

ところで、ＬＳＩの集積度が高くなるにつれて各素子間
の配線の本数が増えてくるので、配線の形成は極めて重
要になってくる。特に、将来主流になると考えられてい
る並列演算処理では分散処理を行うことになるため、こ
の場合には例えばＬＳＩ中にＮ個の素子が存在するとす
ると、これらのＮ個の素子間の配線の本数は となる。すなわち、配線の本数は素子の個数Ｎの二乗で
増えていくことになる。

このことから、ＶＬＳ　ＩやＵＬＳＩなどの歩留まりは
、配線歩留まりによって大きく左右されることがわかる
。そして、この配線歩留まりは、ウェーハプロセスにお
いて配線形成領域に存在する異物により生じる配線の断
線などの不良によって大きく低下する傾向にある。以下
、この異物の存在が配線歩留まりに与える影響について
より詳細に論じる。

今、例えば素子の面積をＳ、配線の平均面積をＴとする
。すると、異物が素子に付着する確率Ｐ＋は ｐ、ｏｃ　　　ＮＳ であり、異物Ｘが配線に付着する確率Ｐ２はＰ、ＣＣＮ
”Ｔ である、これより、Ｐ＋　に対するＰ２の比はＰｇ　／
Ｐ＋　−Ｎ”　Ｔ／ＮＳ＝　（Ｔ／Ｓ）Ｎとなる。

今、素子の面積と配線の平均面積が同程度、すなわちＴ
−３とすれば ｐ、／Ｐ、〜Ｎ である、現在のＬＳＩチップにおける素子の集積密度は
１０？個／ｄ程度であるので Ｐ　ｔ　／　Ｐ　ｒ　〜１０　’　／ｃｄとなる。この
結果から、ＶＬＳＩやＵＬＳＩなどの歩留まりは、はと
んど配線歩留まりによって決まってしまうことがわかる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のことかられかるように、素子の集積度の向上に伴
い配線歩留まりを向上させる必要があるが、上述のよう
な光学式露光装置を用いた従来の配線形成方法では、異
物による配線の断線などの不良の発生を防止することは
困難であった。この問題は、配線の幅が小さい場合には
極めて深刻である。

従って本発明の目的は、異物により断線などの不良を生
じることなく極微細幅のパターンを形成することができ
るパターン形成方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、ガス状の原料を
含む雰囲気中で基板（１）に荷電粒子ビーム（２）を線
状に照射することにより原料から基板（１）上に生成さ
れる物質から成るパターン（３）を形成するようにした
パターン形成方法において、基板（１）上に存在する異
物（４）に荷電粒子ビーム（２）が照射されたときに異
物（４）より発生する二次電子または反射電子を検出す
ることにより異物（４）の位置を認識し、異物（４）を
迂回するように荷電粒子ビーム（２）を照射してパター
ン（３）を形成するようにしている。

荷電粒子ビーム（２）としＣは、電子ビーム、陽電子ビ
ーム、ミューオンビームなどを用いることができる。電
子ビームを用いる場合には、干渉性の良好な電子ビーム
を発生させることができる電界放射電子銃（ｆｉｅｌｄ
　ｅ＋５ｉｓｓｉｏｎ　ｇｕｎ）を用いるのが好ましい
。

〔作用〕

上記した手段によれ・ば、荷電粒子ビーム（２）のビー
ム径は例えば数十人程度に極めて細く絞ることができる
ことから、この荷電粒子ビーム（２）の多重散乱による
影響を考えても例えば〜２００変度度の寸法の極微細幅
のパターン（３）を形成することができる。

