JP3580880B2 - マスク及びその作成方法並びに荷電粒子ビーム露光方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、荷電粒子ビーム露光に用いられるマスク及びその作成方法並びに荷電粒子ビーム露光方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路の素子の微細化に伴い、荷電粒子ビーム露光装置が用いられるようになってきた。荷電粒子ビーム露光において、メモリのように基本パターンを繰り返し露光する場合には、ブロックマスクを用い、1ショットでブロックパターンを縮小投影露光するというブロック露光方法が有効である。
【0003】
図8に示す如く、露光対象物1上、例えば半導体ウェーハ上に、絶縁膜2を介し被着されたレジスト膜3に荷電粒子ビーム4を照射すると、レジスト膜3、絶縁膜2及び露光対象物1内で荷電粒子ビーム(通常は電子ビーム、以下同様)が散乱されて、図7に示すような近接効果が問題となる。
マスク10には、ブロックパターンが多数形成されているが、図7では簡単化のために1つのみ示している。このブロックパターンに荷電粒子ビームを1ショット投射させると、荷電粒子ビームは透過孔(貫通孔)11〜14を通過し、電磁レンズで縮小されて図8のレジスト膜3上に照射される。曲線21〜24はそれぞれ透過孔11〜14のA−A線を通った荷電粒子ビームのレジスト膜3に対する露光量であり、曲線20はこれらを重ね合わせたものである。現像すると、透過孔11〜13に対応した、露光量が閾値以上の転写パターン31〜33が得られる。図7では、グラフの横軸及び転写パターンが1/(縮小率)倍されている。
【0004】
近接効果により、転写パターン33の幅が狭くなり、また、透過孔14に対応した転写パターンが得られない。さらに、例えば位置P1の周囲から位置P1への散乱電子量は、位置P2の周囲から位置P2への散乱電子量よりも多いので、これにより転写パターンが膨らんだ形になって、転写パターン31と32とが、端部よりも中央部で互いに接近する。
【0005】
近接効果に対し、従来では次のような補正方法が提案されている。
(1)マスク10の反転パターンで弱く露光させた後、正パターンで露光する(ゴースト露光法)。
(2)露光パターンを矩形分解し、矩形毎に適当な露光量を算出し、ブロック毎の適当な露光量により近接効果補正が可能なサイズのブロックパターンにする。
【0006】
(3)透過孔に金属網を張り、網目のサイズにより電子透過量を変える。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、(1)の方法は、正パターンと反転パターンの両方で露光させなければならず、(2)の方法は、ブロックサイズを小さくしなければならないので、いずれの方法も露光装置のスループットが低下し、実用的でない。(3)の方法は、金属網が脆くて壊れ易く、マスクの製造が容易でなく、マスク製造時間が長くなる。また、適当な近接効果補正量は、1つの透過孔内の各部で異なるが、(1)〜(3)の方法はいずれもこれに対応できず、転写パターンに生ずる膨らみを除去できない。これにより、パターンの微細化が制限される。
【0008】
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、露光装置のスループットを低下させず、かつ、近接効果を充分かつ容易に補正することが可能なマスク及びその作成方法並びに荷電粒子ビーム露光方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段及びその作用】
第1発明に係るマスク作成方法では、所望の転写パターンに相似のパターンを複数の第1矩形に分割し、該複数の第1矩形は該相似のパターン内において互いに同一サイズであり、各第1矩形内に第2矩形を形成し、該第2矩形は該相似のパターン内において互いに同一サイズであり、各第2矩形について、該第2矩形を通った荷電粒子ビームによる、レジストに対する直接の第1露光量と、該第2矩形自体及びその周辺の該第2矩形を通った荷電粒子ビームによる近接効果に基づき該直接の露光量に加えられる第2露光量とを求め、該第1露光量と該第2露光量との和が、各第2矩形について互いに略同一になるように、該第2矩形のサイズを補正して第3矩形を形成し、該第3矩形を透過孔とするマスクを作成する。第2発明に係るマスクでは、上記方法で作成して得られる形状の透過孔を有する。
