JP2951947B2 - 低エネルギー電子ビームのリソグラフィ - Google Patents
低エネルギー電子ビームのリソグラフィInfo
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Classifications
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- 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
-
- 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
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-
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-
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- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は集積回路デバイスの
製造に関し，特にこのような製造に使用する装置および
方法に関する。
製造に関し，特にこのような製造に使用する装置および
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】集積
回路の製造の重要なところは，半導体ウェハ（これは処
理後に，集積回路デバイスとするため細かく切断され
る）の表面上におけるパターニングである。これらのパ
ターンは，イオン注入領域，接触窓領域，ボンディング
パッド領域等のような，集積回路デバイス内のいろいろ
な領域を画成し，一般的に，集積回路デバイスを形成す
るシリコンウェハを覆う輻射抵抗材（“レジスト”と言
われている）の薄い層に，マスクの幾何学形状パターン
を転写することにより形成される。典型的には，マスク
のパターンは拡大されており，レジストへの投射のため
に縮小させる必要がある。
回路の製造の重要なところは，半導体ウェハ（これは処
理後に，集積回路デバイスとするため細かく切断され
る）の表面上におけるパターニングである。これらのパ
ターンは，イオン注入領域，接触窓領域，ボンディング
パッド領域等のような，集積回路デバイス内のいろいろ
な領域を画成し，一般的に，集積回路デバイスを形成す
るシリコンウェハを覆う輻射抵抗材（“レジスト”と言
われている）の薄い層に，マスクの幾何学形状パターン
を転写することにより形成される。典型的には，マスク
のパターンは拡大されており，レジストへの投射のため
に縮小させる必要がある。
【０００３】現在，パターン転写プロセスは，一般的に
フォトリソグラフィにより行われ，転写のために使用さ
れる輻射線のエネルギーは光学的波長のものである。
フォトリソグラフィにより行われ，転写のために使用さ
れる輻射線のエネルギーは光学的波長のものである。
【０００４】レジストに形成されたパターンの特徴的な
ところが小さくなると，集積回路内の回路要素のパッケ
ージング密度が高くなるため，転写のために使用する光
学輻射線の波長を対応して短くする必要がある。この技
術は，レジストに適切にパターンを描くのに必要な輻射
線として，光学的な輻射線を有用に使用できる限界に近
づいてきているようにみえる。
ところが小さくなると，集積回路内の回路要素のパッケ
ージング密度が高くなるため，転写のために使用する光
学輻射線の波長を対応して短くする必要がある。この技
術は，レジストに適切にパターンを描くのに必要な輻射
線として，光学的な輻射線を有用に使用できる限界に近
づいてきているようにみえる。
【０００５】最近では，マスクの幾何学的パターンをレ
ジスト層に転写するときに使用が考えられている，X
線，超紫外輻射線，および電子ビームの使用を含む，他
の幾つかの技術がある。
ジスト層に転写するときに使用が考えられている，X
線，超紫外輻射線，および電子ビームの使用を含む，他
の幾つかの技術がある。
【０００６】電子ビーム（微細で，精密な制御が行え
る）が，最近，光学リソグラフィに使用するマスクの用
意の際に，主に使用されてきている。シリコンウェハ上
のレジストに直接パターンを書くための電子ビームの使
用もあるが，このような使用は，少量生産で，高価に販
売されるカスタム回路に限定される。
る）が，最近，光学リソグラフィに使用するマスクの用
意の際に，主に使用されてきている。シリコンウェハ上
のレジストに直接パターンを書くための電子ビームの使
用もあるが，このような使用は，少量生産で，高価に販
売されるカスタム回路に限定される。
【０００７】集積回路の製造の際，レジストにパターン
を描くときに使用する，電子ビームの使用について考え
られる困難さというのが，このような使用によるスルー
プットの低さであり，電子ビーム露出システムが比較的
高価なこともこれに付け加わる。したがって，集積回路
の製造において，電子ビーム露出システムの使用の潜在
的な見込みは一般的にはなく，このような使用のための
市販のシステムを開発する努力は限定されていた。
を描くときに使用する，電子ビームの使用について考え
られる困難さというのが，このような使用によるスルー
プットの低さであり，電子ビーム露出システムが比較的
高価なこともこれに付け加わる。したがって，集積回路
