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JP3927144B2 - Pattern forming method and pattern forming apparatus - Google Patents

Pattern forming method and pattern forming apparatus Download PDF

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JP3927144B2
JP3927144B2 JP2003127127A JP2003127127A JP3927144B2 JP 3927144 B2 JP3927144 B2 JP 3927144B2 JP 2003127127 A JP2003127127 A JP 2003127127A JP 2003127127 A JP2003127127 A JP 2003127127A JP 3927144 B2 JP3927144 B2 JP 3927144B2
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JP
Japan
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pattern
exposure
shot
shots
accuracy
Prior art date
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JP2003127127A
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壮一 井上
巌 東川
洋司 小川
重博 原
和子 山元
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子ビームや光ビームを用いたパターン形成技術に係わり、特に任意形状のビームを位置決めしてショット露光を繰り返し、ショットをつなぎ合わせて所望パターンを露光するパターン形成方法及びパターン形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
VLSIの高集積化によりパターンサイズの微細化が進み、これに伴いパターン寸法精度の確保が困難になりつつある。特に、トランジスタのチップ内特性ばらつきを許容範囲に抑えるために必要とされるゲートパターンの寸法精度は、目標寸法をLとすると通常その±10%以内とする必要があると言われており、リソグラフィ工程に起因する寸法誤差の許容値は±7%以内と言われている。例えば、ゲートパターンサイズが0.15μmである場合、リソグラフィ工程起因で許容される寸法誤差は±0.0105μmである。
【0003】
マスク描画装置(電子ビームやレーザビームを用いて逐次描画を行うことによってパターン形成を行う装置)によってデバイスパターンのマスターマスク(フォトマスク,X線マスク,電子ビームマスク,イオンビームマスクなど)を形成して、そのマスターマスクに光,X線等の電磁波又は電子ビーム、イオンビーム等の荷電粒子を照射し、その像をウェハ上に転写する方式によってデバイスパターンを形成する場合には、マスク描画装置の描画精度が上記寸法誤差の大きな要因となっている。
【0004】
電子ビーム露光技術に代表される逐次露光処理においては、一定のビームをスキャンするラスタースキャン方式と、個々の座標にビームを位置決めして露光していくベクタースキャン方式が知られている。ラスタースキャン方式は、ビームのスキャンをアナログ的な方式で行い、ビームスキャンの高速化を行って処理速度の向上を図っているが、解像力を得るためにビームサイズを微細にしていくにつれて処理速度の低下が発生している。より高速な処理を実現する方法として、ビームサイズが大きくできる可変成形ビームを用いるベクタースキャン方式が提案されている。この方式においては、ビームサイズの設定やビームの位置決めをデジタル処理で行っており、DACの設定速度や精度がスループットやパターン精度を制約している。
【0005】
フォトマスク等のマスターマスクにおいては、パターンの位置とサイズに対して厳しい精度が要求されている。例えば、半導体素子用のフォトマスクにおいては、パターン寸法精度は最小線幅の1/30程度のばらつき以下、位置精度は最小線幅の5%以下といった数値を求められている。加えて、半導体素子はほぼ3年で70%の寸法のパターンに微細化が進展しており、微細化に伴う精度向上が要求されている。
【0006】
図4(a)は、VLSIにおけるメモリセルアレイパターンの平面設計図を示している。41はアクティブエリア、42はゲートパターンである。注目すべきはゲートパターン42であり、アクティブエリア41は別の層であるが、アクティブエリア41とゲートパターン42との位置関係を明確にするために、アクティブエリアパターンも点線で示している。ハッチングで示したアクティブエリア41はその周囲の素子分離領域にて素子分離されている。1つのアクティブエリア41に対して2本のゲート線が重なっており、2つのトランジスタを形成するようなレイアウトとなっている。
【0007】
実際にゲートパターンをウェハ上に形成する際には、この平面設計図を元にフォトマスクを作成し、そのフォトマスクに光を照射してウェハ上にその像を転写する。フォトマスクを作成する際には、石英基板の一主面上に遮光膜を堆積し、その上にレジストを塗布し、電子ビーム又はレーザビームによるマスク描画装置を用いて上記手法に従って描画を行い、レジスト現像、下地遮光膜エッチングを行うことによって形成する。
【0008】
マスク描画装置ではデバイスパターンを描画できる程度の大きさの図形に分割し、その図形毎にショットすることになる。従って、図4(a)に示したゲートパターン42はその1ショットに対応する図形要素43で図形分割されている。この図形要素43をマスク描画装置にてショットする場合には、上記した装置誤差によって本来ショットされるべき位置からずれる。図4(b)には、実際にゲートパターンの図形要素がフォトマスク上にショットされた様子を示している。アクティブエリアとゲートパターンとの位置関係を明確にするために、図4(a)と同様にアクティブエリアパターンも点線にて示している。
【0009】
