JP4321163B2 - 露光用原版及び露光用原版の検査方法並びに露光方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体集積回路等の製造工程で回路パターンの転写に用いられるフォトマスクに関し、特に、露光用原版及び露光用原版の検査方法に関する。

従来より、半導体素子や薄膜磁気ヘッドあるいは液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する場合にフォトマスクに形成されたパターンを、フォトレジスト等の感光剤を塗布した基板上に投影光学系にて露光する投影露光方式が使用されている。近年、基板上のショット領域に投影されるパターン形状の微細化に伴い、使用される露光光は短波長化される傾向にあり、これまで主流だった水銀ランプに代わって、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）を用いた露光装置が実用化されている。

また、さらなるパターンの形状の微細化を目指してＦ_２レーザー（主波長１５７ｎｍ）を用いた露光方法の開発も進められている。このような、真空紫外線領域の波長である約２００ｎｍ以下、特に、主波長１５７ｎｍ以下の真空紫外線を露光光として用いる場合、フォトマスク表面に真空紫外線の波長域の光に対し強い吸収特性を備える物質（以下、吸光物質と称す）が存在していると、露光光は減衰され十分な強度で基板上に到達できないことが知られている。

また、フォトマスクには、パターン面への塵埃等の異物付着防止のためにペリクルと呼ばれる露光光を透過する薄膜が取り付けられている。フォトマスクとペリクル間の空間に酸素分子、水分子、二酸化炭素分子などといった真空紫外線に対して吸光物質として作用する気体物質が存在するとやはり露光光は基板表面に到達できない。例えば、主波長１５７ｎｍの光に対する酸素の吸収係数は約１９０／atm・cmである。これは１気圧中で酸素濃度１％の気体中を主波長１５７ｎｍの光の透過率は１ｃｍあたり１５％しかないことを示す。

また、露光用原版（ペリクル付きフォトマスク）の透過率検査については、フォトマスク基板の一部に貫通孔を設けて検査する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

従来は露光光の波長は大気成分に対して光学的に透明性を有しており、検査においても露光光より長波長で行っていたので、検査は大気下で可能であり大気に含まれる吸光物質を制御する必要が無かった。また、大気中に含有される有機物成分に対しても光学的に透明性を有していたのでフォトマスクやペリクル表面に付着しても検査は可能であり、ペリクル貼り付け後の吸光物質量の確認は行われていなかった。

しかしながら、主波長１５７ｎｍ以下の真空紫外線を露光光として用いるフォトマスクまたは露光用原版の検査においては、大気成分に含まれる酸素や水分は波長１５７ｎｍに対して光学的に不透明な吸光物質として作用し、且つ大気成分に含まれる有機物も同様に吸光物質であるため、フォトマスク、ペリクル表面及びペリクル空間内に吸着または滞留した上記吸光物質の検査をする必要がある。

また、露光光として紫外光（１９３ｎｍ付近の波長を有するＡｒＦエキシマレーザー光や、１５７ｎｍ付近の波長を有するＦ_２エキシマレーザー光）を用いた露光装置において、露光用原版も含む装置内を不活性ガスで置換し、パターン露光を行う露光装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平４−１０００４７号公報 特開２００２−１５８１５３号公報

本発明は、主波長１５７ｎｍ以下の真空紫外線を露光光として用いる露光用原版（ペリクル付きフォトマスク）に付着した吸光物質の検査を可能にした露光用原版及び露光用原版の検査方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、ペリクルがマスクに装着された露光用原版であって、 透明基板と、該透明基板上の位相シフト層と、該位相シフト層上の遮光層とを有し、該遮光層および該位相シフト層にパターン領域が形成されたマスクと、前記マスクの前記パターン領域を覆うペリクル膜と、前記ペリクル膜を支持し、前記マスクと接するペリクル枠と、前記ペリクル枠内の前記遮光層および前記位相シフト層にパターニングされたペリクル枠内検査部と、前記ペリクル枠外の前記遮光層および前記位相シフト層にパターニングされたペリクル枠外検査部と、を備え、前記ペリクル枠内検査部は、少なくとも前記位相シフト層が表出した部位を有し、前記ペリクル枠外検査部は、少なくとも前記位相シフト層が表出した部位を有することを特徴とする露光用原版である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の露光用原版の検査方法であって、露光用原版を露光波長を含む波長帯域について、前記ペリクル枠内検査部および前記ペリクル枠外検査部の透過率および反射率を検出値として取得する検査工程と、前記検出値と任意に設定された基準値とを比較し、吸光物質の有無を判定する判定工程と、 を備えたことを特徴とする露光用原版の検査方法である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載の露光用原版を用いた露光方法である。

