フォトマスクの修正方法および修正されたフォトマスク
【課題】ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられる補助パターンを有するフォトマスクにおいて、補助パターンが転写対象面に解像されてしまう場合のフォトマスクを、確実で比較的容易な方法により補助パターンを修正するフォトマスクの修正方法および修正されたフォトマスクを提供する。
【解決手段】透明基板１１の一主面上に、投影露光により転写対象面に転写される主パターン１２と、主パターン１２の近傍に形成された補助パターン１３とを有するフォトマスク１０において、前記投影露光により補助パターン１３が転写対象面に解像されてしまう場合のフォトマスクの修正方法であって、解像されてしまう補助パターン１３の表面をエッチングもしくは研削し、補助パターン１３が転写対象面に解像されなくなるまで、解像されてしまう補助パターン１３の膜厚を薄くすることを特徴とする。
【解決手段】透明基板１１の一主面上に、投影露光により転写対象面に転写される主パターン１２と、主パターン１２の近傍に形成された補助パターン１３とを有するフォトマスク１０において、前記投影露光により補助パターン１３が転写対象面に解像されてしまう場合のフォトマスクの修正方法であって、解像されてしまう補助パターン１３の表面をエッチングもしくは研削し、補助パターン１３が転写対象面に解像されなくなるまで、解像されてしまう補助パターン１３の膜厚を薄くすることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子のパターン形成に用いられるエキシマレーザ露光装置などの短波長の露光光源を用いたフォトリソグラフィ技術に使用するためのフォトマスクの修正方法および修正されたフォトマスクに関し、特に、主パターンの近傍に補助パターンを配置したフォトマスクの修正方法および修正されたフォトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハーフピッチ６５ｎｍから４５ｎｍ、さらに３２ｎｍへと進展する半導体素子の高集積化・超微細化を実現するために、フォトリソグラフィにおいては、露光装置での高解像技術として、投影レンズの開口数を高くした高ＮＡ化技術、投影レンズと露光対象の間に高屈折率媒体を介在させて露光を行なう液浸露光技術、変形照明搭載露光技術などが実用されている。
【０００３】
フォトリソグラフィに用いられるフォトマスク（以下、マスクとも記す。）における解像度向上策としては、光を通過させる部分と遮光する部分で構成された従来のバイナリマスクの微細化、高精度化とともに、光の干渉を利用した位相シフト効果により解像度向上を図るレベンソン型（渋谷・レベンソン型とも称する。）位相シフトマスク、光を透過させる部分と半透過させる部分で構成されたハーフトーン型位相シフトマスク（以後、単にハーフトーンマスクと言う。）、クロムなどの遮光層を設けないクロムレス型位相シフトマスクなどの位相シフトマスクが用いられている。
【０００４】
フォトリソグラフィ技術においては、投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系のレンズの開口数（ＮＡ）に反比例するため、半導体素子の微細化への要求に伴い、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進んでいるが、短波長化および高ＮＡ化だけでこの要求を満足するには限界となっている。
【０００５】
そこで解像度を上げるために、プロセス定数ｋ1（ｋ1＝解像線幅×投影光学系の開口数／露光光の波長）の値を小さくすることによって微細化を図る超解像技術が近年提案されている。このような超解像技術として、露光光学系の特性に応じてマスクパターンに補助パターンや線幅オフセットを与えてマスクパターンを最適化する方法、あるいは変形照明による方法（斜入射照明法とも称する。）と呼ばれる方法などがある。変形照明による投影露光には、通常、瞳フィルタを用いた輪帯照明（Ａｎｎｕｌａｒとも称する。）、二重極（ダイポール：Ｄｉｐｏｌｅとも称する。）の瞳フィルタを用いた二重極照明および四重極（クロスクワド：Ｃｑｕａｄとも称する。）の瞳フィルタを用いた四重極照明などが用いられている。
【０００６】
補助パターンを用いる方法は、ウェハ上に転写されるパターン（以後、主パターンと称する。）の近傍に、投影光学系の解像限界以下であってウェハ上には転写されないパターン（以後、補助パターンと称する。）を配置し、主パターンの解像度と焦点深度を向上させる効果を有するフォトマスクを用いるリソグラフィ方法である（例えば、特許文献１参照。）。補助パターンはＳＲＡＦ（Sub Resolution Assist Feature）とも呼ばれている（以後、本発明では補助パターンをＳＲＡＦとも称する。）。
【０００７】
しかしながら、半導体素子パターンの微細化に伴って、補助パターンを有するフォトマスクはマスク製作上で困難な点が生じてきた。まず、補助パターンは上述のようにそれ自身ウェハ上に結像しないことが必要であり、主パターンの寸法よりも微小な寸法でなければならない点が挙げられる。その結果、主パターン寸法の微細化に伴い、求められる補助パターンの線幅寸法は数１００ｎｍからさらに微小な寸法へと微小化しており、製作上の限界の域に近づきつつある。例えば、ウェハ上で６５ｎｍ線幅の半導体素子を形成する場合、そのマスク（通常４倍体のパターンを有するレチクル）上の主パターンの線幅寸法は光近接効果補正（ＯＰＣ）などが加わり、２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度で形成されているのに対し、補助パターンの線幅寸法は１２０ｎｍ以下となり、マスク作製が極めて難しくなる。上記のように、ハーフピッチ６５ｎｍ以下のパターンを転写する露光条件では、補助パターンの寸法がマスク製造上の大きな問題となっている。
【０００８】
さらに、ハーフピッチ６５ｎｍ以下のパターンを転写するマスクの転写特性としては、ハーフトーンマスクの方がバイナリマスクよりも良好な転写像が得られる場合が多いので、補助パターンを有するマスクをハーフトーンマスクの構造とする要望も強く、補助パターンを有するハーフトーンマスクも提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３、非特許文献１参照。）。しかし、ハーフトーンマスクは転写特性から、通常、マスクパターン寸法にマイナス側のバイアスが入るので、ハーフトーンマスクとして半透明膜で形成された補助パターンの寸法は、遮光膜のみで形成されたバイナリマスクの補助パターンの寸法よりも小さい値が求められる。半導体素子のハーフピッチ４５ｎｍから３２ｎｍの世代では、半導体のデザインや露光条件によってはマスク線幅で６０ｎｍ以下の補助パターン寸法が要求されるまでになっている。
【０００９】
特許文献２には、ハーフトーンマスクによる補助パターンの微細化への対応として、半透明パターンを透過する光と透明基板の透明領域を透過する光に１８０度の位相差を生じさせ、かつ半透明補助パターンを透過する光と透明基板の透明領域を透過する光には５０度より小さい範囲の所定の位相差を生じさせ、半透明パターンのフォーカス特性を平坦にするフォトマスクが提案されている。図１６は、特許文献２に示されたフォトマスクの平面図（同図（ａ））、縦断面図（同図（ｂ））である。特許文献２によるフォトマスクは、主パターンであるラインパターンの近傍に設けた補助パターンを主パターンと同寸法で形成することも可能にしている。
【００１０】
特許文献２に記載された補助パターンを有するハーフトーンマスクは、図１６に示すように、主パターン１である半透明パターンの線幅がウェハ上で０．３μｍのラインパターン、半透明補助パターン２が主パターン１の左右に同じ線幅のラインパターンで設けられたマスクで、主パターン１は半透明膜３０２上にさらに透明膜３０４を成膜して重ねて２層構成とし、２層膜よりなる半透明主パターン１を透過する光と透明基板３０１の透明領域を透過する光に１８０度の位相差を生じさせ、一方、半透明補助パターン２を透過する光と透明基板３０１の透明領域を透過する光に５０度より小さい範囲の所定の位相差を生じさせ、半透明パターンのフォーカス特性を平坦にしたマスクである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平７−１４０６３９号公報
【特許文献２】特許第２９５３４０６号
【特許文献３】特開２００３−３０２７３９号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｎ．Ｖ．Ｌａｆｆｅｒｔｙ，ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．５３７７，３８１−３９２（２００４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献２に記載された補助パターンを有するハーフトーンマスクは、露光光源に水銀灯のｉ線（３６５ｎｍ）あるいはＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）を用い、投影光学系の開口数ＮＡが０．６と小さく、ウェハ上のパターン寸法が０．３〜０．３５μｍのサブミクロン単位の半導体素子を対象とした世代のマスクであり、現在実用化が進められているＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、ＮＡを１以上、望ましくは１．３〜１．３５前後の高ＮＡの露光装置に用いられ、ウェハ上のパターン寸法がハーフピッチ６５ｎｍ以下、さらには４５ｎｍ、３２ｎｍの半導体素子用のマスクとして用いるには、次のような問題があった。
【００１４】
すなわち、プロセス定数ｋ1が小さくなるに従い、主パターンの解像性を向上させるために変形照明が用いられるが、それに伴い補助パターンも解像しやすくなってしまうという問題があった。さらに変形照明の斜め入射照射により、マスク基板面に垂直方向のマスクの厚みによる立体的な効果（マスクの３次元効果）で補助パターンが転写対象面に解像しやすくなるという問題が生じてきた。特許文献２に記載された補助パターンを有するハーフトーンマスクは、たとえ主パターンの位相差が所定の範囲内であっても、３次元効果により補助パターンが解像してしまい、しかもデフォーカスに対して寸法変動が非対称になり、転写画像の品質が低下して実用に適しないという問題が生じていた。本来、補助パターンは転写対象面に解像しないようにマスク設計しているので、必ずしも複数の補助パターンのすべてが転写されるわけではないが、補助パターンの一部、例えば、主パターンに近接した補助パターンあるいは近接した補助パターンの一部などが解像してしまうという問題が生じていた。
【００１５】
上記の補助パターンあるいはその一部が転写対象面に解像してしまう原因としては、マスク設計ソフトの精度が悪いためにマスク設計段階に不備がある場合、実際に作製された補助パターン寸法の誤差が大きい場合、半導体露光装置の光学系が微妙に誤差を有している場合、半導体用レジストの特性の問題など、様々な要因が考えられている。
【００１６】
上記のように、補助パターンを設けたフォトマスクが強く求められてはいるものの、半導体素子パターンの微細化に伴って、微細パターンの限界に近い領域でパターン転写を行うために、露光転写後に補助パターンが転写対象面に解像してしまうという問題が生じ、転写されてしまう補助パターンのマスクを修正するために、補助パターン線幅をさらに小さく修正して解像しないように試みようとしても、マスク線幅で例えば６０ｎｍ以下の補助パターンをさらに僅かな幅で修正するのは困難であり、再度、フォトマスクを製造しなければならないという問題があった。
【００１７】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられる補助パターンを有するフォトマスクにおいて、補助パターンが転写対象面に解像されてしまう場合のフォトマスクを、確実で比較的容易な方法により補助パターンを修正するフォトマスクの修正方法および修正されたフォトマスクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１の発明に係るフォトマスクの修正方法は、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられ、透明基板の一主面上に、前記投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、前記主パターンの近傍に形成された補助パターンとを有するフォトマスクにおいて、前記投影露光により前記補助パターンが前記転写対象面に解像されてしまう場合のフォトマスクの修正方法であって、前記解像されてしまう補助パターンの表面をエッチングもしくは研削し、前記補助パターンが前記転写対象面に解像されなくなるまで、前記解像されてしまう補助パターンの膜厚を薄くすることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項２の発明に係るフォトマスクの修正方法は、請求項１に記載のフォトマスクの修正方法において、前記エッチングもしくは研削して薄くした修正後の前記補助パターンの膜厚と、修正前の前記補助パターンの膜厚との膜厚差が、１ｎｍ〜４０ｎｍの範囲であることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項３の発明に係るフォトマスクの修正方法は、請求項１または請求項２に記載のフォトマスクの修正方法において、前記エッチングが電子ビームマスク修正機の電子ビームを用いたガスアシスト・エッチングであり、前記研削が原子間力顕微鏡の探針を用いた研削であることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項４の発明に係るフォトマスクの修正方法は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法において、前記主パターンと前記補助パターンとが半透明膜で構成されており、前記主パターンの膜厚が、前記主パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光とで１８０度の位相差を生じる膜厚であることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項５の発明に係るフォトマスクの修正方法は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法において、前記主パターンが遮光膜から構成され、前記補助パターンが半透明膜よりなることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項６の発明に係るフォトマスクの修正方法は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法において、前記主パターンと前記補助パターンとが遮光膜で構成されていることを特徴とするものである。
