JP2015012084A - 反射電子の露光量見積装置、これを用いた電子線描画装置及び反射電子の露光量見積方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子線描画における反射電子による試料の露光量を、正確に見積もることができる技術を提供する。【解決手段】電子に感光性を有する試料２１に対向配置されかつ試料２１に電子線描画装置９から照射された電子線２の反射電子２ａ、２ｂが衝突する衝突面１１ａを有するとともに、衝突面１１ａにおける反射電子２ａ、２ｂの衝突位置及び強度を検知する検知部１１と、検知部１１で検知された反射電子２ａ、２ｂの角度を算出する算出部１２と、算出部１２で算出された角度及び衝突位置に基づき、衝突面１１ａに衝突して反射した反射電子２ａ、２ｂのうち試料１１に再び入射する反射電子２ａを判定する判定部１３と、判定部１３で判定された反射電子２ａの強度に基づき、試料１１に生じる露光量を見積もる見積部１４とを有する露光量見積装置１。【選択図】図１

Description

本発明は半導体集積回路やフォトマスク等の製造に用いられる電子線描画装置、特に電子に感度を有する試料に電子線を照射する電子線描画装置の中で生じる反射電子の露光量を見積もる方法に関する。

従来、半導体集積回路やその回路原版であるフォトマスク（フォトマスクブランクを含む）等の製造において、これらの表面に電子に感光性を有する試料を塗膜し、これに電子線を照射して微細な回路パターンを形成する方法が行われている。試料としては、回路パターンを構成する導電体やレジスト等がある。半導体集積回路は、集積度の向上や電力消費量の低減のため、より高精度化が要求され、製造難度も高くなってきている。そしてこれに伴い、より高精度かつ高精細なフォトマスクが要求されてきている。

一般に、フォトマスクの製造においては、ガラス基板上に金属遮光膜を形成し、その上にさらにレジストを塗布する。そして、後続するエッチング等の工程で所定の回路パターンが形成されるように、電子線描画装置を用いてレジストに電子線を照射し、レジストを電子に露光させる。レジストは電子線の照射に応じて複数の領域に区分けされ、領域毎の露光量は、電子から領域に与えられる強度（エネルギ）に基づく。

ここで、レジストを感光させる電子には、電子線描画装置の電子銃から電子線として照射される一次電子と、この照射された一次電子がレジスト層を通過しガラス基板にまで到達した後電子線描画装置側へ反射する反射電子（後方散乱電子）とがある。さらにこの反射電子には、反射後にレジスト内にとどまる電子と、レジストを電子線描画装置側へ通り抜ける電子とがある。このレジストを通り抜けた電子が電子線描画装置の対物レンズや真空チャンバの天板等、レジストの上面に対向する部位で反射した後再びレジストに入射し、レジストを露光させることが知られている。

この再度レジストに入射する反射電子によってレジストが露光する現象は、フォギング（Ｆｏｇｇｉｎｇ）効果と呼ばれる。フォギング効果は、一次電子による露光量に加えレジストを露光させるため、本来のパターン幅よりも太い又は細い幅を形成させることとなる。フォギング効果は、特に回路パターンが密な領域においてその影響が大きい（特許文献１参照）。よって、電子線によって回路パターンを描画する場合、フォギング効果の影響による露光量を正確に見積り、見積もった露光量に基づいて、実際に照射する電子線の照射量を補正する補正量を設定する必要がある。
そこで、フォギング効果の影響による露光量を見積もる方法として、フォギング効果による反射電子の分布がガウス分布に従うことを原則として、回路パターン密度から予め計算し、補正量を算出する方法がある。

