JPH076940A - デバイス製造法 - Google Patents
デバイス製造法Info
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- JPH076940A JPH076940A JP5341166A JP34116693A JPH076940A JP H076940 A JPH076940 A JP H076940A JP 5341166 A JP5341166 A JP 5341166A JP 34116693 A JP34116693 A JP 34116693A JP H076940 A JPH076940 A JP H076940A
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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
- G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
- G03F7/2037—Exposure with X-ray radiation or corpuscular radiation, through a mask with a pattern opaque to that radiation
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
- H01J2237/317—Processing objects on a microscale
- H01J2237/3175—Lithography
- H01J2237/31777—Lithography by projection
- H01J2237/31788—Lithography by projection through mask
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
- H01J2237/317—Processing objects on a microscale
- H01J2237/3175—Lithography
- H01J2237/31793—Problems associated with lithography
- H01J2237/31794—Problems associated with lithography affecting masks
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S430/167—X-ray
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 リソグラフィック・プロセスで熱的エラ−を
減少できる有効な荷電粒子露光法を提供する。 【構成】 ＳＣＡＬＰＥＬリソグラフィック・システム
において熱効果が露光電子の加速電圧を特定範囲に保持
することを見出した。この範囲は種々の因子に左右され
るが、通常５０ないし１５０ＫｅＶの範囲にある。さら
にまた、全ウェハを描画するためにマスクを走査する方
法を熱的に考察して示す。
減少できる有効な荷電粒子露光法を提供する。 【構成】 ＳＣＡＬＰＥＬリソグラフィック・システム
において熱効果が露光電子の加速電圧を特定範囲に保持
することを見出した。この範囲は種々の因子に左右され
るが、通常５０ないし１５０ＫｅＶの範囲にある。さら
にまた、全ウェハを描画するためにマスクを走査する方
法を熱的に考察して示す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リソグラフィック・プ
ロセスに係り、特に荷電粒子露光を用いるリソグラフィ
ック・プロセスに関する。
ロセスに係り、特に荷電粒子露光を用いるリソグラフィ
ック・プロセスに関する。
【０００２】
【従来の技術】デバイス処理プロセスにおいては、レジ
ストと呼ぶエネルギー感応性材料を基板、例えば（シリ
コン・ウェハのような）半導体ウェハ、強誘電性ウェ
ハ、（サファイヤ・ウェハのような）絶縁ウェハ、基板
支持クロム層またはこれら材料の組合せ基板の上に塗布
する。このレジストを所望の画像に放射線を受けさせこ
のレジストの露光を行う。次にこの画像を現像してパタ
ーン化レジストを製造するが、それは一般にこのレジス
トを適当な溶媒に浸漬したりまたはそれをプラズマを受
けさせ露光部または非露光部を選択的に除去する。
ストと呼ぶエネルギー感応性材料を基板、例えば（シリ
コン・ウェハのような）半導体ウェハ、強誘電性ウェ
ハ、（サファイヤ・ウェハのような）絶縁ウェハ、基板
支持クロム層またはこれら材料の組合せ基板の上に塗布
する。このレジストを所望の画像に放射線を受けさせこ
のレジストの露光を行う。次にこの画像を現像してパタ
ーン化レジストを製造するが、それは一般にこのレジス
トを適当な溶媒に浸漬したりまたはそれをプラズマを受
けさせ露光部または非露光部を選択的に除去する。
【０００３】現像パターンをマスクとして用いてその下
部層をエッチングのような処理を行う。次にこのレジス
トを除き多くのデバイスの場合には次の層を形成し、こ
のレジスト・プロセスを反復してこのデバイスに下部パ
ターンを形成する。レジスト・プロセスのこの反復にお
いては、通常基準マークを用いて下部パターンに対し処
理するレジストのパターンのアラインメント（位置合
せ）を通常行う。サブミクロン・デバイス（本発明に関
するサブミクロン・デバイスとは、線または間隔のいず
れかが１μｍより小さいパターンを有するものを指す）
の製造において、電子やイオンのビームのような荷電粒
子ビームによるレジストの露光に対しいろいろな方法が
提案された。
部層をエッチングのような処理を行う。次にこのレジス
トを除き多くのデバイスの場合には次の層を形成し、こ
のレジスト・プロセスを反復してこのデバイスに下部パ
ターンを形成する。レジスト・プロセスのこの反復にお
いては、通常基準マークを用いて下部パターンに対し処
理するレジストのパターンのアラインメント（位置合
せ）を通常行う。サブミクロン・デバイス（本発明に関
するサブミクロン・デバイスとは、線または間隔のいず
