(57)【要約】【課題】  レジスト膜が現像液によって溶解している最中の状態を的確に把握することが可能なレジスト膜の解析方法を提供する。【解決手段】  本願に係るレジスト膜の解析方法は、基板上に形成されたレジスト膜を現像液によって溶解する処理を開始する工程Ｓ２と、レジスト膜を溶解する処理を開始した後の第１の時点で、現像液によって溶解されている最中のレジスト膜の第１の画像を取得する工程Ｓ３と、第１の時点よりも後の第２の時点で、現像液によって溶解されている最中のレジスト膜の第２の画像を取得する工程Ｓ４と、第１の画像と第２の画像とを比較する工程Ｓ５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたレジスト膜を現像液によって溶解する処理を開始する工程と、
前記レジスト膜を溶解する処理を開始した後の第１の時点で、前記現像液によって溶解されている最中の前記レジスト膜の第１の画像を取得する工程と、
前記第１の時点よりも後の第２の時点で、前記現像液によって溶解されている最中の前記レジスト膜の第２の画像を取得する工程と、
前記第１の画像と前記第２の画像とを比較する工程と、
を備えることを特徴とするレジスト膜の解析方法。
【請求項２】
前記第１の画像及び前記第２の画像は、走査型プローブ顕微鏡によって取得される
ことを特徴とする請求項１に記載のレジスト膜の解析方法。
【請求項３】
前記第１の画像と前記第２の画像とを比較する工程は、前記第１の画像と前記第２の画像との差分を求める工程を含む
ことを特徴とする請求項１に記載のレジスト膜の解析方法。
【請求項４】
前記第１の画像と前記第２の画像とを比較する工程で得られた比較結果に基づいて、前記レジスト膜に含まれる溶解粒子ユニットのうち、前記第１の時点から前記第２の時点までの間に前記現像液によって溶解された溶解粒子ユニットのサイズ分布を求める工程を、さらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載のレジスト膜の解析方法。
【請求項５】
前記レジスト膜には潜像パターンが形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のレジスト膜の解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、レジスト膜の解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路装置に含まれるパターンの微細化に伴い、高精度のリソグラフィが重要になってきている。高精度のリソグラフィを行うためには、高精度のレジストパターンを形成する必要がある。レジスト膜が現像されている最中の状態、すなわち、レジスト膜が現像液によって溶解されている最中の状態を的確に把握することができれば、高精度のレジストパターンを形成するための有効な指針が得られると考えられる。
【０００３】
しかしながら、従来は、レジスト膜が現像液によって溶解している最中の状態を的確に把握することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０３２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レジスト膜が現像液によって溶解している最中の状態を的確に把握することが可能なレジスト膜の解析方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願に係るレジスト膜の解析方法は、基板上に形成されたレジスト膜を現像液によって溶解する処理を開始する工程と、前記レジスト膜を溶解する処理を開始した後の第１の時点で、前記現像液によって溶解されている最中の前記レジスト膜の第１の画像を取得する工程と、前記第１の時点よりも後の第２の時点で、前記現像液によって溶解されている最中の前記レジスト膜の第２の画像を取得する工程と、前記第１の画像と前記第２の画像とを比較する工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本願によれば、レジスト膜が現像液によって溶解している最中の状態を的確に把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係るレジスト膜の解析方法を示したフローチャートである。
【図２】実施形態に係り、第１の画像、第２の画像及び差画像を模式的に示した図である。
【図３】実施形態に係り、溶解粒子ユニットのサイズを求める処理を模式的に示した図である。
【図４】実施形態に係り、現像液によって溶解された溶解粒子ユニットのサイズ分布の一例を示した図である。
