JP2004219912A

JP2004219912A - Method for manufacturing exposure mask, mask, and method for manufacturing semiconductor device

Info

Publication number: JP2004219912A
Application number: JP2003009630A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Hasegawa; 秀明長谷川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2004-08-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an exposure mask which can correct the dimensional slip of the patterns without etching in a slightly deficient manner. <P>SOLUTION: The first resist pattern is formed on a light shielding film of a mask blank formed with the light shielding film on a substrate. The light shielding film is etched with the first resist pattern as an etching mask to form the mask pattern comprising a light shielding region where the light shielding film is left and a transmission region where the light shielding film is removed. With the light shielding film left in the light shielding region as the etching mask, the surface layer part of the substrate of the transmission region is etched. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光用マスクの製造方法、露光用マスク及びその露光用マスクを用いた半導体装置の製造方法に関する。本明細書において「露光用マスク」は、近接露光用のマスク及び縮小投影露光用のレチクルを含む。
【０００２】
【従来の技術】
図８を参照して、従来の露光用マスクの製造方法について説明する。
図８（Ａ）に示すように、ガラス基板１００の表面上にクロム（Ｃｒ）等の遮光膜１０１が形成されたマスクブランクを準備する。遮光膜１０１の上に、フォトレジスト膜１０２を形成する。
【０００３】
図８（Ｂ）に示すように、露光及び現像を行い、レジスト膜１０２に開口１０３を形成する。開口１０３の底面に遮光膜１０１が露出する。
図８（Ｃ）に示すように、レジスト膜１０２をエッチングマスクとして遮光膜１０１をエッチングし、遮光膜１０１を貫通する開口１０４を形成する。これにより、遮光膜１０１が残された遮光領域と、開口１０４が形成された透過領域とが画定される。
【０００４】
レジスト膜１０２を残した状態で、ガラス基板１００の背面から透過領域を観察し、その寸法を測定する。図８（Ｃ）には、遮光膜１０１のエッチングが不十分で、透過領域の寸法（幅）が所望の寸法よりも小さい場合を示している。
【０００５】
図８（Ｄ）に示すように、追加のエッチングを行い、開口１０４を拡げる。このように、透過領域の寸法が所望の寸法よりも小さい場合には、追加のエッチングを行うことにより、透過領域の大きさを補正することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図８（Ｃ）に示した最初のエッチング工程で、遮光膜１０１のエッチング量が多すぎた場合には、透過領域の寸法が所望の寸法よりも大きくなる。この場合には、従来の追加エッチングにより透過領域を所望の大きさに補正することはできない。
【０００７】
第１回目の遮光膜１０１のエッチングを不足気味に行い、その後追加のエッチングを行うようにすれば、過剰なエッチングの発生を防止することができる。ところが、エッチングを不足気味に行うことは、処理時間が短くなるために、高精度の制御が困難である。その困難さは、パターンの微細化が進むに従って顕著になる。
【０００８】
本発明の目的は、エッチングを不足気味に行うことなく、パターンの寸法ずれを補正することが可能な露光用マスクの製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、上記方法で製造される露光用マスク、及びこの露光用マスクを用いた半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、（ａ）基板上に遮光膜が形成されたマスクブランクの該遮光膜上に第１のレジストパターンを形成する工程と、（ｂ）前記第１のレジストパターンをエッチングマスクとして前記遮光膜をエッチングし、該遮光膜が残された遮光領域と、該遮光膜が除去された透過領域とからなるマスクパターンを形成する工程と、（ｃ）前記遮光領域に残されている遮光膜をエッチングマスクとして、該透過領域の前記基板の表層部をエッチングする工程とを有する露光用マスクの製造方法が提供される。
【００１０】
本発明の他の観点によると、露光光を透過させる基板と、前記基板の表面上に配置され、露光光を遮光する材料で形成された遮光パターンであって、該遮光パターンの配置されていない複数の透過領域を画定する前記遮光パターンと、前記基板表面の少なくとも一部の領域内に配置された前記透過領域に対応するように、基板の表層部に形成された凹部であって、該凹部が、対応する透過領域の外周に沿い、凹部の形成された透過領域を通過した露光光の位相と、それに最も近接する透過領域を通過した露光光の位相との同一性が維持されるように形成されている前記凹部とを有する露光用マスクが提供される。
