JP2013061512A - Photomask and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、遮蔽膜に金属レジストを用いて、工程の簡素化を図ると共にリソグラフの性能向上やコストの低減化を図り、半導体デバイスやエンコーダー等の製造に使用することが可能なフォトマスクおよびその製造方法に関する。 The present invention uses a metal resist as a shielding film to simplify the process, improve lithographic performance and reduce cost, and a photomask that can be used for manufacturing semiconductor devices, encoders, and the like. It relates to a manufacturing method.
従来におけるフォトマスクの製造としは、図６に示す製造工程で製作されている。すなわち、洗浄された透明基板上にクロム層（遮蔽膜）をスパッタリング法により形成し、該クロム層の上に有機系のフォトレジストを塗布する。次いで、電子ビームやレーザービームによる描画装置で露光し、アルカリ性の現像液などで現像し、フォトレジストのレリーフを作る。 A conventional photomask is manufactured by the manufacturing process shown in FIG. That is, a chromium layer (shielding film) is formed on a cleaned transparent substrate by a sputtering method, and an organic photoresist is applied on the chromium layer. Next, exposure is performed with a drawing apparatus using an electron beam or a laser beam, and development is performed with an alkaline developer or the like to make a relief of the photoresist.
次に、フォトレジストのレリーフをマスクとしてクロム層（遮蔽膜）をエッチングするとクロム層のレリーフが作られる。さらに、フォトレジストのレリーフを除去してフォトマスクが製作される。 Next, when the chromium layer (shielding film) is etched using the relief of the photoresist as a mask, a relief of the chromium layer is made. Furthermore, the photomask is manufactured by removing the relief of the photoresist.
また、有機系フォトレジストに金属の粒子を添加して遮蔽膜にするフォトマスクの製造方法も公知である。このような有機系フォトレジストを用いるフォトマスクおよびその製造方法としては、例えば、特開２００６−１６２７９７号公報や特開２００９−１９２７３６号公報に開示されている。 Also known is a method of manufacturing a photomask in which a metal film is added to an organic photoresist to form a shielding film. A photomask using such an organic photoresist and a method for manufacturing the photomask are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2006-162797 and 2009-192736.
ところで、前記した有機系レジストとクロムの遮蔽膜を用いるフォトマスクは、製造工程が煩雑で、かつ、クロム金属のエッチング後の廃液処理が必要なため、環境負荷が大きく、かつ、コストが高くなるといった問題があり、また、有機系レジストに金属が添加されている遮蔽膜を用いるフォトマスクにあっては、耐久性や遮蔽性が劣るといった問題があった。 By the way, the above-described photomask using an organic resist and a chromium shielding film has a complicated manufacturing process and requires a waste liquid treatment after etching of the chromium metal, which has a large environmental load and a high cost. In addition, a photomask using a shielding film in which a metal is added to an organic resist has a problem that durability and shielding properties are inferior.
本発明は前記した問題点を解決せんとするもので、その目的とするところは、フォトマスクの遮蔽膜を金属レジストで構成したことにより、製造工程の簡素化が図れ、また、金属レジスト上へレーザー光のエネルギーによって表面電位差を生じさせるようにすることで、リソグラフの性能、耐久性を向上させることができると共に、コストの低減を図ることができるフォトマスクおよびその製造方法を提供せんとするにある。 The present invention is intended to solve the above-described problems. The object of the present invention is to simplify the manufacturing process by forming the shielding film of the photomask with a metal resist, and onto the metal resist. By providing a surface potential difference by the energy of laser light, it is possible to improve the performance and durability of the lithograph, and to provide a photomask that can reduce costs and a method for manufacturing the photomask. is there.
本発明のフォトマスクおよびその製造方法は、前記した目的を達成せんとするもので、請求項１のフォトマスクは、レーザー光のエネルギーによって表面電位差が生じる表面電位が変位し易い金属原子と、酸化されても変化し難い金属原子との組み合わせによる金属レジストの遮蔽膜で構成されたことを特徴とする。 The photomask of the present invention and the manufacturing method thereof achieve the above-mentioned object, and the photomask of claim 1 includes a metal atom in which a surface potential difference that causes a surface potential difference due to the energy of laser light is easily displaced, an oxidation It is characterized by comprising a metal resist shielding film in combination with metal atoms that are difficult to change.
