JP2006017798A

JP2006017798A - ハーフトーン型位相シフトマスク及びその検査方法

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Publication number: JP2006017798A
Application number: JP2004192836A
Authority: JP
Inventors: Shinji Akima; 慎二秋間
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-01-19

Abstract

【課題】透明基板上に、光透過パターンと、光半透過位相シフトパターンと、遮光パターンを形成したハーフトーン型位相シフトマスク、および疑似欠陥が生じなく、欠陥を検出可能なハーフトーン型位相シフトマスク及びその外観検査方法を提供すること。
【解決手段】透明基板の片面に光透過パターンを形成し、その周りに所定幅で形成の光半透過位相シフト膜の光半透過位相シフトパターンを区画形成し、前記透明基板の他方に光半透過位相シフトパターンの外周部を包囲する遮光膜の遮光パターンを区画形成したハーフトーン型位相シフトマスクで、その検査では、光半透過位相シフト膜は、光半透過位相シフト膜の面側から検査光が反射してなる反射光により、遮光パターンは、遮光膜の面側から検査光が反射してなる反射光により、光透過部は、検査光が透過してなる透過光によりライトキャリブレーションを行った後、検査する外観検査方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造時で、露光装置において使用されるパターンを備えたフォトマスクであって、特にフォトマスクを透過する露光光で位相差を利用して高解像度のパターン転写を可能にしたハーフトーン型位相シフトマスク及びその検査方法に関する。

位相シフトマスクでは、従来、種々の形式のものが提案されている。例えば、レベンソン型位相シフトマスクや半透過型位相シフトマスク、又は、自己調整型位相シフトマスク等がある。各位相シフトマスクの構造は、透明基板上に遮光部、又は光半透過部、又は光透過部を形成したものであるが、半透過型位相シフトマスクでは、遮光部と光半透過部と光透過部とで組み合わされたもの、又は、光半透過部と光透過部のみで組み合わされたものである。半透過型位相シフトマスクは、光透過部の透明部を透過した露光光と光半透過部の半透明部を透過した露光光との境界部でその光強度がゼロとなることを利用してパターンの境界を分離するものである。該位相シフトの効果を必要とする程度に微細な寸法のパターンは露光光の波長の２倍程度以下の寸法のパターンである。半透過型位相シフトマスクは、位相シフトの効果を必要とする程度、例えば、露光光の波長の２倍程度以下のパターンで形成される場合もあり、位相シフトの効果を必要としない程度、例えば、大面積のパターンで形成される場合もある。

位相シフトマスクを用いて被転写基板、例えばウエハに転写パターンを形成する場合には、露光装置の露光光を位相シフトマスクに照射し、透過した露光光によってウエハに露光し、ウエハにマスクパターンが形成される。微細な寸法パターンを透過した露光光はパターン周辺の光半透過部を透過して位相が反転した露光光との間で干渉を生じ、位相シフト効果が発現し鮮明な微細な寸法パターンが得られる。大面積のパターンを透過した露光光は位相シフトの効果が発現せずに、例えば光半透過部と光透過部のみで組み合わされた場合、大面積のパターン内にゴースト等の転写不良が発生する恐れがある。

上述の対応では、特許文献１に開示されている。特許文献１によれば、ハーフトーン型位相シフトマスクの平面図では、通常、光透過部と光半透過部の半透明位相シフト膜（以下ハーフトーン型位相シフト膜と記す）よりなるが、光半透過部の中に部分的に遮光膜を設けて、光透過部と光半透過部及び遮光部よりなるハーフトーン型位相シフトマスクが用いられている。このような構造を持つハーフトーン型位相シフトマスクを、通称、トライトーンマスクと称する。該トライトーンマスクの利点は、光透過パターンの光透過部を大面積で形成した場合でも、前記大面積光透過部に対応する転写パターンにゴースト等が発生することを防止することができることである。また、光透過パターンを取り囲む非パターンを大面積で形成した場合でも、前記大面積非パターンに対応する転写パターンに不鮮明な部分等が発生することを防止することができることである。

従来の半導体装置の製造時のパターン転写に用いるハーフトーン型位相シフトマスクを説明する。図６ａ〜ｂは、従来のハーフトーン型位相シフトマスクの一例を説明する図であり、ａは、平面図、ｂは、側断面図である。図６ａに示す平面図では、通常、透明基板（２）上の光透過部と光半透過部の光半透過位相シフト膜（３）よりなるが、光半透過部の中に部分的に遮光膜（４）を設けて、光透過部と光半透過部及び遮光部よりなるハーフトーン型位相シフトマスクも用いられている。Ｐ１、Ｐ２は、微細な寸法パターンの形成エリアである。Ｐ３は、大面積のパターンの形成エリアである。図６ｂに示す側断面形状は、図６ａのａ−ａ線の形状であり、透明基板の片側表面にハーフトーン位相シフト膜及び遮光膜を積層後、パターンが形成されている。透明基板（２）の片側には、光半透過部
（３３）の中に部分的に遮光膜（３４）を設けて、光透過部（３２）と光半透過部（３３）及び遮光部（３４）が形成されたハーフトーン型位相シフトマスク（１）である。

