JPH11297619A - 荷電粒子線を用いた転写方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】クーロン効果による局部的なボケ、歪みが極め
て少ない、更には近接効果によるボケ、歪みが極めて少
ない荷電粒子線を用いた転写方法を提供する。 【解決手段】ウエハ１上に転写しようとする露光パター
ンを比較的微細な微細領域１Ａと、比較的粗いパターン
領域のうちの露光領域となる粗露光領域１Ｂと、比較的
粗いパターン領域のうちの遮光領域となる粗遮光領域１
Ｃとに区分し、微細領域１Ａと粗遮光領域１Ｃとに対応
する部分２Ａは露光パターンと同一に形成された第１レ
チクル２を用意して、第１レチクル２を荷電粒子線ＥＢ
にて照射して像をウエハ１上に転写する微細パターン転
写工程と、粗露光領域１Ｂに対応する部分３Ｂは露光パ
ターンと同一に形成された第２レチクル３を用意して、
第２レチクル３を荷電粒子線ＥＢにて照射して像をウエ
ハ１上に転写する粗露光パターン転写工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線やイオンビ
ーム等の荷電粒子線を用いる転写方法に関し、特に半導
体素子等をリソグラフィー工程で製造する際に用いられ
る転写方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の微細化、高集積化の
傾向が高まり、光学式転写装置に比べて、高解像度が得
られる荷電粒子線転写装置の開発が行われている。荷電
粒子線転写装置は、その荷電粒子線を加速する電圧の大
きさにより、低加速電圧型と高加速電圧型とに分類され
ている。おおよそ、前者は１ＫＶ以下の加速電圧を使用
しているものを言い、後者は１０ＫＶ以上の加速電圧を
使用しているものを言う。

【０００３】一般に高加速電圧を用いた荷電粒子線転写
装置は、クーロン効果及び色収差が、低加速電圧タイプ
に比べて少なくて、更にはより高い解像度が得られるも
のとして知られている。しかし、これらの多くは、副作
用としてのウエハ上で起こる散乱による近接効果を補正
するために、ゴースト法と呼ばれる補正方法を採用して
いる。高加速電圧でウエハ上のレジスト内に進入した荷
電粒子線の多くは、パターン間隔の密接した部分で、前
方散乱せずに後方散乱する。この後方散乱はレジストに
蓄積される露光量分布に直接影響する。すなわち、後方
散乱の影響を受けた部分の露光分布は、それ以外の部分
に比べて露光量が増えた形となる。そのパターン周辺
に、増えた露光量に対応する露光を別途行い露光分布の
補正をするのが、ゴースト法である。一方、低加速電圧
を用いた荷電粒子線転写装置において、ウエハ上のレジ
スト内に進入した荷電粒子線は、ほとんど後方散乱しな
いため、ゴースト法等による近接効果補正の必要がな
い。しかし、荷電粒子線がレジスト内に次第に広がりな
がら進入する、いわゆる前方散乱は生じ易くなる。この
前方散乱の生じた部位においては、多少ボケた像とな
る。その分、解像度の点では、高加速タイプより劣ると
いうのが一般的である。

