JP2005321312A - Acid diffusion constant measuring method - Google Patents

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Tamio Yamazaki
民雄 山崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means for determining quantitatively an acid diffusion constant precisely, in lithography using a chemical amplification type resist. <P>SOLUTION: A resist solution added with a photo-acid generating agent in a resin is applied onto two sheets of substrates to prepare resist-applied substrate samples, the plurality of resist-applied substrate samples is irradiated thereafter with a laser beam to expose the resist to the beam, one side of the exposed resist-applied substrate samples is kept in a low temperature, and the other is heated. The each resist in the two resist-applied substrate samples is cut along a diagonal direction by a blade to form a sloped face on a resist layer. Then, the sloped faces of the resist layers in the low-temperature-held sample and the heated sample are component-analyzed by a micro-area quantitative determination means to determine distributions of an acid component, two obtained component distributions are compared each other to determine the acid diffusion constant of an acid existing in the resist. A resist composition in a PAG or a quencher is thereby optimized to enhance lithography performance. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、エキシマレーザー光を露光光とし、化学増幅型レジストを利用したリソグラフィプロセスの開発において有効な、酸拡散定数を正確に求める測定方法に関する。   The present invention relates to a measurement method for accurately obtaining an acid diffusion constant, which is effective in the development of a lithography process using a chemically amplified resist using an excimer laser beam as exposure light.

半導体素子の製造工程においては、半導体基板に微細加工を行うため光リソグラフィが採用されている。
近年の光リソグラフィでは、半導体素子のパターン幅が、0.15μm以下の精度を要求されており、これに応えるために、KrF露光からArF露光、そしてF2露光へと、使用する露光光の波長が短波長化してきている。このような、短波長の露光光を用いた場合、レジストの光透過性が低下する結果、レジストの底部において光量が不足し感度が低下することから、レジスト材料に光酸発生剤を添加して、光照射によって酸を発生させ、増感する化学増幅型レジストが用いられてきている。
この化学増幅型レジストは、樹脂材料に、ビススルホニウジアゾメタン類、ニトロベンジル誘導体等の光酸発生剤を添加し、露光光照射によって、レジスト中に酸を発生させ、この酸によってレジストの現像感度を向上させるものである。
In the manufacturing process of a semiconductor element, photolithography is employed to perform fine processing on a semiconductor substrate.
In recent optical lithography, the pattern width of a semiconductor element is required to have an accuracy of 0.15 μm or less. To meet this, the wavelength of exposure light used from KrF exposure to ArF exposure and F2 exposure is different. The wavelength is getting shorter. When such short-wavelength exposure light is used, the light transmittance of the resist is reduced, resulting in insufficient light intensity at the bottom of the resist and reduced sensitivity. Therefore, a photoacid generator is added to the resist material. Chemically amplified resists that generate and sensitize acid by light irradiation have been used.
In this chemically amplified resist, a photoacid generator such as bissulfoniuazomethanes or a nitrobenzyl derivative is added to the resin material, and an acid is generated in the resist by exposure to exposure light. Is to improve.

ところで、このようなレジスト材料及びその処理プロセスを最適化するためには、露光処理、及びその後の現像処理過程において、発生する酸の挙動を把握することが必要になってくる。すなわち、露光によって発生した酸は、露光後加熱(PEB)によって、レジスト内を拡散することになるが、拡散速度の高いレジスト系においては、長時間PEB処理を行うと、露光によって発生した酸が、非露光領域にまで拡散してしまい、パターンを歪ませる結果となることから、レジスト系において酸の拡散速度を定量的に把握することが、そのプロセスを最適化するために必要なことである。   By the way, in order to optimize such a resist material and its processing process, it is necessary to grasp the behavior of the acid generated during the exposure process and the subsequent development process. In other words, the acid generated by exposure diffuses in the resist by post-exposure heating (PEB). However, in a resist system having a high diffusion rate, when the PEB treatment is performed for a long time, the acid generated by exposure is reduced. Quantitative understanding of the acid diffusion rate in the resist system is necessary for optimizing the process, because it diffuses to the non-exposed areas and results in distortion of the pattern. .

