JPH11312644A - フォトレジスト層にマスク・パタ―ンを転写する方法 - Google Patents
フォトレジスト層にマスク・パタ―ンを転写する方法Info
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Abstract
ラフィック・システムを提供する。 【解決手段】 このリソグラフィック・システムには、
フォトレジストによって吸収されるエネルギ量を測定す
るための検出器が含まれている 【効果】 これによって、リソグラフィック・システム
は、必要な露光線量で各フィールドを露光することが可
能になり、従って、CDの変動が低減する
Description
の製作に関するものであり、とりわけ、フォトレジスト
層のパターン形成に関するものである。
層、及び、導電層が、基板またはウェーハ上に形成され
る。これらの層に、素子及びスペースが得られるように
パターン形成を施すことによって、トランジスタ、コン
デンサ、及び、抵抗器のようなデバイスが形成される。
これらのデバイスを相互接続することによって、所望の
電気的機能が実現する。
グラフィによって実施される。リソグラフィは、マスク
からのイメージをウェーハ表面に投射するプロセスを表
している。ウェーハ表面に形成されたレジスト層に対す
るこのイメージの照射によって、所望のパターンによる
露光が施される。レジスト層の露光に利用される照射線
量は、その現像に十分な量である。照射線量は、mJ/
cm2で表される単位面積当たりの放射エネルギとして
定義される。利用されフォトレジストがポジとネガのい
ずれであるかによって、レジスト層の露光部分と非露光
部分のいずれかが除去される。次に、レジストによって
保護されていない部分に例えばエッチングを施して、ウ
ェーハ上に素子及びスペースが形成される。
ック・システムの解像能力によって決まる。リソグラフ
ィック・システムの所定の生成によって得られる最小素
子サイズ(F)は、リソグラフィック・グラウンドルー
ルと呼ばれる。限界寸法(CD)は、制御しなければな
らない最小素子サイズと定義される。これには、例え
ば、ライン幅、スペーシング、及び、接触幅が含まれ
る。
生じる。こうした変動は、例えば、フォトレジストに対
する露光放射線のインカップリングの変動によって生じ
る。インカップリングは、フォトレジストの光活性化合
物によって吸収される露光エネルギ量を表している。こ
れらの変動は、一般に、ウェーハに対する薄膜付着の不
均一性、ウェーハ間誘電体厚の変動、レジスト厚の変
動、及び、レジスト塗布の変動(ソフトベーキング温度
等)といった、可変光学特性によって生じる。
する能力は、ますますクリティカルになる。特に、フォ
トレジストに対する露光用光源のインカップリングの変
動によって、CD変動が指定の許容差を超え、そのた
め、製造歩留まりに悪影響を及ぼす可能性がある。
対抗するため、反射防止コーティング(ARC)が利用
される。一般に、ARCの厚さは、時間のかかる最適化
プロセスによって決まる。ARCは、CD制御の改善に
は有効であったが、その利用は、コストが高くつき、追
加処理ステップが必要になる。
はCD制御を改善することにある。
れば、マスク・パターンをフォトレジスト層に転写する
方法が得られる。この方法には、フォトレジスト層にマ
スクをかぶせ、その間に光学投射レンズを配置するステ
ップが含まれている。マスクの上には、光エネルギ源が
配置される。マスクを通過する光源からの光エネルギ
は、レンズの通過後、入射光としてフォトレジストに送
られる。光エネルギ源に対する電力は、反射によって入
射光に戻される光エネルギの測定結果に基づいて制御さ
れる。
アパーチャ・サイズは、プロセス対して固定露光時間を
設定するために利用されるプロセスに関する事前に求め
られた統計的特性ではなく、フォトレジスト層に実際に
吸収される光エネルギ量に基づいて制御される。
をフォトレジスト層に転写する方法が得られる。この方
法には、構造表面にフォトレジスト層を付着させるステ
ップが含まれる。フォトレジスト層にマスクをかぶせ、
その間に光学レンズが配置される。マスクの上には光エ
ネルギ源が配置され、マスクの露出部分を通って、入射
光としてフォトレジスト層に送られる。反射される入射
光エネルギの量と、フォトレジスト層に入射する光エネ
ルギの量が測定される。光源に対する電力は、測定され
る光エネルギに基づいて制御される。特には、測定光エ
ネルギが、フォトレジスト層によって吸収された光量が
所定のしきい値レベルに達したことを示すと、光源への
