JP2000323376A - 電子ビーム転写露光方法及びこの方法を用いたデバイス製造方法 - Google Patents
電子ビーム転写露光方法及びこの方法を用いたデバイス製造方法Info
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ビームエッジ分解能が悪くても線幅精度を確
保できる転写方法を提供する。 【解決手段】 本発明の電子ビーム転写露光方法は、レ
チクル上のパターンを感応基板上に投影する電子光学系
のビームエッジ分解能６１の最悪値がパターン中の最小
線幅の０．９〜１．０倍である。ビームが最小線幅の
０．９〜１．０倍でも、スレッショールド値６３のバラ
ツキを±１％程度と厳しくすれば、線幅精度は目標であ
る±１０％よりも十分に低い値におさまる。
保できる転写方法を提供する。 【解決手段】 本発明の電子ビーム転写露光方法は、レ
チクル上のパターンを感応基板上に投影する電子光学系
のビームエッジ分解能６１の最悪値がパターン中の最小
線幅の０．９〜１．０倍である。ビームが最小線幅の
０．９〜１．０倍でも、スレッショールド値６３のバラ
ツキを±１％程度と厳しくすれば、線幅精度は目標であ
る±１０％よりも十分に低い値におさまる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス等
の微細・高密度パターンを電子ビームを用いて感応基板
（ウエハ等）に転写する方法に関する。
の微細・高密度パターンを電子ビームを用いて感応基板
（ウエハ等）に転写する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子ビーム転写露光方法における従来の
一般的な考え方は、電子光学系のビームエッジ分解能の
最悪値が、転写するパターンの最小線幅の１／３ないし
１／２以下という非常に良い性能の装置を用いて転写を
行うというものであった。なおビーム分解能とは、ビー
ムエッジにおいてビーム強度が１２％から８８％まで立
ち上がる幅で定義される。
一般的な考え方は、電子光学系のビームエッジ分解能の
最悪値が、転写するパターンの最小線幅の１／３ないし
１／２以下という非常に良い性能の装置を用いて転写を
行うというものであった。なおビーム分解能とは、ビー
ムエッジにおいてビーム強度が１２％から８８％まで立
ち上がる幅で定義される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで最小線幅が１
００nmのときは、上記従来の考え方によればビーム分解
能を３３nmとか５０nm以下とする必要がある。しかしな
がら、この値は、ビーム電流が２０μA 程度と大きくな
った場合には、空間電荷効果分のビームエッジ分解能だ
けでも超えてしまうおそれがでる値である。ここで、ビ
ーム電流とは、感応基板に到達する電子ビームの電流の
合計のことをいう。また、空間電荷効果とは、ビーム中
の荷電粒子がお互いの有する同符号の電荷によるクーロ
ン力によって反発しあい、ビームが広がってボケる現象
のことである。
００nmのときは、上記従来の考え方によればビーム分解
能を３３nmとか５０nm以下とする必要がある。しかしな
がら、この値は、ビーム電流が２０μA 程度と大きくな
った場合には、空間電荷効果分のビームエッジ分解能だ
けでも超えてしまうおそれがでる値である。ここで、ビ
ーム電流とは、感応基板に到達する電子ビームの電流の
合計のことをいう。また、空間電荷効果とは、ビーム中
の荷電粒子がお互いの有する同符号の電荷によるクーロ
ン力によって反発しあい、ビームが広がってボケる現象
のことである。
【０００４】ビームエッジ分解能を小さくするために
は、転写露光の単位となるパターン小領域の寸法を狭く
してビーム電流を下げる方法があるが、それでは露光の
スループットが下がって問題となる。
は、転写露光の単位となるパターン小領域の寸法を狭く
してビーム電流を下げる方法があるが、それでは露光の
スループットが下がって問題となる。
【０００５】本発明は、ビームエッジ分解能が悪くても
線幅精度を確保できる転写方法を提供することを目的と
する。
線幅精度を確保できる転写方法を提供することを目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】上
記課題を解決するため、本発明の第１態様の電子ビーム
転写露光方法は、感応基板上に転写すべきパターンを有
するレチクルを電子ビームで照明し、レチクルを通過し
た電子ビームを感応基板上に縮小投影結像させてパター
ンを転写する電子ビーム転写露光方法であって、レチク
ル上のパターンを感応基板上に投影する電子光学系のビ
ームエッジ分解能の最悪値が上記パターン中の最小線幅
の０．８〜１．０倍であることを特徴とする。
記課題を解決するため、本発明の第１態様の電子ビーム
転写露光方法は、感応基板上に転写すべきパターンを有
するレチクルを電子ビームで照明し、レチクルを通過し
た電子ビームを感応基板上に縮小投影結像させてパター
ンを転写する電子ビーム転写露光方法であって、レチク
ル上のパターンを感応基板上に投影する電子光学系のビ
ームエッジ分解能の最悪値が上記パターン中の最小線幅
の０．８〜１．０倍であることを特徴とする。
【０００７】ビームが最小線幅の０．８〜１．０倍で
も、後述するようにスレッショールド値のバラツキを±
１％程度と厳しくすれば、線幅精度は目標である±１０
％よりも十分に低い値におさまる。
も、後述するようにスレッショールド値のバラツキを±
１％程度と厳しくすれば、線幅精度は目標である±１０
％よりも十分に低い値におさまる。
【０００８】本発明の第２態様の電子ビーム転写露光方
法は、 感応基板上に転写すべきパターンを複数の小領
域に分けてレチクル上に形成し、 各パターン小領域を
単位として順次電子ビ−ムで照明し、 各パターン小領
域を通過した電子ビームを感応基板上に縮小投影結像さ