従来、このような化学増幅型レジストの酸拡散定数の導出は、(1)転写パターン寸法のPEB温度依存性およびPEB時間依存性より求める方法、(2)多層レジストにより酸分子を含んだ上層からレジスト薄膜への深さ方向への酸拡散を、レジスト薄膜をPEB後現像してその深さを調べることにより求める方法、(3)酸分子を有する樹脂薄膜の電気伝導度の温度依存性より測定する技術が知られている。   Conventionally, the acid diffusion constant of such a chemically amplified resist is derived by (1) a method obtained from PEB temperature dependency and PEB time dependency of transfer pattern dimensions, and (2) from an upper layer containing acid molecules by a multilayer resist. Determining the acid diffusion in the depth direction to the resist thin film by developing the resist thin film after PEB and examining its depth, (3) Measured from the temperature dependence of the electrical conductivity of the resin thin film containing acid molecules The technology to do is known.

PEB処理によって酸が何処まで拡散したかを観察する手段として、化学増幅型レジストそのものを用いる場合には、酸による化学増幅型レジストの脱保護反応およびアルカリ現像液への溶解反応を利用しており、これらの反応はPEB温度や拡散する酸分子の酸性度などの条件により反応速度が変化してしまい、酸拡散挙動を厳密には抽出することはできない。また、レジスト樹脂中の酸分子の熱運動に由来する電気伝導性の温度依存性により酸拡散を測定する方法では、レジスト中の酸分子以外の添加物等の電気伝導性に敏感に影響されてしまう点と、理論式により間接的に酸拡散定数と電気伝導性とを関係づけている点により、添加物の組成の異なるレジスト間や酸分子の化学種が変化した際の相対的な評価、酸拡散定数の絶対値の評価にはやや難がある。   When using the chemically amplified resist itself as a means of observing how far the acid has diffused by PEB treatment, it utilizes the deprotection reaction of the chemically amplified resist by acid and the dissolution reaction in an alkaline developer. In these reactions, the reaction rate changes depending on conditions such as the PEB temperature and the acidity of the acid molecules to diffuse, and the acid diffusion behavior cannot be strictly extracted. In addition, the method of measuring acid diffusion based on the temperature dependence of electrical conductivity derived from the thermal motion of acid molecules in the resist resin is sensitive to the electrical conductivity of additives other than acid molecules in the resist. Relative evaluation when the chemical species of the acid molecule changes between resists with different compositions of the additive, due to the fact that the acid diffusion constant and electrical conductivity are indirectly related by the theoretical formula, There is some difficulty in evaluating the absolute value of the acid diffusion constant.

本発明は、従来のレジスト開発設計において生じる問題を解決するためになされたもので、簡単な方法によって高精度に酸拡散定数を定量的に決定することができる方法を実現することを目的としている。
The present invention has been made to solve the problems that occur in conventional resist development and design, and aims to realize a method capable of quantitatively determining an acid diffusion constant with high accuracy by a simple method. .

本発明は、光酸発生剤を添加したレジスト溶液を、少なくとも2枚の基板上に塗布してレジスト塗布基板サンプルを作成する工程と、
前記複数のレジスト塗布基板サンプルに、レーザー光を照射して前記レジストを露光する工程と、
前記露光したレジスト塗布基板サンプルの一方を低温に保持し、他方を加熱する工程と、
前記2枚のレジスト塗布基板サンプルのレジストを、刃物により斜め方向に切削して前記レジストに傾斜面を形成する工程と、
前記低温保持サンプルと前記加熱サンプルのレジストの傾斜面を、微少領域定量分析手段によって成分分析して酸成分の分布を決定する工程と、
前記工程によって得られる2つの成分分布を比較して、前記レジスト中に存在する酸の拡散定数を決定することを特徴とする酸拡散定数測定方法である。
The present invention comprises a step of applying a resist solution to which a photoacid generator is added on at least two substrates to prepare a resist-coated substrate sample;
Irradiating the plurality of resist-coated substrate samples with laser light to expose the resist; and
Holding one of the exposed resist-coated substrate samples at a low temperature and heating the other;
Cutting the resist of the two resist-coated substrate samples in an oblique direction with a blade to form an inclined surface on the resist; and
Analyzing the inclined surfaces of the resist of the low temperature holding sample and the heated sample by a component analysis by a micro area quantitative analysis means, and determining the distribution of the acid component;
It is an acid diffusion constant measuring method characterized in that two component distributions obtained by the above steps are compared to determine a diffusion constant of an acid present in the resist.

