JP2004241575A - Pattern forming method and equipment therefor - Google Patents

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JP2004241575A JP2003028662A JP2003028662A JP2004241575A JP 2004241575 A JP2004241575 A JP 2004241575A JP 2003028662 A JP2003028662 A JP 2003028662A JP 2003028662 A JP2003028662 A JP 2003028662A JP 2004241575 A JP2004241575 A JP 2004241575A
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Takahiro Matsuo
隆弘 松尾
Shinji Matsui
真二 松井
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a resist pattern of nano metric size with high precision. <P>SOLUTION: In the pattern forming method, a first resist pattern is formed by performing exposure and development to a resist film and scanned with an electron beam, generated secondary electrons are detected, and a secondary electron image of the first resist pattern is acquired (step SA1). Next, on the basis of the secondary electron image and desired pattern dimension, an etching region as a region wherein the first resist pattern should be eliminated by etching is computed (step SA2). Then the etching region is irradiated with an electron beam while gas containing oxygen atoms is supplied to the surface of the first resist pattern, and a second resist pattern whose width is narrower than that of the first resist pattern is formed (step SA3). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路装置の製造プロセスに用いられるリソグラフィ技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の高集積化に伴い、回路パターンの微細化が進み、フォトリソグラフィの解像度の向上が要求されている。フォトリソグラフィでは、露光源の短波長化が進み、波長193nmのArF エキシマレーザを用いるリソグラフィにより、波長の半分程度の100nmの解像度が得られている。
【0003】
また、電子ビーム露光法を用いると、高い解像度が得られることは良く知られているが、十数nmの解像度を得ることが限界である。これは、電子ビームは1nm以下のビーム径まで絞ることができるが、解像度はレジストの分子サイズによって決定されてしまうので、十数nmの解像度を得ることが限界となっている。
【0004】
最近、レジストパターンのさらに微細化を実現するために、露光、現像後のレジストパターンを細らせる種々のスリミング方法が提案されている。例えば、特許文献1に示すように、オゾンを用いる等方性エッチングによりレジストパターンを細らせる方法がある。また、特許文献2に示すように、UV光を照射しながらオゾンによるアッシングによりレジストパターンを細らせる方法もある。特許文献2においては、UV光を局所的に照射してアッシングする方法が開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−231608号公報
【特許文献2】
特開2001−85407号公報
【非特許文献】
超微細加工入門、古川静二郎・浅野種正共著、pp.164〜171
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなパターン形成方法では、フォトリソグラフィでレジストパターンを形成した後、レジストパターンを細らせるが、10nm以下の寸法のレジストパターンをサブナノメートルの精度で得ることが困難であった。
【0007】
オゾンを用いる等方性エッチングによりレジストパターンを細らせる方法では、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンをその寸法の70%まで細らせることが限界であると考えられる。また、エッチングをそれ以上に行うとレジストパターンの形状が劣化して、レジストパターンの形状の精度が落ちるという問題が生じる。
【0008】
また、レジストパターンにUV光を局所的に照射するという方法では、UV光のビーム径は使用する光源の波長の半分程度が限界であるため、ビーム径に依存するレジストパターンのエッチングの精度は数10nm程度が限界である。またオゾンを用いるエッチングを行うため、UV光が照射されていない部分も若干エッチングされるので、レジストパターンの形状に劣化が多少生じる。
【0009】
以上のように、従来のレジストパターンのスリミング方法では、ナノメートルサイズのレジストパターンを形成することが困難であると共に、レジストパターンの形状に劣化を生じさせることなく高精度にレジストパターンを形成することが困難である。
【0010】
本発明は、前記課題を一挙に解決するものであり、ナノメートルサイズのレジストパターンを高精度に得ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明のパターン形成方法は、レジスト膜に対して露光及び現像を行って第1のレジストパターンを形成する第1の工程と、第1のレジストパターンに電子ビームを走査して、発生する2次電子を検出することにより、第1のレジストパターンの2次電子像を取得する第2の工程と、2次電子像及び所望のパターン寸法に基づいて、第1のレジストパターンをエッチングにより除去すべき領域であるエッチング領域を算出する第3の工程と、第1のレジストパターンの表面に酸素原子を含むガスを供給しながら、エッチング領域に電子ビームを照射することにより第1のレジストパターンよりも幅が狭い第2のレジストパターンを形成する第4の工程とを備えるものである。
【0012】
本発明のパターン形成方法によると、第1のレジストパターンに酸素原子を含むガスを供給しながらエッチング領域に電子ビームを照射するため、第1のレジストパターンにおける電子ビームの照射部のみにおいて、レジスト材料の酸化と分解が進行してエッチングが行われる。従って、第1のレジストパターンをスリミングしてナノメートルサイズの第2のレジストパターンを形成することができる。また、第1のレジストパターンの2次電子像及び所望のパターン寸法を基にして第1のレジストパターンのエッチング領域を求めるので、第1のレジストパターンの形状を高精度にスリミングして第2のレジストパターンを形成することができる。
【0013】
本発明のパターン形成方法において、第3の工程は、第1の工程において取得した2次電子像のデータと所望のパターン寸法に基づき得られる設計パターンデータとを比較して、2次電子像のデータと設計パターンデータとの差分領域をエッチング領域として算出する工程を含むことが好ましい。
【0014】
このようにすると、エッチング領域の精度が向上するので、精度の高い第2のレジストパターンを形成することができる。
【0015】
本発明のパターン形成方法において、第4の工程は、矩形状に整形された電子ビームをエッチング領域に照射する工程を含むことが好ましい。
【0016】
このようにすると、第1のレジストパターンのエッチング領域を除去する速度を上げることができる。
【0017】
本発明のパターン形成方法において、第4の工程は、スポット状に集束された電子ビームをエッチング領域に走査することが好ましい。
【0018】
このようにすると、第1のレジストパターンをエッチングする際の寸法精度が高くなる。
【0019】
本発明のパターン形成方法において、第4の工程は、スポット状に集束された電子ビームをエッチング領域に対して、第1のレジストパターンの側面に平行に走査する工程を含むことが好ましい。
【0020】
このようにすると、第2のレジストパターンの側壁のラフネスを低減することができる。
【0021】
