(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層パターンを分類するステップと、
前記下地層パターンの上部に形成される薄膜層に転写する描画層パターンを、前記分類した下地層パターンにしたがって前記下地層パターンと重複するパターンと重複しないパターンに分割するステップと、
単位領域において前記重複するパターンのパターン面積密度を算出するステップと、
前記重複するパターンのパターン面積密度を基に前記描画層パターンに対する補正照射量を算出するステップ
とを含むことを特徴とする近接効果補正方法。
【請求項２】
前記描画層パターンが電子ビーム露光により形成されることを特徴とする請求項１に記載の近接効果補正方法。
【請求項３】
前記描画層パターンの分割が、図形論理演算処理を用いて行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の近接効果補正方法。
【請求項４】
前記電子ビーム露光の近接効果の前記補正照射量が、前記描画層パターンのパターン密度と、前記重複するパターンのパターン面積密度との線形結合を含む照射量補正式で表されることを特徴とする請求項２又は３に記載の近接効果補正方法。
【請求項５】
前記照射量補正式が、前記補正照射量をＤ、前記描画層パターンのパターン面積密度をα、前記下地層の構造のない領域の照射エネルギーに対する後方散乱エネルギーの比率をη、第ｋ（ｋ＝１〜ｎ）番目の前記下地層の構造にしたがって分割された前記描画層パターンのうち、前記第ｋ番目の下地層の構造のパターンと重複するパターンのパターン面積密度をαｋ、前記第ｋ番目の下地層の構造に対する照射エネルギーに対する後方散乱エネルギーの比率をηｋ、Ｃを定数として、
【数１】
0003725841.tif 000006
と表されることを特徴とする請求項４に記載の近接効果補正方法。
【請求項６】
表面に薄膜層を堆積された下地層パターンを有する基板を準備する工程と、
前記薄膜層の上にレジストを塗布する工程と、
前記レジストに描画される描画層パターンと下地層パターンを取得する工程と、
前記下地層パターンの構造を分類する工程と、
前記描画層パターンを、前記分類した下地層パターンにしたがって前記下地層パターンと重複するパターンと重複しないパターンに分割する工程と、
単位領域において前記重複するパターンのパターン面積密度を算出する工程と、
前記重複するパターンのパターン面積密度を基に前記描画層パターンに対する補正照射量を算出する工程と、
前記算出された補正照射量で前記レジストを露光する工程
とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項７】
前記描画層パターンが電子ビーム露光により形成されることを特徴とする請求項６に記載の露光方法。
【請求項８】
前記描画層パターンの分割が、図形論理演算処理を用いて行われることを特徴とする請求項６又は７に記載の露光方法。
【請求項９】
前記電子ビーム露光の近接効果の前記補正照射量が、前記描画層パターンのパターン密度と、前記重複するパターンのパターン面積密度との線形結合を含む照射量補正式で表されることを特徴とする請求項７又は８に記載の露光方法。
【請求項１０】
前記照射量補正式が、前記補正照射量をＤ、前記描画層パターンのパターン面積密度をα、前記下地層の構造のない領域の照射エネルギーに対する後方散乱エネルギーの比率をη、第ｋ（ｋ＝１〜ｎ）番目の前記下地層の構造にしたがって分割された前記描画層パターンのうち、前記第ｋ番目の下地層の構造のパターンと重複するパターンのパターン面積密度をαｋ、前記第ｋ番目の下地層の構造に対する照射エネルギーに対する後方散乱エネルギーの比率をηｋ、Ｃを定数として、
【数２】
0003725841.tif 000007
と表されることを特徴とする請求項９に記載の露光方法。
【請求項１１】
半導体基板上に、下地層パターンを形成する工程と、
前記下地層パターンの上部に薄膜層を堆積する工程と、
前記薄膜層の上にレジストを塗布する工程と、
前記半導体基板を電子ビーム露光装置の露光ステージに搭載する工程と、
前記下地層パターンを分類するステップ、前記レジストに対して描画すべき描画層パターンを前記分類された下地層パターンにしたがって前記下地層パターンと重複するパターンと重複しないパターンに分割するステップ、単位領域において前記重複するパターンのパターン面積密度を算出するステップ、前記重複するパターンのパターン面積密度を基に前記描画層パターンに対する補正照射量を算出するステップとにより補正照射量を算出する工程と、
前記算出された補正照射量で前記レジストを露光する工程と、
前記レジストを現像する工程と、
前記現像されたレジストをマスクとして用いて前記薄膜層を加工し、前記描画層パターンを前記薄膜層に転写する工程
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
下地層パターンの上部に形成される薄膜層に描画する描画層パターンを、前記下地層パターンにより分類して、前記分類した下地層パターンにしたがって前記下地層パターンと重複するパターンと重複しないパターンに分割し、単位領域において前記重複するパターンのパターン面積密度を算出する面積密度計算ユニットと、
前記単位領域の位置と、前記重複するパターンのパターン面積密度を記憶する面積密度マップメモリと、
前記重複するパターンのパターン面積密度を基に前記描画層パターンに対する補正照射量を算出する照射量補正計算ユニット
