JP2020091332A - フォトマスクの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図22は、典型的なボトムハーフ型の多階調マスクの製造方法を示す工程断面図である。
先ず、石英等の透明基板100上に、Moシリサイド(MoSi)等の半透過膜101と、クロム(Cr)等の遮光膜102とがこの順に形成されたフォトマスクブランクスを準備し、その表面全体にフォトレジスト103を塗布法等により形成する(図22(A))。
次に、フォトレジスト103を、描画装置により露光し、現像することによりフォトレジストのパターン103aを形成する(図22(B))。
次に、フォトレジストのパターン103aをマスクに遮光膜102をエッチングすることにより、遮光膜のパターン102aを形成し(図22(C))、さらに半透過膜101をエッチングすることにより半透過膜のパターン101aを形成する(図22(D))。
次に、アッシング等によりフォトレジストのパターン103aを除去する(図22(E))。
次に、フォトレジスト104を形成し(図22(F))、フォトレジスト104を、描画装置により露光し、現像することによりフォトレジストのパターン104aを形成する(図22(G))。
次に、フォトレジストのパターン104aをマスクに、遮光膜のパターン102aを選択的にエッチングし、遮光膜のパターン102bを形成する(図22(H))。
最後に、アッシング等によりフォトレジストのパターン104aを除去する(図22(I))。
さらに、2回(複数)のリソグラフィー工程を必要とするため、それぞれのリソグラフィー工程で形成する描画パターンを重ね合わせるための位置合わせ(アライメント)が必要となる。この場合、位置合わせマージン(余裕)を考慮して描画パターンを拡張する等の対応が必要であるため、パターンの微細化、高集積化の障害となる。
また、4階調以上の多階調マスクを形成する場合、さらにリソグラフィー工程が増加することになる。
なお、本発明にかかるフォトマスクの製造方法は、多階調フォトマスクの製造に限定的に使用されるものではなく、例えばバイナリーマスクの製造にも使用可能であることは言うまでもない。
描画装置を用いたフォトマスクの製造方法であって、
前記描画装置は、半導体レーザーから照射されたレーザー光の光路中に傾斜角度を独立して変更可能な複数のマイクロミラーで構成されるマイクロミラーアレイを含み、
前記描画装置によって描画するための描画パターンの設計値と仕上がり寸法の実測値との相関関係を示すパターン寸法相関データを取得するステップと、
前記パターン寸法相関データに基づいて、前記描画パターンに対応した前記マイクロミラーのパターン領域を各々設定するステップと、
フォトレジスト膜を形成したフォトマスク基板を設置するステップと、
前記マイクロミラーアレイにレーザーを照射するステップと、
設定された前記各パターン領域の前記マイクロミラーの各々に対して、前記傾斜角度を制御することにより、前記レーザー光の照射状態を時間的に制御するステップと、
前記フォトマスク基板に対する前記レーザー光の照射位置を相対的に変化させるステップとを含むことを特徴とする。
レーザー発生装置である半導体レーザから放射されたレーザーの光路をDMDのマイクロミラー単位で制御して、多彩なフォトマスクのパターンに柔軟に対応し、パターン描画が容易となるとともに、所望のパターン寸法を実現することで高精度なフォトマスクを製造することが可能となる。
前記マイクロミラーの前記パターン領域は、第1のマイクロミラー領域、第2のマイクロミラー領域及び第3のマイクロミラー領域を含み、
前記第1の領域に配置されたマイクロミラーは、第1の制御時間の間、第1の状態を維持しつつ、その他の時間は第2の状態を維持し、
前記第2の領域に配置されたマイクロミラーは、第2の制御時間の間、第1の状態を維持しつつ、その他の時間は第2の状態を維持し、
前記第3の領域に配置されたマイクロミラーは、第3の制御時間の間、第1の状態を維持しつつ、その他の時間は第2の状態を維持し、
第1の制御時間、第2の制御時間、第3の制御時間は互いに異なるように設定されることを特徴とする。
ハーフトーンマスクの製造が可能となるとともに、その製造工数を削減することが可能となる。
