JP4936515B2 - フォトマスクの製造方法、およびハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法 - Google Patents
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Description
このようなフォトマスクとしては、正方形状の石英ガラスからなる透明基板上に遮光膜パターンが形成されたものが従来から使用されており、遮光膜の材料は、クロム系材料(クロム単体、又はクロムに窒素、酸素、炭素等が含有されたもの、あるいはこれら材料膜の積層膜)が用いられているのが一般的である。さらに、近年において転写パターンの解像度を向上できるものとして、位相シフトマスクが実用化されつつある。位相シフトマスクには、様々なタイプ(レベンソン型、補助パターン型、自己整合型など)が知られているが、その中の一つとして、ホール、ドットの高解像パターン転写に適したハーフトーン型位相シフトマスクが知られている。このハーフトーン型位相シフトマスクは、透明基板上に、約180°の位相シフト量を有する光半透過膜パターンが形成されたものであり、光半透過膜が単層で形成されているものや多層で形成されているものがある。例えば、特許文献1には、光半透過膜パターンをモリブデンなどの金属、シリコン、及び窒素を主たる構成要素とする物質からなる薄膜で構成したものが開示されている。このような材料の光半透過膜は、単層で所定の位相シフト量及び透過率を制御できることの他、耐酸性、耐光性等に優れたものが得られる。
尚、上記のような転写用パターンは、正方形状の透明基板の中央部に位置する正方形状の主要領域に形成され、フォトマスク使用時には、この主要領域の外周部を露光装置に有するマスキングブラインドにて遮蔽し、被転写基板上のレジストに、主要領域のパターンが転写される。また、この主要領域の外周部への漏れ光による転写防止するため、フォトマスクには、主要領域に隣接して遮光帯領域を有するのが一般的である。また、フォトマスクには、一般的にフォトマスク用各種装置との位置合わせに用いる位置合わせマーク等のマークパターン等が、各露光装置メーカー、フォトマスクユーザー、及びフォトマスクメーカーの仕様により、主に主要領域の周辺部に存在する。
従来、ポジ型レジストを用いて転写パターンを形成する場合、主要領域の周辺領域については、所望のマークパターンを除き、非描画領域、即ち遮光膜が形成されたものであり、逆にネガ型レジストを用いて転写パターンを形成する場合、主要領域の周辺領域は、所望のマークパターン及び遮光帯を除き、非描画領域、即ち透明基板が露出されたものであった。即ち、レジストへの描画は、パターンデータに基づき、基板面内を走査することにより行われるため、不必要な領域は描画を行わずに、描画時間の短縮を図るのが一般的である。
ところで、ペリクルを装着したフォトマスクを用いてパターン転写を行う際には、ペリクルに対してレーザ光が照射されることで、例えばペリクル内(大気中)に存在するアンモニウムイオンと、フォトマスクの洗浄に用いフォトマスク上に残留する硫酸イオンとの反応がレーザ光照射により促進され、硫酸アンモニウムが析出する等により、フォトマスク上に異物が付着することが知られている。(例えば特許文献1)
上記問題が発生する原因としては、ペリクル枠をフォトマスクに接着する際に用いられる接着剤が透明基板に直接接着されている場合に、フォトマスク使用時において露光装置内における露光光の多重反射等による迷光が、透明基板の裏面側から透明基板を透過して、ペリクル枠をフォトマスクに接着する際に用いられる接着剤、またはペリクル膜をペリクル枠に接着する際に用いられる接着剤、さらには、ペリクル枠の内側の接着剤が付与されている場合はその接着剤に照射され、その結果、有機系物質である接着剤から発生するガスが析出物となり、フォトマスク上に付着することが考えられる。なお、ペリクル枠の内側に接着剤が付与されていない場合においては、ペリクル枠のアルマイト処理(着色処理含む)、またはペリクル枠のコーティング処理等で残留する成分が、フォトマスク使用時において露光装置内における露光光の多重反射等による迷光が、透明基板の裏面側から透明基板を透過してペリクル枠に照射されることで、析出物がフォトマスク上に付着することも考えられる。
また、上記問題は、使用する露光装置の光源波長が現行のKrFエキシマレーザ(波長248nm)から、ArFエキシマレーザ(波長193nm)、F2エキシマレーザ(波長157nm)へと短くなるほど、顕著になる傾向が確認されたため、近年におけるLSIパターンの微細化に伴なう露光光源の短波長化が進むにつれ、異物が多く発生してしまうという問題があった。図5は、露光装置の光源波長のもつエネルギーと接着剤等の有機物の結合エネルギー値の例を示したものである。このように、露光装置の光源波長が短かくなる程、接着剤の分子が持つ結合エネルギーを切断、同時に重合反応やラジカル反応などを起こすことが考えられ、その結果、ガスの発生及び析出物生成が顕著になると考えられる。
