JP4456313B2 - フォトレジストベーキングプロセスを制御するための方法および装置 - Google Patents
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Description
【技術分野】
この発明はウエハ製造プロセスに一般的に関し、より特定的には、ウエハの製造の間のウエハのフォトレジストベーキングプロセスを制御するための方法および装置に関する。
【0002】
【背景技術】
従来、半導体デバイスはフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングされる。基板材料、金属、絶縁体などのベース材料は、フォトレジストと称される感光性材料で被覆される。フォトレジストは、一般的に、紫外線、X線または電子線などの活性光線に感光する。フォトレジストはベース材料の上に堆積されて、基板の非加工部分を選択的に保護する。次に、フォトマスクまたはレチクルを通してフォトレジスト膜に選択的に光を当てて、ベース材料上にフォトレジストパターンを形成する。次にフォトレジストを現像し、露光済みフォトレジストまたは未露光フォトレジストのいずれかを除去する。
【0003】
一般的に2タイプのフォトレジストが存在する。すなわちポジ型とネガ型である。ポジ型フォトレジストは、露光済み部分が現像液に溶解するが、未露光部分が溶解しないタイプのものである。一方、ネガ型フォトレジストは逆のタイプのものである。あるフォトレジスト材料は、光への露光に基づいただけでは、現像液中で可溶から不溶への遷移を完了しない。化学増幅型フォトレジストと称されるこれらのフォトレジスト材料は、露光後ベークプロセスを受けて、可溶から不溶への遷移(すなわち、ポジ型レジストの場合)を完了する。
【0004】
図1Aから図1Dを参照して、化学増幅型フォトレジストを用いるプロセスをより詳細に説明する。図1Aは、フォトレジスト層14が上に堆積されるベース材料12を含むウエハ10の断面図である。図1Bで、フォトレジスト層14はフォトマスク(図示せず)を通して光源に露光され、露光済み領域16を規定する。光への露光により、フォトレジスト層14の表面の水素フリーラジカルが露光済み領域16に形成されるようになる。図1Cで、ウエハ10は露光後ベークされて溶解度遷移化学反応を完了し、ベーク済み領域18を形成する。露光後ベークの間にフリーラジカルは下方向に拡散し、露光済み領域16の下でフォトレジスト14と反応する。典型的に、深紫外フォトレジスト層14については、露光後ベーク時間は約60-90秒である。図1Dに示されるように、次に現像液を塗布して、残余のフォトレジスト14を除去する(すなわちネガ型レジストの場合−図1Dに図示)かまたは、ベーク済み部分18を除去する(すなわちポジ型レジストの場合−図示せず)。次にウエハ10に紫外(UV)ベーキングプロセスを受けさせて、ウエハ205に対して行なわれるその後のいかなるエッチングに対しても、フォトレジスト14の抵抗性をさらに増大させる。プラズマエッチングまたはウェットエッチングなどのプロセスを用いて、残余のフォトレジスト(すなわちベーク済み領域18中のもの)をストリッピングする。プラズマストリップツールは、プラズマ励起されたイオン化酸素/酸素ラジカルを用いる。ウェットエッチツールは、硫酸/過酸化物の混合物を典型的に用いて、その後、濯ぎまたは一続きの標準的な洗浄を伴なう。
【0005】
紫外ベーキングプロセスは、フォトレジスト層の架橋を増大させるので、フォトリソグラフィにおいて重要なステップである。この架橋の量が増すにつれ、エッチングに対するフォトレジストの耐性も増す。このことは、ウエハに対して行なわれるその後のエッチングプロセスにとって望ましい。結合の架橋だけでなく、紫外ベークプロセスは、フォトレジスト層からさらなる溶媒も除去し、それにより、エッチングに対するその耐性をさらに増す。しかしながら、フォトレジスト材料がエッチングプロセスに対する耐性を増すにつれ、フォトレジストのストリッピング除去を達成するのがより困難になってしまう。したがって、フォトレジストは、エッチングに対する十分な耐性を与えながら、後のフォトレジストストリッピングプロセスの達成を困難にするほどの架橋を与えないことが望ましい。
【0006】
この発明は、上記の問題の1つ以上を克服するかまたはその影響を少なくとも減じることに向けられる。
【0007】
【発明の開示】
