(57)【要約】【課題】別途パターンの深さを測定する装置で段差の仕上がりを、予め測定する必要がなく、生産性や汎用性などの点に優れ、位相シフトマスク以外のあらゆるフォトマスクに応用ができ、予め定めた規定の深さに正確にエッチングすることができるドライエッチング方法およびドライエッチング装置を提供する。【解決手段】ドライエッチング法により、フォトマスク４を形成するためのエッチング方法であって、フォトマスクパターンとは別に、回折格子パターン１４を設け、エッチング部の前記回折格子パターン１４にレーザー光１５を照射し、前記フォトマスク４の回折格子パターン１４からの反射回折光の光強度を検出し、前記反射回折光の光強度からエッチング深さを演算することにより、エッチング深さをモニタリングし、設定したエッチング深さに達した時にエッチング操作を修了する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライエッチング法により、フォトマスクを形成するためのエッチング方法であって、フォトマスクパターンとは別に、回折格子パターンを設け、
エッチング部の前記回折格子パターンにレーザー光を照射し、
前記フォトマスクの回折格子パターンからの反射回折光の光強度を検出し、前記反射回折光の光強度からエッチング深さを演算することにより、エッチング深さをモニタリングし、
設定したエッチング深さに達した時にエッチング操作を終了することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
前記レーザー光が、偏光子を通過させたレーザー光であることを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
前記光強度を、回折角度毎にモニタリングし、角度毎の光強度からエッチング深さを演算することを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
フォトマスクを、ドライエッチングにより形成するエッチング装置であって、
エッチング部に、レーザー照射を行うためのレーザー発振器と、
照射角度を制御する制御器と、
前記フォトマスクからの反射回折光の光強度を検出する検出器と、
前記反射回折光の光強度からエッチング深さを演算する演算器と、
前記演算結果が、予め設定されたエッチング深さに到達した際にエッチングを停止する機能とを具備したことを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項５】
前記レーザー発振器に偏光子を設けると共に、前記検出器を、偏光面の状態を検知できる検出器とし、前記反射回折光の、偏光角度毎の光強度からエッチング深さを演算する演算器を具備したことを特徴とする請求項４に記載のドライエッチング装置。
【請求項６】
前記反射回折光の光強度を検出する検出器が、マスク表面からの多数の反射回折光のうち、複数の角度の反射回折光を受光する検出器であり、前記エッチング深さを演算する演算器が、複数の角度の反射回折光に基づいて演算する演算器であることを特徴とする請求項４に記載のドライエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトマスクのドライエッチング方法およびドライエッチング装置に関するものであり、特に低開口率の被エッチングフォトマスクの、ドライエッチング中のマスクパターン深さを測定し、予め定めた規定の深さに正確にドライエッチングする方法と、正確にドライエッチングする機能を具備するエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトマスクにおけるパターンの段差は、シリコンウェハへの転写に影響を与える要素の一つとして知られている。とりわけ、位相シフトマスクは透過領域を通過する光の位相を反転させ、隣接する透過領域の光を打ち消すことによって、転写光にコントラストをつけるマスクであり、遮光領域と透過領域の段差が位相差に影響するため、マスクパターンの段差の制御が重要になる。
【０００３】
マスクパターンの段差は、フォトマスク製造工程の中でもドライエッチング工程で制御され、ドライエッチングによってレジストで覆われていない遮光領域を掘削して、透過領域を形成する際に、ドライエッチングのエッチング時間を調節することで目的の深さを有するマスクパターンを形成させている。
【０００４】
ドライエッチング装置におけるドライエッチングの時間の制御は、時間を固定して行う方法があるが、任意の波長の光ビームをエッチング中に照射し、その透過光もしくは反射光の強度変化を検出して、終点を決定する方法が主流となっている。
【０００５】
