JP2003043665A - フォトマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フォトマスクの検査に要する時間を短縮し、レ
ジスト形状を高精度に予測することが可能となるフォト
マスクの製造方法を提供する。 【解決手段】光透過性の基材上の一部に遮光膜を形成
し、フォトマスクを作製する工程（ａ）〜（ｃ）と、フ
ォトマスクに光を照射して、フォトマスクの透過光を結
像させ、露光面での光強度分布を測定する工程と、光強
度分布に光強度のしきい値を設け、露光の転写パターン
を予測する工程と、透過光の焦点と露光面との距離であ
るデフォーカス量が変化するように、フォトマスクに再
び光を照射し、互いに異なる複数の転写パターンを予測
する工程と、光強度のしきい値およびデフォーカス量
を、それぞれ所定範囲内で変化させたときの転写パター
ンの変動量が、所定の値以下となったフォトマスクを、
使用可能と判断する工程（ｄ）とを有するフォトマスク
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置等の製
造におけるリソグラフィー工程に用いられるフォトマス
クの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス等の製造過程で行われる
リソグラフィープロセスにおいて、パターンが微細化す
るにつれ、フォトマスクのパターン作製精度が重要視さ
れるようになっている。近年、光の波長から決定される
解像限界を超えた高解像度が要求されているため、ハー
フトーン位相シフトマスク、レベンソン位相シフトマス
ク等の位相シフトマスクが用いられている。

【０００３】このような位相シフトマスクを用いる場
合、光の位相と透過率を制御することにより、解像度お
よび転写のマージン（裕度）が向上する。したがって、
位相シフトマスクに設けられる光透過部分（位相シフ
タ）の透過率および透過光の位相差についても検討が必
要である。

【０００４】図７は、従来のフォトマスクの製造方法の
概略を示すフローチャートである。図７に示すように、
従来のフォトマスクの製造方法によれば、（ａ）電子線
（ＥＢ；electron beam)描画工程、（ｂ）遮光膜（半透
明膜）エッチング工程、（ｃ）洗浄工程、（ｄ）遮光膜
（半透明膜）線幅測定、（ｅ）位相差測定、（ｆ）透過
率測定、（ｇ）欠陥検査工程、（ｈ）欠陥修正工程、お
よび（ｉ）洗浄工程を経て、（ｊ）出荷に至る。

【０００５】上記のフォトマスクの製造方法は、バイナ
リマスクまたはハーフトーン位相シフトマスクの製造方
法に対応する。ハーフトーン位相シフトマスクを製造す
る場合、遮光膜として半透明膜が用いられる。また、レ
ベンソン位相シフトマスクを製造する場合は、（ｂ）遮
光膜（半透明膜）エッチング工程の後、遮光膜（または
半透明膜）が形成されていない部分の一部に、位相シフ
タを設ける工程が追加される。

【０００６】（ａ）ＥＢ描画工程においては、まず、石
英基板上の全面に遮光膜を有するブランクスに、レジス
トを塗布する。レジストに所定のパターンでＥＢ描画を
行い、レジストを現像する。 （ｂ）遮光膜エッチング工程においては、（ａ）ＥＢ工
程でパターニングされたレジストをマスクとして、遮光
膜にエッチングを行う。その後、例えば有機溶剤を用い
て、あるいはアッシングを行ってレジストを剥離する。 （ｃ）洗浄工程においては、例えば酸を用いてフォトマ
スクを洗浄する。

【０００７】（ｄ）遮光膜（半透明膜）エッチング工程
においては、マスクパターンのエッジの検出や、検出さ
れたエッジ間の距離の測定が行われる。マスクパターン
のエッジの検出方法としては、光を用いる方法と電子線
を用いる方法がある。光を用いる方法としては、反射光
学像を画像処理する方法や、エッジからの散乱光を検出
する方法等が挙げられる。

