JP2821209B2 - Optical lithography method - Google Patents
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Description
本発明は、半導体集積回路の製造プロセス等におけ
る、光リソグラフィー方法に関する。The present invention relates to an optical lithography method in a semiconductor integrated circuit manufacturing process or the like.
本発明に関連する従来技術として、「日経マイクロデ
バイス 1987年２月号、103〜124ページ」あるいは鳳
紘一郎 編著、「半導体リソグラフィー技術」産業図
書、1984年などを挙げることができる。 半導体集積回路製造用リソグラフィー技術として、光
リソグラフィー法が、最も広く用いられている。第２図
に、ウェーハ上の感光層にパターンを焼き付けるために
用いられる、投影露光装置の概略を示す。光源１から出
た光を、反射鏡２によって集光し、フライズ・アイ・レ
ンズ３を通して光源像８を作る。さらにこの光を、コン
デンサーレンズ４によって、光の透過、不透過パターン
の形成されたレチクル５面に照射する。レチクル像を投
影レンズ６によってウェーハ７上に結像させ、ウェーハ
上の感光層に潜像を形成する。この場合、投影レンズの
結像性能を十分に発揮させるために、光源像８のコンデ
ンサーレンズ４による像は、投影レンズ６の瞳９いっぱ
いに結像される。As a prior art related to the present invention, “Nikkei Microdevices, February 1987, pp. 103-124” or
Edited by Koichiro, "Semiconductor Lithography Technology," Sangyo Tosho, 1984. As a lithography technique for manufacturing a semiconductor integrated circuit, an optical lithography method is most widely used. FIG. 2 schematically shows a projection exposure apparatus used for printing a pattern on a photosensitive layer on a wafer. Light emitted from the light source 1 is condensed by the reflecting mirror 2, and a light source image 8 is formed through the fly's eye lens 3. Further, this light is irradiated by the condenser lens 4 onto the surface of the reticle 5 on which the light transmitting and non-transmitting patterns are formed. A reticle image is formed on a wafer 7 by a projection lens 6 to form a latent image on a photosensitive layer on the wafer. In this case, the image of the light source image 8 by the condenser lens 4 is formed to fill the pupil 9 of the projection lens 6 in order to sufficiently exhibit the imaging performance of the projection lens.
上記従来技術において、ウェーハ上のレチクル像の解
像度は、光学系に収差がないときには、投影レンズの開
口数（N.A.）と、光源の波長（λ）で決まり、略λ/N.
A.に比例する。ウェーハ上の感光層に形成されるパター
ンは、レチクル像以外に現像プロセスによっても、その
形状に影響をうける。これをプロセスパラメータｋとし
て表わすと、上記パターンの解像度は、ｋλ/N.A.とな
る。 ところで、ｋの値として現在0.7程度が得られている
が、パターンの高密度化を図ろうとすると、レチクル像
の解像度とｋの両者の一層の改善が要求される。 本発明の目的は、光リソグラフィー技術を用いて、こ
の課題を解決する方法を提供することにある。In the above prior art, the resolution of the reticle image on the wafer is determined by the numerical aperture (NA) of the projection lens and the wavelength (λ) of the light source when the optical system has no aberration, and is approximately λ / N.
It is proportional to A. The shape of the pattern formed on the photosensitive layer on the wafer is affected not only by the reticle image but also by the development process. Expressing this as a process parameter k, the resolution of the pattern is kλ / NA. By the way, although the value of k is about 0.7 at present, further improvement in both the resolution of the reticle image and k is required in order to increase the pattern density. An object of the present invention is to provide a method for solving this problem using an optical lithography technique.
上記目的を達成するために、本発明においては、第一
に、光学系の超解像と呼ばれている効果を利用する。即
ち、パターン焼き付け用投影露光装置の投影光学系瞳面
上に、中心部の透過率が低下した光フィルターを設け、
ウェーハ上の像を高次の回折像を含んだ像とし、かつ０
次の回折像のサイズが小さくなることを用いる。第二
に、ホトレジスト膜の表面難溶化現象を利用する。すな
わちホトレジスト膜表面が、内部にくらべて現像液に溶
解しにくい現象を利用する。In order to achieve the above object, in the present invention, first, an effect called super-resolution of an optical system is used. That is, on the pupil plane of the projection optical system of the projection exposure apparatus for pattern printing, an optical filter having a reduced transmittance at the center is provided.
