JP3202263B2 - フォトレジストの形状の予測方法 - Google Patents
フォトレジストの形状の予測方法Info
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- JP3202263B2 JP3202263B2 JP18476591A JP18476591A JP3202263B2 JP 3202263 B2 JP3202263 B2 JP 3202263B2 JP 18476591 A JP18476591 A JP 18476591A JP 18476591 A JP18476591 A JP 18476591A JP 3202263 B2 JP3202263 B2 JP 3202263B2
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の製作
に際して使用するフォトリソグラフィー（写真食刻法）
によりフォトレジストを溶解（現像）した後の形状の予
測方法に関する。
に際して使用するフォトリソグラフィー（写真食刻法）
によりフォトレジストを溶解（現像）した後の形状の予
測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】フォトリソグラフィーは従来から半導体
製造工程に広く用いられてきたが、近年、更なる集積度
の向上の要望に対応するため、フォトレジストの高解像
度化が求められている。解像度は、そのレジストを用い
て形成しうる最小の寸法（例えば、最小の線幅）で表さ
れるものである。
製造工程に広く用いられてきたが、近年、更なる集積度
の向上の要望に対応するため、フォトレジストの高解像
度化が求められている。解像度は、そのレジストを用い
て形成しうる最小の寸法（例えば、最小の線幅）で表さ
れるものである。
【０００３】かかる高解像度化の要求に沿うべく近年多
くの種類のレジストが発表され且つ販売されてきた。し
かしながら、これらのレジストを使用して現実に生産に
導入するためには、種々の条件下でそれらを評価する必
要がある。特に、レジストの現像後のレジストパターン
の形状はこの技術分野においては最も重要な評価項目の
１つである。
くの種類のレジストが発表され且つ販売されてきた。し
かしながら、これらのレジストを使用して現実に生産に
導入するためには、種々の条件下でそれらを評価する必
要がある。特に、レジストの現像後のレジストパターン
の形状はこの技術分野においては最も重要な評価項目の
１つである。
【０００４】かかるレジストの形状の評価方法として
は、従来から以下のようなものが提案されている。最も
単純な方法としては、実際に種々の条件下でレジストを
スピナー塗布、露光、更に現像してレジストをパターニ
ングし、その形状を電子顕微鏡等で観察して形状を確認
していくという方法が提案されている。この方法は視覚
により形状を確認するために信頼性は高いが、数多くの
条件を設定してそれらの条件に対応するだけの試料を作
製して形状を評価するために非常に手間がかかる。ま
た、コンピュータを使用してレジストの塗布、露光、現
像工程を物理的に解析してレジストの形状を計算により
求める方法が提案されている。この方法及びこの方法を
使用して形状を予測した実施例等が、近年、応用物理学
会等の雑誌、研究集会等において数多く発表されてい
る。この方法は最初の方法と比べて手間はかからない
が、レジスト内部の露光、現像段階における物理及び化
学反応が完全には解明されていないため、複雑な工程
（表面難溶化プロセス等）を採用したり、特殊な成分か
らなるレジストを使用する場合には、正確な形状を予測
するのが困難であるという問題点を有する。
は、従来から以下のようなものが提案されている。最も
単純な方法としては、実際に種々の条件下でレジストを
スピナー塗布、露光、更に現像してレジストをパターニ
ングし、その形状を電子顕微鏡等で観察して形状を確認
していくという方法が提案されている。この方法は視覚
により形状を確認するために信頼性は高いが、数多くの
条件を設定してそれらの条件に対応するだけの試料を作
製して形状を評価するために非常に手間がかかる。ま
た、コンピュータを使用してレジストの塗布、露光、現
像工程を物理的に解析してレジストの形状を計算により
求める方法が提案されている。この方法及びこの方法を
使用して形状を予測した実施例等が、近年、応用物理学
会等の雑誌、研究集会等において数多く発表されてい