前記本発明において、前記レジストとしては、化学増幅型レジストを用いることができる。また、前記露光光としては、KrFエキシマレーザーを用いることができる。さらに、前記刃物として、ダイヤモンド刃が好ましい。   In the present invention, a chemically amplified resist can be used as the resist. As the exposure light, a KrF excimer laser can be used. Furthermore, a diamond blade is preferable as the blade.

本発明によれば、レジストの樹脂薄膜を鋭利な刃物により精密に斜め方向へ切削し、数百μmの距離の傾斜面を作成するツールおよび、微小な面積で酸分子の分析ができる分光分析機器を有するシステムを用いることにより、レジスト薄膜中の酸分子を直接観測することが可能で、熱拡散の挙動を直接視覚的に追跡する事ができるので、定量的な酸拡散定数の測定が可能である。   According to the present invention, a tool that precisely cuts a resist resin thin film in a slanting direction with a sharp blade to create an inclined surface with a distance of several hundred μm, and a spectroscopic analyzer that can analyze acid molecules in a minute area By using this system, acid molecules in the resist thin film can be observed directly, and the thermal diffusion behavior can be traced directly, so that quantitative acid diffusion constant measurement is possible. is there.

そしてこのような原理を利用して酸拡散定数を決定することにより、化学増幅系レジストを用いたリソグラフィにおいて、高精度の酸拡散定数の定量手段を提供することで、PAG、クエンチャーのレジスト組成を最適化しリソグラフィ性能を向上させることが可能になる。
Then, by determining the acid diffusion constant using such a principle, in the lithography using the chemically amplified resist, by providing a highly accurate means for determining the acid diffusion constant, the resist composition of PAG and quencher It is possible to optimize the lithography performance and improve the lithography performance.

[発明の原理]
以下本発明の原理について説明する。本発明は、Siなどの反射性基板上に均一に塗布成形されたレジスト薄膜に対してレーザー光を垂直に照射することによって、基板表面からの反射光と入射光との光干渉によりレジスト薄膜に周期n/λ(nはレジスト樹脂の屈折率、λはレーザー光の波長)の酸分子濃度のパターンが出来る。この酸分子濃度の分布パターンを有するサンプルを定量分析するとともに、この分布パターンと同一の分布パターンを有するレジスト薄膜を備えたサンプルを加熱し酸分子を拡散させて得られるサンプルのレジスト薄膜中の酸濃度を定量分析し、この2つのサンプルの酸濃度分布を比較することにより、加熱処理による酸分子の拡散挙動を解析することができることに着目してなされたものである。
[Principle of the Invention]
The principle of the present invention will be described below. In the present invention, by vertically irradiating laser light onto a resist thin film uniformly coated and formed on a reflective substrate such as Si, the resist thin film is formed by optical interference between reflected light from the substrate surface and incident light. A pattern of acid molecule concentration with a period of n / λ (where n is the refractive index of the resist resin and λ is the wavelength of the laser beam) is formed. Quantitative analysis of a sample having this acid molecule concentration distribution pattern and heating the sample with a resist thin film having the same distribution pattern as this distribution pattern to diffuse the acid molecules, the acid in the resist thin film of the sample obtained This is made by paying attention to the fact that the diffusion behavior of acid molecules by heat treatment can be analyzed by quantitatively analyzing the concentration and comparing the acid concentration distributions of the two samples.

上記方法によって酸分子の分布を定量分析するためには、露光光の定在波に応じた酸濃度の深さ方向パターンを分析することが必要であるが、極めて薄いレジスト膜の厚さ方向に分布する酸分子を定量分析することは困難である。そこで、本発明では、レジスト薄膜を、傾斜面を形成するように切削加工し、この傾斜面に露出した表面についてX線蛍光分析のような微少スポットの成分定量分析が可能な装置を用いることによって、レジスト薄膜の厚さ方向の酸分子分布の分析を可能にしたものである。   In order to quantitatively analyze the distribution of acid molecules by the above method, it is necessary to analyze the depth direction pattern of the acid concentration according to the standing wave of the exposure light. It is difficult to quantitatively analyze the distributed acid molecules. Therefore, in the present invention, the resist thin film is cut so as to form an inclined surface, and the surface exposed to the inclined surface is used by using an apparatus capable of quantitative component analysis of minute spots such as X-ray fluorescence analysis. This enables analysis of acid molecule distribution in the thickness direction of the resist thin film.

