JPH0435018A - フォトレジスト塗布手段 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、フォトレジスト塗布手段に関する。

フォトレジストは、主としてフォ１−リソグラフィ技術
において、被加工基体上にこれを塗布し露光現像して所
望のレジストパターンを得るために用いられており、例
えば、半導体装置等の電子材料等のパターン形成の際の
加工手段として具体化されているが、本発明のフォトレ
ジスト塗布手段は、例えば上記のようなフォトレジスト
利用の各種の技術においてレジストを塗布する時に汎用
できるものである。

〔発明の概要〕

本発明は、基板上にフナ１−レジストを塗布するレジス
ト塗布手段において、フォトレジストを塗布すべき基板
上の薄膜の厚さに関する情報を検知し、これに基づいて
、塗布すべきフォトレジストの適正塗布厚を求め、該適
正塗布厚でフォトレジストを塗布する構成とすることに
より、フォトレジスト塗布手段の変動に伴う加工寸法等
の変動を抑え、高精度のバターニングを可能ならしめた
ものである。

〔従来の技術〕

フォトレジストによりレジストパターンを形成する場合
、被加工基板上に塗布形成したレジスト膜の膜厚に変動
があると、感度が変動し、レジストパターンの形状及び
寸法の変動が生じ、最終的な基板の加工寸法の変動を生
ずる原因となる。

即ち、フォトリソグラフィに用いられるフォトレジスト
は、一般にこれを露光する露光光がモノクローム（単色
）に近いため、基板からの反射光により定在波が発生し
、その干渉により、フォトレジスト膜厚変動があると、
感度が変動する。第８図に、横軸にレジスト膜厚（μｍ
）をとり、縦軸に感知線幅（μｍ）で感度をとって、そ
の関係を示すとおりである。第８図は、光をほぼ全反射
する基板であるタングステンシリサイドＷ　Ｓ　ｉＸ基
板上にレジストとしてＰ　Ｆ　Ｒ７７５０を塗布形成し
たものについて、λＩ　＝４３６０人の露光波長の光で
、露光時間２７０ミリ秒で露光を行ったときの結果であ
る。図の如く、レジスト膜厚の増加に従い、感度は極大
極小をもつ波状に変動する。極大間の幅λ２は、約１３
００人であるが、これは、λ１ に相当する。（ｎはレジストの屈折率であり、この場合
的１．６４である）。

感度の変動は、結果として加工線幅の変動となる。レジ
スト膜厚が一つの試料内でばらつくと、該試料内での加
工変動となり、該試料の信顛性を損ない、また、試料間
でレジスト膜厚がばらつくと、試料間の性能変動が生じ
てしまう。このように、レジスト膜厚変動は感度、加工
寸法の変動をもたらし、従って、加工プロセスパラメー
タ変動として非常に重要となる。

上記感度変動は定在波発生に基づくが、これは入射光（
露光光）と反射光とによる干渉が原因であり、第８図に
示したように、上記した如くわずかλ２／２′１６５０
人の変動でＰｅａｋ　−ｐｅａｋを構成する。

上記のことから、リソグラフィプロセスでは、感度のｐ
ｅａｋの山の部分を狙ってフォトレジスト膜厚を設定す
る。

ところが、一方、フォトリソグラフィ技術を用いて加工
製造する実際の半導体デバイス構造上では、レジストの
下に透明薄膜（ＳｉＯ□、ＳｉＮ等から成る薄膜）が存
在する。即ち、かかる薄膜が存在しなければ、第４図（
ａ）に示すように、基板１表面上に直接フォトレジスト
２（屈折率ｎが、例えばｎζ１．６４）が形成され、図
示の如く該レジスト２を透過して基板１表面で露光光が
反射するという挙動をとる。しかし実際の場合、多くは
、第４図（ｂ）に示す如（、基板１上に薄膜３が形成さ
れている（薄膜３の屈折率ｎは、例えば薄膜３がＳｉＯ
□膜の場合ｎ＝１．４５、窒化シリコンＳｉＮの場合ｎ
　＝２．００である）。この場合、この薄膜３上にフォ
トレジスト２を塗布するので、該薄膜３との界面で反射
する反射光■と、基板１の表面で反射する反射光■とが
発生する挙動をとるようになる。

ここで一般に反射光■（反射光■であるため、この定在
波干渉の起きる膜厚は、レジスト２のみの厚さでなく、
概ねレジスト２の膜厚と薄膜３の膜厚との和であること
となる。

従って、レジスト２の膜厚のみを制御しても、下地薄膜
３の厚さが変動すると、このレジスト膜厚制御だけでは
無意味ということになる。また下地薄膜３の厚さは、そ
の形成プロセス（酸化、ＣＶＤ等）からみて、±１０％
程度の変動は不可避の性格のものであり、薄膜３の精密
な制御は期待できない。

