JP7283893B2 - フォトマスクの製造方法 - Google Patents
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Description
図12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12A)。
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12B)。
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12C)、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12D)。
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12E)、フォトレジスト104を形成する(図12F)。
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12G)。
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12H)。
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12I)。
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。
なお、本発明にかかるフォトマスク描画装置は、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。
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、
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光を照射するステップと、
前記マイクロミラーアレイに照射される前記レーザー光の強度分布とパターン幅の変動量の閾値とから、前記強度分布が面内で均一な照射領域であるマイクロミラー制御領域を設定し、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に対して、レーザーによる強度分布とパターン幅の変動量の閾値との相関関係から、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。
前記マイクロミラーアレイは、第1の領域、第2の領域及び第3の領域に区分され、
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。
また、例えばネガ型フォトレジストに対して、第1の制御時間をゼロとすることで、膜厚がゼロ、即ち開口部を有するフォトレジストパターンを形成することが可能となる。
前記フォトレジストの前記レーザーによる露光量とパターン幅変動量との相関関係から、前記第1の領域、第2の領域及び前記第3の領域をマイクロミラー単位で補正することを特徴とする。
前記フォトレジストを露光するステップと
前記マイクロミラー制御領域からの反射レーザーにより照射される領域を相対的に移動させるステップとを繰り返すことを特徴とする。
前記フォトマスク基板は、透明基板上に半透過膜及び遮光膜がこの順に形成されていることを特徴とする。
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む描画装置を用いたフォトマスクの製造方法であって、
透明基板上に半透過膜及び遮光膜がこの順に形成されたフォトマスク基板を準備するステップと、
前記フォトマスク基板上にフォトレジストを形成するステップと、
前記マイクロミラーアレイに照射される前記レーザー光の強度分布とパターン幅の変動量の閾値とから、前記強度分布が面内で均一な照射領域であるマイクロミラー制御領域を設定し、前記マイクロミラー制御領域の前記マイクロミラーアレイにおける第1の領域、第2の領域及び第3の領域に配置されたマイクロミラーの各々に対して、レーザーによる強度分布とパターン幅の変動量の閾値との相関関係から、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制御するステップと、
前記第1乃至第3の領域に配置されたマイクロミラーの傾斜角度を個別に制御することにより、
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制御するステップと、
前記第1の領域に設置された前記マイクロミラーは前記第2の状態を維持し、前記第2の領域に設置された前記マイクロミラーは前記第1の状態を第2の制御時間の間維持し、前記第3の領域に設置された前記マイクロミラーは前記第1の状態を前記第2の制御時間より短い第3の制御時間の間維持し、
前記第1の状態にある前記マイクロミラーにより反射された前記レーザー強度が均一な前記レーザーのみを前記フォトレジストに照射するステップと、
前記フォトレジストを現像し、開口部と第1の膜厚のフォトレジストと第2の膜厚のフォトレジストを有するフォトレジストパターンを形成するステップと、
前記フォトレジストパターンをマスクに前記遮光膜及び前記半透過膜をエッチングするステップと、
前記フォトレジストパターンを前記第2の膜厚より多く、前記第1の膜厚より少ない量だけエッチバックして前記フォトレジストパターンの膜厚を減少させるステップと、
膜厚が減少した前記フォトレジストパターンをマスクに前記遮光膜をエッチングするステップと、
前記フォトレジストパターンを除去するステップと、
を含むことを特徴とする。
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。
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、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。
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。
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にレーザーを照射する状態と照射しない状態を選択的に実現できる。
図1(B)に示すように、光反射部8は、例えば1辺が10~15[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[°]に切り換えることができる。
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。
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。
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、例えば顧客要求の均一性以内となる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。
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。
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。
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の第1、第2の状態を制御することで露光処理を行う。
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。
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。
フォトレジストのライン幅の変動は、反射されるレーザーの強度分布に依存する。そのため、もしライン幅の変動が許容範囲を超える場合には、レーザーの強度分布の変動幅を低減するようにマイクロミラー制御領域Cを設定すればよい。例えば図5(A)において、中央部分の領域(矢印B-B’で示す領域)に限定することで、さらにフォトレジストのライン幅の変動を抑制することができる。このように、最終製品の回路等の設計要求(又は微細化の目標)を反映して所望のライン幅の変動量のしきい値を決め、そのしきい値に対して、マイクロミラー制御領域Cを決定すればよい。
なお、B-B’に垂直な方向についても同様に設定する。
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、合計がta、tb、tc(0:無し)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、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。
