JP2011075683A - フォトマスク製造装置及び製造方法並びにフォトマスク - Google Patents

Abstract

【課題】マスクブランクを大気に曝すことなく描画から熱処理までを行うことができるフォトマスクの製造装置を提供する。
【解決手段】描画手段１００の真空状態にある描画チャンバ１００ａ内でフォトレジスト塗布後のマスクブランク上にパターン像を描画する。描画後のマスクブランクを真空状態に保持された真空搬送路１０５内を通して熱処理手段１１０の真空状態にある熱処理チャンバ１１０ａ内に搬送する。そして、熱処理チャンバ１１０ａ内に搬送された描画後のフォトレジストを加熱しベーキングする。これにより素子精度・安定性およびパターン荒さを向上させ、抜け不良を低減させ、孤立スペースパターンの解像度を向上させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体製造工程において、マスクブランク上にパターン像を形成してなるフォトマスクの製造装置及び製造方法並びにフォトマスクに関する。

レジスト材料に微細なパターン像を形成するものとして、フォトレジストを塗布したブランク上に原画パターンを描画し、露光後に熱処理を行うようにしたフォトマスク製造装置及び製造方法が知られている（特許文献１、２参照）。

また、近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、レジスト材料には微細なパターンが高精度で形成できるものが要求されている。
このようなレジスト材料としては、架橋型のネガレジストやポジレジスト、化学増幅レジストが知られている。
従来使用していた架橋型のネガレジストの場合、ポリマの分子量を高くすることにより高感度が可能であるが、架橋密度が低下するため現像溶媒での膨潤などパターン変形を生じやすく、１μｍ以下のパターン形成が不可能になる。また、ポジレジストの場合、現像液のアルカリ濃度を高くすることにより高感度化できるが、レジストの膜減りが顕著になる問題がある。これらの問題は化学増幅レジストにより解決された。化学増幅レジストはベース樹脂、酸発生剤などからなっており、露光により発生した酸が触媒として働くことにより多くの反応を起こすことができる。その結果、高感度化が可能であり、０．２μm以下の微細パターンの形成を可能にしてきた。

特開平４−２３９７２０号公報
特開平１０−２７０３１６号公報

フォトマスクや半導体製造に使われる化学増幅レジストは高感度という利点を持つ一方、それが致命的な弱点になる。化学増幅レジストは各工程におけるプロセス条件だけでなく、工程間のインターバルでの条件（時間、温度、雰囲気）がレジストの特性に大きな影響をもたらす。特に、露光からＰＥＢ（Post Exposure Bake：露光後の熱処理）までは、マスクブランクなどのような描画後のブランクを真空中から一度大気中に出す必要があり、その影響が非常に大きい。化学増幅レジストに含まれる酸は、空気中のアミンなどの不純物により失活して触媒としての能力を失う。その結果、パターン形成が所望通りにできなくなる。描画後のブランクを大気に出した場合、上記した失活のため表面に難溶化層が形成される。それが現像のバリアとなり現像液が侵入することを抑制するため、高精度のパターン形成を難しいものにする。
特にパターン寸法の小さいものほどこの現象が顕著になる。結果として素子精度およびパターン荒さを悪化させる要因となっている。また、描画から熱処理までのインターバルの違いによって、素子特性が変化してしまう。さらに６０ｎｍ以下の寸法の小さなパターンでは、酸の失活によってレジストと酸の化学反応が阻害されパターンの抜け不良につながるという問題があった。