せ、 感応基板上では各パターン小領域の像をつなぎ合
わせることによりパターン全体を転写する電子ビーム転
写露光方法であって、レチクル上のパターンを感応基板
上に投影する電子光学系のビームエッジ分解能の予想値
を、各パターン小領域を露光する際のビ−ム電流をもと
に算出し、求められた（パターン寸法／ビームエッジ分
解能）比を用いて、パターン寸法が正しく形成されるよ
うレチクル上のパターン寸法を予め補正しておくことを
特徴とする。
法は、 感応基板上に転写すべきパターンを複数の小領
域に分けてレチクル上に形成し、 各パターン小領域を
単位として順次電子ビ−ムで照明し、 各パターン小領
域を通過した電子ビームを感応基板上に縮小投影結像さ
せ、 感応基板上では各パターン小領域の像をつなぎ合
わせることによりパターン全体を転写する電子ビーム転
写露光方法であって、レチクル上のパターンを感応基板
上に投影する電子光学系のビームエッジ分解能の予想値
を、各パターン小領域を露光する際のビ−ム電流をもと
に算出し、求められた（パターン寸法／ビームエッジ分
解能）比を用いて、パターン寸法が正しく形成されるよ
うレチクル上のパターン寸法を予め補正しておくことを
特徴とする。
【０００９】レチクル上のパターン寸法を予め補正して
おくことにより、ビームエッジ分解能が比較的大きい場
合でもパターン寸法の精度を高くできる。パターン補正
は、基本的には次のような考え方に基づいて行う。すな
わち、図３に示したパターン誤差と（ビーム分解能／パ
ターン寸法）比の関係から、上記比に対応するパターン
誤差を求め、ビーム分解能の悪い小領域の線幅に上記パ
ターン誤差を加算することでパターン補正を行う。
おくことにより、ビームエッジ分解能が比較的大きい場
合でもパターン寸法の精度を高くできる。パターン補正
は、基本的には次のような考え方に基づいて行う。すな
わち、図３に示したパターン誤差と（ビーム分解能／パ
ターン寸法）比の関係から、上記比に対応するパターン
誤差を求め、ビーム分解能の悪い小領域の線幅に上記パ
ターン誤差を加算することでパターン補正を行う。
【００１０】本発明の第３態様の電子ビーム転写露光方
法は、 感応基板上に転写すべきパターンを複数の小領
域に分けてレチクル上に形成し、 各パターン小領域を
単位として順次電子ビ−ムで照明し、 各パターン小領
域を通過した電子ビームを感応基板上に縮小投影結像さ
せ、 感応基板上では各パターン小領域の像をつなぎ合
わせることによりパターン全体を転写する電子ビーム転
写露光方法であって、レチクル上のパターンを感応基板
上に投影する電子光学系のビームエッジ分解能の予想値
を、そのパターンが転写される光学系視野内における位
置の関数として算出し、 求められた（パターン寸法／
ビームエッジ分解能）比と許容されるパターン誤差との
関係から、パターン寸法が正しく形成されるようレチク
ル上のパターン寸法を予め補正しておくことを特徴とす
る。
法は、 感応基板上に転写すべきパターンを複数の小領
域に分けてレチクル上に形成し、 各パターン小領域を
単位として順次電子ビ−ムで照明し、 各パターン小領
域を通過した電子ビームを感応基板上に縮小投影結像さ
せ、 感応基板上では各パターン小領域の像をつなぎ合
わせることによりパターン全体を転写する電子ビーム転
写露光方法であって、レチクル上のパターンを感応基板
上に投影する電子光学系のビームエッジ分解能の予想値
を、そのパターンが転写される光学系視野内における位
置の関数として算出し、 求められた（パターン寸法／
ビームエッジ分解能）比と許容されるパターン誤差との
関係から、パターン寸法が正しく形成されるようレチク
ル上のパターン寸法を予め補正しておくことを特徴とす
る。
【００１１】空間電荷効果と幾何光学的ビームのボケ
は、ビーム電流とビームが通過する光路上の位置によっ
て規定されるので、ビーム電流とレチクル上の光軸から
の位置とが分かればビームエッジ分解能が分かり、（ビ
ーム分解能／パターン寸法）比が決まり、図３から各パ
ターンをいくら太らせればよいかが決定できる。
は、ビーム電流とビームが通過する光路上の位置によっ
て規定されるので、ビーム電流とレチクル上の光軸から
の位置とが分かればビームエッジ分解能が分かり、（ビ
ーム分解能／パターン寸法）比が決まり、図３から各パ
ターンをいくら太らせればよいかが決定できる。
【００１２】以下、図面を参照しつつ説明する。まず、
荷電粒子線の一種である電子ビームを用いる露光技術の
概要（例）について説明する。図４は、分割転写方式の
電子線投影露光装置の光学系全体における結像関係及び
制御系の概要を示す図である。
荷電粒子線の一種である電子ビームを用いる露光技術の
概要（例）について説明する。図４は、分割転写方式の
電子線投影露光装置の光学系全体における結像関係及び
制御系の概要を示す図である。
【００１３】光学系の最上流に配置されている電子銃１
は、下方に向けて電子ビームを放射する。電子銃１の下
方には２段のコンデンサレンズ２、３が備えられてお
り、電子ビームは、これらのコンデンサレンズ２、３を
通ってブランキング開口７にクロスオーバーC.O.を結像
する。
は、下方に向けて電子ビームを放射する。電子銃１の下
方には２段のコンデンサレンズ２、３が備えられてお
り、電子ビームは、これらのコンデンサレンズ２、３を
通ってブランキング開口７にクロスオーバーC.O.を結像
する。
【００１４】コンデンサレンズ３の下には、矩形開口４
が備えられている。この矩形開口（照明ビーム成形開
口）４は、マスク（レチクル）１０の一つのサブフィー
ルド（単位露光パターン領域）を照明する照明ビームの
みを通過させる。具体的には、開口４は、照明ビームを
マスクサイズ換算で１mm角強（一例）の寸法の正方形に
成形する。この開口４の像は、レンズ９によってマスク
１０に結像される。
が備えられている。この矩形開口（照明ビーム成形開
口）４は、マスク（レチクル）１０の一つのサブフィー
