JP5218111B2 - 反射型フォトマスクブランクス、反射型フォトマスク、反射型フォトマスクの検査装置及びその検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置等の製造工程において使用される、フォトリソグラフィに適用可能な反射型フォトマスクブランクス、反射型フォトマスク、反射型フォトマスクの検査装置及びその検査方法に関する。

半導体集積回路や表示デバイスなど、配線や半導体のパターニングには、一般に可視光（ｇ線、ｈ線）または紫外光（ｉ線、ＫｒＦ、ＡｒＦ）を用いたフォトリソグラフィが広く用いられている。近年、半導体集積回路の微細化に伴い、その製造技術として電子線リソグラフィの他、液浸ＡｒＦ、ＥＵＶリソグラフィ、ナノインプリントリソグラフィなどに関する研究開発が盛んに行われている。

これらのリソグラフィの原版となるフォトマスクには透過型と反射型との２種類がある。透過型は、露光光に対して透明な基板上に露光光を遮光する遮光膜を形成し、この遮光膜を半導体の回路パターンの形状に整形すなわちパターニングしてなる。

他方、反射型の構造を図３に示す。図３は、従来の反射型フォトマスク３００の構造を示す概略断面図である。図３に示すように、従来の反射型フォトマスク３００は、基板３０１、反射膜３０２、反射膜保護層３０３、吸収体３０４、反射防止膜３０５及び裏面導電膜３１２を備えている。

従来の反射型フォトマスク３００は、基板３０１上に露光光を反射する少なくとも１層からなる反射膜３０２を有し、反射膜３０２上に露光光を吸収する吸収体３０４が配置され、この吸収体３０４を半導体の回路パターンの形状にパターニングしてなる。場合によっては基板３０１の下部に静電チャック用の裏面導電膜３１２が設けられる場合もある。また反射膜３０２と吸収体３０４との間に反射膜保護層３０３が設けられることもある。

従来の反射型フォトマスク３００に形成したパターンの検査では、反射型フォトマスク３００に検査光を照射し、反射型フォトマスク３００上で反射した光を解析して設計データ、または良品の反射型フォトマスクの実物と比較するのが一般的な方法である。このため、検査対象の反射型フォトマスク３００において、図３に示すように、パターニングされて吸収体３０４が存在しない部分と、吸収体３０４が存在する部分、すなわちパターン開口部３１０と、パターン非開口部３１１との間には高いコントラストが要求される。これに対応するため、特許文献１には、例えばパターン非開口部３１１となる露光光を吸収する吸収体３０４の上には検査光に対する反射防止膜３０５を設ける方法が考案されている（例えば特許文献１参照）。

しかし、回路パターンの微細化が進みパターン開口部３１０の面積が小さくなってくると、パターン開口部３１０からの検査光反射強度が低下し、パターンの形状によってはパターン開口部３１０とパターン非開口部３１１との間のコントラストが充分に取れなくなることがしばしばあった。これはパターン開口部３１０の面積が小さくなることに伴い、パターン開口部３１０で反射する光の絶対量が少なくなることに由来する。パターン開口部３１０からの輝度を高めるため検査光の輝度を上げると、パターン非開口部３１１で反射する光の輝度も上がってしまうため、コントラストを改善するには至らなかった。

また、従来の反射型フォトマスク３００のパターンは製造時の様々な不確定要因によりテーパ形状を有していたり、側面に荒れを有していたりする。こういった事情から検査を正確に行うには従来の反射型フォトマスク３００のように明部を極端に明るく暗部は極端に暗くしてコントラストを高めるだけではなく、暗部もある程度明るくして明部と暗部との差分を観察する方がパターンを明瞭に観察できる場合もある。これには明部と暗部との輝度を個別に制御することが要求される。従来の反射型フォトマスク３００に検査光を照射して反射型フォトマスク３００上で反射した光のみを観察する検査方法では、明部と暗部との、すなわちパターン開口部とパターン非開口部との輝度を個別に変化させることはできなかった。