(構成1) 露光装置を用いたパターン転写に用いられるフォトマスクであって、透明基板と、透明基板の中央部の主要領域に形成された所望の転写用パターンと、前記主要領域の外周領域にペリクル枠が接着されることにより、前記主要領域を含む領域を覆うように装着されたペリクルとを有するフォトマスクにおいて、
前記主要領域の外周領域に透明基板が露出した透光領域を含み、かつ、前記ペリクル枠が接着される面を含む領域が、前記露光装置の露光光に対して遮光性を有する遮光膜が形成された遮光領域からなることを特徴とするフォトマスク。
(構成2) 前記主要領域の外周領域に、前記主要領域に隣接し、かつ前記主要領域と共にペリクルに覆われる遮光帯領域を有することを特徴とする構成1に記載のフォトマスク。
(構成3) 前記転写用パターンが、ネガ型レジストを用いて形成されたパターンであることを特徴とする構成1又は2に記載のフォトマスク。
(構成4) 前記転写用パターンが、ポジ型レジストを用いて形成されたパターンであることを特徴とする構成1又は2に記載のフォトマスク。
(構成5) 前記露光装置の露光光が、前記ペリクル枠及び/又は前記ペリクルに用いられている接着剤に対し光が照射されることで、前記ペリクル枠及び/又は前記接着剤の構成材料が光反応を起こすような光であることを特徴とする構成1〜4の何れかに記載のフォトマスク。
(構成6) 前記露光装置の露光光が、200nm以下の波長のレーザ光であることを特徴とする構成1〜5の何れかに記載のフォトマスク。
また、遮光膜とは、露光光を実質的に全て遮光する膜のみならず、露光光の一部を透過する膜、例えばハーフトーン型位相シフトマスクに用いられる露光光に対する透過率が30%以下の光半透過膜も含む。
特に、200nm以下の波長の高出力レーザ光を露光光源として用いた露光装置に使用するフォトマスク、即ち、フォトマスク上に析出物が発生しやすいフォトマスクにおいて、フォトマスク上に析出物が発生付着することを好適に抑制することができる。
図1は、本実施の形態のフォトマスクの平面図、図2は、図1における切断線A−A’に沿った断面図である。
これらの図に示されるように、本実施の形態のフォトマスク1は、透明基板2と、透明基板2の中央部の主要領域3に形成された、転写用パターン4と、主要領域3の外周領域に、主要領域3に隣接して設けられた、遮光帯領域5とを有し、さらに、ペリクル膜6aが接着剤8aで接着されたペリクル枠6bからなるペリクル6が、主要領域3の外周領域に形成された遮光膜からなる遮光領域7に、ペリクル枠6bが接着剤8bを介して接着されることにより、主要領域3及び遮光帯領域5を覆うように装着されている。さらに、主要領域3及び遮光帯領域5に異物を付着させないようにするために、ペリクル枠6bの内面に接着剤8cを接着させる。但し、この接着剤8cのないペリクルも使用することができる。従来のフォトマスクとの相違点は、従来のフォトマスクにおいては、この遮光領域7が存在しなかったのに対し、本発明では、遮光領域7が存在する点である。
転写用パターン4は、半導体ウエハ等の被転写基板に転写されてデバイスパターンを形成するためのパターンであり、バイナリマスクの場合は、遮光膜からなるパターンであり、位相シフトマスクのうち、例えばハーフトーン型位相シフトマスクの場合は、光半透過膜からなるパターンとなる。遮光膜の材料は、クロム系材料(クロム単体、又はクロムに窒素、酸素、炭素等が含有されたもの、あるいはこれらの材料膜の積層膜)を用いるのが、最も一般的である。ハーフトーン位相シフトマスクの光半透過膜としては、モリブデンなどの金属、シリコン、窒素を構成要素とする材料が最も一般的である。その他、マスクの種類に応じて、転写パターンは、遮光膜、光半透過膜、基板の彫り込みパターンの一種又は二種以上を混在させたものとすることができる。
遮光帯領域5は、通常、バイナリマスクの転写パターンに用いられる遮光膜と同種の材料からなる遮光膜により形成される。ハーフトーン型位相シフトマスクにおいても、遮光帯領域は、光半透過膜上に遮光膜で形成される。遮光帯領域の遮光膜は、位相シフトマスクにおいては、位相シフター等のエッチングマスクとして用いた遮光膜を、主要領域の外周領域に所定幅残存させるように形成されるのが一般的である。
尚、図1においては、遮光帯領域5とペリクル枠の下部に配置される遮光領域7が、透光部を隔てて形成されているが、遮光帯領域5と遮光領域7とが近接する場合においては、前記遮光領域と遮光帯領域を全域、または局部的につなげて形成するようにしてもよい。
