JPH05234861A

JPH05234861A - 荷電粒子線露光方法

Info

Publication number: JPH05234861A
Application number: JP3964592A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kaneda; 博幸金田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-02-26
Filing date: 1992-02-26
Publication date: 1993-09-10

Abstract

(57)【要約】【目的】繰り返しパターンの単位となる基本パターン
を１ショットで露光できるような基本パターン形状の開
口を持つマスクを用いて、繰り返しパターンを露光する
ことが可能な荷電粒子線露光方法に関し、近接効果補正
のための補助露光が正確にできるようにすることを目的
とする。【構成】シャープな荷電粒子線を用いて所定位置を露
光する時に荷電粒子線に与える偏向磁界と同一の偏向磁
界を、ぼかした荷電粒子線に与え、かつ、ぼかし量を変
化させて露光し、その時の所定位置と露光位置とのずれ
量とぼかし量との関係を、複数のぼかし量の夫々につい
て求める（工程１１）。そして、これらの関係から補正
係数を算出し（工程１２）、その補正係数を用いて補助
露光を行なう（工程１３）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は荷電粒子線露光方法に係
り、特に繰り返しパターンの単位となる基本パターンを
１ショットで露光できるような基本パターン形状の開口
を持つマスクを用いて、繰り返しパターンを露光するこ
とが可能な荷電粒子線露光方法に関する。

【０００２】近年、大規模半導体集積回路（ＬＳＩ）の
高密度化に伴い、長年微細パターン形成の主流であった
フォトリソグラフィに代わり、電子線などの荷電粒子線
を用いてミクロン以下の超微細なパターンを形成する新
しい露光方法が検討され、実際に使用されるようになっ
てきた。

【０００３】かかる荷電粒子線露光方法においては、通
常は矩形のショットをつなげてパターンを描画するが、
超微細パターンでは単位面積当たりの露光ショット数が
増加し、スループットが低下する。そのため、露光すべ
きパターンがある繰り返しパターンである場合は、その
繰り返しパターンの単位となる基本パターンの形状の開
口を形成したステンシルマスク（ブロックマスク）を用
意し、荷電粒子線をそのステンシルマスクを透過させて
断面が基本パターン化された荷電粒子線を発生し、その
荷電粒子線を試料面上に照射して１ショットで基本パタ
ーンを露光することを繰り返すことにより、繰り返しパ
ターンを露光する、所謂ブロック露光方法が提案されて
いる。

【０００４】このブロック露光方法では基本パターンが
複雑であっても、ある単位面積を１ショットで露光でき
るためスループットを向上することができる。しかし、
基本パターンを複数つなげて繰り返しパターン領域を露
光する場合、繰り返しパターン領域の端のパターンと中
央のパターンとでは周囲から受ける近接効果の影響が異
なるため、パターンの寸法が異なってくる。そのような
場合であっても近接効果による所定の領域の荷電粒子線
の強度の不均一性を最適に補償することが重要とされ
る。

【０００５】

【従来の技術】荷電粒子線がパターンを試料に描画する
際には、試料上にレジストが塗布されている。このレジ
ストに荷電粒子線が入ると、荷電粒子線はレジスト内で
散乱する（前方散乱）。またレジスト内を通過した荷電
粒子線は試料である下地層に入り、散乱してあるものは
レジスト中に戻る（後方散乱）。

【０００６】この前方散乱と後方散乱が、パターンが近
接した場合に、隣り合うパターン間に影響を及ぼし合
い、パターンの位置や幅の変化等の精度低下をもたら
す。これを近接効果という。

【０００７】従来、この近接効果を補正するため種々の
補正方法が提案されているが、中でもブロック露光方法
における最適な近接効果補正方法として、露光量の足り
ない部分のみに補助露光する補正方法が知られている。

【０００８】例えば図８（Ａ）に示す如く、繰り返しパ
ターン領域１に主パターン２ａ，２ｂ及び２ｃを露光す
る場合、中央の主パターン２ｂは左右の主パターン２
ａ，２ｃと夫々隣接するために露光量が大であるのに対
し、左端の主パターン２ａと右端の主パターン２ｃは、
中央の主パターン２ｂ１つしか隣接しないため、中央の
主パターン２ｂに比し露光量が少なく、露光量の相違に
よってパターン位置や幅が本来のそれと異なってしま
う。

