JPS60257517A - 電子ビ−ム食刻における近接効果の修正方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は種々の組成の材料の基板上に使用される電子（
ｅ）ビーム食刻のための近接効果修正方法に関する。本
発明の方法はパターンの形状の書込み、例えばビームの
偏向及びステップ動作があらかじめ準備されたパターン
のデータ・ブロックの制御の下に行われ、ｅビームの露
光中に逆（方向）散乱電子の量を示す信号が得られるシ
ステムに使用される。

［従来技術］ 電子（ｅ）ビームによる直接書込みは進歩して、高い分
解能のパターン構造を与えるのに広く使用される技法に
なった。得られる最小の線幅はサブミクロンの範囲（＜
０．５μｍ）にあり、とりわけ使用されるビームの直径
、加速電圧及びレジスト系に依存する。計算機によって
制御されるｅビ−ム・システムによって与えられる汎用
性はウェハ上のチップを個性化するのに使用される。ｅ
ビーム露光システムの高度の柔軟性は高い分解能及び重
ね合せ能力と相まって、この技法はＶＬＳＩ回路のパタ
ーンの形成のみならず１例えば光ビーム、ｅビーム、Ｘ
線もしくはイオン・ビーム・システムに使用される任意
の放射食刻技法に使用されるマスクにパターンを形成す
るのに適したものにしている。

ｅビーム・システムでは、通常基板もしくは前に形成さ
れた構造物上に付着されているレジスト材料の層がｅビ
ームによって露光され、その後のレジストの現像、付着
もしくは他の材料を除去する事によって、特定の性質を
有する金属、半導体もしくは絶縁体パターンの構造が得
られている。

ｅビームはレジスト上をラスク走査もしくはベクトル走
査によって案内され、所望のパターンを発、＋１　生す
る・３の様な°１−ム食刻システムは例えば米国特許第
３６４４７００号、第３８５４７０１号、第３８６６０
１３号、第３８７５４１５号、第３８７６８８３号、及
び第４０５６７３０号に開示されている。

特徴の最小寸法が減少するにつれ、レジスト内及び基板
からの電子の散乱による所謂近接効果がｅビーム食刻に
限界を生ずる事になった。電子が露光される形状の外部
に散乱する時は、電子はこの特定の形状の露光量に寄与
せず（形状内近接効果と呼ぶ）、隣接形状の露光量に寄
与する（形状間近接効果を生ずる）。１次電子の所定の
露光量によってレジスト中で消費される全エネルギは大
部分が、基板からレジストに分散される逆散乱電子の数
に依存する。逆散乱される電子の数は原子番号２の大き
さ及び基板材料の厚さと共に増大する。散乱電子によっ
て生ずる有効露光量の変動は現像及びパターン転写後の
線幅及びレジスト・プロフィールの変動に導く。

近接効果及びこれを修正する方法については多くの論文
が出されている。これ等の修正方法は、パターンが露光
される基板材料は全領域にわたって同じ散乱の振舞を示
すという仮定に立って形状内及び形状間近接効果を修正
している。露光量及び寸法の補償は散乱過程をシミュレ
ートし、図形の各形状／部分形状の対応する露光量もし
くは寸法を計算する事によって決定されている。

これ等の近接効果修正方法は主に次の段階を含む。ｅビ
ーム露光過程に先立って、発生されるべきパターンが計
算機のプログラムによって解析される。次に近接効果が
あったとしても、どの様にして所望の形状もしくは部分
形状のための電子の一様な分布が得られるかが決定され
る。この動作はパターン設計データをｅビーム・システ
ムのデータ・フオームに変換するのに必要な事後処理の
主要部分である。この様にして得られたパターン・デー
タは露光の変化を処理するための付帯値と共に（完全な
パターンの特定の形状のためのｅビーム書込み制御デー
タを含むパターン・データのブロック）記憶され、修正
がない場合とは異なる制御方法で、露光即ち書込み過程
中にｅビームを制御するのに使用される。

