JPH0869965A - 荷電粒子線転写方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光軸から離れたパターン形成領域のパターン
を小さな偏向量で試料に転写できる転写方法を提供す
る。 【構成】 試料２０に転写すべきパターンが設けられる
パターン形成領域１００が荷電粒子線を遮断する境界領
域１０１により互いに区分されたマスク１０を用いる転
写方法において、投影レンズの光軸から離れた位置にあ
る特定のパターン形成領域１００Ｆ〜１００Ｊへ荷電粒
子線を照射したときに、マスク１０を透過した荷電粒子
線の試料２００上の一方向への偏向量が最小値となるよ
うに複数のパターン形成領域１００とそれらに対応する
試料２０上の被転写領域２００との関係を定める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路のリソ
グラフィー等に用いられるパターン転写方法に係り、詳
しくは電子線やイオンビーム等の荷電粒子線の照射によ
りマスク上のパターンを試料へ転写する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４および図５は電子線縮小転写装置の
一例を示すものである。これらの図に示す装置では、不
図示の線源から射出されて断面正方形状に整形された電
子線ＥＢが、偏向器１により光学系の光軸ＡＸから所定
距離δだけ偏向せしめられてマスク２に設けられた複数
のパターン形成領域２ａの一つに導かれる。ここで、パ
ターン形成領域２ａは、ウエハ５に転写すべきパターン
形状に対応する電子線の透過部が設けられる部分であ
る。各々のパターン形成領域２ａは、荷電粒子線を遮断
しあるいは拡散する境界領域２ｂによって互いに区分さ
れている。パターン形成領域２ａへの電子線ＥＢの照射
に伴って、そのパターン形成領域２ａに形成されたパタ
ーンの像が第１投影レンズ３および第２投影レンズ４を
介してウエハ５の所定領域５ｂに所定の縮小率（例えば
１／４）で投影される。なお、領域５ｂ毎のパターン像
の詳細な形状は図示を省略した。ＣＯはマスク２を透過
した電子線ＥＢのクロスオーバである。以下では特に断
りのない限り、図４および図５に示したように電子線Ｅ
Ｂの光軸ＡＸの方向をｚ軸方向、マスク２のパターン形
成領域２ａの一辺と平行な方向をｘ軸方向、ｚ軸方向お
よびｘ軸方向の双方に直交する方向をｙ軸方向とする。

【０００３】上述した装置では、マスク２のｘ軸方向の
中心位置と投影レンズ３，４の光軸とが一致した状態
で、マスク２およびウエハ５がｘ軸方向へ互いに逆向き
に連続移動せしめられ、この連続移動に合わせて偏向器
１による電子線ＥＢのｙ軸方向への偏向量δが段階的に
変更されてマスク２のｙ軸方向に並ぶパターン形成領域
２ａに順次電子線ＥＢが照射される。マスク２を透過し
た電子線ＥＢは、マスク２とウエハ５との間の光路中に
設けられた不図示の偏向器により、各パターン形成領域
２ａに対応するウエハ５の被転写領域５ｂがｙ軸方向に
互いに接するようにｙ軸方向へ偏向される。すなわち、
パターン形成領域２ａを透過した電子線ＥＢを第１投影
レンズ３および第２投影レンズ４でウエハ５上に集束さ
せるだけではマスク２の境界領域２ｂに相当する無露光
領域が各領域５ｂの間に生じるため、境界領域２ｂの幅
に相当する分だけパターンの転写位置をずらしている。

【０００４】ｙ軸方向に並ぶ一列のパターン形成領域２
ａの転写が終了すると、ｘ軸方向に隣接する次のパター
ン形成領域２ａの列を対象として転写が行われ、以下同
様にして１枚のマスク２に形成されたすべてのパターン
形成領域２ａに対応するパターン像がウエハ５上に転写
される。これにより、ウエハ５上の１チップ分の領域５
ａへのパターン転写が終了する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した転写方法で
は、マスク２を透過した電子線ＥＢのｙ軸方向への偏向
量がマスク２のｙ軸方向両端へ向うほど大きくなる。こ
のため、パターン形成領域２ａがｙ軸方向へ多数分割し
て設けられると上記の偏向量が極めて大きくなり、その
制御装置は高精度が必要であった。また、偏向量が大き
くなるとそれだけ歪も増えるので、マスク２の周辺を転
写するときでも歪が小さい高性能の偏向器が必要とな
り、装置のコストの上昇が免れなかった。

