JP2009071169A - 反射型露光マスクの製造方法、反射型露光方法および半導体集積回路の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン検査の際には高コントラストの検査像が得られ、パターン転写の際には高コントラストの露光像が得られ、信頼性の高い反射型マスクを実現できる反射型露光マスクの製造方法を提供する。
【解決手段】吸収体パターンの設計データを用いて、最小ピッチ領域を抽出し（ｓ１）、一方、検査光の波長および照射角度を予め設定する（ｓ２）。抽出した最小ピッチ領域において、検査光が吸収体表面で反射するときの反射光強度Ｉ_ＡＢＳおよび、検査光が反射膜の表面で反射し、吸収体表面の高さにまで到達した位置での反射光強度Ｉ_ＭＬをシミュレーションによりそれぞれ算出する（ｓ３）。Ｉ_ＭＬ＞Ｉ_ＡＢＳを満たすように、吸収体パターンの厚さおよび検査光に対する吸収体パターンの反射率のうちの少なくとも一方を設定する（ｓ４，ｓ７）。そして、吸収体パターンの厚さＴａと基準値Ｔｒとを比較し（ｓ５）、Ｔａ≧Ｔｒである場合、厚さＴａを採用して反射型露光マスクを製造する（ｓ６）。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、波長が１３．５ｎｍ付近の極端紫外線を用いたＥＵＶＬ(Extreme Ultra Violet Lithography: 極端紫外線リソグラフィ)などに好適である反射型露光マスクの製造方法に関する。また本発明は、反射型露光マスクを用いた反射型露光方法、および反射型露光方法を用いた半導体集積回路の製造方法に関する。

半導体集積回路などの半導体デバイスは、回路パターンが描かれた原版であるマスクに露光光を照射し、前記パターンを、縮小光学系を介して半導体基板（以下、「ウエハ」と称する）上に転写する光リソグラフィ工程を繰り返し用いることによって、大量生産されている。

近年、半導体デバイスの微細化が進み、光リソグラフィの露光波長をより短くして解像度を上げる方法が検討されている。これまでは波長１９３ｎｍのフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザ光を用いたＡｒＦリソグラフィが開発されてきたが、それよりもはるかに波長の短い波長１３．５ｎｍのＥＵＶＬの開発が進んでいる。

このＥＵＶ波長域では、物質の光吸収の関係で透過マスクが使えないため、Ｍｏ（モリブデン）とＳｉ（シリコン）などの多層膜による反射（ブラッグ反射）を利用した多層膜反射基板がＥＵＶＬ用のマスクブランクとして使用される。多層膜反射は一種の干渉を利用した反射である。ＥＵＶＬ用のマスクは、石英ガラスや低熱膨張ガラス基板の上にＭｏとＳｉなどの多層膜が被着された多層膜ブランク上に吸収体パターンが形成されている。

図１０（ａ）は、現在開発が進められているＥＵＶＬ用マスクの一例をパターン面から見た平面図である。ＥＵＶＬ用マスクＭは、中央部には、半導体集積回路のパターンが形成されたデバイスパターンエリアＭＤＥを有し、周辺部には、マスクの位置合せのためのマークやウエハライメントマークなどを含むアライメントマークエリアＭＡ１，ＭＡ２，ＭＡ３，ＭＡ４が配置される。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すマスクＭのデバイスエリアＭＤＥにおける断面図である。石英ガラス等の低熱膨張材で形成された基板１２５の上に、Ｍｏ／Ｓｉからなる多層膜１２４が成膜され、その上にキャッピング層１２３が成膜されている。その上に、バッファ層１２２を介して吸収体パターン１２１が設けられている。一方、基板１２４の裏面側には、マスクＭの静電チャックを可能にするためのメタル膜１２６がコートされている。

こうした反射型マスクＭにおいて、吸収体パターン１２１に欠陥が存在すると、ウエハ上へのパターン転写の際に半導体集積回路の欠陥となる。そのためマスクＭを露光装置に供給するのに先立って、吸収体パターン１２１の欠陥検査を行っておく必要がある。

現状のＡｒＦリソグラフィのような光学式透過型マスクについては、図１１に示すようなマスク検査装置が使用されている。このマスク検査装置において、検査用レーザ光源１２７から発する光をミラー１２８で折り曲げ、照明光学系１２９を介して光学式マスク１３０を照明する。マスク透過光は、拡大レンズ系１３１，１３３を介して画像センサ１３４上に拡大検査像を形成する。この検査像を信号処理部１３５で処理して、欠陥の有無を判定する。

また、近年の検査装置は、マスク透過検査だけでなくマスク反射検査も可能となっている。例えば、図１１に示すミラー１３６を照明光学系１２９の手前側光路に挿入して、ミラー１３６で反射した検査光を反射検査用照明系１３７に導光し、ビームスプリッタ１３２を介して検査光をマスク１３０のパターン面に向けて照射する。

マスク１３０からの反射光は、拡大レンズ系１３１，１３３を介して画像センサ１３４上に検査像を形成し、マスク透過検査と同様の処理によって欠陥検査を行なうことができる。ＥＵＶＬに使用する反射型マスクは、このマスク反射検査を利用することによって欠陥検出が可能になる。

