JP2509572B2 - パタ−ン形成方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はレジストの現像終点を判定することができ
るパターン形成方法及び装置に関する。

（従来の技術） 近年、半導体装置の高集積化、高速化が非常な勢いで
進んでいる。これに伴い、半導体ウェハ上に形成される
各種回路パターンの微細化及び高精度化が要求されるよ
うになってきている。

このような要求に応じて、種々の改良がなされてい
る。例えば、リソグラフィ技術においては、マスクを通
してレジストを露光する際に使用する光源として、従来
の紫外線に代えて、より短波長のＸ線を使用することが
研究されている。また、マスクの製造方法も、従来の光
によってパターンを描画する方法から、より微細化が可
能な電子線によって描画する方法に代りつつある。

以下に、このようなリソグラフィ技術において用いら
れるフォトマスクやＸ線マスクを電子線描画により製造
する製造方法について説明する。先ず、露光光源の波長
域において透明な基板上に、蒸着法又はスパッタ法によ
りマスク材となる金属膜を形成する。次に、この金属膜
上に電子線レジストを塗布し、電子線で所望のパターン
を描画する。その後、描画されたパターンを現像して電
子線レジストの一部を選択的に除去し、レジストパター
ンを形成する。更に、残存したレジストパターンをマス
クとして、金属膜をエッチングして所望のマスクパター
ンを形成した後、レジストパターンを除去してマスクを
製造する。

また、リソグラフィ技術を用いずに半導体ウェハ上に
塗布された電子線レジストに電子線で直接描画して一層
微細なパターンを得る技術も開発されている。この電子
線描画技術においては、先ず、半導体ウェハ上に電子線
レジストを塗布し、電子線により所望のパターンを描画
する。次に、描画したパターンを現像して電子線レジス
トの一部を選択的に除去し、レジストパターンを形成す
る。更に、残存したレジストパターンをマスクとして半
導体基板上の半導体層や金属膜にエッチング又はドーピ
ング等を施して所望の回路パターン及び素子を形成した
後、レジストパターンを除去する。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述したように電子線レジストを用い
て微細なマスクパターンを形成する場合には、現像速度
に及ぼす現像温度の影響が非常に大きく、しかも現像液
としては通常ケトンやアルコール等の有機溶剤が使用さ
れているため、その気化熱により現像液の温度分布が不
均一になりやすい。このため、現像開始から現像終点ま
での時間を予め経験的に設定しても、更に試験的に現像
を繰返して現像の終点までの時間を決定する必要があ
る。また、試験的に現像を繰返してより適正な時間を見
出したとしても、現像工程の繰返しの間に生じる現像液
の温度変動が大きい場合には、設定した時間が適正でな
くなってしまう。この他、現像速度に影響を及ぼす要因
としては、描画時の電子線ドーズ量、レジストのロット
間のバラツキ、現像液の劣化、又は、レジスト塗布後の
ベーキング条件等多くのものがある。従って、予め設定
した時間だけ現像したにもかかわらず、十分に現像され
なかったり、現像が進行し過ぎたりして、形成されるパ
ターンの寸法が設計値から大きくずれ、要求される精度
を満たすことが非常に困難であるという問題点がある。

このような問題点に対して、現像工程を繰返す間に、
経験に基いて現像時間を徐々に変化させるという手法が
用いられているが、現像液の温度等の変動要因が常に一
定ではないので、確実性に乏しく、再現性が悪く、高精
度でパターンを形成することは困難である。

また、現像中のレジストパターンに、レーザー光を照
射し、反射率の変化を利用して現像終点を判定する技術
も研究されているが、このような光学的な方法は現像液
の屈折率、及び、現像液中でのレーザー光の散乱等の影
響を受けるため信頼性の乏しいものである。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであっ
て、高寸法精度のレジストパターンを形成することがで
きるパターン形成方法及び装置を提供することを目的と
する。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明に係るパターン形成方法は、導電体の表面に
レジスト膜を形成する形成工程と、このレジスト膜に所
定のパターンを描画する描画工程と、前記レジストパタ
ーンが描画された導電体を有機溶剤系現像液に浸漬し、
前記レジストを選択的に除去してパターンを現像する現
像工程とを具備するパターン形成方法であって、 現像液中で安定な電位を示す電極を現像液中に浸漬し
て前記導電体と前記現像液との間の静電容量の変化に基
づく前記電極と前記導電体との間の電気化学的パラメー
タの変化を検出する検出工程と、 前記検出工程により検出される電気化学的パラメータ
に変化点が現出するまでの時間の前後に亘る所定範囲内
の時間を基準として現像の終点を判定する終点判定工程
とを具備し、 前記有機溶剤系現像液は、前記電気化学的パラメータ
を測定できる程度の導電性を付与する電解質を含有し、
前記静電容量の変化は、前記導電体が露出する前の静電
容量と、現像により前記導電体が露出する際に前記導電
体上に形成される電気二重層に起因する静電容量との間
の変化であることを特徴とする。

また、この発明に係るパターン形成装置は、レジスト
膜が形成された後パターンが描画された導電体を現像し
てパターンを形成するパターン形成装置であって、 前記電気化学的パラメータを測定できる程度の導電性
を付与する電解質を含有した有機溶剤系現像液を貯留す
る現像槽と、 前記導電体が露出する前の前記導電体と前記現像液と
の間の静電容量と、現像により前記導電体が露出する際
に前記導電体上に形成される電気二重層に起因する静電
容量との間の変化に基づく前記導電体と前記電極との間
の電気化学的パラメータの変化点を検出する検出手段と
を具備し、前記変化点が生じる時間を基準として現像の
終点を判定することを特徴とする。

