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JP2010204264A - 両面にパターンを有するフォトマスクの作製方法 - Google Patents

両面にパターンを有するフォトマスクの作製方法 Download PDF

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JP2010204264A JP2009047957A JP2009047957A JP2010204264A JP 2010204264 A JP2010204264 A JP 2010204264A JP 2009047957 A JP2009047957 A JP 2009047957A JP 2009047957 A JP2009047957 A JP 2009047957A JP 2010204264 A JP2010204264 A JP 2010204264A
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Ryuji Horiguchi
竜二 堀口
Kimio Ito
公夫 伊藤
Koji Sakamoto
浩二 坂本
Koji Yoshida
幸司 吉田
Masaaki Kurihara
栗原  正彰
Daisuke Totsugawa
大輔 戸津川
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Abstract

【課題】両面フォトマスクの作製方法において、表面に遮光パターンを形成した後、裏面に遮光膜を成膜するときに、異常放電による表面側の遮光パターンへのダメージ発生の恐れがない両面フォトマスクの作製方法を提供する。
【解決手段】透明基板の一方の主面上に第1の遮光膜と第1のレジスト膜を順に形成した後、前記透明基板の外縁部の第1のレジスト膜を除去し、外縁部の第1の遮光膜を露出させる工程と、前記第1のレジスト膜をパターン描画し、現像し、第1の遮光膜をエッチングし、第1のレジスト膜を剥離して、第1の遮光パターンを形成する工程と、前記透明基板の他方の主面上に第2の遮光膜と第2のレジスト膜を順に形成し、第2のレジスト膜をパターン描画し、現像した後、第2の遮光膜をエッチングし、第2のレジスト膜を剥離して、第2の遮光パターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、透明基板の相対する2つの主面上に異なる遮光パターンを有するフォトマスクを作製する方法に関し、特に透明基板の一方の面に遮光パターンを形成した後、この遮光パターンに損傷を与えずに透明基板の他方の面に異なる遮光パターンを作製するフォトマスクの作製方法に関する。
半導体回路をウェハ上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(レチクルともいう)は、一般には石英ガラスなどの透明基板の一主面上にクロムなどの金属からなる遮光パターンが形成された構造をしている。近年、投影露光装置の光学特性をさらに高精度にして、より微細な加工を実現するために、遮光パターンを透明基板の相対する一方の主面(以下、本発明では「表面」とも称する)と他方の主面(以下、本発明では「裏面」とも称する)の2つの主面上の両面に形成する両面フォトマスクが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
両面フォトマスクの製造方法としては、透明基板の表裏両面に遮光膜を成膜した両面ブランクスを出発材料として用いる方法と、透明基板の片側の面に遮光膜を成膜した片面ブランクスを出発材料として用いる方法とがある。片面ブランクスは従来のフォトマスクブランクスと同じであるため、高品質で信頼性が高く価格が安いので、通常、両面フォトマスクの製造には片面ブランクスが出発材料として用いられる(例えば、特許文献2参照)。
特開2006−80444号公報 特開2006−285122号公報