れかが１μｍより小さいパターンを有するものを指す）
の製造において、電子やイオンのビームのような荷電粒
子ビームによるレジストの露光に対しいろいろな方法が
提案された。
【０００４】レジストがクロム層上にあり、さらにこの
クロム層は石英基板上にあるようなリソグラフィック・
マスクの製造に電子ビーム露光法が広く用いられた。こ
の画像の生成は、そのレジスト材料上に単一サイクルで
電子ビームを走査するラスタ方式で適当な位置にそのビ
ームをシャッタして行い所望の露光画像を形成する。こ
の単一サイクルのラスタ・プロセスは非常に微細な図形
を製造することが可能であるが、マスク以外のデバイス
の製造に対しては通常余りにも遅いものである。適当な
時間でマスク以外のデバイスを露光する別の方法が提案
された。
クロム層は石英基板上にあるようなリソグラフィック・
マスクの製造に電子ビーム露光法が広く用いられた。こ
の画像の生成は、そのレジスト材料上に単一サイクルで
電子ビームを走査するラスタ方式で適当な位置にそのビ
ームをシャッタして行い所望の露光画像を形成する。こ
の単一サイクルのラスタ・プロセスは非常に微細な図形
を製造することが可能であるが、マスク以外のデバイス
の製造に対しては通常余りにも遅いものである。適当な
時間でマスク以外のデバイスを露光する別の方法が提案
された。
【０００５】（一般的にリソグラフィック処理として望
ましいと考えられるのは時間当り少なくとも３０ないし
６０ウェハであるがここでウェハは通常直径２ないし１
０インチの基板で製造後複数のデバイスに最終的に細別
するものである。）この露光法は、一般的に近接法と投
影法に分けられる。前者においては、露光エネルギーに
対し吸収／反射領域と透過領域によりその画像を限定す
るマスクをそのレジストに近接して置く。電子ビームを
そのマスク上に走査するかまたは光をそのマスク上へ流
してそのマスクの透過領域に対応する領域でその下部レ
ジストを露光する。
ましいと考えられるのは時間当り少なくとも３０ないし
６０ウェハであるがここでウェハは通常直径２ないし１
０インチの基板で製造後複数のデバイスに最終的に細別
するものである。）この露光法は、一般的に近接法と投
影法に分けられる。前者においては、露光エネルギーに
対し吸収／反射領域と透過領域によりその画像を限定す
るマスクをそのレジストに近接して置く。電子ビームを
そのマスク上に走査するかまたは光をそのマスク上へ流
してそのマスクの透過領域に対応する領域でその下部レ
ジストを露光する。
【０００６】投影法では、そのマスクとレジストの間に
レンズを介在させる。このマスクは前述の吸収／透過型
のものかまたは領域の１つの集まりで散乱し２番目で透
過して所望の画像を生成する型のものかのいずれかであ
る。このマスクを横断する粒子線の流束レンズによりそ
のレジスト上に集束させてそのマスク・パターンに対応
する画像を生成する。投影リソグラフィに対する１つの
具体的方法（米国特許第５，０７９，１１２号、発行
日：１９９２年１月７日、に記載）においては、用いる
マスクは領域の第１の集まりで電子を散乱し、または反
射し、領域の第２の集まりで少ない程度ではあるが散乱
や透過するものである。
レンズを介在させる。このマスクは前述の吸収／透過型
のものかまたは領域の１つの集まりで散乱し２番目で透
過して所望の画像を生成する型のものかのいずれかであ
る。このマスクを横断する粒子線の流束レンズによりそ
のレジスト上に集束させてそのマスク・パターンに対応
する画像を生成する。投影リソグラフィに対する１つの
具体的方法（米国特許第５，０７９，１１２号、発行
日：１９９２年１月７日、に記載）においては、用いる
マスクは領域の第１の集まりで電子を散乱し、または反
射し、領域の第２の集まりで少ない程度ではあるが散乱
や透過するものである。
【０００７】図１に示すように、このマスクを横断する
電子を電子光学投影レンズ５により１個所以上の収斂点
に収斂させるが、例えばアパーチャのようなその面の他
の範囲より大きく透過する区域をこのような収斂点に置
く。散乱電子１ｂ，１ｃはこの点では収斂せず基本的に
は阻止され、一方非散乱電子はアパーチャに収斂し出て
きてそのレジストを露光する。一般的に、電子露光近接
描画法では、マスク上に例えば磁場や電場を用いて電子
的に電子ビームを走査する。Proc. 8th Symp.on Electr
on and Ion Beam Scienceand Technology、第４０６〜
４１９ページ（１９７８年）に次のような研究が報告さ
れている。
電子を電子光学投影レンズ５により１個所以上の収斂点
に収斂させるが、例えばアパーチャのようなその面の他
の範囲より大きく透過する区域をこのような収斂点に置
く。散乱電子１ｂ，１ｃはこの点では収斂せず基本的に
は阻止され、一方非散乱電子はアパーチャに収斂し出て
きてそのレジストを露光する。一般的に、電子露光近接
描画法では、マスク上に例えば磁場や電場を用いて電子
的に電子ビームを走査する。Proc. 8th Symp.on Electr
on and Ion Beam Scienceand Technology、第４０６〜
４１９ページ（１９７８年）に次のような研究が報告さ
れている。
【０００８】それは、所望の照射量を与えるのにレジス
ト各部の反復露光で０．２ｍｓより速い高速線走査はマ
スクの局部的加熱、従って局部的膨張を避けるに有用で
あることを報告している。対照的なものに均一加熱によ
る全基板の膨張を露光中に電子的に補償する方法があ
る。（これについては、ダブリュ．エム．モロー(W. M.
Moreau)、「半導体リソグラフィ(Semiconductor Lithog
raphy)」、プレナム・プレス、ニューヨーク、第４３５
ページ（１９８８年）を参照のこと。）局部的変形は、
下部パターンに対するレジスト・パターンの位置合せの
ような配置にエラー（オーバレイ・エラーと呼ぶ）を生
ずる。
ト各部の反復露光で０．２ｍｓより速い高速線走査はマ
スクの局部的加熱、従って局部的膨張を避けるに有用で
あることを報告している。対照的なものに均一加熱によ
る全基板の膨張を露光中に電子的に補償する方法があ
る。（これについては、ダブリュ．エム．モロー(W. M.
