JP3013393B2

JP3013393B2 - フォトレジスト塗布手段

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Publication number: JP3013393B2
Application number: JP2142678A
Authority: JP
Inventors: 則夫鈴木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-05-31
Filing date: 1990-05-31
Publication date: 2000-02-28
Anticipated expiration: 2015-02-28
Also published as: JPH0435018A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、フォトレジスト塗布手段に関する。フォト
レジストは、主としてフォトリソグラフィ技術におい
て、被加工基体上にこれを塗布し露光現像して所望のレ
ジストパターンを得るために用いられており、例えば、
半導体装置等の電子材料等のパターン形成の際の加工手
段として具体化されているが、本発明のフォトレジスト
塗布手段は、例えば上記のようなフォトレジスト利用の
各種の技術においてレジストを塗布する時に汎用できる
ものである。

〔発明の概要〕

本発明は、基板上にフォトレジストを塗布するレジス
ト塗布手段において、フォトレジストを塗布すべき基板
上の薄膜の厚さに関する情報を検知し、これに基づい
て、塗布すべきフォトレジストの適正塗布厚を求め、該
適正塗布厚でフォトレジストを塗布する構成とすること
により、フォトレジスト塗布膜厚の変動に伴う加工寸法
等の変動を抑え、高精度のパターニングを可能ならしめ
たものである。

〔従来の技術〕

フォトレジストによりレジストパターンを形成する場
合、被加工基板上に塗布形成したレジスト膜の膜厚に変
動があると、感度が変動し、レジストパターンの形状及
び寸法の変動が生じ、最終的な基板の加工寸法の変動を
生ずる原因となる。

即ち、フォトリソグラフィに用いられるフォトレジス
トは、一般にこれを露光する露光光がモノクローム（単
色）に近いため、基板からの反射光により定在波が発生
し、その干渉により、フォトレジスト膜厚変動がある
と、感度が変動する。第８図に、横軸にレジスト膜厚
（μｍ）をとり、縦軸に感知線幅（μｍ）で感度をとっ
て、その関係を示すとおりである。第８図は、光をほぼ
全反射する基板であるタングステンシリサイドWSi_x基板
上にレジストとしてPFR7750を塗布形成したものについ
て、λ_１＝4360Åの露光波長の光で、露光時間270ミリ
秒で露光を行ったときの結果である。図の如く、レジス
ト膜厚の増加に従い、感度は極大極小をもつ波状に変動
する。極大間の幅λ_２は、約1300Åであるが、これは、に相当する。（ｎはレジストの屈折率であり、この場合
約1.64である）。

感度の変動は、結果として加工線幅の変動となる。レ
ジスト膜厚が一つの試料内でばらつくと、該試料内での
加工変動となり、該試料の信頼性を損ない、また、試料
間でレジスト膜厚がばらつくと、試料間の性能変動が生
じてしまう。このように、レジスト膜厚変動は感度、加
工寸法の変動をもたらし、従って、加工プロセスパラメ
ータ変動として非常に重要となる。

上記感度変動は定在波発生に基づくが、これは入射光
（露光光）と反射光とによる干渉が原因であり、第８図
に示したように、上記した如くわずかλ₂/2≒650Åの変
動でPeak−peakを構成する。