請求項２は、前記した請求項１において、酸化剤を流しながら前記金属原子を反応性スパッタリングとしたことを特徴とする。 A second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect of the present invention, the metal atom is made into reactive sputtering while flowing an oxidizing agent.
請求項３のフォトマスクの製造方法は、ガラス基板の表面を洗浄する工程と、前記ガラス基板にレーザー光のエネルギーによって表面電位差が生じる金属原子の組み合わせによる金属レジストを形成する工程と、前記遮蔽膜にレーザー光を照射して表面電位差を生じさせる露光工程と、現像液により現像してレーザー光を照射した部分を溶解させて凹凸のある金属レジストのレリーフを形成する工程とからなり、前記金属レジストレリーフを遮蔽膜としたことを特徴とする。 The method for producing a photomask according to claim 3, wherein the step of cleaning the surface of the glass substrate, the step of forming a metal resist on the glass substrate by a combination of metal atoms that cause a surface potential difference by the energy of laser light, and the shielding film An exposure step of generating a surface potential difference by irradiating a laser beam on the substrate, and a step of forming a relief of a metal resist with irregularities by dissolving a portion developed with a developer and irradiated with the laser beam. The relief is a shielding film.
本発明は前記したように、レーザー光のエネルギーによって表面電位差が生じる表面電位が変位し易い金属原子と、酸化されても変化し難い金属原子との組み合わせによる金属レジストの遮蔽膜で構成したことにより、製造工程を簡素化することができると共にコストの低減化を図ることができ、かつ、前記金属レジストの未露光部と露光部の表面電位の関係が未露光部＞露光部となることによりリソグラフの性能を良好にしたフォトマスクを製造することができる。 As described above, the present invention is composed of a metal resist shielding film composed of a combination of a metal atom in which a surface potential that causes a surface potential difference due to the energy of laser light is easily displaced and a metal atom that is difficult to change even when oxidized. The lithography process can be simplified and the cost can be reduced, and the relationship between the surface potential of the unexposed portion and the exposed portion of the metal resist is unexposed portion> exposed portion. A photomask with improved performance can be manufactured.
また、酸素ガス等の酸化剤を流しながら前記金属原子を反応性スパッタリングとしたことにより、より表面電位差を大きくすることが可能となるので、リソグラフの性能、耐久性の向上を図ることができる。 Moreover, since the metal atom is made reactive sputtering while flowing an oxidant such as oxygen gas, the surface potential difference can be further increased, so that the performance and durability of the lithograph can be improved.
以下、本発明に係るフォトマスクの製造方法の一実施例を図１と共に説明する。
先ず、ガラス基板１の表面の油分をアルカリや有機溶剤で洗浄する。次いで、スパッタ装置を用いて、酸化ガスを流しながら反応性スパッタリング法で金属レジスト２をガラス基板１の表面に形成する。
An embodiment of a photomask manufacturing method according to the present invention will be described below with reference to FIG.
First, the oil on the surface of the glass substrate 1 is washed with an alkali or an organic solvent. Next, using a sputtering apparatus, a metal resist 2 is formed on the surface of the glass substrate 1 by reactive sputtering while flowing an oxidizing gas.
次に、金属レジスト２にレーザー光を照射して露光し、その後に現像液で現像してレーザー光を照射した部分を溶解して、凹凸のある金属レジストのレリーフ２′を形成することで、金属レジストレリーフ２′を遮蔽膜とするフォトマスクＡが形成される。 Next, the metal resist 2 is irradiated with a laser beam to be exposed, and then developed with a developing solution to dissolve a portion irradiated with the laser beam, thereby forming a relief 2 'of a metal resist with unevenness, A photomask A using the metal resist relief 2 'as a shielding film is formed.
