JP2000077292A - レジストパターンの形成方法 - Google Patents

レジストパターンの形成方法

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JP2000077292A
JP2000077292A JP10241529A JP24152998A JP2000077292A JP 2000077292 A JP2000077292 A JP 2000077292A JP 10241529 A JP10241529 A JP 10241529A JP 24152998 A JP24152998 A JP 24152998A JP 2000077292 A JP2000077292 A JP 2000077292A
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resist
latent image
forming
film
thickness
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JP10241529A
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Shigeki Nojima
茂樹 野嶋
Koji Hashimoto
耕治 橋本
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/26Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】レジストの種類が決められた条件下において、
レジスト膜中の定在波の発生を極小化するためのレジス
トの膜厚、レジスト下地膜の膜厚を高い精度で最適化し
得るレジストパターンの形成方法を提供する。 【解決手段】半導体基板上にレジストパターンを形成す
る前に、露光によりレジスト中に形成される潜像プロフ
ァイルを計算するステップと、レジスト中の深さ方向の
潜像プロファイルを所望の位置でスライスするステップ
と、潜像プロファイルをスライスした位置における潜像
の最大値および最小値を求めるステップと、潜像の最大
値および最小値に基づいて潜像のコントラストを計算す
るステップと、コントラストが所定値以下となるように
レジストおよびその下地膜の膜厚を選択する選択ステッ
プとを具備し、選択した条件を用いてレジストパターン
を半導体基板上に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程におけるレジストパターンの形成方法に係り、特に
レジストの膜厚、レジストパターンの下地の構造および
膜厚の決定方法に関するもので、例えばフォトリソグラ
フィ工程に適用されるものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置の製造工程において、
半導体基板(ウエハ)上にフォトレジストのパターンを
形成する際、フォトレジスト膜の露光時にフォトレジス
ト膜中に吸収されるエネルギーがフォトレジスト膜の深
さ方向で分布を持つことによって、レジスト膜中に露光
波長に応じた定在波の潜像が発生することが知られてい
る。
【0003】そして、この露光時の定在波の発生に起因
して、現像後のレジストパターンの側壁に定在波の形状
に応じた凹凸が存在(出現)するようになる。このよう
にレジストパターンの側壁に定在波の形状が存在する
と、レジストパターンをマスクとしてエッチングされる
下地のパターン寸法がばらつくなどの不良が発生するの
で、レジストパターンの側壁はできるだけ滑らかな方が
望ましい。
【0004】従って、前記したようなレジスト膜中の定
在波の発生を回避、または低減するために、レジストの
膜厚、レジストの下地の構造および膜厚を予めシミュレ
ーションにより最適化することが望ましい。
【0005】上記したようなシミュレーションによりレ
ジスト膜中での定在波の発生状態を正確に求めるため
に、レジストの種類(溶解速度)、露光後のベイク(Po
st Exposure Bake;PEB)温度に依存する酸の拡散長
などの多くのレジストパラメータを高い精度で求めるこ
とが必要とされる。
【0006】しかし、これらのレジストパラメータを全
て正確に求めることは困難であり、また、従来のシミュ
レーション技術では、レジスト形状を計算した後にレジ
スト形状を定量化する方法がなく、レジストの下地の構
造、膜厚およびレジストの膜厚の条件を高い精度で最適
