JP2008175923A - 電子ビーム描画装置及びマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子ビーム描画装置において試料表面の高さを正確に測定する。
【解決手段】電子ビームを偏向器で偏向して試料面上にパターンを描画する電子ビーム描画装置であって、試料２の高さ位置を測定するための光源６１と、試料の表面に光源より発せられた光を照射するための光学系と、受光素子からなる試料の表面より反射した光の受光位置により試料の高さ位置を検出する検出器７５と、を備え、試料に照射される光が、Ｐ波とＳ波の混合比率を制御した光で反射率を高めたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子ビーム描画装置及びマスクの製造方法に関するものであり、特に、電子ビーム描画装置における描画対象となるもの、即ち、マスクの位置合せを正確にすることのできる電子ビーム描画装置及びこの電子ビーム描画装置により微細パターンの形成されるマスクの製造方法に関するものである。

マスクや半導体ウエハ上に塗布されたレジストに半導体集積回路パターンを形成するために、電子ビーム描画装置が用いられている。この電子ビーム描画装置では、電子ビームを電磁気的手段により偏向させることにより走査させて、マスクや半導体ウエハにおける所定の領域に照射する。

このように電子ビーム描画装置により、レジストの塗布されたマスク等の上に所定のパターンを描画する場合においては、マスク等を装着したＸ−Ｙステージ上に固定し、移動させながら描画を行なう。この場合、電子ビームは、絞られた状態で斜め方向より入射するため、マスクの高さに位置ずれが生じている場合には、所定の位置に電子ビームが照射されず、描画パターンがずれたり、ぼけたりといった問題が生じる。

このような問題を解決するために、マスク等の高さを実測して補正を行なう方法が提案されている。具体的には、特許文献１では、電子ビーム描画装置内部に配置した検出電極とガラス基板等の表面に形成されたＣｒ膜との間における静電容量を測定することにより高さ補正を行なう方法が開示されており、Ｘ−Ｙステージにより移動させるたびに、マスク等の高さの位置ずれを検出して補正を行なう方法が開示されている。また、特許文献２、３では、電子ビーム描画装置内に設けたレーザ変位センサにより測定を行い、この変位センサによる測定に基づき補正を行なう方法が開示されている。
特開昭５６−６４４３４号公報 特開平９−２２８５９号公報 特開２００５−２５２２６９号公報

本発明は、電子ビームにより描画を行なう際に、マスク等の位置精度を高めた電子ビーム描画装置を提供するとともに、この電子ビーム描画装置を用いることにより、高精度の微細パターンを形成することが可能な、マスク等の製造方法を提供するものである。

本発明の一態様に係る電子ビーム描画装置は、電子ビームを偏向器で偏向して試料面上にパターンを描画する電子ビーム描画装置であって、試料の高さ位置を測定するための光源と、試料の表面に光源より発せられた光を照射するための光学系と、受光素子からなる試料の表面より反射した光の受光位置により試料の高さ位置を検出する検出器と、を備え、試料に照射される光が、Ｐ波とＳ波の混合比率を制御した光であることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電子ビーム描画装置は、電子ビームを複数段の偏向器で偏向して試料面上にパターンを描画する電子ビーム描画装置であって、描画するパターンの領域を主偏向で偏向可能なフレームに分割し、主偏向により電子ビームをフレーム内の任意のサブフィールド位置に位置決めし、サブフィールド単位で副偏向によりパターンを描画する電子ビーム描画装置において、試料の高さ位置を設定するための光源と、試料の表面に光源より発せられた光を照射するための光学系と、受光素子からなる試料の表面より反射した光の受光位置により試料の高さ位置を検出する検出器と、を備え、試料に照射される光が、Ｐ波とＳ波の混合比率を制御した光であることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電子ビーム描画装置は、試料に照射される光における全光量に対するＰ波の割合は、０〔％〕以上、１００〔％〕以下であることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電子ビーム描画装置は、光源より発せられた光はレーザ光を直線偏光させたものであり、光源と試料の間の光路にλ／２板を設置し、λ／２板を回転させることにより、Ｐ波とＳ波の混合比率を制御した光における混合比を調整することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電子ビーム描画装置は、試料は、光透過基板上に光遮断膜が形成され、光遮断膜上に電子ビームにより感光するレジストが塗布されているものであることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電子ビーム描画装置は、ガラス基板の表面に光遮断膜が形成され、光遮断膜上に電子ビームを照射することにより感光するレジストが塗布された試料について、請求項１から５のいずれかに記載の電子ビーム描画装置による電子ビームの描画によりレジストを感光する工程と、レジストを感光した後に現像する工程と、現像後に、レジストの除去された領域の光遮断膜をエッチングにより除去する工程と、エッチング後にレジストを除去する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、電子ビーム描画装置におけるマスク等の位置精度を高めることができるとともに、この電子ビーム描画装置を用いてマスク等を製造することにより、高精度の微細パターンの形成されたマスク等を得ることが可能となる。

