JP4591039B2 - 両面マスクの表裏パターンずれの測定方法および両面マスクの作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、透明基板の表裏両面にパターンを有する両面マスクにおける両面のパターンの（平面方向の）位置座標のずれを測定する方法に係るものであり、また、その測定方法を用いた両面マスクの作成方法に関する。

従来、透明基板の表裏両面にパターンを有する両面マスクにおける両面のパターンの（平面方向の）ずれを測定する方法は、基板の端面から各々の面のパターンまでの距離から各々の面のパターンの重心と回転成分を求め、それらの差から表面のパターンと裏面のパターンとのずれを測定していた。

しかし、端面にはラフネスがあるために、端面からの距離を測定しても、正確には重心を求めることができない。また、端面の角は丸くラウンドしているために、座標顕微鏡で座標を測定することが難しく、測定誤差が大きくなるという問題がある。

両面マスクの製造において、裏面パターンと表面パターンの重ね合わせズレを高度に制御するためには、重ねあわせズレの測定に高い精度が要求される。（特許文献１、特許文献２参照）。

以下に公知文献を記す。
特開平２―９３４５７号公報 特開平３―２７１７３８号公報

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたもので、両面マスクにおける両面のパターンのずれを高い精度で測定する方法を提供すること、および、その測定方法を使用して表面のパターンと裏面のパターンが高い精度で重ね合わせられた両面マスクを作成する方法を提供することを課題とする。

本発明は係る課題を解決する目的でなされたものであり、本発明の請求項１に係る発明は、透明基板の表裏両面にパターンが形成された両面マスクの一方の面のパターンと他方の面のパターンのずれを測定する方法において、前記透明基板の表面の第１の金属薄膜層に、測定用パターンとメインパターンを形成し、次に、前記透明基板の裏面に第２の金属薄膜層のパターンを形成する時に、先に、裏面の第２の金属薄膜層に、該裏面から透明基板を通して前記測定用パターンを視認することができる測定用開口部を形成し、該測定用開口部の測定点に対する前記測定用パターンの位置のずれを測定し、前記両面マスクを水平面内で１８０度回転させて再度前記測定用開口部の測定点に対する前記測定用パターンの位置のずれを測定することにより測定装置による誤差を相殺させ、前記第２の金属薄膜層上にレジスト樹脂を塗布し、前記レジスト樹脂に前記第２の金属薄膜層のメインパターンと測定用補助パターンを、前記測定した位置のずれ量を用いて前記第２の金属薄膜層のパターンの位置を補正して描画し、前記レジスト樹脂を現像し、前記測定用パターンに対する前記測定用補助パターンの位置ずれを測定し、前記測定用開口部の測定点に対する前記測定用パターンの位置のずれの測定が、前記測定用開口部の測定点と前記測定用パターンの測定点の相対位置を測定し、前記測定用開口部の測定点との相対位置として前記測定用パターンの測定点の座標を算出することを特徴とする両面マスクの表裏パターンずれの測定方法である。

本発明の請求項２に係る発明は、透明基板の表裏両面にパターンが形成された両面マスクの作成方法において、前記透明基板の表面の第１の金属薄膜層に、測定用パターンとメインパターンを形成する工程と、次に、前記透明基板の裏面に第２の金属薄膜層のパターンを形成する時に、先に、裏面の第２の金属薄膜層に、該裏面から透明基板を通して前記測定用パターンを視認することができる測定用開口部を形成する工程と、該測定用開口部の測定点に対する前記測定用パターンの位置のずれを測定し、前記両面マスクを水平面内で１８０度回転させて再度前記測定用開口部の測定点に対する前記測定用パターンの位置のずれを測定することにより測定装置による誤差を相殺させる工程と、前記第２の金属薄膜層上にレジスト樹脂を塗布する工程と、前記レジスト樹脂に前記第２の金属薄膜層のメインパターンと測定用補助パターンを、前記測定した位置のずれ量を用いて前記第２の金
属薄膜層のパターンの位置を補正して描画し、前記レジスト樹脂を現像する工程と、前記測定用パターンに対する前記測定用補助パターンの位置ずれを測定する工程と、次にエッチングにより前記第２の金属薄膜層のパターンを形成する工程を有し、前記測定用開口部の測定点に対する前記測定用パターンの位置のずれを測定する工程が、前記測定用開口部の測定点と前記測定用パターンの測定点の相対位置を測定し、前記測定用開口部の測定点との相対位置として前記測定用パターンの測定点の座標を算出する工程を含むことを特徴とする両面マスクの作成方法である。

