JP2014154721A - フォトマスク、フォトマスク作成装置およびフォトマスクの作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オーバーレイの精度を高めることができるフォトマスク、フォトマスク作成装置およびフォトマスクの作製方法を提供する。
【解決手段】本実施形態によるフォトマスクは、非テレセントリック光学系において被転写基板へパターンを転写するために用いられる。マスク基板は、パターンが形成された第１の面、および、第１の面とは反対側の第２の面を含む。凸部または凹部が、パターンを被転写基板へ転写したときに生じる転写パターンの位置ずれを補正するために第２の面に設けられている。凸部は、マスク基板の材料とは異なる材料で形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明による実施形態は、フォトマスク、フォトマスク作成装置およびフォトマスクの作製方法に関する。

微細化された半導体装置を形成するために、極短紫外（ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet））光を用いた露光装置（以下、ＥＵＶ露光装置ともいう）が開発されている。ＥＵＶ露光装置は、フォトマスクから被転写基板である半導体基板へ露光転写を行うために複数のミラーを備えている。しかし、ＥＵＶ光のミラー反射率は比較的低いので、半導体基板へ到達するＥＵＶ光の光量の低下を抑制するためにミラーの枚数に制限が設けられている。ミラーの枚数が少ないと、半導体基板の下地パターンと露光しようとする転写パターンとの位置ずれ（オーバーレイ誤差）を補正するための自由度が低くなる。実際、ＥＵＶ露光装置ではオーバーレイの高次補正が困難であり、半導体装置の微細化に伴うオーバーレイの精度を高めることが難しい。

特開２０１２−１２４２１４号公報（米国特許公開第２０１２／１４１９２７号明細書）

Yoshitake et al. "Desired IP Control methodology for EUV Mask in Current Mask Process"Proc. of SPIE Vol. 6792 67920T-1 to 11 "

オーバーレイの精度を高めることができるフォトマスク、フォトマスク作成装置およびフォトマスクの作製方法を提供する。

本実施形態によるフォトマスクは、非テレセントリック光学系において被転写基板へパターンを転写するために用いられる。マスク基板は、パターンが形成された第１の面、および、第１の面とは反対側の第２の面を含む。凸部または凹部が、パターンを被転写基板へ転写したときに生じる転写パターンの位置ずれを補正するために第２の面に設けられている。凸部は、マスク基板の材料とは異なる材料で形成されている。

第１の実施形態に従ったフォトマスク作成装置１００の構成例を示す図。 第１の実施形態に従ったフォトマスクＰＭの構成を示す平面図および断面図。 第１の実施形態に従ったフォトマスクＰＭを用いて露光を実行しているＥＵＶ露光装置２００を示す図。 第１の実施形態に従ったフォトマスクＰＭの作成方法を示すフロー図。 第２の実施形態に従ったフォトマスクＰＭの構成を示す平面図および断面図。 第２の実施形態に従ったフォトマスクＰＭの作成方法を示すフロー図。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に従ったフォトマスク作成装置１００の構成例を示す図である。フォトマスク作成装置１００は、ＥＵＶ露光装置などの非テレセントリック光学系において被転写基板としての半導体基板へパターンを転写するために用いられるフォトマスクＰＭを作成する。非テレセントリック光学系は、光軸と主光線とが平行でないため、光軸方向に物体（例えば、フォトマスク）が移動すると像面（例えば、被転写基板）において転写パターンの大きさが変化する。ＥＵＶ露光装置ではフォトマスクが設置される物体側において非テレセントリック系が採用されている。本実施形態では、非テレセントリック光学系のこの性質を意図的に利用してオーバーレイの誤差を補正する。

フォトマスク作成装置１００は、ステージ１０と、段差形成部としてのスポッタ２０と、固化部としてのレーザ発生部３０と、コントローラ４０とを備えている。ステージ１０は、フォトマスクＰＭを搭載する。ステージ１０は、回路パターンが形成されたフォトマスクＰＭの第１の面Ｆ１を下方に向け、第１の面Ｆ１とは反対側の第２の面Ｆ２を上方に向けた状態で第２の面Ｆ２を吸着する。ステージ１０は、フォトマスクＰＭの第２の面Ｆ２の任意の位置に凸部を形成することができるようにフォトマスクＰＭを自在に移動させることができる。

