JPH1069097A - レジストパターン評価方法及びパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レジストパターンの形状評価を行うに際し
て、特に裾部の形状について簡易的に定量的な評価を行
うことの可能な手法を提供することを目的とする。 【解決手段】 半導体基板１に化学増幅型レジストを塗
布し、レジスト膜３を形成した後、ＫｒＦエキシマレー
ザステッパを用いて露光４を行う。露光部にモニター光
６を照射し、散乱光をモニターしながら現像処理を行う
ことにより、レジスト膜深さに対する溶解速度の分布を
測定する。レジスト膜底部とそれ以外の点での溶解速度
の比を算出することにより、レジストパターンの裾引き
形状を定量化することができる。また、実際にデバイス
の製造を行う場合に、パターン形成を行う前に、レジス
トの溶解速度を測定することにより、パターン不良を予
測して、実基板に対し適切な裾引き防止のための措置を
とる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や集積
回路を製造する際の、レジストパターン評価方法及びこ
れを用いたパターン形成方法に関するものであり、特に
レジストとして科学増幅型レジストを対象とするもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣやＬＳＩ等の製造における微
細レジストパターン形成は、加工寸法の微細化に伴い、
短波長光源を利用したプロセスの開発が進められてい
る。そして、短波長光源によるリソグラフィプロセスで
は、一般に、化学増幅という概念を導入したレジストが
使用されている。化学増幅型レジストとは、放射線が照
射された際に酸を発生することができる酸発生剤と、酸
により反応する化合物を含むレジストであり、酸触媒に
よる反応を用いてアルカリ溶解特性を変化させることに
より、レジストパターンを形成するものである。

【０００３】しかしながら、このようなレジストは、環
境中の不純物の影響を受け易く、特に、反応の触媒とな
る酸を失活させる塩基性物質が存在すると、パターンの
形状や解像性が著しく劣化するという問題点がある。基
板表面が塩基性物質により汚染されている場合やＴｉ
Ｎ、ＳｉＮ、ＢＰＳＧ等、酸を失活し得る孤立電子対を
有する窒素原子、ボロン原子、またはリン原子を含む膜
上にパターンを形成する場合、ポジ型レジストでは裾ひ
き、ネガ型レジストでは食い込みというようなパターン
不良が発生しやすい。このような問題に対する対策とし
て、基板上に影響を遮断するための薄膜を形成する方法
（例えばＵＳＰ５，２１９，７８８参照）などが、提案
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、化学増
幅型レジストを、上記以外の通常の基板上に形成した場
合でも、膜表面の微量の不純物や基板の反射率、膜厚等
によりレジストパターンの裾ひきやスカム等が発生し、
後の工程に悪影響を与える場合がある。

【０００５】これらの影響は、レジストの組成や、基板
の特性にも依存し、レジスト材料や、基板の形成条件の
どちらか、あるいは両方を変えることにより、影響を回
避できたり、影響が強くなる場合がある。また、これら
の影響の大きさは、レジスト材料や基板の状態の非常に
微妙な変化にによっても変わる場合があり、レジストや
基板のロット間の状態のばらつきによっても、影響がで
る。

【０００６】上記のように、化学増幅型レジストが、基
板から受ける影響は、レジストの組成や、基板の状態に
より異なる。これに対して、これまでＳＥＭにより断面
を観察するなどの方法が用いられてきたが、このような
影響について定量的に評価する方法がなく、また上記の
方法は、手数がかかり、評価基準が曖昧になるために、
実際にレジスト、及びプロセスを評価する上で困難であ
り、また、ロット間のばらつきを考慮しプロセスの管理
を行う上で適当な方法であるとはいえない。すなわち、
半導体製造プロセスにおいて、化学増幅型レジストが基
板から受ける影響を日毎にでも定量的に求めることが可
能となれば、生産性を向上させることができるが、現在
のところそのような手法は確立されていない。

