JPH11204423A - パターン転写方法及びパターン転写用マスク - Google Patents

パターン転写方法及びパターン転写用マスク

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JPH11204423A
JPH11204423A JP1763798A JP1763798A JPH11204423A JP H11204423 A JPH11204423 A JP H11204423A JP 1763798 A JP1763798 A JP 1763798A JP 1763798 A JP1763798 A JP 1763798A JP H11204423 A JPH11204423 A JP H11204423A
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mask
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハ上でのパターンの繋ぎ合わせ不良を低
減することのできるパターン転写方法を提供する。 【解決手段】 長手方向に延びる線状パターン6をマス
ク上の複数の小領域に分割して形成する。そして、各小
領域の線状パターンの端部に、パターン転写装置の分解
能以下の細い幅を有する小帯からなる繋ぎパターン7、
9を、線状パターンの長手方向に交互に分散配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マスク上のパター
ンを感応基板(ウエハ等)上に転写するパターン転写方
法及びパターン転写用マスクに関する。特には、長い線
状のパターンを複数のマスク上の小領域に分割して設
け、各小領域毎にウエハ上に投影露光し、ウエハ上では
分割した線状パターンの像を繋ぎ合わせることによって
全体パターンを転写する技術において、パターンの繋ぎ
合わせ不良を低減することのできるパターン転写方法及
びパターン転写用マスクに関する。なお、本明細書にい
うエネルギ線は、可視光、紫外光、電子線、イオンビー
ム、エックス線等を含むものである。
【0002】
【従来の技術】電子線露光を例に採って従来技術を説明
する。電子線露光は高精度ではあるがスループットが低
いのが欠点とされており、その欠点を解消すべく様々な
技術開発がなされてきた。現在では、セルプロジェクシ
ョン、キャラクタープロジェクションあるいはブロック
露光と呼ばれる図形部分一括露光方式が実用化されてい
る。図形部分一括露光方式では、繰り返し性のある回路
の小パターン(ウエハ上で5μm 角程度)を、同様の小
パターンが複数種類形成されたマスクを用いて、1個の
小パターンを一単位として繰り返し転写露光を行う。し
かし、この図形部分一括露光方式では非繰り返し部の描
画に長時間を要するため、本格的な半導体集積回路装置
(DRAM等)の実生産におけるウエハ露光に応用する
にはスループットが1桁程度低い。また最近生産量が増
えてきているマイクロプロセッサーでは、パターンの繰
り返し性があまりないため上記部分一括露光方式のメリ
ットはほとんどない。
【0003】一方、図形部分一括露光方式よりも飛躍的
に高スループットをねらいかつマイクロプロセッサーで
も有利な電子線転写露光方式として、一個の半導体チッ
プ全体の回路パターンを備えたマスクの一部に電子線を
照射し、その照射範囲のパターンの像を二段の投影レン
ズにより縮小転写する電子線縮小転写装置が提案されて
いる(例えば特開平5−160012号参照)。この種
の装置では、マスクの全範囲に一括して電子線を照射し
て一度にパターンを転写できるほどの視野は得られない
ので、光学系の視野を多数の小領域(主視野さらに副視
野)に分割し、副視野毎に電子線光学系の条件を変えな
がらパターンを順次転写し、ウエハ上では各副視野の像
をつなげて配列することにより全回路パターンを転写す
る、との提案もなされている(分割転写方式、例えば米
国特許第5260151号参照)。
【0004】このようなウエハ上でのパターン像の繋ぎ
合わせを伴う転写露光では、パターンの繋ぎ部で滑らか
