JP2004029403A - フォトマスクの製造方法及びフォトマスク並びに露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光リソグラフィプロセスに用いるフォトマスク製造方法において、レジストの内部応力の緩和を行ない、パターンに発生するクラックの低減と基板の反りを低減することで、フォトマスクの信頼性向上及び不良発生を低減させるフォトマスクの製造方法及びフォトマスク並びにそれを用いた露光方法を提供する。
【解決手段】チップのメインパターンの外周部に、レジスト内部応力の伝達を緩和あるいは遮断する線形形状パターン１０を設けることにより、内部応力を緩和することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光リソグラフィプロセスに用いるフォトマスクの製造方法及びフォトマスク並びにそれを用いた露光方法において、レジストの内部応力の緩和を行ない、フォトマスクの信頼性向上を計るための製造方法及びフォトマスク並びにそれを用いた露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体ウェハの微細化、高密度化に伴ない、レジストは高解像、パターン形状の正確性が要求されており、フォトマスク製造プロセス中のレジストのパターンエッジに発生するクラックが問題になってきている。
従来のフォトマスクの製造方法では、レジストを基板へコートし、ベイク、冷却というプロセス等の要因により、パターン露光後の工程で発生するパターンエッジ部のクラックの対策として、ベーク温度の低温化やレジスト膜厚の薄膜化により低減を行なってきた。しかし、これらの方法では別の問題が発生する。ベーク温度を低減すると、レジストの溶剤成分が残るため解像度や感度が低下する。このために微細パターンのコーナーにラウンドが発生し、正確なパターンを形成することが出来ない問題が発生する。また、レジスト膜厚を薄くすると、その後のエッチングに耐えられずパターンを形成できない。このため、レジストの解像度や感度を低下させずに、パターンエッジ部にクラックが発生しない新しい方法が必要である。
【０００３】
また、レジストと基板の熱膨張係数の差異により基板の反りが生じ、これによりパターンの位置ずれが起こるが、これまでの半導体ウェハのパターン寸法では、パターン位置精度の許容範囲内にあった。しかしながら、基板の大口径化に伴なうパターン位置ずれ量の増大、微細化によるパターン位置の高精度化の要求により、基板の反りによるパターン位置ずれが、その後の光リソグラフィプロセスへ悪影響を及ぼすことが問題になってきており、これらを解決した新しい方法が必要である。
【０００４】
以上のような問題点を図を用い以下に説明する。図１は、従来のフォトマスクの製造工程の一例を断面で模式的に示した説明図である。まず、ガラス基板１にスパッタリング等の手法でクロムを設け、マスクブランクを作成する（図１（ａ））。次にクロム２面上にレジスト３を塗布（コート、ベーク、冷却など）する（図１（ｂ））。次に電子ビーム描画装置で、ＥＢ描画を行う（図１（ｃ））。その後現像（図１（ｄ））、エッチング（図１（ｅ））、レジスト剥離（図１（ｆ））を行い、フォトマスク原板あるいはレチクルを得る。通常、この原板は実際の半導体チップの４倍、あるいは５倍のパターンを形成する。さらにガラス基板上に本パターンをステップ・リピートしマスクとしたり、また通常、露光装置に作成した原板を取り付け、原板の先に取り付けた半導体ウェハ上に縮写・露光・多面付けして利用する。本願では、特に断らない限り、以下これらフォトマスク原板、レチクル、ステップ・リピートしたマスクを総称してマスクという。図２は、このような従来の製造方法で製造したマスクのクラック発生の状況を部分で示した説明図である。図２（ａ）はマスク製造工程で、現像後のレジストパターンの状況を平面で示した。チップのメインパターンとして、矩形状のパターン（本従来例ではレジスト抜き部４）を示した。クラック６は、レジスト残部５の部分に発生している。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’部分を断面で示した説明図である。
【０００５】
このクラックは、レジストと基板の熱膨張係数に差異があるため、プロセス時の温度変化によってレジスト内部応力、特に引っ張り応力が発生することに起因している。レジストにパターンが存在する場合、パターンのコーナーなどの特異個所に応力集中が起こるため、そこからクラックが発生する。クラック発生個所の模式図を図２（ａ）に示す。この問題は、パターン的にはフォトマスクパターンの形状そのものを変えてしまうため、フォトマスクの品質の低下、もしくは不良の発生が起こり、このマスクを用いて半導体ウェハへ転写した場合に配線のショートや断線を引き起こす。また、フォトマスクの作製プロセス的には、その後のエッチング行程において発塵を引き起こす原因になる。
【０００６】
