JPH03174716A - 電子ビーム描画装置および描画方式 - 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】

【産業上の利用分野１ 本発明はＬＳＩ製造プロセス等において、微細パターン
形成に必要な電子ビームリソグラフィ技術に係り、特に
微細加工性に加えて量産性をも向上させるための高速描
画装置、及び描画方式に関する。 【従来の技術】 ＬＳＩパターンの微細化、高集積度化はとどまるところ
を知らず、従来の光によるリソグラフィの解像限界を超
える微細加工が必要となりつつある。該微細加工に対応
できるリソグラフィ技術としてこ電子ビーム描画技術が
ある。しかし、電子ビーム描画技術は処理速度が低く、
量産性に問題がある。本描画技術の量産性向上を図るた
めには、「特開昭５４．−２９９８１、電子ビーム照射
装置」に述べられているような高速描画装置及び高速描
画方式がある。以下、上記高速描画方式の基本概念を、
従来の電子ビーム描画方式と比較することにより、簡単
に説明する。 第４図に従来の電子ビーム描画方式である可変成形方式
描画法の基本概念を示す。本描画方式では、電子銃４か
らシャワー状に放射された電子ビーム１３を矩形孔の開
いた第一成形アパーチャ５により矩形に成形し、第一成
形レンズ６や成形偏向器７を用いて、可変成形方式用第
二成形アパーチャ板８′上に矩形ビームエ３′を結像す
る。電子ビーム１３′と矩形の開口部１４”との重なり
を調節することにより、任意の大きさの矩形ビームに電
子ビームを成形する。そして、縮小レンズ９、静電偏向
レンズ１０、対物レンズ１１により焦点精度よく試料１
２上の所定の位置に、成形された矩形ビーム１３″を縮
小投影する。このように描画すべきパターンを異なる大
きさの矩形に分割し、一つ一つ描画していく方法が従来
法の可変成形描画方式である。従って、従来法では、例
えば第４図の試料９上に示すような繰返しの多いパター
ンも同じ方法で、全て描画することになる。 このため、従来法では非常に多くの露光回数が必要であ
り、描画処理時間が長くかかった。 一方上記高速描画方法は、第３図に示すように所望の描
画パターン要素１４′を予め、第二成形アパーチャ板８
に加工しておき、電子ビーム１３′をパターン要素１４
′に成形し、該成形電子ビームを一括転写の繰返しによ
りパターンを描画していく方法である。上記描画方式を
採用することにより、露光回数を大幅に低減し、描画処
理時間を短くできる。本描画方式はパターンの大部分が
周期性を持つＤＲＡＭ等のメモリＬＳＩの描画に、特に
有効であり１画期的な処理速度の向上が図れる。

【発明が解決しようとする課題】

ところが、処理速度の大幅な向上の反面、本描画方式に
は次のような重大な課題がある。すなゎ５− 一 ち、電子ビーム描画技術固有の課題である近接効果に対
する対策である。 上記課題を第２．５．７図を用いて詳細に説明する。ま
ず、第７図（ａ）は、シリコン単結晶基板工９上のレジ
スト膜２０へ電子ビーム１３”’によってパターン間隔
１３での電子ビーム描画を示している。入射した電子は
、レジスト膜２０内、及びシリコン基板１９中で散乱し
そのエネルギーを失う。そのため電子ビーム１３〃を照
射していない領域にもエネルギーの蓄積が生じる。近接
効果に関して、例えば以下の関係式が戊り立っことが知
られている。入射ビーム位置をｙとするとき、Ｘの位置
でのエネルギー蓄積量は Ｅ　（ｘ）　＝ｆｆｙε・Ｆ　（ｌｘ−ｙ　Ｉｆ）　ｄ
２ｙと表せる。但し、 Ｆ　（ｙ）　：ｃ、　Ｈｅｘｐ（−（Ｙ／１ｘ）２）　
＋Ｃ２・ｅｘｐ（−（ｙ／ｌｚ）”）であり、第一項は
試料内の前方散乱を第二項は試料内の後方散乱による効
