JP7220066B2 - Photomask drawing equipment - Google Patents
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本発明は、フォトマスクの描画装置に関する。具体的には、DMD(デジタルマイクロミラーデバイス)を用いたフォトマスクの描画装置に関する。 The present invention relates to a photomask drawing apparatus. Specifically, the present invention relates to a photomask drawing apparatus using a DMD (digital micromirror device).
表示装置や半導体装置等の製造過程におけるリソグラフィー工程で使用するフォトマスクを製造する際、フォトマスクブランクス上のフォトレジストに所望のパターンを描画するために、例えば特許文献1、2記載のような描画装置が使用されている。
When manufacturing a photomask used in a lithography process in the manufacturing process of a display device, a semiconductor device, etc., in order to draw a desired pattern on a photoresist on a photomask blank, for example, drawing as described in
このような公知の描画装置を用いてハーフトーンマスク(3階調のフォトマスク)を製造する主要工程について以下に説明する。
図17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17(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17(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17(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17(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を除去した後(図17(E))、フォトレジスト104を形成する(図17(F))。
次に、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17(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17(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17(I))。
Principal processes for manufacturing a halftone mask (three-tone photomask) using such a known drawing apparatus will be described below.
17A to 17D are process cross-sectional views showing a method of manufacturing a typical bottom-half type multi-tone mask.
First, a photomask blank is prepared in which a
Next, the
Next, the
Next, after removing the
Next, the
Next, using the
Finally, the
公知の描画装置でハーフトーンマスク(多階調マスク)を製造するためには、半透過膜と遮光膜の積層とをエッチングするパターンと遮光膜のみをエッチングするパターンの2種類の描画データーをそれぞれ別個に作成する必要があり、2回のリソグラフィー工程が必要になる。その結果、製造工程の増大にともなう製造工期の長時間化、製造コストの高コスト化を招くことになる。
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合わせるための位置合わせが必要となる。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。
In order to manufacture a halftone mask (multi-tone mask) with a known drawing apparatus, two types of drawing data are prepared: a pattern for etching the semi-transmissive film and the light shielding film and a pattern for etching only the light shielding film. It has to be made separately and requires two lithography steps. As a result, an increase in the number of manufacturing processes results in a longer manufacturing period and a higher manufacturing cost.
Furthermore, since two (a plurality of) lithography steps are required, alignment is required for aligning drawing patterns formed in each lithography step. In this case, it is necessary to take measures such as expanding the drawing pattern in consideration of the alignment margin (allowance), which becomes an obstacle to miniaturization of the pattern and high integration.
Further, when forming a multi-tone mask with four or more gradations, the number of lithography steps is further increased.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、1回のリソグラフィー工程により多階調フォトマスクを形成することを可能とするフォトマスクの描画装置を提供することを課題とする。
なお、本発明にかかる描画装置は、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。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a photomask drawing apparatus capable of forming a multi-tone photomask by a single lithography process.
Needless to say, the drawing apparatus according to the present invention is not limited to use for manufacturing multi-tone photomasks, but can also be used for manufacturing binary masks, for example.
本発明にかかるフォトマスクの描画装置は、
半導体レーザと
前記半導体レーザから放射されたレーザーの光路中に、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有するDMDと、ステージと、光学系と、記憶部と、DMD制御部と、光量計測部と、演算処理部とを備え、
前記記憶部には、前記DMDの前記マイクロミラーの各々に対して、前記傾斜角度で決定される第1の状態及び第2の状態を維持する時間を規定するマイクロミラー制御条件が記憶され、
前記光量計測部は、第1の状態にある前記マイクロミラーから反射されたレーザーの強度分布を計測し、
前記演算処理部は、前記強度分布の変動幅が予め設定したしきい値より小さくなるように、マイクロミラー制御領域を設定し、
前記DMD制御部は、前記マイクロミラー制御条件に従って、前記マイクロミラー制御領域以外の前記マイクロミラーを常に前記第2の状態を維持するとともに、前記マイクロミラー制御領域の前記マイクロミラーの各々を制御し、
前記光学系は、前記マイクロミラー制御領域の前記第1の状態にある前記マイクロミラーから反射されたレーザーのみを前記ステージ上に載置されるフォトマスク基板上に形成されたフォトレジストに照射するを含むことを特徴とする。
A photomask drawing apparatus according to the present invention includes:
a semiconductor laser; a DMD having a micromirror array composed of a plurality of micromirrors whose tilt angles can be changed independently in the optical path of the laser emitted from the semiconductor laser ; a stage; an optical system; , a DMD control unit, a light amount measurement unit, and an arithmetic processing unit,
the storage unit stores a micromirror control condition that defines a time for maintaining a first state and a second state determined by the tilt angle for each of the micromirrors of the DMD;
The light amount measuring unit measures the intensity distribution of the laser reflected from the micromirror in the first state,
The arithmetic processing unit sets a micromirror control region such that the variation width of the intensity distribution is smaller than a preset threshold value,
The DMD control unit always maintains the second state of the micromirrors other than the micromirror control area according to the micromirror control conditions, and controls each of the micromirrors in the micromirror control area,
The optical system irradiates only the laser reflected from the micromirror in the first state in the micromirror control area onto the photoresist formed on the photomask substrate placed on the stage. characterized by comprising
このようなフォトマスクの描画装置とすることで、
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。
By using such a photomask drawing apparatus,
The optical path of the laser emitted from the semiconductor laser, which is a laser generator, is controlled in units of micromirrors of the DMD to flexibly correspond to various photomask patterns and facilitate pattern drawing.
また、本発明にかかるフォトマスクの描画装置は、
ステージと、光学系と、記憶部と、DMD制御部とを備え、
前記記憶部には、前記DMDの前記マイクロミラーの各々に対して、前記傾斜角度で決定される第1の状態及び第2の状態を維持する時間を規定するマイクロミラー制御条件が記憶され、
前記DMD制御部は、前記マイクロミラー制御条件に従って、前記マイクロミラーの各々を制御し、
前記光学系は、第1の状態にある前記マイクロミラーから反射されたレーザーのみが入射するよう配置され、
前記光学系に入射されたレーザーが、前記ステージ上に載置されるフォトマスク基板上に形成されたフォトレジストに照射されることを特徴とする。
Further, the photomask drawing apparatus according to the present invention includes:
comprising a stage, an optical system, a storage unit, and a DMD control unit,
the storage unit stores a micromirror control condition that defines a time for maintaining a first state and a second state determined by the tilt angle for each of the micromirrors of the DMD;
The DMD control unit controls each of the micromirrors according to the micromirror control conditions,
the optical system is arranged so that only laser reflected from the micromirror in a first state is incident;
It is characterized in that the laser incident on the optical system irradiates the photoresist formed on the photomask substrate placed on the stage.