【0010】
第3発明に係る荷電粒子ビーム露光方法では、上記マスクで荷電粒子ビームの断面を整形して露光対象物上に縮小投影露光する。
この第1〜3発明によれば、各部における近接効果が第3矩形のサイズにより補正されるので、近接効果補正が充分なものとなり、図7に示すような脹らみを低減することができる。また、正パターンと反転パターンの両方を用いたり、近接効果補正のためにブロックパターンを小さくしたりする必要がないので、露光装置のスループット低下が防止される。さらに、金網張り付けのような工程がないので、マスクの製造が容易である。
【0013】
第1発明の第1態様では、X方向及びこれに直角なY方向の基準長さをそれぞれMx及びMyとし、上記第1矩形のX方向の長さNx及びこれに直角なY方向の長さNyを、Nx=Lx/[Lx/Mx]、Ny=Ly/[Ly/My]として求めることにより上記第2態様を実施し、ここに、Lx及びLyは上記矩形パターンのX方向及びY方向の長さであり、[]は小数部分を切り上げて整数にすることを意味する。
【0014】
この第1態様によれば、任意の上記パターンについて、第1矩形のサイズを、近接効果補正にとって適当な範囲内のものとすることが容易にできる。
第1発明の第2態様では、上記第3矩形の最大サイズを上記第2矩形に等しくする。
この第2態様によれば、補正前に、隣合う第3矩形の間隔の最小値が定まるので、適正なマスクを作成することが容易になる。
【0015】
第1発明の第3態様では、上記第3矩形のX方向の長さUx及びこれに直角なY方向の長さUyが、
Ux=(Q/Qmax)1/2・SxUy=(Q/Qmax)1/2・Sy
であることを特徴とし、ここに、Sx及びSyは、それぞれ上記第2矩形のX方向及びY方向の長さであり、
Q=1/(1+C・η)
であり、Cは定数であり、ηは補正対象の該第2矩形自体及びその周辺の該第2矩形からの近接効果の量に略比例した値であり、QmaxはQの最大値である。
【0016】
この第3態様によれば、第2矩形に対する補正が容易となるので、マスク作成が容易となる。
第3発明の第1態様では、上記マスクは、上記第3矩形のうちサイズが最大のものが上記第2矩形に等しく、適正露光量を、
E0・(Nx/Sx)・(Ny/Sy)
に略等しくすることを特徴とし、ここに、E0は、上記所望の転写パターンに相似のパターンでマスクを作成したときの適正露光量であり、Nx及びNyは、それぞれ上記第1矩形のX方向及びこれに直角なY方向の長さであり、Sx及びSyは、それぞれ上記第2矩形のX方向及びY方向の長さである。
【0017】
この第1態様によれば、露光量の決定が容易になる。
【0018】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
[第1実施例]
図1に基づいて、第1実施例のマスク形成方法を説明する。
このマスクは、荷電粒子ビーム露光装置でブロック露光をするのに用いられる。マスク上には、繰り返し利用されるブロックパターンが多数形成されており、選択したブロックパターンに荷電粒子ビームを照射してビーム断面を整形することにより、ワンショットで、ブロックパターンが露光対象物上、例えば半導体ウェーハ上のレジストに、縮小投影露光される。
【0019】
ブロックパターンに対する最初の設計パターン40は、所望の転写パターンに相似のパターンであり、その領域41〜44の外形は、図7に示す透過孔11〜14の外形に等しい。
次に、領域41〜44を、互いに同一サイズの矩形45に分割する。
次に、図1(B)に示す如く、分割矩形45内に、互いに同一サイズの分離矩形46を形成する。
【0020】
分割矩形45の面積に対する分離矩形46の面積の比をkとし、また、図7の場合の適正露光量をE0とする。分離矩形46を透過孔とするマスクを形成し、これに荷電粒子ビームを照射し、露光量をE=E0/kとすれば、近接補正がされてない図7に示す転写パターン31〜33とほぼ同じものを形成することができる。隣合う分割矩形45の間に対応したレジスト膜の部分は、透過孔を通った荷電粒子ビームの回折及びレジスト膜内での図8に示す散乱により露光される。
【0021】
