JP4858146B2

JP4858146B2 - フォトマスクおよび転写方法

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Publication number: JP4858146B2
Application number: JP2006336540A
Authority: JP
Inventors: 祐樹有塚; 浩藤田
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2026-12-14
Also published as: JP2008151821A

Description

本発明は、フォトリソグラフィに用いられるフォトマスク等に関するものである。

通常フォトリソグラフィに用いられるフォトマスクには、アライメントマークが設けられる。これは、フォトリソグラフィ時に対象物と位置合わせをするためのものである。

図１７（ａ）はフォトリソグラフィに用いられるフォトマスク１０１の概略を示す図である。フォトマスク１０１では、基板１０２上に転写するためのパターンが形成される。基板１０２は、例えばＵＶ光を透過する透明な材料等からなる。基板１０２の材料の例としては、例えば石英等である。フォトマスク１０１上には、アライメントマーク１０３と転写を目的としたパターン１０５が設けられる。これを用いてレジスト１０７を塗布した被転写物１０９上にアライメントマーク１０３と被転写物側のアライメントマーク１２０の位置が対応するように調整した上で露光、現像を行う。すると図１７（ｂ）に示すように被転写物１０９上にパターン１１１とともにアライメントマーク１０３の転写された部分１１３が形成される。このときアライメントを行ったことで、転写されたパターン１１１は、被転写物１０９の意図した場所に配置された状態となっている。

従来は、このアライメントマーク１０３の転写については問題とされることが少なかった。アライメントマーク１０３は、元来必要とされるパターン１０５とは異なるエリアに配置され、被転写物１０９上に転写された部分１１３が支障をきたすことがないためである。

しかしながら、アライメントマーク１０３が転写されることで生ずる不具合がある。
例えば、ナノインプリント用モールドを作製する場合、凹凸のパターンが存在する領域のみを被転写物側に接触させるため、凹凸パターンの存在する領域が、存在しない領域と比べて突出した構造を有する構造体として作製することが理想的であるとされている。即ち、最低限パターンの配された位置のみを被転写物に接触させ、それ以外の部分は被転写物側に触れさせないようにすることが望ましい。

しかし、この凸状の構造をリソグラフィによって作製する場合、予め基板表面に形成された微細凹凸のパターンに対しアライメントをとらなければならない。この凸状の構造を作製する際のアライメントマークは、レジスト上に転写される。従ってアライメントマーク付近のレジストは、必要なパターンの部分と同様凸状となってしまい、後の加工に支障をきたす。

また、デバイス製造においては、何層ものリソグラフィを施して導電層、絶縁層等を積層したり、エッチングや薄膜形成のためのマスクを作製することがある。
このとき、パターンを合わせこむアライメントマークが露光されてしまうと、後の加工により、基板上のアライメントマークの形状が崩れてしまい、特に多層のプロセスが必要な場合は問題となる。

これらの問題点に対し、アライメントマークを転写しないようにするためこれまでは以下のような方法が考えられた。
第１は二回露光を行う方法である。即ち、パターンを露光する工程と、アライメントを除去するために露光する工程の二つの工程を行う。

第２は、アライメントマークを構成する薄膜の材料を変更する方法である。即ち、目的のパターンを露光波長の光を通す膜にする場合、アライメントマークを露光波長の光を通さない膜とする。あるいは、目的のパターンを露光波長の光を通さない膜にする場合、アライメントマークを、露光波長の光を通す膜にする（例えば、『特許文献１』参照。）。

第３は、アライメントマークを装置側で遮光する、或いは露光領域を調整する方法である。
特開平５−１１４３５号公報

しかしながら、アライメントマークを転写しないためのいずれの方法も手間やコストがかかるという問題点がある。即ち、第１の方法では、二度の工程を経ることによる手間がかかる。
第２の方法では、マスク作製時に２種類の膜を用意しなければならない。
第３の方法では、露光領域の調整に用いられる装置は専用の機械を有している必要があるため、必要に応じて機能を有した設備を導入せねばならない。