このようなフォトマスクの描画装置とすることで、
フォトマスク基板上に形成されたフォトレジストに照射するレーザーの露光量を、パターン形成の画素単位で制御することができ、膜厚の異なるフォトレジストを有するフォトレジストのパターンを1回の露光処理により形成することが可能となる。
By using such a photomask drawing apparatus,
The amount of laser exposure applied to the photoresist formed on the photomask substrate can be controlled in units of pixels for pattern formation, and the photoresist pattern having different film thicknesses can be formed by a single exposure process. can be formed.
また、本発明に係るフォトマスクの描画装置は、
光量計測部を備え、
前記光量計測部は、前記DMDの第1の状態にある前記マイクロミラーから反射されたレーザーの強度分布を計測することを特徴とする。
Further, the photomask drawing apparatus according to the present invention includes:
Equipped with a light intensity measurement unit,
The light amount measuring unit measures an intensity distribution of laser reflected from the micromirror in the first state of the DMD.
このようなフォトマスクの描画装置とすることで、
フォトマスク基板上に形成されたフォトレジストに照射するレーザーの強度分布を計測することができ、レーザー強度分布を経時的に監視することも可能となる。
By using such a photomask drawing apparatus,
It is possible to measure the intensity distribution of the laser with which the photoresist formed on the photomask substrate is irradiated, and to monitor the laser intensity distribution over time.
また、本発明に係るフォトマスクの描画装置は、
演算処理部を備え、
前記演算処理部は、
前記光量計測部により計測されたレーザーの強度分布の均一性を算出することを特徴とする。
Further, the photomask drawing apparatus according to the present invention includes:
Equipped with an arithmetic processing unit,
The arithmetic processing unit is
The uniformity of the intensity distribution of the laser measured by the light amount measuring unit is calculated.
このようなフォトマスクの描画装置とすることで、
レーザーの強度分布の均一性を評価することによってDMDの状態を監視し、所定のしきい値との比較によって、DMDの交換やメンテナンス等の対処をオペレータ等に促すことが可能となる。
By using such a photomask drawing apparatus,
By evaluating the uniformity of the intensity distribution of the laser, the condition of the DMD can be monitored, and by comparing it with a predetermined threshold value, it is possible to prompt the operator or the like to take action such as replacement or maintenance of the DMD.
また、本発明に係るフォトマスクの描画装置は、
前記演算処理部は、
前記光量計測部により計測されたレーザーの強度分布から、マイクロミラー制御領域を決定することを特徴とする。
Further, the photomask drawing apparatus according to the present invention includes:
The arithmetic processing unit is
The micromirror control area is determined from the intensity distribution of the laser measured by the light amount measuring unit.
このようなフォトマスクの描画装置とすることで、
フォトマスク基板上に形成するフォトレジストのパターン寸法の変動幅を、例えば顧客要求等に合わせた所定の範囲に設定することができる。
By using such a photomask drawing apparatus,
The variation width of the pattern dimension of the photoresist formed on the photomask substrate can be set within a predetermined range according to, for example, customer requirements.
また、本発明に係るフォトマスクの描画装置は、
前記記憶部に保存されている前記マイクロミラー制御条件は、第1の状態を維持する時間が異なる第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に属する前記マイクロミラーの制御条件を含むことを特徴とする。
Further, the photomask drawing apparatus according to the present invention includes:
The micromirror control conditions stored in the storage unit are the micromirrors belonging to a first micromirror area, a second micromirror area, and a third micromirror area for which the first state is maintained at different times. is characterized by including a control condition of
このようなフォトマスクの描画装置とすることで、
3種類の膜厚を有するフォトレジストパターンを1回の露光処理により形成することが可能となり、リソグラフィー工程の削減とともに、重ね合わせに対するマージンをパターンに盛り込む必要がなくなり、パターンの微細化、設計の作業負荷の低減に寄与することが可能となる。
例えば、第1のマイクロミラー領域の第1の状態を維持する時間を0(ゼロ)とし、第2のミラー領域での第1の状態を維持する時間を、第3のミラー領域での第1の状態を維持する時間より長くすることで透明部、遮光部、半透過部を有するハーフトーンマスクを容易に製造することが可能となる。
By using such a photomask drawing apparatus,
It is now possible to form a photoresist pattern with three different film thicknesses in a single exposure process, which reduces the number of lithography processes and eliminates the need to include a margin for overlay in the pattern, miniaturizing patterns and designing work. It becomes possible to contribute to the reduction of the load.
For example, the time for maintaining the first state in the first micromirror region is set to 0 (zero), and the time for maintaining the first state in the second mirror region is set to the first state in the third mirror region. A halftone mask having a transparent portion, a light shielding portion, and a semi-transmissive portion can be easily manufactured by making the time longer than the time for which the state is maintained.
また、本発明に係るフォトマスクの描画装置は、
前記記憶部には、レーザーの露光量とフォトレジストのパターン幅との相関データが保存され、
前記相関データから前記第1のマイクロミラー領域、前記第2のミラー領域及び前記第3のミラー領域を補正することを特徴とする。
Further, the photomask drawing apparatus according to the present invention includes:
The storage unit stores correlation data between a laser exposure dose and a photoresist pattern width,
The first micromirror area, the second mirror area and the third mirror area are corrected from the correlation data.
このようなフォトマスクの描画装置とすることで、
第1、第2及び第3のマイクロミラー領域に対応してフォトレジストの露光量を変化させても、露光量の違いによるフォトレジストパターン寸法の変動を容易に抑制することが可能となる。
By using such a photomask drawing apparatus,
Even if the exposure amount of the photoresist is changed corresponding to the first, second and third micromirror regions, it is possible to easily suppress the variation in the photoresist pattern dimension due to the difference in the exposure amount.
また、本発明に係るフォトマスクの描画装置は、
駆動系制御部を備え、
前記駆動系制御部は、前記光学系と前記ステージとの相対的位置を移動し、ステップアンドリピート方式により、前記ステージ上に載置されるフォトマスク基板上に形成されたフォトレジストを露光することを特徴とする。
Further, the photomask drawing apparatus according to the present invention includes:
Equipped with a drive system control unit,
The driving system control unit moves the relative position between the optical system and the stage, and exposes the photoresist formed on the photomask substrate placed on the stage by a step-and-repeat method. characterized by
このようなフォトマスクの描画装置とすることで、
DMDを用いてレーザーを照射する各露光区画を連続的に繋ぎ合わせ、フォトマスク基板上のフォトレジストに対して、所定の領域に亘ってパターン形成が可能となる。
By using such a photomask drawing apparatus,
The DMDs are used to continuously connect the exposure sections irradiated with the laser, and the photoresist on the photomask substrate can be patterned over a predetermined area.