【００２４】
請求項７の発明に係るフォトマスクの修正方法は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法において、前記主パターンおよび前記補助パターンがいずれもラインパターンであり、前記主パターンが孤立パターンまたは周期パターンであることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項８の発明に係るフォトマスクは、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法により補助パターンが修正され、修正後の前記補助パターンの膜厚が修正前の前記補助パターンの膜厚よりも薄いことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のフォトマスクの修正方法によれば、本来転写対象面に転写されてはいけない補助パターンが、転写対象面に解像してしまう場合のフォトマスクの修正方法において、解像されてしまう補助パターンの表面をエッチングもしくは研削し、補助パターンが転写対象面に解像されなくなるまで補助パターンの膜厚を薄くすることで、補助パターンが転写されてしまう問題を解決し、補助パターンとしての焦点深度拡大効果を保ちつつ、コントラストの高い転写画像を形成するフォトマスクに修正することができる。本発明のフォトマスクの修正方法は、従来の方法である補助パターンの線幅方向の修正とは異なり、補助パターンを厚み方向に薄膜化して修正する方法であって、補助パターンを有するフォトマスクを容易な方法で確実に修正することが可能となる。
【００２７】
本発明の修正方法によるフォトマスクによれば、補助パターンが転写対象面に転写されてしまうフォトマスクを、補助パターンを厚み方向に修正することにより、補助パターンが転写対象面に転写されず、焦点深度拡大効果を有し、コントラストの高い転写画像を形成する高品質なフォトマスクを得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の補助パターンを有するフォトマスクの修正方法の一実施形態を示す断面模式図である。
【図２】本発明の補助パターンを有するフォトマスクの評価に用いたＣｑｕａｄ瞳フィルタで、同図（ａ）はＣｑｕａｄの平面模式図、同図（ｂ）はＣｑｕａｄを用いてマスクに露光光を照射したときの斜視模式図である。
【図３】本発明の補助パターンを有するフォトマスクにおいて用いた評価パターンの一例で、評価パターンの位置と光強度との関係を示す空間像の図である。
【図４】本発明の修正方法を適用し得る補助パターンを有するフォトマスクの例を示す部分断面模式図である。
【図５】ＳＲＡＦのＣＤを変えたとき、ＳＲＡＦ膜厚差とＳＲＡＦの光強度／スライスレベルとの関係を示す図である。
【図６】ＳＲＡＦのＣＤを変えたとき、ウェハ上の主パターン端のラインＣＤとデフォーカスとの関係を示す図である。
【図７】ハーフトーンマスクとバイナリマスクにおいて、ウェハ上でのＳＲＡＦのＣＤに対して、光強度閾値のスライスレベルに対するＳＲＡＦ部光強度の比を示す図である。
【図８】実施例においてテスト試料によるＳＲＡＦ部分の薄膜化処理後のＳＥＭ写真である。
【図９】テスト試料でＳＲＡＦ部を部分的にエッチングした後のリソグラフィシミュレーション顕微鏡によるウェハ上光強度分布の平面状態を示す画像である。
【図１０】実施例におけるＳＲＡＦ部分の薄膜化処理前のパターン位置と光強度との関係を示す空間像の図である。
【図１１】図１０の部分拡大図で、繰り返し端主パターンと補助パターンＳ１のＳＲＡＦ薄膜化処理前のパターン位置と光強度との関係を示す空間像の図である。
【図１２】図１１に対する比較参考図であり、ＳＲＡＦが無い場合の繰り返し端の主パターンと補助パターンＳ１のパターン位置と光強度との関係を示す空間像の図である。
【図１３】実施例におけるＳＲＡＦ部分の薄膜化処理後のパターン位置と光強度との関係を示す空間像の図である。
【図１４】図８、図９の破線部内の状況を示し、図１３の部分拡大図で、繰り返し端主パターンと補助パターンＳ１のＳＲＡＦ薄膜化処理後のパターン位置と光強度との関係を示す空間像の図である。
【図１５】ＳＲＡＦ薄膜化処理による繰り返し端主パターンの焦点深度を示す図である。
【図１６】特許文献２に記載の従来の半透明補助パターンを有するフォトマスクの平面図および縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明のフォトマスクの修正方法が対象とするフォトマスクは、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられるマスクであり、好ましくはウェハ上のハーフピッチが６５ｎｍ以下、さらには４５ｎｍ、３２ｎｍの微細な半導体素子形成に用いられることを対象とする補助パターンを有するマスクである。
【００３０】
（補助パターンを有するフォトマスクの転写特性）
本発明の修正方法について述べる前に、まず補助パターンを有するフォトマスクの転写特性について、ハーフトーンマスクを例にして説明する。本発明者は、ウェハ上にハーフピッチ４５ｎｍ以下の細密パターンを形成するための補助パターンを有するハーフトーンマスクの転写特性を、バイナリマスクと比較しながら、シミュレーションにより調べた。
【００３１】
シミュレーションにおいては、マスクパターンの転写特性を見積もるためのシミュレーション・ソフトウェアとして、ＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：Panoramic Technology社製）を用いた。主なシミュレーション条件は、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）を照明光源とし、ＮＡは１．３５、変形照明として、図２に示すＣｑｕａｄ瞳フィルタ２１を用いた。同図（ａ）はＣｑｕａｄ２１の平面模式図、同図（ｂ）はＣｑｕａｄ２１を用いてマスク２３に露光光を照射したときの斜視模式図である。Ｃｑｕａｄ２１は、扇状光透過部の開口角３５度、外径０．９、内径０．７（瞳フィルタの半径を１とする）とした。マスク２３としては、従来の一般的なモリブデンシリサイド系の露光波長１９３ｎｍにおける透過率６％のハーフトーンマスク（６％ハーフトーンと記す）と、比較のためモリブデンシリサイド系のバイナリマスクを用いた。ウェハ上のターゲットライン寸法は４５ｎｍ、パターンはピッチ９０ｎｍ（ハーフピッチ４５ｎｍ）のライン／スペース繰り返しパターンとした。
【００３２】
図３は、シミュレーションに用いた評価パターン（同図（ａ））と、評価パターンの位置に対応した光強度を示す空間像の図（同図（ｂ））である。評価パターンは、主パターンとしてハーフピッチ４５ｎｍのライン／スペースが９本、端の主パターンの解像性を向上するために、主パターンの両端にＳＲＡＦを２本（ＳＲＡＦのハーフピッチは主パターンと同じ）入れて一組とし、４００ｎｍのスペースを挟んだ繰り返しパターンである。主パターン、ＳＲＡＦともに上記の６％ハーフトーンである。
【００３３】
次に、上記の補助パターンを有するハーフトーンマスクにおいて、ライン／スペースパターンの端の補助パターン（ＳＲＡＦ）の転写性について説明する。図３では、横軸に主パターンとＳＲＡＦの一組のパターン位置、縦軸にパターンがない透過部の光強度を１としたときの規格化した光強度を示しており、図中の横実線で示すスライスレベルは、規格化された光強度閾値である。主マスクパターンの寸法によってスライスレベルは変わる。図中に矢印で示すＳＲＡＦ部の最小光強度がスライスレベルよりも下がると、ＳＲＡＦがウェハ上に解像してしまうことを意味する。
【００３４】
図７は、上記のシミュレーションにより得られた主パターンと補助パターン（ＳＲＡＦ）の膜厚が同じ場合のハーフトーンマスクとバイナリマスクにおける、ウェハ上でのＳＲＡＦのＣＤ（横軸）に対して、規格化された光強度閾値のスライスレベルに対するＳＲＡＦ部の光強度の比（縦軸）を示す図である。ハーフトーンマスク（図中の三角点）は、主パターンのＣＤが３通り（ウェハ上で３２ｎｍ；３６ｎｍ；４０ｎｍ）の場合を示す。上記の比が１以下であるとＳＲＡＦは転写されてしまうので、ＳＲＡＦが転写されないようにするには上記の比を１を超えた値にしなければならない。図中に点線で示すハーフトーンマスクの主パターンＣＤが３２ｎｍ（マスク上では１２８ｎｍ）のときには、ＳＲＡＦのＣＤを１４ｎｍ（マスク上では５６ｎｍ）以下にしないとＳＲＡＦが解像してしまうことになる。
【００３５】
上記は、ＳＲＡＦを有する６％ハーフトーンマスクを用いた場合のシミュレーション結果であり、ハーフトーンマスクの主パターンＣＤが３２ｎｍと微細なときには、ＳＲＡＦ寸法が極めて小さくなり、実際のマスク製造が困難であることがわかる。
【００３６】
<本発明のフォトマスクの修正方法>
次に、上記の結果を参考にしながら、本発明のフォトマスクの修正方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。以下のマスクパターンの転写特性の説明では、上記の図２に示すＣｑｕａｄ瞳フィルタ２１を用い、シミュレーション・ソフトウェアとして、ＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：Panoramic Technology社製）を用いた。主なシミュレーション条件は、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）を照明光源とし、ＮＡは１．３５である。評価パターンは、上記の図３（ａ）に示すパターンを用いている。
【００３７】
図１は、本発明の補助パターンを有するフォトマスクの修正方法の一実施形態の工程概要を示す断面模式図であり、ライン／スペースパターンを設けたハーフトーンマスクの場合を例示している。図１（ａ）は、修正前のフォトマスクの断面模式図であり、合成石英基板などの透明基板１１上に、露光光を所定の透過率で透過し位相を変える主パターン１２が設けられ、主パターン１２は単層の半透明膜１４で構成され、主パターン１２の近傍に、主パターン１２と同一材料で同一膜厚の半透明膜で構成された補助パターン（ＳＲＡＦ）１３が形成されたハーフトーンマスク１０である。図１では、主パターン１２、補助パターン１３ともに２本で、マスクパターンの一部しか示していないが、もとよりこれに限定されるわけではない。また、主パターンは孤立パターンまたは周期パターンであってもよい。
【００３８】
本実施形態の補助パターンを有するハーフトーンマスク１０は、主パターン１２を透過する露光光と透明基板１１のパターンのない透明領域を透過する露光光とで１８０度の位相差を生じさせるように設定されている。位相差の測定は、位相シフト量測定装置（例えば、レーザテック社製：ＭＰＭ１９３）で行うことができる。
【００３９】
ここで、図１（ａ）に示すハーフトーンマスク１０は、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光によりウェハ上にマスクパターンを転写したときに、主パターン１２に近接した補助パターン１３ａおよび１３ｂが、転写対象面のウェハ上に解像されてしまうマスクである。
【００４０】
図１（ｂ）は、上記のウェハ上に補助パターン１３ａおよび１３ｂが解像されてしまうフォトマスクの修正中の状態を示す断面模式図である。上記の転写対象面に解像されてしまう補助パターン１３ａおよび１３ｂは、マスク上に本来あってはならない不要な余剰欠陥いわゆる「黒欠陥」と呼ばれている欠陥とは異なる性質のものであり、ウェハ上へのマスクパターン形成にとって必要不可欠な領域である。マスク上の転写対象面に解像されてしまう補助パターン１３ａおよび１３ｂは、黒欠陥を検出する従来のマスク欠陥検査装置では欠陥として検出することができない。解像されてしまう補助パターン１３ａおよび１３ｂの検出は、例えば、エアリアルイメージ測定システム（Aerial Image Measurement System：カールツァイス社製、ＡＩＭＳ（登録商標）と略称される。以後、ＡＩＭＳとも記す。）などのリソグラフィシミュレーション顕微鏡を用いた検証や、実際の露光装置での露光テストで行うことができる。
