JP2802177B2 - フォトレジスト表面の溶解速度の測定方法 - Google Patents
フォトレジスト表面の溶解速度の測定方法Info
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- JP2802177B2 JP2802177B2 JP5172691A JP5172691A JP2802177B2 JP 2802177 B2 JP2802177 B2 JP 2802177B2 JP 5172691 A JP5172691 A JP 5172691A JP 5172691 A JP5172691 A JP 5172691A JP 2802177 B2 JP2802177 B2 JP 2802177B2
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- resist
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【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フォトレジス
トの溶解速度の測定方法に関する。
ロセスに含まれる、写真製版工程におけるフォトレジス
トの溶解速度の測定方法に関する。
【０００２】
【従来技術】フォトレジストは、従来より広く半導体製
造工程において用いられてきたが、近年、さらに集積度
の向上の要望に対応するため、解像度の向上、すなわち
得られる回路の線幅をより細くすることが求められてき
た。
造工程において用いられてきたが、近年、さらに集積度
の向上の要望に対応するため、解像度の向上、すなわち
得られる回路の線幅をより細くすることが求められてき
た。
【０００３】レジストの解像度及び焦点深度は一般的に
次式で示される。
次式で示される。
【０００４】Ｒ＝ｋλ／ＮＡ Ｒ：限界解像力 ｋ：フォトレジスト材料及びプロセスにより決定される
定数 λ：露光波長 ＮＡ：投影レンズの開口数 ＤＯＦ＝±λ／２（ＮＡ）2 ＤＯＦ＝焦点深度 露光波長λを小さくするか、ＮＡを大きくするか、ｋを
小さくすると限界解像力Ｒは向上する、λを小さくする
ことはレジストの吸収係数の増加を伴い、従来のレジス
トではパターニングが困難である。ＮＡの増大は上式に
示す様に焦点深度の劣化を伴うので余り大きくすること
ができない。
定数 λ：露光波長 ＮＡ：投影レンズの開口数 ＤＯＦ＝±λ／２（ＮＡ）2 ＤＯＦ＝焦点深度 露光波長λを小さくするか、ＮＡを大きくするか、ｋを
小さくすると限界解像力Ｒは向上する、λを小さくする
ことはレジストの吸収係数の増加を伴い、従来のレジス
トではパターニングが困難である。ＮＡの増大は上式に
示す様に焦点深度の劣化を伴うので余り大きくすること
ができない。
【０００５】そこでｋを小さくしようとする試みがなさ
れるようになってきた。その１例としてレジスト膜を露
光前にアルカリで表面処理をおこなってレジストの表面
の溶解速度を低下させることによりレジストのコントラ
ストを向上させる手法が報告されている。（遠藤他、１
９８８春季応用物理学会関係連合講演会、講演番号２８
−Ｈ−７，Ｐ．５０９）現在、レジスト膜の表面の溶解
速度を低下させてレジストのコントラストを向上させる
手法は、これ以外に２〜３の報告がある。しかし、レジ
スト表面の溶解速度を精密に測定する技術が無いために
溶解抑止効果と処理パラメータの関係はパターニング後
のＳＥＭ写真により判断するより方法が無かった。そこ
で、溶解抑止層（レジスト膜表面）の溶解速度を精密に
測定する測定方法の開発が望まれるのである。
れるようになってきた。その１例としてレジスト膜を露
光前にアルカリで表面処理をおこなってレジストの表面
の溶解速度を低下させることによりレジストのコントラ
ストを向上させる手法が報告されている。（遠藤他、１
９８８春季応用物理学会関係連合講演会、講演番号２８
−Ｈ−７，Ｐ．５０９）現在、レジスト膜の表面の溶解
速度を低下させてレジストのコントラストを向上させる
手法は、これ以外に２〜３の報告がある。しかし、レジ
スト表面の溶解速度を精密に測定する技術が無いために
溶解抑止効果と処理パラメータの関係はパターニング後
のＳＥＭ写真により判断するより方法が無かった。そこ
で、溶解抑止層（レジスト膜表面）の溶解速度を精密に
測定する測定方法の開発が望まれるのである。
【０００６】溶解速度の測定方法としては、レジスト上
面から光を照射し、その光の反射光強度の時間変化をモ
ニターし、膜厚の変化にともなう反射光強度の変化のモ
デルの計算結果と比較することにより溶解速度を求める
方法が、本発明者らにより提案された（特願平２−１５
４２２０号）。
面から光を照射し、その光の反射光強度の時間変化をモ
ニターし、膜厚の変化にともなう反射光強度の変化のモ
デルの計算結果と比較することにより溶解速度を求める
方法が、本発明者らにより提案された（特願平２−１５
４２２０号）。
【０００７】しかし、この方法では単一波長により反射
