JP2005045085A - Method for exposure and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP2005045085A JP2003278714A JP2003278714A JP2005045085A JP 2005045085 A JP2005045085 A JP 2005045085A JP 2003278714 A JP2003278714 A JP 2003278714A JP 2003278714 A JP2003278714 A JP 2003278714A JP 2005045085 A JP2005045085 A JP 2005045085A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for exposure by which a resist pattern can be obtained with a high aspect ratio. <P>SOLUTION: The method for exposure includes a step of forming a resist 1 which is a photosensitive material on a substrate S in a prescribed thickness, and a step of exposing the resist 1 to light by changing the luminous exposure between a portion P1 of a resist pattern P to be formed and the peripheral section P2 of the resist pattern P at the time of forming a prescribed resist pattern P by exposing the resist 1 to the light. The method also includes a step of leaving the part of the resist 1 corresponding to the portion P1 of the resist pattern P with a sufficient height and, at the same time, slightly leaving the part of the resist 1 corresponding to the peripheral section P2 of the pattern P by developing the exposed resist 1. After the method for exposure, in addition, ion implantation and etching are performed on the substrate S through the resist 1. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基板上に形成した感光材料に対する露光によって所定形状のパターンを形成する露光方法および半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to an exposure method for forming a pattern having a predetermined shape by exposure to a photosensitive material formed on a substrate, and a method for manufacturing a semiconductor device.

従来より、半導体装置の製造におけるイオン注入工程でのマスク、もしくは半導体装置やマイクロマシーンでのドライエッチング工程でのマスクとして、高分子樹脂からなるレジストが用いられる。それらのレジストから成るマスク・パターンは、一般的に光リソグラフィ技術を用いて形成される。つまり、対象基板上にレジストを回転塗布し、水銀ランプのi線(波長365nm)やKrFエキシマレーザ(波長248nm)を光源とする露光装置を用いて、原版のパターンを露光転写し、さらにアルカリ現像液を用いて現像することで、所望するレジスト・パターンを形成する。   Conventionally, a resist made of a polymer resin is used as a mask in an ion implantation process in manufacturing a semiconductor device or a mask in a dry etching process in a semiconductor device or a micromachine. A mask pattern made of these resists is generally formed by using an optical lithography technique. In other words, a resist is spin-coated on the target substrate, the original pattern is exposed and transferred using an exposure device that uses a mercury lamp i-line (wavelength 365 nm) or a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) as a light source, and then alkali development is performed. A desired resist pattern is formed by developing with a liquid.

マスクとなるレジスト・パターンは、イオン注入工程では、基板に注入されるイオンを遮蔽するのに十分な厚さにし、またドライエッチング工程では、基板をエッチングしたときに、十分レジストが残る厚さにする必要がある。   In the ion implantation process, the resist pattern used as a mask has a thickness sufficient to shield ions implanted into the substrate, and in the dry etching process, the resist pattern has a thickness sufficient to leave the resist when the substrate is etched. There is a need to.

近年では、半導体装置の微細集積化にともない、イオン注入工程でのマスク・パターンのサイズが小さくなってきている。さらに、深いウェルなどの形成には、MeVクラスの高エネルギーのイオン注入が必要であり、それを遮蔽するのには厚いレジストが必要になっている。   In recent years, with the fine integration of semiconductor devices, the size of the mask pattern in the ion implantation process has been reduced. Furthermore, formation of deep wells and the like requires high energy ion implantation of MeV class, and a thick resist is necessary to shield them.

また、半導体装置の微細集積化にともない、ドライエッチング工程では、従来のマスクとしてのレジストの厚さを確保しつつ、マスク・パターンのサイズだけが小さくなっている。   As the semiconductor device is finely integrated, in the dry etching process, only the mask pattern size is reduced while ensuring the thickness of the resist as a conventional mask.

また、マイクロマシーンや光導波路チップの作成には、基板を数μm以上深く掘り込むことが必要であり、無機膜のハードマスクを用いるにしても、その無機膜も十分厚くする必要があり、その無機膜をエッチングするためには、レジストも十分厚くする必要がある。このマイクロマシーンや光導波路チップのサイズも微細化しているので、パターンの2次元サイズも小さくなっている。   In addition, for the production of micromachines and optical waveguide chips, it is necessary to dig deeper into the substrate by several μm or more, and even if an inorganic film hard mask is used, the inorganic film must also be sufficiently thick. In order to etch the inorganic film, the resist needs to be sufficiently thick. Since the size of the micromachine and the optical waveguide chip is miniaturized, the two-dimensional size of the pattern is also reduced.

以上の理由により、2次元的には寸法が小さく、かつ厚いレジスト・パターンを形成する要請が高まってきている。つまり、高アスペクト比のレジストを形成する必要がある。しかし、光リソグラフィ技術では、現像後のリンス処理で付着するリンス液の表面張力によってレジスト・パターンが倒れたり、パターン微細化に伴うデフォーカス余裕度の不足によるパターンの倒れがおきて、3以上のアスペクト比のレジスト・パターンを形成するのが困難となっている。   For these reasons, there is an increasing demand for forming a resist pattern that is two-dimensionally small in size and thick. That is, it is necessary to form a resist with a high aspect ratio. However, in the optical lithography technology, the resist pattern collapses due to the surface tension of the rinsing liquid adhering in the rinsing process after development, or the pattern collapses due to insufficient defocus margin due to pattern miniaturization. It is difficult to form an aspect ratio resist pattern.