の製造において，電子ビーム露出システムの使用の潜在
的な見込みは一般的にはなく，このような使用のための
市販のシステムを開発する努力は限定されていた。
【０００８】“High Throughput Submicron Lithograph
y with electron beam Proximity Printing"（1984年9
月発行，Solid State Technology，第210-217頁）と題
する論文において説明されている電子ビームリソグラフ
ィ・システムでは，電子ビームが10KeVのエネルギー
（これはあるときは非常に低いものと考えられていた）
で動作し，ステンシルマスクの厚さが2ミクロンで（在
来の場合よりもより薄い厚さである），マスクとウエハ
との間の分離が0.5ミリメートル（500ミクロン）で，こ
れは非常に接近していると考えられていたものである。
電子ビーム（直径は約1ミリメートル（1000ミクロン）
で，マスクの領域全体からすると非常に僅かである）
は，偏向コイルの第一の対により，マスクを横切るよう
にラスター走査された。偏向コイルの第二の対が，マス
ク面のピボット点の周りでビームを傾斜させるために使
用された。2ミクロンの薄さの中央の膜の部分（membran
e）を含んだシリコンウェハがマスクとして機能してい
た。このようなマスク，および10KeVのエネルギーの電
子では，マスクの開口部に向かわない電子を妨げるため
に，マスク上に適当な金属の吸収層を含むことが必要で
あった。もしそうしないと，このような電子は薄いシリ
コンマスクの皮膜を通過し，レジスト上に形成されるべ
きパターンをぼやかせる。しかし，より厚いシリコンマ
スクの使用は（描画）ラインを狭い幅にすることを困難
にする。なぜならば，ライン幅対マスク厚のアスペクト
比が高すぎるからである。
y with electron beam Proximity Printing"（1984年9
月発行，Solid State Technology，第210-217頁）と題
する論文において説明されている電子ビームリソグラフ
ィ・システムでは，電子ビームが10KeVのエネルギー
（これはあるときは非常に低いものと考えられていた）
で動作し，ステンシルマスクの厚さが2ミクロンで（在
来の場合よりもより薄い厚さである），マスクとウエハ
との間の分離が0.5ミリメートル（500ミクロン）で，こ
れは非常に接近していると考えられていたものである。
電子ビーム（直径は約1ミリメートル（1000ミクロン）
で，マスクの領域全体からすると非常に僅かである）
は，偏向コイルの第一の対により，マスクを横切るよう
にラスター走査された。偏向コイルの第二の対が，マス
ク面のピボット点の周りでビームを傾斜させるために使
用された。2ミクロンの薄さの中央の膜の部分（membran
e）を含んだシリコンウェハがマスクとして機能してい
た。このようなマスク，および10KeVのエネルギーの電
子では，マスクの開口部に向かわない電子を妨げるため
に，マスク上に適当な金属の吸収層を含むことが必要で
あった。もしそうしないと，このような電子は薄いシリ
コンマスクの皮膜を通過し，レジスト上に形成されるべ
きパターンをぼやかせる。しかし，より厚いシリコンマ
スクの使用は（描画）ラインを狭い幅にすることを困難
にする。なぜならば，ライン幅対マスク厚のアスペクト
比が高すぎるからである。
【０００９】しかしながら，この論文は，この分野の研
究者に殆どインパクトを与えなかったようで，このよう
な近接投射プリンティングシステムについての努力は19
84年以後減退してしまった。それどころか，電子ビーム
露出システムの研究は，電子ビームに“剛性”を与える
ために，電子ビーム中の電子が高いエネルギーをもつと
いうシステムに向かっていた。剛性のあるビームとは，
直径がよく制御されるもので，そして非常に良く集束
し，シャープな像を作り，さらにまた迷走場の影響を受
けないものである。剛性は一般的に，ビーム内の電子の
エネルギーまたは速度に関するもので，エネルギーが高
くなればなるほど，ビームの剛性は高くなる。
究者に殆どインパクトを与えなかったようで，このよう
な近接投射プリンティングシステムについての努力は19
84年以後減退してしまった。それどころか，電子ビーム
露出システムの研究は，電子ビームに“剛性”を与える
ために，電子ビーム中の電子が高いエネルギーをもつと
いうシステムに向かっていた。剛性のあるビームとは，
直径がよく制御されるもので，そして非常に良く集束
し，シャープな像を作り，さらにまた迷走場の影響を受
けないものである。剛性は一般的に，ビーム内の電子の
エネルギーまたは速度に関するもので，エネルギーが高
くなればなるほど，ビームの剛性は高くなる。
【００１０】このような理由から，商業的な使用では，
高解像度のために少なくとも50KeVのエネルギーをもつ
電子を使用するのが一般的である。このようなビームを
利用する装置は一般的に，電子のソース，電子ビームに
集束して，成形し，マスクを照射するシステム，および
レンズに通して，マスクを通過したビームをレジストに
5から25分1の比率で縮小，投影する投射システムから成
る。
高解像度のために少なくとも50KeVのエネルギーをもつ
電子を使用するのが一般的である。このようなビームを
利用する装置は一般的に，電子のソース，電子ビームに
集束して，成形し，マスクを照射するシステム，および
