JP2566567B2 - Pattern forming method - Google Patents

Pattern forming method

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JP2566567B2
JP2566567B2 JP62008030A JP803087A JP2566567B2 JP 2566567 B2 JP2566567 B2 JP 2566567B2 JP 62008030 A JP62008030 A JP 62008030A JP 803087 A JP803087 A JP 803087A JP 2566567 B2 JP2566567 B2 JP 2566567B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、たとえば半導体素子、磁気バブル素子、超
伝導素子等の作製における投影露光法を用いたパターン
形成方法に係り、詳しくは、縮小投影露光法による微細
パターンの形成に特に有効なパターン形成方法にをす
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a pattern forming method using a projection exposure method in the production of, for example, semiconductor elements, magnetic bubble elements, superconducting elements, and the like. A pattern forming method that is particularly effective for forming a fine pattern by an exposure method will be described.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

周囲のように、半導体装置や磁気バブルメモリ装置な
どの有する各種微細パターンの形成には、投影露光法が
広く用いられている。投影露光法、特に縮小第影露光法
は微細のパターン形成に有用である。投影露光法ではレ
ンズの開口数の増大および露光波長の短波長化により解
像度が向上する。しかし、従来の投影露光法において
は、露光光学系の焦点深度は投影レンズの開口数と露光
波長に強く依存していた。投影レンズの焦点深度はその
開口数の2乗に反比例し、露光波長に比例するため、解
像度を上げるために開口数を大きくしたり、短波長化を
行なったりすると、それにともなって焦点深度は浅くな
ってしまう。このため、投影レンズの像面歪や基板表面
の凹凸段差によって生ずる障害への対処が次第に困難と
なってきている。比較的微細なパターンによって生ずる
段差による障害については、これまで周知の多層レジス
ト法による平滑化によって対処されてきた、しかし、こ
の方法を用いても大面積パターンによって生じた段差を
完全に平坦化することはできず、段差の上部もしくは下
部に結像不良が生ずるのは避けられなかった。
A projection exposure method is widely used for forming various fine patterns such as those in the surroundings such as semiconductor devices and magnetic bubble memory devices. The projection exposure method, especially the reduced shadow exposure method is useful for forming a fine pattern. In the projection exposure method, the resolution is improved by increasing the numerical aperture of the lens and shortening the exposure wavelength. However, in the conventional projection exposure method, the depth of focus of the exposure optical system strongly depends on the numerical aperture of the projection lens and the exposure wavelength. The depth of focus of the projection lens is inversely proportional to the square of its numerical aperture, and is proportional to the exposure wavelength. Therefore, if the numerical aperture is increased or the wavelength is shortened to increase the resolution, the depth of focus becomes shallower accordingly. turn into. For this reason, it is becoming increasingly difficult to cope with obstacles caused by image plane distortion of the projection lens and uneven steps on the substrate surface. The obstacle caused by the step due to the relatively fine pattern has been dealt with by the smoothing by the well-known multi-layer resist method, but even with this method, the step caused by the large area pattern is completely flattened. This is not possible, and it is inevitable that defective imaging will occur above or below the step.

なお、多層レジスト法については特開昭51-107775号
などに記載されている。
The multilayer resist method is described in JP-A-51-107775.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

近年の半導体集積回路の高集積化にともない、パター
ンの微細化と基板表面の凹凸段差が著しく増大し、それ
らへの対応が要求されている。パターン形成に投影露光
法を用いる場合、凹凸段差の増大に対応するためには、
露光光学系としてはより深い焦点深度が必要となる。し
かし解像度を向上させるには投影レンズの開口数を大き
くする必要があるため、焦点深度は逆に浅くなってい
る。また、投影レンズの像面歪により結像面は完全平面
ではないため、露光領域全面にわたり、その表面凹凸段
差に対応して焦点深度を確保するのが困難になってきて
いる。
With the recent high integration of semiconductor integrated circuits, the miniaturization of patterns and the unevenness of irregularities on the substrate surface are remarkably increased, and it is required to cope with them. When using the projection exposure method for pattern formation, in order to cope with an increase in uneven steps,
A deeper depth of focus is required for the exposure optical system. However, in order to improve the resolution, it is necessary to increase the numerical aperture of the projection lens, so the depth of focus is conversely shallow. Further, since the image plane is not a perfect plane due to the image plane distortion of the projection lens, it is becoming difficult to secure the depth of focus corresponding to the uneven surface step over the entire exposure area.

