JPH05197160A - パターン形成方法 - Google Patents
パターン形成方法Info
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- JPH05197160A JPH05197160A JP767492A JP767492A JPH05197160A JP H05197160 A JPH05197160 A JP H05197160A JP 767492 A JP767492 A JP 767492A JP 767492 A JP767492 A JP 767492A JP H05197160 A JPH05197160 A JP H05197160A
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70058—Mask illumination systems
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ハーフトーン位相シフト法を用いた場合にお
いても、レジストパターン中央部の膜減を抑制すること
ができ、良好なレジストパターンを形成することのでき
るパターン形成方法を提供すること。 【構成】 透光性基板（ＳｉＯ2 ）２０上に、透過光に
対して光学的な位相差を与える半透明材料（Ｓｉ）から
なるマスクパターン２１を形成した露光用マスクを用い
て、Ｓｉ基板２２に形成された感光性樹脂膜２３に対し
露光・現像を行い所望のパターンを作成するパターン形
成方法において、感光性樹脂膜２３としてポジ型レジス
トを用い、露光前にレジスト２３をＴＡＭＡＨの２．３
８％現像液中に３０秒晒し、水洗の後スピン乾燥を行
い、表面不溶化膜２４を形成することを特徴とする。
いても、レジストパターン中央部の膜減を抑制すること
ができ、良好なレジストパターンを形成することのでき
るパターン形成方法を提供すること。 【構成】 透光性基板（ＳｉＯ2 ）２０上に、透過光に
対して光学的な位相差を与える半透明材料（Ｓｉ）から
なるマスクパターン２１を形成した露光用マスクを用い
て、Ｓｉ基板２２に形成された感光性樹脂膜２３に対し
露光・現像を行い所望のパターンを作成するパターン形
成方法において、感光性樹脂膜２３としてポジ型レジス
トを用い、露光前にレジスト２３をＴＡＭＡＨの２．３
８％現像液中に３０秒晒し、水洗の後スピン乾燥を行
い、表面不溶化膜２４を形成することを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置の製造
におけるリソグラフィー工程に係わり、特にハーフトー
ン位相シフト法でレジストを露光するレジストパターン
形成方法に関する。
におけるリソグラフィー工程に係わり、特にハーフトー
ン位相シフト法でレジストを露光するレジストパターン
形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体技術の進歩と共に半導体装置、ひ
いては半導体素子の高速化，高集積化が進められてい
る。それに伴いパターンの微細化の必要性は益々高くな
り、パターン寸法も微細化，高精度化が要求されるよう
になっている。
いては半導体素子の高速化，高集積化が進められてい
る。それに伴いパターンの微細化の必要性は益々高くな
り、パターン寸法も微細化，高精度化が要求されるよう
になっている。
【０００３】この要求を満たす目的で、露光光源に遠紫
外光など短波長の光が用いられるようになってきた。し
かし、次世代の露光光源に用いられようとしているＫｒ
Ｆエキシマレーザの２４８ｎｍの発振線を用いたプロセ
スは、レジスト材料として化学増幅型レジストが開発さ
れつつあるものの、未だ研究段階にあり現時点での実用
化はまだ困難である。このように露光光源の波長を変え
た場合、材料開発から必要となるため実用化に至るまで
かなりの期間を要することになる。
外光など短波長の光が用いられるようになってきた。し
かし、次世代の露光光源に用いられようとしているＫｒ
Ｆエキシマレーザの２４８ｎｍの発振線を用いたプロセ
スは、レジスト材料として化学増幅型レジストが開発さ
れつつあるものの、未だ研究段階にあり現時点での実用
化はまだ困難である。このように露光光源の波長を変え
た場合、材料開発から必要となるため実用化に至るまで
かなりの期間を要することになる。
【０００４】近年、露光光源を変えずに微細化する試み
が成されてきている。その一つの手法として位相シフト
法がある。この手法では、光透過部に部分的に位相反転
層を設け、隣接するパターンからの光の回折の影響を除
去し、パターン精度の向上を図るものである。この位相
シフト法にも幾つか種類があり、隣接する２つの光透過
部の位相差を交互に１８０°設けることで形成されるレ
ベンソン型が特に知られている。
が成されてきている。その一つの手法として位相シフト
法がある。この手法では、光透過部に部分的に位相反転
層を設け、隣接するパターンからの光の回折の影響を除
去し、パターン精度の向上を図るものである。この位相
シフト法にも幾つか種類があり、隣接する２つの光透過
部の位相差を交互に１８０°設けることで形成されるレ
ベンソン型が特に知られている。
【０００５】しかし、レベンソン型の位相シフト法で
は、パターンが３つ以上隣接する場合には効果を発揮す
ることが難しい。即ち、２つのパターンの光位相差を１
