JP2006210840A - パターン形成方法、フォトマスクの製造方法、半導体装置の製造方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】現像時に発生する現像副産物に起因した現像阻害を抑制し、寸法誤差を低減することができるパターン形成方法を実現すること。
【解決手段】パターン形成方法は、基板の主面上にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜を露光する工程と、レジスト膜上に現像液を流すことにより、レジスト膜を現像する工程と、レジスト膜をマスクにして基板をエッチングすることにより、基板上にパターンを形成する工程とを含み、前記レジスト膜を露光する工程は、基板の主面をＭ（≧２）個の領域に分割する工程Ｓ１と、Ｎ個の各領域における補正露光量を決定する工程Ｓ２〜Ｓ４であって、ｉ番目（１≦ｉ≦Ｍ）の領域の補正露光量を、現像液の流れの上流方向に対してｉ番目の領域よりも上流にある領域におけるパターンに係るパターン開口率に基づいて、ｉ番目の領域におけるパターンの実パターン寸法が設計パターン寸法になるように、決定する工程とを含む。
【選択図】図９

Description

本発明は、半導体デバイスや液晶デバイス等のデバイス中のパターンを形成するためのパターン形成方法、フォトマスクの製造方法、半導体装置の製造方法およびプログラムに関する。

半導体デバイスや液晶ディスプレの製造工程における基板の加工技術には広くウエットプロセスが用いられている。特に感光性樹脂を感光させた後の現像処理においては、スプレー法が積極的に検討されている。

従来のスプレー法では、処理するべき基板を回転させながら、基板上に薬液を供給している。該薬液の供給は、基板の上方に配置した薬液供給部により行われる。

しかし、上記薬液供給部により、基板の中心部と周辺部で薬液の吐出圧力や単位面積あたりの薬液供給量を揃えることは、非常に困難である。したがって、基板の面内で、均一の現像精度を得ることは、非常に困難となってきている。このような加工精度の問題は、現像処理以外の基板処理方法にも同様に存在する。

また、現像が進行するに従いその副産物として、溶解生成物や濃度の低い現像液が発生する。一般に、溶解生成物や濃度の薄くなった現像液は、感光性薄膜の溶解を阻害する効果があると考えられている。上記溶解生成物等は、基板内のパターン疎密に応じて生じるので、基板上に分布を持って生じてしまう。その後、上記溶解生成物等は、基板の回転による遠心力等の力を受け、基板上を不均一に動き回る。このような理由でも、従来のスプレー法では、面内で均一の加工精度を得ることができなくなってきている。

現像途中に、薬液流動を起こさせるために、吸引ノズルを使った基板処理方法も提案されている。例えば、薬液吐出開口および薬液吸引開口を備えたノズルおよびそのノズルを用いた基板処理方法が提案されている（特許文献１）。

上記基板処理方法は、薬液として現像液を使用した場合、つまり、現像液吐出開口から現像液を吐出しながら現像液吸引開口から現像液を吸引し、ノズルを基板に近接させて走査しながら基板を処理する方法に関するものである。そして、上記基板処理方法は、ノズルを基板に近接させ、基板上の薬液の流れを高速化させることで、パターン間における薬液の置換を実現し、ひいてはパターン疎密によるパターン寸法差を低減させるという方法の一つである。

しかし、上記基板処理方法でも、溶解生成物（現像副産物）に起因した現像阻害（現像ローディング効果）を抑制し、ＣＤ変動を十分に抑制することはなかなか困難である。

基板回転を含む現像処理の場合、溶解生成物の流速と向きが面内で均一でない。そのため、溶解生成物による寸法変動を露光時に補正する際、面内で同一の関数で補正することは極めて困難であり、面内の各地点でＣＤがばらついてしまうという問題があった。

また、露光後のベーク（ＰＥＢ: Post Exposure Baking）においては、例えば、感光性樹脂が化学増幅型のレジストの場合、ＰＥＢ中に露光により発生した酸は、ベーカー内部の雰囲気の流れ（気流）の強さと向き依存して蒸散する。蒸散した酸は、レジストに再付着したり、レジスト内に再入する。このような酸の再付着や再入は、レジストの感度変化をもたらし、ひいてはそれの影響を受けてパターン寸法が変化してしまうという問題を引き起こす。
特開２００２−２５２１６７号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、現像時に発生する現像副産物に起因した現像阻害を抑制し、パターンの寸法誤差を低減することができるパターン形成方法、フォトマスクの製造方法、半導体装置の製造方法およびプログラムを提供することにある。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、上記目的を達成するために、本発明に係るパターン形成方法は、基板の主面上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜にパターンを潜像するために、前記レジスト膜を露光する工程と、前記レジスト膜からなるレジストパターンを形成するために、前記レジスト膜上に現像液を流し、前記レジスト膜を現像する工程と、前記レジストパターンをマスクにして前記基板をエッチングすることにより、前記基板上にパターンを形成する工程とを含み、前記レジスト膜を露光する工程は、前記基板の主面をＭ（≧２）個の領域に分割する工程と、前記Ｍ個の各領域における補正露光量を決定する工程であって、ｉ番目（１≦ｉ≦Ｍ）の領域の補正露光量を、前記現像液の流れの上流方向に対して前記ｉ番目の領域よりも上流にある領域における前記パターンに係るパターン開口率に基づいて、前記ｉ番目の領域における前記パターンの実パターン寸法が設計パターン寸法になるように、決定する工程とを含むことを特徴とする。