図２は前記した図１における金属レジストの構成および金属レジストのレリーフを作成する工程を示したものである。
酸化剤、例えば、酸素ガスＯを流しながら表面電位が変化し易い金属原子Ｘと酸化されても変化し難い金属原子Ｙを含む金属原子に対して反応性スパッタリングを行うと、前記金属原子Ｘ，Ｙは酸素ガスが混ざり合った金属原子ＸＯ，ＹＯからなる金属レジスト２の膜が形成される。
FIG. 2 shows the structure of the metal resist in FIG. 1 described above and the process of creating a relief of the metal resist.
When reactive sputtering is performed on a metal atom including a metal atom Y that hardly changes even when oxidized, for example, the metal atom X, Y forms a film of metal resist 2 made of metal atoms XO and YO mixed with oxygen gas.
この金属レジスト２に対してレンズ３により収束されたレーザー光を照射して露光すると、酸素ガスＯが混入された前記金属原子ＸＯはＸＯ２となり、また、酸素ガスＯが混入された前記金属原子ＹＯはＹＯ２となる。そして、レーザー光が照射されない酸素ガスＯが混入された前記金属原子ＸＯとＹＯの状態のままである。 When this metal resist 2 is irradiated with a laser beam focused by a lens 3 and exposed, the metal atom XO mixed with oxygen gas O becomes XO 2 , and the metal atom mixed with oxygen gas O YO becomes YO 2 . Then, the state of the metal atoms XO and YO mixed with the oxygen gas O which is not irradiated with the laser light remains.
すなわち、未露光部分＞露光部分となる表面電位差が生じ、この表面電位差によって現像すると酸化還元反応を起こし、レーザー光による照射部分が現像液に溶解して凹凸のある金属レジストのレリーフが形成されてフォトマスクとなる。 In other words, a surface potential difference in which the unexposed portion> exposed portion is generated, and when this surface potential difference is developed, an oxidation-reduction reaction occurs, and the irradiated portion by the laser beam is dissolved in the developer, thereby forming a relief of the uneven metal resist. It becomes a photomask.
なお、金属原子Ｘとしては、ニッケル、鉄、タングステン、コバルト、銅などがあり、また、金属原子Ｙとしては、モリブデン、チタン、バナジウムなどがある。 The metal atom X includes nickel, iron, tungsten, cobalt, copper, and the like, and the metal atom Y includes molybdenum, titanium, vanadium, and the like.
次に、金属原子Ｘとしてタングステン、金属原子Ｙとしてモリブデンとした場合の金属レジストについて説明するに、前記タングステンとモリブデンの比が８：２のターゲットを用いて、アルゴンガス４４ｓｃｃｍ、酸素ガス６ｓｃｃｍを流し、０．２ＫＷで反応性スパッタリングを行い８０ｎｍの厚さの金属レジストを形成した。 Next, a metal resist in the case where tungsten is used as the metal atom X and molybdenum is used as the metal atom Y will be described. An argon gas of 44 sccm and an oxygen gas of 6 sccm are flowed using a target having a ratio of tungsten to molybdenum of 8: 2. Then, reactive sputtering was performed at 0.2 KW to form a metal resist having a thickness of 80 nm.
次に、波長４０５ｎｍのレーザー光（１０ｍＷ、ＮＡ０．９）をスポット照射した。そして、プローブ顕微鏡（Ｌ−ｔｒａｃｅにエスアイアイ・ナノテクノジー株式会社製）を用いて表面電位を測定した。その測定結果の三次元像を図３で示した。レーザー光の未露光部と露光部の表面電位差は未露光部＞露光部となり、タングステン原子Ｘとモリブデン原子Ｙの比が６：４の金属レジストの表面電位差は１５７ｍＶ、タングステン原子Ｘとモリブデン原子Ｙの比が９：１の金属レジストの表面電位差は２５５ｍＶであった。 Next, spot irradiation was performed with laser light (10 mW, NA 0.9) having a wavelength of 405 nm. Then, the surface potential was measured using a probe microscope (L-trace manufactured by SII Nanotechnology Co., Ltd.). A three-dimensional image of the measurement result is shown in FIG. The surface potential difference between the unexposed portion and the exposed portion of the laser beam is unexposed portion> exposed portion, and the surface potential difference of the metal resist having a ratio of tungsten atom X to molybdenum atom Y of 6: 4 is 157 mV, tungsten atom X and molybdenum atom Y The surface potential difference of the metal resist having a ratio of 9: 1 was 255 mV.
