(57)【要約】      （修正有）【課題】  フォトマスクの製造方法に関し、位相シフトマスクのシフター膜をドライエッチングする際、経時的な装置状態の変化に対応して常に最適なエッチング時間の設定を行うことができるように、特に、ハーフトーン型の位相シフトマスクにおいては、シフター膜形成やクロム遮光膜のエッチングによって生じるシフター膜厚のばらつきを考慮したエッチング条件の設定を行なうことができるようにする。【解決手段】  位相シフトマスクに於ける位相シフター膜のドライエッチング工程に於いて、エッチング処理中に観測されるプラズマ電流−電圧間の位相差の平均値と位相シフター膜のエッチング速度の相関関係と位相差出力の経時変化とを用いて次回処理基板に於けるエッチング速度を予測し、然る後、最適エッチング時間を設定してエッチング処理を行なう過程が含まれてなることを基本とする。【選択図】図２
2007193036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相シフトマスクに於ける位相シフター膜のドライエッチング工程に於いて、
エッチング処理中に観測されるプラズマ電流−電圧間の位相差の平均値と位相シフター膜のエッチング速度の相関関係と位相差出力の経時変化とを用いて次回処理基板に於けるエッチング速度を予測し、然る後、最適エッチング時間を設定してエッチング処理を行なう過程
が含まれてなることを特徴とするフォトマスクの製造方法。
【請求項２】
位相シフトマスクに於ける位相シフター膜のドライエッチング工程に於ける位相シフター膜エッチング前に位相シフター膜厚を測定し、その測定結果に基づいて該位相シフトマスクのエッチング時間の最適値を算出すること
を特徴とする請求項１記載のフォトマスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリソグラフィ工程で使用される位相シフトマスクを製造する方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
現今の微細化された半導体装置を製造する上で、フォトリソグラフィ工程で使用される位相シフトマスクは不可欠のものとなっている。
【０００３】
図５は現在実施されている一般的な位相シフトマスクを製造する工程を説明する為の工程要所に於ける位相シフトマスクを表す要部切断側面図である。尚、図５に於いて、１１は石英基板、１２は位相シフター膜、１３はクロム遮光膜、１４及び１５はレジスト膜をそれぞれ示している。
【０００４】
（１）
石英基板１１上に位相シフター膜１２、クロム遮光膜１３、レジスト膜１４を積層形成してからレジスト膜１４にパターンを露光する。
（２）
レジスト膜１４のべークと現像を行なってパターンを形成する。
（３）
レジスト膜１４をマスクとしてクロム遮光膜１３のドライエッチングを行なう。
（４）
レジスト膜１４を剥離してから洗浄する。
（５）
クロム遮光膜１３をマスクとして位相シフター膜１２をドライエッチングする。
（６）
レジスト膜１５を形成してパターンを露光する。
（７）
レジスト膜１５のべークと現像を行なってパターンを形成する。
（８）
レジスト膜１５をマスクとしてクロム遮光膜１３のウェットエッチングを行なう。
（９）
レジスト膜１５を剥離してから洗浄する。
【０００５】
このようにして位相シフトマスクが製造されるのであるが、位相シフター膜１２の材料としては、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）を含むシリサイド膜が多用されている。また、石英基板１１そのものに直接掘り込みを行なってシフターを形成することも行なわれている。通常、位相シフター膜１２のパターニングは、位相シフター膜１２上に成膜されたクロム遮光膜１３をエッチングマスクとしてドライエッチングすることで行われる。
【０００６】
位相シフトマスクで最も重要な特性は、エッチング部と非エッチング部を透過する露光光間の位相差であり、通常、露光波長に対して１８０°の位相差が生じるように位相シフター膜１２のエッチング深さを調整する必要がある。
【０００７】
近年の露光波長の短波長化に伴い、エッチング深さのばらつきに対する許容幅は狭くなっている。例えば、ＡｒＦ（λ＝１９３ｎｍ）波長の露光プロセスで作製される先端技術用デバイスに於いては、１８０±２°以内の位相差制御が要求されている。これは、石英のエッチング深さに換算すると深さ方向に対して〜２ｎｍ以内のエッチングばらつきに相当する。
【０００８】
