(57)【要約】【課題】パターンの疎密に依存せず、設計値に対する線幅精度の良好なパターンを得ることが可能なパターン形成方法を提供する。【解決手段】基板１の表面層に対して、レジストパターンをマスクに用いたパターンエッチングを施すパターン形成方法において、基板１表面のパターン形成領域を、パターンの形成密度に応じて密な第１領域２ａと疎な第２領域２ｂとに分割する。その後、第１領域２ａに対してレジストパターンをマスクに用いたパターンエッチングを施し、これとは別工程で第２領域２ｂに対してレジストパターンをマスクに用いたパターンエッチングを施す。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面層に対して、レジストパターンをマスクに用いたパターンエッチングを施すパターン形成方法において、
基板表面のパターン形成領域を、パターンの形成密度に応じた複数の領域に分割する工程と、
分割された複数の領域のうち、パターンの形成密度が同程度の領域毎にパターンエッチングを施す
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
請求項１記載のパターン形成方法において、
前記各パターンエッチングの際には、パターンエッチングを施す領域にパターンを有すると共に他の領域を覆うレジストパターンをマスクに用いる
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項３】
請求項１記載のパターン形成方法において、
前記基板はパターン露光に用いるためのマスク基板である
ことを特徴とするパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパターン形成方法に関し、特にはパターンの配置状態が疎密を有して形成される露光マスクの作製に適するパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においては、レジストパターンをマスクに用いて基板（半導体基板）表面をパターンエッチングする微細加工プロセスが行われている。また、上記レジストパターン形成の際には、露光マスクを用いたパターン露光が行われており、この露光マスクを作製する際にも、レジストパターンをマスクに用いた基板（マスク基板）表面の微細加工プロセスが行われている。
【０００３】
このようなレジストパターンをマスクに用いた微細加工プロセスは、次のような手順で行われている。先ず、基板上にレジスト膜を形成し、このレジスト膜に対してパターン露光（露光マスク作製の場合は描画露光）を行う。その後、レジスト膜の現像処理を行うことで、露光部（または未露光部）のみを除去してレジストパターンを得る。次いで、このレジストパターンをマスクに用いて基板表面のパターンエッチングを行った後、レジストパターンを剥離除去し、さらに基板の洗浄を行うことで微細加工プロセスを終了する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した一連の微細加工プロセスによって基板表面に形成されるパターンには、基板表面におけるパターン密度に依存してパターン線幅にばらつきが生じることが知られている。図４は、パターン線幅のパターン密度依存性を示すグラフであり、パターン線幅（縦軸）を設計線幅に対するずれ量で示している。尚、パターンは、スペース状の抜きパターンであり、ポジレジストを用いた場合を例示している。このグラフに示すように、基板上に形成されるパターンは、基板上におけるパターン密度が疎であるほど設計線幅に対して細くなる（−側にシフトする）一方、基板上におけるパターン密度が密であるほど設計線幅に対して太くなる（＋側にシフトする）傾向にある。
【０００５】
このようなパターン線幅のパターン密度依存性は、現像工程およびエッチング工程において発生するローディング効果や、描画露光の際のかぶり（Ｆｏｇｇｉｎｇ　Ｅｆｆｅｃｔ）に起因して生じる。ここで、ローディング効果とは、パターン密度によって、各パターン形成部に対しての現像液の供給量やエッチングガスの供給量に差が生じ、現像工程においてはレジストの溶解速度、パターンエッチングにおいてはエッチング速度がパターン密度に依存して変化し、これによってパターン線幅が変化する現象である。このローディング効果は、数百μｍ〜数ｃｍの範囲で発生する。また、かぶりとは、電子線を用いた描画時に、レジスト膜の界面で電子が反射することにより露光量が変化し、特にパターンが密の部分で線幅が太る現象であり、露光部から数ｃｍの範囲に影響が生じる。
【０００６】