従来、図中44の位置のように、素子分離領域上でショットがつながれる箇所と、図中45の位置のように、アクティブエリア上でショットがつながれる箇所が存在した。図4(c)は、この方法によって作成されたフォトマスクの平面図である。図中46の領域がゲートパターンである。この場合、ネガ型レジストを用いたため、現像後にはショットされた露光部にレジストが残り、このレジストパターンをマスクにして下地の遮光膜を加工してパターン形成した。アクティブエリアパターンとゲートパターンとの位置関係を明確にするために、図4(a)(b)と同様に、アクティブエリアパターンを点線にて示している。ゲートパターンのショットつなぎの部分で寸法が変動していることが分かる。
【0010】
図4(d)は、このフォトマスクを用いて光露光を行った結果得られたウェハ上のゲートパターンの平面図である。この場合、ポジ型レジストを用いたため、現像後には未露光部にレジストが残った。図中47がレジストが残った部分である。このレジストパターンをマスクに下地を加工することとなる。また、この前工程にて形成されたアクティブエリアパターンも重ねて表示している。図中48がアクティブエリアである。
【0011】
図4(c)に示したように、ショットのつなぎが原因で生じたマスク寸法変動に対応した箇所で、ウェハ上のゲートパターンの寸法が変動している。従って、アクティブエリアの中が単一ショットで描画されているような箇所、例えば49のような箇所では高い寸法精度が得られているのに対し、アクティブエリアの中での寸法変動が大きい箇所、例えば410のような箇所では、この寸法変動がトランジスタの特性に悪影響を及ぼし、チップ内のデバイス特性のばらつきを大きくしていた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、マスク描画においてトランジスタのゲートパターンを描画する際、任意の位置でショット分割を行っていたため、アクティブエリアの中でのゲートパターンのショットつなぎが行われる場合がある。その結果、つなぎ部分での寸法変動がトランジスタの特性に悪影響を及ぼし、デバイス特性のばらつきを大きくしていた。このように寸法精度を確保する必要性が高い領域でショットつなぎが行われる可能性があることによって、デバイス特性を安定的に確保できない問題があった。
【0013】
本発明は、上記の事情を考慮して成されたもので。その目的とするところは、高い寸法精度を必要とする領域の位置情報を利用して、結果的に高い描画精度を達成するためのパターン形成方法及びパターン形成装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
(構成)
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【0015】
即ち本発明は、荷電粒子ビーム又は電磁波ビームを任意形状に成形したビームを位置決めし、所定時間の照射を行うショット露光を繰り返し、該ショットの集合として基板上の感光性材料膜に所望パターン形状の露光領域を形成するパターン形成方法及びパターン形成装置において、高い寸法精度が要求される領域或いはパターンに対し1回の単一のショットで露光を行い、それ以外の高い位置精度が要求される領域或いはパターンに対し2回以上のショットを繰り返す多重露光を行うことを特徴とする。
【0016】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
【0017】
(1) 多重露光の際に、同一位置に同一ショットを繰り返す多重露光を行うか、又はショット同士のつなぎ位置を切り替えながら多重露光を行うこと。
【0018】
(2) 第1のアパーチャ開口部と第2のアパーチャ開口部との光学的重なりの組み合わせにより任意のショットを形成し、選択された領域或いはパターンを単一のショットで露光を行う際に、同一形状のパターンに関しては第1のアパーチャ開口部と第2のアパーチャ開口部の同じ組み合わせを用いること。
【0019】
(3) 上記とは逆に、選択された領域或いはパターンに対し2回以上のショットを繰り返す多重露光を行い、それ以外の他の領域或いはパターンに対し単一のショットで露光を行うこと。
【0020】
また本発明は、上記のパターン形成方法又はパターン形成装置を用いて露光用マスク或いは半導体装置を実現したことを特徴とする。
【0021】
(作用)
ビームショットサイズ及びビーム位置をデジタル回路を用いて設定するパターン露光方法においては、原理的に一重の露光においては、単一のショットにより構成されたパターンは、複数のショットにより構成されたパターンの寸法精度に比べて優れていることが知られている。即ち、個々のショットはサイズと位置精度に関して誤差要因があり、複数のショットよりなるパターンでは各ショットの誤差が重複し、精度が低下する。個々のショットの位置設定精度は、同一のショットを複数回多重露光して形成した場合、平均化効果が生じる。その結果,ショットサイズよりも位置精度により制約されていたパターンの精度は向上する。この効果は、未露光部で形成される領域の精度の向上に寄与する。
【0022】
本発明を適用することにより、特定のパターンの特定の精度の向上が達成される。半導体素子製造などにおいて求められるパターン精度は特定のパターンの寸法、或いは特定のパターンの特定の部分の寸法、或いはパターンとパターンの特定部分の距離というように限定された部分で高精度が要求されている。
【0023】
従って、本発明を単一のショットで規則的に繰り返されるパターンに適用することにより、或いは特定のパターンを抽出して本発明を適用することにより、精度の向上が達成される。より具体的には、単一ショット幅のパターンを一重露光とし、他を多重露光とすることにより、多重露光部では寸法及び位置精度に関して均一性に優れた精度が得られ、単一ショット幅のパターンでは寸法精度のより優れたパターン形成ができる。
【0024】
また、選択された非露出部の輪郭部分のショットに対して多重露光を適用することにより、スループットを大きく損なうことなく非露出部の寸法精度の向上が達成される。さらに、本発明は特定の部分に対してショット境界の存在しない露光を可能にし、著しく寸法精度に優れ、エッジラフネスの少ないパターン形成を可能にしている。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【0026】
(参考例)
図1に従って、本発明の参考例に係わるパターン形成方法を説明する。図1(a)は、VSLIにおけるメモリセルアレイパターンの平面設計図を示している。11はアクティブエリア、12はゲートパターンである。注目すべきはゲートパターン12であり、アクティブエリア11は別の層であるが、アクティブエリア11とゲートパターン12との位置関係を明確にするために、アクティブエリアパターンも点線にて示している。
【0027】
