JP2015158594A - マスクの製造方法、マスク基板、および荷電ビーム描画方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】遮光膜が薄い場合でもアライメントの精度を確保可能なマスクの製造方法、マスク基板、および荷電ビーム描画方法を提供する。
【解決手段】 実施形態の位相シフトマスクの製造方法は、電子の照射により二次電子を放出する第1領域と、前記電子の照射により前記第1領域より高密度の二次電子を放出する第2領域と、を有する金属層を基板上に形成する工程と、前記金属層をパターニングして、前記第1領域にメインパタンを、前記第2領域にアライメントマークをそれぞれ形成する工程と、前記パターニングされた金属層上にレジスト層を形成する工程と、前記アライメントマークの二次電子像を用いて、前記基板をアライメントする工程と、を具備する。
【選択図】図2
【解決手段】 実施形態の位相シフトマスクの製造方法は、電子の照射により二次電子を放出する第1領域と、前記電子の照射により前記第1領域より高密度の二次電子を放出する第2領域と、を有する金属層を基板上に形成する工程と、前記金属層をパターニングして、前記第1領域にメインパタンを、前記第2領域にアライメントマークをそれぞれ形成する工程と、前記パターニングされた金属層上にレジスト層を形成する工程と、前記アライメントマークの二次電子像を用いて、前記基板をアライメントする工程と、を具備する。
【選択図】図2
Description
本発明の実施形態は、マスクの製造方法、マスク基板、および荷電ビーム描画方法に関する。
LSI等の半導体装置の微細化に対応して、位相シフトマスク(PSM)による光リソグラフィーが用いられている。PSMでは、光の干渉を利用することで、光の波長より高精度での露光を可能とする。
ここで、レベンソン型の位相シフトマスクでは、例えば、1層目として、透光性のマスク基板上に形成された遮光膜へのパタンの作成後に、2層目として、当該マスク基板にシフタ用のパタンが形成される。このため、2層目のパタンの描画前に、1層目のパタンとのアライメントが行われる。このアライメントに際し、1層目のパタン(アライメントマーク)の二次電子像が用いられる。
しかし、近年、1層目の遮光膜の薄膜化が著しく、アライメントマークの検出が困難となり、1層目と2層目のパタンの重ね合わせ精度を確保することが困難となってきている。
なお、位置合わせマークの十分な検出信号を得るための技術が公開されている(特許文献1参照)。
ここで、レベンソン型の位相シフトマスクでは、例えば、1層目として、透光性のマスク基板上に形成された遮光膜へのパタンの作成後に、2層目として、当該マスク基板にシフタ用のパタンが形成される。このため、2層目のパタンの描画前に、1層目のパタンとのアライメントが行われる。このアライメントに際し、1層目のパタン(アライメントマーク)の二次電子像が用いられる。
しかし、近年、1層目の遮光膜の薄膜化が著しく、アライメントマークの検出が困難となり、1層目と2層目のパタンの重ね合わせ精度を確保することが困難となってきている。
なお、位置合わせマークの十分な検出信号を得るための技術が公開されている(特許文献1参照)。
本発明は、遮光膜が薄い場合でもアライメントの精度を確保可能なマスクの製造方法、マスク基板、および荷電ビーム描画方法を提供することを目的とする。
実施形態のマスクの製造方法は、電子の照射により二次電子を放出する第1領域と、前記電子の照射により前記第1領域より高密度の二次電子を放出する第2領域と、を有する金属層を基板上に形成する工程と、前記金属層をパターニングして、前記第1領域にメインパタンを、前記第2領域にアライメントマークをそれぞれ形成する工程と、前記パターニングされた金属層上にレジスト層を形成する工程と、前記アライメントマークの二次電子像を用いて、前記基板をアライメントする工程と、を具備する。
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
図1は、マスク描画装置10の模式図である。図1(a)は、マスク描画装置10の平面図である。図1(b)は、マスク描画装置10の断面図である。以下、図1を参照して、マスク描画装置10の構成について説明する。なお、図1(a)では、電子ビーム鏡筒500の図示を省略している。
図1は、マスク描画装置10の模式図である。図1(a)は、マスク描画装置10の平面図である。図1(b)は、マスク描画装置10の断面図である。以下、図1を参照して、マスク描画装置10の構成について説明する。なお、図1(a)では、電子ビーム鏡筒500の図示を省略している。
図1に示すように、マスク描画装置10は、インターフェース(I/F)100と、搬入出(I/O)チャンバ200と、ロボットチャンバ(Rチャンバ)300と、ライティングチャンバ(Wチャンバ)400と、電子ビーム鏡筒500と、制御機構600と、ゲートバルブG1〜G3とを備える。
I/F100は、本実施形態で使用するマスク基板Wが収容された容器C(例えば、SMIFPod)を載置する載置台110と、マスク基板Wを搬送する搬送ロボット120とを備える。
マスク基板Wは、遮光膜(例えば、後述の金属層40)およびレジスト膜(例えば、後述のレジスト層50,55)を積層した基板である。遮光膜は、メインパタンMPとアライメントマークAMを有する。
ここでは、アライメントマークAM近傍とメインパタンMP近傍とで、同一条件で電子を照射したときに、放出される二次電子の密度が異なる。即ち、アライメントマークAM近傍から放出される二次電子の密度は、メインパタンMP近傍から放出される二次電子の密度より大きい。メインパタンMPとアライメントマークAMで、遮光膜の特性(例えば、膜厚)、又は材質自体が異なることで、放出される二次電子の密度が異なる。この結果、メインパタンMPでの遮光膜が薄いときでも、アライメントマークAMの検出が容易となる。なお、この詳細は後述する。