【００１１】
透過領域の基板の表層部をエッチングして凹部を形成すると、その外周の段差に起因する光の散乱等により、透過領域を通過した露光光に強度が低下する。このため、凹部が形成されていない場合に比べて、転写対象物上における透過領域の転写パターンの寸法を小さくすることができる。
【００１２】
本発明の他の観点によると、上記露光用マスクを通して感光性レジスト膜を露光する工程を含む半導体装置の製造方法が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明の第１の実施例による露光用マスクの製造方法について説明する。
【００１４】
図１（Ａ）に示すように、露光光を透過させる材料、例えば合成石英等からなる基板１の表面上に、例えばクロム（Ｃｒ）等の遮光材料からなる遮光膜２が形成されたマスクブランクを準備する。以下、ＡｒＦエキシマレーザを用いた１／４縮小投影露光用のマスク（レチクル）を作製する場合を例にとって、膜の厚さやパターンの寸法の典型的な数値を示すが、実施例の製造方法は、他の露光光を使用するマスクの製造にも適用可能である。
【００１５】
基板１の厚さは、例えば６．３ｍｍであり、遮光膜２の厚さは、例えば約０．１μｍである。遮光膜２の上に感光性レジスト材料を塗布し、レジスト膜３を形成する。レジスト膜３の露光及び現像を行い、レジスト膜３に開口４を形成する。開口４の幅は、例えば０．８μｍである。半導体ウエハ上に転写されるパターンの幅は０．２μｍになる。
【００１６】
図１（Ｂ）に示すように、レジスト膜３をエッチングマスクとして、遮光膜２をエッチングし、開口５を形成する。遮光膜２のエッチングは、例えば、エッチングガスとしてＣｌ_２とＯ_２とを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により行われる。遮光膜３が残された遮光領域１０、及び遮光膜３が除去された透過領域１１が画定される。
【００１７】
基板１の背面から、透過領域１１の寸法を測定する。透過領域１１の寸法が許容範囲内に収まっている場合には、レジスト膜３を除去する。透過領域１１の寸法が許容下限値に満たない場合には、レジスト膜３を残した状態で追加のエッチングを行う。遮光膜２のエッチングが過度に進み、透過領域１１の寸法が許容上限値を超えている場合には、以下の工程を実行する。
【００１８】
図１（Ｃ）に示すように、レジスト膜３を除去する。図１（Ｄ）に示すように、パターニングされた遮光膜２をエッチングマスクとし、厚さ方向へのエッチング速度が横方向へのエッチング速度よりも速い条件で、基板１を異方性エッチングする。これにより、基板１の表層部に、透過領域１１に対応する平面形状を有する凹部６が形成される。基板１の異方性エッチングは、例えばＣＦ_４ガスの誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を用いて、圧力１３．３Ｐａ、印加電力２００Ｗ（０．２２Ｗ／ｃｍ^２）の条件で行う。
【００１９】
図１（Ｄ）に示したように、凹部６を形成することにより、透過領域１１の外周に沿って段差が発生する。この段差によって露光光が散乱され、透過領域１１を通過した光の強度が低下する。これにより、転写対象物（例えば半導体ウエハ）上における透過領域１１の転写パターンの寸法を、許容範囲内まで小さくすることができる。レジストがネガ型の時には、転写パターンはレジストが残された部分のパターンになり、ポジ型の時には、転写パターンはレジストの抜きパターンになる。
【００２０】
第１の実施例による方法で製造されたマスクにおいては、相互に隣り合う透過領域１１に形成された凹部６の深さがほぼ等しい。このため、この２つの透過領域を透過した露光光の位相の同一性が維持される。この点において、第１の実施例による方法で製造した露光用マスクは、透過領域を透過した露光光に位相差を付与する位相シフトマスクと異なる。
【００２１】
次に、図２を参照して、凹部６の段差による露光光の強度低下の効果について説明する。
図２は、図１（Ｄ）に示した凹部６の深さ（段差の高さ）と、転写対象物上における透過領域１１の転写パターンの寸法変化量との関係を示す。横軸は凹部６の深さを単位「ｎｍ」で表し、縦軸は転写パターンの寸法変化量を単位「ｎｍ」で表す。寸法変化量が負であるということは、パターンの幅が細くなっていることを示す。なお、露光条件は、ＮＡ＝０．６、σ＝０．４、露光波長＝２４８ｎｍ、縮小倍率＝４倍であり、マスク上の透過領域１１のパターン寸法（幅）は０．７２μｍである。すなわち、凹部６が形成されていない状態で転写されるパターン寸法は、０．１８μｍになる。
【００２２】
凹部が深くなるに従って、寸法変化量が負の方向に大きくなっていることがわかる。凹部を深くすると、転写されるパターンが細くなる。これは、凹部６の縁の段差によって、透過領域１１を通過する露光光の強度が低下するためである。
【００２３】
例えば、マスク上における透過領域１１の寸法が、設計値よりも２０ｎｍ大きい場合、例えば縮小倍率が１／４倍であれば、転写されるパターンの寸法は、設計値よりも５ｎｍ大きくなる。従って、転写されるパターンの寸法変化量が−５ｎｍになるように凹部を形成すればよい。図２から、凹部の必要な深さは約１２５ｎｍであることがわかる。実際に使用する露光条件及びパターン寸法について、予め、深さと寸法変化量との関係を求めておくことにより、透過領域１１の寸法と設計値とのずれ量に基づいて、必要な凹部の深さを求めることができる。
【００２４】
次に、図３を参照して、第２の実施例について説明する。上記第１の実施例では、図１（Ｄ）に示した工程で、基板１を異方性エッチングした。第２の実施例では、基板１を等方的にエッチングする。
【００２５】
図３は、第２の実施例によるマスクの断面図を示す。遮光膜２をマスクとして基板１が等方的にエッチングされるため、横方向にもエッチングが進み、凹部６ａの外周が、遮光膜２に形成された開口５の外周よりも遮光膜２側にわずかに侵入する。基板の等方的なエッチングは、例えば、弗酸を用いたウェットエッチング、またはエッチングガスとしてＣＦ_４を用いたプラズマエッチングにより行うことができる。
【００２６】
