(57)【要約】【目的】  近接効果補正量が不適切にバイアス補正されたマスクであってもマスクを変更せずに所望するパターンが得られるように露光することを目的とする。【構成】  所定の領域にバイアスが施されたマスクを用いて、焦点を合わせた電子ビームにより第１のウェハに露光を行なう第１の露光工程（Ｓ１０６）と、その結果、前記バイアスが施された所定の領域から露光され前記基板に形成されたパターンのパターン幅が、バイアス量が大き過ぎたために所望するパターン幅とならない場合に、前記焦点をぼかしながら第ｎのウェハに露光を行ない、前記所望するパターン幅となる焦点のぼかし量を取得する第ｎの露光工程（Ｓ１１８）と、を備え、ぼかし量が取得された後に露光するウェハに対し、前記焦点のぼかし量に合わせて焦点をぼかした露光を行ない、前記焦点のぼかし量が取得された後に露光するウェハに形成されるパターンの寸法を調整することを特徴とする。【選択図】        図１
2006032814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近接効果を補正する手段が施されたマスクを用いて電子ビーム露光を行なう露光方法であって、
露光を行なう場合に、焦点をぼかした電子ビームを用いて露光することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記マスクは、マスクバイアス法により近接効果を補正する手段が施されたことを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項３】
前記露光方法は、近接効果が過補正された前記マスクを用いることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項４】
所定の領域にバイアスが施されたマスクを用いて、焦点を合わせた電子ビームにより基板に露光を行なうベストフォーカス露光工程と、
前記ベストフォーカス露光工程の結果、前記バイアスが施された所定の領域から露光され前記基板に形成されたパターンのパターン幅が、前記バイアスのバイアス量が大き過ぎたために所望するパターン幅とならない場合に、前記焦点をぼかしながら次回の基板に露光を行ない、前記所望するパターン幅となる焦点のぼかし量を取得するデフォーカス露光工程と、
を備え、
前記デフォーカス露光工程により前記焦点のぼかし量が取得された後に露光する基板に対し、前記焦点のぼかし量に合わせて焦点をぼかした露光を行ない、前記焦点のぼかし量が取得された後に露光する基板に形成されるパターンの寸法を調整することを特徴とするパターン寸法調整方法。
【請求項５】
前記デフォーカス露光工程において、前記バイアスが施された所定の領域から露光され前記基板に形成されたパターンのパターン密度が相対的に小さい領域であって、形成されたパターンのパターン幅が所望するパターン幅より大きい場合に、前記焦点をぼかした電子ビームを用いて前記次回の基板に露光を行なうことを特徴とする請求項４記載のパターン寸法調整方法。
【請求項６】
前記デフォーカス露光工程において、前記バイアスが施された所定の領域から露光され前記基板に形成されたパターンのパターン密度が相対的に大きい領域であって、形成されたパターンのパターン幅が所望するパターン幅より小さい場合に、前記焦点をぼかした電子ビームを用いて前記次回の基板に露光を行なうことを特徴とする請求項４記載のパターン寸法調整方法。
【請求項７】
前記ベストフォーカス露光工程において、前記マスクは、所定の露光強度を基準として前記所定の領域にバイアスが施され、
前記デフォーカス露光工程において、前記基準とした所定の露光強度を変更せずに、焦点をぼかして露光を行なうことを特徴とする請求項４記載のパターン寸法調整方法。
【請求項８】
焦点を合わせた電子ビームを用いて基板に露光を行なうベストフォーカス露光工程と、
前記ベストフォーカス露光工程により前記基板に行なわれた露光の結果、前記基板に形成された相対的にパターン密度が小さい領域のパターン幅が所望するパターン幅より大きい場合に、焦点をぼかした電子ビームを用いて前記基板とは異なる基板に露光を行なうデフォーカス露光工程と、
を備え、
前記デフォーカス露光工程において、前記基板とは異なる基板に形成された相対的にパターン密度が小さい領域のパターン幅が前記所望するパターン幅となる前記焦点のぼかし量を取得することを特徴とする焦点ぼかし量取得方法。
【請求項９】
焦点を合わせた電子ビームを用いて基板に露光を行なうベストフォーカス露光工程と、
前記ベストフォーカス露光工程により前記基板に行なわれた露光の結果、前記基板に形成された相対的にパターン密度が大きい領域のパターン幅が所望するパターン幅より小さい場合に、焦点をぼかした電子ビームを用いて前記基板とは異なる基板に露光を行なうデフォーカス露光工程と、
を備え、
前記デフォーカス露光工程において、前記基板とは異なる基板に形成された相対的にパターン密度が大きい領域のパターン幅が前記所望するパターン幅となる前記焦点のぼかし量を取得することを特徴とする焦点ぼかし量取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光方法、特に電子ビーム露光における近接効果補正に係り、近接効果補正を施したマスクを用いた電子ビーム露光におけるパターン寸法調整方法、或いはパターン寸法調整に用いる焦点ぼかし量取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。従来、半導体デバイスの生産では光露光技術が用いられてきたが、近年、先端デバイスのパターン寸法が限界解像度に近づきつつあり、高解像露光技術の開発が急務となっている。
電子ビーム露光技術は本質的に優れた解像性を有しており、ＤＲＡＭ（Dynamicrandom access memory）を代表とする最先端デバイスの開発や一部ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）の生産に用いられている。しかし、従来の可変成形露光法ではパターンを一筆描きの要領で描画するため単位時間当たりのウェハ処理能力すなわちスループットが低く、デバイスの量産には不向きであった。
現在、次世代の露光技術として電子ビームプロジェクション（分割縮小転写）（Electron Projection Lithography：ＥＰＬ）技術が提案されており、昨今、その研究開発が行われている。
【０００３】