このハーフトーン型位相シフトマスクを用いて被転写基板、例えばウエハに転写パターンを形成する場合には、露光装置の露光光をハーフトーン型位相シフトマスクに照射し、透過した露光光によってウエハに露光し、ウエハにマスクパターンが形成される。微細な寸法パターンＰ１を透過した露光光はパターン周辺の光半透過位相シフト膜（３）を透過して位相が反転した露光光との間で干渉を生じ、位相シフト効果が発現し鮮明な微細な寸法パターンＰ１がウエハ上に得られる（図６ｂ参照）。前記微細な寸法パターンＰ１（又はＰ２）の周辺部には光半透過位相シフト膜（以下ハーフトーン位相シフト膜と記す）により区画形成し、その外側の遮光部を遮光膜（４）により区画形成することにより、パターンＰ１（又はＰ２）ではハーフトーン位相シフト膜（４）の効果により位相シフト効果を生じることができ、同時に、ハーフトーン位相シフト膜が設けられるエリアをパターン周辺部に限定し、そのパターン周辺部エリアを囲む遮光部は遮光膜（４）により形成したことにより、微細な寸法パターンＰ１（又はＰ２）を鮮明に転写形成でき、パターンＰ１（又はＰ２）の周囲のハーフトーン位相シフト膜の転写パターンに穴が空く等の不具合は発生しない。

大面積のパターンＰ３を透過した露光光は位相シフトの効果が発現せずに、例えば光半透過部のハーフトーン位相シフト膜（３）及び遮光膜（４）と光透過部（２）の組み合わされた場合、ハーフトーン位相シフト膜が設けられるエリアをパターン周辺部に限定し、そのパターン周辺部エリアを囲む遮光部は遮光膜により形成したことにより、Ｐ３の大面積のパターン内にゴースト等の転写不良が発生等との不具合は発生しない（図６ｂ参照）。

前記トライトーンマスクは、製造時の検査工程において問題が発生することがある。検査工程では、トライトーンマスクの外観検査により欠陥等の不具合を検出する作業が行われる。外観検査は、専用の外観検査装置を用いて欠陥等の不具合を検出する作業が行われる。例えば、外観検査装置の透過光を用いてｄｉｅ−ｔｏ−ｄａｔａｂａｓｅ検査（以下ダイツーデータベース検査と記す）を行う場合は、トライトーンマスクのパターン部位の撮像画像と、該部位のデータのデータ画像とを詳細な部位毎に１つ１つ比較し、画像差を撮像画像に検出する。該画像差を比較するために、遮光膜／透明基板の境界とハーフトーン位相シフト膜／透明基板の境界との両方を同時に装置内の測定部が認識しなければならない。そのため、検査前には、各マスク毎に条件設定を行う必要がある。該調整をおこなうことをライトキャリブレーションと言う。

前記ライトキャリブレーションの説明をする。図７は、ライトキャリブレーションの原理を説明する概念図である。図面上部には、ハーフトーン（型）位相シフトマスク（１）の側断面図で、透明基板（２）と、ハーフトーン位相シフト膜（３）が順番に積層形成されている。前記側断面図の下部には、濃度グラフがあり、Ｙ軸はその濃度０〜２５５の階調であり、Ｘ軸は側断面図の測定開始点（左端）より右方向へ移動する測定点の位置を示している。該グラフの右側は、ライトキャリブレーションの結果の濃度グラフであり、ハーフトーン位相シフト膜（３）での濃度（透過光）を０値と補正し、透明基板（２）での濃度（透過光）を２５５値と補正した結果のグラフであり、すなわち、遮光部（黒）と透過部（白）のコントラストを最大（２５５）に調整した。補正後のグラフは、ハーフトーン位相シフト膜（３）／透明基板（２）の境界の近傍で変化し、左のハーフトーン位相シフト膜（黒）は０値で、右の透明基板（白）は２５５値で安定した状態を示している。上述したように、ダイツーデータベース検査では、データより作製した画像（白及び黒の２値化した）を基準とし、フォトマスク面に検査光を照射し、該検査光が反射してなる反射光、又は該検査光が透過してなる透過光より作製したデータ撮像画像とを比較し、その差
を検出する判定方法である。従って、前記データの外周部の近傍のみにフォトマスク面に形成された膜段差（パターンエッジ）が形成されている。すなわち、データ画像が白、黒の２値化され、撮像画像でも白、黒の２値化されることである。