この発明の1つの局面では、フォトレジスト層をその上に有するウエハをベークするための方法が提供される。フォトレジスト層の第1の厚みを測定し、フォトレジスト層の第1のフーリエ変換赤外(FTIR)スペクトルを生成する。第1の厚みおよび第1のFTIRスペクトルに基づいて、ベーク時間およびベーク温度を定める。次に、該ベーク温度で該ベーク時間の間ウエハをベークする。
【0008】
この発明の別の局面では、ウエハがその上にフォトレジスト層を有するウエハをベークするための装置が提供される。装置は、フォトレジスト層の第1の厚みを測定するように適合される楕円偏光計と、フォトレジスト層のFTIRスペクトルを生成するように適合されるフーリエ変換赤外(FTIR)分光ユニットとを含む。コントローラも設けられ、これは、第1の厚みおよび第1のFTIRスペクトルに基づいて、ベーク時間およびベーク温度を定めるように適合される。ベークユニットも設けられ、これは、該ベーク温度で該ベーク時間の間ウエハをベークするように適合される。
【0009】
この発明は、添付の図面と関連して、以下の説明を参照することによって理解されるであろう。なお、図面中、同じ参照番号は同じ要素を表わす。
【0010】
この発明は、さまざまな変更および代替的な形態が可能であるが、その特定の実施例が、図面に例示の目的のためにのみ示されかつ本明細書中に詳細に説明される。しかしながら、特定の実施例の本明細書中の説明は、開示される特定の形態にこの発明を限定することを意図するものではなく、反対に、その意図は、添付の請求項に規定されるような、この発明の精神および範囲内に入るすべての変更、均等物および代替物を含むことを理解されたい、
【0011】
【発明を実行するための形態】
この発明の例示的な実施例が以下に説明される。明瞭さのため、実際の実現例のすべての特徴がこの明細書中に説明されるわけではない。当然ながら、いかなるそのような実際の実施例の展開においても、開発者の特定の目標を達成するためには、実現例によって異なるシステム関連および業務関連の制約などの数多くの実現例特有の決断がなされなければならないことが認められる。さらに、そのような開発の努力は複雑でありかつ時間がかかり得るが、それにもかかわらず、この開示から利益を有する当業者にとっては日常業務であることが認められる。
【0012】
ここで図面を参照しておよび具体的には図2を参照して、ウエハ205のフォトリソグラフィパターニングを行なうためのプロセスライン200の簡略ブロック図が与えられる。プロセスライン200は、フォトレジスト層の上にパターンを形成するフォトマスクを用いて、ウエハ205上のフォトレジスト層を光源に露光するステッパ210を含む。その後、ウエハ205は露光後ベークユニット220に転送され、そこでウエハ205に対して露光後ベーキングを行なう。
【0013】
ベークユニット220での露光後ベークの後、ウエハ205はクールダウンステーション230に、次に現像液240に転送され、ここで未露光フォトレジストを除去する。次に、ウエハ205は、紫外(UV)ベークユニット245に転送され、ここでウエハ205の紫外ベーキングを行なう。UVベークプロセスは、ウエハ205のフォトレジスト層の結合の架橋を向上させ、それにより、ウエハ205に対して行なわれるその後のいかなるエッチングに対しても、フォトレジストの耐性を増大させる。UVベークはさらに、フォトレジスト層からさらなる溶媒を除去し、それによりその耐性をさらに増す。典型的に、エッチングに対するフォトレジスト層の耐性の度合いに影響を及ぼすいくつかの異なるソースが存在する。それらには、UV光の強度、UVベークの持続時間、フォトレジスト層中の溶媒の量の変動、フォトレジスト樹脂の種類、フォトレジスト層の実際の厚みなどが含まれる。
【0014】
ウエハ205は、予め定められたベーク時間uv_bake_timeの間UVベークユニット245の中に置かれ、予め定められたベーク温度uv_bake_tempに加熱される。この発明は、UVベークユニット245に対して、所望のuv_bake_timeおよびuv_bake_tempパラメータを定めるステップを含む。これにより、ウエハ205のフォトレジスト材料の結合の十分な架橋が可能になり、それにより、フォトレジストのストリッピングプロセスを達成するのを困難にするほどの架橋ではないものの、エッチングに対する十分な耐性を与えるようになる。
【0015】
UVベークユニット245でのUVベークの後、ウエハ205はエッチングユニット250に転送され、ウエハ205の表面にフォトレジストが形成したパターンをエッチングする。このエッチングステップの後、ウエハ205はフォトレジストストリップツール260に転送され、ここで、パターニングされたフォトレジスト層の残余を除去する。次に検査ツール265を用いて、フォトレジストがウエハ205から完全にストリッピングされるのを確認する。
