JPH10326746A - Method of forming mask pattern - Google Patents

Method of forming mask pattern

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JPH10326746A
JPH10326746A JP4721898A JP4721898A JPH10326746A JP H10326746 A JPH10326746 A JP H10326746A JP 4721898 A JP4721898 A JP 4721898A JP 4721898 A JP4721898 A JP 4721898A JP H10326746 A JPH10326746 A JP H10326746A
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exposure
substrate
light
resist
forming
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JP4721898A
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Japanese (ja)
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Takuma Hiramatsu
卓磨 平松
Koji Takahashi
幸司 高橋
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Sharp Corp
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多光束干渉型露光において、多光束干渉露光
に特有の光学系の揺らぎ等に起因するコントラスト不足
によって、レジスト形状が矩形とならなかったり、周期
的なフォトレジストパターンのデューティあるいはサイ
ズを精密に制御することが難しいという問題があった。 【解決手段】 本発明では、基板上に周期的に配列され
たパターンを形成するためのマスクパターン形成方法に
おいて、前記基板上にフォトレジスト膜を形成する工程
と、該フォトレジスト上にフォトブリーチ性を有する層
を形成する工程と、コヒーレント光源からの光束を分岐
し、干渉させて前記基板を露光する工程を有するマスク
パターンの形成方法を採用することによって、レジスト
形状及びパターンの制御性のよいマスクパターン形成方
法を提供する。
(57) [Problem] In a multi-beam interference type exposure, a resist shape does not become rectangular due to lack of contrast due to fluctuation of an optical system peculiar to the multi-beam interference exposure, or a periodic photoresist pattern is formed. However, there is a problem that it is difficult to precisely control the duty or the size of the device. According to the present invention, in a method of forming a mask pattern for forming a pattern periodically arranged on a substrate, a step of forming a photoresist film on the substrate; A mask having good controllability of resist shape and pattern by adopting a mask pattern forming method having a step of forming a layer having a pattern and a step of exposing the substrate by splitting and interfering a light beam from a coherent light source. A method for forming a pattern is provided.

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、エッチングや選択
成長に用いるマスクパターンの形成方法に関し、特に波
長選択性等の機能を実現する光学素子あるいはオプトエ
レクトロニクス素子の周期的に配列されたパターンを形
成するためのマスクパターンの形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a mask pattern used for etching or selective growth, and more particularly to a method for forming a periodically arranged pattern of an optical element or an optoelectronic element for realizing functions such as wavelength selectivity. And a method of forming a mask pattern.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体あるいは誘電体等からなる基板上
に、周期的に配列されたパターンを形成した様々なオプ
トデバイスが実現されている。このようなオプトデバイ
スの代表的なものとして、素子内部に回折格子を有する
ことで波長選択性を得ることができる分布帰還型レーザ
が挙げられる。一般的な回折格子の製造工程を以下に説
明する。まず、基板上にフォトレジストを塗布し、露光
工程、現像工程を経て周期的に配列されたレジストパタ
ーンが形成される。これをマスクとして基板をエッチン
グすることによって、基板上に回折格子が転写、印刻さ
れる。この時、回折格子のピッチΛは、所望の光の波長
λのm/2n倍(mは正整数で回折次数を表わし、nは
等価屈折率)で決められ、例えばn=3.5の半導体基
板を用いてλ=780nmに適応する回折格子を作製す
る場合、回折格子のピッチΛは(0.11×m)μmと
なる。
2. Description of the Related Art Various opto devices have been realized in which patterns arranged periodically are formed on a substrate made of a semiconductor or a dielectric. As a typical example of such an opto-device, there is a distributed feedback laser that can obtain wavelength selectivity by having a diffraction grating inside the device. The manufacturing process of a general diffraction grating will be described below. First, a photoresist is applied on a substrate, and an exposure process and a development process are performed to form a periodically arranged resist pattern. By etching the substrate using this as a mask, a diffraction grating is transferred and imprinted on the substrate. At this time, the pitch 回 折 of the diffraction grating is determined by m / 2n times the wavelength λ of the desired light (m is a positive integer and represents the diffraction order, and n is the equivalent refractive index). For example, a semiconductor having n = 3.5 When a diffraction grating adapted to λ = 780 nm is manufactured using a substrate, the pitch の of the diffraction grating is (0.11 × m) μm.

【0003】上記の式から分かるように、回折次数を小
さく設計した場合には回折格子のピッチを小さくする必
要がある。逆に、回折次数を大きく設計した場合には回
折格子のピッチは大きくすることができるが、デューテ
ィ(ライン幅/回折格子のピッチ)を小さくする必要が
生じる場合がある。この点について具体的に吸収性回折
格子を用いた利得結合分布帰還型レーザで報告されてい
ることについて説明する。図5にH.L.Cao等によ
る文献、IEEE Photonics Techno
logy Letters,4(1992)1099の
第2図を示す。横軸はデューティを示し、縦軸は規格化
結合係数を示す。図5に示されるように3次(m=3)
の吸収性回折格子の場合、デューティが0.3付近では
規格化結合係数κL(Lは共振器長)が0に近付く。こ
の時には利得結合型帰還レーザにおいて分布帰還が生じ
ない。
[0003] As can be seen from the above equation, when the diffraction order is designed to be small, it is necessary to reduce the pitch of the diffraction grating. Conversely, if the diffraction order is designed to be large, the pitch of the diffraction grating can be increased, but the duty (line width / pitch of the diffraction grating) may need to be reduced. This point will be described specifically with respect to what has been reported in a gain-coupled distributed feedback laser using an absorptive diffraction grating. FIG. L. Literature by Cao et al., IEEE Photonics Technology
Fig. 2 of the Letter Letters, 4 (1992) 1099 is shown. The horizontal axis shows the duty, and the vertical axis shows the normalized coupling coefficient. Third order (m = 3) as shown in FIG.
When the duty is around 0.3, the normalized coupling coefficient κL (L is the length of the resonator) approaches zero. At this time, no distributed feedback occurs in the gain-coupled feedback laser.

