JP2022009498A - フォトマスク及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
重ね合わせ誤差の発生を回避する方法が、特許文献1に開示されている。特許文献1には、予備現像によって形成された第1レジストパターンをマスクに第1のエッチングを行い、その後に追加現像を施すことで第1レジストパターンのエッジ部を後退させた後に第2のエッチングを行い、遮光部の両側に対称的に位相シフト膜を形成する方法が開示されている。しかし、第2のエッチングにおいて、露光装置での重ね合わせ誤差の発生を防止できるものの、露光の際の不必要な光量を利用するため不安定であり、自ずとパターンサイズが限定される。
透過性基板上に下層膜を有し、前記下層膜上に中間膜を有し、前記中間膜上に上層膜を有するフォトマスクブランクスを準備する工程と、
前記上層膜上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を露光し、露光量の異なる第1の領域、第2の領域及び第3の領域を形成する露光工程と、
前記第1の領域を選択的に除去する第1のレジスト除去工程と、
前記上層膜を前記中間膜に対して選択的にエッチングする第1のパターニング工程と、
前記中間膜を前記下層膜に対して選択的にエッチングする第2のパターニング工程と、
前記第2の領域を選択的に除去する第2のレジスト除去工程と、
前記下層膜から構成されたパターン及び前記下層膜と前記中間膜と前記上層膜との積層膜から構成されたパターンを形成する第3のパターニング工程と、
前記第3の領域を除去する工程とを含むことを特徴とする。
前記上層膜は遮光膜であり、
前記中間膜はエッチングストッパ膜であり、
前記第3のパターニング工程は、
前記下層膜及び前記上層膜をエッチングした後に、前記中間膜をエッチングする工程を含むことを特徴とする。
前記上層膜は、反射防止膜であり、
前記中間膜は遮光膜であり、
前記第2のパターニング工程は
前記中間膜を前記下層膜に対して選択的にエッチングする工程の後に、
前記下層膜を前記中間膜に対して選択的にエッチングする工程をさらに含み、
前記第3のパターニング工程は、
前記上層膜を前記中間膜に対して選択的にエッチングした後に、
前記中間膜を前記上層膜及び前記下層膜に対して選択的にエッチングする工程を含むことを特徴とする。
前記上層膜と前記下層膜とは同一の材料から構成されていることを特徴とする。
前記上層膜及び前記下層膜は、Cr系金属化合物、Si系化合物又は金属シリサイド化合物から構成されていることを特徴とする。
前記積層膜の透過率は、前記上層膜の材料又は膜厚を調整することによって調整されることを特徴とする。
前記下層膜は、透過率が10%以上70%以下、位相シフト量が0度以上20度以下の半透過膜であることを特徴とする。
前記下層膜は、透過率が3%以上15%以下、位相シフト量が160度以上200度以下の位相シフト膜であることを特徴とする。
透過性基板上に下層膜から構成されたパターンと、前記下層膜上に中間膜と上層膜とをこの順に有する積層膜から構成されたパターンとを備え、
前記下層膜の材料は、Cr系金属化合物、Si系化合物又は金属シリサイド化合物から選択され、
前記上層膜の材料は、Cr系金属化合物、Si系化合物又は金属シリサイド化合物から選択されるとともに、前記下層膜の材料と同じであることを特徴とする。
前記中間膜はエッチングストッパ膜であり、
前記上層膜は遮光膜であることを特徴とする。
前記中間膜は遮光膜であり、
前記上層膜は反射防止膜であることを特徴とする。
図1、2は、実施形態1によるフォトマスク100の主要製造工程を示す断面図である。
以下、図面を参照して、フォトマスク100の製造方法を説明する。
図1(a)に示すように、合成石英ガラス等の透過性基板1を準備し、透過性基板1上に、例えばCr系金属化合物、Si系化合物、金属シリサイド化合物等の公知の材料からなる半透過性の機能性膜2(半透過膜)をスパッタ法、蒸着法等により成膜する。
また、半透過性とは、露光光に含まれる代表波長に対して、透過率が、透過性基板1の透過率よりも低く、後述する積層構造膜の透過率よりも高いことを意味する。
なお、露光光は、例えばi線、h線若しくはg線であってもよく、又はこれらの少なくとも2つの光を含む混合光であってもよい。また、露光光は、これらに限定するものではない。
例えば、機能性膜2をハーフトーン膜として利用する場合、代表波長に対して、機能性膜2の透過率が10~70%(10%≦透過率≦70%)になるよう設定する。また、位相シフト量は小さく(略0[°]、例えば0~20[°])に設定すればよい。
また、例えば、機能性膜2を位相シフト膜として利用する場合、露光光に含まれる代表波長に対して、機能性膜2の透過率が3~15%(3%≦透過率≦15%)、位相シフト量が略180°(160°≦位相シフト量≦200°)、さらに好適には170°≦位相シフト量≦190°になるよう設定する。