[測定方法]
以下、本発明の測定方法を、その工程図である図1を用いて詳細に説明する。
[Measuring method]
Hereinafter, the measuring method of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

(第1工程)
本実施の形態の測定方法の第1の工程は、樹脂に少なくとも光酸発生剤を添加したレジスト溶液を、少なくとも2枚の基板上に塗布してレジスト塗布基板サンプルを作成する工程である(図1(a))。この工程において、用いる基板としては、露光光を反射する表面を有する基板を使用することができる。具体的には、表面鏡面研磨したシリコン基板、あるいは、表面に反射用の金属薄膜を形成したガラス基板などを用いることができる。この2枚の基板の内の1枚は、露光によって発生した定在波の強度に応じて生成した酸分子の基準濃度を測定するためのものであり、他の1枚は、これを熱処理(PEB処理)して酸分子が拡散した状態で酸分子の濃度分布を測定するためのものである。
(First step)
The first step of the measurement method of the present embodiment is a step of creating a resist-coated substrate sample by applying a resist solution in which at least a photoacid generator is added to a resin on at least two substrates (FIG. 1 (a)). In this step, as a substrate to be used, a substrate having a surface that reflects exposure light can be used. Specifically, a silicon substrate whose surface is mirror-polished, a glass substrate having a reflective metal thin film formed on the surface, or the like can be used. One of the two substrates is for measuring the reference concentration of the acid molecules generated according to the intensity of the standing wave generated by exposure, and the other one is heat-treated ( This is for measuring the concentration distribution of acid molecules in a state where acid molecules are diffused by PEB treatment.

また、その基板表面に形成するレジストとしては、従来公知の化学増幅型レジストを使用することができる。このレジストは、プロセス設計の対象となっているレジスト樹脂に、光酸発生剤および他の塩基など周知の添加剤を添加したレジスト材料を用いることができる。   As the resist formed on the surface of the substrate, a conventionally known chemically amplified resist can be used. As this resist, it is possible to use a resist material obtained by adding a known additive such as a photoacid generator and other base to a resist resin which is an object of process design.

本実施の形態において用いるレジスト樹脂としては、KrF光以下の波長を有する光に感光するレジストが好ましいが、F2光以下の短波長になるとレジストの感光性が低下するため、DUV領域の光に感光するレジスト材料が好ましい。具体的には、ターシャリーブトキシカルボニル基を有するポリヒドロキシスチレンなどが挙げられる。   As the resist resin used in this embodiment, a resist that is sensitive to light having a wavelength of KrF light or less is preferable. However, when the wavelength is shorter than F2 light, the photosensitivity of the resist is lowered, so that it is sensitive to light in the DUV region. A resist material is preferable. Specific examples include polyhydroxystyrene having a tertiary butoxycarbonyl group.

本実施の形態において用いる光酸発生剤としては、特に制限されるものではないが、ビススルホニウジアゾメタン類、ニトロベンジル誘導体、ポリヒドロキシ化合物と脂肪族または芳香族スルホン酸エステル類、オニウム塩、スルホニルカルボニルアルカン類、スルホニルカルボニルジアゾメタン類、ハロゲン含有トリアジン化合物類、オキシムスルホネート系化合物類、フェニルスルホニルオキシフタルイミド類などの化合物を挙げることができる。   The photoacid generator used in the present embodiment is not particularly limited, but bissulfoniudiazomethanes, nitrobenzyl derivatives, polyhydroxy compounds and aliphatic or aromatic sulfonates, onium salts, sulfonyls Examples include carbonylalkanes, sulfonylcarbonyldiazomethanes, halogen-containing triazine compounds, oxime sulfonate compounds, and phenylsulfonyloxyphthalimides.

レジスト材料としては、これらのレジスト樹脂、光酸発生剤に加えて、必要に応じて溶解阻害剤、架橋剤等を添加し溶剤に溶解して作成される。   The resist material is prepared by adding a dissolution inhibitor, a crosslinking agent, etc., if necessary, in addition to these resist resin and photoacid generator and dissolving in a solvent.