【0016】
この発明の1つの実施例に従うと、プロセスコントローラ270は少なくともUVベークユニット245とインターフェイスして、ウエハ205上にあるフォトレジスト材料の定量的および/または定性的特徴に基づいて、最適なuv_bake_timeおよび/またはuv_bake_tempパラメータを定める。図示された実施例では、プロセスコントローラ270は、ウエハ205上のフォトレジスト層の厚みと、フォトレジスト材料内に存在する結合の架橋の量とにより、UVベークユニット245のuv_bake_timeおよびuv_bake_temp設定を定める。
【0017】
uv_bake_timeおよびuv_bake_tempパラメータを最適化するため、ユニット245によるUVベーキングの前に、楕円偏光計275を用いてウエハ205上のフォトレジストの厚みを測定する。フォトレジストの厚みはベーキングの前に測定され、ウエハ205のprebake_thicknessを与える。楕円偏光計275がフォトレジストの厚みを確定する態様は、十分に当業者の知識の範囲内にある。したがって、この発明を不必要に不明瞭にするのを避けるため、そのようなプロセスの詳細は本明細書中では説明しない。さらに、この発明の精神および範囲から逸脱することなく、楕円偏光計の代わりに他の装置を用いてフォトレジスト層の厚みを測定してもよいことが認められる。
【0018】
フォトレジスト層の厚みを測定するのに加え、フーリエ変換赤外(FTIR)分光ユニット280を用いて、ウエハ205上に存在するフォトレジスト材料中に存在する架橋の量を測定する。FTIR分光ユニット280は、ウエハ205がベークユニット245によるUVベーキングプロセスを受ける前に、FTIR_prebake_spectraを生成する。FTIR分光ユニット280がFTIRスペクトルを生成する態様も当業者には周知であり、この発明を不明瞭にしないため、本明細書中でその詳細は説明しない。
【0019】
UVベークユニット245によるウエハ205のベーキングの後、再び楕円偏光計275を用いてウエハ205上のフォトレジスト層の厚みを測定し、postbake_thicknessを与える。同様に、ベーキング後に、ウエハ205のFTIRスペクトルをFTIR分光ユニット280によって得て、ウエハ205のFTIR_postbake_spectraを与える。
【0020】
UVベークユニット245の所望のuv_bake_timeおよびuv_bake_tempパラメータは、プロセスライン200が以前加工したウエハ205のバッチまたはロットから得られた前のデータの集合に基づいて定められる。このデータを得るため、楕円偏光計275を用いてベーク前およびベーク後のフォトレジスト厚み(すなわち、パラメータprebake_thicknessおよびpostbake_thickness)を測定し、FTIR分光ユニット280を用いて、前述のようにFTIR_prebake_spectraおよびFTIR_postbake_spectraを得る。プロセスライン200が加工した特定のウエハ205ロットに用いる特定のuv_bake_timeおよびuv_bake_tempとともに、このデータを記憶する。1つの実施例に従うと、データは、プロセスコントローラ270のデータベース記憶装置285に記憶されてもよい。
【0021】
別の実施例に従うと、図3に示されるように、UVベークユニット245、楕円偏光計275およびFTIR分光ユニット280は、高度プロセス制御(APC)フレームワーク310に結合されてもよい。この実施例では、プロセスコントローラ270の機能性は、UVベーク最適化ソフトウェアユニット320で実現され得る。楕円偏光計275およびFTIR分光ユニット280は、それぞれ、加工済みウエハ205から得られるベーク前およびベーク後厚み測定値ならびにベーク前およびベーク後FTIRスペクトルを、APCフレームワーク310を介してUVベーク最適化ソフトウェア320に送る。前の実施例のプロセスコントローラ270と類似のソフトウェア320は、以前記憶されたデータに基づいて、所望のuv_bake_timeおよびuv_bake_tempパラメータを定める。
【0022】
