JP3463676B2 - 透明基板のドライエッチング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】本発明は、透明基板のドライ
エッチング方法及びホトマスクの検査方法に関する。近
年、半導体装置の大容量化・小型化が進み、回路パター
ンを微細化する技術が要求されている。その手段とし
て、縮小投影露光方法の解像力を上げるために、遠紫外
光やレーザ等光源の短波長化や、露光時の解像力を挙げ
るために、透明基板に段差をつけた位相シフトマスクを
用いる方法がある。そのため、ホトマスク、或いはレチ
クルの透過光量が低下しないことが要求され、透過率向
上のための技術的手段が必要となる。また、位相シフト
法を効率良く用いるためには、この透明基板の段差を精
度良く加工する必要があり、ドライエッチングで透明基
板をエッチングする際、投影する光の波長に合わせて精
度良く加工し、また、出来上がった透明基板各部の厚さ
の均一性を精度良く検査する方法が求められる。 【従来の技術】図７は透明基板そのものを位相シフター
として用いたクロムレス型の位相シフトマスクに関する
従来技術による工程順模式断面図、図８は従来例の説明
図であり、図８（ａ）は従来技術の製造方法により製造
されたクロムレス型の位相シフトマスクの断面図、図８
（ｂ）はドライエッチング前の透明基板とドライエッチ
ングを行って表面を多孔質化したドライエッチング面の
各波長における入射光の透過率の変化を示す。また、図
９は透明基板の従来のドライエッチングモニター方法の
説明図である。図において、１は透明基板、３は多孔質
化したドライエッチング面、４は位相シフトマスク、５
はメインパターン、６はシフターパターン、７はエッチ
ングマスク、８はチャンバ、14は遮光膜、15はレジスト
膜、17はアノード電極、18はカソード電極、19は絶縁シ
ールド、20はプラズマ、21は高周波発振機、22はガス導
入口、23は排気口、24はドライエッチング装置、28は不
完全なシフターパターン、30は透過光強度パターン、34
はクロムレス型位相シフトマスク、35は半導体基板、36
はレジストパターン、37は発光機、38は受光機、39は制
御回路である。先ず、全般的なホトマスク用の透明基板
１については、合成石英ガラスの表面をバフ研磨で表面
の粗さを２μｍ程度まで研磨した鏡面研磨面を用いてい
る。従来のガラス透明基板の表面改質方法としてはウエ
ット処理が必要となるが、ホトマスクの製造工程では，
クロム膜等の遮光膜の化学的耐久性がないため実用化が
困難である。また、透明基板の透過率向上のために、合
成石英ガラスの表面に表面反射防止用のコーティング
や、屈折率の異なる多層膜を用いていた。一方、位相シ
フトマスクとして利用する透明基板１においては、図７
に工程順模式断面図で示すように、この石英ガラス等の
透明基板１そのものを位相シフトマスクのシフターパタ
ーン６として用いたクロムレス型位相シフトマスク34
は、化学的耐久性の比較的弱いクロム膜や、或いはレジ
スト膜を位相シフターとして用いる位相シフトマスクよ
りも、加工のしやすさ、耐久性の点で優れた方法であ
る。製造方法としては、図７（ａ）に示すような表面が
鏡面研磨された合成石英板からなる透明基板１を用い、
図７（ｂ）に示すように、例えば遮光膜として利用する
クロム膜をエッチングマスク７として透明基板１上に形
成する。続いて、図７（ｃ）に示すように、エッチング
マスク７上にレジスト膜15を塗布する。そして図７
（ｄ）に示すように、電子線描画によりレジスト膜15を
露光し、現像してシフターパターン６形成用のレジスト
膜15のパターンを形成する。次に、図７（ｅ）に示すよ
うに、ドライエッチングによりパターニングされたレジ
スト膜15をマスクとしてエッチングマスク７となるクロ
ム膜をエッチングしてシフターパターン形成用のマスク
を作り、レジスト膜15を除去する。次いで、図７（ｆ）
に示すように、エッチングマスク７をマスクとして透明
