JPS62187849A - フオトレジストの特性を測定するためのくさび型走査法 - 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】 本発明は速く、能率的で正確にフォトレジストの特性を
調べる方法及び装置に関するものである。

フォトレジストは溶液から作られた塗膜若しくはドライ
フィルムを適用することよりなシ、適当な波長の光に露
光されると、このフォトレジストは化学的な性質を変え
、成る溶媒に対する溶解性を変える（現像）。このタイ
プのフォトレジストが使用され、ネガ型に作用するフォ
トレジスト及びポジ型に作用するフォトレジストである
。ポジ型のフォトレジストは光に露光される迄はその現
像液に不溶であり、他方ネガ型のフォトレジストはこれ
とは逆に働く。ポジ型フォトレジスト及びネガ型フォト
レジスト共に光に露光された結果として像を形成する。

フォトレジスト、特にポジ型のフォトレジストはプリン
ト回路及び半導体の製造に大変に有用になってきている
。その画像の品質はその光学的移行手段（光学的コント
ラスト）及びフォトレジスト／現像システム（化学的コ
ントラスト）に依る。

しかしながら、フォトレジスト材料は、その経時安定性
、出発原料及び他のファクターにより本質的にその光応
答性及び解像能を変化され得る。このことはその得られ
るフォトレジスト像のその品質に影響を及ぼし得るし、
そのことによってその製品のその品質にも影響を与え得
る。従って、使用されるフォトレジストの各バッチの特
有のパラメーターを知ることは製造にとっても重要なこ
とである。

応答性を決定するのに用いられる一つの方法は特性曲線
を用いることである。特性曲線を描くための標準的な方
法は露光の対数対存在するフォトレジストの膜厚のプロ
ットを結んで描かれる。このような曲線を用いると比較
的容易に異なるフォトレジスト／現像系の光反応速度及
びコントラストを決定出来る。従って、このような特性
曲線をその簡単に正確にプロット出来ることは大変に重
要である。

段階的露光の指数（ウェーハーステッパー中に於いて同
じ基体上の小面積群を種々の露光エネルギーで露光する
）又はマスクを用いての段階的指数の特性曲線がプロッ
トされている。これらのマスクをそのフォトレジストの
真上に置いてそして次にその系に光を露光する。カラン
達による米国特許３６３１．７７２を参照のこと。しか
しながら、このようなマスクはその特性曲線上にプロッ
ト出来る異なる数多くの点を与えるだけである。付は加
えるならば、一連の段階的指、標を用いることにより最
も適切な点を与えられたマスクで得ると云う保証はない
。そこで、適切な特性曲線を得る迄には種々のマスクを
用いながらある量の試行錯誤の試験が必要になるかも知
れない。

本発明の方法はフォトレジスト材料のその分析工程を顕
著に簡単にしたものである。本発明の方法はまた、より
正確な特性曲線を提供し、その結果としてフォトレジス
トの光反応速度及びコントラストのより正確な指標を提
供するものである。

本発明の説明 フォトレジスト／像形成系のその光反応速度及びコント
ラスＩｆ決定する簡単で正確な方法は、フォトレジスト
が受光するその露光を直線上を変化させることにより成
し遂げ得ると云うことを見出したものである。そのフォ
トレジストが受光するその露光を直線的に変化させるこ
の技術は本発明ではくさび型スキャニング法として述べ
る。

そのフォトンシストが受光するその露光を直線上を変化
させることは種々の異なる方法で行はれる。例えば、第
１図に描いているように、そのフォトレジスト（１）を
有する基体を露光の最中に一定速度で固定シャッター（
２）の下側を動かすことが出来る。そのフォトレジスト
を有するその基体を移動機械（３）の上に置いて動かし
てもよい。従って、そのフォトレジストに受光されるそ
の露光光Ｏｌは、そのフォトレジストがその固定シャッ
ターの下側を直線的に動くにつれて変化する。他方、そ
のフォトレジストを固定して、その光源をふさぐために
そのシャッターを動かしてもよい。

