JP3866435B2 - フォトマスクの作成方法、露光方法および露光装置 - Google Patents
フォトマスクの作成方法、露光方法および露光装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造に用いられるフォトマスクの作成方法、露光方法および露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子ビーム露光に多く用いられているレジストの１つとして化学増幅型レジストがある。化学増幅型レジストは、露光前後の放置によって最適露光量が変化するという問題を抱えている。
【０００３】
その原因としては以下の３つが考えられている。すなわち、空気中の汚染物質によって反応が阻害されること、真空中でレジスト成分が蒸発すること、レジスト中で暗反応が進行することが考えられる。これらの原因によって、面内でのレジストの露光感度が変化し、その結果として最適露光量が変化するという問題が起こる。
【０００４】
空気中の汚染物質については空気の洗浄化によって解決されつつあるが、レジスト成分の蒸発や暗反応については、電子ビーム露光ではレジストが真空中に長い間放置されることから、いまだ十分には解決されていない。
【０００５】
そこで、レジストの露光感度の変化による最適露光量の変化に応じて、レジスト面内で露光量を変化させるという方法が提案された。しかしながら、この方法ではレジストの露光感度の変化の度合いは経験に基づいて決めているので、露光補正量は必ずしも正確なものでなく、高精度なパターン露光を行うことは困難である。
【０００６】
また、上記方法では、同じ種類（規格）のレジストであったならば、レジストの露光感度の変化の度合いは同じと見なしている。しかし、同じ種類（規格）のレジストであっても、レジスト間には特性等のばらつきが少なからず存在するので、この点からも高精度なパターン露光を行うことは困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、従来のレジストの露光感度の変化による最適露光量の変化の度合いに応じて、レジスト面内で露光量を変化させる方法は、レジストの露光感度の変化による最適露光量の変化の度合いを経験に基づいて画一的に決めるというものであるので、高精度なパターン露光を行うことは困難である。
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、高精度で作成することのできるフォトマスクの作成方法、レジストにフォトマスク等のパターンを高精度に露光できる露光方法およびこの露光方法の実施に有効な露光装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
［構成］
上記目的を達成するために、本発明に係る露光方法は、レジストの第１の領域に主パターン、第２の領域に補正露光用パターンをそれぞれ露光する工程と、前記補正露光用パターンに基づいて補正露光量を求める工程と、前記補正露光量に基づいて前記第１の領域に前記主パターン、前記第２の領域に前記補正露光用パターンをそれぞれ再度露光する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
上記レジストは、例えば石英基板等の透明基板上に遮光膜となるＣｒ膜等の膜を介して設けられたものである。あるいはＳｉ基板等の半導体基板上に電極となるＡｌ膜等の導電膜を介して設けられたものである。
【００１２】
本発明に係る露光装置は、レジストに所望のパターンを露光する露光装置本体と、この露光装置本体で前記レジストに露光された前記パターンに基づいて補正露光量を求める手段および補正露光を行う手段を有し、かつ前記露光装置本体と接続された露光補助室とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る他の露光装置は、レジストに所望のパターンを露光する露光装置本体と、この露光装置本体で前記レジストに露光された前記パターンに基づいて補正露光量を求める手段および前記レジストを加熱する手段を有し、かつ前記露光装置本体と接続された露光補助室とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る露光方法は、レジストに本来露光するべき主パターンと同時に補正露光用パターンを露光しているので、その補正露光用パターンに基づいて主パターンの露光感度の変化に対応した補正露光量を各レジスト毎に定量的に求めることができ、これにより高精度なパターン露光を行えるようになる。
【００１６】
また、本発明に係る露光装置は、補正露光用の専用の露光手段を有しているので、露光装置本体の露光手段を補正露光に合うように条件を設定したり、補正露光後に本来のパターン露光に合うように条件を設定しなす必要が無くなるので、露光スループットの低下を効果的に防止できるようになる。
【００１７】
また、本発明に係る他の露光装置は、レジストを加熱する手段を有しているので、例えば補正露光用パターンを形成した後にその補正露光用パターンを加熱することによって、加熱しない場合に比べて、レジストの露光感度の変化による補正露光用パターンの膜減りの変化を大きくできる。したがって、補正露光用パターンの膜厚に基づいて補正露光量を求める場合であれば、加熱しない場合に比べて、より高精度のパターン露光を行えるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るフォトマスクの作成に用いる電子ビーム露光装置を示す模式図である。本装置は加速電圧５０ｋｅＶの可変成形型電子ビーム露光装置である。なお、実際には従来装置と同様に反射電子検出器が存在するが本発明の説明には関係ないので省略してある。すなわち、本装置は、膜厚測定器１４があることを除いて、基本的には従来の装置と同じである。
【００２０】
図中、１は電子銃を示しており、この電子銃１から出射した電子ビーム２は、第１成形アパーチャ３、第１ビーム偏向系４、第２成形アパーチャ５、第２ビーム偏向系６、第３ビーム偏向系７および第４ビーム偏向系８を介して、ステージ９上に載置された試料１０に照射される。
【００２１】
