JPS6219048B2 - - Google Patents

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JPS6219048B2
JPS6219048B2 JP56103455A JP10345581A JPS6219048B2 JP S6219048 B2 JPS6219048 B2 JP S6219048B2 JP 56103455 A JP56103455 A JP 56103455A JP 10345581 A JP10345581 A JP 10345581A JP S6219048 B2 JPS6219048 B2 JP S6219048B2
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exposure
pattern
scattering
mask
area
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JP56103455A
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Booren Hararudo
Engeruke Herumuuto
Gureshunaa Yohan
Neemitsutsu Peteru
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International Business Machines Corp
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Publication date
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Publication of JPS6219048B2 publication Critical patent/JPS6219048B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3174—Particle-beam lithography, e.g. electron beam lithography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/3175—Lithography
    • H01J2237/31769—Proximity effect correction

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子ビーム投影システムにおけるパタ
ーンの結像方法に関するものである。
集積回路の製造において、製造価格の低減及び
動作速度の増加のために、構造の寸法を絶え間な
く減少させる必要にせまられている。しかし今日
のフオトリソグラフイ法によつては１マイクロメ
ートル以下の幅の導線はもはや分解され得ない。
電子ビームを用いたリソグラフイ工程は原理的
にはパターンの転写において遥かに高い分解能を
可能にするが、実際には露光されるべきフオトレ
ジスト層中及び基板中における電子の散乱効果に
よるかなりの障害が存在する。この好ましくない
効果のうち、露光パターン領域の外部のフオトレ
ジストが露光されてしまう現象は近接効果と呼ば
れる。
25keVという一般的に使用される電子ビーム・
エネルギにおいて、フオトレジスト及び基板中の
電子の分布幅は、原子及び電子との衝突によつて
減速される前は約0.5μｍである。しかし衝突に
より同程度の入射電子の横方向散乱が生じ、その
結果転写されるパターンにかなりのぼけが生じ
る。
そのような散乱の効果は第１Ａ図に示してあ
る。フオトレジスト層１中の孤立したパターン要
素Ａは、例えば微細な電子ビームを用いてラスタ
状に照射する事又はより大きな直径の電子ビーム
を用いて対応するマスク開口を投影する事によつ
て生成され得る。領域Ａに入射する電子は部分的
にそこで吸収されるが、他の部分（矢印で示され
る）は領域Ａの外に移動し従つて領域Ａのフオト
レジストの露光に関しては損失となる。従つてこ
れらの散乱損失を補償するために領域Ａはより高
い照射量が与えられるべきである。
しかしながら与えられるべきより高い照射量は
各パターン要素の直接の周囲のものに依存する。
もし２つのパターン要素が例えば第１Ｂ図の領域
Ｂ１及びＣのように接近して隣接していると、各
要素は隣接した要素に散乱電子を放出し、また隣
接した要素から散乱電子を受け取る。従つて要素
Ｂ１およびＣの各々で受け取られた全照射量は孤
立した要素Ｂ２の場合よりも高くなる。
従つて散乱による電子の損失を補償するため
に、パターンの各部分領域に異なつた強度の電子
