JP3645888B2

JP3645888B2 - ハーフトーン型位相シフトマスク

Info

Publication number: JP3645888B2
Application number: JP2002357074A
Authority: JP
Inventors: 秀喜須田
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2001-12-10
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2022-12-09
Also published as: JP2003241363A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハーフトーン型の位相シフトマスクに関し、特にハーフトーン型位相シフトマスクを精度良く製造する為の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
位相シフトマスクとしては、特許文献１に代表されるような所謂ハーフトーン型の位相シフトマスクがある。このハーフトーン型位相シフトマスクは、半透光膜パターンにおいて、露光光の位相をシフトせる機能と、露光光を実質的に遮る機能とを兼ねるので、構成が簡素で済むと云う特徴を有していた。ところが、この種のハーフトーン型位相シフトマスクにあっては、縮小露光投影装置（ステッパ）のマスク（レチクル）として繰り返し使用した場合に、被覆部材（アパーチャ）の光透過領域とレチクルの転写領域とのズレなどに起因して、本来なら露光されるべきでない領域において、実質的に露光されたのと同等の現象が起こり、パターン欠陥その他の不都合が生じ易いと云う問題を生じていた。
【０００３】
そこで、この問題を解決する技術が本出願人によって既に出願されている（特許文献２など参照）。これらの技術によるハーフトーン型位相シフトマスクは、位相シフト膜（半透光膜）パターンに加え、クロムを主成分とする遮光膜パターンを更に備えており、ステッパのレチクルとして繰り返し使用した場合でも、露光されるべきでない領域を遮光膜パターンによって確実に遮光できると云う効果を奏するものであった。
【特許文献１】
特開平４−１３６８５４号公報（第７−２０頁、第１図）
【特許文献２】
特開平６−２８２０６３号公報（第３−５頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、遮光膜パターンを具備するタイプのハーフトーン型位相シフトマスクにおいては、当該位相シフト膜上の遮光膜をエッチングする際に、遮光膜が残ること等によって欠陥が生じてしまうのが実情である。
しかしながら、従来パターン欠陥の検査として一般的に用いられる透過光を用いた検査装置（例えば、KLA-Tencor社製のKLA-300シリーズ等）においては、位相シフト膜（半透光膜）を遮光膜と同様に透過率ほぼ０％と認識して検査するために、これら位相シフト膜と遮光膜が区別できず、位相シフト膜上における遮光膜の余剰欠陥の検出が不可能であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、以上のような背景下で成されたものであり、ハーフトーン型位相シフトマスクの位相シフト膜上における遮光膜の欠陥、特に余剰欠陥について検査できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
ところで、パターンそのものの欠陥ではなく、マスク上に付着したパーティクル等の異物の有無を専ら検査する装置として、少なくとも該マスクからの反射光を用いて検査を行う装置（例えば、反射光と透過光の双方を用いて検査を行うKLA-Tencor社製のSTARlight等）がある。本発明者は、ハーフトーン型位相シフトマスクの光学特性（反射特性）を制御することで、上記装置を用いて位相シフトマスク上における遮光膜の欠陥、特に余剰欠陥について検査できることを見出し、本発明に至った。
【０００７】
すなわち、本発明の第１の態様によれば、透明基板上に、半透光膜パターンとこの半透光膜パターンの上に形成された遮光膜パターンとを有するハーフトーン型位相シフトマスクを製造す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、透明基板上に、半透光膜パターンを形成し、この半透光膜パターンの上の遮光膜をエッチングして遮光膜パターンを形成するマスク製造工程と、前記マスク製造工程によって形成されたマスクに欠陥検査光を照射し、その反射光に基づいて前記半透光膜パターン上に残った遮光膜による余剰欠陥の有無を検査するマスク検査工程とを有し、前記マスク製造工程は、前記半透膜パターンと遮光膜パターンとの前記欠陥検査光に対する反射率が、前記検査工程において半透光膜パターンの上に残った遮光膜による余剰欠陥を半透光膜パターンから区別して検出できる程度の相違を示すように前記各パターンを形成するものであ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が提供される。