【図５】実施形態に係り、現像液によって溶解された溶解粒子ユニットのサイズ分布の時間的な変化の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
【００１０】
図１は、実施形態に係るレジスト膜の解析方法を示したフローチャートである。
【００１１】
まず、基板上にレジスト膜を形成する（ステップＳ１）。具体的には、半導体基板上にフォトレジスト溶液を塗布した後、乾燥処理、露光処理及びポストベーク処理等を行うことで、レジスト膜が形成される。露光処理では、全面が均一な透過率（又は反射率）を有するマスク（フレームマスク）を介してレジスト膜に露光光を照射してもよいし、所望のパターン（例えば、ラインアンドスペースパターン）を有するマスクを介してレジスト膜に露光光を照射してもよい。後者の場合には、レジスト膜には所望のパターンを有する潜像パターンが形成される。
【００１２】
次に、基板上に形成されたレジスト膜を現像液によって溶解する処理を開始する（ステップＳ２）。例えば、レジスト膜上への現像液の供給を開始することで、レジスト膜の溶解処理を開始する。
【００１３】
次に、レジスト膜を溶解する処理を開始した後の第１の時点で、現像液によって溶解されている最中のレジスト膜の第１の画像を取得する（ステップＳ３）。
【００１４】
次に、第１の時点よりも後の第２の時点で、現像液によって溶解されている最中のレジスト膜の第２の画像を取得する（ステップＳ４）。
【００１５】
上述したレジスト膜の第１の画像及び第２の画像は、走査型プローブ顕微鏡によって取得される。例えば、走査型プローブ顕微鏡としては、高速の走査型ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いることができる。走査型プローブ顕微鏡を用いることにより、現像液中にプローブを入れた状態でレジスト膜の画像を取得することができる。そのため、現像液によって溶解されている最中のレジスト膜の画像を取得することができる。例えば、電子顕微鏡等は液体中の画像を取得することはできないが、走査型プローブ顕微鏡を用いることにより液体（現像液）中の画像を取得することが可能である。
【００１６】
次に、第１の画像と前記第２の画像とを比較する（ステップＳ５）。具体的には、第１の画像と第２の画像との差分（差画像）を求める。差画像を求める際には、第１の画像と第２の画像との位置的な整合（マッチング）をとる必要がある。すなわち、第１の画像を取得する第１の時点と第２の画像を取得する第２の時点との間には時間的なずれがあるため、ドリフトによって第１の画像と第２の画像との間に位置的なずれが生じる場合がある。このようなドリフトによる位置的なずれを補正するために、第１の画像と第２の画像との相対的な位置関係を変えてゆき、第１の画像と第２の画像との差分（複数の比較箇所でのトータルの差分）が最も小さい位置関係であるときに、第１の画像と第２の画像との位置的な整合（マッチング）がとれているとみなす。このような位置関係の状態で得られた差分を、第１の画像と第２の画像との差分（差画像）として採用する。
【００１７】
図２は、第１の画像（ａ）、第２の画像（ｂ）及び差画像（ｃ）を模式的に示した図である。図２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）では、レジスト膜に含まれる溶解粒子ユニットを球で示している。後述するように、実際には、溶解粒子ユニットは種々の形状を有している。図２に示した例では、第１の時点（ａ）から第２の時点（ｂ）に移行するまでの間に３つの溶解粒子ユニットが現像液によって溶解されている。そのため、差画像（ｃ）では、溶解した３つの溶解粒子ユニットが抽出されている。
【００１８】
溶解粒子ユニットについて説明する。レジスト膜には、レジスト膜を構成する種々の溶解材料が粒子状に含まれている。このような溶解材料の粒子（溶解粒子）が現像液によって溶解する際に、単一の溶解粒子が１単位として溶解する場合もあれば、クラスタ状に集合した複数の溶解粒子が１単位として溶解する場合もある。本実施形態では、単一の溶解粒子及びクラスタ状の複数の溶解粒子の集合物の両者を含めて溶解粒子ユニットと呼んでいる。
【００１９】
次に、第１の画像と第２の画像とを比較する工程で得られた比較結果に基づいて、レジスト膜に含まれる溶解粒子ユニットのうち、第１の時点から第２の時点までの間に現像液によって溶解された溶解粒子ユニットのサイズ分布を求める（ステップＳ６）。以下、このステップＳ６について詳細に説明する。
【００２０】