The image on the wafer is an image including a high-order diffraction image, and 0
It is used to reduce the size of the next diffraction image. Second, the surface insolubilization phenomenon of the photoresist film is used. That is, the phenomenon that the surface of the photoresist film is less soluble in the developer than the inside thereof is used.
第３図に、本発明で用いる光フィルターを投影光学系
の瞳面に挿入した場合のウェーハ上の光強度分布の概略
をしめす。同図（ａ）は投影露光装置の投影光学系部の
概略である。レチクル５の像を、投影光学系６によりウ
ェーハ７上のホトレジスト膜11上に投影する。投影光学
系の瞳面９上に光フィルター10が設けられている。 説明を簡単にするために、レチクルパターンは中心部
に小円状透明部５′があるのみとする。光フィルター10
は、中心部に小円状不透明部10′がある。このとき、ホ
トレジスト面11上の光強度分布は、同図（ｂ）に示すよ
うに、点線で示される光フィルターのない場合にくら
べ、実線で示されるような、強度の大きい高次の回折光
成分が出現する。しかし、０次回折光成分についてみる
と、強度分布の幅は狭くなっている。これは、光学の教
科書、例えば、久保田 広 著「波動光学」（岩波書
店、1971）になどに述べられている。 高次の回折光成分のパターン化を防ぐため、ホトレジ
スト表面の感度、すなわち現像液に対する溶解特性を変
え、溶解の閾値を、高次回折光成分に露光された部分が
溶解されないように高める。これによりホトレジスト膜
の実効的ガンマ値を高め、微細なパターンを形成するこ
とができる。 すなわち閾値に対応する光強度Ithを、高次回折光成
分の強度にくらべ大きくする。このとき、第３図（ｃ）
に示すように、０次回折光成分に露光された部分のみが
現像により溶解する。光フィルターのない場合（点線）
にくらべ幅の狭いパターンを得ることができる。FIG. 3 schematically shows the light intensity distribution on the wafer when the optical filter used in the present invention is inserted into the pupil plane of the projection optical system. FIG. 1A is a schematic view of a projection optical system of the projection exposure apparatus. An image of the reticle 5 is projected on a photoresist film 11 on a wafer 7 by a projection optical system 6. An optical filter 10 is provided on a pupil plane 9 of the projection optical system. For the sake of simplicity, the reticle pattern has only a small circular transparent portion 5 'at the center. Optical filter 10
Has a small circular opaque portion 10 'at the center. At this time, the light intensity distribution on the photoresist surface 11 is higher than that of the case without an optical filter shown by a dotted line, as shown in FIG. The component appears. However, regarding the 0th-order diffracted light component, the width of the intensity distribution is narrow. This is described in textbooks on optics, for example, Hiroshi Kubota, "Hado Optics" (Iwanami Shoten, 1971). In order to prevent the patterning of the higher-order diffracted light component, the sensitivity of the photoresist surface, that is, the dissolution property in a developing solution, is changed, and the threshold of dissolution is increased so that the portion exposed to the higher-order diffracted light component is not dissolved. Thereby, the effective gamma value of the photoresist film can be increased, and a fine pattern can be formed. That is, the light intensity Ith corresponding to the threshold value is made larger than the intensity of the higher-order diffracted light component. At this time, FIG.
As shown in (1), only the portion exposed to the zero-order diffracted light component is dissolved by development. Without light filter (dotted line)
It is possible to obtain a pattern with a smaller width than that of the pattern.