近年、半導体装置においては素子構造の微細化が進展しており、上述した微細加工プロセスにおいても露光光の解像限界を越えた微細なパターン形成が要求されている。このため、上述したような線幅ばらつきは、微細化されたパターンに対して、さらに大きな影響を及ぼすようになってきている。
【０００７】
特に、露光マスク上の微細なパターンが上述したような線幅ばらつきを有する場合には、この露光マスクを用いた露光によって、線幅精度の良好なパターン露光を行うことができなくなる。これにより、パターン線幅が設計値よりも細く形成された部分を用いた露光部においては、この部分に対応する露光量が不十分となり、基板上に形成されるパターンに断線が発生し易くなる。一方、パターン線幅が設計値よりも太く形成された部分を用いた露光部においては、設計値よりも線幅の太いパターンが形成されるため、パターン間の短絡と言ったような不具合が発生し易くなる。
【０００８】
そこで本発明は、パターンの疎密に依存せず、設計線幅に対しての線幅精度の良好なパターンを得ることが可能なパターン形成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明のパターン形成方法は、基板の表面層に対してレジストパターンをマスクに用いたパターンエッチングを施すパターン形成方法であり、先ず、基板表面のパターン形成領域をパターンの形成密度に応じた複数の領域に分割し、その後、分割された複数の領域のうちパターンの形成密度が同程度の領域毎にパターンエッチングを施すことを特徴としている。また、各パターンエッチングの際には、パターンエッチングを施す領域にパターンを有すると共に他の領域を覆うレジストパターンをマスクに用いることとする。
【００１０】
このようなパターン形成方法では、基板表面のパターン形成領域に対し、パターンの形成密度に応じて分割された領域毎にパターンエッチングが施される。このため、各領域のパターンの形成密度の差、すなわちパターンの疎密の影響を受けることなく、各領域に対してパターンエッチングが施されることになり、基板表面の各領域に対して線幅ばらつきの少ないパターン形成が行われることになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のパターン形成方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、一例として、半導体装置やマイクロマシーン等の製造に用いられる露光マスクの作製に本発明を適用した実施形態を説明する。
【００１２】
先ず、基板表面のパターン形成領域を、パターンの形成密度に応じた複数の領域に分割する。ここでは、図１（２）に示すように、基板１におけるパターン形成領域２の設計データに基づき、このパターン形成領域２を、パターンの形成密度が密な第１領域２ａと、この第１領域２ａと比較してパターンの形成密度が疎な第２領域２ｂとに分割する。例えば、ここで形成する露光マスクが、ＤＲＡＭとＬｏｇｉｃとを混載した半導体装置を形成するための露光マスクである場合、ＤＲＡＭが形成される第１領域２ａとＬｏｇｉｃが形成される第２領域２ｂとにパターン形成領域２を分割する。
【００１３】
このような分割以外にも、パターンの形成密度に所定値を設定し、この所定値よりもパターンの形成密度が大きい（密である）領域を第１領域２ａとし、それ以外の領域を第２領域２ｂとして分割しても良い。また、パターン形成領域２の分割数は、第１領域２ａと第２領域２ｂとの２段階の領域に限定されず、パターン形成密度の設定幅を狭めた３段階、４段階…であっても良い。さらに、設計レイアウトによっては、第１領域２ａや第２領域２ｂが複数箇所に分割されて設けられる場合もある。
【００１４】
以上のようにして、パターン形成領域１を複数の領域２ａ，２ｂに分割した後、これらの各領域２ａ，２ｂに対して、それぞれ個別に、レジストパターンをマスクに用いたパターンエッチングを施す。
【００１５】
この場合、例えば先ず、図１（２）に示すように、基板１表面の１領域（例えば第１領域２ａ）に対してパターンエッチングを施し、第１領域２ａに素子形成用のパターン（図示省略）を形成する。また、このパターンエッチングによって、素子形成用のパターンの他にアライメントパターン３も形成する。このアライメントパターン３は、各領域２ａ，２ｂにおける素子形成用のパターン形成に影響のない位置に設けられることとし、例えば、例えば第１領域２ａおよび第２領域２ｂ外の基板１上の４辺近くに形成されることとする。ただし、素子形成用のパターン形成に影響のない位置であれば、領域２ａ，２ｂ内であっても良い。
【００１６】