ハッチングで示したアクティブエリア11はその周囲の素子分離領域にて素子分離されている。1つのアクティブエリア11に対して2本のゲート線が重なっており、2つのトランジスタを形成するようなレイアウトとなっている。
【0028】
実際にゲートパターンをウェハ上に形成する際には、この平面設計図を元にフォトマスクを作成し、そのフォトマスクに光を照射してウェハ上にその像を転写した。フォトマスクを作成する際には、石英基板の一主面上に遮光膜を堆積し、その上にレジストを塗布、電子ビーム又はレーザビームによるマスク描画装置を用いて上記手法に従って描画を行い、レジスト現像、下地遮光膜エッチングを行うことによって形成した。
【0029】
マスク描画装置ではデバイスパターンを描画できる程度の大きさの図形に分割し、その図形毎にショットした。従って、図1(a)に示したゲートパターン12はその1ショットに対応する図形要素13で図形分割されている。この図形要素13をマスク描画装置にてショットしたところ、装置誤差によって本来ショットされるべき位置からずれた。
【0030】
図1(b)には、実際にゲートパターンの図形要素がフォトマスク上にショットされた様子を示している。アクティブエリアとゲートパターンの位置関係を明確にするために、図1(a)と同様にアクティブエリアパターンも点線にて示している。本参考例においては、全てのショットが素子分離領域上でつながれるように図形分割したことが特徴である。
【0031】
図1(c)は、本参考例の方法によって作成されたフォトマスクの平面図である。図中16の領域がゲートパターンである。この場合、ネガ型レジストを用いたため、現像後にはショットされた露光部にレジストが残り、このレジストパターンをマスクにして下地の遮光膜を加工してパターンを形成した。アクティブエリアパターンとゲートパターンとの位置関係を明確にするために、図1(a)(b)と同様に、アクティブエリアパターンを点線にて示している。ゲートパターンのショットつなぎの部分で寸法が変動していることが分る。
【0032】
図1(d)はこのフォトマスクを用いて光露光を行った結果得られたウェハ上のゲートパターンの平面図である。この場合、ポジ型レジストを用いたため、現像後には未露光部にレジストが残った。図中17がレジストが残っている部分である。このレジストパターンをマスクにして下地を加工した。また前工程にて形成されたアクティブエリアパターンも重ねて表示している。図中18がアクティブエリアである。なお、ゲート長は0.15μmである。
【0033】
本参考例においても図1(c)に示したように、ショットのつなぎが原因で生じたマスク寸法変動に対応した箇所で、ウェハ上のゲートパターンの寸法が変動した。しかし、この寸法変動の原因であるショットつなぎは全て素子分離領域上にて行われている。このため、アクティブエリアの中での寸法変動は極めて小さく、その結果、スペックであるところの±0.0105μm以下の寸法精度がチップ全面で達成できた。
【0034】
このように本参考例によれば、マスク描画においてゲートパターンを形成する際に、ショットのつなぎ合わせを半導体装置の素子分離領域に対応した位置で行うことにより、アクティブエリアの中でのゲートパターンの寸法変動を抑えることができ、これによりデバイス特性のばらつきを抑えることができる。
【0035】
(第1の実施形態)
次に、本発明を可変成形電子ビームを用いるレクチル製作に適用した実施形態について説明する。
【0036】
まず、石英基板上にクロム・クロム酸化物の薄膜が積層された遮光膜を有する0.25インチ厚、6インチ方形のブランクス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、所定のベーキング処理を施した。次いで、加速電圧15KeVで動作する可変成形電子ビーム(VSB)露光装置にて、露光を行った。
【0037】
この露光は、2つのアパーチャを組み合わせ、第1のアパーチャを通過したビームを第2のアパーチャに位置決めして照明することにより、最大2.55μmの方形、或いは短辺が最大2.55μmの直角三角形を発生できる可変成形ビームを用いて行った。さらに、パターン毎に露光量を変える機能を用い、単一ショット部は8μC/cm2 で、残りのパターンは2μC/cm2 で露光した。その後、2μC/cm2 で露光した部分に対して多重露光を2μC/cm2 ずつ3回繰り返し、全体を8μC/cm2 の露光量に統一した。
【0038】
次いで、露光装置から基板を取り出し、所定のベーキング処理を施した。次いで、専用現像液を用いてパドル現像処理を80秒行い、超純水によるリンス処理を行った後、乾燥し、レジストパターンを形成した。次いで、115℃で15分のベーキング処理を行った。次いで、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の15対85の混合ガスでデスカムエッチングを行った。このデスカムエッチングは、真空度100mTorrで50Wのパワーで45秒行った。
【0039】
次いで、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を用い、塩素,酸素及びアルゴンの95対5対100の混合ガスを用いて70℃に基板を保持したエッチング処理を行った。エッチングはパワー150Wで行い、15分行った。次いで、レジストをオゾンを反応主体とするエッチング処理により除去した。
【0040】
このようにして製作したマスクを図2に示す。図2(a)に示したaの幅とbで示されるパターンの間隔を端から100箇所測定し、ばらつきとして3σでそれぞれ12.8nm,32nmの値を得た。測定は図2(b)のように繰り返されるパターンで行った。なお、図においてハッチング部分が、露光・現像・エッチングにより島状に残った遮光膜を示している。
【0041】
測定個所はそれぞれ単一のショットで露光したA部分の幅aと、4重描画を行ったC部分どうしの間隔bである。A部分は必ず領域の中央付近でショットの境界が発生しないように、中央部分に優先的にショットを配置してデータを作成した。
【0042】
このように本実施形態によれば、高い寸法精度が要求されるA領域は単一ショットの描画で形成し、高い位置精度が要求されるC領域は4回の多重描画により形成することにより、パターンの特定部分の寸法精度を維持しながら、パターン間隔を高精度に設定することができる。
【0043】