【0004】また、図6に上記文献の第3図を示す。横
軸はデューティを示し、縦軸は付加的な導波損失を示
す。図6に示されているように、吸収性回折格子による
付加的な導波損失αoがデューティの増加に伴って単調
に増加し、デューティが0.3以上ではレーザの特性は
著しく劣化する。従って、3次の吸収性回折格子のデュ
ーティは約0.1〜0.2の範囲内であることが要求さ
れ、具体的には780nm帯のAlGaAs系分布帰還
型レーザの場合、約3500Åのピッチに対して約35
0〜700Å幅以内の吸収層を形成する必要がある。こ
のように、回折格子のピッチ及びデューティを精密に制
御した極微細なパターン加工が求められている。
FIG. 6 shows FIG. 3 of the above document. The horizontal axis shows the duty and the vertical axis shows the additional waveguide loss. As shown in FIG. 6, the additional waveguide loss αo due to the absorptive diffraction grating monotonically increases with an increase in the duty, and when the duty is 0.3 or more, the characteristics of the laser are significantly deteriorated. Therefore, the duty of the third-order absorbing diffraction grating is required to be within the range of about 0.1 to 0.2. Specifically, in the case of an AlGaAs-based distributed feedback laser in the 780 nm band, the pitch of about 3500 ° About 35
It is necessary to form an absorption layer having a width of 0 to 700 °. Thus, there is a demand for an extremely fine pattern processing in which the pitch and duty of the diffraction grating are precisely controlled.

【0005】従来よりこのような精密な微細加工を実現
する手段として、フォトレジストを用いた2光束干渉型
露光や電子線レジストを用いた直接EB露光などがあ
る。周期的なパターン形成に有力な2光束干渉型露光
は、コヒーレント光源からの光束を複数に分岐し干渉さ
せてレジストを露光し、現像工程を経て周期的に配列さ
れたフォトレジストパターンを形成していた。
Conventionally, as means for realizing such precise fine processing, there are a two-beam interference type exposure using a photoresist and a direct EB exposure using an electron beam resist. In the two-beam interference type exposure, which is effective for forming a periodic pattern, a resist beam is exposed by splitting and interfering a light beam from a coherent light source into a plurality of light beams, and a photoresist pattern that is periodically arranged is formed through a developing process. Was.

【0006】また、精密な加工を行う方法として、特開
昭63−136625号公報には、レジスト膜厚や露光
量のわずかな変動によって変化する、現像工程とエッチ
ング工程の各処理時間の最適値を、各工程中に求める手
法が開示されている。すなわち、各工程中にビームを基
板上面から投射し回折光強度の時間変化をモニターする
ことによって、現像工程における基板上のレジストパタ
ーンの形状変化、あるいはエッチング工程で転写形成さ
れる回折格子の形状変化を把握できる。
Japanese Patent Laid-Open Publication No. Sho 63-136625 discloses a method of performing precise processing, which is based on an optimum value of each processing time of a developing process and an etching process, which changes due to a slight change in a resist film thickness and an exposure amount. Is disclosed during each step. In other words, by projecting a beam from the top surface of the substrate during each process and monitoring the temporal change in the intensity of the diffracted light, the shape change of the resist pattern on the substrate in the development process or the change in the shape of the diffraction grating transferred and formed in the etching process Can understand.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多光束
干渉型露光の技術では、例えば光学系に極微小な揺れが
あると、時間平均としての上記干渉パターンのコントラ
ストが落ちて、現像時間あるいはその後の工程を最適化
しても目標とするパターンの形状やデューティが得られ
ない、あるいは再現性良く製造できないという問題点が
ある。これは、サブμmピッチでライン アンド スペ
ースを周期的に形成するのみならず、特に、そのデュー
ティが特性上決定的な役割を果たすようなデバイスにお
いては、露光光のコントラスト低下が製造工程中で致命
的であることを意味する。
However, in the technique of multi-beam interference type exposure, for example, when the optical system has a very small fluctuation, the contrast of the interference pattern as a time average decreases, and the development time or the subsequent time is reduced. Even if the process is optimized, there is a problem that a target pattern shape and a duty cannot be obtained, or manufacturing cannot be performed with good reproducibility. This not only forms lines and spaces periodically at sub-μm pitches, but especially in devices where the duty plays a decisive role in characteristics, a decrease in exposure light contrast is critical in the manufacturing process. Means to be targeted.

【0008】また、特開昭63−136625号公報に
示された手法は、現像工程、エッチング工程の最適化は
図れるが、露光工程の最適化を図ることができなかっ
た。特に、多光束干渉型露光のように露光工程が重要で
あるような方法では露光工程の最適化が必要である。
Further, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-136625 can optimize the developing step and the etching step, but cannot optimize the exposure step. In particular, in a method in which the exposure process is important, such as multi-beam interference exposure, the exposure process needs to be optimized.