果を示している。また、ｃｌ、ｃ２、δ□、δ２はそれ
ぞれレジスト材質、レジスト膜厚、下地材質、電子ビー
ム加速電圧より決定Ｇ− する定数である。 そして第７図（ｂ）に示したのが、上記関係式を用いて
求めたレジスト膜２０内でのエネルギー蓄積量分布であ
る。電子ビームが照射されたレジスト膜２０ではシリコ
ン単結晶基板１９近傍からレジス１−表面へとエネルギ
ー蓄積量は徐々に低くなっている。ここで、同種の線種
で示されているのはエネルギー蓄積量が当量である部分
である。 図７（ｂ）に示した場合では、電子ビーム描画領域のレ
ジスト膜を膜べりなくパターン形成しようとすると実線
で分布を示したエネルギーＷ　ｆｆｆ　ｆｆｉが、閾値
となるように現像を行なう必要がある。しかし、非照射
領域にも実線で示されるエネルギーが蓄積しており、非
照射領域にもパターンが形成されてしまう。これが近接
効果であり、シリコン基板よりも後方散乱の大きな材料
すなわち重金属材、料を用いる場合はどこの傾向は顕著
になる。第７′図に示したのがシリコン基板１９上にタ
ングステン膜（厚さ１μｍ）１９’　を形成した基板上
での描画について」二記と同様に計算した結果である。 この結果から、シリコン基板のみの場合に比べ、スペー
ス中央部でのエネルギー蓄積量が大きくなっており、非
照射領域にもパターンが形成されそのレジスト２０膜減
り量も少ない。この様に、重金属材料を用いる場合はど
近接効果が大きくなることがわかる。さらに、この近接
効果は、図形パターンの配列にも依存しており、図形同
志が近接すればするほど益々顕著になる電子ビームリソ
グラフィに固有の問題である。 次に、第２図に示す高密度な繰返しパターンを電子線レ
ジスト膜を用いて形成する場合について説明する。従来
の描画方式では図形を一つ一つ描画していくために、上
述の様に未照射領域へのエネルギー蓄積を低減させる様
、描画時の照射量を細かく調整したり、一つ一つの描画
図形を細かく調整することにより、近接効果を回避して
きた。 しかし、該繰返しパターンを一括図形照射方式により描
画する場合では、描画装置内の第二成形アパーチャ８内
に、−回の露光で描画するパターン要素３に相当するア
パーチャパターン開口部１４′が作り込まれている。こ
のため、第５図に示すパターン開口部１５を用いて一括
転写した場合、現像後描画パターンの近接している電子
ビーム非照射部分はパターン近接効果により解像してし
まい第６図に示すようなレジストパターンが形成される
。そのため、−柄図形照射方式で特に高密度パターンの
様に近接効果の強いパターンにおいて、これを所望通り
形成することが困難となるという重大な問題がある。 本発明はこうした成形電子ビームによる一括図形照射方
式電子線描画において、上記の問題点を克服し、高速描
画処理により任意形状の高密度な微細パターンを高精度
に形成することを目的としている。

【課題を解決するための手段］ 上記目的は、試料面上に一括図形照射される成形電子ビームについて予め、近接効果を補正するよう成形することにより実現できる。 【作用】

上記課題解決のための具体的な手段を第９．１０図を用
いて説明する。まず、第９図に示しているのは所望の描
画パターンの一部分である。但し、図中の１１．１２、
］３、ｍｌ、ｍ２は斜線部で示す描画パターンの寸法を
表している。図中に示している・点１６、＊点１７は描
画パターン間近接効果が生じやすいと推測される部分で
あり、エネルギー蓄積量を算出する代表点とする。これ
らの代表点について前述と同様にレジスト膜内での蓄積
エネルギー量の分布をシミュレーションにより求め、予
めパターン間近接効果を推定すると、＊点１７ではレジ
ストパターン形成に影響を与えるようなエネルギー量は
