DE69520327T2

DE69520327T2 - Verfahren zur Herstellung eines Resistmusters

Info

Publication number: DE69520327T2
Application number: DE69520327T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Endo; Taichi Koizumi; Takahiro Matsuo
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-11-14
Filing date: 1995-11-14
Publication date: 2001-07-12
Anticipated expiration: 2015-11-15
Also published as: US5773174A; KR960019491A; US5756242A; EP0712047A2; US5763124A; EP0712047B1; KR100197191B1; EP0712047A3; DE69520327D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters während der Herstellung eines Halbleiterbauelements oder dergleichen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters mittels einer Lithografietechnik, die als Belichtungsenergiequelle ultraviolette Strahlen, Röntgenstrahlen, Strahlung mit geladenen Teilchen (unter 450 nm), i-Linien (365 nm), einen KrF- Excimerlaser (248 nm), einen ArF-Excimerlaser (193 nm) oder dergleichen verwendet.
In jüngster Zeit wurden Halbleiterbauelemente merklich verkleinert. Gegenwärtige Gestaltungsregeln auf der Entwicklungsebene liegen bei 0.25 um. Daher werden strenge Spezifikationen hinsichtlich der RPL (Fotolackmusterlinienbreite) benötigt. Ein herkömmlicher Weg, um wirkungsvoll Größenschwankungen, die in einem Lithografieprozess entstehen zu verringern, besteht darin, chipinterne Größenschwankungen oder waferinterne Größenschwankungen zu verringern. Größenveränderungen bzw. Variationen werden hauptsächlich durch Mehrfach-Interferenzeffekte in einer Fotolackschicht und dem von einem Substrat reflektierten Licht erzeugt. Daher kann eine reflektionshemmende Schicht, die auf einer Oberfläche des Substrats gebildet ist, die in einem Lithografieprozess erzeugten Größenvariationen verringern. Alternativ kann ein Silylations-Prozess, d. h. ein die Oberfläche modifizierender Prozess bei der Verringerung von Größenvariationen aufgrund eines Lithografieprozesses günstig sein.
Obwohl herkömmlicher Weise RPL-Variationen von Wafer zu Wafer oder von Los zu Los nicht all zu sehr berücksichtigt wurden, ist eine Verringerung der RPL-Variationen aufgrund der jüngeren strengen RPL-Spezifikationen notwendig. In den vergangenen Jahren wurden einige Fälle in Hinsicht auf die Wafer zu Wafer-RPL-Variationen bekannt. Es wird angenommen, dass die Wafer zu Wafer-RPL-Variationen durch Variationen in der Substratstruktur (beispielsweise Variationen in der Fotolackschichtdicke) oder durch ein verwendetes Belichtungsgerät erzeugt werden, was nicht nur zur Folge hat, dass der Unterschied zwischen einer beabsichtigten Belichtungsenergiedosis und einer tatsächlich in der Fotolackschicht absorbierten Belichtungsenergiedosis, sondern auch der Unterschied zwischen einem gewünschten Belichtungsfokus und einem tatsächlichen Belichtungsfokus erzeugt wird. Es wird angenommen, dass diese Unterschiede die RPL- Variationen erzeugen.
John Sturtevant et al. zeigen ein Verfahren in ihrem Bericht auf (1994 SPIE., Bd. 2196, Seiten 352-359). Gemäß diesem Verfahren wird ein latentes, auf einer Fotolackschichtoberfläche gebildetes Bild mit Laserstrahlen belichtet und die Intensität des resultierenden gebeugten Lichts wird nachgewiesen. Genauer gesagt, es wird zunächst eine Korrelation zwischen der Intensität gebeugten Lichts und der RPL erhalten. Die Länge der Entwicklungszeit wird so berechnet, um eine gewünschte RPL aus der Intensität des gebeugten Lichts, das während oder nach dem Post-Belichtungsbacken (PEB)-Prozess erfasst wird, erhalten wird. Das Ergebnis der Berechnung wird einem Entwicklungsvorgang zur RPL-Steuerung zugeführt.
Shoaib Zaidi et al. zeigen ein Verfahren unter Verwendung eines Oberflächenmodifikationsprozesses in ihrem Bericht (1994 SPIE., Bd. 2196, Seiten 341-351). Gemäß diesem Verfahren wird ein auf einer Fotolackschichtoberfläche erzeugtes latentes Bild mit Laserstrahlen beleuchtet. Die Intensität des resultierenden gebeugten Lichts wird erfasst, um eine RPL abzuschätzen. Oberflächenmodifikationsverfahrensparameter werden korrigiert, um die RPL zu kompensieren.
Beide obige Verfahren verwenden Strahlen gebeugten Lichts, was bedeutet, dass ein Wiederholungsmuster benötigt wird. Es ist somit notwendig, entweder ein Wiederholungsmuster bereit zu stellen, oder ein Wiederholungsmuster innerhalb einer Bauteilstruktur zu verwenden. Dies hat das Problem zur Folge, dass latente Bildmuster begrenzt sind.
Ferner werden Laserstrahlen, die in eine Fotolackschicht eindringen, vom reflektierten Licht aus einer darunter liegenden Schicht beeinflusst, so dass eine fehlerhafte Detektierung der Intensität des gebeugten Lichts auftreten kann.
Folglich ist eine Hauptaufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren bereit zu stellen, das in der Lage ist, die RPL unabhängig von gebeugtem Licht abzuschätzen, um Wafer zu Wafer-RPL-Variationen zu eliminieren und ein stabiles Verhalten in RPL zu liefern.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein erstes Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters bereit. Das erste Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters beruht auf der Erkenntnis, dass es eine Korrelation zwischen der RPL und einer zur Fotolackschichtbelichtung tatsächlich verwendeter Belichtungsbedingung gibt, und beruht ferner auf der Erkenntnis, dass es eine Korrelation zwischen der Höhe eines latenten Bildes und der zur Fotolackschichtbelichtung tatsächlich verwendeten Belichtungsbedingung gibt. Unter Verwendung tatsächlicher Belichtungsbedingungen als Parameter wird eine RPL aus einer Latentbildhöhe abgeschätzt.
Das erste Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters umfasst die folgenden Schritte:
(a) Bilden einer Fotolackschicht auf einem Substrat;
(b) Belichten der Fotolackschicht mit einem vorbestimmten Muster;
(c) Entwickeln der musterbelichteten Fotolackschicht zur Bildung eines Fotolackmusters;
wobei das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte umfasst:
(d) vorheriges Auffinden einer ersten Korrelation zwischen der Höhe eines latenten Bildes, das nach einem Belichtungsvorgang auf einer Fotolackschicht erzeugt ist, und der Linienbreite eines Fotolackmusters bezüglich einem gegebenen Wert eines Entwicklungsvorgangparameters, der die Art und Weise beeinflusst, in der eine Fotolackmusterlinienbreite definiert ist, und ebenso vorheriges Auffinden einer zweiten Korrelation zwischen dem gegebenen Wert des Prozessparameters bezüglich zu einer Belichtungsenergiebedingung oder bezüglich zu einer Belichtungsfokusbedingung und einer Fotolackmusterlinienbreite;
(e) Bestimmen eines Betrags einer Höhenänderung in dem latenten Bild, das in einer tatsächlich belichteten Fotolackschicht erzeugt ist;
(f) Auffinden, aus der ersten Korrelation, einer abgeschätzten Linienbreite, die eine Fotolackmusterlinienbreite, die dem Betrag der Höhe des latenten Bildes entspricht, und mit einer Genauigkeit im nm-Bereich bestimmt ist, und entsprechend zu dem gegebenen Wert des Prozessparameters;
(g) Auffinden, aus der zweiten Korrelation, einer abgeschätzten Belichtungsbedingung, die eine Belichtungsbedingung entsprechend dem gegebenen Wert des Prozessparameters und entsprechend der abgeschätzten Linienbreite ist;
(h) Auffinden, aus der zweiten Korrelation, eines Wertes des Prozessparameters, der einer gewünschten Fotolackmusterlinienbreite und der abgeschätzten Belichtungsbedingung entspricht, und Formen eines Fotolackmusters auf der Basis des ermittelten Prozessparameterwertes.
Es gibt eine Korrelation zwischen der Latentbildhöhe und der Fotolackmusterlinienbreite (die erste Korrelation). Gemäß dem ersten Verfahren zur Bildung einer Fotolackschicht wird eine abgeschätzte Linienbreite, die einer Latentbildhöhe und einem Entwicklungsprozessparameterwert entspricht, aus der ersten Korrelation ermittelt. Als Folge davon wird eine Abschätzung der Fotolackmusterlinienbreite mit hoher Genauigkeit durchgeführt.
Ferner wird aus der zweiten Korrelation eine abgeschätzte Belichtungsbedingung, die einen vorbestimmten Parameterwert und einer abgeschätzten Linienbreite entspricht, ermittelt. Als Folge davon ist es möglich, eine Belichtungsbedingung abzuschätzen bzw. zu ermitteln, die tatsächlich zur Belichtung einer Fotolackschicht verwendet wurde, da eine abgeschätzte Linienbreite nahezu korrekt ist.