ＥＵＶＬ用に用いるマスクの構造に関して、特に多層膜内の欠陥低減を目的としたマスクブランクおよびマスク技術が下記の特許文献１に開示されており、また、検査を考慮したマスク構造に関する技術が下記の特許文献２に開示されている。

また、下記の非特許文献１，２には、当初、光学式マスクの透過検査用に開発したマスク欠陥検査装置に反射検査機能を追加して、ＥＵＶＬ用の反射型マスクの検査にも適用できるようにした技術が記載されている。

特開２００７−１０８５１６号公報 特開２００７−８８４１４号公報 Proceedings of SPIE Vol. 5446, pp.265-278, (2004) Proceedings of SPIE Vol. 6349, pp.63493M-1〜63493M-8, (2006)

ＥＵＶＬ用マスクは、典型的には倍率４倍の拡大マスクとして構成されている。そのため、目標とするパターンの最小ピッチは２６０ｎｍを下回る値になり、マスク欠陥検査装置で検査光として使用するＤＵＶ(Deep Ultra Violet: 深紫外線)光の波長（例えば、非特許文献１では２５７ｎｍ、非特許文献２では１９９ｎｍ）と同等のレベルに至っている。従って、ＤＵＶ光を用いたパターン欠陥検査光学系も光学解像限界に近づいている。

また、ＥＵＶＬ用マスクは、露光波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光に対してパターン像のコントラストを高く確保するように多層膜および吸収体が設計されているが、これらは検査光として使用するＤＵＶ光に対しては反射率の差が小さい。そこで、吸収体パターンは検査用ＤＵＶ光に対しても反射率が充分小さくなるように表面処理されている。例えば、波長１９９ｎｍのＤＵＶ光に対して、多層膜の反射率は６０％程度、吸収体パターンの反射率は２０％以下となるような表面処理が可能である。

しかしながら、ＤＵＶ光に対して相対的に高い反射率を確保するように多層膜を設計したとしても、多層膜で反射した検査光は、吸収体パターンで挟まれた溝部から吸収体表面の高さに到達する間に減衰して、結果として検査像コントラストが低下してしまう。さらに、多層膜で反射した検査光は、吸収体パターンからの反射光より弱く検出される場合もあることが判明した。このような場合、パターン像のコントラストが著しく低下したり、画像が反転してしまうため、吸収体パターンで挟まれた多層膜表面上に存在するわずかな欠陥を検出することは極めて困難になる。

検査光学像のコントラスト低下は、欠陥検出性能の劣化につながる。充分な欠陥検査が行なわれずにＥＵＶＬマスクをＥＵＶ露光装置に搭載してパターン露光を行なうと、転写パターンの欠陥発生率が高くなり、半導体デバイスの製造における歩留り低下の要因となる。

従って、波長２００ｎｍ近傍のＤＵＶ光を用いてパターン欠陥検査を行う場合、例えば、マスク上のハーフピッチｈｐ＝１２８ｎｍ（ウエハ上のハーフピッチｈｐ＝３２ｎｍに相当）以細の最小ピッチ領域においても、高コントラストのパターン像を維持し、高い解像度のパターン像を確保する必要がある。

本発明の目的は、パターン検査の際には高コントラストの検査像が得られ、パターン転写の際には高コントラストの露光像が得られ、信頼性の高い反射型マスクを実現することができる反射型露光マスクの製造方法を提供することである。

また本発明の目的は、上記製造方法によって得られた反射型露光マスクを用いた反射型露光方法を提供することである。

また本発明の目的は、上記反射型露光方法を用いた半導体集積回路の製造方法を提供することである。

本発明の一実施例によれば、最初に、反射型露光マスクの反射膜の上に配置される吸収体パターンの設計データを用いて、前記吸収体パターンのピッチが最小となる領域を抽出する。一方、検査光をマスクに照射するときの検査光の波長およびマスクに対する照射角度を予め設定しておく。そして、抽出した最小ピッチ領域において、検査光が前記吸収体パターンの表面で反射するときの反射光強度Ｉ_ＡＢＳおよび、検査光が反射膜の表面で反射して、前記吸収体パターンの表面の高さにまで到達した位置での反射光強度Ｉ_ＭＬをシミュレーション解析によりそれぞれ算出する。

続いて、Ｉ_ＭＬ＞Ｉ_ＡＢＳを満たすように、前記吸収体パターンの厚さおよび検査光に対する前記吸収体パターンの反射率のうちの少なくとも一方を設定する。そして、前記吸収体パターンの厚さの設定値Ｔａと、予め設定した基準値Ｔｒとを比較する。比較した結果、Ｔａ≧Ｔｒである場合、前記吸収体パターンの厚さの設定値Ｔａを採用して反射型露光マスクの製造を実施する。

設定値Ｔａと基準値Ｔｒとの比較の結果、Ｔａ＜Ｔｒである場合、前記吸収体パターンの厚さを基準値Ｔｒ以上に修正して、前記マスクを製造するとともに、前記検査光を用いた検査方法が不適合であるマスク固有情報を生成してもよい。

