JP5525838B2 - マスクブランク用基板、マスクブランク、転写用マスク、及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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露光光として、ArFエキシマレーザーをはじめとする波長200nm以下の高エネルギのレーザー光を用いるようになると、それまで可視光域や波長200nm超のレーザー光を用いていた場合には問題視されていなかった基板内部の光学的不均一領域の存在が無視できなくなってきた。つまり、マスクブランク用基板に内部欠陥(光学的不均一領域)が存在すると、このようなマスクブランク用基板を用いて製造された転写用マスクに露光光を照射してパターニングを行なうとき、この内部欠陥(光学的不均一領域)において、露光光の透過率が低下して転写パターンの欠陥が生じ、延いては転写精度が低下することになる。
更に、この検査装置で一度に観察できる領域が非常に狭いため(例えば、数10μmエリア)、マスクブランク用基板内の全領域を解析するためには、非常に多くの検査工程と検査時間を要し、検査コストも高騰することが予想され、この検査装置を用いてマスクブランク用基板の内部欠陥(光学的不均一領域)を検出することは実用的ではない。
また、ダブルパターニング技術に適用される転写用マスクにも用いるマスクブランク用基板の場合、主表面内の露光光の透過率分布に関して従来よりも高い均一性が要求されており、蛍光を発する内部欠陥を検出する欠陥検査では不十分である。
また、本手段で一度に検査できる領域は、微細転写パターンの拡大解析装置を用いた場合(ミクロンオーダー)に比べて大きく取ることができるので(例えば、ミリオーダー)、繰り返し行なう検査工程の数や検査時間を抑制して、検査コストを低減することができる。
また、本手段では、透過光を用いて基板の内部欠陥(光学的不均一領域)の検出を行なうことにより、レーザー光の入射に対して蛍光を発するタイプの内部欠陥(光学的不均一領域)だけでなく、レーザー光のエネルギを吸収して発熱するもの、検査光を反射、散乱、屈折させるものをはじめとする、より幅広い要因で生じる基板の内部欠陥(光学的不均一領域)を検知することができるので、より微細なパターニングに適応したマスクブランク用基板を製造することができる。また、主表面内の露光光の透過率分布により高い均一性が求められるダブルパターニング技術に適用できるマスクブランク用基板を製造することができる。更に、高い変換効率でレーザー光のエネルギを吸収して蛍光を発する領域は、実際のパターニングにおいて実害がないが、本手段では、このような領域の透過光の光量低下が少ないので、内部欠陥(光学的不均一領域)と判定することがなく、より微細なパターニングに適応したマスクブランク用基板をより高い歩留まりで製造できる。
また、繰り返し行なう検査工程の数や検査時間を抑制して、検査コストを低減することができる。
また、レーザー光の入射に対して蛍光を発するタイプの内部欠陥だけでなく、より幅広い要因で生じる基板の内部欠陥(光学的不均一領域)を検知することができるので、より微細なパターニングに適応したマスクブランク用基板、マスクブランク及び転写用マスクを製造することができる。
また、主表面内の露光光の透過率分布により高い均一性が求められるダブルパターニング技術に適用できるマスクブランク用基板、マスクブランク及び転写用マスクを製造することができる。
また、実際のパターニングにおいて実害がない領域を内部欠陥と判定しないので、より微細なパターニングに適応したマスクブランク用基板、マスクブランク及び転写用マスクをより高い歩留まりで製造できる。
さらに、これらの転写用マスクを用いてウェハ上のレジスト膜に転写パターンを転写することにより、動作不良欠陥のない高品質の半導体デバイスを提供することができる。
はじめに、図1を参照しながら、本発明に係るマスクブランク用基板、マスクブランク及び転写用マスクの製造方法の一実施形態の概要を説明する。