本発明は、上記のような不具合を解決するためになされたもので、マスクブランクを大気に曝すことなく描画から熱処理までを行うことができ、これにより素子精度・安定性およびパターン荒さを向上でき、かつ抜け不良を低減し、孤立スペースパターンの解像度を向上できるフォトマスクの製造装置及び製造方法並びにフォトマスクを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、マスクブランク上にフォトレジストを塗布し該フォトレジストにパターン像を描画し現像してフォトマスクを作製するフォトマスクの製造装置であって、真空ポンプにより一定の真空度に保持される描画チャンバを有し、前記描画チャンバ内で前記マスクブランク上の前記フォトレジストにパターン像を描画する描画手段と、真空ポンプにより一定の真空度に保持される熱処理チャンバを有し、前記熱処理チャンバ内で前記描画後の前記フォトレジストを加熱してベーキングする熱処理手段と、前記描画チャンバと前記熱処理チャンバとの間をそれぞれの描画チャンバ用ゲートバルブ及び熱処理チャンバチャンバ用ゲートバルブを介して連通遮断可能に連結する真空搬送路と、前記真空搬送路内に配設され前記描画後の前記マスクブランクを前記描画チャンバから前記熱処理チャンバへ搬送する搬送手段とを備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載のフォトマスク製造装置において、前記搬送手段で前記描画後の前記マスクブランクが前記描画チャンバから前記真空搬送路に搬入される際に、前記描画チャンバ用ゲートバルブを開いて前記真空搬送路内を前記描画チャンバと同一の真空度に調整し、かつ前記真空搬送路内に搬入された前記マスクブランクを前記熱処理チャンバ内に搬入される際に、前記描画チャンバ用ゲートバルブを閉じ前記熱処理チャンバ用ゲートバルブを開いて前記真空搬送路内を前記熱処理チャンバと同一の真空度に調整する真空ポンプを備えることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２記載のフォトマスク製造装置において、前記熱処理手段での熱処理時における前記熱処理チャンバ内の真空度が、３．０×１０^−２（Ｐａ）より高いことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３に何れか１項記載のフォトマスク製造装置において、前記熱処理手段は、前記熱処理チャンバに第１搬出用ゲートバルブを介して連通された搬出チャンバと、前記熱処理チャンバに設けられ前記描画後のマスクブランクを載置した状態で加熱処理するホットプレートと、前記熱処理チャンバに設けられ前記ホットプレートで加熱処理された後の前記マスクブランクを冷却するクーリングプレートと、前記ホットプレートで加熱処理された後の前記マスクブランクを前記クーリングプレート上へ移送し、かつ前記クーリングプレートで冷却された後の前記マスクブランクを前記搬出チャンバに搬出する移送手段とを備えることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４記載のフォトマスク製造装置において、前記搬出チャンバ内に前記移送手段により搬出される前記マスクブランクを受け取り、前記搬出チャンバに第２搬出用ゲートバルブを介して連結されたアンローダーに搬出する搬出手段と、前記搬出手段が前記移送手段から前記マスクブランクを受け取る時は前記第１搬出用ゲートバルブを開いて前記搬出チャンバ内を前記熱処理チャンバと同一の真空度に調整する真空ポンプを備えることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１乃至５に何れか１項記載のフォトマスク製造装置において、前記描画チャンバは、フォトレジストが塗布された後の前記マスクブランクを前記描画チャンバ内に搬入するローダーを備えることを特徴とする。

請求項７の発明は、マスクブランク上にフォトレジストを塗布し該フォトレジストにパターン像を描画し現像してフォトマスクを作製するフォトマスクの製造方法であって、真空に保持された描画チャンバ内でフォトレジスト塗布後の前記マスクブランク上にパターン像を描画する工程と、前記描画後の前記マスクブランクを真空に保持された搬送路を通して熱処理チャンバ内に搬送する工程と、前記熱処理チャンバ内に搬送された前記描画後の前記フォトレジストを真空状態で加熱してベーキングする熱処理工程とを備えることを特徴とする。

請求項８の発明は、フォトマスクであって、請求項１乃至６に何れか１項記載のフォトマスク製造装置により製造されたことを特徴とする。
請求項９の発明は、フォトマスクであって、請求項７記載のフォトマスク製造方法により製造されたことを特徴とする。

