JPH05197160A - Pattern forming method - Google Patents

Pattern forming method

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JPH05197160A
JPH05197160A JP767492A JP767492A JPH05197160A JP H05197160 A JPH05197160 A JP H05197160A JP 767492 A JP767492 A JP 767492A JP 767492 A JP767492 A JP 767492A JP H05197160 A JPH05197160 A JP H05197160A
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JP
Japan
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pattern
resist
film
mask
light
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Application number
JP767492A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Ito
信一 伊藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems

Abstract

PURPOSE:To provide the pattern forming method capable of suppressing the film reduction at the center section of a resist pattern and capable of forming the good resist pattern even when the half-tone phase shift method is used. CONSTITUTION:In the pattern forming method exposing and developing a photosensitive resin film 23 formed on a Si substrate 22 with an exposure mask formed with a mask pattern 21 made of a semi-transparent material (Si) giving the optical phase difference to transmitted light to form the desired pattern on a translucent substrate (SiO2) 20, a positive type resist is used for the photosensitive resin film 23, the resist 23 is bleached in a developer of 2.38%-TAMAH for 30 sec before exposure, and spin-drying is performed after washing to form a surface insoluble film 24.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置の製造
におけるリソグラフィー工程に係わり、特にハーフトー
ン位相シフト法でレジストを露光するレジストパターン
形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithography process in manufacturing a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a resist pattern forming method for exposing a resist by a halftone phase shift method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体技術の進歩と共に半導体装置、ひ
いては半導体素子の高速化,高集積化が進められてい
る。それに伴いパターンの微細化の必要性は益々高くな
り、パターン寸法も微細化,高精度化が要求されるよう
になっている。
2. Description of the Related Art With the progress of semiconductor technology, semiconductor devices, and eventually semiconductor elements, are being accelerated and highly integrated. Along with this, the need for miniaturization of patterns is increasing more and more, and miniaturization and high precision of pattern dimensions are also required.

【0003】この要求を満たす目的で、露光光源に遠紫
外光など短波長の光が用いられるようになってきた。し
かし、次世代の露光光源に用いられようとしているKr
Fエキシマレーザの248nmの発振線を用いたプロセ
スは、レジスト材料として化学増幅型レジストが開発さ
れつつあるものの、未だ研究段階にあり現時点での実用
化はまだ困難である。このように露光光源の波長を変え
た場合、材料開発から必要となるため実用化に至るまで
かなりの期間を要することになる。
For the purpose of satisfying this demand, short-wavelength light such as far-ultraviolet light has been used as an exposure light source. However, Kr is about to be used in the next-generation exposure light source.
Although a chemically amplified resist is being developed as a resist material for the process using the 248 nm oscillation line of the F excimer laser, it is still in the research stage and it is still difficult to put it to practical use at the present time. If the wavelength of the exposure light source is changed in this way, it will take a considerable period of time from the material development to the practical use.

【0004】近年、露光光源を変えずに微細化する試み
が成されてきている。その一つの手法として位相シフト
法がある。この手法では、光透過部に部分的に位相反転
層を設け、隣接するパターンからの光の回折の影響を除
去し、パターン精度の向上を図るものである。この位相
シフト法にも幾つか種類があり、隣接する2つの光透過
部の位相差を交互に180°設けることで形成されるレ
ベンソン型が特に知られている。
In recent years, attempts have been made to miniaturize the exposure light source without changing it. One of the methods is the phase shift method. In this method, a phase inversion layer is partially provided in the light transmitting portion to eliminate the influence of diffraction of light from an adjacent pattern and improve the pattern accuracy. There are several types of this phase shift method, and the Levenson type, which is formed by alternately providing the phase difference between two adjacent light transmitting portions by 180 °, is particularly known.

【0005】しかし、レベンソン型の位相シフト法で
は、パターンが3つ以上隣接する場合には効果を発揮す
ることが難しい。即ち、2つのパターンの光位相差を1
80°とした場合、もう一つのパターンは先の2つのパ
ターンのうち一方と同位相となり、その結果、位相差1
80°のパターン同士は解像するが、位相差0°のパタ
ーン同士では非解像となるという問題点がある。この問
題を解決するためには、デバイス設計を根本から見直す
必要があり、直ちに実用化するのにかなりの困難を要す
る。
However, it is difficult for the Levenson type phase shift method to exert its effect when three or more patterns are adjacent to each other. That is, the optical phase difference between the two patterns is 1
At 80 °, the other pattern is in phase with one of the previous two patterns, resulting in a phase difference of 1
There is a problem that patterns of 80 ° are resolved, but patterns of 0 ° in phase difference are not resolved. In order to solve this problem, it is necessary to fundamentally rethink the device design, and it is quite difficult to put it into practical use immediately.