８０°とした場合、もう一つのパターンは先の２つのパ
ターンのうち一方と同位相となり、その結果、位相差１
８０°のパターン同士は解像するが、位相差０°のパタ
ーン同士では非解像となるという問題点がある。この問
題を解決するためには、デバイス設計を根本から見直す
必要があり、直ちに実用化するのにかなりの困難を要す
る。
は、パターンが３つ以上隣接する場合には効果を発揮す
ることが難しい。即ち、２つのパターンの光位相差を１
８０°とした場合、もう一つのパターンは先の２つのパ
ターンのうち一方と同位相となり、その結果、位相差１
８０°のパターン同士は解像するが、位相差０°のパタ
ーン同士では非解像となるという問題点がある。この問
題を解決するためには、デバイス設計を根本から見直す
必要があり、直ちに実用化するのにかなりの困難を要す
る。
【０００６】一方、位相シフト法を用い、且つデバイス
設計変更を必要としない手法としてハーフトーン法があ
る。ハーフトーン位相シフト法の原理を図５に示す。ハ
ーフトーンマスクでは、透明基板５０上に形成されたマ
スクパターン５１は、半透明膜で形成される。この半透
明膜は、露光光を振幅透過率で１〜１６％透過し、且つ
透過部に対しマスクパターンを透過する光の位相差が１
８０±１０°以内となるように膜厚に調整したものであ
る。このようにすることで、マスクパターンエッジ部分
に相当するウェハ上の光強度を急峻にし、解像性を向上
させることを可能にしている。即ち、パターンエッジ部
分での光位相反転効果によりエッジ部分での急峻な像強
度（シフタエッジ作用）を得て、レジストパターンにつ
いて側壁角度が向上させている。
設計変更を必要としない手法としてハーフトーン法があ
る。ハーフトーン位相シフト法の原理を図５に示す。ハ
ーフトーンマスクでは、透明基板５０上に形成されたマ
スクパターン５１は、半透明膜で形成される。この半透
明膜は、露光光を振幅透過率で１〜１６％透過し、且つ
透過部に対しマスクパターンを透過する光の位相差が１
８０±１０°以内となるように膜厚に調整したものであ
る。このようにすることで、マスクパターンエッジ部分
に相当するウェハ上の光強度を急峻にし、解像性を向上
させることを可能にしている。即ち、パターンエッジ部
分での光位相反転効果によりエッジ部分での急峻な像強
度（シフタエッジ作用）を得て、レジストパターンにつ
いて側壁角度が向上させている。
【０００７】しかしながら、ハーフトーン位相シフト法
においては、エッジ部分の解像性能が向上する反面、マ
スクパターンが光を透過することに起因する現象が避け
られない。即ち、ポジ型レジストを用いた場合にはレジ
ストパターン中央部の膜減が生じ、ネガ型レジストを用
いた場合にはスペース部分での残膜が生じることが問題
となっていた。
においては、エッジ部分の解像性能が向上する反面、マ
スクパターンが光を透過することに起因する現象が避け
られない。即ち、ポジ型レジストを用いた場合にはレジ
ストパターン中央部の膜減が生じ、ネガ型レジストを用
いた場合にはスペース部分での残膜が生じることが問題
となっていた。
【０００８】図６にポジレジストを用いて作成した大面
積パターンについて、通常のＣｒマスクで露光を行った
場合のパターン形状（ａ）と、ハーフトーン位相シフト
法により露光を行った場合のパターン形状（ｂ）を示
す。ハーフトーンマスクでは暗部において微量の光を透
過させるため、比較的大きなパターンでは、（ｂ）で示
すようにパターン中央部で膜減が生じる。
積パターンについて、通常のＣｒマスクで露光を行った
場合のパターン形状（ａ）と、ハーフトーン位相シフト
法により露光を行った場合のパターン形状（ｂ）を示
す。ハーフトーンマスクでは暗部において微量の光を透
過させるため、比較的大きなパターンでは、（ｂ）で示
すようにパターン中央部で膜減が生じる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のハ
ーフトーン位相シフト法では、遮光部分にある程度の透
過性を持たせた半透明膜を用いることで、レジストパタ
ーンについて側壁角度が向上する反面、マスクパターン
が光を透過することに起因する現象、特にポジレジスト
を用いた場合にレジストパターン中央部の膜減が生じる
ことが問題となっていた。
ーフトーン位相シフト法では、遮光部分にある程度の透
過性を持たせた半透明膜を用いることで、レジストパタ
ーンについて側壁角度が向上する反面、マスクパターン
が光を透過することに起因する現象、特にポジレジスト
を用いた場合にレジストパターン中央部の膜減が生じる
ことが問題となっていた。
【００１０】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、ハーフトーン位相シフ
ト法を用いた場合においても、レジストパターン中央部
の膜減を抑制することができ、良好なレジストパターン
を形成することのできるパターン形成方法を提供するこ
とにある。
ので、その目的とするところは、ハーフトーン位相シフ
ト法を用いた場合においても、レジストパターン中央部
の膜減を抑制することができ、良好なレジストパターン
を形成することのできるパターン形成方法を提供するこ
とにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、ハーフ
トーン位相シフト法でポジ型レジストを用いたときに生
じる残膜率の低下を、レジストの硬化処理により抑制す
