JPH06132206A - Pattern forming method - Google Patents
Pattern forming methodInfo
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- JPH06132206A JPH06132206A JP27826492A JP27826492A JPH06132206A JP H06132206 A JPH06132206 A JP H06132206A JP 27826492 A JP27826492 A JP 27826492A JP 27826492 A JP27826492 A JP 27826492A JP H06132206 A JPH06132206 A JP H06132206A
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70425—Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
- G03F7/7045—Hybrid exposures, i.e. multiple exposures of the same area using different types of exposure apparatus, e.g. combining projection, proximity, direct write, interferometric, UV, x-ray or particle beam
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば光学式のリソグ
ラフィ技術のみでは容易に製造できないほどの微細パタ
ーンよりなる半導体素子等を多量に製造する場合に適用
して好適なパターン形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pattern forming method suitable for manufacturing a large amount of semiconductor devices having a fine pattern which cannot be easily manufactured by only an optical lithography technique.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、半導体素子等を製造する場合に、
光学式のステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型
露光装置（以下、「ステッパー」という）によりマスク
パターンの像を感光基板上に縮小転写する光学式のリソ
グラフィ技術が使用されていた。しかし、光学式のステ
ッパーでは、感光基板上での最小線幅が０．２〜０．３
μｍより狭いパターンの形成は困難であると共に、形成
できる場合でもスループットが大幅に低下して、製造コ
ストが高価になる。2. Description of the Related Art Conventionally, when manufacturing a semiconductor device or the like,
An optical lithography technology has been used in which an image of a mask pattern is reduced and transferred onto a photosensitive substrate by an optical step-and-repeat type reduction projection type exposure apparatus (hereinafter referred to as “stepper”). However, in the optical stepper, the minimum line width on the photosensitive substrate is 0.2 to 0.3.
It is difficult to form a pattern narrower than μm, and even if it can be formed, the throughput is significantly reduced, and the manufacturing cost is high.
【０００３】そこで、光学式のリソグラフィ技術では容
易に製造できないほどの微細パターンよりなる半導体素
子等を高いスループットで製造するために、感光用のエ
ネルギー線としてＸ線を使用するＸ線リソグラフィ、電
子ビームによる直接描画方式、電子ビームによる縮小転
写方式又はイオンビームによる縮小転写方式等の研究が
行われている。Therefore, in order to manufacture a semiconductor element having a fine pattern that cannot be easily manufactured by an optical lithography technique with a high throughput, X-ray lithography using X-rays as an energy ray for exposure, electron beam , A direct writing method, a reduction transfer method using an electron beam, or a reduction transfer method using an ion beam have been studied.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
種々の技術の内のＸ線リソグラフィについては、等倍転
写を行うとするとマスクを作るのが極めて困難であり、
縮小転写を行うとしても適当な光学系及びアライメント
機構の方式が見い出されていないという不都合がある。
また、電子ビームによる直接描画方式では、等倍のパタ
ーンを描画する必要があるが、微細パターンを等倍で描
画するためには現状の描画精度では不十分である。特
に、電子ビームによる直接描画方式では、描画視野の接
続部の誤差である所謂つなぎ誤差があるため、精度的に
限界がある。However, in the case of X-ray lithography among the above-mentioned various techniques, it is extremely difficult to make a mask if the same size transfer is performed.
Even if the reduction transfer is performed, there is a disadvantage that a suitable optical system and alignment mechanism have not been found.
Further, in the direct drawing method using an electron beam, it is necessary to draw a pattern of the same size, but the current drawing accuracy is insufficient for drawing a fine pattern at the same size. In particular, the direct writing method using an electron beam has a limit in accuracy because there is a so-called connection error which is an error in a connecting portion of a drawing visual field.
【０００５】一方、電子ビームによる縮小転写方式で
は、縮小率を１／３〜１／５にすると電子光学系の光路
長が非常に長くなり、転写装置が大型化する。一方、こ
の方式ではマスクの寿命が短いと予想される。例えば縮
小率が１／３〜１／５で電子ビームによる縮小転写を行
うとすると、１枚のステンシルマスク（電子線透過マス
ク）から転写できるウエハの枚数は１００００枚程度と
予想されるが、これでは不十分である。また、イオンビ
ームによる縮小転写方式では、縮小率を１／３〜１／５
にすると、パターンの歪が大きくなると共に、イオンビ
ーム光学系が長さ及び直径共に大きくなるという不都合
がある。On the other hand, in the reduction transfer method using an electron beam, if the reduction ratio is set to 1/3 to 1/5, the optical path length of the electron optical system becomes very long, and the transfer device becomes large. On the other hand, this method is expected to have a short mask life. For example, if reduction transfer is performed with an electron beam at a reduction rate of 1/3 to 1/5, the number of wafers that can be transferred from one stencil mask (electron beam transmission mask) is expected to be about 10,000. Is not enough. Further, in the reduction transfer method using the ion beam, the reduction rate is 1/3 to 1/5.
If so, there is a problem that the distortion of the pattern becomes large and the length and diameter of the ion beam optical system become large.