【０００６】本発明の目的は、光軸から離れたパターン
形成領域のパターンを小さな偏向量で試料に転写できる
転写方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１およ
び図２に対応付けて説明すると、請求項１の発明は、試
料２０に転写すべきパターンが設けられるパターン形成
領域１００が荷電粒子線を遮断する境界領域１０１によ
り互いに区分されたマスク１０を用い、複数のパターン
形成領域１００に順次荷電粒子線を照射しつつ各パター
ン形成領域１００のパターンの像を投影レンズ５７、５
８で試料２０上に投影するとともに、各パターン形成領
域１００に対応する試料２０上の被転写領域２００が試
料２０上の一方向（ｙ軸方向）に連続するようにマスク
１０を透過した荷電粒子線を偏向する荷電粒子線転写方
法に適用される。そして、上述した目的は、投影レンズ
５７、５８の光軸から離れた位置にある特定のパターン
形成領域１００Ｆ、１００Ｇ、１００Ｇ、１００Ｉ、１
００Ｊ（以下１００Ｆで代表する。）へ荷電粒子線を照
射したときに、マスク１０を透過した荷電粒子線の試料
２０上の一方向（ｙ軸方向）への偏向量が最小値となる
ように複数のパターン形成領域１００とそれらに対応す
る試料２０上の被転写領域２００との関係を定めること
により達成される。請求項２の発明では、マスク１０上
において特定のパターン形成領域１００Ｆよりも投影レ
ンズ５７、５８の光軸に近い側（中心線ＣＬｍ側）に設
けられるパターン形成領域１００Ａに、試料２０上の複
数位置に転写される繰り返し性のあるパターンを設け、
該パターン形成領域１００Ａのパターンを試料２０上の
複数の位置２００Ａに転写する。図２および図３に対応
付けて説明すると、請求項３の発明では、マスク１０の
特定のパターン形成領域１００Ｆに対応する試料２０上
の被転写領域２００Ｆよりも投影レンズ５７、５８の光
軸に近い位置（中心線ＣＬｗに近い位置）に転写すべき
パターンを、マスク１０上の複数列のパターン形成領域
１００、１００Ｋに分割して形成し、転写時には複数列
のパターン形成領域１００、１００Ｋに対応する被転写
領域２００、２００Ｋが試料２０上の一方向（ｙ軸方
向）に連続するように転写する。

【０００８】

【作用】請求項１の発明では、投影レンズ５７、５８の
光軸から離れた位置にある特定のパターン形成領域１０
０Ｆへ荷電粒子線を照射したときにマスク１０を透過し
た荷電粒子線の試料２０上の一方向への偏向量が最小
値、例えば零となり、そのパターン形成領域１００Ｆか
ら離れるにしたがってマスク１０を透過した荷電粒子線
の偏向量が大きくなる。請求項２の発明では、特定のパ
ターン形成領域１００Ｆよりも投影レンズ５７、５８の
光軸に近い側のパターン形成領域１００Ａから試料２０
上の複数位置２００Ａへ繰り返し性のあるパターンを転
写するので、特定のパターン形成領域１００Ｆよりも投
影レンズ５７、５８の光軸側に存在するパターン形成領
域１００の数を減少させ、特定のパターン形成領域１０
０Ｆを透過した荷電粒子線の偏向量が最小値となる位置
まで特定のパターン形成領域１００Ｆを投影レンズ５
７、５８の光軸側へ接近させることができる。請求項３
の発明では、特定のパターン形成領域１００Ｆに対応す
る試料２０上の被転写領域２００Ｆよりも投影レンズ５
７、５８の光軸に近い側のパターンを、マスク１０の複
数列のパターン形成領域１００、１００Ｋへの荷電粒子
線の転写によって転写するので、特定のパターン形成領
域１００Ｆと同一列でかつ投影レンズ５７、５８の光軸
に存在するパターン形成領域１００の数を減少させ、特
定のパターン形成領域１００Ｆを透過した荷電粒子線の
偏向量が最小値となる位置まで特定のパターン形成領域
１００Ｆを投影レンズ５７、５８の光軸側へ接近させる
ことができる。