上記のことから、リソグラフィプロセスでは、感度の
peakの山の部分を狙ってフォトレジスト膜厚を設定す
る。

ところが、一方、フォトリソグラフィ技術を用いて加
工製造する実際の半導体デバイス構造上では、レジスト
の下に透明薄膜（SiO₂、SiN等から成る薄膜）が存在す
る。即ち、かかる薄膜が存在しなければ、第４図（ａ）
に示すように、基板１表面上に直接フォトレジスト２
（屈折率ｎが、例えばｎ≒1.64）が形成され、図示の如
く該レジスト２を透過して基板１表面で露光光が反射す
るという挙動をとる。しかし実際の場合、多くは、第４
図（ｂ）に示す如く、基板１上に薄膜３が形成されてい
る（薄膜３の屈折率ｎは、例えば薄膜３がSiO₂膜の場合
ｎ＝1.45、窒化シリコンSiNの場合ｎ＝2.00である）。
この場合、この薄膜３上にフォトレジスト２を塗布する
ので、該薄膜３との界面で反射する反射光と、基板１
の表面で反射する反射光とが発生する挙動をとるよう
になる。ここで一般に反射光≪反射光であるため、
この定在波干渉の起きる膜厚は、レジスト２のみの厚さ
でなく、概ねレジスト２の膜厚と薄膜３の膜厚との和で
あることとなる。

従って、レジスト２の膜厚のみを制御しても、下地薄
膜３の厚さが変動すると、このレジスト膜厚制御だけで
は無意味ということになる。また下地薄膜３の厚さは、
その形成プロセス（酸化、CVD等）からみて、±10％程
度の変動は不可避の性格のものであり、薄膜３の精密な
制御は期待できない。

結局、上記の問題を解決するためにはレジスト２と下
地薄膜３の膜厚の和が常に一定になるようにフォトレジ
スト厚を制御すればよいわけであるが、上記のように薄
膜３自体の膜厚制御はきわめて困難であり、また、レジ
スト２の膜厚をこのように制御する具体的な実現手段も
見い出されていない。

〔発明の目的〕

本発明の上述した従来技術の問題点を解決し、下地基
板上に薄膜が存在する場合も、上記したようにレジスト
と下地薄膜の膜厚の和が常に一定になるようにフォトレ
ジスト厚を制御可能にでき、レジスト膜厚の変動に伴う
加工変動を制御性良く良好に防止でき、かつ更に高精度
なフォトリソグラフィ技術の提供せんことを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、基板上にフォト
レジストを塗布するレジスト塗布手段において、フォト
レジストを塗布すべき基板上の薄膜の厚さに関する情報
を検知し、これに基づいて、該フォトレジストと該薄膜
の膜厚の和が常に一定になるように塗布すべきフォトレ
ジストの適正塗布厚を求め、該適正塗布厚でフォトレジ
ストを塗布する構成とする。

本発明の構成について、後記詳述する本発明の一実施
例を示す第１図のフロー図を用いて説明すると、次のと
おりである。

本発明においては、第１図に例示するように、フォト
レジストを塗布すべき基板上の薄膜の膜厚に関する情報
（薄膜が存在しない場合は、その旨の情報）を検知し
（薄膜情報検知工程Ｉ）、膜厚データである該情報IIに
基づいて、塗布すべきフォトレジストの適正塗布厚（フ
ォトレジストと薄膜の膜厚の和が一定になるフォトレジ
ストの塗布厚）に関する情報を求め、これを図示例では
該膜厚を得るための回転数として求めて該回転数にする
ための制御信号IIIを送り、これにより該適正塗布厚で
フォトレジストを塗布する工程IVを行う。

〔作用〕

本発明のレジスト塗布手段においては、フォトレジス
トを塗布すべき基板上の薄膜の厚さに関する情報を検知
し、これに基づいて、塗布すべきフォトレジストの適正
塗布厚を求め、該適正塗布厚でフォトレジストを塗布す
る構成としたので、基板上に予め薄膜が形成されている
場合でも、適正膜厚でフォトレジスト膜厚の制御を行う
ことができ、従って、レジスト膜圧の変動のない塗布を
達成でき、この結果、精密な加工を実現することができ
る。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明
する。但し当然のことながら、本発明は以下の実施例に
より限定されるものではない。

実施例−１この実施例は、本発明を、半導体装置のフォトリソグ
ラフィ技術に適用したものであり、更に詳しくは、半導
体装置形成用基板上にレジストパターンを形成する場合
に用いるフォトレジスト塗布手段として利用したもので
ある。