本発明によれば、マスクブランクに対する描画から熱処理までの処理が真空中で行われ、描画後のマスクブランクを一度も大気に曝すことなく熱処理までを終了することができる。これにより、酸の失活をほぼ無くすことができ、結果として難溶化層の形成を無くすことができる。したがって、パターン寸法の制御を容易なものにし、パターン荒さを向上させ、同プロセス条件でのプロセス安定性を向上させることができる。
さらに本発明によれば、真空中でマスクブランクを熱処理することにより、６０ｎｍ以下の寸法の小さなパターンでさえ所望の化学反応を起こすことができる。その結果、抜け不良を起こさずに解像度を向上できる。

本発明に係るフォトマスク製造装置の全体の構成を示すブロック図である。 本実施例１と従来におけるライン＆スペースパターンのラインエッヂラフネスを調べた結果を示す説明図である。 本実施例１と従来における現像後のＣＤリニアリティを調べた結果を示す説明図である。 本実施例１と従来における現像後の孤立ホールパターンの解像度を調べた結果を示す説明図である。 本実施例２と従来におけるライン＆スペースパターンの寸法を測長し、同ロットで計３枚作製し、平均値の変動を調べた結果を示す説明図である。

以下、本発明に係るフォトマスク製造装置及びその方法並びにフォトマスクについて図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係るフォトマスク製造装置は、マスクブランク上にパターン像を形成してなるフォトマスクを作製するもので、図１に示すように、大別して描画手段１００、真空搬送路１０５、熱処理手段１１０等を含んで構成される。

描画手段１００は、マスクブランク（図示せず）上にパターン像を描画するもので、バルブ１１１を介してターボ分子ポンプ（真空ポンプ）１１２により一定の真空度に保持される描画チャンバ１００ａを有し、この描画チャンバ１００ａ内にはマスクブランクが載置される描画ステージ１０１が設置されている。また、描画手段１００は、フォトレジストが塗布された後のマスクブランクを描画チャンバ１００ａ内の描画ステージ１０１に搬入するローダー１０２を備えている。

真空搬送路１０５は、描画チャンバ１００ａと後述する熱処理チャンバ１１０ａとの間を気密に連結し、描画後のマスクブランクを真空雰囲気中で描画チャンバ１００ａから熱処理チャンバ１１０ａへ搬送するための通路である。また、真空搬送路１０５の描画チャンバ１００ａとの連結部には、連通遮断可能な描画チャンバ用ゲートバルブ１０３ａが設けられており、真空搬送路１０５の熱処理チャンバ１１０ａとの連結部には、連通遮断可能な熱処理チャンバチャンバ用ゲートバルブ１０３ｂが設けられている。さらに、真空搬送路１０５には、真空搬送路１０５内を一定の真空度に保持するターボ分子ポンプ（真空ポンプ）１１５がバルブ１１６を介して接続されている。また、真空搬送路１０５には、描画後のマスクブランクを描画チャンバ１００ａから熱処理チャンバ１１０ａへ搬送するアーム式の搬送ロボット（特許請求の範囲に記載した搬送手段に相当する）１０４が設置されている。

熱処理手段１１０は、描画後のフォトレジストを加熱してベーキングするもので、バルブ１１７を介してターボ分子ポンプ（真空ポンプ）１１８により一定の真空度に保持される熱処理チャンバ１１０ａを有する。さらに、熱処理手段１１０は、熱処理チャンバ１１０ａに第１搬出用ゲートバルブ１１９を介して連結され熱処理チャンバ１１０ａ内に配設された搬出チャンバ１１４と、熱処理チャンバ１１０ａ内に配設され描画後のマスクブランクを載置した状態で加熱処理するホットプレート１０７と、熱処理チャンバ１１０ａ内に配設されホットプレート１０７で加熱処理された後のマスクブランクを冷却するクーリングプレート１０６と、熱処理チャンバ１１０ａ内に配設されホットプレート１０７で加熱処理された後のマスクブランクをクーリングプレート１０６上へ移送し、かつクーリングプレート１０６で冷却された後のマスクブランクを第１搬出用ゲートバルブ１１９から搬出チャンバ１１４に搬出するアーム式の搬送ロボット（特許請求の範囲に記載した移送手段に相当する）１０８とを備える。