Moreau)、「半導体リソグラフィ(Semiconductor Lithog
raphy)」、プレナム・プレス、ニューヨーク、第４３５
ページ（１９８８年）を参照のこと。）局部的変形は、
下部パターンに対するレジスト・パターンの位置合せの
ような配置にエラー（オーバレイ・エラーと呼ぶ）を生
ずる。
【０００９】１走査サイクル中に各領域を完全に露光す
るのに十分な低速で走査する代わりに、走査速度を大き
く増加し複数の高速走査サイクルにより露光を行う。こ
の予備注意に拘らず、高加速電圧は、解像力を向上させ
るが、オーバレイ・エラーを急速に増加させてしまう。
投影光リソグラフィについてはステップ・アンド・スキ
ャン方式のような他の方法が提案された。この方式では
マスクの一部をストリップ上で照射する。次に、このマ
スクとウェハをそのシステムの縮小率に依存する相対的
速度で反対方向に移動させてこのマスク全体の画像をそ
のレジスト上に投影する。例えば、もしこのシステムが
４：１の縮小率を有する（これは単位長さのマスクを対
応するその単位長さの４分の１の長さを基板上に投影す
ること表す）場合このマスクをその基板より４倍速く移
動させる。
るのに十分な低速で走査する代わりに、走査速度を大き
く増加し複数の高速走査サイクルにより露光を行う。こ
の予備注意に拘らず、高加速電圧は、解像力を向上させ
るが、オーバレイ・エラーを急速に増加させてしまう。
投影光リソグラフィについてはステップ・アンド・スキ
ャン方式のような他の方法が提案された。この方式では
マスクの一部をストリップ上で照射する。次に、このマ
スクとウェハをそのシステムの縮小率に依存する相対的
速度で反対方向に移動させてこのマスク全体の画像をそ
のレジスト上に投影する。例えば、もしこのシステムが
４：１の縮小率を有する（これは単位長さのマスクを対
応するその単位長さの４分の１の長さを基板上に投影す
ること表す）場合このマスクをその基板より４倍速く移
動させる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】局部的熱効果の結果生
ずるオーバレイ・エラーを減少できる有用な荷電粒子露
光法を提供する。
ずるオーバレイ・エラーを減少できる有用な荷電粒子露
光法を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】従来望ましくない熱効果
がＳＣＡＬＰＥＬシステムを用いてレジスト上に画像を
投影する場合のプロセス条件に強く影響を及ぼすことを
見出だした。局部的熱勾配と付随するオーバレイ・エラ
ーが、マスクにおいて主として生じ加速電圧の増加につ
れて増加する吸収型マスクを用いる方法と対照的に、驚
べきことであるが、ＳＣＡＬＰＥＬではその電子加速電
圧が増加するとそのオーバレイ・エラーへの熱的寄与に
最小が存在する。従って以前の一般的な教えと対照的
に、熱的エラーが比較的小さく許容できる解像度を与え
る好ましい範囲の加速電圧がＳＣＡＬＰＥＬ露光システ
ムに存在する。
がＳＣＡＬＰＥＬシステムを用いてレジスト上に画像を
投影する場合のプロセス条件に強く影響を及ぼすことを
見出だした。局部的熱勾配と付随するオーバレイ・エラ
ーが、マスクにおいて主として生じ加速電圧の増加につ
れて増加する吸収型マスクを用いる方法と対照的に、驚
べきことであるが、ＳＣＡＬＰＥＬではその電子加速電
圧が増加するとそのオーバレイ・エラーへの熱的寄与に
最小が存在する。従って以前の一般的な教えと対照的
に、熱的エラーが比較的小さく許容できる解像度を与え
る好ましい範囲の加速電圧がＳＣＡＬＰＥＬ露光システ
ムに存在する。
【００１２】一般的に、この範囲の加速電圧は、このオ
ーバレイ・エラー（以下熱的エラーと呼ぶ）に対する熱
的寄与をそのデザインルールの２０パーセント未満、好
ましくは１０パーセント未満、最も好ましくは５パーセ
ント未満に限定する。このような限定熱的エラーΔｘ
totを得るために、用いる縮小率、滞在時間およびマス
ク膜厚は、次式 （Δｘtot）2＝（Δｘwafer）2＋（Δｘmask）2 （１） で求められる許容範囲内に加速電圧と熱的エラーを与え
るものが必要である。ここで、 Δｘwafer＝δ1・δ2・（ｓ／Ｍ）・α・ΔＴinst （２） である。
ーバレイ・エラー（以下熱的エラーと呼ぶ）に対する熱
的寄与をそのデザインルールの２０パーセント未満、好
ましくは１０パーセント未満、最も好ましくは５パーセ
ント未満に限定する。このような限定熱的エラーΔｘ
totを得るために、用いる縮小率、滞在時間およびマス
ク膜厚は、次式 （Δｘtot）2＝（Δｘwafer）2＋（Δｘmask）2 （１） で求められる許容範囲内に加速電圧と熱的エラーを与え
るものが必要である。ここで、 Δｘwafer＝δ1・δ2・（ｓ／Ｍ）・α・ΔＴinst （２） である。
【００１３】さらにここで、Ｍは縮小率であり、αはシ
リコンのようなウェハの膨張率であり、δ1は（例え
ば、厚い基板上の薄い加熱領域のような幾何学的形状に
対する弾性的制約により求められる係数で）ここでは
０．３３の値で、円形断面の薄い加熱領域に利用可能
（例えば、（シー．ジェー．トランター(C. J. Trante
r)、Quart. Appl. Math.、第４巻、第２９８ページ（１
９４７年）を参照のこと）であり、これで本発明に対し
ては十分である。さらに、δ2は０．５に等しい幾何学
的係数である。またｓは次のようなマスクで測定したサ
ブフィールド寸法である。それは正方形、長方形（アス
ペクト比が２より小さい）、円形または六角形のフィー
ルド（滞在時間に照射した領域）に対しては最長長さ寸
法であり、三角形フィールドに対しては最長頂点長さで
あり、アスペクト比が２より大きい長方形フィールドに
対しては（５1/2）×短辺の長さである。
リコンのようなウェハの膨張率であり、δ1は（例え
ば、厚い基板上の薄い加熱領域のような幾何学的形状に
対する弾性的制約により求められる係数で）ここでは
０．３３の値で、円形断面の薄い加熱領域に利用可能
（例えば、（シー．ジェー．トランター(C. J. Trante
r)、Quart. Appl. Math.、第４巻、第２９８ページ（１
９４７年）を参照のこと）であり、これで本発明に対し
ては十分である。さらに、δ2は０．５に等しい幾何学
的係数である。またｓは次のようなマスクで測定したサ
ブフィールド寸法である。それは正方形、長方形（アス
ペクト比が２より小さい）、円形または六角形のフィー
ルド（滞在時間に照射した領域）に対しては最長長さ寸
法であり、三角形フィールドに対しては最長頂点長さで
あり、アスペクト比が２より大きい長方形フィールドに
対しては（５1/2）×短辺の長さである。