本発明に係るフォトマスクの製造方法は、透明基板および該透明基板上に形成された遮光膜を含む基板を用意する工程と、本発明に係るパターン形成方法により、前記遮光膜からなるパターンを形成する工程とを含むことを特徴とする。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係るフォトマスクの製造方法により製造されたフォトマスクを用いたリソグラフィプロセスにより、半導体基板を含む基板上にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクにして前記基板をエッチングする工程とを含むことを特徴する。

本発明に係るプログラムは、基板の主面上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜にパターンを潜像するために、前記レジスト膜を露光する工程と、前記レジスト膜からなるレジストパターンを形成するために、前記レジスト膜上に現像液を流し、前記レジスト膜を現像する工程と、前記レジストパターンをマスクにして前記基板をエッチングすることにより、前記基板上にパターンを形成する工程とを含むパターン形成方法における、前記レジスト膜を露光する工程で使用する露光量を決定する手順をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記露光量を決定する手順は、前記基板の主面をＭ（≧２）個の領域に分割する手順と、前記Ｍ個の各領域における補正露光量を決定する手順であって、ｉ番目（１≦ｉ≦Ｍ）の領域の補正露光量を、前記現像液の流れの上流方向に対して前記ｉ番目の領域よりも上流にある領域における前記パターンに係るパターン開口率に基づいて、前記ｉ番目の領域における前記パターンの実パターン寸法が設計パターン寸法になるように、決定する手順とを含むことを特徴とする。

本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明らかになるであろう。

本発明によれば、現像時に発生する現像副産物に起因した現像阻害を抑制し、パターンの寸法誤差を低減することができるパターン形成方法、フォトマスクの製造方法、半導体装置の製造方法およびプログラムを実現できるようになる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態では、フォトマスク上に塗布されたレジスト膜に照射する電子ビームの照射ドーズ量（露光量）を補正することにより、現像時に発生するローディング効果による寸法変動誤差を低減する場合を例にあげて詳細に説明する。

まず、最初に、実施形態で使用する現像処理装置について説明する。図１は、現像処理装置の概略構成を模式的に示す図である。図２は、現像処理装置の薬液吐出／吸引機構の概略構成を模式的に示す図である。

現像処理装置１００は、被処理基板１を略水平に保持する基板保持機構１０と、被処理基板１および基板保持機構１０の周囲を囲い、上下動する補助板２０と、基板保持機構１０の上方に配置された薬液吐出／吸引機構３０と、薬液吐出／吸引機構３０内に現像等を供給するとともに、薬液吐出／吸引機構３０内から現像等を吸引する薬液供給／吸引系４０とを備えている。

被処理基板１は、例えば、マスクブランクス（基板）と、該マスクブランクス上に形成されたレジスト膜とを備えている。マスクブランクスは、例えば、ガラス基板と、該ガラス基板上に形成された遮光膜とを備えている。補助板２０の上面は、被処理基板１の上面（例えば、上記レジスト膜の上面）と略同じ高さに設定される。

薬液吐出／吸引機構３０は、図２に示すように、薬液吐出／吸引部（スキャンノズル）３０ＳＮを備えている。図３に、スキャンノズル３０ＳＮを下から見た平面図を示しておく。

スキャンノズル３０ＳＮの上部側には、現像液５０が導入される現像液導入口３１と、現像液導入口３１を挟むように配置され、液５１が排出される第１および第２の液排出口３２₁ ，３２₂ と、液排出口３２₁ ，３２₂ の外側に配置され、リンス液５２が導入される第１および第２のリンス液導入口３３₁ ，３３₂ とが設けられている。液５１は、現像液５０やリンス液５２を含む。

一方、スキャンノズル３０ＳＮの下部側には、被処理基板１上に現像液５０を供給するためのスリット状の現像液吐出開口３４と、現像液吐出開口３４の両側に配置され、被処理基板１上の液５１を吸引するためのスリット状の第１および第２の薬液吸引開口３５₁ ，３５₂ と、薬液吸引開口３５₁ ，３５₂ の外側に配置され、被処理基板１上にリンス液５２を供給するための第１および第２のリンス液吐出開口３６₁ ，３６₂ とが設けられている。

現像液導入口３１と現像液吐出開口３４は、配管３７で繋がっている。同様に、液排出口３２₁ ，３２₂ と薬液吸引開口３５₁ ，３５₂ は配管３８で繋がり、リンス液導入口３３₁ ，３３₂ とリンス液吐出開口３６₁ ，３６₂ は配管３９で繋がっている。各配管３７，３８，３９は液溜めを備えている。

薬液供給／吸引系４０は、図１に示すように、薬液供給系４１と、第１および第２の液吸引系４２₁ ，４２₂ と、第１および第２のリンス液供給系４３₁ ，４３₂ とを備えている。薬液供給系４１、液吸引系４２₁ ，４２₂ 、リンス液供給系４３₁ ，４３₂ は、それぞれ、配管４４，４５，４６を介して、薬液吐出／吸引機構３０中の現像液導入口３１、液排出口３２₁ ，３２₂ 、リンス液導入口３３₁ ，３３₂ に繋がっている。各配管４４，４５，４６の途中にはバルブ４７，４８，４９が設けられている。

図示されない現像液キャニスターを加圧することにより、現像液５０が現像液導入口３１を介して配管３７内に供給され、現像液吐出開口３４から吐出される。液吸引系４２₁ ，４２₂ はそれぞれ図示しないポンプを介して液排出口３２₁ ，３２₂ に接続されている。上記ポンプの吸引力で液の吸引が行われる。リンス液吐出開口３６₁ ，３６₂ からはリンス液が連続的に吐出される。現像液とリンス液を含む液が薬液吸引開口３５₁ ，３５₂ 内に吸引される。