Aus der zweiten Korrelation wird ein Parameterwert ermittelt, der einer gewünschten Fotolackmusterlinienbreite und einer abgeschätzten Belichtungsbedingung entspricht. Dies ermöglicht es, einen Parameterwert zu ermitteln, der einer Belichtungsbedingung entspricht, die tatsächlich zur Belichtung einer Fotolackschicht verwendet wurde. Wenn gemäß diesem Parameterwert ein Entwicklungsvorgang durchgeführt wird, ist es möglich, die gewünschte Fotolackmusterlinienbreite zu erhalten. Da eine Fotolackmusterlinienbreite richtig abgeschätzt werden kann, ohne gebeugtes Licht zu verwenden, verhindert dies Wafer- zu- Wafer-Linienbreitenvariationen und liefert eine Stabilität bzw. Gleichförmigkeit in der Fotolackmusterlinienbreite, sogar wenn die Musterbelichtungsbedingungen variieren.
Der Entwicklungsprozessparameter des ersten Verfahrens kann ein Entwicklungszeitparameter sein. Dies verringert zusätzlich die Wafer- zu- Wafer-Linienbreitenvariationen durch Steuerung der Länge der Entwicklungszeit, die eine Fotolackmusterlinienbreite stark beeinflusst.
Die vorliegende Erfindung stellt ein zweites Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters bereit. Das zweite Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters umfasst die folgenden Schritte:
(a) Bilden einer Fotolackschicht auf einem Substrat;
(b) Belichten der Fotolackschicht mit einem vorbestimmten Muster;
(c) Ausführen eines Wärmebehandlungsprozesses an der musterbelichteten Fotolackschicht;
(d) Entwickeln der Fotolackschicht zur Bildung eines Fotolackmusters;
wobei das Verfahren weiter die Schritte umfasst:
(e) vorheriges Auffinden einer ersten Korrelation zwischen der Höhe eines latenten Bildes, das nach einem Belichtungsprozess auf einer Fotolackschicht erzeugt ist, und der Linienbreite eines Fotolackmusters mit Bezug zu einem gegebenen Wert eines Wärmebehandlungsprozessparameters, der die Art und Weise beeinflusst, in der eine Fotolackmusterlinienbreite definiert ist, und ebenfalls vorheriges Auffinden einer zweiten Korrelation zwischen dem gegebenen Wert des Prozessparameters bezüglich einer Belichtungsenergiebedingung oder bezüglich der Fokussierungsbedingung beim Belichten, und einer Fotolackmusterlinienbreite;
(f) Bestimmen einer Höhe eines latenten Bildes, das in einer tatsächlich belichteten Fotolackschicht erzeugt ist, mit einer Genauigkeit im nm-Bereich;
(g) Ermitteln, aus der ersten Korrelation, einer abgeschätzten Linienbreite, die eine Fotolackmusterlinienbreite ist, die der mit einer Präzision im nm-Bereich bestimmten Höhe des latenten Bildes und dem gegebenen Wert des Prozessparameters entspricht;
(h) Ermitteln, aus der zweiten Korrelation, einer abgeschätzten Belichtungsbedingung, die eine Belichtungsbedingung ist, die dem gegebenen Wert des Prozessparameters und der abgeschätzten Linienbreite entspricht;
(i) Ermitteln, aus der zweiten Korrelation, eines Wertes des Prozessparameters, der einer gewünschten Fotolackmusterlinienbreite und der abgeschätzten Belichtungsbedingung entspricht, und Ausführen eines Wärmebehandlungsprozesses an einer Fotolackschicht auf der Grundlage des ermittelten Prozessparameterwertes.
In dem zweiten Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters wird gemäß einem Prozessparameterwert für eine Wärmebehandlung ein Wärmebehandlungsprozess durchgeführt. Dadurch wird eine gewünschte Fotolackmusterlinienbreite erreicht. Da eine Fotolackmusterlinienbreite richtig abgeschätzt werden kann, ohne gebeugtes Licht zu verwenden, werden dadurch Wafer- zu- Wafer-Linienbreitenvariationen verändert und eine Stabilität bzw. Gleichförmigkeit in der Fotolackmusterlinienbreite geliefert, selbst wenn die Musterbelichtungsbedingungen variieren.
Der Wärmebehandlungsprozessparameter des zweiten Verfahrens kann ein Wärmebehandlungsprozesszeitparameter oder ein Wärmebehandlungsprozesstemperaturparameter sein. Dies verringert zusätzlich die Wafer- zu- Wafer-Linienbreitenvariationen aufgrund der Steuerung der Länge der Zeit des Wärmebehandlungsprozesses oder der Temperatur des Wärmebehandlungsprozesses, die eine Fotolackmusterlinienbreite stark beeinflussen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein drittes Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters bereit. Das dritte Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters umfasst die folgenden Schritte:
(a) Bilden einer Fotolackschicht auf einem Substrat;
(b) Belichten der Fotolackschicht mit einem vorbestimmten Muster;
(c) Ausführen eines Modifizierschichtbildungsprozesses zur lokalen Bildung einer Oberflächenmodifizierschicht auf der Fotolackschicht;
(d) Entwickeln der Fotolackschicht zur Bildung eines Fotolackmusters;
wobei das Verfahren weiterhin die Schritte umfasst:
(e) vorheriges Auffinden einer ersten Korrelation zwischen der Höhe eines latenten Bildes, das nach einem Belichtungsvorgang auf einer Fotolackschicht erzeugt wurde, und der Breite einer Oberflächenmodifizierschicht mit Bezug zu einem gegebenen Wert eines Modifizierschichtbildungsprozessparameters, der die Art und Weise beeinflusst, in der eine Oberflächenmodifizierschichtbreite definiert wird, und ebenfalls vorheriges Auffinden einer zweiten Korrelation zwischen dem gegebenen Wert des Prozessparameters bezüglich einer Belichtungsenergiebedingung oder bezüglich einer Bedingung zur Belichtungsfokussierung, und der Oberflächenmodifizierschichtbreite;
(f) Bestimmen der Höhe des auf einer tatsächlich belichteten Fotolackschicht erzeugten latenten Bildes mit einer Genauigkeit im nm-Bereich;
(g) Ermitteln, aus der ersten Korrelation, einer abgeschätzten Modifizierschichtbreite, die eine Oberflächenmodifizierschichtbreite ist, die dem Betrag der Höhe des latenten Bildes und dem gegebenen Wert des Prozessparameters entspricht;
(h) Ermitteln, aus der zweiten Korrelation, einer abgeschätzten Belichtungsbedingung, die eine Belichtungsbedingung ist, die dem gegebenen Wert des Prozessparameters und der abgeschätzten Modifizierschichtbreite entspricht;
(i) Ermitteln, aus der zweiten Korrelation, eines Wertes des Prozessparameters entsprechend einer gewünschten Oberflächenmodifizierschichtbreite und der abgeschätzten Belichtungsbedingung, und Bilden einer Oberflächenmodifizierschicht auf der Grundlage des ermittelten Prozessparameterwertes.
Es gibt eine Korrelation (die erste Korrelation) zwischen einer Latentbildhöhe und der Fotolackmusterlinienbreite. Gemäß dem erfindungsgemäßen dritten Verfahren zur Bildung einer Fotolackschicht wird eine abgeschätzte Modifizierschichtlinienbreite, die einer Höhenänderung eines latenten Bildes und einem Modifizierschichtformierungsprozessparameterwertes entspricht, aus der ersten Korrelation ermittelt. Als Folge davon wird die Abschätzung der Modifizierschichtlinienbreite mit hoher Genauigkeit durchgeführt.
Ferner wird aus der zweiten Korrelation eine abgeschätzte Belichtungsbedingung, die einem vorbestimmten Parameterwert und einer abgeschätzten Oberflächenmodifizierschichtlinienbreite entspricht, ermittelt. Folglich ist es möglich, eine Belichtungsbedingung, die tatsächlich zur Belichtung einer Fotolackschicht verwendet wurde, zu bestimmen, da eine abgeschätzte Modifizierschichtlinienbreite nahezu korrekt ist.
Aus der zweiten Korrelation wird ein Parameterwert, der einer gewünschten Fotolackmusterlinienbreite und einer abgeschätzten Belichtungsbedingung entspricht, ermittelt. Dies ermöglicht es, einen Parameterwert zu bestimmen, der einer Belichtungsbedingung entspricht, die tatsächlich zur Belichtung einer Fotolackschicht verwendet wurde. Die Fotolackmusterlinienbreite hängt stark von der Oberflächenmodifizierschichtbreite ab, so dass, wenn eine Oberflächenmodifizierschicht gemäß einem Parameterwert gebildet wird, der einer Belichtungsbedingung, die tatsächlich zur Belichtung einer Fotolackschicht verwendet wurde, entspricht, es möglich ist, eine gewünschte Fotolackmusterlinienbreite zu erreichen. Da eine Fotolackmusterlinienbreite ohne Verwendung von gebeugtem Licht korrekt abgeschätzt werden kann, werden damit Wafer- zu- Wafer-Linienbreitenvariationen verhindert und eine Stabilität bzw. Gleichförmigkeit in der Fotolackmusterlinienbreite bereit gestellt, sogar wenn die Musterbelichtungsbedingungen variieren.