【０００７】従って本発明は上記問題点に鑑み、化学増
幅型レジストが基板から受ける影響を簡便な方法で正確
に測定することができるレジストパターン評価方法、及
びこれを用いたパターン形成方法を提供することを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明のレジストパターン評価方法は、半導体基板
上に化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、化学増幅
型レジスト膜を露光する工程と、化学増幅型レジスト膜
の露光部の現像液に対する溶解速度を測定することによ
り化学増幅型レジストパターン形状を予測する工程とを
有する構成となっている。

【０００９】また、本発明のパターン形成方法は、第１
の基板上及び裾引きや食い込みを生じることなくパター
ンを形成することができる理想的な第２の基板上に化学
増幅型レジスト膜を形成する工程と、第１の基板及び第
２の基板上に形成された化学増幅型レジスト膜に対して
露光を行う工程と、第１の基板及び第２の基板上に形成
された化学増幅型レジスト膜に対して現像を行って露光
部の溶解速度を測定し第１の基板と第２の基板上に形成
された化学増幅型レジストの溶解速度を比較することに
より第１の基板上に形成される化学増幅型レジストパタ
ーンの形状を予測する工程と、予測した結果に基づいて
半導体基板に表面処理を行い、その後半導体基板上に化
学増幅型レジストパターンを形成する工程とを有する構
成となっている。

【００１０】なお、本発明における露光光源としては、
ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、遠紫外
線、紫外線、電子線、Ｘ線等が挙げられる。

【００１１】また、溶解速度の測定法としては、レジス
ト残存膜厚を現像中にオンラインで光の反射によって検
出する方法、一定時間現像した後に残膜厚を測定する方
法等がある。

【００１２】さらに、基板表面処理としては、酸による
中和処理、Ｏ２プラズマや加熱による酸化、有機膜や無
機膜、単分子膜等の形成等が挙げられる。

【００１３】本発明は上記した構成によって、レジスト
の溶解速度を測定し、レジストパターンの形状を予測す
ることによりパターン形成を評価し、また、この評価方
法を用いてパターンを形成するものである。

【００１４】レジストパターンに裾引きが生じる場合、
レジスト膜の溶解速度は、レジストの膜厚方向におい
て。基板付近にて低下する。従って、レジスト材料、ま
たは基板の形成条件を変えた場合のレジストパターン形
状が、該基板上でのレジストの溶解速度を測定すること
により、予測することができる。特に基板付近でのレジ
スト膜とその他の部分での溶解速度の違いを所定の計算
方法で求めることにより、レジストパターンの裾引きを
簡便な方法で、定量的に評価することができる。

【００１５】また、上記の定量的な裾引きの評価を処理
ロット毎に行うことにより、ロット間ばらつきや成膜時
のトラブル等によるレジストパターンの裾ひき形状を予
測できる。裾引き形状が起こり易いと判断されるロット
に対しては、酸処理や、Ｏ２プラズマ処理を裾引きの度
合いに応じて施すことにより、基板状態のばらつきによ
る不良を出すことなく、安定してパターンを形成するこ
とができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施の形態におけ
るレジストパターン評価方法及びこれを用いたパターン
形成方法について、図面を参照しながら説明する。

【００１７】（実施の形態１）図１及び図２は本発明実
施の形態１におけるパターン評価方法において、レジス
トの溶解速度を示す図を示したものである。また、図３
は、パターン評価方法の工程の模式図を示したものであ
る。

【００１８】まず、半導体基板１に化学増幅型レジスト
を塗布し、９０℃、９０秒のプリベークを行うことによ
り、レジスト膜３を形成する。次に、ＫｒＦエキシマレ
ーザステッパを用いてブランク露光４を行い（図３
（ａ））、１００℃、９０秒の露光後ベークを行った。
その後、露光部にモニター用の光６を照射し、散乱光を
検出器７で検出しながら現像液５に浸すことにより溶解
速度の測定を行い（図３（ｂ））、レジストの溶解の状
態を示す波形（図１（ａ））を得た。なお、図１（ｂ）
は裾引き（ネガ型の場合は食い込み）を生じずにパター
ンを形成することができる理想的な基板上でのデータを
示したものである。