しかしながら、特許文献2に記載された片面ブランクスを出発材料として用いる従来の方法では、一方の面の遮光膜をパターニングして遮光パターンを形成した後、他方の面にスパッタリング法などで遮光膜を成膜するときに、異常放電がしばしば生じて既に形成された一方の面の遮光パターンに損傷を与え、外観欠陥を生じてしまうという両面フォトマスクの作製における特有の問題があった。そのため、一方の面の遮光パターンに損傷が生じた場合には、再度表面の遮光膜成膜から作り直さなければならず、マスク製造時間の増加と製造コストの増大をきたすという問題があった。
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、両面フォトマスクの作製方法において、表面に遮光パターンを形成した後、裏面に遮光膜を成膜するときに、異常放電による表面側の遮光パターンへのダメージ発生の恐れがない両面フォトマスクの作製方法を提供することである。
上記の課題を解決するために、本発明の請求項1の発明に係る両面フォトマスクの作製方法は、透明基板の一方の主面上に第1の遮光パターンを形成し、次に前記透明基板の他方の主面上に第2の遮光パターンを形成し、透明基板の両主面上に遮光パターンを設けた両面フォトマスクの作製方法であって、前記透明基板の一方の主面上に第1の遮光膜と第1のレジスト膜を順に形成した後、前記透明基板の外縁部の前記第1のレジスト膜を除去し、前記透明基板の外縁部の第1の遮光膜を露出させる工程と、描画装置により前記第1のレジスト膜をパターン描画し、現像し、露出した前記第1の遮光膜をエッチングした後、前記第1のレジスト膜を剥離して、前記透明基板の一方の主面上に前記第1の遮光膜よりなる表面本パターンと表面アライメントマークとを有する第1の遮光パターンを形成する工程と、前記透明基板の他方の主面上に第2の遮光膜と第2のレジスト膜を順に形成し、描画装置により前記第2のレジスト膜をパターン描画し、現像し、露出した前記第2の遮光膜をエッチングした後、前記第2のレジスト膜を剥離して、前記第2の遮光膜よりなる裏面アライメントマークを形成する工程と、前記表面アライメントマークと前記裏面アライメントマークとに基づいてずれ量を計測する工程と、前記透明基板の他方の主面上に第3のレジスト膜を形成し、描画装置により前記ずれ量分を補正して前記第3のレジスト膜をパターン描画し、現像し、露出した前記第2の遮光膜をエッチングした後、前記第3のレジスト膜を剥離して、前記第2の遮光膜よりなる裏面本パターンを形成し、前記透明基板の他方の主面上に前記裏面本パターンと前記裏面アライメントマークとを有する第2の遮光パターンを形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。
請求項2の発明に係る両面フォトマスクの作製方法は、請求項1に記載の両面フォトマスクの作製方法において、前記透明基板の外縁部の前記第1のレジスト膜の除去が、前記第1のレジスト膜が形成された透明基板を水平に保持して回転させながら、前記第1のレジスト膜が溶解する溶剤もしくは現像液を前記透明基板の外縁部に供給し、前記透明基板の外縁部の前記第1のレジスト膜を溶解して飛散させて除去することを特徴とするものである。
本発明の両面フォトマスクの作製方法によれば、透明基板の表面上に第1の遮光膜と第1のレジスト膜を順に形成した後、透明基板の外縁部にある第1のレジスト膜を除去することにより、第1の遮光膜のパターンエッチング時に、端面を含めて透明基板の外縁部の遮光膜も同時にエッチング除去され、裏面上に第2の遮光膜をスパッタリング成膜するときに、表裏面の遮光膜が導通することに起因する異常放電により、すでに形成した表面上の第1の遮光パターンへのダメージが発生するという両面フォトマスクの作製に特有の問題がなくなり、高品質の両面フォトマスクを作製することが可能となる。
本発明の両面フォトマスクの作製方法の一例を示す工程断面模式図である。 図1に続く本発明の両面フォトマスクの作製方法の一例を示す工程断面模式図である。
以下、図面に基づいて、本発明の両面フォトマスクの作製方法の最良の実施形態について詳細に説明する。図1およびそれに続く図2は、本発明の両面フォトマスクの作製方法の一例を示す工程断面模式図である。
図1に示すように、洗浄された透明基板10の一方の主面(表面)上に第1の遮光膜11(図1(a))、および第1のレジスト膜12をこの順に形成した後(図1(b))、透明基板10の外縁部13の第1のレジスト膜12を除去し、外縁部13の第1の遮光膜11を露出させる(図1(c))。