【０００９】そこで、従来の露光量の足りない部分のみ
に補助露光する近接効果補正方法では、計算機処理によ
り露光すべき主パターン２ａ〜２ｃと、これら主パター
ン２ａ〜２ｃが露光される繰り返しパターン領域１の周
辺部に補助パターン３とを発生し、これら主パターン２
ａ〜２ｃと補助パターン３よりなる露光データを荷電粒
子線露光装置に登録し、主パターン２ａ〜２ｃを通常の
条件で露光した後、図８（Ｂ）に示す如く、焦点をぼか
した荷電粒子線を用いて、主パターン２ａ〜２ｃに補助
パターン３を重ね露光する。これにより、繰り返しパタ
ーン領域１と周辺部とで露光量を均一にすることがで
き、よって近接効果が補正される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、荷電粒子線露
光装置は荷電粒子線を電磁気的な力を用いて偏向させる
ため、ビームは試料上に垂直に対しある角度をもって入
射する。ビームの焦点は、試料の位置を上下方向に調節
することによって決定するため、シャープなビームとぼ
かしたビームでは、試料上でのビームの到達点がずれて
くる。

【００１１】しかるに、従来方法では補助パターンは焦
点をぼかした荷電粒子線を用いて露光するにも拘らず、
上記の電子ビームの到達点のずれを考慮せずに補助パタ
ーンの露光位置を、シャープなビームで露光したときと
同じ位置に設定していた。

【００１２】このため、例えば図９（Ａ）に示す如く主
パターン５と同様に補助パターンをシャープなビームで
露光した場合には６で示す位置に補助パターンが露光さ
れ、かつ、この位置６が本来の補助パターンの露光位置
となるべきところ、補助パターンを焦点をぼかしたビー
ムで露光するために、実際には同図（Ｂ）に７で示す位
置に補助パターンが露光されてしまい、本来の位置６に
対して８で示す如く位置ずれ（例えば数μm ）が生じ、
よって近接効果の補正を十分に行なえないという問題が
ある。

【００１３】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、シャープなビームとぼかしたビームの夫々の露光位
置の差を考慮して露光することにより、上記の課題を解
決した荷電粒子線露光方法を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】図１は請求項１記載の本
発明の原理説明用フローチャートを示す。本発明方法で
はまず、試料面上に焦点一致して露光されるシャープな
荷電粒子線を用いて所定位置を露光する時にその荷電粒
子線に与える偏向電磁界と同一の偏向電磁界を焦点をぼ
かした荷電粒子線に与え、かつ、ぼかし量を変化させて
露光し、その時の前記所定位置と焦点をぼかした荷電粒
子線の露光位置とのずれ量とぼかし量との関係を、複数
のぼかし量の夫々について求める（工程１１）。

【００１５】続いて、上記のずれ量とぼかし量との関係
から補正係数を算出する（工程１２）。そして、上記の
補正係数を用いて主露光と、近接効果補正のための補助
露光とを行なう（工程１３）。

【００１６】

【作用】本発明方法では、主露光と補助露光とを行なう
以前に、予めぼかした荷電粒子線の露光位置の所定位置
に対するずれ量とぼかし量との関係を複数のぼかし量の
各々について求めて（工程１１）、その結果から補正係
数を算出する（工程１２）。そして、前記ぼかした荷電
粒子線により行なわれる補助露光の際には、前記補正係
数を用いて露光位置が前記シャープな荷電粒子線を用い
たときと同じ位置に補正される。

【００１７】

【実施例】図２は本発明方法の一実施例の動作説明用フ
ローチャートを示す。本実施例は荷電粒子線の一例とし
て電子ビームを用いるものとする。まず、試料上の露光
可能領域（チップ領域）に焦点一致するシャープな電子
ビームを用いてチップ領域の周囲に設けられた位置合わ
せマークを検出する（ステップ２１）。

【００１８】この位置合わせマークは図３に３１〜３４
で示す如く、チップ領域３０の外部の四隅に例えば溝と
して固定的に形成されている。上記ステップ２１ではシ
ャープな電子ビームを電磁偏向器等を通して位置合わせ
マーク３１〜３４に照射し、この位置合わせマーク３１
〜３４の反射ビームを夫々専用の反射電子検出器で検出
し、各信号を演算して位置合わせマーク３１〜３４の位
置を検出する。

