JPH02220426A - 電子ビーム露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電子ビーム露光方法に関する。

従来の技術 電子ビーム露光法を行う場合、レジスト中において、照
射された電子は散乱する。そのため、露光領域は照射領
域より広くなり、描画図形が電子の散乱長より小さくな
るか、または複数の描画図形が電子の散乱長より近くな
ると散乱の影響が顕著になり、目的とする寸法のパター
ンが得られなくなる。このことは従来近接効果として知
られている。一般に電子ビーム露光法を用いて、微細パ
ターンを形成するためには電子の散乱強度分布及びパタ
ーンの形状とあるパターンの周囲に存在する別のパター
ンとの距離を考慮した近接効果補正を行った露光法が必
要になる。

一般に電子の散乱強度分布は照射するビームの中心の座
標をχ１とし座標　での散乱強度をＥ（ｒ）とすると次
式の様な二重ガウス分布で表わされる。

ここで、αはレジスト中で生ずる前方散乱の広がりを表
わし、βは基板からの反射によって生ずる後方散乱の広
がりを表わし、ηはその後方散乱の反射係数を表わす。

実際に領域Ｓ＋で表わされるパターンを照射量ＱＥで露
光したときに、座標ｒでの吸収量Ｑ（ｒ）は Ｑ（ｒ　）＝　　ｓ＋Ｑｉ・Ｅ（ｒ−χ、）ｄ２χ１（
２）で表わされる。次にこのパターンに照射ＮＱＥｌを
露光したときに、現像後、座標ｒでのレジストが初めて
除去されたとすると、レジストの溶解吸収量Ｑｃは Ｑｃ：　　＊ｒＱｔＩ−Ｅ（ｒ−χＩ）ｄ’χ１（３）
で表わされる。近接効果の補正を行う場合目的のパター
ンを形成するために、（２）式における吸収量Ｑ（ｒ）
が目的のパターンの存在する領域では溶解吸収量Ｑｃよ
り大きく、目的のパターンが存在しない領域では溶解吸
収量Ｑｃより小さい照射領域Ｓｌと照射量Ｑε１を求め
て、この照射領域Ｓ＋を照射量Ｑε、で露光すれば近接
効果を補正したことになる。以上はポジ形レジストを用
いた場合の説明であるが、ネガ形レジストに関しては、
上記のところでレジストが除去されると考えた部分をレ
ジストが残留すると考えれば全く同様の方法で近接効果
を補正できる。

一般に近接効果補正を行うには、目的のパターンの輪郭
線上に多数の評価点を設定し、すべての評価点上で（３
）式が成り立つように方程式を立て、その方程式の解と
して前記条件を満す照射領域と照射量を求める。このと
き、（３）式において用いられる電子ビームの散乱強度
分布の前方散乱の広がりα、後方散乱の広がりβ、反射
係数ηレジストの溶解吸収量Ｑｃはプロセスに依存した
パラメータとなる。しかしこれらのパラメータはレジス
トの材料、レジストの膜厚、レジストの現像条件、基板
の材質、電子ビームの加速電圧等に依存し、これらの条
件の１つでも異なれば、その条件に応じて求め直す必要
がある。ここで、先のパラメータのうちレジストの溶解
吸収１ｋＱｃは電子の散乱長より非常に広いパターンを
照射したときはじめて、レジストの膜厚がゼロになった
ときの照射量と定義できるため容易に求めることが出来
る。よって、前記パラメータのうちα、β、ηを容易に
求められる方法が必要とされる。また、（３）式の方程
式において一般にαが０．１〜０．３μ■程度であるこ
とが知られていて、α＝０と近似しても補正効果が得ら
れるため、α、β、ηを同時に求めなくてもβ、ηのみ
を求めてもよい。従来、前記のパラメータα、β、ηを
求めるために以下の方法が行なわれてきた。