第２の実施例においては、凹部６ａの段差が、遮光領域１０と透過領域１１との境界よりも遮光領域１０側に侵入した位置に配置されている。このため、第１の実施例に比べて、露光光の強度を低下させる効果が弱まる。すなわち、図２に示した凹部の深さとパターン寸法変化量との関係を示すグラフの傾きが緩やかになると考えられる。従って、第２の実施例は、微小かつ高精度に寸法を変化させたい場合に効果的である。
【００２７】
次に、図４を参照して第３の実施例による露光用マスクの製造方法について説明する。
図４（Ａ）に示すように、基板１の表面上にパターニングされた遮光膜２が形成されている。ここまでの製造工程は、第１の実施例の図１（Ａ）〜（Ｃ）までの工程と同様である。パターニングされた遮光膜２により、遮光領域１０と透過領域１１とが画定されている。第１の実施例の場合と同様に、遮光膜２のエッチングが過剰になり、透過領域１１の寸法が許容値を超えている場合について説明する。
【００２８】
図４（Ｂ）に示すように、遮光膜２をエッチングマスクとして基板１の表層部を異方性エッチングする。これにより凹部６ｂが形成される。凹部６ｂの外周は、遮光領域１０と透過領域１１との境界にほぼ一致する。
【００２９】
図４（Ｃ）に示すように、異方性エッチングに引き続いて等方性エッチングを行う。図４（Ｂ）に示した凹部６ｂの底面及び側面に露出した基板１が等方的にエッチングされ、凹部６ｃが形成される。凹部６ｃの外周は、遮光領域１０と透過領域１１との境界よりも遮光領域１０側に侵入する。この侵入の深さは、凹部６ｃの全体の深さよりも浅い。
【００３０】
図５に、図４（Ａ）〜（Ｃ）のそれぞれの状態で露光を行った時の、半導体ウエハ表面における光強度分布のシミュレーション結果の一例を示す。横軸は半導体ウエハの表面上の位置を示し、縦軸は光強度を示す。図中の細線ａは、図４（Ａ）に示したように、基板１に凹部を形成する前の状態で露光を行った時の光強度分布を示す。なお、マスク上における透過領域１１の幅は０．８μｍである。
【００３１】
破線ｂは、図４（Ｂ）に示した凹部６ｂの深さが１５０ｎｍの時の光強度分布を示す。太線ｃは、図４（Ｂ）の状態から１００ｎｍだけ等方性エッチングを行い図４（Ｃ）の凹部６ｃを形成した状態で露光を行った時の光強度分布を示す。
【００３２】
異方性エッチングにより凹部６ｂを形成すると、破線ｂで示したように、光強度が細線ａで示した光強度よりも低下する。これにより、レジスト膜の現像される閾値Ｅｔｈ以上の領域の幅が狭くなり、遮光膜２の過剰なエッチングによる透過領域１１の幅の増加を補正することができる。なお、厳密には閾値は露光量で規定されるが、露光時間が一定の条件下では光強度と露光量とが１対１に対応するため、図５に示したように光強度で閾値を規定することもできる。
【００３３】
異方性エッチング後に、さらに等方性エッチングを行うと、太線ｃで示したように、光強度が破線ｂで示した光強度よりも強くなる。これにより、閾値Ｅｔｈ以上になる領域の幅が広くなる。図４（Ｂ）に示した工程において、異方性エッチングが過剰になり、光強度が弱まり過ぎた場合に、図４（Ｃ）に示したように等方性エッチングを行うことにより、光強度を所望の強度まで回復させることができる。
【００３４】
次に、図６を参照して第４の実施例による露光用マスクの製造方法について説明する。
図６（Ａ）に示すように、基板１の表面内に、パターンが密に配置された領域１５と、疎に配置された領域１６とが存在する。基板１の表面上に形成された遮光膜２をパターニングし、密な領域１５内に開口５ａを形成し、疎な領域１６内に開口５ｂを形成する。通常、パターン密度が疎の領域１６内における遮光膜２のエッチング速度が、密な領域１５内におけるエッチング速度よりも速い。このため、密な領域１５内に形成された開口５ａの寸法が許容範囲に収まっている場合であっても、疎な領域５ｂ内に形成された開口５ｂの寸法が許容範囲の上限を超える場合もある。図６（Ａ）は、密な領域１５内の開口５ａの寸法が許容範囲内に収まり、疎な領域１６内の開口５ｂの寸法が許容範囲の上限を超えている場合を示す。
【００３５】
図６（Ｂ）に示すように、密な領域１５の表面をレジスト膜２０で覆う。疎な領域１６においては、遮光膜２が露出すると共に、開口５ｂの底面に基板１が露出する。レジスト膜２０は、レジスト材料の塗布、露光、及び現像を行うことにより形成することができる。
【００３６】
図６（Ｃ）に示すように、レジスト膜２０及び遮光膜２をマスクとして、開口５ｂの底面に露出している基板１の表層部を異方性エッチングする。これにより、開口５ｂに対応する凹部６ｄが形成される。なお、凹部６ｄの形成時に、図３に示した第３の実施例のように等方性エッチングを行ってもよいし、図４に示した第３の実施例のように、異方性エッチングと等方性エッチングとを組み合わせてもよい。
【００３７】
図６（Ｄ）に示すように、レジスト膜２０を除去する。密な領域１５においては、開口５ａの底面に凹部は形成されていない。
第４の実施例では、遮光膜２に形成された開口の寸法が許容範囲内に収まっている領域と、許容範囲の上限を超えている領域とが存在する場合に、許容範囲の上限を超えている領域内の開口のみについて、過剰エッチングの補正を行うことが可能になる。
【００３８】
次に、第５の実施例について説明する。第５の実施例によるマスクの製造工程は、図１（Ａ）〜（Ｄ）に示した第１の実施例による製造工程と同様である。上記第１〜第４の実施例は、例えば図１（Ａ）に示した遮光膜２のエッチングが過剰であった場合の補正を行う方法である。これに対し、第５の実施例では、図１（Ｂ）に示した遮光膜２のエッチング工程において、意図的に過剰のエッチングを行う。
【００３９】
遮光膜２の過剰のエッチングを行った後、図１（Ｃ）に示すようにレジスト膜３を除去し、開口５の寸法を測定する。測定結果と設計値との差を求め、その差に基づいて、図１（Ｄ）の工程で形成すべき凹部６の深さを決定する。凹部６の深さは、図２に示した凹部の深さと転写パターンの寸法変化量との関係に、開口５の寸法の設計値からのずれ量を適用することにより決定することができる。決定された深さだけ、基板１の表層部をエッチングし、凹部６を形成する。
【００４０】
上述の方法により、所望の寸法の転写パターンを形成する露光用マスクを得ることができる。また、第５の実施例では、遮光膜２のエッチングを過剰気味に行う。不足気味のエッチングを行い、エッチングの不足分を測定して追加のエッチングを行う場合には、不足気味のエッチングのプロセス安定性が悪くなる。これに対し、過剰のエッチングを行う場合には、プロセス安定性を高めることができる。このため、微細な開口（抜きパターン）を安定して形成することが可能になる。
