JPS6155649A - パタン形成法 - Google Patents

パタン形成法

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JPS6155649A
JPS6155649A JP59176852A JP17685284A JPS6155649A JP S6155649 A JPS6155649 A JP S6155649A JP 59176852 A JP59176852 A JP 59176852A JP 17685284 A JP17685284 A JP 17685284A JP S6155649 A JPS6155649 A JP S6155649A
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exposure
light source
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film thickness
wavelength
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JP59176852A
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JPH0585896B2 (ja
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Yoshio Kawai
義夫 河合
Masanobu Doken
道券 正延
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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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
    • G03F7/20Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2022Multi-step exposure, e.g. hybrid; backside exposure; blanket exposure, e.g. for image reversal; edge exposure, e.g. for edge bead removal; corrective exposure

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はLSI製造工程において、凹凸や膜厚偏差が存
在する基板上で、高精度のレジストパタンを形成する方
法に関するものである。
〔発明の背景〕
基板上に塗布されたホトレジスト層に光照射を行った場
合、光源からの照射光と基板からの反射光とが干渉を起
こす。このため基板上に塗布されたホトレジスト層に膜
厚偏差が存在する場合、さらにホトレジスト層の下層に
光透過性膜がある場合には、ホトレジスト層内への入射
光量、つまりホトレジストの光反応に寄与する露光量(
以下感光量という)は膜厚変化に対応して変化する。こ
のため露光面内での照度の均一性をいくら向上させても
感光量は均一にならない。この感光量の変動は、露光に
単色光源を用いた場合に最も顕著となり、かつ基板の反
射率に依存し反射率が高い程大きい。縮小投影露光のよ
うに単色光源を用いた露光の場合は、λ/2n(λ:露
光波長、n:露光波長におけるレジストの屈折率)を−
周期として感光量は変動する。例えば単色光源としてg
線(λ=0.4:36tM)の光源を用いた場合にはこ
の周期が約0.13−となるため、感光量の変動を10
%以下に抑えるためには膜厚偏差を0.017711以
下に抑える必要がある。
しかし半導体回路のパタン形成を例に考えると、ホトレ
ジスト層の下層には多層の光透過性膜あるいは高反射膜
が存在し、かつ表面は分離、配線等の凹凸形状を有する
ため、その上に塗布されたホトレジスト層の膜厚はウェ
ハ面内で最大段差に相当する厚さが変化量として存在す
ることになる。
このため、たとえ平坦面でのホトレジスト層および下地
膜の均一性が確保されたとしても基板の凹凸形状に基づ
く膜厚偏差は残り、ホトレジスト層表面に均一な光量が
照封されても感光量は均一にはなり得なかった。また、
たとえ基板の低反射化をはかることによって干渉の影響
を軽減し感光量を均一にすることができたとしても、段
差部ではレジスト膜厚の差があるため、現像処理時にレ
ジスト残膜厚を零にする現像時間が異なってしまうこと
になる。これらの点から、従来は現像処理後に形成され
るパタンにどうしても寸法偏差を生じる欠点があった。
〔発明の目的〕
本発明は感光量の変動を抑え、パタン寸法の偏差を最小
に抑える高精度なパタン形成法を得ることを目的とする
〔発明の概要〕
レジスト感光量はレジスト膜厚に対し λH/2n;(λi:露光波長、ni:露光波長におけ
るレジストの屈折率)を周期として変動する。このため
、露光波長により感光量の膜厚依存性は異なっている。
露光にd=λ1(2N + 1 ) / 4 n□=λ
z M / 2 nz (d ニレジスト膜厚、M、N
:整数)という関係を満足する2つの波長λ8、λ2の
光源を用いた場合には、パタン露光の波長λ1による感
光量が極小となる膜厚dで、補助露光の波長λ2による
感光量は極大になる。つまりパタン露光波長λ□に対し
、上記d=λ、(2N+ 1)/ 4n1=λ、M/2
n、の関係を満足するλ2に近い波長を補助露光に用い
た場合、このレジスト膜厚dを中心にした近傍の膜厚で
は、λ□による感光量が小さい所程λ2による感光量は
大きくなる。本発明はレジスト感光量のレジスト膜厚依
存性を上記の作用によって制御しようとするものである
。すなわち、λ、とλ2との露光量を選ぶことにより同
波長を用いた露光の結果、膜厚によらずレジスト感光量
を一定にできる膜厚範囲が膜厚dを中心に存在し、さら
に膜厚dの近傍では膜厚の厚い部分の感光量を膜厚の薄
い部分の感光量より多くすることもできるため1段差部
においてもレジスト膜厚の厚い部分の現像速度を速く薄
い部分の現像速度を遅くすることにより、@像処理を行
った場合残膜厚が雰となる現像時間を露光面内において
一定にすることが可能である。この時の補助露光は。
レジスト膜厚に応じた波長、露光量を選ぶ必要があり、
また縮小投影系を通してパタン露光と同時に補助露光を
行う場合には色収差の問題があり。
かつ露光系も複雑になるなどの点から、パタン露光とは
別に、全面露光を行う簡便な方法が適している0本発明
は、基板上に塗布されたホトレジスト層にマスクを通し
てパタン露光を行う工程と。
マスクを通さずに全面露光を行う工程を含むパタン形成
法において、上iパタン露光には単色光源を用い、全面
露光には(上記単色光源と異なる波長の)単色あるいは
多色光源を用いることによって、レジスト感光量の偏差
を低減したものである。
〔発明の実施例〕 つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。
