(57)【要約】【課題】  次世代描画装置用のレジストを評価するのに有用な描画装置を提供する。【解決手段】  描画装置は、基板上のレジストに対して、第１エネルギーを有する第１荷電粒子線での第１描画と前記第１エネルギーより小さな第２エネルギーを有する第２荷電粒子線での第２描画とを含む多重描画を行う。前記第１エネルギー及び前記第２エネルギーは、前記第１荷電粒子線及び前記第２荷電粒子線がともに照射された前記レジストの領域において、前記基板に接する前記レジストの裏面の側の領域で吸収された荷電粒子線のエネルギーが前記レジストの表面の側の領域で吸収された荷電粒子線のエネルギーより多くなるように設定される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上のレジストに対して、第１エネルギーを有する第１荷電粒子線での第１描画と前記第１エネルギーより小さな第２エネルギーを有する第２荷電粒子線での第２描画とを含む多重描画を行う描画装置であって、
前記第１エネルギー及び前記第２エネルギーは、前記第１荷電粒子線及び前記第２荷電粒子線がともに照射された前記レジストの領域において、前記基板に接する前記レジストの裏面の側の領域で吸収された荷電粒子線のエネルギーが前記レジストの表面の側の領域で吸収された荷電粒子線のエネルギーより多くなるように設定される、
ことを特徴とする描画装置。
【請求項２】
前記第１荷電粒子線は、１０ＫＶ以上の加速電圧で加速された電子線であり、前記第２荷電粒子線は、３ＫＶより大きく８ＫＶ以下の加速電圧で加速された電子線である、ことを特徴とする請求項１に記載の描画装置。
【請求項３】
前記第２描画は、前記第１描画のなされる複数の領域それぞれの少なくとも一部を包含する領域になされる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の描画装置。
【請求項４】
前記第２荷電粒子線の径は、前記第１荷電粒子線の径より大きい、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の描画装置。
【請求項５】
前記表面の側の領域で吸収された荷電粒子線のエネルギーの最大値及び最小値をそれぞれＩ１ｓ及びＩ２ｓとし、前記裏面の側の領域で吸収された荷電粒子線のエネルギーの最大値及び最小値をそれぞれＩ１ｂ及びＩ２ｂとして、
（Ｉ１ｓ−Ｉ２ｓ）／（Ｉ１ｓ＋Ｉ２ｓ）で表現される前記表面の側の領域でのコントラストは、（Ｉ１ｂ−Ｉ２ｂ）／（Ｉ１ｂ＋Ｉ２ｂ）で表現される前記裏面の側の領域でのコントラストより大きい、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の描画装置。
【請求項６】
基板上のレジストに対して多重描画を行う描画方法であって、
第１エネルギーを有する第１荷電粒子線で前記レジストに第１描画を行う工程と、
前記第１エネルギーより小さな第２エネルギーを有する第２荷電粒子線で前記レジストに第２描画を行う工程と、
を含み、
前記第１エネルギー及び前記第２エネルギーは、前記第１荷電粒子線及び前記第２荷電粒子線がともに照射された前記レジストの領域において、前記基板に接する前記レジストの裏面の側の領域で吸収された荷電粒子線のエネルギーが前記レジストの表面の側の領域で吸収された荷電粒子線のエネルギーより多くなるように設定される、
ことを特徴とする描画方法。
【請求項７】
レジストを評価する評価方法であって、
基板上のレジストに対して請求項１乃至５のいずれか１項に記載の描画装置を用いて多重描画を行う工程と、
前記多重描画を行われたレジストを現像する工程と、
前記現像のなされたレジストを評価する工程と、
を含むことを特徴とする評価方法。
【請求項８】
基板上のレジストに対して請求項１乃至５のいずれか１項に記載の描画装置を用いて多重描画を行う工程と、
前記多重描画を行われたレジストを現像する工程と、