基板１をドライエッチングにより所定の深さだけ選択的
にエッチングしてメインパターン５とする。最後にエッ
チングマスク７として用いたクロム膜の除去を行い、図
７（ｇ）に示すように、クロムレス型位相シフトマスク
34が完成する。このクロムレス型位相シフトマスク34
は、メインパターン５とシフターパターン６の段差が、
メインパターン５を通過する光と、シフターパターン６
を通過する光の位相が 180°ずれるようにドライエッチ
ングされているので、図７（ｈ）に示すように、このク
ロムレス型位相シフトマスク34を用いてレジスト膜を塗
布したSi等の半導体基板35上に露光現像処理を行うと、
メインパターン５とシフターパターン６の境界で光の透
過量が零となり、レジスト膜15の種類がポジ型、或いは
ネガ型によって、0.1 〜0.2 μｍ幅の極微細幅の露光、
或いは未露光のレジストパターン36が形成される。この
ように, 透明基板１をドライエッチングする時、メイン
パターン５とシフターパターン６の段差、即ち、メイン
パターン５とシフターパターン６の厚さの差を決めるエ
ッチングの量（深さ）ｄは、露光する光の波長λ、及
び、透明基板１の屈折率ｎにより下記の式 ｄ＝λ／２（ｎ？１） により決定されるため、位相シフトマスクとして用いる
透明基板１に対しては正確な深さのドライエッチング加
工が必要となる。このような従来の透明基板１のドライ
エッチングにおいては、透明基板１の表面の反射率を測
定して透明基板１表面のシフターパターン６とドライエ
ッチングしたメインパターン５の面との光の干渉を利用
してモニターを行っていた。図９に従来のドライエッチ
ングモニタ方法を示す。先ず、真空排気によりドライエ
ッチング装置24のチャンバ８内が減圧され、続いて、ガ
ス導入口22よりフロン系のエッチングガスがガスシャワ
ーとなって導入される。そして、ドライエッチング装置
24のチャンバ８内が所定のガス圧力に一定化された時、
高周波発振機21から高周波が印加され、発生したプラズ
マ20からのラジカル弗素等により透明基板１を構成する
二酸化珪素(SiO2）のドライエッチングが始まる。ドラ
イエッチングが開始されてから、発光機37より透明基板
１の表面に斜めに入射される光は、透明基板１のストラ
イプ状のエッチングパターンの段差によって干渉され、
その明暗の光を受光機38で受光する。そして、入射した
光の波長と干渉を起こした回数（縞数) との関係からエ
ッチングされた深さ、即ち、図８（ａ）に示す透明基板
１に形成されたクロムレス型位相シフトマスク34のメイ
ンパターン５とシフターパターン６の段差を換算して、
目的の所定の段差になった時に制御回路39が動作して高
周波発振機21へ信号が送られ、電源が停止してドライエ
ッチングが終了する。 【発明が解決しようとする課題】上記のように、ホトマ
スク基板として、合成石英製の透明基板を使用し、透過
率向上のために表面加工を行っても、まだまだ不十分
で、透明基板各面からの表面反射から透過率が低下して
しまい、遠紫外光（エキシマレーザ光）領域の透過率で
約７５％程度である。このため、光エネルギを増加して
対応せねばならず、高エネルギの光照射によりレンズや
ミラー等に表面焼けが生じ、エネルギ吸収等による基板
の熱膨張、屈折率の変動等、種々問題が発生する。その
ため、高精度を要求される半導体装置製造での縮小投影
露光において、露光誤差、及び転写パターンの歪発生の
原因となっていた。また、位相シフトマスクについての
課題としては、従来技術では、図８（ａ）に示すよう
に、透明基板１をドライエッチングによりエッチングを
行ってメインパターン５を形成しているが、このエッチ
ングされたメインパターン５の表面は、クロム膜等のエ
ッチングマスク７の除去により露出したエッチングされ
ない透明基板１の本来の鏡面研磨された面、即ちシフタ
ーパターン６として利用する面よりもプラズマイオン等
で叩かれて微視的には粗くなっており、光の透過率や屈
折率等の光学的特性に大きな相違が生じていることが分