結局、上記の問題を解決するためにはレジスト２と下地
薄膜３の膜厚の和が常に一定になるようにフォトレジス
ト厚を制御すればよいわけであるが、上記のように薄膜
３自体の膜厚制御はきわめて困難であり、また、レジス
ト２の膜厚をこのように制御する具体的な実現手段も見
い出されていない。

〔発明の目的〕

本発明は上述した従来技術の問題点を解決し、下地基板
上に薄膜が存在する場合も、レジスト膜厚の変動に伴う
加工変動を制御性良く良好に防止できることができ、か
つ更に高精度なフォトリソグラフィ技術を提供せんこと
を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は、基板上にフォトレ
ジストを塗布するレジスト塗布手段において、フォトレ
ジストを塗布すべき基板上の薄膜の厚さに関する情報を
検知し、これに基づいて、塗布すべきフォトレジストの
適正塗布厚を求め、該適正塗布厚でフォトレジストを塗
布する構成とする。

本発明の構成について、後記詳述する本発明の一実施例
を示す第１図のフロー図を用いて説明すると、次のとお
りである。

本発明においては、第１図に例示するように、フォトレ
ジストを塗布すべき基板上の薄膜の膜厚に関する情報（
薄膜が存在しない場合は、その旨の情報）を検知しく薄
膜情報検知工程Ｉ）、膜厚データである該情報Ｈに基づ
いて、塗布すべきフォトレジストの適正塗布厚に関する
情報を求め、これを図示例では該膜厚を得るための回転
数として求めて該回転数にするための制御信号■を送り
、これにより該適正塗布厚でフォトレジストを塗布する
工程■を行う。

［作用〕 本発明のレジスト塗布手段においては、フォトレジスト
を塗布すべき基板上の薄膜の厚さに関する情報を検知し
、これに基づいて、塗布すべきフォトレジストの適正塗
布厚を求め、該適正塗布厚でフォトレジストを塗布する
構成としたので、載板上に予め薄膜が形成されている場
合でも、適正膜厚でフォトレジスト膜厚の制御を行うこ
とができ、従って、レジスト膜厚の変動のない塗布を達
成でき、この結果、精密な加工を実現することができる
。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明す
る。但し当然のことながら、本発明は以下の実施例によ
り限定されるものではない。

実施例−１ この実施例は、本発明を、半導体装置のフォトリソグラ
フィ技術に適用したものであり、更に詳しくは、半導体
装置形成用基板上にレジストパターンを形成する場合に
用いるフォトレジスト塗布手段として利用したものであ
る。

本実施例は特に、基板である半導体ウェハ上に形成され
た薄膜の膜厚をレジスト塗布前（または塗布前後）に測
定することにより、レジスト塗布条件を変更させて所望
のレジスト膜厚を再現性よく得られるようにしたもので
ある。この膜厚測定手段を有効に活用することによって
、レジスト塗布後にもｌｌ＃厚測定を行い、レジスト塗
布後の膜厚（即ちレジスト厚と薄膜厚との和）を測定し
、その情報により、露光強度を変更（露光機の露光時間
の調整、制御）し、常に所望の一定の加工寸法（線幅等
）を得ることをも可能にすることができる。

第１図に示すのは、本実施例のフォトレジスト塗布手段
を用いてレジストコート の流れを表すフロー図である。

また、第２図は、被加工基板１である半導体ウェハのレ
ジスト塗布面を図示したものである。

本実施例のフォトレジスト塗布手段は、基板１上の薄膜
の膜厚に関する情報（基板１上に薄膜が存在するときは
その膜厚または膜厚のパラメータとなる値、あるいは該
薄膜上に塗布すべきレジストの適正膜厚を与える情報、
また、基板１上に薄膜が存在しないときは、その旨の情
報）を検知する検知手段を有する。本実施例において、
この検知手段は、光学的な膜厚測定機である。本実施例
におけるこの検知（膜厚測定）は、第２図に符号１１で
示ずようなウェハ周辺部のパターンのない部分で行う。

これは、膜厚測定機の測定位置検出精度が、一般に±５
０μｍくらいあるため、測定スボ・ントは、１００μｍ
径以上要するからである。測定方法は、−船釣に用いら
れる光干渉法（例えば大日本スクリーン■のラムダエー
スや、テンツー１１社のナノスペックなどで用いられる
方法）、またはエリプソメーター等によって行うことが
できる。

前者の光干渉法の方が一般的でかつ測定も早いので、本
実施例ではこれを採用した。本実施例のレジスト塗布手
段を構成するコーター内の一部に、ウェハの外形による
アライメント機構を設けたステージを用意し、Ｘ、Ｙ、
θの各方向について±２０μｍくらいでアライメントす
るようにし、かつステージの移動精度については±１０
μｍくらいの能力をもたせるようにした（第３図参照。

