KR100551149B1

KR100551149B1 - 레지스트 감도의 평가 방법 및 레지스트의 제조 방법

Info

Publication number: KR100551149B1
Application number: KR1020040038090A
Authority: KR
Inventors: 시오바라에이시; 하야사끼게이; 후지사와다다히또; 이또오신이찌
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2006-02-13
Also published as: JP3848301B2; US20040265713A1; US7368209B2; KR20040103397A; CN100573326C; JP2004354906A; CN1573548A

Abstract

본 발명의 과제는 고정밀도인 레지스트 감도의 평가 방법을 제공하는 것이다.

검사 대상 레지스트막에 노광 장치에 의해 검사 노광량으로 노광량 모니터 마크를 노광하는 스텝과, 검사 대상 레지스트막에 전사된 노광량 모니터 마크의 검사 전사상으로부터 노광량에 의해 변동되는 검사 특징량을 측정하는 스텝과, 검사 특징량으로부터 감도 교정 데이터를 이용하여 검사 대상 레지스트막의 검사 레지스트 감도를 산출하는 스텝을 포함한다.

레지스트 감도, 평가 방법, 노광 장치, 모니터 마크, 검사 특징량, 데이터

Description

레지스트 감도의 평가 방법 및 레지스트의 제조 방법{METHOD FOR EVALUATING RESIST SENSITIVITY AND METHOD FOR MANUFACTURING RESIST}

도1은 본 발명의 실시 형태에 이용하는 노광 장치의 개략 구성도.

도2는 본 발명의 실시 형태에 관한 노광량 모니터 마크에 이용하는 L/S 패턴의 일예를 나타내는 평면도.

도3은 본 발명의 실시 형태에 관한 노광량 모니터 마크에 이용하는 L/S 패턴의 일예를 나타내는 단면도.

도4는 본 발명의 실시 형태에 관한 노광량 모니터 마크의 일예를 나타내는 도면.

도5는 본 발명의 실시 형태에 관한 노광량 모니터 마크를 전사한 레지스트 모니터 패턴의 일예를 나타내는 도면.

도6은 본 발명의 실시 형태에 관한 레지스트 모니터 패턴의 전사상의 일예를 나타내는 단면도.

도7은 본 발명의 실시 형태에 관한 레지스트 모니터 패턴의 전사상의 일예를 나타내는 단면도.

도8은 본 발명의 실시 형태에 관한 레지스트 모니터 패턴의 전사상의 일예를 나타내는 단면도.

도9는 본 발명의 실시 형태에 관한 레지스트 모니터 패턴의 전사상의 일예를 나타내는 단면도.

도10은 본 발명의 실시 형태에 관한 레지스트 감도의 평가 방법에 이용하는 교정 곡선의 일예를 나타내는 그래프.

도11은 본 발명의 실시 형태에 관한 레지스트 감도의 평가 방법을 이용하는 레지스트의 제조 방법을 설명하는 흐름도.

도12는 본 발명의 실시 형태의 제1 변형예에 관한 노광량 모니터 마크의 일예를 나타내는 평면도.

도13은 본 발명의 실시 형태의 제1 변형예에 관한 노광량 모니터 마크의 일예를 나타내는 단면도.

도14는 본 발명의 실시 형태의 제1 변형예에 관한 노광량 모니터 마크에 의한 노광 강도의 분포의 일예를 나타내는 단면도.

도15는 본 발명의 실시 형태의 제1 변형예에 관한 레지스트 감도의 평가 방법의 공정의 일예를 나타내는 단면도(첫번째).

도16은 본 발명의 실시 형태의 제1 변형예에 관한 레지스트 감도의 평가 방법의 공정의 일예를 나타내는 단면도(두번째).

도17은 본 발명의 실시 형태의 제1 변형예에 관한 레지스트 감도의 평가 방법의 공정의 일예를 나타내는 단면도(세번째).

도18은 본 발명의 실시 형태의 제1 변형예에 관한 레지스트 감도의 평가 방법에 이용하는 교정 곡선의 일예를 나타내는 그래프.

도19는 본 발명의 실시 형태의 제1 변형예에 관한 레지스트 모니터 패턴의 전사상의 막감소량의 일예를 나타내는 도면.

도20은 본 발명의 실시 형태의 제1 변형예에 관한 노광량 모니터 마크의 다른 예를 나타내는 평면도.

도21은 본 발명의 실시 형태의 제1 변형예에 관한 노광량 모니터 마크의 다른 예에 의한 레지스트 모니터 패턴의 전사상의 일예를 나타내는 단면도.

도22는 본 발명의 실시 형태의 제2 변형예에 관한 노광량 모니터 마크의 일예를 나타내는 평면도.

도23은 본 발명의 실시 형태의 제2 변형예에 관한 노광량 모니터 마크의 일예를 나타내는 단면도.

도24는 본 발명의 실시 형태의 제2 변형예에 관한 노광량 모니터 마크에 의한 노광 강도의 분포의 일예를 나타내는 단면도.

도25는 본 발명의 실시 형태의 제2 변형예에 관한 레지스트 모니터 패턴의 전사상의 일예를 나타내는 단면도.

도26은 본 발명의 실시 형태의 제2 변형예에 관한 레지스트 감도의 평가 방법에 이용하는 교정 곡선의 일예를 나타내는 그래프.

도27은 본 발명의 실시 형태의 제2 변형예에 관한 노광량 모니터 마크의 다른 예를 나타내는 평면도.

도28은 본 발명의 실시 형태의 제2 변형예에 관한 노광량 모니터 마크의 다른 예를 나타내는 단면도.

도29는 본 발명의 실시 형태의 제2 변형예에 관한 레지스트 모니터 패턴의 전사상의 다른 예를 나타내는 단면도.

도30은 본 발명의 실시 형태의 제2 변형예에 관한 노광량 모니터 마크의 다른 예를 나타내는 평면도.

도31은 본 발명의 실시 형태의 제2 변형예에 관한 노광량 모니터 마크의 다른 예를 나타내는 단면도.

도32는 본 발명의 그 밖의 실시 형태에 관한 노광량 모니터 마크의 일예를 나타내는 평면도.

도33은 본 발명의 그 밖의 실시 형태에 관한 노광량 모니터 마크의 일예를 나타내는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 반도체 기판

2 : 광원

3 : 조명 광학계

4 : 포토마스크

5 : 투영 광학계

6 : 스테이지

11 : 투명 기판

12, 106a 내지 106m : 차광막

13a 내지 13c, 33a 내지 33o, 43a 내지 43k : 라인부

14a 내지 14c, 34a 내지 34p, 44a 내지 44l : 스페이스부

15a 내지 15c : L/S 패턴

16, 36, 46, 46a 내지 46c : 노광량 모니터 마크

17a 내지 17c, 17z : 블럭

21 : 반사 방지막

22, 37, 57 : 레지스트막

25a 내지 25c, 25f, 25g, 25j, 25k, 25p, 25q, 25s, 25t, 25z : 전사 영역

26, 58, 58a : 레지스트 모니터 패턴

26a 내지 26c, 38a 내지 38c, 56 : 전사상

37a : 전사 레지스트막

40, 40a : 노광량 모니터 패턴

31, 41, 41a : 개구부

42 : 노광 경사부

42a : 제1 노광 경사부

42b : 제2 노광 경사부

45a 내지 45d : 위치 검출 패턴

51 : 레지스트 개구부

51a : 제1 레지스트 개구부

51b : 제2 레지스트 개구부

55a, 55b : 위치 검출 레지스트 개구부

56a : 제1 전사상

56b : 제2 전사상

59, 59a, 59b : 경사측벽

본 발명은, 반도체 장치 제조에 있어서의 리소그래피 공정에 사용되는 레지스트 감도의 평가 방법 및 레지스트의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 집적 회로 등의 반도체 장치의 제조에 있어서의 포토리소그래피 공정에서는 노광 장치에서 회로 패턴이 형성된 포토마스크를 노광하여 반도체 기판 상에 도포된 레지스트막에 회로 패턴을 전사한다. 반도체 장치의 고성능화 및 고집적화에 수반하여 포토마스크에 그려진 회로 패턴을 반도체 기판 상에 전사하는 패턴 형성에는 전사할 수 있는 회로 패턴의 미세화가 요구되고 있다. 축소 투영 노광 장치의 결상 성능은 레일리의 식에 의한 광학 결증 이론으로부터 평가할 수 있다. 노광 장치의 해상력(R)은 노광광의 파장(λ)에 비례하고, 개구수(NA)에 반비례한다. 또한, 초점 심도(DOF)는 노광광의 파장(λ)에 비례하고, 개구수(NA)의 제곱에 반비례한다. 따라서, 반도체 장치의 미세화의 요구에 대해 지금까지는 노광 파장의 단파장화, 투영 렌즈의 고NA화와 그것에 수반한 프로세스 개선이 행해져 왔다. 그러나, 최근의 반도체 장치의 한층 미세화 요구에 대해서는 노광량 여유도 및 초점 심도(DOF)의 프로세스 마진의 확보가 매우 곤란해져 오고 있다. 이로 인 해, 반도체 장치의 미세화에 의해 제조 수율의 큰 저하를 초래하고 있다.