Der Prozessparameter zur Bildung der Modifizierschicht des dritten Verfahrens kann ein Zeitparameter des Modifizierschichtbildungsprozesses oder ein Temperaturparameter des Modifizierschichtbildungsprozesses sein. Dies verringert zusätzlich Wafer- zu- Wafer-Linienbreitenvariationen aufgrund der Steuerung des Zeitparameters oder des Temperaturparameters des Modifizierschichtbildungsprozesses, der eine Fotolackmusterlinienbreite stark beeinflusst.
In jedem des ersten bis dritten Verfahrens zur Herstellung eines Fotolackmusters wird vorzugsweise eine Höhenänderung eines latenten Bildes mit einem atomare Kräfte darstellenden Mikroskop bestimmt. Da das Atombindungsmikroskop in der Lage ist, ungleichmäßige Topografien mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von nm zu bestimmen, kann es eine Höhe eines latenten Bildes mit der Präzision in der Größenordnung von nm bestimmen. Daher ist es möglich, genaue Prozessparameterwerte in einem Entwicklungsvorgang, einem Wärmebehandlungsprozess oder einem Oberflächenmodifizierschichtbildungsprozess zu finden, woraufhin eine Fotolackmusterlinienbreite richtig erhalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt ein viertes Verfahren zur Bildung einer Fotolackschicht bereit. Das vierte Verfahren zur Bildung einer Fotolackschicht umfasst die folgenden Schritte:
(a) Vorheriges Erhalten einer Korrelation zwischen der Breite einer auf einer Fotolackschicht gebildeten Oberflächenmodifizierschicht und der Linienbreite eines Fotolackmusters, das aus der Entwicklung der Fotolackschicht und der darauf angeordneten Oberflächenmodifizierschicht resultiert;
(b) Bilden einer tatsächlichen Fotolackschicht auf einem Substrat;
(c) Belichten der tatsächlichen Fotolackschicht mit einem vorbestimmten Muster;
(d) Bilden einer tatsächlichen Oberflächenmodifizierschicht auf der tatsächlichen Fotolackschicht, die das vorbestimmte Muster aufweist;
(e) Bestimmen der Breite der tatsächlichen Oberflächenmodifizierschicht durch Bestimmen der Breite eines Bereichs eines latenten Bildes mit vergrößerter Höhe, und Erhalten, aus der zuvor ermittelten Korrelation, einer abgeschätzten Linienbreite, die Fotolackmusterlinienbreite entsprechend der ermittelten tatsächlichen Oberflächenmodifizierschichtbreite ist;
(f) Bestimmen, ob die abgeschätzte Linienbreite in einen Bereich von Toleranzgrenzen einer gewünschten Linienbreite fällt, wobei, wenn die abgeschätzte Linienbreite dahin gehend bestimmt wird, in dem Bereich zu liegen, ein Entwicklungsprozess an der tatsächlichen Fotolackschicht zur Bildung eines Fotolackmusters durchgeführt wird, während andererseits, wenn bestimmt wird, dass die Linienbreite nicht in dem Bereich liegt, die tatsächliche Fotolackschicht von dem Substrat entfernt wird.
Es gibt eine Beziehung zwischen der Oberflächenmodifizierschichtbreite und der Fotolackmusterlinienbreite. Daher ist es möglich, aus einer derartigen Beziehung eine nahezu korrekte Abschätzung der Linienbreite zu erhalten, indem eine Fotolackmusterlinienbreite entsprechend einer tatsächlichen Breite einer Oberflächenmodifizierschicht ermittelt wird.
Gemäß dem vierten Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters ist es möglich, eine unzureichende Fotolackschicht ohne Belichtung eines Substrats zu entfernen. Dies verringert die Beschädigung am Substrat. Daher können nicht nur Wafer- zu- Wafer-Linienbreitenvariationen, sondern auch Eigenschaftsschwankungen in den Halbleiterbauelementen verringert werden.
In jeweils dem dritten und vierten Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters ist es vorteilhaft, dass die Fotolackschicht aus einem Fotolack besteht, der eine Säure erzeugt, wenn er mit einem Muster belichtet wird, und dass die Oberflächenmodifizierschicht eine metallische Oxidschicht ist, die so gebildet wird, dass ein belichteter Bereich der Fotolackschicht zur Absorption von Feuchtigkeit veranlasst wird, und anschließend Feuchtigkeit und metallisches Alkoxid auf eine Oberfläche des Feuchtigkeit enthaltenden belichteten Bereichs zur Bildung der metallischen Oxidschicht auf dem belichteten Oberflächenbereich aufgetragen wird. Als Folge davon ist es möglich, dass eine Metalloxidschicht, die als eine Oberflächenmodifizierschicht dient, gebildet wird, um eine nahezu korrekte Abschätzung der Fotolackmusterlinienbreite zu erhalten, indem die Breite dieser metallischen Oxidschicht bestimmt wird.
In jeweils dem dritten und vierten Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters ist es vorteilhaft, dass die Oberflächenmodifizierschicht eine silylierte Schicht ist, die auf einer Oberfläche eines nicht belichteten Bereichs des Fotolackmusters gebildet ist. Als Folge davon ist es möglich, wenn eine silylierte Schicht, die als eine Oberflächenmodifizierschicht dient, gebildet wird, eine nahezu korrekte Abschätzung der Fotolackmusterlinienbreite zu erhalten, indem die Breite dieser silylierten Schicht bestimmt wird.
In dem vierten Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters ist es vorteilhaft, die Breite einer Oberflächenmodifizierschicht mit einem Atombindungsmikroskop zu bestimmen.
Da das Atombindungsmikroskop in der Lage ist, ungleichmäßige Topografien im Genauigkeitsbereich von nm zu bestimmen, kann somit die Breite einer Oberflächenmodifizierschicht im Genauigkeitsbereich von nm bestimmt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Sequenz von Prozessschritten zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein AFM-Querschnitt einer Oberfläche einer Fotolackschicht gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform.
Fig. 3 zeigt als Graph eine Beziehung zwischen Belichtungsenergiedosis und der Höhe eines latenten Bildes in der ersten bevorzugten Ausführungsform.
Fig. 4 ist ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen der Belichtungsenergiedosis und RPL in der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt.
Fig. 5 ist ein Graph, der eine erste Korrelation zwischen Latentbildhöhe und der RPL in der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt.
Fig. 6 ist ein Graph, der eine zweite Korrelation zwischen der Entwicklungszeit und der RPL in der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt.
Fig. 7 ist ein Graph zum Vergleich des Ausmaßes von RPL-Variationen zwischen einem Fall, in dem die Länge der Entwicklungszeit gesteuert ist, und einem Fall, in dem die Länge der Entwicklungszeit nicht gesteuert ist.
Figur S ist ein Graph zum Vergleich des Ausmaßes von RPL-Variationen zwischen einem Fall, in dem die Länge der Entwicklungszeit gesteuert ist, einem Fall, in dem die Länge der Entwicklungszeit nicht gesteuert ist, und einem Fall, in dem die Länge der Entwicklungszeit unter Verwendung eines Kontrollverfahrens gesteuert wird.
Fig. 9 ist ein Graph zum Vergleich im Ausmaß von RPL-Variationen zwischen einem Fall, in dem die Länge der Entwicklungszeit gesteuert wird und einem Fall, in dem die Länge der Entwicklungszeit nicht gesteuert ist.
Fig. 10 ist ein Diagramm, das einen Ablauf von Prozessschritten zum Bilden eines Fotolackmusters gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 11 ist ein Querschnitt einer silylierten Schicht, die durch einen Silylationsprozess einer zweiten bevorzugten Ausführungsform gebildet ist.
Fig. 12 ist ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen der Silylationsprozesszeit und der Breite der silylierten Schicht in der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt.
Fig. 13 ist ein Diagramm, das eine Sequenz von Prozessschritten zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 14 ist ein Prozessschritt in der dritten bevorzugten Ausführungsform.
Fig. 15 ist ein weiterer Prozessschritt in der dritten bevorzugten Ausführungsform.
Fig. 16 ist ein Graph, der eine Korrelation zwischen der Belichtungsenergiedosis und RPL in der dritten bevorzugten Ausführungsform darstellt.
Fig. 17, die sich aus (a), (b) und (c) zusammensetzt, zeigt Schritte zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung werden mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben. In jeder der bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung sind die Belichtungsbedingungen die Belichtungsenergiedosen; jedoch kann anstelle der Belichtungsenergiedosen ebenfalls der Belichtungsfokus verwendet werden.

