NL8502624A

NL8502624A - Werkwijze voor het bepalen van de belichtingsdosis van een lichtgevoelige laklaag.

Info

Publication number: NL8502624A
Application number: NL8502624A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1985-09-26
Filing date: 1985-09-26
Publication date: 1987-04-16
Also published as: EP0217463A1; DE3668710D1; US4774158A; JPS6275442A; EP0217463B1; JPH0722109B2

Description

•»s -ί PHN 11.496 1 N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

werkwijze voor het bepalen van de belichtingsdosis van een lichtgevoelige laklaag.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bepalen van de belichtingsdosis van een lichtgevoelige laklaag die zich op een substraat bevindt, ter verkrijging van een lakpatroon cp het substraat waarin na belichting door een masker, gevolgd door ont-5 wikkeling van de lak details met een lijnbreedte in het gebied van O, 5^um - 2yUm nauwkeurig moeten worden weergegeven.

Voor het verkrijgen van lakpatrcnen met een zeer nauwkeurige lijnbreedte voor lijnen in de range van 0,5 - 2^um is een belichting met een nauwkeurige belichtingsdosis, in het algemeen belichtingstijd, 10 vereist. Een onjuiste belichtingsdosis doet een afwijking in de lijnbreedte ontstaan. Bij de moderne halfgeleidertechnologie is het werken met uiterst kleine afmetingen met een zeer grote nauwkeurigheid van essentieel belang.

Het meten van de ontstane lijnbreedte na belichtingen van 15 verschillende duur, ter bepaling van de juiste belichtingsdosis voor het verkrijgen van de gewenste lijnbreedte stuit in de genoemde micronrange op moeilijkheden. Een voor de hand liggende meetmethode maakt gebruik van een optische microscoop. De betrouwbaarheid van de meting is hier evenwel betrekkelijk gering. De lijnbreedte in de genoemde 20 range ligt cp de grens van de mogelijkheden van een optische microscoop en bij een sterke vergroting kan de dikte van het lakpatroon de scherpte-diepte van de microscoop overschrijden. Een verdere mogelijkheid voor het bepalen van de juiste belichtingsdosis is, het meten van de ontstane lijnbreedte met behulp van een aftast electronenmicros-25 coop (scanning electron microscope). Hiervoor moet dan wel zo'n kostbaar instrument aanwezig zijn, terwijl ook aan de voorwaarden moet zijn voldaan, die het gebruik van een scanning electron microscope voor deze meting vereisen.

Doel van de uitvinding is een werkwijze te verschaffen, 30 waarbij cp eenvoudige wijze een referentie-belichtingsdosis kan worden bepaald, waarbij tevens de invloed van de belichtingsdosis op procescrastandigheden, zoals de dikte van de laklaag, de gevoeligheid van de lak, de oventemperatuur bij het uitbakken van de lak enz., @502 62 4 ΡΗΝ 11.496 ' ’ 2 automatisch worden gecompenseerd. Om dit doel te bereiken heeft, volgens de uitvinding, de werkwijze van de in de aanhef genoemde soort het kenmerk, dat een op het substraat aanwezige laklaag wordt belicht door een rasterpatroon dat afwisselend lichtdoorlatende en niet-licht-5 doorlatende lijnvormige gebieden van de gewenste breedte vertoont, dat vervolgens een rasterpatroon zijdelings over een afstand gelijk aan de lijnbreedte wordt verplaatst in een richting loodrecht op de lengterichting van de lijnen waarna weer een belichting met dezelfde dosis plaatsvindt, welk proces op enkele plaatsen maar met een andere belich-10 tingsdosis wordt herhaald, waarna een referentie-belichtingsdosis wordt bepaald door na te gaan welke dosis nodig is cm de lichtgevoelige laklaag na ontwikkeling juist geheel op te lossen.

De uitvinding maakt gebruik van het inzicht dat ter plaatse van de overgangen van de transparante en ondoorzichtige delen van het 15 raster de op de laklaag vallende lichtsterkte door verstrooiing en afbuiging geringer is dan bij de transparante delen. De diepte waarbij ter plaatse van deze overgangen licht in de laklaag dringt is dan afhankelijk van de. belichtingstijd. Indien nu, zoals volgens de uitvinding, een raster van gewenste minimale lijnbreedte wordt belicht en 20 na verplaatsing van het raster over de lijnbreedte nogmaals wordt belicht, en dit op verschillende plaatsen bij verschillende belichtings-doses, bv. belichtingstijden dan blijkt, dat hij relatief korte belichtingstijden lakbalkjes aanwezig blijven na ontwikkeling van de laklaag. Deze balkjes zijn met een gewone microscoop goed te zien. Bij 25 langere belichtingstijden blijkt dat de balkjes plotseling niet meer aanwezig zijn. De belichting die behoort bij de situatie dat de balkjes plotseling zijn verdwenen geeft de referentie-belichtingsdosis aan.

