特許 6819075 電子ビーム描画装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6819075

(24)【登録日】2021年1月6日

(45)【発行日】2021年1月27日

(54)【発明の名称】電子ビーム描画装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/027 20060101AFI20210114BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20210114BHJP

   H01J 37/305 20060101ALI20210114BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/30 541B

   G03F7/20 504

   H01J37/305 B

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-98559(P2016-98559)

(22)【出願日】2016年5月17日

(65)【公開番号】特開2017-208402(P2017-208402A)

(43)【公開日】2017年11月24日

【審査請求日】2019年4月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】凸版印刷株式会社

(72)【発明者】

【氏名】吉田 至

【審査官】 冨士 健太

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−３２３３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１２２２１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１４７７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２２２７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１１２９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１４５２６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０７−１３５１３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

Ｈ０１Ｊ ３７／３０ −３７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子ビームを、マスクブランクに照射することにより、所望のパターンの描画を行うフォトマスク製造用の電子ビーム描画装置において、
前記電子ビームの照射時に前記マスクブランクから発生する反射電子および二次電子を吸収する電子反射防止板と、
前記電子反射防止板に近接して、前記電子反射防止板と略平行な位置に設けられる電極板と、
０電位の期間を持つ波形の設定電圧を変更自在な可変直流電源を有し、前記設定電圧を印加することにより前記電子反射防止板を正に帯電させる機構と、
前記電極板を負に帯電させる機構と、を具備し、
前記マスクブランクに近い順から前記電子反射防止板、前記電極板が設けられていることを特徴とする電子ビーム描画装置。

【請求項2】

前記電極板の帯電および除電を、前記電子ビームの照射と同期して行う制御機構を具備することを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム描画装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、微細なレジストパターンを作製するための電子ビーム描画装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体集積回路は、集積度の向上や電力消費量の低減のためにより微細化が進み、それに伴い製造難度も高くなってきている。それに伴い、半導体集積回路製造のために用いられる原版であるフォトマスクも高精度化が要求されている。特にパターン寸法精度に関する要求は、年々厳しくなってきている。

【0003】

フォトマスクの基本的な製造方法は、まず基板上にＣｒやＭｏＳｉ（モリブデンシリサイド）などの金属性遮光膜（金属性遮光膜はその上層に、金属性遮光膜を選択比良くエッチングするためのハードマスク層や、反射防止層を備える場合がある）を形成し、さらにその上に電子に感度を有する電子ビームレジスト（以下、レジストと略記）を塗布する。尚、前記基板上に金属性遮光膜まで形成した形態は通常フォトマスクブランク（以下、ブランクと略記）と呼ばれる。

【0004】

次に、電子ビーム描画装置を用いて、電子ビーム源から出射する電子ビームをブランク上に塗布したレジストに照射し、半導体集積回路に基づくパターンの描画を行う。その後、現像処理を行ってレジストパターンを形成し、レジストパターンをエッチングマスクとして、金属性遮光膜のエッチング、続いてレジストパターンの剥離を行い、フォトマスクが完成する（加熱工程、洗浄工程、乾燥工程等はここでは説明を割愛している）。

【0005】

電子ビーム描画時のフォギング現象について、図６を用いて説明する。電子ビーム源５１から出射する電子ビーム５２をブランク３上のレジスト４に照射しパターンの描画を行う際に、レジスト４やブランク３内で反射電子および二次電子が発生し、それらの反射電子および二次電子のうち、特に高いエネルギーを持つ電子は、レジスト４外にまで飛び出し、電子ビーム描画装置の対物レンズ５３に当たり反射・散乱し（以下、フォギング電子５７と記す）、再度レジスト４内に入射し、数センチにもわたる範囲でパターン寸法に影響を及ぼす。この現象はフォギング（Ｆｏｇｇｉｎｇ）現象と呼ばれる。

【0006】

フォギング現象対策として、電子ビーム鏡筒内の先端に電子の反射率の低い材料からなる電子反射防止板を設ける対策がとられており、電子反射防止板の構造の工夫により電子の反射を更に抑える提案がなされている。特許文献１では、電子反射防止板の形状を鏡筒に向かって凸状になるような球面状にし、設けた開口の縁をナイフエッジ状にするなどして、反射してきた電子が電子反射防止板に当たる際の入射角を小さくすることで、反射係数を下げる方法が提案されている。また、特許文献２では、鏡筒先端に、電子ビームが透過する透過孔の周囲を閉じるように形成した遮蔽板を設け、反射電子の多くをその透過孔から遮蔽板内に取り込み、遮蔽板に当たった電子を、接地を通じて逃がす方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平１０−２２９０４１号公報