試料１０は、石英基板１０ｑ、Ｃｒ膜１０ｃ、レジスト１０ｒが順次積層された構成になっている。図中、１０ｓは感度測定用パターンが形成される領域を示している。レジスト１０ｒには、厚さ０．５μｍのアセタール系化学増幅型ポジレジストが用いられている。アセタール系化学増幅型ポジレジストは室温でも反応が進むため、露光直後からその膜厚が減少する。本実施形態では後述するように膜厚の変化から補正露光量を決めるので、このような特性は何ら問題はない。
【００２２】
電子ビーム２の形状は、第１および第２成形アパーチャ３，５、ならびに第１〜第４ビーム偏向系４，６〜８によって決定される。これら３〜８は制御回路系１１によって制御される。一方、ステージ９はステージ制御系１２によって制御される。さらにこれらの制御回路系１１およびステージ制御系１２は制御計算機１３によって制御される。なお、図には、試料１０のレジスト１０ｒに電子ビーム像を結像するためのレンズ系は図示していない。
【００２３】
そして、試料１０の上方には、レジスト１０ｒに露光された感度測定用パターンの膜厚を測定するための膜厚測定器１４が設けられている。ここでは、膜厚測定器１４として分光干渉反射率測定器を用いる。図中、１４1 は白色光源、１４2 はビームスブリッタ、１４3 は集光光学系、１４4 は分光器、１４5 はディテクタをそれぞれ示している。
【００２４】
図２に、レジスト１０ｃに転写するパターンの平面図を示す。図中、１５はチップを構成する主回路パターン、１６はその周辺回路パターンを示している。これらのパターン１５，１６（チップパターン）は従来から存在するものである。
【００２５】
本実施形態では、さらに感度測定用パターン１７が存在する。この感度測定用パターン１７は、荷電電子ビーム露光装置の１個のビーム偏向領域１８毎にそれぞれ１個づつ主回路パターン１５の外側に配置されている。感度測定用パターン１７の大きさは例えば５０μｍ角である。図では、感度測定用パターン１７は周辺パターン１５の外側に設けられているが、各ビーム偏向領域１８のチップパターン１５，１６の露光の際に同時に露光される領域に設けられていれば良い。個々では、複数の感度測定用パターン１７を用いたが、これらを繋げた１本のストライプ状のパターンであっても良い。この場合には、感度測定用パターン１７に対応した領域にだけ電子ビームを照射することになる。
【００２６】
次に本実施形態のフォトマスクの作成方法における露光方法について、図３のフローチャート図を用いて説明する。
【００２７】
まず、各ビーム偏向領域１８を順次電子ビーム２で走査し、レジスト１０ｒにチップパターン１５，１６および感度測定用パターン１７を露光する（ステップＳ１）。ここで、露光量は２０μＣ／ｃｍ2 、露光時間は１０時間である。
【００２８】
次に感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒの膜厚（レジスト膜厚）を膜厚測定器１４を用いて求める（ステップＳ２）。図４に、その結果である各ビーム偏向領域の露光後におけるレジスト膜厚を示す。ここでは、全てのビーム偏向領域１８の露光後にレジスト膜厚を求める。なお、後述するようにレジスト膜厚を求めるタイミングはこれに限定されるものではない。
【００２９】
次にレジスト１０ｒの膜厚と予め求めたレジスト膜厚・露光量テーブルとから補正露光量を求める（ステップＳ３）。図５に、予め求めたレジスト膜厚・露光量テーブルである、露光後のレジスト膜厚と露光量との関係を示す。図６は、測定結果である図４とレジスト膜厚・露光量テーブルである図５とから求めた、ビーム偏向領域と補正露光量との関係を示す図である。補正露光量は２０μＣ／ｃｍ2 と実際の露光量との差から求まる。図から、最初に露光したものほど補正露光量が多く、レジスト感度が劣化していることが分かる。
【００３０】
次に図６に基づいて、各ビーム偏向領域１８のチップパターン１５，１６および感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒに所定量の電子ビーム２を再度照射して、補正露光を行う（ステップＳ４）。ここでは、各パターンが露光された部分に確実に電子ビーム２が照射されるように、電子ビーム２を２０μｍ径程度にぼかして補正露光を行う。
【００３１】
次にステップ２と同様に、感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒの膜厚を求めることによって、レジスト膜厚のばらつきを求める（ステップＳ５）。
【００３２】
次にレジスト膜厚のばらつきが所定の範囲に収まっているかどうかを判断する（ステップＳ６）。その結果、所定の範囲に収まっていれば、露光は終了し、収まっていなければ収まるまでステップＳ３〜Ｓ５を繰り返す。このようにして、レジスト膜厚は、図７に示すように均一となり、最適露光量でもって補正露光することが可能となる。
【００３３】
この後は、通常通りに、レジスト１０ｒを現像し、残ったレジスト１０ｒをマスクにしてＣｒ膜１０ｃをエッチングして、チップパターン１５，１６および感度測定用パターン１７を有するフォトマスクが完成する。
【００３４】
以上述べたように本実施形態では、感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒの膜厚に基づいて、レジスト１０ｒの感度変化を定量的に評価できるので、高精度なパターン露光を行うことができるようになる。
【００３５】
しかも、レジストを現像すること無しに、その場観測（in-situ）で定量的に評価できるので、レジストのロット毎の感度の変化や、露光前の処理状況に起因するレジスト感度の変化を露光スループットの低下を招くことなく、正確に求めることができるようになる。
【００３６】
また、同じ規格のレジスト（試料）であっても一般にばらつきがあるが、このようなばらつきに起因するレジスト感度の変化があっても高精度のパターン露光を行える。さらに、レジスト塗布後の日数等の違いなどプロセス変動に起因するレジスト感度の変化があっても高精度のパターン露光を行える。
【００３７】
