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関口 淳 南 洋一 林 仁一 JP 4174015 特許公報(B2) 20080822 2003272675 20030710 フォトレジストの溶解速度の解析方法および装置 リソテック ジャパン株式会社 594192349 辻永 和徳 100101281 関口 淳 南 洋一 林 仁一 20081029 G01N 21/75 20060101AFI20081009BHJP G01B 11/06 20060101ALI20081009BHJP G03F 7/26 20060101ALI20081009BHJP H01L 21/027 20060101ALI20081009BHJP JPG01N21/75 AG01B11/06 GG03F7/26 501H01L21/30 502R G01N21/00-21/83 G03F7/26 ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ 特開平４−５０６０４（ＪＰ，Ａ） 特開平４−３７１１５（ＪＰ，Ａ） 特開２００２−１４２１７（ＪＰ，Ａ） 特開平６−２６５４０８（ＪＰ，Ａ） Ｇｏｎｇ−Ｒｕ Ｌｉｎ，Ｄｙｎａｍｉｃａｌ Ｍａｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｄ−Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ Ｐｌａｓｔｉｃ−Ｆｉｂｅｒ−Ｂｕｎｄｌｅ Ｐｒｏｂｅ Ａｒｒａｙ，ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ，１９９９年１２月，Ｖｏｌ．４８，Ｎｏ．６，ｐｐ．１３１９−１３２３ Ｋａｒｌ Ｌ．Ｋｏｎｎｅｒｔｈ，Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｈ．Ｄｉｌｌ，Ｉｎ−Ｓｉｔｕ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｄｕｒｉｎｇ Ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶＩＣＥＳ，１９７５年７月，Ｖｏｌ．ＥＤ−２２，Ｎｏ．７，ｐｐ．４５２−４５６ 2 2005031010 20050203 7 20030710 2006005152 20060320 後藤 時男 門田 宏 信田 昌男 本発明は、半導体集積回路装置、液晶表示装置などの作成に関して使用するフォトレジストの溶解速度の解析方法および装置に関する。 半導体集積回路装置は４００−６００ミクロンの厚さのＳｉ基板、ガラス基板又は金属基板の上に光により感光するフォトレジストを塗布、ベークし、ステッパと呼ばれる縮小投影装置またはマスクアライナーと呼ばれるコンタクト露光装置により、微細なパターンをマスクを介して露光し、現像することで、微細なパターンをＳｉ基板、ガラス基板又は金属基板の上に形成する。さらに、このパターンをマスクとして下地の金属膜をエッチングして微細な電子回路を形成する。 フォトレジストは回転する基板の上に滴下され、遠心力で基板上に広げさらに高速回転を行い薄膜に塗布される。次ぎに、基板を熱板の上に乗せ，下から加熱してベークし溶媒を蒸発させるとともに膜を固め、緻密な膜を形成する（これを露光前ベークの意味でＰｒｅ−ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ：プリベークと呼ぶ）。また、最近は高い解像度が要求されるため、従来のノボラック樹脂を用いたレジストに替わり、解像性の高い化学増幅レジストが用いられる。化学増幅レジストは露光の後に、樹脂が現像液に溶解することを抑止するための保護基を外す反応、いわゆる脱保護反応が必要であり、露光後にベークを行う必要がある。このベークをＰｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ（Ｐ．Ｅ．Ｂ．）と言う。最後に現像を行いフォトレジストパターンが得られる。 より微細なパターンを形成するためにはフォトレジストが最終的に現像液にどのように溶解するのか、その現像の挙動を正確に把握しなければならない。 従来、露光を行った基板を現像液の中に入れ、基板のフォトレジスト面に光を照射し、フォトレジストの溶解にともなう干渉光強度の変化を測定することにより、現像中の膜厚変化としてのフォトレジストの溶解速度を検出していた。また、特定の箇所における正確な溶解速度を測定するためにはディップ現像法により現像を行いつつ、溶解速度を測定することが好ましい。しかし、ディップ現像法では光照射部および受光部を固定していたのでは、測定部位が光照射される場所に到達するまでに現像が始まってしまい、正確な測定をすることができなかった。 