【特許文献2】特開平１１−２０４３９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、近年ではパターンの微細化に伴い、描画精度に対する要求はますます厳しくなっており、前記の対策をもってしても不十分な状況が生まれている。本発明は該状況に鑑みてなされたものであり、フォギング現象による描画精度の低下、すなわちレジストパターンの設計パターンとの寸法ずれやばらつきを抑えることができる電子ビーム描画装置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】

【0009】

上述の課題を解決するために、本発明に係る電子ビーム描画装置の一態様は、電子ビームを、マスクブランクに照射することにより、所望のパターンの描画を行うフォトマスク製造用の電子ビーム描画装置において、電子ビームの照射時にマスクブランクから発生する反射電子および二次電子を吸収する電子反射防止板と、０電位の期間を持つ波形の設定電圧を変更自在な可変直流電源を有し、設定電圧を印加することにより電子反射防止板を正に帯電させる機構と、を具備することを特徴とする。

【0010】

上記構成において、電子反射防止板の帯電および除電を、電子ビームの照射と同期して行う制御機構を具備することが望ましい。

【0011】

また、本発明に係る電子ビーム描画装置の別の態様は、電子ビームを、マスクブランクに照射することにより、所望のパターンの描画を行うフォトマスク製造用の電子ビーム描画装置において、電子ビームの照射時にマスクブランクから発生する反射電子および二次電子を吸収する電子反射防止板と、電子反射防止板に近接して、電子反射防止板と略平行な位置に設けられる電極板と、０電位の期間を持つ波形の設定電圧を変更自在な可変直流電源を有し、設定電圧を印加することにより電子反射防止板を正に帯電させる機構と、電極板を負に帯電させる機構と、を具備し、マスクブランクに近い順から電子反射防止板、電極板が設けられていることを特徴とする。

【0012】

上記構成において、電極板の帯電および除電を、電子ビームの照射と同期して行う制御機構を具備することが望ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明の電子ビーム描画装置によれば、描画時にレジストやブランク内で発生する反射電子および二次電子を、電子反射防止板を正に帯電させることにより効率よく吸収し、フォギング電子のレジストへの再入射を防止して、レジストパターンの設計パターンとの寸法ずれやばらつきを抑え、高精度な描画を行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る電子ビーム描画装置の構成を示す概略部分図。

【図2】本発明の第２の実施形態に係る電子ビーム描画装置の構成を示す概略部分図。

【図3】本発明の第３の実施形態に係る電子ビーム描画装置の構成を示す概略部分図。

【図4】本発明の効果を検証するための、寸法変動量の評価用パターンの平面図。

【図5】本発明の効果を検証するための、寸法変動量の評価結果を示す特性図。

【図6】電子ビーム描画装置内のフォギング現象を説明するための概略部分図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の電子ビーム描画装置の実施形態について、被描画試料としてレジストを塗布したブランクを例に、図面を用いて説明する。尚、同一の構成要素については同一の符号を付け、重複する説明は省略する。また、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

【0018】

図１は本発明の第１の実施形態に係る電子ビーム描画装置１０の構成を示す概略部分図であり、電子ビーム源１１、及び対物レンズ１３から可動ステージ１４までを特に図示したものである。従って、電子ビーム源１１から対物レンズ１３までの鏡筒部内に通常存在する、加速電極、ブランキング電極、電磁レンズ類、スリット、偏向器等の図示を省略している。電子ビーム１２はいわゆるポイントビーム、可変成形ビームのいずれでもよい。

【0019】

電子ビーム描画装置１０では、対物レンズ１３の下方に電子反射防止板１５を設けている。電子反射防止板１５は、切換（スイッチ）部Ｓ１を通して接点Ｓ１ｐとつながるとき、直流電源１７の正極と接続するため、電子反射防止板１５は正に帯電される。一方で、直流電源１７の負極は接地され、０電位となっている。

【0020】

電子反射防止板１５が正に帯電しているとき描画を行うと、レジスト４やブランク３内で発生した反射電子および二次電子のうち、エネルギーが高くレジスト４外にまで飛び出した電子は、対物レンズ１３に当たる前に、電子反射防止板１５に吸収される。従って、レジスト４内に再入射し、フォギング現象を起こすことがない。

【0021】

電子反射防止板１５に残る電荷を除電するときは、切換部Ｓ１を接地用の接点Ｓ１ｅとつなげばよい。

【0022】

切換部Ｓ１の接点Ｓ１ｐ、Ｓ１ｅ間の切換えは、描画のタイミングと同期するようにする。そのために、電子ビーム描画装置１０は、電子ビーム源１１および切換部Ｓ１へつながる制御部１８を備えている。描画条件に応じて、最適なタイミングで電子反射防止板１５の帯電を除電し初期状態へ戻すことで、フォギング現象による影響を抑えた描画を行うことが可能となる。