本発明の露光用原版は、露光用原版のペリクル枠内とペリクル枠外のパターン露光に影響しない領域に検査部を設けて洗浄、検査することにより、露光用原版（ペリクル付きフォトマスク）の清浄度を保証できるようになる。

また、シリコンウェハ等の半導体基板上に形成されたレーザー波長（１５７ｎｍ）に感度を有する感光層に対し、欠陥のないパターン露光が可能になり、半導体等のパターンの製造を高い歩留まりで行うことができる。

以下、本発明の検査部付き露光用原版の一例を図１（ａ）及び（ｂ）、図２（ａ）及び（ｂ）、図３（ａ）及び（ｂ）、図４（ａ）及び（ｂ）に示す。

図１（ａ）及び（ｂ）に示す露光用原版５０ａは、フォトマスクまたはレチクル等のマスク１０ａの少なくとも片側にペリクル枠２１にペリクル膜２２が貼り付けられたペリクル２０が貼り合わされており、ペリクル２０のペリクル枠２１内のパターン領域１３とペリクル枠２１との間にペリクル枠内反射検査部３１ａを、ペリクル２０のペリクル枠２１外にペリクル枠外反射検査部３１ｂを設けたものである。

図２（ａ）及び（ｂ）に示す露光用原版５０ｂは、フォトマスクまたはレチクル等のマスク１０ｂの少なくとも片側にペリクル枠２１にペリクル膜２２が貼り付けられたペリクル２０が貼り合わされており、ペリクル２０のペリクル枠２１内のパターン領域１３とペリクル枠２１との間にペリクル枠内透過検査部３２ａを、ペリクル２０のペリクル枠２１外にペリクル枠外透過検査部３２ｂを設けたものである。

図３（ａ）及び（ｂ）に示す露光用原版５０ｃは、フォトマスクまたはレチクル等の位相シフトマスク１０ｃの少なくとも片側にペリクル枠２１にペリクル膜２２が貼り付けられたペリクル２０が貼り合わされており、ペリクル２０のペリクル枠２１内のパターン領域１３とペリクル枠２１との間にペリクル枠内反射検査部３３ａ及びペリクル枠内透過・反射検査部３４ａを、ペリクル２０のペリクル枠外にペリクル枠外反射検査部３３ｂ及びペリクル枠外透過・反射検査部３４ｂを設けたものである。

図４（ａ）及び（ｂ）に示す露光用原版５０ｄは、フォトマスクまたはレチクル等の位相シフトマスク１０ｄの少なくとも片側にペリクル枠２１にペリクル膜２２が貼り付けられたペリクル２０が貼り合わされており、ペリクル２０のペリクル枠２１内のパターン領域１３とペリクル枠２１との間にペリクル枠内透過・反射検査部３４ａ及びペリクル枠内透過検査部３５ａを、ペリクル２０のペリクル枠２１外にペリクル枠外透過・反射検査部３４ｂ及びペリクル枠外透過検査部３５ｂを設けたものである。

マスクの形態としては、ポジ・ネガ型があり、ネガ・ポジ型に関わらずパターン領域１３以外がほとんど透明領域になっているマスク１０ａ、１０ｃとパターン領域１３以外がクロムなどの金属膜や金属酸化膜からなる遮光層１２で遮光されているマスク１０ｂとパターン領域１３以外がクロムなどの金属膜や金属酸化膜からなる遮光層１２と位相シフト層１４からなるマスク１０ｄ等があり、上記露光用原版の例は、各々のマスクに透過検査部、反射検査部、透過・反射検査部を設けた事例である。

ここで、ペリクル枠内反射検査部３１ａ、３３ａ、ペリクル枠内透過検査部３２ａ、３５ａ、ペリクル枠内透過・反射検査部３４ａの設置場所はマスク１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄのパターン領域１３外のペリクル枠２１内であればどこでも良く、形状、個数も特に限定されるものではない。ペリクル枠外反射検査部３１ｂ、３３ｂ、ペリクル枠外透過検査部３２ｂ、３５ｂ、ペリクル枠外透過・反射検査部３４ｂの設置場所も同様で、ペリクル枠２１外であればどこでも良く、形状、個数も特に限定されるものではない。