にパターンを接続することが大切である。特開昭63−
1032号には、パターンの繋ぎ合わせ精度を向上させ
るため、ウエハ上に隣接して転写される2つのマスク小
領域(視野)の端に同一のパターンを重複して形成して
おき、双方の視野を通してウエハ上の繋ぎ部の同一箇所
に比較的低ドーズで2回露光を行い、2回合計のドーズ
を非繋ぎ部と同じにするとの、いわゆるgraysplicing
法が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭63−1032号の提案は、可変成形ビームやポイ
ントビーム描画方式でのみ可能なものであり、マスクパ
ターンの転写を伴う方式では、繋ぎ合わせ精度の向上を
実現できる具体的な露光方法は未だ確立されていない。
【0006】一方、USP5,523,580(対応日
本出願公開、特開平7−209855号)には、線状パ
ターンの繋ぎ部にチェッカーフラグ文様(市松文様)の
繋ぎパターンを設けておき、パターンの繋ぎ精度を向上
させるとの提案がなされている。しかし、この提案に
は、次の2つの問題点がある。 (1)チェッカーフラグ文様の繋ぎパターンと通常の線
状パターンとの間に2カ所の繋ぎ部が存在するので、こ
の繋ぎ部でのパターンのズレが目立つこととなる。 (2)チェッカーフラグ文様の繋ぎパターンそのものを
2つのコンプリメンタリーなパターンに分割しなければ
ならないため、本来のパターンをコンプリメンタリーに
分割して繋ぎ合わせる場合には適用できない。
【0007】さらに、M. Idesawa, T. Soma, and E. Go
toは、J. Vac. Sci. Technol., 19(4), Nov./Dec. 198
1, P.983 において、パターンの繋ぎ部に分割パターン
の両側から傾斜ドーズを与えることによりパターン接続
部の不連続を目立たなくする、との提案を行っている。
しかしながら、この提案の技術も、可変成形ビームのご
とき1矩形毎にドーズ変化できる方式でのみ有効であ
り、コンプリメンタリーパターン間の接続部に適用でき
ない。また、そもそも同提案のような傾斜ドーズを与え
るための具体的方法が簡単に実現できないという問題点
があった。
【0008】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、感応基板上でのパターンの繋ぎ合わせ不良
を低減することのできるパターン転写方法及びパターン
転写用マスクを提供することを目的とする。さらに、コ
ンプリメンタリーパターン間の繋ぎを目立たなくし、あ
るいは、傾斜ドーズを与えなくても繋ぎを目立たなくす
るパターン転写方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第1態様のパターン転写方法は、 パター
ンの形成されたマスクの一部領域をエネルギ線で照明す
る照明光学系と、このマスクを通過してパターン化され
たエネルギ線を感応基板上に投影結像させる投影光学系
とを有するパターン転写装置を用いるパターン転写方法
であって; 長手方向に延びる線状パターンを上記マス
ク上の複数の小領域に分割して形成し、該マスク上の小
領域を別々に照明し、上記感応基板上では該小領域の像
を繋げて投影することにより、上記線状パターンを転写
するものであり、 上記マスク上の複数の小領域の線状
パターンの端部に、それぞれ、感応基板上での線状パタ
ーンの繋ぎ部に混在して投影されることとなる繋ぎパタ
ーンを形成しておき、 該繋ぎパターンとして、上記パ
ターン転写装置の分解能以下の細い幅を有する小帯パタ
ーンを少なくとも1個含み、上記線状パターンの長手方
向に交互に分散配置したことを特徴とする。
【0010】また、本発明の第2態様のパターン転写方
法は、 パターンの形成されたマスクの一部領域をエネ
ルギ線で照明する照明光学系と、このマスクを通過して
パターン化されたエネルギ線を感応基板上に投影結像さ
せる投影光学系とを有するパターン転写装置を用いるパ
ターン転写方法であって; 長手方向に延びる線状パタ
ーンを上記マスク上の複数の小領域に分割して形成し、
