JP4791207B2 - 位相シフトレチクルとその製造方法とその欠陥検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイスや磁気デバイスなどの各種固体素子の製造の際に用いる微細パターン形成用のフォトマスク、特に位相シフトマスクとその製造方法と欠陥検査方法に関する。

近年の半導体装置の製造においては、高集積化、高精度化に伴って、特にクリティカルな層におけるパターン寸法精度は、パターン寸法の約±１０％以内に納めることが要求されている。このパターン寸法精度は、リソグラフィ工程とエッチング工程とによって決まるが、特にレチクルの寸法精度はリソグラフィ工程に負うところが大きい。

ところで、レチクルの構造は、従来のバイナリーマスク（ＢＩＭ）から位相シフトレチクルを採用する場合が多くなっている。この位相シフトレチクルの構成には、例えば、エッジ強調方式や半透光（ハーフトーン）方式、レベンソン方式などが提案されている。これらの中で、現在デバイス製造に広く用いられているのは、方式の簡便さなどから半透光方式である。

半透光方式は、透光膜自体に透光性と位相が反転する機能を合わせ持たせることによって、エッジ強調的な機能を持たせた方式であり、エッジ強調方式よりも構成が簡単であるため実用性が高い（例えば、特許文献１参照）。

ところで、高い寸法精度が要求されるレチクルの欠陥検査には、検査データを基準データと照合する方法が採られており、半透光方式の位相シフトレチクル（以下、位相シフトレチクルと称す）においても、いろいろな検査方法が提案されている。

ところで、位相シフトレチクルの欠陥検査が従来のレチクルと異なって厄介なのは、マスクパターンの中にハーフトーン、いわゆる中間調の半透光部が加わることである。

つまり、従来のデータ照合によって行うレチクル欠陥検査においては、一回の検査では透明と遮光の２階調の対応でよかった。それに対して、位相シフトレチクルにおいては、マスクパターンが透光部、半透光部、遮光部の３階調（Ｔｒｉ−Ｔｏｎｅ）から構成されている。

そのため、一回の検査で、透光−遮光、あるいは透光−半透光といった２階調にしか対応できない従来の基準照合方式のレチクル欠陥検査装置では、疑似欠陥を多数検出してしまい、検査装置の記憶容量の限界を超えて検査不能になる不具合が生じていた。

そこで、レチクル検査を行う前に、マスク面上パターンの半透光部を遮光部と見なした観測データと半透明部に相当する基準データとを一致させるように、センサのオフセットを調整し、試料面上パターンの透明部の観測データと対応する基準データとを一致させるように、センサアンプのゲインを調整する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

あるいは、基板に異なる波長の照明光を相対的に移動させながら照射し、反射光または透明光を検出し、ヘテロダイン干渉に基づいて基板上の光学的な欠陥の形状を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

このように、位相シフトレチクルの欠陥検査については、マスクパターンの中に透光部−半透光部−遮光部の３階調の部位が存在するため、いろいろな工夫がなされ提案されている。

ところが、位相シフトレチクルの欠陥検査の階調に起因する欠陥検査の難しさに加えて、位相シフトレチクルならではの課題もある。

図６は従来の位相シフトレチクルの模式的な平面図である。図６において、位相シフトレチクル１０１は、周辺部位が、パターニングなどの一連のウェーハプロセスが終了してウェーハ上に素子が形成されたあとで、スクライバによってチップ状に切断する際に必要な領域、いわゆるスクライブ領域２１となっている。このスクライブ領域２１は、レチクルの基板であるガラスと遮光膜のＣｒとで構成された部位である。

スクライブ領域２１に囲まれた中央部位は、デバイスで形成される回路パターン領域１であり、通常のマスクであれば、例えば、エマルジョンとかＣｒ、Ｆｅ−Ｏなどで構成された遮光膜で、５５０ｎｍ以上の超波長光を透すシースルー膜もある。

しかし、位相シフトレチクル１０１の場合には、回路パターン領域１がガラス基板の上に構成された半透光膜３１で構成されている。この半透光膜３１は、例えば、Ｍｏ−ＳｉやＣｒ−Ｆなどの薄膜からなる。

位相シフトレチクル１０１の構成において特長的なことは、回路パターン領域１の四隅の部位が斜めに面取りされていることである。この面取り部５は、半透光（ハーフトーン）方式の位相シフトレチクル１０１において欠かせないものとなっている。

つまり、位相シフトレチクル１０１においては、転写像振幅分布で見ると、パターンの境界領域で透光部位の正から半透光部位の負に急激に振幅が変化することで切れのよい転写像が得られる。
特許第３１６４０３９号 特開第３４１０３８４号 特開１９９９−３３８１２４号公報

