JP4419464B2 - ハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の高密度集積回路の製造工程中に用いられるフォトマスクに関し、特に、ハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法に関する。

従来のフォトマスクでは微細なパターンの投影露光に際し近接したパターンはマスクの光透過部を通過した光が回折し、干渉することによってパターン境界部での光強度を強め合いフォトレジストが感光するため、ウエハー上に転写された微細パターンが分離解像しないという問題が起きていた。この現象は露光波長に近い微細なパターンほどその傾向が強く、原理的には従来のフォトマスクと露光光学系では光の波長以下の微細なパターンを分離解像することは不可能であった。

そこで、隣接するパターンを透過する投影光の位相差を互いに１８０度にすることによって微細なパターンの解像力を向上させるという、位相シフト技術を用いた位相シフトマスクが開発された。

半導体集積回路装置の製造技術におけるフォトマスク分野においては、ウエハー転写時の解像力を高めるために位相シフトマスク技術が重要視されている。

その位相シフトマスクには、比較的プロセスが容易なハーフトーン型位相シフトマスクとガラス基板を掘り込んで位相差形成を行うレベンソン型位相シフトマスク等がある。従って製作難易度はレベンソン型位相シフトマスクと比較するとそれほど高くなく、ハーフトーン型位相シフトマスクが依然として多く使用されている。

上記ハーフトーン型位相シフトマスクの構造例として、図８に示すような透明基板１１１上に半透明位相シフトパターン１２１ａが形成された有効領域１２０と、それを取り囲むように遮光帯１３１ｂが形成された外周部１３０とで構成されたハーフトーン型位相シフトマスクが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記ハーフトーン型位相シフトマスクは、半透明位相シフトパターン１２１ａが形成された有効領域１２０の外周部１３０に遮光帯１３１ｂを設けているため、ハーフトーン型位相シフトマスクを使ってウエハー等に転写パターンを連続して形成するとき、転写パターンの周囲を誤って感光させることがない。

また、外周部１３０に、フィデューシャルマーク、スクライブライン、その他の補助マーク等を容易に形成でき、それらのマークに対応して露光対象物上に鮮明なパターンを形成できるというものである
ここで、上記ハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法について説明する。
図５（ａ）〜（ｆ）及び図６（ｇ）〜（ｊ）に、上記位相シフトマスクの製造方法を工程順に示すハーフトーン型位相シフトマスクの模式構成部分断面図を示す。

まず、石英ガラス基板からなる透明基板１１１上にＭｏ・Ｓｉ系の半透明位相シフト層１２１及びＣｒ膜からなる遮光層１３１が形成された位相シフトマスク用ブランクス１１０（図５（ａ）参照）上に第１レジスト層１４１を形成し（図５（ｂ）参照）、パターン描画、現像等の一連のパターニング処理を行って、有効領域１２０に第１レジストパターン１４１ａを、外周部１３０に第１レジストパターン１４１ｂを形成する（図５（ｃ）参照）。

次に、第１レジストパターン１４１ａ及び第１レジストパターン１４１ｂをマスクにして塩素系ガスを用いたドライエッチング装置にて遮光層１３１をエッチング処理し（図５（ｄ）参照）、さらに、第１レジストパターン１４１ａ及び遮光パターンをマスクにして、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆等のフッ素系ガスを用いたドライエッチングによって半透明位相シフト層１２１をエッチングする（図５（ｅ）参照）。

次に、酸素プラズマや硫酸を用いて第１レジストパターン１４１ａ及び第１レジストパターン１４１ｂを剥離処理することにより、有効領域１２０に半透明位相シフトパターン１２１ａ上に遮光パターン１３１ａを、外周部１３０に半透明位相シフトパターン１２１ｂ上に遮光帯１３１ｂを形成する（図５（ｆ）参照）。

次に、レジストを塗布し、第２レジスト層１４２を形成し（図６（ｇ）参照）、パターン描画、現像等の一連のパターニング処理を行って、外周部１３０の遮光パターン１３１ｂ上に第２レジストパターン１４２ａを形成する（図６（ｈ）参照）。

次に、塩素系ガスを用いたドライエッチング装置にて、第２レジストパターン１４２ａをマスクにして有効領域１２０の遮光パターン１３１ａをエッチング処理し（図６（ｉ）参照）、酸素プラズマや硫酸を用いて第２レジストパターン１４２ａを剥離処理して、半透明位相シフトパターン１２１ａを形成し、透明基板１１１の有効領域１２０に半透明位相シフトパターン１２１ａが、外周部１３０に遮光帯１３１ｂが形成されたハーフトーン型位相シフトマスクが得られる（図６（ｊ）参照）。

