JPH0845820A

JPH0845820A - アライメント精度検査法

Info

Publication number: JPH0845820A
Application number: JP6177987A
Authority: JP
Inventors: Koji Hattori; 孝司服部; Toshihiko Tanaka; 稔彦田中; Akira Imai; 彰今井; Jiro Yamamoto; 治朗山本; Takumi Ueno; 巧上野; Toshihiko Onozuka; 利彦小野塚; Noboru Moriuchi; 昇森内; Seiichiro Shirai; 精一郎白井
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】【目的】マスク合わせや露光領域の位置計測をレジスト
を現像することなく非破壊で行う。【構成】予め定められた形状を有する下地薄膜パタンを
含む基板上に、感放射線組成物膜を形成する工程と、感
放射線組成膜の下地薄膜パタンを含む領域に、マスクを
介して活性放射線を照射し、照射部の膜厚を変化させる
工程と、感放射線組成膜にほとんど膜厚変化を生じさせ
ないような活性放射線を用いて下地薄膜パタン領域を照
射し、その反射光の強度分布を前記基板上の位置の関数
として計測する工程とを含むアライメント精度検査法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイス，磁気
バブル素子，光ディスク，液晶等の製造時のリソグラフ
ィ技術に係り、特に、感放射線組成物膜に、マスクを介
してパタン転写を行う際に、露光領域の位置計測を感放
射線組成物膜の現像前に非破壊で行うことができるアラ
イメント精度検査法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス等の製造工程において、
活性放射線を選択的に照射する際は、転写すべきパタン
を有するマスクを介して露光が行われる。このとき基板
上の感放射線組成物膜の所望の位置にパタンが転写され
るように、マスクの基板に対する位置合わせが行われ
る。

【０００３】この際、所望の位置にパタンの転写が行わ
れないと、所望のデバイスを得ることができず、製品の
歩留まりが低下する。そこで所望の位置に感放射線組成
物のパタンが形成されているかどうかを検査するアライ
メント精度検査工程が不可欠となる。

【０００４】図３及び図４は、従来の検査方法の説明図
である。以下、図３及び図４を用いて、従来の検査法に
ついて説明する。

【０００５】図３は、感放射線組成物が現像された後の
半導体デバイスの概略構成を示す。図３では、基板１上
に所定の形状を有する下地薄膜パタン２が形成され、さ
らに、下地薄膜パタン２上に感放射線組成物膜のパタン
３が形成されている。

【０００６】この下地薄膜パタン２とその上の感放射線
組成物膜のパタン３とを含む領域に、感放射線組成物膜
３がほとんど光化学反応を起こさないような光を照射
し、その反射強度分布を測定すると、例えば、図４に示
される反射強度分布が得られる。ただし、ここでは下地
薄膜パタン２からの反射強度が基板１からの反射光強度
よりも大きい場合を示している。残っている感放射線組
成物膜３は、光吸収率が高く、その領域Ｃ−Ｃ′間にお
いて反射光強度が、下地薄膜パタン２からの反射強度よ
り小さくなる。

【０００７】下地薄膜パタン２からの反射強度の区間Ｄ
−Ｃ間、及びＤ′−Ｃ′間のそれぞれの距離を測定する
ことにより、下地薄膜パタン２とその上の感放射線組成
物膜のパタン３との相対距離を求めることができる。そ
の結果、感放射線組成物膜のパタン３が所望の位置に残
されているかどうかを判定することができ、感放射線組
成物膜を露光する際にマスクが正しく位置合わせされて
いるかどうかのアライメントの精度の検査を行うことが
できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】所望の位置に感放射線
組成物のパタンが形成されているかどうかを検査する、
従来のアライメント精度検査工程では、下地薄膜パタン
とその上に形成された感放射線組成物膜のパタンとの相
対位置を計測するために、わざわざ露光の後に感放射線
組成物膜を現像し、凹凸パタンを形成しなければならな
かった。これにより、下地薄膜パタンとその上に形成さ
れた感放射線組成物膜のパタンの相対位置のずれが判明
したときは、形成されたパタンを全て除去し、再び、パ
タン転写工程をやり直す必要が生じる場合もあった。