本実施例は特に、基板である半導体ウェア上に形成さ
れた薄膜の膜厚をレジスト塗布前（または塗布前後）に
測定することにより、レジスト塗布条件を変更させて所
望のレジスト膜厚を再現性よく得られるようにしたもの
である。この膜厚測定手段を有効に活用することによっ
て、レジスト塗布後にも膜厚測定を行い、レジスト塗布
後の膜厚（即ちレジスト厚と薄膜厚との和）を測定し、
その情報により、露光強度を変更（露光機の露光時間の
調整、制御）し、常に所望の一定の加工寸法（線幅等）
を得ることをも可能にすることができる。

第１図に示すのは、本実施例のフォトレジスト塗布手
段を用いてレジストコートするときの操作の流れを表す
フロー図である。

また、第２図は、被加工基板１である半導体ウェハの
レジスト塗布面を図示したものである。

本実施例のフォトレジスト塗布手段は、基板１上の薄
膜の膜厚に関する情報（基板１上に薄膜が存在するとき
はその膜厚または膜厚のパラメータとなる値、あるいは
該薄膜上に塗布すべきレジストの適正膜厚を与える情
報、また、基板１上に薄膜が存在しないときは、その旨
の情報）を検知する検知手段を有する。本実施例におい
て、この検知手段は、光学的な膜厚測定機である。本実
施例におけるこの検知（膜厚測定）は、第２図に符号11
で示すようなウェハ周辺部のパターンのない部分で行
う。これは、膜厚測定機の測定位置検出精度が、一般に
±50μｍくらいあるため、測定スポットは、100μｍ径
以上要するからである。測定方法は、一般的に用いられ
る光干渉放（例えば大日本スクリーン（株）のラムダエ
ースや、テンコール社のナノスペックなどで用いられる
方法）、またはエリプソメーター等によって行うことが
できる。前者の光干渉法の方が一般的でかつ測定も早い
ので、本実施例ではこれを採用した。本実施例のレジス
ト塗布手段を構成するコーター内の一部に、ウェハの外
形によるアライメント機構を設けたステージを用意し、
Ｘ、Ｙ、θの各方向について±20μｍくらいでアライメ
ントするようにし、かつステージの移動精度については
±10μｍくらいの能力をもたせるようにした（第３図参
照。なおお第３図では、基板１を載置しているステージ
の図示は省略した）。本実施例ではこのステージに対し
て、第３図に略示するようなUV露光機４（構成の詳細は
後述）を設け、かつ膜厚測定用のユニットである膜厚測
定用対物レンズ５も搭載する。上述した設計で、ステー
ジに対してこれらUV露光機４及び対物レンズ５を搭載す
ることは十分可能である。

これにより、基板１であるウェハの任意の部分に、位
置精度±50μｍ以内での、測定もしくはUV光による露光
が可能となる。

本実施例においては、膜厚情報の検知はパターンのな
いウェハ周辺部で行うので、この検知により実際の加工
予定部分と同様の情報を得るため、被検知ポイントを実
際にパターンを形成すべき部分と同じ構造にして、正確
な情報が得られるようにした。即ち、本例における基板
１上の薄膜膜厚情報検知手段である膜厚測定装置につい
て、これによる膜厚測定をより効果的に行うために、本
実施例では膜厚測定するポイントを、実際のデバイス上
で制御すべきパターンを形成する個所と同じ構造に保つ
ようにする。

このように、被測定部の下地膜厚を実際の加工すべき
部分と同一の構造とするための具体的手段について、第
５図（Ａ）（Ｂ）を参照して、説明する。

第５図（Ｂ）に、基板１（ウェハ）の中央部1a（被加
工部）における加工予定部分を、符号12で示す。上記の
ように、膜厚の被測定ポイントを、制御すべき個所と同
じ構造に保つための手段として、第５図（Ａ）に示すよ
うに、エッジ露光機４を設け、これによりUVスポット露
光を行うようにする。これによって、基板１（ウェハ）
のエッジ部1b（膜厚被測定部）にスポット露光を可能な
らしめ、このエッジ部1bに露光を行い、現像して、加工
予定部分12と同じ構造にできるようにする。これによっ
て、第５図（Ｂ）に示すように、膜厚測定ポイント11に
おいて基板１上の薄膜32を窓開け加工した構造を予め得
て、加工予定部分12と同様の下地構造にしておくように
する。膜厚測定ポイント11の幅ｌは、前記したように10
0μｍより十分大きくしてある。