光のモニターを行っていたため、より精度の高い測定を
行う場合には、以下のような不都合が生じることがあっ
た。 １）レジストを現像する際には、露光された部分が現像
液に溶解する。この溶解物は光を吸収するが、現像液中
に漂うためノイズとして干渉波形に取り込まれてしま
う。この溶解物が吸収する波長はレジストの種類により
異なるので、単一の波長でモニターした場合、モニター
波長がレジストが吸収する波長であるときには、データ
にノイズ成分が多く含まれることとなり好ましくない。
光のモニターを行っていたため、より精度の高い測定を
行う場合には、以下のような不都合が生じることがあっ
た。 １）レジストを現像する際には、露光された部分が現像
液に溶解する。この溶解物は光を吸収するが、現像液中
に漂うためノイズとして干渉波形に取り込まれてしま
う。この溶解物が吸収する波長はレジストの種類により
異なるので、単一の波長でモニターした場合、モニター
波長がレジストが吸収する波長であるときには、データ
にノイズ成分が多く含まれることとなり好ましくない。
【０００８】２）溶解速度は、実測波形とモデル波形と
を比較することにより算出されるが、モデル波形を計算
するに際して、レジスト膜の屈折率が必要となる。しか
し、これを正確に求めることは難く、通常は便宜上露光
波長に対する値を使用している。この露光波長に対する
屈折率は、モニター波長に対する実際の屈折率と若干異
なるので、測定された溶解速度も微量ながら誤差を含む
結果となる。
を比較することにより算出されるが、モデル波形を計算
するに際して、レジスト膜の屈折率が必要となる。しか
し、これを正確に求めることは難く、通常は便宜上露光
波長に対する値を使用している。この露光波長に対する
屈折率は、モニター波長に対する実際の屈折率と若干異
なるので、測定された溶解速度も微量ながら誤差を含む
結果となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決し、任意の時間及び任意の膜厚におけるフォト
レジストの溶解速度を測定する方法を提供することを目
的とする。
点を解決し、任意の時間及び任意の膜厚におけるフォト
レジストの溶解速度を測定する方法を提供することを目
的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる、フォト
レジスト表面の溶解速度の測定方法についてベアＳｉウ
エハ上の単層フォトレジスト膜の場合を例に説明する。
レジスト表面の溶解速度の測定方法についてベアＳｉウ
エハ上の単層フォトレジスト膜の場合を例に説明する。
【００１１】１ 実測干渉波形の収集 自動現像終点検出装置（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｒｏｃ
ｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：以下ＡＰＣと記す）の
システムブロック図を図１に示す。
ｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：以下ＡＰＣと記す）の
システムブロック図を図１に示す。
【００１２】広帯域光源から出る光によりフォトレジス
ト自身が露光されることのないようにイエローフィルタ
ーを通す。この光は、光ファイバを通りインライン現像
モジュール上にマウントしたオプティカルレンズを介し
てウエーハ上に照射される。ウエーハ上で反射された光
は、受光側の光ファイバを通り複数の狭帯域化フィルタ
を通ってフォトディテクタに入る。選択可能な波長は４
８０−１０００ｎｍである。フォトディテクタからの出
力はデジタイズされコンピュータに入力された後、数学
的にフィルタリングされハードディスクに格納される。
ト自身が露光されることのないようにイエローフィルタ
ーを通す。この光は、光ファイバを通りインライン現像
モジュール上にマウントしたオプティカルレンズを介し
てウエーハ上に照射される。ウエーハ上で反射された光
は、受光側の光ファイバを通り複数の狭帯域化フィルタ
を通ってフォトディテクタに入る。選択可能な波長は４
８０−１０００ｎｍである。フォトディテクタからの出
力はデジタイズされコンピュータに入力された後、数学
的にフィルタリングされハードディスクに格納される。
【００１３】単色光が現像中のフォトレジストに当たる
とフォトレジスト表面からの反射光と基板面からの反射
光とが干渉し、レジスト厚みが変化するにつれ、その反
射強度が正弦波状に観測される。現像の進行と得られた
干渉波の関係を図２に示す。ここでＣ点はレジスト膜が
消失した時間（Ｂｒｅａｋ Ｐｏｉｎｔ Ｔｉｍｅ：以
下ＢＰＴと記す）に対応している。この正弦波状に変化
する各波長の干渉波をコンピュータを用いて解析するこ
とによりフォトレジストの溶解速度を算出することがで
きる。
とフォトレジスト表面からの反射光と基板面からの反射
光とが干渉し、レジスト厚みが変化するにつれ、その反