薬液吐出／吸引機構３０には図示しない周知のギャップ測定機構およびギャップ調整機構が設けられている。現像処理装置１００は、さらに、薬液吐出／吸引機構３０と基板保持機構１０を相対的に略水平方向に移動させるための周知の移動機構を備えている。

次に、上記現像処理装置を用いたテストパターンの形成方法について説明する。図４に示すように、テストパターンＴＰは、基本的には、スキャンノズル３０ＳＮを用いて現像液の吐出／吸引を行うとともに、スキャンノズル３０ＳＮを走査することにより形成される。

テストパターンＴＰは、図５に示すように、大きく分けて、複数のパターンＴＰ１〜ＴＰ９で構成されている。図中の矢印は現像液の流れを示している。二つの薬液吸引開口３５₁ ，３５₂ に対応して二つの現像液の流れが生じる。

各パターンＴＰ１〜ＴＰ９は、注目パターンＡＰと、注目パターンＡＰの上方に設けられた第１の上流側パターンＵＰと、注目パターンＡＰの下方に設けられた第２の上流側パターンＵＰとを含んでいる。

注目パターンＡＰは、図６に示すように、２ラインスペース（2Line-L）と、ライン＆スペース（L/S）と、孤立スペース（ISO-S）とを備えている。

各パターンＴＰ１〜ＴＰ９中の上流側パターンＵＰの形成領域内に占める上流側パターンＵＰの百分率（被覆率）は、図５に示すように、それぞれ、１００％、１０％、６０％、４０％、３０％、５０％、２０％、８０％、０％である。

被覆率１００％の場合、上流側パターンＵＰの形成領域に対応したガラス基板の表面の全てが遮光膜で覆われることになる。また、上流側パターンＵＰを形成するためのエッチング時には、上流側パターンＵＰの形成領域に対応したガラス基板上の遮光膜の全てがレジスト膜で覆われている。

被覆率０％の場合、上流側パターンＵＰの形成領域に対応したガラス基板の表面の全てが露出することになる。また、上流側パターンＵＰを形成するためのエッチング時には、上流側パターンＵＰの形成領域に対応したガラス基板の表面はレジスト膜で覆われていない。

以下、テストパターンＴＰの形成方法について詳説する。

まず、被処理基板１が用意される。被処理基板１は、ガラス基板と、該ガラス基板上に設けられた遮光膜と、該遮光膜上に設けられ、テストパターンＴＰに対応した潜像パターンが形成されたレジスト膜とを備えている。

次に、被処理基板１は、基板保持機構により、水平に保持される。

次に、被処理基板１および被処理基板１を取り囲むように配置された補助板２０上に、液５１（この段階では純水）が液盛りされる。液５１は図示しない液盛用ノズルから供給される。液５１の液盛時、上記液盛用ノズルは図示しない液盛用ノズル待機位置から被処理基板１上に移動され、液５１の液盛の終了後、上記液盛用ノズルは被処理基板１上から上記液盛用ノズル待機位置に移動される。

次に、スキャンノズル待機位置から補助板２０の上方にスキャンノズル３０ＳＮが移動される。

次に、補助板２０の上方に移動されたスキャンノズル３０ＳＮが降下され、そして、スキャンノズル３０ＳＮの下面（ノズル下面）が液５１の液面に接触した状態で、スキャンノズル３０ＳＮが保持される。

次に、ノズル下面と補助板２０との間のギャップが所望の値になるまで、スキャンノズル３０ＳＮをさらに降下させ、その後、ギャップを上記所望の値に保持しながら、現像液吐出、液吸引およびリンス液吐出の動作を行うとともに、スキャンノズル３０ＳＮを所定の速度で被処理基板１の上方を走査することにより、現像処理を行う。このとき、現像液吐出開口３４、薬液吸引開口３５₁ ，３５₂ およびリンス液吐出開口３６₁ ，３６₂ を被処理基板１の上面に対向させた状態でスキャンノズル３０ＳＮを走査する。

現像液吐出開口３４から吐出された現像液が、薬液吸引開口３５1 ，３５2 内に吸い込まれるように、現像液の吐出流量、液の吸引流量および液の吸引流量の吸引圧は予め調整されている。

次に、被処理基板１を回転させて被処理基板１上の液を振り切り、その後、被処理基板１を乾燥（ポストベーク処理）することにより、テストパターンＴＰが形成される。

図１のように、現像液吐出開口３４、薬液吸引開口３５₁ ，３５₂ 、リンス液吐出開口３６₁ ，３６₂ が配置されたスキャンノズル３０ＳＮを用いると、被処理基板１上の各点（ｘ，ｙ）において、現像液の流速が等しく、かつ現像液の方向も等しくなる。

一方、現像時に生じるローディング効果（現像ローディング効果）については、現像反応によって発生する現像副産物（溶解生成物）や濃度の変化した現像液がその発生地点から流れることにより、その下流側のパターン寸法が、現像副産物が発生した分量（濃度）だけ、ＣＤを変化させることが本発明者等の実験によって確認された。

