JP2006091240A - ハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】遮光層の黒欠陥は除去され、位相シフト層の黒欠陥は発生させず、ガリウムステインによる透過率の低下、位相シフト層パターンの厚みの低下による位相差の変化のないハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。
【解決手段】（１）第一レジスト層を積層、（２）第一レジスト層パターンを形成、（３）遮光層第一パターンを形成、（４）遮光層の黒欠陥を検出、（５）黒欠陥を除去修正、（６）位相シフト層パターンを形成、（７）第一レジスト層パターンを剥離、（８）第二レジスト層を積層、（９）第二レジスト層パターンを形成、（１０）遮光層第二パターンを形成し、第二レジスト層パターンを剥離、する各工程具備する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＬＳＩ製造に用いるハーフトーン型位相シフトマスクに関するものであり、特に、黒欠陥の修正に伴う、ガリウムステインによる透過率の低下や、位相シフト層パターンの厚みの低下による位相差の変化のないハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法に関する。

ハーフトーン型位相シフトマスクの平面的な構成としては、通常、光透過部と、その光透過部の周りを取り囲む光半透過部（位相シフト部）よりなるが、例えば、特開平８−３３４８８６号公報に開示されているように、光透過部と、その光透過部の周りに所定幅で形成された光半透過部（位相シフト部）と、その光半透過部（位相シフト部）の周りを取り囲んで形成された遮光部とで構成されるハーフトーン型位相シフトマスクも提案されている。

光透過部と、光半透過部（位相シフト部）と、遮光部とで構成される、このハーフトーン型位相シフトマスクは、トライトーンマスクと称されることもある。
図１は、トライトーンマスクの一例を示す部分断面図である。図１に示すように、このトライトーンマスクは、透明基板（１）上に光透過部（２）、その周りに光半透過部（位相シフト部）（３）、その光半透過部（位相シフト部）（３）を取り囲んで遮光部（４）が形成されたものである。

このトライトーンマスクは、光透過部と、その周りを取り囲む光半透過部（位相シフト部）で構成される通常のハーフトーン型位相シフトマスクに比較して、下記のような特徴が挙げられている。
すなわち、光透過部と光半透過部（位相シフト部）で構成される通常のハーフトーン型位相シフトマスクの場合には、例えば、光透過部が大面積になると、光透過部に対応する転写像にゴースト等が発生するといった問題が、このトライトーンマスクでは、その発生を防ぐことができることである。
また、例えば、光透過部の周りを取り囲む光半透過部（位相シフト部）が大面積になると、光透過部を通過した露光光によって、得られる転写像が不鮮明になるといった問題が、このトライトーンマスクでは、その発生を防ぐことができることである。

図２（ａ）〜（ｅ）、及び図３（ａ）〜（ｅ）は、図１に示すトライトーンマスクの製造方法の一例を断面で示す説明図である。
図２（ａ）に示すように、先ず、位相シフト層（３ａ）、遮光層（４ａ）が順次に積層された透明基板（１）の遮光層（４ａ）上に、例えば、電子線レジストを用いた第一レジスト層（５ａ）を積層する。次に、図２（ｂ）〜（ｃ）に示すように、例えば、電子線露光装置を用いた描画、及び現像処理を行い、図１に示す、光透過部（２）に相当する部分が欠落した形状の第一レジスト層パターン（５ｂ）を形成する。

次に、図２（ｄ）に示すように、第一レジスト層パターン（５ｂ）をマスクにして遮光層（４ａ）をエッチングして、前記光透過部（２）に相当する部分が欠落した形状の遮光層第一パターン（４ｂ）を形成する。続いて、第一レジスト層パターン（５ｂ）を剥離する。

図２（ｄ）において、符号（７）は、遮光層第一パターン（４ｂ）を形成する際に発生した遮光層の黒欠陥を表している。この遮光層の黒欠陥（７）は、例えば、遮光層第一パ
ターン（４ｂ）がその平面方向に部分的に延長され突出した状態のものであり、遮光層第一パターン（４ｂ）を形成する際の、例えば、異物の付着、現像時のレジスト残りなどに起因したものである。