図１４は、ＥＰＬ露光装置の動作を説明するための概念図である。
まず、ＥＰＬ露光装置におけるマスクステージには、１つの半導体チップについての露光単位領域となるサブフィールド３２０を投影転写するためのサブフィールドパターンが形成されたサブフィールドマスク３５０が格子状に整列形成されたマスク３４０が配置される。サブフィールド３２０が電子ビーム３３０（荷電粒子ビーム）を照射する際の１ショットに対応する領域である。サブフィールドマスク３５０には、それぞれ、電子ビーム３３０が透過する種々のサブフィールドパターンが形成されている。そして、荷電粒子ソースから照射された電子ビーム３３０は、偏向器により偏向され、所定のサブフィールドマスク３５０のパターンを照射し、透過した電子ビーム３３０は、電子レンズにより縮小されウェハ３００上に区分けされた複数の半導体チップ領域３１０のうち、１つの半導体チップ領域の中の露光単位領域となるサブフィールド３２０を照射することによりサブフィールドマスク３５０に形成されたサブフィールドパターンを投影転写する。次に、その列の隣に位置するサブフィールドマスク３５０のサブフィールドパターンを電子ビーム３３０が照射するように、偏向器により偏向され、同様に、前記１つの半導体チップについての隣のサブフィールド３２０を照射することによりサブフィールドマスク３５０に形成されたサブフィールドパターンを隣のサブフィールド３２０に投影転写する。これを順次繰り返し、その列のサブフィールドマスク３５０のサブフィールドパターンを照射し終わったら、２列目のサブフィールドマスク３５０の先頭がウェハ３００に投影転写できる位置に、マスクステージとウェハステージとを移動させ、順次、２列目のサブフィールドマスク３５０の種々のサブフィールドパターンを照射する。このようにして、全列のサブフィールドマスク３５０のサブフィールドパターンを照射することにより、１つの半導体チップ領域３１０についての露光が終了する。かかる動作をウェハ３００上に区分けされた全ての半導体チップ領域３１０に対して行っていく。その他、ＥＰＬ露光装置については、以下の文献に記載されている（例えば、特許文献１、非特許文献１，２参照）。
【０００４】
図１５は、ＥＰＬの露光原理について説明するための図である。
図１５において、例えば、貫通した開口部１５０による開口パターンを形成した散乱マスクの一例としてのステンシルマスク１００に、１００ｋＶで加速した電子を照射する。ステンシルマスク１００の材料として通常厚さ２μｍ程度のシリコン（Ｓｉ）が用いられる。ステンシルマスク１００の開口部１５０ではない部分に入射した電子ビーム３３０は、開口部１５０ではない部分で大きく散乱される。散乱されたマスク散乱電子３３１は、対物レンズ３８０の後方焦平面に置かれた制限アパーチャ３７０でそのほとんどが阻止される。一方、開口部１５０を透過した像形成電子３３２は、開口部１５０を自由通過するため、投影レンズ３６０により投影され、偏向器で偏向された像形成電子３３２のほとんどの電子が制限アパーチャ３７０を通過することができる。このアパーチャ透過率の違いによりウェハ３００上にマスク像のコントラストが形成される。これを散乱コントラストと呼ぶ。そして、ウェハ３００上に塗布されたネガ型レジストが、その後に現像されると、図１４に示すレジスト像３０１が形成されることになる。なお、マスクとしてはステンシルのほかマスクパターン全面が薄いメンブレンで保持されるメンブレンマスクも利用可能である。ＥＰＬ露光装置に用いるマスクについて文献に開示されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００５】
図１６は、代表的材料で製造されたステンシルマスクとメンブレンマスクの例を示す図である。
図１６（ａ）（ｂ）では、特に、パターン部分だけを示し、その他は省略している。図１６（ａ）において、ステンシルマスク１００は、例えば、２μｍの厚さのＳｉで形成された例を示す。また、図１６（ｂ）において、メンブレンマスク２００は、３０〜５０ｎｍの厚さのダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）メンブレン上にパターンが形成された６００ｎｍ程度の厚さのＤＬＣ散乱層が形成された例を示す（例えば、非特許文献３参照）。ここで、上述したようにＥＰＬ技術では散乱コントラストにより像が形成されるため、散乱マスクの構造は電子散乱を考慮して決定される。
【０００６】
ここで、現在開発されている露光装置では、サブフィールドである電子ビームの照射領域はウェハ上で０．２５ｍｍ角程度であり、この転写エリアをステップアンドリピート方式で順次縮小転写される。
図１７は、基板内における電子の散乱を説明するための図である。
図１７に示すように、電子ビーム露光では、電子がレジストに侵入した際にレジストと衝突（前方散乱）をしながらレジストにエネルギーを与えるが、そのまま基板に入射した電子の一部が基板の構成原子との散乱で跳ね返り、後方散乱電子として再びレジストに侵入する。
図１８は、レジストにおける露光強度とエネルギーが蓄積される範囲との関係を示す図である。
上述したように、電子ビーム露光では、電子が後方散乱電子として再びレジストに侵入するため、図１８に示すようにレジストには電子入射点以外にも広範囲にわたりエネルギーが蓄積される。電子入射点からの距離をｒとして露光強度をｆ（ｒ）とすると２つのガウシアンの和として近似することができる。このｆ（ｒ）を露光強度（ＥＩＤ：Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）関数と呼び、近接効果補正の際によく用いられる。前方散乱と後方散乱によるガウス分布の広がりを前方散乱径（βｆ）と後方散乱径（βｂ）と呼ぶ。また前方散乱によるエネルギー蓄積の総量と後方散乱によるエネルギー蓄積の総量の比を反射係数（η）と呼ぶ。実際には、ビームブラーは前方散乱径へ二乗和として取り込まれる。
【０００７】
図１９は、マスクバイアスによる近接効果補正を説明するための図である。
前方散乱と後方散乱によるガウス分布の広がりのため入射点以外にもエネルギーが与えられ電子ビーム露光特有の近接効果が生じる。特に後方散乱電子によるエネルギー蓄積は広範囲に及ぶためパターン密度によって露光強度が変化する。ちなみに１００ｋＶで加速された電子のシリコン（Ｓｉ）での後方散乱径は約３０ミクロン程度になる。この近接効果を補正する手法としてマスクバイアス法が用いられる（例えば、非特許文献４参照）。この手法は一度に露光されるエリアが後方散乱径よりも大きな場合には露光量補正が不可能であるため有効である。マスクバイアス法ではパターン密度の違いにより変化するパターン寸法をマスクサイズを調整（マスクバイアス）することにより近接効果を補正する。バイアス量はＥＩＤ関数を用いて露光強度を計算し、パターンが設計通りの寸法になるように計算機により求められる。