他方、不透明から透明に直線的に連続的に変化する試験
用マスクを使用することも出来る。そのマスクはガラス
基体に典型的には６０ミル厚に一定比率でクロムの量を
増やしながらコーティングして作ることが出来る。その
クロムコーティングは非常に微細なりロム粒子より作ら
れている。しかしながら、工業界で良く知られている他
の化合物もそのコーティングを作るために使用出来る。

次にこのマスクをそのフォトレジストの上側に位置させ
、そして光源でそのフォトレジストｅ露光する。

次に、その露光されたフオ）ｌ／ジスト工業界で良く知
られている浸液法又はスプレー法のよつ？方法で現像し
てもよい。

そのフォトレジストが受光した露光の程度は種々である
ので、現像後のそのフォトレジストの厚みは変化するだ
ろう。ポジ型のフォトレジストは第２図に示したように
、完全に露光を受けた部分はその領域のレジストが完全
に消失していることにより明らかであろう。その未露光
の部分は現像によっても殆んどのレジストは除去されな
いが異なる露光による異なる量のレジストの除去により
そのレジストのその残存部分の厚さは変化する。

その同じサンプルを用いて現像中のその厚みのロスは、
自己接着性の保護テープをその未露光の面積中の小面積
にはって保護して現像を行うことによってその同じ条件
で決定することが出来る。ネガ型フォトレジストについ
ては全く逆のことが起こるであろう。厚みにその差異が
ある結果として、単色光若しくは多色光を露光すると、
そのフォトレジスト上に干渉しまに並行に各々点着しく
はにじ色のパターンが出来るだろう。第２図に示したよ
うに、フォトレジストの厚みのために得られるそのしま
はそのフォトレジスト平板を横切って種々変化する。

その同じ振幅及びその同じ波長の２つの光波が与えられ
た点に同時に同じ位相で到達した時にこれらの干渉しま
が得られ、その点では彩色が生ずるであろう。もしも位
相が異なるならば、その光波は互いに打ち消し合うので
彩色は生じないだろう。この現象は、簡単且つ正確に特
性曲線をプロットしながら描くのに必要な情報を得るの
に好都合に使用出来ることを見出したものである。その
フォトレジストのその端部に関連してその干渉じまの位
置を測定する。

干渉じまの測定は数多くの方法のいかなる方法によって
も成し得る。目視によって手動でも出来る。より好まし
くは、第３図に示したようにレーザー反射装置を用いて
その平板を横切るその光反射を測定する。レーザー光源
（４）ｔ−用いてレーザー光線をその基体（１１上のそ
のフォトレジストに露光する。そのフォトレジスト（７
）により反射されたそのレーザービームは、フォトレジ
ストを有するその基体がそのレーザービームを横切って
走査されるにつれて検出器（５）で読み取られる。第３
図に記載されているような他のクステムは標準の顕微鏡
を使用する。単色光源（４’）（レーザー光発光ダイオ
ード９モノクロメータ−（ホ）若しくは光路中の光フイ
ルタ−（イ））がその顕微鏡の入射光用に使用される。

半透明鏡Ｑ、υは、その基体（１１上にそのフォトレジ
スト上にその光線を反射する。その基体（１）ヲその顕
微鏡の台＠の上に置く。この顕微鏡台＠の動きは、ステ
ップモーター及び／又は線型回転数増加ステップ計数に
よりコントロールされる。その顕微鏡の対物レンズの下
側でその顕微鏡台はその基体を一定速度で動かし、位置
検出器（２３）でその顕微鏡台の位置を検出する。その
反射光（７）はその半透明鏡を通り抜けてその顕微鏡の
対物レンズ中に入る。その顕微鏡の接眼レンズを動かし
て光検出器（５）により反射率を測定する。各々の方法
でその検出器により検出されたその反射率は増幅機（８
）へ入力し、次に解読チャート記録機（９）でその反射
率全グラフ化してもよい。他方、その検出器により測定
されたその反射率を直接コンピューターに入力してもよ
く、そしてそのコンピューターは特性曲線を描くのに必
要な計算をすることが出来る。

第５図には資料の断面を横切ってその反射光の強度によ
って得られた典型的な解読チャート記録を示す。完全に
レジストが除去された場所のそのレジストのその領域は
ピーク０として現われる。

