JP5765010B2 - 現像方法および現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、フォトマスク製造方法に関するものであり、特に、現像工程におけるレジストパターン形成時に発生する現像ローディングを低減するための現像方法および現像装置に関するものである。

（フォトマスク製造における現像ローディングの説明）
半導体デバイスの製造プロセスなど微細加工が要求されるパターンの形成には、光学的にパターンを転写する方法（フォトリソグラフィ）が用いられていた。フォトリソグラフィでは、ステッパー等の露光装置を用い、原版となるフォトマスクに光を照射することにより、フォトマスクのパターンを対象物（ウェハなど）上に転写している。フォトマスクはパターン転写の原版であるため、高い寸法精度が求められる。フォトマスクのパターニングでは、その精度の高さと解像性の高さから、電子線描画機によるパターニングが主となっている。フォトマスクでは、密なパターン領域と疎なパターン領域が混在する場合がある。そのため、フォトマスク作製のリソグラフィ工程における現像工程においては、パターンが密な領域で現像液が局所的に不足することにより、パターン寸法に細りが生じる現象（現像ローディング）が起こることが知られている。特に電子線用レジストでは、フォトレジストに比べて溶解速度が低く、現像ローディングの影響が大きいことが報告されている。
現像ローディングによるパターン疎密の寸法差を最小限に抑えるためには、スプレー現像、パドル現像などの現像方式の最適化や、現像時間、現像レシピなどの現像条件の最適化が必要である。

（現像ローディングとフォギング現象の説明）
一方、電子線による露光の場合、パターンが密な領域ではフォギング（fogging ）の現象が起こることが知られている。Fogging とは、描画機の電子銃より基板に打ち込まれた電子が、基板表面などで散乱、反射を起こし、一部の電子がレジスト面から飛び出していき、描画機チャンバーの内壁で更に反射して、再度レジストへ入射するものである。パターン密度が高いほどfogging の影響は大きくなり、このfogging の影響する領域は数十ｍｍにも及ぶことが知られている。レジストはfogging による再入射電子のエネルギーによりうっすら感光し、fogging の影響を受けたパターン（現像での溶解部分）寸法では太りが生じる。このようなfogging と現像ローディングの両方がパターン寸法に影響を与えており、fogging は描画機の補正機能により低減することができるが、現像ローディングを補正する機能については実用化がされていないためプロセス等で低減する必要がある。

このような問題を解決するために、現像ローディング成分のみを抽出する方法として、電子線露光と光露光を組み合わせた方法、また成分抽出用に発明されたパターンが提案されている（特許文献１、２）。また、現像時の現像阻害成分を取り除く現像方式の発明も提案されている（特許文献３）。

特開２００８−７８５５３号公報 特開２０１０−２３２３０２号公報 特開２００６−３１９３５０号公報

しかしながら、現像ローディング成分を抽出する方法で成分抽出を行い、現像方法の最適化を行っても、レジスト種によって特性が異なることなどにより、現像ローディング成分を無くすことは難しい。また、現像時の現像阻害成分を取り除く現像方式においては、現像液をマスク面に滞留させないようにするため、マスク面上に現像液に浸されていない部分が発生してしまうため、欠陥面でのマスク品質の低下を招いてしまう可能性が高いと考えられる。

そこで、本発明は現像ローディング成分の抽出および現像阻害成分を取り除く現像方式を必要とせず、マスク面上にある現像液濃度を均一に保つことで、面内寸法誤差を低減する現像方法および現像装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、実パターンを形成したレジストに現像液を塗布して現像処理するマスク基板の現像方法において、
前記マスク基板の前記実パターンと、補正用マスク基板のレジストに形成した補正用パターンとを、共通の現像液にそれぞれ接触させ、
前記現像液が現像処理するパターンの密度分布を前記実パターン及び前記補正用パターンにより均一化させた状態で、それら実パターン及び補正用パターンを同時に現像処理するにあたり、
前記補正用パターンを、前記実パターンの反転パターン又は前記実パターンのパターン密度分布を反転させた簡素化反転パターンにより構成し、
前記マスク基板に前記補正用マスク基板を対向させて両者間に配置した前記現像液に前記実パターン及び前記補正用パターンを接触させることにより、前記現像液が現像処理するパターンの密度分布を、前記マスク基板及び前記補正用マスク基板のレジスト面延在方向において均一化させるようにした
ことを特徴とする現像方法である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１記載の現像方法であって、前記補正用マスク基板のレジストに前記マスク基板のレジストと同一の材料を用いるようにしたことを特徴とする。