I/Oチャンバ200は、Rチャンバ300内を真空(低気圧)に保ったままマスク基板Wを搬入出するためのロードロックチャンバである。I/Oチャンバ200には、I/F100との間にゲートバルブG1が設けられており、真空ポンプ210と、ガス供給系220とを備える。真空ポンプ210は、例えば、ドライポンプやターボ分子ポンプ等であり、I/Oチャンバ200内を真空引きする。ガス供給系220は、I/Oチャンバ200を大気圧とする際にI/Oチャンバ200内へベント用ガス(例えば、窒素ガスやCDA)を供給する。
I/Oチャンバ200内を真空引きする際は、I/Oチャンバ200に接続された真空ポンプ210を用いて真空引きする。また、I/Oチャンバ200内を大気圧に戻す際には、ガス供給系220からベント用ガスが供給され、I/Oチャンバ200内が大気圧となる。なお、I/Oチャンバ200内を真空引きする際及び大気圧とする際には、ゲートバルブG1,G2はClose(閉)される。
Rチャンバ300は、真空ポンプ310と、アライメント室320と、アース体収容室330と、搬送ロボット340とを備える。Rチャンバ300は、ゲートバルブG2を介してI/Oチャンバ200と接続されている。
真空ポンプ310は、例えば、Cryoポンプやターボ分子ポンプ等である。真空ポンプ310は、Rチャンバ300に接続されており、Rチャンバ300内を真空引きして高真空を保つ。アライメント室320は、マスク基板Wを位置決め(アライメント)するためのチャンバである。アース体収容室330は、アース体Hを収容するチャンバである。なお、このアライメントは、後述のWチェンバ400でのアライメントとは異なり、電子ビームの照射を前提としない。
アース体Hは、複数(例えば、3本)のアースピンHaと、額縁形状の枠体Hbとを備える。アース体Hは、マスク基板W上にセットされた状態で、マスク基板W上に電子ビームによる描画が行われる。この際、アース体Hは、図示しないアースと接続されている。つまり、アース体Hは、電子ビームの照射によるマスク基板Wへの電荷の蓄積(チャージ)を防止する。搬送ロボット340は、I/Oチャンバ200、アライメント室320、アース体収容室330及びWチャンバ400間で、マスク基板Wを搬送する。
Wチャンバ400は、真空ポンプ410と、X−Yステージ420と、駆動機構430A,430B、二次電子検出器440とを備え、ゲートバルブG3を介してRチャンバ300と接続されている。
真空ポンプ410は、例えば、Cryoポンプやターボ分子ポンプ等である。真空ポンプ410は、Wチャンバ400に接続されており、Wチャンバ400内を真空引きして高真空を保つ。X−Yステージ420は、マスク基板Wを載置するための台である。駆動機構430Aは、X−Yステージ420をX方向に駆動する。駆動機構430Bは、X−Yステージ420をY方向に駆動する。二次電子検出器440は、マスク基板Wの遮光膜(特にアライメントマークAM)から放出される二次電子を検出し、二次電子信号を出力する。
電子ビーム鏡筒500は、電子銃510、アパーチャ520、偏向器530、レンズ540(照明レンズ(CL)、投影レンズ(PL)、対物レンズ(OL))、反射防止板ARF等から構成される電子ビーム照射手段を備え、X−Yステージ420上に載置されたマスク基板Wに電子ビームを照射する。
制御機構600は、例えば、コンピュータ等であり、マスク描画装置10を制御する。制御機構600が、電子ビーム鏡筒500とX−Yステージ420とを連動して制御することで、電子ビームでマスク基板W上に所望のパタンが描画される。
また、制御装置600は、電子ビーム鏡筒500から電子ビームを照射し、この電子ビームを走査(スキャン)しながら、二次電子検出器440からの二次電子信号を検出する。この結果、マスク基板WのアライメントマークAMの画像(二次電子像)を検出し、マスク基板Wのアライメントが可能となる。即ち、マスク基板Wの位置/回転の補正やメインパタンMPの歪みの補正が可能となる。
(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態を説明する。以下、レベンソン型の位相シフトマスクを例として、マスク基板Wの作成、描画等の処理を説明する。但し、レベンソン型の位相シフトマスクは単なる一例であり、他のマスクの作成も可能である。
以下、第1の実施形態を説明する。以下、レベンソン型の位相シフトマスクを例として、マスク基板Wの作成、描画等の処理を説明する。但し、レベンソン型の位相シフトマスクは単なる一例であり、他のマスクの作成も可能である。
A.位相シフトマスク
以下、本実施形態に係る位相シフトマスクを説明する。
図2は、第1の実施形態に係る位相シフトマスク20を表す上面図および断面図である。図2の(a)、(b)がそれぞれ、上面図および断面図に対応する。断面図は、上面図のA−A線に沿って位相シフトマスク20を切断した状態を拡大して表している。
以下、本実施形態に係る位相シフトマスクを説明する。
図2は、第1の実施形態に係る位相シフトマスク20を表す上面図および断面図である。図2の(a)、(b)がそれぞれ、上面図および断面図に対応する。断面図は、上面図のA−A線に沿って位相シフトマスク20を切断した状態を拡大して表している。
位相シフトマスク20は、フォトリソグラフィーによるLSI等の半導体装置を作成するために用いられるレジスト等の露光のためのマスクである。ここでは、透光性の基板30および遮光膜である金属層40の双方がパターニングされたいわゆるレベルソン型の位相シフトマスクを示している。ここでは、位相シフトマスク20は、基板30、金属層40を有する。
基板30の構成材料には、光(例えば、紫外線)の透過特性(透光性)が良好な光学材料(例えば、石英ガラス)が用いられる。
金属層40の構成材料には、遮光性および二次電子放出特性を有する金属材料(例えば、Cr、Ta、MoSi、またはAl)が用いられる。なお、図示しないが、金属層40の最上層は、反射防止のために、酸化された状態であるのが通例である。例えば、クロム(Cr)の金属層の上に薄い酸化クロム(CrO2)の層が形成される。
金属層40の構成材料には、遮光性および二次電子放出特性を有する金属材料(例えば、Cr、Ta、MoSi、またはAl)が用いられる。なお、図示しないが、金属層40の最上層は、反射防止のために、酸化された状態であるのが通例である。例えば、クロム(Cr)の金属層の上に薄い酸化クロム(CrO2)の層が形成される。
基板30の主面は、メインパタン領域A1とアライメントマーク領域A2に区分される。
