JP2009265508A - フォトマスク、フォトマスクの修正方法、レジストパターン形状の修正方法、フォトマスクの製造方法及び露光転写方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトリソグラフィ手法を用いたウエハ上へのレジストパターン形成で、レジスト膜減りを無くす。
【解決手段】フォトマスク１０は、パターン転写の為のフォトマスクにおいて、透過領域３と、孤立ライン部１と、孤立ライン部１上に形成された遮光領域２を備える。
【選択図】図１２

Description

本発明は、半導体製造におけるリソグラフィ工程に用いるフォトマスクおよびフォトマスクの修正方法，並びに該フォトマスクを用いたパターン転写方法に関するものである。

半導体デバイスの製造において、最初の工程は集積回路の回路図面作成で始まり、この工程で作成された回路図面は、リソグラフィ・マスクを作製するために用いられる設計レイアウトに変換される。設計レイアウトのパターンサイズは、サブミクロンの範囲にまで小さくなり、パターンサイズの多くは、シリコン・ウエハ上に設置されたフォトレジストを露光するために使用されている波長（例えばＡｒＦ光では193ｎｍ、ＫｒＦ光では２４８ｎｍ）よりも小さくなっている。このため、リソグラフィ工程のレジスト転写精度は悪くなってしまう。これはマスクのパターンを透過した露光光の回折により、レジストパターン形状の劣化を生じさせるパターン間の近接効果がより顕著になり、マスクを透過した露光光の光強度分布が急激に変化するからである。

上記以外のリソグラフィ工程のレジスト転写精度は悪くなる理由として、パターンの面積率依存、疎密差（ピッチ依存）、ショット内依存、ウエハ面内依存がある。

このようなリソグラフィ工程における限界サイズでのレジストパターン転写の不正確さに対しては、光学的なシミュレーションを用いて、マスクのレイアウトパターンに近接効果を補正できるダミーパターンを事前に加えておく光学的近接補正（ＯＰＣ： Optical Proximity Collection）の手法によって、補正処理を施している。

ＯＰＣ手法は、マスクのレイアウトパターンにダミーパターンを加えておく手法であるが、このダミーパターンのサイズによっては、レジストパターンの転写における解像限界以下のマスクサイズを作ってしまう可能性がある。従って、ＯＰＣツールのソフトウエア上において、最終的なレイアウトパターンサイズについて閾値を設けて、解像限界以下のパターンサイズを作ってしまわないようにしている。閾値を越えたときに新たにレイアウトサイズを規定する手法は、一例として、特許文献１に記述されている。

しかしながら、半導体デバイスの集積回路パターンでは、次々に新しいレイアウトが作られたり、機種変更によりレイアウトが変更されたりする。よって、集積回路パターンのレイアウトは様々なパターン密度を作り出し、仮に上述のようなレイアウトパターンサイズの閾値を設けたとしても、集積回路のパターン密度によっては、設定されたレイアウトサイズの閾値がレジスト解像可能な下限値のサイズを下回り、レジストパターン転写の際に解像できない不具合が生じてしまうことがある。

レジストパターン転写の際に解像できない不具合が生じた場合は、せっかく作製したマスクは使用できなくなってしまうので、マスクのレイアウトパターンサイズの下限値を再設定し、新規のレイアウトパターンを作成し、新規マスクを再作製する。例えば、配線パターンの場合は、下限値を下回ると断線が生じるので、不具合が生じたパターンについて下限値を大きくし、太線化したマスクを新規に再作製する。

特許文献２から特許文献５では、様々なレジストパターンの形成方法及び位相シフトマスクが開示されている。

まず、特許文献２では、従来の結像光学系の解像度の限界を超える微細パターンを位相シフトレチクルを用いて極めて容易に形成することができるレジストパターンの形成方法が開示されている。次に、特許文献３では、高透過率の“減衰された” 位相シフトマスクを備えたサブ０．２５μｍλ線状構造のパターンの形成方法が開示されている。さらに、特許文献４では、光学的近接補正（ＯＰＣ： Optical Proximity Collection）を備えるシステム及びその方法が開示されている。そして、特許文献５では、透過領域とシフター領域との間に，位相を連続的に変化させる位相推移領域を設けることにより，透過領域とシフター領域との境界に生ずる暗線の幅を広げ，隣接する透過領域とシフター領域のみからの光の干渉により生ずる暗線の幅よりも広い幅を有するパターンを転写することができるクロムレス位相シフトマスクが開示されている。
特開２００７−２５０３４号公報（２００７年２月１日公開） 特開平５−９０１２１号公報（平成５年４月９日公開） 米国特許第６，３１２，８５４号公報（２００１年１１月６日公開） 米国特許第６，３３５，１３０号公報（２００２年１月１日公開） 特開平５−２４９６５３号公報（平成５年９月２８日公開）

上述の手法のように、ＯＰＣツールのソフトウエア上において、最終的なレイアウトパターンサイズに下限値を設けて、解像限界以下のパターンサイズを作ってしまわないようにする手法では、新規マスクを作製する際に、集積回路のパターン密度によってはその下限値のサイズが変わってしまう。このため、レジストパターン転写の際、集積回路のパターン密度によっては解像できないパターンが生じてしまう可能性がある。このような不具合が生じた際には、マスクのレイアウトパターンサイズの下限値を再設定しマスクを再作製しなければならないという問題が生じてしまう。

また、マスクを再作製しなければならないので、レジスト形状修正に必要な期間が１週間以上かかるという問題が生じてしまう。

さらに、マスクを再作製するということは、再作製したマスク枚数分のマスクコストが必要になるという問題が生じてしまう。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、フォトリソグラフィ手法を用いたウエハ上へのレジストパターン形成で、レジスト膜減りを無くすことができる、フォトマスク、フォトマスクの修正方法、レジストパターン形状の修正方法、フォトマスクの製造方法及び露光転写方法を提供する事にある。