該マスク上の小領域を別々に照明し、上記感応基板上
では該小領域の像を繋げて投影することにより、上記線
状パターンを転写するものであり、 上記光学系の視野
の境界又はエネルギ線偏向領域の境界において隣接する
第1の小領域と第2の小領域の間に、第1の小領域によ
る露光と第2の小領域による露光を多重に可能とする領
域を形成しておき、 該第1の小領域又は第2の小領域
によって露光されるパターンの面積が、該領域の一端か
ら他端に向かって実質的に単調に増加又は減少すること
を特徴とする。
【0011】本発明の第1態様のパターン転写用マスク
は、 長手方向に延びる線状パターンが複数の小領域に
分割して形成されており、 隣接する第1の小領域と第
2の小領域の間に、第1の小領域による露光と第2の小
領域による露光を多重に可能とする領域が形成されてお
り、 該第1の小領域又は第2の小領域によって露光さ
れるパターンの面積が、該領域の一端から他端に向かっ
て実質的に単調に増加又は減少していることを特徴とす
る。本発明の第2態様のパターン転写用マスクは、 長
手方向に延びる線状パターンが複数の小領域に分割して
形成されており、 該複数の小領域の線状パターンの端
部に、それぞれ、感応基板上での線状パターンの繋ぎ部
に混在して投影されることとなる繋ぎパターンが形成さ
れており、 該繋ぎパターンとして、上記パターン転写
の分解能以下の細い幅を有する小帯パターンが少なくと
も1つ、上記線状パターンの長手方向に交互に分散配置
されていることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。まず、図4を参照しつつ、本発明の適用される電子
線縮小転写装置の概要について説明する。図4は、分割
転写方式の電子線露光装置の光学系全体における結像関
係を示す図である。電子銃111は、下方に向けて電子
線を放射する。電子銃111の下方には2段のコンデン
サレンズ113、115が備えられており、電子線は、
これらのコンデンサレンズ113、115を通ってブラ
ンキング開口117にクロスオーバーを結像する。これ
ら2つのコンデンサレンズ113、115をズームレン
ズとして作用させ、レチクル120を照射する電流密度
を可変にできる。
【0013】コンデンサレンズ113、115の上下に
は、2段の矩形開口112、116が備えられている。
この矩形開口(副視野制限開口)112、116は、一
つの副視野に相当する領域分の電子線照明光のみを通過
させる。具体的には、第1の開口112は、照明光をマ
スクサイズ換算で1mm角強の寸法の正方形に整形する。
この開口112の像は、レンズ113、115によって
第2の開口116に結像される。
【0014】第2の開口116の下方には、クロスオー
バーの形成されている位置に、上述のブランキング開口
117と並んで副視野選択偏向器118が配置されてい
る。この副視野選択偏向器は、照明光を図のX方向に順
次走査して、1つの主視野内の全ての副視野の露光を行
う。副視野選択偏向器118の下方には、コンデンサレ
ンズ119が配置されている。コンデンサレンズ119
は、電子線を平行ビーム化し、マスク120に当て、マ
スク120上に第2の開口116を結像させる。
【0015】マスク120は、図4では、光軸上の1副
視野のみが示されているが、実際には光軸垂直方向(X
−Y方向)に広がっており、多くの副視野及び主視野
(副視野の列)を有する。一つの主視野内で各副視野を
照明露光する際は、副視野選択偏向器118で電子線を
偏向させる。また、マスク120は、XY方向に移動可
能なマスクステージ121上に載置されている。そし
て、試料であるウエハ124もXY方向に移動可能なウ
エハステージ125上に載置されている。これらのマス
クステージ121とウエハステージ125とを、互いに
逆のY方向に走査することにより、チップパターンのス
トライプ(主視野の列)内の各主視野を連続的に露光す
る。さらに、両ステージ121と125をX方向に間欠
的に走査することにより、各ストライプの露光を行う。