以上に説明したように、本発明によれば、両面マスクの表面と裏面の回転ずれとＸＹ方向のずれによる表面パターンと裏面パターンのずれを、高い精度で測定することができ、表面と裏面のパターンのずれが小さい両面マスクを作成することができる。

図１は、本発明の請求項１に係る両面マスクの表裏パターンずれの測定方法の測定対象となる両面マスクにおける測定用パターンの構造を説明する図である。（ａ）は、上面のパターンの平面図で、（ｂ）は側断面図で、（ｃ）は、参考図の下面のパターンの平面図である。座標顕微鏡に両面マスクをセットしたときの上向きの面を上面パターン、下向きの面を下面パターンとする（図１（ｂ）参照）。

下面パターンの測定用パターンａ（５）に測定点Ａを設定し、該測定点Ａを上面から視認することができるように、上面パターンに測定用開口部ｂ（８）を設ける。上面のパターンの測定用開口部ｂに測定点Ｂを定める。

本発明に係る両面マスクに形成されるパターンの材質については、ずれを測定する時点でパターンの座標を測定することができるものであればその材質の如何を問わないが、図１には、例として、金属薄膜層を使用した場合を示す。

なお、回転ずれが発生した場合の位置の変化を大きくして測定誤差を小さくするために、測定点Ａの位置は、回転中心から離れている方が好ましい。

図２は、本判明の請求項１に係る両面マスクの表裏パターンずれの測定方法を説明する図である。

下面パターンが上面パターンに対してθ回転し、Ｘ方向にａ、Ｙ方向にｂだけずれた場合、測定点Ａ（ｘａ、ｙａ）はＡ'（ｘａ'、ｙａ'）の座標に移動する。ただし、図上では、座標の原点は上面の中心に設定する。

下面の測定用パターンａの測定点ＡとＡ'とのずれを（ｘＡ、ｙＡ）とすると、
ｘＡ＝ｘａ'−ｘａ ＝ｆ（θ）＋ａ
ｙＡ＝ｙａ'−ｙａ ＝ｇ（θ）＋ｂ
の関係が成り立つ。

ここで、ｆ（θ）、ｇ（θ）は、測定点ＡからＡ'へのずれの回転成分を直交座標成分
に変換する関数であり、測定点Ａの座標から、三角関数で求めることができる。

以下にその式を記す。
ｆ（θ）＝±〔ＳＱＲＴ｛（ｘａ＊ｘａ）＋（ｙａ＊ｙａ）｝〕ｃｏｓ｛｜ａｒｃｔａｎ（ｙａ／ｘａ）｜±θ｝−ｘａ
ｇ（θ）＝±〔ＳＱＲＴ｛（ｘａ＊ｘａ）＋（ｙａ＊ｙａ）｝〕ｓｉｎ｛｜ａｒｃｔａｎ（ｙａ／ｘａ）｜±θ｝−ｙａ
なお、±は、回転の方向、座標の正負によって決まる。

ａ、ｂ、θは互いに独立しているので、ｘＡ、ｙＡが分かれば、理論上、２点以上の測定点により連立方程式を解くことで、ａ、ｂ、θを求めることができる。

下面の測定用パターンａの測定点ＡとＡ'とのずれ（ｘＡ、ｙＡ）は、上面パターンの座標軸に合わせた座標顕微鏡により、上面の測定用開口部ｂの測定点Ｂ（ｘｂ、ｙｂ）と、下面の測定用パターンａの測定点Ａ'（ｘａ'、ｙａ'）の相対位置を測定することで求めることができる。

