JP5376791B2 - 多階調フォトマスクの欠陥修正方法及び欠陥が修正された多階調フォトマスク - Google Patents

Description

本発明は、半透過膜を含むハーフトーン型のフォトマスク（以下、単に「多階調フォトマスク」という。）の欠陥修正方法、特に、ハーフトーン部の欠陥修正方法及びこの方法を適用した多階調フォトマスクに関するものである。

多階調フォトマスクは、透明基板の上に遮光膜と半透過膜が形成され、透明基板が露出した透光部と、遮光部によって光が全く透過しない遮光部と、半透過膜の透過率に応じた量の光が透過するハーフトーン部とで構成される。このようなマスクを用いて露光すると、半透過膜の透過率によって露光量を制限することができるため、１回の露光で複数のパターニングが可能となり、マスク露光工程を削減することができる。

図５（ａ）は、透明基板上に形成された正常なパターンの一例を示している。このパターンでは、遮光膜１０と半透過膜１１とが形成されている。図５（ｂ）は、半透過膜１１からなるハーフトーン部に白欠陥１２ａが形成された様子を、図５（ｃ）は、半透過膜１１からなるハーフトーン部に黒欠陥１２ｂが形成された様子を、それぞれ示している。

本明細書において、欠陥とは、設計通りの透過率が得られないことによるパターン異常の直接の原因となるすべての欠陥をいう。

このような異常パターンの発生を抑えるために、ハーフトーン部に生じた欠陥を事後的に除去することが重要となる。

特開平７−２９５２０４号公報 特開２００３−１２１９９２号公報 特開２００５−１８９４９２号公報 特開平８−３１４１１９号公報 特開２００２−１０７９１３号公報

ハーフトーン部の欠陥を除去する方法の一つに、先ず欠陥部分を含む周囲の半透過膜（未修正半透過膜）を除去し、その後改めて半透過膜（修正半透過膜）を形成するというものがある。なお、本明細書では、ハーフトーンマスクに当初から形成されていた半透過膜を「未修正半透過膜」、修正膜として形成された半透過膜を「修正半透過膜」とよび区別する。

この方法は、欠陥部分そのものを直接修正する方法とは異なり、それ自体あまり知られていない方法であると思われるが、本発明の前提となる方法であるから、まずこれについて説明する。

図２及び図３は本発明の課題を説明するための図である。

ここで、ハーフトーン部上に図５（ｂ）若しくは図５（ｃ）のような欠陥が発生した状況を想定し、図２（ａ）、（ｂ）及び図３（ａ）、（ｂ）を参照して、従来の欠陥修正方法について説明する。

図２（ａ）は、図５（ｂ）或いは図５（ｃ）に示す欠陥１２（白欠陥１２ａ又は黒欠陥１２ｂ）を含む未修正半透過膜を除去した直後の様子を示している。この状態から、次に、図２（ｂ）に示すように、修正半透過膜１３を成膜する。

従来は除去された未修正半透過膜１１の大きさよりもはみ出して、かつ遮光膜１０にオーバーラップするようにして修正半透過膜１３を堆積した後、次の工程で不要部分を除去して形を整えるという手順に従って修正が施されていた。これは、修正半透過膜１３の端部（エッジ部）は一般に透過率が定まらず連続的に変化していることが多く、後の工程で透過率を正確に設定することが困難となるためである。

このような理由から、先ず除去した未修正半透過膜１１よりも大きな面積の修正半透過膜１３を堆積した後、図２（ｃ）に示すように、修正半透過膜１３の形を整えるためにトリミング処理と呼ばれる整形処理を施して、余剰の修正半透過膜を除去し、正常なパターン（図５（ａ））と同様の露光パターンが得られる修正半透過膜１４を形成していた。

なおオーバーラップ部はもともと透過率が極めて低い領域であるから、オーバーラップ部に修正半透過膜１３が残っていてもその後の露光工程で特に問題は起こらないため、この部分は除去する必要がない。

しかし、上述した従来の修正方法を実際に実施してみると、修正半透過膜１３のトリミング処理の際に修正半透過膜１３に「クラック」が形成されたり、トリミング処理時には一見して正常に見えていてもその後の洗浄工程などで修正半透過膜の一部が剥がれたりするという問題が高頻度で発生することが明らかとなった。

図３（ａ）はトリミング処理後、更にフォトマスクの洗浄工程を行った直後のマスクパターンの一例を示している。この図に示されるように、トリミング処理後の修正半透過膜１４にはクラックＣ１や膜剥がれＣ２が発生している。図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＸ１−Ｘ１線矢視図を示している。

