JP2004134590A - 粒子線描画パターン高精度化法 - Google Patents
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Abstract
【課題】粒子線照射装置を用いて、高精度パターンを得るべくビーム径を細く絞ろうとする場合、外界からの様々なノイズ等により外乱を受け、そこには一定の限界があった。これを打破するためビームを安定化する機器の助けを借りようとしても、極めて高価であり、そこにも限界があった。本発明は、通常の装置だけで、特に高価な機器を必要とすることなく簡便に且つ安定に細い線を描画し、高精度パターンを得ようというものである。
【解決手段】照射する粒子線径及び粒子線の照射密度を小さく調整し、一回の照射ではレジストを現像可能な露光量まで露光し得ない微弱な、小さな線径の粒子線を、同一のパターンで同一の場所に複数回多重照射し、重ね合わせ描画することによって現像可能な露光量に達する高精度パターンを得、次いで現像工程に付すことによって、粒子線照射による高精度パターンを作製するものである。
【選択図】 図３
【解決手段】照射する粒子線径及び粒子線の照射密度を小さく調整し、一回の照射ではレジストを現像可能な露光量まで露光し得ない微弱な、小さな線径の粒子線を、同一のパターンで同一の場所に複数回多重照射し、重ね合わせ描画することによって現像可能な露光量に達する高精度パターンを得、次いで現像工程に付すことによって、粒子線照射による高精度パターンを作製するものである。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒子線照射による高精度描画パターンの作製方法に関する。
さらに詳細には、ＬＳＩ等の電子部品を電子線リソグラフィーやイオンビームリソグラフィーなどの粒子線を用いたリソグラフィーを用いて作製する過程において、描画装置の粒子線ビーム径を小さくして複数回描写することにより描写パターンの精度を向上させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と問題点】
電子線リソグラフィーやイオンビームリソグラフィー等の粒子線を用いたリソグラフィー技術は光の波長よりも電子ビーム径を小さく絞ることができるため、フォトリソグラフィーよりも微細なパターンを描くことができるとされてきた。しかしながら描画パターンが微細になるに伴い、粒子線（ビーム）を電気的にコントロールしようとすると、その照射位置に誤差が生じたり、また照射時の粒子線の持つエネルギーによる熱変形を生じ、冷却後のパターンに誤差を生じたり、あるいは、照射したビームにより生ずる２次電子によりレジストが露光されて、パターンが大きくなったり、さらには、外部の電界や磁界の変動の影響を粒子ビームが受け、あるいは機械的振動により描画パターンに誤差が生じるといった問題が生じていた。
【０００３】
このような問題を解決するために、従来は粒子線描画装置のコントロール電圧をできるだけ細分化して描画精度を向上させる手法、電子線においてはマスクを通過した散乱電子の補助露光を利用して描画照射精度を高める手法を用いたり（例えば、特許文献１参照）、また、粒子線ビームに影響を与える外界からの電界や磁界をシールドしたり（例えば、特許文献２参照）、描画装置本体を防振台等に設置する（例えば、特許文献３参照）等の処置を施して、これらの影響を軽減していた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１１８７７７号公報
【特許文献２】
特開平１０−３４０６９８号公報
【特許文献３】
特開平１０−２０９０２１号公報
【０００５】
しかし、このような手法は、高精度に粒子線を制御できる高価な装置・設備あるいは、精度良く作製されたマスク、大がかりな電磁気シールドや防振装置等を必要とするものであり、負担の大きい解決手段である。
【０００６】
【発明の解決しようする課題】
本発明は、このような高価な装置等を使用することなく、従来法の手段をそのまま使用するだけで、極めて簡便な手段・手法に基づいて、高精度の粒子線線描画パターンを作製する方法を提供しようというものである。
【０００７】
粒子線を用いた場合の現状を、電子線に基づいて説明する。図１は、粒子線として電子線を採用した場合、電子を照射する電子銃の種類とその電子銃のビーム電流量とビーム直径との関係を模式的に表した図である。この図に示された装置の中、最も高価な電子線描画装置は、電解放出型の電子銃を用いたものであり、次に高価な装置は、ランタンホウ素（ＬａＢ６）、最も安価なものがタングステンフィラメントの電子銃の順になる。
この図１から、同じ電流量で考えると、電解放出型の電子銃の電子線の直径が最も小さく、次にＬａＢ６、次にタングステン（Ｗ）フィラメントの電子銃の順になる。通常使用する範囲の電流量である数十〜数百ピコアンペア（ｐＡ；１０−１２Ａ）の領域では、電子線の径は、電解放出型の場合、数十〜１０００オングストローム（数十〜１００ｎｍ）、ＬａＢ６で数百〜１０００オングストローム（数十〜１００ｎｍ）で５００〜２０００オングストローム（５０〜２００ｎｍ）程度である。
【０００８】
上記特性を有する機器を使用して、照射時の誤差を少なくするためには、従来技術においてはビーム径を意図的に大きく設定し、これによって最小ビーム径の数倍の線幅にてパターンを描いていた。
これを図２に基づいて説明する。すなはち、図２は、電子線レジストを塗布したシリコン基板上に、電子ビームの径が約１００ｎｍ（ビーム電流約１００ｐＡの時）の電子線描画装置を用いて、線間隔約１μｍの平行なパターンを描き、その後、現像して電子線が照射された部分のレジストを現像液にて取り除いた後の走査型電子顕微鏡（観察のための金蒸着の後の）写真を示すものである。図中、暗い部分が電子線が照射され、現像により取り除かれた部分を示している。電子線が照射された部分よりも広い範囲から発生する２次電子により、ビーム径よりも幅広い部分が露光され、現像により取り除かれ、その結果、線幅は約３００ｎｍとなっている。この図に示すように電子線レジスト上に電子線を１回照射した場合、現像後のパターンが鮮明ではなくまた直線性にも欠けている。 これは前述したように装置の粒子線をコントロールする精度の誤差や外部からの電界や磁界や振動の影響等によるものだと考えられる。
【０００９】
本発明は、従来技術においては、上記したように線幅が大であり、不鮮明、直進性に欠ける等、諸点において問題があること、これを高価な制御装置に依存することなく、解決する手段を提供しようと言うものである。すなわち通常の安価な粒子線描画装置を使用し、前記問題を解決すること、具体的には粒子線描画装置の粒子ビーム径と同程度の線幅の描画パターンを鮮明に高精度で描く技術を提供しようというものである。
【００１０】
そのため、本発明者らにおいては、線幅や、鮮明度、あるいは直進性に与える因子等について基本的に把握するため、以下に記載する比較実験を行った。
すなわち、従来のように大電流１回照射による電子線照射量を付与した場合に対して、電子線照射量を弱くして小電流複数回に分けて照射することを試み、両実験を対比し、検討した。図３は、その結果を模式的に示したものである。
図３中（ａ）は、大電流１回照射による従来法による電子線照射した結果を示す図であり、その露光して得られた線幅は、広い幅が形成され、不鮮明、直進性に欠けるものであった。
【００１１】
これに対して、図３（ｂ）は、小電流複数回照射した実験の模式図である。
