JPS6399526A - 電子ビーム近接効果補償方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は一般的には集積回路製造方法に関し、特に電子
ビームの近接効果を補償する方法に関する。

〔従来技術およびその問題点〕

数百または数千の個々の素子を含む集積回路は、通常シ
リコン・ウェー７アのような半導体基板上に形成される
。集積回路を製造するためには、パターン形成された半
導体、絶縁体、導体の材料の層が所望回路が完成するま
で基板表面上に連続的に与えられる。

集積回路の１つの層をパターン形成する典型的な方法は
、基板の上面に反応性材料を付加し、その反応性材料を
放射性エネルギ源に露出し、その反応性材料を現像して
基板表面上に”マスク”を形成するものである。その層
はマスクを介してパターン形成され、その後マスクは除
去される。マスクを形成するプロセスはしばしばリソグ
ラフィと呼ばれる。

たいてい、反応性材料が露出される放射性エネルギは可
視または紫外線領域の電磁放射であシ、反応性材料はフ
ォトレジストであシ、そのプロセスはフォトリングラフ
ィと呼ばれる。しかし、収積回路の寸法が減少するにつ
れて、可視光または紫外線光の比較的長い波長がマスク
の解像度の限定要素となる。結局のところ、短かい波長
の放射エネルギを用いて反応性層を露出することに大き
な関心が存在する。リソグラフィにおいて期待が持たれ
る放射エネルギには電子ビーム（Ｅビーム）が含まれる
。

Ｅビーム・リングラフィ法は秀れた解像度を与えること
ができるけれども、この方法にも問題や欠点がある。Ｅ
ビーム・リソグラフィに関連した大きな問題は”近接効
果”と呼ばれるものであム簡単にいうと、Ｅビーム近接
効果は、Ｅビームが反応性層、下方層および基板にぶつ
かるときの電子の後方散乱によって生じる。後方散乱の
ために反応性層の各部の有効露出が増大し、構造の寸法
がバラつく。Ｅビーム近接効果は、大きく分離された形
状では特に厄介ということはないが、格子パターンのよ
うな密集構造の寸法は太きくずれることがある。

Ｅビーム近接効果に対しては多くの補償方法が提案され
ている。その１つは、Ｏｗｅｎ他によシ”　Ｐｒｏｘｉ
ｍｉｔｙ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｆｏ
ｒ　ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ
ｙ　ｂｙ　ＥＱｕａｌｉｚａｔｉｏｒ＋　ｏｆＢａｃｋ
ｇｒｏｕｎｄ　Ｄｏｓｅ”、　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　
Ａｐｐｌ　１ｅｄＰｈｙｓｉｃｓ、　Ｖｏｌ、５４．Ｎ
ｏ、６　Ｊｕｎｅ、１９８３において提案される。［ゴ
ース）　（ｇｈｏｓｔ）Ｊと命名されているＯｗｅｎ他
の補償法は、まず従来の方法で像領域を照射し、次に、
低い線量（ｄｏｓｅ）のピントの外れたビームでフィー
ルド領域を照射し後方散乱の電子エネルギを補償するも
のである。その結果、像領域は皆同じレベルのエネルギ
を受け、またフィールド内の背景エネルギ（ｂａｃｋｇ
ｒｏｕｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ）は等しくされる。しかし、
ゴースト法は付加的なフィールド照射が必要で、イメー
ジ・コントラストが低くなる。

近接効果は、各細分された形状毎に照射線量を調整した
シ、設計パターンの寸法を調整したシすル等、いくつか
の他の方法によっても補償できる。

Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ、Ｖｏｌ、５０＋Ｎｏ、６Ｐ、４３７１（１９７９
）においてＰａｒｋａｈは前者の方法を教示し、Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ　ａｎｄ　Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ　５ｃｉｅｎｃ
ｅａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、　Ｂｌｅｃｔｒｏｃ
ｈｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ（１９７８）は後者の
方法を教示している。残念ながら、両方法とも、局所照
射線量、および隣接している構造、空間の寸法、形状、
配置のような要因について、コンピュータや人手による
大量の計算が必要である。

〔発明の目的〕

本発明の目的はＥビーム近接効果を補償する簡単で、経
済的な方法を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明の一実施例によれば、基板に反応性材料を付加し
、反応性材料を乾燥して反応性層を形成し、反応性層の
各部をＩｎ’−ムで照射し、反応性層を焼いて（ｂａｋ
ｅ）反応性層の非照射部分（ｕｎｅｘｐｏｓｅｄ　ｐｏ
ｒｔｉｏｎ　）から照射部分（ｅｘｐｏｓｅｄｐｏｒｔ
ｉｏｎ）への分子移動を生じさせ、反応性層を現像する
。照射後に焼くことによって生じた分子移動はＥビーム
近接効果を補償する傾向を持つ。