前記ライトキャリブレーションをトライトーンマスク（１）で行った場合を説明する。図８はトライトーンマスクのライトキャリブレーションを説明する概念図である。図８ａでは、図面上部には、トライトーンマスク（１）の側断面図で、透明基板（２）と、ハーフトーン位相シフト膜（３）と、Ｃｒの遮光膜（４）が順番に積層形成されている。前記側断面図の下部には、濃度グラフがあり、Ｙ軸はその濃度０〜２５５の階調であり、Ｘ軸は側断面図の測定開始点（左端）より右方向へ移動する測定点の位置を示している。該グラフの右側は、ライトキャリブレーションの結果の濃度グラフであり、ハーフトーン位相シフト膜（３）での濃度（透過光）を０値と補正し、透明基板（２）での濃度（透過光）を２５５値と補正した結果のグラフであり、すなわち、遮光部（黒）と透過部（白）のコントラストを最大（２５５）に調整した。補正後のグラフは、ハーフトーン位相シフト膜（３）／透明基板（２）の境界の近傍で変化し、左のハーフトーン位相シフト膜（黒）は０値で、右の透明基板（白）は２５５値で安定した状態を示している。ハーフトーン位相シフト膜のデータとパターン画像とのダイツーデータベース検査の検査結果では、ハーフトーン位相シフト膜（３）上の欠陥、例えば、Ｃｒの遮光膜の付着の不具合、又は異物の付着の不具合は検出することができない問題がある。その理由は、ハーフトーン位相シフト膜（３）での濃度（透過光）を０値と補正したため、Ｃｒの遮光膜（４）とハーフトーン位相シフト膜（３）との濃度差が区別できない。すなわち、ハーフトーン位相シフト膜上面及びＣｒの遮光膜のエリアの検査が行うことができないからである。

図８ｂでは、図面上部には、トライトーンマスクの側断面図で、透明基板（２）と、ハーフトーン位相シフト膜（３）と、Ｃｒの遮光膜（４）が順番に積層形成されている。前記側断面図の下部には、濃度グラフがあり、Ｙ軸はその濃度０〜２５５の階調であり、Ｘ軸は側断面図の測定開始点（左端）より右方向へ移動する測定点の位置を示している。該グラフの右側は、ライトキャリブレーションの結果の濃度グラフであり、Ｃｒの遮光膜（４）での濃度（透過光）を０値と補正し、透明基板（２）での濃度（透過光）を２５５値と補正した結果のグラフであり、すなわち、遮光部（黒）と透過部（白）のコントラストを最大（２５５）調整した。補正後のグラフは、Ｃｒの遮光膜（４）／ハーフトーン位相シフト膜（３）の境界の近傍及びハーフトーン位相シフト膜（３）／透明基板（２）の境界の近傍で変化し、左のＣｒの遮光膜（黒）は０値で、右の透明基板（白）は２５５値で安定した状態を示している。遮光膜のデータとパターン画像とのダイツーデータベース検査の検査結果では、Ｃｒの遮光膜（４）／ハーフトーン位相シフト膜（３）の境界の近傍と、ハーフトーン位相シフト膜（３）／透明基板（２）の境界の近傍とで疑似欠陥が発生する。一般に検査後、検出した画像差はすべてリストアップし、該位置を全て目視等の視認方法で作業員が良否を判断する作業がある。従って、疑似欠陥の数が増加すると検査不能となる問題があり、ライトキャリブレーションを変更し、検出する感度を落として対応することになり問題がある。そのため、作業員が良否を判断する作業が負担増となり、品質レベルの維持ができない問題がある。通常、ライトキャリブレーションでは、被検査基板の表面に形成するパターン形成膜は、２種類までを限度、例えば、透明基板面を透過部（白）と遮光部（黒）に制限することが採用されている。このため、遮光部（黒）の濃度を０値の階調とし、透過部の濃度を２５５値の階調とし、被検査基板の表面には、遮光部（黒）の濃度を最小濃度として透過部の濃度を最大濃度までの濃度範囲で形成されている。ところが、トライトーンマスクでは、被検査基板の表面上に透明基板の透過部と、ハーフトーン位相シフト膜の半透過部と、Ｃｒの遮光膜の遮光部の３種類よりパターンを形成されたために起因したライトキャリブレーションの問題がある。

以下に公知文献を記す。
特開平８―３３４８８６号公報

本発明の課題は、外観検査において、疑似欠陥を発生することなく、欠陥を検出することができるハーフトーン型位相シフトマスクのトライトーンマスクを提供し、又その外観検査方法を提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、透明基板の面上に、露光光を透過させるための光透過パターンと、位相を変換させるための光半透過位相シフトパターンと、露光光を遮蔽させるための遮光パターンとを形成したハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、透明基板の一方の面上に光透過パターンを形成し、該光透過パターンの周りに所定幅で形成された光半透過位相シフト膜からなる光半透過位相シフトパターンを区画形成し、前記透明基板の他方の面上に、前記光半透過位相シフトパターンの外周部を包囲する遮光膜からなる遮光パターンを区画形成したハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記光半透過位相シフトパターン及び遮光パターンの各々中心位置が重なり合うことを特徴としたハーフトーン型位相シフトマスクである。

本発明の請求項２に係る発明は、前記光半透過位相シフトパターンが、遮光パターンの形状より外周部方向に所定幅だけ拡張した形状であることを特徴とした請求項１記載のハーフトーン型位相シフトマスクである。