【００１４】さらにここで、ΔＴinstは許容近似として
次式 ΔＴinst＝（Ｐ・Δｔ）／（Ｃ・Ｖ） （３） であり、ここでΔｔはフラシュ露光当りのビーム滞在時
間であり、Ｃは（シリコンのような）ウェハの単位体積
当たりの熱容量であり、およびＶは次式 ΔＶ＝（ｄh・ａ）／Ｍ2 （４） により与えられる体積であり、ここでａはサブフィール
ドの面積であり、ｄhは電子範囲と熱拡散距離の求積和
として計算した加熱深さである。（電子範囲は次の文献
に記載の周知の式を用いて計算できる。例えば、エル．
ライマー(L.Reimer)、Transmission Electron Microsco
py、「多重散乱効果(Multiple ScatteringEffects)」、
第２版、シュプリンガー・フェアラーク、第１８５ペー
ジ（１９８９年）である。）
次式 ΔＴinst＝（Ｐ・Δｔ）／（Ｃ・Ｖ） （３） であり、ここでΔｔはフラシュ露光当りのビーム滞在時
間であり、Ｃは（シリコンのような）ウェハの単位体積
当たりの熱容量であり、およびＶは次式 ΔＶ＝（ｄh・ａ）／Ｍ2 （４） により与えられる体積であり、ここでａはサブフィール
ドの面積であり、ｄhは電子範囲と熱拡散距離の求積和
として計算した加熱深さである。（電子範囲は次の文献
に記載の周知の式を用いて計算できる。例えば、エル．
ライマー(L.Reimer)、Transmission Electron Microsco
py、「多重散乱効果(Multiple ScatteringEffects)」、
第２版、シュプリンガー・フェアラーク、第１８５ペー
ジ（１９８９年）である。）
【００１５】さらにまた、熱拡散距離ｚthは次式 ｚth＝（κΔｔ）1/2 （５） を用いて計算する。ここで上式中のκは基板中の熱拡散
係数（シリコンの場合１０-4ｍ2ｓ-1により適当に近似
される値）であり、Ｐはウェハ上に入射するパワーであ
る。パワーの計算は平均的な熱的の場合、すなわちその
マスク面積の５０パーセントをパターンが覆う場合には Ｐ＝ＩＥ／２ （６） であり、ここで式中、Ｉはパターンを有しないマスク・
セグメントを通過後ウェハ上へ入射するビーム電流であ
り、およびＥはウェハに入る電子が終りに経験する加速
電圧である。この電流はファラデー・カップを用いて測
定できる。
係数（シリコンの場合１０-4ｍ2ｓ-1により適当に近似
される値）であり、Ｐはウェハ上に入射するパワーであ
る。パワーの計算は平均的な熱的の場合、すなわちその
マスク面積の５０パーセントをパターンが覆う場合には Ｐ＝ＩＥ／２ （６） であり、ここで式中、Ｉはパターンを有しないマスク・
セグメントを通過後ウェハ上へ入射するビーム電流であ
り、およびＥはウェハに入る電子が終りに経験する加速
電圧である。この電流はファラデー・カップを用いて測
定できる。
【００１６】マスクにおける熱的エラーはΔｘmaskであ
り、これは次式 Δｘmax＝αs・δ2・（ｓ／Ｍ）・ΔＴim （７） により示される。ここで式中、αsはマスクの拡散材料
の膨張率である。マスクにおける瞬間的温度上昇ΔＴim
は次式 ΔＴim＝（Ｐ／Ｔ）・（ΔＥ／Ｅ）・（Δｔ／ＣsＶs）＋ΔＴsm （８） により与えられる。ここでＣsとＶsは加熱するマスクの
散乱材料の熱容量と体積であり、（ΔＥ／Ｅ）はマスク
で電子が失ったエネルギー割合でベーテ式を用いて計算
できる。（例えば、エル．ライマー(L.Reimer)、Transm
ission ElectronMicroscopy、「多重散乱効果(Multiple
Scattering Effects)」、第２版、シュプリンガー・フ
ェアラーク、第１７９ページ（１９８９年）を参照のこ
と。）
り、これは次式 Δｘmax＝αs・δ2・（ｓ／Ｍ）・ΔＴim （７） により示される。ここで式中、αsはマスクの拡散材料
の膨張率である。マスクにおける瞬間的温度上昇ΔＴim
は次式 ΔＴim＝（Ｐ／Ｔ）・（ΔＥ／Ｅ）・（Δｔ／ＣsＶs）＋ΔＴsm （８） により与えられる。ここでＣsとＶsは加熱するマスクの
散乱材料の熱容量と体積であり、（ΔＥ／Ｅ）はマスク
で電子が失ったエネルギー割合でベーテ式を用いて計算
できる。（例えば、エル．ライマー(L.Reimer)、Transm
ission ElectronMicroscopy、「多重散乱効果(Multiple
Scattering Effects)」、第２版、シュプリンガー・フ
ェアラーク、第１７９ページ（１９８９年）を参照のこ
と。）
【００１７】さらに式中、ＴはＳＣＡＬＰＥＬアパーチ
ャが通したマスク膜上へ入射する電子ビームの割合であ
る。（非パターン化マスク膜を通過後ウェハ上へ入射す
る電子ビーム流を測定しこれをマスク上へ入射する電流
で除してＴを求めることができる。この電流をファラデ
ーカップを用いて測定することができる。）最後に、マ
スクにおける定常状態温度上昇ΔＴsmは近似的に式 ΔＴsm＝（Ｐ／Ａ）・ａ・（１／（Ａ′・Ｃc）） （９） により示される。この式でＡはマスクで電子ビームが走
査した最大面積であり、Ａ′は存在する場合には熱シン
ク（例えば、支持壁）と接するマスクの面積であり、Ｃ
cはパターン領域からこの熱シンク（例えば、支持壁）
への熱伝導率である。
ャが通したマスク膜上へ入射する電子ビームの割合であ
る。（非パターン化マスク膜を通過後ウェハ上へ入射す
る電子ビーム流を測定しこれをマスク上へ入射する電流
で除してＴを求めることができる。この電流をファラデ
ーカップを用いて測定することができる。）最後に、マ
スクにおける定常状態温度上昇ΔＴsmは近似的に式 ΔＴsm＝（Ｐ／Ａ）・ａ・（１／（Ａ′・Ｃc）） （９） により示される。この式でＡはマスクで電子ビームが走
査した最大面積であり、Ａ′は存在する場合には熱シン
ク（例えば、支持壁）と接するマスクの面積であり、Ｃ
cはパターン領域からこの熱シンク（例えば、支持壁）
への熱伝導率である。
【００１８】本発明の一実施態様には、縮小率と滞在時
間とマスク膜厚があり、式（１）ないし（９）に示した
ようにこれらが加速電圧を特定範囲に限り従って熱的エ
ラーを特定範囲に限るものである。滞在時間は走査手順
において考慮する必要のあるパラメタである。確実にウ
ェハの露光を完了させながら、マスクおよびさらに重要
であるが基板の熱膨張に基因する過度のエラーを避ける
ために、１）ビーム走査と２）基板に対するマスクの移
動の組合せを用いるのが好都合である。小領域（例え
ば、マスクにおける１ｍｍ2）をビーム・スポットによ
り照射する。このビームをそのマスクのやや大きい面
積、通常１ｃｍ2上で走査する。
間とマスク膜厚があり、式（１）ないし（９）に示した
