JPH0828321B2 - レジスト塗布評価方法 - Google Patents

レジスト塗布評価方法

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JPH0828321B2
JPH0828321B2 JP2219254A JP21925490A JPH0828321B2 JP H0828321 B2 JPH0828321 B2 JP H0828321B2 JP 2219254 A JP2219254 A JP 2219254A JP 21925490 A JP21925490 A JP 21925490A JP H0828321 B2 JPH0828321 B2 JP H0828321B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体装置の製造方法に関するものであり、
とくに半導体リソグラフィ工程におけるレジスト塗布の
評価方法に関するものである。
従来の技術 現在、半導体装置等の製造方法として縮小投影露光装
置による光リソグラフィ技術が用いられている。光リソ
グラフィ技術は、主にレジスト塗布、露光、現像、ベー
キングの工程より構成されているが、光リソグラフィに
より微細なパターンを制御性よく形成するには半導体基
板上にレジストを均一に塗布する必要性がある。第６図
にレジストの塗布方法及び半導体基板上に塗布されたレ
ジストの塗布状態を示す。第６図（ａ）に示す様に半導
体基板100（ウエハー）上にレジスト101をノズル102か
ら滴下し、スピンナーにより半導体基板100を回転する
ことによりレジストを半導体基板上に均一性よく塗布す
ることが出来る。しかしながら、第６図（ｂ）に示すよ
うに半導体基板上に配線等の段差103があるとスピンナ
ーの回転速度、レジストの粘性等によりレジスト101は
段差部で盛り上がり断差上に不均一に塗布される。その
結果重ね合わせ精度、パターン寸法精度の劣化等の問題
があった。例えば第７図に示すように断差上（位置合わ
せマーク103A）にレジスト101が不均一に塗布されると
位置合わせマークの検出信号波形104は非対称に変形し
位置合わせのマークの位置検出を誤認し重ね合わせずれ
105が生ずる。
そこで、段差上でレジストの不均一な塗布むらが起こ
らないようにレジスト塗布方法を最適化する必要がある
が、従来レジスト塗布状態を定量的に評価する手段がな
かった。例えば半導体基板上に塗布されたレジスト塗布
の均一性を評価する方法として光学式干渉を用いた膜厚
測定あるいは微細な針を半導体基板上に接触させながら
走査する機械的な手法を用いる方法が用いられていた。
前者の方式では測定箇所が顕微鏡の対物レンズの視野に
限定されるため測定すべき段差上下でのレジスト膜厚差
が測定できずレジスト塗布の不均一性が正確に評価出来
ない。また、後者の方法では、段差測定のために用いる
針先の径が有限であるため微細な段差上下でのレジスト
膜厚が測定出来ない。また、接触式であるためレジスト
にきずがつくという問題があった。
発明が解決しようとする課題 本発明はかかる問題点を考慮して発明されたもので段
差上下でのレジストの塗布の不均一性を正確に定量的に
評価することを目的とするものである。
課題を解決するための手段 本発明は、半導体基板上にレジストを塗布し露光装置
により第１層目のパターンを転写、現像し遠紫外線照射
し、そして第１層目のレジストパターン上に第１層目の
レジストと同じ屈折率を有する第２のレジストを塗布し
その後、第１層目のパターン内の位置合わせマークを位
置検出して第２層目のパターンを重ね合わせて重ね合わ
せ精度を測定する事により段差上に塗布されたレジスト
の塗布の不均一性を評価する方法を骨子とする。
作用 本発明を用いることによりレジスト塗布の不均一性が
非接触で定量的に評価出来るようになりレジストの塗布
方法の最適化が正確に実施することができる。その結果
レジストの塗布の不均一性が改善され、下地段差でのレ