【０００４】また荷電粒子線転写装置に使われるレチク
ルは、その構造の違いから、散乱レチクルと穴開きレチ
クルとの２種類に大別される。散乱レチクルは、ベース
が荷電粒子線を透過する薄膜で形成されて、その上にウ
エハ上に転写すべきパターンが、金属等の電子散乱の大
きい材料で形成されている。一方、穴開きレチクルは、
ウエハ上に転写すべきパターンに対応する穴をレチクル
に開けて、その穴から荷電粒子線を通過させる。この穴
開きレチクルの場合には、中央部が他の部分から孤立し
ている島状のパターン、いわゆるドーナツ状パターンを
１枚のレチクルで作るのは、その孤立した部分がレチク
ルから欠け落ちてしまうので、不可能である。よってこ
のような場合には、孤立した部分がなくなるようにパタ
ーンを２枚以上のレチクルに分割して、それらの分割パ
ターンをウエハ上に重ねて転写する方法が、一般にとら
れている。このとき、それぞれの分割パターンにおい
て、荷電粒子線が通過する面積の割合（開口率）は、ほ
ぼ同じにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の荷電粒子線転写
装置は、光学式転写装置に比べてスループットが低く、
これを向上するためにレチクルの照射領域を大きくする
傾向にある。このように高スループットを達成するため
に、照射領域の面積を大きくした場合、荷電粒子線に与
える速度が一定で、電流密度が一定であれば、その増加
面積分レチクルを通過する単位時間当りの荷電粒子線の
量（ビーム電流）は多くなる。これにより、１つの荷電
粒子が他の荷電粒子から受けるクーロン力が増加し、す
なわち、クーロン効果が大きくなり、ウエハ上のパター
ン像は、局部的にボケや歪みを生じることになる。クー
ロン効果によるボケや歪みは、レチクルの照射領域とそ
の開口率（パターン部面積／照射領域）とに密接に関係
すると言える。

【０００６】そもそもウエハに転写されるレチクルパタ
ーンは、転写装置のユーザーが定めるものであり、その
形状は不特定なものである。そのためレチクルを通過す
る荷電粒子線は、そのパターン特有の空間電荷分布を持
ち、これが非等方的な静電場を生じて、パターン特有の
ボケ、歪みが発生する。このようにクーロン効果による
ボケ、歪みは、レチクルパターン形状特有なものでもあ
る。すなわち、レチクルの照射領域とその開口率が同じ
であっても、そのパターン形状が異なれば、そのボケ、
歪みの状態も異なってくる。よって、これらの転写装置
自体に依存しないボケ、歪みを、焦点補正、非点補正等
の装置側の補正手段で補正するのは極めて困難である。

【０００７】このようなクーロン効果によるボケや歪み
を小さくするには、前記従来技術の穴開きレチクルでの
ドーナツ状パターン形成時の如く、パターンを複数枚の
レチクルに分割して、その１枚当りの開口率を小さくす
る方法が考えられる。しかし、各レチクルの開口率をほ
ぼ均等にする従来の分割の手法では、クーロン効果によ
るボケや歪みの程度を変えずに、レチクルの照射領域を
拡大しようとすると、その分、分割するレチクル枚数を
増さなければならない。これは結局、それだけ全体のス
ループットが低下することになる。

【０００８】他方、荷電粒子線転写装置に高加速電圧を
用いた場合、クーロン効果は低加速電圧に比べて低減で
きるものの、副作用としてウエハ上の後方散乱によるボ
ケ、歪みが生じる。したがって、高加速電圧を用いる場
合は、従来技術で述べたゴースト法等による近接効果補
正が必須となる。そこで本発明は、全体のスループット
低下を必要最小限に維持しつつ、クーロン効果による局
部的なボケ、歪みが極めて少ない、更には近接効果によ
るボケ、歪みが極めて少ない荷電粒子線を用いた転写方
法を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであり、すなわち、添付図面に
付した符号をかっこ内に付記すると、本発明は、レチク
ル（Ｒ）上のパターンを荷電粒子線（ＥＢ）にて照射し
て、レチクル（Ｒ）の像を荷電粒子線投影光学系を介し
てウエハ（１）上に転写する荷電粒子線（ＥＢ）を用い
た転写方法において、ウエハ（１）上に転写しようとす
る露光パターンを比較的微細な微細領域（１Ａ）と、比
較的粗いパターン領域のうちの露光領域となる粗露光領
域（１Ｂ）と、比較的粗いパターン領域のうちの遮光領
域となる粗遮光領域（１Ｃ）とに区分し、微細領域（１
Ａ）と粗遮光領域（１Ｃ）とに対応する部分（２Ａ）は
露光パターンと同一に形成され、粗露光領域（１Ｂ）に
対応する部分（２Ｂ）は遮光された第１レチクル（２）
を用意して、第１レチクル（２）を荷電粒子線（ＥＢ）
にて照射して第１レチクル（２）の像を荷電粒子線投影
光学系を介してウエハ（１）上に転写する微細パターン
転写工程と、粗露光領域（１Ｂ）に対応する部分（３
Ｂ）は露光パターンと同一に形成され、微細領域（１
Ａ）と粗遮光領域（１Ｃ）とに対応する部分（３Ａ）は
遮光された第２レチクル（３）を用意して、第２レチク
ル（３）を荷電粒子線（ＥＢ）にて照射して第２レチク
ル（３）の像を荷電粒子線投影光学系を介してウエハ
（１）上に転写する粗露光パターン転写工程とを有する
ことを特徴とする荷電粒子線（ＥＢ）を用いた転写方法
である。