本発明の方法の利点はその簡単さにある。厄介なＥビー
ム近接効果は反応性材料を適当に選択し、照射後に焼く
ことによって補償できる。

本発明の方法の別の利点は、解像度の損失なしに完全に
補償できることである。

本発明のこれらの、および他の目的、利点は、次の説明
を読み、各図面を検討することによって当業者に明らか
になるだろう。

〔実施例の説明〕

第２図において、反応性層１０が半導体基板１４の上表
面１２上に形成される。通常は、反応性層１０は、基板
１４を高速度で回転させながら上表面１２に液体の反応
性材料（たとえばフォトレジスト）を注ぎ、次に、オー
プン内で半導体基板１４を焼くような適当な方法を用い
て反応性材料を処置（ｃｕｒｅ）することによって形成
される。フォトレジストを半導体基板１４に塗付する方
法は当業者に周知である。反応性層１０は、半導体基板
１４上に形成される他の層の上にも形成できることに注
意すべきである。

線１６ａ、　１６ｂ、　１６ｃ、　１６ｄおよび１６ｅ
は、Ｅビーム・リソグラフィ装置によって反応性層１０
０表面を横切って走査するときのＥビームを表わす。Ｅ
ビーム線１６ｃが走行する径路１８ｃは反応性層１０を
通過し、半導体基板１４に入る。他のＥビーム線も同様
に反応性層１０および半導体基板１４に入る。Ｅビーム
が反応性層１０内および半導体基板１４の結晶構造内の
原子と衝突するとき、ある割合の電子が、破線２０ｃに
よって示されるように反応性層１０に後方散乱される。

これらの後方散乱電子が上記Ｅビーム近接効果の主たる
原因である。

第１ａ図では、照射部分２２ａ、２２ｂ、２．２ｃ。

２２ｄおよび２２ｅは、それらに対応するＥビーム線１
６ａ〜１６ｅからの照射エネルギが同じエネルギ・レベ
ルであったとしても異なった幅になることがわかる。す
なわち、中央の照射部分２２ｃは幅Ｗ１を有し、２つの
照射部分２２ｂ、２２ｄはより小さな幅Ｗ２を有し、外
側の照射部分２２ａ、２２ｅはさらに小さな幅Ｗ３を有
する。そこで、照射部分２２ａ〜２２ｅ間の非照射部分
２４．２６．２８および３０も幅が変わる。たとえば、
非照射部分２６および２８は幅Ｓ１を有し、非照射部分
２４．３０は幅Ｓ２を有する。非照射部分３２．３４は
照射部分２２ａ〜２２ｅ　　によって形成される格子パ
ターン３６を囲む周辺領域である。

照射部分２２ｃが最大幅を持つ理由は、他の照射部分よ
りも多くの後方散乱電子、したがって多くの背景エネル
ギ（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ）を受けるか
らである。同様に、照射部分２２ｂおよび２２ｄはそれ
らが多くの後方散乱背景エネルギを受けるから照射部分
２２ａおよび２２ｅより幅広くなム一般的にいうと、格
子パターンの中央に近い照射部分は、格子パターンの端
部に近い照射部分は、両者が受けた直接露出エネルギの
量が同じであっても、よシ大きくなる。

第１ｂ図には、照射してから焼いた後の照射部分２２ａ
〜２２ｅが示されている。図面から判るように、照射部
分２２ａ〜２２ｅはほは同じ幅Ｗｆを有し、非照射部分
２４〜３０はほぼ同じ幅８ｆを有する。これは、照射後
に焼くことによって生じた、非照射部分２４〜３４から
照射部分２２ａ〜２２ｅへの分子移動のためである。

照射部分２２ａおよび２２ｅは、それらがより多くの非
照射部分によって囲まれており、したがって移動可能な
分子のより大きな供給源に隣接するから、これら以外の
照射部分よシも余計に成長する。同様に、照射部分２２
ｂおよび２２ｄは、照射部分２２ｃよシも多くの非照射
部分によって囲まれているから照射部分２２ｃよりも余
計に成長する。したがって、一般的にいうと、照射後に
焼くことによって生じた分子移動のために、格子パター
ン３６の端部に近い照射部分は格子パターンの中心に近
い照射部分よりも多く成長する。

照射後に焼くことによって生じる拡散または分子移動効
果はＥビーム近接効果に正確に反対の傾向を持っている
ことに注意すべきである。したがって、反応性層の特性
および照射に焼く際のパラメータを正確に制御すること
によって、分子移動効果なＥビーム近接効果の補償に用
いることができる。

本発明の方法は、アメリカ合衆国カリフォルニア用す＝
−ヘイルのＡ　Ｚ　　Ｐｈｏｔｏ　Ｐｒｏｄａｃｔｓに
よって製造されたＡＺ−５２１４を用いて反応性層を形
成したとき効果的であることが判った。ＡＺ−５２１４
は公称上、ポジ型フォトレジストである。

このフォトレジストは照射後に焼く間に像反転反応を受
け、ネガ型フォトレジストとなる。この像反転現象は、
５ｐａｋ他（Ａｍｅｒｉｃａｎ　ＨｏｅｃｈｓｔＣｏｒ
ｐｏｒａｔｉｏｎ　、　ＡＺ　Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ
、　ＰｒｏｄｕｃｔｓＧｒｏｕｐ　、　５ｕｎｎｙｖａ
ｌｅ　、　Ｃａ１ｉｆｏｒｎｉａ　　による、”Ｍｅｃ
ｈａｎｉｓｍ　　ａｎｄ　　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ
　　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆ　　Ｉｍａｇｅ　　Ｒｅ
ｖｅｒｓａｌ　　ｉｎ　ＡＺ　−５２１４Ｐｈｏｔｏｒ
ｅｓｉｓｔ”に記載されている。