ただし、測定値には測定誤差が含むまれるため、求められた解には真の値からのずれが生じる可能性があり、また三角関数を含む方程式を解くのは困難である。

図３は、本発明に係る両面マスクの作成方法の一例を説明する工程図である。パターンは、前記したように、ずれを測定する時点でパターンの座標を測定することができるものであればその材質の如何を問わない（たとえば、透明基板上の凹凸によってパターンを形成することもできる）が、ここでは一例として、金属薄膜層を使用した場合について説明する。

透明基板１は、ボロシリケートガラスまたは石英ガラスを使用する。前記の各々のガラスは熱膨張率に差があり、後者の石英ガラスの方が熱膨張率が大幅に小さいので高精度のフォトマスク用に使用されるが、材料が高価なため、フォトマスクの要求される寸法精度により選択することが好ましい。金属薄膜層２はクロム、酸化クロム、あるいはモリブデンシリサイド等よりなる層を単層または複数層積層させて形成する。前記金属薄膜層２は、真空蒸着法、スパッタリング法等の方法により成膜する。次に、回転塗布装置を用いて、前記両面マスク用ブランクの一面（表面）にレジスト樹脂３を塗布する（工程（ａ）参照）。

次に、前記両面マスク用ブランクの表面のレジスト層にメインパターン４と測定用パターン５を描画する。各々、パターンデータファイルの管理名（データファイル名）と、位置座標を記録した描画手順ファイル（以下、ＪＯＢファイルと称する）に従って、レジスト樹脂を露光させてパターンの図形を形成し、現像工程、エッチング工程およびレジスト層を剥離する工程を経て、メインパターン４と測定用パターン５を含むパターンを形成したフォトマスクができる（工程（ｂ）参照）。

次に、裏面に金属薄膜層６を成膜し、レジスト樹脂７を塗布する（工程（ｃ）参照）。

前記両面マスク用ブランクの裏面に、アライメントパターン（図示せず）と測定用開口部１８を描画する。パターンを露光させて図形を形成し、現像工程、エッチング工程およびレジスト層を剥離する工程を経て、アライメントパターンと測定用開口部８を形成したフォトマスクができる（工程（ｄ）、（ｅ）参照）。

測定用開口部８を上にして、マスクを座標顕微鏡にセットする。この時、表面は下面に
裏面は上面になる。

図４は、上面の測定用開口部８から視認した状態を示す。図４に示すように、上面の開口部から透明基板を通して、下面（表面）の測定用パターンの４点を視認することができる状態にする。なお、参考図は、以下説明時に参照する。

測定用開口部に測定点ＸＡ、ＸＢ、ＸＣ、ＸＤの４点と、測定用パターンにも測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４点をある特定の配置で設定すると、それぞれの座標の相関から、回転ずれθ、Ｘ方向ずれａ、Ｙ方向ずれｂを個別に算出することができるため、方程式を解かずにこれらを容易に求めることができる。また、複数の測定点の平均から求めるため、測定による誤差を低減できるため、より高い精度で求めることができる。

前記測定用パターンの４点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを結ぶ四角形（正方形、または長方形）の中心点がその座標軸の原点と一致するように、４点の測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを下面（表面）の四隅に設定する。このとき、ＡとＢ、ＣとＤは、それぞれＹ軸に対して対称であり、ＡとＣ、ＢとＤは、それぞれＸ軸に対して対称である。同様にして、測定用開口部の測定点ＸＡ、ＸＢ、ＸＣ、ＸＤを、上面（裏面）に設置する。

下面パターンが上面パターンに対して、θ回転し、Ｘ方向にａ、Ｙ方向にｂだけずれた場合、下面（表面）の測定用パターンのＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４点の測定点は、上面に対して、回転ずれθ、Ｘ方向ずれａ、Ｙ方向ずれｂにより、それぞれ、Ａ'、Ｂ'、Ｃ'、Ｄ'に移動する。

