(57)【要約】【課題】描画装置が汚染されることを防止しつつ、レジスト材料を簡便に評価する。【解決手段】本実施形態によるレジスト評価方法は、表面に評価対象のレジスト膜が形成された基板に電子ビームを照射し、電子ビーム照射後のレジスト膜厚を測定するものであり、照射量を変えて前記レジスト膜の複数箇所に電子ビームを照射して、各箇所のレジスト膜厚を測定する。各箇所における電子ビームの照射量は、前記レジスト膜がレジスト感度に達する照射量より低い。電子ビームの照射量に対するレジスト膜厚の変化率を算出し、算出した変化率と、基準レジスト膜の膜厚変化率とを比較する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に評価対象のレジスト膜が形成された基板に電子ビームを照射し、電子ビーム照射後のレジスト膜厚を測定するレジスト評価方法であって、
照射量を変えて前記レジスト膜の複数箇所に電子ビームを照射して、各箇所のレジスト膜厚を測定し、
各箇所における電子ビームの照射量は、前記レジスト膜がレジスト感度に達する照射量より低く、
電子ビームの照射量に対するレジスト膜厚の変化率を算出し、算出した変化率と、基準レジスト膜の膜厚変化率とを比較することを特徴とするレジスト評価方法。
【請求項２】
前記レジスト膜がレジスト感度に達する照射量は、前記レジスト膜にライン幅とスペース幅の比率が１：１のラインアンドスペースパターンが形成される照射量であることを特徴とする請求項１に記載のレジスト評価方法。
【請求項３】
所定の初期膜厚の前記基準レジスト膜に対し、所定の最大照射量の電子ビームを照射した後の該基準レジスト膜の第１膜厚を求め、
前記算出した変化率に基づいて、評価対象のレジスト膜が前記所定の初期膜厚から前記第１膜厚となる電子ビームの照射量を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載のレジスト評価方法。
【請求項４】
電子ビームの照射量に対するレジスト膜厚の変化率は、電子ビーム照射量に対するレジスト膜厚の近似直線の傾きであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレジスト評価方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法により算出した照射量に基づいて、基板上に形成された前記評価対象のレジスト膜に電子ビームを照射してパターンを描画することを特徴とする電子ビーム描画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レジスト評価方法及び電子ビーム描画方法に係り、例えば新規レジスト材料のアウトガス発生量の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、縮小投影型露光装置を用いて、石英上に形成された高精度の原画パターン（マスク、或いは特にステッパやスキャナで用いられるものはレチクルともいう。）をウェーハ上に縮小転写する手法が採用されている。高精度の原画パターンは、電子ビーム描画装置によって描画され、所謂、電子ビームリソグラフィ技術が用いられている。電子ビームリソグラフィ技術では、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。
【０００３】
電子ビームが照射されたレジスト膜からは、アウトガスが発生することが知られている。このアウトガスは、レジスト膜中の光酸発生剤（ＰＡＧ：Photo  Acid  Generator）やポリマーの構造の一部が気体となって、レジスト膜から放出されるものである。アウトガスが大量に発生すると、アウトガス成分に起因する汚染物質が電子ビーム描画装置の偏向器に付着してドリフトが大きくなり、描画精度が低下するという問題があった。
【０００４】