第1図は本発明によるパタン形成法の第1の実施例を示
す工程図、第2図はg線の光源とi線の光源とを用いた
場合のレジスト膜厚に対するしきい領置光量の計算と実
験の結果を示す図、第3図はg線の光源をパタン露光に
i線の光源を全面露光に用いた多重露光における。しき
い領置光量の膜厚依存性を示す図で、(a)は計算値、
(b)は実験値を示し、第4図は本発明の第2の実施例
を示す工程図、第5図はポジ型ホトレジストの熱処理温
度に対する膜厚を示す図である。第1図(、)において
凹凸を有するシリコン基板1上に、ポジ型ホトレジスト
層2を形成し、(b)に示すように水銀ランプのi線(
λ=0.365−)の単色光源8を用い、現像処理によ
り残膜が零にならない照射量の範囲でホトレジスト層2
を全面露光する6続いて第1図(c)に示すように所望
のパタンを有する光学マスク4を用いて、水銀ランプの
g線(λ=0.436虜)の単色光源5を照射して露光
したのち、現像処理して第1図(d)に示すようなパタ
ンを形成する。第2図はg線の光源を用いた場合とi線
の光源を用いた場合におけるレジスト膜厚に対するしき
い露光量の計算結果および実験結果を示している。しき
い露光量とは一定現像条件下において、レジスト残膜厚
を零にするのに必要な、光源からレジスト面への照射量
をいう、しきい短露光量の膜厚依存性が平坦であること
は、現像処理を行った場合に残膜厚が零となる現像時間
が一定であり、膜厚の偏差によらず均一に現像が進行す
ることを示している。例えばレジスト膜厚0.83頗に
おいて1g線の光源による露光ではしきい短露光量が極
小値を示し、一方i線の光源を用いた照射では逆にしき
い短露光量は極大値を示している。
したがって、第1の実施例においては各波長によるレジ
スト感光量が加算された結果、パタン露光と全面露光の
露光量を選、5(ことにより膜厚に対する感光量の変動
を制御できる。g線の光源をパタン露光に用いi線の光
源を全面露光に用いて多重露光を行った場合のしきい短
露光量の膜厚依存性を第3図に示し、(a)は計算結果
、(b)は実験結果を示している6図において・印はg
線によるパタン露光を行った場合で、O印はi線による
全面露光とg線によるパタン露光とを行った場合である
。なおEbの数値はi線(0,365am)の全面露光
量を示している。膜厚が0.71Emから0.911r
nの範囲では、しきい短露光量がほぼ一定になる。この
場合i線の露光量を変えることにより、しきい短露光量
の膜厚依存性を増加または減少、あるいは平坦化するこ
とができる0g線の光源による露光で感光量が極/J1
値を示す他のレジスト膜厚に対しても、感光量が極大値
を示すようなd= λ1(2N+1)/4n1=λzM/2n、の関係を満
足する波長λ2が必ずあり、この波長もしくは近傍の波
長を選ぶことにより、任意のホトレジスト膜厚に対する
感光量を°制御することが可能である。
露光波長帯によりレジストのポジ、ネガの特性′が反転
するレジスト、例えばジアゾナフトキノン・ノボラック
系レジストのように、紫外領域の波長光源による露光時
にはポジ型、遠紫外領域の波長光源による露光時にはネ
ガ型となるレジストに、遠紫外領域の波長の光源によっ
て全面露光を行い、紫外領域の波長の光源によりパタン
露光を行う場合についても、その作用は第1の実施例と
同様である。ただしこの場合には、全面露光を行う際に
d=λ1(2N + 1 )/ 4 nt =λ、(2
M+1)/4n。
という関係を満足する波長λ2になるべく近い波長の光
源を選ぶ必要がある。紫外領域と遠紫外領域の周波長を
全面露光に用いた場合には、レジストの現像液に対する
溶解速度を速くも遅くも制御できるため、いずれか一方
の波長の光源を用いた場合より広い膜厚範囲においてし
きい短露光量の膜厚依存性を平坦にすることが可能であ
る。
第4図に示す本発明の第2の実施例において、(a)は
凹凸を有するシリコン基板1上にポジ型レジスト層2を
形成し、(b)に示すようにホトレジスト層2に、例え
ばg線の単色光源5を、現像処理によって残膜が零とな
らない範囲で全面露光し、続いて塗布時に行われたプリ
ベークの温度より高くかつホトレジストの感光性を失わ
ない範囲内の温度で、ホトレジスト層をホットプレート
上で熱処理して上記ホトレジスト層の膜厚を減少させた
のち、第4図(c)に示すように、所望パタンを有する
光学マスク4を用いてg線の単色光源5を照射し、所望
パタンに対する露光を行い、つぎに第4図(d)に示す
ように現像処理をしてパタンを形成する。第5図はポジ
型ホトレジストの熱処理温度に対するホトレジストの膜
厚を示す図であるが。
熱処理によって塗布膜厚の約1割を減少することができ
、塗布膜厚をItB++程度にした場合には、感光量の
膜厚に対する変動の1周期分λ/2nを変化し得る。本
実施例において熱処理によりホトレジスト膜厚を減少さ
せる作用は、上記第1の実施例における全面露光の光源
の波長を変えることと同様である。つまり、d1=λ、
(2N+ 1)/ 4nt、d2=λ2 M / 2 
nz (dt :膜厚減少処理後の膜厚、d2:塗布膜
厚)の関係を満足させる膜厚および露光波長を選ぶこと
になる。このため第2の実施例のように、パタン露光と
全面露光に同一波長の光源を用いた場合でも、しきい領
置光量をほぼ一定にできるホトレジスト膜厚の範囲を所
望の値に設定することが可能である。
なお、ホトレジスト膜厚を減少させる処理法としては上
記熱処理の他に、現像液処理、有機溶剤処理、ドライエ
ツチング処理などがある。
上記各実施例において、全面露光とパタン露光の順序を
変えても作用は同じである。
〔発明の効果〕
上記のように本発明によるパタン形成法は、基板上に塗
布したホトレジスト層に、マスクを通してパタン露光を
行う工程と、マスクを通さずに全面露光を行う工程とを
含むパタン形成法において、上記パタン露光には単色光
源を用い、全面露光には単色光源あるいは多色光源を用
いることにより、反射基板上の凹凸や光透過層の膜厚変
動に起因するホトレジスト層の感光量の変動を最小に抑
え、かつ感光量の膜厚依存性を制御することができるた
め、しきい領置光量変動に起因するパタン寸法の偏差を
最小に抑えることができ、精度が高いパタン形成を行え
る利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるパタン形成法の第1の実施例を示
す工程図、第2図はg線の光源とi線の光源とを用いた
場合のレジスト膜厚に対するしきい領置光量の計算と実
験の結果を示す図、第3図はg線の光源をパタン露光に
i線の光源を全面露光に用いた多重露光における、しき
い領置光量の膜厚依存性を示す図で、(a)は計算値、
(b)は実験値を示し、第4図は本発明の第2の実施例
を示す工程図、第5図はポジ型ホトレジストの熱処理温
度に対するホトレジスト膜厚の変化を示す図である。 1・・・基板       2・・・ホトレジスト層3
・・・iBの単色光g  4・・・マスク5・・・gB
の単色光源

