JP5672887B2 - フォトマスクブランクの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子の製造に使用するフォトマスク及び該フォトマスクの製造に使用するフォトマスクブランクに係わり、特にはフォトマスクブランク上に形成された遮光層の導電率を事後的に向上させる技術に関する。

半導体素子作製はシリコンウエハにレジストを塗布し、フォトマスクを介して露光して製造するが、フォトマスク上に遮光層として形成されるパターンの位置精度が半導体素子の品質、歩留まりに大きく影響を及ぼしている。

また、近年微細化への対応策としてダブルパターニング技術が広く採用されており、フォトマスク上パターンの位置精度への要求がより厳しいものとなっている。

フォトマスク上パターンの位置精度悪化の原因の一つとして、フォトマスク作製にて行われる電子線描画工程において、電子線レジストやフォトマスクブランク表面に電荷が帯電することで所定の位置にパターンが描かれないという問題があった。

この問題にはフォトマスクブランク遮光膜表面の導電性が影響しており、電子線レジストの、チャージアップを防ぐために導電性の高い膜をブランク表面に用いることが有効とされている。例えば、特許文献１においては、ハロゲン化銀を含む樹脂膜がフォトマスクブランク上に形成されてパターニングがなされている。

特開平６−８３０２５号公報

しかしながら、特許文献１において遮光膜として使用されている上記材料は、材料自体が最初から導電性を有する特殊なものであって、昨今の微細化と所望の導電率を得るという目的には適合しないという問題がある。

そこで、本発明は、フォトマスクブランク上に形成された遮光層に対して事後的に導電性を付与することで、パターン位置精度の向上が可能な遮光層を備えるフォトマスクブランクの提供を目的とする。

本発明（請求項１）によるフォトマスクブランクの製造方法は、
酸化クロム，モリブデン，シリコン，モリブデンシリコン，ジルコニウム，タンタルの中から選択された少なくとも１種により組成される遮光膜を有するフォトマスクブランクに、
リン，ボロン，砒素，ゲルマニウムの中から選択されたいずれかの添加物をイオン注入装置内でイオン化し、電圧を印加して加速させ、遮光膜に照射するイオン注入により、遮光膜中に添加物のドープを行ない、
イオン注入処理後、電気炉にて加熱処理を行い、遮光膜の結晶性を回復させることで所定量の電荷を付加させ、遮光膜に導電性を付与することを特徴とする。

本発明（請求項２）によるフォトマスクブランクの製造方法は、
フォトマスクブランクを水平位置から７°〜８°傾けてイオン注入装置内に設置して、イオン注入処理を行なうことを特徴とする請求項１記載のフォトマスクブランクの製造方法である。

本発明（請求項３）によるフォトマスクブランクの製造方法は、
酸化クロム，モリブデン，シリコン，モリブデンシリコン，ジルコニウム，タンタルの中から選択された少なくとも１種により組成される遮光膜を有するフォトマスクブランクに、
リンまたはボロンの中から選択されたいずれかの添加物を熱拡散炉内で充満させて加熱処理を施す熱拡散処理により、遮光膜表面に添加物をドープして、遮光膜に導電性を付与することを特徴とする。

請求項１，２の本発明によると、イオン注入によりイオン化させた添加物を遮光膜中にドープして、遮光膜中の正孔や電子の濃度を調整して導電性を向上するものである。遮光膜の導電性を増大させることで、電子線描画にて遮光層上のレジストパターンを露光する際に蓄積する過剰な電子を逃げやすくして、レジスト及び遮光膜表面に帯電されることを防ぐものである。
また、請求項３の本発明のように、熱拡散炉を用いて添加物をドープすることでも、同様の効果が得られる。

イオン化させた添加物に電圧を印加して加速させ、フォトマスクブランクに添加物のドープを行うが、加速電圧を調整することで遮光膜の所望の深さに添加物をドープし、電気炉にて加熱処理を行い、遮光膜の結晶性を回復させることで遮光膜の導電率の調整が可能となる。熱拡散においても熱処理温度および熱処理時間を調節することで、遮光膜内の深さ方向の拡散分布をある程度調整することでき遮光膜内の導電性を制御することができる。

