(57)【要約】【課題】  拡散層上での接続部の数を最小として、接続部の変形による半導体デバイスの特性低下を低減する。【解決手段】  ウエーハＳＩの拡散層ＲＳの上層に形成されるゲートラインＧＬのパターン長さを把握し、例えば拡散層の領域外ＮＲＳに接続部ＤＰ１，ＤＰ３を配置し、拡散層ＲＳ上での接続数ＤＰ２を最小となるように配置したサブフィールド分割とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相補分割マスクを用いた電子線露光におけるパターン分割方法であって、
前記相補分割する配線パターンを、ウエーハに有する半導体デバイスの電気的特性に影響する領域の上層での接続部の数が最小となる如く分割することを特徴とするパターン分割方法。
【請求項２】
前記相補分割マスクによるパターン分割にファジー境界方式を用い、前記半導体デバイスの電気的特性に影響する領域の上層での前記接続部の数を最小となる如く分割することを特徴とする請求項１に記載のパターン分割方法。
【請求項３】
前記半導体デバイスの電気的特性に影響する領域が能動層であることを特徴とする請求項１まはた２に記載のパターン分割方法。
【請求項４】
前記配線パターンがゲートラインのパターンであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のパターン分割方法。
【請求項５】
電子線露光におけるパターン分割方法に用いた相補分割マスクであって、
前記相補分割する配線パターンが、半導体デバイスの電気的特性に影響する領域の上層での接続部の数が最小となる如く分割してなることを特徴とする相補分割マスク。
【請求項６】
前記パターン分割にファジー境界方式を用い、前記半導体デバイスの電気的特性に影響する領域の上層での前記接続部の数を最小となる如く分割したことを特徴とする請求項５に記載の相補分割マスク。
【請求項７】
相補分割マスクを用いた電子線露光方法であって、
相補分割する配線パターンを、ウエーハに有する半導体デバイスの電気的特性に影響する領域の上層での接続部の数が最小となる如く分割した相補分割マスクを用いることを特徴とする電子線露光方法。
【請求項８】
前記配線パターンの分割にファジー境界方式を用い、前記能動層の上層での前記接続部の数を最小となる如く分割した相補分割マスクを用いることを特徴とする請求項７に記載の電子線露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス製造における電子線リソグラフィ技術に係り、特に材料基板上に回路パターンを転写するリソグラフィ・プロセスに好適な電子線露光用のパターン分割方法、相補分割マスクおよび電子線露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置などの製造においては当該装置構造の微細化が進むに伴い、従来の光を用いたリソグラフィ・プロセスではパターン形成が困難な状況となりつつある。そのため、光に代わるエネルギー線を用いたリソグラフィ技術が開発されている。その一つに、電子線などの荷電粒子線を露光線源とし、ステンシルマスクを用いた一括転写方式のリソグラフィ技術が実用化段階にある。中でも、ＥＰＬ（Electron-beam Projection Lithography) と呼ばれる電子線縮小投影露光方式は現在注目を浴びる方式の一つである。このＥＰＬでは、シリコンなどの絶縁材を２μｍ乃至それ以下の膜厚とした薄膜部（すなわち、メンブレン部）に、電子線透過のための開口部を設けた原板すなわちステンシルマスク（以下、露光マスクまたは単にマスクと記述する場合もある）が用いられる。
【０００３】
図７はＥＰＬの露光原理を説明する模式図である。図７において、電子線感応性レジストＲＥＧを塗布した材料基板であるシリコンウエーハ（以下、単にウエーハとも記述する）ＷＨに対して、マスクＭＳＫを介して電子線ＥＢを照射する。マスクＭＳＫには、当該マスクを構成するメンブレン部ＭＢに回路等の設計パターンに対応して電子線Ｂを透過させる開口部ＡＰを有する。マスクＭＳＫの開口部ＡＰを透過した電子線ＰＢは第１の投影レンズＰＬ１、絞りＲＳ、第２の投影レンズＰＬ２を通して電子線感応性レジストＲＥＧを塗布したウエーハＷＨに結像される。この結像で露光されるレジストＲＥＧの部分を感応部ＥＸＰで示す。この感応部ＥＸＰのパターンはマスクＭＳＫの開口ＡＰのパターンに対応する。