以上、半導体装置製造用のフォトマスク、特にトランジスタのゲート層の露光を例にとってそのパターン形成方法、パターン形成装置、マスクそのもの、それらによって形成された半導体製造装置について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明の主旨は、高い寸法精度が必要とされる露光部に対しては単一ショットで露光し、高い寸法精度が必要な未露光部に対しては多重露光を行うことであるから、その実施形態として、X線露光用マスク、電子ビーム転写用マスク、さらにはマスクを介さずウェハ上に直接パターンを描画する直接描画技術に対してもその効果はなんら変わらない。
【0044】
(第2の実施形態)
次に、本発明を可変成形電子ビームを用いるレクチル製作に適用した実施形態について説明する。
【0045】
第1の実施形態と同様の工程により、ポジ型ビームレジスト ZEP-7000B(日本ゼオン製)を塗布した露光基板を準備した。特定の未露光部を形成する露光部のみ8重の多重描画を行い、他の領域は1回の描画を行った。処理時間は、全体を1回で描画した場合、約37分であったものが、上述した部分的に8重描画を行った場合は約41分30秒かかった。露光量は10μC/cm2 とした。露光装置から基板を取り出し、専用現像液を用いてスプレー現像処理を360秒行い、リンス処理を行った後、乾燥し、レジストパターンを形成した。
【0046】
以下、第1の実施形態と同様の処理を行ってエッチング加工を施し、マスクを製作した。このようにして製作したマスクを図3に示す。図3(a)に示したaの幅とbで示されるパターンの間隔を端から100箇所測定し、ばらつきとして3σでそれぞれ18.0nm,21.3nmの値を得た。測定は図3(b)のように繰り返されるパターンで行った。なお、図においてハッチング部分が、露光・現像・エッチングにより島状に開口部が形成された遮光膜を示している。
【0047】
測定個所はそれぞれ単一のショットで露光したA部分の幅aと、8重描画を行ったC部分どうしの間隔bである。A部分は必ず領域の中央付近でショットの境界が発生しないように、中央部分に優先的にショットを配置してデータを作成した。
【0048】
以上、半導体装置製造用のフォトマスク、特にトランジスタのゲート層の露光を例にとってそのパターン形成方法、パターン形成装置、マスクそのもの、それらによって形成された半導体製造装置について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明の主旨は、高い寸法精度が必要とされる露光部に対しては単一ショットで露光し、高い寸法精度が必要な未露光部に対しては多重露光を行うことであるから、その実施形態として、X線露光用マスク、電子ビーム転写用マスク、さらにはマスクを介さずウェハ上に直接パターンを描画する直接描画技術に対してもその効果はなんら変わらない。
【0049】
また、第1及び第2の実施形態を通して本発明の主旨の説明を試みたが、本発明の意図するところは、多重描画と単一の描画及び、或いは単一のショットで露光する部分と複数のショットで露光する部分を組み合わせることにより、要求精度を達成する方法を提供するもので、露光に当たってポジ型のレジストとネガ型のレジストを使い分けることにより、より自由な組み合わせで、特定部分の寸法精度の向上を達成できる技術の提供にある。また、多重露光を行う際には、露光毎に、電子ビーム露光装置のビーム副偏向装置によるビーム偏向最大値(サブフィールド)によってカバーする領域をずらすと、より大きな効果が得られる。
【0050】
また、パターンを描画するための装置としては、電子ビーム描画装置に限らずイオンビーム描画装置を用いることもでき、更に荷電粒子ビーム以外に光ビームを使用したレーザ描画装置を用いることも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【0051】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、高い寸法精度が必要とされる領域に対しては単一ショットで露光し、高い位置精度が必要とされる領域に対しては多重露光を行うことによって、実質的に高精度のパターン形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例に係わるパターン形成方法を説明するための図。
【図2】 第1の実施形態によって作成されたマスクを示す図。
【図3】 第2の実施形態によって作成されたマスクを示す図。
【図4】 従来のパターン形成方法を説明するための図。
【符号の説明】
11…設計上のアクティブエリア
12…設計上のゲートパターン
13…図形要素
16…マスク上のゲートパターン
17…ウェハ上のレジスト残り部分
18…ウェハ上のアクティブエリア
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pattern forming technique using a charged particle beam or a light beam, and more particularly, a pattern forming method and a pattern forming apparatus for positioning a beam of arbitrary shape, repeating shot exposure, connecting shots, and exposing a desired pattern. About.
[0002]
[Prior art]
As the VLSI is highly integrated, the pattern size is becoming finer, and it is becoming difficult to ensure the pattern dimension accuracy. In particular, it is said that the dimensional accuracy of a gate pattern required to suppress the variation in the characteristics of a transistor in a chip within an allowable range usually needs to be within ± 10% when the target dimension is L. It is said that the tolerance of dimensional error due to the process is within ± 7%. For example, when the gate pattern size is 0.15 μm, the dimensional error allowed due to the lithography process is ± 0.0105 μm.