上述した、ハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法では有効領域１２０の半透明位相シフトパターン１２１ａ上の遮光パターン１３１ａを除去するために、再度第２レジストパターン１４２ａを形成し（図６（ｈ）参照）、第２レジストパターン１４２ａをマスクにして遮光パターン１３１ａをエッチング、除去するというものである。

この遮光パターン１３１ａをエッチング、除去する際パターンが微細化してくると、遮光パターン１３１ａの一部の遮光層が半透明位相シフトパターン１２１ａ上に残ってしまう場合があり、最終の外観検査で欠陥として判定する必要があるが、外観検査機で欠陥として検出されない場合がある。
特開平８−３３４８８５

外観検査機では、波長３６５〜２６６ｎｍといった紫外線領域のＡｒレーザなどが良く用いられており、外観検査機を用いてマスク上の異物付着やパターン崩れなどを検査する場合、紫外線レーザ光の透過または反射光を取り込んで、それぞれ閾値を設けて、判断する検査を行っている。

図７（ａ）〜（ｃ）は、ハーフトーン型位相シフトマスクを外観検査機の反射光を用いて検査したときの反射光の検出状況を示したもので、図７（ａ）は、ハーフトーン型位相シフトマスクの有効領域１２０の半透明位相シフトパターン１２１ａ上に遮光層膜残りがない場合の反射光の検出状況を、図７（ｂ）は、ハーフトーン型位相シフトマスクの有効領域１２０の半透明位相シフトパターン１２１ａ上の一部に遮光層膜残り１３１ｃが発生した場合の反射光の検出状況を、図７（ｃ）は、ハーフトーン型位相シフトマスクの有効領域１２０の半透明位相シフトパターン１２１ａ上に遮光層膜残り１３１ｄが発生した場合の反射光の検出状況を、それぞれ示したものである。

反射光による検査では、光の反射量によって正常の可否が判定され、上記ハーフトーン型位相シフトマスクの外観検査では、ＱＺ、半透明位相シフト膜、遮光層の反射レベルのキャリブレーションが行われる。

図７（ａ）は、ハーフトーン型位相シフトマスクの有効領域１２０の半透明位相シフトパターン１２１ａ上に遮光層膜残りがない場合の反射光の検出状況を示したもので、反射光のレベルは、高い順にハーフトーン膜検出レベル（１）、遮光層検出レベル（２）、ＱＺ検出レベル（３）となり、半透明位相シフトパターン１２１ａの反射レベルははっきりと外観検査機で認識される。

図７（ｂ）は、ハーフトーン型位相シフトマスクの有効領域１２０の半透明位相シフトパターン１２１ａ上の一部に遮光層膜残り１３１ｃが発生した場合の反射光の検出状況を示したもので、反射レベルは、上記ハーフトーン膜検出レベル（１）、遮光層検出レベル（２）、ＱＺ検出レベル（３）の他に、遮光層膜残り１３１ｃの検出レベル（４）が検知され、異常と判断される。

図７（ｃ）は、ハーフトーン型位相シフトマスクの有効領域１２０の半透明位相シフトパターン１２１ａ上に遮光層膜残り１３１ｄが発生した場合の反射光の検出状況を示したもので、半透明位相シフトパターン１２１ａ上の遮光層膜残り１３１ｄの検出レベル（４）は、遮光パターン１３１ｂの遮光層検出レベル（２）と同一レベルとなり、遮光層膜残り異常として判断することができなくなる。

これを防ぐ対策として、有効領域１２０と外周部１３０の検査工程を独立させ、有効領域１２０の検査工程では、遮光層検出レベル（２）をなくして、ハーフトーン膜検出レベル（１）とＱＺ検出レベル（３）の２段階の検出レベル設定を行い、それ以外の遮光層膜残りの検出レベルが検出された場合は異常と判断する等の手段もあるが、実際は条件設定や検査工程が増え、作業として繁雑になる等の問題点を有している。

本発明は上記問題点に鑑み考案されたもので、有効領域の半透明位相シフトパターン上の遮光パターン表面の反射率を外周部の遮光パターン表面の反射率より低くすることにより、検査工程での有効領域の半透明位相シフトパターン上の遮光層膜残りの検出を可能にした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目的とする。

