JP3047823B2 - Exposure mask and pattern forming method - Google Patents
Exposure mask and pattern forming methodInfo
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- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に縮小投影露光用の露光マスクと同マスク
による微細パターンの形成方法に関する。The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an exposure mask for reduced projection exposure and a method for forming a fine pattern using the same.
【0001】[0001]
【従来の技術】近年の半導体集積回路の高集積化に伴
い、回路パターンにはますます微細化が要求されてお
り、例えば64MbDRAMにおいてはゲート長0.3
5μm以下のトランジスタが必要となる。現在、この微
細加工技術としては、水銀ランプのi線(波長365n
m)を露光光源とした縮小投影露光が用いられており、
最近ではKrFエキシマレーザ光(波長248nm)も
露光光源として用いられ始めている。2. Description of the Related Art With the recent increase in the degree of integration of semiconductor integrated circuits, finer circuit patterns have been required. For example, in a 64 Mb DRAM, a gate length of 0.3 is required.
A transistor of 5 μm or less is required. At present, as this fine processing technology, the i-line of a mercury lamp (wavelength 365 n
m) is used as the exposure light source,
Recently, KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) has begun to be used as an exposure light source.
【0002】従来からの一般的なポジ型フォトレジスト
を用いた微細パターン形成方法においては、まず半導体
基板上にポジ型のフォトレジストを塗布形成した後、所
望の集積回路パターンがCr等の遮光膜によって描かれ
たフォトマスクに紫外光を照射し、投影レンズを介して
パターンをフォトレジスト上に結像させる。続いて、露
光後ベーク処理を必要に応じて行った後、有機アルカリ
現像液を用いて現像することによりレジストによる微細
パターンを形成する(図2b,c)。In a conventional fine pattern forming method using a positive type photoresist, a positive type photoresist is first applied on a semiconductor substrate, and then a desired integrated circuit pattern is formed of a light shielding film such as Cr. The photomask drawn by the above is irradiated with ultraviolet light, and the pattern is imaged on the photoresist through a projection lens. Subsequently, a post-exposure bake treatment is performed as necessary, and then development is performed using an organic alkali developer to form a fine pattern of a resist (FIGS. 2B and 2C).
【0003】従来のパターン形成方法においては、露光
装置の高NA化、フォトレジストの高性能化とともに、
着実にパターンの微細化が達成されてきたのであるが、
一方、微細化に伴い、パターン密度による寸法変動すな
わち光近接効果の影響が大きいという問題が明らかにな
ってきた。In a conventional pattern forming method, a high NA of an exposure apparatus and a high performance of a photoresist are required.
Although pattern miniaturization has been achieved steadily,
On the other hand, with the miniaturization, the problem that the size variation due to the pattern density, that is, the effect of the optical proximity effect is large has become apparent.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来のパターン形成方
法における光近接効果の問題は、ゲート電極形成工程に
代表されるような、同一線幅のラインパターンが1:1
程度のライン・アンド・スペース(L&S)から孤立ラ
インにいたる異なった隣接パターン間距離で同一マスク
内に存在し、パターン部の面積がフォトマスク内の50
%未満と小さい工程では(図2a)、特に深刻な問題と
なっている。The problem of the optical proximity effect in the conventional pattern forming method is that a line pattern having the same line width, such as a gate electrode forming step, has a 1: 1 ratio.
Existing in the same mask at different distances between adjacent patterns from a line-and-space (L & S) level to an isolated line, and the area of the pattern portion is 50 in the photomask.
In a process as small as less than 10% (FIG. 2a), this is a particularly serious problem.
【0005】この原因としては、以下のように考えられ
る。従来の場合、パターン間のスペース部はマスク上の
光透過部となる。スペース幅の変化は、光透過部の面積
が変化することであり、投影光学系を通過する回折光量
そのものが大きく変化することになる。このため、パタ
ーン密度によって像面上の光学像が大きく変化し、強い
光近接効果が生じることになる。[0005] The cause is considered as follows. In the conventional case, the space between the patterns becomes a light transmitting portion on the mask. The change in the space width means a change in the area of the light transmitting portion, and the amount of diffracted light passing through the projection optical system itself changes greatly. For this reason, the optical image on the image plane changes greatly depending on the pattern density, and a strong optical proximity effect occurs.
