JP3034332B2

JP3034332B2 - フォトレジストの現像方法及びその現像装置

Info

Publication number: JP3034332B2
Application number: JP3137798A
Authority: JP
Inventors: 岡康男松
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-06-10
Filing date: 1991-06-10
Publication date: 2000-04-17
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: JPH04361525A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所定パターンが露光さ
れたフォトレジストの現像終点を判別することができる
現像方法及び装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】本願発明者等は、露光されたフォトレジ
スト付導電体基板の現像工程において電気化学的パラメ
ータの変化に着目し、電気化学的パラメータに基づく係
数を用いて現像の終点を判別する方法を特開昭６２−１
３５８３８号によって提案した。

【０００３】以下、かかる先行例について図面を参照し
て説明する。図７は、先に提案した現像方法の実施に使
用する装置を示す構成図であり、現像槽１内には現像液
２が貯留されている。この現像液には被現像物である露
光されたレジスト付導電基板３及び電極４が浸付けされ
ている。この導電基板３は、例えばガラス基板にクロム
膜を蒸着し、その上に電子線レジストを塗布し、このレ
ジストに所定パターンを電子線描画したものである。こ
の導電基板３の下地クロム膜は導線を介して演算増幅器
５の反転入力端に接続される。演算増幅器５の出力端子
と現像時間制御部７の一方入力端子が接続される。演算
増幅器５の反転入力端子と出力端子間には帰還抵抗６が
接続される。電極４は導線を介して演算増幅器の非反転
入力端子に接続される。また、非反転入力端子と現像時
間制御部７の他方入力端子が接続される。演算増幅器５
と帰還抵抗６とは電流計８を形成し、導電基板３と電極
４相互間の電位差を０としたときに両者間に流れる電流
値が出力される。

【０００４】この電流計の出力は、例えば図８の如く、
レジストの現像の進行に対応して変化し、レジストが現
像液に溶解されて導電体基板の金属面が露出する際にピ
ークを示す。この電流ピークの値は、描画パターンの面
積比率に関係することが判明している。また、例えば電
流ピークの発生時間に一定の係数を乗じた時間が現像の
終了時間に対応し、この係数を例えば上記パターン面積
比率及び現像後の描画パターン幅等に基づいて定め得る
ことが判明している。これらの詳細については、特開昭
６２−１３５８３８号において説明されているので、こ
こで詳述しない。現像時間制御部７は、例えば図７に
示されるように構成され、電流計８の出力電流が電流ピ
ーク値検出器７１及び電流ピーク検出器７２に供給され
る。電流ピーク値検出器７１は、出力電流のピーク値を
検出してこの値を係数変換器７３の一方入力端に供給す
る。係数変換器７３の他方入力端には現像されるべき描
画パターン幅が入力されている。係数変換器７３は、予
め記憶された変換テーブルを参照して電流ピーク値とパ
ターン幅に基づいて係数を選択する。図９は、４μｍの
パターン幅で描画した場合の現像係数の例を示してい
る。この係数は後述の係数演算器７６の係数入力端に供
給される。

【０００５】電流ピーク検出器７２は、電流出力の極大
点を検出すると、検出出力を電流ピーク時間検出器７５
の一方入力端に供給する。電流ピーク時間検出器７５の
他方入力端には、現像の開始を指令する現像開始信号に
応答して計時を開始するタイマ７４の計時出力が供給さ
れる。電流ピーク時間検出器７５は、電流ピーク検出器
７２の検出出力に応じて計時出力を取り込み、電流ピー
クの発生時間を検出する。この電流ピーク発生時間は乗
算器によって構成される係数演算器７５に供給され、係
数変換器７３から供給される係数、例えば、１．３が乗
じられて推定現像終了時間が得られる。終了時間判別器
７７は、タイマ７４の出力する現像経過時間が推定現像
終了時間を超えると、現像終了信号を発生する。

【０００６】この現像終了信号は図示ない基板取り出し
手段に与えられて、導電基板３は現像液２から取り出さ
れる。こうして、現像は終了する。

【０００７】なお、電気化学的パラメータとしては、上
記電流値の他に、静電容量等を用いることができ、特性
曲線上のピーク値以外の特徴点を利用することも可能で
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】かかるマスクパターン
の現像プロセスにおいては一定条件下の現像やエッチン
グを繰り返すため、常にフォトレジストへの露光量が一
定であることを必要とする。このため、露光装置は露光
量を一定とするべく制御を行っている。