したがって、被処理基板面上の各地点に対して、現像工程における現像液の流れの上流方向にある領域のパターンのパターン開口率を算出し、テストパターンを用いて予めパターン開口率とパターン寸法変化量との関係を求めておき、該関係を用いて被処理基板面上の各地点に対して実パターン寸法が設計パターン寸法になるように、パターン開口率に依存したパターン寸法変化量を補正するための露光量（補正露光量）を決定して露光を行うことにより、現像ローディングにより生じるパターン寸法変動を高精度に補正することが可能となる。

図１の現像処理装置を用いた場合、上記の通り、現像液の流速が等しく、かつ現像液の方向も等しくなるので、現像時に発生する溶解生成物や濃度の変化した現像液等、現像ローディング効果を引き起こすと思われる物質の動きを、面内で揃えることが可能となる。これにより、上記補正方法を用いて、様々なパターンに対して現れる現像ローディング効果による寸法エラー（ＣＤ変動）を容易かつ正確に予測することが可能となり、予め現像ローディング効果を露光装置にて補正するための条件さえ求めておけば、上記寸法エラーを容易に補正することが可能となる。

本実施形態のパターン形成方法は上記事情を考慮したものである。以下、本実施形態のパターン形成方法についてさらに説明する。

図７は、上流側パターンＵＰの開口率（パターン開口率）と注目パターンＡＰのパターン寸法変化量（実測パターン寸法−設計パターン寸法）との関係（現像起因のＣＤ変化のパターン開口率依存性）を示す図である。

図７は、現像工程を経て実際に作成されたテストパターンＴＰ（ここでは遮光膜からなるパターン）の寸法を実測して得たものである。

パターン開口率は、上流側パターンＵＰの形成領域（以下、単に、パターン形成領域という。）の面積に対する、パターン形成領域内に露出しているガラス基板の表面の面積に対する比（百分率）である。言い換えれば、現像前のパターン形成領域内のレジスト膜を上から見た面積に対する、現像後のパターン形成領域内に露出したガラス基板を上から見た面積の比である。

なお、現像工程およびエッチング工程を経て形成された実パターンの寸法を測定する代わりに、現像工程を経て形成された実レジストパターンの寸法を測定して、パターン開口率とパターン寸法変化量との関係を求めて構わない。

９個の測定値（パターン開口率１００％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、１０％および０％におけるパターン寸法変化量）は、図７に示すように、直線で近似できることが確認された。

図７のパターン寸法変化量をΔＷ、パターン開口率をＶとすると、
ΔＷ＝α・Ｖ …（１）
となる。αは、係数（図７の直線の傾き）である。

図８は、露光量を変えて各注目パターンＡＰ（孤立スペース、ライン＆スペース、２ラインスペース）を実際に作成し、各露光量における各注目パターンＡＰの寸法（パターン寸法）を実測して得られた、露光量とパターン寸法との関係（パターン寸法の露光量依存性）を示す図である。

図８の縦軸のパターン寸法としては、各パターン開口率毎に得られた実測値の平均値を採用した。具体的に説明すれば、例えば、パターン開口率０％，１０％，２０％，４０％，５０％，６０％，８０％，９０％，１００％のライン＆スペースのパターン寸法（９個のパターン寸法）の平均値である。図８の横軸の露光量はログスケールである。

なお、現像工程およびエッチング工程を経て形成された実パターンの寸法を測定する代わりに、現像工程を経て形成された実レジストパターンの寸法を測定して、露光量とパターン寸法との関係を求めて構わない。

図８に示すように、パターン寸法と露光量との関係は、直線で表されることが確認された。

図８のパターン寸法をＷ、注目パターンＡＰの形成時の露光量（設計照射ドーズ量）をＤとすると、
Ｗ=ａ・Ｌｏｇ（Ｄ）＋ｂ …（２）
となる。ａおよびｂは係数である。

式（２）を微分すると、
ΔＤ＝Ｄ・ΔＷ／ａ …（３）
が得られる。

式（３）中のΔＷに、式（１）のΔＷ＝α・Ｖを代入すると、
ΔＤ＝（α／ａ）Ｄ・Ｖ …（４）
が得られる。

式（４）において、α／ａ（＝Ｃ）は定数となる。定数Ｃは、注目パターンＡＰの種類（孤立スペース、ライン＆スペース、２ラインスペース）に関係なく略同じ値となる。

したがって、図７において、あるパターン開口率Ｖにおけるパターン寸法変化量ΔＷを補正する場合には、式（４）から求まるΔＤ（補正露光量）だけ、露光量（照射ドーズ量）を変化させればよいことになる。

図７および図８の関係は予め作成しておく。図７および図８の関係は、一般には、処理毎にあらためて作成する必要はない。また、図７および図８の関係は直線で表されているが、注目パターンの種類（形状）等によっては直線にならない場合もあるが、この場合も、どのようにして、補正露光量ΔＤを求めることは可能である。

以下、図９のフローチャートを用いて、本実施形態のパターン形成方法についてさらに説明する。

まず、被処理基板のパターンが形成される面（主面）を複数の領域に分割する（ステップＳ１）。具体的には、図１０に示すように、被処理基板の主面Ｓを、一辺が０．１ｍｍの正方形で複数の領域Ｓｘ，ｙに分割する。領域Ｓｘ，ｙのサイズは、１回のショットで露光できる領域のサイズまで小さくできる。

次に、各領域Ｓｘ，ｙのそれぞれについて、その上に形成されるパターンのパターン開口率を算出する（ステップＳ２）。このパターン開口率の算出は、設計パターンデータ等を参照して行われる。上記パターンは、ここでは、ガラス基板上の遮光膜からなるパターンである。

