JP2005217254A - レジスト現像速度ばらつき評価方法及びレジスト現像速度ばらつき評価装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】 レジスト内の極微小な領域間に存在するレジストの溶解特性のばらつきを評価する。
【解決手段】 基板に塗布したレジストの測定領域に、このレジストを感光させるエネルギーを照射し、レジストを現像する現像液中に晒して現像しながら、測定領域の膜厚を測定する。レジストの膜厚が、所望の膜厚となった時に、現像を中止し、測定領域の表面の粗さを測定することにより、レジストの現像速度のばらつきを評価する。ここで、エネルギー照射の際に、溶解速度大きくするエネルギー量で、測定領域とは異なる領域に、エネルギーを照射して、サンプル領域を形成する。そして、膜厚測定の際には、測定領域とサンプル領域との現像を同時に行い、かつ、サンプル領域におけるレジストからの光強度の変化を算出して、この算出結果を元に、測定領域の膜厚を測定することができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、レジスト現像速度ばらつき評価方法及びレジスト現像速度ばらつき評価装置に関する。更に具体的には、リソグラフィ工程等において用いられるレジスト内の現像速度のばらつきを評価する方法及び装置に関するものである。

近年、半導体装置の微細化、高集積化に伴い、微細なパターンのより正確な形成の要求が高まっている。この要求に対応するため、リソグラフィ工程におけるレジストパターンの形成においても、正確に微細なパターンを形成することが必要である。

例えば、光学増幅型ポジレジストを用いた場合のレジストのパターン形成について説明する。化学増幅型ポジレジストは、主に、ベース樹脂と光酸発生剤とから成る。ベース樹脂は、未保護の現像液溶解機と、保護基の付与した溶解抑止基とからなる。
レジストパターン形成の際には、基板に塗布したレジストに、所望のパターンが形成されたレチクルを介してエネルギー（露光光）を照射する。エネルギーが照射された領域においては、レジスト中の光酸発生剤が照射エネルギーによって励起され、酸が発生する。更に加熱処理を行うと、酸は拡散して、ベース樹脂の溶解抑止基を破壊する。酸により溶解抑止基が破壊されたベース樹脂は、アルカリ可溶性に変化する。これをアルカリ現像液に晒すと、エネルギーが照射された領域のみが溶解し、レジストに、レチクルパターンが転写される。

レジストを溶解する際の、レジストの現像液に対する溶解速度等の溶解特性は、パターン形成に大きく影響を与える要因である。従って、正確なパターン形成を行うためには、レジストの現像液に対する溶解特性を把握することが重要である。このため、レジストの溶解特性の測定・評価について、種々の方法が考えられている（例えば、特許文献１〜３参照）。

ここで、レジスト溶解特性の測定方法の一例について説明する。
まず、基板に、スピンコートによりレジストを塗布する。このレジストが塗布された試料基板を加熱した後、エネルギーを照射する。エネルギー照射後、ＰＥＢ（Post Exposure Bake）を行った後、試料基板を現像液に浸漬し、現像を開始する。現像開始と同時に、現像装置に設けた膜厚モニタ用のレーザ光から、試料基板にレーザ光を照射する。このレーザ光に対する反射光を検出器により検出し、光強度の推移を記録する。

ここで検出した光強度は、レジスト表面からの反射光と、基板からの反射光との干渉光に基づくものである。具体的に、レジストの溶解による膜厚の減少に伴って、２つの反射光の光行路差が変化し、周期的な強弱が発生する。従って、現像時間と、光強度検出結果とを元に、光強度のピークとピークとの間の時間におけるレジスト膜厚の変化量を、レーザ光の波長から、算出することができる。この結果、現像時間に対するレジスト膜厚の推移を求めることができる。

また、レジストの現像速度は、エネルギー照射量によって異なるため、エネルギー照射量ごとに、現像速度を導き、そのエネルギー照射量と現像速度との関係から、そのレジストの溶解特性を測定する。

特開平１０−６９０９７号公報 特開平４−２８７０４５号公報 特開平３−１０６０１６号公報

上述したような、溶解特性の測定方法を用いる場合、各エネルギー照射量に対する、レジストの溶解特性についての、平均的な現像速度の測定は可能である。しかしながら、レジストに含まれる樹脂及び混合物の不均一等の問題により、実際には、レジスト内の極微小な領域間で、現像速度にばらつきがある。即ち、レジスト内には、現像速度の大きな領域と、現像速度の小さな領域とが混在している。このばらつきは、形成されるレジストパターンのエッジラフネスや形状等を悪化させる要因となる。しかしながら、上述したような溶解特性の測定方法では、レジスト内の微小領域間での現像速度のばらつきを、測定し評価することは困難である。

従って、この発明は、上述のような問題を解決し、レジスト内の微小領域間における現像速度のばらつきの大きさを、定量化して測定できるようにしたレジスト現像速度ばらつき評価方法及びレジスト現像速度ばらつき評価装置を提供するものである。

