JP3944347B2 - 電子線照射装置、アウトガス捕集方法及びガス分析方法 - Google Patents
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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プロセスにおける電子ビームリソグラフィ工程で用いられる、電子線照射装置、アウトガス捕集方法及びガス分析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路を構成する半導体素子の微細化に伴って、配線のパターン寸法の一層微細化が求められており、一層微細なパターンを加工するためには、露光光として、従来から用いられている紫外線よりも波長が短い短波長光、例えば電子線の使用が検討されている。
【０００３】
電子源から放出される電子ビームをレジスト膜に照射してレジストパターンを形成する技術である電子ビームリソグラフィにおいては、スループット及び解像性の点で優れている電子ビーム投影露光方式（例えば、H.C.Preiffer et al., J.Vac.Sci.Technol., B17(6), 2840 (1999)）が期待されている。この露光方式は、通常１００ｋｅＶ程度の高加速のエネルギーを用いるため、電子の前方散乱の影響が少ないので、解像性に優れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、電子ビームをレジスト膜に照射したときにレジスト膜からアウトガス（レジスト膜における脱ガス現象によってレジスト膜から放出されるガス）が発生し、該アウトガスが電子ビームのエネルギーを吸収するので、電子ビームのエネルギーが変動するという問題がある。
【０００５】
ところで、Ｆ2 レーザ光を用いるリソグラフィにおいては、レジスト膜からのアウトガスは露光装置の光学系にダメージを与えるため、アウトガスの測定及び分析が行われている（例えば、R.R.Kunz et al., J.Vac.Sci.Technol., B17(6), 3330 (1999)）。
【０００６】
しかしながら、電子線リソグラフィにおいては、レジスト膜からのアウトガスの影響を定性的又は定量的に把握する装置は存在しない。
【０００７】
これは、通常の電子ビーム描画装置を用いる露光方法においては、ガスクロマトグラフィ分析を行なうために必要なガスを捕集するためには、極めて長い露光時間が必要になり、実用的ではないということに起因する。また、電子ビーム描画装置においては、アウトガスを捕集するガス捕集管及びアウトガスを分析するガス分析装置を備えることは構造上難しいので、ガス捕集管及びガス分析装置を備えた装置は実現されていない。
【０００８】
ところで、本願発明の対象となる電子線照射装置、つまり電子線をレジスト膜に全面に照射する装置としては、電子線の照射に伴うレジスト膜の物性変化を測定する装置は提案されているが、レジスト膜から発生するアウトガスを捕集する装置又はアウトガスを分析する装置を備えた電子線照射装置は現在のところ提案されていない。
【０００９】
このため、電子線照射装置においては、レジスト膜から発生するアウトガスを捕集することができないと共にアウトガスを分析することもできないのが実状である。
【００１０】
前記に鑑み、本発明は、電子線をレジスト膜に全面的に照射する電子線照射装置においてレジスト膜から発生するアウトガスを捕集できるようにすることを第１の目的とし、レジスト膜から発生するアウトガスを分析できるようにすることを第２の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の第１の目的を達成するため、本発明に係る第１の電子線照射装置は、チャンバーの内部に設けられ、表面にレジスト膜が形成されている半導体基板を保持する基板ホルダーと、レジスト膜の全面に電子線を照射する電子線照射手段と、チャンバーに設けられ、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスを捕集するガス捕集手段とを備えている。
【００１２】
本発明に係る第１の電子線照射装置によると、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスを捕集するガス捕集手段を備えているため、電子線照射装置によりレジスト膜の全面に電子線を照射したときにレジスト膜から放出されるアウトガスをガス捕集手段により捕集することができる。
【００１３】
本発明に係る第１の電子線照射装置は、ガス捕集手段に捕集されたアウトガスの成分を分析するガス分析手段をさらに備えていることが好ましい。
【００１４】
このようにすると、ガス捕集手段により捕集されたアウトガスの成分を定性分析又は定量分析することができる。
【００１５】
前記第２の目的を達成するため、本発明に係る第２の電子線照射装置は、チャンバーの内部に設けられ、表面にレジスト膜が形成されている半導体基板を保持する基板ホルダーと、レジスト膜の全面に電子線を照射する電子線照射手段と、チャンバーに設けられ、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスの成分を分析するガス分析手段とを備えている。
【００１６】
