JPH0982596A - Formation of pattern - Google Patents

Formation of pattern

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Publication number
JPH0982596A
JPH0982596A JP23440695A JP23440695A JPH0982596A JP H0982596 A JPH0982596 A JP H0982596A JP 23440695 A JP23440695 A JP 23440695A JP 23440695 A JP23440695 A JP 23440695A JP H0982596 A JPH0982596 A JP H0982596A
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JP
Japan
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resist
light
interface
phase
photoresist layer
Prior art date
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Application number
JP23440695A
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Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Ikeda
隆洋 池田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH0982596A publication Critical patent/JPH0982596A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the formation of an edge at the bottom of resist and obtain a favorable resist profile by adjusting the thickness and optical constants of a thin film so that the phase of second light that returns from the interface to the photoresist side will have a specified value relative to the phase of first light incident on the interface. SOLUTION: A thin film 2 is formed between a photoresist layer 1 and a substrate 3 to be processed in order to adjust the intensity or phase of the component of exposure light returning from the interface between the photoresist layer 1 and a layer direct thereunder according to exposure wavelength. The direction of the propagation of light 4 incident on the photoresist layer 1 is taken as reference. Then the thickness and optical constants of the thin film 2 are adjusted so that, when second light returns from the interface between the photoresist layer 1 and the thin film 2 thereunder, the phase 6 of the second light is at an angle of 240-300 deg. to the phase 5 of first light incident on the interface.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レジストパターン
の形成方法に係わり、特に大規模半導体集積回路(LS
I)等の電子部品の微細加工に用いられるパターン形成
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a resist pattern forming method, and more particularly to a large-scale semiconductor integrated circuit (LS).
The present invention relates to a pattern forming method used for fine processing of electronic components such as I).

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路を始めとする各種電子部
品の製造工程には、フォトリソグラフィによる微細加工
技術が用いられている。この技術では、例えばシリコン
ウェハ上及びその上に形成された絶縁体・導体・半導体
薄膜上にフォトレジスト層を回転塗布法等により形成
し、フォトレジスト層をパターン露光した後、現像工程
を経てレジストパターンを形成する。そして、このレジ
ストパターンをエッチングマスクとして用い、基板上に
形成された絶縁体・導体・半導体薄膜をエッチングする
ことにより微細な配線や開口孔等を形成する。
2. Description of the Related Art A microfabrication technique by photolithography is used in a manufacturing process of various electronic components such as a semiconductor integrated circuit. In this technique, for example, a photoresist layer is formed on a silicon wafer and an insulator / conductor / semiconductor thin film formed thereon by a spin coating method or the like, and the photoresist layer is pattern-exposed and then subjected to a development step to form a resist. Form a pattern. Then, using this resist pattern as an etching mask, the insulator, conductor, and semiconductor thin film formed on the substrate are etched to form fine wiring, openings, and the like.

【0003】フォトリソグラフィ技術においては、レジ
ストパターンの寸法を高精度で制御することが重要であ
る。しかし、配線パターンを形成するための金属若しく
はシリコン薄膜等、露光光に対して高い反射率を有する
基板上でのパターン形成工程においては、基板段差部か
らの反射光の作用によって局所的なレジスト寸法の変動
やプロファイルの劣化の生じる場合がある。また、レジ
スト直下に紫外線に対して比較的透明な珪素酸化物や珪
素窒化物膜が存在する場合には、露光光はこれらの膜中
で多重反射する。それ故、これらの膜厚が変動すると上
記多重反射の振るまいがその影響を受ける。
In the photolithography technique, it is important to control the dimension of the resist pattern with high accuracy. However, in the pattern formation process on a substrate that has a high reflectance for exposure light, such as a metal or silicon thin film for forming a wiring pattern, the local resist size is affected by the action of the reflected light from the substrate step. Fluctuation and deterioration of profile may occur. Further, when there is a silicon oxide or silicon nitride film which is relatively transparent to ultraviolet rays immediately below the resist, the exposure light is multiply reflected in these films. Therefore, if these film thicknesses change, the behavior of the multiple reflection is affected.

【0004】その結果、実質的にレジスト層に与えられ
る光エネルギーの量が変動し、レジスト寸法の制御性に
重大な支障を来たす。さらには、レジスト層中でも多重
反射が起こるためにレジスト膜厚の変動がある場合には
やはり寸法変動に大きな影響を与えてしまう。
As a result, the amount of light energy applied to the resist layer substantially fluctuates, which seriously hinders the controllability of the resist size. Furthermore, since multiple reflection occurs even in the resist layer, when the resist film thickness varies, the dimensional variation is also greatly affected.

