JPH10242038A - パターン形成方法とリソグラフィシステム - Google Patents

パターン形成方法とリソグラフィシステム

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JPH10242038A
JPH10242038A JP9046683A JP4668397A JPH10242038A JP H10242038 A JPH10242038 A JP H10242038A JP 9046683 A JP9046683 A JP 9046683A JP 4668397 A JP4668397 A JP 4668397A JP H10242038 A JPH10242038 A JP H10242038A
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beam exposure
exposure
charged beam
electron beam
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JP9046683A
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Kazuyoshi Sugihara
和佳 杉原
Hiromi Niiyama
広美 新山
Toshiyuki Umagoe
俊幸 馬越
Koji Ando
厚司 安藤
Tetsuo Nakasugi
哲郎 中杉
Shinji Sato
信二 佐藤
Yumi Watanabe
由美 渡辺
Yoshimitsu Kato
善光 加藤
Toru Shibata
透 柴田
Katsuya Okumura
勝弥 奥村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子ビーム露光装置の持つ光を越える優れた
解像力と光ステッパの持つ高いスループットの双方を生
かすことができ、微細パターンを高いスループットで形
成する。 【解決手段】 ウェハ５上に形成されたレジストに所望
パターンを転写してレジストパターンを形成するパター
ン形成方法において、同一レジストに対するパターン転
写を、フォトマスクを用いた光ステッパ１と電子ビーム
露光装置２の両者で行い、かつ光ステッパ１の解像限界
以下のパターン転写を電子ビーム露光装置２で行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微細パターンを高
スループットで形成するパターン形成方法と、その方法
を実現するためのリソグラフィシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程における光リソグラフィ
は、そのプロセス簡易性，低コストなどの利点により、
広くデバイス生産に用いられてきた。常に技術革新が続
けられており、近年では短波長化（ＫｒＦエキシマレー
ザ光源）により０．２５μｍ以下の素子の微細化が達成
されつつある。さらに微細化を進めようと、より短波長
のＡｒＦエキシマレーザ光源やレベンソン型の位相シフ
トマスクの開発が進められており、０．１５μｍルール
対応の量産リソグラフィツールとして期待されている。
しかし、これを実現するための課題も多く、その開発に
係わる時間が長期化しており、デバイスの微細化のスピ
ードに追いつかなくなることが心配されつつある。
【０００３】これに対して、ポスト光リソグラフィの第
一候補である電子ビームリソグラフィでは、細く絞った
ビームを用いて０．０１μｍまでの加工できることが実
証済みである。微細化という観点では、当面問題なさそ
うであるが、デバイス量産ツールとしてはスループット
に問題がある。即ち、細かいパターンを一つ一つ順番に
描いていくために、描画時間が長くなるのを避けられな
い。この描画時間を短縮するために、ＵＬＳＩパターン
の繰り返し部分を部分的に一括して描画するセルプロジ
ェクション方式など幾つかの装置が開発されている。し
かしながら、これらの装置を用いても光リソグラフィの
スループットに追いつくまでには至っていない。
【０００４】電子ビームリソグラフィのスループットを
増大させる方法として、同一レジストに対するパターン
転写を光露光と電子ビーム露光で行い、電子ビーム露光
の露光領域を少なくして電子ビーム描画装置が一時間当
たりに処理できるウェハ枚数を増やすこと、いわゆる光
と電子ビーム（ＥＢ）との同層のミックスアンドマッチ
が提案されている。
【０００５】特開平４−１５５８１２号公報では、パタ
ーン形成のリソグラフィ工程において、同一レジストに
対するパターン転写を位相シフトマスクを用いた光露光
と電子ビーム露光とを用いて行うことが開示されてい
る。ここでは、素子を構成する殆どのパターンを位相シ