とを含むことを特徴とする近接効果補正モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム露光方法に関し、特に近接効果の補正方法、近接効果の補正方法を用いた露光方法、近接効果補正モジュール及び半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光リソグラフィは、そのプロセス簡易性、低コストなどの利点により広く大規模集積化回路（ＬＳＩ）等の半導体装置の生産に用いられてきた。常に技術革新が続けられており、近年ではアルゴンフロライド（ＡｒＦ）エキシマレーザ等の光源の短波長化により０．１μｍレベルの素子の微細化が達成されつつある。さらに微細化を進めようと、より短波長のフッ素ガス（Ｆ2）エキシマレーザを用いた露光装置の開発が進められており、これらは７０ｎｍルール世代対応の量産リソグラフィツールとして期待されている。しかし、このような露光装置を実現するための課題も多く、その開発に関わる時間が長期化してきており、半導体装置の微細化のスピードに追いつかなくなることが心配されている。
【０００３】
これに対して、電子ビーム（ＥＢ）リソグラフィでは、細く絞った電子ビームを用いて１０ｎｍまでの加工が可能であることが実証されている。微細化という観点からは当面問題なさそうであるが、描画したパターンの寸法精度に関して、パターン面積密度に依存してパターンの仕上がり寸法が変動してしまう、いわゆる「近接効果」という問題がある。
【０００４】
露光のために電子ビームを基板に照射すると、電子はレジスト中で散乱しながらレジストを感光させた後、基板材料に衝突して弾性散乱を起こし、反射する。反射を後方散乱、反射した電子を後方散乱電子と呼ぶ。後方散乱電子は基板からレジストに再入射して感光させる。このとき、レジスト中に蓄積されるエネルギーの分布は、次のようなガウス分布の和によって近似的に表される。
【０００５】
0003725841.tif 000002
ここで、ｒ：電子ビーム照射位置からの距離、βf：前方散乱距離、βb：後方散乱距離、η：照射エネルギーに対する後方散乱エネルギーの比率、である。右辺第一項が前方散乱を、第二項が後方散乱電子の分布を表している。
【０００６】
ここで問題となるのは、電子ビームを照射した位置以外の領域も後方散乱電子によって露光されてしまう点である。すなわち、電子ビームを照射した位置のレジストは、入射電子だけでなく、周囲のパターンを露光した際の後方散乱電子によっても露光される。その結果、周辺のパターン面積密度に依存してレジスト中の蓄積エネルギーに分布を生じ、現像後のレジスト仕上がり寸法に分布を生じてしまう。これを近接効果と呼ぶ。
【０００７】
後方散乱半径は後方散乱距離βbと同程度であり、この領域よりも狭い小領域に着目すると、その小領域内の後方散乱電子によるレジスト中の蓄積エネルギーＥbは描画層パターン面積密度αにほぼ比例し、
Ｅb＝Ｃ・η・α・Ｄ    ・・・（２）
と表される。ここで、Ｃ：定数、Ｄ：照射エネルギー（照射量）である。
【０００８】
したがって、描画層パターン面積密度αに応じて照射量Ｄを補正することでレジスト寸法を制御することができる。次式は、基板の膜構造が一様な場合の、照射量補正式の一例である。
【０００９】
Ｄ＝Ｃ／（１／２＋η・α）     ・・・（３）
しかしながら、実際のＬＳＩ製造工程におけるＥＢ描画時には、Ｓｉ基板上に設けられた下地パターン構造が存在する。すなわち、電子ビームを照射する位置によって下地パターンの材質が異なるため、後方散乱電子のエネルギー強度分布は材質に依存して変化する。そのため、描画層パターンだけでなく、下地パターンの有無を考慮して、入射エネルギーを補正する必要がある。このため、従来は、エフ．ムライ等、ジャーナル．オブ．ヴァキューム．サイエンス．テクノロジー（F. Murai,et.al., J. Vac. Sci. Technol. B10, 3072(1992)） に開示されている式
Ｄ＝Ｃ／｛１／２＋η［α＋（η1／η−１）α・α10］｝  ・・・（４）
を用いて補正していた。ただし、α10：下地層パターン面積密度、η1：下地層材料の入射エネルギーに対する後方散乱エネルギーの比率、である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、補正式（４）は、描画パターン領域のうち、下地パターン上に描画されるパターン面積比率が、単位領域内の下地層パターン面積密度α10に等しいことを仮定している。図９（ａ）に示すようなパターン面積密度αの描画層パターン３０を、図９（ｂ）に示す下地層パターン面積密度α10の下地層パターン３２を有する半導体基板に露光するとする。描画層パターン３０と下地層パターン３２のパターンの重なりが、図９（ｃ）に示すような場合、単位領域に対する下地層パターン面積密度α10と、実際に下地層パターン３２を有する半導体基板上に露光される描画層パターン３０内での下地層のパターン面積密度とは相違する。したがって、下地層パターン面積密度α10を用いる従来の補正式では十分な補正精度が得られない、という問題があった。
【００１１】