ジストの膜厚差に基ずく露光後のレジストパターン寸法
変換差がなくなる。また同時に本発明により改善された
レジスト塗布方法を用いることによりレジストの塗布の
不均一性にもとずく下地パターンとの重ね合わせずれが
発生しなくなる。このように本発明を用いることにより
パターン精度および重ね合わせ精度が向上し半導体集積
回路の集積度が向上する。
実施例 以下、図面に基ずいて本発明についてさらに詳しく説
明する。
第１図は、本発明におけるレジスト塗布の不均一性を
評価するための一実施例の工程図である。（ａ）に示す
ごとく、半導体基板１上にノボラック系の第１のフォト
レジストを0.5から1.5μｍ厚回転塗布しホットプレート
でプリベークを80℃で90秒行う。縮小投影露光装置によ
り前記フォトレジストを第１のパターンを有するマスク
を用いて露光する。2Aは遮光部である。３は露光部のレ
ジスト、４は未露光部のレジストである。この露光後レ
ジストを現像し第１層目のレジストパターン５を形成す
る（ｂ）。この時レジストパターンの一部に位置合わせ
格子６を形成しておく。そして遠紫外線７を第１層目の
レジストパターン５全面に照射する（ｃ）。さらに第１
層目のレジストパターン５上に第１層目と同じ屈折率の
レジストを塗布する。すなわち同じ材質の第２のフォト
レジスト８を塗布しプリベークする（ｄ）。80はレジス
ト８のうちレジスト塗布むらを測定する部分のレジスト
である。この時、第１層目のレジストパターン５は遠紫
外線により照射されているため第２のレジスト８は下地
の第１層目のレジストパターンと混合しない。そして２
光束干渉位置合わせ法により２光束干渉縞９と第１層目
に形成された位置合わせ格子６との位置合わせを行う。
その後第２のパターンを有するマスク10を用いて第１
層目のレジストパターン上のレジスト８を露光、現像し
（ｅ）、第２層目のレジストパターン12を形成する。。
こうしたのち、第１と第２のレジストパターン５、12の
重ね合わせずれ量を測定する。重ね合わせずれ量は第１
層目のパターン12と第２層目のパターン５との中心位置
の位置ずれ量を、（Ｘ1−Ｘ2）/2として測定する。重ね
合わせずれ測定により段差上に塗布されたレジスト14の
塗布の不均一性が定量化される。
第２図にレジストの塗布の均一性を最適化するための
工程を示す。工程は試料作製、レジスト塗布、重ね合わ
せ露光、重ね合わせ測定、レジスト塗布条件の最適化よ
り構成されている。第１図に示したようにレジスト塗布
の均一性を評価し、その結果レジスト塗布が不均一にな
されている場合はレジスト条件（塗布回転数、滴下量、
粘度）を変化させてレジストの塗布方法の最適化を行
う。
第３図に本発明に用いられる２光束干渉を用いた場合
のレジストの塗布むらの測定原理を示す。第３図には、
基板からの反射が表面からの反射より大きい場合とその
逆の表面からの反射が基板からの反射より大きい場合の
２種類を示した。前者の場合僅かに波長の異なった可干
渉な２光束Ｕ1,U2がレジスト塗布された第１のパターン
内に形成された位置合わせ格子６上に照射される。そし
て２光束は半導体基板上で交差し干渉縞９を生成する。
位置合わせ格子６はDUV照射されており上層に塗布され
たレジストと屈折率がほぼ等しく混じり合わない。その
ため各々の入射ビームはレジスト中を第３図（ａ）のよ
うに通過し半導体基板１から反射される。（ａ）は基板
反射が表面反射よりも大きい場合を示す。半導体基板に
対して垂直に反射した各々の入射ビームは干渉しビート
信号が得られる。このビート信号の位相は位置合わせ格
子の位置情報を有しており重ね合わせはＵ1とＵ2の光路
差が等しくなるように干渉縞９とレジスト塗布された位
置合わせ格子６が重ね合わせられる。この際レジスト塗
布の不均一性14がレジスト80部分に存在すると入射ビー
ムＵ1とＵ2がレジストを通過する間に各々の入射ビーム
の間に光路差が生じて重ね合わせ位置のずれ16が発生す
る。つまりレジスト塗布前後の重ね合わせ位置ずれ16を
計測することによりレジスト塗布の不均一性14が計測で