【００１９】続いて、焦点をチップ領域上から外した
（ぼかした）電子ビームにより位置合わせマークを検出
する（ステップ２２）。ただし、このとき電磁偏向器に
よりぼかした電子ビームに与えられる偏向電磁界は、ス
テップ２１のシャープな電子ビームを用いたときのそれ
と同一とされている。

【００２０】これにより、前記したように同一電磁界で
あってもビーム中の電子同士のクーロン斥力の相違によ
り電子が受ける外力がシャープな電子ビームとは異なる
ため、ぼかした電子ビームによる位置合わせマークの検
出位置は図４に破線４１〜４４で示す如くになり、シャ
ープな電子ビームにより検出された位置合わせマークの
検出位置３１〜３４に対してずれる。

【００２１】この位置ずれは電子ビームのぼかし量によ
って異なるため、複数の設定回数（例えば８回）ぼかし
量を異ならせて、各々について位置合わせマークを検出
し、記憶する（ステップ２１，２２）。以上のステップ
２１〜２３が前記第１の工程１１に相当する。

【００２２】続いて、補正係数を次式に従って算出する
（ステップ２４）。

【００２３】Ｘ’＝Ｘ＋Ｇ_X（α）・Ｘ＋Ｒ_X（α）・Ｙ＋Ｈ_X（α）・Ｘ・Ｙ＋Ｏ_X（α）Ｙ’＝Ｙ＋Ｇ_Y（α）・Ｙ＋Ｒ_Y（α）・Ｙ＋Ｈ_Y（α）・Ｘ・Ｙ＋Ｏ_Y（α）ただし、上式中、Ｘ，Ｙは位置合わせマークの本来の
Ｘ，Ｙ座標値、Ｘ’，Ｙ’は位置合わせマークの実際の
検出座標値で、またＧ_X（α），Ｇ_Y（α），Ｒ
_X（α），Ｒ_Y（α），Ｈ_X（α），Ｈ_Y（α），Ｏ_X
（α）及びＯ_Y（α）が求めるべき補正係数であり、α
はビームのぼかし量を示すパラメータで、α＝０がシャ
ープなビームの場合で、このとき上記の各補正係数はゼ
ロである。前述したように、ぼかし量を８回異ならせ
て、各々のぼかしビームによる位置合わせマークを検出
して得た８個のＸ，Ｙ座標値Ｘ’，Ｙ’により、上式に
基づく８次元方程式が得られ、これにより、上記の８つ
の補正係数の値を算出することができる。

【００２４】続いて、主パターンをブロック露光方法に
よりシャープな電子ビームを用いて露光した後（ステッ
プ２５）、ぼかした電子ビームにより補助露光を行なう
（ステップ２６）。この補助露光の際には上記の算出補
正係数Ｇ_X（α），Ｇ_Y（α），Ｒ_X（α），Ｒ
_Y（α），Ｈ_X（α），Ｈ_Y（α），Ｏ_X（α）及びＯ
_Y（α）と、補助露光される位置座標（Ｘ’，Ｙ’）と
から位置座標（Ｘ，Ｙ）が得られる電磁界が求められて
電磁偏向器によりぼかしたビームに与えられることによ
り、補助露光すべき位置座標（Ｘ’，Ｙ’）に正確に補
助露光が行なわれる。なお、補助露光パターンの大き
さ、密度によってぼかし量が変えられる。

【００２５】次にブロック露光の主露光と近接効果補正
のための補助露光を行なう装置について説明する。図５
及び図６は夫々本発明方法が適用される電子線露光装置
の光学系の一例の構造図及び全体構成図を示す。この電
子線露光装置はブロック露光を行なう装置である。両図
中、同一構成部分には同一符号を付してある。

【００２６】図５及び図６において、電子銃６１から出
射された、荷電粒子線の一例としての電子ビームは、ア
パーチャ６２により断面が矩形のビームに整形される。
この矩形電子ビームは電子レンズ６３，スリットデフレ
クタ６４（図５では省略）、電子レンズ６５及び位置合
わせ偏向器６６ａ，６６ｂを夫々通過してステンシルマ
スク６７に入射される。