ることにある。
トーン位相シフト法でポジ型レジストを用いたときに生
じる残膜率の低下を、レジストの硬化処理により抑制す
ることにある。
【００１２】即ち本発明（請求項１）は、透光性基板上
に、透過光に対して光学的な位相差を与える半透明材料
からなるマスクパターンを形成した露光用マスクを用い
て、半導体基板上に形成された感光性樹脂膜に対し露光
・現像を行い所望のパターンを作成するパターン形成方
法において、感光性樹脂膜としてポジ型レジストを用
い、このレジストの現像前に、該レジストの表面に対し
硬化処理を行うことを特徴とする。
に、透過光に対して光学的な位相差を与える半透明材料
からなるマスクパターンを形成した露光用マスクを用い
て、半導体基板上に形成された感光性樹脂膜に対し露光
・現像を行い所望のパターンを作成するパターン形成方
法において、感光性樹脂膜としてポジ型レジストを用
い、このレジストの現像前に、該レジストの表面に対し
硬化処理を行うことを特徴とする。
【００１３】また本発明（請求項２）は、透光性基板上
に、透過光に対して光学的な位相差を与える半透明膜か
らなるマスクパターンを形成した露光用マスクを用い、
光学系によって均一化された光源の面又は二次光源の半
径Ｌに対し、０＜ｄ＜Ｌの関係を満たす中心より半径ｄ
の部分を暗部として形成した輪帯照明により、半導体基
板上に形成された感光性樹脂膜に対し露光・現像を行い
所望のパターンを形成するパターン形成方法において、
感光性樹脂膜としてポジ型レジストを用い、このレジス
トの現像前に、該レジストの表面に対し硬化処理を行う
ことを特徴とする。
に、透過光に対して光学的な位相差を与える半透明膜か
らなるマスクパターンを形成した露光用マスクを用い、
光学系によって均一化された光源の面又は二次光源の半
径Ｌに対し、０＜ｄ＜Ｌの関係を満たす中心より半径ｄ
の部分を暗部として形成した輪帯照明により、半導体基
板上に形成された感光性樹脂膜に対し露光・現像を行い
所望のパターンを形成するパターン形成方法において、
感光性樹脂膜としてポジ型レジストを用い、このレジス
トの現像前に、該レジストの表面に対し硬化処理を行う
ことを特徴とする。
【００１４】また、本発明の望ましい実施態様として
は、次の (1)〜(5) があげられる。 (1) 半透明膜として、半透明膜を透過した光が透明基板
のみを透過した光に対して、位相差が（１８０×（２ｎ
＋１）±１０：ｎ＝整数）°以内の関係を満たす材料及
び膜厚を選択する。
は、次の (1)〜(5) があげられる。 (1) 半透明膜として、半透明膜を透過した光が透明基板
のみを透過した光に対して、位相差が（１８０×（２ｎ
＋１）±１０：ｎ＝整数）°以内の関係を満たす材料及
び膜厚を選択する。
【００１５】(2) レジストの硬化処理として、露光する
前にレジスト表面をアルカリ性の溶液若しくは有機アル
カリ現像液に浸し、さらに水洗することにより、レジス
ト表面に不溶化膜を形成する。
前にレジスト表面をアルカリ性の溶液若しくは有機アル
カリ現像液に浸し、さらに水洗することにより、レジス
ト表面に不溶化膜を形成する。
【００１６】(3) レジストの硬化処理として、露光後に
水分含有量１０％未満の雰囲気中でレジストが感光性を
有する紫外光を照射することによって、レジスト表面に
不溶化膜を形成する。
水分含有量１０％未満の雰囲気中でレジストが感光性を
有する紫外光を照射することによって、レジスト表面に
不溶化膜を形成する。
【００１７】(4) マスクパターンの振幅透過率Ｔが光透
過部の振幅透過率Ｔ0 に対し、次式を満たすように設定
されていること。 ０．０１×Ｔ0 ≦Ｔ≦０．１６×Ｔ0
過部の振幅透過率Ｔ0 に対し、次式を満たすように設定
されていること。 ０．０１×Ｔ0 ≦Ｔ≦０．１６×Ｔ0
【００１８】（５） 輪帯照明のために、光源からの光
を集光する蠅の目レンズ等の第１集光光学系と、この第
１集光光学系で集光された光を均一化する均一化光学系
と、この均一化光学系で均一化された光を集光してマス
クに照射する第２集光光学系と、マスクを透過した光を
半導体基板上に投影する投影光学系とを備えた投影露光
装置を用いる。
を集光する蠅の目レンズ等の第１集光光学系と、この第
１集光光学系で集光された光を均一化する均一化光学系
と、この均一化光学系で均一化された光を集光してマス
クに照射する第２集光光学系と、マスクを透過した光を
半導体基板上に投影する投影光学系とを備えた投影露光
装置を用いる。
【００１９】
【作用】ポジレ型ジストを用いたときに生じる膜減に対
して、感光性樹脂表面に不溶化膜を形成し対処する手法
と、光学像をコントロールして改善する手法とがある。
感光性樹脂材料の不溶化については幾つかの手法があ
る。その手法の一つに露光する前に、感光性樹脂膜表面
をアルカリ性溶液又は有機アルカリ現像液に浸し、膜表
面の硫黄元素の相対濃度を上げ、溶解性を低減させる手
法がある。また、不溶化させる他の手法として水分を殆
ど含まない雰囲気中で、レジスト膜が感光性を有する紫
外光を照射する手法がある。この手法は表面架橋膜を形
成するものであり、加熱を行うことで更に不溶化性を高
めることが可能である。
して、感光性樹脂表面に不溶化膜を形成し対処する手法
と、光学像をコントロールして改善する手法とがある。
感光性樹脂材料の不溶化については幾つかの手法があ
る。その手法の一つに露光する前に、感光性樹脂膜表面
