JPH09306805A

JPH09306805A - パターン形成方法

Info

Publication number: JPH09306805A
Application number: JP11791596A
Authority: JP
Inventors: Iwao Tokawa; 巌東川; Shigehiro Hara; 重博原; Yoji Ogawa; 洋司小川; Soichi Inoue; 壮一井上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】対称なパターンを有するレチクルを高精度に形
成すること。【解決手段】遮光膜上にレジストを形成し、対称なパタ
ーンを可変成形電子ビームにより上記レジスト上に露光
する際に、露光パターンデータに基づいて、上記対称な
パターンを対称に分割し、分割された各部分１〜６のパ
ターンに対応した可変成形電子ビームを形成し、これら
可変成形電子ビームを用いて上記レジストの露光を行な
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスクやウェハ等
の試料上にパターンを形成するパターン形成方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】レチクルやフォトマスク等のマスク原盤
の枚数が少なくて済むパターンを形成する場合には、マ
スク原盤を用いずにパターンデータに基づいて直接形成
する方法が採用されている。

【０００３】例えば、レチクルは、露光パターンデータ
に基づいて電子ビームにより直接描画により形成する。
具体的には、直接描画の高速化に対して非常に有力な方
法である可変成形ビーム法を採用した電子ビーム露光方
法により形成する。

【０００４】レチクル等のマスク原盤のパターンには、
パターン位置、パターン寸法に対して厳しい精度が要求
されている。しかし、近年、半導体素子等の微細化に伴
ってパターンの微細化が進み、パターン位置、パターン
寸法の精度の劣化が問題となってきている。

【０００５】また、近年、マスク原盤の微細パターンの
転写光学像がコントラスト低下した（Ｋファクタの小さ
い）試料上にまで転写が試みられる結果、マスク原盤の
寸法誤差がより強調されたパターンが形成されるという
問題があった。

【０００６】一方、半導体デバイスにおいて規則的に設
計されるパターン、例えば、メモリセルパターン等にお
いては、デバイスとしての機能上の要求からパターンの
対称性の確保が必要である。

【０００７】しかしながら、従来の電子ビーム露光方法
により、対称なパターンを有するマスク原盤の作製を試
みても、非対称なパターンが不規則に発生し、設計通り
の対称なパターンを形成することは困難であった。

【０００８】その結果、マスク原盤のパターンの対称性
が不足し、十分な寸法精度の転写パターンが得られず、
対称なパターンを高精度に形成することは困難であると
いう問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、メモリセ
ルパターン等の規則的に設計されるパターンは、対称性
の確保が必要であるものの、マスク原盤の対称性の不足
により、寸法精度が不十分であるという問題があった。

【００１０】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、対称なパターンを従来
よりも高精度に形成できるパターン形成方法を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

［概要］上記目的を達成するために、本発明に係るパタ
ーン形成方法（請求項１）は、試料上に露光するべきパ
ターンの露光パターンデータに基づいて、前記パターン
の露光に必要な可変成形ビームを形成し、これら可変成
形ビームを用いて前記試料上に前記パターンを露光する
工程を有するパターン形成方法において、対称なパター
ンを可変成形ビームにより前記試料上に露光する際に、
露光パターンデータに基づいて、前記対称なパターンを
対称に分割し、分割された各部分のパターンに対応した
可変成形ビームを形成することを特徴とする。

【００１２】また、本発明に係る他のパターン形成方法
（請求項２）は、上記パターン形成方法（請求項１）に
おいて、前記対称なパターンが、線対称、回転対称、ま
たは線対称かつ回転対称に分割されることを特徴とす
る。

