JP2001230175A - Pattern formation method and electron beam exposure system - Google Patents
Pattern formation method and electron beam exposure systemInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子又は半
導体集積回路等を製作するためのリソグラフィ技術に関
し、特に、電子線露光を用いたパターン形成方法、及び
直接描画方式の電子線露光装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithography technique for manufacturing a semiconductor device or a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a pattern forming method using electron beam exposure and an electron beam exposure apparatus of a direct drawing system.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、半導体素子又は半導体集積回路等
の製造においては、紫外線又は遠紫外線等を用いたフォ
トリソグラフィによりパターン形成が行なわれてきた。
しかし、半導体素子等の微細化に伴って、フォトリソグ
ラフィによるパターン形成は限界に近づいている。そこ
で、半導体素子等のさらなる微細化を実現するために、
フォトリソグラフィに代わって、電子線リソグラフィが
用いられるようになってきている。2. Description of the Related Art Conventionally, in the production of semiconductor elements or semiconductor integrated circuits, patterns have been formed by photolithography using ultraviolet rays or far ultraviolet rays.
However, with miniaturization of semiconductor elements and the like, pattern formation by photolithography is approaching its limit. Therefore, in order to realize further miniaturization of semiconductor elements, etc.,
Electron beam lithography has been used in place of photolithography.
【０００３】電子線リソグラフィは、従来、マスク製
造、又はＡＳＩＣ等のパターンの直接描画に用いられて
きている。電子線リソグラフィにおいては、今後のＵＬ
ＳＩの製造に対応するために、大幅なスループットの向
上が求められている。このため、電子線露光装置の高速
化、レジストの高感度化、或いは、ステンシルマスクを
用いた一括露光方式の開発等が急がれている。しかし、
現在のところ未だ十分なスループットは得られていな
い。[0003] Electron beam lithography has conventionally been used for mask fabrication or direct drawing of patterns such as ASICs. In electron beam lithography, the future UL
To cope with the manufacture of SI, a drastic improvement in throughput is required. For this reason, speeding up of an electron beam exposure apparatus, increasing the sensitivity of a resist, and developing a batch exposure method using a stencil mask are urgently required. But,
At present, sufficient throughput has not been obtained.
【０００４】例えば、前記の一括露光方式を用いた場合
においても、ウエハ１枚を露光するために必要な時間は
１０分程度になる。また、可変成形露光方式を用いなけ
ればならないようなランダムなパターンの描画を行なう
場合には、ウエハ１枚を露光するために必要な時間は通
常１時間以上になる。さらに、今後のウエハの大口径
化、又は半導体素子の微細化若しくは高集積化等に伴っ
て、ウエハ１枚を露光するために必要な時間は一層増加
すると考えられる。[0004] For example, even when the above-described batch exposure method is used, the time required for exposing one wafer is about 10 minutes. In addition, when a random pattern is drawn such that the variable shaping exposure method must be used, the time required for exposing one wafer is usually one hour or more. Further, it is considered that the time required for exposing one wafer is further increased as the diameter of the wafer becomes larger, or the semiconductor device becomes finer or highly integrated in the future.
【０００５】一方、電子線露光に用いられるレジスト材
料については高感度であることが要求されるために、電
子線露光においては酸発生剤を含む化学増幅型レジスト
が使用される。化学増幅型レジストからなるレジスト膜
は露光されると酸を発生する。また、露光されたレジス
ト膜に対して熱処理（以下、露光後熱処理と称する）を
行なうと、前記の酸がレジスト膜中を拡散しながら触媒
として作用するため、レジスト膜の露光部の現像液に対
する溶解性の変化が促進される。On the other hand, since a resist material used for electron beam exposure is required to have high sensitivity, a chemically amplified resist containing an acid generator is used for electron beam exposure. A resist film made of a chemically amplified resist generates an acid when exposed. When the exposed resist film is subjected to a heat treatment (hereinafter referred to as a post-exposure heat treatment), the acid acts as a catalyst while diffusing in the resist film, so that the exposed portion of the resist film is exposed to a developing solution. Changes in solubility are promoted.
【０００６】以上に説明したように、化学増幅型レジス
トを用いた電子線露光は、今後のＵＬＳＩの製造のため
に必要不可欠な技術である。As described above, electron beam exposure using a chemically amplified resist is an indispensable technique for the manufacture of ULSI in the future.
【０００７】ところで、通常、電子線露光においては、
半導体基板となるウエハ上に形成されたレジスト膜に対
してパターン露光を行なう前に、前記のレジスト膜と同
一のレジスト材料からなるテスト用レジスト膜に対して
予めテスト露光を行なうことにより、パターン露光に用
いる露光量（以下、最適露光量と称する）を求めてお
く。このとき、テスト露光に要する時間を低減するため
に、ウエハ全面に亘って露光を行なう代わりに、最適露
光量を求めるために必要な最低限の露光面積に対して露
光を行なう場合がある。[0007] Generally, in electron beam exposure,
Before performing pattern exposure on a resist film formed on a wafer serving as a semiconductor substrate, pattern exposure is performed by performing test exposure on a test resist film made of the same resist material as the aforementioned resist film in advance. (Hereinafter, referred to as an optimum exposure amount) to be used. At this time, in order to reduce the time required for the test exposure, the exposure may be performed on the minimum exposure area necessary for obtaining the optimum exposure amount, instead of performing the exposure over the entire surface of the wafer.
【０００８】従来のフォトリソグラフィにおいては、テ
スト露光により得られた最適露光量を用いてパターン露
光を行なうことによって、所望の寸法を有するパターン
を形成することができた。In conventional photolithography, a pattern having a desired dimension can be formed by performing pattern exposure using an optimum exposure amount obtained by test exposure.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電子線
リソグラフィにおいては、テスト露光により得られた最
適露光量を用いてパターン露光を行なった場合に、所望
の寸法を有するパターンを形成することが困難になると
いう問題がある。However, in electron beam lithography, it is difficult to form a pattern having desired dimensions when pattern exposure is performed using an optimum exposure amount obtained by test exposure. Problem.
【００１０】前記に鑑み、本発明は、電子線リソグラフ
ィにおいてパターンの寸法精度を向上させることを目的
とする。In view of the above, an object of the present invention is to improve the dimensional accuracy of a pattern in electron beam lithography.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本件発明者は、テスト露
光により得られた最適露光量の電子線をレジスト膜に照
射してパターン露光を行なったときにパターンの寸法精
度が劣化する原因について検討を行なった。以下、前記
の検討結果について説明する。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have studied the cause of deterioration of the dimensional accuracy of a pattern when pattern exposure is performed by irradiating a resist film with an electron beam having an optimum exposure amount obtained by test exposure. Was performed. Hereinafter, the results of the study will be described.
【００１２】レジスト材料として化学増幅型レジストを
用いる場合、露光によりレジスト膜中に生じた酸は、該
レジスト膜中に残存する溶媒を媒体として拡散するの
で、露光後熱処理のときに前記の酸が拡散する距離は、
レジスト膜中に残存する溶媒の量に依存して決まること
になる。When a chemically amplified resist is used as a resist material, the acid generated in the resist film by the exposure diffuses using the solvent remaining in the resist film as a medium, so that the above-mentioned acid is not heat-treated during the post-exposure heat treatment. The spreading distance is
It is determined depending on the amount of the solvent remaining in the resist film.
【００１３】従来のフォトリソグラフィにおいては、ウ
エハ１枚を露光するために必要な時間が短いと共に全て
の露光処理が大気中で行なわれるため、レジスト膜の形
成を終了してから露光後熱処理を開始するまでの間に、
言い換えると、パターン露光を行なっている間に、レジ
スト膜中から揮発する溶媒の量は無視することができ
る。このため、パターン露光に要する時間がテスト露光
に要する時間よりも長い場合にも、テスト露光によって
得られた最適露光量を用いてパターン露光を行なうこと
により、所望の寸法を有するレジストパターンを形成す
ることができる。In conventional photolithography, the time required for exposing one wafer is short, and all the exposure processing is performed in the air. Therefore, after the formation of the resist film, the post-exposure heat treatment is started. In the meantime,
In other words, the amount of the solvent that evaporates from the resist film during the pattern exposure can be ignored. Therefore, even when the time required for pattern exposure is longer than the time required for test exposure, pattern exposure is performed using the optimum exposure amount obtained by test exposure, thereby forming a resist pattern having desired dimensions. be able to.
【００１４】それに対して、電子線リソグラフィにおい
ては、ウエハ１枚を露光するために必要な時間が非常に
長いと共に露光処理が真空中で行なわれるため、パター
ン露光を行なっている間に、レジスト膜が真空中で乾燥
してレジスト膜中に残存する溶媒が減少するので、露光
によりレジスト膜中に生じた酸が拡散しにくくなる。す
なわち、化学増幅型レジストを用いた電子線露光におい
ては、パターンの寸法はレジスト膜が真空にさらされる
時間、つまりパターン露光に要する時間に依存して変化
する。このため、パターン露光に要する時間とテスト露
光に要する時間とが異なる場合には、パターン露光及び
テスト露光のそれぞれにおけるレジスト膜の乾燥状態つ
まりレジスト膜中に残存する溶媒の量が異なるので、テ
スト露光により得られた最適露光量を用いてパターン露
光を行なっても、所望の寸法を有するパターンを形成で
きない。On the other hand, in electron beam lithography, the time required for exposing one wafer is extremely long, and the exposure process is performed in a vacuum. Is dried in a vacuum to reduce the amount of solvent remaining in the resist film, so that the acid generated in the resist film due to exposure becomes difficult to diffuse. That is, in electron beam exposure using a chemically amplified resist, the dimension of the pattern changes depending on the time during which the resist film is exposed to vacuum, that is, the time required for pattern exposure. Therefore, if the time required for the pattern exposure and the time required for the test exposure are different, the dry state of the resist film in each of the pattern exposure and the test exposure, that is, the amount of the solvent remaining in the resist film is different. Even if pattern exposure is performed using the optimal exposure amount obtained by the above, a pattern having a desired dimension cannot be formed.
【００１５】特に、テスト露光を効率的に行なうため
に、テスト露光における露光面積を大幅に低減した場合
には、パターン露光に要する時間とテスト露光に要する
時間との差が拡大して、結果的にパターン露光時のレジ
スト膜の感度が、テスト露光時のレジスト膜の感度より
も低下してしまうので、パターンの寸法精度が大きく劣
化する。例えば、レジスト材料として化学増幅型ネガレ
ジストを用いる場合、所要時間３０分間のテスト露光に
より得られた最適露光量を用いて、所要時間３時間のパ
ターン露光を行なうことにより目標寸法０．１μｍのパ
ターンを形成しようとすると、実際に形成されるパター
ンの寸法は０．０８μｍ程度になり目標寸法よりも小さ
くなってしまう。In particular, when the exposure area in the test exposure is greatly reduced in order to efficiently perform the test exposure, the difference between the time required for the pattern exposure and the time required for the test exposure is increased, and as a result, Since the sensitivity of the resist film at the time of pattern exposure is lower than the sensitivity of the resist film at the time of test exposure, the dimensional accuracy of the pattern is greatly deteriorated. For example, when a chemically amplified negative resist is used as a resist material, a pattern having a target size of 0.1 μm is obtained by performing a pattern exposure for a required time of 3 hours using an optimum exposure amount obtained by a test exposure for a required time of 30 minutes. When the pattern is formed, the dimension of the pattern actually formed is about 0.08 μm, which is smaller than the target dimension.