フトマスクで転写し、位相シフタの配置で不都合が生じ
た部分を電子ビーム描画で補修するようにして、電子ビ
ーム描画の領域をできる限り小さくして電子ビーム描画
装置が一時間当たりに処理できるウェハ枚数を増やして
いる。
【０００６】しかし、この方法では、描画領域は少なく
てすむものの、位相シフトマスクの限界解像度以下のパ
ターン転写はできず、今後のデバイスの微細化には対応
できない。
【０００７】多品種少量の素子を製造する際、マスクの
作製に時間がかかるため、これを解決する手段として特
開平１−２９３６１６号公報では、同一レジストに各種
半導体に共通なひとかたまりの機能ブロックを光で露光
し、各半導体素子に固有なパターンを電子ビームで描画
する方法が開示されている。即ち、各種素子に共通な部
分のマスクを予め作製しておき、その他パターンが替わ
った部分だけ電子ビーム描画を用いている。この方法で
は、各種マスク毎にマスクを作る必要がないため、素子
の設計から製造までの期間を短縮することができる。
【０００８】しかし、この方法の場合も上述の方法と同
様に、機能ブロック内に光露光での限界解像度以下のパ
ターンが存在する場合には適応できず、さらに電子ビー
ムで描画するパターンは配線部分などであり、電子ビー
ム露光を適用するにはパターンを一つ一つ順番に描いて
いくためどうしても時間がかかってしまう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このように、スループ
ットを向上させるために従来実施されていた光とＥＢと
の同層のミックスアンドマッチでは、電子ビーム露光の
解像力を十分に引き出して使っていない、スループット
が光ステッパと同等までに達していないなどの問題点が
あった。
【００１０】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、荷電ビーム露光装置
の持つ光を越える優れた解像力と光ステッパの持つ高い
スループットの双方を生かすことができ、微細パターン
を高いスループットで形成できるパターン形成方法を提
供することにある。また本発明の他の目的は、上記のパ
ターン形成方法を実施するためのリソグラフィシステム
を提供することにある。
【００１１】
【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。即ち本発明は、被処理基板上に
形成された感光材に所望パターンを転写して感光材のパ
ターンを形成するパターン形成方法において、同一感光
材に対するパターン転写を、フォトマスクを用いた光露
光と荷電ビーム露光の両者で行い、かつ光露光の解像限
界以下のパターン転写を荷電ビーム露光で行うことを特
徴としている。
【００１２】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。 (1) 光露光と荷電ビーム露光は、感光材の現像プロセス
を挟むことなく連続的に順次行われ、両方の露光が終了
した後に現像を行うこと。 (2) 感光材は、荷電ビーム及び光に対してそれぞれ感度
を持つ化学増幅型のネガレジスト或いはポジレジストで
あること。 (3) 光露光で用いられる光の波長は、遠紫外領域に属す
ること。 (4) 荷電ビーム露光を行うための露光装置は、パターン
の繰り返し部分を部分的に一括して露光する機能を持つ
こと。 (5) 感光材は、反射防止膜とレジストから構成されるこ
と。 (6) レジスト及び反射防止膜の少なくとも一方に導電性
を付与したこと。
【００１３】(7) 光露光の限界解像度よりも緩いパター
ン寸法を境にして露光領域を切り分け、この境界寸法よ
りも大きな寸法のパターンを光露光で、小さな寸法のパ
ターンを荷電ビーム露光で処理すること。 (8) 光露光の後に荷電ビーム露光を行い、荷電ビーム露
光では、荷電ビーム露光するパターン位置を光露光時の
パターン位置歪みを考慮して、光パターンと荷電ビーム
パターンとの相対位置関係がより正しくなるように、パ
ターンデータの位置データを補正すること。 (9) 光露光の後に荷電ビーム露光を行い、荷電ビーム露
光では、光露光による潜像を基にパターンデータの位置
データを補正すること。 (10)荷電ビームは電子ビームであること。
【００１４】また本発明は、被処理基板上に感光材を塗
布すると共に、パターンが露光された感光材を現像する
塗布・現像装置と、被処理基板上に塗布された感光材に
所望パターンを露光する光ステッパと、被処理基板上に
塗布された感光材に所望パターンを露光する荷電ビーム
露光装置とを近接配置してなるリソグラフィシステムで
あって、前記光ステッパと荷電ビーム露光装置は、同一
感光材に対して現像プロセスを挟むことなく順次パター
ンの露光を行い、かつ光ステッパの解像限界以下のパタ
ーン露光を荷電ビーム露光装置で行うように構成され、