マスクの製造後、製造したマスクに向けて検査光を照射し、マスクからの反射光を画像センサで検出し、マスクの欠陥の有無を判定する検査ステップを実施してもよい。このとき、検査光の強度分布は、検査光の波長をλ、抽出した最小ピッチ領域における最小ピッチをＰ、マスクの法線方向に関する入射角をθとして、ｓｉｎθ＝λ／（２Ｐ）を満たす照明光強度が他の入射角の照明光強度より大きくなるように設定することが好ましい。

また、露光光の波長は、１０ｎｍ〜１５ｎｍの範囲であり、検査光の波長λは、１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲であり、前記吸収体パターンの厚さは、λ／４以下であることが好ましい。

このような製造方法を用いて得られたマスクを反射型露光装置に載置して、前記吸収体パターンを半導体基板に縮小投影してもよい。さらに、こうした反射型露光方法を用いて半導体基板に集積回路パターンを形成し、半導体集積回路を製造することが可能である。

この実施例によれば、パターン検査の際には高コントラストの検査像が得られ、パターン転写の際には高コントラストの露光像が得られ、信頼性の高い反射型マスクを実現することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る反射型露光マスクの製造方法の一例を示すフローチャートである。最初にステップｓ１において、反射型露光マスクの多層膜の上に配置される吸収体パターンの設計データを準備し、マスク上に形成される吸収体パターンのなかで最小ピッチの存在する領域を抽出し、その最小ピッチを抽出する。次にステップｓ２において、マスク検査装置を用いて吸収体パターンの欠陥検査を実施する際に、使用する検査光の波長およびマスクに対する照射角度を設定する。マスク検査装置およびマスク検査方法の例については後述する。

次にステップｓ３において、欠陥検査の際に使用する検査光の波長および照射角度、ならびに吸収体パターンの寸法および膜厚の初期値を入力パラメータとして、検査画像のシミュレーション解析評価を行なう。このとき、反射型マスクの吸収体表面から反射して検査画像として得られる反射光強度Ｉ_ＡＢＳおよび、反射型マスクの多層膜表面から反射して検査画像として得られる反射光強度Ｉ_ＭＬをそれぞれ算出する。なお、光強度Ｉ_ＭＬは、検査光が多層膜の表面で反射して、吸収体パターンの表面の高さにまで到達した位置での反射光強度として定義される。

次にステップｓ４において、反射光強度Ｉ_ＭＬと反射光強度Ｉ_ＡＢＳとの間で、Ｉ_ＭＬ＞Ｉ_ＡＢＳの関係が成立する吸収体膜厚の領域が存在するか否かを調べる。ここで、吸収体膜厚が十分薄い場合には、Ｉ_ＭＬ＞Ｉ_ＡＢＳの関係を達成するのが容易である。ところが、反射型露光マスクを、例えば、ＥＵＶＬ用マスクとして用いるためには、吸収体は、中心波長１３．５ｎｍのＥＵＶ露光光を所定量吸収しなければならない。したがって、パターンピッチなどの情報に応じて所定値以上の膜厚、すなわちＥＵＶ露光に耐える膜厚が必要となる。

そこで、吸収体膜厚の初期値がＩ_ＭＬ＞Ｉ_ＡＢＳの関係を満たしている場合、あるいは、再度、異なる吸収体膜厚を与えてシミュレーション計算した結果、Ｉ_ＭＬ＞Ｉ_ＡＢＳの関係を満たす吸収体膜厚が得られた場合、ステップｓ５に移行して、その膜厚の設定値Ｔａと、予め設定したＥＵＶ露光に耐える最低限の膜厚基準値Ｔｒとを比較する。

その結果、Ｔａ≧Ｔｒである場合、即ち、露光に耐える膜厚と判断された場合は、ステップｓ６に移行して、得られた吸収体膜厚Ｔａを採用して反射型露光マスクを製造する。

一方、ステップｓ４においてＩ_ＭＬ＞Ｉ_ＡＢＳの関係を満たす吸収体膜厚が得られない場合、ステップｓ７に移行して、ＤＵＶ光などの検査光に対する吸収体反射率の更なる低減を目標として、吸収体の材料や構成の変更が可能かを調べる。もし、反射率低減が可能であることが判明した場合、ステップｓ８に移行して、吸収体の変更に伴う新たな反射率を設定する。続いて、ステップｓ３に戻って、再度、シミュレーション解析を行い、Ｉ_ＭＬ＞Ｉ_ＡＢＳの関係を満たす吸収体膜厚の有無を調べる。

他方、ステップｓ５において、露光に耐える膜厚ではないと判断された場合も同様に、検査光に対する吸収体反射率の更なる低減を目標として、吸収体の材料や構成の変更が可能かを調べるためのステップｓ７に戻る。以下同様に、反射率低減が可能であることが判明した場合、ステップｓ８に移行して、吸収体の変更に伴う新たな反射率を設定する。続いて、ステップｓ３に戻って、再度、シミュレーション解析を行い、Ｉ_ＭＬ＞Ｉ_ＡＢＳの関係およびＴａ≧Ｔｒの関係を満たす吸収体膜厚の有無を調べる。