【０００９】しかしながら、近接効果等の影響により、
設計した露光量とフォトレジストへの実際の露光量とは
必ずしも一致しない。

【００１０】また、露光装置の露光量は経時的に変化し
ているが、管理値内の露光量の変化はエラーとして検出
されず、結果的に現像された描画パターンの幅は微小変
化する。

【００１１】また、露光装置に描画能力の限界付近で微
細なパターンを描画することが要求される場合には、露
光量制御は十分に機能し難い。

【００１２】そこで、本発明は、露光装置における露光
量の変化を現像工程において検知し、この変化分を現像
時間を調整することにより補償し得る現像方法及びその
現像装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のフォトレジストの現像方法は、導電膜上に
フォトレジスト膜が形成されて所定のパターンが露光さ
れた基板を現像液に浸漬し、上記現像液中に浸漬された
電極と上記基板との間の電気化学的パラメータの変化を
検知し、上記電気化学的パラメータの変化点が現出する
までの時間の前後に亘る所定範囲を現像の終点時間とし
て判定するフォトレジストの現像方法において、上記変
化点に対応する上記レジスト膜への露光量を両者の関係
から推定して推定露光量を得、上記推定露光量に対応す
る現像パターン幅の寸法誤差を基準露光量を中心とする
露光量に対する現像パターン幅の関係から推定して推定
寸法誤差を得、上記推定寸法誤差に対応する補正現像時
間を単位現像時間に対する現像量から推定し、上記補正
現像時間によって上記現像の終点時間の判定を調整する
ことを特徴とする。

【００１４】また、本発明のフォトレジストの現像装置
は、導電膜上にフォトレジスト膜が形成されて所定のパ
ターンが露光された基板を現像液に浸漬し、上記現像液
中に浸漬された電極と上記基板との間の電気化学的パラ
メータの変化を検知し、上記電気化学的パラメータの変
化点が現出するまでの時間の前後に亘る所定範囲を現像
の終点時間として判定するフォトレジストの現像装置に
おいて、上記変化点に対応する上記レジスト膜への露光
量を両者の関係から推定して推定露光量を得る露光量推
定手段と、上記推定露光量に対応する現像パターン幅の
寸法誤差を基準露光量を中心とする露光量に対する現像
パターン幅の関係から推定して推定寸法誤差を得る寸法
誤差推定手段と、上記推定寸法誤差に対応する補正現像
時間を単位現像時間に対する現像量から推定する補正現
像時間推定手段と、上記補正現像時間によって上記現像
の終点時間の判定を調整する現像時間調整手段とを備え
たことを特徴とする。

【００１５】

【作用】電気化学的パラメータの時間軸上の変化点位置
は、露光量に対応して変化する。従って、予め、所定現
像条件下で既知の露光量に対する変化点の時間軸上の位
置を求めておけば、同じ現像条件下における試料の変化
点の発生位置から露光量を推定することが出来る。この
推定された露光量が基準とする露光量からずれている場
合に、該基準露光量に対応して設定された現像時間で現
像すると、現像パターン幅は設計寸法からずれてしま
う。この寸法誤差を補償するべく、試料の推定露光量と
基準露光量との差に対応して現像時間を調整する。別言
すれば、推定露光量と基準露光量との差から推定される
寸法誤差に応じた現像時間の伸縮を行って、設計値通り
の現像パターン幅を実現することが可能である。

【００１６】この結果、露光工程における一定範囲内の
露光量の変動を現像工程において補償することが可能と
なり、例えばエラーとして検出されない管理値範囲内の
露光量の変動による現像パターン幅の設計値からのずれ
をも基板毎に補償することが出来るので、精密なパター
ンが形成され得る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。本願発明者は、上記目的を達成すべく露光
量と現像プロセスにおける電気化学的パラメータとの関
係について種々検討し、露光量が電気化学的パラメータ
の変化点の時間軸上の位置に影響を及ぼすことを見出
し、これに着目した。

【００１８】例えば、電子線露光装置を用いて電子線の
ドーズ量を基板毎に変えてポジレジストを所定パターン
で描画し、各基板を一定の条件下で現像すると、ドーズ
量に対応した時間軸上の位置に電流出力のピークが現出
する。このようなドーズ量と電流ピークの現出位置につ
いて、図２及び図３を参照して説明する。