【００４１】
本発明の修正方法においては、転写対象面に解像されてしまう補助パターン１３ａおよび１３ｂの該当する領域の表面をエッチングもしくは研削し、補助パターン１３ａおよび１３ｂが転写対象面であるウェハ上に解像されなくなるまで、補助パターン１３ａおよび１３ｂの該当する領域の膜厚を薄くするものである。図１（ｂ）は、一例として、電子ビームマスク修正装置により、ウェハ上に解像されてしまう補助パターン１３ａの領域をエッチングして膜厚を薄くして修正している場合を例示している。
【００４２】
修正においては、必ずしも１ラインあるいは複数ラインの補助パターン全面をエッチングして薄膜化する必要はなく、解像されてしまう補助パターンの領域のみをエッチングして膜厚を薄くすればよい。もとより、１ラインの補助パターン全面が転写されてしまう場合には、１ライン全面の膜厚を薄くすればよく、複数のラインの補助パターン全面が転写されてしまう場合には、複数のライン全面の膜厚を薄くすればよい。
【００４３】
上記の転写対象面に解像されてしまう補助パターン１３ａおよび１３ｂの表面をエッチングもしくは研削する工程において、補助パターン１３ａをエッチングもしくは研削して取り除くべき膜厚は、あらかじめシミュレーションにより求めておくことができる。
【００４４】
図１（ｃ）は、転写対象面に解像されてしまう補助パターン１３ａおよび１３ｂの表面をエッチングして膜厚を薄くして補助パターン１３ａ´、１３ｂ'とした修正後のフォトマスクの状態を示す断面模式図である。修正箇所は、エッチングにより膜厚差Ｔだけ修正前の膜厚よりも薄くなっている。
【００４５】
本発明において、上記の転写対象面に解像されてしまう補助パターンの領域の膜厚を薄くする方法としては、従来フォトマスク上の黒欠陥の修正に用いられてきた各種の方法を適用することができる。例えば、集束イオンビーム（ＦＩＢ）マスク修正装置のイオンビームを用いたガスアシスト・エッチング方法、あるいは上記の図１（ｂ）に示すように、電子ビーム（ＥＢ）マスク修正装置の電子ビーム（ＥＢ）を用いたガスアシスト・エッチング方法、あるいは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の探針を用いて欠陥を有する補助パターンを物理的に研削する方法、あるいはマスク上にレジストパターンを形成して補助パターンの欠陥領域のみを露出させ、ドライエッチングにより選択的に欠陥領域の膜厚を薄くする方法などが用いられる。
【００４６】
しかし、上記の方法のうち、ＦＩＢマスク修正装置によるガスアシスト・エッチング方法は、イオンビームとして通常用いるガリウムが透明基板に打ち込まれガリウムステインという現象により修正部位の光透過率を低下させたり、あるいは修正部位の周辺の透明基板にオーバーエッチングによるリバーベッドと呼ばれる透明基板の掘り込み現象が発生しやすい。また、レジストパターンを形成する方法は、レジスト塗布、パターン描画、レジスト剥膜の工程が必要であり、修正工程が長くなるという問題を生じる。
【００４７】
一方、ＥＢマスク修正装置によるガスアシスト・エッチング方法は、一例として、図１（ｂ）に示すように、欠陥を有する補助パターン１３ａに絞り込まれて走査する電子ビーム１６の近くのガスノズル１５から、エッチングに最適なアシストガスが吐出され、ガスの分子が修正すべき補助パターン１３ａ表面に付着し、電子ビームにより化学反応が引き起こされ、補助パターン材料を揮発性の物質に変えてエッチングが行われる方法で、微細パターンに適し、修正箇所に損傷を与えない方法である。修正箇所の確認は、ＥＢマスク修正装置に備えられたＳＥＭで行う。上記のＥＢマスク修正装置としては、例えば、ＭｅＲｉＴ ６５（カールツアイス社製）などがある。
【００４８】
また、ＡＦＭの探針で研削する方法は、ダイヤモンド針などの硬い探針に一定の加重をかけて、欠陥を直接削り取る方法で、カンチレバーの先端に探針を取り付け、原子間力顕微鏡の原理を用いてカンチレバーを制御している。修正箇所の確認は、ＡＦＭに備えられたＳＥＭで行い、修正すべき欠陥を有する補助パターン表面を探針で走査し、次に欠陥そのものを探針で削り取る方法である。微細パターンの修正に適し、削除する面積、膜厚が小さい場合に適する方法である。上記のＡＦＭの探針を用いたマスク修正装置としては、例えば、ＲＡＶＥｎｍ６５０（ＲＡＶＥ社製）などがある。
【００４９】
したがって、本発明においては、微細パターンを形成した補助パターンの膜厚を薄くする方法としては、上記のＥＢマスク修正装置によるガスアシスト・エッチング方法あるいはＡＦＭの探針で研削する方法がより好ましい。
【００５０】
本発明において、図１（ｃ）に示すように、エッチングもしくは研削して薄くした修正後の補助パターン１３ａ´、１３ｂ'の膜厚と、修正前の補助パターン１３ａ、１３ｂの膜厚との膜厚差Ｔ（図中のＳＲＡＦ膜厚差）は、１ｎｍ〜４０ｎｍの範囲であることが好ましい。膜厚の測定は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で行うことができる。
【００５１】
補助パターンは、本来、転写対象面に解像しないようにマスク設計して作製されているので、ウェハ上に転写されてしまう補助パターンはその一部分であることが多く、また修正すべき膜厚は非常に薄くてよい場合が多い。したがって、修正すべき膜厚は僅かな場合もあり得ることであり、本発明では修正すべき膜厚の下限を修正可能な１ｎｍとしている。修正膜厚１ｎｍ未満では、修正の効果を確認し得ないからである。一方、補助パターンの特性上、修正すべき膜厚の上限を４０ｎｍとしている。修正すべき膜厚が４０ｎｍを超えてしまうと、ＳＲＡＦによる主パターンの解像度向上効果や焦点深度拡大効果など、本来のＳＲＡＦの機能が低減あるいは消滅してしまうからである。
【００５２】
（本発明の修正方法を適用し得るフォトマスク）
本発明のフォトマスクの修正方法は、補助パターンを有するマスクならば、ハーフトーンマスク、バイナリマスクのいずれのマスクにも用いることができ、特に限定されることはないが、図４に、補助パターンを有するハーフトーンマスクおよびバイナリマスクの代表的なマスクを例示しながら説明する。図４において、同じ部位を示す場合には同じ符号を用いている。もとより本発明のフォトマスクの修正方法は、図４に示すフォトマスクに限定されるわけではない。
【００５３】
図４（ａ）〜図４（ｄ）は、本発明の修正方法を適用し得る主パターンと補助パターンとが半透明膜で構成されているハーフトーンマスクの例を示す部分断面模式図である。図４（ａ）〜図４（ｄ）のフォトマスクは、透明基板４１上に主パターン４２と補助パターン４３とが設けられており、いずれのマスクも、主パターン４２を透過する露光光と透明基板４１の透明領域を透過する露光光とで１８０度の位相差を生じる膜厚であるように、主パターン４２の膜厚が設定されている。
【００５４】
さらに、図４（ａ）は、主パターン４２と補助パターン４３とが同一の半透明膜で同一の膜厚で構成されているハーフトーンマスクである。図４（ｂ）は、主パターン４２と補助パターン４３とが同一の半透明膜で構成され、補助パターン４３を透過する露光光と透明基板４１の透明領域を透過する露光光に７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差を生じさせるようにしたマスクであり、補助パターン４３の膜厚を主パターン４２の膜厚よりも薄くしたマスクである。図４（ｃ）は、主パターン４２が透明膜／半透明膜の２層で構成され、補助パターン４３が半透明膜よりなるマスクであり、半透明膜層の膜厚は主パターン４２と補助パターン４３とも同じである。図４（ｄ）は、主パターン４２が半透明膜／半透明膜の２層で構成され、補助パターン４３が半透明膜よりなるマスクであり、透明基板４１に接した半透明膜層の膜厚は主パターン４２と補助パターン４３とも同じである。
【００５５】
上記の図４（ａ）〜図４（ｄ）に示した補助パターンを有するマスクは、代表的な例であり、本発明の修正方法を適用し得るマスクとしては、主パターンと補助パターンとが半透明膜／半透明膜の２層で構成したマスクなどにも適用することができる。
【００５６】
図４（ｅ）および図４（ｆ）は、主パターンが露光光を遮光する遮光膜で構成されているバイナリマスクの例を示す部分断面模式図である。図４（ｅ）は、透明基板４１上に主パターン４２が遮光膜／半透明膜の２層で構成され、補助パターン４３が半透明膜よりなるマスクであり、半透明膜層の膜厚は主パターン４２と補助パターン４３とも同じである。図４（ｆ）は、主パターン４２と補助パターン４３とが同一の遮光膜で同一の膜厚で構成されているマスクである。
【００５７】
上記のように、本発明の修正方法を適用するフォトマスクにおける主パターンおよび補助パターンの半透明膜は、露光光を所定の透過率で透過する半透明の薄膜を意味するものであり、薄膜が半透明の単層膜、あるいは半透明膜と透明膜もしくは透過率の異なる他の半透明膜との２層膜以上の構成であってもよい。また、本発明の修正方法を適用するフォトマスクにおける主パターンおよび補助パターンの遮光膜は、露光光を遮光する薄膜を意味するものであり、薄膜が遮光膜の単層膜、あるいは遮光膜と半透明膜を有する２層膜以上の構成であってもよい。
【００５８】
本発明のフォトマスクの修正方法において、図４（ａ）〜図４（ｅ）に示すマスクの主パターン４２および補助パターン４３を構成する半透明膜としては、材料として特に限定されるわけではないが、例えば、モリブデンシリサイド系材料であるモリブデンシリサイド酸化膜（ＭｏＳｉＯ）、モリブデンシリサイド窒化膜（ＭｏＳｉＮ）、モリブデンシリサイド酸化窒化膜（ＭｏＳｉＯＮ）などの半透明膜、クロム系材料である酸化クロム膜（ＣｒＯ）、酸化クロム膜（ＣｒＮ）、酸化窒化クロム膜（ＣｒＯＮ）などの半透明膜、酸化スズ（ＳｎＯ2）などの半透明膜が挙げられる。モリブデンシリサイド系半透明膜はハーフトーンマスク材料として実用されており、より好ましい材料である。図４（ｃ）に示す主パターン４２を構成する透明膜としては、酸化シリコン膜（ＳｉＯ2）などが挙げられる。図４（ｅ）に示す主パターン４２を構成する遮光膜、および図４（ｆ）に示すマスクの主パターン４２および補助パターン４３を構成する遮光膜としては、クロム膜（Ｃｒ）などの金属薄膜、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）などの金属シリサイド薄膜が挙げられる。
【００５９】
図１（ｂ）に示す電子ビームマスク修正機の電子ビームを用いたガスアシスト・エッチング工程において、主パターン４２および補助パターン４３を構成する半透明膜が、例えばモリブデンシリサイド系材料の半透明膜の場合には、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ2 Ｆ6などのフッ素系ガス、あるいはこれらの混合ガス、あるいはこれらのガスに酸素を混合したガスをアシストガスとして用いて選択的にエッチングを行い、補助パターンの膜厚を選択的に薄くすることができる。また、主パターン４２および補助パターン４３を構成する遮光膜が、例えばクロムの場合には、Ｃｌ2と酸素の混合ガスをアシストガスとして用いて選択的にエッチングを行い、補助パターンの膜厚を選択的に薄くすることができる。
【００６０】
（修正後の補助パターンの転写性）
次に、図１に示した本発明のフォトマスクの修正方法により、補助パターン（ＳＲＡＦ）表面をエッチングもしくは研削し、補助パターンの膜厚を薄く修正した薄膜化の効果について説明する。マスクとしては、一例として、図４（ａ）に示す部分断面模式図の形状で、膜厚６８ｎｍのモリブデンシリサイドを半透明膜とし、主パターン（膜厚６８ｎｍ）がＡｒＦエキシマレーザ光（１９３ｎｍ）の透過率６％、透明基板の透明領域との位相差１８０度であり、修正前の補助パターンの膜厚も６８ｎｍであるハーフトーンマスクを例にして説明する。
【００６１】
シミュレーション・ソフトウェアとしては、ＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：Panoramic Technology社製）を用いた。主なシミュレーション条件は、照明光源ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、ＮＡ１．３５、変形照明とし、Ｃｑｕａｄ瞳フィルタを用い、Ｃｑｕａｄ２１は、扇状光透過部の開口角３５度、外径０．９、内径０．７（瞳フィルタの半径を１とする）とした。マスクには、上記のハーフトーンマスクの値を用いた。
【００６２】
図５は、シミュレーションにより得られた結果であり、ウェハ上での主パターンのＣＤが３２ｎｍの上記のハーフトーンマスクにおいて、ＳＲＡＦのＣＤを変えたとき、ＳＲＡＦ膜厚差（横軸）とＳＲＡＦの光強度／規格化された光強度閾値のスライスレベル（縦軸）との関係を示す図である。図５においては、ＳＲＡＦの光強度／スライスレベルを１以上にしないと、ＳＲＡＦがウェハ上に解像してしまうことを示す。
【００６３】
図５が示すように、ＳＲＡＦのＣＤが１４ｎｍ（マスク上では５６ｎｍ）と微細なときには、修正後のＳＲＡＦ膜厚差が０と同じ（修正がされなかった場合と同じである）であっても、ＳＲＡＦの光強度／スライスレベルは１以上であり、本来的にＳＲＡＦは転写されないことになる。次に、ＳＲＡＦのＣＤが２２ｎｍ（マスク上では８８ｎｍ）のときには、修正後のＳＲＡＦの膜厚差が２４ｎｍ以上であれば、ＳＲＡＦは解像せず転写されないことが示される。同様に、ＳＲＡＦのＣＤが２６ｎｍ（マスク上で１０４ｎｍ）のとき、修正後のＳＲＡＦの膜厚差３０ｎｍ以上、ＳＲＡＦのＣＤが３０ｎｍ（マスク上で８８ｎｍ）のとき、修正後のＳＲＡＦの膜厚差が３４ｎｍ以上であれば、ＳＲＡＦは転写されない。