第１図に本実施例のフォトレジスト塗布手段を用いた
ときの、操作手順の流れを示す。第１図を参照して本実
施例を説明すると、次のとおりである。

まず、膜厚情報検知Ｉを行う。これは本実施例では、
第２図及び第３図を用いて説明したように、レジスト塗
布前の基板１上の薄膜31,32の膜厚測定である。これに
より得られた膜厚データIIは、情報処理部Ｘ（本例では
CPUデータ処理によった）に送られ、この膜厚データII
を基に、レジスト塗布のコーターの回転数を決定する。
この回転数は、所定のレジスト膜厚が得られるように情
報処理部Ｘにおいて算定するものである。この回転数制
御信号IIIは、情報処理部Ｘから塗布手段のコーターの
回転数制御部に送られ、これによってフォトレジスト塗
布IVが行われる。

本実施例にあっては更に、上記フォトレジストが塗布
された基板１について、塗布後膜厚測定Ｖを行う。ここ
で、薄膜31,32と、塗布されたフォトレジスト膜２との
双方の膜厚の和のデータを求める。得られた膜厚データ
VIを、更に情報処理部Ｘに送り、この膜厚データVIを基
に適正な露光時間を決定し、この露光時間制御信号VII
を露光手段である投影露光装置（ステッパー）に送っ
て、該露光時間で露光処理VIIIを行う。

上記により適正な露光が行われる。かかる適正露光を
施した基板１について、現像IXを行う。これによって、
所望のレジストパターンが形成された基板１が得られ
る。なお、第１図には、ベーク処理の図示は省略した
が、適宜この種の現像において行われるベーク処理を行
うようにする。

更に、本実施例では、上記レジスト塗布後の膜厚デー
タVIに基づいて、レジスト塗布時の回転数（その制御信
号はIIIで示す）を決定するアルゴリズムを、次のよう
に修正するようにした。

即ち、第６図に示すように、回転数とフォトレジスト
の膜厚との関係を予めとっておいて、これを情報処理部
にインプットしておく。第６図中、A1〜A3はアルゴリズ
ムを示し、A1はアルゴリズム１、A2はアルゴリズム２、
A3はアルゴリズム３である。露光時間制御のアルコリズ
ムは、第８図のデータの縦軸である線幅（感度）を、感
度／露光時間で変換することにより得ることができる。
この場合は、情報処理部Ｘに対して出来上り寸法データ
を何らかの手段でIN PUTしておく（その制御信号は第１
図に、符号XIで示す）。

第７図に示すのは、上記実施例で用いることができる
レジスト塗布手段の装置の構成例である。

第７図中、６は測定用及びUV露光用ステージであり、
第３図を用いて説明したように、このステージ６上に基
板１が載置され、対物レンズ等の膜厚測定部５により膜
厚が検知され、あるいはUV露光部４により露光が行われ
る。71,73はベーク用のホットプレート、72はスピンコ
ーターカップである。符号81で搬入された基板１は、必
要に応じてホットプレート71上でベークされ、符号82で
ステージ上に載置されて、膜厚測定部５により膜厚測定
され、符号83でスピンコーターカップに載置され、上記
膜圧に基づく適正回転数によりスピンコートされて適正
膜厚のフォトレジスト膜が形成される。これが符号84で
ステージ６に戻り、次の工程での加工に対応するべく、
UV露光部４で適正露光量で露光する。これは、次の工程
でのレジスト膜厚制御のため、第５図（Ａ）（Ｂ）で説
明した、膜厚被測定部の加工を行うための露光である。
次いで基板１は、符号85でホットプレート73に載置さ
れ、ベーキングされて、符号87により、更に必要とする
露光機に搬送される。