すなわち、この例においては、同一の場所に、同一のパターンにて小電流照射により３回に分け、電子線を照射したものである。そこに示されている、３本の線は、その画像を模式的に示すものである。各線は、照射する粒子線が、図３（ａ）よりも微弱な粒子線であることから、粒子線径が細く絞られ、これによって大電流の場合に比して線幅の狭い細い線が描画される。各照射パターン線は、照射条件を一にしながらも必ずしも一様な結果が得られるとは限らず、それぞれ微妙な位置ずれ、あるいは波打った形状を呈している。その理由については、（０００２）において述べたように、電気的、機械的等種々の原因が考えられる。
一般に、その照射する粒子線の強度と、この粒子線照射によって形成される線幅は、粒子線の電流値に依存する。すなわち、電流値を弱くすると、粒子線は、微弱となり、又、付随して線径が細く絞られる。電流値を露光量を基準として、それより弱い電流値に設定した場合、これによって照射された粒子線は、微弱な粒子線照射と言うことになり、現像しても露光量には達し得ず、したがってパターンを作り得ない結果となる。
【００１２】
図３（ｂ）は、露光量に達した粒子線の場合も、露光量に達しない粒子線の場合も含むものである。勿論、後者の場合には、各線は、実際に現像によって示された線ではなく、照射された粒子線のパス幅とそのパス軌跡を表す概念図ということになる。パターン線を模式的とした点は、このような後者の場合も含むことから模式的と称したものである。何れにしても、この弱い電流値による微弱な粒子線による複数回照射する各実験は、図３（ａ）に比してその粒子線径は小さく絞られ、線幅の狭い各描画線が、微妙な位置ずれ、揺らぎを以て波打って形成され、付与されていることを示している〔図３（ｂ）〕。
【００１３】
図３（ｃ）は、前示３回照射した図３（ｂ）に示す各線画像を重ね合わせて表示した画像であり、照射された３つの部分が重ね合わさって一つの線が現像される。各照射した粒子線の照射量がそれぞれ露光量に達している場合、その現像される線は、図に示されているように各回の照射された線がそのまま投影され、各変動する線は、重なり合って現像され、点線の位置に最大幅を有する一つの線が形成されることになる。
しかしながら、各照射した粒子線がそれぞれ露光量に達していない場合、その重ね合わさった部分のうち露光量に達した部分だけが実際の線として現像され、現像可能な露光量に達しない部分は、現像されず自ずとカットされる。この場合、その描画される各線幅は、それぞれの各線では波打って変動していても、重ね合わさったところは、平均化され中心に位置し、しかも点線よりも内側の位置、すなわち、各粒子線の照射量が現像可能な露光量に達している場合（点線の位置）と比較すると、それよりもさらに狭い絞られた線が現像により得られる。
何れにしても、一回の大電流による粒子線照射による実験に比し、複数回に分けて実施した粒子線の照射実験によるものは、実際に描画される線は、その変動が平均化し、真直な、細い線が描画される。そのうち特に、一回の照射では現像可能な露光量に達し得ない粒子線を照射した場合、その描画される線は、各回の粒子線照射位置に変動があっても、照射されたパターンが重なり合い、次第に露光された部分は自ずと中心位置に描かれ、直進性を示し、各粒子線の照射量が露光量に達する弱い複数回照射の場合（点線）に比しても、さらに細い線が描画されるということを知見した。
【００１４】
以上、照射する粒子線とこれによって描画される線との関係を、さらに図４に基づいて補足的に説明する。すなわち、粒子線は、ある中心が強く、中心から離れるに従って弱くなる分布（例えば正規分布）を呈していると考えられる。
照射された各粒子線は、図４に示す各強度分布▲１▼、▲２▼、▲３▼・・・を有し、常に平均の値を中心にして一定の強度分布が展開、付与されている。これらが複数回行われると、各個の中心位置がずれた、異なる分布が次第に平均化し、精度が向上する。これは、統計数学において言う大数の法則に合致する。すなわち、一般に平均値μ、標準偏差σの母集団より描出したｍ個の集団の平均値はμ、標準偏差はσ／ｍで与えられる。これを４図に適用すると、ｍ回の粒子線を照射して作製した線のばらつき・ズレは、１回照射の場合に対し、その１／ｍのばらつき（標準偏差が１／ｍ）で示される。すなわち、照射する回数が多い程、母集団の平均（本来照射されるべき位置）に近づき、精度が上がることを示している。
【００１５】
また、照射が、複数回に分けられて実施されることによって、入力電流値に見合った粒子線強度分布▲１▼、▲２▼、▲３▼・・・によって示される各照射粒子線は、それぞれは単独では、微弱な、線幅の小さい露光量に達し得ない強度分布を示すものであっても、複数回照射することによって重畳し、中心に極大点を有する露光量に達する鋭いピークの強度分布Ｐが与えられることを示している。この状態において、照射粒子線の強度がある一定の値（電子線レジストの感度）を越えたときに粒子線レジストが化学変化を生じることによりパターンが形成できるので、１回の照射電流量をコントロールし、複数回粒子線を照射することにより、精度の良いパターンを作製することができる。
その際、露光後の線幅は、粒子線の照射量や電子線レジストの電子線が照射された部分を取り除くための現像条件を変えることによって、得ようとする線幅をコントロールすることができる。
【００１６】
ここに、粒子線として、電子線を使用し、電子線の照射量を露光量を基準として、その５分の１に設定し、照射回数を５回照射して、現像しうる露光量に至らしめる平行線描画実験を行った。現像後、得られた平行線描画パターンは、図５に示すとおりであった。このパターンを、一回の大きな電流値による照射実験によって得られた、図２に示すパターンと対比すると、複数回照射した実験による、図５のパターンの方が鮮明で且つ一様な、乱れのない真直な線が描画されていることが示されている。この両実験による現象上の差異は、前示説明した理由に加えて、電子線ビームの入力電流量を５分の１に設定したことによって、図１に示すようにビームの直径もこれに付随して絞られ、２図のように大きな電流を与えた場合に比し、その直径が２分の１から３分の１に細く絞られたことも相俟って起きた現象と考えられる。
【００１７】
本発明は、以上に示す実験・考察を行った結果、１回の適正照射量による通常の操作による場合に比し、その適正照射量を複数回に分けて付与することにより、描画パターンの精度を向上させることが出来ることを見いだしたものである。すなわち、特に高価な装置・機器を使用することなく、通常の粒子線照射装置により高精度パターンを得るのに成功した。この発明は、前示知見、成功に端を発してなされたものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、前示課題を解決するための手段とするところは、以下（１）〜（７）に記載する通りの事項が講じられてなるものである。
（１） 粒子線レジストを塗布した基板に粒子線を照射する、粒子線照射による描画パターンの作製方法において、粒子線径及び粒子線の照射密度を小さく調整し、一回の照射ではレジストを露光し得ない微弱な、狭い線幅の粒子線を、同一のパターンで同一の場所に複数回多重照射し、重ね合わせ描画によって露光量に達する高精度パターンを得、次いで現像工程に付すことを特徴とする、粒子線照射による高精度パターンの作製方法。
（２） 粒子線レジストを塗布した基板に粒子線を照射する、粒子線照射による描画パターンの作製方法において、粒子線径及び粒子線の照射密度を小さく調整し、一回の照射ではレジストを現像可能な露光量まで露光し得ない微弱な、小さな線径の粒子線を、同一のパターンで同一の場所に複数回多重照射し、重ね合わせ描画することによって、パターン上に各回露光量分布曲線を重畳し、同パターン上における全露光量の分布を、現像条件の選択によって任意の線幅を選択可能とする、現像し得る露光量に達した領域の中心を頂点とし、現像し得ない領域を両端に有する鋭いピークの露光量分布曲線を得ることを特徴とする、前記（１）項に記載の粒子線照射による高精度パターンの作製方法。