この発明のレジスト現像速度ばらつき評価方法は、基板に塗布したレジストの測定領域に、このレジストを感光させるエネルギーを照射するエネルギー照射工程と、
前記レジストを現像する現像液中に晒して現像しながら、前記測定領域の膜厚を測定する現像及び膜厚測定工程と、
前記レジストの膜厚が、所望の膜厚となった時に現像を中止し、前記測定領域の表面の粗さを測定する表面粗さ測定工程と、
を備えるものである。

あるいは、この発明のレジスト現像速度ばらつき評価方法は、前記エネルギー照射工程が、
前記測定領域に、第１のエネルギー量のエネルギーを照射する第１のエネルギー照射工程と、
前記レジストの、前記測定領域とは異なるサンプル領域に、第２のエネルギー量のエネルギーを照射する第２のエネルギー照射工程と、
を備え、
前記第２のエネルギー量は、前記レジストに、前記第１のエネルギー量を照射した場合よりも、前記レジストの溶解速度を大きくするエネルギー量であって、
前記現像及び膜厚測定工程は、
前記測定領域と前記サンプル領域との現像を同時に行い、かつ、前記サンプル領域における前記レジストが溶解した際の光強度を検出して、この検出結果から、前記サンプル領域における光強度の変化とレジスト膜厚との関係を算出して、この算出結果を元に、前記測定領域の光強度が、所定周期かつ所定値になるときの、前記測定領域の膜厚を換算することにより、前記測定領域の膜厚の測定を行うものである。

また、この発明のレジスト現像速度ばらつき評価装置は、
基板にレジストを塗布する塗布手段と、
前記レジストの測定領域に、前記レジストを感光させるエネルギーを照射するエネルギー照射手段と、
前記レジストの現像をしながら、前記レジストの測定領域の膜厚を測定する現像及び膜厚測定手段と、
前記測定領域のレジストが所定の膜厚になった時に、前記レジストの現像を中止させる制御手段と、
前記測定領域のレジストの表面の粗さを測定する表面粗さ測定手段と、
を備えるものである。

あるいは、この発明のレジスト現像速度ばらつき評価装置は、前記エネルギー照射手段が、
前記測定領域に、第１のエネルギー量のエネルギーを照射し、
前記レジストの、前記測定とは異なるサンプル領域に、前記第１のエネルギー量を照射した場合よりも、前記レジストの溶解速度を大きくする第２のエネルギー量を照射するものであり、
前記現像及び膜厚測定手段は、
前記測定領域と前記サンプル領域との現像を同時に行い、かつ、前記サンプル領域における前記レジストが溶解した際の光強度を検出して、この検出結果から、前記サンプル領域における光強度の変化とレジスト膜厚との関係を算出して、この算出結果を元に、前記測定領域の光強度が、所定周期かつ所定値になるときの、前記測定領域の膜厚を換算することにより、前記測定領域の膜厚の測定を行うものである。

この発明においては、レジストの膜厚を測定しつつ現像を行い、所定の膜厚に達した時に、現像を停止し、レジストの表面の粗さを測定する。従って、レジスト面内の微小領域間における現像速度のばらつきの大小を定量化して、評価することができる。従って、レジストの溶解特性を、より詳細に評価することができ、レジストの性能の向上を図ることができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態における現像速度ばらつき評価装置１００を説明するための模式図である。
図１に示すように、実施の形態１における現像速度ばらつき評価装置１００において、処理室２内には、レジスト塗布装置４、プリベーク用ベーク炉６、エネルギー照射装置８、ＰＥＢ用ベーク炉１０、膜厚モニタ付現像装置１２が設けられている。また、膜厚モニタ付現像装置１２には、表面粗さ測定装置１４が接続されている。各装置やベーク炉間は、それぞれ、自動基板搬送装置１６により接続され、基板は、この自動基板搬送装置１６により各装置や炉内に搬送されるようになっている。また、各自動基板搬送装置１６には、それぞれ、制御装置１８に接続されている。

レジスト塗布装置４は、基板にレジストを塗布する装置であり、ここでは、スピンコータ装置を用いる。プリベーク用ベーク炉６は、レジスト塗布後の試料基板にプリベークを行う装置であり、ここでは、高精度温度制御型ホットプレートを用いる。エネルギー照射装置８は、レジストにエネルギーを照射する装置であり、ここでは、オープンフレーム露光装置（例えば、リソテックジャパン株式会社製のVUVES-4500等）を用いる。このエネルギー照射装置８（露光装置）は、エネルギー発射光源として、波長約１５７nmのＦ_２エキシマレーザを装備する。また、ＰＥＢ用ベーク炉１０は、露光後にＰＥＢ（Post Exposure Bake）を行う装置であり、高精度温度制御型ホットプレートを用いる。また、表面粗さ測定装置１４は、現像後のレジスト表面の粗さを測定する装置であり、ここでは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ；Atomic Force Microscope）を用いる。