【０００８】反射光学像を画像処理する場合は、光学顕
微鏡またはレーザ顕微鏡等の反射光学像を、例えばＣＣ
Ｄ（charge coupled device)を用いて画像データに変換
する。エッジからの散乱光を検出する場合、レーザビー
ムでパターンエッジ近傍を走査して、散乱光の光強度変
化からエッジを検出する。そのときの走査距離からエッ
ジ間隔が求められる。一方、電子線を用いたマスクパタ
ーンのエッジの検出は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を
用いて行われることが多い。

【０００９】（ｅ）位相差測定においては、水銀キセノ
ンランプのｉ線を光源として用い、格子スリットを用い
てコントラストの高い干渉縞を発生させる。位相差の検
出は、マッハツェンダ型シェアリング干渉計を用いて行
う。フォトマスク上の位相シフタ透過像は、マッハツェ
ンダ干渉計を経てピンホールミラーおよびＣＣＤカメラ
上に干渉像として結像する。この干渉像はシェアリング
機能により互いにシフトした２重像となる。ピンホール
透過光量を測定して、干渉縞の位相差が求められる。

【００１０】（ｆ）透過率測定や、（ｇ）欠陥検査工程
においては、フォトマスクの透過光を、例えばＣＣＤイ
メージセンサを用いて検出する。（ｇ）欠陥検査工程に
より、遮光されるべき所に遮光膜がない欠陥（白欠陥と
呼ばれる欠陥）と、遮光してはいけない所に遮光膜があ
る欠陥（黒欠陥と呼ばれる欠陥）が検出される。欠陥が
多い場合には、フォトマスクは不良と判定されるが、欠
陥の個数が少ない場合には、（ｈ）欠陥修正が行われ
る。白欠陥部に遮光物質を堆積させたり、黒欠陥部をＦ
ＩＢ（focus ion beam）で削ったりすることにより、欠
陥が修正される。その後、フォトマスクは再び洗浄され
（ｉ）、出荷される（ｊ）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】現在、位相シフトマス
クの検査項目としては、パターンの形状、位置精度およ
び欠陥の有無等、通常のバイナリマスクにおいても行わ
れる検査項目以外に、位相差や透過率も加えられてい
る。したがって、位相シフトマスクの検査に要する時間
が長いという問題がある。

【００１２】また、位相差および透過率を含む上記の検
査項目について、スペック内となったフォトマスクを用
いたとしても、転写パターンが光源の波長より微細化さ
れると、転写パターンとフォトマスク上のパターンが一
致しなくなるという問題（光学近接効果）が起こる。こ
れは、パターンが微細化されると、フォトマスク上の寸
法変化と転写パターンの寸法変化との関係が非線形とな
ることに起因する。

【００１３】このような光学近接効果が起こるために、
スペック内のフォトマスクを使用した場合にも、露光に
より形成されるレジスト形状を定量的に把握することが
できない。したがって、製造工程にリソグラフィープロ
セスを含む半導体装置等の製品の歩留りを低下させる要
因となっている。

【００１４】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、したがって本発明は、フォトマスクの検査に
要する時間を短縮し、例えばレジスト形状等の転写パタ
ーンを高精度に予測することが可能となるフォトマスク
の製造方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のフォトマスクの製造方法は、光透過性の基
材上の一部に遮光膜を形成し、フォトマスクを作製する
工程と、前記フォトマスクに光を照射して、前記フォト
マスクの透過光を結像させ、露光面での光強度分布を測
定する工程と、前記光強度分布に光強度のしきい値を設
け、露光の転写パターンを予測する工程と、前記透過光
の焦点と前記露光面との距離であるデフォーカス量が変
化するように、前記フォトマスクに再び光を照射し、互
いに異なる複数の転写パターンを予測する工程と、前記
光強度のしきい値および前記デフォーカス量を、それぞ
れ所定範囲内で変化させたときの前記転写パターンの変
動量が、所定の値以下となった前記フォトマスクを、使
用可能と判断する工程とを有することを特徴とする。

【００１６】好適には、前記遮光膜を形成する工程は、
所定の透過率で光を一部透過させる半透明膜を形成する
工程であって、前記半透明膜は、前記基材のみを透過す
る光の位相と、前記基材および前記半透明膜を透過する
光の位相とが反転するような厚さを有する。