【０００９】本発明の目的は、従来の工程を簡略化し
て、露光された感放射線組成物膜を現像することなく、
アライメント精度を検査することのできるアライメント
精度検査法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は予め定められた形状を有する下地薄膜パタ
ンを含む基板上に、感放射線組成物からなる膜を形成す
る工程と、少なくとも下地薄膜パタンを含む感放射線組
成膜の領域に、転写すべきパタンを有するマスクを介し
て活性放射線を照射し、感放射線組成膜の露光部の膜厚
を変化させる工程と、感放射線組成膜にほとんど膜厚変
化を生じさせないような活性放射線を用いて前記下地薄
膜パタン領域を照射し、その反射光の強度分布を前記基
板上の位置の関数として計測する工程とを含むアライメ
ント精度検査法により達成される。

【００１１】ここで下地薄膜パタンとしては、転写すべ
きパタンが予め定められた位置へ正確に転写されたかど
うかを判別するために設けられた、アライメント領域に
形成された監視用パタンが挙げられる。

【００１２】前記膜厚変化を感放射線組成膜に生じさせ
る光は、下地薄膜パタンが形成された領域にのみ照射さ
れても良い。

【００１３】前記マスクは下地薄膜パタン上の前記感放
射線組成物膜の少なくとも一部に活性放射線が照射され
るパタンを有しており、位置の関数として反射光強度を
計測する工程は、下地薄膜パタンからの反射光強度分布
と下地薄膜パタン上の前記膜厚変化が生じた前記感放射
線組成物膜からの反射光強度分布により、下地薄膜パタ
ンと下地薄膜パタン上の膜厚変化が生じた領域との相対
位置を計測する工程である。

【００１４】本発明のアライメント精度検査法で用いら
れる感放射線組成物は、マスクを介して活性放射線を照
射した際に、活性放射線の照射で誘起される反応によ
り、露光中に生成する成分の少なくとも一つが揮発し、
膜厚が減少するものが挙げられる。その膜厚の減少量
は、初期膜厚の１０％以上であるものが、未露光部との
反射光強度の差が検出しやすく望ましい。

【００１５】そのような感放射線組成物は、活性放射線
の照射により酸を発生する化合物、及び酸で分解する結
合を持つ化合物を含むもので、露光工程中に酸が発生
し、前記酸による反応で室温で生成する少なくとも一つ
の成分の沸点が、７６０mmＨｇで２５℃以下で、揮発す
るものが挙げられる。

【００１６】具体的には、アルカリ可溶性の化合物のア
ルカリ可溶性基を化２で表される基で置換した化合物、
及び活性放射線の照射により酸を発生する化合物を含む
感放射線組成物が挙げられる。

【００１７】

【化２】

【００１８】ここでＲ¹は、メチル基，エチル基などの
炭素数１から５のアルキル基、およびクロロエチル基等
の炭素数１から５のハロアルキル基を表す。

【００１９】このような材料では、露光で発生した酸に
より、室温でアセトアルデヒドとアルコールが生成す
る。アセトアルデヒドは、沸点が２１℃（７６０mmＨ
ｇ）と低いため、それらの少なくとも一つが揮発して膜
厚が減少する。

【００２０】アルカリ可溶性の化合物として、ポリ（ｐ
−ビニルフェノール）などの高分子化合物を用いる場合
は、アルカリ可溶性基の一部を化２で表される基で置換
した化合物が望ましい。その置換の割合は、数２で与え
られるｚを用いて、アルカリ可溶性基のｚ％以上が望ま
しい。

