JPS59117214A - 電子ビ−ム及び光による露光パタ−ンの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、電子ビーム・リソグラフィ、さらに具体的に
いえば電子ビーム露光／ステムのスループントを改善す
るだめの方法、および電子ビームの近接効果を削減ない
し除去するだめの方法に関するものである。

〔背景技術〕

電子ビームは、非常に小さな直径のものを作ることがで
き、超小型回路製造用の非常に高分解能のパターンを書
込むのに使用されてきた。直径の小さな電子ビームは、
゛高密度の超小型回路を製造する際の直接書込みリング
ラフィ手段としてだけではなく、間接的に超小型回路製
造用の高分解能マスクを形成するためにも使用されてき
た。

残念ながら、高分解能の電子ビーム・パターンを連続露
光することは非常に時間がかかる。電子ビーム露光シス
テムの費用が高く、実際的な大きさの高密度リングラフ
ィ露光パターンを形成する際のスループントが比較的小
さい（せいぜい１時間に１ダースのパターン露光）だめ
に、将に直接書込み超小型回路製造を手段として、電子
ビーム・リソグラフィを製造に直接使用することは制限
されてきた。スループットをずっと大きくする（すなわ
ち、電子ビーム露光システム１台当り１時間毎のパター
ン露光数を増やす）必要がある。

「二重極性、単一レシスト混合（電子ビーム／光）製版
法」と題するＴ、バーカーとＳ。ベルナツキの論文ｒ■
ｇｇｇ電子装置レターズＪＥＤＬ−第２巻、第１１号、
２８１〜２８ろ頁（１９８１年１１月）には、パターン
中の小さな幾何図形まだは形を電子ビーム装置で露光し
、同じパターン中の大きな幾何図形または形は、光で露
光する方法が記載されている。小さ力形だけを電子ビー
ムに露出させる方がパターン中の全ての形を電子ビーム
に露出させるよりも、時間がかからないと思われてきた
。確かに、若干の電子ビーム露光ンステムでは、その通
りである。しかし残念ながら、現像の際にパターン中の
光で露出された形は、元露元／ステムあ・よび光露光／
現像プロセスによって決まる分解能とエツジ輪郭をもち
、パターン中の電子ビームで露光された形は電子ビーム
装置および電子ビーム露光／現像プロセスによって決ま
る分解能とエツジ輪郭をもっている。この違いから、プ
ロセスおよびパターン設計にパターン全体を電子ビーム
で露光する場合にはなかった、余分の制限条件が課され
る。この方法を利用するため、新しいまたは修正された
製造プロセスまだはパターン設計を開発することもでき
るが、実際には電子ビーム・パターン露光に直接取って
代わる露出プロセスとして使用できない。

高分解能電子ビーム・リングラフィのより広範な使用を
妨げているもう一つの問題は「近接効果」である。電子
ビームが、電子ビーム感応性レジストなどの物質中を通
過するとき、ビーム中の高エネルギー性−次電子が物質
中の分子と衝突し、横に偏向しあるいはランダムに散乱
する。衝突によって二次電子も解放され、前方だけでな
く横方向や後方にも移動する。電子ビーム感応性レジス
トと支持基板の間の境界などの物質界面では、二次電子
の後方散乱が特に大きい。−次電子および二次電子の側
方散乱により、付近の側方領域は散乱電子にさらされる
。露光しようとする２つの領域が接近していると、それ
ぞれがその領域の照射中に直接の電子ビームを受けるだ
けでなく、隣接領域の露光中に電子の側方散乱ないし拡
散による余分の量の電子ビーム露光をも受ける。その結
果、密接した領域は、同じ入射量でも孤立した領域より
も激しく露光されることになる。従って、電子ビーム感
応性レジストが一定入射量の電子ビームでパターン全体
を露光される場合、他の電子ビーム露光領域に隣接する
電子ビーム露光領域は、孤立した電子ビーム露光領域と
は異なるように現像される。これが近接効果と呼ばれて
いるものである。

近接効果を避けるだめの先行技術による方法は、隣接領
域の入射露光量を適当に減らすことによって、隣接領域
から散乱される電子による追加分の予想露光を補償する
ことである。パターン中のどこでも合計露出がほぼ均一
になるように複合・くターンの各要素領域で必要とされ
る線量を計算する、精巧なコンピュータ・プログラムが
開発されてきた。孤立領域は、他の領域と隣接する領域
よりも、入射露光が大きくなる。

この技術は極めて有効であるが、かかるプログラムを開
発する費用が高く、また必要とされる大がかりなコンピ
ュータ計算の実施、投与量テークの記憶、コンピュータ
で制御される変動線量の能力をもつ電子ビームの開発、
製造、保守に余分の費用がかかるだめにかなり高価でも
ある。