（３） 照射する粒子線照射態様を、粒子線レジストの適正照射量を基準として、そのｎ分の１以下の照射量で粒子線径を小さくして、照射回数をｎ回パスすることを特徴とする、前記（１）又は（２）項に記載の粒子線照射による高精度描画パターンの作製方法。
但しｎは、２以上の整数を表す。
（４） 前記ｎの値が、５以上の整数であることを特徴とする、前記（１）ないし（３）の何れか１項に記載の粒子線照射による高精度描画パターンの作製方法。
（５） 前記ｎの値が、５以上１０以下の整数であることを特徴とする、前記（１）ないし（４）の何れか１項に記載の粒子線照射による高精度描画パターンの作製方法。
（６） 現像条件を変えることによって、線幅をコントロールすることを特徴とする、前記（１）ないし（５）の何れか１項に記載の粒子線照射による高精度描画パターンの作製方法。
（７） 線幅をコントロールする現像条件が現像時間ないし温度であり、現像時間ないし温度を変えることによって線幅をコントロールすることを特徴とする、前記（６）項に記載の粒子線照射による高精度描画パターンの作製方法。
【００１９】
前示解決手段として講じた技術的構成の意義は、これによって、線幅が小さく、鮮明で、直進性に富み高精度パターンを得ることができるという、特有な作用効果が奏せられるものであることは前述したとおりである。また、その理由についても前示説明したところであるが、なお、この点は、すなわち複数回照射により粒子線描画した粒子線レジスト上に現像（粒子線が照射されたところを溶剤にて取り除くこと）にて溝を作る場合、線幅を正確にコントロールすること出来る点は、次のように説明できる。
まず、図１３（ａ）に示すように粒子線は中心が一番強く、周りにいくほど弱くなる分布をしているとして、粒子線の照射量の鋭さｐを
ｐ＝Ｈ／Ｗ （１）
と定義する。Ｈは粒子線照射量の強さのピークを示し、Ｗは照射された幅を示す。 Ｎ回の複数回照射をした後では粒子線照射量の強さＨは、ｈｉをそれぞれの照射での粒子線照射量の強さのピークとすると、
Ｈ＝Ｎｈｉ
となる。照射された幅Ｗは中心誤差の最大値をｅｍａｘとすると、
Ｗ＝ｗｉ＋ｅｍａｘ
となる。ここでｗｉはそれぞれの粒子線照射における照射量の強さのピークである。これらを（１）に代入すると、
ｐ＝Ｎｈｉ／（ｗｉ＋ｅｍａｘ ）
となる。１回の粒子線照射はｐｉは、
ｐｉ＝ｈｉ／ｗｉ
で表され、実験的にｅｍａｘは２０％程度であるので図１３（ｂ）および（ｃ）に示すようにｐｉとｐを比較すると明らかにｐの方が大きいことがわかる。つまり、照射粒子線量の分布は数回照射した複数回照射の方が鋭い（縦に長い）ことがわかる。
結論として、電子線リソグラフィーを用いて電子線レジスト上に現像（電子線が照射されたところを溶剤にて取り除くこと）にて溝を作る場合、鋭いピークの大きな照射量の分布をしていた方が線幅のコントロールがしやすい。電子線照射量がある値（感度）より大きい部分が現像により取り除かれる。すなわちパタ−ンとなるため、鋭いピークを持つ方が線幅をコントロールしやすい所以である。
【００２０】
以下、本発明を実施例、図面、表に基づいて具体的に説明するが、これらの実施例、図面、表は、何れも本発明を容易に理解する一助として開示したものであって、これらによって本発明を限定する趣旨ではないし、また、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２１】
図１ないし５については、既に説明しているので省略し、図６以下について説明する。図６は、複数回露光したときの現像による線幅の確定を説明する概念図である。図７、図９は、電子線露光回数５回実施して作製した際のパターンを示す図である。図８、図１０は、電子線露光回数１回で作製した時のパターンを示す図である。
【００２２】
また、図１１は、描画した線幅の誤差と、隣り合う線同士の線間幅の測定を説明する概念図である。後述する表は、この１１図とこの図に基づいた以下に示す計算式によって導き出されたものである。
図中、Ｗ：描画した線の現像後の幅（平均）、Ｗ’：描画した線の現像後の幅、また、ａ：平均線間幅、ａ’：隣り合う線同士の間幅、とすると、線幅の誤差Ｅ（％）は、
Ｅ＝（Ｗ’− Ｗ）／Ｗ×１００
で与えられる。
また、線間幅の誤差Ｆ（％）は、
Ｆ＝（ａ’− ａ）／ａ×１００
で与えられる。
【００２３】
図１２は、実施例で使用した平行線を描画する機能を持つパターンジェネレーターをもつ走査型電子顕微鏡装置の概念図である。
図１３は、電子線を複数回に分けて照射したときの各電子ビームの強度分布と重畳した強度分布の関係を示す図である。
【００２４】
表１は、平行線作製条件を示す表である。表２は、平行線描画実験における平行線の線幅及び線間隔の誤差をまとめた表である。
【００２５】
【発明の実施の態様】
以下、本発明を実施例に基づいて、具体的に開示、説明する。
実施例１；
ラインアンドスペース（平行線を描画する）機能を持つパターンジェネレーターを持つ走査型電子顕微鏡（トプコン製ＳＸ−４０Ａ、図１２）を用いて、電子線レジスト（日本ゼオン社製ＺＥＰ−５２０−２２）を２５００回／分の回転数で厚さ０．４μｍ塗布したシリコン基板上に、線間隔１μｍ、線の長さ３８０μｍの平行線をビームを電流量２４ｐＡ（ピコアンペア）、走査速度３．８×１０−３ｍ／秒で５回照射した〔照射密度は１回につき ６．３２×１０−９Ｃ（クーロン）／ｍ〕。照射された部分を除去する現像は、日本ゼオン社製ＺＥＤ−Ｎ５０を用い、２０℃において６０秒行った。現像後、金蒸着をして走査型電子顕微鏡観察した結果、図５に示される結果が得られた。これを、図２に示す１回照射のみのパターン（ビーム電流量２４ｐＡ、走査速度７．５１×１０−４ｍ／秒、照射密度は３．２０×１０−８Ｃ／ｍ、現像温度：２０℃、現象時間６０秒）の走査型電子顕微鏡写真と比較すると、図２ではパターンの両側は不鮮明であるのに対して、図５では鮮明なパターンであることが分かる。
【００２６】
実施例２；
ラインアンドスペース（平行線を描画する）機能を持つパターンジェネレーターを持つ走査型電子顕微鏡（トプコン製トプコン製ＳＸー４０Ａ、図１２）を用いて、電子線レジスト（日本ゼオン社製ＺＥＰ−５２０−２２）を２５００回／分回転数で厚さ０．４μｍ塗布したシリコン基板上に、線間隔０．５μｍ、線の長さ１９７μｍの平行線をビーム電流量２０ｐＡ、走査速度５．８４×１０−３ｍ／秒で５回照射した（照射密度は１回につき３．４２×１０−９Ｃ／ｍ）。
照射された部分を除去する現像は日本ゼオン社製ＺＥＤ−Ｎ５０を用い、２０℃において６０秒行った。現像後、金蒸着をして走査型電子顕微鏡観察した結果、図７が得られた。
これを１回照射後のパターン（ビーム電流量２０ｐＡ、走査速度１．３１×１０−３ｍ／秒、照射密度は１．５２×１０−８Ｃ／ｍ、現像温度：２０℃、現像時間６０秒）の図８と比較すると、図８ではパターンの両側は不鮮明であるのに対して、図７では鮮明なパターンが得られていることが分かる。
【００２７】
実施例３；
