JP2544161B2

JP2544161B2 - 現像方法

Info

Publication number: JP2544161B2
Application number: JP26244587A
Authority: JP
Inventors: 裕彦佐藤; 淳関口
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1987-10-16
Filing date: 1987-10-16
Publication date: 1996-10-16
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: JPH01105535A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は半導体集積回路装置を製造するプロセスに含
まれる写真製版工程におけるレジスト（フォトレジス
ト）の現像方法に関するものである。

（従来技術）半導体集積回路装置を製造するプロセスには写真製版
工程が含まれる。写真製版工程では、下地上にレジスト
を塗布し、マスクを介して、又は縮小投影露光ではレテ
ィクルを介して、光を照射してレジストを露光し、その
後現像してレジストのパターンを形成する。

現像は例えばスプレー現像法やパドル現像法により一
定時間だけ行なう。現像工程ではネガ型レジストの場合
には光の照射の行われなかった部分が現像液に溶解し、
ポジ型レジストでは光照射の行われた部分が現像液に溶
解することによってレジストのパターンが形成される。
一定時間経過後にリンスを行うことによって現像液を除
去し、現像を停止する。

しかし、現像時間を一定にすると、例えば露光エネル
ギーがばらついたり、レジストの膜厚がばらついたり、
又は下地の反射率がばらついた場合、現像で形成される
レジストパターンの寸法がばらついてくる。

そこで、現像中の下地面上にレジスト側から光を照射
し、その反射光を検出してその強度変化の最後の極小点
までの時間を検出し、その時間を基準にして総現像時間
を決定する方法が提案されている。（「Solid State Te
chnology（日本版）」、1985年７月号参照）。

その方法の骨子は次のようなものである。

現像開始からの時間経過に伴なって、第２図に示され
るように下地３上のレジスト14にはB,C,D,Eのようにレ
ジストパターンが形成されていく。このとき、レジスト
14の上方から下地３に光を照射し、その反射光を検出す
ると、その検出信号の強度変化は第３図に示されるよう
に山と谷をもつ波形となる。これは、レジスト14の表面
からの反射光と下地３の表面からの反射光の間で干渉が
起こり、山と谷をもつ波形が現れるのである。第３図
で、A,B,C……は第２図のA,B,C……のパターンと対応し
ている。Ａの時点ではまだ現像が進んでいないが、現像
が進むにつれて波形に山と谷が生じる。この山と谷の周
期はレジストの膜厚がλ/2n分現像されたのと対応す
る。λは監視している光の波長、ｎはレジスト14の屈折
率である。Ｃの時点ではレジスト14がλ/4nだけ残って
おり、Ｄの時点は下地３まで現像が進んで下地３の一部
が露出したことを表している。Ｄの時点以後は山と谷は
現われず、下地３の露出面積が増大してくるに従って反
射光強度が徐々に増大していく。

上記の方法ではこの極小点Ｃが現われるまでの時間を
検出し、その時間に所定の倍率（定数）をかけて総現像
時間を決定する。

極小点Ｃが現れわれるまでの時間に所定の倍率をかけ
るのは、所定のレジストパターン寸法を得るためであ
る。倍率はレジストパターンの仕上り寸法によって経験
的に決定される。

上記の方法は、シリコン基板上にレジストパターンを
形成する場合にはよく適用することができる。しかしな
がら、アルミニウム下地のように反射率の大きい下地の
上にレジストパターンを形成する場合には、上記の方法
によって反射光を検出すると、第３図に示されるような
明瞭な山と谷をもつ波形は現われず、その波形は第４図
に示されるような形状になる。したがって、極小点Ｃを
検出することは困難である。

また、アルミニウム下地のように反射率の大きい下地
の上にレジストパターンを形成する場合には、レジスト
に吸光剤を混入しておくのが一般的である。吸光剤を混
入させたレジストを露光し現像すると、現像速度は表面
から内部に進むに従がって小さくなっていく。そのた
め、第４図の波形から現像終点までの時間を検出するこ
とができたとしても、その時間に定数をかけて総現像時
間を制御すると、でき上るレジストパターンの寸法は一
定にはならない。