(第2の工程)
本実施の形態の測定方法の第2の工程は、前記2つのレジスト塗布基板サンプルに、レーザー光を照射して前記レジストを露光する工程である(図1(b))。この工程のレーザー光としては、上述のように、KrF以下の波長を有するエキシマレーザー光が好ましく、F2光より長波長のエキシマレーザー光がさらに好ましい。これに使用する露光装置としては、一般に用いている光リソグラフィ用露光装置を用いることができる。前述したようにこの工程において、サンプルに照射した露光光が、基板によって反射され、レジスト層内において定在波を発生し、その結果、レジスト深さ方向に照射光光度が変動することになる。この状況を、基板及びその表面に成膜されているレジスト薄膜の拡大断面図である図2を用いて説明する。図2において、基板11の表面にレジスト12が形成されており、その表面垂直方向から、露光光が照射されている。この露光光が基板11表面とレジスト12表面との間で反射し定在波が発生する。この定在波の光強度が高い部分21においては、光酸発生剤から生成する酸分子の濃度は高く、一方定在波の光強度が低い部分22においては、酸分子の濃度が低くなる。その結果、光照射によって光酸発生剤から発生する酸の濃度がレジストの深さ方向の位置によって変動することになる。本発明は、こうして発生する酸の濃度の不均一を利用して酸の酸拡散定数を決定する。このための露光光の照射条件は、レジスト層内部において露光光に起因する定在波が安定して形成される条件とすることが好ましく、このような条件は、多数のサンプルを作成し、条件を変更して試行錯誤することによって最適条件を決定することができる。
(Second step)
The second step of the measurement method of the present embodiment is a step of exposing the resist by irradiating the two resist-coated substrate samples with laser light (FIG. 1B). As described above, excimer laser light having a wavelength of KrF or less is preferable as the laser light in this step, and excimer laser light having a longer wavelength than F2 light is more preferable. As an exposure apparatus used for this, a generally used exposure apparatus for photolithography can be used. As described above, in this step, the exposure light applied to the sample is reflected by the substrate and generates a standing wave in the resist layer. As a result, the intensity of the applied light varies in the resist depth direction. This situation will be described with reference to FIG. 2 which is an enlarged sectional view of the substrate and the resist thin film formed on the surface thereof. In FIG. 2, a resist 12 is formed on the surface of a substrate 11, and exposure light is irradiated from the surface vertical direction. This exposure light is reflected between the surface of the substrate 11 and the surface of the resist 12 to generate a standing wave. In the portion 21 where the light intensity of the standing wave is high, the concentration of acid molecules generated from the photoacid generator is high, while in the portion 22 where the light intensity of the standing wave is low, the concentration of acid molecules is low. As a result, the concentration of the acid generated from the photoacid generator by light irradiation varies depending on the position in the depth direction of the resist. In the present invention, the acid diffusion constant of the acid is determined by utilizing the non-uniformity of the acid concentration thus generated. The exposure light irradiation condition for this is preferably a condition in which a standing wave due to the exposure light is stably formed inside the resist layer. It is possible to determine the optimum condition by changing the above and trial and error.

(第3の工程)
本実施の形態の測定方法の第3の工程は、前記露光したレジスト塗布基板サンプルの1つをPEB処理する工程である。この工程によって、前記工程において露光処理した結果、レジスト中に発生した酸が、拡散することになる。このPEB処理の条件は、一般に採用されている条件を採用することができる。具体的には、70〜200℃とすることが好ましい。この処理において、加熱手段としては、一般にPEB処理に用いられているホットプレートを用いることができるが、精度の高い酸拡散定数の決定を行うためには、温度を精度よく制御できる加熱装置が好ましい。精度としては、±0.1℃の範囲が好ましい。
(Third step)
The third step of the measurement method of the present embodiment is a step of PEB processing one of the exposed resist-coated substrate samples. By this step, the acid generated in the resist as a result of the exposure treatment in the above step diffuses. Generally used conditions can be adopted as the conditions for the PEB treatment. Specifically, it is preferable to set it as 70-200 degreeC. In this treatment, a hot plate generally used for PEB treatment can be used as the heating means, but in order to determine a highly accurate acid diffusion constant, a heating device capable of controlling the temperature with high accuracy is preferable. . The accuracy is preferably within a range of ± 0.1 ° C.