なお、両ステージ121、125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、また
別途のアライメント手段及び各偏向器の調整により、ウ
エハ124上で各副視野及び主視野は正確に繋ぎ合わさ
れる。
【0016】マスク120の下方には2段の投影レンズ
122及び123(対物レンズ)及び偏向器(図示され
ず)が設けられている。そして、マスク120の一つの
副視野が電子線照射され、マスク120でパターン化さ
れた電子線は、2段の投影レンズ122、123によっ
て縮小されるとともに偏向され、ウエハ124上の所定
の位置に結像される。ウエハ124上には、適当なレジ
ストが塗布されており、レジストに電子線のドーズが与
えられてマスク像の縮小パターンがウエハ124上に転
写される。ウエハ124は、前述のように、光軸直角方
向に移動可能なウエハステージ125上に載置されてい
る。
【0017】図1は、本発明の1実施例に係るパターン
転写方法及びパターン転写用マスクを説明するための図
である。(A)はウエハ上における理想的な転写パター
ンの平面図であり、(B)及び(C)はマスク上におけ
る繋ぎパターンの平面図である。(D)は、ウエハ上に
おける転写像のズレを観念的に示す平面図である。な
お、この場合は、図示の都合により縮小率1(等倍転
写)としている。図1(A)には、長い線状パターン6
が図の左右に延びるように示されている。この線状パタ
ーン6の左側は、ウエハ上の左側の小領域1中に形成さ
れており、線状パターン6の右側は右側の小領域5中に
形成されている。左右の小領域1及び5は、中央の境界
線3で繋ぎ合わされている。左右の小領域1、5は、原
則的には、それぞれマスク上に別に形成された部分パタ
ーンを別々に露光することにより形成される。そして、
その部分パターンをウエハ上の所定の位置に正しく投影
結像させ所定のドーズをレジストに与えると、図のよう
に、ズレのない均一な幅の1本の線パターン6となる。
【0018】図1(B)及び(C)は、図1(A)の線
状パターン6を形成するためのマスク上の繋ぎパターン
を表す。なお、図中のハッチングされた領域は電子線の
透過部とし、ハッチングされていない領域は電子線の非
透過部である。図1(B)は、図1(A)の左側の領域
1用のマスクパターンであり、図1(C)は、図1
(A)の右側の領域5用のマスクパターンである。
【0019】図1(B)では、一番左側に完全な(欠落
のない)線状パターン11が形成されている。その右側
に細い隙間のような非透過部12が形成されている。非
透過部12の右隣には透過部13が形成されている。さ
らに右側に順に、非透過部14、16、18、20、2
2、24、26、28、30と透過部15、17、1
9、21、23、25、27、29、31が交互に形成
されている。これらの非透過部と透過部が繋ぎパターン
7を形成する。ここで、左から右に向かって、非透過部
の幅は単調に増加し、透過部の幅は単調に減少してい
る。この例では、非透過部の幅の比は、12が1、14
が2、16が3、18が4、20が5、22が5、24
が6、26が7、28が8、30が9である。一方、透
過部の幅の比は、13が9、15が8、17が7、19
が6、21が5、23が5、25が4、27が3、29
が2、31が1である。なお、単調な増減といっても、
一部で隣の透過部や非透過部の間で幅が同じであった
り、微小な増減の逆転があったりしてもかまわない場合
が多い。
【0020】図1(C)は、図1(A)の右側の領域5
用のマスクパターンであるが、その形状・寸法は、図1
(B)を左右対称に引っ繰り返したものである。なお、
各透過部及び非透過部の幅は、ウエハ上におけるこの電
子線露光装置の分解能(例えば0.1μm )以下の寸法
である。したがって、ウエハ上では図1(B)や図1
(C)のようなはっきりとしたパターンの像は結像しな
い。この種の転写露光では、マスク上のパターンが4〜
50倍縮小されてウエハ上に転写される。したがって、
マスク上でのパターンの形成は比較的楽である。また、
マスク上では繋ぎパターン7、9の約半分は繋ぎの境界
3の外側に形成されるので、その分の寸法(例えば0.