【0006】一方、位相シフト法を用い、且つデバイス
設計変更を必要としない手法としてハーフトーン法があ
る。ハーフトーン位相シフト法の原理を図5に示す。ハ
ーフトーンマスクでは、透明基板50上に形成されたマ
スクパターン51は、半透明膜で形成される。この半透
明膜は、露光光を振幅透過率で1〜16%透過し、且つ
透過部に対しマスクパターンを透過する光の位相差が1
80±10°以内となるように膜厚に調整したものであ
る。このようにすることで、マスクパターンエッジ部分
に相当するウェハ上の光強度を急峻にし、解像性を向上
させることを可能にしている。即ち、パターンエッジ部
分での光位相反転効果によりエッジ部分での急峻な像強
度(シフタエッジ作用)を得て、レジストパターンにつ
いて側壁角度が向上させている。
On the other hand, there is a halftone method as a method using the phase shift method and requiring no device design change. The principle of the halftone phase shift method is shown in FIG. In the halftone mask, the mask pattern 51 formed on the transparent substrate 50 is formed of a semitransparent film. This translucent film transmits the exposure light with an amplitude transmittance of 1 to 16%, and the phase difference of the light transmitted through the mask pattern is 1 with respect to the transmission portion.
The film thickness was adjusted so as to be within 80 ± 10 °. By doing so, it becomes possible to make the light intensity on the wafer corresponding to the mask pattern edge portion steep and improve the resolution. That is, a steep image intensity (shifter edge effect) at the edge portion is obtained by the optical phase inversion effect at the pattern edge portion, and the sidewall angle of the resist pattern is improved.

【0007】しかしながら、ハーフトーン位相シフト法
においては、エッジ部分の解像性能が向上する反面、マ
スクパターンが光を透過することに起因する現象が避け
られない。即ち、ポジ型レジストを用いた場合にはレジ
ストパターン中央部の膜減が生じ、ネガ型レジストを用
いた場合にはスペース部分での残膜が生じることが問題
となっていた。
However, in the halftone phase shift method, while the resolution performance of the edge portion is improved, the phenomenon caused by the light transmission of the mask pattern is unavoidable. That is, when the positive type resist is used, the film thickness is reduced in the central portion of the resist pattern, and when the negative type resist is used, the residual film is generated in the space portion.

【0008】図6にポジレジストを用いて作成した大面
積パターンについて、通常のCrマスクで露光を行った
場合のパターン形状(a)と、ハーフトーン位相シフト
法により露光を行った場合のパターン形状(b)を示
す。ハーフトーンマスクでは暗部において微量の光を透
過させるため、比較的大きなパターンでは、(b)で示
すようにパターン中央部で膜減が生じる。
FIG. 6 shows a pattern shape (a) when a large area pattern formed using a positive resist is exposed by a normal Cr mask and a pattern shape when exposed by a halftone phase shift method. (B) is shown. In the halftone mask, since a small amount of light is transmitted in the dark part, in a comparatively large pattern, film loss occurs in the central part of the pattern as shown in (b).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のハ
ーフトーン位相シフト法では、遮光部分にある程度の透
過性を持たせた半透明膜を用いることで、レジストパタ
ーンについて側壁角度が向上する反面、マスクパターン
が光を透過することに起因する現象、特にポジレジスト
を用いた場合にレジストパターン中央部の膜減が生じる
ことが問題となっていた。
As described above, according to the conventional halftone phase shift method, the side wall angle of the resist pattern is improved by using the semitransparent film having a certain degree of transparency in the light shielding portion. However, there has been a problem that a phenomenon caused by the mask pattern transmitting light, in particular, when a positive resist is used, the thickness of the central portion of the resist pattern is reduced.

【0010】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、ハーフトーン位相シフ
ト法を用いた場合においても、レジストパターン中央部
の膜減を抑制することができ、良好なレジストパターン
を形成することのできるパターン形成方法を提供するこ
とにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and it is an object of the present invention to suppress film loss in the central portion of a resist pattern even when the halftone phase shift method is used. Another object of the present invention is to provide a pattern forming method capable of forming a good resist pattern.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、ハーフ
トーン位相シフト法でポジ型レジストを用いたときに生
じる残膜率の低下を、レジストの硬化処理により抑制す
ることにある。
The essence of the present invention is to suppress the decrease in the residual film rate, which occurs when a positive resist is used in the halftone phase shift method, by hardening the resist.

【0012】即ち本発明(請求項1)は、透光性基板上
に、透過光に対して光学的な位相差を与える半透明材料
からなるマスクパターンを形成した露光用マスクを用い
て、半導体基板上に形成された感光性樹脂膜に対し露光
・現像を行い所望のパターンを作成するパターン形成方
法において、感光性樹脂膜としてポジ型レジストを用
い、このレジストの現像前に、該レジストの表面に対し
硬化処理を行うことを特徴とする。
That is, according to the present invention (claim 1), a semiconductor substrate is formed by using an exposure mask having a mask pattern made of a semitransparent material which gives an optical phase difference to transmitted light on a transparent substrate. In a pattern forming method of forming a desired pattern by exposing and developing a photosensitive resin film formed on a substrate, a positive resist is used as the photosensitive resin film, and the surface of the resist is developed before the development of this resist. It is characterized in that a curing process is performed on the.