【０００８】
ここに云う欠陥とは、半透光膜パターン（位相シフト膜）上に遮光膜パターン（遮光膜）が余剰に形成された部分（余剰欠陥）等である。
前記遮光膜パターンや前記半透光膜パターンの反射率は、例えば、その材料及び膜厚によって制御することができる。
【０００９】
また、本発明の第２の態様によれば、第１の態様によるハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記欠陥検査光に対する前記各パターンの反射率の差が、５％以上となるように構成されていることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクが提供される。
尚、前記各パターンの反射率の差を１０％以上とすると、さらに確実に欠陥を検出できるようになるから好ましい。
【００１０】
また、本発明の第３の態様によれば、第１又は第２の態様によるハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記欠陥検査光に対する前記遮光膜パターンの反射率が、当該欠陥検査光に対する前記半透光膜パターンの反射率よりも大きくなるように構成されていることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクが提供される。
【００１１】
また、本発明の第４の態様によれば、第１乃至第３の何れかの態様によるハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、露光光に対しては、前記各パターンの反射率が何れも３０パーセント以下となるように構成されていることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクが提供される。
【００１２】
ここに云う露光光とは、このハーフトーン型位相シフトマスクへ照射される露光光のみならず、このハーフトーン型位相シフトマスクを製造する過程でブランクに成膜されたフォトレジストへの露光光も含む。
【００１３】
また、本発明の第５の態様によれば、第１乃至第４の何れかの態様によるハーフトーン型位相シフトマスクを製造する為の素材として用いられるハーフトーン型位相シフトマスクブランクも提供される。
【００１５】
【実施例】
以下、図１を参照しながら実施例によるハーフト−ン型位相シフトマスクの製造方法について説明する。
先ず、石英からなる基板を鏡面研磨し所定の洗浄を施すことにより、縦６インチ×横６インチ×厚み０．２５インチの透明基板１を得た。
次いで、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）の混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝２０：８０ｍｏｌ％）を用いて、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ₂）との混合ガス雰囲気（Ａｒ：１０％、Ｎ₂：９０％、圧力０．３Ｐａ）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、透明基板１の上に膜厚１００［ｎｍ］のＭｏＳｉＮ系の半透光膜２を成膜した。
【００１６】
次いで、同一のチャンバ内に複数のクロム（Ｃｒ）ターゲットが配置されたインラインスパッタリング装置を用いて、半透光膜２の上に遮光膜３を成膜した。
詳細には、先ず、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ₂）との混合ガス雰囲気（Ａｒ：７２体積％、Ｎ２：２８体積％、圧力０．３［Ｐａ］）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、透明基板１の上に、膜厚２０［ｎｍ］のＣｒＮ膜を成膜した。
続けて、アルゴン（Ａｒ）とメタン（ＣＨ₄）との混合ガス雰囲気（Ａｒ：９６．５体積％、ＣＨ₄：３．５体積％、圧力０．３［Ｐａ］）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、ＣｒＮ膜の上に、膜厚３７［ｎｍ］のＣｒＣ膜を成膜した。