る。この方法は最初の方法と比べて手間はかからない
が、レジスト内部の露光、現像段階における物理及び化
学反応が完全には解明されていないため、複雑な工程
（表面難溶化プロセス等）を採用したり、特殊な成分か
らなるレジストを使用する場合には、正確な形状を予測
するのが困難であるという問題点を有する。
【０００５】更に、半導体製造装置に使用される光学系
はほぼ理想に近い（すなわち、結像状態の歪み、ボケ等
は収差という量によって表されるが、ほぼ無収差といっ
てよい。）が、操作の際に必然的に焦点がずれる（デフ
ォーカスの）場合が生じ得る。形状を正確に予測するた
めに、かかる場合にも、正確なレジストの形状を予測す
ることが求められている。
はほぼ理想に近い（すなわち、結像状態の歪み、ボケ等
は収差という量によって表されるが、ほぼ無収差といっ
てよい。）が、操作の際に必然的に焦点がずれる（デフ
ォーカスの）場合が生じ得る。形状を正確に予測するた
めに、かかる場合にも、正確なレジストの形状を予測す
ることが求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】それ故、本発明は、手
間をかけず且つ正確な形状を予測できるようなレジスト
の形状予測の方法を提供することを目的とする。
間をかけず且つ正確な形状を予測できるようなレジスト
の形状予測の方法を提供することを目的とする。
【０００７】更に、本発明は、デフォーカスの場合でも
レジストの形状を正確に予測できる方法を提供すること
を目的とする。
レジストの形状を正確に予測できる方法を提供すること
を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、現像後のフォ
トレジストの形状を予測する方法であって、露光機の光
学系からフォトレジストへ向けて照射される光の焦点が
最適に合わされている状態および焦点が最適に合わされ
ていない状態における、フォトレジストの深さ方向の各
部分における光の結像強度を計算するステップと、露光
量を変えてフォトレジストの溶解速度を実験値より求め
るステップと、結像強度と溶解速度とを組み合わせるこ
とによってフォトレジストの各部分の溶解速度を求める
ステップと、フォトレジストの各部分の溶解速度からフ
ォトレジストの形状を求めるステップとを備える。
トレジストの形状を予測する方法であって、露光機の光
学系からフォトレジストへ向けて照射される光の焦点が
最適に合わされている状態および焦点が最適に合わされ
ていない状態における、フォトレジストの深さ方向の各
部分における光の結像強度を計算するステップと、露光
量を変えてフォトレジストの溶解速度を実験値より求め
るステップと、結像強度と溶解速度とを組み合わせるこ
とによってフォトレジストの各部分の溶解速度を求める
ステップと、フォトレジストの各部分の溶解速度からフ
ォトレジストの形状を求めるステップとを備える。
【０００９】まず、上記課題を達成するために、本発明
者は、デフォーカスの場合のレジスト表面とウエハ表面
の光の結像強度を計算してみた。デフォーカスには、ベ
ストフォーカス点がレジストの表面より露光機のレンズ
の側にずれた場合（これを、マイナスのデフォーカスと
いう。）と、ベストフォーカス点が反対側にずれた場合
（これを、プラスのデフォーカスという。）がある。理
解のために、マイナスのデフォーカスを図１に、プラス
のデフォーカスを図２に示す。それぞれ−１．０μｍ、
＋１．０μｍデフォーカスの光の結像状態を示す。
者は、デフォーカスの場合のレジスト表面とウエハ表面
の光の結像強度を計算してみた。デフォーカスには、ベ
ストフォーカス点がレジストの表面より露光機のレンズ
の側にずれた場合（これを、マイナスのデフォーカスと
いう。）と、ベストフォーカス点が反対側にずれた場合
（これを、プラスのデフォーカスという。）がある。理
解のために、マイナスのデフォーカスを図１に、プラス
のデフォーカスを図２に示す。それぞれ−１．０μｍ、
＋１．０μｍデフォーカスの光の結像状態を示す。
【００１０】そして、図１及び図２に示したようなデフ
ォーカス状態におけるレジスト表面とウエハ表面との光
の結像強度をそれぞれ計算してみた。計算の結果は、マ
イナスのデフォーカスの場合は図３に、プラスのデフォ
ーカスの場合は図４に示す。また、図３ａ及び図４ａ
は、レジスト表面の光の結像強度を示し、図３ｂ及び図
４ｂは、ウエハ表面の光の結像強度を示す。