図1では、基板準備工程及び鏡面研磨工程を経て主表面4a、4bに鏡面研磨が行われた基板(透光性基板)2に対して内部欠陥(光学的不均一領域)を検出する欠陥検査を行ない、内部欠陥が検出されなかったマスクブランク用基板を選定する基板欠陥検査工程を図1(a)に示し、図1(a)で選定されたマスクブランク用基板2の主表面にパターン形成用の薄膜42を形成して、マスクブランク40を形成するマスクブランク形成工程を図1(b)に示し、図1(b)で形成されたマスクブランク40のパターン形成用薄膜42に転写パターンを形成して転写用マスク50を形成する転写用マスク形成工程を図1(c1)〜(c4)に示す。
次に、図1(a)〜(c4)の流れに沿って、各工程の内容を詳細に説明する。
まず、図1(a)を参照して基板準備工程の説明を行なう。本実施形態で準備される透光性材料からなる板状の基板2は、四塩化珪素等を元原料とする合成石英インゴットから切り出されて面取り加工がなされた合成石英製板材である。この基板2の寸法としては、縦:約152mm×横:約152mm×厚さ:約6.5mmの寸法や、縦:約152.4mm×横:約152.4mm×厚さ:約6.85mmを例示することができる。ただし、基板2の透光性材料は合成石英に限られるものではなく、用途に応じてその他の任意の材料を用いることができ、寸法についても、用途に応じてその他の任意の寸法を採用することができる。
次に、鏡面研磨工程において、準備された基板2の2つの主表面4a、4bに鏡面研磨を行なう。このとき、基板2の寸法としては、たとえば約152mm×約152mm×約6.35mmを例示することができる。鏡面研磨後の表面粗さとしては、表面粗さRa(算術平均粗さ)=約0.5nm程度を例示することができるが、これに限られるものではなく、その他の任意の粗さを適用することができる。また、基板2の4つの側面については鏡面仕上げとすることが望ましく、例えば、表面粗さRaを約0.03μm以下程度にすることが考えられる。
次に、図1(a)に示す基板欠陥検査工程の説明を行なう。本実施形態では、図1(a)の矢印に示すように、鏡面研磨が行なわれた基板2の一方の主表面4aに、ArFエキシマレーザー照射装置である光源6から、波長193nmの検査光(実線の矢印で示す)を照射する。照射された検査光は、基板2の中をその厚み方向に進んで、マスクブランク用基板2の他方の主表面4bから透過検査光として出射される。
この場合、基板2の内部に、内部欠陥(光学的不均一領域)が存在する場合には、その部分の検査光の透過率が低下するので、基板2の他方の主表面4bから出射された透過検査光では、その領域の光量が低下する。なお、以下においては、「内部欠陥(光学的不均一領域)」を、略して「内部欠陥」と記載する。
更に、後述するように、蛍光部材8の他方の主表面10bから出射された蛍光を、光検出器(光変換器)22で受光して電気信号に変換(光電変換)し、電気的に処理して蛍光の強度分布検査を行なうこともできる。
次に、図1(a)の基板欠陥検査工程に対応する本発明に係る基板欠陥検査装置20及び基板欠陥検査方法の一実施形態について、図2を参照しながら更に詳細な説明を行なう。
図2には、一例として、光源6と、検査を行なう基板2を保持可能な可動ステージ28と、板状の蛍光部材8と、蛍光を受光する光検出器22と、光検出器22からの電気信号に基づいて所定の制御処理を行なう制御装置30とを備えた基板欠陥検査装置20が示されている。また、この基板欠陥検査装置20では、基板2の他方の主表面4b(出射面)と蛍光部材8の一方の主表面10a(入射面)との間に、第1の光学系24が配置され、蛍光部材8の他方の主表面10b(出射面)と光検出器22の受光面22aとの間に、第2の光学系26が配置されている。
なお、図2は、基板欠陥検査装置20の各構成機器を模式的に示しており、形状、大きさは実際と異なる。
まず、検査すべき基板2を可動ステージ28にセットし、光源6から波長193nmの検査光を基板2へ照射する。なお、基板2を可動ステージ28にセットする際、基板2の主表面4a、4bが検査光の出射方向に対して垂直になるようにセットする必要がある。
よって、ナノオーダーの検出を要する上記の微細転写パターンの拡大解析装置を用いた場合に比べ、一度の検査でより広い領域の検査を行なうことができるので、繰り返し行なう検査工程の数や検査時間を抑制して、検査コストを抑制することができる。