（従来例工） 使用される露光装置で露光できる最も小さな照射パター
ンをｎ個、互いに電子の散乱の影響が及ばない距離に離
して照射量Ｑ＋＜Ｃｈ＜Ｑｓ＜・・・＜Ｑｎで露光する
。現像後、それぞれの照射量Ｑ＋　ｌＱ２　＋Ｑａ　＋
・・＋Ｑｎに対してレジストが除去された円形部分の半
径ｒｌ　＋ｒ２　＋ｒｌ　＋・・・Ｉｒａを測長する。

次に照射量Ｑε対レジストの除去寸法ｒをプロットして
第１０図に見られる散乱強度分布曲線を得る。そしてこ
の散乱強度分布曲線が（３）式に示す条件を滴定してい
るとして、最小二乗法を用いて電子の散乱強度分布式の
パラメータα、β、ηを求める。上記の方法で照射パタ
ーンとしては原理的にどの様な形状や大きさであっても
よいが、一般的に露光できる最小寸法の照射パターンが
用いられるのは以下の理由による。

ひとつには、一般にαが０．１〜０．３μ■で、βが２
〜４μ−であることが知られており、前方散乱の影響に
よる部分を正確に測長するためにはＯ３１μｍ以下の長
さを正確に測長する必要があるためである。

もう１つには、最後に観測データからパラメータα、β
、ηを求めるために最小二乗法を用いるが、（３）式を
そのまま用いると非線型連立方程式を解かねばならなく
、解析方法としては非常に困難である。そのため、照射
パターンが非常に小さいという条件によって（３）式の
積分を無視して方程式を簡単化するために露光できる最
小寸法の照射パターンが用いられる。

（従来例２） 測長を行なわないで（３）式の条件を満す曲線を得るこ
とが出来る。第１１図のように全く同じ２本の線パター
ンからなる照射パターンＬ１．Ｌ２を距ｊｉｌｄを離し
て同じ照射量で露光したとき、２本の線パターンの間の
中点Ｏでの吸収量を距１１１ｄの関数として表わされる
。このとき中点Ｏで溶解吸収量が実現されると現像後の
レジスト形状は、２本の線の間のレジストが除去される
ことになる。よって、２本の線パターンＬｌ、Ｌ２間の
レジストが初めて除去されるときの照射量を臨界照射量
とすると、いくつかの距離ｄ＋　＜　ｄａ　＜　ｄａ　
＜・・・＜ｄｌ、ｌの間隔をもった２本の線パターンＬ
ｌ＋ＬＲ間のレジストが除去される臨界照射ＪＩＥＩ　
、Ｅａ　、Ｅａ　、・・・、Ｅ、、を求めることにより
、第１２図のような（３）式を瀾たす特性曲線を得るこ
とができ、この曲線に対して最小二乗法を用いることに
より各パラメータが求められる。ここでは２本ノ線パタ
ーンＬｌ　＋Ｌ２間のレジストが除去されると考えたが
、複数の同一寸法のラインを一定間隔で並べたときに各
線パターン間のレジストが同時に除去されると考えても
全く同じで、この方法によってもっと容易な観測により
同一条件の現象を同時に観測するので統計的に信頼性の
高い効果が得られる。本従来例はジャーナルバツキュー
ムサイエンス　テクノロジーＪ、ｖａｃ、Ｓｃｌ　、Ｔ
ｅｃｈｎｏｌＪｏｌ１９．Ｎｏ４．１２８Ｇ−１２９０
（１９８１）に記載されて、いる。以上、ポジ形レジス
トに対して説明したが、ネガ形レジストに対してもレジ
スト除去部をレジスト残留部とし、溶解吸収量を不溶吸
収量と定義すれば全く同様である。

発明が解決しようとする課題 しかし、従来例１に示す方法では、第１Ｏ図に示す散乱
強度分布の曲線を得るため多数のサブミクロン以下のパ
ターンを正確に測長する必要があるが、この様な微細な
パターンのレジスト形状板の境界は明確に見極められな
いため、正確な測長が行なえない。この様に従来の方法
では多大な労力を必要とする上、正確な結果を得られな
いという問題があった。

また、従来例２に示す方法では第１２図に示す特性曲線
を得るための測長による労力は取り除くことができるが
、線パターン間のレジストが完全に溶解するわけではな
いため線状のレジストが基板上から分離しているか否か
の判断が容易ではない。