【００６４】
上記の図５および図７で説明したように、主パターンと補助パターン（ＳＲＡＦ）が同一材料、同一膜厚で構成されたハーフトーンマスクでは、主パターンのＣＤを３２ｎｍとするとＳＲＡＦのＣＤが１４ｎｍ以下でしかＳＲＡＦが用いられなかったが、上記のように、転写されてしまうＳＲＡＦを薄膜化する本発明の修正方法を適用することにより、ＳＲＡＦのＣＤを２６ｎｍ〜３０ｎｍと２倍程度に大きい寸法としても、ＳＲＡＦが解像せず転写されないで使用することも可能となる。本発明の修正方法により、従来微細化が難しく使用することが困難であったＳＲＡＦを有するハーフトーンマスクの使用可能性が広くなる。
【００６５】
次に、ＳＲＡＦを修正により薄くしたときの影響について述べる。図６は、シミュレーションにより得られたＳＲＡＦのＣＤを変えたとき、ウェハ上の主パターン端のラインのＣＤとデフォーカス（Defocus：焦点位置変動）との関係を示す図である。それぞれのＳＲＡＦのＣＤに対して、ＳＲＡＦが解像しないようにエッチングによる修正により膜厚を薄くして、修正前の膜厚との膜厚差（ＳＲＡＦ膜厚差：２４ｎｍ、３２ｎｍ、４０ｎｍ）を有している。図６に示されるように、ＳＲＡＦのＣＤを２２ｎｍ〜３０ｎｍ（ウェハ上）と大きくし、ＳＲＡＦの膜厚を薄くする修正を行うことにより、フォーカスを振ったときの各ＳＲＡＦ寸法間におけるＣＤ変動はなく、ほぼ同じ傾向を示す。すなわち、本発明の修正方法によるＳＲＡＦの薄膜化は、デフォーカスに対して悪影響はなく、修正をしていないＳＲＡＦのＣＤ１４ｎｍの場合と同様の寸法精度が得られることが示される。
【００６６】
上記の実施形態においては、補助パターン（ＳＲＡＦ）を有するフォトマスクとして、主パターンの両端にＳＲＡＦを有するマスク形態を例に説明をしてきたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、主パターン間にＳＲＡＦがあるマスク形態、あるいは主パターンが孤立パターンであるマスク形態などにおいても、本発明のフォトマスクの修正方法を適用することが可能である。
【００６７】
本発明のフォトマスクの修正方法によれば、補助パターンが転写対象面に解像して転写されてしまう場合のフォトマスクの修正方法において、補助パターン表面をエッチングもしくは研削し、補助パターンが転写対象面に解像されなくなるまで、補助パターンの膜厚を薄くすることで、補助パターンが解像して転写されてしまう問題を解決し、かつ、補助パターンとしての焦点深度拡大効果を保ちつつ、コントラストの高い転写画像を形成するフォトマスクに修正することができる。本発明のフォトマスクの修正方法は、補助パターンの線幅方向にマスクパターンを修正する従来のフォトマスクの修正方法とは異なり、補助パターンの厚み方向にマスクパターンを修正する方法であって、補助パターンを有するフォトマスクを確実で比較的容易な方法で修正することが可能となる。
【００６８】
<本発明の修正されたフォトマスク>
本発明の修正されたフォトマスクは、上記のフォトマスクの修正方法により補助パターンが修正されたフォトマスクであって、一例として、図１（ｃ）に示すように、エッチングもしくは研削して薄くした修正後の補助パターン１３ａ´および１３ｂ'を備え、修正前の補助パターンの膜厚との膜厚差（図中のＳＲＡＦ膜厚差：Ｔ）を有するものである。本発明のフォトマスクは、補助パターンが転写対象面に解像されて転写されてしまうフォトマスクを、補助パターンを膜厚の厚み方向に修正することにより、補助パターンが転写対象面に解像し転写されないようにし、焦点深度拡大効果を保ちつつ、コントラストの高い転写画像を形成することができる。
以下、実施例により本発明を説明する。
【実施例】
【００６９】
ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）用マスクとして、補助パターンを有するＭｏＳｉ系の１９３ｎｍにおける透過率６％のハーフトーンマスクを作製した。ウェハ上のターゲットライン寸法は４５ｎｍ、パターンはピッチ９０ｎｍ（マスク上でピッチ３６０ｎｍ）のライン／スペース繰り返しパターンで、図３に示すパターンを形成した。ウェハ上において、主パターンとしてハーフピッチ４５ｎｍのライン／スペースが９本、端の主パターンの解像性を向上させるために、主パターンの両端にＳＲＡＦを２本（ＳＲＡＦのピッチ９０ｎｍ）入れている。主パターン、ＳＲＡＦともに上記の６％ハーフトーンで構成され、マスク上のパターンの膜厚はともに６８ｎｍとした。マスク上における主パターンのＣＤおよびＳＲＡＦのＣＤは、ともに１２８ｎｍとした。
【００７０】
上記のハーフトーンマスクを用いてＡｒＦエキシマレーザ露光を行った。露光系のＮＡは１．３５、変形照明として、図２に示すＣｑｕａｄ瞳フィルタを用いた。しかし、ウェハ上に転写されてはならないＳＲＡＦパターンが、ウェハ上に解像してしまうという問題が生じた。
【００７１】
そこで、ＳＲＡＦをエッチングもしくは研削して膜厚を薄くするべく、あらかじめシミュレーションにより転写特性の見積りを行った。また、リソグラフィシミュレーション顕微鏡AIMS45-193i（カールツァイス社製）を上記の露光系と同一の露光条件にて用い、ＳＲＡＦの膜厚を薄くしたときのウェハへの転写特性の検証を行った。
【００７２】
まず、テスト試料によりＳＲＡＦのエッチング条件の確認を行った。パターンはマスク上でピッチ３６０ｎｍ（ウェハ上で９０ｎｍ）のライン／スペースパターンで、主パターンの両端にＳＲＡＦを２本設けた。図８は、ＥＢマスク修正装置ＭｅＲｉＴ６５（カールツアイス社製）を用い、ＣＦ4をアシストガスとしてガスアシスト・エッチングを行い、石英基板上のＭｏＳｉ薄膜のＳＲＡＦ部（Ｓ１とＳ２）を部分的に３０ｎｍエッチングした後のＳＥＭ平面写真である。図８の破線内の領域が、エッチングにより薄膜化処理した部分であり、エッチングした領域は、微視的にはエッチングされていない領域とＳＥＭ写真上僅かな差異が認められるが、良好な表面状態を示している。
【００７３】
図９は、上記のテスト試料でＳＲＡＦ部（Ｓ１とＳ２）を部分的に３０ｎｍエッチングした後のリソグラフィシミュレーション顕微鏡ＡＩＭＳ（AIMS45-193i；カールツァイス社製）による検証画像で、ウェハ上光強度分布の平面状態を示す。図９の破線内がエッチングにより薄膜化処理したＳＲＡＦ部分に相当し、この部分の光強度が上がり、レジストパターンが解像しないことが示されている。
【００７４】
ＡＩＭＳを用いたシミュレーションによる転写特性の検証結果を図１０〜図１５に示す。図１０は、ＳＲＡＦを薄くする前のマスクパターンの位置に対応した光強度を示す空間像の図であり、一組のパターン両端片側のＳＲＡＦ（Ｓ１、Ｓ２）と主パターンの一部が示されている。図１０では、横軸に主パターンの一部とＳＲＡＦの一組のパターン位置、縦軸にパターンがない透過部の光強度を１としたときの規格化した光強度を示している。光強度プロファイルが複数表示されているのは、ＳＲＡＦの効果を見るためにフォーカス（焦点深度）を変えた場合を示している。図１０に示すように、光強度が０．２５〜０．５７の範囲において、スライスレベルをどこにとっても、ＳＲＡＦのうちのＳ１はウェハ上に解像してしまい、さらに、スライスレベルを０．４以上にすると、Ｓ２も解像してしまうことが示された。
【００７５】
図１１は、図１０の部分拡大図で、フォーカスを変えたときの繰り返し端主パターンと補助パターンＳ１のＳＲＡＦ薄膜化処理前のパターン位置と光強度との関係を示す空間像の図である。ライン／スペース繰り返し部の主パターンのＣＤが４５ｎｍとなる光強度閾値を０．４２とした。図１１では、図１０で述べたように、ＳＲＡＦの効果を見るためにフォーカスを変えた場合の５本の光強度プロファイルを示している。図１１が示すように、ＳＲＡＦのうちのＳ１はフォーカスに係らずに解像してしまう。
【００７６】
ここで図１２は、図１１の比較参考として、ＳＲＡＦが無い場合の繰り返し端の主パターンと補助パターンＳ１のパターン位置と光強度との関係を示す空間像の図である。図１２が示すように、ＳＲＡＦが無いと繰り返し端の主パターンはほとんど解像しない。
【００７７】
次に、ＳＲＡＦを修正により薄膜化した場合の転写特性をシミュレーションにより見積った。図１３は、シミュレーションによる転写特性の見積り結果であり、ＳＲＡＦを３０ｎｍほど薄くした後のマスクパターンの位置に対応した光強度を示す空間像の図である。ＳＲＡＦを薄膜化したことにより、ＳＲＡＦによる光量が拡大し、ＳＲＡＦの光強度の最小値は大きくなり、０．２５〜０．５５の範囲においてＳＲＡＦパターンは解像しないことが示され、光強度のスライスレベル選定の余裕度が拡大した。また、ＳＲＡＦを薄膜化しても、主パターンの光学像は低下しないことが確認された。
【００７８】
図１４は、図８、図９の破線部内の状況を示し、図１３の部分拡大図であり、繰り返し端主パターンと補助パターンＳ１のＳＲＡＦ薄膜化処理後のパターン位置と光強度との関係を示す空間像の図である。図１４では、ＳＲＡＦの効果を見るためにフォーカスを変えた場合の光強度プロファイルを示している。図１４が示すように、ＳＲＡＦを薄膜化することにより、ＳＲＡＦのＳ１は解像しなくなる。
【００７９】
図１５は、ＳＲＡＦ薄膜化処理をした後の繰り返し端主パターンの焦点深度を示す図である。上記のように、ライン／スペース繰り返し部の主パターンのＣＤが４５ｎｍとなる光強度〔a.u.〕閾値を０．４２とした。比較のために、ＳＲＡＦが無い場合も図示してある。ＳＲＡＦが無い場合（no）は解像するフォーカス範囲が狭いが、薄膜化したＳＲＡＦを設けた場合（thin）には、解像するフォーカス範囲が広いことが示された。また、ＳＲＡＦを解像しないようにしながら、ＳＲＡＦとしての効果を保っていることが示された。
【００８０】
上記のエッチングテスト結果およびシミュレーション結果に基づいて、ウェハ上に解像してしまうＳＲＡＦパターンを有する上記のハーフトーンマスクのＳＲＡＦ部を修正した。上記のテスト試料と同じエッチング条件により、１組の主パターン端の両側にある各２本のＳＲＡＦ表面全面をエッチングして、初期膜厚との膜厚差が３０ｎｍとなるまで薄膜化した。
【００８１】
上記のＳＲＡＦの膜厚を薄膜化して修正したハーフトーンマスクを用いて、再度、ＡｒＦエキシマレーザ露光を行ったところ、ＳＲＡＦはまったく解像されずに、主パターンのみがウェハ上に高解像で転写された。また、露光時における焦点深度拡大効果も得られた。
【符号の説明】
【００８２】
１０ ハーフトーンマスク
１１ 透明基板
１２ 主パターン
１３、１３ａ、１３ａ´、１３ｂ、１３ｂ' 補助パターン（ＳＲＡＦ）
１４ 半透明膜
１５ ガスノズル
１６ 電子ビーム
２１ 瞳フィルタ
２２ 照明光
２３ マスク
４１ 透明基板
４２ 主パターン
４３ 補助パターン（ＳＲＡＦ）
１ 主パターン
２ 補助パターン
３０１ 透明基板
３０２ 半透明膜
３０４ 透明膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子のパターン形成に用いられるエキシマレーザ露光装置などの短波長の露光光源を用いたフォトリソグラフィ技術に使用するためのフォトマスクの修正方法および修正されたフォトマスクに関し、特に、主パターンの近傍に補助パターンを配置したフォトマスクの修正方法および修正されたフォトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハーフピッチ６５ｎｍから４５ｎｍ、さらに３２ｎｍへと進展する半導体素子の高集積化・超微細化を実現するために、フォトリソグラフィにおいては、露光装置での高解像技術として、投影レンズの開口数を高くした高ＮＡ化技術、投影レンズと露光対象の間に高屈折率媒体を介在させて露光を行なう液浸露光技術、変形照明搭載露光技術などが実用されている。
【０００３】
フォトリソグラフィに用いられるフォトマスク（以下、マスクとも記す。）における解像度向上策としては、光を通過させる部分と遮光する部分で構成された従来のバイナリマスクの微細化、高精度化とともに、光の干渉を利用した位相シフト効果により解像度向上を図るレベンソン型（渋谷・レベンソン型とも称する。）位相シフトマスク、光を透過させる部分と半透過させる部分で構成されたハーフトーン型位相シフトマスク（以後、単にハーフトーンマスクと言う。）、クロムなどの遮光層を設けないクロムレス型位相シフトマスクなどの位相シフトマスクが用いられている。
【０００４】
フォトリソグラフィ技術においては、投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系のレンズの開口数（ＮＡ）に反比例するため、半導体素子の微細化への要求に伴い、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進んでいるが、短波長化および高ＮＡ化だけでこの要求を満足するには限界となっている。
【０００５】