次に、各分離矩形46について、他の分離矩形46からの散乱電子による露光量を算出し、その値が大きいほど分離矩形46のサイズを小さく(補正)する。ただし、散乱電子による露光量が最小になる分離矩形46は、そのサイズを変えない。
次に、図2に示す如く、この補正されたサイズの透過孔56を、例えばホトリゾグラフィ技術によりSi基板上に形成して、マスク50を作成する。マスク50には、実際にはブロックパターンが多数形成されるが、図2では簡単化のために1つ(ブロックマスク)のみ示している。
【0022】
図2中のB−B線に沿った、各透過孔56を通過した露光対象物上の露光量は、一点鎖線で示す如くなる。曲線60はこれらを重合わせたものである。露光された対象物を現像して得られる転写パターン71〜74は、近接効果が補正されて所望のものなる。
各領域41〜44内において、各部における近接効果が透過孔56のサイズにより補正されるので、近接効果補正が充分なものとなり、図7に示すような脹らみを低減することができる。また、正パターンと反転パターンの両方を用いたり、近接効果補正のためにブロックパターンを小さくしたりする必要がないので、露光装置のスループット低下が防止される。さらに、金網張り付けのような工程がないので、マスクの製造が容易である。
【0023】
[第2実施例]
図3は、形成すべき転写パターンを示しており、一点鎖線で区切られるブロック80、B1〜B8に対応したブロックマスクで形成される。図4(A)は、図3中のブロック80を拡大したものでありる。ハッチングを付した部分に、現像に必要な露光量が要求される。このような転写パターンを形成する場合、くり貫き部81〜84及びA1〜A5が存在するので、図7の従来方法で透過孔を形成すると、マスク上の、くり貫き部に対応する部分が脱落し、この部分を支持することができない。
【0024】
しかし、上記第1実施例の方法を用いれば、図4(A)に対応した図4(B)に示すような、ハッチング部を透過孔86とするマスクが得られ、くり貫き部81〜84に対応する部分が支持される。
また、特公昭63−11657のように2つの部分パターンの各々について露光する方法よりも、スループットが高い。
【0025】
なお、ブロックマスクに形成すべき好ましいパターンは、対応する転写パターンが同一であってもその周囲の転写パターンにより異なるので、形成すべき周囲の転写パターンに応じて形成する必要があるが、ブロック露光は繰り返しパターンに対し利用されるので、本願発明の利用価値は高い。
[第3実施例]
一般に、露光パターンは全て矩形パターンに分解することができるので、矩形パターンに対する上記の分割パターンの一般的な形成方法が重要となる。次に、これを図5及び図6に基づいて説明する。
【0026】
図5(A)に示す如く、矩形パターン90のX方向及びY方向の長さをそれぞれLx及びLyとし、X方向及びY方向の矩形分割用基準長さをそれぞれMx及びMyとする。分割矩形のX方向及びY方向の長さNx及びNyを、次式により求める。
Nx=Lx/[Lx/Mx] ・・・(1)
Ny=Ly/[Ly/My] ・・・(2)
ここに、[]は、小数点以下を切り上げた整数値にすることを意味する。
【0027】
図5(B)に示す如く、矩形パターン90を、X方向及びY方向の長さNx及びNyの矩形95に分割する。
分割矩形95内に、X方向の長さSx=Nx−2dx、Y方向の長さSy=Ny−2dyの分離矩形96を形成する。ここに、2dxは、分離矩形96のX方向の隣合う間隔であり、2dyは分割矩形95のY方向の隣合う間隔である。2dx及び2dyは、次の2つの条件を満たすように決定される。
【0028】
(1)分離矩形96を通った荷電粒子ビームの回折及び露光対象物上のレジスト内の近接効果により、該間隔に対応する部分のレジストが露光されて、転写パターンが連続すること。
(2)分割矩形95を透過孔とするマスクが、充分な強度を有すること。
近接効果補正後の適正露光時間Eを近似的に、
E=E0・(Nx/Sx)・(Ny/Sy) ・・・(3)
として求める。ここにE0は、矩形パターン90全体を透過孔とする従来の適正露光時間である。
【0029】
次に、近接効果補正量を簡単に計算するために、図6(A)に示すように、露光すべきパターン(例えばマスクサイズの1/100)についてX方向及びY方向の一辺の長さがそれぞれTx及びTyの矩形97で分割する。Tx及びTyは、例えば、1つの矩形97に対しその周囲の8つの矩形97のみからの近接効果を考慮すれば充分な補正を行うことが可能な大きさであり、荷電粒子ビームで1点を照射した場合の、近接効果を含む回転対象な露光量(ドーズ量)分布f(r)、ここにrは該一点からの距離、において、f(R)/f(0)=所定値、例えば1/8になる距離Rに等しくする。f(r)は近似的に、