一方、本発明においては、この拡散現象による酸の移動量を決定するために、基準サンプルを用意し、前記PEB処理を施したサンプルと比較することになる。これには、前記露光サンプルの1つを、発生した酸が拡散移動しないように低温で保管する。この保管温度の条件としては、5℃以下で、100分間以下程度の条件とすることが好ましい。保管条件が上記範囲を上回った場合、露光によって発生した酸が拡散し、基準サンプルとしては使用できない。   On the other hand, in the present invention, in order to determine the amount of acid transfer due to this diffusion phenomenon, a reference sample is prepared and compared with the sample subjected to the PEB treatment. For this purpose, one of the exposure samples is stored at a low temperature so that the generated acid does not diffuse and move. The storage temperature is preferably 5 ° C. or less and about 100 minutes or less. When the storage conditions exceed the above range, the acid generated by exposure diffuses and cannot be used as a reference sample.

(第4の工程)
本実施の形態の測定方法の第4の工程は、前記工程によってPEB処理され、あるいは低温で保管されたサンプルのレジスト層を切削する工程である(図1(c))。すなわち、前記2つのレジスト塗布基板サンプルのレジストを、刃物により斜め方向に切削して前記レジスト層に傾斜面を形成する。この工程において用いる切削装置は、具体的には、レジスト層を、ダイヤモンド刃のような切削工具を用いて、斜め方向に切削し、傾斜面を形成するものである。この工程において、形成する傾斜面の角度、すなわち基板表面と傾斜面との形成する角度は、10〜0.1°の範囲とすることが好ましい。この傾斜面の角度が、上記範囲を下回った場合、後工程で行う元素分析において、含有元素から得られる信号強度が低下し、微量含有成分の検出が困難になる。一方、傾斜面の角度が上記範囲を上回った場合、後工程で、含有元素分析を行う際に用いる分光分析装置の照射光のスポット径を微細なものとする必要があり、装置が大がかりなものとなってしまう。
(Fourth process)
The fourth step of the measurement method of the present embodiment is a step of cutting a resist layer of a sample that has been subjected to PEB processing or stored at a low temperature in the above step (FIG. 1C). That is, the resists of the two resist-coated substrate samples are cut in an oblique direction with a blade to form an inclined surface on the resist layer. Specifically, the cutting device used in this step cuts the resist layer in an oblique direction using a cutting tool such as a diamond blade to form an inclined surface. In this step, the angle of the inclined surface to be formed, that is, the angle formed between the substrate surface and the inclined surface is preferably in the range of 10 to 0.1 °. When the angle of the inclined surface is less than the above range, the signal intensity obtained from the contained element is reduced in elemental analysis performed in a subsequent process, and it is difficult to detect a trace amount contained component. On the other hand, if the angle of the inclined surface exceeds the above range, it is necessary to make the spot diameter of the irradiation light of the spectroscopic analyzer used in the element analysis in the subsequent process fine, and the apparatus is large. End up.

また、前記傾斜面は鏡面に近い状態となるように切削加工することが好ましい。表面が粗面である場合には、成分分析の際のノイズが過大となり好ましくない。   Further, it is preferable that the inclined surface is cut so as to be in a state close to a mirror surface. When the surface is rough, noise during component analysis becomes excessive, which is not preferable.

このような切削装置は、概略サンプルを保持する試料台、及びサンプル表面のレジスト層を切削する刃物を保持する刃物ホルダー、及びこの刃物ホルダーを摺動自在に支持し所定の軌跡で移動させる刃物ホルダーガイド等から主としてなっている。この装置は、サンプルのレジスト中に含有される物質に変化が生じないように、低温に維持できる温度制御装置が付加されていることが好ましい。
このような装置は、東レリサーチセンターが開発しており、同社から一般に入手可能である。
Such a cutting apparatus includes a sample stage for holding a rough sample, a blade holder for holding a blade for cutting a resist layer on the surface of the sample, and a blade holder for slidably supporting the blade holder and moving it in a predetermined path. Mainly from guides. This apparatus is preferably provided with a temperature control device that can be kept at a low temperature so that the substance contained in the sample resist does not change.
Such a device has been developed by the Toray Research Center and is generally available from the company.