イオン注入の添加物としてリン，ボロン，砒素，ゲルマニウムのいずれかを４×１０¹⁵ｃｍ^-3以上ドープすることで遮光膜に十分な導電性を付与することができる。

熱拡散させる添加物としてリンまたはボロンのいずれかを４×１０¹⁵ｃｍ^-3以上ドープすることで遮光膜に十分な導電性を持たせることができる。また、熱拡散に用いる添加物は気体または固体のどちらの形態でも可能であり、固体添加物を用いる場合は、添加物をフォトマスクブランク遮光膜に密接させて熱処理を行う必要がある。

クロム，酸化クロム，モリブデン，シリコン，モリブデンシリコン，ジルコニウムおよびタンタルのうち、１つまたは複数を組み合わせた組成の遮光膜とすることで、微細パターンであって且つ位置精度の高い遮光膜パターンを形成できる。

また、フォトマスクブランクが上記に記載したように十分に制御された導電性を有する遮光膜を備えているので、該フォトマスクブランクに電子線レジストを塗布して所定の電子線リソグラフィー工程を適用しても、レジストや遮光膜が帯電しない結果、所定の位置にパターンが描かれ、位置精度の高い遮光層パターンを有するフォトマスクが得られる。

本発明の第１の実施形態を説明するための図。 本発明の第２の実施形態を説明するための図。 本発明の第３の実施形態を説明するための図。 本発明の第４の実施形態を説明するための図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、第１の実施形態を説明するための断面視の図である。遮光膜が形成されたフォトマスクブランク１１をイオン注入装置内に設置する。設置の際、チャネリング現象を抑制するため、フォトマスクブランクを水平位置から７°〜８°傾けて設置する。

次に、イオン化させた添加物に電圧を印加して加速させ、フォトマスクブランクの遮光膜に照射して添加物のドープを行う。イオン注入処理後、電気炉にて加熱処理を行い、遮光膜の結晶性を回復させることで所定量の電荷を付加させ、導電性を付与する。これにより、電子線描画におけるフォトマスクブランク表面への電荷の帯電を防止することが可能となり、位置精度の劣化を防ぐことができる。

（膜組成とドーピング条件他）
遮光膜組成 ：モリブデンシリコン
遮光膜膜厚 ：７５０Å
添加物 ：リン
イオン注入ドーズ量 ：５×１０^１５ｃｍ^−３
イオン注入加速電圧 ：１５ｋｅＶ
アニール温度 ：８００℃
アニール時間 ：４０分
レジスト ：化学増幅型ポジ型レジスト
レジスト膜厚 ：１５００Å

上記条件にて作製されたフォトマスクブランクにレジストを塗布し、電子線描画機にて描画を行い、ドライエッチングにてパターン形成・レジスト剥膜後、位置精度の測定を行った。レジストには、化学増幅型レジストとして一般的なものを使用した。従来のモリブデンシリコン膜を最表面に使用したフォトマスクの位置精度が最大位置ズレ量で９ｎｍであったのに対して、上記条件にて作製したフォトマスクでは４ｎｍと改善が見られた。

図２は、第２の実施形態を説明するための断面視の図である。遮光膜が形成されたフォトマスクブランク１１をイオン注入装置内に水平位置から７°〜８°傾けて設置する。この後、イオン化させた添加物に電圧を印加して加速させ、フォトマスクブランクの遮光膜に添加物のドープを行うが、加速電圧を調整することで遮光膜の所望の深さにのみ添加物をドープし、電気炉にて加熱処理を行い、遮光膜の結晶性を回復させることで所定量の電荷を所望の深さに付加させた。これによって、遮光膜表面における導電率を所定の値に決定することができ、電子線描画における帯電の影響を防ぐことができる。また、加熱処理温度および処理時間を調節することで、遮光膜内の深さ方向１４の拡散分布１５を調整することができる。

（膜組成とドーピング条件他）
遮光膜組成 ：モリブデンシリコン
遮光膜膜厚 ：７５０Å
添加物 ：リン
イオン注入ドーズ量 ：５×１０^１５ｃｍ^−３
イオン注入加速電圧 ：５ｋｅＶ
アニール温度 ：９００℃
アニール時間 ：１０秒
但し、アニールはＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）を使用した。