搬出チャンバ１１４内には、熱処理チャンバ１１０ａの搬送ロボット１０８により搬出される熱処理後のマスクブランクを受け取り、搬出チャンバ１１４に第２搬出用ゲートバルブ１２０を介して連結されたアンローダー１０９に搬出するアーム式の搬送ロボット（特許請求の範囲に記載した搬出手段に相当する）１１３が配設されている。また、搬出チャンバ１１４には、搬送ロボット１１３が搬送ロボット１０８から熱処理後のマスクブランクを受け取る時、第１搬出用ゲートバルブ１１９を開いて搬出チャンバ１１４内を熱処理チャンバ１１０ａと同一の真空度に調整するターボ分子ポンプ（真空ポンプ）１２１がバルブ１２２を介して接続されている。
なお、マスクブランクは、ガラス基板上に紫外線などの遮光用薄膜を形成し、この遮光用薄膜上にフォトレジストを塗布したものから構成されている。

次に、上記のように構成された本実施の形態に示すフォトマスク製造装置の動作について説明する。
ローダー１０２で搬送されてきたマスクブランクを、描画チャンバ１００ａ内の描画ステージ１０１上に載置し、描画チャンバ１００ａ内を一定の真空度に保持した状態で描画手段１００を動作させることによって、マスクブランク上のフォトレジスト膜にパターン像を描画する。
描画が終わった後、ターボ分子ポンプ１１２及び１１５を動作させて描画チャンバ１００ａ内と真空搬送路１０５内の真空度を同じにする。しかる後、描画チャンバ１００ａと真空搬送路１０５間のゲートバルブ１０３ａを開ける。

次いで、真空搬送路１０５内のアーム式搬送ロボット１０４により描画後のマスクブランクを、描画チャンバ１００ａから真空搬送路１０５内に持ってくる。その後、描画チャンバ１００ａと真空搬送路１０５間のゲートバルブ１０３ａを閉じる。次に、ターボ分子ポンプ１１５及び１１８を動作させて真空搬送路１０５内と熱処理チャンバ１１０ａ内の真空度を同じにする。その後、真空搬送路１０５と熱処理チャンバ１１０ａ間のゲートバルブ１０３ｂを開ける。そして、アーム式搬送ロボット１０４により描画後のマスクブランクを真空搬送路１０５から熱処理チャンバ１１０ａ内に搬入し、ホットプレート１０７上に載置した後、描画チャンバ１００ａと真空搬送路１０５間のゲートバルブ１０３ｂを閉じて、マスクブランクの熱処理を開始する。熱処理は真空中で行われる。この時の描画チャンバ１００ａ内の真空度は、３．０×１０^−２（Ｐａ）より高い値となる。
なお、真空度が３．０×１０^−２（Ｐａ）以下の場合、チャンバ内に残留するアミンがマスク表層に付着し、酸を失活させ抜け不良を発生させるような不具合があり、真空度が３．０×１０^−２（Ｐａ）より高い場合、チャンバ内に残留するアミンは劇的に減少し微小パターンにおける抜け不良を低減させることができる。またチャンバ内で不純物の移動を少なくすることが可能であり、マスク搬送中や熱処理時に不純物がマスクに付着する可能性を低減させる利点がある。

なお、描画チャンバ１００ａ、真空搬送路１０５及び熱処理チャンバ１１０ａは大気開放のための窒素リーク用の配管を備えている。
また、描画チャンバ１００ａ、真空搬送路１０５及び熱処理チャンバ１１０ａは、ゲートバルブの切り替え時以外は常に真空引きされており清潔である。
また、マスクブランクの熱処理終了後、熱処理チャンバ内はゆっくりと大気圧に戻される。その後、熱処理されたマスクブランクはアンローダーに置いてあるＳＭＩＦケースに搬送される。
これら一連の処理方法は描画から熱処理の間に一度もマスクブランクが大気に曝されることがなく、このため、酸の失活を無くすことができる。
なお、本発明の装置で製造されるフォトマスクは、紫外線領域光に対する透過型露光マスク及び極紫外領域光に対する反射型露光マスクである。