【0009】本発明の目的は、多光束干渉型の露光にお
いて、多光束干渉型露光に特有の光学系の揺らぎ等に起
因するコントラスト不足を改善するとともに、周期的な
フォトレジストパターンのデューティあるいはサイズを
精密に制御し、さらに再現性良く安定して製造する手法
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a multi-beam interference type exposure device which can improve the contrast insufficiency caused by the fluctuation of the optical system and the like peculiar to the multi-beam interference type exposure, and can improve the duty or size of a periodic photoresist pattern. The object of the present invention is to provide a method for precisely controlling the production of a liquid crystal and stably producing it with good reproducibility.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明では、課題を解決
するための手段として、基板上に周期的に配列されたパ
ターンを形成するためのマスクパターン形成方法におい
て、前記基板上にフォトレジスト膜を形成する工程と、
該フォトレジスト上にフォトブリーチ性を持つ層、特に
以下で説明するCELと呼ばれる層、を形成する工程
と、コヒーレント光源からの光束を分岐し、干渉させて
前記基板を露光する工程と、前記フォトブリーチ層を剥
離、乾燥する工程と、露出したフォトレジスト膜を現像
処理する工程を有するマスクパターンの形成方法を提供
する。
According to the present invention, as a means for solving the problems, in a method of forming a mask pattern for forming a pattern periodically arranged on a substrate, a photoresist film is formed on the substrate. Forming a;
Forming a layer having photobleaching property on the photoresist, in particular, a layer called CEL described below, exposing the substrate by splitting and interfering a light beam from a coherent light source; Provided is a method for forming a mask pattern, comprising a step of removing and drying a bleach layer, and a step of developing an exposed photoresist film.

【0011】また、前記コヒーレント光源からの光束を
分岐し、前記基板を露光する工程において、前記基板に
投射光を入射し、前記基板からの投射光の回折光強度を
検出することによって、前記回折光強度のピーク値発生
に基づき露光時間を設定するマスクパターンの形成方法
を提供する。
In the step of splitting a light beam from the coherent light source and exposing the substrate, the projection light is made incident on the substrate and the intensity of the diffracted light of the projection light from the substrate is detected, thereby obtaining the diffraction light. Provided is a method of forming a mask pattern for setting an exposure time based on generation of a peak value of light intensity.

【0012】フォトブリーチ性をもつ物質は、照射光量
の増加に伴って透明になる特徴を有し、レジスト上に成
膜すると、露光中に密着マスクのように振る舞い露光光
のコントラストを実効的に上げて、レジストの断面形状
を鋭くできる。このような光ブリーチ性を有する物質を
用いたフォトリソグラフィー法は、CEL(Contr
ast Enhanced Lithography)
と呼ばれている。
A substance having photobleaching property has a feature that it becomes transparent as the amount of irradiation light increases, and when it is formed on a resist, it behaves like a contact mask during exposure and effectively reduces the contrast of exposure light. The cross section of the resist can be sharpened. A photolithography method using such a material having photobleachability is based on CEL (Contr
ast Enhanced Lithography)
is called.

【0013】そして、複数の光束を干渉させる多光束干
渉型露光の露光光は、通常のVLSIプロセス等とは異
なり、本質的に正弦波状の強度分布を持つので、CEL
を用いることによって、単に解像度が上がり微細なピッ
チが描けるだけでなく、デューティの設定自由度が飛躍
的に向上する。
The exposure light of the multi-beam interference type exposure for causing a plurality of light beams to interfere has an essentially sinusoidal intensity distribution unlike a normal VLSI process or the like.
By not only increasing the resolution and drawing a fine pitch, the degree of freedom in setting the duty is greatly improved.

【0014】ここで、CEL層の替わりに比較的吸光度
が高くフォトブリーチ性を有する低感度のレジストを実
際にマスクとなる層の上に設けることによっても、ある
程度は同様の効果が期待できるが、先に説明したような
吸収性回折格子による利得結合分布帰還型レーザにおい
て要求される精度を満たすことは困難である。
Here, the same effect can be expected to some extent by providing a low-sensitivity resist having relatively high absorbance and photobleaching property on the layer actually serving as a mask instead of the CEL layer. It is difficult to satisfy the accuracy required for the gain-coupled distributed feedback laser using the absorptive diffraction grating as described above.

【0015】以下、図面を用いて、フォトブリーチ性を
有する層として、低感度レジストを用いた場合とCEL
層を用いた場合の、それぞれの露光の状態を説明する。
図7(a)(b)はフォトレジスト層上に低感度レジス
トを積層した場合の露光後の潜像を示し、図8(a)
(b)はフォトレジスト層上にCEL層を積層した場合
の露光後の潜像を示す。
Hereinafter, referring to the drawings, the case where a low-sensitivity resist is used as a layer having photobleaching property and the CEL
The respective exposure states when the layers are used will be described.
FIGS. 7A and 7B show latent images after exposure when a low-sensitivity resist is laminated on a photoresist layer, and FIG.
(B) shows a latent image after exposure when a CEL layer is laminated on a photoresist layer.