電力が打ち切られる。所定のしきい値レベルは、フォト
レジスト層に形成されるアパーチャのサイズに従って選
択される。
良に関するものである。CD制御の改良は、フォトレジ
ストの露光線量を制御することによって実現される。本
発明の説明を容易にするため、従来のリソグラフィック
・システムについて解説することにする。
ッパのような従来のプロジェクション・プリンタの略図
が示されている。例えば、両方とも、あらゆる目的のた
めに、参考までに本明細書に援用されている、ポル(Po
l)他によるExcimer Laser-based lithography:a Deep
Ultraviolet Wafer Stepper,SPIE vol.633,6(1986)及
び、アンガー(Unger)他によるDesign and Performance
of a Production-worthy Excimer Laser-Based Steppe
r,SPIE vol.1674,(1992)には、こうしたシステムの記載
がある。プロジェクション・プリンタには、露光用光源
110が含まれている。露光用光源に対する電力は、電
源18によって供給される。プロジェクション・プリン
タには、ビーム送出サブシステム20、照射器24、マ
スク12を取り付けるためのマスク・フレーム13、投
射レンズ26及び、半導体ウェーハのような基板14を
取り付けるためのステージ30も含まれている。
ブシステム20を介して放射線を送り出す。一般に、ビ
ーム送出サブシステム20には、放射線を照射器に送り
込むため、さまざまなミラー及び/またはレンズのよう
な反射素子が含まれている。照射器24は、放射線を受
光すると、そのエネルギに空間的操作を加えて、マスク
の最適な照射が行えるようにする。マスクには、放射線
に対して半透明な領域と不透明な領域が含まれている。
これらの領域は、例えば、回路素子に対応するパターン
を形成する。投射レンズ26は、次に、ステージ30に
取り付けられたウェーハ14を被うフォトレジスト層に
マスクのイメージを投射する。マスクのイメージが投射
レンズによって縮小される場合、そのマスクはレチクル
と呼ばれる。一般に、投射レンズは、レンズの集合体か
ら構成される。ステージでは、正確なパターン・アライ
メントをとるため、コンピュータ(不図示)による精密
な並進及び回転制御が施される。
ェーハの一部に投射され、その部分のフォトレジスタが
露光する。ウェーハの露光部分は、露光フィールドと呼
ばれる。所定の露光線量が露光フィールドに投射される
と、ステージは、ウェーハを並進または階動させて、後
続の露光フィールドを露光させる。
システムには、CD変動の制御に難点がある。場合によ
っては、CDの変動が指定の許容差を超えて、生産歩留
まりに悪影響を及ぼすこともある。
フィック・システムが示されている。走査またはステッ
ピング技法を用いるリソグラフィック・システム(スキ
ャナまたはステッパ)によって、CD制御が改良され
る。リソグラフィック・システム210には、露光用光
源216が含まれている。露光用光源は、例えば、水銀
アーク灯光源のような紫外線(UV)または励起二量体
レーザのような深紫外線(DUV)光源とすることが可
能である。フォトレジストを露光させるための他の露光
源も有効である。露光源216は、電源218によって
電力供給を受ける。露光用光源216からの光は、マス
ク212に送られる。図解のように、光は、ビーム送出
システム220及び照射器224を介してマスクに送ら
れる。
シャッタが含まれている。機械式とすることが可能なシ
ャッタによって、露光用光源からマスクまでの光路が制
御される。シャッタは、ライン211におけるコントロ
ーラ210からの制御信号に従って選択的に開閉され
る。
は、露光用光源からの光に対して透明な領域と不透明な
領域から構成されるパターンを備えている。光に対して
透明な領域は、本明細書においてアパーチャと呼ばれ
る。例えば、マスク・パターンは、ウェーハ上に形成さ
れるべき回路素子に対応する。
る光によって形成される。次に、このイメージは、例え
ば、投射レンズである光学系26によって、ステージ2
14に取り付けられたウェーハ215の表面に投射され
る。一般に、ウェーハには、フォトレジスト層で被われ
た半導体素子が含まれている。図示のように、光学系2
6には、複数のレンズが含まれている。フォトレジスト
層は、マスク・イメージによる露光が施される。露光
後、露光部分と非露光部分のいずれかが、用いられるフ
