JPH1172924A - Formation of pattern - Google Patents
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- JPH1172924A JPH1172924A JP23490897A JP23490897A JPH1172924A JP H1172924 A JPH1172924 A JP H1172924A JP 23490897 A JP23490897 A JP 23490897A JP 23490897 A JP23490897 A JP 23490897A JP H1172924 A JPH1172924 A JP H1172924A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置製造の
リソグラフィ工程において用いられるパターン形成方法
に係り、特に、特定顧客向けのＡＳＩＣ（Application
Specific Integrated Circuit ）等のように疎なパター
ンと密なパターンとが混在する回路パターンを形成する
ための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 pattern forming method used in a lithography process of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an ASIC (Application Specific Application) for a specific customer.
The present invention relates to a pattern forming method for forming a circuit pattern in which a sparse pattern and a dense pattern are mixed, such as a specific integrated circuit.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年の半導体チップの微細化の要求に伴
い、その微細な半導体設計パターンの寸法は０．１５〜
０．３５μｍの微小線幅の領域に達している。この設計
パターンの微細化に伴って、回路パターンの解像度を向
上させるべく種々の研究が活発になされている。2. Description of the Related Art With the recent demand for miniaturization of semiconductor chips, the size of the fine semiconductor design pattern is 0.15 to 0.15.
It reaches a region with a fine line width of 0.35 μm. With the miniaturization of the design pattern, various studies have been actively made to improve the resolution of the circuit pattern.
【０００３】光リソグラフィ技術の分野において、回路
パターンの解像度の向上を妨げている要因としては、例
えばパターンの疎密の違いに依存する近接効果が挙げら
れる。特に、０．２５μｍ以下の線幅のパターンを形成
する場合においては、パターンの密度が高いほど近接効
果が顕著に現れ、これによる解像度の低下が問題となっ
ていた。In the field of optical lithography technology, a factor hindering the improvement of the resolution of a circuit pattern is, for example, a proximity effect depending on a difference in pattern density. In particular, in the case of forming a pattern having a line width of 0.25 μm or less, the proximity effect appears more remarkably as the pattern density is higher, which causes a problem of a reduction in resolution.
【０００４】この近接効果とは、光露光などにより、図
６（ａ）に示したライン・アンド・スペースパターンな
どのように密なパターン２０を下地基板上に形成された
感光性樹脂膜（レジスト）に描画する際に、図６（ｂ）
に示した孤立パターンのような疎なパターン２１の場合
に比べて露光量が増加し、露光されるべきではない領域
の一部までもが露光されてしまう現象である。すなわ
ち、光露光においては、光は、感光性樹脂膜を通過して
下地基板へ入射すると、下地基板の表面で大きく散乱
し、下地基板から感光性樹脂膜へ再入射する。この再入
射した光によって生じる所謂後方散乱の影響が大きいた
めに、密なパターンに比べて露光量が増加してしまう。
その結果、疎なパターンに比べて解像線幅が大きくなっ
たり小さくなったりしてしまう。このように、ライン・
アンド・スペースパターンのような密なパターンを形成
した場合の解像線幅と、孤立パターンのような疎なパタ
ーンを形成した場合の解像線幅との差（すなわちパター
ンの疎密の差による解像線幅の差、以下，疎密差とい
う）は零に近いことが望ましい。The proximity effect means a photosensitive resin film (resist) in which a dense pattern 20 such as a line-and-space pattern shown in FIG. 6) when drawing in FIG.
Is a phenomenon in which the exposure amount increases as compared with the case of a sparse pattern 21 such as an isolated pattern shown in (1), and even a part of a region that should not be exposed is exposed. That is, in light exposure, when light passes through the photosensitive resin film and enters the underlying substrate, the light is greatly scattered on the surface of the underlying substrate, and re-enters the photosensitive resin film from the underlying substrate. Since the influence of so-called back scattering caused by the re-entered light is great, the exposure amount is increased as compared with a dense pattern.
As a result, the resolution line width becomes larger or smaller than a sparse pattern. Thus, the line
The difference between the resolution line width when a dense pattern such as an AND space pattern is formed and the resolution line width when a sparse pattern such as an isolated pattern is formed (that is, the resolution due to the difference in pattern density). It is desirable that the difference in image line width (hereinafter, referred to as the density difference) is close to zero.
【０００５】このような近接効果により生じる疎密差の
発生を低減させる方法としては、例えば近接効果補正
（ＯＰＣ；Optical Proximity Correction）、開口数
（ＮＡ）や焦点深度などの露光条件の最適化や、レジス
ト・プロセスの改良などが知られている。[0005] As a method of reducing the occurrence of the density difference caused by the proximity effect, for example, proximity effect correction (OPC: Optical Proximity Correction), optimization of exposure conditions such as numerical aperture (NA) and depth of focus, Improvements in the resist process are known.
【０００６】しかしながら、これらの方法には、それぞ
れ以下のような問題があった。すなわち、近接効果補正
では、マスクのデータ処理量が増大すると共にマスク作
製時に難点がある。すなわち、従来の近接効果補正で
は、マスク上に微小パターン（修飾パターン）を付加し
て補正を行うが、この微小パターンがマスクの欠陥とし
て認識されたり、マスクパターンの限界以下となる。ま
た、露光条件を最適化する方法では、疎密差を十分に解
消することが可能な条件（最適条件）は見いだされてお
らず、また、レイヤー毎のアライメントに悪影響を及ぼ
している。更に、レジスト・プロセスの改良方法は、最
も活発に研究がなされているにもかかわらず、レジスト
自体の完成度が低いことも一因となり、未だ疎密差を解
消するまでには至っていない。However, each of these methods has the following problems. That is, in the proximity effect correction, the amount of data processing of the mask increases, and there is a difficulty in manufacturing the mask. That is, in the conventional proximity effect correction, a correction is performed by adding a fine pattern (modification pattern) on the mask, but this fine pattern is recognized as a defect of the mask, or becomes smaller than the limit of the mask pattern. In the method of optimizing the exposure condition, no condition (optimal condition) capable of sufficiently eliminating the density difference has been found, and the alignment of each layer is adversely affected. In addition, despite the most active research, the improvement of the resist process has not yet been eliminated, due in part to the low degree of perfection of the resist itself.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】このように例えばＡＳ
ＩＣのような疎なパターンと密なパターンとが混在する
回路パターンなど、密集したパターンを含む回路パター
ンを形成する場合においては、近接効果による解像度の
低下が大きな問題となっていた。この近接効果による解
像度の低下は微細な回路パターンの重ね合わせ精度に大
きな影響を与え、製造歩留り低下の原因となる。Thus, for example, AS
In the case of forming a circuit pattern including a dense pattern such as a circuit pattern in which a sparse pattern and a dense pattern are mixed like an IC, reduction in resolution due to the proximity effect has been a serious problem. The reduction in resolution due to the proximity effect has a great effect on the overlay accuracy of fine circuit patterns, and causes a reduction in manufacturing yield.