ルド（単位露光パターン領域）を照明する照明ビームの
みを通過させる。具体的には、開口４は、照明ビームを
マスクサイズ換算で１mm角強（一例）の寸法の正方形に
成形する。この開口４の像は、レンズ９によってマスク
１０に結像される。
【００１５】ビーム成形開口４の下方には、ブランキン
グ偏向器５が配置されている。同偏向器５は、照明ビー
ムを偏向させてブランキング開口７の非開口部に当て、
ビームがマスク１０に当たらないようにする。ブランキ
ング開口７の下には、照明ビーム偏向器８が配置されて
いる。この偏向器８は、主に照明ビームを図３の左右方
向（Ｘ方向）に順次走査して、照明光学系の視野内にあ
るマスク１０の各サブフィールドの照明を行う。偏向器
８の下方には、照明レンズ９が配置されている。照明レ
ンズ９は、電子ビームを平行ビーム化してマスク１０に
当て、マスク１０上にビーム成形開口４を結像させる。
グ偏向器５が配置されている。同偏向器５は、照明ビー
ムを偏向させてブランキング開口７の非開口部に当て、
ビームがマスク１０に当たらないようにする。ブランキ
ング開口７の下には、照明ビーム偏向器８が配置されて
いる。この偏向器８は、主に照明ビームを図３の左右方
向（Ｘ方向）に順次走査して、照明光学系の視野内にあ
るマスク１０の各サブフィールドの照明を行う。偏向器
８の下方には、照明レンズ９が配置されている。照明レ
ンズ９は、電子ビームを平行ビーム化してマスク１０に
当て、マスク１０上にビーム成形開口４を結像させる。
【００１６】マスク１０は、図４では光軸上の１サブフ
ィールドのみが示されているが、実際には（図５を参照
しつつ後述）光軸垂直面内（Ｘ−Ｙ面）に広がっており
多数のサブフィールドを有する。マスク１０上には、全
体として一個の半導体デバイスチップをなすパターン
（デバイスパターン）が形成されている。マスク１０
は、ＸＹ方向に移動可能なマスクステージ１１上に載置
されており、マスク１０を機械的に移動させて、照明光
学系の視野を越えて各サブフィールドを照明することが
できる。
ィールドのみが示されているが、実際には（図５を参照
しつつ後述）光軸垂直面内（Ｘ−Ｙ面）に広がっており
多数のサブフィールドを有する。マスク１０上には、全
体として一個の半導体デバイスチップをなすパターン
（デバイスパターン）が形成されている。マスク１０
は、ＸＹ方向に移動可能なマスクステージ１１上に載置
されており、マスク１０を機械的に移動させて、照明光
学系の視野を越えて各サブフィールドを照明することが
できる。
【００１７】マスク１０の下方には投影レンズ１２及び
１４並びに偏向器１３が設けられている。そして、マス
ク１０のあるサブフィールドに照明ビームが当てられ、
マスク１０のパターン部を通過した電子ビームは、投影
レンズ１２、１４によって縮小・偏向されるとともに、
偏向器１３により偏向されてウエハ１５上の所定の位置
に結像される。ウエハ１５上には、適当なレジストが塗
布されており、レジストに電子ビームのドーズが与えら
れ、マスク上のパターンが縮小されてウエハ１５上に転
写される。
１４並びに偏向器１３が設けられている。そして、マス
ク１０のあるサブフィールドに照明ビームが当てられ、
マスク１０のパターン部を通過した電子ビームは、投影
レンズ１２、１４によって縮小・偏向されるとともに、
偏向器１３により偏向されてウエハ１５上の所定の位置
に結像される。ウエハ１５上には、適当なレジストが塗
布されており、レジストに電子ビームのドーズが与えら
れ、マスク上のパターンが縮小されてウエハ１５上に転
写される。
【００１８】なお、マスク１０とウエハ１５の間を縮小
率比で内分する点にクロスオーバーC.O.が形成され、同
クロスオーバー位置にはコントラスト開口１８が設けら
れている。同開口１８は、マスク１０の非パターン部で
散乱された電子ビームがウエハ１５に到達しないよう遮
断する。
率比で内分する点にクロスオーバーC.O.が形成され、同
クロスオーバー位置にはコントラスト開口１８が設けら
れている。同開口１８は、マスク１０の非パターン部で
散乱された電子ビームがウエハ１５に到達しないよう遮
断する。
【００１９】ウエハ１５は、静電チャック１６を介し
て、ＸＹ方向に移動可能なウエハステージ１７上に載置
されている。上記マスクステージ１１とウエハステージ
１７とを、互いに逆の方向に同期走査することにより、
デバイスパターン内で多数配列されたサブフィールドの
帯（偏向帯、詳細後述）を順次露光することができる。
なお、両ステージ１１、１７には、レーザ干渉計を用い
た正確な位置測定システムが装備されており、ステージ
位置は正確にコントロールされる。
て、ＸＹ方向に移動可能なウエハステージ１７上に載置
されている。上記マスクステージ１１とウエハステージ
１７とを、互いに逆の方向に同期走査することにより、
デバイスパターン内で多数配列されたサブフィールドの
帯（偏向帯、詳細後述）を順次露光することができる。
なお、両ステージ１１、１７には、レーザ干渉計を用い
た正確な位置測定システムが装備されており、ステージ
位置は正確にコントロールされる。
【００２０】上記各レンズ２、３、９、１２、１４及び
各偏向器５、８、１３は、各々のコイル電源２ａ、３
ａ、９ａ、１２ａ、１４ａ及び５ａ、８ａ、１３ａを介
して制御部２１によりコントロールされる。また、マス
クステージ１１及びウエハステージ１７も、ステージ駆
動モータ制御部１１ａ、１７ａを介して、制御部２１に
よりコントロールされる。静電チャック１６は、静電チ
ャック制御部１６ａを介して、メインコントローラ２１
によりコントロールされる。正確なステージ位置と光学
系のコントロールにより、ウエハ１５上でマスク１０上
のサブフィールドの縮小像が正確に繋ぎ合わされ、マス
ク上のデバイスパターン全体がウエハ上に転写される。
各偏向器５、８、１３は、各々のコイル電源２ａ、３
ａ、９ａ、１２ａ、１４ａ及び５ａ、８ａ、１３ａを介