【0013】また本発明(請求項2)は、透光性基板上
に、透過光に対して光学的な位相差を与える半透明膜か
らなるマスクパターンを形成した露光用マスクを用い、
光学系によって均一化された光源の面又は二次光源の半
径Lに対し、0<d<Lの関係を満たす中心より半径d
の部分を暗部として形成した輪帯照明により、半導体基
板上に形成された感光性樹脂膜に対し露光・現像を行い
所望のパターンを形成するパターン形成方法において、
感光性樹脂膜としてポジ型レジストを用い、このレジス
トの現像前に、該レジストの表面に対し硬化処理を行う
ことを特徴とする。
Further, the present invention (claim 2) uses an exposure mask in which a mask pattern made of a semitransparent film which gives an optical phase difference to transmitted light is formed on a transparent substrate.
With respect to the surface of the light source or the radius L of the secondary light source made uniform by the optical system, the radius d from the center satisfying the relationship of 0 <d <L
In the pattern forming method of forming a desired pattern by exposing and developing the photosensitive resin film formed on the semiconductor substrate by the annular illumination in which the part of is formed as the dark part,
A positive resist is used as the photosensitive resin film, and the surface of the resist is subjected to a curing treatment before the resist is developed.

【0014】また、本発明の望ましい実施態様として
は、次の (1)〜(5) があげられる。 (1) 半透明膜として、半透明膜を透過した光が透明基板
のみを透過した光に対して、位相差が(180×(2n
+1)±10:n=整数)°以内の関係を満たす材料及
び膜厚を選択する。
Preferred embodiments of the present invention include the following (1) to (5). (1) As a semi-transparent film, the phase difference between the light transmitted through the semi-transparent film and the light transmitted only through the transparent substrate is (180 × (2n
+1) ± 10: Select a material and film thickness that satisfy the relationship within n = integer) °.

【0015】(2) レジストの硬化処理として、露光する
前にレジスト表面をアルカリ性の溶液若しくは有機アル
カリ現像液に浸し、さらに水洗することにより、レジス
ト表面に不溶化膜を形成する。
(2) As a resist curing treatment, the resist surface is immersed in an alkaline solution or an organic alkali developing solution before exposure, and further washed with water to form an insolubilized film on the resist surface.

【0016】(3) レジストの硬化処理として、露光後に
水分含有量10%未満の雰囲気中でレジストが感光性を
有する紫外光を照射することによって、レジスト表面に
不溶化膜を形成する。
(3) As a resist curing treatment, an insolubilized film is formed on the resist surface by irradiating the resist surface with ultraviolet light having photosensitivity in an atmosphere having a water content of less than 10% after exposure.

【0017】(4) マスクパターンの振幅透過率Tが光透
過部の振幅透過率T0 に対し、次式を満たすように設定
されていること。 0.01×T0 ≦T≦0.16×T0
(4) The amplitude transmittance T of the mask pattern is set so as to satisfy the following expression with respect to the amplitude transmittance T 0 of the light transmitting portion. 0.01 × T 0 ≦ T ≦ 0.16 × T 0

【0018】(5) 輪帯照明のために、光源からの光
を集光する蠅の目レンズ等の第1集光光学系と、この第
1集光光学系で集光された光を均一化する均一化光学系
と、この均一化光学系で均一化された光を集光してマス
クに照射する第2集光光学系と、マスクを透過した光を
半導体基板上に投影する投影光学系とを備えた投影露光
装置を用いる。
(5) For annular illumination, a first condensing optical system such as a fly's-eye lens for condensing light from the light source and the light condensed by the first condensing optical system are made uniform. And a second condensing optical system for condensing the light homogenized by the homogenizing optical system to irradiate the mask, and projection optics for projecting the light transmitted through the mask onto the semiconductor substrate. And a projection exposure apparatus having a system.

【0019】[0019]

【作用】ポジレ型ジストを用いたときに生じる膜減に対
して、感光性樹脂表面に不溶化膜を形成し対処する手法
と、光学像をコントロールして改善する手法とがある。
感光性樹脂材料の不溶化については幾つかの手法があ
る。その手法の一つに露光する前に、感光性樹脂膜表面
をアルカリ性溶液又は有機アルカリ現像液に浸し、膜表
面の硫黄元素の相対濃度を上げ、溶解性を低減させる手
法がある。また、不溶化させる他の手法として水分を殆
ど含まない雰囲気中で、レジスト膜が感光性を有する紫
外光を照射する手法がある。この手法は表面架橋膜を形
成するものであり、加熱を行うことで更に不溶化性を高
めることが可能である。
There are a method of forming an insolubilized film on the surface of the photosensitive resin and a method of controlling the optical image to improve the film reduction caused by using the positive regist.
There are several methods for insolubilizing the photosensitive resin material. As one of the methods, there is a method of immersing the surface of the photosensitive resin film in an alkaline solution or an organic alkali developing solution to increase the relative concentration of elemental sulfur on the surface of the film to reduce the solubility. As another method of insolubilizing, there is a method of irradiating the resist film with ultraviolet light having photosensitivity in an atmosphere containing almost no water. This method forms a surface cross-linked film, and it is possible to further increase the insolubility by heating.