적은 프로세스 마진으로 포토리소그래피 공정을 행하기 위해서는, 프로세스 마진을 소비하는 오차가 정밀한 분석과 오차 배분(에러 버짓)이 중요시되어 오고 있다. 예를 들어, 반도체 기판 상에 다수의 칩을 동일 설정 노광량으로 노광할 생각이 있었다고 해도 레지스트의 감도 변화, 포스트 익스포저 베이크(PEB), 현상의 웨이퍼면 내의 불균일성, 레지스트막의 웨이퍼면 내 막두께 변동 등이 원인이 되어 실효적인 적정 노광량이 불균일해져 수율의 저하를 일으키고 있었다. 그로 인해, 적은 프로세스 마진을 유효하게 사용하고, 수율의 저하를 방지하기 위해 보다 고정밀도로 노광량 및 포커스를 모니터하여 피드백, 또는 피드포워드하는 노광량 및 포커스의 제어 방법이 요구된다. 그와 동시에, 각 프로세스 유닛마다 프로세스 마진을 소비하는 오차 요인의 정밀한 분석을 행하고, 그 분석 결과를 기초로 주요한 오차 요인의 개선을 실시할 필요도 있다.

노광량 및 포커스 관리에 대해 사용하는 축소 투영 노광 장치에 있어서 반도체 기판 상에서 해상하지 않는 주기로 투과부와 차광부의 치수비를 일방향으로, 연속적으로 바꾼 패턴을 배치한 포토마스크에 의해 노광량에 경사 분포를 갖게 하여 노광하는 노광량 모니터법 및 서로 위상차가 있는 마름모형 패턴이 디포커스에 대해 다른 패턴 치수 특성을 나타냄으로써 포커스 모니터를 행하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).

또한, 레지스트 감도의 관리 방법으로서는 원하는 패턴이 배치된 마스크를 노광 장치를 거쳐서 레지스트 상에 전사하고, 전사 패턴의 치수를 측정함으로써 레 지스트의 감도를 구하는 방법이나, 노광 장치의 해상력보다 충분히 큰 패턴을 이용하여 막빠짐 감도를 구하는 방법 등이 일반적으로 알려져 있다.

[특허문헌 1]

일본 특허 공개 2001-102282호 공보(제5 페이지, 도1)

상술한 바와 같이, 미세 가공에 있어서는 반도체 장치의 패턴 치수의 가공 정밀도나 균일성을 구하기 위해, 포트리소그래피의 노광 조건을 고정밀도로 제어하는 것이 중요해진다. 레지스트 감도의 관리는 노광량 여유도 및 포커스 마진이 적은 미세한 패턴이나, 미세한 고립 패턴이 매우 중요하다. 그러나, 전사 패턴의 치수에 의한 레지스트 감도의 평가 방법에서는 변동 요인으로서 노광 장치의 노광량만이 아닌 포커스에 의해서도 변화된다. 따라서, 전사 패턴의 치수를 측정하는 방법에 의한 측정 결과로부터는 레지스트 감도의 변동과 포커스의 변동에 의한 영향을 분리하여 판정하는 것은 불가능하였다. 또한, 막빠짐 감도에 의한 레지스트 감도의 평가 방법에서는 막빠짐 감도 부근에 있어서의 잔존 레지스트 막두께 변화가 급격해지므로, 잔존 레지스트 막두께에 대응하는 노광량을 정확하게 구하는 것은 곤란하다.

본 발명은 이와 같은 과제를 해결하여 레지스트 감도를 고정밀도로 판정할 수 있는 레지스트 감도의 평가 방법 및 레지스트의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 태양은 (가) 검사 대상 레지스트막에 노광 장치에 의해 검사 노광량으로 노광량 모니터 마크를 노광하는 스텝과, (나) 검사 대상 레지스트막에 전사된 노광량 모니터 마크의 검사 전사상으로부터 노광량에 의해 변동되는 검사 특징량을 측정하는 스텝과, (다) 검사 특징량으로부터 감도 교정 데이터를 이용하여 검사 대상 레지스트막의 검사 레지스트 감도를 산출하는 스텝을 포함하는 레지스트 감도의 평가 방법인 것을 요지로 한다.

본 발명의 제2 태양은 (1) 표준 레지스트막에 노광 장치에 의해 설정 노광량으로 노광량 모니터 마크를 노광하는 공정과, (나) 표준 레지스트막에 전사한 노광량 모니터 마크의 교정 전사상으로부터 노광량에 의해 변동되는 교정 특징량을 측정하는 공정과, (다) 설정 노광량과 교정 특징량의 관계를 감도 교정 데이터로서 취득하는 공정과, (라) 검사 대상 레지스트막에 노광 장치에 의해 검사 노광량으로 노광량 모니터 마크를 노광하는 공정과, (마) 검사 대상 레지스트막에 전사된 노광량 모니터 마크의 검사 전사상으로부터 노광량에 의해 변동되는 검사 특징량을 측정하는 공정과, (바) 검사 특징량으로부터 감도 교정 데이터를 이용하여 검사 대상 레지스트막의 검사 레지스트 감도를 산출하는 공정과, (사) 검사 노광량과 검사 레지스트 감도의 레지스트 감도차를 산출하는 공정과, (아) 레지스트 감도차를 기초로 하여 검사 대상 레지스트의 레지스트 감도를 조정하는 공정을 포함하는 레지스트의 제조 방법인 것을 요지로 한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 이하의 도면의 기재에 있어서, 동일 또는 유사한 부분에는 동일 또는 유사한 부호가 붙여 있 다. 단, 도면은 개략적인 것으로, 두께와 평면 치수의 관계, 각 층의 두께의 비율 등은 현실의 것과는 다른 것에 유의해야 한다. 따라서, 구체적인 두께나 치수는 이하의 설명을 참작하여 판단해야 할 것이다. 또한 도면 상호간에 있어서도 서로의 치수의 관계나 비율이 다른 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.

본 발명의 실시 형태의 설명에 이용하는 노광 장치는, 예를 들어 도1에 도시한 바와 같은 축소 투영 노광 장치(스테퍼)로, 축소율은 1/4로 하고 있다. 광원(2)으로서 파장(λ) : 248 ㎚의 클립톤프롤라이드(KrF) 엑시머 레이저를 이용하고, 조명 광학계(3)에는 플라이아이 렌즈 및 콘덴서 렌즈가 포함된다. 조명 광학계(3)의 코히런스 팩터(σ)는 0.3이다. 투영 광학계(5)는 투영 렌즈와 조리개 등에 의해 구성되고, 렌즈 개구수(NA)는 0.6이다. 광원(2)으로부터 출사되는 노광광은 조명 광학계(3)와 투영 광학계(5) 사이에 설치된 포토마스크(4)의 패턴을 스테이지(6) 상의 반도체 기판(1)에 축소 투영한다. 또한, 설명의 편의상 노광 장치의 축소율을 1/4로 하고 있지만, 임의의 축소비라도 좋은 것은 물론이다. 이하의 설명에 있어서, 포토마스크(4) 상의 패턴의 치수로서는 단락이 없는 한 반도체 기판(1) 상에 축소 투영된 치수로 환산하여 기술한다.

포토마스크(4)에는, 예를 들어 도2의 평면도 및 도3의 AA 단면도에 도시한 바와 같이 투명 기판(11)의 표면에 설치된 차광막(12) 사이에 복수의 라인 앤드 스페이스(L/S) 패턴(15a 내지 15c)의 회절 격자를 갖는 노광량 모니터 마크가 배치되어 있다. 예를 들어, L/S 패턴(15a)은 주기가 P이고, 라인 폭(W)의 복수의 라인부(13a)가 스페이스 폭(S)의 복수의 스페이스부(14a)를 협지하여 평행하게 배 열되어 있다. L/S 패턴(15b, 15c)도 마찬가지로 주기가 P이고, 복수의 라인부(13b, 13c)가 각각 복수의 스페이스부(14b, 14c)를 협지하여 평행하게 배열되어 있다. L/S 패턴(15a 내지 15c)의 주기(P)는 동일하지만, 스페이스 폭(S) 혹은 라인 폭(W)은 각각 다르다. 예를 들어, 도2에서는, 스페이스 폭(S)은 L/S 패턴(15a)에서 최소이고, L/S 패턴(15b, 15c)의 순으로 넓게 되어 있다.