【0016】図7(a)図8(a)の如く、露光量のよ
り少ない、高デューティのマスクパターンを形成する場
合においても、フォトブリーチ性を有する層として、低
感度レジストを用いた場合とCEL層を用いた場合とで
は、現像後のレジストプロファイルに差異が生じる。こ
れは低感度レジストの場合は低感度とはいえ吸光度はそ
れほど大きくはなく、干渉縞のコントラストがさほど高
くない(図中では、最大強度Imax=1、最小強度I
min=0.3とし、(Imax−Imin)/(Im
ax+Imin)=54%の例を示している。)場合、
下層のレジストに潜像が形成される時点においては、既
に低感度のレジストがほとんど感光しており、実質的に
は露光光のコントラストが若干改善されるに過ぎないた
めである。
As shown in FIG. 7 (a) and FIG. 8 (a), even when a mask pattern having a low exposure amount and a high duty is formed, a case where a low-sensitivity resist is used as a layer having photobleaching property. There is a difference in the resist profile after development from the case where the CEL layer is used. In the case of a low-sensitivity resist, although the sensitivity is low, the absorbance is not so large, and the contrast of interference fringes is not so high (in the figure, the maximum intensity Imax = 1 and the minimum intensity Imax).
min = 0.3, and (Imax−Imin) / (Im
(ax + Imin) = 54%. )
This is because at the time when the latent image is formed on the lower resist, the low-sensitivity resist is almost already exposed, and the contrast of the exposure light is only slightly improved substantially.

【0017】このことは、低デューティのマスクパター
ン形成時、すなわち、露光量が大きい場合により顕著と
なり、図8(b)に示す如く、初期の吸光度の非常に大
きいCEL層では下層のレジストに潜像が形成されるに
至っても依然不透明な領域が残り、下層レジストはほぼ
矩形のプロファイルが得られるのに対して、低感度レジ
ストの場合は、図7(b)に示す如く、その時点では下
層のレジスト自体も体積の大部分が露光されており、現
像後のプロファイルとしては高さの不十分なスカム(現
像後の残渣)の影響を受けやすいものしか得られない。
This becomes more remarkable when forming a low-duty mask pattern, that is, when the exposure amount is large. As shown in FIG. 8B, in the CEL layer having an extremely large initial absorbance, the latent resist is hidden in the lower resist. Even when an image is formed, an opaque area still remains, and a substantially rectangular profile is obtained in the lower resist. On the other hand, in the case of a low-sensitivity resist, as shown in FIG. Most of the volume of the resist itself is also exposed, and as a profile after development, only a profile easily affected by scum (residue after development) having an insufficient height can be obtained.

【0018】また、我々がCELを用いて種々の実験を
行った結果、CEL自体が回折格子として作用すること
を見出した。すなわち、露光中であっても、CELから
の回折光を観測することができる。回折光強度は、CE
Lのブリーチングの進行に応じて変化し、ある時点でピ
ーク値を迎える。これに基づき露光時間を設定すること
で、フォトレジストに対して所望のデューティが得られ
るとともに、その制御を精密に行なうことが可能にな
る。従って、これに引き続く現像処理工程等でのパラメ
ータのばらつきの大きさの許容程度(以下、トレランス
と記す。)も大きく緩和されることとなる。
Further, as a result of conducting various experiments using CEL, it was found that CEL itself functions as a diffraction grating. That is, even during exposure, diffracted light from the CEL can be observed. Diffraction light intensity is CE
It changes according to the progress of the bleaching of L, and reaches a peak value at a certain time. By setting the exposure time based on this, it is possible to obtain a desired duty for the photoresist and to precisely control the duty. Therefore, the allowable degree of the variation of the parameter in the subsequent development processing step and the like (hereinafter, referred to as tolerance) is greatly reduced.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(実例1)図1に多光束干渉型露光の光学系の概略図を
示す。本実施の形態は、波長3511ÅのArレーザに
よる2光束干渉法で露光する場合である。まず、基板上
にレジストを単層で500〜1500Å程度に薄層化し
て形成する。
(Example 1) FIG. 1 is a schematic view of an optical system for multi-beam interference type exposure. In this embodiment, exposure is performed by a two-beam interference method using an Ar laser having a wavelength of 3511 °. First, a single-layer resist is formed on a substrate to a thickness of about 500 to 1500 °.

【0020】例えば高解像度のi線用レジストであるP
FI38(住友化学工業製)をスピンコートし、90℃
のホットプレート上で1分間のソフトベークを行って膜
厚1100Åとする。その上にフォトブリーチ性を有す
る水溶性のi線用CEL(信越化学工業製ACEM36
5i)を膜厚1700Åとなるようスピンコート成膜
し、基体100とする。
For example, a high-resolution i-line resist P
Spin coat FI38 (manufactured by Sumitomo Chemical) at 90 ° C
Soft baking on a hot plate for 1 minute to a film thickness of 1100 °. A water-soluble i-line CEL having photobleaching properties (ACEM36 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)
5i) is spin-coated to a thickness of 1700 ° to form a substrate 100.

【0021】Arレーザからの露光光101をシャッタ
ーを通してピンホールに照射する。ピンホールを通過す
ることによってエキスパンドした光を、ハーフミラーに
よって2光束に分岐する。分岐された光をミラーを調整
することによって、基体100面上での2光束干渉パタ
ーンが所望のピッチΛとなる角度で交差させる。
The pinhole is irradiated with exposure light 101 from an Ar laser through a shutter. The light expanded by passing through the pinhole is split into two light beams by the half mirror. By adjusting the mirror of the split light, the two-beam interference patterns on the surface of the base 100 intersect at an angle of a desired pitch Λ.