化することができなかった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
レジストパターンの形成方法は、レジスト膜中の定在波
の発生を回避、または低減するためにレジストの膜厚、
レジストの下地の構造および膜厚の条件を予めシミュレ
ーションにより高い精度で最適化することができないと
いう問題があった。
【0008】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、レジストの種類が決められた条件下におい
て、レジスト膜中の定在波の発生を極小化するためのレ
ジストの膜厚、レジスト下地膜の膜厚、さらには、レジ
スト下地膜の構造を高い精度で最適化し得るレジストパ
ターンの形成方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のレジストパター
ンの形成方法は、半導体基板上にレジストパターンを形
成する前に、露光によりレジスト中に形成される潜像プ
ロファイルを計算するステップと、前記レジスト中の深
さ方向の潜像プロファイルを所望の位置でスライスする
ステップと、前記潜像プロファイルをスライスした位置
における潜像の最大値および最小値を求めるステップ
と、前記潜像の最大値および最小値に基づいて潜像のコ
ントラストを計算するステップと、前記コントラストが
所定値以下となるようにレジストおよびその下地膜の膜
厚を選択する選択ステップとを具備し、前記選択した条
件を用いてレジストパターンを前記半導体基板上に形成
することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。 <第1実施例>第1実施例では、半導体ウエハ上にレジ
ストパターンを形成する前に、市販の光学シミュレータ
を用い、定在波形状のない、または少ないレジストプロ
ファイルを得るためのレジスト膜の膜厚条件、レジスト
膜の下地膜の膜厚(レジスト膜の下層あるいは上層に形
成される反射防止膜の膜厚を含む)条件をシミュレーシ
ョンにより求めた後、この条件でレジストパターンを形
成するものである。
【0011】図1は、第1実施例に係るレジストパター
ンの形成方法における主要なステップを示すフローチャ
ートである。図2は、図1中のステップにける露光工程
およびこれにより生じるレジスト膜20中の潜像の光強
度分布(光強度の等高線)をシミュレーションした結果
を示す。なお、図2中、10はレジスト露光用のマスク
パターンである。
【0012】図3は、図1中のステップにおいてレジス
ト下地膜の膜厚とレジスト膜中の光強度のコントラスト
との関係をシミュレーションした結果を示す。図1に示
すフローチャートにおいて、第1ステップとして、ウエ
ハ上のレジスト膜に対する実際の露光(例えばステッパ
ー露光)時に使用する照明条件(光学系の集光レンズの
大きさNA、光源σ、輪帯照明遮光率εなど)、レジス
ト下地(ウエハを含む)の膜厚と光学定数をパラメータ
として入力する。
【0013】次に、第2ステップとして、図2に示すよ
うなレジスト膜20中の潜像の光強度分布を計算し、マ
スクパターン10のパターンエッジに対応するレジスト
パターンの所望寸法位置(所望のパターン寸法を与える
エッジ)でのレジスト膜中の光強度が最も強い位置の値
Imax 、光強度が最も弱い位置の値Imin を求める。
【0014】次に、第3ステップとして、所望寸法位置
でのレジスト膜中の光強度のコントラスト(Contrast)
=(Imax −Imin )/(Imax +Imin )を求める。
次に、第4ステップとして、ある1種類のレジスト膜下
地材料(例えばSiO2 )の膜厚を変化させて、前記第
2ステップおよび第3ステップを繰り返す。これによ
り、レジスト膜中の光強度のコントラストの下地膜厚依
存性が得られる。
【0015】一方、第5ステップとして、これまでのス
テップとは別に、予め実験によりある1種類のレジスト
膜下地材料(例えばTEOS)の膜厚を変化させて得ら
れるレジストプロファイルと、それと同じ条件で前記第
1ステップ乃至第3ステップの計算により得られたコン
トラストの下地膜厚依存性の値を対比させることによ
り、定在波形状が小さいコントラストの閾値レベル(th
reshold level )を決定する。
【0016】この場合、レジストパターンの断面形状が
コントラストの値に応じて変化し、定在波形状が小さい
コントラストの閾値レベルとしては0.3以下に決定す
ることが望ましい。
【0017】次に、第6ステップとして、図3に示すよ