なお、本実施形態では、加速電圧５０ｋｅＶの可変成形型電子ビーム露光装置の場合について説明したが、本発明は電子ビーム露光装置の種類に制限されるものではなく、例えばＣＰ方式の電子ビーム露光装置、一括転写型の電子ビーム露光装置にも適用できる。また、加速電圧が１００ｋｅＶであっても何ら差し支えない。
【００３８】
また、本実施形態では、全てのビーム偏向領域１８を電子ビーム２で走査した後に、全てのビーム偏向領域１８のレジスト膜厚を求めたが、ある数を単位として複数のビーム偏向領域１８の露光後にそれらのビーム偏向領域１８のレジスト膜厚を求めるということを繰り返すことによって、全てのビーム偏向領域１８のレジスト膜厚を求めても良い。また、全てのビーム偏向領域１８ではなく、その一部だけ例えば奇数番目のビーム偏向領域１８だけについてレジスト膜厚を求めて補正露光を行っても良い。
【００３９】
（第２の実施形態）
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒの潜像のコントラストと露光量との関係を予め求めておいて、補正露光量を求めることにある。
【００４０】
レジスト１０ｒに電子ビームを照射すると、その照射部分で感光剤が分解して酸が発生し、その部分は導電性（電気抵抗）が変化する。この導電性の程度と電子の照射量（露光量）とは１対１の関係にある。したがって、レジスト膜厚の代わりに導電性の程度と露光量との関係を予め求めておけば、第１の実施形態と同様に、高精度のパターン露光を行えるなどの効果が得られる。
【００４１】
導電性の程度は以下のようにして求めることができる。導電性が高くなるほどレジスト１０ｒは帯電しにくくなる。通常は、より負に帯電しやすくなる。そのため、潜像に電子ビームを照射し、その際に発生する２次電子の量を測定すると、図８に示すように、電子ビーム照射後の経過時間が同じであれば、導電性が高い潜像ほどコントラストＣ２／Ｃ１は高くなる。したがって、導電性の程度はコントラストＣ２／Ｃ１によって求めることができる。
【００４２】
あるいは２次電子量のピークが検出される２カ所の位置の間の距離Ｌ（図８（ａ）参照）を測定することによっても、レジスト感度の変化を求めることができる。
【００４３】
コントラストＣ２／Ｃ１や距離Ｌは、従来の測定技術で容易に求めることができる。例えば２次電子を検出する方法があげられる。この方法でコントラストＣ２／Ｃ１や距離Ｌを求める電子ビーム露光装置の構成を図９に示す。なお、図１と対応する部分には図１と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【００４４】
本実施形態の電子ビーム露光装置は、第１の実施形態のそれを露光装置本体にし、それにコントラストＣ２／Ｃ１や距離Ｌを測定するための露光補助室２０を接続した構成になっている。露光補助室２０は、電子銃２１とビーム偏向系２２と２次電子検出器２３とから構成されている。
【００４５】
電子ビーム２による露光後に試料１０は露光補助室２０に移され、そこで電子銃２１から出射した測定用の電子ビーム２４はビーム偏向系２２により試料１０の表面を走査し、その際に発生した２次電子２５は２次電子検出器２３で検出され、その検出結果に基づいてコントラストＣ２／Ｃ１や距離Ｌが求められ、その後露光装置本体に戻されて補正露光が行われる。
【００４６】
ここでの電子ビーム２４の加速電圧は８００ｅＶであり、レジスト１０ｒ中での飛程距離は５０ｎｍ程度である。なお、加速電圧は１ｋｅＶ以下であれば、電子ビーム２４によるレジスト１０ｒの露光の悪影響は回避できる。あるいは試料１０に電圧を印加し、電子ビーム２４のランディング・エネルギーを下げることによっても露光の悪影響を回避できる。
【００４７】
（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態に係るフォトマスクの作成に用いる電子ビーム露光装置を示す模式図である。なお、図１と対応する部分には図１と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【００４８】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、紫外線を用いて補正露光を行うことにある。それを実現するために、本実施形態の電子ビーム露光装置は、第１の実施形態のそれを露光装置本体とし、それに試料１０に紫外線を照射できる露光補助室３０を接続した構成になっている。
【００４９】
露光補助室３０内には紫外線光源３１、レンズ３２、膜厚測定器１４が設けられている。紫外線光源３１からは波長２４０ｎｍの紫外光ビーム３４が出射される。紫外光ビーム３４による補正も第１の実施形態と同様にぼかし露光により行うと良い。
【００５０】
本実施形態でも第１の実施形態と同様な効果が得られる。さらに、本実施形態によれば、補正露光を専用の紫外光ビーム３４で行っているので、電子ビーム２を補正露光に合うようにビーム強度等を調整し、補正露光後に本来のパターン露光に合うようにビーム強度等を調整する必要が無くなり、これにより露光スループットの低下を効果的に防止できるようになる。
【００５１】
なお、第２の実施形態についても、本実施形態と同様に紫外線を用いて補正露光を行うことができる。この場合、露光補助室２０内の電子銃２１等を紫外線光源３１等に変える。
【００５２】
（第４の実施形態）
図１１は、本発明の第４の実施形態に係るフォトマスクの作成に用いる電子ビーム露光装置を示す模式図である。なお、図１と対応する部分には図１と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【００５３】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒを選択的に加熱してから、レジスト膜厚を測定することにある。それを実現するために、本実施形態の電子ビーム露光装置は、第１の実施形態のそれを露光装置本体とし、それにレジスト１０ｒの所望の領域に選択的に赤外線ビーム４３を照射できる露光補助室４０を接続した構成になっている。露光補助室４０内には赤外線光源４１、レンズ４２、膜厚測定器１４が設けられている。
【００５４】
次に本実施形態のフォトマスクの作成方法における露光方法について、図１２のフローチャート図を用いて説明する。
【００５５】