続けて、アルゴン（Ａｒ）と一酸化窒素（ＮＯ）との混合ガス雰囲気（Ａｒ：８７．５体積％、ＮＯ：１２．５体積％、圧力０．３［Ｐａ］）で、反応性スパッタリングを行うことにより、ＣｒＮ膜の上に、膜厚１５［ｎｍ］のＣｒＯＮ膜を成膜した。
なお、ＣｒＯＮ膜は反射防止機能を発揮するものであり、このＣｒＯＮ膜の膜厚を制御することによって遮光膜３の反射率を制御することもできる。
【００１７】
以上のＣｒＮ膜、ＣｒＣ膜、及びＣｒＯＮ膜は、インラインスパッタリング装置を用いて連続的に成膜されたものであり、これらＣｒＮ、ＣｒＣ、及びＣｒＯＮを含んでなる遮光膜３は、その厚み方向に向かって当該成分が連続的に変化して構成されている。
【００１８】
次いで、遮光膜３の上に、ポジ型電子線レジスト（ＺＥＰ７０００：日本ゼオン社製）４をスピンコート法により膜厚が５００［ｎｍ］となるように塗布した（図１（ａ）参照）。
次いで、ポジ型電子線レジスト４に対し、所望のパターンをＥＴＥＣ社製のＭＥＢＥＳによって電子線描画し、現像して第１レジストパターン４１を形成した（図１（ｂ）参照）。
次いで、第１レジストパターン４１をマスクにして、遮光膜３を、塩素と酸素を使用したドライエッチングによってパターニングすることにより、第１遮光膜パターン３１を形成した（図１（ｃ）参照）。
【００１９】
次いで、第１レジストパターン４１及び第１遮光膜パターン３１をマスクにして半透光膜２を、ＣＦ₄／Ｏ₂の混合ガスを用い、圧力：０．４Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー：１００Ｗの条件でドライエッチングして、半透光膜パターン２１を形成した（図１（ｄ））。
次いで、第１レジストパターン４１を剥離して第１段階までパターンニングされたハーフト−ン型位相シフトマスクが完成した（図１（ｅ）参照）。
【００２０】
次いで、フォトレジスト（ＡＺ１３５０：クラリアント社製）５をスピンコート法により膜厚５００［ｎｍ］塗布してベークした（図１（ｆ））。
次いで、余剰な遮光膜パターンとなるプログラム欠陥をＥＴＥＣ社製のＡＬＴＡ３０００にて重ねて露光し、現像して第２レジストパターン５１を形成した（図１（ｇ）参照）。
次いで、第２レジストパターン５１をマスクにして、第１遮光膜パターン３１を硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸からなるエッチング液を用いてエッチングして、第２遮光膜パターン３１１を完成した（図１（ｈ）参照）。
次いで、第２レジストパターン５１を剥離し、しかる後、所定の洗浄を施してハーフトーン位相シフトマスク１０を得た。
【００２１】
そして、得られたハーフト−ン位相シフトマスク１０に光を照射して、半透光膜パターン２１と、第２遮光膜パターン３１１との光学特性を測定した。測定結果は、図２に示されている。同図において、縦軸は反射率（％）を示し、横軸は照射光の波長［ｎｍ］を示す。また、符号Ａは、照射光の波長と半透光膜パターン２１（又は半透光膜２、以下同じ。）の反射率との関係を示し、符号Ｂは、照射光の波長と第２遮光膜パターン３１１（又は遮光膜３、以下同じ。）の反射率との関係を示すグラフである。
【００２２】
図２から、第２遮光膜パターン３１１の反射率は、露光波長（例えば、２４８［ｎｍ］）の場合よりも、欠陥検査波長（例えば、４８８［ｎｍ］）の場合の方が、反射率が高くなるように構成されているのが分かる。
【００２３】
また、同図から分かるように、このハーフト−ン位相シフトマスク１０は、半透光膜パターン２１と第２遮光膜パターン３１１との反射率の差が、５パーセント以上となるような第１の波長域が存在するように構成されている。
各パターンの反射率の差が５パーセント以上であれば、少なくともこのマスクからの反射光に基づいて欠陥検査を行う欠陥検査装置において、当該各パターンのコントラストの差を大きくとることができ、欠陥検出の感度を向上できるので、微小な欠陥をも確実に検出できる。
【００２４】
前記第１の波長域は、波長が略３５０［ｎｍ］以上の領域である。従って、この場合、欠陥検査光としては、３５０［ｎｍ］以上の波長を有する光を使用することができる。
更に、前記第１の波長域の中でも、略４００［ｎｍ］以上の範囲においては、各パターンの反射率の差が２０パーセント以上となっている。
その中でも特に、照射光の波長が４８８［ｎｍ］の場合には、第２遮光膜パターン３１１の反射率が、半透光膜パターン２１の反射率の２倍以上となっており、欠陥検査光としては波長４８８［ｎｍ］の光を使用するのが好ましいと云える。
【００２５】