【００２１】

【数２】ｚ＝１０／（１−ａ／ｂ） …（数２）式中、ａはアルカリ可溶性の高分子化合物のモノマ単位
の分子量、ｂはモノマのアルカリ可溶性基を上記化２で
表される基で置換した構造の分子量を表す。

【００２２】アルカリ可溶性基のｚ％以上を、化２で表
される基で置換した化合物及び活性放射線の照射により
酸を発生する化合物を含む感放射線組成物は、露光によ
り膜厚が１０％以上減少する。

【００２３】また、本発明で用いられる活性放射線の照
射により酸を発生する化合物は、トリフェニルスルホニ
ウムトリフレートなどのオニウム塩、１，２，３−トリ
（メタンスルホニルオキシ）ベンゼンなどのアルキルス
ルホン酸エステル、１，３，５−トリス（２，３−ジブ
ロム−１−プロピル）−１，３，５−トリアジン２，
４，６−（１Ｈ，３Ｈ，５Ｈ）−トリオンなどのハロゲ
ン化物等が挙げられる。

【００２４】

【作用】露光によりレジストの膜厚が変化する感放射線
組成物を用いることにより、現像しなくても露光だけ
で、露光部と未露光部で膜厚の差を生じさせることがで
きる。そこに膜厚変化をほとんど起こさないような光を
照射すると、その反射光強度は膜厚により、つまり露光
部と未露光部で異なる。したがって、この反射光強度分
布を基板上の位置の関数として求めることにより、現像
工程を経ないで、露光部分の位置の計測が可能となる。

【００２５】露光によりレジストの膜厚が変化する材料
は、露光で誘起される反応により生成する成分の少なく
とも一つが、露光中に揮発するような材料があり、例え
ば、アルカリ可溶性の化合物のアルカリ可溶性基を、ア
セタールの一種である化２で表される基で置換した化合
物、及び活性放射線の照射により酸を発生する化合物を
含む材料が挙げられる。

【００２６】フェノール性水酸基等のアルカリ可溶性基
を化２で表される基で置換した化合物は、露光で発生し
た酸により、化３の反応式のように室温で加水分解をす
る。この反応は活性化エネルギが低いために、室温で速
やかに起こる。この際生成する化合物は、常圧（７６０
mmＨｇ）で沸点２１℃のアセトアルデヒドおよびアルコ
ールを含み、それらアセトアルデヒドとアルコールの少
なくとも一つが揮発することにより、露光中に膜厚が減
少する。

【００２７】

【化３】

【００２８】一般式化２で表される基が、加水分解し、
生成物が揮発することによる膜厚変化量は比較的大き
く、ほぼ生成するアセトアルデヒドとアルコールの重量
の分に相当する。したがって、化２で表される基の導入
量を制御することにより、その膜厚変化をある範囲で任
意に制御できる。

【００２９】また、アルカリ可溶性の化合物のアルカリ
可溶性基を、化２で表される基で置換したものは、アル
カリ不溶となる。これは、露光で発生した酸により、前
記化３の反応式のように加水分解すると、アルカリ可溶
性基が再生され、アルカリ可溶となる。この露光部と未
露光部の溶解性の差により、適当な濃度のアルカリ現像
でパタンが形成される。したがって、感放射線組成物を
用いることにより、アライメント精度が検査できると共
にパタン形成が可能である。

【００３０】

【実施例】実施例に先だち、本発明で用いた材料の合成
例を例示する。

【００３１】＜合成例＞１−エトキシエチル化ポリ（ｐ−ビニルフェノール）の
合成３００ｍｌのフラスコ中に、重量平均分子量６，５０
０，分子量分布１.８９（ゲルパーミエーションクロマ
トグラフィにより測定，標準ポリスチレン換算）のポリ
（ｐ−ビニルフェノール）（リンカーＭ、丸善石油化学
(株)製品）１２ｇをテトラヒドロフラン１２０ｍｌに溶
解し、さらにエチルビニルエーテル７.６ｇを加える。
これにｐ−ピリジニウムトルエンスルホネート１.２ｇ
を加え撹拌しながら室温で３日間反応させる。