本発明の請求項３に係る発明は、前記光透過パターン及び光半透過位相シフトパターン及び遮光パターンの形成領域が、被転写基板に転写形成される転写領域と、その外周部にアライメント及び枠等の転写形成されない転写領域外とで形成され、転写領域のパターンでは、光半透過位相シフトパターンが遮光パターンの形状より外周部方向に所定幅だけ拡張した形状であり、転写領域外のパターンでは、光半透過位相シフトパターンが遮光パターンの形状と同じ形状で重なり合う位置に形成されたことを特徴とした請求項１、又は２記載のハーフトーン型位相シフトマスクである。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法において、光半透過位相シフトパターンの検査を行う場合には、光半透過位相シフト膜の面側から検査光を照射し、該検査光が反射してなる反射光により光半透過位相シフト膜と透明基板でライトキャリブレーションを行った後、検査することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法である。

本発明の請求項５に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法において、遮光パターンの検査を行う場合には、遮光膜の面側から検査光を照射し、該検査光が反射してなる反射光により遮光膜と透明基板でライトキャリブレーションを行った後、検査することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法である。

本発明の請求項６に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法において、光透過パターンの検査を行う場合には、透明基板面に検査光を照射し、該検査光が透過してなる透過光により遮光膜と透明基板でライトキャリブレーションを行った後、検査することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法である。

本発明の請求項７に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法において、光半透過位相シフトパターンの検査を行う場合には、光半透過位相シフト膜の面側から検査光を照射し、該検査光が反射してなる反射光により光半透過位相シフト膜と透明基板でライトキャリブレーションを行ない、且つ、遮光パターンの検査を行う場合には、遮光膜の面側から検査光を照射し、該検査光が反射してなる反射光により遮光膜と透明基板でライトキャリブレーションを行った後、検査することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法である。

本発明の請求項８に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法において、光半透過位相シフトパターンの検査を行う場合には、光半透過位相シフト膜の面側から検査光を照射し、該検査光が反射してなる反射光により光半透過位相シフト膜と透明基板でライトキャリブレーションを行ない、且つ、光透過パターンの検査を行う場合には、検査光が透過してなる透過光により遮光膜と透明基板でライトキャリブレーションを行った後、検査することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法である。

本発明の請求項９に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法において、遮光パターンの検査を行う場合には、遮光膜の面側から検査光を照射し、該検査光が反射してなる反射光により遮光膜と透明基板でライトキャリブレーションを行ない、且つ、光透過パターンの検査を行う場合には、検査光が透過してなる透過光により遮光膜と透明基板でライトキャリブレーションを行った後、検査することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法である。

本発明の請求項１０に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法において、光半透過位相シフトパターンの検査を行う場合には、光半透過位相シフト膜の面側から検査光を照射し、該検査光が反射してなる反射光により光半透過位相シフト膜と透明基板でライトキャリブレーションを行ない、且つ、遮光パターンの検査を行う場合には、遮光膜の面側から検査光を照射し、該検査光が反射してなる反射光により遮光膜と透明基板でライトキャリブレーションを行ない、且つ、光透過パターンの検査を行う場合には、検査光が透過してなる透過光により遮光膜と透明基板でライトキャリブレーションを行った後、検査することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法である。

請求項１記載のハーフトーン型位相シフトマスクによれば、透明基板の表面に、光半透過位相シフト膜（ハーフトーン位相シフト膜）を、その裏面に遮光膜を形成したことにより、光半透過位相シフト膜の上の異物検査を行う場合には、反射光により検査を行うことにより異物を検出することができ、光透過パターンの上の異物検査を行う場合には、透過光により検査を行うことにより異物を検出することができ、遮光膜の上の異物検査を行う場合には、反射光により検査を行うことにより異物を検出することができるので、検査時、疑似欠陥を発生させることなく、真の欠陥を検出することができる。

請求項２記載のハーフトーン型位相シフトマスクによれば、光半透過位相シフト膜を透過する露光光の位相が反転して光半透過位相シフトパターンと微細な光透過パターンとの境界において光強度がゼロとなる位相シフト効果により微細な光透過パターン、又は微細な遮光パターンの解像性が向上し、高解像度でパターン転写することができる。さらに、検査時、疑似欠陥を発生させることなく、真の欠陥を検出することができる。

請求項３記載のハーフトーン型位相シフトマスクによれば、パターンの転写領域において、微細なパターンでは、高解像度でパターン転写することができ、大面積のパターンは
、ゴースト等の転写不良が発生せずに高解像度でパターン転写することができる。さらに、検査時、疑似欠陥を発生させることなく、真の欠陥を検出することができる。

請求項４〜６記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法によれば、光半透過位相シフト膜及び遮光膜及び光透過面では、検査時、疑似欠陥を発生させることなく、真の欠陥を検出することができる。

請求項７記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法では、光半透過位相シフト膜及び遮光膜の検査時、疑似欠陥を発生させることなく、真の欠陥を検出することができる。請求項８記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法では、光半透過位相シフト膜及び光透過面の検査時、疑似欠陥を発生させることなく、真の欠陥を検出することができる。請求項９記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法では、遮光膜及び光透過面の検査時、疑似欠陥を発生させることなく、真の欠陥を検出することができる。

請求項１０記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法では、光半透過位相シフト膜及び遮光膜及び光透過面の検査時、疑似欠陥を発生させることなく、真の欠陥を検出することができる。