ォーカス状態におけるレジスト表面とウエハ表面との光
の結像強度をそれぞれ計算してみた。計算の結果は、マ
イナスのデフォーカスの場合は図３に、プラスのデフォ
ーカスの場合は図４に示す。また、図３ａ及び図４ａ
は、レジスト表面の光の結像強度を示し、図３ｂ及び図
４ｂは、ウエハ表面の光の結像強度を示す。
【００１１】図３から明らかなように、マイナスのデフ
ォーカスの場合には、レチクルの透過部に平行な位置に
おける光の結像強度が、レジストの表面に比べてウエハ
の表面の方が弱くなっている（レジスト表面では規格化
強度の７５％程度であるのに対し、ウエハ表面では５０
％程度になっている。）。更に、レチクルの遮光部に平
行な位置における光の結像強度が、レジストの表面に比
べてウエハの表面が強くなっている（レジスト表面では
規格化強度の２５％を下回っているのに対し、ウエハ表
面では２５％を上回っている。）。これから、マイナス
のデフォーカスの場合には、レジストからウエハにいく
に従って、レチクルの透過部と遮光部に平行な位置にお
ける光の結像強度の差が小さくなっていることが分かっ
た。
ォーカスの場合には、レチクルの透過部に平行な位置に
おける光の結像強度が、レジストの表面に比べてウエハ
の表面の方が弱くなっている（レジスト表面では規格化
強度の７５％程度であるのに対し、ウエハ表面では５０
％程度になっている。）。更に、レチクルの遮光部に平
行な位置における光の結像強度が、レジストの表面に比
べてウエハの表面が強くなっている（レジスト表面では
規格化強度の２５％を下回っているのに対し、ウエハ表
面では２５％を上回っている。）。これから、マイナス
のデフォーカスの場合には、レジストからウエハにいく
に従って、レチクルの透過部と遮光部に平行な位置にお
ける光の結像強度の差が小さくなっていることが分かっ
た。
【００１２】一方、図４から明らかなように、プラスの
デフォーカスの場合には、レチクルの透過部に平行な位
置における光の結像強度が、レジストの表面に比べてウ
エハの表面の方が強くなっている。更に、レチクルの遮
光部に平行な位置における光の結像強度が、レジストの
表面に比べてウエハの表面が弱くなっている。これか
ら、プラスのデフォーカスの場合には、レジストからウ
エハにいくに従って、レチクルの透過部と遮光部に平行
な位置における光の結像強度の差が大きくなっているこ
とが分かった。
デフォーカスの場合には、レチクルの透過部に平行な位
置における光の結像強度が、レジストの表面に比べてウ
エハの表面の方が強くなっている。更に、レチクルの遮
光部に平行な位置における光の結像強度が、レジストの
表面に比べてウエハの表面が弱くなっている。これか
ら、プラスのデフォーカスの場合には、レジストからウ
エハにいくに従って、レチクルの透過部と遮光部に平行
な位置における光の結像強度の差が大きくなっているこ
とが分かった。
【００１３】光の結像強度は露光量に対応するものであ
るため、レジスト中の光の結像強度の大きさによってレ
ジストの溶解速度に違いが生じ、現像されて形成された
レジストパターンの形状に影響がでるものと考えられ
る。従来は、レジスト表面の光の結像強度のみから、形
状を予測していたために、デフォーカスの場合でもデフ
ォーカスの量の絶対値が同じであればマイナスでもプラ
スでも同じ計算結果を得ていた。しかし、上述のよう
に、レジスト表面の結像強度が同じでもデフォーカスが
マイナスかプラスかによって、レジスト膜中の結像強度
が変わることを本出願の発明者は見いだした。
るため、レジスト中の光の結像強度の大きさによってレ
ジストの溶解速度に違いが生じ、現像されて形成された
レジストパターンの形状に影響がでるものと考えられ
る。従来は、レジスト表面の光の結像強度のみから、形
状を予測していたために、デフォーカスの場合でもデフ
ォーカスの量の絶対値が同じであればマイナスでもプラ
スでも同じ計算結果を得ていた。しかし、上述のよう
に、レジスト表面の結像強度が同じでもデフォーカスが
マイナスかプラスかによって、レジスト膜中の結像強度
が変わることを本出願の発明者は見いだした。
【００１４】この知見に基づき、本発明においては、光
の結像強度分布を求める。まず、図５に示すように、レ
ジストを深さ方向に１０層に分けて、それぞれの層の結
像強度を求める。更に、レジストを細分化して結像強度
を求めるために、水平方向×垂直方向＝１００×１００
となるようにレジストを分割して各部分の結像強度を補