をアルカリ性溶液又は有機アルカリ現像液に浸し、膜表
面の硫黄元素の相対濃度を上げ、溶解性を低減させる手
法がある。また、不溶化させる他の手法として水分を殆
ど含まない雰囲気中で、レジスト膜が感光性を有する紫
外光を照射する手法がある。この手法は表面架橋膜を形
成するものであり、加熱を行うことで更に不溶化性を高
めることが可能である。
【００２０】ここで、感光性樹脂表面に不溶化膜を形成
した場合、露光すべき部分における十分な露光量であれ
ば不溶化膜を現像時に除去することができる。一方、ハ
ーフトーンマスクを用いた場合に生じる露光すべきでな
い部分における少ない露光量であると不溶化膜は除去で
きない。従って、ハーフトーンマスクを用いた場合にお
ける露光すべきでない部分の膜減りを抑えることが可能
となり、パターン中央部で窪みをなくして良好な形状の
パターンを形成することができる。
した場合、露光すべき部分における十分な露光量であれ
ば不溶化膜を現像時に除去することができる。一方、ハ
ーフトーンマスクを用いた場合に生じる露光すべきでな
い部分における少ない露光量であると不溶化膜は除去で
きない。従って、ハーフトーンマスクを用いた場合にお
ける露光すべきでない部分の膜減りを抑えることが可能
となり、パターン中央部で窪みをなくして良好な形状の
パターンを形成することができる。
【００２１】また、光学的な手法により残膜特性の改善
をはかる手法に輪帯照明技術があるが、この手法におい
ても残膜を完全に維持することは難しい。そこで、この
場合にも前述の処理を行うことが好ましい。
をはかる手法に輪帯照明技術があるが、この手法におい
ても残膜を完全に維持することは難しい。そこで、この
場合にも前述の処理を行うことが好ましい。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の詳細について図示の実施例を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００２３】図１は、本発明の各実施例方法に使用した
投影露光装置を示す概略構成図である。光源のランプと
しては、水銀灯のｇ線４３６ｎｍ，ｈ線４０５ｎｍ，ｉ
線３６５ｎｍなどの他、エキシマレーザー露光（ＫｒＦ
等）が用いられている。そして、それらは照射均一性を
高めるためにオプチカルインテグレータ（はえの目レン
ズ）等を含んだ光学系により、均一化された光となる。
図１は、上記光学系を通過後の光束を示している。図中
１は均一化された光線（２次光源）、２，３は開口絞
り、４は２次光源照射光学系、５は投影光学系、６はマ
スク、７はウェハを示している。
投影露光装置を示す概略構成図である。光源のランプと
しては、水銀灯のｇ線４３６ｎｍ，ｈ線４０５ｎｍ，ｉ
線３６５ｎｍなどの他、エキシマレーザー露光（ＫｒＦ
等）が用いられている。そして、それらは照射均一性を
高めるためにオプチカルインテグレータ（はえの目レン
ズ）等を含んだ光学系により、均一化された光となる。
図１は、上記光学系を通過後の光束を示している。図中
１は均一化された光線（２次光源）、２，３は開口絞
り、４は２次光源照射光学系、５は投影光学系、６はマ
スク、７はウェハを示している。
【００２４】このような縮小投影露光装置においては、
パターンの形成特性（解像度，焦点深度など）は、投影
光学系５のＮＡ（ＮＡ＝ｓｉｎθ）と照明光のコヒーレ
ンシイσ（σ＝ｓｉｎφ／ｓｉｎδ）で決定される。Ｎ
Ａが大きい程、解像度は上がる一方、焦点深度は減少す
る。また、コヒーレンシイσ値が小さくなると、パター
ンの淵が強調されるため、断面形状は側壁が垂直に近づ
いて良好なパターン形状となるが、細かいパターンでの
解像性が悪くなり解像し得る焦点範囲が狭くなる。逆
に、σ値が大きいと細かいパターンでの解像性、解像し
得る焦点範囲が若干良くなるが、パターン断面の側壁傾
斜が緩く、厚いレジストの場合、断面形状は台形ないし
三角形となる。このため、比較的バランスのとれたσ値
として、σ＝０．５〜０．７に固定設定されている。σ
値を設定するには２次光源１の光源面の大きさを決めれ
ば良いため、一般に２次光源１の光源面の直後にσ値設
定用の円形開口絞り２を置いている。
パターンの形成特性（解像度，焦点深度など）は、投影
光学系５のＮＡ（ＮＡ＝ｓｉｎθ）と照明光のコヒーレ
ンシイσ（σ＝ｓｉｎφ／ｓｉｎδ）で決定される。Ｎ
Ａが大きい程、解像度は上がる一方、焦点深度は減少す
る。また、コヒーレンシイσ値が小さくなると、パター
ンの淵が強調されるため、断面形状は側壁が垂直に近づ
いて良好なパターン形状となるが、細かいパターンでの
解像性が悪くなり解像し得る焦点範囲が狭くなる。逆
に、σ値が大きいと細かいパターンでの解像性、解像し
得る焦点範囲が若干良くなるが、パターン断面の側壁傾
斜が緩く、厚いレジストの場合、断面形状は台形ないし
三角形となる。このため、比較的バランスのとれたσ値
として、σ＝０．５〜０．７に固定設定されている。σ
値を設定するには２次光源１の光源面の大きさを決めれ
ば良いため、一般に２次光源１の光源面の直後にσ値設
定用の円形開口絞り２を置いている。
【００２５】図２は、本発明の第１の実施例に係わるレ
ジストパターン形成工程を示す断面図である。投影露光
用マスク（ハーフトーンマスク）６は、図２（ａ）に示
すように、ＳｉＯ2 基板（透明基板）２０上にＳｉ膜
（半透明膜）のパターン２１を形成したものである。具