【００４１】
図７に、上記第１〜第５の実施例による方法で作製した露光用マスク（レチクル）を用いた露光装置（ステッパ）の概略図を示す。
ウエハステージ５０の上に、感光性レジスト膜が形成されたウエハ５１が保持されている。ウエハステージ５０の上方に縮小投影レンズ５９が配置され、その上方に、露光用マスク（レチクル）５７が、マスクステージ５８により保持されている。光源５５から出射された露光光が、コンデンサレンズ５６により収束され、露光用マスク５７に入射する。露光用マスク５７を透過した露光光が、縮小投影レンズ５９により収束され、露光用マスク５７に形成されたパターンがウエハ５１の表面に投影される。これにより、露光用マスク５７に形成されたパターンが、ウエハ５１の表面上に形成されたレジスト膜に転写される。ウエハステージ５０を移動させることにより、ウエハ５１上のレジスト膜の全面が露光される。
【００４２】
レジスト膜の露光後、現像処理を行うことにより、レジストパターンを形成する。レジストパターンをマスクとして、ウエハのエッチングやイオン注入等の処理を行う。上記実施例による方法で製造した露光用マスクを用いることにより、ウエハ上における転写パターンの寸法を許容範囲内に収めることができる。
【００４３】
図７には、縮小投影露光用の露光装置を示したが、上記実施例による露光用マスクの製造方法は、近接露光に用いられるマスクにも適用することができる。
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、露光用マスクの透過領域の基板表層部に凹部を形成することにより、当該透過領域を通過した露光光の強度を弱めることができる。透過領域の寸法が許容範囲の上限を超えている場合に、凹部を形成することにより、転写対象物上における転写パターンの寸法を許容範囲内に収めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例による露光用マスクの製造方法を説明するためのマスクの断面図である。
【図２】露光用マスクの透過領域に形成された凹部の深さと、転写対象物上における当該透過領域の転写パターンの寸法変化量との関係を示すグラフである。
【図３】第２の実施例による方法で製造した露光用マスクの断面図である。
【図４】第３の実施例による露光用マスクの製造方法を説明するためのマスクの断面図である。
【図５】露光用マスクの透過領域に凹部が形成されていない状態、異方性エッチングにより凹部を形成した状態、及びさらに等方性エッチングにより凹部を拡げた状態で露光した場合の露光光の強度分布を示すグラフである。
【図６】第４の実施例による露光用マスクの製造方法を説明するためのマスクの断面図である。
【図７】第１〜第５の実施例による方法で製造した露光用マスクを用いて露光を行う露光装置の概略図である。
【図８】従来例による露光用マスクの製造方法を説明するためのマスクの断面図である。
【符号の説明】
１基板
２遮光膜
３レジスト膜
４、５、５ａ、５ｂ開口
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ凹部
１０遮光領域
１１透過領域
１５密な領域
１６疎な領域
５０ウエハステージ
５１ウエハ
５５光源
５６コンデンサレンズ
５７露光用マスク
５８マスクステージ
５９縮小投影レンズ
１００ガラス基板
１０１遮光膜
１０２レジスト膜
１０３、１０４開口[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing an exposure mask, an exposure mask, and a method for manufacturing a semiconductor device using the exposure mask. As used herein, the term “exposure mask” includes a proximity exposure mask and a reduced projection exposure reticle.
[0002]
[Prior art]
With reference to FIG. 8, a conventional method for manufacturing an exposure mask will be described.
As shown in FIG. 8A, a mask blank in which a light-shielding film 101 such as chromium (Cr) is formed on the surface of a glass substrate 100 is prepared. On the light shielding film 101, a photoresist film 102 is formed.
[0003]
As shown in FIG. 8B, exposure and development are performed to form an opening 103 in the resist film 102. The light-shielding film 101 is exposed at the bottom of the opening 103.
As shown in FIG. 8C, the light-shielding film 101 is etched using the resist film 102 as an etching mask, and an opening 104 penetrating the light-shielding film 101 is formed. As a result, a light-shielding region in which the light-shielding film 101 is left and a transmission region in which the opening 104 is formed are defined.