本発明のハーフトーン型位相シフトマスクを一実施形態に基づいて以下説明する。図１は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクを説明する側断面図である。透明基板（２）の一方の面に光半透過位相シフト膜（３）を、他方の面に遮光膜（４）が形成されている。前記光半透過位相シフト膜（以下ハーフトーン位相シフト膜と記す）には、光半透過位相シフトパターン（以下ハーフトーン位相シフトパターンと記す）が形成され、前記遮光膜には、遮光パターンが形成されている。図１に示すＰ１とＰ２は、微細な寸法パターンであり、Ｐ１とＰ２は、光透過パターンである。Ｐ１及びＰ２のパターンの周辺部はハーフトーン位相シフト膜により区画形成し、その外側の遮光部を遮光膜（４）により区画形成することにより、Ｐ１及びＰ２パターンでは、ハーフトーン位相シフト膜（４）の効果により位相シフト効果を生じることができ、同時に、ハーフトーン位相シフト膜が設けられるエリアをパターン周辺部に限定し、そのパターン周辺部エリアを囲む遮光部は遮光膜（４）により形成したことにより、微細な寸法パターンＰ１及びＰ２を鮮明に転写形成でき、パターンＰ１及びＰ２の周囲のハーフトーン位相シフト膜の転写パターンに穴が空く等の不具合は発生しない。

図１に示す大面積のパターンＰ３を透過した露光光は、位相シフトの効果が発現せずに、例えば光半透過部のハーフトーン位相シフト膜（３）及び遮光膜（４）と光透過部（２）の組み合わされた場合、ハーフトーン位相シフト膜が設けられるエリアをパターン周辺部に限定し、そのパターン周辺部エリアを囲む遮光部は遮光膜により形成したことにより、Ｐ３の大面積のパターン内にゴースト等の転写不良の発生等の不具合は発生しない。なお、図１には、中央には、転写領域のパターン（１０）が形成され、両端には、転写領域外のパターン（２０）が形成されている。

次に、図２は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクを説明する図で、ａは、平面図であり、ｂは、側断面図である。図２ａは、微細な寸法パターンＰ１、微細な寸法パターンＰ２、及び大面積のパターンＰ３、及び各々の部分拡大図を示す。パターンＰ１では、中央に微細な光透過パターン（１２）が形成され、該光透過パターンの周りに所定幅で形成されたハーフトーン位相シフト膜（３）からなるハーフトーン位相シフトパターン（１３）を区画形成し、該ハーフトーン位相シフトパターンの外周部を包囲する遮光膜（４）からなる遮光パターン（１４）が区画形成されている。パターンＰ２では、中央に微細
な遮光パターン（１４）が形成され、該遮光パターンの周りに所定幅で形成されたハーフトーン位相シフトパターン（１３）を区画形成し、該ハーフトーン位相シフトパターンの外周部を包囲する光透過パターン（１２）が区画形成されている。パターンＰ３では、中央に大面積の遮光パターン（１４）が形成され、該遮光パターンの周りに所定幅で形成されたハーフトーン位相シフトパターン（１３）を区画形成し、該ハーフトーン位相シフトパターンの外周部を包囲する光透過パターン（１２）が区画形成されている。なお、図２ａでは、遮光膜（４）側よりの平面図であり、ハーフトーン位相シフト膜（３）は透明基板の裏面に形成されたものである。図２ｂは、各々のパターンの側断面図であり、Ｐ１及びＰ２の断面は、遮光膜（４）の周りに所定幅だけ拡張した形状のハーフトーン位相シフト膜（３）が形成されている。

また、Ｐ３の断面は、図面左側の転写領域の大面積のパターンと、図面右側の転写領域外のパターンである。パターン領域では、被転写基板に転写形成される転写領域のパターン（１０）と、その外周部にアライメント及び枠等の転写形成されない転写領域外のパターン（２０）とで形成され、転写領域外のパターン（２０）は、遮光パターン（１４）の形状とハーフトーン位相シフトパターン（１３）の形状が同じ形状であり、重なり合う位置に形成されている。

次に本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法を説明する。透明基板の一方の面に、光半透過位相シフト膜、他方の面に、遮光膜を形成する。次に、他方の面の遮光膜上に第１レジストを形成し、一方の面には第１保護レジストを形成後、前記第１レジストに所定のパターンを露光形成後、現像処理により第１レジストパターンを形成する。前記第１レジストパターンをマスクとして、遮光膜にエッチング処理を施し遮光パターンを形成する。次に第１レジスト及び第１保護レジストを剥膜し、遮光パターンを形成する。次に、再度、一方の面の光半透過位相シフト膜上に第２レジストを形成し、他方の面には第２保護レジストを形成後、前記第２レジストに所定のパターンを露光形成後、現像処理により第２レジストパターンを形成する。前記第２レジストパターンをマスクとして、光半透過位相シフト膜にエッチング処理を施し光半透過位相シフトパターンを形成する。次に第２レジスト及び第２保護レジストを剥膜し、光半透過位相シフトパターンを形成する。