（作用） 本願発明者等は、現像工程をミクロ的に見た場合に、
この工程は絶縁物であるレジストが溶解し、下地の導電
体（例えば、フォトマスクを構成する絶縁体上に形成さ
れたマスクパターンとなる金属層、又は、半導体ウェハ
等）が露出する工程であることに着目し、高寸法精度の
レジストパターンを形成することができる方法を確立す
べく、半導体ウェハ等と電極との間の電気化学的パラメ
ータの変化について種々検討を重ねた。その結果、レジ
ストが溶解して導電体が露出する前後で、測定している
電極と導電体との間の電気化学的パラメータに、導電体
と現像液との間の静電容量の変化に基づく変化が生じる
ことを見出した。また、このような静電容量の変化は、
導電体が露出する前の静電容量と、現像により導電体が
露出する際に導電体上に形成される電気二重層に起因す
る静電容量との間の変化であることも見出した。この発
明はこのような知見に基づいてなされたものである。

（実施例） 以下、添付図面を参照してこの発明の第１の実施例に
ついて具体的に説明する。

第１図はこの実施例に係るパターン形成方法を実施す
るための装置を示す構成図である。図中参照符号１は現
像槽を示し、この現像槽１内には過塩素酸テトラブチル
アンモニウムなどの電解質をわずかに添加した有機溶剤
系現像液２が貯留されている。この現像液２内には被現
像物であるフォトマスク３及び電極４が浸漬されてい
る。このフォトマスク３は、ガラス基板上にクロム膜を
蒸着し、その上に電子線レジストを塗布し、このレジス
トに所定パターンを電子線描画したものである。このフ
ォトマスク３の下地クロム膜には導線８の一端が接続さ
れており、この導線８の他端は演算増幅器５の反転入力
端子14に接続されている。また、演算増幅器５の出力端
子16とレコーダ７とは信号線11により接続されている。
帰還抵抗６は、その一端に信号線12が接続され、他端に
信号線13が接続されていて、この信号線12及び13は夫々
導線８及び信号線11に接続されている。即ち、演算増幅
器５の反転入力端子14と出力端子16とは帰還抵抗６を介
して接続されている。一方、電極４には導線９の一端が
接続されており、この導線９の他端は演算増幅器５の非
反転入力端子15に接続されている。また、導線９とレコ
ーダ７とは信号線10により接続されている。このよう
に、演算増幅器５と帰還抵抗６とによって無抵抗電流計
が構成され、レコーダ７にはフォトマスク３と電極４と
の間の電位差を０とした時に両者間に流れる電流値が記
録されるようになっている。

このように構成されたパターン形成装置によりパター
ンを形成するためには、先ず、現像槽１内の現像液２に
フォトマスク３と電極４とを浸漬させ、フォトマスク３
上のレジストに描画されたパターンを現像しつつ、これ
らの間に流れる電流値を測定する。そうすると、フォト
マスクの下地のクロム膜が露出する前後で導電体と現像
液との間の静電容量の変化に基づく電流のピークが現出
し、この電流ピークが記録計７に記録される。この場合
に、現像液２中に電解質が添加されているので、極めて
明確に電流のピークが現出する。次に、レコーダ７に記
録された電流波形を観測しつつ、現像時間を変化させて
実際に現像されたパターンの幅を測定する。そうする
と、電流ピークが現出するまでの時間又はその前後の時
間に所定の係数（以下、現像係数という）を乗じた時間
経過後に現像されたパターンが適正な幅となる。

ところで、現像工程において、電流ピークが現出する
までの時間はレジストの現像速度に依存すると考えられ
る。また、現像速度に影響を与えるパラメータとして
は、現像液の温度があり、他にその影響は小さいもの
の、レジスト塗布条件や電子線の露光条件等がある。し
かしながら、上述したパラメータにより現像速度が変化
しても、電流ピークが現出するまでの時間はその時の現
像速度に対応した時間となり、この電流ピークが現出す
るまでの時間に所定の係数を乗じることにより設定され
る適正現像時間も、上述のパラメータによる現像速度の
変動が補償されたものとなる。また、１回の現像工程中
に現像液の温度変動が生じたとしても、電流ピークが現
出するまでの時間においては上述のように現像速度の変
動が補償されるので、パターン幅に影響があるのは電流
ピークが現出した時点から現像終点までの間の温度変動
だけとなる。この時間は全現像時間に対して短いので、
１回の現像工程中の温度変動がパターン幅の変動に与え
る影響は小さい。

このように、この実施例によれば、電流ピークを基準
として現像の終点を判断するので、測定の対象によらず
終点を判定するための基準点が明確になる。このため、
個々の測定対象物にとって最も適切な現像終点を判定す
るための基準点を選択することができる。また、ただ単
に電流のピークを見付けて、このピークが現出するまで
の時間に所定の係数を乗じるだけで現像の終点を判定す
ることができるので、極めて簡便である。更に、現像液
の温度等のパラメータの変動による現像速度の変動を補
償することができ、１回の現像工程における温度変動が
現像速度に及ぼす影響も少ないので、現像速度の変動に
起因するパターン幅の変動を抑制することができる。こ
のため、現像におけるパターンの寸法精度を著しく向上
させることができる。