【0020】ここで、感光性樹脂表面に不溶化膜を形成
した場合、露光すべき部分における十分な露光量であれ
ば不溶化膜を現像時に除去することができる。一方、ハ
ーフトーンマスクを用いた場合に生じる露光すべきでな
い部分における少ない露光量であると不溶化膜は除去で
きない。従って、ハーフトーンマスクを用いた場合にお
ける露光すべきでない部分の膜減りを抑えることが可能
となり、パターン中央部で窪みをなくして良好な形状の
パターンを形成することができる。
Here, when the insolubilized film is formed on the surface of the photosensitive resin, the insolubilized film can be removed at the time of development with a sufficient exposure amount in the portion to be exposed. On the other hand, the insolubilized film cannot be removed if the exposure amount is small in the portion that should not be exposed when the halftone mask is used. Therefore, when the halftone mask is used, it is possible to suppress film loss in a portion that should not be exposed, and it is possible to form a pattern having a good shape by eliminating the depression at the central portion of the pattern.

【0021】また、光学的な手法により残膜特性の改善
をはかる手法に輪帯照明技術があるが、この手法におい
ても残膜を完全に維持することは難しい。そこで、この
場合にも前述の処理を行うことが好ましい。
Further, although there is an annular illumination technique as a method for improving the characteristics of the residual film by an optical method, it is difficult to completely maintain the residual film even in this method. Therefore, in this case as well, it is preferable to perform the above-mentioned processing.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明の詳細について図示の実施例を
参照して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

【0023】図1は、本発明の各実施例方法に使用した
投影露光装置を示す概略構成図である。光源のランプと
しては、水銀灯のg線436nm,h線405nm,i
線365nmなどの他、エキシマレーザー露光(KrF
等)が用いられている。そして、それらは照射均一性を
高めるためにオプチカルインテグレータ(はえの目レン
ズ)等を含んだ光学系により、均一化された光となる。
図1は、上記光学系を通過後の光束を示している。図中
1は均一化された光線(2次光源)、2,3は開口絞
り、4は2次光源照射光学系、5は投影光学系、6はマ
スク、7はウェハを示している。
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a projection exposure apparatus used in each embodiment method of the present invention. As the lamp of the light source, a mercury lamp g line 436 nm, h line 405 nm, i
Other than line 365nm, excimer laser exposure (KrF
Etc.) are used. Then, they become uniformized light by an optical system including an optical integrator (fly-eye lens) and the like in order to improve irradiation uniformity.
FIG. 1 shows the luminous flux after passing through the optical system. In the figure, 1 is a homogenized light beam (secondary light source), 2 and 3 are aperture stops, 4 is a secondary light source irradiation optical system, 5 is a projection optical system, 6 is a mask, and 7 is a wafer.

【0024】このような縮小投影露光装置においては、
パターンの形成特性(解像度,焦点深度など)は、投影
光学系5のNA(NA=sinθ)と照明光のコヒーレ
ンシイσ(σ=sinφ/sinδ)で決定される。N
Aが大きい程、解像度は上がる一方、焦点深度は減少す
る。また、コヒーレンシイσ値が小さくなると、パター
ンの淵が強調されるため、断面形状は側壁が垂直に近づ
いて良好なパターン形状となるが、細かいパターンでの
解像性が悪くなり解像し得る焦点範囲が狭くなる。逆
に、σ値が大きいと細かいパターンでの解像性、解像し
得る焦点範囲が若干良くなるが、パターン断面の側壁傾
斜が緩く、厚いレジストの場合、断面形状は台形ないし
三角形となる。このため、比較的バランスのとれたσ値
として、σ=0.5〜0.7に固定設定されている。σ
値を設定するには2次光源1の光源面の大きさを決めれ
ば良いため、一般に2次光源1の光源面の直後にσ値設
定用の円形開口絞り2を置いている。
In such a reduction projection exposure apparatus,
The pattern forming characteristics (resolution, depth of focus, etc.) are determined by the NA (NA = sin θ) of the projection optical system 5 and the coherency σ (σ = sin φ / sin δ) of the illumination light. N
The larger A is, the higher the resolution is, but the depth of focus is decreased. Further, when the coherency σ value becomes small, the edge of the pattern is emphasized, and the cross-sectional shape becomes a good pattern shape because the side wall approaches the vertical direction, but the resolution in a fine pattern deteriorates and resolution may be possible. The focus range becomes narrow. On the other hand, when the σ value is large, the resolution in a fine pattern and the focus range that can be resolved are slightly improved, but the sidewall inclination of the pattern cross section is gentle, and in the case of a thick resist, the cross-sectional shape is trapezoidal or triangular. Therefore, as a relatively balanced σ value, σ = 0.5 to 0.7 is fixedly set. σ
Since the size of the light source surface of the secondary light source 1 may be determined in order to set the value, a circular aperture stop 2 for setting the σ value is generally placed immediately after the light source surface of the secondary light source 1.