【0005】そこで最近、上記の問題点を解決するため
に、図9に示すように、フォトレジスト1と被加工膜
(被加工膜基板)3との間に反射防止膜2を形成する方
法が採られている。この方法では、レジスト1を通過し
た光がレジスト下層にある反射防止膜2に吸収されるた
めに、再度レジスト1に反射する光の強度を著しく低下
せしめることができる。しかも、反射防止膜2の下層中
での多重反射の影響を除くことができ、さらには上述の
レジスト膜厚の変動に伴う寸法変動やプロファイル劣化
を低減することができる。
Therefore, recently, in order to solve the above problems, a method of forming an antireflection film 2 between a photoresist 1 and a film to be processed (film substrate to be processed) 3 as shown in FIG. 9 has been proposed. Has been taken. In this method, the light passing through the resist 1 is absorbed by the antireflection film 2 under the resist, so that the intensity of the light reflected by the resist 1 again can be significantly reduced. Moreover, the influence of multiple reflection in the lower layer of the antireflection film 2 can be eliminated, and further, the dimensional fluctuation and profile deterioration due to the above-mentioned fluctuation of the resist film thickness can be reduced.

【0006】このような反射防止膜としては種々のもの
が提案されている。例えば、特開昭59−93448号
公報においては、露光光を吸収する性質のある樹脂、若
しくは露光光を吸収する性質のある染料、例えばクルク
ミン,クマリンなどを樹脂中に分散させたものをスピン
塗布法で基板上に形成し、反射防止膜として用いる方法
が提案されている。また、特開平5−308049号公
報においては炭素化合物よりなる反射防止膜、特開平5
−299338号公報や特開平6−196400号公報
においてはシリコン化合物よりなる反射防止膜を用いる
方法が提案されている。
Various types of antireflection films have been proposed. For example, in JP-A-59-93448, a resin having a property of absorbing exposure light, or a dye having a property of absorbing exposure light, for example, curcumin or coumarin dispersed in a resin is spin-coated. There is proposed a method of forming an antireflection film on a substrate by the method. Further, in JP-A-5-308049, an antireflection film made of a carbon compound is disclosed in JP-A-5-3080.
In JP-A-299338 and JP-A-6-196400, a method using an antireflection film made of a silicon compound is proposed.

【0007】しかしながら、このような反射防止膜を用
いた場合でも、屈折率及び消衰係数の値、及び膜厚の選
び方が適当でない場合には、レジストプロファイルが図
9に示すような裾引き形状を示す場合がある。レジスト
がこのような形状になった場合、これをマスクとしてエ
ッチングを行うと、レジスト底部の裾がエッチングの寸
法変換差を大きくし、このために加工寸法の制御性を著
しく低下させる。
However, even when such an antireflection film is used, if the values of the refractive index and the extinction coefficient and the film thickness are not properly selected, the resist profile has a bottomed shape as shown in FIG. May be indicated. When the resist has such a shape, if the resist is used as a mask for etching, the hem of the bottom of the resist causes a large difference in etching size conversion, which significantly reduces the controllability of the processing size.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、レジ
ストパターンの形成には、レジスト層とその下層との間
に反射防止膜を形成する方法が採られているが、反射防
止膜を用いた場合でも、膜厚及び光学定数の選び方が適
切でない場合には、レジストプロファイルが図9に示す
ような裾引き形状を示す場合がある。レジストがこのよ
うな形状になった場合、これをマスクとしてエッチング
を行うと、レジスト底部の裾がエッチングの寸法変換差
を大きくし、このために加工寸法の制御性を著しく低下
させる。
As described above, conventionally, a method of forming an antireflection film between a resist layer and an underlying layer has been adopted for forming a resist pattern, but an antireflection film is used. Even in this case, if the film thickness and the optical constant are not properly selected, the resist profile may show a bottoming shape as shown in FIG. When the resist has such a shape, if the resist is used as a mask for etching, the hem of the bottom of the resist causes a large difference in etching size conversion, which significantly reduces the controllability of the processing size.