【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、疎なパターンと密なパターンとが混
在した回路パターンにおける解像線幅の差（疎密差）の
発生を抑制することができると共に微細なターゲットパ
ターンの重ね合わせ精度を向上させることが可能なパタ
ーン形成方法を提供することにある。The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to suppress the occurrence of a difference in resolution line width (difference in density) in a circuit pattern in which a sparse pattern and a dense pattern are mixed. It is another object of the present invention to provide a pattern forming method capable of improving the overlay accuracy of a fine target pattern.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明によるパターン形
成方法は、下地基板上の被加工膜上に形成されたマスク
用感光性樹脂膜を露光して所定のパターンを形成する方
法において、疎なパターンと密なパターンとの間の解像
線幅の差の発生を抑制するために、マスク用感光性樹脂
膜の下地側の反射率を調整するものである。具体的に
は、例えば、下地基板と被加工膜との間に形成された定
在波効果抑制のための反射防止膜の厚さを、定在波効果
抑制の効果に影響を与えない程度に、感光性樹脂膜のタ
イプ（ネガ形、ポジ形）等の種類に応じて調整すること
により感光性樹脂膜の下地側の反射率を所定の値に設定
するものである。A pattern forming method according to the present invention is a method of forming a predetermined pattern by exposing a photosensitive resin film for a mask formed on a film to be processed on a base substrate. In order to suppress the occurrence of the difference in resolution line width between the pattern and the dense pattern, the reflectance on the base side of the photosensitive resin film for a mask is adjusted. Specifically, for example, the thickness of the antireflection film for suppressing the standing wave effect formed between the base substrate and the film to be processed is set to such an extent that the effect of suppressing the standing wave effect is not affected. The reflectance on the base side of the photosensitive resin film is set to a predetermined value by adjusting the type according to the type of the photosensitive resin film (negative type or positive type).
【００１０】このパターン形成方法では、マスク用感光
性樹脂膜の下地側の反射率が感光性樹脂膜の種類に応じ
て適正値に調整されることにより、疎なパターンと密な
パターンとの間の違いによる解像線幅の差の発生が抑制
される。In this pattern forming method, the reflectance between the sparse pattern and the dense pattern is adjusted by adjusting the reflectance of the underside of the photosensitive resin film for a mask to an appropriate value according to the type of the photosensitive resin film. The occurrence of the difference in resolution line width due to the difference is suppressed.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１２】具体的な実施の形態の説明に先立ち、ま
ず、本発明に係るマスク用感光性樹脂膜の下地側の反射
率と各種パターンにおける解像線幅との関係について説
明する。前述のように、光露光などにより密集したパタ
ーンを含む回路パターンを形成する場合においては、下
地基板表面での光などの反射による後方散乱が生じ、こ
れの影響で疎なパターンと密なパターンとの間では同じ
露光条件であっても解像線幅が異なってくる。Prior to the description of specific embodiments, first, the relationship between the reflectance on the base side of the photosensitive resin film for a mask according to the present invention and the resolution line width in various patterns will be described. As described above, in the case where a circuit pattern including a dense pattern is formed by light exposure or the like, backscattering due to reflection of light or the like on the surface of the underlying substrate occurs. The resolution line width differs between the two under the same exposure conditions.
【００１３】図３は、設計線幅が０．３０μｍの孤立パ
ターン（疎なパターン）並びにライン・アンド・スペー
ス系のパターン（密なパターン）を、孤立パターンの解
像線幅が約０．３０μｍとなるような露光量で露光する
ことにより描画を行った際の、感光性樹脂膜と解像線幅
との関係をシミュレーションにより求めたものである。
図中、Ａ1 は感光性樹脂膜としてポジ形のレジストを用
いた疎なパターンの場合、Ａ2 はネガ形のレジストを用
いた疎なパターンの場合の線幅特性をそれぞれ示してい
る。また、Ｂ1 はポジ形レジストを用いた密なパターン
の場合、Ｂ2 はネガ形レジストを用いた密なパターンの
場合の線幅特性をそれぞれ示している。ここで、感光性
樹脂膜の下地基板として、反射率が約９％の場合には、
シリコン基板上にアルミニウム銅（ＡｌＣｕ）層（膜厚
４００ｎｍ）、チタン（Ｔｉ）層（膜厚５ｎｍ）、窒化
チタン（ＴｉＮ）層（膜厚７０ｎｍ）およびチタン（Ｔ
ｉ）層（膜厚５ｎｍ）をそれぞれこの順に積層してなる
アルミニウム配線層（被加工膜）の上に、更に反射防止
膜としてのシリコン酸窒化膜（ＳｉＯX ＮY ）を形成し
た基板を用い、約２１％の場合にはシリコン基板のみを
用い、また、約６０％の場合にはシリコン基板上に上記
と同様のアルミニウム配線層を形成した場合の計算結果
を示している。FIG. 3 shows an isolated pattern (sparse pattern) having a design line width of 0.30 μm and a line-and-space pattern (dense pattern) having a resolution line width of about 0.30 μm. The relationship between the photosensitive resin film and the resolution line width when drawing is performed by exposing with an exposure amount such that the following is obtained by simulation.