図４は露光部のエッチング孔径と金属レジスト中のタングステン原子の量との関係を示しており、図４において、金属レジストの膜はタングステン原子ＸとモリブデンＹの比が、９：１、８：２、７：３、６：４のターゲットを用いて、アルゴンガス４４ｓｃｃｍ、酸素ガス６ｓｃｃｍを流し、０．２ＫＷで反応性スパッタリングを行い８０ｎｍの厚さの金属レジストを形成した。 FIG. 4 shows the relationship between the etching hole diameter of the exposed portion and the amount of tungsten atoms in the metal resist. In FIG. 4, the metal resist film has a ratio of tungsten atoms X to molybdenum Y of 9: 1, 8: Using a target of 2, 7: 3, 6: 4, argon gas 44 sccm and oxygen gas 6 sccm were passed, and reactive sputtering was performed at 0.2 KW to form a metal resist having a thickness of 80 nm.
次に、波長４０５ｎｍのレーザー光（１０ｍＷ、ＮＡ０．９）をスポット照射した。次いで、有機系アルカリ現像液（ＮＭＤ−３東京応化工業株式会社製）を用いて１０分間現像した後に走査電子顕微鏡（Ｓ５２００ 株式会社日立ハイテクノロジーズ製）で観察し、エッチング孔の直径を計測した。 Next, spot irradiation was performed with laser light (10 mW, NA 0.9) having a wavelength of 405 nm. Next, after developing for 10 minutes using an organic alkaline developer (NMD-3 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), the diameter of the etching hole was measured with a scanning electron microscope (S5200, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation).
図４の前記ターゲットとして、タングステン原子ＸとモリブデンＹの比が６：４とした場合には現像孔は形成されなかった。その時の表面電位差は１５７ｍＶであった。タングステン原子Ｘの量が増えるにつれてエッチング孔径は大きくなる。 When the ratio of tungsten atom X to molybdenum Y was 6: 4 as the target in FIG. 4, no development hole was formed. The surface potential difference at that time was 157 mV. As the amount of tungsten atoms X increases, the etching hole diameter increases.
タングステン原子ＸとモリブデンＹの比が８：２の金属レジストの未露光部と露光部から現像液に溶解したタングステン原子ＸとモリブデンＹの量を誘電結合プラズマ分析法（ＩＰＣ−ＡＳＥ ＵＬＴＩＭＡＺエスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製）で測定を行った結果、現像液の水酸基１ｍｏｌ、１ｃｍ、１秒間あたりに溶出した量は、未露光部のタングステン原子Ｘが１８．８×１０−１１ｍｏｌ、モリブデン原子Ｙが４．６５×１０−１１ｍｏｌであった。露光部タングステン原子Ｘが１７１．６×１０−１１ｍｏｌ、モリブデン原子Ｙが４３．５×１０−１１ｍｏｌであった。露光部のタングステン原子ＸとモリブデンＹの溶出量は未露光部と比べて約１０倍になっていた。 The amount of tungsten atom X and molybdenum Y dissolved in the developer from the unexposed part and the exposed part of the metal resist having a ratio of tungsten atom X to molybdenum Y of 8: 2 was measured by dielectric coupling plasma analysis (IPC-ASE ULTIMAZ SII 1 was measured by nano technology Inc.), hydroxyl 1mol of the developer, 1 cm, the amount eluted per second, tungsten atoms X is 18.8 × 10- 11 mol of unexposed portions, molybdenum atom Y there was 4.65 × 10- 11 mol. Exposed portions of tungsten atom X is 171.6 × 10- 11 mol, molybdenum atom Y was 43.5 × 10- 11 mol. The amount of elution of tungsten atoms X and molybdenum Y in the exposed area was about 10 times that in the unexposed area.