本発明は、このような課題を解決し、電子ビーム露光の高精度の近接効果補正方法、及び近接効果補正方法を適用した電子ビーム露光方法、半導体装置の製造方法、さらに近接効果補正モジュールを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の特徴は、（イ）下地層パターンを分類するステップと、（ロ）下地層パターンの上部に形成される薄膜層に転写する描画層パターンを、分類した下地層パターンにしたがって下地層パターンと重複するパターンと重複しないパターンに分割するステップと、（ハ）単位領域において分割した描画層パターンについてそれぞれパターン面積密度を算出するステップと、（ニ）パターン面積密度を基に描画層パターンに対する補正照射量を算出するステップとを含む近接効果補正方法であることを要旨とする。
【００１３】
本発明の第１の特徴によれば、電子ビーム露光の高精度の近接効果補正方法を提供することができる。
【００１４】
本発明の第２の特徴は、（イ）表面に薄膜層を堆積された下地層パターンを有する基板を準備する工程と、（ロ）薄膜層の上にレジストを塗布する工程と、（ハ）レジストに描画される描画層パターンと下地層パターンを取得する工程と、（ニ）下地層パターンの構造を分類する工程と、（ホ）描画層パターンを、分類した下地層パターンにしたがって下地層パターンと重複するパターンと重複しないパターンに分割する工程と、（ヘ）単位領域において分割した描画層パターンについてそれぞれパターン面積密度を算出する工程と、（ト）パターン面積密度を基に描画層パターンに対する補正照射量を算出する工程と、（チ）算出された補正照射量でレジストを露光する工程を含む露光方法であることを要旨とする。
【００１５】
本発明の第２の特徴によれば、近接効果を十分な精度で補正する電子ビーム露光方法を提供することができる。
【００１６】
本発明の第１及び第２の特徴において、描画層パターンが電子ビーム露光により形成されることが好ましい。また、描画層パターンの分割が、図形論理演算処理を用いて行われることが好ましい。コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアの図形論理演算の論理積（ＡＮＤ）処理と論理減算（ＭＡＳＫ）処理により容易に、短時間でパターン分割ができる。また、電子ビーム露光の近接効果の補正照射量が、パターン面積密度の線形結合の照射量補正式で表される電子ビーム露光の近接効果補正照射量Ｄは、描画層パターンのパターン面積密度をα、下地層の構造のない領域の照射エネルギーに対する後方散乱エネルギーの比率をη、第ｋ（ｋ＝１〜ｎ）番目の下地層の構造にしたがって分割された描画パターンのパターン面積密度をαk、第ｋ番目の下地層の構造に対する照射エネルギーに対する後方散乱エネルギーの比率をηk、Ｃを定数として、
【数３】
0003725841.tif 000003
と表される。補正照射量Ｄを各パターン面積密度α、αkの線形結合で表すことができ、後方散乱エネルギーの重合を正確に表現でき、近接効果補正の精度を向上できる。さらに、第ｋ番目の下地層の構造について、電子ビーム露光により照射される電子の後方散乱距離以下の長さを単位とする領域によりパターン面積密度を算出することが好ましい。このように下部構造により単位領域を所望の大きさにすることにより、パターン面積密度が精度よく算出でき、また処理時間の短縮が可能となる。
【００１７】
本発明の第３の特徴は、（イ）半導体基板上に、下地層パターンを形成する工程と、（ロ）下地層パターンの上部に薄膜層を堆積する工程と、（ハ）薄膜層の上にレジストを塗布する工程と、（ニ）半導体基板を電子ビーム露光装置の露光ステージに搭載する工程と、（ホ）下地層パターンを分類するステップ、レジストに対して描画すべき描画層パターンを分類された下地層パターンにしたがって下地層パターンと重複するパターンと重複しないパターンに分割するステップ、単位領域において分割した描画層パターンについてそれぞれパターン面積密度を算出するステップ、パターン面積密度を基に描画層パターンに対する補正照射量を算出するステップとにより補正照射量を算出する工程と、（へ）算出された補正照射量でレジストを露光する工程と、（ト）レジストを現像する工程と、（チ）現像されたレジストをマスクをマスクとして用いて薄膜層を加工し、描画層パターンを薄膜層に転写する工程とを含む半導体装置の製造方法であることを要旨とする。
【００１８】
本発明の第３の特徴によれば、近接効果補正方法を適用した電子ビーム露光方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００１９】
本発明の第４の特徴は、（イ）下地層パターンの上部に形成される薄膜層に描画する描画層パターンを、下地層パターンにより分類して、分類した下地層パターンにしたがって下地層パターンと重複するパターンと重複しないパターンに分割し、単位領域において分割した描画層パターンについてそれぞれのパターン面積密度を算出する面積密度計算ユニットと、（ロ）単位領域の位置と、分割した描画層パターンそれぞれのパターン面積密度を記憶する面積密度マップメモリと、（ハ）パターン面積密度を基に描画層パターンに対する補正照射量を算出する照射量補正計算ユニットとを含む近接効果補正モジュールであることを要旨とする。
【００２０】