本発明にかかるフォトマスクの描画装置によって、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。
また、重ね合わせマージンを考慮したパターン設計を不要とすることにより、パターンの微細化にも寄与することができる。
With the photomask drawing apparatus according to the present invention, resists having different film thicknesses can be formed by one lithography process, and the number of steps for manufacturing a multi-tone photomask can be reduced.
In addition, by eliminating the need for pattern design in consideration of the overlay margin, it is possible to contribute to miniaturization of patterns.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は、いずれも本発明の要旨の認定において限定的な解釈を与えるものではない。また、同一又は同種の部材については同じ参照符号を付して、説明を省略することがある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, none of the following embodiments provide a restrictive interpretation in identifying the gist of the present invention. Also, the same reference numerals are given to members of the same or similar type, and description thereof may be omitted.
図1(A)は、描画装置1の主な構成を示す。
レーザー発生装置である半導体レーザ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、点線矢印で示すように、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。半導体レーザ2として、好適にはシングルモードが使用できる。
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7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。
FIG. 1A shows the main configuration of the drawing apparatus 1. As shown in FIG.
A laser LD (e.g., g-line, h-line, i-line, etc.) emitted from a
The
The
DMD4の光反射部8は、後述するように複数のマイクロミラー9を有し、各マイクロミラー9の傾斜角度は電気的に制御され、レーザーの反射角度を、図1(A)、(B)の白塗り矢印又は黒塗り矢印で示すように、二者択一的に変更することができる。
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に入射することがなく、そのためフォトマスク基板7に照射されない。このように光学系5を配置することで、DMD4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。
The
The laser reflected in the direction of the white arrow passes through (passes through) the
図1(B)は、DMD4の光反射部8の表面の一部を示す斜視図である。
図1(B)に示すように、光反射部8は、例えば1辺が10~15[μm]の微小な鏡(マイクロミラー9)が複数個、例えば1980×1080個、碁盤の目状に整列し配置されたマイクロミラーアレイ(マイクロミラーの配列)により構成されている。各マイクロミラー9は独立して制御することができ、その傾斜角度を、第1の傾斜角度又は第2の傾斜角度、例えば-12[°]又は+12[°]に切換ることができる。
FIG. 1B is a perspective view showing a part of the surface of the
As shown in FIG. 1B, the
光反射部8に入射した(図1(B)中点線矢印で示される)レーザーは、例えば、第1の傾斜角度に設定されたマイクロミラー9aで反射された場合には、図1(B)中白塗り矢印で示すように光学系5に入射し、その後フォトマスク基板7に照射される。傾斜角が第2の傾斜角度に設定されたマイクロミラー9bで反射された場合には、図1(B)中黒塗り矢印で示すように光学系5に入射しない(フォトマスク基板7に照射されない)ように配置されている。
When the laser beam (indicated by the dotted line arrow in FIG. 1(B)) that has entered the
マイクロミラー9毎に、傾斜角度によってレーザーの反射方向を制御することで、レーザーをフォトマスク基板7に照射するか否かを選択することができる。1つのマイクロミラー9から光学系5を経由してフォトマスク基板7に照射される領域が、フォトマスク基板7上の最小露光領域(画素)となる。
マイクロミラー9毎に傾斜角度を制御することで、様々なパターンのレーザー描画に対して、柔軟に対応することができる。
なお、傾斜角度は例示でありこれに限定されるものではない。
It is possible to select whether or not to irradiate the
By controlling the tilt angle for each
In addition, the inclination angle is an example and is not limited to this.
このようにDMD4は、各マイクロミラー9の傾斜角を変更することにより、局所的に(各マイクロミラー9毎に)レーザーの進路を変更し、フォトマスク基板7上に照射する状態(第1の状態)、照射しない状態(第2の状態)を選択することができる。
In this way, the
図2(A)は、光反射部8上にレーザーが照射される様子を示し、図2(B)は、図2(A)の一点鎖線Z-Z’断面におけるレーザー強度分布を模式的に示す。
図2(A)中点線で示される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)中実線で示される四角形の領域は、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、必ずレーザー照射領域S内に収まるように設定する。
FIG. 2(A) shows how the laser is irradiated onto the
A region surrounded by a circle indicated by a dotted line in FIG. 2(A) indicates a laser irradiation region S, and this circle corresponds to a laser spot diameter (for example, 1 [mm]). 2A is a micromirror control area C set within the laser irradiation area S. The rectangular area indicated by solid lines in FIG. The micromirror control area C is set so as to be within the laser irradiation area S without fail, taking into consideration variations in the diameter of the laser spot and variations in the optical axis.
図2(B)に示すように、レーザー照射領域Sの外部では、レーザーの強度が急激に減少し、そして0(ゼロ)となるが、レーザー照射領域Sの内部では、理想的にはレーザー強度が一定であり、マイクロミラー制御領域Cは強度分布の均一性の良い領域に設定されている。
なお、DMD4の光反射部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。
As shown in FIG. 2B, outside the laser irradiation region S, the laser intensity rapidly decreases and becomes 0 (zero), but inside the laser irradiation region S, the laser intensity is ideally is constant, and the micromirror control region C is set in a region where the intensity distribution is highly uniform.