メインパタン領域A1には、半導体装置作成用の半導体ウェハに投影するためのメインパタンMPが配置される。ここでは、メインパタンMPの一部として、金属層40に複数の開口41が形成されている。露光時には、この開口41および基板30を光が通過する。即ち、開口41(41a、41b)は、光が通過する透光部である。
メインパタン領域A1には、半導体装置作成用の半導体ウェハに投影するためのメインパタンMPが配置される。ここでは、メインパタンMPの一部として、金属層40に複数の開口41が形成されている。露光時には、この開口41および基板30を光が通過する。即ち、開口41(41a、41b)は、光が通過する透光部である。
複数の開口41の一部(開口41a)において、基板30がエッチングされ、その厚さが薄くなっている。この開口41aでは、基板30がエッチングされていない開口41bと比べて、基板30の厚さの差に対応する位相差が生じる。即ち、開口41の内、開口41aは、位相差をもたらす位相シフタ透光部である。
なお、基板30自体をエッチングするのではなく、基板30と金属層40の間に透光性材料の層を配置し、この層をエッチングしても良い。透光性材料の層をパターニングすることで、位相シフタ透光部を形成できる。
位相シフトマスク20では、メインパタン領域A1に、遮光部(開口を有しない箇所)、透光部、位相シフタ透光部を適宜に配置することで、光の干渉を利用した高精度のパタン露光が可能となる。
アライメントマーク領域A2は、位相シフトマスク20の作成時でのマスク基板Wの位置合わせ(アライメント)のためのアライメントマークAMが配置される領域である。ここでは、アライメントマークAMは、十字形状を有する金属層40の開口42で構成される。後述のように、アライメントマーク領域A2に電子ビームを照射し、アライメントマークAM付近の二次電子像を検出することで、マスク描画装置10内のマスク基板Wの位置等を確認し、高精度の描画を行うことができる。
本実施形態では、メインパタン領域A1よりも、アライメントマーク領域A2において、金属層40の厚さが厚い。この結果、アライメントマーク領域A2に電子を照射したときの二次電子の量(密度)を確保し、明瞭な二次電子像を得ることができる。メインパタン領域A1での金属層40の厚さが薄く、これに電子を照射したときの二次電子の量(密度)が小さく、明瞭な二次電子像を得ることが困難な場合でも、アライメントマーク領域A2では明瞭な二次電子像を得ることが容易となる。
本実施形態では、メインパタン領域A1とアライメントマーク領域A2において、金属層40の厚さに加えて、基板30の厚さを異ならせている。金属層40の厚さを、例えば、メインパタン領域A1では5nm〜20nm、アライメントマーク領域A2では40nm〜70nmとする。
この結果、メインパタン領域A1とアライメントマーク領域A2において、金属層40の上面の高さが略等しくなっている。金属層40の主面(上面)の高さを一定としているのは、位相シフトマスク20をフォトリソグラフィ用の露光装置に設置したときに、位相シフトマスク20の位置の安定性を確保するためである。このとき、金属層40の主面が露光装置の保持部上に配置されることから、金属層40の主面の高さが揃っていないと、位相シフトマスク20が傾いたりして安定に設置されず、露光精度が劣化する可能性がある。
なお、後述のように、位相シフトマスク20の製造工程の関係で、メインパタン領域A1とアライメントマーク領域A2で金属層40の組成を異ならせることが好ましい。
B.位相シフトマスク20の製造
以下、位相シフトマスク20の製造方法を説明する。次の手順(1)〜(4)によって、位相シフトマスク20を製造できる。
以下、位相シフトマスク20の製造方法を説明する。次の手順(1)〜(4)によって、位相シフトマスク20を製造できる。
(1)マスク基板W1の用意
基板30上に金属層40およびレジスト層50が形成されたマスク基板W1を作成する。このマスク基板W1は次の手順a〜dで作成できる。
基板30上に金属層40およびレジスト層50が形成されたマスク基板W1を作成する。このマスク基板W1は次の手順a〜dで作成できる。
a.基板30のエッチング(図3(a)、(b)参照)
基板30を用意し(図3(a)参照)、アライメントマーク領域A2に凹部34を形成する(図3(b)参照)。この凹部34は、アライメントマーク領域A2に設けられ、メインパタン領域A1とアライメントマーク領域A2において、金属層40の高さを均一化するためのものである。
この凹部34の形成にエッチングまたは機械研磨(Mechanical Polishing)を利用できる。
基板30を用意し(図3(a)参照)、アライメントマーク領域A2に凹部34を形成する(図3(b)参照)。この凹部34は、アライメントマーク領域A2に設けられ、メインパタン領域A1とアライメントマーク領域A2において、金属層40の高さを均一化するためのものである。
この凹部34の形成にエッチングまたは機械研磨(Mechanical Polishing)を利用できる。
・エッチングの場合
例えば、凹部34に対応する開口を有するレジスト層を基板30に作成し、このレジスト層をマスクとして基板30をエッチングする。このエッチングには、例えば、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching; RIE)等のドライエッチングを用いることができる。なお、エッチング後に、溶剤等によりレジスト層は除去される。
例えば、凹部34に対応する開口を有するレジスト層を基板30に作成し、このレジスト層をマスクとして基板30をエッチングする。このエッチングには、例えば、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching; RIE)等のドライエッチングを用いることができる。なお、エッチング後に、溶剤等によりレジスト層は除去される。
・機械研磨の場合
基板30のアライメントマーク領域A2を機械的に研磨することで、凹部34を形成しても良い。この場合、レジスト等によるマスクは必ずしも必要はない。
基板30のアライメントマーク領域A2を機械的に研磨することで、凹部34を形成しても良い。この場合、レジスト等によるマスクは必ずしも必要はない。