かった。すなわち、図８（ｂ）にドライエッチング前の
透明基板１とドライエッチングを行って表面を多孔質化
したドライエッチング面の各波長における入射光の透過
率の変化で示すように、ドライエッチングを行った面で
は、透明基板１の表面が多孔質の粗面となって、特に３
００ｎｍ以下の短波長でも透過率が下がらず、従来の透
明基板１に比べて、見掛け上、透過率が上昇するため、
位相シフトマスクとしては、本来の屈折率や透過率を用
いて所望の段差を計算して、メインパターン５をその値
の深さまでドライエッチングしたにも関わらず、透過率
の変化により、必要な段差とのずれが生じて、位相シフ
ターの効果そのものが充分に発揮できないといった問題
を生じていた。また、従来の透明基板のドライエッチン
グ方法では、更に、反射光中にガスプラズマで発光して
いる光も検出されて、検出感度を一層低下させる原因の
一つとなっている。このように、従来方法のドライエン
チングの深さを制御するモニター方法では、入射面と受
光機との間の光路長だけノイズが入り込む確率が大きく
なり、正確なエッチング深さを確保することが困難とな
る。本発明は、上記の点を鑑み、透明基板の透過率を向
上し、この透明基板を用いた位相シフトマスクにおい
て、メインパターン面となるドライエッチング面とシフ
ターパターンとなる透明基板の表面との透過率等の光学
的特性の相違をなくし、また、透明基板の正確なエッチ
ング深さを精度良く制御出来るモニター方法を得、位相
シフトマスクの効果をより増大させることを目的として
提供されるものである。 【課題を解決するための手段】上記課題の解決は、透明
基板を所要の深さにドライエッチングするに際して、ド
ライエッチング装置のチャンバ内にセットされた該透明
基板の背面に光ファイバを設置し、プラズマの真空紫外
光から該透明基板を透過して該光ファイバに入射する透
過光の光量を光量計にて測定し、あらかじめ作成された
該透明基板の厚さに対する透過率とドライエッチングの
エッチング深さとの関係図を用いて、該透明基板のエッ
チング量が所要の深さになった時にドライエッチングを
停止することを特徴とする透明基板のドライエッチング
方法、あるいは、 表面が鏡面研磨された合成基板からな
る透明基板を所要の深さにドライエッチングするに際し
て、ドライエッチング装置のチャンバ内にセットされた
該透明基板の背面に光ファイバを設置し、光源から該透
明基板を透過して該光ファイバに入射する透過光の光量
を光量計にて測定し、あらかじめ作成された該透明基板
の厚さに対する透過率とドライエッチングのエッチング
深さとの関係図を用いて、該透明基板のエッチング量が
所要の深さになった時にドライエッチングを停止するこ
とを特徴とする透明基板のドライエッチング方法によっ
て達成される。本発明では、表面を多孔質化したドライ
エッチングにする場合の透明基板の遠紫外波長領域の透
過率とエッチング深さの関係を示した図８（ｂ）で分か
るように、全般的なホトマスクとしては、表面をドライ
エッチングにより多孔質化しものは、透明基板の透過率
が短波長領域でも低下せず、微細パターンを形成でき
る。この原理は、透明基板の表面を弗素原子を含む炭化
水素化合物からなるプラズマ中に曝して多孔質化するこ
とによって、エッチングされた層が、厚さ方向に連続的
に多孔質状態が変化し、そのため、表面では屈折率が非
常に小さくなり、空気の屈折率に近くなる。一方、透明
基板側ではガラスの屈折率とほぼ同じとなっているた
め、相対的に透過率の向上が得られるものである。ま
た、位相シフトマスクにおいては、透明基板のドライエ
ッチングによるメインパターン面の表面の粗さの増大に
伴って透過率が変化するのに対処して、シフターパター
ンもドライエッチングを行うことにより、透過率の相違
点がなくなる。従って、メインパターンとシフターパタ
ーンの光学特性も等しくでき、また、透明基板の透過率
を上げることも出来る。また、透明基板の透過率とエッ
チング深さの関係は図６（ｂ）に示される。これによ