【0009】本発明は、上記の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、レジスト下地からの
反射に起因するレジスト寸法変動を低減できるのは勿論
のこと、レジスト底部の裾の発生を抑制して良好なレジ
ストプロファイルを形成することができ、レジストパタ
ーンの寸法精度向上をはかり得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 that, of course, it is possible to reduce fluctuations in the resist dimension due to reflection from the resist base, and the bottom of the resist. It is an object of the present invention to provide a pattern forming method capable of suppressing the occurrence of defects and forming a good resist profile and improving the dimensional accuracy of a resist pattern.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】 (概要)上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。即ち本発明は、被加工基板上に
形成されたフォトレジスト層に所望パターンを露光して
レジストパターンを形成するパターン形成方法におい
て、前記フォトレジスト層と被加工基板との間に、フォ
トレジスト層とその直下の層との境界面からフォトレジ
スト層へ戻る露光光の成分の強度又は位相を、露光波長
に応じて調整するための薄膜を設け、前記フォトレジス
ト層に入射する光の進行方向を基準にとり、フォトレジ
スト側からフォトレジスト層とその下層の薄膜との界面
に入射する第1の光の位相に対して、界面からフォトレ
ジスト側へ戻る第2の光の位相が、240〜300°の
範囲の値を持って進むように、薄膜の膜厚及び光学定数
を調整したことを特徴とする。さらに、第1の光に対す
る第2の光の位相の進みを、270°近傍に設定したこ
とを特徴とする。 (作用)本発明によれば、フォトレジスト層と被加工基
板との間に反射防止膜等の薄膜を設けることにより、レ
ジスト下地からの反射に起因するレジスト寸法変動を低
減することができる。これに加えて、フォトレジスト側
からフォトレジスト層とその下層の薄膜との界面に入射
する第1の光の位相に対して、界面からフォトレジスト
側へ戻る第2の光の位相が、240〜300°の範囲の
値を持って進むように、薄膜の膜厚及び光学定数を調整
することにより、レジスト底部の裾の発生を抑制して良
好なレジストプロファイルを形成することができる。こ
れにより、レジストパターンの寸法精度向上をはかるこ
とが可能となる。
[Means for Solving the Problems] (Outline) In order to solve the above problems, the present invention employs the following configurations. That is, the present invention is a pattern forming method for forming a resist pattern by exposing a desired pattern to a photoresist layer formed on a substrate to be processed, wherein a photoresist layer is formed between the photoresist layer and the substrate to be processed. A thin film for adjusting the intensity or phase of the component of the exposure light returning to the photoresist layer from the interface with the layer immediately below is provided, and the traveling direction of the light incident on the photoresist layer is used as a reference. Therefore, the phase of the second light returning from the interface to the photoresist side is 240 to 300 ° with respect to the phase of the first light incident on the interface between the photoresist layer and the underlying thin film from the photoresist side. It is characterized in that the film thickness and the optical constant of the thin film are adjusted so that the film has a value within the range. Further, the advance of the phase of the second light with respect to the first light is set to around 270 °. (Function) According to the present invention, by providing a thin film such as an antireflection film between the photoresist layer and the substrate to be processed, it is possible to reduce variation in the resist dimension due to reflection from the resist base. In addition to this, the phase of the second light returning from the interface to the photoresist side with respect to the phase of the first light entering from the photoresist side to the interface between the photoresist layer and the underlying thin film is 240- By adjusting the film thickness and the optical constant of the thin film so as to proceed with a value in the range of 300 °, it is possible to suppress the formation of the bottom of the resist bottom and form a good resist profile. As a result, the dimensional accuracy of the resist pattern can be improved.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を説明する前
に、まず本発明の基本原理について説明する。前述した
レジスト底部の形状に関して本発明者らが各種実験及び
鋭意研究を重ねた結果、レジスト底部が裾引き形状とな
る現象は、以下の原因によって生じることが明らかにな
った。これを、図1を用いて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Before describing the embodiments of the present invention, the basic principle of the present invention will be described first. As a result of various experiments and earnest studies conducted by the present inventors regarding the shape of the resist bottom portion described above, it has been clarified that the phenomenon that the resist bottom portion has a bottoming shape is caused by the following causes. This will be described with reference to FIG.

【0012】露光光4の照射によりレジスト−空気界面
からレジスト1中に入射した露光光5は、その強度と位
相を変化させつつレジスト−下地界面に到達する。この
レジスト−下地界面における露光光5の複素振幅強度
を、入射光の方向を光波の進行方向の基準として A=A0 cos (qx−ωt+φ1 ) … (1) のように表すことができる。ここで、qはレジスト中で
の露光光の波数であり、真空中での波長λ、レジストの
複素屈折率η1 =n1 −jk1 によって、 q=2πη1 /λ … (2) と示される。
The exposure light 5 entering the resist 1 from the resist-air interface by the irradiation of the exposure light 4 reaches the resist-base interface while changing its intensity and phase. The complex amplitude intensity of the exposure light 5 at the resist-underlying interface can be expressed as A = A 0 cos (qx−ωt + φ 1 ) (1) with the direction of the incident light as the reference of the traveling direction of the light wave. Here, q is the wave number of the exposure light in the resist, and is shown as q = 2πη 1 / λ (2) by the wavelength λ in vacuum and the complex refractive index η 1 = n 1 −jk 1 of the resist. Be done.

【0013】次に、レジスト−下地界面に到達した露光
光5は、下地の層構造と下地を構成する材質の複素屈折
率によって一意に定まる複素反射率γに従ってレジスト
側へと反射する。その複素振幅は R=γA=R0 cos (qx+ωt+φ2 )… (3) のように表せる。
Next, the exposure light 5 reaching the resist-underlying interface is reflected to the resist side according to the complex reflectance γ uniquely determined by the layer structure of the underlying layer and the complex refractive index of the material forming the under layer. The complex amplitude can be expressed as R = γA = R 0 cos (qx + ωt + φ 2 ) ... (3).

【0014】レジスト1に吸収される光の強度、従って
レジスト1の感光反応に影響する実効的な光の振幅は、
上記A+Rに比例する。一方、レジスト1よりも下層に
ある層の構造と複素屈折率の如何によっては、上記入射
光5と反射光6との位相関係は、両者が強め合う関係に
も弱め合う関係にもなり得る。
The intensity of light absorbed by the resist 1, and hence the effective amplitude of the light which influences the photosensitive reaction of the resist 1, is
It is proportional to A + R. On the other hand, depending on the structure of the layer below the resist 1 and the complex refractive index, the phase relationship between the incident light 5 and the reflected light 6 may be a constructive relationship or a destructive relationship between the two.