【０００８】
その他、近接効果補正に関し、リサイズ（バイアス）量を後方散乱電子によるエネルギー蓄積量とビームブラーとから求める手法が文献に記載されている（例えば、特許文献４，５参照）。
【０００９】
また、ＧＨＯＳＴ法による近接効果補正に関し、補助露光ビームの形成方法およびその最適ボケ量を決定する手法が文献に記載されている（例えば、特許文献６，７参照）。
【特許文献１】特開２００１−３１９８７２号公報
【特許文献２】特開２００２−７５８４２号公報
【特許文献３】特開２００３−６８６１６号公報
【特許文献４】特開２００２−１５９７６号公報
【特許文献５】特開２００４−６３５４６号公報
【特許文献６】特開平９−２６０２４２号公報
【特許文献７】特開平７−２５４５４８号公報
【非特許文献１】“Ｎｉｋｏｎ  ニコンテクノロジー：ＥＰＬ”，http://www.nikon.co.jp/main/jpn/profile/technology/epl/index.htm
【非特許文献２】”Stencilreticle development for electron beam projection systemsS. Kawata, N. Katakura, S. Takahashi, andK. Uchikawa, J. Vac. Sci. Technol. B 17, 2864 (1999)
【非特許文献３】”Fabrication of a continuous diamondlike carbon membrane mask forelectron lithography”, I. Amemiya, H. Yamashita, S. Nakatsuka, M. Tsukahara,and O. Nagarekawa, J. Vac. Sci. Technol. B 21, 3032 (2003)
【非特許文献４】”Proximity effect correctionby pattern modified stencil mask in large-field projection electron-beamlithography”,H. Kobinata, H. Yamashita, E. Nomura, K. Nakajima and Y.Kuroki,Jpn. J. Appl. Phys. 37, 6767 (1998)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
マスクバイアス法による近接効果補正ではＥＩＤ関数を用いて露光強度を計算し予めバイアス量を求め、寸法バイアスを施されたマスクを用いるため、一度マスクを作製してしまうと補正量を調整することができない。実際には近接効果補正で求めたバイアス量が適正でなかった場合や、レジストの種類によっては所望の補正結果が得られない場合が多い。そのため、補正量が適正でなかった場合や所望の補正結果が得られない場合に、マスクを何度も再作成する必要がある。しかし、マスク作製には膨大な時間とコストを要するため、時間的、経済的に大きな問題となる。
【００１１】
本発明は、上述した従来の問題点を克服し、マスクを変更しなくても所望するパターンが得られるように露光することを目的とする。さらに、所望するパターンが得られるように露光するパターン寸法を調整する手法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の露光方法は、
近接効果を補正する手段が施されたマスクを用いて電子ビーム露光を行なう露光方法であって、
露光を行なう場合に、焦点をぼかした電子ビームを用いて露光することを特徴とする。
【００１３】
後述するように、焦点をぼかしてビームブラーを変化させることにより、パターン幅が変化する。よって、マスクに施された近接効果を補正する手段が適正でなかったとしても焦点をぼかしてビームブラーを変化させることにより所望するパターン幅を得ることができる。
【００１４】
ここで、本発明における前記マスクは、マスクバイアス法により近接効果を補正する手段が施されたことを特徴とする。
【００１５】
マスクは、マスクバイアス法により近接効果が補正された場合、上述したように一度作製してしまうと補正量を調整することができない。よって、本発明は、補正量を調整することができないマスクを用いた場合に、特に有効である。
【００１６】
本発明における前記露光方法は、近接効果が過補正された前記マスクを用いることを特徴とする。
【００１７】
後述するように、焦点をぼかしてビームブラーを変化させると、近接効果でパターン幅が小さくなる領域では、パターン幅が小さくなり、近接効果でパターン幅が大きくなる領域では、パターン幅が大きくなる方向に変化させることができる。よって、近接効果が過補正された前記マスクを用いることで、過補正された分を調整することができる。さらに、最初から意図的に、例えば、バイアス量を最適値より大きめに施し、近接効果が過補正された前記マスクを用いることにより、補正量が適正でなかった場合や所望の補正結果が得られなかった場合の前記マスクを生かすための事後調整機能としての効果だけでなく、最初から本発明により適正寸法に合わせ込むようにすることができる。
【００１８】
本発明のパターン寸法調整方法は、
所定の領域にバイアスが施されたマスクを用いて、焦点を合わせた電子ビームにより基板に露光を行なうベストフォーカス露光工程と、
前記ベストフォーカス露光工程の結果、前記バイアスが施された所定の領域から露光され前記基板に形成されたパターンのパターン幅が、前記バイアスのバイアス量が大き過ぎたために所望するパターン幅とならない場合に、前記焦点をぼかしながら次回の基板に露光を行ない、前記所望するパターン幅となる焦点のぼかし量を取得するデフォーカス露光工程と、
を備え、
前記デフォーカス露光工程により前記焦点のぼかし量が取得された後に露光する基板に対し、前記焦点のぼかし量に合わせて焦点をぼかした露光を行ない、前記焦点のぼかし量が取得された後に露光する基板に形成されるパターンの寸法を調整することを特徴とする。
【００１９】
