JPH0443943A - フオトレジストの分析方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エレクトロニクス分野でのりソゲラフに使用
されるフォトレジストの分析方法ならびに装置に関係し
たものである。特にフォトレジストの高分子化合物及び
感光性化合物の量と同時にフォトレジストの露光経歴を
分析するものである。

〔従来の技術〕

フォトレジストの光反応機構及び光反応機構を明らかに
するための計測法についてアイ　ビ　エム　ジャナル　
オブ　リソグラフィーデベロップメント・ナンバート　
（１９７９）（ＩＢＭ　　Ｊ。

Ｒｅｓ、Ｄｅｖｅｌｏｐ、Ｖｏ　ｎ　、　２３　　Ｎａ
　Ｉ　　Ｊａｎｕａｒｙ　（１９７９）Ｐ４２〜Ｐ５５
）第４２頁から第５５頁に詳細に論じられている。しか
しフォトレジストの成分変動を管理するための分析方法
や、半導体製造プロセスでの最適露光量の判断のための
分析方法、あるいはフォトレジストの製造時点での露光
経歴を見極めるための手段などについて計測方法につい
ては明らかにされていないのが実状である。

〔発明が解決しようとする課題〕

フォトレジストは、光に感応しない高分子化合物及び感
光性化合物とで構成されているのが一般的である。この
フォトレジストは、光に対して敏感であることから、フ
ォトレジストは可視及び紫外光を遮へいした状況下で製
造されている。このフォトレジストの性能は高分子化合
物と感光性化合物との配合比によって異なる。例えば感
光性化合物の配合割合が増加すると光に対する感度は低
下するがリソグラフによって得られる像の解像度は向上
する。このようにフォトレジストには、高分子化合物と
感光性化合物との最適配合割合が存在するはずである。

一方すソゲラフを用いた半導体製造工程においては、フ
ォトレジストに対する最適露光量の決定は経験的な手法
によって行なわれ、露光量とフォトレジスト量との間の
相関を得た物理量で管理されていないのが実状である。

最近の超集積回路の素子開発にはフォトレジストの改善
が必要であることは必須である。同時にフォトレジスト
の品質すなわち高分子化合物と感光性化合物との配合割
合を均質にするための管理分析。

あるいは露光量と感光性化合物の変化量との相関などを
得た物理量での最適露光量の決定などのために必要とな
るフォトレジストの組成を分析するための手段及び装置
が必要である。またフォトレジストの製品の露光経歴な
どを知るための分析方法も必要であろうと考えられる６
本発明はこのような要求に応じたものである。従来の添
付した文献による内容の解析手法では、フォトレジスト
の光化学反応の理解を深めるが、上記した諸問題を解決
するための管理分析には、分析手法及び分析装置に工夫
が必要である０本発明は従来技術をフォトレジストの管
理分析に有用なように分析方法及び分析装置を改善した
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は赤外吸収スペクトル（以下ＩＲと記す）の原理
を用いたフォトレジストの管理分析法に関するものであ
る。

赤外吸収スペクトルの原理については１例えばアイ　ア
ール　セオリ　アンド　プラクテス　オブ　インフラレ
ッド　スペクトロスコウピイ：ハーマン　Ｉ　、　　（
Ｉ　ＲＴｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆ
Ｉｎｆｒａｒｅｄ　５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　：　Ｈ
ａｒｍａｎ　Ａ　、　）詳細に記述されているので参考
にされたい、ここでは本発明の詳細な説明内でのみＩＲ
についてふれる。

ＩＲにおける吸光度と成分濃度との関係は式（１）％式
％ すなわち吸光度■は、入射光量Ｐａと試料を透過した光
量Ｐとの比の対数値に一次で関係し、試料の成分濃度Ｃ
と試料の厚さＱとの積に比例する。

このＩＲにおける測定感度は吸光係数ａによって異なる
。ＩＲによる吸光度法による測定法では、厚さ２と濃度
Ｃが既知であれば試料の厚さに対する吸光係数ａが求ま
る。吸光係数と同様に吸光度法では、試料の厚さＱ及び
濃度Ｃも求めることができる。

本発明はこの原理を応用して、シリコン（Ｓｉ）基板上
に塗布されたフォトレジストの膜厚２組成成分濃度を測
定し、半導体素子製造のための精度向上を図ったもので
ある。またリソグラフによる像形成の際の最適露光量を
定量化する手段としても利用することができる。