ようにこれらが加速電圧を特定範囲に限り従って熱的エ
ラーを特定範囲に限るものである。滞在時間は走査手順
において考慮する必要のあるパラメタである。確実にウ
ェハの露光を完了させながら、マスクおよびさらに重要
であるが基板の熱膨張に基因する過度のエラーを避ける
ために、１）ビーム走査と２）基板に対するマスクの移
動の組合せを用いるのが好都合である。小領域（例え
ば、マスクにおける１ｍｍ2）をビーム・スポットによ
り照射する。このビームをそのマスクのやや大きい面
積、通常１ｃｍ2上で走査する。
【００１９】走査は次のように行う場合が多い。照射領
域間の高速移動で通常０．１μｓないし１０μｓの範囲
の照射時間つまり滞在時間の間各スポットに対する照射
を保持する。式（１）ないし（９）に示すような適当な
滞在時間が好都合に小さい熱的エラーを与える。このマ
スクをその基板に対し移動させてこの全ウェハを露光す
る。同様に、前述のようにマスク膜厚を近似的に選択す
る必要がある。さらに加えて、加熱時のマスクからマス
クへのマスクの不均一性は修正可能である。
域間の高速移動で通常０．１μｓないし１０μｓの範囲
の照射時間つまり滞在時間の間各スポットに対する照射
を保持する。式（１）ないし（９）に示すような適当な
滞在時間が好都合に小さい熱的エラーを与える。このマ
スクをその基板に対し移動させてこの全ウェハを露光す
る。同様に、前述のようにマスク膜厚を近似的に選択す
る必要がある。さらに加えて、加熱時のマスクからマス
クへのマスクの不均一性は修正可能である。
【００２０】
【実施例】ＳＣＡＬＰＥＬシステムにおける熱的効果
は、適切に制御されていない場合得られたパターン解像
度に大きい影響を及ぼす。驚くべきことであるが、加速
電圧の増加につれてその基板に及ぼす熱膨張の影響の減
少、その結果のパターン変形の影響が減少し、有意加速
領域においてそのマスクの悪影響を打ち消す。その結
果、加速電圧によりその熱的エラーに最小が生じ、１）
膜厚、２）滞在時間、３）縮小率を適切に選択すること
により、そのデザインルールの２０パーセント未満の熱
的エラーを得ることができる。滞在時間と縮小率とマス
ク膜厚の選択は、先に説明したように式（１）ないし
（９）を用いて所望の範囲の熱的エラー（その付随する
加速電圧）を与えるようパラメタを選択して行う。
は、適切に制御されていない場合得られたパターン解像
度に大きい影響を及ぼす。驚くべきことであるが、加速
電圧の増加につれてその基板に及ぼす熱膨張の影響の減
少、その結果のパターン変形の影響が減少し、有意加速
領域においてそのマスクの悪影響を打ち消す。その結
果、加速電圧によりその熱的エラーに最小が生じ、１）
膜厚、２）滞在時間、３）縮小率を適切に選択すること
により、そのデザインルールの２０パーセント未満の熱
的エラーを得ることができる。滞在時間と縮小率とマス
ク膜厚の選択は、先に説明したように式（１）ないし
（９）を用いて所望の範囲の熱的エラー（その付随する
加速電圧）を与えるようパラメタを選択して行う。
【００２１】投影画像の代表例として、２０ＫｅＶにお
ける感度が約５μＣ／ｃｍ2のレジストを用いる場合、
滞在時間は０．１ないし１０μｓの範囲、縮小率は２な
いし５の範囲および膜厚は５００ないし１５００オング
ストロームの範囲を通常用いる。このような条件に対し
式（１）ないし（９）により得られたオーバレイ・エラ
ーの減少例を図３と図４に示す。所望範囲内で使用する
正確な値は一般に他も考慮して求める。例えば、近接効
果が投影する特定画像に対し重要因子である場合、熱的
エラーを許容範囲内に（従って滞在時間、縮小率および
膜厚の対応値で）与えつつ高電圧で動作することが望ま
しく、というのはこのような近接効果に対する修正は高
電圧のほうが若干容易だからである。
ける感度が約５μＣ／ｃｍ2のレジストを用いる場合、
滞在時間は０．１ないし１０μｓの範囲、縮小率は２な
いし５の範囲および膜厚は５００ないし１５００オング
ストロームの範囲を通常用いる。このような条件に対し
式（１）ないし（９）により得られたオーバレイ・エラ
ーの減少例を図３と図４に示す。所望範囲内で使用する
正確な値は一般に他も考慮して求める。例えば、近接効
果が投影する特定画像に対し重要因子である場合、熱的
エラーを許容範囲内に（従って滞在時間、縮小率および
膜厚の対応値で）与えつつ高電圧で動作することが望ま
しく、というのはこのような近接効果に対する修正は高
電圧のほうが若干容易だからである。
【００２２】さらに加えて、前述のように、加速電圧が
高いほど電子光学からよりよい解像度が一般的に得られ
る。ところが、電圧が高くなり、シリコンに対し約１８
０ＫｅＶを超えると、そのウェハ・マトリックス中のシ
リコン原子の変位に基因する欠陥がデバイス性能に影響
を及ぼし始める。走査速度の影響は好ましい走査手順に
基ずく。許容できぬエラーを無くするために、比較的小
面積上で多サイクル走査を用いて電子ビームを走査しこ
の面積を露光する。通常、米国特許出願第０７／８１
４，９５３号に記載のようなマスクに対し、その滞在時
間は０．１ないし１０μｓの範囲にあることが必要であ
る。それより長い滞在時間は過度のエラーを生じ、一方
短い滞在時間は制御エレクトロニクスに厳しい要求とな
る。
高いほど電子光学からよりよい解像度が一般的に得られ
る。ところが、電圧が高くなり、シリコンに対し約１８
０ＫｅＶを超えると、そのウェハ・マトリックス中のシ
リコン原子の変位に基因する欠陥がデバイス性能に影響
を及ぼし始める。走査速度の影響は好ましい走査手順に
基ずく。許容できぬエラーを無くするために、比較的小
面積上で多サイクル走査を用いて電子ビームを走査しこ
の面積を露光する。通常、米国特許出願第０７／８１
４，９５３号に記載のようなマスクに対し、その滞在時
間は０．１ないし１０μｓの範囲にあることが必要であ
る。それより長い滞在時間は過度のエラーを生じ、一方
短い滞在時間は制御エレクトロニクスに厳しい要求とな
る。
【００２３】ある面積に用いるサイクル数をそのレジス
トを露光するのに要する照射量により求める。代表例と
してレジスト感度が０．０５μＣ・ｃｍ-2／ｋＶないし
１μＣ・ｃｍ-2／ｋＶの範囲ではビーム電流が５ないし
５０μＡの範囲であり、また代表例として、滞在時間が
０．１ないし１０μｓの範囲で、１００ｋＨｚないし１
０ＭＨｚサイクルを用いる。（１μＡより小さい電流
は、通常過度の露光時間となるので許容できず、一方１
００μＡより大きい電流は、荷電粒子の相互作用の結果
画像ブレとなるので一般的に許容できない。通常、所望
スループットのような他の因子により用いる電流を求め
る。）
トを露光するのに要する照射量により求める。代表例と