うに、レジスト下地の膜厚としてコントラストが閾値レ
ベル以下(本例では0.3以下)になる値を選択する。
この場合、前記第1ステップ乃至第3ステップを繰り返
すことにより得られたコントラストの下地膜厚依存性の
値のうちで、最も小さい値を与える下地の膜厚を定在波
形状が最も発生し難い下地膜厚として選択してもよい。
【0018】上述したように、レジスト膜中の潜像プロ
ファイルを計算し、所望のパターン寸法を与えるエッジ
での光強度のコントラストを求めることによってレジス
ト膜中に発生する定在波の大きさを定量化し、定在波の
大きさが極小となるところを選ぶことによって定在波形
状が最も発生し難いレジスト下地の膜厚を決定し、この
ような条件下で実際にレジストパターン形成工程を実施
することにより、定在波形状が極小となるレジストパタ
ーンを形成することが可能になる。
【0019】即ち、上記第1実施例に係るレジストパタ
ーンの形成方法の特徴は、半導体基板上にレジスト膜の
パターンを形成する前に、レジスト膜の露光によりレジ
スト膜中に形成される潜像プロファイルを計算するステ
ップと、前記レジスト膜中の深さ方向の潜像プロファイ
ルを所望の位置でスライスするステップと、前記潜像プ
ロファイルをスライスした位置における潜像の最大値お
よび最小値を求めるステップと、前記潜像の最大値およ
び最小値に基づいて潜像のコントラストを計算するステ
ップと、前記コントラストが所定値以下となるようにレ
ジスト膜およびその下地膜の膜厚を選択するステップと
を具備し、前記選択した条件を用いてレジスト膜のパタ
ーンを形成することにある。
【0020】<第2実施例>第2実施例では、半導体ウ
エハ上にレジストパターンを形成する前に、市販の光学
シミュレータを用い、定在波形状のない、または少ない
レジストプロファイルを得るためのレジスト膜の膜厚条
件、レジスト膜の下地の構造および膜厚(レジスト膜の
下層あるいは上層に形成される反射防止膜の膜厚を含
む)条件をシミュレーションにより求めた後、この条件
でレジストパターンを形成するものである。
【0021】図4は、第2実施例に係るレジストパター
ンの形成方法における主要なステップを示すフローチャ
ートである。図5は、図4中のステップにおいてレジス
ト膜の下地の膜厚の変化とレジスト膜中の光強度のコン
トラストの変化との関係をシミュレーションした結果を
示す。
【0022】図4に示すフローチャートにおいて、第1
ステップとして、ウエハ上のレジスト膜に対する実際の
露光時に使用する照明条件(NA、σ、εなど)、レジ
スト下地の膜厚と光学定数をパラメータとして入力す
る。
【0023】次に、第2ステップとして、図2に示した
ようなレジスト膜中の潜像の光強度分布を計算し、所望
寸法位置(所望の寸法を与えるエッジ)でのレジスト膜
中の光強度が最も強い位置の値Imax 、光強度が最も弱
い位置の値Imin を求める。
【0024】次に、第3ステップとして、所望寸法位置
でのレジスト膜中の光強度のコントラスト=(Imax −
Imin )/(Imax +Imin )を求める。次に、第4ス
テップとして、ある1種類のレジスト膜下地材料(例え
ばSiN)の膜厚を変化させて前記第2ステップおよび
第3ステップを繰り返す。さらに、レジスト膜の下地の
構造も変更(例えばSiNをTEOSに変更)し、下地
の膜厚を変化させて前記第2ステップおよび第3ステッ
プを繰り返す。
【0025】これにより、レジスト膜中の光強度のコン
トラストの下地構造依存性および下地膜厚依存性が得ら
れる。一方、第5ステップとして、これまでのステップ
とは別に、予め実験によりある1種類のレジスト膜下地
材料(例えばTEOS)の膜厚を変化させて得られるレ
ジストプロファイルと、それと同じ条件で前記第1ステ
ップ乃至第3ステップの計算により得られたコントラス
トの下地膜厚依存性の値を対比させることにより、定在
波形状のないコントラストの閾値レベルを決定する。
【0026】この場合、レジストパターンの断面形状が
コントラストの値に応じて変化し、定在波形状が小さい
コントラストの閾値レベルとしては0.3以下に決定す
ることが望ましい。
【0027】次に、第6ステップとして、図5に示すよ
うに、レジスト下地膜の構造および膜厚としてコントラ
ストが閾値レベル以下(本例では0.3以下)になる値
を選択する。この場合、前記第1ステップ乃至第3ステ
ップを繰り返すことにより得られたコントラストの下地
構造依存性および下地膜厚依存性の値のうちで、最も小
さい値を与える下地膜の構造および膜厚を定在波形状が
最も発生し難い下地構造および下地膜厚として選択して