本発明のフォトマスクは、上記課題を解決するために、パターン転写の為のフォトマスクにおいて、堀込みが行われた第１透明基板領域と、堀込みが行われていない第２透明基板領域と、前記第２透明基板領域上に形成された遮光膜領域を備えることを特徴とする。

上記発明によれば、フォトリソグラフィ手法を用いたウエハ上へのレジストパターン形成で、前記第２透明基板領域の孤立ラインパターンのレジスト上面においてレジスト膜減りが発生した際に、前記フォトマスクの前記遮光膜領域の面を上にして、前記フォトマスク全面について透明基板領域の堀込みを行う。更にレジスト膜減りが発生したフォトマスクの前記遮光膜領域を選択的に除去し、修正版フォトマスクを作製し、該修正版フォトマスクを用いたリソグラフィ手法でウエハ上へレジストパターンを形成することにより、レジスト膜減りを無くすことができる。また明暗がくっきりし、コントラストがはっきりするので、不具合が改善できる。

前記フォトマスクでは、前記第１透明基板領域の材料と前記第２透明基板領域の材料とは、ガラスまたは石英であってもよい。

これにより、前記遮光膜領域をレーザーで除去した後の、前記第２透明基板領域の透過率が７０％以上となるので、明暗がくっきりし、コントラストがはっきりする。

前記フォトマスクでは、前記第１透明基板領域の光強度と、前記第２透明基板領域の光強度との位相差は、１８０度であってもよい。

これにより、前記遮光膜領域を選択的に除去した後の、前記第２透明基板領域の段差部分を、位相シフト効果によって著しく暗くすることができる。

前記フォトマスクでは、前記遮光膜領域は、クロム、酸化クロムまたはクロムフォロライドであってもよい。

これにより、前記遮光膜領域をレーザーで除去することが出来、フォトリソグラフィで用いられる露光光に対する透過率が１％以下となるので、明暗がくっきりし、コントラストがはっきりする。

前記フォトマスクでは、前記第１透明基板領域の堀込み量は、ｎを整数として以下の式で計算してもよい。
掘り込み量［ｎｍ］＝｛露光光の波長［ｎｍ］／（透明基板材料の屈折率−１）｝×ｎ／２
これにより、前記第１透明基板領域の光強度と、前記第２透明基板領域の光強度との位相差が１８０度となり、前記遮光膜領域を選択的に除去した後の、前記第２透明基板領域の段差部分を、位相シフト効果によって著しく暗くすることができる。

前記フォトマスクでは、前記遮光膜領域は、レーザー除去可能な半透明膜で形成されており、前記遮光膜領域の材料は、タンタルシリサイド、モリブデンシリサイドまたはジルコニウムシリサイドであってもよい。

これにより、前記遮光膜領域をレーザーで除去することが出来、前記第２透明基板領域の孤立ラインパターンのレジスト上面においてレジスト膜減りが発生した際に、修正版フォトマスクを作製し、該修正版フォトマスクを用いたリソグラフィ手法でウエハ上へレジストパターンを形成することにより、レジスト膜減りを無くすことができる。

前記フォトマスクでは、前記第２透明基板領域の線幅が４４ｎｍ〜９３ｎｍであってもよい。

これにより、フッ化アルゴン露光を用いたフォトリソグラフィを行う場合に、前記第２透明基板領域の孤立ラインパターンのレジスト上面においてレジスト膜減りが発生した際に、修正版フォトマスクを作製し、該修正版フォトマスクを用いたリソグラフィ手法でウエハ上へレジストパターンを形成することにより、レジスト膜減りを無くすことができる。

前記フォトマスクでは、前記第２透明基板領域の線幅が７２ｎｍ〜１５３ｎｍであってもよい。

これにより、フッ化クリプトン露光を用いたフォトリソグラフィを行う場合に、前記第２透明基板領域の孤立ラインパターンのレジスト上面においてレジスト膜減りが発生した際に、修正版フォトマスクを作製し、該修正版フォトマスクを用いたリソグラフィ手法でウエハ上へレジストパターンを形成することにより、レジスト膜減りを無くすことができる。

前記フォトマスクでは、前記第２透明基板領域の線幅が１０２ｎｍ〜２１５ｎｍであってもよい。

これにより、３６５ｎｍであるｉ線を用いたｉ線露光を用いたフォトリソグラフィを行う場合に、前記第２透明基板領域の孤立ラインパターンのレジスト上面においてレジスト膜減りが発生した際に、修正版フォトマスクを作製し、該修正版フォトマスクを用いたリソグラフィ手法でウエハ上へレジストパターンを形成することにより、レジスト膜減りを無くすことができる。

本発明のフォトマスクの修正方法は、上記課題を解決するために、堀込みが行われていない第１未堀込み透明基板領域と、堀込みが行われていない第２未堀込み透明基板領域と、前記第２未堀込み透明基板領域上に形成された遮光膜領域を備えるフォトマスクの修正方法であって、使用したフォトマスクの遮光膜の面を上にしてフォトマスク全面について前記遮光膜領域をマスクとして前記第１未堀込み透明基板領域の堀込みを行い、堀込みが行われた透明基板領域を作製し、前記フォトマスクの前記遮光膜領域を選択的に除去することにより修正版フォトマスクを作製することを特徴とする。

上記発明によれば、フォトリソグラフィ手法を用いたウエハ上へのレジストパターン形成で、前記第２未堀込み透明基板領域の孤立ラインパターンのレジスト上面においてレジスト膜減りが発生した際に、上記修正版フォトマスクを用いたフォトリソグラフィ手法により、ウエハ上へレジストパターンを形成し、レジスト膜減りを無くすことができる。

また、現有マスクの構造修正で解像限界以下のレジストパターンを解像することができるので、孤立ラインのレイアウトサイズによっては、マスクの再作製を行わずにレジストパターン形状の修正が可能となる。