【０００４】
上記したように、マスクＭＳＫに照射された電子線ＥＢは、その開口部ＡＰではそのまま透過するが、非開口部すなわちメンブレン部ＭＢでは散乱される。メンブレン部ＭＢで散乱された電子線ＥＢは、マスクＭＳＫの開口部ＡＰで形成された像（回路等のパターン、以下単にパターンとも記述する）をウエーハＷＨ上のレジストＲＥＧの面へ投影する投影光学系内のクロスオーバー面（電子線収束面）近傍に設けられた絞りＲＳによってそのほとんどが遮断される。したがって、ウエーハＷＨの面では、マスクＭＳＫの開口部ＡＰを透過した電子線ＰＢのみで上記回路等のパターンが結像される。
【０００５】
図８はステンシルマスクの構成例を説明する模式図である。マスクＭＳＫのメンブレン部ＭＢは、一般的には厚さが数μｍ（１μｍ〜５μｍ程度）のシリコン膜やその他の材料で構成されるため、機械的強度が大変に弱い。そのため、格子状に配置した支持梁ＢＧを備えてマスク全体の機械的強度を保つ構造となっている。この支持梁ＢＧとなる部分は露光マスクとしての機能に寄与できないため、ＥＰＬ露光に用いるマスクでは、そのパターンはサブフィールドと呼ばれる領域毎に分割し形成される。そして、支持梁ＢＧで囲まれるメンブレン部をそれぞれ個々のサブフィールドに対応させる。形成するパターンをこれらサブフィールド単位で分割し、分割したものをマスク上にサブフィールド毎に離散させて形成する。ＥＰＬ露光においては、分割されたサブフィールド毎に電子線を照射し、ウエーハ上にマスク像すなわちパターンを投影していく。
【０００６】
図９はＥＰＬ露光機における電子線光学系の概要を説明する模式図である。電子銃ＥＧから出射された電子ビームＥＢは、第１のコンデンサレンズＣＬ１、第２のコンデンサレンズＣＬ２、第１絞りＲＳ１、第３のコンデンサレンズＣＬ３を通ってマスクＭＳＫに至る。マスクＭＳＫはマスクステージＭＳＴで２次元平面（Ｘ−Ｙ平面）内で移動可能に支持されている。マスクＭＳＫのパターンを通過した電子ビームＥＢは第１投影レンズＰＬ１、第２偏向器ＤＦ２、第２投影レンズＰＬ２によりウエーハＷＨに投影される。ウエーハＷＨはウエーハステージＷＳＴ上に２次元平面内で移動可能に支持されている。
【０００７】
図１０はパターンをサブフィールドに分割するパターン分割例の説明図であり、図１０（ａ）はマスクＭＳＫ上で分割したサブフィールドパターンを、図１０（ｂ）はウエーハＷＨ上に投影されたサブフィールドパターンで形成されるフィールドパターンを示す。なお、ここでは、マスクに形成されるフィールド、サブフィールドを、それぞれマスク・フィールド、マスク・サブフィールドとし、ウエーハＷＨ上に投影されたフィールド、サブフィールド（すなわち、マスク・フィールド、マスク・サブフィールド）のパターンを投影フィールド、投影サブフィールドとして説明する。
【０００８】
マスクＭＳＫには、図１０（ａ）に示されたように、一辺が１ｍｍのマスク・サブフィールドＳＦｍを４個並べてフィールドＦｍのパターン「Ａ」を分割した分割パターンの開口ＡＰが支持粱ＢＧで囲まれた各メンブレンＭＢに形成されている。このマスクＭＳＫのマスク・フィールドＦｍを構成するマスク・サブフィールドＳＦｍの各パターン開口を通して縮小投影されたウエーハＷＨ上のパターンは、一辺が２５０μｍの４個の投影サブフィールドＳＦｅが繋ぎ合わされてパターン「Ａ」の投影フィールドＦｅとなる。これらの具体的な数値はあくまで一例である。
【０００９】
図９において、マスクＭＳＫの上流に配置された第１偏向器ＤＦ１は、マスクＭＳＫ上での電子ビームＥＢの照射位置を変えて、図１０に示されたようにマスクＭＳＫ上のマスク・サブフィールドＳＦｍを選択し、マスクＭＳＫより下流にある第２偏向器ＤＦ２を用いて、上記選択されたマスク・サブフィールドＳＦｍのパターン「Ａ」の分割パターンをウエーハＷＨ上の所望の位置へ照射する。実際の露光に際しては、これらの各偏向器ＤＦ１、ＤＦ２およびマスクステージＭＳＴ、ウエーハステージＷＳＴそれぞれの動きを調節し、マスクＭＳＫ上で離散的に分割された各マスク・サブフィールドＳＦｍのパターンがウエーハＷＨ上では元の設計パターンと同様の繋ぎ合わさった「Ａ」の縮小パターンとなる様に順に照射されて、露光パターンを形成していく。
【００１０】