【００１３】また、本発明に係る他のパターン形成方法
（請求項３）は、試料上に露光するべきパターンの露光
パターンデータに基づいて、前記パターンの露光に必要
な可変成形ビームを形成し、これら可変成形ビームを用
いて前記試料上に前記パターンを露光する工程を同一パ
ターンに対して複数回行なう工程を有するパターン形成
方法において、対称なパターンを可変成形ビームにより
前記試料上に露光する際に、露光パターンデータに基づ
いて、前記対称なパターンを非対称に分割し、分割され
た各部分のパターンに対応した可変成形ビームを形成
し、これら可変成形ビームを用いて前記試料上に前記パ
ターンを露光する工程を同一パターンに対して複数回行
なうとともに、各工程毎に非対称に分割された対称なパ
ターンを合成することにより、対称に分割されたパター
ンが得られるように、各工程毎に前記対称なパターンを
非対称に分割することを特徴とする。

【００１４】また、本発明に係る他のパターン形成方法
（請求項４）は、上記パターン形成方法（請求項３）に
おいて、前記対称に分割されたパターンが、線対称、回
転対称、または線対称かつ回転対称に分割されたパター
ンであることを特徴とする。

【００１５】ここで、例えば、前記露光パターンデータ
の前記対称パターンの図形データ座標系を対称変換して
得られるデータに基づいて、前記対称なパターンを非対
称に分割する。すなわち、各工程毎に前記対称なパター
ンを非対称に分割する際に、前記パターンの分割する位
置を各工程毎に異なるようにする（請求項５）。例え
ば、図形パターンの分割の開始点を、例えば、図形パタ
ーンの左上から１つの工程に対して行ない、次いで右上
から次の工程に対して行ない、次いで左下から次の工程
に対して行ない、次いで右下から次の工程に対して行な
うことにより、前記パターンの分割を行ない、各工程毎
に分割されたパターンを全工程で合成することにより対
称に分割されたパターンが得られるようにする。

【００１６】また、本発明に係る他のパターン形成方法
の具体的な形態は、上記パターン形成方法（請求項１、
請求項３）において、前記試料が、レジストが形成され
たマスク原盤となる基板であり、前記レジスト上に前記
パターンを露光することを特徴とする。

【００１７】マスク原盤は、例えば、レチクル（チップ
の原寸大の２倍上のマスク）や、フォトマスク（チップ
の原寸大のマスク）である。また、本発明に係る他のパ
ターン形成方法の具体的な形態は、上記試料としてマス
ク原盤を用いた具体的な形態において、前記露光された
レジストを現像してレジストパターンを形成し、このレ
ジストパターンをマスクにして前記基板をエッチングす
ることにより、マスク原盤を形成することを特徴とす
る。この場合、マスク原盤上に対称性の高いレジストパ
ターンを形成できるので、対称性の高いパターンを有す
るマスク原盤を形成できるようになる。

【００１８】また、本発明に係る他のパターン形成方法
の具体的な形態は、上記マスク原盤を形成する具体的な
形態において、前記マスク原盤のパターンをウェハ上に
転写することを特徴とする。この場合、対称性の高いパ
ターンを有するマスク原盤を用いることができるので、
ウェハ上に対称性なパターンを高精度に形成できるよう
になる。

【００１９】本発明において、可変成形ビームは、例え
ば、電子線ビーム、光ビームまたはイオンビーム等を用
いて形成する。［作用］本発明（請求項１）では、対称なパターンを対
称に分割し、分割された各部分のパターンに対応した可
変成形ビームを形成し、これら可変成形ビームを用いて
試料上に前記対称なパターンを露光する。

【００２０】したがって、本発明（請求項１）によれ
ば、対称なパターンを対称的に露光することになるの
で、対称なパターンを非対称的に露光する従来法に比べ
て、対称性の高いパターンをより高精度に形成できるよ
うになる。

【００２１】また、本発明（請求項３）によっても、上
記発明（請求項１）と同様に、結果的に対称なパターン
を対称的に露光することになるので、対称性の高いパタ
ーンを高精度に形成できるようになる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。（第１の実施形態）本実施形態は、本発明をレチクルの
作成に適用した例である。