前記第1のマイクロミラー領域、前記第2のマイクロミラー領域及び前記第3のマイクロミラー領域が、それぞれの領域毎に、マイクロミラー単位で補正することを特徴とする。
前記パターン寸法相関データに基づいて、前記描画パターンに対応した前記マイクロミラーのパターン領域を各々設定するステップは、
前記描画パターンに対応した前記マイクロミラーのパターン領域を設定した後に、前記パターン寸法相関データに基づいて、前記マイクロミラーのパターン領域を補正することを特徴とする。
様々なパターンを有するフォトマスクであっても容易にパターンの補正が可能となる。
1回のリソグラフィー工程によって膜厚の異なるレジストを形成することができ、多階調フォトマスクの製造工程数の削減が可能となるとともに、高精度なパターンの形成が可能となる。
レーザー発生装置である半導体レーザー2から放射されたレーザーLD(例えばg線、h線、i線等)は、点線矢印で示すように反射鏡3によりDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)4へと誘導される。DMD4の光反射部8で反射されたレーザーは、白塗り矢印で示すように、例えばレンズからなる光学系5により、ステージ6上に載置されたフォトマスク基板7上に、等倍又は縮小投影される。
フォトマスク基板7は、例えば透明基板上に半透過膜と遮光膜が形成されたフォトマスクブランクスであり、さらにフォトマスクブランクス上に照射されるレーザーに対して感光性を有するフォトレジストが塗布されている。
ステージ6は、互いに直交するX方向及びY方向に移動し、フォトマスク基板7を所定の方向に所定の距離だけ、移動させることができる。
白塗り矢印方向に反射されたレーザーは、光学系5を経由(通過)して、フォトマスク基板7に照射される。一方、黒塗り矢印方向に反射されたレーザーは、光学系5に入射せず、そのためフォトマスク基板7に照射されない。このように光路中にDMD4を設けることにより、フォトマスク基板7に対してレーザーの照射有無を選択できる。
図1(B)に示すように、光反射部8は、例えば1辺が10.8[μm]のマイクロミラー9が複数個、例えば1980×1080個、格子状に配置されたマイクロミラーアレイにより構成されている。それぞれのマイクロミラー9は独立して傾斜角度を制御できる。その傾斜角度は、第1の傾斜角度又は第2の傾斜角度、例えば−12[°]又は+12[°]と2段階に切り換えることができるように構成されている。
マイクロミラー9の傾斜角度を個別に制御することで、様々なパターンのレーザー描画に対して、画素単位で照射の有無を選択することができる。なお、傾斜角度は例示でありこれに限定されない。
図2(A)の円で囲まれた領域はレーザー照射領域Sを示し、この円がレーザースポット径(例えば1[mm])に対応する。また、図2(A)の四角形で囲まれた領域は、レーザー照射領域S内に設定されたマイクロミラー制御領域Cである。マイクロミラー制御領域Cは、レーザースポット径の変動や光軸の変動を考慮して、レーザー照射領域S内に収まるように設定される。
なお、光反射部8の面は、レーザーの入射方向に対して必ずしも垂直でないため、レーザー照射領域Sは必ずしも円ではなく、正確には楕円となることがある。また、マイクロミラー制御領域Cも正方形に限らず、長方形であってもよい。
図3(A)において、マイクロミラー9a(ハッチングされた領域)は第1の状態、マイクロミラー9b(ハッチングされていない領域)は第2の状態にあるマイクロミラーを示す。
各マイクロミラー9は、フォトマスク基板7上で1つの画素(ピクセル)を構成し、この露光領域の最小単位である画素の集合としてフォトレジストのパターンが形成される。
そのため、図4に示すように、マイクロミラー制御領域Cで確定される1つの露光区画の露光処理が完了すると、連続したパターン形成が可能なように、ステージ6によって露光区画の大きさに相当する距離Lだけフォトマスク基板7が移動される。その後、次の露光区画に対して所望のパターンとなるようマイクロミラー9を第1の状態又は第2の状態に制御することで露光処理を行う。
描画装置1は、第1の走行ガイド16及び第2の走行ガイド18を備えている。