本発明の第４の特徴によれば、電子ビーム露光の高精度の近接効果補正装置を提供することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２２】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係わる係る電子ビーム露光装置は図１に示すように、第１及び第２の成形アパーチャ１０５、１０８を用いて電子ビームＥＢの寸法を可変制御しながら露光するものである。電子銃１０１から放射された電子ビームＥＢは第１コンデンサーレンズ１０３および第２コンデンサーレンズ１０４で電流密度およびケーラー照明条件が調整され、第１成形アパーチャ１０５を均一に照明する。この第１成形アパーチャ１０５の像は、第１投影レンズ１０６および第２投影レンズ１０７により、第２成形アパーチャ１０８上に結像される。第２成形アパーチャ１０８上には、電子ビームＥＢを整形するための開口が複数個設けられており、描画層パターンデータに定義された寸法に応じて、開口の一部を通過する位置に電子ビームＥＢが照射される。
【００２３】
電子ビームＥＢの照射位置の制御は、成形偏向系によって電子ビームＥＢを偏向して第２成形アパーチャ１０８上のビーム照射位置を制御することで行われる。成形偏向系は、成形偏向器１０９、成形偏向アンプ１２０、成形偏向アンプ１２０に偏向データを送るパターンデータデコーダ１１９から構成されている。
【００２４】
第２成形アパーチャ１０８を通過した電子ビームＥＢは、縮小レンズ１１０および対物レンズ１１１により縮小・投影され半導体基板１１２上に結像される。そして、電子ビームＥＢの照射位置は対物偏向器１１３により半導体基板１１２上に設定される。対物偏向器１１３は、パターンデータデコーダ１１９から送られてくる位置データをもとに、対物偏向器１１３に電圧を印加する対物偏向アンプ１２１で制御される。
【００２５】
半導体基板１１２は、ファラデーカップ１１４、電子ビーム測定用のマーク台１１５とともに可動ステージ１１６上に設置される。可動ステージ１１６を移動することで半導体基板１１２またはファラデーカップ１１４、マーク台１１５を選択することができる。
【００２６】
半導体基板１１２上の電子ビームＥＢの位置を移動する場合、半導体基板１１２上の不必要な部分が露光されないように、電子ビームＥＢをブランキング電極１３０で偏向し、ブランキングアパーチャ１３１でカットして半導体基板１１２上に到達しないようにする。ブランキング電極１３０への偏向電圧は、パターンデータデコーダ１１９から送られてくる位置データをもとに、ブランキングアンプ１２２で制御される。パターンデータデコーダ１１９とブランキングアンプ１２２の間には、近接効果を補正する近接効果補正モジュール１２４が設置されている。描画層パターンあるいは下地層パターンデータ等の描画制御データは、パターンデータメモリ１１８に格納されている。
【００２７】
本発明の第１の実施の形態に係わる近接効果補正方法を、図２〜図４を用いて説明する。ここでは、露光領域に一部異なる材質の下地層パターンが形成されている場合を例に取り上げる。近接効果補正モジュール１２４は、図２に示すように、面積密度計算ユニット１４０、面積密度マップメモリ１４１及び照射量補正計算ユニット１４２より構成されている。以下、図３のフローチャートにしたがい説明する。
【００２８】
（イ）まず、ステップＳ５０で、パターンデータデコーダ１１９は、パターンデータメモリ１１８から、格納されている描画層パターン及び下地層パターンデータを読み出し、単位領域毎に図形寸法と座標とに分解して近接効果補正モジュール１２４の面積密度計算ユニット１４０に出力する。例えば、図４（ａ）又は（ｂ）に示すように、描画層パターン３０は単位領域の中央に位置し、紙面左右方向に長い矩形であり、下地層パターン３２ａ〜３２ｉは正方形で、等間隔に３×３格子状に配置されているとする。
【００２９】
（ロ）ステップ５１で、面積密度計算ユニット１４０は、パターンデータデコーダ１１９から取得した描画層パターン３０の図形寸法と座標より、単位領域毎に図形面積を求めて、描画層パターン３０のパターン面積密度マップを計算する。
【００３０】
（ハ）ステップＳ５２で、近接効果補正モジュール１２４の面積密度マップメモリ１４１は、面積密度計算ユニット１４０から、単位領域毎に描画層パターン３０のパターン面積密度マップを取得し、単位領域の座標をインデックスとして記憶する。
【００３１】
（ニ）次に、ステップＳ５３で、面積密度計算ユニット１４０は、下地層パターン３２ａ〜３２ｉに重複する描画層のパターンを抽出する。図４（ｃ）に示すように、下地層パターン３２ａ〜３２ｉのうち、下地層パターン３２ｄ〜３２ｆが描画層パターン３０と重複し、図４（ｄ）に示すように、重複描画層パターン３３ｄ〜３３ｆとされる。描画層パターン３０の、下地層パターン３２ｄ〜３２ｆと重複しない領域は、図４（ｅ）に示すように、単独描画層パターン３１として区分される。
【００３２】
（ホ）ステップＳ５４で、面積密度計算ユニット１４０は、抽出した重複描画層パターン３３ｄ〜３３ｆの図形寸法と座標より図形面積を求め、重複描画層パターン３３ｄ〜３３ｆのパターン面積密度を計算する。この処理を単位領域毎に行い、重複描画層パターン３３ｄ〜３３ｆのパターン面積密度マップを得る。
【００３３】
（ヘ）ステップＳ５５で、面積密度マップメモリ１４１は、面積密度計算ユニット１４０から、パターン面積密度マップを取得し、単位領域の座標をインデックスとして記憶する。
【００３４】
（ト）ステップＳ５６で、近接効果補正モジュール１２４の照射量補正計算ユニット１４２は、単位領域の座標をインデックスとして面積密度マップメモリ１４１から単独描画層パターン３１と重複描画層パターン３３ｄ〜３３ｆ、それぞれのパターン面積密度マップを読み出して補正計算を行い、補正照射量Ｄを算出する。算出した補正照射量より補正照射時間を算出してブランキング制御信号を出力する。
【００３５】