【0025】図2は、本発明の第1の実施例に係わるレ
ジストパターン形成工程を示す断面図である。投影露光
用マスク(ハーフトーンマスク)6は、図2(a)に示
すように、SiO2 基板(透明基板)20上にSi膜
(半透明膜)のパターン21を形成したものである。具
体的には、SiO2 基板20上にSi膜21を膜厚61
nmに制御しスパッタにより形成し、これに電子線用レ
ジスト(SAL601)を膜厚0.5μmで形成し、更
にその上に塗布性有機導電膜を塗布し、これに対し電子
線で露光を行い、現像してレジストパターンを形成し
た。さらに、このレジストをマスクにSi膜21をケミ
カルドライエッチング(CDE)により不要部分のSi
を除去して作成した。このとき形成されたSi膜(11
1)の水銀ランプのg線に対する屈折率n=4.57
で、光透過部に対する位相差180°、振幅透過率15
%を満足している。
FIG. 2 is a sectional view showing a resist pattern forming step according to the first embodiment of the present invention. The projection exposure mask (halftone mask) 6 is formed by forming a pattern 21 of a Si film (semitransparent film) on a SiO 2 substrate (transparent substrate) 20, as shown in FIG. 2A. Specifically, the Si film 21 is formed on the SiO 2 substrate 20 to a thickness of 61.
of the electron beam resist (SAL601) with a film thickness of 0.5 μm, and a coatable organic conductive film is coated on the resist (SAL601) and exposed to the electron beam. Then, it was developed to form a resist pattern. Further, using this resist as a mask, the Si film 21 is subjected to chemical dry etching (CDE) to remove unnecessary portions of Si.
Was created by removing. The Si film (11) formed at this time
Refractive index n = 4.57 for the g-line of the mercury lamp of 1)
Then, the phase difference with respect to the light transmitting portion is 180 ° and the amplitude transmittance is 15
% Satisfied.

【0026】この投影露光用マスクを用い、開口数NA
=0.54、コヒーレンスファクターσ=0.5のg線
用露光装置を用いて露光を行った。なお、感光性樹脂膜
は、図2(b)に示すように、Si基板22上にクレー
ゾールノボラック・ナフトキノンジアジド系ポジレジス
ト23を1.3μmで形成し、90℃,5分のベイキン
グを行ったものである。そして、これを露光前に、テト
ラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)
2.38%の現像液中に30秒晒し、水洗の後スピン乾
燥を行い、図2(c)に示すように、表面不溶化膜24
を形成したものである。
Using this projection exposure mask, the numerical aperture NA
= 0.54 and a coherence factor σ = 0.5 were used to perform exposure. As for the photosensitive resin film, as shown in FIG. 2B, a cresol novolak naphthoquinonediazide positive resist 23 having a thickness of 1.3 μm is formed on a Si substrate 22, and baking is performed at 90 ° C. for 5 minutes. It is a thing. Then, before exposing this to tetramethylammonium hydroxide (TMAH)
It is exposed to a 2.38% developer for 30 seconds, washed with water, and then spin-dried. As shown in FIG.
Is formed.

【0027】次いで、前記の投影露光用マスクを用い
て、図2(d)に示すように、ポジ型レジスト23を露
光した。ここで、25は露光された領域を示す。次い
で、TMAH2.38%で50秒の現像を行い、図2
(e)に示すように、レジストパターン26を形成し
た。このとき、不溶化膜24の存在により、レジスト残
りパターンの中央部が窪む等の不都合はなかった。な
お、本手法において現像前110℃,1分のベイキング
を更に行っても効果的である。
Next, using the above-mentioned projection exposure mask, a positive resist 23 was exposed as shown in FIG. 2 (d). Here, 25 indicates an exposed region. Then, development is performed for 50 seconds at 2.38% TMAH, and
As shown in (e), a resist pattern 26 was formed. At this time, due to the presence of the insolubilized film 24, there was no inconvenience such as the depression of the central portion of the residual resist pattern. In this method, it is also effective to further perform baking at 110 ° C. for 1 minute before development.

【0028】以上の工程により、0.45μmパターン
がハーフトーンマスクを用いた場合にフォーカスマージ
ン0.8μmで解像したものが、表面不溶化膜を形成す
ることで1.0μmまで向上した。
Through the above steps, the resolution of the 0.45 μm pattern with the focus margin of 0.8 μm when using the halftone mask was improved to 1.0 μm by forming the surface insolubilized film.

【0029】本実施例で用いたハーフトーンマスクと表
面不溶化処理を施した感光性樹脂膜を用い、更に輪帯照
明を併用した実験を次に行った。輪帯照明は、蝿の目レ
ンズ群の直径Lに対し、中心より半径d=0.65Lを
遮蔽して行った。輪帯照明とハーフトーンマスクを組み
合わせた場合0.45μmパターンがフォーカスマージ
ン1.3μmで解像したものが、表面不溶化膜を形成す
ることで1.7μmまで向上することを確認した。
Next, an experiment was conducted in which the halftone mask used in this example and the photosensitive resin film subjected to the surface insolubilization treatment were used, and ring illumination was also used. The annular illumination was performed with respect to the diameter L of the fly's eye lens group with the radius d = 0.65 L shielded from the center. It was confirmed that when a ring-shaped illumination and a halftone mask were combined, a 0.45 μm pattern resolved with a focus margin of 1.3 μm was improved to 1.7 μm by forming a surface insolubilized film.