次に、各領域Ｓｘ，ｙのそれぞれについて、それよりも現像液の上流方向にある領域上に形成されるパターンのパターン開口率を算出する（ステップＳ３）。例えば、領域Ｓ９，１２の場合、９個の領域Ｓ９，１３〜Ｓ９,２１のパターン開口率を算出する。このパターン開口率の算出は、設計パターンデータ等を参照して行われる。

次に、各領域Ｓｘ,ｙのそれぞれについて、予め求めたパターン開口率とパターン寸法変化量との関係（現像起因のＣＤ変化のパターン開口率依存性）およびパターン寸法と露光量との関係（パターン寸法の露光量依存性）に基づいて、補正露光量を決定する（ステップＳ４）。

このとき、各領域Ｓｘ,ｙについて、それに影響を及ぼす範囲内にある領域を設定する。例えば、図１１に示すように、領域Ｓ９，１２の場合、現像液の流れが上から下の領域については領域Ｓ９，１３、領域Ｓ９，１４および領域Ｓ９，１５となり、現像液の流れが下から上の領域については領域Ｓ９，１１、領域Ｓ９，１０および領域Ｓ９，９となる。図１１において、矢印は現像液の流れの方向を示している。

この場合、パターン開口率は、現像液の流れが上から下の領域については、領域Ｓ９，１３、領域Ｓ９，１４および領域Ｓ９，１５のパターン開口率の平均値となり、現像液の流れが下から上の領域については、領域Ｓ９，１１、領域Ｓ９，１０および領域Ｓ９，９のパターン開口率の平均値となる。

次に、上記補正露光量（現像ローディング効果を補正するための露光量）と、近接効果を補正するための補正露光量と、電子ビームのfogging効果を補正するための補正露光量と、初期露光量（上記各種補正を行わずに設計パターン寸法が得られると仮定して算出した露光量）とから、各領域Ｓｘ，ｙの照射ドーズ量を算出し、この算出した照射ドーズ量でもって各領域Ｓｘ，ｙを露光する。

以上述べた複数の各領域における（現像ローディング効果に係る）補正露光量を決定する工程は、以下に述べる技術的範囲に含まれる範囲で種々変更できる。

すなわち、Ｍ（≧２）個の各領域における補正露光量を決定する工程において、予め求めておいた、パターン開口率とパターン寸法変化量との関係であって、前記パターン開口率が基板上に形成したレジストパターンのパターン開口率または前記レジストパターンをマスクにして前記基板をエッチングして形成したパターンのパターン開口率であり、前記パターン寸法変化量が前記パターンの実パターン寸法と設計パターン寸法の寸法差である前記関係、および、予め求めておいた、前記パターンの実パターン寸法と前記レジストパターンの形成時の露光量との関係を用いて、前記ｉ番目（１≦ｉ≦Ｍ）の領域の補正露光量を決定することを特徴とする。

この後、周知のマスクプロセスが続く。すなわち、現像処理、ベーク（ポストベーク）処理を行ってレジストパターンを形成する工程、該レジストパターンをマスクにして遮光膜をエッチングし、遮光膜からなるパターン（マスクパターン）をガラス基板上に形成する工程と、上記レジストパターンを除去する工程等を経て、フォトマスクが完成する。

本実施形態の方法で形成されたフォトマスクの３σは４．８ｎｍ、従来の方法（現像ローディング効果を補正するための補正露光量を用いない方法）で形成されたフォトマスクの３σは５．３ｎｍであった。このことから、本実施形態のパターン形成方法は、面内均一性を向上せしめる効果が高いことが分かる。

本実施形態の半導体装置の製造方法は、本実施形態の製造方法で製造されたフォトマスクを用いて、半導体基板を含む基板（被処理基板）上に塗布されたレジスト膜に上記マスクパターンの潜像を形成する工程と、該潜像が形成されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、該レジストパターンをマスクにして上記基板をエッチングする工程と、上記レジストパターンを除去する工程とを含む。

半導体基板を含む基板とは、シリコン基板等の半導体基板自身や、半導体基板と該半導体基板上に形成された絶縁膜や導電膜とを含む基板である。半導体基板自身をエッチングする場合、上記基板をエッチングする工程は、例えば、素子分離溝を形成するときのエッチング工程である。絶縁膜等を含む基板をエッチングする場合、上記基板をエッチングする工程は、例えば、コンタクトホールや配線溝を形成するときのエッチング工程である。

半導体装置とは、半導体素子を用いた装置のことであり、例えば、半導体メモリ、液晶表示デバイスである。

なお、上記ステップＳ４において、補正露光量をより正確に決定するためには、注目パターンからの距離によるＣＤ変化割合に対応した露光量を上記ΔＤに加えると良い。例えば、注目パターンに近い領域内に存在するパターンほど影響が大きいことを考慮すると、Gaussian関数あるいはそれに類似した関数で重み付けして得られた露光量を上記ΔＤに加えることがあげられる。

また、本実施形態のように、現像液の流れの方向として、互いに反対の二方向を採用した場合、現像処理前半時の液の流れる方向と現像処理後半時の液の流れる方向を変えることができるため、結果的に現像副産物を異なる二方向に分散させる処理が可能となる。これにより、元々の現像副産物起因の寸法変化量も小さくできるので補正露光量も小さくなり、補正精度に対するマージンが広くなる。

また、以上述べた実施形態のパターン形成方法は、プログラムとしても実施できる。すなわち、実施形態のパターン方法に係るプログラムは、図９のステップＳ１〜Ｓ４（手順）を含むステップ（手順）をコンピュータに実行させるためのものである。