そこで解像度を上げるために、プロセス定数ｋ1（ｋ1＝解像線幅×投影光学系の開口数／露光光の波長）の値を小さくすることによって微細化を図る超解像技術が近年提案されている。このような超解像技術として、露光光学系の特性に応じてマスクパターンに補助パターンや線幅オフセットを与えてマスクパターンを最適化する方法、あるいは変形照明による方法（斜入射照明法とも称する。）と呼ばれる方法などがある。変形照明による投影露光には、通常、瞳フィルタを用いた輪帯照明（Ａｎｎｕｌａｒとも称する。）、二重極（ダイポール：Ｄｉｐｏｌｅとも称する。）の瞳フィルタを用いた二重極照明および四重極（クロスクワド：Ｃｑｕａｄとも称する。）の瞳フィルタを用いた四重極照明などが用いられている。
【０００６】
補助パターンを用いる方法は、ウェハ上に転写されるパターン（以後、主パターンと称する。）の近傍に、投影光学系の解像限界以下であってウェハ上には転写されないパターン（以後、補助パターンと称する。）を配置し、主パターンの解像度と焦点深度を向上させる効果を有するフォトマスクを用いるリソグラフィ方法である（例えば、特許文献１参照。）。補助パターンはＳＲＡＦ（Sub Resolution Assist Feature）とも呼ばれている（以後、本発明では補助パターンをＳＲＡＦとも称する。）。
【０００７】
しかしながら、半導体素子パターンの微細化に伴って、補助パターンを有するフォトマスクはマスク製作上で困難な点が生じてきた。まず、補助パターンは上述のようにそれ自身ウェハ上に結像しないことが必要であり、主パターンの寸法よりも微小な寸法でなければならない点が挙げられる。その結果、主パターン寸法の微細化に伴い、求められる補助パターンの線幅寸法は数１００ｎｍからさらに微小な寸法へと微小化しており、製作上の限界の域に近づきつつある。例えば、ウェハ上で６５ｎｍ線幅の半導体素子を形成する場合、そのマスク（通常４倍体のパターンを有するレチクル）上の主パターンの線幅寸法は光近接効果補正（ＯＰＣ）などが加わり、２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度で形成されているのに対し、補助パターンの線幅寸法は１２０ｎｍ以下となり、マスク作製が極めて難しくなる。上記のように、ハーフピッチ６５ｎｍ以下のパターンを転写する露光条件では、補助パターンの寸法がマスク製造上の大きな問題となっている。
【０００８】
さらに、ハーフピッチ６５ｎｍ以下のパターンを転写するマスクの転写特性としては、ハーフトーンマスクの方がバイナリマスクよりも良好な転写像が得られる場合が多いので、補助パターンを有するマスクをハーフトーンマスクの構造とする要望も強く、補助パターンを有するハーフトーンマスクも提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３、非特許文献１参照。）。しかし、ハーフトーンマスクは転写特性から、通常、マスクパターン寸法にマイナス側のバイアスが入るので、ハーフトーンマスクとして半透明膜で形成された補助パターンの寸法は、遮光膜のみで形成されたバイナリマスクの補助パターンの寸法よりも小さい値が求められる。半導体素子のハーフピッチ４５ｎｍから３２ｎｍの世代では、半導体のデザインや露光条件によってはマスク線幅で６０ｎｍ以下の補助パターン寸法が要求されるまでになっている。
【０００９】
特許文献２には、ハーフトーンマスクによる補助パターンの微細化への対応として、半透明パターンを透過する光と透明基板の透明領域を透過する光に１８０度の位相差を生じさせ、かつ半透明補助パターンを透過する光と透明基板の透明領域を透過する光には５０度より小さい範囲の所定の位相差を生じさせ、半透明パターンのフォーカス特性を平坦にするフォトマスクが提案されている。図１６は、特許文献２に示されたフォトマスクの平面図（同図（ａ））、縦断面図（同図（ｂ））である。特許文献２によるフォトマスクは、主パターンであるラインパターンの近傍に設けた補助パターンを主パターンと同寸法で形成することも可能にしている。
【００１０】
特許文献２に記載された補助パターンを有するハーフトーンマスクは、図１６に示すように、主パターン１である半透明パターンの線幅がウェハ上で０．３μｍのラインパターン、半透明補助パターン２が主パターン１の左右に同じ線幅のラインパターンで設けられたマスクで、主パターン１は半透明膜３０２上にさらに透明膜３０４を成膜して重ねて２層構成とし、２層膜よりなる半透明主パターン１を透過する光と透明基板３０１の透明領域を透過する光に１８０度の位相差を生じさせ、一方、半透明補助パターン２を透過する光と透明基板３０１の透明領域を透過する光に５０度より小さい範囲の所定の位相差を生じさせ、半透明パターンのフォーカス特性を平坦にしたマスクである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平７−１４０６３９号公報
【特許文献２】特許第２９５３４０６号
【特許文献３】特開２００３−３０２７３９号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｎ．Ｖ．Ｌａｆｆｅｒｔｙ，ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．５３７７，３８１−３９２（２００４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献２に記載された補助パターンを有するハーフトーンマスクは、露光光源に水銀灯のｉ線（３６５ｎｍ）あるいはＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）を用い、投影光学系の開口数ＮＡが０．６と小さく、ウェハ上のパターン寸法が０．３〜０．３５μｍのサブミクロン単位の半導体素子を対象とした世代のマスクであり、現在実用化が進められているＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、ＮＡを１以上、望ましくは１．３〜１．３５前後の高ＮＡの露光装置に用いられ、ウェハ上のパターン寸法がハーフピッチ６５ｎｍ以下、さらには４５ｎｍ、３２ｎｍの半導体素子用のマスクとして用いるには、次のような問題があった。
【００１４】
すなわち、プロセス定数ｋ1が小さくなるに従い、主パターンの解像性を向上させるために変形照明が用いられるが、それに伴い補助パターンも解像しやすくなってしまうという問題があった。さらに変形照明の斜め入射照射により、マスク基板面に垂直方向のマスクの厚みによる立体的な効果（マスクの３次元効果）で補助パターンが転写対象面に解像しやすくなるという問題が生じてきた。特許文献２に記載された補助パターンを有するハーフトーンマスクは、たとえ主パターンの位相差が所定の範囲内であっても、３次元効果により補助パターンが解像してしまい、しかもデフォーカスに対して寸法変動が非対称になり、転写画像の品質が低下して実用に適しないという問題が生じていた。本来、補助パターンは転写対象面に解像しないようにマスク設計しているので、必ずしも複数の補助パターンのすべてが転写されるわけではないが、補助パターンの一部、例えば、主パターンに近接した補助パターンあるいは近接した補助パターンの一部などが解像してしまうという問題が生じていた。
【００１５】
上記の補助パターンあるいはその一部が転写対象面に解像してしまう原因としては、マスク設計ソフトの精度が悪いためにマスク設計段階に不備がある場合、実際に作製された補助パターン寸法の誤差が大きい場合、半導体露光装置の光学系が微妙に誤差を有している場合、半導体用レジストの特性の問題など、様々な要因が考えられている。
【００１６】
上記のように、補助パターンを設けたフォトマスクが強く求められてはいるものの、半導体素子パターンの微細化に伴って、微細パターンの限界に近い領域でパターン転写を行うために、露光転写後に補助パターンが転写対象面に解像してしまうという問題が生じ、転写されてしまう補助パターンのマスクを修正するために、補助パターン線幅をさらに小さく修正して解像しないように試みようとしても、マスク線幅で例えば６０ｎｍ以下の補助パターンをさらに僅かな幅で修正するのは困難であり、再度、フォトマスクを製造しなければならないという問題があった。
【００１７】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられる補助パターンを有するフォトマスクにおいて、補助パターンが転写対象面に解像されてしまう場合のフォトマスクを、確実で比較的容易な方法により補助パターンを修正するフォトマスクの修正方法および修正されたフォトマスクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１の発明に係るフォトマスクの修正方法は、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられ、透明基板の一主面上に、前記投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、前記主パターンの近傍に形成された補助パターンとを有するフォトマスクにおいて、前記投影露光により前記補助パターンが前記転写対象面に解像されてしまう場合のフォトマスクの修正方法であって、前記解像されてしまう補助パターンの表面をエッチングもしくは研削し、前記補助パターンが前記転写対象面に解像されなくなるまで、前記解像されてしまう補助パターンの膜厚を薄くすることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項２の発明に係るフォトマスクの修正方法は、請求項１に記載のフォトマスクの修正方法において、前記エッチングもしくは研削して薄くした修正後の前記補助パターンの膜厚と、修正前の前記補助パターンの膜厚との膜厚差が、１ｎｍ〜４０ｎｍの範囲であることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項３の発明に係るフォトマスクの修正方法は、請求項１または請求項２に記載のフォトマスクの修正方法において、前記エッチングが電子ビームマスク修正機の電子ビームを用いたガスアシスト・エッチングであり、前記研削が原子間力顕微鏡の探針を用いた研削であることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項４の発明に係るフォトマスクの修正方法は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法において、前記主パターンと前記補助パターンとが半透明膜で構成されており、前記主パターンの膜厚が、前記主パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光とで１８０度の位相差を生じる膜厚であることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項５の発明に係るフォトマスクの修正方法は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法において、前記主パターンが遮光膜から構成され、前記補助パターンが半透明膜よりなることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項６の発明に係るフォトマスクの修正方法は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法において、前記主パターンと前記補助パターンとが遮光膜で構成されていることを特徴とするものである。
【００２４】
請求項７の発明に係るフォトマスクの修正方法は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法において、前記主パターンおよび前記補助パターンがいずれもラインパターンであり、前記主パターンが孤立パターンまたは周期パターンであることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項８の発明に係るフォトマスクは、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法により補助パターンが修正され、修正後の前記補助パターンの膜厚が修正前の前記補助パターンの膜厚よりも薄いことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のフォトマスクの修正方法によれば、本来転写対象面に転写されてはいけない補助パターンが、転写対象面に解像してしまう場合のフォトマスクの修正方法において、解像されてしまう補助パターンの表面をエッチングもしくは研削し、補助パターンが転写対象面に解像されなくなるまで補助パターンの膜厚を薄くすることで、補助パターンが転写されてしまう問題を解決し、補助パターンとしての焦点深度拡大効果を保ちつつ、コントラストの高い転写画像を形成するフォトマスクに修正することができる。本発明のフォトマスクの修正方法は、従来の方法である補助パターンの線幅方向の修正とは異なり、補助パターンを厚み方向に薄膜化して修正する方法であって、補助パターンを有するフォトマスクを容易な方法で確実に修正することが可能となる。
【００２７】
本発明の修正方法によるフォトマスクによれば、補助パターンが転写対象面に転写されてしまうフォトマスクを、補助パターンを厚み方向に修正することにより、補助パターンが転写対象面に転写されず、焦点深度拡大効果を有し、コントラストの高い転写画像を形成する高品質なフォトマスクを得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の補助パターンを有するフォトマスクの修正方法の一実施形態を示す断面模式図である。
【図２】本発明の補助パターンを有するフォトマスクの評価に用いたＣｑｕａｄ瞳フィルタで、同図（ａ）はＣｑｕａｄの平面模式図、同図（ｂ）はＣｑｕａｄを用いてマスクに露光光を照射したときの斜視模式図である。