本発明のパターン形成装置は、電子ビームを出射する手段と、レジスト膜に対して露光及び現像が行われることにより形成された第1のレジストパターンに電子ビームを走査して、発生する2次電子を検出することにより、第1のレジストパターンの2次電子像を取得する手段と、2次電子像及び所望のパターン寸法に基づいて、第1のレジストパターンをエッチングにより除去すべき領域であるエッチング領域を算出する第3の工程と、第1のレジストパターンの表面に酸素原子を含むガスを供給する手段と、エッチング領域に電子ビームを照射することにより第1のレジストパターンよりも幅が狭い第2のレジストパターンを形成する手段とを備えているものである。
【0022】
本発明のパターン形成装置によると、第1のレジストパターンに酸素原子を含むガスを供給しながらエッチング領域に電子ビームを照射するため、第1のレジストパターンにおける電子ビームの照射部のみにおいて、レジスト材料の酸化と分解が進行してエッチングが行われる。従って、第1のレジストパターンをスリミングしてナノメートルサイズの第2のレジストパターンを形成することができる。また、第1のレジストパターンの2次電子像及び所望のパターン寸法を基にして第1のレジストパターンのエッチング領域を求めるので、第1のレジストパターンの形状を高精度にスリミングして第2のレジストパターンを形成することができる。
【0023】
本発明のパターン形成装置において、酸素原子を含むガスを供給する手段は、第1のレジストパターンからの距離が10cm以下である位置に噴射口を持つガス供給ノズルを有していることが好ましい。
【0024】
このようにすると、レジスト材料の酸化と分解によるエッチングを精度良く行うために必要な酸素を含むガスを無駄なく効率的に第1のレジストパターン上に供給することができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係るパターン形成方法の概略について、図1を参照しながら説明する。
【0026】
ステップST1に示すように、半導体基板上に、化学増幅型レジストをスピンコートして塗布膜を形成した後、ステップST2に示すように、塗布膜に対してプリベークを行って、膜厚が約100nmであるレジスト膜を形成する。次に、ステップST3に示すように、ArF エキシマレーザ等を用いる縮小投影露光法によりレジスト膜に対してパターン露光を行った後、ステップST4に示すように、パターン露光されたレジスト膜に対して露光後ベークを行う。次に、ステップST5に示すように、アルカリ現像液を用いる現像を行って第1のレジストパターンを形成する。次に、ステップST6に示すように、電子ビームを用いて第1のレジストパターンのスリミングを行うことにより、第1のレジストパターンよりも幅が狭い第2のレジストパターンを形成する。
【0027】
以下に、前記ステップST6に用いられる本発明の第1の実施形態に係るパターン形成装置について説明する。
【0028】
図2に示すように、パターン形成装置は、真空チャンバ100を備えており、真空チャンバ100の底部には、第1のレジストパターンが形成された半導体基板101を保持する試料ステージ102が設けられている。真空チャンバ100の下部には、酸素ボンベ103から供給された酸素ガスを流路開閉バルブ104を介して第1のレジストパターンの表面に導入する酸素供給ノズル105が設けられており、酸素供給ノズル105の噴射口は第1のレジストパターンの近傍に設けられている。真空チャンバ100の下部には、拡散ポンプ106が設けられており、拡散ポンプ106は真空チャンバ100内の圧力を所望の圧力に減圧する。
【0029】
真空チャンバ100の頂部には、1nm以下のビーム径を有する電子ビームを出射する電子銃107が設けられている。また、真空チャンバ100の上部には、電子銃107から出射された電子ビームのスイッチングを行うブランキング系108と、電子銃107から出射された電子ビームを第1のレジストパターンに2次元的に走査させる偏向系109とが設けられている。さらに、真空チャンバ100の下部には、第1のレジストパターンから発生する2次電子を検出する2次電子検出系110が設けられている。ブランキング系108、偏向系109及び2次電子検出系110はインターフェース111を介してコンピュータ112によって制御される。
【0030】
電子銃107から出射された電子ビームを偏向系109により第1のレジストパターン上に走査し、第1のレジストパターンから発生する2次電子を2次電子検出系110により検出する。2次電子検出系110により検出された2次電子の信号はコンピュータ112に入力され、該コンピュータ112がその検出信号を処理することにより、第1のレジストパターンの2次電子像を取得する(参考文献「超微細加工入門、古川静二郎・浅野種正共著、pp.164〜171)。コンピュータ112は、取得した2次電子像の画像処理を行って第1のレジストパターンの位置座標を求めた後、該第1のレジストパターンの位置座標と所望のパターン寸法とに基づいて、第1のレジストパターンをエッチングにより除去すべき領域であるエッチング領域を算出する。
【0031】
その後、酸素供給ノズル105により第1のレジストパターンの表面に酸素ガスを供給しながら、偏向系109により、電子銃107から出射された電子ビームをエッチング領域に照射することにより、第1のレジストパターンよりも幅が狭い第2のレジストパターンを形成する。このとき、酸素供給ノズル105の噴射口と半導体基板101上に形成された第1のレジストパターンとの距離は5cmであり、このように、酸素供給ノズル105を第1のレジストパターンに近接した位置に設けるため、第1のレジストパターンの表面に酸素ガスを十分に供給できるので、エッチング領域のレジストを除去する精度を上げることができる。尚、酸素供給ノズル105と第1のレジストパターン11との距離は、5cmに限定する趣旨ではなく、その距離が10cm以下であって、電子ビームの照射が妨げられないような距離であれば構わない。また、エッチング領域への電子ビームの照射とは、スポット状に集束された電子ビームをエッチング領域に走査しながら照射する場合を含む概念である。
【0032】
以上のように、第1の実施形態によると、第1のレジストパターンに1nm以下のビーム径を有する電子ビームを走査することにより、現像により形成された第1のレジストパターンの位置座標を算出するので、該位置座標及び所望のパターン寸法に基づいて算出したエッチング領域に対して、酸素ガスを供給しながら電子ビームを照射する位置精度を1nm以下にすることができる。また、エッチング領域のレジストを除去する電子ビームのビーム径も1nm以下であるので、10nm以下の寸法の第2のレジストパターンを1nm以下の寸法精度で形成することができる。さらに、第1のレジストパターンの表面に酸素ガスを供給しながら電子ビームを照射するため、電子ビームが照射されたレジスト部分のみを除去できるので、レジストパターンの形状を損なうことなく、高アスペクト比のレジストパターンを形成することができる。
【0033】
尚、本実施形態では、レジスト膜に対してパターン露光及び現像を行うことによって形成された第1のレジストパターンをスリミングする方法について説明したが、従来例等により一旦スリミングした後のレジストパターンに対して、本発明を適用することによりさらにスリミングを行っても構わない。
【0034】
また、本実施形態では、第1のレジストパターンの表面に酸素ガスを供給しながら電子ビームを照射する場合について説明したが、酸素原子を含むガスであれば構わない。すなわち、酸素原子を含むガスとは、酸素ガスに限らず、COを含む概念である。
【0035】
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態について、図3〜図6を参照しながら説明する。
【0036】
図3は、前記第1の実施形態で参照した図1におけるステップST6に示した電子ビームによるスリミング工程について詳細に説明する図である。
【0037】
ステップSA1に示すように、現像により得られた第1のレジストパターンに電子ビームを走査して、第1のレジストパターンの2次電子像を取得する。
【0038】
次に、ステップSA2に示すように、所望の寸法パターンになるように、第1のレジストパターンの2次電子像におけるエッチングすべき領域であるエッチング領域の位置座標を計算する。
【0039】
次に、ステップSA3に示すように、第1のレジストパターン上に酸素ガスを供給しながら、エッチング領域に対して電子ビームを照射することにより、第1のレジストパターンよりも幅が狭い第2のレジストパターンを形成する。
【0040】
以下、前記図3で示したパターン形成方法について具体的に説明する。
【0041】
半導体基板上に、化学増幅型レジストをスピンコートして塗布膜を形成し、該塗布膜に対して120℃で60秒間プリベークを行って、膜厚が100nmであるレジスト膜を形成する。次に、ArF エキシマレーザを用いる縮小投影露光装置によりレジスト膜に対してパターン露光を行った後、パターン露光されたレジスト膜に対して120℃で60秒間露光後ベークを行う。次に、アルカリ現像液を用いる現像を60秒間行って、図4(a)に示すように、半導体基板201上に、パッド部11a及びライン部11bよりなる第1のレジストパターン11を形成する。
【0042】