本発明のレジストパターン形状の修正方法は、上記課題を解決するために、フォトリソグラフィ手法を用いたウエハ上へのレジストパターンの形成で、孤立ラインパターンのレジスト上面のレジスト膜減りが発生した際に、レジスト膜減りが発生した、前記孤立ラインパターンの線幅を調査し、前記線幅が前記フォトマスクの修正方法で修正されたフォトマスクを用いて修正可能な線幅か否かを判定し、修正可能な線幅であれば前記フォトマスクの修正方法で修正されたフォトマスクを用いて修正し、修正が不可の線幅であれば前記線幅を太線化したマスクレイアウトを使用してフォトマスクを再作製し、修正したフォトマスクまたは再作製したフォトマスクと、フォトリソグラフィ手法とを用いて、ウエハ上へのレジストパターン形状を修正することを特徴とする。

上記発明によれば、フォトリソグラフィ手法を用いたウエハ上へのレジストパターン形状の形成で、前記第２未堀込み透明基板領域の孤立ラインパターンのレジスト上面においてレジスト膜減りが発生した際に、前記フォトマスクの前記遮光膜領域の面を上にして、前記フォトマスク全面について透明基板領域の堀込みを行う。更にレジスト膜減りが発生したフォトマスクの前記遮光膜領域を選択的に除去し、修正版フォトマスクを作製し、該修正版フォトマスクを用いたリソグラフィ手法でウエハ上へレジストパターンの形状を形成することにより、レジストパターンの形状が修正され、レジスト膜減りを無くすことができる。また明暗がくっきりし、コントラストがはっきりするので、不具合が改善できる。

前記レジストパターン形状の修正方法では、前記線幅が前記フォトマスクの修正方法で修正されたフォトマスクを用いて修正可能な線幅か否かを、光学シミュレーションの光強度値を用いて判別してもよい。

これにより、フッ化アルゴン露光、フッ化クリプトン露光及び３６５ｎｍであるｉ線を用いたｉ線露光それぞれについて、前記レジストパターン形状の修正方法が適用できるので、レジスト膜減りを無くすことができる。

本発明のフォトマスクの製造方法は、上記課題を解決するために、透明基板と、前記透明基板の一方主面に設けられた遮光膜層とを備えたブランクマスクから、前記遮光膜層の一部をエッチングし、遮光膜領域及び透明基板領域を形成したフォトマスクについて、前記フォトマスクの前記遮光膜領域の面を上にし、前記フォトマスク全面について前記遮光膜領域をマスクとして前記透明基板領域の堀込みをドライエッチングにより行い、前記遮光膜領域をレーザー、もしくは、集束イオンビームで選択的に除去することを特徴とする。

上記発明によれば、フォトリソグラフィ手法を用いたウエハ上へのレジストパターン形成で、レジスト膜減りを無くすことができる。また明暗がくっきりし、コントラストがはっきりするので、不具合が改善できる。

本発明の露光転写方法では、上記いずれかのフォトマスクが組み込まれていることを特徴とした投影露光装置において、露光光源からの露光光を上記構造のフォトマスクに照射し、前記フォトマスクに設けられた透明パターンに露光光を透過させ、透過した上記露光光を露光投影系レンズにて収束させた後、ウエハの上に設けられた均一なフォトレジスト層へ露光することにより、シリコン基板からなるウエハの上にフォトレジストパターンを形成させるので、レジスト膜減りを無くすことができる。

本発明のフォトマスクは、以上のように、堀込みが行われた第１透明基板領域と、堀込みが行われていない第２透明基板領域と、前記第２透明基板領域上に形成された遮光膜領域を備えるものである。

また、本発明のフォトマスクの修正方法は、以上のように、使用したフォトマスクの遮光膜の面を上にしてフォトマスク全面について前記遮光膜領域をマスクとして前記第１未堀込み透明基板領域の堀込みを行い、堀込みが行われた透明基板領域を作製し、前記フォトマスクの前記遮光膜領域を選択的に除去することにより修正版フォトマスクを作製する。

さらに、本発明のフォトマスクの製造方法は、以上のように、透明基板と、前記透明基板の一方主面に設けられた遮光膜層とを備えたブランクマスクから、前記遮光膜層の一部をエッチングし、遮光膜領域及び透明基板領域を形成したフォトマスクについて、前記フォトマスクの前記遮光膜領域の面を上にし、前記フォトマスク全面について前記遮光膜領域をマスクとして前記透明基板領域の堀込みをドライエッチングにより行い、前記遮光膜領域をレーザー、もしくは、集束イオンビームで選択的に除去する。

それゆえ、フォトリソグラフィ手法を用いたウエハ上へのレジストパターン形成で、レジスト膜減りを無くすことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態について図１〜図１２に基づいて説明すれば、以下の通りである。

光学的近接補正（ＯＰＣ： Optical Proximity Collection）の手法は、マスクのレイアウトパターンにダミーパターンを加えておく手法であるが、このダミーパターンのサイズによってはレジストパターンの転写における解像限界以下のマスクサイズを作ってしまう可能性がある。従って、ＯＰＣツールのソフトウエア上において、最終的なレイアウトパターンサイズについて下限値を設けて、解像限界以下のパターンサイズを作ってしまわないようにしている。

例えば、図１のようなＨ型ラインパターンのレイアウトをマスクとした場合の露光転写結果の例を図２に示す。図２（ａ）〜図２（ｄ）は、Ｈ型ラインパターンをマスクとして、幅Ａを１８０ｎｍ、幅Ｂを３００ｎｍ、幅Ｌを４００ｎｍとしたときに、線幅Ｗを９０〜１２０ｎｍの範囲でサイズを振ったときに、ウエハ上へ露光転写を行った場合の上面レジスト形状を示す図である。

図２（ａ）及び図２（ｂ）の場合、線幅Ｗが１００ｎｍ以下のときにレジスト膜減りが発生しているので、ＯＰＣ処理後のレイアウトパターンについて、線幅Ｗの下限サイズを１１０ｎｍに設定すれば、レジスト膜減りの不具合を防止できる。