AUSFÜHRUNGSFORM 1

In Fig. 1 ist eine Sequenz von Schritten zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung gezeigt. Auf einem Substrat wird eine Fotolackschicht gebildet. Die Fotolackschicht wird mit einem vorbestimmten Muster belichtet. Anschließend wird die Fotolackschicht einem PEB-Prozess unterzogen. Unter Verwendung eines AFM wird eine Berechnung zur Bestimmung einer latenten Bildhöhe durchgeführt. Die Länge der Entwicklungszeit wird aus einer zuvor ermittelten Beziehung zwischen der Form des latenten Bildes und der Mustergröße nach der Entwicklung abgeleitet. Entsprechend der auf diese Weise abgeleiteten Entwicklungszeit wird ein Entwicklungsprozess an der Fotolackschicht durchgeführt, um ein Fotolackmuster mit hoher Gleichförmigkeit bzw. Stabilität in der Größe zu bilden.
Mit Bezug zu den Fig. 2-7 wird ein Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Entwicklungsprozessparameter, die die Art und Weise beeinflussen, in der die RPL definiert ist, die Länge der Entwicklungszeit. Entwicklertemperatur oder Konzentration können statt dessen verwendet werden.
In einem ersten Schritt zur Fotolackmusterbildung in der vorliegenden Ausführungsform wird eine erste Korrelation erhalten. Diese erste Korrelation ist eine Korrelation zwischen der Höhe eines latenten Bildes (die Höhe eines latenten Bildes, das nach der Belichtung auf einer Fotolackschicht erzeugt ist) und der RPL (der Linienbreite eines Fotolackmusters für eine gegebene Entwicklungszeitlänge), die wie folgt abgeleitet wird.
Zunächst wird eine Belichtungsenergiedosis (die Intensität der Belichtung x der Zeit) gegenüber der Höhe des latenten Bildes in Beziehung gesetzt. Auf einem Siliciumsubstrat wird ASKA, das ein Kryptonfluorid-Excimerlaser-Fotolack ist, mit einer Filmdicke von 0,98 um abgelagert. Mit einem KrF-Excimerlaserstepper wird auf der Fotolackschicht für einen Belichtungsenergiedosisbereich zwischen 22 und 38 mJ/cm² eine Belichtung durchgeführt. Anschließend wird ein Wärmebehandlungsprozess auf der Fotolackschicht bei einer Temperatur von 95ºC für 90 Sekunden durchgeführt. Es wird ein AFM zur Bestimmung der Höhe eines latenten Bildes verwendet, das auf einem 0,25 um L/S (Linien/Zwischenraum)-Muster erzeugt ist.
Fig. 2 zeigt das Beobachtungsergebnis eines AFM- Querschnitts einer Fotolackschichtoberfläche. Ha ist die Höhe eines latenten Bildes an einem belichteten Bereich der Fotolackschicht und Hb ist die Höhe eines latenten Bildes an einem nicht belichteten Bereich der Fotolackschicht. Zum besseren Verständnis sind Ha und Hb etwas übertrieben dargestellt.
Fig. 3 ist ein Graph, der eine Belichtungsenergiedosis in Abhängigkeit von der Höhe eines latenten Bildes für ein zentrales Linienmuster als ein Probemuster darstellt. Wie aus dem Graphen entnommen werden kann, gibt es eine spezifische Verbindung zwischen der Belichtungsenergiedosis und der Höhe des latenten Bildes. Die gleiche Beziehung kann für ein Linienmuster erhalten werden, das kein zentrales Linienmuster ist.
Als nächstes wird eine Abhängigkeit zwischen der Belichtungsenergiedosis und der RPL für eine gegebene Entwicklungszeitlänge ermittelt.
In gleicher Weise wird eine Fotolackschicht belichtet und anschließend unter Verwendung von NMD-3 (Handelsbezeichnung: TMAH = 2,38%) für beispielsweise 60 Sekunden entwickelt, um ein 0,25 um-Fotolackmuster zu bilden, dessen RPL anschließend bestimmt wird.
Fig. 4 zeigt eine Abhängigkeit zwischen einer Belichtungsenergiedosis und der RPL (Entwicklungszeit: 60 Sekunden). Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, gibt es eine spezielle Beziehung zwischen Belichtungsenergiedosis und RPL.
Als nächstes wird eine erste, in Fig. 5 gezeigte Korrelation aus den obigen Beziehungen abgeleitet, d. h. aus der Beziehung: Belichtungsenergiedosis gegen Höhe des latenten Bildes, und Belichtungsenergiedosis gegen RPL. Diese erste Korrelation ist eine Korrelation zwischen der Höhe eines latenten Bildes, das nach der Belichtung auf einem Fotolackmuster erzeugt wurde, und einer 60 Sekunden-Entwicklungs-RPL.
In einem zweiten Schritt zur vorliegenden Bildung eines Fotolackmusters wird eine zweite Korrelation ermittelt. Diese zweite Korrelation ist eine Korrelation zwischen der Entwicklungszeit und der RPL für jede Belichtungsenergiedosis. Wenn eine Abschätzung der RPL, die aus einer Latentbildhöhe vom AFM abgeleitet ist, ermittelt wird, die nicht in einen Bereich für RPL-Spezifikationen fällt, wird die zweite Korrelation verwendet, um eine RPL zu einem vorbestimmten Wert durch Änderung der Entwicklungszeit zu regeln.
Fig. 6 zeigt zweite Korrelationen für die folgenden Belichtungsenergiedosen:
(j) 26 mJ/cm²; (ii) 30 mJ/cm²; und (iii) 34 mJ/cm².
In einem dritten Schritt der vorliegenden Formierung eines Fotolackmusters wird die Höhe eines durch einen tatsächlichen Fotolackbelichtungsvorgang auf einer Fotolackschicht erzeugten latenten Bildes in der gleichen Weise wie oben bestimmt oder gemessen.
In einem vierten Schritt der vorliegenden Bildung eines Fotolackmusters wird aus der ersten Korrelation eine abgeschätzte RPL ermittelt, die eine RPL ist entsprechend einer bestimmten Höhe eines latenten Bildes und entsprechend einer gegebenen Entwicklungszeitlänge (beispielsweise 60 Sekunden). Eine Art und Weise eine abgeschätzte RPL aus der ersten Korrelation abzuleiten, ist unten beschrieben, wobei ein Entwicklungsprozess 60 Sekunden lang ausgeführt wird. Es sei angenommen, dass ein latentes Bild in der Höhe nach dem PEB-Prozess gemessen wird und herausgefunden wird, dass es eine Höhe von 63 nm (Ha = 63 nm) besitzt. Fig. 5 zeigt, dass eine Abschätzung der RPL gleich 0,31 um ist, wenn ein Entwicklungsvorgang 60 Sekunden lang ausgeführt wird.