まず、レジスト１０ｒにチップパターン１５，１６および感度測定用パターン１７を露光する（ステップＳ１１）。ここまでのステップは、第１の実施形態と同じである。
【００５６】
次に試料１０を露光補助室４０に移し、感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒに選択的に赤外線ビーム４３を照射して加熱する（ステップＳ１２）。赤外線ビーム４３のスポット径は５０μｍとする。また、加熱温度は、赤外線ビーム４３の出力と照射時間とによって制御する。
【００５７】
レジスト１０ｒに赤外線ビーム４３を照射すると、その照射部分の温度が上昇する。温度が上昇するとレジスト１０ｒ中の化学反応が促進する。具体的には、酸の拡散とそれに伴う抑止基の分解が促進する。その結果、第１の実施形態に比べて、露光量の変化に対するレジスト１０ｒの膜減は大きくなる。
【００５８】
次に第１の実施形態と同様に、感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒの膜厚および補正露光量を求め（ステップＳ１３）。このとき、ステップ１２において、露光量の変化に対するレジスト１０ｒの膜減が大きくなっているので、より正確な補正露光量を求めることができる。その結果、第１の実施形態に比べて、より高精度なパターン露光が可能となる。
【００５９】
次に試料１０を露光装置本体に戻し、第１の実施形態と同様に補正露光を行う（ステップＳ１４）。この後のステップＳ１５，Ｓ１６は、図３に示したステップＳ５，Ｓ６と同じである。
【００６０】
本実施形態では、感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒに選択的に赤外線ビーム４３を照射したが、露光スループットを高めるために、レジスト１０ｒの全体に赤外線ビーム４３を照射しても良い。ただし、選択照射の方がチップパターンに与える悪影響は小さくなる。
【００６１】
なお、本実施形態では、補正露光に電子ビーム２を用いたが、第３の実施形態と同様に、紫外線ビーム３３を用いても良い。また、本実施形態のレジストを加熱してから補正露光量を求める方法は第２の実施形態にも適用できる。
【００６２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、フォトマスクを作成する場合について説明したが、本発明はＳｉウェハやＧａＡｓ上に形成した絶縁膜や金属膜などをエッチングする際に用いるマスクにも適用できる。
【００６３】
また、本発明は、電子ビーム以外に例えばイオンビーム等の他の荷電ビームを用いた露光方法・装置にも適用できる。
【００６４】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳説したように本発明によれば、レジスト感度の変化に対応した補正露光量を各試料毎に定量的に求めることができるので、高精度のパターンを有するマスクを容易に実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るフォトマスクの作成に用いる電子ビーム露光装置を示す模式図
【図２】図２の試料のレジストに転写するパターンを示す平面図
【図３】第１の実施形態のフォトマスクの作成方法における露光方法を説明するためのフローチャート図
【図４】各ビーム偏向領域の露光後におけるレジスト膜厚を示す図
【図５】予め求めたレジスト膜厚・露光量テーブルである、露光後のレジスト膜厚と露光量との関係を示す
【図６】測定結果である図４とレジスト膜厚・露光量テーブルである図５とから求めたビーム偏向領域と補正露光量との関係を示す図
【図７】補正露光後のレジスト膜厚の分布を示す図
【図８】レジストに電子を照射し、その照射部分で感光剤が分解して酸が発生して導電性が変化した部分のその導電性の程度を評価する方法を説明するための図
【図９】本発明の第２の実施形態に係るフォトマスクの作成に用いる電子ビーム露光装置を示す模式図
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るフォトマスクの作成に用いる電子ビーム露光装置を示す模式図
【図１１】本発明の第４の実施形態に係るフォトマスクの作成に用いる電子ビーム露光装置を示す模式図
【図１２】第４の実施形態のフォトマスクの作成方法における露光方法を説明するためのフローチャート図
【符号の説明】
１…電子銃
２…電子ビーム
３…第１成形アパーチャ
４…第１ビーム偏向系
５…第２成形アパーチャ
６…第２ビーム偏向系
７…第３ビーム偏向系
８…第４ビーム偏向系
９…ステージ
１０…試料
１１…制御回路系
１２…ステージ制御系
１３…制御計算機
１４…膜厚測定器
１５…主回路パターン
１６…周辺回路パターン
１７…感度測定用パターン
１８…ビーム偏向領域
２０…露光補助室
２１…電子銃
２２…ビーム偏向系
２３…２次電子検出器
２４…電子ビーム
２５…２次電子
３０…露光補助室
３１…紫外線光源
３２…レンズ
３３…紫外線ビーム
４０…露光補助室
４１…赤外線光源
４２…レンズ
４３…赤外線ビーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造に用いられるフォトマスクの作成方法、露光方法および露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子ビーム露光に多く用いられているレジストの１つとして化学増幅型レジストがある。化学増幅型レジストは、露光前後の放置によって最適露光量が変化するという問題を抱えている。
【０００３】
その原因としては以下の３つが考えられている。すなわち、空気中の汚染物質によって反応が阻害されること、真空中でレジスト成分が蒸発すること、レジスト中で暗反応が進行することが考えられる。これらの原因によって、面内でのレジストの露光感度が変化し、その結果として最適露光量が変化するという問題が起こる。
【０００４】
空気中の汚染物質については空気の洗浄化によって解決されつつあるが、レジスト成分の蒸発や暗反応については、電子ビーム露光ではレジストが真空中に長い間放置されることから、いまだ十分には解決されていない。
【０００５】