また、アライメントマークの転写による不具合を防ぐのと同時に、アライメントマークの視認性は維持しなければならない。アライメントマークが微小になるに従い、視認しにくくなる。アライメントマークが視認しにくくなれば、位置合わせが困難になる。

図１８は従来のフォトマスク１０１におけるアライメントマーク１０３を示す。図１８の例では、光線Ｒに対するアライメントマーク１０３の反射光ではパターン領域とそれ以外の領域との光のコントラストの情報のみしか得られない。従って、パターンがある程度大きくなければ視認しにくいという問題点があった。

本発明は、前述した目的に鑑みてなされたもので、低コストで、アライメントマークの視認性が高く、アライメントマークの転写がされないフォトマスク等を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために第１の発明は、基板上にアライメントマークが形成されたフォトマスクであって、前記アライメントマークは、光を透過しない非透過領域と、光を透過する透過領域と、を有し、前記非透過領域は線状のパターンであり、前記アライメントマークは、前記非透過領域と、線状の前記透過領域とが交互に配置されたものであり、前記線状のパターンの最短部の寸法は、露光環境下における転写可能なパターン幅よりも小さいことを特徴とするフォトマスクである。

第１の発明では、非透過領域の線状のパターンの最短部の寸法は、隣接する透過領域の最短部の寸法以下であることが望ましく、線状のパターンの最短部の寸法は、隣接する透過領域の最短部の寸法の２０〜５０％であることがより望ましい。

第２の発明は、基板上にアライメントマークが形成されたフォトマスクであって、前記アライメントマークは、光を透過しない非透過領域と、光を透過する透過領域と、を有し、前記非透過領域は矩形状のパターンであり、前記アライメントマークは、複数の前記矩形状のパターンが透過領域内に配置されたものであり、前記矩形状のパターンの最短部の寸法は、露光環境下における転写可能なパターン幅よりも小さいことを特徴とするフォトマスクである。

第２の発明では、矩形状のパターン同士は互いに接しないことが望ましい。
矩形状のパターンの場合、複数の前記非透過領域の面積の合計が、前記アライメントマーク全体の面積の２０％〜５０％であることが望ましい。

第３の発明は、レジストが塗布された基板上に、請求項１記載のフォトマスクを用いて転写を行う転写方法であって、前記レジストの厚さは、前記フォトマスクにより前記レジスト上に形成されるパターンの最も小さい幅の１．５倍以上であることを特徴とする転写方法である。

本発明によれば、低コストで、アライメントマークの視認性が高く、アライメントマークの転写がされないフォトマスク等を提供することができる。

以下添付図面に基づいて、本発明の実施の形態に係るフォトマスク１について詳細に説明する。ここでは電子線リソグラフィ用マスクを例にとって示す。
図１は本実施の形態に係るフォトマスク１の構造を示す断面図、図２は、フォトマスク１の平面図である。

図１、図２に示すように、フォトマスク１は、基板２の表面にアライメントマーク３と、転写したいパターン４を有する。パターン４によりパターン領域５が形成される。基板２は露光に使用する光の波長に対して透明であり、材料は例えば石英等である。
アライメントマーク３は、フォトマスク１の形状にもよるが、フォトマスク1上に２箇所以上設けられる。

次に、図３を参照しながら、アライメントマーク３の構成について説明を行う。図３はアライメントマーク３の拡大図である。図３に示すように、アライメントマーク３は微小なパターンの集合体である。アライメントマーク３は、複数の非透過領域１１と複数の透過領域１３から構成される。
非透過領域１１は、露光時に露光波長の光を透過しない領域であり、透過領域１３は露光時に露光波長の光を透過する領域である。非透過領域１１は、この例では矩形状のパターンであるが、多角形ないし円形であっても構わない。