前者の場合、遮光領域の掘削速度すなわちエッチングレートが変化してしまうと、仕上がるパターンの深さが変わってしまう。また、エッチングレートはエッチング装置内の環境に依存し、日常的にバラつきをもって変化する値であるため、前者の方法ではパターンの深さの制御には不向きである。
【０００６】
一方、後者の場合、エッチングレートが変化しようとも終点を判別できるため、パターンの深さ制御には有利である。しかしながら開口率が極端に小さいマスクの場合、エッチングが終点に到達しようとも、照射している透過光、もしくは反射光の強度変化が小さく、検出器では認識できないという欠点を有する。また、両者とも、根本的な欠点として、事前に同じエッチング条件でテストマスクを作製し、別途パターンの深さを測定する装置で段差の仕上がりを予め測定しなければならない手間を有する。
【０００７】
エッチング装置におけるパターン深さを制御の手段として、エッチング中のシリコンウェハに、レーザー光を照射し、回折光の強度からエッチング中の深さを測定する提案がなされている。しかしながら、エッチング深さの測定はできるが、予め定めた規定の深さに正確にエッチングする機能は具備していない（特許文献１）。
【０００８】
位相シフトマスクのエッチングにおいて、干渉性を有する２本のビームを透過させることで位相差からエッチング中の深さ測定を可能にし、かつ予め定めた規定の深さに正確にエッチングすることを可能にする提案がなされているが、位相シフトマスクのみを対象としており、生産性や汎用性の点で問題である（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−１２９６１９号公報
【特許文献２】特開２０００−２４１１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の目的は、別途パターンの深さを測定する装置で段差の仕上がりを予め測定する必要がなく、生産性や汎用性などの点に優れ、位相シフトマスク以外のあらゆるフォトマスクに応用ができ、予め定めた規定の深さに正確にエッチングすることができるドライエッチング方法およびドライエッチング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、ドライエッチング法により、フォトマスクを形成するためのエッチング方法であって、
フォトマスクパターンとは別に、回折格子パターンを設け、
エッチング部の前記回折格子パターンにレーザー光を照射し、
前記フォトマスクの回折格子パターンからの反射回折光の光強度を検出し、前記反射回折光の光強度からエッチング深さを演算することにより、エッチング深さをモニタリングし、
設定したエッチング深さに達した時にエッチング操作を終了することを特徴とするドライエッチング方法である。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、前記レーザー光が、偏光子を通過させたレーザー光であることを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング方法である。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、前記光強度を、回折角度毎にモニタリングし、角度毎の光強度からエッチング深さを演算することを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング方法である。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、フォトマスクを、ドライエッチングにより形成するエッチング装置であって、
エッチング部に、レーザー照射を行うためのレーザー発振器と、
照射角度を制御する制御器と、
前記フォトマスクからの反射回折光の光強度を検出する検出器と、
前記反射回折光の光強度からエッチング深さを演算する演算器と、
前記演算結果が、予め設定されたエッチング深さに到達した際にエッチングを停止する機能とを具備したことを特徴とするドライエッチング装置である。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、前記レーザー発振器に偏光子を設けると共に、前記検出器を、偏光面の状態を検知できる検出器とし、前記反射回折光の、偏光角度毎の光強度からエッチング深さを演算する演算器を具備したことを特徴とする請求項４に記載のドライエッチング装置である。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、前記反射回折光の光強度を検出する検出器が、マスク表面からの多数の反射回折光のうち、複数の角度の反射回折光を受光する検出器であり、前記エッチング深さを演算する演算器が、複数の角度の反射回折光に基づいて演算する演算器であることを特徴とする請求項４に記載のドライエッチング装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、ドライエッチング工程を有するあらゆるフォトマスク対応でき、しかも別途パターンの深さを測定する装置で段差の仕上がりを、予め測定する必要がなく、予め定めた規定の深さに正確にエッチングすることができるドライエッチング方法およびドラ