本発明において、透明基板10としては、微細パターンのフォトマスク用基板として用いられている合成石英基板が好適である。また、第1の遮光膜11としては、フォトマスク用遮光膜として用いられる、例えば、クロム、クロム酸化物、クロム窒化物などの単層あるいは2層以上の各種薄膜が適用でき、スパッタリング法などで成膜する。また、第1のレジスト膜12としては、フォトマスク用電子線レジストやレーザ露光用レジストが用いられ、スピン塗布などの方法により塗布形成される。
本発明において、上記の外縁部13に塗布された第1のレジスト膜12の除去は、レジスト膜12が除去されてフォトマスク作製に支障を生じない方法ならばいずれの方法も適用できるが、第1のレジスト膜12が形成された透明基板10を水平に保持して回転させながら、第1のレジスト膜12が溶解する溶剤もしくはレジスト膜専用の現像液を透明基板の外縁部13に供給し、第1のレジスト膜12を溶解して飛散させて除去する方法を用いるのが、第1のレジスト膜12表面に異物などが付着するおそれが少なく高品質フォトマスクを作製する上でより好ましい。
溶剤もしくは現像液を透明基板の外縁部13に供給する手段としては、溶剤もしくは現像液が透明基板の主要部のレジスト膜に接触しないようにして、例えば、ノズルを用いて吐出する方法などが用いられる。
第1のレジスト膜12を溶解する溶剤は、レジスト膜12が溶解可能であればいずれの溶剤も用いることができるが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルセロソルブアセテートなどが溶剤の候補として挙げられる。
また、本発明において、透明基板の外縁部13の第1のレジスト膜12を溶解して飛散させるとき、透明基板10を回転させる回転数および供給する溶剤もしくは現像液の流量は、レジスト膜12の材料、粘度、膜厚、溶剤もしくは現像液の種類、レジスト膜12の溶解速度などにより、適切な条件を求めて決められる。
本発明において、上記の透明基板の外縁部13は、透明基板10の端面から端面を含む幅2mm程度の領域を示すものである。第1のレジスト膜12を除去した外縁部が、端面からの距離が幅2mm程度を超えると、後述する第1の遮光膜よりなる表面本パターンや表面アライメントマークの形成に障害となるおそれがあるからである。
次に、上記の第1のレジスト膜12に表面本パターンと表面アライメントマークを有するパターンを電子線(以後、EBとも記す)またはレーザ光14により第1回目のパターン描画をする(図1(d))。もしも後述の裏面アライメントマーク形成時に両面マスクアライナーを用いる場合には、上記の描画時に予め両面アライナー用マークを描画しておく。上記の表面パターン描画には、微細パターンとパターン精度が求められるので、通常、電子線描画装置やレーザ描画装置が用いられる。
描画後、第1のレジスト膜12を所定の現像液で現像し、第1のレジストパターン15を形成する(図1(e))。次に、露出した第1の遮光膜11をエッチングし、第1のレジストパターン15を剥離して、第1の遮光膜よりなる表面本パターン16と表面アライメントマーク17を有する第1の遮光パターン(表面パターン)18を形成する(図1(f))。上記の第1の遮光パターン18形成のエッチング工程において、露出していた外縁部13の第1の遮光膜11は同時にエッチング除去され、透明基板10の端面を含めた外縁部13には遮光膜11が残存していない形態が得られる。
遮光膜11のエッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれも適用できるが、微細パターンを形成する上からドライエッチングがより好ましい。例えば、遮光膜がクロムの場合には、Cl2とO2の混合ガスなどが用いられる。
また、第1のレジストパターン15の剥離は、酸素プラズマで剥離するドライプロセス、あるいはレジスト専用の剥離液で剥離するウェットプロセスのいずれの方法も適用できる。
ここで、外縁部の遮光膜除去の方法として、遮光膜をスパッタリング成膜するときに、あらかじめ透明基板周辺部をマスキングして成膜を行い、透明基板周辺部に遮光膜を形成しない方法が知られている。しかし、上記の透明基板周辺部に遮光膜を有しないフォトマスクブランクスを用いた場合には、外縁部にクロムなどの導電性の遮光膜がないために、電子線描画時に外縁部でアースがとれなくなり(パターン描画領域は傷が付くのでアースピンを使えない)、マスク全体がチャージアップして負電荷を帯びた電子線と相互作用して、電子ビームの軌道がずれ、描画パターンに歪を生じて良好な微細パターンが得られないという問題を生じる。したがって、透明基板周辺部に遮光膜を有しないフォトマスクブランクスを出発材料に用いた両面フォトマスクの作製方法は望ましくない。