段差形成部としてのスポッタ２０は、凸部をフォトマスクＰＭに形成するためにフォトマスクＰＭの第２の面Ｆ２に材料を供給する。材料は、特に限定せず、液体材料、固体材料のいずれでもよい。液体材料の供給方法は、特に限定せず、滴下、塗布、吹付け等のいずれでもよい。固体材料の供給方法は、特に限定せず、射出、スパッタリング等のいずれでもよい。以下、スポッタ２０は、液体材料を供給するものとして説明する。本実施形態では、スポッタ２０は、液体材料を第２の面Ｆ２へ滴下する。液体材料は、例えば、塗布型カーボンまたは金属含有樹脂等が考えられ、導電性を有していることが望ましい。

固化部としてのレーザ発生部３０は、フォトマスクＰＭに供給された液体材料を固化させるために、第２の面Ｆ２に滴下された液体材料にレーザ光を照射する。固化部は、液体材料を固化するものであればよく、特に限定しない。例えば、固化部は、ＩＲ（Infrared Radiation）光、可視光、ＵＶ(Ultraviolet)光等の光源、あるいは、熱源であってもよい。液体材料の固化方法も、特に限定せず、乾燥、焼結等でよい。

コントローラ４０は、ステージ１０の動作、スポッタ２０から滴下される液体材料の量や滴下のタイミング、並びに、レーザ発生部３０からのレーザの照射時間等を制御する。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、第１の実施形態に従ったフォトマスクＰＭの構成を示す平面図および断面図である。図２（Ａ）は、第２の面Ｆ２の平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。フォトマスクＰＭは、上述の通り、非テレセントリック光学系において半導体基板へパターンを転写するために用いられるフォトマスク（例えば、レチクル）である。尚、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示す凸部５１〜５４は、模式的に描かれたものであり、実際の凸部よりも誇張して表現されている。

フォトマスクＰＭは、マスク基板５０と、凸部５１〜５４とを備える。マスク基板５０は、第１の面Ｆ１および第１の面Ｆ１とは反対側の第２の面Ｆ２を含む。第１の面Ｆ１には、半導体基板へ露光転写される回路パターンが形成されている。第２の面Ｆ２には、回路パターンを半導体基板へ転写したときに生じる転写パターンの位置ずれ（オーバーレイ誤差）を補正するために凸部５１〜５４が設けられている。ここで、回路パターンは、第１の面Ｆ１に形成されたフォトマスクＰＭ上のパターンである。転写パターンは、フォトマスクＰＭを用いて半導体基板へ回路パターンを露光した場合に半導体基板の表面に転写されるパターンである。オーバーレイ誤差は、半導体基板Ｗに形成されている下地パターンに対する転写パターンの水平方向のずれである。

凸部５１〜５４は、マスク基板５０の材料とは異なる材料で形成されている。例えば、マスク基板５０は、ガラス材料を用いて形成されており、凸部５１〜５４は、カーボンまたは樹脂で形成されている。

凸部５１〜５４は、スポッタ２０から滴下される液体材料を、レーザ発生部３０からのレーザ光で固化させることによって形成される。レーザ発生部３０は、フォトマスクＰＭの第２の面Ｆ２の一部分に局所的にレーザを照射することができる。従って、レーザ発生部３０は、フォトマスクＰＭ全体を熱処理することなく、凸部５１〜５４を焼結することができる。

