JP2000500930A - フォトリソグラフィー過程を監視する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 テストパターンがその過程によって、基板（３）の表面（２）上に設けられたフォトレジスト層（１）上に、同じ放射エネルギーであるが、異なる照射時間の系列で、互いに接して多数回映像され、その後フォトレジストが現像される、フォトリソグラフィー過程を監視する方法である。照射線量すなわちフトレジストがそれにより現像液内で丁度溶けるようになる「澄ませるためのエネルギー」がかくして確かめられ得る。テストパターンがそれによりフォトレジスト上に映像される放射エネルギーは、監視されなくてはならないフォトレジスト上にパターンを映像するための過程自身において利用できる放射エネルギーのここでは小部分だけである。この方法はかくしてパルス化されたレーザ放射線がパターン放射のために用いられるフォトリソグラフィー過程を監視するのに適している。澄ませるためのエネルギーはこれらの過程においても実際に決定され得る。

Description

【発明の詳細な説明】 フォトリソグラフィー過程を監視する方法 テストパターンがその過程により同じ放射エネルギーであるが異なる照射時間 の系列により基板の表面上に設けられたフォトレジスト上に互いに接して多数回 映像され、そこですぐフォトレジストが現像されるフォトリソグラフィー過程を 監視する方法に関するものである。 そのテストパターンは矩形であってもよい。多数のこれらの矩形がその時並ん でフォトレジスト上に映像され、前記の矩形は、例えば数ミリメートルの長さと 幅とを有している。どの照射時間においてフォトレジストがフォトレジストの現 像の間に現像液内で丁度溶けるようになったかを肉眼で確かめることがそれで簡 単である。このために用いられる照射エネルギーは既知であるから、かくしてフ ォトレジストが表面から丁度除去され得る照射線量が決められる。この照射線量 はしばしば澄ませるためのエネルギーと呼ばれる。 監視されるべきフォトリソグラフィー過程においては、フォトレジストの層が パターンで照射され且つ続いてフォトレジストパターンが形成されるように現像 される。冒頭文節に記載された方法は、例えばフォトレジスト層の厚さに関して 監視されるように、及びまたときたまこの過程がまだ充分満足に機能するかどう かをチェックするように過程を最適化するために用いられ得る。そのようなテス トパターンの系列が基板上の異なる位置において映像される場合には、過程が基 板の表面上で均質に行われるかどうかも試験され得る。 絞りによって形成される矩形テストパターンによって澄ませるためのエネルギ ーを決定することは既知である。フォトレジストはテストパターンの矩形内で、 矩形の外側を除いて照射される。照射時間の系列は期待される澄ませるためのエ ネルギーに対応する公称値の付近にあるように選択される。照射時間、及び従っ てその系列における照射線量が、例えば毎回公称値の２％だけ相互に異なってい る。 その既知の方法が、例えばKrF(フッ化クリプトン)エキシマーレーザーからの パルス化されたレーザー放射線が、パターン照射のために用いられるフォトリソ グラフィー過程を監視するのに適しないことが実際に見出された。このレーザー 放射線は0.25μmの最低寸法を有するパターンがその装置により、例えばASML会 社のPAS-5500/90及びPAS-5500/300において、フォトレジスト上に映像される投 写装置において用いられている。実現されるべき放射線量はその装置上で設定さ れ得る。そのような装置が用いられる場合には、設定照射線量がそれで実現され る精度が実際にこの線量の値に無関係であることが見出された。約100mJ/cm²ま での値を有する照射線量が全部約±0.15mJ/cm²の同じ精度により実現され得るこ とが実際に見出された。普通のパターン照射は５〜20mJ/cm²の照射線量により実 行され、上述のテストパターンは従って0.1〜0.4mJ/cm²の線量の間の差により実 行される。パターン照射は充分な精度により実行され得て、澄ませるためのエネ ルギー照射は充分な精度により実行され得ない。 