次に、前記図2に示したパターン形成装置の真空チャンバ100内の試料ステージ102の上に、第1のレジストパターン11が形成された半導体基板201を導入する。電子銃107から出射された電子ビームを偏向系109により第1のレジストパターン11上に走査させることにより、第1のレジストパターン11から発生する2次電子を2次電子検出系110により検出する。ここで、電子ビームの加速電圧は20kVであり、電流は100pA、ビーム径は1nmである。次に、コンピュータ112は検出された2次電子を基に第1のレジストパターン11の2次電子像を取得する。コンピュータ112は取得した2次電子像の画像処理をさらに行うことにより、第1のレジストパターン11の位置座標を求める。その結果、図4(a)に示すように、第1のレジストパターン11のライン部11bの幅が102nmであり、パッド部aの幅が290nmであると計算された。ここで、所望のパターン寸法として、ライン部11bを目標幅8nmまで細らせる場合、図4(b)に示すように、第1のレジストパターン11のエッチング領域11cを算出して、その位置座標を求める。
【0043】
次に、酸素供給ノズル105から第1のレジストパターン11が形成された半導体基板201上に酸素ガスを供給しながら、第1のレジストパターン11のエッチング領域11cの全面にむらなく電子ビームが照射されるように、電子銃107から出射された電子ビームを偏向系109により2次元的に走査させる。ここで、電子ビームの加速電圧は20kVであり、電流は100pA、ビーム径は1nm、酸素ガスの圧力は2Paである。エッチング領域11cのレジスト膜に電子ビームが照射されると、照射部の表面のポリマーが励起されて、供給される酸素ガスによってポリマーが分解される酸化分解が起きるので、電子ビームが照射される部位、すなわちエッチング領域11cだけがエッチングされる。その結果、図4(c)に示すように、パッド部12aと、第1のレジストパターン11のライン部11bよりも幅が狭くなったライン部12bとよりなる第2のレジストパターン12が形成される。
【0044】
特に、図5に示すように、第1のレジストパターン11のエッチング領域11cを除去する際に、電子ビームを走査する方向11dは、第1のレジストパターン11のライン部11bの側面と平行な方向にする。これにより、エッチング後に形成される第2のレジストパターン12の側壁のラフネスを小さくすることができる。エッチング領域11cへの電子ビームの走査が全て終了すると、ブランキング系108により電子ビームをオフにすると共に、流路開閉バルブ104により、酸素ボンベ103からの酸素ガスの導入を停止する。
【0045】
このように、第1のレジストパターン11をエッチングによりスリミングして第2のレジストパターン12を形成した後、再度、第2のレジストパターン12上に電子ビームを走査させて第2のレジストパターン12の2次電子像を取得した。その結果、第1のレジストパターン11をスリミングした後の第2のレジストパターン12のライン幅が8.3nmであることが確認できた。一方、電子ビームが照射されていない部位は、酸素ガスによる酸化分解が生じないため、エッチングされないので、第2のレジストパターン12のライン部12bのレジストの高さは第1のレジストパターン11の膜厚である100nmのままであった。
【0046】
以上のように、第1の実施形態によると、第1のレジストパターンに1nm以下のビーム径を有する電子ビームを走査することにより、現像により形成された第1のレジストパターンの位置座標を算出するので、該位置座標及び所望のパターン寸法に基づいて算出したエッチング領域に対して、酸素ガスを供給しながら電子ビームを照射する位置精度を1nm以下にすることができる。また、エッチング領域のレジストを除去する電子ビームのビーム径も1nm以下であるので、10nm以下の寸法の第2のレジストパターンを1nm以下の寸法精度で形成することができる。さらに、第1のレジストパターンの表面に酸素ガスを供給しながら電子ビームを照射するため、電子ビームが照射されたレジスト部分のみを除去できるので、レジストパターンの形状を損なうことなく、高アスペクト比のレジストパターンを形成することができる。
【0047】
尚、本実施形態では、電子ビームの加速電圧が20kV、且つ電流が100pAの条件として説明したが、電子ビームの分解能が10nm以上に悪化しなければ、加速電圧及び電流はいかなる条件でも構わない。また、酸素ガスの圧力に関しても、1mPa以上であればよい。
【0048】
また、電子ビームの照射方法は、図5で説明したように、電子ビームを走査する方法の他に、図6に示すように、エッチング領域11cを包含するように矩形状に整形された電子ビームを用いて、照射位置11eに対して矩形状の電子ビームを固定して照射することにより、エッチング領域11cのうちの一方をエッチングしても構わない。このようにすると、エッチング領域11cに対して矩形状の電子ビームを照射してエッチングするので、エッチングの処理速度を上げることができる。尚、矩形状の電子ビームは、電子銃107とブランキング系108と間にアパーチャーを挿入することによって整形することができる。
【0049】
尚、本実施形態では、レジスト膜に対してパターン露光及び現像を行うことによって形成された第1のレジストパターンをスリミングする方法について説明したが、従来例等により一旦スリミングした後のレジストパターンに対して、本発明を適用することによりさらにスリミングを行っても構わない。
【0050】
また、本実施形態では、第1のレジストパターンの表面に酸素ガスを供給しながら電子ビームを照射する場合について説明したが、酸素原子を含むガスであれば構わない。すなわち、酸素原子を含むガスとは、酸素ガスに限らず、COを含む概念である。
【0051】
また、本実施例では、ArF エキシマレーザを用いる縮小投影露光装置により第1のレジストパターンを形成したが、ArF エキシマレーザの他に、F分子レーザ、KrF エキシマレーザ又はI線を用いる露光装置でも構わない。また、光によるパターン露光の代わりに電子ビームを用いるパターン露光を行っても構わない。
【0052】
また、塗布膜に対するプリベーク、パターン露光されたレジスト膜に対する露光後ベーク又は現像の条件は、本実施形態に記載した条件に限らない。
【0053】
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態について図7〜図9を参照しながら説明する。
【0054】
図7は、前記第1の実施形態で参照した図1におけるステップST6に示した電子ビームによるスリミング工程について詳細に説明する図である。
【0055】
ステップSB1に示すように、DUV光を用いる縮小投影露光法等によりパターン露光した後、現像により得られた第1のレジストパターンに電子ビームを走査して、第1のレジストパターンの2次電子像を取得する。
【0056】
次に、ステップSB2に示すように、2次電子像と所望のパターン寸法に基づき得られる設計パターンデータとを比較して、2次電子像と設計パターンデータとの差分を求める。
【0057】
次に、ステップSB3に示すように、設計パターンデータよりも2次電子像のデータが大きい領域をエッチングにより除去すべきエッチング領域として設定して、その位置座標を計算する。
【0058】
次に、ステップSB4に示すように、第1のレジストパターン上に酸素ガスを供給しながら、エッチング領域に対して電子ビームを照射することにより、第1のレジストパターンよりも幅が狭い第2のレジストパターンを形成する。
【0059】
以下、前記図7で示したパターン形成方法について具体的に説明する。
【0060】
半導体基板上に、化学増幅型レジストをスピンコートして塗布膜を形成し、該塗布膜に対して120℃で60秒間プリベークを行って、膜厚が70nmであるレジスト膜を形成する。次に、F分子レーザを用いる縮小投影露光装置により、レジスト膜に対してパターン露光を行った後、パターン露光されたレジスト膜に対して120℃で60秒間露光後ベークを行う。次に、露光後ベークが行われたレジスト膜に対して、アルカリ現像液を用いる現像を60秒間行って、図8(a)に示すように、半導体基板301上に、パッド部21a及びライン部22bよりなる第1のレジストパターン21を形成する。次に、前記図2に示したパターン形成装置の真空チャンバ100内の試料ステージ102の上に、第1のレジストパターン21が形成された半導体基板301を導入する。電子銃107から出射された電子ビームを偏向系109により第1のレジストパターン21に走査させることにより、第1のレジストパターン21から発生する2次電子を2次電子検出系110により検出する。ここで、電子ビームの加速電圧は2kVであり、電流は100pA、ビーム径は0.5nmである。次に、コンピュータ112は検出された2次電子を基に第1のレジストパターン21の2次電子像を取得する。コンピュータ112は取得した2次電子像の画像処理をさらに行うことにより、第1のレジストパターン21の位置座標を求める。その結果、図8(a)に示すように、第1のレジストパターン21のライン部21bの幅が70nmであった。
【0061】
一方、図8(b)に示すように、所望のパターン寸法に基づき得られる設計パターンデータ22のライン部22bの幅は5nmである。従って、図8(a)に示す2次電子像のデータと図8(b)に示す設計パターンデータとの差分を計算すると、図8(c)に示すように、差分データ23が得られる。図8(a)及び(b)に示したように、2次電子像のデータが示す領域が設計パターンデータが示す領域よりも大きいので、図8(c)に示した差分データ23がエッチング領域として設定でき、その位置座標を算出する。
【0062】