In einem fünften Schritt des vorliegenden Bildungsvorgangs für ein Fotolackmuster wird aus der zweiten Korrelation eine abgeschätzte Belichtungsenergiedosis abgeleitet, die eine Belichtungsenergiedosis entsprechend einer gegebenen Entwicklungszeitlänge und einer abgeschätzten RPL ist. Diese abgeschätzte Belichtungsenergiedosis ist eine Energiedosis, die tatsächlich in der Fotolackschicht absorbiert wird. Das heißt, Fig. 6 zeigt, dass wenn ein Entwicklungsvorgang 60 Sekunden lang durchgeführt wird, eine abgeschätzte RPL von 0,21 um bei 26 mJ/cm² erhalten wird. Daher wird eine Belichtungsenergiedosis von 26 mJ/cm² als eine abgeschätzte Belichtungsenergiedosis festgelegt.
In einem sechsten Schritt der vorliegenden Bildung eines Fotolackmusters wird aus der zweiten Korrelation eine Entwicklungszeit abgeleitet, die einer Ziel-RPL und einer abgeschätzten Belichtungsenergiedosis entspricht. Das heißt, Fig. 6 zeigt, dass die Entwicklungszeit, die einer 26 mJ/em²-Belichtungsenergiedosiskurve und einer Ziel-RPL (beispielsweise 0,25 um) entspricht, 80 Sekunden beträgt. Daher wird ein tatsächlicher Entwicklungsvorgang für eine Dauer von 80 Sekunden ausgeführt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Höhe der latenten Bilder durch ein hochgenaues AFM bestimmt, dessen Ergebnis zur Bestimmung einer Entwicklungszeitlänge verwendet wird. Die bestimmte Entwicklungszeit wird in einem Entwicklungsprozess verwendet. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, eine RPL ohne Verwendung gebeugten Lichts zu erhalten, wobei die Wafer- zu- Wafer-RPL-Variationen verringert sind.
Es wird ein erster Abschätzungstest der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
Der erste Abschätzungstest wird wie folgt ausgeführt. Hinsichtlich einer ersten Gruppe von 25 Wafern, die der Reihe nach zu verarbeiten sind, wurden gemäß der vorliegenden Ausführungsform jeweilige Fotolackmuster gebildet; anders ausgedrückt, die Entwicklungszeitlänge wurde auf der Grundlage der AFM-Messung der Höhe des latenten Bildes kontrolliert. In ähnlicher Weise wurde hinsichtlich einer weiteren Gruppe von 25 Wafem, die nacheinander zu verarbeiten sind, entsprechende Fotolackmuster ohne Entwicklungszeitkontrolle, anders ausgedrückt, ohne Ändern der anfänglichen Entwicklungszeitlänge, gebildet. Fig. 7 zeigt, dass die zuvor genannten 25 Wafer weniger Schwankungen in der RPL aufwiesen als die zuletzt genannten 25 Wafer.
Ein zweiter Abschätzungstest der vorliegenden Erfindung wird erläutert.
Wie beim ersten Test wurden hinsichtlich einer ersten Gruppe von 25 Wafern jeweils Fotolackmuster gemäß der vorliegenden Ausführungsform gebildet; anders ausgedrückt, die Entwicklungszeitlänge wurde auf der Basis der AFM-Messung der Latentbildhöhe (d. h. die Höhe eines latenten Bildes, das auf einer Fotolackschicht auf einem Aluminiumsubstrat gebildet war) kontrolliert. Auf weiteren 25 Wafem wurden jeweilige Fotolackmuster ohne Kontrolle der Entwicklungszeit gebildet. Weiterhin wurden auf noch weiteren 25 Wafem jeweilige Fotolackmuster entsprechend einem konventionellen Verfahren gebildet; anders ausgedrückt, die Länge der Entwicklungszeit wurde auf der Basis der Intensität des durch von einem Streuverfahren erhaltenen Lichts geregelt. Wie aus der Fig. 8 ersichtlich ist, erlitten die 25 Wafer der ersten Ausführungsform die geringsten RPL-Schwankungen. Das AFM-Verfahren stellte sich als besser als das das Streuverfahren bei der Reduzierung der RPL-Schwankungen heraus, was wie folgt erklärt werden kann. Im Streuverfahren dringen Detektionslaserstrahlen durch eine Fotolackschicht hindurch zu einem Aluminiumsubstrat, von wo sie aufgrund der Körnung des Aluminiumsubstrats unregelmäßig reflektiert werden, und ein derartiges reflektiertes Licht wird mit dem ursprünglichen Detektionslicht zusammengeführt und erzeugt eine schlechte Nachweisgenauigkeit. Andererseits wird in dem AFM-Verfahren die Höhe eines latenten Bildes, das auf einer Fotolackschichtoberfläche gebildet ist, ohne Verwendung von gebeugtem Licht gemessen, wobei der Einfluss von Substratreflektion vermieden wird, wodurch offensichtlich eine hochgenaue Kontrolle erreichbar ist.
Es wird ein dritter Abschätzungstest der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
Es wurden 25, nacheinander zu verarbeitende Wafer vorbereitet. Auf diesen 25 Wafem wurde ein getrenntes Fotolackmuster gemäß der vorliegenden Ausführungsform gebildet, anders ausgedrückt, die Entwicklungszeitlänge wurde auf der Grundlage der AFM- Messung der Latentbildhöhe (d. h. der Höhe eines latenten Bildes, das nach einer Belichtung auf einer 0,25 um, über einem Siliciumsubstrat liegendem Fotolackmuster erzeugt wurde) gesteuert. In gleicher Weise wurden auf 25 weiteren Wafem ein isoliertes Fotolackmuster ohne Steuerung der Entwicklungszeit gebildet, anders ausgedrückt, ohne Änderung der ursprünglichen Länge der Entwicklungszeit. Fig. 9 zeigt, dass die zuvor genannten 25 Wafer weniger RPL-Schwankungen als die zuletzt genannten 25 Wafer erlitten.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Korrelation eine Korrelation zwischen der Höhe eines Latentbilds, das nach Belichtung auf einem Fotolackmuster erzeugt ist, und der RPL für einen gegebenen Wert eines Entwicklungsprozessparameters, der die Art und Weise beeinflusst, in der die Höhe eines Latentbildes definiert ist. Statt dessen kann die erste Korrelation eine Korrelation zwischen der Höhe des Latentbildes, das nach Belichtung auf einem Fotolackmuster erzeugt wurde, und der RPL für einen gegebenen Wert eines Wärmeprozessparameters sein, der die Art und Weise beeinflusst, in der eine Höhe eines Latentbildes definiert ist, woraufhin eine erwartete RPL, die eine RPL ist, die einer Latentbildhöhe und einem Wärmeprozessparameterwert entspricht, aus der ersten Korrelation abgeleitet wird. In einem derartigen Fall sind Wärmeprozessparameter Zeitparameter für den Wärmeprozess oder Temperaturparameter für den Wärmeprozess.

