JPH09245716A

JPH09245716A - 電子ビーム描画方法および描画装置およびこれを用いた半導体集積回路

Info

Publication number: JPH09245716A
Application number: JP4581496A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Ota; 洋也太田; Taro Ogawa; 太郎小川; Yoshinori Nakayama; 義則中山; Norio Saito; 徳郎斉藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-03-04
Filing date: 1996-03-04
Publication date: 1997-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】被描画物であるレジストから脱離した物質は、
電子ビーム通路や絞りなどを汚す原因となる。この汚れ
を常に清浄しながら描画を行い、クリーニングに要する
時間をなくすることを目的とする。【解決手段】電子ビーム描画において、対物レンズ１１
と試料１２の間からガス導入管１４により６フッ化硫黄
や酸素などのガスを導入する。このガスは、電子ビーム
２と衝突しそのエネルギーによりラジカルやイオンとな
る。これらのラジカルやイオンが主に炭化水素系の物質
であるレジストからの脱離物と反応して、揮発物となり
排気される。また、偏向器１０や対物レンズ内壁１５の
堆積物にラジカルやイオンが到達し、同じ反応で揮発物
となり排気される。【効果】電子光学系内に特定のガスを導入し、描画用の
電子ビームのエネルギーでイオンやラジカルなどの活性
種を発生させ、電子ビームの通路内を常に清浄しながら
描画を行う。この結果、描画パターンの質の低下をなく
し、予測できない電子ビームの位置変動を減少させるこ
とにより、高精度かつ高速に描画を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子などの製
造に用いられる電子ビーム描画方法に係り、特に、電子
ビームの通路や絞りの汚れにより描画精度や速度を落と
すことなく描画を行う電子ビーム描画方法および装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム描画は、その解像性の高さと
パターンを発生可能という機能から半導体製造における
フォトマスクの製造や先端デバイスの研究開発に用いら
れている。近年、半導体素子の微細化により、その加工
寸法は小さくなり、それに伴い要求される描画精度も高
くなっている。また、例えば一括ビーム方式などの実用
化により単位時間当たりに描画を行う量、すなわちスル
ープットも急激に上昇しているため、ウェハ直接描画で
半導体量産製造にも用いられつつある。

【０００３】このような状況下では、電子ビーム描画装
置の実用的な真空度を保持していても、被描画物である
レジストから脱離した物質で電子ビーム通路や絞りなど
が汚れる度合も高くなる。この汚れは、絞り上や電子ビ
ーム通路側壁に堆積し、矩形の角を鈍化させパターンの
質を低下させたり、堆積物の帯電により予測できない電
子ビームの位置変動をもたらす。この汚れの除去には、
電子ビーム描画装置を真空から大気に戻し、絞りを交換
したり電子ビーム通路側壁を研磨することなどが必要で
あった。また、例えば特開平５―１７５１１２に示され
ているように、装置内にガスを導入し、構造物を電極と
して外部ＲＦ電源を用いて電子光学系内にプラズマを発
生させ、大気に戻すことなくクリーニングする方法が提
案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように汚れの除
去には、電子ビーム描画装置を真空から大気に戻し、絞
りを交換したり電子ビーム通路側壁を研磨することなど
が必要であり、再び描画が可能となるためには多大な時
間を要する。一方、プラズマを用いたクリーニングは、
専用電源の装備などが必要となる。さらに、クリーニン
グのための時間や準備の時間を要することになる。本発
明の目的は、汚れを常に清浄しながら描画を行い、クリ
ーニングに要する時間をなくすることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の電子ビーム描画
方法は、電子光学系内に特定のガスを導入し、描画用の
電子ビームのエネルギーでイオンやラジカルなどの活性
種を発生させ、レジストから脱離した物質と反応させて
揮発物とすることで電子光学系内の構造物に付着させな
いと同時にクリーニングしながら描画を行うことであ
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】電子ビーム描画において、被描画
物であるレジストから脱離した物質は、電子ビーム通路
や絞りなどを汚す原因となる。この汚れは、絞り上や電
子ビーム通路側壁に堆積し、描画パターンの質を低下さ
せたり、予測できない電子ビームの位置変動をもたら
す。このため、電子光学系内に特定のガスを導入し、描
画用の電子ビームのエネルギーでイオンやラジカルなど
の活性種を発生させ、レジストから脱離した物質と反応
させて揮発物とすることで電子光学系内の構造物に付着
させないと同時にクリーニングしながら描画を行う。こ
の結果、描画パターンの質の低下をなくし、予測できな
い電子ビームの位置変動を減少させることにより、高精
度かつ高速に描画を行うことができる。