アライメントマーク３を構成する微小なパターンの寸法は、露光環境下における転写可能なパターン幅よりも小さくなければならない。アライメントマーク３を構成する微小なパターンの寸法が、他の転写されるパターン４が有する寸法に比べて２／３以下であることが好ましい。但し、露光波長や露光量、現像条件、被転写物の平坦性、使用するレジストの特性等によって必ずしもこの限りではない。

このように微小パターンの集合体で形成されたアライメントマーク３は、反射光が光干渉を起こすため、視認しやすい。
図４は、本実施の形態に係るフォトマスク１におけるアライメントマーク３の反射光を示す図である。
図１８の従来例では、光線Ｒに対するアライメントマーク１０３の反射光では、アライメントマーク１０３のパターンのパターン領域とそれ以外の領域との光のコントラストの情報のみしか得られない。従って、パターンがある程度大きくなければ視認しにくい。
それに対し、図４に示すように、光線Ｒに対するアライメントマーク３の反射光は、アライメントマーク３のパターンのエッジからの光の反射が多くなる。加えて反射光は干渉を起こすため視認しやすくなる。

また、フォトマスク１では、光の干渉の影響でアライメントマーク３が転写されない。
図５はフォトマスク１におけるアライメントマーク３の転写を示す図である。
図５（ａ）では、非透過領域１１と透過領域１３を有するアライメントマーク３をフォトマスク１上に配する。このフォトマスク１を用いて、レジスト２５を塗布した被転写物２７を露光させる。アライメントマーク３の透過領域１３−１、１３−２を透過した光は、非透過領域１１−１と接する部分、即ちレジスト２５上のエリア１５の部分も露光する。即ち透過領域１３−１を透過した光と、透過領域１３−２を透過した光が回折し、互いに干渉し合って、エリア１５の露光に十分な量の光を得ることができる。レジスト２５上の他のエリアも同様に露光される。

そのため、露光、現像するとレジスト上にはアライメントマーク３が転写されない。その結果、図５（ｂ）に示すように基板上にはアライメントマーク３の部分に凹凸が形成されることはない。

次に、図６を参照しながら、アライメントマーク３の他の構成について説明を行う。図６に示すアライメントマーク３ａ〜３ｄはいずれも十字形状である。
図６（ａ）は、アライメントマーク３ａを示す。アライメントマーク３ａは、非透過領域１１ａが線状のパターンである。この場合、透過領域１３ａも線状となる。

図６（ｂ）は、アライメントマーク３ｂを示す。アライメントマーク３ｂは、面状の非透過領域１１ｂ−１、線状の非透過領域１１ｂ−２と、これらの非透過領域に隣接する透過領域１３ｂからなる。非透過領域１１ｂ−１は面状のパターンである。

図６（ｃ）は、アライメントマーク３ｃを示す。アライメントマーク３ｃは、複数の面状の非透過領域１１ｃと、非透過領域１１ｃに接する透過領域１３ｃからなる。

図６（ｄ）は、アライメントマーク３ｄを示す。アライメントマーク３ｄでは、複数の矩形状の非透過領域１１ｄと透過領域１３ｄが交互に配置される。

このようにアライメントマーク３は面状または線状の非透過領域１１と、非透過領域１１に隣接する透過領域１３から形成される。

次に、図７を参照しながら、アライメントマーク３における非透過領域１１の比率について説明する。
図７（ａ）は、アライメントマーク３ａのように、線状の非透過領域１１ａを有する場合の説明図である。非透過領域１１ａの寸法Ａ_１は、隣接する透過領域１３ａの寸法Ｂ_１に比べ、同じか、それ以下であることが好ましい。さらに、その比（＝Ａ_１／Ｂ_１）が０．２〜０．５であることがより好ましい。

これは、Ａ_１／Ｂ_１の値が大きすぎるとアライメントマーク３ａが消えにくくなり、小さすぎると視認しにくくなるためである。このときに対象とされる非透過領域１１ａの寸法は、最も小さくなるような方向で定義し、隣接する透過領域１３ａの箇所も同じ方向で定義する。即ち、図７（ａ）においては、非透過領域１１ａの寸法Ａ_１は、Ｙ方向ではなく、Ｘ方向の寸法（幅）となる。同様に透過領域１３ａの寸法もＸ方向の寸法（幅）となる。