AUSFÜHRUNGSFORM 2

Fig. 10 zeigt eine Sequenz von Prozessschritten zur Bildung eines Fotolackmusters entsprechend einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, wird eine Fotolackschicht auf einem Substrat gebildet. Die Fotolackschicht wird mit einem vorbestimmten Muster belichtet. Anschließend wird ein PEB-Schritt auf der Fotolackschicht ausgeführt. Es wird ein AFM verwendet, um die Höhe eines latenten Bildes zu bestimmen. Hier wird eine zuvor ermittelte Beziehung zwischen der Höhe eines latenten Bildes und einer Mustergröße nach der Entwicklung verwendet, um eine Zeitdauer eines Silylationsprozesses zu bestimmen. Entsprechend der bestimmten Silylationsprozesszeit wird ein Silylationsprozess durchgeführt. Anschließend wird ein Trockenentwicklungsvorgang zur Bildung eines Fotolackmusters durchgeführt.
Mit Bezug zu den Fig. 11-13 wird ein Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Silylationsprozessparameter, die die Art und Weise beeinflussen, in der eine Oberflächenmodifizierschichtbreite definiert ist, die Parameter des Silylationsprozesses. Statt dessen kann die Prozesszeit, die zur Bildung einer Oberflächenmodifizierschicht eines beliebigen anderen Typs notwendig ist oder die Prozesstemperatur verwendet werden.
In einem ersten Schritt zur Bildung des Fotolackmusters gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine erste Korrelation erhalten. Diese erste Korrelation ist eine Korrelation zwischen der Höhe eines latenten Bildes (die Höhe eines latenten Bildes, das nach Belichtung auf einer Fotolackschicht erhalten wurde) und der Breite einer silylierten Schicht (der Breite einer silylierten Schicht für eine gegebene Zeitdauer eines Silylationsprozesses), und wird wie folgt abgeleitet.
Zunächst wird eine Beziehung zwischen der Belichtungsenergiedosis gegenüber der Höhe des latenten Bildes ermittelt.
Ein Fotolack (SAL601, hergestellt von Shipley) wird auf einem Siliciumsubstrat abgeschieden, um ein Fotolackmuster mit einer Filmdicke von 1 um zu bilden. Zur Belichtung der Fotolackschicht mit Licht unterschiedlicher Belichtungsenergiedosis wird ein KrF-Excimerlaserstepper verwendet. Anders als in der ersten Ausführungsform wird die Dosis der Belichtungsenergie geeignet gewählt, um mit einem Silylationsprozess kompatibel zu sein. Anschließend wird ein Wärmebehandlungsprozess auf dem Fotolackmuster bei einer Temperatur von 110ºC 60 Sekunden lang durchgeführt. Wie in der ersten Ausführungsform wird ein AFM verwendet, um eine Höhe eines latenten Bildes zu bestimmen, um eine Beziehung zwischen Belichtungsenergiedosis und der Latentbildhöhe zu ermitteln.
Anschließend wird eine Beziehung zwischen der Belichtungsenergiedosis und der Breite der silylierten Schicht für eine gegebene Zeitdauer des Silylationsprozesses ermittelt.
Anders ausgedrückt, es wird eine silylierte Schicht gebildet, indem ein Silylationsprozess auf einem Fotolackmuster bei diversen Belichtungsenergiedosen mit einer Lösung von Hexamethylcyclotrisilazan (HMCTS) bei 25ºC in der flüssigen Phase über eine gegebene Zeitdauer ausgeführt wird. Fig. 11 zeigt einen Querschnitt einer 0,5 um L/S-silylierten Schicht. An nicht belichteten Bereichen der Fotolackschicht werden selektiv silylierte Schichten gebildet. Da die Breite der silylierten Schichten von der Belichtungsenergiedosis abhängt, gibt es eine spezifische Verbindung zwischen Belichtungsenergiedosis und Breite der silylierten Schicht. 1 ist ein Siliciumsubstrat. 2 ist eine auf dem Siliciumsubstrat 1 gebildete Fotolackschicht. 3 ist eine auf einer Oberfläche der Fotolackschicht 2 gebildete silylierte Schicht.
Anschließend wird eine erste Korrelation zwischen einer Latentbildhöhe und einer Breite einer silylierten Schicht für eine gegebene Zeitdauer eines Silylationsprozesses aus den obigen Beziehungen, das heißt der Abhängigkeit der Belichtungsenergiedosis von der Latentbildhöhe und der Abhängigkeit der Belichtungsenergiedosis von der Breite der silylierten Schicht, abgeleitet.
In einem zweiten Schritt der erfindungsgemäßen Bildung eines Fotolackmusters wird eine zweite Korrelation zwischen einer Silylationsprozesszeit für jede Belichtungsenergiedosis und der Breite einer silylierten Schicht ermittelt. Wenn ermittelt wird, dass eine Abschätzung der Breite der silylierten Schicht, die aus einer AFM-Latentbildhöhe abgeleitet ist, nicht in einem Bereich der Breitenspezifikationen für die silylierte Schicht fällt, wird die zweite Korrelation verwendet, um eine Breite der silylierten Schicht auf einen vorbestimmten Wert einzustellen, indem eine Zeitdauer eines Silylationsprozesses verändert wird.
Fig. 12 zeigt zweite Korrelationen für die folgenden Belichtungsenergiedosen: (i) 110 mJ/cm²; (ii) 130 mJ/cm²; und (iii) 150 mJ/cm². Fig. 12 zeigt, dass es eine Korrelation zwischen der Silylationsprozesszeit und der Breite der silylierten Schicht gibt.
in einem dritten Schritt bei der vorliegenden Bildung eines Fotolackmusters wird die Höhe eines latenten Bildes, das durch eine tatsächliche Musterbelichtung auf einer Fotolackschicht erzeugt ist; bestimmt.
In einem vierten Schritt der vorliegenden Bildung eines Fotolackmusters wird aus der ersten Korrelation eine abgeschätzte Breite, die eine Breite einer silylierten Schicht entsprechend einer bestimmten Latentbildhöhe und einer gegebenen Zeitdauer eines Silylationsprozesses ist, ermittelt.
In einem fünften Schritt des vorliegenden Formierungsprozesses für ein Fotolackmuster wird aus der zweiten Korrelation eine abgeschätzte Belichtungsenergiedosis, die eine Belichtungsenergiedosis entsprechend einer gegebenen Zeitdauer eines Silylationsprozesses und einer abgeschätzten Breite einer silylierten Schicht ist, ermittelt. Diese abgeschätzte Belichtungsenergiedosis ist eine Belichtungsenergiedosis, die tatsächlich in einer Fotolackschicht absorbiert wird.
In einem sechsten Schritt des vorliegenden Formationsvorganges für ein Fotolackmuster wird aus der zweiten Korrelation eine Zeitdauer eines Silylationsprozesses, die einer gewünschten Breite einer silylierten Schicht und einer abgeschätzten Belichtungsenergiedosis entspricht, abgeleitet. Nachdem ein tatsächlicher Silylationsprozess für die erhaltene Silylationsprozessdauer ausgeführt wird, wird eine Fotolackschicht mit einer darauf gebildeten silylierten Schicht mit Oz-Plasma RIE-geätzt. Anschließend wird ein Entwicklungsvorgang durchgeführt, um ein Fotolackmuster zu bilden.
Da die Ätz-Selektivität (d. h. der Unterschied in der Ätzrate zwischen Materialien) für eine silylierte Schicht und die Fotolackschicht ungefähr 16 : 1 ist, besitzt ein endgültiges Foto- Iackmuster nach der Trockenentwicklung eine Linienbreite, die stark von der Breite einer silylierten Schicht abhängt. Daher ist es möglich, die Wafer zu Wafer-Linienbreitenschwankungen durch eine Vorwärtskontrolle der Zeitdauer des Silylationsprozesses zu reduzieren. Dies wurde wie folgt nachgewiesen. 25 Wafer mit 0,5 um US wurden nacheinander prozessiert, wobei die Zeitdauer des Silylationsprozesses vorwärts gesteuert wurde. Das Ergebnis war, dass eine Wafer- zu- Wafer-RPL-Variation von ± 0,03 um auf bis zu ± 0,015 um verringert wurde.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Höhe eines latenten Bildes mit hoher Genauigkeit unter Anwendung eines AFM bestimmt. Auf Grundlage des Ergebnisses wird die Zeitdauer des Silylationsprozesses erhalten und wird einem bevorstehenden Entwicklungsprozess eingespeist. Als Folge einer derartigen Anordnung können Wafer- zu- Wafer-Linienbreitenschwankungen größtenteils reduziert werden. Die Höhe eines latenten Bildes kann durch ein AFM vor einem Wärmebehandlungsprozess vor einem Silylationsprozess zur vorherigen Einspeisung der Wärmebehandlungsprozesszeit bestimmt werden. In diesem Fall kann ebenfalls die gleiche Wirkung wie oben erhalten werden.
In der ersten Ausführungsform wurde ASKA, der ein KrF-Excimerlaser-Fotolack ist, zum Bilden einer Fotolackschicht verwendet. In der zweiten Ausführungsform wird SAL601 verwendet, um eine Fotolackschicht zu bilden. Jeder andere KrF-Excimerlaser-Fotolack kann verwendet werden. Andere Fotolacke (beispielsweise g-Linienfotolack, i- Linienfotolacke, ArF-Excimerlaserfotolacke, Röntgenstrahlenlacke und Lacke für geladene Teilchen) können ebenfalls verwendet werden. Bei der Verwendung derartiger Fotolacke wird eine Belichtungsquelle entsprechend einem jeweiligem Fotolack verwendet. NMD-3 wird als ein Entwickler verwendet. Jeder andere Entwickler kann statt dessen verwendet werden. Anstelle von Nassentwicklung kann Trockenentwicklung durchgeführt werden.
Es wird ein AFM zur Bestimmung einer Latentbildhöhe verwendet. Es kann jedoch eine andere Ausstattung, die in der Lage ist, eine Latentbildhöhe in der Ordnung einer nm- Genauigkeit zu bestimmen, verwendet werden. In den erfindungsgemäßen Ausführungsformen wurde die Höhe latenter Bilder außerhalb der Produktionslinie bestimmt, aber dies kann auch innerhalb der Produktionslinie durchgeführt werden. Entwicklungszeitlänge oder die Zeitdauer des Oberflächenmodifiziervorganges kann automatisch kontrolliert bzw. gesteuert werden.