In the figure, A 1 in the case of sparse pattern using a positive resist type as the photosensitive resin film, A 2 represents the line width characteristics in the case of sparse pattern using the resist negative-working, respectively. B 1 indicates the line width characteristics in the case of a dense pattern using a positive resist, and B 2 indicates the line width characteristics in the case of a dense pattern using a negative resist. Here, when the reflectance is about 9% as the base substrate of the photosensitive resin film,
An aluminum copper (AlCu) layer (thickness 400 nm), a titanium (Ti) layer (thickness 5 nm), a titanium nitride (TiN) layer (thickness 70 nm) and titanium (T
i) A substrate in which a silicon oxynitride film (SiO X N Y ) as an antireflection film is further formed on an aluminum wiring layer (processed film) in which layers (thickness: 5 nm) are laminated in this order. In the case of about 21%, only the silicon substrate is used, and in the case of about 60%, the calculation result in the case where the same aluminum wiring layer as described above is formed on the silicon substrate is shown.
【００１４】疎なパターンの場合の解像線幅は、ネガ
形、ポジ形ともに下地基板の反射率に依存することなく
ほぼ０．３０μｍで一定である。一方、密なパターンに
おいては、下地基板の反射率が１０％付近になると、感
光性樹脂膜がいずれのタイプであっても疎なパターンの
解像線幅から大きくずれることが分かる。特に、ネガ形
の密なパターン（線幅特性Ｂ2 ）においては、下地基板
の反射率が２０％より小さくなると、疎なパターンの場
合の解像線幅からのずれが顕著になる。このずれは前述
の近接効果の影響によるものと考えられる。The resolution line width in the case of a sparse pattern is constant at about 0.30 μm regardless of the reflectance of the underlying substrate for both the negative type and the positive type. On the other hand, in the case of a dense pattern, when the reflectance of the underlying substrate is around 10%, it can be seen that, regardless of the type of the photosensitive resin film, the resolution line width of the sparse pattern greatly deviates. In particular, in a negative dense pattern (line width characteristic B 2 ), if the reflectance of the underlying substrate is smaller than 20%, the deviation from the resolution line width in the case of a sparse pattern becomes remarkable. This shift is considered to be due to the influence of the proximity effect described above.
【００１５】図４は、２種類のネガ形のフォトレジスト
を用いた場合における、下地基板の反射率と、疎なパタ
ーンと密なパターンとの解像線幅の差（疎密差）との関
係（実測値）を表したものである。各反射率における感
光性樹脂膜の下地基板は図３の場合と同様である。な
お、図中の曲線は、図３に示したネガ形のレジストを用
いた疎なパターンの場合の線幅特性（Ａ2 ）と、ネガ形
の密なパターンの場合の線幅特性（Ｂ2 ）との差をとっ
た計算値による特性を示している。図４から、下地基板
の反射率が約１０％および２１％においては、計算値と
実測値とは良い相関を示していることが分かる。なお、
反射率が約６０％の場合においては、計算値と実測値と
は異なるが、これは下地基板のアルミニウム配線膜のハ
レーションによる測定誤差の影響が大きいためであると
考えられる。従って、これを除外すると、図３および図
４の結果から計算値と実測値との間には良い相関がある
とみなすことができる。FIG. 4 shows the relationship between the reflectance of the underlying substrate and the difference in resolution line width between a sparse pattern and a dense pattern (difference in density) when two types of negative photoresists are used. (Measured value). The underlying substrate of the photosensitive resin film at each reflectance is the same as in FIG. A curve in the figure, the line width characteristics in the case of sparse patterns using a negative type resist as shown in FIG. 3 (A 2), the line width characteristics in the case of a dense pattern of the negative type (B 2 ) Shows characteristics based on calculated values obtained by taking a difference from the values. FIG. 4 shows that the calculated value and the measured value show a good correlation when the reflectance of the underlying substrate is about 10% and 21%. In addition,
When the reflectivity is about 60%, the calculated value differs from the actually measured value, which is considered to be due to a large influence of measurement error due to halation of the aluminum wiring film of the underlying substrate. Therefore, if this is excluded, it can be considered that there is a good correlation between the calculated value and the actually measured value from the results of FIGS.
【００１６】そこで、本発明によるパターン形成方法
は、マスク用感光性樹脂膜の下地側の反射率を適正に調
整することより、疎なパターンと密なパターンとの間の
解像線幅の差（疎密差）の発生を抑制しようとするもの
である。具体的には、感光性樹脂膜のタイプ（ネガ形，
ポジ形）等の種類に応じてマスク用感光性樹脂膜の下地
側の反射率を選択する。例えば、感光性樹脂膜がネガタ
イプの場合には、反射率を２０〜６０％の範囲とし、一
方、感光性樹脂膜がポジタイプの場合には、反射率を３
０％〜６０％の範囲とするもので、これにより、入射光
のうちの後方散乱の影響の拡大を図ると共に前方散乱の
影響を低減し、実用上、近接効果を低減させ、高精度の
パターン形成を行うことを可能にするものである。Therefore, the pattern forming method according to the present invention appropriately adjusts the reflectance on the base side of the photosensitive resin film for a mask, so that the difference in resolution line width between a sparse pattern and a dense pattern is improved. (Difference in density) is intended to be suppressed. Specifically, the type of photosensitive resin film (negative,
The reflectivity on the underside of the photosensitive resin film for a mask is selected according to the type (positive type). For example, when the photosensitive resin film is a negative type, the reflectivity is in the range of 20 to 60%, while when the photosensitive resin film is a positive type, the reflectivity is 3%.
In the range of 0% to 60%, the influence of the backscattering of the incident light is enlarged, the influence of the forward scattering is reduced, the proximity effect is reduced in practical use, and a high-precision pattern is obtained. It allows the formation to take place.