【0030】このように本実施例方法によれば、ハーフ
トーン位相シフト法でレジスト23を露光する際に、予
めレジスト23の表面をTMAH現像液に浸し、水洗処
理することにより、レジスト23の表面に不溶化膜24
を形成している。このため、ハーフトーン位相シフト法
で問題となるレジストパターン中央部の膜減を抑制する
ことができる。従って、良好なレジストパターンを形成
することができ、その後のパターン加工の精度向上をは
かることが可能となる。
As described above, according to the method of this embodiment, when the resist 23 is exposed by the halftone phase shift method, the surface of the resist 23 is preliminarily dipped in the TMAH developing solution and washed with water so that the surface of the resist 23 is exposed. Insolubilized film 24
Is formed. Therefore, it is possible to suppress the film loss in the central portion of the resist pattern, which is a problem in the halftone phase shift method. Therefore, a good resist pattern can be formed, and the accuracy of the subsequent pattern processing can be improved.

【0031】図3は、本発明の第2の実施例に係わるレ
ジストパターン形成工程を示す断面図である。この実施
例では、まず図3(a)に示すように、Si基板32上
にクレーゾールノボラック・ナフトキノンジアジド系ポ
ジレジスト33を1.3μmで形成し、90℃5分のベ
イキングを行った。この基板に対し、前記図2(a)に
示すハーフトーンマスクを用いて、図3(b)に示すよ
うに露光を行った。ここで、35は露光領域を示す。
FIG. 3 is a sectional view showing a resist pattern forming step according to the second embodiment of the present invention. In this example, first, as shown in FIG. 3A, a cresol novolac naphthoquinonediazide positive resist 33 having a thickness of 1.3 μm was formed on a Si substrate 32 and baked at 90 ° C. for 5 minutes. This substrate was exposed as shown in FIG. 3B using the halftone mask shown in FIG. 2A. Here, 35 indicates an exposure area.

【0032】ここで用いたハーフトーンマスクは、クオ
ーツ基板上にSiをN2 雰囲気中で膜厚80nmに制御
しスパッタしたもので、このとき形成されたSi膜の水
銀ランプのi線に対し、光透過部に対する位相差180
°、強度透過率13%を満足している。
The halftone mask used here is one in which Si is sputtered on a quartz substrate in an N 2 atmosphere while controlling the film thickness to 80 nm. Phase difference 180 for the light transmitting part
°, intensity transmittance 13% is satisfied.

【0033】次いで、水銀ランプの250〜330nm
の光をN2 雰囲気中でレジスト33に照射しながら12
0℃,2分のベイキングを行い、図3(c)に示すよう
に非露光部表面に架橋膜(不溶化膜)34を形成した。
このときの窒素雰囲気の水含有量は5%程度であった。
また、不溶化膜34は露光量の少ない部分のみに形成さ
れた。
Next, a mercury lamp of 250 to 330 nm
While irradiating the resist 33 with the light of N 2 in the atmosphere
Baking was carried out at 0 ° C. for 2 minutes to form a crosslinked film (insolubilized film) 34 on the surface of the unexposed portion as shown in FIG.
At this time, the water content in the nitrogen atmosphere was about 5%.
Further, the insolubilized film 34 was formed only in the portion where the exposure amount was small.

【0034】次いで、TMAH2.38%の現像液で5
0秒の現像を行い、図3(d)に示すようにレジストパ
ターン36を形成した。本手法により、0.40μmパ
ターンがハーフトーンマスクを用いた場合にフォーカス
マージン0.6μmで解像したものが、表面不溶化膜を
形成することで1.2μmまで向上した。
Then, TMAH was developed with 2.38% developer to obtain 5
Development was performed for 0 seconds to form a resist pattern 36 as shown in FIG. By this method, a 0.40 μm pattern was resolved with a focus margin of 0.6 μm when a halftone mask was used, but was improved to 1.2 μm by forming a surface insolubilized film.

【0035】本実施例で用いたハーフトーンマスクと、
更に輪帯照明を併用した実験を次に行った。輪帯照明
は、蝿の目レンズ群の直径Lに対し、中心より半径d=
0.65Lを遮蔽して行った。帯輪照明とハーフトーンマス
クを組み合わせた場合に0.4μmパターンがフォーカ
スマージン1.2μmで解像したものが、表面不溶化膜
を形成することで1.9μmまで向上することを確認し
た。図4は、本発明の第3の実施例に係わるレジストパ
ターン形成工程を示す断面図である。
The halftone mask used in this embodiment,
Next, an experiment was carried out in which ring illumination was also used. The ring-shaped illumination is based on the diameter L of the fly's eye lens group and the radius d =
0.65 L was shielded. It was confirmed that the 0.4 μm pattern resolved with the focus margin of 1.2 μm when combined with the ring illumination and the halftone mask was improved to 1.9 μm by forming the surface insolubilized film. FIG. 4 is a sectional view showing a resist pattern forming step according to the third embodiment of the present invention.