前記従来技術では大面積パターンによって生ずる凹凸
段差を完全に平坦化することはできず、また完全平坦化
が達成されたとしてもレンズの像面歪のため露光領域全
面にわたってマスクパターンの結像面を基板表面と一致
させることができず、上記問題に対処するのが困難であ
った。
In the above-mentioned conventional technique, it is not possible to completely flatten the unevenness caused by the large area pattern, and even if perfect flattening is achieved, the image plane of the mask pattern is formed over the entire exposure region due to the image plane distortion of the lens. It was not possible to match the substrate surface, and it was difficult to address the above problems.

本発明の目的は段差が表面に存在しても、十分高い精
度で微細なパターンを形成できるパターン形成方法を提
供することである。本発明の他の目的はレンズの開口数
が大きい場合および露光波長が短かい場合にも光学系の
実質的な焦点深度の低下を防止し、段差の有無にかかわ
らず露光領域全面にわたって結像不良のない良好な微細
パターンを形成することである。
An object of the present invention is to provide a pattern forming method capable of forming a fine pattern with sufficiently high accuracy even if a step exists on the surface. Another object of the present invention is to prevent a substantial decrease in the depth of focus of the optical system even when the numerical aperture of the lens is large and the exposure wavelength is short, and to form an image defect over the entire exposure region regardless of the presence or absence of a step. It is to form a good fine pattern with no defects.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的はフォトレジスト上に可逆性を有するブリー
チング膜を形成し、その後、光軸方向における結像面の
位置を変えて多重露光することにより達成される。ここ
で、可逆性を有する光選択透過膜(ブリーチング膜)と
は、未露光時は露光光に対し不透明であるが、露光光の
照射によって透明になり、かつ露光光の照射を停止する
と不透明膜にもどる性質を有する膜のことである。
The above object is achieved by forming a reversible bleaching film on a photoresist, and then performing multiple exposure by changing the position of the image plane in the optical axis direction. Here, the reversible light selective transmission film (bleaching film) is opaque to the exposure light when not exposed, but becomes transparent by the irradiation of the exposure light and is opaque when the irradiation of the exposure light is stopped. A film having a property of returning to a film.

〔作用〕[Action]

微細パターンを形成する場合、結像位置から離れた位
置での、いわゆるデフォーカスした像の光強度分布は裾
の拡がったゆるやかな山型となり、そのピーク強度は結
像位置の像のピーク強度に比べ低下する。
When forming a fine pattern, the light intensity distribution of a so-called defocused image at a position distant from the image forming position has a gentle mountain shape with a wide skirt, and its peak intensity is the peak intensity of the image at the image forming position. Compared to.

可逆性ブリーチング膜は一定光量以下の光を遮光し、
ある閾値を越えると透明化して光を透過させる性質があ
る。また可逆性を有するため、光照射を停止すると再び
初期の不透明状態にもどり、リセットされる。したがっ
て結像位置を変えて多重露光し、かつ光量を適当に選択
すると、デフォーカスした像はブリーチング膜によって
遮光されて、フォレジストを感光せず、焦点の合った、
いわゆるベストフォーカスの像のみがブリーチング膜を
透過してフォトレジストを感光させる。ブリーチング膜
の可逆性により、デフォーカスした像による露光の履歴
は残らず、その影響を取り除くことができる。表面に段
差が存在し、場所によって焦点が合う位置が異なる場合
も結像位置を変えて多重露光しているため、いずれかの
露光にベストフォーカスの像が形成され、その像のみが
選択的にフォトレジストを感光するので、基板段差にと
もなう焦点ボケ、およびレンスの像面歪による焦点ボケ
の問題を解決できる。
The reversible bleaching film blocks light below a certain amount,
When it exceeds a certain threshold, it has the property of becoming transparent and transmitting light. Further, since it has reversibility, when the light irradiation is stopped, it returns to the initial opaque state and is reset. Therefore, if the image formation position is changed, multiple exposure is performed, and the amount of light is appropriately selected, the defocused image is shielded by the bleaching film, the photoresist is not exposed, and the image is in focus.
Only the so-called best focus image passes through the bleaching film to expose the photoresist. Due to the reversibility of the bleaching film, the history of exposure due to the defocused image does not remain, and its influence can be removed. Even if there is a step on the surface and the focus position differs depending on the location, multiple exposure is performed by changing the image formation position, so the image of the best focus is formed in either exposure, and only that image is selectively Since the photoresist is exposed, it is possible to solve the problems of defocusing due to the substrate step and defocusing due to the lens surface distortion.