第1の走行ガイド16の長手方向は図中X方向に平行であり、第2の走行ガイド18の長手方向は図中Y方向に平行である。
従って、可動反射鏡32、DMD4及び光学系5は図中X方向及びY方向に移動可能である。
さらに、1個のマイクロミラー9は、フォトマスク基板7上で1つの画素を構成するため、画素毎に露光時間を制御することもできる。
光量検出器15は、イメージセンサ等を使用し、DMD4の光反射部8の全てのマイクロミラー9を第1の状態とし、反射されたレーザーを光量検出器15の受光面に照射することで、2次元的にレーザー照射強度分布を測定することが可能となる。
光量検出器15の受光面は、フォトマスク基板7の照射表面と同一の高さ(水準)とすることで、正確な強度が測定可能である。
光量計測部56は、光量検出器15を制御し、検出された2次元的情報を、例えば画像データ(2次元配列データ)として記憶部52に保存する。演算処理部53は、画像データの各画素から、照射されたレーザーの面内の強度分布を求め、面内強度分布の均一性を算出し光反射部8の状態を監視することも可能である。
なお、描画するラインパターンを形成するマイクロミラー9は、パターンデータ入力部51を介して記憶部52に記憶されたパターンデータに従って抽出し、DMD制御部54によって第1の状態となるよう制御している。
均一性(=標準偏差/平均値)が図7(A)に示す強度分布は11%であるが、図8(A)に示す強度分布は23%に増大している。
図8(B)に示すように、強度分布の変動幅が増加し均一性が増加(劣化)すると、フォトレジストのライン幅の実測値の変動幅も増大し、ライン幅の均一性が増大(劣化)する。
このような場合、DMDを交換するといった対処も可能である。
従って、比較的平坦な強度分布を示す領域を選定することで、レジストパターンの均一性が低下(向上)する。
図7(A)及び図8(A)中B−B’で示す領域は、光強度分布の均一性が向上する領域である。
例えば、製造するフォトマスクの最小線幅や最小間隔などの仕様(顧客要求値)に合わせて、しきい値を設定し、反射光の強度分布の変動幅がしきい値より下回るようにマイクロミラー制御領域Cを設定してもよい
DMD4は、各マイクロミラー9を独立して制御できるため、マイクロミラー制御領域Cの設定も容易に制御可能である。
露光量は、ライン幅5[μm]のレジストパターンが形成される露光量を1として規格化している。このような露光量と現像後のレジストパターン寸法との関係は、使用するレジストに依存し、パターン寸法毎に(例えば、複数のライン幅、スペース幅又は複数のホール径に対して)実測により求めることができる。
予め図10に示す、露光量とパターン寸法との相関関係についての基礎的データをフォトレジスト毎に記憶部に記憶しておくことで、パターン寸法の分布を予測し、最適なマイクロミラー制御領域Cを自動的に算出することが可能となる。また、複数のレジストに対して相関データを取得しておくことで、使用するフォトレジストの候補を提示することも可能となる。
なお、照射される期間(露光時間)は、必ずしも連続する必要はなく、第1の状態を維持する期間の合計が、例えばta、tbとなればよい。
例えば、ネガ型フォトレジストの場合、領域Rcを介して照射されるレーザーの露光時間は0であるため、領域Pcのフォトレジスト10の膜厚は0となる。領域Pbのフォトレジスト10の膜厚(Hb)及び領域Paのフォトレジスト10の膜厚(Ha)は、露光時間tbは露光時間taより短い(tb<ta)ため、Hb<Haとなる。
また、階段状に傾斜する断面を有するフォトレジストを形成することも可能である。
なお、ポジ型フォトレジストに対しても、1回の露光処理により異なる複数の膜厚を有するフォトレジストを形成できる。
しかし、本実施形態のようにDMD4を用いた描画装置1を用いた場合、1回の露光で異なる膜厚を有するフォトレジスト10をパターニングできるため、この重ね合わせ余裕を考慮したパターン設計が必要が無く、重ね合わせ余裕に相当する寸法の微細化が可能となる。さらに、重ね合わせ余裕に対する設計ルールが緩和されるため、パターン設計が容易になり、パターン設計者の労力も軽減される。