【0022】このような方法で露光し、基体100を流
水中でリンスすることによりACEM365iを剥離し
乾燥した後に、標準的な現像工程(住友化学工業製SO
PD、20℃、20秒ディップ)を施した結果、CEL
を用いない場合の2〜3倍程度の露光量で、レジストの
断面形状はほぼ矩型のものが得られた。露光量とは、一
定の露光光強度と露光時間の積であり、ここでは回折光
の時間変化に対応する。この場合のレジスト形状の断面
図を図4(b)に示す。
After exposure by such a method, the substrate 100 is rinsed in running water to remove and dry the ACEM365i, and then subjected to a standard development process (SOI Sumitomo Chemical Co., Ltd.).
PD, 20 ° C, 20 seconds dip), CEL
With a light exposure of about 2 to 3 times that in the case where no is used, a substantially rectangular cross section of the resist was obtained. The exposure amount is a product of a constant exposure light intensity and an exposure time, and here corresponds to a time change of the diffracted light. FIG. 4B shows a sectional view of the resist shape in this case.

【0023】なお、CELの種類によって、現像前に純
水リンスで剥離するもの、有機洗浄で剥離するものなど
様々なものが開発されているが、実際に下層のレジスト
が現像される前に、一旦CEL層全体を剥離する工程が
行われる。
Depending on the type of CEL, various types have been developed, such as one that is stripped with pure water rinse before development and one that is stripped with organic cleaning. However, before the underlying resist is actually developed, A step of once removing the entire CEL layer is performed.

【0024】さらに、露光量を増減することにより、レ
ジストの断面形状を保ったまま、デューティを0.1〜
0.7程度の範囲にわたって制御し、かつ面内分布を平
均値±0.025以内に抑えることができた。
Further, by increasing or decreasing the amount of exposure, the duty can be adjusted to 0.1 to 0.1 while maintaining the cross-sectional shape of the resist.
Control was performed over a range of about 0.7, and the in-plane distribution could be suppressed to within an average value ± 0.025.

【0025】比較として、i線用レジストのPFI38
のみを用いて露光し、かつ現像工程の処理条件を種々に
変えても、レジスト断面の形状は裾を引き、デューティ
を再現性良く制御すること、あるいは、0.2以下の低
デューティを得ることは困難であった。この場合の形成
された回折格子の断面図を図4(a)に示す。これは、
光学系の振動によって露光光の干渉縞がならされ、その
振幅が小さくなると同時に全面均一なバイアス成分が生
じて、コントラストが低下しているためと解釈できる。
For comparison, i-line resist PFI 38
Even if exposure is performed using only the above and the processing conditions of the development process are variously changed, the shape of the resist cross section is reduced in the bottom and the duty is controlled with good reproducibility, or a low duty of 0.2 or less is obtained. Was difficult. FIG. 4A is a cross-sectional view of the formed diffraction grating in this case. this is,
It can be interpreted that the interference fringes of the exposure light are smoothed by the vibration of the optical system, the amplitude of the interference fringes is reduced, and at the same time, a uniform bias component is generated on the entire surface, thereby lowering the contrast.

【0026】(実例2)高解像度、高γ値のレジストと
CELの組み合わせでは、レジスト形状が改善され面内
分布を抑えたうえで広範囲のデューティを設定できる様
になるものの、若干の露光量のばらつきでレジストパタ
ーンが抜けない場合があるなど、最適露光条件がCEL
やレジストの膜厚あるいは光学系等を変更する度に変動
し、トレランスは小さくなる。
(Example 2) In the case of a combination of a resist having a high resolution and a high γ value and a CEL, although the resist shape is improved and the in-plane distribution can be suppressed, a wide range of duty can be set. The optimal exposure condition is CEL, such as when the resist pattern may not come off due to variations.
Each time the film thickness of the resist or the resist or the optical system is changed, the tolerance is reduced.

【0027】一方、解像度の比較的低い、低γ値のレジ
ストを用いればトレランスは拡大されるが、レジスト形
状が裾を引く傾向にある。所望のデューティや線幅との
かねあいから、CELとレジスト相互の特性のマッチン
グを考慮した組み合わせを適宜選定することが望まれ
る。また、露光光が常に高いコントラストを保つ安定し
た光学系が構築できれば、高解像度レジストの方が一段
と望ましいのは言うまでもない。
On the other hand, when a resist having a relatively low resolution and a low γ value is used, the tolerance is increased, but the resist shape tends to be narrow. It is desired to appropriately select a combination in consideration of matching of characteristics between the CEL and the resist in consideration of desired duty and line width. It is needless to say that a high-resolution resist is more desirable if a stable optical system that always maintains a high contrast of the exposure light can be constructed.

【0028】また、レジスト上層にCELと同様の効果
を期待して、比較的低感度のレジストを設けた場合、デ
ューティ0.4以下、特に0.2〜0.3程度において
は種々に各パラメータを変えて実験してもレジスト現像
後の矩形プロファイルを得ることはできなかった。
In the case where a resist having a relatively low sensitivity is provided in expectation of the same effect as CEL on the resist upper layer, various parameters may be set at a duty of 0.4 or less, particularly at about 0.2 to 0.3. However, it was not possible to obtain a rectangular profile after resist development even if the experiment was performed while changing the above.

【0029】すなわち、厚さ1100Å程度の高感度レ
ジスト(例えばマイクロポジットs1400−17)上
に低感度、高γ値のレジスト(例えば住友化学工業製P
FI38)を500〜3000Åの範囲で厚さを変えて
塗布し、露光量さらには現像時間を種々に変えてレジス
トプロファイルを調べた結果、デューティ0.5以下で
は裾引き形状のマスクしか得られなかったが、デューテ
ィ0.5より大きいでは裾引きの度合いは減少した。し
かしながら、デューティ0.5の場合でも面内分布は、
0.5±0.1以下にはならず、マスク線幅の制御性と
しては不十分であった。これは、レジストは本来吸光度
をできるだけ低減するのが望ましく、密着型のマスクと
なるように設計されているものではないからである。
That is, a low-sensitivity, high-gamma-value resist (for example, Sumitomo Chemical Industries P.
FI38) was applied with varying thickness in the range of 500 to 3000 °, and the resist profile was examined by changing the exposure amount and the developing time variously. As a result, when the duty was 0.5 or less, only a skirted mask could be obtained. However, when the duty was larger than 0.5, the degree of tailing decreased. However, even when the duty is 0.5, the in-plane distribution is
It was not less than 0.5 ± 0.1, and the controllability of the mask line width was insufficient. This is because it is originally desirable for the resist to reduce the absorbance as much as possible, and the resist is not designed to be a close contact type mask.

