JP2593234B2 - Photomask manufacturing method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体装置を製造するための光リソグラ
フィーのフォトマスク、特に位相シフタマスの製造方法
に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photomask for photolithography for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a phase shifter mass.

［従来の技術］ 第２図は従来のフォトマスク、このフォトマスク上の
電場およびウエハにおける光の強度を示す図、第３図は
特開昭57−62052号公報および特開昭58−173744号公報
に開示された従来の位相シフトマスク、このマスク上の
電場およびウエハにおける光の強度を示す図、そして第
４図は第３図に示した位相シフトマスクを改良したセル
フアライン方式の位相シフトマスクおよびウエハにおけ
る光の強度を示す図である。[Prior Art] FIG. 2 is a diagram showing a conventional photomask, an electric field on the photomask, and a light intensity on a wafer. FIG. 3 is a diagram showing JP-A-57-62052 and JP-A-58-173744. FIG. 4 shows a conventional phase shift mask disclosed in the publication, a diagram showing an electric field on the mask and light intensity on a wafer, and FIG. 4 shows a self-alignment type phase shift mask obtained by improving the phase shift mask shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing the light intensity on the wafer.

図において、（１）はフォトマスクの基板例えばガラ
ス基板、（２）はこのガラス基板（１）上に付着された
CrまたはMoSiなどのマスクパターン、（３）または（3
A）はマスクパターン（２）の１つ置きの開口（第３
図）またはCr上（第４図）に形成されて透明な位相シフ
ト材料のSiO₂などから成る位相シフタである。In the figure, (1) is a substrate of a photomask, for example, a glass substrate, and (2) is attached on the glass substrate (1).
Mask pattern of Cr or MoSi, (3) or (3
A) is an alternate opening (third opening) of the mask pattern (2).
This is a phase shifter made of a transparent phase shift material such as SiO ₂ formed on Cr) (FIG. 4) or Cr (FIG. 4).

半導体装置製造時の微細パターンの形成は縮小光学式
の光ステッパーを用いて行われている。この光ステッパ
ーの改造限界Ｒ（ｍμ）は、 Ｒ＝k₁・λ/NA になる。ここでk:0.5、λ：波長（μｍ）、NA:レンズの
開口数である。光リソグラフィーは上式に従って波長の
短波長化、高NA化、さらにレジストプロセスに依存する
定数k₁を小さくすることが解像限界を小さくしてきた。
現在ｉ線（λ＝365nm）、NA＝0.5のステッパーが実現
し、k₁＝0.5も可能であるので0.4μｍ程度の改造が可能
になってきている。これ以上の解像限界を得るために
は、さらに短波長化や高NA化を進めれば良いのである
が、光源やレンズが技術的に難しく、さらに焦点深度δ
＝λ/2NA²が小さくなるという問題点がある。これを解
決するために特開昭57−62052号公報や特開昭58−17374
4号公報に開示されたような位相シフトマスクが発明さ
れた。The formation of a fine pattern at the time of manufacturing a semiconductor device is performed using a reduction optical type optical stepper. The modification limit R (mμ) of this optical stepper is as follows: R = k ₁ · λ / NA Here, k: 0.5, λ: wavelength (μm), and NA: numerical aperture of the lens. In the photolithography, the resolution limit has been reduced by shortening the wavelength, increasing the NA, and reducing the constant k ₁ depending on the resist process according to the above equation.
Currently, a stepper with i-line (λ = 365 nm) and NA = 0.5 has been realized, and since k ₁ = 0.5 is possible, modification of about 0.4 μm has become possible. In order to obtain a higher resolution limit, it is necessary to further shorten the wavelength and increase the NA, but the light source and lens are technically difficult, and the depth of focus δ
= Λ / 2NA ² is reduced. In order to solve this, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 57-62052 and 58-17374
A phase shift mask such as that disclosed in Japanese Patent Publication No. 4 has been invented.