次に、酸素供給ノズル105から第1のレジストパターン21が形成された半導体基板301上に酸素ガスを供給しながら、第1のレジストパターン21のエッチング領域にむらなく電子ビームが照射されるように、電子銃107から出射された電子ビームを偏向系109により2次元的に走査させる。ここで、電子ビームの加速電圧は2kVであり、電流は100pA、ビーム径は0.5nm、酸素ガスの圧力は1Paである。このとき、エッチング領域のレジスト膜に電子ビームが照射されると、照射部の表面のポリマーが励起されて、供給される酸素ガスによってポリマーが分解される酸化分解が起きるので、電子ビームが照射される部位、すなわちエッチング領域だけがエッチングされる。その結果、図9に示すように、パッド部24aと、第1のレジストパターン21のライン部21bよりも幅が狭くなったライン部24bとよりなる第2のレジストパターン24が形成される。全てのエッチング領域に対する電子ビームの走査が終了すると、ブランキング系108により電子ビームの出射をオフにした後、酸素ガスの導入を停止する。
【0063】
このように、第1のレジストパターン21をエッチングによりスリミングして第2のレジストパターン24を形成した後、再度、第2のレジストパターン24上に電子ビームを走査させての2次電子像を取得した。その結果、第1のレジストパターン21をスリミングした後の第2のレジストパターンのライン幅が5nmであることが確認できた。一方、電子ビームが照射されていない部位は、酸素ガスによる酸化分解が生じないため、エッチングされないので、第2のレジストパターン24のライン部24bのレジストの高さは第1のレジストパターン24の膜厚である70nmのままであった。
【0064】
以上のように、第3の実施形態によると、第1のレジストパターンに1nm以下のビーム径を有する電子ビームを走査することにより、現像により形成された第1のレジストパターンの位置座標を算出するので、該位置座標及び設計パターンデータに基づいて算出したエッチング領域に対して、酸素ガスを供給しながら電子ビームを照射する位置精度を1nm以下にすることができる。また、エッチング領域のレジストを除去する電子ビームのビーム径も1nm以下であるので、10nm以下の寸法の第2のレジストパターンを1nm以下の寸法精度で形成することができる。さらに、第1のレジストパターンの表面に酸素ガスを供給しながら電子ビームを照射するため、電子ビームが照射されたレジスト部分のみを除去できるので、レジストパターンの形状を損なうことなく、高アスペクト比のレジストパターンを形成することができる。また、第1のレジストパターンの2次電子像のデータと設計パターンデータとの差分を基にエッチング領域を算出するので、設計値に忠実なパターン形状を得ることができる。
【0065】
尚、本実施形態では、電子ビームの加速電圧が2kVであり、且つ電流が100pAである条件を用いたが、電子ビームの分解能が10nm以上に悪化しなければ、いかなる加速電圧及び電流の条件でも構わない。また、酸素ガスの圧力に関しても、1mPa以上であればいかなる圧力でも構わない。
【0066】
また、本実施形態において、エッチング領域への電子ビームの照射とは、スポット状に集束された電子ビームをエッチング領域に走査しながら照射する場合と、前記第2の実施形態で説明したように、電子ビームを矩形上に整形された電子ビームをエッチング領域に照射する場合とを含む概念である。
【0067】
尚、本実施形態では、レジスト膜に対してパターン露光及び現像を行うことによって形成された第1のレジストパターンをスリミングする方法について説明したが、従来例等により一旦スリミングした後のレジストパターンに対して、本発明を適用することによりさらにスリミングを行っても構わない。
【0068】
また、本実施形態では、第1のレジストパターンの表面に酸素ガスを供給しながら電子ビームを照射する場合について説明したが、酸素原子を含むガスであれば構わない。すなわち、酸素原子を含むガスとは、酸素ガスに限らず、COを含む概念である。
【0069】
また、本実施形態では、F分子レーザを用いる縮小投影露光装置によりパターン形成を行う場合であったが、F分子レーザの他に、ArF エキシマレーザ、KrF エキシマレーザ又はI線を用いる露光装置でも構わない。また、光によるパターン露光の代わりに電子ビームを用いるパターン露光を行って構わない。
【0070】
また、塗布膜に対するプリベーク、パターン露光されたレジスト膜に対する露光後ベーク又は現像の条件は、前記第2の実施例に記載した条件に限定されるものではない。
【0071】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、第1のレジストパターンに酸素原子を含むガスを供給しながらエッチング領域に電子ビームを照射するため、第1のレジストパターンにおける電子ビームの照射部のみにおいて、レジスト材料の酸化と分解が進行してエッチングが行われる。従って、第1のレジストパターンをスリミングしてナノメートルサイズの第2のレジストパターンを形成することができる。また、第1のレジストパターンの2次電子像及び所望のパターン寸法を基にして第1のレジストパターンのエッチング領域を求めるので、第1のレジストパターンの形状を高精度にスリミングして第2のレジストパターンを形成することができる。このように、光の回折限界又はレジストの分子サイズに起因する解像度の限界を超えるナノメートルサイズのパターンを高精度に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るパターン形成方法を示すフロー図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係るパターン形成装置を示す断面図である。
【図3】本発明の第2の実施形態に係るパターン形成方法を示す図である。
【図4】(a)は本発明の第2の実施形態における第1のレジストパターンの2次電子像を説明する平面図であり、
(b)は本発明の第2の実施形態における第1のレジストパターンのエッチング領域を説明する平面図であり、
(c)は本発明の第2の実施形態における第2のレジストパターンの2次電子像を説明する平面図である。
【図5】本発明の第2の実施形態における電子ビームの走査方向を説明する平面図である。
【図6】本発明の第2の実施形態における第1のレジストパターンに対して矩形状の電子ビームを照射する方法を説明する平面図である。
【図7】本発明の第3の実施形態に係るパターン形成方法を示すフロー図である。
【図8】(a)は本発明の第3の実施形態における第1のレジストパターンの2次電子像を示す平面図であり、
(b)は本発明の第3の実施形態における設計パターンデータを示す平面図であり、
(c)は本発明の第3の実施形態における差分データを示す平面図である。
【図9】本発明の第3の実施形態における第2のレジストパターンの2次電子像を示す平面図である。
【符号の説明】
100 真空チャンバ
101、201、301 半導体基板
102 試料ステージ
103 酸素ボンベ
104 流路開閉バルブ
105 酸素供給ノズル
106 拡散ポンプ
107 電子銃
108 ブランキング系
109 偏向系
110 2次電子検出系
111 インターフェース
112 コンピュータ
11、21 第1のレジストパターン
12、24 第2のレジストパターン
11a、12a、21a、22a、24a パッド部
11b、12b、21b、22b、24b ライン部
11c エッチング領域
11d 電子ビームの走査方向
11e 照射位置
22 設計パターンデータ
23 差分データ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a lithography technique used in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as semiconductor integrated circuits have become more highly integrated, circuit patterns have become finer, and improvements in the resolution of photolithography have been demanded. In photolithography, the wavelength of an exposure light source has been shortened, and lithography using an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm has provided a resolution of about 100 nm, which is about half the wavelength.
[0003]
It is well known that high resolution can be obtained by using an electron beam exposure method, but the limit is to obtain a resolution of about 10 nm or more. This means that the electron beam can be narrowed down to a beam diameter of 1 nm or less, but since the resolution is determined by the molecular size of the resist, obtaining a resolution of over 10 nm is the limit.