特許第５０３４４１０号公報

しかし、反射電子の分布が、単にガウス分布に正確に従うと仮定すると、実際に電子線描画を行う場合に不都合が生じることが多い。例えば、通常、実際に照射される電子線の露光量を設定するために、予めテストパターンに電子線描画装置で電子線を照射するテストを行う。このとき、得られたテストパターンの仕上がり寸法を電子顕微鏡で測定し、これを分析すると、反射電子の分布がガウス分布と異なる場合がある。これは、電子線描画装置そのものの照射精度や、電子顕微鏡による測定誤差といった、フォギング効果以外にテストパターンの仕上がり寸法を左右する要因があり、これらがレジストの露光量に影響を及ぼすからである。よって反射電子によるレジストの露光量を、理論上の分布から見積もるのではなく、実際の電子線描画装置において直接見積もることができる技術が望まれていた。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、実際の電子線描画における反射電子による試料の露光量を見積もる際の正確性を高めることができる技術を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る反射電子による露光量見積装置のひとつの態様は、電子に感光性を有する試料に対向配置されかつ当該試料に電子線描画装置から照射された電子線の反射電子が衝突する衝突面を有するとともに、当該衝突面における前記反射電子の前記衝突位置及び強度を検知する検知部と、当該検知部で検知された反射電子の位置と前記試料上の電子線の照射位置とから前記反射電子の角度を算出する算出部と、当該算出部で算出された前記角度及び前記衝突位置に基づき、前記衝突面に衝突して反射した反射電子のうち前記試料に再び入射する反射電子を判定する判定部と、当該判定部で前記試料に再び入射すると判定された反射電子の強度に基づき、前記試料に再び入射する反射電子によって前記試料に生じる露光量を見積もる見積部とを有する。

また前記試料は、電子線を照射する電子銃の下方に配設されたチャンバ内に配置され、前記衝突面を、前記チャンバの天板の下面に配設してもよい。
また前記衝突面を平面としてもよい。
また前記試料を、フォトマスク上に形成されたレジストとしてもよい。
また本発明に係る電子線描画装置のある態様は、前記ある態様に係る反射電子の露光量見積装置と、前記見積もられた露光量に基づいて、照射する電子線の照射量を補正する補正値を設定する補正装置とを備える。

また本発明に係る反射電子の露光量見積方法のある態様は、前記ある態様に係る反射電子の露光量見積装置を用いて、前記衝突面における前記反射電子の衝突位置及び強度を検知し、前記検知された反射電子の前記衝突位置と前記試料上の電子線の照射位置とから前記反射電子の角度を算出し、当該算出された前記角度及び前記衝突位置に基づき、前記衝突面に衝突して反射した反射電子のうち前記試料に再び入射する反射電子を判定し、前記試料に再び入射すると判定された反射電子の強度に基づき、前記試料に再び入射する反射電子に感光することで前記試料に生じる露光量を見積もる。

本発明のひとつの態様に係る露光量見積装置によれば、検知部に衝突する反射電子の各々の角度に基づいて、実際に試料に再入射する反射電子を判定した上で試料の露光量を見積もる。よって、電子線描画における反射電子による試料の露光量を見積もる際の正確性を高めることができる。

本発明の実施形態に係る反射電子による露光量見積装置を説明する図である。 本発明の実施形態に係る反射電子による露光量見積装置を説明する図である。 座標空間を説明する図である。 フォトマスクに入射する反射電子の分布を説明する図である。 反射電子の空間分布を説明する図である。

本発明の実施形態に係る反射電子の露光量見積装置（以下、単に「露光量見積装置」ともいう。）は、フォトマスク上に塗膜形成されたレジストに電子線を照射して、レジストを露光させて回路パターンを描画する電子線描画装置に取り付けられる。そして電子線の反射電子によって生じるレジストの露光量を見積もるために用いられる。本実施形態では、このレジストを、電子に感光性を有する試料とする。以下、本実施形態の構成を、図面を参照して説明する。なお、図中に示された露光量見積装置や電子線描画装置を構成する各部材の形状、大きさ又は比率は適宜簡略化及び誇張して示されている。

まず本実施形態に係る電子線描画装置９について説明する。電子線描画装置９は、図１に示すように、電子線２を照射する電子銃３ａを備える電子銃部３と、電子銃部３の下方に配設されフォトマスク２０を収納する真空チャンバ５とを有する。また電子線描画装置９は、本実施形態に係る露光量見積装置１と、露光量見積装置１によって見積もられた露光量に基づいて、電子線２の照射量を補正する補正値を設定する補正装置（不図示）を備える。
電子銃部３内には、電子線２を電気的又は磁気的に収束する収束レンズ系（不図示）及び電子線２を偏光させる偏向コイル（不図示）が設けられている。また、真空チャンバ５の底板５ｂ上にＸＹステージ４が設けられ、ＸＹステージ４上にフォトマスク２０が載置されている。