（目的）本発明は下地がアルミニウムのように反射率の大きい
場合でも、現像の終点を光学的に検出することにより総
現像時間を制御してレジストパターンの仕上り寸法を安
定化させることを目的とするものである。

（構成）本発明では、反射率の高い下地面上にレジスト側から
光を照射し、その反射光を検出してその強度が増大して
一定になるまでの時間を検出し、その時間の二次関数と
して総現像時間を決定する。

下地がアルミニウムのように反射率の大きい場合に
は、レジスト側から照射された光の反射光強度は第４図
に示されるようになり、下地が露出し始めるＤ点で反射
光が急激に増大する。そこで、本発明ではこのＤ点を検
出する。

また、総現像時間をＤ点までの時間の二次関数として
表現すると、でき上るレジストパターンの寸法の再現性
が向上することを見つけ出した。

以下、実施例について具体的に説明する。

まず、第１図に本発明を実施する装置の一例を示す。

１はスピン装置のチャックであり、回転軸２によって
回転させられる。13はスピン装置のモータを回転させる
モータ駆動回路である。チャック１には吸引機構が備え
られ、下地３を吸引して装着するようになっている。下
地３の上方には現像液供給機構４とリンス液供給機構５
とが備えられている。現像液供給機構４からは下地３の
半径方向に幅1cm程度、長さ10cm程度の帯状に現像液が
吹きつけられ、下地３がスピン装置によって回転させら
れることにより下地３上に均一に現像液が液盛りされ
る。リンス液供給機構５も同様にリンス液を下地３上に
吹きつけることができる。

６は下地３上のレジストの膜厚を測定する光学系の長
波長を有する光源であり、例えばタングステンランプや
水銀灯などが用いられる。７は光源６からの光のうちレ
ジストを感光させない波長の光を通すためのフィルタで
あり、例えば460nm以下の短波長の光を遮蔽するフィル
タが使用される。８はフィルタ７を通った光を下地３上
に導く光ファイバ束であり、下地３上での光の直径が例
えば10mm程度になるように照射する。

光ファイバ束８はまた、下地３からの反射光を導く役
目もしている。光ファイバ８で導かれた反射光はフィル
タ11を経てフォトトランジスタ10で受光される。フィル
タ11は特定の波長範囲の光のみを透過させる狭帯域バン
ドパスフィルタであり、下地３の種類などによって最も
S/N比の大きくなるような波長を選択できるものを使用
する。フォトレジスタ10の検出信号はA/Dコンバータ15
を経てデジタル信号に変換され、コンピュータ12に取り
込まれて波形の解析が行われ、その波形解析の結果から
リンス液供給機構５やモータ駆動回路13を制御する。コ
ンピュータ12としては市販のパーソナルコンピュータを
使用することができる。

本発明方法を適用するに当たり、第４図で下地が露出
するＤ点までの時間をTdとし、総現像時間をＴとする。

ＴとTdの関係をＴ＝（Ａ×Td＋Ｂ）Td ……（１）と表わす。しかし、これ以外の二次関数形であってもよ
い。

Ａ、Ｂは定数である。定数Ａ、Ｂは、同じレジストを
使用し、露光時間と総現像時間Ｔを変えて現像を行い、
レジストパターン寸法を測定する。測定される時間Td
と、レジストパターン寸法を所定の寸法にするための総
現像時間Ｔとから、上記の（１）式により定数Ａ、Ｂを
決定する。

下地３としてアルミニウム基板を使用し、その上にポ
ジ型レジストTSMR8800シリーズ（東京応化社の商品名）
を約1.9μｍの厚さに塗布する。このレジストは吸光剤
を含んでいる。

このレジストを、１μｍのパターンをもつマスクを介
して露光し、レジストパターンの仕上がり寸法が１μｍ
になるように定数Ａ、Ｂを決定すると、Ａ＝0.328 Ｂ＝0.887 となった。マスク上のパターン寸法とレジストパターン
の仕上り寸法を変えると、定数Ａ、Ｂも変ってくる。