現像の丁度できるフォトレジストを表現するために必要な線量は、それに加え てフォトレジスト上に映像されるパターンの寸法に依存する。小さいパターンは 大きいパターンよりも長く照射されねばならない。フォトリソグラフィー過程を 監視する場合は、肉眼で観察できるテストパターンが好適に用いられることが考 慮されねばならない。現像できるフォトレジスト上に、例えば２及び４mmの辺を 有する矩形の形で映像されたテストパターンを表現するために、現像できるフォ トレジスト上に映像されたサブミクロンのパターンを表現するために必要である 照射線量の大きさの半分だけである照射線量が必要である。0.05〜0.2mJ/cm²と 同じように小さい線量差が、従ってそのような大きいテストパターンによって澄 ませるためのエネルギーを決定するために実現されねばならないだろう。 本発明の目的は、パルス化されたレーザー放射線がパターン照射のために用い られるフォトリソグラフィー過程を監視するのにも適するような程度まで、冒頭 文節に記載された方法を改善することである。 本発明による方法はこの目的のために、テストパターンがフォトレジスト上に 映像される放射エネルギーが、フォトレジスト上にパターンを映像するために監 視されるべき過程において利用できる放射エネルギーの小部分だけであることを 特徴としている。装置上で設定された照射線量の小部分のみが従って澄ませるた めのエネルギーの決定の間用いられる。例えば、放射線の10％だけが利用される 場合は、約0.5〜２mJ/cm²の差が、フォトレジスト上の0.05〜0.2mJ/cm²の上述の 照射線量における差を実現するために調節されねばならない。これらの先の差は まったく正確に実現され得る。 テストパターンは、放射線が絞りによって矩形に制限され、一方、例えば10％ の伝達を有するフィルタが放射線路内に含まれることで矩形のテストパターンが 形成される、既知の方法において前記の小さい放射エネルギーにより映像され得 る。好適には、しかしながら、特に放射線に対して不透過性の層内に設けられ且 つフォトレジストマスク上にある制限された放射線伝達を有する窓を通って、フ ォトレジスト上に投影されるフォトレジストマスク上にテストパターンが形成さ れる。澄ませるためのエネルギーはかくして簡単で且つもっと信頼できる方法で 決定され得る。 図面を参照し実例を用いて本発明をもっと詳細に説明しよう。図において、 図１は本発明による方法の実施における段階を図式的に且つ断面で示しており 、 図２はフォトレジストの現像の後の表面を図式的に且つ平面図で示しており、 図３は澄ませるためのエネルギーＥ₀とフォトレジスト層の厚さｄとの間の相 互関係を示す線図であり、 図４はテストパターンの多数の系列が表面上の異なる位置に映像されるシリコ ンウェーハを示しており、且つ 図５及び６は、それぞれ平面図と断面図とで、テストパターンを設けられたフ ォトレジストマスクを図式的に示している。 図１は、テストパターンがその方法により基板３の表面２上へ設けられたフォ トレジストの層１、この場合には負フォトレジストの層へ、互いに接して多数回 映像される、本発明による方法の実施における段階を図式的に且つ断面図で示し ている。照射がすでに行われてしまった領域５〜７がハッチングされて示され、 且つ照射が行われている領域８と照射がまだ行われねばならない領域９〜15とが 前の領域に対して次に示されている。映像は同じ放射エネルギーであるが、異な る照射時間系列で、この例においては領域１から領域15まで上昇する照射時間で 行われる。フォトレジスト１は続いて現像される。図２はフォトレジストが現像 されてしまった後の表面２の平面図である。領域５〜９上のフォトレジストは現 像液内で溶解しないのに対して、領域10〜15上のフォトレジストは溶解すること が見出される。領域10が照射された時間は従ってフォトレジストを現像液内で溶 けるようにするためにまったく充分長い。このために用いられる放射エネルギー は既知であるから、フォトレジストがそれにより表面から丁度除去され得る照射 線量はかくして決定され得た。この照射線量は澄ませるためのエネルギーＥ₀と 呼ばれる。 