しかしながら、半導体デバイスの集積回路パターンでは、次々に新しいレイアウトが作られたり、機種変更によりレイアウトが変更されたりする。よって、集積回路パターンのレイアウトは様々なパターン密度を作り出し、仮に上述のようなレイアウトパターンサイズの閾値を設けたとしても、集積回路のパターン密度によっては、設定されたレイアウトサイズの閾値がレジスト解像可能な下限値のサイズを下回り、レジストパターン転写の際に解像できない不具合が生じてしまうことがある。

具体的には、図３の不具合があった場合のフォトマスクを使用してウエハ上へ露光転写を行うとき、図３の不具合があった場合のフォト後に示すように、孤立ライン部７でレジスト膜減りが発生する。

上述の課題を解決するための手段として、フォトリソグラフィ手法を用いたウエハ上へのレジストパターン形成で、孤立ラインパターンのレジスト上面のレジスト膜減りが発生した際に、使用したフォトマスクの遮光膜の面を上にしてフォトマスク全面について透明基板領域の堀込みを行い、更にレジスト膜減りが発生したフォトマスクの遮光膜パターンを選択的に除去し、修正版フォトマスクを作製し、該修正版フォトマスクを用いたリソグラフィ手法でウエハ上へレジストパターンを形成することにより、レジスト膜減りを無くすことができることを特徴とした、フォトリソグラフィに関するレジストパターン形状の修正方法を適用する手段を考案した。

具体的には、図３の改善後のフォトマスクに示すように、修正したフォトマスクを使用してウエハ上へ露光転写を行うことにより、図３の改善後のフォト後に示すように、孤立ライン部７におけるレジスト膜減りを無くすことができる。

なお、本実施の形態において、符号２は遮光領域を示し、符号３は後述する孤立ライン部１に対し位相差１８０度の透過領域を示し、シリコン部を示す符号６はシリコン部を示し、符号１１は堀込みが行われていない透過領域を示す。

孤立ラインのレジスト膜減りが発生する部分について、修正版フォトマスクの断面形状と光強度分布を図４及び図５に示す。図４は、本発明の実施の形態に係る改善後のフォトマスクについての光強度分布を示す図であり、図５は、孤立ライン幅が許容範囲より広いフォトマスクについての光強度分布を示す図である。

図５のように、孤立ライン部１’を１８０度の位相差を有するメサ型の構造にすると、孤立ライン部１’の段差部分が位相シフト効果で著しく暗くすることができる。図５のフォトマスク９は、孤立ラインの線幅が広い場合であり２個の暗い部分８ができてしまい、孤立ライン部１’の輪郭部（段差部分）しか遮光することができないが、図４の修正版フォトマスク５’のように、孤立ライン部１の線幅が狭くなると、孤立ライン両端部分の暗い部分８同士が重なり合い、孤立ライン部１の輪郭部（段差部分）の内側部分においても遮光することができるので、孤立ライン部１全体を遮光することができる。

図６は、透過率６％のハーフトーン（halftone：ＨＴ）マスクを用いたフォトマスク５について、孤立ラインの幅が１２０ｎｍである場合の光強度分布をシミュレーションした結果を示す図であり、図７は、透過率６％のハーフトーンマスクを用いたフォトマスク５の修正版マスクであるフォトマスク５’について、孤立ライン部の幅が１２０ｎｍである場合の光強度分布をシミュレーションした結果を示す図である。図７に示す修正版マスクであるフォトマスク５’の適用により、遮光部分である孤立ライン部の光強度を０．１１から０．０１へ小さく（暗く）することができており、コントラストが大きくなるので、レジスト膜減りの不具合を改善することが可能となる。

孤立ラインの線幅Ｗの適用範囲についてシミュレーションで調査した結果を図８〜図１０に示す。図８〜図１０において、縦軸は遮光部の光強度の相対値、即ちマスクに入射する露光光の強度１に対する相対値を示し、横軸は孤立ラインの線幅Ｗ（ｎｍ）を示す。

図８はＫｒＦ露光（フッ化クリプトン露光）の場合で、標準的な露光条件である開口数ＮＡ＝０．６８、２／３輪帯照明で暗部の光強度についてシミュレーションした結果である。最小の光強度が０．１１である透過率６％のハーフトーンマスクを基準とすると、修正版マスクを使用して効果がある孤立ラインの線幅Ｗの範囲は、Ｗ＝７２〜１５３ｎｍの間である。従って、孤立ラインの線幅Ｗの範囲は、Ｗ＝７２〜１５３ｎｍの間で本発明の手法が適用可能である。

図９はＡｒＦ露光（フッ化アルゴン露光）の場合で、標準的な露光条件である開口数ＮＡ＝０．８５、２／３輪帯照明で暗部の光強度についてシミュレーションした結果である。最小の光強度が０．１１である透過率６％のハーフトーンマスクを基準とすると、修正版マスクを使用して効果がある孤立ラインの線幅Ｗの範囲は、Ｗ＝４４〜９３ｎｍの間である。従って、孤立ラインの線幅Ｗの範囲は、Ｗ＝４４〜９３ｎｍの間で本発明の手法が適用可能である。

図１０は波長が３６５ｎｍであるｉ線を用いたｉ線露光の場合で、標準的な露光条件である開口数ＮＡ＝０．６３、コヒーレンスファクタσ＝０．６で暗部の光強度についてシミュレーションした結果である。最小の光強度が０．１１である透過率６％のハーフトーンマスクを基準とすると、修正版マスクを使用して効果がある孤立ラインの線幅Ｗの範囲は、Ｗ＝１０２〜２１５ｎｍの間である。従って、孤立ラインの線幅Ｗの範囲は、Ｗ＝１０２〜２１５ｎｍの間で本発明の手法が適用可能である。