f(r)=a・exp{−(r/b)2}+c・exp{−(r/d)2}
で表されることが知られている。ここに、a〜d は定数である。
【0030】
各矩形97について、矩形97の面積に対する矩形パターン90の矩形97内面積の比λを求める。図中の括弧内の数値は、この面積比を示す。図6(A)では、矩形パターン90の周囲については、面積比のみ示している。
各矩形97について、次の補正計数Qを算出する。
Q=1/(1+C・η) ・・・(4)
η=Σλi・Tx・Tyf(ri) ・・・(5)
ここに、
C:定数
η:着目している矩形97(i=0)自体及びその回りの8個の矩形97(i=1〜8)から該着目している矩形97(i=0)への近似的な近接効果量
Σ:i=0〜8についての総和を意味する記号
λi:矩形97(i)の上記面積比
ri:矩形97(i)の重心と矩形97(i=0)の重心との間の距離
である。例えば、矩形パターン90の右上角を含む矩形97のηの値は、Tx=Ty=1とすると、
となる。
【0031】
Sx及びSyを、次式により補正して、それぞれUx及びUyとする。
Uxi=(Qi/Qmax)1/2・Sx ・・・(6)
Uyi=(Qi/Qmax)1/2・Sy ・・・(7)
ここに、Qiはi番目の矩形97のQであり、Qmaxは、1ショットの露光単位である1ブロックパターン内における全てのQiのなかの最大値であり、Uxi及びUyiはi番目の矩形97内のUx及びUyである。
【0032】
式(4)〜(6)から、全てのiについて、
Uxi・Uyi(1+C・ηi)=一定
という関係が得られる。ここに、ηiはi番目の矩形97のηである。この関係式から、式(4)〜(7)は、近接効果に対する1次近似補正式であることが分かる。
【0033】
以上のようにして、図6(B)に示すような、ハッチングを付した部分を透過孔106とする、矩形転写パターン形成のためのマスクパターンが設計される。
なお、ηiは正確には、上記f(r)を面積分して求める。
また、式(1)及び(2)において、Nx及びNyは、小さ過ぎるとdx及びdyも小さくなり過ぎ、大き過ぎると近接効果補正が不充分となるので、適当な範囲が存在する。そこで、Mx及びMyは、好ましくは、充分な近接効果補正のための上限値程度とする。このようにすれば、式(1)及び(2)から得られるNx及びNyは、適当な値となる。
【0034】
サイズの具体例は、次の通りである。
マスク:厚み20μmのSi
Mx=My=8μm
2dx=2dy=2μm
Tx=Ty=1〜4μm
C=0.5〜1.0
本発明には、外にも種々の変形例が含まれる。
【0035】
例えば、図6(A)において、矩形97を小さくし、矩形97の回りの8個の矩形及びさらにその外側の回りの16個の矩形についてQを算出してもよい。
また、上記Q又はηを、実際に得られた転写パターンに基づいて修正してもよい。
さらに、上記第1〜3実施例では、分離矩形を縮小することによりそのサイズを補正する場合を説明したが、分離矩形を拡大しすることによりそのサイズを補正し、上記と同じ結果を得るようにしてもよいことは勿論である。
【0036】
また、分割矩形96のサイズは互いに同一でなくてもよく、矩形パターン90の中央部に、その周囲よりも大きいサイズの分割矩形を形成してもよい。
【0037】
【発明の効果】
以上説明した如く、第1〜3発明に係るマスク及びその作成方法並びに荷電粒子ビーム露光方法によれば、露光パターンの各部における近接効果が第3矩形のサイズにより補正されるので、近接効果補正が充分なものとなり、矩形パターンの脹らみを低減することができ、また、正パターンと反転パターンの両方を用いたり、近接効果補正のためにブロックパターンを小さくしたりする必要がないので、露光装置のスループット低下が防止され、さらに、金網張り付けのような工程がないので、マスクの製造が容易であるという優れた効果を奏する。
【0038】
第1発明の第1態様によれば、近接効果補正がより充分なものとなるという効果を奏する。
第1発明の第2態様によれば、第2矩形に対する補正が容易となるので、マスク作成が容易となるという効果を奏する。