次に、本発明の実施例におけるフォトマスクパターン形成ついて説明する。
（実施例１）
Ｃｒバイナリーマスク用ブランクＮＴＡＲ７（Hoya）を用い、このマスク用ブランク上にポジ型科学増幅電子線レジストＦＥＰ１７１（富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ）を膜厚３０００Åにスピンコートし、レジスト膜を形成した。次いで、可変形成型の電子線描画装置JBX3030(日本電子)を用いて、ドーズ量１０μＣ／ｃｍ²でパターンサイズ１００ｎｍから２００ｎｍのライン＆スペースパターンを描画し、本発明の真空搬送路を使用して、本発明の熱処理装置にマスクブランクを搬入し、熱処理を行った。その後、スプレー現像(Hamatech ASP5500)にて９０秒現像を行った。

次に、形成されたレジストパターンを測長SEM(KLA Tencor LWM9000)にて、ライン＆スペースパターンのラインエッヂラフネスを調べた結果を図２に示す。ライン＆スペースの設計値は４００nmである。比較例として従来の熱処理方法で処理した結果も示す。これによれば、図２に示す本実施例１と従来との数値からも明らかなように、ラインエッヂラフネスは従来型に比較して良好の結果となった。
また、本実験にて現像後のＣＤリニアリティを調べた。設計値１０００nmから１００nmまでのレンシを図３に示す。これによれば、現像後のＣＤリニアリティは、図３に示す本実施例１と従来との数値からも明らかなように、従来型に比較して良好の結果となった。
さらに本実験では孤立ホールパターンの解像度を調べた。結果を図４に示す。これによれば、現像後孤立ホールパターンの解像度は、図４に示す本実施例１と従来との数値からも明らかなように、従来型に比較して良好の結果となった。

（実施例２）
Ｃｒバイナリーマスク用ブランクＮＴＡＲ７（Hoya）を用い、このマスク用ブランク上にポジ型科学増幅電子線レジストＦＥＰ１７１（富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ）を膜厚３０００Åにスピンコートし、レジスト膜を形成した。ついで、可変形成型の電子線描画装置JBX3030(日本電子)を用いて、ドーズ量１０μＣ／ｃｍ²でパターンサイズ１００ｎｍから２００ｎｍのライン＆スペースパターンを描画し、本発明の真空搬送路を使用して、本発明の熱処理装置にマスクブランクを搬入し、熱処理を行った。その後、スプレー現像(Hamatech ASP5500)にて９０秒現像を行った。

次に、形成されたレジストパターンを測長SEM(KLA Tencor LWM9000)にて、面内１１×１１箇所に配置されたライン＆スペースパターンの寸法を測長する。同ロットで計３枚作製し、平均値の変動を調べた結果を図５に示す。ライン＆スペースの設計値は４００nmである。面内１１×１１箇所の素子の平均値のレンジを図３に示す。比較例として従来の熱処理方法で処理した結果も示す。これによれば、安定性は従来型に比べて良好という結果になった。

上記の発明は、フォトマスクのレジストパターン形成や半導体デバイス作製のための熱処理装置および方法として利用可能である。

１００…描画手段、１００ａ…描画チャンバ、１０１…描画ステージ、１０２…ローダー、１０３ａ，１０３ｂ…ゲートバルブ、１０４…搬送ロボット、１０５…真空搬送路、１０６…クーリングプレート、１０７…ホットプレート、１０８…搬送ロボット、１０９…アンローダー、１１０…熱処理手段、１１０ａ…熱処理チャンバ、１１１，１１６，１１７，１２２…バルブ、１１２，１１５，１１８，１２１…ターボ分子ポンプ、１１３…搬送ロボット、１１４…搬出チャンバ。

Claims (9)