【図３】本発明の補助パターンを有するフォトマスクにおいて用いた評価パターンの一例で、評価パターンの位置と光強度との関係を示す空間像の図である。
【図４】本発明の修正方法を適用し得る補助パターンを有するフォトマスクの例を示す部分断面模式図である。
【図５】ＳＲＡＦのＣＤを変えたとき、ＳＲＡＦ膜厚差とＳＲＡＦの光強度／スライスレベルとの関係を示す図である。
【図６】ＳＲＡＦのＣＤを変えたとき、ウェハ上の主パターン端のラインＣＤとデフォーカスとの関係を示す図である。
【図７】ハーフトーンマスクとバイナリマスクにおいて、ウェハ上でのＳＲＡＦのＣＤに対して、光強度閾値のスライスレベルに対するＳＲＡＦ部光強度の比を示す図である。
【図８】実施例においてテスト試料によるＳＲＡＦ部分の薄膜化処理後のＳＥＭ写真である。
【図９】テスト試料でＳＲＡＦ部を部分的にエッチングした後のリソグラフィシミュレーション顕微鏡によるウェハ上光強度分布の平面状態を示す画像である。
【図１０】実施例におけるＳＲＡＦ部分の薄膜化処理前のパターン位置と光強度との関係を示す空間像の図である。
【図１１】図１０の部分拡大図で、繰り返し端主パターンと補助パターンＳ１のＳＲＡＦ薄膜化処理前のパターン位置と光強度との関係を示す空間像の図である。
【図１２】図１１に対する比較参考図であり、ＳＲＡＦが無い場合の繰り返し端の主パターンと補助パターンＳ１のパターン位置と光強度との関係を示す空間像の図である。
【図１３】実施例におけるＳＲＡＦ部分の薄膜化処理後のパターン位置と光強度との関係を示す空間像の図である。
【図１４】図８、図９の破線部内の状況を示し、図１３の部分拡大図で、繰り返し端主パターンと補助パターンＳ１のＳＲＡＦ薄膜化処理後のパターン位置と光強度との関係を示す空間像の図である。
【図１５】ＳＲＡＦ薄膜化処理による繰り返し端主パターンの焦点深度を示す図である。
【図１６】特許文献２に記載の従来の半透明補助パターンを有するフォトマスクの平面図および縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明のフォトマスクの修正方法が対象とするフォトマスクは、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられるマスクであり、好ましくはウェハ上のハーフピッチが６５ｎｍ以下、さらには４５ｎｍ、３２ｎｍの微細な半導体素子形成に用いられることを対象とする補助パターンを有するマスクである。
【００３０】
（補助パターンを有するフォトマスクの転写特性）
本発明の修正方法について述べる前に、まず補助パターンを有するフォトマスクの転写特性について、ハーフトーンマスクを例にして説明する。本発明者は、ウェハ上にハーフピッチ４５ｎｍ以下の細密パターンを形成するための補助パターンを有するハーフトーンマスクの転写特性を、バイナリマスクと比較しながら、シミュレーションにより調べた。
【００３１】
シミュレーションにおいては、マスクパターンの転写特性を見積もるためのシミュレーション・ソフトウェアとして、ＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：Panoramic Technology社製）を用いた。主なシミュレーション条件は、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）を照明光源とし、ＮＡは１．３５、変形照明として、図２に示すＣｑｕａｄ瞳フィルタ２１を用いた。同図（ａ）はＣｑｕａｄ２１の平面模式図、同図（ｂ）はＣｑｕａｄ２１を用いてマスク２３に露光光を照射したときの斜視模式図である。Ｃｑｕａｄ２１は、扇状光透過部の開口角３５度、外径０．９、内径０．７（瞳フィルタの半径を１とする）とした。マスク２３としては、従来の一般的なモリブデンシリサイド系の露光波長１９３ｎｍにおける透過率６％のハーフトーンマスク（６％ハーフトーンと記す）と、比較のためモリブデンシリサイド系のバイナリマスクを用いた。ウェハ上のターゲットライン寸法は４５ｎｍ、パターンはピッチ９０ｎｍ（ハーフピッチ４５ｎｍ）のライン／スペース繰り返しパターンとした。
【００３２】
図３は、シミュレーションに用いた評価パターン（同図（ａ））と、評価パターンの位置に対応した光強度を示す空間像の図（同図（ｂ））である。評価パターンは、主パターンとしてハーフピッチ４５ｎｍのライン／スペースが９本、端の主パターンの解像性を向上するために、主パターンの両端にＳＲＡＦを２本（ＳＲＡＦのハーフピッチは主パターンと同じ）入れて一組とし、４００ｎｍのスペースを挟んだ繰り返しパターンである。主パターン、ＳＲＡＦともに上記の６％ハーフトーンである。
【００３３】
次に、上記の補助パターンを有するハーフトーンマスクにおいて、ライン／スペースパターンの端の補助パターン（ＳＲＡＦ）の転写性について説明する。図３では、横軸に主パターンとＳＲＡＦの一組のパターン位置、縦軸にパターンがない透過部の光強度を１としたときの規格化した光強度を示しており、図中の横実線で示すスライスレベルは、規格化された光強度閾値である。主マスクパターンの寸法によってスライスレベルは変わる。図中に矢印で示すＳＲＡＦ部の最小光強度がスライスレベルよりも下がると、ＳＲＡＦがウェハ上に解像してしまうことを意味する。
【００３４】
図７は、上記のシミュレーションにより得られた主パターンと補助パターン（ＳＲＡＦ）の膜厚が同じ場合のハーフトーンマスクとバイナリマスクにおける、ウェハ上でのＳＲＡＦのＣＤ（横軸）に対して、規格化された光強度閾値のスライスレベルに対するＳＲＡＦ部の光強度の比（縦軸）を示す図である。ハーフトーンマスク（図中の三角点）は、主パターンのＣＤが３通り（ウェハ上で３２ｎｍ；３６ｎｍ；４０ｎｍ）の場合を示す。上記の比が１以下であるとＳＲＡＦは転写されてしまうので、ＳＲＡＦが転写されないようにするには上記の比を１を超えた値にしなければならない。図中に点線で示すハーフトーンマスクの主パターンＣＤが３２ｎｍ（マスク上では１２８ｎｍ）のときには、ＳＲＡＦのＣＤを１４ｎｍ（マスク上では５６ｎｍ）以下にしないとＳＲＡＦが解像してしまうことになる。
【００３５】
上記は、ＳＲＡＦを有する６％ハーフトーンマスクを用いた場合のシミュレーション結果であり、ハーフトーンマスクの主パターンＣＤが３２ｎｍと微細なときには、ＳＲＡＦ寸法が極めて小さくなり、実際のマスク製造が困難であることがわかる。
【００３６】
<本発明のフォトマスクの修正方法>
次に、上記の結果を参考にしながら、本発明のフォトマスクの修正方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。以下のマスクパターンの転写特性の説明では、上記の図２に示すＣｑｕａｄ瞳フィルタ２１を用い、シミュレーション・ソフトウェアとして、ＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：Panoramic Technology社製）を用いた。主なシミュレーション条件は、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）を照明光源とし、ＮＡは１．３５である。評価パターンは、上記の図３（ａ）に示すパターンを用いている。
【００３７】
図１は、本発明の補助パターンを有するフォトマスクの修正方法の一実施形態の工程概要を示す断面模式図であり、ライン／スペースパターンを設けたハーフトーンマスクの場合を例示している。図１（ａ）は、修正前のフォトマスクの断面模式図であり、合成石英基板などの透明基板１１上に、露光光を所定の透過率で透過し位相を変える主パターン１２が設けられ、主パターン１２は単層の半透明膜１４で構成され、主パターン１２の近傍に、主パターン１２と同一材料で同一膜厚の半透明膜で構成された補助パターン（ＳＲＡＦ）１３が形成されたハーフトーンマスク１０である。図１では、主パターン１２、補助パターン１３ともに２本で、マスクパターンの一部しか示していないが、もとよりこれに限定されるわけではない。また、主パターンは孤立パターンまたは周期パターンであってもよい。
【００３８】
本実施形態の補助パターンを有するハーフトーンマスク１０は、主パターン１２を透過する露光光と透明基板１１のパターンのない透明領域を透過する露光光とで１８０度の位相差を生じさせるように設定されている。位相差の測定は、位相シフト量測定装置（例えば、レーザテック社製：ＭＰＭ１９３）で行うことができる。
【００３９】
ここで、図１（ａ）に示すハーフトーンマスク１０は、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光によりウェハ上にマスクパターンを転写したときに、主パターン１２に近接した補助パターン１３ａおよび１３ｂが、転写対象面のウェハ上に解像されてしまうマスクである。
【００４０】
図１（ｂ）は、上記のウェハ上に補助パターン１３ａおよび１３ｂが解像されてしまうフォトマスクの修正中の状態を示す断面模式図である。上記の転写対象面に解像されてしまう補助パターン１３ａおよび１３ｂは、マスク上に本来あってはならない不要な余剰欠陥いわゆる「黒欠陥」と呼ばれている欠陥とは異なる性質のものであり、ウェハ上へのマスクパターン形成にとって必要不可欠な領域である。マスク上の転写対象面に解像されてしまう補助パターン１３ａおよび１３ｂは、黒欠陥を検出する従来のマスク欠陥検査装置では欠陥として検出することができない。解像されてしまう補助パターン１３ａおよび１３ｂの検出は、例えば、エアリアルイメージ測定システム（Aerial Image Measurement System：カールツァイス社製、ＡＩＭＳ（登録商標）と略称される。以後、ＡＩＭＳとも記す。）などのリソグラフィシミュレーション顕微鏡を用いた検証や、実際の露光装置での露光テストで行うことができる。
【００４１】
本発明の修正方法においては、転写対象面に解像されてしまう補助パターン１３ａおよび１３ｂの該当する領域の表面をエッチングもしくは研削し、補助パターン１３ａおよび１３ｂが転写対象面であるウェハ上に解像されなくなるまで、補助パターン１３ａおよび１３ｂの該当する領域の膜厚を薄くするものである。図１（ｂ）は、一例として、電子ビームマスク修正装置により、ウェハ上に解像されてしまう補助パターン１３ａの領域をエッチングして膜厚を薄くして修正している場合を例示している。
【００４２】
修正においては、必ずしも１ラインあるいは複数ラインの補助パターン全面をエッチングして薄膜化する必要はなく、解像されてしまう補助パターンの領域のみをエッチングして膜厚を薄くすればよい。もとより、１ラインの補助パターン全面が転写されてしまう場合には、１ライン全面の膜厚を薄くすればよく、複数のラインの補助パターン全面が転写されてしまう場合には、複数のライン全面の膜厚を薄くすればよい。
【００４３】
上記の転写対象面に解像されてしまう補助パターン１３ａおよび１３ｂの表面をエッチングもしくは研削する工程において、補助パターン１３ａをエッチングもしくは研削して取り除くべき膜厚は、あらかじめシミュレーションにより求めておくことができる。
【００４４】
図１（ｃ）は、転写対象面に解像されてしまう補助パターン１３ａおよび１３ｂの表面をエッチングして膜厚を薄くして補助パターン１３ａ´、１３ｂ'とした修正後のフォトマスクの状態を示す断面模式図である。修正箇所は、エッチングにより膜厚差Ｔだけ修正前の膜厚よりも薄くなっている。
【００４５】
本発明において、上記の転写対象面に解像されてしまう補助パターンの領域の膜厚を薄くする方法としては、従来フォトマスク上の黒欠陥の修正に用いられてきた各種の方法を適用することができる。例えば、集束イオンビーム（ＦＩＢ）マスク修正装置のイオンビームを用いたガスアシスト・エッチング方法、あるいは上記の図１（ｂ）に示すように、電子ビーム（ＥＢ）マスク修正装置の電子ビーム（ＥＢ）を用いたガスアシスト・エッチング方法、あるいは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の探針を用いて欠陥を有する補助パターンを物理的に研削する方法、あるいはマスク上にレジストパターンを形成して補助パターンの欠陥領域のみを露出させ、ドライエッチングにより選択的に欠陥領域の膜厚を薄くする方法などが用いられる。
【００４６】
しかし、上記の方法のうち、ＦＩＢマスク修正装置によるガスアシスト・エッチング方法は、イオンビームとして通常用いるガリウムが透明基板に打ち込まれガリウムステインという現象により修正部位の光透過率を低下させたり、あるいは修正部位の周辺の透明基板にオーバーエッチングによるリバーベッドと呼ばれる透明基板の掘り込み現象が発生しやすい。また、レジストパターンを形成する方法は、レジスト塗布、パターン描画、レジスト剥膜の工程が必要であり、修正工程が長くなるという問題を生じる。
【００４７】
一方、ＥＢマスク修正装置によるガスアシスト・エッチング方法は、一例として、図１（ｂ）に示すように、欠陥を有する補助パターン１３ａに絞り込まれて走査する電子ビーム１６の近くのガスノズル１５から、エッチングに最適なアシストガスが吐出され、ガスの分子が修正すべき補助パターン１３ａ表面に付着し、電子ビームにより化学反応が引き起こされ、補助パターン材料を揮発性の物質に変えてエッチングが行われる方法で、微細パターンに適し、修正箇所に損傷を与えない方法である。修正箇所の確認は、ＥＢマスク修正装置に備えられたＳＥＭで行う。上記のＥＢマスク修正装置としては、例えば、ＭｅＲｉＴ ６５（カールツアイス社製）などがある。