また、ペリクル6においては、ペリクル枠6bはアルミ等金属に光散乱を抑制するためのアルマイト処理等を施したものからなり、ペリクル膜6aは、透明なフッ素ポリマー等の高分子膜等からなり、接着剤8a、8b、及び8cは、フッ素系、シリコーン系、またはスチレンーブチレン共重合体等の有機系接着剤を用いることができる。また、ペリクル内側の接着剤8cについては、必要に応じて設けてもよい。ペリクル6のペリクル形状、ペリクルフレーム寸法、及び接着剤は、露光装置、使用する露光波長、その他使用用途に合わせて、ペリクル供給メーカーで標準化されているため、作製するリソグラフィーマスクに装着するペリクル型式に合わせた遮光膜をマスク描画時のデータに挿入することで、通常のリソグラフィーマスク作製と同様に形成可能である。
まず、透明基板2上にスパッタリング成膜装置等を用いて遮光膜9を形成、その上にネガレジスト膜10を形成したフォトマスクブランクス11を用意する(図3(a))。このフォトマスクブランク11は、例えばArFエキシマレーザ(波長193nm)において、光遮光率99.9%以上のArFエキシマレーザ用フォトマスクブランクである。
次に、ネガ型レジスト膜10に電子ビーム露光装置等を用いて、転写用パターン、遮光帯領域形成用パターン、及びペリクル枠の下部に配置される遮光領域形成用パターンを描画し、レジストを現像及びベーク等のプロセス処理でレジストパターン10aを形成する(図3(b))。本実施の形態においては、転写用パターンがラインパターンであるため、レジストの現像により描画された領域以外のレジストが除去されることが好ましいことから、ネガ型レジストを用いる。従って、転写用パターン、遮光帯領域形成用パターン及び遮光領域形成用パターン以外のレジストが、現像により除去される。次にドライエッチングで遮光膜9をエッチングして遮光膜からなる転写用パターン4、遮光膜からなる遮光帯領域5、及び遮光膜からなる遮光領域7のパターン形成を行う(図3(b))。次に、レジスト剥離と洗浄を行って、遮光膜からなる転写用パターン4、遮光膜からなる遮光帯領域5、及び遮光膜からなる遮光領域7を露出する(図3(c))。このように、本実施の形態のように、ネガ型レジストを用いて転写用パターンを形成した場合、主要領域の外周領域は、遮光帯領域5と遮光領域7以外は、透光領域で形成されることになる。その後、CD測定、欠陥検査、パターン欠陥などの修正を行い、最終洗浄、検査でフォトマスクの品質を保証できた場合には、遮光膜からなる遮光領域7に合わせてペリクル6の装着を行う(図3(d))。
ペリクル6の装着は、ペリクルマウンタと称される加圧機器を用いて接着剤を介してペリクルを加圧することにより行われる。
(実施例)
本実施例は、ハーフトーン型位相シフトマスクに、本発明を適用した例である。
即ち、本実施例のフォトマスクは、図4に示されるように、まず、透明基板2上にモリブデンなどの金属、シリコン、及び窒素から実質的になる単層構造の光半透過膜12を形成、その上にクロム系遮光膜13を形成、さらにその上にネガレジスト膜14を形成したフォトマスクブランク15を用意した(図4(a))。前記光半透過膜12は、モリブデン(Mo)とシリコン(Si)との混合ターゲット(Mo:Si=8:92mol%)を用い、アルゴン(Ar)と窒素(N2)との混合ガス雰囲気(Ar:N2=10%:90%、圧力:0.2Pa)で、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、透明基板2上に形成されたものである。このフォトマスクブランク15は、ArFエキシマレーザ(波長193nm)において、透過率は約5.5%、位相シフト量が約180°のArFエキシマレーザ用フォトマスクブランクである。
次に、ネガレジスト膜14に電子ビーム描画装置を用いて転写用パターン、遮光帯領域形成用パターン、及びペリクル枠の下部に配置される遮光領域形成用パターンを描画し、レジストを現像及びベーク等のプロセス処理でレジストパターン14aを形成した。次に、Cl2+O2ガスによるドライエッチングで遮光膜13をエッチングして、遮光膜からなる転写用パターン形成用エッチングマスクパターン16、遮光膜からなる遮光帯領域17、及び遮光膜からなる遮光領域18からなる遮光部13aのパターン形成を行い、次いでレジストパターン14aと遮光部13aをマスクとして光半透過膜12をドライエッチングして光半透過部12aを形成して、光半透過部と遮光膜の積層構造からなる転写用パターン、遮光帯領域、及び遮光領域のパターン形成を行った(図4(b))。次にレジスト剥離と洗浄を行った。(図4(c))。
次に、前記工程が終了した基板にネガ型レジスト膜19をコーティングした(図4(d))。その後、遮光帯領域17及び遮光領域18上のネガ型レジスト膜19を露光し、現像、及びベーク等のプロセス処理を行ってレジスト膜パターン19aを形成し、遮光部13aの不必要な部位である転写用パターン形成用エッチングマスクパターン16を露出させた後、エッチングした(図4(e))。そして、レジスト剥離と洗浄を行って光半透過部12aからなる転写用パターン20を形成した。(図4(f))