凸部５１〜５４の平面形状および高さ（段差の大きさ）ΔＺ１、ΔＺ２は、スポッタ２０から滴下される液体材料の滴下速度や滴下量、並びに、スポッタ２０が液体材料を供給している期間におけるステージ１０の移動方向および移動速度によって或る程度決定される。凸部５１〜５４の平面形状および高さを調節するために、凸部５１〜５４は、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、積層構造を有していてもよい。例えば、凸部５１、５２の形成後、凸部５１、５２の高さが不足していると判断された場合には、フォトマスク作成装置１００は、液体材料の供給および液体材料の固化を再度実行し、凸部５３、５４それぞれ凸部５１、５２の上に形成してもよい。

尚、凸部５１〜５４が大きすぎた場合、レーザ発生部３０は、酸素雰囲気中において凸部５１〜５４にレーザを照射することによって、凸部５１〜５４に削って（焼き取って）もよい。あるいは、凸部５１〜５４が大きすぎた場合、アッシング装置を用いて、凸部５１〜５４をアッシングして除去してもよい。

このように、転写パターンのオーバーレイ誤差が凸部５１〜５４によって補正される理由を以下に説明する。

図３は、第１の実施形態に従ったフォトマスクＰＭを用いて露光を実行しているＥＵＶ露光装置２００を示す図である。

ＥＵＶ露光装置２００は、真空チャンバ１と、レチクルステージ７と、ウェハステージ８と、光学系４とを備えている。真空チャンバ１の内部は真空（例えば、１×１０^−４Ｐａ程度の減圧雰囲気）に維持されている。レチクルステージ７、ウェハステージ８および光学系４は、真空チャンバ１内に設けられており、ＥＵＶ光による露光は真空チャンバ１内で実行される。

レチクルステージ７は、静電チャックを有し、半導体基板Ｗを露光するためにフォトマスク（即ち、レチクル）ＰＭを装着する。レチクルステージ７は、露光時に走査方向に移動することができるように設けられている。レチクルステージ７の静電チャックは、フォトマスクＰＭをレチクルステージ７上で吸着し固定する。このとき、レチクルステージ７は、凸部５１〜５４が設けられているフォトマスクＰＭの第２の面Ｆ２（裏面）を吸着する。また、レチクルステージ７の搭載面は平坦であり、例えば、セラミック等の硬度の高い材料で形成されている。このため、レチクルステージ７がフォトマスクＰＭを吸着した際に、フォトマスクＰＭの第１の面Ｆ１が凸部５１〜５４によって伸縮して押し出され、第１の面Ｆ１が凹凸（段差）を有するようになる。これにともない、第１の面Ｆ１に形成された回路パターンが凹凸を有するようになる。

ウェハステージ８は、静電チャックを有し、露光対象である半導体基板Ｗを搭載する。ウェハステージ８は、露光時に走査方向に移動することができるように設けられている。ウェハステージ８の静電チャックは、半導体基板Ｗをウェハステージ８上で固定する。

光学系４は、レチクルステージ７に装着されたフォトマスクＰＭに形成された回路パターンを、ウェハステージ８上に搭載された半導体基板Ｗへ露光転写する。露光時に、光学系４はフォトマスクＰＭで反射した露光光で半導体基板Ｗを露光する。即ち、光学系４は、フォトマスクＰＭの第１の面Ｆ１に形成されたパターンを半導体基板Ｗへ投影する。半導体基板Ｗの表面には、感光性材料（例えば、レジスト）が予め塗布されており、露光光（ＥＵＶ光）は、半導体基板Ｗ上の感光性材料を感光させる。露光は、レチクルステージ７およびウェハステージ８を走査方向に走査させながら実行される。

ここで、フォトマスクＰＭの凸部５１〜５４（高さＺ１、Ｚ２）によって押し出された第１の面Ｆ１の段差の大きさをΔＺとする。フォトマスクＰＭの第１の面Ｆ１に対する垂直方向とフォトマスクＰＭに入射するＥＵＶ光の入射方向とが成す角をθとする。光学系４においてフォトマスクＰＭから半導体基板Ｗへの転写パターンの縮小率をＭとする。さらに、段差の大きさΔＺに応じて生じる半導体基板Ｗにおける転写パターンの位置の補正値（即ち、オーバーレイの補正値）をΔＸとする。この場合、次の式１が成り立つ。