【００１７】好適には、本発明のフォトマスクの製造方
法は、前記光強度分布を測定する前に、前記基材のうち
前記遮光膜が形成されていない部分である光透過部の一
部に、位相シフタを形成する工程をさらに有し、前記位
相シフタ部分は、前記位相シフタ部分を透過する光の位
相と、前記位相シフタ以外の前記光透過部を透過する光
の位相とが反転するような厚さを有する。

【００１８】好適には、前記位相シフタを形成する工程
は、前記基材にエッチングを行い、前記基材の厚さを一
部薄くする工程を含む。あるいは、好適には、前記位相
シフタを形成する工程は、前記光透過部の前記基材上の
一部に、光透過性材料からなる層を形成する工程を含
む。

【００１９】これにより、マスク形状、透過率および位
相差についての検査を行わなくても、フォトマスクが量
産用マスクとして出荷および使用可能かどうか正確に判
断できる。したがって、フォトマスクの欠陥検査に要す
る時間が短縮され、フォトマスク製造のターンアラウン
ドタイム（ＴＡＴ）が向上する。

【００２０】さらに、上記の本発明のフォトマスクの製
造方法によれば、従来、透過率や位相差の測定のみでは
十分に予測できなかった光学近接効果をより正確に予測
することが可能となる。したがって、より高精度に光学
近接効果補正を行い、転写パターンを高精度に制御する
ことも可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明のフォトマスクの
製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明す
る。図１は、本実施形態のフォトマスクの製造方法の概
略を示すフローチャートである。本実施形態のフォトマ
スクの製造方法は、光強度シミュレーションによるレジ
スト形状の予測工程を含む。

【００２２】図１に示すように、本実施形態のフォトマ
スクの製造方法によれば、（ａ）ＥＢ描画工程、（ｂ）
遮光膜（半透明膜）エッチング工程、（ｃ）洗浄工程、
（ｄ）ＡＩＭＳ（Aerial Image Measurement Software)
測定工程、（ｅ）欠陥検査工程、（ｆ）欠陥修正工程、
および（ｇ）洗浄工程を経て、（ｈ）出荷に至る。上記
のフォトマスクの製造方法は、バイナリマスクまたはハ
ーフトーン位相シフトマスクの製造方法に対応する。ハ
ーフトーン位相シフトマスクを製造する場合、遮光膜と
して半透明膜が用いられる。

【００２３】また、レベンソン位相シフトマスクを製造
する場合は、（ｂ）遮光膜（半透明膜）エッチング工程
の後、遮光膜（または半透明膜）が形成されていない部
分の一部に、位相シフタを設ける工程が追加される。位
相シフタを設ける場合は、レジストをマスクとして、マ
スク基板の石英にエッチングを行い、マスク基板の一部
を掘り込む。あるいは、パターニングされた遮光膜上
に、例えばＳＯＧ（spin-on-glass)により位相シフタ層
を形成する。

【００２４】（ａ）ＥＢ描画工程、（ｂ）遮光膜エッチ
ング工程、（ｃ）洗浄工程、（ｅ）欠陥検査工程、
（ｆ）欠陥修正工程、および（ｇ）洗浄工程は、図７に
示す従来のフォトマスクの製造方法と同様に行うことが
できる。すなわち、（ａ）ＥＢ描画工程においては、ま
ず、石英基板上の全面に遮光膜を有するブランクスに、
レジストを塗布する。レジストに所定のパターンでＥＢ
描画を行い、レジストを現像する。

【００２５】（ｂ）遮光膜エッチング工程においては、
（ａ）ＥＢ工程でパターニングされたレジストをマスク
として、遮光膜にエッチングを行う。その後、例えば有
機溶剤を用いて、あるいはアッシングを行ってレジスト
を剥離する。（ｃ）および（ｇ）洗浄工程においては、
例えば酸を用いてフォトマスクを洗浄する。（ｅ）欠陥
検査工程においては、フォトマスクの透過光を、例えば
ＣＣＤイメージセンサを用いて検出する。（ｆ）欠陥修
正工程においては、白欠陥部に遮光物質を堆積させた
り、黒欠陥部をＦＩＢで削ったりする。