り、透明基板の透過光量と比較して目的とする膜の厚さ
になった時にエッチングを停止する信号を送ることがで
きる。また、この方法は反射率の測定、或いは各種の光
源を用いても同様に実施できる。 【発明の実施の形態】図２〜図５は本発明の第１〜第４
の実施例の工程順模式断面図、図６は本発明のドライエ
ッチングモニタ方法である。図において、１は透明基
板、２は弗素原子を含む炭化水素からなるエッチングガ
ス、３は多孔質化したドライエッチング面、４は位相シ
フトマスク、５はメインパターン、６はシフターパター
ン、７はエッチングマスク、８はチャンバ、９は光ファ
イバ、10は光源、11は透過光、12は光量計、13は３００
ｎｍ以下の波長の光、14は遮光膜、15はレジスト膜、16
は補助パターン型位相シフトマスク、17はアノード電
極、18はカソード電極、19は絶縁シールド、20はプラズ
マ、21は高周波発振機、22はガス導入口、23は排気口、
24はドライエッチング装置である。問題解決の手段とし
て、本発明では先ずホトマスク等の光学材料として用い
る透明基板の表面を、例えば弗素原子を含む炭化水素か
らなるエッチングガスのプラズマでドライエッチングし
て、多孔質化したドライエッチング面を得て、短波長光
源における透過率の向上を図っている。先ず、本発明を
クロムレス型の位相シフトマスクの製造方法に適用した
第１の実施例について、図２（ａ）〜（ｃ）により説明
する。図２（ａ）に示すように、厚さ２.3ｍｍ、サイズ
１２.5ｍｍ角の表面が鏡面研磨された合成石英製の透明
基板１の表面を先ず全面ドライエッチングして、多孔質
化したドライエッチング面３とする。ドライエッチング
は図６（ａ）に示したドライエッチング装置24を用い
る。先ず、真空排気によりドライエッチング装置24のチ
ャンバ８内が減圧され、続いて、ガス導入口22よりフロ
ン14をエッチングガスとして 100sccmの割合でガスシャ
ワーを通して導入される。そして、ドライエッチング装
置24のチャンバ８内が０.11Torr のガス圧力に一定化さ
れた時、13.5ＭＨｚの高周波発振機21から高周波が出力
200Ｗで印加され、発生したプラズマ20からのラジカル
弗素Ｆ* 等により透明基板１の全面を26分位、約 4,000
Åドライエッチングする。この透明基板１の全面ドライ
エッチングによる表面の多孔質化は、位相シフトマスク
に限定されるものではなく、全般的な光学製品の透過率
の増加に適用できるものである。また、以下の実施例に
おいて、ドライエッチングに用いるエッチングガスは弗
素を含む炭化水素の内、フロン14を全て用いた。図２
（ｂ）に示すように、酸化クロム膜でクロム膜をサンド
イッチしたエッチングマスク７をスパッタ法で約 850Å
の厚さに被覆する。そして図示しないレジスト膜を用い
て、シフターパターン６の形成領域にエッチングマスク
７をパターニングする。図２（ｃ）に示すように、エッ
チングマスク７をマスクとしてメインパターン５形成領
域を、所要の深さである 3,890Åのエッチング量に選択
的にドライエッチングして、多孔質化したドライエッチ
ング面３からなるメインパターン５を形成する。ドライ
エッチングの条件は、全て図２（ａ）で説明した条件と
同一であるが、エッチング量の制御に本発明のモニター
方式を採用して正確な制御を行った。即ち、図６に示す
ように、ドライエッチング装置24内でドライエッチング
が始まり、プラズマ20の真空紫外光を、ドライエッチン
グ装置24のチャンバ８内にセットされた透明基板１を透
過させ、その透過基板１の背面に垂直に取り付けた光フ
ァイバ９に入射させて、その透過光の光量を光量計12に
て測定し、図６（ｂ）に示すように、あらかじめ作成さ
れた透明基板１の厚さに対する透過率とドライエッチン
グのエッチング深さとの関係図を用いて、透明基板１の
エッチング量が所要の深さになった時にドライエッチン
グを停止するようにモニタ制御する。その後、透明基板
１上のエッチングマスク７をウエットエッチングにより