して制御部２１によりコントロールされる。また、マス
クステージ１１及びウエハステージ１７も、ステージ駆
動モータ制御部１１ａ、１７ａを介して、制御部２１に
よりコントロールされる。静電チャック１６は、静電チ
ャック制御部１６ａを介して、メインコントローラ２１
によりコントロールされる。正確なステージ位置と光学
系のコントロールにより、ウエハ１５上でマスク１０上
のサブフィールドの縮小像が正確に繋ぎ合わされ、マス
ク上のデバイスパターン全体がウエハ上に転写される。
【００２１】次に、分割転写方式の電子線転写露光に用
いられるマスクの詳細例について、図５を用いて説明す
る。図５は、電子線転写露光用のマスクの構成例を模式
的に示す図である。（Ａ）は全体の平面図であり、
（Ｂ）は一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブ
レイン領域の平面図である。
いられるマスクの詳細例について、図５を用いて説明す
る。図５は、電子線転写露光用のマスクの構成例を模式
的に示す図である。（Ａ）は全体の平面図であり、
（Ｂ）は一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブ
レイン領域の平面図である。
【００２２】図５中、多数の正方形４１で示されている
領域が、一つのサブフィールドに対応したパターン領域
を含む小メンブレイン領域（厚さ０．１μm 〜数μm ）
である。図５（Ｃ）に示すように、小メンブレイン領域
４１は、中央部のパターン領域（サブフィールド）４２
と、その周囲の額縁状の非パターン領域（スカート４
３）とからなる。サブフィールド４２は転写すべきパタ
ーンの形成された部分である。スカート４３はパターン
の形成されてない部分であり、照明ビームの縁の部分が
当たる。
領域が、一つのサブフィールドに対応したパターン領域
を含む小メンブレイン領域（厚さ０．１μm 〜数μm ）
である。図５（Ｃ）に示すように、小メンブレイン領域
４１は、中央部のパターン領域（サブフィールド）４２
と、その周囲の額縁状の非パターン領域（スカート４
３）とからなる。サブフィールド４２は転写すべきパタ
ーンの形成された部分である。スカート４３はパターン
の形成されてない部分であり、照明ビームの縁の部分が
当たる。
【００２３】一つのサブフィールド４２は、現在検討さ
れているところでは、マスク上で０．５〜５mm角程度の
大きさを有する。このサブフィールドがウエハ上に縮小
投影された投影像の領域の大きさは、縮小率１／５とし
て０．１〜１mm角である。小メンブレイン領域４１の周
囲の直交する格子状のグリレージと呼ばれる部分４５
は、メンブレインの機械強度を保つための、厚さ０．５
〜１mm程度の梁である。グリレージ４５の幅は０．１mm
程度である。
れているところでは、マスク上で０．５〜５mm角程度の
大きさを有する。このサブフィールドがウエハ上に縮小
投影された投影像の領域の大きさは、縮小率１／５とし
て０．１〜１mm角である。小メンブレイン領域４１の周
囲の直交する格子状のグリレージと呼ばれる部分４５
は、メンブレインの機械強度を保つための、厚さ０．５
〜１mm程度の梁である。グリレージ４５の幅は０．１mm
程度である。
【００２４】図５（Ａ）に示すように、Ｘ方向には多数
の小メンブレイン領域４１が並んで一つのグループ（偏
向帯４４）をなし、そのような偏向帯４４がＹ方向に多
数並んで１つのストライプ４９を形成している。ストラ
イプ４９の幅は電子線光学系の偏向可能視野の広さに対
応している。ストライプ４９は、Ｘ方向に並列に複数存
在する。隣り合うストライプ４９の間にストラット４７
として示されている幅の太い梁は、マスク全体のたわみ
を小さく保つためのものである。ストラット４７はグリ
レージと一体で、厚さ０．５〜１mm程度であり、幅は数
mmである。なお、一つの偏向帯内における隣り合うサブ
フィールド間には、スカートやグリレージのような非パ
ターン領域を設けない方式も検討されている。
の小メンブレイン領域４１が並んで一つのグループ（偏
向帯４４）をなし、そのような偏向帯４４がＹ方向に多
数並んで１つのストライプ４９を形成している。ストラ
イプ４９の幅は電子線光学系の偏向可能視野の広さに対
応している。ストライプ４９は、Ｘ方向に並列に複数存
在する。隣り合うストライプ４９の間にストラット４７
として示されている幅の太い梁は、マスク全体のたわみ
を小さく保つためのものである。ストラット４７はグリ
レージと一体で、厚さ０．５〜１mm程度であり、幅は数
mmである。なお、一つの偏向帯内における隣り合うサブ
フィールド間には、スカートやグリレージのような非パ
ターン領域を設けない方式も検討されている。
【００２５】現在有力と考えられている方式によれば、
投影露光の際に１つのストライプ４９内のＸ方向のサブ
フィールドの列（偏向帯）は電子線偏向により順次露光
される。一方、ストライプ４９内のＹ方向の列は、連続
ステージ走査により順次露光される。隣のストライプ４
９に進む際はステージを間欠的に送る。
投影露光の際に１つのストライプ４９内のＸ方向のサブ
フィールドの列（偏向帯）は電子線偏向により順次露光
される。一方、ストライプ４９内のＹ方向の列は、連続
ステージ走査により順次露光される。隣のストライプ４
９に進む際はステージを間欠的に送る。
【００２６】投影露光の際、ウエハ上では、スカートや
グリレージ等の非パターン領域は除去され、各サブフィ
ールドのパターンがチップ全体で繋ぎ合わせされる。な
お、転写の縮小率は１／４あるいは１／５が検討されて
おり、ウエハ上における１チップのサイズは、４ＧＤＲ
ＡＭで２７mm×４４mmが想定されているので、マスクの
チップパターンの非パターン部を含む全体のサイズは、
１２０〜２３０mm×１５０〜３５０mm程度となる。
グリレージ等の非パターン領域は除去され、各サブフィ