また、すべての照射パターンは、（３）式の積分を無視
できない面積をもつため、第１２図に示す特性曲線を溝
たす（３）式は非常に複雑な式となり、第１２図の曲線
から各パラメータα、β、ηを求めるのに非線形最小二
乗法を用いなければならず、数値計算にかかる労力は膨
大となるという問題があった。

本発明は、上述の問題点に鑑みて試されたもので、測長
時間の短縮化が実現でき、さらに観測データから各パラ
メータを求める複雑な数値計算による労力を取り除くこ
とができる電子ビーム露光方法を提供することを目的と
する。

課題を解決するための手段 本発明は上述の課題を解決するため電子ビームの散乱具
よりも、はるかに大きな寸法で構成された、非照射部を
照射部で囲んだ２次元の周期パターンを照射パターンと
し、前記照射パターンの非照射部あるいは照射部の寸法
の異なる複数個の照射パターンをそれぞれ複数個の異な
る照射量を用いて露光し、現像後、ポジ型レジストにお
いては、非照射部の中心のレジストが除去される最小照
射量を臨界照射量とし、ネガ型レジストにおいては、非
照射部の中心のレジストが残置される最小照射量を臨界
照射量として、前記非照射部あるいは照射部の寸法の異
なる各照射パターンに対して臨界照射量を求めることに
より電子ビームの散乱強度分布を求める手段から構成さ
れる。

さらに本発明は上記の構成において、前記２次元の周期
パターンにおいて、前記周期を電子ビームの後方散乱具
より短いものを用いることにより、レジスト中における
後方散乱による吸収量を前記周期パターンの寸法より評
価し、散乱強度分布を求める手段を加えた構成からなる
。

作用 本発明は上述の構成により、比較的大きな領域における
レジストの宵無を確認するだけで所定寸法の照射パター
ンに対し複数の位置でレジストの溶解吸収量あるいは不
溶吸収量が同時に実現される臨界照射量を求めることが
できるため、測長を用いずに臨界照射量と照射パターン
の寸法あるいは、レジスト除去寸法との特性曲線を得る
ことができる。

さらに本発明は上述の構成により、照射パターンの２次
元周期の長さを電子の後方散乱長より短くすると、レジ
スト中における電子ビームの後方散乱による吸収量分布
は照射部あるいは非照射部によって変化せず一様となり
、その吸収量の値は照射量に対して照射部と非照射部の
比だけで決定できる。そのため、電子ビームの全吸収量
から、後方散乱による吸収量を差し引くことにより、前
方散乱のみによる吸収量が評価できるため、各パラメー
タの値を簡単な解析で求めることが可能となる。

実施例 （実施例１） 第１図は本発明の第１の実施例における網目状の照射パ
ターンを表わす図である。本発明においては第１図に示
すように照射パターン１として網目状のパターンから２
次元周期パターンを用いる。

照射部２は線幅Ｕの網目パターン領域で、非照射部３は
１辺がＷの正方形領域である。この網目状のパターンを
電子の散乱長より遥かに大きくさらに光学顕微鏡でも容
易に認識できる大きさ、例えば１００μ−四方程度の大
きさで作成し、これを１ブロツクとする。この１ブロツ
クのパターンを露光した場合、電子の散乱が数ミクロ、
ンしか及ばないことより、１ブロツク中に存在する非照
射部３の。

中心における吸収量はブロックの端から数ミクロン以内
に存在する非照射部３を除いてすべての非照射部３で等
しくなる。よって、照射パターン１に非照射部３の中心
での吸収量が溶解吸収量になるような照射量で露光した
場合は、現像後はブロック全体のレジストが同時に除去
され、それより低い照射量で露光した場合は網目の模様
が見られ第２図は本発明の第１の実施例における各ブロ
ックの配置を示す図である。ブロック４は第１図に示す
２次元周期パターンである。各ブロック４の照射部２の
線幅をｕｌ≦ｕ２≦ｕ、≦・・・≦Ｕい、非照射部３の
大きさをｖ、≦Ｗ２≦Ｗ２≦・・・≦ＷＩＩＮ　　と変
化させて横方向にｎ個並べる。これと同じものを縦方向
にｍ行並べ第２図に示すように配置する。また、第２図
の配置において一行目下段から順番にＱ＋≦Ｑ２≦Ｑ３
≦・・・≦ｑ、となる照射量で露光する。第２図に示す
各ブロック４を露光した試料を所定の条件で現像後、各
列のブロック４を一行目から順番に観測して、網目模様
からブロック４全体のレジストが除去されて、大きな穴
があいた形になる臨界照射量Ｑεを各列のＵあるいはＷ
に対して求める。