Since the surface of the
マイクロミラー制御領域C内部においては、各マイクロミラーは第1の状態、又は第2の状態を選択的して制御できる領域であり、マイクロミラー制御領域C以外の領域にあるマイクロミラーは、常時第2の状態に設定する。
Inside the micromirror control area C, each micromirror is an area in which the first state or the second state can be selectively controlled. Set to
図3(A)は、マイクロミラー制御領域Cの一部の拡大図を示し、各マイクロミラー9の制御状態の例を示す。図3(B)は、レーザーLDがマイクロミラー9により反射され、光学系5を経由してフォトマスク基板7に形成されたフォトレジスト10に照射される状態を示す断面図である。
図3(A)中、ハッチングされたマイクロミラー9aは第1の状態、ハッチングされていないマイクロミラー9bは第2の状態にあるマイクロミラーを示す。
FIG. 3A shows an enlarged view of a part of the micromirror control area C and shows an example of the control state of each
In FIG. 3A, hatched
第1の状態にあるマイクロミラー9aを所望のパターンに配置することにより、マイクロミラー9aにより反射されたレーザーは、所望のパターン形状でフォトマスク基板7上のフォトレジスト10に照射される(図3(B))。従って、フォトレジスト10を、所望のパターン形状に露光することができる。
マイクロミラー制御領域Cの各マイクロミラー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ことになる。
By arranging the
Each
1回の露光処理(1回の描画処理)により露光可能なフォトレジスト10の露光領域(簡単のため露光区画と称す。)は、マイクロミラー制御領域Cから反射されたレーザーによって照射可能な領域である。
そのため、図4に示すように、マイクロミラー制御領域Cで確定する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した距離(図中L)だけフォトマスク基板7を移動する。その後、次の露光区画に対して所望のパターンのマイクロミラー9のオン、第2の状態を制御することで露光処理を行う。
The exposure area (for simplicity, referred to as an exposure section) of the
Therefore, as shown in FIG. 4, when the exposure processing for one exposure section determined in the micromirror control area C is completed, the
すなわちステップアンドリピート方式により、フォトマスク基板7表面の露光処理とフォトマスク基板7の移動とを繰り返すことで、所望のパターンをフォトマスク基板7の全面(又はフォトレジスト10に対してパターン形成が必要な領域)に形成することが可能となる。
That is, by repeating the exposure processing of the surface of the
なお、移動するステージ6によりフォトマスク基板7を移動させたが、ステップアンドリピート方式によりフォトマスク基板7を露光する場合、フォトマスク基板7と光学系5とが相対的に移動すればよい。そのため、光学系5(及びDMD4)を移動する構成としてもよく、光学系4とフォトマスク基板7との両方を移動する構成としてもよい。
Although the
図13は、光学系4を移動させる機構を備えた描画装置1の構成の例を示す。
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。
FIG. 13 shows an example of the configuration of the drawing apparatus 1 provided with a mechanism for moving the
The drawing device 1 includes a
The longitudinal direction of the
第1の走行ガイド16は、その内部に固定反射鏡31及び可動反射鏡32を備えている。第1の駆動装置17が、可動反射鏡32、DMD4及び光学系5を、第1の走行ガイド16に沿って移動させる。第2の駆動装置19は、第1の走行ガイド16を第2の走行ガイド18に沿って移動させる。
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。
The first traveling
Therefore, the movable reflecting
半導体レーザ2から発せられたレーザーLDは、固定反射鏡31によって反射され、可動反射鏡32を照射する。その後レーザーは可動反射鏡32によって反射され、DMD4及び光学系5を経由して、フォトマスク基板7を照射する。その結果、第1及び第2の駆動装置17、19を利用して、レーザーLDを、フォトマスク基板7上でX方向、Y方向に走査することが可能となる。
A laser LD emitted from the
フォトレジストを感光させるためのレーザーの露光量は、マイクロミラー9aの第1の状態の時間で制御することができる。所定の時間経過後、マイクロミラー9aを第2の状態にすることで、容易に所望パターンの露光時間を設定することができる。
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ができる。
The amount of laser exposure for exposing the photoresist can be controlled by the time the
Furthermore, since one
描画装置1は、光量検出器15を備えるため、DMD4の光反射部8により反射されフォトマスク基板7に照射されるレーザーの強度分布を測定することができる。
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。
Since the drawing apparatus 1 includes the
The
By setting the light receiving surface of the
図15に示すように、描画装置1は、パターンデータ入力部51、記憶部52、演算処理部53、DMD制御部54、駆動系制御部55及び光量計測部56をさらに備えたシステムとして構成してもよい。
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、当該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。
As shown in FIG. 15, the drawing apparatus 1 is configured as a system further including a pattern data input unit 51, a storage unit 52, an arithmetic processing unit 53, a DMD control unit 54, a drive system control unit 55, and a light intensity measurement unit 56. may
The light amount measuring unit 56 controls the
図5(A)及び図6(A)は、検出された2次元の強度分布の実測値から、マイクロミラー制御領域CのA-A’部分から反射されたレーザーの強度分布を抽出した結果を示し、図5(B)及び図6(B)は、5[μm]幅のラインパターンの列を形成するように、DMD制御部54によって制御されたマイクロミラー9から反射されたレーザーによりパターニングされたフォトレジストのライン幅の実測値を示す。
なお、ラインパターンの列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、第1の状態となるよう制御している。
5A and 6A show the results of extracting the intensity distribution of the laser reflected from the AA' portion of the micromirror control region C from the measured values of the detected two-dimensional intensity distribution. 5(B) and 6(B) are patterned by laser reflected from
The
図5(A)に示すように、実際のレーザーの強度分布は、下に凸形状の強度分布を示し、有限の変動幅を有する。図5(B)に示すように、フォトレジストのライン幅の実測値は、レーザーの強度分布を反映して、わずかに周期的な変動が見られる。 As shown in FIG. 5A, the actual laser intensity distribution shows a downwardly convex intensity distribution with a finite fluctuation width. As shown in FIG. 5(B), the measured value of the line width of the photoresist exhibits slight periodic fluctuations reflecting the intensity distribution of the laser.
図6(A)は、図5(A)で示す強度分布を有するDMDとは異なるDMDを使用し、反射されたレーザーの強度分布を計測した結果を示す。図6(A)に示す強度分布は、図5(A)と同様に下に凸形状の強度分布を示すが、図5(A)に示すレーザーの強度分布と比べ、分布の変動幅が大きい。
均一性(=標準偏差/平均値)が図5(A)に示す強度分布は11%であるが、図6(A)に示す強度分布は23%に増大している。
図6(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。
FIG. 6(A) shows the result of measuring the intensity distribution of the reflected laser using a DMD different from the DMD having the intensity distribution shown in FIG. 5(A). The intensity distribution shown in FIG. 6(A) shows a downwardly convex intensity distribution similar to FIG. 5(A), but compared to the laser intensity distribution shown in FIG. .
The uniformity (=standard deviation/average value) of the intensity distribution shown in FIG. 5(A) is 11%, but that of the intensity distribution shown in FIG. 6(A) increases to 23%.
As shown in FIG. 6B, when the variation width of the intensity distribution increases and the uniformity increases (deteriorates), the variation width of the measured value of the line width of the photoresist also increases, and the uniformity of the line width increases ( to degrade.
例えば、当初図5(A)で示すレーザー強度分布であったのに対し、経時変化によりマイクロミラー9の表面が曇る等の理由によりレーザー強度分布が図6(A)に示す強度分布のように均一性が劣化した場合、フォトレジストのパターンの分布は、図5(B)に示す分布から図6(B)に示す分布へと変化することになる。
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。
For example, while the laser intensity distribution was initially shown in FIG. 5A, the laser intensity distribution changes to the intensity distribution shown in FIG. When the uniformity deteriorates, the distribution of the photoresist pattern changes from the distribution shown in FIG. 5B to the distribution shown in FIG. 6B.
In such a case, it is possible to take measures such as exchanging the DMD.