（チ）ステップＳ５７で、照射量補正計算ユニット１４２から出力されるブランキング制御信号をブランキングアンプ１２２がデジタル−アナログ変換（ＤＡＣ）してブランキング電極１３０に対する印加電圧に変換する。電子ビームＥＢはブランキング電極１３０の印加電圧によって偏向されてブランキングアパーチャ１３１でカットされる。これにより、半導体基板１１２に到達する電子ビームＥＢの照射時間が制御され、その結果、露光量が制御される。
【００３６】
なお、（イ）〜（へ）で述べたパターン面積密度マップ作成処理は、電子ビーム露光の描画処理に先立って行ってもよい。
【００３７】
本発明の第１の実施の形態に係わる近接効果補正方法においては、下地層パターン３２ａ〜３２ｉのうち、描画層パターン３０と重複する下地層パターン３２ｄ〜３２ｆを抽出して重複描画層パターン３３ｄ〜３３ｆとする。この重複描画層パターン３３ｄ〜３３ｆのパターン面積密度α1を算出し、次式により補正照射量Ｄを求める。
【００３８】
Ｄ＝Ｃ／｛1/2＋η・［α＋（η1/η−１）・α1］｝  ・・・（５）
ここで、αは、描画層パターンのパターン面積密度、Ｃは、定数である。また、照射エネルギーに対する後方散乱エネルギーの比率η及びη1は、予め下地層パターン毎に実験的に、あるいは計算により求めた値を用いる。
【００３９】
図４（ｄ）及び（ｅ）に示すように、電子ビーム露光は、下地層パターンの無い単独描画層パターン３１と、下地層パターン３２ｄ〜３２ｆの存在する重複描画層パターン３３ｄ〜３３ｆとの二種類の描画層パターンで行われる。照射量補正式（５）はこの描画層パターンの違いを考慮したものとなっている。即ち、照射量補正式（５）は、次のように書き換えられる。
【００４０】
Ｄ／２＋η・（α−α1）・Ｄ＋η1・α1・Ｄ＝Ｃ  ・・・（６）
（６）式の左辺第一項は、近接効果を考慮しない場合、入射エネルギーの２分の１を露光閾値Ｃとすることを意味する。第二項では、描画層パターン３０のパターン面積密度αから、重複描画層パターン３３ｄ〜３３ｆのパターン面積密度α1を差し引いている。即ち、単独描画層パターン３１に対して電子ビーム露光することによって生ずる後方散乱エネルギーを表している。第三項は重複描画層パターン３３ｄ〜３３ｆに対して電子ビーム露光することによって生ずる後方散乱エネルギーを表している。つまり、照射量補正式（５）あるいは（６）は、これらのエネルギーの和を一定値、即ち露光閾値Ｃにする補正照射量Ｄを求める式となっている。したがって、照射量補正式（５）によって補正された照射量Ｄを用いて描画すると、描画層パターンのパターン面積密度と下地層パターンのパターン面積密度に依存せず、レジストに蓄積させるエネルギーを一定にすることが可能となり、結果として、所望のレジスト寸法が得られる。
【００４１】
補正計算に先立って、描画層パターン直下に存在する下地層パターンを抽出することで、電子ビームＥＢを照射する位置の下部構造の違いを補正計算に正確に反映させることが可能となる。この抽出処理は、図形論理演算処理の論理積（ＡＮＤ）処理及び論理減算（ＭＡＳＫ）処理によって容易に、かつ、短時間で実行することができる。また、補正計算式において、描画層パターンのパターン面積密度αと重複描画層パターンのパターン面積密度α1が線形結合で表されているので、後方散乱エネルギーの重なり合いを正確に表現でき、従来よりも近接効果補正精度を飛躍的に向上できる。
【００４２】
なお、ステップＳ５１及びＳ５４で、各下部構造に対応する後方散乱距離βb値により単位領域を定めて面積密度マップの平滑化を行うと、より正確な近接効果補正が可能となる。例えば、単位領域としては、後方散乱距離βb値の２分の１以下が望ましい。加速電圧５０ｋＶで露光する場合、シリコン（Ｓｉ）基板や、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）あるいはアルミニウム（Ａｌ）金属膜等の後方散乱距離βbは１０μｍ程度であるので、単位領域としては５μｍ角以下でよい。一方、重金属のタングステン（Ｗ）膜では、後方散乱距離βbは５μｍ程度となり、単位領域としては２．５μｍ角以下とする。
【００４３】
次に、本発明の第１の実施の形態に係わる近接効果補正方法を用いた電子ビーム露光による半導体装置の製造工程を説明する。
【００４４】
（イ）図５（ａ）に示すように、半導体基板１の表面にシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜２を化学気相成長（ＣＶＤ）法により堆積する。層間絶縁膜２の一部に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等によりヴィアホールを設け、このヴィアホールに、タングステンよりなるプラグ３をスパッタ法等により埋め込む。化学機械的研磨（ＣＭＰ）法により、層間絶縁膜２の表面を平坦化した後、スパッタあるいは真空蒸着法等によりアルミニウムよりなる導電膜４を形成する。導電膜４の表面に回転塗布等によりレジスト５を設け、電子ビーム露光装置の可動ステージ１１６に装着する。
【００４５】