蓄積しないが、・点１６には予定外のレジストパターン
が形成されることが求まる。 そこで、まず上記シミュレーションにおいて、第１０図
に示すように描画図形の一部を削除することによる所望
のレジストパターンを形成することを検討したところ代
表点である×点］８にはパターン間近接効果によりレジ
ストパターンが所望どおりに形成でき、しかも代表点１
６にはレジスドパターンを形成しないようにできること
がわかった。即ち、寸法」４×ｍ□の図形を近接した描
画パターンから予め、削除した描画パターンを一括転写
できる様、−括転写に用いる電子ビーム成形用のアパー
チャ開口部１を第１図（ａ）に示す形状にする。ここで
、破線で囲んだ部分２が近接効果補正のため削除した図
形である。 また、桶画時に上記描画パターン間近接効果が生じやす
いと推測されるレジスト膜部分は照射電子ビームの電流
密度を実効的に減少させ、蓄積するエネルギー量を部分
的に減少させる手段もある。 例えば第１図（ｂ）に示すように描画パターン間近接効
果が生じやすいと推測されるアパーチャ開口部に解像度
限界以下の寸法を持つ細線で形成されたメツシュ２′を
設ける。この方法によっても前記の例と同様に近接効果
補正が可能となり、レジストパターンが所望゛どおりに
形成できることがわかった。また、図形の削除と実効的
電流密度の変化を組合せることによりさらに高精度な近
接効果補正が可能なことはいうまてもない。 以上のように、ウェーハ上でのパターン間に生じる近接
効果による設計値からのズレ量を予め計算により求め、
この結果から、アパーチャの補正量を算出することがで
きる。そこで、アパーチャに描画パターンを作り込んで
おく一括図形照射方式という描画装置及び描画方式にお
いて、上記の割算結果に基づいて、近接効果による設計
値からのズレ量をなくす様にアパーチャ開口部を変形さ
せたり、透過率を変化させたりするいう全く異なる発想
に基づいた本発明により、高速度パターン描画処理と高
精度微細パターン形成とが可能となっている。ここで、
ウェーハ上でのパターン間に生じる近接効果による設計
値からのズレ量を予め計算により求める場合には、電子
ビームの加速電圧、レジスト膜厚、基板材料、パターン
配列といったパラメータを用いて行なうことにより、正
確な補正量を求めることができる。

【実施例） 以下、本発明を実施例を用いて詳しく説明する。 実施例↓ 本実施例では第２図に示すようなレジストパターンを形
成する際の本発明による成形アパーチャを示す。描画に
用いた描画装置の仕様は、電子ビームの加速電圧が３０
ｋＶ、電流密度は５　Ａ　ｌ　ｃｒ！である。また、基
板材料は、シリコン基板を用いた。これらの基板」二で
パターン形成のために用いるレジスト膜は厚さ０．５μ
ｍのネガ型レジストＲＤ−２００ＯＮ（日立化成製）を
採用した。上記レジスト膜によるパターン形成はアルカ
リ現像液を用いた。前記条件でのレジスト膜の電子線感
度特性を第８図に示す。第８図より、４０μＣ／−の成
形電子ビーム照射量で、レジストパターンを形成でき、
１４μＣ／ｃｄ以下の電子ビーム照射量では現像により
、レジストは全て溶解する。 次に、第９図にその所望描画パターンの一部分を示す。 パターン寸法は１１＝０．４μｍ、１□＝０．６μｍ、
ｌ、＝０．４μｍ、ｍ１＝１．２μｍ。 ｍ２＝１．２μｍと規定されるものである。まず、前記
描画条件を考慮して、シリコン基板上に該パターンを描
画したときのレジスト膜内への電荷蓄３ 積置を、シミュレーションを用いて求めた。・点１６、
＊点１７に示しているのが描画パターン間近接効果が生
じやすいと推測される部分であり、電荷蓄積量を算出す
る代表点とした。シミュレーションの結果、代表点１６