【００３２】次に反応液を分液ロートに移し、酢酸エチ
ル約２００ｍｌを加え、１％テトラメチルアンモニウム
ヒドロキシド水溶液１００ｍｌで２回洗浄する。続いて
水で１００ｍｌで３回洗浄する。酢酸エチル溶液は、硫
酸ナトリウム（無水物）約５ｇで乾燥する。乾燥後、硫
酸ナトリウムをろ別し、ろ液を濃縮する。濃縮液を、約
３００ｍｌの石油エーテルに滴下して、ポリマを再沈殿
させる。ポリマをろ別し、室温で乾燥させ、収量１３ｇ
のポリマを得た。合成した１−エトキシエチル化ポリ
（ｐ−ビニルフェノール）の１−エトキシエチル化率
を、１Ｈ−ＮＭＲスペクトル（日立製Ｒ−２５０，２５
０ＭＨｚ）により、アセトン−ｄ６中で調べたところ、
４８％であることがわかった。

【００３３】ポリ（ｐ−ビニルフェノール）のモノマ単
位の分子量ａは１２０であり、それを１−エトキシエチ
ル化した構造の分子量ｂは１９２である。この値を用い
て、１０％の膜厚変化に必要な１−エトキシエチル化率
ｚを前記数２により計算した。

【００３４】その結果、ｚは２７％であり、１−エトキ
シエチル化率２７％以上で、露光により膜厚が１０％以
上減少することがわかった。したがって、１−エトキシ
エチル化率４８％のポリ（ｐ−ビニルフェノール）で
は、１０％以上の膜厚変化が起こることから、これを用
いてレジスト溶液を調製した。

【００３５】１−エトキシエチル化４８％のポリ（ｐ−
ビニルフェノール）４.０ｇ、及び酸発生剤１，２，３
−トリ（メタンスルホニルオキシ）ベンゼン０.１２ｇ
をシクロヘキサノン１４.０ｇに溶解したのち、これを
０.２μｍのメンブランフィルターを用いてろ過し、レ
ジスト溶液とした。

【００３６】＜実施例１＞図１及び図２は、この発明の
実施例であるアライメント精度の検査方法を説明するた
めの図である。図１において、基板上１上の所定の領域
に予め定められた形状を有する下地薄膜パタン２が形成
されている。次に、基板１及び下地薄膜パタン２を覆う
ように、合成例で示した感放射線組成物からなる膜３が
形成される。次に、感放射線組成物膜３にマスクを介し
て前記感放射線組成物に対して感光性を有する活性放射
線５が、少なくとも下地薄膜パタン２を含む領域に照射
される。感放射線組成物膜３に活性放射線５が照射され
ると、その照射領域４は膜厚変化、この場合は膜厚減少
を起こす。

【００３７】図５は、合成例１のレジスト溶液を、ヘキ
サメチルジシラザンで処理したシリコンウエハ上に膜厚
１０８０ｎｍに均一に回転塗布し、８０℃で２分間ホッ
トプレート上で乾燥したものを６００ＷＸｅ−Ｈｇラ
ンプ（Canrad−Hanovia社)および２５０ｎｍの干渉フィ
ルタ（日本真空光学製）を用いて露光を行った結果を示
したものである。露光量に対する露光直後の規格化膜厚
が示してある。図５のように露光量２０ｍＪ／cm²以上
の所は、露光直後に膜厚が８３％に減少している。

【００３８】次にこの下地薄膜パタンを含む領域を、感
放射線組成物膜３が、ほとんど膜厚変化を起こさないよ
うな光で照射し、その反射光強度を基板上の位置の関数
で求めると、図２に一例として示されるような反射光強
度分布が得られる。