そこで、アウトガスの影響を把握するために、アウトガスの成分分析を行う手法が従来から種々提案されている。例えば、電子線描画装置のチャンバにアウトガス捕集手段を設け、捕集したアウトガスをガスクロマトグラフィ分析する手法が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、四重極形質量分析計を用いてアウトガスを分析する手法も提案されている（例えば非特許文献１参照）。このようなアウトガスの成分分析は、ガスクロマトグラフマススペクトロメータや四重極形質量分析計等の設備が必要となり、多大なコストがかかっていた。
【０００５】
また、新規のレジスト材料を使用する場合、描画実績がないため、電子ビームの照射によりどの程度の量のアウトガスが発生するか不明である。そのため、新規レジスト材料を評価するにあたり、レジスト膜への電子ビーム照射により大量のアウトガスが発生し、電子ビーム描画装置を汚染するおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−９３６８１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】I.Pollentier,I.Neira,A-M.Goethals,R.Gronheid,S.Tarutani,H.Tamaoki,H.Tsubaki,T.Takahishi、“Unraveling  the  effect  of  resist  composition  on  EUV  optics  contamination”、Proc.  of  SPIE、Vol.7969、79692
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、従来は、描画装置を汚染せずにレジスト材料を簡便に評価することができなかった。
【０００９】
本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされたものであり、描画装置が汚染されることを防止しつつ、レジスト材料のアウトガス発生量を簡便に評価することができるレジスト評価方法及び電子ビーム描画方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によるレジスト評価方法は、表面に評価対象のレジスト膜が形成された基板に電子ビームを照射し、電子ビーム照射後のレジスト膜厚を測定するレジスト評価方法であって、照射量を変えて前記レジスト膜の複数箇所に電子ビームを照射して、各箇所のレジスト膜厚を測定し、各箇所における電子ビームの照射量は、前記レジスト膜がレジスト感度に達する照射量より低く、電子ビームの照射量に対するレジスト膜厚の変化率を算出し、算出した変化率と、基準レジスト膜の膜厚変化率とを比較するものである。
【００１１】
本発明の一態様によるレジスト評価方法において、前記レジスト膜がレジスト感度に達する照射量は、前記レジスト膜にライン幅とスペース幅の比率が１：１のラインアンドスペースパターンが形成される照射量である。
【００１２】
本発明の一態様によるレジスト評価方法において、所定の初期膜厚の前記基準レジスト膜に対し、所定の最大照射量の電子ビームを照射した後の該基準レジスト膜の第１膜厚を求め、前記算出した変化率に基づいて、評価対象のレジスト膜が前記所定の初期膜厚から前記第１膜厚となる電子ビームの照射量を算出してもよい。
【００１３】
本発明の一態様によるレジスト評価方法において、電子ビームの照射量に対するレジスト膜厚の変化率は、電子ビーム照射量に対するレジスト膜厚の近似直線の傾きである。
【００１４】
本発明の一態様による電子ビーム描画方法は、上記方法により算出した照射量に基づいて、基板上に形成された前記評価対象のレジスト膜に電子ビームを照射してパターンを描画するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、描画装置が汚染されることを防止しつつ、レジスト材料のアウトガス発生量を簡便に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電子ビーム照射量とレジスト膜厚との関係を示すグラフである。
【図２】本実施形態によるレジスト評価方法を説明するフローチャートである。