[0003]
A device pattern master mask (photomask, X-ray mask, electron beam mask, ion beam mask, etc.) is formed by a mask drawing device (a device that forms a pattern by sequentially drawing using an electron beam or a laser beam). When the device pattern is formed by irradiating the master mask with electromagnetic waves such as light, X-rays or the like or charged particles such as an electron beam or ion beam and transferring the image onto the wafer, The drawing accuracy is a major factor of the dimensional error.
[0004]
In sequential exposure processing typified by electron beam exposure technology, a raster scan system that scans a fixed beam and a vector scan system that positions and exposes a beam at individual coordinates are known. The raster scan method uses an analog method to scan the beam and speeds up the beam scan to improve the processing speed. However, the processing speed increases as the beam size is made finer to obtain resolution. A decline has occurred. As a method for realizing higher-speed processing, a vector scan method using a variable shaped beam capable of increasing the beam size has been proposed. In this method, the beam size is set and the beam is positioned by digital processing, and the DAC setting speed and accuracy limit throughput and pattern accuracy.
[0005]
In a master mask such as a photomask, strict accuracy is required for the position and size of the pattern. For example, in a photomask for a semiconductor element, numerical values are required such that the pattern dimension accuracy is about 1/30 or less of the minimum line width and the position accuracy is 5% or less of the minimum line width. In addition, the semiconductor element has been refined into a pattern having a dimension of 70% in almost three years, and the accuracy improvement accompanying the miniaturization is required.
[0006]
FIG. 4A shows a plan view of a memory cell array pattern in VLSI. 41 is an active area and 42 is a gate pattern. What should be noted is the gate pattern 42, and the active area 41 is a separate layer. However, in order to clarify the positional relationship between the active area 41 and the gate pattern 42, the active area pattern is also indicated by a dotted line. The active area 41 shown by hatching is element-isolated in the surrounding element isolation region. Two gate lines overlap one active area 41 so that two transistors are formed.
[0007]
When the gate pattern is actually formed on the wafer, a photomask is created based on this plan design drawing, and the image is transferred onto the wafer by irradiating the photomask with light. When creating a photomask, a light shielding film is deposited on one main surface of a quartz substrate, a resist is applied thereon, and writing is performed according to the above method using a mask drawing apparatus using an electron beam or a laser beam, It is formed by resist development and base light shielding film etching.
[0008]
In the mask drawing apparatus, the device pattern is divided into figures that can be drawn and shots are made for each figure. Therefore, the gate pattern 42 shown in FIG. 4A is divided into graphics by the graphic element 43 corresponding to the one shot. When the graphic element 43 is shot with a mask drawing apparatus, the position is shifted from the original position due to the apparatus error. FIG. 4B shows a state in which the graphic element of the gate pattern is actually shot on the photomask. In order to clarify the positional relationship between the active area and the gate pattern, the active area pattern is also indicated by a dotted line as in FIG.
[0009]
Conventionally, there are places where shots are connected on the element isolation region, such as the position 44 in the figure, and places where shots are connected on the active area, such as the position 45 in the figure. FIG. 4C is a plan view of a photomask created by this method. A region 46 in the figure is a gate pattern. In this case, since a negative resist was used, the resist remained in the exposed exposed portion after development, and a pattern was formed by processing the underlying light shielding film using this resist pattern as a mask. In order to clarify the positional relationship between the active area pattern and the gate pattern, the active area pattern is indicated by a dotted line in the same manner as in FIGS. It can be seen that the dimensions fluctuate at the shot connecting portion of the gate pattern.
[0010]
FIG. 4D is a plan view of the gate pattern on the wafer obtained as a result of light exposure using this photomask. In this case, since a positive resist was used, the resist remained in the unexposed area after development. In the figure, reference numeral 47 denotes a portion where the resist remains. The substrate is processed using this resist pattern as a mask. In addition, the active area pattern formed in the previous process is also displayed in an overlapping manner. In the figure, 48 is an active area.
[0011]
As shown in FIG. 4C, the dimension of the gate pattern on the wafer varies at a location corresponding to the mask dimension variation caused by shot joining. Therefore, a high dimensional accuracy is obtained in a portion where the active area is drawn in a single shot, for example, a portion such as 49, whereas a portion where the dimensional variation is large in the active area, For example, at a location such as 410, this dimensional variation has an adverse effect on the characteristics of the transistor, increasing the variation in device characteristics within the chip.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when a gate pattern of a transistor is drawn in mask drawing, shot division is performed at an arbitrary position, and thus there is a case where shot connection of gate patterns in an active area is performed. As a result, the dimensional variation at the connecting portion has an adverse effect on the characteristics of the transistor, increasing the variation in device characteristics. Thus, there is a problem that device characteristics cannot be stably ensured because there is a possibility that shot joining is performed in a region where it is highly necessary to ensure dimensional accuracy.
[0013]
The present invention has been made in consideration of the above circumstances. An object of the present invention is to provide a pattern forming method and a pattern forming apparatus for achieving high drawing accuracy as a result by using position information of an area requiring high dimensional accuracy.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
(Constitution)
In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.
[0015]
That is, the present invention positions a beam formed by shaping a charged particle beam or electromagnetic wave beam into an arbitrary shape, repeats shot exposure for irradiation for a predetermined time, and forms a desired pattern shape on the photosensitive material film on the substrate as a set of the shots. In a pattern forming method and a pattern forming apparatus for forming an exposure area, an area or pattern that requires high dimensional accuracy is exposed in one single shot, and other areas or areas that require high position accuracy It is characterized in that multiple exposure is repeated for a pattern at least twice.