【０００９】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１０】

【実施例】以下、図１〜図３を参照して本発明を半導体
ウエハの転写に適用した実施例を説明する。なお、図中
のｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の取り方は上述し
た図４、図５の例と同じである。 −第１実施例− 図１は第１実施例で使用するマスク１０とウエハ２０と
の対応を示す。図１（ａ）はマスク１０のｙ軸方向中心
線ＣＬｍの片側を示し、１００はパターン形成領域、１
０１はパターン形成領域１００を区分する境界領域であ
る。パターン形成領域１００はウエハ２０に転写すべき
パターンが分割して設けられる部分で、一辺の長さＬａ
の正方形状に規定されている。パターン形成領域１００
の間には電子線を遮断する一定幅Ｌｂの境界領域１０１
が設けられている。パターン形成領域１００および境界
領域１０１の大きさは転写精度や要求されるスループッ
トに応じて適宜定めてよい。パターン形成領域１００に
設けられるパターンの詳細は図示を省略した。

【００１１】図１（ａ）に示すパターン形成領域１００
のパターンの組合わせによって転写されるウエハ２０上
の領域を図１（ｂ）に示す。図中一点鎖線で囲まれた一
辺の長さＬｃの正方形状の領域２００がパターン形成領
域１００の一つに対応する被転写領域であり、これら被
転写領域２００は後述する転写装置の偏向器によりｙ軸
方向へ互いに接するように位置決めされる。なお、図で
は便宜上パターン形成領域１００と被転写領域２００と
を等倍で描いているが、実際には被転写領域２００がマ
スク１０のパターン形成領域１００に対して所定の縮小
倍（例えば１／４）だけ小さい。また、ウエハ２０に形
成すべきデバイスとしては、メモリ装置を想定してい
る。

【００１２】ＣＬｗはウエハ２０の１チップ分の領域の
ｙ軸方向の中心線である。中心線ＣＬｗから破線で示し
た境界線ＢＬまでの領域Ｆ１の大部分には、メモリ装置
の記憶動作を司どる同一形状のメモリーセルが繰り返し
形成される。境界線ＢＬよりも外側の領域Ｆ２にはメモ
リ装置の周辺回路が形成され、さらに外側の領域Ｆ３に
はボンディングパットＢＰやダイシングラインＤＬが形
成される。領域Ｆ１は最も高い転写精度が要求され、そ
れに比して領域Ｆ２は転写精度が緩くて足り、領域Ｆ３
はμｍ単位の精度で十分である。なお、中心線ＣＬｗの
片側の被転写領域２００の数は４０個とした。

【００１３】領域Ｆ１の被転写領域２００には、上述し
たメモリーセルのパターンが複数形成される。例えば被
転写領域２００の一辺の長さＬｃが２５０μｍで、１個
のメモリセルの大きさが２．５μｍ角のとき、単一の被
転写領域２００には１０×１０個のメモリーセルが設け
られる。メモリーセルが形成される被転写領域２００の
パターンは同一であるため、それらに対応してマスク１
０のパターン形成領域１００に設けるパターンも同一と
なる。したがって、メモリーセルが形成される被転写領
域２００は、最大限で一個のパターン形成領域１００か
ら転写できる。