ハーフトーン型の位相シフトマスクに於いては、位相シフター膜１２は一般的にシリサイドを含んでいて、ＣＦ4 やＳＦ6 等のフッ素系のガスを用いてエッチングされている。
ＭｏＳｉ膜をエッチングする場合は、被エッチング膜の反射率の変化やプラズマの発光分析等を用いたエッチングの終点検出が行われている。
【０００９】
然しながら、反射率の変化を用いる場合には、反射率測定のためのモニタパターンを形成する必要があり、そのモニタパターンの配置場所の如何によって測定結果にばらつきが生じる。また、プラズマの発光分析を用いた場合、発光スペクトルがパターン開口率によって大きく変動するため、終点の確認に高度の熟練が必要とされていて、特に、パターン開口率が小さい、例えば、５％以下であるようなパターンに対しては終点検出が困難である。
【００１０】
上記したような理由から、ハーフトーン型の位相シフトマスクのエッチングにおいて、位相シフター膜１２のエッチング終点検出に基づく位相差制御は行われていない。また、レベンソン型位相シフトマスクの様に石英基板１１を直接掘り込んで位相差を確保する場合には、終点検出そのものが不可能であり、この場合には、予め、石英のエッチング速度を予測して、所望のエッチング深さが得られるよう、最適なエッチング時間を決めなければならない。
【００１１】
また、図５に見られるハーフトーン型の位相シフトマスクでは、石英基板１１上にハーフトーン位相シフター膜１２を形成したときに基板毎に膜厚のばらつきが生じる。更に、クロム遮光膜１３のドライエッチングにおけるダメージにより位相シフター膜１２が減膜する。これらシフター膜厚のばらつきは、最終的な位相差ずれの原因となる。
【００１２】
従来のフォトマスクの製造プロセスでは、このハーフトーン型位相シフター膜の減膜について何ら考慮されておらず、位相シフトマスクの位相差ずれを解消するためのプロセス条件へのフィードバックが適切に行なわれず、次回以降の処理において、新たな位相差ずれを生じる場合がある。
【００１３】
一般に、膜のドライエッチング速度は処理装置の状態に依って変化することが知られていて、その処理装置に於ける状態の変化は、ドライエッチング装置に接続されたＲＦセンサーにより、エッチング中のプラズマ出力、即ち、電流、電圧、電流−電圧間の位相差を測定することで推測することが可能である。
【００１４】
従来、膜のドライエッチング速度とプラズマ出力信号とを多項式で関連付けることで、処理装置の状態変化に起因するエッチング速度変化を推定する方法が開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照。）。
【００１５】
特許文献１或いは特許文献２に開示された発明では、エッチング中のあるタイミングにおけるプラズマのインピーダンスやリアクタンス、電流、電圧、位相差の値を測定し、予め求めたエッチング速度との相関関係を用いて膜のエッチング速度を計算で求める。このとき、必要に応じて最適なエッチング時間を設定する。
【００１６】
然しながら、一般に、プラズマインピーダンスやリアクタンスの時間変化は一定ではなく、装置状態に応じて変化する。この為、測定値を求めるタイミングによっては、処理ごとの値のばらつきが大きくなり、エッチング速度の算出における誤差が生じやすい。この為、最終的なエッチング深さに対しても、場合によっては、むしろ結果のばらつきが大きくなってしまう恐れがある。                                                      
【００１７】
また、特許文献２に開示された発明では、上記のプラズマ出力の平均値を用いて装置状態の変化の度合いを診断する手法が開示されているのであるが、この場合、装置状態が異常であると判断されても次回以降の基板の処理が停止されるのみであり、次回処理基板に対する最適な処理条件に関しては分からない。そして、フォトマスクは、通常、１枚／ロットであって、現在処理中の基板に対してはエッチング条件の最適化を行なうことはできない。
【特許文献１】特開２００４−９５８４５号公報
【特許文献２】特許第３６３０９３１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明では、位相シフトマスクのシフター膜をドライエッチングする際、経時的に変化する装置状態の変化に対応して常に最適なエッチング時間の設定を行うことができるように、特に、ハーフトーン型の位相シフトマスクにおいては、シフター膜形成やクロム遮光膜のエッチングによって生じるシフター膜厚のばらつきを考慮したエッチング条件の設定を行なうことができるようにする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明のフォトマスクの製造方法に於いては、