請求項４に記載の本発明は、請求項１または２記載の現像方法を用いて現像処理するマスク基板の現像装置であって、前記補正用マスク基板の前記補正用パターンに前記マスク基板を上方から接近させて、該マスク基板のレジストと共通の現像液を前記補正用パターンに接触させる昇降ユニットを備えることを特徴とする現像装置である。

本発明の現像装置および現像方法は、前記の現像液濃度補正基板を有し、前記の現像方法により、現像液によって現像処理するパターンの密度分布を実パターン及び補正用パターンにより均一化させた状態で、それら実パターン及び補正用パターンを同時に共通の現像液で現像処理することで、マスク面内の寸法誤差すなわち現像ローディング成分を低減できるという効果を有する。また、通常の現像工程に対して大幅な変更が必要ないことから、マスクの欠陥品質を低下させることなく、現像ローディング成分を低減することができる。

（ａ），（ｂ）は一般的な現像方法を示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態の現像方法で用いる現像液濃度補正基板の製造工程を示す説明図である。 （ａ），（ｂ）は図２の現像液濃度補正基板に形成する反転パターン密度のパターンを示す説明図である。 図３（ａ）のパターンに関するパターン密度の疎密分布と現像ローディングによる影響距離との相関を示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態に係る現像方法を実施して現像を行う際の手順を示す説明図である。 （ａ），（ｂ）は図２の現像液濃度補正基板の現像液に溶け出すレジスト溶解物の分布とパターン密度の疎密との関係を示す説明図である。 （ａ），（ｂ）は図２の現像液濃度補正基板の現像液に溶け出すレジスト溶解物の分布を本発明の一実施形態の現像方法よってパターン密度の疎密に拘わらず一定にする手順を示す説明図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の一実施形態の現像方法よって形成したパターンのパターン密度の疎密による間隔誤差が低減することを示す説明図である。 （ａ），（ｂ）は実施例１の現像液濃度補正基板に形成する反転パターン密度のパターンを示す説明図である。 図９（ａ）のパターンに関するパターン密度の疎密分布と現像ローディングによる影響距離との相関を示す説明図である。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、従来の現像方法について説明する。図１（ａ）〜（ｂ）は、従来の現像方法であるパドル現像方法を示している。図１（ａ）に示すように、現像ノズル５１は、現像液濃度補正基板用チャック５２上の、ガラス基板１１をレジスト３１で覆ったマスク基板１０１上の端に位置しており、図１（ｂ）に示すように端からマスク基板を横切るように移動することで、マスク基板１０１のレジスト３１上に現像液６１を盛ることで現像を行う方法である。

次いで、本発明の現像液濃度補正基板について説明する。まず、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、現像液濃度補正基板１００（請求項中の補正用マスク基板）とするマスク基板の準備を行う。図２（ａ）に示すように通常用いるガラス基板１１を準備し、図２（ｂ）に示すように、通常と同様の処理で遮光膜２１を形成した上からレジスト３１を塗布する。そして、図２（ｃ）に示すように、電子線による描画装置を用いて、計算された実際に形成するパターン密度に対して反転したパターン密度の、単に密度を合わせただけの簡単なテストパターンをレジスト３１に描画する。これにより現像液濃度補正基板１００とするマスク基板を形成する。この際に用いるマスク基板については、遮光膜２１の膜種など特に問わない。但し、現像液濃度補正基板１００に用いるレジスト３１については、後述する現像液６１に溶け出すレジスト溶解物の濃度をマスク基板１０１のレジスト３１と同じにする観点から、テスト専用の物でなく実際に用いる素材によるレジストが望ましい。

現像液濃度補正基板１００に用いるパターンについて説明する。図３（ａ）〜（ｂ）に示すように、マスク基板１０１（請求項中のマスク基板）に形成する実パターン１０５のパターン密度に応じた反転パターン密度の描画データを、反転パターン１０６として準備する。本実施形態では、１０００ｎｍのラインアンドスペースパターンにより、０％のパターン密度と５０％のパターン密度とを、互いに位置が反転するように形成した。この反転パターン１０６は簡素化してもよい（請求項中の簡素化反転パターン）。その際は、実パターン１０５のパターン密度分布を反転させることで簡素化後の反転パターン１０６とすることができる。その場合は、現像ローディングの影響距離を考慮して簡素化後の反転パターン１０６の寸法を計算する必要がある。現像ローディングの影響距離については、あらかじめ基礎データとして図４に示すような、パターン密度の疎密分布と現像ローディングによる影響距離との相関に関するデータを取得しておき、この影響距離８０より小さい範囲内で反転パターンを簡素化してよい。