【0015】その様子をレジスト中の光強度分布によっ
て示したのが、図2(a)〜(d)である。この図か
ら、位相差(φ2 −φ1 )が0°の場合と(φ2 −φ
1 )が180°の場合とで、それぞれレジスト−下地界
面における光強度が極大・極小になることが分かる。
FIGS. 2 (a) to 2 (d) show this state by the light intensity distribution in the resist. From this figure, the phase difference (φ 21) is the case of 0 ° (φ 2
It can be seen that when 1 ) is 180 °, the light intensity at the resist-underlayer interface becomes maximum and minimum, respectively.

【0016】しかしながら、この光学的潜像がフォトレ
ジストのパターニングの際に完全に忠実に再現されるわ
けではない。何故ならば、通常のレジストプロセスにお
いては、例えば定在波効果の低減のために露光後ベーク
などの付加プロセスを行っている。このため、レジスト
中の感光剤濃度分布は、レジスト中での感光剤の拡散等
の影響を受けて光学的潜像プロファイルがスムージング
されたプロファイルとなる。
However, this optical latent image is not completely faithfully reproduced at the time of patterning the photoresist. This is because, in a normal resist process, an additional process such as post-exposure baking is performed to reduce the standing wave effect. Therefore, the concentration distribution of the photosensitizer in the resist becomes a profile in which the optical latent image profile is smoothed under the influence of diffusion of the photosensitizer in the resist.

【0017】この様子を調べるために、ポストエクスポ
ージャーベーク後のレジスト中の潜像プロファイルを数
値計算により求めたのが図3(a)〜(d)である。図
中の7は未露光部、8は露光部を示し、ポジ型レジスト
では未露光部7がパターンとして残っている。
In order to investigate this situation, the latent image profile in the resist after the post exposure bake was obtained by numerical calculation in FIGS. 3 (a) to 3 (d). In the figure, 7 indicates an unexposed portion and 8 indicates an exposed portion. In the positive resist, the unexposed portion 7 remains as a pattern.

【0018】この結果から分かるように、実際のレジス
トプロファイルにおいて裾引きが顕著に現れるのは、前
述の位相差(φ2 −φ1 )が90°程度になる場合であ
る。従って、この現象を解消するためには、位相差(φ
2 −φ1 )が90°程度の値になるような下地構造及び
下地を構成する材料の光学定数及び膜厚の組合わせを避
け、上記位相差(φ2 −φ1 )が240〜300°の範
囲になるように、より望ましくは270°近傍となるよ
うに設定すればよい。
As can be seen from these results, the tailing appears remarkably in the actual resist profile when the above-mentioned phase difference (φ 2 −φ 1 ) is about 90 °. Therefore, in order to eliminate this phenomenon, the phase difference (φ
The phase difference (φ 2 −φ 1 ) is 240 to 300 ° while avoiding the combination of the underlying structure and the optical constants and film thicknesses of the materials forming the underlying so that 2 −φ 1 ) becomes a value of about 90 °. The range may be set so that it is more preferably 270 °.

【0019】また、本発明者らは上記位相差(φ2 −φ
1 )の望ましい範囲を見つけるために、ARC(Anti-R
eflection Coating:反射防止)薄膜を用いた場合の、入
射光に対する反射光の位相差とレジスト裾引き量との関
係を調べた。図4の横軸はARC膜厚に相当する位相
差、縦軸は裾引き量である。位相差270°で裾引き量
は0となり、位相差90°で裾引き量が最大となる。そ
して、裾引き量を0.05μmより小さく抑えるために
は、位相差を270°±30°にすればよいことが分か
る。
Further, the present inventors have proposed the above phase difference (φ 2 −φ
1 ) to find the desired range of ARC (Anti-R
The relationship between the phase difference of the reflected light with respect to the incident light and the amount of resist skirting was investigated when a thin film was used. The horizontal axis of FIG. 4 is the phase difference corresponding to the ARC film thickness, and the vertical axis is the trailing amount. The trailing amount is 0 when the phase difference is 270 °, and the trailing amount is maximum when the phase difference is 90 °. Then, it is understood that the phase difference may be set to 270 ° ± 30 ° in order to suppress the trailing amount to be smaller than 0.05 μm.