機能性膜2のハーフトーン膜及び位相シフト膜としての光学的性質は、例えば、組成及び膜厚を調整することにより、実現が可能である。
次に、遮光膜4(上層膜4)をスパッタ法、蒸着法等により(例えば膜厚50[nm]~100[nm])成膜する。
エッチングストッパ膜3は、後述するように遮光膜4(上層膜4)及び機能性膜2とエッチング特性が異なる(耐性を持つ)材料から構成される。
なお、機能性膜2、エッチングストッパ膜3及び遮光膜4からなる積層膜が遮光性を有すれば、遮光膜4(上層膜4)が単層で遮光性を有する遮光膜である必要はなく、このような観点から、遮光膜4の材料(組成)及び膜厚を調整すればよい。本積層膜の代表波長に対する透過率は、例えば1%以下である。換言すれば、機能性膜2、エッチングストッパ膜3及び遮光膜4の積層領域において遮光膜4の材質(組成)及び膜厚を調整することで光学濃度OD値が3.0以上を満たせばよい。
予め上記構成のフォトマスクブランクスを複数枚準備し、保管しておいてもよい。顧客等から発注された際に、予め準備されていた上記構成のフォトマスクブランクスを利用することで、工期の短縮に寄与することができる。
次に、図1(b)に示すように、遮光膜4上に(フォト)レジスト膜5を塗布法、スプレイ法等により形成する。
次に、図1(c)に示すように、露光(描画)装置、例えばレーザー描画等に、フォトマスクブランクスをロード(露光装置内の露光用ステージ上に載置)し、レジスト膜5を露光する。
このとき、レジスト膜5には、露光量が異なる3つの領域、すなわち高ドーズ領域5c(第1の領域)、低ドーズ領域5b(第2の領域)、未露光領域5a(第3の領域)、が形成される。
ここで、未露光領域5aとは露光しない領域即ち露光量が0の領域であり、低ドーズ領域5bとは高ドーズ領域に対して相対的に低い露光量で露光された領域であり、高ドーズ領域5cとは低ドーズ領域に対して相対的に高い露光量で露光された領域である。
露光装置による描画方法は、レーザー描画に限定されるものではない。例えば電子線を用いて露光してもよい。
低ドーズ量の設定は、上記範囲内で適宜設定が可能であるが、第2の現像工程のプロセス工程時間を考慮する必要があることは言うまでもない。
次に、図1(d)に示すように、第1の現像工程において、現像液により高ドーズ領域5cのレジスト膜5のみを選択的に除去し、レジスト膜5をパターニングする。
後述するように、レジスト膜5の現像液による溶解特性が、露光量(ドーズ量)に依存するため、露光量に応じて露光されたレジスト膜5を選択的に順次除去することが可能となる。第1の現像工程においては、高ドーズ領域5cの溶解速度が、未露光領域5a及び低ドーズ領域5bの溶解速度に対して十分に(例えば、数倍から1桁以上)高くなる現像条件で現像(現像液による溶解)を行うことで、選択的に高ドーズ領域5cのみを除去できる。
なお、図1(d)に示すように、低ドーズ領域5bのレジスト膜厚は、未露光領域5aのレジスト膜厚と比較して薄くなる。
次に、図2(a)に示すように、パターニングされたレジスト膜5、即ち未露光領域5a及び低ドーズ領域5bのレジスト膜5をエッチングマスクにして、遮光膜4をウェットエッチング法又はドライエッチング法によりエッチングする。遮光膜4とエッチングストッパ膜3とは、互いに異なる材料を採用することにより、エッチングストッパ膜3がエッチングされないエッチャント(薬液又はガス)を用いて、エッチングストッパ膜3上の遮光膜4を選択的にエッチングすることができる。その結果、エッチングストッパ膜3及びその下層の機能性膜2はエッチングされず、透過性基板1上に残置する。
この場合、機能性膜2と遮光膜4の成膜工程において、同一の成膜装置、又は同一の成膜材料(スパッタターゲット、蒸着材料)を使用でき、また機能性膜2と遮光膜4のエッチング工程において同一のエッチング装置、又は同一のエッチャントを使用できるため、生産管理が容易になり、製造コストの低減に寄与する。
次に、図2(c)に示すように、第2の現像工程において、現像液により低ドーズ領域5bのレジスト膜5のみを選択的に除去し、レジスト膜5をパターニングする。この工程において、未露光領域5aのみが遮光膜4上に残置する。
第1の現像工程及び第2の現像工程に示すように露光量の異なるレジスト膜5を露光量に依存して順次除去できるのは、溶解速度が現像条件(時間等)に非線型に依存するためである。溶解速度が変化(増大)する変化点が露光量に依存して変化する特性を利用することで露光量の異なる領域を選択的に順次除去することができる。
第2の現像工程では、低ドーズ領域5bの溶解速度が、未露光領域5aの溶解速度に対して十分に高くなる現像条件で現像(溶解)を行い、選択的に低ドーズ領域5bのみを除去できる。
なお、この方法を用いることで、3種以上の異なるレジスト膜5のパターンを得ることも可能である。