【００２７】上記のステンシルマスク６７に入射される
矩形電子ビームは、ステンシルマスク６７に対してビー
ム上流側にある位置合わせ偏向器６６ａ，６６ｂによ
り、ステンシルマスク６７上の複数のパターンのうちの
指定された基本パターンのみに選択照射される。

【００２８】ここで、ステンシルマスク６７は図７
（Ａ）〜（Ｄ）に示す如き構成とされている。ステンシ
ルマスク６７は図７（Ａ）の縦断面図に示す如く、シリ
コンウェーハ又は金属板671 の中央部672 が厚さ２０μ
m 程度の薄膜に形成されている。

【００２９】上記の中央部672 は図７（Ｂ）の平面図に
示す如く、複数個の矩形状の区画100 が分離部101 を介
してマトリクス状に配列されている。矩形状の区画100
の個々の大きさは、ステンシルマスク６７を移動するこ
となく、電子線を偏向できる最大範囲の例えば３mm〜５
mm□程度に設定されている。複数個の区画100 の夫々は
図７（Ｃ）の平面図に示す如く、例えば200 μm 〜500
μm □程度の矩形状の小区画がマトリクス状に配置さ
れ、それらの矩形状の小区画のうち四隅の小区画107 を
除いた小区画には102 〜106 等に示す如き複数種類のパ
ターンの開口が穿設されている。

【００３０】パターン102 〜106 のうちパターン102 は
矩形開口で、パターン103 〜106 は夫々繰り返しパター
ンの単位となる基本パターンで、その開口が穿設されて
いる。また、四隅の小区画107 は位置合わせ用パターン
が配置される。

【００３１】なお、区画100 は図７（Ｄ）の平面図に示
す如き構成とされていることもある。同図（Ｄ）中、小
さな矩形108 は位置合わせ用パターン、それ以外の比較
的大きな区画は基本パターンの開口が配設されている。

【００３２】再び図５及び図６に戻って説明するに、ス
テンシルマスク６７を透過した電子ビームは位置合わせ
偏向器６６ｃ，６６ｄによりもとの光軸に戻された後、
電子レンズ６８，ブランキング偏向器６９を通して縮小
レンズ７０に入射され、ここで例えば1/100 倍に縮小さ
れ、更にアパーチャ７１及び電子レンズ７２による焦点
補正を受けて投影レンズ７５に入射される。

【００３３】投影レンズ７５は電磁偏向器であるメイン
デフレクタ７３と、静電偏向器であるサブデフレクタ７
４とを有し、選択された基本パターンに整形された電子
ビームをステージ７６上に載置された試料７７の指示さ
れた位置に照射させる。図６に示すステージ７６はステ
ージ移動機構７８により移動され、またステージ７６の
位置はレーザ干渉計７９により測定される。

【００３４】一方、電子線露光装置の制御回路部は図６
に示すように、上記光学系以外の回路部で、そのうちの
記憶装置８０には描画しようとする露光データが格納さ
れている。この格納露光データは、中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）８１の指示の下に読み出され、インターフェイス回
路８２を通してデータメモリ８３に格納される一方、シ
ーケンスコントローラ８２に入力される。

【００３５】データメモリ８３はブロックパターン形状
データを格納し、それを読み出してパターン制御コント
ローラ８５に入力する。パターン制御コントローラ８５
はこのブロックパターン形状データに基づいてステンシ
ルマスク６７上の基本パターンを選択させるためのパタ
ーンデータを生成し、これを位置合わせ偏向器６６ａ〜
６６ｄに入力し、かつ、ＤＡ変換器及び増幅器（ＤＡＣ
／ＡＭＰ）８６を通してスリットデフレクタ６４に入力
する。

【００３６】また、これと同時にパターンデータはマス
ク移動機構８７に入力されてステンシルマスク６７の位
置制御を行なわせる。これにより、ステンシルマスク６
７上の複数の基本パターンのうち、描画すべきパターン
に対応して選択された一つのデータがブランキング制御
回路８８及びＤＡＣ／ＡＭＰ８９を通してブランキング
偏向器６９に入力され、これを駆動制御する。

【００３７】一方、シーケンスコントローラ８４からの
制御信号は偏向制御回路９０に入力され、ここで電子ビ
ームの試料７７上の照射位置を制御するための偏向デー
タを発生させる。この偏向データはＤＡＣ／ＡＭＰ９１
を通してメインデフレクタ７３を駆動制御して電子ビー
ムを大きな偏向範囲内の所定位置に偏向させる。

