JP2634289B2

JP2634289B2 - 位相シフトマスクの修正方法

Info

Publication number: JP2634289B2
Application number: JP10035790A
Authority: JP
Inventors: 邦博細野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-04-18
Filing date: 1990-04-18
Publication date: 1997-07-23
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: JPH04449A; US5085957A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、位相シフトマスクの修正方法、さらに詳
しくは、半導体素子製造における光フォトリソグラフィ
工程で用いられる位相シフトマスクのシフトパターン欠
陥、特に、シフトパターンの白欠陥を修正する方法に関
するものである。

［従来の技術］縮小光学式の光ステッパーを用いたリソグラフィ技術
の解像限界Ｒ（μｍ）は、Ｒ＝k₁λ/NA、k₁＝0.5 で表される。ここで、λは波長（μｍ）、NAはレンズの
開口数である。光リソグラフィは上式に従って、露光波
長の短波長化、高NA化、さらに、レジストのプロセスに
依存する定数k₁を小さくすることにより、解像限界を小
さくしている。現在、ｉ線（λ＝0.365μｍ）、NA＝0.5
のステッパーが実現し、k₁＝0.5も可能であるので、0.4
μｍ程度の解像が可能になってきている。これ以上の解
像限界を得るためには、さらに露光波長の短波長化や高
NA化を進めれば良いのであるが、適当な光源やレンズを
得るのが技術的に難しく、さらに、焦点深度δ＝λ/2NA
²が小さくなるという問題がある。

これを解決するものとして、特開昭57−62052号公報
や特開昭58−173744号公報に記載されているような位相
シフト露光法が提案されている。

第2A図〜第2C図は従来のフォトマスク法の原理を示
し、第3A図〜第3C図は位相シフト露光法の原理を示して
おり、第2A図及び第3A図はマスク基板の側面断面図、第
2B図及び第3B図はマスク上の電場強度、第2C図及び第3C
図はウエハ上の光強度をそれぞれ表している。

光リソグラフィの解像限界以下のパターン転写を考え
た場合、フォトマスク法のマスクでは、マスク基板（Si
O₂等）（１）の上に形成されたマスクのマスクパターン
（主パターン）（２）を透過した光の電場は、第2B図に
示すように空間的に分離した波形である。しかし、光学
系を透過したウエハ（図示しない）上の光強度（第2C
図）はお互いに重なり合い、パターンの解像はできな
い。

これに対し位相シフト法は、第3A図に示すように、マ
スクパターン（２）のパターンスペース部（2a）に１つ
おきに光の位相を180゜反転させるSiO₂などの膜である
位相シフトパターン（シフター）（３）を設けたマスク
を用いて転写する方法である。このマスクを透過した光
の電場は、交互に位相が反転して第3B図に示すようにな
る。これをフォトマスク法と同じ光源系で投影したと
き、隣合ったパターン像が重なり合う部分では、重なり
合う光の位相が反転しているために打ち消すように働
き、その結果、第3C図に示すような分離した強度パター
ンになる。この理由により、位相シフト露光法は解像力
がフォトマスク法に比べ高くなり、実験的に最小解像パ
ターン幅が約半分になることが示されている。

次に、位相シフト露光法における位相シフトマスクの
パターンの欠陥修正方法を説明する。第4A図〜第4C図は
位相シフトパターンの黒欠陥の修正方法の原理を示し、
第5A図〜第5C図は位相シフトパターンの白欠陥の修正方
法の原理をそれぞれ示している。これらの図において、
マスク基板（１）等をより詳細に説明すると、マスク基
板（１）上にはCrやMoSiから成るマススパターン（２）
が形成されている。マスクパターン（２）間の所定位置
には、SiO_xやPMMA（ポリメチルメタクリレート）等の樹
脂から成る位相シフトパターン（３）が形成されてい
る。第4A図において、（４）はマスクプロセス中に発生
した位相シフトパターン（３）の黒欠陥領域を示してい
る。この黒欠陥領域（４）も位相シフトパターン（３）
と同様にSiO_xやPMMAから成る。