．１７での蓄積エネルギー量はそれぞれ３０ＰＣ／ａ＃
、１２μＣ／−と求まった。図８より代表点１６では９
０％以上のレジスト膜厚が残りパターン間の結合が生し
てしまうが、代表点１７では所望どおり、レジストが消
失するものと予想された。 そこで、本発明により第９図に示す描画パターンから１
４　×ｍ１（但し、ｌ、＝０．２μｍ、１７１１：１．
２μｍ）の領域を削除した描画パターン（第１０図）を
−括転写できるように成形アパーチャ開口部を第１図に
示すように変形した。このとき、第１０図の代表点１６
．１７．１８での蓄積エネルギー量はそれぞれ工２μＣ
／ｄ、１２μＣｏａｌ、３０μＣ／ａｌとなることをシ
ミュレーションにより確認した。実際、シリコン単結晶
基板上のレジストパターン形成においても、第２図に示
すよう７） ４４− な高密度パターンを９％以下の寸法誤差で正確に形成で
きた。 実施例２ タングステン膜（厚さ１μｍ）を表面に蒸着したシリコ
ン基板を用いた場合についての実施例を第１１．’１２
図を用いて述べる。描画条件、パターンは上記実施例と
同じである。 第７　（ｃ）（ｄ）図に示したように、タングステンは
、シリコンに比べ重い元素であるので、タングステン表
面からレジスト内への後方散乱が大きくなるので、近接
効果による設計値からのズレ量も大きくなる。第１１図
にスペース寸法（Ｊ３）とその中間点における蓄積エネ
ルギーの関係を示す。孤立ラインパターンが解像する条
件での不溶限界となる設計スペース寸法は、シリコン基
板の場合が、０．７μｍであるのに対し、タングステン
膜（厚さ１μｍ）を表面に蒸着したシリコン基板の場合
には、０．９μｍと大きくなってしまう。 実施例１と上記の計算から、それぞれの基板を用いて、
第１２図に示すような設訓パターンを描画する場合のア
パーチャの変形量を求めることができる。第１２図には
、パターン間の設計スペース寸法（Ｓ）に対するアパー
チャ上でのスペース寸法（Ｓ）の計算結果を示す。この
結果から、シリコン基板の場合、設計値で、王μｍ以下
の寸法になるとアパーチャの寸法に補正が必要になり、
例えば、０．４μｍのスペース寸法を得るには、スペー
ス寸法を０．４μｍ広げた０、８μｍのスペス寸法に対
応したアパーチャパターンを用いる必要がある。今回用
いた電子光学系の縮小率は工：２５であるので、アパー
チャ上でのスペース寸法は、０．８７ｚｍＸ２５＝２０
μｍとなる。また、タングステン膜（厚さ１μｍ）を表
面に蒸着したシリコン基板を用いた描画については、第
　図の結果から、設計スペース寸法が１．２μｍ以下の
寸法になるとアパーチャの寸法に補正が必要になり、例
えば、０．４μｍのスペース寸法を得るには、スペース
寸法を０．５μｍ広げた０、９μｍのスペース寸法に対
応したアパーチャパターンを用いる必要がある。従って
、上記と同様、アバ＼−１５ 、ｌｆ”゛ チャ上でのスペース寸法は、０．９μｍ　Ｘ　２５　＝
２２．５μｍとなる。実際にこれらのアパーチャを用い
て、各々の基板上に描画した結果、９％以下の寸法誤差
で正確に形成できた。 実施例３ また、本発明による電子ビーム描画装置、及び描画方式
の異なる実施例を示す。第１図（ｂ）を用いて説明する
。ただし、描画装置の仕様、レジスト、現像液等の描画
、現像条件、並びに所望描画パターンは前記実施例１と
同様とした。 本実施例では、第工図（ｂ）に示すように描画時にパタ
ーン間近接効果が生しやすいと推測されるアパーチャ開
口部に、解像度以下の細線によるメツシュ２′を設けた
。メツシュに用いた細線は＠２μｍの金線である。描画
装置の縮小率は工／２５であり、レジストパターン形成
時に金線パターンは解像しないことも確認した。また、