従って、DMD4の光反射部8により反射されたレーザーの強度分布を監視し管理することで、フォトレジストのラインパターンの変動が抑制され、所定の均一性を維持することができる。例えば、強度分布が所定のしきい値、例えば顧客要求仕様値等を超えると、描画装置1の演算処理部53が、ランプや表示画面に警告を表示し、オペレータにDMDの交換を促す等の処置を実行することができる。その結果、製造されるフォトマスクの品質管理及び保証が可能となる。
Therefore, by monitoring and managing the intensity distribution of the laser beam reflected by the
なお、光強度を検出するために、全てのマイクロミラー9を第1の状態として光量検出器15にて2次元的に光強度を検出しても良いが、例えば図2(A)のZ-Z’で示す線に平行な方向にマイクロミラー9を1列ずつ第1の状態として、順次光量検出器15にて1次元的に光強度を検出しても良い。光強度分布を検出するためのマイクロミラー9を第1の状態にするパターンは適宜設定することができる。
In order to detect the light intensity, the light intensity may be two-dimensionally detected by the
また、マイクロミラー9の位置と光量検出器15の画像データ内の位置との関係を明確にするため、例えばマイクロミラーアレイ中のマイクロミラー9を十字形状に第1の状態として、光量検出器15によって強度分布を測定してもよい。十字の交差するマイクロミラー9と、光検出器15により検出された強度分布の交差点とを互いに対応させる。複数の箇所でこのような交差点の対応付けを行うことで、マイクロミラー9の位置と光量検出器15の画像データ内の座標との関係を明確にすることができる。
In addition, in order to clarify the relationship between the position of the
図5(A)及び図6(A)に示すように、いずれの強度分布も、周辺部分で強度が増大するが中央部分では比較的平坦な分布を示す。この傾向は、A-A’に対して垂直な方向についても同様であり、レーザー照射領域Sの中心部近傍では比較的平坦な強度分布であるが、レーザー照射領域Sの周辺領域で強度が増大する。
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5(A)及び図6(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。
As shown in FIGS. 5(A) and 6(A), both intensity distributions exhibit a relatively flat distribution in the central portion while the intensity increases in the peripheral portion. This tendency is the same in the direction perpendicular to AA', and although the intensity distribution is relatively flat near the center of the laser irradiation area S, the intensity increases in the peripheral area of the laser irradiation area S. do.
Therefore, by selecting a region exhibiting a relatively flat intensity distribution, the uniformity of the resist pattern is reduced (improved).
A region indicated by BB' in FIGS. 5A and 6A is a region where the uniformity of the light intensity distribution is improved.
図7に示すように光量検出器15にて検出した光強度分布から、反射光の強度分布の変動幅が、予め設定したしきい値より小さくなるように、マイクロミラー制御領域Cを、例えばB-B’で決まる領域に設定し直してもよい。なお、B-B’に垂直な方向についても同様に変動幅がしきい値より小さくなるよう設定する。
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9のマイクロミラー制御領域Cを設定してもよい
As shown in FIG. 7, from the light intensity distribution detected by the
For example, a threshold is set according to specifications (customer-requested values) such as the minimum line width and minimum spacing of the photomask to be manufactured, and
このマイクロミラー制御領域Cを狭く設定すると、ステップアンドリピート方式による露光処理時間が長くなるため、必要なフォトマスクの仕様毎に合わせて適宜設定すればよい。
DMD4は、各マイクロミラー9を独立して制御ができるため、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。
If the micromirror control area C is set narrow, the exposure processing time by the step-and-repeat method is lengthened, so it may be appropriately set according to the required photomask specifications.
Since the
なお、光量検出器15の光強度検出の空間分解能を、フォトレジストを描画する画素より小さくすることで、画素毎のレーザー照射強度を測定することができる。上述方法で、光量検出器15の強度分布のデータの座標とマイクロミラーの位置との相関を明確にすれば、マイクロミラー毎に反射されたレーザーの強度が計測可能となる。従って、レーザーの反射強度に反比例する係数を、マイクロミラー毎に第1の状態を維持する時間に乗ずることで、強度分布を補正し、フォトレジストに均一なレーザーの照射を可能としてもよい。ただし、このような制御方法は、マイクロミラーの制御が複雑になるという欠点もある。
By setting the spatial resolution of the light intensity detection of the
図8は、レーザーの露光量と現像後のレジストパターン幅の寸法変動量の相関関係を示し、縦軸に寸法変動量、横軸にレーザーの露光量をプロットしている。
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。
FIG. 8 shows the correlation between the amount of laser exposure and the amount of dimensional variation in the resist pattern width after development, plotting the amount of dimensional variation on the vertical axis and the amount of laser exposure on the horizontal axis.
The exposure dose is normalized with the exposure dose for forming a resist pattern with a line width of 5 [μm] being 1. Such a relationship between the exposure amount and the resist pattern dimension after development depends on the resist to be used, and is obtained by actual measurement for each pattern dimension (for example, for a plurality of line widths, space widths, or a plurality of hole diameters). be able to.
図5(A)(又は図6(A))のレーザーの強度分布と、図8の露光量とレジストパターン寸法との相関データから、図5(B)(又は図6(B))に示すパターン寸法(幅)の分布を算出することができる。
予め図8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。
From the laser intensity distribution of FIG. 5A (or FIG. 6A) and the correlation data between the exposure amount and the resist pattern dimension of FIG. 8, FIG. 5B (or FIG. 6B) A distribution of pattern dimensions (widths) can be calculated.
By storing the basic data on the correlation between the exposure amount and the pattern dimension shown in FIG. can be calculated automatically. Further, by acquiring correlation data for a plurality of resists, it is possible to present candidates for the photoresist to be used.
図9(A)は、多階調フォトマスクを製造するためのDMD4の光反射部8の一部の領域を拡大した図である。図9(A)に示すように、光反射部8は3つの領域Ra(図中クロスハッチング領域)、領域Rb(図中シングルハッチング領域)、領域Rc(図中白塗り領域)を有している。
FIG. 9A is an enlarged view of a partial region of the
図9(B)は、1回の露光処理を行う際の、領域Ra、Rb、Rcにおいてマイクロミラー9a、9b、9cの第1の状態(”ON”状態)と第2の状態(”OFF”状態)のタイミングを示すグラフである。領域Rcでは各マイクロミラー9cは、第1の状態の時間がゼロ(第1の制御時間)、すなわち常に第2の状態を維持し、領域Rbでは各マイクロミラー9bは所定の期間(第2の制御時間tb)第1の状態、それ以外の期間は第2の状態を維持し、領域Raでは各マイクロミラー9aは所定の期間(第3の制御時間ta)は第1の状態、それ以外の期間は第2の状態を維持する。図9(B)に示すようにtbはtaより短く設定されている。例えばtaを100%とした場合、tbを30%~50%とする。
FIG. 9B shows the first state (“ON” state) and the second state (“OFF” state) of the
従って、1回の露光処理の間に、レーザーが3つの領域Ra、Rb、Rcにおいて反射されフォトマスク基板7に照射される期間(露光時間)は、それぞれta、tb、tc(無し)である。
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。
Therefore, the periods (exposure times) during which the laser is reflected in the three regions Ra, Rb, and Rc and irradiated onto the
Note that the irradiation period (exposure time) does not necessarily have to be continuous, and the total period for maintaining the first state may be, for example, ta and tb.