ールドのパターンがチップ全体で繋ぎ合わせされる。な
お、転写の縮小率は１／４あるいは１／５が検討されて
おり、ウエハ上における１チップのサイズは、４ＧＤＲ
ＡＭで２７mm×４４mmが想定されているので、マスクの
チップパターンの非パターン部を含む全体のサイズは、
１２０〜２３０mm×１５０〜３５０mm程度となる。
【００２７】図１は、パターン寸法がビームエッジ分解
能より十分大きい場合における、ビームエッジ分解能６
１、スレッショールド値６３及びパターン寸法誤差の関
係を模式的に示すグラフである。グラフの左側部分に示
すように、ビームエッジ分解能△（図中の符号６１）
は、ビーム強度が１２％から８８％まで立上る寸法で定
義される。一方、パターン寸法誤差δCDの片側（半分）
は、グラフの右側部分に示すように、スレッショールド
値の誤差（変動）をε％とすると、ビームエッジのビー
ム強度曲線部のスレッショールド値６３を挟んでεだけ
離れた点ＦとＧの間の横軸寸法である。
能より十分大きい場合における、ビームエッジ分解能６
１、スレッショールド値６３及びパターン寸法誤差の関
係を模式的に示すグラフである。グラフの左側部分に示
すように、ビームエッジ分解能△（図中の符号６１）
は、ビーム強度が１２％から８８％まで立上る寸法で定
義される。一方、パターン寸法誤差δCDの片側（半分）
は、グラフの右側部分に示すように、スレッショールド
値の誤差（変動）をε％とすると、ビームエッジのビー
ム強度曲線部のスレッショールド値６３を挟んでεだけ
離れた点ＦとＧの間の横軸寸法である。
【００２８】点ＥとＧの間の強度変化を直線で近似する
と、２つの三角形ＥＦＧとＩＪＫの相似条件から次の関
係が得られる。 ７６：△＝ε：δCD／２ ∴δCD＝ε△／３８ 但し、△はビームエッジ分解能、εはスレッシュールド
幅（％）、δCDは線幅変動である。
と、２つの三角形ＥＦＧとＩＪＫの相似条件から次の関
係が得られる。 ７６：△＝ε：δCD／２ ∴δCD＝ε△／３８ 但し、△はビームエッジ分解能、εはスレッシュールド
幅（％）、δCDは線幅変動である。
【００２９】ここで、例えば△＝１００nmという、１０
０nmの最小線幅を形成するには大きい値を用いる場合に
おいても、ε＝±１％と厳しい値を入れると、δCDはδ
CD＝１００．２／３８＝５．２nmとなり、線幅精度の許
容量１０％（１０nm）より十分小さい値になる。つま
り、ビームエッジ分解能の変動が±１％という値であれ
ば、δCDは５．２nmとなり問題はない。以上の議論か
ら、現象のスレッショールドを±１％というきびしい値
をとすれば、ビームエッジ分解能の最悪値は最小線幅の
値と同程度であってよいことになる。
０nmの最小線幅を形成するには大きい値を用いる場合に
おいても、ε＝±１％と厳しい値を入れると、δCDはδ
CD＝１００．２／３８＝５．２nmとなり、線幅精度の許
容量１０％（１０nm）より十分小さい値になる。つま
り、ビームエッジ分解能の変動が±１％という値であれ
ば、δCDは５．２nmとなり問題はない。以上の議論か
ら、現象のスレッショールドを±１％というきびしい値
をとすれば、ビームエッジ分解能の最悪値は最小線幅の
値と同程度であってよいことになる。
【００３０】スレッショールド値の変動を±１％程度に
抑える方法としては、小領域内の照射強度の一様性を±
１％より十分小さく（例えば±０．２％以下）し、かつ
照射強度の時間変動を±１％より十分小さく（例えば±
０．２％以下）とし、かつ現像温度等の現像条件を厳し
く管理することなどがありうる。
抑える方法としては、小領域内の照射強度の一様性を±
１％より十分小さく（例えば±０．２％以下）し、かつ
照射強度の時間変動を±１％より十分小さく（例えば±
０．２％以下）とし、かつ現像温度等の現像条件を厳し
く管理することなどがありうる。
【００３１】次に、最小線幅がビームエッジ分解能に近
い値あるいはビームエッジ分解能より小さい値の場合に
ついて図２を用いて説明する。図２は２つのエラー関数
の差で表したビーム強度分布の線幅を変えた場合の計算
値である。
い値あるいはビームエッジ分解能より小さい値の場合に
ついて図２を用いて説明する。図２は２つのエラー関数
の差で表したビーム強度分布の線幅を変えた場合の計算
値である。
【００３２】エラーファンクションの差は次の式で表わ
される。 erf[x/(σ/21/2)] - erf [(x-ds)/σ/21/2)] ここでｘは位置であり、σは分数、ｄｓは収差がない場
合の線幅である。
される。 erf[x/(σ/21/2)] - erf [(x-ds)/σ/21/2)] ここでｘは位置であり、σは分数、ｄｓは収差がない場
合の線幅である。
【００３３】５０％のスレッショールドで現像を行った
とすると、線幅が十分大きい場合、すなわちｄｓ＝８．
０σ・２1/2 等の場合は線幅はほとんど完全に設計値と
同じになる。線幅が小さくなり、ｄｓ＝２．４σ・２1・
2 になると線幅は少し小さい値に形成され、ｄｓ＝１．
８σ・２1/2 ではかなり差が生じ、ｄｓ＝１．２σ・２
1/2 以下ではパターンは形成されない。
とすると、線幅が十分大きい場合、すなわちｄｓ＝８．
０σ・２1/2 等の場合は線幅はほとんど完全に設計値と
同じになる。線幅が小さくなり、ｄｓ＝２．４σ・２1・
2 になると線幅は少し小さい値に形成され、ｄｓ＝１．
８σ・２1/2 ではかなり差が生じ、ｄｓ＝１．２σ・２
1/2 以下ではパターンは形成されない。
【００３４】以上の状況をグラフ表示すると図３が得ら
れる。この例では（パターン寸法／ビーム寸法）比に応
じて予めパターン寸法を大きく設計して正しいパターン
を得るようにした。すなわち、視野の周辺等でビーム分
解能が悪くなる場所では、パターン寸法を大きく補正し
て転写を行うようにした。例えばビーム分解能がパター
ン寸法と同じ値になる場所では、図３よりこの比が１．
０の時のパターン誤差１．９％の値を補正するため、パ