〔電子ビーム描画装置〕
本発明における一実施の形態を以下に記載する。

図１は、本発明の第１の実施の形態における電子ビーム描画装置の構成図である。この電子ビーム描画装置の試料室１内に、電子ビーム描画されるマスク等の試料２が設置されたステージ３が設けられている。ステージ３は、ステージ駆動回路４によりＸ方向（紙面における左右方向）、Ｙ方向（紙面における垂直方向）に駆動される。ステージ３の移動位置は、レーザ測長計等を用いた位置回路５により測定される。

試料室１の上方には、電子ビーム光学系１０が設置されている。この光学系１０は、電子銃６、各種レンズ７、８、９、１１、１２、ブランキング用偏向器１３、ビーム寸法可変用偏向器１４、ビーム走査用の主偏向器１５、ビーム走査用の副偏向器１６、及び２個のビーム成型用アパーチャ１７、１８等から構成されている。

通常の電子ビームによる描画は、図２に示すように、試料２上の描画すべきパターン５１を短冊状のフレーム領域５２に分割し、ステージ３をＸ方向に連続移動させながら各フレーム領域５２を描画する。このフレーム領域５２は、更に、サブフィールド領域５３に分割し、サブフィールド領域５３内の必要な部分のみを可変成型ビームである電子ビーム５４を偏向させ描画するものである。このため、主偏向器１５、副偏向器１６と２段の偏向器を用い、フレーム領域５２内におけるサブフィールド領域５３の位置決めは主偏向器１５で行い、サブフィールド領域５３内の描画は、副偏向器１６で行う。

電子ビーム描画装置において描画を行う際には、主偏向器１５により所定のサブフィールド領域５３に位置決めし、副偏向器１６によりサブフィールド領域５３内におけるパターンの描画位置の位置決めを行うともに、ビーム寸法可変用偏向器１４及びビーム成型用アパーチャ１７、１８によりビーム形状を制御し、ステージ３を一方向に連続移動させながらサブフィールド領域５３における描画を行う。このようにして、１つのサブフィールド領域５３における描画が終了したら次のサブフィールド領域５３における描画を行う。ここで、フレーム領域５２は、主偏向器１５の偏向幅で決まる短冊状の描画領域であり、サブフィールド領域５３は副偏向器１６の偏向幅で決まる単位描画領域である。

さらに、複数のサブフィールド領域５３の集合であるフレーム領域５２の描画が終了した後は、必要に応じてステージ３を連続移動させる方向と直交する方向にステップ移動させ、次のフレーム領域５２の描画を行う。

一方、制御計算機２０には記憶媒体である磁気ディスク２１が接続されており、マスクの描画データが格納されている。磁気ディスク２１から読み出された描画データは、フレーム領域５２毎にパターンメモリ２２に一時的に格納される。パターンメモリ２２に格納されたフレーム領域５２毎のパターンデータ、即ち描画位置及び描画データ等で構成されるフレーム情報は、データ展開ユニット３０を介し、データ解析部であるパターンデータデコーダ２３及び描画データデコーダ２４に送られる。