【００１９】図１において、レジストの溶解を示す波形
は、レジスト膜の深さに対応しており、第２の振幅はレ
ジスト膜中央部を、第３の振幅はレジスト膜底部の溶解
を示している。また、図１における波形の波長は、各々
の領域において現像が進行するのに要する時間を示して
いる。

【００２０】正常なパターンが形成される場合（図１
（ｂ））においては、第２、第３の波長がほぼ等しく、
図中のｔ３：ｔ４の比が１：１．３であり、これは、レ
ジストの溶解速度がレジストの厚さ方向においてほぼ一
定であることを示している。これに対して、半導体基板
１上（図１（ａ））では第３の波長が大きくなってお
り、ｔ１：ｔ２の比は、１：２．５となっている。これ
は、レジストの底部において溶解速度が低下しているこ
とを示している。

【００２１】上記の図１に示したデータをさらに溶解速
度に変換することにより、レジスト膜の深さ方向の溶解
速度の変化を求めたものを図２（ａ）に示す。なお、上
記の図１（ｂ）に示した裾引きを形成せずにパターンを
形成することができる理想的な基板上でのデータについ
ても同様に図２（ｂ）に溶解速度に変換した結果を示
す。

【００２２】正常なパターンが形成される場合（図２
（ｂ））には、レジスト中央部とレジスト底部の溶解速
度は比較的近く、図中のｒ３：ｒ４の比が１：０．７で
あるのに対し、図２（ａ）の場合では、底部で極端な溶
解速度の低下が見られ、ｒ１：ｒ２の比は１：０．２で
あった。このように、半導体基板１上のレジスト膜の溶
解速度は、裾引きを形成しない場合と比較して、底部で
の溶解速度の低下が確認された。

【００２３】さらに、実際に図１（ａ）に示すような半
導体基板１に形成したレジストパターンの断面は、図４
に示したように裾引き形状であった。すなわち、図４に
示したようなパターン不良が発生するのは、レジストの
溶解速度の変化に対応するものと考えられ、この溶解速
度の変化は測定により定量的に求めることが可能である
ため、溶解速度を変化をモニタリングする（例えばレジ
スト膜の中央付近での溶解特性と底部での溶解特性の比
を求める）ことにより、レジストパターンの裾引き形状
を予測することが可能となる。

【００２４】なお、本実施の形態では、光の反射によっ
て測定を行ったが、一定時間現像した後に残膜厚を測定
する等の方法もとることができる。但し、光の反射によ
って測定を行ったほうが、リアルタイムに測定を行うこ
とができるという利点がある。

【００２５】（実施の形態２）次に以下では、実施の形
態１に示した本発明のレジストパターン評価方法を用い
たパターン形成方法について説明する。

【００２６】まず、レジストパターンの評価を行う対象
となる第１の基板（半導体基板）と、裾引き等のパター
ン不良を発生することなくパターンを形成することがで
きる理想的な第２の基板（テスト用基板）を用意する。

【００２７】次に上記の実施の形態１で示したように、
化学増幅型レジストを上記の第１の基板及び第２の基板
に形成し、露光を行った後現像の際にレジストの溶解速
度の測定を行った。その結果、第１の基板に形成された
レジスト膜の中央部と底部の溶解速度の比（図２におけ
るｒ１：ｒ２）は１：０．１５であった。一方、裾引き
の無いレジストパターンが形成できる第２の基板に形成
されたレジスト膜の中央部と底部の溶解速度の比は１：
０．７であった。