【０００６】本発明は斯かる点に鑑み、光学式のリソグ
ラフィ技術のみでは容易に製造できないほどの微細パタ
ーンよりなる半導体素子等を、高いスループットで且つ
高精度に製造するパターン形成方法を提供することを目
的とする。In view of the above problems, the present invention provides a pattern forming method for manufacturing a semiconductor element or the like having a fine pattern that cannot be easily manufactured only by an optical lithography technique with high throughput and high accuracy. With the goal.
【０００７】[0007]
【課題を解決する為の手段】本発明による第１のパター
ン形成方法は、例えば図１に示す如く、荷電粒子線描画
装置（２１）を用いて基板上に転写用のパターンを形成
して第１のマスク（１）を作製する第１工程（ステップ
１０２）と、光学式の縮小投影型露光装置（２２）を用
いて第１のマスク（１）の転写用のパターンの縮小像を
それぞれ基板上に形成して複数の第２のマスク（２−
１，２−２）を作製する第２工程（ステップ１０３）
と、複数の第２のマスク（２−１，２−２）から１個又
は複数個の荷電粒子線透過マスク（５−１）を作製する
第３工程（ステップ１０４）と、荷電粒子線縮小転写装
置（２３）を用いて１個又は複数個の荷電粒子線透過マ
スク（５−１）の転写用のパターンの縮小像をそれぞれ
複数の感光基板（７−１，７−２）上に転写する第４工
程（ステップ１０５）とを有するものである。According to a first pattern forming method of the present invention, a transfer pattern is formed on a substrate using a charged particle beam drawing apparatus (21) as shown in FIG. 1, for example. The first step (step 102) of producing the first mask (1) and the reduced image of the transfer pattern of the first mask (1) are respectively formed on the substrate by using the optical reduction projection exposure apparatus (22). A plurality of second masks (2-
1st, 2nd) second step (step 103)
And a third step (step 104) of producing one or a plurality of charged particle beam transmission masks (5-1) from a plurality of second masks (2-1, 2-2), and charged particle beam reduction A transfer device (23) is used to transfer a reduced image of a transfer pattern of one or more charged particle beam transmission masks (5-1) onto a plurality of photosensitive substrates (7-1, 7-2). And a fourth step (step 105).
【０００８】この場合、その第１のマスク（１）上の転
写用のパターンは、それら感光基板（７−１，７−２）
上に転写されるパターンの３倍〜５倍のパターンであ
り、その光学式の縮小投影型露光装置（２２）における
縮小率は１／１．５倍〜１／２．５倍であることが望ま
しい。また、その荷電粒子線縮小転写装置（２３）とし
て、イオンビーム縮小転写装置を用いてもよい。In this case, the transfer pattern on the first mask (1) is the photosensitive substrate (7-1, 7-2).
It is a pattern which is 3 to 5 times as large as the pattern to be transferred on top, and the reduction rate in the optical reduction projection exposure apparatus (22) is 1 / 1.5 to 1 / 2.5 times. desirable. An ion beam reduction transfer device may be used as the charged particle beam reduction transfer device (23).
【０００９】また、本発明による第２のパターン形成方
法は、例えば図１に示す如く、荷電粒子線描画装置（２
１）を用いて基板上に転写用のパターンを形成して第１
のマスク（１）を作製する第１工程（ステップ１０２）
と、光学式の縮小投影型露光装置（２２）を用いて第１
のマスク（１）の転写用のパターンの縮小像をそれぞれ
基板上に形成して複数の第２のマスク（２−１，２−
２）を作製する第２工程（ステップ１０３）と、複数の
第２のマスク（２−１，２−２）から１個又は複数個の
荷電粒子線透過マスク（５−１）を作製する第３工程
（ステップ１０４）とを有するものである。The second pattern forming method according to the present invention is, for example, as shown in FIG.
1) is used to form a transfer pattern on the substrate and
Process (step 102) of manufacturing the mask (1) of FIG.
And an optical reduction projection type exposure apparatus (22)
The reduced images of the transfer pattern of the mask (1) are formed on the substrate to form a plurality of second masks (2-1, 2-
2) The second step (step 103) of producing and the step of producing one or more charged particle beam transparent masks (5-1) from the plurality of second masks (2-1, 2-2) It has three processes (step 104).