以上のようにして、第１回目のパターンエッチングが終了した後、図１（３）に示すように、基板表面の第２領域２ｂに対してのみパターンエッチングを施す。このパターンエッチングは、第１回目のパターンエッチングで形成したアライメントパターン３を用いることで、第１領域２ａに形成されたパターンに対して位置合わせした状態で行われることとする。尚、アライメントマークを用いた位置合わせの手順については、以降図３を用いて詳細に説明する。
【００１７】
そして、パターン形成領域２が、さらに複数段階の領域に分割されている場合には、第２領域２ｂのパターンエッチングが終了した後、順次他の領域（第３領域、第４領域…）に対してパターンエッチングを施す。これらのパターンエッチングは、アライメントパターン３を用いることで、既に形成されている他領域の素子形成用のパターンに対して位置合わせした状態で行われることとする。
【００１８】
以下、図２，図３を参照しつつ、図１（２）および図１（３）に示したパターンエッチングの詳しい手順を説明する。
【００１９】
先ず、図２（１）に示すように、露光マスク作製用の基板１として、例えば石英基板１ａの表面にクロムからなる遮光膜１ｂが形成された基板（マスク基板）を用意する。そして、この基板１上にポジ型のレジスト膜５を成膜する。そして、基板１の第１領域２ａ上のレジスト膜５部分に対して、例えば電子線ｅを用いて機能パターン形成のための描画露光を行う。この際、パターンの形成部分に電子線を照射する描画露光を行う。また、ここでの図示は省略したが、この描画露光においては、図１（２）を用いて説明したアライメントパターンを形成するための描画も行う。
【００２０】
次に、図２（２）に示すように、レジスト膜５に対して現像処理を行い、電子線の照射部が除去されたレジストパターン５ａを得る。このレジストパターン５ａは、第１領域２ａ上にスペース状の抜きパターン５ｂを有し、また領域２ａ，２ｂの周辺にアライメントパターン形成用のパターン（図示省略）を有すると共に、第２領域２ｂを覆う形状に形成される。
【００２１】
次いで、図２（３）に示すように、レジストパターン５ａをマスクに用いたエッチングにより、基板１の表面層を構成する遮光膜１ｂに対してパターンエッチングを施す。これにより、第１領域２ａの遮光膜１ｂにスペース状の抜きパターンＰ１を形成し、またその周辺領域にアライメントパターン（図示省略）を形成する。
【００２２】
その後、図２（４）に示すように、レジストパターン５ａを剥離除去し、さらに基板１を洗浄して１回目のパターンエッチングを終了させる。
【００２３】
以上の後、基板１の第２領域２ｂに対して、図２（１）〜図２（４）を用いて説明した工程を繰り返し行う。
【００２４】
すなわち、先ず、図３（１）に示すように、第１領域２ａにパターンＰ１が形成された基板１上に、ポジ型のレジスト膜７を成膜し、基板１の第２領域２ｂ上のレジスト膜７部分に対してのみ、例えば電子線ｅを用いた描画露光を行う。そして、この描画露光の際に、上述したアライメントパターンを用いた位置合わせが行われる。ここでは、アライメントパターンを検出することで、第１領域２ａに形成されたパターンＰ１に対して高精度の位置合わせを行いつつ、第２領域２ｂの所定の位置に対して行が露光が行われるのである。
【００２５】
次に、図３（２）に示すように、レジスト膜７に対して現像処理を行い、電子線の照射部が除去されたレジストパターン７ａを得る。このレジストパターン７ａは、第２領域２ｂ上にスペース状の抜きパターン７ｂを有すると共に、第１領域２ａを覆う形状に形成される。
【００２６】
次いで、図３（３）に示すように、レジストパターン７ａをマスクに用いたエッチングにより、基板１の表面層を構成する遮光膜１ｂに対してパターンエッチングを施す。これにより、第２領域２ｂの遮光膜１ｂ部分に、スペース状の抜きパターンＰ２を形成する。
【００２７】
その後、図４（４）に示すように、レジストパターン７ａを剥離除去し、次いで、基板１を洗浄して２回目のパターンエッチングを終了させる。これにより、第１領域２ａにパターンＰ１を有し、第２領域２ｂにパターンＰ２を有する露光マスク１０を得る。
【００２８】
尚、基板１表面のパターン形成領域が、さらに複数段階の領域に分割されている場合には、第２領域２ｂのパターンエッチングが終了した後、順次他の領域（第３領域、第４領域…）に対して、図３（１）〜図３（４）を用いて説明した工程を繰り返し行うこととする。
【００２９】