この様な方法については、１９８０年刊ＩＢＭＪ、　Ｒ
ｅｓ　Ｄｅｖｅｌｏｐ、、第２４巻第４号、第４３８−
４５１頁に説明されている。

ベクトル走査型のｅビーム・システムでは、この修正方
法は使用されるパターン・データによって決定されるｅ
ビームのステッピング率（速度）を変更する事によって
各形状／部分形状の露光強度を調節している。

レジストへの逆散乱の程度は基板の原子番号及び厚さ、
ビームの加速電圧並びにレジストの厚さの関数であるか
ら、近接効果に対する修正露光量は、逆散乱が露光領域
にまたがって同じである時にのみ有効である。この仮定
は基板が単一の材料であるか、基板材料の原子番号の拡
がりが小さい時にのみ正しい。しかしながら、今日の最
も有望な、Ｓｉ及びＧａＡｓを使用する半導体技術では
より多くの基板組成を使用する様になり、従って原子番
号の拡がりが大きくなる。従って、ｅビームの直接書込
みにおいて、基板材料の原子番号が異なる事による線幅
の変化への影響は高分解能応用では問題になる。

公告されたヨーロッパ特許出願第００８０５２６号の新
らしい方法はパターンが露光されている間に、ビームの
ステッピング率を瞬間的にフィードバック制御するため
に逆散乱信号を使用する可能性を開示している。この方
法によれば孤立した形状の場合、基板材料の変動により
逆散乱の程度が異なる事による線幅の変動が修正出来る
（形状内修正）。

この基板修正技術は異なる基板上の孤立した線に対して
は良好な結果を与えるが形状間に相互作用（形状間効果
）による線幅もしくはギャップの変動の問題を解決して
いない。

ごく最近になって、基板（単一ベース基板）の修正が近
接効果修正と組合されて、形状間効果が修正される様に
なった。この方法はＪ、　Ｖａｃ、　Ｓｃｉ。

Ｔｅｃｈｎｏ１誌、Ｂｌ　（４）　、１９８３年刊１０
月〜１２月号第１３７８頁以降に説明されている。

、、ｆ　″（７１ｍ　ｆｔ１ｍ　＠　ｅ　ｎ　’＄　４
”４４゛“０１ゝ１“：：　ヤツプに対して異なる基板
上の形状間及び形状用形状の近接効果を修正する事が出
来るが、より／ｈさなギャップ／線幅の寸法の場合には
基本的な制約がある。これは主にｐｂの如き原子器量の
高い材料の散乱分布がＳｉの如き原子番号の低い材料の
散乱分布と異なるからである。この後者は事後のプロセ
サで近接効果の修正の計算に使用されている。近接効果
を減少もしくは除去する他の方法は多重層レジスト構造
を使用する事である。しかしながら、この方法は乾燥食
刻の如き追加のより複雑な過程を必要とする。

サブミクロンのＶＬＳＩパターンに対する要求が増大し
ているので、サブミクロンｅビーム食刻の場合に、種々
の材料の組成の基板上の近接効果を修正する事に強い関
心がもたれる様になった。

［発明が解決しようとする問題点コ 本発明の主な目的は、サブミクロンの寸法の場合にでも
任意の基板の成分のための最適な近接効果の修正方法に
極めて近い、現在の解決方法にはない多くの独自の特徴
を有するｅビーム食刻のための近接効果修正方法を与え
る事にある。

［作用］ 本発明に従い、基板材料からの電子ビームの逆散乱信号
がステッピング率を修正するためのフィードバック制御
信号として使用され、逆散乱信号が大まかに区分される
ので、修正用信号のための記憶容置の増大は通常の程度
であり、基板材料が変っても、修正は実時間で行われる
。

［実施例コ 上述の如く、近接効果修正及び基板修正を組合した最も
進歩した抜術の場合でも、形状間近接効果の修正値は単
一ベースの基板の場合にだけ計算出来るという欠陥を有
する。それは隣接形状及び線間の相互作用が基板に依存
して異なるので、サブミクロンの応用では線幅及びギャ
ップが変動するからである。