【００１０】また本発明は、レチクル（Ｒ）上のパター
ンを荷電粒子線（ＥＢ）にて照射して、レチクル（Ｒ）
の像を荷電粒子線投影光学系を介してウエハ（１）上に
転写する荷電粒子線（ＥＢ）を用いた転写方法におい
て、ウエハ（１）上に転写しようとする露光パターンを
比較的微細な微細領域（１Ａ）と、比較的粗いパターン
領域のうちの露光領域となる粗露光領域（１Ｂ）と、比
較的粗いパターン領域のうちの遮光領域となる粗遮光領
域（１Ｃ）とに区分し、微細領域（１Ａ）と粗遮光領域
（１Ｃ）とに対応する部分（４Ａ）は露光パターンと同
一に形成され、粗露光領域（１Ｂ）に対応する部分（４
Ｂ）は遮光された第１レチクル（４）を用意して、第１
レチクル（４）を荷電粒子線（ＥＢ）にて照射して第１
レチクル（４）の像を荷電粒子線投影光学系を介してウ
エハ（１）上に転写する微細パターン転写工程と、粗露
光領域（１Ｂ）に対応する部分（５Ｂ）は露光パターン
と同一に形成され、微細領域（１Ａ）と粗遮光領域（１
Ｃ）とに対応する部分（Ｇ）は微細パターン転写工程に
よる露光量分布を補正すべき補正用パターン（ｇ）で形
成された第２レチクル（５）を用意して、第２レチクル
（５）を荷電粒子線（ＥＢ）にて照射して第２レチクル
（５）の像を荷電粒子線投影光学系を介してウエハ
（１）上に転写する粗露光パターン転写工程とを有する
ことを特徴とする荷電粒子線（ＥＢ）を用いた転写方法
である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面によっ
て説明する。図１は本発明による荷電粒子線ＥＢを用い
た転写方法を適用する荷電粒子線転写装置Ｍの一例を示
す。電子銃１１から射出された荷電粒子線ＥＢは、コン
デンサレンズ１２で平行線とされ、視野選択偏向器１３
により紙面に垂直なＸＹ平面内で偏向されて、レチクル
Ｒの小領域の１つに導かれる。レチクルＲは、レチクル
ステージ１４によってＸＹ平面と平行に保持されてい
る。レチクルステージ１４は、レチクルステージ駆動部
１５により、Ｘ軸方向にステップ移動し、Ｙ軸方向に連
続移動する。レチクルＲを通過した荷電粒子線ＥＢは、
偏向器１６により所定量偏向された後、第１投影レンズ
１７にてクロスオーバーＣＯに集束し、さらに第２投影
レンズ１８にてウエハ１上の所定位置に所定の投影倍率
で転写される。ウエハ１は、ウエハステージ１９上にＸ
Ｙ平面と平行に保持されている。ウエハステージ１９
は、ウエハステージ駆動部２０により、レチクルステー
ジ１４のＹ軸方向の連続移動とは逆方向へ連続移動す
る。