なお第３図では、基板１を載置しているステージの図示
は省略した）。本実施例ではこのステージに対して、第
３図に略示するようなＵＶ露光機４（構成の詳細は後述
）を設け、かつ膜厚測定用のユニットである膜厚測定用
対物レンズ５も搭載する。上述した設計で、ステージに
対してこれらＵＶ露光機４及び対物レンズ５を搭載する
ことは十分可能である。

これにより、基板１であるウェハの任意の部分に、位置
精度±５０Ｉｊｍ以内での、測定もしくはＵ■光による
露光が可能となる。

本実施例においては、膜厚情報の検知はパタンのないウ
ェハ周辺部で行うので、この検知により実際の加工予定
部分と同様の情報を得るため、被検知ポイントを実際に
パターンを形成すべき部分と同じ構造にして、正確な情
報が得られるようにした。即ち、本例における基板１上
の薄膜膜厚情報検知手段である膜厚測定装置について、
これによる膜厚測定をより効果的に行うために、本実施
例では膜厚測定するポイントを、実際のデバイス上で制
御すべきパターンを形成する個所と同じ構造に保つよう
にする。

このように、被測定部の下地膜厚を実際の加工すべき部
分と同一の構造とするための具体的手段について、第５
図（Ａ）（Ｂ）を参照して、説明する。

第５図（Ｂ）に、基板１（ウェハ）の中央部Ｉａ（被加
工部）における加工予定部分を、符号１２で示す。上記
のように、膜厚の被測定ポイントを、制御すべき個所と
同じ構造に保つための手段として、第５図（Ａ）に示す
ようにエツジ露光機４を設け、これによりＵＶスポット
露光を行うようにする。これによって、基板１　（ウェ
ハ）のエツジ部１ｂ（膜厚被測定部）にスポット露光を
可能ならしめ、このエツジ部１ｂに露光を行い、現像し
て、加工予定部分１２と同じ構造にできるようにする。

これによって、第５図（Ｂ）に示すように、膜厚測定ポ
イン目１において基板１上の薄膜３２を窓開は加工した
構造を予め得て、加工予定部分１２と同様の下地構造に
しておくようにする。膜厚測定ポイント１１の幅！は、
前記したように１００μｍ程度としである。

第１図に本実施例のフォトレジスト塗布手段を用いたと
きの、操作手順の流れを示す。第１図を参照して本実施
例を説明すると、次のとおりである。

まず、膜厚情報検知Ｉを行う。これは本実施例では、第
２図及び第３図を用いて説明したように、レジスト塗布
前の基板１上の薄膜３Ｌ　３２の膜厚測定である。これ
により得られた膜厚データ■ば、情報処理部Ｘ（本例で
はＣＰＵデータ処理によった）に送られ、この膜厚デー
タ■を基に、レジスト塗布のコーターの回転数を決定す
る。この回転数は、所定のレジスト膜厚が得られるよう
に情報処理部Ｘにおいて算定するものである。この回転
数制御信号■は、情報処理部Ｘから塗布手段のコーター
の回転数制御部に送られ、これによってフォトレジスト
塗布■が行われる。

本実施例にあっては更に、上記フォトレジストが塗布さ
れた基板１について、塗布後膜厚測定Ｖを行う。ここで
、薄膜３Ｌ　３２と、塗布されたフォトレジスト膜２と
の双方の膜厚の和のデータを求める。得られた膜厚デー
タ■を、更に情報処理部Ｘに送り、この膜厚データ■を
基に適正な露光時間を決定し、この露光時間制御信号■
を露光手段である投影露光装置（ステッパー）に送って
、該露光時間で露光処理■を行う。

」二記乙こより適正な露光が行われる。かかる適正光光
を施した基板ｌについて、現像■を行う。これによって
、所望のレジストパターンが形成された基板１か得られ
る。なお、第１図には、ベーク処理の図示は省略したが
、適宜この種の現像において行われるベーク処理を行う
ようにする。

更に、本実施例では、上記レジスト塗布後の膜厚データ
■に基づいて、レジスト塗布時の回転数（その制御信号
は■で示す）を決定するアルゴリズムを、次のように修
正するようにした。

即ち、第６図に示すように、回転数とフ第１・レジスト
の膜厚との関係を予めとっておいて、これを情報処理部
にインプットしておく。第６図中、Ａ１−Ａ３はアルゴ
リズムを示し、Ａ１はアルコリズム１、Ａ２はアルゴリ
ズＪ１２、Ａ３はアルゴリズム３である。露光時間制御
のアルゴリズムは、第８図のデータの縦軸である線幅（
感度）を、感度／露光時間で変換することにより得るこ
とができる。この場合は、情報処理部Ｘに対して出来上
り寸法データを何らかの手段でＩＮ　ＰＵＴ　Ｌでおく
（その制御信号は第１図に、符号ＸＩで示す）。