【００２６】本実施形態のフォトマスクの製造方法は、
従来、位相シフトマスクの製造過程で行われていた遮光
膜（半透明膜）線幅測定工程、位相差測定工程および透
過率測定工程を含まない。したがって、位相差や透過率
等の測定時間が不要となり、フォトマスク検査のＴＡＴ
が短縮される。

【００２７】ＡＩＭＳ測定においては、フォトマスクに
光を照射し、透過光を結像させ、顕微鏡を用いて実際の
ウェハ上の光強度分布を測定する。これにより、レジス
トの出来上がり形状を予測できる。このとき、露光量の
ずれやデフォーカス量をパラメータとすることや、それ
に伴うレジスト線幅の変動量を測定することも可能であ
る。

【００２８】詳細は後述するが、レジスト線幅の変動量
が許容範囲内となるような露光量のずれから、露光裕度
（ＥＬ；exposure latitude)が求められる。また、レジ
スト線幅の変動量が許容範囲内となるようなデフォーカ
ス量と、要求される露光裕度とから、焦点深度（ＤＯ
Ｆ；depth of focus）が求められる。要求されるＤＯＦ
が得られたフォトマスクは、量産用マスクとして使用可
能であると判断できる。ＤＯＦが不足したフォトマスク
は、量産用マスクとして使用不可であると判断できる。

【００２９】図２は、図１の（ｄ）ＡＩＭＳ測定工程に
用いられるリソグラフィーシミュレーション顕微鏡（カ
ールツァイス製／ＭＳＭ１００）の光学系を示す概略図
である。リソグラフィーシミュレーション顕微鏡は、マ
スクパターンを転写したときの投影像を、実際のフォト
マスクを用いてシミュレーションできる装置である。図
２に示すように、リソグラフィーシミュレーション顕微
鏡１は、光源として水銀ランプ２とハロゲンランプ３を
有し、波長２４８ｎｍおよび３６５ｎｍでの測定が可能
である。

【００３０】水銀ランプ２からの光はコールドミラー
４、フィルター５およびハーフミラー６を経て、シグマ
アパーチャー７に導かれる。シグマアパーチャー７を調
整することにより、コヒーレンスファクターσが設定さ
れる。コヒーレンスファクターσの値は０．１〜１．０
の間で可変となっている。シグマアパーチャー７を通過
した光は、ミラー８で反射され、フォトマスク９に照射
される。

【００３１】フォトマスク９の光入射側には、コンデン
サレンズ１０が配置される。フォトマスク９の透過光は
対物レンズ１１に入射する。対物レンズ１１を通過した
光は、フォーカスレンズ１２により結像され、開口数
（ＮＡ）設定アパーチャー１３を経て、ＣＣＤカメラ１
４で検出される。

【００３２】以下に、本発明のフォトマスクの製造方法
における（ｄ）ＡＩＭＳ測定工程を、０．１８μｍ世代
のＤＲＡＭゲート用ハーフトーン位相シフトマスクの評
価に適用した例を説明する。同一の材料からなり、同一
のパターンが形成された２枚のフォトマスクを用意し、
これらをフォトマスクＡ、Ｂとした。それぞれのフォト
マスクについてＡＩＭＳ測定を行った。

【００３３】図３は、フォトマスクＡ、Ｂを用いた露光
の概略図である。フォトマスク２１はフォトマスクＡま
たはフォトマスクＢのいずれかを示し、石英基板２２と
遮光膜（半透明膜）２３を有する。遮光膜２３は透過率
６％のフッ化クロム（ＣｒＦ）膜であり、フッ化クロム
膜の厚さに応じて位相差が設けられる。図３に示すよう
に、フォトマスク２１の透過光はウェハ等に照射され、
遮光膜２３部分と遮光膜２３が形成されていない部分の
境界部では、透過光が互いに打ち消される。したがっ
て、境界部では光強度が弱くなる。

