JPH04312947A - 光レジスト内潜像形成モニタ方法 - Google Patents

光レジスト内潜像形成モニタ方法

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JPH04312947A
JPH04312947A JP3198222A JP19822291A JPH04312947A JP H04312947 A JPH04312947 A JP H04312947A JP 3198222 A JP3198222 A JP 3198222A JP 19822291 A JP19822291 A JP 19822291A JP H04312947 A JPH04312947 A JP H04312947A
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光リソグラフィに係り、
特に、露光の間に光レジスト層内の潜像の形成をモニタ
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光レジストを用いた光リソグラフィは、
集積回路（ＩＣ）等の半導体デバイスの製造に関して商
業的に非常に重要な地位を占めている。通常の半導体製
造過程においては、酸化物に覆われたシリコンウエハ等
の半導体素材が光レジストの薄い層によってコートされ
る。このレジストによってコートされたウエハのうちの
選択された部分が、光をマスクを通じてウエハ上に導く
ことによって露光される。このレジストは光反応性を有
しているため、露光パターンに対応する潜像がレジスト
層内に形成される。次いでこの潜像が現像され、ウエハ
上にレジストマスクを形成する。このマスクはウエハ上
の選択された部分のみを、酸化物コーティングのエッチ
ング等の化学反応あるいはイオン注入等によるドーピン
グに対して露出させる。
【０００３】光レジストは大別して２つの型、すなわち
ポジ型とネガ型とに分類される。ポジ型レジストは紫外
光が照射されると現像液に対する溶解性がより高くなり
、露光された領域が除去される。これに対してネガ型レ
ジストの場合は露光されると溶解性がより低くなり、露
光されていない領域が除去される。
【０００４】半導体技術がより小さなデバイスへと進む
につれ、レジストの露光をモニタしかつ微妙に制御する
ことは非常に重要になってきている。ポジ型レジストの
場合は、露光不足は不都合なことに細かいラインを広げ
てしまい、集積回路の導電性部分の形成時には露光不足
が最小サイズを制限しさらには不必要な短絡を生ずる。 同様に、過剰露光は不要な回路オープンを招く。
【０００５】露光プロセスをよりよく制御する試みにお
いては、光レジスト中の潜像の形成を、潜像による回折
パターンによって散乱された光をモニタすることによっ
てモニタするということが行なわれている。１．７μｍ
の回折格子の形成をモニタするためにヘリウム−ネオン
レーザーの赤色連続光を用いた初期的な結果が報告され
ている。潜像が形成されるにつれ、この像は次第に一次
回折角にピークを有する回折格子のように振舞う。紫外
光源によって露光される光レジストはこのレーザーから
の赤色光を吸収しない。
【０００６】しかしながらこの実験的なアプローチは、
最先端技術におけるより小さな大きさに係る技術的困難
に遭遇している。線幅がサブミクロンへと移行するにつ
れて、前記潜像による回折格子の間隔とレーザーの波長
とが共により短くならなければならない。より詳細に述
べれば、レーザーの波長は格子間隔の２倍以下でなけれ
ばならない。しかしながら多くのレジストにおいてはこ
のように短い波長の光はレジストによって吸収されてし
まい、レジスト内に不要な像を形成しモニタすべきパラ
メータと干渉しあうことになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】モニタ光の強度をレジ
ストを感光させないレベルまで低下させることは信号対
雑音比をも低下させてしまう。結果として、前記回折さ
れた光から有用な情報を抽出することは非常にむずかし
い。従って新しいアプローチが必要とされている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前述の問題点は、本発明
に係る方法によって解決される。本発明は、光レジスト
