JP2010152031A - フォトマスクのパタン位置補正方法および位置補正されたフォトマスク - Google Patents

Abstract

【課題】従来不可能であったフォトマスクのランダムなマスクパターンの位置誤差を、簡便かつ有効な方法で補正するフォトマスクのパタン位置の補正方法およびパタン位置が補正されたフォトマスクを提供する。
【解決手段】透明基板の主面上にパタンを形成したフォトマスクのパタン位置補正方法であって、フォトマスクのパタン位置を測定してパタン設計位置からのずれ量を求め、前記ずれ量が予め定めた許容値を超えているパタン位置を位置補正の対象とし、前記補正対象のパタン位置の近傍にフェムト秒レーザを照射して前記透明基板の内部に空孔を形成し、該空孔形成による応力で前記ずれ量を補正することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、透明基板上にパタンを形成したフォトマスクのパタン位置の補正方法およびその方法でパタン位置が補正されたフォトマスクに関する。

半導体製造における露光工程では、一般に、縮小投影露光装置を用いてフォトマスク（単にマスクあるいはレチクルとも呼ばれる）に露光光を照射し、光学レンズで縮小してウェハ上に結像してパタンを転写している。フォトマスクは、通常、合成石英基板などの光学研磨された透明基板の一主面上にクロムなどの遮光膜により半導体集積回路パタンが形成されている。フォトマスクのパタンが半導体集積回路の原版となるため、半導体集積回路の微細化、高集積化に伴い、フォトマスクパタンの位置精度や寸法精度はますます厳しくなっている。

高精度の投影露光を行う場合、フォトマスクのパタン配列の位置精度を保証することは極めて難しい技術である。フォトマスクのパタン位置精度は、設計位置からの誤差で定義される。フォトマスクのパタン位置情報は、位置測定装置により測定され、図６に示すような位置座標分布図６５で示される。図６に示す例では、位置測定装置により測定したフォトマスク上の測定点（３６箇所）の各座標値を実線で結んであり、２５等分した正方形の設計パタンとの誤差を目視によっても容易に把握することができる。

フォトマスクのパタン位置誤差を引き起こす要因としては、クロムなどのフォトマスク材料に起因するもの、電子線描画装置などの描画装置に起因するものなど様々であるが、それらの要因の中でも、フォトマスク描画装置のパターニング精度に大きく依存している。これらの材料や装置、あるいは製造プロセスなどの誤差は個別には測定困難である場合が多い。パタン位置誤差は、クロムなどの遮光膜をエッチングした後のパタン配列位置の測定によって、すべての誤差が重畳した形で定量化される。

フォトマスクのパタン位置を補正するには、フォトマスクを用いる側の半導体用の投影露光装置で行うこともできる。投影露光装置でパタンの位置情報を検出することにより、マスクパタンのＸ、Ｙオフセット、回転、拡大・縮小、凹凸面補正をすることが可能である（例えば、特許文献１参照）。図７は、特許文献１に記載されている投影露光装置側でパタン位置を補正する例であり、図７（ａ）は本来のチップパタンのショット領域に対して傾斜しているチップローテーション誤差、図７（ｂ）はショット領域の倍率が本来の倍率と異なっているチップスケーリング誤差、図７（ｃ）は投影パタンの所定の計測点での位置ずれ量を示すチップディストーション誤差であり、誤差の状態が糸巻き型の場合と樽型の場合を例示している。
また、２次項までのパタン位置誤差の補正は、フォトマスクの製造装置である電子線描画装置などのフォトマスク描画装置においても補正することが可能である。
ＵＳＰ６１６３３６６

しかしながら、上記の投影露光装置におけるフォトマスクのパタン位置補正、あるいはフォトマスク描画装置側におけるフォトマスクのパタン位置補正において、２次項を超えるランダムなフォトマスクパターンの位置誤差については、補正する手段がない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、従来不可能であったフォトマスクのランダムなフォトマスクパターンの位置誤差を、簡便かつ有効な方法で補正するフォトマスクのパタン位置の補正方法およびパタン位置が補正されたフォトマスク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の発明に係るフォトマスクのパタン位置補正方法は、透明基板の主面上にパタンを形成したフォトマスクのパタン位置補正方法であって、フォトマスクのパタン位置を測定してパタン設計位置からのずれ量を求め、前記ずれ量が予め定めた許容値を超えているパタン位置を位置補正の対象とし、前記補正対象のパタン位置の近傍にフェムト秒レーザを照射して前記透明基板の内部に空孔を形成し、該空孔形成による応力で前記ずれ量を補正することを特徴とするものである。