近接効果を補償するために露光線量を変動させるという
先行技術の方法のもう一つの問題は、露光プロセスが本
来的に露光パターンのどこでも均　　−一な人射露光線
景をもたらすものである場合には、この方法が全く使用
できないことである。例えば、電子ビームでマスクを照
射して、電子ビーム露光パターンを形成する場合、ある
いはパターン化層が直接電子のパターンを放出する場合
がそうである。かかる電子ビーム・シャドーマスクおよ
びパターン化電子放出装置は、現時点では実際に使用さ
れていないが、将来かかる技術が開発される可能性があ
る。

１９８２年１１月６日にフレンチャージョーンズによっ
て出願された「電子ビーム製版法の近接効果補正方法」
についての米国特許出願通し番号第４５１２４１号には
、側方散乱による隣接形からの露光寄与を計算すること
なく、また投与される電子ビーム露光線量を変動させる
必要なしに、露光パターンが近接効果に対して余り敏感
でなくなるように電子ビーム露光パターンを修正する技
術が記載されている。残念ながら、この技術ではし 電子ビーム露光システムのスループットは大きく変化し
ない。

高分解能パターンの露光を作るのに必要な電子ビーム露
光システムの時間を減らすことが、本発明の一目的でち
る。

第２の目的は、パターン中のどこでも電子ビーム分解能
を維持し、かつどこでも電子ビーム・パターン露光の特
徴である現像されたエツジ輪郭を維持しながら、電子ビ
ーム露光ンステムのスループントを改善することでるる
。

本発明の第６の目的は、投与される露ｆＣ，線量を変動
させる必要なしに、電子ビームの近接効果を同時に削減
ないし除去することである。

第４の目的は、側方散乱効果による隣接形からの露光寄
与を計算する必要なしに、電子ビーム露光ンステムのス
ループットが改善され、電子ビームの近接効果が減少し
た、パターン露光法を実現することである。

〔発明の開示〕

本発明によれば、完全なパターンの一部分を電子ビーム
照射によって形成し、残りの一部を光照射によって形成
することにより、完全なリングラフィ用照射パターンが
形成される。電子ビーム照射ハタ−７部分は、所期の完
全なパターンの全てのエツジを輪郭画定し、光照射パタ
ーン部分は残りの領域を埋め、両方併せて所期の完全な
露光パターンを形成する。エツジは全て電子ビーム照射
によって輪郭画定されるので、完全なパターンに露光さ
れた放射線感応層によって電子ビームパターン照射に特
徴的なエツジが現像される。

パターン全体が電子ビームで露光されないので、電子ビ
ーム露光システムのスループットは改善される。できれ
ば、電子ビームによるエツジ輪郭画定の露光幅は側方散
乱効果によるパターン中の隣接する形からの露光寄与を
計算する必要なしにまた投与される電子ビーム露光線量
を変動させる必要力しに、近接効果が自動的に減少また
は除去されるように、パターンの最小線幅のオーダーと
するのがよい。パターンのエツジを電子ビームで輪郭画
定するために露光幅をより広くすることは、電子ビーム
露光パターン部分に対する光露光パターン部分の位置合
せ公差が大きくなるという利点がある。

〔発明の最良の実施方法〕

第１図は、２つの大きな方形領域１０，１２およびそれ
をつなぐ狭い棒１４からなる、簡単な露光パターンの全
体を図示したものである。不発明によれば、露光パター
ン全体のエツジは、電子ビーム照射によって輪郭画定さ
れ、非エツジ領域は光で露光される。エツジ・パターン
部分１６は点描し、非エツジ・パターン部分１８は平行
斜線で描いである。

できれば、電子ビームによるエツジ輪郭画定は望ましく
ない近接効果を減らすために、夫かぎり狭くすべきであ
る。望ましくない近接効果は主として電子ビームが比較
的大きな面積を露光するときに生成される散乱電子の数
が余剰なことによる。

大面積の電子ビーム露光を避けることによって本発明で
は大きな部分での近接効果を自動的に避けている。

第１図では狭い棒１４は露光パターン全体の最小線幅で
あると仮定しである。従って、電子ビーム照射で狭い棒
１４ば、完全に露光されている。

できれば、その他のエツジも、第１図（で示すように露
光パターン全体の最小線幅とほぼ等しい、電子ビーム照
射帯で輪郭画定するとよい。しかし、電子ビームによる
エツジ輪郭画定の幅を、露光パターン最小線幅よりも広
くまたは狭くすることも可能である。