ビームを与える事及び他の隣接するパターン要素
の散乱電子を考慮に入れるような方式で各照射量
を決定する事が提案されている。そのような方法
はMihir Parikh、“Self−consistent proximity
effect correction techique for resist
exposure、”J.Vac.Sci.Techn Vol.15、No.３、
May／June1978に記載されている。しかしなが
ら各々の照射量を決定するためには（計算機で
の）膨大な算術演算が必要であり；さらに照射量
の局所的変更は、露光されるべき各表面にわたつ
て電子ビームが微細なペンとして導かれるような
電子ビーム露光システム（ラスタ走査又はベクタ
走査原理）においてのみ有効であり得る。
しかしながらラスタ様のビーム偏向を用いた電
子ビーム露光システムは長い露光時間が必要であ
り従つて経済的な半導体製造に関しては限定され
た用途しか持たない。拡大された電子ビームによ
つて露光マスクが投影原理に従つて結像されるよ
うな電子ビーム投影システムはこの欠点を持たな
いが、そのようなシステムは露光量の局所的変更
が不可能であり、従つて散乱による電子の損失の
補償も不可能である。従つて高度の集積回路を製
造するために電子ビーム投影システムを実用的に
使用するのは疑問である。この理由により電子ビ
ーム投影露光の代わりにイオン・ビームを使用す
る事が提案されている。イオン・ビームにおいて
はイオンの質量がより大きいため散乱効果は非常
に小さな役割しか演じない。しかしながらそのよ
うなイオン・システムはビームの発生及び制御が
より複雑である。
電子ビーム投影システムにも応用可能性のある
散乱による電子の損失を補正する他の方法は、各
パターン要素を公称寸法で露光せずに、各パター
ン要素よりも大きな露光領域を用いて露光する事
である。フオトレジストの現像において散乱によ
る電子の損失は各公称寸法に対して収縮を生じさ
せる。
しかしながら将来の収縮を考慮して露光される
べき領域の正確な寸法を決定する事は、複雑なパ
ターンに関しては非常に複雑であり、もはや自動
的な計算方法を用いて実行できない。その結果と
してこの方法は製造のための実用的な手段として
は適用できない。即ち散乱による電子の損失の補
償はこれらの環境の下では照射量の変化によつて
行なう事しかできない。
従つて本発明の目的は、電子ビーム投影システ
ムで使用可能な散乱による電子の損失の補償のた
めにすみやかに実行可能な方法で与える事であ
る。さらに適用が容易な電子の散乱に基づく近接
効果の作用範囲の測定方法が与えられるであろ
う。
散乱による電子の損失の補償するために本発明
は、散乱による電子の損失を考慮した必要な各局
所的照射量を各パターン要素に２回以上の露光段
階で与える事を提案する。各散露光段階は同じ照
射量であるが、異なつたマスクを用いる。この選
択されたパターン要素の多重露光は、１つのマス
クのパターン領域に関する付加的なマスク開口が
関連する相補的マスクに各々設けられているいわ
ゆる相補的マスクを用いて容易に実行し得る。
ここに説明する方法により且つそれに対応して
修正された相補的マスクを用いて、電子ビーム露
光の分解能は0.5μｍに至るまでに改善され得
る。これは相補的マスクの付加的開口の形及び配
列の１回だけの決定に関係するだけである。近接
効果の結果の詳細な研究及び付加的開口の測定に
関して、それに対応する鋭敏且つ単純な測定方法
が与えられる。その提案によれば、近接効果によ
る部分的エツチングについてのデータを得るため
に、フオトレジストが所定の微細構造で露光され
現像過程が早期に中断される。
以下図面を参照しながら本発明の実施例を説明
する。
電子ビーム投影システムにおいて散乱による電
子の損失の補償するための一般的方法は、複雑な
露光パターンを各部分パターンに分割し、散乱に
よる電子の損失の補償するために必要な付加的露
光（電子ビーム照射量）を各部分パターン毎に決
定する事より成る。この付加的照射量は各部分パ
ターンの周囲に依存する。見い出された照射量及
び部分パターンの形状に依存して、露光マスクの
開口が画定され、それを用いて部分パターンが最
初の露光の強度の電子ビームを用いて２度露光さ
れる。
第２図は第１Ｂ図に関して説明した露光パター
ンを例に用いてこの方法を説明するものである。
縦の部分パターン２０は２つの領域Ｂ１，Ｂ２に
分割され、Ｂ１に対しては参照番号２１を与えら
れた部分パターンＣが配置されている。部分パタ
ーンＢ１及びＣは各々他の部分パターンの散乱電
子を受け取る。従つて散乱による電子の損失を補
償するためにそれらは比較的小さな付加的露光量
しか必要としない。即ちこの付加的露光量は斜線
領域２２，２３中の第２の露光によつて与えられ
る。弧立した部分パターンＢ２は他の部分パター