【００１７】下地基板の反射率の調整方法は種々考えら
れるが、例えば、下地基板と被加工膜との間に定在波効
果抑制のために形成される反射防止膜の厚さを感光性樹
脂膜の種類に応じて決定し、感光性樹脂膜の下地側の反
射率を所定の値に設定することにより調整が可能であ
る。なお、定在波とは、屈折率の異なる２つの領域でそ
れぞれの反射光が光干渉し、光強度の空間的変動を生じ
る現象であり、光リソグラフィ工程においては、この定
在波により、感光性樹脂膜の線幅のコントラストや制御
性が劣化する。反射防止膜は例えばシリコン酸窒化膜
（ＳｉＯX ＮY ；光学定数，ｎ＝２．０６，ｋ＝０．
６）により形成される。There are various methods of adjusting the reflectance of the underlying substrate. For example, the thickness of the antireflection film formed between the underlying substrate and the film to be processed to suppress the standing wave effect is adjusted by changing the thickness of the photosensitive resin. It is determined according to the type of the film, and can be adjusted by setting the reflectance on the base side of the photosensitive resin film to a predetermined value. Note that a standing wave is a phenomenon in which reflected light in two regions having different refractive indexes interferes with each other to cause a spatial variation in light intensity. The contrast and controllability of the line width of the conductive resin film are deteriorated. The antireflection film is, for example, a silicon oxynitride film (SiO X N Y ; optical constant, n = 2.06, k = 0.
6).
【００１８】図５は、反射防止膜としてのシリコン酸窒
化膜の厚さと、その反射率との関係、並びにシリコン酸
窒化膜の厚さとポジ形およびネガ形のフォトレジストを
用いた場合における疎密差との関係を表したものであ
る。曲線Ｃはシリコン酸窒化膜の反射率を、曲線Ｄ1 は
ポジ形レジストの場合における疎密差を、曲線Ｄ2 はネ
ガ形レジストの場合における疎密差をそれぞれ示してい
る。この図からも明らかなように、ポジ形およびネガ形
のレジストそれぞれの場合における疎密差は互いに最適
値が異なっている。ネガ形のレジストを使用する場合に
はシリコン酸窒化膜が１０ｎｍ（すなわち、反射率が２
３．７％）の場合が疎密差がほぼ零となり最適であるこ
とが分かる。FIG. 5 shows the relationship between the thickness of a silicon oxynitride film as an antireflection film and its reflectance, and the difference between the thickness of the silicon oxynitride film and the density when a positive or negative photoresist is used. It shows the relationship with. The reflectance of the curve C the silicon oxynitride film, curve D 1 is the density difference in the case of a positive acting resist, the curve D 2 are respectively the density difference in the case of a negative type resist. As is clear from this figure, the optimum value of the density difference between the positive resist and the negative resist is different from each other. When a negative resist is used, the silicon oxynitride film has a thickness of 10 nm (that is, a reflectance of 2 nm).
In the case of (3.7%), the density difference is almost zero, and it can be seen that it is optimal.
【００１９】以下、図１を参照して本発明の一実施の形
態に係るパターンの形成方法を説明する。本実施の形態
では、シリコン基板１０上にアルミニウム銅（ＡｌＣ
ｕ）層（膜厚４００ｎｍ）、チタン（Ｔｉ）層（膜厚５
ｎｍ）、窒化チタン（ＴｉＮ）層（膜厚７０ｎｍ）およ
びチタン（Ｔｉ）層（膜厚５ｎｍ）をそれぞれこの順に
積層してなるアルミニウム配線層（被加工膜）１１を形
成し、このアルミニウム配線層１１上に、更に例えば膜
厚１０ｎｍのシリコン酸窒化膜（ＳｉＯX ＮY ）からな
る反射防止膜１２、更にこの反射防止膜１２上にシリコ
ン酸化膜（ＳｉＯ2 ）１３（膜厚５ｎｍ）を形成する。
そして、このシリコン酸化膜１３上に感光性樹脂膜１４
を形成する。なお、この構造では下地基板の反射率が２
０％以上であり、図３の結果から感光性樹脂膜１４はネ
ガ形のフォトレジストとする。次いで、感光性樹脂膜１
４上にパターンに応じたフォトマスク（図示せず）を形
成したのち、このフォトマスクを介して例えばＫｒＦエ
キシマレーザビーム（波長２４８ｎｍ）などの光を用い
て露光し現像することにより、感光性樹脂膜１４に所望
の線幅の開口１４ａを形成する。A method for forming a pattern according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In the present embodiment, aluminum copper (AlC
u) layer (thickness 400 nm), titanium (Ti) layer (thickness 5
nm), a titanium nitride (TiN) layer (thickness: 70 nm) and a titanium (Ti) layer (thickness: 5 nm) are laminated in this order to form an aluminum wiring layer (processed film) 11. Further, an anti-reflection film 12 made of, for example, a 10 nm-thick silicon oxynitride film (SiO X N Y ) is formed on 11, and a silicon oxide film (SiO 2 ) 13 (5 nm-thickness) is further formed on this anti-reflection film 12 I do.
Then, a photosensitive resin film 14 is formed on the silicon oxide film 13.
To form In this structure, the reflectance of the underlying substrate is 2
0% or more, and from the results in FIG. 3, the photosensitive resin film 14 is a negative photoresist. Next, the photosensitive resin film 1
After a photomask (not shown) corresponding to the pattern is formed on the substrate 4, the photosensitive resin is exposed and developed using light such as a KrF excimer laser beam (wavelength: 248 nm) through the photomask. An opening 14a having a desired line width is formed in the film 14.
【００２０】このとき、ＫｒＦエキシマレーザビームな
どの光は、感光性樹脂膜１４を透過したのちシリコン酸
化膜１３を透過して反射防止膜１２の表面に到達し、そ
の一部が反射して再びシリコン酸化膜１３を透過して感
光性樹脂膜１４へ戻る。また、残りの光は反射防止膜１
２を透過したのち、アルミニウム配線層１１の表面に到
達し、このアルミニウム配線層１１の表面からの反射光
が再び反射防止膜１２およびシリコン酸化膜１３を透過
し、反射防止膜１２での反射光と共に後方散乱光として
感光性樹脂膜１４中に再入射する。その際、本実施の形
態では、反射防止膜からの反射率が低い場合に比べて後
方散乱による影響が大きいために、見掛け上、前方散乱
の不足分を後方散乱が補うため近接補正効果を生じる。
その結果、疎なパターンと密なパターンとの間での解像
線幅の差（疎密差）の発生を抑制することができる。At this time, light such as a KrF excimer laser beam passes through the photosensitive resin film 14 and then through the silicon oxide film 13 to reach the surface of the anti-reflection film 12, and a part of the light is reflected again. The light passes through the silicon oxide film 13 and returns to the photosensitive resin film 14. The remaining light is reflected by the anti-reflection film 1.