【００１６】本発明は、前記の知見に基づいてなされた
ものであって、具体的には、本発明に係る第１のパター
ン形成方法は、半導体基板上にレジスト材料を塗布して
レジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、レジスト
膜に電子線を照射してパターン露光を行なう露光工程
と、パターン露光されたレジスト膜を現像してレジスト
パターンを形成するパターン形成工程とを備え、露光工
程において照射される電子線の露光量は、レジスト膜が
真空にさらされる時間とレジスト膜の感度との相関、及
び露光工程においてレジスト膜が真空にさらされる時間
の予測値に基づき決定される。The present invention has been made based on the above findings. More specifically, the first pattern forming method according to the present invention is to apply a resist material onto a semiconductor substrate to form a resist film. Forming a resist film forming step, an exposure step of irradiating the resist film with an electron beam to perform pattern exposure, and a pattern forming step of developing the pattern-exposed resist film to form a resist pattern; The exposure amount of the irradiated electron beam is determined based on the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film, and the predicted value of the time during which the resist film is exposed to vacuum in the exposure step.
【００１７】第１のパターン形成方法によると、レジス
ト膜が真空にさらされる時間とレジスト膜の感度との相
関、及び露光工程においてレジスト膜が真空にさらされ
る時間の予測値に基づき、露光工程において照射される
電子線の露光量が決定されるため、露光工程におけるレ
ジスト膜の感度の変動を予測して、該予測結果に対応し
た露光量を決定できるので、パターンの寸法精度を向上
させることができる。具体的には、レジスト材料として
化学増幅型レジストを用いる場合、露光工程においてレ
ジスト膜が真空にさらされてレジスト膜中から揮発する
溶媒が増大するため、露光によりレジスト膜中に生じる
酸の拡散長が減少してレジスト膜の感度が低下する一
方、該レジスト膜の感度の低下に対応してレジスト膜に
加える露光エネルギーを増大させることにより、レジス
ト膜中に生じる酸の量を増大させることができるため、
目標寸法通りのレジストパターンを形成することができ
る。According to the first pattern formation method, the exposure time in the exposure step is based on the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film, and the predicted value of the time during which the resist film is exposed to vacuum in the exposure step. Since the exposure amount of the irradiated electron beam is determined, it is possible to predict a change in the sensitivity of the resist film in the exposure step and determine the exposure amount corresponding to the prediction result, thereby improving the dimensional accuracy of the pattern. it can. Specifically, when a chemically amplified resist is used as a resist material, a solvent that is exposed to a vacuum in the exposure step increases the amount of a solvent that evaporates from the resist film, so that the diffusion length of an acid generated in the resist film by exposure is increased. Decreases, the sensitivity of the resist film decreases, and by increasing the exposure energy applied to the resist film in response to the decrease in the sensitivity of the resist film, the amount of acid generated in the resist film can be increased. For,
A resist pattern having the target dimensions can be formed.
【００１８】本発明に係る第２のパターン形成方法は、
半導体基板上にレジスト材料を塗布してレジスト膜を形
成するレジスト膜形成工程と、レジスト膜に電子線を照
射してパターン露光を行なう露光工程と、パターン露光
されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成す
るパターン形成工程とを備え、露光工程の前に、レジス
ト膜が真空にさらされる時間とレジスト膜の感度との相
関を求める相関算出工程と、レジスト膜と同一のレジス
ト材料からなるテスト用レジスト膜に対して電子線を照
射して露光を行なうことにより、露光工程において照射
される電子線の露光量を求める露光量算出工程と、相関
算出工程において求められた相関、露光量算出工程にお
いてテスト用レジスト膜が真空にさらされた時間、及び
露光工程においてレジスト膜が真空にさらされる時間の
予測値に基づき、露光量算出工程において求められた露
光量を補正する露光量補正工程とをさらに備え、露光工
程は、露光量補正工程において補正された露光量の電子
線を照射する工程を含む。A second pattern forming method according to the present invention comprises:
A resist film forming step of applying a resist material on a semiconductor substrate to form a resist film, an exposure step of irradiating the resist film with an electron beam to perform pattern exposure, and a resist pattern by developing the pattern-exposed resist film A correlation calculation step for determining the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film before the exposure step, and a test method comprising the same resist material as the resist film. By performing exposure by irradiating the resist film with an electron beam, in the exposure amount calculation step of calculating the exposure amount of the electron beam irradiated in the exposure step, the correlation calculated in the correlation calculation step, in the exposure amount calculation step Based on the estimated time the test resist film was exposed to vacuum and the time the resist film was exposed to vacuum during the exposure process, Further comprising an exposure amount correction step of correcting the exposure amount determined in light amount calculating step, the exposure step includes a step of irradiating an electron beam of the corrected exposure amount in the exposure amount correction step.
【００１９】第２のパターン形成方法によると、レジス
ト膜が真空にさらされる時間とレジスト膜の感度との相
関を求めた後、テスト用レジスト膜に対して電子線によ
る露光つまりテスト露光を行なうことにより、露光工程
において照射される電子線の露光量を求め、その後、レ
ジスト膜が真空にさらされる時間とレジスト膜の感度と
の相関、テスト用レジスト膜が真空中にさらされた時
間、及び露光工程においてレジスト膜が真空にさらされ
る時間の予測値に基づき、テスト露光により得られた露
光量を補正するため、露光工程におけるレジスト膜の感
度の変動を予測して、該予測結果に対応した露光量を正
確に決定できるので、パターンの寸法精度を確実に向上
させることができる。According to the second pattern forming method, after the correlation between the time during which the resist film is exposed to a vacuum and the sensitivity of the resist film is determined, the test resist film is exposed to an electron beam, that is, the test exposure is performed. The exposure amount of the electron beam irradiated in the exposure step is obtained, and thereafter, the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film, the time during which the test resist film is exposed to vacuum, and the exposure time In order to correct the exposure amount obtained by the test exposure based on the predicted value of the time during which the resist film is exposed to the vacuum in the process, a change in the sensitivity of the resist film in the exposure process is predicted, and the exposure corresponding to the predicted result is performed. Since the amount can be accurately determined, the dimensional accuracy of the pattern can be reliably improved.
【００２０】本発明に係る第３のパターン形成方法は、
半導体基板上にレジスト材料を塗布した後、該レジスト
材料に対して熱処理を行なってレジスト膜を形成するレ
ジスト膜形成工程と、レジスト膜に電子線を照射してパ
ターン露光を行なう露光工程と、パターン露光されたレ
ジスト膜を現像してレジストパターンを形成するパター
ン形成工程とを備え、熱処理の温度及び熱処理の時間の
うちのいずれか１つである熱処理条件は、レジスト膜が
真空にさらされる時間とレジスト膜の感度との相関、熱
処理条件とレジスト膜の感度との相関、及び露光工程に
おいてレジスト膜が真空にさらされる時間の予測値に基
づき決定される。A third pattern forming method according to the present invention comprises:
A resist film forming step of applying a resist material on a semiconductor substrate and then performing a heat treatment on the resist material to form a resist film; an exposure step of irradiating the resist film with an electron beam to perform pattern exposure; A pattern forming step of developing the exposed resist film to form a resist pattern, wherein the heat treatment condition, which is one of the heat treatment temperature and the heat treatment time, includes a time during which the resist film is exposed to a vacuum, It is determined based on the correlation with the sensitivity of the resist film, the correlation between the heat treatment conditions and the sensitivity of the resist film, and the predicted value of the time during which the resist film is exposed to vacuum in the exposure step.
【００２１】第３のパターン形成方法によると、レジス
ト膜が真空にさらされる時間とレジスト膜の感度との相
関、半導体基板上に塗布されたレジスト材料に対する熱
処理つまり塗布後熱処理の温度及び時間のうちのいずれ
か１つである熱処理条件とレジスト膜の感度との相関、
及び露光工程においてレジスト膜が真空にさらされる時
間の予測値に基づき、塗布後熱処理の熱処理条件が決定
されるため、露光工程におけるレジスト膜の感度の変動
を予測して、該予測結果に対応した塗布後熱処理の熱処
理条件を決定できるので、パターンの寸法精度を向上さ
せることができる。具体的には、レジスト材料として化
学増幅型レジストを用いる場合、露光工程においてレジ
スト膜が真空にさらされてレジスト膜中から揮発する溶
媒の量が増大する一方、塗布後熱処理の温度を下げるこ
とにより、或いは塗布後熱処理の時間を短くすることに
より、塗布後熱処理時にレジスト膜中から揮発する溶媒
の量を低減できるため、露光工程の終了後にレジスト膜
中に残存する溶媒の量を所定量に保持することができ
る。このため、露光によりレジスト膜中に生じる酸の拡
散長の減少を防止できるので、目標寸法通りのレジスト
パターンを形成することができる。According to the third pattern forming method, the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film, and the temperature and time of the heat treatment for the resist material applied on the semiconductor substrate, that is, the post-application heat treatment. The correlation between the heat treatment conditions and the sensitivity of the resist film,
And, based on the predicted value of the time the resist film is exposed to vacuum in the exposure step, since the heat treatment conditions of the post-coating heat treatment are determined, the change in the sensitivity of the resist film in the exposure step is predicted, and the prediction result is corresponded. Since the heat treatment conditions for the heat treatment after application can be determined, the dimensional accuracy of the pattern can be improved. Specifically, when a chemically amplified resist is used as a resist material, the amount of a solvent that evaporates from the resist film when the resist film is exposed to a vacuum in an exposure step increases, and the temperature of a post-application heat treatment is reduced. Alternatively, by shortening the post-coating heat treatment time, the amount of solvent volatilized from the resist film during the post-coating heat treatment can be reduced, so that the amount of solvent remaining in the resist film after the exposure step is maintained at a predetermined amount. can do. For this reason, a decrease in the diffusion length of the acid generated in the resist film due to the exposure can be prevented, so that a resist pattern having the target dimensions can be formed.
【００２２】本発明に係る第４のパターン形成方法は、
半導体基板上にレジスト材料を塗布した後、該レジスト
材料に対して熱処理を行なってレジスト膜を形成するレ
ジスト膜形成工程と、レジスト膜に電子線を照射してパ
ターン露光を行なう露光工程と、パターン露光されたレ
ジスト膜を現像してレジストパターンを形成するパター
ン形成工程とを備え、熱処理の温度及び熱処理の時間の
うちのいずれか１つである熱処理条件は、レジスト膜が
真空にさらされる時間とレジスト膜中から揮発する溶媒
の量との相関、熱処理条件とレジスト膜中から揮発する
溶媒の量との相関、及び露光工程においてレジスト膜が
真空にさらされる時間の予測値に基づき決定される。According to a fourth pattern forming method of the present invention,
A resist film forming step of applying a resist material on a semiconductor substrate and then performing a heat treatment on the resist material to form a resist film; an exposure step of irradiating the resist film with an electron beam to perform pattern exposure; A pattern forming step of developing the exposed resist film to form a resist pattern, wherein the heat treatment condition, which is one of the heat treatment temperature and the heat treatment time, includes a time during which the resist film is exposed to a vacuum, It is determined based on the correlation between the amount of the solvent volatilized from the resist film, the correlation between the heat treatment condition and the amount of the solvent volatilized from the resist film, and the predicted value of the time during which the resist film is exposed to vacuum in the exposure step.