間計算して求める。なお。分解能を上げるために更に細
かく分割することも可能である。そして、光の結像強度
は、図６に示すようにレチクルの遮光部を０、透過部を
１として規格化して求め、更に、形状を予測するときの
露光量をその規格化強度に掛け合わせて、結像強度分布
を求める。
の結像強度分布を求める。まず、図５に示すように、レ
ジストを深さ方向に１０層に分けて、それぞれの層の結
像強度を求める。更に、レジストを細分化して結像強度
を求めるために、水平方向×垂直方向＝１００×１００
となるようにレジストを分割して各部分の結像強度を補
間計算して求める。なお。分解能を上げるために更に細
かく分割することも可能である。そして、光の結像強度
は、図６に示すようにレチクルの遮光部を０、透過部を
１として規格化して求め、更に、形状を予測するときの
露光量をその規格化強度に掛け合わせて、結像強度分布
を求める。
【００１５】次に、露光量を変動させてレジストを露光
し更に現像してレジストの溶解（現像）速度を求める。
溶解速度に関しては、不確定要素の多いことを考慮して
実測値を使用することとした。すなわち、本出願の発明
者らが特願第２−１５４２２０号の明細書において開示
したようなフォトレジスト溶解速度の測定方法を使用す
る。当該方法は、概略すると、レジスト表面の反射強度
を計算し、それを実測で得た反射強度と現像時間との関
係のデータにあてはめて、露光量に対するレジストの溶
解速度分布を求める工程からなる。なお、変動させる露
光量は、光の結像強度の最大値の１．４倍程度の強度を
最大値とし０を最小として対数をとり、１０等分程度に
分割した量とする。そして、図７に示すように、露光量
を変えたレジストの深さ方向に対するレジストの溶解速
度のグラフを作成する。
し更に現像してレジストの溶解（現像）速度を求める。
溶解速度に関しては、不確定要素の多いことを考慮して
実測値を使用することとした。すなわち、本出願の発明
者らが特願第２−１５４２２０号の明細書において開示
したようなフォトレジスト溶解速度の測定方法を使用す
る。当該方法は、概略すると、レジスト表面の反射強度
を計算し、それを実測で得た反射強度と現像時間との関
係のデータにあてはめて、露光量に対するレジストの溶
解速度分布を求める工程からなる。なお、変動させる露
光量は、光の結像強度の最大値の１．４倍程度の強度を
最大値とし０を最小として対数をとり、１０等分程度に
分割した量とする。そして、図７に示すように、露光量
を変えたレジストの深さ方向に対するレジストの溶解速
度のグラフを作成する。
【００１６】その次に、レジストの深さ方向の特定の位
置における溶解速度を、前記のレジストの深さ方向の溶
解速度分布曲線から求める。なお、対応する露出量がな
い場合には、その値を挟み込む露出量のデータより線形
補間して求める。このようにして、順次レジストの各部
分での溶解速度データを求めて、２次元の溶解速度分布
表を作成する。
置における溶解速度を、前記のレジストの深さ方向の溶
解速度分布曲線から求める。なお、対応する露出量がな
い場合には、その値を挟み込む露出量のデータより線形
補間して求める。このようにして、順次レジストの各部
分での溶解速度データを求めて、２次元の溶解速度分布
表を作成する。
【００１７】更に、その溶解速度分布表に従い、その部
分が現像開始後どの程度の時間経過すると消失するかを
順次求めて、図８に示すような２次元の現像時間分布図
を作成する。
分が現像開始後どの程度の時間経過すると消失するかを
順次求めて、図８に示すような２次元の現像時間分布図
を作成する。
【００１８】そして、この図で予測したい形状を得ると
きの現像時間に相当する時間の所を等高線で結んで形状
を求める。
きの現像時間に相当する時間の所を等高線で結んで形状
を求める。
【００１９】以上に詳述した本発明の方法を概略する
と、以下のようになる。
と、以下のようになる。
【００２０】（１）レジストの各部分について規格化し
た光の結像強度を求める。
た光の結像強度を求める。
【００２１】（２）露光量を掛けて、光の結像強度を求
める。
める。
【００２２】（３）種々の露光量を採用した場合の、レ
ジストの深さ方向における溶解速度の図を作成する。
ジストの深さ方向における溶解速度の図を作成する。
【００２３】（４）光の結像強度に相当する露光量のと
きの溶解速度を求める。
きの溶解速度を求める。
【００２４】（５）溶解速度から２次元の現像時間分布
図を作成する。