レンズに通して，マスクを通過したビームをレジストに
5から25分1の比率で縮小，投影する投射システムから成
る。
【００１１】しかし，集積回路中の回路要素の密度が増
加し，レジストのパターンの特徴的な大きさが縮小する
と，高エネルギーのビームの使用とともに問題が生じて
くる。特に，近接効果（これは，下側のシリコンウェハ
基板からレジストへの電子の後方散乱の結果，形成され
るパターンに歪みをもたらす）が増大してくる。この効
果は，レジストに形成されるべきパターンがより微細に
なるように求められれば求められるほど問題となる。た
だし，加速電圧が高くなると，レジスト内の前方散乱が
減少し，基板による後方散乱した電子が広い範囲に亘り
散乱し，その結果レジスト内で，線量が比較的一定とな
ることが知られている。このことは，近接効果の補正を
容易にすることはあっても近接効果を完全に除去するこ
とにはならない。さらに，電子のエネルギーを上げると
いうことは，電子がレジストにおいて，エネルギーを余
り放出することなく，速やかに通過してしまうため，電
子当たりのレジスト感度が減少する傾向になる。このた
め，エネルギーが高ければ高いほど，ある感度に必要な
電流は大きくなり，したがって，ビーム内の電子密度が
より高くなる。また，ビーム内の電子の密度が高くなれ
ばなるほど，ビームの焦点がぼけ，パターンの解像度の
劣化が引き起こされる。さらに，電流が高くなればなる
ほど，マスク，レジスト層，さらに基板はより加熱さ
れ，投射パターンの歪みはより大きいなる。したがっ
て，必要な精度を維持するために，動作電流を限定しな
ければならない。そして，このことは装置のスループッ
トに限界を与える。
加し，レジストのパターンの特徴的な大きさが縮小する
と，高エネルギーのビームの使用とともに問題が生じて
くる。特に，近接効果（これは，下側のシリコンウェハ
基板からレジストへの電子の後方散乱の結果，形成され
るパターンに歪みをもたらす）が増大してくる。この効
果は，レジストに形成されるべきパターンがより微細に
なるように求められれば求められるほど問題となる。た
だし，加速電圧が高くなると，レジスト内の前方散乱が
減少し，基板による後方散乱した電子が広い範囲に亘り
散乱し，その結果レジスト内で，線量が比較的一定とな
ることが知られている。このことは，近接効果の補正を
容易にすることはあっても近接効果を完全に除去するこ
とにはならない。さらに，電子のエネルギーを上げると
いうことは，電子がレジストにおいて，エネルギーを余
り放出することなく，速やかに通過してしまうため，電
子当たりのレジスト感度が減少する傾向になる。このた
め，エネルギーが高ければ高いほど，ある感度に必要な
電流は大きくなり，したがって，ビーム内の電子密度が
より高くなる。また，ビーム内の電子の密度が高くなれ
ばなるほど，ビームの焦点がぼけ，パターンの解像度の
劣化が引き起こされる。さらに，電流が高くなればなる
ほど，マスク，レジスト層，さらに基板はより加熱さ
れ，投射パターンの歪みはより大きいなる。したがっ
て，必要な精度を維持するために，動作電流を限定しな
ければならない。そして，このことは装置のスループッ
トに限界を与える。
【００１２】このような問題のいくつかに対処するため
に，一時は，低エネルギー電子ビームを使用してレジス
トにパターンを描くことに斬新な関心が展開した。特
に，“Low voltage alternative for electron beam li
thography”（J Vac. Cci TechB 10(6)，11月/12月。第
3094-3098頁）と題する論文が，ビーム内で比較的低い
エネルギーをもつ電子を使用することで，近接効果が実
質的に減少することを報告している。その研究の一つの
主眼は，低エネルギーの電子ビームの使用に必要な非常
に薄いレジストを使用しても，レジストのパターンを基
板に充分転写することができることを示すことであっ
た。
に，一時は，低エネルギー電子ビームを使用してレジス
トにパターンを描くことに斬新な関心が展開した。特
に，“Low voltage alternative for electron beam li
thography”（J Vac. Cci TechB 10(6)，11月/12月。第
3094-3098頁）と題する論文が，ビーム内で比較的低い
エネルギーをもつ電子を使用することで，近接効果が実
質的に減少することを報告している。その研究の一つの
主眼は，低エネルギーの電子ビームの使用に必要な非常
に薄いレジストを使用しても，レジストのパターンを基
板に充分転写することができることを示すことであっ
た。
【００１３】低エネルギー電子ビームがレジストにパタ
ーンを描くのに役立ちそうであり，潜在的な利点を有す
ると長い間認められていたが，デバイスの量産方式にお
いて，広範囲な商業的使用は現在，まだ行われていな
い。しかし，最近，1. 減速界電子ビームカラム，2.
多重配列した縮小電子ビームカラム，および3.多重配
列した走査トンネル顕微鏡の先端の使用により，低電圧
（電子を用いた電子ビーム）リソグラフィを使用するた
めの実質的な開発努力がなされている。
ーンを描くのに役立ちそうであり，潜在的な利点を有す
ると長い間認められていたが，デバイスの量産方式にお
いて，広範囲な商業的使用は現在，まだ行われていな
い。しかし，最近，1. 減速界電子ビームカラム，2.