ΔＺ＝ΔＸ／（Ｍ×ｔａｎθ） （式１）
即ち、フォトマスクＰＭの第１の面Ｆ１の段差ΔＺは、半導体基板Ｗ上の転写パターンの位置をΔＸだけずらす（補正する）ことができる。これは、フォトマスクＰＭの第２の面Ｆ２に形成された凸部５１〜５４が半導体基板Ｗ上の転写パターンの位置を補正することができると換言することができる。

図４は、第１の実施形態に従ったフォトマスクＰＭの作成方法を示すフロー図である。フォトマスクＰＭは、次のように作成される。

まず、フォトマスクＰＭの第１の面Ｆ１に回路パターンを形成する（Ｓ１０）。回路パターンの形成は、本実施形態におるフォトマスク作成装置１００とは別の装置で実行してもよい。

次に、露光装置２００においてフォトマスクＰＭを用いて露光を実行する（Ｓ２０）。このとき、露光装置２００は、半導体基板Ｗ上の転写パターンの位置ずれ（オーバーレイ誤差）を計測する（Ｓ３０）。オーバーレイ誤差は、フォトマスクＰＭの面内の複数の位置で計測されることが好ましい。例えば、オーバーレイ誤差は、フォトマスクＰＭの面内において設定された複数の格子点のそれぞれにおいて測定されてもよい。これにより、オーバーレイ誤差は、フォトマスクＰＭの面内において均等に測定される。

各格子点におけるオーバーレイ誤差が予め設定されている規格の範囲内である場合（Ｓ４０のＹＥＳ）、フォトマスクＰＭはそのまま半導体装置の生産のために使用することが可能である。従って、フォトマスクＰＭの作成は終了する。

一方、或る格子点のオーバーレイ誤差が予め設定されている規格の範囲外である場合（Ｓ４０のＮＯ）、フォトマスク形成装置１００がフォトマスクＰＭの第２の面Ｆ２に凸部を形成する（Ｓ５０）。フォトマスク形成装置１００は、オーバーレイ誤差が生じているフォトマスクＰＭの位置、オーバーレイ誤差の測定値等に応じて凸部の形成位置や液体材料の供給量等を決定する。ここで、オーバーレイ誤差をΔＸとして式１を用いれば、補正に必要な段差の大きさΔＺが算出され得る。また、第１の面Ｆ１における段差の大きさΔＺと第２の面Ｆ２における凸部５１〜５４の大きさΔＺ１、ΔＺ２やそれらの位置との関係は、応力解析などのシミュレーションもしくは経験則等によって予め設定され得る。さらに、所望の高さの凸部５１〜５４を形成するために必要な液体材料の供給量は経験則等によって予め設定され得る。凸部５１〜５４を実際に形成する前に、形成される予定の凸部がオーバーレイ誤差を小さくすることをシミュレーションにより確認してもよい。また、凸部５１〜５４を実際に形成した後、形成された凸部の高さ、大きさなどの形状を計測し、凸部がオーバーレイ誤差を小さくすることをシミュレーションにより確認してもよい。

凸部を形成した後、ステップＳ２０〜Ｓ４０を再度実行する。そして、各格子点におけるオーバーレイ誤差が規格の範囲内に入るまで、ステップＳ２０〜Ｓ４０を再度実行する。このようにして、本実施形態による方法は、オーバーレイ誤差を補正することができる。ステップＳ２０〜Ｓ４０の反復回数が所定値を超えた場合には、フォトマスクＰＭの回路パターン自体を作成し直してもよい。

このように、第１の実施形態によるフォトマスク形成装置およびフォトマスク形成方法は、フォトマスクＰＭの第２の面（裏面）に凸部５１〜５４を形成することによって半導体基板Ｗにおけるオーバーレイ誤差を補正することができる。このようなフォトマスクＰＭを用いて露光することにより、半導体基板Ｗの下地パターンと露光される転写パターンとのオーバーレイ精度が向上し、その結果、歩留まりが向上する。