前記塗布・現像装置は、光ステッパ及び荷電ビーム露光
装置の双方でパターン露光が行われた後にレジストを現
像処理するよう構成されていることを特徴とする。
【００１５】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。 (1) 荷電ビーム露光装置は少なくともパターンの繰り返
し部分を部分的に一括して露光する機能を持ち、光ステ
ッパは遠紫外領域のステッパであること。 (2) 光ステッパと荷電ビーム露光装置の処理能力がバラ
ンスするように、１台の光ステッパに対して荷電ビーム
露光装置を複数台、又は複数台の光ステッパに対して荷
電ビーム露光装置を１台配置して構成されたこと。
【００１６】(3) 光ステッパ及び荷電ビーム露光装置に
対して１台の塗布・現像装置を配置してウェハ処理を行
うこと。 (4) レジストが塗布された被処理基板を、荷電ビーム露
光装置と光ステッパと塗布・現像装置との間で、化学的
汚染，物理的汚染，温度，湿度が制御された環境下で搬
送する搬送機構を設けたこと。 (5) 感光材は、荷電ビーム及び光に対してそれぞれ感度
を持つ化学増幅型のネガレジスト或いはポジレジストで
あること。 (6) 感光材は、反射防止膜とレジストから構成されるこ
と。 (7) レジスト及び反射防止膜の少なくとも一方に導電性
が付与されること。
【００１７】(8) 光ステッパの限界解像度よりも緩いパ
ターン寸法を境にして露光領域を切り分け、この境界寸
法よりも大きな寸法のパターンを光ステッパで、小さな
寸法のパターンを荷電ビーム露光装置で処理すること。 (9) 荷電ビーム露光装置では、露光するパターン位置を
光ステッパによるパターン位置歪みを考慮して、光パタ
ーンと荷電ビームパターンとの相対位置関係がより正し
くなるように、パターンデータの位置データを補正する
こと。 (10)荷電ビーム露光装置では、光ステッパによる露光で
形成された潜像を基にパターンデータの位置データを補
正すること。 (11)荷電ビーム露光装置は電子ビーム露光装置であるこ
と。
【００１８】また本発明は、上記のパターン形成方法又
はリソグラフィシステムを用いて作成された半導体デバ
イスを特徴とする。 （作用）本発明では、素子の製造過程における、あるパ
ターン層の形成のためのリソグラフィプロセスにおい
て、同一感光材に対するパターン転写を、光露光と荷電
ビーム露光との双方を用いて行い、光露光の限界解像度
以下のパターン転写を荷電ビーム露光で行うようにして
いる。これによって、パターン解像性に優れ、かつスル
ープットの高いパターン形成ができる。即ち、荷電ビー
ム露光の持つ光リソグラフィを越える優れた解像力で光
ステッパと同等のスループットを確保して微細パターン
を形成することができる。
【００１９】また本発明によれば、後から露光する荷電
ビーム露光のパターン位置を光露光で発生するパターン
の位置歪みを考慮したうえで決定して露光していくこと
で、両者の相対位置を、ウェハ上のパターンを光露光の
みで一括露光した時と変わらない位置精度を持つパター
ンを形成することができる。このようにすると、光露光
で形成した他層のパターンとの重ね合わせを行った時に
もパターン間の相対位置が狂うことがなくなる。
【００２０】また本発明によれば、リソグラフィシステ
ムで使う光ステッパの限界解像度より緩い境界寸法値で
デバイスパターンのＣＡＤデータを光露光用のレチクル
ＣＡＤデータと、荷電ビーム露光用のＣＡＤデータに分
割する。これによって、光露光にとっては、限界解像力
より緩いパターンの形成を受け持つことで、レチクル作
製が簡単、露光プロセス裕度が広くなり、荷電ビーム露
光にとっては、境寸法値以下のパターン形成だけを受け
持つことで、荷電ビーム露光時間が大幅に短縮される、
というメリットを持つ。
【００２１】また、本発明のリソグラフィシステムを用
いた半導体デバイスの製造方法によれば、光リソグラフ
ィの限界解像度以下のパターンが容易に形成でき、かつ
従来の光ステッパと同等のスループットでレジストパタ
ーンを形成することができる。さらに、荷電ビームを微
細パターンの露光に使うことで素子領域と素子分離領域
の間に必然的にできてしまう段差部に対しても焦点深度
に余裕ができ、微細パターンを精度良く形成することが
できる。これは、光露光に必要となってきている段差低
減のための平坦化工程を省略できることにもなり、従っ
て製造工程の短縮に寄与することが可能である。
【００２２】
【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。 （第１の実施形態）図１及び図２は、本発明の第１の実
施形態に係わるパターン形成方法を説明するためのもの
で、図１はリソグラフィシステムの基本概念を示す図、
図２はリソグラフィシステムの平面的な配置を示す図で
ある。