レジストパターン形状の修正方法としては、フォトリソグラフィ手法を用いたウエハ上へのレジストパターン形成で、孤立ラインパターンのレジスト上面のレジスト膜減りが発生した際に、レジスト膜減りが発生した孤立ラインパターンの線幅を調査し、孤立ラインの線幅が上記手段の修正方法で修正可能な線幅かどうかを判定し、修正可能な線幅であれば上述の修正方法で修正し、修正が不可の線幅であればフォトマスクのライン幅を太線化してフォトマスクを再作製しレジスト形状を修正することを特徴とした、フォトリソグラフィに関するレジストパターン形状の修正方法を適用できる。

具体的には、図１１のように、レジストパターン形状の修正方法とする。まず、ステップＳ１において、作製されたフォトマスクについて露光転写し、孤立ラインのレジスト形状を評価する。レジスト形状に不具合が無いか評価する際には、Die to Die 方式の欠陥検査装置やDie to Database 方式の欠陥検査装置を用いることにより、レジスト形状に不具合が無いかどうかをチェックすることが可能である。

なお、Die to Die 方式とは、レチクル上に同じ回路パターンが二つ以上あって、それぞれの画像比較を行う方式であり、Die to Database 方式とは、レチクル上に同じ回路パターンが一つの場合であっても、レーザーを当てて取得した実画像と、レチクル上に回路パターン生成に用いた描画データをもとに実画像と極力似せて生成した参照画像、この二つの画像の差異比較をすることで欠陥検出を行う方式である。

レジスト形状がＯＫの場合は、フォト処理工程の次工程へ流動させることができ問題が無い（ステップＳ２）が、レジスト形状がＮＧの場合は、ＮＧ部の孤立ラインの線幅を調べる（ステップＳ３）。レジスト形状のＮＧ部における孤立ラインの線幅を測定する手法としては、電子顕微鏡（scanning electron microscope：SEM）や光学顕微鏡を用いた測定手法を適用できる。

ＮＧ部の孤立ラインの線幅が、本発明の手法で修正できる範囲に含まれておらず、孤立ラインの線幅が修正不可である場合は、ステップＳ４において孤立ライン幅を太線化したレイアウトを作成し、ステップＳ５においてフォトマスクを再作製する。その後ステップＳ１に戻り、再度露光転写して孤立ラインのレジスト形状を評価し、レジスト形状がＯＫならばフォト処理工程の次工程へ流動するという一連のステップをレジスト形状がＯＫになるまで繰り返す。

ＮＧ部の孤立ラインの線幅が、本発明の手法で修正できる範囲かどうかについては、図８〜図１０の孤立ライン幅の適用範囲についてシミュレーションで調査した結果を用いればよく、ＫｒＦ露光の場合は線幅Ｗ＝７２〜１５３ｎｍの間、ＡｒＦ露光の場合は線幅Ｗ＝４４〜９３ｎｍの間、ｉ線露光の場合は線幅Ｗ＝１０２〜２１５ｎｍの間で適用可能である。

ＮＧ部の孤立ラインの線幅が、本発明の手法で修正できる範囲に含まれており、孤立ラインの線幅が修正可能な線幅の場合は、次に説明するマスク修正を行う。

まず、遮光パターンが形成されたフォトマスクについて、フォトマスクの遮光膜の面を上にしてフォトマスク全面について、遮光膜パターンをマスクとして透明基板領域の堀込みをドライエッチングにより行う（ステップＳ６）。図１に示すＨ型ラインパターンのレイアウトの場合、フォトマスク全面について透明基板領域の堀込みを行ったときのフォトマスク１０の上面図は図１２（ａ）のようになり、フォトマスク全面について透明基板領域の堀込みを行ったときのフォトマスク１０の線４における断面図は図１２（ｂ）のようになる。

透明基板のドライエッチングを行う場合、ＲＩＥ法（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング法）を適用する。例えば、透明基板が、石英ガラスの場合、エッチングガスは、ＣＦ_４（テトラフルオロメタン）とＯ_２（酸素）を流量比率２０：１に制御して適用する。エッチングの際、遮光膜は、エッチングに対する保護膜として働き、遮光膜に覆われていない領域の石英ガラスがエッチングされる。石英ガラスのドライエッチングに、ＣＦ_４（テトラフルオロメタン）とＯ_２（酸素）を流量比率２０：１に制御して適用した場合、遮光膜としてＣｒ（クロム）、もしくは、ＣｒＯ（酸化クロム）、ＣｒＦ（クロムフォロライド）で形成されている場合、遮光膜のドライエッチング耐性は十分でなければならない。

遮光膜が半透明膜の場合、例えば、遮光膜がＴａＳｉ（タンタルシリサイド）、ＭｏＳｉ（モリブデンシリサイド）、もしくはＺｒＳｉ（ジルコニウムシリサイド）から形成される場合は、上述と同様に透明基板のドライエッチングを行う際、ＲＩＥ法を適用する。例えば、透明基板が、石英ガラスの場合、エッチングガスは、ＣＦ_４（テトラフルオロメタン）とＯ_２（酸素）を流量比率２０：１に制御して適用する。エッチングの際、遮光膜は、エッチングに対する保護膜として働き、遮光膜に覆われていない領域の石英ガラスがエッチングされる。石英ガラスのドライエッチングに、ＣＦ_４（テトラフルオロメタン）とＯ_２（酸素）を流量比率２０：１に制御して適用した場合、ＴａＳｉ（タンタルシリサイド）、ＭｏＳｉ（モリブデンシリサイド）、もしくはＺｒＳｉ（ジルコニウムシリサイド）で形成されている場合、遮光膜のドライエッチング耐性は十分でなければならない。