〔実施例〕〔Example〕

実施例1. 以下、本発明の一実施例を第1図を用いて説明する。 Embodiment 1. An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

第1図(a)に示すようにフォトレジストを表面に段
差のある基板1上に塗布し、フォトレジスト層2を形成
した。その後、第1図(b)に示すようにフォトレジス
ト層2上に光選択透過膜(ブリーチング膜)3を形成し
た。光選択透過膜3は4−ジメチルアミノ−4′−ニト
ロアゾベンゼンをポリビニルアルコールの水溶液に溶か
した液を回転塗布することにより形成した。膜厚は約0.
5μmとしたが、ブリーチング効果が得られればこの膜
厚に限らない。その後、投影露光装置(図示せず)を用
いてパターンを露光し、続いて現像を行なって第1図
(c)に示すようにレジストパターン4を形成した。こ
の露光は次ようにして行なった。まず基板1の凸面上
1′に結像面がくるように基板を固定したステージを移
動し、その場所で一回目の露光を行なった。次に基板1
の凹面上1″に結像面がくるようにステージを光軸方向
に移動し、上記パターンの二回目の露光を行なった。こ
の露光は第1回目の露光後0.5秒以上の間隔をおいて行
なった。なお、上記投影露光装置としては、日立RA101H
L型縮小投影露光装置を使用した。露光波長は436nmであ
る。
As shown in FIG. 1 (a), a photoresist was applied on a substrate 1 having a step on the surface to form a photoresist layer 2. Thereafter, as shown in FIG. 1B, a light selective transmission film (bleaching film) 3 was formed on the photoresist layer 2. The light selective transmission film 3 was formed by spin coating a solution of 4-dimethylamino-4'-nitroazobenzene dissolved in an aqueous solution of polyvinyl alcohol. The film thickness is about 0.
Although the thickness is 5 μm, the thickness is not limited to this as long as the bleaching effect can be obtained. Then, the pattern was exposed by using a projection exposure apparatus (not shown), and then developed to form a resist pattern 4 as shown in FIG. 1 (c). This exposure was performed as follows. First, the stage on which the substrate was fixed was moved so that the image plane was on the convex surface 1'of the substrate 1, and the first exposure was performed at that position. Next, substrate 1
The stage was moved in the direction of the optical axis so that the image plane was located on the concave surface of 1 ″, and the second exposure of the above pattern was performed. Hitachi RA101H is used as the projection exposure apparatus.
An L-type reduction projection exposure device was used. The exposure wavelength is 436 nm.

本方法により2μm以上の段差がある場合でも段差の
上下ともに0.7μmの微細パターンを形状劣化なく形成
できた。一方、従来法では段差が約1.5μmを越えると
解像不良を起こした。
By this method, even if there is a step of 2 μm or more, a fine pattern of 0.7 μm both above and below the step can be formed without deterioration of shape. On the other hand, in the conventional method, when the step exceeds about 1.5 μm, the resolution is poor.