本実施例は上記したように、特に、塗布前後の膜厚測
定を行うことによって、非常に高精度なレジスト膜厚制
御を可能としたことにより、露光機の露光条件及び現像
条件が一定であっても、再現性の非常に高い線幅（加工
寸法）コントロールが実現できる。

上記詳述したように、本実施例は、レジスト塗布前及
び塗布後に下地薄膜の膜厚もしくは下地薄膜の膜厚とレ
ジスト膜厚とを測定し、その塗布前に得られた膜厚デー
タによりスピンコート条件を制御して、適正膜厚のフォ
トレジスト膜を塗布できる。

また本実施例では、更に、具体的に、膜厚測定部を実
際の制御すべき部分と同一の構造にするための手段、例
えばウェハ位置アライメント、UV露光、XY移動ステージ
等を具備させたので、これにより、上記適正なレジスト
膜厚をより精密に形成できる。

また本実施例では、上記の如く塗布後の基板（ウェ
ハ）を測定することにより、該測定した薄膜とレジスト
との合計膜厚が変動していても露光機の露光条件を制御
することにより精密な線幅制御を実現できる。なお当然
のことながら、前述した塗布後膜厚制御と、露光機の露
光条件制御の双方を行うことにより、更に精密な線幅制
御を実現できる。

このように、本実施例によれば、フォトリソグラフィ
の加工寸法、線幅制御の精度アップを実現できる。よっ
て、今度のハーフミクロン移行の線幅の制御は１枚１枚
の基板（ウェハ）毎に細かくリソグラフィの各条件を設
定する必要が出てくるものと思われるが、本発明をそれ
を具体的に精密に実現することができるものということ
ができる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、常に適正な膜厚でフォ
トレジストを塗布でき、よって膜厚変動のないレジスト
塗布を達成でき、これにより、加工寸法や線幅の変動の
ない加工を実現できるものである。更に、予めレジスト
膜厚を変動分を知ることにより、露光時に露光量を制御
し、変動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の操作手順を示すフロー図
である。第２図は、被加工基板のレジスト塗布面を示す
平面図である。第３図は、膜厚情報検知部の構成図であ
る。第４図は、レジストを塗布すべき基板の構成例を示
し、第４図（ａ）は下地薄膜と存在しない場合、第４図
（ｂ）は下地薄膜の存在する場合の例である。第５図
（Ａ）（Ｂ）は、膜厚測定ポイントの測定のための加工
を説明するための図である。第６図は、レジスト塗布時
の回転数を定めるためのアルゴリズムを示す図である。
第７図は、レジスト塗布手段の装置の構成例を示す図で
ある。第８図は問題点を示すための図で、レジスト膜厚
と感度の関係を示すグラフである。１……基板（ウェハ）、２……フォトレジスト、3,31,3
2……薄膜、４……露光機。Ｉ……膜厚情報検知、II……膜厚データ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 B05D 3/00 G03F 7/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上にフォトレジストを塗布するレジス
ト塗布手段において、フォトレジストを塗布すべき基板上の薄膜の厚さに関す
る情報を検知し、これに基づいて、該フォトレジストと
該薄膜の膜厚の和が常に一定になるように塗布すべきフ
ォトレジストの適正塗布厚を求め、該適正塗布厚でフォ
トレジストを塗布する構成としたフォトレジスト塗布手
段。
【請求項２】前記薄膜の厚さに関する情報の検知は、基
板のパターン非形成部分で行い、該情報被検知部は、予
め、露光機により、パターンを形成すべき加工部と同様
の構造にしておく請求項１に記載のフォトレジスト塗布
手段。