上記プログラムは、コンピュータ内のＣＰＵおよびメモリ（外部メモリを併用することもある。）等のハードウエハ資源を用いて実施される。ＣＰＵは、メモリ内から必要なデータを読み込み、該データに対して上記ステップ（手順）を行う。各ステップ（手順）の結果は、必要に応じてメモリ内に一時的に保存され、他のステップ（手順）で必要になったときに読み出される。

以上述べたように本実施形態によれば、現像ローディング効果で生じるパターン寸法誤差（ＣＤ誤差）を低減でき、もって、ＣＤ均一性の向上を図れるようになる。

（第２の実施形態）
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、現像時に発生するローディング効果に加えて、露光工程後のベーク（PEB: Post Exposure Baking）時に発生するローディング効果も補正露光することにある。

ベーク時に発生するローディング効果（ベーク起因のパターン疎密依存性）とは、露光された領域にて発生したレジスト膜中に含まれる酸およびその他のレジスト感度を変えてしまう物質、あるいは、クエンチャー中に含まれるレジスト感度を変えてしまう物質が、ベーク中のレジスト膜上の気流によって、上記露光された領域の周辺領域に飛散（蒸散、再付着）して、該周辺領域のレジスト膜の感度を変えてしまい、その結果として、現像後のパターン寸法が変化してしまう現象のことである。

ベーク起因のパターン疎密依存性（ベークローディング効果）と現像起因のパターン疎密依存性（現像ローディング効果）とを１回の処理では分けて考えることは難しい。しかし、以下に記載する本実施形態の方法でそれぞれのパターン疎密依存性（パターン開口率依存性）を補正することが可能になる。

まず、第１の実施形態で説明したように、現像時に発生するローディング効果を補正するための補正露光量を求める。

次に、図１２に示すように、ベーク時における被処理基板１上における気流の流れの方向（気流方向）と、現像時における被処理基板１上における現像液の流れの方向（ノズルスキャン方向）とが異なるようにする。図１２の場合、気流方向が現像液の流れの方向に対して９０度異なるように、被処理基板１は図示しないベーク処理装置内に収容される。

上記ベーク処理装置は、被処理基板が収容される処理容器と、この処理装置内に収容された被処理基板を加熱するための加熱装置とを備えている。上記処理容器は、不活性ガスを導入するためのガス導入口と、処理容器内のガスを外に排気するためのガス排気口とを備えている。

ガス導入口とガス排気口は対向した位置に設けられている。この場合、気流方向は、ガス導入口からガス排気口へと向かう方向になる。

ガス導入口およびガス排気口は、例えば、スリット状の開口を有するものである。該開口の寸法は被処理基板の直径よりも長い。すなわち、被処理基板上の気流の流れが、被処理基板の面内全体において一方向に揃うように、ガス導入口およびガス排気口の形状および寸法は選ばれている。

気流方向が現像液の流れの方向に対して９０度異なる場合、ベーク時におけるパターンＴＰ１〜ＴＰ９の形成領域の長手方向と気流方向とは平行になる（図１３）。そのため、あるテストパターンＴＰｉ上で発生した気流は、その隣のテストパターンＴＰｉ＋１上には殆ど流れない。これにより、被処理基板１上のある点（ｘ，ｙ）について、気流の流れの上流側にある点（ｘ＋ｉ，ｙ）から受けるベークローディング効果によるパターン寸法変化量のみを抽出することが可能となる。

次に、第１の実施形態の図７に相当する関係を求める。すなわち、現像工程およびベーク工程を経て実際に作成されたテストパターンＴＰ（ここでは遮光膜からなるパターン）の寸法を実測して得られた、パターンＴＰ１〜ＴＰ９中の注目パターンＡＰのパターン寸法（実測パターン寸法）と、パターンＴＰ１〜ＴＰ９中の注目パターンＡＰの設計パターン寸法とに基づいて、パターン寸法変化量とパターン開口率との関係（ベーク起因のＣＤ変化のパターン開口率依存性）を求める。

実パターン寸法測定の代わりに、実レジストパターン寸法測定を行って、パターン開口率とパターン寸法変化量との関係を求めて構わない。同様に、第１の実施形態の図８に相当する露光量とパターン寸法との関係を求める。

上記二つの関係は予め作成しておく。これらの二つの関係は、図７および図８の関係と同様に、一般には、処理毎にあらためて作成する必要はない。以下、本実施形態のパターン形成方法についてさらに説明する。

まず、被処理基板のパターンが形成される面（主面）を複数の領域に分割する（第１の実施形態のステップＳ１に相当するステップ）。具体的には、被処理基板の主面を、一辺が０．１ｍｍの正方形で複数の領域に分割する。これらの領域のサイズは、１回のショットで露光できる領域のサイズまで小さくできる。現像ローディング効果を抑制するための補正露光量を求めるときの主面の分割数と、ベークローディング効果を抑制するための補正露光量を求めるときの主面の分割数とは、同じでも、あるいは異なっていても構わない。

次に、各領域のそれぞれについて、その上に形成されるパターンのパターン開口率を算出する（第１の実施形態のステップＳ２に相当するステップ）。上記パターンは、ここでは遮光膜からなるパターンである。

次に、各領域のそれぞれについて、それよりも気流の上流方向にある領域上に形成されるパターンのパターン開口率を算出する（第１の実施形態のステップＳ３に相当するステップ）。