次に、図2(d)に示すように、機能性膜2をウェットエッチング法又はドライエッチング法によりエッチングして除去するとともに、未露光領域5aのレジスト膜5をエッチングマスクにして、遮光膜4をウェットエッチング法又はドライエッチング法によりエッチングし除去する。機能性膜2がエッチングされた領域では、透明基板1が露出する。
機能性膜2と遮光膜4を同じ材料で構成することにより、機能性膜2と遮光膜4とを同じエッチャントを用いて、同時にエッチングできる。
その後、エッチングストッパ膜3をウェットエッチング法又はドライエッチング法によりエッチングし除去する。
その後アッシング法又はレジスト剥離液に浸漬することにより、未露光領域5aのレジスト膜5を除去する(第3のレジスト除去工程)。
以上により、機能性膜2から構成された半透過領域6、下層膜である機能性膜2と中間膜であるエッチングストッパ膜3と上層膜である遮光膜4とを含む積層から構成された遮光領域7、及び透過性基板1が露出した透過領域8を備えたフォトマスク100を得ることができる。
フォトマスク100は、機能性膜2として上記ハーフトーン膜の条件を採用することで、多階調のハーフトーンマスクとして機能し、機能性膜2として上記位相シフト膜の条件を採用することで、位相シフトマスクとして機能する。
しかしこの場合、図2(d)に示す第2のエッチング工程において、例えばウェットエッチングのような等方性エッチングを採用し遮光膜4をエッチングすると、機能性膜2もエッチングされてしまい、機能性膜2のサイドエッチング量が増大する。
図2(b)に示す工程において、遮光膜4及びエッチングストッパ膜3のみをエッチングし、機能性膜2を残置することにより、図2(d)に示す工程での機能性膜2のサイドエッチング量を低減することができる。その結果、機能性膜2のパターニング制御性が向上する。
しかし、図3(b)に示すように、第2の現像工程後においては、未露光領域5aのレジスト膜5の断面は急峻な形状を示す。すなわち、図1(c)に示す露光工程において確定された低ドーズ領域5bのレジスト膜5が、第2の現像工程において選択的に除去されたことを示す。
膜厚が厚い未露光領域5aのレジスト膜5の側壁がテーパー形状である場合、パターン幅が変動し、精細なパターンを形成することが困難となる。
例えば、図4(c)に示すように、半透過領域6と遮光領域7とを互いに離隔して形成することも可能である。図4(a)に示すように、露光(描画)装置によって、レジスト膜5に対して、未露光領域5a及び低ドーズ領域5bとを互いに離隔して露光し、その後図4(b)に示すように、第1の現像工程によって、互いに離隔した未露光領域5aのレジスト膜5及び低ドーズ領域5bのレジスト膜5を得ることができる。
その後、図2に示す工程によって、半透過領域6と遮光領域7とを互いに離隔して形成することも可能である。従って、フォトマスク100のパターン設計の自由度が、特許文献1に開示された方法と比較して大きく向上する。
なお、半透過領域6と遮光領域7とが互いに離隔したパターンと、半透過領域6と遮光領域7とが互いに隣接したパターンが混在するパターン配置とすることも可能である。
フォトマスク100は図5及び図6を参照して説明する以下の製造工程によって製造することも可能である。
上記のように、機能性膜2は、ハーフトーン膜又は位相シフト膜として用いることができる。
遮光膜41は、機能性膜2を構成する金属化合物の金属とは異なる種類の金属(又はその化合物)から構成される。例えば、機能性膜2をCr化合物とし、遮光膜41をNi膜とすることができる。
形成する遮光膜41の膜厚は、光学濃度(OD値)が3以上となるように設定する。例えば、遮光膜41としてNiを採用する場合、膜厚を例えば100[nm]とすることができる。
なお、Cr化合物として、例えばCr酸化物、Cr窒化物、Cr窒素酸化物を採用することができる。
従って、透過性基板1上に、機能性膜2、遮光膜41、反射防止膜9及びレジスト膜5がこの順に形成される。
反射防止膜9は、レジスト膜5の露光時の露光光の不要な反射(ハレーション等)を低減し、レジスト膜5のパターニング精度を向上させることができる。
上述のように遮光膜41は、反射防止膜9を構成する金属化合物の金属と異なる種類の金属から構成されているため、遮光膜41のエッチングレートが低く、遮光膜41のエッチングに対する反射防止膜9のエッチングの選択比が高いエッチャント(薬液又はガス)を採用することで、遮光膜41はエッチングされないで、反射防止膜9だけを選択的にエッチングすることが可能である。
なお、本工程では、機能性膜2は、その表面が遮光膜41に覆われているため、エッチングされない。
しかし、反射防止膜9の膜厚は、機能性膜2の膜厚より薄い。例えば、反射防止膜9の膜厚は、(これに限定するものではないが、)機能性膜2の膜厚の5分の1~機能性膜2の膜厚より1桁薄い膜厚に設定することができる。そのため、機能性膜2と比較して、反射防止膜9が露出している側壁面の高さが低く露出面積は小さく、反射防止膜9のサイドエッチング量は少なくなる。