内の、サブミクロンオーダーの大きさの潜像を含む潜像
を露光中にモニタすることを可能にする方法に係るもの
である。詳細に述べれば、光レジストでコートされた表
面を有する素材が紫外光パターンに対して露光させられ
、露光中に単色パルス光が、紫外光に対して露光されて
いる領域に向けて照射される。露光されている領域から
回折されたパルス光のみが選択的に検出される。本発明
に係る方法においては、全体としての露光量をレジスト
内に不要な潜像を形成しないレベルに維持しながら、サ
ブミクロン潜像に係る有用な情報を得るために充分なほ
どの強度を有する光を用いることが可能である。ある与
えられた露光に対して追加された露光を時間の関数とし
て回折光強度のピークと関連付けることが可能であり、
自動露光制御に対する指数となる。
【０００９】
【実施例】図１は、本発明に係る、光レジスト内潜像を
モニタする好ましい方法を示す流れ図である。図１に示
されているように、第一のステップは、主表面上にスピ
ンコートされた光レジストの薄い層を有する従来技術に
係るシリコンウエハ等のレジストによってコートされた
素材を準備することである。光レジストは、例えばシプ
レイ（Ｓｈｉｐｌｅｙ　　Ｃｏ．Ｉｎｃ．）社（マサチ
ューセッツ州ニュートン）から市販されているマイクロ
ポジット（Ｍｉｃｒｏｐｏｓｉｔ）Ｓ−１４００−３光
レジスト等の市販されているレジストである。レジスト
層は、通常、数１００から数１０００オングストローム
の範囲の一様な膜厚を有している。
【００１０】図１に示されている次のステップは、前記
素材を光のパターンに対して露光することによって前記
光レジスト内に潜像を形成するステップである。この光
は、１０００〜数０００オングストローム程度の波長を
有する紫外光である。光は、前記素材上の希望するパタ
ーンのみを選択的に露光するマスクを通じて投影される
。例えば回折格子を形成するために用いられる別の方法
は、前記素材上に干渉パターンを形成することによって
前記素材をパターン状の光に露光することである。通常
の露光時間は数分から１分以下である。当業者には既知
の他の方法においては、潜像がレーザー光を走査するあ
るいは電子ビームを走査することによって形成される。
【００１１】露光と同時に実行され得る次のステップは
、素材の露光されている領域へ単色パルス光を照射する
ことである。この単色モニタ光は、露光パターンにおけ
る最小線間隔のおよそ２倍以下の波長を有している。 デューティサイクル、ビーム断面積、及びビーム強度は
、前記光レジストの吸収スペクトルに関連して、モニタ
光による総露光量が前記レジスト内に現像され得るよう
な像を形成し得るよりも実質的に低いものとなるよう選
択される。サブミクロン線間隔をモニタする代表的な応
用例においては、ビーム源は、波長２６００オングスト
ローム、パルス持続時間１０ナノ秒、デューティサイク
ル２ｘ１０−７、断面積１ｃｍ２であるような０．２マ
イクロジュールの色素レーザーである。このような光源
を用いた場合には、現像され得る線を形成するために必
要な露光量の１０％未満の露光量で数分間の露光中のレ
ジストをモニタすることが可能である。
【００１２】図１に示されているように、前記素材の露
光された領域から回折されたモニタ光の一部が選択的に
検出される。波長及び時間的選択の双方が実行され得る
。検出器がモニタ光の波長に選択的に応答するかあるい
は露光光等の他の波長を有する光を除去するために光フ
ィルタが用いられる。加えて、検出器あるいはその出力
がパルスモニタ光源に対してゲートがかけられており、
検出器がモニタ光が”オン”の場合のみ作動するあるい
はその出力がモニタ光がオンの場合のみ測定されるよう
になっていることが望ましい。
【００１３】露光と同時になされ得る、最後のステップ
は、回折された光の特性を解析して光レジストの露光レ
ベルの尺度を得るステップである。この種の解析は、（
入射あるいは反射強度に対して）正規化された回折光強
度の時間依存性に対して応答するピーク検出器あるいは
スロープ検出器によって実現される。正規化された回折
光強度が最大に近付くにつれ、光レジストの露光は最適
なレベルに近付く。
【００１４】上述の方法は、図２及び５に示されている
、本発明に係るレジスト内潜像モニタ装置を参照するこ
とによってより明らかに理解される。図２において、本