本発明に係る第２の電子線照射装置によると、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスの成分を分析するガス分析手段を備えているため、電子線照射装置によりレジスト膜の全面に電子線を照射したときにレジスト膜から放出されるアウトガスの成分を定性分析又は定量分析することができる。
【００１７】
前記第１の目的を達成するため、本発明に係るアウトガス捕集方法は、表面にレジスト膜が形成されている半導体基板をチャンバー内に保持する工程と、レジスト膜の全面に電子線を照射する工程と、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスを捕集する工程とを備えている。
【００１８】
本発明に係る脱ガス捕集方法によると、レジスト膜の全面に電子線を照射したときにレジスト膜から放出されるアウトガスを捕集することができる。
【００１９】
前記第２の目的を達成するため、本発明に係る第１のガス分析方法は、表面にレジスト膜が形成されている半導体基板をチャンバー内に保持する工程と、レジスト膜の全面に電子線を照射する工程と、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスを捕集する工程と、捕集されたアウトガスの成分を分析する工程とを備えている。
【００２０】
本発明に係る第１の脱ガス分析方法によると、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスを捕集すると共に、捕集されたアウトガスの成分を定性分析又は定量分析することができる。
【００２１】
前記第２の目的を達成するため、本発明に係る第２の脱ガス分析方法は、表面にレジスト膜が形成されている半導体基板をチャンバー内に保持する工程と、レジスト膜の全面に電子線を照射する工程と、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスの成分を分析する工程とを備えている。
【００２２】
本発明に係る第２の脱ガス分析方法によると、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスの成分を定性分析又は定量分析することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る、電子線照射装置、アウトガスガス捕集方法及びガス分析方法について、図１を参照しながら説明する。
【００２４】
図１に示すように、内部が真空状態に保持されるチャンバー１０内の底部には、基板ホルダーとしてのステージ１１が設けられており、該ステージ１１は、表面にレジスト膜が形成されている半導体基板１２を保持する。尚、レジスト膜の種類及び厚さについては、特に限定されないが、例えば化学増幅型レジストからなり０．７μｍの厚さを有するレジスト膜を形成することができる。
【００２５】
チャンバー１０内の頂部、つまりステージ１１と対向する部位には、電子線照射手段としての電子線源１３が設けられており、該電子線源１３は、例えば１０ｋｅＶの電子線１４を例えば５分間に亘って、半導体基板１２の上のレジスト膜の全面に照射する。
【００２６】
チャンバー１０の側部には、ガス捕集手段としてのガス捕集管１５が設けられており、該ガス捕集管１５の内部には例えば活性炭が収納されている。従って、電子線源１３を半導体基板１２の上のレジスト膜に照射したときに、該レジスト膜から放出されるアウトガスはガス捕集管１５の活性炭に吸着される。また、ガス捕集管１５を例えば４００℃程度の温度に加熱すると、アウトガスは活性炭から脱離する。
【００２７】
ガス捕集管１５におけるチャンバー１０の反対側には、ガス捕集管１５に捕集されたアウトガスを分析するガス分析手段としてのガスクロマトグラフマススペクトロメーター（ＧＣ−ＭＳ）１６が設けられており、ガスクロマトグラフマススペクトロメーター１６により、ガス捕集管１５の活性炭から脱離するアウトガスの成分、例えば主成分であるイソブテンを定量的又は定性的に解析することができる。
【００２８】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る、電子線照射装置及びガス分析方法について、図２を参照しながら説明する。
【００２９】
図２に示すように、内部が真空状態に保持されるチャンバー２０内の底部には、基板ホルダーとしてのステージ２１が設けられており、該ステージ２１は、表面にレジスト膜が形成されている半導体基板２２を保持する。尚、レジスト膜の種類及び厚さについては、特に限定されないが、例えば化学増幅型レジストからなり０．７μｍの厚さを有するレジスト膜を形成することができる。
【００３０】
チャンバー２０内の頂部、つまりステージ２１と対向する部位には、電子線照射手段としての電子線源２３が設けられており、該電子線源２３は、例えば１０ｋｅＶの電子線２４を例えば５分間に亘って、半導体基板２２の上のレジスト膜の全面に照射する。
【００３１】
チャンバー２０の側部には、電子線源２３を半導体基板２２の上のレジスト膜に照射したときに該レジスト膜から放出されるアウトガスを分析するガス分析手段としてのガスクロマトグラフマススペクトロメーター（ＧＣ−ＭＳ）２５が設けられており、ガスクロマトグラフマススペクトロメーター２５により、レジスト膜から放出されるアウトガスの成分、例えば主成分であるイソブテンを定量的又は定性的に解析することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る第１の電子線照射装置又は本発明に係るアウトガス捕集方法によると、電子線をレジスト膜の全面に照射したときにレジスト膜から放出されるアウトガスを確実に捕集することができる。