未露光部から現像液に溶出するのはタングステン原子ＸとモリブデンＹのイオン化エネルギーの差により局部電池作用が起こったためと推測される。露光部から現像液に溶出する量が促進（選択性）されるのは、未露光部と露光部に表面電位が生じているため、現像液との酸化還元反応がアノードとカソード反応を起こしたものと推測される。 The elution from the unexposed area into the developer is presumed to be due to the local battery action caused by the difference in ionization energy between tungsten atom X and molybdenum Y. The amount of elution from the exposed part to the developer is promoted (selectivity) because the surface potential is generated in the unexposed part and the exposed part, so that the redox reaction with the developer causes the anode and cathode reaction. Presumed to be.
図５はフォトマスクの電子顕微鏡での画像であり、金属レジストの膜はタングステン原子ＸとモリブデンＹの比が９：１のターゲットを用いて、アルゴンガスアルゴンガス４４ｓｃｃｍ、酸素ガス６ｓｃｃｍを流し、０．２ＫＷで反応性スパッタリングを行い８０ｎｍの厚さの金属レジストを形成した。 FIG. 5 is an image of a photomask taken with an electron microscope. A metal resist film is made by using a target having a ratio of tungsten atoms X to molybdenum Y of 9: 1 and flowing argon gas argon gas 44 sccm and oxygen gas 6 sccm. Reactive sputtering was performed at 2 KW to form a metal resist with a thickness of 80 nm.
次に、波長４０５ｎｍのレーザー光（１０ｍＷ、ＮＡ０．９）を用いて線速４．０ｍ／ｓでラインを描き、有機系アルカリ現像液（ＮＭＤ−３東京応化工業株式会社製）を用いて１０分間現像した後、走査電子顕微鏡（Ｓ５２００ 株式会社日立ハイテクノロジーズ製）で断面とラインを観察した。 Next, a line is drawn at a linear velocity of 4.0 m / s using a laser beam having a wavelength of 405 nm (10 mW, NA 0.9), and 10 using an organic alkaline developer (NMD-3 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). After developing for 1 minute, the cross section and the line were observed with a scanning electron microscope (S5200, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation).
そして、図５よりライン底が約１３０ｎｍのラインが形成されることが確認できた。また、前記した本発明の製造方法にあっては、リソグラフの性能、製造工程の簡素化、クロムレスによるコストの低減が良好であることが確認された。 From FIG. 5, it was confirmed that a line having a line bottom of about 130 nm was formed. Moreover, in the manufacturing method of this invention mentioned above, it was confirmed that the performance of a lithograph, the simplification of a manufacturing process, and the cost reduction by chromeless are favorable.
本発明は前記したように製造工程の簡素化が図れ、また、リソグラフの性能、耐久性を向上させることができると共に、コストの低減を図ることができるフォトマスクを提供することを主眼としているが、エンコーダディスク、リニアースケール、ブラックマトリクス等のクロム金属や早期レジストを使用する電子部品の製造や亜鉛等の元素を用いると透明電極を作ることができるので、従って、タッチパネル等の電子部品製造に応用することが可能である。 As described above, the present invention is intended to provide a photomask capable of simplifying the manufacturing process, improving the performance and durability of the lithograph, and reducing the cost. , Encoder discs, linear scales, black matrix, etc., manufacture of electronic parts using chrome metal and early resist, and elements such as zinc can be used to make transparent electrodes. Is possible.
Ａ フォトマスク
Ｘ，Ｙ 金属原子
１ ガラス基板
２ 金属レジスト
２′ 金属レジストレリーフ
A Photomask X, Y Metal atom 1 Glass substrate 2 Metal resist 2 'Metal resist relief
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