また、制御装置１８により、各装置あるいはベーク炉の間における、自動基板搬送装置１６による試料基板の移動を制御することができる。この試料基板の移動の制御により、異なるレジスト間で、現像速度のばらつきを比較する場合にも、各装置あるいはベーク炉の間の引き置き時間を一定にすることができ、ばらつき評価における条件を一定にできるようになっている。また、制御装置１８により、処理室２内、及び各装置及び自動基板搬送装置１６は、温度約２３±０．１度程度、湿度約４５±０．５%程度、アミン濃度約０．１ppb程度以下の雰囲気に制御されている。

図２は、現像速度ばらつき評価装置１００に装備された、膜厚モニタ付現像装置１２を説明するための模式図である。
図２に示すように、膜厚モニタ付現像装置１２においては、レーザ光源２０と、試料基板を支持する基板ホルダ２２が配置されている。また、基板ホルダに支持された試料基板からの反射光を受ける位置に、ビームスプリッタ２４が配置されている。ビームスプリッタ２４により導かれた反射光を検出する位置に、光強度検出器２６が配置されている。光強度検出器２６には解析装置兼制御装置２８が接続されている。解析装置兼制御装置２８は、上下駆動装置３０に接続されている。また、上下駆動装置３０は、レーザ光源２０、基板ホルダ２２、ビームスプリッタ２４、及び、光強度検出器２６を並行に保持し、移動することができる。また、基板ホルダ２２下方には、現像液３２が充填された容器が配置されている。現像液としては、濃度約２．３８%のＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液を用いる。

また、この実施の形態１において現像ばらつき評価測定の対象となる試料基板には、レジスト３４が塗布され、表面粗さを測定する表面粗さ測定領域３６に、レーザ光が照射するように、試料基板が支持される。

膜厚モニタ付現像装置１２において、実際の膜厚測定の際には、上下駆動装置３０により、基板ホルダ２２が、現像液３２内に浸漬される。このとき、上下駆動装置３０は、レーザ光源２０、ビームスプリッタ２４及び光強度検出器２６も基板に並行して移動させる。この状態で、レーザ光源２０から発したレーザ光は、表面粗さ測定領域３６に照射される。このレーザ光に対する基板及びレジスト３４からの反射光による干渉光は、ビームスプリッタ２４により、光強度検出器２６に導かれて検出される。この光強度の検出結果が解析装置兼制御装置２８により解析され、膜厚の測定が行われる。

具体的には、表面粗さ測定領域３６におけるレジスト３４の溶解による膜厚の減少に伴って、基板及びレジスト３４からの各反射光の光行路差が変化するため、この２つの反射光による干渉光の周期的な強弱が発生する。従って、現像時間と、光強度検出器２６による結果とを元に、光強度のピークとピークとの間の時間におけるレジスト膜厚の変化量を、レーザ光の波長から、算出することができ、これにより、表面粗さ測定領域３６の膜厚を算出することができる。

膜厚が一定の膜厚になった場合には、解析装置兼制御装置２８により、上下駆動装置３０に、信号が送られ、基板ホルダ２２及びレーザ光源等を上方に移動する。これにより、現像液３２内から、試料基板が取り出されて、浸漬を中止することができる。

また、実施の形態１において、基板に塗布されるレジスト３４は、Ｆ_２リソグラフィ用化学増幅型フッ素主鎖ポジレジストである。化学増幅型ポジレジストは、主に、ベース樹脂と光酸発生剤とから成る。ベース樹脂は、未保護の現像液溶解機と、保護基の付与した溶解抑止基とからなる。このレジスト３４の溶解について簡単に説明する。レジスト３４にエネルギー（Ｆ_２エキシマレーザ光）が照射されると、エネルギー照射された領域において、レジスト中の光酸発生剤が照射エネルギーによって励起され、酸が発生する。更に加熱処理を行うと、酸は拡散して、ベース樹脂の溶解抑止基を破壊する。酸により溶解抑止基が破壊されたベース樹脂は、アルカリ可溶性に変化する。これをアルカリ現像液に晒すと、エネルギーが照射された領域のレジスト３４が溶解する。

図３は、この発明の実施の形態１におけるレジストの現像速度ばらつき評価方法を説明するためのフロー図である。また、図４は、現像前後における表面粗さ測定領域３６のレジスト３４表面の状態を拡大した模式図である。
以下、図１〜図４により、この発明の実施の形態１における現像速度ばらつき評価方法について詳細に説明する。

まず、レジスト塗布装置４において、試料基板にレジスト３４を塗布する（ステップＳ２）。具体的には、８インチのシリコン基板に、膜厚約２５０nmになるように、スピンコートによりレジスト３４を塗布する。ここでは、上述したように、レジストとして、Ｆ_２リソグラフィ用化学増幅型フッ素主鎖ポジレジストを用いる。