データ展開ユニット３０は、パターンメモリ２２に格納されるデータから、制御計算機２０によって設定されたフレーム領域に含まれるものを選択し抽出する機能を有している。

パターンデータデコーダ２３の出力は、ブランキング回路２５及びビーム成型器ドライバ２６に接続されている。具体的には、パターンデータデコーダ２３では、上記データに基づいてブランキングデータが作成され、このデータがブランキング回路２５に送られる。更に、所望とするビーム寸法データも作成され、このビーム寸法データがビーム成型ドライバ２６に送られる。そして、ビーム成型ドライバ２６から電子光学系１０のビーム寸法可変用偏向器１４に所定の偏向信号が印加され、これにより電子ビームの寸法が制御される。

描画データデコーダ２４の出力は、主偏向器ドライバ２７及び副偏向器ドライバ２８に送られる。主偏向器ドライバ２７から電子光学系１０の主偏向部１５に所定の偏向信号が印加され、これにより電子ビームは所定の主偏向位置に偏向走査される。また、副偏向器ドライバ２８から副偏向器１６に所定の副偏向信号が印加され、これによりサブフィールド領域５３内部の描画が行われる。

〔マスクの高さ検出〕
次に、図３に基づき本実施の形態における電子ビーム描画装置におけるマスクの高さ検出器について説明する。図３は、マスクの高さ検出器の光学系の光路図を示す。

光源６１より発せられた６３５〔ｎｍ〕のレーザ光は直線偏光されており、第１レンズ６２を介し、第１ミラー６３により反射される。この後、第２ミラー６４、第３ミラー６５により反射され、λ／２板６６を介した後、第２レンズ６７により集光される。集光されたレーザ光は、第４ミラー６８により反射され、マスクである試料２の表面に照射される。試料２の表面では、入射したレーザ光が反射され、第５ミラー６９により反射された後、第３レンズ７０を介し、第６ミラー７１、第７ミラー７２、第８ミラー７３において反射され、第４レンズ７４により集光され、ディテクタ７５に入射する。試料２の高さ（Ｚ軸方向の位置）により、ディテクタ７５において入射するレーザ光の入射位置が異なるため、この光の入射位置の変動に基づき試料２のＺ軸方向の位置検出をする構成のものである。

このような構成の光学系を有するマスクの高さ検出装置においては、試料２の表面に塗布されているレジストの膜厚等により干渉の影響を受けるためレーザ光の反射率が異なる。これにより、反射率の低い試料２の場合では、ディテクタ７５に入射するレーザ光の光量が少なくなり、位置検出信号の強度の変化は弱く測定精度が低くなってしまう。尚、本実施の形態において用いたレジストは、材質はポリマーからなるものであり、塗布後ベーキングさせた後の屈折率が１．５６、膜厚３００〔ｎｍ〕における透過率は９８〔％〕の値を示すものである。

また、通常、試料２は支持体により支持されているが、これに起因して、試料２にたわみ等が生ずる場合がある。このような、たわみ等は、高さ検出装置において、ディテクタ７５に入射するレーザ光の光量が低い場合には、試料２面の高さに対する光量変動が少ないため正確に高さを検出することが困難となる。

具体的には、図４に示すように、試料２の表面（マスク面）において、たわみ等を有している場合では、描画のための電子ビームが斜め方向から入射するため、基準面に対する高さとズレが生じている場合、電子ビームの照射される高さ位置（Ｚ軸方向）が、基準面よりもΔＺずれることにより、照射されるＸ軸方向の位置もΔＸだけずれてしまう。これにより、基準面においては正確な位置に照射されるはずの電子ビームが、実際高さ方向の位置ずれにより、ΔＸずれた位置に電子ビームが照射され、電子ビームの描画精度を劣化させる。