図７（ｂ）は、矩形状の非透過領域１１ｄが交互に配置されたアライメントマーク３ｄを示す。図７（ｂ）に示すような形状の非透過領域１１ｄを有するアライメントマーク３ｄの場合、光の干渉を受ける方向がＸ方向のみではなくＹ方向も含まれる。従って、アライメントマーク３ｄ全体の面積に対する非透過領域１１ｄの面積の比率或いは非透過領域１１ｄに対する透過領域１３ｄの面積の比率を考慮する。
図７（ｂ）に示すような形状の非透過領域１１ｄを有するアライメントマーク３の場合、アライメントマーク３全体の面積に対する非透過領域１１ｄの面積の比率は５０％以下か好ましく、さらに２０％〜５０％であることがより好ましい。

図７（ｃ）は図６（ｃ）に示すアライメントマーク３ｃである。アライメントマーク３ｃのような形状の場合は、図７（ｃ）に示すようにパターンの重心２１からの距離が遠い点を連結したときに形成される形状を外形２３とし、外形２３の面積に対する非透過領域１１ｃの占有率が２０％〜５０％であることが望ましい。

また、図７（ｂ）のようにアライメントマーク３が矩形状（面状）の非透過領域１１ｄの集合体である場合、非透過領域１１ｄ同士は接しないことがより好ましい。
図８は、非透過領域１１ｅ同士の接しないアライメントマーク３ｅの一部を示す。図８に示すようにアライメントマーク３ｅにおける面状の非透過領域１１ｅは、互いに接しない。このアライメントマーク３ｅでは光の干渉をより多く受けることができる。以下に理由を述べる。

図９は、非透過領域１１が接するか否かによる光の干渉を受ける方向の違いを示す図である。図９（ａ）はアライメントマーク３ｄのように非透過領域１１ｄが接する場合を示す。図９（ｂ）はアライメントマーク３ｅのように非透過領域１１ｅ同士が接しない場合を示す。図９（ａ）の非透過領域１１ｄの場合と比べ、図９（ｂ）の非透過領域１１ｅの場合には、光線Ｒを受ける方向が多い。光の干渉を受ける方向が多ければ、その下に配されるレジストが受ける積算露光量は多くなる。

したがって、アライメントマーク３が矩形状（面状）の非透過領域１１の集合体である場合、非透過領域１１の面積が同じであるならば、非透過領域１１同士が接しないほうがレジストが露光されやすい。即ち、露光量が少なくてもアライメントマーク３を残す可能性が少ない。

以上、形状が十字型であるアライメントマーク３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ等について説明を行ったが、アライメントマーク３の形状は十字型に限らない。図１０は、他の形状のアライメントマーク３ｆを有するフォトマスク１を示す図である。図１０に示すように、フォトマスク１には正方形の枠型のアライメントマーク３ｆ等を設けてもよい。この場合にも、前述と同様、線状の非透過領域１１の集合体であってもよいし、面状の非透過領域１１の集合体であってもよい。また線状の非透過領域１１と面状の非透過領域１１がアライメントマーク３ｆ中に混在してもよい。

また、本発明のフォトマスク１によるパターンの形成の際には、アライメントマーク３の形状及び寸法や面積の比率以外に、フォトレジストの厚みについても考慮する必要がある。図１１は、レジスト２５の厚みの違いによる露光の違いを示す図である。図１１（ａ）、（ｂ）は、被転写物２７にレジスト２５を塗布し、フォトマスク１を接触させて光線Ｒを照射する場合を示す。図１１（ａ）のレジスト２５ａに比べて、図１１（ｂ）のレジスト２５ｂは厚みが大きい。

図１１（ａ）では、レジスト２５ａで露光されない領域２９が残るが、図１１（ｂ）では、レジスト２５ｂの厚さによって、光の干渉する領域が大きくなるため、レジスト２５ｂに露光されない領域が残らない。