【００１４】現実にはマスク１０を透過した電子線のｙ
軸方向への偏向量が小さい方が偏向収差が小さいので、
中心線ＣＬｍ、ＣＬｗを投影レンズの光軸位置としたと
きに電子線のｙ軸方向の偏向量が一定の許容範囲内に収
まるようにパターン形成領域１００とそれらに対応する
被転写領域２００との関係を定めた。すなわち、図１
（ａ）の中心線ＣＬｍから外側へ向って各パターン形成
領域１００のパターンをウエハ２０側に順次転写すると
仮定したとき（実際の転写順序とは必ずしも一致しな
い）、同図に斜線が付されたパターン形成領域１００
Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅについて
はそれぞれ二回重複して電子線を照射し、それらのパタ
ーンをウエハ２０のｙ軸方向に連続する二つの被転写領
域２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ、２００Ｅ
に転写することとした。例えばパターン形成領域１００
Ａのパターンは二つの被転写領域２００Ａに転写され
る。その他のパターン形成領域１００Ｂ〜１００Ｅと、
被転写領域２００Ｂ〜２００Ｅとの関係も同様である。

【００１５】図１のＡ列上に付記された数値−９〜０〜
＋３は、（ａ）に示すパターン形成領域１００のパター
ンを（ｂ）に示す被転写領域２００にそれぞれ転写する
ときの電子線のｙ軸方向への偏向量を、境界領域１０１
の何個分に相当するかで示している。すなわち、境界領
域１０１の幅がＬｂのとき、「−９」は図の下方へ９Ｌ
ｂ相当量だけ電子線を偏向する必要があることを示し、
「０」は偏向量が０であることを示し、「＋３」は図の
上方へ３Ｌｂ相当量だけ偏向する必要があることを示し
ている。なお、「−」は中心線ＣＬｍ、ＣＬｗ側への偏
向を示し、「＋」は中心線ＣＬｍ、ＣＬｗ側と反対側へ
の偏向を示している。

【００１６】図１から明らかなように、マスク１０のパ
ターン形成領域１００Ａ〜１００Ｅが試料２０の一列の
被転写領域２００に対して二回重複して使用されるの
で、これらのパターン形成領域１００Ａ〜１００Ｅの前
後で電子線の偏向方向が反転し、その結果、中心線ＣＬ
ｍ，ＣＬｗから離れた位置に偏向量が零となるパターン
形成領域１００Ｆ〜１００Ｊと被転写領域２００Ｆ〜２
００Ｊの組が生じている。特に、領域Ｆ１内で投影レン
ズの光軸位置から最も離れたパターン形成領域１００Ｊ
のパターンを被転写領域２００Ｊに転写するときの偏向
量が零であるため、偏向歪の少ない高精度の転写を行う
ことができる。

【００１７】上述したマスク１０から試料２０へのパタ
ーン転写は、例えば図２に示す転写装置によって行う。
なお、図２において５１は電子銃、５２、５３、５４は
コンデンサレンズ、５５はマスク１０に対する電子線Ｅ
Ｂの照射位置を調整する視野選択用の偏向器、５６はマ
スク１０を透過した電子線ＥＢのウエハ２０への入射位
置を調整する転写位置調整用の偏向器、５７、５８はマ
スク１０のパターン像をウエハ２０上に縮小投影する投
影レンズ、５９は円形アパーチャー、６０はウエハ２０
をｘ−ｙ平面内で平行移動させる試料台、６１はマスク
１０に書き込まれた転写仕様データの読み取り器、６２
は読み取った転写仕様データに基づいて転写時の偏向器
５５、５６、投影レンズ５７、５８の動作制御に必要な
各種の演算を行うＣＰＵ、６３はＣＰＵ６２と偏向器５
５、５６、投影レンズ５７、５８との間で信号を入出力
するためのインターフェースである。このような光学系
において、上述した図１に示す偏向量は偏向器５６によ
るｙ軸方向への偏向量に相当する。転写時には、マスク
１０が不図示のマスクステージによって図のｘ軸方向
（紙面と直交する方向）に連続移動し、ウエハ２０が試
料台６０によりｘ軸方向へマスク１０と逆向きに連続移
動する。