次に、このように電流のピークが現出する理由につい
て説明する。先ず、前記フォトマスク３が未現像状態の
場合には、マスク全面が通常数千Åの厚さを有するレジ
ストで覆われているため、マスクの下地のクロム膜と現
像液とがレジストを誘電体とするコンデンサーを形成し
ている。この場合には、このコンデンサーの容量は、通
常数十nF/cm²程度と小さい値である。ところが、このマ
スクに描画されたパターンの現像が進行すると、電子線
露光部のレジストが溶解し、下地のクロム膜が直接現像
液に接するようになる。この状態になると、下地のクロ
ム膜の表面に電気二重層と称するコンデンサーが形成さ
れ、この容量は数μF/cm²乃至数十μF/cm²と前述のレジ
ストを介した場合よりも著しく大きな値となる。このた
め、現像が進行して下地のクロム膜に現像液が到達する
と、このクロム膜と現像液との間の静電容量が第２図に
示すように急激に増加する。この現像中、マスク下地の
クロム層と電極４とは短絡されているため、クロム膜と
現像液とで形成されるコンデンサーの両端には常に電圧
が印加されていることになる。この場合の電圧をＶと
し、静電容量をＣとすれば、フォトマスク３と電極４と
の間に流れる電流ｉは以下に示す式（１）で現わすこと
ができる。

ｉ＝VdC/dt ……（１） このように、電流ｉは容量Ｃを時間ｔにより微分した
値に比例する。従って、第３図に示すように静電容量が
急激に変化する時点で電流のピークが現出する。

次に、この実施例により実際にパターン形成した試験
例について説明する。

試験例１ 電子線レジストとしてEBR−９（東レ社製商品名、ポ
リ−2,2,2−トリフルオロエチル−α−クロロアクリレ
ート）、現像液２としてMIBK（メチルイソブチルケト
ン）、電極４として白金板を使用して第１図の装置によ
りフォトマスク３と電極４との間に流れる電流を測定し
た。その結果、第４図に示すように、現像開始後約５分
経過後に約9nAの微少な電流値のピークが現出した。こ
の電流ピークは、フォトマスクの下地のクロム膜が露出
する前後で発生することが確認された。

また、MIBKに電解質として1mMの渦塩素酸テトラブチ
ルアンモニウムを添加してフォトマスク３と電極４との
間に流れる電流を測定した。この場合には、第５図に示
すように、現像開始後約５分経過後に一つの明瞭な電流
値のピークが現出した。このピークの電流値は約１μＡ
と電解質を添加しない場合に比較して２桁以上大きな値
となり、S/N比にも優れていることがわかった。また、
この電流ピークも、フォトマスクの下地のクロム膜が露
出する前後で発生することが確認された。

次に、フォトマスクに塗布したEBR−９に電子線によ
って幅が４μｍのパターンを描画し、上述の場合と同様
に現像液２としてMIBKを用いてこのパターンを現像し
た。この場合に、第１図に図示した装置により電流を測
定し、レコーダ７に記録された電流波形を観測しながら
レジストパターンを現像して実際に現像されたパターン
の幅を測定した。なお、このパターン幅の測定において
は、現像係数を1.2乃至2.0の間で0.2毎に設定して夫々
２回づつ測定した。第６図は、横軸に現像係数をとり、
縦軸に現像後のパターン幅をとって、現像係数とパター
ン幅との関係を示すグラフ図である。これによれば、両
者の間には直線関係があることがわかる。この直線か
ら、現像されたパターン幅を電子線描画した幅である４
μｍの場合の現像係数の値を求めると約1.3となる。即
ち、この実施例におけるレジストと現像液とを使用した
場合には、電流ピークが現出した時間に約1.3を乗じた
値を現像の終点までの時間とすればよい。

試験例２ この試験例においては、電子線レジストとしてPMMA
（ポリメチルメタアクリレート）を用いた以外は、試験
例１と全く同様にフォトマスクを調整し、電子線描画し
た後、第１図に示した装置によりパターンを現像しつ
つ、フォトマスク３のクロム膜と白金電極４との間に流
れる電流値を測定した。この場合に、現像液として1mM
の過塩素酸テトラブチルアンモニウムを添加したMIBKを
使用した。この場合の電流値の変化を第７図に示す。こ
れによれば、電子線レジストとしてPMMAを使用した場合
においても、１つの明瞭な電流ピークが現出することが
わかる。また、図示しないが、この場合においても、現
像係数とパターン幅との間に第６図に示したような関係
が成立することが確認された。

試験例３ この試験例においては、現像液として試験例１及び試
験例２と同様にMIBKを使用し、現像液に添加する物質と
しては、試験例１及び試験例２で用いたような有機物質
ではなく、無機物質である硝酸第２セリウムアンモニウ
ムを添加した。他の条件は試験例１と同様にしてフォト
マスクを調整し、電子線描画した後、第１図に示した装
置によりパターンを現像し、フォトマスク３のクロム層
と白金電極４との間の電流値を測定した。この場合の電
流値の変化を第８図に示す。これによれば、現像液に無
機物質を添加した場合にも、試験例１及び試験例２と同
様に１つの明瞭な電流ピークが現出した。また、試験例
１と同一条件で電流値を測定すると、電流ピークが現出
するまでの時間は第５図に図示した場合とほぼ同一であ
ることが確認された。なお、この場合には、現出したピ
ークの電流値は第５図の場合よりも約１桁大きな値とな
った。また、図示しないが、この場合においても、現像
係数とパターン幅との間に第６図に示したような関係が
成立することが確認された。