すなわち、照射部２と非照射部３を有する網目状の照射
パターンの非照射部３の中心での吸収量が溶解吸収量Ｑ
ｃに等しくなる照射量が、寸法Ｕ及びＷに対する臨界照
射量Ｑεとなる。以上の操作により求められた臨界照射
量Ｑｔを用いて、非照射部３の中心点に対して（３）式
を立てれば各パラメータが求まる。

（実施例２） 実施例２においては２次元の周期性を利用して後方散乱
による吸収量分布を照射部、非照射部によらず一様にで
き、（３）式の方程式を簡単にできる。

以下、５ＴＥＰ（１）として後方散乱による吸収量分布
が一様となる２次元周期パターンの周期の求め方を説明
する。

５ＴＥＰ（１） 網目状のパターンからなるブロックを第２図に示す配置
と同じように並べる。横方向には網目状のパターンから
なる１つのブロック内での照射部の面積と非照射部の面
積の比が等しくなるようにする。すなわち において、ξが１／２となる様にＵとＷを同時に変化さ
せる。この様に各ブロックを横方向に照射面積と非照射
面積の比が一定となるように、ＷとＵを同時に増加させ
、縦方向に照射量を増加させ露光を行なう。第３図は本
発明の第２の実施例における臨界照射量と非照射部との
関係を示す特性曲線図である。それぞれのＷに対して臨
界照射量Ｑεを求め１／Ｑｉ対Ｗ／２のプロットを行い
第３図に示すような曲線を得る。また第４図に第１図に
示す照射パターン１の線ＡＡ’上での吸収量分布をいく
つかのｕｌＷに対して、前方散乱にる吸収量分布と、後
方散乱による吸収量分布を分けて示した。第３図の曲線
と第４図の吸収量分布図は電子の散乱強度分布が二乗ガ
ウス分布であることの特徴を表わしており、Ｗがα＜＜
Ｗ十Ｕ＜＜βの値に対しては臨界照射量ＱＥが変化しな
くなる。すなわち、網目上のパターンを照射したとき、
非照射部３の大きさＷが第３図に示すＷαに対してＷ≧
Ｗαのときは電子の吸収量分布の前方散乱による寄与が
完全に無視することができて、第３図に示すＷβに対し
てＷ＋Ｕ≦２ｖｌのとき、電子の吸収量分布の後方散乱
による寄与がＷ＋Ｕに依存せずさらに、照射部２、非照
射部３によらず一様となり照射面積と非照射面積の比の
みに依存し、第３図に示すＱβの値はとなる。以下、５
ＴＥＰ（１）で得られるＷα、Ｗβを用いて非常に簡単
な方法でα、β、ηを求める実施例を以下述べていく。

ηを求める方法（１） ＳＴＥＰ（１）で求められた値Ｗα、Ｗβに対してＷ＋
Ｕ≦２ｗβ、Ｗα≦Ｗの条件を用いて、実施例１の各ブ
ロックのＷを固定し、Ｕを変化させそれぞれのＵに対し
て臨界照射量Ｑｔを求め、１／ＱＥ対ξ：ｕ２＋２ｕｖ
／（ｕ＋ｗ）２をプロットすると第５図に示す直線を得
る。このとき、この直線を表わす方程式（３）式の右辺
は、Ｗα≦Ｗ１Ｎ−ｕ≦２ｗβの条件より前方散乱によ
る吸収量がゼロになり、後方散乱による吸収量は照射部
と非照射部の面積より決定されη ＴＴＴＱε・ξ となる。よって、（３）式の方程式は となり、第５図の直線の傾きよりｌ／Ｑｃ・η／η＋１
が求められ、よって、Ｑｃよりηが求められる。