次に、図２（ｅ）に示すように、遮光層第一パターン（４ｂ）をマスクにして、位相シフト層（３ａ）をエッチングして、前記光透過部（２）に相当する部分が欠落した形状の位相シフト層パターン（３ｂ）を形成する。遮光層の黒欠陥（７）の下方部分の位相シフト層（３ａ）はエッチングされずに残り、位相シフト層の黒欠陥（８）となる。

次に、図２（ｅ）に示す段階において、第一外観検査を行う。第一外観検査は、例えば、２μｍ程度の広範囲にわたるパターンの欠落の有無を検査するものである。パターンの欠落とは、ピンホール、断線、パターン脱落などであり、例えば、現像時のレジスト剥がれなどに起因して発生したものである。
パターンの欠落が、例えば、２μｍ程度と広範囲なものになると、既存の修正装置での修正は不可能となるので、広範囲にわたるパターンの欠落を検出した際には、以降の工程は中止する。

次に、図３（ａ）に示すように、遮光層第一パターン（４ｂ）、及び位相シフト層パターン（３ｂ）が形成された透明基板（１）の全面に第二レジスト層（６ａ）を積層し、電子線露光装置を用いた描画を行い、続いて、現像処理を行い、図３（ｂ）に示すように、図１に示す、光透過部（２）及び光半透過部（位相シフト部）（３）に相当する部分が欠落した形状の第二レジスト層パターン（６ｂ）を形成する。

次に、図３（ｃ）に示すように、第二レジスト層パターン（６ｂ）をマスクにして、遮光層第一パターン（４ｂ）をエッチングして、前記光透過部（２）及び光半透過部（位相シフト部）（３）に相当する部分が欠落した形状の遮光層第二パターン（４ｃ）を形成する。続いて、第二レジスト層パターン（６ｂ）を剥離する。
このエッチングにおいて、遮光層の黒欠陥（７）は、光半透過部（位相シフト部）（３）に相当する部分の遮光層第一パターン（４ｂ）のエッチング除去と同時にエッチング除去される。しかし、位相シフト層の黒欠陥（８）は残存する。

次に、図３（ｃ）に示す段階において、第二外観検査を行う。第二外観検査は、位相シフト層の黒欠陥（８）の有無を検査するものであり、位相シフト層の黒欠陥（８）を検出した際には、次工程でその修正を行う。
位相シフト層の黒欠陥（８）の修正は、例えば、ガリウムをイオン源とした集束イオンビーム修正装置を用いて行うが、この修正により位相シフト層の黒欠陥（８）は除去されるものの、その部分の透明基板（１）にはガリウムイオンが打ち込まれてしまうので、ガリウムステイン（９）と称する汚れが生じる。

ガリウムステイン（９）が存在すると、その部分の透明基板（光透過部（２））の透過率は低下したものとなる。この透過率の低下は、パターンをウエハに転写する際に悪影響を及ぼすこととなり好ましいものではない（図３（ｄ））。
従って、このガリウムステイン（９）を除去するために、アルカリ洗浄を施すことがある。

図３（ｅ）は、アルカリ洗浄後の状態を表したものであるが、アルカリ洗浄を施すことによってガリウムステイン（９）は除去され、同時に透明基板（１）はガリウムステイン（９）の厚みと同程度が掘り下げられる。
しかしながら、このアルカリ洗浄によって、位相シフト層パターン（３ｂ）の上面は溶解され、その厚み（Ｔ２）は、初期の厚み（Ｔ１）より薄いものとなる。
すなわち、位相シフト層パターン（３ｂ）の厚みの低下は、位相差に変化をもたらすことになるといった、別な問題がここで生じる。