ここで、特許文献1では、レジストの倒れを防止する観点から、レジスト現像後に現像液を洗い流すリンス液を減圧雰囲気下で気化させることで、スピンドライの時にリンス液からレジスト・パターンに加わる力を低減させる技術が開示されている。   Here, in Patent Document 1, from the viewpoint of preventing the resist from collapsing, the force applied to the resist pattern from the rinse liquid at the time of spin-drying is obtained by vaporizing a rinse liquid for washing away the developer after resist development in a reduced-pressure atmosphere. Techniques for reducing are disclosed.

特開平7−142301号公報JP-A-7-142301

しかしながら、特許文献1に開示される技術では、レジスト現像後にリンス液を減圧雰囲気下におく必要があり、処理工程の増加を招くという問題が生じる。   However, in the technique disclosed in Patent Document 1, it is necessary to place the rinse solution in a reduced-pressure atmosphere after resist development, which causes a problem of increasing the number of processing steps.

本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、基板上に感光材料を所定の厚さに形成する工程と、感光材料を露光して所定のパターンを形成するにあたり、形成するパターンの部分とそのパターンの周辺部分とで露光量を変えて露光を行う工程と、露光後の感光材料を現像することで、パターンの部分に対応する感光材料を残すとともに、パターンの周辺部分に対応する感光材料をわずかに残す工程とを備える露光方法である。また、この露光方法を行った後、残ったパターンを介して基板に対するイオン注入やエッチングを施す半導体装置の製造方法でもある。   The present invention has been made to solve such problems. That is, according to the present invention, when forming a predetermined pattern by exposing the photosensitive material to a predetermined thickness and exposing the photosensitive material to a predetermined thickness, the pattern material to be formed and the peripheral portion of the pattern are exposed. A step of performing exposure by changing the amount; and a step of developing the exposed photosensitive material to leave a photosensitive material corresponding to a pattern portion and a slight amount of a photosensitive material corresponding to a peripheral portion of the pattern. It is an exposure method. In addition, after performing this exposure method, it is also a method for manufacturing a semiconductor device in which ion implantation or etching is performed on the substrate through the remaining pattern.

このような本発明では、基板上に形成した感光材料を露光して所定のパターンを形成するにあたり、そのパターンとともにパターンの周辺部分にわずかに感光材料を残すようにしているため、この周辺部分に残ったわずかな感光材料がパターンの支えとなる。つまり、支えとなる周辺部分と所定のパターンとが同一材料であるため、これらの密着性を利用して基板上に高アスペクト比のパターンを形成できるようになる。   In the present invention, when the photosensitive material formed on the substrate is exposed to form a predetermined pattern, the photosensitive material is left slightly in the peripheral portion of the pattern together with the pattern. The remaining light-sensitive material supports the pattern. That is, since the supporting peripheral portion and the predetermined pattern are made of the same material, a high aspect ratio pattern can be formed on the substrate by utilizing these adhesion properties.

本発明では、所定のパターンの周辺に支えがあるため例えばアスペクト比が3以上のレジスト・パターンを、パターン倒れなく形成することが可能となる。また、パターンおよびその支持を同じ感光材料で構成しているため、その後の処理に影響を与えず、しかもわずかに残った感光材料を別工程で除去しなくても済むことから、工程数増加を防止できるようになる。これにより、高エネルギーイオン注入用のマスクとなる高アスペクト比のレジスト・パターンを確実に形成することが可能となる。また、厚い膜をドライエッチングするときのマスクとなる高アスペクト比のレジスト・パターンも形成することが可能となる。   In the present invention, since there is support around the predetermined pattern, for example, a resist pattern having an aspect ratio of 3 or more can be formed without pattern collapse. In addition, since the pattern and its support are made of the same photosensitive material, the subsequent processing is not affected, and the remaining photosensitive material does not have to be removed in a separate process, increasing the number of processes. Can be prevented. This makes it possible to reliably form a high aspect ratio resist pattern that serves as a mask for high energy ion implantation. It is also possible to form a high aspect ratio resist pattern that serves as a mask when dry etching a thick film.

以下に本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図1は、本実施形態に係る露光方法を説明する模式断面図である。すなわち、本実施形態に係る露光方法は、基板S上に形成した感光材料であるレジスト1を露光して所定のパターンを形成するにあたり、形成するパターンの部分P1とそのパターンの周辺部分P2とで露光量を変えて露光を行い、この露光後のレジスト1を現像することで、パターンの部分P1に対応するレジスト1を残すとともに、パターンの周辺部分P2に対応するレジスト1をわずかに残し、このわずかに残った周辺部分P2のレジスト1を支えとして高アスペクト比のパターンを形成する方法である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining an exposure method according to this embodiment. That is, in the exposure method according to the present embodiment, when a predetermined pattern is formed by exposing the resist 1 which is a photosensitive material formed on the substrate S, the pattern portion P1 to be formed and the peripheral portion P2 of the pattern are formed. The exposure is performed by changing the exposure amount, and the resist 1 after the exposure is developed, thereby leaving the resist 1 corresponding to the pattern portion P1, and leaving the resist 1 corresponding to the peripheral portion P2 of the pattern slightly. This is a method of forming a pattern with a high aspect ratio while supporting the resist 1 in the slightly remaining peripheral portion P2.

具体的には、形成するパターンの原版となるレチクルMのパターンと対応する部分M1および背景部M2の光透過率を調整することにより、パターンとなる部分P1のレジスト1を厚く形成し、かつパターン背景部である周辺部分P2のレジスト1を薄く形成し、全体として土台があるレジスト・パターン形状にすることにより、現像後のリンス時の表面張力等による横からの力に対して耐性を強化することを特徴としている。   Specifically, the resist 1 of the portion P1 to be the pattern is formed thick by adjusting the light transmittance of the portion M1 and the background portion M2 corresponding to the pattern of the reticle M that is the original of the pattern to be formed, and the pattern By thinly forming the resist 1 in the peripheral portion P2, which is the background portion, and forming a resist pattern shape with a base as a whole, the resistance to lateral force due to surface tension during rinsing after development is enhanced. It is characterized by that.

