JP2914264B2 - 電子ビーム描画方法 - Google Patents

電子ビーム描画方法

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JP2914264B2 JP8004679A JP467996A JP2914264B2 JP 2914264 B2 JP2914264 B2 JP 2914264B2 JP 8004679 A JP8004679 A JP 8004679A JP 467996 A JP467996 A JP 467996A JP 2914264 B2 JP2914264 B2 JP 2914264B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、LSI製造プロセ
スにおける電子ビームリソグラフィに係わり、特に高い
線幅制御性を得るための電子ビーム描画方法に関する。
【0002】
【従来の技術】部分一括描画法は、第1アパチャと、任
意の図形形状に開口された第2アパチャにより形成され
た電子ビームによりパターンを描画する方法である。本
描画方式は従来の可変矩形描画法に比べDRAMに代表
されるメモリLSIのセル部等、特に周期性を有するパ
ターンにおける描画時間の短縮に有効な描画方法であ
る。
【0003】その一例が、特開平3−174716に述
べられている。図2に従来例1としての電子ビーム描画
法について示す。電子銃1から放射された電子ビーム2
を矩形形状に開口した第1アパチャ3により矩形に成形
し、成形レンズ4や成形偏向器5により、一括描画用第
2アパチャ6上に矩形ビームを照射する。第2アパチャ
6により任意の形状に成形された電子ビームはさらに縮
小レンズ7、偏向器、位置決め偏向器8、対物レンズ9
により試料10上の所望の位置に縮小投影される。この
ように、例えばLSIパターンの一部を第2アパチャ6
上に開口した形状通りに繰り返し描画していく方法が部
分一括描画方式である。この方式によれば、特に周期性
のあるパターンを有するDRAM等のメモリ素子におい
て露光回数の大幅に低減でき描画時間の短縮することが
可能である。このとき、解像限界以下の寸法の遮蔽物に
より電流密度を変化させ近接効果を補正するよう作製さ
れた第2アパチャを用いると、電子線の前方散乱と後方
散乱により試料のビーム照射部以外にもエネルギーの蓄
積が起こるいわゆる近接効果も同時に補正することが可
能である。
【0004】従来例2として部分一括描画法において、
近接効果をパターンの寸法や密度に応じて露光量すなわ
ち照射時間をパターンデータの属性情報を操作して変化
させ補正する手法がジャパニーズ ジャーナル オブ
アプライド フィジクス Vol.33(1994)パ
ート1 No.12B pp.6953−6958に示
されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来例1によれば、描
画時間の短縮と同時に近接効果を補正することが可能で
あるが、解像限界以下の微細な遮蔽物を用いる場合に
は、アパチャの作製が困難であったり、機械的強度が乏
しい等の問題が生じる。例えば、現在用いられている電
子線描画装置の加速電圧は50kVであり、このエネル
ギーを有する電子を完全に遮蔽するには、現在アパチャ
の材料として用いられている代表的なSiでは20μm
の膜厚が必要である。加速電圧は半導体デバイスの微細
化に伴い、高い解像性を得るべくますます高くすること
が要求されている。従って、アパチャの膜厚もますます
厚くする必要が生じ、微細な寸法のアパチャの作製がま
すます困難になると言った問題がある。
【0006】従来例2では、従来から用いられている露
光強度分布(Exposure Intensity
Distribution,EID)関数が用いられて
いる。この関数を用いてレジスト内でのエネルギー蓄積
分布を求め、自己整合法により描画パターン部全体がほ
ぼ同じエネルギー蓄積量になるように、照射一回毎の露
光量を補正する。従来のEID関数では、ビーム入射点
からの距離rでのエネルギー蓄積量はf(r) =k{exp(−r 2 /β f 2 )+η(β f 2 /β b 2 )exp(−r 2 /β b 2 )} で表わされる。上式でβf ,βb はそれぞれ前方散乱係