パターンのパターン幅が、前記バイアスのバイアス量が大き過ぎたために所望するパターン幅とならない場合に、焦点をぼかしながら次回の基板に露光を行なうことで、前記所望するパターン幅に合わせることができる。さらに、前記デフォーカス露光工程により前記焦点のぼかし量が取得されることにより、上述したようにバイアスが施されたマスクを廃棄することなく使用することができる。
【００２０】
また、本発明における前記デフォーカス露光工程において、前記バイアスが施された所定の領域から露光され前記基板に形成されたパターンのパターン密度が相対的に小さい領域であって、形成されたパターンのパターン幅が所望するパターン幅より大きい場合に、前記焦点をぼかした電子ビームを用いて前記次回の基板に露光を行なうことを特徴とする。
【００２１】
後述するように、焦点をぼかしてビームブラーを変化させると、パターンのパターン密度が相対的に小さくなる領域では、パターン幅が小さくなる。よって、かかる領域で形成されたパターンのパターン幅が所望するパターン幅より大きい場合に、焦点をぼかした電子ビームを用いて前記次回の基板に電子ビーム露光を行なうことにより所望するパターン幅に調整することができる。
【００２２】
同様に、本発明における前記デフォーカス露光工程において、前記バイアスが施された所定の領域から露光され前記基板に形成されたパターンのパターン密度が相対的に大きい領域であって、形成されたパターンのパターン幅が所望するパターン幅より小さい場合に、前記焦点をぼかした電子ビームを用いて前記次回の基板に露光を行なうことを特徴とする。
【００２３】
後述するように、焦点をぼかしてビームブラーを変化させると、パターンのパターン密度が相対的に大きくなる領域では、パターン幅が大きくなる。よって、かかる領域で形成されたパターンのパターン幅が所望するパターン幅より小さい場合に、焦点をぼかした電子ビームを用いて前記次回の基板に電子ビーム露光を行なうことにより所望するパターン幅に調整することができる。
【００２４】
また、本発明における前記ベストフォーカス露光工程において、前記マスクは、所定の露光強度を基準として前記所定の領域にバイアスが施され、
前記デフォーカス露光工程において、前記基準とした所定の露光強度を変更せずに、焦点をぼかして露光を行なうことを特徴とする。
【００２５】
前記基準とした所定の露光強度を変更しないことにより、焦点をぼかして露光を行なった際に、基準とした所定の露光強度で適正な寸法が得られる領域に影響を与えないようにすることができる。
【００２６】
本発明の焦点ぼかし量取得方法は、
焦点を合わせた電子ビームを用いて基板に露光を行なうベストフォーカス露光工程と、
前記ベストフォーカス露光工程により前記基板に行なわれた露光の結果、前記基板に形成された相対的にパターン密度が小さい領域のパターン幅が所望するパターン幅より大きい場合に、焦点をぼかした電子ビームを用いて前記基板とは異なる基板に露光を行なうデフォーカス露光工程と、
を備え、
前記デフォーカス露光工程において、前記基板とは異なる基板に形成された相対的にパターン密度が小さい領域のパターン幅が前記所望するパターン幅となる前記焦点のぼかし量を取得することを特徴とする。
【００２７】
後述するように、焦点をぼかしてビームブラーを変化させると、パターンのパターン密度が相対的に小さくなる領域では、パターン幅が小さくなる。よって、かかる領域で形成されたパターンのパターン幅が所望するパターン幅より大きい場合に、前記焦点のぼかし量を取得することにより、以降に露光する基板に対し、所望するパターン幅に調整することができる。
【００２８】
また、本発明の焦点ぼかし量取得方法は、
焦点を合わせた電子ビームを用いて基板に露光を行なうベストフォーカス露光工程と、
前記ベストフォーカス露光工程により前記基板に行なわれた露光の結果、前記基板に形成された相対的にパターン密度が大きい領域のパターン幅が所望するパターン幅より小さい場合に、焦点をぼかした電子ビームを用いて前記基板とは異なる基板に露光を行なうデフォーカス露光工程と、
を備え、
前記デフォーカス露光工程において、前記基板とは異なる基板に形成された相対的にパターン密度が大きい領域のパターン幅が前記所望するパターン幅となる前記焦点のぼかし量を取得することを特徴とする。
【００２９】
後述するように、焦点をぼかしてビームブラーを変化させると、パターンのパターン密度が相対的に大きくなる領域では、パターン幅が大きくなる。よって、かかる領域で形成されたパターンのパターン幅が所望するパターン幅より小さい場合に、前記焦点のぼかし量を取得することにより、以降に露光する基板に対し、所望するパターン幅に調整することができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、本発明によれば、相対的にパターン密度が小さい領域のパターン幅が所望するパターン幅より大きい場合、或いは、相対的にパターン密度が大きい領域のパターン幅が所望するパターン幅より小さい場合に、以降に露光する基板に対してパターン幅寸法を調整することができる。パターン幅寸法を調整することができるので、最適なパターン幅寸法を得ることができる。さらに、パターン幅寸法を調整することができるので、補正量が適正でなかったマスクや所望の補正結果が得られないマスクでもそのまま使用することができる。そのまま使用することができるので、マスクを何度も再作成する必要を無くすことができる。マスク再製作をしなくてもよいので、膨大な時間とコストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるパターン寸法調整方法を説明するためのフローチャート図である。
本実施の形態１では、パターン情報からベストフォーカスにおけるビームブラーを求める。或いは、一定のブラーとして取り扱うようにする。クーロン効果によりビーム電流が大きくなるとブラーが大きくなる。そして、ＥＩＤ関数とパターン情報から求めたベストフォーカスにおけるビームブラー情報とを用いて露光強度を計算し、計算上何れのパターンも設計寸法となるよう各領域のバイアス量を求め、計算で求めたバイアス量の寸法バイアスが施されたマスクを作製する。ビームブラー情報は、予め、シミュレーションにより求める。或いは、ビーム電流対ビームブラーの関係を予め求めておいてマスクのパターン開口率からビームブラーを求めてもよい。また、このビームブラーの値δは、二乗和で前方散乱径βｆに取り込まれえるのが一般的である。実際に、露光強度の計算に用いるビームブラーを含めたビームブラー情報の値をβｆ’とすると