【００１９】図２は、電子線露光装置によって設計パタ
ーン幅４μｍの同一の回路パターンで９つのパターンＡ
〜Ｉが描画されたフォトレジスト付き導電基板３を示し
ている。この描画においては、各パターン毎にドーズ量
を変えている。各パターンのドーズ量は、パターンＥを
基準値Ｘ μＣ／ｃｍ²として、パターンＡはＸ＋0.8
，同ＢはＸ＋0.6 ，同ＣはＸ＋0.4 ，同ＤはＸ＋0.2
，同ＥはＸ，同ＦはＸ−0.2 ，同ＧはＸ−0.4 ，同Ｈ
はＸ−0.6 ，同ＩはＸ−0.8 である。Ｘは、例えば5.
0 μＣ／ｍ²である。ドーズ量の大きさの順序は、Ａ＞
Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅ＞Ｆ＞Ｇ＞Ｈ＞Ｉである。

【００２０】図３は、この導電体基板３を現像した場合
の電流出力特性を示しており、縦軸は電流値、横軸は時
間軸を表している。この電流出力特性において９つの電
流ピークＡ〜Ｉが夫々パターンＡ〜Ｉに対応して現出す
る。別言すれば、各パターンのドーズ量の大きさに対応
した時間軸上の位置に現出する。また、隣合う電流ピー
ク同士の時間間隔は対応するパターン同士のドーズ量の
差に略対応している。

【００２１】従って、所定の条件下にドーズ量と電流ピ
ークの発生時期との相互関係を予め求めておき、同じ条
件下で基板を現像して現出する電流ピークの発生時期を
検出し、この発生時間により上記相互関係を参照するこ
とによって実際に露光されたドーズ量を推定することが
可能である。

【００２２】なお、図３中の点線は、パターンＡ〜Ｉの
いずれか１のみを各パターンに定められたドーズ量で描
画したものを現像したときの電流出力特性を示してお
り、パターンＡ〜Ｉを一つの基板に形成して同時に現像
した場合に現れる電流出力の極大値と、電流ピークの現
出時間は略等しいことが判る。

【００２３】次に、先行例の現像装置によって、設計値
幅が４μｍの回路パターンでパターンＡ〜Ｉのいずれか
のドーズ量で露光された導電基板を現像した結果を図４
に示す。図４において縦軸は設計パターン幅と現像パタ
ーン幅との寸法誤差を、横軸はドーズ量あるいはドーズ
量に対応する時間軸を表す。また、縦の点線はデータの
ばらつき範囲を、丸囲いの点はデータの中心（平均）値
を示す。図４中に矢印で示されるパターンＣ〜Ｇのドー
ズ量に相当する範囲は、実際の製品パターンを基準ドー
ズ量Ｘで露光した場合に近接効果によって実ドーズ量が
Ｘから変動する範囲と推定されている。

【００２４】図示のように基準ドーズ量で露光されたサ
ンプルを現像すると、現像パターン幅は略設計値を中心
として正負に分布する。これ以外のドーズ量で露光され
たサンプルの現像パターン幅分布の中心値はサンプルの
ドーズ量の基準値Ｘからの差に応じて分布する。例え
ば、パターンＡ、Ｂ、Ｆ及びＧのドーズ量のように、基
準ドーズ量Ｘから±0.6 μＣ／ｍ²以上離れたドーズ量
で露光すると、設計値からの寸法誤差がより顕著に増加
する。なお、この寸法誤差の曲線は指数関数的に変化し
ているが、通常、寸法誤差が所定管理値よりも大きくな
ると図示しないプロセスのエラー判別手段によって、露
光装置の調整が指令されるので、寸法誤差の曲線が直線
的な範囲でのドーズ量の変動に伴う寸法誤差を考える。

【００２５】このような結果となるのは、図３に示すよ
うにサンプルのドーズ量が基準値Ｘよりも多いと、時間
軸上において電流ピークが基準電流ピークよりも前に発
生するため、電流ピークの発生するまでの時間に基準値
Ｘ等に基づく所定係数を乗じて現像の終点を推定する上
述した方法では現像が不足し、反対にドーズ量が基準値
Ｘよりも少ないと、電流ピークが基準電流ピークよりも
後に発生するため、電流ピークの発生するまでの時間に
基準値Ｘ等に基づく所定係数を乗じて現像の終点を推定
する方法では現像が過多となるからである。