逆散乱電子によるホトレジスト中の電子の量。

特にエネルギの蓄積に対する基板材料が異なる事による
効果が第２図に示されている。Ｃビームの加速度及びレ
ジストの厚さが一定とすると、逆散乱は基板の材料の原
子番号Ｚによって主に決定される。第２図は原子番号Ｚ
が小さい、中庸及び大きい区分中の異なる材料からの逆
散乱電子のエネルギ分布を示している。図示された如く
、分布曲線の大きさ及び形状は共に異なり、又特にこれ
に伴って形状間の近接効果、即ち隣接する形状による相
互作用も異なっている。

従って効果的な近接効果修正技法には基板材料を考慮に
入れた電子ビーム制御パターン・データが必要である。

パターンが書き込まれるレジストの下にある基板の材料
が変わると、これに伴って、好ましくは実時間で制御パ
ターン・データも変らなければならない。

以下説明される本発明の方法は基本的には次の３つの段
階より成る。

（１）近接効果の修正のための多くのパターン・データ
の組を与える。異なる基板の材料もしくは材料群に対し
て各データの組が与えられる（理想的にはすべての可能
な基板材料の各々に対して一組）。

（２）ｅビーム露光中の基板材料の実時間決定。

（３）決定された基板材料に対応するパターン・データ
組の選択及び使用。

使用される異なる基板材料の数は著しく多いので、この
理想的な複雑な系は実用的になる様に簡約されなければ
ならない。これは同程度の逆散乱分布を示す基板材料、
即ち類似の原子番号の材料をＮ個の区分に分類する事に
よって行われる。Ｎの実際的な値は２乃至４の間にある
。

第３図は今日のＶ　Ｌ　Ｓ　Ｉ製造方法に最も使用され
る材料の若干の原子番号のスケールを示している。第３
図は又夫々Ｎが３及び２に等しい、可能な区分の２つの
例（Ａ、Ｂ）を示している。例Ａは基板材料（原子番号
）の範囲が広く、例えばＳｉからｐｂに及ぶ場合に使用
される。他方例Ｂは基板材料は異なるが、逆散乱特性に
関して似ている場合に適している。

この基板材料の分類によって、必要とされるパ、１１　
ダーン・データの組の数が多数の異なる基板の数から少
数のＮにかなり減少される。従って必要なデータ処理段
階及びハードウェアの数が減少される。これによって上
述された方法が実施可能になり、実時間動作及び修正が
可能になる。

利用可能な事後プログラムの中の近接効果修正プログラ
ムを使用し、多くのパターン・データの組が、Ｎ個の基
板区分の各々に対して一組当て計算される。この計算に
はＮ個の区分中の材料の異なるパラメータが考慮に入れ
られる。Ｎ個のパターン・データ組（例えば原子番号２
が、小さい、中庸、大きいに対応する）の各々は、従っ
て各形状／部分形状データ・ブロックに対し、以下ＦＬ
、ＦＭもしくはＦＭと呼ぶ事にする、材料に依存するビ
ームのステッピング率を含む。以下説明される実施例で
は、これ等のＦ値がｅビーム装置の基本的なステッピン
グ率の必要な調節値を決定する。

しかしながら、Ｆ値は単独で重要なステッピング率を決
定するのにも使用される。

Ｎが小さいために必要とされる追加のパターン・データ
のための記憶空間は中庸でよく、事実、Ｆ値のうちのＮ
−１個は、例えば「小さい」原子番号の区分に対応する
基本的修正値からの相対的な偏差として記述される。

追加の事後プログラミング及びパターン・データのため
の記憶空間は必要なｅビーム・ステップ率の調節のため
にだけに必要とされる事に注意されたい、ｅビーム偏向
（Ｘｏ、　Ｙｏ、ΔＸ、ΔＹ）を制御するのに使用され
る如きパターン・データ列中に含まれる他のデータは基
板材料と独立していて、任意の所与のパターンに対して
、一度処理され記憶されればよい。

ｅビーム露光中の基板材料の実時間決定はその材料が属
する区分の決定に還元される。この決定は現在のｅビー
ム装置に既に与えられている逆散乱信号検出器を使用し
て逆散乱電子を測定する事によって十分正確に行われる
。この決定はパターンが書込まれている間に行われる。