もし、ステップｓ７で、Ｉ_ＭＬ＞Ｉ_ＡＢＳの関係を満たすための吸収体の材料や構成の変更ができないと判断された場合は、ＤＵＶ光を用いた吸収体パターン検査と、ＥＵＶ露光の際の十分なＥＵＶ光の吸収とを両立させる吸収体膜厚は存在しないことになる。そこで、ステップｓ９に移行して、吸収体の厚さを基準値Ｔｒ以上に修正して、ＥＵＶ露光の際の十分なＥＵＶ光の吸収を優先させる膜厚でマスクを製造するとともに、この吸収体パターンの欠陥検査を行う場合、上述の検査光を用いた検査方法が不適合であるマスク固有情報を生成する。例えば、当初指定した波長のＤＵＶ光を用いる方法ではなく、他のビームを用いる検査方法、例えば、電子線による検査、あるいは露光用の光と同じ波長のＥＵＶ光を用いる検査が必要という情報を付与する。マスク固有情報は、マスク自体へ直接記録してもよく、製造ラインでのマスクＩＤ管理システムに保存してもよい。

続いて、ステップｓ６で反射型露光マスクを製造した場合、ステップｓ１０に移行して、製造したマスクに向けて検査光を照射し、マスクからの反射光を画像センサで検出し、マスクの欠陥の有無を判定する。使用するマスク検査装置およびマスク検査方法の例については後述する。

一方、ステップｓ９で反射型露光マスクを製造した場合、ステップｓ１１に移行して、マスク固有情報に記録された別の検査方法を用いて、マスクの欠陥の有無を判定する。

ステップｓ１０，ｓ１１で検査に合格したマスクは、次のステップｓ１２において、反射型露光装置に載置され、吸収体パターンを半導体基板に縮小投影するマスク露光を実施する。こうしたマスク露光およびリソグラフィを繰り返して、シリコンなどの半導体基板に集積回路パターンを形成することによって、１枚のウエハに多数の半導体集積回路を製造することができる。

図２は、反射型露光マスクの検査装置の一例を示す構成図である。ここでは、露光光の波長は１０ｎｍ〜１５ｎｍを想定し、検査光の波長λは１００ｎｍ〜３００ｎｍを想定している。

検査用光源１１から発する光は、ミラーＩＬ２，ＩＬ３やレンズＩＬ１，ＩＬ４で構成された照明光学系ＩＬを経由して照明光１２を形成する。この照明光１２はビームスプリッタ１３で折り曲げられ、レンズＰＬ１を通過してＥＵＶＬマスクＭの吸収体パターン面を照明する。パターン面からの反射光は、レンズＰＬ１，ＰＬ２で構成された結像光学系ＰＬを通過して、撮像センサ１５上に拡大像を形成する。

この光学像から、欠陥検出処理部１６による信号処理で欠陥の有無を判別し、その情報を欠陥情報格納部１７に格納する。なお、図示していないが、マスクＭは、面内で移動可能なステージ上に搭載され、その２次元位置も正確に計測されている。検査装置の機構部の構成の詳細は、例えば、非特許文献２に記載されている機構系と同様の設備が採用できる。

図３（ａ）は、マスクＭの断面図であり、図３（ｂ）は、マスク上の欠陥に対応した検査信号の例を示すグラフである。マスクＭは、基板ＭＳ上に多層膜ＭＬが成膜され、さらに多層膜ＭＬの上に吸収体パターンＡＢＳが形成されている。

マスクＭの表面において、隣接する２つの吸収体パターンＡＢＳの間に微細な残り欠陥１８が存在すると、図３（ｂ）に示すように、検出信号１９のなかで欠陥位置に相当する部分に信号強度が低下し、欠陥信号２０が発生する。こうした欠陥信号２０は、信号処理により欠陥の存在を認識することが可能である。

次に、具体例として、マスク上での吸収体パターンのハーフピッチｈｐが１０４ｎｍ、即ち、ウエハ上に１／４倍に縮小転写されたパターンのハーフピッチｈｐが２６ｎｍであるＥＵＶＬマスクを製造する場合を例として説明する。

本発明者らは、吸収体パターンのピッチが検査波長のオーダーになると、隣接する吸収体パターンの間を通過する検査光の強度は、吸収体の膜厚の変化に応じて大きく変化することをシミュレーション解析により確認した。

この現象を定量的に理解するために、まず、図４に示すように、一定のピッチＰ（＝２０８ｎｍ）で、吸収体の膜厚Ｔが１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲で変化した周期的に並ぶ吸収体パターン相当の物質２３が真空中に存在する場合を想定する。そして、波長１９９ｎｍの検査光が平面波２１となって矢印２２に示す向きに入射し、吸収体パターン相当の物質２３を通過する場合の通過光の強度を計算した。ここで、吸収体相当の物質２３の複素屈折率として、ｎ＝２．１８２２、ｋ＝２．１９５４を想定した。

シミュレーション解析の結果、図４に示す入射位置２４ではほぼ入射波の強度が得られるのに対し、吸収体相当の物質２３を通過した直後の位置２７では、図５に示す曲線２８のように、膜厚Ｔが１００ｎｍから４００ｎｍまで増加するにつれて、その光強度が激減することが判明した。なお、図４において、吸収体相当の物質２３を通過した後は、回折波２６が発生し、その最大強度はほぼ位置２７における光強度と同等であった。この計算結果から、実際の吸収体パターンの膜厚が大きくなると、多層膜から反射する検査光が弱められることが予測された。