[0004]
Recently, various slimming methods for narrowing the resist pattern after exposure and development have been proposed in order to further reduce the size of the resist pattern. For example, as shown in Patent Document 1, there is a method of narrowing a resist pattern by isotropic etching using ozone. Also, as shown in Patent Document 2, there is a method of narrowing a resist pattern by ashing with ozone while irradiating UV light. Patent Document 2 discloses a method of locally irradiating UV light to perform ashing.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-231608 A
[Patent Document 2]
JP 2001-85407 A
[Non-patent literature]
Introduction to ultra-fine processing, co-authored by Shizujiro Furukawa and Tanemasa Asano, pp. 164-171
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a pattern forming method, after forming a resist pattern by photolithography, the resist pattern is narrowed, but it has been difficult to obtain a resist pattern having a dimension of 10 nm or less with sub-nanometer accuracy.
[0007]
In a method of narrowing a resist pattern by isotropic etching using ozone, it is considered that the limit is to reduce a resist pattern formed by photolithography to 70% of its dimension. Further, if the etching is further performed, the shape of the resist pattern deteriorates, and a problem arises in that the accuracy of the shape of the resist pattern decreases.
[0008]
In the method of locally irradiating the resist pattern with UV light, the beam diameter of the UV light is limited to about half of the wavelength of the light source to be used. The limit is about 10 nm. In addition, since etching using ozone is performed, a portion that is not irradiated with UV light is slightly etched, so that the shape of the resist pattern slightly deteriorates.
[0009]
As described above, with the conventional resist pattern slimming method, it is difficult to form a nanometer-sized resist pattern, and it is necessary to form a resist pattern with high precision without causing deterioration in the shape of the resist pattern. Is difficult.
[0010]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems at once, and an object of the present invention is to obtain a nanometer-sized resist pattern with high accuracy.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a pattern forming method according to the present invention includes a first step of exposing and developing a resist film to form a first resist pattern; And a second step of acquiring a secondary electron image of the first resist pattern by detecting the generated secondary electrons. The first step is performed based on the secondary electron image and a desired pattern size. A third step of calculating an etching area which is an area where the resist pattern is to be removed by etching, and irradiating the etching area with an electron beam while supplying a gas containing oxygen atoms to a surface of the first resist pattern. And forming a second resist pattern having a width smaller than that of the first resist pattern.
[0012]
According to the pattern forming method of the present invention, since the etching region is irradiated with the electron beam while supplying a gas containing oxygen atoms to the first resist pattern, the resist material is applied only to the electron beam irradiation portion in the first resist pattern. Oxidation and decomposition proceed to perform etching. Therefore, the first resist pattern can be slimmed to form a second resist pattern having a nanometer size. Further, since the etching area of the first resist pattern is obtained based on the secondary electron image of the first resist pattern and the desired pattern size, the shape of the first resist pattern is slimmed with high precision to obtain the second resist pattern. A resist pattern can be formed.
[0013]
In the pattern forming method of the present invention, the third step compares the data of the secondary electron image acquired in the first step with the design pattern data obtained based on the desired pattern size, and It is preferable to include a step of calculating a difference area between the data and the design pattern data as an etching area.
[0014]
By doing so, the accuracy of the etched region is improved, so that a highly accurate second resist pattern can be formed.
[0015]
In the pattern forming method of the present invention, it is preferable that the fourth step includes a step of irradiating the etching region with an electron beam shaped into a rectangular shape.
[0016]
By doing so, the speed of removing the etching region of the first resist pattern can be increased.
[0017]
In the pattern forming method of the present invention, in the fourth step, it is preferable that the electron beam focused in a spot shape is scanned over the etching region.
[0018]
By doing so, the dimensional accuracy when etching the first resist pattern is increased.
[0019]
In the pattern forming method of the present invention, it is preferable that the fourth step includes a step of scanning the electron beam focused in a spot shape in parallel with a side surface of the first resist pattern with respect to the etching region.
[0020]
By doing so, the roughness of the side wall of the second resist pattern can be reduced.
[0021]
A pattern forming apparatus according to the present invention includes a unit for emitting an electron beam, and a secondary electron generated by scanning an electron beam on a first resist pattern formed by exposing and developing a resist film. Means for acquiring a secondary electron image of the first resist pattern by detecting the first resist pattern, and etching the region where the first resist pattern should be removed by etching based on the secondary electron image and the desired pattern size. A third step of calculating an area, a means for supplying a gas containing oxygen atoms to the surface of the first resist pattern, and a third step having a width smaller than that of the first resist pattern by irradiating the etching area with an electron beam. Means for forming a second resist pattern.
[0022]
According to the pattern forming apparatus of the present invention, an electron beam is irradiated to an etching region while supplying a gas containing oxygen atoms to the first resist pattern. Oxidation and decomposition proceed to perform etching. Therefore, the first resist pattern can be slimmed to form a second resist pattern having a nanometer size. Further, since the etching area of the first resist pattern is obtained based on the secondary electron image of the first resist pattern and the desired pattern size, the shape of the first resist pattern is slimmed with high precision to obtain the second resist pattern. A resist pattern can be formed.
[0023]
In the pattern forming apparatus of the present invention, it is preferable that the means for supplying a gas containing oxygen atoms has a gas supply nozzle having an injection port at a position at a distance of 10 cm or less from the first resist pattern.
[0024]
This makes it possible to efficiently supply the first resist pattern with a gas containing oxygen necessary for accurately performing etching by oxidation and decomposition of the resist material without waste.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
First, an outline of a pattern forming method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0026]
As shown in step ST1, a chemically amplified resist is spin-coated on the semiconductor substrate to form a coating film. Then, as shown in step ST2, the coating film is pre-baked to have a thickness of about 100 nm. Is formed. Next, as shown in step ST3, pattern exposure is performed on the resist film by a reduced projection exposure method using an ArF excimer laser or the like, and then, as shown in step ST4, the pattern-exposed resist film is exposed. After baking. Next, as shown in step ST5, development using an alkaline developer is performed to form a first resist pattern. Next, as shown in step ST6, by slimming the first resist pattern using an electron beam, a second resist pattern having a smaller width than the first resist pattern is formed.
[0027]
Hereinafter, the pattern forming apparatus according to the first embodiment of the present invention used in step ST6 will be described.
[0028]
As shown in FIG. 2, the pattern forming apparatus includes a vacuum chamber 100, and a sample stage 102 that holds a semiconductor substrate 101 on which a first resist pattern is formed is provided at the bottom of the vacuum chamber 100. I have. An oxygen supply nozzle 105 for introducing oxygen gas supplied from an oxygen cylinder 103 to the surface of the first resist pattern via a flow path opening / closing valve 104 is provided below the vacuum chamber 100. Are provided in the vicinity of the first resist pattern. A diffusion pump 106 is provided below the vacuum chamber 100. The diffusion pump 106 reduces the pressure in the vacuum chamber 100 to a desired pressure.
[0029]
At the top of the vacuum chamber 100, an electron gun 107 for emitting an electron beam having a beam diameter of 1 nm or less is provided. A blanking system 108 for switching the electron beam emitted from the electron gun 107 and an electron beam emitted from the electron gun 107 are two-dimensionally scanned on the first resist pattern in the upper part of the vacuum chamber 100. And a deflecting system 109 for causing the light to flow. Further, below the vacuum chamber 100, a secondary electron detection system 110 for detecting secondary electrons generated from the first resist pattern is provided. The blanking system 108, the deflection system 109, and the secondary electron detection system 110 are controlled by a computer 112 via an interface 111.