自動基板搬送装置１６により、レジスト塗布装置４から、プリベーク用ベーク炉６に、レジストが塗布された試料基板を搬送した後、プリベーク用ベーク炉６内において、プリベークを行う（ステップＳ４）。ここでは、高精度温度制御型ホットプレートの所定箇所に基板を載置して、約１１０℃、約６０秒間のプリベークを行う。その後、レジストの残留溶媒を除去する。

自動基板搬送装置１６により、プリベーク用ベーク炉６から、エネルギー照射装置８に、試料基板を搬送した後、レジスト３４の所定箇所にエネルギー照射を行う（ステップＳ６）。具体的には、オープンフレーム露光装置を用いて、波長約１５７nmのＦ_２エキシマレーザ光を、表面粗さ測定領域３６に照射する。ここで、照射領域は、約１０mm×約１０mmであり、従って、表面粗さ測定領域３６の大きさも、約１０mm角となる。また、Ｆ_２エキシマレーザ光は、この表面粗さ測定領域３６全面に均一に照射する。

自動基板搬送装置１６により、エネルギー照射装置８から、ＰＥＢ用ベーク炉１０に、試料基板を自動搬送した後、ＰＥＢを行う（ステップＳ８）。ここでは、ＰＥＢ用高精度温度制御型ホットプレートの所定箇所に基板を載置して、約１１０℃、約６０秒間のベークを行う。このとき、図４（ａ）に示すように、基板上のレジスト３４には、現像速度の大きいブロック４０と、現像速度の小さいブロック４２とが混在した状態となっている。

自動基板搬送装置１６により、ＰＥＢ用ベーク炉１０から、膜厚モニタ付現像装置１２に、試料基板を自動搬送した後、レジスト３４の現像と、膜厚測定を行う（ステップＳ１０）。具体的には、まず、試料基板を、基板ホルダ２２に装着し、上下駆動装置３０により、基板ホルダ２２及びレーザ光源２０等を駆動して、試料基板と共に、基板ホルダ２２を、現像液３２に浸漬する。レーザ光源２０からは、レーザ光を発振し、レジスト３４の表面粗さ測定領域３６に照射する。レジスト３４から反射した光と、基板からの反射光とからなる干渉光を、ビームスプリッタ２４により、光強度検出器２６に導いて、検出する。この検出光の検出データは、解析装置兼制御装置２８に送られる。そして、レジスト３４の膜厚が、約１００nmとなったかどうかをモニタし（ステップＳ１２）、膜厚が約１００nmになったときに、現像を停止する。即ち、解析装置兼制御装置２８から、上下駆動装置３０に停止信号が送られ、上下駆動装置３０により、基板ホルダ２２が試料基板と共に、現像液３２の容器内から取り出される。その後、試料基板は、超純水によるリンスが行われる（ステップＳ１４）。

上述したが、現像前のレジスト３４には、図４（ａ）に示すように、現像速度の大きいブロック４０と、小さいブロック４２とが混在している。従って、現像の際には、図４（ｂ）に示すように、現像速度の大きいブロック４０の現像が先に進み、小さいブロック４２の現像は比較的遅れた状態となり、レジスト３４表面には、凹凸ができる。

次に、自動基板搬送装置１６により、膜厚モニタ付現像装置１２から、表面粗さ測定装置１４に、試料基板を自動搬送した後、レジストの表面粗さ測定領域３６のレジスト表面の粗さの測定を行う（ステップＳ１６）。ここでは、原子間力顕微鏡を用いる。原子間力顕微鏡により、原子分子レベルで表面の凹凸を測定することができる。ここで、レジスト３４の現像速度のばらつきが大きい場合には、この表面粗さ測定の結果は大きくなり、現像速度のばらつきが小さい場合には、表面粗さ測定の結果は小さくなる。

その後、上述したのと同様の工程により、他の基板に、他のレジストを用いて、同様に、ステップＳ２〜Ｓ１６を行い、表面粗さ測定を行う。
なお、異なるレジスト間での表面粗さ測定においても、各工程間の自動基板搬送装置１６による試料基板搬送の際の引き置き時間が一定になるように、制御装置１８により制御する。
このようにして、複数のレジストを用いて表面粗さ測定を行った後、異なるレジスト間で、表面粗さの比較を行う（ステップＳ１８）。これにより、異なるレジスト間で、現像速度のばらつきの大小を比較することができる。

以上説明したように、実施の形態１においては、レジスト３４の現像速度のばらつきを定量化して判断することができる。従って、異なるレジスト間で、現像速度のばらつきの大小を比較することができ、必要に応じて、ばらつきの小さなレジストを選択する等、より微細な半導体装置の製造において、レジスト選択の判断材料とすることができる。また、レジスト開発の上で、溶解特性の優れたレジストを作成する手がかりとすることもできる。