【0036】この実施例では、まず図4(a)に示すよ
うに、Si基板上42にポリビニルアルコールを樹脂成
分に持つネガレジスト43を1.3μmで形成し、11
0℃5分のベイキングを行った。この基板に対し、前記
図2(a)に示すハーフトーンマスクを用い、図4
(b)に示すように露光を行った。ここで、45は露光
領域を示す。
In this embodiment, first, as shown in FIG. 4A, a negative resist 43 having polyvinyl alcohol as a resin component is formed on the Si substrate 42 to have a thickness of 1.3 μm.
Baking was performed at 0 ° C. for 5 minutes. For this substrate, the halftone mask shown in FIG.
Exposure was performed as shown in (b). Here, 45 indicates an exposure area.

【0037】ここで用いたハーフトーンマスクはクオー
ツ基板上にSiをN2 雰囲気中で膜厚80nmに制御し
スパッタしたもので、このとき形成されたSi膜の水銀
ランプのi線に対し、光透過部に対する位相差180
°、強度透過率13%を満足している。
The halftone mask used here was formed by sputtering Si on a quartz substrate in an N 2 atmosphere while controlling the film thickness to 80 nm, and the Si film formed at this time was exposed to light from the i-line of a mercury lamp. Phase difference 180 with respect to the transmission part
°, intensity transmittance 13% is satisfied.

【0038】次いで、130℃2分のベイキングを行っ
た後、TMAH2.38%の現像液で120秒の現像を
行い、図4(c)に示すようにレジストパターン46を
形成した。ここで、スペース部分に残渣47が生じたた
め、基板をさらに真空引き可能なチャンバの中に入れ、
十分に真空引きした後、酸素ガスを流量20sccmで注入
し、放電させ、酸素プラズマに20秒晒し、図4(d)に
示すように残渣47を除去した。なおこの際、レジスト
パターンも若干膜減が生じたが精度的には問題の無い範
囲であった。
Next, after baking at 130 ° C. for 2 minutes, development with a TMAH 2.38% developing solution for 120 seconds was performed to form a resist pattern 46 as shown in FIG. 4C. Here, since the residue 47 was generated in the space portion, the substrate was placed in a chamber capable of further vacuuming,
After sufficiently drawing a vacuum, oxygen gas was injected at a flow rate of 20 sccm to cause discharge and exposed to oxygen plasma for 20 seconds to remove the residue 47 as shown in FIG. 4 (d). At this time, the film thickness of the resist pattern was slightly reduced, but there was no problem in terms of accuracy.

【0039】本実施例で用いたハーフトーンマスクと、
更に輪帯照明を併用した実験を次に行った。輪帯照明
は、蝿の目レンズ群の直径Lに対し、中心より半径d=
0.65Lを遮蔽して行った。この場合も、レジストパター
ン形成後に酸素原子を含むプラズマ或いはラジカル中に
晒すことにより、スペース部分に残渣のない良好なレジ
ストパターンが得られた。
The halftone mask used in this embodiment,
Next, an experiment was carried out in which ring illumination was also used. The ring-shaped illumination is based on the diameter L of the fly's eye lens group and the radius d =
0.65 L was shielded. Also in this case, a good resist pattern having no residue in the space portion was obtained by exposing it to plasma or radicals containing oxygen atoms after forming the resist pattern.

【0040】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。第1の実施例ではポジ型レジストの
硬化処理として、露光前にTAMH現像液による処理を
行ったが、処理液としてはTAMHに限らず、アルカリ
性の溶液若しくは有機アルカリ現像液を用いることがで
きる。また、第2の実施例ではポジ型レジストの硬化処
理として、露光後に水銀ランプの光をN2 雰囲気中でレ
ジストに照射しながらベイキングしたが、水分含有量1
0%未満の雰囲気中でレジストが感光性を有する紫外光
を照射すれば同様の効果が得られる。その他、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが
できる。
The present invention is not limited to the above embodiments. In the first embodiment, as the hardening treatment of the positive resist, the treatment with the TAM developer was performed before the exposure, but the treatment liquid is not limited to TAM, and an alkaline solution or an organic alkali developing solution can be used. Further, in the second embodiment, as the positive resist curing treatment, baking was performed while exposing the resist in a N 2 atmosphere after exposure to light of a mercury lamp.
The same effect can be obtained if the resist is irradiated with ultraviolet light having photosensitivity in an atmosphere of less than 0%. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、現
像前にレジストに硬化効果処理を施すことにより、ハー
フトーン位相シフト法で問題となっている現象、即ちポ
ジ型レジストを用いた場合におけるレジストパターン中
央部の膜減を抑制することができ、良好なレジストパタ
ーンを形成することが可能となる。また本発明は、ハー
フトーンマスクに輪帯照明露光を組み合わせたときにも
有効である。
As described in detail above, according to the present invention, a phenomenon which is a problem in the halftone phase shift method, that is, a positive type resist is used by subjecting the resist to a curing effect treatment before development. In this case, it is possible to suppress the film loss in the central portion of the resist pattern and form a good resist pattern. The present invention is also effective when a halftone mask is combined with annular illumination exposure.