【0020】以下、本発明の実施形態を図面を参照して
説明する。 (実施形態1)本実施形態は、被加工基板として表面に
アルミニウム膜を被着した基板(高反射基板)上に、屈
折率1.7,消衰係数0.3であるポリマー系の有機薄
膜を反射防止膜として形成し、さらにその上にフォトレ
ジスト層、例えばノボラック系のポジ型レジストからな
る層を形成する場合である。始めに、レジスト−反射防
止膜界面における入射光及び反射光の反射率及び位相を
計算するために、分光エリプソメータによりフォトレジ
スト及びアルミニウム膜の光学定数を測定した。その結
果、波長248nmにおいて下記の(表1)のようにな
った。 この結果を用いて、レジスト−基板界面での反射率及び
入射光・反射光の位相差を計算し、以下の手順によって
この層の適正な膜厚を求めた。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) In this embodiment, a polymer organic thin film having a refractive index of 1.7 and an extinction coefficient of 0.3 is formed on a substrate (high-reflecting substrate) having a surface coated with an aluminum film as a substrate to be processed. Is formed as an antireflection film, and a photoresist layer, for example, a layer made of a novolac-based positive resist is further formed thereon. First, in order to calculate the reflectance and phase of incident light and reflected light at the resist-antireflection film interface, the optical constants of the photoresist and aluminum film were measured by a spectroscopic ellipsometer. As a result, the following (Table 1) was obtained at a wavelength of 248 nm. Using this result, the reflectance at the resist-substrate interface and the phase difference between the incident light and the reflected light were calculated, and the appropriate film thickness of this layer was determined by the following procedure.

【0021】図5は、上記の構成の下地上に、光波長に
おける屈折率が1.7、消衰係数が0.03であるよう
なフォトレジストを塗布して露光を行う場合の、レジス
ト−反射防止膜界面における上述の定義になる位相差、
及びこの界面に入射する光Aと、この界面からレジスト
側に戻る反射光Rの強度の比、即ち強度反射率|R/A
2 を、様々な上記反射防止膜の膜厚に対して計算した
結果である。
FIG. 5 shows a resist in the case where a photoresist having a refractive index of 1.7 at the light wavelength and an extinction coefficient of 0.03 is applied to the lower surface of the above-mentioned structure and exposure is performed. The phase difference defined above at the antireflection film interface,
And the ratio of the intensity of the light A incident on this interface to the intensity of the reflected light R returning from this interface to the resist side, that is, the intensity reflectance | R / A
2 is the result of calculation for various film thicknesses of the antireflection film.

【0022】このような計算は、例えば文献(P.H.Bern
ing: Physics of Thin Films, Vol.1, pp69-121(1963),
A.E.Be ll & F.W.Spong: IEEE Jounal of Quantum Ele
ctronics, Vol.QE-14, pp487-495(1978)、K.Ohta & H.I
shida: Applied Optics, Vol.29, pp1952-1958(1990))
に詳述される計算方法を用いて行うことができる。
Such calculation can be performed, for example, in the literature (PHBern
ing: Physics of Thin Films, Vol.1, pp69-121 (1963),
AEBe ll & FWSpong: IEEE Jounal of Quantum Ele
ctronics, Vol.QE-14, pp487-495 (1978), K.Ohta & HI
shida: Applied Optics, Vol.29, pp1952-1958 (1990))
This can be done using the calculation method detailed in.

【0023】図5より、反射防止膜厚が47nm,11
3nm,184nm,256nmとなる場合に反射率が
極小となることが分かるが、位相差を考慮しないでこの
ような値の中から膜厚を選んだ場合、例えば膜厚を47
nm若しくは113nmとすると、前記の位相差(φ2
−φ1 )はそれぞれ132°,97°となり、先に述べ
た理由によりレジスト底部の形状が裾を引いた形になっ
てしまう。
From FIG. 5, the antireflection film thickness is 47 nm, 11
It can be seen that the reflectance becomes minimum when the thicknesses are 3 nm, 184 nm, and 256 nm, but when the film thickness is selected from such values without considering the phase difference, for example, the film thickness is 47
nm or 113 nm, the phase difference (φ 2
−φ 1 ) is 132 ° and 97 °, respectively, and the shape of the resist bottom portion becomes a truncated shape due to the reason described above.

【0024】そこで、反射防止膜厚の薄い方から数えて
3番目の極小に相当する184nmの膜厚を選ぶことと
した。この膜厚においては反射率は0.1%、位相差は
272°となり、反射防止の点からもレジストプロファ
イルの点からも、良好な特性を期待できる膜厚条件であ
る。
Therefore, it was decided to select a film thickness of 184 nm, which corresponds to the third minimum value from the smallest antireflection film thickness. At this film thickness, the reflectance is 0.1% and the phase difference is 272 °, which is a film thickness condition where good characteristics can be expected from the viewpoint of antireflection and the resist profile.

【0025】なお、ここではなるべく反射防止効果が大
きくなるように、レジスト−下地界面の反射率が極小と
なる条件のうちでさらに上記位相差が270°に近い条
件を採用したが、必ずしも反射率が極小値をとる必要は
なく、レジストパターンに要求される寸法精度が達成で
きる程度に反射率の値が小さい値に抑えられている条件
の中からさらに上記位相差が270°に近くなる条件を
選べばよい。
Here, in order to maximize the antireflection effect, of the conditions where the reflectance at the resist-underlying interface is minimized, the condition in which the phase difference is closer to 270 ° is adopted, but the reflectance is not necessarily required. Does not have to take a minimum value, and from the condition that the reflectance value is suppressed to a value that is small enough to achieve the dimensional accuracy required for the resist pattern, the condition that the phase difference becomes closer to 270 ° is You just have to choose.