クラックＣ１や膜剥がれＣ２が形成された箇所は、透明基板が露出しているため、本来あるべき半透過膜が存在しない白欠陥の状態となり、透過率の異常が起こりうる。

図４（ａ）は、修正半透過膜１３を堆積した状態（図２（ｂ））の後に実施するトリミング処理工程を説明するための図である。トリミング処理工程は、レーザーザッピングと呼ばれる方法が用いられる。図４（ａ）において、レーザー光Ｌはまず遮光膜とのオーバーラップ部Ａを起点として矢印のように軌跡を描き、他の遮光膜とのオーバーラップ部Ｂを終点として移動することを示している。

図４（ｂ）は、図４（ａ）における遮光膜１０にトリミング処理工程で使用されるレーザー光Ｌが照射される様子を説明するための図である。図４（ａ）において斜線で示した部分は遮光膜１０と修正半透過膜１３とのオーバーラップ部を示しているが、図４（ｂ）は、この部分にレーザー光Ｌが照射された場合に、遮光膜の組成元素である金属（例えばクロム原子等）が飛び散っている様子を示している。

このように、トリミング処理工程の際に遮光膜にレーザー光Ｌが照射されると、遮光膜が金属で形成されている（一般に、クロム膜などを主成分とする）ためにその部分で金属膜の組成成分の一部が飛び散り、熱衝撃等によってクラックが生じたり膜が剥がれやすくなったりする。また、修正半透過膜１３の上に飛び散った金属膜の一部が再付着するとその後の洗浄工程で膜剥がれを引き起こす原因にもなりうる。

本発明は上記の知見乃至考察に基づきなされたものであり、多階調フォトマスクにおけるハーフトーン部が欠陥を含む場合に、その欠陥を事後的に除去して異常パターンの形成を極力抑えることができる多階調フォトマスクを提供することであり、またそのような多階調フォトマスクの欠陥修正方法を提供することである。

本発明に係る多階調フォトマスクの欠陥修正方法は、透明基板の上に少なくとも遮光膜のパターンと半透過膜のパターンとが形成された多階調フォトマスクの前記半透過膜に欠陥が含まれている場合に適用される多階調フォトマスクの欠陥修正方法であって、
欠陥を含む前記半透過膜を前記欠陥と共に除去する工程と、
前記除去された半透過膜に代えて、前記遮光膜のパターンとの境界部を覆い全周に余剰部が存在するように修正半透過膜を堆積する工程と、
前記修正半透過膜の余剰部の一部をレーザー光で除去して整形する工程とを含み、
前記除去されるべき余剰部は前記遮光膜のパターンとのオーバーラップ部を含まず、かつ
前記整形する工程は、前記オーバーラップ部以外の他の余剰部に対しては露光装置の解像限界以下の部分が残るように除去することを特徴とする。

この方法は、半透過膜に白欠陥や黒欠陥などの欠陥が形成された場合に、欠陥を直接埋めたり除去したりするのではなく、欠陥を含む周囲の半透過膜のうち比較的広い面積を除去し、改めて修正半透過膜を堆積するというものであり、本発明の前提となる基本的な欠陥修正方法である。

この修正半透過膜の余剰部を除去する工程は、レーザー光を照射することによって行うことが好ましい。いわゆるレーザーザッピングと呼ばれる方法などが該当する。また、レーザー光は、遮光膜に照射しないように、かつ、露光光の解像限界以下の余剰部を残すことが好ましい。解像限界より大きい余剰部を残すとその部分で透過率が設計値から代わり異常パターンとなるからである。

本発明に係る多階調フォトマスクは、透明基板の上に少なくとも遮光膜のパターンと修正半透過膜のパターンとが形成された多階調フォトマスクであって、
前記遮光膜のパターンとの境界部を覆うようにかつ全周に余剰部が存在するように前記修正半透過膜が形成され、前記遮光膜のパターンと前記修正半透過膜のパターンとのオーバーラップ部を有すると共に
前記オーバーラップ部以外の他の余剰部は露光装置の解像限界以下の部分が残るようにレーザー光で除去されて整形された
ことを特徴とする欠陥が修正されたことを特徴とする。

本発明に係る多階調フォトマスクの欠陥修正方法によると、修正半透過膜のトリミング処理工程の際に修正半透過膜にクラックや膜剥がれが発生せず、確実に修正を成功させることができる。

本発明に係る多階調フォトマスクは露光装置の解像限界以下の余剰部など、本来の設計パターンとは異なる修正半透過膜パターンが形成されているが、露光装置の解像限界以下の大きさであるため露光パターンには全く影響しない。そして、全体としての完成度を要するフォトマスクの利用効率が改善し、欠陥修正を施さなければ不良品として使用不可能として廃棄されていたフォトマスクが修正によって良品になり、製造コスト並びに生産歩留まりが大幅に向上する。

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態について説明するための図である。以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