なお、上記実施例においてはフォトレジストとしてTS
MR8800(東京応化工業(株)商品名)を用いたが、これ
のみではなく、MP1400(Shipley社商品名)、OFPR5000
(東京応化工業(株)商品名)、AZ1300SFD(Hochst社
商品名)、Kodak809(Kodak社商品名)PMMA,PGMA,PMIPK
などのポジレジストおよびRD2000N、RUI1000N(日立化
成工業(株)社商品名)などのポリビニルフェノール系
ネガレジスト、CBR(日本合成ゴム(株)社商品名)な
どの環化ゴム系ネガレジストなど、各種レジストを用い
ることができる。また三層レジスト構造および二層レジ
スト構造でも同様に効果がある。また本実施例では光選
択透過膜の色素として4−ジメチルアミノ−4′−ニト
ロアゾベンゼンを用いたが、この材料に限らず、3−メ
チルアミノ−4−ニトロアゾベンゼン、4−ニトロアゾ
ベンゼン、4−ジメチルアミノアゾベンゼン、3−メチ
ル−4−ジメチルアミノ−4′−ニトロアゾベンゼンな
どのアゾベンゾン系誘導体あるいはスピロピラン系誘導
体など可逆性ブリーチング材料であればよい。また本実
施例ではこの色素を水に溶かしたが、水に限らず、プロ
パノールと水の混合物、プロパノール、メチルシクロヘ
キサンとトルエンの混合物、メチルシクロペタンとメチ
ルシクロヘキサンの混合物なども用いることができる。
これら溶媒がフォトレジストを浸食する場合、例えばプ
ロパノールの場合はポリシロキサン、その他の溶媒に対
してはパーフルオロポリエーテルなど、上記溶媒に溶け
ず、しかもフォトレジストを浸食しない中間膜をフォト
レジストと光選択透過膜の間に設けることにより、浸食
の問題を完全にとりのぞくことができる。また第1回目
の露光と2回目の露光の間隔を約0.5秒以上としたが、
これは色素の光透過率が初期状態にもどるのに必要な時
間で決まる値であり、材料により異なる。短時間化する
ためには温度を上げればよい。
It should be noted that in the above embodiment, TS is used as a photoresist.
MR8800 (trade name of Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was used, but not only this, MP1400 (trade name of Shipley company), OFPR5000
(Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. product name), AZ1300SFD (Hochst company product name), Kodak809 (Kodak product name) PMMA, PGMA, PMIPK
A variety of positive resists such as RD2000N, polyvinylphenol negative resists such as RUI1000N (Hitachi Chemical Co., Ltd. product name), cyclized rubber negative resists such as CBR (Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd. product name), etc. A resist can be used. Further, a three-layer resist structure and a two-layer resist structure are also effective. Although 4-dimethylamino-4'-nitroazobenzene was used as the dye of the light selective transmission film in this example, it is not limited to this material, and 3-methylamino-4-nitroazobenzene, 4-nitroazobenzene, 4-nitroazobenzene, Any reversible bleaching material such as an azobenzone derivative such as dimethylaminoazobenzene or 3-methyl-4-dimethylamino-4′-nitroazobenzene or a spiropyran derivative may be used. Further, although the dye was dissolved in water in this example, it is not limited to water, and a mixture of propanol and water, a mixture of propanol, methylcyclohexane and toluene, a mixture of methylcyclopentane and methylcyclohexane, and the like can also be used.
When these solvents erode the photoresist, for example, polysiloxane in the case of propanol and perfluoropolyether in the case of other solvents, an intermediate film that is insoluble in the above solvent and does not erode the photoresist is used as the photoresist and the light. By providing it between the selectively permeable membranes, the problem of erosion can be completely eliminated. Also, the interval between the first exposure and the second exposure was about 0.5 seconds or more,
This is a value determined by the time required for the light transmittance of the dye to return to the initial state, and depends on the material. The temperature may be raised to shorten the time.

本実施例では露光後、現像を行なってパターンを形成
した。これは現像液にテトラメチルアンモニウム塩の水
溶液を用い,光選択透過膜として水溶性の膜を用いたた
め、現像時に自動的に光選択透過膜が除去できたためで
ある。光選択透過膜が現像液で除去できない膜の場合
は、光選択透過膜を除去した後現像を行なう必要があ
る。なお本実施例では投影レンズの開口数を0.38とした
が、開口数を変えても顕著な効果が認められた。
In this example, after exposure, development was performed to form a pattern. This is because an aqueous solution of tetramethylammonium salt was used as the developer and a water-soluble film was used as the light selective transmission film, so that the light selective transmission film could be automatically removed during development. When the light selective transmission film cannot be removed with a developing solution, it is necessary to develop after removing the light selective transmission film. Although the numerical aperture of the projection lens is set to 0.38 in this embodiment, a remarkable effect is recognized even if the numerical aperture is changed.

本実施例では露光波長を436nmとしたが、光選択透過
膜がブリーチングを起こす波長であればこの値に限らず
用いることができる。例えば4−ジメチルアミノアゾベ
ンゼンを色素とする光選択透過膜を用いた場合は、露光
波長を405nmとすることができる。
In this embodiment, the exposure wavelength is 436 nm, but any wavelength that causes bleaching in the light selective transmission film can be used without being limited to this value. For example, when a light selective transmission film containing 4-dimethylaminoazobenzene as a dye is used, the exposure wavelength can be 405 nm.