また近年、半導体ウェハ基板は大口径化の傾向にある。特に液晶ディスプレイ製造用のフォトマスクは、基板の大口径化が進んでいる。これに伴ない、レジストプロセスによって発生する基板の反りに起因するパターンの位置ずれが問題になってきている。図３は、従来のマスクの基板の反りを断面で示した模式的に示した説明図である。図３（ａ）はレジストコート直後の基板を断面で、図３（ｂ）はベーク、冷却後の基板を断面で示す。これまでの基板サイズであれば、同程度の応力値でも位置ずれは許容範囲内であったが、基板の大口径化により基板の外周付近におけるパターンの位置ずれが大きくなり、許容範囲を超えてしまう問題が発生する。この問題も同様にフォトマスクの品質低下や不良を引き起こす。
【０００７】
これらの問題は、半導体ウェハ、液晶ディスプレイやカラーフィルタばかりでなく、光リソグラフィプロセス用のフォトマスク全般に起こる問題である。特に液晶ディスプレイやカラーフィルタは、半導体ウェハ同様に、パターンの微細化・高密度化、基板の大口径化が進行している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は光リソグラフィプロセスに用いるフォトマスク製造方法において、レジストの内部応力の緩和を行ない、パターンに発生するクラックの低減と基板の反りを低減することで、フォトマスクの信頼性向上及び不良発生を低減させるフォトマスクの製造方法及びフォトマスク並びにそれを用いた露光方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであり、請求項１の発明は、光リソグラフィプロセスに用いるフォトマスクの製造方法において、基板上に設けたレジストにマスクパターンを設けるとともに、内部応力の伝達を緩和あるいは遮断するパターンを設けることを特徴とするフォトマスクの製造方法としたものである。
【００１０】
本発明の請求項２の発明は、前記内部応力を緩和あるいは遮断するパターンは、マスクパターンのメインパターン周辺部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの製造方法としたものである。
【００１１】
本発明の請求項３の発明は、光リソグラフィプロセスに用いるフォトマスクの製造方法において、基板上に設けたレジストに、基板の反りを低減するパターンを設けた後に、マスクパターンを設けることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスクの製造方法としたものである。
【００１２】
本発明の請求項４の発明は、前記内部応力を緩和あるいは遮断するパターン、及び基板の反りを低減するパターンは、線形形状であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載のフォトマスクの製造方法としたものである。
【００１３】
本発明の請求項５の発明は、線形形状のパターンが、光リソグラフィプロセスに用いる露光波長の１／３以下の線幅であり、リソグラフィにより転写されないことを特徴とする請求項４に記載のフォトマスクの製造方法としたものである。
【００１４】
本発明の請求項６の発明は、請求項１〜５いずれか１項に記載のフォトマスクの製造方法により、製造されたことを特徴とするフォトマスクとしたものである。
【００１５】
本発明の請求項７の発明は、請求項６に記載のフォトマスクに紫外線を照射し、転写パターンの形状に紫外線を整形する工程を具備することを特徴とする露光方法。としたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。
本発明は上記目標を達成するために、フォトマスク等のパターンデータ作成の段階で、メインパターン周辺部に応力緩和パターンを作成する。メインパターンは通常、チップごとにまとまって配置されているので、チップを囲むように応力緩和パターンを作成すれば良い。応力緩和パターンは、ＥＢ露光によりフォトマスク製造プロセス中のレジストに描画され、現像によってレジストパターンを形成する。本発明に係る応力緩和パターンを入れたレジストパターンの例を模式的に示した説明図を図４に示す。図４（ａ）は平面で，図４（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’部分を断面で示す。これは図２に示した例に応力緩和パターン１０（レジスト抜き部）を追加し、形成した例である。形成された応力緩和パターンにより、メインパターン周辺に存在するレジストの内部応力を緩和し、メインパターンのエッジにクラックが発生することを抑制する。図では、応力緩和パターンは線状の形状を例示したが、その線のパターンは実線とは限らず、点線、破線等でも良い。さらに、曲線でもよく、応力が緩和できれば形状にこだわらない。また、レジスト上の応力緩和パターンは、最終的にフォトマスクのクロムパターンとなるが、その後使用される光リソグラフィプロセス露光波長の１／３以下の線幅であれば、半導体ウェハやカラーフィルタ製造プロセスにおいてレジストへの転写はされないため、応力緩和パターンが問題を引き起こすことはない。