【００２３】まず、石英基板上にクロム膜／クロム酸化
物膜の積層膜からなる遮光膜が形成されてなる０．２５
インチ厚、６インチ方形のブランクスを用意する。次に
上記遮光膜上にネガ型電子ビームレジストＳＡＬ６０５
（Ｓｈｉｐｌｅｙ社製）を０．５μｍ膜厚で塗布した
後、上記レジストに所定のベーキング処理を施する。

【００２４】次に加速電圧１５ＫｅＶで動作する可変成
形電子ビーム（ＶＳＢ）露光装置に上記ブランクスをセ
ットする。このＶＳＢ露光装置は、ブランクス上で、一
辺が２．５５μｍの正方形、および一辺が２．５５μｍ
の正方形内に収まる長方形および直角三角形のＶＳＢシ
ョットを発生するステージ連続移動描画機能を有してい
る。

【００２５】このようなＶＳＢ露光装置を用いて、ビー
ムの最大偏向幅で決めるストライプ状の領域の露光をブ
ランクスが載置されたステージを連続移動させて順次行
なって、所望領域の露光を行なう。露光量は６μＣ／ｃ
ｍ² に設定した。また、本実施形態では、露光パターン
データとして、半導体記憶素子の一工程のデータを用い
た。

【００２６】露光パターンデータ中、セルアレイ領域に
敷き詰められている図１（ａ）に示すパタ−ンに対して
は、図１（ｂ）に示すように該パターンを対称的に分割
し、分割された各部分１〜６のパターンに対応した可変
成形ビームを形成し、この可変成形ビームを用いて露光
を行う。すなわち、対称なショット分割を施して露光を
行なう。

【００２７】また、部分４以外の部分に対応した可変形
成ビームは全て図１（ｃ）に示す最大ショットサイズの
ものである。このように最大ショットサイズの部分が多
くなるように対称的に分割すれば、少ないショット数で
済み、スループットを高めることができる。

【００２８】次にＶＳＢ露光装置からブランクスを取り
出し、このブランクスに所定のベーキング処理を施す。
次に専用現像液を用いてスプレー現像処理を６５秒行な
い、続いて超純水によるリンス処理を行なった後、乾燥
処理を行なう。この結果、遮光膜上にネガ型電子ビーム
レジストからなるレジストパターンが形成される。

【００２９】次に遮光膜のエッチングの前処理として、
平行平板型の高周波プラズマエッチング装置を用いて酸
素と窒素と混合ガス（酸素：窒素＝１５：８５）でデス
カムエッチングを行なう。このデスカムエッチングは、
真空度１００ｍＴｏｒｒ、高周波電力５０Ｗで４５秒行
なう。

【００３０】次に平行平板型のマグネトロン高周波プラ
ズマエッチング装置内にブランクスをセットし、該ブラ
ンクスを７０℃に保持し、塩素と酸素とアルゴンの混合
ガス（塩素：酸素：アルゴン＝９５：５：１００）を用
いて、上記レジストパターンをマスクにして遮光膜をエ
ッチングする。高周波電力は１５０Ｗで、エッチング時
間は１５分である。

【００３１】最後に、オゾンを反応主体とするエッチン
グ処理により、上記レジストパターンを除去して、レチ
クルが完成する。このようにして得られたレチクルのパ
タ−ン寸法をレーザービームを用いた寸法測定装置によ
り測定し、レチクルのパタ−ン精度を評価した。

【００３２】測定は、図２に示すように、左右のパター
ン端部１１，１２からそれぞれ１．５μｍ程度離れた位
置におけるパターン幅Ｌ１１，Ｌ１２に対して行なっ
た。そして、左右各三回ずつ同一パタ−ンについて測定
し、セルアレイ領域で、ランダムに１００パタ−ン測定
した。

【００３３】その結果、設計データに対して、０．１μ
ｍ一様に大きかったが、寸法のばらつきは、３σで１
２．８ｎｍという小さい値、また、左側と右側の平均値
の差は１．２ｎｍという小さい値であった。