前記レジストに所定のパターンを露光形成する方法は、電子ビーム描画装置による方法、又はフォトマスクを用いて転写露光する方法等がある。例えば、電子ビーム描画装置を用いた方法では、最初に、遮光パターン用描画データを準備形成し、該データを用いて、前記第１レジストへの所定のパターンを描画し、レジストパターンを形成後、フォトプロセスを経て遮光パターンを形成する。次に、透明基板をその手順に従って表裏反転し、光半透過位相シフトパターン用描画データを準備形成し、該データを用いて、前記第２レジストへの所定のパターンを描画し、レジストパターンを形成後、フォトプロセスを経て光半透過位相シフトパターンを形成する。

前記透明基板は、石英よりなる透明ガラスを使用する。前記光半透過位相シフト膜は、Ｍｏ・Ｓｉ系、又はジルコニウムシリサイド系の材料を使用し、真空蒸着等の周知の成膜方法を用いて膜厚８００〜１５００Åの膜を形成する。前記遮光膜は、Ｃｒ等の金属材料を使用し、真空蒸着等の周知の成膜方法を用いて膜厚３００〜１０００Åの膜を形成する。レジストは、光感光性の樹脂のレジスト液をスピンコーター装置による回転塗布方法を用いて膜厚２０００〜６０００Åの膜を形成する。前記フォトプロセスは、現像及び剥膜は、硫酸や酸素プラズマ等を使用し、エッチングは、周知の硝酸第２セリウムアンモニウムに過塩素酸を加えた混合液によるのウエットエッチング、又は塩素ガス等を用いたドライエッチングを使用する。

以下に、本発明の実施例を記す。

石英よりなる透明基板の一方の面上にジルコニウムシリサイドターゲットを用い、アルゴンガスに酸素を適量添加した反応性スパッタリング法により成膜を行い、膜厚１６０Åの半透明性膜を形成した。続いて、前記半透明性膜上にジルコニウムシリサイドターゲット及びシリコンターゲットを併用し、アルゴンガスに酸素を適量添加した反応性スパッタリング法により成膜を行い、膜厚１０００Åの透明性膜を形成した。上記のように透明基板の一方の面上に膜厚１６０Åの半透明性膜、膜厚１０００Åの透明性膜をこの順に積層形成し、２層構造のハーフトーン位相シフト膜を形成した。次に、前記透明基板の他方の面上にスパッリング法によりＣｒ膜、ＣｒＯ膜をこの順に積層形成し、膜厚５００Åの２層構造の遮光膜を形成した。

前記遮光膜及び前記ハーフトーン位相シフト膜上にスピンコーター装置により有機物を主成分とする膜厚２０００Åのポジ型レジストを塗布形成した。電子描画装置によりパターン形成部の露光を行った。有機溶剤で現像処理を行い、所望のレジストパターンを形成した。透明基板の一方面上にハーフトーン位相シフトパターンのレジストパターンが、他方面上に遮光パターンのレジストパターンが形成されている。

次いで、ＩＣＰ方式のドライエッチング装置を用いて、透明基板の一方の面上にハーフトーン位相シフトパターンのレジストパターンをマスクとして、ハーフトーン位相シフト膜を選択的に除去し、ハーフトーン位相シフトパターンを形成した。次いで、市販のフォトマスク用ドライエッチング装置を用いて、透明基板の他方の面上の遮光パターンのレジストパターンをマスクとして、遮光膜を選択的に除去し、遮光パターンを形成した。

次いで、酸素プラズマアッシング法により、不要のレジストを剥離し、透明基板の一方の面にハーフトーン位相シフトパターン、他方の面に遮光パターンを形成した本発明のハーフトーン位相シフトマスクを得た。次いで、該マスクを用いて以下の本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの検査を実施した。

図３は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの検査方法の一実施例の説明図である。図３では、図面上部は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスク（１）の側断面図で、透明基板（２）を中央にし、その上にハーフトーン位相シフト膜（３）と、その下に遮光膜（４）が積層形成されている。検査方法は、検査光が反射してなる反射光により、ハーフトーン位相シフト膜（３）／透明基板（２）でライトキャリブレーションを行って異物を検出するものである。前記側断面図の下部には、濃度グラフがあり、Ｙ軸はその濃度０〜２５５の階調であり、Ｘ軸は側断面図の測定開始点（左端）より右方向へ移動する測定点の位置を示している。前記グラフの左側は、ライトキャリブレーションの結果の濃度グラフであり、ハーフトーン位相シフト膜（３）での濃度（反射光）を２５５値と補正し、透明基板（２）での濃度（反射光）を０値と補正した結果のグラフであり、すなわち、光半透過部（白）と透過部（黒）のコントラストを最大（２５５）に調整した。補正後のグラフは、ハーフトーン位相シフト膜（３）／透明基板（２）の境界の近傍で変化し、左側のハーフトーン位相シフト膜（白）は２５５値で、右側の透明基板（黒）は０値で安定した状態を示している。前記グラフの右側（→）は、検査時の感度グラフである。ハーフトーン位相シフト膜のデータとパターン画像とのダイツーデータベース検査の検査結果では、ハーフトーン位相シフト膜（３）上の欠陥、例えば、Ｃｒの遮光膜の付着の不具合、又は異物の付着の不具合は検出することができる。その理由は、ハーフトーン位相シフト膜（３）での濃度（反射光）を２５５値と補正したため、ハーフトーン位相シフト膜（３）との濃度差が区別できる。すなわち、ハーフトーン位相シフト膜上面の異物の近傍では、その濃度が低下し、その濃度差が生じることにより異物の近傍のエリアの検査が行う
ことができる。