また、第１の実施形態は、ＥＵＶ露光装置２００では修正できないようなオーバーレイ誤差を補正することができる。即ち、第１の実施形態は、ＥＵＶ露光装置ではできないオーバーレイの高次補正をフォトマスクＰＭの構成において行なうことができる。

（第２の実施形態）
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、第２の実施形態に従ったフォトマスクＰＭの構成を示す平面図および断面図である。図５（Ａ）は、第２の面Ｆ２の平面図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。第２の実施形態において、フォトマスクＰＭは、凸部に代えて、凹部６１〜６４を備えている点で第１の実施形態と異なる。第２の実施形態によるフォトマスクＰＭの構成は、第１の実施形態におけるフォトマスクＰＭの他の構成と同様でよい。

凹部６１〜６４は、フォトマスクＰＭのマスク基板５０の面Ｆ２上に新たな膜を一様の厚さで形成し、さらに膜をエッチングすることによって形成され得る。面Ｆ２上に材料を供給し、固化することで一様な厚さの膜を形成する。材料は、特に限定せず、液体材料、固体材料のいずれでもよい。液体材料の供給方法は、特に限定せず滴下、塗布、吹付のいずれでもよい。液体材料は、例えば、塗布型カーボンまたは金属含有樹脂等が考えられ、導電性を有していることが望ましい。固体材料の供給方法は、特に限定せず、射出、スパッタリング等のいずれでもよい。材料の固化方法は、特に限定せず、例えば、ＩＲ（Infrared Radiation）光、可視光、ＵＶ(Ultraviolet)光等の照射、あるいは、乾燥、焼結等でよい。

従って、第２の実施形態によるフォトマスク作成装置は、面Ｆ２上に形成した膜をエッチング可能なエッチング装置でよい。また、面Ｆ２上に形成した膜を選択的にエッチングするために、リソグラフィ技術を用いて形成した膜の上にさらにレジストを形成し、そのレジストをパターニングしてもよい。

フォトマスクＰＭが凹部６１〜６４を有する場合、ＥＵＶ露光装置２００においてフォトマスクＰＭがレチクルステージ７に装着されたときに、フォトマスクＰＭの第１の面Ｆ１は凹む。従って、上記式１のΔＺは、フォトマスクＰＭの第１の面Ｆ１の凹部の深さ（段差の大きさ）となる。

図６は、第２の実施形態に従ったフォトマスクＰＭの作成方法を示すフロー図である。ステップＳ１０〜Ｓ４０の実行後、或る格子点のオーバーレイ誤差が予め設定されている規格の範囲外である場合（Ｓ４０のＮＯ）、第２の実施形態によるフォトマスク作成装置は、フォトマスクＰＭの第２の面Ｆ２に凹部を形成する（Ｓ５１）。

フォトマスク形成装置は、オーバーレイ誤差が生じているフォトマスクＰＭの位置、オーバーレイ誤差の測定値等に応じて凹部の形成位置等を決定する。ここで、オーバーレイ誤差をΔＸとして式１を用いれば、補正に必要な段差の大きさΔＺが算出され得る。また、第１の面Ｆ１における段差の大きさΔＺと第２の面Ｆ２における凹部６１〜６４の大きさΔＺ１、ΔＺ２やそれらの位置との関係は、応力解析などのシミュレーションもしくは統計または経験則等によって予め設定され得る。凹部６１〜６４を実際に形成する前に、その凹部６１〜６４がオーバーレイ誤差を小さくすることをシミュレーションにより確認してもよい。また、凹部６１〜６４を実際に形成した後、形成された凹部の高さ,大きさなどの形状を計測し、凹部がオーバーレイ誤差を小さくすることをシミュレーションにより確認してもよい。