5μm )だけ、マスクの分割パターンの広さや光学系の
視野を確保しておく必要がある。上記繋ぎパターン7と
9は、ウエハ上で同一と想定される部位に投影結像され
るが、諸々の理由による誤差分だけ左右、上下方向にズ
レて投影される。
【0021】図2は、図1(C)に示す繋ぎパターンで
露光を行った場合のドーズを示す。横軸は線状パターン
長手方向の位置を示し、縦軸はドーズの強度を示す。
(A)は、光学系に収差が無いとした場合のドーズの分
布を示したものである。図1(C)の各透過部に対応し
たドーズが同じ符号で示してある。各ドーズは、同じ高
さで、繋ぎパターンの各透過部に対応した幅を有する。
【0022】しかし、現実に光学系の収差がある場合に
は、これらのドーズはパターン幅が光学系の分解能より
小さい場合は、図2(B)に示すように、ガウス型の分
布(半値幅が光学系の分解能で、積分値がパターン幅に
比例したもの)になる。したがって、図2(A)のシャ
ープなドーズ61は、実際は押しつぶされた形となって
図2(B)のドーズ61′となる。以下同様に、ガウス
型のドーズ59′〜41′となる。これらのドーズをす
べて加算すると、図2(B)中の符号71で示すほぼ単
調な直線となり、前述のIdesawa らの文献のFig.8に示
すような、繋ぎ部において傾斜を持ったドーズ分布とな
る。
【0023】同様にして、図1(B)の繋ぎパターンに
よるドーズを合計すると図2(C)の線73で示すよう
な分布となる。図2(B)のドーズ分布71と図2
(C)のドーズ分布73を足すと、平坦な分布となる。
したがって、2つのコンプリメンタリーパターンを、少
し位接続精度が悪い状態で接続した場合でも、上記文献
にシミュレーション結果が示されているように、繋ぎ目
は滑らかになる。
【0024】このことは、図1(D)を見ても直感的に
理解できる。すなわち、線状パターンの左側の部分は、
同部分でドーズの大きい転写像13、15等に沿い、右
側の部分では、同部分でドーズの大きい転写像45、4
3等に沿いうので、好ましい滑らかな繋ぎが得られるの
である。
【0025】以上はパターンの境界の繋ぎについて述べ
たが、ドーナツ効果等を回避するためのコンプリメンタ
リーパターンに分割する場合にはパターン全領域が多重
露光可能であるので、パターンの分割境界(図1の符号
3)とは無関係に本実施例のような分割方法を用いるこ
とができる。
【0026】図3は、本発明の他の1実施例に係るパタ
ーン転写方法及びパターン転写用マスクを説明するため
の図である。この例は、視野の境界繋ぎの場合にのみ使
用できるパターン分割方法である。視野の境界3の上側
の視野ではハッチングを施したパターンを露光し、下側
の視野では白地のパターンを露光する。図の最上部の8
1の領域は上の視野の完全な線状パターンである。繋ぎ
を滑らかにするため、符号82の領域では12.5%の
領域は下側の視野で露光され、符号83の領域では25
%の領域は下側の視野で露光され、符号84の領域では
50%の領域は下側の視野で露光され、符号85、8
6、87の領域では50%の領域は下側の視野で露光さ
れ、符号88の領域では75%の領域は下側の視野で露
光され、符号89の領域では87.5%の領域は下側の
視野で露光される。
【0027】ここでダブルハッチングを施した領域及び
○印を付けた領域は、長方形の隅でのみ支えられている
非露光部を避けるため、コンプリメンタリーに分割して
いることを意味する。この実施例のパターン転写方法で
は、領域81と82の間や89と90の間は、それぞれ
反対側の視野から露光される量は小さいのでこれらの間
の繋ぎが目立つことはない。
【0028】
【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、長い線状のパターンを複数のマスク上の小領
域に分割して設け、各小領域毎にウエハ上に投影露光
し、ウエハ上では分割した線状パターンの像を繋ぎ合わ
せることによって全体パターンを転写する技術におい
て、パターンの繋ぎ合わせ不良を低減することのできる
パターン転写方法及びパターン転写用マスクを提供でき
る。さらに、コンプリメンタリーパターン間の繋ぎを目
立たなくし、あるいは、傾斜ドーズを与えなくても繋ぎ
を目立たなくするパターン転写方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例に係るパターン転写方法及び
パターン転写用マスクを説明するための図である。
(A)はウエハ上における理想的な転写パターンの平面
図であり、(B)及び(C)はマスク上における繋ぎパ
ターンの平面図であり、(D)は、ウエハ上における転
写像のズレを観念的に示す平面図である。
【図2】図1(B)及び(C)に示す繋ぎパターンで露
光を行った場合のドーズを示す。横軸は線状パターン長
手方向位置を示し、縦軸はドーズの強度を示す。