【００３４】一方、従来法の場合、つまり、図３に示す
ように非対称なショット分割を施して露光を行なった場
合には、同様のプロセスを経て形成したレチクルのパタ
ーン寸法のばらつきは、３σで２１．７ｎｍで、左側と
右側の平均値の差は５．１ｎｍであった。このような大
きなばらつきは非対称なショット分割を施して露光を行
なったこと、さらに、スキャン幅等の制約でさらに非対
称（不規則）に分割されたことに原因がある。（第２の実施形態）まず、第１の実施形態と同様のブラ
ンクスを用意し、第１の実施形態と同様にＶＳＢ露光装
置を用いて露光を行なう。露光パターンデータとして
は、半導体記憶素子の一工程のデータを用いた。

【００３５】露光パターンデータ中、セルアレイ領域に
敷き詰められている図４（ａ）に示すパタ−ンに対して
は、図４（ｂ）に示すように該パターンを対称的に分割
し、分割された各部分のパターンに対応した可変成形ビ
ームを形成し、この可変形成ビームを用いて露光を行
う。すなわち、対称なショット分割を施して露光を行な
う。露光量は６μＣ／ｃｍ² に設定した。

【００３６】次にＶＳＢ露光装置からブランクスを取り
出し、第１の実施形態と同様のプロセスに従ってレチク
ルを作成する。このようにして得られたレチクルのパタ
ーン寸法をレーザービームを用いた寸法測定装置により
測定し、レチクルのパターン精度を評価した。

【００３７】測定は、図５に示すように、幅の狭い中央
部分のパターン幅Ｌ２１に対して行なった。そして、セ
ルアレイ領域で、ランダムに１００パターン測定した。
その結果、寸法のばらつきは、３σで１５．８ｎｍであ
った。

【００３８】一方、従来法の場合、つまり、技術では、
図６に示すように非対称なショット分割を施して露光を
行なった場合には、同様のプロセスを経て形成したレチ
クルのパターン寸法のばらつきは、３σで２１．３ｎｍ
であった。

【００３９】また、トップダウン型の測長ＳＥＭによ
り、中央部分のパターン幅を１．０μｍの間隔で２５箇
所を測り、エッジと認識した両端の点の位置からエッジ
ラフネスを測定すると、つまり、中央部分の幅の一様性
を評価したところ、図６のショット分割の場合に比べ
て、図４のショット分割の場合では、エッジラフネスが
約２５％向上していることを確認した。このエッジラフ
ネスは中央部分の直線性の向上を反映しているものと考
えられる。

【００４０】さらに、中央部分が一つのショットとなる
図７に示すショット分割で露光を行なった場合、測定領
域は中央の一つのショットに含まれ、この場合の寸法の
ばらつきは３σで１１．７ｎｍまで向上することを確認
した。

【００４１】本発明者等は、露光パターンデータに基づ
いて図７に示す分割で露光ショットデータを生成し、こ
の露光ショットデータを用いて製作したレチクルにペリ
クルを装着し、これをメモリデバイスを製造するリソグ
ラフィー工程に適用した。

【００４２】アライナを用いてレチクルのパターンをウ
ェハ上のレジストに転写して、レジストパターンを形成
し、このレジストパターンのレチクルの中央部分に相当
する領域の線幅を測長ＳＥＭを用いてトップダウンイメ
ージにより測定した。その結果、線幅は平均値に対して
全てが±６．２％に入っていた。

【００４３】レチクルのパターンは１／４倍に縮小され
てレジスト（ウェハ）上に転写されるので、４倍体のレ
チクル上のばらつきをレジスト上の値に換算して比較し
た。その結果、レチクル上に比べて、レジスト上のほう
がばらつきは大きかったが、リソグラフィー工程に許さ
れるマージンを逸脱することはなく、レジストパターン
の寸法精度（対称性）は十分に高かった。