フォトマスク上面の透明領域をマスク上面に対して垂直に掘込むエッチング量は、位相差が１８０度となるように、以下に示す（１）式で表された掘り込み量とすることが望ましい。ここで、ｎは整数で、ｎ＝１が望ましいが、エッチングレートの制御が難しい場合は、ｎは２以上の整数でも良い。
掘り込み量［ｎｍ］＝｛露光光の波長［ｎｍ］／（透明基板材料の屈折率−１）｝×ｎ／２・・・（１）
次に、レジスト膜減りが発生した場所の遮光膜パターンをレーザー、もしくは、ＦＩＢ（Focused ion beam：集束イオンビーム）で選択的に除去する（ステップＳ７）。遮光膜パターンを不具合があった場所のみ選択的に除去したときのフォトマスク５’の上面図は図１２（ｃ）のようになり、遮光膜パターンを不具合があった場所のみ選択的に除去したときのフォトマスク５’の線４における断面図は図１２（ｄ）のようになる。

この際、レーザー、もしくは、ＦＩＢによる遮光膜パターンの除去で飛び散った残留物はマスク上の異物となってしまうので、硫酸と過酸化水素水の混合液などの洗浄水に浸水させることで除去しなければならない（ステップＳ８）。

上述のマスク修正を行った後、ステップＳ１に戻り、修正されたマスクを使用して、再度露光転写して孤立ラインのレジスト形状を評価し、レジスト形状がＯＫならばフォト処理工程の次工程へ流動することができる。

上述のマスク修正を行ったフォトマスクが組み込まれていることを特徴とした投影露光装置においては、露光光源からの露光光を上記構造のフォトマスクに照射して、フォトマスクに設けられた透明パターンに露光光を透過させ、この透過露光光を露光投影系レンズにて収束させた後、ウエハの上に設けられた均一なフォトレジスト層へ露光することにより、シリコン基板からなるウエハの上にフォトレジストパターンを形成させる露光転写方法を適用できる。

上述のとおり、本手段を用いたレジストパターン形状の修正方法は、現有マスクの構造修正で解像限界以下のレジストパターンを解像することができるので、孤立ラインのレイアウトサイズによっては、マスクの再作製を行わずにレジストパターン形状の修正が可能となる。

〔実施形態の総括〕
本発明の実施形態に係るフォトマスク１０は、パターン転写の為のフォトマスクにおいて、透過領域３と、孤立ライン部１と、孤立ライン部１上に形成された遮光領域２を備える。

上記構成によれば、フォトリソグラフィ手法を用いたウエハ上へのレジストパターン形成で、孤立ライン部１の孤立ライン部７のレジスト上面においてレジスト膜減りが発生した際に、前記フォトマスクの遮光領域２の面を上にして、前記フォトマスク全面について透明基板領域の堀込みを行う。更にレジスト膜減りが発生したフォトマスクの遮光領域２を選択的に除去し、フォトマスク５’を作製し、フォトマスク５’を用いたリソグラフィ手法でウエハ上へレジストパターンを形成することにより、レジスト膜減りを無くすことができる。また明暗がくっきりし、コントラストがはっきりするので、不具合が改善できる。

フォトマスク１０では、透過領域３の材料と孤立ライン部１の材料とは、ガラスまたは石英であってもよい。

これにより、遮光領域２をレーザーで除去した後の、孤立ライン部１の透過率が７０％以上となるので、明暗がくっきりし、コントラストがはっきりする。

フォトマスク１０では、透過領域３の光強度と、孤立ライン部１の光強度との位相差は、１８０度であってもよい。

これにより、遮光領域２を選択的に除去した後の、孤立ライン部１の段差部分を、位相シフト効果によって著しく暗くすることができる。

フォトマスク１０では、遮光領域２は、クロム、酸化クロムまたはクロムフォロライドであってもよい。

これにより、遮光領域２をレーザーで除去することが出来、フォトリソグラフィで用いられる露光光に対する透過率が１％以下となるので、明暗がくっきりし、コントラストがはっきりする。

フォトマスク１０では、透過領域３の堀込み量は、ｎを整数として以下の式で計算してもよい。
掘り込み量［ｎｍ］＝｛露光光の波長［ｎｍ］／（透明基板材料の屈折率−１）｝×ｎ／２
これにより、透過領域３の光強度と、孤立ライン部１の光強度との位相差が１８０度となり、遮光領域２を選択的に除去した後の、孤立ライン部１の段差部分を、位相シフト効果によって著しく暗くすることができる。

フォトマスク１０では、遮光領域２は、レーザー除去可能な半透明膜で形成されており、遮光領域２の材料は、タンタルシリサイド、モリブデンシリサイドまたはジルコニウムシリサイドであってもよい。

これにより、遮光領域２をレーザーで除去することが出来、孤立ライン部１の孤立ライン部７のレジスト上面においてレジスト膜減りが発生した際に、フォトマスク５’を作製し、フォトマスク５’を用いたリソグラフィ手法でウエハ上へレジストパターンを形成することにより、レジスト膜減りを無くすことができる。

フォトマスク１０では、孤立ライン部１の線幅が４４ｎｍ〜９３ｎｍであってもよい。

これにより、フッ化アルゴン露光を用いたフォトリソグラフィを行う場合に、孤立ライン部１の孤立ライン部７のレジスト上面においてレジスト膜減りが発生した際に、フォトマスク５’を作製し、フォトマスク５’を用いたリソグラフィ手法でウエハ上へレジストパターンを形成することにより、レジスト膜減りを無くすことができる。

フォトマスク１０では、孤立ライン部１の線幅が７２ｎｍ〜１５３ｎｍであってもよい。

これにより、フッ化クリプトン露光を用いたフォトリソグラフィを行う場合に、孤立ライン部１の孤立ライン部７のレジスト上面においてレジスト膜減りが発生した際に、フォトマスク５’を作製し、フォトマスク５’を用いたリソグラフィ手法でウエハ上へレジストパターンを形成することにより、レジスト膜減りを無くすことができる。