数、後方散乱係数、k,ηは定数であり、第1項は電子
の試料内での前方散乱を、第2項は後方散乱を示してい
る。また、入射される電子ビームは部分一括転写面積す
なわちビーム電流によらず、すべて同じビームだれを持
つか、ビームだれは無いものとして計算される。
【0007】しかし、実際の部分一括描画では、種々の
パターンが用いられるため、ビーム電流がパターンに応
じて異なる。例えば、メモリセル等のパターン描画では
高い処理能力と、図3に示すような近接効果に起因する
パターン周辺部でのパターン寸法変動を最小限に抑える
ために、中心部では大きい部分一括ショットが用いら
れ、周辺部では小さな部分一括ショットが用いられる。
従って、中心部を描画する時のビーム電流と周辺部を描
画する時のそれが異なる。ところが、いわゆるクーロン
効果、即ち、負電荷を持つ電子間のクーロン反発に起因
する電子ビームのビームだれの大きさはビーム電流に依
存する。このため、パターン中心部と周辺部ではビーム
だれの大きさが異なる。このように、実際にはパターン
中心部と周辺部ではエネルギー蓄積の状態が異なるにも
拘わらず、従来は同じビームだれを有すると仮定して近
接効果補正を行なっていたため、結果的には中心部に対
して、周辺部のパターン寸法が相対的に変動していた。
図3にこれを実験的に確認した結果が示されている。図
4は、代表的な電子線レジストであるSAL−601を
用いて行った実験結果を示している。この実験から、ビ
ーム電流が小さくなりビームだれが小さくなると、必要
な照射量が増すために、ビーム電流に応じて最適露光量
が変化することが判った。従来のEID関数を用いた近
接効果補正ではクーロン効果による最適露光量の変化を
考慮していなかったため、これを補正できず、パターン
中心部と周辺部でレジストパターンに寸法差が生じ、高
い寸法精度が得られないという問題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題は部分一括描画
における近接効果補正において、クーロン効果によるビ
ームだれがビーム電流に依存することに着目し、部分一
括転写面積に応じたEID関数を用いることにより解決
される。あるいはEID関数に最適露光量を変化させる
クーロン効果を補正すべく新たな項を追加したEID関
数を用いることにより解決される。
【0009】
【作用】本発明によれば、部分一括描画法において、ク
ーロン効果によりビーム電流すなわち部分一括転写面積
に依存する最適露光量の変化に起因する寸法変化を複数
のEID関数で補正することにより高い寸法精度を得る
ことができる。また、近接効果補正で用いられるEID
関数に新たに項を追加することによっても、同様の効果
を得ることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は、本発明を用いてレジスト
(0.7μm厚)に0.25μmのライン・アンド・ス
ペース状のパターン11を描画する一実施例を示してい
る。セル中心部では解像性が確保できる範囲で大きな部
分一括転写面積を用いた。本実施例では5μm×5μm
の部分一括アパチャ12である。また、周辺部では近接
効果による寸法変動を小さくするために、中心部より小
さな部分一括転写面積を用いて細かく補正を行なった。
本実施例では2.5μm×5μmの部分一括アパチャ1
3とした。このように中心部と周辺部で用いられる部分
一括転写面積すなわちビーム電流が異なるため、ビーム
だれの程度も異なる。そのため、中心部と周辺部では蓄
積エネルギー分布が異なるのでそれに応じてEID関数
のパラメータを変える必要がある。そこで、モンテカル
ロ法を用い、それぞれの部分一括転写面積に応じてEI
D関数のパラメータを求めこれを用いたEID関数によ
り露光した。このように、それぞれの部分一括転写アパ
チャ毎にEID関数を割当、近接効果補正を行なった。
【0011】[発明の実施の形態2]図1に示す実施例
において、それぞれの部分一括転写面積のビーム形状の
測定の結果、5μm×5μmの部分一括アパチャ12と
2.5μm×5μmの部分一括アパチャ13を用いた場
合のビームだれの大きさはそれぞれ0.08μmと0.