[0004]
With the resist film 102 left, the transmission region is observed from the back surface of the glass substrate 100, and its size is measured. FIG. 8C shows a case where the light-shielding film 101 is not sufficiently etched and the size (width) of the transmission region is smaller than a desired size.
[0005]
As shown in FIG. 8D, additional etching is performed to widen the opening 104. As described above, when the size of the transmission region is smaller than the desired size, the size of the transmission region can be corrected by performing additional etching.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the first etching step shown in FIG. 8C, if the etching amount of the light shielding film 101 is too large, the size of the transmission region becomes larger than a desired size. In this case, the transmission region cannot be corrected to a desired size by the conventional additional etching.
[0007]
If the first etching of the light-shielding film 101 is performed in a slightly insufficient manner and then additional etching is performed, occurrence of excessive etching can be prevented. However, if the etching is performed in a shortage, it is difficult to control with high accuracy because the processing time is shortened. The difficulty becomes remarkable as the pattern becomes finer.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an exposure mask that can correct a dimensional deviation of a pattern without performing etching slightly.
Another object of the present invention is to provide an exposure mask manufactured by the above method and a method for manufacturing a semiconductor device using the exposure mask.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, (a) a step of forming a first resist pattern on a light shielding film of a mask blank having a light shielding film formed on a substrate; and (b) etching the first resist pattern. Etching the light-shielding film as a mask to form a mask pattern including a light-shielding region in which the light-shielding film has been left and a transmission region in which the light-shielding film has been removed; and (c) leaving a mask pattern in the light-shielding region. Etching the surface layer of the substrate in the transmission region using the light-shielding film as an etching mask.
[0010]
According to another aspect of the present invention, a substrate that transmits exposure light, a light-shielding pattern disposed on a surface of the substrate and formed of a material that shields the exposure light, wherein the light-shielding pattern is not disposed A light-shielding pattern defining a plurality of transmissive regions, and a recess formed in a surface layer of the substrate so as to correspond to the transmissive region disposed in at least a part of the surface of the substrate; However, along the outer periphery of the corresponding transmission area, the phase of the exposure light passing through the transmission area in which the concave portion is formed and the phase of the exposure light passing through the transmission area closest to it are maintained identical. An exposure mask having the concave portion formed is provided.
[0011]
When the concave portion is formed by etching the surface layer portion of the substrate in the transmissive region, the intensity of the exposure light passing through the transmissive region decreases due to light scattering or the like caused by a step on the outer periphery. For this reason, the size of the transfer pattern in the transmissive area on the transfer target can be reduced as compared with the case where no concave portion is formed.
[0012]
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device including a step of exposing a photosensitive resist film through the exposure mask.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
With reference to FIG. 1, a method of manufacturing an exposure mask according to a first embodiment of the present invention will be described.
[0014]
As shown in FIG. 1A, a mask blank in which a light-shielding film 2 made of a light-shielding material such as chromium (Cr) is formed on a surface of a substrate 1 made of a material that transmits exposure light, for example, synthetic quartz or the like. Prepare Hereinafter, typical numerical values of the thickness of the film and the dimensions of the pattern will be described with reference to an example of manufacturing a mask (reticle) for 1/4 reduction projection exposure using an ArF excimer laser. It is also applicable to the manufacture of a mask using other exposure light.
[0015]
The thickness of the substrate 1 is, for example, 6.3 mm, and the thickness of the light shielding film 2 is, for example, about 0.1 μm. A photosensitive resist material is applied on the light shielding film 2 to form a resist film 3. Exposure and development of the resist film 3 are performed to form an opening 4 in the resist film 3. The width of the opening 4 is, for example, 0.8 μm. The width of the pattern transferred onto the semiconductor wafer is 0.2 μm.
[0016]
As shown in FIG. 1B, the light-shielding film 2 is etched using the resist film 3 as an etching mask to form an opening 5. The light-shielding film 2 is etched by, for example, reactive ion etching (RIE) using Cl ₂ and O ₂ as an etching gas. A light-shielding region 10 where the light-shielding film 3 is left and a transmission region 11 where the light-shielding film 3 is removed are defined.
[0017]
The dimensions of the transmission region 11 are measured from the back of the substrate 1. If the size of the transmission region 11 falls within the allowable range, the resist film 3 is removed. If the size of the transmission region 11 is less than the allowable lower limit, additional etching is performed with the resist film 3 left. If the etching of the light-shielding film 2 proceeds excessively and the dimension of the transmission region 11 exceeds the allowable upper limit, the following steps are executed.
[0018]
As shown in FIG. 1C, the resist film 3 is removed. As shown in FIG. 1D, the substrate 1 is anisotropically etched under the condition that the etching rate in the thickness direction is higher than the etching rate in the horizontal direction using the patterned light shielding film 2 as an etching mask. As a result, a concave portion 6 having a planar shape corresponding to the transmission region 11 is formed in the surface layer portion of the substrate 1. The anisotropic etching of the substrate 1 is performed using, for example, inductively coupled plasma (ICP) of CF ₄ gas under the conditions of a pressure of 13.3 Pa and an applied power of 200 W (0.22 W / cm ² ).
[0019]
As shown in FIG. 1D, by forming the concave portion 6, a step occurs along the outer periphery of the transmission region 11. Exposure light is scattered by this step, and the intensity of light passing through the transmission region 11 is reduced. Thereby, the size of the transfer pattern of the transmission region 11 on the transfer target (for example, a semiconductor wafer) can be reduced to within an allowable range. When the resist is a negative type, the transfer pattern is a pattern of a portion where the resist is left, and when the resist is a positive type, the transfer pattern is a resist removal pattern.