この例におけるテストパターンは矩形である。多数のこれらの矩形５〜15がフ ォトレジスト１上に映像される。それらは各々例えば数ミリメートルの長さと幅 とを有している。どの照射時間でフォトレジストが丁度現像液内で溶けるように なってしまったかが、それでフォトレジストの現像の間に肉眼で簡単に確かめら れ得る。 フォトレジストの層はあるパターンで照射され、且つ次に監視されるべきフォ トリソグラフィー過程で現像される。図１及び２に図解された方法は、例えばフ ォトレジスト層の厚さに関する監視のもとで過程を最適化するために、及び時た まその過程がまだ充分満足にに行われているかどうかをチェックするために用い られ得る。 図３は澄ませるためのエネルギーＥ₀とフォトレジスト層の厚さｄとの間の相 互関係を示す線図である。測定点21を通って引かれたカーブ20が本発明による方 法により測定されたこの相互関係を示している。この澄ませるためのエネルギー は層厚さｄ₁において最小で且つ層厚さｄ₂において最大を有するように見出され る。好適には、厚さｄ₂を有するフォトレジスト層が今や監視されるべきフォト リソグラフィー過程において用いられる。実際には、表面上に存在するフォトレ ジスト層は、所望の厚さよりも局部的に幾らか薄いか又は厚くなる。所望の厚さ がｄ₂である場合には、これらの幾らか厚くまた薄い部分が照射の後に現像され 得て、ｄ₁である所望の厚さの場合には、それらは現像され得ず、且つフォトレ ジスト残留物が現像の後に望ましくない位置に残存し得る。監視されるべきこの フォトリソグラフィー過程がかくして最適化され得る。 図４はテストパターン25〜33の多数の系列が上に表面上の異なる位置に映像さ れるシリコンウェーハ24を示している。この場合にはその過程がウェーハ表面上 で均質に行われたかどうかがまた確かめられ得る。図示の系列においては、照射 時間が左から右へ増加している。フォトレジストはウェーハ上の左では現像の間 に消失してしまわず、右ではフォトレジストが消失してしまった。この例では、 フォトレジストに対する澄ませるためのエネルギーはウェーハの中心におけるよ りもウェーハの縁部において大きいことが見出される。これが充分に均質である かどうかは監視さている過程に課せられる必要条件に依存する。 照射時間の系列は、期待される澄ませるためのエネルギーＥ₀に対応する公称 値の周りにあるように選択される。この照射時間、及び従って系列内の照射線量 は、例えば毎回２％だけ、公称値から次第に相違する。 調節された照射線量がそれにより実現される精度はこの線量の総量と実質的に 無関係であることが、0.25μmの最小寸法を有するパターンがそれによりフォト レジスト上に映像され、且つ、例えばKrF(フッ化クリプトン)エキシマーレーザ ーからのパルス化されたレーザー放射線がそのパターン照射のために用いられる 投射装置の使用において見出された。約100mJ/cm²までの値を有する照射線量が すへて約±0.15mJ/cm²の同じ精度により実現され得ることが実際に見出された。 普通のパターン照射は５〜20mJ/cm²の照射線量、及び従って0.1−0.4mJ/cm²の相 互線量差による上述のテストパターンにより実行される。パターン照射は充分な 精度により実行され得て、澄ませるためのエネルギー照射は充分な精度により実 行され得ない。 澄ませるためのエネルギーＥ₀はフォトレジスト上に映像されるパターンの寸 法に依存することが更に見出された。テストパターンが、例えば２mmと４mmとの 辺を有する矩形の形状でフォトレジスト上に映像される場合には、現像できるフ ォトレジスト上に映像されたサブミクロンパターンを表現するために要求される 値の半分だけの照射線量が、現像できるテストパターンを表現するために必要で ある。従って、0.05〜0.2mJ/cm²より多くない線量差が、そのようなテストパタ ーンによって澄ませるためのエネルギーの決定において実現されねばならない。 本発明による方法は、テストパターンがそれによりフォトレジスト上に映像さ れる放射エネルギーを、監視されねばならないフォトレジスト上へのパターン映 像過程において利用できる放射エネルギーの小部分だけに低減する。