図8(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(図6、7参照)、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種類以上の膜厚を有するフォトレジスト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。
なお、図8(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。
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。
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。
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幅との関係は、使用するレジストに依存し、パターン幅毎に(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。
このことは、描画装置1を用いて1回の露光処理によって同時にレジスト膜厚の厚い領域と薄い領域を形成する場合、レジスト膜厚の厚い領域に比べ薄い領域のパターン幅が狭くなることを意味する。
ここで、図11(A)において、点線は補正前のマイクロミラー9bの領域(領域Rb)を示す。
なお、マイクロミラー9bの領域を補正する例を示したが、マイクロミラー9aの領域を補正してもよく、両方の領域を補正してもよく、所望のパターン形状が得られるよう適宜補正すればよい。
マイクロミラー9は、個々に制御が可能であるため、容易にパターンの修正が可能である。例えば、ネガ型フォトレジストの場合、レジストパターンを拡張するためには、拡張する幅に合わせて、第1の状態にするマイクロミラー9を所定の個数だけ増やせばよく、レジストパターンを縮小するためには、縮小する幅に合わせて、第1の状態にするマイクロミラー9を所定の個数だけ減らせばよい。
例えば3階調のハーフトーンマスクを形成する場合、以下の手順に従い、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ことができる。
(2)上記各領域に対応して、形成するフォトレジストの膜厚を製造プロセスの要請から決定する。
このとき、パターンデータの重要な回路部分が分割した露光区画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の境界部分が重ならないよう、露光区画の大きさをその分割不能部の周囲で変更すればよい。
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する。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からなる領域をそれぞれ第1、第2及び第3のマイクロミラー領域と称す。
なお、感度曲線は、記憶装置に記憶しておき、マイコン等の演算処理装置により算出してもよい。
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。
補正されたマイクロミラーの制御条件を露光区画毎に対応させて記憶装置に記憶する。
(6)記憶された各露光区画に対応したマイクロミラー制御条件に従って、DMD4の各マイクロミラー9を制御し、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。
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8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。
すなわち、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、半透過部のパターンデータ(座標データ)と、遮光部のパターンデータ(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で確定する露光区画に分割して、露光区画毎に、光透過部、遮光部、透明部に対応した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、記憶装置に記憶してもよい。
2 半導体レーザー
3 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
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 (6)
- 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、
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光を照射するステップと、
前記マイクロミラーアレイに照射される前記レーザー光の強度分布とパターン幅の変動量の閾値とから、前記強度分布が面内で均一な照射領域であるマイクロミラー制御領域を設定し、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に対して、レーザーによる強度分布とパターン幅の変動量の閾値との相関関係から、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アレイは、第1の領域、第2の領域及び第3の領域に区分され、
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。 - 前記フォトレジストの前記レーザーによる露光量とパターン幅変動量との相関関係から、前記第1の領域、第2の領域及び前記第3の領域を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。
- 前記フォトレジストを露光するステップと
前記マイクロミラー制御領域からの反射レーザーにより照射される領域を相対的に移動させるステップとを繰り返すことを特徴とする
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。 - 前記フォトマスク基板は、透明基板上に半透過膜及び遮光膜がこの順に形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。 - 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む描画装置を用いたフォトマスクの製造方法であって、
透明基板上に半透過膜及び遮光膜がこの順に形成されたフォトマスク基板を準備するステップと、
前記フォトマスク基板上にフォトレジストを形成するステップと、
前記マイクロミラーアレイに照射される前記レーザー光の強度分布とパターン幅の変動量の閾値とから、前記強度分布が面内で均一な照射領域であるマイクロミラー制御領域を設定し、前記マイクロミラー制御領域の前記マイクロミラーアレイにおける第1の領域、第2の領域及び第3の領域に配置されたマイクロミラーの各々に対して、レーザーによる強度分布とパターン幅の変動量の閾値との相関関係から、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制御するステップと、
前記第1乃至第3の領域に配置されたマイクロミラーの傾斜角度を個別に制御することにより、
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制御するステップと、
前記第1の領域に設置された前記マイクロミラーは前記第2の状態を維持し、前記第2の領域に設置された前記マイクロミラーは前記第1の状態を第2の制御時間の間維持し、前記第3の領域に設置された前記マイクロミラーは前記第1の状態を前記第2の制御時間より短い第3の制御時間の間維持し、
前記第1の状態にある前記マイクロミラーにより反射された前記レーザー強度が均一な前記レーザーのみを前記フォトレジストに照射するステップと、
前記フォトレジストを現像し、開口部と第1の膜厚のフォトレジストと第2の膜厚のフォトレジストを有するフォトレジストパターンを形成するステップと、
前記フォトレジストパターンをマスクに前記遮光膜及び前記半透過膜をエッチングするステップと、
前記フォトレジストパターンを前記第2の膜厚より多く、前記第1の膜厚より少ない量だけエッチバックして前記フォトレジストパターンの膜厚を減少させるステップと、
膜厚が減少した前記フォトレジストパターンをマスクに前記遮光膜をエッチングするステップと、
前記フォトレジストパターンを除去するステップと、
を含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
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