この位相差の変化は、上記ガリウムステインにおける透過率の低下と同様に、パターンをウエハに転写する際に悪影響を及ぼすこととなり好ましいものではない。すなわち、アルカリ洗浄を行って、位相シフト層パターンの厚みの低下による位相差の変化に起因する転写時の悪影響を許容するか、或いは、アルカリ洗浄を行わず、ガリウムステインによる透過率の低下に起因する転写時の悪影響を許容するか、二者択一となっている。
特開平８−３３４８８６号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、トライトーンマスクを製造する際の、遮光層第一パターンを形成する工程において、遮光層の黒欠陥が発生しても、遮光層の黒欠陥は除去され、遮光層の黒欠陥に起因する位相シフト層の黒欠陥は発生させず、且つガリウムステインによる透過率の低下はなく、位相シフト層パターンの厚みの低下による位相差の変化のない、すなわち、パターンをウエハに転写する際に悪影響を及ぼすことのない位相シフトマスクを製造することのできるハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、透明基板上の光透過部と、この光透過部の周りに所定幅で形成された光半透過部（位相シフト部）と、この光半透過部（位相シフト部）の周りを取り囲んで形成された遮光部とで構成されるハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法において、
（１）位相シフト層、遮光層が順次に積層された透明基板の遮光層上に第一レジスト層を積層する工程と、
（２）第一レジスト層を所定の形状にパターニングして、光透過部に相当する部分が欠落した形状の第一レジスト層パターンを形成する工程と、
（３）第一レジスト層パターンをマスクにして遮光層をエッチングして、光透過部に相当する部分が欠落した形状の遮光層第一パターンを形成する工程と、
（４）遮光層第一パターンが形成された透明基板の外観検査を行い、遮光層の黒欠陥を検出する工程と、
（５）検出された遮光層の黒欠陥を集束イオンビームを用いて除去修正する工程と、
（６）遮光層第一パターンをマスクにして位相シフト層をエッチングして、光透過部に相当する部分が欠落した形状の位相シフト層パターンを形成する工程と、（７）上記（３）工程〜（６）工程のいずれかの工程後に第一レジスト層パターンを剥離する工程と、
（８）遮光層第一パターン及び位相シフト層パターンが形成された透明基板上に第二レジスト層を積層する工程と、
（９）第二レジスト層を所定の形状にパターニングして、光透過部及び光半透過部（位相シフト部）に相当する部分が欠落した形状の第二レジスト層パターンを形成する工程と、（１０）第二レジスト層パターンをマスクにして遮光層第一パターンをエッチングして、光透過部及び光半透過部（位相シフト部）に相当する部分が欠落した形状の遮光層第二パターンを形成し、第二レジスト層パターンを剥離する工程、
を少なくとも具備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製造方法である。

本発明は、透明基板上の光透過部と、この光透過部の周りに所定幅で形成された光半透過部（位相シフト部）と、この光半透過部（位相シフト部）の周りを取り囲んで形成され
た遮光部とで構成されるハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法において、（１）位相シフト層、遮光層が順次に積層された透明基板の遮光層上に第一レジスト層を積層する工程と、（２）光透過部に相当する部分が欠落した形状の第一レジスト層パターンを形成する工程と、（３）第一レジスト層パターンをマスクにして遮光層をエッチングして、遮光層第一パターンを形成する工程と、（４）遮光層の黒欠陥を検出する工程と、（５）遮光層の黒欠陥を集束イオンビームを用いて除去修正する工程と、（６）遮光層第一パターンをマスクにして位相シフト層をエッチングして、位相シフト層パターンを形成する工程と、（７）第一レジスト層パターンを剥離する工程と、（８）第二レジスト層を積層する工程と、（９）第二レジスト層を所定の形状にパターニングして、第二レジスト層パターンを形成する工程と、（１０）第二レジスト層パターンをマスクにして遮光層第一パターンをエッチングして、遮光層第二パターンを形成し、第二レジスト層パターンを剥離する工程、を少なくとも具備するので、
遮光層の黒欠陥は除去され、遮光層の黒欠陥に起因する位相シフト層の黒欠陥は発生せず、且つガリウムステインによる透過率の低下はなく、位相シフト層パターンの厚みの低下による位相差の変化のない、すなわち、パターンをウエハに転写する際に悪影響を及ぼすことのない位相シフトマスクを製造することのできるハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法となる。