多重配列した縮小電子ビームカラム，および3.多重配
列した走査トンネル顕微鏡の先端の使用により，低電圧
（電子を用いた電子ビーム）リソグラフィを使用するた
めの実質的な開発努力がなされている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は，量産に対し
て，サブミクロまたはそれより著しく小さい大きさの最
小の特徴をパターン化するために，十分なスループット
および精度をもつ，低エネルギー電子ビームの近接投射
リソグラフィ用のシステム全体に関する。
て，サブミクロまたはそれより著しく小さい大きさの最
小の特徴をパターン化するために，十分なスループット
および精度をもつ，低エネルギー電子ビームの近接投射
リソグラフィ用のシステム全体に関する。
【００１５】本発明のシステムは，典型的に単結晶性シ
リコンのウェハの，典型的に約0.5ミクロンの厚さの，
薄くした膜により形成されたマスクのパターンを極薄の
電子ビーム感応性レジストに転写する。このマスクは，
基板に近接するが，典型的に50ミクロンのような，数百
ミクロンを越えない間隔で置かれたステンシルマスクで
ある。電子ビームは低電圧，典型的には2KeVで加速さ
れ，ビーム電流は比較的小さく，たとえば約3マイクロ
アンペアで充分ある。電子ビームは，ラスター若しくは
ベクトル走査，または飛び越し走査でもよい走査パター
ンで，マスクに対して垂直に偏向される。
リコンのウェハの，典型的に約0.5ミクロンの厚さの，
薄くした膜により形成されたマスクのパターンを極薄の
電子ビーム感応性レジストに転写する。このマスクは，
基板に近接するが，典型的に50ミクロンのような，数百
ミクロンを越えない間隔で置かれたステンシルマスクで
ある。電子ビームは低電圧，典型的には2KeVで加速さ
れ，ビーム電流は比較的小さく，たとえば約3マイクロ
アンペアで充分ある。電子ビームは，ラスター若しくは
ベクトル走査，または飛び越し走査でもよい走査パター
ンで，マスクに対して垂直に偏向される。
【００１６】電子ビームの動作パラメータ，ならびに基
板に対するマスクの寸法および間隔は，基板からレジス
トへの電子の後方散乱が実質的に除去されるようにする
とともに，マスクの開口部に向かわない電子を吸収する
ために，マスク全体にわたる原子番号の高い金属の吸収
層の必要性がないように選ばれる。
板に対するマスクの寸法および間隔は，基板からレジス
トへの電子の後方散乱が実質的に除去されるようにする
とともに，マスクの開口部に向かわない電子を吸収する
ために，マスク全体にわたる原子番号の高い金属の吸収
層の必要性がないように選ばれる。
【００１７】本発明の好適な実施例の特徴が，他の材料
の吸収層を必要とせずに，マスクの開口部に向かわない
電子の貫通を有効に阻止するのに十分な厚さをもつ一
方，マスクの開口に向いた電子が，開口を通過するとき
に側壁により遮られないような十分に低いアスペクト比
を，開口が有するのに十分な薄さをもつシリコンマスク
を使用することである。
の吸収層を必要とせずに，マスクの開口部に向かわない
電子の貫通を有効に阻止するのに十分な厚さをもつ一
方，マスクの開口に向いた電子が，開口を通過するとき
に側壁により遮られないような十分に低いアスペクト比
を，開口が有するのに十分な薄さをもつシリコンマスク
を使用することである。
【００１８】本発明の好適な実施例の特徴が，電子ビー
ム感応性レジスト上への入射電子の全てが，本質的に，
レジストにより直接に吸収され，基板に到着するものが
ほとんどないよいうに，加速電圧と電子ビーム感応性レ
ジスとが関係付けられることである。このことは，レジ
ストの感度を高めるべく，電子ビームの非常に効率的な
使用をもたらし，さらに近接効果に対する補正を本質的
に不要とする。特に，本発明は理想的には，レジストに
おいて，大まかにいって直径がレジストの厚さとなる球
状の部分を露出することになる。
ム感応性レジスト上への入射電子の全てが，本質的に，
レジストにより直接に吸収され，基板に到着するものが
ほとんどないよいうに，加速電圧と電子ビーム感応性レ
ジスとが関係付けられることである。このことは，レジ
ストの感度を高めるべく，電子ビームの非常に効率的な
使用をもたらし，さらに近接効果に対する補正を本質的
に不要とする。特に，本発明は理想的には，レジストに
おいて，大まかにいって直径がレジストの厚さとなる球
状の部分を露出することになる。
【００１９】装置の態様においては，本発明は，半導体
基板上のレジストにパターンを描くための電子ビームリ
ソグラフィ・システムに関する。システムは，電子ビー
ムのソース，電子ビームの径路に配置されたマスク，お
よび電子ビームの径路にあるレジストにより被覆された
基板，およびマスクを支持する手段を含む。システム
は，電子ビーム感応性レジストが極めて薄く，ビームを
加速する電圧が近接効果が重大でない程度に十分に低
く，ビームのパワーがマスク，レジスト，および基板の
加熱もまた重大でなくなる程度に十分に低く，ビーム内