してレジスト感度が０．０５μＣ・ｃｍ-2／ｋＶないし
１μＣ・ｃｍ-2／ｋＶの範囲ではビーム電流が５ないし
５０μＡの範囲であり、また代表例として、滞在時間が
０．１ないし１０μｓの範囲で、１００ｋＨｚないし１
０ＭＨｚサイクルを用いる。（１μＡより小さい電流
は、通常過度の露光時間となるので許容できず、一方１
００μＡより大きい電流は、荷電粒子の相互作用の結果
画像ブレとなるので一般的に許容できない。通常、所望
スループットのような他の因子により用いる電流を求め
る。）
【００２４】マスクと基板の相対的移動なしにビームが
走査する面積サイズを投影光学が制限するが、それは通
常ウェハで１×１ないし１０×１０ｍｍの範囲の面積で
ある。一般的にウェハで一辺が１ｍｍより小さい走査面
積では走査速度に関係なく許容できない加熱を防ぐこと
は非常に難しい。１×１ｃｍより大きい走査面積を排除
するものではないが、通常現在利用できる電子光学では
達成困難である。基板上にマスクの全パターンを描画す
るために、その基板に対しこのマスクを移動させる必要
がある。明らかなことであるが、このマスクの１ないし
１０パーセントの面積のみをそのサイクルで走査するの
で、（通常のマスクのサイズに対し）このマスクを連続
的または段階的に移動させ所望の領域全部を照射する必
要がある。
走査する面積サイズを投影光学が制限するが、それは通
常ウェハで１×１ないし１０×１０ｍｍの範囲の面積で
ある。一般的にウェハで一辺が１ｍｍより小さい走査面
積では走査速度に関係なく許容できない加熱を防ぐこと
は非常に難しい。１×１ｃｍより大きい走査面積を排除
するものではないが、通常現在利用できる電子光学では
達成困難である。基板上にマスクの全パターンを描画す
るために、その基板に対しこのマスクを移動させる必要
がある。明らかなことであるが、このマスクの１ないし
１０パーセントの面積のみをそのサイクルで走査するの
で、（通常のマスクのサイズに対し）このマスクを連続
的または段階的に移動させ所望の領域全部を照射する必
要がある。
【００２５】確実にこのマスクのある部分をその基板の
適当な部分上に適切に投影するために、その基板に対す
るこのマスクの移動方向はその光学に左右されるが、図
２に示すようなシステムでは反対方向である。滞在時間
を縮小率と前述のように関係付ける。動作で説明する
と、マスクのある領域上の走査にビームをサイクルさせ
ながら、新領域をその走査ビームに送るようにこのマス
クを移動させる。例えば、縮小率４：１で、確実にその
投影画像を適切な配置にするためには、このマスクをそ
の基板の少なくとも４倍速く移動させる必要がある。こ
の相対速度は正確に４対１というわけではない。
適当な部分上に適切に投影するために、その基板に対す
るこのマスクの移動方向はその光学に左右されるが、図
２に示すようなシステムでは反対方向である。滞在時間
を縮小率と前述のように関係付ける。動作で説明する
と、マスクのある領域上の走査にビームをサイクルさせ
ながら、新領域をその走査ビームに送るようにこのマス
クを移動させる。例えば、縮小率４：１で、確実にその
投影画像を適切な配置にするためには、このマスクをそ
の基板の少なくとも４倍速く移動させる必要がある。こ
の相対速度は正確に４対１というわけではない。
【００２６】その理由は、現在意図（米国特許出願第０
７／８１４，９５３号参照）するようなマスクは支持壁
（支持体や熱シンクとして働くが）を有しこれを描画し
ないが横断させる必要があるためである。このマスクと
基板を互いに相対移動させながら領域上に適当にサイク
ルするこの組合せ方法により、ＳＣＡＬＰＥＬ露光法で
は式（１）ないし（９）により縮小率、滞在時間および
マスク膜厚の適当な操作値を選択し、熱エラーを大きく
減少することができる。
７／８１４，９５３号参照）するようなマスクは支持壁
（支持体や熱シンクとして働くが）を有しこれを描画し
ないが横断させる必要があるためである。このマスクと
基板を互いに相対移動させながら領域上に適当にサイク
ルするこの組合せ方法により、ＳＣＡＬＰＥＬ露光法で
は式（１）ないし（９）により縮小率、滞在時間および
マスク膜厚の適当な操作値を選択し、熱エラーを大きく
減少することができる。
【００２７】さらに、この膜厚はこの膜の不均一性とそ
の結果の温度変化による不均一膨張が解像度に許容でき
ない程に影響をおよぼさないようなものであることが必
要である。一般的に、加速電圧が５０ないし２００ｋＶ
の範囲では、膜厚は５００ないし２０００オングストロ
ームの範囲を用いる。反復サイクル走査を通常用いるの
で、ウェハにおける電流またはその後方散乱電子信号ま
たはアパーチャ電流を測定して各サイクルに対するある
面積の照射量を測定することができる。後続サイクルを
調節して確実に所望全照射量を達成することができる。
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考
え得るがそれらはいずれも本発明の技術的範囲に包含さ
れる。
の結果の温度変化による不均一膨張が解像度に許容でき
ない程に影響をおよぼさないようなものであることが必
要である。一般的に、加速電圧が５０ないし２００ｋＶ
の範囲では、膜厚は５００ないし２０００オングストロ
ームの範囲を用いる。反復サイクル走査を通常用いるの
で、ウェハにおける電流またはその後方散乱電子信号ま
たはアパーチャ電流を測定して各サイクルに対するある
面積の照射量を測定することができる。後続サイクルを
調節して確実に所望全照射量を達成することができる。
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考
え得るがそれらはいずれも本発明の技術的範囲に包含さ
れる。
【００２８】
【発明の効果】以上述べた如く本発明の露光方法により
有効に局部的熱効果を減少させその結果オーバレイ・エ
ラーを減少させることができる。
有効に局部的熱効果を減少させその結果オーバレイ・エ
ラーを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＣＡＬＰＥＬシステムを示す図である。
【図２】ＳＣＡＬＰＥＬシステムにおいて用いる露光法
の一部を示す図である。
の一部を示す図である。
【図３】本発明の結果の一部を示す図である。
【図４】本発明の結果の一部を示す図である。
１ 電子ビーム ２ マスク ３ 遮光膜 ４ 母材膜 ５ （電子光学投影）レンズ ７ アパーチャ １１ パターン ２１ 方向 ２２ 方向 ２３ マスク ２４ フィルタ ２５ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイムス アレキサンダー リドル アメリカ合衆国 07076 ニュージャージ ー、スコッチ プレインズ、スプルース ミル レーン 93
