JP5141904B2 - 両面フォトマスク基板の作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光のための有効領域において、表面と裏面の両方のＣｒ（クロム）などの遮光パターンが形成される両面フォトマスク基板の作製方法に関する。

半導体回路をウエハに投影露光して転写する際に原版として用いられるフォトマスクは一般にはガラス基板上にＣｒ（クロム）等の金属からなる遮光パターンがその一面側に形成された構造をなしている。ところが、近年、より微細な加工を実現するために、遮光パターンを表面と裏面に両方に形成するフォトマスクが提案されている。ところで、このような両面に遮光パターンが形成されるフォトマスクには、表面のパターンと裏面のパターンとのずれをなくすことが技術的な課題となる。

このような課題に対処するために、特許文献１（特開平９−４３８６０号公報）には、ガラス基板等の透明基板の表裏両面にフォトリソグラフィ法によってパターニングを施す方法において、前記透明基板の表面側に形成されているアライメントマーカーを裏面側に転写し、この転写したアライメントマーカーを基準にして裏面のアライメントを行い、次いでフォトリソグラフィ法によって裏面にパターニングを施すようにしたことを特徴とする両面パターニング法が開示されている。

また、特許文献２（特開平６−２５２０２３号公報）には、透明基板表面に、第１のフォトマスクのパターンと位置合わせマークとを転写して形成する。そして、透明基板の裏面にレジストを塗布した後、アライメント装置の顕微鏡の視野内に設けられた基準マークに、第２のフォトマスクの位置合わせマークを位置合わせする。次に、ステージを動かして、上記基準マークに、表面側の位置合わせマークを位置合わせする。露光、現像、エッチングを行って、透明基板の裏面に、第２のフォトマスクのパターンを転写して形成する方法が開示されている。
特開平９−４３８６０号公報 特開平６−２５２０２３号公報

ところが、特許文献１に記載には、表面マークを裏面へ転写する方法が記されているが、転写時の焦点ズレやパターンの鮮明度、転写光の垂直性などが問題になる。また、特許文献１に記載のものにおいては、マスクを作成し転写する際には、別途転写用マスクを準備する必要がある。パターン面内で特に高精度なアライメントが要求される場合は、マスク自体のゆがみ、転写時のムラなどを部分的に補正することが困難になる。また、特許文献２記載のものでは、上下面２箇所のアライメントマークを確認しながら実施しているが、部分的に高精度なアライメントを必要とする場合にこの内容では対応できない。

本発明は以上のような課題を解決するためのもので、請求項１に係る発明は、第１面と第２面の両方に遮光パターンが形成される両面フォトマスク基板を作製する方法であって、電子線描画装置により前記両面フォトマスク基板の第１面に第１面本パターンと共に第１面アライメントマークを描画する工程と、第２面アライメントマーク型と重ね合わせ用アライメントマーク型とが形成されたマスター基板を光学観測装置により観測し、前記第２面アライメントマーク型の光学観測像の観測位置が所定位置となるように調整する工程と、前記光学観測装置により観測し、前記観測位置と、前記第１面アライメントマークと
が合致するように前記両面フォトマスク基板を配置する工程と、前記マスター基板に形成された前記第２面アライメントマーク型と前記重ね合わせ用アライメントマーク型に基づいて、前記両面フォトマスク基板に第２面アライメントマークと重ね合わせ用アライメントマークとを転写露光する工程と、からなることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、第１面と第２面の両方に遮光パターンが形成される両面フォトマスク基板を作製する方法であって、電子線描画装置により前記両面フォトマスク基板の第１面に第１面本パターンと共に第１面アライメントマークを描画する工程と、第２面アライメントマーク型と重ね合わせ用アライメントマーク型とが形成されたマスター基板を光学観測装置により観測し、前記第２面アライメントマーク型の光学観測像の観測位置が所定位置となるように調整する工程と、前記両面フォトマスク基板の厚さ方向における観測位置の相違に伴うズレ量を把握する工程と、前記光学観測装置により観測し、前記観測位置と、前記第１面アライメントマークとが合致するように前記両面フォトマスク基板を配置する工程と、前記両面フォトマスク基板を前記ズレ量分変位させる工程と、前記マスター基板に形成された前記第２面アライメントマーク型と前記重ね合わせ用アライメントマーク型に基づいて、前記両面フォトマスク基板に第２面アライメントマークと重ね合わせ用アライメントマークとを転写露光する工程と、からなることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、第１面と第２面の両方に遮光パターンが形成される両面フォトマスク基板を作製する方法であって、電子線描画装置により前記両面フォトマスク基板の第１面に第１面本パターンと共に第１面アライメントマークを描画する工程と、第２面アライメントマーク型と重ね合わせ用アライメントマーク型とが形成されたマスター基板を光学観測装置により観測し、前記第２面アライメントマーク型の光学観測像の観測位置が所定位置となるように調整する工程と、前記両面フォトマスク基板の厚さ方向における観測位置の相違に伴うズレ量を把握する工程と、前記光学観測装置により観測し、前記観測位置と、前記第１面アライメントマークとが合致するように前記両面フォトマスク基板を配置する工程と、前記マスター基板に形成された前記第２面アライメントマーク型と前記重ね合わせ用アライメントマーク型に基づいて、前記両面フォトマスク基板に第２面アライメントマークと重ね合わせ用アライメントマークとを、前記両面フォトマスク基板の前記ズレ量分を補正しつつ転写露光する工程と、からなることを特徴とする。