これは十分に露光を受けたそのレジストのその部分が完
全に現像されたことを意味している。それに続いて、レ
ジストの厚みの変化に従って干渉し７に反射された数多
くのピーク及び最小値が存在する。最後に、最小値は露
光されなかった部分により得られるグラフの部分に達す
る。

露光の間のその移動時間に於けるその露光強度によって
得られるそのフォトレジスト上の各干渉しま間の距離は
特性曲線を描くために必要な情報を提供する。この解読
チャートのデータを用いて、その基体の高露光の終シよ
り各ピーク迄及びそのフォトレジストの低露光の終シ迄
のそのチャートの単位を測定することが出来る。それか
ら、各ピークに対応するその成された露光を以下の式：
％式％） を用いて計算することが出来、式中のＤはピーク１０時
のその露光；工はその露光強度、Ｔはその総移動時間；
Ｃ１はピーク１に対応するチャート単位の数；及びＣｒ
はその基体のその終りに対するチャート単位のその総数
。

各ピークのそのレジスト厚はＯ厚のＯビーク時より出発
してその各その干渉しまパターンの半周期の間のオンダ
ストロームＱ特性数を加えながら計算してよい。以下の
式： を用いてこのオンダストローム特性Ｑ数は得られ、式中
のλはそのレーザー光線若しくはその単色光源のその波
長であり、ｎはそのフィルムのその屈折率及びｃｏｓ　
（θ）はそのフィルムの標準状態に対するそのレーザー
光線の角度である。その顕微鏡を使用するときには、そ
の入射角ｃｏｓ（θ）−１である。その分母の一方の係
数２は一周よりも半周に対応するその厚みの異なりのた
めに必要であシ、もう一方の係数２はそのフォトレジス
トを２回通り抜けてくるその干渉光線の一つのために使
用される。

しかる後、標準化されたレジスト厚対露光の対数のグラ
フを描くことが出来る。ポジ型フォトレジストでは、そ
のフォトレジストを除去するために必要とするその最小
エネルギーを基にしてその光反応速度が計算される。ネ
ガ型のフォトレジストとではこれと全く反対の考え方が
用いられる。

そのフォトレジストのそのコントラストは、その特性曲
線γのその傾きのその絶対値である。得られる典型的な
特性曲線を第６図に示す。その露光強度は５．　ＯＯｍ
　Ｗ／ｍ２で露光移動時間は＆５秒であった。

この方法は更に簡単で正確にするために第７図に描いた
ような完全自動化の系でも実施出来る。

光源■はフォトレジストの照明αＱに使用される。

可動性のシャッター（２′）はコンピユーｐ　−（１３
）、！：連動している。そのコンピューターは、その光
源の下側で特定された時間でそのシャッターを動かすだ
ろう。そのフォトレジストを含有しているその基体を実
際に照らすその光源（１０’）の光を変化させるために
使用し得るフィルターαυを有するフィルターホルダー
はそのシャッターの下側に位置させる。そのフォトレジ
ストを有するその基体を、固定し得る支持台（３′）の
上に乗せる。他方、そのシャッターを一定に保持しなが
らその光源を横切ってその基体を直線的に動かすために
その支持台（３′）はモーターαりにより機械的に移行
させることが出来る。現像した後のそのフォトレジスト
のその反射を測定するためにレーザー光源（４）は使用
される。基体上のそのフォトレジスト力そのレーザービ
ームを横切ってモーターＱ２１により機械的に移行する
につれて、レーザー光線（６）ｌｄ　ソのフォトレジス
トにぶつかりそしてそのフォトレジスト（７）により反
射されて更にその反射されたレーザー光線は探知するだ
めの検出器に入る。そのコンピューター０３１はその検
出器からのそのデーターを記録する。記録機α弔で完全
にプロットされた特性曲線を直接記録することが出来る
。もし必要であれば、また特性曲線を記録することなく
そのフォトレジストの光強度及びコントラストを直接そ
のコンピューターより取シ出すことが出来る。具体例の
一つとして、そのフォトレジストの設大吸収に対応する
波長を有する単色光を使用することが出来る。次に、そ
の測定された光強度はその現像されたフィルムの厚さに
直接対応しているだろう。