プロセスライン200が現在のウエハ205ロットを加工する際、フォトレジストの厚み、すなわちprebake_thicknessの測定値は楕円偏光計275によって得られ、ロットの、フォトレジスト中の架橋の量、すなわちFTIR_prebake_spectraは、FTIR分光ユニット280によって確定される。現在のロットについてのこれらのパラメータは、プロセスコントローラ270によって記憶済みデータと比較され、所望のuv_bake_timeおよびuv_bake_tempを定める。これがプロセスライン200が加工する現在のウエハ205ロットのための所望のpostbake_thicknessおよびFTIR_postbake_spectraを与える。したがって、UVベークユニット245のためのuv_bake_timeおよびuv_bake_tempの設定は、所望のベーク後フォトレジスト厚みおよびベーク後FTIRスペクトルを与えるように調節される。この現在のウエハ205ロットに関するデータの集合も、以前記憶済みのデータとともに記憶され、後に加工されるウエハ205の最適なUVベーク時間および温度設定を定める際の補助となる。データベース285を更新することにより、プロセスコントローラ270は、時間とともにプロセスライン200で起こり得る何らかの変動をより十分に補うことができる。
【0023】
ここで図4Aおよび図4Bを参照して、プロセスライン200が加工する現在のウエハ205ロットのためのuv_bake_timeおよびuv_bake_tempを制御するためのプロセス400が与えられる。プロセス400はブロック410で始まり、ここで楕円偏光計275は、現在のウエハ205ロットのためのフォトレジスト材料の厚み(prebake_thickness)を、それがプロセスライン200のUVベークユニット220に送られる前に定める。ブロック420で、現在のウエハ205ロットに対するフォトレジスト材料中の架橋の量もFTIR分光ユニット280によって定められ、ウエハ205のロットをベークする前にFTIR_prebake_spectraを与える。
【0024】
ブロック430で、プロセスコントローラ270は、現在のロットの前に加工されたウエハ205ロットが以前に生成した、データベース285中の記憶済みデータに基づいて、所望のuv_bake_timeおよびuv_bake_tempを定める。それぞれ楕円偏光計275およびFTIR分光ユニット280が生成した、現在のウエハ205ロットのためのprebake_thicknessおよびFTIR_prebake_spectraを、データベース285中の以前記憶済みのデータと比較し、所望のpostbake_thicknessおよびFTIR_postbake_spectraを与えるためにどのuv_bake_timeおよびuv_bake_tempパラメータを用いたかを判断する。
【0025】
ブロック440で、プロセスコントローラ270は、ブロック430で定められた所望のuv_bake_timeおよびuv_bake_tempに対応して、UVベークユニット245の設定を調節する。所望のベーク時間および温度で現在のウエハ205ロットをベークした後、ブロック450で楕円偏光計275は現在のウエハ205ロットのpostbake_thicknessを測定する。フォトレジストのベーク後の厚みを測定した後、ブロック460で、FTIR分光ユニット280は、現在のウエハ205ロットのFTIR_postbake_spectraを測定する。その後、ブロック470で、uv_bake_time、uv_bake_temp、prebake_thickness、FTIR_prebake_spectra、postbake_thicknessおよびFTIR_postbake_spectraを含む、現在のウエハ205ロットのための新たに得られたデータを、後に作られるウエハ205に最適なUVベーク時間および温度をプロセスコントローラ270が定める際の後の使用のために、データベース285に記憶する。
【0026】
ブロック480で、ウエハはエッチングプロセスを受け、ブロック485で、ウエハ205上のフォトレジストをストリッピングする。その後、ウエハ205を検査ツール265で検査し、ブロック495で、検査ツール265から得られたデータをデータベース285に記憶する。次にこのデータを、後に加工されるウエハ205ロットとの比較に用いる。
【0027】