射強度が正弦波状に観測される。現像の進行と得られた
干渉波の関係を図２に示す。ここでＣ点はレジスト膜が
消失した時間（Ｂｒｅａｋ Ｐｏｉｎｔ Ｔｉｍｅ：以
下ＢＰＴと記す）に対応している。この正弦波状に変化
する各波長の干渉波をコンピュータを用いて解析するこ
とによりフォトレジストの溶解速度を算出することがで
きる。
【００１４】溶解速度の計算方法 溶解速度の計算は、実測で求めた反射強度とモニタ時間
の関係のデータとコンピュータによりシミュレーション
した反射強度データを相互に比較することにより行う。
の関係のデータとコンピュータによりシミュレーション
した反射強度データを相互に比較することにより行う。
【００１５】１．レジスト表面の反射強度の計算 今、構成されている基板のモデルとその時のパラメータ
を図３に示す。基板があり、基板の屈折率をｎo 、その
膜厚は基板上に存在する薄膜と比べて圧倒的に厚いもの
とする。この基板上に第１層，・・・、第ｊ層、・・
・、そして最上層の第ｍ層が存在する。この時の各膜の
屈折率をそれぞれｎ1 、・・・、ｎj 、・・・、ｎm 、
または膜厚をｘ1、・・・、ｘj 、・・・、ｘm とす
る。ここでは、最上層の第ｍ層はレジスト膜、その上は
現像液となる。現像液の屈折率はｎde v とする。この場
合、平坦な境界を持つ、複数の材質からなる多層膜に垂
直に一様な単色光が入射した場合について考える。第ｊ
層に対して反射係数は、
を図３に示す。基板があり、基板の屈折率をｎo 、その
膜厚は基板上に存在する薄膜と比べて圧倒的に厚いもの
とする。この基板上に第１層，・・・、第ｊ層、・・
・、そして最上層の第ｍ層が存在する。この時の各膜の
屈折率をそれぞれｎ1 、・・・、ｎj 、・・・、ｎm 、
または膜厚をｘ1、・・・、ｘj 、・・・、ｘm とす
る。ここでは、最上層の第ｍ層はレジスト膜、その上は
現像液となる。現像液の屈折率はｎde v とする。この場
合、平坦な境界を持つ、複数の材質からなる多層膜に垂
直に一様な単色光が入射した場合について考える。第ｊ
層に対して反射係数は、
【００１６】
【００１７】λは入射光の波長を表す。ｎj は第ｊ層の
屈折率で、一般的に光の吸収を扱うため複素数である。
すなわちＦj ，Φj，ｒj はすべて複素数となってい
る。この式を次の境界条件のもとで解く。境界条件は基
板表面で、
屈折率で、一般的に光の吸収を扱うため複素数である。
すなわちＦj ，Φj，ｒj はすべて複素数となってい
る。この式を次の境界条件のもとで解く。境界条件は基
板表面で、
【００１８】
【００１９】
【００２０】であり、最終的には系の表面での反射強度
は、
は、
【００２１】
【００２２】として求められる。
【００２３】２．レジスト溶解速度の計算 このようにして求めたレジスト表面の反射強度の計算結
果に基づいて、これに実測で得た反射強度と現像時間の
関係のデータをあてはめ、レジストの溶解速度を求め
る。図４にその手順を示す。すなわち、計算で求めた反
射強度の結果のうち、あるフリンジＰ−Ｑ間に着目する
と、反射強度ＲをΔＲに分割して反射強度Ｒと膜厚Ｔの
組み合わせの（Ｒ，Ｔ）テーブルが得られる。一方、実
測で得た反射強度と時間のデータからは、シミュレーシ
ョンで得た反射強度に対応するフリンジＰ−Ｑ間を規格
化し、反射強度ＲをΔＲに分割することにより、反射強
度Ｒと時刻ｔの組み合わせの（Ｒ，ｔ）テーブルが得ら
れる。この二つのテーブルは共通のパラメータとして反
射強度Ｒを持つため、このＲを消去することにより膜厚
Ｔとその時の時刻ｔの（Ｔ，ｔ）テーブルが得られる。
以上により、ある波長のレジスト溶解速度は次式により
求められる。
果に基づいて、これに実測で得た反射強度と現像時間の
関係のデータをあてはめ、レジストの溶解速度を求め
る。図４にその手順を示す。すなわち、計算で求めた反
射強度の結果のうち、あるフリンジＰ−Ｑ間に着目する
と、反射強度ＲをΔＲに分割して反射強度Ｒと膜厚Ｔの
組み合わせの（Ｒ，Ｔ）テーブルが得られる。一方、実
測で得た反射強度と時間のデータからは、シミュレーシ
ョンで得た反射強度に対応するフリンジＰ−Ｑ間を規格
化し、反射強度ＲをΔＲに分割することにより、反射強
度Ｒと時刻ｔの組み合わせの（Ｒ，ｔ）テーブルが得ら
れる。この二つのテーブルは共通のパラメータとして反
射強度Ｒを持つため、このＲを消去することにより膜厚
Ｔとその時の時刻ｔの（Ｔ，ｔ）テーブルが得られる。
以上により、ある波長のレジスト溶解速度は次式により
求められる。
【００２４】
【００２５】これを各波長のデータについて計算を行い
最終的な溶解速度は
最終的な溶解速度は
【００２６】
【００２７】各波長の溶解速度ＶDEVnの相加平均を求め
て最終的な溶解速度とする。
て最終的な溶解速度とする。
【００２８】本発明にかかる方法のように、複数波長で
モニターし、その相加平均を取れば、前述のノイズ成分
に起因する誤差を減少させることができ、また、実際の
屈折率と計算に使用されている屈折率とのずれをも平均