この黒欠陥は、次のようにして修正する。すなわち、
第4B図に示すように、集束したイオンビーム（５）（FI
B、forcused ion beam）を用いて黒欠陥領域（４）の照
射、走査し、黒欠陥物質をエッチング（ミリング）して
削り取る。例えば、１μm²の欠陥であれば30KeVのGa
⁺（ビーム電流300pA）のイオンビームを用いれば、数分
で除去される。但し、エッチングの終点検出には、上記
PMMAを位相シフトパターン（３）に用いた場合の方が適
している。これは、終点検出には２次イオンを用いるた
め、SiO_xのようなマスク基板（１）に類似した材料を用
いた場合、終点において２次イオンの収率が変化しにく
いためである。第4C図は黒欠陥を修正した結果を示して
いる。マススパターン（２）の上部に黒欠陥の残り（4
a）があるが、マスクパターン（２）は光を透過しない
ので、問題とはならない。

次に、第5A図〜第5C図を参照して、白欠陥の修正方法
を説明する。第5A図中、（６）は修正すべき白欠陥領域
を示している。この白欠陥の修正は、第5B図に示すよう
に、反応性ガス雰囲気中でイオンビーム（５）を照射す
ることによって、シフト材料（７）を白欠陥領域（６）
に堆積させることによって行う。この方法は、いわゆる
イオンビームアシスト法を用いた膜堆積（デポジショ
ン）法である。イオンビーム（５）は黒欠陥修正と同等
のものを用い、修正すべき白欠陥領域（６）を複数回走
査する。この間、反応性ガスをノズル（８）によって白
欠陥を修正する領域の付近まで導入し、ノズルビーム
（９）として噴出させる。ノズル（８）とマスク基板
（１）との間隔は、数百μｍ程度であり、ノズルビーム
（９）の中心が修正部分に当たるようにする。反応性ガ
スとしては、ここではSiH₄とO₂を用い、イオンビーム
（５）を照射することによってこれらのガスを分解、反
応させ、白欠陥領域（６）にシフト材料（７）としてSi
O₂（もしくはSiO_x）を堆積させる。第5C図は白欠陥の修
正結果を示している。この場合、SiO_xを堆積させている
ので、その厚さは100nm程度である。堆積させるSiO_xの
組成、構造は、イオンビーム（５）の照射条件、反応性
ガスの雰囲気等によって異なるので、堆積させるSiO_xの
厚さは最適化する必要がある。

［発明が解決しようとする課題］上述したようなマスク修正方法では、位相シフトパタ
ーンの白欠陥の修正にSiH₄のような毒性、自燃性のガス
を用いるので、安全確保のため装置に複雑なガス供給装
置及びガス回収装置を設けなければならず、また、装置
の制御も慎重に行わなければならないという問題点があ
った。

また、イオンビームアシスト法を用いた膜堆積法はエ
ッチングを用いる場合に比べて精度が悪くなるため、位
相シフトパターンの黒欠陥修正に比べて白欠陥修正の方
が精度が劣るという問題点があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになさ
れたもので、マスク修正装置を簡略化できると共に、位
相シフトマスクにおけるシフトパターンの白欠陥を安全
で高精度に修正できる位相シフトマスクの修正方法を得
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係る位相シフトマスクの修正方法は、マス
ク基板の一主面に被着されたマスクパターンに位相シフ
トパターンが形成された位相シフトマスクを修正する位
相シフトマスクの修正方法において、位相シフトパター
ンの白欠陥領域に集束イオンビームを照射し、この白欠
陥領域を透過する光の位相が、位相シフトパターン領域
を透過する光の位相と同位相となる厚さにマスク基板を
エッチングするものである。

［作用］この発明に係る位相シフトマスクの修正方法は、位相
シフトマスクにおける白欠陥領域のマスク基板の一主面
をレジストを塗布することなく直接集束イオンビームで
エッチングするので、マスク基板エッチング時のレジス
ト塗布、フォトリソグラフィー等のプロセスを省略する
ことができ、高精度な加工が可能となる。

また、イオンビームアシスト法を用いなくても済むの
で、SiH₄のような毒性、自然性のガスを使用する必要が
なく安全に位相シフトマスクの白欠陥を修正することが
できる。