[0016]
Here, preferred embodiments of the present invention include the following.
[0017]
(1) In multiple exposure, multiple exposure is performed by repeating the same shot at the same position, or multiple exposure is performed while switching the connecting position between shots.
[0018]
(2) When an arbitrary shot is formed by a combination of optical overlap between the first aperture opening and the second aperture opening, and the selected region or pattern is exposed by a single shot, the same For the shape pattern, use the same combination of the first aperture opening and the second aperture opening.
[0019]
(3) Contrary to the above, multiple exposure is repeated for two or more shots for the selected region or pattern, and exposure is performed for other regions or patterns with a single shot.
[0020]
Further, the present invention is characterized in that an exposure mask or a semiconductor device is realized by using the pattern forming method or the pattern forming apparatus.
[0021]
(Function)
In a pattern exposure method in which a beam shot size and a beam position are set using a digital circuit, in principle, in a single exposure, a pattern constituted by a single shot is a dimension of a pattern constituted by a plurality of shots. It is known to be superior to accuracy. That is, each shot has an error factor with respect to size and position accuracy, and in a pattern composed of a plurality of shots, errors of each shot are overlapped and accuracy is lowered. The position setting accuracy of each shot has an averaging effect when the same shot is formed by multiple exposure multiple times. As a result, the accuracy of the pattern restricted by the position accuracy rather than the shot size is improved. This effect contributes to an improvement in the accuracy of the region formed in the unexposed area.
[0022]
By applying the present invention, a specific accuracy improvement of a specific pattern is achieved. The pattern accuracy required in semiconductor device manufacturing, etc. requires high accuracy in a limited part such as the size of a specific pattern, the size of a specific part of a specific pattern, or the distance between the pattern and the specific part of the pattern. Yes.
[0023]
Therefore, an improvement in accuracy is achieved by applying the present invention to a pattern that is regularly repeated in a single shot, or by extracting a specific pattern and applying the present invention. More specifically, a single shot width pattern is single-exposure, and the other is multiple exposure, so that the multiple exposure portion can obtain excellent accuracy in terms of dimensional and positional accuracy. Patterns can be formed with better dimensional accuracy.
[0024]
In addition, by applying multiple exposure to the shot of the contour portion of the selected non-exposed portion, the dimensional accuracy of the non-exposed portion can be improved without significantly reducing the throughput. Furthermore, the present invention enables exposure without a shot boundary for a specific portion, and enables pattern formation with extremely excellent dimensional accuracy and low edge roughness.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.
[0026]
(Reference example)
A pattern forming method according to a reference example of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A shows a plan view of a memory cell array pattern in VSLI. 11 is an active area, and 12 is a gate pattern. What should be noted is the gate pattern 12 and the active area 11 is a separate layer. However, in order to clarify the positional relationship between the active area 11 and the gate pattern 12, the active area pattern is also indicated by a dotted line.
[0027]
The active area 11 shown by hatching is element-isolated in the surrounding element isolation region. Two gate lines overlap with one active area 11 so that two transistors are formed.
[0028]
When the gate pattern was actually formed on the wafer, a photomask was created based on the plan design, and the image was transferred onto the wafer by irradiating the photomask with light. When creating a photomask, a light-shielding film is deposited on one main surface of a quartz substrate, a resist is applied thereon, and drawing is performed according to the above method using a mask drawing apparatus using an electron beam or a laser beam. It formed by performing development and base light shielding film etching.
[0029]
In the mask drawing apparatus, the device pattern is divided into figures that can be drawn and shot for each figure. Accordingly, the gate pattern 12 shown in FIG. 1A is divided into figures by the figure element 13 corresponding to the one shot. When this graphic element 13 was shot with a mask drawing apparatus, it shifted from the position where it should be shot due to an apparatus error.
[0030]
FIG. 1B shows a state where the graphic element of the gate pattern is actually shot on the photomask. In order to clarify the positional relationship between the active area and the gate pattern, the active area pattern is also indicated by a dotted line as in FIG. This reference example is characterized in that the figure is divided so that all shots are connected on the element isolation region.
[0031]
FIG.1 (c) is a top view of the photomask produced by the method of this reference example. A region 16 in the figure is a gate pattern. In this case, since a negative resist was used, the resist remained in the exposed exposed portion after development, and a pattern was formed by processing the underlying light-shielding film using this resist pattern as a mask. In order to clarify the positional relationship between the active area pattern and the gate pattern, the active area pattern is indicated by a dotted line, as in FIGS. It can be seen that the dimensions fluctuate at the shot connecting portion of the gate pattern.
[0032]
FIG. 1D is a plan view of the gate pattern on the wafer obtained as a result of light exposure using this photomask. In this case, since a positive resist was used, the resist remained in the unexposed area after development. In the figure, reference numeral 17 denotes a portion where the resist remains. Using this resist pattern as a mask, the substrate was processed. The active area pattern formed in the previous process is also displayed in an overlapping manner. In the figure, 18 is an active area. The gate length is 0.15 μm.