フォトレジストの成分である感光性化合物は。

可視紫外光領域の光を吸収すると化学構造が変化し、光
を受光しない部分との光学的及び物質的な性質（反応性
及び溶解性）が異なってくる。感光性化合物の受光によ
る化学構造の変化は、単的に表現すると感光性化合物中
のある官能基が消去し、新たに別な官能基が生ずる現象
である。ＩＲの吸収スペクトルは化合物に存在する官能
基に対応したスペクトルが得られる。したがって感光性
化合物の露光前と露光後のＴＲ吸収スペクトルは異なり
、露光前後の吸収スペクトル強度を測定することによっ
て、露光量とフォトレジストの反応量との相関関係が得
られる。

〔作用〕

フォトレジストの本発明によるＩＲでの測定では、フォ
トレジストの成分である感光性化合物と高分子化合物と
の吸収スペクトル強度の比を求める方式での測定法であ
り、装置の条件変動や測定条件の変動による測定誤差を
最小にすることができる。またフォトレジスト成分のＴ
Ｒ吸収スペクトルに妨害しないＴＲ吸収スペクトル特性
を持った化合物を添加し、この添加した化合物のＴＲ吸
収スペクトルを基準にして、それぞれ感光性化合物及び
高分子化合物の吸収スペクトル強度との比を求める測定
法であるため精度よく感光性化合物と高分子化合物との
組成比を求めることができる。

フォトレジストの露光経歴及び最適露光量あるいは露光
の度合の測定には、露光によって消失するＩＲの吸収ス
ペクトル強度と露光によって増加するスペクトルの吸収
スペクトル強度との相関関係を求めることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図により説明する。

第１図は、フォトレジストの光反応を起さすための露光
装置と、フォトレジストの光反応の度合を計測するため
の赤外吸収スペクトル装置とからなる本発明の目的を達
成するための分析装置の構成及び機能を示したものであ
る。本発明による分析装置の構成は、可視紫外光源１．
赤外線光源２゜回転セクター３．試料ステージ４．試料
ホルダ８゜試料ステージ回転装置５．赤外線分光装置６
、及び赤外線検出器７とで構成されている。第１図にお
いて、回転セクター３は側断面図を示し、回転セクター
平面は１３に示した。また第１図において１０は可視紫
外光の光路であり、９は赤外光の光路を示した０本発明
による分析装置の動作原理は、シリコン基板上に塗布さ
れたフォトレジストを試料ステージに設けられた複数個
の試料ホルダ８に設定される。このフォトレジストの試
料は、先ず第１図の状態にある回転セクタによって赤外
光源２から光路９を通り、赤外線が照射される。

フォトレジストに照射された赤外線は、試料であるフォ
トレジストを透過し、分光器６により分光され、検出器
によって赤外線の各波長での強度が検出され、可視紫外
光の照射を受ける前のフォトレジストの吸収スペクトル
が得られる。次に回転セクタを回転することによって、
フォトレジストは、可視紫外光が照射されて、光化学反
応を受る。

すなわち、フォトレジストは、赤外線光と可視紫外光と
を交互に受けることになり、赤外光を受けた時はフォト
レジストの赤外吸収スペクトルが得られ、可視紫外光を
受だ時は、フォトレジストは光化学反応を起すことにな
る。すなわち本発明による分析装置は、上記内容の機構
からなるので一定間隔で、フォトレジストの光反応の割
分を計測することが可能である。また、赤外吸収スペク
トルの吸収強度をモニタすることにより、可視紫外光の
最適露光量を監視することが可能である。第２図は、ナ
フトキノン系感光性化合物を含んだフォトレジストの可
視紫外光で露光する前の赤外吸収スペクトルである。ナ
フトキノン系フォトレジストの赤外吸収スペクトルの特
徴は、２１１７ａａ−”　　１７１３ａｎ−”及び１５
０２０１１−”の吸収波数である。２１１７ｄｌｌ−ｌ
の吸収帯はジアジド基に関係したもので、このジアジド
基は、可視紫外光の露光によって分解し、窒素ガスとし
て分子外に放出される。その結果として２１１７ａｍ−
１の吸収スペクトルでの強度が減少する。ジアジド基の
分解と同時にケテンが生じこのケテンが空気中の水分と
反応してカルボン酸を生ずる。ナフトキノン系感光性化
合物の光化学反応を赤外吸収スペクトルの特徴でとらえ
ると、可視紫外光の露光により、ジアジド基にともない
２１１７ｃｍ−１の吸収強度が減少し、カルボニル基に
ともなう１７１３Ｑ１１−１の吸収強度が増加する現象
としてあられれる。これらの関係を第３図に示す。第３
図において吸収強度比（εｚ＝Ｉｔ／Ｉφ）は可視紫外
光の露光によって変化を受けないフォトレジスト中の高
分子化合物のフェニル基にもとづいた１５０２ａｎ−”
の吸収強度で規格化したものである。