きる。また、第３図（ｂ）のようにレジスト表面からの
反射光のほうが基板からの反射光よりも強い場合はレジ
スト塗布前後の回折中心の位置ずれにより入射ビームＵ
1とＵ2の位相差が生じて検出ビームのビート信号の位相
がずれ、その結果干渉縞に対する重ね合わせ位置のずれ
16が発生する。
第４図に本発明の原理を用いてレジストの塗布の評価
が行える露光装置の位置合わせ光学系を示す。21は音響
光学素子、22は露光に用いる縮小投影レンズ、23はウエ
ハーステージ、24はウエハーパターンの結像位置であ
る。振動数が僅かに異なる可干渉な２光束Ｕ1（振動数
ｆ1）、Ｕ2（振動数ｆ2）を入射角度θで半導体基板１
上に入射させ、位置合わせ基準となる干渉縞９を生成す
る。この時干渉縞９のピッチＰは次式で表される。
Ｐ＝λ／（2sinθ） １方半導体基板１上に、この干渉縞９のピッチと整数
倍のピッチの位置合わせ格子６を有する第１のパターン
が形成されている。この時の１次光（Ｕ1,U2）の半導体
基板上の位置合わせ格子による回折光は次式で表され
る。
Ｕ（ｆ1）＝Ａ（ｆ1）＊exp｛ｉ（２πｆ1ｔ−δ）｝ Ｕ（ｆ2）＝Ｂ（ｆ2）＊exp｛ｉ（２πｆ2ｔ＋δ）｝ 但しδは半導***置合わせ格子がｘ移動したことによ
る回折光の位相差であり、次式で表される。
δ＝２π＊ｘ＊sinθ／λ これらの式より±１次光の回折光の干渉光強度は次式
で表される。
Ｉ＝|U（ｆ1）＋Ｕ（ｆ2）｜2 ＝Ａ（ｆ1）2＋Ｂ（ｆ2）2＋2A（ｆ1）＊Ｂ（ｆ2）＊
cos｛２π（ｆ1−ｆ2）ｔ−２δ｝ ＝Ａ（ｆ1）2＋Ｂ（ｆ2）2＋2A（ｆ1）＊Ｂ（ｆ2）＊
cos｛２π（ｆ1−ｆ2）ｔ−2x/P｝ この式からわかるように光検出器20により検出される
ビート信号の位相項に２光束干渉縞９と半導体基板上の
位置合わせ格子６間の相対変位量ｘが含まれている。そ
して基準ビート信号との位相差Ｙを測定し位相差をゼロ
にするように半導体基板を移動して２光束干渉縞９と半
導体基板上の位置合わせ格子との位置合わせを行い、半
導体基板に第２のパターン12を重ね合わせ露光する。そ
して第１のパターン５と第２のパターン12の重ね合わせ
ずれを測定する。
第５図に本発明で得られたレジスト塗布評価結果を示
す。重ね合わせずれが半導体基板周辺で大きくなるスケ
ーリングエラーが見られウエハーの回転に基ずく遠心力
によりウエハー周辺でレジスト塗布の不均一性が懸著に
なることと一致している。またそれに対して第５図
（ｂ）では重ね合わせずれがほとんど発生しておらずレ
ジストが均一に塗布されていることを示している。
本発明では、重ね合わせずれ測定によりレジスト塗布
の不均一性を評価したが、第２のレジスト塗布前後の第
１層目の位置合わせマークの位置検出を行い、ウエハー
のスケーリング量、直交度、ローテーション量の変化を
測定することにより第２のレジストの塗布の不均一性を
評価することが出来る。
また本発明では、２光束干渉を用いた重ね合わせ方法
を用いたが他の重ね合わせ方式でも同様のことが実現で
きる。また本発明では、第１のレジストパターンを硬化
させる為に遠紫外線を用いたが、ホットプレート等のベ
ーキング処理を行っても同様に事が実現される。
発明の効果 本発明により段差上に塗布されたレジスト塗布の不均
一性が容易にかつ定量的に評価できるようになる。この
測定方を用いてレジスト塗布の改善、最適化を行うこと
により光リソグラフィにおける高い重ね合わせ精度の実
現、及びパターン寸法制御性の向上が可能になる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のレジスト塗布の不均一性を評価する工
程図、第２図はレジスト塗布方法を最適化するための手
順を示す図、第３図は本発明のレジスト塗布の不均一性
の評価方法の原理図、第４図は本発明のレジスト塗布の
不均一性の評価が実施できる露光装置の位置合わせ光学
系の概略図、第５図は本発明で得られたレジスト塗布評
価結果を示す図、第６図、第７図は従来のレジスト塗布