【００３８】また、これと同時に上記偏向データはＤＡ
Ｃ／ＡＭＰ９２を通してサブデフレクタ７４に印加さ
れ、これを駆動制御して電子ビームを小さな偏向範囲内
の所定位置に偏向させる。このとき、ステージ７６はシ
ーケンスコントローラ８４によりステージ移動機構７８
を介して移動制御されている。

【００３９】また、レーザ干渉計７９により測定された
ステージ７６の位置情報が偏向制御回路９０に入力され
ている。これにより、電子ビームは試料７７上の所定位
置に照射される。このようにして、試料７７上には基本
パターンが１ショットで露光され、かつ、その露光基本
パターンのショットをつなげることで、当該基本パター
ンの繰り返しからなる所望のパターンを試料７７上に描
画することができる。

【００４０】ここで、上記の基本パターンの繰り返しか
らなる所望のパターンの描画は主露光で行なわれる。主
露光の終了後又は主露光に先立って、電子線の焦点をわ
ざと外してぼかしたぼかし電子線による補助露光が、前
記メインデフレクタ７３への駆動電流を前記した補正係
数に基づいて補正して行なわれる。このとき、電子線は
ステンシルマスク６７の図７（Ｃ）に示した矩形開口
（例えば102 ）を通して行なわれる。

【００４１】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、近接効果
補正のための補助露光に際し、露光前に予め求めた補正
係数を用いて、露光位置がシャープな荷電粒子線を用い
たときと同じ位置に補正されるようにしたため、従来に
比し正確な近接効果補正を行なうことができ、よってブ
ロック露光によるＬＳＩ製造の信頼性向上に寄与すると
ころ大である等の特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明用フローチャートである。

【図２】本発明の一実施例の動作説明用フローチャート
である。

【図３】シャープなビームによる位置合わせマーク検出
の説明図である。

【図４】ぼかしたビームによる位置合わせマーク検出の
説明図である。

【図５】本発明方法が適用される電子露光装置の光学系
の一例の構造図である。

【図６】本発明方法が適用される電子線露光装置の一例
の全体構成図である。

【図７】ステンシルマスクの一例の構成図である。

【図８】従来方法における近接効果補正の一例を示す図
である。

【図９】従来の課題説明図である。

【符号の説明】

１１第１の工程１２第２の工程１３第３の工程３１〜３４，４１〜４４位置合わせマーク検出位置６７ステンシルマスク（ブロックマスク）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主露光と、近接効果補正のための補助露
光とを別々に行なう荷電粒子線露光方法であって、試料面上に焦点一致して露光されるシャープな荷電粒子
線を用いて所定位置を露光する時に該荷電粒子線に与え
る偏向磁界と同一の偏向磁界を焦点をぼかした荷電粒子
線に与え、かつ、ぼかし量を変化させて露光し、その時
の前記所定位置と該焦点をぼかした荷電粒子線の露光位
置とのずれ量とぼかし量との関係を、複数のぼかし量の
夫々について求める第１の工程（１１）と、該第１の工程（１１）により求められたずれ量とぼかし
量との関係から補正係数を算出する第２の工程（１２）
と、前記シャープな荷電粒子線で前記主露光を行ない、該第
２の工程（１２）により算出された補正係数を用いて、
前記ぼかした荷電粒子線で前記補助露光を行なう第３の
工程（１３）とを含むことを特徴とする荷電粒子線露光
方法。
【請求項２】前記主露光は繰り返しパターンの単位と
なる基本パターンを１ショットで露光できるような基本
パターン形状の開口を持つマスクを用いて行なうことを
特徴とする請求項１記載の荷電粒子線露光方法。
【請求項３】前記第１の工程（１１）は前記試料の周
囲に形成された位置合わせ検出マークの位置を、前記シ
ャープな荷電粒子線により検出する第１の検出工程（２
１）と、該検出工程（２１）により検出されたときの該
シャープな荷電粒子線による偏向磁界と同じ偏向磁界
を、焦点をぼかした荷電粒子線に与え、かつ、該焦点を
ぼかした荷電粒子線のぼかし量を変化させて該位置合わ
せ検出マークの位置を検出する第２の検出工程（２２）
とを有することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線
露光方法。