【００３３】
本発明に係る第２の電子線照射装置又は本発明に係る第１若しくは第２のガス分析方法によると、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスの成分を確実に分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電子線照射装置の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る電子線照射装置の断面図である。
【符号の説明】
１０ チャンバー
１１ ステージ（基板ホルダー）
１２ 半導体基板
１３ 電子線源（電子線照射手段）
１４ 電子線
１５ ガス捕集管（ガス捕集手段）
１６ ガスクロマトグラフマススペクトロメーター（ガス分析手段）
２０ チャンバー
２１ ステージ（基板ホルダー）
２２ 半導体基板
２３ 電子線源（電子線照射手段）
２４ 電子線
２６ ガスクロマトグラフマススペクトロメーター（ガス分析手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造プロセスにおける電子ビームリソグラフィ工程で用いられる、電子線照射装置、アウトガス捕集方法及びガス分析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路を構成する半導体素子の微細化に伴って、配線のパターン寸法の一層微細化が求められており、一層微細なパターンを加工するためには、露光光として、従来から用いられている紫外線よりも波長が短い短波長光、例えば電子線の使用が検討されている。
【０００３】
電子源から放出される電子ビームをレジスト膜に照射してレジストパターンを形成する技術である電子ビームリソグラフィにおいては、スループット及び解像性の点で優れている電子ビーム投影露光方式（例えば、H.C.Preiffer et al., J.Vac.Sci.Technol., B17(6), 2840 (1999)）が期待されている。この露光方式は、通常１００ｋｅＶ程度の高加速のエネルギーを用いるため、電子の前方散乱の影響が少ないので、解像性に優れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、電子ビームをレジスト膜に照射したときにレジスト膜からアウトガス（レジスト膜における脱ガス現象によってレジスト膜から放出されるガス）が発生し、該アウトガスが電子ビームのエネルギーを吸収するので、電子ビームのエネルギーが変動するという問題がある。
【０００５】
ところで、Ｆ2 レーザ光を用いるリソグラフィにおいては、レジスト膜からのアウトガスは露光装置の光学系にダメージを与えるため、アウトガスの測定及び分析が行われている（例えば、R.R.Kunz et al., J.Vac.Sci.Technol., B17(6), 3330 (1999)）。
【０００６】
しかしながら、電子線リソグラフィにおいては、レジスト膜からのアウトガスの影響を定性的又は定量的に把握する装置は存在しない。
【０００７】
これは、通常の電子ビーム描画装置を用いる露光方法においては、ガスクロマトグラフィ分析を行なうために必要なガスを捕集するためには、極めて長い露光時間が必要になり、実用的ではないということに起因する。また、電子ビーム描画装置においては、アウトガスを捕集するガス捕集管及びアウトガスを分析するガス分析装置を備えることは構造上難しいので、ガス捕集管及びガス分析装置を備えた装置は実現されていない。
【０００８】
ところで、本願発明の対象となる電子線照射装置、つまり電子線をレジスト膜に全面に照射する装置としては、電子線の照射に伴うレジスト膜の物性変化を測定する装置は提案されているが、レジスト膜から発生するアウトガスを捕集する装置又はアウトガスを分析する装置を備えた電子線照射装置は現在のところ提案されていない。
【０００９】
このため、電子線照射装置においては、レジスト膜から発生するアウトガスを捕集することができないと共にアウトガスを分析することもできないのが実状である。
【００１０】
前記に鑑み、本発明は、電子線をレジスト膜に全面的に照射する電子線照射装置においてレジスト膜から発生するアウトガスを捕集できるようにすることを第１の目的とし、レジスト膜から発生するアウトガスを分析できるようにすることを第２の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の第１の目的を達成するため、本発明に係る第１の電子線照射装置は、チャンバーの内部に設けられ、表面にレジスト膜が形成されている半導体基板を保持する基板ホルダーと、レジスト膜の全面に電子線を照射する電子線照射手段と、チャンバーに設けられ、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスを捕集するガス捕集手段とを備えている。
【００１２】
本発明に係る第１の電子線照射装置によると、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスを捕集するガス捕集手段を備えているため、電子線照射装置によりレジスト膜の全面に電子線を照射したときにレジスト膜から放出されるアウトガスをガス捕集手段により捕集することができる。