図10は、描画装置1を用いてパターニングしたフォトレジスト10の膜厚を示す。レーザーLDが、図10で示す領域Ra、Rb、Rcにおいて反射され、フォトマスク基板7上のフォトレジスト10の領域Pa、Pb、Pcをそれぞれ照射する。領域Pa、Pb、Pcのフォトレジスト10は、露光時間が異なるため、現像後のフォトレジストの膜厚も異なることになる。
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。
FIG. 10 shows the film thickness of the
For example, in the case of a negative photoresist, the exposure time of the laser irradiated through the region Rc is 0, so the film thickness of the
所望の膜厚のフォトレジスト10は、フォトレジスト10の膜厚と露光時間との相関データ(感度曲線)により得ることができる。予め使用するフォトレジスト10の感度曲線のデータを取得しておくことで、各領域で所望の膜厚のフォトレジスト10を形成するための露光時間を決定することができる。決定された露光時間は、DMD4の各マイクロミラー9の第1の状態を維持する時間設定により制御することができる。そのため、DMD4を用いてレーザー照射を制御することで、1個のマイクロミラー9を単位とした任意の領域において、任意の露光時間を設定できる。
A desired film thickness of the
図10では3種類の膜厚(Ha、Hb、0)のフォトレジスト10を形成する例を示した。このように、光反射部8を複数の領域、例えば第1から第n(n≧3)の領域に区分し、各領域に配置された各マイクロミラーを第1の状態とする第1から第nの制御時間(時間0を含め)を設定することで、n種類(膜厚0を含め)の異なる膜厚を有するレジストパターンを形成することができる。従って3種類以上の膜厚のフォトレジストを形成することもできる。
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。
FIG. 10 shows an example of forming the
It is also possible to form a photoresist with a stepwise sloped cross-section.
また、上述のように露光時間が変わると、フォトレジストのパターン寸法が変動する。そのため、後述するように露光量とパターン寸法との相関関係に基づいて、マイクロミラー制御領域Cのマイクロミラー9の領域の幅を変更してもよい。
In addition, when the exposure time changes as described above, the pattern dimension of the photoresist fluctuates. Therefore, the width of the area of the
光反射部8から反射されたレーザーを用いてフォトレジスト10を露光した後にフォトマスク基板7を移動し、ステップアンドリピート方式により、露光処理とフォトマスク基板7の移動を繰り返し、複数の膜厚を有するフォトレジスト10のパターンをフォトマスク基板7上に形成することができる。
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。
After exposing the
It should be noted that a photoresist having a plurality of different film thicknesses can be formed by one exposure process even for a positive photoresist.
もし従来の描画装置を用いた場合、このような膜厚の異なるフォトレジストのパターンを形成しようとすると、複数回の描画処理によりフォトレジストの露光を行う必要がある。そのため、異なる描画工程においてパターンの重ね合わせズレ(位置合わせズレ)を考慮して、重ね合わせ余裕(マージン)の相当する幅(寸法)をパターンに盛り込む必要がある。
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、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、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。
If a conventional drawing apparatus is used to form a photoresist pattern with such different film thicknesses, it is necessary to expose the photoresist by a plurality of drawing processes. Therefore, it is necessary to take into consideration the misalignment of patterns in different drawing processes, and to include in the pattern a width (dimension) corresponding to the margin of overlay.
However, when the drawing apparatus 1 using the
図11は、ハーフトンマスク(多階調マスク)の製造方法の主要工程を示す断面図である。
図11(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。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing main steps of a method for manufacturing a halftone mask (multi-tone mask).
As shown in FIG. 11A, a semi-transmissive film 12 (for example, MoSi, Ti) and a light shielding film 13 (for example, Cr) are formed in this order on a
The light transmittance of the
次に図11(B)に示すように、上記のDMD4の各マイクロミラー9単位での露光時間制御によりフォトレジスト10を露光し、その後現像することによりフォトレジスト10をパターニングする。
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10a、第2のフォトレジスト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。
Next, as shown in FIG. 11B, the
As described above, since the exposure time can be controlled for each
次に図11(C)に示すように、フォトレジスト10(第1のフォトレジスト10a及び第2のフォトレジスト10b)をマスクに、公知のウェットエッチング法やドライエッチング法により、遮光膜13及び半透過膜12を順にエッチングする。
Next, as shown in FIG. 11C, using a photoresist 10 (a
次に図11(D)に示すように、アッシング法により第2のフォトレジスト10bの部分が除去されるまでフォトレジスト10を全面エッチング(エッチバック)する。
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10aの膜厚Haは、第2のフォトレジスト10bの膜厚Hbより大きいため、第1のフォトレジスト10aの膜厚は減少する(Ha-Hb以下となる)ものの残置せしめることが可能である。
Next, as shown in FIG. 11D, the entire surface of the
That is, the film thickness of the
Since the film thickness Ha of the
図11(C)の工程において、遮光膜13及び半透過膜12の少なくとも一方をドライエッチング法によりエッチングする場合、エッチングガス(エッチャント)を最適化し選択比を調整することで、フォトレジスト10を同時にエッチングし、第2のフォトレジスト10bの部分を除去してもよい。
In the process of FIG. 11C, when at least one of the light-shielding
なお、フォトレジストの膜厚は、例えばエッチャントに対する耐エッチング特性、エッチバック量の均一性等のプロセス上の観点から決定すればよい。 Incidentally, the film thickness of the photoresist may be determined from the viewpoint of the process such as the etching resistance to the etchant, the uniformity of the amount of etching back, and the like.
次に図12(E)に示すように、フォトレジスト10(第1のフォトレジスト10a)をマスクに、ウェットエッチング法やドライエッチング法により遮光膜13を選択的にエッチングする。公知のエッチャント(エッチング液、エッチングガス)を使用し、選択比を十分に高く(例えば10以上)することで半透過膜12のエッチングが抑制される。
Next, as shown in FIG. 12E, using the photoresist 10 (
次に図12(F)に示すように、アッシング法等によりフォトレジスト(第1のフォトレジスト10a)を除去する。
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。
Next, as shown in FIG. 12F, the photoresist (
Through the above steps, a
なお、上記は3階調マスクであるハーフトーンマスクを形成する方法を示した。フォトレジスト10に対して、DMD4のマイクロミラー9の第1の状態の時間を制御することで、3種以上の膜厚を有するようにフォトレジスト10をパターニングすることも可能である。
それにより、さらに多階調のフォトマスクを製造可能である。
異なる膜厚の半透過膜のパターンを形成するため、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。
Note that the method for forming a halftone mask, which is a three-tone mask, has been described above. It is also possible to pattern the
This makes it possible to manufacture photomasks with even more tones.