次に、図６に示すように、多層膜ＭＬ上に吸収体パターンＡＢＳが配置されたＥＵＶＬ用マスクＭに向けて、マスクパターン欠陥検査装置で採用する入射角θで検査光２９，３０を入射させて、吸収体ＡＢＳで反射した反射光強度と、隣接する吸収体ＡＢＳの間を通過して多層膜ＭＬ表面で反射した反射光強度を計算した。本実施形態では、マスクの法線方向に関して入射角θを０度から４８度の範囲とした。なお、事前に、多層膜のみが存在する場合の検査光の反射率と吸収体のみが存在する場合の検査光の反射率とを計算したところ、それぞれ６０％と２０％であった。

図７（ａ）は、吸収体ＡＢＳの膜厚Ｔｈを４４ｎｍに設定した場合の検査画像の信号強度を示すグラフおよびマスク位置を示す断面図である。ここでは、吸収体ＡＢＳで反射した反射光３２の強度と、隣接する吸収体ＡＢＳの間を通過して多層膜ＭＬ表面に到達し、そこで反射して再び吸収体ＡＢＳの表面位置まで伝播してきた時点での反射光３３の強度を計算した。

さらに、検出光学系（ＮＡ＝０．７５）で得られる拡大検査画像の強度分布を計算し、吸収体ＡＢＳからの反射光に対応する検査像光強度Ｉ_ＡＢＳと、隣接する吸収体ＡＢＳに挟まれた多層膜ＭＬ表面からの反射光に対応する検査像光強度Ｉ_ＭＬを計算した。その結果、図７（ａ）の曲線３１に示すように、Ｉ_ＭＬ＞Ｉ_ＡＢＳの関係が成立しており、波長１９９ｎｍの検査光を用いた検査が可能と判断できる。

図７（ｂ）は、吸収体ＡＢＳの膜厚Ｔｈを７０ｎｍに設定した場合の検査画像の信号強度を示すグラフおよびマスク位置を示す断面図である。ここでは、吸収体ＡＢＳで反射した反射光３５の強度と、隣接する吸収体ＡＢＳの間を通過して多層膜ＭＬ表面に到達し、反射して再び吸収体ＡＢＳの表面位置まで伝播してきた時点での反射光３６の強度を計算した。続いて、拡大検査画像の強度分布を計算すると、図７（ｂ）の曲線３４に示すように、Ｉ_ＭＬ＞Ｉ_ＡＢＳの関係が成立しておらず、波長１９９ｎｍの検査光を用いた検査は不適当と判断できる。

以上のことから、波長１９９ｎｍの検査光を用いた場合、吸収体ＡＢＳの膜厚の候補として４４ｎｍが得られた。この膜厚４４ｎｍを採用した場合、実際のＥＵＶ光によるパターン転写においても充分な露光コントラストが得られることが別途露光シミュレーションにより確かめられた。従って、吸収体の最適膜厚は４４ｎｍであると決定し、この膜厚を採用してＥＵＶＬ用のマスクを製造した。

一般には、検査光の波長λを用いて、吸収体の膜厚はλ／４以下であることが好ましい。なお、吸収体の膜厚として、検査光の波長λのほぼ１／４に設定すると、吸収体表面から反射する検査光と多層膜から反射する検査光の光路長の差がλ／２となり、干渉の効果で検査像コントラストが増大することも確認した。吸収体の膜厚Ｔｈ＝４４ｎｍは、斜めからの照明光も考慮しても、上記干渉条件を満たすことが分かった。

また、マスク上のうち、パターン欠陥検査を必ずしも必要としない領域、例えば、図１０（ａ）に示したＥＵＶＬ用マスクＭにおいて、半導体集積回路のパターンを有するデバイスパターンエリアＭＤＥの外側領域については、必ずしも吸収体膜厚Ｔｈを４４ｎｍに設定する必要はない。この外側領域については、予め吸収体膜厚Ｔｈを４４ｎｍより厚くするか、あるいは別途、吸収体膜を新たに成膜することによって、ＥＵＶ露光光の反射率を充分に低減させることが可能である。

以上のように、本実施形態に係るマスク製造方法を採用することによって、パターン転写において必要な露光コントラストが得られると同時に、多層膜マスク上の吸収体パターンの欠陥検査を行なう際に必要な検査像コントラストを得ることができる。従って、信頼性の高いマスク検査を実施できることから、信頼性の高いマスクを実現できる。

実施の形態２．
本実施形態では、反射型露光マスクの欠陥検査における検査像コントラストを向上させる検査方法について説明する。

検査光学像のコントラストを向上させるためには、実施の形態１で説明したように、吸収体パターンからの反射光と比べて多層膜からの反射光による検査像光強度を大きくすることのほかに、検査光学系で得られる吸収体パターンの２次元拡大投影像のコントラストを強調することが必要である。

そこで、本実施形態では、図６に示す検査光２９，３０の入射角θが、ｓｉｎθ＝λ／（２Ｐ）を満たすように設定した。ここで、θはマスクの法線方向に関する入射角、λは検査光の波長、Ｐは検査対象領域における吸収体パターンの最小ピッチ（ハーフピッチｈｐの２倍）である。