化することができる。従ってより正確な結果を得ること
ができる。
モニターし、その相加平均を取れば、前述のノイズ成分
に起因する誤差を減少させることができ、また、実際の
屈折率と計算に使用されている屈折率とのずれをも平均
化することができる。従ってより正確な結果を得ること
ができる。
【００２９】実施例 Ｓｉ基板上の住友化学工業（株）製の超高解像ｉ線レジ
ストＰＦＩ−１５（１．０μｍ厚）をｉ線ステッパで露
光して試料とした。現像過程での３種類の波長による実
測波形を図５に、又３種類の波長における反射強度シミ
ュレーションを図６に示す。図７には本方式を用いて求
めた表面層約１００ｎｍにおけるレジスト溶解速度分布
の測定結果を、３種類の単波長による測定結果とともに
示す。本測定方法を用いると、表面難溶化層を有するレ
ジスト膜の表面層の溶解速度を精密に求めることが出来
る。
ストＰＦＩ−１５（１．０μｍ厚）をｉ線ステッパで露
光して試料とした。現像過程での３種類の波長による実
測波形を図５に、又３種類の波長における反射強度シミ
ュレーションを図６に示す。図７には本方式を用いて求
めた表面層約１００ｎｍにおけるレジスト溶解速度分布
の測定結果を、３種類の単波長による測定結果とともに
示す。本測定方法を用いると、表面難溶化層を有するレ
ジスト膜の表面層の溶解速度を精密に求めることが出来
る。
【図１】図１は本発明にかかる方法の実施に用いるシス
テムの一例を示す模式図。
テムの一例を示す模式図。
【図２】図２は反射強度のモデルとレジストの溶解状況
を示す図。
を示す図。
【図３】図３はフォトレジストのモデルとパラメータを
示す図。
示す図。
【図４】図４は溶解速度の計算方法のフローを示す図。
【図５】図５は実施例１における各波長における実測波
形。
形。
【図６】図６は各波長における反射強度のシュミレーシ
ョン。
ョン。
【図７】図７は実施例１の結果を示す図。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G03F 7/26
Claims (1)
- 【請求項１】 レジストの現像工程において、レジスト
上面から照射した光の反射光強度の時間変化を複数の波
長によりモニターし、膜厚の変化に伴う反射光の強度変
化を各波長についてのモデルの計算結果と比較すること
により、各波長ごとに反射強度の時間変化を測定し、求
められたそれぞれの溶解速度の相加平均から溶解速度を
求めることを特徴とするフォトレジスト表面の溶解速度
の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5172691A JP2802177B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | フォトレジスト表面の溶解速度の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5172691A JP2802177B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | フォトレジスト表面の溶解速度の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04287045A JPH04287045A (ja) | 1992-10-12 |
| JP2802177B2 true JP2802177B2 (ja) | 1998-09-24 |
Family
ID=12894893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5172691A Expired - Lifetime JP2802177B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | フォトレジスト表面の溶解速度の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2802177B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004153163A (ja) * | 2002-10-31 | 2004-05-27 | Renesas Technology Corp | 露光装置の制御方法および装置 |
| CN112229987A (zh) * | 2020-08-14 | 2021-01-15 | 陕西彩虹新材料有限公司 | 一种光刻胶用线性酚醛树脂碱溶解速率的测试方法 |
-
1991
- 1991-03-15 JP JP5172691A patent/JP2802177B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04287045A (ja) | 1992-10-12 |
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