1. マスクブランク上にフォトレジストを塗布し該フォトレジストにパターン像を描画し現像してフォトマスクを作製する製造装置であって、
   真空ポンプにより一定の真空度に保持される描画チャンバを有し、前記描画チャンバ内で前記マスクブランク上の前記フォトレジストにパターン像を描画する描画手段と、
   真空ポンプにより一定の真空度に保持される熱処理チャンバを有し、前記熱処理チャンバ内で前記描画後の前記フォトレジストを加熱してベーキングする熱処理手段と、
   前記描画チャンバと前記熱処理チャンバとの間をそれぞれの描画チャンバ用ゲートバルブ及び熱処理チャンバチャンバ用ゲートバルブを介して連通遮断可能に連結する真空搬送路と、
   前記真空搬送路内に配設され前記描画後の前記マスクブランクを前記描画チャンバから前記熱処理チャンバへ搬送する搬送手段とを備える、
   ことを特徴とするフォトマスク製造装置。
2. 前記搬送手段で前記描画後の前記マスクブランクが前記描画チャンバから前記真空搬送路に搬入される際に、前記描画チャンバ用ゲートバルブを開いて前記真空搬送路内を前記描画チャンバと同一の真空度に調整し、かつ前記真空搬送路内に搬入された前記マスクブランクを前記熱処理チャンバ内に搬入される際に、前記描画チャンバ用ゲートバルブを閉じ前記熱処理チャンバ用ゲートバルブを開いて前記真空搬送路内を前記熱処理チャンバと同一の真空度に調整する真空ポンプを備えることを特徴とする請求項１記載のフォトマスク製造装置。
3. 前記熱処理手段での熱処理時における前記熱処理チャンバ内の真空度が、３．０×１０^−２（Ｐａ）より高いことを特徴とする請求項１または２記載のフォトマスク製造装置。
4. 前記熱処理手段は、前記熱処理チャンバに第１搬出用ゲートバルブを介して連通された搬出チャンバと、前記熱処理チャンバに設けられ前記描画後のマスクブランクを載置した状態で加熱処理するホットプレートと、前記熱処理チャンバに設けられ前記ホットプレートで加熱処理された後の前記マスクブランクを冷却するクーリングプレートと、前記ホットプレートで加熱処理された後の前記マスクブランクを前記クーリングプレート上へ移送し、かつ前記クーリングプレートで冷却された後の前記マスクブランクを前記搬出チャンバに搬出する移送手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至３に何れか１項記載のフォトマスク製造装置。
5. 前記搬出チャンバ内に前記移送手段により搬出される前記マスクブランクを受け取り、前記搬出チャンバに第２搬出用ゲートバルブを介して連結されたアンローダーに搬出する搬出手段と、前記搬出手段が前記移送手段から前記マスクブランクを受け取る時は前記第１搬出用ゲートバルブを開いて前記搬出チャンバ内を前記熱処理チャンバと同一の真空度に調整する真空ポンプを備えることを特徴とする請求項４記載のフォトマスク製造装置。
6. 前記描画手段は、フォトレジストが塗布された後の前記マスクブランクを前記描画チャンバ内に搬入するローダーを備えることを特徴とする請求項１乃至５に何れか１項記載のフォトマスク製造装置。
7. マスクブランク上にフォトレジストを塗布し該フォトレジストにパターン像を描画し現像してフォトマスクを作製するフォトマスクの製造方法であって、
   真空に保持された描画チャンバ内でフォトレジスト塗布後の前記マスクブランク上にパターン像を描画する工程と、
   前記描画後の前記マスクブランクを真空に保持された搬送路を通して熱処理チャンバ内に搬送する工程と、
   前記熱処理チャンバ内に搬送された前記描画後の前記フォトレジストを真空状態で加熱してベーキングする熱処理工程とを備える、
   ことを特徴とするフォトマスク製造方法。
8. 請求項１乃至６に何れか１項記載のフォトマスク製造装置により製造されたことを特徴とするフォトマスク。
9. 請求項７記載のフォトマスク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。

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