次に、各領域のそれぞれについて、予め求めたパターン開口率とパターン寸法変化量との関係（ベーク起因のＣＤ変化のパターン開口率依存性）およびパターン寸法と露光量との関係（パターン寸法の露光量依存）に基づいて、補正露光量を決定する（第１の実施形態のステップＳ４に相当するステップ）。

このとき、第１の実施形態と同様に、各領域について、それに影響を及ぼす範囲内にある領域を設定する。さらに、第１の実施形態と同様に、補正露光量をより正確に決定するために、注目パターンからの距離によるＣＤ変化割合に対応した露光量を上記ΔＤに加えても構わない。

次に、上記補正露光量（現像ローディング効果を補正するための露光量、ベークローディング効果を補正するための露光量）と、近接効果を補正するための補正露光量と、電子ビームのfogging効果を補正するための補正露光量と、初期露光量（上記各種補正を行わずに設計パターン寸法が得られると仮定した算出した露光量）とから、各領域の照射量を算出し、この算出した照射量でもって各領域を露光する。

以上述べた複数の各領域における（ベークローディング効果に係る）補正露光量を決定する工程は、以下に述べる技術的範囲に含まれる範囲で種々変更できる。

すなわち、前記Ｎ（≧２）個の各領域における補正露光量を決定する工程において、予め求めておいた、パターン開口率とパターン寸法変化量との関係であって、前記パターン開口率が基板上に形成したレジストパターンのパターン開口率または前記レジストパターンをマスクにして前記基板をエッチングして形成したパターンのパターン開口率であり、前記パターン寸法変化量が前記パターンの実パターン寸法と設計パターン寸法の寸法差である前記関係、および、予め求めておいた、前記パターンの実パターン寸法と前記レジストパターンの形成時の露光量との関係を用いて、前記ｊ番目（１≦ｊ≦Ｎ）の領域の補正露光量を決定することを特徴とする。

この後、周知のマスクプロセスが続く。すなわち、現像処理、ベーク（ポストベーク）処理を行ってレジストパターンを形成する工程、該レジストパターンをマスクにして遮光膜をエッチングし、遮光膜からなるパターン（マスクパターン）をガラス基板上に形成する工程と、上記レジストパターンを除去する工程等を経て、フォトマスクが完成する。

本実施形態の方法で形成されたフォトマスクの３σは４．４ｎｍ、従来の方法（現像およびベーローディング効果を補正するための補正露光量を用いない方法）で形成されたパターンを含むフォトマスクの３σは４．８ｎｍであった。このことから、本実施形態のパターン形成方法は、面内均一性を向上せしめる効果が高いことが分かる。

本実施形態の半導体装置の製造方法は、本実施形態の製造方法で製造されたフォトマスクを用いて、半導体基板を含む基板（被処理基板）上に塗布されたレジスト膜に上記マスクパターンの潜像を形成する工程と、該潜像が形成されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、該レジストパターンをマスクにして上記基板をエッチングする工程と、上記レジストパターンを除去する工程とを含む。

半導体基板を含む基板等の意味は第１の実施形態と同じである。

また、以上述べた実施形態のパターン形成方法は、プログラムとしても実施できる。すなわち、実施形態のパターン形成方法に係るプログラムは、上述した第１の実施形態のステップＳ１〜Ｓ４に相当するステップ（手順）を含むステップ（手順）をコンピュータに実行させるためのものである。

上記プログラムは、コンピュータ内のＣＰＵおよびメモリ（外部メモリを併用することもある。）等のハードウエハ資源を用いて実施される。ＣＰＵは、メモリ内から必要なデータを読み込み、該データに対して上記ステップ（手順）を行う。各ステップ（手順）の結果は、必要に応じてメモリ内に一時的に保存され、他のステップ（手順）で必要になったときに読み出される。

以上述べたように本実施形態によれば、ベークローディング効果で生じるＣＤ誤差と現像ローディング効果で生じるＣＤ誤差とを区別して補正できるので、ＣＤ均一性のさらなる向上を図れるようになる。

なお、第１および第２の実施形態では、それぞれ、一辺が０．１ｍｍおよび０．５ｍｍの正方形の領域で、被処理基板を分割したが、より高精度を達成するために、分割の寸法（補正グリッド）を、０．１μｍ程度のサブミクロンオーダーに設定することも可能である。

また、第１および第２の実施形態では、電子ビーム露光の場合について説明したが、本発明は、電子ビーム以外の荷電ビーム（例えばイオンビーム）を用いた露光、あるいは光露光の場合にも適用可能である。

また、ベーク時における気流の向きや現像時における現像液の流れの向きは、上記実施形態の方向に限定されるものではなく、適宜変更可能である。

また、第１および第２の実施形態では、二つの透過率が異なる領域（ガラス基板、遮光膜）を含むフォトマスクの場合について説明したが、本発明は、三つの透過率が異なる領域（ガラス基板、遮光膜、半透明膜）を含むフォトマスクにも適用できる。

また、第１および第２の実施形態では、現像液が二つの方向に流れる現像処理装置（現像処理方法）を用いたが、現像液が一方向に流れる現像処理装置（現像処理方法）を用いても構わない。これは、例えば、図２に示された薬液吸引開口３５₁ 、液排出口３２₁ およびこれらを繋ぐ配管３８を省くことにより、実現できる。