ところが、この境界領域で、オーバシュートが起こって半透光部位から離れた位置に光強度のサブピークが生じる不具合が起こる。このサブピークはサイドローブと呼ばれ、不要な膜厚の減少を引き起こす。このサイドローブに起因する不具合を避けるために、位相シフトレチクル１０１の四隅には面取り部５を設け、斜め境界線５２にしている。

図７には従来のレチクルのマスク構成と欠陥検査方法に示す。図７において、位相シフトレチクル１０１は、図６の位相シフトレチクルを四分割した第２象限のものを便宜的に模式的に示している。

図７（Ａ）は１次描画を行うための１次露光用マスク６（描画データ）で、この描画によって図７（Ｂ）に示したようなレチクル１０３ができあがる。次いで、２次描画を行って半透光（ハーフトーン）化するために図７（Ｃ）に示した２次露光用マスク７（描画データ）で描画を行う。そうすると、レチクル１０３の回路パターン領域１が半透光化されて図７（Ｄ）に示したような半透光化領域３と周辺部領域２とに区画された半透光方式の位相シフトレチクル１０１が完成する。

次いで、この完成した位相シフトレチクル１０１を図７（Ｅ）において欠陥検査を行うには、図７（Ａ）に示した１次露光用マスク６の描画データから図７（Ｆ）に示したように検査データ作成を行い、照合するための検査データの基準として用いている。

ところが、欠陥検査は、縞状に走査しながら検査するので方形（矩形）領域ごとに行っていく。そのため、位相シフトレチクルの四隅にある面取り部５の斜め境界線５２が検査の際に非検査領域であることを予め考慮しておかないと、疑似欠陥として大量のデータが発生してしまう不具合が起こる。

そこで、位相シフトレチクルの実際の欠陥検査に際しては、半透光領域をプロセスパターン仕様あるいは半透光化を行うための２次露光データなどを、ＣＡＤなどを用いて人為的に算出している。そのために、領域算出工程や検査工程に多くの工数を必要とする不具合が生じていた。

さらに、検査領域の指示が方形であるために検査領域が限定され、デバイスの有効領域が制限される。その結果、制限される有効領域分だけチップの面積が大きくなってしまい、収率を悪くしている。

そこで、本発明は半透光（ハーフトーン）方式の位相シフトレチクルを製造する際の半透光化を行う第２次露光パターンにおいて、面取り部の斜め境界線を階段状境界線にし、検査領域を指定するのみで段差ごとに欠陥検査ができる位相シフトレチクルとその製造方法とその欠陥検査方法を提供することを目的としている。

上で述べた課題は、請求項１において、半透光化された回路パターン領域と、該回路パターン領域を取り囲む周辺部領域とを有し、該回路パターン領域と周辺部領域とを区画する境界線のうち、面取り部の斜めの境界線が階段状境界線になっている
ように構成された位相シフトレチクルによって解決される。

つまり、本発明の位相シフトレチクルは、半透光化された回路パターン領域とそれを取り囲む周辺部領域とを区画する境界線のうちで、四隅の面取り部の斜めの境界線を階段状境界線にしている。

このような構成にすることによって、サイドローブの発生を抑える面取り部の斜めの境界線が、レチクルの欠陥検査の際に大量の疑似欠陥発生の原因となってしまうことを回避することができる。

次いで、請求項２において、階段状境界線の段差が、位相シフトレチクルの欠陥検査装置のピクセルサイズになっているように構成された請求項１記載の位相シフトレチクルによって解決される。

つまり、回路パターン領域と周辺部領域とを区画する境界線の面取り部が斜めの境界線を階段状境界線にし、その段差を位相シフトレチクルの欠陥検査装置のピクセルサイズになるようにしている。

そうすると、方形に区切って光学的に走査する位相シフトレチクルの欠陥検査を行う際に、方形の端部が階段状境界線の段差部位と一致するので、回路パターン領域の検査領域の指示のみで検査ができ、疑似欠陥が発生することを抑えることができる。しかも、検査領域を極大に拡大することができる。

次いで、請求項３において、回路パターン領域が１次露光用マスクによって形成され、該回路パターン領域が２次露光用マスクによって半透光化して周辺部領域と区画されており、該２次露光用マスクは、該回路パターン領域と周辺部領域とを区画する境界線のうち、面取り部の斜めの境界線が階段状境界線になっている
ように構成された請求項１記載の位相シフトレチクルによって解決される。