また、現像液に添加する物質としてセリウム塩や鉄塩
等の複数の価数を取り得る無機物質を用い、価数の異な
る塩を混在させて、レドックス系（例えば、硝酸第１セ
リウムアンモニウムと硝酸第２セリウムアンモニウムを
混在させたもの）を構成させた場合には、マスク下地の
クロム膜と電極との電位がレドックス系の物質により安
定化される。このため、観測される電流の波形が安定
し、適正な現像終点の判定が一層容易になる。

試験例４ この試験例においては、電極４を銀／塩化銀電極にし
た以外は、試験例１と全く同様にフォトマスクを調整
し、電子線描画した後、第１図に示した装置によりパタ
ーンを現像し、フォトマスク３のクロム膜とこの銀／塩
化銀電極との間に流れる電流値を測定した。この場合の
電流値の変化を第９図に示す。これによれば、約５分後
に１つの明瞭な電流ピークが現出し、このピークの電流
値は約10μＡと試験例１のように電極４として白金を用
いた場合に比較して１桁以上大きな値となり、S/N比に
も優れていることがわかった。また、この場合において
も、この電流ピークは現像が進行してフォトマスクの下
地クロム膜が露出する前後で生じることが確認された。
更に、試験例１と同一条件で電流値を測定すると、電流
ピークが現出するまでの時間は第５図に図示した場合と
ほぼ同一であることが確認された、更にまた、この場合
においても、現像係数とパターン幅との間に第６図に示
したような関係が成立することが確認された。

試験例５ この試験例においては、適正な現像終点を得るための
基準としてピーク電流現出時間のかわりに、電流値がピ
ークに達する前であって、その電流値がピーク電流値の
Ｘ％になる時間、又は、電流値がピークに達した後であ
って、その電流値がピーク電流値のＸ％になる時間を用
いた。試験に使用した測定装置及び被測定物は試験例４
と全く同一のものを用いたため詳述を省略する。この際
得られた電流値の変化は、第18図に示すように、試験例
４にて得られた第９図と殆ど同じものである。ここで図
中Ａは、電流値がピークに達する前であって、その電流
値がピーク電流値の75％となる点であり、Ｂは、電流値
がピークに達した後であってその電流値がピーク電流値
の75％になる点である。

これらの点を基準として決定した現像係数とパターン
幅との関係を第19図に示す。このように、この両者の間
には、ピーク電流現出時間を基準として現像係数を決定
した際に得られた第６図と同様に、直線関係が存在する
ことがわかる。

同様の試験を各種パターンについて行い、またＸとし
ても上述の75以外の値について解析を試みた。その結
果、電流値がピークに達する前においては、Ｘとして10
から100までの値を、また、電流値がピークに達した後
においては、Ｘとして40から100までの値を使用するこ
とにより、Ｘの値が小さい場合にはバラツキが大きくな
るものの、第19図と同様な関係を得ることが可能である
ことを見出した。

以上のことより、予め現像係数とパターン幅の関係を
把握しておくことにより、ピーク電流現出時間以外であ
っても、ピーク電流値を基準とすることにより適正現像
時間判定の際に基準となり得ることが確認された。

試験例６ この試験例においては、適正な現像終点を得るための
基準として、観測された電流値の微分値が極大値又は極
小値を示す時間を用いた。試験に使用した測定装置及び
被測定物を試験例４と全く同一のものを用いたため詳述
を省略する。この際に得られた電流値の微分値の変化を
第20図に示す。ここで図中A,Bとして示した２点は、夫
々、電流値の微分値が極大値を示した点と、極小値を示
した点である。

これらの点を基準として決定した現像係数とパターン
幅との関係を第21図に示す。

同様の試験を各種パターンについて行なった結果、こ
の両者の間には、ピーク電流現出時間を基準として現像
係数を決定した際に得られた第６図と同じく直線関係が
存在することがわかった。

以上のことより、予め現像係数とパターン幅との関係
を把握しておくことにより、電流値の微分値が極大値又
は極小値を示す時間を基準とすることによっても適正現
像時間の判定を行い得ることが確認された。

試験例７ この試験例においては、石英板上にクロムを蒸着した
フォトマスク基板上に電子線レジストとしてPMMAを塗布
し、２μｍのライン及びスペースを20組電子線描画し、
次いで100μｍのライン及びスペースを１組電子線描画
することを繰返した試験用マスクを作製した。上述のよ
うに描画されたフォトマスクを1mMの過塩素酸テトラブ
チルアンモニウムを含むMIBK中に浸漬して現像するとと
もに、この現像液中に浸漬した銀／塩化銀電極と、フォ
トマスク下地のクロム層との間に流れる電流値を第１図
に示す装置により測定した。この結果、第10図に示すよ
うに２つの電流ピークが現出した。この２つの電流ピー
クが現出するまでの時間を夫々1.4倍した時間経過後に
現像を終了させた２枚のマスクを作製し、これらのマス
クをリンスし、エッチングした。次いで、このようにし
て得られた２枚のフォトマスクの夫々に描画されている
ラインとスペースとの間隔を測定した結果、最初に現出
した電流ピークの現出時間を基準にした場合に、ほぼ電
子線描画した幅と同様の幅である2.02μｍとなった。こ
れに対し、第２の電流ピークを基準にした場合には、2.
18μｍとなった。このように、最初に現出したピークを
基準にしたほうが適正なパターン幅を得ることができ
る。同様に他の複数のピークが現出する場合について試
験した結果、いずれの場合においても、最初の電流ピー
クが現出するまでの時間を基準として現像時間を算出す
ることにより、適正なパターン幅を得ることができるこ
とがわかった。