【０００７】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
を示した図である。

【０００８】電子源１から放出された電子ビーム２は、
電子源１とその他の構造物との電位差により加速され、
第１アパーチャ３で成形された後、第１成形レンズ４と
第２成形レンズ６で収束され第２アパーチャ７上に結像
される。この第２アパーチャ７上の像は縮小レンズ８お
よび対物レンズ１１と偏向器１０で投影偏向されて、Ｘ
Ｙステージ１３上にある感光剤の塗布された試料１２上
に照射され描画を行う。このとき、第２アパーチャ７に
あらかじめ設けてある矩形の可変成形用の開口と複数の
一括図形形状の開口を、成形偏向器５により選択する。

【０００９】電子ビーム２を制限するアパーチャとして
次の２種類がある。第１にビーム形状を決める第１アパ
ーチャ３および第２アパーチャ７、第２に試料１２上で
の開き角を決定する対物絞り９がある。これらのアパー
チャは常にビームが照射されているため、汚染物が堆積
しやすい。また、試料１２に塗布してあるレジストから
距離の近い偏向器１０や対物レンズ内壁１５にもレジス
トからの脱離物質が堆積しやすい。このうち、ビーム形
状を決定する第１アパーチャ３および第２アパーチャ７
が汚れると、例えば矩形の角が丸くなったり、微小開口
が塞がるといった描画パターンの質が低下する原因とな
る。対物絞り９、偏向器１０および対物レンズ内壁１５
などに汚染物質が堆積すると、堆積物が帯電して予測で
きないビームの位置の変動が発生して描画の位置の精度
が低下することになる。

【００１０】この問題に対し本実施例では、６フッ化硫
黄を対物レンズ１１と試料１２の間からガス導入管１４
により導入する。ガス分子１６は６フッ化硫黄分子を示
す。このガスの圧力は装置の本来の真空度１０-5Ｔｏｒ
ｒの前後で、描画に影響を与えない程度である。このガ
スは、電子ビーム２と衝突して励起されラジカルやイオ
ンとなる。これらのラジカルやイオンが主に炭化水素系
の化合物であるレジストからの脱離物と反応して、揮発
物となり排気される。また、偏向器１０や対物レンズ内
壁１５の堆積物にラジカルやイオンが到達し、同じ反応
で揮発物となり排気される。６フッ化硫黄とその他のガ
スの反応機構の例を図２に示す。また、対物レンズ部で
標準的な描画条件を仮定した場合の、ガス分子が堆積物
をエッチングする量の概算は以下の通りである。先ず、
ガス分子がプラズマ化し堆積物をエッチングするレート
を求める。描画に用いる電子ビームの加速電圧を５０ｋ
Ｖ、電流密度を１０Ａ／ｃｍ2とする。導入するガスの
圧力を１０-5Ｔｏｒｒとし、電子とガス分子の衝突のレ
ートおよびイオンと堆積物の反応レートを考慮すると、
約１０時間の描画で１原子層エッチング可能となる。次
に、レジスト飛散による堆積物の量を求める。パターン
の描画率をウェハ全面の１０％程度、電子ビームの照射
により１μm厚レジストの１％が飛散し、飛散したレジ
ストが全て炭素原子であると仮定すると、１時間で約
０．１原子層分堆積することになる。従って、エッチン
グ量と堆積量はほぼ等しくなり、上記の条件でガスを導
入するとレジスト飛散による堆積はほぼ無くなることに
なり、常に清浄化を行いながら描画することが可能とな
る。

【００１１】上記の概算は、電子が一度ガス分子に衝突
すると散乱され軌道が変化して、描画には寄与しないと
仮定した場合である。しかし、電子源から放射された電
子の他に、試料１２から反射された電子や試料および装
置内壁から発生した２次電子などもガスと衝突してプラ
ズマの発生源となり得るため、エッチングレートは向上
することになる。