ターン寸法を１．９％太らせる補正を行った。
れる。この例では（パターン寸法／ビーム寸法）比に応
じて予めパターン寸法を大きく設計して正しいパターン
を得るようにした。すなわち、視野の周辺等でビーム分
解能が悪くなる場所では、パターン寸法を大きく補正し
て転写を行うようにした。例えばビーム分解能がパター
ン寸法と同じ値になる場所では、図３よりこの比が１．
０の時のパターン誤差１．９％の値を補正するため、パ
ターン寸法を１．９％太らせる補正を行った。
【００３５】各副視野でビーム電流を算出し、空間電荷
効果でどれだけボケが生じるかを見積もり、その副視野
での小寸法のパターンは図３のグラフによって寸法を太
らせる補正を行う必要がある。
効果でどれだけボケが生じるかを見積もり、その副視野
での小寸法のパターンは図３のグラフによって寸法を太
らせる補正を行う必要がある。
【００３６】もちろん、視野内における光路の位置や、
マスク上における露光小領域（サブフィールド）の位置
に、空間電荷効果も考慮に入れたビームエッジ分解能を
算出し、寸法補正を行う必要がある。
マスク上における露光小領域（サブフィールド）の位置
に、空間電荷効果も考慮に入れたビームエッジ分解能を
算出し、寸法補正を行う必要がある。
【００３７】
【実施例】図６は、Ｘ方向に２．５mm偏向したサブフィ
ールドでのビームボケを、２５０μm 角のサブフィール
ド内部を２５μm 角単位で算出して示す図である。符号
７２〜７７は以下を示す。 ７２：ビーム分解能が５０nm以下の領域 ７３：ビーム分解能が６０nm程度の領域 ７４：ビーム分解能が７０nm程度の領域 ７５：ビーム分解能が８０nm程度の領域 ７６：ビーム分解能が９０nm程度の領域 ７７：ビーム分解能が１００nm程度の領域
ールドでのビームボケを、２５０μm 角のサブフィール
ド内部を２５μm 角単位で算出して示す図である。符号
７２〜７７は以下を示す。 ７２：ビーム分解能が５０nm以下の領域 ７３：ビーム分解能が６０nm程度の領域 ７４：ビーム分解能が７０nm程度の領域 ７５：ビーム分解能が８０nm程度の領域 ７６：ビーム分解能が９０nm程度の領域 ７７：ビーム分解能が１００nm程度の領域
【００３８】１００nmの最小線幅パターンに対して（ビ
ーム分解能／パターン寸法）比はそれぞれ０．５、０．
６、０．７、０．８、０．９、１．０となるので、図３
よりパターン誤差は、０、０．２％、０．３％、０．５
％、１．１％、１．８％となる。そこで、これらの領域
の１００nmパターンはそれぞれ無補正、１００．２nm、
１００．３nm、１００．５nm、１０１．１nm、１０１．
８nmと寸法補正を行う。
ーム分解能／パターン寸法）比はそれぞれ０．５、０．
６、０．７、０．８、０．９、１．０となるので、図３
よりパターン誤差は、０、０．２％、０．３％、０．５
％、１．１％、１．８％となる。そこで、これらの領域
の１００nmパターンはそれぞれ無補正、１００．２nm、
１００．３nm、１００．５nm、１０１．１nm、１０１．
８nmと寸法補正を行う。
【００３９】次に上記説明した電子ビーム転写露光方法
を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図７
は、微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液
晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン
等）の製造のフローを示す。
を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図７
は、微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液
晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン
等）の製造のフローを示す。
【００４０】ステップ１（回路設計）では、半導体デバ
イスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）で
は、設計した回路パターンを形成したマスクを製作す
る。この時、パターンについて局部的にリサイズを施す
ことによりビームボケの影響を除去する。一方、ステッ
プ３（ウエハ製造）では、シリコン等の材料を用いてウ
エハを製造する。
イスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）で
は、設計した回路パターンを形成したマスクを製作す
る。この時、パターンについて局部的にリサイズを施す
ことによりビームボケの影響を除去する。一方、ステッ
プ３（ウエハ製造）では、シリコン等の材料を用いてウ
エハを製造する。
【００４１】ステップ４（酸化）では、ウエハの表面を
酸化させる。ステップ５（ＣＶＤ）では、ウエハ表面に
絶縁膜を形成する。ステップ６（電極形成）では、ウエ
ハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ７（イオ
ン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステッ
プ８（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布す
る。ステップ９（電子ビーム露光）では、ステップ２で
作ったマスクを用いて電子ビーム転写装置によって、マ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ
１０（光露光）では、光ステッパーによってマスクの回
路パターンをウエハに焼付露光する。この前又は後に、
電子ビームの後方散乱電子を均一化する近接効果補正露
光を行ってもよい。なお、この例は、電子ビームと光の
いわゆるミックス・アンド・マッチ露光の例であるが、