(第5の工程)
本実施の形態の測定方法の第5の工程は、前記レジスト層の傾斜面を、微少領域定量分析手段によって成分分析して酸濃度分布を決定する工程である(図1(d))。この工程において用いることができる分析装置としては、XPSやSIMSのようなX線蛍光分析装置が挙げられる。この装置は、サンプル表面にX線のスポットを照射し、その結果サンプルから放出される蛍光を分光分析することにより含有物質を検出するものであり、その信号出力から当該物質の含有量を定量的に決定することができる。
また、この工程において、サンプル表面に照射するX線を走査することによって、レジスト層の傾斜面に存在する酸分子の分布量を測定することができる。
この工程において、照射するX線のスポットは、精度良く酸拡散定数を測定するためには、微細なほど好ましいが、概ね、10〜1000nmの範囲とすることが好ましい。X線スポット径が上記範囲より小さくするためには、装置が大がかりとなり、不経済である。一方、スポット径が上記範囲を上回ると、広い領域に存在する酸分子を定量することになり、測定する酸濃度分布の精度が低下する。
(Fifth step)
The fifth step of the measurement method according to the present embodiment is a step of determining the acid concentration distribution by analyzing the components of the inclined surface of the resist layer by a micro area quantitative analysis means (FIG. 1 (d)). An analyzer that can be used in this step includes an X-ray fluorescence analyzer such as XPS or SIMS. This device irradiates a sample surface with an X-ray spot and, as a result, spectroscopically analyzes the fluorescence emitted from the sample, and detects the contained substance quantitatively from the signal output. Can be determined.
Further, in this step, the amount of acid molecules distributed on the inclined surface of the resist layer can be measured by scanning X-rays irradiated on the sample surface.
In this step, the X-ray spot to be irradiated is preferably as fine as possible in order to accurately measure the acid diffusion constant, but it is generally preferable to set the spot within a range of 10 to 1000 nm. In order to make the X-ray spot diameter smaller than the above range, the apparatus becomes large and uneconomical. On the other hand, when the spot diameter exceeds the above range, acid molecules existing in a wide area are quantified, and the accuracy of the acid concentration distribution to be measured is lowered.

図4に、上記工程によって得られる酸濃度分布を可視化したグラフの例を示す。図4は、前記PEB処理したサンプルおよび低温保存サンプルについて、露光によって生成した酸分子を上記手段によって定量分析し、サンプルの表面からの深さを横軸に、また縦軸に酸分子の含有量をプロットしたものである。図4に見られるように、レジスト層の厚さ方向に照射した露光光によって発生した定在波光強度の大きな部分に多量の酸が存在し、定在波強度の低い部分については少量の酸が存在することを示している。そして、低温保存したサンプルについては、比較的光強度の大きな部分と光強度の低い部分とで、含有する酸の濃度が大きく異なるのに対して、PEB処理によって加熱されたサンプルについては、酸の濃度の変化が緩和されており、これは加熱によって酸が熱拡散していることを示している。このように、露光によって生じた定在波によって発生する酸分子の分布を、加熱して拡散させたサンプルと、このような処理をしていない基準サンプルとを比較することによって、酸分子の酸拡散定数を算出することが可能になる。   In FIG. 4, the example of the graph which visualized the acid concentration distribution obtained by the said process is shown. FIG. 4 shows the results of quantitative analysis of acid molecules generated by exposure of the PEB-treated sample and the cryopreserved sample by the above-mentioned means, and the depth from the surface of the sample is plotted on the horizontal axis and the content of acid molecules on the vertical axis. Are plotted. As shown in FIG. 4, a large amount of acid is present in a portion having a large standing wave light intensity generated by exposure light irradiated in the thickness direction of the resist layer, and a small amount of acid is present in a portion having a low standing wave intensity. Indicates that it exists. For samples stored at a low temperature, the concentration of the acid contained in the portion with relatively high light intensity and the portion with low light intensity differ greatly, whereas for the sample heated by PEB treatment, The change in concentration is moderated, which indicates that the acid is thermally diffused by heating. Thus, by comparing the distribution of acid molecules generated by standing waves generated by exposure with a sample that has been heated and diffused, and a reference sample that has not been treated in this way, It becomes possible to calculate the diffusion constant.