もよい。
【0028】即ち、上記第2実施例に係るレジストパタ
ーンの形成方法は、前記第1実施例においてコントラス
トが所定値となるようにレジスト下地膜の膜厚を選択す
る際に同時にレジスト下地膜の構造(例えば材質)も選
択することを特徴とするものであり、前記第1実施例と
同様の効果が得られる。
【0029】なお、上記各実施例では、レジスト膜中の
所望の寸法を与えるエッジ(レジストパターンの所望寸
法位置)での光強度のコントラストを求めたが、レジス
トパターンの寸法のばらつきを考慮すると、コントラス
トを求める位置は前記所望寸法位置に限られるものでは
ない。
【0030】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、レジス
トの種類が決められた条件下において、レジスト膜中の
定在波の発生を極小化するためのレジストの膜厚、レジ
スト下地膜の膜厚、さらには、レジスト下地膜の構造を
高い精度で最適化し得るレジストパターンの形成方法を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係るレジストパターンの
形成方法における主要なステップを示すフローチャー
ト。
【図2】図1中のステップにおけるレジスト膜の露光工
程およびこれにより生じるレジスト膜中の潜像の光強度
分布(光強度の等高線)をシミュレーションした結果を
示す図。
【図3】図1中のステップにおいてレジスト膜の下地膜
の膜厚の変化とレジスト膜中の光強度のコントラストの
変化との関係をシミュレーションした結果を示す特性
図。
【図4】本発明の第2実施例に係るレジストパターンの
形成方法における主要なステップを示すフローチャー
ト。
【図5】図4のフローにおいてレジスト膜の下地膜の膜
厚とレジスト膜中の光強度のコントラストとの関係をシ
ミュレーションした結果を示す特性図。
【符号の説明】
10…レジスト露光用のマスクパターン、 20…レジスト膜。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上にレジストパターンを形成
    する前に、 露光によりレジスト中に形成される潜像プロファイルを
    計算するステップと、 前記レジスト中の深さ方向の潜像プロファイルを所望の
    位置でスライスするステップと、 前記潜像プロファイルをスライスした位置における潜像
    の最大値および最小値を求めるステップと、 前記潜像の最大値および最小値に基づいて潜像のコント
    ラストを計算するステップと、 前記コントラストが所定値以下となるようにレジストお
    よびその下地膜の膜厚を選択する選択ステップとを具備
    し、 前記選択した条件を用いてレジストパターンを前記半導
    体基板上に形成することを特徴とするレジストパターン
    の形成方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のレジストパターンの形成
    方法において、 前記選択ステップは、さらにレジストの下地膜の構造を
    選択することを特徴とするレジストパターンの形成方
    法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載のレジストパター
    ンの形成方法において、 前記潜像プロファイルをスライスする位置は、パターン
    に所望寸法を与えるエッジ位置であることを特徴とする
    レジストパターンの形成方法。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
    レジストパターンの形成方法において、 前記コントラストの所定値を、実験値との相関で決定す
    ることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の
    レジストパターンの形成方法において、 前記コントラストの所定値以下は、0.3以下であるこ
    とを特徴とするレジストパターンの形成方法。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の
    レジストパターンの形成方法において、 前記レジストの下地膜の膜厚は、レジストの下層あるい
    は上層に形成される反射防止膜の膜厚を含むことを特徴
    とするレジストパターンの形成方法。
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