そこで、レジストの露光感度の変化による最適露光量の変化に応じて、レジスト面内で露光量を変化させるという方法が提案された。しかしながら、この方法ではレジストの露光感度の変化の度合いは経験に基づいて決めているので、露光補正量は必ずしも正確なものでなく、高精度なパターン露光を行うことは困難である。
【０００６】
また、上記方法では、同じ種類（規格）のレジストであったならば、レジストの露光感度の変化の度合いは同じと見なしている。しかし、同じ種類（規格）のレジストであっても、レジスト間には特性等のばらつきが少なからず存在するので、この点からも高精度なパターン露光を行うことは困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、従来のレジストの露光感度の変化による最適露光量の変化の度合いに応じて、レジスト面内で露光量を変化させる方法は、レジストの露光感度の変化による最適露光量の変化の度合いを経験に基づいて画一的に決めるというものであるので、高精度なパターン露光を行うことは困難である。
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、高精度で作成することのできるフォトマスクの作成方法、レジストにフォトマスク等のパターンを高精度に露光できる露光方法およびこの露光方法の実施に有効な露光装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
［構成］
上記目的を達成するために、本発明に係る露光方法は、レジストの第１の領域に主パターン、第２の領域に補正露光用パターンをそれぞれ露光する工程と、前記補正露光用パターンに基づいて補正露光量を求める工程と、前記補正露光量に基づいて前記第１の領域に前記主パターン、前記第２の領域に前記補正露光用パターンをそれぞれ再度露光する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
上記レジストは、例えば石英基板等の透明基板上に遮光膜となるＣｒ膜等の膜を介して設けられたものである。あるいはＳｉ基板等の半導体基板上に電極となるＡｌ膜等の導電膜を介して設けられたものである。
【００１２】
本発明に係る露光装置は、レジストに所望のパターンを露光する露光装置本体と、この露光装置本体で前記レジストに露光された前記パターンに基づいて補正露光量を求める手段および補正露光を行う手段を有し、かつ前記露光装置本体と接続された露光補助室とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る他の露光装置は、レジストに所望のパターンを露光する露光装置本体と、この露光装置本体で前記レジストに露光された前記パターンに基づいて補正露光量を求める手段および前記レジストを加熱する手段を有し、かつ前記露光装置本体と接続された露光補助室とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る露光方法は、レジストに本来露光するべき主パターンと同時に補正露光用パターンを露光しているので、その補正露光用パターンに基づいて主パターンの露光感度の変化に対応した補正露光量を各レジスト毎に定量的に求めることができ、これにより高精度なパターン露光を行えるようになる。
【００１６】
また、本発明に係る露光装置は、補正露光用の専用の露光手段を有しているので、露光装置本体の露光手段を補正露光に合うように条件を設定したり、補正露光後に本来のパターン露光に合うように条件を設定しなす必要が無くなるので、露光スループットの低下を効果的に防止できるようになる。
【００１７】
また、本発明に係る他の露光装置は、レジストを加熱する手段を有しているので、例えば補正露光用パターンを形成した後にその補正露光用パターンを加熱することによって、加熱しない場合に比べて、レジストの露光感度の変化による補正露光用パターンの膜減りの変化を大きくできる。したがって、補正露光用パターンの膜厚に基づいて補正露光量を求める場合であれば、加熱しない場合に比べて、より高精度のパターン露光を行えるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るフォトマスクの作成に用いる電子ビーム露光装置を示す模式図である。本装置は加速電圧５０ｋｅＶの可変成形型電子ビーム露光装置である。なお、実際には従来装置と同様に反射電子検出器が存在するが本発明の説明には関係ないので省略してある。すなわち、本装置は、膜厚測定器１４があることを除いて、基本的には従来の装置と同じである。
【００２０】
図中、１は電子銃を示しており、この電子銃１から出射した電子ビーム２は、第１成形アパーチャ３、第１ビーム偏向系４、第２成形アパーチャ５、第２ビーム偏向系６、第３ビーム偏向系７および第４ビーム偏向系８を介して、ステージ９上に載置された試料１０に照射される。
【００２１】
試料１０は、石英基板１０ｑ、Ｃｒ膜１０ｃ、レジスト１０ｒが順次積層された構成になっている。図中、１０ｓは感度測定用パターンが形成される領域を示している。レジスト１０ｒには、厚さ０．５μｍのアセタール系化学増幅型ポジレジストが用いられている。アセタール系化学増幅型ポジレジストは室温でも反応が進むため、露光直後からその膜厚が減少する。本実施形態では後述するように膜厚の変化から補正露光量を決めるので、このような特性は何ら問題はない。
【００２２】
電子ビーム２の形状は、第１および第２成形アパーチャ３，５、ならびに第１〜第４ビーム偏向系４，６〜８によって決定される。これら３〜８は制御回路系１１によって制御される。一方、ステージ９はステージ制御系１２によって制御される。さらにこれらの制御回路系１１およびステージ制御系１２は制御計算機１３によって制御される。なお、図には、試料１０のレジスト１０ｒに電子ビーム像を結像するためのレンズ系は図示していない。
【００２３】
そして、試料１０の上方には、レジスト１０ｒに露光された感度測定用パターンの膜厚を測定するための膜厚測定器１４が設けられている。ここでは、膜厚測定器１４として分光干渉反射率測定器を用いる。図中、１４1 は白色光源、１４2 はビームスブリッタ、１４3 は集光光学系、１４4 は分光器、１４5 はディテクタをそれぞれ示している。