本発明の実施の形態に係る両面フォトマスク基板の作製方法によれば、第１面本パターンと第２面本パターンとの位置ずれを、マスター基板、両面フォトマスク基板第１面などに形成されたアライメントマークを光学的に観測し、位置合わせすすることによって、転写光の垂直性やマスク自体のゆがみなどに関係なく、簡便に小さくすることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は両面フォトマスク基板を作成するための元となるブランク基板を示す図である。本実施形態においては、図１に示すように、第１面と第２面との区別を行うようにするが、第１面を表面として利用してもよいし、或いは裏面として利用してもよい。図１において、１０は透明基板、１１は第１面遮光層、１２は第１面レジスト層、１３は第２面遮光層、１４は第２面レジスト層をそれぞれ示している。両面フォトマスク基板は、合成石英ガラスなどの透明基板１０を基材として、その表裏両面にＣｒ（クロム）などの第１面遮光層１１、第２面遮光層１３が設けられ、第１面遮光層１１、第２面遮光層１３に所望の本パターンが形成される構成となっている。

本実施形態にかかる両面フォトマスク基板の作製方法においては、第１面遮光層１１に
第１面レジスト層１２が、また第２面遮光層１３に第２面レジスト層１４が塗膜されたものから作成が開始される場合について説明するが、本発明の作製方法は、これに限定されるものではなく、適当なタイミングで第２面遮光層などをスパッタリングで形成することも可能である。

両面フォトマスク基板の厚さＤは６．３５ｍｍで、表裏は正方形状であり、その寸法は１５４ｍｍ×１５４ｍｍである。両面フォトマスク基板への描画は、Ｃｒ（クロム）の第１面遮光層１１、第２面遮光層１３とこれらの遮光層上に設けられるレジスト層（第１面遮光層１１、第２面レジスト層１４など）に、周知の描画装置による描画が行われることによってなされるものである。

描画装置による描画によって、両面フォトマスク基板上に形成されるパターンには、２種類あり、その第１は両面フォトマスク基板自体の機能を発現するための本パターンであり、また、第２は本パターンを形成するための補助となるパターンである。後者のパターンを本実施形態においては、アライメントマークと称することとする。また、前者のパターンを作成するための描画装置としては任意のもの用いることができるが、本実施形態は、電子線描画装置を用いるのに好適な方法が示される。

本実施形態では、前記のアライメントマークも２種類あり、その第１は第１面と第２面の位置合わせを行うためのものであり、また、第２は、いずれかの面の本パターンを形成する描画を行う際の位置合わせを行うためのものである。本実施形態では、前者を単にアライメントマーク、後者を重ね合わせ用アライメントマークと称することとする。

後述するように第２面側には、アライメントマーク及び重ね合わせ用アライメントマークの双方が設けられるが、これらの設計時に所定の位置関係とされ、既知のものであるとする。

本実施形態における両面フォトマスク基板の作製方法では、図１に示す両面ブランク状態の基板の第１面に対して、まず電子線描画装置によって描画を行う。図２は両面フォトマスク基板の作製における第１面描画後の状態を示す図である。図２において、２３、２４は第１面アライメントマーク、２５は第１面本パターンをそれぞれ示している。なお、図２に示される描画パターンは、把握しやすくするために誇張的に表現されているものである。

このように本発明においては、まず、電子線描画装置により両面フォトマスク基板の第１面に第１面本パターン２５と共に第１面アライメントマーク２３、２４が描画される。そして、次に、両面フォトマスク基板の第２面を描画するための工程へと進む。