【0023】

電子反射防止板１５の材料は非磁性体で反射電子散乱係数が低い点から、例えばベリリウムなどの非磁性軽金属が好ましい。電子反射防止板１５の形状は鏡筒側から入射した電子ビームを通すための通過孔を有しており、孔の大きさは電子ビームの偏向領域よりもわずかに大きい程度が好ましい。

【0024】

本発明の直流電源１７は、汎用性を広げる観点から設定電圧を変更できる可変電源が好ましく、０電位の期間を持つ、パルスを含めた矩形波、台形波等であってもよい。０電位期間を持つことで、前述の切換部Ｓ１による切換えと組み合わせて、電流密度、ドーズ量等のより多様な描画条件に対して、最大の効果を得るための帯電、除電状態をつくることができるようになる。

【0025】

本発明の電子ビーム描画装置１０は、以上説明した本発明に特徴的な部位以外は、従来の電子ビーム描画装置と基本的に同じ構造である。すなわち、本発明の電子ビーム描画装置１０は、従来の電子ビーム描画装置に、本発明に特徴的な電子反射防止板１５、直流電源１７、制御部１８、切換Ｓ１と接点Ｓ１ｐ、Ｓ１ｅ、およびそれらの接続ラインとを追加して備えた構造となっている。

【0026】

図２は本発明の第２の実施形態に係る電子ビーム描画装置２０の構成を示す概略部分図であり、第１の実施形態同様、電子ビーム源１１、及び対物レンズ１３から可動ステージ１４までを特に図示したものである。

【0027】

第２の実施形態に係る電子ビーム描画装置２０は、第１の実施形態と異なり、対物レンズ１３と電子反射防止板２５との間に、負に帯電させるための電極板（以下、負極板２６と記す）を電子反射防止板２５に近接して、電子反射防止板２５と略平行に備えている。

【0028】

さらに電子ビーム描画装置２０では、電子反射防止板２５は接地され、０電位となっている。一方で、負極板２６は、切換部Ｓ２を通して接点Ｓ２ｎとつながるとき、直流電源２７の負極と接続するため、負に帯電される。

【0029】

負極板２６が負に帯電すると、電子反射防止板２５は負極板２６に近接しているため、電子反射防止板２５の正電荷は負極板２６の負電荷に引きつけられ、電子反射防止板２５は正に帯電した状態となる。

【0030】

前記の状態のときに描画を行うと、レジスト４やブランク３内で発生した反射電子および二次電子のうち、エネルギーが高くレジスト４外にまで飛び出した電子は、対物レンズ１３に当たる前に、電子反射防止板２５に吸収され、そのまま接地部へ流れる。従って、レジスト４内に再入射し、フォギング現象を起こすことがない。

【0031】

負極板２６に残る電荷を除電するときは、切換部Ｓ２を接地用の接点Ｓ２ｅにつなげばよい。

【0032】

切換部Ｓ２の接点Ｓ２ｎ、Ｓ２ｅ間の切換えは、描画のタイミングと同期するようにする。そのために、電子ビーム描画装置２０は、電子ビーム源１１および切換部Ｓ２へつながる制御部２８を備えている。描画条件に応じて、最適なタイミングで負極板２６の帯電を除電し初期状態へ戻すことで、フォギング現象による影響を抑えた描画を行うことが可能となる。

【0033】

負極板２６の材料は通常の電極用材料であればよく、銅などが好ましい。負極板２６の形状は、第１の実施形態の電子反射防止板１５と同様、鏡筒側から入射した電子ビームを通すための通過孔を有しており、孔の大きさは電子ビームの偏向領域よりもわずかに大きい程度が好ましい。電子反射防止板２５の材料、形状も第１の実施形態の場合と同様であり、直流電源２７は可変電源が好ましく、０電位の期間を持つ、パルスを含めた矩形波、台形波等であってもよいことも第１の実施形態の場合と同様である。

【0034】

本発明の電子ビーム描画装置２０は、以上説明した本発明に特徴的な部位以外は、従来の電子ビーム描画装置と基本的に同じ構造である。すなわち、本発明の電子ビーム描画装置２０は、従来の電子ビーム描画装置に、本発明に特徴的な、電子反射防止板２５、負極板２６、直流電源２７、制御部１８、切換Ｓ２と接点Ｓ２ｎ、Ｓ２ｅ、およびそれらの接続ラインとを追加して備えた構造となっている。

【0035】

図３は本発明の第３の実施形態に係る電子ビーム描画装置３０の構成を示す概略部分図であり、第１、第２の実施形態同様、電子ビーム源１１、及び対物レンズ１３から可動ステージ１４までを特に図示したものである。