b.メインパタン領域A1への金属層40の形成(図4(a)、(b)参照)
メインパタン領域A1とアライメントマーク領域A2に金属層40を形成する。
アライメントマーク領域A2にマスクMM1を配置して、スパッタリング等で金属層40を形成する。このマスクMM1には、例えば、金属板等のメカニカルマスクを用いることができる。
メインパタン領域A1とアライメントマーク領域A2に金属層40を形成する。
アライメントマーク領域A2にマスクMM1を配置して、スパッタリング等で金属層40を形成する。このマスクMM1には、例えば、金属板等のメカニカルマスクを用いることができる。
c.アライメントマーク領域A2への金属層40の形成(図4(c)、(d)参照)
メインパタン領域A1にマスクMM2を配置して、スパッタリング等で金属層40を形成する。このマスクMM2には、例えば、金属板等のメカニカルマスクを用いることができる。ここでは、メインパタン領域A1とアライメントマーク領域A2の境界付近に金属層40が重複して形成され、凸部45が生じている。
メインパタン領域A1にマスクMM2を配置して、スパッタリング等で金属層40を形成する。このマスクMM2には、例えば、金属板等のメカニカルマスクを用いることができる。ここでは、メインパタン領域A1とアライメントマーク領域A2の境界付近に金属層40が重複して形成され、凸部45が生じている。
d.金属層40の平坦化(図4(d)、(e)参照)
必要に応じて、化学機械研磨等を用いて金属層40の表面を平坦化する。ここでは、平坦化により、前述の凸部45が除去されている。
必要に応じて、化学機械研磨等を用いて金属層40の表面を平坦化する。ここでは、平坦化により、前述の凸部45が除去されている。
e.レジスト層50の形成(図5(a)参照)
その後、金属層40上にレジスト層50を形成することで、マスク基板W1が作成される(図5(a)参照)。
その後、金属層40上にレジスト層50を形成することで、マスク基板W1が作成される(図5(a)参照)。
ここでは、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2の順に金属層40を形成しているが、この順序は逆でも良い。
また、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2の境界に重複して金属層40を形成しているが、境界において金属層40が薄いかあるいは金属層40を有しないことも許容される。
また、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2の境界に重複して金属層40を形成しているが、境界において金属層40が薄いかあるいは金属層40を有しないことも許容される。
ここで、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2の材質を変更して、メインパタン領域A1よりも、アライメントマーク領域A2の金属層40のエッチングレートを大きくすることが好ましい。
これは、金属層40のパターニングの精度を向上するためである。仮に、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2のエッチングレートが同一とする。このときには、メインパタン領域A1でのエッチングが実質的に完了しているにも拘わらず、アライメントマーク領域A2でのエッチングが完了せず、エッチングを継続しなければならなくなる。この場合、メインパタン領域A1が過度にエッチングされ、メインパタン領域A1でのパターニングの精度が低下することになる。
理想的には、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2のエッチングが同時に完了することが好ましい。ここで、メインパタン領域A1での金属層40の膜厚D1、アライメントマーク領域A2での金属層40の膜厚D2とする。メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2でのエッチングレートが、それぞれの膜厚D1,D2に比例することが理想となる。但し、この理想的な場合と比べて、ある程度、例えば、5〜10%程度の誤差は許容され得る。
メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2の材質を変更するのは、成膜条件(例えば、スパッタリング条件)を異ならせることで可能となる。例えば、スパッタリング時のガスをメインパタン領域A1の形成時には、Ar/O2混合ガスとし、アライメントマーク領域A2の形成時には、純Arガスとする。このようにすると、メインパタン領域A1にはクロム(Cr)と酸化クロム(CrO2)が入り交じった状態の金属層40が、アライメントマーク領域A2にはクロム(Cr)の金属層40が形成される。このように、成膜条件を変更することで、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2それぞれでの金属層40の材質を変更し、エッチングレートを異ならせることができる。
(2)金属層40のパターニング(図5(a)〜(d)参照)
金属層40をパターニングし、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2それぞれにメインパタンMP、アライメントマークAMを形成する。この金属層40のパターニングは次の手順a〜cで行える。
金属層40をパターニングし、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2それぞれにメインパタンMP、アライメントマークAMを形成する。この金属層40のパターニングは次の手順a〜cで行える。
a.マスク基板W1(図5(a)参照)をマスク描画装置10のWチェンバ400内に搬送し、電子ビームにより描画する。
b.その後、マスク描画装置10からマスク基板W1を取り出して、現像することで、レジスト層50をパターニングする(図5(b)参照)。
既述のように、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2でのエッチングレートが異なることで、メインパタンMPの高精度での作成が可能となる。