本発明を一実施の形態に基づいて以下に説明する。
図４（ａ）〜（ｅ）、及び図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明によるハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法の一実施例を断面で示す説明図である。
図４（ａ）に示すように、先ず、位相シフト層（３ａ）、遮光層（４ａ）が順次に積層された透明基板（１）の遮光層（４ａ）上に、例えば、電子線レジストを用いた第一レジスト層（５ａ）を積層する。次に、図４（ｂ）〜（ｃ）に示すように、電子線露光装置を用いた描画、及び現像処理を行い、図５（ｄ）に示す、光透過部（２）に相当する部分が欠落した形状の第一レジスト層パターン（５ｂ）を形成する。

次に、図４（ｄ）に示すように、第一レジスト層パターン（５ｂ）をマスクにして遮光層（４ａ）をエッチングして、前記光透過部（２）に相当する部分が欠落した形状の遮光層第一パターン（４ｂ）を形成する。続いて、第一レジスト層パターン（５ｂ）を剥離する。
尚、この一実施例においては、遮光層第一パターン（４ｂ）の形成後に第一レジスト層パターン（５ｂ）の剥離を行うが、遮光層第一パターン（４ｂ）の形成後から、後述する位相シフト層パターン（３ｂ）を形成する工程後（図５（ａ））までの間に、適宜、第一レジスト層パターン（５ｂ）の剥離を行ってもよい。

図４（ｄ）において、符号（７）は、遮光層第一パターン（４ｂ）を形成する際に発生した遮光層の黒欠陥を表している。この遮光層の黒欠陥（７）は、例えば、遮光層第一パターン（４ｂ）がその平面方向に部分的に延長され突出した状態のものであり、遮光層第一パターン（４ｂ）を形成する際の、例えば、異物の付着、現像時のレジスト残りなどに起因したものである。

次に、図４（ｄ）に示す段階において、外観検査を行う。外観検査は、遮光層の黒欠陥（７）を検出するものである。検出した遮光層の黒欠陥（７）の修正は、例えば、ガリウムをイオン源とした集束イオンビーム修正装置を用いて行うが、この修正により遮光層の黒欠陥（７）は除去される。

その部分、すなわち、図５（ｄ）に示す光透過部（２）に相当する部分の位相シフト層（３ａ）にはガリウムイオンが打ち込まれてしまうので、ガリウムステイン（９）と称す
る汚れが生じるが、次工程である位相シフト層パターン（３ｂ）を形成する工程において、その部分の位相シフト層（３ａ）は除去されるので、アルカリ洗浄によるガリウムステイン（９）の除去は行わない。
また、位相シフト層（３ａ）の、位相シフト層パターン（３ｂ）となる部分は、遮光層第一パターン（４ｂ）で被覆されているので、位相シフト層パターン（３ｂ）の上面が溶解されることはない。
すなわち、初期の厚み（Ｔ１）は保たれている（図４（ｅ））。

次に、図５（ａ）に示すように、遮光層第一パターン（４ｂ）をマスクにして、位相シフト層（３ａ）をエッチングして、前記光透過部（２）に相当する部分が欠落した形状の位相シフト層パターン（３ｂ）を形成する。この段階で、遮光層の黒欠陥（７）、位相シフト層の黒欠陥（８）、及びガリウムステイン（９）は存在していない。

次に、図５（ｂ）に示すように、遮光層第一パターン（４ｂ）が形成され、遮光層の黒欠陥（７）が除去され、次に位相シフト層パターン（３ｂ）が形成された透明基板（１）の全面に第二レジスト層（６ａ）を積層し、電子線露光装置を用いた描画を行う。
続いて、現像処理を行い、図５（ｃ）に示すように、図５（ｄ）に示す、光透過部（２）及び光半透過部（位相シフト部）（３）に相当する部分が欠落した形状の第二レジスト層パターン（６ｂ）を形成する。

次に、図５（ｄ）に示すように、第二レジスト層パターン（６ｂ）をマスクにして、遮光層第一パターン（４ｂ）をエッチングして、前記光透過部（２）及び光半透過部（位相シフト部）（３）に相当する部分が欠落した形状の遮光層第二パターン（４ｃ）を形成する。続いて、第二レジスト層パターン（６ｂ）を剥離して本発明によるハーフトーン型位相シフトマスクを得る。