また、図５に示すように高さの位置ずれが生じることにより、基準面であれば、電子ビームがフォーカスされた位置で描画を行なわれるが、高さがずれることにより電子ビームの描画はデフォーカス位置において描画されることとなる。デフォーカス位置では、フォーカス位置に対し、電子ビームは広がりを持ってしまうため、描画パターンの線幅等が広がったパターンとなり、微細な描画を行なうことが困難となる。

以上より、マスクの高さ検出器においては、試料２に塗布されているレジストの膜厚に依存することなく、比較的高い反射率が得られることが望ましい。

通常、一般的な光学系による位置検出装置では、位置検出のために照射されるレーザ光は、Ｐ波、Ｓ波の混合比率を制御することなく使用するか、一般に反射率の高いＳ波のみを使用していた。ここで、Ｐ波とは、入射面に平行な成分の光であり、Ｓ波とは入射面に垂直な成分の光を意味している。本実施の形態では、図６に示すように、高さ位置に依存して、反射光の光路が変化し、ディテクタ７５における反射光の入射位置に変動が生じることにより高さ位置を検出する方法を用いている。この方法において、Ｐ波とＳ波の混合比率を制御することにより、フォトレジストの膜厚による影響をできるだけ少なくした状態で、マスク高さの位置を検出する。

図７に、レジストの膜厚と反射率の関係を示す。これは、レジストの種類や、光遮断膜の種類と膜厚、基板の種類について、現在用いているマスクの一つから適当な値を使用して、シミュレーションを行なった結果である。この図に示されるように、Ｐ波、Ｓ波のどちらか一方を用いた場合では、膜厚に対する反射率の変動量が大きく（Ｐ波における反射率変動は、約０〔％〕から約６０〔％〕、Ｓ波における反射率変動は、約０〔％〕から約８５〔％〕）、反射率の低い膜厚フォトレジストが塗布されたマスクにおいては、正確にマスクの高さを正確に検出することができない。

これに対し、Ｐ波とＳ波を混合させることにより、膜厚に対する反射率依存性は低くなり、Ｐ・Ｓ混合比が２：１の場合においては、膜厚に対する反射率変動は、約３０〔％〕から約６０〔％〕となり、最低でも３０〔％〕以上の反射率を確保することができる。また、Ｐ・Ｓ混合比が１：１の場合においては、膜厚に対する反射率変動は、約３０〔％〕から約６５〔％〕となる。更に、Ｐ・Ｓ混合比が１：２の場合においては、膜厚に対する反射率変動は、約２０〔％〕から約７０〔％〕となり、最低でも２０〔％〕以上の反射率を確保することができる。

このように、Ｐ波とＳ波を混合することにより試料２における反射率を高めることができる。尚、このシミュレーションの結果は、実際のマスクにおける測定の傾向と一致している。

これにより、フォトレジストの膜厚に依存することなく、比較的高い反射率を得ることができるため、試料２の高さ位置を正確に把握することができる。

尚、Ｐ波・Ｓ波の混合の割合は、図４に示すλ／２板６６を回転させることにより調整可能である。

次に、本実施の形態における電子ビーム描画装置の描画の手順について説明する。

最初に、試料室１内のステージ３上に試料２を設置する。この後、ステージ３の位置検出を位置回路５により行い、制御計算機２０からの信号に基づいてステージ駆動回路４によりステージ３を描画可能な位置まで移動させる。

この後、電子銃６より電子ビームが発せられる。電子ビームは、照明レンズ７により集光され、ブランキング用偏向器１３により、電子ビームを試料２に照射するか否かの操作が行われる。

この後、アパーチャ１７に入射した電子ビームは、アパーチャ１７における開口部を通過し、ビーム成型器ドライバ２６により制御されたビーム寸法可変用偏向器１４によって偏向され、ビーム成型用アパーチャ１８に設けられた開口部を通過することにより、最終的に所望のビーム形状であるスポットパターンとなる。このスポットパターンとは、試料２に照射される電子ビームの描画単位であり、複数のスポットパターンにより一つの描画パターンが形成される。