露光方法としては、先ず、図1(a)に示すように、基板S上にネガ型のレジスト1を厚く成膜する。次いで、例えば石英基板上で、所望する微細パターン以外のところ(背景部M2)に半透明膜を形成したレチクルMを用意し、露光装置を用いてレジスト1に露光転写する。   As an exposure method, first, as shown in FIG. 1A, a negative resist 1 is formed thickly on a substrate S. Next, for example, on a quartz substrate, a reticle M in which a translucent film is formed on a portion other than a desired fine pattern (background portion M2) is prepared, and exposed and transferred to the resist 1 using an exposure apparatus.

図1(b)に示すように、この露光転写によってレチクルMのパターンとなる部分M1からの露光量は多く、背景部M2からの露光量は少なくなる。次に、基板2を加熱、冷却したのち、アルカリ現像液を用いて現像し、次に純水でリンスし、さらに基板Sを乾燥させる。   As shown in FIG. 1B, the exposure amount from the portion M1 that becomes the pattern of the reticle M by this exposure transfer is large, and the exposure amount from the background portion M2 is small. Next, the substrate 2 is heated and cooled, and then developed using an alkaline developer, then rinsed with pure water, and the substrate S is dried.

これにより、図1(c)に示すように、高アスペクト比から成るレジスト・パターンPが形成され、レジスト・パターンPの背景部分P2にもレジスト1が薄く残る状態で形成される。つまり、高アスペクト比のレジスト・パターンPに対して背景部分P2のレジスト1が土台となる。   As a result, as shown in FIG. 1C, a resist pattern P having a high aspect ratio is formed, and the resist 1 is also formed in the background portion P2 of the resist pattern P in a thin state. That is, the resist 1 in the background portion P2 is the basis for the resist pattern P having a high aspect ratio.

この背景部分P2はレジスト・パターンPの幅に対して多くの面積が基板Sと密着しているとともに、レジスト・パターンPと同じ材料(レジスト1)で一体的に構成されるため、力学的に非常に強固となる。したがって、レジスト・パターンPを形成した後、リンス処理時に生じやすいパターンの倒れを確実に防止できるようになる。   The background portion P2 has a large area in close contact with the substrate S with respect to the width of the resist pattern P and is integrally formed of the same material (resist 1) as the resist pattern P. It becomes very strong. Therefore, after the resist pattern P is formed, it is possible to reliably prevent the pattern from falling down that is likely to occur during the rinsing process.

図2は、ネガ型のレジストに、遮光膜のない素ガラス・レチクルで露光した場合の露光量と現像後に形成されるネガレジスト厚さとの関係を示す図である。この図の縦軸がレジスト膜厚、横軸が露光量を対数表示した値である。この関係より、ネガレジストに対する露光量が小さいとネガレジストは架橋せず、現像後の膜厚はゼロとなる。一方、ネガレジストに対する露光量を上げていくとネガレジストの一部が架橋し、現像後の膜厚が増加する。そして、ある露光量になると、ほぼ成膜したネガレジストと同じの厚さとなり、これ以上露光量を上げても、現像後の膜厚は増加しない。   FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the exposure amount when a negative resist is exposed with a bare glass reticle without a light-shielding film and the thickness of the negative resist formed after development. In this figure, the vertical axis represents the resist film thickness, and the horizontal axis represents the logarithm of the exposure amount. From this relationship, when the exposure amount for the negative resist is small, the negative resist is not crosslinked, and the film thickness after development becomes zero. On the other hand, when the exposure amount for the negative resist is increased, a part of the negative resist is crosslinked, and the film thickness after development is increased. When a certain amount of exposure is reached, the thickness becomes substantially the same as that of the negative resist formed, and even if the amount of exposure is increased further, the film thickness after development does not increase.

ここで、所望するレジスト・パターンPを形成するのに最適な露光量をE0、そのとき現像後に形成されるネガレジストの膜厚をT0とする。また、パターンの背景部分P2に形成するネガレジストの希望する厚さをT1とする。すると、図2に示す関係から、厚さT1のネガレジストを形成するには、パターンの背景部分P2には露光量E1の光を照射する必要がある。以上により、レチクルMの背景部分M2に形成する半透明膜の透過率は、Log(T1)/Log(T0)にする。なお、半透明膜の透過率は、半透明膜の厚さに比例するので、その膜厚で調整する。   Here, the optimum exposure amount for forming the desired resist pattern P is E0, and the film thickness of the negative resist formed after development is T0. Further, a desired thickness of the negative resist formed on the background portion P2 of the pattern is T1. Then, from the relationship shown in FIG. 2, in order to form a negative resist having a thickness T1, the background portion P2 of the pattern needs to be irradiated with light having an exposure amount E1. As described above, the transmissivity of the translucent film formed on the background portion M2 of the reticle M is Log (T1) / Log (T0). The transmissivity of the semitransparent film is proportional to the thickness of the translucent film and is adjusted by the film thickness.

このようなレチクルMを用いて露光を行うことにより、パターンの部分P1と背景部分P2との露光量を変えることができ、パターンの部分P1には高さのあるレジスト・パターンPが形成され、背景部分P2には薄くレジスト1を残すことができる。   By performing exposure using such a reticle M, the exposure amount of the pattern portion P1 and the background portion P2 can be changed, and a resist pattern P having a height is formed in the pattern portion P1, The resist 1 can be left thin in the background portion P2.