ラインアンドスペース（平行線を描画する）機能を持つパターンジェネレーターを持つ走査型電子顕微鏡（トプコン製トプコン製ＳＸー４０Ａ、図１２）を用いて、電子線レジスト（日本ゼオン社製ＺＥＰ−５２０−２２）を２５００回／分の回転数で厚さ０．４μｍ塗布したシリコン基板上に、線間隔０．３３μｍ、線の長さ１４０μｍの平行線をビーム電流量５．６３ｐＡ、走査速度６．２２×１０−３ｍ／秒で５回照射した（照射密度は１回につき９．０５×１０−１０Ｃ／ｍ）。照射された部分を除去する現像は日本ゼオン社製ＺＥＤ−Ｎ５０を用い、２０℃において６０秒行った。現像後、金蒸着をして走査型電子顕微鏡観察した結果、図９が得られた。１回照射後のパターン（ビーム電流量５．６３ｐＡ、走査速度１．８４×１０−３ｍ／秒、照射密度は３．０５×１０−９Ｃ／ｍ、現像温度：２０℃、現像時間６０秒）を示した図１０と比較すると、図１０ではパターンの両側は不鮮明であるのに対して、図９では鮮明なパターンが得られていることが分かる。
【００２８】
実施例４；
実施例１、２ないし３と同じ装置を用いて、１ｍｍの間に１０００本、２０００本及び３０００本の直線を描き（そのときの条件は、表１に示す通りである。）、その直線群の直線を調査するため、線幅等の誤差の測定を示す図１１に示されているように、描画した線の幅、その平均と線同士の間隔を求めそれぞれのパターンの幅のばらつきＥと線同士の間隔のばらつきＦを求めた。その結果を表２に示す。
どの直線群においても１回の照射では線幅や間隔のばらつきが顕著であるが、このばらつきは３回の描画で劇的に減少し、５回あるいは７回の描画でほど１０％以内のばらつきとなり、１０回描画では線間隔のばらつきは４％以下になっている。すなわち、粒子線照射を複数回に分けて行う本発明の構成によって、線間隔のバラツキは、小さくなり、換言すれば高精度を達成することができる、と言う顕著な作用効果が奏せられるものである。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【表２】
【００３１】
以上、本発明は、実施例に開示されたデータからも明らかなように、粒子線ビーム径及び粒子線ビームの照射密度を小さくするよう、小さな電流量にて電子線を複数回に分けて、照射することによって、線幅、間隔にバラツキのない鮮明な狭い、直進性に富んだ描画が可能となったものであり、極めて簡便な操作、手法によってこれを実現できる方法を提供するものである。
【００３２】
ここに、その前提とする従来技術は、前示したとおりであるが、この従来技術とは別に、多重描画によって描画精度を高めようとすることが、以下に記載する特許文献に提案されている（特許文献４参照。）。しかしながら、この文献において提案された描画方法は、複数回の重ね書きにより設定された荷電ビームを照射する際、描画速度を一定にすると、ノイズが増幅されることから、これを防ぐため描画速度を異なる描画速度によって描画し、一定の速度による弊害、すなわちノイズの増幅を防ごうとするものである。これに対して本発明は、一回の照射ではレジストを露光し得ない微弱な粒子線で小さな線径の粒子線を、複数回多重照射するというものである。前示特許文献４には、本発明に特有な構成、技術思想については全く示唆するものはなく、両者は、基本的に発明の技術思想を異にしている。
【００３３】
【特許文献４】
特開平９−２５１９４０号公報。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、粒子線径及び粒子線の照射密度を小さく調整し、一回の照射ではレジストを露光し得ない微弱な、狭い線幅の粒子線を、同一のパターンで同一の場所に複数回多重照射し、重ね合わせ描画によって露光量に達する高精度パターンを得、次いで現像工程に付す、以上の要件事項によって、高精度描画パターンを簡便に作製することが可能となり、電子回路のような複雑な回路作製にも有用で、微細なパターンを高精度に稠密に作製することが出来るため集積回路の集積率の向上につながり、また、微小な間隔をコントロールする必要のある、例えば超微細フィルターの作製等に応用でき、クリーンルームや半導体の洗浄水の清浄度の向上等に、今後大いに活用が期待され、その意義は極めて大きいと言える。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子線ビームの電流量とビーム径との関係を示す図
【図２】電子線露光１回で作製したパターン（線間隔１μｍ、線の長さ３８０μｍビーム電流量２４ｐＡ、走査速度７．５１×１０−５ｍ／秒、照射密度は３．２０×１０−８Ｃ／ｍ）。
【図３】複数回露光が直線性を示す原理図
【図４】複数回露光したときの電子線強度分布
【図５】電子線露光５回で作製したパターン（線間隔１μｍ、線の長さ３８０μｍの平行線をビーム電流量２４ｐＡ、走査速度３．８×１０−３ｍ／秒で５回照射（照射密度は１回につき６．３２×１０−９Ｃ／ｍ））
【図６】複数回露光したときの現像による線幅の確定
【図７】電子線露光５回で作製したパターン（線間隔０．５μｍ、線の長さ１９７μｍ平行線をビーム電流量２０ｐＡ、走査速度５．８４×１０−３ｍ／秒で５回照射した（照射密度は１回につき３．４２×１０−９Ｃ／ｍ））
【図８】電子線露光１回で作製した線間隔０．５μｍ、線の長さ１９７μｍ平行線パターン（ビーム電流量２０ｐＡ、走査速度１．３１×１０−３ｍ／秒、照射密度は１．５２×１０−８Ｃ／ｍ）
【図９】電子線露光５回で作製したパターン（線間隔０．３３μｍ、線の長さ１４０μｍの平行線をビーム電流量５．６３ｐＡ、走査速度６．２２×１０−３ｍ／秒で５回照射した（照射密度は１回につき９．０５×１０−１０Ｃ／ｍ）
【図１０】電子線露光１回で作製した線間隔０．３３μｍ、線の長さ１４０μｍの平行線パターン（ビーム電流量５．６３ｐＡ、走査速度１．８４×１０−３ｍ／秒、照射密度は３．０５×１０−９Ｃ／ｍ）
【図１１】線幅等の誤差の測定を説明する概念図
【図１２】各実施例で使用したラインアンドスペース（平行線を描画する）
機能を有するパターンジェネレーターを持つ走査型顕微鏡（トプコン製ＳＸ−４０Ａ）の概念図
【図１３】電子線を複数回に分けて照射したときの各粒子線の照射幅と強度分布、とその重畳してなる強度分布を示す図
（ａ）多重照射する微弱な各粒子線の照射量分布と重畳した照射量分布概念図
（ｂ）微弱な粒子線ｐｉを１回照射した時の照射量分布図
（ｃ）Ｎ回照射し、重畳した粒子線Ｐｎの照射量分布図
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒子線照射による高精度描画パターンの作製方法に関する。
さらに詳細には、ＬＳＩ等の電子部品を電子線リソグラフィーやイオンビームリソグラフィーなどの粒子線を用いたリソグラフィーを用いて作製する過程において、描画装置の粒子線ビーム径を小さくして複数回描写することにより描写パターンの精度を向上させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と問題点】
電子線リソグラフィーやイオンビームリソグラフィー等の粒子線を用いたリソグラフィー技術は光の波長よりも電子ビーム径を小さく絞ることができるため、フォトリソグラフィーよりも微細なパターンを描くことができるとされてきた。しかしながら描画パターンが微細になるに伴い、粒子線（ビーム）を電気的にコントロールしようとすると、その照射位置に誤差が生じたり、また照射時の粒子線の持つエネルギーによる熱変形を生じ、冷却後のパターンに誤差を生じたり、あるいは、照射したビームにより生ずる２次電子によりレジストが露光されて、パターンが大きくなったり、さらには、外部の電界や磁界の変動の影響を粒子ビームが受け、あるいは機械的振動により描画パターンに誤差が生じるといった問題が生じていた。
【０００３】