本発明においては、透明基板10の相対する2つの主面のうち、一方の主面を表面、他方の主面を裏面と称し、フォトマスクとして使用するときに、表面は被転写物側、裏面は光源側を意味し、通常は表面側により微細なパターンが形成される。また、本発明において、本パターンとは、両面フォトマスクをフォトマスクとして使用するときに露光転写されるパターンのことをいい、アライメントマークなどのパターンとは区別している。アライメントマークは、位置合わせ精度を高めるために表裏面とも一主面上に2箇所以上設けるのが好ましい。
次に、透明基板の第1の遮光パターン18を形成した側とは反対側の他方の主面(裏面)上にスパッタリングなどの成膜方法により第2の遮光膜21を形成する(図1(g))。図1(g)は、図1(f)と上下を逆にして示してある。
次に、第2の遮光膜21上に第2のレジスト膜22を形成し、電子線またはレーザ光または紫外線23で、第2のレジスト膜22に裏面アライメントマーク形成のための第2回目のパターン描画を行う(図2(h))。
描画後、現像し、位置ずれ量計測用の裏面アライメントマーク用の第2のレジストパターン24を形成する(図2(i))。
次に、露出した第2の遮光膜21をエッチングし、第2のレジストパターン24を剥離して、第2の遮光膜21に裏面アライメントマーク25を形成する(図2(j))。図2(j)には、2箇所の裏面アライメントマーク25を示している。ここで、以後の工程での裏面本パターンの電子線描画工程で使用するEB描画用アライメントマークとして、上記の裏面アライメントマーク25を兼用することもできるが、通常、描画装置は装置ごとに専用のアライメントマーク形状が必要とされるので、描画精度を高めるために専用のEB描画用アライメントマーク(不図示)を別に描画し、形成しておくのが好ましい。上記の裏面アライメントマーク25の描画には、電子線描画装置やレーザ描画装置による描画、あるいは両面マスクアライナーによるアライメントマークを設けたフォトマスクによる転写露光が用いられる。
本発明において、裏面アライメントマーク25のパターン描画において、描画のために裏面にレジスト膜を形成した基板を描画装置にセットするときには、厳密に位置決めする必要はなく当て見当でセットすることができ、垂直方向からみて概略重なるような位置に描画される。すなわち、当て見当でセットしたとしても、裏面アライメントマーク25と表面アライメントマーク17とが概略重なるような寸法関係となっている。このようなセットの仕方によると、数100μmの位置ずれが生じるが、このずれ量を十分見込んでアライメントマークを設計しておけばよい。
次に、上記の表面アライメントマーク17と裏面アライメントマーク25を、光学顕微鏡などにより垂直方向から観察することによって、位置ずれ量を計測し、裏面の本パターンを描画する際の、x、y方向への平行移動補正量およびθ方向への回転移動補正量を求めておく。
表裏のアライメントマークのずれ量が予め定めた所定値以内であれば、次工程に進み、裏面アライメントマーク25を形成した第2の遮光膜21上に第3のレジスト膜26を形成し、上記の計測したずれ量分を補正して、裏面本パターンを電子線またはレーザ光27により描画する(図2(k))。次に、所定の現像液で第3のレジスト膜26を現像し、裏面本パターン用の第3のレジストパターン28を形成する(図2(l))。
上記の位置ずれ量の計測において、もしも表裏のアライメントマークのずれ量が所定値を超える場合には、裏面アライメントマーク25を形成した第2の遮光膜21を剥離し、上記の図1(g)の工程に戻り、透明基板10の裏面上に再度第2の遮光膜21を形成する工程以降のやり直しを行なう。
次に、裏面本パターン用の第3のレジストパターン28から露出した第2の遮光膜21をエッチングした後、第3のレジストパターン28を剥離し、裏面本パターン29を形成し、透明基板10の他方の主面(裏面)上に裏面本パターン29と裏面アライメントマーク25を有する第2の遮光パターン(裏面パターン)30を形成した両面フォトマスク31を得る(図2(m))。