なお、このように背景部分P2に薄くレジスト1が残っていても、半導体装置の製造工程における高エネルギーのイオン注入工程や、半導体装置、マイクロマシーンなどにおける厚膜をドライエッチングする工程では、薄く残るレジスト1の影響を考慮しなくて済むため、背景部分P2に残ったレジスト1を別工程で除去する必要はない。したがって、全体としての工程増加を防止することができる。   Even if the resist 1 remains thin in the background portion P2 in this way, it remains thin in the high energy ion implantation process in the manufacturing process of the semiconductor device or in the dry etching process of the thick film in the semiconductor device, micromachine, or the like. Since it is not necessary to consider the influence of the resist 1, it is not necessary to remove the resist 1 remaining in the background portion P2 in a separate process. Therefore, an increase in the number of processes as a whole can be prevented.

後の工程が高エネルギーのイオン注入工程においては、高エネルギーで飛行するイオンが物質に注入されるとき、イオンが止まる寸前でそのエネルギーの多くを失うという性質がある。したがって、パターンの背景部分P2に薄くレジスト1が残っていても、イオンはほとんどエネルギーを失うことなく基板Sの所望する深さに問題なく注入することが可能である。   The later process is a high energy ion implantation process, and when ions flying at a high energy are injected into a material, the energy is lost immediately before the ions stop. Therefore, even if the resist 1 remains thin in the background portion P2 of the pattern, ions can be implanted to the desired depth of the substrate S without any problem with almost no energy loss.

また、厚膜をドライエッチングする工程においては、エッチングの初期に、パターンの背景部分P2にあるレジスト1の薄膜を除去することができる(ブレークスルー)。そのとき、本来マスクとなるレジスト・パターンPの上部も一部エッチングされるが、その量は小さいので、十分レジスト膜を残して、被エッチング膜をエッチングすることができる。   In the step of dry etching the thick film, the thin film of the resist 1 in the background portion P2 of the pattern can be removed (breakthrough) at the initial stage of etching. At this time, a part of the upper part of the resist pattern P, which is originally a mask, is also etched, but the amount is small, so that the film to be etched can be etched leaving a sufficient resist film.

また、図1に示すレチクルMでは、形成するレジスト・パターンP以外の部分と対応する背景部分M2に全て半透明膜を形成し、露光後の背景部分P2全体にレジスト1の薄膜を残すようにしたが、図3(a)に示すようなレチクルMを用い、図3(b)に示すように、形成するレジスト・パターンPの周辺部分P3のみにレジスト1の薄膜を残すようにしてもよい。   Further, in the reticle M shown in FIG. 1, a semitransparent film is formed on the background portion M2 corresponding to the portion other than the resist pattern P to be formed, and the thin film of the resist 1 is left on the entire background portion P2 after exposure. However, using a reticle M as shown in FIG. 3A, the thin film of resist 1 may be left only in the peripheral portion P3 of the resist pattern P to be formed, as shown in FIG. 3B. .

この場合、レチクルMとしては、レジスト・パターンPと対応する部分M1の透過率を例えば100%とし、レジスト1の薄膜を残す周辺部分に対応する部分M2に半透明膜を形成して透過率を例えば30%とし、それ以外の部分M0をクロム膜等で遮光(透過率0%)すればよい。   In this case, as the reticle M, the transmittance of the portion M1 corresponding to the resist pattern P is set to 100%, for example, and a translucent film is formed on the portion M2 corresponding to the peripheral portion where the thin film of the resist 1 is left. For example, it may be 30%, and the other portion M0 may be shielded with a chromium film or the like (transmittance 0%).

以下、本発明の実施例を説明する。実施例1は、トリプルウェルを有するDRAM混載CMOSデバイスを作成する工程のなかで、リトログレードnウェルを形成するためのイオン注入を行うためのレジスト・マスクを形成する方法である。   Examples of the present invention will be described below. The first embodiment is a method of forming a resist mask for performing ion implantation for forming a retrograde n-well in a process of manufacturing a DRAM-embedded CMOS device having a triple well.

図4は、DRAMセルアレイを示す模式平面図であり、DRAMセルアレイa1の周辺にNチャンネルの周辺回路a2が配置されている。このDRAMセルアレイa1および周辺回路a2の領域のみリトログレードnウェルを形成する。その2つの領域を分ける境界の幅は0.5μmである。   FIG. 4 is a schematic plan view showing the DRAM cell array, in which an N-channel peripheral circuit a2 is arranged around the DRAM cell array a1. A retrograde n-well is formed only in the regions of the DRAM cell array a1 and the peripheral circuit a2. The width of the boundary separating the two regions is 0.5 μm.

図5は、このようなDRAMセルアレイおよび周辺回路に対応したレチクルを示す模式図で、(a)は平面図、(b)はA−A断面図である。このレチクルMでは、イオン注入を行う部分に対応する部分M3に半透明膜を形成しておく。半透明膜の膜厚は、図2に示す露光量とレジスト膜厚との関係から求められる。   FIG. 5 is a schematic view showing a reticle corresponding to such a DRAM cell array and peripheral circuits. FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line AA. In this reticle M, a translucent film is formed in a portion M3 corresponding to a portion where ion implantation is performed. The film thickness of the translucent film is obtained from the relationship between the exposure amount and the resist film thickness shown in FIG.