Door de proefbelichtingen en het ontwikkelen uit te voeren bij dezelfde procesanstandigheden als waarbij'bv. halfgeleiderwafers 30 voor produktiedoeleinden zullen worden behandeld, kunnen procesanstandigheden geen afwijkingen veroorzaken. De referentiedosis hoeft voor een bepaalde lak slechts eenmalig te worden bepaald en vormt dan een aanwijzing voor de belichting van de lak op vcor de produktie te behandelen halfgeleiderwafers.

35 Bij het behandelen van halfgeleiderwafers, waarbij belicht wordt met de referentie-belichtingsdosis, dus met de dosis waarbij de balkjes plotseling verdwijnen, blijkt dat de verkregen lijnbreedte niet overeenkomt met de gewenste. Indien men evenwel de belichtingstijd 8502 624 «s.

PHN 11.496 3 bepaalt behorend bij de gewenste lijnbreedte, dan blijkt dat het verschil tussen de belichtingstijd voor de referentie-belichtingsdosis en de dosis behorend bij de gemeten juiste lijnbreedte voor de gehele range van gewenste lijnbreedten, een constante waarde is. Hiervan gebruik 5 makend, heeft een uitvoeringsvorm van de uitvinding het kenmerk, dat voor een bepaalde soort fotogevoelige lak de belichting wordt bepaald benodigd voor het verkrijgen van de gewenste lijnbreedte, dat dan het verschil wordt bepaald met de referentie-belichtingsdosis verkregen onder dezelfde procesomstandigheden en dat voor elke partij te behandelen TO substraten een belichting wordt gekozen, gelijk aan de sent van de refe-rentiebelichtingsdosis bij de dan te kiezen procesanstandigheden en de genoemde verschilwaarde.

De uitvinding zal aan de hand van de tekening nader worden toegelicht. In de tekening toont: 15 Fig. 1 een raster met afwisselend transparante en ondoorzich tige gebieden.

Fig. 2 een substraat met een fotogevoelige laklaag, belicht door het raster.

Fig. 3 het substraat uit Fig. 2 maar nu ook nog een tweede 20 maal belicht en

Fig. 4 het substraat uit Fig. 3, dat na ontwikkeling nog lak-balkjes vertoont.

Fig. 1 toont een raster dat gevormd wordt door een patroon van lichtdoorlatende en niet-lichtdoorlatende lijnvormige gebieden 1, 25 2, aangebracht cp een drager 3 bv. van glas of van een doorzichtige kunststof. De gebieden 1 en 2 hebben een gelijke breedte. Ter bepaling van de belichtingsdosis van een met een fotogevoelige lak bedekt substraat, ter verkrijging van een in de fotolak nauwkeurig bepaalde lijnbreedte van zeer geringe afineting, nl. in het gebied van 0,5-2^um, 30 kunnen met een aantal verschillende lijnbreedten van de gebieden 1 en 2 proefbelichtingen worden uitgevoerd, waarbij voor iedere lijnbreedte een aantal belichtingen met doses van verschillende intensiteit wordt gekozen.

Stel dat in het raster van Fig. 1 zcwel de breedte van de 35 transparante gebieden 1 als de breedte van de ondoorzichtige gebieden 2 een waarde van l^um heeft. De drager 3 met het raster wordt bv. in een step and repeat camera aangebracht, cp de plaats, waar normaal een masker voor de belichting van fotolak op een halfgeleiderwafer aan- 3502 62 4 <· PHN 11.496 4 wezig is. Het raster wordt nu belicht bv. met een lichtflits van 120 msec., waarbij het patroon van het raster op de fotolak van de halfgeleider-wafer wordt geprojecteerd, bv. in een verhouding 1:1.

Fig. 2 toont een gedeelte van een substraat 4 dat is bedekt 5 met fotolak bv. de positieve fotolak HPR 204 van de firma Hunt, welke fotolak is belicht met het rasterpatroon. De belichte gebieden van de fotolak zijn aangeduid met 5 en de niet-belichte gebieden met 6. Vervolgens wordt de slede waarop het substraat 4, bv. een halfgeleiderwafer, zich bevindt loodrecht op de lengterichting van de gebieden 5 en 6 ver-10 plaatst over een afstand gelijk aan de halve steek van de verschillende gebieden, dus in dit geval l^um. De fotolak op het substraat 4 wordt nu weer met een lichtflits van 120 msec, .belicht. De delen 5 van de fotolak die bij de eerste belichting door de ondoorzichtige gebieden 2 van het raster waren af gedekt, zijn bij de tweede belichting ook belicht.