なお、第６図に示すような関係は、電子線描画の幅を
サブミクロンにした微細パターンを得る場合にも同様に
成立する。また、現像時間とピーク現出時間との比を適
宜選択して設定することにより、電子線描画の幅に対し
てパターン幅を増減させることもできる。

なお、第６図において、現像係数が1.1以下の場合に
は、現像が終了していない部分があり、パターン部にレ
ジストが残存してパターン幅を測定することができなか
った。また、過塩素酸テトラブチルアンモニウム以外
に、テトラアルキルアンモニウムの過塩素酸塩（例え
ば、過塩素酸テトラエチルアンモニウム）、テトラフル
オロホウ酸塩、又はヘキサフルオロリン酸塩等、現像液
中で溶解し電離する有機物質を現像液中に添加しても同
様な効果を得ることができた。

次に、この発明の第２の実施例について具体的に説明
する。

第１の実施例と同様に、第１図に示す装置によりフォ
トマスク３に描画されたパターンを現像しつつ、電極４
とフォトマスク３との間に流れる電流を測定する。この
場合に、パターンが所定幅になるまでの現像時間、即ち
適正な現像係数はパターン面積比率により変化し、パタ
ーンの面積比率が小さいほど現像係数が小さくなる。一
方、現出する電流ピークの電流値は、パターン面積比率
によって変化し、パターン面積比率が大きいほど電流ピ
ークの電流値は大きくなる。このため、これらの関係を
予め求めておくことにより、電流ピークの電流値から現
像したフォトマスクのパターン面積比率を求めることが
でき、求めたパターン面積比率から適正な現像係数を決
定することができる。従って、パターン面積比率が大き
く変動する場合であっても高寸法精度でパターンを現像
することができる。

次に、この実施例によりパターン形成した場合の試験
例について説明する。

試験例８ 石英板上にクロムを蒸着したフォトマスク基板上に電
子線レジストとしてEBR−９を塗布し、電子線描画装置
によりこのレジストを露光させて所定パターンを形成し
た。この場合に、パターンの面積比率が95％及び50％の
ものを各種試験パターンより選択し、これに、寸法測定
用の２μｍ幅のパターンを形成した。このようにして作
製されたパターンのうち、95％のものを反転することに
より、５％のパターン面積比率を有する試験パターンを
作製した。このようにして作製された５％、50％及び95
％のパターン面積比率を有するフォトマスクについて、
第１図の装置によりパターンを現像しつつ、フォトマス
クと電極との間に流れる電流値を測定した。その結果、
第11図及び第12図に示すデータを得ることができた。な
お、この場合に、フォトマスクとして５インチ角のもの
を用いた。

第11図は横軸に現像係数をとり、縦軸にフォトマスク
の現像後のパターン幅をとって、現像係数とパターン幅
との関係を各パターン面積比率の場合について示すグラ
フ図である。これによれば、いずれの面積比率において
も現像係数とパターン幅とは直線関係となり、その直線
の傾きもほぼ等しいが、直線の位置が異なり、現像係数
の値にかかわらずパターン面積比率が小さい方が現像後
のパターン幅が大きくなる。即ち、パターン面積比率が
小さいほど適正パターン幅で現像するための現像係数が
小さくなる。このように、パターン面積比率によって適
正な現像係数の値が異なるため、現像したパターンに特
に高寸法精度が要求される場合には、パターン面積比率
に基いて現像係数を決定する。

第12図は横軸にフォトマスクのパターン面積比率をと
り、縦軸にピーク電流値をとって、パターン面積比率と
ピーク電流値の関係を示すグラフ図である。これによれ
ば、フォトマスクのパターン面積比率が増加するとピー
ク電流値が直線的に増加することがわかる。従って、ピ
ーク電流により、パターン面積比率を求めることができ
る。

次に、この試験例によってパターン現像した場合と、
現像係数を1.4に固定してパターン現像した場合とにお
ける実際に現像されたパターン幅を比較して説明する。
前述した３種類のパターン面積比率を有する５インチ角
の基板を２組用意し、その一方については現像係数を一
律1.4とし、他方については第11図及び第12図に基いて
パターン面積比率により現像係数を決定して第１図に示
す装置によりパターンを現像した。これらを夫々Ａグル
ープ及びＢグループとする。第１表にこのA,B両グルー
プにおける現像されたパターン幅を示す。