以下、本発明の露光用原版の検査方法について説明する。

露光用原版の検査フローの一例を図５に示す。

まず、所定位置に検査部が形成されたマスク及びレチクルを洗浄、検査を行って、マスクとレチクルを貼り合わせて露光用原版を作製する（図５Ｓ１参照）。

次に、前記露光用原版を例えば波長１７２ｎｍや１８５ｎｍを主波長とするエキシマランプを備えた洗浄装置にて洗浄する（図５Ｓ２参照）。

ここで、エキシマランプはペリクル２０のペリクル膜２２及び石英基板等の透明基板１１を透過するので、片面側からの照射で両面同時洗浄が可能である
次に、露光用原版の検査部を例えば、マッピングステージを備えた分光計測器にて、透過率、反射率を計測し、検査部の清浄度を判定する（図５Ｓ３参照）。

ここで、分光計測器の測定波長は波長１５７ｎｍを計測範囲に含む波長を用いる。

検査部の清浄度については、あらかじめ露光用原版の検査部毎に透明基板の透過率、遮光層の反射率、ペリクル膜＋透明基板の透過率、ペリクル膜＋遮光層の反射率、位相シフト層の透過率と反射率、ペリクル膜＋位相シフト層の透過率と反射率の基準値がそれぞれ設定されており、分光計測器での検査部の透過率、反射率計測値とそれぞれの基準値の比較で検査部の清浄度が判定される。

図６に本発明の露光用原版の各種検査部に対応した検査方法の一例を示す。

露光用原版５０ａのペリクル枠内反射検査部３１ａでは、分光計測器にてペリクル膜２２を介したペリクル枠内反射検査部３１ａの反射率を測定し、また、露光用原版５０ａのペリクル枠外反射検査部３１ｂでは、分光計測器にてペリクル枠外反射検査部３１ｂの反射率を測定し、あらかじめ設定されている基準値と比較し、ペリクル枠内反射検査部３１ａ及びペリクル枠外反射検査部３１ｂの清浄度をそれぞれ判定する。

また、光透過部の透過率検査は、ペリクル枠内外の透明基板露出部の任意の箇所を測定し、予め設定さている基準値と比較し、ペリクル枠内外の透過部の清浄度を判定する。

露光用原版５０ｂのペリクル枠内透過検査部３２ａでは、分光計測器にてペリクル膜２２を介したペリクル枠内透過検査部３２ａの透過率を測定し、また、露光用原版５０ｂのペリクル枠外透過検査部３２ｂでは、分光計測器にてペリクル枠外透過検査部３２ｂの透過率を測定し、あらかじめ設定されている基準値と比較し、ペリクル枠内透過検査部３２ａ及びペリクル枠外透過検査部３２ｂの清浄度をそれぞれ判定する。

また、光遮光部の反射率検査は、ペリクル枠内外の遮光層の任意の箇所を測定し、予め設定さている基準値と比較し、ペリクル枠内外の遮光部の清浄度を判定する。

露光用原版５０ｃのペリクル枠内反射検査部３３ａでは、分光計測器にてペリクル膜２２を介したペリクル枠内反射検査部３３ａの反射率を測定し、また、露光用原版５０ｃのペリクル枠外反射検査部３３ｂでは、分光計測器にてペリクル枠外反射検査部３３ｂの反射率を測定し、露光用原版５０ｃのペリクル枠内透過・反射検査部３４ａでは、分光計測器にてペリクル膜２２を介したペリクル枠内透過・反射検査部３３ａの透過率及び反射率を測定し、露光用原版５０ｃのペリクル枠外透過・反射検査部３４ｂでは、分光計測器にてペリクル枠外透過・反射検査部３４ｂの透過率及び反射率を測定し、あらかじめ設定されている基準値と比較し、ペリクル枠内反射検査部３３ａ、ペリクル枠外反射検査部３３ｂ、ペリクル枠内透過・反射検査部３３ａ及びペリクル枠外透過・反射検査部３４ｂの清浄度をそれぞれ判定する。

また、光透過部の透過率検査は、ペリクル枠内外の透明基板露出部の任意の箇所を測定し、予め設定さている基準値と比較し、ペリクル枠内外の透過部の清浄度を判定する。

露光用原版５０ｄのペリクル枠内透過・反射検査部３４ａでは、分光計測器にてペリクル膜２２を介した枠内透過・反射検査部３４ａの透過率及び反射率を測定し、また、ペリクル枠外位相シフト検査部３４ｂでは、分光計測器にてペリクル枠外透過・反射検査部３４ｂの透過率及び反射率を測定し、また、ペリクル枠内透過検査部３５ａでは、分光計測器にてペリクル膜２２を介して枠内透過検査部３５ａの透過率を測定し、また、ペリクル枠外検査部３５ｂでは、分光計測器にて枠外透過検査部３５ｂの透過率を測定し、あらかじめ設定されている基準値と比較し、ペリクル枠内透過・反射検査部３４ａ、ペリクル枠内透過検査部３５ａ、ペリクル枠外透過・反射検査部３４ｂ及びペリクル枠外透過検査部３５ｂの清浄度をそれぞれ判定する。