図6は、実施例1の露光方法を順に説明する模式断面図である。先ず、図6(a)に示すように、感光性物質であるビスジアジド系化合物と環化ゴム系の樹脂からなるネガ型のレジスト1を基板S上に2μm厚で塗布する。   FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for sequentially explaining the exposure method of the first embodiment. First, as shown in FIG. 6A, a negative resist 1 made of a photosensitive material, a bisdiazide compound and a cyclized rubber resin, is applied on a substrate S to a thickness of 2 μm.

次いで、露光波長が365nmであるi線縮小型露光装置を用い、図5で示したレチクルMを介してパターンの露光転写を行う。そのときの条件は、NA=0.6、σ=0.5、露光時間200secである。   Next, using an i-line reduction type exposure apparatus with an exposure wavelength of 365 nm, pattern exposure transfer is performed via the reticle M shown in FIG. The conditions at that time are NA = 0.6, σ = 0.5, and exposure time 200 sec.

また、図5に示すレチクルMにおいて、DRAMセルアレイ、周辺回路領域となる部分M3の半透明膜の透過率は30%、その他の領域は透過率100%である。レチクルMを構成する石英基板には、半透明膜としてMoSiNO膜を用いている。その膜厚は、透過率が30%になるよう調整する。   Further, in the reticle M shown in FIG. 5, the transmittance of the translucent film of the DRAM cell array and the portion M3 which becomes the peripheral circuit region is 30%, and the transmittance of the other regions is 100%. For the quartz substrate constituting the reticle M, a MoSiNO film is used as a translucent film. The film thickness is adjusted so that the transmittance is 30%.

次に、露光後の基板Sを130℃で60秒間加熱し、冷却後、2.38%TMAHアルカリ現像液で現像し、さらに純水でリンスし、そして乾燥させる。これにより、図6(c)に示すようなDRAMセルアレイおよび周辺回路と対応する部分P2には、厚さ30nmのレジスト1が残り、それ以外の部分P1には厚さ2μmのレジスト・パターンができることになる。   Next, the exposed substrate S is heated at 130 ° C. for 60 seconds, cooled, developed with a 2.38% TMAH alkaline developer, further rinsed with pure water, and dried. Thereby, the resist 1 having a thickness of 30 nm remains in the portion P2 corresponding to the DRAM cell array and the peripheral circuit as shown in FIG. 6C, and a resist pattern having a thickness of 2 μm can be formed in the other portion P1. become.

なお、従来の方法である、DRAMセルアレイおよび周辺回路領域を完全に遮光したレチクルを用いた場合、DRAMセルアレイおよび周辺回路領域にはレジストが形成されず(完全に現像液に溶けてしまい)、DRAMセルアレイと周辺回路領域の間のレジスト・ライン・パターン(本実施例のP1部分に相当)は、現像後のリンス時に倒れてしまう。   In addition, when a conventional method of using a reticle in which the DRAM cell array and peripheral circuit area are completely shielded from light is used, no resist is formed in the DRAM cell array and peripheral circuit area (dissolves completely in the developer). The resist line pattern (corresponding to the P1 portion in this embodiment) between the cell array and the peripheral circuit region is collapsed during rinsing after development.

次に、本実施例で作成したレジスト・パターンをマスクとして、高エネルギー・イオン注入装置を用いて、2MeVのリンを2×1013(個/cm2)注入する。基板Sを適切にアニーリングしたら、所望する領域(図4に示すDRAMセルアレイa1および周辺回路a2)だけにリトログレードnウェルが形成できる。 Next, 2 × 10 13 (pieces / cm 2 ) of 2 MeV phosphorus is implanted using the resist pattern created in this embodiment as a mask and using a high energy ion implantation apparatus. When the substrate S is properly annealed, a retrograde n-well can be formed only in desired regions (DRAM cell array a1 and peripheral circuit a2 shown in FIG. 4).

実施例2は、NMSO型のフォトダイオードからなる受光部を有するCMOSイメージセンサーを作成するときに、フォトダイオードから基板および他の画素にリーク電流が流れないように深いPウェルを形成するが、そのための高エネルギー・イオン注入のレジスト・マスクを形成する方法である。   In the second embodiment, when a CMOS image sensor having a light receiving portion made of an NMSO type photodiode is formed, a deep P well is formed so that a leak current does not flow from the photodiode to the substrate and other pixels. This is a method of forming a resist mask for high energy ion implantation.

図7は、CMOSイメージセンサーの4画素分を示す模式平面図である。図中符号PDはNMOS型のフォトダイオード、符号SGはスイッチング・ゲート、符号FDはフローティング・ディフージョンを示している。   FIG. 7 is a schematic plan view showing four pixels of the CMOS image sensor. In the figure, reference numeral PD denotes an NMOS photodiode, reference numeral SG denotes a switching gate, and reference numeral FD denotes a floating diffusion.

また、各画素は、素子分離で分けられている。なお、図7では、配線、プラグ等は省略してある。上記の高エネルギー・イオン注入では、フォトダイオードPDをマスクするレジスト・パターンが必要となる。   Each pixel is separated by element isolation. In FIG. 7, wirings, plugs and the like are omitted. The high energy ion implantation described above requires a resist pattern that masks the photodiode PD.

図8は、図7に示すCMOSイメージセンサーに対応した高エネルギー・イオン注入で適用するレジスト・パターンを形成するためのレチクルを示す模式図である。ここで、図8(a)は平面図、(b)は(a)のB−B断面図である。このレチクルMでは、フォトダイオードに対応する部分M5の透過率を100%、それ以外の部分M6に半透明膜を形成した透過率を調整している。   FIG. 8 is a schematic diagram showing a reticle for forming a resist pattern applied by high energy ion implantation corresponding to the CMOS image sensor shown in FIG. Here, FIG. 8A is a plan view, and FIG. 8B is a sectional view taken along the line BB in FIG. In this reticle M, the transmittance of the portion M5 corresponding to the photodiode is adjusted to 100%, and the transmittance of the other portion M6 formed with the semitransparent film is adjusted.