【００１０】[0010]
【作用】斯かる本発明の第１のパターン形成方法によれ
ば、第２工程（ステップ１０３）及び第４工程（ステッ
プ１０５）でそれぞれ縮小転写が行われるので、第１工
程（ステップ１０２）では感光基板（７−１，７−２）
に転写されるパターンを拡大したパターンを描画すれば
よい。従って、第１工程での要求精度は、荷電粒子線描
画装置（２１）で十分に満たすことができる。また、第
２工程で転写されるパターンも感光基板（７−１，７−
２）に転写されるパターンを拡大したパターンであるた
め、第２工程では光学式の縮小投影型露光装置（２２）
を使用することができ、この光学式の縮小投影型露光装
置（２２）により多数の第２マスク（２−１，２−２）
を作製することができる。更に、第１マスク（１）から
直接感光基板（７−１，７−２）上に縮小転写する場合
と比べて、本発明の第４工程での縮小倍率は１に近くな
っている。従って、比較的小型の荷電粒子線縮小転写装
置（２３）を使用することができる。According to the first pattern forming method of the present invention, reduction transfer is performed in each of the second step (step 103) and the fourth step (step 105), so that in the first step (step 102). Photosensitive substrate (7-1, 7-2)
It is only necessary to draw an enlarged pattern of the pattern transferred to. Therefore, the required accuracy in the first step can be sufficiently satisfied by the charged particle beam drawing apparatus (21). In addition, the pattern transferred in the second step is also the photosensitive substrate (7-1, 7-
Since it is an enlarged pattern of the pattern transferred to 2), in the second step, an optical reduction projection type exposure apparatus (22)
The optical reduction projection exposure apparatus (22) can be used for a large number of second masks (2-1, 2-2).
Can be produced. Further, the reduction ratio in the fourth step of the present invention is close to 1 as compared with the case where the reduction transfer is directly performed from the first mask (1) onto the photosensitive substrate (7-1, 7-2). Therefore, a relatively small charged particle beam reduction transfer device (23) can be used.
【００１１】次に、第１のマスク（１）上の転写用のパ
ターンが、感光基板（７−１，７−２）上に転写される
パターンの３倍〜５倍のパターンであり、第２工程（ス
テップ１０３）で使用される光学式の縮小投影型露光装
置（２２）における縮小率が１／１．５倍〜１／２．５
倍である場合の作用につき説明する。この場合、荷電粒
子線描画装置（２１）で作る第１マスク（１）のパター
ンは、感光基板（７−１，７−２）上のパターンの３〜
５倍という高倍率であるので、荷電粒子線描画装置（２
１）の精度で十分である。また、光学式の縮小投影型露
光装置（２２）が作製するワーキングレチクルとしての
第２マスク（２−１，２−２）のパターンは、最終パタ
ーンの２倍程度の線幅のパターンであるので、容易に且
つ高スループットでその第２マスクを作製できる。この
際に、荷電粒子線透過マスク（５−１）を作製する第３
工程（ステップ１０４）での歩留まりの悪さや、第４工
程（ステップ１０５）での荷電粒子線透過マスク（５−
１）の劣化を補うために、第３工程（ステップ１０３）
で大量の第２マスク（２−１，２−２）を必要として
も、光学式の縮小投影型露光装置（２２）にかかる負担
は小さい。Next, the transfer pattern on the first mask (1) is a pattern three to five times as large as the pattern transferred on the photosensitive substrate (7-1, 7-2). The reduction ratio in the optical reduction projection type exposure apparatus (22) used in the two steps (step 103) is 1 / 1.5 to 1 / 2.5.
The operation in the case of double the number will be described. In this case, the pattern of the first mask (1) created by the charged particle beam drawing apparatus (21) is 3 to 3 of the patterns on the photosensitive substrate (7-1, 7-2).
Since it has a high magnification of 5 times, charged particle beam drawing equipment (2
The accuracy of 1) is sufficient. Further, the pattern of the second mask (2-1, 2-2) as a working reticle produced by the optical reduction projection type exposure apparatus (22) has a line width which is about twice the final pattern. The second mask can be easily manufactured with high throughput. At this time, the third step of producing the charged particle beam transmission mask (5-1)
Poor yield in the process (step 104) and charged particle beam transmission mask (5-) in the fourth process (step 105)
To compensate for the deterioration of 1), the third step (step 103)
Therefore, even if a large number of second masks (2-1, 2-2) are required, the burden on the optical reduction projection type exposure apparatus (22) is small.
【００１２】また、第４工程（ステップ１０５）におけ
る荷電粒子線縮小転写装置（２３）での縮小率は１／２
程度でよい。例えば荷電粒子線縮小転写装置（２３）が
電子線縮小転写装置である場合に、縮小率が１／５の場
合の荷電粒子線透過マスク（５−１）からターゲットま
での距離を６ｍとすると、同じ精度で縮小率が１／２の
場合の荷電粒子線透過マスク（５−１）からターゲット
までの距離は３ｍ程度にほぼ半減する。従って、荷電粒
子線縮小転写装置（２３）として小型の装置を使用でき
る。また、荷電粒子線縮小転写装置（２３）がイオンビ
ーム縮小転写装置である場合にも、本発明では縮小率が
小さくて済むため、鏡筒が小型になり、パターンの歪も
低減する。Further, the reduction rate in the charged particle beam reduction transfer device (23) in the fourth step (step 105) is 1/2.
The degree is enough. For example, when the charged particle beam reduction transfer device (23) is an electron beam reduction transfer device and the distance from the charged particle beam transmission mask (5-1) to the target is 6 m when the reduction ratio is 1/5, When the reduction ratio is 1/2 with the same accuracy, the distance from the charged particle beam transmission mask (5-1) to the target is approximately halved to about 3 m. Therefore, a small device can be used as the charged particle beam reduction transfer device (23). Further, even when the charged particle beam reduction transfer device (23) is an ion beam reduction transfer device, the reduction ratio is small in the present invention, so that the lens barrel is downsized and the pattern distortion is reduced.