【0030】ここで、本発明の実施の形態1のようにC
ELを用いた場合には現像前の段階で基体から回折光が
観測されることを、発明者らは見出した。すなわち、露
光中に形成されるCELの透明部と不透明部からなる回
折格子は充分な回折効率を持っている。この回折光強度
をリアルタイムで検出する手段を具備することにより、
現像後のフォトレジストのデューティを露光処理時間等
と対応させて厳密に制御することが可能になる。従っ
て、レジストの解像度やCEL膜厚の揺らぎ等には依存
しない、再現性のある露光プロセスが実現できる。
Here, as in Embodiment 1 of the present invention, C
The inventors have found that when EL is used, diffracted light is observed from the substrate before development. That is, the diffraction grating formed by the transparent and opaque portions of the CEL formed during exposure has a sufficient diffraction efficiency. By providing a means for detecting this diffracted light intensity in real time,
The duty of the photoresist after development can be strictly controlled in correspondence with the exposure processing time and the like. Therefore, a reproducible exposure process that does not depend on the resolution of the resist, fluctuations in the CEL film thickness, or the like can be realized.

【0031】実例1と同様、膜厚1100Åのレジスト
PFI38上に膜厚1700Åのi線用CEL、ACE
M365iを成膜した基体100露光する。
In the same manner as in the first embodiment, an i-line CEL and ACE having a thickness of 1700 ° are formed on a resist PFI 38 having a thickness of 1100 °.
The substrate 100 on which M365i is formed is exposed.

【0032】図2に本実施の形態で用いた光学系を示
す。なお、実施の形態1と同一部材は同一符号で表し
た。Arレーザからの光を2つに分岐し干渉させる光束
101とは別に、ビームスプリッタ105で分岐し、n
eutral densityfilter(NDフィ
ルタ)106を通して強度を適当に落とし、ビームスポ
ットを1mmにした投射光102を基体周辺の一部のみ
に照射した。なお、露光光101及び投射光102は同
時に照射を開始した。
FIG. 2 shows an optical system used in the present embodiment. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Apart from the light beam 101 that splits the light from the Ar laser into two and causes interference, the light is split by the beam splitter 105 and n
The intensity of the light was appropriately reduced through an neutral density filter (ND filter) 106, and only a part of the periphery of the substrate was irradiated with the projection light 102 having a beam spot of 1 mm. The irradiation of the exposure light 101 and the projection light 102 was started at the same time.

【0033】投射光102が基体法線に対して角度θp
をなすときに、sinθd+sinθp=mλ/Λ(た
だし、mは正整数)により決まる回折角θdの方向から
光検出器103により回折光104を測定した。
When the projected light 102 has an angle θp
The diffraction light 104 was measured by the photodetector 103 from the direction of the diffraction angle θd determined by sin θd + sin θp = mλ / Λ (where m is a positive integer).

【0034】図3に、露光量のによる回折光104の強
度変化とデューティの相関を示す。露光量とは、一定の
露光光強度と露光時間の積であり、ここでは回折光の時
間変化に対応する。露光の進行に伴い回折光104の強
度は増大し、極大値を過ぎて滑らかに減少し、消滅す
る。
FIG. 3 shows the correlation between the change in the intensity of the diffracted light 104 and the duty according to the amount of exposure. The exposure amount is a product of a constant exposure light intensity and an exposure time, and here corresponds to a time change of the diffracted light. As the exposure progresses, the intensity of the diffracted light 104 increases, passes through a local maximum, decreases smoothly, and disappears.

【0035】さらに図3中の各ポイントで露光を終了し
て露光量を変えた複数のサンプルに、ACEM365i
の流水リンス、乾燥工程及び標準的な条件での現像工程
(住友化学工業製現像液SOPD、20℃、20秒ディ
ップ)を一律に施してフォトレジストのデューティを測
定した。各サンプルでの平均値と最大及び最小値を図3
に重ねてプロットした。面内分布は平均値に対して±
0.025以内、実際のレジストマスクの線幅で約±1
00Å以下に収めることができた。
Further, ACEM365i was added to a plurality of samples of which exposure was completed at each point in FIG.
Rinsing, drying step, and developing step under standard conditions (Developer SOPD manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., 20 ° C., dip for 20 seconds) were uniformly applied to measure the duty of the photoresist. Figure 3 shows the average value and the maximum and minimum values for each sample.
And plotted. The in-plane distribution is ±
Within 0.025, about ± 1 in actual resist mask line width
It was able to fit under 00Å.