【００２３】第４のパターン形成方法によると、レジス
ト膜が真空にさらされる時間とレジスト膜中から揮発す
る溶媒の量との相関、半導体基板上に塗布されたレジス
ト材料に対する熱処理つまり塗布後熱処理の温度及び時
間のうちのいずれか１つである熱処理条件とレジスト膜
中から揮発する溶媒の量との相関、及び露光工程におい
てレジスト膜が真空にさらされる時間の予測値に基づ
き、塗布後熱処理の熱処理条件が決定されるため、露光
工程においてレジスト膜中から揮発する溶媒の量を予測
して、該予測結果に対応した塗布後熱処理の熱処理条件
を決定できるので、パターンの寸法精度を向上させるこ
とができる。具体的には、レジスト材料として化学増幅
型レジストを用いる場合、露光工程においてレジスト膜
が真空にさらされてレジスト膜中から揮発する溶媒の量
が増大する一方、塗布後熱処理の温度を下げることによ
り、或いは塗布後熱処理の時間を短くすることにより、
塗布後熱処理時にレジスト膜中から揮発する溶媒の量を
低減できるため、露光工程の終了後にレジスト膜中に残
存する溶媒の量を所定量に保持することができる。この
ため、露光によりレジスト膜中に生じる酸の拡散長の減
少を防止できるので、目標寸法通りのレジストパターン
を形成することができる。According to the fourth pattern forming method, the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the amount of the solvent volatilized from the resist film, the heat treatment for the resist material applied on the semiconductor substrate, that is, the heat treatment after the application is performed. Based on the correlation between the heat treatment condition, which is one of the temperature and the time, and the amount of the solvent volatilized from the resist film, and the predicted value of the time during which the resist film is exposed to vacuum in the exposure step, the post-coating heat treatment is performed. Since the heat treatment conditions are determined, the amount of the solvent volatilized from the resist film in the exposure step can be predicted, and the heat treatment conditions of the post-application heat treatment corresponding to the predicted result can be determined, thereby improving the dimensional accuracy of the pattern. Can be. Specifically, when a chemically amplified resist is used as a resist material, the amount of a solvent that evaporates from the resist film when the resist film is exposed to a vacuum in an exposure step increases, and the temperature of a post-application heat treatment is reduced. Or, by shortening the time of heat treatment after coating,
Since the amount of the solvent volatilized from the resist film during the heat treatment after the application can be reduced, the amount of the solvent remaining in the resist film after the exposure step can be kept at a predetermined amount. For this reason, a decrease in the diffusion length of the acid generated in the resist film due to the exposure can be prevented, so that a resist pattern having the target dimensions can be formed.
【００２４】本発明に係る第５のパターン形成方法は、
半導体基板上にレジスト材料を塗布してレジスト膜を形
成するレジスト膜形成工程と、レジスト膜に電子線を照
射してパターン露光を行なう露光工程と、パターン露光
されたレジスト膜に対して熱処理を行なった後、該レジ
スト膜を現像してレジストパターンを形成するパターン
形成工程とを備え、熱処理の温度及び熱処理の時間のう
ちのいずれか１つである熱処理条件は、レジスト膜が真
空にさらされる時間とレジスト膜の感度との相関、熱処
理条件とレジスト膜の感度との相関、及び露光工程にお
いてレジスト膜が真空にさらされる時間の予測値又は実
測値に基づき決定される。According to a fifth pattern forming method of the present invention,
A resist film forming step of applying a resist material on a semiconductor substrate to form a resist film, an exposure step of irradiating the resist film with an electron beam to perform pattern exposure, and performing a heat treatment on the pattern-exposed resist film Forming a resist pattern by developing the resist film, wherein the heat treatment condition that is one of the heat treatment temperature and the heat treatment time is a time during which the resist film is exposed to vacuum. And the sensitivity of the resist film, the correlation between the heat treatment conditions and the sensitivity of the resist film, and the predicted or measured value of the time during which the resist film is exposed to vacuum in the exposure step.
【００２５】第５のパターン形成方法によると、レジス
ト膜が真空にさらされる時間とレジスト膜の感度との相
関、パターン露光されたレジスト膜に対する熱処理つま
り露光後熱処理の温度及び時間のうちのいずれか１つで
ある熱処理条件とレジスト膜の感度との相関、及び露光
工程においてレジスト膜が真空にさらされる時間の予測
値又は実測値に基づき、露光後熱処理の熱処理条件が決
定されるため、露光工程におけるレジスト膜の感度の変
動を予測して、該予測結果に対応した露光後熱処理の熱
処理条件を決定できるので、パターンの寸法精度を向上
させることができる。具体的には、レジスト材料として
化学増幅型レジストを用いる場合、露光工程においてレ
ジスト膜が真空にさらされてレジスト膜中から揮発する
溶媒の量が増大する一方、露光後熱処理の温度を上げる
ことによって、或いは露光後熱処理の時間を長くするこ
とによって、露光によりレジスト膜中に生じる酸の拡散
長を増大させることができるので、目標寸法通りのレジ
ストパターンを形成することができる。According to the fifth pattern forming method, one of the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film, and the temperature and time of the heat treatment for the pattern-exposed resist film, that is, the post-exposure heat treatment Since the heat treatment conditions for the post-exposure heat treatment are determined based on the correlation between the heat treatment condition, which is one of the factors, and the sensitivity of the resist film, and the predicted or measured value of the time during which the resist film is exposed to vacuum in the exposure process, Since the change in the sensitivity of the resist film in the above can be predicted and the heat treatment condition of the post-exposure heat treatment corresponding to the prediction result can be determined, the dimensional accuracy of the pattern can be improved. Specifically, when a chemically amplified resist is used as a resist material, the amount of a solvent volatilized from the resist film is increased by exposing the resist film to a vacuum in the exposure step, while increasing the temperature of the post-exposure heat treatment. Alternatively, by extending the time of the post-exposure heat treatment, the diffusion length of the acid generated in the resist film by the exposure can be increased, so that a resist pattern having the target dimensions can be formed.
【００２６】第１〜第５のパターン形成方法において、
露光工程においてレジスト膜が真空にさらされる時間の
予測値は、露光工程において照射される電子線の総ショ
ット数から換算された時間であることが好ましい。In the first to fifth pattern forming methods,
The predicted value of the time during which the resist film is exposed to the vacuum in the exposure step is preferably a time converted from the total number of shots of the electron beam irradiated in the exposure step.
【００２７】このようにすると、露光工程においてレジ
スト膜が真空にさらされる時間の予測値を簡単に求める
ことができる。This makes it possible to easily obtain a predicted value of the time during which the resist film is exposed to a vacuum in the exposure step.
【００２８】第１〜第５のパターン形成方法において、
露光工程においてレジスト膜が真空にさらされる時間の
予測値は、露光工程において照射される電子線の総ショ
ット数から換算された時間と、露光工程においてパター
ン露光を開始する前にレジスト膜が真空にさらされる時
間、又は露光工程において照射される電子線の校正に要
する時間との和であることが好ましい。In the first to fifth pattern forming methods,
The predicted value of the time during which the resist film is exposed to the vacuum in the exposure step is a time calculated from the total number of shots of the electron beam irradiated in the exposure step, and the time before the pattern exposure is started in the exposure step. It is preferably the sum of the exposure time or the time required for calibrating the electron beam irradiated in the exposure step.
【００２９】このようにすると、露光工程においてレジ
スト膜が真空にさらされる時間の予測値を正確に求める
ことができる。In this manner, a predicted value of the time during which the resist film is exposed to a vacuum in the exposure step can be accurately obtained.
【００３０】本発明に係る第１の電子線露光装置は、半
導体基板上に形成されたレジスト膜に電子線を照射して
パターン露光を行なう電子線露光装置を前提とし、パタ
ーン露光を行なうときに照射される電子線の露光量は、
レジスト膜が真空にさらされる時間とレジスト膜の感度
との相関、及びパターン露光されるレジスト膜が真空に
さらされる時間の予測値に基づき決定される。A first electron beam exposure apparatus according to the present invention is based on an electron beam exposure apparatus that performs pattern exposure by irradiating a resist film formed on a semiconductor substrate with an electron beam. The exposure amount of the irradiated electron beam is
It is determined based on the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film, and the predicted value of the time during which the resist film subjected to pattern exposure is subjected to vacuum.
【００３１】第１の電子線露光装置によると、レジスト
膜が真空にさらされる時間とレジスト膜の感度との相
関、及びパターン露光されるレジスト膜が真空にさらさ
れる時間の予測値に基づき、パターン露光を行なうとき
に照射される電子線の露光量が決定されるため、パター
ン露光されるレジスト膜の感度の変動を予測して、該予
測結果に対応した露光量を決定できるので、パターンの
寸法精度を向上させることができる。According to the first electron beam exposure apparatus, the pattern exposure time is determined based on the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film, and the predicted value of the time during which the resist film to be pattern-exposed is exposed to vacuum. Since the amount of exposure of the electron beam to be irradiated at the time of exposure is determined, it is possible to predict a variation in the sensitivity of a resist film to be subjected to pattern exposure and determine the amount of exposure corresponding to the prediction result. Accuracy can be improved.
【００３２】第１の電子線露光装置において、パターン
露光されるレジスト膜が真空にさらされる時間の予測値
は、パターン露光を行なうときに照射される電子線の総
ショット数から換算された時間であることが好ましい。In the first electron beam exposure apparatus, the predicted value of the time during which the resist film to be subjected to pattern exposure is exposed to a vacuum is a time converted from the total number of shots of the electron beam irradiated during pattern exposure. Preferably, there is.
【００３３】このようにすると、パターン露光されるレ
ジスト膜が真空にさらされる時間の予測値を簡単に求め
ることができる。This makes it possible to easily obtain a predicted value of the time during which the resist film subjected to pattern exposure is exposed to vacuum.
【００３４】第１の電子線露光装置において、パターン
露光されるレジスト膜が真空にさらされる時間の予測値
は、パターン露光を行なうときに照射される電子線の総
ショット数から換算された時間と、パターン露光を開始
する前にレジスト膜が真空にさらされる時間、又はパタ
ーン露光を行なうときに照射される電子線の校正に要す
る時間との和であることが好ましい。In the first electron beam exposure apparatus, the predicted value of the time during which the resist film to be subjected to pattern exposure is exposed to a vacuum is determined by the time converted from the total number of shots of the electron beam irradiated at the time of performing pattern exposure. It is preferably the sum of the time required for exposing the resist film to vacuum before starting the pattern exposure or the time required for calibrating the electron beam irradiated when performing the pattern exposure.
【００３５】このようにすると、パターン露光されるレ
ジスト膜が真空にさらされる時間の予測値を正確に求め
ることができる。In this manner, the predicted value of the time during which the resist film subjected to pattern exposure is exposed to vacuum can be accurately obtained.
【００３６】本発明に係る第２の電子線露光装置は、半
導体基板に対して電子線により露光処理を行なう露光手
段と、露光処理された半導体基板に対して熱処理を行な
う加熱手段とを備え、加熱手段が行なう熱処理の温度
は、露光手段が行なう露光処理の時間に基づき決定され
る。A second electron beam exposure apparatus according to the present invention includes an exposure unit for performing an exposure process on a semiconductor substrate with an electron beam, and a heating unit for performing a heat treatment on the exposed semiconductor substrate. The temperature of the heat treatment performed by the heating means is determined based on the time of the exposure processing performed by the exposure means.
【００３７】第２の電子線露光装置によると、加熱手段
が行なう熱処理の温度が、露光手段が行なう露光処理に
要する時間に基づき決定されるため、例えば、半導体基
板上に形成されたレジスト膜の感度が露光処理中に変動
する場合にも、該変動に対応した熱処理つまり露光後熱
処理の温度を決定できるので、パターンの寸法精度を向
上させることができる。According to the second electron beam exposure apparatus, since the temperature of the heat treatment performed by the heating means is determined based on the time required for the exposure processing performed by the exposure means, for example, the temperature of the resist film formed on the semiconductor substrate is reduced. Even when the sensitivity varies during the exposure process, the temperature of the heat treatment corresponding to the variation, that is, the temperature of the post-exposure heat treatment can be determined, so that the dimensional accuracy of the pattern can be improved.
【００３８】[0038]
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態に係るパタ−ン形成方法について図面
を参照しながら説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) Hereinafter, a pattern forming method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００３９】第１の実施形態においては、半導体基板上
に形成されたレジスト膜に電子線を照射してパターン露
光を行なう前に、レジスト膜が真空にさらされる時間と
レジスト膜の感度との相関を予め求めておく。In the first embodiment, the correlation between the time during which the resist film is exposed to a vacuum and the sensitivity of the resist film before pattern exposure is performed by irradiating the resist film formed on the semiconductor substrate with an electron beam. Is obtained in advance.