本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１においては、少なくとも以下の工程を具備することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法としたものである。
（ａ）透明基板１１上に半透明位相シフト層２１及び遮光層３１が形成された位相シフトマスク用ブランクス１０上に第１レジスト層４１を形成し、パターン描画、現像等の一連のパターニング処理を行って、有効領域２０内に第１レジストパターン４１ａを、有効領域外の外周部３０に第１レジストパターン４１ｂを形成する工程。
（ｂ）第１レジストパターン４１ａ及び４１ｂをマスクにして遮光層３１をドライエッチングし、第１レジストパターン４１ａ及び４１ｂを剥離し、有効領域２０内に遮光パターン３１ａを、外周部３０に遮光帯３１ｂを形成する工程。
（ｃ）第２レジスト層４２を形成し、パターン描画、現像等の一連のパターニング処理を行って、外周部３０の遮光帯３１ｂ上に第２レジストパターン４２ａを形成する工程。
（ｄ）遮光パターン３１ａの表面処理を行って、低反射遮光パターン３１ａ’を形成する工程。
（ｅ）低反射遮光パターン３１ａ’をマスクにして半透明位相シフト層２１をエッチングする工程。
（ｆ）低反射遮光パターン３１ａ’をドライエッチングで除去し、半透明位相シフトパターン２１ａを形成する工程。
（ｇ）第２レジストパターン４２ａを剥離処理する工程。

また、請求項２においては、少なくとも以下の工程を具備することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法としたものである。
（ａ）透明基板１１上に半透明位相シフト層２１及び遮光層３１が形成された位相シフトマスク用ブランクス１０上に第１レジスト層４１を形成し、パターン描画、現像等の一連のパターニング処理を行って、有効領域２０内に第１レジストパターン４１ａを、有効領域外の外周部３０に第１レジストパターン４１ｂを形成する工程。
（ｂ）第１レジストパターン４１ａ及び４１ｂをマスクにして遮光層３１をドライエッチングし、第１レジストパターン４１ａ及び４１ｂを剥離し、有効領域２０内に遮光パターン３１ａを、外周部３０に遮光帯３１ｂを形成する工程。
（ｃ）第２レジスト層４２を形成し、パターン描画、現像等の一連のパターニング処理を行って、外周部３０の遮光帯３１ｂ上に第２レジストパターン４２ａを形成する工程。
（ｄ）遮光パターン３１ａをマスクにして半透明位相シフト層２１をエッチングし、遮光パターン３１ａの表面処理を行って、低反射遮光パターン３１ａ’を形成する工程。
（ｅ）低反射遮光パターン３１ａ’をドライエッチングし、半透明位相シフトパターン２１ａを形成する工程。
（ｆ）第２レジストパターン４２ａを剥離処理する工程。

本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法は、製造工程中で遮光パターン３１ａの表面処理を行って、遮光帯３１ｂの反射率１０〜１５％に対し、３〜５％程度の反射率を有する低反射遮光パターン３１ａ’を形成するため、外観検査機のマスク検査では、遮光層膜残りが存在する半透明位相シフトパターン２１ａは異常と判断され、遮光層膜残りの検出性に優れたハーフトーン型位相シフトマスクを製造することができる。

本発明の実施の形態につき説明する。

本発明の請求項１に係る位相シフトマスクの製造方法は、図１（ａ）〜（ｆ）及び図２（ｇ）〜（ｊ）に示すように、
まず、石英基板等からなる透明基板１１上にＭｏＳｉＯＮ膜からなる半透明位相シフト層２１及びクロム膜からなる遮光層３１が形成された位相シフトマスク用ブランクス１０（図１（ａ）参照）上に、レジストをスピンナーで塗布し、所定厚の第１レジスト層４１を形成する（図１（ｂ）参照）。

次に、第１レジスト層４１にパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、有効領域２０内に第１レジストパターン４１ａ、外周部３０に第１レジストパターン４１ｂを形成する（図１（ｃ）参照）。

次に、塩素系ガスを用いたドライエッチング装置にて、第１レジストパターン４１ａ及び４１ｂをマスクにして遮光層３１をエッチングし、第１レジストパターン４１ａ及び４１ｂを剥離処理して、有効領域２０内に遮光パターン３１ａを、外周部３０に遮光帯３１ｂを形成する（図１（ｄ）参照）。

次に、レジストをスピンナーで塗布し、所定厚の第２レジスト層４２を形成し（図１（ｅ）参照）、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、外周部３０の遮
光帯３１ｂ上に第２レジストパターン４２ａを形成する（図１（ｆ）参照）。

次に、プラズマ処理等により遮光パターン３１ａの表面を粗面化したり、酸化皮膜等を形成する等の方法で、所定の反射率を有する低反射遮光パターン３１ａ’を形成する（図２（ｇ）参照）。