実施例2. 第2図(a)に示すように段差のある基板11上にフォ
トレジストを塗布し、フォトレジスト層12を形成した。
その後第2図(b)に示すようにポリシロキサンを塗布
し、中間層13を形成した。その後、第2図(c)に示す
ように光選択透過膜14を形成した。光選択透過膜の色素
としては4−ニトロアゾベンゼンを用い、溶媒はプロパ
ノールとし回転塗布により光選択透過膜14を形成した。
その後XeCIエキシマパルスレーザーを用いて投影露光を
行なった。露光波長は308nmである。この露光は次のよ
うにして行なった。まず、基板表面の主平面15が投影光
学系の結像面より10μm下方(投影光学系から離れる方
向)に設定して露光を行なった後,基板を固定したステ
ージを光軸に沿って約1μmずつ上方に移動させ、その
つど露光を行なった。この操作を基板表面の主平面が結
像面より10μm上方にくるまで続けた。
Example 2 As shown in FIG. 2 (a), a photoresist was applied on a substrate 11 having steps to form a photoresist layer 12.
Thereafter, as shown in FIG. 2 (b), polysiloxane was applied to form an intermediate layer 13. After that, a light selective transmission film 14 was formed as shown in FIG. 4-Nitroazobenzene was used as the dye of the light selective transmission film, propanol was used as the solvent, and the light selective transmission film 14 was formed by spin coating.
After that, projection exposure was performed using a XeCI excimer pulse laser. The exposure wavelength is 308 nm. This exposure was performed as follows. First, the main plane 15 of the substrate surface is set 10 μm below the image plane of the projection optical system (in a direction away from the projection optical system) to perform exposure, and then the stage with the substrate fixed is moved about 1 μm along the optical axis. Each of them was moved upward, and exposure was performed each time. This operation was continued until the principal plane of the substrate surface was 10 μm above the image plane.

その後、プロパノールを用いて光選択透過膜14を除去
し、続いてキシレンを用いて中間層13を除去し、その後
現像を行なって第2図(d)に示すようにレジストパタ
ーン16を形成した。
Then, the light selective transmission film 14 was removed using propanol, the intermediate layer 13 was subsequently removed using xylene, and then development was performed to form a resist pattern 16 as shown in FIG. 2 (d).

本実施例では基板段差が最大3μm、投影光学レンズ
の像面歪が最大約2μm、露光面内の基板の傾きが最大
約1μmであり、投影光学系に一番近い部分と一番遠い
部分の基板表面の位置の差は約6μmあった。この位置
の差にかかわらず、急峻で微細かつ高精度なパターンを
露光面内全域にわたって得ることができた。例えば0.45
μmのライン&スペースパターンを寸法精度±0.1μm
で形成できた。一方、従来法では基板段差が約2μmを
越えると段差が上か下で解像不良が生じ、パターンを形
成することができないばかりでなく、平坦面でも像面歪
のため、露光周辺領域の一部で解像不良が起こった。ま
た本方法を用いた場合は光選択透過膜がCEL膜(Contras
t Enhancement Layer)としても機能するため、従来法
に比べパターン形状は急峻なものとなった。例えば0.5
μmパターンの断面傾斜角は従来法の82°から87°へ向
上した。
In this embodiment, the substrate step is 3 μm at the maximum, the image plane distortion of the projection optical lens is about 2 μm at the maximum, and the tilt of the substrate in the exposure plane is about 1 μm at the maximum. The difference in position on the substrate surface was about 6 μm. Regardless of this difference in position, a sharp, fine, and highly accurate pattern could be obtained over the entire exposed surface. For example 0.45
Dimensional accuracy of 0.1 μm for line and space patterns of μm
Could be formed with. On the other hand, according to the conventional method, if the substrate step exceeds about 2 μm, the resolution is poor at the step above or below, and it is not possible to form a pattern. A poor resolution occurred in the department. When this method is used, the light selective transmission film is a CEL film (Contras
Since it also functions as a t Enhancement Layer), the pattern shape becomes steeper than the conventional method. For example 0.5
The cross-sectional inclination angle of the μm pattern has been improved from 82 ° of the conventional method to 87 °.