以上のように、この実施例によればパターン面積比率
が著しく異なる場合であっても、極めて高寸法精度でパ
ターンを現像することができることがわかる。

次に、添付図面を参照して、この発明の第３の実施例
について具体的に説明する。

第13図はこの実施例に係るパターン形成方法を実施す
るための装置を示す構成図である。第13図において、第
１図と同じものには同じ参照符号を付して説明を省略す
る。図中21はフォトマスク３と電極４との間の静電容量
を測定する静電容量計であり、この静電容量計21には導
線８及び導線９により夫々フォトレジスト３及び電極４
が接続されている。また、この静電容量計21は、演算装
置22を介してレコーダ７の入力端子に接続されており、
この静電容量計21から出力された静電容量の値は演算装
置22で微分され、その値がレコーダ７に記録されるよう
になっている。このように、静電容量計21により測定し
たフォトマスク３と電極４との間の静電容量を微分した
値、即ち、フォトマスク３と電極４との間に流れる電流
値に比例する値がレコーダ７に記録される。

このように構成されたパターン形成装置によりパター
ンを形成するためには、まず、現像槽１内の現像液２に
フォトマスク３と電極４とを浸漬させ、これらの間の静
電容量を測定する。そうすると、フォトマスクの下地の
クロム膜が露出する前後で静電容量が急激に変化する。
次いで、この静電容量の変化した点を検出するために、
静電容量計21で検出した静電容量の値を演算装置22に出
力し、この演算装置22で出力信号を微分処理してフォト
マスク３と電極４との間の電流値に比例する値をレコー
ダ７に出力する。そうすると、静電容量の変化点がピー
クとなるため、電流値を測定した場合と同様にフォトマ
スクの下地のクロム膜が露出する前後でピークが現出す
る。そして、第１の実施例と同様にこのピークを基準と
して現像の終点を判定する。このため、測定の対象によ
らず終点を判定するための基準点が明確になる。

次に、この実施例によりパターンを現像した試験例に
ついて説明する。

試験例９ この試験例においては、フォトマスク３として、石英
板上にクロムを蒸着し、その上に電子線レジストとして
EBR−９を塗布したものを使用した。このフォトマスク
３の描画パターンとしては、64K Ｄ−RAM製造用のパタ
ーンからパターン面積比率が約30％のものを選択し、電
子線描画装置によりこのパターンを前記フォトマスク３
に描画した。このようにして作製されたフォトマスク
を、100μＭの過塩素酸テトラエチルアンモニウムを含
むMIBKに浸漬して現像し、静電容量計21（ヒューレット
パッカード社製4192A）により10Hzにおけるフォトマス
ク３と電極４との間の静電容量、即ちフォトマスク３の
下地クロムと現像液２との間の静電容量を測定し、この
値を演算装置22で微分処理してレコーダ７に記録させ
た。なお、この場合に、電極４としては銀／塩化銀電極
を使用した。

第14図は、横軸に現像時間をとり、縦軸に静電容量を
とって、静電容量計21により検出されたフォトマスク３
と電極４との間の静電容量の経時変化を示すグラフ図で
ある。これによれば、現像開始後約３分経過後に静電容
量の値が急激に変化しているのがわかる。実際にレコー
ダ７に記録されるのは第14図の曲線を微分したものであ
るから、前述したように静電容量が急激に変化するまで
の時間に対応して明瞭なピークが現出する。このピーク
が現出した時間を基準にして従前の実施例に示す操作と
同様な操作をすることにより、適正な現像時間を導出す
ることができる。

試験例10 この試験例においては、試験例９で第14図に示されて
いる変曲点を含む領域、即ち、ステップ状の静電容量の
増加領域に着目して適正な現像終点を得るための基準を
得ることを試みた。

試験に使用した測定装置は、第22図に示すように、試
験例９において使用した装置から演算装置を取除いたも
のを使用した。被測定物については、試験例９と全く同
一のものを用いたため詳述を省略する。この際に得られ
た静電容量の変化は、第23図に示すように、試験例９に
おいて得られた第14図と実質的に同じものである。ここ
で図中A,B,Cとして示した３点は、夫々、静電容量の増
加し始める点、静電容量の増加が停止する点、Ａ点及び
Ｂ点のちょうど中間の静電容量値を示す点である。

これらの点を夫々基準として決定した現像係数と、パ
ターン幅との関係を求めた結果、ピーク電流現出時間を
基準として現像係数を決定した際に得られた第６図と同
様な直線関係が存在することがわかった。

同様の試験を各種パターンについて実施し、また、Ｃ
点をＡ点とＢ点との間で任意に変化させて実施した。そ
の結果、試験した全てのパターンについて現像係数とパ
ターン幅との間に直線関係が成立し、現像係数を決定す
る際の基準点としてA,B,Cのいずれの点を用いても、現
像係数とパターン幅との間の関係に有意差は存在しなか
った。これは、点Ａと点Ｂとの間の時間差が通常の現像
条件においては高々数秒であり、この時間差がパターン
幅に及ぼす影響が、現行のパターン寸法測定精度におい
ては無視し得る程度の値でしかないためであると考えら
れる。

以上の結果により、予め現像係数とパターン幅との関
係を把握しておくことにより、静電容量が急変している
点が適正現像時間判定の際に基準となり得ることが確認
された。