(第6の工程)
本実施の形態の第6の工程では、前記工程によって、得られる2つのサンプルの酸含有量分布のデータを元に、前記工程によって得られる2つのサンプルの成分分布を比較して、前記レジスト中に存在する酸の酸拡散定数を決定する。具体的には、前記加熱処理されていない基準の酸分子の分布を始状態とし、計算機上で酸拡散定数を変動させて拡散方程式をシミュレートした結果と、実測データとを照合することにより、実測データにおける酸拡散定数を決定することが可能となる。この工程において用いる計算機としては、汎用のパーソナルコンピュータや、ワークステーションなどを採用することができる。
(Sixth step)
In the sixth step of the present embodiment, based on the acid content distribution data of the two samples obtained by the step, the component distributions of the two samples obtained by the step are compared, and The acid diffusion constant of the acid present in Specifically, by starting the distribution of the reference acid molecules that have not been heat-treated, the result of simulating the diffusion equation by varying the acid diffusion constant on the computer, and checking the measured data, It becomes possible to determine the acid diffusion constant in the measured data. As a computer used in this step, a general-purpose personal computer, a workstation, or the like can be employed.

本発明の酸拡散定数決定方法のプロセスを説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the process of the acid diffusion constant determination method of this invention. レジストに露光光を照射し定在波を生成している状態を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the state which irradiates exposure light to a resist and has produced the standing wave. レジスト層を斜めに切削加工したサンプルの断面図。Sectional drawing of the sample which cut the resist layer diagonally. 本発明の酸拡散定数決定の過程を示すためのグラフ。The graph for showing the process of the acid diffusion constant determination of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11…基板
12…レジスト層
13…露光光
14…切削加工で形成した傾斜面
15…成分分析のためのX線
21…定在波の光強度が強い部分
22…定在波の光強度が弱い部分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Board | substrate 12 ... Resist layer 13 ... Exposure light 14 ... Inclined surface formed by cutting 15 ... X-ray for component analysis 21 ... The part with strong light intensity of standing wave 22 ... The light intensity of standing wave is weak portion

Claims (4)

光酸発生剤を添加したレジスト溶液を、少なくとも2枚の基板上に塗布してレジスト塗布基板サンプルを作成する工程と、
前記複数のレジスト塗布基板サンプルに、レーザー光を照射して前記レジストを露光する工程と、
前記露光したレジスト塗布基板サンプルの一方を低温に保持し、他方を加熱する工程と、
前記2枚のレジスト塗布基板サンプルのレジストを、刃物により斜め方向に切削して前記レジストに傾斜面を形成する工程と、
前記低温保持サンプルと前記加熱サンプルのレジストの傾斜面を、微少領域定量分析手段によって成分分析して酸成分の分布を決定する工程と、
前記工程によって得られる2つの酸成分分布を比較して、前記レジスト中に存在する酸の拡散定数を決定することを特徴とする酸拡散定数測定方法。
Applying a resist solution to which a photoacid generator has been added on at least two substrates to create a resist-coated substrate sample;
Irradiating the plurality of resist-coated substrate samples with laser light to expose the resist; and
Holding one of the exposed resist-coated substrate samples at a low temperature and heating the other;
Cutting the resist of the two resist-coated substrate samples in an oblique direction with a blade to form an inclined surface on the resist; and
Analyzing the inclined surfaces of the resist of the low temperature holding sample and the heated sample by a component analysis by a micro area quantitative analysis means, and determining the distribution of acid components
A method for measuring an acid diffusion constant, comprising: comparing two acid component distributions obtained by the step to determine a diffusion constant of an acid present in the resist.
前記レジストが、化学増幅型レジストであることを特徴とする請求項1に記載の酸拡散定数測定方法。   The acid diffusion constant measuring method according to claim 1, wherein the resist is a chemically amplified resist. 前記露光光が、KrFエキシマレーザーであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の酸拡散定数測定方法。   The acid diffusion constant measuring method according to claim 1, wherein the exposure light is a KrF excimer laser. 前記刃物が、ダイヤモンド刃であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の酸拡散定数測定方法。


The acid diffusion constant measuring method according to any one of claims 1 to 3, wherein the blade is a diamond blade.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008281528A (en) * 2007-05-14 2008-11-20 Nitto Bunseki Center:Kk Pretreatment method and pretreatment apparatus of thin film laminated material

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