【図３】電子ビームの照射領域の一例を示す図である。
【図４】電子ビーム描画装置の概略図である。
【図５】電子ビーム照射量とレジスト膜厚との関係を示すグラフである。
【図６】評価対象レジスト膜及び基準レジスト膜の膜厚変化率を示すグラフである。
【図７】評価対象レジスト膜の最大照射量の求め方を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、レジスト膜に電子ビームを照射した後の、ビーム照射量とレジスト膜厚との関係の例を示すグラフである。図１から、電子ビームの照射量の増加に伴いレジスト膜厚は減少し、照射量がある値（図１の例では４０μＣ／ｃｍ２）を超えると、レジスト膜厚がほとんど変化しないことが分かる。これは、照射量が４０μＣ／ｃｍ２に至るまではレジスト膜からアウトガスが発生し、４０μＣ／ｃｍ２を超えるとアウトガスが発生しないことを示す。
【００１８】
ここで、照射量の低い領域では、レジスト膜厚が電子ビーム照射量に対してほぼ線形に変化することが分かる。また、アウトガス発生量の多いレジスト膜ほど、低照射量領域におけるレジスト膜厚の変化量（減少量）が大きく、膜厚変化を近似する直線の傾きが大きくなる。本実施形態では、このようなレジスト膜厚の変化の特性に着目し、低照射量領域でのレジスト膜厚の変化を近似する直線の傾きを求め、その傾きに基づいて評価対象のレジスト膜がアウトガス発生量の多いものであるか否かを判定する。低照射領域でレジスト膜の評価を行うことで、レジスト膜からのアウトガス発生量を少なくし、装置が汚染されることを防止できる。
【００１９】
図２は、本実施形態によるレジスト評価方法を説明するフローチャートである。図２に示すように、レジスト評価方法は、電子ビーム照射前に、基板表面に形成されたレジスト膜の膜厚を測定する工程（ステップＳ１０１）と、レジスト膜の複数箇所に照射量を変えながら電子ビームを照射する工程（ステップＳ１０２）と、電子ビーム照射箇所のレジスト膜の膜厚を測定する工程（ステップＳ１０３）と、電子ビームの照射量に対するレジスト膜厚の変化率を算出する工程（ステップＳ１０４）と、算出した変化率と基準レジスト膜の膜厚変化率とを比較する工程（ステップＳ１０５）とを備える。
【００２０】
ステップＳ１０１のレジスト膜厚測定工程では、基板上に形成されたレジスト膜の初期膜厚を測定する。例えば、基板の中心部におけるレジスト膜の膜厚を測定し、初期膜厚を取得する。あるいは、ステップＳ１０２において電子ビームを照射する領域のレジスト膜厚を測定してもよい。例えば、図３に示すように、基板上に形成されたレジスト膜１０の１０個の領域Ｒ１〜Ｒ１０の中心のレジスト膜厚を測定し、測定結果の平均値をレジスト膜の初期膜厚としてもよい。膜厚測定には光学反射式膜厚計を用いることができる。
【００２１】
領域Ｒ１〜Ｒ１０は、例えば５ｍｍ角の正方形（ベタパターン）とするが、サイズや形状はこれに限定されない。図３は、照射領域の数が１０ヶ所の例を示しているが、これに限定されない。ステップＳ１０４で電子ビームの照射量に対するレジスト膜厚の変化率を算出するために、照射領域は２ヶ所以上とし、変化率を正確に算出するために３ヶ所以上とすることが好ましい。
【００２２】
ステップＳ１０２の電子ビーム照射工程では、レジスト膜１０の複数の領域Ｒ１〜Ｒ１０に電子ビームを照射する。領域Ｒ１〜Ｒ１０の照射量はそれぞれ異なったものとする。また、領域Ｒ１〜Ｒ１０の照射量は、レジスト感度に達する照射量よりも低いものとする。ここで、レジスト感度に達する照射量とは、レジスト膜にライン幅とスペース幅の比率が１：１のラインアンドスペースパターンが形成される照射量をいい、現像処理後のレジストパターンが設計寸法に仕上がる照射量である。
【００２３】
レジスト感度に達する照射量は、既知の値であり、例えばレジストメーカから予測値が提示される。図１に示す例において、レジストＡ、レジストＢのレジスト感度に達する照射量は４０μＣ／ｃｍ２程度である。
【００２４】