Ｄ点までの時間Tdを検出し、総現像時間Ｔを制御する
過程を第５図により説明する。

レジストの露光を行なった後の下地３を装着したスピ
ン装置を回転させ、現像液供給機構４から現像液を吹き
つけて現像液を液盛りした後、コンピュータ12は時間の
計測を開始し、スピン装置を停止し、フォトトランジス
タ10からA/Dコンバータ15を経てデータを取り込む。そ
して、反射光強度が一定になる点（Ｄ点）を検出するプ
ログラムを実行する。

コンピュータ12は、Ｄ点を検出すると、現像開始から
Ｄ点が検出されるまの時間Tdを計測し、予め実験的に定
められて設定された定数Ａ、Ｂを用いて第（１）式によ
り総現像時間Ｔを算出する。その算出された総現像時間
Ｔが経過した時点で現像を停止する。現像の停止は、リ
ンス液供給機構５からリンス液（例えば純水）を吹きつ
けるとともに、モータ駆動回路13を経てスピン装置を回
転させて現像液を除去することにより行なう。

一定時間後、リンス液の供給を止め、下地３の回転を
続けて下地３を乾燥させる。

実施例で示したポジ型レジストTSMR8800シリーズを約
1.9μｍの厚さに塗布し、１μｍ幅のパターンを残す場
合の最適な露光時間は1.0秒である。露光時間を0.8秒か
ら1.2秒の範囲で変化させて露光量を±20％変化させた
場合のレジストパターン寸法を、本発明に従がって現像
を行った場合と、従来の方法により現像を行った場合の
レジストパターンのライン幅を第６図に示す。白丸は本
発明の場合であり、ほぼ1.0μｍのレジストパターンが
残り、この露光量の範囲で一定した仕上り寸法を示して
いる。一方、黒丸は従来の方法により最後の極小点Ｃを
検出し、Ｃ点までの時間に一定倍率をかけて総現像時間
を求めた場合である。従来の場合は露光時間が長くなる
に従ってレジストパターン幅が1.1〜0.95μｍまで細く
なっている。

第１図に示した装置ではフィルタ11の波長を選択する
ことにより、下地３の種類が変化した場合でもS/N比が
最大となるように設定することができる。

実施例は本発明をパドル現像法に適用した例を表わし
ているが、本発明はスプレー現像法にも適用することが
できる。

（効果）本発明では、現像中の下地面上にレジスト側から光を
照射し、その反射光を検出してその強度が増大して一定
になるまでの時間を検出し、その時間の二次関数として
総現像時間を決定するようにしたので、下地がアルミニ
ウム基板やアルミニウム薄膜のように反射率の大きい場
合に、露光エネルギーがばらついたり、レジスト膜厚が
ばらついたり、下地の反射率がばらついたりした場合で
も、それらのばらつきを露光時間の制御によって吸収
し、レジストパターンの仕上り寸法を安定化させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する装置の一例を示す概略図、第
２図は現像過程を時間とともに示すレジストの断面図、
第３図は下地の反射率が大きくない場合に得られる反射
光強度変化を示す波形図、第４図は下地の反射率が大き
い場合に得られる反射光強度変化を示す波形図、第５図
は一実施例を示すフローチャート、第６図は一実施例に
よる場合と従来の方法による場合のレジストパターンの
仕上り寸法の違いを示す図である。３……下地、４……現像液供給機構、５……リンス液供
給機構、６……光源、7,11……フィルタ、８……光ファ
イバ束、10……フォトトランジスタ、12……コンピュー
タ、13……モータ駆動回路、15……A/Dコンバータ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】反射率の高い下地上に塗布されたレジスト
が露光された後の現像工程で、下地面上にレジスト側か
ら光を照射し、その反射光を検出してその強度が増大し
て一定になるまでの時間を検出し、その時間の二次関数
として総現像時間を決定する現像方法。