従って、図5(c)における反射防止膜9のエッチング工程で使用するエッチャントと、本工程における機能性膜2のエッチャントとが同じであっても、反射防止膜9のサイドエッチング量(サイドエッチングによる後退量)は少なくなる。
従って、同一のエッチング装置(ウェットエッチング装置)で同一のエッチャント(薬液)を用いることも可能となる。
そのため、本フォトマスク100をリソグラフィー工程に用いて製造される最終製品に対して、要求される寸法精度を容易に確保することができる。
本フォトマスクを、表示装置等の製品の生産工程で用いることにより、製品の性能向上等に寄与することができ、産業上の利用可能性は大きい。
1 透過性基板
2 機能性膜(半透過膜)
3 エッチングストッパ膜(中間膜)
4 遮光膜(上層膜)
5 (フォト)レジスト膜
5a 未露光領域
5b 低ドーズ領域
5c 高ドーズ領域
6 半透過領域
7 遮光領域
8 透過領域
9 反射防止膜
41 遮光膜
Claims (11)
- 透過性基板上に下層膜を有し、前記下層膜上に中間膜を有し、前記中間膜上に上層膜を有するフォトマスクブランクスを準備する工程と、
前記上層膜上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を露光し、露光量の異なる第1の領域、第2の領域及び第3の領域を形成する露光工程と、
前記第1の領域を選択的に除去する第1のレジスト除去工程と、
前記上層膜を前記中間膜に対して選択的にエッチングする第1のパターニング工程と、
前記中間膜を前記下層膜に対して選択的にエッチングする第2のパターニング工程と、
前記第2の領域を選択的に除去する第2のレジスト除去工程と、
前記下層膜から構成されたパターン及び前記下層膜と前記中間膜と前記上層膜との積層膜から構成されたパターンを形成する第3のパターニング工程と、
前記第3の領域を除去する工程とを含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。 - 前記上層膜は遮光膜であり、
前記中間膜はエッチングストッパ膜であり、
前記第3のパターニング工程は、
前記下層膜及び前記上層膜をエッチングした後に、前記中間膜をエッチングする工程を含む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。 - 前記上層膜は、反射防止膜であり、
前記中間膜は遮光膜であり、
前記第2のパターニング工程は
前記中間膜を前記下層膜に対して選択的にエッチングする工程の後に、
前記下層膜を前記中間膜に対して選択的にエッチングする工程をさらに含み、
前記第3のパターニング工程は、
前記上層膜を前記中間膜に対して選択的にエッチングした後に、
前記中間膜を前記上層膜及び前記下層膜に対して選択的にエッチングする工程を含む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。 - 前記上層膜と前記下層膜とは同一の材料から構成されてい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。
- 前記上層膜及び前記下層膜は、Cr系金属化合物、Si系化合物又は金属シリサイド化合物から構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のフォトマスクの製造方法。
- 前記積層膜の透過率は、前記上層膜の材料又は膜厚を調整することによって調整されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のフォトマスクの製造方法。
- 前記下層膜は、透過率が10%以上70%以下、位相シフト量が0度以上20度以下の半透過膜であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載のフォトマスクの製造方法。
- 前記下層膜は、透過率が3%以上15%以下、位相シフト量が160度以上200度以下の位相シフト膜であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載のフォトマスクの製造方法。
- 透過性基板上に下層膜から構成されたパターンと、前記下層膜上に中間膜と上層膜とをこの順に有する積層膜から構成されたパターンとを備え、
前記下層膜の材料は、Cr系金属化合物、Si系化合物又は金属シリサイド化合物から選択され、
前記上層膜の材料は、Cr系金属化合物、Si系化合物又は金属シリサイド化合物から選択されるとともに、前記下層膜の材料と同じであることを特徴とするフォトマスク。 - 前記下層膜は透過率が10%以上70%以下、位相シフト量が0度以上20度以下の半透過膜であることを特徴とする請求項9記載のフォトマスク。
- 前記下層膜は透過率が3%以上15%以下、位相シフト量が160度以上200度以下の位相シフト膜であることを特徴とする請求項9記載のフォトマスク。
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