また、同図から分かるように、このハーフト−ン位相シフトマスク１０は、前記第１の波長域においては、第２遮光膜パターン３１１の方が、半透光膜パターン２１よりも高い反射率を示すように構成されており、これによって、クロム残り等の余剰欠陥の検査に特に好適となっている。
【００２６】
また、同図に示すように、このハーフト−ン位相シフトマスク１０は、半透光膜パターン２１と第２遮光膜パターン３１１との反射率が、共に３０パーセント以下となるような第２の波長域が更に存在するように構成されている。
各パターンの反射率が３０パーセント以下であれば、露光光に対する迷光の発生が防止されて、転写パターンの精度を向上できるだけでなく、ハーフトーン型位相シフトマスク１０そのものの寸法精度を向上できるようになる。また、このハーフトーン型位相シフトマスク１０をレチクルとして使用した場合でも、ステッパによる露光時に光の乱反射による悪影響が抑えられる。
【００２７】
なお、ここに云う露光光とは、このハーフトーン位相シフトマスク１０を用いてパターン転写を行う際の露光光のみならず、前述したポジ型電子線レジスト４に対する電子線描画などに使用する露光光をも含む。
【００２８】
前記第２の波長域は、３６５［ｎｍ］以下の領域である。従って、この場合、露光光としては、波長３６５［ｎｍ］のｉ線及びそれよりも波長の短い光を使用できる。
その中でも特に、照射光の波長が２４８［ｎｍ］の場合に、第２遮光膜パターン３１１と、半透光膜パターン２１との反射率が共に、略２０［％］となっており、露光光としては、波長２４８［ｎｍ］の光（ＫｒＦレーザ）を使用するのが好ましいと云える。
【００２９】
〔比較例〕
比較のために、同一のチャンバ内に複数のクロム（Ｃｒ）ターゲットが配置されたインラインスパッタリング装置を用い、ＣｒＮはアルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ₂）との混合ガス雰囲気（Ａｒ：８０体積％、Ｎ₂：２０体積％、圧力０．３［Ｐａ］）中で、ＣｒＣはアルゴン（Ａｒ）とメタン（ＣＨ₄）とヘリウム（Ｈｅ）との混合ガス雰囲気（Ａｒ：３０体積％、ＣＨ₄：１０体積％、Ｈｅ：６０体積％、圧力０．３［Ｐａ］）中で、ＣｒＯＮはアルゴン（Ａｒ）と一酸化窒素（ＮＯ）との混合ガス雰囲気（Ａｒ：８０体積％、ＮＯ：１２０体積％、圧力０．３［Ｐａ］）中で、それぞれ反応性スパッタリングを行うことにより、ＣｒＮ、ＣｒＣ、及びＣｒＯＮからなる遮光膜を、透明基板上の半透光膜の上に成膜した。成膜の過程で、スパッタパワーを調整することにより、ＣｒＮ膜の膜厚を１５［ｎｍ］とし、ＣｒＣ膜の膜厚を６０［ｎｍ］とし、ＣｒＯＮ膜の膜厚を２５［ｎｍ］とした。
これ以外の工程は、前述した実施例と同様にしてハーフト−ン位相シフトマスクを得た。
【００３０】
得られたハーフト−ン位相シフトマスクに光を照射して、比較例による遮光膜パターンの反射率を測定した。図２中、符号Ｃが、照射光の波長［ｎｍ］と、比較例による遮光膜パターンの反射率との関係を示すグラフである。
同図に示すように、比較例による遮光膜パターンは、波長２００［ｎｍ］〜８００［ｎｍ］にわたり半透光膜パターンと同様に良好な低反射機能を発揮しているが、当該全ての波長域において、半透光膜パターンよりも充分に高い反射性を示すところがなく、欠陥検査においては、遮光膜パターンの欠陥を確実に検出し得ない懸念のあることが判明した。
特に、検査波長（４８８［ｎｍ］）においては、比較例による遮光膜パターンの反射率が半透光膜パターンの反射率を上回っているものの、その差は数パーセントであり、このような場合には、欠陥検査装置において欠陥を充分に検出できないことが本発明者の研究によって判明している。
【００３１】
なお、本実施例で採用した各構成や条件などは一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に設計変更可能である。
例えば、前述した露光光や欠陥検査光は、その波長が特に限定されるものではない。また、遮光膜パターンや半透光膜パターンの材料なども特に実施例に限定されるものではない。遮光膜パターンや半透光膜パターンの反射率は、その膜厚によって制御できるが、その材料によって反射率を制御することもできる。
また、ハーフトーン型位相シフトマスクは、欠陥検査光に対する各パターンの反射率の差が５パーセント以上あれば、当該欠陥検査光に対して何れのパターンの方が高い反射率を示すかは限定されない。従って、欠陥検査光に対して半透光膜パターンの方が遮光膜パターンよりも反射率が高くなるように構成してもよい。
【００３２】