実施例2では、このレチクルMを用いて露光を行うことにより、フォトダイオードと対応する部分に厚いレジスト・パターンを形成し、それ以外の部分に薄いレジストを残すようにして、高アスペクト比のレジスト・パターンを構成する。   In the second embodiment, the reticle M is exposed to form a thick resist pattern in a portion corresponding to the photodiode, and a thin resist is left in the other portion, so that a high aspect ratio resist is formed. -Configure the pattern.

先ず、感光性物質であるビスジアジド系化合物と環化ゴム系の樹脂からなるネガ型レジストを基板に6μm塗布する。そして露光波長が365nmであるi線縮小型露光装置を用いて、図8に示すようなレチクルMのパターンを露光転写する。そのときの条件は、NA=0.45、σ=0.5、露光時間230secである。   First, a negative resist made of a photosensitive material, a bisdiazide compound and a cyclized rubber resin, is applied to a substrate by 6 μm. Then, using an i-line reduction type exposure apparatus having an exposure wavelength of 365 nm, a reticle M pattern as shown in FIG. 8 is exposed and transferred. The conditions at that time are NA = 0.45, σ = 0.5, and exposure time 230 sec.

図8に示すレチクルMにおいて、フォトダイオードと対応する部分M5が透過率100%、その他の部分M6が透過率35%である。レチクルMとしては、石英基板を用いてフォトダイオード以外の部分の領域に半透明であるMoSiNO膜を形成する。その膜厚は、透過率が35%になるように調整する。   In the reticle M shown in FIG. 8, the portion M5 corresponding to the photodiode has a transmittance of 100%, and the other portion M6 has a transmittance of 35%. As the reticle M, a translucent MoSiNO film is formed in a region other than the photodiode using a quartz substrate. The film thickness is adjusted so that the transmittance is 35%.

次に、基板を130℃で60秒間加熱し、冷却後、2.38%TMAHアルカリ現像液で現像し、さらに純水でリンスし、そして乾燥させる。これにより、図9に示すようなレジスト・パターンPが形成できる。すなわち、フォトダイオードと対応する領域には、パターン倒れなく、2μm×2μm、厚さ6μmのレジスト・パターンPができ、それ以外の部分P2は、厚さ50nmのレジストが残る状態となる。   Next, the substrate is heated at 130 ° C. for 60 seconds, cooled, developed with a 2.38% TMAH alkaline developer, further rinsed with pure water, and dried. Thereby, a resist pattern P as shown in FIG. 9 can be formed. That is, a resist pattern P of 2 μm × 2 μm and a thickness of 6 μm can be formed in the region corresponding to the photodiode without pattern collapse, and a resist with a thickness of 50 nm remains in the other portion P2.

次に、上記露光、現像によって形成されたレジスト・パターンPをマスクとして、高エネルギー・イオン注入装置を用いて、4.5MeVのボロンを1×1012(個/cm2)注入する。その後、基板Sを適切にアニーリングしたら、フォトダイオード以外の領域だけに深いPウェルが形成される。 Next, 1 × 10 12 (pieces / cm 2) of 4.5 MeV boron is implanted using the resist pattern P formed by exposure and development as a mask, using a high energy ion implantation apparatus. Thereafter, when the substrate S is appropriately annealed, a deep P well is formed only in the region other than the photodiode.

マイクロマシーンシステムの部品の一部として、カンチレバーが提案されている。実施例3は、そのカンチレバーのアーム部分の作成方法である。   A cantilever has been proposed as part of a micromachine system component. Example 3 is a method for creating the arm portion of the cantilever.

先ず、図10に示すように、シリコン基板S1に酸化シリコン層12を形成し、さらに厚さ1μmのシリコン膜13を形成する。さらにその上に、感光性物質であるビスジアジド系化合物と環化ゴム系の樹脂からなるネガ型レジスト14を3μm厚で塗布する。   First, as shown in FIG. 10, a silicon oxide layer 12 is formed on a silicon substrate S1, and a silicon film 13 having a thickness of 1 μm is further formed. Furthermore, a negative resist 14 made of a bisdiazide compound, which is a photosensitive material, and a cyclized rubber resin is applied thereon with a thickness of 3 μm.

そして、露光波長が365nmであるi線縮小型露光装置を用いて、図11の模式図に示すようなレチクルMを用いてパターンを露光転写する。図11(a)はレチクルの平面図、(b)は(a)のC−C断面図である。このレチクルMでは、カンチレバーのアームに対応する部分M7の透過率を100%とし、それ以外の部分M8に半透明膜を形成しておく。   Then, using an i-line reduction type exposure apparatus with an exposure wavelength of 365 nm, a pattern is exposed and transferred using a reticle M as shown in the schematic diagram of FIG. FIG. 11A is a plan view of the reticle, and FIG. 11B is a sectional view taken along the line CC of FIG. In this reticle M, the transmittance of the portion M7 corresponding to the arm of the cantilever is set to 100%, and a translucent film is formed in the other portion M8.