【0006】光近接効果を低減する方法として、パター
ン出来上がり寸法が一定値になるようにフォトマスク上
のパターンの寸法あるいは形状を補正する方法が提案さ
れているが(例えば、特開平3−036549、特開平
6−138643)、これらの方法は複雑でありフォト
マスクの設計、製造あるいは検査に多くの時間と労力を
要するものである。As a method of reducing the optical proximity effect, there has been proposed a method of correcting the dimension or shape of a pattern on a photomask so that the completed dimension of the pattern becomes a constant value (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. H03-36549). These methods are complicated and require a lot of time and labor for designing, manufacturing or inspecting a photomask.
【0007】本発明は前述の問題点を解決し、簡易に寸
法精度の高いパターンを形成できる露光マスクと、その
露光マスクを用いるパターン形成方法を提供することを
目的とする。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an exposure mask capable of easily forming a pattern with high dimensional accuracy and a pattern forming method using the exposure mask.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の露光マスクは、
露光マスク上に形成された光透過部よりなるパターンを
コヒーレンスファクターが0.4以上0.9以下の照明
光を用いて基板上に形成されたネガ型フォトレジスト上
に転写する露光マスクであって、前記パターンが複数種
の隣接パターン間距離を有し、前記光透過部よりなるパ
ターンの占める面積が前記露光マスクの被光照射領域の
面積の50%未満であることを特徴とする。The exposure mask of the present invention comprises:
The pattern consisting of the light transmitting part formed on the exposure mask
Lighting with a coherence factor between 0.4 and 0.9
An exposure mask for transferring on a negative photoresist formed on a substrate using light , wherein the pattern has a plurality of types of distances between adjacent patterns, and the area occupied by the pattern formed by the light transmitting portion is It is characterized by being less than 50% of the area of the light irradiation area of the exposure mask.
【0009】また、本発明のパターン形成方法は、基板
上にネガ型のフォトレジスト膜を形成する工程と、露光
マスク上に形成された光透過部よりなるパターンが複数
種の隣接パターン間距離を有し、かつ前記パターンの占
める面積が前記露光マスクの被光照射領域の面積の50
%未満である露光マスクを用いて前記フォトレジスト膜
をコヒーレンスファクターが0.4以上0.9以下の照
明光により露光する工程と、前記フォトレジスト膜を現
像する工程とを有することを特徴とする。(作用)本発
明のパターン形成方法を図1に示す。本発明のパターン
形成方法においては、図1aのように、同一線幅のライ
ンパターン部がマスク上の光透過部12となり、パター
ン間のスペース部はマスク上の遮光部11となる。スペ
ース幅が変化しても遮光部の面積が変化するだけであ
り、同一線幅のラインパターン部に対応する光透過部の
面積は変化しない。 Further, in the pattern forming method of the present invention, the step of forming a negative photoresist film on a substrate and the step of forming a pattern comprising a light transmitting portion formed on an exposure mask to a plurality of types of distances between adjacent patterns. And the area occupied by the pattern is 50 times the area of the light-irradiated area of the exposure mask.
% By using an exposure mask having a coherence factor of 0.4 to 0.9 using an exposure mask having a coherence factor of less than 0.4%, and a step of developing the photoresist film. . (Action)
FIG. 1 shows a bright pattern forming method. Pattern of the present invention
In the forming method, as shown in FIG.
The pattern portion becomes the light transmitting portion 12 on the mask, and the pattern
The space between the electrodes becomes the light shielding portion 11 on the mask. Spec
Even if the source width changes, only the area of the light shielding part changes.
Of the light transmitting part corresponding to the line pattern part of the same line width.
The area does not change.
【0010】このため、パターン密度による像面上の光
学像の変化は小さく、図1b,cのようにネガ型フォト
レジストを用いてパターン形成を行った場合、従来のパ
ターン形成方法に比べ光近接効果が低減される。For this reason, the change in the optical image on the image plane due to the pattern density is small, and when a pattern is formed using a negative photoresist as shown in FIGS. The effect is reduced.
【0011】特に、光近接効果を効果的に低減するため
には、露光装置のコヒーレンスファクタ(σ)を0.4
以上0.9以下とすることが望ましいことが、光学像の
計算結果からわかっている。In particular, in order to effectively reduce the optical proximity effect, the coherence factor (σ) of the exposure apparatus must be set to 0.4.
It is known from the calculation result of the optical image that it is desirable to set the value to 0.9 or more.