【００４０】まず、テスト用半導体基板上にパターン露
光されるレジスト膜と同一のレジスト材料からなるテス
ト用レジスト膜を形成する。具体的には、テスト用半導
体基板上に化学増幅型ネガレジストを膜厚０．５μｍ塗
布した後、１００℃の熱処理（以下、塗布後熱処理と称
する）を１２０秒間行なってテスト用レジスト膜を形成
する。First, a test resist film made of the same resist material as the resist film to be pattern-exposed is formed on a test semiconductor substrate. Specifically, after a 0.5 μm-thick chemically amplified negative resist is applied on a test semiconductor substrate, a heat treatment at 100 ° C. (hereinafter referred to as “post-application heat treatment”) is performed for 120 seconds to form a test resist film. I do.
【００４１】次に、電子線直接描画装置を用いて、テス
ト用半導体基板上に形成されたテスト用レジスト膜に露
光量を変化させながら電子線を照射して露光を行なった
後、１１０℃の熱処理（以下、露光後熱処理と称する）
を１２０秒間行ない、その後、テスト用レジスト膜に対
して現像処理を行なって、テスト用レジスト膜の露光部
からなるレジストパターン、例えば寸法０．１μｍのラ
インアンドスペースパターンを形成する。Next, the test resist film formed on the test semiconductor substrate was exposed to an electron beam while changing the exposure amount using an electron beam direct writing apparatus, and then exposed at 110 ° C. Heat treatment (hereinafter referred to as post-exposure heat treatment)
Is performed for 120 seconds, and then a development process is performed on the test resist film to form a resist pattern including exposed portions of the test resist film, for example, a line and space pattern having a size of 0.1 μm.
【００４２】第１の実施形態においては、以上に説明し
た工程を、複数のテスト用半導体基板上にそれぞれ形成
されたテスト用レジスト膜について、塗布後熱処理を終
了してから電子線露光を開始するまでの間にテスト用レ
ジスト膜が真空にさらされる時間を変化させながら行な
う。これにより、真空にさらされた時間がそれぞれ異な
る、つまり乾燥状態がそれぞれ異なる複数のテスト用レ
ジスト膜に対して同一条件下で露光、露光後熱処理及び
現像処理を行なって、レジストパターンを形成できるの
で、該レジストパターンの寸法に基づき、レジスト膜が
真空にさらされる時間とレジスト膜の感度との相関を求
めることができる。In the first embodiment, the electron beam exposure is started after the post-application heat treatment is completed for the test resist films formed on the plurality of test semiconductor substrates in the steps described above. The test is performed while changing the time during which the test resist film is exposed to vacuum. This makes it possible to form a resist pattern by performing exposure, post-exposure bake, and development processing on a plurality of test resist films having different drying times, that is, different dry states, under the same conditions. Based on the size of the resist pattern, the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film can be obtained.
【００４３】図１は、レジスト膜が真空にさらされる時
間とレジスト膜の感度との相関の一例を示している。
尚、図１において、縦軸に示すレジスト膜の感度は、レ
ジスト膜が真空にさらされる時間が０時間のときのレジ
スト膜の感度が１になるように規格化されている。図１
に示すように、レジスト膜が真空にさらされる時間が長
くなるに従って、レジスト膜は低感度化している（縦軸
の数値が大きい程、レジスト膜を感光させるために必要
な露光量が大きくなる）。FIG. 1 shows an example of the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film.
In FIG. 1, the sensitivity of the resist film shown on the vertical axis is standardized so that the sensitivity of the resist film when the time during which the resist film is exposed to vacuum is 0 hour is 1. FIG.
As shown in (2), the longer the time the resist film is exposed to vacuum, the lower the sensitivity of the resist film (the larger the value on the vertical axis, the larger the exposure required to expose the resist film). .
【００４４】続いて、テスト用半導体基板上にパターン
露光されるレジスト膜と同一のレジスト材料からなるテ
スト用レジスト膜を形成した後、該テスト用レジスト膜
に電子線を照射してテスト露光を行なうことにより、パ
ターン露光に用いる適正露光量つまり仮の最適露光量を
求める。具体的には、テスト露光により得られた適正露
光量は１５μＣ／ｃｍ2 であり、テスト露光中にテスト
用レジスト膜が真空にさらされた時間は３０分であっ
た。一方、パターン露光されるレジスト膜が真空にさら
される時間は、パターン露光を行なうときに照射される
電子線の総ショット数から換算して、３．５時間と予測
された。Subsequently, after forming a test resist film made of the same resist material as the resist film to be pattern-exposed on the test semiconductor substrate, test exposure is performed by irradiating the test resist film with an electron beam. Thus, an appropriate exposure amount used for pattern exposure, that is, a temporary optimum exposure amount is obtained. Specifically, the proper exposure amount obtained by the test exposure was 15 μC / cm 2 , and the time during which the test resist film was exposed to the vacuum during the test exposure was 30 minutes. On the other hand, the time during which the resist film subjected to pattern exposure was exposed to vacuum was predicted to be 3.5 hours, as calculated from the total number of shots of the electron beam irradiated during pattern exposure.
【００４５】次に、レジスト膜が真空にさらされる時間
とレジスト膜の感度との相関（図１参照）、テスト露光
中にテスト用レジスト膜が真空にさらされた時間、及び
パターン露光されるレジスト膜が真空にさらされる時間
の予測値に基づき、テスト露光により得られた適正露光
量を補正して、パターン露光に用いる最適露光量を決定
する。具体的には、図１に示すように、レジスト膜が真
空にさらされる時間が３０分（テスト露光中にテスト用
レジスト膜が真空にさらされた時間）の場合のレジスト
膜の感度が１．０１である一方、レジスト膜が真空にさ
らされる時間が３．５時間（パターン露光されるレジス
ト膜が真空にさらされる時間の予測値）の場合のレジス
ト膜の感度が１．０９であるので、テスト露光時のレジ
スト膜の感度とパターン露光時のレジスト膜の感度との
比は１．０８になる。そこで、テスト露光により得られ
た適正露光量１５μＣ／ｃｍ2 を１．０８倍して、パタ
ーン露光に用いる最適露光量を１６．２μＣ／ｃｍ2 と
決定した。Next, the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film (see FIG. 1), the time during which the test resist film is exposed to vacuum during the test exposure, and the time during which the resist is subjected to pattern exposure Based on the predicted value of the time that the film is exposed to the vacuum, the appropriate exposure obtained by the test exposure is corrected to determine the optimal exposure used for pattern exposure. More specifically, as shown in FIG. 1, the sensitivity of the resist film when the resist film is exposed to vacuum for 30 minutes (time when the test resist film is exposed to vacuum during test exposure) is 1. 01, while the sensitivity of the resist film when the time for which the resist film is exposed to vacuum is 3.5 hours (the predicted value of the time for which the resist film to be pattern-exposed is exposed to vacuum) is 1.09, The ratio of the sensitivity of the resist film during the test exposure to the sensitivity of the resist film during the pattern exposure is 1.08. Therefore, by the proper exposure amount 15 .mu.C / cm 2 obtained by the test exposure 1.08, the optimum dose for use in the pattern exposure was determined 16.2μC / cm 2.
【００４６】すなわち、第１の実施形態で用いられる電
子線直接描画装置つまり電子線露光装置においては、パ
ターン露光に用いる最適露光量は、レジスト膜が真空に
さらされる時間とレジスト膜の感度との相関、及びパタ
ーン露光されるレジスト膜が真空にさらされる時間の予
測値に基づき決定される。That is, in the electron beam direct writing apparatus used in the first embodiment, that is, the electron beam exposure apparatus, the optimum exposure amount used for pattern exposure is determined by the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film. The correlation is determined based on the predicted value of the time that the resist film to be pattern-exposed is exposed to a vacuum.
【００４７】以下の工程については、図２（ａ）〜
（ｄ）を参照しながら説明する。The following steps are described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG.
【００４８】まず、図２（ａ）に示すように、半導体基
板１上にレジスト材料、例えば化学増幅型ネガレジスト
を膜厚０．３μｍ塗布した後、該レジスト材料に対して
第１の加熱手段１１により１００℃の塗布後熱処理を１
２０秒間行なってレジスト膜２を形成する。First, as shown in FIG. 2A, a resist material, for example, a chemically amplified negative resist having a thickness of 0.3 μm is applied on the semiconductor substrate 1, and then the resist material is subjected to a first heating means. The heat treatment after application at 100 ° C. is
This is performed for 20 seconds to form a resist film 2.
【００４９】次に、電子線直接描画装置（図示省略）を
用いて、図２（ｂ）に示すように、半導体基板１上に形
成されたレジスト膜２に最適露光量つまり１６．２μＣ
／ｃｍ2 の露光量の電子線３を照射してパターン露光を
行なう。Next, as shown in FIG. 2B, the resist film 2 formed on the semiconductor substrate 1 is subjected to an optimal exposure amount, that is, 16.2 μC, using an electron beam direct writing apparatus (not shown).
A pattern exposure is performed by irradiating an electron beam 3 with an exposure amount of / cm 2 .
【００５０】次に、図２（ｃ）に示すように、レジスト
膜２に対して第２の加熱手段１２により１１０℃の露光
後熱処理を１２０秒間行なった後、レジスト膜２に対し
て現像処理を行なって、図２（ｄ）に示すように、レジ
スト膜２の露光部からなるレジストパターン４、例えば
寸法０．１μｍのラインアンドスペースパターンを形成
する。Next, as shown in FIG. 2C, after the resist film 2 is subjected to a post-exposure bake at 110 ° C. for 120 seconds by the second heating means 12, the resist film 2 is developed. Then, as shown in FIG. 2D, a resist pattern 4 composed of exposed portions of the resist film 2, for example, a line and space pattern having a dimension of 0.1 μm is formed.
【００５１】第１の実施形態によると、レジスト膜が真
空にさらされる時間とレジスト膜の感度との相関を求め
た後、テスト用レジスト膜に対して電子線によるテスト
露光を行なうことにより、パターン露光に用いる適正露
光量を求め、その後、レジスト膜が真空にさらされる時
間とレジスト膜の感度との相関、テスト露光中にテスト
用レジスト膜が真空にさらされた時間、及びパターン露
光されるレジスト膜が真空にさらされる時間の予測値に
基づき、テスト露光により得られた適正露光量を補正し
て、パターン露光に用いる最適露光量を決定するため、
パターン露光時のレジスト膜の感度の変動を予測して、
該予測結果に対応した最適露光量を正確に決定できるの
で、パターンの寸法精度を確実に向上させることができ
る。具体的には、レジスト材料として化学増幅型レジス
トを用いる場合、パターン露光時にレジスト膜が真空に
さらされてレジスト膜中から揮発する溶媒が増大するた
め、露光によりレジスト膜中に生じる酸の拡散長が減少
してレジスト膜の感度が低下する一方、該レジスト膜の
感度の低下に対応してレジスト膜に加える露光エネルギ
ーを増大させることにより、レジスト膜中に生じる酸の
量を増大させることができるため、目標寸法通りのレジ
ストパターンを形成することができる。According to the first embodiment, after the correlation between the time during which the resist film is exposed to a vacuum and the sensitivity of the resist film is determined, the test resist film is subjected to a test exposure using an electron beam to obtain a pattern. Determine the proper exposure dose to be used for exposure, then correlate the time the resist film is exposed to vacuum with the sensitivity of the resist film, the time the test resist film is exposed to vacuum during test exposure, and the Based on the predicted value of the time the film is exposed to the vacuum, to correct the appropriate exposure obtained by the test exposure, to determine the optimal exposure used for pattern exposure,
Predict fluctuations in the sensitivity of the resist film during pattern exposure,
Since the optimum exposure amount corresponding to the prediction result can be accurately determined, the dimensional accuracy of the pattern can be reliably improved. Specifically, when a chemically amplified resist is used as a resist material, the solvent that is exposed to vacuum during pattern exposure increases the amount of solvent that evaporates from the resist film. Decreases, the sensitivity of the resist film decreases, and by increasing the exposure energy applied to the resist film in response to the decrease in the sensitivity of the resist film, the amount of acid generated in the resist film can be increased. Therefore, a resist pattern having the target dimensions can be formed.