【００４４】一方、露光パターンデータに基づいて図６
に示す従来の分割で露光ショットデータを生成し、この
露光ショットデータを用いて製作したレチクルにより得
られたレジストパターンのレチクルの中央分に相当する
領域の線幅を測長ＳＥＭを用いてトップダウンイメージ
により測定した。その結果、線幅は平均値に対して±１
０％を越えるものがあり、リソグラフィー工程に許され
るマージンを逸脱していた。

【００４５】全層で２８枚のレジストパターンを用いて
製作されるメモリデバイスの製造工程において、特にパ
ターン寸法精度要求の厳しい７枚（例えばゲートパター
ンに係るレジストパターン）に対して本発明を適用し、
これを用いてメモリデバイスを作製した。製作したメモ
リデバイスの性能を解析したところ、ゲート寸法の高精
度化に起因すると考えられる性能および歩留まりの向上
が得られた。（第３の実施形態）まず、第１の実施形態と同様のブラ
ンクスを用意し、第１の実施形態と同様にＶＳＢ露光装
置を用いて露光を行なう。

【００４６】ただし、本実施形態では、同一のＶＳＢ露
光装置により、同一の対称なパターンに対して露光を４
回繰り返す多重露光を行なう。露光量は２０μＣ／ｃｍ
² で全ての露光で同じである。

【００４７】本実施形態では、第２の実施形態と同じ露
光パターンデータに基づいて、図８（ａ）〜図８（ｂ）
に示す４種類の非対称な分割に対応した４種類の露光シ
ョットデータを生成し、これら露光ショットデータを用
いて同一のパターンに対して４回の露光を行なう。

【００４８】図８（ａ）〜図８（ｂ）にはそれぞれ非対
称に分割された対称なパターンが示されているが、これ
ら４種類の非対称に分割された対称なパターンを合成す
ることにより、対称に分割されたパターンが得られるよ
うに、４種類の分割が選ばれている。

【００４９】このような分割は、ショット単位への分割
に当たって原点をパターンの左上、右上、左下、右下に
設けることにより得られる。次に第１の実施形態と同様
にＶＳＢ露光装置からブランクスを取り出し、このブラ
ンクスに所定のベーキング処理を施し、専用現像液を用
いてスプレー現像処理を５０秒行ない、超純水によるリ
ンス処理を行った後、乾燥処理を行なう。この結果、第
１の実施形態と同様に、遮光膜上にレジストパターンが
形成される。

【００５０】この後、第１の実施形態と同様に、デスカ
ム処理、エッチング処理およびレジスト剥離処理を行な
って、レチクルが完成する。このようにして得られたレ
チクルのパターン寸法をレーザービームを用いた寸法測
定装置により測定し、レチクルのパターン精度を評価し
た。

【００５１】測定は、図５に示すように、幅の狭い中央
部分のパターン幅Ｌ２１に対して行なった。そして、セ
ルアレイ領域で、ランダムに１００パターン測定した。
その結果、寸法のばらつきは、３σで１１．８ｎｍとい
う小さい値であった。

【００５２】なお、本実施形態では、４種類の非対称な
分割に対応して４回の露光を行なったが、このような一
連の４回の露光をｎ回（ｎは２以上の自然数）行なって
も良い。（第４の実施形態）第１〜第３の実施形態は本発明を線
対称かつ回転対称にパターンに対して適用した例である
が、本実施形態は本発明を図９に示すように回転対称な
図形が繰り返されたパターンに適用した例である。

【００５３】ショット分割は図１０（ａ）に示すように
回転対称になっていれば良い。この場合、図１０（ｂ）
に示す最大ショットサイズ以外のショットサイズを含む
が、パターンによっては図１０（ｃ）に示すように同一
サイズで分割できる場合がある。この場合、さらに精度
の高いマスクパターンを高いスループット形成できるよ
うになる。さらに、第３の実施形態と同様に、図１０
（ｅ）〜図１０（ｆ）に示す非対称なパターンを組合せ
て多重露光するすることも可能である。