除去して、クロムレス型の位相シフトマスク４が完成す
る。次に、本発明をクロムレス型の位相シフトマスクの
製造方法に適用した第２の実施例について、図３（ａ）
〜（ｂ）により説明する。図３（ａ）に示すように、エ
ッチングマスク７を用いて、透明基板１のメインパター
ン５形成領域を所要の深さに選択的にドライエッチング
して、多孔質化したドライエッチング面を得る。図３
（ｂ）に示すように、エッチングマスク７を除去し、透
明基板１全面をドライエッチングして、多孔質化したド
ライエッチング面３からなるシフターパターン６、及び
メインパターン５を同時に形成する。第２の実施例にお
いて、透明基板１の材質、並びに形状、ドライエッチン
グ条件、及びドライエッチングモニター方式は第１の実
施例と全く同じであり、工程の順序が異なるものであ
る。以下、第３、第４の実施例においても、同様に、透
明基板１の材質、並びに形状、ドライエッチング条件、
及びドライエッチングモニター方式は第１の実施例と全
く同じである。次に、本発明を補助パターン型の位相シ
フトマスクの製造方法に適用した第３の実施例につい
て、図４（ａ）〜（ｉ）により説明する。図４（ａ）に
示すように、表面が鏡面研磨された合成石英板からなる
透明基板１の全面をドライエッチングして、表面を多孔
質化したドライエッチング面とする。図４（ｂ）に示す
ように、遮光膜14としてクロム膜を透明基板１上に 850
Åの厚さに形成する。図４（ｃ）に示すように、遮光膜
14上にレジスト膜15を塗布する。そして図４（ｄ）に示
すように、電子線描画によりレジスト膜15を露光し，現
像して，メインパターン５及び補助パターンとしてのシ
フターパターン６形成用のレジスト膜15のパターンを形
成する。次に、図４（ｅ）に示すように、ドライエッチ
ングによりパターニングされたレジスト膜15をマスクと
して遮光膜14をエッチングしてメインパターン５、及び
シフターパターン６形成用のマスクを作り、レジスト膜
15を除去する。次いで，図４（ｆ）に示すように、再び
レジスト膜15を塗布する。図４（ｇ）に示すように、メ
インパターン５形成用にレジスト膜15をパターニングす
る。図４（ｈ）に示すように、レジスト膜15をマスクと
して透明基板１を所定の深さにドライエッチングして多
孔質化したドライエッチング面３を有するメインパター
ン５を得る。図４（ｉ）に示すように、レジスト膜15を
除去して、透明基板１上にメインパターン５と遮光膜14
内に補助パターンとしてのシフターパターン６を有する
補助パターン型位相シフトマスク16を完成する。続い
て、本発明を補助パターン型の位相シフトマスクの製造
方法に適用した第４の実施例について、図５（ａ）〜
（ｃ）により説明する。これは前述の第３の実施例と工
程順序を変えた例であり、図５（ａ）に示すように、一
番先に透明基板１の全面をドライエッチングすることな
く、図４（ｇ）の工程に相当する図５（ａ）の工程でメ
インパターン５内をドライエッチングして表面を多孔質
化したドライエッチング面３とした後、図４（ｉ）の工
程に相当する図５（ｂ）において、既にドライエッチン
グされたメインパターン５の領域と、遮光膜14で画定さ
れたシフターパターン６の領域を同時に同じ量だけドラ
イエッチングして、メインパターン５とシフターパター
ン６の表面を共に多孔質化したドライエッチング面３と
した例である。以上の実施例において、エッチングガス
には弗素原子を含む炭化水素からなるエッチングガス２
としてフロン14を使用したが、エッチングガスは弗素原
子を含む炭化水素からなるエッチングガス２に限らず、
アルゴン（Ａｒ）ガスや塩素ガス（Ｃｌ2 ）の使用が可
能である。また、本発明のように、ガラス基板がプラズ
マエッチングによって、被エッチング箇所が多孔質化さ
れ、透過率が向上するために、位相シフトマスクに限定
されるものではなく、全般的な光学製品の透過率の増加
に適用できる。即ち、本発明の他の実施例として、表面
をプラズマ処理して多孔質化したガラス等の透明基板