ここで言う遮光パターン３１ａの表面処理とは、遮光帯３１ｂの反射率（１０〜１５％）に対し、表面処理後の低反射遮光パターン３１ａ’の反射率を３〜５％程度にするために行うもので、表面処理後の低反射遮光パターン３１ａ’の反射率が所定の値（３〜５％程度）になっていれば、低反射遮光パターン３１ａ’の表面状態は特に限定されるものではない。

次に、フッ素系ガスを用いたドライエッチング装置にて、低反射遮光パターン３１ａ’をマスクにして半透明位相シフト層２１をエッチングし（図２（ｈ）参照）、塩素系ガスを用いたドライエッチング装置にて、低反射遮光パターン３１ａ’をエッチングで除去して、半透明位相シフトパターン２１ａを形成する（図２（ｉ）参照）。

次に、酸素プラズマ等で第２レジストパターン４２ａを剥離処理して、半透明位相シフトパターン２１ａを形成し、外観検査工程を経て、有効領域２０内に半透明位相シフトパターン２１ａが、外周部３０に遮光帯３１ｂが形成されたハーフトーン型位相シフトマスクを得る（図２（ｊ）参照）。

本発明の請求項２に係る位相シフトマスクの製造方法は、図３（ａ）〜（ｆ）及び図４（ｇ）〜（ｊ）に示すように、
まず、石英基板等からなる透明基板１１上にＭｏＳｉＯＮ膜からなる半透明位相シフト層２１及びクロム膜からなる遮光層３１が形成された位相シフトマスク用ブランクス１０（図３（ａ）参照）上に、レジストをスピンナーで塗布し、所定厚の第１レジスト層４１を形成する（図３（ｂ）参照）。

次に、第１レジスト層４１に、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、有効領域２０内に第１レジストパターン４１ａ、外周部３０に第１レジストパターン４１ｂを形成する（図３（ｃ）参照）。

次に、塩素系ガスを用いたドライエッチング装置にて、第１レジストパターン４１ａ及び４１ｂをマスクにして遮光層３１をエッチングし、第１レジストパターン４１ａ及び４１ｂを剥離処理して、有効領域２０内に遮光パターン３１ａを、外周部３０に遮光帯３１ｂを形成する（図３（ｄ）参照）。

次に、レジストをスピンナーで塗布し、所定厚の第２レジスト層４２を形成し（図３（ｅ）参照）、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、外周部３０の遮光帯３１ｂ上に第２レジストパターン４２ａを形成する（図３（ｆ）参照）。

次に、フッ素系ガスを用いたドライエッチング装置にて、遮光パターン３１ａをマスクにして半透明位相シフト層２１をエッチングし（図４（ｇ）参照）、プラズマ処理等により遮光パターン３１ａの表面を粗面化したり、酸化皮膜等を形成する等の方法で、所定の反射率を有する低反射遮光パターン３１ａ’を形成する（図４（ｈ）参照）。

ここで言う遮光パターン３１ａの表面処理とは、遮光帯３１ｂの表面反射率１０〜１５％に対し、表面処理後の低反射遮光パターン３１ａ’の表面反射率を３〜５％程度にするために行うもので、表面処理後の低反射遮光パターン３１ａ’の反射率が所定の値（３〜
５％程度）になっていれば、低反射遮光パターン３１ａ’の表面状態は特に限定されるものではない。

次に、塩素系ガスを用いたドライエッチング装置にて、低反射遮光パターン３１ａ’をエッチングで除去して、半透明位相シフトパターン２１ａを形成する（図４（ｉ）参照）。

次に、第２レジストパターン４２ａをプラズマアッシング等で剥離処理し、外観検査工程を経て、有効領域２０内に半透明位相シフトパターン２１ａが、外周部３０に遮光帯３１ｂが形成されたハーフトーン型位相シフトマスクを得る（図４（ｊ）参照）。

上述したように、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法は、製造工程中で遮光パターン３１ａの表面処理を行って、遮光帯３１ｂの反射率１０〜１５％に対し、３〜５％程度の反射率を有する低反射遮光パターン３１ａ’を形成するため、最後の外観検査機のマスク検査で、遮光層膜残りが存在する半透明位相シフトパターン２１ａは、外周部３０の遮光帯３１ｂの検出レベルに対し、異なった検出レベルとして認識され、遮光層膜残りが存在する半透明位相シフトパターン２１ａは異常と判断される。このことから、遮光層膜残りの検出性に優れたハーフトーン型位相シフトマスクを製造することができる。