【００５２】それに対して、テスト露光により得られた
適正露光量を補正せずにパターン形成を行なった場合
（第１の比較例）、図３に示すように、半導体基板１上
には、目標寸法（破線参照）よりも小さいレジストパタ
ーン５が形成されて、パターンの寸法精度が劣化する。On the other hand, when a pattern is formed without correcting the proper exposure amount obtained by the test exposure (first comparative example), as shown in FIG. A resist pattern 5 smaller than the dimension (see the broken line) is formed, and the dimensional accuracy of the pattern deteriorates.
【００５３】尚、第１の実施形態において、パターン露
光されるレジスト膜が真空にさらされる時間の予測値と
して、パターン露光を行なうときに照射される電子線の
総ショット数から換算された時間を用いたが、これに代
えて、パターン露光を行なうときに照射される電子線の
総ショット数から換算された時間と、パターン露光を開
始する前にレジスト膜が真空にさらされる時間、又はパ
ターン露光を行なうときに照射される電子線の校正に要
する時間（電子線露光装置の調整に要する時間）との和
を用いてもよい。このようにすると、パターン露光に用
いる最適露光量をより正確に決定することができる。In the first embodiment, the time converted from the total number of shots of the electron beam irradiated during pattern exposure is used as the predicted value of the time during which the resist film subjected to pattern exposure is exposed to vacuum. Instead of this, the time converted from the total number of shots of the electron beam irradiated when performing pattern exposure, the time during which the resist film is exposed to vacuum before starting pattern exposure, or the pattern exposure May be used as the sum of the time required to calibrate the electron beam irradiated when performing (the time required to adjust the electron beam exposure apparatus). This makes it possible to more accurately determine the optimum exposure amount used for pattern exposure.
【００５４】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態に係るパタ−ン形成方法について図面を参照し
ながら説明する。(Second Embodiment) Hereinafter, a pattern forming method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００５５】第２の実施形態においては、半導体基板上
に形成されたレジスト膜に電子線を照射してパターン露
光を行なう前に、レジスト膜が真空にさらされる時間と
レジスト膜の感度との相関、及びレジスト材料の塗布後
に行なわれる熱処理（以下、塗布後熱処理と称する）の
温度とレジスト膜の感度との相関を予め求めておく。In the second embodiment, the correlation between the time during which the resist film is exposed to a vacuum and the sensitivity of the resist film before pattern exposure is performed by irradiating the resist film formed on the semiconductor substrate with an electron beam. In addition, a correlation between the temperature of the heat treatment performed after the application of the resist material (hereinafter, referred to as post-application heat treatment) and the sensitivity of the resist film is obtained in advance.
【００５６】まず、テスト用半導体基板上にパターン露
光されるレジスト膜と同一のレジスト材料からなるテス
ト用レジスト膜を形成する。具体的には、テスト用半導
体基板上に化学増幅型ネガレジストを膜厚０．５μｍ塗
布した後、１００℃の塗布後熱処理を１２０秒間行なっ
てテスト用レジスト膜を形成する。First, a test resist film made of the same resist material as the resist film to be pattern-exposed is formed on a test semiconductor substrate. Specifically, a 0.5 μm-thick chemically amplified negative resist is applied on a test semiconductor substrate, and then heat treatment is performed at 100 ° C. for 120 seconds to form a test resist film.
【００５７】次に、電子線直接描画装置を用いて、テス
ト用半導体基板上に形成されたテスト用レジスト膜に露
光量を変化させながら電子線を照射して露光を行なった
後、１１０℃の熱処理（以下、露光後熱処理と称する）
を１２０秒間行ない、その後、テスト用レジスト膜に対
して現像処理を行なって、テスト用レジスト膜の露光部
からなるレジストパターン、例えば寸法０．１μｍのラ
インアンドスペースパターンを形成する。Next, the test resist film formed on the test semiconductor substrate was exposed to an electron beam while changing the exposure amount using an electron beam direct writing apparatus, and then exposed at 110 ° C. Heat treatment (hereinafter referred to as post-exposure heat treatment)
Is performed for 120 seconds, and then a development process is performed on the test resist film to form a resist pattern including exposed portions of the test resist film, for example, a line and space pattern having a size of 0.1 μm.
【００５８】第２の実施形態においては、以上に説明し
た工程を、複数のテスト用半導体基板上にそれぞれ形成
されたテスト用レジスト膜について、塗布後熱処理を終
了してから電子線露光を開始するまでの間にテスト用レ
ジスト膜が真空にさらされる時間を変化させながら行な
う。これにより、真空にさらされた時間がそれぞれ異な
る、つまり乾燥状態がそれぞれ異なる複数のテスト用レ
ジスト膜に対して同一条件下で露光、露光後熱処理及び
現像処理を行なって、レジストパターンを形成できるの
で、該レジストパターンの寸法に基づき、レジスト膜が
真空にさらされる時間とレジスト膜の感度との相関を求
めることができる。In the second embodiment, the electron beam exposure is started after the above-described steps are performed on the test resist films formed on the plurality of test semiconductor substrates, after the post-application heat treatment is completed. The test is performed while changing the time during which the test resist film is exposed to vacuum. This makes it possible to form a resist pattern by performing exposure, post-exposure bake, and development processing on a plurality of test resist films having different drying times, that is, different dry states, under the same conditions. Based on the size of the resist pattern, the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film can be obtained.
【００５９】図４は、レジスト膜が真空にさらされる時
間とレジスト膜の感度との相関の一例を示している。
尚、図４において、縦軸に示すレジスト膜の感度はレジ
ストパターンの寸法により表されている。すなわち、レ
ジスト材料としてネガレジストを用いる場合、レジスト
膜の感度が高くなるに伴ってレジストパターンの寸法が
大きくなる。図４に示すように、レジスト膜が真空にさ
らされる時間が長くなるに従って、レジスト膜は低感度
化している。FIG. 4 shows an example of the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film.
In FIG. 4, the sensitivity of the resist film shown on the vertical axis is represented by the size of the resist pattern. That is, when a negative resist is used as the resist material, the dimension of the resist pattern increases as the sensitivity of the resist film increases. As shown in FIG. 4, the sensitivity of the resist film decreases as the time during which the resist film is exposed to vacuum increases.
【００６０】また、第２の実施形態においては、前記の
工程を、複数のテスト用半導体基板上にそれぞれ塗布さ
れたレジスト材料について、塗布後熱処理の温度を変化
させながら行なう。これにより、塗布後熱処理の温度が
それぞれ異なる、つまり乾燥状態がそれぞれ異なる複数
のテスト用レジスト膜に対して同一条件下で露光、露光
後熱処理及び現像処理を行なって、レジストパターンを
形成できるので、該レジストパターンの寸法に基づき、
塗布後熱処理の温度とレジスト膜の感度との相関を求め
ることができる。In the second embodiment, the above-described steps are performed on the resist material applied on each of the plurality of test semiconductor substrates while changing the temperature of the post-application heat treatment. Thereby, the temperature of the post-application heat treatment is different, that is, the exposure, the post-exposure heat treatment and the development process are performed on a plurality of test resist films having different dry states under the same conditions, so that a resist pattern can be formed. Based on the dimensions of the resist pattern,
The correlation between the temperature of the heat treatment after application and the sensitivity of the resist film can be obtained.
【００６１】図５は、塗布後熱処理の温度とレジスト膜
の感度との相関の一例を示している。尚、図５におい
て、縦軸に示すレジスト膜の感度はレジストパターンの
寸法により表されている。図５に示すように、塗布後熱
処理の温度が高くなるに従って、レジスト膜は低感度化
している。FIG. 5 shows an example of the correlation between the post-coating heat treatment temperature and the sensitivity of the resist film. In FIG. 5, the sensitivity of the resist film shown on the vertical axis is represented by the dimensions of the resist pattern. As shown in FIG. 5, as the temperature of the post-application heat treatment increases, the sensitivity of the resist film decreases.
【００６２】続いて、テスト用半導体基板上にパターン
露光されるレジスト膜と同一のレジスト材料からなるテ
スト用レジスト膜を形成した後、該テスト用レジスト膜
に電子線を照射してテスト露光を行なうことにより、パ
ターン露光に用いる適正露光量等の適正露光条件を求め
る。このとき、テスト露光中にテスト用レジスト膜が真
空にさらされた時間は３０分であった。一方、パターン
露光されるレジスト膜が真空にさらされる時間は、パタ
ーン露光を行なうときに照射される電子線の総ショット
数から換算して、４．５時間と予測された。Subsequently, after forming a test resist film made of the same resist material as the resist film to be pattern-exposed on the test semiconductor substrate, test exposure is performed by irradiating the test resist film with an electron beam. Thus, an appropriate exposure condition such as an appropriate exposure amount used for pattern exposure is obtained. At this time, the time during which the test resist film was exposed to vacuum during the test exposure was 30 minutes. On the other hand, the time during which the resist film subjected to pattern exposure was exposed to vacuum was predicted to be 4.5 hours, as calculated from the total number of shots of the electron beam irradiated during pattern exposure.
【００６３】次に、レジスト膜が真空にさらされる時間
とレジスト膜の感度との相関（図４参照）、塗布後熱処
理の温度とレジスト膜の感度との相関（図５参照）、及
びパターン露光されるレジスト膜が真空にさらされる時
間の予測値に基づき、塗布後熱処理の温度を決定する。
具体的には、図４に示すように、レジスト膜が真空にさ
らされる時間が４．５時間（パターン露光されるレジス
ト膜が真空にさらされる時間の予測値）の場合のレジス
トパターンの寸法は、レジスト膜が真空にさらされる時
間が３０分（テスト露光中にテスト用レジスト膜が真空
にさらされた時間）の場合のレジストパターンの寸法に
比べて９ｎｍ小さくなる。そこで、図５に示す、塗布後
熱処理の温度とレジスト膜の感度との相関に基づき、レ
ジストパターンの寸法が９ｎｍ太くなるように、塗布後
熱処理の温度を所定値１００℃から５℃下げて９５℃と
決定した。Next, the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film (see FIG. 4), the correlation between the temperature of post-coating heat treatment and the sensitivity of the resist film (see FIG. 5), and the pattern exposure The temperature of the post-application heat treatment is determined based on the predicted value of the time during which the resist film to be exposed is subjected to vacuum.
Specifically, as shown in FIG. 4, when the resist film is exposed to a vacuum for 4.5 hours (expected value of the time for which the resist film subjected to pattern exposure is exposed to a vacuum), the dimension of the resist pattern is as follows. The size of the resist pattern is 9 nm smaller than the size when the time during which the resist film is exposed to vacuum is 30 minutes (the time during which the test resist film is exposed to vacuum during test exposure). Then, based on the correlation between the temperature of the post-application heat treatment and the sensitivity of the resist film shown in FIG. 5, the temperature of the post-application heat treatment is reduced by 5 ° C. from a predetermined value of 100 ° C. so that the size of the resist pattern becomes 9 nm thicker. ° C.
【００６４】以下の工程については、図２（ａ）〜
（ｄ）を参照しながら説明する。The following steps are described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG.
【００６５】まず、図２（ａ）に示すように、半導体基
板１上にレジスト材料、例えば化学増幅型ネガレジスト
を膜厚０．３μｍ塗布した後、該レジスト材料に対して
第１の加熱手段１１により９５℃の塗布後熱処理を１２
０秒間行なってレジスト膜２を形成する。First, as shown in FIG. 2A, a resist material, for example, a chemically amplified negative resist having a thickness of 0.3 μm is applied on the semiconductor substrate 1 and then the resist material is subjected to a first heating means. The heat treatment after application at 95 ° C.
The process is performed for 0 second to form a resist film 2.
【００６６】次に、電子線直接描画装置（図示省略）を
用いて、図２（ｂ）に示すように、半導体基板１上に形
成されたレジスト膜２に、テスト露光により得られた適
正露光条件に従って電子線３を照射してパターン露光を
行なう。Next, as shown in FIG. 2B, the resist film 2 formed on the semiconductor substrate 1 was exposed to a proper exposure light obtained by test exposure using an electron beam direct writing apparatus (not shown). The pattern exposure is performed by irradiating the electron beam 3 according to the conditions.