【図3】本発明の他の1実施例に係るパターン転写方法
及びパターン転写用マスクを説明するための図である。
【図4】分割転写方式の電子線露光装置の光学系全体に
おける結像関係を示す図である。
【符号の説明】
1,5 ウエハ上小領域 3 境界線 6 線状パターン 7、9 繋ぎパタ
ーン 11,41 完全線状パターン 12,14,16,18,20,22,24,26,2
8,30,42,44,46,48,50,52,5
4,56,58,60 非透過部 13,15,17,19,21,23,25,27,2
9,31,43,45,47,49,51,53,5
5,57,59,61 透過部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パターンの形成されたマスクの一部領域
    をエネルギ線で照明する照明光学系と、このマスクを通
    過してパターン化されたエネルギ線を感応基板上に投影
    結像させる投影光学系とを有するパターン転写装置を用
    いるパターン転写方法であって;長手方向に延びる線状
    パターンを上記マスク上の複数の小領域に分割して形成
    し、 該マスク上の小領域を別々に照明し、上記感応基
    板上では該小領域の像を繋げて投影することにより、上
    記線状パターンを転写するものであり、上記マスク上の
    複数の小領域の線状パターンの端部に、それぞれ、感応
    基板上での線状パターンの繋ぎ部に混在して投影される
    こととなる繋ぎパターンを形成しておき、 該繋ぎパターンとして、上記パターン転写装置の分解能
    以下の細い幅を有する小帯パターンを1個以上、上記線
    状パターンの長手方向に交互に分散配置したことを特徴
    とするパターン転写方法。
  2. 【請求項2】 上記繋ぎパターンの小帯パターンの幅
    が、長手方向に実質的に単調に増加又は減少しているこ
    とを特徴とする請求項1記載のパターン転写方法。
  3. 【請求項3】 上記パターンの分割が、上記光学系の視
    野の境界の近傍、あるいは、上記エネルギ線の偏向領域
    の境界の近傍あるいはこれらの境界の近傍とは無関係な
    コンプリメンタリーな複数のパターンへの分割であるこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載のパターン転写方
    法。
  4. 【請求項4】 パターンの形成されたマスクの一部領域
    をエネルギ線で照明する照明光学系と、このマスクを通
    過してパターン化されたエネルギ線を感応基板上に投影
    結像させる投影光学系とを有するパターン転写装置を用
    いるパターン転写方法であって;長手方向に延びる線状
    パターンを上記マスク上の複数の小領域に分割して形成
    し、 該マスク上の小領域を別々に照明し、上記感応基
    板上では該小領域の像を繋げて投影することにより、上
    記線状パターンを転写するものであり、 上記光学系の視野の境界又はエネルギ線偏向領域の境界
    において隣接する第1の小領域と第2の小領域の間に、
    第1の小領域による露光と第2の小領域による露光を多
    重に可能とする領域を形成しておき、 該第1の小領域又は第2の小領域によって露光されるパ
    ターンの面積が、該領域の一端から他端に向かって実質
    的に単調に増加又は減少することを特徴とするパターン
    転写方法。
  5. 【請求項5】 上記パターンの分割がコンプリメンタリ
    ーな複数のパターンへの分割であることを特徴とする請
    求項4記載のパターン転写方法。
  6. 【請求項6】 長手方向に延びる線状パターンが複数の
    小領域に分割して形成されており、 隣接する第1の小領域と第2の小領域の間に、第1の小
    領域による露光と第2の小領域による露光を多重に可能
    とする領域が形成されており、 該第1の小領域又は第2の小領域によって露光されるパ
    ターンの面積が、該領域の一端から他端に向かって実質
    的に単調に増加又は減少していることを特徴とするパタ
    ーン転写用マスク。
  7. 【請求項7】 長手方向に延びる線状パターンが複数の
    小領域に分割して形成されており、 該複数の小領域の線状パターンの端部に、それぞれ、感
    応基板上での線状パターンの繋ぎ部に混在して投影され
    ることとなる繋ぎパターンが形成されており、 該繋ぎパターンとして、上記パターン転写の分解能以下
    の細い幅を有する小帯パターンが少なくとも1つ、上記
    線状パターンの長手方向に交互に分散配置されているこ
    とを特徴とするパターン転写用マスク。
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