ォトレジストがポジとネガのいずれであるかによって現
像される。
230が設けられている。検出器は、露光フィールド内
のフォトレジストによって吸収されるエネルギ量を検知
する。実施例の1つでは、吸収エネルギは、ウェーハの
表面に送られるエネルギ(入射エネルギ)とウェーハ表
面から反射されるエネルギ(反射エネルギ)の差によっ
て決まる。実例として、検出器は、光学系26のアパー
チャ付近のような、光エネルギの光路内に配置される。
ウェーハ表面に入射する光の一部は、反射によって投射
レンズに向かって戻されるので、これによって、好都合
なことには、検出器は入射エネルギ並びに反射エネルギ
を検知することが可能になる。
び反射エネルギは、コントローラ210に入力される。
これら2つのエネルギの差は、フォトレジストによって
吸収されるエネルギを表している。コントローラは、し
きい値制御信号である外部入力209も受信する。しき
い値制御信号は、一般に、そのレジストに必要とされる
露光線量(許可線量)にほぼ等しくなるように設定され
る。必要とされる線量は、用いられるレジストのタイプ
によって決まる。一般に、必要とされる露光線量は、レ
ジスト・メーカによって知らされるが、実験によって最
適化される。フォトレジストによって吸収されるエネル
ギがしきい値露光線量または必要とされる露光線量を超
えると、露光フィールドに対する放射が終了する。実施
例の1つでは、ビーム送出光学系のシャッタを閉じるこ
とによって、放射が終了する。従って、放射線がウェー
ハのフォトレジストに達するのが有効に阻止される。次
に、リソグラフィック・システムが、次の露光フィール
ドに階動し、その部分のレジストを露光させる。図3に
は、検出器230がより詳細に示されている。露光用光
源からの放射線は、光学系326によってステージに取
り付けられたウェーハ314に投射されるパターンを備
えた、マスク312のイメージを形成する。マスクに
は、例えば、露光用光源からの放射線が通過して、マス
ク・パターンによるウェーハの照射を行えるようにする
開口部が含まれている。ウェーハには、例えば、基板3
32内及び/または基板332上に形成された回路素子
が含まれている。これらの回路素子は、所望の電気的機
能が得られるように、レベル間誘電体層318によって
分離された金属層334によって選択的に相互接続され
る。一般に、金属層334の上に、例えば、二酸化珪素
または窒化珪素のような誘電体層336が堆積させられ
る。誘電体層336の上には、フォトレジスト層315
が堆積させられる。もちろん、ウェーハに、さらにデバ
イス層が含まれている可能性もあり、あるいは、ウェー
ハに描かれている層がないこともある。
ルギは、光学系326によってマスク312の下に(す
なわち、位置合わせをして)配置されたフォトレジスト
315層の上部表面部分340に送られる。露光領域
は、露光フィールドと呼ばれる。フォトレジスト層31
5の光活性材料によって吸収される放射線エネルギ量
は、それに形成されることになる開口部に影響を及ぼ
す。
を備えた開口部を生じる、フォトレジストによって吸収
されるエネルギ量にほぼ等しい。所望の露光線量は、許
可線量と呼ばれる。フォトレジスト層315によって吸
収されるエネルギ・レベルが許可線量を超えると、現像
後に形成される開口部のCDを超えることになる。この
状態は、露光過度と呼ばれる。フォトレジスト層によっ
て吸収されるエネルギ・レベルが許可線量を下回る状況
である露光不足の場合、フォトレジスト層の開口部のC
Dが小さくなる。前述のように、許可線量は、実験によ
って最適化される。ここまで、ポジ形フォトレジストの
利用に関連して、本発明の説明を行ってきたが、ネガ形
フォトレジストも有効である。
26のアパーチャの近くに配置される。検出器230
は、フォトレジスト層314によって吸収されるエネル
ギを測定するために利用される。前述のように、フォト
レジスタによって吸収されるエネルギは、入射エネルギ
と反射エネルギの差によって決まる。
射表面331及び332を備えるミラーが含まれてい
る。このミラーは、十分に小さいので、照射または露光
フィールドに影響または歪みを生じることがない。実施
例の1つでは、ミラーは、光学系326のアパーチャの
約10%以下であるが、約1〜10%が望ましく、約1
〜5%がより望ましく、約1〜2%がさらに望ましく、
約1%がいっそう望ましく、約1%以下であれば最も望
ましい。ミラーが小さくなるほど、照射フィールドの歪
みも少なくなる。
てウェーハを照射すると、その一部が、ミラーの表面3