In order to form patterns of semi-transmissive films with different thicknesses, etching back of resist patterns with different thicknesses and partial etching (half-etching) of the semi-transmissive film may be repeated in sequence.
また、図8に示す露光時間とパターン幅との関係から、異なるレジスト膜厚を形成するため、露光時間を領域に依存して変更するとパターン幅が変わることがある。
例えば、図9(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16(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16(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16(A)、(B)中の点線は、補正前の領域を示す
In addition, from the relationship between the exposure time and the pattern width shown in FIG. 8, the pattern width may change if the exposure time is changed depending on the region in order to form different resist film thicknesses.
For example, in FIG. 9A, the exposure amount is reduced in region Rb as compared with region Ra, and the pattern width is reduced (thinned). Therefore, as shown in FIG. 16A, the width of the region (region Rb) of the
Dotted lines in FIGS. 16A and 16B indicate regions before correction.
以下、3階調のハーフトーンマスクを形成する場合を例に、フォトマスク(ハーフトーンマスク)のレジストパターンを形成する方法について詳細に説明する。 Hereinafter, a method for forming a resist pattern of a photomask (halftone mask) will be described in detail, taking as an example the case of forming a three-gradation halftone mask.
(1)CAD等の設計ツールを利用し、第1のパターン領域である透明部(光透過部又は透明基板露出部)のパターンデータ(座標データ)、第2のパターン領域である遮光部のパターンデータ(座標データ)、第3のパターン領域である遮光部と透明部の間の透過率を有する半透過部のパターンデータ(座標データ)の3つの領域に区分される所望のパターンデータ20(例えば、電気回路パターン)を確定(設計)する。パターンデータ20は、描画装置1のパターンデータ入力部51を介して記憶部52に記憶する。
(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。
(1) Using a design tool such as CAD, the pattern data (coordinate data) of the transparent portion (light transmitting portion or transparent substrate exposed portion) that is the first pattern region, and the pattern of the light shielding portion that is the second pattern region. Desired pattern data 20 (for example, , electrical circuit patterns) are determined (designed). The pattern data 20 are stored in the storage unit 52 via the pattern data input unit 51 of the drawing apparatus 1 .
(2) The intensity distribution of the laser beam reflected from the reflecting
The laser intensity distribution may be periodically measured in advance and stored in the storage unit 52 of the drawing apparatus 1, or may be measured each time a photomask is manufactured.
(3)演算処理部53は、光量計測結果に基づいて、パターン幅の均一性がしきい値を満足するようにマイクロミラー制御領域Cを確定する。しきい値は、顧客仕様等の設計要求に依存して決定する。
(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。
(3) The arithmetic processing unit 53 determines the micromirror control region C so that the uniformity of the pattern width satisfies the threshold value based on the light amount measurement result. The threshold is determined depending on design requirements such as customer specifications.
(4) The pattern data 20 is divided into exposure sections 21 defined by the micromirror control areas C (irradiation areas on the photoresist of the laser reflected by the micromirror control areas).
At this time, it is also possible to adjust so that the important circuit portion of the pattern data 20 does not overlap the boundary portion of the divided exposure section 21 .
By doing so, it is possible to avoid fluctuations in the pattern width of the important circuit portion even when the exposure amount fluctuates.
That is, an important circuit portion is specified and designated in advance as an undivided portion, and the size of the exposed portion 21 is adjusted around the undivided portion so that the boundary portion of the exposed portion 21 does not overlap with the undivided portion. should be changed with
図15は、回路パターン18(図14(A))を露光区画21に分割した例(図14(B)、(C))を示す。図14(B)、(C)は、しきい値に依存して異なるマイクロミラー制御領域Cに対応した露光区画21に分割した例を示している。 FIG. 15 shows an example of dividing the circuit pattern 18 (FIG. 14A) into exposure sections 21 (FIGS. 14B and 14C). FIGS. 14B and 14C show examples of division into exposure sections 21 corresponding to different micromirror control regions C depending on the threshold value.
(5)各領域に対応したフォトレジスト膜厚を製造プロセスの要請から決定する。
(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。
(5) Determine the photoresist film thickness corresponding to each region from the requirements of the manufacturing process.
(6) The exposure time of the photoresist corresponding to the first, second, and third pattern regions (transparent portion, light shielding portion, and semi-transmissive portion) is measured in advance on the sensitivity curve and the photoresist film corresponding to each region. Calculate from the thickness.
From the calculated exposure time, the control conditions (tilt angle (that is, first state or second state) and its holding time) of the
ここで、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とは、レーザーを反射し、それぞれ第1、第2及び第3のパターン領域に照射するマイクロミラーを意味し、第1のパターン領域(図10中Pc)にレーザーを照射するマイクロミラーからなる領域(図10中Rc)を第1のマイクロミラー領域、第2のパターン領域(図10中Pa)にレーザーを照射するマイクロミラーからなる領域(図10中Ra)を第2のマイクロミラー領域、第3のパターン領域(図10中Pb)にレーザーを照射するマイクロミラーからなる領域(図10中Rb)を、第3のマイクロミラー領域と称す。第1、第2及び第3のマイクロミラー領域は、マイクロミラー制御領域Cに属する。 Here, the micromirrors corresponding to the first, second and third pattern regions refer to micromirrors that reflect the laser and irradiate the first, second and third pattern regions, respectively. The pattern area (Pc in FIG. 10) is irradiated with a laser, and the area (Rc in FIG. 10) composed of micromirrors is the first micromirror area, and the second pattern area (Pa in FIG. 10) is irradiated with a laser. A region composed of mirrors (Ra in FIG. 10) is referred to as a second micromirror region, and a region composed of micromirrors (Rb in FIG. 10) for irradiating laser onto a third pattern region (Pb in FIG. 10) is referred to as a third micromirror region. It is called a micromirror area. The first, second and third micromirror regions belong to the micromirror control region C. FIG.
上記第1、第2及び第3のマイクロミラー領域に属するマイクロミラー9のマイクロミラーアレイ中の配置(座標)情報と第1の状態の維持時間とを含むマイクロミラー制御条件は記憶部52に記憶しておく。
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。
The micromirror control conditions including the arrangement (coordinate) information in the micromirror array of the
Note that the sensitivity curve may be stored in advance in the storage unit 52 and the exposure time may be calculated by the arithmetic processing unit 53 .
(7)予め取得した露光量とパターン幅変動量との相関関係から、第1、第2及び第3のパターン領域に対応した第1、第2及び第3のマイクロミラー領域をマイクロミラー単位で補正し(拡大又は縮小し)、補正されたマイクロミラー9のマイクロミラーアレイ中の配置(座標)情報を記憶部52に記憶する。
(7) The first, second and third micromirror regions corresponding to the first, second and third pattern regions are determined in units of micromirrors based on the correlation between the exposure amount and the pattern width variation obtained in advance. After correcting (enlarging or reducing), the corrected arrangement (coordinate) information of the
(8)補正された第1、第2及び第3のマイクロミラー領域のマイクロミラー制御条件を、演算処理部53により露光区画21毎に分割し、記憶部52に記憶する。
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。
(8) The corrected micromirror control conditions for the first, second, and third micromirror regions are divided for each exposure section 21 by the arithmetic processing section 53 and stored in the storage section 52 .