次に、本発明の一実施形態に係る現像装置の構成について説明する。図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る現像装置構成の断面イメージを示している。図５（ａ）〜（ｂ）に示すように、従来の現像方法と同様に、現像ノズル５１により現像液濃度補正基板１００に現像液６１を盛り現像処理を行う。その後、すぐに図５（ｃ）〜（ｄ）に示すように、実際にパターンを形成するマスク基板１０１を実パターンマスク基板用チャック５３でチャックし、チャックしたマスク基板１０１を昇降ユニット５４により降下させて、マスク基板１０１のパターン面を現像液濃度補正基板１００の現像液６１に合わせるようにして接近させる。これにより、表面張力を利用して現像液濃度補正基板１００と実際にパターンを形成する実パターンのマスク基板１０１が現像液６１を通して近接現像する構成となっている。この際、実パターンのマスク基板１０１の表面（レジストパターン面）は下を向いているため、近接現像時に発生したレジスト溶解物が、実パターンのマスク基板１０１の表面にあるパターンへの再付着を同時に防ぐ。なお、実パターンマスク基板用チャック５３でチャックしたマスク基板１０１を昇降ユニット５４により昇降させる代わりに、現像液濃度補正基板用チャック５２上のマスク基板１０１を、昇降ユニット５４に代わる昇降ユニットによって昇降させるようにしてもよい。

次に、レジストパターンの疎密による現像液濃度の変化について説明する。前記現像液濃度補正基板１００用に準備したマスク基板１１０に対して、図６（ａ）〜（ｂ）に示すように、通常の現像処理と同様の現像液６１の液盛り処理を行う。処理された現像液濃度補正基板１００の現像液６１は、図６（ａ）〜（ｂ）に示すように現像液６１に溶け出したレジスト溶解物３３により、濃度が低下する。その現像液６１の濃度の低下度合は、パターンの面積密度の疎密に依存する。密部には図６（ａ）に示すようにレジスト溶解物３３が相対的に多く発生し、疎部には図６（ｂ）に示すようにレジスト溶解物３３が相対的に少なく発生する。したがって、パターンの面積密度の密部は疎部よりも現像液６１の濃度の低下度合は大きくなる。

その現像液濃度補正基板１００に、実際にパターン形成するマスク基板１０１を図７（ａ）〜（ｂ）に示すように接近させて、近接現像処理を行うことで、現像液６１に溶け込むレジスト溶解物３３の量を均一にすることで、現像液６１の濃度の低下についても均一化することができる。

以上より、図８（ａ）〜（ｂ）に示すように、マスク基板１０１に形成される実レジストパターン７０において、密部と疎部のパターン間隔ｈ１，ｈ２の出来上がり寸法誤差を低減することができる。且つ、現像液６１に溶けたレジスト溶解物３３によって引き起こされる、現像液６１の濃度の低下に伴うパターンの欠陥が低減できる。
このように、本実施形態では、実パターン１０５を形成したレジスト３１に現像液６１を塗布して現像処理するマスク基板１０１の現像方法において、マスク基板１０１の実パターン１０５と現像液濃度補正基板１００（補正用マスク基板）のレジスト３１に形成した反転パターン１０６（補正用パターン）とを、共通の現像液６１にそれぞれ接触させ、現像液６１が現像処理するパターン１０５，１０６の密度分布を実パターン１０５及び反転パターン１０６により均一化させた状態で、それら実パターン１０５及び反転パターン１０６を同時に現像処理するようにした。
また、本実施形態では、マスク基板１０１に現像液濃度補正基板１００を対向させて両者間に配置した現像液６１に実パターン１０５及び反転パターン１０６を接触させることにより、現像液６１が現像処理するパターンの密度分布を、マスク基板１０１及び現像液濃度補正基板１００のレジスト面延在方向において均一化させるようにした。
さらに、本実施形態では、反転パターン１０６を、実パターン１０５を反転させたパターン又は実パターン１０５のパターン密度分布を反転させた簡略化反転パターンにより構成した。
また、本実施形態では、現像液濃度補正基板１００のレジスト３１にマスク基板１０１のレジスト３１と同一の材料を用いることが好ましい。
さらに、本実施形態では、上述した現像方法を用いて現像処理するマスク基板１０１の現像装置として、現像液濃度補正基板１００の反転パターン１０６にマスク基板１０１を上方から接近させて、マスク基板１０１のレジスト３１と共通の現像液６１を現像液濃度補正基板１００の反転パターン１０６に接触させる昇降ユニット５４を備える現像装置を用いた。