【0012】[0012]
(実施例1)本発明の一実施例について図面を参照して
説明する。図3は本実施例で用いたフォトマスクの概略
を示しており、0.25μm幅のライン32(光透過
部)に対し、スペース幅(遮光部)31を0.25μm
から1μmまで変化させたL&Sパターンで構成されて
いる。(Embodiment 1) An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 schematically shows a photomask used in the present embodiment. A space 32 (light-shielding portion) 31 is set to 0.25 μm for a line 32 (light-transmitting portion) having a width of 0.25 μm.
From 1 μm to 1 μm.
【0013】KrFエキシマレーザを露光光源に用い、
縮小投影露光装置の開口数(NA)を0.5とし、コヒ
ーレンスファクタ(σ)を0.4から0.9まで変化さ
せ、Si基板上に0.7μm膜厚にスピン塗布された化
学増幅型のネガ型フォトレジストに露光を行った。これ
に続いて、露光後ベークを行い、アルカリ現像すること
によりパターンを形成した。露光量は、ライン/スペー
ス=0.25μm/0.25μmのL&Sパターンが設
計通りに出来上がる露光量とした。Using a KrF excimer laser as an exposure light source,
Chemical amplification type spin-coated to a thickness of 0.7 μm on a Si substrate by changing the numerical aperture (NA) of the reduction projection exposure apparatus to 0.5 and changing the coherence factor (σ) from 0.4 to 0.9. Was exposed to the negative photoresist. Subsequently, a post-exposure bake was performed and a pattern was formed by alkali development. The exposure amount was such that an L & S pattern of line / space = 0.25 μm / 0.25 μm was formed as designed.
【0014】この結果、図5に示すようにσ=0.4〜
0.9のどの場合においても、光近接効果による寸法変
動は設計寸法の10%未満に抑えられた。As a result, as shown in FIG.
In any case of 0.9, the dimensional variation due to the optical proximity effect was suppressed to less than 10% of the design size.
【0015】一方、従来のパターン形成方法、すなわち
ラインパターン部を遮光部、スペース部を光透過部で形
成したフォトマスクとポジ型フォトレジストを用いた場
合は以下のような結果になった。On the other hand, when a conventional pattern forming method, that is, a photomask and a positive photoresist in which a line pattern portion is formed by a light shielding portion and a space portion is formed by a light transmitting portion, the following results are obtained.
【0016】図4に示すフォトマスク、つまり図3と明
暗の反転したフォトマスクを用い、上記実施例と同様の
条件で化学増幅型のポジ型レジストにパターン形成を行
った。この場合、図6に示すように、σ=0.7の条件
を除いては光近接効果による寸法変動は設計寸法の10
%以上となり、特に0.6以下のσにおいては寸法変動
が非常に顕著にみられた。 (実施例2)別の例として、上記実施例でσを0.7一
定とし、NAを0.45から0.55まで変化させた場
合の結果は以下の様になった。Using a photomask shown in FIG. 4, that is, a photomask in which the brightness is reversed from that in FIG. 3, a pattern was formed on a chemically amplified positive resist under the same conditions as in the above embodiment. In this case, as shown in FIG. 6, except for the condition of σ = 0.7, the dimensional variation due to the optical proximity effect is 10 times the design dimension.
%, And particularly at σ of 0.6 or less, the dimensional change was very remarkable. (Embodiment 2) As another example, the result when the σ is fixed to 0.7 and the NA is changed from 0.45 to 0.55 in the above embodiment is as follows.
【0017】本発明の方法においては、図7のようにN
Aを変化させても光近接効果の影響はほとんどみられ
ず、非常に寸法制御精度が優れていることが確認され
た。In the method of the present invention, as shown in FIG.
Even if A was changed, the effect of the optical proximity effect was hardly observed, and it was confirmed that the dimensional control accuracy was excellent.
【0018】一方、従来の方法においては、図8のよう
にNAを0.45と低くした場合に、光近接効果による
顕著な寸法細りがみられた。On the other hand, in the conventional method, when the NA was reduced to 0.45 as shown in FIG. 8, remarkable thinning due to the optical proximity effect was observed.
