JP6375696B2 - フォトマスクの検査方法およびフォトマスクの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子の製造等に用いられるフォトマスクに関し、特にフォトマスクの検査方法およびフォトマスクの製造方法に関するものである。

半導体素子の高集積化、微細化を実現するために、現在、露光波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光を露光光に用いた光学式の投影露光装置により、フォトマスクを用いてウェハ上にパターン転写するフォトリソグラフィ技術が使用されている。

ここで、半導体素子製造においては、通常、フォトマスクのマスクパターンが形成された露光領域を１／４に縮小投影して、ウェハ上に設けられたレジストに多面付け転写する（例えば、特許文献１）。
それゆえ、例えば図８に示すように、フォトマスク１００においては、多面付け転写する際の境界部に位置するレジストが多重露光されてしまう不具合を防ぐために、露光領域１０１の外周には遮光領域パターン１０５が設けられている。
なお、図８に示す例において、露光領域１０１には、マスクパターン１０２が設けられており、露光領域１０１においてマスクパターン１０２が設けられていない領域は、透明基板１０３が露出する透明領域１０４になっている。

図９は、従来のフォトマスクの製造方法の一例を示すフローチャートである。通常、フォトマスクは、透明基板の上に遮光領域パターンを構成する材料層（遮光材料層と呼ぶ）が設けられたフォトマスクブランクを加工して、遮光領域パターンを含む各種パターンを形成することにより製造される。
そして、図９に示すように、従来においては、フォトマスクの遮光領域パターンの光学濃度（ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｎｓｉｔｙ）は、各種パターン形成工程（Ｓ１０３）前のフォトマスクブランクの状態で、分光光度計を用いて、上記の遮光材料層の透過光の光強度を測定することで取得していた（例えば、特許文献２）

特許第３６６４３３２号公報 特開２００６−７８８０７号公報

しかしながら、洗浄工程を含む各種製造工程を経たフォトマスクの遮光領域パターンの光学濃度は、各種パターン形成前のフォトマスクブランクの状態における遮光材料層の光学濃度と異なる場合がある。より具体的には、各種製造工程から受ける損傷等により、フォトマスクの遮光領域パターンの光学濃度は、フォトマスクブランクの状態における遮光材料層の光学濃度より小さい値となってしまう場合がある。

それゆえ、フォトマスクの遮光領域パターンの光学濃度をより正確に取得するためには、洗浄工程を含む各種製造工程を経たフォトマスクの状態で、露光光と同一波長の光を用いて遮光領域の透過光の光強度を測定することが必要である。

ここで、遮光領域の中でも光学濃度の保証が必要な箇所は、露光領域に近接する個所であり、また、通常、遮光領域には各種アライメントマーク等が設けられることから、透過光の光強度測定に用いる光のスポット径は小さいサイズ、例えば、５００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下のスポット径であることが望ましい。

しかしながら、分光光度計における光のスポット径は通常１０ｍｍ程度と大きいため、フォトマスクの測定には不適である。
また、分光光度計の場合、重水素ランプの光を回折格子で分波して不要な光を排除することにより、所望の波長（露光光と同一波長）の光を得ていることから、得られる光のエネルギーは小さいものでしかない。それゆえ、何らかの方法によりスポット径を小さくすると、測定精度も低くなるという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、フォトマスクの遮光領域パターンの光学濃度を精度良く取得することを可能とする、フォトマスクの検査方法およびフォトマスクの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、種々研究した結果、フォトマスクの遮光領域パターンが形成された遮光領域と透明基板が露出する透明領域にそれぞれ、露光光と同一波長のエキシマレーザー光を照射し、遮光領域を透過する第１の透過光及び透明領域を透過する第２の透過光の各光強度分布をそれぞれ撮像素子で測定し、測定した第１の透過光と第２の透過光の各光強度分布を比較して、遮光領域パターンの光学濃度を取得することにより、上記課題を解決できることを見出して本発明を完成したものである。

すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、透明基板の上に露光光を遮光する遮光領域パターンを有するフォトマスクの検査方法であって、前記フォトマスクの前記遮光領域パターンが形成された遮光領域と前記透明基板が露出する透明領域にそれぞれ、前記露光光と同一波長のエキシマレーザー光を照射し、前記遮光領域を透過する第１の透過光及び前記透明領域を透過する第２の透過光の各光強度分布をそれぞれ撮像素子で測定し、前記撮像素子で測定した、前記第１の透過光と前記第２の透過光の各光強度分布を比較して、両者の差分を取ることで、前記遮光領域パターンの光学濃度を取得することを特徴とするフォトマスクの検査方法である。