図を作成する。
【００２５】（６）予測したい形状を得るときの現像時
間に相当する所を等高線で結んで形状を求める。
間に相当する所を等高線で結んで形状を求める。
【００２６】
【実施例】本発明の方法の有効性を立証するために、以
下のような試験を行った。
下のような試験を行った。
【００２７】まず、ＤＮＱ（ナフトキノンジアシド）を
用いたノボラックレジストをＧＣＡ社製のＮＡＯ．４２
σ ０．５のｉライン縮小投影露光機で０．７μのラ
インとスペースの繰り返しパターンをデフォーカス量を
変えながら露光して、形状を予測した。なお、デフォー
カス量は、±２μ、±１．５μ、±０．５μ、０μを設
定した。その後に、顕微鏡写真で写した形状と比較して
みた。図９において、最左の図は現像後のレジストの形
状を写した顕微鏡写真であり、中央の図は本発明の方法
により予想した形状を示したものであり、最右端の図は
レジストの表面の光の結合強度のみを考慮して予想した
形状を示したものである。図から明らかないように、本
発明の方法により予測した形状は、マイナスのデフォー
カスの場合でもプラスのデフォーカスの場合でも左端の
顕微鏡写真で写した形状によく一致していた。一方、レ
ジストの表面の結像強度のみを考慮した場合には、デフ
ォーカス量の絶対値が同じであれば、マイナスでもプラ
スでも同じ形状を予測してしまい、現実の形状との間に
ずれが生じた。
用いたノボラックレジストをＧＣＡ社製のＮＡＯ．４２
σ ０．５のｉライン縮小投影露光機で０．７μのラ
インとスペースの繰り返しパターンをデフォーカス量を
変えながら露光して、形状を予測した。なお、デフォー
カス量は、±２μ、±１．５μ、±０．５μ、０μを設
定した。その後に、顕微鏡写真で写した形状と比較して
みた。図９において、最左の図は現像後のレジストの形
状を写した顕微鏡写真であり、中央の図は本発明の方法
により予想した形状を示したものであり、最右端の図は
レジストの表面の光の結合強度のみを考慮して予想した
形状を示したものである。図から明らかないように、本
発明の方法により予測した形状は、マイナスのデフォー
カスの場合でもプラスのデフォーカスの場合でも左端の
顕微鏡写真で写した形状によく一致していた。一方、レ
ジストの表面の結像強度のみを考慮した場合には、デフ
ォーカス量の絶対値が同じであれば、マイナスでもプラ
スでも同じ形状を予測してしまい、現実の形状との間に
ずれが生じた。
【００２８】
【発明の効果】本発明の方法は、現像後のレジストの形
状を正確に予想することを可能とし、これにより、フォ
トレジストの評価を手間を掛けずに且つ迅速に行うこと
を可能とした。
状を正確に予想することを可能とし、これにより、フォ
トレジストの評価を手間を掛けずに且つ迅速に行うこと
を可能とした。
【図１】マイナスのデフォーカス状態を示す。
【図２】プラスのデフォーカス状態を示す。
【図３】図３ａは、−１．０μｍデフォーカスしたとき
のレジスト表面上の光の結像強度を示す。図３ｂは、−
１．０μｍデフォーカスしたときの基板表面上の光の結
像強度を示す。
のレジスト表面上の光の結像強度を示す。図３ｂは、−
１．０μｍデフォーカスしたときの基板表面上の光の結
像強度を示す。
【図４】図４ａは、＋１．０μｍデフォーカスしたとき
のレジスト表面上の光の結像強度を示す。図４ｂは、＋
１．０μｍデフォーカスしたときの基板表面上の光の結
像強度を示す。
のレジスト表面上の光の結像強度を示す。図４ｂは、＋
１．０μｍデフォーカスしたときの基板表面上の光の結
像強度を示す。
【図５】レジストの分割例を示す。
【図６】レジストの規格化された光の結像強度を示す。
【図７】露光量を変えたときのレジストの深さ方向に対
するレジストの溶解速度を示すグラフである。
するレジストの溶解速度を示すグラフである。
【図８】２次元の現像時間分布図を示す。
【図９】レジストの形状の予測図と実際の形状を示す。