2, the light reaches the surface of the aluminum wiring layer 11, and the reflected light from the surface of the aluminum wiring layer 11 passes through the antireflection film 12 and the silicon oxide film 13 again, and is reflected by the antireflection film 12. At the same time, the light re-enters the photosensitive resin film 14 as backscattered light. At this time, in the present embodiment, the influence of the backscattering is greater than in the case where the reflectance from the antireflection film is low, so that the backscattering apparently compensates for the shortage of the forward scattering, thereby producing a proximity correction effect. .
As a result, it is possible to suppress the occurrence of a difference in resolution line width (dense / dense difference) between a sparse pattern and a dense pattern.
【００２１】このように本実施の形態では、定在波抑制
効果を有する反射防止膜１２の厚さを変化させることに
より下地基板側の反射率を調整するようにしたので、近
接効果による解像線幅の疎密差の発生と定在波効果との
いずれをも抑制することができる。従って、ＡＳＩＣ等
の疎密パターンが混在するパターンの形成において、露
光量余裕度すなわちリソグラフィーマージンを大きくと
ることができ、よって半導体装置の製造歩留りが向上す
る。更に、感光性樹脂膜の下地側の反射率を調整するよ
うにしたので、用途に応じて感光性樹脂膜のタイプ等の
種類を限定することが可能になり、感光性樹脂膜の種類
を減らすことができ、製造プロセスを簡略化することも
可能になる。As described above, in the present embodiment, the reflectance on the base substrate side is adjusted by changing the thickness of the anti-reflection film 12 having the standing wave suppressing effect. It is possible to suppress both the generation of the line width difference and the standing wave effect. Therefore, in forming a pattern in which sparse and dense patterns such as an ASIC are mixed, it is possible to increase the exposure allowance, that is, the lithography margin, thereby improving the manufacturing yield of the semiconductor device. Furthermore, since the reflectance on the base side of the photosensitive resin film is adjusted, it is possible to limit the type of the photosensitive resin film and the like depending on the application, and reduce the number of photosensitive resin films. And the manufacturing process can be simplified.
【００２２】なお、反射防止膜１２としてはシリコン酸
窒化膜（ＳｉＯX ＮY ）以外の材料、他えばアモルファ
スカーボン（ａ−Ｃ）や、シリコンカーボン（Ｓｉ
Ｃ）、窒化チタン（ＴｉＮ）などの無機膜や、ポリイミ
ド系やエチルプロピレン系樹脂などの有機系膜を用いて
もよい。[0022] Incidentally, materials other than silicon oxynitride film as the antireflection film 12 (SiO X N Y), and other example, if the amorphous carbon (a-C), silicon carbon (Si
C), an inorganic film such as titanium nitride (TiN), or an organic film such as a polyimide-based or ethylpropylene-based resin may be used.
【００２３】また、上記実施の形態では反射防止膜１２
としてのシリコン酸窒化膜（ＳｉＯX ＮY ）の膜厚を変
えることにより反射率の調整を行うようにしたが、これ
はＳｉＯX ＮY の組成を変えることにより反射率を調整
するようにしてもよい。例えば、組成比がｘ＝０．８、
ｙ＝０．２の場合（ｎ＝１．９０，ｋ＝０．２）には反
射率は２６．３％となる。In the above embodiment, the antireflection film 12 is used.
The reflectivity is adjusted by changing the film thickness of the silicon oxynitride film (SiO X N Y ), but the reflectivity is adjusted by changing the composition of SiO X N Y. Is also good. For example, when the composition ratio is x = 0.8,
When y = 0.2 (n = 1.90, k = 0.2), the reflectance is 26.3%.
【００２４】[0024]
【実施例】更に、本発明の具体的な実施例について説明
する。EXAMPLES Further, specific examples of the present invention will be described.
【００２５】（第１の実施例）本実施例では、上記実施
の形態で示した下地基板上に、本発明のマスクパターン
の形成方法を用いて０．２０μｍのレジストパターンを
形成した。なお、反射防止膜としてシリコン酸窒化膜
（ＳｉＯX ＮY ，ｘ＝０．６，ｙ＝０．２）、マスク材
としてネガ形の化学増幅型レジスト（ノボラック樹脂
系，ＳＡＬ６０１（シプレイ社製））、露光光源として
ＫｒＦエキシマ（波長２４８ｎｍ）をそれぞれ使用し
た。パターンとしては、シリコン酸窒化膜の厚さが１０
ｎｍ（反射率は２３．７％）のものと、従来より用いら
れている２５ｎｍ（反射率は７．５％）のものとについ
て、孤立ライン（疎なパターン）とライン・アンド・ス
ペース系のパターン（密なパターン）とをそれぞれ形成
した。密なパターンにおけるパターン間の幅は０．６６
μｍとした。First Example In this example, a 0.20 μm resist pattern was formed on the base substrate described in the above embodiment by using the mask pattern forming method of the present invention. The silicon oxynitride film as an antireflection film (SiO X N Y, x = 0.6, y = 0.2), chemically amplified resist negative-working as a mask material (novolac resin, SAL601 (produced by Shipley Company) ) And KrF excimer (wavelength 248 nm) as an exposure light source. As the pattern, the thickness of the silicon oxynitride film is 10
nm (reflectance is 23.7%) and the conventionally used 25 nm (reflectivity is 7.5%), the isolated line (sparse pattern) and the line-and-space type are used. A pattern (dense pattern) was formed. The width between patterns in a dense pattern is 0.66
μm.
【００２６】得られたレジストパターンについて、走査
電子顕微鏡（ＳＥＭ；Scanning Electron Microscope）
により解像線幅を測定した。その結果、シリコン酸窒化
膜の厚さが１０ｎｍの場合において、疎なパターンと密
なパターンとの解像線幅の差（疎密差）は０．０１μｍ
以内であった。一方、厚さが２５ｎｍの場合においては
疎密差は０．０３μｍであった。これにより、下地基板
として、シリコン基板上にアルミニウム銅（ＡｌＣｕ）
層、チタン（Ｔｉ）層、窒化チタン（ＴｉＮ）層および
チタン（Ｔｉ）層をそれぞれこの順に積層してなるアル
ミニウム配線層を形成したものを用い、マスク材として
ネガ形の化学増幅型レジストを用いた際に、シリコン酸
窒化膜の厚さが１０ｎｍの場合においては、近接効果に
よる疎密差が改善された線幅制御性に優れたマスクパタ
ーンを形成できることが分かった。また、疎密差が改善
されたことにより、焦点深度が０．４μｍの場合、露光
量余裕度（パターン寸法変化を±１０％に抑えることが
できる露光量の範囲）が０％から５％に改善された。With respect to the obtained resist pattern, a scanning electron microscope (SEM) is used.