【００１３】
本発明に係る第１の電子線照射装置は、ガス捕集手段に捕集されたアウトガスの成分を分析するガス分析手段をさらに備えていることが好ましい。
【００１４】
このようにすると、ガス捕集手段により捕集されたアウトガスの成分を定性分析又は定量分析することができる。
【００１５】
前記第２の目的を達成するため、本発明に係る第２の電子線照射装置は、チャンバーの内部に設けられ、表面にレジスト膜が形成されている半導体基板を保持する基板ホルダーと、レジスト膜の全面に電子線を照射する電子線照射手段と、チャンバーに設けられ、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスの成分を分析するガス分析手段とを備えている。
【００１６】
本発明に係る第２の電子線照射装置によると、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスの成分を分析するガス分析手段を備えているため、電子線照射装置によりレジスト膜の全面に電子線を照射したときにレジスト膜から放出されるアウトガスの成分を定性分析又は定量分析することができる。
【００１７】
前記第１の目的を達成するため、本発明に係るアウトガス捕集方法は、表面にレジスト膜が形成されている半導体基板をチャンバー内に保持する工程と、レジスト膜の全面に電子線を照射する工程と、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスを捕集する工程とを備えている。
【００１８】
本発明に係る脱ガス捕集方法によると、レジスト膜の全面に電子線を照射したときにレジスト膜から放出されるアウトガスを捕集することができる。
【００１９】
前記第２の目的を達成するため、本発明に係る第１のガス分析方法は、表面にレジスト膜が形成されている半導体基板をチャンバー内に保持する工程と、レジスト膜の全面に電子線を照射する工程と、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスを捕集する工程と、捕集されたアウトガスの成分を分析する工程とを備えている。
【００２０】
本発明に係る第１の脱ガス分析方法によると、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスを捕集すると共に、捕集されたアウトガスの成分を定性分析又は定量分析することができる。
【００２１】
前記第２の目的を達成するため、本発明に係る第２の脱ガス分析方法は、表面にレジスト膜が形成されている半導体基板をチャンバー内に保持する工程と、レジスト膜の全面に電子線を照射する工程と、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスの成分を分析する工程とを備えている。
【００２２】
本発明に係る第２の脱ガス分析方法によると、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスの成分を定性分析又は定量分析することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る、電子線照射装置、アウトガスガス捕集方法及びガス分析方法について、図１を参照しながら説明する。
【００２４】
図１に示すように、内部が真空状態に保持されるチャンバー１０内の底部には、基板ホルダーとしてのステージ１１が設けられており、該ステージ１１は、表面にレジスト膜が形成されている半導体基板１２を保持する。尚、レジスト膜の種類及び厚さについては、特に限定されないが、例えば化学増幅型レジストからなり０．７μｍの厚さを有するレジスト膜を形成することができる。
【００２５】
チャンバー１０内の頂部、つまりステージ１１と対向する部位には、電子線照射手段としての電子線源１３が設けられており、該電子線源１３は、例えば１０ｋｅＶの電子線１４を例えば５分間に亘って、半導体基板１２の上のレジスト膜の全面に照射する。
【００２６】
チャンバー１０の側部には、ガス捕集手段としてのガス捕集管１５が設けられており、該ガス捕集管１５の内部には例えば活性炭が収納されている。従って、電子線源１３を半導体基板１２の上のレジスト膜に照射したときに、該レジスト膜から放出されるアウトガスはガス捕集管１５の活性炭に吸着される。また、ガス捕集管１５を例えば４００℃程度の温度に加熱すると、アウトガスは活性炭から脱離する。
【００２７】
ガス捕集管１５におけるチャンバー１０の反対側には、ガス捕集管１５に捕集されたアウトガスを分析するガス分析手段としてのガスクロマトグラフマススペクトロメーター（ＧＣ−ＭＳ）１６が設けられており、ガスクロマトグラフマススペクトロメーター１６により、ガス捕集管１５の活性炭から脱離するアウトガスの成分、例えば主成分であるイソブテンを定量的又は定性的に解析することができる。
【００２８】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る、電子線照射装置及びガス分析方法について、図２を参照しながら説明する。
【００２９】
図２に示すように、内部が真空状態に保持されるチャンバー２０内の底部には、基板ホルダーとしてのステージ２１が設けられており、該ステージ２１は、表面にレジスト膜が形成されている半導体基板２２を保持する。尚、レジスト膜の種類及び厚さについては、特に限定されないが、例えば化学増幅型レジストからなり０．７μｍの厚さを有するレジスト膜を形成することができる。