既述のように、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2でのエッチングレートが異なることで、メインパタンMPの高精度での作成が可能となる。
c.パターニングされたレジスト層50をマスクとして、金属層40を例えばドライエッチングし、パターニングし(図5(c)参照)、溶剤等によりレジスト層50を除去する。
(3)アライメント・描画(図6(a)参照)
金属層40(第1層)のパターニング後に、基板30(第2層)のパターニングが行われる。このパターニングに先立って、第1層と第2層のパタンを対応させるため、基板30のアライメントが必要となる。第1層と第2層の電子ビームでの露光は、マスク描画装置10で行われるが、その前後で、基板30がマスク描画装置10から取り出されるため、マスク基板W1の位置等が変更され、調整が必要となる。
なお、第1層と第2層の電子ビームでの露光が、異なるマスク描画装置10で行われても良い。
金属層40(第1層)のパターニング後に、基板30(第2層)のパターニングが行われる。このパターニングに先立って、第1層と第2層のパタンを対応させるため、基板30のアライメントが必要となる。第1層と第2層の電子ビームでの露光は、マスク描画装置10で行われるが、その前後で、基板30がマスク描画装置10から取り出されるため、マスク基板W1の位置等が変更され、調整が必要となる。
なお、第1層と第2層の電子ビームでの露光が、異なるマスク描画装置10で行われても良い。
このアライメントおよび描画は次の手順a〜dで行える。
a.アライメントに先立って、基板30にレジスト層55および導電層60が形成される。この結果、マスク基板W2が形成される。
なお、導電層60は、マスク基板W2に電子ビームが照射されたときに、エッチングによって露出された基板30の開口部分がチャージングして位置精度が劣化するのを防止するためのものであり、例えば、スルホン酸を主成分とする導電性材料からなる。
a.アライメントに先立って、基板30にレジスト層55および導電層60が形成される。この結果、マスク基板W2が形成される。
なお、導電層60は、マスク基板W2に電子ビームが照射されたときに、エッチングによって露出された基板30の開口部分がチャージングして位置精度が劣化するのを防止するためのものであり、例えば、スルホン酸を主成分とする導電性材料からなる。
b.二次電子像の検出
マスク基板W2をマスク描画装置10のWチェンバ400内に搬送して、電子ビームを照射し、アライメントマークAM付近から放出される二次電子像を検出する。基板30上で電子ビームを走査しながら、二次電子を検出することで、アライメントマークAM付近の二次電子像を取得できる。アライメントマークAM自体には、金属層40が存在しないので、二次電子が事実上放出されない領域として、アライメントマークAMが検出される。このとき、二次電子の量そのものではなく、信号処理(例えば、微分処理)を行うことで、アライメントマークAM自体(金属層40が無い)とその周囲(金属層40が有る)の境界をより明確化することができる。
マスク基板W2をマスク描画装置10のWチェンバ400内に搬送して、電子ビームを照射し、アライメントマークAM付近から放出される二次電子像を検出する。基板30上で電子ビームを走査しながら、二次電子を検出することで、アライメントマークAM付近の二次電子像を取得できる。アライメントマークAM自体には、金属層40が存在しないので、二次電子が事実上放出されない領域として、アライメントマークAMが検出される。このとき、二次電子の量そのものではなく、信号処理(例えば、微分処理)を行うことで、アライメントマークAM自体(金属層40が無い)とその周囲(金属層40が有る)の境界をより明確化することができる。
c.マスク基板W2のアライメント
このように、アライメントマークAM、さらにはその位置を検出することで、
メインパタンMPの歪みや、位置/回転を補正することができる。
例えば、エッチングによって金属層40の内部応力が変化すると、パタン内の相対的な位置ズレ、即ちパタンの歪みが発生する可能性がある。この歪みは、アライメントマークAM間の相対的な距離のズレによって検出できる。
また、アライメントマークAMの平均的な位置により、マスク基板W2,ひいてはメインパタンMPの位置ズレおよび回転を検出できる。
このとき、アライメントマーク領域A2での金属層40の厚さが大きいため、二次電子信号が大きくなり、アライメントマークAMの検出が容易となる。
このように、アライメントマークAM、さらにはその位置を検出することで、
メインパタンMPの歪みや、位置/回転を補正することができる。
例えば、エッチングによって金属層40の内部応力が変化すると、パタン内の相対的な位置ズレ、即ちパタンの歪みが発生する可能性がある。この歪みは、アライメントマークAM間の相対的な距離のズレによって検出できる。
また、アライメントマークAMの平均的な位置により、マスク基板W2,ひいてはメインパタンMPの位置ズレおよび回転を検出できる。
このとき、アライメントマーク領域A2での金属層40の厚さが大きいため、二次電子信号が大きくなり、アライメントマークAMの検出が容易となる。
なお、ここでいうアライメントは、マスク基板W2の位置変更や回転を必ずしも意味しない。マスク基板W2の位置変更や回転を行わず、制御装置600に記憶された電子ビームの照射の基準位置を変更することをアライメントと呼んで差し支えない。
d.描画
アライメントマークAMによって、メインパタンMPの位置、歪みが検出され、この検出された歪み、位置ズレ、回転に対応するように、電子ビームを照射し、レジスト層55への描画を行う。確実に検出されたアライメントマークAMを用いてアライメントを行った状態で描画するので、第1層と第2層の重ね合わせ精度の高い位相シフトマスク20を製作できる。
アライメントマークAMによって、メインパタンMPの位置、歪みが検出され、この検出された歪み、位置ズレ、回転に対応するように、電子ビームを照射し、レジスト層55への描画を行う。確実に検出されたアライメントマークAMを用いてアライメントを行った状態で描画するので、第1層と第2層の重ね合わせ精度の高い位相シフトマスク20を製作できる。