第1発明の第3態様によれば、任意の上記パターンについて、第1矩形のサイズを、近接効果補正にとって適当な範囲内のものとすることが容易にできるという効果を奏する。
【0039】
第1発明の第4態様によれば、補正前に、隣合う第3矩形の間隔の最小値が定まるので、適正なマスクを作成することが容易になるという効果を奏する。
第1発明の第5態様によれば、第2矩形に対する補正が容易となるので、マスク作成が容易となるという効果を奏する。
第3発明の第1態様によれば、露光量の決定が容易になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例のマスク形成方法説明図である。
【図2】本発明の第1実施例のマスク、露光量及び転写パターンを示す図である。
【図3】本発明の第2実施例の転写パターンを示す図である。
【図4】図4中のブロック80を拡大した転写パターン及びこれを形成するためのマスクを示す図である。
【図5】本発明の第3実施例のマスク用矩形パターン形成方法説明図である。
【図6】本発明の第3実施例のマスク用矩形パターン形成方法説明図である。
【図7】従来技術の問題点説明図である。
【図8】近接効果説明図である。
【符号の説明】
10、50 マスク
11〜14、56、86、106 透過孔
31〜33、71〜74、80 転写パターン
40 設計パターン
41〜44 領域
45、95 分割矩形
46、96 分離矩形
81〜84 くり貫き部
90 矩形パターン
Claims (7)
- 所望の転写パターンに相似のパターンを複数の第1矩形に分割し、該複数の第1矩形は該相似のパターン内において互いに同一サイズであり、
各第1矩形内に第2矩形を形成し、該第2矩形は該相似のパターン内において互いに同一サイズであり、
各第2矩形について、該第2矩形を通った荷電粒子ビームによる、レジストに対する直接の第1露光量と、該第2矩形自体及びその周辺の該第2矩形を通った荷電粒子ビームによる近接効果に基づき該直接の露光量に加えられる第2露光量とを求め、
該第1露光量と該第2露光量との和が、各第2矩形について互いに略同一になるように、該第2矩形のサイズを補正して第3矩形を形成し、
該第3矩形を透過孔とするマスクを作成する、
ことを特徴とするマスク作成方法。 - X方向及びこれに直角なY方向の基準長さをそれぞれMx及びMyとし、前記第1矩形のX方向の長さNx及びこれに直角なY方向の長さNyを、Nx=Lx/[Lx/Mx]、Ny=Ly/[Ly/My]として求めることを特徴とし、
ここに、Lx及びLyは前記相似のパターンのX方向及びY方向の長さであり、[]は小数部分を切り上げて整数にすることを意味する、
請求項1記載のマスク作成方法。 - 前記第3矩形の最大サイズを前記第2矩形に等しくする、
ことを特徴とする請求項2記載のマスク作成方法。 - 前記第3矩形のX方向の長さUx及びこれに直角なY方向の長さUyが、
Ux=(Q/Qmax)1/2・Sx
Uy=(Q/Qmax)1/2・Sy
であることを特徴とし、
ここに、Sx及びSyは、それぞれ前記第2矩形のX方向及びY方向の長さであり、Q=1/(1+C・η)であり、Cは定数であり、ηは補正対象の該第2矩形自体及びその周辺の該第2矩形からの近接効果の量に略比例した値であり、QmaxはQの最大値である、
請求項3記載のマスク作成方法。 - 請求項1乃至4のいずれか1つに記載の方法で作成して得られる形状の透過孔を有することを特徴とするマスク。
- 請求項5記載のマスクで荷電粒子ビームの断面を整形して露光対象物上に縮小投影露光することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
- 前記マスクは、前記第3矩形のうちサイズが最大のものが前記第2矩形に等しく、
適正露光量を、E0・(Nx/Sx)・(Ny/Sy)に略等しくすることを特徴とし、
ここに、E0は、前記所望の転写パターンに相似のパターンでマスクを作成したときの適正露光量であり、Nx及びNyは、それぞれ前記第1矩形のX方向及びこれに直角なY方向の長さであり、Sx及びSyは、それぞれ前記第2矩形のX方向及びY方向の長さである、
請求項6記載の荷電粒子ビーム露光方法。
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