Was used to measure the resolution line width. As a result, when the thickness of the silicon oxynitride film is 10 nm, the difference in resolution line width (dense / dense difference) between the sparse pattern and the dense pattern is 0.01 μm.
Was within. On the other hand, when the thickness was 25 nm, the density difference was 0.03 μm. As a result, aluminum copper (AlCu) is formed on a silicon substrate as a base substrate.
Layer, a titanium (Ti) layer, a titanium nitride (TiN) layer, and a titanium (Ti) layer formed in this order to form an aluminum wiring layer, and a negative chemically amplified resist is used as a mask material. It was found that when the thickness of the silicon oxynitride film was 10 nm, it was possible to form a mask pattern excellent in line width control in which the density difference due to the proximity effect was improved. Also, by improving the density difference, when the depth of focus is 0.4 μm, the exposure latitude (the range of the exposure that can suppress the pattern dimension change to ± 10%) is improved from 0% to 5%. Was done.
【００２７】（第２の実施例）第１の実施例と同様に、
本発明のマスクパターンの形成方法を用いて０．２０μ
ｍのレジストパターンを形成した。但し、下地基板とし
ては、図１の構造のうちアルミニウム配線層１１を除い
たもの、すなわち、シリコン基板１０上に直接シリコン
酸窒化膜からなる反射防止膜１２およびシリコン酸化膜
１３を形成したものを用いた。なお、感光性樹脂膜およ
び露光光源については、それぞれ第１の実施例と同一の
ものを使用した。マスクパターンとしては、第１の実施
例と同様に、シリコン酸窒化膜の厚さが１０ｎｍ（反射
率は２０．７％）のものと、２５ｎｍのもの（反射率は
７．０％）とについて、孤立ライン（疎なパターン）と
ラインおよびスペース系のパターン（密なパターン）と
をそれぞれ形成した。密なパターンにおけるパターン間
の幅は０．６６μｍとした。(Second Embodiment) As in the first embodiment,
0.20 μm using the mask pattern forming method of the present invention.
m resist patterns were formed. However, as the undersubstrate, the substrate shown in FIG. 1 from which the aluminum wiring layer 11 was removed, that is, the substrate in which the antireflection film 12 and the silicon oxide film 13 made of the silicon oxynitride film were directly formed on the silicon substrate 10 was used. Using. The same photosensitive resin film and the same exposure light source as those in the first embodiment were used. As in the case of the first embodiment, the mask patterns for the silicon oxynitride film having a thickness of 10 nm (reflectance of 20.7%) and the mask pattern of 25 nm (reflectance of 7.0%) are used. An isolated line (sparse pattern) and a line and space-based pattern (dense pattern) were formed. The width between the patterns in the dense pattern was 0.66 μm.
【００２８】第１の実施の形態と同様に得られたレジス
トパターンについてＳＥＭにより解像線幅を測定した。
その結果、シリコン酸窒化膜の厚さが１０ｎｍの場合に
おいて、疎密差は０．０１μｍ以内であった。一方、厚
さが２５ｎｍの場合においては疎密差は０．０２μｍで
あった。これより下地基板としてシリコン基板を用い、
マスク材としてネガ形の化学増幅型レジストを用いた際
に、シリコン酸窒化膜の厚さが１０ｎｍの場合において
は、近接効果による疎密差が改善された線幅制御性に優
れたマスクパターンを形成できることが分かった。ま
た、疎密差が改善されたことにより、焦点深度が０．４
μｍの場合、露光量余裕度が３％から５％に改善され
た。The resolution line width of the resist pattern obtained in the same manner as in the first embodiment was measured by SEM.
As a result, when the thickness of the silicon oxynitride film was 10 nm, the difference in density was within 0.01 μm. On the other hand, when the thickness was 25 nm, the density difference was 0.02 μm. From this, a silicon substrate is used as a base substrate,
When a negative chemically amplified resist is used as a mask material, when the thickness of the silicon oxynitride film is 10 nm, a mask pattern having excellent line width controllability in which the density difference due to the proximity effect has been improved is formed. I knew I could do it. In addition, the depth of focus is 0.4
In the case of μm, the exposure latitude was improved from 3% to 5%.
【００２９】（第３の実施例）本実施例では、マスク材
としてポジ形の化学増幅型レジスト（和光純薬（株）製
の「WKR-PT」シリーズ) を用い、その他は第１の実施例
と同様の条件で、０．２４μｍのレジストパターンを形
成した。得られたマスクパターンについて、ＳＥＭによ
り解像線幅を測定した。その結果、シリコン酸窒化膜の
厚さが１０ｎｍの場合において、疎密差は０．０１μｍ
以内であった。一方、厚さが２５ｎｍの場合において
は、疎密差は０．０２μｍであった。これより、下地基
板として、シリコン基板上にアルミニウム銅（ＡｌＣ
ｕ）層、チタン（Ｔｉ）層、窒化チタン（ＴｉＮ）層お
よびチタン（Ｔｉ）層をそれぞれこの順に積層してなる
アルミニウム配線層を形成したものを用い、感光性樹脂
膜としてポジ形の化学増幅型レジストを用いた際に、シ
リコン酸窒化膜の厚さが１０ｎｍの場合（反射率：２
３．７％）においては、近接効果による疎密差が改善さ
れた線幅制御性に優れたマスクパターンを形成できるこ
とが分かった。また、疎密差が改善されたことにより、
焦点深度が０．６μｍの場合、露光量余裕度が６％から
９％に改善された。(Third Embodiment) In this embodiment, a positive chemically amplified resist ("WKR-PT" series manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is used as a mask material. Under the same conditions as in the example, a 0.24 μm resist pattern was formed. With respect to the obtained mask pattern, the resolution line width was measured by SEM. As a result, when the thickness of the silicon oxynitride film is 10 nm, the density difference is 0.01 μm.