上に開示された特定の実施例は例示のためのみのものであり、この発明は、本明細書中の教示の利益を有する当業者には明らかな、異なるがしかし均等な態様で変更されかつ実践され得る。さらに、請求項に記載されるようなもの以外の、本明細書中に示される構造または設計の詳細に対するいかなる限定も意図されない。したがって、上に開示された特定の実施例は変形または変更され得、すべてのそのような変形例はこの発明の精神および範囲内に入ると考えられることは明らかである。したがって、本明細書中で求められる保護範囲は、添付の請求項に述べられるとおりである。
【図面の簡単な説明】
【図1A】 フォトレジスト層が上に形成される、先行技術の基板の断面図である。
【図1B】 フォトレジストが光源に露光された後の、図1Aの基板の断面図である。
【図1C】 基板が露光後ベークプロセスを受けた後の、図1Bの基板の断面図である。
【図1D】 フォトレジストを現像して未露光部分を除去した後の、図1Bの基板の断面図である。
【図2】 1つの実施例に従う、ウエハの紫外ベーキングを行なうための例示的なプロセスラインの簡略図である。
【図3】 別の実施例に従う、高度プロセス制御(APC)フレームワーク上で、ウエハの紫外ベーキングに関するデータを通信するための簡略図である。
【図4A】 この発明の1つの実施例に従う、最適な紫外ベーキングパラメータを定めるためのプロセスを示す図である。
【図4B】 この発明の1つの実施例に従う、最適な紫外ベーキングパラメータを定めるためのプロセスを示す図である。
Claims (8)
- ウエハをベークするための方法であって、前記ウエハはフォトレジスト層をその上に有し、前記方法は、
前記フォトレジスト層の第1の厚みを測定するステップと、
前記フォトレジスト層の第1のフーリエ変換赤外(FTIR)スペクトルを生成するステップとを含み、前記第1のスペクトルは、前記フォトレジスト層中の結合の架橋の度合いを規定し、さらに
前記第1の厚みおよび第1のFTIRスペクトルに基づいて、ベーク時間およびベーク温度を定めるステップと、
前記ベーク温度で前記ベーク時間の間前記ウエハをベークするステップとを含む、方法。 - 前記ウエハをベークした後、前記フォトレジスト層の第2の厚みを測定するステップと、
ベークの後、前記フォトレジスト層の第2のフーリエ変換赤外(FTIR)スペクトルを生成するステップとをさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記第1および第2の厚みならびに前記第1および第2のFTIRスペクトルを定められた前記ベーク時間および温度に関連付けてデータベースに記憶するステップをさらに含み、記憶された前記第1および第2の厚み、第1および第2のFTIRスペクトル、ベーク時間および温度は、まとめて記憶済みデータを形成する、請求項2に記載の方法。
- 前記第1の厚みおよび第1のFTIRスペクトルに基づいてベーク時間およびベーク温度を定めるステップは、
前記第1の厚みおよび第1のFTIRスペクトルを前記データベース中の前記記憶済みデータと比較するステップと、
前記ウエハがベークされると、所望の第2の厚みおよび第2のFTIRスペクトルを与えるベーク時間および温度を選択するステップとをさらに含む、請求項3に記載の方法。 - ウエハをベークするための方法であって、前記ウエハはフォトレジスト層をその上に有し、前記方法は、
前記フォトレジスト層の第1の厚みを測定するステップと、
前記フォトレジスト層の結合の架橋の第1の度合いを測定するステップと、
前記第1の厚みおよび架橋の第1の度合いに基づいて、ベーク時間およびベーク温度を定めるステップと、
前記ベーク温度で前記ベーク時間の間前記ウエハをベークするステップとを含む、方法。 - 前記ウエハをベークした後、前記フォトレジスト層の第2の厚みを測定するステップと、
前記フォトレジスト層の結合の架橋の第2の度合いを測定するステップとをさらに含む、請求項5に記載の方法。 - 前記第1および第2の厚みならびに前記第1および第2の架橋の度合いを定められた前記ベーク時間および温度に関連付けてデータベースに記憶するステップをさらに含み、記憶された前記第1および第2の厚み、第1および第2の架橋の度合い、ベーク時間および温度は、まとめて記憶済みデータを形成する、請求項6に記載の方法。
- 前記第1の厚みおよび第1の架橋の度合いに基づいてベーク時間およびベーク温度を定めるステップは、
前記第1の厚みおよび第1の架橋の度合いを前記データベース中の前記記憶済みデータと比較するステップと、
前記ウエハがベークされると、所望の第2の厚みおよび第2の架橋の度合いを与えるベーク時間および温度を選択するステップとをさらに含む、請求項7に記載の方法。
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