【００２３】これらの図において、１は光ステッパで、
例えばエキシマレーザ光を用いたＤｅｅｐ−ＵＶステッ
パからなる。２はセルプロジェクション方式の電子ビー
ム露光装置であり、複数台配置されている。３はレジス
ト及び反射防止膜を塗布すると共に、パターンが露光さ
れたレジストを現像するレジスト塗布・現像装置であ
る。４はレジストをインラインプロセスで処理するため
に各装置１，２，３間を雰囲気制御された環境下で搬送
するための搬送機構である。５は被処理基板としての半
導体ウェハである。
【００２４】また、光ステッパ１において、１ａは照射
レンズ，１ｂはＬＳＩパターンの一部が形成されたフォ
トマスク、１ｃは投影レンズを示している。さらに、電
子ビーム露光装置２において、２ａは電子銃，２ｂ，２
ｃは成形アパーチャマスクを示し、成形アパーチャマス
ク２ｂ，２ｃの光学的重なりによって、矩形や三角形等
の基本図形、更には繰り返しの基本となるセル形状のビ
ームが成形されるようになっている。
【００２５】次に、このように構成されたシステムの作
用について述べる。レジスト塗布・現像装置３で反射防
止膜及びレジストが塗布されたウェハ５は搬送機構４に
よって光ステッパ１に運ばれる。ここで、電子ビームで
露光する際のチャージアップを防ぐため、レジスト及び
反射防止膜の少なくとも一方は導電性であることが望ま
しい。光ステッパ１では、ウェハ５上の全面にレチクル
のパターンが縮小されて順次露光される。つまり、ウェ
ハ５上に形成すべきパターンの内の比較的寸法精度の緩
いラフパターンが描画される。
【００２６】露光が終了すると、ウェハ５は搬送機構４
によって電子ビーム露光装置２に運ばれる。光露光され
たウェハ５に対して、該露光により形成されるパターン
の潜像を検出し、この潜像を基に電子ビーム露光するべ
きパターンの位置合わせを行う。ここで、潜像の検出に
はレジストを感光させない低加速の電子ビームを走査
し、その２次電子を検出すればよい。位置合わせが完了
した後、電子ビームによってウェハ５全面の各チップに
対して露光が順次成されていく。この際に、電子ビーム
露光のスループットを高めるために繰り返しパターンは
セルプロジェクション方式で露光する。
【００２７】ここで、光ステッパ１のスループットに比
べて電子ビーム露光装置２のスループットは一般的に低
いことから、電子ビーム露光装置２を複数台配置してス
テッパの処理能力が電子ビーム装置の処理能力で律速さ
れないようにシステムを構成して、ステッパ１から搬出
されたウェハ５を複数台の電子ビーム露光装置２で並列
処理できるようにしている。但し、システム全体として
は、ウェハはシリーズに流れるためこれらの露光装置に
対して１台のレジスト塗布・現像装置を配置する。これ
によって、電子ビーム露光の高い解像性とステッパの高
いスループットが両立される。
【００２８】なお、光ステッパ１のスループットに比べ
て電子ビーム露光装置２のスループットが高い場合は、
複数台のステッパ１に対して電子ビーム露光装置２を１
台とすればよい。
【００２９】全てのパターンがウェハ５全面の全チップ
に対して描画された後、搬送機構４によってウェハ５は
塗布・現像装置３に戻され、ここで現像されてパターン
形成が完了する。このようなシステムで使うことができ
るレジストは、高い解像性と高い感度を有する化学増幅
型のレジスト（ＵＶ２ＨＳやＵＶＮ−ＨＳ：シプレー社
製）である。
【００３０】このような化学増幅型のレジストは、空気
中の様々な化学物質でその性能が簡単に劣化するため、
搬送機構４を設置して各種装置１，２，３内及び各種装
置１，２，３間で環境制御された環境下で取り扱うよう
にしている。この環境制御には、化学的汚染についてだ
けでなく、物理的汚染，温度，湿度等についても当然制
御がされている。これによって、露光前後でのパターン
寸法の変化などを抑えている。
【００３１】本実施形態のようにリソグラフィシステム
を構成することによって、０．１μｍルールの微細パタ
ーンを含むデバイスパターンを高スループットで形成す
ることができる。図３は、このリソグラフィシステムを
用いて０．５μｍ厚の化学増幅型ネガレジスト（ＵＶ
Ｎ）に形成した微細パターンの一例である。Ｄｅｅｐ−
ＵＶステッパを用いて０．２５μｍまでのパターン形成
を行い、０．２５μｍ以下のパターンを電子ビーム露光
で行った。現像液はＴＮＡＨ水溶液、現像の条件は０．
２７規定で６０秒であった。０．１μｍまでのパターン
が確実に形成できており、解像力的にはこのリソグラフ
ィシステムが十分な性能を持つことが分った。下記の
（表１）は本リソグラフィシステムのスループットを試
算した結果である。
【００３２】
【表１】
【００３３】スループット試算に使った露光パターン
は、０．１５μｍルールの２５６ＭビットＤＲＡＭのゲ
ート層である。このパターンを８インチウェハ全面に１