【００６７】次に、図２（ｃ）に示すように、レジスト
膜２に対して第２の加熱手段１２により１１０℃の露光
後熱処理を１２０秒間行なった後、レジスト膜２に対し
て現像処理を行なって、図２（ｄ）に示すように、レジ
スト膜２の露光部からなるレジストパターン４、例えば
寸法０．１μｍのラインアンドスペースパターンを形成
する。Next, as shown in FIG. 2C, the resist film 2 is subjected to a post-exposure bake at 110 ° C. for 120 seconds by the second heating means 12, and then the resist film 2 is developed. Then, as shown in FIG. 2D, a resist pattern 4 composed of exposed portions of the resist film 2, for example, a line and space pattern having a dimension of 0.1 μm is formed.
【００６８】第２の実施形態によると、レジスト膜が真
空にさらされる時間とレジスト膜の感度との相関、及び
塗布後熱処理の温度とレジスト膜の感度との相関を求め
た後、各相関及びパターン露光されるレジスト膜が真空
にさらされる時間の予測値に基づき、塗布後熱処理の温
度を決定するため、パターン露光時のレジスト膜の感度
の変動を予測して、該予測結果に対応した塗布後熱処理
の温度を決定できるので、パターンの寸法精度を向上さ
せることができる。具体的には、レジスト材料として化
学増幅型レジストを用いる場合、パターン露光時にレジ
スト膜が真空にさらされてレジスト膜中から揮発する溶
媒の量が増大する一方、塗布後熱処理の温度を下げるこ
とにより、塗布後熱処理時にレジスト膜中から揮発する
溶媒の量を低減できるため、パターン露光の終了後にレ
ジスト膜中に残存する溶媒の量を所定量に保持すること
ができる。このため、露光によりレジスト膜中に生じる
酸の拡散長の減少を防止できるので、目標寸法通りのレ
ジストパターンを形成することができる。According to the second embodiment, the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film, and the correlation between the temperature of the post-coating heat treatment and the sensitivity of the resist film are determined. Based on the predicted value of the time during which the resist film to be pattern-exposed is exposed to vacuum, the temperature of the post-coating heat treatment is determined, so that the variation in the sensitivity of the resist film during pattern exposure is predicted, and the coating corresponding to the prediction result is performed. Since the temperature of the post heat treatment can be determined, the dimensional accuracy of the pattern can be improved. Specifically, when a chemically amplified resist is used as a resist material, the amount of a solvent that evaporates from the resist film when the resist film is exposed to a vacuum during pattern exposure increases, and by lowering the temperature of the post-coating heat treatment, Since the amount of the solvent volatilized from the resist film during the heat treatment after the application can be reduced, the amount of the solvent remaining in the resist film after the pattern exposure is completed can be kept at a predetermined amount. For this reason, a decrease in the diffusion length of the acid generated in the resist film due to the exposure can be prevented, so that a resist pattern having the target dimensions can be formed.
【００６９】それに対して、塗布後熱処理の温度を補正
せずにパターン形成を行なった場合（第２の比較例）、
図３に示すように、半導体基板１上には、目標寸法（破
線参照）よりも小さいレジストパターン５が形成され
て、パターンの寸法精度が劣化する。On the other hand, when the pattern was formed without correcting the temperature of the post-coating heat treatment (second comparative example),
As shown in FIG. 3, a resist pattern 5 smaller than a target dimension (see a broken line) is formed on the semiconductor substrate 1, and the dimensional accuracy of the pattern deteriorates.
【００７０】尚、第２の実施形態において、塗布後熱処
理の温度とレジスト膜の感度との相関を用いて塗布後熱
処理の温度を決定したが、これに代えて、塗布後熱処理
の時間とレジスト膜の感度との相関を用いて塗布後熱処
理の時間を決定しても同等の効果が得られる。In the second embodiment, the temperature of the post-coating heat treatment is determined by using the correlation between the temperature of the post-coating heat treatment and the sensitivity of the resist film. The same effect can be obtained even if the time of post-coating heat treatment is determined by using the correlation with the sensitivity of the film.
【００７１】また、第２の実施形態において、レジスト
膜が真空にさらされる時間とレジスト膜の感度との相
関、及び塗布後熱処理の温度とレジスト膜の感度との相
関を用いて塗布後熱処理の温度を決定したが、これに代
えて、レジスト膜が真空にさらされる時間とレジスト膜
中から揮発する溶媒の量との相関、及び塗布後熱処理の
温度（又は時間）とレジスト膜中から揮発する溶媒の量
との相関を用いて塗布後熱処理の温度（又は時間）を決
定しても同等の効果が得られる。このようにすると、溶
媒が共通であるレジスト材料について、同一の相関を用
いて塗布後熱処理の温度（又は時間を）決定できるの
で、パターン形成を容易に行なうことができる。Further, in the second embodiment, the post-coating heat treatment is performed using the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film, and the correlation between the post-coating heat treatment temperature and the resist film sensitivity. The temperature was determined. Instead, the correlation between the time during which the resist film was exposed to vacuum and the amount of the solvent volatilized from the resist film, and the temperature (or time) of the post-application heat treatment and the volatilization from the resist film were determined. Even if the temperature (or time) of the post-application heat treatment is determined using the correlation with the amount of the solvent, the same effect can be obtained. In this case, since the temperature (or time) of the post-application heat treatment can be determined using the same correlation for the resist materials having the same solvent, the pattern can be easily formed.
【００７２】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態に係るパタ−ン形成方法について図面を参照し
ながら説明する。(Third Embodiment) Hereinafter, a pattern forming method according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００７３】第３の実施形態においては、半導体基板上
に形成され、電子線によりパターン露光されたレジスト
膜に対して熱処理（以下、露光後熱処理と称する）を行
なう前に、レジスト膜が真空にさらされる時間とレジス
ト膜の感度との相関、及び露光後熱処理の時間とレジス
ト膜の感度との相関を予め求めておく。In the third embodiment, a resist film formed on a semiconductor substrate and subjected to pattern exposure by an electron beam is subjected to a heat treatment (hereinafter referred to as a post-exposure heat treatment) before the resist film is evacuated. The correlation between the exposure time and the sensitivity of the resist film and the correlation between the post-exposure heat treatment time and the sensitivity of the resist film are determined in advance.
【００７４】まず、テスト用半導体基板上にパターン露
光されるレジスト膜と同一のレジスト材料からなるテス
ト用レジスト膜を形成する。具体的には、テスト用半導
体基板上に化学増幅型ネガレジストを膜厚０．５μｍ塗
布した後、１００℃の熱処理（以下、塗布後熱処理と称
する）を１２０秒間行なってテスト用レジスト膜を形成
する。First, a test resist film made of the same resist material as the resist film to be pattern-exposed is formed on a test semiconductor substrate. Specifically, after a 0.5 μm-thick chemically amplified negative resist is applied on a test semiconductor substrate, a heat treatment at 100 ° C. (hereinafter referred to as “post-application heat treatment”) is performed for 120 seconds to form a test resist film. I do.
【００７５】次に、電子線直接描画装置を用いて、テス
ト用半導体基板上に形成されたテスト用レジスト膜に露
光量を変化させながら電子線を照射して露光を行なった
後、１１０℃の露光後熱処理を１２０秒間行ない、その
後、テスト用レジスト膜に対して現像処理を行なって、
テスト用レジスト膜の露光部からなるレジストパター
ン、例えば寸法０．１μｍのラインアンドスペースパタ
ーンを形成する。Next, the test resist film formed on the test semiconductor substrate was exposed to an electron beam while changing the exposure amount using an electron beam direct writing apparatus, and then exposed at 110 ° C. A post-exposure heat treatment is performed for 120 seconds, and then a development process is performed on the test resist film.
A resist pattern composed of exposed portions of the test resist film, for example, a line and space pattern having a dimension of 0.1 μm is formed.
【００７６】第３の実施形態においては、以上に説明し
た工程を、複数のテスト用半導体基板上にそれぞれ形成
されたテスト用レジスト膜について、塗布後熱処理を終
了してから電子線露光を開始するまでの間にテスト用レ
ジスト膜が真空にさらされる時間を変化させながら行な
う。これにより、真空にさらされた時間がそれぞれ異な
る、つまり乾燥状態がそれぞれ異なる複数のテスト用レ
ジスト膜に対して同一条件下で露光、露光後熱処理及び
現像処理を行なって、レジストパターンを形成できるの
で、該レジストパターンの寸法に基づき、レジスト膜が
真空にさらされる時間とレジスト膜の感度との相関を求
めることができる。In the third embodiment, the steps described above are applied to the test resist films formed on a plurality of test semiconductor substrates, and then the electron beam exposure is started after the post-application heat treatment is completed. The test is performed while changing the time during which the test resist film is exposed to vacuum. This makes it possible to form a resist pattern by performing exposure, post-exposure bake, and development processing on a plurality of test resist films having different drying times, that is, different dry states, under the same conditions. Based on the size of the resist pattern, the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film can be obtained.
【００７７】図４は、レジスト膜が真空にさらされる時
間とレジスト膜の感度との相関一例を示している。尚、
図４において、縦軸に示すレジスト膜の感度はレジスト
パターンの寸法により表されている。すなわち、レジス
ト材料としてネガレジストを用いる場合、レジスト膜の
感度が高くなるに伴ってレジストパターンの寸法が大き
くなる。図４に示すように、レジスト膜が真空にさらさ
れる時間が長くなるに従って、レジスト膜は低感度化し
ている。FIG. 4 shows an example of the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film. still,
In FIG. 4, the sensitivity of the resist film shown on the vertical axis is represented by the dimensions of the resist pattern. That is, when a negative resist is used as the resist material, the dimension of the resist pattern increases as the sensitivity of the resist film increases. As shown in FIG. 4, the sensitivity of the resist film decreases as the time during which the resist film is exposed to vacuum increases.
【００７８】また、第３の実施形態においては、前記の
工程を、複数のテスト用半導体基板上にそれぞれ形成さ
れ、且つ電子線により露光されたテスト用レジスト膜に
ついて、露光後熱処理の時間を変化させながら行なう。
これにより、露光後熱処理の時間がそれぞれ異なる複数
のテスト用レジスト膜に対して同一条件下で現像処理を
行なってレジストパターンを形成できるので、該レジス
トパターンの寸法に基づき、露光後熱処理の時間とレジ
スト膜の感度との相関を求めることができる。In the third embodiment, the above-described process is performed by changing the time of the post-exposure heat treatment for the test resist film formed on each of the plurality of test semiconductor substrates and exposed to the electron beam. Perform while doing.
Accordingly, a resist pattern can be formed by performing development processing on a plurality of test resist films each having a different post-exposure heat treatment time under the same conditions, so that the post-exposure heat treatment time and The correlation with the sensitivity of the resist film can be obtained.
【００７９】図６は、露光後熱処理の時間とレジスト膜
の感度との相関の一例を示している。尚、図６におい
て、Ａはレジスト膜が真空にさらされる時間が０時間の
ときの相関を示し、Ｂはレジスト膜が真空にさらされる
時間が４．５時間のときの相関を示し、Ｃはレジスト膜
が真空にさらされる時間が１０時間のときの相関を示し
ている。また、図６において、縦軸に示すレジスト膜の
感度はレジストパターンの寸法により表されている。図
６に示すように、露光後熱処理の時間が長くなるに従っ
て、レジスト膜は高感度化している一方、レジスト膜が
真空にさらされる時間が長くなるに従って、レジスト膜
は低感度化している。FIG. 6 shows an example of the correlation between the post-exposure heat treatment time and the sensitivity of the resist film. In FIG. 6, A shows the correlation when the resist film is exposed to vacuum for 0 hour, B shows the correlation when the resist film is exposed to vacuum for 4.5 hours, and C shows the correlation when the resist film is exposed to vacuum for 4.5 hours. The correlation is shown when the time for which the resist film is exposed to vacuum is 10 hours. In FIG. 6, the sensitivity of the resist film shown on the vertical axis is represented by the size of the resist pattern. As shown in FIG. 6, as the time of the post-exposure heat treatment increases, the sensitivity of the resist film increases, while as the time of exposure of the resist film to vacuum increases, the sensitivity of the resist film decreases.