本方法では可逆性にブリーチングをおこすため、露光
量や露光回数の設定でフォトレジストの感度とブリーチ
ング特性のマッチングをとることができるため、CEL膜
としての効率も高かった。なお、デフォーカスしたパタ
ーンも露光されているが、光選択透過膜のブリーチング
特性の可逆性により、その悪影響を受けずに、良好なパ
ターンを形成することができた。
Since this method causes reversible bleaching, the sensitivity of the photoresist and the bleaching characteristics can be matched by setting the exposure amount and the number of exposures, and the efficiency as a CEL film was also high. Although the defocused pattern was also exposed, a good pattern could be formed without being adversely affected by the reversibility of the bleaching characteristics of the light selective transmission film.

本実施例では基板を光軸方向に最大21μm移動させ
た。移動量を多目にとると、基板の段差、レンズの像面
歪、基板の傾き量などが正確にわからなくても良好なパ
ターンを形成することができるが、露光に要する時間が
かかる。そこで基板表面の最も高い位置が結像面より約
1μm上方にくるようにステージ位置を調整して露光を
行ない、その後基板表面の最も低い位置近傍になるまで
光軸に沿って基板を約1μmずつ上方に移動させ、その
つど露光を行なった。この場合、基板の移動量の和は約
5μmであり、それにともない上記場合に比べ露光に要
する時間は約1/4に減少した。なお、基板の位置移動量
を1μmずつとしたがこれに限らず、投影光学系の焦点
深度以内とすれば同様に効果がある。またステップ状で
なく、連続的に位置を掃引してもよい。しかし焦点深度
より大きな値とすると段差の一部で解像不良が生ずる。
例えば位置移動のステップを2μmとした場合、基板段
差3μmの部分で解像不良が生じた。
In this example, the substrate was moved up to 21 μm in the optical axis direction. If a large amount of movement is used, a good pattern can be formed without knowing the level difference of the substrate, the image plane distortion of the lens, the amount of tilt of the substrate, etc., but it takes time to expose. Therefore, exposure is performed by adjusting the stage position so that the highest position on the substrate surface is about 1 μm above the image plane, and then the substrate is moved about 1 μm along the optical axis until it is near the lowest position on the substrate surface. It was moved upward and exposed each time. In this case, the sum of the movement amounts of the substrates was about 5 μm, and accordingly, the time required for exposure was reduced to about 1/4 as compared with the above case. It should be noted that although the position movement amount of the substrate is set to 1 μm each, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained if it is within the depth of focus of the projection optical system. Further, the position may be swept continuously instead of stepwise. However, if the value is larger than the depth of focus, poor resolution occurs at a part of the step.
For example, when the position movement step is set to 2 μm, resolution failure occurs at the substrate step 3 μm.

本実施では、結像面と基板表面の相対的位置は、基板
をのせるステージの位置移動によって変えていた。この
方法に限らず、マスクパターンの存在するレチクルを光
軸方向に移動させる、露光光学系中に空気と異なる屈折
率を有する物質を挿入する、露光光学系の全体または一
部を含む部分の気圧を変動させる、多焦点レンズを用い
る、設定結像面の異なる複数の光学系からの光を重ね合
わせる、同一光学系を用いて複数の異なるまたは連続し
た波長の光により露光するなど、種々な方法を用いて結
像面と基板表面の相対的位置を変えてもよい。
In this embodiment, the relative position between the image plane and the substrate surface is changed by moving the position of the stage on which the substrate is placed. Not limited to this method, the reticle on which the mask pattern exists is moved in the optical axis direction, a substance having a refractive index different from that of air is inserted into the exposure optical system, and the atmospheric pressure of a part including the whole or a part of the exposure optical system , Using a multifocal lens, superimposing light from a plurality of optical systems with different set image planes, and exposing with a plurality of different or continuous wavelengths of light using the same optical system. May be used to change the relative position of the imaging surface and the substrate surface.

本実施例では光選択透過膜として4−ニトロアゾベン
ゼンを用いたが、これに限らずアゾベンゼンなどアゾベ
ンゼン系誘導体およびスピロピラン系誘導体などでも同
様に効果があった。
In this example, 4-nitroazobenzene was used as the light selective transmission film, but the present invention is not limited to this, and azobenzene-based derivatives such as azobenzene and spiropyran-based derivatives were also effective.