を含むことを特徴とする物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、描画装置、描画方法、評価方法および物品製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の微細化に伴い転写するパターンの寸法が数１０ｎｍを切るようになってきており、電子線を用いて、ウエハ上に塗布されたレジストにパターンを描画する装置が実用化されている。従来から使用されてきた電子線描画装置は、電子同士のクーロン力を軽減しウエハ上のビームスポットを小さくするために、５０ＫＶ以上に加速された高加速電子線による描画が行われてきた。近年、レジスト感度の向上やウエハからの後方散乱の影響を軽減するために５ＫＶ程度の低加速電子線による描画が提案されている。また、特許文献１には、異なるエネルギー条件でかつ異なるパターン領域に少なくとも２回エネルギー照射を行った後に１回の現像工程で現像を行う半導体装置の製造方法が提案されている。特許文献２、３には、エネルギーレベルの異なるエネルギー線をレジストに照射してコントラスト、解像性に優れたパターンを形成する方法が提案されている。特許文献３では、０．５〜３ＫＶの低加速電子線と３０ＫＶの高加速電子線とを照射して、レジストの表面層付近に大きなエネルギーが堆積されるようなエネルギー分布を生じさせている。
【０００３】
一方、このような描画装置の開発と同時に、高解像度レジストの開発も進められてきた。高加速電子線を用いる場合には、高加速電子線が細く絞れるため高加速電子線用のレジストの解像度を評価することができる。ところが、低加速電子線は、高加速電子線に比べてビームを細く絞ることが難しい。そのため、細く絞った低加速電子線を用いてレジストの評価ができなかった。特に、次世代の低エネルギー電子線用のレジスト評価や描画性能を評価しようとしても、細く絞った微細径の低エネルギー電子線描画装置そのものがなく、直接的な評価ができなかった。そこで、細く絞った低加速電子線の代わりに、細く絞った高加速電子線を使用してレジストの評価を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−９３９７７号公報
【特許文献２】特開平１−１９８０１８号公報
【特許文献３】特開昭６３−７８５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
低加速電子線用のレジストの評価を正確に行うには、レジストに入射する低加速電子線のレジスト表面における強度分布だけでなく、レジストの深さ方向における強度分布も同様にする必要がある。これは、基板に近いボトムでの吸収量が大きいと、分解能が下がるためである。これは、以下の理由による。レジストの表面からレジストが溶解され除去されていくと、表面付近のエネルギー吸収量の差がレジストの溶解面がボトム付近に到達するまでの時間に差を生じさせる。ボトム付近で溶解速度が上がるため、表面付近のエネルギー吸収量が高いパターンは急速に細りレジストパターンの倒壊につながる。そのため、レジストの深さ方向におけるエネルギーの吸収分布も正しく模擬してレジストの評価を行う必要がある。
【０００６】
高加速電子線を用いた従来の、低加速電子線用のレジストの評価では、レジスト表面に入射する電子線の強度分布を同じにできてもレジストの深さ方向におけるエネルギー吸収分布を細く絞った低加速電子線を用いる場合と同じにすることはできなかった。例えば、図９に、下地層を設けた上に厚さ３０ｎｍのレジストを塗布したときのレジスト内に付与されるエネルギー吸収分布を、モンテカルロ計算で求めた結果を示す。計算条件は、加速電圧５０ＫＶ、電子線のビーム形状はσが７．１ｎｍのガウス分布、描画線幅１６ｎｍ、ピッチ３２ｎｍの５本バーである。実線、点線、破線は、それぞれレジストの表面、中間部、ボトムのエネルギー吸収分布であるが、レジストの深さ方向で、エネルギー吸収分布はほとんど変わらないことがわかる。