【0026】上述の計算結果に基づいて、スパッタ法に
より400nmの膜厚で成膜したアルミニウム膜の上
に、上記の反射防止膜を184nmの膜厚となるように
成膜した。その後、前記(表1)の光学定数を有するフ
ォトレジストを膜厚が1μmとなるように形成した。次
いで、KrFエキシマレーザステッパによりパターン露
光を行い、その後、現像液として例えばテトラメチルア
ンモニウムヒドロキシド水溶液等の有機アルカリ系水溶
液を用いて現像を行って、0.3μmラインアンドスペ
ースのレジストパターンを形成した。
Based on the above calculation results, the antireflection film was formed to a thickness of 184 nm on the aluminum film formed to a thickness of 400 nm by the sputtering method. Then, a photoresist having the optical constant shown in Table 1 was formed to a film thickness of 1 μm. Then, pattern exposure is performed by using a KrF excimer laser stepper, and thereafter, development is performed using an organic alkaline aqueous solution such as an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide as a developing solution to form a resist pattern of 0.3 μm line and space. .

【0027】このようにして得られたレジストパターン
を走査型電子線顕微鏡で観察した結果、裾引きのないプ
ロファイルでかつ乱反射によるパターン寸法の乱れ、即
ちハレーションの生じていない良好なレジストパターン
が得られることを確認した。(実施形態2)WSi基板
上に窒化珪素膜が140nmの膜厚で成膜されている基
板上に塗布型反射防止膜を形成し、その上にフォトレジ
スト層、例えばノボラック系ポジ型レジストからなる層
を形成し、露光波長365nmのi線を用いた場合につ
いて説明する。
As a result of observing the resist pattern thus obtained with a scanning electron microscope, it is possible to obtain a good resist pattern having a profile without tailing and having no pattern dimension disturbance due to irregular reflection, that is, halation. It was confirmed. (Embodiment 2) A coating type antireflection film is formed on a substrate in which a silicon nitride film is formed with a thickness of 140 nm on a WSi substrate, and a photoresist layer, for example, a novolac-based positive type resist is formed thereon. A case in which a layer is formed and an i-line having an exposure wavelength of 365 nm is used will be described.

【0028】第1の実施形態の場合と同様に、反射防止
膜の最適膜厚を算出するために、波長365nmにおけ
るフォトレジスト,窒化膜,WSi膜の屈折率及び消衰
係数を、分光エリプソメータにより測定した。その結
果、各々以下の(表2)ような値が得られた。 (表2) 物 質 屈折率 消衰係数 フォトレジスト 1.707 0.003 SiN 2.074 0.000 WSi 3.526 2.833 次に、前記基板の窒化膜上に、露光波長における屈折率
が1.7、消衰係数が0.2である有機膜を形成した。
この層の適正な膜厚は、以下の手順によって決めた。
As in the case of the first embodiment, in order to calculate the optimum film thickness of the antireflection film, the refractive index and the extinction coefficient of the photoresist, the nitride film, and the WSi film at a wavelength of 365 nm are measured by a spectroscopic ellipsometer. It was measured. As a result, the following values (Table 2) were obtained. (Table 2) Material Refractive index Extinction coefficient Photoresist 1.707 0.003 SiN 2.074 0.000 WSi 3.526 2.833 Next, on the nitride film of the substrate, the refractive index at the exposure wavelength is An organic film having an extinction coefficient of 1.7 and 0.2 was formed.
The proper film thickness of this layer was determined by the following procedure.

【0029】図6は、上記の構成の下地上に、光波長に
おける屈折率が1.707、消衰係数が0.003であ
るようなフォトレジストを塗布して露光を行う場合の、
レジスト−反射防止膜界面における上述の定義になる位
相差、及びこの界面に入射する光Aと、この界面からレ
ジスト側に戻る反射光Rの強度の比、即ち強度反射率|
R/A|2 を、様々な上記反射防止膜の膜厚に対して第
1の実施形態と同様の計算した結果である。
FIG. 6 shows a case where a photoresist having a refractive index at the light wavelength of 1.707 and an extinction coefficient of 0.003 is applied to the lower surface of the above structure and exposure is performed.
The phase difference defined above at the resist-antireflection film interface, and the ratio of the intensity of the light A incident on this interface to the reflected light R returning from this interface to the resist side, that is, the intensity reflectance |
R / A | 2 is the result of calculation similar to that of the first embodiment for various film thicknesses of the antireflection film.