図13(A)に示すように、石英等の透明基板11上に、蒸着法やスパッタ法により、半透過膜12(例えばMoSi、Ti)と遮光膜13(例えばCr)とがこの順に形成されたフォトマスクブランクスを準備し、遮光膜13上にフォトレジスト10を塗布等により形成する。
なお、半透過膜12の光透過率は、透明基板11の光透過率と遮光膜13の光透過率
との間で任意に設定されている。
上記のように、マイクロミラー9毎に露光時間を制御できるため、1回の露光処理工程により、膜厚が異なる第1のフォトレジストパターン10a、第2のフォトレジストパターン10bを同時に形成することができる。また、さらに異なる3種類以上の膜厚のフォトレジスト10のパターンを形成することも可能である。
すなわち、膜厚Hbより多く、膜厚Haより少ない量だけエッチバックして、フォトレジスト10の膜厚を減少させる。
第1のフォトレジストパターン10aの膜厚Haは、第2のフォトレジストパターン10bの膜厚Hbより大きいため、第1のフォトレジストパターン10aの膜厚はHa−Hb以下まで減少してしまうが、一部は残置させることが可能である。
以上の工程により透明基板11が露出した領域、透明基板11上に半透過膜12のみが形成された領域、透明基板11上に半透過膜12と遮光膜13とが形成された領域を有する3階調のハーフトーンマスク14を得ることができる。
異なる膜厚の半透過膜のパターンを形成するためには、膜厚の異なるレジストパターンのエッチバックと半透過膜の部分的エッチング(ハーフエッチング)を順次繰り返せばよい。
例えば、図11(A)において、領域Raと比べ領域Rbでは、露光量が減少し、パターン幅が減少する(細くなる)。そのため、図15(A)に示すように、露光量の少ない領域に対応したマイクロミラー9bの領域(領域Rb)の幅を、マイクロミラー9aの領域(領域Ra)より、パターン幅の変動分(減少分)だけ広くなるように設定(補正)してもよい。また、図15(B)に示すように、逆に露光量の少ない領域に対応したマイクロミラー9aの領域(領域Ra)を、パターン幅の変動分だけ縮小してもよい。
なお、図15(A)、(B)中の点線は、補正前の領域を示す。
横軸に描画パターンの設計値、縦軸に設計値とフォトマスク基板7に形成されたパターン寸法の実測値との差分をプロットしており、図16では遮光膜のパターン寸法の例を示す。
測定に用いた描画パターンは、例えばライン/スペースの設計値が、2/2、3/3、5/5、10/10、15/15、50/50[μm]のパターンである。測定用のパターンには、ラインアンドスペースが並んだパターンの他、孤立ライン、孤立スペースや、ホールが2次元配列されたパターン、孤立したホールを含んでもよい。予め、このような標準パターンを用いて、相関データを取得し、記憶部52に記憶しておく。
ここで差分は、描画パターンの各設計値から仕上がりのパターン寸法の実測値を引いた値、すなわち[設計値]−[実測値]により算出した。
なお、光学系5により縮小投影を行う場合も、描画パターンの各設計値は、縮小倍率を考慮した値を使用しているため、差分の算出は上記のとおりである。
すなわち、ラインパターンの長手方向の向き(X方向又はY方向)に依存して、差分の線幅依存性が異なる。
図17(A)、(B)に示すように、マイクロミラー9は傾いた状態でレーザーを反射するため、図17(C)に示す傾斜しない状態と比べレーザーを反射する面積が縮小する。 しかし、断面に垂直な方向でありマイクロミラー9を傾斜させる回転軸に平行な方向、即ち図17(D)の点線で示す方向には、レーザーを反射する面積は縮小しない。
従って、実効的な光の強度は、マイクロミラー9の配置方向に依存して幾何学的な方向依存性が現れる。そのため、上記のように図16の差分の設計値依存性がX方向及びY方向で異なるものと考えられる。
例えば図16の例の場合、設計値に対して実測値が小さくなるパターン(パターン幅が10[μm]より短い)に対しては、仕上がり寸法が設計値と等しくなるように、パターン幅の設計値を差分の量だけ太く(長く)なるように補正する。逆に設計値に対して実測値が大きくなるパターン(パターン幅が10[μm]より長い)に対しては、仕上がり寸法が設計値と等しくなるように、パターン幅の設計値を差分の量だけ細く(短く)なるように補正する。
なお、図16に示す相関データは一例であり、これに限定されるものではない。