具体的な例として、Ｐ＝２０８ｎｍ、λ＝１９９ｎｍとした場合、入射角θ＝２８度となる。使用した欠陥検査装置の光学系条件は、開口数ＮＡ＝０．７５であり、照明σは１なので、照明入射角度の最大値は４８度である。したがって、入射角２８度は、検査光学系の照明角度の最大値より小さい値であることから、実現可能である。

入射角θ＝２８度で検査光２９，３０をマスクＭに照射すると、ピッチＰの吸収体パターンにより０次の回折光（正反射光）のほかに、０次回折光の方向を基準として、±ｓｉｎ^−１（λ／Ｐ）なる角度の方向に±１次回折光が発生する。例えば、ｓｉｎ^−１（１９９ｎｍ／２０８ｎｍ）＝７３度であるため、検査光２９の０次回折光は−２８度の方向であり、＋１次回折光は４５度（＝−２８度＋７３度）の方向、−１次回折光は−１０１度（＝−２８度−７３度）の方向になる。また、検査光３０の０次回折光は２８度の方向であり、＋１次回折光は１０１度（＝２８度＋７３度）の方向、−１次回折光は−４５度（＝２８度−７３度）の方向になる。

この±１次回折光のうちのどちらか一方の回折光（±４５度）および０次回折光（±２８度）は、検査光学系に取り込まれて拡大検査光学像を形成する。このときの検査像コントラストは、他の入射角の照明光で得られる光学検査像のコントラストより大きいことが判った。

そこで、既に図２を用いて説明した欠陥検査装置において、波長１９９ｎｍのＤＵＶ光を発生する光源１１を採用し、照明光学系ＩＬに適宜絞りを挿入することにより、マスクＭを照明する照明光のうち、入射角２８度の成分が他の角度で入射する成分より充分大きくなる変形照明を採用した。その結果、１次回折光の加算により、検査像コントラストが高くなり、したがって欠陥検出の信頼性が良好なマスクパターン欠陥検査を行なうことができた。

本実施形態では、Ｐ＝２０８ｎｍ、λ＝１９９ｎｍの場合を例示したが、ピッチＰが異なる場合や検査光波長λが異なる場合は、照明光の角度分布における最大強度方向がｓｉｎθ＝λ／（２Ｐ）を満たすように、入射絞りの形状を設定すればよい。

以上のように、本実施形態に係るマスク欠陥検査方法を採用することによって、吸収体パターンの最小ピッチ領域においても検査像コントラストを高めることができる。従って、パターン欠陥の検出感度が向上し、信頼性の高いマスク欠陥検査を実施できる。

実施の形態３．
本実施形態では、上述の反射型露光マスクを用いた投影露光方法および半導体集積回路の製造方法について説明する。

図８は、反射型露光装置の一例を示す構成図である。マスクＭは、上述したマスク製造方法によって製造され、上述したマスク検査方法よって検査したものである。光源４０から発する中心波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光は、複数の多層膜反射鏡で構成された照明光学系４１を介して、マスクＭのパターン面を照明する。パターン面からの反射光は、複数の多層膜反射鏡で構成された縮小投影光学系４２（例えば、倍率１／４）を通過して、ウエハ４３上に結像される。ウエハ４３は面内で移動可能なステージ４４に搭載されており、ステージ４４の移動とパターン露光の繰返しにより、ウエハ４３の所望の領域にマスクＭに対応したパターンが転写される。

図９（ａ）〜（ｆ）は、半導体集積回路の製造方法の一例を説明する断面図である。ここでは、ツイン・ウエル方式のＣＭＩＳ(Complimentary MIS)回路を有する半導体集積回路を製造する場合を例示するが、他の種々の方式の回路にも本発明は適用可能である。

半導体ウエハ１０３を構成する基板１０３ｓは、例えば、略円板状のｎ⁻型Ｓｉ（シリコン）単結晶からなる。基板１０３ｓの上部には、例えばｎウエル１０６ｎおよびｐウエル１０６ｐが形成されている（図９（ｂ）参照）。ｎウエル１０６ｎには、例えば、ｎ型不純物のＰ（リン）またはＡｓ（ヒ素）が導入されている。また、ｐウエル１０６ｐには、例えば、ｐ型不純物のＢ（ホウ素）が導入されている。ｎウエルおよびｐウエルは以下のようにして形成する。

まず、半導体基板１０３ｓ上にマスク合わせ用のウエハライメントマークを形成する（図示せず）。このウエハライメントマークは選択酸化工程を付加してウエル形成時に作成することもできる。

続いて、図９（ａ）に示すように、基板１０３ｓ上に酸化膜１１７を形成し、そして、酸化膜１１７の上に、インプラ（イオン・インプランテーションの略称）マスク用のレジストパターン１１８を通常の光リソグラフィを用いて形成する。その後、Ｐ（リン）またはＡｓをイオン注入して、ｎ型ウエル１０６ｎを形成する。

次に、アッシング処理を行ってレジストパターン１１８を除去し、酸化膜１１７を除去した後、図９（ｂ）に示すように、基板１０３ｓの上に酸化膜１１９を形成し、そして、酸化膜１１９の上に、インプラマスク用のレジストパターン１２０を通常の光リソグラフィを用いて形成する。その後、Ｂ（ホウ素）をイオン注入して、ｐ型ウエル１０６ｐを形成する。

