JP3580880B2

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

Info

Publication number: JP3580880B2
Application number: JP936095A
Authority: JP
Inventors: 隆行榊原; 悟山崎; 覚佐合; 樹一坂本; 洋安田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-01-24
Filing date: 1995-01-24
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: JPH08202018A

Description

【０００１】
【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

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。