ンの散乱電子を全く（又は少ししか）受け取らな
いので、その露光に利用できる全照射量は明らか
に部分パターンＢ１及びＣにおけるよりも少な
い。従つて散乱による電子の損失を補償するため
の付加的露光はより高い照射量を用いて行なわれ
るべきであり、その結果として第２の露光が与え
られる（斜線の）領域２４は部分パターンＢ１及
びＣの場合よりも大きい。第２の露光の斜線領域
の正確な大きさ及び正確な位置は、各部分パター
ンに関する散乱による電子の損失及び寄与を考慮
に入れて、各個々の場合に正確に決定されなけれ
ばならない。これは（標準的パターンに関する表
又はアルゴリズムを用いて）計算できるし、さも
なければ各々必要な付加的照射量を測定する事に
よつて実験的に行なう事もできる。近接効果の測
定方法は以下詳細に説明する。
フオトレジストの峰形プロフイールに対する電
子の散乱及び付加的補正露光の影響が第３Ａ図〜
第３Ｃ図に表わされている。第３Ａ図において照
射量Ｄが位置座標Ｘに対して与えられており、破
線３０はフオトレジスト中で電子散乱が存在しな
い時の照射量の分布を表わし、実線３１は電子散
乱を伴なう場合を表わす。フオトレジストを露光
するために必要な最小照射量は値D0を持つと仮
定する。現像されたフオトレジストの線幅は照射
量分布と最小照射量D0との交点から得られる。
第３Ａ図には散乱を伴なわない場合に得られる幅
b′（公称幅に相当する）が、散乱効果の存在する
時には得られず、狭い幅ｂしか得られない事が示
されている。
この散乱による電子の損失の補償するために、
本発明は線３０による照射量分布の代わりに第３
Ｂ図の強度プロフイールを使用する事を提案す
る。即ち所望の線幅ｂ内に、付加的な露光（電子
照射）が領域ｋ内に例えば幅ｋの開口を持つ第２
の露光マスクを用いて与えられる。（照射量曲線
が台形状になつているのは不可避的な電子光学効
果によるものである。） ２つの重ね合せ露光の結果生じる露光プロフイ
ールが第３Ｃ図の曲線３２に示されている。この
曲線は、フオトレジストの露光後に公称幅ｂが得
られるように最小露光量D0の水平線と交差す
る。
第２の露光段階における照射量に分布範囲は、
第１露光のときの分布範囲内にあつて、かつ第１
の露光のときよりも狭いものになるので、所望の
パターンの外部における合計の露光量を最小露光
量D0未満に抑えることができる。
散乱による電子の損失の補償するための２重露
光は、例えば２重露光パターンに対応する開口を
有する露光マスクを用いて第２の露光段階におい
て実行される。
散乱による電子の損失の補償のみに適したその
ような第２の露光段階は、ドイツ特許公報
P2739502に記載されたような相補的マスクを用
いれば避けられる。電子と物質との強い相互作用
により、電子ビーム投影システムのマスク・パタ
ーンは「透明な」基板上に作る事ができず、従つ
てその代わりにマスク開口は好ましくはマスク中
の実際の孔になる。しかしながら孤立したパター
ン要素は、支持するものがないので、この方法で
作る事ができない。この問題は、孤立した構造を
分割して適当に形成され支持された部分構造にし
た２つの相補的マスクを作りそれを重ね合せる事
によつて解決する事ができる。
上述の散乱による電子の損失の補償法は、相補
的マスクにおいて何ら付加的な露光段階を用いる
事なくその副産物として行なう事ができる。マス
ク・パターンを２つの相補的マスクに分割した
後、そのようにして形成された各部分パターン毎
に各々の付加的補正露光が決定され、対応する開
口が他の相補的マスクに形成される。
相補的マスクの原理が第４Ａ図〜第４Ｃ図に図
示されている。点々を付した環４０は露光すべき
領域、中心部３９は露光すべきでない領域であ
る。相補的マスク４１及び４２を作るために、環
４０は４つの部分領域４０ａ〜４０ｄに分割さ
れ、これらの部分領域の２つづつが露光マスク
（４１及び／又は４２）上に配置される（第４Ｂ
図及び第４Ｃ図）。２つのマスク４１，４２を重
ね合せる事によつて、中心部３９に関していかな
る力学的安定性の問題も生じる事なく環状の露光
領域４０が得られる。
第４Ａ図の環状露光領域の散乱による電子の損
失の補償のために、第５Ａ図の斜線領域５０ａ〜
５０ｄに２重露光が必要である。
第５Ｂ図及び第５Ｃ図は、各相補的マスクに関
して散乱による電子の損失の補償するために付加
的露光段階が実行された時に用いる事のできる補
正マスクを表わす。第５Ｂ図の開口５０ｂ，５０
ｄを有する補正マスク５１は領域４０ｂ，４０ｄ
を有する相補的マスク４２を補正するために与え
られ、それに応じて第５Ｃ図の開口５０ａ及び５
０ｃを有する補正マスク５２は領域４０ａ，４０
ｃを有する相補的マスク４１を補正するために与
えられる。しかし、これらの付加的な補正マスク