L/S 패턴(15a 내지 15c)에서는, 주기(P)가 노광 장치의 한계 해상도 이하가 되도록,

P ＜ λ/{(1+ σ) * NA}

로 설정되어 있다. 노광 장치에서 포토마스크(4)에 배치된 L/S 패턴(15a 내지 15c)을 조명 광학계(3)로 조명하는 경우, L/S 패턴(15a 내지 15c)을 투과하는 노광광의 1차 이상의 회절광은 투영 광학계(5)의 투영 렌즈의 동공에 차단되고, 직진하는 0차 회절광만이 동공에 들어가게 된다. 따라서, 반도체 기판(1) 상에는 같은 0차 회절광의 분포가 생길 뿐이고, L/S 패턴(15a 내지 15c)은 결상되지 않는다. 그리고, L/S 패턴(15a 내지 15c)의 개구비, 즉 스페이스 폭(S)에 따라서 반도체 기판(1) 표면 상에 노광량이 다른 플랫 노광이 되어 도달한다. 이로 인해, 노광 장치의 설정 노광량이 동일해도 L/S 패턴(15a 내지 15c)의 스페이스 폭(S)에 따라서 변화된다. 또한, 노광량은 L/S 패턴(15a 내지15c)의 패턴이 반도체 기판(1) 표면에서 해상하지 않으므로, 포커스 변동의 영향을 제거할 수 있다. 실시 형태의 설명에 이용하는 노광 장치(λ : 248 ㎚, NA : 0.6, σ : 0.3)의 경우, 수학식 1의 조건을 만족시키는 주기(P)는 대략 318 ㎚ 이하가 된다. 실시 형태에서는 주기(P)를 300 ㎚로 하고 있다.

실시 형태에서는, 도4에 도시한 바와 같이 포토마스크(4)에 배치하는 노광량 모니터 마크(16)는, 예를 들어 종이면 좌측 상단부의 블럭(17a)으로부터 우측 방향으로 블럭(17b, 17c, …)과 20 블럭, 하방향으로 12 블럭의 매트릭스형이고, 우측 하단부의 블럭(17z)까지 총 240 블럭으로 나뉘어져 있다. 블럭(17a, 17b, 17c, …, 17z)에는, 도4에 도시한 바와 같은 L/S 패턴(15a 내지 15c) 중 하나가 배치된다. 블럭(17a, 17b, 17c, …, 17z)의 각각의 L/S 패턴의 스페이스 폭(S)은 블럭(17a)에서 최소이고, 블럭(17b, 17c, …) 순으로 스페이스 폭은 넓어지고, 블럭(17z)에서는 스페이스 폭(S)이 최대가 되어 있다. 실시 형태에서는, 스페이스 폭(S)은 0.625 ㎚ 눈금으로 변화시키고 있다. 노광량 모니터 마크(16)를 갖는 포토마스크(4)를 이용하면, 블럭(17a, 17b, 17c, …, 17z)에 배치된 L/S 패턴의 스페이스 폭(S)에 대응하여 단계적으로 증가하는 노광량 분포를 갖는 패턴을 반도체 기판(1)에 투영할 수 있다. 노광 장치의 설정 노광량에 대해 L/S 패턴의 개구율에 따른 실효 노광량으로 반도체 기판(1)은 노광된다. 예를 들어, 스페이스 폭(S)이 감소하면, 실효 노광량도 감소하게 된다. 즉, L/S 패턴의 스페이스 폭(S)은 일정한 설정 노광량에 대해 실효 노광량의 지표로서 이용할 수 있다.

실시 형태에 관한 레지스트 감도의 평가 방법에서는 노광 장치를 이용하여 설정 노광량으로 노광량 모니터 마크(16)를 표준 레지스트막에 투영하여 전사상을 형성한다. 노광량 모니터 마크(16)의 전사상은 단계적으로 증가하는 노광량 분포 에 대응한 레지스트 막분포를 갖는 패턴이 된다. 노광량 모니터 마크(16)의 전사상 중 레지스트막이 용해되어 빠져 기초막이 노출되는 막빠짐 실효 노광량에 대응하는 L/S 패턴의 스페이스 폭(S)이 구해진다. 검사 대상 레지스트의 레지스트 감도를 측정하는 경우, 우선 설정 노광량과 표준 레지스트막의 막빠짐 실효 노광량에 상당하는 스페이스 폭(S)의 관계를 구해 둔다. 그리고, 검사 설정 노광량으로 검사 대상의 레지스트막에 노광량 모니터 마크(16)를 전사하여 막이 빠진 L/S 패턴의 스페이스 폭(S)을 구한다. 구한 검사 대상 레지스트막의 스페이스 폭(S)이 측정에 이용한 검사 설정 노광량에서의 표준 레지스트막의 막빠짐 실효 노광량에 상당하는 스페이스 폭(S)과 다르면, 레지스트 감도가 검사 대상 레지스트막과 표준 레지스트막과는 다른 것을 나타내고 있다. 설정 노광량에서의 막빠짐 L/S 패턴의 스페이스 폭(S)을 레지스트 감도의 특징량으로 한다. 검사 대상 레지스트막의 레지스트 감도의 특징량을 구하여 표준 레지스트막의 특징량과 비교함으로써 레지스트 감도차를 평가할 수 있다.

우선, L/S 패턴의 막빠짐 감도에 대응하는 스페이스 폭(S) 측정 방법을 설명한다. 예를 들어, 실리콘(Si) 등의 반도체 기판(1) 상에 반사 방지막을 스핀 도포 후 가열 처리를 행하여 형성한다. 반사 방지막의 두께는, 예를 들어 60 ㎚이다. 표준 레지스트에 상당하는 화학 증폭계 포지티브형 레지스트를 스핀 도포하고, 예를 들어 두께가 0.4 ㎛인 레지스트막을 형성한다. 도포 후, 예를 들어, 약 100 ℃에서 90초 프리베이크 처리를 행한다. 또한, 반사 방지막이나 레지스트막의 스핀 도포 및 프리베이크 처리는 노광 장치에 연결된 도포 현상 장치(도시 생략) 내에서 행해진다. 프리베이크 처리가 종료된 반도체 기판(1)을 노광 장치로 반송하여 포토마스크(4)에 설치된 도4의 노광량 모니터 마크(16)가 노광된다. 노광이 종료된 반도체 기판(1)을 도포 현상 장치로 반송한다. 도포 현상 장치에서, 예를 들어, 약 100 ℃에서 90초 PEB를 행한 후, 0.27 규정의 알칼리 현상액으로 60초 현상을 행한다. 현상 처리에 의해 반도체 기판(1) 상에 형성된 패턴을 광학 현미경으로 관찰한다.

레지스트막(22)에 노광량 모니터 마크(16)가 전사된 레지스트 모니터 패턴(26)은, 예를 들어, 도5에 도시한 바와 같이 노광량 모니터 마크(16)의 복수의 블럭(17a, 17b, 17c, …, 17z)에 대응하여 복수의 전사 영역(25a, 25b, 25c, …, 25z)이 형성된다. 노광량 모니터 마크(16)의 복수의 블럭(17a, 17b, 17c, …, 17z)의 각 L/S 패턴은, 레지스트막 상에서는 해상되지 않고, 단계적으로 증가하는 분포의 레지스트 감도의 플랫 노광이 된다. 따라서, 현상 후의 레지스트 모니터 패턴(26)에는 단계적으로 증가하는 레지스트 감도에 대응하여 레지스트 막두께의 분포가 생긴다.

예를 들어, 전사 영역(25a 내지 25c, …, 25f)에서는, 도6에 도시한 바와 같이 반도체 기판(1) 상의 반사 방지막(21)에 형성된 평탄한 레지스트막의 전사상(26a)이 된다. 전사 영역(25a 내지 25c, …, 25f)의 레지스트막의 두께는 레지스트 감도의 증가에 대응하여 서서히 감소하고 있다. 광학 현미경으로 전사상(26a)을 관찰하면, 전사 영역(25a)으로부터 전사 영역(25f)까지는 레지스트막이 서서히 엷어짐에 따라서 간섭의 영향으로 서서히 밝게 보인다. 전사 영역(25g)으로부터 전사 영역(25j) 사이에는 레지스트막 속의 박막 간섭 효과에 의해 발생한 정재파에 의해 용해 속도가 극소가 되어 있으므로 레지스트막의 감소율이 작고, 현미경에 의해 변화를 관찰하는 것은 곤란한 영역이다. 전사 영역(25k)으로부터 전사 영역(25p)에서의 전사상(26b)은, 도7에 도시한 바와 같이 레지스트막의 두께는 더욱 감소해 가고, 레지스트막의 기초의 반사 방지막(21)의 색이 들여다보이기 시작하여 서서히 색이 변화되어 간다. 전사 영역(25q)으로부터 전사 영역(25s)에서의 전사상(26c)은, 도8에 도시한 바와 같이 레지스트막의 잔사이고, 레지스트막의 일부가 제거되어 기초의 반사 방지막(21)이 노출되기 시작한 영향으로 불균일한 색이 되어 있다. 또한, 전사 영역(25t)으로부터 전사 영역(25z)에서는, 도8에 도시한 바와 같이 레지스트막이 완전히 용해되어 기초의 반사 방지막(21)의 표면이 노출되어 있다. 이와 같이, 레지스트 모니터 패턴(26)의 현미경 상으로부터 레지스트막이 용해되어 빠진 경계의 전사 영역(25q)을 쉽게 인식할 수 있다. 레지스트막이 용해되어 빠지는 경계의 전사 영역(25q)에 대응하는 노광량 모니터 마크(16)의 L/S 패턴의 스페이스 폭(S)을 레지스트 감도의 특징량으로서 취득한다.