(4)基板30のパターニング(図6(b)〜(d)参照)
基板30をパターニングする。このパターニングは次の手順a、bで行える。
a.マスク描画装置10からマスク基板W2を取り出して、現像することで、レジスト層50をパターニングする(図6(b)参照)。
基板30をパターニングする。このパターニングは次の手順a、bで行える。
a.マスク描画装置10からマスク基板W2を取り出して、現像することで、レジスト層50をパターニングする(図6(b)参照)。
b.パターニングされたレジスト層55をマスクとして、基板30を例えばドライエッチングし、パターニングし(図6(c)参照)、溶剤等によりレジスト層50を除去する(図6(d)参照)。
以上のように、位相シフトマスク20が作成される。
以上のように、位相シフトマスク20が作成される。
(比較例)
比較例を説明する。この比較例でも、金属層40xおよびレジスト層50が配置された基板30(マスク基板Wx1)を用い、金属層40のパターニング、アライメント・描画、基板30のパターニングを順に行う。ここでは、金属層40xの材料および膜厚がメインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2で同一である。次の手順(1)〜(3)によって、位相シフトマスク20xを製造できる。
比較例を説明する。この比較例でも、金属層40xおよびレジスト層50が配置された基板30(マスク基板Wx1)を用い、金属層40のパターニング、アライメント・描画、基板30のパターニングを順に行う。ここでは、金属層40xの材料および膜厚がメインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2で同一である。次の手順(1)〜(3)によって、位相シフトマスク20xを製造できる。
(1)金属層40xのパターニング(図7(a)〜(d))
(2)アライメント・描画(図8(a)参照)
(3)基板30のパターニング(図8(b)〜(d)参照)
(2)アライメント・描画(図8(a)参照)
(3)基板30のパターニング(図8(b)〜(d)参照)
これらの手順(1)〜(3)は、第1の実施形態での手順(2)〜(4)と同様なので、詳細な説明を省略する。
しかし、比較例では、金属層40xの材料および膜厚がメインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2で同一であることから、アライメントの際に問題が生じる可能性がある。
しかし、比較例では、金属層40xの材料および膜厚がメインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2で同一であることから、アライメントの際に問題が生じる可能性がある。
この背景として、遮光膜たる金属層40xの薄膜化が進められていることがある。金属層40のエッチング時に断面にテーパが形成され、形成されるマスクの精度に影響する。このため、パタンの微細化に伴い、遮光膜たる金属層40が薄くなっている。
図9は、厚い金属層40x1および薄い金属層40x2を用いたマスク基板Wx2でのアライメント時の断面状態を表す図である。金属層40x1、40x2はそれぞれ、例えば、50nm程度および10nm以下程度の厚さを有する。
図9(a)に示すように、厚い金属層40x1では、二次電子の信号が大きく、アライメントマークAMの輪郭を容易に検出できる。
一方、薄い金属層40x2では、二次電子の信号が小さく、アライメントマークAMの輪郭を容易には検出できない。即ち、アライメントマークAM付近を走査(スキャン)しても、電子が金属層40x2(遮光膜)をすぐに貫通してしまい、二次電子の発生量(密度)が小さく、信号強度の確保が困難となる。
一方、薄い金属層40x2では、二次電子の信号が小さく、アライメントマークAMの輪郭を容易には検出できない。即ち、アライメントマークAM付近を走査(スキャン)しても、電子が金属層40x2(遮光膜)をすぐに貫通してしまい、二次電子の発生量(密度)が小さく、信号強度の確保が困難となる。
このように、アライメントマークAMの検出精度が低下すると、第1層、第2層でのパタンの重ね合わせの精度が低下する。
これに対して、第1の実施形態では、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2それぞれでの金属層40の厚さを異ならせることで、メインパタンMPでのパタン精度の向上とアライメントマークAMの検出精度の確保を両立可能となる。
(第1の実施形態の変形例)
以下、第1の実施形態の変形例を説明する。ここでは、次の手順(1)〜(3)で、マスク基板W1を形成する。
以下、第1の実施形態の変形例を説明する。ここでは、次の手順(1)〜(3)で、マスク基板W1を形成する。
(1)メインパタン領域A1への金属層40の形成(図10(a)〜(c)参照)
アライメントマーク領域A2にマスクMM1を配置して、スパッタリング等で金属層40を形成する。このマスクMM1には、例えば、金属板等のメカニカルマスクを用いることができる。この結果、基板30のメインパタン領域A1にのみ金属層40が形成される。
アライメントマーク領域A2にマスクMM1を配置して、スパッタリング等で金属層40を形成する。このマスクMM1には、例えば、金属板等のメカニカルマスクを用いることができる。この結果、基板30のメインパタン領域A1にのみ金属層40が形成される。
(2)基板30のエッチング(図10(d)参照)
金属層40をマスクとして、基板30をエッチングする。この結果、基板30のアライメントマーク領域A2がエッチングされ、凹部34が形成される。
金属層40をマスクとして、基板30をエッチングする。この結果、基板30のアライメントマーク領域A2がエッチングされ、凹部34が形成される。
(3)アライメントマーク領域A2への金属層40の形成(図11(a)〜(d)参照)
メインパタン領域A1にマスクMM2を配置して、スパッタリング等で金属層40を形成する。このマスクMM2には、例えば、金属板等のメカニカルマスクを用いることができる。ここでは、メインパタン領域A1とアライメントマーク領域A2の境界付近に金属層40が重複して形成され、凸部45が生じている。