[0020]
In the mask manufactured by the method according to the first embodiment, the depths of the concave portions 6 formed in the transmissive regions 11 adjacent to each other are substantially equal. Therefore, the same phase of the exposure light transmitted through the two transmission regions is maintained. In this respect, the exposure mask manufactured by the method according to the first embodiment is different from the phase shift mask that imparts a phase difference to the exposure light transmitted through the transmission region.
[0021]
Next, with reference to FIG. 2, an effect of reducing the intensity of the exposure light due to the step of the recess 6 will be described.
FIG. 2 shows a relationship between the depth (height of the step) of the concave portion 6 shown in FIG. 1D and the dimensional change amount of the transfer pattern of the transmission region 11 on the transfer target. The horizontal axis represents the depth of the concave portion 6 in the unit of “nm”, and the vertical axis represents the dimensional change of the transfer pattern in the unit of “nm”. A negative dimensional change amount indicates that the width of the pattern is narrow. The exposure conditions are NA = 0.6, σ = 0.4, exposure wavelength = 248 nm, reduction ratio = 4, and the pattern size (width) of the transmission region 11 on the mask is 0.72 μm. That is, the dimension of the pattern transferred in a state where the concave portion 6 is not formed is 0.18 μm.
[0022]
It can be seen that as the depth of the recess increases, the dimensional change increases in the negative direction. The deeper the recess, the thinner the pattern to be transferred. This is because the intensity of the exposure light passing through the transmissive region 11 is reduced by the step at the edge of the concave portion 6.
[0023]
For example, when the size of the transmission region 11 on the mask is larger than the design value by 20 nm, for example, when the reduction ratio is 1/4, the size of the pattern to be transferred becomes 5 nm larger than the design value. Therefore, the concave portion may be formed so that the dimensional change of the transferred pattern is -5 nm. From FIG. 2, it can be seen that the required depth of the recess is about 125 nm. By determining in advance the relationship between the depth and the amount of dimensional change for the exposure conditions and pattern dimensions actually used, the required depth of the recess is determined based on the amount of deviation between the dimension of the transmission region 11 and the design value. Can be requested.
[0024]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the first embodiment, the substrate 1 was subjected to anisotropic etching in the step shown in FIG. In the second embodiment, the substrate 1 is isotropically etched.
[0025]
FIG. 3 shows a cross-sectional view of a mask according to the second embodiment. Since the substrate 1 is isotropically etched using the light-shielding film 2 as a mask, the etching proceeds in the lateral direction, so that the outer periphery of the recess 6 a is closer to the light-shielding film 2 than the outer periphery of the opening 5 formed in the light-shielding film 2. Invade slightly. The isotropic etching of the substrate can be performed by, for example, wet etching using hydrofluoric acid or plasma etching using CF ₄ as an etching gas.
[0026]
In the second embodiment, the step of the concave portion 6a is arranged at a position where the step enters the light shielding area 10 side of the boundary between the light shielding area 10 and the transmission area 11. For this reason, the effect of lowering the intensity of the exposure light is weaker than in the first embodiment. That is, it is considered that the slope of the graph showing the relationship between the depth of the concave portion and the amount of change in the pattern dimension shown in FIG. 2 becomes gentle. Therefore, the second embodiment is effective when it is desired to change the dimensions minutely and with high precision.
[0027]
Next, a method for manufacturing an exposure mask according to a third embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4A, a patterned light-shielding film 2 is formed on the surface of a substrate 1. The manufacturing steps up to this point are the same as the steps of FIGS. 1A to 1C of the first embodiment. The light-shielding region 10 and the transmission region 11 are defined by the patterned light-shielding film 2. As in the case of the first embodiment, a case where the light-shielding film 2 is excessively etched and the size of the transmission region 11 exceeds the allowable value will be described.
[0028]
As shown in FIG. 4B, the surface layer of the substrate 1 is anisotropically etched using the light shielding film 2 as an etching mask. Thereby, the concave portion 6b is formed. The outer periphery of the concave portion 6b substantially coincides with the boundary between the light shielding region 10 and the transmission region 11.
[0029]
As shown in FIG. 4C, isotropic etching is performed following anisotropic etching. The substrate 1 exposed on the bottom and side surfaces of the recess 6b shown in FIG. 4B is isotropically etched to form a recess 6c. The outer periphery of the concave portion 6c enters the light-shielding region 10 more than the boundary between the light-shielding region 10 and the transmission region 11. The depth of this penetration is shallower than the entire depth of the concave portion 6c.
[0030]
FIG. 5 shows an example of a simulation result of the light intensity distribution on the surface of the semiconductor wafer when exposure is performed in each of the states shown in FIGS. The horizontal axis shows the position on the surface of the semiconductor wafer, and the vertical axis shows the light intensity. A thin line a in the figure indicates a light intensity distribution when the exposure is performed before the concave portion is formed in the substrate 1 as shown in FIG. Note that the width of the transmission region 11 on the mask is 0.8 μm.
[0031]
A broken line b shows the light intensity distribution when the depth of the recess 6b shown in FIG. 4B is 150 nm. The bold line c shows the light intensity distribution when the isotropic etching is performed by 100 nm from the state of FIG. 4B and the exposure is performed in a state where the concave portion 6c of FIG. 4C is formed.