【０００７】
図２は、加速電圧５ＫＶ、σが７．１ｎｍのガウス分布を持つ現時点では存在しない、細く絞った低加速電子線を用いた場合のエネルギー吸収分布である。その他の条件は加速電圧５０ＫＶの高加速電子線を用いた場合と同じで、表面のエネルギー吸収分布は、５ＫＶと５０ＫＶとで差がない。しかし、加速電圧が５ＫＶの場合、レジストの深さ方向によってエネルギー吸収量に差があり、レジストのボトムにおけるエネルギー吸収量が最も大きく、表面の吸収量が小さいことが分かる。さらに、低エネルギー電子線では、レジスト内での電子の前方散乱の確率と角度が大きい。そのため、電子が横方向に広がり、ボトムの方が表面付近よりもコントラストも下がる。このように、高加速電子線を用いて描画すると、表面のエネルギー分布は低加速電子線による描画と同じようにできても、深さ方向におけるエネルギー吸収分布には低加速電子線による描画と大きな差がある。したがって、高加速電子線を用いたレジスト評価は、次世代の低加速電子線用のレジストの正確な評価になっていなかった。
【０００８】
本発明は、次世代描画装置用のレジストを評価するのに有用な描画装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの側面は、基板上のレジストに対して、第１エネルギーを有する第１荷電粒子線での第１描画と前記第１エネルギーより小さな第２エネルギーを有する第２荷電粒子線での第２描画とを含む多重描画を行う描画装置であって、前記第１エネルギー及び前記第２エネルギーは、前記第１荷電粒子線及び前記第２荷電粒子線がともに照射された前記レジストの領域において、前記基板に接する前記レジストの裏面の側の領域で吸収された荷電粒子線のエネルギーが前記レジストの表面の側の領域で吸収された荷電粒子線のエネルギーより多くなるように設定される、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、例えば、次世代描画装置用のレジストを評価するのに有用な描画装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１における電子線の照射領域
【図２】目標とする低エネルギー電子線のエネルギー吸収分布を説明する図
【図３】本発明の原理を説明する図
【図４】加速電圧５０ＫＶの電子線のエネルギー吸収分布を示す図
【図５】実施例１における加速電圧５ＫＶの電子線のエネルギー吸収分布を示す図
【図６】実施例１におけるエネルギー吸収分布を示す図
【図７】実施例２におけるエネルギー吸収分布を示す図
【図８】実施例２におけるエネルギー吸収分布を示す図
【図９】従来技術におけるエネルギー吸収分布を示す図
【図１０】描画装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［発明の原理］
本発明の原理を説明するに当って、図２及び図９に示されるように、第１荷電粒子線（高加速電子線）及び第２荷電粒子線（低加速電子線）がともに照射されたレジストの深さ方向におけるエネルギー吸収分布に差がある理由を説明する。高加速電子線及び低加速電子線が有するエネルギーをそれぞれ第１エネルギー及び第２エネルギーとするとき、第２エネルギーは第１エネルギーよりも小さい。厚さ１８０ｎｍのＣｌを含有するレジストに電子線を一様な強度分布（照射量１０μＣ／ｃｍ２）で照射したときのレジストが吸収するエネルギーの深さ方向における分布をモンテカルロ計算によって求めた結果を図３に示す。横軸にレジスト表面からの深さ（ｚ位置）を、縦軸にレジストに吸収されるエネルギー密度をとった。更に、加速電圧で表現した、レジストに入射する電子線のエネルギーを変数にとった。まず、同じ照射量でも、低加速電子線の方が高加速電子線よりレジストに吸収されるエネルギーが多いことが分かる。電子線のエネルギーが小さいほど、電子が進む方向の単位長さ当りで物質に吸収されるエネルギー（エネルギー吸収率）が増加することによる。