【００４８】
また、ＡＦＭの探針で研削する方法は、ダイヤモンド針などの硬い探針に一定の加重をかけて、欠陥を直接削り取る方法で、カンチレバーの先端に探針を取り付け、原子間力顕微鏡の原理を用いてカンチレバーを制御している。修正箇所の確認は、ＡＦＭに備えられたＳＥＭで行い、修正すべき欠陥を有する補助パターン表面を探針で走査し、次に欠陥そのものを探針で削り取る方法である。微細パターンの修正に適し、削除する面積、膜厚が小さい場合に適する方法である。上記のＡＦＭの探針を用いたマスク修正装置としては、例えば、ＲＡＶＥｎｍ６５０（ＲＡＶＥ社製）などがある。
【００４９】
したがって、本発明においては、微細パターンを形成した補助パターンの膜厚を薄くする方法としては、上記のＥＢマスク修正装置によるガスアシスト・エッチング方法あるいはＡＦＭの探針で研削する方法がより好ましい。
【００５０】
本発明において、図１（ｃ）に示すように、エッチングもしくは研削して薄くした修正後の補助パターン１３ａ´、１３ｂ'の膜厚と、修正前の補助パターン１３ａ、１３ｂの膜厚との膜厚差Ｔ（図中のＳＲＡＦ膜厚差）は、１ｎｍ〜４０ｎｍの範囲であることが好ましい。膜厚の測定は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で行うことができる。
【００５１】
補助パターンは、本来、転写対象面に解像しないようにマスク設計して作製されているので、ウェハ上に転写されてしまう補助パターンはその一部分であることが多く、また修正すべき膜厚は非常に薄くてよい場合が多い。したがって、修正すべき膜厚は僅かな場合もあり得ることであり、本発明では修正すべき膜厚の下限を修正可能な１ｎｍとしている。修正膜厚１ｎｍ未満では、修正の効果を確認し得ないからである。一方、補助パターンの特性上、修正すべき膜厚の上限を４０ｎｍとしている。修正すべき膜厚が４０ｎｍを超えてしまうと、ＳＲＡＦによる主パターンの解像度向上効果や焦点深度拡大効果など、本来のＳＲＡＦの機能が低減あるいは消滅してしまうからである。
【００５２】
（本発明の修正方法を適用し得るフォトマスク）
本発明のフォトマスクの修正方法は、補助パターンを有するマスクならば、ハーフトーンマスク、バイナリマスクのいずれのマスクにも用いることができ、特に限定されることはないが、図４に、補助パターンを有するハーフトーンマスクおよびバイナリマスクの代表的なマスクを例示しながら説明する。図４において、同じ部位を示す場合には同じ符号を用いている。もとより本発明のフォトマスクの修正方法は、図４に示すフォトマスクに限定されるわけではない。
【００５３】
図４（ａ）〜図４（ｄ）は、本発明の修正方法を適用し得る主パターンと補助パターンとが半透明膜で構成されているハーフトーンマスクの例を示す部分断面模式図である。図４（ａ）〜図４（ｄ）のフォトマスクは、透明基板４１上に主パターン４２と補助パターン４３とが設けられており、いずれのマスクも、主パターン４２を透過する露光光と透明基板４１の透明領域を透過する露光光とで１８０度の位相差を生じる膜厚であるように、主パターン４２の膜厚が設定されている。
【００５４】
さらに、図４（ａ）は、主パターン４２と補助パターン４３とが同一の半透明膜で同一の膜厚で構成されているハーフトーンマスクである。図４（ｂ）は、主パターン４２と補助パターン４３とが同一の半透明膜で構成され、補助パターン４３を透過する露光光と透明基板４１の透明領域を透過する露光光に７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差を生じさせるようにしたマスクであり、補助パターン４３の膜厚を主パターン４２の膜厚よりも薄くしたマスクである。図４（ｃ）は、主パターン４２が透明膜／半透明膜の２層で構成され、補助パターン４３が半透明膜よりなるマスクであり、半透明膜層の膜厚は主パターン４２と補助パターン４３とも同じである。図４（ｄ）は、主パターン４２が半透明膜／半透明膜の２層で構成され、補助パターン４３が半透明膜よりなるマスクであり、透明基板４１に接した半透明膜層の膜厚は主パターン４２と補助パターン４３とも同じである。
【００５５】
上記の図４（ａ）〜図４（ｄ）に示した補助パターンを有するマスクは、代表的な例であり、本発明の修正方法を適用し得るマスクとしては、主パターンと補助パターンとが半透明膜／半透明膜の２層で構成したマスクなどにも適用することができる。
【００５６】
図４（ｅ）および図４（ｆ）は、主パターンが露光光を遮光する遮光膜で構成されているバイナリマスクの例を示す部分断面模式図である。図４（ｅ）は、透明基板４１上に主パターン４２が遮光膜／半透明膜の２層で構成され、補助パターン４３が半透明膜よりなるマスクであり、半透明膜層の膜厚は主パターン４２と補助パターン４３とも同じである。図４（ｆ）は、主パターン４２と補助パターン４３とが同一の遮光膜で同一の膜厚で構成されているマスクである。
【００５７】
上記のように、本発明の修正方法を適用するフォトマスクにおける主パターンおよび補助パターンの半透明膜は、露光光を所定の透過率で透過する半透明の薄膜を意味するものであり、薄膜が半透明の単層膜、あるいは半透明膜と透明膜もしくは透過率の異なる他の半透明膜との２層膜以上の構成であってもよい。また、本発明の修正方法を適用するフォトマスクにおける主パターンおよび補助パターンの遮光膜は、露光光を遮光する薄膜を意味するものであり、薄膜が遮光膜の単層膜、あるいは遮光膜と半透明膜を有する２層膜以上の構成であってもよい。
【００５８】
本発明のフォトマスクの修正方法において、図４（ａ）〜図４（ｅ）に示すマスクの主パターン４２および補助パターン４３を構成する半透明膜としては、材料として特に限定されるわけではないが、例えば、モリブデンシリサイド系材料であるモリブデンシリサイド酸化膜（ＭｏＳｉＯ）、モリブデンシリサイド窒化膜（ＭｏＳｉＮ）、モリブデンシリサイド酸化窒化膜（ＭｏＳｉＯＮ）などの半透明膜、クロム系材料である酸化クロム膜（ＣｒＯ）、酸化クロム膜（ＣｒＮ）、酸化窒化クロム膜（ＣｒＯＮ）などの半透明膜、酸化スズ（ＳｎＯ2）などの半透明膜が挙げられる。モリブデンシリサイド系半透明膜はハーフトーンマスク材料として実用されており、より好ましい材料である。図４（ｃ）に示す主パターン４２を構成する透明膜としては、酸化シリコン膜（ＳｉＯ2）などが挙げられる。図４（ｅ）に示す主パターン４２を構成する遮光膜、および図４（ｆ）に示すマスクの主パターン４２および補助パターン４３を構成する遮光膜としては、クロム膜（Ｃｒ）などの金属薄膜、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）などの金属シリサイド薄膜が挙げられる。
【００５９】
図１（ｂ）に示す電子ビームマスク修正機の電子ビームを用いたガスアシスト・エッチング工程において、主パターン４２および補助パターン４３を構成する半透明膜が、例えばモリブデンシリサイド系材料の半透明膜の場合には、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ2 Ｆ6などのフッ素系ガス、あるいはこれらの混合ガス、あるいはこれらのガスに酸素を混合したガスをアシストガスとして用いて選択的にエッチングを行い、補助パターンの膜厚を選択的に薄くすることができる。また、主パターン４２および補助パターン４３を構成する遮光膜が、例えばクロムの場合には、Ｃｌ2と酸素の混合ガスをアシストガスとして用いて選択的にエッチングを行い、補助パターンの膜厚を選択的に薄くすることができる。
【００６０】
（修正後の補助パターンの転写性）
次に、図１に示した本発明のフォトマスクの修正方法により、補助パターン（ＳＲＡＦ）表面をエッチングもしくは研削し、補助パターンの膜厚を薄く修正した薄膜化の効果について説明する。マスクとしては、一例として、図４（ａ）に示す部分断面模式図の形状で、膜厚６８ｎｍのモリブデンシリサイドを半透明膜とし、主パターン（膜厚６８ｎｍ）がＡｒＦエキシマレーザ光（１９３ｎｍ）の透過率６％、透明基板の透明領域との位相差１８０度であり、修正前の補助パターンの膜厚も６８ｎｍであるハーフトーンマスクを例にして説明する。
【００６１】
シミュレーション・ソフトウェアとしては、ＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：Panoramic Technology社製）を用いた。主なシミュレーション条件は、照明光源ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、ＮＡ１．３５、変形照明とし、Ｃｑｕａｄ瞳フィルタを用い、Ｃｑｕａｄ２１は、扇状光透過部の開口角３５度、外径０．９、内径０．７（瞳フィルタの半径を１とする）とした。マスクには、上記のハーフトーンマスクの値を用いた。
【００６２】
図５は、シミュレーションにより得られた結果であり、ウェハ上での主パターンのＣＤが３２ｎｍの上記のハーフトーンマスクにおいて、ＳＲＡＦのＣＤを変えたとき、ＳＲＡＦ膜厚差（横軸）とＳＲＡＦの光強度／規格化された光強度閾値のスライスレベル（縦軸）との関係を示す図である。図５においては、ＳＲＡＦの光強度／スライスレベルを１以上にしないと、ＳＲＡＦがウェハ上に解像してしまうことを示す。
【００６３】
図５が示すように、ＳＲＡＦのＣＤが１４ｎｍ（マスク上では５６ｎｍ）と微細なときには、修正後のＳＲＡＦ膜厚差が０と同じ（修正がされなかった場合と同じである）であっても、ＳＲＡＦの光強度／スライスレベルは１以上であり、本来的にＳＲＡＦは転写されないことになる。次に、ＳＲＡＦのＣＤが２２ｎｍ（マスク上では８８ｎｍ）のときには、修正後のＳＲＡＦの膜厚差が２４ｎｍ以上であれば、ＳＲＡＦは解像せず転写されないことが示される。同様に、ＳＲＡＦのＣＤが２６ｎｍ（マスク上で１０４ｎｍ）のとき、修正後のＳＲＡＦの膜厚差３０ｎｍ以上、ＳＲＡＦのＣＤが３０ｎｍ（マスク上で８８ｎｍ）のとき、修正後のＳＲＡＦの膜厚差が３４ｎｍ以上であれば、ＳＲＡＦは転写されない。
【００６４】
上記の図５および図７で説明したように、主パターンと補助パターン（ＳＲＡＦ）が同一材料、同一膜厚で構成されたハーフトーンマスクでは、主パターンのＣＤを３２ｎｍとするとＳＲＡＦのＣＤが１４ｎｍ以下でしかＳＲＡＦが用いられなかったが、上記のように、転写されてしまうＳＲＡＦを薄膜化する本発明の修正方法を適用することにより、ＳＲＡＦのＣＤを２６ｎｍ〜３０ｎｍと２倍程度に大きい寸法としても、ＳＲＡＦが解像せず転写されないで使用することも可能となる。本発明の修正方法により、従来微細化が難しく使用することが困難であったＳＲＡＦを有するハーフトーンマスクの使用可能性が広くなる。
【００６５】
次に、ＳＲＡＦを修正により薄くしたときの影響について述べる。図６は、シミュレーションにより得られたＳＲＡＦのＣＤを変えたとき、ウェハ上の主パターン端のラインのＣＤとデフォーカス（Defocus：焦点位置変動）との関係を示す図である。それぞれのＳＲＡＦのＣＤに対して、ＳＲＡＦが解像しないようにエッチングによる修正により膜厚を薄くして、修正前の膜厚との膜厚差（ＳＲＡＦ膜厚差：２４ｎｍ、３２ｎｍ、４０ｎｍ）を有している。図６に示されるように、ＳＲＡＦのＣＤを２２ｎｍ〜３０ｎｍ（ウェハ上）と大きくし、ＳＲＡＦの膜厚を薄くする修正を行うことにより、フォーカスを振ったときの各ＳＲＡＦ寸法間におけるＣＤ変動はなく、ほぼ同じ傾向を示す。すなわち、本発明の修正方法によるＳＲＡＦの薄膜化は、デフォーカスに対して悪影響はなく、修正をしていないＳＲＡＦのＣＤ１４ｎｍの場合と同様の寸法精度が得られることが示される。
【００６６】
上記の実施形態においては、補助パターン（ＳＲＡＦ）を有するフォトマスクとして、主パターンの両端にＳＲＡＦを有するマスク形態を例に説明をしてきたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、主パターン間にＳＲＡＦがあるマスク形態、あるいは主パターンが孤立パターンであるマスク形態などにおいても、本発明のフォトマスクの修正方法を適用することが可能である。
【００６７】
本発明のフォトマスクの修正方法によれば、補助パターンが転写対象面に解像して転写されてしまう場合のフォトマスクの修正方法において、補助パターン表面をエッチングもしくは研削し、補助パターンが転写対象面に解像されなくなるまで、補助パターンの膜厚を薄くすることで、補助パターンが解像して転写されてしまう問題を解決し、かつ、補助パターンとしての焦点深度拡大効果を保ちつつ、コントラストの高い転写画像を形成するフォトマスクに修正することができる。本発明のフォトマスクの修正方法は、補助パターンの線幅方向にマスクパターンを修正する従来のフォトマスクの修正方法とは異なり、補助パターンの厚み方向にマスクパターンを修正する方法であって、補助パターンを有するフォトマスクを確実で比較的容易な方法で修正することが可能となる。
【００６８】
<本発明の修正されたフォトマスク>
本発明の修正されたフォトマスクは、上記のフォトマスクの修正方法により補助パターンが修正されたフォトマスクであって、一例として、図１（ｃ）に示すように、エッチングもしくは研削して薄くした修正後の補助パターン１３ａ´および１３ｂ'を備え、修正前の補助パターンの膜厚との膜厚差（図中のＳＲＡＦ膜厚差：Ｔ）を有するものである。本発明のフォトマスクは、補助パターンが転写対象面に解像されて転写されてしまうフォトマスクを、補助パターンを膜厚の厚み方向に修正することにより、補助パターンが転写対象面に解像し転写されないようにし、焦点深度拡大効果を保ちつつ、コントラストの高い転写画像を形成することができる。