【００１３】次に、本発明の第２のパターン形成方法
は、上記の第１のパターン形成方法の第１工程から第３
工程までを含むものである。即ち、この第２のパターン
形成方法においても、第１工程での要求精度は、荷電粒
子線描画装置（２１）で十分に満たすことができる。ま
た、第２工程では光学式の縮小投影型露光装置（２２）
により多数の第２マスク（２−１，２−２）を作製する
ことができ、第３工程により荷電粒子線透過マスク（５
−１）が作製される。この荷電粒子線透過マスク（５−
１）を使用することにより、半導体素子等を、高いスル
ープットで且つ高精度に製造することができる。Next, a second pattern forming method of the present invention is the first to third steps of the above-mentioned first pattern forming method.
It includes up to the process. That is, also in the second pattern forming method, the accuracy required in the first step can be sufficiently satisfied by the charged particle beam drawing apparatus (21). Further, in the second step, an optical reduction projection type exposure apparatus (22)
A large number of second masks (2-1, 2-2) can be manufactured by the above method, and the charged particle beam transmission mask (5
-1) is produced. This charged particle beam transmission mask (5-
By using 1), a semiconductor element or the like can be manufactured with high throughput and high accuracy.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、本発明によるパターン形成方法の一実
施例につき図面を参照して説明する。本例は、多数のウ
エハ上に所定の微細パターンを形成するリソグラフィシ
ステムに本発明を適用したものである。図１（ｂ）は本
実施例のリソグラフィシステムの要部を示し、この図１
（ｂ）に示すように、コンピュータ２０でコンピュータ
援用設計（ＣＡＤ）により生成したパターンデータを電
子線描画装置２１に供給する。そして、電子線描画装置
２１を用いて作製したレチクルを光学式のステッパー２
２に供給し、光学式のステッパー２２を用いて作製され
たワーキングレチクルから作製したステンシルマスク
（電子線透過マスク）を電子線縮小転写装置２３に供給
し、電子線縮小転写装置２３ではそのステンシルマスク
のパターンをウエハ上に縮小転写する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the pattern forming method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In this example, the present invention is applied to a lithography system for forming a predetermined fine pattern on a large number of wafers. FIG. 1B shows a main part of the lithography system of this embodiment.
As shown in (b), the computer 20 supplies pattern data generated by computer-aided design (CAD) to the electron beam drawing apparatus 21. Then, the reticle produced by using the electron beam drawing apparatus 21 is used as an optical stepper 2
2 and the stencil mask (electron beam transmission mask) produced from the working reticle produced by using the optical stepper 22 is supplied to the electron beam reduction transfer device 23, and the electron beam reduction transfer device 23 uses the stencil mask. Pattern is transferred onto the wafer by reduction.
【００１５】次に、図１（ａ）のフローチャートを参照
して本例のリソグラフィ工程について説明する。先ず図
１（ａ）のステップ１０１において、コンピュータ援用
設計（ＣＡＤ）によりウエハ上に形成するパターンのパ
ターンデータを生成する。次に、ステップ１０２におい
て、そのパターンデータを電子線描画装置２１に与え、
電子線描画装置２１で基板（例えばガラス基板）上にウ
エハ上に形成するパターンの４倍のパターンを描画する
ことにより、レチクル１を作製する。Next, the lithographic process of this example will be described with reference to the flow chart of FIG. First, in step 101 of FIG. 1A, pattern data of a pattern to be formed on a wafer is generated by computer aided design (CAD). Next, in step 102, the pattern data is given to the electron beam drawing apparatus 21,
The reticle 1 is manufactured by drawing a pattern four times as large as the pattern to be formed on the wafer on a substrate (for example, a glass substrate) with the electron beam drawing device 21.
【００１６】そして、ステップ１０３において、そのレ
チクル１を縮小率が１／２の光学式のステッパー２２に
セットし、多数のレジストが塗布されたシリコン基板上
に順次そのレチクル１のパターンを１／２に縮小して転
写する。その後、それらシリコン基板を現像することに
より、同一のワーキングレチクル２−１，２−２，２−
３，‥‥２ーＭを大量に作る。図２（ａ）はそのワーキ
ングレチクル２−１を示し、図２（ａ）において、シリ
コン基板よりなるワーキングレチクル２−１はガラス枠
３−１に固定され、ワーキングレチクル２−１の中央部
に厚さの薄いマスク部２−１ａがある。図２（ｂ）に示
すように、マスク部２−１ａは周辺部より厚さ方向から
角度θで異方性エッチングを行って厚さｄに仕上げたも
のであり、角度θは５４°、厚さｄは１μｍ程度であ
る。また、マスク部２−１ａ上にはレジスト４−１によ
りパターンが形成されている。Then, in step 103, the reticle 1 is set on an optical stepper 22 having a reduction rate of 1/2, and the pattern of the reticle 1 is sequentially halved on a silicon substrate coated with a large number of resists. To reduce and transfer. After that, by developing these silicon substrates, the same working reticles 2-1, 2-2, 2-
3, ... Make a large amount of 2-M. FIG. 2A shows the working reticle 2-1. In FIG. 2A, the working reticle 2-1 made of a silicon substrate is fixed to the glass frame 3-1 and is attached to the center of the working reticle 2-1. There is a thin mask portion 2-1a. As shown in FIG. 2B, the mask portion 2-1a is anisotropically etched from the thickness direction from the peripheral portion at an angle θ to a thickness d, and the angle θ is 54 °. The thickness d is about 1 μm. A pattern is formed by the resist 4-1 on the mask portion 2-1a.