βｆ’＝√（βｆ２＋δ２）
で表わされる。
【００３２】
Ｓ（ステップ）１０２において、ＥＰＬ露光装置に、近接効果を補正する手段が施されたマスクをセットする。例えば、ここではマスクバイアス法により適正バイアスが施されたマスクをセットする。
【００３３】
Ｓ１０４において、ウェハステージに第１のウェハを搬入する。図示していないが、第１のウェハ上には、電子線レジストが塗布されているものとする。
【００３４】
Ｓ１０６において、ベストフォーカス露光工程の一例である第１の露光工程として、焦点を合わせた（ベストフォーカス）電子ビームを用いて、第１のウェハに露光（パターンを描画）する。ベストフォーカス露光により、製作されたマスクに施された近接効果補正が適正であるか後に検査するための試料を得ることができる。
【００３５】
図２は、ＥＰＬ露光装置の要部の構成例を説明するための図である。
図２において、マスク２１０には、多数のサブフィールドマスクが形成されていて、光学系の視野内にある各サブフィールドマスクを一様に電子ビーム２０４が照射する。マスク２１０は、例えば、前記多数のサブフィールドマスク全体で１つの半導体チップパターンを形成する。もちろんパターンが複数のマスクに分割されていてもよい。マスク２１０は、マスクステージ２１２にセットされている。マスクステージ２１２は移動可能であり、光学系の視野より広い範囲に位置するサブフィールドマスクを電子ビーム２０４に照射させることができる。マスク２１０を通過した電子ビーム２０４は、偏向器２１４，２１８、投影レンズ２１６を通過し、散乱電子をアパーチャ２２０で遮断した後、投影レンズ２２２を通過し、ウェハ２２４上の所定の位置に結像される。そして、ウェハ２２４上の電子線レジストにドーズが与えられ、マスク上のパターンが転写される。投影レンズ２１６は、コイルに励磁されることにより制御され、コントローラ２８０により制御部２６６を介してコイル電源を制御される。投影レンズ２２２は、制御部２７２に、偏向器２１４は、制御部２６４に、偏向器２１８は、制御部２６８に、同様に制御される。
【００３６】
Ｓ１０８において、ウェハステージから第１のウェハを搬出する。図示していないが、搬出された第１のウェハを現像し、洗浄する。これにより、レジストパターンが形成される。
【００３７】
Ｓ１１０において、第１のウェハを検査する。
【００３８】
Ｓ１１２において、適正バイアスが施されたマスクを用いてベストフォーカス露光された第１のウェハのパターン幅（パターン線幅）寸法が、所望する設計寸法に形成されているかどうかを確認する。所望する設計寸法に形成されている場合、言い換えれば、マスクの近接効果補正が最適であった場合には、さらなる寸法調整が不要であるので、ベストフォーカス露光での露光条件を用いて以降のウェハを処理すればよい。所望する設計寸法に形成されていない場合は、Ｓ１１４に進む。
【００３９】
Ｓ１１４において、計算上の適正バイアスが施されたマスクを用いてベストフォーカス露光を行なった第１のウェハのパターン幅寸法が、所望する設計寸法に形成されていない場合、本実施の形態１の手法であるデフォーカス調整が可能かどうかを判断する。
【００４０】
図３は、レジストの線幅と露光強度とビームブラーとの関係を示す図である。
図４は、線幅シフト量とビームブラーと露光強度との関係を示す図である。
図３に示すように、ビームブラーを大きくすると露光強度を示す波形がだんだん鈍っていく。縦軸は規格化された露光強度を示しており、実際の露光では照射時間を変化させることにより露光量が決定される。レジストの現像が臨界エネルギーモデルに従うと仮定すると現像後のレジスト寸法はあるエネルギーレベルで横切られる波形の幅で決定される。例えば、適正露光量が与えられると臨界エネルギーレベルが図のＥ０となり、ブラーが変化しても寸法はほとんど変化しない。しかし、適正露光量よりも小さな露光量が与えられた場合には臨界エネルギーレベルが相対的に上に移動し（Ｅ−）、その結果としてブラーが大きくなるほど線幅は小さくなる。一方、適正露光量よりも大きな露光量が与えられた場合には臨界エネルギーレベルは相対的に下がり（Ｅ＋）、ブラーが大きくなるほどパターン線幅は大きくなる。ブラーが大きいと露光量により線幅が変化する。かかる関係をまとめると図４のようになる。
【００４１】
図５は、ビームブラーがパターン寸法よりも十分小さい場合における線幅と露光強度との関係を示す図である。
図５では紙面と鉛直方向にラインアンドスペースパターンが伸びているものとする。図５にはビームブラーがパターン寸法よりも十分小さい場合（理想分布）を示しており、パターン密度や露光量が変化してもそれほどパターン寸法である線幅は変化しないことが分かる。
【００４２】
図６は、ビームブラーが最小加工寸法と同等かそれより小さい程度ある場合における線幅と露光強度との関係を示す図である。
上記図５では、理想分布を示した。しかし、実際にはビームブラーは最小加工寸法と同等かそれより小さい程度あるので、露光強度は図６のように鈍っている。そのためパターン密度によりパターンの露光強度が異なり、パターン密度の小さい（低い）周辺では、パターン密度の大きい（高い）中心部に比べパターン寸法が小さくなる。すなわち、近接効果による寸法変動が大きくなる。
【００４３】
この近接効果を補正するために、マスク２１０には、予めパターン密度に応じて各領域にバイアスをかけていた。バイアス量はＥＩＤ関数とパターンをコンボリュートすることにより計算により得られるが、散乱領域の広い後方散乱はパターン密度法などの手法が用いられる。マスクには、得られた露光強度から全てのパターンが設計寸法になるようにバイアスをかけるが、バイアスの基準となる露光強度を任意に設定できる。すなわち、図６においてパターン密度の大きい中心部のパターンが所望するパターン線幅になる露光強度を露光強度の基準（ＩＣ）とし、ゼロバイアスとするとパターン密度の小さい周辺部のパターンでは正バイアスとなる。一方、パターン密度の小さい周辺部のパターンが所望するパターン線幅になる露光強度を露光強度の基準（ＩＰ）とし、ゼロバイアスとするとパターン密度の大きい中心部のパターンは負バイアスとなる。
【００４４】
図７は、パターン密度の大きい部分の露光強度を基準とした場合のバイアス法による近接効果補正の例を示した図である。
パターン密度の大きい部分の露光強度を基準とした場合、パターン密度の小さい周辺部のパターンに正バイアスを施すことにより、点線の波形を実線の波形のように大きく（太く）することができる。ここでは、ベストフォーカスでの露光強度を示している。