【００２４】
図２に、レジスト１０ｃに転写するパターンの平面図を示す。図中、１５はチップを構成する主回路パターン、１６はその周辺回路パターンを示している。これらのパターン１５，１６（チップパターン）は従来から存在するものである。
【００２５】
本実施形態では、さらに感度測定用パターン１７が存在する。この感度測定用パターン１７は、荷電電子ビーム露光装置の１個のビーム偏向領域１８毎にそれぞれ１個づつ主回路パターン１５の外側に配置されている。感度測定用パターン１７の大きさは例えば５０μｍ角である。図では、感度測定用パターン１７は周辺パターン１５の外側に設けられているが、各ビーム偏向領域１８のチップパターン１５，１６の露光の際に同時に露光される領域に設けられていれば良い。個々では、複数の感度測定用パターン１７を用いたが、これらを繋げた１本のストライプ状のパターンであっても良い。この場合には、感度測定用パターン１７に対応した領域にだけ電子ビームを照射することになる。
【００２６】
次に本実施形態のフォトマスクの作成方法における露光方法について、図３のフローチャート図を用いて説明する。
【００２７】
まず、各ビーム偏向領域１８を順次電子ビーム２で走査し、レジスト１０ｒにチップパターン１５，１６および感度測定用パターン１７を露光する（ステップＳ１）。ここで、露光量は２０μＣ／ｃｍ2 、露光時間は１０時間である。
【００２８】
次に感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒの膜厚（レジスト膜厚）を膜厚測定器１４を用いて求める（ステップＳ２）。図４に、その結果である各ビーム偏向領域の露光後におけるレジスト膜厚を示す。ここでは、全てのビーム偏向領域１８の露光後にレジスト膜厚を求める。なお、後述するようにレジスト膜厚を求めるタイミングはこれに限定されるものではない。
【００２９】
次にレジスト１０ｒの膜厚と予め求めたレジスト膜厚・露光量テーブルとから補正露光量を求める（ステップＳ３）。図５に、予め求めたレジスト膜厚・露光量テーブルである、露光後のレジスト膜厚と露光量との関係を示す。図６は、測定結果である図４とレジスト膜厚・露光量テーブルである図５とから求めた、ビーム偏向領域と補正露光量との関係を示す図である。補正露光量は２０μＣ／ｃｍ2 と実際の露光量との差から求まる。図から、最初に露光したものほど補正露光量が多く、レジスト感度が劣化していることが分かる。
【００３０】
次に図６に基づいて、各ビーム偏向領域１８のチップパターン１５，１６および感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒに所定量の電子ビーム２を再度照射して、補正露光を行う（ステップＳ４）。ここでは、各パターンが露光された部分に確実に電子ビーム２が照射されるように、電子ビーム２を２０μｍ径程度にぼかして補正露光を行う。
【００３１】
次にステップ２と同様に、感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒの膜厚を求めることによって、レジスト膜厚のばらつきを求める（ステップＳ５）。
【００３２】
次にレジスト膜厚のばらつきが所定の範囲に収まっているかどうかを判断する（ステップＳ６）。その結果、所定の範囲に収まっていれば、露光は終了し、収まっていなければ収まるまでステップＳ３〜Ｓ５を繰り返す。このようにして、レジスト膜厚は、図７に示すように均一となり、最適露光量でもって補正露光することが可能となる。
【００３３】
この後は、通常通りに、レジスト１０ｒを現像し、残ったレジスト１０ｒをマスクにしてＣｒ膜１０ｃをエッチングして、チップパターン１５，１６および感度測定用パターン１７を有するフォトマスクが完成する。
【００３４】
以上述べたように本実施形態では、感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒの膜厚に基づいて、レジスト１０ｒの感度変化を定量的に評価できるので、高精度なパターン露光を行うことができるようになる。
【００３５】
しかも、レジストを現像すること無しに、その場観測（in-situ）で定量的に評価できるので、レジストのロット毎の感度の変化や、露光前の処理状況に起因するレジスト感度の変化を露光スループットの低下を招くことなく、正確に求めることができるようになる。
【００３６】
また、同じ規格のレジスト（試料）であっても一般にばらつきがあるが、このようなばらつきに起因するレジスト感度の変化があっても高精度のパターン露光を行える。さらに、レジスト塗布後の日数等の違いなどプロセス変動に起因するレジスト感度の変化があっても高精度のパターン露光を行える。
【００３７】
なお、本実施形態では、加速電圧５０ｋｅＶの可変成形型電子ビーム露光装置の場合について説明したが、本発明は電子ビーム露光装置の種類に制限されるものではなく、例えばＣＰ方式の電子ビーム露光装置、一括転写型の電子ビーム露光装置にも適用できる。また、加速電圧が１００ｋｅＶであっても何ら差し支えない。
【００３８】
また、本実施形態では、全てのビーム偏向領域１８を電子ビーム２で走査した後に、全てのビーム偏向領域１８のレジスト膜厚を求めたが、ある数を単位として複数のビーム偏向領域１８の露光後にそれらのビーム偏向領域１８のレジスト膜厚を求めるということを繰り返すことによって、全てのビーム偏向領域１８のレジスト膜厚を求めても良い。また、全てのビーム偏向領域１８ではなく、その一部だけ例えば奇数番目のビーム偏向領域１８だけについてレジスト膜厚を求めて補正露光を行っても良い。
【００３９】
（第２の実施形態）
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒの潜像のコントラストと露光量との関係を予め求めておいて、補正露光量を求めることにある。
【００４０】
レジスト１０ｒに電子ビームを照射すると、その照射部分で感光剤が分解して酸が発生し、その部分は導電性（電気抵抗）が変化する。この導電性の程度と電子の照射量（露光量）とは１対１の関係にある。したがって、レジスト膜厚の代わりに導電性の程度と露光量との関係を予め求めておけば、第１の実施形態と同様に、高精度のパターン露光を行えるなどの効果が得られる。