は、エキシマレーザを用いた縮小投影露光装置の光学レ
ンズやミラー系、或いは遠紫外波長領域における光学材
料として広く応用することができる。 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
全般的なホトマスクの製造方法において、Ａｒ？Ｆ等の
エキシマレーザーを光源として用いた縮小投影露光装置
でも、透明基板を用いたホトマスクの透過率が約８５〜
９０％と向上することによって、半導体製造に関する縮
小投影露光装置等の光学材料に起因する露光精度誤差、
及び転写パターンの歪等を軽減できる。即ち、高エネル
ギの光照射を必要とせず、レンズやミラー等の表面焼け
や、エネルギ吸収等によるホトマスクの熱膨張や屈折率
変動を防止することが可能となる。更に、比較的簡単な
処理で透過率の向上が望めるため、遠紫外波長領域にお
ける光学系の最適化に対して、広く対応することが出来
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明の原理説明図 【図２】 本発明の第１の実施例の工程順模式断面図 【図３】 本発明の第２の実施例の工程順模式断面図 【図４】 本発明の第３の実施例の工程順模式断面図 【図５】 本発明の第４の実施例の工程順模式断面図 【図６】 本発明のドライエッチングモニタ方法 【図７】 従来技術による工程順模式断面図 【図８】 従来例の説明図 【図９】 従来のドライエッチングモニタ方法 【符号の説明】 １ 透明基板 ２ 弗素原子を含む炭化水素からなるエッチングガス ３ 多孔質化したドライエッチング面 ４ 位相シフトマスク ５ メインパターン ６ シフターパターン ７ エッチングマスク ８ チャンバ ９ 光ファイバ 10 光源 11 透過光 12 光量計 13 ３００ｎｍ以下の波長の光 14 遮光膜 15 レジスト膜 16 補助パターン型位相シフトマスク 17 アノード電極 18 カソード電極 19 絶縁シールド 20 プラズマ 21 高周波発振機 22 ガス導入口 23 排気口 24 ドライエッチング装置 25 光源 26 ビームスプリッタ 27 レンズ 28 不完全なシフターパターン 29 検出器 30 透過光強度パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土井 一正 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 直江 光史 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−64384（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−210442（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−46227（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−136622（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 1/08

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 表面が鏡面研磨された合成石英板からな
   る透明基板を所要の深さにドライエッチングするに際し
   て、ドライエッチング装置のチャンバ内にセットされた
   該透明基板の背面に光ファイバを設置し、光源から該透
   明基板を透過して該光ファイバに入射する透過光の光量
   を光量計にて測定し、厚さ方向に連続的に多孔質状態が
   変化した該透明基板の厚さに対する３００ｎｍ以下の波
   長領域における透過率とドライエッチングのエッチング
   深さとの関係図を用いて、該透明基板のエッチング量が
   所要の深さになった時にドライエッチングを停止するこ
   とを特徴とする透明基板のドライエッチング方法。