図18(A)は補正前、図18(B)は補正後のパターン配置を示す。ライン61の長辺にライン62の短辺が接する場合、パターンを補正する際に、単純にライン61の幅を縮小すると、図18(B)に示すようにライン61とライン62との接続関係が失われてしまう。そのため、このような場合、ライン間の接続関係を検出して、ライン61の縮小幅に等しい値だけライン62を伸長させる等の追加的補正を行う必要がある。
図19(A)は、太幅のライン61と細幅のライン62とが接続しており、その他の領域は、透明領域である例を示す。
なお、ラインパターンに限定されずホールパターンに対しても、上記2種類の補正が可能である。
また、遮光膜13の他に半透過膜12のパターン寸法に対しても同様に補正可能である。
従って、サイドエッチング量の差が無視できない場合には、半透過膜12のパターンに隣接する遮光膜13のパターンと、半透過膜12のパターンに隣接しない孤立した遮光膜13のパターンでは、設計値とエッチング後の仕上がり寸法の実測値との差分が異なり、従って設計値と仕上がり寸法の実測値の相関関係が異なる。
なお、上記透過率の異なるパターンは、本描画装置1を用いてパターニングする場合、それぞれのマイクロミラー9における第1の状態と第2の状態の保持時間の組み合わせにより区分される領域に対応する。
(2)光量検出器15を用いて光量計測部56により、DMD4の反射部8から反射されたレーザーの強度分布を計測し、計測結果を記憶部52に記憶する。
なお、レーザーの強度分布は、予め定期的に測定しておき、描画装置1の記憶部52に記憶しておいてもよいが、フォトマスクを製造する際に毎回測定してもよい。
(4)パターンデータ20をマイクロミラー制御領域Cで確定される露光区画21(マイクロミラー制御領域により反射されたレーザーのフォトレジスト上での照射領域)に分割する。
このとき、パターンデータ20の重要な回路部分が分割した露光区画21の境界部分に重ならないように調整することも可能である。
そうすることで露光量の変動が発生した場合であっても重要な回路部分のパターン幅の変動を回避することが可能となる。
すなわち、予め重要な回路部分を、分割不能部として特定し、指定しておき、その分割不能部に露光区画21の境界部分が重ならないよう、露光区画21の大きさをその分割不能部の周囲で変更すればよい。
(6)第1、第2及び第3のパターン領域(透明部、遮光部及び半透過部)に対応したフォトレジストの露光時間を、予め実測した感度曲線と、各領域に対応したフォトレジスト膜厚とから算出する。
算出された露光時間から、上記第1、第2及び第3のパターン領域に対応したマイクロミラー9の制御条件(傾斜角(即ち第1の状態又は第2の状態)とその保持時間)を決定する。
なお、予め感度曲線を記憶部52に記憶しておき、露光時間を演算処理部53により算出してもよい。
なお、パターンデータ20の(CAD上の)設計データを補正後、補正された第1のパターン領域、第2のパターン領域及び第3のパターン領域に対して、第1、第2及び第3のマイクロミラー領域を算出してもよい。
なお、第1、第2及び第3のマイクロミラー領域以外、すなわちマイクロミラー制御領域C以外の領域のマイクロミラー制御条件は、常時第2の状態を維持するという条件とする。
(10)記憶された各露光区画21に対応したマイクロミラー制御条件に従って、DMD4のマイクロミラー9をDMD制御部54によって制御し、レーザーをフォトマスク基板7上のフォトレジスト10に照射する。
このステップは、フォトマスク基板7と光学系5との相対的距離を移動させるものであり、フォトマスク基板7若しくは光学系5の一方、又はフォトマスク基板7及び光学系5の両方を移動させてもよい。これによりフォトレジスト10上の露光区画を移動し、フォトレジスト10上の露光処理が必要な領域すべてを露光することができる。
相対的移動は、例えば所謂直交座標系の2つの直交軸、X軸、Y軸の各方向に対して行
うことができる。
その後図13、14で説明した製造工程によりフォトマスクを完成させることができる。