今後、転写パターンの更なる微細化が要求され、それに対応していくためには、更なる露光光の高出力化が予想される。その場合、レーザー光に対して蛍光を発する内部欠陥だけでなく、より幅広い要因により生じる内部欠陥の有無を検知する要望が高まると考えられるが、本実施形態の基板欠陥検査方法は、この要望に適確に対応することができる。
次に、基板欠陥検査装置20の各構成機器について、更に詳細な説明を行なう。
本実施形態における波長200nm以下の検査光を出力する光源6は、波長193nmのレーザー光を出力するArFエキシマレーザー照射装置である。出力するレーザー光の形状としては、6.0mm×3.0mmの矩形のビーム形状や、6.0mm×6.0mmの正方形のビーム形状を例示することができるが、これに限られるものではなく、用途に応じて、任意のビーム形状、ビームサイズのレーザー光を用いることができる。また、レーザー光の単位面積当たりのエネルギ(1パルス当たり)は、1mJ/cm2以上で50mJ/cm2以下が好ましく、10mJ/cm2以上で30mJ/cm2以下が更に好ましく、15mJ/cm2以上で20mJ/cm2以下が最も好ましい。内部欠陥を適確に捕らえて検査精度を高めるためには、周波数30Hz以上が好ましく、100Hz以上が更に好ましく、200Hz以上が最も好ましい。
検査を行なう基板2を載せる可動ステージ28は、図2の矢印に示されるように、基板2をその主表面4a、4bと平行なX、Y方向に移動させて、走査により基板2全体の欠陥検査を行なうことができるようになっている。上記のように、基板2の主表面4a、4bの寸法を152mm×152mmとして面取り面を含む主表面4a、4bの全体を走査する場合、検査光のビーム形状を6.0mm×3.0mmとすれば、26×51回の走査を行なうことにより、主表面4a、4b全体の欠陥検査を実現することができる。
光学系において、開口数NAはレンズの分解能を示す指数であり、NAが大きいほどレンズの分解能は高くなる。ここで、光の波長をλとし、分解能(識別可能な最小長さ)をσとし、焦点深度をdとし、開口数をNAとすると、下式のような関係がある。
σ=0.61λ/NA
d=λ/NA2
従って、検出すべき内部欠陥の大きさに対応して、最適な光学系の分解能を選択することにより、検査時間、検査コスト、検査精度等の観点から最適な欠陥検査を実現することが好ましい。
第1の光学系24は、マスクブランク用基板2の検査位置の像を、蛍光部材8の蛍光位置に結像させるように配置されている。また、第2の光学系26は、蛍光部材8の蛍光位置の像(蛍光に変換された像)を、光検出器22の受光面22aに結像させるように配置されている。本実施形態では、必要な分解能に応じて光学系を交換可能になっており、これに応じて、マスクブランク用基板2、蛍光部材8、及び光検出器22の間の距離を変更可能になっている。
本実施形態では、検出すべき内部欠陥の大きさに対応して、最適な光学系の分解能を選択することにより、検査時間、検査コスト、検査精度等の観点から最適な欠陥検査を実現することができる。
蛍光部材8は板状の形状を有し、その主表面10a、10bは、第1の光学系24により等倍で投影される場合、少なくとも光源6から出力される検査光のビーム形状(例えば6.0mm×3.0mm)よりも大きな寸法を有する必要がある。また、蛍光部材8の厚みとしては、光学系24の焦点深度よりも小さな厚み寸法を有する必要がある。
本実施形態では、蛍光部材8の材料としてチタンドープガラスを用いている。チタンドープガラスでは、波長193nmの透過検査光が入射されると、ドープされているチタンにより可視光域の波長(例えば、波長約420nm)の蛍光に効率良く変換される。なお、基板欠陥検査の精度を高めるためには、蛍光部材8の光学的均一性及び均一な蛍光変換特性が重要である。チタンドープガラスの中でも、EUV反射型マスクの基板などに使用されているSiO2−TiO2低熱膨張ガラスは光学的均一性及び均一な蛍光変換特性の点で非常に優れている。
本実施形態の光検出器22として、CCDイメージセンサ (Charge Coupled Device Image Sensor)が用いられている。光検出器22では、第2の光学系26により、受光面22aに結像させた像の蛍光の明暗を電荷の量に光電変換し、それを順次読み出して電気信号に変換し、制御装置30へ送信する。なお、本発明に係る光検出器22は、CCDイメージセンサに限られるものではなく、フォトレジスタ(photoresistor)をはじめとするその他の任意の光センサを用いることができる。