荷電粒子ビーム（２）の照射中に基板（１）より発生す
る二次電子または反射電子を光電子増倍管などによりモ
ニターしておけば、基板（１）上に存在する異物（４）
にこの荷電粒子ビーム（２）が照射されたときには、こ
の異物（４）から二次電子または反射電子が多量に発生
されることから、モニターしている二次電子または反射
電子の量が急激に増加する。逆に、このことから異物（
４）を検出することができる。一方、荷電粒子ビーム（
２）の照射位置は容易にわかる。従って、異物（４）よ
り発生する二次電子または反射電子を検出することによ
り、この異物（４）の位置を高い精度で認識することが
できる。そこで、上述の二次電子または反射電子の量が
急激に増加した位置の近傍で荷電粒子ビーム（２）を少
し振ってそのときに検出される二次電子または反射電子
の量が減少する方向に順次荷電粒子ビーム（２）を移動
させれば、この異物（４）を迂回して荷電粒子ビーム（
２）を照射することができる。このように異物（４）を
迂回した後、荷電粒子ビーム（２）を正規のパターンに
復帰させる。

以上のように、基板（１）上に異物（４）が存在しても
この異物（４）を迂回するように荷電粒子ビーム（２）
を照射することにより、異物（４）により断線などの不
良を生じることなく極微細幅のパターン（３）を形成す
ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。なお、実施例の企図において、同一部分には同一
の符号を付ける。

裏旌皿土 第１図は本発明の実施例■を示す。

第１図に示すように、この実施例■においては、走査型
電子顕微鏡（ＳＥＭ）と同様な構成を有する図示省略し
た電子ビーム直接描画装置の高真空（例えば、３　Ｘ　
１０−’Ｔｏｒｒ程度）に排気された試料室内に基板１
を配置し、この試料室内に配線形成用の原料ガスを例え
ばマスフローコントローラなどにより流量を制御しなが
ら導入する。この試料室内におけるこの原料ガスの圧力
は、例えば１０−？〜１０−’Ｔｏｒｒの範囲内の値、
例えば１０４Ｔｏｒｒ程度とする。なお、基板１は、温
度制御器により温度制御が可能な試料台上に配置されて
いる。

試料室内の原料ガスの圧力が所定値になったら例えば電
界放射電子銃（図示せず）により電子ビーム２を発生さ
せ、この電子ビーム２のビーム径を例えば数十人程度に
細く絞り、この電子ビーム２を電子ビームコントローラ
による制御により、形成すべき配線の形状に対応したパ
ターンで基板ｌ上を走査する。この場合、電子ビーム２
の加速電圧は例えば０．５〜６ｋＶの範囲内の値とする
。

また、ビーム電流は例えば１０−”〜１０−’Ａの範囲
内の値とする。

上述の原料ガス雰囲気中では、基板１の表面には原料ガ
ス分子が吸着する。この吸着している原料分子に上述の
ように電子ビーム２が照射されると、この電子ビーム２
が照射された部分の原料分子が分解し、その結果、この
原料分子を構成する金属が電子ビーム２の描画パターン
と同一形状で基板ｌ上に生成される。これによって、第
１図に示すように、金属から成る配線３が形成される。

この場合、電子ビーム２による一回の描画で形成される
配線３の厚さは通常小さいので、必要に応じて吸着した
原料分子に電子ビーム２を照射しては分解するという工
程を繰り返し、所定の厚さの配線３を得る。

なお、電子ビーム２が照射されない部分の基板１上では
、吸着している原料分子が数原子層になるとこの原料分
子の吸着は飽和し、それ以上の吸着は起きなくなる。従
って、電子ビーム２が照射されない部分では金属の成長
は起きない。

今、第１図に示すように、電子ビーム２の照射部におけ
る基板ｌ上に異物４が存在しているとすると、電子ビー
ム２がこの異物４を照射したときにはこの異物４より二
次電子または反射電子が多量に発生する。このため、電
子ビーム２の照射中に基板ｌより発生する二次電子また
は反射電子を光電子増倍管などによりモニターしておけ
ば、このモニターされる二次電子または反射電子の量が
急激に増加することにより、異物４を検出することがで
きる。また、電子ビーム２の位置は電子ビームコントロ
ーラにより制御されているから、この電子ビーム２の位
置は容易にわかる。このため、この異物４の位置を高い
精度で認識することができる。そこで、この二次電子ま
たは反射電子が急激に増加した位置の近傍で電子ビーム
２を少し振ってそのときに検出される二次電子または反
射電子の量が減少する方向にこの電子ビーム２を移動さ
せ、これによってこの異物４を迂回する。そして、この
異物４を迂回した後には、あらかじめ組まれたプログラ
ムに基づいて電子ビーム２を正規のパターンに最短距離
で復帰させる。このようにして、第２図に示すように、
極微細幅の配線３を形成することができる。