即ち各ピクセル（ベル）が露光されている間に、逆散乱
の程度が決定され、区分例えば小さい、中庸もしくは大
きいが決定される。

基板の材料の区分の決定に基づいて、その特定の基板材
料の区分に調節された近接効果のために与えられた、対
応するビームのステッピング率（ＦＬ、ＦＭもしくはＦ
）ｌ）が記憶装置から取出され、これに従ってビーム・
ステッピング制御回路が制御される。逆散乱ビームの測
定を行い、ステッピング率の調節を行う機構は十分に高
速で実時間ステッピング制御を行い得る事をテストは示
した。

第１図は本発明に従う修正技法を組込んだｅビーム・ベ
クトル走査食刻装置のブロック図を示す。

この図は本発明にとって重要な装置のみを示している。

ｅビーム食刻装置のより詳細な説明は上述の特許に与え
られている。

基板１１は電子ビーム１７によって露光されるホトレジ
スト層１３によって覆われている。ｅビーム１７はＸ偏
向コイル１９Ａ、１９Ｂ及びＹ偏向コイル２１　Ａ、２
１Ｂの磁場によって、ベクトル走査モードでホトレジス
ト１３上を偏向される。

所望の形状を発生するためにはｅビームは図中に示され
ていない制御電極によってブランク及びアンプランクさ
れる。

書込まれるべき形状を記述したパターン・データ（ｘｏ
、　ｙｏ、ΔＸ、ΔＹ）２３は計算機の記憶装置からパ
ターン発生器２５の入力線２３Ａに送られる。パターン
発生器２５は多くの基本的形状の各々に対して、ｅビー
ムを選択された原点（出発点）から特定の経路に沿って
移動させるために、原点の産標Ｘ。及びＹ。さらに相継
いで交互にステッピング値ΔＸ、ΔＹを与える。ディジ
タルＸ及びＹ信号はＤ／Ａ変換器２７に転送され、Ｄ／
Ａ変換器２７はその出力にアナログ形でＸ偏向信号及び
Ｙ偏向信号を与える。これ等の信号は偏向増幅器２９で
増幅され、ｅビーム偏向コイル１９Ａ、１９Ｂ及び２１
Ａ、２１Ｂに印加される。

ビームが一つの形状から他の形状に移動している間にｅ
ビームをブランキング及びアンブランキングのための制
御信号は又パターン発生器２５によって出力線３１上に
与えられる。この信号は図ｔ　中には示されていないブ
ランキング／アンブラン１１ キング電極に印加される・ ｅビームが移動する速度即ちステッピング率は電圧制御
発振器（ＶＣ○）３３の出力信号によって決定される。

このステッピング率信号はパターン発生器２５の入力に
印加され、一つの形状内でビームが偏向される速度を決
定する。パターンデータ中に含まれるステッピング率の
修正値Ｆが存在しない場合にビームが移動する速度はＶ
ＣＯ３３に印加されるＶ　ＲＥＦによって決定される。

本発明に従う修正技術を使用しない場合には、ｅビーム
１７は基準電圧ｖ　ＲＥ、によって決定される基本的ス
テッピング率でホトレジスト層１３を横切って移動する
が、この結果発生される線及びパターンが形状内もしく
は形状間近接効果によって歪を生ずる。

逆散乱効果を補償するために、本発明の方法は次の様に
具体化される。逆散乱（ＢＳ）電子は逆散乱（ＢＳ）検
出器４１によって測定され、検出器４１は逆散乱の割合
に比例する出力信号ＢＳを発生する。信号ＢＳは増幅器
４３で増幅されて、Ｎレベル区分符号器４５に印加され
る。符号器４５はＢＳ信号の大きさに従って線４７Ｌ、
４７Ｍ、もしくは４７　Ｈの上にレベル信号を与える。

回路４５が区別可能なレベルＮの数は記憶装置に記憶さ
れるパターン・データによって与えられる、異なる近接
効果の修正用ステッピング率の制御信号Ｆ（例えば、Ｆ
ｒ、、Ｆ、４、ＦＭ）の数に対応して選択される。多く
の応用の場合にＮ＝３が適当な選択と考えられる。