【0036】図3に示す露光量に対するデューティ、回
折光強度との相関関係は、光学系の変更等で横軸の露光
量の値が若干シフトするが、回折光強度とデューティと
の相対的な変化は常に変わらなかった。従って、所望の
デューティに対して回折光強度の極大値に対する回折光
強度の比から露光時間を露光中に決定し、適切な時間に
制御装置を通じてシャッターを閉じ、露光を終了するこ
とによって、デューティを制御して作製することができ
る。
In the correlation between the duty and the intensity of the diffracted light shown in FIG. 3, the value of the amount of exposure on the horizontal axis slightly shifts due to a change in the optical system. The change did not always change. Therefore, the exposure time is determined during the exposure from the ratio of the diffracted light intensity to the maximum value of the diffracted light intensity for the desired duty, and the shutter is closed through the control device at an appropriate time to terminate the exposure, thereby reducing the duty. It can be manufactured by controlling.

【0037】また、図3から露光中のCELからの回折
光104の強度ピーク値は、現像後に形成されるレジス
トマスクのデューティが0.5となるよりも若干少ない
露光量において発生することがわかる。これは投射光1
02により回折光104を観察すること自体がCELの
ブリーチングを早め、投射しない部分との露光量に差が
出るためである。本実施の形態のように露光光101と
同程度の波長の光を投射した場合、このオフセットは不
可避であるが、回折光104のピーク値に基づいて露光
時間を設定することでデューティの精密な制御が可能で
ある。
FIG. 3 shows that the intensity peak value of the diffracted light 104 from the CEL during exposure occurs at an exposure amount slightly smaller than the duty ratio of the resist mask formed after development becomes 0.5. . This is the projection light 1
This is because observing the diffracted light 104 by 02 itself accelerates the bleaching of the CEL, resulting in a difference in the exposure amount from the non-projected portion. When light having the same wavelength as the exposure light 101 is projected as in the present embodiment, this offset is inevitable, but by setting the exposure time based on the peak value of the diffracted light 104, the duty can be precisely adjusted. Control is possible.

【0038】本実施の形態では、基板の一部に投射光を
投射したが、投射光102の強度をさらに弱めて被露光
基体全面に一様に照射しても回折光の観測が可能である
のは言うまでもなく、この場合には上記基体100の一
部に投射光を当てた場合とは異なりオフセットは殆ど生
じないが、図3と同様に露光量とデューティ及び回折光
強度の相関を予め取ることによりデューティの精密な制
御が可能である。
In this embodiment, the projection light is projected on a part of the substrate. However, even if the intensity of the projection light 102 is further reduced and the entire surface of the substrate to be exposed is uniformly irradiated, the diffraction light can be observed. Needless to say, in this case, unlike the case where the projection light is applied to a part of the substrate 100, the offset hardly occurs, but the correlation between the exposure amount, the duty, and the intensity of the diffracted light is obtained in advance as in FIG. This allows precise control of the duty.

【0039】また、投射光102の光源としては、実施
の形態2のように露光光101自体を分岐して用いても
良いし、露光光101とは別に、CELがブリーチング
特性を示す波長範囲の中でも吸光度があまり大きくはな
い波長領域の光源を適宜選択して基体100上に投射し
ても良い。これらの場合、投射光102は必ずしも露光
光101の照射開始と同時に投射する必要はなく、ある
程度露光が進行してからでも良い。
As the light source of the projection light 102, the exposure light 101 itself may be branched and used as in the second embodiment, or separately from the exposure light 101, the wavelength range in which the CEL exhibits bleaching characteristics. Among them, a light source in a wavelength region where the absorbance is not so large may be appropriately selected and projected onto the base 100. In these cases, it is not always necessary to project the projection light 102 at the same time as the start of the irradiation of the exposure light 101, and it may be performed after the exposure has progressed to some extent.

【0040】さらには、用いる露光光の波長λと所望の
回折格子のピッチΛの関係、すなわち分岐した光束の交
差角度によっては、露光光自体の2次の回折光がより基
体表面に近い角度(θdが大きい角度)で観察される場
合がある。この時には投射光は必要ないので、更に容易
に回折光を観測することができる。
Further, depending on the relationship between the wavelength λ of the exposure light to be used and the pitch 所 望 of the desired diffraction grating, that is, depending on the crossing angle of the branched luminous flux, the secondary diffracted light of the exposure light itself is closer to the substrate surface ( (d is a large angle). At this time, since no projection light is required, diffracted light can be more easily observed.

【0041】本実施の形態では2光束干渉型露光による
回折格子の製造について説明したが、これに限定される
ものではなく、例えば、量子細線の製造、さらには複数
の光束を干渉させた2次元面内の周期的ドットパターン
による量子ドットの製造など、デューティの精密な制御
が求められる全ての干渉型フォトリソグラフィに適用で
きる。この際、マスクの寸法精度を極めて精密に制御で
きるとともに、それらを高密度にかつ周期的に配列させ
られるので量子効果を一段と高めることができる。さら
には本発明を用いて3次元的に周期構造を集積し、フォ
トニックバンドを形成することも可能である。
In this embodiment, the production of the diffraction grating by the two-beam interference type exposure has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the production of a quantum wire, and the two-dimensional method in which a plurality of light beams interfere with each other. The present invention can be applied to all interference photolithography requiring precise control of the duty, such as production of quantum dots using a periodic dot pattern in a plane. At this time, the dimensional accuracy of the mask can be controlled very precisely, and the masks can be arranged at high density and periodically, so that the quantum effect can be further enhanced. Further, it is also possible to form a photonic band by integrating a three-dimensional periodic structure by using the present invention.