の電子密度が空間電荷効果が重大でなくなる程度に十分
に低いことを特徴とする。
基板上のレジストにパターンを描くための電子ビームリ
ソグラフィ・システムに関する。システムは，電子ビー
ムのソース，電子ビームの径路に配置されたマスク，お
よび電子ビームの径路にあるレジストにより被覆された
基板，およびマスクを支持する手段を含む。システム
は，電子ビーム感応性レジストが極めて薄く，ビームを
加速する電圧が近接効果が重大でない程度に十分に低
く，ビームのパワーがマスク，レジスト，および基板の
加熱もまた重大でなくなる程度に十分に低く，ビーム内
の電子密度が空間電荷効果が重大でなくなる程度に十分
に低いことを特徴とする。
【００２０】方法の態様においては，本発明は，シリコ
ン集積回路の製造に際して，レジストで被覆されたシリ
コン基板にパターンを描くプロセスに関する。そのプロ
セスは，約0.03から0.3ミクロンの範囲にある厚さをも
つレジストにパターンが描かれる，電子ビーム感応性レ
ジストの層が片面にあるシリコン基板を電子ビーム装置
に配置する工程と，シリコンウェハの，レジストが層と
なった表面に近接するが，間に約10乃至300ミクロンの
距離がそこからあくように，パターンが描かれたマスク
を配置する工程と，パターンが描かれたマスク全体にわ
たって，実質的に垂直にして，加速電圧が約1から4KeV
の範囲にあり，ビーム電流が約20マイクロアンペアに達
する電子ビームを走引する工程とを含み，これによりマ
スクが重大に加熱されることなくレジストにパターンが
描かれる。
ン集積回路の製造に際して，レジストで被覆されたシリ
コン基板にパターンを描くプロセスに関する。そのプロ
セスは，約0.03から0.3ミクロンの範囲にある厚さをも
つレジストにパターンが描かれる，電子ビーム感応性レ
ジストの層が片面にあるシリコン基板を電子ビーム装置
に配置する工程と，シリコンウェハの，レジストが層と
なった表面に近接するが，間に約10乃至300ミクロンの
距離がそこからあくように，パターンが描かれたマスク
を配置する工程と，パターンが描かれたマスク全体にわ
たって，実質的に垂直にして，加速電圧が約1から4KeV
の範囲にあり，ビーム電流が約20マイクロアンペアに達
する電子ビームを走引する工程とを含み，これによりマ
スクが重大に加熱されることなくレジストにパターンが
描かれる。
【００２１】本発明は，添付図面と関連してなされた以
下の詳細な説明により，より理解されよう。
下の詳細な説明により，より理解されよう。
【００２２】
【発明の実施の形態】図には，本発明にしたがったシス
テム（電子ビーム装置）10が示されている。システム
は，電子ビーム15を与える電子ソース14，ビーム制限開
口16，および基本的に円形の（または適当な）断面の平
行ビームに，ビームを形成する集光レンズ18を含む電子
銃12，ビームを，ラスターまたはベクトル走査モードの
いずれかで，かつマスク30の表面に本質的に垂直にし
て，基本的に平行なビームとして偏向する偏向コイルの
第一の，対となる主要セット22，24を含む走査投射シス
テム20を含む。図は三つの分離した部分A，BおよびCの
電子ビームを示す。システム10はさらに，偏向コイルの
第二の，対となる微調整セット51，52を含む。偏コイル
51，52は，システムの歪みを限定し，マスクと基板との
アライメントを微調整するために，マスク面に対して
（ピボットのように），ビームを僅かに傾斜するために
使用される。マスク30（単結晶性シリコンの薄いウェハ
から成る）は，厚い外縁部分34内の中央に位置した薄い
膜32を有している。説明した従来技術におけるマスクの
歪みの主要な原因である吸収層が典型的に避けられる。
ワークピースが，シリコンウェハ30の下方，約50ミクロ
ンの間をおいてあり，パターンが描かれる電子ビーム感
応性レジスト42の，極めて薄い層で被覆された比較的大
きなシリコンウェハ40から成る。レジストは典型的に，
約0.1μ（ミクロン）の厚さであるが，この薄い厚さの
電子ビームレジストとして使用できるのであれば，どの
レジストでもよいものである。
テム（電子ビーム装置）10が示されている。システム
は，電子ビーム15を与える電子ソース14，ビーム制限開
口16，および基本的に円形の（または適当な）断面の平
行ビームに，ビームを形成する集光レンズ18を含む電子
銃12，ビームを，ラスターまたはベクトル走査モードの
いずれかで，かつマスク30の表面に本質的に垂直にし
て，基本的に平行なビームとして偏向する偏向コイルの
第一の，対となる主要セット22，24を含む走査投射シス
テム20を含む。図は三つの分離した部分A，BおよびCの
電子ビームを示す。システム10はさらに，偏向コイルの
第二の，対となる微調整セット51，52を含む。偏コイル
51，52は，システムの歪みを限定し，マスクと基板との
アライメントを微調整するために，マスク面に対して
（ピボットのように），ビームを僅かに傾斜するために
使用される。マスク30（単結晶性シリコンの薄いウェハ