第１図に本発明の一実施例を示す。同図（ａ）は投影
露光装置の光学系の概略である。光源１の光を、集光鏡
２により集め、フライズ．アイ．レンズ３に照射し、光
源像８をつくる。光源１は、水銀、クセノンなどの、ア
ークランプである。集光鏡２は、放物面鏡、あるいは楕
円面鏡を用いる。この光源像の像をコンデンサーレンズ
４により、目的のパターンの形成されたレチクル５上に
作る。レチクル５の像を、投影光学系６によって、ホト
レジスト膜の形成されたウェーハ７上に作り、露光を行
う。本発明では、投影光学系６の瞳面９上に、光フィル
ター10を設ける。 光フィルターとしては、同図（ｂ）に示す、透明基板
12上に、その中心部に光の不透過部13を設けたものを用
いる。たとえばガラス基板上の中心部にクロムなどの金
属膜を蒸着、あるいはスパッター等により付けてフィル
ターを作製する。フィルターの径をａ、中心の不透過部
の径をr0とすると、透過率分布は同図（ｂ）の曲線よう
になっている。r0/aの値を適当に選ぶことによってウェ
ーハ上に超解像像を作ることが可能となる。 本発明においては、表面難溶層の存在による効果によ
って、ホトレジストの高次回折光による露光部が、現像
されるのを防止しているため、高次回折光の強度が大き
すぎると効果が期待できない。r0/aの値としては、0.1
〜0.5が適当である。 光フィルターとしては、第１図（ｃ）の如き構成も効
果がある。すなわち透明基板12上に、金属膜などの不透
明膜14を、透過率分布が下図に示すように、中心部ほど
低い凹型になるように、膜厚分布を制御して形成したも
のを用いる。透過率分布の形は、現像プロセスを含め
て、目的のパターンサイズが得られるように決める。 第４図はホトレジスト膜の表面難溶化処理を含んだ、
露光、現像処理工程の概略である。第１図で述べた投影
露光装置と組み合わせて用いる。はじめにホトレジスト
膜を塗布、プリベークしたウェーハを準備する。ホトレ
ジストとしてポジ型のレジスト、たとえばヘキスト社の
AZ系レジストを用いる。次に、これをパターンの露光を
する前に、現像液に浸漬する。現像液の濃度および現像
時間は、表面難溶化層がホトレジスト膜表面に形成さ
れ、かつ著しい膜べりを生じぬよう選ぶ。これを水洗、
乾燥した後に、前述した投影露光装置にセットし、目的
のレチクルパターンをこのホトレジスト膜上に投影す
る。パターンを露光後、現像処理を行う。現像液濃度、
現像時間および液温といった現像条件は、露光時に高次
回折光に露光された部分の露光量が、第３図のところで
述べた現像の閾値に対応する量Ith以下になるよう選
ぶ。次に水洗、乾燥してすべての処理を終了する。 本実施例では、通常のスペクトル光源を用いた投影露
光装置の場合について述べたが、光源としてレーザ、た
とえばエキシマーレーザを用いた場合についても本発明
は適用可能である。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a schematic view of an optical system of a projection exposure apparatus. The light from the light source 1 is collected by the converging mirror 2 and Eye. The lens 3 is irradiated to form a light source image 8. The light source 1 is an arc lamp such as mercury or xenon. As the condenser mirror 2, a parabolic mirror or an elliptical mirror is used. An image of this light source image is formed on a reticle 5 on which a target pattern is formed by a condenser lens 4. An image of the reticle 5 is formed on the wafer 7 on which the photoresist film is formed by the projection optical system 6, and exposure is performed. In the present invention, an optical filter 10 is provided on the pupil plane 9 of the projection optical system 6. As the optical filter, a transparent substrate shown in FIG.
On top of 12, a light non-transmissive portion 13 is provided at the center thereof. For example, a filter is manufactured by depositing a metal film such as chromium on the center of the glass substrate by vapor deposition or sputtering. Assuming that the diameter of the filter is a and the diameter of the central opaque part is r 0 , the transmittance distribution is as shown by the curve in FIG. By appropriately selecting the value of r 0 / a, a super-resolution image can be formed on a wafer. In the present invention, the effect of the presence of the hardly soluble surface layer prevents the exposed portion of the photoresist from being exposed to the high-order diffracted light, so that the effect cannot be expected if the intensity of the high-order diffracted light is too large. The value of r 0 / a is 0.1
~ 0.5 is appropriate. The configuration as shown in FIG. 1 (c) is also effective as an optical filter. That is, an opaque film 14 such as a metal film is formed on the transparent substrate 12 by controlling the film thickness distribution such that the transmittance distribution becomes concave toward the center as shown in the figure below. The shape of the transmittance distribution is determined so as to obtain a target pattern size including the developing process. FIG. 4 includes the surface insolubilization treatment of the photoresist film,
It is an outline of the exposure and development processing steps. It is used in combination with the projection exposure apparatus described in FIG. First, a wafer coated with a photoresist film and prebaked is prepared. Positive resists such as Hoechst
AZ resist is used. Next, this is immersed in a developer before exposing the pattern. The concentration of the developing solution and the developing time are selected so that the surface hardly-solubilized layer is formed on the photoresist film surface and does not cause significant film loss. Wash this,
After drying, the substrate is set in the above-described projection exposure apparatus, and a target reticle pattern is projected on the photoresist film. After the pattern is exposed, a developing process is performed. Developer concentration,
The development conditions such as the development time and the liquid temperature are selected so that the exposure amount of the portion exposed to the higher-order diffracted light at the time of exposure is equal to or less than the amount Ith corresponding to the development threshold described in FIG. Next, it is washed and dried to complete all the processes. In this embodiment, the case of a projection exposure apparatus using a normal spectrum light source has been described. However, the present invention is also applicable to a case where a laser, for example, an excimer laser is used as a light source.