実施例3. 10μmの急峻な段差を持つ基板上に有機膜を下層膜と
して形成し、その上に無機膜を形成し、その上にフォト
レジストを塗布して周知の三層レジスト構造を形成し
た。その後実施例2と同様、中間膜、光選択透過膜を形
成し、露光し、光選択透過膜、中間膜を順次除去した後
現像を行なって上層レジストパターンを形成した。その
後、異方性エッチングを行なって三層レジストパターン
を形成した。
Example 3. A well-known three-layer resist structure was formed by forming an organic film as a lower layer film on a substrate having a steep step of 10 μm, forming an inorganic film on the lower film, and applying a photoresist thereon. . Thereafter, as in Example 2, an intermediate film and a light selective transmission film were formed, exposed to light, sequentially removed from the light selective transmission film and the intermediate film, and then developed to form an upper resist pattern. Then, anisotropic etching was performed to form a three-layer resist pattern.

本方法により、基板段差部を含め、段差の上、下とも
に0.5μmのパターンを形成することができた。一方、
従来法では段差の上あるいは下にしかパターンを形成す
ることができなかった。
By this method, it was possible to form a pattern of 0.5 μm both above and below the step including the step portion of the substrate. on the other hand,
In the conventional method, the pattern could be formed only above or below the step.

なお、上記下層膜用有機膜としてはRG390OB(日立化
成(株)商品名)を回転塗布し約200℃で熱処理したも
のを用いたがこれに限らず、通常のレジストを熱処理し
たもの、あるいはポリイミド膜など三層レジスト法にお
ける下層膜として使用できるものであればよい。中間膜
である無機膜にはSOG(pin n lass)を用いた
が、CVD SiO2、スパッタSiN,TiOxなど三層レジスト法の
中間膜として機能する材料であればこれに限らず用いる
ことができる。また三層レジスト法に限らず、二層レジ
スト法を用いた場合も同様に効果があった。
As the organic film for the lower layer film, RG390OB (trade name of Hitachi Chemical Co., Ltd.) spin-coated and heat-treated at about 200 ° C. was used, but not limited to this. Any film that can be used as a lower layer film in a three-layer resist method such as a film may be used. Although the inorganic film is an intermediate film using SOG (S pin o n G lass ), used is not limited to this as long as the material functions as an intermediate layer of CVD SiO 2, sputtering SiN, TiOx such as a three-layer resist method be able to. Further, not only the three-layer resist method but also the two-layer resist method has the same effect.

実施例4. 平坦な基板上に実施例2と同様の手法を用いて0.35μ
mのライン%スペースパターンを形成した。但し、ステ
ージの送りを約0.5μmずつとした。
Example 4. 0.35 μ was formed on the flat substrate by the same method as in Example 2.
A line% space pattern of m was formed. However, the stage feed was about 0.5 μm each.

本実施例では露光領域全域にわたってパターンを形成
することができたが、像面歪により従来法では約70%の
領域にしかパターンを形成することができなかった。ま
た、本方法を用いると基板の位置を移動させた量だけ焦
点裕度が拡大されるので、いくらでも焦点裕度を確保す
ることができた。
In the present embodiment, the pattern could be formed over the entire exposed area, but due to image surface distortion, the conventional method could only form the pattern in about 70% of the area. Further, since the focus latitude is expanded by the amount of moving the position of the substrate by using this method, it is possible to secure the focus latitude as much as possible.

実施例5. 本方法を約2μmの段差を有するデバイスの導通用微
補穴形成工程および配線工程への適用した。本適用によ
り導通不良、配線の断線・ショートを完全に防止でき、
歩留まりが約60%から約80%へ向上した。
Example 5 This method was applied to the step of forming fine auxiliary holes for conduction and the wiring step of a device having a step of about 2 μm. With this application, it is possible to completely prevent conduction failure, wiring disconnection and short circuit,
Yield improved from about 60% to about 80%.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