【００４５】
図８は、図７の露光条件からデフォーカスを行い、ビームブラーを大きくして露光した場合の例を示した図である。
図８に実線で示すように、図７の露光条件からデフォーカスを行い、ビームブラーを大きくして露光することにより、点線の波形から波形がさらに鈍る。そのため、露光強度の基準としたパターン密度の大きい部分のパターンは図３に示した原理からほとんど寸法の変動はないがパターン密度の小さい部分のパターンにおいて寸法を小さく（細く）することができる。何らかの原因でバイアス量が適切でなかった場合、言い換えれば、近接効果が過補正された前記マスクを用いた場合でも、ビームブラーを変化させることにより、マスクを再作成することなく補正量の調整が可能となる。
【００４６】
図９は、パターン密度の小さい部分の露光強度を基準とした場合のバイアス法による近接効果補正の例を示した図である。
パターン密度の小さい部分の露光強度を基準とした場合、パターン密度の大きい中心部のパターンに負バイアスを施すことにより、点線の波形を実線の波形のように小さくすることができる。ここでは、ベストフォーカスでの露光強度を示している。
【００４７】
図１０は、図９の露光条件からデフォーカスを行い、ビームブラーを大きくして露光した場合の例を示した図である。
図１０に実線で示すように、図９の露光条件からデフォーカスを行いビームブラーを大きくして露光することにより、点線の波形から波形がさらに鈍る。そのため、露光強度の基準としたパターン密度の小さい部分のパターンは図３に示した原理からほとんど寸法の変動はないがパターン密度の大きい部分のパターンにおいて寸法を大きくすることができる。何らかの原因でバイアス量が適切でなかった場合、言い換えれば、近接効果が過補正された前記マスクを用いた場合でも、ビームブラーを変化させることにより、マスクを再作成することなく補正量の調整が可能となる。
【００４８】
以上のように、前記バイアスが施されたマスク２１０を用いて露光され前記基板に形成されたパターンのパターン密度が相対的に小さい領域であって、形成されたパターンのパターン幅が所望するパターン幅より大きい場合や、前記基板に形成されたパターンのパターン密度が相対的に大きい領域であって、形成されたパターンのパターン幅が所望するパターン幅より小さい場合に、デフォーカス調整が可能であることがわかる。
【００４９】
よって、第１のウェハに形成されたパターンにおいて、所望する設計寸法に形成されていない領域が、パターン密度が相対的に小さい領域であって、形成されたパターンのパターン幅が所望するパターン幅より大きい場合には、本実施の形態１の手法であるデフォーカス調整が可能であると判断することができる。また、第１のウェハに形成されたパターンにおいて、所望する設計寸法に形成されていない領域が、パターン密度が相対的に大きい領域であって、形成されたパターンのパターン幅が所望するパターン幅より小さい場合には、本実施の形態１の手法であるデフォーカス調整が可能であると判断することができる。製作されたマスクでの露光において、バイアス量が足りず、上記条件を満たさない場合、デフォーカス調整が不可能であると判断し、マスクを再製作することになる。
【００５０】
図１のＳ１１６において、デフォーカス調整が可能である場合、ウェハステージに次回の基板となる第２のウェハを搬入する。図示していないが、第２のウェハ上には、第１のウェハと同様、電子線レジストが塗布されているものとする。
【００５１】
Ｓ１１８において、デフォーカス露光工程の一例である第２の露光工程として、焦点をぼかした（デフォーカス）電子ビームを用いて、第２のウェハに露光（パターンを描画）する。ここでは、所望するパターン線幅となるための最適デフォーカス量（焦点のぼかし量）ｒを探すことになる。ＥＰＬ露光装置は、図２に示した装置を用いる。ＥＰＬ露光装置のダイナミックフォーカスレンズの励磁を変化させ、電子ビームをデフォーカスさせた状態でパターンを描画する。通常、複数のレンズの励磁を変化させることによりデフォーカスさせる。各レンズの組み合わせが限定されるものはなく、必要に応じて励磁を変化させるレンズを選択すればよい。第２の露光工程では、まず、フォーカスと露光量とを変更して所定のデフォーカス量ｒ１になるように調整し、デフォーカスされた電子ビームを用いて、第２のウェハに露光する。
【００５２】
Ｓ１２０において、ウェハステージから第２のウェハを搬出する。図示していないが、搬出された第２のウェハを現像し、洗浄する。これにより、レジストパターンが形成される。
【００５３】
Ｓ１２２において、第２のウェハを検査する。
【００５４】
Ｓ１２４において、適正バイアスが施されたマスクを用いて、デフォーカス量ｒ１でデフォーカス露光された第２のウェハのパターン幅（パターン線幅）寸法が、所望する設計寸法に形成されているかどうかを確認する。所望する設計寸法に形成されている場合、言い換えれば、デフォーカス量ｒ１で最適であった場合には、さらなる寸法調整が不要であるので、最適デフォーカス量ｒ１で以降のウェハを処理すればよい。
【００５５】
Ｓ１２６〜Ｓ１３４において、上述したＳ１２４で所望する設計寸法に形成されていない場合は、第ｎ（ｎ＞２）のウェハを露光装置に搬入し、かかる第ｎのウェハを用いて、デフォーカス量ｒｎ−１で第ｎの露光を行ない、露光されたウェハを搬出し、そして検査し、所望する設計寸法に形成されているかどうかを確認する。かかる工程を最適デフォーカス量が取得されるまで繰り返す。
【００５６】
以上のように、寸法バイアスを施したマスクを用いて露光装置のレンズの励磁を変化させ電子ビームをデフォーカスさせながらパターンを描画することにより、何れのパターン密度でもパターン寸法が設計寸法となるような最適デフォーカス量を取得することができる。そして、取得された最適デフォーカス量で以降のウェハを露光すれば、マスクを再製作しなくても設計寸法のパターン寸法を得ることができる。本実施の形態によれば、例えば、マスクバイアス法による近接効果補正に関し、パターン形状の情報を持った電子ビームのブラーを意図的に変化（デフォーカス）させ、これをバイアスが施されたマスクに照射し、ウェハ上で得られる寸法補正量を変化させることにより、近接効果による寸法変動を正確に補正することができる。その結果、一度あるバイアス量で作製したマスクのバイアス量が不適切であった場合でもマスクの再作製を不要とすることができる。
【００５７】
実施の形態２．