１ 光源（Ｈｇランプ） ２ レチクル ３ 石英板 ４ Ｃｒパターン ５ レンズ ６ ベストフォーカス点 ７ レジスト ８ ウエハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−82114（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−68128（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−106016（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−8152（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−188859（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−99804（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−54372（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−44312（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G03F 7/26 G01B 11/06 H01L 21/66
Claims (1)
- 【請求項１】 現像後のフォトレジストの形状を予測す
る方法であって、 露光機の光学系からフォトレジストへ向けて照射される
光の焦点が最適に合わされている状態および前記焦点が
最適に合わされていない状態における、前記フォトレジ
ストの深さ方向の各部分における前記光の結像強度を計
算するステップと、 露光量を変えて前記フォトレジストの溶解速度を実験値
より求めるステップと、 前記結像強度と前記溶解速度とを組み合わせることによ
って前記フォトレジストの前記各部分の溶解速度を求め
るステップと、 前記フォトレジストの前記各部分の溶解速度から前記フ
ォトレジストの形状を求めるステップとを特徴とする方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18476591A JP3202263B2 (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | フォトレジストの形状の予測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18476591A JP3202263B2 (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | フォトレジストの形状の予測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0645424A JPH0645424A (ja) | 1994-02-18 |
| JP3202263B2 true JP3202263B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=16158940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18476591A Expired - Fee Related JP3202263B2 (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | フォトレジストの形状の予測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3202263B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2998651B2 (ja) * | 1996-08-28 | 2000-01-11 | 日本電気株式会社 | 露光用設計パターンの修正方法 |
| JP3293795B2 (ja) * | 1999-02-24 | 2002-06-17 | 日本電気株式会社 | レジスト形状計算方法及びレジスト形状計算システム |
| 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 |
| JP4621485B2 (ja) * | 2004-11-29 | 2011-01-26 | 株式会社東芝 | パタンデータ検証方法、パタンデータ作成方法、露光用マスクの製造方法およびプログラム |
-
1991
- 1991-07-24 JP JP18476591A patent/JP3202263B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH0645424A (ja) | 1994-02-18 |
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