上記のように、本発明によるハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法においては、図４（ｄ）に示す段階、すなわち、遮光層第一パターン（４ｂ）が形成された段階で外観検査を行って遮光層の黒欠陥（７）を検出し、直ちに遮光層の黒欠陥（７）の除去修正を行う。
この際、例えば、ガリウムをイオン源とした集束イオンビーム修正装置を用いることによって位相シフト層（３ａ）上にガリウムステイン（９）を生じても、この部分は位相シフト層パターン（３ｂ）を形成する工程で除去されるので、アルカリ洗浄を施す必要はなく、また、位相シフト層パターン（３ｂ）となる部分は、遮光層第一パターン（４ｂ）で被覆されているので、位相シフト層パターン（３ｂ）の上面が溶解されることはない。

従って、得られるハーフトーン型位相シフトマスクは、ガリウムステイン（９）が除去されているので、ガリウムステインによる光透過部（２）の透過率の低下はなく、また、位相シフト層パターンの厚みは初期の厚み（Ｔ１）を有し、位相差に変化のないものとなる。すなわち、パターンをウエハに転写する際に悪影響を及ぼすことのない位相シフトマスクを製造することのできるハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法となる。

トライトーンマスクの一例を示す部分断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、図１に示すトライトーンマスクの製造方法の一例を断面で示す説明図である。 （ａ）〜（ｅ）は、図１に示すトライトーンマスクの製造方法の一例を断面で示す説明図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明によるハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法の一実施例を断面で示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明によるハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法の一実施例を断面で示す説明図である。

符号の説明

１・・・透明基板
２・・・光透過部
３・・・光半透過部（位相シフト部）
３ａ・・・位相シフト層
３ｂ・・・位相シフト層パターン
４・・・遮光部
４ａ・・・遮光層
４ｂ・・・遮光層第一パターン
４ｃ・・・遮光層第二パターン
５ａ・・・第一レジスト層
５ｂ・・・第一レジスト層パターン
６ａ・・・第二レジスト層
６ｂ・・・第二レジスト層パターン
７・・・遮光層の黒欠陥
８・・・位相シフト層の黒欠陥
９・・・ガリウムステイン
Ｔ１・・・位相シフト層パターンの初期の厚み
Ｔ２・・・位相シフト層パターンのアルカリ洗浄後の厚み

Claims (1)

1. 透明基板上の光透過部と、この光透過部の周りに所定幅で形成された光半透過部（位相シフト部）と、この光半透過部（位相シフト部）の周りを取り囲んで形成された遮光部とで構成されるハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法において、
   （１）位相シフト層、遮光層が順次に積層された透明基板の遮光層上に第一レジスト層を積層する工程と、
   （２）第一レジスト層を所定の形状にパターニングして、光透過部に相当する部分が欠落した形状の第一レジスト層パターンを形成する工程と、
   （３）第一レジスト層パターンをマスクにして遮光層をエッチングして、光透過部に相当する部分が欠落した形状の遮光層第一パターンを形成する工程と、
   （４）遮光層第一パターンが形成された透明基板の外観検査を行い、遮光層の黒欠陥を検出する工程と、
   （５）検出された遮光層の黒欠陥を集束イオンビームを用いて除去修正する工程と、
   （６）遮光層第一パターンをマスクにして位相シフト層をエッチングして、光透過部に相当する部分が欠落した形状の位相シフト層パターンを形成する工程と、（７）上記（３）工程〜（６）工程のいずれかの工程後に第一レジスト層パターンを剥離する工程と、
   （８）遮光層第一パターン及び位相シフト層パターンが形成された透明基板上に第二レジスト層を積層する工程と、
   （９）第二レジスト層を所定の形状にパターニングして、光透過部及び光半透過部（位相シフト部）に相当する部分が欠落した形状の第二レジスト層パターンを形成する工程と、（１０）第二レジスト層パターンをマスクにして遮光層第一パターンをエッチングして、光透過部及び光半透過部（位相シフト部）に相当する部分が欠落した形状の遮光層第二パターンを形成し、第二レジスト層パターンを剥離する工程、
   を少なくとも具備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製造方法。

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