【００３９】すなわち、図２のように、膜厚が減少した
領域（図２の区間Ａ−Ａ′）からの反射光強度は、未露
光部で膜厚が変化していない領域（図２の区間Ａ−Ａ′
を除いた領域）よりも強くなる。通常、感放射線組成物
の膜厚は１μｍ程度の薄膜であり、反射光強度分布には
下地薄膜パタン２からの強度が重畳される。しかし、未
露光の感放射線組成物膜３に覆われている下地薄膜パタ
ン２の領域（図１の区間Ｂ−Ａ，Ａ′−Ｂ′）における
反射光強度は、膜厚が減少した領域Ａ−Ａ′のそれより
も小さい。この反射光強度分布より、区間Ｂ−Ａの長さ
Ｗ₁，区間Ａ′−Ｂ′の長さＷ₂を求め、（Ｗ₁−Ｗ₂）
の値より、膜厚変化した露光領域５と下地薄膜パタン２
との相対位置を求めることができ、所望の位置にパタン
が正確に転写されたかどうかを判別することができる。
すなわち、アライメントの精度の検査を、感放射線組成
物を現像することなく行うことができる。

【００４０】さらにアライメント精度の検査後に、先ほ
どの条件で露光を行った感放射線組成物膜を、７０℃２
分間、露光後ベークし、テトラメチルアンモニウムヒド
ロキシド２.３８重量％水溶液（ＮＭＤ−３、東京応化
社製）中で、２３℃で１２０秒間現像した。その結果、
膜べりもなく高コントラストでポジ型のパタンが得られ
た。図５に、露光後ベーク後および現像後の露光量に対
する規格化膜厚を示す。

【００４１】

【発明の効果】本発明によると、半導体デバイス等の製
造時、リソグラフイ技術により微細パタンの形成を行う
際に、感放射線組成物の露光による膜厚の変化を用い
て、露光部とそれに隣接する未露光部の反射光強度分布
を測定して、マスクのアライメントの精度を計測するこ
とができる。その結果、感放射線組成物膜を現像するこ
となく、新たな工程を追加することなくアライメントの
精度を検査することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のアライメント精度検査法の説
明図。