フォトマスク１０では、孤立ライン部１の線幅が１０２ｎｍ〜２１５ｎｍであってもよい。

これにより、３６５ｎｍであるｉ線を用いたｉ線露光を用いたフォトリソグラフィを行う場合に、孤立ライン部１の孤立ライン部７のレジスト上面においてレジスト膜減りが発生した際に、フォトマスク５’を作製し、フォトマスク５’を用いたリソグラフィ手法でウエハ上へレジストパターンを形成することにより、レジスト膜減りを無くすことができる。

本発明の実施形態に係るフォトマスクの修正方法は、堀込みが行われていない透過領域１１と、孤立ライン部１と、孤立ライン部１上に形成された遮光領域２を備えるフォトマスクの修正方法であって、使用したフォトマスクの遮光膜の面を上にしてフォトマスク全面について前記遮光膜領域をマスクとして堀込みが行われていない透過領域１１の堀込みを行い、透過領域３を作製し、フォトマスク１０の遮光領域２を選択的に除去することによりフォトマスク５’を作製する。

上記構成によれば、フォトリソグラフィ手法を用いたウエハ上へのレジストパターン形成で、孤立ライン部１の孤立ライン部７のレジスト上面においてレジスト膜減りが発生した際に、フォトマスク５’を用いたフォトリソグラフィ手法により、ウエハ上へレジストパターンを形成し、レジスト膜減りを無くすことができる。

また、現有マスクの構造修正で解像限界以下のレジストパターンを解像することができるので、孤立ラインのレイアウトサイズによっては、マスクの再作製を行わずにレジストパターン形状の修正が可能となる。

本発明の実施形態に係るレジストパターン形状の修正方法は、フォトリソグラフィ手法を用いたウエハ上へのレジストパターンの形成で、孤立ライン部７のレジスト上面のレジスト膜減りが発生した際に、レジスト膜減りが発生した孤立ライン部７の線幅を調査し、前記線幅が前記フォトマスクの修正方法で修正されたフォトマスクを用いて修正可能な線幅か否かを判定し、修正可能な線幅であれば前記フォトマスクの修正方法で修正されたフォトマスクを用いて修正し、修正が不可の線幅であれば前記線幅を太線化したマスクレイアウトを使用してフォトマスクを再作製し、修正したフォトマスクまたは再作製したフォトマスクと、フォトリソグラフィ手法とを用いて、ウエハ上へのレジストパターン形状を修正する。

上記構成によれば、フォトリソグラフィ手法を用いたウエハ上へのレジストパターン形状の形成で、孤立ライン部１の孤立ライン部７のレジスト上面においてレジスト膜減りが発生した際に、前記フォトマスクの遮光領域２の面を上にして、前記フォトマスク全面について透明基板領域の堀込みを行う。更にレジスト膜減りが発生したフォトマスクの遮光領域２を選択的に除去し、フォトマスク５’を作製し、フォトマスク５’を用いたリソグラフィ手法でウエハ上へレジストパターンの形状を形成することにより、レジストパターンの形状が修正され、レジスト膜減りを無くすことができる。また明暗がくっきりし、コントラストがはっきりするので、不具合が改善できる。

前記レジストパターン形状の修正方法では、前記線幅が前記フォトマスクの修正方法で修正されたフォトマスクを用いて修正可能な線幅か否かを、光学シミュレーションの光強度値を用いて判別してもよい。

これにより、フッ化アルゴン露光、フッ化クリプトン露光及び３６５ｎｍであるｉ線を用いたｉ線露光それぞれについて、前記レジストパターン形状の修正方法が適用できるので、レジスト膜減りを無くすことができる。

本発明の実施形態に係るフォトマスクの製造方法は、透明基板と、前記透明基板の一方主面に設けられた遮光膜層とを備えたブランクマスクから、前記遮光膜層の一部をエッチングし、遮光膜領域及び透明基板領域を形成したフォトマスクについて、前記フォトマスクの前記遮光膜領域の面を上にし、前記フォトマスク全面について前記遮光膜領域をマスクとして前記透明基板領域の堀込みをドライエッチングにより行い、前記遮光膜領域をレーザー、もしくは、集束イオンビームで選択的に除去する。

上記構成によれば、フォトリソグラフィ手法を用いたウエハ上へのレジストパターン形成で、レジスト膜減りを無くすことができる。また明暗がくっきりし、コントラストがはっきりするので、不具合が改善できる。

本発明の実施形態に係る露光転写方法では、上記いずれかのフォトマスクが組み込まれていることを特徴とした投影露光装置において、露光光源からの露光光を上記構造のフォトマスクに照射し、前記フォトマスクに設けられた透明パターンに露光光を透過させ、透過した上記露光光を露光投影系レンズにて収束させた後、ウエハの上に設けられた均一なフォトレジスト層へ露光することにより、シリコン基板からなるウエハの上にフォトレジストパターンを形成させるので、レジスト膜減りを無くすことができる。

本発明の、フォトマスク、フォトマスクの修正方法、レジストパターン形状の修正方法、フォトマスクの製造方法及び露光転写方法は、フォトリソグラフィ手法を用いたウエハ上へのレジストパターン形成で、レジスト膜減りを無くすことができるので、ウエハ上の微細パターン形成に用いると好適である。