【００１７】次に図１（ａ）に戻り、ステップ１０４に
おいて、ワーキングレチクル２−１〜２−Ｍよりステン
シルマスク（電子線透過マスク）５−１，５−２，‥
‥，５−ｍを作製する。具体的に、このステップ１０４
では、図２（ｂ）のレジスト４−１の開口部の下のワー
キングレチクル２−１にエッチングにより貫通孔を形成
する。これにより図２（ｃ）に示すように、ステンシル
マスク５−１が作製される。この工程は、半導体デバイ
スを作るプロセスとほとんど同じシリコンウエハの加工
工程であり、しかも線幅が最終的にウエハに形成される
パターンの２倍の大きさである。従って、シリコン基板
の厚さｄが薄いという問題点があっても、歩留まり５０
％は十分期待できる。従って、図１（ａ）において、Ｍ
枚のワーキングレチクル２−１〜２−Ｍから得られるス
テンシルマスク５−１〜５−ｍの枚数はＭ／２枚程度以
上である。Next, returning to FIG. 1A, in step 104, stencil masks (electron beam transmission masks) 5-1 to 5-2 from the working reticles 2-1 to 2-M.
..., 5-m is manufactured. Specifically, this step 104
Then, a through hole is formed in the working reticle 2-1 under the opening of the resist 4-1 of FIG. 2B by etching. As a result, the stencil mask 5-1 is manufactured as shown in FIG. This process is almost the same as the process for processing a silicon wafer as the process for producing a semiconductor device, and the line width is twice as large as the pattern finally formed on the wafer. Therefore, even if there is a problem that the thickness d of the silicon substrate is small, the yield 50
% Can be expected enough. Therefore, in FIG.
The number of stencil masks 5-1 to 5-m obtained from the working reticles 2-1 to 2-M is about M / 2 or more.
【００１８】次にステップ１０５において、ステンシル
マスク５−１を縮小率が１／２の電子線縮小転写装置２
３にセットし、ウエハ７−１にそのステンシルマスク５
−１のパターンを１／２に縮小して転写して、そのウエ
ハ７−１の現像を行う。同様に、ステンシルマスク５−
１のパターンを次のウエハ７−２，‥‥に縮小転写し、
ステンシルマスク７−１が使用できなくなったら、順次
ステンシルマスク５−２，‥‥，５ーｍを使用する。最
終的に、Ｎ枚のウエハ７−１，７−２，７−３，‥‥，
７−Ｎに対するパターンの焼き付けが行われる。Next, at step 105, the stencil mask 5-1 is transferred to the electron beam reduction transfer device 2 having a reduction ratio of 1/2.
3 and set the stencil mask 5 on the wafer 7-1.
The pattern -1 is reduced to 1/2 and transferred, and the wafer 7-1 is developed. Similarly, stencil mask 5-
The pattern 1 is reduced and transferred to the next wafer 7-2 ,.
When the stencil mask 7-1 cannot be used, the stencil masks 5-2, ..., 5-m are sequentially used. Finally, the N wafers 7-1, 7-2, 7-3, ...
The pattern is printed on 7-N.
【００１９】この場合、本例によれば、ステップ１０３
において光学式のステッパー２２が転写するパターンの
最小線幅は、ウエハ上に形成されるパターンの最小線幅
の２倍である。従って、光学式ステッパーにより高いス
ループットで多数のワーキングレチクル２−１〜２−Ｍ
を作製することができる。In this case, according to this example, step 103
In, the minimum line width of the pattern transferred by the optical stepper 22 is twice the minimum line width of the pattern formed on the wafer. Therefore, a large number of working reticles 2-1 to 2-M with high throughput can be obtained by the optical stepper.
Can be produced.