光リソグラフィーの解像限界以下のパターン転写を考
えた場合、従来のフォトマスク（第２図）では、マスク
透過後の光の電場は第２図中段に示すように空間的に分
離した波形であるが、光学系を透過したウエハ上の光強
度は、第２図下段に示すようにお互いに重なり合い、パ
ターンの解像はできない。位相シフトマスクは第３図上
段に示すように従来のフォトマスクのマスクパターン開
口に光の位相を180゜反転させる位相シフタ（３）を付
けたものである。この位相シフトマスクを透過した光の
電場は、第３図中段に示すように位相が交互に反転す
る。これを従来と同じ光学系で投影したとき、隣り合っ
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３図下段に示すように分離した光強度パターンに
なる。この理由により、位相シフトマスクを用いると解
像力は従来よりも高くなり、実験的に最小解像パターン
巾は約半分になることが示されている。しかし、第３図
の位相シフトマスクは、ライン＆スペースパターンのよ
うな周期的パターンに適用するのは原理的に容易である
が、任意のパターンに適用するのは難しい。このため任
意のパターンに適用できかつ製造上の面からも容易なフ
ォトマスクが1989年IEDMコンファレンスにおいて発表さ
れた。第４図は発表された改良型の位相シフトマスクを
示し、第４図上段に示すように従来のフォトマスクCrパ
ターン上にパターン巾の広い位相シフタ（3A）を形成し
たものである。これによってCrパターンのエッジ付近の
光の位相が反転し、その結果、光学像は第４図下段に示
すように分離したパターンになる。また、改良型の位相
シフトマスクを製造する方法は、マスクパターン（２）
のCrをエッチングするときのマスクがシフタを兼ること
ができる。例えば、レジストパターンをマスクとして異
方性エッチング法（プラズマエッチング）でCr膜を加工
し、次に等方性エッチング（ウェットエッチング）でエ
ッヂ付近のCrをエッチングすることにより、第４図上段
に示すような構造の位相シフトマスクを作ることができ
る。このときレジストがシフタの役目を果す。このよう
に改良型の位相シフトマスクはセルフアラインで位相シ
フタ（3A）を形成することができるために製造が容易
で、さらに任意のパターンにも原理的に適用することが
可能である。When a pattern transfer below the resolution limit of optical lithography is considered, in a conventional photomask (FIG. 2), the electric field of light after transmission through the mask has a spatially separated waveform as shown in the middle part of FIG. However, the light intensities on the wafer transmitted through the optical system overlap each other as shown in the lower part of FIG. 2, and the pattern cannot be resolved. As shown in the upper part of FIG. 3, the phase shift mask has a mask pattern opening of a conventional photomask provided with a phase shifter (3) for inverting the phase of light by 180 °. The electric field of the light transmitted through the phase shift mask is alternately inverted in phase as shown in the middle part of FIG. When this is projected by the same optical system as in the past, the portion where adjacent pattern images are overlapped acts to cancel each other because the phase of the overlapped light is inverted, and as a result, separation occurs as shown in the lower part of FIG. Light intensity pattern. For this reason, it has been shown that the resolution is higher when a phase shift mask is used than before, and that the minimum resolution pattern width is reduced to about half. However, the phase shift mask of FIG. 3 is easy in principle to be applied to a periodic pattern such as a line & space pattern, but is difficult to be applied to an arbitrary pattern. For this reason, a photomask that can be applied to arbitrary patterns and is easy to manufacture was introduced at the 1989 IEDM conference. FIG. 4 shows an improved type phase shift mask that has been announced. As shown in the upper part of FIG. 4, a phase shifter (3A) having a wide pattern width is formed on a conventional photomask Cr pattern. As a result, the phase of the light near the edge of the Cr pattern is inverted, and as a result, the optical image becomes a separated pattern as shown in the lower part of FIG. Further, a method of manufacturing an improved phase shift mask includes a mask pattern (2)
Can be used as a shifter when etching Cr. For example, a Cr film is processed by an anisotropic etching method (plasma etching) using a resist pattern as a mask, and then Cr near an edge is etched by isotropic etching (wet etching), as shown in the upper part of FIG. A phase shift mask having such a structure can be manufactured. At this time, the resist functions as a shifter. As described above, the improved phase shift mask can form the phase shifter (3A) in a self-alignment manner, so that it is easy to manufacture and can be applied to an arbitrary pattern in principle.