また、実施の形態１においては、１の処理室２内に、レジスト塗布装置４、プリベーク用ベーク炉６、エネルギー照射装置８、ＰＥＢ用ベーク炉１０、膜厚モニタ付現像装置１２を配置し、また、処理室２内及び各装置やベーク炉内を一定の雰囲気に保っている。これにより、各レジスト間での現像速度ばらつき評価における条件を一定にすることができ、より精密に各レジスト間でのばらつきを比較することができる。なお、この発明は、必ずしも、処理室２内や、各装置やベーク炉内が、一定の雰囲気に保たれたものに限るものではない。但し、好適には、比較するレジスト間では、各装置やベーク炉での処理時の雰囲気等の条件は、一定とすることが好ましい。

各レジストについて表面粗さ測定を行うにあたり、レジスト間で、各装置やベーク炉間での引き置き時間が異なると、測定結果を変化させる要因となりうる。従って、実施の形態１においては、各装置及びベーク炉間の基板の搬送を自動基板搬送装置１６により行うものとした。これにより、引き置き時間の差に起因して生じる、各レジスト間での現像速度のばらつきの差を抑えることができ、各レジストに特有の現像速度のばらつきを、正確に評価することができる。但し、この発明は、必ずしも、各レジスト間で、引き置き時間を一定としたものに限るものではない。

なお、実施の形態１においては、化学増幅型ポジレジストを用いる場合について説明した。しかし、この発明はこのレジストに限るものではなく、ネガ型のレジストであってもよい。また、化学増幅型のレジストに限るものではなく、例えば、非増幅型のレジストであってもよい。この場合にも、実施の形態１に説明したのと同様に、現像処理を所定の膜厚でストップし、表面粗さを測定することにより、現像速度のばらつき量の評価を行うことができる。

また、この発明において、現像速度ばらつき評価装置１００は、実施の形態１において説明した構造に限るものではなく、他の構造を有するものであってもよい。この発明においては、レジストを塗布してエネルギーを照射し、現像の際には、完全にレジストが溶解する前に、所定の膜厚で現像処理を停止し、この状態で表面粗さを測定するものであればよい。従って、これに用いる装置は、この実施の形態１において説明した現像速度ばらつき評価装置１００に限られるものではない。

具体的に例えば、レジスト塗布装置４は、スピンコータに限るものではなく、他の塗布装置であってもよい。また、各ベーク炉６、１０は、高精度温度制御型ホットプレートに限るものではなく、他のベーク用の装置を用いてもよい。また、例えば、エネルギー照射装置８は、オープンフレーム型露光装置に限るものではなく、他の露光装置等のエネルギー照射装置を用いてもよい。また、例えば、表面粗さ測定装置１４は、原子間力顕微鏡を用いたものに限るものではなく、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）等を用いたものであってもよい。また、この発明は、各装置、ベーク炉間を、自動基板搬送装置１８を用いて搬送するものに限るものではなく、他の手段により、試料基板を搬送するものであってもよい。

また、実施の形態１においては、膜厚モニタ付現像装置１２により、現像と膜厚の測定を同時に行う場合について説明した。しかし、この発明において、現像装置はこれに限るものではない。例えば、他の膜厚測定機能を有する現像装置を用いてもよい。また、例えば、膜厚モニタを有さない現像装置を用いて、時間制御等により、所定の膜厚で、現像を停止できるものであってもよい。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２における膜厚モニタ付現像装置１２Ａについて説明する模式図である。
実施の形態２における現像速度ばらつき評価装置は、実施の形態１において説明した現像速度ばらつき評価装置１００と類似するものである。しかし、実施の形態２における現像速度ばらつき評価装置においては、実施の形態１の膜厚モニタ付現像装置１２に代えて、図５に示すような、膜厚モニタ付現像装置１２Ａを用いる。以下、膜厚モニタ付現像装置１２Ａについて具体的に説明する。

図５に示すように、膜厚モニタ付現像装置１２Ａは、並行に、２つのレーザ光源２０ａ、２０ｂを備える。２つのレーザ光源２０ａ、２０ｂから発振した光は、基板ホルダ２２に配置された試料基板の所定の位置に照射されるようになっている。また、各レーザ光に対して、試料基板から反射した光を受ける位置には、それぞれ、ビームスプリッタ２４ａ、２４ｂが配置されている。また、ビームスプリッタ２４ａ、２４ｂに入射した光は、それぞれ、光強度検出器２６ａ、２６ｂに導かれる。また、光強度検出器２６ａ、２６ｂによる検出データは、共に、解析装置兼制御装置２８に送られるようになっている。また、レーザ光源２０ａ、２０ｂ、基板ホルダ２２、ビームスプリッタ２４ａ、２４ｂ、光り強度検出器２６ａ、２６ｂは、上下駆動装置３０に保持され、並行に上下に移動できるようになっている。基板ホルダ２２下方には、実施の形態１と同様に、現像液３２が充填された容器が配置されている。

次に、この実施の形態２において、現像速度ばらつき評価の対象となるレジスト３４について説明する。
図６は、実施の形態２において、現像速度ばらつき評価の対象となるレジスト３４へのエネルギー照射量と、レジスト３４の現像速度との関係を説明するためのグラフであり、横軸は、エネルギー照射量（mJ/cm²）、縦軸は、現像速度（nm/s）を示す。