15 Fig. 3 toont deze situatie. De gebieden met de tweede belichting zijn aangeduid met 7. Op een aantal plaatsen wordt nu een soortgelijke belichtingshandeling uitgevoerd, maar net andere belichtingstijden, bv.

130 msec., 140 msec, enz. tot 180 msec.

Bij het ontwikkelen van de belichte en uitgebakken positieve 20 fotolak worden belichte delen opgelost. Hoewel door de dubbele belichting een proefgebied geheel is belicht, blijkt dat bij relatief korte belichting niet alle fotolak wordt opgelost, maar dat bij de projectie van de overgangsplaatsen van transparante delen en ondoorzichtige delen van het raster balkjes 8 fotolak aanwezig blijven, zie Fig. 4. Ze cmt-25 staan omdat het licht door verstrooiing en afbuiging niet met voldoende intensiteit tot onder in de fotolaklaag kan doordringen. Deze balkjes 8 kunnen met een gewone microscoop goed worden waargenomen. Bij een langere belichtingstijd. blijken de balkjes plotseling verdwenen te zijn. De hierbij behorende belichtingstijd is de referentie-belichting voor de 30 toegepaste fotogevoelige lak bij de toegepaste procesonstandigheden. Deze referentie-belichting die eenvoudig bepaalt kan worden, vormt de basis voor het bepalen van de belichtingsdosis ter verkrijging van lijnvormige gebieden in de fotolak, met een zeer nauwkeurige waarde, in het beschreven geval l^um.

35 Als men bij het vervaardigen bv. van halfgeleiderinrichtingen een fotolaklaag op een wafer met de referentiedosis belicht door een masker waarin lijnvormige gebieden aanwezig zijn, die bij projektie op de lak een breedte van bv. l^um beslaan, dan blijkt dat de na ont- 850 2 624 PHN 11.496 5 wikkelen ontstane gebieden niet de gewenste breedte van l^um hebben. Als men dcor proefnemingen de belichting bepaalt waarbij de lijnbreedte zeer nauwkeurig de gewenste waarde heeft (bv. met behulp van een scanning electron microscope), dan blijkt dat voor alle breedten in het gebied 5 tussen 0,5 en 2^um het verschil tussen de vereiste belichting en de referentiebelichting een constante waarde is. Voor een bepaalde laksoort behoeft men dit verschil slechts eenmalig te bepalen. Voor elke gewenste lijnbreedte vormt daarna de son van de te bepalen referentie-belichting en de eenmalig bepaalde verschilwaarde.de vereiste belichting. Voor de 10 genoemde fotolak HPR 204 werd bij proeven een verschilwaarde van 60 msec gevonden. Als de referentie-belichting voor gebieden van l^,um op 170 msec is bepaald, dan is de belichtingstijd voor het nauwkeurig verkrijgen van gebieden met een breedte van lyUm in de laklaag 170 + 60 = 230 msec.

15

2D

25 30 35 8502 624

Claims

1. Werkwijze voor het bepalen van de belichtingsdosis van een lichtgevoelige laklaag die zich cp een substraat bevindt, ter verkrijging van een lakpatroon op het substraat waarin na belichting door een masker, gevolgd door ontwikkeling van de lak details met een lijnbreedte in het 5 gebied van 0,5 yum - 2^um nauwkeurig moeten worden weergegeven, met het kenmerk, dat een op het substraat aanwezige laklaag wordt belicht door een rasterpatroon dat afwisselend lichtdoorlatende en niet-licht-doorlatende lijnvormige gebieden van de gewenste breedte vertoont, dat vervolgens het rasterpatroon zijdelings over een afstand gelijk aan 10 de lijnbreedte wordt verplaatst in een richting loodrecht op de lengterichting van de lijnen waarna weer een belichting met dezelfde dosis plaatsvindt, welk proces op enkele plaatsen maar met een andere belichtingsdosis wordt herhaald, waarna een referentie-belichtingsdosis wordt bepaald door na te gaan welke dosis nodig is cm de lichtgevoelige lak-15 laag na ontwikkeling juist geheel op te lossen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voor een bepaalde soort fotogevoelige lak de belichting wordt bepaald benodigd voor het verkrijgen van de gewens.te lijnbreedte, dat dan het verschil wordt bepaald met de referentie-belichtingsdosis verkregen onder dezelfde 20 procescmstandigheden en dat voor elke partij te behandelen substraten een belichting wordt gekozen, gelijk aan de son van de referentiebelich-tingsdosis bij de dan te kiezen procescmstandigheden en de genoemde verschilwaarde. 25 30 35 8502 62 4