半透光膜としては、単層の場合、金属、シリコン、酸素及び／又は窒素を主たる構成要素とすることができ、窒化されたモリブデン及びシリコン（ＭｏＳｉＮ系材料）の他にも、例えば、酸化されたモリブデン及びシリコン（ＭｏＳｉＯ系材料）、酸化及び窒化されたモリブデン及びシリコン（ＭｏＳｉＯＮ系材料）、酸化されたタンタル及びシリコン（ＴａＳｉＯ系材料）、窒化されたタンタル及びシリコン（ＴａＳｉＮ系材料）、酸化及び窒化されたタンタル及びシリコン（ＴａＳｉＯＮ系材料）、酸化されたタングステン及びシリコン（ＷＳｉＯ系材料）、窒化されたタングステン及びシリコン（ＷＳｉＮ系材料）、酸化及び窒化されたタングステン及びシリコン（ＷＳｉＯＮ系材料）、酸化されたチタン及びシリコン（ＴｉＳｉＯ系材料）、窒化されたチタン及びシリコン（ＴｉＳｉＮ系材料）、酸化及び窒化されたチタン及びシリコン（ＴｉＳｉＯＮ系材料）、酸化されたクロム及びシリコン（ＣｒＳｉＯ系材料）、窒化されたクロム及びシリコン（ＣｒＳｉＮ系材料）、酸化及び窒化されたクロム及びシリコン（ＣｒＳｉＯＮ系材料）、フッ化されたクロム及びシリコン（ＣｒＳｉＦ系材料）などが挙げられる。さらに、これらの物質は、ハーフトーン材料膜としての機能を損なわない範囲で、これらの化合物、又はこれらの物質との化合物として、炭素、水素、フッ素、或いはヘリウムその他の従来一般的に表記されている物質を適量含んでもよい。
【００３３】
また、本発明では、例えば、モリブデンシリサイドの酸化物、モリブデンシリサイドの窒化物、モリブデンシリサイドの酸化窒化物、タンタルシリサイドの酸化物、タンタルシリサイドの窒化物、タンタルシリサイドの酸化窒化物、タングステンシリサイドの酸化物、タングステンシリサイドの窒化物、タングステンシリサイドの酸化窒化物、チタンシリサイドの酸化物、チタンシリサイドの窒化物、チタンシリサイドの酸化窒化物、或いはこれらの物質の１種以上と窒化ケイ素及び／又は金属窒化物との混合物などの物質もハーフトーン材料膜を構成する材料として使用できる。また、ハーフトーン材料膜は２層以上の積層膜としてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、ハーフトーン型位相シフトマスクの位相シフト膜上における遮光膜の欠陥、特に余剰欠陥について検査できるようになる。また、本発明によれば、ハーフトーン型位相シフトマスクの微小な欠陥をも確実に検出できるようになる。また、本発明によれば、ハーフトーン型位相シフトマスクの欠陥検査を、自動欠陥検査装置を用いてなお一層厳格にしかも容易に行えるようになる。その結果、歩留まりよく不安定してハーフトーン型位相シフトマスクを提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例による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為の図。
【図２】実施例によるハーフトーン型位相シフトマスクの光学特性を示す図。
【符号の説明】
１透明基板
２１半透光膜パターン
３１１第２遮光膜パターン（遮光膜パターン）
１０ハーフトーン型位相シフトマスク

Claims

透明基板上に、半透光膜パターンとこの半透光膜パターンの上に形成された遮光膜パターンとを有するハーフトーン型位相シフトマスクを製造す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、
透明基板上に、半透光膜パターンを形成し、この半透光膜パターンの上の遮光膜をエッチングして遮光膜パターンを形成するマスク製造工程と、
前記マスク製造工程によって形成されたマスクに欠陥検査光を照射し、その反射光に基づいて前記半透光膜パターン上に残った遮光膜による余剰欠陥の有無を検査するマスク検査工程とを有し、
前記マスク製造工程は、前記半透膜パターンと遮光膜パターンとの前記欠陥検査光に対する反射率が、前記検査工程において半透光膜パターンの上に残った遮光膜による余剰欠陥を半透光膜パターンから区別して検出できる程度の相違を示すように前記各パターンを形成するものであ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。
前記欠陥検査光に対する前記各パターンの反射率の差が、５パーセント以上となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。
前記欠陥検査光に対する前記遮光膜パターンの反射率が、当該欠陥検査光に対する前記半透光膜パターンの反射率よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。
露光光に対しては、前記各パターンの反射率が何れも３０パーセント以下となるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。