JPH0748472B2

JPH0748472B2 - 電子ビーム描画によるパターン形成方法

Info

Publication number: JPH0748472B2
Application number: JP1006212A
Authority: JP
Inventors: 文明重光
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-01-13
Filing date: 1989-01-13
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2010-05-24
Also published as: JPH02186620A

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、レジストとし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る。

ところで、現在、半導体メモリを中央とした集積回路を
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）のレチクルを形成し、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
て重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
寸法変動部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Ｌは約20mm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20mm離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
10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′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。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、上部遮蔽板
の材質をAlから反射係数の低い（原子番号の小さい）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図の特性図を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。

（発明が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。

この発明は上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、
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、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パターン形成方
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の上方には、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32〜36、
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ーチャ41、42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41、42によりビー
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LSI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41、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
器ドライバ56に供給する。ビーム成形器ドライバ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
向信号が供給され、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に所定の信号が供給され、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、これによりサ
ブフィールド毎の描画が行なわれる。

次に上記のような構成の装置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
描画データに変換される。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F1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）M1,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
の副偏向領域（サブフィールド）S1〜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、電子線のかぶり効果による寸法変動の補正の方法
を、上記主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、予めメインパター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、エネルギーが不
足する周辺パターン部に基本ドーズ量D0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。ここでドーズ量Ｄは、
電流密度ｊと露光時間（ショット時間）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が可能であり、
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、図中の寸法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
本ドーズ量D0で描画を行う。領域B,Cは寸法変動が生
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、パターンのエッ
ジからの距離ｒに対する寸法変化量ΔＷの関係を示す特
性図である、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補正率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図に示す。なお、第１図に
おいて、α０＝１＜α１＜α２＜…＜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、前記基本ドーズ量D0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
ズ量D0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量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。

このように上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、スルー
プットを落とさずに形成することが可能になる。

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
えば上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
す副偏向領域単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方法
を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
ンエッ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Ａ−Ａ′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寸法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、11…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、55…ブランキング回路、56…ビーム成形器
ドライバ、57…主偏向器ドライバ、58…副偏向器ドライ
バ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、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、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。
【請求項２】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との面積比
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。