００チップ並べて露光したときのスループットを試算し
た。レジストの感度は１０μＣ／ｃｍ2 とした。試算に
使った電子ビーム描画装置は日立製のＨＬ−８００Ｄで
ある。この装置の性能は、文献(1) Y.Nakayama etal.,
J.Vac.Sci.Technol.,B8(6).1990,p1836.、(2) Y .Shoda
etal.,J.Vac.Sci.Technol.,B9(6).1991,p2940.、(3) H.I
toh etal.,J.Vac.Sci.Technol.,B10(6).1992,p2799.を
参照した。なお、この試算ではステッパと電子ビーム露
光装置は１台づつの構成とした。
【００３４】セルプロジェクションを使って（セル数：
５個）電子ビーム露光だけで露光した場合のスループッ
トは０．３枚／ｈ、これに対して０．２５μｍルール以
上のパターンはＤｅｅｐ−ＵＶステッパで露光し、それ
以下のパターンをセルプロジェクションを使って（セル
数：５個）電子ビームで露光した場合には２．８枚／ｈ
と遥かに高い値を示す。電子ビーム露光装置を３台配置
して、ステッパからのウェハを並列で処理できるように
すれば十分に量産ツールとして使えるスループットを確
保できると判断される。
【００３５】このように本実施形態によれば、電子ビー
ム露光の持つ光を越える優れた解像力と光ステッパと同
等のスループットを兼ね備えた光リソグラフィ以降の量
産システムを実現することができる。
【００３６】（第２の実施形態）図４は、本発明の第２
の実施形態に係わるパターン形成方法を実施するリソグ
ラフィシステムにおいて、光露光パターンと電子ビーム
露光パターンとの合わせ法について説明するための図で
ある。
【００３７】リソグラフィシステムの基本構成は、第１
の実施形態と同じである。但し、図４では電子ビーム露
光装置２が１台で構成されている。電子ビーム露光装置
２において、２１，２２は電子ビームの偏向制御を行う
偏向器、２３，２４はウェハ５が載置されたテーブル２
５を駆動するためのＸ及びＹ駆動機構、２６はテーブル
２５の位置を計測するレーザ干渉計、２７はパターンデ
ータに基づいて電子ビーム位置を偏向制御するための制
御装置である。
【００３８】次に、このように構成されたシステムでの
光パターンに対する電子ビームパターンの合わせ法につ
いて説明する。光とＥＢとの同層のミックスアンドマッ
チでは、光パターンと電子ビームパターンとは間接合わ
せとなる。即ち、ウェハ５上の同一マークに対して光パ
ターンと電子ビームパターンを露光する。ところが、光
ステッパ１においては、レンズの収差等によりレチクル
上のパターンはウェハ５上に僅かに歪んで縮少一括露光
される。従って、このパターン位置歪みを考慮しないで
設計データ通りに電子ビーム露光を行うと両者の相対位
置関係が損なわれるようになる。
【００３９】しかし、この僅かな歪みはレンズ固有の値
であるため、予め計測することができる。この値、即ち
電子ビーム露光するパターン近傍で光パターンがどの方
向にどれだけずれているかが分っていると、電子ビーム
露光装置２では偏向器２１，２２を使ってショット毎の
位置を制御することができる。このため、電子ビーム露
光するパターン位置を前記歪み情報を基に光パターンと
電子ビームパターンとの相対位置関係がより正しくなる
ように調整しながら、パターンを形成することができ
る。
【００４０】具体的な補正方法を、図５のフローチャー
トを参照しながら以下に述べる。まず、光ステッパ１の
露光フィールド内でのレンズ歪みを測定しておく（Ｓ
１）。この歪み測定により、フィールドを適当な数のメ
ッシュに切り、その格子点の理想位置からずれ方向とず
れ量でテーブル化する（Ｓ２）。次に、この格子点から
のずれ量を参照し、電子ビーム露光する各パターンの位
置の設計データをずれがなくなるように補正する。即
ち、電子ビーム露光用変換データ（Ｓ３）を補正して補
正データを作成する（Ｓ４）。この補正データを使っ
て、第１の実施形態で述べたように同層のミックスアン
ドマッチを行う。
【００４１】即ち、光ステッパ１によりラフパターンの
みの一括転写（Ｔ１）を行った後、ウェハ５を電子ビー
ム露光装置２に移し、上述した補正データを使って偏向
器２１，２２でパターンの位置を正確に補正しながらフ
ァインパターンの露光を行う（Ｔ２）。
【００４２】このように、後から露光する電子ビーム露
光のパターン位置を光露光で発生するパターンの位置歪
みを考慮した上で決定して露光していくことで、両者の
相対位置を、ウェハ５上のパターンを光露光のみで一括
露光した時と変わらない位置精度を持つパターンを形成
することができる。このようにすると、光露光で形成し
た他層のパターンとの重ね合わせを行った時にパターン
間の相対位置が狂うことがなくなる。