【００１２】次に、図２及び図３にて、本発明の荷電粒
子線ＥＢを用いた転写方法の第１実施例を示す。図２
は、荷電粒子線転写装置Ｍにてウエハ１に転写されるパ
ターンを示す。斜線部は露光部１ａであり、それ以外の
白部は非露光部１ｂである。ウエハ１のパターンは、細
線やエッジ部やコンタクトホール等を含む比較的微細な
微細領域１Ａと、比較的粗いパターン領域のうち露光部
１ａである粗露光領域１Ｂと、比較的粗いパターン領域
のうち非露光部１ｂである粗遮光領域１Ｃとに分かれ
る。ここで、粗いパターン領域の露光部１ａのエッジ部
は、微細領域１Ａに含まれ、粗露光領域１Ｂには含まれ
ない。このように１つのパターンを、３つの性質の異な
る領域１Ａ、１Ｂ、１Ｃに区分することができる。

【００１３】図３（Ａ）は、微細パターン転写工程に用
いられる第１レチクル２を示す。ウエハ１の露光パター
ンの微細領域１Ａと粗遮光領域１Ｃに対応するのが、第
１レチクル２の微細パターン領域２Ａであり、露光パタ
ーンと同一に形成される。そして、粗露光領域１Ｂに対
応するのが、粗露光パターン領域２Ｂであり、遮光され
ている。荷電粒子線ＥＢは、第１レチクル２を照射し、
斜線部で示す通過部２ａを通過し、斜線部以外の白部で
示す遮光部２ｂで散乱される。これにより、通過部２ａ
に対応した像が、荷電粒子線投影光学系を介して、ウエ
ハ１上に転写される。

【００１４】図３（Ｂ）は、粗露光パターン転写工程に
用いられる第２レチクル３を示す。ウエハ１の露光パタ
ーンの粗露光領域１Ｂに対応するのが、第２レチクル３
の粗露光パターン領域３Ｂであり、露光パターンと同一
に形成される。そして、微細領域１Ａと粗遮光領域１Ｃ
に対応するのが、微細パターン領域３Ａであり、遮光さ
れている。荷電粒子線ＥＢは、第２レチクル３を照射
し、斜線部で示す通過部３ａを通過し、斜線部以外の白
部で示す遮光部３ｂで散乱される。これにより、通過部
３ａに対応した像が、荷電粒子線投影光学系を介して、
先に第１レチクル２の像が転写されたウエハ１上に重ね
て転写される。これにより、所望のパターンをウエハ１
上に得ることになる。

【００１５】以上のように、本第１実施例の荷電粒子線
ＥＢを用いた転写方法においては、高解像度の求められ
る比較的微細な微細パターン領域２Ａのみを、必要最小
限の面積のみ転写しているので、クーロン効果による局
部的なボケ、歪みは極めて小さくなる。そして、比較的
粗い粗露光パターン領域３Ｂについては、必要最大限の
面積を転写しており、クーロン効果による局部的なボ
ケ、歪みが発生することになるが、もともと高解像度の
求められている領域ではないため、像としての不都合は
発生しない。このように、必要最小限のレチクル分割枚
数にて、クーロン効果による局部的なボケ、歪みの極め
て少ない荷電粒子線ＥＢを用いた転写方法を提供するこ
とができる。なお、実施例には示さないが、レチクル面
積のうち微細パターンの占める面積が、非常に大きいパ
ターンの場合は、第１実施例のようにレチクルを２分割
しても、第１レチクル２側の開口率が大きくなってしま
うので、更に微細パターンを複数枚のレチクルに分割
し、クーロン効果を弱めることが可能である。

【００１６】次に、図２及び図４にて、本発明の荷電粒
子線ＥＢを用いた転写方法の第２実施例を示す。本第２
実施例は、特に高加速電圧を用いた荷電粒子線転写装置
Ｍに適用される。第１実施例同様、図２のようなウエハ
１に転写すべきパターンがあり、これを微細領域１Ａ、
粗遮光領域１Ｃと、粗露光領域１Ｂとに区分する。図４
（Ａ）は、微細パターン転写工程に用いられる第１レチ
クル４を示す。第１実施例同様、ウエハ１の露光パター
ンの微細領域１Ａと粗遮光領域１Ｃに対応するのが、第
１レチクル４の微細パターン領域４Ａであり、露光パタ
ーンと同一に形成される。そして、粗露光領域１Ｂに対
応するのが、粗露光パターン領域４Ｂであり、遮光され
ている。荷電粒子線ＥＢは、第１レチクル４を照射し、
斜線部で示す通過部４ａを通過し、斜線部以外の白部で
示す遮光部４ｂで散乱される。これにより、通過部４ａ
に対応した像が、荷電粒子線投影光学系を介して、ウエ
ハ１上に転写される。