図４は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの検査方法の一実施例の説明図である。図４では、図面上部は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスク（１）の側断面図で、透明基板（２）を中央にし、その上に遮光膜（４）と、その下にハーフトーン位相シフト膜（３）が積層形成されている。検査方法は、検査光が反射してなる反射光により、遮光膜（４）／透明基板（２）でライトキャリブレーションを行って異物を検出するものである。前記側断面図の下部には、濃度グラフがあり、Ｙ軸はその濃度０〜２５５の階調であり、Ｘ軸は側断面図の測定開始点（左端）より右方向へ移動する測定点の位置を示している。前記グラフの左側は、ライトキャリブレーションの結果の濃度グラフであり、遮光膜（４）での濃度（反射光）を２５５値と補正し、透明基板（２）での濃度（反射光）を０値と補正した結果のグラフであり、すなわち、遮光部（白）と透過部（黒）のコントラストを最大（２５５）に調整した。補正後のグラフは、遮光膜（４）／透明基板（２）の境界の近傍で変化し、左側の遮光膜（白）は２５５値で、右側の透明基板（黒）は０値で安定した状態を示している。前記グラフの右側（→）は、検査時の感度グラフである。遮光膜のデータとパターン画像とのダイツーデータベース検査の検査結果では、遮光膜（４）上の欠陥、例えば、Ｃｒの遮光膜の付着の不具合、又は異物の付着の不具合は検出することができる。その理由は、遮光膜（４）での濃度（反射光）を２５５値と補正したため、遮光膜（４）との濃度差が区別できる。すなわち、遮光膜上面の異物の近傍では、その濃度が低下し、その濃度差が生じることにより異物の近傍のエリアの検査が行うことができる。また、透明基板（２）の透過部上の欠陥、例えば、Ｃｒの遮光膜の付着の不具合、又は異物の付着の不具合は検出することができる。その理由は、透明基板（２）での濃度（反射光）を０値と補正したため、透明基板（２）との濃度差が区別できる。すなわち、透明基板上面の異物の近傍では、その濃度が上昇し、その濃度差が生じることにより異物近傍のエリアの検査が行うことができる（図４では異物を図示せず）。

図５は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの検査方法の一実施例の説明図である。図５では、図面上部は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスク（１）の側断面図で、透明基板（２）を中央にし、その上にハーフトーン位相シフト膜（３）と、その下に遮光膜（４）が積層形成されている。検査方法は、透過光を検査光として、ハーフトーン位相シフト膜（３）／透明基板（２）でライトキャリブレーションを行って異物を検出するものである。前記側断面図の下部には、濃度グラフがあり、Ｙ軸はその濃度０〜２５５の階調であり、Ｘ軸は側断面図の測定開始点（左端）より右方向へ移動する測定点の位置を示している。前記グラフの左側は、ライトキャリブレーションの結果の濃度グラフであり、ハーフトーン位相シフト膜（３）での濃度（透過光）を０値と補正し、透明基板（２）での濃度（透過光）を２５５値と補正した結果のグラフであり、すなわち、ハーフトーン位相シフト膜（黒）と透過部（白）のコントラストを最大（２５５）に調整した。補正後のグラフは、ハーフトーン位相シフト膜（３）／ハーフトーン位相シフト膜（３）の境界の近傍で変化し、左側のハーフトーン位相シフト膜（黒）は０値で、右側の透明基板（白）は２５５値で安定した状態を示している。前記グラフの右側（→）は、検査時の感度グラフである。透過部のデータとパターン画像とのダイツーデータベース検査の検査結果では、透明基板（２）上の欠陥、例えば、Ｃｒの遮光膜の付着の不具合、又は異物の付着の不具合は検出することができる。その理由は、ハーフトーン位相シフト膜（３）での濃度（透過光）を０値と、透明基板（２）での濃度（透過光）を２５５値とに補正したため、透明基板（２）との濃度差が区別できる。すなわち、透明基板（２）上面の異物の近傍では、その濃度が低下し、その濃度差が生じることにより異物の近傍のエリアの検査が行うことができる。

前記の図３〜５の検査により、図３の検査では、ハーフトーン位相シフト膜（３）を主体に検査し、図４の検査では、遮光膜（４）を主体に検査し、図５の検査では、透過部（
２）を主体に検査し全ての外観を検査した。本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、所定の検査感度規格に適合した品質が確保できた。検査時間も大幅に短縮された。