両面フォトマスク基板の第２面を描画する上では、第１面と第2面のパターンとの位置
合わせを行う必要がある。このための方法を以下に示す。

図３は両面フォトマスク基板の第１面と第２面との位置合わせを行うための構成を示す図であり、図４は第１面と第２面との位置合わせを行うために用いられるマスター基板上のパターンを示す図である。図３のマスター基板３０は、図４のＡ−Ａ’断面に示されるものである。

図３及び図４において、３０はマスター基板、３１は透明基板、３２は遮光層、３８はマスター基板ホルダー、３３、３４は第２面アライメントマーク型、３５、３６は重ね合わせ用アライメントマーク型、４０、４１は光学観測装置対物レンズをそれぞれ示している。

マスター基板３０は、通常のフォトマスク基板と同様に、透明基板３１とＣｒなどの遮光層３２とから構成されている。この遮光層３２には、両面フォトマスク基板の第２面側に転写露光を施すための所定のパターンが形成されている。また、マスター基板３０を所定位置に保持するマスター基板ホルダー３８は、両面フォトマスク基板第２面の露光のための光を透過するために透明材料で構成されている。

遮光層３２には、図４に示すような第２面アライメントマーク型３３、３４、重ね合わせ用アライメントマーク型３５、３６が形成されており、これらの型に対応したマークが、両面フォトマスク基板第２面に露光されるようになっている。

対物レンズ４０、４１は、所定の光学観測装置に係るものであり、これらの対物レンズ４０、４１によって、第２面アライメントマーク型３３、３４などが観測できるような状態となっている。

第１面と第２面との位置合わせを行うためには、まず図３に示すような状態によって、所定の光学観測装置で、マスター基板３０上の第２面アライメントマーク型３３、３４を観測する。図５は光学観測装置による観測像を示す図である。ここでは、対物レンズ４０、４１のいずれか一方の光学観測装置における観測像を示しているが、本発明においては両方の観測像が実際には用いられるものである。そして、本発明においては、対物レンズ４０、４１の双方による観測像が、図５に示すような所定の位置となるように、光学観測装置の対物レンズ４０、４１又はマスター基板ホルダー３８のいずれか又は双方を調整する。

次に、以上のようにして、光学観測装置の対物レンズ４０、４１とマスター基板３０との位置関係の調整を行った上で、次に両面フォトマスク基板との位置合わせを行うようにする。図６は両面フォトマスク基板とマスター基板との配置を決める様子を示す図である。図６において、５０はフォトマスク基板ホルダーであり、ＸＹＺ方向などに可動可能な機構を備えている。

本発明における次の工程においては、フォトマスク基板ホルダー５０によって、図２に示した両面フォトマスク基板を保持して、光学観測装置によって、両面フォトマスク基板における第１面アライメントマーク２３、２４を観測する。そして、両面フォトマスク基板における第１面アライメントマーク２３、２４の観測位置と、先のマスター基板３０上の第２面アライメントマーク型３３、３４の観測位置とが合致するように、フォトマスク基板ホルダー５０の配置を調整する。図７は光学観測装置による第１面アライメントマークの観測像を示す図である。フォトマスク基板ホルダー５０の調整においては、光学観測装置による第１面アライメントマークの観測位置が、十字線の中心となるようにフォトマスク基板ホルダー５０の位置を調整すればよい。

光学観測装置において、第１面アライメントマーク２３、２４の観測位置と、第２面アライメントマーク型３３、３４の観測位置とが合致するように、フォトマスク基板ホルダー５０の配置を調整した次には、図８に示すように、マスター基板３０と、両面フォトマスク基板の第２面レジスト層１４とを密着させるようにして、第２面レジスト層１４の露光を実施する。これに伴い、マスター基板３０上の第２面アライメントマーク型３３、３４、重ね合わせ用アライメントマーク型３５、３６が第２面レジスト層１４に転写される。そして、現像、エッチング、洗浄などの周知の工程を経て、両面フォトマスク基板の第２面遮光層１３にこれらに対応する第２アライメントマーク６３、６４、重ね合わせ用アライメントマーク６５、６６を描画することができる。図９は両面フォトマスク基板の転写露光によって形成されるアライメントマークを示す図である。図９において、６３、６
４は第２アライメントマーク、６５、６６は重ね合わせ用アライメントマークを示している。