電子ビーム露光ノステムが、露光パターンの最小線幅よ
りも狭い幅の、電子ビーム露光帯を形成することができ
、元パターンおよび電子ビーム・パターンの位置合せを
充分正確にできる場合には最小線幅よりも狭い幅でエツ
ジ輪郭画定すれば、望ましくない近接効果はさらに小さ
くなり得る、電子ビームによるより幅の広いエツジ輪郭
画定が、第２図に示しである。後でさらにはつきりする
ように電子ビームによるより幅の広いエツジ輪郭画定は
、例えば、本発明にもとづいて電子ビーム露光パターン
と光露光パターンを重ね合せるとき、必要な位置合せ精
度を下げるのに有用である。残念力ことに光露光パター
ンは、約１／２ミクロンよりもよい分解能で形成するこ
とが難しい。Ｘ線リソグラフィによって将来この限界が
ある程度拡大されるかもしれない。しかし元すノグラフ
ィに対する現在の分解北限界の示唆する所によれば、電
子ビーム・エンジ帯の実用的最小！喝は約１／２ミクロ
ンと思われる。

第２図では、光露光部分１８と電子ビーム露光部分１６
の間に名目上露光されない帝２０が示されている。名目
上露光されない帯が許容され得る、のは、隣接の電子ビ
ーム露光帯から名目上露光されない帯中に電子が散乱す
るためである。また、実際上には、名目露光帯をもつ線
はどんな線でも、必ず展開してやや広い線になるもので
ある。この露光パターン展開中のエツジのふくれを利用
して、適当に狭い幅の名目上露光されない帯を取り除く
ことができる。適当に狭い幅の名目上露光されない帯２
２は、第６図に示すように、２本の電子ビーム露光エツ
ジ輪郭帯の間にも存在することかある。この名目上露光
されない帯２２は、それが充分に狭ければ、現１家中に
も消滅するものである。

第４図は、第２図の光露光パターン部分が電子ビーム露
光パターン部分に対して誤登録ないし誤位置合せされる
場合を図示したものである。第２図では、光露光パター
ンと電子ビーム露光パターンは重なっている。第４図で
は、誤位置合せのために光露光パターンと電子ビーム露
光パターンが全く重ならない領域２４と、第２図の場合
よりもずっと多く重なる領域が存在する。幸いなことに
電子ビームと光線の両方にさらされた場合でも、両方に
感応する媒体は、一般に（恐らくはエツジを除いて）同
様の展開を示す。

先述のように、適当に狭い非露光帯は現像中に消失し、
外側エツジが電子ビーム放射によってなお画定されてい
る限り、電子ビーム露光部分と光露光部分の重なりが増
しても著しい影響はない。

従って、第４図に示す上に置かれた誤登録されたパター
ン（て対して露光された放射線感応層は、第２図に示す
上に置かれた正しく登録されたパターンに対して露光さ
れた放射線感応層の場合とほぼ同じ最終パターンを展開
する。この光露光パターンと電子ビーム露光パターンの
間のある程度の誤位置合せに対する許容幅は、一般に電
子ビーム・エツジ輪郭帯の幅および光パターンと電子ビ
ーム・パターンの間の重なりが増すにつれて大きくなる
。

次にリングラフィ用レジスト・パターンを形成するだめ
のプロセスの使用方法について詳しく説明する。レジス
ト層に形成しようとするパターンは、第５−１図に示し
だ丁字形パターンろ０であると仮定する。名目上露光さ
れたパターンが現像されるとき生じるエツジのふくらみ
（まだはエツジの移動）を補償するため、所期の丁字形
パターンのエツジをまず片寄らせ、ないし内側に移動き
せる。この片寄りの大きさは、露光すべき放射線感応性
物質の組成と厚さ、ならびにそのエツジでのパターン露
光の型式と線量、現像の型式と長さなどによって決まる
。一般に必要とされる片寄りの大きさは、試１験パター
ンを露光して現像し、次に生じたエツジのふくらみの大
きさを測定することによって決定される。

エツジを片寄らせ丁字形パターンが、第５２図に示しで
ある。パターンはまた電子ビームで書込むために通常行
われるように、この片寄ったパターンを２つの基本形（
長方形ろ２と正方形５４）に再分割される。電子ビーム
・パターンの分割は、通常データ圧縮を容易にし、電子
ビームによる書込み制御するだめのパターン発生機構の
インプリメンテーンヨンを簡単にするだめに行われる。

不発明の方法では、実際に分割を必要としない。

第５６図では、各基本形のエツジが電子ビーム露光帯に
よって輪郭画定され、電子ビーム露光パターン６６を形
成している。互いに分離していない完全にエツジが輪郭
画定された形であるために、エツジ帯部分ろ８．４０は
、１字形の内部にあり、完全なパターンのどの外側エツ
ジをも実際に輪郭画定しないことに注意すべきである。