【００４１】
導電性の程度は以下のようにして求めることができる。導電性が高くなるほどレジスト１０ｒは帯電しにくくなる。通常は、より負に帯電しやすくなる。そのため、潜像に電子ビームを照射し、その際に発生する２次電子の量を測定すると、図８に示すように、電子ビーム照射後の経過時間が同じであれば、導電性が高い潜像ほどコントラストＣ２／Ｃ１は高くなる。したがって、導電性の程度はコントラストＣ２／Ｃ１によって求めることができる。
【００４２】
あるいは２次電子量のピークが検出される２カ所の位置の間の距離Ｌ（図８（ａ）参照）を測定することによっても、レジスト感度の変化を求めることができる。
【００４３】
コントラストＣ２／Ｃ１や距離Ｌは、従来の測定技術で容易に求めることができる。例えば２次電子を検出する方法があげられる。この方法でコントラストＣ２／Ｃ１や距離Ｌを求める電子ビーム露光装置の構成を図９に示す。なお、図１と対応する部分には図１と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【００４４】
本実施形態の電子ビーム露光装置は、第１の実施形態のそれを露光装置本体にし、それにコントラストＣ２／Ｃ１や距離Ｌを測定するための露光補助室２０を接続した構成になっている。露光補助室２０は、電子銃２１とビーム偏向系２２と２次電子検出器２３とから構成されている。
【００４５】
電子ビーム２による露光後に試料１０は露光補助室２０に移され、そこで電子銃２１から出射した測定用の電子ビーム２４はビーム偏向系２２により試料１０の表面を走査し、その際に発生した２次電子２５は２次電子検出器２３で検出され、その検出結果に基づいてコントラストＣ２／Ｃ１や距離Ｌが求められ、その後露光装置本体に戻されて補正露光が行われる。
【００４６】
ここでの電子ビーム２４の加速電圧は８００ｅＶであり、レジスト１０ｒ中での飛程距離は５０ｎｍ程度である。なお、加速電圧は１ｋｅＶ以下であれば、電子ビーム２４によるレジスト１０ｒの露光の悪影響は回避できる。あるいは試料１０に電圧を印加し、電子ビーム２４のランディング・エネルギーを下げることによっても露光の悪影響を回避できる。
【００４７】
（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態に係るフォトマスクの作成に用いる電子ビーム露光装置を示す模式図である。なお、図１と対応する部分には図１と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【００４８】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、紫外線を用いて補正露光を行うことにある。それを実現するために、本実施形態の電子ビーム露光装置は、第１の実施形態のそれを露光装置本体とし、それに試料１０に紫外線を照射できる露光補助室３０を接続した構成になっている。
【００４９】
露光補助室３０内には紫外線光源３１、レンズ３２、膜厚測定器１４が設けられている。紫外線光源３１からは波長２４０ｎｍの紫外光ビーム３４が出射される。紫外光ビーム３４による補正も第１の実施形態と同様にぼかし露光により行うと良い。
【００５０】
本実施形態でも第１の実施形態と同様な効果が得られる。さらに、本実施形態によれば、補正露光を専用の紫外光ビーム３４で行っているので、電子ビーム２を補正露光に合うようにビーム強度等を調整し、補正露光後に本来のパターン露光に合うようにビーム強度等を調整する必要が無くなり、これにより露光スループットの低下を効果的に防止できるようになる。
【００５１】
なお、第２の実施形態についても、本実施形態と同様に紫外線を用いて補正露光を行うことができる。この場合、露光補助室２０内の電子銃２１等を紫外線光源３１等に変える。
【００５２】
（第４の実施形態）
図１１は、本発明の第４の実施形態に係るフォトマスクの作成に用いる電子ビーム露光装置を示す模式図である。なお、図１と対応する部分には図１と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【００５３】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒを選択的に加熱してから、レジスト膜厚を測定することにある。それを実現するために、本実施形態の電子ビーム露光装置は、第１の実施形態のそれを露光装置本体とし、それにレジスト１０ｒの所望の領域に選択的に赤外線ビーム４３を照射できる露光補助室４０を接続した構成になっている。露光補助室４０内には赤外線光源４１、レンズ４２、膜厚測定器１４が設けられている。
【００５４】
次に本実施形態のフォトマスクの作成方法における露光方法について、図１２のフローチャート図を用いて説明する。
【００５５】
まず、レジスト１０ｒにチップパターン１５，１６および感度測定用パターン１７を露光する（ステップＳ１１）。ここまでのステップは、第１の実施形態と同じである。
【００５６】
次に試料１０を露光補助室４０に移し、感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒに選択的に赤外線ビーム４３を照射して加熱する（ステップＳ１２）。赤外線ビーム４３のスポット径は５０μｍとする。また、加熱温度は、赤外線ビーム４３の出力と照射時間とによって制御する。
【００５７】
レジスト１０ｒに赤外線ビーム４３を照射すると、その照射部分の温度が上昇する。温度が上昇するとレジスト１０ｒ中の化学反応が促進する。具体的には、酸の拡散とそれに伴う抑止基の分解が促進する。その結果、第１の実施形態に比べて、露光量の変化に対するレジスト１０ｒの膜減は大きくなる。
【００５８】
次に第１の実施形態と同様に、感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒの膜厚および補正露光量を求め（ステップＳ１３）。このとき、ステップ１２において、露光量の変化に対するレジスト１０ｒの膜減が大きくなっているので、より正確な補正露光量を求めることができる。その結果、第１の実施形態に比べて、より高精度なパターン露光が可能となる。