【００１８】以上の転写装置において、マスク１０のパ
ターン形成領域１００とウエハ２０の被転写量領域２０
０との対応関係および各パターン形成領域１００と被転
写領域２００の組毎の電子線の偏向量を予め転写仕様デ
ータとしてマスク１０に与えておく。そして、マスク１
０をマスクステージに取り込む際にその転写仕様データ
を読み取り器６１で読み込み、ＣＰＵ６２の内蔵メモリ
に適宜記憶する。そして、転写時には転写仕様データに
書き込まれた順序でマスク１０のパターン形成領域１０
０に電子線ＥＢが照射されるように偏向器５５の偏向量
を制御するとともに、各パターン形成領域１００のパタ
ーン像がウエハ２０の所定位置へ転写されるように転写
仕様データにしたがって偏向器５６の偏向量を制御す
る。

【００１９】図１のように転写を行う場合の偏向量の減
少効果を具体的に計算する。図１の例では偏向量が最大
でも「−９」であるから、境界領域１０１の１個分に相
当する偏向量を５０μｍとしたとき、図２の偏向器５６
のｙ軸方向への最大偏向量は、±９×５０μｍ＝±４５
０μｍである。これに対して、従来のように中心線ＣＬ
ｗからの境界領域１０１の累積個数相当分の偏向量を与
えた場合には、最も外側の被転写領域２００を転写する
場合に偏向量が最大となり、その値は５０μｍ×３９＝
１９５０μｍとなる。このように、図１の例によれば偏
向器５６の最大偏向量を従来の１／４以下に減らすこと
ができる。また、偏向器５６の精度は±０．０１μｍ／
（３×５０μｍ）＝±１／１５０００で良く、１４ビッ
トの精度でよいので高速のＤＡＣで制御できる。さら
に、従来よりも中心線ＣＬｍの片側でパターン形成領域
１００が５個減少するので、境界領域１０１の幅も加味
して５×３００μｍ×２＝３mm程マスク１０のｙ軸方向
の幅を小さくできる。

【００２０】なお、パターン形成領域１００Ｆ、１００
Ｇ、１００Ｈ、１００Ｉ、１００Ｊのパターンを転写す
る際の偏向量は零に限らず、それらのパターン形成領域
１００Ｆ〜１００Ｊのパターンを転写するときに偏向量
が最小値となればよい。最小値を−０．５Ｌｂ（＋０．
５Ｌｂでもよい）とした場合の各領域１００毎の偏向量
に相当する数値を、図１のＡ列に倣って同図のＢ列上に
示す。図１のＢ列のように偏向量を与えた場合、偏向器
５６の精度は±０．０１μｍ／（２．５×５０μｍ）＝
１／１２５００でよい。

【００２１】−第２実施例− 図３は第２実施例で使用するマスク１０とウエハ２０と
の対応を示す。なお、上述した図１との共通部分には同
一符号を付してある。本実施例ではマスク１０のパター
ン形成領域１００をウエハ２０の二以上の被転写領域２
００に対して共用せず、パターン形成領域１００とウエ
ハ２０の被転写領域２００とを１：１に対応させてい
る。ただし、ウエハ２０上で一列に並ぶ被転写領域２０
０に対応するパターン形成領域１００をマスク１０上で
二列に分けて設けている。具体的にはパターン形成領域
１００Ｋ〜１００Ｐをその他のパターン形成領域１００
の列に対してｘ軸方向に隣接する位置に設けている。

【００２２】転写時には、一列に並ぶパターン形成領域
１００のパターンを転写する際に被転写領域２００Ｋ〜
２００Ｐの部分を未露光状態のまま空けておき、マスク
１０とウエハ２０のｘ軸方向の連続移動によりパターン
形成領域１００Ｋ〜１００Ｐが投影レンズの光軸とｙ軸
方向に並ぶ位置へ繰り出されたときにパターン形成領域
１００Ｋ〜１００Ｐに順に電子線を照射してそれぞれの
パターン像が被転写領域２００Ｋ〜２００Ｐに転写され
るように偏向器５６の偏向量を調整する。