次に、アッシング処理を行ってレジストパターン１２０を除去し、酸化膜１１９を除去した後、図９（ｃ）に示すように、基板１０３ｓの上側主面に、例えば、酸化シリコン膜からなる分離用のフィールド絶縁膜１０７を溝型アイソレーションの形状で形成する。

このアイソレーション形状は、例えば、最小寸法がウエハ上で３６ｎｍと小さく、寸法精度が３．５ｎｍと厳しい値が要求される。そのため、このアイソレーション作製時のリソグラフィとして、ＥＵＶリソグラフィを用いることができる。

このフィールド絶縁膜１０７によって囲まれた活性領域には、ｎＭＩＳトランジスタＱｎおよびｐＭＩＳトランジスタＱｐが形成される。各トランジスタのゲート絶縁膜１０８は、例えば、酸化シリコン膜からなり、熱酸化法などで形成される。

また、各トランジスタのゲート電極１０９は、例えば、最小寸法がウエハ上で３２ｎｍと小さく、寸法精度が３ｎｍと厳しい値が要求される。そのため、例えば、ＣＶＤ法等を用いて低抵抗ポリシリコンからなるゲート形成膜を堆積した後、ＥＵＶリソグラフィを用いてレジストを形成し、エッチング処理によりゲート電極１０９を形成する。この工程のリソグラフィは、一般にゲート層用リソグラフィと称され、極めて微細でかつ高い寸法精度なパターン転写が求められる。

ｎＭＩＳトランジスタＱｎの半導体領域１１０は、ゲート電極１０９をマスクとして基板１０３ｓに、例えば、Ｐ（リン）またはＡｓをイオン注入法等によって導入することにより、ゲート電極１０９に対して自己整合的に形成される。また、ｐＭＩＳトランジスタＱｐの半導体領域１１１は、ゲート電極１０９をマスクとして基板１０３ｓに、例えば、Ｂ（ホウ素）をイオン注入法等によって導入することにより、ゲート電極１０９に対して自己整合的に形成される。

ここで、ゲート電極９は、低抵抗ポリシリコンの単体膜で形成されることに限定されるものではなく種々変更可能である。例えば、ゲート電極９は、低抵抗ポリシリコン膜上にタングステンシリサイドやコバルトシリサイド等のようなシリサイド層を設けた、いわゆるポリサイド構造としてもよい。あるいは、ゲート電極９は、低抵抗ポリシリコン膜上に、窒化チタンや窒化タングステン等のようなバリア導体膜を介在し、さらにタングステン等のような金属膜を設けた、いわゆるポリメタル構造としてもよい。

次に、図９（ｄ）に示すように、基板１０３ｓ上に、例えば、ＣＶＤ法等を用いて酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜１１２を堆積した後、層間絶縁膜１１２の上面に配線用のポリシリコン膜をＣＶＤ法等によって堆積する。続いて、このポリシリコン膜上にリソグラフィを実施し、エッチングによりパターニングを行った後、パターニングされたポリシリコン膜の所定領域に不純物を導入することにより、ポリシリコン膜からなる配線１１３Ｌおよび抵抗１１３Ｒを形成する。

次に、図９（ｅ）に示すように、基板１０３ｓ上に、例えば、ＣＶＤ法等を用いて酸化シリコン膜１１４を堆積する。そして、層間絶縁膜１１２および酸化シリコン膜１１４に対してＥＵＶリソグラフィを用いてレジストを形成し、エッチング処理により、半導体領域１１０，１１１および配線１１３Ｌの一部が露出するような接続孔１１５を形成する。微細な孔は光回折の影響により解像しにくいので、この接続孔用リソグラフィには高い解像度を持ったＥＵＶリソグラフィ技術を適用する。

次に、図９（ｆ）に示すように、基板１０３ｓ上に、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法等を用いてＴｉ（チタン）、ＴｉＮおよびＷ（タングステン）からなる金属膜を順次堆積した後、その金属膜の上に、ＥＵＶリソグラフィを用いてレジストを形成し、エッチング処理により、第１配線層１１６Ｌ１を形成する。第１配線層１１６Ｌ１は、微細な密集パターンと孤立パターンが含まれ、また近隣の配線を避けて配線を引き回したり、配線間を接続するため複雑なレイアウト形状となる。このため第１配線層のリソグラフィも高い解像度と寸法精度が要求される。

これ以降も、第１配線層１１６Ｌ１と同様にして第２配線層（不図示）等を形成することにより、最終製品を製造することができる。

上述した一連の半導体装置の製造工程の中で、ゲート層用と接続孔および第１配線層用リソグラフィには十分高い解像性能が要求されるので、ＥＵＶリソグラフィを適用することが好ましい。

そして、こうしたＥＵＶリソグラフィ用の反射型マスクは、実施の形態１で説明した製造方法を用いて、吸収体パターンの厚さを最適化したものであり、さらに、実施の形態２で説明した検査方法を用いて、吸収体パターンの無欠陥を確認したマスクを用いることが好ましい。

また、接続孔（コンタクトホール）用マスクについても、吸収体に開口部として形成されたパターン輪郭を実施の形態２で説明した検査方法を用いて、接続孔部付近に欠陥がないことを確認したマスクを用いることが好ましい。他の層については、光学式リソグラフィを用いても構わない。