つまり、位相シフトレチクルを構成するに際して、回路パターン領域を１次露光用マスクによって形成するようにしている。そして、該回路パターン領域を半透光化するために用いる２次露光用マスクに対して、該回路パターン領域と周辺部領域とを区画する境界線のうち、面取り部の斜めの境界線が階段状境界線になるようにしている。

そうすると、本発明の位相シフトレチクルを、２次露光の構成で、回路パターン領域を半透光化すると同時に、回路パターン領域と周辺部領域との面取り部の斜めの境界線を階段状境界線にすることができる。

次いで、請求項４において、１次露光用マスクによって回路パターン領域を形成し、次いで２次露光用マスクによって該回路パターン領域を半透光化する位相シフトレチクルの製造方法において、
該２次露光用マスクは、該回路パターン領域と周辺部領域とを区画する境界線のうち、面取り部の斜めの境界線が階段状境界線になっているように構成された位相シフトレチクルの製造方法によって解決される。

つまり、本発明の位相シフトレチクルは、２次露光用マスクを用いて回路パターン領域を半透光化する製造工程において、２次露光用マスクのパターンを、回路パターン領域と周辺部領域とを区画する境界線のうち、面取り部の斜めの境界線が階段状境界線になるようにしている。

そうすると、回路パターン領域を半透光化すると同時に、面取り部の斜めの境界線を階段状境界線にすることができる。その結果、本発明の位相シフトレチクルを効率よく製造することができる。

次いで、請求項５において、１次露光用マスクによって回路パターン領域を形成し、次いで該回路パターン領域と周辺部領域とを区画する境界線のうち、面取り部の斜めの境界線が階段状境界線になっている２次露光用マスクによって該回路パターン領域を半透光化して形成した位相シフトレチクルを、該階段状境界線の段差ごとに検査する
ように構成された位相シフトレチクルの欠陥検査方法によって解決される。

つまり、本発明の位相シフトレチクルは、回路パターン領域と周辺部領域との面取り部の斜めの境界線が階段状境界線になっている。そこで、レチクルの欠陥検査に際しては、階段状境界線の段差ごとに検査するようにしている。

そうすると、光学的に方形状に走査する検査領域の端部が階段状になっているので、検査領域を極大に大きくすることができるとともに、検査領域の端部で大量の疑似欠陥が発生することが防ぐことができる。

本発明になる半透光（ハーフトーン）方式の位相シフトレチクルは、回路パターン領域と周辺部領域との面取り部の斜めの境界線を階段状境界線にしている。すなわち、光学的に方形状に走査する検査領域の端部が階段状になっている。そして、この階段状境界線を回路パターン領域を半透光化する工程で同時に構成している。

その結果、従来の位相シフトレチクルと変わらない工程で容易に製造できる。さらに、欠陥検査において、検査領域の回路パターン領域に対して極大にしても、面取り部の境界線で疑似欠陥が発生することも防ぐことができる。

従って、本発明は、今後、さらに多用化が期待される位相シフトレチクルの効率的な用途拡大に対して大きく寄与できる。

図１は本発明の第一の実施例の模式的な平面図、図２は図１のレチクルを形成する露光マスク構成を分解した平面図、図３は本発明の第二の実施例の模式的な説明図、図４は本発明の第三の実施例の模式的な説明図、図５は本発明の第四の実施例の模式的な説明図である。
〔実施例１〕
図１は本発明の第一の実施例の模式的平面図で、位相シフトレチクルのマスクパターンを模式的に示したものである。本発明の半透光（ハーフトーン）方式の（階段状境界線型）位相シフトレチクル１００は、従来の（斜め境界線型）位相シフトレチクルと同様にガラス基板上に構成されたもので、中央部位が回路パターン領域１になっており、回路パターン領域１の回りが境界線４を介して周辺部領域２に区画されている。

回路パターン領域１を包含するように半透光化された半透光領域３になっており、半透光領域３の四隅の部位は面取り部５になっている。この面取り部５は、半透光方式の位相シフトレチクルに特有の不具合となるサイドローブの発生を抑制するもので、従来は斜め境界線になっていた。それに替わって本発明では階段状境界線５１となっている。

図２は図１の製造マスク構成を分解した平面図で、簡便化するために４分割した第２象限部位を示しており、以降の図面も全て第２象限部位を示している。

図２（Ａ）において、例えば、Ｃｒからなる遮光膜が被着されたブランクのガラス基板上に形成されるレチクルの１次露光用マスク６の描画データのパターン図である。図２（Ｂ）は、半透光化を行うために２次露光用マスク７の描画データのパターン図である。２次露光用マスク７の四隅に相当する面取り部５が階段状境界線５１になっている。図３（Ｃ）は、１次、２次の露光、パターニングを経て完成した位相シフトレチクル１００の完成図である。