（１）
位相シフトマスクに於ける位相シフター膜のドライエッチング工程に於いて、エッチング処理中に観測されるプラズマ電流−電圧間の位相差の平均値と位相シフター膜のエッチング速度の相関関係と位相差出力の経時変化とを用いて次回処理基板に於けるエッチング速度を予測し、然る後、最適エッチング時間を設定してエッチング処理を行なう過程が含まれてなることを特徴とするか、或いは、
【００２０】
（２）
（１）に於いて、位相シフトマスクに於ける位相シフター膜のドライエッチング工程に於ける位相シフター膜エッチング前に位相シフター膜厚を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
前記手段を採ることに依り、位相シフトマスクのシフター膜をドライエッチングする場合、経時的に変化する装置状態の変化に対応して常に最適なエッチング時間の設定を行うことができ、特に、ハーフトーン型の位相シフトマスクに於いては、シフター膜形成やクロム遮光膜のエッチングによって生じるシフター膜厚のばらつきを考慮したエッチング条件の設定が行うことで安定した位相差結果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は本発明を実施するフォトマスクのエッチングシステムの構成例を表す要部ブロック図であり、図２は図１に見られるエッチングシステムを用いてエッチング処理を行なう場合のフローを説明する図である。尚、ここでの説明は、ハーフトーン型の位相シフトマスクを例に採っているので、随時、図５を参照すると良い。
【００２３】
図１に於いて、１はエッチングチャンバー、２は下部電極（カソード）、３は高周波（ＲＦ）コイル、４はＲＦ電源、５はＲＦセンサー、６はマッチングボックス、７はＲＦ電源、８は制御用コンピューター、９はフォトマスク基板（被エッチング基板）をそれぞれ示している。
【００２４】
本発明では、シフターのエッチング時間設定において、ＲＦセンサー５で測定されるプラズマ出力中、電流―電圧間の位相差の平均値（θS ）を使用する。
【００２５】
シフターのエッチングに於けるθはエッチング終了後、データサーバに送られ、サーバ内では、θS の経時変化（トレンド）を考慮して次回のエッチングにおける位相差の予測値（θS ′）を算出する。θS ′は、例えば、以前に処理された複数枚の基板に於けるエッチング結果の移動平均から算出されるが、その算出は値のトレンドを考慮した他の方法に依っても良い。
【００２６】
エッチングに先立って、位相差の予測値θS ′の算出結果はサーバ内に格納された状態にある。次に、クロム遮光膜をエッチング後の位相シフター膜厚（ＤS ）を測定する。位相シフター膜厚ＤS の測定はエリプソメトリ等を用いる非破壊の測定手段に依って行う。
通常、クロム遮光膜のドライエッチング後は、位相シフター表面にエッチング反応によって生じた反応生成物が堆積している。この為、位相シフター膜厚の測定はレジスト膜の剥離とマスク洗浄が完了した後に行うことが望ましい。                                
【００２７】
位相差の予測値θS ’の予測結果と位相シフター膜厚ＤS の測定結果から、位相シフター膜のエッチング終点時間（ＴS ）を求める。このとき、位相シフター膜のエッチング速度をＲS とすると、                            
ＲS ＝ａ＊θS ’＋ｂ  （ａ、ｂ：定数）・・・・（式１）
なる関係が成立している。（式１）式に於ける定数ａとｂは、以前の位相シフターエッチングの結果から実験的あるいは経験的に求められる。この関係が図４に示されいる。
【００２８】
図３は位相シフター膜のエッチング速度の予測値（横軸）と実測値（縦軸）との関係を表す線図であり、図３からすると（式１）に依って予測されたエッチング速度と実際の測定結果とは良く一致していることが看取されよう。
【００２９】
位相シフター膜のエッチング終点時間（ＴS ）は（式１）式を用いて、              ＴS ＝ＤS ／ＲS ＝ＤS ／（ａ＊θ’＋ｂ）・・・・（式２）
で求めることができる。
【００３０】
位相シフター膜厚（ＤS ）の値の如何によっては、オーバーエッチングを行なって、下地である石英基板を或程度の深さ（ＤQ ）に掘り込んで、位相差を調整する必要が生じる場合がある。深さＤQ の大きさは、シフター膜厚ＤS の値にも依るが、通常、０〜５ｎｍ程度である。
【００３１】