Was within. On the other hand, when the thickness was 25 nm, the density difference was 0.02 μm. Thus, aluminum copper (AlC) was formed on a silicon substrate as a base substrate.
u) layer, a titanium (Ti) layer, a titanium nitride (TiN) layer, and a titanium (Ti) layer each having an aluminum wiring layer formed in this order, and a positive type chemically amplified photosensitive resin film. When the thickness of the silicon oxynitride film is 10 nm (reflectance: 2
(3.7%), it was found that a mask pattern having an excellent line width controllability with an improved density difference due to the proximity effect could be formed. Also, by improving the density difference,
When the depth of focus was 0.6 μm, the exposure latitude was improved from 6% to 9%.
【００３０】（第４の実施例）露光光源としてＫｒＦエ
キシマ露光装置（波長２４８ｎｍ）を用いると共に、ネ
ガ形の化学増幅型レジストを用い、その他は第１の実施
例と同様の条件で、０．２０μｍのレジストパターンを
形成した。反射防止膜としてシリコン酸窒化膜（ＳｉＯ
X ＮY ）（膜厚２５ｎｍ）を用い、このシリコン酸窒化
膜（ＳｉＯX ＮY ）の組成を変えることで、反射率が
７．５％と２６．３％の２種類のものを用意し、露光実
験を行った。シリコン酸窒化膜（ＳｉＯX ＮY ）の反射
率が７．５％のときは、組成比がｘ＝０．６，ｙ＝０．
２であり、このとき光学定数は、ｎ＝２．０６，ｋ＝
０．６となる。また、反射率が２６．３％のときは、組
成比がｘ＝０．８，ｙ＝０．２であり、このとき光学定
数はｎ＝１．９０，ｋ＝０．２となる。なお、膜形成時
のガス流量比はＳｉＨ4 ／Ｎ2 ０＝０．７５とした。こ
のように、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯX ＮY ）の組成比
を変えて反射率を大きくすることにより、疎密差が０．
０３μｍから０．０１μｍ以内に改善された。この疎密
差が改善されることにより、焦点深度が０．４μｍの場
合、露光量余裕度が０％から５％に改善された。(Fourth Embodiment) A KrF excimer exposure apparatus (wavelength: 248 nm) is used as an exposure light source, a negative chemically amplified resist is used, and the other conditions are the same as in the first embodiment. A 20 μm resist pattern was formed. Silicon oxynitride film (SiO 2)
X N Y) used (thickness 25 nm), the composition of the silicon oxynitride film (SiO X N Y) by changing the reflectivity prepared two types of 7.5% and 26.3% And an exposure experiment was performed. When the reflectance of the silicon oxynitride film (SiO X N Y ) is 7.5%, the composition ratio is x = 0.6 and y = 0.
2, where the optical constants are n = 2.06, k =
0.6. When the reflectance is 26.3%, the composition ratio is x = 0.8, y = 0.2, and the optical constants are n = 1.90 and k = 0.2. The gas flow ratio during film formation was set to SiH 4 / N 20 = 0.75. As described above, by changing the composition ratio of the silicon oxynitride film (SiO X N Y ) to increase the reflectance, the density difference is reduced to 0.1.
It improved from 03 μm to within 0.01 μm. By improving the density difference, the exposure latitude was improved from 0% to 5% when the depth of focus was 0.4 μm.
【００３１】以上、実施の形態および実施例を挙げて本
発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態および
実施例に限定されるものではなく、種々変形可能であ
る。例えば、上記実施の形態では、感光性樹脂膜の下地
基板側の反射率の調整を、定在波抑制のための反射防止
膜を利用する構成としたが、このような反射防止膜を利
用することなく、別途、近接効果抑制のために新たに反
射膜を設け、これにより反射率を調整するようにしても
よい。反射膜としては、例えばアモルファス−Ｓｉ（シ
リコン）などを用いることができる。Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to these embodiments and examples, and can be variously modified. For example, in the above embodiment, the reflectivity of the photosensitive resin film on the base substrate side is adjusted using an anti-reflection film for suppressing standing waves, but such an anti-reflection film is used. Instead, a reflective film may be separately provided to suppress the proximity effect, and the reflectivity may be adjusted accordingly. As the reflective film, for example, amorphous-Si (silicon) or the like can be used.
【００３２】また、上記実施の形態においては、下地の
被加工膜としてアルミニウム配線層を形成した例につい
て説明したが、被加工膜としてはその他、シリコン酸化
膜などの絶縁膜等、種類は問わない。また、露光光源に
ついても、ＫｒＦエキシマレーザを用いる場合について
説明したが、その他、レジスト材の種類等に応じて任意
に選択することができる。In the above embodiment, an example in which an aluminum wiring layer is formed as a base film to be processed has been described. However, the type of the film to be processed may be any type such as an insulating film such as a silicon oxide film. . Also, the exposure light source is described using a KrF excimer laser, but may be arbitrarily selected according to the type of the resist material.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし請求
項７記載のマスクパターン形成方法によれば、マスク用
感光性樹脂膜の下地側の反射率を調整するようにしたの
で、近接効果による疎なパターンと密なパターンとの解
像線幅の差（疎密差）の発生を抑制することができる。
従って、ＡＳＩＣ等の疎密パターンが混在するパターン
の形成において、ターゲットパターンの重ね合わせ精度
が向上すると共に、露光量余裕度すなわちリソグラフィ
ーマージンを大きくとることができ、よって半導体装置
の製造歩留りが向上するいう効果を奏する。更に、感光
性樹脂膜の下地側の反射率を調整するようにしたので、
用途に応じて感光性樹脂膜のタイプ等の種類を限定する
ことが可能になり、感光性樹脂膜の種類を減らすことが
でき、製造プロセスを簡略化することが可能になる。As described above, according to the mask pattern forming method of the present invention, the reflectance on the base side of the photosensitive resin film for the mask is adjusted, so that the proximity effect is obtained. It is possible to suppress the occurrence of a difference in resolution line width (sparse / dense difference) between a sparse pattern and a dense pattern.