この様にパターンを複数のサブフィールドにパターン分割し、これら複数の分割パターンを離散的に配置したステンシルマスクは、現在の代表的なＥＰＬ露光システムにおけるマスク・サブフィールドでの大きさがマスク上で一辺が１ｍｍ（１ｍｍ四方の正方形）、ウエーハ上での縮小転写サイズは一辺が２５０μｍ（２５０μｍ四方の正方形）となっている。本明細書では、上記マスク・サブフィールドのサイズを用いて以降の説明を続けるものとする。
【００１１】
この分野の関連技術を開示したものとして、特許文献１は、パターン分割した相補分割マスクを使用することで、所謂「ドーナツ」問題を回避する発明を開示する。特許文献２は、ウエーハに対するマスクの位置合わせ精度向上を目的とし、前の位置合わせの情報を次のウエーハに対するマスクの位置合わせ作業に利用することで、同一ロット内の複数のウエーハへの位置合わせのための効率向上を開示する。特許文献３は、下層の段差の情報に基づいて上層のパターニングのためのレジストの露光条件を変化させて段差起因の露光後レジスト寸法の変動補償を開示する。
【００１２】
また、特許文献４は、偏向領域境界におけるパターン分割数を最小にするパターン分割方法を開示する。そして、特許文献５は、不純物のＦＩＢ照射による拡散層形成を行うことで露光工程数を削減する発明を開示する。さらに、非特許文献６は、サブフィールドの相補分割パターンを開示する。
【特許文献１】特開２００１−２７４０７２号公報
【特許文献２】特開平７−３０７２６９号公報
【特許文献３】特開平８−２３４１１１号公報
【特許文献４】特許第３１２５７２４号
【特許文献５】特許第３００３５４２号
【非特許文献１】ＩＤＥＭＡ  Ｊａｐａｎ  Ｎｅｗｓ  Ｎｏ．４７（２００２年４月号）１１頁〜１４頁）「縮小投影型電子線露光機（ＥＰＬ）の開発状況と磁気ヘッドへの適用」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
一般的に、相補分割マスクを用いた電子線露光方法でゲートライン等の長サイズの回路パターンを露光する場合、相補分割の接続部では、アライメント精度不足やマスクの機械的位置ずれ、電子ビーム偏向精度不足等のため、しばしばパターンの位置ずれが生じ、またパターン太りやパターン細りが発生しやすい。
【００１４】
従来技術では、パターンの相補分割を行う場合に、分割対象となるパターン形状（マスク強度と関係する）やパターン密度（電子ビームぼけ量と関係する）の観点から、分割ルールを決定していた。すなわち、パターンの相補分割を行う場合に、当該パターンの形状やパターン密度の観点だけで分割ルールを決定していたため、半導体デバイスの電気特性に特に大きく影響を与える領域である拡散層上や成長層などの能動層におけるパターン接続数を最小にすることができない。
【００１５】
また、パターン接続部ではパターンの位置ずれ、太り、細りが起こりやすく、接続数が多いほど半導体デバイスの電気特性が劣化しやすい。さらに、特許文献１〜５、非特許文献１には、このようなパターン接続部での問題を考慮していない。
【００１６】
従来は、例えばマスク強度の観点から、長手方向に長いゲートラインを、ある一定の長さ以下になるように分割する。その際、ゲートライン全体の長さを先ず把握し、パターン接続数が最小になるようにパターン分割を行っていた。しかし、これではゲートライン全体の接続数は最小になるが、半導体デバイスの電気特性に大きく影響する領域（以下能動層（拡散層や成長層）または拡散層を代表として説明する）上での接続数を最小にできない。
【００１７】
本発明の目的は、パターン接続部でのパターンの位置ずれ、太り、細りを最小とし、電気特性の劣化を低減した半導体デバイスを得るための新規な電子線露光用マスク、電子線露光方法、及びパターン分割方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明は、長手方向に長いゲートライン等の回路パターン（以下、ゲートラインとして説明する）を、ある一定の長さ以下になるように分割する。その際、能動層上のゲートラインの長手方向の長さを先ず把握し、拡散層上での接続数を最小にするようなルールをマスクの相補分割ルールに追加する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、拡散層の領域外でのパターンの接続数は増加することもあり得るが、増加する接続部は拡散層の領域外なので半導体デバイスの電気特性には大きく影響しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明するが、先ず、従来の相補分割マスクを用いたパターン分割について説明する。なお、以下の説明では、ゲートラインを相補分割マスクで露光する例を説明するが、他のパターンについても同様である。