【００８０】続いて、テスト用半導体基板上にパターン
露光されるレジスト膜と同一のレジスト材料からなるテ
スト用レジスト膜を形成した後、該テスト用レジスト膜
に電子線を照射してテスト露光を行なうことにより、パ
ターン露光に用いる適正露光量等の適正露光条件を求め
る。このとき、テスト露光中にテスト用レジスト膜が真
空にさらされた時間は３０分であった。一方、パターン
露光されるレジスト膜が真空にさらされる時間は、パタ
ーン露光を行なうときに照射される電子線の総ショット
数から換算して、４．５時間と予測された。Subsequently, after forming a test resist film made of the same resist material as the resist film to be pattern-exposed on the test semiconductor substrate, test exposure is performed by irradiating the test resist film with an electron beam. Thus, an appropriate exposure condition such as an appropriate exposure amount used for pattern exposure is obtained. At this time, the time during which the test resist film was exposed to vacuum during the test exposure was 30 minutes. On the other hand, the time during which the resist film subjected to pattern exposure was exposed to vacuum was predicted to be 4.5 hours, as calculated from the total number of shots of the electron beam irradiated during pattern exposure.
【００８１】次に、レジスト膜が真空にさらされる時間
とレジスト膜の感度との相関（図４参照）、露光後熱処
理の時間とレジスト膜の感度との相関（図６のＢ参
照）、及びパターン露光されるレジスト膜が真空にさら
される時間の予測値に基づき、露光後熱処理の時間を決
定する。具体的には、図４に示すように、レジスト膜が
真空にさらされる時間が４．５時間（パターン露光され
るレジスト膜が真空にさらされる時間の予測値）の場合
のレジストパターンの寸法は、レジスト膜が真空にさら
される時間が３０分（テスト露光中にテスト用レジスト
膜が真空にさらされた時間）の場合のレジストパターン
の寸法に比べて９ｎｍ小さくなる。そこで、図６のＢに
示す、露光後熱処理の時間とレジスト膜の感度との相関
に基づき、レジストパターンの寸法が９ｎｍ太くなるよ
うに、露光後熱処理の時間を所定値１２０秒から２５秒
間増やして１４５秒間と決定した。Next, the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film (see FIG. 4), the correlation between the time of post-exposure heat treatment and the sensitivity of the resist film (see FIG. 6B), and The time of the post-exposure heat treatment is determined based on the predicted time of exposure of the resist film to be subjected to pattern exposure to vacuum. Specifically, as shown in FIG. 4, when the resist film is exposed to a vacuum for 4.5 hours (expected value of the time for which the resist film subjected to pattern exposure is exposed to a vacuum), the dimension of the resist pattern is as follows. The size of the resist pattern is 9 nm smaller than the size when the time during which the resist film is exposed to vacuum is 30 minutes (the time during which the test resist film is exposed to vacuum during test exposure). Therefore, based on the correlation between the post-exposure heat treatment time and the sensitivity of the resist film shown in FIG. 6B, the post-exposure heat treatment time is increased from a predetermined value of 120 seconds to 25 seconds so that the size of the resist pattern is increased by 9 nm. 145 seconds.
【００８２】以下の工程については、図２（ａ）〜
（ｄ）を参照しながら説明する。The following steps are described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG.
【００８３】まず、図２（ａ）に示すように、半導体基
板１上にレジスト材料、例えば化学増幅型ネガレジスト
を膜厚０．３μｍ塗布した後、該レジスト材料に対して
第１の加熱手段１１により１００℃の塗布後熱処理を１
２０秒間行なってレジスト膜２を形成する。First, as shown in FIG. 2A, a resist material, for example, a chemically amplified negative resist having a thickness of 0.3 μm is applied on the semiconductor substrate 1 and then the resist material is subjected to a first heating means. The heat treatment after application at 100 ° C. is
This is performed for 20 seconds to form a resist film 2.
【００８４】次に、電子線直接描画装置（図示省略）を
用いて、図２（ｂ）に示すように、半導体基板１上に形
成されたレジスト膜２に、テスト露光により得られた適
正露光条件に従って電子線３を照射してパターン露光を
行なう。Next, as shown in FIG. 2B, the resist film 2 formed on the semiconductor substrate 1 was exposed to a proper exposure light obtained by test exposure using an electron beam direct writing apparatus (not shown). The pattern exposure is performed by irradiating the electron beam 3 according to the conditions.
【００８５】次に、図２（ｃ）に示すように、レジスト
膜２に対して第２の加熱手段１２により１１０℃の露光
後熱処理を１４５秒間行なった後、レジスト膜２に対し
て現像処理を行なって、図２（ｄ）に示すように、レジ
スト膜２の露光部からなるレジストパターン４、例えば
寸法０．１μｍのラインアンドスペースパターンを形成
する。Next, as shown in FIG. 2C, the resist film 2 is subjected to a post-exposure bake at 110 ° C. by the second heating means 12 for 145 seconds, and then the resist film 2 is developed. Then, as shown in FIG. 2D, a resist pattern 4 composed of exposed portions of the resist film 2, for example, a line and space pattern having a dimension of 0.1 μm is formed.
【００８６】第３の実施形態によると、レジスト膜が真
空にさらされる時間とレジスト膜の感度との相関、及び
露光後熱処理の時間とレジスト膜の感度との相関を求め
た後、各相関及びパターン露光されるレジスト膜が真空
にさらされる時間の予測値に基づき、露光後熱処理の時
間を決定するため、パターン露光時のレジスト膜の感度
の変動を予測して、該予測結果に対応した露光後熱処理
の時間を決定できるので、パターンの寸法精度を向上さ
せることができる。具体的には、レジスト材料として化
学増幅型レジストを用いる場合、パターン露光時にレジ
スト膜が真空にさらされてレジスト膜中から揮発する溶
媒の量が増大する一方、露光後熱処理の時間を長くする
ことによって、露光によりレジスト膜中に生じる酸の拡
散長を増大させることができるので、目標寸法通りのレ
ジストパターンを形成することができる。According to the third embodiment, the correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film and the correlation between the time of post-exposure heat treatment and the sensitivity of the resist film are determined. Based on the predicted value of the time during which the resist film to be pattern-exposed is exposed to a vacuum, the time of post-exposure heat treatment is determined. Since the time of the post heat treatment can be determined, the dimensional accuracy of the pattern can be improved. Specifically, when a chemically amplified resist is used as a resist material, the amount of a solvent that evaporates from the resist film when the resist film is exposed to a vacuum during pattern exposure increases, and the time of post-exposure heat treatment is increased. Accordingly, the diffusion length of the acid generated in the resist film by the exposure can be increased, so that a resist pattern having the target dimensions can be formed.
【００８７】それに対して、露光後熱処理の時間を補正
せずにパターン形成を行なった場合（第３の比較例）、
図３に示すように、半導体基板１上には、目標寸法（破
線参照）よりも小さいレジストパターン５が形成され
て、パターンの寸法精度が劣化する。On the other hand, when the pattern is formed without correcting the time of the post-exposure heat treatment (third comparative example),
As shown in FIG. 3, a resist pattern 5 smaller than a target dimension (see a broken line) is formed on the semiconductor substrate 1, and the dimensional accuracy of the pattern deteriorates.
【００８８】尚、第３の実施形態において、露光後熱処
理の時間とレジスト膜の感度との相関を用いて露光後熱
処理の時間を決定したが、これに代えて、露光後熱処理
の温度とレジスト膜の感度との相関を用いて露光後熱処
理の温度を決定しても同等の効果が得られる。このと
き、第３の実施形態で用いられる電子線直接描画装置つ
まり電子線露光装置として、半導体基板に対して電子線
により露光処理を行なう露光手段と共に露光後熱処理を
行なう加熱手段（図２（ｃ）の第２の加熱手段１２参
照）を備えた電子線露光装置を用いる場合、加熱手段が
行なう露光後熱処理の温度は、露光手段が行なう露光処
理に要する時間に基づき決定される。尚、前記の電子線
露光装置においては、露光処理の終了後、半導体基板は
周知の搬送手段により露光手段から加熱手段へ搬送され
る。In the third embodiment, the post-exposure heat treatment time is determined by using the correlation between the post-exposure heat treatment time and the sensitivity of the resist film. Even if the temperature of the post-exposure heat treatment is determined using the correlation with the sensitivity of the film, the same effect can be obtained. At this time, as an electron beam direct writing apparatus, that is, an electron beam exposure apparatus used in the third embodiment, a heating means for performing a post-exposure heat treatment together with an exposure means for performing an exposure processing on a semiconductor substrate by an electron beam (FIG. In the case of using an electron beam exposure apparatus having the second heating means 12), the temperature of the post-exposure heat treatment performed by the heating means is determined based on the time required for the exposure processing performed by the exposure means. In the above-described electron beam exposure apparatus, after the exposure processing is completed, the semiconductor substrate is transported from the exposure unit to the heating unit by a well-known transport unit.
【００８９】また、第３の実施形態において、露光後熱
処理の時間を決定するために、パターン露光されるレジ
スト膜が真空にさらされる時間の予測値を用いたが、こ
れに代えて、パターン露光されるレジスト膜が真空にさ
らされる時間の実測値を用いてもよい。このようにする
と、露光後熱処理の時間をより正確に決定できる。Further, in the third embodiment, in order to determine the time of the post-exposure heat treatment, the predicted value of the time during which the resist film subjected to pattern exposure is exposed to vacuum is used. The measured value of the time during which the resist film to be exposed to the vacuum may be used. By doing so, the time of the post-exposure heat treatment can be determined more accurately.
【００９０】[0090]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明による
と、露光工程におけるレジスト膜の感度の変動を予測し
て、該予測結果に対応した露光量、塗布後熱処理の温度
若しくは時間、又は露光後熱処理の温度若しくは時間を
決定できるので、パターンの寸法精度を向上させること
ができる。As described above, according to the present invention, the fluctuation of the sensitivity of the resist film in the exposure step is predicted, and the exposure amount, the temperature or time of post-coating heat treatment, or the exposure Since the temperature or time of the post heat treatment can be determined, the dimensional accuracy of the pattern can be improved.
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパタ−ン形成方
法により求められた、レジスト膜が真空にさらされる時
間とレジスト膜の感度との相関の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a correlation between a time during which a resist film is exposed to a vacuum and a sensitivity of the resist film, obtained by a pattern forming method according to a first embodiment of the present invention.
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１、第２及び第３
の実施形態に係るパタ−ン形成方法の各工程を示す断面
図である。FIGS. 2A to 2D are first, second, and third embodiments of the present invention.
It is sectional drawing which shows each process of the pattern formation method which concerns on 2nd Embodiment.
【図３】本発明の第１、第２及び第３の比較例における
半導体基板上に形成されたレジストパターンを示す断面
図である。FIG. 3 is a sectional view showing a resist pattern formed on a semiconductor substrate in first, second and third comparative examples of the present invention.
【図４】本発明の第２及び第３の実施形態に係るパタ−
ン形成方法により求められた、レジスト膜が真空にさら
される時間とレジスト膜の感度との相関の一例を示す図
である。FIG. 4 shows a pattern according to second and third embodiments of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film, obtained by a method for forming a resist.
【図５】本発明の第２の実施形態に係るパタ−ン形成方
法により求められた、塗布後熱処理の温度とレジスト膜
の感度との相関の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a correlation between the temperature of post-coating heat treatment and the sensitivity of a resist film obtained by a pattern forming method according to a second embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第３の実施形態に係るパタ−ン形成方
法により求められた、露光後熱処理の時間とレジスト膜
の感度との相関の一例を示す図である。FIG. 6 is a view showing an example of a correlation between a post-exposure heat treatment time and a sensitivity of a resist film obtained by a pattern forming method according to a third embodiment of the present invention.