もちろん電子ビーム露光のみで全回路層を形成してもよ
い。
酸化させる。ステップ５（ＣＶＤ）では、ウエハ表面に
絶縁膜を形成する。ステップ６（電極形成）では、ウエ
ハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ７（イオ
ン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステッ
プ８（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布す
る。ステップ９（電子ビーム露光）では、ステップ２で
作ったマスクを用いて電子ビーム転写装置によって、マ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ
１０（光露光）では、光ステッパーによってマスクの回
路パターンをウエハに焼付露光する。この前又は後に、
電子ビームの後方散乱電子を均一化する近接効果補正露
光を行ってもよい。なお、この例は、電子ビームと光の
いわゆるミックス・アンド・マッチ露光の例であるが、
もちろん電子ビーム露光のみで全回路層を形成してもよ
い。
【００４２】ステップ１１（現像）では、露光したウエ
ハを現像する。ステップ１２（エッチング）では、レジ
スト像以外の部分を選択的に削り取る。ステップ１３
（レジスト剥離）では、エッチングがすんで不要となっ
たレジストを取り除く。ステップ４からステップ１３を
繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パタ
ーンが形成される。
ハを現像する。ステップ１２（エッチング）では、レジ
スト像以外の部分を選択的に削り取る。ステップ１３
（レジスト剥離）では、エッチングがすんで不要となっ
たレジストを取り除く。ステップ４からステップ１３を
繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パタ
ーンが形成される。
【００４３】ステップ１４（組立）は、後工程と呼ば
れ、上の工程によって作製されたウエハを用いて半導体
チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシン
グ、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。ステップ１５（検査）では、ステ
ップ１４で作製された半導体デバイスの動作確認テス
ト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て
半導体デバイスが完成しこれが出荷（ステップ１６）さ
れる。
れ、上の工程によって作製されたウエハを用いて半導体
チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシン
グ、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。ステップ１５（検査）では、ステ
ップ１４で作製された半導体デバイスの動作確認テス
ト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て
半導体デバイスが完成しこれが出荷（ステップ１６）さ
れる。
【００４４】以上に述べたように、本実施例では、ビー
ム強度の時間変動や視野内における位置変動、現像条件
変動等を１％以下の小さい値にし、ビームエッジ分解能
については、転写を行う最小線幅値の０．８〜１．０倍
まで許容し、ビームエッジ分解能の変動も最小線幅の
０．８〜１．０倍まで許容することによって、大ビーム
電流を得て高スループットの転写を行うことができる。
ム強度の時間変動や視野内における位置変動、現像条件
変動等を１％以下の小さい値にし、ビームエッジ分解能
については、転写を行う最小線幅値の０．８〜１．０倍
まで許容し、ビームエッジ分解能の変動も最小線幅の
０．８〜１．０倍まで許容することによって、大ビーム
電流を得て高スループットの転写を行うことができる。
【００４５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ビームエッジ分解能が悪くても線幅精度を確
保できる電子ビーム露光補正を提供することができる。
によれば、ビームエッジ分解能が悪くても線幅精度を確
保できる電子ビーム露光補正を提供することができる。
【図１】パターン寸法がビームエッジ分解能より十分大
きい場合における、ビームエッジ分解能、スレッショー
ルド値及びパターン寸法誤差の関係を模式的に示すグラ
フである。
きい場合における、ビームエッジ分解能、スレッショー
ルド値及びパターン寸法誤差の関係を模式的に示すグラ
フである。
【図２】２つのエラー関数の差で表したビーム強度分布
の線幅を変えた場合の計算値である。
の線幅を変えた場合の計算値である。
【図３】ビーム分解能／パターン寸法とパターン誤差と
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
【図４】分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全
体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
【図５】電子線転写露光用のマスクの構成例を模式的に
示す図である。（Ａ）は全体の平面図であり、（Ｂ）は
一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブレイン領
域の平面図である。
示す図である。（Ａ）は全体の平面図であり、（Ｂ）は
一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブレイン領
域の平面図である。
【図６】Ｘ方向に２．５mm偏向したサブフィールドでの
ビームボケを、２５０μm 角のサブフィールド内部を２