このような問題を解決するために、従来は粒子線描画装置のコントロール電圧をできるだけ細分化して描画精度を向上させる手法、電子線においてはマスクを通過した散乱電子の補助露光を利用して描画照射精度を高める手法を用いたり（例えば、特許文献１参照）、また、粒子線ビームに影響を与える外界からの電界や磁界をシールドしたり（例えば、特許文献２参照）、描画装置本体を防振台等に設置する（例えば、特許文献３参照）等の処置を施して、これらの影響を軽減していた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１１８７７７号公報
【特許文献２】
特開平１０−３４０６９８号公報
【特許文献３】
特開平１０−２０９０２１号公報
【０００５】
しかし、このような手法は、高精度に粒子線を制御できる高価な装置・設備あるいは、精度良く作製されたマスク、大がかりな電磁気シールドや防振装置等を必要とするものであり、負担の大きい解決手段である。
【０００６】
【発明の解決しようする課題】
本発明は、このような高価な装置等を使用することなく、従来法の手段をそのまま使用するだけで、極めて簡便な手段・手法に基づいて、高精度の粒子線線描画パターンを作製する方法を提供しようというものである。
【０００７】
粒子線を用いた場合の現状を、電子線に基づいて説明する。図１は、粒子線として電子線を採用した場合、電子を照射する電子銃の種類とその電子銃のビーム電流量とビーム直径との関係を模式的に表した図である。この図に示された装置の中、最も高価な電子線描画装置は、電解放出型の電子銃を用いたものであり、次に高価な装置は、ランタンホウ素（ＬａＢ６）、最も安価なものがタングステンフィラメントの電子銃の順になる。
この図１から、同じ電流量で考えると、電解放出型の電子銃の電子線の直径が最も小さく、次にＬａＢ６、次にタングステン（Ｗ）フィラメントの電子銃の順になる。通常使用する範囲の電流量である数十〜数百ピコアンペア（ｐＡ；１０−１２Ａ）の領域では、電子線の径は、電解放出型の場合、数十〜１０００オングストローム（数十〜１００ｎｍ）、ＬａＢ６で数百〜１０００オングストローム（数十〜１００ｎｍ）で５００〜２０００オングストローム（５０〜２００ｎｍ）程度である。
【０００８】
上記特性を有する機器を使用して、照射時の誤差を少なくするためには、従来技術においてはビーム径を意図的に大きく設定し、これによって最小ビーム径の数倍の線幅にてパターンを描いていた。
これを図２に基づいて説明する。すなはち、図２は、電子線レジストを塗布したシリコン基板上に、電子ビームの径が約１００ｎｍ（ビーム電流約１００ｐＡの時）の電子線描画装置を用いて、線間隔約１μｍの平行なパターンを描き、その後、現像して電子線が照射された部分のレジストを現像液にて取り除いた後の走査型電子顕微鏡（観察のための金蒸着の後の）写真を示すものである。図中、暗い部分が電子線が照射され、現像により取り除かれた部分を示している。電子線が照射された部分よりも広い範囲から発生する２次電子により、ビーム径よりも幅広い部分が露光され、現像により取り除かれ、その結果、線幅は約３００ｎｍとなっている。この図に示すように電子線レジスト上に電子線を１回照射した場合、現像後のパターンが鮮明ではなくまた直線性にも欠けている。 これは前述したように装置の粒子線をコントロールする精度の誤差や外部からの電界や磁界や振動の影響等によるものだと考えられる。
【０００９】
本発明は、従来技術においては、上記したように線幅が大であり、不鮮明、直進性に欠ける等、諸点において問題があること、これを高価な制御装置に依存することなく、解決する手段を提供しようと言うものである。すなわち通常の安価な粒子線描画装置を使用し、前記問題を解決すること、具体的には粒子線描画装置の粒子ビーム径と同程度の線幅の描画パターンを鮮明に高精度で描く技術を提供しようというものである。
【００１０】
そのため、本発明者らにおいては、線幅や、鮮明度、あるいは直進性に与える因子等について基本的に把握するため、以下に記載する比較実験を行った。
すなわち、従来のように大電流１回照射による電子線照射量を付与した場合に対して、電子線照射量を弱くして小電流複数回に分けて照射することを試み、両実験を対比し、検討した。図３は、その結果を模式的に示したものである。
図３中（ａ）は、大電流１回照射による従来法による電子線照射した結果を示す図であり、その露光して得られた線幅は、広い幅が形成され、不鮮明、直進性に欠けるものであった。
【００１１】
これに対して、図３（ｂ）は、小電流複数回照射した実験の模式図である。
すなわち、この例においては、同一の場所に、同一のパターンにて小電流照射により３回に分け、電子線を照射したものである。そこに示されている、３本の線は、その画像を模式的に示すものである。各線は、照射する粒子線が、図３（ａ）よりも微弱な粒子線であることから、粒子線径が細く絞られ、これによって大電流の場合に比して線幅の狭い細い線が描画される。各照射パターン線は、照射条件を一にしながらも必ずしも一様な結果が得られるとは限らず、それぞれ微妙な位置ずれ、あるいは波打った形状を呈している。その理由については、（０００２）において述べたように、電気的、機械的等種々の原因が考えられる。
一般に、その照射する粒子線の強度と、この粒子線照射によって形成される線幅は、粒子線の電流値に依存する。すなわち、電流値を弱くすると、粒子線は、微弱となり、又、付随して線径が細く絞られる。電流値を露光量を基準として、それより弱い電流値に設定した場合、これによって照射された粒子線は、微弱な粒子線照射と言うことになり、現像しても露光量には達し得ず、したがってパターンを作り得ない結果となる。
【００１２】
図３（ｂ）は、露光量に達した粒子線の場合も、露光量に達しない粒子線の場合も含むものである。勿論、後者の場合には、各線は、実際に現像によって示された線ではなく、照射された粒子線のパス幅とそのパス軌跡を表す概念図ということになる。パターン線を模式的とした点は、このような後者の場合も含むことから模式的と称したものである。何れにしても、この弱い電流値による微弱な粒子線による複数回照射する各実験は、図３（ａ）に比してその粒子線径は小さく絞られ、線幅の狭い各描画線が、微妙な位置ずれ、揺らぎを以て波打って形成され、付与されていることを示している〔図３（ｂ）〕。
【００１３】
図３（ｃ）は、前示３回照射した図３（ｂ）に示す各線画像を重ね合わせて表示した画像であり、照射された３つの部分が重ね合わさって一つの線が現像される。各照射した粒子線の照射量がそれぞれ露光量に達している場合、その現像される線は、図に示されているように各回の照射された線がそのまま投影され、各変動する線は、重なり合って現像され、点線の位置に最大幅を有する一つの線が形成されることになる。
しかしながら、各照射した粒子線がそれぞれ露光量に達していない場合、その重ね合わさった部分のうち露光量に達した部分だけが実際の線として現像され、現像可能な露光量に達しない部分は、現像されず自ずとカットされる。この場合、その描画される各線幅は、それぞれの各線では波打って変動していても、重ね合わさったところは、平均化され中心に位置し、しかも点線よりも内側の位置、すなわち、各粒子線の照射量が現像可能な露光量に達している場合（点線の位置）と比較すると、それよりもさらに狭い絞られた線が現像により得られる。
何れにしても、一回の大電流による粒子線照射による実験に比し、複数回に分けて実施した粒子線の照射実験によるものは、実際に描画される線は、その変動が平均化し、真直な、細い線が描画される。そのうち特に、一回の照射では現像可能な露光量に達し得ない粒子線を照射した場合、その描画される線は、各回の粒子線照射位置に変動があっても、照射されたパターンが重なり合い、次第に露光された部分は自ずと中心位置に描かれ、直進性を示し、各粒子線の照射量が露光量に達する弱い複数回照射の場合（点線）に比しても、さらに細い線が描画されるということを知見した。