31に接触して、センサ352に向かって反射される。
センサによって検知されるエネルギは、ウェーハを照射
するエネルギ量を表している。センサは、検知したエネ
ルギを電気信号351に変換する。センサには、例え
ば、フォトダイオードが含まれている。他の放射線セン
サも有効である。センサによって発生する電気信号は、
検出したエネルギのレベルに従って変動し、入射エネル
ギに相当するか、あるいは、入射エネルギの検出に利用
される。
と、入射光エネルギの一部が、異なる材料間のそれぞれ
の界面において反射し、検出器230に向かって戻され
る。例えば、エネルギは、空気・フォトレジスト層界面
360、フォトレジスト層・誘電体層界面362、誘電
体層・金属層界面364、金属層・誘電体層界面36
5、及び、誘電体層・基板界面366から反射される。
入射エネルギの一部は、反射によって、検出器に向かっ
て戻され、表面231に接触する。表面231は、例え
ば、センサ352と同様のセンサ358に向けて反射エ
ネルギを送る。センサ358によって検知されるエネル
ギは、ウェーハからの反射エネルギを測定するために利
用されるか、あるいは、前記反射エネルギに相当する。
表面を備えたプリズムが含まれる。露光用光源からのエ
ネルギが、プリズムを通過すると、その一部がセンサ3
52に向かって反射される。センサ352は、入射エネ
ルギの測定に利用される出力を発生する。エネルギがウ
ェーハ表面に接触すると、入射エネルギの一部が、異な
る材料間のそれぞれの界面において反射し、検出器23
0に向かって戻される。反射エネルギの一部は、センサ
358に向けて送られ、前記センサは、ウェーハからの
反射エネルギの測定に利用される信号を発生する。
されて、ウェーハ表面に達し、半分が反射されて、セン
サ352によって検出されることになる、反射率が50
%のビームスプリッタである。従って、センサ352に
よって検知されるエネルギ量は、ウェーハに入射するエ
ネルギ量にほぼ等しい。ビームスプリッタは、センサ3
58に向かって反射されるエネルギの約50%も反射す
る。これは、反射エネルギの半分だけにしか相当しない
ので、それを2倍すると、反射エネルギに一致する。他
の反射率を備えたプリズムも有効である。しかし、他の
反射率を備えたプリズムを用いる場合、センサによって
発生する信号は、入射エネルギ及び反射エネルギに正確
に対応するように調整が施される。
に、ウェーハの反射率が変化する。図4には、異なる
「インカップリング」条件(すなわち、フォトレジスト
層の下に配置された二酸化シリコンの誘電体層の異なる
厚さ)を利用した、この変化に関するシミュレーション
が示されている。見て分かるように、ウェーハの反射率
は、露光時間とともに増大する。反射率のこの変化を保
証するため、露光中の反射強度を時間に関して積分する
ことによって、フォトレジスト層によって吸収されるエ
ネルギを求めるための下記の式が得られる:
エネルギ、 Iincident=第1の光センサ352によって測定される
入射光強度、 Ireflected=第2の光センサ358によって測定され
る反射強度、 T=露光開始後の経過時間。
施例が示されている。図示のように、それぞれ、センサ
352及び358によって発生する信号を積分するた
め、積分器553及び559が設けられている。従っ
て、積分器559によって発生する信号570は、時間
に関して積分された反射エネルギを表し、信号554
は、時間に関して積分された入射エネルギを表してい
る。信号554及び570は、コントローラ210(図
2参照)に入力され、前記コントローラが、信号間の差
を測定して、フォトレジストによって吸収されたエネル
ギを求める。
210が詳細に示されている。図示のように、コントロ
ーラは、積分された入射エネルギ信号554及び反射エ
ネルギ信号570を受信する。これらの信号は、差動増
幅器670に入力されて、フォトレジスト層15によっ
て吸収されるエネルギ(Eabsorbed)を表す出力673
が生じる。信号673は、しきい値レベル信号675と
共に、コンパレータ622に送られる。実施例の1つで
は、しきい値レベル信号は、必要とされる露光線量にほ
ぼ等しい。信号673のレベルが、しきい値信号のレベ
ルにほぼ等しい場合、コンパレータ622は、アクティ
ブ信号640を発生する。アクティブ信号640は、露
光フィールドに対する放射線の送出を終了するために利
用される終点露光信号を表している。実施例の1つで
は、信号640は、例えば、ビーム送出光学系における