以上のように、フォトマスク上に光の位相を反転する
透明膜を付加することにより、光転写で製作するレジス
トパターンの解像度を改善することができ、このような
フォトマスクは位相シフトマスクと呼ばれている。位相
シフトマスクは通常、第５図に示すような工程で製造さ
れる。第５図（Ａ）に示す工程では、ガラス基板（１）
上に膜厚0.1ミクロン程度のMoSi等の材料よりなるマス
クパターン（２）が形成される。第５図（Ｂ）に示す工
程では、ガラス基板（１）およびこの上に形成されたマ
スクパターン（２）上に後述する位相シフタ（３）の材
料となるSiO₂やAl₂O₃などの透明膜（30）を全面に蒸着
する。この透明膜（30）の膜厚は、用いる材料の屈折
率、露光波長に依存するが、SiO₂透明膜を用いて波長43
6nmの場合、約0.48μｍとなる。その後レジスト塗布を
行い、電子ビーム露光で位相シフタ（３）に必要な部分
に選択的にレジストパターン（４）を残すと、第５図
（Ｃ）のようになる。このレジストパターン（４）をマ
スクとして位相シフタ材料の透明膜（30）をエッチング
し、不要なレジストを除去すると、位相シフタ（３）が
形成されて第５図（Ｄ）に示すような位相シフトマスク
が出来上がる。As described above, by adding a transparent film that inverts the phase of light on a photomask, the resolution of a resist pattern manufactured by optical transfer can be improved. Such a photomask is called a phase shift mask. Have been. The phase shift mask is usually manufactured by a process as shown in FIG. In the step shown in FIG. 5A, the glass substrate (1)
A mask pattern (2) made of a material such as MoSi having a thickness of about 0.1 μm is formed thereon. In the step shown in FIG. 5 (B), a glass substrate (1) and a mask pattern (2) formed thereon are coated with SiO ₂ or Al ₂ O _{3 which} is a material of a phase shifter (3) to be described later. A transparent film (30) is deposited on the entire surface. The thickness of the transparent film (30), the refractive index of the material used, depending on the exposure wavelength, the wavelength 43 by using SiO ₂ transparent film
In the case of 6 nm, it is about 0.48 μm. After that, a resist is applied, and a resist pattern (4) is selectively left in a portion necessary for the phase shifter (3) by electron beam exposure, as shown in FIG. 5 (C). By etching the transparent film (30) of the phase shifter material using the resist pattern (4) as a mask and removing unnecessary resist, a phase shifter (3) is formed, and a phase shift as shown in FIG. The mask is completed.

［発明が解決しようとする課題］ フォトマスクは通常、製造後に仕上りの検査を行う。
これはフォトマスクの製造時に、主としてレジストが剥
離することによって発生する欠陥を検査し、前もって修
正しておくためである。そのためにマスクの表面側より
光を照射し、透過してきた光のパターンを画像認識装置
で検出するのである。しかしながら、位相シフトマスク
では、位相シフタの付加されている部分と位相シフタの
形成されていない部分との区別ができず、検査ができな
いという問題点があった。[Problem to be Solved by the Invention] A photomask is usually inspected for its finish after production.
This is because, at the time of manufacturing a photomask, a defect mainly caused by peeling of a resist is inspected and corrected in advance. For this purpose, light is irradiated from the front side of the mask, and the transmitted light pattern is detected by the image recognition device. However, the phase shift mask has a problem that it is not possible to distinguish between a portion where the phase shifter is added and a portion where the phase shifter is not formed, so that inspection cannot be performed.