（ロ）パターンデータメモリ１１８からパターンデータデコーダ１１９を介して読み込んだ描画層パターン及び下地層パターンデータを基に近接効果補正モジュール１２４により、各パターン面積密度α及びα1を求める。ここで、下地層はタングステンよりなるプラグ３である。したがって、プラグ３を下部構造として含む露光領域の単位領域は、２．５μｍ角とし、プラグ３を含まない領域では単位領域を５μｍ角とする。全領域を２．５μｍ角の単位領域として計算する場合に比べ、計算量が少なくなりスループットが向上する。また、照射エネルギーに対する後方散乱エネルギーの比率η及びη1は、予め下地層パターン毎に実験的に求めたシリコン基板及びタングステンの値を用いる。これらの値を用いた近接効果補正により電子ビーム露光を行う。その後、現像処理により、図５（ｂ）に示すように、第１及び第２のレジストパターン６ａ、６ｂを、描画層下部にプラグ３を含まない領域、及びプラグ３を含む領域にそれぞれ形成する。
【００４６】
（ハ）第１及び第２のレジストパターン６ａ、６ｂをマスクとして、反応性イオンエッチング法等により導電膜４の選択エッチングを行い、図５（ｃ）に示すように、配線層７ａ、７ｂを形成する。
【００４７】
このように、本発明の第１の実施の形態に係わる近接効果補正方法を用いた電子ビーム露光法によれば、描画層パターン領域の下部構造に応じた近接効果補正ができるため、再現性良く、また均一にレジストパターン形成ができる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係わる近接効果補正方法は、描画層パターンの下部構造に第１及び第２の下地層パターンを有する場合であり、近接効果補正式が３種類のパターン面積密度の線形結合で表されることに特徴があり、他は第１の実施の形態と同様であるので、重複した記載を省略する。
【００４９】
本発明の第２の実施の形態に係わる近接効果補正方法を、図６及び図７を用いて説明する。
【００５０】
（イ）まず、図６のステップＳ７０で、パターンデータデコーダ１１９は、パターンデータメモリ１１８から、格納されている描画層パターン、第１及び第２の下地層パターンデータを読み出し、単位領域毎に図形寸法と座標とに分解して近接効果補正モジュール１２４の面積密度計算ユニット１４０に出力する。例えば、図７（ａ）、（ｂ）又は（ｃ）に示すように、描画層パターン４０は単位領域の中央に位置し、紙面左右方向に長い矩形であり、第１の下地層パターン４２ａ、４２ｂは正方形で、単位領域の左、右側でそれぞれ上下方向に関して中央部に配置され、また、第２の下地層パターン４４ａ、４４ｂは、単位領域の左、右側で上下方向に長い矩形である。
【００５１】
（ロ）ステップ７１で、面積密度計算ユニット１４０は、パターンデータデコーダ１１９から取得した描画層パターン４０の図形寸法と座標より、単位領域毎に図形面積を求めて、描画層パターン４０のパターン面積密度マップを計算する。ステップＳ７２で、近接効果補正モジュール１２４の面積密度マップメモリ１４１は、面積密度計算ユニット１４０から、描画層パターン３０のパターン面積密度を取得する。そして、単位領域毎に描画層パターン３０のパターン面積密度マップを得て、単位領域の座標をインデックスとして記憶する。
【００５２】
（ハ）次に、ステップＳ７３で、面積密度計算ユニット１４０は、図７（ｅ）に示すように、描画層パターン４０と第１の下地層パターン４２ａ、４２ｂが重複する第１の重複描画層パターン４３ａ、４３ｂを抽出する。図７（ｄ）に示すように、第１の下地層パターン４２ａ、４２ｂは第２の下地層パターン４４ａ、４４ｂとも重なっている。ステップＳ７４で、面積密度計算ユニット１４０は、抽出した第１の重複描画層パターン４３ａ、４３ｂの図形寸法と座標より、単位領域毎に図形面積を求めて、パターン面積密度マップを計算する。ステップＳ７５で、面積密度マップメモリ１４１は、面積密度計算ユニット１４０から、単位領域毎に第１の重複描画層パターン４３ａ、４３ｂのパターン面積密度マップを取得し、単位領域の座標をインデックスとして記憶する。
【００５３】
（ニ）同様に、ステップＳ７６で、面積密度計算ユニット１４０は、図７（ｆ）に示すように、描画層パターン４０と第２の下地層パターン４４ａ、４４ｂが重複し、かつ、第１の重複描画層パターン４３ａ、４３ｂの領域を除いた第２の重複描画層パターン４５ａ、４５ｂを抽出する。ステップＳ７７で、面積密度計算ユニット１４０は、抽出した第２の重複描画層パターン４５ａ、４５ｂの図形寸法と座標より、単位領域毎に図形面積を求めて、パターン面積密度マップを計算する。ステップＳ７８で、面積密度マップメモリ１４１は、面積密度計算ユニット１４０から、第２の重複描画層パターン４５ａ、４５ｂのパターン面積密度を取得する。単位領域毎に第２の重複描画層パターン４５ａ、４５ｂのパターン面積密度マップを得て、単位領域の座標をインデックスとして記憶する。第１及び第２の下地層パターン４２ａ、４２ｂ、４４ａおよび４４ｂいずれとも重複しない領域は、図７（ｇ）に示すように、単独描画層パターン４１として区分される。
【００５４】
（ホ）ステップＳ７９で、照射量補正計算ユニット１４２は、単位領域の座標をインデックスとして面積密度マップメモリ１４１から単独描画層パターン４１と第１の重複描画層パターン４３ａ、４３ｂ、第２の重複描画層パターン４５ａ、４５ｂ、それぞれのパターン面積密度マップを読み出して補正計算を行い、補正照射量Ｄを算出する。算出した補正照射量より補正照射時間を算出してブランキング制御信号を出力する。
【００５５】
（ヘ）ステップＳ８０で、ブランキングアンプ１２２は、照射量補正計算ユニット１４２から出力されるブランキング制御信号をデジタル−アナログ変換（ＤＡＣ）してブランキング電極１３０に対する印加電圧に変換する。電子ビームＥＢはブランキング電極１３０の印加電圧によって偏向されてブランキングアパーチャ１３１でカットされる。このようにして、半導体基板１１２に到達する電子ビームＥＢの照射時間が制御され、その結果、露光量が制御される。