【００３０】
チャンバー２０内の頂部、つまりステージ２１と対向する部位には、電子線照射手段としての電子線源２３が設けられており、該電子線源２３は、例えば１０ｋｅＶの電子線２４を例えば５分間に亘って、半導体基板２２の上のレジスト膜の全面に照射する。
【００３１】
チャンバー２０の側部には、電子線源２３を半導体基板２２の上のレジスト膜に照射したときに該レジスト膜から放出されるアウトガスを分析するガス分析手段としてのガスクロマトグラフマススペクトロメーター（ＧＣ−ＭＳ）２５が設けられており、ガスクロマトグラフマススペクトロメーター２５により、レジスト膜から放出されるアウトガスの成分、例えば主成分であるイソブテンを定量的又は定性的に解析することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る第１の電子線照射装置又は本発明に係るアウトガス捕集方法によると、電子線をレジスト膜の全面に照射したときにレジスト膜から放出されるアウトガスを確実に捕集することができる。
【００３３】
本発明に係る第２の電子線照射装置又は本発明に係る第１若しくは第２のガス分析方法によると、電子線が照射されたときにレジスト膜から放出されるアウトガスの成分を確実に分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電子線照射装置の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る電子線照射装置の断面図である。
【符号の説明】
１０ チャンバー
１１ ステージ（基板ホルダー）
１２ 半導体基板
１３ 電子線源（電子線照射手段）
１４ 電子線
１５ ガス捕集管（ガス捕集手段）
１６ ガスクロマトグラフマススペクトロメーター（ガス分析手段）
２０ チャンバー
２１ ステージ（基板ホルダー）
２２ 半導体基板
２３ 電子線源（電子線照射手段）
２４ 電子線
２６ ガスクロマトグラフマススペクトロメーター（ガス分析手段）
Claims (15)
- チャンバーの内部に設けられ、表面にレジスト膜が形成されている半導体基板を保持する基板ホルダーと、
前記レジスト膜の全面に電子線を照射する電子線照射手段と、
前記チャンバーに設けられ、前記電子線が照射されたときに前記レジスト膜から放出されるアウトガスを捕集するガス捕集手段とを備えていることを特徴とする電子線照射装置。 - 前記ガス捕集手段に捕集された前記アウトガスの成分を分析するガス分析手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の電子線照射装置。
- チャンバーの内部に設けられ、表面にレジスト膜が形成されている半導体基板を保持する基板ホルダーと、
前記レジスト膜の全面に電子線を照射する電子線照射手段と、
前記チャンバーに設けられ、前記電子線が照射されたときに前記レジスト膜から放出されるアウトガスの成分を分析するガス分析手段とを備えていることを特徴とする電子線照射装置。 - 表面にレジスト膜が形成されている半導体基板をチャンバー内に保持する工程と、
前記レジスト膜の全面に電子線を照射する工程と、
前記電子線が照射されたときに前記レジスト膜から放出されるアウトガスを捕集する工程とを備えていることを特徴とするアウトガス捕集方法。 - 表面にレジスト膜が形成されている半導体基板をチャンバー内に保持する工程と、
前記レジスト膜の全面に電子線を照射する工程と、
前記電子線が照射されたときに前記レジスト膜から放出されるアウトガスを捕集する工程と、
捕集された前記アウトガスの成分を分析する工程とを備えていることを特徴とする脱ガス分析方法。 - 表面にレジスト膜が形成されている半導体基板をチャンバー内に保持する工程と、
前記レジスト膜の全面に電子線を照射する工程と、
前記電子線が照射されたときに前記レジスト膜から放出されるアウトガスの成分を分析する工程とを備えていることを特徴とする脱ガス分析方法。 - 前記ガス捕集手段は、吸収試薬を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電子線照射装置。
- 前記吸収試薬は、活性炭であることを特徴とする請求項７に記載の電子線照射装置。
- 前記アウトガスには、イソブタンが含まれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子線照射装置。
- 前記ガス分析手段は、ガスクロマトグラフ質量分析器であることを特徴とする請求項３に記載の電子線照射装置。
- 前記アウトガスを捕集する工程は、吸収試薬を用いて行なわれることを特徴とする請求項４に記載のアウトガス捕集方法。
- 前記アウトガスには、イソブタンが含まれていることを特徴とする請求項４に記載のアウトガス捕集方法。
- 前記アウトガスを捕集する工程は、吸収試薬を用いて行なわれることを特徴とする請求項５に記載の脱ガス分析方法。
- 前記アウトガスの成分を分析する工程は、ガスクロマトグラフ質量分析器を用いて行なわれることを特徴とする請求項５又は６に記載の脱ガス分析方法。
- 前記アウトガスには、イソブタンが含まれていることを特徴とする請求項５又は６に記載の脱ガス分析方法。
Priority Applications (2)
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