ビーム形状形成後のスポットパターンである電子ビームは、縮小レンズ１１によってビーム形状が縮小される。試料２に描画される電子ビームの試料２における照射位置は、主偏向器ドライバ２７により制御された主偏向器１５と副偏向器ドライバ２８により制御された副偏向器１６とにより制御される。主偏向器ドライバ１５は、試料２における所定の副偏向領域に電子ビームを位置決め、即ち、フレーム領域５２の位置決めをする。また、副偏向器ドライバ１６は、サブフィールド領域５３内のパターン描画位置の位置決めを行う。

試料２への電子ビームによる描画は、ステージ３を一方向に移動させ、試料２上において電子ビームを走査し、照射することにより、サブフィールド領域５３内のパターンの描画が行われる。

次に、制御計算機２０による描画制御について説明する。制御計算機２０は、記憶媒体で磁気ディスク２１に記録されたマスクの描画データを読み出し、この読み出した描画データは、フレーム領域５２毎にパターンメモリ２２に一時的に格納される。

パターンメモリ２２に格納されたフレーム領域５２毎の描画データが形成され、データ解析部であるパターンデータデコーダ２３及び描画データデコーダ２４を介して、ブランキング回路２５、ビーム成型器ドライバ２６、主偏向器ドライバ２７、副偏向器ドライバ２８に送られる。

パターンデータデコーダ２３では、データ展開ユニット３０より送られる描画データに基づいてブランキングデータが作成され、このブランキングデータがブランキング回路２５に送られる。更に、この描画データに基づいて所望とするビーム形状データが作成され、このビーム形状データがビーム成型器ドライバ２６に送られる。

ビーム成型器ドライバ２６では、光学系１０のビーム寸法可変用偏向器１４に所定の偏向信号が印加され、これにより電子ビームの寸法が制御される。

描画データデコーダ２４では、描画データに基づいてサブフィールド位置決めデータが作成され、このサブフィールド位置決めデータが主偏向器ドライバ２７に送られる。この後、主偏向器ドライバ２７から主偏向器１５へ所定の偏向信号が印加され、これにより電子ビームは所定のサブフィールド位置に偏向走査される。

また、描画データデコーダ２４では、描画データに基づいて副偏向器１６の走査のコントロール信号を生成し、このコントロール信号が副偏向器ドライバ２８に送られる。そして、副偏向器ドライバ２８から副偏向器１６に所定の副偏向信号が印加され、これにより、サブフィールド領域５３内の描画が行われる。

このように、本実施の形態においては、フォトレジストの膜厚に依存することなく、試料２からの反射率を高くすることができるため、試料２の高さ位置を正確に把握することができる。これにより、電子ビームの照射位置を正確に把握することができ、微細な電子ビームによる描画を正確に行なうことができる。従って、これにより製造されるマスクにおいては、微細なパターンを形成することが可能となる。

〔マスクの製造方法〕
次に、図８に基づき露光用のマスクの製造方法について説明する。露光用のマスクは、ガラス等の露光用の光を透過する基板上に露光用の光を遮光する光遮断膜が形成されている。

具体的には、図８（ａ）に示すように、ガラス基板８１上にクロム（Ｃｒ）或いは酸化クロムからなる光遮断層８２が形成されているものの、光遮断層８２上にレジスト８３が塗布されている試料について、所定の領域のみ電子ビームによる描画を行い感光させる。具体的な方法は、前述のとおりである。

この後、図８（ｂ）に示すように、試料の現像を行なうことにより、マスクとして出来上がった際に、光を透過する領域におけるレジストは除去され、光を遮光する領域のレジストは残存し、光遮断層８２上にレジストパタンーン８３ａが形成される。

この後、図８（ｃ）に示すように、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）により、レジストの除去されている領域のＣｒ（クロム）或いは酸化クロム等からなる光遮断膜８２を除去し、光遮断層からなるパターン８２ａを形成する。

この後、図８（ｄ）に示すように、有機溶剤等により、レジストパターン８３ａを除去することにより、ガラス基板８１上に光遮断層からなるパターン８２ａの形成された露光用のマスクが完成する。