制御装置30では、光検出器22から送信された電気信号に基づいて、所定の画像処理を行なって、蛍光の強度分布画像データを生成し、所定の閾値との比較により基板2の内部欠陥16の有無の判定を行なうことができる。図3には、その一例を示す。図3の横軸は、X方向(図2参照)の座標を示し、縦軸に光強度を示す。図3において、光強度が閾値のラインを下回るX座標の領域に、内部欠陥16が存在すると判定される。
また、このような判定データに基づいて、図4に示すような基板2の内部欠陥マップを生成することもできる。
以上のような制御処理により、人手をかけずに、低い検査コストでかつ高い精度で、基板2内の内部欠陥の検出を実現できる。
− 光源6が強度一様な検査光を出力すること
− 第1、第2の光学系24、26が光学的に一様なこと。
− 蛍光部材8が光学的に一様であり、かつ一様な蛍光変換特性を有すること
− 光検出器22が、一様な光電変換特性を有すること
以上のような制御処理により、基板欠陥検査装置20の各構成機器に含まれる不均一性をキャンセルすることができ、精度の高い基板内の内部欠陥の検出を実現できる。
次に、図1の説明に戻り、図1(b)に示すマスクブランク形成工程の説明を行なう。図1(a)に示す基板欠陥検査工程で、内部欠陥がないと判定された基板(マスクブランク用基板)2について、その1つの主表面(4aでも4bでもよい)にパターン形成用の薄膜42を形成する。本実施形態では、スパッタリング(DCスパッタ、RFスパッタ、イオンビームスパッタ等)により、薄膜(遮光膜)42を形成して、マスクブランク(バイナリ型マスクブランク)40を形成する。
上記のように、本発明に係る基板欠陥検査工程により、転写精度に問題が生じる恐れのないマスクブランク用基板2のみが選定されるので、同様に転写精度に問題が生じる恐れのない高品質のマスクブランクを提供することができる。
次に、図1(c1)〜(c4)に示す転写用マスク(バイナリ型マスク)形成工程の説明を行なう。
まず、図1(c1)に示すように、図1(b)に示すマスクブランク形成工程で形成されたバイナリ型マスクブランク40のパターン形成用の薄膜42の表面に、フォトレジスト液をスピン塗布した後、乾燥処理してレジスト膜44を形成する。次に、図(c2)に示すように、形成されたレジスト膜44に所定のパターンの電子線描画・露光・現像処理を行なって、レジストパターンを形成する。そして、図(c3)に示すように、形成されたレジストパターンのレジスト44が残存している部分をマスクにしてドライエッチングを行ない、マスク44で覆われていない領域の薄膜42を除去する。最後に、図(c4)に示すように、上部のレジスト44を除去して、マスクブランク用基板2上に薄膜(遮光膜)42によるパターンが形成された転写用マスク(バイナリ型マスク)50を形成する。
また、前記のハーフトーン型位相シフトマスクブランクやエンハンサマスク作製用マスクブランクを用い、所定のマスク作製プロセスで、転写用マスクとしてハーフトーン型位相シフトマスクやエンハンサマスクを作製しても良い。
次に、作製された図1(c4)に示す転写用マスク(バイナリ型マスク)をスキャナー等の露光装置のマスクステージに載置し、ウェハ上のレジスト膜に対してArFエキシマレーザーを露光光とした露光転写を行った。そして、露光されたレジスト膜を所定の露光後ベーク処理、現像処理、洗浄処理等を行い、レジストパターンを形成した。このようにマスクと使用するためのレジストパターンを順次形成し、ウェハへのイオン注入や薄膜のドライエッチングなどの処理を行い、所定の手順で半導体デバイスを製造した。
図1に示すマスクブランク用基板、マスクブランク及び転写用マスクの製造工程においては、マスクブランク形成工程の前に基板欠陥検査工程を行なって、予め、転写精度に問題が生じる恐れのない基板のみを選定して、その後の工程を行なっているが、これに限られるのではない。