メインパタン領域A1にマスクMM2を配置して、スパッタリング等で金属層40を形成する。このマスクMM2には、例えば、金属板等のメカニカルマスクを用いることができる。ここでは、メインパタン領域A1とアライメントマーク領域A2の境界付近に金属層40が重複して形成され、凸部45が生じている。
その後、必要に応じて、化学機械研磨等を用いて金属層40の表面を平坦化する。ここでは、平坦化により、前述の凸部45が除去されている。
その後、金属層40上にレジスト層50を形成することで、マスク基板W1が作成される(図5(a)参照)。
以上のようにして、マスク基板W1を作成できる。その後は、第1の実施形態と同様の手順で、位相シフトマスク20を作成できる。
その後、金属層40上にレジスト層50を形成することで、マスク基板W1が作成される(図5(a)参照)。
以上のようにして、マスク基板W1を作成できる。その後は、第1の実施形態と同様の手順で、位相シフトマスク20を作成できる。
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態を説明する。
A.位相シフトマスク
以下、本実施形態に係る位相シフトマスクを説明する。
図12は、第2の実施形態に係る位相シフトマスク20aを表す上面図および断面図である。図12の(a)、(b)がそれぞれ、上面図および断面図に対応する。断面図は、上面図のA−A線に沿って位相シフトマスク20を切断した状態を拡大して表している。
以下、第2の実施形態を説明する。
A.位相シフトマスク
以下、本実施形態に係る位相シフトマスクを説明する。
図12は、第2の実施形態に係る位相シフトマスク20aを表す上面図および断面図である。図12の(a)、(b)がそれぞれ、上面図および断面図に対応する。断面図は、上面図のA−A線に沿って位相シフトマスク20を切断した状態を拡大して表している。
本実施形態では、メインパタン領域A1の金属層40aでの二次電子放出率η1よりも、アライメントマーク領域A2の金属層40bでの二次電子放出率η2が大きい。この結果、アライメントマーク領域A2に電子を照射したときの二次電子の量(密度)を確保し、明瞭な二次電子像を得ることができる。即ち、メインパタン領域A1での金属層40aの厚さが薄く、これに電子を照射したときの二次電子の発生量(密度)が小さく、明瞭な二次電子像を得ることが困難な場合でも、アライメントマーク領域A2では明瞭な二次電子像を得ることが容易となる。
金属層40a,40bの厚さを、例えば、5nm〜20nm(好ましくは、5nm〜10nm)とする。
図13に示すように、金属元素でもその原子番号Zが大きいと、二次電子放出率ηも大きくなる。例えば、メインパタン領域A1の金属層40aを例えば、Crから構成し、アライメントマーク領域A2の金属層40bを例えば、Taから構成することで、メインパタン領域A1とアライメントマーク領域A2での二次電子放出率ηを異ならせることができる。
なお、金属層40a、40bの組み合わせとして、CrとTa以外にも、CrとWやCrとPtの組み合わせを挙げることができる。
このような基板の製作工程を図7に示す。アライメントマーク部の遮光膜の反射電子放出率が高いので、反射電子信号が大きくなる。
B.位相シフトマスク20の製造
以下、位相シフトマスク20の製造方法を説明する。ここでは、次の手順(1)〜(4)で、位相シフトマスク20を形成する。
以下、位相シフトマスク20の製造方法を説明する。ここでは、次の手順(1)〜(4)で、位相シフトマスク20を形成する。
(1)マスク基板Wa1の作成
次の手順a〜cで、マスク基板Wa1を形成する。
次の手順a〜cで、マスク基板Wa1を形成する。
a.メインパタン領域A1への金属層40aの形成(図14(a)〜(c)参照)
アライメントマーク領域A2にマスクMM1を配置して、スパッタリング等で金属層40aを形成する。このマスクMM1には、例えば、金属板等のメカニカルマスクを用いることができる。
アライメントマーク領域A2にマスクMM1を配置して、スパッタリング等で金属層40aを形成する。このマスクMM1には、例えば、金属板等のメカニカルマスクを用いることができる。
b.アライメントマーク領域A2への金属層40bの形成(図14(d)、(e)参照)
メインパタン領域A1にマスクMM2を配置して、スパッタリング等で金属層40bを形成する。このマスクMM2には、例えば、金属板等のメカニカルマスクを用いることができる。ここでは、メインパタン領域A1とアライメントマーク領域A2の境界付近に金属層40a、40bが重複して形成され、凸部45bが生じている。
メインパタン領域A1にマスクMM2を配置して、スパッタリング等で金属層40bを形成する。このマスクMM2には、例えば、金属板等のメカニカルマスクを用いることができる。ここでは、メインパタン領域A1とアライメントマーク領域A2の境界付近に金属層40a、40bが重複して形成され、凸部45bが生じている。
c.金属層40a,40bの平坦化(図14(e)〜(f)参照)
必要に応じて、化学機械研磨等を用いて金属層40a,40bの表面を平坦化する。ここでは、平坦化により、前述の凸部45bが除去されている。
なお、金属層40a,40bに膜厚差があった場合も化学機械研磨等を用いて膜厚を均一化することが好ましい。
必要に応じて、化学機械研磨等を用いて金属層40a,40bの表面を平坦化する。ここでは、平坦化により、前述の凸部45bが除去されている。
なお、金属層40a,40bに膜厚差があった場合も化学機械研磨等を用いて膜厚を均一化することが好ましい。
その後、金属層40a,40b上にレジスト層50を形成することで、マスク基板Wa1が作成される(図15(a)参照)。
以上のようにして、マスク基板Wa1が作成される。
以上のようにして、マスク基板Wa1が作成される。
ここでは、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2の順に金属層40a,40bを形成しているが、この順序は逆でも良い。