【００１４】
以上、照射する粒子線とこれによって描画される線との関係を、さらに図４に基づいて補足的に説明する。すなわち、粒子線は、ある中心が強く、中心から離れるに従って弱くなる分布（例えば正規分布）を呈していると考えられる。
照射された各粒子線は、図４に示す各強度分布▲１▼、▲２▼、▲３▼・・・を有し、常に平均の値を中心にして一定の強度分布が展開、付与されている。これらが複数回行われると、各個の中心位置がずれた、異なる分布が次第に平均化し、精度が向上する。これは、統計数学において言う大数の法則に合致する。すなわち、一般に平均値μ、標準偏差σの母集団より描出したｍ個の集団の平均値はμ、標準偏差はσ／ｍで与えられる。これを４図に適用すると、ｍ回の粒子線を照射して作製した線のばらつき・ズレは、１回照射の場合に対し、その１／ｍのばらつき（標準偏差が１／ｍ）で示される。すなわち、照射する回数が多い程、母集団の平均（本来照射されるべき位置）に近づき、精度が上がることを示している。
【００１５】
また、照射が、複数回に分けられて実施されることによって、入力電流値に見合った粒子線強度分布▲１▼、▲２▼、▲３▼・・・によって示される各照射粒子線は、それぞれは単独では、微弱な、線幅の小さい露光量に達し得ない強度分布を示すものであっても、複数回照射することによって重畳し、中心に極大点を有する露光量に達する鋭いピークの強度分布Ｐが与えられることを示している。この状態において、照射粒子線の強度がある一定の値（電子線レジストの感度）を越えたときに粒子線レジストが化学変化を生じることによりパターンが形成できるので、１回の照射電流量をコントロールし、複数回粒子線を照射することにより、精度の良いパターンを作製することができる。
その際、露光後の線幅は、粒子線の照射量や電子線レジストの電子線が照射された部分を取り除くための現像条件を変えることによって、得ようとする線幅をコントロールすることができる。
【００１６】
ここに、粒子線として、電子線を使用し、電子線の照射量を露光量を基準として、その５分の１に設定し、照射回数を５回照射して、現像しうる露光量に至らしめる平行線描画実験を行った。現像後、得られた平行線描画パターンは、図５に示すとおりであった。このパターンを、一回の大きな電流値による照射実験によって得られた、図２に示すパターンと対比すると、複数回照射した実験による、図５のパターンの方が鮮明で且つ一様な、乱れのない真直な線が描画されていることが示されている。この両実験による現象上の差異は、前示説明した理由に加えて、電子線ビームの入力電流量を５分の１に設定したことによって、図１に示すようにビームの直径もこれに付随して絞られ、２図のように大きな電流を与えた場合に比し、その直径が２分の１から３分の１に細く絞られたことも相俟って起きた現象と考えられる。
【００１７】
本発明は、以上に示す実験・考察を行った結果、１回の適正照射量による通常の操作による場合に比し、その適正照射量を複数回に分けて付与することにより、描画パターンの精度を向上させることが出来ることを見いだしたものである。すなわち、特に高価な装置・機器を使用することなく、通常の粒子線照射装置により高精度パターンを得るのに成功した。この発明は、前示知見、成功に端を発してなされたものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、前示課題を解決するための手段とするところは、以下（１）〜（７）に記載する通りの事項が講じられてなるものである。
（１） 粒子線レジストを塗布した基板に粒子線を照射する、粒子線照射による描画パターンの作製方法において、粒子線径及び粒子線の照射密度を小さく調整し、一回の照射ではレジストを露光し得ない微弱な、狭い線幅の粒子線を、同一のパターンで同一の場所に複数回多重照射し、重ね合わせ描画によって露光量に達する高精度パターンを得、次いで現像工程に付すことを特徴とする、粒子線照射による高精度パターンの作製方法。
（２） 粒子線レジストを塗布した基板に粒子線を照射する、粒子線照射による描画パターンの作製方法において、粒子線径及び粒子線の照射密度を小さく調整し、一回の照射ではレジストを現像可能な露光量まで露光し得ない微弱な、小さな線径の粒子線を、同一のパターンで同一の場所に複数回多重照射し、重ね合わせ描画することによって、パターン上に各回露光量分布曲線を重畳し、同パターン上における全露光量の分布を、現像条件の選択によって任意の線幅を選択可能とする、現像し得る露光量に達した領域の中心を頂点とし、現像し得ない領域を両端に有する鋭いピークの露光量分布曲線を得ることを特徴とする、前記（１）項に記載の粒子線照射による高精度パターンの作製方法。
（３） 照射する粒子線照射態様を、粒子線レジストの適正照射量を基準として、そのｎ分の１以下の照射量で粒子線径を小さくして、照射回数をｎ回パスすることを特徴とする、前記（１）又は（２）項に記載の粒子線照射による高精度描画パターンの作製方法。
但しｎは、２以上の整数を表す。
（４） 前記ｎの値が、５以上の整数であることを特徴とする、前記（１）ないし（３）の何れか１項に記載の粒子線照射による高精度描画パターンの作製方法。
（５） 前記ｎの値が、５以上１０以下の整数であることを特徴とする、前記（１）ないし（４）の何れか１項に記載の粒子線照射による高精度描画パターンの作製方法。
（６） 現像条件を変えることによって、線幅をコントロールすることを特徴とする、前記（１）ないし（５）の何れか１項に記載の粒子線照射による高精度描画パターンの作製方法。
（７） 線幅をコントロールする現像条件が現像時間ないし温度であり、現像時間ないし温度を変えることによって線幅をコントロールすることを特徴とする、前記（６）項に記載の粒子線照射による高精度描画パターンの作製方法。
【００１９】
前示解決手段として講じた技術的構成の意義は、これによって、線幅が小さく、鮮明で、直進性に富み高精度パターンを得ることができるという、特有な作用効果が奏せられるものであることは前述したとおりである。また、その理由についても前示説明したところであるが、なお、この点は、すなわち複数回照射により粒子線描画した粒子線レジスト上に現像（粒子線が照射されたところを溶剤にて取り除くこと）にて溝を作る場合、線幅を正確にコントロールすること出来る点は、次のように説明できる。
まず、図１３（ａ）に示すように粒子線は中心が一番強く、周りにいくほど弱くなる分布をしているとして、粒子線の照射量の鋭さｐを
ｐ＝Ｈ／Ｗ （１）
と定義する。Ｈは粒子線照射量の強さのピークを示し、Ｗは照射された幅を示す。 Ｎ回の複数回照射をした後では粒子線照射量の強さＨは、ｈｉをそれぞれの照射での粒子線照射量の強さのピークとすると、
Ｈ＝Ｎｈｉ
となる。照射された幅Ｗは中心誤差の最大値をｅｍａｘとすると、
Ｗ＝ｗｉ＋ｅｍａｘ
となる。ここでｗｉはそれぞれの粒子線照射における照射量の強さのピークである。これらを（１）に代入すると、
ｐ＝Ｎｈｉ／（ｗｉ＋ｅｍａｘ ）
となる。１回の粒子線照射はｐｉは、
ｐｉ＝ｈｉ／ｗｉ
で表され、実験的にｅｍａｘは２０％程度であるので図１３（ｂ）および（ｃ）に示すようにｐｉとｐを比較すると明らかにｐの方が大きいことがわかる。つまり、照射粒子線量の分布は数回照射した複数回照射の方が鋭い（縦に長い）ことがわかる。
結論として、電子線リソグラフィーを用いて電子線レジスト上に現像（電子線が照射されたところを溶剤にて取り除くこと）にて溝を作る場合、鋭いピークの大きな照射量の分布をしていた方が線幅のコントロールがしやすい。電子線照射量がある値（感度）より大きい部分が現像により取り除かれる。すなわちパタ−ンとなるため、鋭いピークを持つ方が線幅をコントロールしやすい所以である。