[0033]
Also in this reference example, as shown in FIG. 1C, the dimension of the gate pattern on the wafer fluctuated at a location corresponding to the mask dimension fluctuation caused by shot stitching. However, all shot stitches that cause this dimensional variation are performed on the element isolation region. Therefore, the dimensional variation in the active area is extremely small, and as a result, the dimensional accuracy of ± 0.0105 μm or less, which is the specification, can be achieved over the entire surface of the chip.
[0034]
As described above, according to this reference example, when the gate pattern is formed in mask drawing, shots are joined at a position corresponding to the element isolation region of the semiconductor device. Variations in dimensions can be suppressed, and thereby variations in device characteristics can be suppressed.
[0035]
(First embodiment)
Next, an embodiment in which the present invention is applied to reticle manufacturing using a variable shaped electron beam will be described.
[0036]
First, a negative electron beam resist SAL605 (manufactured by Shipley) is formed to a thickness of 0.5 μm on a 0.25 inch thick, 6 inch square blank having a light shielding film in which a thin film of chromium / chromium oxide is laminated on a quartz substrate. And a predetermined baking process was performed. Next, exposure was performed with a variable shaped electron beam (VSB) exposure apparatus operating at an acceleration voltage of 15 KeV.
[0037]
This exposure is performed by combining two apertures and illuminating the beam that has passed through the first aperture by positioning it on the second aperture, so that a square with a maximum length of 2.55 μm, or a right triangle with a maximum short side of 2.55 μm. Was performed using a variable shaped beam capable of generating Furthermore, using the function of changing the exposure amount for each pattern, the single shot portion was exposed at 8 μC / cm 2 and the remaining pattern was exposed at 2 μC / cm 2 . Thereafter, multiple exposure was repeated three times at 2 μC / cm 2 for the portion exposed at 2 μC / cm 2 , and the entire exposure was unified to 8 μC / cm 2 .
[0038]
Next, the substrate was taken out from the exposure apparatus and subjected to a predetermined baking process. Subsequently, paddle development processing was performed for 80 seconds using a dedicated developer, and rinse treatment with ultrapure water was performed, followed by drying to form a resist pattern. Next, a baking process was performed at 115 ° C. for 15 minutes. Next, descum etching was performed using a 15:85 mixed gas of oxygen and nitrogen using a parallel plate type high frequency plasma etching apparatus. This descum etching was performed at a vacuum of 100 mTorr and a power of 50 W for 45 seconds.
[0039]
Next, using a parallel plate type magnetron high-frequency plasma etching apparatus, an etching process was performed by holding the substrate at 70 ° C. using a mixed gas of 95: 5: 100 of chlorine, oxygen, and argon. Etching was performed at a power of 150 W for 15 minutes. Next, the resist was removed by an etching process mainly using ozone.
[0040]
The mask thus manufactured is shown in FIG. The width of a shown in FIG. 2A and the interval between the patterns shown by b were measured at 100 positions from the end, and as variations, values of 12.8 nm and 32 nm were obtained at 3σ, respectively. The measurement was performed in a repeated pattern as shown in FIG. In the figure, the hatched portion indicates the light shielding film left in an island shape by exposure, development, and etching.
[0041]
The measurement points are the width a of the A portion exposed by a single shot and the interval b between the C portions subjected to quadruple drawing. In the portion A, data is created by preferentially arranging shots in the central portion so that a shot boundary does not occur near the center of the region.
[0042]
As described above, according to the present embodiment, the A region requiring high dimensional accuracy is formed by single shot drawing, and the C region requiring high position accuracy is formed by four times of multiple drawing, The pattern interval can be set with high accuracy while maintaining the dimensional accuracy of the specific portion of the pattern.
[0043]
The pattern forming method, the pattern forming apparatus, the mask itself, and the semiconductor manufacturing apparatus formed by them have been described above by taking, as an example, the exposure of a photomask for manufacturing a semiconductor device, particularly the gate layer of a transistor. It is not limited. The gist of the present invention is to perform exposure with a single shot for an exposed portion that requires high dimensional accuracy, and to perform multiple exposure for an unexposed portion that requires high dimensional accuracy. As an embodiment, the effect does not change at all with respect to an X-ray exposure mask, an electron beam transfer mask, and a direct drawing technique for directly drawing a pattern on a wafer without using a mask.
[0044]
(Second Embodiment)
Next, an embodiment in which the present invention is applied to reticle manufacturing using a variable shaped electron beam will be described.
[0045]
An exposure substrate coated with a positive beam resist ZEP-7000B (manufactured by Zeon Corporation) was prepared by the same process as in the first embodiment. Only the exposed part forming a specific unexposed part was subjected to eight-fold multiple drawing, and other regions were drawn once. The processing time was about 37 minutes when the entire image was drawn at one time, but it took about 41 minutes and 30 seconds when the above-described partial 8-fold drawing was performed. The exposure amount was 10 μC / cm 2 . The substrate was taken out from the exposure apparatus, spray development processing was performed for 360 seconds using a dedicated developer, rinse treatment was performed, and then dried to form a resist pattern.
[0046]
Thereafter, the same processing as in the first embodiment was performed to perform etching, and a mask was manufactured. The mask thus manufactured is shown in FIG. The width of a shown in FIG. 3A and the interval of the pattern shown by b were measured at 100 positions from the end, and as variations, values of 18.0 nm and 21.3 nm were obtained at 3σ, respectively. The measurement was performed in a repeated pattern as shown in FIG. In the figure, hatched portions indicate light shielding films in which openings are formed in an island shape by exposure, development, and etching.