【００１７】
なお、応力緩和パターンをチップの周辺部のスクライブラインに相当する部分に作成した場合は、ウェハーをスクライブ（切断）するのに影響がない範囲でクロムパターンが残っていても良く、線幅を上記の値にこだわる必要はない。また、ウェハプロセスや回路に悪い影響がない範囲で、パターンや線幅を決めて良い。
【００１８】
スクライブラインの領域のみでなく、応力緩和パターンはメインパターンの外周部から１０〜１００ｎｍ程の距離に設けた方が好ましいが、レジストの物性によって変えて良い。
【００１９】
以上の発明の例ではクラックを防止する作用効果について説明したが、特に大型基板について問題となる反りの防止について説明する。ここでは、基板全体の反りに関して、規則正しく配列されたチップ間に存在する非パターン領域（例えばスクライブラインに相当する領域）に、応力緩和パターンを格子状にデータ作成する例を示す。図５は応力緩和パターンの他の例を模式的に示した説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図ではチップを四面付けし、チップ間並びに四面付けパターンの上下左右の端部に直線状に応力緩和パターンを設けている。従って例示されたフォトマスク１３では、チップのメインパターン１１が応力緩和パターン１２で囲まれている。また図のフォトマスク１３は、ガラス基板１４にクロム膜１５を蒸着し、レジスト１６塗布後パターンを露光、現像した状態のものを示している。
【００２０】
応力緩和パターンはレジストパターンを形成し、レジスト内部応力を緩和する役目を担う。これにより基板全体の反りを低減し、パターン位置精度を向上させる。これはクラック抑制のための応力緩和パターン同様、最終的にはフォトマスクのクロムパターンとなるが、チップ間の非パターン領域はその後に使用される光リソグラフィプロセスで露光されない領域であるため、半導体ウェハ等の製造プロセスに何ら影響を与えるものではない。たとえ露光されたとしても、上述したように露光波長に比べ十分に細い線幅なので転写されることはなく、フォトマスクとして全く問題はない。
【００２１】
なおこのように反りを緩和する場合は、応力緩和パターンを露光し現像した後に、メインパターンを露光した方が好ましい。同時に露光、現像するとメインパターンがずれてしまう恐れがある。またこのように前後して露光、現像する場合は、レジストとしてポジタイプのものが利用できる。
【００２２】
このようにして、フォトマスク製造プロセス中に発生するレジスト内部応力を緩和し、パターン的にはクラックの発生を抑制し、さらに基板全体としては反りを低減することでパターンの位置精度を向上することが出来るため、フォトマスク製品の信頼性および不良品の低減が可能になる。なお、フォトマスク製造プロセスの加工工程が増えることはないので、製造コストへの負担はない。
また以上のようにして作成されたフォトマスクを用いて紫外線を露光する方法によると、試料基板上に形成されたレジストに対し、精度良いパターン露光が可能となり、その結果、半導体等の製造を高い歩留まりで行うことが出来る。
【００２３】
【実施例】
次に本発明の実施例を示す。本方式を用いて半導体集積回路用のフォトマスクを以下の手順で作製した。
【００２４】
フォトマスクにパターニングする半導体パターンデータを作成し、チップの座標と大きさを設定した後、四面付けパターンのデータとし、描画データに変換した。次にチップ間及び四面付けパターンの上下左右端部に、応力緩和パターンを作成し、描画データに変換した。このとき応力緩和パターンの描画データは半導体パターンの描画データとは別のファイルとした。また応力緩和パターンのチップ間の線幅及び上下左右端部の線幅は、最新型半導体露光装置の露光波長１９３ｎｍの１／３以下にするため、６０ｎｍとした。以上に述べた半導体パターンを図６に、半導体パターンに応力緩和パターンを加えたパターンを図７に、四面付けしたパターンを図８に示す。フォトマスク２２のパターン中で、半導体パターン２０と応力緩和パターン２１がパターン描画領域となる。
【００２５】
フォトマスクの基板には、６インチ角の厚さ０．２５インチの石英基板に２０００Å厚のクロム遮光膜を有する基板を用いた。レジストには日本ゼオン社製のポジ型電子線レジストＺＥＰ−５２０を用い、スピンコータにて６０００Å厚でコートした。まず前述した応力緩和パターンをこの描画データを用い、ＥＢ描画装置ＪＢＸ７００ＭＶ（日本電子製）によりコートしたレジストへ描画し、現像液ＺＥＤ−Ｎ５０（日本ゼオン）により現像した。次に半導体パターンを同様に描画した後、同様に現像した。
【００２６】
応力緩和パターンを描画しない従来方式によるレジストパターンのフォトマスクも同様に作成したが、このフォトマスクでは、無数のクラックがパターンに発生していたが、上記作製のレジストパターンを光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡により観察したところ、クラックの発生は確認できなかった。
【００２７】