装置上に設 定された照射線量の小部分のみが澄ませるためのエネルギーＥ₀の決定の間利用 される。上述のようにフォトレジスト上の0.05〜0.2mJ/cm²の照射線量における 差を実現するために、例えば利用されている0.05〜0.2mJ/cm²の10％だけにより 、約0.5〜２mJ/cm²の差が調節されねばならない。これらの差は全く正確に実現 され得る。 図３におけるカーブ20は本方法により決定されたフォトレジスト層の厚さｄの 関数として澄ませるためのエネルギーＥ₀を示しており、ここで装置上で設定さ れた照射線量の小部分のみが利用される。この設定された線量は垂直軸上にプロ ットされ、従って小部分のみが用いられる。カーブ22はその装置上に設定された 全部の照射線量が利用される方法により決定された同じ勾配を示している。この 設定された線量は再びここでは垂直軸上にプロットされている。前者の線量（カ ーブ20）は小部分が総計10％に達した場合に後者の線量（カーブ22）よりも10倍 大きい。調節された照射線量がそれにより実現される精度（±0.15mJ/cm²）は二 つのカーブに対して実質的に同じである。しかしながら、最適フォトレジスト厚 さｄ₂は本発明による方法により非常に高い精度で決定され得る。装置上に設定 された全部の照射線量がテストパターンを映像する間に利用された場合には、図 ４に示されたようなテスト結果においてもまた、現像液内で溶けるか溶けないか の間の境界線は非常にあいまいであろう。 テストパターンは、放射線が絞りによって矩形へ制限されること、及び例えば 10％の伝達を有するフィルタが放射線路内に含まれることで、前記の小さい放射 エネルギーにより映像され得る。しかしながら、好適には、そのテストパターン は図５に平面図で示され且つ図６に断面図で示されように、フォトマスク上に形 成され、それがフォトレジスト上に投影される。フォトマスク35は放射線に対し て不透過性であるクロム層37を設けられた透明ガラス基板36を具えている。窓38 がクロム層内に普通の方法で形成されている。結果としての窓38は例えば10％だ けの放射線に対する制限された伝達を有している。放射線に対するこの制限され た伝達はここではクロム層39が所望の放射線伝達が得られるような厚さに対して マスク上へ堆積されることで得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘフール−ファン アンセム ウェンディ フランシスカ ヨハンナ オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．テストパターンがその過程により同じ放射エネルギーであるが異なる照射時 間の系列により基板の表面上に設けられたフォトレジスト上に互いに接して多数 回映像され、そこですぐフォトレジストが現像されるフォトリソグラフィー過程 を監視する方法において、 テストパターンがフォトレジスト上に映像される放射エネルギーが、フォト レジスト上にパターンを映像するために監視されるべき過程において利用できる 放射エネルギーの小部分だけであることを特徴とするフォトリソグラフィー過程 を監視する方法。 ２．請求項１記載のフォトリソグラフィー過程を監視する方法において、前記の テストパターンが前記のフォトレジスト上に投影されるフォトマスク上に形成さ れることを特徴とするフォトリソグラフィー過程を監視する方法。 ３．請求項２記載のフォトリソグラフィー過程を監視する方法において、前記の テストパターンが放射線に対して不透過性であり且つフォトマスク上に設けられ た層内に設けられた、制限された放射線伝達を有する窓により形成されているこ とを特徴とするフォトリソグラフィー過程を監視する方法。 ４．請求項３記載のフォトリソグラフィー過程を監視する方法において、前記の テストパターンがフォトマスク板上に設けられた放射線不透過性クロム層内の窓 のエッチングにより形成されていること、及び続いてクロム層が所望の制限され た放射線伝達が達成されるような厚さまで前記のフォトマスク板上に堆積される ことを特徴とするフォトリソグラフィー過程を監視する方法。