Therefore, in forming a pattern in which dense and dense patterns such as ASIC are mixed, the overlay accuracy of the target pattern can be improved, and the exposure margin, that is, the lithography margin can be increased, and the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved. It works. Furthermore, since the reflectance on the base side of the photosensitive resin film was adjusted,
The type such as the type of the photosensitive resin film can be limited depending on the use, the type of the photosensitive resin film can be reduced, and the manufacturing process can be simplified.
【００３４】特に、請求項５ないし請求項７記載のマス
クパターン形成方法によれば、下地基板と被加工膜との
間に定在波効果抑制のための反射防止膜を形成すると共
に、感光性樹脂膜のタイプに応じて反射防止膜の厚さま
たは組成を調整することによりマスク用感光性樹脂膜の
下地側の反射率を所定の値に設定するようにしたので、
定在波効果の抑制効果に加え、近接効果による疎密差の
発生をも抑制することができる。In particular, according to the mask pattern forming method of the present invention, an anti-reflection film for suppressing the standing wave effect is formed between the underlying substrate and the film to be processed, and the photosensitive film is formed. By adjusting the thickness or composition of the anti-reflection film according to the type of the resin film, the reflectance on the base side of the photosensitive resin film for the mask was set to a predetermined value,
In addition to the effect of suppressing the standing wave effect, it is also possible to suppress the occurrence of the density difference due to the proximity effect.
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るパターン形成
方法を説明するための断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a pattern forming method according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施例を説明するための断面図
である。FIG. 2 is a sectional view for explaining a second embodiment of the present invention.
【図３】下地基板の反射率が解像線幅に及ぼす影響をシ
ミュレーションした結果を表す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a result of simulating an effect of a reflectance of a base substrate on a resolution line width.
【図４】下地基板の反射率が疎なパターンと密なパター
ンとの解像線幅の差（疎密差）に及ぼす影響を説明する
ための特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram for explaining an effect of a reflectance of a base substrate on a difference in resolution line width (dense / dense difference) between a sparse pattern and a dense pattern.
【図５】シリコン酸窒化膜の膜厚とその反射率との関
係、並びにシリコン酸窒化膜の膜厚と感光性樹脂膜のタ
イプ毎の疎密差との関係を表す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness of the silicon oxynitride film and its reflectance, and the relationship between the thickness of the silicon oxynitride film and the density difference of each type of the photosensitive resin film.
【図６】疎なパターン（孤立パターン）と密なパターン
（ライン・アンド・スペースパターン）を表す図であ
る。FIG. 6 is a diagram illustrating a sparse pattern (isolated pattern) and a dense pattern (line and space pattern).
１０…シリコン基板、１１…アルミニウム配線層、１２
…反射防止膜（ＳｉＯX ＮY 膜）、１３…シリコン酸化
膜、１４…感光性樹脂膜（レジスト膜）10: silicon substrate, 11: aluminum wiring layer, 12
... Anti-reflection film (SiO X N Y film), 13 ... Silicon oxide film, 14 ... Photosensitive resin film (resist film)
Claims (7)
スク用感光性樹脂膜を露光して所定のパターンを形成す
るパターン形成方法において、 疎なパターンと密なパターンとの間の解像線幅の差の発
生を抑制するために、前記マスク用感光性樹脂膜の下地
側の反射率を調整することを特徴とするパターン形成方
法。In a method of forming a predetermined pattern by exposing a photosensitive resin film for a mask formed on a film to be processed on a base substrate, a solution between a sparse pattern and a dense pattern is provided. A pattern forming method, comprising: adjusting a reflectance on a base side of the photosensitive resin film for a mask in order to suppress occurrence of a difference in image line width.
スク用感光性樹脂膜の下地側の反射率を調整することを
特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。2. The pattern forming method according to claim 1, wherein the reflectance of the underside of the photosensitive resin film for a mask is adjusted according to the type of the photosensitive resin film.
場合には、反射率を２０〜６０％の範囲とすることを特
徴とする請求項２記載のパターン形成方法。3. The pattern forming method according to claim 2, wherein when the photosensitive resin film is of a negative type, the reflectance is in a range of 20 to 60%.
場合には、反射率を３０〜６０％の範囲とすることを特
徴とする請求項２記載のパターン形成方法。4. The pattern forming method according to claim 2, wherein when the photosensitive resin film is of a positive type, the reflectance is in a range of 30 to 60%.
効果抑制のための反射防止膜を形成すると共に、前記感
光性樹脂膜の種類に応じて反射防止膜の厚さを調整する
ことにより前記マスク用感光性樹脂膜の下地側の反射率
を所定の値に設定することを特徴とする請求項１記載の
パターン形成方法。5. An anti-reflection film for suppressing a standing wave effect is formed between the base substrate and the film to be processed, and the thickness of the anti-reflection film is adjusted according to the type of the photosensitive resin film. 2. The pattern forming method according to claim 1, wherein the reflectance of the underside of the photosensitive resin film for a mask is set to a predetermined value.
（ＳｉＯX ＮY ）膜を形成することを特徴とする請求項
５記載のパターン形成方法。6. The pattern forming method according to claim 5, wherein a silicon oxynitride (SiO X N Y ) film is formed as the antireflection film.
効果抑制のための反射防止膜を形成すると共に、前記感
光性樹脂膜の種類に応じて反射防止膜の組成を調整する
ことにより前記マスク用感光性樹脂膜の下地側の反射率
を所定の値に設定することを特徴とする請求項１記載の
パターン形成方法。7. An anti-reflection film for suppressing a standing wave effect is formed between the base substrate and the film to be processed, and the composition of the anti-reflection film is adjusted according to the type of the photosensitive resin film. 2. The pattern forming method according to claim 1, wherein the reflectance of the underlayer side of the photosensitive resin film for a mask is set to a predetermined value.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23490897A JPH1172924A (en) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | Formation of pattern |
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|---|---|
| JP (1) | JPH1172924A (en) |
Cited By (5)
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-
1997
- 1997-08-29 JP JP23490897A patent/JPH1172924A/en active Pending
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