特開２００４−３９８８４号公報

本発明は、反射型フォトマスクの検査の精度が向上するとともに、検査に要する時間を短縮することのできる反射型フォトマスクブランクス、反射型フォトマスク、反射型フォトマスクの検査装置及びその検査方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、基板と、基板上に形成された露光光を反射する反射膜と、露光光を吸収し、反射膜の上部に形成された吸収体と、吸収体上に形成された偏光子と、を備えることを特徴とする反射型フォトマスクブランクスとしたものである。

本発明の請求項２に係る発明は、反射膜と吸収体との間に形成された反射膜保護層と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトマスクブランクスとしたものである。

本発明の請求項３に係る発明は、偏光子が吸収型偏光子であることを特徴とする請求項１または２に記載の反射型フォトマスクブランクスとしたものである。

本発明の請求項４に係る発明は、偏光子がワイヤグリッド型偏光子であり、且つ、偏光子が接する部分に、ワイヤグリッド型偏光子による偏光分離が観察される電気的な絶縁性を有する層が含まれることを特徴とする請求項３に記載の反射型フォトマスクブランクスとしたものである。

本発明の請求項５に係る発明は、電気的な絶縁性を有する層が、吸収体であることを特徴とする請求項４に記載の反射型フォトマスクブランクスとしたものである。

本発明の請求項６に係る発明は、電気的な絶縁性を有する層が、検査光に対して、一方の光束の偏光面を回転させる機能を併せて有することを特徴とする請求項４または５に記載の反射型フォトマスクブランクスとしたものである。

本発明の請求項７に係る発明は、偏光面を回転させる機能として、λ／４波長板を用いることを特徴とする請求項６に記載の反射型フォトマスクブランクスとしたものである。

本発明の請求項８に係る発明は、基板と、基板上に照射される露光光を反射する反射膜と、露光光を吸収し、反射膜上にパターニングされて形成された吸収体と、吸収体上にパターニングされて形成された偏光子と、を備えることを特徴とする反射型フォトマスクとしたものである。

本発明の請求項９に係る発明は、反射膜と吸収体との間に形成された反射膜保護層と、を備えることを特徴とする請求項８に記載の反射型フォトマスクとしたものである。

本発明の請求項１０に係る発明は、偏光子が吸収型偏光子であることを特徴とする請求項８に記載の反射型フォトマスクとしたものである。

本発明の請求項１１に係る発明は、偏光子がワイヤグリッド型偏光子であり、且つ、偏光子が接する部分に、ワイヤグリッド型偏光子による偏光分離が観察される電気的な絶縁性を有する層が含まれることを特徴とする請求項８に記載の反射型フォトマスクとしたものである。

本発明の請求項１２に係る発明は、電気的な絶縁性を有する層が、吸収体であることを特徴とする請求項１１に記載の反射型フォトマスクとしたものである。

本発明の請求項１３に係る発明は、電気的な絶縁性を有する層が、検査光に対して、一方の光束の偏光面を回転させる機能を併せて有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の反射型フォトマスクとしたものである。

本発明の請求項１４に係る発明は、偏光面を回転させる機能として、λ／４波長板を用いることを特徴とする請求項１３に記載の反射型フォトマスクとしたものである。

本発明の請求項１５に係る発明は、順に、基板、反射膜並びにパターニングされた吸収体及び偏光子を備える反射型フォトマスクを準備し、反射型フォトマスクに検査光を照射し、検査光の光軸と垂直な方向に回転させることができる検光子を用いて反射型フォトマスクのパターン開口部とパターン非開口部とのコントラストを検出することを特徴とする反射型フォトマスクの検査方法としたものである。

本発明の請求項１６に係る発明は、請求項１５に記載の反射型フォトマスクの検査方法を用いて反射型フォトマスクを検査することを特徴とする反射型フォトマスクの検査装置としたものである。

本発明によれば、反射型フォトマスクの検査の精度が向上するとともに、検査に要する時間を短縮することのできる反射型フォトマスクブランクス、反射型フォトマスク、反射型フォトマスクの検査装置及びその検査方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクの一例を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクの検査方法を実現する検査装置の一例を示す概略図である。 従来の反射型フォトマスクの構造を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、より詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるわけではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク１００の一例を示す概略断面図である。図１に示すように、本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク１００は、基板１０１と、基板１０１上に形成された露光光を反射する反射膜１０２と、反射膜１０２上にパターニングされて形成された露光光を吸収する吸収体１０４と、吸収体１０４上にパターニングされて形成された偏光子１０６と、を具備する。