フォトレジスト層を有する基板のフォトレジスト面に光を照射し、フォトレジストの溶解にともなう干渉光強度の変化を測定することにより現像終点を決定する方法は公知であり、たとえば、特許文献１に開示されている。また、同様の原理に基づいた溶解速度の測定方法が特許文献２に開示されている。 しかし、上記のいずれの特許においてもスプレー現像法やパドル現像法による現像が前提とされており、ディップ現像法に特有の本願発明により解決されるべき課題が存在しなかった。特開平２−６３０３１号特開平４−５０６０４号 本発明は化学増幅レジストのような非常に溶解速度の速いフォトレジストについて、正確な溶解速度を現像開始時から測定することを目的とする。発明者らは、正確なデータの採取のためにはディップ現像法を用いることが必要であるが、その際、受光部を固定しておくとデータが得られないと言う新規な課題を見いだし、かかる課題を解決するために本発明を為したものである。 本発明は、フォトレジスト層を表面に有する基板のフォトレジスト面に光を照射し、フォトレジストの溶解にともなう反射干渉光強度の変化を測定することにより溶解速度を検出するフォトレジストの溶解速度の測定方法において、フォトレジストの溶解をディップ法により行い、基板が溶解液と接触する前から所望の測定終点まで、基板と光照射部および受光部を同期して移動させ、同一箇所について測定を行う方法を提供する。 すなわち本発明においては、基板が溶解液と接触する前からフォトレジスト層からの反射光強度の測定を開始し、測定箇所が変化しないように基板と光照射部および受光部の動きを同期して移動させ、同一箇所について測定を続けることにより、基板と現像液が接触した時点から直ちに測定が行われる。 本願発明において「ディップ法」とは、ウエハを溶解液中に浸漬させて処理する方法を言う。代表的には、ディップ法により露光されたフォトレジストを現像液で現像するディップ現像法があげられる。しかし、たとえば、浸漬された状態でのレジスト剥離のような、同様に浸漬された状態でフォトレジストを処理する類似の処理法も含まれる。 測定対象のフォトレジストとしてはたとえば、化学増幅レジストが挙げられるが、これに限定されるものではない。また、溶解速度の遅い樹脂について測定しても、より正確なデータを得ることができることは当然である。 「溶解液」とは、フォトレジストを溶解することのできる液をいい、公知の現像液の他、フォトレジストを溶解できる任意の溶剤（レジスト剥離液など）も包含する。 「溶解速度」とは、処理中におけるフォトレジストの膜厚の減少速度を言う。 本発明は、基板が溶解液と接触する前から所望の測定終点まで同一箇所について測定を行う点に特徴を有する。このようにすることにより、基板が溶解液と接触した瞬間からの必要なすべてのデータを採取することができる。 本発明はさらに、本発明方法において、フォトレジスト層を有しない基板についてのデータを予め採取し、かかるデータと測定データを比較することにより基板と溶解液とが接触する時刻を決定する方法を提供する。 かかる態様においては、フォトレジスト層を表面に有しないベアウエハについて、反射光強度を測定しつつ、ウエハを溶解液槽に浸漬させ、データを採取する。図１に測定例を示す。領域Ｂでは測定窓から基板が見えるが、このときはウエハは溶解液には浸かっておらず一定の信号が得られる。ウェハが溶解液に入ると一瞬空気を取り込み次いで溶解液が流れ込む。このため領域Ｃの様に強度が上がる。フォトレジスト層が表面に存在する場合には、その後現像が始まって干渉波形が得られることとなる。 かかるベアＳｉウエハに関するデータを規格化し、テンプレートデータとして使用する。実際に測定されたデータとテンプレートデータを比較し、その差の２乗の値が最小になる時の位置から現像開始点を決定する。 本発明はさらに本発明方法を実施するための好ましい装置を提供する。 すなわち、本発明は、ディップ法におけるフォトレジストの溶解速度の測定装置であって、基板と同期して移動可能である光照射部および受光部を有する装置を提供する。 基板と同期して移動可能である光照射部および受光部とは、ウエハの同じ位置に光を照射し、かつその反射光を測定しつつ、ウエハとともに移動できる光照射部および受光部をいう。移動方法としては各種の方法が考えられ、何ら限定するものではない。たとえば、機械的手段によりウエハを保持する治具と光照射部および受光部を結合し、ウエハの同じ位置を測定できるようにすることが挙げられる。また、たとえば、ウエハを保持する治具と光照射部および受光部とを同期させたモーターにより動かすこともできる。また、たとえば、ウエハを保持する治具の所定の位置にマークを付け、これを光学的手段により検出しつつ光照射部および受光部を移動させることにより同期させることもできる。 装置の１例の概観を図２に示す。従来装置が左、本発明が右である。