は、一方の相補的マスクのために補正マスクを他
の相補的マスクと一緒にすれば、不必要になる。
相補的マスク及び補正マスクの組み合せは第５
Ｄ図及び第５Ｅ図に示されている。例えば相補的
マスク４１は相補的マスク４２のための補正開口
５０ｂ，５０ｄを含み、逆に相補的マスク４２は
相補的マスク４１のための補正開口５０ａ，５０
ｃを含む。第５Ｄ図及び第５Ｅ図の２つの補い合
うマスク４１，４２を重ね合せる事によつて第５
Ａ図のような２重露光領域が得られる。
第５Ｄ図及び第５Ｅ図のマスクの力学的安定性
を保証するために補正開口は対応する露光開口よ
りも少し小さくなければならない。従つて、第５
Ｄ図、第５Ｅ図のマスク４１，４２において、実
際の露光開口（例えば４０ａ）と補正開口（例え
ば５０ｂ）との間にそれらの部分バターンを分離
するための充分な峰が残つている。峰が幅0.3〜
0.4μｍであればマスクの安定性にとつて充分で
あろう。
ここで説明したような同じ強度の２回の露光段
階を用いる散乱による電子の損失の補償方法にお
いて、部分パターンは元の露光に用いた露光量を
もう１回だけ補正露光量として（即ち補正マスク
の開口が部分パターンの開口に対応する時）受け
取る事ができる。適用可能な補正露光のこの制限
は孤立したパターン要素（例えば小さな正方形）
において最も明らかであり、それはこの方法を最
大分解能0.5μｍのパターンに適用する事を制限
する。より小さな寸法の構造を結像する場合は、
電子の散乱による損失は最大の利用可能な補正照
射よりも大きい。この場合には、より高い強度及
び／又は別個のマスクを用いた付加的露光によつ
て補正を行なわなければならない。
２重露光パターン部分の位置及び形を正確に決
定するには、近接効果の及ぶ範囲を精密に測定す
る必要がある。以下、この範囲の直接的測定を可
能にする方法を説明する。この方法によれば、等
しい幅の線の群の数個から成り群から群への線幅
が少しづつ増加する（約1/8μｍ）テスト・パタ
ーンがフオトレジスト上に結像され現像される。
フオトレジスト中における近接効果の作用範囲
に対する線幅ｄの比は、フオトレジストの現像後
の線のへりの形状を決定する。
第６Ａ図〜第６Ｄ図はへりの形状に対する近接
効果の影響を図示するものである。第６Ａ図〜第
６Ｄ図ではテスト対象物として、へり６１を有す
る広いフオトレジスト領域６０並びにへり６３及
び６４を有し幅がｄの峰６２が使われる。近接効
果によりへり６１は片側のみで（露光領域６５か
ら）後方散乱照射を受け取り、一方へり６３の照
射量は峰の幅ｄが近接効果の作用範囲よりも大き
いか又は小さいかに依存する。後者の場合例えば
幅がより小さな時はへり６３は露光領域６５から
及び同様に露光領域６６から散乱電子を受け取
る。従つて幅ｄが近接効果の作用範囲と同程度の
値を取ると、へり６３の形状はヘリ６１の形状と
比較して変化するであろう。
第６Ａ図は幅ｄが近接効果の作用範囲よりも大
きい時のフオトレジストの完全現像後の状況を表
わす。第６Ｂ図の峰の幅d′が近接効果の作用範囲
よりも小さい場合を示す。フオトレジストの完全
現像後、近接効果によりへり６３及び６４に「オ
ブ・エツチング」が存在する。
種々のへりの形状を識別する事は、顕微鏡写真
術又は走査電子顕微鏡（後者の場合は試料が破壊
される）によつて原理的に行なう事ができる。し
かしながら限界領域（即ち線幅ｄ〓近接効果の作
用領域）での種々の形状を識別する事はへり６１
及び６３，６４に小さな非対称性あるいは小さな
偏差しか存在しないので非常に複雑である。
従つて特に顕微鏡写真観察において形状をより
容易に検出するために、上述の露光された線パタ
ーンを通常の方法のように完全に現像せずに、早
目に例えば完全な現像時間の約70〜80％経過後に
現像プロセスを中断する事を提案する。
そうすれば第６Ａ図の形状の代わりに第６Ｃ図
に示す型の形状が得られ、第６Ｂ図の形状の代わ
りに第６Ｄ図の形状が得られるであろう。
第６Ｃ図と第６Ｄ図との間の形状の識別は、第
６Ａ図及び第６Ｂ図の形状の識別よりも容易且つ
明瞭に顕微鏡写真的に行なう事ができる。近接効
果によるへり形状６３のいかなる変化も、形状６
１及び６３の対称性を比較して容易に確認する事
ができる。もし峰の幅ｄを減少させる時に初めて
２つの峰の対称性に偏位が現われたならば、この
峰の幅が近接効果の作用範囲に対応する。へり形
状の非対称性は光学的手段によつて非常に容易に
見い出されるので、このフオトレジスト現像中断
法は近接効果の作用範囲の直接的且つ迅速な測定
方法である。
第７Ａ図〜第７Ｄ図において線テスト・パター
ンの２つの評価方法が比較されている。第７Ａ図
及び第７Ｂ図の顕微鏡写真は現像期間の70％径過
後に現像が中断された場合のテスト物を示す。第
７Ｃ図及び第７Ｄ図は100％現像後の同じテス
