JP2008078553A

JP2008078553A - 現像ローディング測定方法および現像ローディング測定基板

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Publication number: JP2008078553A
Application number: JP2006258782A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Negishi; 佳之根岸; Takashi Yoshii; 崇吉井
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2026-09-25
Also published as: JP5034410B2

Abstract

【課題】密なパターン領域を持つフォトマスクであっても、電子線露光時のｆｏｇｇｉｎｇの影響を排し、現像条件の最適化を行うことが出来る現像ローディング測定方法を提供することを目的とする。
【解決手段】あらかじめ、ｆｏｇｇｉｎｇが発生しない露光方法によりレジスト膜を露光し、前記レジスト膜の未露光部を電子線で露光することにより、電子線露光時のｆｏｇｇｉｎｇの影響を抑えながら、密なパターン領域を形成することが出来る。このため、電子線露光時のｆｏｇｇｉｎｇの影響を受けず、現像することが出来、現像ローディングを正確に評価することが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、現像ローディング測定方法に関するものであり、特に、電子線露光における現像ローディング測定方法に関するものである。

半導体デバイスの製造プロセスなど微細加工が要求されるパターンの形成には、光学的にパターンを転写する方法（フォトリソグラフィー）が用いられていた。

フォトリソグラフィーでは、ステッパー等の露光装置を用い、原版となるフォトマスクに光を照射することにより、フォトマスクのパターンを対象物（ウェハなど）上に転写している。フォトマスクはパターン転写の原版であるため、高い寸法精度が求められる。

フォトマスクのパターニングでは、その精度の高さと解像性の高さから、電子線描画機によるパターニングが主となっている。

フォトマスクでは、密な領域と疎なパターン領域が混在する場合がある。

フォトマスク作製のリソグラフィー工程における現像工程においては、パターンが密な領域で現像液が局所的に不足することにより、パターン寸法に細りが生じる現象（現像ローディング）が起こることが知られている。特に電子線用レジストでは、フォトレジストに比べて溶解速度が低く、現像ローディングの影響が大きいことが報告されている（非特許文献１参照）。

現像ローディングによるパターン粗密の寸法差を最小限に抑えるためには、スプレー現像、パドル現像などの現像方式の最適化や、現像時間、現像レシピなどの現像条件の最適化が必要である。

一方、電子線による露光の場合、パターンが密な領域ではフォギング（ｆｏｇｇｉｎｇ）の現象が起こることが知られている。

ｆｏｇｇｉｎｇとは、描画機の電子銃より基板に打ち込まれた電子が、基板表面などで散乱、反射を起こし、一部の電子がレジスト面から飛び出して行き、描画機チャンバーの内壁で更に反射して、再度レジストへ入射するものである（図１）。パターン密度が高いほどｆｏｇｇｉｎｇの影響は大きくなり、このｆｏｇｇｉｎｇの影響する領域は数十ｍｍにも及ぶことが知られている。

レジストはＦｏｇｇｉｎｇによる再入射電子のエネルギーによりうっすら感光し、ｆｏｇｇｉｎｇの影響を受けたパターン寸法では太りが生じる。

このようなｆｏｇｇｉｎｇを低減させる方法としては、導電膜や有機膜をレジスト上に被膜する方法が提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。
特開２００３−５７８０２号公報特開２００３−１６７３５１号公報Ｐｒｏｃ．ｏｆＳＰＩＥ，ｖｏｌ．５４４６，ｐ．１１８（２００４）

電子線露光におけるパターンが密な領域では、現像ローディングによるパターン寸法の細りと描画時のｆｏｇｇｉｎｇによるパターン寸法の太りの２つの現象が混ざってしまい、現像条件を最適化していくことが困難である。

そこで、本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、密なパターン領域を持つフォトマスクであっても、電子線露光時のｆｏｇｇｉｎｇの影響を防ぎ、現像条件の最適化を行うことが出来る現像ローディング測定方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、電子線露光における現像ローディング測定方法において、基板上に、レジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜に、光を用いて露光を行う工程と、前記光を用いて露光を行ったレジスト膜の露光部分近傍の未露光部分と、前記光を用いて露光を行ったレジスト膜の露光部分から充分に離れた未露光部分とに、電子線による露光を行う工程と、前記露光されたレジスト膜に、現像処理を行う工程と、電子線によりレジスト膜に形成されたパターンを測定する工程とを行うことを特徴とする現像ローディング測定方法である。
ここで、近傍とは、光を用いて露光を行ったレジスト膜の露光部から現像ローディングの影響を受ける範囲であり、充分に離れたとは、光を用いて露光を行ったレジスト膜の露光部から現像ローディングの影響を受けない範囲であるものとする。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の現像ローディング測定方法であって、光を用いて露光を行う工程として、フォトマスクを用いたアライナーを使用することを特徴とする現像ローディング測定方法である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載の現像ローディング測定方法であって、光を用いて露光を行う工程として、レーザー描画機を使用することを特徴とする現像ローディング測定方法である。