フォトマスク２０は、例えばガラス基板２３の上にＣｒ等の金属遮光膜２２が塗膜され、さらにその上に電子に感光性を有するレジスト２１が塗膜形成されたフォトマスクブランクである。レジスト２１に電子銃３ａから電子線２が照射されると、電子線２の一次電子がフォトマスク２０内で反射し、この反射電子２ａ、２ｂが、レジスト２１の上面から真空チャンバ５の天板５ａ側へ飛び出す。そして天板５ａに衝突して反射した反射電子のうち、再びレジスト２１に入射する反射電子が、レジスト２１を感光させる。

次に本実施形態に係る露光量見積装置１について説明する。
本実施形態に係る露光量見積装置１は、図１に示すように、真空チャンバ５の天板５ａの下面に取り付けられる検知装置１１と、検知装置１１に接続される制御装置１２とを有する。制御装置１２は、図２に示すように、算出部１２ａと判定部１２ｂと見積部１２ｃとを有する。
検知部である検知装置１１は、反射電子２ａ、２ｂが衝突する衝突面１１ａを有し、衝突面１１ａはレジスト２１に対向配置される。検知装置１１は、衝突面１１ａにおける反射電子２ａ、２ｂの衝突位置及び強度を検知する。

衝突面１１ａは平面形状とされレジスト１１に対向し、真空チャンバ５の天板５ａの下面略全体を覆うように配設されている。尚、衝突面１１ａの形状は平面に限定されず、反射電子２ａ、２ｂを検知できる限り他の形状とされてよく、例えば断面が弧状の曲面であってもよい。
算出部１２ａは、検知装置１１で検知された反射電子２ａ、２ｂの衝突位置と、レジスト２１上の電子線２の照射位置Ｐｏとから、反射電子２ａ、２ｂの角度を算出する。ここで角度θａ、θｂは、図１に示すように、照射された電子線２の光軸と、反射電子２ａ、２ｂがレジスト２１の上面から飛び出す方向との成す角度とする。

判定部１２ｂは、算出部１２ａで算出された角度θａ、θｂ及び衝突位置に基づき、衝突面１１ａに衝突して反射した反射電子２ａ、２ｂのうちレジスト２１に再び入射する反射電子２ａを判定する。
見積部１２ｃは、判定部１２ｂでレジスト２１に再び入射すると判定された反射電子２ａの強度に基づき、レジスト２１の上面に再び入射する反射電子２ａによってレジスト２１に生じる露光量を見積もる。

次に、本実施形態に係る露光量見積装置１の動作を説明する。
まず電子銃３からフォトマスク２０のレジスト２１に向けて電子線２を、照射位置Ｐｏに向けて照射すると、電子線２の反射電子２ａ、２ｂの一部が露光量見積装置１の検知装置１１の衝突面１１ａに衝突する（図１参照）。検知装置１１は反射電子２ａ、２ｂの衝突面１１ａ上の位置及び強度を検知する。そして、図２に示すように、反射電子２ａ、２ｂの位置及び強度を、算出部１２ａへ出力する。

次に、外部入出力装置１３によって、照射位置Ｐｏを算出部１２ａに入力する。そして算出部１２ａによって、反射電子２ａ、２ｂの位置と照射位置Ｐｏとから、各々の反射電子２ａ、２ｂの角度θａ、θｂを算出する。そして角度θａ、θｂを、判定部１２ｂへ出力する。
次に、外部入出力装置１３によって、レジスト２１の上面の領域範囲を、判定部１２ｂに入力する。そして判定部１２ｂによって、各々の反射電子２ａ、２ｂの角度θａ、θｂに基づき、レジスト２１に再び入射する反射電子２ａを以下のように判定する。

まず、衝突面１１ａに衝突した反射電子２ａ、２ｂが、衝突面１１ａで反射後にレジスト２１の高さ位置まで移動したときの水平面上の位置を、各々の衝突面１１ａ上の衝突位置及び角度から計算する。反射電子２ａ、２ｂの内、レジスト１１の上面から飛び出す角度θａが比較的小さい反射電子２ａは、衝突面１１ａで反射後、再びレジスト２１に入射することとなる。