【００４３】（第３の実施形態）図６は、本発明の第３
の実施形態に係わるパターン形成方法を実施するリソグ
ラフィシステムにおいて、光露光パターンと電子ビーム
露光パターンとで使うレチクル作製と、電子ビーム露光
データの作成について説明するためのフロー図である。
【００４４】デバイスパターンＣＡＤデータ（Ｐ１）
は、リソグラフィシステムで使う光ステッパの限界解像
度より緩い解像寸法値を境にして（これを境界寸法値と
呼ぶ）、光露光用のレチクルＣＡＤデータと電子ビーム
露光用のＣＡＤデータに分割される（Ｐ２）。
【００４５】レチクルＣＡＤデータ（Ｑ１）は一般のレ
チクル作製プロセスに送られ（Ｑ２）、レチクルが作製
される（Ｑ３）。作製されたレチクルが光ステッパ１に
装着され、上述の境界寸法値より大きなパターンを一括
転写するために使われる（Ｑ４）。一方、電子ビーム露
光用のＣＡＤデータ（Ｒ１）は電子ビーム露光装置で使
用できるようにデータ変換され（Ｒ３）、電子ビーム露
光装置２に送られる（Ｒ３）。そして、光露光が終わっ
たウェハ５に対して境界寸法値以下の微細パターンを露
光していく。
【００４６】このように本実施形態では、リソグラフィ
システムで使う光ステッパ１の限界解像度より緩い境界
寸法値で、デバイスパターンのＣＡＤデータを光露光用
のレチクルＣＡＤデータと電子ビーム露光用のＣＡＤデ
ータに分割することにした。これによって、光露光にと
っては、限界解像力より緩いパターンの形成を受け持つ
ことで、レチクル作製が簡単となり、露光プロセス裕度
が広くなる。一方、電子ビーム露光にとっては、境界寸
法値以下のパターン形成だけを受け持つことで、電子ビ
ーム露光時間が大幅に短縮される。従って、リソグラフ
ィシステム全体としては、電子ビーム露光の持つ光を越
える優れた解像力と光ステッパと同等のスループットを
兼ね備えた光リソグラフィ以降の量産システムを実現す
ることができる。
【００４７】（第４の実施形態）図７は、本発明の第４
の実施形態に係わるパターン形成方法であり、特に半導
体デバイスの作製に関して説明するための図である。こ
こでは、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極加工を例に挙げて説
明する。
【００４８】図７（ａ）は、例えば第１の実施形態のリ
ソグラフィシステムを用いて製造される半導体デバイス
の基本的な構造を示す図である。同図において、半導体
基板１０１の表面には素子分離用酸化膜１０２とゲート
酸化膜１０３が形成され、その上にはポリシリコン領域
１０４及びレジスト１０５が堆積されている。ここで
は、Ｓｉ3 Ｎ4 を酸化マスクに使用する選択酸化法であ
るＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）による段
差も示しているが、他の素子分離方法、例えばＳＴＩ
（Shallow Trench Isolation）等における段差にも同様
に適用できる。レジスト１０５は、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光及
び電子ビームに感光するレジスト、例えばＶＮ−ＨＳで
その厚さは５００ｎｍ程度である。
【００４９】図７（ｂ）は、例えば第２の実施形態のリ
ソグラフィシステムを用いて製造される半導体デバイス
の構造を示す図である。同図において、ゲート電極領域
がポリシリコン領域１０４とタングステンシリサイドな
どの低抵抗層領域１０６から構成され、それらの上にタ
ングステンシリサイドなどを反応性イオンエッチング
（RIE:Reactive Ion Etching）で加工するときのマスク
材及びＳＡＣ（Self Align Contact）工程に使われるシ
リコン窒化膜領域１０７が堆積され、さらにレジスト領
域１０５が堆積されている。上記マスク材としては、上
記のほかにシリコン酸化膜などを用いてもよい。また、
低抵抗層領域１０６はシリサイドに限定されず、タング
ステンなどの金属でもよい。
【００５０】図７（ｃ）は、微細パターンのため電子ビ
ームで露光するゲートの電極のパターンの平面図であ
る。同図において、１０８はコンタクトパターン、１０
９はゲートパターン、１１０はソース・ドレインパター
ンを示している。電子ビームによる露光では焦点深度が
数μｍ以上と深いため、通常のＤｅｅｐ−ＵＶ光による
露光とは比較にならないほど段差に対する露光裕度があ
る。従って、素子領域と素子分離領域の間に生じている
段差部においてもレジストが切れたりすることなく精度
良くパターニングすることが可能である。
【００５１】以下、図８（ａ）から（ｄ）を参照にし
て、本発明によるリソグラフィシステムを使った半導体
の製造方法によりゲート電極を形成する工程を説明す
る。図８（ａ）は、図７（ａ）の状態を左手の方から斜