発明に係る装置は、コヒーレントパルス光を生成するパ
ルスレーザー１００、及びパルス光を潜像１１２を含む
所定の領域１１１におけるレジスト層１１０に対して導
くための調節可能なレーザーマウント（図示せず）を有
している。像１１２は、１ミクロン以下の最小寸法を有
している。通常の実施例においては、レジスト層１１０
は半導体ウエハ等の基板１２０上に配置されており、潜
像１１２は光源１３０からの紫外光をコリメータレンズ
１３５及び投影マスク１４０を介してレジストに露光す
ることによって形成されるプロセスにある。このような
露光は、露光されたレジストの吸収及び屈折率を露光時
間の関数として変化させ、検出可能な潜像を形成する。
【００１５】一つあるいは複数個の検出器１５０Ａ及び
１５０Ｂが、レジスト層１１０の領域１１１から散乱さ
れたレーザー１００からの光を検出するな向きに配置さ
れている。一方の検出器１５０Ａが領域１１１から反射
されてきた光を受けるように配置され、他方の検出器１
５０Ｂが領域１１１から回折されてきた光を受けるよう
に配置されていることが望ましい。
【００１６】望ましい実施例においては、領域１１１は
１ミクロン以下の等間隔Ｓを有する線よりなる回折格子
領域である。光レジスト層１１０は２、３００オングス
トロームのオーダーの厚みを有し、パルスレーザー１０
０は中心間線間隔Ｓの２倍未満の波長を有している。検
出器１５０Ａ及び１５０Ｂは光電子増倍管であることが
望ましい。従来技術に従って、検出器１５０Ａ及び１５
０Ｂの出力が比較回路１７０に印加され、ビームが”オ
ン”である期間におけるモニタビームの強度と回折され
た強度との比に比例した正規化された出力信号が生成さ
れる。この結果を生成するために、回路１７０には導体
１６０によって、当業者には既知のゲート装置に従って
、比較がレーザーパルスが出力されている間のみに行な
われるようレーザー１００に対してゲートがかけられて
いることが望ましい。
【００１７】レジスト層内の光の屈折率の偏差パターン
よりなる潜像１１２は、レーザービームに対して一つあ
るいは複数個の重畳された回折格子として機能し、垂直
方向からの角度φに関して散乱光強度Ｉの特徴的な分布
を形成する。一般に、散乱光強度は空間周波数ｆ＝（ｍ
λ）／Ｓ＝ｓｉｎθ−ｓｉｎφの関数である。ここで、
Ｓはミクロン単位で表わした格子間隔、θ及びφは入射
角及び散乱角、λはミクロン単位で表わしたレーザー光
波長、及びｍ＝０、±１、±２．．．は次数と呼ばれる
整数である。図３は、潜像が単一の回折格子を形成する
ような複数個の等間隔で配置された線である場合の当該
分布の特徴を定性的に示したものである。図３から明ら
かなように、最強強度を有するピークはｍ＝０に対応す
る反射ピークＡである。その次に強いピークはｍ＝±１
に対応する一次の回折ピークＢである。高次のピークＣ
、Ｄ、．．等も前記線間隔に比較したレーザー光の波長
に依存して形成される。本発明の望ましい実施例におい
ては、潜像が、θが例えばおよそ８０度位の入射ビーム
によってモニタされる。
【００１８】潜像における吸収及び屈折率は、光源１３
０からの紫外光に露光されるに従って変化する。この屈
折率の変化は潜像によって散乱されるレーザー１００か
らの光の強度を変化させ、この散乱光強度の変化が露光
の度合を測定するために用いられる。図４は、図２に示
されている装置によって測定した、例えば図３における
ピークＢ等の正規化された回折ピークの強度の露光時間
に対する関数としての定性的な振舞いをプロットしたグ
ラフである。図４より明らかなように、回折強度は実質
的にゼロから始まり、露光時間とともに増加して最大値
に達する。その後、強度は露光時間とともに減少し始め
る。時間とともに強度が増加する領域は光レジストの露
光不足に対応し、最大強度が最適露光に対応し、及び、
時間とともに強度が減少する領域は光レジストの過剰露
光に対応することが見いだされている。
【００１９】わずかな修正をするだけで、図１に示され
ている方法及び図２に示されている装置は、光レジスト
内の露光された像の現像をモニタするために用いられ得
る。この場合には、レジストでコートされた素材は既に
露光されているため、光のパターンに対して露光する代
わりに、例えばシプレー社の３５２現像液あるいはシプ
レー社４５２等の現像液にさらされ、同時に現像されつ