方法に於ける問題点を示す図である。 １……半導体基板、５……第１層目のレジストパター
ン、６……位置合わせ格子、７……遠紫外線、８……第
１層目のパターン上に塗布された第２のレジスト、９…
…２光束干渉縞、12……第２層目のパターン、、14……
レジスト塗布の不均一性、16……重ね合わせずれ、20…
…光検出器、21……音響光学素子、22……縮小投影レン
ズ、23……ウエハーステージ、80……レジスト塗布の不
均一性測定箇所。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｐ 7514−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６１

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体基板上に第１のレジストを塗布し前
    記レジストを露光現像して第１層目のレジストパターン
    および位置合わせマークを形成する工程と、前記第１層
    目のレジストパターンを遠紫外線にて照射する工程と前
    記レジストパターン上に前記第１のレジストとほぼ同じ
    屈折率を有する第２のレジストを塗布する工程と、前記
    第１層のレジストパターンに形成した位置合わせマーク
    を可干渉な光により照射し前記位置合わせマークからの
    反射光を検出することにより前記第２のレジストの塗布
    の不均一性を測定する工程とを備えたことを特徴とする
    レジスト塗布評価方法。
  2. 【請求項２】半導体基板上に第１のレジストを塗布し前
    記レジストを露光現像して第１層目のレジストパターン
    および位置合わせマークを形成する工程と、前記第１層
    目のレジストパターンを遠紫外線にて照射する工程と前
    記レジストパターン上に前記第１のレジストとほぼ同じ
    屈折率を有する第２のレジストを塗布する工程と、前記
    第１層のレジストパターンに形成した位置合わせマーク
    を検出して第２層目のパターンを前記第１のレジストパ
    ターンに重ね合わせて前記第２のレジストを露光現像し
    て第２層目のレジストパターンを形成する工程と前記第
    １層目のレジストパターンと第２層目のレジストパター
    ン間の重ね合わせずれ量を測定し、前記重ね合わせずれ
    量に基ずいて段差上に塗布された第２のレジスト塗布の
    不均一性を評価する工程とを備えたことを特徴とするレ
    ジスト塗布評価方法。
  3. 【請求項３】第２のレジストを塗布する前後の第１層目
    の位置合わせマークの位置検出を行い、半導体基板のス
    ケーリング量、直交度、ローテーション量の変化を測定
    することにより第２のレジスト塗布の不均一性を評価す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
    記載のレジスト塗布評価方法。
  4. 【請求項４】二光束干渉を用いた位置合わせ方法により
    第１層目のパターンと第２層目のパターンをかさね合わ
    せることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレジ
    スト塗布評価方法。
  5. 【請求項５】第１層目のレジストパターンをホットプレ
    ートによりベーキングすることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項または第２項記載のレジスト塗布評価方法。
  6. 【請求項６】第１と第２のレジストの屈折率差が0.1以
    内であることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
    第２項記載のレジスト塗布評価方法。
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