【0030】この計算結果から、反射防止膜を用いない
場合には前記の位相差(φ2 −φ1)の値がおよそ約8
3°となり、レジストプロファイルが裾を引いた形状に
なる領域である。一方、反射防止膜厚を57nm,16
5nm,215nmのいずれか、若しくは274nm以
上となるように選べば、前記位相差を約270°とする
ことができ、レジストの裾引きのない良好な形状が得ら
れることになる。
From this calculation result, the value of the phase difference (φ 2 −φ 1 ) is about 8 when the antireflection film is not used.
It is 3 °, which is a region where the resist profile has a skirted shape. On the other hand, the antireflection film thickness is 57 nm, 16
If the thickness is selected to be 5 nm, 215 nm, or 274 nm or more, the phase difference can be set to about 270 °, and a good shape without skirting of the resist can be obtained.

【0031】特に、274nm以上の反射防止膜厚を選
ぶならば、このときの反射率及び位相差は、レジスト−
反射防止膜界面での反射によって定まる一定の値にな
る。このときの反射率は1.5%以下という非常に低い
値に抑えられ、また位相差も250〜285°の範囲に
収まっているために、反射防止膜や下地膜厚の変動の影
響を受けない寸法制御性が高い、しかも裾引きのない良
好なプロファイルのレジストパターンを形成することが
可能となる。
In particular, if an antireflection film thickness of 274 nm or more is selected, the reflectance and phase difference at this time are
It is a constant value determined by reflection at the interface of the antireflection film. At this time, the reflectance is suppressed to a very low value of 1.5% or less, and the phase difference is also in the range of 250 to 285 °, so that it is affected by the fluctuation of the antireflection film and the underlying film thickness. It is possible to form a resist pattern having a good profile with high dimensional controllability and no skirting.

【0032】そこで、上記の計算結果に基づき、150
nmのWSi膜上に、CVD法により140nmとなる
ようにシリコン窒化膜を成膜した基板上に、屈折率1.
7、消衰係数0.2の塗布型反射防止膜を280nmの
膜厚となるように塗布し、その後に膜厚1μmのフォト
レジスト層を形成した。次いで、i線ステッパにより
0.4μmのラインアンドスペースパターンの露光を行
い、露光後にベークを行い、その後にTMAH水溶液に
より現像を行った。
Therefore, based on the above calculation result, 150
on the substrate in which the silicon nitride film is formed by the CVD method so as to have a thickness of 140 nm on the WSi film having a thickness of 1 nm.
7. A coating type antireflection film having an extinction coefficient of 0.2 was applied so as to have a film thickness of 280 nm, and then a photoresist layer having a film thickness of 1 μm was formed. Then, a line and space pattern of 0.4 μm was exposed by an i-line stepper, baked after the exposure, and then developed with an aqueous TMAH solution.

【0033】上記パターニングの結果を調べるため、走
査型電子顕微鏡により断面観察を行った結果、図7のよ
うに裾引きのない良好な断面形状を有するフォトレジス
トパターンを得ることができた。但し、図中の9はレジ
ストパターン、10は反射防止膜、11はSiN膜、1
2はWSi膜を示している。
In order to examine the result of the above patterning, a cross section was observed with a scanning electron microscope. As a result, a photoresist pattern having a good cross-sectional shape without skirting as shown in FIG. 7 could be obtained. However, in the figure, 9 is a resist pattern, 10 is an antireflection film, 11 is a SiN film, 1
Reference numeral 2 indicates a WSi film.

【0034】また、比較のために、基板上に反射防止膜
10を形成せずに同様のパターニングを行った結果を、
図8に示す。レジストの断面形状は大きな裾引き形状を
有し、また定在波効果のために側壁に著しいラフネスが
見られた。
For comparison, the result of similar patterning without forming the antireflection film 10 on the substrate is shown as follows.
As shown in FIG. The cross-sectional shape of the resist had a large skirt shape, and the sidewall was markedly rough due to the standing wave effect.

【0035】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。例えば、露光光として実施形態で
はi線及びKrFエキシマレーザを用いたが、本発明は
これらに限定されるものではなく、g線やArFエキシ
マ光などいかなる波長及びバンド幅を有する露光光を用
いた場合にも適用が可能である。
The present invention is not limited to the above embodiments. For example, although the i-line and the KrF excimer laser are used as the exposure light in the embodiment, the present invention is not limited to these, and the exposure light having any wavelength and band width such as the g-line or the ArF excimer light is used. It is also applicable in cases.