また、本発明の請求項２に係る発明は、前記遮光領域に照射される前記エキシマレーザー光のスポット径が、１００μｍ以下の大きさであることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの検査方法である。

また、本発明の請求項３に係る発明は、前記第１の透過光及び前記第２の透過光を、拡大レンズで拡大した後に撮像素子で測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフォトマスクの検査方法である。

また、本発明の請求項４に係る発明は、前記第１の透過光及び前記第２の透過光をそれぞれ蛍光板に当て、該蛍光板から放射される光を撮像素子で測定することにより、前記第１の透過光及び前記第２の透過光の各光強度分布を測定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のフォトマスクの検査方法である。

また、本発明の請求項５に係る発明は、透明基板の上に露光光を遮光する遮光領域パターンを形成する工程と、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のフォトマスクの検査方法を用いて前記遮光領域パターンの光学濃度を取得する工程を、順に備えることを特徴とするフォトマスクの製造方法である。

また、本発明の請求項６に係る発明は、前記遮光領域パターンを形成する工程の後であって、前記遮光領域パターンの光学濃度を取得する工程の前に、洗浄工程を備えることを特徴とする請求項５に記載のフォトマスクの製造方法である。

本発明のフォトマスクの検査方法によれば、フォトマスクの遮光領域パターンの光学濃度を精度良く取得することができる。
また、本発明のフォトマスクの製造方法によれば、各種製造工程を経たフォトマスクの状態で遮光領域パターンの光学濃度を保証することができる。

本発明に係るフォトマスクの検査方法の一例を説明する図である。 本発明に係るフォトマスクの検査方法に用いる検査装置の構成例を示す図である。 本発明に係るフォトマスクの検査方法の他の例を説明する図である。 本発明に係るフォトマスクの製造方法の一例を示すフローチャートである。 本発明に係るフォトマスクの製造方法の一例を示す概略工程図である。 図５に続く本発明に係るフォトマスクの製造方法の一例を示す概略工程図である。 実施例１における測定結果を示すグラフである。 フォトマスクの一例を説明する図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 従来のフォトマスクの製造方法の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係るフォトマスクの検査方法およびフォトマスクの製造方法について説明する。

＜フォトマスクの検査方法＞
まず、本発明に係るフォトマスクの検査方法について説明する。
図１は、本発明に係るフォトマスクの検査方法の一例を説明する図である。
例えば、図１に示すように、本発明に係るフォトマスクの検査方法においては、フォトマスク１０の遮光領域パターン１５が形成された遮光領域と透明基板１３が露出する透明領域１４にそれぞれ、露光光と同一波長のエキシマレーザー光２１ａ、２１ｂを照射し、遮光領域を透過する第１の透過光２２ａ及び透明領域を透過する第２の透過光２２ｂの各光強度分布をそれぞれ撮像素子（図示せず）で測定し、撮像素子で測定した、第１の透過光２２ａと第２の透過光２２ｂの各光強度分布を比較して、遮光領域パターン１５の光学濃度を取得する。
上記の撮像素子としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ、電荷結合素子）等を用いることができる。

なお、図１においては、フォトマスク１０の膜面側（遮光領域パターン１５側）からエキシマレーザー光２１ａ、２１ｂを照射する形態を例示しているが、本発明に係るフォトマスクの検査方法においては、この形態に限定されず、フォトマスク１０の裏面側（透明基板１３側）からエキシマレーザー光２１ａ、２１ｂを照射する形態であっても良い。

上記のように、本発明に係るフォトマスクの検査方法においては、各種製造工程を経たフォトマスクの状態で、露光光と同一波長の光を用いて、遮光領域を透過する第１の透過光と透明領域を透過する第２の透過光の各光強度分布をそれぞれＣＣＤ等の撮像素子で測定し、測定した第１の透過光と第２の透過光の各光強度分布を比較して、遮光領域パターンの光学濃度を取得するため、遮光領域パターンの光学濃度をより正確に取得することができる。