ト・パターンを示す。露光されエツチングされた
領域は領域70〜79である。
第７Ａ図で峰の幅ｄは近接効果の作用範囲より
も小さい。その結果、エツチングされた領域70の
左右のへりは非対称であり、領域70の左のへりに
別の細い線が現われている。第７Ｂ図では幅ｄは
正確な近接効果の作用範囲に一致するので、領域
70の両側のへりは峰の幅ｄが段階的に拡がる時に
始めて対称的に見える。
第７Ｃ図は100％現像後の第７Ａ図に対応す
る。第７Ｄ図は100％現像後の第７Ｂ図に対応す
る。第７Ｃ図及び第７Ｄ図の両者において、へり
のサブ・エツチングは光学的に殆んど目立たない
ので、近接効果によつて生ずる差異を見い出すの
は仮に不可能ではないにしても非常に困難であ
る。
【図面の簡単な説明】
第１Ａ図及び第１Ｂ図は近接効果の結果を説明
する図、第２図はパターン要素の多重露光によつ
て散乱による電子の損失を補償する事に関する基
本的な説明図、第３Ａ図乃至第３Ｃ図は散乱によ
る電子の損失とその補償を説明するために照射量
のプロフイールを示す図、第４Ａ図乃至第４Ｃ図
は各々弧立した島領域を有するパターン要素、島
構造を有するパターン要素を作るための相補的露
光マスクの図、第５Ａ図は島構造を有するパター
ン要素及び散乱による電子の損失の補償のための
２重露光を受け取るべき部分パターンの図、第５
Ｂ図及び第５Ｃ図は第４Ｂ図及び第４Ｃ図の相補
的露光マスク中の２重露光領域の位置を示す図、
第５Ｄ図及び第５Ｅ図は他の相補的マスクの２重
露光部分に対応する付加的開口を有する第４Ｂ図
及び第４Ｃ図の相補的露光マスクの図、第６Ａ図
及び第６Ｃ図は近接効果が存在しない時の各々現
像期間の100％及び70％経過後のフオトレジス
ト・プロフイールの断面を示す図、第６Ｂ図及び
第６Ｄ図は近接効果が存在する時の各々現像時間
の100％及び70％径過後のフオトレジスト・プロ
フイールの断面を示す図、第７Ａ図乃至第７Ｄ図
は異なつた現像時間及び異なつた線幅のテスト・
パターンの顕微鏡写真図である。 ２０，２１……部分パターン、２２，２３，２
４……付加的露光領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ (a) フオトレジストのうちの露光が行われる
    所定のパターン領域に、前記パターン領域に対
    応する開口を持つ露光マスクを使つて最初の電
    子ビーム露光を行い、 (b) 前記パターン領域の周縁部における前記最初
    の露光の際の散乱による電子の損失を補償し、
    露光量が前記所定のパターン領域のどこについ
    ても所定量以上となるように、前記パターン領
    域のうちの、前記補償を必要とする領域よりも
    内側の一部を選択し、かつ該選択された領域に
    対して、該選択された領域に対応する開口を持
    つ補正マスクを使つて少なくとも１回の付加的
    な電子ビーム露光を行う ことを特徴とする電子ビーム投影システムにおけ
    るパターンの結像方法。
JP56103455A 1980-07-10 1981-07-03 Method of correcting proximity effect Granted JPS5745238A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP80103966A EP0043863B1 (de) 1980-07-10 1980-07-10 Verfahren zur Kompensation des Proximity Effekts bei Elektronenstrahl-Projektionsanlagen

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Publication Number Publication Date
JPS5745238A JPS5745238A (en) 1982-03-15
JPS6219048B2 true JPS6219048B2 (ja) 1987-04-25

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JP56103455A Granted JPS5745238A (en) 1980-07-10 1981-07-03 Method of correcting proximity effect

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US (1) US4426584A (ja)
EP (1) EP0043863B1 (ja)
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