ここで、オーバーエッチング時の石英基板のエッチング速度をＲQ とすると、位相シフター膜と石英基板のエッチング速度は比例関係にあるので、
ＲQ ＝ｃ＊ＲS   （ｃは定数）・・・・（式３）                                    となり、石英をエッチングする時間（ＴQ ）は、
ＴQ ＝ＤQ ／ＲQ ＝ＤQ ／（ｃ＊ＲS ）  （ｃは定数）・・・・（式４）となる。
ここで、ｃも（式１）、（式２）で使用した定数ａ、ｂと同様に以前のエッチング結果から、実験的、経験的に得られる定数である。
【００３２】
従って、最終的に最適エッチング時間Ｔは、
Ｔ＝ＴS ＋ＴQ ＝ＴS ＋ＤQ ／（ｃ＊ＲS ）
＝ＴS ＋（ＤQ ／（ｃ＊ＤS ））＊（ＤS ／ＲS ）
＝（１＋ｄ）＊ＴS ・・・・（式５）
と設定できる。ここで、ｄは定数で、
ｄ＝ＤQ ／（ｃ＊ＤS ）・・・・（式６）である。                                  
【００３３】
一例として、ＤS ＝６６ｎｍ、ＤQ ＝3 ｎｍ、ｃ＝０．１のとき、（式５）と（式６）とから、
ｄ＝3 ／（０．１＊６６）＝０．４５
Ｔ＝（１＋０．４５）＊ＴS ＝１．４５＊ＴS 
となり、位相シフターのエッチング終点時間ＴS の１．４５倍のエッチング時間が自動的に設定される。
【００３４】
このとき変更されるのは、最適エッチング時間Ｔだけであり、その他のエッチングパラメーターは変更の必要が無い。また、エッチング処理中に新たに最適エッチング時間を計算し直し、Ｔの初期設定値を処理中に変更する必要も無い。また、このとき測定された位相差の平均値（θS ）は、新たにデータサーバに格納され、次回処理時の位相差の予測値（θS ’）の算出に使用される。
【００３５】
図４は本発明を実施したときの位相差ずれの評価結果を従来の技術に依った場合と比較して表した線図である。
【００３６】
この例では、基板としてＭｏＳｉ位相シフターを含んだハーフトーン型のものを使用した。位相シフター膜は、ＡｒＦ波長の光に対して、ウェーハ露光時に約６％の透過率となるように設計されたものである。
【００３７】
従来の処理方法では、処理枚数の増加に伴って、装置状態が経時的に変化するので、位相差が徐々に小さくなっている。この結果から明らかなように、本発明に依れば、装置状態の変化に依らず、位相差を、ほぼ±１°の範囲で制御できることが認識される。
【００３８】
レベンソン型位相シフトマスク等の石英を直接掘り込んで位相差を確保するタイプのフォトマスクを処理する場合、最適エッチング時間（Ｔ）は、
Ｔ＝ＤQ ／ＲQ ＝ＴQ   −（式７）
となる。ここで、エッチング深さ（ＤQ ）は目的とする位相差により異なる値となる。この場合も、石英のエッチング速度（ＲQ ）は、上記のＭｏＳｉ位相シフターのエッチングに於けるるプラズマの位相差出力の平均値（θS ）と関連付けられるので、図４の場合と同等の精度で位相差制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を実施するフォトマスクのエッチングシステムの構成例を表す要部ブロック図である。
【図２】図１に見られるエッチングシステムを用いてエッチング処理を行なう場合のフローを説明する図である。
【図３】位相シフター膜のエッチング速度の予測値（横軸）と実測値（縦軸）との関係を表す線図である。
【図４】本発明を実施したときの位相差ずれの評価結果を従来の技術に依った場合と比較して表した線図である。
【図５】一般的な位相シフトマスクを製造する工程を説明する為の工程要所に於ける位相シフトマスクを表す要部切断側面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  エッチングチャンバー
２  下部電極（カソード）
３  高周波（ＲＦ）コイル
４  ＲＦ電源
５  ＲＦセンサー
６  マッチングボックス
７  ＲＦ電源
８  制御用コンピューター
９  フォトマスク基板（被エッチング基板）
１１  石英基板
１２  位相シフター膜
１３  クロム遮光膜
１４及び１５  レジスト膜
【図１】
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【図２】
2007193036.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007193036.tif 000006
【図５】
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