【００２０】
以下、本発明を実施例、図面、表に基づいて具体的に説明するが、これらの実施例、図面、表は、何れも本発明を容易に理解する一助として開示したものであって、これらによって本発明を限定する趣旨ではないし、また、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２１】
図１ないし５については、既に説明しているので省略し、図６以下について説明する。図６は、複数回露光したときの現像による線幅の確定を説明する概念図である。図７、図９は、電子線露光回数５回実施して作製した際のパターンを示す図である。図８、図１０は、電子線露光回数１回で作製した時のパターンを示す図である。
【００２２】
また、図１１は、描画した線幅の誤差と、隣り合う線同士の線間幅の測定を説明する概念図である。後述する表は、この１１図とこの図に基づいた以下に示す計算式によって導き出されたものである。
図中、Ｗ：描画した線の現像後の幅（平均）、Ｗ’：描画した線の現像後の幅、また、ａ：平均線間幅、ａ’：隣り合う線同士の間幅、とすると、線幅の誤差Ｅ（％）は、
Ｅ＝（Ｗ’− Ｗ）／Ｗ×１００
で与えられる。
また、線間幅の誤差Ｆ（％）は、
Ｆ＝（ａ’− ａ）／ａ×１００
で与えられる。
【００２３】
図１２は、実施例で使用した平行線を描画する機能を持つパターンジェネレーターをもつ走査型電子顕微鏡装置の概念図である。
図１３は、電子線を複数回に分けて照射したときの各電子ビームの強度分布と重畳した強度分布の関係を示す図である。
【００２４】
表１は、平行線作製条件を示す表である。表２は、平行線描画実験における平行線の線幅及び線間隔の誤差をまとめた表である。
【００２５】
【発明の実施の態様】
以下、本発明を実施例に基づいて、具体的に開示、説明する。
実施例１；
ラインアンドスペース（平行線を描画する）機能を持つパターンジェネレーターを持つ走査型電子顕微鏡（トプコン製ＳＸ−４０Ａ、図１２）を用いて、電子線レジスト（日本ゼオン社製ＺＥＰ−５２０−２２）を２５００回／分の回転数で厚さ０．４μｍ塗布したシリコン基板上に、線間隔１μｍ、線の長さ３８０μｍの平行線をビームを電流量２４ｐＡ（ピコアンペア）、走査速度３．８×１０−３ｍ／秒で５回照射した〔照射密度は１回につき ６．３２×１０−９Ｃ（クーロン）／ｍ〕。照射された部分を除去する現像は、日本ゼオン社製ＺＥＤ−Ｎ５０を用い、２０℃において６０秒行った。現像後、金蒸着をして走査型電子顕微鏡観察した結果、図５に示される結果が得られた。これを、図２に示す１回照射のみのパターン（ビーム電流量２４ｐＡ、走査速度７．５１×１０−４ｍ／秒、照射密度は３．２０×１０−８Ｃ／ｍ、現像温度：２０℃、現象時間６０秒）の走査型電子顕微鏡写真と比較すると、図２ではパターンの両側は不鮮明であるのに対して、図５では鮮明なパターンであることが分かる。
【００２６】
実施例２；
ラインアンドスペース（平行線を描画する）機能を持つパターンジェネレーターを持つ走査型電子顕微鏡（トプコン製トプコン製ＳＸー４０Ａ、図１２）を用いて、電子線レジスト（日本ゼオン社製ＺＥＰ−５２０−２２）を２５００回／分回転数で厚さ０．４μｍ塗布したシリコン基板上に、線間隔０．５μｍ、線の長さ１９７μｍの平行線をビーム電流量２０ｐＡ、走査速度５．８４×１０−３ｍ／秒で５回照射した（照射密度は１回につき３．４２×１０−９Ｃ／ｍ）。
照射された部分を除去する現像は日本ゼオン社製ＺＥＤ−Ｎ５０を用い、２０℃において６０秒行った。現像後、金蒸着をして走査型電子顕微鏡観察した結果、図７が得られた。
これを１回照射後のパターン（ビーム電流量２０ｐＡ、走査速度１．３１×１０−３ｍ／秒、照射密度は１．５２×１０−８Ｃ／ｍ、現像温度：２０℃、現像時間６０秒）の図８と比較すると、図８ではパターンの両側は不鮮明であるのに対して、図７では鮮明なパターンが得られていることが分かる。
【００２７】
実施例３；
ラインアンドスペース（平行線を描画する）機能を持つパターンジェネレーターを持つ走査型電子顕微鏡（トプコン製トプコン製ＳＸー４０Ａ、図１２）を用いて、電子線レジスト（日本ゼオン社製ＺＥＰ−５２０−２２）を２５００回／分の回転数で厚さ０．４μｍ塗布したシリコン基板上に、線間隔０．３３μｍ、線の長さ１４０μｍの平行線をビーム電流量５．６３ｐＡ、走査速度６．２２×１０−３ｍ／秒で５回照射した（照射密度は１回につき９．０５×１０−１０Ｃ／ｍ）。照射された部分を除去する現像は日本ゼオン社製ＺＥＤ−Ｎ５０を用い、２０℃において６０秒行った。現像後、金蒸着をして走査型電子顕微鏡観察した結果、図９が得られた。１回照射後のパターン（ビーム電流量５．６３ｐＡ、走査速度１．８４×１０−３ｍ／秒、照射密度は３．０５×１０−９Ｃ／ｍ、現像温度：２０℃、現像時間６０秒）を示した図１０と比較すると、図１０ではパターンの両側は不鮮明であるのに対して、図９では鮮明なパターンが得られていることが分かる。
【００２８】
実施例４；
実施例１、２ないし３と同じ装置を用いて、１ｍｍの間に１０００本、２０００本及び３０００本の直線を描き（そのときの条件は、表１に示す通りである。）、その直線群の直線を調査するため、線幅等の誤差の測定を示す図１１に示されているように、描画した線の幅、その平均と線同士の間隔を求めそれぞれのパターンの幅のばらつきＥと線同士の間隔のばらつきＦを求めた。その結果を表２に示す。
どの直線群においても１回の照射では線幅や間隔のばらつきが顕著であるが、このばらつきは３回の描画で劇的に減少し、５回あるいは７回の描画でほど１０％以内のばらつきとなり、１０回描画では線間隔のばらつきは４％以下になっている。すなわち、粒子線照射を複数回に分けて行う本発明の構成によって、線間隔のバラツキは、小さくなり、換言すれば高精度を達成することができる、と言う顕著な作用効果が奏せられるものである。
【００２９】
【表１】
【表２】
以上、本発明は、実施例に開示されたデータからも明らかなように、粒子線ビーム径及び粒子線ビームの照射密度を小さくするよう、小さな電流量にて電子線を複数回に分けて、照射することによって、線幅、間隔にバラツキのない鮮明な狭い、直進性に富んだ描画が可能となったものであり、極めて簡便な操作、手法によってこれを実現できる方法を提供するものである。
【００３２】
ここに、その前提とする従来技術は、前示したとおりであるが、この従来技術とは別に、多重描画によって描画精度を高めようとすることが、以下に記載する特許文献に提案されている（特許文献４参照。）。しかしながら、この文献において提案された描画方法は、複数回の重ね書きにより設定された荷電ビームを照射する際、描画速度を一定にすると、ノイズが増幅されることから、これを防ぐため描画速度を異なる描画速度によって描画し、一定の速度による弊害、すなわちノイズの増幅を防ごうとするものである。これに対して本発明は、一回の照射ではレジストを露光し得ない微弱な粒子線で小さな線径の粒子線を、複数回多重照射するというものである。前示特許文献４には、本発明に特有な構成、技術思想については全く示唆するものはなく、両者は、基本的に発明の技術思想を異にしている。
【００３３】
【特許文献４】