[0030]
The electron beam emitted from the electron gun 107 is scanned on the first resist pattern by the deflection system 109, and secondary electrons generated from the first resist pattern are detected by the secondary electron detection system 110. The signal of the secondary electrons detected by the secondary electron detection system 110 is input to the computer 112, and the computer 112 processes the detection signal to obtain a secondary electron image of the first resist pattern (refer to FIG. Literature "Introduction to Ultrafine Processing, Shizujiro Furukawa and Tanemasa Asano, pp. 164 to 171). Thereafter, based on the position coordinates of the first resist pattern and the desired pattern dimensions, an etching region that is a region where the first resist pattern is to be removed by etching is calculated.
[0031]
Thereafter, while the oxygen supply nozzle 105 supplies oxygen gas to the surface of the first resist pattern, the deflection system 109 irradiates the etching region with an electron beam emitted from the electron gun 107, thereby forming the first resist pattern. A second resist pattern having a smaller width than that is formed. At this time, the distance between the injection port of the oxygen supply nozzle 105 and the first resist pattern formed on the semiconductor substrate 101 is 5 cm, and the oxygen supply nozzle 105 is thus positioned close to the first resist pattern. Since oxygen gas can be sufficiently supplied to the surface of the first resist pattern, the accuracy of removing the resist in the etching region can be improved. The distance between the oxygen supply nozzle 105 and the first resist pattern 11 is not limited to 5 cm, but may be any distance as long as the distance is 10 cm or less and the irradiation of the electron beam is not hindered. Absent. The term “irradiation of the electron beam to the etching region” is a concept including a case where the electron beam focused in a spot shape is irradiated while scanning the etching region.
[0032]
As described above, according to the first embodiment, the position coordinates of the first resist pattern formed by development are calculated by scanning the first resist pattern with an electron beam having a beam diameter of 1 nm or less. Therefore, the position accuracy of irradiating the electron beam while supplying the oxygen gas to the etching region calculated based on the position coordinates and the desired pattern size can be made 1 nm or less. Since the beam diameter of the electron beam for removing the resist in the etching region is also 1 nm or less, a second resist pattern having a size of 10 nm or less can be formed with a dimensional accuracy of 1 nm or less. Further, since the electron beam is irradiated while supplying the oxygen gas to the surface of the first resist pattern, only the resist portion irradiated with the electron beam can be removed, so that the shape of the resist pattern can be reduced and a high aspect ratio can be obtained. A resist pattern can be formed.
[0033]
In the present embodiment, the method of slimming the first resist pattern formed by performing pattern exposure and development on the resist film has been described. Then, slimming may be further performed by applying the present invention.
[0034]
Further, in the present embodiment, the case where the electron beam is irradiated while supplying the oxygen gas to the surface of the first resist pattern has been described, but any gas containing oxygen atoms may be used. That is, the gas containing oxygen atoms is not limited to oxygen gas, 2 It is a concept including
[0035]
(Second embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0036]
FIG. 3 is a diagram for explaining the electron beam slimming step shown in step ST6 in FIG. 1 referred to in the first embodiment in detail.
[0037]
As shown in step SA1, the first resist pattern obtained by the development is scanned with an electron beam to obtain a secondary electron image of the first resist pattern.
[0038]
Next, as shown in step SA2, the position coordinates of the etching region which is the region to be etched in the secondary electron image of the first resist pattern is calculated so as to have a desired size pattern.
[0039]
Next, as shown in step SA3, by irradiating the etching region with an electron beam while supplying oxygen gas onto the first resist pattern, the second resist pattern is narrower than the first resist pattern. A resist pattern is formed.
[0040]
Hereinafter, the pattern forming method shown in FIG. 3 will be specifically described.
[0041]
A coating film is formed by spin-coating a chemically amplified resist on a semiconductor substrate, and the coating film is pre-baked at 120 ° C. for 60 seconds to form a resist film having a thickness of 100 nm. Next, after pattern exposure is performed on the resist film by a reduction projection exposure apparatus using an ArF excimer laser, the pattern-exposed resist film is baked after exposure at 120 ° C. for 60 seconds. Next, development using an alkaline developer is performed for 60 seconds to form a first resist pattern 11 including a pad portion 11a and a line portion 11b on the semiconductor substrate 201, as shown in FIG.
[0042]
Next, the semiconductor substrate 201 on which the first resist pattern 11 is formed is introduced onto the sample stage 102 in the vacuum chamber 100 of the pattern forming apparatus shown in FIG. By scanning the electron beam emitted from the electron gun 107 on the first resist pattern 11 by the deflection system 109, secondary electrons generated from the first resist pattern 11 are detected by the secondary electron detection system 110. Here, the acceleration voltage of the electron beam is 20 kV, the current is 100 pA, and the beam diameter is 1 nm. Next, the computer 112 acquires a secondary electron image of the first resist pattern 11 based on the detected secondary electrons. The computer 112 obtains the position coordinates of the first resist pattern 11 by further performing image processing on the acquired secondary electron image. As a result, as shown in FIG. 4A, it was calculated that the width of the line portion 11b of the first resist pattern 11 was 102 nm and the width of the pad portion a was 290 nm. Here, when the line portion 11b is reduced to a target width of 8 nm as a desired pattern size, an etching area 11c of the first resist pattern 11 is calculated as shown in FIG. Ask for.
[0043]
Next, while oxygen gas is supplied from the oxygen supply nozzle 105 onto the semiconductor substrate 201 on which the first resist pattern 11 is formed, the entire surface of the etching region 11c of the first resist pattern 11 is uniformly irradiated with the electron beam. As described above, the electron beam emitted from the electron gun 107 is two-dimensionally scanned by the deflection system 109. Here, the acceleration voltage of the electron beam is 20 kV, the current is 100 pA, the beam diameter is 1 nm, and the pressure of oxygen gas is 2 Pa. When the resist film in the etching region 11c is irradiated with the electron beam, the polymer on the surface of the irradiated portion is excited and oxidative decomposition occurs in which the polymer is decomposed by the supplied oxygen gas. That is, only the etching region 11c is etched. As a result, as shown in FIG. 4C, a second resist pattern 12 including a pad portion 12a and a line portion 12b narrower than the line portion 11b of the first resist pattern 11 is formed. You.
[0044]
In particular, as shown in FIG. 5, when removing the etching region 11c of the first resist pattern 11, the direction 11d in which the electron beam is scanned is a direction parallel to the side surface of the line portion 11b of the first resist pattern 11. To Thereby, the roughness of the side wall of the second resist pattern 12 formed after the etching can be reduced. When the scanning of the electron beam onto the etching region 11c is completed, the electron beam is turned off by the blanking system 108, and the introduction of oxygen gas from the oxygen cylinder 103 is stopped by the flow path opening / closing valve 104.
[0045]
As described above, after the first resist pattern 11 is slimmed by etching to form the second resist pattern 12, the electron beam is again scanned on the second resist pattern 12 to form the second resist pattern 12. A secondary electron image was obtained. As a result, it was confirmed that the line width of the second resist pattern 12 after slimming the first resist pattern 11 was 8.3 nm. On the other hand, since the portions not irradiated with the electron beam are not etched because they are not oxidized and decomposed by oxygen gas, the height of the resist in the line portion 12b of the second resist pattern 12 is equal to the film height of the first resist pattern 11. The thickness was kept at 100 nm.
[0046]
As described above, according to the first embodiment, the position coordinates of the first resist pattern formed by development are calculated by scanning the first resist pattern with an electron beam having a beam diameter of 1 nm or less. Therefore, the position accuracy of irradiating the electron beam while supplying the oxygen gas to the etching region calculated based on the position coordinates and the desired pattern size can be made 1 nm or less. Since the beam diameter of the electron beam for removing the resist in the etching region is also 1 nm or less, a second resist pattern having a size of 10 nm or less can be formed with a dimensional accuracy of 1 nm or less. Further, since the electron beam is irradiated while supplying the oxygen gas to the surface of the first resist pattern, only the resist portion irradiated with the electron beam can be removed, so that the shape of the resist pattern can be reduced and a high aspect ratio can be obtained. A resist pattern can be formed.