領域Ｒ１〜Ｒ１０の照射時間を変えることで照射量を変えることができる。例えば、レジスト感度に達する照射量をＤとする場合、領域Ｒ１〜Ｒ１０における照射量をそれぞれ以下の表１のようにする。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
電子ビームを照射する領域Ｒ１〜Ｒ１０を小さくし、かつ照射量をレジスト感度に達する照射量より十分に低い値とすることで、電子ビームの照射に伴いレジスト膜（領域Ｒ１〜Ｒ１０）から発生するアウトガスの量を抑えることができる。
【００２７】
図４は電子ビーム描画装置の概略図である。電子ビーム描画装置は、電子ビーム鏡筒４０及び描画室５０を有している。電子ビーム鏡筒４０内には、電子銃４１、ブランキングアパーチャ４２、第１アパーチャ４３、第２アパーチャ４４、ブランキング偏向器４５、成形偏向器４６、対物偏向器４７、レンズ４８（照明レンズ（ＣＬ）、投影レンズ（ＰＬ）、対物レンズ（ＯＬ））が配置されている。
【００２８】
描画室５０内には、ＸＹステージ５２が配置される。ＸＹステージ５２上には、描画対象となる試料５１が載置されている。試料５１は、ガラス基板上に遮光膜（例えば、クロム（Ｃｒ））とレジスト膜とが積層されたマスク基板である。例えば、遮光膜上に、評価対象となる化学増幅型レジスト材料を塗布してレジスト膜を形成する。
【００２９】
電子銃４１から放出された電子ビーム４９は、照明レンズＣＬ４８により矩形、例えば正方形の穴を持つ第１アパーチャ４３全体を照明する。ここで、電子ビーム４９をまず矩形、例えば正方形に成形する。そして、第１アパーチャ４３を通過した第１アパーチャ像の電子ビームは、投影レンズＰＬ４８により第２アパーチャ４４上に投影される。第２アパーチャ４４上での第１アパーチャ像の位置は、成形偏向器４６によって制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。そして、第２アパーチャ４４を通過した第２アパーチャ像の電子ビームは、対物レンズＯＬ４８により焦点が合わされ、対物偏向器４７により偏向されて、移動可能に配置されたＸ−Ｙステージ５２上の試料５１の所望する位置に照射される。
【００３０】
電子銃４１から放出された電子ビーム４９は、ブランキング偏向器４５によって、ビームオンの状態では、ブランキングアパーチャ４２を通過するように制御され、ビームオフの状態では、ビーム全体がブランキングアパーチャ４２で遮蔽されるように偏向される。ビームオフの状態からビームオンとなり、その後ビームオフになるまでにブランキングアパーチャ４２を通過した電子ビームが１回の電子ビームのショットとなる。各ショットの照射時間により、試料５１に照射される電子ビームのショットあたりの照射量が調整されることになる。
【００３１】
電子ビーム描画装置の各部は図示しない制御装置により制御される。例えば、制御装置は、対物偏向器４７の偏向量及びＸ−Ｙステージ５２の移動量を制御して、電子ビームの照射位置を変える。また、制御装置は、ブランキング偏向器４５によるビームオン／オフを制御して照射時間を変える。これにより、試料５１のレジスト膜の領域Ｒ１〜Ｒ１０に対し、照射量を変えて電子ビームを照射することができる。
【００３２】
領域Ｒ１〜Ｒ１０の照射量は、レジスト感度に達する照射量より十分に低い値であるため、電子ビームの照射に伴い試料５１のレジスト膜から発生するアウトガスの量が抑えられる。そのため、電子ビーム描画装置の偏向器４５〜４７等が汚染されて描画精度が低下することを防止できる。
【００３３】
図２のステップＳ１０３のレジスト膜厚測定工程では、ステップＳ１０２において電子ビームを照射した領域Ｒ１〜Ｒ１０のレジスト膜厚を測定する。例えば、領域Ｒ１〜Ｒ１０の各々の中心のレジスト膜厚を測定する。
【００３４】
ステップＳ１０４の変化率算出工程では、領域Ｒ１〜Ｒ１０の電子ビーム照射量と、照射後のレジスト膜厚との関係から、電子ビーム照射量に対するレジスト膜厚の変化率を算出する。図５は、電子ビーム照射量とレジスト膜厚との関係を示すグラフである。図５に示すように、レジスト膜厚は、照射量の増加にほぼ比例して減少する。ステップＳ１０４では、領域Ｒ１〜Ｒ１０の電子ビーム照射量及びレジスト膜厚を分析し、回帰直線（近似直線）を求め、その傾きの絶対値を変化率として算出する。