Claims (9)
- 【請求項１】 リソグラフィにより画像を描画する少な
くとも１ステップを有し、前記描画ステップは加速粒子
ビームを走査して膜上に載置したマスクの複数の描画領
域を照射する照射ステップを有し、この照射は前記領域
のその次の領域へ走査する前にある滞在時間の間各前記
領域を照射するように行う照射ステップであり、前記マ
スクは前記粒子上に与える散乱程度の異なる２領域を有
し、ここでこのマスクを横断する前記粒子を少なくとも
１：１の縮小率でフィルタ上へ投影し、このフィルタに
より前記画像において前記粒子が基板に達することが可
能な所望デザインルールを有するデバイス製造法におい
て、 前記加速を５０ないし２００ＫＶの範囲の電圧で誘導
し、前記滞在時間、前記膜厚および前記縮小率をそれら
が式 （Δｘtot）2＝（Δｘwafer）2＋（Δｘmask）2 で与えられるオーバレイ・エラーΔｘtotに対する熱的
寄与を前記デザインルールの２０パーセント未満にする
ように選択し、ここで Δｘwafer＝δ1・δ2・（ｓ／Ｍ）・α・ΔＴinst であり、さらにここでＭは前記縮小率であり、αは前記
ウェハの膨張率であり、δ1は０．３３であり、δ2は
０．５であり、ｓは前記マスクのサブフィールド寸法で
あり、およびΔＴinstは、 ΔＴinst＝（Ｐ・Δｔ）／（Ｃ・Ｖ） であり、またここでΔｔは前記滞在時間であり、Ｃは前
記基板の熱容量であり、Ｐは前記基板への入射パワーで
あり、Ｖは、 Ｖ＝（ｄh・ａ）／Ｍ2 であり、ここでａは前記領域の面積であり、ｄhはその
加熱深さであり、さらに 式 ΔＴim＝（Ｐ／Ｔ）・（ΔＥ／Ｅ）・（Δｔ／Ｃs
Ｖs）＋ΔＴsm のように選択し、ここでＣsとＶsは最大散乱を生ずる前
記マスクの前記面積の熱容量と体積であり、（ΔＥ／
Ｅ）は前記マスクにおいて前記粒子が失ったエネルギー
割合であり、およびＴは前記基板上へ入射する前記粒子
の割合であり、さらに ΔＴsm＝（Ｐ／Ａ）・ａ・（１／（Ａ′・Ｃc））であ
り、ここでＡは前記基板において前記粒子が走査した面
積であり、Ａ′は熱シンクと接する前記マスクの面積で
あり、Ｃcは前記マスクのパターンから前記熱シンクへ
の熱伝導率であることを特徴とするデバイス製造法。 - 【請求項２】 前記粒子は電子であることを特徴とする
請求項１の方法。 - 【請求項３】 前記縮小率は４：１であることを特徴と
する請求項１の方法。 - 【請求項４】 前記滞在時間は０．１ないし１０μｓの
範囲にあることを特徴とする請求項３の方法。 - 【請求項５】 前記滞在時間は０．１ないし１０μｓの
範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 前記膜厚は５００ないしｌ５００オング
ストロームの範囲にあることを特徴とする請求項１の方
法。 - 【請求項７】 前記領域を１００ＫＨｚないし１０ＭＨ
ｚの範囲の速度で照射することを特徴とする請求項１の
方法。 - 【請求項８】 前記オーバレイ・エラーは前記デザイン
ルールの１０パーセント未満であることを特徴とする請
求項１の方法。 - 【請求項９】 前記オーバレイ・エラーは前記デザイン
ルールの５パーセント未満であることを特徴とする請求
項１の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US991832 | 1992-12-16 | ||
| US07/991,832 US5279925A (en) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | Projection electron lithographic procedure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH076940A true JPH076940A (ja) | 1995-01-10 |
| JP2851996B2 JP2851996B2 (ja) | 1999-01-27 |
Family
ID=25537626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5341166A Expired - Lifetime JP2851996B2 (ja) | 1992-12-16 | 1993-12-13 | デバイス製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5279925A (ja) |
| EP (1) | EP0602844A1 (ja) |
| JP (1) | JP2851996B2 (ja) |
| CA (1) | CA2109275C (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5130213A (en) * | 1989-08-07 | 1992-07-14 | At&T Bell Laboratories | Device manufacture involving lithographic processing |
| US5382498A (en) * | 1992-12-16 | 1995-01-17 | At&T Corp. | Processes for electron lithography |
| EP0669636A1 (en) * | 1994-02-25 | 1995-08-30 | AT&T Corp. | Manufacturing system error detection |
| US5624774A (en) * | 1994-06-16 | 1997-04-29 | Nikon Corporation | Method for transferring patterns with charged particle beam |
| JPH08124834A (ja) * | 1994-10-26 | 1996-05-17 | Nikon Corp | 荷電粒子線転写装置 |
| JPH08124833A (ja) * | 1994-10-26 | 1996-05-17 | Nikon Corp | 荷電粒子線転写用マスク |
| US5773837A (en) * | 1994-11-22 | 1998-06-30 | Nikon Corporation | Apparatus for image transfer with charged particle beam, and deflector and mask used with such apparatus |