以上は異物４の大きさが小さい場合であるが、第３図に
示すように、異物４が配線３の幅に比べてかなり大きい
場合には、電子ビーム２を小刻みに段階的にずらすこと
によりこの異物４を迂回するようにすればよい。

以上のように、この実施例によれば、電子ビーム２が異
物４に照射されたときにこの異物４より発生する二次電
子または反射電子を検、出することによりこの異物４の
位置を検出し、この異物４を迂回するように電子ビーム
２を照射しているので、この異物４により断線などの不
良を生じることなく極微細幅の配線４を形成することが
できる。これによって、配線歩留まりを向上させること
ができるので、結果として半導体集積回路などの歩留ま
りの向上を図ることができる。

以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本発
明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の実施例においては、配線形成用の原料ガ
ス雰囲気中で電子ビーム２を照射することにより配線３
を形成しているが、この配線３は例えば次のようにして
形成することも可能である。

すなわち、基板１の全面に例えば蒸着法やスパッタ法に
より金属膜を形成した後、例えばガス状のアルキルナフ
タレンのようなレジスト原料ガス雰囲気中でこの金属膜
に電子ビーム２を、形成すべき配線のパターンで照射す
る。これによって、金属膜の表面に吸着したレジスト原
料分子から非晶質炭化水素系の物質がこの金属膜上に電
子ビーム２の照射パターンと同一形状に生成する。これ
によって、非晶質炭化水素系の物質から成る極微細幅の
レジストパターンが形成される。このレジストパターン
の形成の際には、電子ビーム２の照射部に異物４が存在
するときには上述の実施例と同様にしてこの異物４を迂
回するように電子ビーム２を照射する０次に、このよう
にして形成されたレジストパターンをマスクとして金属
膜を例えば反応性イオンエツチング（ＲＩＢ）法により
エツチングする。これによって、極微細幅の配線が形成
される。なお、レジスト原料ガス雰囲気中での電子ビー
ムの照射により形成されるこのレジストは、Ｅ　Ｂ　Ｉ
　Ｒ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　
Ｒｅ５ｉｓｔ）と呼ばれる。このＥＢＩＲは、優れた耐
ドライエツチング性を有することが本発明者らにより確
認されている。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、基板上に存在する
異物に荷電粒子ビームが照射されたときに異物より発生
する二次電子または反射電子を検出することにより異物
の位置を認識し、異物を迂回するように荷電粒子ビーム
を照射してパターンを形成するようにしているので、異
物により断線などの不良を生じることなく極微細幅のパ
ターンを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための斜視図、第
２図は基板上に小さい異物が存在する場合にこの異物を
迂回して配線が形成された状態を示す斜視図、第３図は
基板上に大きい異物が存在する場合にこの異物を迂回し
て配線が形成された状態を示す斜視図である。 図面における主要な符号の説明 １ ：基板、 ：電子ビーム、 ：配線、 ：異物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガス状の原料を含む雰囲気中で基板に荷電粒子ビームを
   線状に照射することにより上記原料から上記基板上に生
   成される物質から成るパターンを形成するようにしたパ
   ターン形成方法において、上記基板上に存在する異物に
   上記荷電粒子ビームが照射されたときに上記異物より発
   生する二次電子または反射電子を検出することにより上
   記異物の位置を認識し、上記異物を迂回するように上記
   荷電粒子ビームを照射して上記パターンを形成するよう
   にしたことを特徴とするパターン形成方法。