【0019】以上説明した、二つの実施の形態では、パ
ターンの線幅が一定の場合について説明したが、異なっ
た線幅を有するパターンが同一マスク上に混在している
場合においても本発明が有効であることは言うまでもな
い。In the two embodiments described above, the case where the line width of the pattern is constant has been described. However, the present invention is effective even when patterns having different line widths coexist on the same mask. Needless to say,
【0020】[0020]
【発明の効果】以上説明したように本発明の方法によ
り、光近接効果による寸法変動を低減することができ、
寸法制御精度・露光裕度とも大幅に改善される。As described above, according to the method of the present invention, the dimensional fluctuation due to the optical proximity effect can be reduced.
Both dimensional control accuracy and exposure latitude are greatly improved.
【図1】本発明のパターン形成方法を説明する図。FIG. 1 is a view for explaining a pattern forming method of the present invention.
【図2】従来のパターン形成方法を説明する図。FIG. 2 is a diagram illustrating a conventional pattern forming method.
【図3】本発明の方法によるフォトマスクの概略図。FIG. 3 is a schematic view of a photomask according to the method of the present invention.
【図4】従来の方法によるフォトマスクの概略図。FIG. 4 is a schematic view of a photomask according to a conventional method.
【図5】実施例1における本発明の方法の光近接効果を
示す図。FIG. 5 is a diagram showing the optical proximity effect of the method of the present invention in Example 1.
【図6】従来の方法の光近接効果を示す図。FIG. 6 is a diagram showing an optical proximity effect of a conventional method.
【図7】実施例2における本発明の方法の光近接効果を
示す図。FIG. 7 is a diagram showing the optical proximity effect of the method of the present invention in Embodiment 2.
【図8】従来の方法の光近接効果を示す図。FIG. 8 is a diagram showing the optical proximity effect of the conventional method.
10,20,30,40 フォトマスク 11,21,31,42 遮光部 12,22,32,41 光透過部 13,23 ガラス基板 14,24 遮光膜 15 ネガ型フォトレジスト 25 ポジ型フォトレジスト 16,26 半導体基板 17,27 紫外光もしくは遠紫外光 18,28 レジストパターン10, 20, 30, 40 Photomask 11, 21, 31, 42 Light-shielding part 12, 22, 32, 41 Light-transmitting part 13, 23 Glass substrate 14, 24 Light-shielding film 15 Negative photoresist 25 Positive photoresist 16, 26 semiconductor substrate 17, 27 ultraviolet light or far ultraviolet light 18, 28 resist pattern
Claims (3)
なるパターンをコヒーレンスファクターが0.4以上
0.9以下の照明光を用いて基板上に形成されたネガ型
フォトレジスト上に転写する露光マスクにおいて、前記
パターンが複数種の隣接パターン間距離を有し、前記光
透過部よりなるパターンの占める面積が前記露光マスク
の被光照射領域の面積の50%未満であることを特徴と
する露光マスク。1. A pattern comprising a light transmitting portion formed on an exposure mask and having a coherence factor of 0.4 or more.
In an exposure mask that is transferred onto a negative photoresist formed on a substrate using illumination light of 0.9 or less, the pattern has a plurality of types of distances between adjacent patterns, and is formed of a light transmitting portion. An exposure mask, wherein the occupied area is less than 50% of the area of the light irradiation area of the exposure mask.
同一であることを特徴とする請求項1記載の露光マス
ク。2. The exposure mask according to claim 1, wherein a line width of the light transmitting portion is the same between the patterns.
成する工程と、露光マスク上に形成された光透過部より
なるパターンが複数種の隣接パターン間距離を有し、か
つ前記パターンの占める面積が前記露光マスクの被光照
射領域の面積の50%未満である露光マスクを用いて前
記フォトレジスト膜をコヒーレンスファクターが0.4
以上0.9以下の照明光により露光する工程と、前記フ
ォトレジスト膜を現像する工程とを有することを特徴と
するパターン形成方法。3. A step of forming a negative type photoresist film on a substrate, and a pattern comprising a light transmitting portion formed on an exposure mask has a plurality of types of distances between adjacent patterns and occupies the pattern. The photoresist film is coated with a coherence factor of 0.4 using an exposure mask whose area is less than 50% of the area of the light irradiation area of the exposure mask.
A pattern forming method, comprising: a step of exposing with an illumination light of 0.9 or less and a step of developing the photoresist film.
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JP23423196A JP3047823B2 (en) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | Exposure mask and pattern forming method |
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JPH1078646A JPH1078646A (en) | 1998-03-24 |
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