体的には、ＳｉＯ2 基板２０上にＳｉ膜２１を膜厚６１
ｎｍに制御しスパッタにより形成し、これに電子線用レ
ジスト（ＳＡＬ６０１）を膜厚０．５μｍで形成し、更
にその上に塗布性有機導電膜を塗布し、これに対し電子
線で露光を行い、現像してレジストパターンを形成し
た。さらに、このレジストをマスクにＳｉ膜２１をケミ
カルドライエッチング（ＣＤＥ）により不要部分のＳｉ
を除去して作成した。このとき形成されたＳｉ膜（１１
１）の水銀ランプのｇ線に対する屈折率ｎ＝４．５７
で、光透過部に対する位相差１８０°、振幅透過率１５
％を満足している。
ジストパターン形成工程を示す断面図である。投影露光
用マスク（ハーフトーンマスク）６は、図２（ａ）に示
すように、ＳｉＯ2 基板（透明基板）２０上にＳｉ膜
（半透明膜）のパターン２１を形成したものである。具
体的には、ＳｉＯ2 基板２０上にＳｉ膜２１を膜厚６１
ｎｍに制御しスパッタにより形成し、これに電子線用レ
ジスト（ＳＡＬ６０１）を膜厚０．５μｍで形成し、更
にその上に塗布性有機導電膜を塗布し、これに対し電子
線で露光を行い、現像してレジストパターンを形成し
た。さらに、このレジストをマスクにＳｉ膜２１をケミ
カルドライエッチング（ＣＤＥ）により不要部分のＳｉ
を除去して作成した。このとき形成されたＳｉ膜（１１
１）の水銀ランプのｇ線に対する屈折率ｎ＝４．５７
で、光透過部に対する位相差１８０°、振幅透過率１５
％を満足している。
【００２６】この投影露光用マスクを用い、開口数ＮＡ
＝０．５４、コヒーレンスファクターσ＝０．５のｇ線
用露光装置を用いて露光を行った。なお、感光性樹脂膜
は、図２（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板２２上にクレー
ゾールノボラック・ナフトキノンジアジド系ポジレジス
ト２３を１．３μｍで形成し、９０℃，５分のベイキン
グを行ったものである。そして、これを露光前に、テト
ラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）
２．３８％の現像液中に３０秒晒し、水洗の後スピン乾
燥を行い、図２（ｃ）に示すように、表面不溶化膜２４
を形成したものである。
＝０．５４、コヒーレンスファクターσ＝０．５のｇ線
用露光装置を用いて露光を行った。なお、感光性樹脂膜
は、図２（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板２２上にクレー
ゾールノボラック・ナフトキノンジアジド系ポジレジス
ト２３を１．３μｍで形成し、９０℃，５分のベイキン
グを行ったものである。そして、これを露光前に、テト
ラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）
２．３８％の現像液中に３０秒晒し、水洗の後スピン乾
燥を行い、図２（ｃ）に示すように、表面不溶化膜２４
を形成したものである。
【００２７】次いで、前記の投影露光用マスクを用い
て、図２（ｄ）に示すように、ポジ型レジスト２３を露
光した。ここで、２５は露光された領域を示す。次い
で、ＴＭＡＨ２．３８％で５０秒の現像を行い、図２
（ｅ）に示すように、レジストパターン２６を形成し
た。このとき、不溶化膜２４の存在により、レジスト残
りパターンの中央部が窪む等の不都合はなかった。な
お、本手法において現像前１１０℃，１分のベイキング
を更に行っても効果的である。
て、図２（ｄ）に示すように、ポジ型レジスト２３を露
光した。ここで、２５は露光された領域を示す。次い
で、ＴＭＡＨ２．３８％で５０秒の現像を行い、図２
（ｅ）に示すように、レジストパターン２６を形成し
た。このとき、不溶化膜２４の存在により、レジスト残
りパターンの中央部が窪む等の不都合はなかった。な
お、本手法において現像前１１０℃，１分のベイキング
を更に行っても効果的である。
【００２８】以上の工程により、０．４５μｍパターン
がハーフトーンマスクを用いた場合にフォーカスマージ
ン０．８μｍで解像したものが、表面不溶化膜を形成す
ることで１．０μｍまで向上した。
がハーフトーンマスクを用いた場合にフォーカスマージ
ン０．８μｍで解像したものが、表面不溶化膜を形成す
ることで１．０μｍまで向上した。
【００２９】本実施例で用いたハーフトーンマスクと表
面不溶化処理を施した感光性樹脂膜を用い、更に輪帯照
明を併用した実験を次に行った。輪帯照明は、蝿の目レ
ンズ群の直径Ｌに対し、中心より半径ｄ＝０．６５Ｌを
遮蔽して行った。輪帯照明とハーフトーンマスクを組み
合わせた場合０．４５μｍパターンがフォーカスマージ
ン１．３μｍで解像したものが、表面不溶化膜を形成す
ることで１．７μｍまで向上することを確認した。
面不溶化処理を施した感光性樹脂膜を用い、更に輪帯照
明を併用した実験を次に行った。輪帯照明は、蝿の目レ
ンズ群の直径Ｌに対し、中心より半径ｄ＝０．６５Ｌを
遮蔽して行った。輪帯照明とハーフトーンマスクを組み
合わせた場合０．４５μｍパターンがフォーカスマージ
ン１．３μｍで解像したものが、表面不溶化膜を形成す
ることで１．７μｍまで向上することを確認した。
【００３０】このように本実施例方法によれば、ハーフ
トーン位相シフト法でレジスト２３を露光する際に、予
めレジスト２３の表面をＴＭＡＨ現像液に浸し、水洗処
理することにより、レジスト２３の表面に不溶化膜２４