【００３４】図４は、フォトマスクＡ、Ｂに形成される
評価パターンを示す図である。図４に示すように、評価
パターンは線幅０．１８μｍのパターンが０．２４μｍ
の間隔で形成されたライン・アンド・スペースパターン
である。

【００３５】リソグラフィプロセスに必要とされる裕度
は、作製されるデバイスに応じて適宜変更されるが、本
実施形態においては、線幅スペック０．１８μｍ±８％
のとき、露光裕度を１５．０％、ＤＯＦを０．６μｍと
した。使用光学条件は波長を２４８ｎｍ、ＮＡを０．６
０、コヒーレンスファクターσを０．７５、輪帯比を
０．５とした。

【００３６】図５は、フォトマスクＡのＡＩＭＳ測定結
果を示す。図５の横軸は光強度のしきい値（Intensity
Threshold)を示し、横軸の値が小さいほど、露光量が大
きくなることに相当する。したがって、ポジ型レジスト
を使用することを想定した場合、横軸の値が小さいほ
ど、レジストの線幅が細くなると予想できる。一方、図
５の縦軸はデフォーカス量を示し、０μｍは露光面に結
像した状態に対応する。露光面より光源側に結像する場
合をプラス側、露光面より深い位置に結像する場合をマ
イナス側に示す。

【００３７】図５の曲線ａ、ｂ、ｃはそれぞれ、ＡＩＭ
Ｓ測定において同一の線幅が得られた点を結んだもので
ある。曲線ｂで結ばれた点は、所望の線幅０．１８μｍ
が得られた点を示す。曲線ａで結ばれた点は、線幅が
０．１８μｍより８％細くなった点を示す。曲線ｃで結
ばれた点は、線幅が０．１８μｍより８％太くなった点
を示す。

【００３８】したがって、曲線ａと曲線ｃで挟まれた領
域が、線幅スペック０．１８±８％を満たす領域であ
る。この領域のうち、露光裕度が１５．０％以下となる
のはウィンドウＷの範囲内である。露光裕度ＥＬは、ウ
ィンドウＷに対応する横軸の最小値をＴ_min 、最大値を
Ｔ_max とすると、次式（１）で表される。

【００３９】

【数１】

【００４０】一方、ウィンドウＷに対応する縦軸の最小
値をＤ_min 、最大値をＤ_max とすると、ＤＯＦはＤ_max
とＤ_min の差から０．６５μｍとなる。以上のように、
フォトマスクＡについては線幅スペック内で所望の露光
裕度とＤＯＦが得られる。したがって、マスク形状、透
過率および位相差についての検査を行わなくても、フォ
トマスクＡが量産用マスクとして出荷および使用可能で
あることを正確に判断できる。

【００４１】図６は、フォトマスクＢのＡＩＭＳ測定結
果を示す。図５と同様に、ＡＩＭＳ測定の結果から、線
幅が同一となる点を結ぶと曲線ａ〜ｃが得られる。曲線
ａと曲線ｃで挟まれた、線幅スペック０．１８±８％を
満たす領域で、露光裕度が１５．０％となるようにウィ
ンドウＷを設定した。

【００４２】図６から、フォトマスクＢのＤＯＦは０．
５７μｍであり、必要とされるＤＯＦの値（０．６μ
ｍ）が得られなかった。以上のように、フォトマスクＢ
については線幅スペック内で所望の露光裕度を得ようと
すると、ＤＯＦが不足した。したがって、フォトマスク
Ｂは量産用マスクとして出荷できないことを正確に判断
できる。

【００４３】上記の本発明の実施形態のフォトマスクの
製造方法によれば、マスク形状、透過率および位相差に
ついての検査を行わなくても、フォトマスクが量産用マ
スクとして出荷および使用可能かどうか正確に判断でき
る。したがって、フォトマスクの欠陥検査に要する時間
が短縮され、ＴＡＴが向上する。

【００４４】さらに、上記の本発明の実施形態のフォト
マスクの製造方法によれば、従来、透過率や位相差の測
定のみでは十分に予測できなかった光学近接効果をより
正確に予測することが可能となる。したがって、より高
精度に光学近接効果補正を行い、レジスト形状を高精度
に制御することが可能となる。