本発明の一実施例の方法においては、ＡＺ−５２１４フ
ォトレジストは従来通シにシリコン・ウエーファに塗付
され、次に、５０マイクロ・クーロン／剣ｄの照射強度
、２０　Ｋ　ｅ　Ｖの加速電圧でベクトル走査、可変形
状ＥビームＪＥＯＬ　ＪＢＸ６ＡＩＩシステムによって
照射された。照射されたウエーファは次に周囲気圧下で
、１００℃〜１４０℃の温度で３０分以上焼かれた。Ａ
Ｚ　　Ｐｒｏｄｕｃｔｓから発売されている金属イオン
のない現像剤を用いて像反転したフォトレジストを現像
して所望のマスクを形成した。

完成したマスクは照射部分の縁で材料集積（ｍａｔｅｒ
ｉａｌ　ｂｕｉｌｄ−ｕｐ　）を呈し、また孤立した構
造部においてかなシの線幅増加が生じる。分子移動効果
は、照射線量、照射後に焼く際の温度および時間の複合
関数となると考えられる。

観察された分子移動は、照射部分における可動分子がよ
り大きな比較的動きにくいポリマに変換果であると考え
られる。このような拡散は以前に他の情況で観察されて
いる。たとえば、Ｗａｌｋｅｒ″Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　
ｏｆＰｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ　ｓｔａｎｄｉｎｇ　Ｗａ
ｖｅＥｆｆｅｃｔｓ　ｂｙ　Ｐｏ５ｔ−Ｅｘｐｏｓｕｒ
ｅ　Ｂａｋｅ″、ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　
ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ、　Ｊｕｌｙ１
９７５．４６４ページ、および８　ｔａｒｏｖｅ　＋″
Ｍｏｎｏｍｅｒ　Ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｉｎ
　Ｄｒｙ　ＤｅｖｅｌｏｐｅｄＸ−Ｒａｙ　Ｒｅ５ｉｓ
ｔ”、　Ｖａｒｉａｎ　Ａｓ５ｏｃｉａｔｅｓ　Ｉｎｃ
を参照されたい。

明らかに、照射を行なうと光活性化合物（ＰＡＣ）ン は化学的に劣化してカルボ験酸を生成し、これにより、
照射後に焼く工程の間に触媒作用によυノボラック樹脂
（Ｎｏｖｏｌａｃ　ｒｅｓｉｎ　）分子の間に架橋結合
反応を引起す。これによって、ＰＡＣ濃度門配がフォト
レジストの照射部分と非照射部分の間の表面の前後に形
成される。Ｐ　Ａ　Ｃ（Ｍｗ＝５００）は／ボア、り樹
脂（Ｍｗ　＝　２，０００〜５０，０００　）よシずり
と小さいから、ＰＡＣ分子の移動度は非常に高い。それ
故、ＰＡＣ分子は、照射後に焼く間に７オトレジストの
非照射部分から照射部分へ移動している小さな可動分子
であると想定される。

多くの文献が集積回路部品の製造過程において用いられ
る一通常の技術について詳細に鮮明していることに注意
されたい。たとえば、Ｐｒｅｓ　ｔｏｎＰｕｂｌ　ｉｓ
ｈｉｎｇ　Ｃｏ、　、　Ｉｎｃ、によって刊行されたＳ
ｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ａｎｄ　Ｉｎｔｅｇｒａｔ
ｅｄ　Ｃ１ｒｃｕｉｔＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃ
ｈｎｉｑｕｅｓ”を参照のこと。これらの技術は、本発
明の構造の製造において一般的に用いることができる。

また、個々の製造工程は市販の集積回路製造機械を用い
て実施できる。本発明の理解に特に必要なものとして、
好適実施例に関する概略の技術データが現在の技術を基
礎として示された。この技術を更に進めるためには当業
者に明らかなように、適当な調整が必まであろう。

本発明は特定の好適実施例に関して説明したけれども、
前述の説明を読み、図面を検討することによって本発明
の種々の変形、修正は当業者には明らかになるであろう
。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によって
決定されるべきであム〔発明の効果〕 以上詳細に説明したように、本発明を用いることにより
、従来技術に比較して格段に容易かつ経済的に電子ビー
ムの近接効果の補償を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図および第１Ｂ図は本発明の一実施例の主要部分
を説明する図、第２図は反応性層への電子ビームの照射
を説明する図である。 １０：反応性層、 １２：上表面、 １４：半導体基板、 ２２ａ〜２２ｅ：照射部分、 ３２〜３４：非照射部分、 ３６：格子パターン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反応性層への電子ビームの照射後前記反応性層の非照射
   部分の少なくとも一部から前記反応性層の照射部分の少
   なくとも一部への分子移動を起こさせる電子ビーム近接
   効果補償方法。