を形成している。このため、ハーフトーン位相シフト法
で問題となるレジストパターン中央部の膜減を抑制する
ことができる。従って、良好なレジストパターンを形成
することができ、その後のパターン加工の精度向上をは
かることが可能となる。
トーン位相シフト法でレジスト２３を露光する際に、予
めレジスト２３の表面をＴＭＡＨ現像液に浸し、水洗処
理することにより、レジスト２３の表面に不溶化膜２４
を形成している。このため、ハーフトーン位相シフト法
で問題となるレジストパターン中央部の膜減を抑制する
ことができる。従って、良好なレジストパターンを形成
することができ、その後のパターン加工の精度向上をは
かることが可能となる。
【００３１】図３は、本発明の第２の実施例に係わるレ
ジストパターン形成工程を示す断面図である。この実施
例では、まず図３（ａ）に示すように、Ｓｉ基板３２上
にクレーゾールノボラック・ナフトキノンジアジド系ポ
ジレジスト３３を１．３μｍで形成し、９０℃５分のベ
イキングを行った。この基板に対し、前記図２（ａ）に
示すハーフトーンマスクを用いて、図３（ｂ）に示すよ
うに露光を行った。ここで、３５は露光領域を示す。
ジストパターン形成工程を示す断面図である。この実施
例では、まず図３（ａ）に示すように、Ｓｉ基板３２上
にクレーゾールノボラック・ナフトキノンジアジド系ポ
ジレジスト３３を１．３μｍで形成し、９０℃５分のベ
イキングを行った。この基板に対し、前記図２（ａ）に
示すハーフトーンマスクを用いて、図３（ｂ）に示すよ
うに露光を行った。ここで、３５は露光領域を示す。
【００３２】ここで用いたハーフトーンマスクは、クオ
ーツ基板上にＳｉをＮ2 雰囲気中で膜厚８０ｎｍに制御
しスパッタしたもので、このとき形成されたＳｉ膜の水
銀ランプのｉ線に対し、光透過部に対する位相差１８０
°、強度透過率１３％を満足している。
ーツ基板上にＳｉをＮ2 雰囲気中で膜厚８０ｎｍに制御
しスパッタしたもので、このとき形成されたＳｉ膜の水
銀ランプのｉ線に対し、光透過部に対する位相差１８０
°、強度透過率１３％を満足している。
【００３３】次いで、水銀ランプの２５０〜３３０ｎｍ
の光をＮ2 雰囲気中でレジスト３３に照射しながら１２
０℃，２分のベイキングを行い、図３（ｃ）に示すよう
に非露光部表面に架橋膜（不溶化膜）３４を形成した。
このときの窒素雰囲気の水含有量は５％程度であった。
また、不溶化膜３４は露光量の少ない部分のみに形成さ
れた。
の光をＮ2 雰囲気中でレジスト３３に照射しながら１２
０℃，２分のベイキングを行い、図３（ｃ）に示すよう
に非露光部表面に架橋膜（不溶化膜）３４を形成した。
このときの窒素雰囲気の水含有量は５％程度であった。
また、不溶化膜３４は露光量の少ない部分のみに形成さ
れた。
【００３４】次いで、ＴＭＡＨ２．３８％の現像液で５
０秒の現像を行い、図３（ｄ）に示すようにレジストパ
ターン３６を形成した。本手法により、０．４０μｍパ
ターンがハーフトーンマスクを用いた場合にフォーカス
マージン０．６μｍで解像したものが、表面不溶化膜を
形成することで１．２μｍまで向上した。
０秒の現像を行い、図３（ｄ）に示すようにレジストパ
ターン３６を形成した。本手法により、０．４０μｍパ
ターンがハーフトーンマスクを用いた場合にフォーカス
マージン０．６μｍで解像したものが、表面不溶化膜を
形成することで１．２μｍまで向上した。
【００３５】本実施例で用いたハーフトーンマスクと、
更に輪帯照明を併用した実験を次に行った。輪帯照明
は、蝿の目レンズ群の直径Ｌに対し、中心より半径ｄ＝
0.65Ｌを遮蔽して行った。帯輪照明とハーフトーンマス
クを組み合わせた場合に０．４μｍパターンがフォーカ
スマージン１．２μｍで解像したものが、表面不溶化膜
を形成することで１．９μｍまで向上することを確認し
た。図４は、本発明の第３の実施例に係わるレジストパ
ターン形成工程を示す断面図である。
更に輪帯照明を併用した実験を次に行った。輪帯照明
は、蝿の目レンズ群の直径Ｌに対し、中心より半径ｄ＝
0.65Ｌを遮蔽して行った。帯輪照明とハーフトーンマス
クを組み合わせた場合に０．４μｍパターンがフォーカ
スマージン１．２μｍで解像したものが、表面不溶化膜
を形成することで１．９μｍまで向上することを確認し
た。図４は、本発明の第３の実施例に係わるレジストパ
ターン形成工程を示す断面図である。
【００３６】この実施例では、まず図４（ａ）に示すよ
うに、Ｓｉ基板上４２にポリビニルアルコールを樹脂成
分に持つネガレジスト４３を１．３μｍで形成し、１１
０℃５分のベイキングを行った。この基板に対し、前記
図２（ａ）に示すハーフトーンマスクを用い、図４
（ｂ）に示すように露光を行った。ここで、４５は露光
領域を示す。
うに、Ｓｉ基板上４２にポリビニルアルコールを樹脂成
分に持つネガレジスト４３を１．３μｍで形成し、１１
０℃５分のベイキングを行った。この基板に対し、前記
図２（ａ）に示すハーフトーンマスクを用い、図４
（ｂ）に示すように露光を行った。ここで、４５は露光
領域を示す。
【００３７】ここで用いたハーフトーンマスクはクオー
ツ基板上にＳｉをＮ2 雰囲気中で膜厚８０ｎｍに制御し
スパッタしたもので、このとき形成されたＳｉ膜の水銀
ランプのｉ線に対し、光透過部に対する位相差１８０
°、強度透過率１３％を満足している。
ツ基板上にＳｉをＮ2 雰囲気中で膜厚８０ｎｍに制御し
スパッタしたもので、このとき形成されたＳｉ膜の水銀