本発明を用いた光リソグラフィー法によれば、以上説
明したように、現用の投影露光装置と露光、現像プロセ
スに多少の変更を加えるのみで、より幅の狭いホトレジ
ストパターンを得ることが可能となる。この変更に要す
る費用は、新規の設備やプロセスを開発することに較べ
ればわずかであり、従って、低コストで、高密度なパタ
ーンの半導体デバイスの製作が可能となる。According to the photolithography method using the present invention, as described above, it is possible to obtain a narrower photoresist pattern by only slightly changing the current projection exposure apparatus and exposure and development processes. . The cost of this change is negligible compared to the development of new equipment and processes, thus making it possible to produce semiconductor devices with low cost and high density patterns.
第１図は本発明の実施例の投影露光装置における光学系
の概略断面図、第２図は従来の投影露光装置の光学系の
概略断面図、第３図は本発明の原理説明のための光学系
の概略断面図、第４図は、本発明を用いた露光、現像プ
ロセスの概略工程図である。 符号の説明 １…光源、４…コンデンサーレンズ、５…レチクル、６
…投影光学系、７…ウェーハ、９…瞳面、10…光フィル
ターFIG. 1 is a schematic sectional view of an optical system in a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic sectional view of an optical system in a conventional projection exposure apparatus, and FIG. FIG. 4 is a schematic sectional view of an optical system, and FIG. 4 is a schematic process diagram of an exposure and development process using the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... light source, 4 ... condenser lens, 5 ... reticle, 6
... Projection optical system, 7 ... Wafer, 9 ... Pupil plane, 10 ... Optical filter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−219740（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−238659（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−27516（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 521 G03F 7/38 501────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-1-219740 (JP, A) JP-A 1-238659 (JP, A) JP-A-3-27516 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/027 G03F 7/20 521 G03F 7/38 501
Claims (2)
化処理することと、投影光学系の瞳面に、中心部の透過
率が他部に比べ低くなったフィルターを設けた投影光学
系を持った投影露光装置を用いて、上記ホトレジスト膜
にレチクルの像を投影、露光し、レチクルの潜像を作る
ことと、上記潜像の０次回折像のみを現像することを特
徴とする光リソグラフィー方法。1. A projection optical system comprising: a photoresist film surface that is made hardly soluble in a developer; and a projection optical system provided with a filter having a central portion having a lower transmittance than other portions on a pupil plane of the projection optical system. An optical lithography method comprising: projecting and exposing an image of a reticle onto the photoresist film by using a projection exposure apparatus having the reticle to form a latent image of the reticle; and developing only a zero-order diffraction image of the latent image. Method.
膜を現像液あるいはアルカリ水溶液にぬらし、ついで水
洗、乾燥することを特徴とする請求項１記載の光リソグ
ラフィー方法。2. The photolithography method according to claim 1, wherein, as the solubilization treatment, the photoresist film before exposure is wetted with a developing solution or an aqueous alkaline solution, and then washed with water and dried.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1315322A JP2821209B2 (en) | 1989-12-06 | 1989-12-06 | Optical lithography method |
| US08/013,673 US5436114A (en) | 1989-12-06 | 1993-02-03 | Method of optical lithography with super resolution and projection printing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1315322A JP2821209B2 (en) | 1989-12-06 | 1989-12-06 | Optical lithography method |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH03177014A JPH03177014A (en) | 1991-08-01 |
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Family Applications (1)
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| JP1315322A Expired - Fee Related JP2821209B2 (en) | 1989-12-06 | 1989-12-06 | Optical lithography method |
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| JP (1) | JP2821209B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5455696B2 (en) * | 2010-02-10 | 2014-03-26 | 三菱製紙株式会社 | Dry film resist thinning method |
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1989
- 1989-12-06 JP JP1315322A patent/JP2821209B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH03177014A (en) | 1991-08-01 |
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