１ 半導体基板 ２ レジスト膜 ３ 電子線 ４ レジストパターン １１ 第１の加熱手段 １２ 第２の加熱手段 REFERENCE SIGNS LIST 1 semiconductor substrate 2 resist film 3 electron beam 4 resist pattern 11 first heating means 12 second heating means
Claims (11)
レジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、 前記レジスト膜に電子線を照射してパターン露光を行な
う露光工程と、 パターン露光された前記レジスト膜を現像してレジスト
パターンを形成するパターン形成工程とを備え、 前記露光工程において照射される電子線の露光量は、前
記レジスト膜が真空にさらされる時間と前記レジスト膜
の感度との相関、及び前記露光工程において前記レジス
ト膜が真空にさらされる時間の予測値に基づき決定され
ることを特徴とするパターン形成方法。A resist film forming step of applying a resist material on a semiconductor substrate to form a resist film; an exposure step of irradiating the resist film with an electron beam to perform pattern exposure; A pattern forming step of developing a film to form a resist pattern, the amount of exposure of the electron beam irradiated in the exposure step, the correlation between the time the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film, A pattern forming method which is determined based on a predicted value of a time during which the resist film is exposed to a vacuum in the exposure step.
レジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、 前記レジスト膜に電子線を照射してパターン露光を行な
う露光工程と、 パターン露光された前記レジスト膜を現像してレジスト
パターンを形成するパターン形成工程とを備え、 前記露光工程の前に、 前記レジスト膜が真空にさらされる時間と前記レジスト
膜の感度との相関を求める相関算出工程と、 前記レジスト膜と同一のレジスト材料からなるテスト用
レジスト膜に対して電子線を照射して露光を行なうこと
により、前記露光工程において照射される電子線の露光
量を求める露光量算出工程と、 前記相関算出工程において求められた相関、前記露光量
算出工程において前記テスト用レジスト膜が真空にさら
された時間、及び前記露光工程において前記レジスト膜
が真空にさらされる時間の予測値に基づき、前記露光量
算出工程において求められた露光量を補正する露光量補
正工程とをさらに備え、 前記露光工程は、前記露光量補正工程において補正され
た露光量の電子線を照射する工程を含むことを特徴とす
るパターン形成方法。2. A resist film forming step of applying a resist material on a semiconductor substrate to form a resist film, an exposure step of irradiating the resist film with an electron beam to perform pattern exposure, and the pattern-exposed resist. A pattern formation step of developing a film to form a resist pattern, before the exposure step, a correlation calculation step of obtaining a correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film; Irradiating an electron beam on a test resist film made of the same resist material as the resist film to perform exposure, thereby calculating an exposure amount of the electron beam irradiated in the exposure step; The correlation determined in the calculation step, the time during which the test resist film was exposed to vacuum in the exposure amount calculation step, and the exposure step An exposure correction step of correcting the exposure determined in the exposure calculation based on a predicted value of a time during which the resist film is exposed to a vacuum in the exposure step. A step of irradiating the corrected amount of exposure with an electron beam.
後、該レジスト材料に対して熱処理を行なってレジスト
膜を形成するレジスト膜形成工程と、 前記レジスト膜に電子線を照射してパターン露光を行な
う露光工程と、 パターン露光された前記レジスト膜を現像してレジスト
パターンを形成するパターン形成工程とを備え、 前記熱処理の温度及び前記熱処理の時間のうちのいずれ
か１つである熱処理条件は、前記レジスト膜が真空にさ
らされる時間と前記レジスト膜の感度との相関、前記熱
処理条件と前記レジスト膜の感度との相関、及び前記露
光工程において前記レジスト膜が真空にさらされる時間
の予測値に基づき決定されることを特徴とするパターン
形成方法。3. A resist film forming step of applying a resist material on a semiconductor substrate and then performing a heat treatment on the resist material to form a resist film; and performing a pattern exposure by irradiating the resist film with an electron beam. An exposure step to be performed, and a pattern forming step of developing the resist film subjected to pattern exposure to form a resist pattern, wherein a heat treatment condition that is any one of the heat treatment temperature and the heat treatment time, The correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film, the correlation between the heat treatment conditions and the sensitivity of the resist film, and the predicted value of the time during which the resist film is exposed to vacuum in the exposure step. A pattern forming method characterized in that the pattern is determined on the basis of:
後、該レジスト材料に対して熱処理を行なってレジスト
膜を形成するレジスト膜形成工程と、 前記レジスト膜に電子線を照射してパターン露光を行な
う露光工程と、 パターン露光された前記レジスト膜を現像してレジスト
パターンを形成するパターン形成工程とを備え、 前記熱処理の温度及び前記熱処理の時間のうちのいずれ
か１つである熱処理条件は、前記レジスト膜が真空にさ
らされる時間と前記レジスト膜中から揮発する溶媒の量
との相関、前記熱処理条件と前記レジスト膜中から揮発
する溶媒の量との相関、及び前記露光工程において前記
レジスト膜が真空にさらされる時間の予測値に基づき決
定されることを特徴とするパターン形成方法。4. A resist film forming step of forming a resist film by applying a heat treatment to the resist material after applying the resist material on a semiconductor substrate; and performing a pattern exposure by irradiating the resist film with an electron beam. An exposure step to be performed, and a pattern forming step of developing the resist film subjected to pattern exposure to form a resist pattern, wherein a heat treatment condition that is any one of the heat treatment temperature and the heat treatment time, Correlation between the time the resist film is exposed to vacuum and the amount of solvent volatilized from the resist film, correlation between the heat treatment conditions and the amount of solvent volatilized from the resist film, and the resist film in the exposure step The pattern is determined based on a predicted value of the time of exposure to vacuum.
レジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、 前記レジスト膜に電子線を照射してパターン露光を行な
う露光工程と、 パターン露光された前記レジスト膜に対して熱処理を行
なった後、該レジスト膜を現像してレジストパターンを
形成するパターン形成工程とを備え、 前記熱処理の温度及び前記熱処理の時間のうちのいずれ
か１つである熱処理条件は、前記レジスト膜が真空にさ
らされる時間と前記レジスト膜の感度との相関、前記熱
処理条件と前記レジスト膜の感度との相関、及び前記露
光工程において前記レジスト膜が真空にさらされる時間
の予測値又は実測値に基づき決定されることを特徴とす
るパターン形成方法。5. A resist film forming step of applying a resist material on a semiconductor substrate to form a resist film; an exposure step of irradiating the resist film with an electron beam to perform pattern exposure; After performing a heat treatment on the film, a pattern forming step of developing the resist film to form a resist pattern, wherein the heat treatment condition that is one of the temperature of the heat treatment and the time of the heat treatment is A correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film, a correlation between the heat treatment conditions and the sensitivity of the resist film, and a predicted value of the time during which the resist film is exposed to vacuum in the exposure step. Alternatively, the pattern forming method is determined based on an actually measured value.
真空にさらされる時間の予測値は、前記露光工程におい
て照射される電子線の総ショット数から換算された時間
であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に
記載のパターン形成方法。6. The predicted value of the time during which the resist film is exposed to vacuum in the exposure step is a time converted from the total number of shots of the electron beam irradiated in the exposure step. The pattern forming method according to any one of claims 1 to 5.
真空にさらされる時間の予測値は、前記露光工程におい
て照射される電子線の総ショット数から換算された時間
と、前記露光工程においてパターン露光を開始する前に
前記レジスト膜が真空にさらされる時間、又は前記露光
工程において照射される電子線の校正に要する時間との
和であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項
に記載のパターン形成方法。7. A predicted value of a time during which the resist film is exposed to a vacuum in the exposure step is a time converted from a total number of shots of the electron beam irradiated in the exposure step, and a pattern exposure in the exposure step. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the time is a sum of a time required for exposing the resist film to a vacuum before starting or a time required for calibrating an electron beam applied in the exposure step. The pattern forming method described in the above.
電子線を照射してパターン露光を行なう電子線露光装置
であって、 前記パターン露光を行なうときに照射される電子線の露
光量は、前記レジスト膜が真空にさらされる時間と前記
レジスト膜の感度との相関、及び前記パターン露光を行
なうときに前記レジスト膜が真空にさらされる時間の予
測値に基づき決定されることを特徴とする電子線露光装
置。8. An electron beam exposure apparatus for performing pattern exposure by irradiating a resist film formed on a semiconductor substrate with an electron beam, wherein the amount of exposure of the electron beam applied when performing the pattern exposure is: The electron is characterized in that it is determined based on a correlation between the time during which the resist film is exposed to vacuum and the sensitivity of the resist film, and a predicted value of the time during which the resist film is exposed to vacuum when performing the pattern exposure. Line exposure equipment.
が真空にさらされる時間の予測値は、前記パターン露光
を行なうときに照射される電子線の総ショット数から換
算された時間であることを特徴とする請求項８に記載の
電子線露光装置。9. The predicted value of the time during which the resist film subjected to the pattern exposure is exposed to a vacuum is a time converted from the total number of shots of the electron beam irradiated at the time of performing the pattern exposure. The electron beam exposure apparatus according to claim 8, wherein
膜が真空にさらされる時間の予測値は、前記パターン露
光を行なうときに照射される電子線の総ショット数から
換算された時間と、前記パターン露光を開始する前に前
記レジスト膜が真空にさらされる時間、又は前記パター
ン露光を行なうときに照射される電子線の校正に要する
時間との和であることを特徴とする請求項８に記載の電
子線露光装置。10. A predicted value of a time during which the resist film subjected to the pattern exposure is exposed to a vacuum is a time converted from a total number of shots of an electron beam irradiated at the time of performing the pattern exposure; 9. The electron according to claim 8, wherein the time is a sum of a time required for exposing the resist film to a vacuum before starting or a time required for calibrating an electron beam applied when performing the pattern exposure. Line exposure equipment.
処理を行なう露光手段と、 露光処理された前記半導体基板に対して熱処理を行なう
加熱手段とを備え、 前記加熱手段が行なう熱処理の温度は、前記露光手段が
行なう露光処理に要する時間に基づき決定されることを
特徴とする電子線露光装置。11. An exposure device for performing an exposure process on a semiconductor substrate with an electron beam, and a heating device for performing a heat treatment on the exposed semiconductor substrate, wherein a temperature of the heat treatment performed by the heating device is: The electron beam exposure apparatus is determined based on a time required for an exposure process performed by the exposure unit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000034576A JP2001230175A (en) | 2000-02-14 | 2000-02-14 | Pattern formation method and electron beam exposure system |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000034576A JP2001230175A (en) | 2000-02-14 | 2000-02-14 | Pattern formation method and electron beam exposure system |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001230175A true JP2001230175A (en) | 2001-08-24 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2000034576A Pending JP2001230175A (en) | 2000-02-14 | 2000-02-14 | Pattern formation method and electron beam exposure system |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001230175A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006303361A (en) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Jeol Ltd | Method and apparatus for correcting shot amount of electronic beam drawing apparatus |
| JP2008134500A (en) * | 2006-11-29 | 2008-06-12 | Nuflare Technology Inc | Method of charged particle beam drawing, and method for resizing dimensional change accompanying loading effect |
| JP2009010076A (en) * | 2007-06-27 | 2009-01-15 | Nuflare Technology Inc | Electrically-charged particle beam drawing method |
| JP2012069668A (en) * | 2010-09-22 | 2012-04-05 | Nuflare Technology Inc | Charged particle beam lithography apparatus and charged particle beam lithography method |
| JP2016086042A (en) * | 2014-10-23 | 2016-05-19 | 東京エレクトロン株式会社 | Substrate processing method, program, computer storage medium, and substrate processing system |
-
2000
- 2000-02-14 JP JP2000034576A patent/JP2001230175A/en active Pending
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