から成る）は，厚い外縁部分34内の中央に位置した薄い
膜32を有している。説明した従来技術におけるマスクの
歪みの主要な原因である吸収層が典型的に避けられる。
ワークピースが，シリコンウェハ30の下方，約50ミクロ
ンの間をおいてあり，パターンが描かれる電子ビーム感
応性レジスト42の，極めて薄い層で被覆された比較的大
きなシリコンウェハ40から成る。レジストは典型的に，
約0.1μ（ミクロン）の厚さであるが，この薄い厚さの
電子ビームレジストとして使用できるのであれば，どの
レジストでもよいものである。
【００２３】典型的に，このシリコンウェハ40は，通常
の方法でウェハ40を進めることができるように支持さ
れ，その結果レジストで被覆されたウェハ40の連続した
領域が，レジストのパターン化のために適切な時間，電
子で順次されさ得る。
の方法でウェハ40を進めることができるように支持さ
れ，その結果レジストで被覆されたウェハ40の連続した
領域が，レジストのパターン化のために適切な時間，電
子で順次されさ得る。
【００２４】システム10は，システムを覆うための，適
切なハウジング（図示せず），典型的に真空エンベロー
プを含む。図面には示されていないが，上述の方法で動
作させるのに必要な加速および偏向電圧を形成する種々
のパーツがある。
切なハウジング（図示せず），典型的に真空エンベロー
プを含む。図面には示されていないが，上述の方法で動
作させるのに必要な加速および偏向電圧を形成する種々
のパーツがある。
【００２５】比較的低い加速電圧，たとえば約2KeVを使
用して，電子が，レジスト層42に本質的に完全に吸収さ
れ，したがって，入射ビームにより形成されるパターン
を歪ませる近接効果を形成する，基板40により後方散乱
する電子がない。さらに，全ての電子がレジストを感応
化するために使用されるから，電流は減少する。レジス
トの高い感応性のため必要な電流がより小さくなるの
で，マスクを通過しない入射電子によりマスクの，著し
い加熱が通常は避けられる。さらに，低エネルギーの電
子ビームの浸透深さが小さいため，マスクは付加的な吸
収層を有する必要がない。さらに，加熱効果が小さいた
めに，マスクは歪みが比較的なくなり，通常はこれによ
りマスクの歪みを補償するための複雑な補助方法の必要
性をなくす。さらにまた，マスクは構造が比較的単純で
あることから，一枚のシリコンウェハ上にマスク全体を
（より容易に行うことが必要とされる，どのレベルから
レベルへのマスクの張り付けも行う）セットすることを
容易にする。
用して，電子が，レジスト層42に本質的に完全に吸収さ
れ，したがって，入射ビームにより形成されるパターン
を歪ませる近接効果を形成する，基板40により後方散乱
する電子がない。さらに，全ての電子がレジストを感応
化するために使用されるから，電流は減少する。レジス
トの高い感応性のため必要な電流がより小さくなるの
で，マスクを通過しない入射電子によりマスクの，著し
い加熱が通常は避けられる。さらに，低エネルギーの電
子ビームの浸透深さが小さいため，マスクは付加的な吸
収層を有する必要がない。さらに，加熱効果が小さいた
めに，マスクは歪みが比較的なくなり，通常はこれによ
りマスクの歪みを補償するための複雑な補助方法の必要
性をなくす。さらにまた，マスクは構造が比較的単純で
あることから，一枚のシリコンウェハ上にマスク全体を
（より容易に行うことが必要とされる，どのレベルから
レベルへのマスクの張り付けも行う）セットすることを
容易にする。
【００２６】電子ビーム露出システムにおいて，マスク
およびシリコン基板の両方の上に，アライメントおよび
レジストレーションマークを含めること，そしてマスク
上のマークと基板上のマーカーとを整合することは，重
要なことである。正しい整合は，マスク上のマークを通
り，基板上のマークに至り，基板の背面で収集される電
子を検出することにより行われる。基板を通る（すなわ
ち，基板に流れ込む）電流は微量で，近接効果を引き起
こさない。
およびシリコン基板の両方の上に，アライメントおよび
レジストレーションマークを含めること，そしてマスク
上のマークと基板上のマーカーとを整合することは，重
要なことである。正しい整合は，マスク上のマークを通
り，基板上のマークに至り，基板の背面で収集される電
子を検出することにより行われる。基板を通る（すなわ
ち，基板に流れ込む）電流は微量で，近接効果を引き起
こさない。
【００２７】最後に，このシステムが本質的に低パワー
システムであるから，所望の動作に逆に影響を与え，維
持の問題を生じさせるレジストまたは他の材料の蒸発な
どほとんどない。
システムであるから，所望の動作に逆に影響を与え，維
持の問題を生じさせるレジストまたは他の材料の蒸発な
どほとんどない。
【００２８】特に，説明してきた特定の値は，今のとこ
ろ好適な動作のモードについての単なる説明のためのも
のであり，この値の範囲を，説明してきた望ましくない
特定の効果が顕著になることなく使用することができ
る。たとえば，電子ビーム感応性レジストの厚さは，0.