上記説明から明らかなように、本発明によれば投影露
光法における実効的焦点深度を増大させることができる
ので、投影レンズの高開口数化、像面歪、基板表面の凹
凸段差の増大に対応することが可能である。焦点裕度の
増加量は結像面と基板表面の相対位置をどれだけ変えて
露光したかによって変わるが、この変化量を増やすこと
によりいくらでも焦点裕度を増やすことができる。この
ため、10μmの基板段差がある場合にもパターンを形成
することができる。
As is clear from the above description, according to the present invention, the effective depth of focus in the projection exposure method can be increased, so that it is possible to cope with the high numerical aperture of the projection lens, the image plane distortion, and the increase in the unevenness of the surface of the substrate. It is possible to The amount of increase in the focus latitude changes depending on how much the relative position between the image plane and the substrate surface is changed for exposure, but the focus latitude can be increased by increasing the amount of change. Therefore, the pattern can be formed even when there is a substrate step difference of 10 μm.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図および第2図はそれぞれ本発明の異なる実施例を
示す工程図である。 1……基板、2……レジスト層、3……光選択透過膜、
4……レジストパターン、11……基板、12……フォトレ
ジスト層、13……中間層、14……光選択透過膜、15……
基板表面の主平面、16……レジストパターン。
1 and 2 are process diagrams showing different embodiments of the present invention. 1 ... Substrate, 2 ... Resist layer, 3 ... Light selective transmission film,
4 ... resist pattern, 11 ... substrate, 12 ... photoresist layer, 13 ... intermediate layer, 14 ... light selective transmission film, 15 ...
Main surface of the substrate, 16 …… resist pattern.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 彬雄 国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者 松澤 敏晴 国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor, Akio Taniguchi, 1-280, Higashi Koigakubo, Kokubunji City, Hitachi Research Laboratory (72) Inventor, Toshiharu Matsuzawa, 1-280, Higashi Koigakubo, Kokubunji Ltd., Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】所望の形状を有するマスクパターンを介し
てレジスト膜に投影露光する工程と、当該レジスト膜を
現像してレジストパターンを形成する工程を含み、上記
投影露光は、光軸方向における上記レジスト膜に対する
相対的な位置が互いに異なる複数の位置に、上記マスク
パターンの結像面がそれぞれ生ずるように、上記レジス
ト膜上に積層して形成された光学的可逆性を有する光選
択透過膜を介して行われ、かつ、上記レジスト膜の複数
の所望領域は、当該所望領域若しくは当該所望領域の上
記光軸方向における近傍の位置に、それぞれ結像面が形
成される上記投影露光によって、それぞれ選択的に感光
されることを特徴とするパターン形成方法。
1. A step of projecting and exposing a resist film through a mask pattern having a desired shape, and a step of developing the resist film to form a resist pattern, wherein the projection exposure is performed in the optical axis direction. An optically reversible light-selective transmission film laminated on the resist film is formed so that the image planes of the mask patterns are formed at a plurality of positions relative to the resist film. And the plurality of desired regions of the resist film are selected by the projection exposure in which the imaging planes are formed at the desired regions or at positions near the desired regions in the optical axis direction. Pattern forming method characterized in that the pattern is exposed to light.
【請求項2】上記レジスト膜は段差を有する基板の表面
上に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載のパターン形成方法。
2. The pattern forming method according to claim 1, wherein the resist film is formed on a surface of a substrate having a step.
【請求項3】上記投影露光は、上記結像面が上記段差の
上部および底部若しくはそれらの近傍にそれぞれ生ずる
ように行われることを特徴とする特許請求の範囲第2項
記載のパターン形成方法。
3. The pattern forming method according to claim 2, wherein the projection exposure is performed such that the image forming planes are formed at the top and bottom of the step or in the vicinity thereof, respectively.
【請求項4】上記光選択透過膜は、アゾベンゼン系誘導
体若しくはスピロピラン系誘導体を含むことを特徴とす
る特許請求の範囲第1項から第3項のいずれか一に記載
のパターン形成方法。
4. The pattern forming method according to claim 1, wherein the light selective transmission film contains an azobenzene-based derivative or a spiropyran-based derivative.
【請求項5】上記光軸方向における上記レジスト膜に対
する上記結像面の相対的な位置は、上記レジスト膜を上
記光軸方向に移動することによって制御されることを特
徴とする特許請求の範囲第1項から第4項のいずれか一
に記載のパターン形成方法。
5. The relative position of the image plane with respect to the resist film in the optical axis direction is controlled by moving the resist film in the optical axis direction. The pattern forming method according to any one of items 1 to 4.
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