표준 레지스트를 이용하여 노광 장치의 설정 노광량을 변화시켜 레지스트 감도의 특징량으로서의 스페이스 폭(S)을 측정한다. 측정한 특징량의 스페이스 폭(S)에 대응하는 설정 노광량을 레지스트 감도로 하여 도10에 도시한 바와 같이 스페이스 폭(S)과 레지스트 감도(EDe)의 감도 판정 데이터로서 교정 곡선을 작성한다. 설정 노광량은 5 mJ/㎠ 내지 25 mJ/㎠까지 0.2 mJ/㎠ 눈금으로 증가시키고 있다. 예를 들어, 표준 레지스트막을 이용하여 설정 노광량 7.5 mJ/㎠로 노광량 모 니터 마크(16)를 전사하면, 도10에 도시한 바와 같이 막빠짐 감도에 상당하는 L/S 패턴의 스페이스 폭(S)은 약 250 ㎚이다. 검사 설정 노광량을 이용하여 검사 대상 레지스트막으로 막빠짐 감도에 상당하는 스페이스 폭(S)이 250 ㎚로 구해지면, 레지스트 감도는 7.5 mJ/㎠가 된다. 검사 설정 노광량이 7.5 mJ/㎠와 다르면, 검사 대상 레지스트와 표준 레지스트는 레지스트 감도차가 있게 된다. 막빠짐 감도에 상당하는 스페이스 폭(S)이 좁은 쪽이 레지스트 감도(EDe)의 변화가 큰 것을 알 수 있다. 도10의 스페이스 폭(S)과 레지스트 감도(EDe)의 관계를 최소 제곱 근사에 의해 구하면,

EDe ＝ 0.0008 * S² － 0.48 * S ＋ 77.523

이 된다. 실시 형태에 있어서는 수학식 2를 레지스트 감도의 감도 판정 데이터로서 이용함으로써도, 검사 대상 레지스트막의 막빠짐 감도에 대응하는 스페이스 폭(S)을 특징량으로 하여 레지스트 감도를 구할 수 있다. 스페이스 폭(S)에 대응하는 레지스트 감도(EDe)를 측정에 이용한 설정 노광량과 비교함으로써, 표준 레지스트에 대한 상대적인 레지스트 감도를 평가하는 것이 가능해진다.

예를 들어, 설정 노광량 7.5 mJ/㎠이고 검사 대상 레지스트막의 막빠짐 감도에 대응하는 스페이스 폭(S)이 245 ㎚이면, 레지스트 감도는 도10으로부터 7.9 mJ/㎠로 구하고, 레지스트 감도는 표준 레지스트에 비해 약 5 ％ 높아져 있는 것을 알 수 있다.

또한, 표준 레지스트와 검사 대상 레지스트의 레지스트 감도차를 기초로 하여 검사 대상 레지스트의 감도 조정을 행하고, 표준 레지스트와 허용 오차의 범위 이내의 레지스트 감도에 조정한 레지스트를 조합할 수 있다. 따라서, 신규 로트의 레지스트에 대해 실시 형태에 관한 평가 방법을 적용함으로써, 레지스트 감도를 고정밀도로 관리할 수 있어 레지스트 감도의 변동이 억제된 레지스트를 제조하는 것이 가능해진다.

다음에, 실시 형태에 관한 레지스트 감도의 평가 방법 및 레지스트의 제조 방법을 도11에 도시하는 흐름도를 이용하여 설명한다. 여기서, 레지스트 감도를 판정하는「특징량」은, 상기한 바와 같이 실시 형태에서는 노광 장치의 설정 노광량으로 전사되는 노광량 모니터 마크(16)의 전사상의 막빠짐에 대응하는 L/S 패턴의 스페이스 폭(S)을 이용하고 있다. 그 밖에도, 특징량으로서는 노광 장치의 설정 노광량으로 전사되는 노광량 모니터 마크의 전사상의 변화에 대응하는 물리량을 이용할 수 있다. 예를 들어, 전사상의 막두께를 특징량으로서 이용할 수 있다. 또한, 전사상이 실효 노광량에 대응하여 패턴 변형되는 경우에는 패턴 변형량을 특징량으로서 이용할 수 있다.

(가) 우선, 스텝 S80에서 미리 준비되어 있는 표준 레지스트를 반도체 기판(1) 상의 반사 방지막에 스핀 도포한다.

(나) 반도체 기판(1) 및 도4에 도시하는 노광량 모니터 마크(16)를 갖는 포토마스크(4)를 도1에 도시하는 노광 장치에 설치한다. 스텝 S81에서 설정 노광량으로 표준 레지스트막에 노광량 모니터 마크(16)를 투영하고, PEB 후에 현상을 행 한다. 그 결과, 도5에 도시하는 레지스트 모니터 패턴(26)이 전사된다.

(다) 스텝 S82에서 레지스트 모니터 패턴(26)의 교정 전사상으로부터 막빠짐 감도에 상당하는 L/S 패턴의 스페이스 폭(S)을 구한다. 노광 장치의 설정 노광량을 변화시켜 막빠짐 감도에 상당하는 스페이스 폭(S)을 측정한다. 막빠짐 감도에 상당하는 스페이스 폭(S)을 교정 특징량으로 하고, 각 교정 특징량에 대응하는 설정 노광량을 레지스트 감도로 한다. 그리고, 교정 특징량과 레지스트 감도의 관계를 감도 판정 데이터로서 취득한다.

(라) 스텝 S83에서 신규 로트의 검사 대상 레지스트막을 새롭게 반도체 기판(1) 상의 반사 방지막 상에 스핀 도포한다.

(마) 검사 대상 레지스트막이 도포된 반도체 기판(1) 및 노광량 모니터 마크(16)를 갖는 포토마스크(4)를 노광 장치에 설치한다. 스텝 S4에서 검사 노광량으로 검사 대상 레지스트막에 노광량 모니터 마크(16)를 투영하고, PEB 후에 현상을 행한다. 그 결과, 검사 대상 레지스트 모니터 패턴이 전사된다.

(바) 스텝 S85에서 검사 대상 레지스트 모니터 패턴의 검사 전사상으로부터 막빠짐 감도에 상당하는 L/S 패턴의 스페이스 폭(S)을 검사 전사상의 검사 특징량으로 하여 구한다. 감도 판정 데이터로부터 검사 대상 레지스트막으로 측정된 검사 전사상의 검사 특징량에 상당하는 검사 레지스트 감도를 취득한다.

(사) 스텝 S85에서 검사 노광량에 대응하는 레지스트 감도와, 검사 대상 레지스트막의 검사 레지스트 감도의 차를 레지스트 감도차로서 산출하여 레지스트 감도의 판정 기준과 비교한다.

(아) 레지스트 감도차가 판정 기준 이상이면, 스텝 S87에서 미리 측정되어 있는 레지스트 첨가물량과 레지스트 감도의 변화량의 관계를 기초로 하여 검사 대상 레지스트의 조성을 조정한다. 조정 후, 스텝 S83 내지 스텝 S86의 순서로 조정된 검사 대상 레지스트막의 감도차를 산출하여 레지스트 감도의 판정 기준 이하가 될 때까지 반복한다.

실시 형태에 따르면, 신규 로트 레지스트를 표준 레지스트와의 레지스트 감도차가 판정 기준 이하가 되도록 고정밀도로 조정할 수 있다.

다음에, 실시 형태에 관한 레지스트 감도의 평가 방법을 적용한 신규 로트의 레지스트의 제조 방법의 실시예를 설명한다.

표준 레지스트의 제조는 이하의 레시피로 행한다. 폴리히드록시스틸렌의 페놀의 수산기(35 ％)를 타셔리부톡시칼보닐기로 보호한 폴리머를 중량분률 9배의 프로필렌글리콜에 용해한다. 광산 발생제(감광제)로서 트리페닐술포늄트리플루오로술폰산을 폴리머 고형 분량에 대해 5 중량 ％ 첨가한다. 또한, 산트랩제로 하여 트리페닐아민을 광산 발생제에 대해 5 몰 ％ 첨가하여 표준 레지스트를 작성한다. 작성한 표준 레지스트막에 대해 노광 장치를 이용하여 노광량 모니터 마크(16)를 전사하고, 레지스트 감도의 감도 판정 데이터를 작성한다.