【００２０】図４は、図１（ａ）のステップ１０５で使
用される電子線縮小転写装置２３を示し、この図４にお
いて、カソード１１を、六ホウ化ランタン（ＬaＢ6）の
単結晶より形成し、カソード１１の電子ビームの射出面
１１ａを射出方向に凹の球面状に研磨する。カソード１
１の下に、アノード１２を配置する。アノード１２のカ
ソード１１に対向する面１２ａを、カソード１１に対し
て凸の球面状に形成し、アノード１２の中心部に電子ビ
ーム通過用の貫通孔１２ｂを穿設する。また、アノード
１２から下方に順に、コンデンサーレンズ１３、ステン
シルマスク５−１、投影レンズ１４、アパーチャ板１
５、結像レンズ１６及びターゲットとしてのウエハ７−
１を配置する。ステンシルマスク５−１とウエハ７−１
とは共役であり、アパーチャ板１５のアパーチャ内に電
子ビームのクロスオーバーが形成される。また、投影レ
ンズ１４及び結像レンズ１６による縮小率は１／２であ
る。FIG. 4 shows the electron beam reduction transfer device 23 used in step 105 of FIG. 1 (a). In FIG. 4, the cathode 11 is a single crystal of lanthanum hexaboride (L a B 6 ). Then, the electron beam emission surface 11a of the cathode 11 is polished into a spherical surface concave in the emission direction. Cathode 1
Underneath 1, the anode 12 is arranged. A surface 12a of the anode 12 facing the cathode 11 is formed into a convex spherical surface with respect to the cathode 11, and a through hole 12b for passing an electron beam is formed at the center of the anode 12. The condenser lens 13, the stencil mask 5-1, the projection lens 14, and the aperture plate 1 are arranged in this order from the anode 12.
5, imaging lens 16 and wafer 7 as a target
Place 1 Stencil mask 5-1 and wafer 7-1
And are conjugate, and electron beam crossovers are formed in the aperture of the aperture plate 15. The reduction ratio by the projection lens 14 and the imaging lens 16 is 1/2.
【００２１】図４において、カソード１１から放出され
た電子線１７は、アノード１２の貫通孔１２ｂによる凹
レンズ作用によって、アノード１２の射出面付近に負の
球面収差を持つクロスオーバー１８を形成する。このク
ロスオーバー１８から出る電子線が、コンデンサレンズ
１３と投影レンズ１４とが持つ正の球面収差を丁度相殺
する負の球面収差を有するように、アノード１２の形状
及び位置が設定されている。従って、アパーチャ板１５
のアパーチャ１５ａ内に形成されるクロスオーバー１９
は球面収差が少なく、ステンシルマスク５−１のパター
ンの１／２の縮小像がウエハ７−１上に小さい収差で転
写される。このように縮小率が１／２でよいため、アパ
ーチャ板１５とウエハ７−１との間隔を１ｍにしても、
ステンシルマスク５−１とアパーチャ板１５との間隔は
２ｍでよく、コンデンサレンズ１３もかなりの球面収差
を許容できるので短くできる。従って、カソード１１か
らターゲットとしてのウエハ７−１迄の全光路長は５ｍ
程度となり、小型の装置を使用できる。In FIG. 4, the electron beam 17 emitted from the cathode 11 forms a crossover 18 having a negative spherical aberration near the exit surface of the anode 12 due to the concave lens action of the through hole 12b of the anode 12. The shape and position of the anode 12 are set so that the electron beam emitted from the crossover 18 has a negative spherical aberration that exactly cancels the positive spherical aberration of the condenser lens 13 and the projection lens 14. Therefore, the aperture plate 15
Crossover 19 formed in the aperture 15a of the
Has a small spherical aberration, and a reduced image of 1/2 of the pattern of the stencil mask 5-1 is transferred onto the wafer 7-1 with a small aberration. In this way, since the reduction ratio may be 1/2, even if the distance between the aperture plate 15 and the wafer 7-1 is 1 m,
The distance between the stencil mask 5-1 and the aperture plate 15 may be 2 m, and the condenser lens 13 can be made short because it can tolerate a considerable spherical aberration. Therefore, the total optical path length from the cathode 11 to the wafer 7-1 as the target is 5 m.
It is possible to use a small device.
【００２２】また、島状の孤立パターンをウエハ７−１
上に転写する場合には、ステンシルマスク５−１を２枚
に分け、所謂ドーナツ効果を防ぐようにする。例えば孤
立パターンが図３（ａ）の孤立パターン８である場合に
は、ステンシルマスク５−１としては、図３（ｂ）の開
口パターン９を有する第１のマスクと、図３（ｃ）の開
口パターン１０を有する第２のマスクとを交互に使用す
る。更に、そのステンシルマスク５−１の厚さｄを電子
線の平均自由工程の１０倍〜４０倍にする。電子ビーム
の加速電圧が５０ｋＶの場合に、ステンシルマスク５−
１としてシリコン基板を使用すると、その厚さは０．５
〜２μｍである。これにより、ステンシルマスク５−１
での電子線の吸収を少なくして、ステンシルマスク５−
１の発熱を抑制する。また、本例では図４のクロスオー
バー１９での球面収差が小さく、クロスオーバー１９で
のビーム径を小さくできるので、アパーチャ板１５のア
パーチャ１５ａの径を小さくできる。これにより、ステ
ンシルマスク５−１からの散乱電子を吸収することがで
き、ステンシルマスク５−１を透過した電子線がウエハ
７−１迄達することはない。Further, an island-shaped isolated pattern is formed on the wafer 7-1.