得られたその光強度対露光エネルギーの対数曲線は、そ
のフォトレジスト材料のその光感度の傾き及びその平た
ん度に於いて、フォトレジスト中のポリマーのバッチの
固有の特性を映し出している。

フォトレジストのその特性曲線を得るために本発明で使
用されるその走査法は分単位で使用出来る。その段階的
マスク法による指数若しくは段階的露光法による指数の
ようなフォトレジストの特性を、前述の方法と共に劇的
にこのコントラストを使用して計算出来る。付は加える
ならば、その未露光の完全な、形のフォトレジストを連
続的に露光してそしてこの連続的な露光よりデータが得
られるので、その特性曲線に描かれるその点は全て適切
な点である。段階的指数法を使用したときには、フォト
レジストの新しいバッチより得られる特定の段階でのそ
の点は最も適切な点ではない可能性があり、即ちその特
性曲線のその実際の傾きの変化を表示してはいないであ
ろう。それ故に。

得られたその特性曲線はそのくさび型走査法で得られた
ものと同じ正確さはないであろう。未知の特性を有する
レジストを含有するフォトレジスト及び／又は現像剤の
変化による特性を得るには、その段階的指数法よりもそ
のくさび型走査系の方がより簡単且つ効果的に適応する
。付は加えるならば、そのくさび型走査法により得られ
るその特性曲線はより正確であるので、この特性曲線に
基づいたその特性データはより正確であろう。

以下の実ｍ例はポジ型フォトレジストを用いて本発明を
説明するためのものである。

基体は１０００オングストロームにクロム蒸着した２イ
ンチ×２インチのガラス板にスピンコーター（ヘッドウ
ェイ社）を用いてフォトレジスト（シブレイフォトレジ
スト３１４００〜３１）ｔスピンコードしたものである
。次に、このフォトレジスト全強制循環式加熱炉（ブル
ーエム社）中に入れて９０℃で３０分間乾燥した。次に
このフォトレジストに２００ワツトの水銀アーク光源（
オリニル社）で露光し、そして／ヤツターの下側で移行
機械を用いてこのフォトレジストを動かした。

光検出器（ＳＣ１４０Ｂ　）　　と共にラジオメーター
（インターナショナルライト肚）で測定したところその
露光強度は２．８ミリワツト／ＣｒＩＬ２であった。

その水銀アーク光源の下側でそのフォトレジストを有す
るその基体を８．２２インチ／分の走査スピードで動か
す。

その露光されたフォトレジストは浸弐法で１分間２１℃
の現像液につけて現像する。しかる後、そのフォトレジ
ストヲ横切ってのその反射をスペクトラフィジックス社
製の０．５ミリワツトのＨｅ−Ｎｅ　レーザー機を用い
て記録した。そのレーザー光線をその基体、に走査出来
る走査台の上にその基体を置く。増幅機及びシャート記
録機に接続された光検出器でその反射光線を測定する。

その得られたチャートを図８に示す。

このデータより各ピークに対するその基体のその高露光
の終９及びその基体の低露光の終りを測定出来る。次に
、その露光の各ピークｆ　ｍ’ｊＡｒｎ”で得るために
式： ％式％） を用いて各ピークに対応するその露光を計算することが
出来る。しかる後、このデータよυその露光の対数が導
かれる。その干渉パターンの各半周期毎の固定数Ｑオン
グストロームを加えて計算することにより各ピーク時の
そのレジスト厚が得られる。

この実施例に於いて、各半周期のＱは９８６オングスト
ロームである。その得られたデータを以下の表に示す。

０　　　１．４０　０．１１２　　３６．３０　３．５
９２０．０００　０．０００１　　　１．８０　０．１
４４　　３４．９９　３．５５５０．０９９　０．０５
８２　　　２．７０　０．２１６　　３２．０５　３．
４６７０．１９７　０．１１６３　　　３．４０　０．
２７２　　２９．７６　３．３９３０．２９６　０．１
７４４　　　４．１０　０．３２８　　２７．４７　３
．３１３０．３９４　０．２３２５　　　４．７０　０
．３７６　　２５．５１　３．２３９０．４９３　０．
２９０６　　　５．３５　０．４２８　　２３．３８　
３．１５２０．５９２　０．３４８７　　　５．９０　
０．４７２　　２１．５８　３．０７２０．６９０　０
．４０６８　　　６．４５　０．５１６　　１９．７９
　２．９８５０．７８９　０．４６３９　　　６．９０
　０．５５２　　１８．３１　２．９０８０．８８７　
０．５２１１０　　　７．３０　０．５８４　　１７．
０１　２．８３４０．９８６　０．５７９　　。