また、上記のように、本発明に係るフォトマスクの検査方法においては、フォトマスク１０の遮光領域を透過する第１の透過光２２ａと透明領域１４を透過する第２の透過光２２ｂの測定に、露光光と同一波長（例えば、１９３ｎｍ）のエキシマレーザー光２１ａ、２１ｂを用いる。すなわち、測定に用いる光には、分光光度計を用いる場合の重水素ランプの光のような不要な波長の光は含まれていない。

それゆえ、不要な波長の光を排除することによるエネルギーロスがなく、従来の重水素ランプの光を分波して得られる光よりも高いエネルギーが得られるため、測定精度の低下を抑えつつ、エキシマレーザー光２１ａ、２１ｂのスポット径を１００μｍ以下の大きさにできる。そして、スポット径を小さくできるため、より露光領域１１に近接した遮光領域パターン１５の光学濃度を正確に取得できる。

また、本発明に係るフォトマスクの検査方法においては、従来の分光光度計に用いられる光電子増倍管と異なり、ＣＣＤ等の撮像素子で測定することにより、画素数に応じた分解能で、第１の透過光２２ａ及び第２の透過光２２ｂの各光強度分布を測定することが可能になる。
それゆえ、遮光領域を透過する第１の透過光２２ａの光強度と、透明領域１４を透過する第２の透過光２２ｂの光強度の各分布曲線を比較することで、より正確な遮光領域パターン１５の光学濃度の値を得ることができる。

より具体的には、例えば、第１の透過光２２ａの光強度分布において、スポット径中心付近の数値変動が小さい範囲の値を第１の透過光２２ａの光強度とし、同様に、第２の透過光２２ｂの光強度分布において、スポット径中心付近の数値変動が小さい範囲の値を第２の透過光２２ｂの光強度とし、両者の差分を取ることで、より正確な遮光領域パターン１５の光学濃度の値を得ることができる。

ここで、本発明に係るフォトマスクの検査方法においては、第１の透過光２２ａ及び第２の透過光２２ｂを拡大せずにＣＣＤ等の撮像素子で測定することもできるが、第１の透過光２２ａ及び第２の透過光２２ｂを、拡大レンズで拡大した後にＣＣＤ等の撮像素子で測定することが、より好ましい。拡大レンズで拡大することにより、画素サイズが大きいＣＣＤ等の撮像素子であっても、より高精度に光強度分布を測定できるからである。

本発明において、上記の拡大レンズによる拡大の範囲は、高精度に光強度分布を測定できる範囲であれば特に制限されないが、好適な範囲として、例えば１００倍〜２００倍に拡大することを挙げることができる。

図２は、本発明に係るフォトマスクの検査方法に用いる検査装置の構成例を示す図である。
図２に示すように、検査装置３０は、エキシマレーザー光源３１、コンデンサレンズ３２、拡大レンズ３３、ＣＣＤ３４を有しており、
コンデンサレンズ３２と拡大レンズ３３の間に、測定対象のフォトマスク１０が配置される。なお図示は省略するが、検査装置３０は、フォトマスク移動機構も備えており、このフォトマスク移動機構により、フォトマスク１０の所望の箇所にエキシマレーザー光を照射することができる。

検査装置３０において、エキシマレーザー光源３１から発せられたエキシマレーザー光４１は、所定のスポット径を有する平行光４２として、フォトマスク１０の所望の遮光領域又は透明領域に照射され、透過光４３は拡大レンズ３３で拡大され、拡大された透過光４４の光強度分布がＣＣＤ３４で測定される。

また、本発明に係るフォトマスクの検査方法においては、図３に示すように、第１の透過光２２ａを蛍光板５１に当て、この蛍光板から放射される光（第１の放射光５２ａ）をＣＣＤ５３で測定しても良い。同様に、第２の透過光２２ｂを蛍光板５１に当て、この蛍光板から放射される光（第２の放射光５２ｂ）をＣＣＤ５３で測定しても良い。

第１の透過光２２ａや第２の透過光２２ｂのように、露光光と同一波長（例えば１９３ｎｍ）の光を測定できるＣＣＤは一般に高価であるが、上記のように、第１の透過光２２ａや第２の透過光２２ｂを蛍光板５１に当てることで、より安価なＣＣＤでも測定可能な波長の放射光（第１の放射光５２ａや第２の放射光５２ｂ）を生じさせることができる。
そして、この第１の放射光５２ａや第２の放射光５２ｂを測定することで、より安価なＣＣＤを用いる場合であっても、所望の光強度分布を測定することができる。