［課題を解決するための手段］ この発明にかかるフォトマスクの製造方法は、基板お
よびこの基板上に形成されたマスクパターンの全面に形
成された位相シフタ材料の透明膜上に、更に不透明膜を
形成する工程と、前記不透明膜上にレジストパターを形
成した後に、このレジストパターンをマスクとしてその
下に在る前記不透明膜および前記透明膜をエッチング
し、残された不透明膜を用いて位相シフタの検査を行う
工程と、この検査終了後、前記残された不透明膜を除去
することにより前記透明膜から成る位相シフタを形成す
る工程とを含むものである。[Means for Solving the Problems] In a method for manufacturing a photomask according to the present invention, an opaque film is further formed on a transparent film of a phase shifter material formed on the entire surface of a substrate and a mask pattern formed on the substrate. Forming a resist pattern on the opaque film, etching the underlying opaque film and the transparent film using the resist pattern as a mask, and forming a phase shifter using the remaining opaque film. The method includes a step of performing an inspection, and a step of forming a phase shifter made of the transparent film by removing the remaining opaque film after completion of the inspection.

［作用］ この発明においては、位相シフタ形成部分の欠陥の検
査が可能となり、検出された欠陥を修正することによ
り、欠陥のない高精度なフォトマスクを製造することが
可能となった。[Operation] In the present invention, it is possible to inspect a defect in a phase shifter forming portion, and it is possible to manufacture a highly accurate photomask having no defect by correcting the detected defect.

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図はこの発明によって製造されるフォトマスクを工程
順に示す断面図である。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a photomask manufactured according to the present invention in the order of steps.

第１図（Ａ）においては、従来例と同様にガラス基板
（１）上に膜厚0.1ミクロン程度のMoSi等のマスクパタ
ーン（２）が形成される。この状態で１回目のマスク欠
陥検査を行い、マスクパターン（２）に起因する欠陥を
修正しておく。In FIG. 1A, a mask pattern (2) of MoSi or the like having a thickness of about 0.1 μm is formed on a glass substrate (1) as in the conventional example. In this state, a first mask defect inspection is performed to correct a defect caused by the mask pattern (2).

第１図（Ｂ）においては、ガラス基板（１）およびこ
の上に形成されたマスクパターン（２）上に位相シフタ
材料の透明膜（30）を全面に蒸着し、その上に更に不透
明膜（５）を蒸着する。位相シフタ材料として例えばAl
₂O₃を選択した場合、不透明膜（５）としてAlを選択す
ることができる。このような組み合わせでは、Al₂O₃を
反応性スパッタリング法で、Alもスパッタリング法で同
じ装置を用いて連続的に形成することが可能となる。屈
折率が1.7のAl₂O₃を用いて436nmの露光波長の場合、Al₂
O₃の膜厚は約0.3μｍとなる。Alの膜厚は光学的に不透
明になれば良いので、0.05μｍ程度で良い。In FIG. 1 (B), a transparent film (30) of a phase shifter material is vapor-deposited on a glass substrate (1) and a mask pattern (2) formed thereon, and an opaque film (30) is further formed thereon. 5) is deposited. For example, Al as a phase shifter material
_{When 2} O ₃ is selected, Al can be selected as the opaque film (5). In such a combination, it is possible to continuously form Al ₂ O ₃ by a reactive sputtering method and Al by a sputtering method using the same apparatus. For exposure wavelength of 436nm refractive index using Al ₂ O ₃ of 1.7, Al ₂
The thickness of O ₃ is about 0.3 μm. Since the thickness of Al may be optically opaque, it may be about 0.05 μm.

その後電子ビームレジスト塗布を行い、電子ビーム露
光で位相シフタ（３）に必要な部分に選択的にレジスト
パターン（４）を残すと、第１図（Ｃ）のようになる。Thereafter, an electron beam resist is applied, and a resist pattern (4) is selectively left in a portion necessary for the phase shifter (3) by electron beam exposure, as shown in FIG. 1 (C).

このようにして作成されたレジストパターン（４）を
マスクとして、不透明膜（５）および透明膜（30）を強
りん酸溶液等でエッチングした後、不要なレジストを除
去すると、第１図（Ｄ）に示すような構造となる。この
状態では、透明膜（30）のAl₂O₃上にはAlの不透明膜
（５）が形成されているため、位相シフタ形成部分の光
学的な欠陥検査が可能となる。Using the resist pattern (4) formed as described above as a mask, the opaque film (5) and the transparent film (30) are etched with a strong phosphoric acid solution or the like, and then unnecessary resist is removed. ). In this state, since the Al opaque film (5) is formed on the Al ₂ O ₃ of the transparent film (30), an optical defect inspection of the phase shifter formation portion can be performed.