実施の形態１では、計算上、何れのパターン密度でもパターン寸法が設計寸法となるようなバイアス量でバイアスを施したマスクを用いた。かかる場合、露光量の基準としてパターン密度の大きい部分あるいは小さい部分どちらを選んだ場合でも、パターン密度の小さい部分のパターン寸法がパターン密度の大きい部分のパターン寸法に比べ相対的に小さくなる方向でしか調整ができない。したがって、マスクを製作した結果、パターン密度の大きい部分を露光量の基準とした場合に、パターン密度の小さい部分に該当するマスクの所定の領域への正バイアス量が足りず、パターン密度の小さい部分のパターン寸法が設計寸法より小さくなってしまっていた場合に、実施の形態１では寸法調整ができない。また、逆に、マスクを製作した結果、パターン密度の小さい部分を露光量の基準とした場合に、パターン密度の大きい部分に該当するマスクの所定の領域への負バイアス量が足りず、パターン密度の大きい部分のパターン寸法が設計寸法より大きくなってしまっていた場合に、実施の形態１では寸法調整ができない。
【００５８】
そこで、実施の形態２では、まず、ＥＩＤ関数とパターン情報から露光強度を計算し何れのパターンも設計寸法となるようなバイアス量よりもさらに大きなバイアスを施したマスクを作製する。言い換えれば、計算上、意図的に過補正バイアスが施されたマスクを作製する。そして、当該マスクを用いて露光装置のレンズの励磁を変化させ電子ビームをデフォーカスさせながらパターンを描画し、何れのパターン密度でもパターン寸法が設計寸法となるような最適デフォーカス量を求める。パターン密度の大きい部分を露光量の基準とした場合に、ベストフォーカスではパターン密度の小さな部分でのパターン寸法は大きめになっているが、デフォーカスしビームブラーが大きくなるにつれ小さくなり、どこかの点で適正補正量を得ることができる。すなわち、調整の範囲をより広げることができる。
【００５９】
図１１は、実施の形態２におけるパターン寸法調整方法を説明するためのフローチャート図である。
本実施の形態２では、上述したように、まず、ＥＩＤ関数とパターン情報から求められるベストフォーカスにおけるビームブラー情報とを用いて露光強度を計算し、計算上何れのパターンも設計寸法となるよう各領域のバイアス量を求め、計算で求めたバイアス量よりも大きい寸法バイアスが施されたマスクを作製する。
【００６０】
Ｓ１０２において、ＥＰＬ露光装置に適正バイアスよりも大きいバイアス量が施されたマスクをセットする。
【００６１】
Ｓ１０４〜Ｓ１１２までは、図１と同様であるので説明を省略する。ここで、図１では、デフォーカス調整が可能かどうかの判断が必要である。しかしながら、本実施の形態２では、予め、マスクをバイアスで過補正しているため、パターン密度の大きい部分を露光量の基準とした場合に、パターン密度の小さい部分のパターン寸法は、設計寸法より大きくなっている。また、逆に、パターン密度の小さい部分を露光量の基準とした場合に、パターン密度の大きい部分のパターン寸法は、設計寸法より小さくなっている。よって、マスクをバイアスで過補正することで、必ずデフォーカス調整が可能な状態にすることができる。したがって、本実施の形態２では、デフォーカス調整が可能かどうかの判断を不要とすることができる。Ｓ１１２において、所望する設計寸法に形成されていない場合は、Ｓ１１６に進めばよい。
以降の工程である図１１におけるＳ１１６〜Ｓ１３４は、図１と同様であるので説明を省略する。
【００６２】
以上のように、予めバイアス量を露光強度計算から求められる最適バイアス量よりも大きなバイアス補正を施したマスクを作製し露光に用いると、最適バイアス量のバイアス補正を施したマスクで露光する場合と比べ、パターン密度の小さい部分のパターン寸法を相対的に大きくすることも可能となり寸法補正量の幅が広がる。つまり、ベストフォーカス時には補正量が適正補正量よりも大きくしているため、パターン寸法は大きめになり、そこからデフォーカスしていくとパターン寸法が徐々に小さくなり、ある点で適正寸法を得ることができる。
【００６３】
実施の形態３．
実施の形態１では、複数のウェハを用いて最適デフォーカス量を探しているが、１枚のウェハにフォーカスと露光量とを振ってテスト露光を行うことにより条件出しを行い、所望する設計寸法に形成される最適デフォーカス量を求めるようにしてもよい。
図１２は、実施の形態３におけるパターン寸法調整方法を説明するためのフローチャート図である。
Ｓ１０４までは、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００６４】
Ｓ１０６において、実施の形態１では、１種類の条件での露光を行なっていたが、実施の形態３では、フォーカスと露光量とを複数振って露光する。
【００６５】
Ｓ１０８において、ウェハステージから第１のウェハを搬出する。図示していないが、実施の形態１或いは実施の形態２と同様、搬出された第１のウェハを現像し、洗浄する。これにより、レジストパターンが形成される。
【００６６】
Ｓ１１０において、第１のウェハを検査する。
【００６７】
Ｓ１１２において、適正バイアスが施されたマスクを用いてベストフォーカス露光された第１のウェハのパターン幅（パターン線幅）寸法が、所望する設計寸法に形成されているかどうかを確認する。所望する設計寸法に形成されている場合、言い換えれば、マスクの近接効果補正が最適であった場合には、さらなる寸法調整が不要であるので、ベストフォーカス露光での露光条件を用いて以降のウェハを処理すればよい。所望する設計寸法に形成されていない場合は、Ｓ１１４に進む。
【００６８】
Ｓ１１４において、計算上の適正バイアスが施されたマスクを用いてベストフォーカス露光を行なった第１のウェハのパターン幅寸法が、所望する設計寸法に形成されていない場合、フォーカスと露光量とを複数振って露光した各条件の中に、第１のウェハのパターン幅寸法が、所望する設計寸法に形成されている条件があるかどうかを判断する。所望する設計寸法に形成されている条件がある場合には、本実施の形態３の手法であるデフォーカス調整が可能であるとして、かかる条件のデフォーカス量を最適デフォーカス量として取得する。
【００６９】
以上のように、構成することで、図１におけるＳ１１６以降の工程を省略することができる。
【００７０】
実施の形態４．
実施の形態２でも、同様に、複数のウェハを用いて最適デフォーカス量を探しているが、実施の形態３と同様に、１枚のウェハにフォーカスと露光量とを振ってテスト露光を行うことにより条件出しを行い、所望する設計寸法に形成される最適デフォーカス量を求めるようにしてもよい。