この実施の形態２において、現像速度ばらつき評価の対象となるレジスト３４は、実施の形態１と同様の、化学増幅型ポジレジストであり、図６に示すような現像速度の特性を有する。また、上述した膜厚モニタ付現像装置１２Ａにおいて、膜厚モニタ及び現像がされる際には、基板に、レジスト３４が塗布され、また、レジスト３４表面には、表面粗さ測定領域３６ａ、大現像速度領域３６ｂが形成されている状態となっている。そして、各領域３６ａ、３６ｂには、それぞれ、レーザ光源２０ａ、２０ｂから発振したレーザ光が照射されるようになっている。

ところで、表面粗さ測定領域３６ａは、露光装置によるエネルギー照射の際、図６におけるａ点、即ち、約５mJ/cm²程度のエネルギーが照射された領域である。この大きさのエネルギーを照射した場合、レジスト３４の現像速度は、約２０nm/sと比較的小さく、従って、表面粗さ測定領域３６ａの現像速度は、比較的小さい。一方、大現像速度領域３６ｂは、エネルギー照射の際、図６におけるｂ点、即ち、約２０mJ/cm²程度のエネルギーが照射された領域である。このエネルギーを照射した場合、レジスト３４の現像速度は、約３００nm/sと比較的大きい。従って、大現像速度領域３６ｂにおけるレジスト３４の溶解速度は、表面粗さ測定領域３６ａに比して、大きくなっている。

このようなレジスト３４が塗布されて、現像速度の異なる２つの領域３６ａ、３６ｂが形成された試料基板を用いることにより、膜厚モニタ付き現像装置１２Ａによって、レジストの膜厚モニタと、現像とを更に容易に行うことができるようになっている。

図７は、この発明の実施の形態２における現像速度ばらつき評価方法について説明するためのフロー図である。また、図８は、この発明の実施の形態２におけるレジストの膜厚モニタ方法を説明するためのグラフ図である。
以下、図５〜図８を用いて、この発明の実施の形態２における現像速度ばらつき評価方法について具体的に説明する。

まず、実施の形態１と同様に、基板にレジスト３４を塗布し、プリベークを行った後、残留成分を除去する（ステップＳ２〜Ｓ４）。

次に、レジスト３４が塗布された試料基板を自動基板搬送装置１６により搬送し、レジスト３４にエネルギーを照射する。ここでは、まず、表面粗さ測定領域３６ａに対して、約５mJ/cm²（図６におけるａ点）のエネルギーを照射する（ステップＳ２０）。その後、大現像速度領域３６ｂに対して、約２０mJ/cm²（図６におけるｂ点）のエネルギーを照射する（ステップＳ２２）。ここで、各領域３６ａ、３６ｂの大きさは、それぞれ、約１０mm角となる。

その後、実施の形態１と同様に、試料基板を搬送し、ＰＥＢを行い（ステップＳ８）、再び試料基板を、膜厚モニタ付き現像速度測定装置１２Ａに搬送して、基板を基板ホルダ２２に載置する。そして、現像及び膜厚モニタを行う（ステップＳ１０）。

ここで、表面粗さ測定領域３６ａには、レーザ光源２０ａから発振したレーザ光が照射される。このレーザ光に対する、レジスト３４表面及び基板からの反射光による干渉光は、ビームスプリッタ２４ａにより光強度検出器２６ａに導かれて検出される。一方、大現像速度領域３６ｂには、レーザ光源２０ｂから発振した、レーザ光が照射される。このレーザ光に対するレジスト３４表面及び基板からの反射光による干渉光は、ビームスプリッタ２４ｂにより光強度検出器２６ｂに導かれて検出される。この検出結果が、解析装置兼制御装置２８に送られ、各領域３６ａ、３６ｂの膜厚測定が行われる。

ここで、大現像速度領域３６ｂは、現像速度が速く、表面粗さ測定領域３６ａよりも先に溶解が進み、完了する。
このとき、解析装置兼制御装置２８は、光強度検出器２６ｂによる検出結果から、図８(ａ)に示すような、光強度の変化のデータを取得する。更に、図８（ａ）における干渉光強度のピークとピークとの間のレジスト変化量を、レーザ光源２０ａから発振するレーザ光の波長から算出する。この結果、図８（ｂ）に示すように、現像時間とレジスト膜厚との関係を表すデータを得ることができる。

一方、表面粗さ測定領域３６ａの現像速度は小さい。従って、解析装置兼制御装置２８は、光強度検出器２６ａによる検出結果から、図８（ｃ）に示すような、光強度変化のデータを取得する。解析装置兼制御装置２８は、図８（ａ）、８（ｂ）、８（ｃ）に示すデータから、表面粗さ測定領域３６ａの膜厚を算出する。