【００２８】上記の結果より、第１の基板にそのままレ
ジストパターンを形成しようとすると、裾引きが起こる
ことが予測される。そこで、第１の基板上のレジストパ
ターンが裾引きを起こさないように硫酸洗浄を行い表面
を清浄化した後、再度レジストの溶解速度の比を測定し
たところ、１：０．７となった。この状態で、第１の基
板上にマスクを介してレジストパターンを形成したとこ
ろ、裾引きの無い良好なレジストパターンを形成するこ
とができた。確認のために硫酸洗浄を行う前の基板に同
様にレジストパターンを形成したところ、裾引きが生
じ、良好なパターンを形成することができなかった。

【００２９】以上のように、本実施の形態によれば、パ
ターン形成を行う際に事前に溶解速度を測定し、パター
ンの裾引きを予測することにより、適切な処置をとるこ
とができ、パターン形生後のトラブルを未然に防ぐこと
が可能となる。

【００３０】半導体装置量産工場において同じ条件で日
々製造が行われているわけであるが、その日その日によ
って、微妙に条件に差異が生じるため、上記のような定
量的に化学増幅型レジストの基板からの影響を日毎の最
初に行った後に量産を行えば、生産性を向上させること
ができる。

【００３１】なお、本実施の形態において、裾引きが予
測される基板に対して、硫酸洗浄の処置をとったが、そ
の他の酸による洗浄、酸素プラズマ処理、熱処理、密着
剤による処理など、レジストの溶解速度、また、基板の
組成等に応じた処置をとることが可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、レジスト
の溶解速度を測定することにより、レジストパターンを
定量的に評価することができる。レジスト材料や、基板
表面状態制御のための技術などがレジストパターンの形
状に及ぼす影響を定量的に評価することができるため
に、プロセスの最適化を行う際に正確な判断を行うこと
が可能になる。

【００３３】また、本発明は、実際に量産工程に於てパ
ターン形成を行う際に、あらかじめ被処理基板と同じ表
面状態を有する評価用基板を作成しておき、評価用基板
上に塗布したレジスト膜の溶解速度を測定し、実基板に
適切な表面処理を施すことにより、良好なパターン形成
を行うことができるパターン不良を事前に予測でき、プ
ロセスを容易に管理することができ、生産性の向上を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるレジストの溶解を
示す波形を示す図

【図２】本発明の実施の形態におけるレジストの溶解速
度を示す図

【図３】本発明の実施の形態におけるレジストパターン
評価方法の工程断面図

【図４】レジストパターンの裾引きを示す断面図

【符号の説明】

１ 半導体基板 ３ レジスト膜 ４ 露光光 ５ 現像液 ６ モニター光 ７ 検出器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板上に化学増幅型レジスト膜を形
   成する工程と、前記化学増幅型レジスト膜を露光する工
   程と、前記化学増幅型レジスト膜の露光部の現像液に対
   する溶解速度を測定することにより化学増幅型レジスト
   パターン形状を予測する工程とを有するレジストパター
   ン評価方法。
2. 【請求項２】第１の基板上及び裾引きや食い込みを生じ
   ることなくパターンを形成することができる理想的な第
   ２の基板上に化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、
   前記第１の基板及び第２の基板上に形成された化学増幅
   型レジスト膜に対して露光を行う工程と、前記第１の基
   板及び第２の基板上に形成された化学増幅型レジスト膜
   に対して現像を行って露光部の溶解速度を測定し前記第
   １の基板と前記第２の基板上に形成された化学増幅型レ
   ジストの溶解速度を比較することにより前記第１の基板
   上に形成される化学増幅型レジストパターンの形状を予
   測する工程と、前記予測した結果に基づいて半導体基板
   に表面処理を行い、その後前記半導体基板上に化学増幅
   型レジストパターンを形成する工程とを有するパターン
   形成方法。
3. 【請求項３】第１の基板と第２の基板上に形成された化
   学増幅型レジストの溶解速度を比較する際に、化学増幅
   型レジストの厚さ方向ににおける基板付近とその他の部
   分での溶解速度の違いを求めることを特徴とする請求項
   ２記載のパターン形成方法。
4. 【請求項４】表面処理が酸による中和処理であることを
   特徴とする請求項２記載のパターン形成方法。