イエッチング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るドライエッチング方法およびエッチング装置の構造を説明する模式概念図である。
【図２】本発明に係るエッチング装置の光検出器で測定される時間と光強度の関係の一例を示す概念図である。
【図３】本発明に係るエッチング装置を用いてエッチングした実施例１における時間と深さ変化の関係を示した実測図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明のドライエッチング方法を実施できるエッチング装置であり、フォトマスク４がエッチング処理されるチャンバー１内に、エッチング深さを測定するための光学系が、チャンバー１外に、深さ測定の演算機構６とエッチング処理の制御機構１２からなる制御装置１３が設けられている。
【００２０】
深さ測定に係る光学系については、レーザー発振器２が光源となりレーザー光１５が出力され、その光路上に反射ミラー３が設置されている。反射ミラー３はフォトマスク４上部に設置されているものであり、エッチング対象のフォトマスク４の回折格子パターン１４に垂直に照射するためのものである。
【００２１】
また、反射ミラー３自体も移動可能で、フォトマスク４の任意の場所に垂直に照射することが可能である。光検出器５はマスク表面の回折格子パターン１４からの多数の反射回折光のうち、任意の角度の反射回折光を受光する。
【００２２】
図２は光検出器５で得られる時間と光強度の関係の一例であり、（１）式に基づき図２に示すような正弦波が得られる。
Ｉ＝Ｃ１＋Ｃ２ｃｏｓ（４πｎ１Ｔ／λ）−γｃｏｓ｛４π（Ｄ＋Ｔ）／λ｝・・（１）式ここで、Ｉは反射回折光の強度、Ｃ１、Ｃ２は定数、ｎ１はフォトマスク４の屈折率Ｔは、フォトマスク４の厚さ、λはレーザー光の波長、γは減衰係数、Ｄはエッチング深さである。
【００２３】
その電気信号が深さ測定の演算機構６に送信され、演算機構６にて深さの値として変換される。
【００２４】
ドライエッチング処理に係る機構については、チャンバー１において所定の真空度まで排気され、ガス供給口７から反応性ガスを供給する。またチャンバー１内は排気口８によって反応性ガスが排気されるようになっており、これによってチャンバー１内は最適な圧力に制御される。
【００２５】
チャンバー１の上部にはアノード（陽極）９、下部にはカソード（陰極）１０が設けられていて、カソード（陰極）１０の上にはフォトマスク４が固定されるようになっている。カソード（陰極）１０には高周波（ＲＦ）電源１１が接続され、ドライエッチング時は電圧を印加することでガス中に高周波電力が供給される。
【００２６】
電圧の印加、ガスの供給の制御は、制御機構１２で制御される。深さ測定に係る光学系は直接エッチング処理に寄与しないため、ドライエッチング処理機構自体は一般的なものと変わらない。
【００２７】
エッチング処理の制御機構１２は深さ測定の演算機構６と接続し、一つの大きな制御機構１３となっている。従って、エッチングが開始されると同時に深さ測定も開始され、エッチング中はエッチング開始からの深さ変化を読み取り、エッチング時間と深さ変化の関係がモニターされるような機構となっている。そして、エッチングが終了すると共に、深さ測定も終了し、エッチング時間と深さ変化の関係がログとして保存される。
【００２８】
加えて、エッチング処理の制御機構１２には対象のフォトマスクに対する目標の深さを入力するシステムが存在し、エッチング開始前に予め目標の深さを入力することで、深さ測定によってモニターされている深さ変化が目標値に達した時に、自動でエッチングが終了する機構となっている。
【００２９】
本発明によって、別途深さ測定によるテスト評価をする必要なく、エッチング処理されたフォトマスク４のパターンの深さを確認することができ、かつ、正確なエッチングによって再現よく規定の深さのパターンを有するフォトマスク４の作製が可能である。
【００３０】
半導体多層膜のエッチングプロセスにおいては、「偏光解析法」を用いた終点検出が実用化されている。半導体材料に用いられている偏光解析法には大きく分けて測光法と消光法との二種類がある。
【００３１】
測光法は、光検出器または偏光子を回転させ、エッチング過程において光量変化を解析することにより、試料表面で反射した光の偏光状態を受光側で測定する。この方法における測定の基本条件としてエッチング過程で光学定数が変動しないことが要求される。