【0036】

第３の実施形態に係る電子ビーム描画装置３０は、切換部Ｓ３、Ｓ４を切り換えることで、第１の実施形態の電子ビーム描画装置１０と、第２の実施形態の電子ビーム描画装置２０と、を切り換えて使用することができる構成となっている。

【0037】

すなわち、切換部Ｓ３を接点Ｓ３ｐ、切換部Ｓ４を接点Ｓ４ｅと、それぞれつなぐこと
によって、第３の実施形態の電子ビーム描画装置３０は、第１の実施形態の電子ビーム描画装置１０と同じ原理となり、一方、切換部Ｓ３を接点Ｓ３ｅ、切換部Ｓ４を接点Ｓ４ｎと、それぞれつなぐことによって、第２の実施形態の電子ビーム描画装置２０と同じ原理で動作する電子ビーム描画装置とすることができる。

【0038】

第３の実施形態に係る電子ビーム描画装置３０は、切換部Ｓ３、Ｓ４を備えること以外は、第１の実施形態の電子ビーム描画装置１０、第２の実施形態の電子ビーム描画装置２０と同様の構成、原理であり、使用する部位の材料、形状も同様であるので、以下実施形態の説明を省略する。

【実施例】

【0039】

以下、本発明の電子ビーム描画装置を用いて描画を行った実施例を説明する。

【0040】

従来の電子ビーム描画装置と、電子反射防止板を正に帯電させる機構を具備した本発明の第１の実施形態の電子ビーム描画装置を用い、描画精度へのフォギング電子の再入射の影響の程度を、寸法の変動量から比較する評価を実施した。

【0041】

まず、６インチのＣｒ遮光膜付きのフォトマスクブランクにネガ型フォトレジスト（ＦＥＮ−２７１：富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製）を１５０ｎｍの厚さで塗布し、従来、および本発明の電子ビーム描画装置を用いてパターン描画を行った。描画条件は次の通りである。
描画条件：加速電圧５０ｋｅＶ、電流密度７０Ａ／ｃｍ^２、ドーズ量１５μＣ／ｃｍ^２

【0042】

用いたパターンは図４のパターン５で、１３０ｍｍの長さ（横方向）に１μｍラインアンドスペースパターンを敷き詰め（パターン５ａ）、縦２０ｍｍ×横６０ｍｍの四角形ダミーパターンを前記１３０ｍｍの長さの右半分の上下に配置した（パターン５ｂ）。

【0043】

ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ＝露光後ベーク）装置はＡＣＴ−Ｍ（東京エレクトロン社製）を用い、１１０℃で１０分間処理を行った。現像装置もＡＣＴ−Ｍ（東京エレクトロン社製）を用い、１００秒間処理を行い、レジストパターンを形成した。

【0044】

形成されたレジストパターンの寸法を、測長用走査型電子顕微鏡を用いて測定した。結果を、従来の描画装置を用いたものと本発明の描画装置を用いたもので比較する形で図５に示す。

【0045】

図５は、図４の１μｍラインアンドスペースパターンのＡ−Ｃの位置までを１ｍｍ間隔で測定し、ダミーパターン５ｂに近接していないＡ−Ｂの疎な部分の平均寸法で規格化した寸法（ｄｃｄ）を表す。Ｂ−Ｃのダミーパターンに近接した密な部分では、従来の装置を用いた結果は約４．５ｎｍ線幅が太く出来ているのに対し、本発明の装置を用いた結果では２．５ｎｍ線幅が太く出来る結果となっており、電子反射防止板を正に帯電させる機構を具備した本発明の描画装置を用いることで、フォギング電子の再入射によるパターン寸法変動について、２ｎｍの影響低減が確認された。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明の電子ビーム描画装置は、フォトマスクの製造のみならず、半導体デバイスや光導波路や回折格子等の光学部品、バイオ・化学関連の分析用チップ、ハードディスクやＤＶＤ等の記録媒体といった各種製品の製造工程において、電子ビーム描画装置により作製するパターンの寸法均一性を改善するために好適に使用することができる。

【符号の説明】

【0047】

３・・・・フォトマスクブランク
４・・・・レジスト
１０、２０、３０、５０・・・・電子ビーム描画装置（部分図）
１１、５１・・・電子ビーム源
１２、５２・・・電子ビーム
１３、５３・・・対物レンズ
１４、５４・・・可動ステージ
５７・・・・フォギング電子
１５、２５、３５・・・電子反射防止板
２６、３６・・・・・・負極板
１７、２７、３７・・・直流電源
１８、２８、３８・・・制御部
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４・・・切換（スイッチ）部
Ｓ１ｅ、Ｓ１ｐ、Ｓ２ｅ、Ｓ２ｎ、Ｓ３ｅ、Ｓ３ｐ、Ｓ４ｅ、Ｓ４ｎ・・・接点
５、５ａ、５ｂ・・・評価用パターン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】