【0036】また、レジスト中の反射光の強度又は位相
調整のための膜としては、ここでは屈折率が1.7,消
衰係数が0.3又は0.2のポリマー系反射防止膜を用
いたが、これに対しても種々の変更が可能であり、例え
ば特開平5−308049号公報にあるような炭素化合
物よりなる反射防止膜、特開平5−299338号公報
にあるようなシリコン化合物よりなる反射防止膜を用い
るような場合においても上記の方法は適用可能である。
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。
As the film for adjusting the intensity or phase of the reflected light in the resist, a polymer type antireflection film having a refractive index of 1.7 and an extinction coefficient of 0.3 or 0.2 is used here. However, various modifications can be made to this, for example, an antireflection film made of a carbon compound as disclosed in JP-A-5-308049, and a silicon compound as disclosed in JP-A-5-299338. The above method can be applied to the case where the following antireflection film is used.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、フ
ォトレジスト側からフォトレジスト層とその下層の薄膜
との界面に入射する第1の光の位相に対して、該界面か
らフォトレジスト側へ戻る第2の光の位相が240〜3
00°の範囲の値を持って進むように、薄膜の膜厚及び
光学定数を調整することにより、良好なレジストパター
ンを形成し、かつハレーション及び下地膜厚変動等に基
づく寸法変動のない、高精度のレジストパターンを形成
することが可能となる。
As described in detail above, according to the present invention, with respect to the phase of the first light incident on the interface between the photoresist layer and the thin film thereunder from the photoresist side, the photoresist is introduced from the interface. The phase of the second light returning to the side is 240 to 3
By adjusting the film thickness and the optical constants of the thin film so as to proceed with a value in the range of 00 °, a good resist pattern is formed, and there is no dimensional variation due to halation, variation of underlying film thickness, etc. It is possible to form an accurate resist pattern.

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

【図1】レジスト中に入射した露光光の挙動を示す図。FIG. 1 is a diagram showing the behavior of exposure light incident on a resist.

【図2】レジスト中の光強度分布を等高線表示して示す
図。
FIG. 2 is a view showing a light intensity distribution in a resist in contour lines.

【図3】ポストエクスポージャーベーク後のレジストの
線像プロファイルを示す図。
FIG. 3 is a view showing a line image profile of a resist after post exposure baking.

【図4】反射光の位相差とレジスト裾引き量との関係を
示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a phase difference of reflected light and a resist trailing amount.

【図5】第1の実施形態において、反射防止膜の最適膜
厚を決定するに用いた図。
FIG. 5 is a diagram used to determine an optimum film thickness of an antireflection film in the first embodiment.

【図6】第2の実施形態において、反射防止膜の最適膜
厚を決定するに用いた図。
FIG. 6 is a diagram used to determine an optimum film thickness of an antireflection film in the second embodiment.

【図7】第2の実施形態により得られたレジストパター
ンを示す図。
FIG. 7 is a view showing a resist pattern obtained according to the second embodiment.

【図8】比較例により得られたレジストパターンを示す
図。
FIG. 8 is a diagram showing a resist pattern obtained in a comparative example.

【図9】従来方法によって形成されたポジ型レジストの
パターンの形状を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing the shape of a positive resist pattern formed by a conventional method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レジストパターン 2…反射防止膜 3…被加工基板 4…露光光 5…レジスト−基板界面への入射光 6…レジスト−基板界面からの反射光 7…レジストの露光部 8…レジストの未露光部 9…レジストパターン 10…反射防止膜 11…SiN膜 12…WSi膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Resist pattern 2 ... Antireflection film 3 ... Substrate to be processed 4 ... Exposure light 5 ... Incident light to resist-substrate interface 6 ... Reflected light from resist-substrate interface 7 ... Exposed portion of resist 8 ... Unexposed resist Part 9 ... Resist pattern 10 ... Antireflection film 11 ... SiN film 12 ... WSi film

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被加工基板上に形成されたフォトレジスト
層に所望パターンを露光してレジストパターンを形成す
るパターン形成方法において、 前記フォトレジスト層と被加工基板との間に、前記フォ
トレジスト層とその直下の層との境界面から前記フォト
レジスト層へ戻る露光光の成分の強度又は位相を、露光
波長に応じて調整するための薄膜を設け、 前記フォトレジスト層に入射する光の進行方向を基準に
とり、前記フォトレジスト側からこのフォトレジスト層
とその下層の前記薄膜との界面に入射する第1の光の位
相に対して、該界面から前記フォトレジスト側へ戻る第
2の光の位相が、240〜300°の範囲の値を持って
進むように、前記薄膜の膜厚及び光学定数を調整したこ
とを特徴とするパターン形成方法。
1. A pattern forming method for forming a resist pattern by exposing a desired pattern on a photoresist layer formed on a substrate to be processed, wherein the photoresist layer is provided between the photoresist layer and the substrate to be processed. A thin film for adjusting the intensity or phase of the component of the exposure light returning to the photoresist layer from the interface between the layer immediately below and the layer, and the traveling direction of the light incident on the photoresist layer. The phase of the first light incident from the photoresist side to the interface between the photoresist layer and the underlying thin film, with respect to the phase of the second light returning from the interface to the photoresist side. , The pattern forming method is characterized in that the film thickness and the optical constant of the thin film are adjusted so as to proceed with a value in the range of 240 to 300 °.
【請求項2】第1の光に対する第2の光の位相の進み
を、270°近傍に設定したことを特徴とする請求項1
記載のパターン形成方法。
2. The phase lead of the second light with respect to the first light is set in the vicinity of 270 °.
The pattern forming method described in the above.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100314261B1 (en) * 1999-05-11 2001-11-15 황인길 Method for fabricating semiconductor devices
KR100629831B1 (en) * 1997-09-29 2007-03-02 소니 가부시끼 가이샤 Method of forming mother for use in optical disc manufacture

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