請求項４に記載の本発明は、電子線露光されたレジスト膜の現像処理方法において、請求項１から３のいずれかに記載の現像ローディング測定方法を行う工程と、前記現像ローディング測定方法から得られた条件で現像処理を行う工程とを行うことを特徴とする現像処理方法である。

請求項５に記載の本発明は、請求項４に記載の現像処理方法を用いたフォトマスクである。

請求項６に記載の本発明は、基板上にレジスト膜が設けられた現像ローディング測定基板であって、前記レジスト膜を光によって露光された大開口露光部と、前記大開口露光部の近傍に設けられ、前記レジスト膜を電子線によって露光された第一のパターンと、前記大開口露光部から充分に離れた部位に設けられ、前記レジスト膜を電子線によって露光された第二のパターンとを備えたことを特徴とする現像ローディング測定基板である。
ここで、近傍とは、光を用いて露光を行ったレジスト膜の露光部から現像ローディングの影響を受ける範囲であり、充分に離れたとは、光を用いて露光を行ったレジスト膜の露光部から現像ローディングの影響を受けない範囲であるものとする。

本発明の現像ローディング測定方法は、光を用いた露光によりレジスト膜を露光し、前記レジスト膜の未露光部分を電子線で露光し、パターン幅を測定することを特徴とする。
あらかじめ、ｆｏｇｇｉｎｇが発生しない露光方法によりレジスト膜を露光し、前記レジスト膜の未露光部を電子線で露光することにより、電子線露光時のｆｏｇｇｉｎｇの影響を抑えながら、密なパターン領域を形成することが出来る。
このため、現電子線露光時のｆｏｇｇｉｎｇの影響を受けず、現像されたパターンを得ることが出来、現像ローディングを正確に評価することが可能となる。

本発明の現像ローディング測定方法を用いることにより、ｆｏｇｇｉｎｇの影響で隠れていた現像液の局所的な不足を解消出来、パターン粗密差による寸法面内均一性を改善することが可能である。

以下、本発明の現像ローディング測定方法について、図３を用いながら説明を行う。

＜基板上に、レジスト膜を形成する工程＞
まず、基板上にレジスト膜を形成する。

基板としては、特に限定されず適宜公知のものを適用することが出来る。

レジストとしては、２４８ｎｍや３６５ｎｍなどの光にも感光可能な電子線用レジストを用いる。例えば化学増幅型の電子線用レジストでは、電子線のみならず２４８ｎｍや３６５ｎｍなどの光に感光可能なものがほとんどである。化学増幅型の電子線用レジストは、その感度の高さから高い生産性を有しており、フォトマスク製造において広く使用されている。
また、上記レジストは、露光部が現像時に除去されるポジ型、露光部が現像時に残存するネガ型のいずれであってもよい。

基板にレジスト膜を塗布する方法としては、適宜公知の方法を用いることが出来る。例えば、スピンコート法を用いても良い。

＜レジスト膜に、光を用いて露光を行う工程＞
次に、基板に塗布したレジスト膜に、光を用いて露光を行う。

このとき、用いる光としては、前述したレジスト膜が感光することが必要である。

また、露光方法としては、ｆｏｇｇｉｎｇが起こらない露光方法である必要がある。このような露光方法としては、例えば、レーザー描画機による露光方法、フォトマスクを用いたアライナーを使用する露光方法などが挙げられる。
特に、フォトマスクを用いたアライナーを使用する露光方法は大面積を一工程で露光することが可能なため、後述するテストパターンに必要な大開口部を有する大面積のパターンの露光を行うのに好適である。

フォトマスクを用いたアライナーを使用する露光方法を用いる場合、コンタクト露光、またはプロキシ露光のいずれを用いても良い。

＜電子線による露光を行う工程＞
次に、光を用いて露光を行ったレジスト膜の露光部近傍の未露光部分と、露光部分から充分に離れた未露光部分とに、電子線による露光を行う。
ここで、近傍とは、光を用いて露光を行ったレジスト膜の露光部から現像ローディングの影響を受ける範囲（パターンが密な領域）であり、充分に離れたとは、光を用いて露光を行ったレジスト膜の露光部から現像ローディングの影響を受けない範囲（パターンが疎な領域）であるものとする。