ランプのｉ線に対し、光透過部に対する位相差１８０
°、強度透過率１３％を満足している。
【００３８】次いで、１３０℃２分のベイキングを行っ
た後、ＴＭＡＨ２．３８％の現像液で１２０秒の現像を
行い、図４（ｃ）に示すようにレジストパターン４６を
形成した。ここで、スペース部分に残渣４７が生じたた
め、基板をさらに真空引き可能なチャンバの中に入れ、
十分に真空引きした後、酸素ガスを流量２０sccmで注入
し、放電させ、酸素プラズマに20秒晒し、図４（ｄ）に
示すように残渣４７を除去した。なおこの際、レジスト
パターンも若干膜減が生じたが精度的には問題の無い範
囲であった。
た後、ＴＭＡＨ２．３８％の現像液で１２０秒の現像を
行い、図４（ｃ）に示すようにレジストパターン４６を
形成した。ここで、スペース部分に残渣４７が生じたた
め、基板をさらに真空引き可能なチャンバの中に入れ、
十分に真空引きした後、酸素ガスを流量２０sccmで注入
し、放電させ、酸素プラズマに20秒晒し、図４（ｄ）に
示すように残渣４７を除去した。なおこの際、レジスト
パターンも若干膜減が生じたが精度的には問題の無い範
囲であった。
【００３９】本実施例で用いたハーフトーンマスクと、
更に輪帯照明を併用した実験を次に行った。輪帯照明
は、蝿の目レンズ群の直径Ｌに対し、中心より半径ｄ＝
0.65Ｌを遮蔽して行った。この場合も、レジストパター
ン形成後に酸素原子を含むプラズマ或いはラジカル中に
晒すことにより、スペース部分に残渣のない良好なレジ
ストパターンが得られた。
更に輪帯照明を併用した実験を次に行った。輪帯照明
は、蝿の目レンズ群の直径Ｌに対し、中心より半径ｄ＝
0.65Ｌを遮蔽して行った。この場合も、レジストパター
ン形成後に酸素原子を含むプラズマ或いはラジカル中に
晒すことにより、スペース部分に残渣のない良好なレジ
ストパターンが得られた。
【００４０】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。第１の実施例ではポジ型レジストの
硬化処理として、露光前にＴＡＭＨ現像液による処理を
行ったが、処理液としてはＴＡＭＨに限らず、アルカリ
性の溶液若しくは有機アルカリ現像液を用いることがで
きる。また、第２の実施例ではポジ型レジストの硬化処
理として、露光後に水銀ランプの光をＮ2 雰囲気中でレ
ジストに照射しながらベイキングしたが、水分含有量１
０％未満の雰囲気中でレジストが感光性を有する紫外光
を照射すれば同様の効果が得られる。その他、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが
できる。
れるものではない。第１の実施例ではポジ型レジストの
硬化処理として、露光前にＴＡＭＨ現像液による処理を
行ったが、処理液としてはＴＡＭＨに限らず、アルカリ
性の溶液若しくは有機アルカリ現像液を用いることがで
きる。また、第２の実施例ではポジ型レジストの硬化処
理として、露光後に水銀ランプの光をＮ2 雰囲気中でレ
ジストに照射しながらベイキングしたが、水分含有量１
０％未満の雰囲気中でレジストが感光性を有する紫外光
を照射すれば同様の効果が得られる。その他、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが
できる。
【００４１】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、現
像前にレジストに硬化効果処理を施すことにより、ハー
フトーン位相シフト法で問題となっている現象、即ちポ
ジ型レジストを用いた場合におけるレジストパターン中
央部の膜減を抑制することができ、良好なレジストパタ
ーンを形成することが可能となる。また本発明は、ハー
フトーンマスクに輪帯照明露光を組み合わせたときにも
有効である。
像前にレジストに硬化効果処理を施すことにより、ハー
フトーン位相シフト法で問題となっている現象、即ちポ
ジ型レジストを用いた場合におけるレジストパターン中
央部の膜減を抑制することができ、良好なレジストパタ
ーンを形成することが可能となる。また本発明は、ハー
フトーンマスクに輪帯照明露光を組み合わせたときにも
有効である。
【図１】本発明の各実施例に用いた投影露光装置を示す
概略構成図、
概略構成図、
【図２】第１の実施例に係わるレジストパターン形成工
程を示す断面図、
程を示す断面図、
【図３】第２の実施例に係わるレジストパターン形成工
程を示す断面図、
程を示す断面図、
【図４】第３の実施例に係わるレジストパターン形成工
程を示す断面図、
程を示す断面図、
【図５】ハーフトーン位相シフト法の原理を説明するた
めの図、
めの図、
【図６】ハーフトーン位相シフト法による問題点を説明
するための図。
するための図。
１…２次光源、 ２，３…開口絞り、 ４…２次光源照射光学系、 ５…投影光学系、 ６…マスク、 ７…ウェハ、 ２０…ＳｉＯ2 基板（透明基板）、 ２１…Ｓｉパターン、 ２２，３２，４２…Ｓｉ基板、 ２３，３３，４３…ポジ型レジスト、 ２４，３４…表面不溶化膜、 ２５，３５，３５…露光された領域、 ２６，３６…レジストパターン。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/027 8831−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 21/30 ３４１ Ｓ 7352−4Ｍ ３６１ Ｆ