【００１２】実用的には、描画量の変動などの要因で清
浄力を制御する必用がある場合もある。ガス導入管１４
によりガス分子１６を導入する際、ガス導入管１４にガ
ス流量制御装置（図示せず）を設け内部のガス圧力を描
画量に応じて変化させたり、パターンの質やビーム位置
変動を監視して、一定の汚染物堆積量を越えたときにだ
けにガスを導入することによって、導入ガスの消費が少
なくなりコストの低減が図れる。

【００１３】なお、本実施例では導入するガスに６フッ
化硫黄を用いたが、同様な効果は図２に示したように酸
素、水素、酸化物、水素化物またはこれらの組み合わせ
でも得ることができる。

【００１４】（実施例２）図３は対物絞り９の近傍の拡
大図を示す。電子ビーム２は対物絞り９で制限され、そ
の一部が下流に通過する。従って、対物絞り９には常に
電子ビーム２の一部が照射されていることになる。この
部分は実施例１に示した対物レンズ部よりも真空度が高
いが、電子ビームが常に照射されている部分は汚染物が
堆積しやすい。ここにガス導入管１４のノズルを向け、
ガス分子１６を導入すれば、清浄化を行うことができ
る。ガスの圧力はこの部分の真空度と同じ程度でよい。
この反応機構は、実施例１と全く同様である。また上記
の構造や反応は、第１アパーチャ３および第２アパーチ
ャ７においても全く同様である。この清浄化の結果、対
物絞り９、第１アパーチャ３および第２アパーチャ７の
汚染の度合いが軽減され、ビーム位置変動量が１／５程
度に減少し、また、絞りやアパーチャの交換頻度が１／
２以下になった。

【００１５】（実施例３）図４は対物レンズ１１の部分
の拡大図である。通常、電子ビーム描画装置は試料室か
ら電子銃に向かって圧力が低くなるように、各部の排気
速度が設定されている。例えば、図４に示すの圧力１は
１０-6Ｔｏｒｒ、圧力２は１０-5Ｔｏｒｒ程度である。
汚染物の堆積量は圧力に比例するとすると、堆積量は圧
力１の部分が圧力２に比べて少ない。ここで、対物レン
ズ１１の下側からガス導入管１４でガス分子１６を導入
すると、排気速度に従ってガスが流れ、ガス分圧が分布
することになる。図４の例では、ガス圧力１は圧力２に
比べて低くなり、清浄力は圧力に比例するので、堆積量
と清浄力が釣り合うことになる。この結果、圧力１の部
分にガス導入管１４とは別にガスを導入しなくとも、清
浄化することが可能となり、ガスの消費を低減すること
が可能となる。図４の例は対物レンズ部であるが、第１
アパーチャ３および第２アパーチャ７の部分でも同様の
効果を得ることができる。

【００１６】またこれとは逆に、特定の部分の清浄力を
特に大きくする場合もある。実際の装置には、特に図示
は行ないが、例えばブランキングされたビームが小さい
領域に集中して照射される場所がある。この場合には、
その近傍に別のガス導入管を設けて必要な圧力でガスを
導入すればよい。この結果、照射部分の汚染が低減さ
れ、交換または研磨の頻度が１／２程度になった。

【００１７】（実施例４）第４の実施例として、本発明
の電子ビーム描画方法を用いた半導体集積回路の製造工
程を示す。

【００１８】図５Ａから図５Ｄはその工程を示す素子の
断面図である。Ｎマイナスシリコン基板１７に通常の方
法でＰウエル層１８、Ｐ層１９、フィールド酸化膜２
０、多結晶シリコン／シリコン酸化膜ゲート２１、Ｐ高
濃度拡散層２２、Ｎ高濃度拡散層２３、などを形成した
（図５Ａ）。次に、リンガラス（ＰＳＧ）の絶縁膜２４
を被着し、絶縁膜２４をドライエッチングしてコンタク
トホール２５を形成した（図５Ｂ）。