【００３２】
一方の消光法は、受光器に入る光量変化を測定パラメータとする。この方法は、例えば表面の薄膜が透明な場合には、エッチング終点時に受光器に入る光が消光状態になるように予め偏光子と光検出器との方位角を設定しておき、光量変化を追跡する。
【００３３】
表面の薄膜が不透明な場合には、エッチングのはじめに受光器に入る光が消光状態になるように予め偏光子と光検光器との方位角を設定しておいて、光量変化を追跡する。
【００３４】
本発明によるドライエッチングプロセスの終点検出においても、上記の測光法および消光法いずれの方法を応用することが可能であり、遮光膜の界面において、明瞭な光量変化が観測されるため、エッチングの終点を確実に検出することができる。
【００３５】
終点の判断時点としては、受光量の変化率がピークをとった時点、受光量が減少した後、一定値となった時点、受光量の変化率が谷をとった時点，など、適宜に設定される。
【実施例１】
【００３６】
フォトマスク４のテスト品に対し、本発明の請求項４に係るエッチング装置によるエッチング処理を実施した。具体的には、まず、線幅が１：１のラインとスペースからなるパターンが描かれた、８つのダイからなるフォトマスク４のテスト品を描画し、ＰＥＢ、現像まで処理したものを作製した。
【００３７】
次いで、テスト品を前記のエッチング装置にロードし、テスト品の回折パターンのエッチング形状より求めた検量線に基づき、深さの目標値を設定した。今回のテスト品は遮光部の深さが１０００Åと購入元からの情報が与えられており、ガラス部の掘り込みの目標値が１００Åなので、深さの目標値を１１００Åと入力した。
【００３８】
エッチングの開始とともに、本発明の、エッチング中に、フォトマスクの回折格子パターン１４の深さをモニターし、エッチング終了後にデータとして保存される機能によって、測定された深さの時間変化がモニターされた。図３はその時の測定記録を出力した結果で、横軸が時間、縦軸がエッチング開始を０とした時の深さ変化である。遮光部がエッチングし終わり、ガラス部分がエッチングされたことがエッチングレートの変化によって確認できる。また、エッチング時間が７８．３秒で終了したことも確認できる。
【００３９】
本発明の、予め目標のエッチング深さを入力することによって、規定の深さまでエッチングする機能によって、１１００Åに達したところでエッチングが自動で終了し、フォトマスクがアンロードされた。
【００４０】
レジスト除去後に原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で深さ測定を実施したところ、平均値１０９８．８Åで仕上がっており、実際にほぼ目標どおりにエッチングされ、本発明の効果が発揮されていることが確認できた。
【００４１】
また、別の製造日のブランクで同様のエッチングを実施したところ、エッチング時間が７９．１秒で、ＡＦＭによる深さ測定において平均値１０９９．４Åと算出され、再現よく仕上がっており、本発明の効果が発揮されていることが確認できた。
【００４２】
＜比較例１＞
前記の実施例１に対し、同様のテスト品において描画、ＰＥＢ(Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ)、現像まで処理し、一般的なエッチング装置にて時間固定でエッチング処理した。実施例１に基づき、エッチング時間７９秒に設定してエッチングを実施した。レジスト除去後にＡＦＭによる深さ測定を実施した結果、実施例１平均値１１２０．０Åと算出され、２０Åもの誤差が生じた。
【００４３】
また、上記の結果に基づき、同じ製造日の同じ種類のブランクでエッチング時間を７７．５秒でエッチング処理をした。レジスト除去後に深さ測定を実施した結果、１０８２．５Åと算出され、−１７．５Åの誤差が生じた。以上より、比較例１は本発明の効果を実証する結果となった。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・（エッチング装置の）チャンバー
２・・・レーザー発振器
３・・・反射ミラー
４・・・フォトマスク
５・・・光検出器
６・・・深さ測定の演算機構
７・・・ガス供給口
８・・・ガス排気口
９・・・アノード（陽極）
１０・・・カソード（陰極）
１１・・・高周波（ＲＦ）電源
１２・・・エッチング処理の制御機構
１３・・・制御装置
１４・・・回折格子パターン
１５・・・レーザー光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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