【００５６】
本発明の第２の実施の形態に係わる近接効果補正方法においては、抽出した第１及び第２の重複描画層パターン４３ａ、４３ｂ、４５ａおよび４５ｂより、それぞれのパターン面積密度α1、α2を算出し、次式により補正照射量Ｄを求める。
【００５７】
Ｄ＝Ｃ／｛１／２＋η・［α＋（η1／η−１）・α1＋（η2／η−１）・α2］｝      ・・・（７）
この照射量補正式（７）は、次のように書き換えることができる。
【００５８】
Ｄ／２＋η・（α−α1−α2）・Ｄ＋η1・α1・Ｄ＋η2・α2・Ｄ＝Ｃ    ・・・（８）
（８）式の左辺第一項は、近接効果を考慮しない場合、入射エネルギーの２分の１を露光閾値Ｃとすることを意味する。第二項は、描画層パターン４０のパターン面積密度αから、第１の重複描画層パターン４３ａ、４３ｂに露光するパターン面積密度α1と、第２の重複描画層パターン４５ａ、４５ｂに露光するパターン面積密度α2を差し引いている。即ち、単独描画層パターン４１に対してパターンを露光することによって生ずる後方散乱エネルギーを表している。第三項は第１の重複描画層パターン４３ａ、４３ｂに対する露光によって生ずる後方散乱エネルギーを表し、第四項は第２の重複描画層パターン４５ａ、４５ｂに対する露光によって生ずる後方散乱エネルギーを表している。つまり、照射量補正式（７）は、これらのエネルギーの和を一定値、露光閾値Ｃにする補正照射量Ｄを求める式となっている。
【００５９】
したがって、本発明の第２の実施の形態に係わる近接効果補正方法による補正照射量Ｄを用いて描画すると、描画層パターンのパターン面積密度と下地層パターンのパターン面積密度に依存せず、レジストに蓄積させるエネルギーを一定にすることが可能となり、結果として、所望のレジスト寸法が得られる。パターン分解処理は、図形論理演算処理の論理積（ＡＮＤ）処理と論理減算（ＭＡＳＫ）処理によって、容易に、かつ、短時間で実行することができる。また、補正計算式（７）において、各パターン面積密度α、α1及びα2が線形結合で表されているので、後方散乱エネルギーの重合を正確に表現でき、従来よりも近接効果補正精度を飛躍的に向上できる。
【００６０】
次に、本発明の第２の実施の形態に係わる近接効果補正方法を用いた電子ビーム露光による半導体装置の製造工程を説明する。
【００６１】
（イ）図８（ａ）に示すように、半導体基板１上に、図５に示した製造工程と同様にして、第１のプラグ１３、及び第１のプラグ１３が埋め込まれた第１の層間絶縁膜１２の表面に第１の配線層１４を形成する。さらに、第２のプラグ１６、及び第２のプラグ１６が埋め込まれた第２の層間絶縁膜１５の表面に導電膜１７を形成し、導電膜１７の表面にレジスト１８を回転塗布し、電子ビーム露光装置の可動ステージ１１６に装着する。ここで、図８（ａ）に模式的に示すように、プラグ等の下部構造を持たない領域（左側）、第１及び第２のプラグ１３、１６とその間の第１の配線層１４よりなる下部構造を有する領域（右側）、及び第１のプラグ１３と第１の配線層１４よりなる下部構造を有する領域（中央）が存在する。図７に倣って、それぞれの領域を、単独描画層パターン、第１の重複描画層パターン、及び第２の重複描画層パターン領域に対応させる。
【００６２】
（ロ）次に、パターンデータメモリ１１８からパターンデータデコーダ１１９を介して読み込んだ描画層パターン及び下地層パターンデータを基に近接効果補正モジュール１２４により、各パタン領域のパターン面積密度α、α1及びα2を求める。ここで、下部構造は、例えばタングステンからなる第１及び第２のプラグ１３、１６を含んでいる。したがって、下部構造を含む露光領域の単位領域は、２．５μｍ角とし、下部構造を含まない領域では単位領域を５μｍ角とする。全領域を２．５μｍ角の単位領域として計算する場合にくらべ、計算量を少なくでき、スループットが向上する。また、各領域に対応する照射エネルギーに対する後方散乱エネルギーの比率η、η1及びη2は、予め下地層パターン毎に実験的に求めた値を用いる。これらの値を用いた近接効果補正により電子ビーム露光を行う。その後、現像処理により、図８（ｂ）に示すように、第１、第２、及び第３のレジストパターン１９ａ、１９ｂ、１９ｃを形成する。
【００６３】
（ハ）第１、第２及び第３のレジストパターン１９ａ〜１９ｃをマスクとして、反応性イオンエッチング法等により導電膜１７の選択エッチングを行い、図８（ｃ）に示すように、第２の配線層２０ａ〜２０ｃを形成する。
【００６４】
このように、本発明の第２の実施の形態に係わる近接効果補正方法を用いた電子ビーム露光法によれば、描画層パターン領域の下部構造に応じた近接効果補正ができるため、再現性良く、また均一にレジストパターン形成ができる。
【００６５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな大体実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６６】
本発明の第１及び第２の実施の形態においては、下部構造として１又は２種類の構造について示したが、更に多くの種類の下部構造を含む場合でも、同様に複数の重複描画層パターンを抽出して、各々のパターン面積密度を算出することにより、近接効果補正方法が適用できることは、勿論である。この場合の近接効果の補正式は、
【数４】
0003725841.tif 000004
0003725841.tif 000005