本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの部分側断面図である。本発明のハーフトーン型位相シフトマスクのパターン部分の説明図で、ａは、平面図であり、ｂは、側断面図である。本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの検査方法の一実施例の説明図である。本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの検査方法の一実施例の説明図である。本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの検査方法の一実施例の説明図である。従来のハーフトーン型位相シフトマスクのパターン部分の説明図で、ａは、平面図であり、ｂは、側断面図である。従来のハーフトーン型位相シフトマスクの検査方法の一例の説明図である。ａ〜ｂは、従来のハーフトーン型位相シフトマスクの検査方法の一例の説明図である。

符号の説明

１…ハーフトーン型位相シフトマスク（トライトーンマスク）
２…透明基板
３…光半透過位相シフト膜（ハーフトーン位相シフト膜）
４…遮光膜
１０…転写領域のパターン
１２…光透過パターン
１３…光半透過位相シフトパターン（ハーフトーン位相シフトパターン）
１４…遮光パターン
２０…転写領域外のパターン
３２…光透過部
３３…光半透過部
３４…遮光部
Ｐ１…微細な寸法パターン
Ｐ２…微細な寸法パターン
Ｐ３…大面積のパターン

Claims

透明基板の面上に、露光光を透過させるための光透過パターンと、位相を変換させるための光半透過位相シフトパターンと、露光光を遮蔽させるための遮光パターンとを形成したハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、透明基板の一方の面上に光透過パターンを形成し、該光透過パターンの周りに所定幅で形成された光半透過位相シフト膜からなる光半透過位相シフトパターンを区画形成し、前記透明基板の他方の面上に、前記光半透過位相シフトパターンの外周部を包囲する遮光膜からなる遮光パターンを区画形成したハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記光半透過位相シフトパターン及び遮光パターンの各々中心位置が重なり合うことを特徴としたハーフトーン型位相シフトマスク。
前記光半透過位相シフトパターンが、遮光パターンの形状より外周部方向に所定幅だけ拡張した形状であることを特徴とした請求項１記載のハーフトーン型位相シフトマスク。
前記光透過パターン及び光半透過位相シフトパターン及び遮光パターンの形成領域が、被転写基板に転写形成される転写領域と、その外周部にアライメント及び枠等の転写形成されない転写領域外とで形成され、転写領域のパターンでは、光半透過位相シフトパターンが遮光パターンの形状より外周部方向に所定幅だけ拡張した形状であり、転写領域外のパターンでは、光半透過位相シフトパターンが遮光パターンの形状と同じ形状で重なり合う位置に形成されたことを特徴とした請求項１、又は２記載のハーフトーン型位相シフトマスク。
請求項１乃至３のいずれか１項記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法において、光半透過位相シフトパターンの検査を行う場合には、光半透過位相シフト膜の面側から検査光を照射し、該検査光が反射してなる反射光により光半透過位相シフト膜と透明基板でライトキャリブレーションを行った後、検査することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法。
請求項１乃至３のいずれか１項記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法において、遮光パターンの検査を行う場合には、遮光膜の面側から検査光を照射し、該検査光が反射してなる反射光により遮光膜と透明基板でライトキャリブレーションを行った後、検査することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法。
請求項１乃至３のいずれか１項記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法において、光透過パターンの検査を行う場合には、透明基板面に検査光を照射し、該検査光が透過してなる透過光により遮光膜と透明基板でライトキャリブレーションを行った後、検査することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法。
請求項１乃至３のいずれか１項記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法において、光半透過位相シフトパターンの検査を行う場合には、光半透過位相シフト膜の面側から検査光を照射し、該検査光が反射してなる反射光により光半透過位相シフト膜と透明基板でライトキャリブレーションを行ない、且つ、遮光パターンの検査を行う場合には、遮光膜の面側から検査光を照射し、該検査光が反射してなる反射光により遮光膜と透明基板でライトキャリブレーションを行った後、検査することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法。
請求項１乃至３のいずれか１項記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法において、光半透過位相シフトパターンの検査を行う場合には、光半透過位相シフト膜の面側から検査光を照射し、該検査光が反射してなる反射光により光半透過位相シフト膜と透明基板でライトキャリブレーションを行ない、且つ、光透過パターンの検査を行う場合
には、検査光が透過してなる透過光により遮光膜と透明基板でライトキャリブレーションを行った後、検査することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法。
請求項１乃至３のいずれか１項記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法において、遮光パターンの検査を行う場合には、遮光膜の面側から検査光を照射し、該検査光が反射してなる反射光により遮光膜と透明基板でライトキャリブレーションを行ない、且つ、光透過パターンの検査を行う場合には、検査光が透過してなる透過光により遮光膜と透明基板でライトキャリブレーションを行った後、検査することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法。
請求項１乃至３のいずれか１項記載のハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法において、光半透過位相シフトパターンの検査を行う場合には、光半透過位相シフト膜の面側から検査光を照射し、該検査光が反射してなる反射光により光半透過位相シフト膜と透明基板でライトキャリブレーションを行ない、且つ、遮光パターンの検査を行う場合には、遮光膜の面側から検査光を照射し、該検査光が反射してなる反射光により遮光膜と透明基板でライトキャリブレーションを行ない、且つ、光透過パターンの検査を行う場合には、検査光が透過してなる透過光により遮光膜と透明基板でライトキャリブレーションを行った後、検査することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査方法。