本発明において、表裏のパターンとしては、上記の表裏の本パターンと表裏のアライメントマーク、あるいはEB描画用アライメントマークだけではなく、非転写領域に検査測定用パターンなどを設けることも可能である。
上記の説明において、第1のレジスト膜12、第2のレジスト膜22、第3のレジスト膜26の形成には、すべて同種のレジストを用いてもよいし、あるいは2種または3種の異なるレジストを用いてもよいが、製造工程を簡単にするためにはすべて同種のレジストを用いるのが好ましい。
また、第1の遮光膜11および第2の遮光膜21は、同種の遮光膜であってもよいし、あるいは2種以上の異なる遮光膜を用いてもよいが、製造工程を簡単にするためにはすべて同種の遮光膜を用いるのが好ましい。
上記のように、本発明のフォトマスクの作製方法は、フォトマスクの表面と裏面に別々のパターンを形成する方法で、透明基板の表面上に第1の遮光膜と第1のレジスト膜を順に形成した後、透明基板の外縁部にある第1のレジスト膜を除去することにより、第1の遮光膜のパターンエッチング時に、端面を含めて透明基板の外縁部の遮光膜も同時にエッチング除去され、裏面上に第2の遮光膜をスパッタリング成膜するときに、表裏面の遮光膜が導通することによる異常放電により、すでに形成した表面上の第1の遮光パターンへのダメージ発生がなくなり、高品質の両面フォトマスクを作製することが可能となる作製方法である。
また、本発明のフォトマスクの作製方法は、第1の遮光膜が位相シフト膜を有していても適用することが可能であり、さらに第1の遮光膜が露光波長での光の透過率が5〜40%となるハーフトーン型の半透明の遮光膜においても適用することが可能である。また、本発明のフォトマスク製造方法は、フォトマスクが透明基板の入射光側にCGH(Computer Generated Hologram:計算機合成ホログラム)などの回折光学素子を有するフォトマスクであっても適用することが可能である。
以下、実施例により、本発明を詳細に説明する。
光学研磨した6インチ角、0.25インチ厚の透明な合成石英基板を洗浄し、その一方の主面(表面)上に第1の遮光膜としてクロムを下記条件にて、厚さ60nmに成膜して形成した。クロムは透明基板の表面全面に成膜され、また端面にも薄く成膜されていた。
<遮光膜のスパッタリング条件>
成膜装置: プレーナ型DCマグネトロンスパッタリング装置
ターゲット: 金属クロム
ガス及び流量: アルゴンガス50sccm
スパッタ圧力: 0.3パスカル
スパッタ電流: 3.5アンペア
次に、上記の第1の遮光膜の上に第1の電子線レジストを、厚さ300nmに塗布し、次いで、第1のレジスト膜が形成された合成石英基板を水平に保持してスピン回転させながら、第1の電子線レジストの現像液を外縁部にノズルで供給し、第1のレジスト膜を溶解して飛散させて除去し、透明基板の端面を含む外縁部幅2mmまで第1の遮光膜クロムを露出させた。
次に、第1の電子線レジストをプリベーク後、電子線描画装置にてパターン露光し、現像し、所望形状の第1のレジストパターンを形成した。
次に、上記の第1のレジストパターンをマスクとして、ドライエッチング装置によりレジストパターンから露出している遮光膜クロムを下記条件によりドライエッチングし、パターニングした。このとき、露出している端面を含む基板外縁部の遮光膜クロムも同時にエッチングされた。
<遮光膜クロムのエッチング条件>
エッチングガスCl2+O2ガス(2:3)
圧力 10mTorr
ICPパワー(高密度プラズマ発生) 500W
バイアスパワー(引き出しパワー) 25W
次に、上記のレジストパターンを酸素プラズマで剥離し、遮光膜クロムよりなる表面本パターンと2箇所の表面アライメントマークとを有する第1の遮光パターン(表面パターン)を形成した。
次に、透明な合成石英基板の他方の主面(裏面)上に、上記の表面側のクロム成膜と同じ条件で60nmの厚さにクロムをスパッタリング成膜し、第2の遮光膜を形成した。
次に、第2の遮光膜クロム上に、上記と同一の電子線レジストを厚さ300nmに塗布し、プリベーク後、電子線描画装置にてパターン露光し、現像し、2箇所の裏面アライメントマークを有するレジストパターンを形成した。