[0032]
When the concave portion 6b is formed by anisotropic etching, the light intensity becomes lower than the light intensity shown by the thin line a as shown by the broken line b. As a result, the width of the area of the resist film that is equal to or larger than the threshold value Eth to be developed is reduced, and an increase in the width of the transmission area 11 due to excessive etching of the light shielding film 2 can be corrected. Strictly speaking, the threshold value is defined by the exposure amount. However, under the condition that the exposure time is constant, the light intensity and the exposure amount correspond to one to one. It can also be specified.
[0033]
When the isotropic etching is further performed after the anisotropic etching, the light intensity becomes stronger than the light intensity shown by the broken line b as shown by the thick line c. As a result, the width of the region that is equal to or larger than the threshold value Eth is increased. In the step shown in FIG. 4B, when the anisotropic etching becomes excessive and the light intensity becomes too weak, by performing the isotropic etching as shown in FIG. Can be restored to a desired strength.
[0034]
Next, a method of manufacturing an exposure mask according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 6A, a region 15 in which patterns are densely arranged and a region 16 in which patterns are sparsely arranged exist in the surface of the substrate 1. The light-shielding film 2 formed on the surface of the substrate 1 is patterned to form an opening 5 a in a dense region 15 and an opening 5 b in a sparse region 16. Usually, the etching rate of the light-shielding film 2 in the region 16 with a low pattern density is higher than the etching speed in the region 15 with a high density. Therefore, even when the size of the opening 5a formed in the dense region 15 is within the allowable range, the size of the opening 5b formed in the sparse region 5b exceeds the upper limit of the allowable range. There is also. FIG. 6A shows a case where the size of the opening 5a in the dense region 15 falls within the allowable range, and the size of the opening 5b in the sparse region 16 exceeds the upper limit of the allowable range.
[0035]
As shown in FIG. 6B, the surface of the dense region 15 is covered with a resist film 20. In the sparse region 16, the light-shielding film 2 is exposed, and the substrate 1 is exposed at the bottom of the opening 5b. The resist film 20 can be formed by applying, exposing, and developing a resist material.
[0036]
As shown in FIG. 6C, using the resist film 20 and the light shielding film 2 as a mask, the surface layer portion of the substrate 1 exposed at the bottom of the opening 5b is anisotropically etched. Thereby, a concave portion 6d corresponding to the opening 5b is formed. When forming the recess 6d, isotropic etching may be performed as in the third embodiment shown in FIG. 3, or anisotropic etching may be performed as in the third embodiment shown in FIG. And isotropic etching may be combined.
[0037]
As shown in FIG. 6D, the resist film 20 is removed. In the dense region 15, no recess is formed on the bottom surface of the opening 5a.
In the fourth embodiment, when there is a region where the dimension of the opening formed in the light shielding film 2 falls within the allowable range and a region where the size exceeds the upper limit of the allowable range, the upper limit of the allowable range is exceeded. It is possible to correct the over-etching only for the opening in the region where it is located.
[0038]
Next, a fifth embodiment will be described. The manufacturing process of the mask according to the fifth embodiment is the same as the manufacturing process according to the first embodiment shown in FIGS. The first to fourth embodiments are methods for correcting, for example, when the light-shielding film 2 shown in FIG. 1A is excessively etched. On the other hand, in the fifth embodiment, excessive etching is intentionally performed in the step of etching the light shielding film 2 shown in FIG.
[0039]
After the light-shielding film 2 is excessively etched, the resist film 3 is removed as shown in FIG. 1C, and the size of the opening 5 is measured. The difference between the measurement result and the design value is determined, and based on the difference, the depth of the recess 6 to be formed in the step of FIG. 1D is determined. The depth of the concave portion 6 can be determined by applying the amount of deviation from the design value of the size of the opening 5 to the relationship between the depth of the concave portion and the dimensional change amount of the transfer pattern shown in FIG. The surface layer of the substrate 1 is etched by the determined depth to form the recess 6.
[0040]
According to the above-described method, an exposure mask for forming a transfer pattern having a desired size can be obtained. In the fifth embodiment, the light-shielding film 2 is slightly etched. In the case where the etching is performed in a slightly insufficient state and the additional etching is performed by measuring the shortage of the etching, the process stability of the etching in the slightly insufficient state is deteriorated. On the other hand, when excessive etching is performed, the process stability can be improved. For this reason, it is possible to stably form fine openings (opening patterns).
[0041]
FIG. 7 is a schematic view of an exposure apparatus (stepper) using an exposure mask (reticle) manufactured by the method according to the first to fifth embodiments.
On the wafer stage 50, a wafer 51 having a photosensitive resist film formed thereon is held. A reduction projection lens 59 is arranged above the wafer stage 50, and an exposure mask (reticle) 57 is held above the wafer stage 50 by a mask stage 58. Exposure light emitted from the light source 55 is converged by the condenser lens 56 and enters the exposure mask 57. The exposure light transmitted through the exposure mask 57 is converged by the reduction projection lens 59, and the pattern formed on the exposure mask 57 is projected on the surface of the wafer 51. Thus, the pattern formed on the exposure mask 57 is transferred to the resist film formed on the surface of the wafer 51. By moving the wafer stage 50, the entire surface of the resist film on the wafer 51 is exposed.
[0042]
After exposure of the resist film, a resist pattern is formed by performing a developing process. Using the resist pattern as a mask, processing such as wafer etching and ion implantation is performed. By using the exposure mask manufactured by the method according to the above embodiment, the size of the transfer pattern on the wafer can be kept within an allowable range.