となる。ここで、ηkは、第ｋ（ｋ＝１〜ｎ）番目の下地層パターン構造に対する照射エネルギーに対する後方散乱エネルギーの比率、αkは、第ｋ番目の重複描画層パターンのパターン面積密度である。また、下部構造としてタングステンを用いて説明したが、後方散乱距離βbは下地材料の原子量にほぼ逆比例するため、高融点金属などの重金属やそれらの化合物を用いる場合にも適用できることは、勿論である。また、下地層の厚さあるいは表面からの配置位置の深さ等が相違すると後方散乱距離βbは変化するため、このような構造パラメータが相違する場合にも、本発明に係わる近接効果補正が有効であることは、勿論である。また、重複描画層パターンの抽出に、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアの図形論理演算処理を用いることにより、容易に短時間で処理することができる。また、材質や膜厚あるいは層配置深さなどが異なる下部構造であっても、後方散乱電子のエネルギー分布が同じとみなせる場合は、これらの複数の下地層を同一構造として分類することにより、重複描画層パターン抽出処理が簡略化され、図形処理の時間短縮ができる。
【００６７】
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、電子ビーム露光の高精度の近接効果補正方法を提供することができる。
【００６９】
また、本発明によれば、近接効果を十分な精度で補正する電子ビーム露光方法を提供することができる。
【００７０】
また、本発明によれば、近接効果補正方法を適用した電子ビーム露光方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００７１】
さらに、本発明によれば、電子ビーム露光の高精度の近接効果補正モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１〜第２の実施の形態に係る電子ビーム露光装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１〜第２の実施の形態に係る近接効果補正モジュールのブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係わる近接効果補正方法の説明に用いるフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係わる近接効果補正方法の重複描画層パターン抽出処理を説明する図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る近接効果補正方法を用いた露光方法による半導体装置の製造工程図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係わる近接効果補正方法の説明に用いるフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係わる近接効果補正方法の重複描画層パターン抽出処理を説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る近接効果補正方法を用いた露光方法による半導体装置の作製工程図である。
【図９】従来の近接効果補正方法の描画層パターン処理を説明する図である。
【符号の説明】
１、１１２  半導体基板
２  層間絶縁膜
３  プラグ
４、１７  導電膜
５、１８  レジスト
６ａ、１９ａ  第１のレジストパターン
６ｂ、１９ｂ  第２のレジストパターン
７ａ、７ｂ  配線層
１２  第１の層間絶縁膜
１３  第１のプラグ
１４  第１の配線層
１５  第２の層間絶縁膜
１６  第２のプラグ
１９ｃ  第３のレジストパターン
２０ａ〜２０ｃ  第２の配線層
３０、４０  描画層パターン
３１、４１  単独描画層パターン
３２、３２ａ〜３２ｉ  下地層パターン
３３ｄ〜３３ｆ  重複描画層パターン
４２ａ、４２ｂ  第１の下地層パターン
４３ａ、４３ｂ  第１の重複描画層パターン
４４ａ、４４ｂ  第２の下地層パターン
４５ａ、４５ｂ  第２の重複描画層パターン
１０１  電子銃
１０３  第１コンデンサーレンズ
１０４  第２コンデンサーレンズ
１０５  第１成形アパーチャ
１０６  第１投影レンズ
１０７  第２投影レンズ
１０８  第２成形アパーチャ
１０９  成形偏向器
１１０  縮小レンズ
１１１  対物レンズ
１１４  ファラデーカップ
１１５  マーク台
１１６  可動ステージ
１１８  パターンデータメモリ
１１９  パターンデータデコーダ
１２０  成形偏向アンプ
１２１  対物偏向アンプ
１２２  ブランキングアンプ
１２４  近接効果補正モジュール
１２６  検出器
１３０  ブランキング電極
１３１  ブランキングアパーチャ
１４０  面積密度計算ユニット
１４１  面積密度マップメモリ
１４２  照射量補正計算ユニット
【図１】
0003725841.tif 000008
【図２】
0003725841.tif 000009
【図３】
0003725841.tif 000010
【図４】
0003725841.tif 000011
【図５】
0003725841.tif 000012
【図６】
0003725841.tif 000013
【図７】
0003725841.tif 000014
【図８】
0003725841.tif 000015
【図９】
0003725841.tif 000016