応力緩和パターンを描画しない従来方式と、応力緩和パターンを描画する本発明方式のそれぞれの場合について、現像後の基板の高さ分布を非接触形状測定装置（ソニー社製）にて測定した。従来方式ではフォトマスク全面で約２０μｍの高さ分布を持つのに対し、本発明方式ではフォトマスク全面で約５μｍの高さ分布である。従って、本発明の応力緩和パターンにより基板の反りを低減できる。レジスト現像後のフォトマスク基板高さ分布を図９、１０に示す。図９は応力緩和パターンのない従来方式、図１０は応力緩和パターンの有る本発明方式である。
【００２８】
本発明により作製したフォトマスクはクロム遮光膜に応力緩和パターンが存在するが、本フォトマスクを用いて半導体ウェハへの露光テストを行なったところ、応力緩和パターンの線幅が露光波長に比べ十分に小さいため、ウェハ上のフォトレジストへ転写されることは無かった。このときの露光装置はＡｒＦスキャナ（キャノン）を使用し、露光条件は、波長１９３ｎｍ、開口数０．６、コヒーレンスファクタ０．７５とした。フォトレジストには４０００Å厚のＴａｒｆ−ＳＥ−５Ｌ（東京応化工業社製）を用いた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、フォトマスク製造プロセス中に発生するレジスト内部応力を緩和し、パターン的にはクラックの発生を抑制し、基板全体としては反りを低減することでパターンの位置精度を向上することが出来る。従って、フォトマスク製品の信頼性および不良品の低減が可能になる。さらに製品の収率も向上するので、フォトマスク製造コストのコストダウンにもなる。
【００３０】
さらに、本発明の露光方法によると、試料基板上に形成されたレジストに対し、精度良いパターン露光が長期間可能となり、その結果、半導体等の製造は高い歩留まりで行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のフォトマスクの製造工程の一例を断面で模式的に示した説明図である。
【図２】従来の製造方法で製造したマスクのクラック発生の状況を部分で示した説明図である。
【図３】従来のマスクの基板の反りを断面で示した模式的に示した説明図である。
【図４】本発明に係る応力緩和パターンを入れたレジストパターンの例を模式的に示した説明図である。
【図５】応力緩和パターンの他の例を模式的に示した説明図である。
【図６】実施例で使用した半導体パターンを模式的に示した図である。
【図７】実施例で使用した半導体パターンに応力緩和パターンを加えたパターンを模式的に示した図である。
【図８】実施例で使用したフォトマスクの四面付けしたパターンを模式的に示した図である。
【図９】従来のフォトマスクのレジスト現像後のフォトマスク基板高さ分布を示した図である。
【図１０】本発明に係る応力緩和パターンの有るフォトマスクのレジスト現像後のフォトマスク基板高さ分布を示した図である。
【符号の説明】
１・・・・ガラス基板
２・・・・クロム
３・・・・レジスト
４・・・・レジスト抜き部
５・・・・レジスト残部
６・・・・クラック
１０・・・・応力緩和パターン
１１・・・・メインパターン
１２・・・・応力緩和パターン
１３・・・・フォトマスク
１４・・・・ガラス基板
１５・・・・クロム膜
１６・・・・レジスト
２０・・・・半導体パターン
２１・・・・応力緩和パターン
２２・・・・フォトマスク

Claims (7)

1. 光リソグラフィプロセスに用いるフォトマスクの製造方法において、基板上に設けたレジストにマスクパターンを設けるとともに、内部応力の伝達を緩和あるいは遮断するパターンを設けることを特徴とするフォトマスクの製造方法。
2. 前記内部応力を緩和あるいは遮断するパターンは、マスクパターンのメインパターン周辺部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの製造方法。
3. 光リソグラフィプロセスに用いるフォトマスクの製造方法において、基板上に設けたレジストに、基板の反りを低減するパターンを設けた後に、マスクパターンを設けることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスクの製造方法。
4. 前記内部応力を緩和あるいは遮断するパターン、及び基板の反りを低減するパターンは、線形形状であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載のフォトマスクの製造方法。
5. 線形形状のパターンが、光リソグラフィプロセスに用いる露光波長の１／３以下の線幅であり、リソグラフィにより転写されないことを特徴とする請求項４に記載のフォトマスクの製造方法。
6. 請求項１〜５いずれか１項に記載のフォトマスクの製造方法により、製造されたことを特徴とするフォトマスク。
7. 請求項６に記載のフォトマスクに紫外線を照射し、転写パターンの形状に紫外線を整形する工程を具備することを特徴とする露光方法。

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