以下、実施例により本発明を説明する。
【実施例】
【００６９】
ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）用マスクとして、補助パターンを有するＭｏＳｉ系の１９３ｎｍにおける透過率６％のハーフトーンマスクを作製した。ウェハ上のターゲットライン寸法は４５ｎｍ、パターンはピッチ９０ｎｍ（マスク上でピッチ３６０ｎｍ）のライン／スペース繰り返しパターンで、図３に示すパターンを形成した。ウェハ上において、主パターンとしてハーフピッチ４５ｎｍのライン／スペースが９本、端の主パターンの解像性を向上させるために、主パターンの両端にＳＲＡＦを２本（ＳＲＡＦのピッチ９０ｎｍ）入れている。主パターン、ＳＲＡＦともに上記の６％ハーフトーンで構成され、マスク上のパターンの膜厚はともに６８ｎｍとした。マスク上における主パターンのＣＤおよびＳＲＡＦのＣＤは、ともに１２８ｎｍとした。
【００７０】
上記のハーフトーンマスクを用いてＡｒＦエキシマレーザ露光を行った。露光系のＮＡは１．３５、変形照明として、図２に示すＣｑｕａｄ瞳フィルタを用いた。しかし、ウェハ上に転写されてはならないＳＲＡＦパターンが、ウェハ上に解像してしまうという問題が生じた。
【００７１】
そこで、ＳＲＡＦをエッチングもしくは研削して膜厚を薄くするべく、あらかじめシミュレーションにより転写特性の見積りを行った。また、リソグラフィシミュレーション顕微鏡AIMS45-193i（カールツァイス社製）を上記の露光系と同一の露光条件にて用い、ＳＲＡＦの膜厚を薄くしたときのウェハへの転写特性の検証を行った。
【００７２】
まず、テスト試料によりＳＲＡＦのエッチング条件の確認を行った。パターンはマスク上でピッチ３６０ｎｍ（ウェハ上で９０ｎｍ）のライン／スペースパターンで、主パターンの両端にＳＲＡＦを２本設けた。図８は、ＥＢマスク修正装置ＭｅＲｉＴ６５（カールツアイス社製）を用い、ＣＦ4をアシストガスとしてガスアシスト・エッチングを行い、石英基板上のＭｏＳｉ薄膜のＳＲＡＦ部（Ｓ１とＳ２）を部分的に３０ｎｍエッチングした後のＳＥＭ平面写真である。図８の破線内の領域が、エッチングにより薄膜化処理した部分であり、エッチングした領域は、微視的にはエッチングされていない領域とＳＥＭ写真上僅かな差異が認められるが、良好な表面状態を示している。
【００７３】
図９は、上記のテスト試料でＳＲＡＦ部（Ｓ１とＳ２）を部分的に３０ｎｍエッチングした後のリソグラフィシミュレーション顕微鏡ＡＩＭＳ（AIMS45-193i；カールツァイス社製）による検証画像で、ウェハ上光強度分布の平面状態を示す。図９の破線内がエッチングにより薄膜化処理したＳＲＡＦ部分に相当し、この部分の光強度が上がり、レジストパターンが解像しないことが示されている。
【００７４】
ＡＩＭＳを用いたシミュレーションによる転写特性の検証結果を図１０〜図１５に示す。図１０は、ＳＲＡＦを薄くする前のマスクパターンの位置に対応した光強度を示す空間像の図であり、一組のパターン両端片側のＳＲＡＦ（Ｓ１、Ｓ２）と主パターンの一部が示されている。図１０では、横軸に主パターンの一部とＳＲＡＦの一組のパターン位置、縦軸にパターンがない透過部の光強度を１としたときの規格化した光強度を示している。光強度プロファイルが複数表示されているのは、ＳＲＡＦの効果を見るためにフォーカス（焦点深度）を変えた場合を示している。図１０に示すように、光強度が０．２５〜０．５７の範囲において、スライスレベルをどこにとっても、ＳＲＡＦのうちのＳ１はウェハ上に解像してしまい、さらに、スライスレベルを０．４以上にすると、Ｓ２も解像してしまうことが示された。
【００７５】
図１１は、図１０の部分拡大図で、フォーカスを変えたときの繰り返し端主パターンと補助パターンＳ１のＳＲＡＦ薄膜化処理前のパターン位置と光強度との関係を示す空間像の図である。ライン／スペース繰り返し部の主パターンのＣＤが４５ｎｍとなる光強度閾値を０．４２とした。図１１では、図１０で述べたように、ＳＲＡＦの効果を見るためにフォーカスを変えた場合の５本の光強度プロファイルを示している。図１１が示すように、ＳＲＡＦのうちのＳ１はフォーカスに係らずに解像してしまう。
【００７６】
ここで図１２は、図１１の比較参考として、ＳＲＡＦが無い場合の繰り返し端の主パターンと補助パターンＳ１のパターン位置と光強度との関係を示す空間像の図である。図１２が示すように、ＳＲＡＦが無いと繰り返し端の主パターンはほとんど解像しない。
【００７７】
次に、ＳＲＡＦを修正により薄膜化した場合の転写特性をシミュレーションにより見積った。図１３は、シミュレーションによる転写特性の見積り結果であり、ＳＲＡＦを３０ｎｍほど薄くした後のマスクパターンの位置に対応した光強度を示す空間像の図である。ＳＲＡＦを薄膜化したことにより、ＳＲＡＦによる光量が拡大し、ＳＲＡＦの光強度の最小値は大きくなり、０．２５〜０．５５の範囲においてＳＲＡＦパターンは解像しないことが示され、光強度のスライスレベル選定の余裕度が拡大した。また、ＳＲＡＦを薄膜化しても、主パターンの光学像は低下しないことが確認された。
【００７８】
図１４は、図８、図９の破線部内の状況を示し、図１３の部分拡大図であり、繰り返し端主パターンと補助パターンＳ１のＳＲＡＦ薄膜化処理後のパターン位置と光強度との関係を示す空間像の図である。図１４では、ＳＲＡＦの効果を見るためにフォーカスを変えた場合の光強度プロファイルを示している。図１４が示すように、ＳＲＡＦを薄膜化することにより、ＳＲＡＦのＳ１は解像しなくなる。
【００７９】
図１５は、ＳＲＡＦ薄膜化処理をした後の繰り返し端主パターンの焦点深度を示す図である。上記のように、ライン／スペース繰り返し部の主パターンのＣＤが４５ｎｍとなる光強度〔a.u.〕閾値を０．４２とした。比較のために、ＳＲＡＦが無い場合も図示してある。ＳＲＡＦが無い場合（no）は解像するフォーカス範囲が狭いが、薄膜化したＳＲＡＦを設けた場合（thin）には、解像するフォーカス範囲が広いことが示された。また、ＳＲＡＦを解像しないようにしながら、ＳＲＡＦとしての効果を保っていることが示された。
【００８０】
上記のエッチングテスト結果およびシミュレーション結果に基づいて、ウェハ上に解像してしまうＳＲＡＦパターンを有する上記のハーフトーンマスクのＳＲＡＦ部を修正した。上記のテスト試料と同じエッチング条件により、１組の主パターン端の両側にある各２本のＳＲＡＦ表面全面をエッチングして、初期膜厚との膜厚差が３０ｎｍとなるまで薄膜化した。
【００８１】
上記のＳＲＡＦの膜厚を薄膜化して修正したハーフトーンマスクを用いて、再度、ＡｒＦエキシマレーザ露光を行ったところ、ＳＲＡＦはまったく解像されずに、主パターンのみがウェハ上に高解像で転写された。また、露光時における焦点深度拡大効果も得られた。
【符号の説明】
【００８２】
１０ ハーフトーンマスク
１１ 透明基板
１２ 主パターン
１３、１３ａ、１３ａ´、１３ｂ、１３ｂ' 補助パターン（ＳＲＡＦ）
１４ 半透明膜
１５ ガスノズル
１６ 電子ビーム
２１ 瞳フィルタ
２２ 照明光
２３ マスク
４１ 透明基板
４２ 主パターン
４３ 補助パターン（ＳＲＡＦ）
１ 主パターン
２ 補助パターン
３０１ 透明基板
３０２ 半透明膜
３０４ 透明膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられ、透明基板の一主面上に、前記投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、前記主パターンの近傍に形成された補助パターンとを有するフォトマスクにおいて、前記投影露光により前記補助パターンが前記転写対象面に解像されてしまう場合のフォトマスクの修正方法であって、
前記解像されてしまう補助パターンの表面をエッチングもしくは研削し、前記補助パターンが前記転写対象面に解像されなくなるまで、前記解像されてしまう補助パターンの膜厚を薄くすることを特徴とするフォトマスクの修正方法。
【請求項２】
前記エッチングもしくは研削して薄くした修正後の前記補助パターンの膜厚と、修正前の前記補助パターンの膜厚との膜厚差が、１ｎｍ〜４０ｎｍの範囲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修正方法。
【請求項３】
前記エッチングが電子ビームマスク修正機の電子ビームを用いたガスアシスト・エッチングであり、前記研削が原子間力顕微鏡の探針を用いた研削であ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修正方法。
【請求項４】
前記主パターンと前記補助パターンとが半透明膜で構成されており、前記主パターンの膜厚が、前記主パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光とで１８０度の位相差を生じる膜厚であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法。
【請求項５】
前記主パターンが遮光膜から構成され、前記補助パターンが半透明膜よりなることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法。
【請求項６】
前記主パターンと前記補助パターンとが遮光膜で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法。
【請求項７】
前記主パターンおよび前記補助パターンがいずれもラインパターンであり、前記主パターンが孤立パターンまたは周期パターンであることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法により補助パターンが修正され、修正後の前記補助パターンの膜厚が修正前の前記補助パターンの膜厚よりも薄いことを特徴とするフォトマスク。
【請求項１】
ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられ、透明基板の一主面上に、前記投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、前記主パターンの近傍に形成された補助パターンとを有するフォトマスクにおいて、前記投影露光により前記補助パターンが前記転写対象面に解像されてしまう場合のフォトマスクの修正方法であって、
前記解像されてしまう補助パターンの表面をエッチングもしくは研削し、前記補助パターンが前記転写対象面に解像されなくなるまで、前記解像されてしまう補助パターンの膜厚を薄くすることを特徴とするフォトマスクの修正方法。
【請求項２】
前記エッチングもしくは研削して薄くした修正後の前記補助パターンの膜厚と、修正前の前記補助パターンの膜厚との膜厚差が、１ｎｍ〜４０ｎｍの範囲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修正方法。
【請求項３】
前記エッチングが電子ビームマスク修正機の電子ビームを用いたガスアシスト・エッチングであり、前記研削が原子間力顕微鏡の探針を用いた研削であ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修正方法。
【請求項４】
前記主パターンと前記補助パターンとが半透明膜で構成されており、前記主パターンの膜厚が、前記主パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光とで１８０度の位相差を生じる膜厚であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法。
【請求項５】
前記主パターンが遮光膜から構成され、前記補助パターンが半透明膜よりなることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法。
【請求項６】
前記主パターンと前記補助パターンとが遮光膜で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法。
【請求項７】
前記主パターンおよび前記補助パターンがいずれもラインパターンであり、前記主パターンが孤立パターンまたは周期パターンであることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のフォトマスクの修正方法により補助パターンが修正され、修正後の前記補助パターンの膜厚が修正前の前記補助パターンの膜厚よりも薄いことを特徴とするフォトマスク。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
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【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−５９２８５（Ｐ２０１１−５９２８５Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０７６８２（Ｐ２００９−２０７６８２）
【出願日】平成２１年９月９日（２００９．９．９）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月９日（２００９．９．９）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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