メツシュ加工した開口部は電子ビーム透過密度が３０％
減少するように、細線を加工する密度を調整した。 このときの描画パターンを第９図に示す。代表点工６．
１７での蓄積エネルギー量はそれぞれ１０μＣ／ｄ、１
０ＩＬＣ／ａ＃となることをシミュレーションにより確
認した。実際、シリコン単結晶基板上のレジストパター
ン形成においても、前記実施例と同様、第２図に示すよ
うな高密度なパターンを寸法誤差８％以下という高い正
確に形成できた。 実施例４ 次に、本発明による電子ビーム描画装置、及び描画方式
について、前記実施例とは異なる実施例をさらに−っ示
す。これを第１図（ｃ）を用いて説明する。ただし、描
画装置の仕様、レジスト、現像液等の描画、現像条件、
並びに所望描画パターンは前記実施例１、及び実施例２
と同様とした。 本実施例では、まず、第９図に示す描画パターンから描
画時にパターン間近接効果が生じやすいと推測されるア
パーチャ開口部から、１４×ｍ□（但し、１４＝０．２
μｍ、ｍ１＝１．２μｍ）の領域を削除した描画パター
ン（第１０図）を−括転写できるように成形アパーチャ
開口部を第１図に示すように変形した。変形した開口部
にさらに、解像度以下の細線によるメツシュ２′を設け
た。 第１図（ｃ）では、メツシュに用いた細線は幅２μｍの
金線である。本実施例では、描画装置の縮小率は１／２
５であり、レジストパターン形成時に金線パターンは解
像しないことも確認している。 また、メツシュ加工した開口部は電子ビーム透過密度が
２０％減少するように、細線を加工する密度を調整した
。 このときの描画パターンを第１０図に示す。代表点１６
．１７．１８での蓄積エネルギー量はそれぞれ５　ｐ　
Ｃ／ａ＆、５　／Ａ　Ｃ／　ａＫ、２５　ｐ　Ｃ／　ａ
Ｋとなることをシミュレーションにより確認した。実際
、シリコン単結晶基板上のレジストパターン形成におい
ても、実際、シリコン単結晶基板上のレジストパターン
形成においても、前記実施例と同様、第２図に示すよう
な高密度なパターンを寸法誤差５％以下という高い精度
で形成できた。 【発明の効果】 本発明によれば、高密度で周期的に繰り返される孤立パ
ターンを描画する場合に、極めて有効な一括図形照射方
式描画装置及び描画方式において所望のパターンを、高
処理速度でしかも高精度に描画でき、上記装置及び描画
方式の実用性が著しく高まった。 尚、本発明による描画装置に装着する第二成形アパーチ
ャは、主な材質を半導体単結晶、特にシリコン単結晶に
することにより、パターン開口部を高精度に加工できる
効果があった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子ビーム描画装置用の成形アパ
ーチャにおける各実施例を示す図で、（ａ）は第１実施
例の描画パタンを示す図、（ｂ）は第２実施例の描画パ
タンを示す図、（ｃ）は第３実施例の描画パタンを示す
図、第２図は上記実施例による周期的パタンの描画例を
示す図、第３図は一括図形照射方法による描画法の基本
概念を示す図、第４図は従来の可変成形描画方法による
描画法の基本概念を示す図、第５図は近接効果の補正が
未処理の成形アパーチャを示す図、第６図−今ｈ− は本発明によらない一括図形照射方法による周期的繰り
返しパタンの描画例を示す図、第７図（ａ）（ｃ）は高
密度パタン描画時のエネルギー蓄積を説明する図、（ｂ
）（ｄ）は上記エネルギーのそれぞれの蓄積量分布を示
す図、第８図はレジスト感性特性の例を示す図、第９図
は所望の描画図形の配置とエネルギー蓄積量算出点を示
す図、第１０図は本発明により変形した描画図形の配置
とエネルギー蓄積量算出点を示す図、第１１図は、スペ
ース中央部でのエネルギー蓄積量の計算結果を示す図、