このようにして、微細なパターンの露光用のマスクを形成することができる。

以上、実施の形態において本発明における電子ビーム描画装置及び電子ビーム描画方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、これ以外の形態をとることが可能である。

本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成図 本実施の形態における電子ビーム描画方法の概要図 本実施の形態における光学高さ検出器の光路図 マスク面と電子ビームの関係図（１） マスク面と電子ビームの関係図（２） 本実施の形態における光学高さ検出器における高さ検出の概念図 本実施の形態におけるＰ・Ｓ混合波と反射率の関係図 本実施の形態におけるマスクの製造方法の工程図

符号の説明

１・・・試料室、２・・・試料（マスク）、３・・・ステージ、４・・・ステージ駆動回路、５・・・位置回路、６・・・電子銃、７、８、９、１１、１２・・・各種レンズ、１０・・・光学系、１３・・・ブランキング用偏向器、 １４・・・ビーム寸法可変用偏向器、１５・・・主偏向器、１６・・・副偏向器、１７、１８・・・ビーム成型用アパーチャ、２０・・・制御計算機、２１・・・磁気ディスク、２２・・・パターンメモリ、２３・・・パターンデータデコーダ、２４・・・描画データデコーダ、２５・・・ブランキング回路、２６・・・ビーム成型ドライバ、 ２７・・・主偏向ドライバ、２８・・・副偏向ドライバ、３０・・・データ展開ユニット

Claims (6)

1. 電子ビームを偏向器で偏向して試料面上にパターンを描画する電子ビーム描画装置であって、
   前記試料の高さ位置を測定するための光源と、
   前記試料の表面に前記光源より発せられた光を照射するための光学系と、
   受光素子からなる前記試料の表面より反射した光の受光位置により前記試料の高さ位置を検出する検出器と、を備え、
   前記試料に照射される光が、Ｐ波とＳ波の混合比率を制御した光であることを特徴とする電子ビーム描画装置。
2. 電子ビームを複数段の偏向器で偏向して試料面上にパターンを描画する電子ビーム描画装置であって、描画するパターンの領域を主偏向で偏向可能なフレームに分割し、主偏向により電子ビームを前記フレーム内の任意のサブフィールド位置に位置決めし、サブフィールド単位で副偏向によりパターンを描画する電子ビーム描画装置において、
   前記試料の高さ位置を設定するための光源と、
   前記試料の表面に前記光源より発せられた光を照射するための光学系と、
   受光素子からなる前記試料の表面より反射した光の受光位置により前記試料の高さ位置を検出する検出器と、を備え、
   前記試料に照射される光が、Ｐ波とＳ波の混合比率を制御した光であることを特徴とする電子ビーム描画装置。
3. 前記試料に照射される光における全光量に対するＰ波の割合は、０〔％〕以上、１００〔％〕以下であることを特徴とする請求項１又は、２に記載された電子ビーム描画装置。
4. 前記光源より発せられた光はレーザ光を直線偏光させたものであり、
   前記光源と前記試料の間の光路にλ／２板を設置し、前記λ／２板を回転させることにより、前記Ｐ波とＳ波の混合比率を制御した光における混合比を調整することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載された電子ビーム描画装置。
5. 前記試料は、光透過基板上に光遮断膜が形成され、前記光遮断膜上に電子ビームにより感光するレジストが塗布されているものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載された電子ビーム描画装置。
6. ガラス基板の表面に光遮断膜が形成され、前記光遮断膜上に電子ビームを照射することにより感光するレジストが塗布された試料について、請求項１から５のいずれかに記載の電子ビーム描画装置による電子ビームの描画によりレジストを感光する工程と、
   前記レジストを感光した後に現像する工程と、
   前記現像後に、レジストの除去された領域の光遮断膜をエッチングにより除去する工程と、
   前記エッチング後にレジストを除去する工程と、
   を備えたことを特徴とする露光用のマスクの製造方法。

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