【００３５】
変化率が大きい場合、電子ビーム照射量の増加に伴うレジスト膜厚の減少量が大きく、レジスト膜はアウトガス発生量の多いものであることが分かる。一方、変化率が小さい場合、電子ビーム照射量の増加に伴うレジスト膜厚の減少量が小さく、レジスト膜はアウトガス発生量の少ないものであることが分かる。
【００３６】
ステップＳ１０５の比較工程では、ステップＳ１０４で算出した変化率と、基準レジスト膜の変化率とを比較する。ここで、基準レジスト膜は、例えば量産工程での使用実績があり、アウトガスによる電子ビーム描画装置内の汚染が許容できるレジスト膜である。基準レジスト膜の変化率は既知であるとする。
【００３７】
図６に示すように、ステップＳ１０４で算出した変化率が、基準レジスト膜の変化率よりも大きい場合、評価対象レジスト膜は基準レジスト膜よりもアウトガス発生量の多いものであると判定できる。一方、ステップＳ１０４で算出した変化率が、基準レジスト膜の変化率よりも小さい場合、評価対象レジスト膜は基準レジスト膜よりもアウトガス発生量の少ないものであると判定できる
【００３８】
このように、本実施形態では、レジスト膜の複数領域に異なる照射量で電子ビームを照射し、照射後の各領域のレジスト膜厚を測定し、電子ビーム照射量に対するレジスト膜厚の変化率を求め、基準レジスト膜の変化率と比較するという簡便な処理により、新規レジスト材料のアウトガス発生量の多少を評価することができる。また、各領域の電子ビーム照射量をレジスト感度に達する照射量よりも低くすることで、電子ビームの照射に伴うアウトガス発生量を抑え、新規レジスト材料の評価に際し、電子ビーム描画装置が汚染されることを防止できる。
【００３９】
ステップＳ１０５の比較工程の後、評価対象レジスト膜に対する、１回の電子ビームのショット当たりの最大照射量を算出してもよい。評価対象レジスト膜の最大照射量は、基準レジスト膜の最大照射量に基づいて算出する。基準レジスト膜の最大照射量Ｄｍａｘは、Ｄｍａｘ＝（基準レジスト膜のレジスト感度に達する照射量）÷（多重照射を行う際の多重度）から、予め求められている。
【００４０】
基板上に所定の初期膜厚の基準レジスト膜を形成し、この基準レジスト膜に照射量Ｄｍａｘで電子ビームを照射した際のレジスト膜厚ｔを求める。そして、ステップＳ１０４で算出した変化率に基づいて、前記所定の初期膜厚の評価対象レジスト膜が膜厚ｔとなる照射量を、評価対象レジスト膜の最大照射量として算出する。例えば、基準レジスト膜が図７に示すような照射量と膜厚との関係を有している場合、レジストＡの最大照射量はＤａとなり、レジストＢの最大照射量はＤｂとなる。
【００４１】
このように、評価対象レジスト膜の１ショット当たりの最大照射量を容易に推定することができる。さらに、レジスト感度に達する照射量を、推定した最大照射量で割ることで、評価対象レジスト膜を多重照射する際の多重度（照射分割数）を推定することができる。評価対象レジスト膜を実際に使用してパターンを描画する場合、推定した最大照射量及び多重度で電子ビームを照射することで、基準レジスト膜を用いた場合と同様に、電子ビーム描画装置を汚染させずに精度良く描画処理を行うことができる。
【００４２】
上記実施形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明したが、荷電粒子ビームは電子ビームに限るものではなく、イオンビーム等の他の荷電粒子ビームでもよい。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０  レジスト膜
４０  電子ビーム鏡筒
４１  電子銃
４２  ブランキングアパーチャ
４３  第１アパーチャ
４４  第２アパーチャ
４５  ブランキング偏向器
４６  成形偏向器
４７  対物偏向器
４８  レンズ
５０  描画室
【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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