다음에, 표준 레지스트와 같은 레시피로 신규 로트의 레지스트를 제조한다. 신규 로트의 레지스트를 반도체 기판(1) 표면에 스핀 도포하여 검사 대상 레지스트막을 형성한다. 검사 대상 레지스트막에 대해 실시 형태에 관한 레지스트 감도의 평가 방법에 의해 막빠짐 감도에 대응하는 L/S 패턴의 스페이스 폭(S)을 측정한다. 그 결과, 검사 대상 레지스트막의 레지스트 감도가 표준 레지스트에 비해 5 ％ 낮다.

그래서, 미리 측정된 광산 발생제의 첨가량과 레지스트 감도의 변화량과의 관계로부터 표준 레지스트와의 레지스트 감도 차분에 상당하는 광산 발생제를 첨가하여 신규 로트 레지스트의 조정을 행한다. 조정 후의 신규 로트 레지스트를 다시 반도체 기판에 도포하여 실시 형태에 관한 레지스트 감도의 평가 방법에 의해 레지스트 감도를 평가한 후, 표준 레지스트와의 레지스트 감도차는 1 ％ 이하로 허용 오차 이하로 조정할 수 있다.

또한, 상기 예와는 반대로 신규 로트 레지스트의 빠짐 노광량이 표준 레지스트에 비해, 예를 들어 5 ％ 높은 경우에는 미리 측정된 산트랩제의 첨가량과 레지스트 감도의 변화량과의 관계로부터 표준 레지스트와의 레지스트 감도 차분에 상당하는 산트랩제를 첨가하면 된다.

또한, 상술한 설명에서는 노광량 모니터 마크(16)로서는 회절 격자로서 기능하는 L/S 패턴의 스페이스 폭(S)을 변화시킨 패턴군을 배치한 것을 이용하고 있다. 그러나, 회절 격자는 L/S 패턴에 한정된 것은 아니고, 주기적인 홀패턴이나 마름모형의 반복 패턴 등을 배치하여 형성하는 것도 가능하다.

또한, 반도체 기판(1) 표면 상의 노광량이 포커스의 변동에 의해 변동되지 않는 플랫 노광이 되도록 충분히 큰 개구 패턴을 이용하여 개구 패턴을 통과하는 광강도비를 단계적으로 변화하도록 포토마스크의 투명 기판 상에 반투명막을 단계적으로 막두께를 변화시켜 배치하여 이용해도 좋다.

실시 형태에 관한 레지스트 감도의 평가 방법에서는 특징량으로서 레지스트막이 용해되어 빠지는 막빠짐 감도에 대응하는 L/S 패턴의 스페이스 폭을 이용하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 표준 레지스트막의 레지스트 감도에 대한 레지스트 잔막량을 막두께계 등으로 측정하고, 검사 대상 레지스트막의 레지스트 잔막량의 막두께차를 기초로 하여 평가하는 것도 가능하다. 또한, 현상 후의 레지스트 막두께가 아닌, 노광 후, 혹은 PEB 후의 레지스트 막두께의 변화를 측정해도 좋다. 노광에 의해, 레지스트막에 포함되는 감광성 조성물인 고분자가 광화학 반응에 의해, 가교 절단 등에 의해 고분자의 중합 연쇄의 상태가 변화된다. 그 결과, 레지스트막의 노광부와 비노광부에 두께의 차가 생기기 때문이다.

(제1 변형예)

본 발명의 실시 형태의 제1 변형예에 관한 레지스트 감도의 평가 방법에 이용하는 노광량 모니터 마크(36)는, 도12의 평면도 및 도13의 BB 단면도에 도시한 바와 같이 투명 기판(11) 상의 차광막(12)에, 예를 들어 복수의 차광 재료인 라인부(33a 내지 33o)의 라인 폭(We)과, 투명 기판(11)이 노출된 스페이스부(34a-34p)의 스페이스 폭(Se)을 일정한 비율로 감소 및 증가시킴으로써 개구율을 단계적으로 변화시킨 L/S 패턴의 회절 격자이다. L/S 패턴은 일정한 주기(Pe)로 주기적으로 배열되어 있다. 노광량 모니터 마크(36)의 중앙의 라인부(33h)로부터 종이면을 향해 우측 및 좌측을 향해 개구율, 즉 스페이스 폭(Se)은 증가하고 있다. 중앙의 라인부(33h)에서 개구율 : 0 ％이고, 좌우단부의 라인부(33a, 33o)에서는 개구율 : 100 ％에 가까운 최대치가 된다. 주기(Pe)가 도1의 노광 장치에 있어서, 수학식 1 에서 나타내는 한계 해상도 이하일 때, 노광되는 회절 격자 패턴은 반도체 기판(1) 상에서는 해상되지 않는다. 실시 형태의 제1 변형예에서도 실시 형태와 마찬가지로 주기(Pe)는 노광 장치의 한계 해상도 이하의 300 ㎚로 하고 있다. 따라서, 노광량 모니터 마크(36)의 회절 격자의 패턴은 레지스트막 상에서 해상되지 않는다. 라인부(33a 내지 33o) 사이의 스페이스부(34a 내지 34p)를 회절하여 투과하는 노광광의 강도는 개구율에 따라서 변화된다. 노광량 모니터 마크(36)를 노광하여 얻을 수 있는 레지스트 패턴은 전사되는 레지스트의 감도 곡선에 따라서 좌우단부에서 경사측벽이 형성되고, 또한 노광량에 따라서 좌우단부가 축소 후퇴된다. 전사된 노광량 모니터 마크(36)의 전사상 폭을 특징량으로 하여 레지스트 감도의 측정을 할 수 있다. 실시 형태의 제1 변형예에서는 노광량 모니터 마크(36)로서 개구율을 중앙으로부터 양단부를 향해 단계적으로 증가시킨 L/S 패턴의 회절 격자를 이용하여 레지스트 감도의 특징량으로서 노광량 모니터 마크(36)의 전사상 폭을 이용하는 점이 실시 형태와 다르다. 다른 구성은 실시 형태와 마찬가지이므로 중복된 기재는 생략한다.

도13에는 도1에 도시한 노광량 모니터 마크(36)를 노광하였을 때에 얻을 수 있는 반도체 기판(1) 상의 레지스트막 표면에서의 BB 단면 방향에 있어서의 광강도 분포를 도시하고 있다. 예를 들어, 노광량 모니터 마크(36)의 라인부(33h)의 중심을 위치의 원점으로 한다. 노광 강도는 노광량 모니터 마크(36)의 원점 위치에서 0이고, 좌우측단부의 스페이스부(34a, 34p)의 위치에서 1이 된다. 레지스트막면 상에는 노광량 모니터 마크(36)에서 회절된 0차 회절광만이 조사되므로, 광강도 분 포는 스페이스부의 스페이스 폭(Se)의 면적의 제곱에 비례한 분포가 된다.

다음에, 도14에 도시한 노광량 분포를 갖는 노광량 모니터 마크(36)를 이용하여 레지스트 감도를 측정하는 순서를 설명한다. 우선, 도15에 도시한 바와 같이 반도체 기판(1) 상의 반사 방지막(21) 표면에 레지스트막(37)을 스핀 도포한다. 노광 장치에 의해 도포된 레지스트막(37)에 노광량 모니터 마크(36)를 노광한다. 실시 형태의 제1 변형예에서는 포지티브형 레지스트를 사용하고 있으므로, 노광광이 조사된 부분에서는 레지스트 성분의 고분자가 가교 절단된다. 따라서, 노광 혹은 PEB 후에 도16에 도시한 바와 같이 노광량 모니터 마크(36)에 대응하여 노광 레지스트막(37a) 사이의 비노광 영역에 전사상(38a)이 잠상으로서 형성된다. 노광 레지스트막(37a)과 전사상(38a)은 고분자의 구조가 다르므로, 두께 혹은 굴절률 등의 광학 특성이 다르다. PEB 후의 현상 처리에 의해 노광 레지스트막(37a)이 용해되고, 도17에 도시한 바와 같이 반사 방지막(21) 상에 전사상(38b)이 형성된다. 전사상(38a, 38b)은 도14의 노광광의 광강도 분포와 전사되는 레지스트의 감도 곡선에 따라서 좌우단부에서 경사측벽이 형성되고, 또한 노광량에 따라서 좌우단부가 축소 후퇴된다. 전사상(38a, 38b)의 전사상 폭(Ls, Lt)은 단차계 혹은 광학식의 선폭 측정 장치에서 측정할 수 있다. 표준 레지스트를 이용하여 노광 장치의 설정 노광량을 변화시켜 노광을 행하고, 전사상 폭(Ls 혹은 Lt)과 설정 노광량의 관계로부터, 도18에 도시한 바와 같이 특징량의 전사상 폭(Ls 혹은 Lt)과 레지스트 감도(EDe)의 교정 곡선을 얻을 수 있다. 도18의 관계를 감도 판정 데이터로서 이용함으로써 검사 대상 레지스트막의 레지스트 감도를 고정밀도로 평가할 수 있다.