本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク１００は、反射型フォトマスクブランクスの吸収体１０４及び偏光子１０６をパターニングして形成している。そのため、まず、反射型フォトマスクブランクスについて説明し、次に、反射型フォトマスク１００について説明する。

本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランクスの基板１０１には熱膨張係数が非常に小さい平坦な基板１０１を用いることが好ましい。露光や検査の過程で基板１０１を静電チャックする必要がある場合には基板１０１の裏面に裏面導電膜１１２を設けることが好ましい。

本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランクスの露光光を反射する反射膜１０２は単層であってもよいが露光光の波長によっては多層膜とすることが好ましい場合もあり任意に選択することができる。反射膜１０２は、使用する露光光の反射率ができるだけ高くなる材料及び層構造を選択することが好ましい。反射膜１０２を保護するため、または上層のエッチングストッパ層とするために反射膜１０２と吸収体１０４（後述する）との間に反射膜保護層１０３を設ける場合もある。

本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランクスの吸収体１０４は露光光を吸収するために、露光光の波長に対して消衰係数の大きな材料が求められる。また、吸収体１０４をパターニングする必要性から、ドライエッチング、その他の方法により加工特性が良い材料から選定することが好ましい。

本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランクスの偏光子１０６には、検査光に対して直線偏光を取り出せる材料または構造を用いる。また、偏光子１０６は、消光比ができるだけ高い材料、構造が好ましい。

本発明の実施の形態に係る偏光子１０６には、吸収型またはワイヤグリッド型を用いることができる。吸収型偏光子１０６は、検査光に対してパターン開口部１１０からの反射光に対するコントラストを高めるために用いることができる。

また、ワイヤグリッド型偏光子１０６は、金属線（ワイヤ）が互いに平行にかつ等間隔で並べられている形状の偏光子１０６をいい、金属線幅や金属線間隔が入射する光の波長に対し十分短い場合、金属線に垂直な電場ベクトルを有する成分の偏光を透過し、金属線に平行な電場ベクトルを有する成分の偏光を反射するものをいう。

偏光子１０６にワイヤグリッド型偏光子１０６を使用する場合には、偏光子１０６と接する部分にフリーキャリアを有する層があると充分に機能しない。そのため偏光子１０６と接する部分には、少なくともワイヤグリッド型偏光子１０６による偏光分離が観察される程度の電気的な絶縁性を有する層１０５が設けられる。吸収体１０４がそのような特徴を併せ持っている場合には吸収体１０４が電気的な絶縁性を有する層１０５を兼ねることができる。電気的な絶縁性を有する層１０５は、絶縁性はより高い方が好ましいが、この部分は下部の吸収体１０４同様、回路パターンの形状にパターニングされる部分であるので、パターニングを電子線リソグラフィにより行う場合には絶縁性が問題になる場合がある。従って、その絶縁性の程度は、要求される描画の精度と検査時に要求されるコントラストとの兼ね合いにより決まる。

金属線に平行な電場ベクトルを有する成分の偏光は、光の振動方向が金属線の向きと一致しているため金属線に平行な電場により金属中の電子は移動し、ジュール加熱が生じ、一部の光は金属に吸収される。金属に吸収されない光はワイヤに誘導電流を励起し反射される（散乱波の干渉効果）。

金属線に垂直な電場ベクトルを有する成分の光は、電子が線幅方向に移動できる距離が限られているためほとんど作用されず透過する。透過した光は吸収体１０４の表面で反射され再び偏光子１０６を通過し、前述した偏光子１０６を透過せずに反射した成分の光と共に反射型フォトマスク１００からの反射光として放射される。そのため吸収型偏光子１０６と比較するとコントラストの向上には限界はあるが、偏光子１０６の厚さを薄くできることから、反射型フォトマスク１００へ適用するには好適である。また金属線幅や金属線間隔を調整することにより紫外領域の検査光にも対応できるほか、フォトリソグラフィのほか工程数の少ないナノインプリント技術などを使用して容易に形成できる。