【００５９】
次に試料１０を露光装置本体に戻し、第１の実施形態と同様に補正露光を行う（ステップＳ１４）。この後のステップＳ１５，Ｓ１６は、図３に示したステップＳ５，Ｓ６と同じである。
【００６０】
本実施形態では、感度測定用パターン１７が露光された部分のレジスト１０ｒに選択的に赤外線ビーム４３を照射したが、露光スループットを高めるために、レジスト１０ｒの全体に赤外線ビーム４３を照射しても良い。ただし、選択照射の方がチップパターンに与える悪影響は小さくなる。
【００６１】
なお、本実施形態では、補正露光に電子ビーム２を用いたが、第３の実施形態と同様に、紫外線ビーム３３を用いても良い。また、本実施形態のレジストを加熱してから補正露光量を求める方法は第２の実施形態にも適用できる。
【００６２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、フォトマスクを作成する場合について説明したが、本発明はＳｉウェハやＧａＡｓ上に形成した絶縁膜や金属膜などをエッチングする際に用いるマスクにも適用できる。
【００６３】
また、本発明は、電子ビーム以外に例えばイオンビーム等の他の荷電ビームを用いた露光方法・装置にも適用できる。
【００６４】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳説したように本発明によれば、レジスト感度の変化に対応した補正露光量を各試料毎に定量的に求めることができるので、高精度のパターンを有するマスクを容易に実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るフォトマスクの作成に用いる電子ビーム露光装置を示す模式図
【図２】図２の試料のレジストに転写するパターンを示す平面図
【図３】第１の実施形態のフォトマスクの作成方法における露光方法を説明するためのフローチャート図
【図４】各ビーム偏向領域の露光後におけるレジスト膜厚を示す図
【図５】予め求めたレジスト膜厚・露光量テーブルである、露光後のレジスト膜厚と露光量との関係を示す
【図６】測定結果である図４とレジスト膜厚・露光量テーブルである図５とから求めたビーム偏向領域と補正露光量との関係を示す図
【図７】補正露光後のレジスト膜厚の分布を示す図
【図８】レジストに電子を照射し、その照射部分で感光剤が分解して酸が発生して導電性が変化した部分のその導電性の程度を評価する方法を説明するための図
【図９】本発明の第２の実施形態に係るフォトマスクの作成に用いる電子ビーム露光装置を示す模式図
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るフォトマスクの作成に用いる電子ビーム露光装置を示す模式図
【図１１】本発明の第４の実施形態に係るフォトマスクの作成に用いる電子ビーム露光装置を示す模式図
【図１２】第４の実施形態のフォトマスクの作成方法における露光方法を説明するためのフローチャート図
【符号の説明】
１…電子銃
２…電子ビーム
３…第１成形アパーチャ
４…第１ビーム偏向系
５…第２成形アパーチャ
６…第２ビーム偏向系
７…第３ビーム偏向系
８…第４ビーム偏向系
９…ステージ
１０…試料
１１…制御回路系
１２…ステージ制御系
１３…制御計算機
１４…膜厚測定器
１５…主回路パターン
１６…周辺回路パターン
１７…感度測定用パターン
１８…ビーム偏向領域
２０…露光補助室
２１…電子銃
２２…ビーム偏向系
２３…２次電子検出器
２４…電子ビーム
２５…２次電子
３０…露光補助室
３１…紫外線光源
３２…レンズ
３３…紫外線ビーム
４０…露光補助室
４１…赤外線光源
４２…レンズ
４３…赤外線ビーム
Claims (8)
- レジストの第１の領域に主パターン、第２の領域に補正露光用パターンをそれぞれ露光する工程と、
前記補正露光用パターンに基づいて補正露光量を求める工程と、
前記補正露光量に基づいて前記第１の領域に前記主パターン、前記第２の領域に前記補正露光用パターンをそれぞれ再度露光する工程と
を有することを特徴とする露光方法。 - 前記補正露光量は、前記レジストの露光感度の変化に対応した最適露光量の変化を補正するために必要な露光量であることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
- 前記補正露光用パターンが露光された部分の前記レジストの膜厚に基づいて、前記補正露光量を求めることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
- 前記補正露光用パターンに荷電ビームを照射した際に、前記補正露光用パターンで発生した荷電粒子に基づいて、前記補正露光量を求めることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
- 主パターンと、この主パターンが形成された領域とは別の領域に形成された補正露光量を求めるための補正露光用パターンとを備えたフォトマスクの作成方法であって、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の露光方法を用いて、前記フォトマスクを作成することを特徴とするフォトマスクの作成方法。
- レジストに所望のパターンを露光する露光装置本体と、
この露光装置本体で前記レジストに露光された前記パターンに基づいて補正露光量を求める手段および補正露光を行う手段を有し、かつ前記露光装置本体と接続された露光補助室とを具備してなることを特徴とする露光装置。 - 前記補正露光を行う手段は、紫外線またはＸ線を前記レジストに照射することを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
- レジストに所望のパターンを露光する露光装置本体と、
この露光装置本体で前記レジストに露光された前記パターンに基づいて補正露光量を求める手段および前記レジストを加熱する手段を有し、かつ前記露光装置本体と接続された露光補助室とを具備してなることを特徴とする露光装置。
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