このレチクルMを用いた露光の条件は、NA=0.5、σ=0.5、露光時間200secである。図11に示すレチクルMにおいて、カンチレバーのアームと対応する部分M7の透過率は100%、その他の部分M8の透過率は30%である。カンチレバーのアームの長さは10μm、幅は約0.7μmである。レチクルMは、石英基板にM8と対応する部分に半透明であるMoSiNO膜を形成している。その膜厚は、透過率が30%になるように調整する。   The exposure conditions using this reticle M are NA = 0.5, σ = 0.5, and exposure time 200 sec. In the reticle M shown in FIG. 11, the transmittance of the portion M7 corresponding to the arm of the cantilever is 100%, and the transmittance of the other portion M8 is 30%. The cantilever arm has a length of 10 μm and a width of about 0.7 μm. In the reticle M, a MoSiNO film that is translucent is formed on a quartz substrate at a portion corresponding to M8. The film thickness is adjusted so that the transmittance is 30%.

次に、レジスト14を露光、現像した後のシリコン基板S1を130℃で60秒間加熱し、冷却後、2.38%TMAHアルカリ現像液で現像し、さらに純水でリンスし、そして乾燥させる。これにより、図12に示すようなレジスト・パターンPが形成される。レジスト・パターンPは倒れなく、その周辺部分P2に厚さ3μmのレジスト14が残る状態となる。また、レジスト・パターンPの部分は厚さ40nmのレジスト14が残る状態となる。   Next, after exposing and developing the resist 14, the silicon substrate S1 is heated at 130 ° C. for 60 seconds, cooled, developed with a 2.38% TMAH alkaline developer, further rinsed with pure water, and dried. Thereby, a resist pattern P as shown in FIG. 12 is formed. The resist pattern P does not collapse, and the resist 14 having a thickness of 3 μm remains in the peripheral portion P2. Further, the resist pattern P remains in a state where the resist 14 having a thickness of 40 nm remains.

次に、図13(a)に示すように、レジスト14をエッチバックし、レジスト・パターンPの周辺部分にあった薄膜レジストを除去する。このとき、厚いレジスト・パターンPも40nm削れる。エッチングは、平行平板型エッチング装置を用い、ガスは酸素、アルゴンを用いる。   Next, as shown in FIG. 13A, the resist 14 is etched back, and the thin film resist in the peripheral portion of the resist pattern P is removed. At this time, the thick resist pattern P is also scraped by 40 nm. For the etching, a parallel plate type etching apparatus is used, and oxygen and argon are used as the gas.

続けて、図13(b)に示すように、同じエッチング装置を用いてレジスト・パターンPをマスクにしたシリコン膜13のエッチングを行う。この際のガスは、臭化水素、酸素を用いる。そして、剥離液を用いて、残ったレジスト14を除去すると図13(c)に示すようなシリコン膜13から成るカンチレバーのアームを形成することができる。   Subsequently, as shown in FIG. 13B, the silicon film 13 is etched using the resist pattern P as a mask using the same etching apparatus. At this time, hydrogen bromide or oxygen is used as the gas. Then, when the remaining resist 14 is removed using a stripping solution, a cantilever arm made of the silicon film 13 as shown in FIG. 13C can be formed.

上記実施形態および実施例では、レジスト1から成る感光材料として主としてネガ型のものを用いて説明したが、本発明はポジ型のものを用いても適用可能である。この場合には、パターンを形成する部分とその周辺部分との露光量のバランスをネガ型の場合と反転させるようにする。例えば、パターンを形成する部分のレチクルを遮光し(透過率0%)、周辺部分に対応するレチクルに半透明膜を形成して透過率70%程度にする。これによって透過率0%の部分にレジスト・パターンが形成され、透過率70%程度の周辺部分にレジストの薄膜が残るようになって、高アスペクト比のレジスト・パターンを周辺部分のレジスト薄膜で支えることができるようになる。   In the embodiments and examples described above, the negative photosensitive material is mainly used as the photosensitive material made of the resist 1, but the present invention can be applied even if a positive photosensitive material is used. In this case, the balance of the exposure amount between the pattern forming portion and its peripheral portion is reversed from that in the negative type. For example, the reticle on the part where the pattern is to be formed is shielded from light (transmittance 0%), and a translucent film is formed on the reticle corresponding to the peripheral part to achieve a transmittance of about 70%. As a result, a resist pattern is formed in the portion with 0% transmittance, and a resist thin film remains in the peripheral portion with a transmittance of about 70%, and the high aspect ratio resist pattern is supported by the resist thin film in the peripheral portion. Will be able to.

本実施形態に係る露光方法を説明する模式断面図である。It is a schematic cross section explaining the exposure method according to the present embodiment. 露光量と現像後に形成されるレジスト厚さとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the exposure amount and the resist thickness formed after image development. 他のレチクルの例を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the example of another reticle. DRAMセルアレイを示す模式平面図である。It is a schematic plan view which shows a DRAM cell array. DRAMセルアレイおよび周辺回路に対応したレチクルを示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a reticle corresponding to a DRAM cell array and peripheral circuits. 実施例1の露光方法を順に説明する模式断面図である。It is a schematic cross section explaining the exposure method of Example 1 in order. CMOSイメージセンサーの4画素分を示す模式平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view showing four pixels of a CMOS image sensor. CMOSイメージセンサーで適用するレチクルを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the reticle applied with a CMOS image sensor. 形成されるレジスト・パターンを示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the resist pattern formed. カンチレバーの製造工程を説明する模式断面図(その1)である。It is a schematic cross section explaining the manufacturing process of a cantilever (the 1). カンチレバーの製造で適用するレチクルを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the reticle applied by manufacture of a cantilever. カンチレバーの製造工程を説明する模式断面図(その2)である。It is a schematic cross section explaining the manufacturing process of a cantilever (the 2). カンチレバーの製造工程を説明する模式断面図(その3)である。It is a schematic cross section explaining the manufacturing process of a cantilever (the 3).