【００１７】図４（Ｂ）は、粗露光パターン転写工程に
用いられる第２レチクル５を示す。ウエハ１の露光パタ
ーンの粗露光領域１Ｂに対応するのが、第２レチクル５
の粗露光パターン領域５Ｂであり、露光パターンと同一
に形成される。そして、微細領域１Ａと粗遮光領域１Ｃ
に対応するのが、パターン領域Ｇであり、この領域には
微細パターン転写工程による露光量分布を補正すべき補
正用パターン、いわゆる、ゴースト補正パターンｇが形
成されている。同図（Ｂ）のドットで示すゴースト補正
パターンｇは、通過部５ａの粗露光パターンと共に、粗
露光パターン転写工程にてウエハ１上に転写される。ゴ
ースト補正パターン部ｇを通過した荷電粒子線ＥＢが、
第１レチクル４の像に重ねて転写されることで近接効果
補正を行う。ゴースト補正パターン領域Ｇの像は、粗露
光パターン領域５Ｂの像同様、高い解像度は求められて
いないため、ボケや歪みが生じても像としての不都合は
発生しない。以上のように、本第２実施例の荷電粒子線
ＥＢを用いた転写方法においては、第１実施例の効果に
加え、特に高加速電圧を用いた荷電粒子線転写装置Ｍで
発生する後方散乱による像のボケ、歪みの極めて少ない
荷電粒子線ＥＢを用いた転写方法を提供することができ
る。

【００１８】なお、ウエハ１上に重ねて転写するパター
ン転写工程手順は、前述した工程手順とは逆、すなわ
ち、粗露光パターン転写工程が微細パターン転写工程よ
り先であっても良い。また、実際の露光に際しては、微
細パターン転写工程と粗露光パターン転写工程とが、同
一の荷電粒子線転写装置Ｍにて行われても良いし、互い
に異なる荷電粒子線転写装置Ｍにて行われても良い。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明では、高解像度の求
められる比較的微細な微細パターン領域のみを、必要最
小限の面積にて転写しているので、クーロン効果による
局部的なボケ、歪みは極めて小さくなる。そして、比較
的粗い粗露光パターン領域については、必要最大限の面
積を転写しており、クーロン効果による局部的なボケ、
歪みが発生することになるが、もともと高解像度の求め
られている領域ではないため、像としての不都合は発生
しない。このように、必要最小限のレチクル分割枚数に
て、クーロン効果による局部的なボケ、歪みの極めて少
ない荷電粒子線を用いた転写方法を提供することができ
る。また本発明では、微細パターン転写工程による露光
量分布を補正すべき補正用パターンを、比較的粗い粗露
光パターンと共に転写しているので、上記発明の効果に
加え、特に高加速電圧を用いた荷電粒子線転写装置で発
生する後方散乱による像のボケ、歪みの極めて少ない荷
電粒子線を用いた転写方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】荷電粒子線転写装置の一例を示す概略図であ
る。

【図２】本発明の第１及び第２実施例によるパターンが
転写された後のウエハを示す平面図である。

【図３】本発明の第１実施例による（Ａ）微細パターン
転写工程用の第１レチクルを示す平面図と、（Ｂ）粗露
光パターン転写工程用の第２レチクルを示す平面図であ
る。

【図４】本発明の第２実施例による高加速電圧を用いた
荷電粒子線転写装置の（Ａ）微細パターン転写工程用の
第１レチクルを示す平面図と、（Ｂ）粗露光パターン転
写工程用の第２レチクルを示す平面図である。