예를 들어, 검사 대상 레지스트막에 노광 장치의 표준 설정 노광량으로 노광량 모니터 마크(36)를 전사한다. 현상 후에 얻게 된 전사상 폭을 단차계 혹은 광학식의 선폭 측정 장치 등에 의해 측정한다. 측정한 전사상 폭으로부터 도18의 교정 곡선의 관계를 이용하여 레지스트 감도를 구한다. 구한 레지스트 감도로부터 검사 대상 레지스트의 표준 레지스트에 대한 상대적인 레지스트 감도를 얻을 수 있다.

또한, 현상 후의 레지스트막의 막감소량을 단차계로 측정한 후, 도19에 도시한 바와 같이 전사상(38b)의 좌우단부에서 경사측벽에 대응하는 위치에서 레지스트막의 막감소량이 변화되는 프로 파일을 얻을 수 있다. 이와 같이, 레지스트막의 막감소량을 이용해도 전사상 폭(Lt)에 대응하는 특징량을 구할 수 있다. 따라서, 도18과 같은 교정 곡선을 얻을 수 있어 검사 대상 레지스트막의 레지스트 감도를 평가하는 것이 가능해진다. 레지스트막의 막감소량의 측정 방법으로서는 단차계 이외에도 광학적인 막두께계를 이용할 수 있다.

또한, 막감소량의 측정에 도20에 도시한 바와 같이 복수의 노광량 모니터 마크(36)를 개구부(31) 사이에 등간격으로, 주기적으로 배열한 포토마스크를 이용해도 좋다. 이 경우, 도21에 도시한 바와 같이 반도체 기판(1) 상의 반사 방지막(21) 표면에 도포된 레지스트막에 전사된 복수의 전사상(38c)에 대해 스캐터메트리를 이용하여 레지스트막의 막감소량을 측정할 수 있다. 스캐터메트리에서는 전사상(38c)의 패턴에 특정한 각도로 빛을 입사하고, 회절시켜 얻게 되는 회절 광강도를 측정한다. 미리 구한 패턴 프로파일과 측정한 회절 광강도의 관계와 대조 하여 전사상(38c)의 막두께 분포를 구할 수 있다. 이와 같이, 전사상(38c)의 막감소량으로부터 구한 특징량과 레지스트 감도의 관계를 이용하여 검사 대상 레지스트막의 레지스트 감도를 고정밀도로 평가할 수 있다.

또한, 실시 형태의 제1 변형예에 관한 노광량 모니터 마크(36)에서는 L/S 패턴의 개구율을 좌우 양방향으로 증가시킨 대칭인 구조의 패턴을 이용하고 있다. 그러나, 개구율을 약 0 ％ 내지 100 ％로 일방향으로만 변화시킨 패턴이면 좋은 것은 물론이다. 이 경우, 레지스트막의 전사상은 개구율이 0 ％측인 일단부는 축소 후퇴되지 않고, 개구율이 100 ％측인 타단부가 축소 후퇴되어 경사측벽이 형성된다.

(제2 변형예)

본 발명의 실시 형태의 제2 변형예에 관한 레지스트 감도의 평가 방법에 이용하는 노광량 모니터 마크(46)는, 도22의 평면도 및 도23의 CC 단면도에 도시한 바와 같이 투명 기판(11) 상에 설치된 차광막(12)에, 예를 들어 종이면의 상하 방향으로 연장하여 길이 방향에 직교하는 방향에서 서로 대향하여 배치된 위치 검출 패턴(45a, 45b)과, 위치 검출 패턴(45a, 45b) 사이에 개구부(41) 및 노광 경사부(42)를 갖는 노광량 모니터 패턴(40)을 구비하고 있다. 개구부(41)는, 차광막(12)을 협지하여 위치 검출 패턴(45a)측에 배치되어 있다. 노광 경사부(42)는 개구부(41)와 위치 검출 패턴(45b) 사이에, 각각에 접촉하여 배치되어 있다. 또한, 노광 경사부(42)는 위치 검출 패턴(45b)에 접촉하여 배치되어 있지만, 노광 경사부(42)와 위치 검출 패턴(45b) 사이를 분리하여 차광막(12)이 개재하는 배치라도 좋다.

노광 경사부(42)는 복수의 차광 재료의 라인부(43a 내지 43k)의 라인 폭과, 투명 기판(11)이 노출된 스페이스부(44a 내지 44l)의 스페이스 폭을 일정한 비율로 증가 및 감소시킴으로써 개구율을 일방향으로, 단계적으로 변화시킨 L/S 패턴의 회절 격자이다. L/S 패턴은 수학식 1에서 나타내는 한계 해상도 이하의 일정한 주기로 배열되어 있다. 노광 경사부(42)의 개구부(41)에 인접하는 라인부(43a)로부터 종이면의 우측을 향해 개구율, 즉 스페이스 폭은 감소하고 있다. 노광 경사부(42)에 인접하는 개구부(41)에서 개구율 : 100 ％이고, 우측단부의 위치 검출 패턴(45b)측의 라인부(43k)에서는 개구율 : 0 ％가 된다. 실시 형태의 제2 변형예에서는, 예를 들어 위치 검출 패턴(45a)의 좌측단부로부터 위치 검출 패턴(45b)의 우측단부까지의 거리(LM)는 약 30 ㎛로 하고 있다. 또한, CC 단면 방향의 위치 검출 패턴(45a, 45b)의 폭은 약 2 ㎛이고, 개구부(41) 및 노광 경사부(42)의 폭은 각각 약 14 ㎛ 및 8 ㎛로 하고 있다.

노광량 모니터 마크(46)를 노광 장치에 의해 반도체 기판(1) 상에 투영하면, 도2에 도시한 바와 같은 노광 강도 분포를 얻을 수 있다. 여기서, 노광 위치의 원점은 위치 검출 패턴(45a, 45b) 사이의 중심점이다. 또한, 노광 강도는 위치 검출 패턴(45a, 45b) 혹은 개구부(41)를 투과하는 노광광의 노광량으로 규격화한 값이다. 따라서, 도24에 도시한 바와 같이, 위치 검출 패턴(45a, 45b) 및 개구부(41)의 노광 강도 분포(LI1, LI4 및 LI2)는 일정치인 1이 된다. 노광 경사부(42)에서는, 노광 강도 분포(LI3)는 개구부(41)단부로부터 위치 검출 패턴(45b)단부까지 스 페이스부(44a 내지 44l)의 스페이스 폭에 대응하여 감소하고 있다.

도24에 있어서, 예를 들어 레지스트막의 막빠짐 감도의 노광량에 대응하는 노광 강도를 실효 노광 강도(LIe)로 한다. 노광 경사부(42)의 노광 강도 분포(LI3)가 실효 노광 강도(LIe)가 되는 위치(D)로부터 개구부(41)의 좌측단부까지의 폭(Min)의 영역이 노광량 모니터 패턴(40)의 막빠짐 감도 영역이 된다. 따라서, 현상 처리에 의해 형성되는 레지스트 모니터 패턴(58)에서는, 도25에 도시한 바와 같이 레지스트막(57) 사이에 노광량 모니터 마크(46)의 위치 검출 패턴(45a, 45b)에 대응한 위치 검출 레지스트 개구부(55a, 55b)와, 개구부(41) 및 개구부(41)의 우측단부로부터 노광 경사부(42)의 위치(D) 사이에 대응한 레지스트 개구부(51)가 형성된다. 또한, 노광 경사부(42)에 대응하는 전사상(56)의 좌측단부에는 경사측벽(59)이 형성된다. 또한, 도25에서는, 간단하게 하기 위해 레지스트 모니터 패턴(58)만을 도시하고, 반사 방지막이나 반도체 기판 등의 기초층은 도시를 생략하고 있다.

레지스트 개구부(51)는 도24에서 도시한 노광 경사부(42)의 위치(D)로부터 개구부(41)의 좌측단부까지의 폭(Min)이 된다. 노광 장치의 설정 노광량을 변화시키면, 레지스트 감도(Lle)가 변화되고, 노광 강도 분포(LI3)에 있어서의 막빠짐 감도의 위치(D)가 변화된다. 예를 들어, 설정 노광량이 커지면 위치(D)는 위치 검출 패턴(45b)의 방향으로 어긋나 폭(Min)이 증가된다. 한편, 위치 검출 레지스트 개구부(55a, 55b)의 중심 사이는 폭(Mout)이다. 노광 장치의 설정 노광량을 변화시킨 경우라도 폭(Mout)은 변화되지 않는다. 따라서, 폭(Min)의 중심(C1)과 폭(Mout)의 중심(C2)의 차인 상대 위치 어긋남량(Δd)은 레지스트 감도의 변동에 대응한다. 실시 형태의 제2 변형예에서는 레지스트 개구부(51)의 중심(C1)과, 위치 검출 레지스트 개구부(55a, 55b) 사이의 중심(C2)을 측정하여 구한 상대 위치 어긋남량(Δd)을 특징량으로 하여 레지스트 감도를 구하고, 레지스트 감도를 평가하는 점이 실시 형태 혹은 실시 형태의 제1 변형예와는 다르다. 다른 점은 마찬가지이므로, 중복된 설명은 생략한다.