上面パターンの座標軸に合わせた座標顕微鏡を用いて、下面の測定用パターンの測定点のＡ'、Ｂ'、Ｃ'、Ｄ'の座標をそれぞれ測定する。座標は、上面の測定用開口部の測定点ＸＡ、ＸＢ、ＸＣ、ＸＤの４点との相対位置として算出することができる。それぞれ、Ａ'（ｘａ、ｙａ）、Ｂ'（ｘｂ、ｙｂ）、Ｃ'（ｘｃ、ｙｃ）、Ｄ'（ｘｄ、ｙｄ）とする。

それそれの座標から、Ａ'とＢ'の間のＸ方向の距離ｘａｂ、Ｙ方向の距離ｙａｂを求めると、回転ずれθは、
ａｒｃｔａｎ（ｙａｂ／ｘａｂ）
で求めることができる。同様に、Ｂ'Ｄ'間、Ｃ'Ｄ'間、Ｃ'Ａ'間からも回転ずれθを求めることができるので、これらの平均の値を回転ずれθとする。

下面パターンが上面パターンに対して、上方向にずれた場合を正とすると、Ｙ方向のずれは、
｛（ｙａ＋ｙｂ）／２＋（ｙｃ＋ｙｄ）／２｝／２
で求めることができる。

下面パターンが上面パターンに対して、右方向にずれた場合を正とすると、ｘ方向のずれは、
｛（ｘａ＋ｘｃ）／２＋（ｘｂ＋ｘｄ）／２｝／２
で求めることができる。

なお、座標顕微鏡に装置固有の測定誤差がある場合には、マスクを水平面内で１８０°回転させ、同様に実施して算出された値との平均値を測定値とすることにより誤差を相殺することができ、さらに測定精度を高めることができる。

再度、前記両面マスク用ブランクの裏面にレジスト樹脂９を塗布する（工程（ｆ）参照）。

前記測定した両面のパターンの重ね合わせのずれの分を補正して、アライメントパターンでアライメントをとる方法で、メインパターン２０と測定用補助パターン２１の描画を行なう。測定用補助パターン２１は、測定用開口部の測定点と同様の使い方をすることができるように、対角をなすそれぞれの測定用開口部の重心を結ぶ直線上に配置する。装置上でずれの分を補正する機能がない場合には、描画に関するＪＯＢファイル中のアライメントパターン読み込み位置座標を変更すればよい。すなわち、前記ずれ分をＪＯＢファイルに登録したアライメントパターンの位置座標のずれ分に変換して、当該ずれ分をずらした位置座標にマスクを合わせることにより補正する方法である（工程（ｇ）参照）。

裏面のパターンの現像を行なう（工程（ｈ）参照）。

表面と裏面パターンの重ねあわせずれを、測定用補助パターン２１と下面の測定用パターン５を用いて、上面から、透明基板を通して、下面の測定用パターン５の位置の座標を測定し、その測定用パターン５の、測定用補助パターン２１に対して設計上の本来あるべき位置の座標と、測定用パターン５の実際に測定された位置の座標との差分から、ずれの回転成分と直交座標成分を算出することで特徴とする両面マスクの表裏パターンずれを測定する。

前記測定の結果、表面パターンと裏面パターンの重ねのずれに問題がないことを確認した後、エッチング、レジスト層の剥離を行ない、本発明の両面マスクが完成する（工程（ｉ）参照）。

ただし、表面パターンと裏面パターンの重ねのずれが発生した場合には、ずれの発生の原因を究明して対策を施し、前記レジスト層を剥離した後、工程（ｆ）にもどって、再度、工程（ｆ）以降の処理を実施する。以上、本発明の両面マスクの作成方法により、目的とする表裏の両面パターンの重ね合わせ精度の高い両面マスクが完成する。