アライメントマーク３のパターンは、同一フォトマスク１上にあるアライメントマーク３以外のパターン（例えば図１のパターン４）に比べて小さいことが必要であり、さらに転写されるレジスト２５ｂの厚みと、アライメントマーク３以外のパターンの最小パターン幅との比（アスペクト比）は１．５以上であることが望ましい。即ち、レジスト２５ｂの厚みがフォトマスク１内の最小パターン幅の１．５倍以上あることが望ましい。

以上のように、フォトマスク１においては、複数の非透過領域１１及びそれに隣接する透過領域１３を有するアライメントマーク３を配することによって、アライメントマーク３を被対象物に転写しないことが可能となる。さらに、アライメントマーク３の視認性を損なうことはないため、位置合わせが困難になることはない。但し、アライメントマーク３の形状、非透過領域１１と透過領域１３の面積或いは寸法の比率、レジストの厚さ等によって光の干渉の度合いを考慮する必要がある。

次に、図１２〜図１６を参照しながら、実施例について説明する。図１２、図１３はフォトマスク４５を用いてフォトリソグラフィを実施した各工程を示す。

まず、図１２（ａ）に示すように、被転写物である石英基板２７ａの表面にレジスト３１を塗布し、電子線Ｅで描画を行った。石英基板２７ａは、幅１５２ｍｍ、厚さ６．３５ｎｍのものを使用した。電子線露光装置によって、電子線Ｅを照射し、得たいパターン及びアライメントマークを描画した。
石英基板２７ａ上には、図１２（ｂ）に示すように、レジスト３１の表面に１００ｎｍの微小なパターン３５が形成された。また、正方形のアライメントマーク３７が形成された。この、アライメントマーク３７は電子線描画によるものであり、これは消えることがない。

次に図１２（ｃ）に示すようにレジスト３１をマスクとしてドライエッチングを行い、レジストを除去した。石英基板２７ａの表面にパターン３９とアライメントマーク４１が形成された。

図１４はアライメントマーク４１を示す図である。図１４（ａ）に示すように、アライメントマーク４１は、一辺１０μｍの正方形であり、図１４（ｂ）に示すように線状の非透過領域６１ａと線状の透過領域６３ａで形成される。非透過領域６１ａの幅Ｗ_１、透過領域６３ａの幅Ｗ_２はともに２００ｎｍであった。

次に、石英基板２７ａの表面に、ＵＶポジレジスト２５ａを塗布した（図１２（ｄ））。

次に、本発明に係るフォトマスク１を用いてフォトリソグラフィを行った。図１２（ｅ）に示すように、フォトマスク１は、石英基板２７ａと同じ幅１５２ｍｍ、厚さ６．３５ｍｍのものを使用した。フォトマスク１の表面には、２５ｍｍ角の台形構造のパターンを有するパターン領域５ａがあり、５０μｍ角のアライメントマーク３ｆが配されていた。

図１５はアライメントマーク３ｆを示す図である。図１５（ａ）に示すように、アライメントマーク３ｆは一辺５０μｍの正方形の枠状であった。さらに、アライメントマーク３ｆは、図１５（ｂ）に示すような微小な正方形の非透過領域１１ｅとそれに隣接する透過領域１３ｅから構成されていた。非透過領域１１ｅの正方形の一辺Ｗ_３は１．０μｍであった。また、アライメントマーク３ｆ全体に対する非透過領域全体の面積率は４６％であった。

次に、図１３（ａ）に示すように、ＵＶポジレジスト２５ａを塗布した石英基板２７ａと、フォトマスク１とを接触させ、コンタクト露光を行った。図１３（ａ）に示すようにフォトマスク１のパターンを有しない面の側からＵＶ光を照射した。ＵＶはＩ線を用いた。図１６は、図１３（ａ）におけるアライメントマーク４１とアライメントマーク３ｆの配置を示す図である。図１６に示すように、アライメントマーク４１がアライメント３ｆの中央にくるように配置した。