レベル信号はステッピング率選択器４９に印加され、こ
こでＢＣ信号のレベルに対応するステッピング率修正値
Ｆが選択される。記憶装置に記憶されるパターン・デー
タの組の一部である修正値の列は線２３Ｂを介してステ
ッピング率選択器４９に送られる。

次に、選択された修正値の列はＤ／Ａ変換器５１におい
てａｃ電圧信号に変換された後、ｖＣ○３３に印加され
、ここで基本的発振周波数が調節され、ビーム・ステッ
ピング信号が発振器２５に印加される。発振器２５は次
に調節されたｅビーム偏向を制御して、近接効果を除去
する。

要約すると、基本的ビーム・ステッピング率は、各々基
板材料の所定の区分に対して予じめ準備されたＮ個の異
なるパターンのデータの組の一部であるステッピング率
の修正信号列Ｆによって連続的に影響される。測定され
た逆散乱信号が基板材料の変化を示すや否や、制御は直
ちに初期信号列から現在検出されたＢＳ信号レベルに対
応する信号列に切換えられる。ｅビーム書込みは第２の
基板材料に対する近接効果を修正したものになり、この
動作は基板材料の他の変換が検出される迄続けられる。

ＢＳ信号は適切な近接効果の修正のための制御信号列Ｆ
（例えばＦＬ、Ｆ、もしくはＦＨ）を選択するのにだけ
使用される。このＢＳ信号は従来のシステムの様に直接
的基板修正には使用されない。ＢＳ信号変化は高速に処
理されるので回路の遅延は結果のパターンの品質にほと
んど無視出来る影響しか与えないと云った意味で動作は
実時間である。

［発明の効果コ 本発明に従い、基板材料からの逆散乱信号がステッピン
グ率を修正するためのフィードバック制御信号として使
用され逆散乱信号が大まかに区分されるので、修正用信
号のための記憶容量の増大は通常の程度であり、基板材
料が変っても、修正は実時間で行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を組込んだ電子ビーム露光システムのブ
ロック図である。第２図は異なる基板材料からの逆散乱
電子のエネルギの分布を示した図である。第３図は種々
の基板材料のための原子番号のスケール及び本発明の実
行に適切なスケールの区分を示した図である。 １１・・・・基板、１３・・・・ホトレジスト、１７・
・・・ｅビーム、１９Ａ、Ｂ・・・・Ｘ偏向コイル、２
１Ａ、Ｂ・・・・Ｙ偏向コイル、２３・・・・パターン
・データ、２５・・・・パターン発生器、２７・・・・
Ｄ／Ａ変換器、２９・・・・偏向増幅器、３３・・・・
電圧制御発振器、４１・・・・ＢＳ検出器、４５・・・
・区分符号ｆ　器、４９・・・・ステッピング率選択器
、５１・・・・Ｄ／Ａ変換器。 第１頁の続き ０発　明　者　ペテル・ベテイゲル　スイング （ハ）発　明　者　アラン・ディクソン・　アメウィル
ソン　ト・ ス国ツエーハー８１３＼ラングノー拳ア・アルビス、ラ
モシュトラーセお番地 リカ合衆国ニューヨーク州アーモンク、チェストナラリ
ッジ・ロード４幡地

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パターン形状の電子ビーム書込みが予じめ準備されたパ
   ターン・データ・ブロックの制御を受け、逆散乱電子の
   量を示す信号が電子ビーム露光中に得られる電子ビーム
   露光システム中で使用されるに適した、材料の組成が変
   化する基板上に電子ビームの食刻を行う際の近接効果修
   正方法であって、パターン・データ・ブロックが異なる
   基板の組成区分に対して必要とされる電子ビームのステ
   ッピング率を調節するだめのＮ組の電子ビーム・ステッ
   ピング率修正信号（ＦＬ、　ＦＭ、Ｆ）ｌ）を含み、上
   記Ｎを上記電子ビーム露光システムによって区別可能な
   電子ビームの異なる逆散乱の区分の数と等しくし、 逆散乱信号の大きさにより上記逆散乱の区分を決定し、 決定された区分に対応する修正信号で電子ビームのステ
   ッピング率を制御する事を特徴とする電子ビーム食刻に
   おける近接効果の修正方法。