Claims (2)
- 【請求項１】透光性基板上に、透過光に対して光学的な
位相差を与える半透明材料からなるマスクパターンを形
成した露光用マスクを用いて、半導体基板上に形成され
た感光性樹脂膜に対し露光・現像を行い所望のパターン
を作成するパターン形成方法において、 前記感光性樹脂膜としてポジ型レジストを用い、このレ
ジストの現像前に、該レジストの表面に対し硬化処理を
行うことを特徴とするパターン形成方法。 - 【請求項２】透光性基板上に、透過光に対して光学的な
位相差を与える半透明材料からなるマスクパターンを形
成した露光用マスクを用い、光学系によって均一化され
た光源の面又は二次光源の半径Ｌに対し、０＜ｄ＜Ｌの
関係を満たす中心より半径ｄの部分を暗部として形成し
た輪帯照明により、半導体基板上に形成された感光性樹
脂膜に対し露光・現像を行い所望のパターンを形成する
パターン形成方法において、 前記感光性樹脂膜としてポジ型レジストを用い、このレ
ジストの現像前に、該レジストの表面に対し硬化処理を
行うことを特徴とするパターン形成方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP767492A JPH05197160A (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | パターン形成方法 |
| KR1019920019001A KR950004968B1 (ko) | 1991-10-15 | 1992-10-15 | 투영노광 장치 |
| US08/411,844 US5621498A (en) | 1991-10-15 | 1995-03-28 | Projection exposure apparatus |
| US08/468,327 US5627626A (en) | 1902-01-20 | 1995-06-06 | Projectin exposure apparatus |
| US08/467,600 US5707501A (en) | 1991-10-15 | 1995-06-06 | Filter manufacturing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP767492A JPH05197160A (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | パターン形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05197160A true JPH05197160A (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=11672347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP767492A Pending JPH05197160A (ja) | 1902-01-20 | 1992-01-20 | パターン形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05197160A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0876351A (ja) * | 1994-09-06 | 1996-03-22 | Nec Corp | 位相シフトマスクおよびその作製方法 |
| US5902717A (en) * | 1996-02-28 | 1999-05-11 | Nec Corporation | Method of fabricating semiconductor device using half-tone phase shift mask |
| US7550043B2 (en) | 2002-12-20 | 2009-06-23 | Tokyo Electron Limited | Substrate processing method and substrate processing apparatus |
-
1992
- 1992-01-20 JP JP767492A patent/JPH05197160A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0876351A (ja) * | 1994-09-06 | 1996-03-22 | Nec Corp | 位相シフトマスクおよびその作製方法 |
| US5902717A (en) * | 1996-02-28 | 1999-05-11 | Nec Corporation | Method of fabricating semiconductor device using half-tone phase shift mask |
| US7550043B2 (en) | 2002-12-20 | 2009-06-23 | Tokyo Electron Limited | Substrate processing method and substrate processing apparatus |
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