例えば、基板欠陥検査工程を、転写用マスク形成工程の後に行なうことも可能である。この場合には、基板欠陥検査装置20の光学系の分解能を適切に設定することによって、転写用マスクのパターンの検査と、内部欠陥の有無の検査とを併用して実施することができる。この場合、転写用マスクのパターンの検査精度に重点を置く場合には、高い分解能を要するため、検査時間は長くなる。一方、内部欠陥の有無の検査に重点を置く場合には、検査時間は短くなるが、パターンの像がぼやけるので、パターンの詳細な検査ではなく、パターンの全体的な検査に適する。よって、用途に応じて、最適な分解能を選択することが好ましい。
なお、パターンの遮光部分が形成された領域については、内部欠陥の有無の検査ができないが、元々パターンの遮光部分によって露光光が透過しない領域なので、仮に内部欠陥が存在していたとしても問題は生じない。
4 基板の主表面
4a 一方の主表面(入射面)
4b 他方の主表面(出射面)
6 光源
8 蛍光部材
10 蛍光部材の主表面
10a 一方の主表面(入射面)
10b 他方の主表面(出射面)
16 内部欠陥
20 基板欠陥検査装置
22 光センサ
24 第1の光学系
26 第2の光学系
28 可動ステージ
30 制御装置
40 マスクブランク
42 薄膜
44 レジスト膜
50 転写用マスク
Claims (8)
- 透光性材料からなる板状の基板を準備する基板準備工程と、
準備された前記基板の2つの主表面に鏡面研磨を行なう鏡面研磨工程と、
前記鏡面研磨工程後の前記基板に対し、波長200nm以下の検査光を照射し、前記基板内を透過した透過検査光を板状の蛍光部材で受光して蛍光に変換し、前記蛍光の強度分布から前記基板の内部欠陥を検出する欠陥検査を行ない、前記内部欠陥が検出されない前記基板を選定する基板欠陥検査工程と、を有し、
前記基板欠陥検査工程は、前記検査光が前記基板の一方の前記主表面に入射し、前記基板の他方の前記主表面から出射した前記透過検査光が前記蛍光部材の一方の主表面に入射し、前記蛍光部材内で変換された前記蛍光が前記蛍光部材の他方の主表面から出射することを特徴とするマスクブランク用基板の製造方法。 - 前記蛍光部材は、前記透過検査光に対して蛍光を発する材料がドープされたガラスからなることを特徴とする請求項1に記載のマスクブランク用基板の製造方法。
- 前記基板欠陥検査工程において、前記蛍光部材で変換された前記蛍光を光検出器で受光して光電変換し、制御手段により、前記光検出器から送信された電気信号に基づく画像処理を行なって、前記基板の内部欠陥を検出する制御処理を行なうことを特徴とする請求項1または2に記載のマスクブランク用基板の製造方法。
- 前記基板と前記光検出器との間に、検出すべき前記内部欠陥の大きさに対応した分解能を有する光学系が配置され、前記光学系の焦点深度と前記基板の厚み寸法とに応じて、前記基板の厚み方向において1回または複数回の前記基板欠陥検査工程を行なうことを特徴とする請求項3に記載のマスクブランク用基板の製造方法。
- 予め内部欠陥が存在しないことが確認されている基準基板領域を用いて前記基板欠陥検査工程を行ない、前記制御手段により、前記基準基板領域における前記光検出器からの電気信号に基づいてリファレンスデータを作成して記憶し、
検査すべき前記基板の前記基板欠陥検査工程を行なうとき、前記光検出器から送信された電気信号に基づくデータと、記憶された前記リファレンスデータとの比較によって、前記基板の内部欠陥を検出するための制御処理を行なうことを特徴とする請求項3または4に記載のマスクブランク用基板の製造方法。 - 請求項1から5の何れか1項に記載のマスクブランク用基板の製造方法によって製造されたマスクブランク用基板の前記主表面にパターン形成用の薄膜を形成してマスクブランクを形成する工程を有することを特徴とするマスクブランクの製造方法。
- 請求項6に記載のマスクブランクの製造方法によって製造されたマスクブランクの前記パターン形成用薄膜の表面に転写パターンを形成して転写用マスクを形成する工程を有することを特徴とする転写用マスクの製造方法。
- 請求項7に記載の転写用マスクの製造方法によって製造された転写用マスクを用い、フォトリソグラフィ法により前記転写用マスクの転写パターンをウェハ上のレジスト膜に露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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