図１３は、実施の形態４におけるパターン寸法調整方法を説明するためのフローチャート図である。
Ｓ１０２〜Ｓ１１０については、過補正バイアスされたマスクを用いる以外は、図１２と同様であるので説明を省略する。
【００７１】
Ｓ１３１４において、第１のウェハのパターン幅寸法が、所望する設計寸法に形成されている条件を判断する。そして、かかる条件のデフォーカス量を最適デフォーカス量として取得する。
【００７２】
以上のように、構成することで、図１１におけるＳ１１６以降の工程を省略することができる。
【００７３】
以上のように、上記各実施の形態によれば、マスクバイアス法等の近接効果補正手段とデフォーカス露光とを組み合わせることによりウェハ上に形成されるレジストパターンの寸法補正量を調整する近接効果補正方法を提供することができる。
【００７４】
以上の説明において、近接効果を補正する手段がマスクバイアス法による場合には、前記ベストフォーカスでの露光工程の結果、前記バイアスが施された所定の領域から露光され前記基板に形成されたパターンのパターン幅が、前記バイアスのバイアス量が大き過ぎたために所望するパターン幅とならない場合に、デフォーカス調整が可能である。近接効果を補正する手段が他の手段、例えば、マスクパターンを形成する際に、予め近接効果の影響分を寸法補正していたマスクであっても、前記ベストフォーカスでの露光工程の結果、前記基板に形成されたパターンのパターン密度が相対的に小さい領域であって、形成されたパターンのパターン幅が所望するパターン幅より大きい場合や、前記基板に形成されたパターンのパターン密度が相対的に大きい領域であって、形成されたパターンのパターン幅が所望するパターン幅より小さい場合に、デフォーカス調整をすることができる。
【００７５】
また、以上の説明において、ビームブラーを変化させる手法として、レンズの励磁を変化させることにより電子ビームをデフォーカスさせ、ビームブラーを変化させているが、ビーム電流密度を変化させることにより変化させてもよい。或いは、ウェハの高さを変化させることによりフォーカスを変更させ、ビームブラーを変化させてもよい。
【００７６】
また、以上の説明において、シリコン（Ｓｉ）ウェハに露光することを前提として記載しているが、これに限るものではなく、その他の基板であっても構わない。また、ＥＰＬ露光に限らず、電子ビーム、イオン線を含む荷電粒子ビームを用いた荷電粒子ビーム露光装置であれば構わない。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施の形態１におけるパターン寸法調整方法を説明するためのフローチャート図である。
【図２】ＥＰＬ露光装置の要部の構成例を説明するための図である。
【図３】レジストの線幅と露光強度とビームブラーとの関係を示す図である。
【図４】線幅シフト量とビームブラーと露光強度との関係を示す図である。
【図５】ビームブラーがパターン寸法よりも十分小さい場合における線幅と露光強度との関係を示す図である。
【図６】ビームブラーが最小加工寸法と同等かそれより小さい程度ある場合における線幅と露光強度との関係を示す図である。
【図７】パターン密度の大きい部分の露光強度を基準とした場合のバイアス法による近接効果補正の例を示した図である。
【図８】図７の露光条件からデフォーカスを行い、ビームブラーを大きくして露光した場合の例を示した図である。
【図９】パターン密度の小さい部分の露光強度を基準とした場合のバイアス法による近接効果補正の例を示した図である。
【図１０】図９の露光条件からデフォーカスを行い、ビームブラーを大きくして露光した場合の例を示した図である。
【図１１】実施の形態２におけるパターン寸法調整方法を説明するためのフローチャート図である。
【図１２】実施の形態３におけるパターン寸法調整方法を説明するためのフローチャート図である。
【図１３】実施の形態４におけるパターン寸法調整方法を説明するためのフローチャート図である。
【図１４】ＥＰＬ露光装置の動作を説明するための概念図である。
【図１５】ＥＰＬの露光原理について説明するための図である。
【図１６】代表的材料で製造されたステンシルマスクとメンブレンマスクの例を示す図である。
【図１７】基板内における電子の散乱を説明するための図である。
【図１８】レジストにおける露光強度とエネルギーが蓄積される範囲との関係を示す図である。
【図１９】マスクバイアスによる近接効果補正を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７８】
１００  ステンシルマスク
１５０  開口部
２００  メンブレンマスク
２０２  電子銃
２０４  電子ビーム
２０６  コンデンサレンズ
２０８，２１４，２１８  偏向器
２１０，３４０  マスク
２１２  マスクステージ
２１６，２２２，３６０  投影レンズ
２２０  アパーチャ
２２４，３００  ウェハ
２５６，２５８，２６４，２６６，２６８，２７２  制御部
２８０  コントローラ
３０１  レジスト像
３１０  半導体チップ領域
３２０  サブフィールド
３３０  電子ビーム
３３１  マスク散乱電子
３３２  像形成電子
３５０  サブフィールドマスク
３７０  制限アパーチャ
３８０  対物レンズ
【図１】
2006032814.tif 000003
【図２】
2006032814.tif 000004
【図３】
2006032814.tif 000005
【図４】
2006032814.tif 000006
【図５】
2006032814.tif 000007
【図６】
2006032814.tif 000008
【図７】
2006032814.tif 000009
【図８】
2006032814.tif 000010
【図９】
2006032814.tif 000011
【図１０】
2006032814.tif 000012
【図１１】
2006032814.tif 000013
【図１２】
2006032814.tif 000014
【図１３】
2006032814.tif 000015
【図１４】
2006032814.tif 000016
【図１５】
2006032814.tif 000017
【図１６】
2006032814.tif 000018
【図１７】
2006032814.tif 000019
【図１８】
2006032814.tif 000020
【図１９】
2006032814.tif 000021