具体的に、図８（ｃ）における現像時間ａでの膜厚を算出する場合について説明する。まず、図８（ａ）に示す大現像速度領域３６ｂの光強度が、図８（ｃ）の現像時間ａにおける干渉光の光強度と、同じ周期かつ同じ値になる場合の、大現像速度領域３６ｂの現像時間ｂを、図８（ａ）から算出する。そして、この現像時間ｂにおける、大現像速度領域３６ｂのレジストの膜厚ｃを、図８（ｂ）に示すデータから求める。ここで求めた、現像時間ｂにおける、大現像速度領域３６ｂの膜厚ｃは、現像時間ａにおける、表面粗さ測定領域３６ａの膜厚に一致する。このようにして、現像時間ａにおける、表面粗さ測定領域３６ａの膜厚を算出することができる。

なお、ここで、大現像速度領域３６ｂは、表面粗さ測定領域３６ａに比して、現像速度が大きく、先に進む。従って、大現像速度領域３６ｂの光強度に関するデータ（図８（ａ））と、これにより算出される現像時間に対するレジスト膜厚のデータ（図８（ｂ））は、先に取得することができる。従って、表面粗さ測定領域３６ａの膜厚測定は、現像と同時に並行して行うことができる。

上述した方法により表面粗さ測定領域３６ａの膜厚を測定し、この領域３６ａの膜厚が所望の膜厚になったことを確認した後（ステップＳ１２）、現像を停止する。その後、リンス、表面粗さ測定を行う（ステップＳ１４、Ｓ１６）。その後、他のレジストについても、上述のような方法により表面粗さ測定を行い、異なるレジスト間での比較を行う（ステップＳ１８）。これにより、各レジストの、現像速度のばらつき評価を行うことができる。

以上説明したように、実施の形態２においては、異なるレジストについて、表面粗さの測定を行うことにより、各レジストの現像速度のばらつきを定量的に評価することができる。従って、各レジストの、微細な領域間で異なるレジストの現像速度ばらつきについて定量的な判断が可能であり、半導体装置の製造過程におけるレジストの選択や、より好適なレジスト開発の手がかりとすることができる。

また、実施の形態２においては、レジストに対するエネルギー照射量を変更することにより、表面粗さ測定領域３６ａと、大現像速度領域３６ｂとを形成する。そして、大現像速度領域３６ｂから得られる光強度のデータから、表面粗さ測定領域３６ａの膜厚を算出することができる。これにより、現像しながら、遅滞なく、表面粗さ測定領域３６ａの膜厚を測定し、所望の膜厚になった時点で、より正確な段階で、現像を停止することができる。従って、レジスト間での現像速度ばらつき評価において、より正確な評価を行うことができる。

なお、実施の形態２において説明した、表面粗さ測定領域３６ａへのエネルギー照射量（即ち、図６における、ａ点）、大現像速度領域３６ｂへのエネルギー照射量（即ち、図６における、ｂ点）と、これに対する各領域３６ａ、３６ｂの現像速度の値は、単なる一例であり、この発明を拘束するものではない。各領域に対するエネルギー照射量と、それに対する現像速度とは、用いるレジストによって全く異なるものである。従って、この発明においては、レジストの特性を考慮して、表面粗さ測定領域に対して、大現像速度領域の現像速度が、十分に早くなるように、表面粗さ測定領域と大現像速度領域とへ照射するエネルギー照射量を、それぞれ、決定する必要がある。

また、ここでは、ポジ型レジストを用いたが、ネガ型のレジストを用いたものであってもよい。
図９は、ネガ型レジストの、エネルギー照射量と、現像速度との関係を説明するためのグラフである。
図９に示すように、ネガ型レジストの場合には、例えば、ａ点におけるエネルギーを照射して、表面粗さ測定領域とし、ｂ点におけるエネルギーを照射して、大現像速度領域とすることができる。
その他は実施の形態１と同様であるから説明を省略する。

なお、例えば、実施の形態１において、ステップＳ６を実行することにより、この発明のエネルギー照射工程が実行され、例えば、実施の形態２において、ステップＳ２０、Ｓ２２を実行することにより、それぞれ、第１のエネルギー照射工程、第２のエネルギー照射工程が実行される。また、例えば、実施の形態１、２において、ステップＳ１０を実行することにより、この発明の現像及び膜厚測定工程が実行され、ステップＳ１６を実行することにより表面粗さ測定工程が実行される。

また、例えば、実施の形態１、２において、レジスト塗布装置４、エネルギー照射装置８は、それぞれ、この発明の塗布手段、エネルギー照射手段に該当する。また、例えば、膜厚モニタ付現像装置１２、１２Ａは、この発明の現像及び膜厚測定手段に該当する、また、例えば、実施の形態１、２において、解析装置兼制御装置２８、表面粗さ測定装置１４は、この発明の制御手段、測定手段に該当する。また例えば、制御装置１８は、この発明の調整手段に該当する。また、例えば、実施の形態２において、表面粗さ測定領域３６ａ、大現像速度領域３６ｂは、それぞれ、この発明における、測定領域、サンプル領域に該当する。