めに見た斜視図であり、半導体基板１０１の上には、ゲ
ート酸化膜領域１０３及び素子分離酸化膜領域１０２、
ポリシリコン領域１０４（２００ｎｍ）、レジスト領域
１０５（５００ｎｍ）が順に積層されている。ここで、
レジストはネガであり、ゲートのみを電子ビーム露光
で、その他はＤｅｅｐ−ＵＶ光で露光して全パターンを
形成する。
【００５２】まず、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光によるパターン露
光をする、図８（ｂ）はレジスト中に光露光によって潜
像１２０が出来上がっている様子を示す。この潜像は低
加速の電子ビームを照射しその２次電子等を検出するこ
とによって確認することができる。
【００５３】次いで、電子ビーム露光装置を用い、前述
したようにパターンの位置合わせを行って、細線部分の
パターニング１２１を行う。これによってでき上がる電
子ビーム露光の潜像も合わせて図８（ｂ）に示す。
【００５４】次いで、現像を行って図８（ｃ）の状態を
得る。ここで、レジストの現像にはＴＭＡＨ水溶液、
０．２７規定のものを使っている。この後、このレジス
トパターンに基づいてＲＩＥ工程が行われ、図８（ｄ）
に示すようにゲート電極の形を得ることができる。
【００５５】なお、先に図７（ｂ）に示したように、Ｗ
Ｓｉ等の低抵抗シリサイド領域とポリシリコンの積層構
造をゲート電極として用いる際には、レジストマスクで
最後までＲＩＥを行うことがＲＩＥ選択比の関係から難
しいことから、一度、ＳｉＮ領域にパターン転写して、
これをマスクにＷＳｉとポリシリコンを改めてＲＩＥす
ることになる。ポリシリコンのみの場合にはレジストと
のＲＩＥの選択比が１０程度なので、レジストマスクの
みで十分であることは勿論、ＳＡＣ工程のストッパ膜と
して使われる。
【００５６】このように本実施形態によれば、光リソグ
ラフィの限界解像度以下のパターンが容易に形成でき、
かつ従来の光ステッパと同等のスループットでレジスト
パターンを形成することができる。さらに、電子ビーム
を微細パターンの露光に使うことで素子領域と素子分離
領域の間に必然的にできてしまう段差部に対しても焦点
深度に余裕ができ、微細パターンを精度良く形成するこ
とができる。これは、光露光に必要となってきている段
差低減のための平坦化工程を省略できることにもなり、
工程短縮に寄与できる。この方法は、またＭＯＳＦＥＴ
のみではなく、バイポーラ型トランジスターの微細領域
のパターニングにも応用できるものである。
【００５７】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。光ステッパは必ずしもＤｅｅｐ−
ＵＶステッパに限るものではなく、他の波長域のものを
用いることができる。電子ビーム露光装置はセルプロジ
ェクション方式が最も望ましいが、電子ビーム露光で形
成するパターンが少ない場合には通常の描画方式を採用
しても良い。また、インラインで使用する光ステッパ及
び電子ビーム露光装置の台数は仕様に応じて適宜変更可
能である。さらに、電子ビームの代わりにイオンビーム
を用いたイオンビーム露光装置を用いることも可能であ
る。
【００５８】また、実施形態では、ＭＯＳＦＥＴのゲー
ト電極について中心的に説明してきたが、同様の手法を
例えば素子領域，コンタクトホール，金属配線層など全
てのパタ−ニングに応用可能であることは勿論である。
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。
【００５９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、同
一感光材に対するパターン転写を、フォトマスクを用い
たステッパ光と荷電ビーム露光装置の両者で行い、かつ
光ステッパの解像限界以下のパターン転写を荷電ビーム
露光装置で行うことにより、荷電ビーム露光装置の持つ
光を越える優れた解像力と光ステッパの持つ高いスルー
プットの双方を生かすことができ、微細パターンを高い
スループットで形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わるリソグラフィシステム
の基本概念を示す図。
【図２】同実施形態に係わるリソグラフィシステムの平
面的な配置を示す図。
【図３】同システムを用いて形成したレジストパターン
の一例を示す模式図及び顕微鏡写真。
【図４】第２の実施形態において、光露光パターンと電
子ビーム露光パターンとの合わせ法を説明するための
図。
【図５】電子ビーム露光パターンの位置を光露光パター
ンに対して補正するための処理フローを示す図。
【図６】第３の実施形態において、レチクル作製と電子
ビーム露光データの作成するための処理フローを示す
図。
【図７】第４の実施形態において、リソグラフィシステ