노광 장치의 설정 노광량을 변화시켜 표준 레지스트에 노광량 모니터 마크(46)를 전사한 레지스트 모니터 패턴(58)을 형성하고, 레지스트 개구부(51)의 중심(C1)과, 위치 검출 레지스트 개구부(55a, 55b)의 폭(Mout) 사이의 중심(C2)을 맞추어 어긋남 검사 장치 등에 의해 측정한다. 각 설정 노광량의 표준 설정 노광량으로부터의 변화분을 백분률로 나타낸 레지스트 감도 변동치(ΔEDe)와, 각 설정 노광량에 의해 측정된 상대 위치 어긋남량(Δd)의 관계를 도26에 나타낸다. 도26의 상대 위치 어긋남량(Δd)과 레지스트 감도 변동치(ΔEDe)의 관계를 최소 제곱 근사에 의해 구하면,

Δd ＝ 0.0098 * AEDe － 0.0003

이 된다. 실시 형태의 제2 변형예에 있어서는 수학식 3을 레지스트 감도의 감도 판정 데이터로서 이용함으로써, 검사 대상의 레지스트막의 막빠짐 감도에 대응하는 상대 위치 어긋남량(Δd)을 특징량으로서 구함으로써, 표준 레지스트에 대한 상대적인 레지스트 감도를 레지스트 감도 변동치(ΔEDe)를 이용하여 평가하는 것이 가 능해진다.

예를 들어, 검사 대상 레지스트막에 노광 장치의 표준 설정 노광량으로 노광량 모니터 마크(46)를 전사한다. 현상 후에 얻게 된 전사상의 상대 위치 어긋남량(Δd)을 맞추어 어긋남 검사 장치 등에 의해 측정한다. 측정한 상대 위치 어긋남량(Δd)으로부터 도26의 교정 곡선 혹은 수학식 3의 관계를 이용하여 레지스트 감도 변동치(ΔEDe)를 구한다. 구한 레지스트 감도 변동치(ΔEDe)로부터 검사 대상 레지스트의 표준 레지스트에 대한 상대적인 레지스트 감도를 얻을 수 있다.

상기한 설명에 이용한 노광량 모니터 마크(46)에서는 노광량 모니터 패턴(40) 내에 노광 경사부(42)를 하나 배치하고 있다. 실시 형태의 제2 변형예에서는, 배치하는 노광 경사부는 하나로 한정되는 것은 아니다. 다른 예로서, 노광량 모니터 마크(46a)에는, 도27에 도시한 바와 같이 개구부(41a)의 좌우 양단부에 제1 및 제2 노광 경사부(42a, 42b)가 배치되어 있다. 도28의 DD 단면도에 도시한 바와 같이, 노광량 모니터 마크(46a)의 제1 및 제2 노광 경사부(42a, 42b)는 종이면의 좌측단부로부터 개구율을 동일한 방향으로 약 100 ％ 내지 0 ％까지 단계적으로 변화시킨 L/S 패턴의 회절 격자이다. L/S 패턴은 수학식 1에서 나타내는 한계 해상도 이하의 일정한 주기로 배열되어 있다.

노광 장치에 의해 노광량 모니터 마크(46a)를 레지스트막에 전사하여 형성되는 레지스트 모니터 패턴(58a)에서는, 도29에 도시한 바와 같이 레지스트막(57)에 위치 검출 패턴(45a, 45b)에 대응하여 위치 검출 레지스트 개구부(55a, 55b)가 형성된다. 제1 노광 경사부(42a)에 대해서는, 좌측단부에 대응하는 위치에 제1 레지 스트 개구부(51a) 및 우측부에 대응하는 위치에는 경사측벽(59a)을 갖는 제1 전사상(56a)이 형성된다. 또한, 개구부(41a) 및 제2 노광 경사부(42b)에 대해서는 제2 레지스트 개구부(51b) 및 경사측벽(59b)을 갖는 제2 전사상(56b)이 형성된다. 여기서, 제1 및 제2 전사상(56a, 56b)의 경사측벽(59a, 59b)의 기초층과 접촉하는 엣지 사이의 폭(Min)의 중심을 Ca1로 하고, 위치 검출 레지스트 개구부(55a, 55b)의 폭(Mout) 사이의 중심을 Ca2로 한다. 중심 위치(Ca1, Ca2) 사이의 상대 위치 어긋남량(Δd)은 제1 및 제2 노광 경사부(42a, 42b)로부터 전사되어 형성된 제1 및 제2 전사상(56a, 56b)의 경사측벽(59a, 59b)측이 축소 후퇴하여 엣지의 위치가 동일 방향으로 어긋나므로, 노광량 모니터 마크(46)를 이용한 경우에 비해 상대 위치 어긋남량(Δd)은 약 2배로 커져, 상대 위치 어긋남량(Δd)의 측정 감도의 향상이 가능해진다. 따라서, 검사 대상 레지스트막의 레지스트 감도를 고정밀도로 평가할 수 있다.

또한, 노광량 모니터 마크(46a)에서는 제1 및 제2 노광 경사부(42a, 42b)에 개구율을 동일한 방향으로, 단계적으로 변화시킨 L/S패턴의 회절 격자를 이용하고 있다. 그러나, 노광량 모니터 마크(46b)에서는 도30의 평면도 및 도31의 EE 단면도에 도시한 바와 같이, 개구율을 동일한 방향으로, 단계적으로 변화시킨 L/S 패턴의 회절 격자를 위치 검출 패턴(45c, 45d)에도 배치하고 있다. 이 경우, 위치 검출 패턴(45c, 45d)의 L/S 패턴의 개구율의 변화는 제1 및 제2 노광 경사부의 L/S 패턴의 개구율의 변화 방향과는 역방향으로 한다. 따라서, 전사되는 위치 검출 레지스트 패턴 사이의 폭의 중심 위치가 제1 및 제2 경사측벽의 엣지 사이의 폭의 중 심 위치와 반대 방향으로 어긋나게 되어 얻을 수 있는 상대 위치 어긋남량(Δd)은 더 증가한다. 따라서, 검사 대상 레지스트막의 레지스트 감도를 더 고정밀도로 평가할 수 있다.

(그 밖의 실시 형태)

상기와 같이, 본 발명을 실시 형태에 의해 기재하였지만, 이 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이라 이해하면 안된다. 이 개시로부터 당업자에게는 다양한 대체 실시 형태, 실시예 및 운용 기술이 명백할 것이다.

본 발명의 실시 형태에 있어서, 노광광의 투과율의 분포를 갖게 하기 위해, 회절 격자의 개구율을 원하는 비율로 변화시킨 노광 패턴을 이용하였지만, 회절 격자에 한정되지 않고, 다른 방법에 의해 노광광의 투과율의 분포를 갖게 할 수 있으면, 어떠한 방법이라도 좋은 것은 물론이다. 예를 들어, 도32 및 도33에 도시한 바와 같이, 노광량 모니터 마크(46c)로서, 투명 기판(11) 상에 복수의 차광막(106a 내지 106m)을 일정폭으로, 두께를 일정한 비율로 변화시켜 배치하고 있다. 금속이라도 박막으로 하면 광투과성이 생기기 때문에, 차광막(106a 내지 106m)으로서 사용하고 있는 금속을 두께의 분포를 갖게 하여 퇴적하면 빛의 투과율을 가변으로 할 수 있다. 차광막(106a)으로부터 차광막(106m)을 향해 각 차광막의 두께는 스텝형으로 증가시키고 있다. 따라서, 차광막(106a)의 종이면을 향해 우측은 투과율 : 100 ％에 가까운 최대치이고, 차광막(106m)에서는 투과율 : 0 ％가 된다. 이와 같이, 차광막의 두께를 스텝형으로 변화시킨 구조를 본 발명의 실시 형태의 제1 및 제2 변형예에서 설명한 노광 모니터에 적용할 수 있는 것은 물론이다. 또한, 차광 막의 두께를 일정 방향으로 연속적으로 변화시킨 구조라도 노광 모니터가 가능하다. 또한, 광투과율을 가변으로 하므로, 차광 재료를 입자형으로 하여 입자 밀도를 변화시킨 구조라도 같은 효과를 얻을 수 있는 것은 물론이다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 있어서는 설명의 편의상 KrF 엑시머 레이저 축소 투영 노광 장치를 이용하고 있지만, 광원으로서 i선이나 g선 등의 자외선, 아르곤프롤라이드(ArF)나 불소(F₂) 가스 등의 다른 엑시머 레이저, 혹은 전자빔이나 X선 등을 이용해도 좋은 것은 물론이다. 또한, 콘택트 방식, 프록시미티 방식 혹은 미러프로젝션 방식 등의 노광 장치를 이용해도 좋다.