本発明の両面マスクの表裏パターンのずれの測定方法における測定パターンの構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図ある。 本発明の両面マスクにおける表裏のパターンのずれと、回転ずれ、ＸＹ方向のずれとの関係を示す概要図である。 本発明の両面マスクの作成方法の工程を示す図である。 本発明の両面マスクにおける両面のパターンのずれを求める方法の一例を示す概要図である。

符号の説明

１…透明基板
２…表面（下面）の金属薄膜層
３…表面（下面）のレジスト樹脂
４…表面（下面）のメインパターン
５…表面（下面）の測定用パターン
６…裏面（上面）の金属薄膜層
７…裏面（上面）のレジスト樹脂
８、１８…裏面（上面）のアライメントパターンと測定用開口部
９…裏面（上面）のレジスト樹脂
１０、２０…裏面（上面）のメインパターン
１１、２１…裏面（上面）の測定用補助パターン
１３…上面の測定点（Ｂ）
１２…下面の測定点（Ａ）

Claims (2)

1. 透明基板の表裏両面にパターンが形成された両面マスクの一方の面のパターンと他方の面のパターンのずれを測定する方法において、
   前記透明基板の表面の第１の金属薄膜層に、測定用パターンとメインパターンを形成し、次に、前記透明基板の裏面に第２の金属薄膜層のパターンを形成する時に、
   先に、裏面の第２の金属薄膜層に、該裏面から透明基板を通して前記測定用パターンを視認することができる測定用開口部を形成し、
   該測定用開口部の測定点に対する前記測定用パターンの位置のずれを測定し、
   前記両面マスクを水平面内で１８０度回転させて再度前記測定用開口部の測定点に対する前記測定用パターンの位置のずれを測定することにより測定装置による誤差を相殺させ、前記第２の金属薄膜層上にレジスト樹脂を塗布し、
   前記レジスト樹脂に前記第２の金属薄膜層のメインパターンと測定用補助パターンを、前記測定した位置のずれ量を用いて前記第２の金属薄膜層のパターンの位置を補正して描画し、前記レジスト樹脂を現像し、
   前記測定用パターンに対する前記測定用補助パターンの位置ずれを測定し、
   前記測定用開口部の測定点に対する前記測定用パターンの位置のずれの測定が、前記測定用開口部の測定点と前記測定用パターンの測定点の相対位置を測定し、前記測定用開口部の測定点との相対位置として前記測定用パターンの測定点の座標を算出することを特徴とする両面マスクの表裏パターンずれの測定方法。
2. 透明基板の表裏両面にパターンが形成された両面マスクの作成方法において、
   前記透明基板の表面の第１の金属薄膜層に、測定用パターンとメインパターンを形成する工程と、
   次に、前記透明基板の裏面に第２の金属薄膜層のパターンを形成する時に、
   先に、裏面の第２の金属薄膜層に、該裏面から透明基板を通して前記測定用パターンを視認することができる測定用開口部を形成する工程と、
   該測定用開口部の測定点に対する前記測定用パターンの位置のずれを測定し、
   前記両面マスクを水平面内で１８０度回転させて再度前記測定用開口部の測定点に対する前記測定用パターンの位置のずれを測定することにより測定装置による誤差を相殺させる工程と、
   前記第２の金属薄膜層上にレジスト樹脂を塗布する工程と、
   前記レジスト樹脂に前記第２の金属薄膜層のメインパターンと測定用補助パターンを、前記測定した位置のずれ量を用いて前記第２の金属薄膜層のパターンの位置を補正して描画
   し、前記レジスト樹脂を現像する工程と、
   前記測定用パターンに対する前記測定用補助パターンの位置ずれを測定する工程と、
   次にエッチングにより前記第２の金属薄膜層のパターンを形成する工程を有し、
   前記測定用開口部の測定点に対する前記測定用パターンの位置のずれを測定する工程が、前記測定用開口部の測定点と前記測定用パターンの測定点の相対位置を測定し、前記測定用開口部の測定点との相対位置として前記測定用パターンの測定点の座標を算出する工程を含むことを特徴とする両面マスクの作成方法。

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