本発明の請求項２の発明に係るフォトマスクのパタン位置補正方法は、請求項１に記載のフォトマスクのパタン位置補正方法において、前記レーザ照射が、前記フォトマスクのパタン形成した主面と反対の主面側から照射することを特徴とするものである。

本発明の請求項３の発明に係るフォトマスクのパタン位置補正方法は、請求項１または請求項２に記載のフォトマスクのパタン位置補正方法において、前記レーザを照射する領域が、前記フォトマスクの回路パタン部よりも外側であり、前記透明基板の端面よりも１０ｍｍ以上内側であることを特徴とするものである。

本発明の請求項４の発明に係るフォトマスクのパタン位置補正方法は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフォトマスクのパタン位置補正方法において、前記空孔が、前記透明基板の表裏の両主面上から５００μｍ以上内側に形成することを特徴とするものである。

本発明の請求項５の発明に係るフォトマスクのパタン位置補正方法は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のフォトマスクのパタン位置補正方法において、前記空孔が、直径２μｍ〜５μｍの範囲の大きさであることを特徴とするものである。

本発明の請求項６の発明に係るフォトマスクは、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のフォトマスクのパタン位置補正方法によりパタン位置補正がされたことを特徴とするものである。

本発明のフォトマスクのパタン位置補正方法によれば、従来、半導体用投影露光装置やフォトマスク描画装置などによる位置補正ができなかったフォトマスク上のランダム成分の位置分布が、本発明のフォトマスクのパタン位置補正方法によりフェムト秒レーザでフォトマスクの透明基板の内部に空孔を形成することによりパタン位置を補正することが可能となる。本発明のフォトマスクのパタン位置補正方法によれば、フェムト秒レーザの照射エネルギーを変化させることにより空孔径を変化させ、照射密度を変えることにより位置補正量を制御することが可能である。

本発明のフォトマスクのパタン位置補正方法を用いたフォトマスクによれば、従来、パタン位置精度不良として廃棄されていたフォトマスクをフェムト秒レーザでフォトマスクの透明基板の内部に空孔を形成することによりパタン位置を補正して良品とし、フォトマスクコスト低減、納期短縮、資源の有効活用に貢献することができる。

以下、図面に基づいて、本発明のフォトマスクのパタン位置補正方法の最良の実施形態について詳細に説明する。

本発明のフォトマスクのパタン位置補正方法では、先ず透明基板の主面上にパタンを形成したフォトマスクのパタン位置を測定してパタン設計位置からのずれ量を求める。測定するパタン位置は予め定められており、測定した測定点のパタンの設計位置からのずれ量が予め定めた許容値を超えていたときには、その測定点のパタンを補正の対象とする。フォトマスクのパタン位置は、フォトマスク専用の位置測定装置あるいはフォトマスク用電子線描画装置により測定することができ、図６に例示したように、パタン設計位置からのずれ量が位置座標の分布図として示される。測定点は、通常、透明基板の一主面が正方形のマスク表面を回路パタンに従って複数の小さな正方形に分割し、各々の正方形の交点の座標を求め、設計パタンとの誤差を示すものである。

図１は、本発明のフォトマスクのパタン位置補正方法の一例を説明する斜視模式図である。図１に示すように、パタン形成されたフォトマスク１０の一方の主面側からフェムト秒レーザ光１１を対物レンズ１２を介して照射し（図１（ａ））、フェムト秒レーザパルスによるレーザ干渉により、フォトマスク１０の透明基板の内部に空孔（ボイド）１３を形成する（図１（ｂ））。この空孔１３を形成するときに生じる応力でパタン位置を補正するものである。

本発明において用いるフェムト秒レーザは中心波長８００ｎｍで、発信周波数は数ｋＨｚのパルスである。フォトマスク基材である合成石英基板に空孔を形成するためには、通常、１パルスあたり数〜数十μＪのレーザエネルギーが必要である。