【図２】本発明の実施例のアライメント精度検査法の説
明図。

【図３】従来のアライメント精度検査法の説明図。

【図４】従来のアライメント精度検査法の説明図。

【図５】本発明の実施例の露光直後，露光後ベーク後現
像後の露光量に対する規格化膜厚を示す測定図。

【符号の説明】

１…基板、２…下地薄膜、３…未露光の感放射線組成
物、４…露光した感放射線組成物、５…活性放射線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今井彰東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者山本治朗東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者上野巧東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者小野塚利彦東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者森内昇東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者白井精一郎東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】予め定められた形状を有する下地薄膜パタ
ンを含む基板上に、感放射線組成物からなる膜を形成す
る工程と、前記感放射線組成膜の少なくとも前記下地薄
膜パタンを含む領域に、転写すべきパタンを有するマス
クを介して活性放射線を照射し、前記感放射線組成膜の
前記活性放射線の照射部の膜厚を変化させる工程と、前
記感放射線組成膜にほとんど膜厚変化を生じさせないよ
うな活性放射線を用いて前記下地薄膜パタンの領域を照
射し、その反射光の強度分布を前記基板上の位置の関数
として計測する工程とを含むことを特徴とするアライメ
ント精度検査法。
【請求項２】請求項１において、前記下地薄膜パタン
は、前記転写すべきパタンが予め定められた位置へ正確
に転写されたかどうかを判別するために設けられたアラ
イメント領域に形成された監視用パタンであるアライメ
ント精度検査法。
【請求項３】請求項１または２において、前記膜厚の変
化を前記感放射線組成膜に生じさせる光は、前記下地薄
膜パタンが形成された領域にのみ照射されるアライメン
ト精度検査法。
【請求項４】請求項１，２または３において、前記マス
クは前記下地薄膜パタン上の前記感放射線組成物膜の少
なくとも一部に活性放射線が照射されるパタンを有して
おり、前記位置の関数として反射光強度を計測する工程
は、前記下地薄膜パタンからの反射光強度分布と前記下
地薄膜パタン上の前記膜厚変化が生じた前記感放射線組
成物膜からの反射光強度分布により、前記下地薄膜パタ
ンと前記下地薄膜パタン上の膜厚変化が生じた領域との
相対位置を計測するアライメント精度検査法。
【請求項５】請求項１，２，３または４において、前記
転写すべきパタンを有するマスクを介して活性放射線を
照射した際に、前記感放射線組成物膜の膜厚が減少する
感放射線組成物を用いるアライメント精度検査法。
【請求項６】請求項１，２，３，４または５において、
前記感放射線組成物膜の膜厚の減少量が、初期膜厚の１
０％以上である感放射線組成物を用いるアライメント精
度検査法。
【請求項７】請求項１，２，３，４，５または６におい
て、前記活性放射線の照射で誘起される反応により、露
光中に生成する成分の少なくとも一つが揮発し、前記感
放射線組成物膜の膜厚が減少する感放射線組成物を用い
るアライメント精度検査法。
【請求項８】請求項１，２，３，４，５，６または７に
おいて、前記感放射線組成物が、活性放射線の照射によ
り酸を発生する化合物、及び酸で分解する結合を持つ化
合物を含み、前記露光工程中に酸が発生し、前記酸によ
る反応で生成する成分のうちの少なくとも一つが揮発す
ることにより、露光中に前記膜の膜厚が減少する感放射
線組成物を用いることを特徴とするアライメント精度検
査法。
【請求項９】請求項８において、前記酸による反応で室
温で生成する成分のうちの少なくとも一つの成分の沸点
が、７６０mmＨｇで２５℃以下であるような感放射線組
成物を用いるアライメント精度検査法。
【請求項１０】請求項９において、前記酸により反応で
室温で生成する成分がアセトアルデヒドとアルコールを
含み、前記アセトアルデヒドとアルコールの少なくとも
一つが揮発することにより、露光中に前記膜の膜厚が減
少する感放射線組成物を用いるアライメント精度検査
法。
【請求項１１】請求項１，２，３，４，５，６，７，
８，９，１０または１１において、前記感放射線組成物
が、アルカリ可溶性の化合物のアルカリ可溶性基を化１
で表される基で置換した化合物、及び活性放射線の照射
により酸を発生する化合物を含むアライメント精度検査
法。【化１】ここでＲ¹は、メチル基，エチル基などの炭素数１から
５のアルキル基、およびクロロエチル基等の炭素数１か
ら５のハロアルキル基を表す。
【請求項１２】請求項１，２，３，４，５，６，７，
８，９，１０または１１において、前記感放射線組成物
が、アルカリ可溶性の高分子化合物のアルカリ可溶性基
の一部を前記化１で表される基で置換した化合物、及び
活性放射線の照射により酸を発生する化合物を含むアラ
イメント精度検査法。
【請求項１３】請求項１２において、前記感放射線組成
物が、活性放射線の照射により酸を発生する化合物、及
びアルカリ可溶性の高分子化合物のアルカリ可溶性基の
ｚ％以上を化１で表される基で置換した化合物を含むア
ライメント精度検査法。ただしここでｚは数１で与えら
れるものとする。【数１】ｚ＝１０／（１−ａ／ｂ） …（数１）式中、ａはアルカリ可溶性の高分子化合物のモノマ単位
の分子量、ｂは前記モノマのアルカリ可溶性基を化１で
表される基で置換した構造の分子量を表す。
【請求項１４】請求項１１，１２または１３において、
前記アルカリ可溶性基が、フェノール性水酸基であるア
ライメント精度検査法。
【請求項１５】請求項１２または１３において、前記ア
ルカリ可溶性の高分子化合物が、ポリ（ｐ−ビニルフェ
ノール）であるアライメント精度検査法。