（ａ）〜（ｆ）は、本発明の請求項１に係るハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法における工程の一部を模式的に示す部分断面図である。 （ｇ）〜（ｊ）は、本発明の請求項１に係るハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法における工程の一部を模式的に示す部分断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明の請求項２に係るハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法における工程の一部を模式的に示す部分断面図である。 （ｇ）〜（ｊ）は、本発明の請求項２に係るハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法における工程の一部を模式的に示す部分断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、従来ハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法における工程の一部を模式的に示す部分断面図である。 （ｇ）〜（ｊ）は、従来ハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法における工程の一部を模式的に示す部分断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ハーフトーン型位相シフトマスクを外観検査機の反射光を用いて検査したときの反射光の検出状況を示す説明図である。 ハーフトーン型位相シフトマスクの構成例を示す説明図である。

符号の説明

１０、１１０……位相シフトマスク用ブランクス
１１、１１１……透明基板
２０、１２０……有効領域
２１、１２１……半透明位相シフト層
２１ａ、２１ｂ、１２１ａ、１２１ｂ……半透明位相シフトパターン
３０、１３０……外周部
３１、１３１……遮光層
３１ａ、１３１ａ……遮光パターン
３１ｂ、１３１ｂ……遮光帯
３１ａ’ ……低反射遮光パターン
４１、１４１……第１レジスト層
４１ａ、４１ｂ、１４１ａ、１４１ｂ……第１レジストパターン
４２，１４２……第２レジスト層
４２ａ、１４２ａ……第２レジストパターン
１３１ｃ、１３１ｄ……遮光層膜残り

Claims (2)

1. 少なくとも以下の工程を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。
   （ａ）透明基板（１１）上に半透明位相シフト層（２１）及び遮光層（３１）が形成された位相シフトマスク用ブランクス（１０）上に第１レジスト層（４１）を形成し、パターン描画、現像等の一連のパターニング処理を行って、有効領域（２０）内に第１レジストパターン（４１ａ）を、有効領域外の外周部（３０）に第１レジストパターン（４１ｂ）を形成する工程。
   （ｂ）第１レジストパターン（４１ａ）及び（４１ｂ）をマスクにして遮光層（３１）をドライエッチングし、第１レジストパターン（４１ａ）及び（４１ｂ）を剥離し、有効領域（２０）内に遮光パターン（３１ａ）を、外周部（３０）に遮光帯（３１ｂ）を形成する工程。
   （ｃ）第２レジスト層（４２）を形成し、パターン描画、現像等の一連のパターニング処理を行って、外周部（３０）の遮光帯（３１ｂ）上に第２レジストパターン（４２ａ）を形成する工程。
   （ｄ）遮光パターン（３１ａ）の表面処理を行って、低反射遮光パターン（３１ａ’）を形成する工程。
   （ｅ）低反射遮光パターン（３１ａ’）をマスクにして半透明位相シフト層（２１）をドライエッチングする工程。
   （ｆ）低反射遮光パターン（３１ａ’）をドライエッチングで除去し、半透明位相シフトパターン（２１ａ）を形成する工程。
   （ｇ）第２レジストパターン（４２ａ）を剥離処理する工程。
2. 少なくとも以下の工程を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。
   （ａ）透明基板（１１）上に半透明位相シフト層（２１）及び遮光層（３１）が形成された位相シフトマスク用ブランクス（１０）上に第１レジスト層（４１）を形成し、パターン描画、現像等の一連のパターニング処理を行って、有効領域（２０）内に第１レジストパターン（４１ａ）を、有効領域外の外周部（３０）に第１レジストパターン（４１ｂ）を形成する工程。
   （ｂ）第１レジストパターン（４１ａ）及び（４１ｂ）をマスクにして遮光層（３１）をドライエッチングし、第１レジストパターン（４１ａ）及び（４１ｂ）を剥離し、有効領域（２０）内に遮光パターン（３１ａ）を、外周部（３０）に遮光帯（３１ｂ）を形成する工程。
   （ｃ）第２レジスト層（４２）を形成し、パターン描画、現像等の一連のパターニング処理を行って、外周部（３０）の遮光帯（３１ｂ）上に第２レジストパターン（４２ａ）を形成する工程。
   （ｄ）遮光パターン（３１ａ）をマスクにして半透明位相シフト層（２１）をドライエッチングし、遮光パターン（３１ａ）の表面処理を行って、低反射遮光パターン（３１ａ’）を形成する工程。
   （ｅ）低反射遮光パターン（３１ａ’）をドライエッチングし、半透明位相シフトパターン（２１ａ）を形成する工程。
   （ｆ）第２レジストパターン（４２ａ）を剥離処理する工程。