The micromirror control condition for the regions other than the first, second, and third micromirror regions, ie, the micromirror control region C, is to always maintain the second state.
(9)透明基板上に光透過部、遮光部をこの順に形成したフォトマスクブランクス上に、フォトレジスト10を形成したフォトマスク基板7を準備し、ステージ6上に載置する。
(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。
(9) A
(10) The
(11)駆動系制御部55によって、ステージ6、第1の駆動装置17及び第2の駆動装置19の少なくとも一つを駆動し、1つの露光区画に相当する距離だけ、ステージ6(及びステージ6に載置されたフォトマスク基板7)と光学系5との相対的距離を移動させる。
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。
(11) At least one of the
In this step, the relative distance between the
Relative movement can be performed, for example, in each direction of two orthogonal axes, the X-axis and the Y-axis of a so-called orthogonal coordinate system.
光学系5を移動させる場合、第1の状態のマイクロミラー9から反射されたレーザーが光学系5を経由してフォトマスク基板7に照射できるように構成する必要がある。そのため、図13に示すように光学系5と同時にDMD4も移動させる。
When the
(12)演算処理部53は、駆動系制御部55及びDMD制御部54を制御し、ステップアンドリピート方式に従って、(10)と(11)を繰り返し、フォトマスク基板7上に形成されたフォトレジスト10を順次露光する。
(12) The arithmetic processing unit 53 controls the driving system control unit 55 and the DMD control unit 54, repeats (10) and (11) according to the step-and-repeat method, and removes the photoresist formed on the
以上の手順により、フォトマスク基板7上のフォトレジスト10の露光が完了し、その後現像処理によりフォトレジスト10のパターニングが完了する。
その後図11、12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。
Through the above procedure, exposure of the
After that, the photomask can be completed by the manufacturing process described with reference to FIGS.
なお、上記工程は適宜に入れ替えることも可能である。
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とパターン幅変動量との相関関係から、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の各マイクロミラー9の制御条件(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。
Note that the above steps can be replaced as appropriate.
For example, (4) may be performed after (7). That is, the pattern data (coordinate data) of the first, second, and third pattern regions are corrected based on the correlation between the exposure dose and the pattern width variation obtained in advance, and then each pattern data is subjected to micromirror control. The area C may be divided into the exposure sections 21 determined, and the control conditions (tilt angle and its holding time) for each
本描画装置1によれば、1回の露光処理により膜厚の異なるフォトレジストのパターンをフォトマスク基板上に形成することが可能となり、また、所望のパターン変動幅に対する要求を満足させることが可能となる。その結果、多階調フォトマスクの製造工程の削減することが可能となり、さらにフォトマスクのパターンの微細化にも寄与することが可能である。
本描画装置1を用いて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。
According to the drawing apparatus 1, it is possible to form photoresist patterns with different film thicknesses on a photomask substrate with a single exposure process, and it is also possible to satisfy the demand for a desired pattern variation width. becomes. As a result, it is possible to reduce the number of manufacturing steps of the multi-tone photomask, and further contribute to miniaturization of the pattern of the photomask.
A photomask manufactured using this drawing apparatus 1 can be used in the lithography process in the manufacturing process of electronic devices and the like, and has high industrial applicability.
1 描画装置
2 半導体レーザ
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 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
10b 第2のフォトレジスト
11 透明基板
12 半透過膜
13 遮光膜
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
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
1
5
Claims (4)
前記半導体レーザから照射されたレーザーの光路中に、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有するDMDと、ステージと、光学系と、記憶部と、DMD制御部と、光量計測部と、演算処理部とを備え、
前記記憶部には、前記DMDの前記マイクロミラーの各々に対して、前記傾斜角度で決定される第1の状態及び第2の状態を維持する時間を規定するマイクロミラー制御条件が記憶され、
前記光量計測部は、第1の状態にある前記マイクロミラーから反射されたレーザーの強度分布を計測し、
前記演算処理部は、前記強度分布の変動幅が予め設定したしきい値より小さくなるように、マイクロミラー制御領域を設定し、
前記DMD制御部は、前記マイクロミラー制御条件に従って、前記マイクロミラー制御領域以外の前記マイクロミラーを常に前記第2の状態を維持するとともに、前記マイクロミラー制御領域の前記マイクロミラーの各々を制御し、
前記光学系は、前記マイクロミラー制御領域の前記第1の状態にある前記マイクロミラーから反射されたレーザーのみを前記ステージ上に載置されるフォトマスク基板上に形成されたフォトレジストに照射することを特徴とするフォトマスクの描画装置。 semiconductor laser and
a DMD having a micromirror array composed of a plurality of micromirrors whose tilt angles can be changed independently in the optical path of the laser irradiated from the semiconductor laser ; a stage; an optical system; a storage unit; comprising a control unit, a light amount measurement unit, and an arithmetic processing unit,
the storage unit stores a micromirror control condition that defines a time for maintaining a first state and a second state determined by the tilt angle for each of the micromirrors of the DMD;
The light amount measuring unit measures the intensity distribution of the laser reflected from the micromirror in the first state,
The arithmetic processing unit sets a micromirror control region such that the variation width of the intensity distribution is smaller than a preset threshold value,
The DMD control unit always maintains the second state of the micromirrors other than the micromirror control area according to the micromirror control conditions, and controls each of the micromirrors in the micromirror control area,
The optical system irradiates only the laser reflected from the micromirror in the first state in the micromirror control area onto the photoresist formed on the photomask substrate placed on the stage. A photomask drawing apparatus characterized by:
前記相関データから前記第1のマイクロミラー領域、前記第2のミラー領域及び前記第3のミラー領域を補正することを特徴とする請求項2記載の描画装置。 The storage unit stores correlation data between a laser exposure dose and a photoresist pattern width,
3. The writing apparatus according to claim 2 , wherein said first micromirror area, said second mirror area and said third mirror area are corrected from said correlation data.
駆動系制御部を備え、
前記駆動系制御部は、前記光学系と前記ステージとの相対的位置を移動し、ステップアンドリピート方式により、前記ステージ上に載置されるフォトマスク基板上に形成されたフォトレジストを露光することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の描画装置。 The drawing device
Equipped with a drive system control unit,
The driving system control unit moves the relative position between the optical system and the stage, and exposes the photoresist formed on the photomask substrate placed on the stage by a step-and-repeat method. 4. The drawing apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized by:
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