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上に塗布したホトレジスト層に、マスクを通
    してパタン露光を行う工程と、マスクを通さずに全面露
    光を行う工程とを含むパタン形成法において、上記パタ
    ン露光には単色光源を用い、該単色光源と異なる波長ま
    たは同一波長の単色光源か、あるいは多色光源を全面露
    光に用いることを特徴とするパタン形成法。
  2. (2)上記全面露光に用いる単色光源は、パタン露光に
    用いる単色光源と異なった波長の単色光源、あるいはパ
    タン露光に用いる単色光源の波長を含まない多色光源で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載され
    たパタン形成法。
  3. (3)上記全面露光に用いる単色光源あるいは多色光源
    は、パタン露光に用いる単色光源の波長を含み、上記ホ
    トレジスト膜厚を減少させる処理工程を伴うものである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載されたパ
    タン形成法。
JP59176852A 1984-08-27 1984-08-27 パタン形成法 Granted JPS6155649A (ja)

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JPS6155649A true JPS6155649A (ja) 1986-03-20
JPH0585896B2 JPH0585896B2 (ja) 1993-12-09

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07306726A (ja) * 1994-05-13 1995-11-21 Nec Data Terminal Ltd 電源投入制御回路

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5219531A (en) * 1975-08-04 1977-02-14 Siemens Ag Method of producing positive photosensitive resin layer structure

Patent Citations (1)

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