第７図に示すのは、上記実施例で用いることができるレ
ジスト塗布手段の装置の構成例である。

第７図中、６は測定用及びＵＶ露光用ステージであり、
第３図を用いて説明したように、このステージ６上に基
板１が載置され、対物レンズ等の膜厚測定部５により膜
厚が検知され、あるいはＵＶ露光部４により露光が行わ
れる。７Ｌ　７３４；ｌベーク用のホン１〜プレー１へ
、７２はスピンコーターカップである。符号８１で搬入
された基板１は、必要に応してポットプレート７１上で
ベークされ、符号８２でステージ上に載置されて、膜厚
測定部５により膜厚測定され、符号８３でスピンコータ
ーカップに載置され、上記膜厚に基づく適正回転数によ
りスピンコードされて適正膜厚のフォトレジスト膜が形
成される。これが符号８４でステージ６に戻り、次の工
程での加工に対応するべく、ＵＶ露光部４で適正露光量
で露光する。これは、次の工程でのレジスト膜厚制御の
ため、第５図（Ａ）（Ｂ）で説明した、膜厚被測定部の
加工を行うための露光である。次いで基板１は、符号８
５でポットプレーｌ−７３に載置され、ヘーキングされ
て、符号８７により、更に必要とする露光機に搬送され
る。

本実施例は上記したように、特に、塗布前後の膜厚測定
を行うことにより、非常に高精度なレジスト膜厚制御を
可能としたものである。かつ、上記したように露光時間
の制御を行うことによる膜厚管理が可能であり、結果的
に再現性の非常に高い線幅（加工寸法）コントロールが
実現できる。

」二記詳述したように、本実施例は、レジスト塗布前及
び塗布後に下地薄膜の膜厚もしくは下地薄膜の膜厚とレ
ジスト膜厚とを測定し、その塗布前に得られた膜厚デー
タによりスピンコード条件を制御して、適正膜厚のフォ
トレジスト膜を塗布できる。

また本実施例では、更に、具体的に、膜厚測定部を実際
の制御すべき部分と同一の構造にするだめの手段、例え
ばウェハ位置アライメント、ＵＶ露光、ＸＹ移動ステー
ジ等を具備させたので、これにより、」二記適正なレジ
スト膜厚をより精密に形成できる。

また本実施例では、上記の如く塗布後の基板（ウェハ）
を測定することにより、該測定した薄膜とレジストとの
合計膜厚によって露光機の露光条件の制御及びスピンコ
ード条件の制御に修正を加えることができ、更に精密な
線幅制御を実現できる。

このように、本実施例によれば、フォトリソグラフィの
加工寸法、線幅制御の精度アンプを実現できる。よって
、今後のハーフミクロン以降の線幅の制御は１枚１枚の
基板（ウェハ）毎に細かくリソグラフィの各条件を設定
する必要が出て（るものと思われるが、本発明をそれを
具体的に精密に実現することができるものということが
できる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、常に適正な膜厚でフォト
レジストを塗布でき、よって膜厚変動のないレジスト塗
布を達成でき、これにより、加工寸法や線幅の変動のな
い加工を実現できるものである。更に、予めレジスト膜
厚を変動分を知ることにより、露光時に露光量を制御し
、変動を抑制することができる。

■・・・基板（ウェハ）、２・・・フォトレジスト、３
３Ｌ　３２・・・薄膜、・４・・・露光機。

■・・・膜厚情報検知、■・・・膜厚データ。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の操作手順を示すフロー図
である。第２図は、被加工基板のレジスト塗布面を示す
平面図である。第３図は、膜厚情報検知部の構成図であ
る。第４図は、レジストを塗布すべき基板の構成例を示
し、第４図（ａ）は下地薄膜の存在しない場合、第４図
（ｂ）は下地薄膜の存在する場合の例である。第５図（
Ａ）（Ｂ）は、膜厚測定ポイントの測定のための加工を
説明するだめの図である。第６図は、レジスト塗布時の
回転数を定めるためのアルゴリズムを示す図である。第
７図は、レジスト塗布手段の装置の構成例を示す図であ
る。第８図は問題点を示すための図で、レジスト膜厚と
感度の関係を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上にフォトレジストを塗布するレジスト塗布手
   段において、 フォトレジストを塗布すべき基板上の薄膜の厚さに関す
   る情報を検知し、これに基づいて、塗布すべきフォトレ
   ジストの適正塗布厚を求め、該適正塗布厚でフォトレジ
   ストを塗布する構成としたフォトレジスト塗布手段。 ２、前記薄膜の厚さに関する情報の検知は、基板のパタ
   ーン非形成部分で行い、該情報被検知部は、予め、露光
   機により、パターンを形成すべき加工部と同様の構造に
   しておく請求項１に記載のフォトレジスト塗布手段。