When transferring on top, the stencil mask 5-1 is divided into two pieces to prevent the so-called donut effect. For example, when the isolated pattern is the isolated pattern 8 of FIG. 3A, the stencil mask 5-1 includes the first mask having the opening pattern 9 of FIG. 3B and the stencil mask 5-1 of FIG. Alternately using a second mask with aperture pattern 10. Further, the thickness d of the stencil mask 5-1 is set to be 10 to 40 times the average free path of the electron beam. When the accelerating voltage of the electron beam is 50 kV, the stencil mask 5-
If a silicon substrate is used as 1, its thickness is 0.5
~ 2 μm. Thereby, the stencil mask 5-1
Stencil mask 5-
The heat generation of 1 is suppressed. Further, in this example, since the spherical aberration at the crossover 19 in FIG. 4 is small and the beam diameter at the crossover 19 can be made small, the diameter of the aperture 15a of the aperture plate 15 can be made small. Thereby, scattered electrons from the stencil mask 5-1 can be absorbed, and the electron beam transmitted through the stencil mask 5-1 does not reach the wafer 7-1.
【００２３】また、ステンシルマスク５−１〜５−ｍと
してシリコン基板を使用する場合、余裕をみてその厚さ
は０．５〜３μｍ程度である。従って、図１（ａ）のス
テップ１０４においては、深い孔を加工する必要がな
く、ステンシルマスク５−１〜５−ｍを高精度に加工で
きる。なお、本発明は上述実施例に限定されず、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは
勿論である。When a silicon substrate is used as the stencil masks 5-1 to 5-m, the thickness is about 0.5 to 3 μm with a margin. Therefore, in step 104 of FIG. 1A, it is not necessary to process deep holes, and the stencil masks 5-1 to 5-m can be processed with high precision. It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
【００２４】[0024]
【発明の効果】本発明の第１のパターン形成方法によれ
ば、２段階の縮小転写を行うことにより、光学式のリソ
グラフィ技術では容易に製造できないほどの微細パター
ンよりなる半導体素子等を、高いスループットで且つ高
精度に製造できる利点がある。また、具体的に以下のよ
うな利点がある。先ず、荷電粒子線描画装置の描画精度
が厳しくならない。次に、光学式の縮小投影型露光装置
の高スループット性を有効に使える。更に、荷電粒子線
縮小転写装置の縮小率が小さいので、荷電粒子線透過マ
スクから感光基板（ターゲット）までの距離を短くでき
る。According to the first pattern forming method of the present invention, by carrying out reduction transfer in two steps, it is possible to increase the cost of a semiconductor device having a fine pattern which cannot be easily manufactured by an optical lithography technique. There is an advantage that it can be manufactured with high throughput and high accuracy. Further, there are the following specific advantages. First, the drawing accuracy of the charged particle beam drawing apparatus does not become strict. Next, the high throughput of the optical reduction projection type exposure apparatus can be effectively used. Further, since the reduction ratio of the charged particle beam reduction transfer device is small, the distance from the charged particle beam transmission mask to the photosensitive substrate (target) can be shortened.
【００２５】次に、第１のマスク上の転写用のパターン
が、感光基板上に転写されるパターンの３倍〜５倍のパ
ターンであり、光学式の縮小投影型露光装置における縮
小率が１／１．５倍〜１／２．５倍である場合には、荷
電粒子線描画装置の描画精度が感光基板上で問題の無い
レベルになり、光学式の縮小投影型露光装置を高いスル
ープットで使用できると共に、荷電粒子線縮小転写装置
が小型化される。また、荷電粒子線縮小転写装置が、イ
オンビーム縮小転写装置である場合には、縮小率が小さ
いので特に鏡筒が小型化され、歪も小さくなる。Next, the transfer pattern on the first mask is a pattern which is 3 to 5 times as large as the pattern transferred on the photosensitive substrate, and the reduction ratio in the optical reduction projection type exposure apparatus is 1. In the case of /1.5 times to 1 / 2.5 times, the drawing accuracy of the charged particle beam drawing apparatus is at a level where there is no problem on the photosensitive substrate, and the optical reduction projection type exposure apparatus has high throughput. In addition to being usable, the charged particle beam reduction transfer apparatus is downsized. When the charged particle beam reduction transfer device is an ion beam reduction transfer device, the reduction ratio is small, so that the lens barrel is particularly downsized and the distortion is also reduced.
【００２６】また、本発明の第２のパターン形成方法に
よれば、第１のマスクのパターンを縮小したパターンが
形成された荷電粒子線透過マスクが容易且つ高精度に作
製される。この荷電粒子線透過マスクを用いて、光学式
のリソグラフィ技術のみでは容易に製造できないほどの
微細パターンよりなる半導体素子等を、高いスループッ
トで且つ高精度に製造できる。Further, according to the second pattern forming method of the present invention, a charged particle beam transmission mask having a pattern obtained by reducing the pattern of the first mask is easily and accurately manufactured. Using this charged particle beam transmission mask, a semiconductor element or the like having a fine pattern that cannot be easily manufactured by only an optical lithography technique can be manufactured with high throughput and high accuracy.