ムで処理するウェハ構造の例を示す図。
【図８】第４の実施形態において、半導体デバイスのゲ
ート電極を形成する工程を示す図。
【符号の説明】
１…光ステッパ ２…電子ビーム露光装置 ３…レジスト塗布・現像装置 ４…搬送機構 ５…ウェハ ２１，２２…偏向器 ２３，２４…駆動機構 ２５…テーブル ２６…レーザ干渉計 ２７…制御装置 １０１…半導体基板 １０２…素子分離用酸化膜 １０３…ゲート酸化膜 １０４…ポリシリコン領域 １０５…レジスト １０６…低抵抗層領域 １０７…シリコン窒化膜領域 １０８…コンタクトパターン １０９…ゲートパターン １１０…ソース・ドレインパターン １２０，１２１…露光パターンの潜像
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 厚司 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 中杉 哲郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 佐藤 信二 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 渡辺 由美 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 加藤 善光 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 柴田 透 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 奥村 勝弥 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被処理基板上に形成された感光材に所望パ
    ターンを転写して感光材のパターンを形成するパターン
    形成方法において、 同一感光材に対するパターン転写を、フォトマスクを用
    いた光露光と荷電ビーム露光の両者で行い、かつ少なく
    とも光露光の解像限界以下のパターン転写を荷電ビーム
    露光で行うことを特徴とするパターン形成方法。
  2. 【請求項２】前記光露光と荷電ビーム露光は、感光材の
    現像プロセスを挟むことなく連続的に順次行われ、両方
    の露光が終了した後に現像を行うことを特徴とする請求
    項１記載のパターン形成方法。
  3. 【請求項３】前記荷電ビーム露光を行うための露光装置
    は、パターンの繰り返し部分を部分的に一括して露光す
    る機能を持つことを特徴とする請求項１記載のパターン
    形成方法。
  4. 【請求項４】被処理基板上に感光材を塗布すると共に、
    パターンが露光された感光材を現像する塗布・現像装置
    と、被処理基板上に塗布された感光材に所望パターンを
    露光する光ステッパと、被処理基板上に塗布された感光
    材に所望パターンを露光する荷電ビーム露光装置とを近
    接配置してなり、 前記光ステッパ及び荷電ビーム露光装置は、同一感光材
    に対して現像プロセスを挟むことなく順次パターンの露
    光を行い、かつ光ステッパの解像限界以下のパターン露
    光を荷電ビーム露光装置で行うように構成され、前記塗
    布・現像装置は、前記光ステッパ及び荷電ビーム露光装
    置の双方でパターン露光が行われた後に感光材を現像処
    理するよう構成されていることを特徴とするリソグラフ
    ィシステム。
  5. 【請求項５】前記荷電ビーム露光装置はパターンの繰り
    返し部分を部分的に一括して露光する機能を持ち、前記
    光ステッパは遠紫外領域のステッパであることを特徴と
    する請求項４記載のリソグラフィシステム。
  6. 【請求項６】前記光ステッパと荷電ビーム露光装置の処
    理能力がバランスするように、１台の光ステッパに対し
    て荷電ビーム露光装置を複数台、又は複数台の光ステッ
    パに対して荷電ビーム露光装置を１台配置して構成され
    たことを特徴とする請求項４又は５記載のリソグラフィ
    システム。
  7. 【請求項７】前記光ステッパ及び荷電ビーム露光装置に
    対し１台の塗布・現像装置を配置して、前記被処理基板
    の処理を行うことを特徴とする請求項４記載のリソグラ
    フィシステム。
  8. 【請求項８】前記感光材が塗布された被処理基板を、前
    記荷電ビーム露光装置，光ステッパ，及び塗布・現像装
    置との間で、化学的汚染，物理的汚染，温度，及び湿度
    が制御された環境下で搬送する搬送機構を設けたことを
    特徴とする請求項４記載のリソグラフィシステム。
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