【００２６】このように、基準ドーズ量Ｘからの差によ
って現像パターンの設計寸法からの誤差が判明すれば、
電流ピーク発生時間からドーズ量を推定し、更にこの推
定ドーズ量に基づいて現像パターン幅の誤差を推定する
ことが可能である。

【００２７】この誤差は、現像時間を調整することによ
って解消することが可能である。すなわち、設計値から
の寸法差が負であれば幅が不足しているので現像時間を
寸法差に応じて延長する。また、設計値からの寸法差が
正であれば幅が過多であるので現像時間を寸法差に応じ
て短縮するのである。

【００２８】この現像の調整時間は、例えば、パターン
幅0.01μｍを現像により形成する時間がｔ秒であるとす
ると、補正現像係数Ｋをｔ秒／0.01μｍとして、寸法差
にこの補正現像係数Ｋを乗ずることによって得られる。
例えば、パターンＡの寸法誤差が−０．１μｍであると
き、調整時間は１０ｔ秒であり、現像終点の時間に１０
ｔ秒を追加する。より正確に調整するには、例えば伸縮
される現像の終点時間近傍における補正現像係数を用い
る。なお、フォトレジストがネガの場合には調整時間の
伸縮を逆にする。

【００２９】図１（Ａ）は、上述した現像法方法を実施
する現像時間制御装置の構成例を示しており、図７に示
される部分と対応する部分には同一符号を付し、かかる
部分の説明は省略する。

【００３０】本発明にかかる現像装置においては、先行
例の現像装置に現像時間調整部８０を設けており、現像
時間調整部８０に予め設計ドーズ量が入力されて電流ピ
ーク時間検出器７５から電流ピークの発生時間が供給さ
れると、補正現像時間を演算して係数演算器７６の出力
時間に加えて、現像終了時間を調整するように機能す
る。この現像時間調整部８０は、電流ピーク時間変換器
８１、時間差検出器８２、寸法誤差推定器８３、許容値
判別器８４、現像時間変換器８５及び加算器８６によっ
て構成される。

【００３１】電流ピーク時間変換器８１は図３の如きド
ーズ量と電流ピーク発生時間の対応関係を記憶してお
り、入力された設計ドーズ量をこのドーズ量に対応する
電流ピーク発生時間に変換する。時間差検出器８２は減
算器によって構成されて、電流ピーク時間検出器７５及
び電流ピーク時間変化器８１が出力する時間の差を演算
して寸法誤差推定器８３に供給する。

【００３２】なお、図１（Ｂ）に示されるように電流ピ
ーク発生時間を図３の如きドーズ量と電流ピーク発生時
間の対応関係を記憶したドーズ量変換器８７によって対
応するドーズ量に変換し、ドーズ量差検出器８８によっ
て設計ドーズ量と実際のドーズ量推定値との差を求め
て、これを寸法差推定器８３に供給する構成とすること
もできる。

【００３３】寸法誤差推定器８３は、例えば図４のドー
ズ量と寸法差の関係を、ドーズ量差又はドーズ量に対応
した時間差と寸法差の関係として記憶しており、入力さ
れたドーズ量又は時間差に応じた寸法差を出力する。許
容値判別器８４は、該寸法差出力が予め設定された許容
範囲を越えると、この寸法差を現像時間変換器８５に供
給する。許容範囲内であると、寸法差として０を供給す
る。現像時間変換器８５は乗算器によって構成され、上
記寸法差に予め設定された補正現像係数Ｋを乗じて正ま
たは負の現像調整時間を得る。この現像調整時間を加算
器８６を介して係数演算器７６が出力する推定現像終了
時間に加えて、推定現像時間をドーズ量の基準値からの
ずれに応じて図８に示すように調整する。終了時間判別
器７７は、調整された推定現像時間で現像の終了を判別
して現像終了信号を発生する。他の構成は先行例と同様
である。

【００３４】このように、現像時間調整部８０は、電流
ピーク時間検出器７５の出力に対応した現像調整時間を
提供する。現像時間調整部８０が担う機能は、マイクロ
プロセッサ等の計算機によっても実現される。こうした
場合には、設計ドーズ量、描画パターン幅、パターン面
積比率等の各種露光条件、現像液温度、現像方式、現像
剤の種類等の各種現像条件等の下における現像調整時間
を蓄積してデータベースを構築することが可能となる。
そして、現像中に随時蓄積データを参照することにより
補償精度を向上させ、あるいは複数の条件下における補
償時間の最適値を推定することが可能となる利点があ
る。