| US5689117A (en) * | 1994-11-22 | 1997-11-18 | Nikon Corporation | Apparatus for image transfer with charged particle beam, and deflector and mask used with such apparatus |
| JP2792453B2 (ja) * | 1995-01-13 | 1998-09-03 | 日本電気株式会社 | アパーチャ及びその製造方法 |
| JPH0934103A (ja) * | 1995-05-17 | 1997-02-07 | Nikon Corp | 荷電粒子線転写用マスク |
| JP3940824B2 (ja) * | 1995-08-14 | 2007-07-04 | 株式会社ニコン | 荷電粒子線によるパターン転写方法および転写装置 |
| US5824441A (en) * | 1996-12-03 | 1998-10-20 | Lucent Technologies Inc. | Lithographic process for device fabrication utilizing back-scattered electron beam signal intensity for alignment |
| JPH1187227A (ja) * | 1997-09-12 | 1999-03-30 | Nikon Corp | 電子線投影露光装置 |
| US5942760A (en) * | 1997-11-03 | 1999-08-24 | Motorola Inc. | Method of forming a semiconductor device utilizing scalpel mask, and mask therefor |
| EP1060455A4 (en) * | 1998-02-10 | 2002-08-07 | Ey Lab Inc | REFLECTOR SYSTEM WITH COMPENSATION FOR THE TOPOGRAPHY OF THE SAMPLING HOLDER AND WITH SYNCHRONOUS ELIMINATION OF THE SYSTEM-RELATED NOISE |
| RU2129294C1 (ru) * | 1998-05-22 | 1999-04-20 | Гурович Борис Аронович | Способ получения рисунка |
| US6177218B1 (en) | 1998-08-07 | 2001-01-23 | Lucent Technologies Inc. | Lithographic process for device fabrication using electron beam imaging |
| US6150060A (en) * | 1999-01-11 | 2000-11-21 | The Regents Of The University Of California | Defect tolerant transmission lithography mask |
| US6331711B1 (en) * | 1999-08-06 | 2001-12-18 | Etec Systems, Inc. | Correction for systematic, low spatial frequency critical dimension variations in lithography |
| US6528934B1 (en) | 2000-05-30 | 2003-03-04 | Chunghwa Picture Tubes Ltd. | Beam forming region for electron gun |
| US7176471B2 (en) * | 2002-10-28 | 2007-02-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electron beam exposure method and electron beam exposure apparatus |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5130213A (en) * | 1989-08-07 | 1992-07-14 | At&T Bell Laboratories | Device manufacture involving lithographic processing |
| US5079112A (en) * | 1989-08-07 | 1992-01-07 | At&T Bell Laboratories | Device manufacture involving lithographic processing |
| US5299255A (en) * | 1990-03-12 | 1994-03-29 | Fujitsu Limited | Electronic mail system for transmitting information via communication network |
| US5217831A (en) * | 1991-03-22 | 1993-06-08 | At&T Bell Laboratories | Sub-micron device fabrication |
-
1992
- 1992-12-16 US US07/991,832 patent/US5279925A/en not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-10-26 CA CA002109275A patent/CA2109275C/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-12-02 EP EP93309642A patent/EP0602844A1/en not_active Withdrawn
- 1993-12-13 JP JP5341166A patent/JP2851996B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| CA2109275A1 (en) | 1994-06-17 |
| US5279925A (en) | 1994-01-18 |
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