この発明の実施の形態１における現像速度ばらつき評価装置について説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１における膜厚モニタ付現像装置について説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１における現像速度ばらつき評価方法について説明するためのフロー図である。 この発明の実施の形態１における現像前後のレジストの状態を説明するための拡大図である。 この発明の実施の形態２における膜厚モニタ付現像装置について説明するための模式図である。 この発明の実施の形態２におけるレジストのエネルギー照射量と、現像速度との関係を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態２におけるレジストの現像速度ばらつき評価方法について説明するためのフロー図である。 この発明の実施の形態２におけるレジストの膜厚モニタの方法を説明するためのグラフである。 この発明の実施の形態２におけるネガレジストのエネルギー照射量と現像速度との関係を説明するための模式図である。

符号の説明

１００ 現像速度ばらつき評価装置
２ 処理室
４ レジスト塗布装置
６ プリベーク用ベーク炉
８ エネルギー照射装置
１０ ＰＥＢ用ベーク炉
１２Ａ、１２Ｂ 膜厚モニタ付現像装置
１４ 表面粗さ測定装置
１６ 自動基板搬送装置
１８ 制御装置
２０、２０ａ、２０ｂ レーザ光源
２２ 基板ホルダ
２４、２４ａ、２４ｂ ビームスプリッタ
２６、２６ａ、２６ｂ 光強度検出器
２８ 解析装置兼制御装置
３０ 上下駆動装置
３２ 現像液
３４ レジスト
３６、３６ａ 表面粗さ測定領域
３６ｂ 大現像速度領域
４０ 現像速度の大きいブロック
４２ 現像速度の小さいブロック

Claims (6)

1. 基板に塗布したレジストの測定領域に、このレジストを感光させるエネルギーを照射するエネルギー照射工程と、
   前記レジストを現像する現像液中に晒して現像しながら、前記測定領域の膜厚を測定する現像及び膜厚測定工程と、
   前記レジストの膜厚が、所望の膜厚となった時に現像を中止し、前記測定領域の表面の粗さを測定する表面粗さ測定工程と、
   を備えることを特徴とするレジスト現像速度ばらつき評価方法。
2. 前記エネルギー照射工程は、
   前記測定領域に、第１のエネルギー量のエネルギーを照射する第１のエネルギー照射工程と、
   前記レジストの、前記測定領域とは異なるサンプル領域に、第２のエネルギー量のエネルギーを照射する第２のエネルギー照射工程と、
   を備え、
   前記第２のエネルギー量は、前記レジストに、前記第１のエネルギー量を照射した場合よりも、前記レジストの溶解速度を大きくするエネルギー量であって、
   前記現像及び膜厚測定工程は、
   前記測定領域と前記サンプル領域との現像を同時に行い、かつ、前記サンプル領域における前記レジストが溶解した際の光強度を検出して、この検出結果から、前記サンプル領域における光強度の変化とレジスト膜厚との関係を算出して、この算出結果を元に、前記測定領域の光強度が、所定周期かつ所定値になるときの、前記測定領域の膜厚を換算することにより、前記測定領域の膜厚の測定を行うことを特徴とする請求項１に記載のレジスト現像速度ばらつき評価方法。
3. 基板にレジストを塗布する塗布手段と、
   前記レジストの測定領域に、前記レジストを感光させるエネルギーを照射するエネルギー照射手段と、
   前記レジストの現像をしながら、前記レジストの測定領域の膜厚を測定する現像及び膜厚測定手段と、
   前記測定領域のレジストが所定の膜厚になった時に、前記レジストの現像を中止させる制御手段と、
   前記測定領域のレジストの表面の粗さを測定する表面粗さ測定手段と、
   を備えることを特徴とするレジスト現像速度ばらつき評価装置。
4. 前記エネルギー照射手段は、
   前記測定領域に、第１のエネルギー量のエネルギーを照射し、
   前記レジストの、前記測定とは異なるサンプル領域に、前記第１のエネルギー量を照射した場合よりも、前記レジストの溶解速度を大きくする第２のエネルギー量を照射し、
   前記現像及び膜厚測定手段は、
   前記測定領域と前記サンプル領域との現像を同時に行い、かつ、前記サンプル領域における前記レジストが溶解した際の光強度を検出して、この検出結果から、前記サンプル領域における光強度の変化とレジスト膜厚との関係を算出して、この算出結果を元に、前記測定領域の光強度が、所定周期かつ所定値になるときの、前記測定領域の膜厚を換算することにより、前記測定領域の膜厚の測定を行うことを特徴とする請求項３に記載のレジスト現像速度ばらつき評価装置。
5. 前記表面粗さ測定手段は、原子間力顕微鏡であることを特徴とする請求項３または４に記載の評価装置。
6. 前記エネルギー照射手段及び前記現像及び膜厚測定手段を同時に配置する１の処理室と、
   前記処理室内の雰囲気を調整する調整手段と、
   を備えることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の現像速度ばらつき評価方法。

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