【００３５】図５は、本発明にかかる現像装置によって
現像した場合の現像パターンの設計値からの寸法差の分
布例（図中、白抜で示す）と、先行例の現像装置によっ
て現像した場合の現像パターンの設計値からの寸法差の
分布例（図中、斜線で示す）との比較例を示している。
これより、サンプルの現像パターン幅のばらつきが明ら
かに減り、設計値に収束するサンプルが増大することが
判る。

【００３６】なお、電気化学的パラメータとしてレジス
ト付き導電基板３と電極４間の静電容量を用い、変化点
として波形の立上がり点などを用いることも可能であ
る。また、本発明はフォトマスクのみならず半導体基板
の金属配線のパターニング等にも適用可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明のフォトレジ
ストの現像方法及び現像装置によれば、基板上のフォト
レジストに露光された実際の露光量を推定して現像中に
該露光量に対応した現像時間の調整を行う構成としてい
るので、露光装置における露光量変動や近接効果による
露光量変動等を補償して現像パターン幅を設計値に可及
的に近付けることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す構成図。

【図２】ドーズ量の異なるパターンを導電基板に描画し
た例を説明する図。

【図３】図３の導電基板を現像した場合の電流出力特性
を示す波形図。

【図４】ドーズ量の基準値からのずれと寸法差の関係を
説明する図。

【図５】本発明の実施例の効果を説明するグラフ。

【図６】先行例の現像装置を示す構成図。

【図７】先行例の現像時間制御部７の具体例を示す構成
図。

【図８】電流出力特性を示す波形図。

【図９】現像係数と現像パターン幅の関係を示すグラ
フ。

【符号の説明】

１現像槽２現像液３フォトレジスト付導電基板４電極５演算増幅器６帰還抵抗７現像時間制御部８０現像時間調整部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】導電膜上にフォトレジスト膜が形成されて
所定のパターンが露光された基板を現像液に浸漬し、前
記現像液中に浸漬された電極と前記基板との間の電気化
学的パラメータの変化を検知し、前記電気化学的パラメ
ータの変化点が現出するまでの時間の前後に亘る所定範
囲を現像の終点時間として判定するフォトレジストの現
像方法であって、前記変化点に対応する前記レジスト膜
への露光量を両者の関係から推定して推定露光量を得、
前記推定露光量に対応する現像パターン幅の寸法誤差を
基準露光量を中心とする露光量に対する現像パターン幅
の関係から推定して推定寸法誤差を得、前記推定寸法誤
差に対応する補正現像時間を単位現像時間に対する現像
量から推定し、前記補正現像時間によって前記現像の終
点時間の判定を調整することを特徴とするフォトレジス
トの現像方法。
【請求項２】前記電気化学的パラメータは前記電極と前
記導電基板間に流れる電流であり、前記変化点は電流ピ
ークであることを特徴とする請求項１記載のフォトレジ
ストの現像方法。
【請求項３】前記露光は電子線露光であり、前記露光量
は電子線のドーズ量であることを特徴とする請求項１又
は２記載のフォトレジストの現像方法。
【請求項４】導電膜上にフォトレジスト膜が形成されて
所定のパターンが露光された基板を現像液に浸漬し、前
記現像液中に浸漬された電極と前記基板との間の電気化
学的パラメータの変化を検知し、前記電気化学的パラメ
ータの変化点が現出するまでの時間の前後に亘る所定範
囲を現像の終点時間として判定するフォトレジストの現
像装置であって、前記変化点に対応する前記レジスト膜
への露光量を両者の関係から推定して推定露光量を得る
露光量推定手段と、前記推定露光量に対応する現像パタ
ーン幅の寸法誤差を基準露光量を中心とする露光量に対
する現像パターン幅の関係から推定して推定寸法誤差を
得る寸法誤差推定手段と、前記推定寸法誤差に対応する
補正現像時間を単位現像時間に対する現像量から推定す
る補正現像時間推定手段と、前記補正現像時間によって
前記現像の終点時間の判定を調整する現像時間調整手段
とを備えたフォトレジストの現像装置。
【請求項５】前記電気化学的パラメータは前記電極と前
記導電基板間に流れる電流であり、前記変化点は電流ピ
ークであることを特徴とする請求項４記載のフォトレジ
ストの現像装置。
【請求項６】前記露光は電子線露光であり、前記露光量
は電子線のドーズ量であることを特徴とする請求項４又
は５記載のフォトレジストの現像装置。