【００２３】このように、マスク２０上で一列に並ぶ被
転写領域２００に対応するパターン形成領域１００を二
列に分けて設けたので、パターン形成領域１００Ｋ〜１
００Ｐに対応する被転写領域２００Ｋ〜２００Ｐの前後
で電子線の偏向方向が反転し、その結果、中心線ＣＬ
ｍ，ＣＬｗから離れた位置に偏向量が零となるパターン
形成領域１００Ｆ〜１００Ｊと被転写領域２００Ｆ〜２
００Ｊの組が生じ、この結果、第１実施例と同様に光軸
から離れた位置でも高精度にパターンが転写される。特
に本実施例ではパターン形成領域１００と被転写領域２
００とが１：１に対応するので、メモリセルのような繰
り返しパターンが存在しないデバイスを製造する場合で
も適用できる。なお、図３のＡ列、Ｂ列上の数値はパタ
ーン形成領域１００を透過した電子線のｙ軸方向の偏向
量を図１のＡ列、Ｂ列に倣って示したものである。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、投影
レンズの光軸から離れた位置にある特定のパターン形成
領域へ荷電粒子線を照射したときにマスクを透過した荷
電粒子線の試料上の一方向への偏向量が最小値となるよ
うにマスクのパターン形成領域と試料の被転写領域との
関係を定めたので、投影レンズの光軸から離れたパター
ン形成領域のパターンを小さな偏向量で試料に転写でき
る。特にメモリーセルのように繰り返し性のあるパター
ンを転写するときには請求項２の発明を用いてメモリ周
辺のパターンを転写するときの偏向量を小さくできる。
また、繰り返し性のないパターンを転写するときには請
求項３の発明を用いて光軸から離れた位置での偏向量を
小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のマスクとウエハとの対応
を示す図。

【図２】本発明の実施例で用いる電子線縮小転写装置の
概略を示す図。

【図３】本発明の第２実施例のマスクとウエハとの対応
を示す図。

【図４】電子線縮小転写装置の光学系の概略を示す図。

【図５】電子線縮小転写装置による転写手順を示す斜視
図。

【符号の説明】

１０ マスク ２０ ウエハ １００ マスクのパターン形成領域 ２００ ウエハの被転写領域

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料に転写すべきパターンが設けられる
   パターン形成領域が荷電粒子線を遮断する境界領域によ
   り互いに区分されたマスクを用い、複数のパターン形成
   領域に順次荷電粒子線を照射しつつ各パターン形成領域
   のパターンの像を投影レンズで試料上に投影するととも
   に、各パターン形成領域に対応する前記試料上の被転写
   領域が試料上の一方向に連続するように前記マスクを透
   過した荷電粒子線を偏向する荷電粒子線転写方法におい
   て、 前記投影レンズの光軸から離れた位置にある特定のパタ
   ーン形成領域へ荷電粒子線を照射したときに、前記マス
   クを透過した荷電粒子線の前記試料上の一方向への偏向
   量が最小値となるように前記複数のパターン形成領域と
   それらに対応する試料上の被転写領域との関係を定める
   ことを特徴とする荷電粒子線転写方法。
2. 【請求項２】 前記マスク上において前記特定のパター
   ン形成領域よりも前記投影レンズの光軸に近い側に設け
   られるパターン形成領域に、試料上の複数位置に転写さ
   れる繰り返し性のあるパターンを設け、該パターン形成
   領域のパターンを試料上の複数の位置に転写することを
   特徴とする請求項１記載の荷電粒子線転写方法。
3. 【請求項３】 前記マスクの前記特定のパターン形成領
   域に対応する前記試料上の被転写領域よりも前記投影レ
   ンズの光軸に近い位置に転写すべきパターンを、前記マ
   スク上の複数列のパターン形成領域に分割して形成し、
   転写時には前記複数列のパターン形成領域に対応する被
   転写領域が前記試料上の前記一方向に連続するように転
   写することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線転写
   方法。