【００１３】
加速電圧５０ＫＶの電子線の場合、吸収されるエネルギーの密度は深さに関係なくほぼ一定である。しかし、加速電圧が小さくなるにつれて、レジストの深さが増加すると吸収量が増加している。高加速電子線（５０ＫＶ）では電子が８０ｎｍ進んでも、ほとんど電子線のエネルギーが減衰せず単位長さ当たりに吸収されるエネルギーに変化がないため一様な吸収量になっている。しかし、低加速電子線では、電子がレジスト内を進行するとともに電子はレジストにエネルギーを付与し、その分電子エネルギーが小さくなり、物質に吸収される単位長さ当たりのエネルギー吸収率が増加する。特に、加速電圧が１０ＫＶ未満、例えば５ＫＶでは８０ｎｍ進むと吸収量は２倍程度になっている。更に、加速電圧が１ＫＶでは深さ１０ｎｍで吸収率がピークになり、その後は急激に吸収率が下がり、４０ｎｍより深い位置には電子がほとんど到達していない。従って、レジストの厚さが数１０ｎｍの範囲では、エネルギー吸収率に関して、電子線の加速電圧によって以下の３つの領域に分けられる。
・領域１：加速電圧１０ＫＶ以上の高加速電子線による描画では電子線のレジストの深さに対するエネルギー吸収率が一定である。
・領域２：加速電圧３〜８ＫＶの低加速電子線による描画では基板上のレジストの裏面の側の領域で吸収される電子線のエネルギーが大きい。
・領域３：加速電圧３ＫＶ以下の電子線では基板上のレジストの表面の側で吸収される電子線のエネルギーが大きい。
【００１４】
従って、加速電圧５ＫＶの電子線を用いて描画を行うと、厚さが数１０ｎｍのレジストでは、図２の様にエネルギー吸収率はレジストの裏面の側の領域の方が表面の側の領域より大きくなる。この様に、加速電圧の領域が異なると、電子線は、レジストの深さ方向で異なるエネルギー吸収分布をもつ。そこで、本発明は、領域１の高加速電子線による第１描画と領域２の低加速電子線による第２描画とを含む多重描画を行うことで、深さ方向におけるエネルギー吸収分布が微細な径の低エネルギー電子線と同じ傾向を有するレジストの潜像を作る。
【００１５】
微細径の低エネルギー電子線は、レジストに対する感度が良好で、かつ、後方散乱が少ない。したがって、微細径の低エネルギー電子線を用いる描画装置及び微細径の低エネルギー電子線に適したレジストの開発が進められている。深さ方向におけるエネルギー吸収分布が微細径の低エネルギー電子線と同じ傾向を有する本発明の多重描画を用いれば、次世代の描画装置で使用する細く絞った低加速電子線用のレジストを評価することができる。
【００１６】
以下の実施例では、多重描画にエネルギーの異なる２種類の電子線を使用した。しかし、イオン線等、電子線以外の荷電粒子線を用いて多重描画を行ってもよい。
【００１７】
［実施例１］
図１を用いて本発明の実施例１を説明する。図１の（ａ）は、ウエハ（基板）上に塗布されたレジストの表面における高加速電子線及び低加速電子線により描画されるパターンを示す。斜線で示したパターン１は、加速電圧が１０ＫＶ以上の第１電子線（高加速電子線）により描画されるパターンである。破線で示したパターン２は、加速電圧が３ＫＶより大きく８ＫＶ以下の第２電子線（低加速電子線）により描画されるパターンである。図１の（ｂ）は、（ａ）のＳ−Ｓ断面図である。実施例１では、ウエハ５の上に、ウエハ５からの反射電子による影響を避けるために厚さ１５０ｎｍの下地層４を設け、その上に厚さ３０ｎｍのレジスト３の層を形成した。
【００１８】
本実施例１は、描画線幅１６ｎｍ、周期３２ｎｍのバー形状の５つのパターン１を、加速電圧５ＫＶ、σ＝７．１ｎｍのガウス分布形状の低加速電子線による模擬のレジスト評価である。この場合のレジスト内のエネルギー吸収量をモンテカルロ計算によって求めると図２のようになる。実線、点線、波線は、それぞれレジストの表面、中間部、ボトムにおけるエネルギー吸収分布であり、レジストの深さの増大につれてエネルギー吸収分布が高くなっている。加速電圧５ＫＶの電子線をσ＝７．１ｎｍまで細く絞ることが現時点ではなおできないため、実施例１では、低加速電子線と高加速電子線との多重描画によって、図２と同様のエネルギー吸収分布を模擬的に作る。