ジアジド基とカルボニル基との吸収強度の露光量に対す
る両者の関係は、第４図に示す。

ジアジド基の吸収強度の減少とカルボニル基の吸収強度
の増加との関係には明瞭な相関があり〜カルボニルの吸
収強度より、ナンドキノン系感光性化合物を含んだフォ
トレジストの露光経歴を定量的に判断することができる
。

また、フォトレジスト中の高分子化合物に由来した１５
０２ａｍ−１のフェニル基の吸収強度とジアジド基２１
１７ｃｍ−１の吸収強度比を求めることにより、フォト
レジストの感光性化合物と高分子化合物との配合比を管
理することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、フォトレジストの可視紫外光の露光に
よる光化学反応の進行度合を時間的に間歇的に測定する
ことができるので、フォトレジストの露光状態が正しく
判断することができる。

また赤外吸収スペクトルの特徴から、フォトレジストの
露光経歴が定量的に判断できる。

フォトレジスト中の感光性化合物と高分子化合物との配
合割合を赤外吸収スペクトルの特徴を利用して管理分析
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による分析装置の構成と可視紫外光の光
路及び赤外光の光路側を示す図、第２図はナフトキノン
系の感光性化合物含むフォトレジストの赤外吸収スペク
トルを示す図、第３図はフォトレジストに可視紫外光を
照射したときの露光量とジアジド基、カルボニル基及び
フェニル基の吸光度比との関係を示す図、第４図はジア
ジド基とカルボニル基との吸収強度比の相関関係を示す
図である。 １・・・可視紫外光光源、２・・・赤外線光源、３・・
・回転セクター、４・・・試料ステージ、５・・・試料
ステージ回転装置、６・・・赤外線分光装置、７・・・
赤外線検出器、８・・・試料ホルダ、９・・・赤外光の
光路、１０・・・第１図 第２図 第３図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フォトレジスト中の感光性化合物量及び高分子化合
   物量を分析する方法において、フォトレジスト中に露光
   で反応を起さない既知有機物質を一定量添加し、この既
   知物質の添加量を基準としてフォトレジスト中の感光性
   化合物量及び高分子化合物質を赤外分光により計測する
   と共に、フォトレジストを露光し、露光によつて化学構
   造に変化を起したフォトレジスト中の感光性化合物量に
   相当した赤外分光ピークの出力信号量（これをＤＰ＿１
   とする）と化学構造に変化を起さない感光性化合量に相
   当した赤外分光ピークの出力信号量（これをＤＰとする
   ）との両物質量に相対した赤外分光ピークの出力信号量
   （ＤＰ＿１及びＤＰ）を既知物質の添加量に相対する赤
   外分光ピークの出力信号量（これをＡＤとする）間との
   比（ＤＰ＿１／ＡＤ及びＤＰ／ＡＤ）を求め、さらにＤ
   Ｐ＿１／ＡＤとＤＰ／ＡＤ間との相関係数を求めて、フ
   ォトレジストの露光経歴を計測可能にしたことを特徴と
   するフォトレジストの分析方法。 ２、請求項１記載において、基準物質として一定量の既
   知物質を添加する代りに、あらかじめフォトレジスト中
   に含有させた光に感応しない高分子化合物の量を基準と
   して、この高分子化合物量に相対した赤外分光の出力信
   号量（ＰＣとする）を基準として、フォトレジストの露
   光時間によつて変化するフォトレジスト中に含有させた
   感光性化合物の化学構造の変化量を請求項第１項に記載
   したＤＰ＿１及びＤＰとの赤外分光の出力信号量をもと
   にして計測する方法において、ＤＰ＿１及びＤＰを上記
   したＰＣによつて規格化する方法によつてフォトレジス
   トの露光経歴を計測可能にしたことを特徴とするフォト
   レジストの分析方法。 ３、請求項１又は２記載において、フォトレジストを露
   光し光化学反応を起させるための光源の光軸が、フォト
   レジストの光化学反応の度合を計測するための赤外線の
   光源の光軸と同じであつて、両光源からの光が時間的に
   間歇的にストレジストに照射される機構を有したフォト
   レジストの露光経歴を計測できるようにしたことを特徴
   とするフォトレジストの分析装置。