シャッタの制御に利用される。信号640がアクティブ
の場合、シャッタが閉じて、放射線がウェーハに到達す
るのが阻止される。
ールドの露光時間が、そのフィールド内のフォトレジス
トによって吸収されるエネルギに基づいて調整される。
吸収されるエネルギ、または、必要とされる露光線量に
従って露光フィールドの露光時間を調整することによっ
て、CD制御が大幅に改良される。
って吸収される露光放射線エネルギ量のシミュレーショ
ンが実施された。このシミュレーション結果が、図7に
描かれている。フォトレジスト層の必要な露光線量を表
す任意の露光しきい値(mJ/cm2)を選択すると分か
るように、誘電体層の厚さが増すにつれて、必要な露光
線量を得るのに要する時間も長くなる。従って、必要な
露光線量を終点制御として利用することによって、吸収
されるエネルギがしきい値エネルギを超えると、各露光
フィールドの露光が終了する。
ミュレーションが実施された。このシミュレーションの
結果が、図8に描かれている。線810は、本発明によ
る終点露光制御を施した場合の結果を表しており、線8
20は、終点露光制御を施さなかった場合の結果を表し
ている。図示のように、終点検出を行わなかった場合の
線量の変動は、約+/−25%以上であり、一方、終点
検出を行った場合の線量の変動は、約+/−4%以下で
ある。従って、終点露光検出を利用した線量制御のほう
がかなり優れている。実際、こうした線量制御は、有機
反射防止コーティング(ARC)によって実施される線
量制御に匹敵するか、それよりも優れている。
るために利用される従来のリソグラフィック・システム
の略図である。
図である。
部分の略図である。
厚さに関する露光時間の関数としての反射光強度のシミ
ュレーション結果のグラフである。
ある。
る。
露光時間の関数として上述のように計算した吸収エネル
ギ間の関係を示す曲線である。
かった場合の、二酸化珪素誘電体層の厚さの関数として
許可線量の比率を示す曲線である。
ク、 214 ステージ、 215 ウェーハ、 21
6 露光用光源、 218 電源、 222ビーム送出
システム、 224 照射器、 226 光学系、 2
30 検出器、 312 マスク、 314 ウェー
ハ、 315 フォトレジスト層、 318 レベル間
誘電体層、 326 光学系、 331 ミラー表面、
334金属層、 336 誘電体層、 352 セン
サ、 358 センサ、 360 空気・フォトレジス
ト層界面、 362 フォトレジスト層・誘電体層界
面、 364 誘電体層・金属層界面、 365 金属
層・誘電体層界面、 366 誘電体層・基板界面、
553 積分器、 559 積分器、 622 コンパ
レータ、 670 差動増幅器
Claims (2)
- 【請求項1】 フォトレジスト層にマスク・パターンを
転写する方法において、 露光用光源からの放射線によってマスク・パターンを構
成するマスクを照射して、マスク・パターンのイメージ
を形成するステップと、 フォトレジスト層にイメージを投射するステップと、 フォトレジスト層によって吸収される放射線量を検出す
るステップと、 フォトレジスト層によって吸収されるエネルギ量がほぼ
しきい値レベルに等しくなると、フォトレジストに対す
る放射を終了するステップよりなること特徴とする、フ
ォトレジスト層にマスク・パターンを転写する方法。 - 【請求項2】 フォトレジスト層によって吸収される放
射線量の検出ステップに、 フォトレジスト層に対する露光用光源からの入射放射線
を測定するステップと、 フォトレジスト層の表面から反射される入射放射線の一
部を測定するステップと、 入射放射線と反射される入射放射線の一部との差を確か
めるステップが含まれており、この差が、フォトレジス
ト層によって吸収される放射線量にほぼ等しい、請求項
1記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
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JP11089122A Pending JPH11312644A (ja) | 1998-03-30 | 1999-03-30 | フォトレジスト層にマスク・パタ―ンを転写する方法 |
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JP (1) | JPH11312644A (ja) |
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