次に、以上のように形成された重ね合わせ用アライメントマーク６５、６６によって、所定の位置合わせを行い、第２面の本パターンを描画する。この第２面の本パターンの描画においては電子線描画装置を用いる。

図１０は両面フォトマスク基板の第2面本パターン描画のためにレジスト層が形成され
た様子を示す図であり、図１１は両面フォトマスク基板の第2面に第２面本パターンが形
成された様子を示す図である。１５はレジスト層、２６は第２面本パターンを示している。

第２面の本パターンの描画においては、図１０に示すように第２面遮光層１３上にレジスト層１５が形成された後、所定の読み取り装置によって重ね合わせ用アライメントマーク６５、６６が読み取られることによって、これら重ね合わせ用アライメントマーク６５、６６に基づいて露光位置が決定されることによって、電子線描画装置（不図示）によって、第２面本パターン２６が描画される。

以上、本発明の実施の形態に係る両面フォトマスク基板の作製方法によれば、第１面本パターンと第２面本パターンとの位置ずれを、マスター基板、両面フォトマスク基板第１面などに形成されたアライメントマークを光学的に観測し、位置合わせすすることによって、転写光の垂直性やマスク自体のゆがみなどに関係なく、簡便に小さくすることが可能となる。

次の本発明の他の実施形態について説明する。図１２は光学観測装置によるマスター基板３０と両面フォトマスク基板の観測における相違を説明する図である。図１２（Ａ）はマスター基板３０上の第２面アライメントマーク型３３、３４を観測している状態を示しており、図１２（Ｂ）は第１面アライメントマーク２３、２４を観測している状態を示している。

先に説明したように、本発明においては、マスター基板３０上の第２面アライメントマーク型３３、３４を観測しそれらの位置を把握しておいてから、これらの位置に第１面アライメントマーク２３、２４を合わせるようにして位置合わせを行うものであるが、光学観測装置によって第２面アライメントマーク型３３、３４を観測するときにおいては、図１２（Ａ）のＸの位置を観測しているのに対して、両面フォトマスク基板の第１面アライメントマーク２３、２４を観測するときにおいては、図１２（Ｂ）のＹの位置を観測することとなる。

ここで、光学観測装置によってＸの位置を観測するときと、Ｙの位置を観測するときでは、所定のズレが存在することがあり得る。すなわち、両面フォトマスク基板の厚さ方向における観測位置の相違に伴うズレが生じていると考えられる。

そのようなズレの原因としては、
（１）マスター基板ホルダー３８が傾いていることに伴うズレ。
（２）光学観測装置でＸの位置に焦点を合わせるときと、Ｙの位置に焦点を合わせるときとで生じるズレ。（光学観測装置で対物レンズを光軸方向に前後させるときの機械的機構に伴うズレ。）
本実施形態では、以上のような両面フォトマスク基板の厚さ方向における観測位置の相違に伴うズレ量を予め把握しておく。そして、第１面アライメントマーク２３、２４の観測位置と、第２面アライメントマーク型３３、３４の観測位置とを合わせる時においては
、このズレ量分を調整して、フォトマスク基板ホルダー５０の配置を調整する。

段階的に説明すると、露光前に両面フォトマスク基板をセットする際には、光学観測装置により観測し、第１面アライメントマーク２３、２４の観測位置と、第２面アライメントマーク型３３、３４の観測位置とを合わせるようにして、両面フォトマスク基板を配置しておき、さらに両面フォトマスク基板を前記のズレ量分変位させるようにすればよい。そして、その後に、転写露光の行程を実施するようにする。

以上のような他の実施形態によれば、両面フォトマスク基板の厚さ方向における観測位置の相違に伴うズレ量を調整することができるので、より精度の高い位置合わせを行うことが可能となる。

なお、上記のように転写露光の前段に前記ズレ量分変位させることに代えて、転写露光工程において両面フォトマスク基板の前記ズレ量分を補正することも可能である。このような実施形態によれば、露光装置が有する補正機能によって、前記ズレ量分の補正を行うことができるようになる。

両面フォトマスク基板を作成するための元となるブランク基板を示す図である。 両面フォトマスク基板の作製における第１面描画後の状態を示す図である。 両面フォトマスク基板の第１面と第２面との位置合わせを行うための構成を示す図である。 第１面と第２面との位置合わせを行うために用いられるマスター基板上のパターンを示す図である。 光学観測装置によるマスター基板の第２面アライメントマーク型の観測像を示す図である。 両面フォトマスク基板とマスター基板との配置を決める様子を示す図である。 光学観測装置による第１面アライメントマークの観測像を示す図である。 両面フォトマスク基板の転写露光工程を示す図である。 両面フォトマスク基板の転写露光によって形成されるアライメントマークを示す図である。 両面フォトマスク基板の第2面本パターン描画のためにレジスト層が形成された様子を示す図である。 両面フォトマスク基板の第2面に第２面本パターンが形成された様子を示す図である。 光学観測装置によるマスター基板と両面フォトマスク基板の観測における相違を説明する図である。