【００１９】
まず、加速電圧が５０ＫＶ、径３．５ｎｍ(σ)の第１電子線で、図１に示す線幅１６ｎｍ、ピッチ３２ｎｍの５つのバーパターン１を描画する（第１描画）。この加速電圧５０ＫＶの第１電子線によるレジスト内のエネルギー吸収分布を図４に示す。ボトムと表面でほぼ同じエネルギー吸収分布が得られている。次に、加速電圧が５ＫＶの第２電子線でパターン２を描画する（第２描画）。パターン２は、複数のパターン１それぞれの少なくとも一部を包含するように設定される。
【００２０】
多重描画で、図２に示すような強度分布を作るには、レジストのボトムで吸収量が高くなるように図３から、第２電子線として３〜８ＫＶの範囲の加速電圧を選択する必要がある。実施例１では、低加速電圧の第２電子線の加速電圧を５ＫＶ、径をσ＝１０．６ｎｍとし、図に示すパターン２を第２電子線を用いて一様な強度で描画する。第２電子線の径は、σ＝１０．６ｎｍより大きくても構わないが、第２電子線の径は高加速電圧の第１電子線の径より大きい。低加速電圧５ＫＶの第２電子線での第２描画によるエネルギー吸収分布を図５に示す。レジストのボトムの吸収量が高いエネルギー吸収分布が得られる。高加速電圧５０ＫＶの第１電子線と低加速電圧５ＫＶの第２電子線との電流の比を９：１として多重描画したときのレジスト内のエネルギー吸収分布を図６に示す。図６の多重描画のレジスト内のエネルギー吸収分布は、ボトムの方が表面よりエネルギー吸収量が大きく、図２に示す目標とするエネルギー吸収分布と同様な分布が得られている。
【００２１】
図４の第１電子線のピーク強度Ｉ１と谷強度Ｉ２は、ボトムと表面で同じとし、第２電子線による第２描画の一様なボトムと表面の露光量をそれぞれＤｂ、Ｄｓとする。レジストの表面に接する領域における第１電子線及び第２電子線から吸収されたエネルギーの最大値及び最小値をそれぞれＩ１ｓ及びＩ２ｓとする。また、レジストの裏面に接する領域における第１電子線及び第２電子線から吸収されたエネルギーの最大値及び最小値をそれぞれＩ１ｂ及びＩ２ｂとする。そうすると、Ｉ１ｓ＝Ｉ１＋Ｄｓ、Ｉ２ｓ＝Ｉ２＋Ｄｓ、Ｉ１ｂ＝Ｉ１＋Ｄｂ、Ｉ２ｂ＝Ｉ２＋Ｄｂとなる。
【００２２】
高加速電圧５０ＫＶの電子線と低加速電圧５ＫＶの電子線との電流の比を９：１として多重描画したときのレジストの表面と接する領域における（Ｉ１ｓ−Ｉ２ｓ）／（Ｉ１ｓ＋Ｉ２ｓ）で表現されるコントラストの値Ｃｓは、次のようになる。
Ｃｓ＝（Ｉ１ｓ−Ｉ２ｓ）／（Ｉ１ｓ＋Ｉ２ｓ）＝（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２＋２Ｄｓ）
同様にして、レジストの裏面に接する領域の（Ｉ１ｂ−Ｉ２ｂ）／（Ｉ１ｂ＋Ｉ２ｂ）で表現されるコントラストの値Ｃｂは、次のようになる。
Ｃｂ＝（Ｉ１ｂ−Ｉ２ｂ）／（Ｉ１ｂ＋Ｉ２ｂ）＝（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２＋２Ｄｂ）
Ｄｂ＞Ｄｓなので、Ｃｂ＜Ｃｓとなり、コントラストも裏面側のボトムの方が小さくなっている。このように、疑似的に作製した高加速電圧の第１電子線と低加速電圧の第２電子線の多重描画によるエネルギー吸収分布は、微細ビーム径の低加速電子線の描画による分布と、コントラストが低いものの傾向はよく一致している。したがって、多重描画が行われたレジストを現像し、現像されたレジストを評価することで、低加速電子線用のレジストの評価ができることがわかる。当該評価は、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の検査装置を用いて、現像されたレジストの形状に基づいて行いうる。