[0047]
Note that, in the present embodiment, the conditions are described in which the acceleration voltage of the electron beam is 20 kV and the current is 100 pA. However, the acceleration voltage and the current may be any conditions as long as the resolution of the electron beam does not deteriorate to 10 nm or more. Also, the pressure of the oxygen gas may be 1 mPa or more.
[0048]
In addition to the electron beam scanning method described with reference to FIG. 5, the electron beam irradiation method includes, as shown in FIG. 6, an electron beam shaped into a rectangular shape so as to include the etching region 11 c as shown in FIG. 6. Alternatively, one of the etching regions 11c may be etched by fixing and irradiating the irradiation position 11e with a rectangular electron beam. In this case, since the etching is performed by irradiating the etching area 11c with a rectangular electron beam, the processing speed of the etching can be increased. The rectangular electron beam can be shaped by inserting an aperture between the electron gun 107 and the blanking system 108.
[0049]
In the present embodiment, the method of slimming the first resist pattern formed by performing pattern exposure and development on the resist film has been described. Then, slimming may be further performed by applying the present invention.
[0050]
Further, in the present embodiment, the case where the electron beam is irradiated while supplying the oxygen gas to the surface of the first resist pattern has been described, but any gas containing oxygen atoms may be used. That is, the gas containing oxygen atoms is not limited to oxygen gas, 2 It is a concept including
[0051]
In the present embodiment, the first resist pattern is formed by a reduction projection exposure apparatus using an ArF excimer laser. 2 An exposure apparatus using a molecular laser, a KrF excimer laser, or an I-ray may be used. Further, pattern exposure using an electron beam may be performed instead of pattern exposure using light.
[0052]
Further, the conditions of the pre-bake for the coating film and the post-exposure bake or development for the pattern-exposed resist film are not limited to the conditions described in the present embodiment.
[0053]
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0054]
FIG. 7 is a diagram for explaining in detail the slimming step using an electron beam shown in step ST6 in FIG. 1 referred to in the first embodiment.
[0055]
As shown in step SB1, after pattern exposure is performed by a reduced projection exposure method using DUV light or the like, the first resist pattern obtained by development is scanned with an electron beam to form a secondary electron image of the first resist pattern. To get.
[0056]
Next, as shown in step SB2, a difference between the secondary electron image and the design pattern data is obtained by comparing the secondary electron image with design pattern data obtained based on a desired pattern size.
[0057]
Next, as shown in step SB3, an area where the data of the secondary electron image is larger than the design pattern data is set as an etching area to be removed by etching, and its position coordinates are calculated.
[0058]
Next, as shown in step SB4, by irradiating the etching region with an electron beam while supplying oxygen gas onto the first resist pattern, the second resist pattern is narrower than the first resist pattern. A resist pattern is formed.
[0059]
Hereinafter, the pattern forming method shown in FIG. 7 will be specifically described.
[0060]
A chemically amplified resist is spin-coated on a semiconductor substrate to form a coating film, and the coating film is prebaked at 120 ° C. for 60 seconds to form a resist film having a thickness of 70 nm. Next, F 2 After pattern exposure is performed on the resist film by a reduction projection exposure apparatus using a molecular laser, the pattern-exposed resist film is baked after exposure at 120 ° C. for 60 seconds. Next, the resist film subjected to the post-exposure bake is subjected to development using an alkaline developer for 60 seconds, so that the pad portion 21a and the line portion are formed on the semiconductor substrate 301 as shown in FIG. A first resist pattern 21 of 22b is formed. Next, the semiconductor substrate 301 on which the first resist pattern 21 is formed is introduced onto the sample stage 102 in the vacuum chamber 100 of the pattern forming apparatus shown in FIG. By scanning the electron beam emitted from the electron gun 107 on the first resist pattern 21 by the deflection system 109, secondary electrons generated from the first resist pattern 21 are detected by the secondary electron detection system 110. Here, the acceleration voltage of the electron beam is 2 kV, the current is 100 pA, and the beam diameter is 0.5 nm. Next, the computer 112 acquires a secondary electron image of the first resist pattern 21 based on the detected secondary electrons. The computer 112 obtains the position coordinates of the first resist pattern 21 by further performing image processing of the acquired secondary electron image. As a result, as shown in FIG. 8A, the width of the line portion 21b of the first resist pattern 21 was 70 nm.
[0061]
On the other hand, as shown in FIG. 8B, the width of the line portion 22b of the design pattern data 22 obtained based on the desired pattern size is 5 nm. Therefore, when the difference between the data of the secondary electron image shown in FIG. 8A and the design pattern data shown in FIG. 8B is calculated, difference data 23 is obtained as shown in FIG. 8C. As shown in FIGS. 8A and 8B, since the area indicated by the data of the secondary electron image is larger than the area indicated by the design pattern data, the difference data 23 shown in FIG. And the position coordinates are calculated.
[0062]
Next, while an oxygen gas is supplied from the oxygen supply nozzle 105 onto the semiconductor substrate 301 on which the first resist pattern 21 is formed, the etching region of the first resist pattern 21 is uniformly irradiated with the electron beam. The electron beam emitted from the electron gun 107 is two-dimensionally scanned by the deflection system 109. Here, the acceleration voltage of the electron beam is 2 kV, the current is 100 pA, the beam diameter is 0.5 nm, and the pressure of the oxygen gas is 1 Pa. At this time, when the resist film in the etching region is irradiated with the electron beam, the polymer on the surface of the irradiated portion is excited and oxidative decomposition occurs in which the polymer is decomposed by the supplied oxygen gas. Is etched, ie, only the etched region. As a result, as shown in FIG. 9, a second resist pattern 24 including a pad portion 24a and a line portion 24b having a smaller width than the line portion 21b of the first resist pattern 21 is formed. When the scanning of the electron beam for all the etching regions is completed, the emission of the electron beam is turned off by the blanking system 108, and then the introduction of the oxygen gas is stopped.
[0063]
As described above, after the first resist pattern 21 is slimmed by etching to form the second resist pattern 24, a secondary electron image is obtained by scanning the second resist pattern 24 again with an electron beam. did. As a result, it was confirmed that the line width of the second resist pattern after slimming the first resist pattern 21 was 5 nm. On the other hand, since the portions not irradiated with the electron beam are not etched because they are not oxidized and decomposed by oxygen gas, the height of the resist in the line portions 24b of the second resist pattern 24 is equal to the film height of the first resist pattern 24. It remained at the thickness of 70 nm.
[0064]
As described above, according to the third embodiment, the position coordinates of the first resist pattern formed by development are calculated by scanning the first resist pattern with an electron beam having a beam diameter of 1 nm or less. Therefore, the position accuracy of irradiating the electron beam while supplying oxygen gas to the etching region calculated based on the position coordinates and the design pattern data can be made 1 nm or less. Since the beam diameter of the electron beam for removing the resist in the etching region is also 1 nm or less, a second resist pattern having a size of 10 nm or less can be formed with a dimensional accuracy of 1 nm or less. Further, since the electron beam is irradiated while supplying the oxygen gas to the surface of the first resist pattern, only the resist portion irradiated with the electron beam can be removed, so that the shape of the resist pattern can be reduced and a high aspect ratio can be obtained. A resist pattern can be formed. Further, since the etching region is calculated based on the difference between the data of the secondary electron image of the first resist pattern and the design pattern data, a pattern shape faithful to the design value can be obtained.
[0065]
In this embodiment, the condition that the acceleration voltage of the electron beam is 2 kV and the current is 100 pA is used. However, as long as the resolution of the electron beam does not deteriorate to 10 nm or more, any condition of the acceleration voltage and current may be used. I do not care. Further, the pressure of the oxygen gas may be any pressure as long as it is 1 mPa or more.