他方、レジスト２１の上面から飛び出す角度θｂが比較的大きい反射電子２ｂは、衝突面１１ａで反射後、レジスト２１の上面の領域範囲外に入射するため、レジスト１１に再び入射しない。このように、反射電子２ａ、２ｂの各々の位置、角度θａ、θｂ及びレジスト２１の上面の領域範囲から、各々の反射電子２ａ、２ｂが、レジスト２１に再び入射するかどうかを判定する。そして、レジスト２１に再び入射すると判定された反射電子２ａを、見積部１２ｃへ出力する。また、算出部１２ａによって反射電子２ａの強度を見積部１２ｃへ出力する。

次に、見積部１２ｃによって、レジスト２１に再び入射すると判定された反射電子２ａ及びその強度に基づき、レジスト２１に生じる露光量を見積もる。そして、見積もられた露光量を外部入出力装置１３へ出力する。上記の動作によって、本実施形態に係る反射電子の露光量見積方法が構成される。
さらに続けて、電子線描画装置９が有する補正装置によって、見積もられた露光量に基づき、電子銃３から照射する電子線２の照射量を補正する補正値を設定する。補正は、例えば、加速電圧を調節することで行われる。そして設定された補正値を用いて、実際に電子線描画装置９によってフォトマスク１０に電子線２を照射すれば、フォギング効果の影響量を補正した適切な描画を行うことができる。

以下、本実施形態に係る露光量見積装置１の実施例を説明する。
図３は、露光量見積装置１が配置されるＸＹＺの３軸空間を説明する図であり、電子線２の照射位置Ｐｏを原点として露光量見積装置１を配置する。電子銃３からフォトマスク２０に電子線２を、１４μＣ/ｃｍ^２、１ｍｍ×１ｍｍの長方形パターンを２００回塗りつぶす描画条件で照射した。

図４は、各々の反射電子２ａの位置及び強度から得られた、レジスト２１に入射する反射電子２ａの分布を説明するバブルチャート図である。図中右側に示す＋１４μＣの円が、照射した電子線２の電荷密度の大きさを示す。また図５は、反射電子２ａの空間分布を説明する３Ｄ等高線図である。
図４、図５に示すように、露光量見積装置１の検知装置１１の衝突面１１ａの平面形状に応じて、反射電子２ａの分布が確認された。また、電子線２の照射位置Ｐｏを中心に、同心円状に反射電子２ａの電荷密度が変化したことが確認できた。

（効果）
本実施形態に係る露光量見積装置１によれば、検知装置１１に衝突する反射電子２ａ、２ｂの各々の角度θａ、θｂに基づいて、実際にレジスト２１に再入射する反射電子２ａを判定した上で、レジスト２１の露光量を見積もることとなる。よって、電子線描画における反射電子２ａによるレジスト２１の露光量を、より正確に見積もることができる。

また本実施形態に係る露光量見積装置１の検知装置１１の衝突面１１ａは、電子線を照射する電子銃の下方に配設された真空チャンバ５の天板５ａの下面に、レジスト２１に対向して配設されている。これにより、レジスト２１の上面からレジスト２１を通り抜ける反射電子２ａ、２ｂが衝突面１１ａに衝突する状態を、実際に反射電子２ａ、２ｂが真空チャンバ５の天板５ａに衝突する状態に近似させる。よって、レジスト２１の露光量を、より正確に見積もることができる。

また本実施形態に係る露光量見積装置１の検知装置１１の衝突面１１ａは、平面形状とされている。これにより、反射電子を平面で捉えるので、反射電子の位置及び強度をより効率よく算出することができる。
また、本実施形態に係る露光量見積装置１によれば、フォトマスク２０上に形成されたレジスト２１の反射電子２ａによる露光量が見積もられる。よって、回路原版として、より高精度かつ高精細が求められるフォトマスクの製造において、フォギング効果の影響量を正確に見積もることができる。また上記したテストパターンにおいては、仕上がり寸法を左右する複数の要因の中から、フォギング効果の影響量を正しく切り分けることができる。

また、本実施形態に係る電子線描画装置９は、上記した露光量見積装置１によって見積もられた露光量に基づいて、電子線２の照射量を補正する。これにより、フォギング効果の影響量を補正した電子線の照射が行われるので、より高精度かつ高精細の描画を行う電子線描画装置を得ることができる。
また、本実施形態に係る露光量見積装置１の検知装置１１は、図１に示すように、実際の電子線描画に用いられる真空チャンバ５の天板５ａの下面略全体を覆うように平面形状で配設されている。これにより、天板５ａの下面略全体における反射電子２ａの位置及び強度を検知するので、実際の電子線描画におけるフォギング効果の影響量を、より正確に見積もることができる。