【００２３】
［実施例２］
実施例２について説明する。本実施例２において、高加速電圧の第１電子線での第１描画は実施例１と同じであるが、低加速電圧の第２電子線の第２描画を一様な強度分布で行わず、現状で得られる範囲での絞りで描画をする。加速電圧５ＫＶの第２電子線を径１０．６ｎｍ(σ)で用いて線幅１６ｎｍ、ピッチ３２ｎｍの描画をしたときのレジスト内のエネルギー吸収分布を図７に示す。図２に示す目標とする吸収量分布と比べると、電子線のビーム径の違いからコントラストが低くなっている。そこで、実施例２では、レジスト内のエネルギー吸収分布が図４である加速電圧５０ＫＶの第１電子線での第１描画と、加速電圧５ＫＶの第２電子線での第２描画とを強度比３：１で多重描画する。そうすると、図８に示すレジスト内のエネルギー吸収分布が得られる。図８に示す多重描画のレジスト内のエネルギー吸収分布は、図２に示す目標とする吸収量分布は、コントラストが低いものの傾向はよく一致しており、低加速電子線用のレジストの評価ができることがわかる。
【００２４】
［荷電粒子線描画装置に係る実施例］
図１０は、本実施例に係る描画装置の構成図である。描画装置１０は、荷電粒子線として電子線を用いる描画装置を例に説明するが、イオン線等他の荷電粒子線を用いるものであってもよい。描画装置１０は、真空チャンバ１５と、当該真空チャンバ１５内に収容された電子光学系１３（荷電粒子光学系）およびステージ１４を有し、真空中で電子線を用いて基板１２に描画を行うものである。ステージ１４は、電子光学系１３に対して基板１２を位置決めするために可動に構成され、基板１２を保持するための基板保持装置１１（単に保持装置ともいう）を含む。
【００２５】
電子光学系１３は、電子銃（電子源または荷電粒子源ともいう）１３ｓを含み、その加速電圧は、上述の領域１−２にわたる加速電圧範囲にわたって可変とされている。例えば、電子銃１３ｓは、そのアノード電極の電位が離散的または連続的に変更しうるように構成されている。電子光学系１３は、不図示の１以上の静電レンズを含み、当該静電レンズのパワーは、電子銃１３ｓの加速電圧に応じて調整されうる。
【００２６】
このような構成により、描画装置１０は、例えば、高加速電圧５０ＫＶの第１電子線（径３．５ｎｍ(σ)）と低加速電圧５ＫＶの第２電子線（径１０．６ｎｍ(σ)）とによる実施例１または２で説明した多重描画を行うことができる。なお、加速電圧やビーム径の値は、上述のものには限られない。また、電子光学系１３の構成も、上述したものに限られず、例えば、高加速電圧用の第１電子光学系と低加速電圧用の第２電子光学系とを別々に含む構成であってもよい。
【００２７】
［物品製造方法に係る実施例］
本発明の実施例に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。該製造方法は、感光剤（レジスト）が塗布された基板の該感光剤に上記の描画装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板に描画を行う工程）と、当該工程で潜像パターンを形成された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、該製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含みうる。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。なお、当該物品は、上述のようなデバイスや素子に限定されず、例えば、上述の評価に供される現像後のレジストを含む基板としうる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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