図１３（ａ）に示すような状態で露光、現像を行うと、アライメントマーク３ｆは転写されず、フォトマスク４５上のパターン５ａのみが転写されてＵＶポジレジスト２５ａ上にパターン５１が形成された（図１３（ｂ））。

次に、エッチングを行い、最後にＵＶポジレジスト２５ａを除去すると、目的のパターン５３を得ることができた。この石英基板２７ａをナノインプリントのモールドとして利用する。

本実施例では、アライメントマーク３ｆを転写することなく石英基板２７ａ上に目的のパターンのみを形成することができた。

以上説明したように、本発明のフォトマスクにおいては、光の回折現象を利用してアライメントマークの転写を防ぐことができる。これにより、アライメントマークの転写によるパターンへの影響をなくすことができる。またフォトリソグラフィにおいて、アライメントマークの転写を防ぐための手間やコストを除くことができる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明にかかるフォトマスク等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

フォトマスク１の断面図フォトマスク１の平面図図２のアライメントマーク３の拡大図アライメントマーク３の視認性を示す図本発明のアライメントマーク３の転写を示す図アライメントマーク３の構成を示す図アライメントマーク３ａ、３ｄ、３ｃにおける非透過領域１１と透過領域１３の構成を示す図アライメントマーク３ｅにおける非透過領域１１と透過領域１３の構成を示す図光の干渉を受ける方向の違いを示す図別の形状のアライメントマーク３ｆを有するフォトマスク１を示す図フォトリソグラフィにおけるレジスト２５の厚さによる違いを示す図実施例におけるフォトリソグラフィの工程を示す図実施例におけるフォトリソグラフィの工程を示す図アライメントマーク４１の形状を示す図アライメントマーク３ｆの形状を示す図アライメントマーク４１、アライメントマーク３ｆの配置を示す図従来のフォトマスク１０１によるフォトリソグラフィを示す図従来のアライメントマーク１０３の視認性を示す図

符号の説明

１、１０１………フォトマスク
２、１０２………基板
３、１０３………アライメントマーク
１１………非透過領域
１３………透過領域
２５………レジスト
２７………被転写物

Claims

基板上にアライメントマークが形成されたフォトマスクであって、
前記アライメントマークは、
光を透過しない非透過領域と、
光を透過する透過領域と、を有し、
前記非透過領域は線状のパターンであり、
前記アライメントマークは、
前記非透過領域と、線状の前記透過領域とが交互に配置されたものであり、
前記線状のパターンの最短部の寸法は、露光環境下における転写可能なパターン幅よりも小さいことを特徴とするフォトマスク。
前記非透過領域の前記線状のパターンの最短部の寸法は、隣接する透過領域の最短部の寸法以下であることを特徴とする請求項１記載のフォトマスク。
前記線状のパターンの最短部の寸法は、隣接する透過領域の最短部の寸法の２０〜５０％であることを特徴とする請求項２記載のフォトマスク。
基板上にアライメントマークが形成されたフォトマスクであって、
前記アライメントマークは、
光を透過しない非透過領域と、
光を透過する透過領域と、を有し、
前記非透過領域は矩形状のパターンであり、
前記アライメントマークは、
複数の前記矩形状のパターンが透過領域内に配置されたものであり、
前記矩形状のパターンの最短部の寸法は、露光環境下における転写可能なパターン幅よりも小さいことを特徴とするフォトマスク。
前記矩形状のパターン同士は互いに接しないことを特徴とする請求項４記載のフォトマスク。
前記非透過領域の面積の合計は、前記アライメントマーク全体の面積の２０〜５０％であることを特徴とする請求項４記載のフォトマスク。
レジストが塗布された基板上に、請求項１記載のフォトマスクを用いて転写を行う転写方法であって、
前記レジストの厚さは、前記フォトマスクにより前記レジスト上に形成されるパターンの最も小さい幅の１．５倍以上であることを特徴とする転写方法。