（その他）
尚、本実施形態に係る露光量見積装置１を格納する格納庫を、電子線描画装置９の内部、例えば真空チャンバ５の天板５ａに設け、露光量見積装置１が露光量を見積もらない場合には、検知装置１１を格納するように構成してもよい。これにより、電子線描画装置９によって実際にフォトマスク２０に回路パターンを描画する際、検知装置１１が描画を妨げることがない。

また、本実施形態に係る露光量見積装置１の検知装置１１を支持する支持装置をさらに設け、この支持装置により、検知装置１１を真空チャンバ５の天板５ａの下面で移動自在に構成してもよい。この構成により、天板５ａの下面が比較的広いために複数の検知装置１１が必要な場合であっても、一つの検知装置１１で反射電子２ａ、２ｂの位置及び強度を算出する。よって検知装置１１の数を抑えることができるとともに、複数の検知装置１１の信号を統合する処理プロセスが不要となり、処理を容易にできる。

また、本実施形態に係る露光量見積装置１は、真空チャンバ５の天板５ａの下面の他に、真空チャンバ５の内壁に配設されてもよい。また電子線描画装置９の対物レンズや偏向器の下面でもよい。レジスト２１に対向するとともに、レジスト２１の上面から飛び出した反射電子２ａ、２ｂが衝突する部位であればよい。
また、本実施形態に係る露光量見積装置１は、フォトマスク２０に代えて、レジスト２１が塗膜された半導体ウェハに対して用いられてもよい。

本発明は、フォトマスクのプロセス開発において、フォギング効果に代表されるグローバル描画補正を正確に決定することに有用である。

１ 反射電子の露光量見積装置
２ 電子線
２ａ、２ｂ 反射電子
３ 電子銃
５ 真空チャンバ
５ａ 天板
５ｂ 底板
９ 電子線描画装置
１１ 検知装置
１１ａ 衝突面
１２ 制御装置
１２ａ 算出部
１２ｂ 判定部
１２ｃ 見積部
２０ フォトマスク
２１ レジスト
Ｐｏ 照射位置
θａ、θｂ 角度

Claims (6)

1. 電子に感光性を有する試料に対向配置されかつ当該試料に電子線描画装置から照射された電子線の反射電子が衝突する衝突面を有するとともに、当該衝突面における前記反射電子の衝突位置及び強度を検知する検知部と、
   当該検知部で検知された反射電子の前記衝突位置と前記試料上の電子線の照射位置とから前記反射電子の角度を算出する算出部と、
   当該算出部で算出された前記角度及び前記衝突位置に基づき、前記衝突面に衝突して反射した反射電子のうち前記試料に再び入射する反射電子を判定する判定部と、
   当該判定部で前記試料に再び入射すると判定された反射電子の強度に基づき、前記試料に再び入射する反射電子によって前記試料に生じる露光量を見積もる見積部と、
   を有する反射電子の露光量見積装置。
2. 前記試料は、電子線を照射する電子銃の下方に配設されたチャンバ内に配置され、
   前記衝突面を、前記チャンバの天板の下面に配設したこと、を特徴とする請求項１に記載の反射電子の露光量見積装置。
3. 前記衝突面を平面としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の反射電子の露光量見積装置。
4. 前記試料を、フォトマスク上に形成されたレジストとしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の反射電子の露光量見積装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の反射電子の露光量見積装置と、
   前記見積もられた露光量に基づいて、照射する電子線の照射量を補正する補正値を設定する補正装置と、
   を備えた電子線描画装置。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の反射電子の露光量見積装置を用いて、
   前記衝突面における前記反射電子の衝突位置及び強度を検知し、
   前記検知された反射電子の前記衝突位置と前記試料上の電子線の照射位置とから前記反射電子の角度を算出し、
   当該算出された前記角度及び前記衝突位置に基づき、前記衝突面に衝突して反射した反射電子のうち前記試料に再び入射する反射電子を判定し、
   前記試料に再び入射すると判定された反射電子の強度に基づき、前記試料に再び入射する反射電子に感光することで前記試料に生じる露光量を見積もることを特徴とする反射電子の露光量見積方法。

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