初めに、図５（ｂ）又は図５（ｃ）に示すように、ハーフトーン部に欠陥１２（白欠陥１２ａ又は黒欠陥１２ｂ）が発生した場合を想定する。欠陥除去の最初の工程は、レーザーザッピングによって当該欠陥部分の半透過膜１１を欠陥部分と共に除去することである（図２（ａ））。次に、図２（ｂ）に示すように、修正半透過膜１３を例えば光ＣＶＤ法（化学気相堆積法）によって堆積する。

次に、レーザーザッピングによって修正半透過膜１３のトリミング処理を行う。

次に、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、トリミング処理時に遮光膜１０と修正半透過膜１３とのオーバーラップ部にレーザーザッピング装置からのレーザー光が照射されないように、遮光膜のエッジ部分から所定距離ｄだけ離間した余剰部を残してトリミングを行う。

この余剰部の離間距離ｄは露光装置の解像限界以下の大きさとする。それによって、この多階調フォトマスクを露光しても修正半透過膜の余剰部が結像することはなく、ゆえにパターン異常の原因となることはないからである。

以上のようにして、修正半透過膜にクラックや膜剥がれが発生することを効果的に防止することができる。

なお、上記実施形態では代表的なパターンとして、遮光部によって少なくとも２方向を囲まれた半透過部に欠陥が発生した場合について説明したが、これ以外の（例えば、Ｕ字形状に形成された）パターンについても当然に本発明の考え方を適用することができる。

本発明は修正半透過膜にクラックや膜剥がれが生じることを効果的に防止することができる多階調マスクの欠陥修正方法を提供するものである。本発明に係る欠陥修正方法を適用して修正された多階調フォトマスクは、従来よりもクラックや膜剥がれが起こりにくいため品質が高く、その産業上の利用可能性は極めて大きい。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の実施形態について説明するための図である。 図２（ａ）乃至図２（ｃ）は、本発明の課題を説明するための図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本発明の課題を説明するための図である。 図４（ａ）は、修正半透過膜１３を堆積した状態（図２（ｂ））の後に実施するトリミング処理工程を説明するための図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）における遮光膜にトリミング処理工程で使用されるレーザー光Ｌが照射される様子を説明するための図である。 図５（ａ）は、透明基板上に形成された正常なパターンの一例を示している。図５（ｂ）は、半透過膜１１からなるハーフトーン部に白欠陥１２ａが形成された様子を、図５（ｃ）は、半透過膜１１からなるハーフトーン部に黒欠陥１２ｂが形成された様子を、それぞれ示している。

符号の説明

１０ 遮光膜
１１ 未修正半透過膜
１２ 欠陥
１２ａ 白欠陥
１２ｂ 黒欠陥
１３ 修正半透過膜
１４ トリミング処理後の修正半透過膜
Ｌ レーザー光
Ｃ１ クラック
Ｃ２ 膜剥がれ
Ａ レーザーザッピングの起点（遮光膜と修正半透過膜のオーバーラップ部）
Ｂ レーザーザッピングの終点（遮光膜と修正半透過膜の他のオーバーラップ部）
ｄ 余剰部の離間距離

Claims (4)

1. 透明基板の上に少なくとも遮光膜のパターンと半透過膜のパターンとが形成された多階調フォトマスクの前記半透過膜に欠陥が含まれている場合に適用される多階調フォトマスクの欠陥修正方法であって、
   欠陥を含む前記半透過膜を前記欠陥と共に除去する工程と、
   前記除去された半透過膜に代えて、前記遮光膜のパターンとの境界部を覆い全周に余剰部が存在するように修正半透過膜を堆積する工程と、
   前記修正半透過膜の余剰部の一部をレーザー光で除去して整形する工程とを含み、
   前記除去されるべき余剰部は前記遮光膜のパターンとのオーバーラップ部を含まず、かつ
   前記整形する工程は、前記オーバーラップ部以外の他の余剰部に対しては露光装置の解像限界以下の部分が残るように除去することを特徴とする多階調フォトマスクの欠陥修正方法。
2. 前記遮光膜はクロム原子を含む請求項１記載の多階調フォトマスクの欠陥修正方法。
3. 前記修正半透過膜を堆積する工程は光ＣＶＤ法である請求項１又は２記載の多階調フォトマスクの欠陥修正方法。
4. 透明基板の上に少なくとも遮光膜のパターンと修正半透過膜のパターンとが形成された多階調フォトマスクであって、
   前記遮光膜のパターンとの境界部を覆うようにかつ全周に余剰部が存在するように前記修正半透過膜が形成され、前記遮光膜のパターンと前記修正半透過膜のパターンとのオーバーラップ部を有すると共に
   前記オーバーラップ部以外の他の余剰部は露光装置の解像限界以下の部分が残るようにレーザー光で除去されて整形された
   ことを特徴とする欠陥が修正された多階調フォトマスク。

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