また、第１および第２の実施形態では、スキャンノズル３０ＳＮのスキャン方向と、現像液の流れの方向とが平行になる現像処理装置（現像処理方法）を用いたが、これらの二つの方向が垂直になる現像処理装置（現像処理方法）を用いても構わない。これは、例えば、図３に示された薬液吸引開口３５₁ ，３５₂ の向きを９０度回転させれば良い。すなわち、薬液吸引開口３５₁ ，３５₂ の長手方向とスキャンノズル３０ＳＮのスキャン方向とが垂直になるように、薬液吸引開口３５₁ ，３５₂ の配置位置を決める。

さらに、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。

実施形態で使用する現像処理装置の概略構成を模式的に示す図。 現像処理装置の薬液吐出／吸引機構の概略構成を模式的に示す図。 現像処理装置のスキャンノズルを下から見た平面図。 現像処理工程時におけるスキャンノズルのスキャン方向を示す図。 テストパターンを示す平面図。 テストパターン中の注目パターンを示す平面図。 開口率とパターン寸法変化量との関係を示す図。 露光量とパターン寸法との関係を示す図。 実施形態のパターン形成方法を説明するためのフローチャート。 被処理基板の主面を複数の領域に分割した様子を示す図。 領域Ｓ９，１２に影響を及ぼす範囲内にある領域を示す図。 ベーク時における被処理基板上における気流方向と、現像時における被処理基板上における現像液の流れの方向との関係を示す図。 ベーク処理工程時におけるテストパターンの長手方向と気流方向との関係を示す図。

符号の説明

ＴＰ…テストパターン、ＴＰ１〜ＴＰ９…パターン、ＡＰ…注目パターン、ＵＰ…上流側パターン、Ｓ…主面、Ｓｘ．ｙ…領域、１…被処理基板、１０…基板保持機構、２０…補助板、３０…吸引機構、３０ＳＮ…スキャンノズル、３１…現像液導入口、３２₁ ，３２₂…液排出口、３３₁ ，３３₂…リンス液導入口、３４…現像液吐出開口、３５₁ ，３５₂…薬液吸引開口、３６₁ ，３６₂…リンス液吐出開口、３７〜３９，４４，４５…配管、４０…吸引系、４１…薬液供給系、４２₁ ，４２₂…液吸引系、４３₁ ，４３₂…リンス液供給系、４７，４８…バルブ、５０…現像液、５１…液、５２…リンス液、１００…現像処理装置。

Claims (5)

1. 基板の主面上にレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜にパターンを潜像するために、前記レジスト膜を露光する工程と、
   前記レジスト膜からなるレジストパターンを形成するために、前記レジスト膜上に現像液を流し、前記レジスト膜を現像する工程と、
   前記レジストパターンをマスクにして前記基板をエッチングすることにより、前記基板上にパターンを形成する工程とを含み、
   前記レジスト膜を露光する工程は、
   前記基板の主面をＭ（≧２）個の領域に分割する工程と、
   前記Ｍ個の各領域における補正露光量を決定する工程であって、ｉ番目（１≦ｉ≦Ｍ）の領域の補正露光量を、前記現像液の流れの上流方向に対して前記ｉ番目の領域よりも上流にある領域における前記パターンに係るパターン開口率に基づいて、前記ｉ番目の領域における前記パターンの実パターン寸法が設計パターン寸法になるように、決定する工程と
   を含むことを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記レジスト膜を現像する工程の前に、露光した前記レジスト膜をベークする工程をさらに含み、
   前記レジスト膜を露光する工程は、
   前記基板の主面をＮ（≧２）個の領域に分割する工程と、
   前記Ｎ個の各領域における補正露光量を決定する工程であって、ｊ番目（１≦ｊ≦Ｎ）の領域の補正露光量を、前記レジスト膜をベークする工程時における前記レジスト膜上の雰囲気の流れの上流方向に対して前記ｊ番目の領域よりも上流にある領域における前記パターンに係るパターン開口率に基づいて、前記ｊ番目の領域における前記パターンの実パターン寸法が設計パターン寸法になるように、決定する工程と
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 透明基板および該透明基板上に形成された遮光膜を含む基板を用意する工程と、
   請求項１ないし３のいずれかに記載のパターン形成方法により、前記遮光膜からなるパターンを形成する工程と
   を含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
4. 請求項３に記載のフォトマスクの製造方法により製造されたフォトマスクを用いたリソグラフィプロセスにより、半導体基板を含む基板上にレジストパターンを形成する工程と、
   前記レジストパターンをマスクにして前記基板をエッチングする工程と
   を含むことを特徴する半導体装置の製造方法。
5. 基板の主面上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜にパターンを潜像するために、前記レジスト膜を露光する工程と、前記レジスト膜からなるレジストパターンを形成するために、前記レジスト膜上に現像液を流し、前記レジスト膜を現像する工程と、前記レジストパターンをマスクにして前記基板をエッチングすることにより、前記基板上にパターンを形成する工程とを含むパターン形成方法における、前記レジスト膜を露光する工程で使用する露光量を決定する手順をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
   前記露光量を決定する手順は、
   前記基板の主面をＭ（≧２）個の領域に分割する手順と、
   前記Ｍ個の各領域における補正露光量を決定する手順であって、ｉ番目（１≦ｉ≦Ｍ）の領域の補正露光量を、前記現像液の流れの上流方向に対して前記ｉ番目の領域よりも上流にある領域における前記パターンに係るパターン開口率に基づいて、前記ｉ番目の領域における前記パターンの実パターン寸法が設計パターン寸法になるように、決定する手順と
   を含むことを特徴とするプログラム。

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