例えば、(7)の後に(4)を実施してもよい。即ち、予め取得した露光量毎の相関データから、上記第1、第2、及び第3のパターン領域のパターンデータ(座標データ)を補正し、その後各パターンデータをマイクロミラー制御領域Cで確定する露光区画21に分割して、各露光区画21毎に、DMD4の制御条件(それぞれのマイクロミラー9の傾斜角とその保持時間)を決定し、記憶部52に記憶してもよい。
本フォトマスクの製造方法により製造されたフォトマスクは、電子デバイス等の製造過程のリソグラフィー工程に利用することができ、産業上の利用可能性は高い。
2 半導体レーザー
3 反射鏡
31 固定反射鏡
32 可動反射鏡
4 DMD
5 光学系
6 ステージ
7 フォトマスク基板
8 光反射部
9、9a、9b、9c、961a、961b マイクロミラー
10 フォトレジスト
10a 第1のフォトレジストパターン
10b 第2のフォトレジストパターン
11 透明基板
12 半透過膜
13 遮光膜
13A 第1のパターン端部
13B 第2のパターン端部
14 ハーフトーンマスク
15 光量検出器
16 第1の走行ガイド
17 第1の駆動装置
18 第2の走行ガイド
19 第2の駆動装置
20 パターンデータ
21 露光区画
51 パターンデータ入力部
52 記憶部
53 演算処理部
54 DMD制御部
55 駆動系制御部
56 光量計測部
61 太幅のライン
62 細幅のライン
100 透明基板
101 半透過膜
101a 半透過膜のパターン
102 遮光膜
102a、102b 遮光膜のパターン
103 フォトレジスト
103a フォトレジストのパターン
104 フォトレジスト
104a フォトレジストのパターン
Claims (4)
- 描画装置を用いたフォトマスクの製造方法であって、
前記描画装置は、半導体レーザーから照射されたレーザー光の光路中に傾斜角度を独立して変更可能な複数のマイクロミラーで構成されるマイクロミラーアレイを含み、
前記描画装置によって描画するための描画パターンの設計値と仕上がり寸法の実測値との相関関係を示すパターン寸法相関データを取得するステップと、
前記パターン寸法相関データに基づいて、前記描画パターンに対応した前記マイクロミラーのパターン領域を各々設定するステップと、
フォトレジスト膜を形成したフォトマスク基板を設置するステップと、
前記マイクロミラーアレイにレーザーを照射するステップと、
設定された前記各パターン領域の前記マイクロミラーの各々に対して、前記傾斜角度を制御することにより、前記レーザー光の照射状態を時間的に制御するステップと、
前記フォトマスク基板に対する前記レーザー光の照射位置を相対的に変化させるステップと
を含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。 - 前記マイクロミラーの前記パターン領域は、第1のマイクロミラー領域、第2のマイクロミラー領域及び第3のマイクロミラー領域を含み、
前記第1の領域に配置されたマイクロミラーは、第1の制御時間の間、第1の状態を維持しつつ、その他の時間は第2の状態を維持し、
前記第2の領域に配置されたマイクロミラーは、第2の制御時間の間、第1の状態を維持しつつ、その他の時間は第2の状態を維持し、
前記第3の領域に配置されたマイクロミラーは、第3の制御時間の間、第1の状態を維持しつつ、その他の時間は第2の状態を維持し、
第1の制御時間、第2の制御時間、第3の制御時間は互いに異なるように設定されることを特徴とする請求項1記載のフォトマスクの製造方法。 - 前記第1のマイクロミラー領域、前記第2のマイクロミラー領域及び前記第3のマイクロミラー領域が、それぞれの領域毎に、マイクロミラー単位で補正することを特徴とする
請求項2記載のフォトマスクの製造方法。 - 前記パターン寸法相関データに基づいて、前記描画パターンに対応した前記マイクロミラーのパターン領域を各々設定するステップは、
前記描画パターンに対応した前記マイクロミラーのパターン領域を設定した後に、前記パターン寸法相関データに基づいて、前記マイクロミラーのパターン領域を補正することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のフォトマスクの製造方法。
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