符号の説明Explanation of symbols

1…レジスト、M…レチクル、P…レジスト・パターン、S…基板、S1…シリコン基板、12…酸化シリコン層、13…シリコン膜、14…ネガ型レジスト   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Resist, M ... Reticle, P ... Resist pattern, S ... Substrate, S1 ... Silicon substrate, 12 ... Silicon oxide layer, 13 ... Silicon film, 14 ... Negative resist

Claims (5)

基板上に感光材料を所定の厚さに形成する工程と、
前記感光材料を露光して所定のパターンを形成するにあたり、形成する前記パターンの部分とそのパターンの周辺部分とで露光量を変えて露光を行う工程と、
露光後の前記感光材料を現像することで、前記パターンの部分に対応する感光材料を残すとともに、前記パターンの周辺部分に対応する感光材料をわずかに残す工程と
を備えることを特徴とする露光方法。
Forming a photosensitive material with a predetermined thickness on a substrate;
In the exposure of the photosensitive material to form a predetermined pattern, a step of performing exposure by changing the exposure amount between the pattern portion to be formed and the peripheral portion of the pattern;
And developing the photosensitive material after exposure to leave a photosensitive material corresponding to the pattern portion and a slight amount of the photosensitive material corresponding to the peripheral portion of the pattern. .
前記感光材料としてネガ型レジストを用いる場合、前記パターンを形成する部分に対応して第1の露光量で露光を行うとともに、前記パターンの周辺部分に対応して前記第1の露光量より少ない第2の露光量で露光を行う
ことを特徴とする請求項1記載の露光方法。
When a negative resist is used as the photosensitive material, exposure is performed with a first exposure amount corresponding to a portion where the pattern is formed, and a first exposure amount which is smaller than the first exposure amount corresponding to a peripheral portion of the pattern. The exposure method according to claim 1, wherein the exposure is performed with an exposure amount of 2.
前記感光材料としてポジ型レジストを用いる場合、前記パターンを形成する部分に対応して第1の露光量で露光を行うとともに、前記パターンの周辺部分に対応して前記第1の露光量より大きい第2の露光量で露光を行う
ことを特徴とする請求項1記載の露光方法。
When a positive resist is used as the photosensitive material, exposure is performed with a first exposure amount corresponding to a portion where the pattern is to be formed, and a first exposure amount which is greater than the first exposure amount corresponding to a peripheral portion of the pattern. The exposure method according to claim 1, wherein the exposure is performed with an exposure amount of 2.
基板上に感光材料を所定の厚さに形成する工程と、
前記感光材料を露光して所定のパターンを形成するにあたり、形成する前記パターンの部分とそのパターンの周辺部分とで露光量を変えて露光を行う工程と、
露光後の前記感光材料を現像することで、前記パターンの部分に対応する感光材料を残すとともに、前記パターンの周辺部分に対応する感光材料をわずかに残す工程と、
現像後の前記感光材料をマスクとして前記基板にイオン注入を行うことで、前記パターンの部分に対応する感光材料ではイオンの前記基板への進入を阻止し、前記パターンの周辺部分にわずかに残った感光材料ではイオンを通過させて前記基板へのイオンの進入を行う工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a photosensitive material with a predetermined thickness on a substrate;
In the exposure of the photosensitive material to form a predetermined pattern, a step of performing exposure by changing the exposure amount between the pattern portion to be formed and the peripheral portion of the pattern;
Developing the photosensitive material after exposure, leaving a photosensitive material corresponding to the pattern portion, and leaving a slight photosensitive material corresponding to the peripheral portion of the pattern; and
By performing ion implantation on the substrate using the photosensitive material after development as a mask, the photosensitive material corresponding to the pattern portion prevents ions from entering the substrate and remains slightly in the peripheral portion of the pattern. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of allowing ions to pass through the photosensitive material and allowing ions to enter the substrate.
基板上に感光材料を所定の厚さに形成する工程と、
前記感光材料を露光して所定のパターンを形成するにあたり、形成する前記パターンの部分とそのパターンの周辺部分とで露光量を変えて露光を行う工程と、
露光後の前記感光材料を現像することで、前記パターンの部分に対応する感光材料を残すとともに、前記パターンの周辺部分に対応する感光材料をわずかに残す工程と、
現像後の前記感光材料をマスクとして前記基板に対するエッチングを行うことで、前記パターンの部分に対応する感光材料では前記基板のエッチングを阻止し、前記パターンの周辺部分にわずかに残った感光材料ではその感光材料の部分のエッチングに次いでその部分に対応する位置の基板のエッチングを行う工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a photosensitive material with a predetermined thickness on a substrate;
In the exposure of the photosensitive material to form a predetermined pattern, a step of performing exposure by changing the exposure amount between the pattern portion to be formed and the peripheral portion of the pattern;
Developing the photosensitive material after exposure, leaving a photosensitive material corresponding to the pattern portion, and leaving a slight photosensitive material corresponding to the peripheral portion of the pattern; and
Etching of the substrate with the developed photosensitive material as a mask prevents etching of the substrate in the photosensitive material corresponding to the pattern portion, and in the photosensitive material slightly remaining in the peripheral portion of the pattern And a step of etching the substrate at a position corresponding to the portion of the photosensitive material after the etching of the portion of the photosensitive material.
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JP2015023172A (en) * 2013-07-19 2015-02-02 東京エレクトロン株式会社 Substrate processing apparatus, substrate processing method and substrate processing recording medium
JPWO2019009143A1 (en) * 2017-07-04 2020-04-16 富士フイルム株式会社 Infrared light receiving element manufacturing method, optical sensor manufacturing method, laminated body, resist composition and kit

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