ηを求める方法（２） ＳＴＥＰ（１）で求められた値Ｗα、Ｗβに対してＷ＋
Ｕ≦２ｗβ、Ｗα≦Ｗの条件を用いて、実施例１の各ブ
ロックのＵを固定しＷを変化させ、それぞれのＷの値に
対して、臨界照射量Ｑｔを求め、１／ＱＥ対ξ：ｕ”　
＋２ｕｖ／　（ｕ＋ｖ　）”をプｏ、７トするとその求
め方（１）と同様に、第５図に示す直線を得る。よって
、この傾きより、ηが求められる。

αを求める方法 ５ＴＥＰ（１）で求められた値Ｗα、Ｗβに対してＷα
≦ｕｓ　　ｕ”Ｗ≦２ｗβの条件で実施例１の各ブロッ
クのＵを固定し、Ｗを変化させ、それぞれのＷに対して
、臨界照射量Ｑｔを求めて、１／Ｑε対ｖ／２をプロッ
トすると第６図のような曲線を得る。このとき、（３）
式の方程式の右辺を（照射量Ｑｉ）　−（非照射部を照
射量Ｑεで照射したときの吸収量）と表わすと、前方散
乱による吸収量は、 となる。これは前記の条件において前方散乱による寄与
を考えるとき、各非照射部が孤立パターンと見なせるこ
とによる。また、後方散乱による吸収量は、 によって表わされる。よって、（３）式の方程式はとな
り、 （１＋　η））　　　　（１１） となる。よって第６図におけるＱＥを 方散糸に対しても、非照射部が孤立パターンと見なせる
ことより（３）式の右辺は となり、よって 示す直線を得る。この直線の傾きより１／αが求められ
る。

βを求める方法（１） ＳＴＥＰ（１）で求められた値Ｗα、Ｗβに対してＷβ
くくｕｌ　ｗα≦Ｗの条件で実施例１の各ブロックのＵ
を固定し、Ｗを変化させ、それぞれのＷに対して臨界照
射量ＱＥを求めて、αの求め方を同様に、ＱＥを と変換し、Ｗ７２対ＱＥ’のプロットをすると、第７図
と同様の直線が得られ、その傾きよりｌ／βが求められ
る。なぜならば、Ｗα≦Ｗの条件より、前方散乱による
吸収量はゼロとなり、Ｗαくくｕより、後となるからで
ある。

βを求める方法（２） ＳＴＥＰ（＋）で求められた値Ｗα、Ｗβに対してＵ〈
くｗβ、Ｗα≦Ｗの条件で実施例１の各ブロックのＵを
固定し、Ｗを変化させ、それぞれのＷに対して臨界照射
量Ｑεを求めて、（Ｗ／２）”対１ｎＱｔをプロットす
ると第８図に示される直線を得る。ここで、Ｗα≦Ｗの
条件より、前方散乱による吸収量はゼロとなり、さらに
ｕ　（（Ｗβの条件より（３）式の方程式において後方
散乱に対する積分を無視することができ、 となり よって第８図の直線の傾きより、Ｉ／β２が求められる
。よって本実施例においては近接効果補正を行う場合、
重要となるパラメータη及びβを、異なる方法で簡単に
評価出来ることより、異なる２つの方法で求めた、ηと
βを比較することにより、電子ビームの散乱強度分布の
モデル関数の妥当性も評価出来る。以上、５ＴＥＰ（１
）で求めたＷα、Ｗβを用いてηを求める方法（１）、
ηを求める方法（２）、αを求める方法、βを求める方
法（１）、βを求める方法（２）を述べたが、これらの
方法の従属関係を第９図に示す。すなわち、αを求める
方法及びβを求める方法（１）は、その値をまず求めて
おく必要があるが、βを求める方法（２）は、Ｗα及び
Ｗβの値のみがわかれば実施できる。また、ηを求める
ためには、ηを求める方法（１）あるいはηを求める方
法（２）のどちらかを行ってもよい。