一例として、図３（ｅ）にパターンの一例を示す。
図３（ｅ）において、１２Ａは、パターンが密な領域に電子線で露光したパターンであり、光を用いて大開口部に露光したテストパターンに囲まれるように露光されている。
また、１２Ｂは、パターンが疎な領域に電子線で露光したパターンである。

このとき、大面積部に電子線露光を行わないことにより、ｆｏｇｇｉｎｇの影響を無視出来、現像ローディングのみを評価することが出来る。また、通常、電子線による大面積の露光には膨大な時間が掛かるが、この方法ではこの時間を短縮することが出来、電子線露光装置の占有時間を減らすことが出来る。

＜露光されたレジスト膜に、現像処理を行う工程＞
次に、露光されたレジスト膜に、現像処理を行う。

現像処理の方法としては、スプレー現像、パドル現像、ディップ現像などが適用出来、また、現像条件としては現像時間、温度、現像液吐出流量、現像シーケンスなどが挙げられる。

＜パターンを測定する工程＞
次に、現像処理を行った後のパターン寸法を測定し、現像ローディングの影響を評価する。

図３（ｆ）に、現像後のパターンを示す。光を用いて露光を行ったレジスト膜の露光部分近傍に描画したパターン１２Ａ’は、光を用いて露光を行ったレジスト膜の露光部分から充分に離れた場所に描画したパターン１２Ｂ’と比べ、現像ローディングの影響でパターンに細りが生じる。

パターン１２Ａ’とパターン１２Ｂ’のパターン幅の測定方法としては、線幅測長機能を持った光学顕微鏡や、走査型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡などを用いて測定する方法を用いることが出来る。

パターン１２Ａ’とパターン１２Ｂ’のパターン幅より、現像ローディングの影響を評価し、最適化された現像条件を算出する。

例えば、パドル現像においてパターン１２Ａ’がパターン１２Ｂ’に比べ寸法が細っている場合、現像液の供給不足、液の対流不足によって現像ローディングが発生していることが分かる。これを改善するため現像液吐出量を増やす、吐出回数を増やす、現像時間を長くする、基板の陽動を大きくする等の評価を行い、最もパターン１２Ａ’とパターン１２Ｂ’の寸法差が小さくなる現像シーケンスに変更する。他の現像方式についても同様に、スプレー現像、ディップ現像についても上記の評価を行うことにより現像方法を最適化出来る。

以上より、本発明の現像ローディングの測定方法を実施することが出来る。

＜大開口フォトマスクの製造＞
大面積を露光するためのフォトマスク（以下大開口フォトマスク）の製造方法を図２に示す。
まず、大開口フォトマスクの元となる基板として、Ｃｒ遮光膜付き６インチＱｚ基板（図２（ａ））を準備し、この基板に電子線用ポジ型レジスト（ＺＥＰ５２０／日本ゼオン）を５００ｎｍ厚コートし、電子線描画装置にて大面積を描画し（図２（ｂ））、有機現像によりレジストパターンを形成（図２（ｃ））した。
このとき、描画時の条件はドーズを１００μＣ／ｃｍ２、有機現像の条件は現像時間を２分とした。（？この条件で当業者は再試を行うことが出来ますか？現像液は？）

次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いたＱｚドライエッチングによって、遮光膜であるＣｒ膜のエッチングを行った（図２（ｄ））。Ｃｒエッチングの条件は、Ｃｌ_２流量４０ｓｃｃｍ、Ｏ_２流量１０ｓｃｃｍ、Ｈｅ流量８０ｓｃｃｍ、圧力１５ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰパワー３００Ｗ、ＲＩＥパワー３０Ｗとした。

次に、Ｏ_２プラズマアッシング（条件：Ｏ_２流量５００ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＦパワー１０００Ｗ）によってレジストを剥離する。
以上より、大開口部フォトマスク（図２（ｅ））を製造した。

＜現像ローディング評価用基板＞
現像ローディング評価用基板の製造方法を図３に示す。
現像ローディング評価用の基板として、Ｃｒ遮光膜付き６インチＱｚ基板を準備し、この基板に化学増幅型電子線用ポジ型レジストを２００ｎｍ厚コートした。

上記で作製した大開口部フォトマスクを用いて露光（図３（ａ））することにより、現像ローディング評価用基板に大開口部を転写（図３（ｂ）、（ｃ））した。露光波長は２４８ｎｍ、露光エネルギーは１０ｍＪ／ｃｍ^２とした。このとき、フォトマスクの下面と、現像ローディング評価用基板の上面はＣｒの低反射膜となっており、基板間での露光光の反射の影響を小さく出来た。