図２は、本発明のフォトマスクのパタン位置補正方法を適用する領域を示すフォトマスク２０の上面模式図である。パタン位置補正方法を適用する領域はフェムト秒レーザを照射する領域であり、マスクパタンに損傷を与えないために、フォトマスク２０の回路パタン部２１よりも外側である必要がある。例えば、６インチ角のフォトマスクであれば、通常、マスク中央部の１１０×１１０ｍｍ程度よりも外側が照射可能領域となる。一方、フォトマスクの端面の近傍はレーザによる熱歪によりガラス欠けなどを生じ易く、また、回路パタンから離れているので回路パタンの補正効果も低下してしまう。したがって、端面を含むフォトマスク外縁部２３よりも内側で、透明基板の端面よりも１０ｍｍ以上内側が好ましい。

さらに、フォトマスクを用いた露光時の空孔による露光への影響のおそれを避ける上からも、パタン位置補正方法を適用する領域は回路パタン部とは少し離した方が良く、図２に示す回路パタン部２１の周囲の外接部２２（回路パタン部に接した数ｍｍ程度の領域）は照射領域から除いた方がより好ましい。図２に好ましいレーザ照射領域２４を示す。

図３は、本発明のフォトマスクのパタン位置補正方法を適用する領域３３を示すフォトマスクの透明基板３０の側面模式図である。フォトマスク内での空孔は、レーザ照射によって石英基板などの透明基板による粉塵の発生を回避するために基板表面に露出してはならず、透明基板の表裏の両主面上から少なくとも５００μｍ以上内側に形成させる必要がある（図３で、ｄ＝５００μｍ）。空孔を形成する深さ方向の位置は、対物レンズを上下することにより透明基板３０の任意の深さを設定することができる。また、形成される空孔は直径２μｍ〜５μｍの範囲の大きさが好ましい。２μｍ未満の小さい空孔はレーザ光による解像力の面から形成が困難であり、一方、５μｍを超える大きな空孔であると透明基板に亀裂を生じる恐れを生じるからである。

本発明のパタン位置補正されたフォトマスクは、図３に示すように、レーザ照射の跡が微細な空孔３３となってフォトマスクの透明基板３０の内部に存在するために、パタン位置補正されたフォトマスクであることが認識できるが、空孔３３はパタン転写に影響を与えない回路パタンの外側に形成されているので、フォトマスクとしての機能には何の支障も生じない。

本発明のフォトマスクのパタン位置補正方法において、フォトマスクへのレーザ照射は、フォトマスクパタンを形成した主面側から、あるいはパタン形成した主面と反対の主面側からの両面から可能である。しかし、一般に、パタン形成した主面側は、アライメントマーク、各種のテストパタン、計測パタン、製品番号など回路パタン以外のパタンが回路パタン周辺に形成されていることが多く、その場合にはレーザ照射の障害となることもあるので、レーザ照射は、前記フォトマスクのパタン形成した主面と反対の主面側から照射するのがより好ましい。

また、上記の透明基板の両面からレーザ照射できるという特性により、本発明のフォトマスクのパタン位置補正方法は、両面フォトマスクと呼ばれる透明基板の両主面上にパタンを有するフォトマスクの各々のパタンの位置補正を行うことが可能である。

上記の本発明のフォトマスクのパタン位置補正方法において、透明基板として合成石英基板、遮光膜としてクロム膜を用いた半導体用バイナリマスクを例に説明したが、もとより本発明はハーフトーン型位相シフトマスク、レベンソン型位相シフトマスクなどの位相シフトマスクにも適用できるものである。また、半導体用フォトマスクに限らず、液晶ディスプレイ用大型フォトマスク、あるいはＣＧＨパタンを有する光学素子用フォトマスクなどのフォトマスクにおいても、パタン位置補正方法として用いられるものである
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）上に遮光膜としてクロムを、スパッタリング法で厚さ６０ｎｍに成膜してクロムブランクスを形成した。

次に、上記のクロムブランクスのクロム遮光膜上に電子線レジストを厚さ３００ｎｍに塗布し、次いで、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、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エッチングガスとして塩素と酸素の混合ガスを用い、レジストパターンから露出しているクロム遮光膜をドライエッチングしてパターニングし、次に、上記のレジストパターンを酸素プラズマで剥離し、設計パタンに基づく所定の回路パタンを有するフォトマスクを作製した。

次に、パタンの位置測定装置として光波干渉座標測定機（（株）ニコン製）を用いて上記のフォトマスクのパタン位置を測定し、図４に示すパタン位置座標分布４５を示す分布図を得た。図４で、図２と同じ箇所を示す場合は、図２と同じ符号を用いている。図４では、位置測定装置により測定したフォトマスク上の３６箇所の測定点の各座標値を実線で結んである。図４の分布図において、紙面右上のパタンの位置ずれ量が大きいことが読み取れ、破線で囲まれた領域のずれ量が予め定めた許容値を超えており、この領域をパタン位置補正対象領域４６とした。