【符号の説明】

１…ウエハ １ａ…露光部 １ｂ…非露光部 １Ａ…微細領域 １Ｂ…粗露光領域 １Ｃ…粗遮光領域 ２、４…第１レチクル（微細パターン転写工程用） ３、５…第２レチクル（粗露光パターン転写工程用） ２Ａ、３Ａ、４Ａ…微細パターン領域 ２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ…粗露光パターン領域 Ｇ…ゴースト補正パターン領域 ２ａ、３ａ、４ａ、５ａ…通過部 ２ｂ、３ｂ、４ｂ…遮光部 ｇ…ゴースト補正パ
ターン部 Ｍ…荷電粒子線転写装置 Ｒ…レチクル ＥＢ…荷電粒子
線 １１…電子銃 １２…コンデン
サレンズ １３…視野選択偏向器 １４…レチクル
ステージ １５…レチクルステージ駆動部 １６…偏向器 １７…第１投影レンズ １８…第２投影
レンズ １９…ウエハステージ ２０…ウエハス
テージ駆動部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レチクル上のパターンを荷電粒子線にて照
   射して、該レチクルの像を荷電粒子線投影光学系を介し
   てウエハ上に転写する荷電粒子線を用いた転写方法にお
   いて、 ウエハ上に転写しようとする露光パターンを比較的微細
   な微細領域と、比較的粗いパターン領域のうちの露光領
   域となる粗露光領域と、比較的粗いパターン領域のうち
   の遮光領域となる粗遮光領域とに区分し、 前記微細領域と粗遮光領域とに対応する部分は前記露光
   パターンと同一に形成され、前記粗露光領域に対応する
   部分は遮光された第１レチクルを用意して、該第１レチ
   クルを荷電粒子線にて照射して該第１レチクルの像を荷
   電粒子線投影光学系を介して前記ウエハ上に転写する微
   細パターン転写工程と、 前記粗露光領域に対応する部分は前記露光パターンと同
   一に形成され、前記微細領域と粗遮光領域とに対応する
   部分は遮光された第２レチクルを用意して、該第２レチ
   クルを荷電粒子線にて照射して該第２レチクルの像を荷
   電粒子線投影光学系を介して前記ウエハ上に転写する粗
   露光パターン転写工程とを有することを特徴とする荷電
   粒子線を用いた転写方法。
2. 【請求項２】レチクル上のパターンを荷電粒子線にて照
   射して、該レチクルの像を荷電粒子線投影光学系を介し
   てウエハ上に転写する荷電粒子線を用いた転写方法にお
   いて、 ウエハ上に転写しようとする露光パターンを比較的微細
   な微細領域と、比較的粗いパターン領域のうちの露光領
   域となる粗露光領域と、比較的粗いパターン領域のうち
   の遮光領域となる粗遮光領域とに区分し、 前記微細領域と粗遮光領域とに対応する部分は前記露光
   パターンと同一に形成され、前記粗露光領域に対応する
   部分は遮光された第１レチクルを用意して、該第１レチ
   クルを荷電粒子線にて照射して該第１レチクルの像を荷
   電粒子線投影光学系を介して前記ウエハ上に転写する微
   細パターン転写工程と、 前記粗露光領域に対応する部分は前記露光パターンと同
   一に形成され、前記微細領域と粗遮光領域とに対応する
   部分は前記微細パターン転写工程による露光量分布を補
   正すべき補正用パターンで形成された第２レチクルを用
   意して、該第２レチクルを荷電粒子線にて照射して該第
   ２レチクルの像を荷電粒子線投影光学系を介して前記ウ
   エハ上に転写する粗露光パターン転写工程とを有するこ
   とを特徴とする荷電粒子線を用いた転写方法。
3. 【請求項３】前記微細パターン転写工程と粗露光パター
   ン転写工程とが、同一の荷電粒子線転写装置にて行われ
   ることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子線
   を用いた転写方法。
4. 【請求項４】前記微細パターン転写工程と粗露光パター
   ン転写工程とが、互いに異なる荷電粒子線転写装置にて
   行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電
   粒子線を用いた転写方法。