＜フォトマスクの製造方法＞
次に、本発明に係るフォトマスクの製造方法について説明する。
図４は、本発明に係るフォトマスクの製造方法の一例を示すフローチャートである。
図４に示すように、本発明に係るフォトマスクの製造方法においては、まず、遮光材料層が主面に設けられたフォトマスクブランクを準備し（Ｓ１）、次に、準備したフォトマスクブランクを加工して遮光領域パターンを含む各種パターンを形成し（Ｓ２）、その後、上記の本発明に係るフォトマスクの検査方法を用いて、形成した遮光領域パターンの光学濃度を取得する（Ｓ４）。

上記のように、本発明に係るフォトマスクの製造方法においては、遮光領域パターンを含む各種パターン形成工程の後に、上記の本発明に係るフォトマスクの検査方法を用いて、遮光領域パターンの光学濃度を取得する工程を備える。
それゆえ、従来のように、各種パターン形成前のフォトマスクブランクの状態で遮光材料層の透過光を測定し、その測定値から算出した光学濃度を、フォトマスクの遮光領域パターンの光学濃度としていた場合に比べ、実際に形成したフォトマスクの遮光領域パターンの光学濃度を、より正確に取得することができる。
これにより、本発明のフォトマスクの製造方法によれば、各種製造工程を経たフォトマスクの状態で遮光領域パターンの光学濃度を保証することができる。

また、本発明に係るフォトマスクの製造方法においては、図４に示すように、遮光領域パターンを含む各種パターンを形成した後にフォトマスクを洗浄し（Ｓ３）、その後、上記の本発明に係るフォトマスクの検査方法を用いて、形成した遮光領域パターンの光学濃度を取得する（Ｓ４）ことが、より好ましい。
洗浄工程を経た出荷直前の状態におけるフォトマスクの遮光領域パターンの光学濃度を保証することができるからである。

上記の本発明に係るフォトマスクの製造方法について、図５及び図６を用いて、より詳しく説明する。ここで、図５及び図６は、本発明に係るフォトマスクの製造方法の一例を示す概略工程図である。

本発明に係るフォトマスクの製造方法においては、図５（ａ）に示すように、まず、透明基板１３の上に、遮光材料層６１が設けられたフォトマスクブランク６０を準備する。

次に、遮光材料層６１の上にレジスト６３を形成し（図５（ｂ））、続いて、電子線７１等を用いたパターン描画及び現像を施し（図５（ｃ））、レジストパターン６３Ｐを形成する（図５（ｄ））。
ここで、レジストパターン６３Ｐは、マスクパターン１２を形成することになるレジストパターン６３ａ、および、遮光領域パターン１５を形成することになるレジストパターン６３ｂを含んでいる。

次に、レジストパターン６３Ｐから露出する遮光材料層６１をドライエッチングし（図６（ｅ））、その後レジストパターン６３Ｐを除去して（図６（ｆ））、透明基板１３の上にマスクパターン１２と遮光領域パターン１５を有するフォトマスク１０を得る。

次に、上記工程で得られたフォトマスク１０を洗浄し、その後、図６（ｇ）に示すように、フォトマスク１０の遮光領域パターン１５が形成された領域と透明基板１３が露出する透明領域１４に、それぞれ露光光と同一波長のエキシマレーザー光２１ａ、２１ｂを照射し、遮光領域を透過する第１の透過光２２ａ及び透明領域１４を透過する第２の透過光２２ｂの各光強度分布をＣＣＤ等の撮像素子で測定し、測定した第１の透過光２２ａと第２の透過光２２ｂの各光強度分布を比較して、遮光領域パターン１５の光学濃度を取得する。

以上、本発明に係るフォトマスクの検査方法およびフォトマスクの製造方法について、それぞれの実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。