また、光遮光部の反射率検査は、ペリクル枠内外の遮光層の任意の箇所を測定し、予め設定さている基準値と比較し、ペリクル枠内外の遮光部の清浄度を判定する。

上記したように、露光用原版（ペリクル付きフォトマスク）のペリクル枠内とペリクル枠外のパターン露光に影響しない領域に検査部を設け、波長１５７ｎｍを計測範囲に含む波長を用いた分光計測器にて検査部の透過率、反射率を測定して、基準値と比較することにより、容易に清浄度の判定を行うことができ、露光用原版（ペリクル付きフォトマスク）の清浄度を保証することが可能となる。

請求項４に係る本発明の露光方法について説明する。

レチクル上にペリクルを貼り合わせた上記露光用原版を用いて、シリコンウェハ等の半導体基板上に形成されたレーザー波長（１５７ｎｍ）に感度を有する感光層（例えば、フッ素原子を含む高分子化合物である化学増幅レジスト）にＦ_２レーザー（主波長１５７ｎｍ）を用いた投影露光装置にてパターン露光して、現像処理することにより、レジストパターンを形成する。

本発明の露光用原版を用いてパターン露光することにより、欠陥のない高品質のレジストパターンを形成することができ、その結果、半導体等のパターンの製造を、高い歩留まりで行うことができる。

（ａ）は、本発明の露光用原版の一実施例を示す模式平面図である。

（ｂ）は、（ａ）をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図である。
（ａ）は、本発明の露光用原版の一実施例を示す模式平面図である。

（ｂ）は、（ａ）をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図である。
（ａ）は、本発明の露光用原版の一実施例を示す模式平面図である。

（ｂ）は、（ａ）をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図である。
（ａ）は、本発明の露光用原版の一実施例を示す模式平面図である。

（ｂ）は、（ａ）をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図である。
本発明の露光用原版の検査フローを示す説明図である。 本発明の露光用原版の各種検査部に対応した検査方法の一例を示す説明図である。

符号の説明

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ……マスク
１０ｃ、１０ｄ……位相シフトマスク
１１……透明基板
１２……遮光層
１３……パターン領域
１４……位相シフト層
２０……ペリクル
２１……ペリクル枠
２２……ペリクル膜
３１ａ、３３ａ……ペリクル枠内反射検査部
３１ｂ、３３ｂ……ペリクル枠外反射検査部
３２ａ、３５ａ……ペリクル枠内透過検査部
３２ｂ、３５ｂ……ペリクル枠外透過検査部
３４ａ……ペリクル枠内透過・反射検査部
３４ｂ……ペリクル枠外透過・反射検査部
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ……露光用原版

Claims (3)

1. ペリクルがマスクに装着された露光用原版であって、
   透明基板と、該透明基板上の位相シフト層と、該位相シフト層上の遮光層とを有し、該遮光層および該位相シフト層にパターン領域が形成されたマスクと、
   前記マスクの前記パターン領域を覆うペリクル膜と、
   前記ペリクル膜を支持し、前記マスクと接するペリクル枠と、
   前記ペリクル枠内の前記遮光層および前記位相シフト層にパターニングされたペリクル枠内検査部と、
   前記ペリクル枠外の前記遮光層および前記位相シフト層にパターニングされたペリクル枠外検査部と、を備え、
   前記ペリクル枠内検査部は、少なくとも前記位相シフト層が表出した部位を有し、
   前記ペリクル枠外検査部は、少なくとも前記位相シフト層が表出した部位を有すること
   を特徴とする露光用原版。
2. 請求項１に記載の露光用原版の検査方法であって、
   露光用原版を露光波長を含む波長帯域について、前記ペリクル枠内検査部および前記ペリクル枠外検査部の透過率および反射率を検出値として取得する検査工程と、
   前記検出値と任意に設定された基準値とを比較し、吸光物質の有無を判定する判定工程と、
   を備えたことを特徴とする露光用原版の検査方法。
3. 請求項１に記載の露光用原版を用いた露光方法。