本発明では、回路パターン領域１を半透光化する２次露光用マスク７の回路パターン領域１と周辺部領域２とを区画する境界線４のうち、面取り部５の境界線を階段状境界線５１にしている。
〔実施例２〕
図３は本発明の第二の実施例の模式的な説明図で、図３（Ａ）において、位相シフトレチクル１００は、欠陥検査に際して、回路パターン領域１を検査領域８とし、周辺部領域２を非検査領域９として分けて検査される。この検査を行う装置は、破線で示したようにレチクル面を方形に分割して順次走査していく方法が採られている。

一方、検査領域８は、できるだけ過不足なく半透光化した回路パターン領域１を包含するように有効に広くし、非検査領域９を狭くすることが望まれている。

その要望に対して、本発明では、図３（Ｂ）に示したように面取り部５を斜め境界線ではなく階段状境界線５１で区画するようにし、破線で示したように複数個の方形に細分している。

その結果、面取り部５においても検査領域８の両端部が階段状境界線５１の段差によって方形に区画できるようになる。この段差の寸法はいろいろな値を採ることができるが、検査装置の光学的に読み取るピクセルの寸法に合わせる方が効率的である。

また、検査領域の端部が斜め境界線に引っ掛かることに起因する疑似欠陥の大量発生が抑えられる。さらに、非検査領域９を指示しなくても検査領域８の指示のみで検査が可能となる。
〔実施例３〕
図４は本発明の第三の実施例の模式的な説明図で、回路パターン領域１と周辺部領域２とを区画する境界の面取り部５が斜め境界線５２になっている従来のような位相シフトレチクル１０１においても、本発明の欠陥検査方法が適用できることを示す。

すなわち、図４（Ａ−１）において、位相シフトレチクル１０１の面取り部５が斜め境界線５２になっている場合に、従来では図４（Ａ−２）に示したような広い非検査領域９を取る必要があった。

それに対して、図４（Ｂ−１）において、面取り部５の斜め境界線５２を破線で示したように階段状境界線に近似する。そして、欠陥検査に際しては、図４（Ｂ−２）に示したように、恰も階段状境界線５１が存在するかのごとくに、検査領域８を区分けすれば、検査領域を有効に広げて、不要な非検査領域９を検査せずに済むようにできる。

その結果、面取り部５が斜め境界線５２になっている従来の位相シフトレチクル１０１においても、斜め境界線５２を破線で示した階段状境界線５１に近似すれば、効果的な欠陥検査を行うことができる。
〔実施例４〕
図５は本発明の第四の実施例の模式的な説明図で、位相シフトレチクル１０１の半透光化された回路パターン領域１が半透光化されたリングパターン領域１１に囲まれた構成になっている場合にも本発明が適用できる。

すなわち、図５（Ａ−１）において、位相シフトレチクル１０１は回路パターン領域１の回りにリングパターン領域１１が取り囲んでいる。そして、二つの領域１、１１の間に周辺部領域２が設けられ、四隅の面取り部５は、斜め境界線５２になっている。

位相シフトレチクル１０１の欠陥検査に際して、従来は、検査領域８と非検査領域９との区分けは、図５（Ａ−２）に示したような広い非検査領域９を取る必要があった。

それに対して、図５（Ｂ−１）において、面取り部５の斜め境界線５２を破線で示したように階段状境界線に近似する。そして、欠陥検査に際しては、図５（Ｂ−２）に示したように、恰も階段状境界線５１が存在するかのごとくに、検査領域８を区分けすれば、検査領域を有効に広げて、不要な非検査領域９を検査せずに済むようにできる。

このようにして、面取り部５が斜め境界線５２になっている従来の位相シフトレチクル１０１において、回路パターン領域１がリングパターン領域１１によって囲まれている場合においても、斜め境界線５２を破線で示した階段状境界線５１に近似すれば、効果的な欠陥検査を行うことができる。

本発明は、半透光（ハーフトーン）方式の位相シフトレチクルにおいて、欠陥検査に際して、半透光化された検査領域と遮光された周辺部領域とを区画する境界に斜め境界線がある場合に生じる不具合を解消するものであり、レチクルのパターンには種々の変形が可能である。

また、位相シフトレチクルの面取り部の階段状境界線の段差は、レチクルの欠陥検査の際に用いるピクセルの寸法に合わせると効率的だと述べたが、段差寸法や段数については種々の変形が可能である。