その後、CD測定、欠陥検査、パターン欠陥などの修正を行い、最終洗浄、検査でフォトマスクの品質を保証し、遮光膜からなる遮光領域7に合わせてペリクル6の装着を行った(図4(g))。
本実施例において得られたフォトマスクを、ArFエキシマレーザを露光光源として用いた半導体製造用露光装置に使用し、使用前の異物欠陥と使用後の異物欠陥の数を、異物検査装置(KLA−Tencor社製 STARlight)を用いて検査したところ、使用後の異物欠陥数は、使用前と変わらずゼロ個であった。
遮光領域18を形成せずに、透明基板に直接ペリクルを接着した以外は、上記実施例と同様のフォトマスクについて、上記実施例と同様の異物欠陥検査を行った。その結果、使用前の異物の個数がゼロ個であったのに対し、使用後の異物欠陥の個数は、約2500個検出された。また、検出された異物は、特にペリクル枠の内側付近に多く観察されたことから、ペリクル枠付近への露光光の照射が原因で発生した異物であると考えられる。
尚、上記実施例においては、ネガ型レジスト膜を用いた例を挙げたが、ポジ型レジスト膜を用いて、上述の実施例で示したネガ型レジストで形成したレジストパターンと同様のレジストパターンを形成してもよいことは勿論である。
また、上記実施例においては、ハーフトーン型位相シフトマスクの例を挙げたが、本発明はバイナリーマスク、位相シフトマスク等の全てのペリクル付きフォトマスクに用いることが可能であり、次世代露光装置用のF2エキシマレーザ用フォトマスク、液晶等の大型フォトマスク等にも用いることが可能であることは勿論である。
さらに、上記実施例においては、各種マークパターンについては記載されていないが、各露光装置メーカー、フォトマスクユーザー、及びフォトマスクメーカーの仕様に応じて適宜形成してもよいことは勿論である。さらに、各種マークパターンの仕様に応じて、遮光領域を適宜変形してもよい。
2 透明基板
3 主要領域
4、20 転写用パターン
5、17 遮光帯領域
6 ペリクル
7、18 遮光領域
8 接着剤
9、13 遮光膜
10、14,19 ネガ型レジスト
11、15 フォトマスクブランク
12 光半透過膜
16 エッチングマスク用パターン
Claims (2)
- 透明基板の中央部の主要領域に転写用パターンを有し、かつ、前記主要領域の外周領域にペリクル枠が接着されることにより、前記主要領域を含む領域を覆うように装着されたペリクルを有する、フォトマスクの製造方法において、
前記透明基板上に、遮光膜とネガレジスト膜が形成されたフォトマスクブランクを用意し、
電子ビーム描画装置により、前記転写用パターン、遮光帯領域形成用パターン、及び前記ペリクル枠の下部に配置される遮光領域形成用パターンを描画し、
前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成し、
前記遮光膜をエッチングすることにより、前記転写用パターン、遮光帯領域、および遮光領域のパターン形成を行い、
前記遮光領域の幅が、前記ペクリル枠の幅の両側をそれぞれ0.3mm以上、かつ、5.0mm以下追加した幅となるように、前記遮光領域に前記ペリクルを装着することを特徴とする、フォトマスクの製造方法。 - 透明基板の中央部の主要領域に転写用パターンを有し、かつ、前記主要領域の外周領域にペリクル枠が接着されることにより、前記主要領域を含む領域を覆うように装着されたペリクルを有する、ハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法において、
前記透明基板上に、光半透光膜と、遮光膜と、ネガレジスト膜が形成されたフォトマスクブランクを用意し、
電子ビーム露光装置により、前記転写用パターン、遮光帯領域形成用パターン、及び前記ペリクル枠の下部に配置される遮光領域形成用パターンを描画し、
前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成し、
前記遮光膜をエッチングすることにより、前記転写用パターン形成用エッチングマスクパターン、遮光帯領域、および遮光領域のパターン形成を行い、
前記光半透光膜をエッチングし、前記転写用パターンのパターン形成を行い、
前記遮光領域の幅が、前記ペクリル枠の幅の両側をそれぞれ0.3mm以上、かつ、5.0mm以下追加した幅となるように、前記遮光領域に前記ペリクルを装着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。
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