AUSFÜHRUNGSFORM 3

Mit Bezug zu Fig. 13 wird eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutert. Fig. 13 zeigt eine Sequenz von Schritten zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß einer dritten Ausführungsform. Wie in Fig. 13 gezeigt ist, wird auf einem Substrat eine Fotolackschicht gebildet. Die Fotolackschicht wird mit einem vorbestimmten Muster belichtet. Auf einem belichteten oder unbelichteten Bereich der musterbelichteten Fotolackschicht wird selektiv eine Oberflächenmodifizierschicht gebildet. Anschließend wird die Breite einer Oberflächenmodifizierschicht unter Verwendung eines AFM bestimmt.
Eine zuvor ermittelte Korrelation zwischen der Breite der Oberflächenmodifizierschicht und einer Mustergröße nach der Entwicklung wird zur Abschätzung einer Mustergröße verwendet. Wenn eine abgeschätzte Mustergröße zulässig bzw. tolerierbar ist, wird ein Entwicklungsvorgang auf der Fotolackschicht ausgeführt. Wenn eine abgeschätzte Mustergröße nicht toleriert werden kann, ergibt sich daraus eine Entfernung der Fotolackschicht zusammen mit den Oberflächenmodifizierschichten von dem Substrat.
Mit Bezug zu den Fig. 14-17 wird eine Art und Weise zur Bildung einer Fotolackmusters entsprechend der vorliegenden Ausführungsform detailliert beschrieben.
Gemäß Fig. 14 ist auf einem Siliciumsubstrat 1 eine 1 um dicke Fotolackschicht 2 gebildet, die sich aus einem Copolymer von 1,2,3,4-Tetrahydronaphthyldenimino-p-styrensulfat und Methylmethacrylat zusammensetzt. Anschließend wird ein KrF-Excimerlaserstepper verwendet, um das Fotolackmuster 2 mit einem vorbestimmten Muster zu belichten, worauf hin eine Säure an der Oberfläche eines belichteten Bereichs des Fotolackmusters 2 erzeugt wird. Die Fotolackschicht 2 wird dann in einer feuchten Atmosphäre (Feuchtigkeit: 95%) bei einer Temperatur von 30ºC gehalten. Methylethoxysilan (MTEOS) als Alkoxylsilangas und Dämpfe werden der Oberfläche der Fotolackschicht 2 zugeführt, worauf hin eine 0,5 um L/S-Oberflächenmodifizierschicht 4, die sich aus Polysiloxan als eine metallische Oxidschicht zusammensetzt, auf der Oberfläche des belichteten Bereichs der Fotolackschicht 2 gebildet wird. Die Breite der Oberflächenmodifizierschicht 4, d. h. W20, wird unter Verwendung eines AFM bestimmt.
Anschließend wird die Fotolackschicht 2 mit der sich darauf befindlichen Oberflächenmodifizierschicht 4 unter Verwendung von O&sub2;-Plasma RIE-geätzt, um ein 0,5 um US- Fotolackmuster 5 zu bilden. Anschließend wird die Breite des Fotolackmusters 5, d. h. W21, unter Verwendung des AFM bestimmt.
Als nächstes wird eine Korrelation von W20 (die Breite der Oberflächenmodifizierschicht 4) und W21 (RPL der Fotolackschicht 5 nach der Entwicklung) ermittelt, wie dies in Fig. 16 gezeigt ist.
Anschließend wird eine tatsächliche Fotolackschicht mit einem vorbestimmten Muster belichtet. Eine tatsächliche Oberflächenmodifizierschicht wird auf der musterbelichteten Fotolackschicht gebildet. Anschließend wird die Breite der tatsächlichen Oberflächenmodifizierschicht bestimmt.
Die in Fig. 16 gezeigte Korrelation zwischen W20 und W21 wird verwendet, um eine abgeschätzte RPL zu finden, die eine RPL entsprechend einer tatsächlichen Breite einer Oberflächenmodifizierschicht ist. Im Graphen der Fig. 16 bezeichnet die Ordinate die Breite der Oberflächenmodifizierschicht (RPL). Es wird bestimmt, ob eine abgeschätzte RPL innerhalb eines Bereiches von RPL-Toleranzgrenzen liegt. Wenn eine abgeschätzte RPL toleriert werden kann, wird die Fotolackschicht 2 beispielsweise mit O&sub2;- Plasma RIE-geätzt.
Wenn andererseits ermittelt wird, dass eine abgeschätzte RPL nicht in dem Bereich liegt, wird der Prozess aus Fig. 17 durchgeführt. Wie in Fig. 17(a) gezeigt ist, werden ein Isolator 11, eine Polysiliciumschicht 12, eine Siliciumoxidschicht 13 und eine Fotolackschicht 14 in dieser Reihenfolge auf einem Siliciumsubstrat 10 gebildet. Wenn eine abgeschätzte RPL entsprechend der Breite einer Oberflächenmodifizierschicht 15 aus Polysiloxan, die auf der Fotolackschicht 14 gebildet ist, als nicht in dem Bereich liegend ermittelt wird, wird die Oberflächenmodifizierschicht 15 mit CF&sub4;-Plasma (vgl. Fig. 17(b)) entfernt. Anschließend wird, wie in Fig. 17(c) gezeigt ist, die Fotolackschicht 14 mit O&sub2;- Plasma entfernt, um das Siliciumsubstrat 10 erneut verwendbar zu machen. Dies ermöglicht es, dass das Siliciumsubstrat 10 mit dem Isolator 11, der Polysiliciumschicht 12 und der Siliciumoxidschicht 13 ohne Beschädigung wieder bearbeitbar ist. Anders ausgedrückt, es kann eine neue Fotolackschicht auf einem wiederholt bearbeiteten Siliciumsubstrat gebildet werden und es kann ein neues Fotolackmuster darauf gebildet werden. Da das Siliciumsubstrat 10 nicht beschädigt wird, werden Schwankungen in den Halbleiterbauelementeigenschaften selbst dann verhindert, wenn die Siliciumoxidschicht 13 und die Polysiliciumschicht 12 entsprechend einem neu geformten Fotolackmuster geätzt werden.
In der dritten Ausführungsform wird die Breite der Oberflächenmodifizierschicht 15 aus Polysiloxan mit einem AFM genau bestimmt, so dass eine RPL genau ohne Ausführen eines Entwicklungsprozesses auf der Fotolackschicht 14 abgeschätzt werden kann. Wenn erkannt wird, dass eine abgeschätzte RPL außerhalb der RPL-Toleranzgrenzen liegt, kann das Siliciumsubstrat ohne Beschädigung erneut bearbeitet werden. Daher ist es möglich, die Wafer- zu- Wafer-RPL-Schwankungen zu reduzieren.
In der dritten Ausführungsform wird, wenn eine RPL die RPL-Toleranzgrenzen überschreitet, die Oberflächenmodifizierschicht 15 durch CF&sub4;-Plasma entfernt und anschließend wird dann die Fotolackschicht 14 durch O&sub2;-Plasma entfernt. Statt dessen ist es möglich, dass die Oberflächenmodifizierschicht 15 durch HF und anschließend die Fotolackschicht 14 unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels etwa wie Aceton, entfernt wird.
In der dritten Ausführungsform ist die Oberflächenmodifizierschicht 15 eine metallische Oxidschicht, aber diese kann durch eine silylierte Schicht, die in der zweiten Ausführungsform gezeigt ist, ersetzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters mit den Schritte:

(a) Bilden einer Fotolackschick auf einem Substrat;

(b) Belichten der Fotolackschicht mit einem vorbestimmten Muster;

(c) Entwickeln der musterbelichteten Fotolackschicht zum Ausbilden eines Fotolackmuster;

wobei das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte umfasst:

(d) vorheriges Auffinden einer ersten Korrelation zwischen der Höhe eines latenten Bildes, das nach einem Belichtungsprozess auf einer Fotolackschicht erzeugt ist, und der Linienbreite eines Fotolackmuster mit Bezug zu einem gegebenen Wert eines Entwicklungsprozessparameters, der die Art und Weise beeinflusst, in der eine Fotolackmusterlinienbreite definiert ist, und ebenfalls vorheriges Auffinden einer zweiten Korrelation zwischen dem gegebenen Wert des Prozessparameters bezüglich einer Belichtungsenergiebedingung oder bezüglich der Fokussierungsbedingung beim Belichten, und einer Fotolackmusterlinienbreite;

(e) Bestimmen einer Höhe eines auf einer tatsächlich belichteten Fotolackschicht erzeugten latenten Bildes;

(f) Ermitteln aus der ersten Korrelation einer abgeschätzten Linienbreite, die eine Fotolackmusterlinienbreite ist, die der mit einer Präzision im nm Bereich bestimmten Höhe des latenten Bildes und dem gegebenen Wert des Prozessparameters entspricht;

(g) Ermitteln, aus der zweiten Korrelation, einer abgeschätzten Belichtungsbedingung, die eine Belichtungsbedingung ist, die dem gegebenen Wert des Prozessparameters und der abgeschätzten Linienbreite entspricht;

(h) Ermitteln, aus der zweiten Korrelation, eines Wertes des Prozessparameters, der einer gewünschten Fotolackmusterlinienbreite und der abgeschätzten Belichtungsbedingung entspricht, und Bilden eines Fotolackmusters auf der Grundlage des ermittelten Prozessparameterwertes.

2. Ein Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß Anspruch 1, wobei der Prozessparameter ein Entwicklungszeitparameter ist.

3. Ein Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß Anspruch 1, wobei die Höhe des latenten Bildes unter Verwendung eines Atombindungen detektierenden Mikroskops bestimmt wird.

4. Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters mit den Schritten:

(a) Bilden einer Fotolackschicht auf einem Substrat;

(b) Belichten der Fotolackschicht mit einem vorbestimmten Muster;

(c) Ausführen eines Wärmebehandlungsprozesses an der musterbelichteten Fotolackschicht;

(d) Entwickeln der Fotolackschicht zur Bildung eines Fotolackmuster; wobei das Verfahren weiterhin die Schritte umfasst:

(e) vorheriges Auffinden einer ersten Korrelation zwischen der Höhe eines latenten Bildes, das nach einem Belichtungsprozess auf einer Fotolackschicht erzeugt ist, und der Linienbreite eines Fotolackmuster mit Bezug zu einem gegebenen Wert eines Wärmebehandlungsprozessparameters, der die Art und Weise beeinflusst, in der ein Fotolackmusterlinienbreite definiert ist, und ebenfalls vorheriges Auffinden einer zweiten Korrelation zwischen dem gegebenen Wert des Prozessparameters bezüglich einer Belichtungsenergiebedingung oder bezüglich der Fokussierungsbedingung beim Belichten, und einer Fotolackmusterlinienbreite;

(f) Bestimmen einer Höhenänderung mit einer Genauigkeit im nm Bereich, des latenten Bildes, das in einer tatsächlich belichteten Fotolackschicht erzeugt ist,

(g) Ermitteln, aus der ersten Korrelation, einer abgeschätzten Linienbreite, die eine Fotolackmusterlinienbreite ist, die der mit einer Präzision im nm Bereich bestimmten Höhe des latenten Bildes und dem gegebenen Wert des Prozessparameters entspricht;

(h) Ermitteln, aus der zweiten Korrelation, einer abgeschätzten Belichtungsbedingung, die eine Belichtungsbedingung ist, die dem gegebenen Wert des Prozessparameters und der abgeschätzten Linienbreite entspricht;

(i) Ermitteln, aus der zweiten Korrelation, eines Wertes des Prozessparameters, der einer gewünschten Fotolackmusterbreite und der abgeschätzten Belichtungsbedingung entspricht, und Ausführen eines Wärmebehandlungsprozesses an einer Fotolackschicht auf der Grundlage des ermittelten Prozessparameterwertes.

5. Ein Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß Anspruch 4, wobei der Prozessparameter ein Zeitparameter für einen Wärmebehandlungsprozess oder ein Temperaturparameter für einen Wärmebehandlungsprozess ist.

6. Ein Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß Anspruch 4, wobei die Höhe des latenten Bildes unter Verwendung eines Atombindungen detektierenden Mikroskops bestimmt wird.

7. Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters mit den Schritten:

(a) Bilden einer Fotolackschicht auf einem Substrat;

(b) Belichten der Fotolackschicht mit einem vorbestimmten Muster;

(c) Ausführen eines Modifizierschichtbildungsprozesses zur lokalen Bildung einer Oberflächenmodifizierschicht auf der Fotolackschicht;

(e) vorheriges Auffinden einer ersten Korrelation zwischen der Höhe eines latenten Bildes, das nach einem Belichtungsvorgang auf einer Fotolackschicht erzeugt wurde, und der Breite einer Oberflächenmodifizierungsschicht mit Bezug zu einem gegebenen Wert eines Modifizierschichtbildungsprozessparamters, der die Art und Weise beeinflusst, in der eine Oberflächenmodifizierschichtbreite definiert wird, und ebenfalls vorheriges Auffinden einer zweiten Korrelation zwischen dem gegebenen Wert des Prozessparameters bezüglich einer Belichtungsenergiebedingung oder bezüglich einer Bedingung zur Belichtungsfokussierung, und der Oberflächenmodifizierschichtbreite;

(f) Bestimmen der Höhe des auf einer tatsächlich belichteten Fotolackschicht erzeugten latenten Bildes mit einer Genauigkeit im nm Bereich;

(h) Ermitteln, aus der zweiten Korrelation, einer abgeschätzten Belichtungsbedingung, die eine Belichtungsbedingung ist, die den gegebenen Wert des Prozessparameters und der abgeschätzten Linienbreite der Modifikationsschichtbreite entspricht;

(i) Ermitteln, aus der zweiten Korrelation, eines Wertes des Prozessparameters, der einer gewünschten Oberflächenmodifizierschichtbreite und der abgeschätzten Belichtungsbedingung entspricht, und Bilden einer Oberflächenmodifizierschicht auf der Grundlage des ermittelten Prozessparameterwertes.

8. Ein Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß Anspruch 7, wobei der Prozessparameter ein Zeitparameter für die Oberflächenmodifizierschichtbildungsvorgang oder ein Temperaturparameter für den Oberflächenmodifizierschichtbildungsvorgang ist.

9. Ein Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß Anspruch 7, wobei die Fotolackschicht aus einem Fotolack zusammengesetzt ist, der eine Säure bildet, wenn dieser entsprechend einem Muster mit Licht belichtet wird, und wobei die Oberflächenmodifizierschicht eine Metalloxidschicht ist, die so ausgebildet ist, dass ein belichteter Bereich der Fotolackschicht ausgestaltet ist, um Feuchtigkeit zu absorbieren, und anschließend werden Feuchtigkeit und metallisches Alkoxid auf eine Oberfläche des Feuchtigkeit enthaltenden belichteten Bereichs aufgebracht, um die Metalloxidschicht auf der belichteten Bereichsoberfläche zu bilden.

10. Ein Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß Anspruch 7, wobei die Oberflächenmodifizierschicht eine silylierte Schicht ist, die an einer Oberfläche eines nichtbelichteten Bereichs des Fotolackmusters gebildet ist.

11. Ein Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß Anspruch 7, wobei die Höhe des latenten Bildes unter Verwendung eines Atombindungen detektierenden Mikroskops bestimmt wird.

12. Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters mit den Schritten:

(a) vorheriges Erhalten einer Korrelation zwischen einer auf einer Fotolackschicht gebildeten Oberflächenmodifizierschicht und einer Linienbreite eines Fotolackmusters, das aus dem Entwickeln der Fotolackschicht mit der darauf befindlichen Oberflächenmodifizierschicht resultiert;

(b) Bilden einer tatsächlichen Fotolackschicht auf einem Substrat;

(c) Belichten der tatsächlichen Fotolackschicht mit einem vorbestimmten Muster;

(d) Bilden einer tatsächlichen Oberflächenmodifizierschicht auf der tatsächlichen Fotolackschicht mit dem vorbestimmten Muster;

(e) Bestimmen der Breite der tatsächlichen Oberflächenmodifizierschicht durch Bestimmen der Breite eines Bereichs eines latenten Bildes mit vergrößerter Höhe mit einer Genauigkeit im nm Bereich, und Erhalten aus der zuvor gefundenen Korrelation einer abgeschätzten Linienbreite, die eine Fotolackmusterlinienbreite ist, die der bestimmten tatsächlichen Oberflächenmodifizierschichtbreite entspricht;

(f) Bestimmen, ob die abgeschätzte Linienbreite innerhalb eines Bereichs von Toleranzgrenzen einer Ziellinienbreite liegt, wobei ein Entwicklungsvorgang auf der tatsächlichen Fotolackschicht zur Bildung eines Fotolackmusters ausgeführt wird, wenn bestimmt wird, dass die abgeschätzte Linienbreite in dem Bereich liegt, während andererseits, wenn ermittelt wird, dass die abgeschätzte Linienbreite nicht in dem Bereich liegt, die tatsächliche Fotolackschicht von dem Substrat entfernt wird.

13. Ein Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß Anspruch 12, wobei die Fotolackschicht aus einem Fotolack zusammengesetzt ist, der bei einer Musterbelichtung mit Licht eine Säure erzeugt, und wobei die Oberflächenmodifizierschicht eine Metalloxidschicht ist, die so ausgebildet ist, dass ein belichteter Bereich der Fotolacksicht ausgestaltet ist, Feuchtigkeit zu absorbieren, und anschließend Feuchtigkeit und metallisches Alkoxid an einer Oberfläche des Feuchtigkeit enthaltenden belichteten Bereichs zur Bildung der Metalloxidschicht auf der belichteten Bereichsoberfläche aufgetragen werden.

14. Ein Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß Anspruch 12, wobei die Oberflächenmodifizierschicht eine silylierte Schicht ist, die an einer Oberfläche eines nichtbelichteten Bereichs des Fotolackmusters gebildet ist.

15. Ein Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters gemäß Anspruch 12, wobei die Breite der Oberflächenmodifizierschicht unter Verwendung eines Atombindungen detektierenden Mikroskops bestimmt wird.