次に、この発明の第４の実施例について具体的に説明
する。

第１の実施例と同様に、第１図に示す装置によりフォ
トマスク３に描画されたパターンを現像しつつ、電極４
とフォトマスク３との間に流れる電流を測定する。この
場合に、フォトマスクのパターン面積比率が小さいと、
明瞭なピークが現出しない。例えば、パターン面積比率
が５％より小さい場合には、電流ピークの位置を正確に
特定することが困難である。このため、パターン面積比
率が小さくなり、５％より小さくなった場合には、現像
終点判定用のパターンをフォトマスクに描画し、パター
ン面積比率を５％以上にする。そうすると明瞭な電流ピ
ークが現出し、このピークを基準としてパターン現像の
終点を判定することができる。なお、現像終点判定用パ
ターンは、パターン面積比率を増大させることを目的と
するものであり、特殊なパターンである必要はない。例
えば、マスク製造の場合には、露光時に露光装置の影に
なって回路パターン形成のためには使用されない周辺部
に任意のパターンを描画すればよい。同様に、直接描画
プロセスにおいても、半導体チップを載せることができ
ない半導体ウェハの周辺部に任意のパターンを描画すれ
ばよい。場合によっては、マスク周辺部に描画されるマ
スクナンバー等の文字を太くしたり、その一部の白黒を
反転させるだけで十分である。

次に、この実施例によりパターン形成した試験例につ
いて説明する。

試験例11 125mm角のガラス基板上にクロム膜を蒸着した後、電
子線レジストとしてEBR−９を塗布し、これに第15図に
示すパターンを電子線描画してフォトマスクを作製し
た。第15図に示すように、このフォトマスクにはその中
央部に5mm間隔で幅が５μｍの評価用パターン41を形成
し、その周辺部に沿って幅5mmの帯状の現像終点判定用
パターン42を形成した。また、比較例として第16図に示
すように評価用パターン41のみを描画したものを作製し
た。この場合に、この試験例のフォトマスクのパターン
面積比率は13％であり、比較例のフォトマスクのパター
ン面積比率は0.1％である。

このようにして作製されたフォトマスクを、第１図に
示す装置にて現像し、その際のフォトマスク３と電極４
との間に流れる電流値の変化を検出した。この結果、比
較例の場合には、第17図の破線で示すように、観測され
る電流値が小さく、明瞭な電流ピークを検出することが
できなかったが、この試験例のように現像終点判定用パ
ターンによりパターン面積比率が大きくした場合には、
第17図の実線で示すように、明瞭な電流ピークが現出し
た。

なお、この現像判定用パターンとして、ある程度以上
の大きさ（例えば100μｍ×100μｍ）のものを用いるこ
とにより、試験例７にて示した複数の電流ピークを現出
させる描画パターンの最初の電流ピークを明瞭にさせる
効果をも併せ持つ。この場合には、パターン面積比率が
大きい場合にも効果的である。

なお、以上全ての実施例において、被現像物としてフ
ォトマスクを使用したが、これに限らず、Ｘ線マスク又
は直接パターンを描画した半導体ウェハ等にも適用する
ことができる。また、被現像物と電極との間の電気化学
的パラメータを測定する方法としては、この実施例の方
法に限らず、例えば、通常の電流計及び電流検出回路を
使用する方法等、明瞭にパラメータの変化を把握するこ
とができるものであればよい。更に、この実施例におい
て、現像液中で電離する物質を種々使用したが、これら
のものに限らず、電気化学的パラメータの変化を明確に
することができるものであればよい。更にまた、電子線
レジストとしては、これらの実施例に使用したものに限
らず、例えば、ポリメタクリル酸メチル等、他の物質を
使用することもできる。

なお、現像係数は電子線レジストと現像液との組合わ
せによって異なるので、この組合わせに応じて適当な係
数を決定すればよい。

［発明の効果］ この発明によれば、有機溶剤系現像液を用いることを
前提とし、導電体と現像液との間の静電容量の変化に基
く電気化学的パラメータの変化点を検出し、この変化点
が現出するまでの時間に基いて、導電体上の電子線レジ
ストに描画されたパターンの現像終点までの適正な時間
を把握することができる。このため、パターンの寸法精
度を著しく向上させることができる。従って、各種マス
クの製造工程等の自動化が可能になり、工業的価値が極
めて高い。また、有機溶剤系現像液は、電気化学的パラ
メータを測定できる程度の導電性を付与する電解質を含
有しているので、極めて明確に電気化学的パラメータの
変化点を検出することができる。

また、静電容量の変化に基く変化点を基準として現像
の終点を判定するので、測定の対象によらず終点を判定
するための基準点が明確となると共に、常に同一の判断
方法により適切な基準点を一義的に決定することができ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の第１、第２及び第４の実施例に係る
パターン形成装置を示す構成図、第２図はフォトマスク
と現像液との間の静電容量の変化を模式的に示すグラフ
図、第３図はその際の電流変化を模式的に示すグラフ
図、第４図、第５図、第７図、第８図、第９図、第10図
及び第18図はこの発明の第１の実施例に係る方法により
電極と被現像物との間に流れる電流値を測定した場合に
現出する電流ピークを示すグラフ図、第６図、第19図及
び第21図は第１の実施例における現像係数と現像された
パターンの幅との関係を示すグラフ図、第20図はこの発
明の第１の実施例に係る方法により測定した電極とフォ
トマスクとの間に流れる電流値を微分した値を示すグラ
フ図、第11図はこの発明の第２の実施例においてパター
ン面積比率を変化させた場合の現像係数と現像されたパ
ターンの幅との関係を示すグラフ図、第12図はこの発明
の第２の実施例においてパターン面積比率と電流ピーク
の電流値との関係を示すグラフ図、第13図及び第22図は
この発明の第３の実施例に係るパターン形成装置を示す
構成図、第14図及び第23図はこの発明の第３の実施例に
おける電極とフォトマスクとの間の静電容量の変化を示
すグラフ図、第15図はこの発明の第４の実施例に使用す
るパターンが描画されたフォトマスクを示す平面図、第
16図は比較例のパターンが描画されたフォトマスクを示
す平面図、第17図はこの発明の第４の実施例に係る方法
により電極とフォトマスクとの間に流れる電流値を測定
した場合に現出する電流ピークを比較例と対比して示す
グラフ図である。 1;現像槽、2;現像液、3;フォトマスク、4;電極、5;演算
増幅器、6;帰還抵抗、7;レコーダ、21;静電容量計、22;
演算装置