[0066]
Further, in the present embodiment, the irradiation of the etching area with the electron beam means that the electron beam focused in a spot shape is irradiated while scanning the etching area, and as described in the second embodiment, The concept includes a case where an electron beam shaped into a rectangle is irradiated on an etching region.
[0067]
In the present embodiment, the method of slimming the first resist pattern formed by performing pattern exposure and development on the resist film has been described. Then, slimming may be further performed by applying the present invention.
[0068]
Further, in the present embodiment, the case where the electron beam is irradiated while supplying the oxygen gas to the surface of the first resist pattern has been described, but any gas containing oxygen atoms may be used. That is, the gas containing oxygen atoms is not limited to oxygen gas, 2 It is a concept including
[0069]
In the present embodiment, F 2 In the case where pattern formation is performed by a reduction projection exposure apparatus using a molecular laser, 2 An exposure apparatus using an ArF excimer laser, a KrF excimer laser, or an I-line other than the molecular laser may be used. Further, pattern exposure using an electron beam may be performed instead of pattern exposure using light.
[0070]
Further, the conditions of the pre-bake for the coating film and the post-exposure bake or development for the pattern-exposed resist film are not limited to the conditions described in the second embodiment.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the etching region is irradiated with an electron beam while supplying a gas containing oxygen atoms to the first resist pattern, the resist is only applied to the electron beam irradiation portion in the first resist pattern. Oxidation and decomposition of the material progress and etching is performed. Therefore, the first resist pattern can be slimmed to form a second resist pattern having a nanometer size. Further, since the etching area of the first resist pattern is obtained based on the secondary electron image of the first resist pattern and the desired pattern size, the shape of the first resist pattern is slimmed with high precision to obtain the second resist pattern. A resist pattern can be formed. In this way, a nanometer-sized pattern exceeding the resolution limit due to the diffraction limit of light or the molecular size of the resist can be formed with high precision.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a pattern forming method according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a pattern forming apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view illustrating a pattern forming method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4A is a plan view illustrating a secondary electron image of a first resist pattern according to a second embodiment of the present invention,
FIG. 4B is a plan view illustrating an etched region of the first resist pattern according to the second embodiment of the present invention,
FIG. 9C is a plan view illustrating a secondary electron image of a second resist pattern according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view illustrating a scanning direction of an electron beam according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view illustrating a method of irradiating a first resist pattern with a rectangular electron beam in a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing a pattern forming method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8A is a plan view showing a secondary electron image of a first resist pattern according to a third embodiment of the present invention,
(B) is a plan view showing design pattern data according to the third embodiment of the present invention,
(C) is a plan view showing difference data in the third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view showing a secondary electron image of a second resist pattern according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
100 vacuum chamber
101, 201, 301 semiconductor substrate
102 Sample stage
103 oxygen cylinder
104 Flow path open / close valve
105 oxygen supply nozzle
106 Diffusion pump
107 electron gun
108 Blanking system
109 Deflection system
110 Secondary electron detection system
111 interface
112 Computer
11, 21 First resist pattern
12, 24 Second resist pattern
11a, 12a, 21a, 22a, 24a Pad section
11b, 12b, 21b, 22b, 24b Line section
11c Etched area
11d Scanning direction of electron beam
11e Irradiation position
22 Design pattern data
23 Difference data

Claims (7)

レジスト膜に対して露光及び現像を行って第1のレジストパターンを形成する第1の工程と、
前記第1のレジストパターンに電子ビームを走査して、発生する2次電子を検出することにより、前記第1のレジストパターンの2次電子像を取得する第2の工程と、
前記2次電子像及び所望のパターン寸法に基づいて、前記第1のレジストパターンをエッチングにより除去すべき領域であるエッチング領域を算出する第3の工程と、
前記第1のレジストパターンの表面に酸素原子を含むガスを供給しながら、前記エッチング領域に電子ビームを照射することにより前記第1のレジストパターンよりも幅が狭い第2のレジストパターンを形成する第4の工程とを備えることを特徴とするパターン形成方法。
A first step of exposing and developing the resist film to form a first resist pattern;
A second step of acquiring a secondary electron image of the first resist pattern by scanning the first resist pattern with an electron beam and detecting generated secondary electrons;
A third step of calculating an etching area that is an area where the first resist pattern is to be removed by etching, based on the secondary electron image and a desired pattern dimension;
Irradiating the etching region with an electron beam while supplying a gas containing oxygen atoms to the surface of the first resist pattern to form a second resist pattern narrower than the first resist pattern; 4. A pattern forming method, comprising:
前記第3の工程は、前記第1の工程において取得した前記2次電子像のデータと前記所望のパターン寸法に基づき得られる設計パターンデータとを比較して、前記2次電子像のデータと前記設計パターンデータとの差分領域を前記エッチング領域として算出する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のパターン形成方法。The third step compares the data of the secondary electron image acquired in the first step with design pattern data obtained based on the desired pattern dimension, and compares the data of the secondary electron image with the data of the secondary electron image. 2. The pattern forming method according to claim 1, further comprising a step of calculating a difference area from design pattern data as the etching area. 前記第4の工程は、矩形状に整形された前記電子ビームを前記エッチング領域に照射する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のパターン形成方法。The pattern forming method according to claim 1, wherein the fourth step includes a step of irradiating the etching region with the electron beam shaped into a rectangular shape. 前記第4の工程は、スポット状に集束された前記電子ビームを前記エッチング領域に走査することを特徴とする請求項1に記載のパターン形成方法。2. The pattern forming method according to claim 1, wherein in the fourth step, the electron beam focused in a spot shape is scanned on the etching region. 前記第4の工程は、スポット状に集束された前記電子ビームを前記エッチング領域に対して、前記第1のレジストパターンの側面に平行に走査する工程を含むことを特徴とする請求項4に記載のパターン形成方法。5. The method according to claim 4, wherein the fourth step includes a step of scanning the electron beam focused in a spot shape on the etching region in parallel with a side surface of the first resist pattern. 6. Pattern formation method. 電子ビームを出射する手段と、
レジスト膜に対して露光及び現像が行われることにより形成された第1のレジストパターンに前記電子ビームを走査して、発生する2次電子を検出することにより、前記第1のレジストパターンの2次電子像を取得する手段と、
前記2次電子像及び所望のパターン寸法に基づいて、前記第1のレジストパターンをエッチングにより除去すべき領域であるエッチング領域を算出する手段と、
前記第1のレジストパターンの表面に酸素原子を含むガスを供給する手段と、
前記エッチング領域に前記電子ビームを照射することにより前記第1のレジストパターンよりも幅が狭い第2のレジストパターンを形成する手段とを備えていることを特徴とするパターン形成装置。
Means for emitting an electron beam;
By scanning the first resist pattern formed by performing exposure and development on the resist film with the electron beam and detecting the secondary electrons generated, the secondary resist of the first resist pattern is formed. Means for acquiring an electronic image;
Means for calculating an etching area which is an area where the first resist pattern is to be removed by etching, based on the secondary electron image and a desired pattern size;
Means for supplying a gas containing oxygen atoms to the surface of the first resist pattern;
Means for irradiating the etching area with the electron beam to form a second resist pattern having a width smaller than that of the first resist pattern.
前記酸素原子を含むガスを供給する手段は、前記第1のレジストパターンからの距離が10cm以下である位置に噴射口を持つガス供給ノズルを有していることを特徴とする請求項6に記載のパターン形成装置。7. The gas supply nozzle according to claim 6, wherein the means for supplying the gas containing oxygen atoms has a gas supply nozzle having an injection port at a position at a distance of 10 cm or less from the first resist pattern. Pattern forming equipment.
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