なお、以上の実施例はすべてポジ形レジストに対して行
ってきたが、ネガ形レジストに対してもレジストが除去
されるところをレジストが残留するとし、溶解吸収量を
不溶吸収量にすれば全く同じ方法でこれらの実施例を行
える。本実施例によれば、照射パターンとして、光学顕
微鏡によっても容易に確認出来る非常に大きなパターン
全体の変化を観測データとして用いる。パターン全体の
変化は、同一条件となる多数の部°分のレジストに対し
て、同時に起こる変化であるため、本実施例で得られる
結果は同一現象を何回も繰り返し測定し、平均化したも
のと同じ意味をもつ。また、すべてのパラメータは、観
測データから得られる直線の傾きから得られることより
、各パラメータは、露光装置の照射寸法及び照射量のバ
ラツキも、平均化されて、取り除かれたものとして評価
出来る。

発明の効果 以上の説明かられかるように、本発明によれば、近接効
果補正を行うのに必要なパラメータα、β、ηを求める
のに、現像後のレジスト寸法の測長を行なわずに、レジ
スト形状の模様を観測するという、非常に容易な作業の
みによって、照射パターンの寸法と、照射量との特性曲
線を描くことが出来る。さらに、照射パターンの２次元
の周期パターンの周期を電子ビームの後方散乱長より短
くすることにより後方散乱によるレジスト中の電子ビー
ムの吸収量が照射パターンの寸法から容易に求められる
ことにより各パラメータを求める解析方法において、前
方散乱のみによる吸収量及び、後方散乱のみによる吸収
量が容易に評価出来るため、簡単な解析方法で各パラメ
ータを求めることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における網目状の照射パ
ターンを表わす図、第２図は本発明の第１の実施例にお
ける網目状のパターンで形成されるブロックの配置を示
す図、第３図は本発明の第２の実施例における臨界照射
量と非照射部との関係を示す特性曲線図、第４図は本発
明の第２の実施例における吸収量分布を示す図イ第５図
は本発明の第２の実施例における照射部の面積比と臨界
照射量との関係を示す特性曲線図、第６図は本発明の第
２の実施例における臨界照射量と非照射部との関係を示
す特性曲線図、第７図は本発明の第２の実施例における
臨界照射量と非照射部との関係を示す特性曲線図、第８
図は本発明の第２の実施例における臨界照射量と非照射
部との関係を示す特性曲線図、第９図は本発明の第２の
実施例におけるα、β、ηを求める方法の従属関係を示
す図、第１０図は従来における照射量とレジストの除去
寸法との関係を示す特性曲線図、第１１図は従来におけ
る線パターンからなる照射パターンの配置１・・・・照
射パターン、２・・・・照射部、３・・・・非照射部、
４・・・・ブロック 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１８病２図 １　図 ｈ ｎ 逼 図 １ｇ軒部の幅 第 ５′図 第 図 第 図 第 図 傷 図 第１０図 しジズトの防去す法 第１１図 第１２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子ビームの散乱長よりもはるかに大きな寸法で
   構成された、非照射部を照射部で囲んだ２次元の周期パ
   ターンを照射パターンとし、前記照射パターンの非照射
   部あるいは照射部の寸法の異なる複数個の照射パターン
   をそれぞれ複数個の異なる照射量を用いて露光し、現像
   後、ポジ型レジストにおいては、非照射部の中心のレジ
   ストが除去される最小照射量を臨界照射量とし、ネガ型
   レジストにおいては、非照射部の中心のレジストが残置
   される最小照射量を臨界照射量として、前記非照射部あ
   るいは照射部の寸法の異なる各照射パターンに対して臨
   界照射量を求めることにより電子ビームの散乱強度分布
   を求めることを特徴とする電子ビーム露光方法。
2. （２）２次元の周期パターンにおいて、前記周期を電子
   ビームの後方散乱長より短いものを用いることにより、
   レジスト中における後方散乱による吸収量を前記周期パ
   ターンの寸法より評価し、散乱強度分布を求めることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子ビーム露光
   方法。