次に、図５に示すように、パタン位置補正対象領域４６の近傍で、回路パタン部２１および回路パタン部２１の周囲の外接部２２よりも２ｍｍ以上外側であって、透明基板の端面よりも１５ｍｍ内側のレーザ照射領域２４に、中心波長８００ｎｍのフェムト秒レーザをパタンとは反対側の石英基板側から５箇所に照射し、石英基板の内部に５箇所の空孔をピッチ５ｍｍで形成した。レーザの対物レンズ、焦点を調整し、空孔はパタン側の石英基板表面から深さ８００μｍの内側の位置に直径３μｍを目標に形成した。

次に、上記のレーザ照射したフォトマスク基板を、再度、上記と同じ位置測定装置に設置してパタン位置を測定し、パタン位置座標分布を示す分布図を得た。位置測定結果でパタン補正されたパタン補正後の位置座標４８を、図５のパタン位置補正対象領域４６に太い実線で示す。他の位置座標のずれ量は補正前と同じで予め定めた許容値内であった。

本実施例のパタン位置補正方法によりパタン位置補正がされたフォトマスクは、高いパタン位置精度を有し、転写露光装置を用いてウェハ上にパタン転写することにより、レーザ照射した箇所はフォトマスクパタン転写には影響を与えないことを確認した。本実施例のパタン位置補正方法を行うことにより、従来、パタン位置精度不良として廃棄されていたフォトマスクをフェムト秒レーザでフォトマスク基板の内部に空孔を形成することによりパタン位置を補正して良品とし、フォトマスクコストを低減し、納期を短縮し、資源を有効活用することができた。

本発明のフォトマスクのパタン位置補正方法の一例を説明する斜視模式図である。 本発明のフォトマスクのパタン位置補正方法を適用する領域を示すフォトマスク基板上面模式図である。 本発明のフォトマスクのパタン位置補正方法を適用する領域を示すフォトマスク基板側面模式図である。 本発明のフォトマスクのパタン位置補正方法を適用する前のパタン位置座標分布を示すフォトマスク基板上面模式図である。 本発明のフォトマスクのパタン位置補正方法を適用した後のパタン位置座標分布とレーザ照射位置を示すフォトマスク基板上面模式図である。 フォトマスク上のパタンの位置座標分布図である。 従来の露光装置のひずみ検出機構の説明図である。

符号の説明

１０ フォトマスク
１１ フェムト秒レーザ
１２ 対物レンズ
１３ 空孔
２０ フォトマスク
２１ 回路パタン部
２２ 回路パタン部外接領域
２３ フォトマスク外縁部
２４ レーザ照射可能領域
３０ フォトマスクの透明基板
３３ 空孔形成領域
４５ パタン位置座標分布
４６ パタン位置補正対象領域
４７ レーザ照射位置
４８ パタン補正後の位置座標
６５ パタン位置座標分布

Claims (6)

1. 透明基板の主面上にパタンを形成したフォトマスクのパタン位置補正方法であって、
   フォトマスクのパタン位置を測定してパタン設計位置からのずれ量を求め、前記ずれ量が予め定めた許容値を超えているパタン位置を位置補正の対象とし、前記補正対象のパタン位置の近傍にフェムト秒レーザを照射して前記透明基板の内部に空孔を形成し、該空孔形成による応力で前記ずれ量を補正することを特徴とするフォトマスクのパタン位置補正方法。
2. 前記レーザ照射が、前記フォトマスクのパタンを形成した主面と反対の主面側から照射することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクのパタン位置補正方法。
3. 前記レーザを照射する領域が、前記フォトマスクの回路パタン部よりも外側であり、前記透明基板の端面よりも１０ｍｍ以上内側であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフォトマスクのパタン位置補正方法。
4. 前記空孔が、前記透明基板の表裏の両主面上から５００μｍ以上内側に形成することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフォトマスクのパタン位置補正方法。
5. 前記空孔が、直径２μｍ〜５μｍの範囲の大きさであることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のフォトマスクのパタン位置補正方法。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のフォトマスクのパタン位置補正方法によりパタン位置補正がされたことを特徴とするフォトマスク。

Images