【００２１】
図４は比較のために示す従来技術におけるゲートラインの相補パターン分割を説明する模式図である。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。従来は、ゲートラインＧＬ全体の長さを先ず把握し、パターン接続数が最小になるようなルールでパターン分割を行っていた。シリコンウエーハＳＩ上に拡散層ＲＳが形成されている。この拡散層ＲＳ上に層間絶縁層ＩＦ、ゲート絶縁層ＧＩが成膜され、その上層にゲートラインＧＬが形成される。ゲートラインＧＬは、上記したパターン接続数が最小になるようなルールで分割した相補分割マスクを用いて露光し、パターニングされていた。このサブフィールド露光での接続部ＤＰは拡散層ＲＳの領域上に２箇所ＤＰ１，ＤＰ２形成されている。
【００２２】
このように、例えば、マスク強度の観点から、長手方向に長いゲートラインはある一定の長さ以下になるように分割していた。しかし、これではゲートライン全体の接続数は最小になるが、半導体デバイスの電気特性に大きく影響する拡散層上での接続数を最小にできない。
【００２３】
図５はサブフィールドの接続部で生じるゲートラインの変形例の説明図である。サブフィールドの境界部では、露光の重なり、あるいはパターンのずれで接続部ＤＰが（ａ）のような位置ずれ形状になったり、（ｂ）のようなパターン太り、あるいは（ｃ）に示したようなパターン細りが発生する。このように拡散層の上層における接続部に変形があると、その部分の電気特性が他の部分と異なってしまい、半導体デバイスの特性に悪影響を招く。これを解消するために、本発明は後述する実施例に示したような構成とした。
【実施例１】
【００２４】
図１は本発明によるゲートラインの相補分割の実施例１を説明する模式図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図４と同一参照符号は同一機能部分に対応する。相補マスク分割を用いた電子線露光方法でゲートパターンを露光する場合に、拡散層ＲＳ上のゲートラインＧＬの長手方向の長さを先ず把握し、拡散層ＲＳ上での接続部の数を最小にするようなルールを相補分割ルールに追加する。すなわち、当該ゲートラインＧＬのパターンを半導体デバイスの電気特性に特に大きく影響を与える領域である拡散層ＲＳ上のパターンと拡散層ＲＳの領域の外の領域ＮＲＳのパターンとに分け、拡散層ＲＳ上でのパターン接続部ＤＰの接続数が最小になるようなルールを相補分割ルールに追加する。
【００２５】
図１では、３分割した接続部は、その２箇所の接続部ＤＰ１，ＤＰ３は拡散層ＲＳの領域の外の領域ＮＲＳに位置し、拡散層ＲＳ上には１箇所の接続部ＤＰ２のみがある。このように、拡散層ＲＳの領域の外の領域ＮＲＳ上で接続数が増加するが、この部分は半導体デバイスの電気特性には大きく影響しない。
【００２６】
接続部でのパターン間の位置ずれ、パターン太り、パターン細りが起こりやすいパターン接続部の数を、半導体デバイスの電気特性に特に大きく影響を与える拡散層で代表される能動領域（拡散層や成長層）上で最小にすることができるため、半導体デバイスの電気特性は、全体として向上する。
【実施例２】
【００２７】
実施例２では、サブフィールドの接続精度の向上を図るために、ファジー境界方式と称するサブフィールド分割法を採用した。ファジー境界方式とは。サブフィールド接続精度を向上するために、サブフィールドを跨ぐパターンを左右何れかのサブフィールドに取り込んで露光できるようにサブフィールドの境界に幅を持たせる方式である。この方式は、マスク強度の観点からは分割が不要であるにも係わらず、対象パターンがたまたまサブフィールド境界上に存在するというだけで分割されてしまうことを防ぐための方法である。しかし、拡散層上での接続数が最小となるようにサブフィールド分割を行うルールを設けることで、半導体デバイスの性能を向上することができる。