【図１】（ａ）は本発明によるパターン形成方法の一実
施例のリソグラフィ工程を示すフローチャート、（ｂ）
はそのリソグラフィ工程を実施するシステムの要部を示
すブロック図である。FIG. 1A is a flow chart showing a lithographic process of an embodiment of a pattern forming method according to the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a main part of a system for performing the lithography process.
【図２】実施例においてワーキングマスクからステンシ
ルマスクを作製する工程の説明に供する断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a step of manufacturing a stencil mask from a working mask in an example.
【図３】（ａ）は孤立パターンの一例を示す平面図、
（ｂ）はその孤立パターンに対応する２枚のステンシル
マスクの一方のパターンを示す平面図、（ｃ）はそれら
２枚のステンシルマスクの他方のパターンを示す平面図
である。FIG. 3A is a plan view showing an example of an isolated pattern;
(B) is a plan view showing one pattern of the two stencil masks corresponding to the isolated pattern, and (c) is a plan view showing the other pattern of the two stencil masks.
【図４】実施例で使用される電子線縮小転写装置を示す
一部断面図を含む概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram including a partial cross-sectional view showing an electron beam reduction transfer apparatus used in an example.
１ レチクル ２−１〜２−Ｍ ワーキングレチクル ５−１〜５−ｍ ステンシルマスク ７−１〜７−Ｎ ウエハ ２１ 電子線縮小転写装置 ２２ 光学式のステッパー ２３ 電子線縮小転写装置 1 Reticle 2-1 to 2-M Working reticle 5-1 to 5-m Stencil mask 7-1 to 7-N Wafer 21 Electron beam reduction transfer device 22 Optical stepper 23 Electron beam reduction transfer device
Claims (4)
写用のパターンを形成して第１のマスクを作製する第１
工程と、 光学式の縮小投影型露光装置を用いて前記第１のマスク
の転写用のパターンの縮小像をそれぞれ基板上に形成し
て複数の第２のマスクを作製する第２工程と、 前記複数の第２のマスクから１個又は複数個の荷電粒子
線透過マスクを作製する第３工程と、 荷電粒子線縮小転写装置を用いて前記１個又は複数個の
荷電粒子線透過マスクの転写用のパターンの縮小像をそ
れぞれ複数の感光基板上に転写する第４工程と、を有す
る事を特徴とするパターン形成方法。1. A first mask for producing a first mask by forming a pattern for transfer on a substrate by using a charged particle beam drawing apparatus.
A second step of forming a plurality of second masks by forming a reduced image of a transfer pattern of the first mask on a substrate using an optical reduction projection exposure apparatus; and A third step of producing one or more charged particle beam transmission masks from a plurality of second masks, and transfer of the one or more charged particle beam transmission masks using a charged particle beam reduction transfer device And a fourth step of transferring the reduced images of the pattern to a plurality of photosensitive substrates, respectively.
は、前記感光基板上に転写されるパターンの３倍〜５倍
のパターンであり、前記光学式の縮小投影型露光装置に
おける縮小率は１／１．５倍〜１／２．５倍である事を
特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。2. The transfer pattern on the first mask is a pattern which is three to five times as large as the pattern transferred on the photosensitive substrate, and the reduction ratio in the optical reduction projection type exposure apparatus. Is 1 / 1.5 times to 1 / 2.5 times. The pattern forming method according to claim 1, wherein.
ビーム縮小転写装置である事を特徴とする請求項１又は
２記載のパターン形成方法。3. The pattern forming method according to claim 1, wherein the charged particle beam reduction transfer device is an ion beam reduction transfer device.
写用のパターンを形成して第１のマスクを作製する第１
工程と、 光学式の縮小投影型露光装置を用いて前記第１のマスク
の転写用のパターンの縮小像をそれぞれ基板上に形成し
て複数の第２のマスクを作製する第２工程と、 前記複数の第２のマスクから１個又は複数個の荷電粒子
線透過マスクを作製する第３工程と、を有する事を特徴
とするパターン形成方法。4. A first mask for producing a first mask by forming a pattern for transfer on a substrate by using a charged particle beam drawing apparatus.
A second step of forming a plurality of second masks by forming a reduced image of a transfer pattern of the first mask on a substrate using an optical reduction projection exposure apparatus; and A third step of producing one or a plurality of charged particle beam transparent masks from a plurality of second masks.
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|---|---|---|---|
| JP27826492A JP3337036B2 (en) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | Pattern formation method |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6677088B2 (en) | 1997-12-25 | 2004-01-13 | Nikon Corporation | Photomask producing method and apparatus and device manufacturing method |
| US6732351B2 (en) | 2001-03-05 | 2004-05-04 | Nec Electronics Corporation | Method of forming mask for charged particle beam exposure and processing program of pattern data for forming mask for charged particle beam exposure |
| JP2011155080A (en) * | 2010-01-26 | 2011-08-11 | Toyoda Gosei Co Ltd | Exposure device and exposure method |
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1992
- 1992-10-16 JP JP27826492A patent/JP3337036B2/en not_active Expired - Fee Related
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