[0043]
FIG. 7 shows an exposure apparatus for reduction projection exposure, but the method of manufacturing an exposure mask according to the above embodiment can be applied to a mask used for proximity exposure.
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the intensity of the exposure light passing through the transmission region can be reduced by forming the concave portion in the surface layer portion of the substrate in the transmission region of the exposure mask. When the size of the transmission region exceeds the upper limit of the allowable range, the size of the transfer pattern on the transfer target can be kept within the allowable range by forming the concave portion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a mask for describing a method of manufacturing an exposure mask according to a first embodiment.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a depth of a concave portion formed in a transmission region of an exposure mask and a dimensional change amount of a transfer pattern of the transmission region on a transfer target.
FIG. 3 is a sectional view of an exposure mask manufactured by a method according to a second embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a mask for describing a method of manufacturing an exposure mask according to a third embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing exposure light when exposure is performed in a state where no concave portion is formed in a transmission region of an exposure mask, a state where a concave portion is formed by anisotropic etching, and a state where the concave portion is further expanded by isotropic etching. It is a graph which shows an intensity distribution.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a mask for describing a method of manufacturing an exposure mask according to a fourth embodiment.
FIG. 7 is a schematic view of an exposure apparatus that performs exposure using an exposure mask manufactured by the method according to the first to fifth embodiments.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a mask for describing a method of manufacturing a conventional exposure mask.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 substrate 2 light-shielding film 3 resist film 4, 5, 5a, 5b opening 6, 6a, 6b, 6c, 6d recess 10 light-shielding area 11 transmission area 15 dense area 16 sparse area 50 wafer stage 51 wafer 55 light source 56 condenser lens 57 Exposure mask 58 Mask stage 59 Reduction projection lens 100 Glass substrate 101 Light shielding film 102 Resist films 103 and 104 Opening

Claims

(A) forming a first resist pattern on a light-shielding film of a mask blank having a light-shielding film formed on a substrate;
(B) forming a mask pattern including a light-shielding region in which the light-shielding film is left and a transmission region in which the light-shielding film is removed, by etching the light-shielding film using the first resist pattern as an etching mask; ,
(C) using the light-shielding film remaining in the light-shielding region as an etching mask, and etching a surface layer portion of the substrate in the transmission region.

The step (c) includes:
Measuring the size of the transmission region,
The relationship between the amount of etching of the surface layer portion of the substrate and the amount of change in the size of the transfer pattern of the transmissive region on the transfer target is determined by applying the amount of deviation from the allowable value of the size of the transmissive region. A step of determining an etching amount;
2. The method of manufacturing an exposure mask according to claim 1, further comprising: a step of etching a surface layer portion of the substrate by the determined etching amount.

The step (c) includes a step of performing anisotropic etching on a surface layer portion of the substrate under a condition that etching proceeds preferentially in a thickness direction of the substrate using the light-shielding film remaining in the light-shielding region as an etching mask. Item 3. The method for producing an exposure mask according to Item 1 or 2.

In the step (c), after the surface layer of the substrate is anisotropically etched, the surface layer of the substrate is further subjected to isotropic etching using the light shielding film remaining in the light shielding region as an etching mask. 4. The method of manufacturing an exposure mask according to claim 3, further comprising a step of etching a portion.

The step (c) may further include exposing a substrate surface in a region where the size of the transmission region exceeds the allowable value and covering a substrate surface in a region where the size of the transmission region does not exceed the allowable value. 5. The method according to claim 1, further comprising a step of forming a second resist pattern, and etching a surface layer portion of the substrate in a transmission region arranged in a region not covered by the second resist pattern. 3. The method for producing an exposure mask according to item 1.

In the step (b), the light-shielding film is etched so that a dimension of a transfer pattern in a transmission area on a transfer target is larger than a design value;
2. The exposure mask according to claim 1, wherein in the step (c), the surface layer of the substrate in the transmission region is etched such that a dimension of a pattern in which the transmission region is transferred to a transfer target approaches the design value. Manufacturing method.

The step (c) includes:
Measuring the size of the transmission region,
The relationship between the amount of etching of the surface layer of the substrate and the amount of change in the size of the transfer pattern of the transmissive region on the transfer target is determined by applying the amount of deviation from the reference value of the size of the transmissive region. A step of determining an etching amount;
7. The method of manufacturing an exposure mask according to claim 6, further comprising: a step of etching a surface layer portion of the substrate by the determined etching amount.

A substrate that transmits exposure light;
A light-shielding pattern disposed on the surface of the substrate and formed of a material that shields exposure light, the light-shielding pattern defining a plurality of transmission regions where the light-shielding pattern is not arranged,
A concave portion formed in a surface layer portion of the substrate so as to correspond to the transmissive region disposed in at least a partial region of the substrate surface, wherein the concave portion extends along an outer periphery of the corresponding transmissive region; Exposure mask having the concave portion formed so as to maintain the same phase of the exposure light passing through the transmission region formed as described above and the phase of the exposure light passing through the transmission region closest thereto. .

9. The exposure mask according to claim 8, wherein an edge of the recess penetrates the light-shielding pattern side more than an edge of a corresponding transmission region.

Forming a photosensitive resist film on the surface of the semiconductor wafer,
Exposing the photosensitive resist film through the exposure mask according to claim 8 or 9, and transferring a mask pattern formed on the exposure mask;
Developing the photosensitive resist film,
Using the photosensitive resist film left in the developing step as a mask pattern to selectively process the semiconductor wafer.