03から0.3ミクロンの厚の範囲にあり，加速電圧は1から
4KeVの範囲であり，ビーム電流は約20マイクロアンペア
までも可能であり，ビームの直径は0.1から5.0ミリメー
タの範囲であり，マスクとワークピース（レジストで被
覆された基板）との間の距離は10から300ミクロンの範
囲であり，マスクは，いかなる吸収層も必要としない単
結晶のシリコンのステンシルのマスクであり，かつ約0.
2から1.0ミクロンの範囲の厚さをもつ。上述の特定の例
において，レジストは約0.1ミクロンの厚さであり，ビ
ーム電流は約3マイクロアンペアであり，ビームの直径
は約1ミリメートルである。好適実施例において，マス
クは，いかなる吸収層もいらない単結晶性シリコンのス
テンシルシリコンであり，約0.5ミクロンの厚さをも
ち，基板から約50ミクロンの距離の間隔があけられてい
る。
ろ好適な動作のモードについての単なる説明のためのも
のであり，この値の範囲を，説明してきた望ましくない
特定の効果が顕著になることなく使用することができ
る。たとえば，電子ビーム感応性レジストの厚さは，0.
03から0.3ミクロンの厚の範囲にあり，加速電圧は1から
4KeVの範囲であり，ビーム電流は約20マイクロアンペア
までも可能であり，ビームの直径は0.1から5.0ミリメー
タの範囲であり，マスクとワークピース（レジストで被
覆された基板）との間の距離は10から300ミクロンの範
囲であり，マスクは，いかなる吸収層も必要としない単
結晶のシリコンのステンシルのマスクであり，かつ約0.
2から1.0ミクロンの範囲の厚さをもつ。上述の特定の例
において，レジストは約0.1ミクロンの厚さであり，ビ
ーム電流は約3マイクロアンペアであり，ビームの直径
は約1ミリメートルである。好適実施例において，マス
クは，いかなる吸収層もいらない単結晶性シリコンのス
テンシルシリコンであり，約0.5ミクロンの厚さをも
ち，基板から約50ミクロンの距離の間隔があけられてい
る。
【００２９】特定の好適な好適実施例は，本発明の一般
的な原理を単に説明するためのもので，当然に本発明の
思想および範囲から逸脱することなく当業者であれば他
の実施例を思いつくであろう。
的な原理を単に説明するためのもので，当然に本発明の
思想および範囲から逸脱することなく当業者であれば他
の実施例を思いつくであろう。
【図１】本発明を図示した低エネルギービームのリソグ
ラフィ・システムを略示する。
ラフィ・システムを略示する。
10 システム 12 電子銃 14 電子ソース 15 電子ビ
ーム 16 開口 20 走査投
射システム 22 偏向コイル 24 偏向コ
イル 30 マスク 32 皮膜 34 外縁部分 40 ウェハ 42 レジスト 51 偏向コ
イル 52 偏向コイル
ーム 16 開口 20 走査投
射システム 22 偏向コイル 24 偏向コ
イル 30 マスク 32 皮膜 34 外縁部分 40 ウェハ 42 レジスト 51 偏向コ
イル 52 偏向コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 598086877 225 Ｒｉｄｇｅ Ｒｏａｄ， Ｗａｔ ｃｈｕｎｇ， Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ 07060 Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
Claims (18)
- 【請求項１】半導体基板上のレジストにパターンを描く
ためのシステムであって， 電子ビームのソースと， 電子ビームの径路に配置されるマスクと， 電子ビームおよびマスクの径路にある，電子ビーム感応
性レジストで被覆された基板と， を含み， レジストは極めて薄く，ビームを加速する電圧は，近接
効果が重大とならない程度に十分に低く，ビームのパワ
ーは，マスク，電子ビーム感応性レジストおよび基板の
加熱がまた重大とならない程度に十分に低く，ビームの
電子密度は，空間電荷効果が重大とならない程度に十分
に低く， 電子ビーム加速電圧は約2KeVであり，マスクは，レジス
トで被覆された基板から約50ミクロンの所に位置し，レ
ジストの厚さは約0.1ミクロンであり，電子ビーム電流
は約3マイクロアンペアであり，ビームの直径は約1.0ミ
リメートルであり，マスクは，いかなる吸収層を必要と
しない単結晶性シリコンのステンシルマスクであり，か
つ約0.5ミクロンの厚さをもつことを特徴とするシステ
ム。 - 【請求項２】さらに，マスクに本質的に垂直で，本質的
に平行なビームのように，ビームを偏向する手段を含
む，請求項１に記載のシステム。 - 【請求項３】さらに，システムの歪みを正すために，マ
スク面に対するビームの傾斜を制御する手段を含む，請
求項2に記載のシステム。 - 【請求項４】偏向手段は第一の偏向コイルであり，制御
手段は第二の偏向コイルである，請求項3に記載のシス
テム。 - 【請求項５】シリコン集積回路の製造において，レジス
トで被覆されたシリコンウェハにパターンを描くための
方法であって，パターンが描かれる，0.03から0.3ミクロンの範囲の厚
さをもつ電子ビームレジスト層を， 一面に有するシリコ
ン基板を電子ビーム露出装置に配置する工程と， シリコン基板の，レジストで被覆された面に近接する
が，約10から300ミクロンの間の距離だけそこから離し