さらに、白欠陥の修正におけるマスク基板エッチング
を黒欠陥の修正と同じ装置で行うことで、マスス修正装
置を簡略化することができる。

［実施例］第1A図〜第1C図はこの発明の一実施例による位相シフ
トパターの白欠陥を修正する方法の原理を示す図であ
り、（１）〜（３）、（５）、（６）は上述した従来の
マスク修正方法におけるものと全く同一である。第1A図
において、石英製のマスク基板（１）上にマスクパター
ン（主パターン）（２）が形成されている。この図の場
合、位相シフトパターン（３）は主パターン（２）の間
に１つおきに形成されているはずであるが、（６）の部
分が位相シフトパターン（３）の白欠陥領域となってい
る。この白欠陥領域（６）の修正は、集束イオンビーム
（５）を白欠陥領域（６）に照射し、その領域の下のマ
スク基板（１）を走査して物理的にエッチングすること
により行う。イオンビーム（５）としては、例えば30Ke
VのGa⁺（ビーム電流は300pA、ビーム径は0.1μｍφ）を
用いる。イオンビーム（５）で白欠陥領域（６）を複数
回走査することによって、その下のマスク基板（１）を
所定の深さｄ（nm）だけエッチングする（第1C図）。す
なわち、マスク基板（１）のエッチング領域（10）を透
過する光とエッチングされていないシフトパターンのな
い領域（白パターン（11））を透過する光との光路差が
1/2波長の奇数倍となるようにエッチングする。このよ
うなエッチングによって、白欠陥領域（６）部分を透過
する光とこれに隣接する白パターン（11）を透過する光
とが干渉し合って打ち消し合うので、白欠陥を修正した
ことになる。

エッチングする深さｄは、ビーム電流が一定であれば
イオンビーム（５）を照射する時間を加減することによ
って調整することができる。光路差は、（ｎ−１）・ｄ
（ここで、ｎは石英ガラスの屈析率）で表されるから、
透過光の波長をλ（nm）とすれば次の関係式が成り立つ
ように深さｄを決めればよい。

（ｎ−１）・ｄ＝（2m−１）λ/2 （ただし、ｍ＝1,2,・・・である。）ここで、光源として水銀ランプのｉ線を例に取れば、
λ＝365nm、ｎ＝1.476（λ＝365nmの時の屈析率）とす
れば、ｄは約383nmとなる。位相シフトパターンの白欠
陥の修正は、以上のようにして行われる。

また、位相シフトパターンの黒欠陥の修正は、従来方
法と同様にして、黒欠陥部分のシフトパターンのみをエ
ッチング除去すればよい。従って、従来、別々な方法に
より行っていた黒欠陥と白欠陥の修正を同じ原理により
行うことができるので、マスク修正装置を簡略化するこ
とができる。

なお、上述した実施例では、イオンビーム（５）とし
て30KeVのGa⁺を用いたが、例えばIn⁺、In⁺⁺、Sn⁺、S
n⁺⁺、Au⁺、Au⁺⁺、Si⁺、Si⁺⁺、Be⁺、Be⁺⁺等他のイオンを
用いても上記と同様な結果が得られる。また、イオンビ
ームのエネルギー、電流も上記の例に限られず、最もエ
ッチング効率がよく、かつ加工精度の良い条件に設定す
ればよい。

［発明の効果］この発明に係る位相シフトマスクの修正方法は、位相
シフトマスクにおける白欠陥領域のマスク基板の一主面
を、レジストを塗布することなく直接集束イオンビーム
を用いてエッチングするので、マスク基板エッチング時
のレジスト塗布、フォトリソグラフィー等のプロセスを
省略することができ、安全で高精度な加工が可能である
という効果を奏し、かつマスク修正装置を簡略化するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第1A図〜第1C図はこの発明の一実施例による位相シフト
パターンの白欠陥を修正する方法を説明する原理図、第
2A図〜第2C図は従来のフォトマスク法によるマスク修正
方法を説明する原理図、第3A図〜第3C図は従来の位相シ
フト露光法を説明する原理図、第4A図〜第4C図は従来の
位相シフト露光法による黒欠陥の修正方法を説明する原
理図、第5A図〜第5C図は従来の位相シフト露光法による
白欠陥の修正方法を説明する原理図である。図において、（１）はマスク基板、（２）はマスクパタ
ーン、（３）は位相シフトパターン、（５）はイオンビ
ーム、（６）は白欠陥領域、（10）はエッチング領域、
（11）は白パターンである。なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク基板の一主面に被着されたマスクパ
ターンに位相シフトパターンが形成された位相シフトマ
スクを修正する位相シフトマスクの修正方法において、上記位相シフトパターンの白欠陥領域に集束イオンビー
ムを照射し、この白欠陥領域を透過する光の位相が、上
記位相シフトパターン領域を透過する光の位相と同位相
となる厚さにマスク基板をエッチングすることを特徴と
する位相シフトマスクの修正方法。