つある像が前述のようにモニタされる。
【００２０】図５は、例えば分布帰還型半導体レーザー
上に形成されるような、サブミクロン格子構造の形成を
モニタするために用いられる本発明の好ましい実施例を
示した模式図である。この装置においては、基板２２０
はおよそ４００オングストロームの膜厚のレジスト層２
１０を有するヘテロ接合半導体レーザーである。このレ
ジストでコートされた基板は、マスクを通じてではなく
干渉パターンに露光することによって光強度変化パター
ンに対して露光される。具体的に述べれば、コートされ
た基板２２０は反射鏡２２５に対してある角度を有する
マウント上に配置されており、反射鏡と基板の双方が点
光源２３０からの単色紫外光に対して露光される。その
ため、反射鏡によって反射された光と直接光とが光レジ
スト層上に干渉パターン２１２を形成する。望ましい実
施例においては、基板２２０は反射鏡２２５に対して９
０゜の角度を有している。点光源２３０は、およそ３２
５０オングストロームの波長を有するＨｅＣｄレーザー
よりなることが望ましい。光レジスト上に形成される干
渉パターンは、中心間間隔Ｓがおよそ２５００オングス
トロームの強度ピークを有する。このようにして光レジ
ストを感光することによって、現像をすると、互いに線
１本分の間隔を有する線状レジストパターンが形成され
る（すなわち、この格子構造は５０％デューティサイク
ルを有している）。
【００２１】本発明に従って、前記装置におけるレジス
トの露光が、パルス光をレジスト層２１０に照射する、
波長２６００オングストロームのパルスレーザー２００
によってモニタされる。レーザー２００は、パルス持続
時間１０ナノ秒、ビーム断面積およそ１ｃｍ２を有する
パルスエネルギー０．２マイクロジュールのレーザーで
あることが望ましい。光電子増倍管等の第一の検出手段
２４０Ａが反射ビーム強度に比例する出力を生成するた
めに配置されており、第２の光電子増倍管２４０Ｂが回
折されたビームの強度に比例する出力を生成するために
配置されている。検出器２４０Ａ及び２４０Ｂの出力は
比較回路２７０に印加されて正規化された回折強度に比
例する出力を生成する。ここで、回路２７０が導体２６
０を介してレーザー２００に対してゲートがかけられて
おり、この測定がレーザー２００が”オン”の場合にの
み行なわれる。比較回路の出力はピーク検出回路２８０
に印加されて正規化された回折強度がピークに達する時
間上の点を決定する。その後、光源２３０からの光への
露光は、最適露光を保証するために、ピーク検出に関連
して自動的に終了される。その後、レジストが現像され
て、基板内の所定の回折格子が光リソグラフィの分野に
おいては公知の技法にしたがってエッチングされる。
【００２２】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので，この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
【００２３】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、光
レジスト内の、サブミクロンオーダーの大きさの潜像を
含む潜像を露光中にモニタすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る、潜像をモニタする好ましい方法
を示す流れ図。
【図２】本発明の一実施例に係る、レジスト潜像をモニ
タする装置を示す模式図。
【図３】図２に示されたモニタ装置における、散乱角と
散乱光強度との関係を定性的に示すグラフ。
【図４】図２に示されたモニタ装置における、露光時間
と回折光ピーク強度との関係を定性的に示すグラフ。
【図５】分布帰還型半導体レーザーの製造に用いられた
本発明の好ましい具体例を示す模式図。
【符号の説明】
１００　　レーザー １１０　　光レジスト層 １１１　　潜像１１２を含む領域 １１２　　潜像 １２０　　基板 １３０　　光源 １３５　　コリメータレンズ １４０　　投影マスク １５０Ａ、１５０Ｂ　　検出器 １６０　　導体 １７０　　比較回路 ２００　　レーザー ２１０　　光レジスト層 ２１２　　干渉パターン ２２０　　基板 ２２５　　反射鏡 ２３０　　点光源 ２３１　　レーザー ２４０Ａ、２４０Ｂ　　検出器 ２６０　　導体 ２７０　　比較回路 ２８０　　ピーク検出回路