［実施例１］
（フォトマスクの製造）
外形１５２ｍｍ×１５２ｍｍ、厚さ６．３５ｍｍの透明基板の上に、遮光材料層として膜厚７０ｎｍのクロム（Ｃｒ）膜を有するフォトマスクブランクを準備した。
次に、上記のクロム膜（Ｃｒ）の上に電子線レジストを塗布し、電子線描画装置にてパターン描画および現像を施し、所望のレジストパターンを形成した。
次に、塩素と酸素の混合ガスでレジストパターンから露出するクロム膜をドライエッチングして、所望のマスクパターンおよび遮光領域パターンを形成し、その後、レジストパターンを酸素プラズマでアッシング除去し、硫酸過水で洗浄して、実施例１のフォトマスクを得た。

（光学濃度の測定）
上記のようにして得られたフォトマスクの遮光領域と透明領域にそれぞれ、波長１９３ｎｍ、スポット径８０μｍのエキシマレーザー光を照射し、遮光領域を透過する第１の透過光及び透明領域を透過する第２の透過光を、それぞれ光学レンズで１５０倍に拡大した後にＣＣＤで測定した。
結果を図７に示す。なお、図７に示す光強度分布は、上記の第２の透過光の光強度の値を１として、上記の第１の透過光のスポット径の中心から半径５μｍの範囲内の光強度の分布を示すものである。

（評価）
図７に示すように、得られた光強度の値は、安定して０．００１１〜０．００１２の範囲にあり、これは、遮光領域パターンの透過率が０．１１％〜０．１２％の範囲、すなわち、遮光領域パターンの光学濃度が２．９〜３．０の範囲であることを示している。
すなわち、本発明に係るフォトマスクの検査方法により、各種製造工程を経たフォトマスクの遮光領域パターンの光学濃度を、精度良く取得することができることが確認された。

１０ フォトマスク
１１ 露光領域
１２ マスクパターン
１３ 透明基板
１４ 透明領域
１５ 遮光領域パターン
２１ａ、２１ｂ エキシマレーザー光
２２ａ 第１の透過光
２２ｂ 第２の透過光
３０ 検査装置
３１ エキシマレーザー光源
３２ コンデンサレンズ
３３ 拡大レンズ
３４ ＣＣＤ
４１ エキシマレーザー光
４２ 平行光
４３、４４ 透過光
５１ 蛍光板
５２ａ 第１の放射光
５２ｂ 第２の放射光
５３ ＣＣＤ
６０ フォトマスクブランク
６１ 遮光材料層
６１Ｐ 遮光材料パターン
６３ レジスト
６３Ｐ レジストパターン
７１ 電子線
１００ フォトマスク
１０１ 露光領域
１０２ マスクパターン
１０３ 透明基板
１０４ 透明領域
１０５ 遮光領域パターン

Claims (5)

1. 透明基板の上に波長１９３ｎｍの露光光を遮光する遮光領域パターンを有するフォトマスクの検査方法であって、
   前記フォトマスクの前記遮光領域パターンが形成された遮光領域と前記透明基板が露出する透明領域にそれぞれ、前記露光光と同一波長のエキシマレーザー光を、スポット径８０μｍ以下の大きさで照射し、
   前記遮光領域を透過する第１の透過光及び前記透明領域を透過する第２の透過光の各光強度分布をそれぞれ撮像素子で測定し、
   前記撮像素子で測定した、前記第１の透過光と前記第２の透過光の各スポット径の中心から半径５μｍ以下の範囲内の各光強度分布を比較して、両者の差分を取ることで、前記遮光領域パターンの光学濃度を取得することを特徴とするフォトマスクの検査方法。
2. 前記第１の透過光及び前記第２の透過光を、拡大レンズで拡大した後に撮像素子で測定することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの検査方法。
3. 前記第１の透過光及び前記第２の透過光をそれぞれ蛍光板に当て、該蛍光板から放射される光を撮像素子で測定することにより、前記第１の透過光及び前記第２の透過光の各光強度分布を測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフォトマスクの検査方法。
4. 透明基板の上に波長１９３ｎｍの露光光を遮光する遮光領域パターンを形成する工程と、
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のフォトマスクの検査方法を用いて前記遮光領域パターンの光学濃度を取得する工程を、
   順に備えることを特徴とするフォトマスクの製造方法。
5. 前記遮光領域パターンを形成する工程の後であって、前記遮光領域パターンの光学濃度を取得する工程の前に、洗浄工程を備えることを特徴とする請求項４に記載のフォトマスクの製造方法。
   

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