055μmであった。
【0012】まず、パターン中心部での蓄積エネルギー
分布を求めるために、従来のEID関数を用いて計算を
行なった。EID関数のパラメータは、0.08μmの
ビームだれを持ったビーム形状を用いてモンテカルロ法
により求めた。その結果、βf ,βb ,ηはそれぞれ
0.027μm,7.5μm,075μmであった。
【0013】次に、上述と同様にパターン周辺部での蓄
積エネルギー量を求めた。但し、用いたEID関数は、
クーロン効果による中心部との最適露光量の変化を補正
する新たな項δを含んだ以下の新しいEID関数を用い
た。f(r) =k{exp(−r 2 /β f 2 )+η(β f 2 /β b 2 )exp(−r 2 /β b 2 )+ δ} βf ,βb ,η及びδは、ビームだれを0.055μm
として求めた。ここでは、計算時間の短縮を図るため、
δ以外の係数は固定とし、δのみを変化させフィティン
グを行なった。得られた結果は、それぞれ0.028,
8.5,0.73及び−3.3×10-4であった。次い
でパターン全面で蓄積エネルギー量が等量になるように
自己整合法によりそれぞれの部分一括照射の露光量を求
めた。
【0014】以上のように、異なる部分一括転写面積が
用いられるパターン描画時に、中心部では従来のEID
関数を用いた計算で、周辺部ではクーロン効果を補正す
べく新たな項を追加した新しいEID関数を用いた計算
により近接効果補正を行なった結果、図5に示すよう
に、パターン全面で従来のEID関数を用いた補正では
寸法変動が12%(図3)だったものが6%へ向上し
た。
【0015】このように、クーロン効果による最適露光
量の変化を近接効果補正で同時に補正することにより、
寸法精度を向上させることができる。
【0016】[発明の実施の形態3]二つ以上の転写面
積を有するアパチャを用いてパターンを描画する場合、
すなわち二つ以上のδを用いる場合に、δをモンテカル
ロ法により求めることなく図4に示されるように最適露
光量とビーム電流の関係が1次式で表されるためビーム
だれの大きさすなわちビーム電流に対して1次式で近似
して求めた。
【0017】尚、上記3つの実施例では、第1アパチャ
として矩形形状の開口部を有するものを用いたが、開口
部の形状は、他の多角形、円形、楕円形、またはこれら
の変形した図形形状でも良いことは言うまでもない。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明は部分一括描
画法において、部分一括転写面積に応じたEID関数を
用いることにより、寸法制御性の向上を図ることができ
る。また、従来の近接効果補正に用いられていたEID
関数に、新たにクーロン効果を補正する項を追加した新
しいEID関数を用いることにより、補正時間の増大を
招くことなく寸法精度を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を説明する図
【図2】従来例を説明する図
【図3】従来例による近接効果補正
【図4】クーロン効果による最適露光量の変化
【図5】本発明による近接効果補正
【符号の説明】
1 電子銃 2 電子ビーム 3 第1アパチャ 4 成形レンズ 5 成形偏向器 6 第2アパチャ 7 縮小レンズ 8 位置決め偏向器 9 対物レンズ 10 試料 11 描画パターンエリア 12 5μm×5μm部分一括アパチャ 13 2.5μm×5μm部分一括アパチャ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−41224(JP,A) 特開 昭60−41223(JP,A) 特開 昭59−121837(JP,A) 特開 昭59−119835(JP,A) 特開 昭59−119834(JP,A) 特開 昭58−10824(JP,A) Jpn.J.Appl.Phys.V ol.33,Pt.1,No.12B(1994 −12),p.6953−6958 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の形状に開口した第1アパチャと所
    定の図形形状に開口した第2アパチャとにより成形した
    電子ビームを用いて試料上に複数のパターンを描画する
    部分一括描画法において、前記パターン間に生じる近接
    効果を露光強度分布関数に基いて露光量により補正し、
    前記露光量は、クーロン効果による描画線幅の変動を補
    正するように決定することを特徴とする電子ビーム描画
    方法。
  2. 【請求項2】 図形形状の異なる前記第2アパチャ毎に
    露光強度分布関数を割当ることを特徴とする請求項1の
    電子ビーム描画方法。
  3. 【請求項3】 前記露光強度分布関数がクーロン効果を
    補正する項を含む事を特徴とする請求項1及び2の電子
    ビーム描画方法。
  4. 【請求項4】 前記露光強度分布関数がクーロン効果を
    補正する定数項を含む事を特徴とする請求項1及び2の
    電子ビーム描画方法。
  5. 【請求項5】 前記露光強度分布関数がクーロン効果を
    補正する項としてビーム電流に対して1次式で近似され
    る項を含む事を特徴とする請求項1及び2の電子ビーム
    描画方法。
  6. 【請求項6】 部分一括描画面積に対応した前記クーロ
    ン効果を補正する項を含む複数の露光強度分布関数を用
    いて近接効果補正を行なう事を特徴とする請求項1及び
    2の電子ビーム描画方法。
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