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　光レジスト層内の潜像の形成をモニタ
    する方法において、光レジストでコートされた表面を有
    する素材を用意するステップと；光レジストのある領域
    に潜像を形成するステップと；単色パルス光を、前記潜
    像が形成されつつある前記光レジスト層の前記領域に照
    射するステップと；前記光レジストの前記領域から回折
    された前記パルス光の一部を選択的に検出するステップ
    と；を有することを特徴とする光レジスト内潜像形成モ
    ニタ方法。
  2. 【請求項２】　　前記単色パルス光が前記潜像形成ステ
    ップの間に前記領域上に照射されることを特徴とする請
    求項１に記載の光レジスト内潜像形成モニタ方法。
  3. 【請求項３】　　前記パルス光が照射されている間のみ
    前記回折された前記パルス光の一部が選択的に検出され
    ることを特徴とする請求項１に記載の光レジスト内潜像
    形成モニタ方法。
  4. 【請求項４】　　前記単色パルス光の単位面積あたりの
    エネルギーが前記光レジスト内に現像可能な像を形成す
    るために必要とされるエネルギーの１０％未満であるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の光レジスト内潜像形成
    モニタ方法。
  5. 【請求項５】　　前記潜像は、前記光レジストでコート
    された前記表面がマスクを介して紫外光を投影する方法
    で光パターンに露光されることによって形成されること
    を特徴とする請求項１に記載の光レジスト内潜像形成モ
    ニタ方法。
  6. 【請求項６】　　前記潜像が、前記光レジストでコート
    された前記表面が前記コートされた表面上に干渉パター
    ンを形成する方法で光パターンに露光されることによっ
    て形成されることを特徴とする請求項１に記載の光レジ
    スト内潜像形成モニタ方法。
  7. 【請求項７】　　前記方法が、さらに、時間の関数とし
    て回折光強度のピークの発生を検出するステップを有す
    ることを特徴とする請求項１に記載の光レジスト内潜像
    形成モニタ方法。
  8. 【請求項８】　　前記方法が、さらに、回折光強度の前
    記ピークの検出に応答して前記潜像の形成を停止するス
    テップを有すること請求項６に記載の光レジスト内潜像
    形成モニタ方法。
  9. 【請求項９】　　光レジスト層内の像の現像をモニタす
    る方法において、露光された光レジストでコートされた
    表面を有する素材を用意するステップと；前記素材を現
    像剤にさらすステップと；単色パルス光を、前記像が現
    像されつつある前記光レジスト層の前記領域に照射する
    ステップと；前記光レジストの前記領域から回折された
    前記パルス光の一部を選択的に検出するステップと；を
    有することを特徴とする光レジスト内潜像形成モニタ方
    法。
JP3198222A 1990-07-31 1991-07-15 光レジスト内潜像形成モニタ方法 Expired - Fee Related JPH0740584B2 (ja)

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US07/560,712 US5124216A (en) 1990-07-31 1990-07-31 Method for monitoring photoresist latent images
US560712 1990-07-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04312947A true JPH04312947A (ja) 1992-11-04
JPH0740584B2 JPH0740584B2 (ja) 1995-05-01

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ID=24239024

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