以下、本発明の現像装置および現像方法の実施例を説明する。現像液濃度補正基板として、Ｃｒ遮光膜付き６インチＱｚ（石英ガラス）基板を準備し、この基板に化学増幅型ポジレジストを１５０ｎｍ厚コ−トした。本実施例においては、実パターンマスクについても同一の基板、レジストにて基板を準備した。

次に、電子線描画機にて図９（ａ）に示すパターンを実パターンマスクに描画した。パターンＡには線幅１０００ｎｍのラインアンドスペースパターンを用いた。パターン密度は、０％と５０％になるように１０００ｎｍのラインアンドスペースパターンを用いた。次いで、現像液濃度補正基板については、図９（ｂ）に示す、実パターンに対して反転させたパターン密度を描画した。パターン密度計算は基礎データから求めた現像ローディング影響距離を用いて行っており、本実施例においては、５０％のパターン密度は１０００ｎｍのラインアンドスペースを用いた。また、現像液濃度補正基板の描画については、描画時間短縮のため電子線描画装置ではなく、レーザー描画装置を用いた。

描画した現像液濃度補正基板を現像処理し、実パターンを描画したマスク基板を近接現像処理した。

その後、近接処理した実パターンマスクの１０００ｎｍのパターンＡを走査型電子顕微鏡にて５０００倍の倍率で１ｍｍ間隔で測定した。

図９（ａ）に示すパターンＡを形成した実パターンマスクのパターンＡの測定結果より、パターン密度の疎密分布が変化しても現像ローディングによる影響距離の大きな変化が見られず、現像ローディングが低減できていることを確認した（図１０）。

１１・・・ガラス基板
２１・・・遮光膜
３１・・・レジスト
３３・・・レジスト溶解物
５１・・・現像ノズル
５２・・・現像液濃度補正基板用チャック
５３・・・実パターンマスク基板用チャック
５４・・・昇降ユニット
６１・・・現像液
７０・・・実レジストパターン
１００・・・現像液濃度補正基板（補正用マスク基板）
１０１・・・実パターンのマスク基板
１０５・・・実パターン
１０６・・・反転パターン
１１０・・・現像液濃度補正基板用マスク基板

Claims (3)

1. 実パターンを形成したレジストに現像液を塗布して現像処理するマスク基板の現像方法において、
   前記マスク基板の前記実パターンと、補正用マスク基板のレジストに形成した補正用パターンとを、共通の現像液にそれぞれ接触させ、
   前記現像液が現像処理するパターンの密度分布を前記実パターン及び前記補正用パターンにより均一化させた状態で、それら実パターン及び補正用パターンを同時に現像処理するにあたり、
   前記補正用パターンを、前記実パターンの反転パターン又は前記実パターンのパターン密度分布を反転させた簡素化反転パターンにより構成し、
   前記マスク基板に前記補正用マスク基板を対向させて両者間に配置した前記現像液に前記実パターン及び前記補正用パターンを接触させることにより、前記現像液が現像処理するパターンの密度分布を、前記マスク基板及び前記補正用マスク基板のレジスト面延在方向において均一化させるようにした
   ことを特徴とする現像方法。
2. 請求項１記載の現像方法であって、前記補正用マスク基板のレジストに前記マスク基板のレジストと同一の材料を用いるようにしたことを特徴とする現像方法。
3. 請求項１または２記載の現像方法を用いて現像処理するマスク基板の現像装置であって、前記補正用マスク基板の前記補正用パターンに前記マスク基板を上方から接近させて、該マスク基板のレジストと共通の現像液を前記補正用パターンに接触させる昇降ユニットを備えることを特徴とする現像装置。

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