【００１９】次に、通常の方法でＷ／ＴｉＮ電極配線２
７材を被着し、その上に感光剤２６を塗布し、本発明の
電子ビーム描画方法を用いて感光剤２６のパターンニン
グを行った（図５Ｃ)。そして、ドライエッチングなど
によりＷ／ＴｉＮ電極配線２７を形成した。

【００２０】次に層間絶縁膜２８を形成し、通常の方法
でホールパターン２９を形成した。ホールパターン２９
の中はＷプラグで埋め込み、Ａｌ第２配線３０を連結し
た（図５Ｄ）。以降のパッシベーション工程は従来法を
用いた。

【００２１】なお、本実施例では主な製造工程のみを説
明したが、Ｗ／ＴｉＮ電極配線形成のリソグラフィ工程
で本発明の電子ビーム描画方法を用いたこと以外は従来
法と同じ工程を用いた。以上の工程により、質が低下す
ることなくパターンを形成することができ、ＣＭＯＳＬ
ＳＩを高歩留まりで製造することが出来た。本発明の電
子ビーム描画方法を用い半導体集積回路を製作した結
果、配線の解像不良の発生を防止でき、製品の良品歩留
まりが大幅に向上した。また、絞り交換やクリーニング
の頻度が減少し、単位時間当たりの生産量も向上した。

【００２２】

【発明の効果】電子光学系内に特定のガスを導入し、描
画用の電子ビームのエネルギーでイオンやラジカルなど
の活性種を発生させ、電子ビームの通路内を常に清浄し
ながら描画を行う。この結果、描画パターンの質の低下
をなくし、予測できない電子ビームの位置変動を減少さ
せることにより、高精度かつ高速に描画を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図。

【図２】反応機構を示す図。

【図３】本発明の第２の実施例を示す図。

【図４】本発明の第３の実施例を示す図。

【図５】本発明の電子ビーム描画方法を用いた半導体集
積回路の製造工程を示す図。

【符号の説明】

１：電子銃、２：電子ビーム、３：第１アパーチャ、
４：第１成形レンズ、５：成形偏向器、６：第２成形レ
ンズ、７：第２アパーチャ、８：縮小レンズ、９：対物
絞り、１０：偏向器、１１：対物レンズ、１２：試料、
１３：ＸＹステージ、１４：ガス導入管、１５：対物レ
ンズ内壁、１６：ガス分子、１７：Ｎマイナスシリコン
基板、１８：Ｐウエル層、１９：Ｐ層、２０：フィール
ド酸化膜、２１：多結晶シリコン／シリコン酸化膜ゲー
ト、２２：Ｐ高濃度拡散層、２３：Ｎ高濃度拡散層、２
４：絶縁膜、２５：コンタクトホール、２６：感光剤、
２７：Ｗ／Ｔｉ電極配線、２８：層間絶縁膜、２９：ホ
ールパターン、３０：アルミ第２配線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤徳郎東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子光学系内に電子ビームを放射する電子
源と前記電子ビームを加速する手段と前記電子ビームの
形状を決定する絞りと前記電子ビームを収束する電子レ
ンズとを具備して行う電子ビーム描画方法において、前
記電子光学系の前記電子ビームの通路内に特定のガスを
導入し前記電子ビームを加速する手段により加速された
前記電子ビームのエネルギーを用いて前記ガスのイオン
やラジカルを発生し前記電子ビームの通路内を常に清浄
しながら描画を行うことを特徴とする電子ビーム描画方
法。
【請求項２】請求項１の電子ビーム描画方法において、
前記特定のガスが酸素、酸化物、水素、水素化物、フッ
化物のうちの少なくとも１種であることを特徴とする電
子ビーム描画方法。
【請求項３】請求項２に記載の特定のガスのうち、フッ
化物が６フッ化硫黄であることを特徴とする電子ビーム
描画方法。
【請求項４】請求項１から請求項３の電子ビーム描画方
法において、前記特定のガスの分圧が真空容器内で部分
的に異なることを特徴とする電子ビーム描画方法。
【請求項５】請求項１から請求項４の電子ビーム描画方
法を用いることを特徴とした電子ビーム描画装置。
【請求項６】請求項１から請求項４の電子ビーム描画方
法を用いたことを特徴とする半導体集積回路。