【００２８】
図６は比較のために示す従来技術におけるサブフィールド分割の説明図である。図６において、参照符号ＳＦＢはサブフィールド境界、Ｗはサブフィールド境界の幅、図１、図４、図５と同一参照符号は同一機能部分に対応する。従来のサブフィールドの大きさは通常は固定されている。そのため、サブフィールド分割が拡散層上のパターンでも十分に起こり得る。図６に示したゲートラインＧＬのように、比較的長いパターンがサブフィールド境界を跨いでいる場合などは、左右どちらのサブフィールドに当該パターンを取り込んでも、結局はこのゲートラインＧＬを分割しなければならないため、ファジー境界方式を採用するメリットはない。よって、通常はもともとのサブフィールド境界で分割することになる。これは、すなわち、拡散層上でパターン分割が起こることになり、露光後のパターンの接続部ＤＰが拡散層ＲＳ上に位置し、その結果半導体デバイスの特性劣化に繋がる。
【００２９】
図２は本発明の実施例２にかかるサブフィールド分割の説明図である。本実施例では、ゲートラインＧＬのパターンをサブフィールドに分割する時に、予め拡散層上のパターンとフィールド上のパターンを分離して把握しておく。そして、サブフィールド境界ＳＦＢをサブフィールド境界の幅Ｗの範囲内で、例えば矢印Ｘに示したように、拡散層ＰＳの領域から拡散層ＲＳの領域の外の領域ＮＲＳに位置するようにずらし、拡散層ＲＳ上おけるサブフィールド接続部ＤＰの数を最小となるようにする。
【００３０】
図３はファジー境界方式を採用したゲートラインのパターン露光の説明図であり、図３（ａ）はゲートラインのパターンをサブフィールドに分割した場合の相補分割マスク、図３（ｂ）はこの相補分割マスクを用いたウエーハ上の露光結果を示す。図３（ａ）に示したように、ゲートラインに対応するパターンの開口ＡＰは横方向に配置した複数のサブフィールドに分割される。この相補分割マスクを用いて露光することで、図３（ｂ）に示したように、接続部ＤＰ１，ＤＰ２，ＤＰ３で接続された一本のゲートラインＧＬが得られる。この接続部ＤＰ１，ＤＰ２，ＤＰ３は、サブフィールド分割時に考慮されており、拡散層ＲＳの領域ＲＳに位置するものが最小となっている。
【００３１】
実施例１では、サブフィールド内における相補分割時において拡散層上にあるパターン分割数を最小にするのに対し、実施例２は、サブフィールドの分割時に拡散層上にあるパターン分割数を最小にすることができ、前記したパターンの位置ずれ、パターン太り、パターン細りの起き易い接続部の数を、半導体デバイスの電気特性に特に大きく影響を与える領域である拡散層ＲＳ上で最小となり、半導体デバイスの性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるゲートラインの相補分割の実施例１を説明する模式図である。
【図２】本発明の実施例２にかかるサブフィールド分割の説明図である。
【図３】ファジー境界方式を採用したゲートラインのパターン露光の説明図である。
【図４】比較のために示す従来技術におけるゲートラインの相補パターン分割を説明する模式図である。
【図５】サブフィールドの接続部で生じるゲートラインの変形例の説明図である。
【図６】比較のために示す従来技術におけるサブフィールド分割の説明図である。
【図７】ＥＰＬの露光原理を説明する模式図である。
【図８】ステンシルマスクの構成例を説明する模式図である。
【図９】ＥＰＬ露光機における電子線光学系の概要を説明する模式図である。
【図１０】パターンをサブフィールドに分割するパターン分割例の説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
ＧＬ・・・ゲートライン、ＳＩ・・・シリコンウエーハ、ＲＳ・・・能動層（拡散層、成長層）の領域、ＮＲＳ・・・能動層（拡散層、成長層）以外の領域、ＩＦ・・・層間絶縁層、ＧＩ・・・ゲート絶縁層、ＤＰ１，ＤＰ２，ＤＰ3 ・・・接続部、ＳＦ・・・サブフィールド、ＳＦＢ・・・サブフィールド境界、Ｗ・・・サブフィールド境界の幅。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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