本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランクスの電気的な絶縁性を有する層１０５が、検査光に対して、一方の光束の偏光面を回転させる機能を有する場合、吸収体１０４で反射した光が再び偏光子１０６に入射する際に、偏光子１０６を透過する成分を少なくすることができる。偏光面を回転させる機能として、λ／４波長板を用いることができる。λ／４波長板を用いると、往復で偏光面が９０°回転し偏光子１０６を透過できなくなる。その結果、後述するように反射型フォトマスクとして検査する際に、検査光を照射した時にパターン非開口部１１１から観察される反射光は初めに偏光子１０６で反射した金属線に水平な電場ベクトルを有する成分の光のみとなり、この光は後述する検光子２０１を用いることによってその強度を０％〜１００％の範囲で任意に制御できるため、パターン開口部１１０とパターン非開口部１１１とのコントラストを自由に調整することができる。ここで、λは検査光の波長を表す。

以上のような構成の薄膜（反射膜１０２、反射膜保護層１０３及び吸収体１０４）の形成においては、公知の様々な成膜技術を用いることができる。中でもスパッタリング法やパルスレーザデポジション（ＰＬＤ）を用いると高品質の膜を形成することができるため好適である。吸収型偏光子１０６には、例えば有機分子を配向させてヨウ素系の化合物を吸着させる方法があるが、必ずしもこれに限定されない。ワイヤグリッド型偏光子１０６では通常のフォトリソグラフィのほかナノインプリントやインクジェットなど様々な公知の技術が利用できる。偏光面を回転させる機能を有する層（λ／４波長板）の成膜には、例えば斜方蒸着などが知られている。

上述した材料及び方法を用いることで本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランクスが完成する。

次に、本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク１００について説明する。反射型フォトマスク１００の吸収体１０４や電気的な絶縁性を有する層１０５、偏光子１０６などのパターニングには、フォトリソグラフィ、荷電粒子線リソグラフィやナノインプリントなどのほか、ステンシルマスクを使用したエッチングなどの方法が使用でき、必要に応じて使い分けられるが、限定されるものではない。吸収体１０４、電気的な絶縁性を有する層１０５及び偏光子１０６をパターニングして本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク１００が完成する。

本発明の実施の形態において、反射型フォトマスク１００の暗部、すなわち非欠陥部分またはパターン非開口部１１１の輝度は、後述する検光子２０１の向きを変更するだけで調節することができる。一方、パターン開口部１１０の輝度は従来のように照射する検査光の輝度を変えることにより調節することができるため、これにより欠陥部分と非欠陥部分、またはパターン開口部１１０とパターン非開口部１１１とのコントラストを容易に偏光することができ、欠陥またはパターンに関して最も観察しやすい環境を作り出すことができるため、検査の精度が向上するとともに、検査に要する時間を短縮することができる

次に、本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクの検査装置及びその検査方法について説明する。

まず、本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクの検査装置について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクの検査方法を実現する検査装置の一例を示す概略断面図である。本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク１００の検査を容易にするために、一般的なフォトマスクの検査装置に、検光子２０１を組み込む。検光子２０１とは、偏光子１０６と同じ機能を持つ偏光素子であるが、それぞれ役割が異なるため区別して呼ばれる。検光子２０１は光検出器２０２の手前に置かれる。検光子２０１は面方向すなわち光軸と垂直な方向に回転させることができるように設計する。これらは検査光の波長によっては真空もしくは窒素ガス雰囲気下で作業することが好ましい場合もあるため、隔壁２０８を設けてその内側に設置してもよい。

次に、本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクの検査方法について説明する。完成した本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク１００に検査光を照射し、検光子２０１を有する検査装置に反射型フォトマスク１００からの反射光を入射し、検光子２０１の回転角を調節することで所望のコントラストを得ることができる。このような反射型フォトマスク１００、反射型フォトマスク１００の検査装置及びその検査方法を用いることでパターンの欠陥を容易に評価することができる。

以上詳細に説明したように、本発明に実施の形態によれば、検光子２０１の回転角を調整することで最も観察しやすい環境を作り出すことができるため、検査の精度が向上するとともに、検査に要する時間を短縮することのできる反射型フォトマスクブランクス、反射型フォトマスク、反射型フォトマスクの検査装置及びその検査方法を提供することができる。