特開平９−２５１９４０号公報。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、粒子線径及び粒子線の照射密度を小さく調整し、一回の照射ではレジストを露光し得ない微弱な、狭い線幅の粒子線を、同一のパターンで同一の場所に複数回多重照射し、重ね合わせ描画によって露光量に達する高精度パターンを得、次いで現像工程に付す、以上の要件事項によって、高精度描画パターンを簡便に作製することが可能となり、電子回路のような複雑な回路作製にも有用で、微細なパターンを高精度に稠密に作製することが出来るため集積回路の集積率の向上につながり、また、微小な間隔をコントロールする必要のある、例えば超微細フィルターの作製等に応用でき、クリーンルームや半導体の洗浄水の清浄度の向上等に、今後大いに活用が期待され、その意義は極めて大きいと言える。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子線ビームの電流量とビーム径との関係を示す図
【図２】電子線露光１回で作製したパターン（線間隔１μｍ、線の長さ３８０μｍビーム電流量２４ｐＡ、走査速度７．５１×１０−５ｍ／秒、照射密度は３．２０×１０−８Ｃ／ｍ）。
【図３】複数回露光が直線性を示す原理図
【図４】複数回露光したときの電子線強度分布
【図５】電子線露光５回で作製したパターン（線間隔１μｍ、線の長さ３８０μｍの平行線をビーム電流量２４ｐＡ、走査速度３．８×１０−３ｍ／秒で５回照射（照射密度は１回につき６．３２×１０−９Ｃ／ｍ））
【図６】複数回露光したときの現像による線幅の確定
【図７】電子線露光５回で作製したパターン（線間隔０．５μｍ、線の長さ１９７μｍ平行線をビーム電流量２０ｐＡ、走査速度５．８４×１０−３ｍ／秒で５回照射した（照射密度は１回につき３．４２×１０−９Ｃ／ｍ））
【図８】電子線露光１回で作製した線間隔０．５μｍ、線の長さ１９７μｍ平行線パターン（ビーム電流量２０ｐＡ、走査速度１．３１×１０−３ｍ／秒、照射密度は１．５２×１０−８Ｃ／ｍ）
【図９】電子線露光５回で作製したパターン（線間隔０．３３μｍ、線の長さ１４０μｍの平行線をビーム電流量５．６３ｐＡ、走査速度６．２２×１０−３ｍ／秒で５回照射した（照射密度は１回につき９．０５×１０−１０Ｃ／ｍ）
【図１０】電子線露光１回で作製した線間隔０．３３μｍ、線の長さ１４０μｍの平行線パターン（ビーム電流量５．６３ｐＡ、走査速度１．８４×１０−３ｍ／秒、照射密度は３．０５×１０−９Ｃ／ｍ）
【図１１】線幅等の誤差の測定を説明する概念図
【図１２】各実施例で使用したラインアンドスペース（平行線を描画する）
機能を有するパターンジェネレーターを持つ走査型顕微鏡（トプコン製ＳＸ−４０Ａ）の概念図
【図１３】電子線を複数回に分けて照射したときの各粒子線の照射幅と強度分布、とその重畳してなる強度分布を示す図
（ａ）多重照射する微弱な各粒子線の照射量分布と重畳した照射量分布概念図
（ｂ）微弱な粒子線ｐｉを１回照射した時の照射量分布図
（ｃ）Ｎ回照射し、重畳した粒子線Ｐｎの照射量分布図
Claims (7)
- 粒子線レジストを塗布した基板に粒子線を照射する、粒子線照射による描画パターンの作製方法において、粒子線径及び粒子線の照射密度を小さく調整し、一回の照射ではレジストを現像可能な露光量まで露光し得ない微弱な、小さな線径の粒子線を、同一のパターンで同一の場所に複数回多重照射し、重ね合わせ描画することによって現像可能な露光量に達する高精度パターンを得、次いで現像工程に付すことを特徴とする、粒子線照射による高精度パターンの作製方法。
- 粒子線レジストを塗布した基板に粒子線を照射する、粒子線照射による描画パターンの作製方法において、粒子線径及び粒子線の照射密度を小さく調整し、一回の照射ではレジストを現像可能な露光量まで露光し得ない微弱な、小さな線径の粒子線を、同一のパターンで同一の場所に複数回多重照射し、重ね合わせ描画することによって、パターン上に各回露光量分布曲線を重畳し、同パターン上における全露光量の分布を、現像条件の選択によって任意の線幅を選択可能とする、現像し得る露光量に達した領域の中心を頂点とし、現像し得ない領域を両端に有する鋭いピークの露光量分布曲線を得ることを特徴とする、請求項１記載の粒子線照射による高精度パターンの作製方法。
- 複数回多重照射する態様が、粒子線レジストの適正照射量を基準として、そのｎ分の１の照射量で粒子線径を小さくして、照射回数をｎ回照射することを特徴とする、請求項１ないし２の何れか１項に記載の粒子線照射による高精度描画パターンの作製方法。
但し、ｎの値は、２以上の整数を表す。 - 前記ｎの値が、５以上の整数であることを特徴とする、請求項１ないし３の何れか１項に記載の粒子線照射による高精度描画パターンの作製方法。
- 前記ｎの値が、５以上１０以下の整数であることを特徴とする、請求項１ないし４の何れか１項に記載の粒子線照射による高精度描画パターンの作製方法。
- 現像条件を変えることによって、線幅をコントロールすることを特徴とする、請求項１ないし５記載の何れか１項記載の粒子線照射による高精度描画パターンの作製方法。
- 線幅をコントロールする現像条件が現像時間あるいは温度であり、現像時間あるいは温度を変えることによって線幅をコントロールすることを特徴とする、請求項６記載の粒子線照射による高精度描画パターンの作製方法。
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| JP2002297756A Pending JP2004134590A (ja) | 2002-10-10 | 2002-10-10 | 粒子線描画パターン高精度化法 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006078073A1 (en) * | 2005-01-24 | 2006-07-27 | Fujifilm Corporation | Exposure method, method for forming projecting and recessed pattern, and method for manufacturing optical element |
| JP2006227609A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-31 | Fuji Photo Film Co Ltd | 露光方法、凹凸状パターンの形成方法、及び光学素子の製造方法 |
| JP2013115226A (ja) * | 2011-11-29 | 2013-06-10 | Nuflare Technology Inc | 荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置 |
-
2002
- 2002-10-10 JP JP2002297756A patent/JP2004134590A/ja active Pending
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|---|---|---|---|---|
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| JP2006227609A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-31 | Fuji Photo Film Co Ltd | 露光方法、凹凸状パターンの形成方法、及び光学素子の製造方法 |
| JP2013115226A (ja) * | 2011-11-29 | 2013-06-10 | Nuflare Technology Inc | 荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置 |
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