【0042】以上説明したように、極微細なパターン加
工が要求される高度の機能を備えた光学素子あるいはオ
プトエレクトロニクス素子の製造において、本発明は利
用できる。
As described above, the present invention can be used in the production of an optical element or an optoelectronic element having a high level of function that requires extremely fine pattern processing.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明によれば、多光束干渉型の露光に
より周期的に配列されるフォトレジストパターンの製造
において、光ブリーチ性の物質をレジストの上に積層す
ることにより、多光束干渉型露光に特有の正弦波状の露
光光強度分布のコントラスト低下を改善してデューティ
の制御性を著しく高める効果がある。
According to the present invention, in the production of a photoresist pattern periodically arranged by multi-beam interference type exposure, a multi-beam interference type material is laminated on a resist to form a multi-beam interference type. This has the effect of improving the contrast of the sinusoidal exposure light intensity distribution peculiar to the exposure and improving the controllability of the duty.

【0044】さらに、露光中に形成されるCELによる
周期パターンによる回折光強度をモニターしながら露光
量を調整して、より精密にレジストマスクのデューティ
あるいはサイズの制御を行い、線幅を高精度で制御する
ことも可能となる。
Further, the amount of exposure is adjusted while monitoring the intensity of the diffracted light due to the periodic pattern formed by the CEL during the exposure, and the duty or size of the resist mask is controlled more precisely, so that the line width can be adjusted with high precision. It is also possible to control.

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

【図1】本発明の実施の形態1における光学系の概略図
である。
FIG. 1 is a schematic diagram of an optical system according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態2における光学系の概略図
である。
FIG. 2 is a schematic diagram of an optical system according to a second embodiment of the present invention.

【図3】露光量に対する回折光強度及びフォトレジスト
のデューティの関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the intensity of diffracted light and the duty of a photoresist with respect to the amount of exposure.

【図4】本発明の実施の形態におけるレジストの断面形
状を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional shape of a resist according to the embodiment of the present invention.

【図5】3次の吸収性回折格子の場合のデューティと結
合係数κの関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between duty and coupling coefficient κ in the case of a third-order absorbing diffraction grating.

【図6】3次の吸収性回折格子の場合のデューティと平
均化損失αoの関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between duty and averaging loss αo in the case of a third-order absorbing diffraction grating.

【図7】フォトブリーチ性を有する層として低感度レジ
ストを用いた場合における、(a)高デューティ比のマ
スクパターンを形成するための露光後の潜像の様子を
(b)低デューティ比のマスクパターンを形成するため
の露光後の潜像の様子を、それぞれ説明するための図で
ある。
FIGS. 7A and 7B show a state of a latent image after exposure for forming a mask pattern having a high duty ratio when a low-sensitivity resist is used as a layer having photobleachability; FIGS. It is a figure for explaining a mode of a latent image after exposure for forming a pattern, respectively.

【図8】フォトブリーチ性を有する層としてCEL層を
用いた場合における、(a)高デューティ比のマスクパ
ターンを形成するための露光後の潜像の様子を(b)低
デューティ比のマスクパターンを形成するための露光後
の潜像の様子を、それぞれ説明するための図である。
FIG. 8 shows (a) a state of a latent image after exposure for forming a mask pattern having a high duty ratio when a CEL layer is used as a layer having photobleachability; and (b) a mask pattern having a low duty ratio. FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining the state of a latent image after exposure for forming the image.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 基体 101 露光光 102 投射光 103 光検出器 104 回折光 105 ビームスプリッタ 106 フィルタ REFERENCE SIGNS LIST 100 substrate 101 exposure light 102 projection light 103 photodetector 104 diffracted light 105 beam splitter 106 filter

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に周期的に配列されたパターンを
形成するためのマスクパターン形成方法において、前記
基板上にフォトレジスト膜を形成する工程と、該フォト
レジスト上にフォトブリーチ性を有する層を形成する工
程と、コヒーレント光源からの光束を分岐し、干渉させ
て前記基板を露光する工程を有することを特徴とするマ
スクパターンの形成方法。
In a method of forming a mask pattern for forming a pattern periodically arranged on a substrate, a step of forming a photoresist film on the substrate, and a layer having photobleachability on the photoresist. Forming a mask pattern and exposing the substrate by splitting and interfering a light beam from a coherent light source.
【請求項2】 前記コヒーレント光源からの光束を分岐
し、干渉させて前記基板を露光する工程において、前記
基板に投射光を入射し、前記基板からの投射光の回折光
強度を検出することによって、前記回折光強度のピーク
値に基づき露光時間を設定することを特徴とする請求項
1に記載のマスクパターンの形成方法。
2. A method of exposing the substrate by splitting a light beam from the coherent light source and causing the light beam to interfere with the substrate, by projecting light onto the substrate and detecting a diffracted light intensity of the projection light from the substrate. 2. The method according to claim 1, wherein an exposure time is set based on a peak value of the diffracted light intensity.
【請求項3】 前記コヒーレント光源からの光束を分岐
し、干渉させて前記基板を露光する工程において、前記
基板からの回折光強度を検出することによって、前記回
折光強度のピーク値に基づき露光時間を設定することを
特徴とする請求項1に記載のマスクパターンの形成方
法。
3. In the step of exposing the substrate by splitting and interfering a light beam from the coherent light source, an exposure time is determined based on a peak value of the intensity of the diffracted light by detecting the intensity of the diffracted light from the substrate. 2. The method according to claim 1, wherein the setting is performed.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006013449A (en) * 2004-05-26 2006-01-12 Ricoh Co Ltd Interference exposure equipment
JP2006209003A (en) * 2005-01-31 2006-08-10 Ricoh Co Ltd Interference exposure equipment
US7781150B2 (en) 2006-12-19 2010-08-24 Industrial Technology Research Institute Method of photolithographic exposure

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