（付記１）半透光化された回路パターン領域と、該回路パターン領域を取り囲む周辺部領域とを有し、
該回路パターン領域と周辺部領域とを区画する境界線のうち、面取り部の斜めの境界線が階段状境界線になっている
ことを特徴とする位相シフトレチクル。

（付記２） 該階段状境界線の段差が、該位相シフトレチクルの欠陥検査装置のピクセルサイズになっている
ことを特徴とする付記１記載の位相シフトレチクル。

（付記３） 該回路パターン領域が１次露光用マスクによって形成され、該回路パターン領域が２次露光用マスクによって半透光化して周辺部領域と区画されており、
該２次露光用マスクは、該回路パターン領域と周辺部領域とを区画する境界線のうち、面取り部の斜めの境界線が階段状境界線になっている
ことを特徴とする付記１記載の位相シフトレチクル。

（付記４） １次露光用マスクによって回路パターン領域を形成し、次いで２次露光用マスクによって該回路パターン領域を半透光化する位相シフトレチクルの製造方法において、
該２次露光用マスクは、該回路パターン領域と周辺部領域とを区画する境界線のうち、面取り部の斜めの境界線が階段状境界線になっている
ことを特徴とする位相シフトレチクルの製造方法。

（付記５） １次露光用マスクによって回路パターン領域を形成し、次いで該回路パターン領域と周辺部領域とを区画する境界線のうち、面取り部の斜めの境界線が階段状境界線になっている２次露光用マスクによって該回路パターン領域を半透光化して形成した位相シフトレチクルを用い、該階段状境界線の段差ごとに検査する
ことを特徴とする位相シフトレチクルの欠陥検査方法。

（付記６） 位相シフトレチクルの回路パターン領域と周辺部領域とを区画する境界線のうち、面取り部の斜めの境界線を階段状境界線に近似して段差ごとに検査する
ことを特徴とする位相シフトレチクルの欠陥検査方法。

（付記７） 位相シフトレチクルの回路パターン領域と該回路パターンを取り囲むリングパターン領域とを区画する境界線のうち、面取り部の斜めの境界線を階段状境界線に近似して段差ごとに該回路パターン領域と該リングパターン領域とを検査する
ことを特徴とする位相シフトレチクルの欠陥検査方法。

本発明の第一の実施例の模式的な平面図である。 図１のレチクルを形成する露光マスク構成を分解した平面図である。 本発明の第二の実施例の模式的な説明図である。 本発明の第三の実施例の模式的な説明図である。 本発明の第四の実施例の模式的な説明図である。 従来の位相シフトレチクルの模式的な平面図である。 図６のレチクルのマスク構成を分解した平面図と欠陥検査方法である。１ 回路パターン領域 １１ リングパターン領域２ 周辺部領域３ 半透光領域４ 境界線５ 面取り部 ５１ 階段状境界線 ５２ 斜め境界線６ １次露光用マスク７ ２次露光用マスク８ 検査領域９ 非検査領域１００ 位相シフトレチクル（階段状境界線型）１０１ 位相シフトレチクル（斜め境界線型）

Claims (5)

1. 半透光化された回路パターン領域と、該回路パターン領域を取り囲む周辺部領域とを有し、
   該回路パターン領域と周辺部領域とを区画する境界線のうち、面取り部の斜めの境界線が階段状境界線になっている
   ことを特徴とする位相シフトレチクル。
2. 該階段状境界線の段差が、該位相シフトレチクルの欠陥検査装置のピクセルサイズになっている
   ことを特徴とする請求項１記載の位相シフトレチクル。
3. 該回路パターン領域が１次露光用マスクによって形成され、該回路パターン領域が２次露光用マスクによって半透光化して周辺部領域と区画されており、
   該２次露光用マスクは、該回路パターン領域と周辺部領域とを区画する境界線のうち、面取り部の斜めの境界線が階段状境界線になっている
   ことを特徴とする請求項１記載の位相シフトレチクル。
4. １次露光用マスクによって回路パターン領域を形成し、次いで２次露光用マスクによって該回路パターン領域を半透光化する位相シフトレチクルの製造方法において、
   該２次露光用マスクは、該回路パターン領域と周辺部領域とを区画する境界線のうち、面取り部の斜めの境界線が階段状境界線になっている
   ことを特徴とする位相シフトレチクルの製造方法。
5. １次露光用マスクによって回路パターン領域を形成し、次いで該回路パターン領域と周辺部領域とを区画する境界線のうち、面取り部の斜めの境界線が階段状境界線になっている２次露光用マスクによって該回路パターン領域を半透光化して形成した位相シフトレチクルを用い、該階段状境界線の段差ごとに検査する
   ことを特徴とする位相シフトレチクルの欠陥検査方法。
   

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