【００４５】本発明のフォトマスクの製造方法の実施形
態は、上記の説明に限定されない。例えば、上記の実施
形態においては、ハーフトーン位相シフトマスクの評価
を行う例を示したが、レベンソン位相シフトマスク等の
他の位相シフトマスクや、遮光部と光透過部のみを有す
る通常のバイナリマスクについても同様のＡＩＭＳ測定
と評価を行うことができる。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

【００４６】

【発明の効果】本発明のフォトマスクの製造方法によれ
ば、フォトマスクの検査に要する時間を短縮し、レジス
トの形状や線幅等、転写パターンを高精度に予測するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明のフォトマスクの製造方法を示す
フローチャートである。

【図２】図２は本発明のフォトマスクの製造方法におけ
る光強度シミュレーションの光学系を示す概略図であ
る。

【図３】図３は位相シフトマスクを用いた露光の概略を
示す断面図である。

【図４】図４は本発明の実施形態に係るマスクパターン
を示す図である。

【図５】図５は本発明の実施形態に係り、フォトマスク
ＡのＡＩＭＳ測定結果を示す図である。

【図６】図６は本発明の実施形態に係り、フォトマスク
ＢのＡＩＭＳ測定結果を示す図である。

【図７】図７は従来のフォトマスクの製造方法を示すフ
ローチャートである。

【符号の説明】 １…リソグラフィーシミュレーション顕微鏡、２…水銀
ランプ、３…ハロゲンランプ、４…コールドミラー、５
…フィルター、６…ハーフミラー、７…シグマアパーチ
ャー、８…ミラー、９…フォトマスク、１０…コンデン
サレンズ、１１…対物レンズ、１２…フォーカスレン
ズ、１３…ＮＡ設定アパーチャー、１４…ＣＣＤカメ
ラ、２１…マスクＡ（またはＢ）、２２…石英基板、２
３…遮光膜（半透明膜）。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光透過性の基材上の一部に遮光膜を形成
   し、フォトマスクを作製する工程と、 前記フォトマスクに光を照射して、前記フォトマスクの
   透過光を結像させ、露光面での光強度分布を測定する工
   程と、 前記光強度分布に光強度のしきい値を設け、露光の転写
   パターンを予測する工程と、 前記透過光の焦点と前記露光面との距離であるデフォー
   カス量が変化するように、前記フォトマスクに再び光を
   照射し、互いに異なる複数の転写パターンを予測する工
   程と、 前記光強度のしきい値および前記デフォーカス量を、そ
   れぞれ所定範囲内で変化させたときの前記転写パターン
   の変動量が、所定の値以下となった前記フォトマスク
   を、使用可能と判断する工程とを有するフォトマスクの
   製造方法。
2. 【請求項２】前記遮光膜を形成する工程は、所定の透過
   率で光を一部透過させる半透明膜を形成する工程であっ
   て、 前記半透明膜は、前記基材のみを透過する光の位相と、
   前記基材および前記半透明膜を透過する光の位相とが反
   転するような厚さを有する請求項１記載のフォトマスク
   の製造方法。
3. 【請求項３】前記光強度分布を測定する前に、前記基材
   のうち前記遮光膜が形成されていない部分である光透過
   部の一部に、位相シフタを形成する工程をさらに有し、 前記位相シフタ部分は、前記位相シフタ部分を透過する
   光の位相と、前記位相シフタ以外の前記光透過部を透過
   する光の位相とが反転するような厚さを有する請求項１
   記載のフォトマスクの製造方法。
4. 【請求項４】前記位相シフタを形成する工程は、前記基
   材にエッチングを行い、前記基材の厚さを一部薄くする
   工程を含む請求項３記載のフォトマスクの製造方法。
5. 【請求項５】前記位相シフタを形成する工程は、前記光
   透過部の前記基材上の一部に、光透過性材料からなる層
   を形成する工程を含む請求項３記載のフォトマスクの製
   造方法。