１１　　　７．８０　０．６２４　　１５．３７　２．
７３２１．０８５　０．６３７１２　　　８．２０　０
．６５６　　１４．０６　２．６４４１．１８３　０．
６９５１３８．５５　０．６８４　　１２．９２　２．
５５９１．２８２　０．７５３１４　　　９．００　０
．７２０　　１１．４５　２．４３８１．３８０　０．
８１１１５　　　９．４０　０．７５２　　１０．１４
　２．３１６１．４７９　０．８６９１６　　　９．９
０　０．７９２　　８．５０　２．１４０１．５７８　
０．９２７１７　　１０．７０　０．８５６　　５．８
９　１゜？７３１．６７６　０．９８５ＥＯＰ　　１２
．５０ その後、標準化されたレジスト厚さ対露光量の対数に基
づいた特性カーブをプロットした（第９図参照）。その
フィルムを透明にするための必要な最低エネルギーは３
６．３　！１１ｊ／ｌ、ｍ２である。その特性カーブ、
ガンマ−の傾斜の絶対値によって決定されたレジストの
コントラストは１．６５である。

本明細書に記、載された態様は本発明の原理を明らかに
するためのものであシ、本発明の精神および範囲を逸脱
しない程度の変化も又可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に使用出来るそのフォトレジスト
が受ける露光を直線的に変化させる露光装置の図面であ
る。第１図Ａはその装置の露光開始時の相対的位置を示
し、第１図Ｂはその装置の露光終了時の相対的位置を示
す。 第２図は上記により得られたポジ型フォトレジストの形
成像の図面である。 第３図はその基体のその端に相対する干渉じまの位置を
決定するのに使用出来るレーザー反射装置の図である。 第４図はその基体のその端に相対する干渉じまの位置を
決定するのに使用出来る単色光の入射の光源を有する顕
微鏡の図である。 第５図は露光されそして像を形成したフォトレジストを
横切ってその反射を測定して得られた典型的な現像度チ
ャートの記録である。 第６図は露光エネルギー（ｍｊ／ｓｑｃｍ）対平均レジ
スト膜厚を示した典型的な特性曲線である。 第７図は本発明の方法によるフォトレジストの特性を決
定するのに使用出来る完全自動化の系の図である図であ
る。 第８図は露光通過時間１１．６秒で露光密度２．８０Ｍ
Ｗ／ｃｍ２で得られた現像度チャートの記録である。 第９図は第８図のその現像度チャートのデータにより得
られたその特性曲線である。 （外５名） ＦＩＧ、４ 露、工工Ｊ　／ｖ（’　　（ＭＪ／ｃｍ２）ＦＩＧ、９ 手　　続　　補　　正　　書 昭和６１年７月λ日 １、事件の表示 昭和６１年特許Ｍ第１００７８０号 ２、発明の名称 ７オトレノストの特性を測定するためのくさび型走査法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所 ４、代理人 ５、補正のｉｔ 特許−１１’Ｉ求の範囲を次のように訂正する。 「１．７オトレノストが受ける露光量を直線的に変化さ
せること； この７オトレノストを現像すること；及ゾこの現像され
たフォトレノストの端部に関連してその７オトレノスト
上に現れる干渉じまの位置を決定すること； よりなる７オトレノストの特性を測定する方法。 ２、　固定した露光光源、固定したシャッター、そして
、このシャッターの下側で露光中に一定速度で７オトレ
ノストを動かす部材を有することによって７オトレノス
トの露光を直線的に変化させることよりなる特許請求の
範囲第１項の方法。 ３、　露光中光源の下側で及びフォトレノストの上側で
一定の速度でシャッターを動かすことに上りフォトレノ
ストの露光を直線的に変化させることよりなる特許請求
の範［Ｉ［１第１項記載の方法６４、　；＋続的に不透
明から透明に変化するテストマスク４Ｊ１１いてフォト
レノストの露光を直線的に変化させること上りなる特許
請求の範囲第１項記載の方法。 ５．７オトレノストを横切る光反射率を測定することに
より干渉じまの位置を決定することよりなる特許請求の
範囲第１項記載の方法。 ６、　レーザー光線を横切って７オトレノストを走査さ
せながら、レーザー光線をフォトレジストより反射させ
て検出器に入射させることにより光反射率を測定するこ
とよりなる特許請求の範囲第５項記載の方法。 ７、７オトレノストの移動はコンビよ−ターでコントロ