【００５４】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。例えば、上記実施形態では、本発明
をパターンの全体に適用したが、例えば、図１１（ａ）
に示すように、ゲート配線２１のうちＭＯＳトランジス
タのゲート部分（ゲート電極部分）２１ａ（図中のハッ
チング部分）を含む一部分の領域のみに適用しても精度
の向上効果は得られる。

【００５５】あるいはコンタクトホールに接続する配線
パタ−ンのうちコンタクトホールに接続する部分を含む
一部分の領域に適用しても精度の向上効果は得られる。
また、上記実施形態では、レチクルの作製について説明
したが、本発明はフォトマスクの作製にも適用できる。

【００５６】また、上記実施形態では、電子ビームを用
いた場合について説明したが、本発明は光ビームやイオ
ンビーム等の他のビームを用いた場合にも適用できる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施できる。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、対
称なパターンを対称に分割し、分割された各部分のパタ
ーンに対応した可変成形ビームを形成し、これら可変成
形ビームを用いて試料上に前記対称なパターンを露光す
ることにより、対称性の高いパターンを高精度に形成で
きるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方
法を説明するための図

【図２】レチクルのパタ−ン精度の評価方法を説明する
ための図

【図３】従来のパターン形成方法を説明するための図

【図４】本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方
法を説明するための図

【図５】レチクルのパタ−ン精度の評価方法を説明する
ための図

【図６】従来のパターン形成方法を説明するための図

【図７】第２の実施形態の変形例を説明するための図

【図８】本発明の第３の実施形態に係るパターン形成方
法を説明するための図

【図９】本発明の第４の実施形態に係るパターン形成方
法により形成するパターンを示す図

【図１０】本発明の第４の実施形態に係るパターン形成
方法を説明するための図

【図１１】本発明をゲート配線に適用した場合を説明す
るための図

【符号の説明】

１〜６…分割部分１１，１２…パターン端部２１…ゲート配線２１ａ…ゲート部Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１…パターン幅

フロントページの続き (72)発明者井上壮一神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料上に露光するべきパターンの露光パタ
ーンデータに基づいて、前記パターンの露光に必要な可
変成形ビームを形成し、これら可変成形ビームを用いて
前記試料上に前記パターンを露光する工程を有するパタ
ーン形成方法において、対称なパターンを可変成形ビームにより前記試料上に露
光する際に、露光パターンデータに基づいて、前記対称
なパターンを対称に分割し、分割された各部分のパター
ンに対応した可変成形ビームを形成することを特徴とす
るパターン形成方法。
【請求項２】前記対称なパターンは、線対称、回転対
称、または線対称かつ回転対称に分割されることを特徴
とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】試料上に露光するべきパターンの露光パタ
ーンデータに基づいて、前記パターンの露光に必要な可
変成形ビームを形成し、これら可変成形ビームを用いて
前記試料上に前記パターンを露光する工程を同一パター
ンに対して複数回行なう工程を有するパターン形成方法
において、対称なパターンを可変成形ビームにより前記試料上に露
光する際に、露光パターンデータに基づいて、前記対称
なパターンを非対称に分割し、分割された各部分のパタ
ーンに対応した可変成形ビームを形成し、これら可変成
形ビームを用いて前記試料上に前記パターンを露光する
工程を同一パターンに対して複数回行なうとともに、各
工程毎に非対称に分割された対称なパターンを合成する
ことにより、対称に分割されたパターンが得られるよう
に、各工程毎に前記対称なパターンを非対称に分割する
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項４】前記対称に分割されたパターンは、線対
称、回転対称、または線対称かつ回転対称に分割された
パターンであることを特徴とする請求項３に記載のパタ
ーン形成方法。
【請求項５】各工程毎に前記対称なパターンを非対称に
分割する際に、前記パターンの分割する位置を各工程毎
に異なるようにすることを特徴とする請求項３に記載の
パターン形成方法。