第１２図は、設計スペース寸法と近接効果補正後のアパ
ーチャスペース寸法の関係を示す図である。 １、本発明による第二成形アパーチャ孔、２．近接効果
補正（図形削除法）により削除した部分、２′、解像度
以下の細線によるメツシュ、３゜回の露光で描画した領
域、４．電子銃、５．第一成形アパーチャ板、６．第一
成形レンズ、７．成形偏向器、８．−柄図形方式用第二
成形アパーチャ板、８′可変成形方式用第二成形アパー
チャ板、−＝） ゛ノ工 っ吻１ ９、縮小レンズ、１０．静電偏向レンズ、１１゜対物レ
ンズ、１２．試料、１３．電子銃より放射された電子ビ
ーム、１３′、矩形に成形された電子ビーム、１３”、
描画パターン基本要素に成形された電子ビーム、１４．
．１４”、矩形孔。 １４′、描画パターン基本要素に相当する成形アパーチ
ャ孔、１５．近接効果補正（図形削除法）を行っていな
い成形アパーチャ孔、１６．．１７゜、１８．電荷蓄積
量算出代表点、１９．シリコン単結晶基板、１９′、タ
ングステン膜、２０．レジスト膜。 ２２− ＼ Ｎ 特開平 ３ １７４７１６　（８） 隼 ２ 図 電）穣只輔ｒ（莢ψ吻

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、成形電子ビームによる一括図形照射方法を用いた電
   子ビーム描画装置において、パターン間に生じる近接効
   果を補正する手段を用いて、所望の描画パターン要素を
   加工した、成形アパーチャを備えたことを特徴とする電
   子ビーム描画装置。 ２、上記近接効果を補正する手段は、上記アパーチャ板
   内の開口図形を変形することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載した電子ビーム描画装置。 ３、上記近接効果を補正する手段は、上記アパーチャ板
   内の開口図形を透過する電子ビームを、解像分解能より
   微小な寸法の遮蔽物で制限し、実効的な電流密度を変化
   させて行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載した電子ビーム描画装置。 ４、上記近接効果を補正する手段は、上記アパーチャ板
   内の開口図形を変形し、かつ、上記開口図形を透過する
   電子ビームを、解像分解能より微小な寸法の遮蔽物で制
   限し、実効的な電流密度を変化させて行なうことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載した電子ビーム描画
   装置。 ５、上記成形アパーチャは、半導体単結晶特にシリコン
   単結晶で形成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第４項のいずれかに記載した電子ビーム
   描画装置。 ６、上記開口図形の変形は、上記図形の一部を削除した
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲の第２項ま
   たは第４項に記載した電子ビーム描画装置。 ７、上記解像分解能より微小な寸法の遮蔽物で行なう制
   限は、解像度以下の細線からなるメッシュによって行な
   うものであることを特徴とする特許請求の範囲の第３項
   または第４項に記載した電子ビーム描画装置。 ８、成形電子ビームによる一括図形照射方法を用いた電
   子ビーム描画方法において、矩形穴を有する第１成形ア
   パーチャの透過光を、透過電子ビーム密度の近接効果を
   補正する手段を開口図形に設けた第２成形アパーチャを
   透過させたのち、試料上に照射することを特徴とする電
   子ビーム描画方法。