まず、ステップＳ５で得られた差画像に基づき、第１の時点から第２の時点までの間に現像液によって溶解された溶解粒子ユニットそれぞれの体積を算出する。走査型プローブ顕微鏡を用いることにより、３次元的な形状を把握することができるため、各溶解粒子ユニットの体積を算出することが可能である。続いて、算出された各溶解粒子ユニットの体積から各溶解粒子ユニットのサイズを求める。具体的には、算出された溶解粒子ユニットの体積に対応する体積を有する球状の溶解粒子ユニットを想定し、球状の溶解粒子ユニットの直径を求める。図３は、上述した溶解粒子ユニットのサイズ（直径）を求める処理を模式的に示した図である。図３（ａ）は差画像、図３（ｂ）は差画像から抽出された溶解粒子ユニットの３次元形状、図３（ｃ）は溶解粒子ユニットの３次元形状に基づく球状の溶解粒子ユニットを示している。図３（ｃ）に示すような球状の溶解粒子ユニットを想定することで、溶解粒子ユニットのサイズを数値化することが可能である。
【００２１】
次に、溶解粒子ユニットのサイズ分布を求める。図４は、溶解粒子ユニットのサイズ分布の一例を示した図である。すなわち、第１の時点から第２の時点までの間に現像液によって溶解された溶解粒子ユニットのサイズ分布の一例を示した図である。横軸は溶解粒子ユニットのサイズであり、縦軸は溶解粒子ユニットの個数（棒グラフ）及び密度（density）（線グラフ）である。
【００２２】
以上の説明では、第１の時点で得られた第１の画像と第２の時点で得られた第２の画像とを比較して、第１の画像と第２の画像との差画像を求めているが、実際には、さらに多くの時点でレジスト膜の画像を取得し、時間的に隣接する２つの時点の差画像を順次、時系列的に求める。このように、時系列的に差画像を求めることにより、現像液によって溶解された溶解粒子ユニットのサイズ分布の時間的な変化を求めることができる。
【００２３】
図５は、現像液によって溶解された溶解粒子ユニットのサイズ分布の時間的な変化の一例を示した図である。図５（ａ）は第１の時点の画像と第１の時点よりも後の第２の時点の画像との差画像から得られた溶解粒子ユニットのサイズ分布、図５（ｂ）は第２の時点の画像と第２の時点よりも後の第３の時点の画像との差画像から得られた溶解粒子ユニットのサイズ分布、図５（ｃ）は第３の時点の画像と第３の時点よりも後の第４の時点の画像との差画像から得られた溶解粒子ユニットのサイズ分布、図５（ｄ）は第４の時点の画像と第４の時点よりも後の第５の時点の画像との差画像から得られた溶解粒子ユニットのサイズ分布である。
【００２４】
図５に示すように、時間の経過とともに、現像液によって溶解された溶解粒子ユニットのサイズ分布が変化している。このようなサイズ分布の時間的な変化を求めることにより、レジスト膜の厚さ方向における溶解粒子ユニットのサイズ分布の変化を推定することが可能である。すなわち、レジスト膜は現像液によって徐々に溶解していくため、時間の経過とともにレジスト膜の膜厚が薄くなっていく。したがって、溶解粒子ユニットのサイズ分布の時間的な変化を求めることにより、レジスト膜に含まれる溶解粒子ユニットの厚さ方向におけるサイズ分布の変化を推定することが可能である。
【００２５】
以上のように、本実施形態によれば、レジスト膜を現像液によって溶解する処理を行っている最中に時間的に隣接する２つの画像を取得し、取得した画像どうしを比較する。このような方法により、レジスト膜が現像液によって溶解している最中の状態を的確に把握することが可能となる。特に、画像どうしの比較結果に基づいて、現像液によって溶解された溶解粒子ユニットのサイズ分布を求めることにより、レジスト膜の厚さ方向における溶解粒子ユニットのサイズ分布の変化を推定することも可能である。
【００２６】
また、走査型プローブ顕微鏡を用いることにより、現像液中にプローブを入れた状態でレジスト膜の画像を取得することができる。そのため、現像液によって溶解されている最中のレジスト膜の画像を的確に取得することが可能である。
【００２７】
また、時間的に隣接する画像間の差分を求めることにより、現像液によって溶解した部分を的確に抽出することができる。
【００２８】
また、所望のパターンを有するマスクを介してレジスト膜に露光光を照射してレジスト膜に潜像パターンを形成しておけば、パターンのエッジ近傍でのレジストの溶解の状態を的確に把握することが可能である。
【００２９】
以上のことから、本実施形態の方法を用いて、レジスト膜が溶解している最中の状態を把握することにより、レジストの溶解過程の解析や、レジストパターンに生じるＬＥＲ（line edge roughness）及びＬＷＲ（line width roughness）等の発生メカニズムの解析等を行うことが可能となる。
【００３０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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