フロントページの続き (72)発明者 土屋 宜司 川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社 東芝総合研究所内 (72)発明者 臼田 欣也 川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社 東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−42042（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−4143（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−167947（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−20043（ＪＰ，Ａ) 特表 昭56−501226（ＪＰ，Ａ)

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電体の表面にレジスト膜を形成する形成
   工程と、このレジスト膜に所定のパターンを描画する描
   画工程と、前記レジストパターンが描画された導電体を
   有機溶剤系現像液に浸漬し、前記レジストを選択的に除
   去してパターンを現像する現像工程とを具備するパター
   ン形成方法であって、 現像液中で安定な電位を示す電極を現像液中に浸漬して
   前記導電体と前記現像液との間の静電容量の変化に基づ
   く前記電極と前記導電体との間の電気化学的パラメータ
   の変化を検出する検出工程と、 前記検出工程により検出される電気化学的パラメータに
   変化点が現出するまでの時間の前後に亘る所定範囲内の
   時間を基準として現像の終点を判定する終点判定工程と
   を具備し、 前記有機系現像液は、前記電気化学的パラメータを測定
   できる程度の導電性を付与する電解質を含有し、前記静
   電容量の変化は、前記導電体が露出する前の静電容量
   と、現像により前記導電体が露出する際に前記導電体上
   に形成される電気二重層に起因する静電容量との間の変
   化であることを特徴とするパターン形成方法。
2. 【請求項２】前記変化点は前記電気化学的パラメータの
   ピークであることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載のパターン形成方法。
3. 【請求項３】前記電気化学的パラメータは、前記電極と
   前記導電体との間に流れる電流であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のパターン形成
   方法。
4. 【請求項４】前記電気化学的パラメータは、前記電極と
   前記導電体との間の静電容量の微分値であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のパター
   ン形成方法。
5. 【請求項５】前記現像の終点は、現像開始時から前記所
   定範囲内の時間に所定係数を乗じた時間経過した時点で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項
   のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
6. 【請求項６】前記現像の終点は、前記電気化学的パラメ
   ータのピークが現出するまでの時間に所定の係数を乗じ
   た時間経過した時点であることを特徴とする特許請求の
   範囲第５項に記載のパターン形成方法。
7. 【請求項７】前記所定の係数は、前記電気化学的パラメ
   ータのピーク値から求めたパターン面積比率により決定
   されることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の
   パターン形成方法。
8. 【請求項８】前記電極は白金製であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のパターン形成方法。
9. 【請求項９】前記電極は、銀／塩化銀製であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のパターン形成方
   法。
10. 【請求項１０】前記導電体は、その上に予め現像判定用
    のパターンが描画されたレジストを有し、前記パターン
    現像工程によりこの現像判定用パターンが現像されてレ
    ジスト除去面積が増大されることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項に記載のパターン形成方法。
11. 【請求項１１】前記レジスト除去面積は、前記導電体の
    表面積の５％以上の面積であることを特徴とする特許請
    求の範囲第10項に記載のパターン形成方法。
12. 【請求項１２】前記変化点は前記電気化学的パラメータ
    の変曲点であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    に記載のパターン形成方法。
13. 【請求項１３】前記電気化学的パラメータは前記電極と
    前記導電体との間静電容量であることを特徴とする特許
    請求の範囲第12項に記載のパターン形成方法。
14. 【請求項１４】前記変化点は前記電気化学的パラメータ
    の極値であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
    記載のパターン形成方法。
15. 【請求項１５】前記電気化学的パラメータは、前記電極
    と前記導電体との間に流れる電流の微分値であることを
    特徴とする特許請求の範囲第14項に記載のパターン形成
    方法。
16. 【請求項１６】レジスト膜が形成された後パターンが描
    画された導電体を現像してパターンを形成するパターン
    形成装置であって、 前記電気化学的パラメータを測定できる程度の導電性を
    付与する電解質を含有した有機溶剤系現像液を貯留する
    現像槽と、 前記現像層内の現像液に浸漬され前記現像液中で安定な
    電位を示す電極と、 前記導電体が露出する前の前記導電体と前記現像液との
    間の静電容量と、現像により前記導電体が露出する際に
    前記導電体上に形成される電気二重層に起因する静電容
    量との間の変化に基づく前記導電体と前記電極との間の
    電気化学的パラメータの変化点を検出する検出手段とを
    具備し、前記変化点が生じる時間を基準として現像の終
    点を判定することを特徴とするパターン形成装置。