符号の説明

１０・・・透明基板、１１・・・第１面遮光層、１２・・・第１面レジスト層、１３・・・第２面遮光層、１４・・・第２面レジスト層、１５・・・レジスト層、２３、２４・・・第１面アライメントマーク、２５・・・第１面本パターン、２６・・・第２面本パターン、３０・・・マスター基板、３１・・・透明基板、３２・・・遮光層、３３、３４・・・第２面アライメントマーク型、３５、３６・・・重ね合わせ用アライメントマーク型、３８・・・マスター基板ホルダー、４０、４１・・・光学観測装置対物レンズ、５０・・・フォトマスク基板ホルダー、６３、６４・・・第２アライメントマーク、６５、６６・・・重ね合わせ用アライメントマーク

Claims (3)

1. 第１面と第２面の両方に遮光パターンが形成される両面フォトマスク基板を作製する方法であって、
   電子線描画装置により前記両面フォトマスク基板の第１面に第１面本パターンと共に第１面アライメントマークを描画する工程と、
   第２面アライメントマーク型と重ね合わせ用アライメントマーク型とが形成されたマスター基板を光学観測装置により観測し、前記第２面アライメントマーク型の光学観測像の観測位置が所定位置となるように調整する工程と、
   前記光学観測装置により観測し、前記観測位置と、前記第１面アライメントマークとが合致するように前記両面フォトマスク基板を配置する工程と、
   前記マスター基板に形成された前記第２面アライメントマーク型と前記重ね合わせ用アライメントマーク型に基づいて、前記両面フォトマスク基板に第２面アライメントマークと重ね合わせ用アライメントマークとを転写露光する工程と、からなることを特徴とする両面フォトマスク基板の作製方法。
2. 第１面と第２面の両方に遮光パターンが形成される両面フォトマスク基板を作製する方法であって、
   電子線描画装置により前記両面フォトマスク基板の第１面に第１面本パターンと共に第１面アライメントマークを描画する工程と、
   第２面アライメントマーク型と重ね合わせ用アライメントマーク型とが形成されたマスター基板を光学観測装置により観測し、前記第２面アライメントマーク型の光学観測像の観測位置が所定位置となるように調整する工程と、
   前記両面フォトマスク基板の厚さ方向における観測位置の相違に伴うズレ量を把握する工程と、
   前記光学観測装置により観測し、前記観測位置と、前記第１面アライメントマークとが合致するように前記両面フォトマスク基板を配置する工程と、
   前記両面フォトマスク基板を前記ズレ量分変位させる工程と、
   前記マスター基板に形成された前記第２面アライメントマーク型と前記重ね合わせ用アライメントマーク型に基づいて、前記両面フォトマスク基板に第２面アライメントマークと重ね合わせ用アライメントマークとを転写露光する工程と、からなることを特徴とする両面フォトマスク基板の作製方法。
3. 第１面と第２面の両方に遮光パターンが形成される両面フォトマスク基板を作製する方法であって、
   電子線描画装置により前記両面フォトマスク基板の第１面に第１面本パターンと共に第１面アライメントマークを描画する工程と、
   第２面アライメントマーク型と重ね合わせ用アライメントマーク型とが形成されたマスター基板を光学観測装置により観測し、前記第２面アライメントマーク型の光学観測像の観測位置が所定位置となるように調整する工程と、
   前記両面フォトマスク基板の厚さ方向における観測位置の相違に伴うズレ量を把握する工程と、
   前記光学観測装置により観測し、前記観測位置と、前記第１面アライメントマークとが合致するように前記両面フォトマスク基板を配置する工程と、
   前記マスター基板に形成された前記第２面アライメントマーク型と前記重ね合わせ用アライメントマーク型に基づいて、前記両面フォトマスク基板に第２面アライメントマークと重ね合わせ用アライメントマークとを、前記両面フォトマスク基板の前記ズレ量分を補正しつつ転写露光する工程と、からなることを特徴とする両面フォトマスク基板の作製方法。

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