次に、電子線露光機を用いて、大開口部（パターンが密な領域）にパターン１２Ａと、大開口部から充分に離れた位置（パターンが疎な領域）にパターン１２Ｂとを露光した（図３（ｄ）、（ｅ））。上記と同様の基板を３枚作製し、現像の評価を行った。

＜基板の現像処理＞
次に、パドル現像を用いて、現像液の吐出回数が１回のレシピ、２回のレシピ、３回のレシピを用意し、上記３枚の基板にてそれぞれ現像処理を行った。

＜パターンの測定＞
次に、上記３枚の基板について、走査型電子顕微鏡にて５００００倍の倍率でパターン１２Ａ’とパターン１２Ｂ’の４００ｎｍのスペースパターンを測長した。

＜現像ローディングの評価＞
得られたパターン幅より、現像液の吐出回数が１回ではパターン疎密による寸法差が大きかったが、吐出回数が３回ではパターン疎密による寸法差がほとんどなくなっており、現像液の吐出回数を３回にすることにより現像ローディングを改善出来た。

本発明の現像ローディング測定方法は電子線露光における現像ローディングの測定に有用であり、導体デバイスやＤＶＤ等の記録デバイス、カラーフィルタなどの製造において用いられるフォトマスクの製造工程における電子線露光に好適に用いることが期待出来る。

電子線露光時のｆｏｇｇｉｎｇを説明するための概念図である大開口部用フォトマスク作製工程図であり、（ａ）Ｃｒ遮光膜付きフォトマスクブランクスの断面図、（ｂ）ブランクスにレジストがコートされ、露光された基板の断面図、（ｃ）現像後の基板の断面図、（ｄ）エッチングし、レジストが剥離された状態の基板の断面図、（ｅ）完成したフォトマスクの上面図である。フォトマスクを用いた光による大開口部露光と、その後電子線による露光をする方法を示す工程図であり、（ａ）光を用いた転写露光の断面図（ｂ）露光後の現像ローディング評価基板断面図（ｃ）露光後の現像ローディング評価基板上面図（ｄ）電子線を用いたパターン露光の断面図（ｅ）電子線を用いたパターン露光後の上面図（ｆ）現像後の基板上面図である。

符号の説明

１…電子線露光機の電子銃から打ち込まれた電子
２…基板で反射した電子がチャンバー内で更に反射し、レジストに再入射する電子
３…電子線露光機チャンバー
４…電子線用レジスト
４’…電子線用化学増幅レジスト
５…Ｃｒ遮光膜
６…６インチガラス基板
６Ａ…大開口部露光用フォトマスク基板
７…電子線による露光
８…大開口部
９…光による露光
１０…光により露光されたレジスト感光部
１０’…大開口部
１１…電子線により露光されたテストパターン
１２Ａ…大開口部の中のテストパターン露光部
１２Ａ’…大開口部の中のテストパターン現像後
１２Ｂ…未開口部の中のテストパターン露光部
１２Ｂ’…未開口部の中のテストパターン現像後

Claims

電子線露光における現像ローディング測定方法において、
基板上に、レジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に、光を用いて露光を行う工程と、
前記光を用いて露光を行ったレジスト膜の露光部近傍の未露光部分と、前記光を用いて露光を行ったレジスト膜の露光部分から充分に離れた未露光部分とに、電子線による露光を行う工程と、
前記露光されたレジスト膜に、現像処理を行う工程と、
電子線によりレジスト膜に形成されたパターンを測定する工程と
を行うことを特徴とする現像ローディング測定方法。
請求項１に記載の現像ローディング測定方法であって、
光を用いて露光を行う工程として、フォトマスクを用いたアライナーを使用すること
を特徴とする現像ローディング測定方法。
請求項１に記載の現像ローディング測定方法であって、
光を用いて露光を行う工程として、レーザー描画機を使用すること
を特徴とする現像ローディング測定方法。
電子線露光されたレジスト膜の現像処理方法において、
請求項１から３のいずれかに記載の現像ローディング測定方法を行う工程と、
前記現像ローディング測定方法から得られた条件で現像処理を行う工程と
を行うことを特徴とする現像処理方法。
請求項４に記載の現像処理方法を用いたフォトマスク。
基板上にレジスト膜が設けられた現像ローディング測定基板であって、
前記レジスト膜を光によって露光された大開口露光部と、
前記大開口露光部の近傍に設けられ、前記レジスト膜を電子線によって露光された第一のパターンと、
前記大開口露光部から充分に離れた部位に設けられ、前記レジスト膜を電子線によって露光された第二のパターンと
を備えたことを特徴とする現像ローディング測定基板。