て，パターンが描かれたマスクを配置する工程と， パターンが描かれたマスク全体わたって，加速電圧が約
1から4KeVの範囲で，ビーム電流が約20マイクロアンペ
ア以下の電子ビームをマスクに実質的に垂直に走引する
工程と， を含み， これにより，レジストにはマスクの，重大な加熱を伴わ
ずにパターンが描かれる， ところの方法 - 【請求項６】電子ビーム加速電圧は約2KeVであり，マス
クは，レジストで被覆された基板から約50ミクロンの所
に位置し，レジストの厚さは約0.1ミクロンであり，電
子ビーム電流は約3マイクロアンペアであり，ビームの
直径は約1.0ミリメートルであり，マスクは，いかなる
吸収層を必要としない単結晶性シリコンのステンシルシ
リコンであり，かつ約0.5ミクロンの厚さをもつ，とこ
ろの請求項5に記載のレジストで被覆されたシリコン基
板にパターンを描く方法。 - 【請求項７】マスクは吸収層を必要としない，請求項1
に記載のシステム。 - 【請求項８】半導体基板上のレジストにパターンを描く
システムであって， 加速電圧が約1から4KeVの範囲にあり，電流が約0.3マイ
クロアンペアと20マクロアンペアとの間にあり，直径
が，空間電荷効果が比較的生じない約0.1から5.0ミリメ
ートルの間にある電子ビームのソースと， 前記電子ビームの径路にあり，約0.03ミクロンから0.3
ミクロンの間の厚さをもつ，電子ビーム感応性レジスト
で被覆された基板と， 電子ビームの径路にあり，電子ビームのソースと，レジ
ストで被覆された基板との間で，かつ約10から300ミク
ロンの間の距離だけ，レジストで被覆された基板から離
れて位置するマスクと， を含み， これにより，近接効果は重大でなくなり，マスク，レジ
ストおよび基板の加熱は重大でなくなり，さらに空間電
荷効果は重大でなくなる，ところのシステム。 - 【請求項９】マスクは，単結晶シリコンウエハを材料と
し，その中央部の薄い膜から形成され，吸収層が不要と
なる，請求項8に記載のシステム。 - 【請求項１０】さらに，マスクの表面にわたって電子ビ
ームを，マスクおよびレジストで被覆された基板に基本
的に垂直に走引する手段を含む，請求項8に記載のシス
テム。 - 【請求項１１】電子ビームは，電子感応性レジストにお
いて，直径が基本的にレジストの厚さとなる球状の部分
を露出する，請求項8に記載のシステム。 - 【請求項１２】電子ビーム加速電圧は約2KeVである，請
求項8に記載のシステム。 - 【請求項１３】マスクは，レジストで被覆された基板か
ら約50ミクロンのところに配置される，請求項8に記載
のシステム。 - 【請求項１４】レジストは約0.1ミクロンの厚さをもつ
請求項8に記載のシステム。 - 【請求項１５】ビームの電流は約3マイクロアンペアで
ある，請求項8に記載のシステム - 【請求項１６】ビームの直径は約1ミリメータである，
請求項8に記載のシステム。 - 【請求項１７】マスクは，いかなる吸収層を必要としな
い，単結晶性シリコンのステンシルマスクであり，約0.
2から1.0ミクロンの範囲の厚さを有する，請求項8に記
載のシステム。 - 【請求項１８】マスクは，いかなる吸収層を必要としな
い，単結晶性シリコンのステンシルマスクであり，約0.
5ミクロンの厚さを有する，請求項8に記載のシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US955833 | 1997-10-21 | ||
| US08/955,833 US5831272A (en) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | Low energy electron beam lithography |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11135423A JPH11135423A (ja) | 1999-05-21 |
| JP2951947B2 true JP2951947B2 (ja) | 1999-09-20 |
Family
ID=25497416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10185389A Expired - Lifetime JP2951947B2 (ja) | 1997-10-21 | 1998-06-30 | 低エネルギー電子ビームのリソグラフィ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5831272A (ja) |
| JP (1) | JP2951947B2 (ja) |
| DE (1) | DE19848070B4 (ja) |
Cited By (3)
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| US7326940B2 (en) | 2003-12-18 | 2008-02-05 | Sony Corporation | Exposure apparatus, exposure method and semiconductor device production method |
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