５μm 角単位で算出して示す図である。符号７２〜７７
は以下を示す。
ビームボケを、２５０μm 角のサブフィールド内部を２
５μm 角単位で算出して示す図である。符号７２〜７７
は以下を示す。
【図７】ウエハプロセスの詳細を含むデバイス製造のフ
ローを示す図である。
ローを示す図である。
１ 電子銃 ２、３ コンデ
ンサレンズ ４ 照明ビーム成形開口 ５ ブランキン
グ偏向器 ７ ブランキング開口 ８ 偏向器 ９ 照明レンズ １０ マスク １１ マスクステージ １２ 投影レン
ズ １３ 偏向器 １４ 投影レン
ズ １５ ウエハ １６ 静電チャ
ック １７ ウエハステージ １８ コントラ
スト開口 ４１ メンブレン領域 ４２ サブフィ
ールド ４３ スカート ４４ 偏向帯 ４５ グリレージ ４７ ストラッ
ト ４９ マスクストライプ ６１ 非露光パ
ターン ６１ ビームエッジ分解能 ６３ スレッシ
ョールド
ンサレンズ ４ 照明ビーム成形開口 ５ ブランキン
グ偏向器 ７ ブランキング開口 ８ 偏向器 ９ 照明レンズ １０ マスク １１ マスクステージ １２ 投影レン
ズ １３ 偏向器 １４ 投影レン
ズ １５ ウエハ １６ 静電チャ
ック １７ ウエハステージ １８ コントラ
スト開口 ４１ メンブレン領域 ４２ サブフィ
ールド ４３ スカート ４４ 偏向帯 ４５ グリレージ ４７ ストラッ
ト ４９ マスクストライプ ６１ 非露光パ
ターン ６１ ビームエッジ分解能 ６３ スレッシ
ョールド
Claims (6)
- 【請求項１】 感応基板上に転写すべきパターンを有す
るレチクルを電子ビームで照明し、レチクルを通過した
電子ビームを感応基板上に縮小投影結像させてパターン
を転写する電子ビーム転写露光方法であって；レチクル
上のパターンを感応基板上に投影する電子光学系のビー
ムエッジ分解能の最悪値が上記パターン中の最小線幅の
０．８〜１．０倍であることを特徴とする電子ビーム転
写露光方法。 - 【請求項２】 感応基板上に転写すべきパターンを複数
の小領域に分けてレチクル上に形成し、 各パターン小領域を単位として順次電子ビ−ムで照明
し、 各パターン小領域を通過した電子ビームを感応基板上に
縮小投影結像させ、 感応基板上では各パターン小領域の像をつなぎ合わせる
ことによりパターン全体を転写する電子ビーム転写露光
方法であって；レチクル上のパターンを感応基板上に投
影する電子光学系のビームエッジ分解能の予想値を、各
パターン小領域を露光する際のビ−ム電流をもとに算出
し、 求められた（パターン寸法／ビームエッジ分解能）比を
用いてパターン寸法が正しく形成されるようレチクル上
のパターン寸法を予め補正しておくことを特徴とする電
子ビーム転写露光方法。 - 【請求項３】 感応基板上に転写すべきパターンを複数
の小領域に分けてレチクル上に形成し、 各パターン小領域を単位として順次電子ビ−ムで照明
し、 各パターン小領域を通過した電子ビームを感応基板上に
縮小投影結像させ、 感応基板上では各パターン小領域の像をつなぎ合わせる
ことによりパターン全体を転写する電子ビーム転写露光
方法であって；レチクル上のパターンを感応基板上に投
影する電子光学系のビームエッジ分解能の予想値を、そ
のパターンが転写される光学系視野内における位置の関
数として算出し、 求められた（パターン寸法／ビームエッジ分解能）比を
用いてパターン寸法が正しく形成されるようレチクル上
のパターン寸法を予め補正しておくことを特徴とする電
子ビーム転写露光方法。 - 【請求項４】 感応基板上に転写すべきパターンを有す
るレチクルを電子ビームで照明し、レチクルを通過した
電子ビームを感応基板上に縮小投影結像させてパターン
を転写する電子ビーム転写露光方法によりパターン形成
するデバイス層を少なくとも１層含むデバイス製造方法
であって、 レチクル上のパターンを感応基板に投影する電子光学系
のビームエッジ分解能の最悪値が上記パターン中の最小
線幅の０．８〜１．０倍であることを特徴とするデバイ
ス製造方法。 - 【請求項５】 感応基板上に転写すべきパターンを複数
の小領域に分けてレチクル上に形成し、各パターン小領
域を単位として順次電子ビームで照明し、各パターン小
領域を通過した電子ビームを感応基板上に縮小投影結像
させ、感応基板上では各パターン小領域の像をつなぎ合
わせることによりパターン全体を転写する電子ビーム転
写露光方法によりパターン形成するデバイス層を少なく
とも１層含むデバイス製造方法であって、 レチクル上のパターンを感応基板上に投影する電子光学
系のビームエッジ分解能の予想値を、各パターン小領域
を露光する際のビーム電流をもとに算出し、求められた
（パターン寸法／ビームエッジ分解能）比を用いて、パ
ターン寸法が正しく形成されるようレチクル上のパター
ン寸法を補正しておくことを特徴とするデバイス製造方
法。 - 【請求項６】 感応基板上に転写すべきパターンを複数
の小領域に分けてレチクル上に形成し、各パターン小領
域を単位として順次電子ビームで照明し、各パターン小
領域を通過した電子ビームを感応基板上に縮小投影結像
させ、感応基板上では各パターン小領域の像をつなぎ合
わせることによりパターン全体を転写する電子ビーム転
写露光方法によりパターン形成するデバイス層を少なく
とも１層含むデバイス製造方法であって、 レチクル上のパターンを感応基板上に投影する電子光学
系のビームエッジ分解能の予想値を、そのパターンが転
写される光学系視野内における位置の関数として算出
し、求められた（パターン寸法／ビームエッジ分解能）
比を用いて、パターン寸法が正しく形成されるようレチ
クル上のパターン寸法を予め補正しておくことを特徴と
するデバイス製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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