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

【図1】本発明の各実施例に用いた投影露光装置を示す
概略構成図、
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus used in each embodiment of the present invention,

【図2】第1の実施例に係わるレジストパターン形成工
程を示す断面図、
FIG. 2 is a sectional view showing a resist pattern forming step according to the first embodiment,

【図3】第2の実施例に係わるレジストパターン形成工
程を示す断面図、
FIG. 3 is a sectional view showing a resist pattern forming step according to the second embodiment.

【図4】第3の実施例に係わるレジストパターン形成工
程を示す断面図、
FIG. 4 is a sectional view showing a resist pattern forming process according to a third embodiment.

【図5】ハーフトーン位相シフト法の原理を説明するた
めの図、
FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of the halftone phase shift method,

【図6】ハーフトーン位相シフト法による問題点を説明
するための図。
FIG. 6 is a diagram for explaining a problem caused by the halftone phase shift method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…2次光源、 2,3…開口絞り、 4…2次光源照射光学系、 5…投影光学系、 6…マスク、 7…ウェハ、 20…SiO2 基板(透明基板)、 21…Siパターン、 22,32,42…Si基板、 23,33,43…ポジ型レジスト、 24,34…表面不溶化膜、 25,35,35…露光された領域、 26,36…レジストパターン。1 ... Secondary light source, 2, 3 ... Aperture stop, 4 ... Secondary light source irradiation optical system, 5 ... Projection optical system, 6 ... Mask, 7 ... Wafer, 20 ... SiO 2 substrate (transparent substrate), 21 ... Si pattern , 22, 32, 42 ... Si substrate, 23, 33, 43 ... Positive resist, 24, 34 ... Surface insolubilized film, 25, 35, 35 ... Exposed region, 26, 36 ... Resist pattern.

フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/027 8831−4M H01L 21/30 341 S 7352−4M 361 F Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI technical display location H01L 21/027 8831-4M H01L 21/30 341 S 7352-4M 361 F

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】透光性基板上に、透過光に対して光学的な
位相差を与える半透明材料からなるマスクパターンを形
成した露光用マスクを用いて、半導体基板上に形成され
た感光性樹脂膜に対し露光・現像を行い所望のパターン
を作成するパターン形成方法において、 前記感光性樹脂膜としてポジ型レジストを用い、このレ
ジストの現像前に、該レジストの表面に対し硬化処理を
行うことを特徴とするパターン形成方法。
1. A photosensitive material formed on a semiconductor substrate using an exposure mask having a mask pattern made of a semitransparent material that gives an optical phase difference to transmitted light on a transparent substrate. In a pattern forming method for forming a desired pattern by exposing and developing a resin film, a positive resist is used as the photosensitive resin film, and a curing treatment is applied to the surface of the resist before development of the resist. A method for forming a pattern.
【請求項2】透光性基板上に、透過光に対して光学的な
位相差を与える半透明材料からなるマスクパターンを形
成した露光用マスクを用い、光学系によって均一化され
た光源の面又は二次光源の半径Lに対し、0<d<Lの
関係を満たす中心より半径dの部分を暗部として形成し
た輪帯照明により、半導体基板上に形成された感光性樹
脂膜に対し露光・現像を行い所望のパターンを形成する
パターン形成方法において、 前記感光性樹脂膜としてポジ型レジストを用い、このレ
ジストの現像前に、該レジストの表面に対し硬化処理を
行うことを特徴とするパターン形成方法。
2. A surface of a light source made uniform by an optical system using an exposure mask having a mask pattern made of a semitransparent material which gives an optical phase difference to transmitted light on a transparent substrate. Alternatively, with respect to the radius L of the secondary light source, the photosensitive resin film formed on the semiconductor substrate is exposed to light by the annular illumination in which a portion having a radius d from the center satisfying the relationship of 0 <d <L is formed as a dark portion. In a pattern forming method for developing a desired pattern, a positive resist is used as the photosensitive resin film, and a hardening treatment is performed on the surface of the resist before the resist is developed. Method.
JP767492A 1902-01-20 1992-01-20 Pattern forming method Pending JPH05197160A (en)

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US08/411,844 US5621498A (en) 1991-10-15 1995-03-28 Projection exposure apparatus
US08/467,600 US5707501A (en) 1991-10-15 1995-06-06 Filter manufacturing apparatus
US08/468,327 US5627626A (en) 1902-01-20 1995-06-06 Projectin exposure apparatus

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0876351A (en) * 1994-09-06 1996-03-22 Nec Corp Phase shift mask and its production
US5902717A (en) * 1996-02-28 1999-05-11 Nec Corporation Method of fabricating semiconductor device using half-tone phase shift mask
US7550043B2 (en) 2002-12-20 2009-06-23 Tokyo Electron Limited Substrate processing method and substrate processing apparatus

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