以上説明した実施形態のパターン形成方法では、パターンの形成密度に応じて分割された領域２ａ，２ｂ毎にパターンエッチングが施される。このため、各領域２ａ，２ｂ間のパターンの形成密度差、すなわちパターンの疎密の影響を受けることなく、各領域２ａ，２ｂに対してパターンエッチングが施されることになり、基板１表面の各領域２ａ，２ｂに対して線幅ばらつきの少ないパターン形成を行うことが可能になる。
【００３０】
したがって、パターンの疎密が存在する設計レイアウトであっても、この疎密に依存することなく全領域において設計線幅が高精度に保たれた露光マスク１０を得ることが可能になる。この結果、この露光マスク１０を用いて、パターンの断線や短絡のない高精度のリソグラフィーを行うことが可能になる。また、露光マスクの歩留まりの向上を図ることも可能になる。
【００３１】
尚、上述した実施形態においては、ポジ型レジストを用いてスペース状の抜きパターンを形成する場合を説明したが、これに限定されることはない。
【００３２】
例えば、ネガ型レジストを用いてスペース状の抜きパターンを形成する場合には、図２（１）および図３（１）を用いて説明した描画露光の際に、パターン形成部分を除いたそれ以外の部分全てに対して、電子線ｅ等の露光光を照射する以外は、上述したパターン形成の手順と同様に行われる。
【００３３】
さらに、ポジ型レジストを用いて凸状の残しパターンを形成する場合には、図２（１）を用いて説明した描画露光の際には、パターン形成部分を除いた第１領域２ａ部分のみに対して電子線ｅ等の露光光を照射し、図３（１）を用いて説明した描画露光の際には、パターン形成部分を除いた第２領域２ｂ部分のみに対して電子線ｅ等の露光光を照射しする以外は、上述したパターン形成の手順と同様に行われる。
【００３４】
そして、ネガ型レジストを用いて凸状の残しパターンを形成する場合には、図２（１）を用いて説明した描画露光の際には、第１領域２ａのパターン形成部分と第２領域２ｂの全領域とに対して電子線ｅ等の露光光を照射し、図３（１）を用いて説明した描画露光の際には、第２領域２ｂのパターン形成部分と第１領域２ａの全領域とに対して電子線ｅ等の露光光を照射しする以外は、上述したパターン形成の手順と同様に行われる。
【００３５】
また、上述した実施形態においては、石英基板１ａ上にクロムからなる遮光膜１ｂのパターンを設けた露光マスク１０、いわゆるバイナリーマスクの作製に本発明を適用した実施形態を説明した。しかし、本発明はこれに限定されることはなく、レベンソン型の位相シフトマスク、ハーフトーン型の位相シフトマスク、さらにはステンシルマスクやその他のパターンを露光マスクの作製にも適用可能であり、同様の効果を得ることができる。特に、レベンソン型の位相マスクの作製に本発明を適用した場合、パターンの疎密による石英基板のエッチング深さのばらつきを抑制することが可能になるため、全領域においての位相シフト量を均一化することができる。ただし、レベンソン型の位相シフトマスクを作製する場合には、各領域１ａ，２ｂに対して、それぞれ位相をシフトさせるための深さの異なる２回ずつのパターンエッチングが行われることになる。
【００３６】
また、本発明は、露光マスク作製のためのパターン形成に限定されることはなく、シリコン基板上にパターン形成する場合にも同様に適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、パターンの形成密度に応じて分割された領域毎にパターンエッチングを施す構成としたことで、パターンの疎密による線幅ばらつきを抑えたパターン形成を行うことができる。したがって、パターンの疎密に依存することなく、全領域において設計線幅が高精度に保たれたパターンを形成することが可能になる。この結果、特にこのパターン形成方法を適用して得られた露光マスクを用いたリソグラフィーを行うことで、パターンの断線や短絡を引き起こすことなく、微細なパターン形成を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のパターン形成方法を示す工程図である。
【図２】実施形態のパターン形成方法の詳細を示す断面工程図（その１）である。
【図３】実施形態のパターン形成方法の詳細を示す断面工程図（その２）である。
【図４】パターンの線幅ばらつきのパターン形成密度依存性を示す図である。
【符号の説明】
１…基板（マスク基板）、１ａ…石英基板、１ｂ…遮光膜、２…パターン形成領域、２ａ…第１領域（ＤＲＡＭ領域）、２ｂ…第２領域（Ｌｏｇｉｃ領域）、５ａ，７ｂレジストパターン、Ｐ１，Ｐ２…パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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