上記条件にて作製されたフォトマスクブランクの表面抵抗値を、４端子測定法にて測定を行ったところ、実施例１記載の処理を行ったモリブデンシリコン膜の表面抵抗値が３５０Ω/□であったのに対して、上記条件にて作製したフォトマスクでは表面抵抗値が２２０Ω/□と改善が見られた。

図３は、第３の実施形態を示す。遮光膜が形成されたフォトマスクブランク１１を熱拡散炉１６内に設置し、気体状の添加物１７を充満させて加熱処理を施すことで、遮光膜表面１８に添加物がドープされ電荷が付加される。これによって、遮光膜表面のシート抵抗値を任意の値に決めることができ、電子線描画における帯電の影響を防ぐことができる。また、温度を調節して遮光膜内の深さ方向の拡散分布を調整することで、所望の領域に電荷分布１８を持たせることができ、フォトマスク表面の導電性を制御することができる。

（膜組成と熱拡散条件他）
遮光膜組成 ：モリブデンシリコン
遮光膜膜厚 ：７５０Å
添加物 ：リン
拡散温度 ：８５０℃
拡散時間 ：９０分

上記条件にて作製されたフォトマスクブランクの表面抵抗値を、４端子測定法にて測定を行ったところ、従来のモリブデンシリコン膜を最表面に使用したフォトマスクの表面抵抗値が５０ｋΩ/□であったのに対して、上記条件にて作製したフォトマスクでは表面抵抗値が２５０Ω/□と改善が見られた。

図４は、第４の実施形態を示す。遮光膜が形成されたフォトマスクブランク１１を熱拡散炉１６内に設置し、固体状の添加物１９を遮光膜と密接させて加熱処理を施すことで、遮光膜表面に添加物がドープされ電荷が付加される。これによって、遮光膜表面の導電率を所定の値に決めることができ、電子線描画における帯電の影響を防ぐことができる。
また、アニール温度を調節して遮光膜内の深さ方向の拡散分布を調整することで、所望の領域に電荷分布を持たせることができ、フォトマスク表面の導電性を制御することができる。

以上、実施例により本発明に係るフォトマスクブランクとその製造方法及びこれを使用したフォトマスクについて説明したが、上記実施例は本発明を説明するための例にすぎず、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、本発明の範囲内において他の様々な態様が可能であることは上記記載から明らかである。

１１…フォトマスクブランク
１２…フォトマスクブランクの水平位置からの傾き
１３…イオン化された添加物のドープ
１４…遮光膜の深さ方向
１５…遮光膜内における添加物の拡散分布
１６…熱拡散炉
１７…ガス状添加物
１８…遮光膜内における所望領域の電荷分布
１９…固形添加物

Claims (3)

1. 酸化クロム，モリブデン，シリコン，モリブデンシリコン，ジルコニウム，タンタルの中から選択された少なくとも１種により組成される遮光膜を有するフォトマスクブランクに、
   リン，ボロン，砒素，ゲルマニウムの中から選択されたいずれかの添加物をイオン注入装置内でイオン化し、電圧を印加して加速させ、遮光膜に照射するイオン注入により、遮光膜中に添加物のドープを行ない、
   イオン注入処理後、電気炉にて加熱処理を行い、遮光膜の結晶性を回復させることで所定量の電荷を付加させ、遮光膜に導電性を付与することを特徴とするフォトマスクブランクの製造方法。
2. フォトマスクブランクを水平位置から７°〜８°傾けてイオン注入装置内に設置して、イオン注入処理を行なうことを特徴とする請求項１記載のフォトマスクブランクの製造方法。
3. 酸化クロム，モリブデン，シリコン，モリブデンシリコン，ジルコニウム，タンタルの中から選択された少なくとも１種により組成される遮光膜を有するフォトマスクブランクに、
   リンまたはボロンの中から選択されたいずれかの添加物を熱拡散炉内で充満させて加熱処理を施す熱拡散処理により、遮光膜表面に添加物をドープして、遮光膜に導電性を付与することを特徴とするフォトマスクブランクの製造方法。

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