以上のように、反射型マスクの吸収体パターンの検査においてコントラスの高い検査信号が得られるように設計されたマスクを用いることにより、信頼性の高いマスクを用いたパターン転写を行なうことができる。このため、製造した半導体集積回路の性能、信頼性および歩留まりを向上させることが可能となり、その結果、半導体集積回路のコスト低減にも寄与できる。

以上、本発明を各実施形態を参照しつつ具体的に説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明は、微細かつ高精度なパターンを含む半導体装置を高い生産効率で製造できる点で、産業上極めて有用である。

本発明に係る反射型露光マスクの製造方法の一例を示すフローチャートである。 反射型露光マスクの検査装置の一例を示す構成図である。 図３（ａ）は、マスクＭの断面図であり、図３（ｂ）は、マスク上の欠陥に対応した検査信号の例を示すグラフである。 検査光の強度変化を計算するために使用したモデルを示す説明図である。 検査光の光強度と吸収体パターンの膜厚の関係を示すグラフである。 マスクパターンを照明する検査光の入射角を示す説明図である。 図７（ａ）は、吸収体膜厚Ｔｈ＝４４ｎｍの場合の検査画像の信号強度を示すグラフおよびマスク位置を示す断面図であり、図７（ｂ）は、吸収体膜厚Ｔｈ＝７０ｎｍの場合の検査画像の信号強度を示すグラフおよびマスク位置を示す断面図である。 反射型露光装置の一例を示す構成図である。 半導体集積回路の製造方法の一例を説明する断面図である。 図１０（ａ）はＥＵＶＬ用マスクの一例をパターン面から見た平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示すマスクＭのデバイスエリアＭＤＥにおける断面図である。 従来のマスク欠陥検査装置の例を示す構成図である。

符号の説明

１１ 検査用光源、 １５ 撮像センサ、 １６ 欠陥検出処理部、
１７ 欠陥情報格納部、 ２９，３０ 検査光、 ４０ 光源、 ４１ 照明光学系、
４２ 縮小投影光学系、 ４３ ウエハ、 ４４ ステージ、
１０３ｓ 基板、 １０６ｎ ｎ型ウエル、 １０６ｐ ｐ型ウエル、
１０８ ゲート絶縁膜、 １０９ ゲート電極、 １１６Ｌ１ 第１配線層、
ＩＬ 照明光学系、 ＰＬ 結像光学系、 Ｍ マスク、 ＭＬ 多層膜、
ＡＢＳ吸収体パターン

Claims (6)

1. 露光光を反射するための反射膜と、該反射膜の上に配置され、露光光を実質的に吸収するための吸収体パターンとを備えた反射型露光マスクを製造する方法であって、
   前記吸収体パターンの設計データを用いて、前記吸収体パターンのピッチが最小となる領域を抽出するステップと、
   検査光をマスクに照射するときの検査光の波長およびマスクに対する照射角度を設定するステップと、
   抽出した最小ピッチ領域において、検査光が前記吸収体パターンの表面で反射するときの反射光強度Ｉ_ＡＢＳおよび、検査光が反射膜の表面で反射して、前記吸収体パターンの表面の高さにまで到達した位置での反射光強度Ｉ_ＭＬをシミュレーション解析によりそれぞれ算出するステップと、
   Ｉ_ＭＬ＞Ｉ_ＡＢＳを満たすように、前記吸収体パターンの厚さおよび検査光に対する前記吸収体パターンの反射率のうちの少なくとも一方を設定するステップと、
   前記吸収体パターンの厚さの設定値Ｔａと、予め設定した基準値Ｔｒとを比較するステップと、
   Ｔａ≧Ｔｒである場合、前記吸収体パターンの厚さの設定値Ｔａを採用してマスクを製造するステップと、を含むことを特徴とする反射型露光マスクの製造方法。
2. Ｔａ＜Ｔｒである場合、前記吸収体パターンの厚さを基準値Ｔｒ以上に修正して、前記マスクを製造するとともに、前記検査光を用いた検査方法が不適合であるマスク固有情報を生成するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の反射型露光マスクの製造方法。
3. 製造したマスクに向けて検査光を照射し、マスクからの反射光を画像センサで検出し、マスクの欠陥の有無を判定する検査ステップをさらに含み、
   検査光の強度分布は、検査光の波長をλ、抽出した最小ピッチ領域における最小ピッチをＰ、マスクの法線方向に関する入射角をθとして、ｓｉｎθ＝λ／（２Ｐ）を満たす照明光強度が他の入射角の照明光強度より大きくなるように設定していることを特徴とする請求項１または２記載の反射型露光マスクの製造方法。
4. 露光光の波長は、１０ｎｍ〜１５ｎｍの範囲であり、
   検査光の波長λは、１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲であり、
   前記吸収体パターンの厚さは、λ／４以下であることを特徴とする請求項３記載の反射型露光マスクの製造方法。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の反射型露光マスクの製造方法を用いて得られたマスクを反射型露光装置に載置して、前記吸収体パターンを半導体基板に縮小投影することを特徴とする反射型露光方法。
6. 請求項５記載の反射型露光方法を用いて、半導体基板に集積回路パターンを形成することを特徴とする半導体集積回路の製造方法。

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