凹部の形成の際、リソグラフィ技術を用いてフォトマスクＰＭの第２の面Ｆ２に形成された膜上にレジストを形成し、そのレジストをパターニングする。その後、エッチング装置がフォトマスクＰＭの第２の面Ｆ２を選択的にエッチングする。第２の面Ｆ２のエッチングは、ウェットエッチングまたはドライエッチングのいずれでもよい。これにより、フォトマスクＰＭの第２の面Ｆ２に凹部が形成され得る。

凹部を形成した後、ステップＳ２０〜Ｓ４０を再度実行する。そして、各格子点におけるオーバーレイ誤差が規格の範囲内に入るまで、ステップＳ２０〜Ｓ４０を再度実行する。このようにして、第２の実施形態による方法は、オーバーレイ誤差を補正することができる。ステップＳ２０〜Ｓ４０の反復回数が所定値を超えた場合には、フォトマスクＰＭの回路パターン自体を作成し直すことが考えられる。

第２の実施形態のように、フォトマスクＰＭの第２の面（裏面）に凹部６１〜６４を形成しても半導体基板Ｗにおけるオーバーレイ誤差を補正することができる。これにより、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、第１の実施形態と第２の実施形態とは組み合わせてもよい。即ち、フォトマスクＰＭは、凸部と凹部との両方を第２の面Ｆ２に備えていてもよい。これにより、オーバーレイ誤差を臨機応変に補正することができ、オーバーレイ精度をさらに向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００・・・フォトマスク作成装置、１０・・・ステージ、２０・・・スポッタ、３０・・・レーザ発生部、４０・・・コントローラ、ＰＭ・・・フォトマスク、５０・・・マスク基板、５１〜５４・・・凸部、６１〜６２・・・凹部、Ｆ１・・・第１の面、Ｆ２・・・第２の面

Claims (7)

1. 非テレセントリック光学系において被転写基板へパターンを転写するために用いられるフォトマスクであって、
   前記パターンが形成された第１の面、および、前記第１の面とは反対側の第２の面を含むマスク基板と、
   前記パターンを前記被転写基板へ転写したときに生じる転写パターンの位置ずれを補正するために前記第２の面に設けられた凸部または凹部とを備え、
   前記凸部は、前記マスク基板の材料とは異なる材料で形成されていることを特徴とするフォトマスク。
2. 前記マスク基板はガラス基板であり、
   前記凸部はカーボンまたは樹脂で形成さ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。
3. 前記凸部または前記凹部によって露光時に前記第１の面に形成される段差の大きさをΔＺとし、前記ΔＺに応じて生じる前記被転写基板上におけるパターンの位置の補正値をΔＸとし、前記フォトマスクから前記被転写基板へ転写されるパターンの縮小率をＭとし、前記フォトマスクの表面に対する垂直方向と前記フォトマスクに入射する光の入射方向との成す角をθとすると、
   ΔＺ＝ΔＸ／（ｔａｎθ×Ｍ） （式１）
   式１が成り立つことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフォトマスク。
4. 非テレセントリック光学系において被転写基板へパターンを転写するために用いられるフォトマスクを作成する装置であって、
   前記パターンを前記被転写基板へ転写したときに生じる転写パターンの位置ずれを補正するために、前記パターンが形成された前記フォトマスクの第１の面とは反対側の第２の面に凸部または凹部を形成する段差形成部を備えたフォトマスク作成装置。
5. 前記段差形成部は、前記凸部を形成するために前記フォトマスクの前記第２の面に液体材料を供給することを特徴とする請求項４に記載のフォトマスク作成装置。
6. 前記フォトマスクに供給された液体材料を固化させる固化部をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載のフォトマスク作成装置。
7. 非テレセントリック光学系において被転写基板へパターンを転写するために用いられるフォトマスクを作成する装置におけるフォトマスク作成方法であって、
   前記パターンを前記被転写基板へ転写したときに生じる転写パターンの位置ずれを補正するために、前記パターンが形成された前記フォトマスクの第１の面とは反対側の第２の面にマスク基板の材料とは異なる材料で凸部または凹部を形成することを具備したフォトマスク作成方法。

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