ールされることよりなるｔｙ許請求の範囲第２項記載の
方法。 ９、７オトレノストを台座のヒに置き、露光源によりこ
のフォトレジストを露光させ；及びフォトレノストに直
線的に変化するｔ！ｉ、＃ＬｊＬを与えるためにこの台
座とこの露光源との間に設けられたシャッターの下側で
この台座を直線的に動かす手段よりなる系を有するフォ
トレジストの光速度及びフントラストを決定する系。 １０、現像された７オトレノスト上の干渉じまの位置を
決めるための手段を更に有することよりなる特許請求の
範囲第９項記載の系。 １１、　レーザー光線の下側で７オトレノストを連」Ｕ
σ茸工動かす手段、フォトレジストより反射されたレー
ザー光線を受けるように位置した検出器、及び検出器に
より測定された反射率を記録する手段を有し、レーザー
光線を直線現像された７オトレノストに露光して干渉じ
まを測定することよりなる特許請求の範囲第１０項記載
の系。」以−Ｊニ 手続補正書（方式） ３、補正をする者 事件との関係　　　出　願　人 住所 名称　　　シラプレー・カンパニ町インコーボレーテッ
ド４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フォトレジストが受ける露光量を直線的に変化させ
   ること； このフォトレジストを現像すること；及び この現像されたフォトレジストの端部に関連してそのフ
   ォトレジスト上に現われる干渉じまの位置を決定するこ
   と； よりなるフォトレジストの特性を測定する方法。 ２、固定した露光光源、固定したシャッター、そして、
   このシャッターの下側で露光中に一定速度でフォトレジ
   ストを動かす部材を有することによってフォトレジスト
   の露光を直線的に変化させることよりなる特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ３、露光中光源の下側で及びフォトレジストの上側で一
   定の速度でシャッターを動かすことによりフォトレジス
   トの露光を直線的に変化させることよりなる特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ４、連続的に不透明から透明に変化するテストマスクを
   用いてフォトレジストの露光を直続的に変化させること
   よりなる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５、フォトレジストを横切る光反射率を測定することに
   より干渉じまの位置を決定することよりなる特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ６、レーザー光線を横切ってフォトレジストを走査させ
   ながら、レーザー光線をフォトレジストより反射させて
   検出器に入射させることにより光反射率を測定すること
   よりなる特許請求の範囲第５項記載の方法。 ７、フォトレジストの移動はコンピューターでコントロ
   ールされることよりなる特許請求の範囲第２項記載の方
   法。 ８、光学的に透明な基体；及び この基体の表面上を粒状物質でコーティングされてない
   状態から不透明なコーティング迄を直続的に変化させて
   コーティングすることよりなるフォトレジスト用テスト
   マスク。 ９、フォトレジストを台座の上に置き、露光源によりこ
   のフォトレジストを露光させ；及びフォトレジストに直
   線的に変化する露光を与えるためにこの台座とこの露光
   源との間に設けられたシャッターの下側でこの台座を直
   線的に動かす手段よりなる系を有するフォトレジストの
   光速度及びコントラストを決定する系。 １０、現像されたフォトレジスト上の干渉じまの位置を
   決めるための手段を更に有することよりなる特許請求の
   範囲第９項記載の系。 １１、レーザー光線の下側でフォトレジストを直線的に
   動かす手段、フォトレジストより反射されたレーザー光
   線を受けるように位置した検出器、及び検出器により測
   定された反射率を記録する手段を有し、レーザー光線を
   直接現像されたフォトレジストに露光して干渉じまを測
   定することよりなる特許請求の範囲第１０項記載の系。