１００・・・反射型フォトマスク
１０１・・・基板
１０２・・・反射膜
１０３・・・反射膜保護層
１０４・・・吸収体
１０５・・・電気的な絶縁性を有する層
１０６・・・偏光子
１１０・・・パターン開口部
１１１・・・パターン非開口部
１１２・・・裏面導電膜
２０１・・・検光子
２０２・・・光検出器
２０３・・・検光子回転装置
２０４・・・Ｘ−Ｙステージ
２０５・・・制御用コンピュータ
２０６・・・検査光光源
２０７・・・コントラスト調整用制御装置
２０８・・・隔壁
３００・・・従来の反射型フォトマスク
３０１・・・基板
３０２・・・反射膜
３０３・・・反射膜保護層
３０４・・・吸収体
３０５・・・反射防止膜
３１０・・・パターン開口部
３１１・・・パターン非開口部
３１２・・・裏面導電膜

Claims (16)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された露光光を反射する反射膜と、
   前記露光光を吸収し、前記反射膜の上部に形成された吸収体と、
   前記吸収体上に形成された偏光子と、
   を備えることを特徴とする反射型フォトマスクブランクス。
2. 前記反射膜と前記吸収体との間に形成された反射膜保護層と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトマスクブランクス。
3. 前記偏光子が吸収型偏光子であることを特徴とする請求項１または２に記載の反射型フォトマスクブランクス。
4. 前記偏光子がワイヤグリッド型偏光子であり、且つ、前記偏光子が接する部分に、前記ワイヤグリッド型偏光子による偏光分離が観察される電気的な絶縁性を有する層が含まれることを特徴とする請求項３に記載の反射型フォトマスクブランクス。
5. 前記電気的な絶縁性を有する層が、前記吸収体であることを特徴とする請求項４に記載の反射型フォトマスクブランクス。
6. 前記電気的な絶縁性を有する層が、前記検査光に対して、一方の光束の偏光面を回転させる機能を併せて有することを特徴とする請求項４または５に記載の反射型フォトマスクブランクス。
7. 前記偏光面を回転させる機能として、λ／４波長板を用いることを特徴とする請求項６に記載の反射型フォトマスクブランクス。
8. 基板と、
   前記基板上に照射される露光光を反射する反射膜と、
   前記露光光を吸収し、前記反射膜上にパターニングされて形成された吸収体と、
   前記吸収体上にパターニングされて形成された偏光子と、
   を備えることを特徴とする反射型フォトマスク。
9. 前記反射膜と前記吸収体との間に形成された反射膜保護層と、
   を備えることを特徴とする請求項８に記載の反射型フォトマスク。
10. 前記偏光子が吸収型偏光子であることを特徴とする請求項８に記載の反射型フォトマスク。
11. 前記偏光子がワイヤグリッド型偏光子であり、且つ、前記偏光子が接する部分に、前記ワイヤグリッド型偏光子による偏光分離が観察される電気的な絶縁性を有する層が含まれることを特徴とする請求項８に記載の反射型フォトマスク。
12. 前記電気的な絶縁性を有する層が、前記吸収体であることを特徴とする請求項１１に記載の反射型フォトマスク。
13. 前記電気的な絶縁性を有する層が、検査光に対して、一方の光束の偏光面を回転させる機能を併せて有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の反射型フォトマスク。
14. 前記偏光面を回転させる機能として、λ／４波長板を用いることを特徴とする請求項１３に記載の反射型フォトマスク。
15. 順に、基板、反射膜並びにパターニングされた吸収体及び偏光子を備える反射型フォトマスクを準備し、
    前記反射型フォトマスクに検査光を照射し、
    前記検査光の光軸と垂直な方向に回転させることができる検光子を用いて前記反射型フォトマスクのパターン開口部とパターン非開口部とのコントラストを検出することを特徴とする反射型フォトマスクの検査方法。
16. 請求項１５に記載の反射型フォトマスクの検査方法を用いて前記反射型フォトマスクを検査することを特徴とする反射型フォトマスクの検査装置。

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