検出された欠陥を修正した後、弱りん酸で全面を軽く
エッチングすると、位相シフタ（３）であるAl₂O₃上に
形成されたAlだけが除去され、第１図（Ｅ）を示すよう
に位相シフトマスクが完成する。最終的に、位相シフタ
（３）上にAlが残存しないことを確認するために、第１
図（Ｅ）の状態でもう一度検査すると、より確実に位相
シフトマスクを製造できる。After correcting the detected defect, if the entire surface is lightly etched with weak phosphoric acid, only Al formed on Al ₂ O _{3 as the} phase shifter (3) is removed, and as shown in FIG. 1 (E). Finally, the phase shift mask is completed. Finally, in order to confirm that Al does not remain on the phase shifter (3),
If the inspection is performed again in the state of FIG. 9E, the phase shift mask can be manufactured more reliably.

［発明の効果］ 以上、詳しく説明したように、この発明は、基板およ
びこの基板上に形成されたマスクパターンの全面に形成
された位相シフタ材料の透明膜上に、更に不透明膜を形
成する工程の、前記不透明膜上にレジストパターンを形
成した後に、このレジストパターンをマスクとしてその
下に在る前記不透明膜および前記透明膜をエッチング
し、残された不透明膜を用いて位相シフタの検査を行う
工程と、この検査終了後、前記残された不透明膜を除去
することにより前記透明膜から成る位相シフタを形成す
る工程とを含むので、欠陥のない高精度なフォトマスク
を製造できるという効果を奏する。[Effects of the Invention] As described above in detail, the present invention provides a process of forming an opaque film on a transparent film of a phase shifter material formed on the entire surface of a substrate and a mask pattern formed on the substrate. After forming a resist pattern on the opaque film, the resist pattern is used as a mask to etch the underlying opaque film and the transparent film, and to inspect the phase shifter using the remaining opaque film. And a step of forming a phase shifter made of the transparent film by removing the remaining opaque film after completion of the inspection, so that it is possible to produce a highly accurate photomask without defects. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第１図はこの発明によって製造される位相シフタ付きフ
ォトマスクを工程順に示す断面図、第２図は従来の位相
シフタ付きフォトマスクを工程順に示す断面図、第３図
〜第５図は従来のフォトマスクを電場や光強度と共に示
す図である。 （１）はガラス基板、（２）はマスクパターン、 （３）は位相シフタ、（４）はレジストパターン、 （５）は不透明膜、（30）は位相シフタ材料の透明膜 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。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a photomask with a phase shifter manufactured by the present invention in the order of steps, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a conventional photomask with a phase shifter in the order of steps, and FIGS. It is a figure which shows a photomask with an electric field and light intensity. (1) is a glass substrate, (2) is a mask pattern, (3) is a phase shifter, (4) is a resist pattern, (5) is an opaque film, and (30) is a transparent film of a phase shifter material. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】基板およびこの基板上に形成されたマスク
パターンの全面に形成された位相シフタ材料の透明膜上
に、更に不透明膜を形成する工程と、 前記不透明膜上にレジストパターンを形成した後に、こ
のレジストパターンをマスクとしてその下に在る前記不
透明膜および前記透明膜をエッチングし、残された不透
明膜を用いて位相シフタの検査を行う工程と、 この検査終了後、前記残された不透明膜を除去すること
により前記透明膜から成る位相シフタを形成する工程
と、 を含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。A step of forming an opaque film on a transparent film of a phase shifter material formed on the entire surface of a substrate and a mask pattern formed on the substrate; and forming a resist pattern on the opaque film. Later, using the resist pattern as a mask, etching the opaque film and the transparent film thereunder, and inspecting the phase shifter using the remaining opaque film. Forming a phase shifter made of the transparent film by removing the opaque film.