その結果、光露光できだはずのある領域が不必要な電子
ビーム露光を受けるが、これは得らｈる’Ａ光パターン
に対して有害な影響を与えない。電子ビーム書込みンス
テムで完全な非分割パターンの外側エツジだけをうまく
有効に露光できるなら、他の欠点が生じないものとして
、かかる電子ビーム・パターンが有利である。第５４図
は、非分割露光パターンに対応する別、云の電子ビーム
露光バター７３６を図示したものである。

第５６凶の電子ビーム露光バク−７５６ノ上Ｋ、光露光
パターン４２が置かれている。図示した光露光パターン
は、完全パターンの外側エツジと対応しないエツジ帯部
分をも覆うないし重なっている。別法として、希望する
場合には、第５６図で光露光パターンからエツジ帯部分
３Ｂ、４０を除外することも可能である。光露光パター
ン４２は、第５４図にも示しである。

次に第５４図の合成露光パターンを用いて、レジスト・
パターンを形成する。第６．１図で操舵式電子ビーム４
８を用いて、物体４６上の放射線感応性レジスト層４４
に電子ビーム露光パターン６６を投与する。この目的に
適したレジストは、例えばシソプリーＡＺＩろ５０Ｊレ
ジスト、シンプリーＡＺ　２４００レジスト、またはポ
リメチルメタクリラート（Ｐ　ＭＰ／ＩＡ　）レジスト
である。

第６２図で、マスク５０をフラッド光線５２で撮像する
ことによって、光露光パターン４２を放射線感応性レジ
スト層４４に投与する。マスク５０は、電子ビーム・リ
ングラフィなどの標準的リングラフイ技術を用いて調整
することができる。

レジストが敏感な領域の光（できれば紫外光）を発する
、フラツト・ソース５２を使用する。露出パターン６６
に対するマスク５０の位置合せは標準的位置合せ技術を
用いて行う。できれば電子ビーム露光パターン３６とマ
スク５０の両方を、それぞれ物体４６についている位置
合せマーク（図示せず）に対して登録するとよい。レジ
スト層４４上へのマスク撮像は、密着印画、近接または
引伸しリングラフィを用いて行うことができる。

第６６図では、露光されたレジスト層４４が現像済みで
ある。レジストが陽の場合、露光領域は図のように溶は
去って、レジスト層中にＴ形の開口部が残る。レジスト
が陰の場合は、レジスト層の非露光領域がその代りに溶
は去る。

通常の技能をもつ者には自明なはずであるが、本発明に
ある種の変更や１し正を加えることができる。例えば完
全な露光パターンの形成についてまず電子ビーム露光パ
ターンを用いて露光し、次に光露光パターンで露出する
と説明したが、露出の順序を逆にすることかでき、また
理論的には、２種の露光を同時に行うこともできる。ま
た電子ビーム露光パターンは、操舵式電子ビームによる
直接書込みで発生させると説明したか、理論的には電子
ビーム・マスクまたはパターン付けされた電子放出装置
を使用することが可能である。光露光パターンも、理論
的には操舵式光線を用いて発生させることができる。下
記の特許請求の範囲によって定義される、本発明の精神
と範囲から外れるコトナく、これらのおよびその他の修
正を加えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にもとづいて、電子ビーム露光パター
ンと光露光パターンを重ね合せることによって形成され
た、簡単な露光パターンの全体を図示しだものである。 第２図は、パターンの誤位置合せ許容幅を改善する、修
正された電子ビーム露光パターンと光露光パターンを重
ね合せることによって形成された、同じ露光パターンの
全体を示しだものである。 第６図は、電子散乱を利用してパターン露光の一部をも
たらす、露光パターンの全体を図示したものである。 第４図は、誤位置合せされているが、同じ露光パターン
の全体を生成する第２図の電子ビーム露光パターンと光
露光パターンを示しだものである。 第５．１図ないし第５．４図は、もう一つの簡単な露光
パターンの全体用の溝底電子ビーム露光パターン部分と
光露光パターン部分の形成をステンプ毎に図示したもの
である。 第６１図ないし第６６図は、本発明の露光プロセスを用
いてのレジスト・パターンの形成を図示しだものである
。 １６・・・・エツジ領域、１８・・・・非エツジ領域量
Ｈ人　　　（ンｌ−＋’／ヨナル・ビジネス・７）−ス
ズ・コづｆレー／ヨン第２図 第３図 第５．４図 第６．２図 ２ ｚ 第６．３図 ６５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所期の露光パターンのエツジ領域を電子ビームで露光し
   、 前記所期の露光パターンの非エツジ領域を光で露光して
   前記所期の露光パターンを形成する方法。