従来装置は光照射部および受光部を有するＬＥＤ光源ユニットが固定されており、ウェハが現像液中に挿入され、所定のモニター位置になったところでモニターを開始する。一方、本発明ではウェハと光照射部および受光部を有するＬＥＤ光源ユニットは同期して動く。光源ユニットはウェハが現像液に挿入される以前から開始する。そして、現像データ収集後、現像開始点を決定することで高速に溶解するレジストの現像挙動を観察することが可能である。 また、ウェハの挿入スピードは最も現像開始点が明瞭に検出できるように決定することができる。 本発明は溶解速度の非常に大きなフォトレジストについても、その溶解速度を正確に決定できるという効果を有する。レジスト：ＫｒＦエキシマレーザー対応化学増幅レジスト（ＴＯＫ社製）プリベーク条件：９０℃、９０秒Ｐ．Ｅ．Ｂ．：１１０℃、９０秒レジスト膜厚 ：７００ｎｍ露光：２４８ｎｍレーザー照射装置現像：ＴＭＡＨ ２．３８％（２３℃） ディップ現像６０秒上記の実験条件において、ＫｒＦエキシマレーザー対応化学増幅レジストをＳｉ基板に７００ｎｍ塗布、ベークして２４８ｎｍのエキシマレーザー光を用いて５０ｍＪ／ｃｍ２のエネルギーで露光、ＰＥＢを行った。このサンプルを従来装置及び本発明にて現像し、干渉波形を観測した。図３（ａ）に従来装置で観測した干渉波形を示す。従来装置ではウェハが現像のモニターを開始する地点に到達した時点ですでにレジストの溶解は終わっており、干渉波形が得られていない。図３（ｂ）は本発明により得られた干渉波形である。サンプリング時間は１０ｍｓｅｃとした。現像による干渉波形が得られた。図３（ｃ）は本発明により得られた干渉波形である。サンプリング時間は１ｍｓｅｃとした。現像による干渉波形が得られた。サンプリング時間が短い方が解像度の高いデータが得られた。実施例２ 図４に従来装置及び、本発明により得られたレジストのディスクリミネーションカーブの比較を示す。図４（ａ）に示す従来装置による結果では現像モニターが開始された時点で、既にレジストの溶解が起こっており、結果として溶解速度が遅く測定される事が分かった。これに対して本発明では図４（ｂ）に示す様にＲｍａｘ＝６０００ｎｍ／ｓという高い溶解速度値が測定できる事が確認された。実施例３現像開始点の決定方法 図５に現像開始以前からモニターして得られた波形データを示す。サンプルが現像液に入る以前には、図５中Ａ部のように反射光強度が一定の領域が現れ、現像液に挿入されると同時に信号は上昇し干渉波形が現れる。図５中Ｂは現像の開始点である。そこで、図１に示すようなテンプレートデータを実際のデータから作成し、かかるデータを規格化し、テンプレートデータとして使用する。実際に測定されたデータ（図５）とテンプレートデータを比較し、その差の２乗の値が最小になる時の位置から現像開始点を決定する。その結果、図５中のＢ点が現像開始点であると決定された。 図６に本方法により決定した現像開始点を現像時間０に調整したデータを示す。実施例４ウェハ挿入速度の決定 ウェハの挿入速度は現像開始点が明瞭に現れる様に決定することが出来る。図５はウェハ挿入速度２００ｍｍ／ｓで挿入した場合に得られた干渉波型である。挿入速度が速すぎるとウェハ挿入時に挿入による現像液の巻き込みが起こり、ノイズ発生の原因となり、挿入速度が遅すぎると現像開始点が不明瞭になる。 このように、得られた実験結果に基づいて、最適なウエハの挿入速度を決定することができる。図１はベアシリコンウエハについて測定されたテンプレートデータを示す図である。図２は本発明の装置の１例を示す図である。図３は実施例１の結果を示す図である。図４は実施例２の結果を示す図である。図５は実施例３および実施例４の結果を示す図である。図６は実施例３の結果を示す図である。符号の説明１：ＬＥＤ光源ユニット ２：測定窓 ３：サンプルウェハ ４：現像液 フォトレジスト層を表面に有する基板のフォトレジスト面に光を照射し、フォトレジストの溶解にともなう反射干渉光強度の変化を測定することにより溶解速度を検出するフォトレジストの溶解速度の測定方法において、フォトレジストの溶解をディップ法により行い、基板が溶解液と接触する前から所望の測定終点まで、基板と光照射部および受光部を同期して移動させ、同一箇所について測定を行う方法であつて、フォトレジスト層を有しない基板についてのデータを予め採取し、かかるデータと測定データを比較することにより、基板のフオトレジスト面の測定箇所と溶解液とが接触し、現像を開始する時刻を決定する方法。請求項１記載の方法を実施するための、ディップ法におけるフォトレジストの溶解速度の測定装置であって、基板と同期して移動可能である光照射部および受光部を有し、フォトレジスト層を有しない基板について予め採取されたデータと測定データを比較することにより、基板のフオトレジスト面の測定箇所と溶解液とが接触し、現像を開始する時刻を決定する手段を有する装置。

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