이와 같이, 본 발명은 여기서는 기재하지 않은 다양한 실시 형태 등을 포함하는 것은 물론이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 상기한 설명으로부터 타당한 특허 청구의 범위에 관한 발명 특정 사항에 의해서만 정해지는 것이다.

본 발명에 따르면, 레지스트 감도를 고정밀도로 관리할 수 있는 레지스트 감도의 평가 방법 및 레지스트의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims

검사 대상 레지스트막에 노광 장치에 의해 검사 노광량으로 노광량 모니터 마크를 노광하는 스텝과,

상기 검사 대상 레지스트막에 전사된 상기 노광량 모니터 마크의 검사 전사상으로부터 노광량에 의해 변동되는 검사 특징량을 측정하는 스텝과,

상기 검사 특징량으로부터 감도 교정 데이터를 이용하여 상기 검사 대상 레지스트막의 검사 레지스트 감도를 산출하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스트 감도의 평가 방법.
제1항에 있어서, 표준 레지스트막에 상기 노광 장치에 의해 설정 노광량으로 상기 노광량 모니터 마크를 노광하는 스텝과,

상기 표준 레지스트막에 전사한 상기 노광량 모니터 마크의 교정 전사상으로부터 노광량에 의해 변동되는 교정 특징량을 측정하는 스텝과,

상기 설정 노광량과 상기 교정 특징량의 관계를 상기 감도 교정 데이터로서 취득하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스트 감도의 평가 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 검사 전사상 및 교정 전사상이 회절 격자로 형성되는 것을 특징으로 하는 레지스트 감도의 평가 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 검사 전사상 및 교정 전사상이 상기 노광량 모니터 마크의 면 내에서 개구율을 단계적으로 경사 분포시킨 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 레지스트 감도의 평가 방법.
제3항에 있어서, 상기 회절 격자가 라인 앤드 스페이스 패턴으로 이루어지고, 상기 라인 앤드 스페이스 패턴의 주기는 상기 노광 장치의 광원의 파장과, 상기 노광 장치의 투영 광학계의 렌즈 개구수와, 상기 노광 장치의 조명 광학계의 코히런스 팩터에 의해 정해지는 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 레지스트 감도의 평가 방법.
제5항에 있어서, 상기 폭은 상기 파장을 상기 코히런스 팩터와 1의 합 및 상기 개구수로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 레지스트 감도의 평가 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 검사 전사상 및 교정 전사상이 상기 노광량 모니터 마크의 면 내에서 상기 노광 장치의 노광광을 단계적으로 경사 분포시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 레지스트 감도의 평가 방법.
제7항에 있어서, 상기 검사 특징량 및 교정 특징량이 개구율이 각각 다른 복수의 상기 라인 앤드 스페이스 패턴의 스페이스 폭 또는 라인 폭인 것을 특징으로 하는 레지스트 감도의 평가 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 검사 전사상 및 교정 전사상이 상기 노광량 모니터 마크의 면 내에서 상기 노광 장치의 노광광을 일방향으로, 단계적으로 경사 분포시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 레지스트 감도의 평가 방법.
제9항에 있어서, 상기 검사 특징량 및 교정 특징량이 상기 검사 전사상 및 교정 전사상의 상기 일방향의 폭인 것을 특징으로 하는 레지스트 감도의 평가 방법.
제10항에 있어서, 상기 검사 특징량 및 교정 특징량이 상기 노광량 모니터 마크로부터 전사된 위치 검출 레지스트 개구부와, 상기 검사 전사상 및 교정 전사상 사이의 상기 일방향에서의 상대적 위치 어긋남량인 것을 특징으로 하는 레지스트 감도의 평가 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 검사 특징량 및 교정 특징량이 현상 후의 상기 검사 전사상 및 교정 전사상을 이용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 레지스트 감도의 평가 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 검사 특징량 및 교정 특징량이 노광 후 또는 포스트 익스포저 베이크 후의 상기 검사 전사상 및 교정 전사상을 이용하여 측 정되는 것을 특징으로 하는 레지스트 감도의 평가 방법.
표준 레지스트막에 노광 장치에 의해 설정 노광량으로 노광량 모니터 마크를 노광하는 공정과,

상기 표준 레지스트막에 전사한 상기 노광량 모니터 마크의 교정 전사상으로부터 노광량에 의해 변동되는 교정 특징량을 측정하는 공정과,

상기 설정 노광량과 상기 교정 특징량과의 관계를 감도 교정 데이터로서 취득하는 공정과,

검사 대상 레지스트막에 상기 노광 장치에 의해 검사 노광량으로 상기 노광량 모니터 마크를 노광하는 공정과,

상기 검사 대상 레지스트막에 전사된 상기 노광량 모니터 마크의 검사 전사상으로부터 노광량에 의해 변동되는 검사 특징량을 측정하는 공정과,

상기 검사 특징량으로부터 상기 감도 교정 데이터를 이용하여 상기 검사 대상 레지스트막의 검사 레지스트 감도를 산출하는 공정과,

상기 검사 노광량과 상기 검사 레지스트 감도의 레지스트 감도차를 산출하는 공정과,

상기 레지스트 감도차를 기초로 하여 상기 검사 대상 레지스트의 상기 레지스트 감도를 조정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스트의 제조 방법.
제14항에 있어서, 감도 교정 레지스트의 첨가제에 대한 상기 감도 교정 레지 스트의 레지스트 감도 변화의 관계를 취득하는 스텝과,

상기 레지스트 감도 변화의 관계를 기초로 하여 상기 검사 대상 레지스트의 상기 레지스트 감도의 조정을 행하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스트의 제조 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 첨가제가 감광제이고, 상기 검사 대상 레지스트의 상기 레지스트 감도의 조정이 상기 감광제를 첨가하여 행해지는 것을 특징으로 하는 레지스트의 제조 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 첨가제가 산트랩제이고, 상기 검사 대상 레지스트의 상기 레지스트 감도의 조정이 상기 산트랩제를 첨가하여 행해지는 것을 특징으로 하는 레지스트의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 검사 전사상 및 교정 전사상이 회절 격자로 형성되는 것을 특징으로 하는 레지스트의 제조 방법.
제18항에 있어서, 상기 검사 전사상 및 교정 전사상이 상기 노광량 모니터 마크의 면 내에서 개구율을 단계적으로 경사 분포시킨 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 레지스트의 제조 방법.
제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 회절 격자가 라인 앤드 스페이스 패턴으로 이루어지고, 상기 라인 앤드 스페이스 패턴의 주기는 상기 노광 장치의 광원의 파장과, 상기 노광 장치의 투영 광학계의 렌즈 개구수와, 상기 노광 장치의 조명 광학계의 코히런스 팩터에 의해 정해지는 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 레지스트의 제조 방법.
제20항에 있어서, 상기 폭은 상기 파장을 상기 코히런스 팩터와 1의 합 및 상기 개구수로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 레지스트의 제조 방법.
제19항에 있어서, 상기 검사 전사상 및 교정 전사상이 상기 노광량 모니터 마크의 면 내에서 상기 노광 장치의 노광광을 단계적으로 경사 분포시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 레지스트의 제조 방법.
제22항에 있어서, 상기 검사 특징량 및 교정 특징량이, 개구율이 각각 다른 복수의 상기 라인 앤드 스페이스 패턴의 스페이스 폭인 것을 특징으로 하는 레지스트의 제조 방법.
제19항에 있어서, 상기 검사 전사상 및 교정 전사상이 상기 노광량 모니터 마크의 면 내에서 상기 노광 장치의 노광광을 일방향으로, 단계적으로 경사 분포시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 레지스트의 제조 방법.
제24항에 있어서, 상기 검사 특징량 및 교정 특징량이 상기 검사 전사상 및 교정 전사상의 상기 일방향의 폭인 것을 특징으로 하는 레지스트의 제조 방법.
제25항에 있어서, 상기 검사 특징량 및 교정 특징량이 상기 노광량 모니터 마크로부터 전사된 위치 검출 레지스트 개구부와, 상기 검사 전사상 및 교정 전사상 사이의 상기 일방향에서의 상대적 위치 어긋남량인 것을 특징으로 하는 레지스트의 제조 방법.
제19항에 있어서, 상기 검사 특징량 및 교정 특징량이 현상 후의 상기 검사 전사상 및 교정 전사상을 이용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 레지스트의 제조 방법.
제19항에 있어서, 상기 검사 특징량 및 교정 특징량이 노광 후 또는 포스트 익스포저 베이크 후의 상기 검사 전사상 및 교정 전사상을 이용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 레지스트의 제조 방법.