Ｈ型ラインパターンのレイアウト図である。 （ａ）〜（ｄ）は、Ｈ型ラインパターンをマスクとして、幅Ａを１８０ｎｍ、幅Ｂを３００ｎｍ、幅Ｌを４００ｎｍとしたときに、幅Ｗを９０〜１２０ｎｍの範囲でサイズを振ったときに、ウエハ上へ露光転写を行った場合の上面レジスト形状を示す図である。 不具合があった場合と本発明による改善後について、フォトマスク構造及び露光転写後のレジスト転写形状を示す図である。 本発明の実施の形態に係る改善後のフォトマスクについての光強度分布を示す図である。 孤立ライン幅が許容範囲より広いフォトマスクについての光強度分布を示す図である。 透過率６％のハーフトーンマスクを用いたフォトマスクについて、孤立ラインの幅が１２０ｎｍである場合の光強度分布をシミュレーションした結果を示す図である。 透過率６％のハーフトーンマスクを用いたフォトマスクの修正版マスクであるフォトマスクについて、孤立ライン部の幅が１２０ｎｍである場合の光強度分布をシミュレーションした結果を示す図である。 ＫｒＦ露光について、遮光部の光強度の相対値（マスクに入射する露光光の強度１に対する相対値）と、孤立ラインの線幅との関係を示す図である。 ＡｒＦ露光について、遮光部の光強度の相対値（マスクに入射する露光光の強度１に対する相対値）と、孤立ラインの線幅との関係を示す図である。 ｉ線露光について、遮光部の光強度の相対値（マスクに入射する露光光の強度１に対する相対値）と、孤立ラインの線幅との関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係るレジストパターン形状の修正方法を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係るフォトマスク修正に必要な製造工程を示す図である。

符号の説明

１ 孤立ライン部（第２透明基板領域、第２未堀込み透明基板領域）
１’ 孤立ライン部（孤立ラインパターン）
２ 遮光領域（遮光膜領域）
３ 透過領域（第１透明基板領域、堀込みが行われた透明基板領域）
４ 線
５、９ フォトマスク
５’ フォトマスク（修正版フォトマスク）
６ シリコン部
７ 孤立ライン部（孤立ラインパターン）
８ 暗い部分
１０ フォトマスク（フォトマスク）
１１ 堀込みが行われていない透過領域（第１未堀込み透明基板領域）
Ａ、Ｂ、Ｌ 幅
Ｓ１〜Ｓ８ ステップ
Ｗ 線幅
ｎ 整数

Claims (14)

1. パターン転写の為のフォトマスクにおいて、
   堀込みが行われた第１透明基板領域と、
   堀込みが行われていない第２透明基板領域と、
   前記第２透明基板領域上に形成された遮光膜領域を備えることを特徴とするフォトマスク。
2. 前記第１透明基板領域の材料と前記第２透明基板領域の材料とは、ガラスまたは石英であることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
3. 前記第１透明基板領域の光強度と、前記第２透明基板領域の光強度との位相差は、１８０度であることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
4. 前記遮光膜領域は、クロム、酸化クロムまたはクロムフォロライドであることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
5. 前記第１透明基板領域の堀込み量は、ｎを整数として以下の式で計算することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
   掘り込み量［ｎｍ］＝｛露光光の波長［ｎｍ］／（透明基板材料の屈折率−１）｝×ｎ／２
6. 前記遮光膜領域は、レーザー除去可能な半透明膜で形成されており、
   前記遮光膜領域の材料は、タンタルシリサイド、モリブデンシリサイドまたはジルコニウムシリサイドであることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
7. 前記第２透明基板領域の線幅が４４ｎｍ〜９３ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
8. 前記第２透明基板領域の線幅が７２ｎｍ〜１５３ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
9. 前記第２透明基板領域の線幅が１０２ｎｍ〜２１５ｎｍであることを特徴とした請求項１記載のフォトマスク。
10. 堀込みが行われていない第１未堀込み透明基板領域と、
    堀込みが行われていない第２未堀込み透明基板領域と、
    前記第２未堀込み透明基板領域上に形成された遮光膜領域を備えるフォトマスクの修正方法であって、
    使用したフォトマスクの遮光膜の面を上にしてフォトマスク全面について前記遮光膜領域をマスクとして前記第１未堀込み透明基板領域の堀込みを行い、堀込みが行われた透明基板領域を作製し、
    前記フォトマスクの前記遮光膜領域を選択的に除去することにより修正版フォトマスクを作製することを特徴とするフォトマスクの修正方法。
11. フォトリソグラフィ手法を用いたウエハ上へのレジストパターンの形成で、孤立ラインパターンのレジスト上面のレジスト膜減りが発生した際に、
    レジスト膜減りが発生した、前記孤立ラインパターンの線幅を調査し、
    前記線幅が請求項１０のフォトマスクの修正方法で修正されたフォトマスクを用いて修正可能な線幅か否かを判定し、
    修正可能な線幅であれば請求項１０のフォトマスクの修正方法で修正されたフォトマスクを用いて修正し、
    修正が不可の線幅であれば前記線幅を太線化したマスクレイアウトを使用してフォトマスクを再作製し、
    修正したフォトマスクまたは再作製したフォトマスクと、フォトリソグラフィ手法とを用いて、ウエハ上へのレジストパターン形状を修正することを特徴とするレジストパターン形状の修正方法。
12. 前記線幅が請求項１０のフォトマスクの修正方法で修正されたフォトマスクを用いて修正可能な線幅か否かを、光学シミュレーションの光強度値を用いて判別することを特徴とする請求項１１に記載のレジストパターン形状の修正方法。
13. 透明基板と、
    前記透明基板の一方主面に設けられた遮光膜層とを備えたブランクマスクから、
    前記遮光膜層の一部をエッチングし、遮光膜領域及び透明基板領域を形成したフォトマスクについて、
    前記フォトマスクの前記遮光膜領域の面を上にし、前記フォトマスク全面について前記遮光膜領域をマスクとして前記透明基板領域の堀込みをドライエッチングにより行い、
    前記遮光膜領域をレーザー、もしくは、集束イオンビームで選択的に除去することを特徴とするフォトマスクの製造方法。
14. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のフォトマスクが組み込まれていることを特徴とした投影露光装置において、
    露光光源からの露光光を上記構造のフォトマスクに照射し、
    前記フォトマスクに設けられた透明パターンに露光光を透過させ、
    透過した上記露光光を露光投影系レンズにて収束させた後、
    ウエハの上に設けられた均一なフォトレジスト層へ露光することにより、シリコン基板からなるウエハの上にフォトレジストパターンを形成させる露光転写方法。

Images