次に、上記のレジストパターンをマスクとして、ドライエッチング装置によりレジストパターンから露出している遮光膜クロムを上記の第1の遮光膜クロムのエッチング条件と同一のエッチング条件によりドライエッチングし、第2のレジストパターンを酸素プラズマで剥離して、第2の遮光膜に裏面アライメントマークを形成した。
次に、表面アライメントマークと裏面アライメントマークとに基づいて、表裏のアライメントマークの位置ずれ量を計測した。ずれ量は予め定めた所定値以内であり、x方向、y方向、θ方向の移動補正量を求めた。
次に、裏面アライメントマークを形成した第2の遮光膜クロム上に、上記と同一の電子線レジストを厚さ300nmに塗布し、プリベーク後、上記の計測したずれ量分を補正して電子線描画装置にてパターン露光し、現像し、裏面本パターン用の第3のレジストパターンを形成した。
次に、第3のレジストパターンから露出した第2の遮光膜クロムを上記の第1の遮光膜クロムのエッチング条件と同一のエッチング条件によりドライエッチングした後、第3のレジストパターンを酸素プラズマで剥離し、裏面本パターンと裏面アライメントマークとを有する第2の遮光パターン(裏面パターン)を形成し、透明な合成石英基板の表裏面に異なるパターンを有する両面フォトマスクを作製した。
本実施例による両面フォトマスクの作製方法は、裏面上に第2の遮光膜クロムをスパッタリング成膜するときに、表裏面の遮光膜が導通することに起因する異常放電が生じることがなく、高品質の両面フォトマスクを作製することができた。
10 透明基板
11 第1の遮光膜
12 第1のレジスト膜
13 外縁部
14 電子線またはレーザ光
15 第1のレジストパターン
16 表面本パターン
17 表面アライメントマーク
18 第1の遮光パターン
21 第2の遮光膜
22 第2のレジスト膜
23 電子線またはレーザ光または紫外線
24 第2のレジストパターン
25 裏面アライメントマーク
26 第3のレジスト膜
27 電子線またはレーザ光
28 第3のレジストパターン
29 裏面本パターン
30 第2の遮光パターン
31 両面フォトマスク

Claims (2)

  1. 透明基板の一方の主面上に第1の遮光パターンを形成し、次に前記透明基板の他方の主面上に第2の遮光パターンを形成し、透明基板の両主面上に遮光パターンを設けた両面フォトマスクの作製方法であって、
    前記透明基板の一方の主面上に第1の遮光膜と第1のレジスト膜を順に形成した後、前記透明基板の外縁部の前記第1のレジスト膜を除去し、前記透明基板の外縁部の第1の遮光膜を露出させる工程と、
    描画装置により前記第1のレジスト膜をパターン描画し、現像し、露出した前記第1の遮光膜をエッチングした後、前記第1のレジスト膜を剥離して、前記透明基板の一方の主面上に前記第1の遮光膜よりなる表面本パターンと表面アライメントマークとを有する第1の遮光パターンを形成する工程と、
    前記透明基板の他方の主面上に第2の遮光膜と第2のレジスト膜を順に形成し、描画装置により前記第2のレジスト膜をパターン描画し、現像し、露出した前記第2の遮光膜をエッチングした後、前記第2のレジスト膜を剥離して、前記第2の遮光膜よりなる裏面アライメントマークを形成する工程と、
    前記表面アライメントマークと前記裏面アライメントマークとに基づいてずれ量を計測する工程と、
    前記透明基板の他方の主面上に第3のレジスト膜を形成し、描画装置により前記ずれ量分を補正して前記第3のレジスト膜をパターン描画し、現像し、露出した前記第2の遮光膜をエッチングした後、前記第3のレジスト膜を剥離して、前記第2の遮光膜よりなる裏面本パターンを形成し、前記透明基板の他方の主面上に前記裏面本パターンと前記裏面アライメントマークとを有する第2の遮光パターンを形成する工程と、
    を含むことを特徴とする両面フォトマスクの作製方法。
  2. 前記透明基板の外縁部の前記第1のレジスト膜の除去が、前記第1のレジスト膜が形成された透明基板を水平に保持して回転させながら、前記第1のレジスト膜が溶解する溶剤もしくは現像液を前記透明基板の外縁部に供給し、前記透明基板の外縁部の前記第1のレジスト膜を溶解して飛散させて除去することを特徴とする請求項1に記載の両面フォトマスクの作製方法。
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