また、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2の境界に重複して金属層40を形成しているが、境界において金属層40a,40bが薄いかあるいは金属層40a,40bを有しないことも許容される。
また、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2の境界に重複して金属層40を形成しているが、境界において金属層40a,40bが薄いかあるいは金属層40a,40bを有しないことも許容される。
(2)金属層金属層40a,40bのパターニング(図15(a)〜(d)参照)
(3)アライメント・描画(図16(a)参照)
(4)基板30のパターニング(図16(b)〜(d)参照)
(3)アライメント・描画(図16(a)参照)
(4)基板30のパターニング(図16(b)〜(d)参照)
これらの手順(2)〜(4)は、第1の実施形態での手順(2)〜(4)と同様なので、詳細な説明を省略する。
第2の実施形態では、金属層40の材料がメインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2で異なることから、メインパタンMPでのパタン精度の向上とアライメントマークAMの検出精度の確保が容易となる。
第2の実施形態では、金属層40の材料がメインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2で異なることから、メインパタンMPでのパタン精度の向上とアライメントマークAMの検出精度の確保が容易となる。
(第2の実施形態の変形例)
第2の実施形態では、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2での金属層40a、40bの膜厚を同一としていた。これに対して、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2での金属層40a、40bの膜厚を異ならしても良い。
第2の実施形態では、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2での金属層40a、40bの膜厚を同一としていた。これに対して、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2での金属層40a、40bの膜厚を異ならしても良い。
具体的には、第1の実施形態あるいはその変形例で示した手順でマスク基板Wa1を作成する際に、メインパタン領域A1、アライメントマーク領域A2での金属層40a、40bの構成材料を異ならせる。
この場合、メインパタン領域A1には薄く、かつ二次電子放出率ηの小さい金属層40aが、アライメントマーク領域A2には厚く、かつ二次電子放出率ηの大きい金属層40bが配置される。例えば、金属層40aの厚さを5nm〜20nm(好ましくは、5nm〜10nm)、金属層40bの厚さを30nm〜60nm(好ましくは、30nm〜50nm)とする。
この結果、アライメントマークAMのより確実な検出が可能となる。
この結果、アライメントマークAMのより確実な検出が可能となる。
(その他の実施形態)
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、上記実施形態は、例示であり、本発明を上記実施形態に限定することを意図するものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施す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。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、上記実施形態は、例示であり、本発明を上記実施形態に限定することを意図するものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施す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。
10:マスク描画装置、W:マスク基板、20:位相シフトマスク、30:基板、34:凹部、40:金属層、41:開口、41a:開口、41b:開口、42:開口、45:凸部、50、55:レジスト層、70:導電層、A1:メインパタン領域、A2:アライメントマーク領域、AM:アライメントマーク、MM1,MM2:マスク、MP:メインパタン
Claims (5)
- 電子の照射により二次電子を放出する第1領域と、前記電子の照射により前記第1領域より高密度の二次電子を放出する第2領域と、を有する金属層を基板上に形成する工程と、
前記金属層をパターニングして、前記第1領域にメインパタンを、前記第2領域にアライメントマークをそれぞれ形成する工程と、
前記パターニングされた金属層上にレジスト層を形成する工程と、
前記アライメントマークの二次電子像を用いて、前記基板をアライメントする工程と、
を具備するマスクの製造方法。 - 前記第2の領域内の金属層が、前記第1の領域内の金属層より厚い
請求項1記載のマスクの製造方法。 - 前記第1領域内の金属層が、第1金属材料からなり、
前記第2領域内の金属層が、前記第1金属材料より二次電子放出率が大きい第2金属材料からなる、
請求項1記載のマスクの製造方法。 - 基板と、
前記基板上に配置され、電子の照射により二次電子を放出する第1領域と、前記電子の照射により前記第1領域より高密度の二次電子を放出する第2領域と、を有し、かつ前記第1および第2の領域にそれぞれメインパタンおよびアライメントマークを有するようにパターニングされた金属層と、
前記金属層上に配置されるレジスト層と、を具備し、
前記第2の領域内の金属層が、前記第1の領域内の金属層より厚い
マスク基板。 - 請求項4記載のマスク基板のアライメントマークの二次電子像を用いて、前記マスク基板を位置合わせする工程と、
前記位置合わせされたマスク基板に描画する工程と、
を具備する荷電ビーム描画方法。
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2014
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