[0047]
The measurement points are the width a of the A portion exposed by a single shot and the interval b between the C portions subjected to eight-fold drawing. In the portion A, data is created by preferentially arranging shots in the central portion so that a shot boundary does not occur near the center of the region.
[0048]
The pattern forming method, the pattern forming apparatus, the mask itself, and the semiconductor manufacturing apparatus formed by them have been described above by taking, as an example, the exposure of a photomask for manufacturing a semiconductor device, particularly the gate layer of a transistor. It is not limited. The gist of the present invention is to perform exposure with a single shot for an exposed portion that requires high dimensional accuracy, and to perform multiple exposure for an unexposed portion that requires high dimensional accuracy. As an embodiment, the effect does not change at all with respect to an X-ray exposure mask, an electron beam transfer mask, and a direct drawing technique for directly drawing a pattern on a wafer without using a mask.
[0049]
In addition, the description of the gist of the present invention has been made through the first and second embodiments. However, the intent of the present invention is to perform multiple drawing and single drawing and / or a portion exposed by a single shot and a plurality of portions. Provides a method to achieve the required accuracy by combining the parts to be exposed in a single shot. By using different types of positive and negative resists for exposure, the dimensional accuracy of a specific part can be more freely combined. Is to provide technology that can achieve the improvement. Further, when performing multiple exposure, a greater effect can be obtained by shifting the area covered by the beam deflection maximum value (subfield) by the beam sub-deflection device of the electron beam exposure apparatus for each exposure.
[0050]
Further, as an apparatus for drawing a pattern, not only an electron beam drawing apparatus but also an ion beam drawing apparatus can be used, and a laser drawing apparatus using a light beam other than a charged particle beam can also be used. . In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0051]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, an area requiring high dimensional accuracy is exposed with a single shot, and an area requiring high positional accuracy is subjected to multiple exposure. Thus, it is possible to perform pattern formation with substantially high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a pattern forming method according to a reference example.
FIG. 2 is a view showing a mask created according to the first embodiment.
FIG. 3 is a view showing a mask created according to the second embodiment.
FIG. 4 is a view for explaining a conventional pattern forming method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Active area on design 12 ... Gate pattern on design 13 ... Graphic element 16 ... Gate pattern on mask 17 ... Resist remaining part on wafer 18 ... Active area on wafer

Claims (4)

荷電粒子ビーム又は電磁波ビームを任意形状に成形したビームを位置決めし、所定時間の照射を行うショット露光を繰り返し、該ショットの集合として基板上の感光性材料膜に所望パターン形状の露光領域を形成するパターン形成方法において、
高い寸法精度が要求される領域或いはパターンに対し1回の単一のショットで露光を行い、それ以外の高い位置精度が要求される領域或いはパターンに対し2回以上のショットを繰り返す多重露光を行うことを特徴とするパターン形成方法。
Positioning a beam obtained by shaping a charged particle beam or electromagnetic wave beam into an arbitrary shape, repeating shot exposure for irradiation for a predetermined time, and forming an exposure area of a desired pattern shape on the photosensitive material film on the substrate as a set of the shots In the pattern forming method,
Multiple exposure that repeats two or more shots for a region or pattern that requires high dimensional accuracy is performed with one single shot, and other regions or patterns that require high positional accuracy. The pattern formation method characterized by the above-mentioned.
前記多重露光の際に、同一位置に同一ショットを繰り返す多重露光と、ショット同士のつなぎ位置を切り替える多重露光とのいずれか一方、或いはその組み合わせを用いることを特徴とする請求項1記載のパターン形成方法。  2. The pattern formation according to claim 1, wherein at the time of the multiple exposure, one of a multiple exposure that repeats the same shot at the same position, a multiple exposure that switches a connection position between shots, or a combination thereof is used. Method. 第1のアパーチャ開口部と第2のアパーチャ開口部との光学的重なりの組み合わせにより任意のショットを形成し、
前記選択された領域或いはパターンを単一のショットで露光を行う際に、同一形状のパターンに関しては第1のアパーチャ開口部と第2のアパーチャ開口部の同じ組み合わせを用いることを特徴とする請求項1記載のパターン形成方法。
An arbitrary shot is formed by a combination of optical overlaps of the first aperture opening and the second aperture opening;
The same combination of the first aperture opening and the second aperture opening is used for a pattern having the same shape when the selected region or pattern is exposed with a single shot. 2. The pattern forming method according to 1.
荷電粒子ビーム又は電磁波ビームを任意形状に成形したビームを位置決めし、所定時間の照射を行うショット露光を繰り返し、該ショットの集合として基板上の感光性材料膜に所望パターン形状の露光領域を形成するパターン形成装置において、
高い寸法精度が要求される領域或いはパターンに対し1回の単一のショットで露光を行い、それ以外の高い位置精度が要求される領域或いはパターンに対し2回以上のショットを繰り返す多重露光を行うことを特徴とするパターン形成装置。
Positioning a beam obtained by shaping a charged particle beam or electromagnetic wave beam into an arbitrary shape, repeating shot exposure for irradiation for a predetermined time, and forming an exposure area of a desired pattern shape on the photosensitive material film on the substrate as a set of the shots In the pattern forming apparatus,
Multiple exposure that repeats two or more shots for a region or pattern that requires high dimensional accuracy is performed with one single shot, and other regions or patterns that require high positional accuracy. A pattern forming apparatus.
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