WO2004066370A1

WO2004066370A1 - マスク、マスクの製造方法および半導体装置の製造方法

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Publication number: WO2004066370A1
Application number: PCT/JP2004/000420
Authority: WO
Inventors: Shinji Omori
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2004-08-05
Also published as: JP4062102B2; JP2004265896A

Abstract

マスクを構成する薄膜の内部応力を所望の値に制御し、転写パターンの変位を低減するマスク、マスクの製造方法および半導体装置の製造方法を提供する。基板の一方の表面に少なくとも１層の薄膜を形成し、薄膜の内部応力が転写パターンに与える影響を低減するように薄膜に不純物を導入し（ＳＴ２）、導入された不純物の濃度分布を薄膜の少なくとも膜厚方向で一定にするように薄膜を加熱し（ＳＴ４）、基板の他方の表面から少なくとも透過部に相当する部分を除去し、基板を薄膜の支持体に加工する。その後、不純物が導入され加熱された薄膜に荷電粒子の透過部を形成し、前記転写パターンに沿った透過部と遮断部とを形成する。

Description

明細書マスク、マスクの製造方法および半導体装置の製造方法技術分野

本発明は、マスク、マスク製造方法および半導体装置の製造方法に関する。詳しくは、転写パターンの変位を低減するマスク、マスク製造方法および半導体装置の製造方法にかかるものである。

背景技術

フォトリソグラフィに代わる次世代の露光技術として、電子線やイオンビームという荷電粒子線を用いた転写型露光方法が注目されている。これらは、マスクブランクス（マスクのもとになる基板）を裏面から深くエッチングして、マスク上に厚さおよそ 10 nmから 10 mの薄 S莫領域（メンプレン）を形成し、そのメンブレン上に転写すべきパターンを配置する技術を有する。

転写パターンをメンブレンの開口により形成するマスクがステンシルマスクと呼ばれ、たとえば、 H. C. ファイファー（H. C. P f e i f f e r), 「ジャパニーズ ·ジャーナル ·ォブ ·アプライド ·フィジックス (J pn. J. App 1. Phy s.)」 34, p. 6658 (1995) に記載されている。また、転写パ夕一ンを金属薄膜等の散乱体で形成するマスクが散乱メンブレンマスクと呼ばれ、たとえば、 L. R.ハリオット（L. R. Ha r r i o t t), 「ジャーナル · ォブ'バキューム 'サイエンス ·アンド 'テクノロジ一（J. Vac. S c i . Te c hno l.)」 B 15， p. 2130 (1997) に記載されている。ステンシルマスクは電子線転写露光法（EPL : E l e c t r on_b e am P r o j e c t i o n L i t hog r aphy) とイオンビーム転写露光法（ I P L : I on— be am P r o j e c t i on ； L i t hog r aphy) の両方に用いられるが、散乱メンブレンマスクを I PLに用いることはできない。転写型露光方法には、マスクを透過した荷電粒子を電子/イオン光学系により縮小投影する方法〔SCALPEL (S c a t t e r i ng wi t h Ang u 1 a r ： L imi t a t i on i n P r o j e c t i on E 1 e c t r on— be am L i t hog r aphy) および EB (E l e c t r o n Be am) ステッパーなど〕と、マスク直下に接近させたウェハーに電子 Zィォン光学系を介さずに転写する方法〔： L EE PL (Low Ene r gy E l e c t r on— b e am P r ox imi t y P r o j e c t i on L i t o g r a p hy)〕が挙げられる。

図 1A、図 IBおよび図 1C並びに図 2 A、図 2Bおよび図 2Cは、従来の技術にかかるステンシルマスクの製造方法の主要な工程の一例を示す概略断面図である。

図 1Aに示すように、 SO I (S i l i c on— on— I n s u l a t o r) ウェハ一 101の表面にホウ素を拡散法あるいはイオン打ち込み法などにより拡散する。また、裏面にシリコン酸化膜 102を形成する。 SO Iウェハー 101 はシリコンウェハ一 103上にシリコン酸化膜（埋め込み酸化膜） 104を介してシリコン層 105を有する。図示は省略されるが、シリコン酸化膜 102がェツチングされる。

次に、図 1Bに示すように、 SO Iウェハー 101の裏面側からシリコンゥェハー 103にエッチングを行う。このエッチングは、シリコン酸化膜 102をマスクとして、埋め込み酸化膜 104に達するまで行う。シリコンと酸化シリコンのエッチング速度は数桁以上異なるため、埋め込み酸化膜 104およびシリコン酸化膜 102に対して選択的にシリコンウェハ一 103がエッチングされる。ェツチングは埋め込み酸化膜 104で停止する。

次に、図 1Cに示すように、シリコンウェハ一 103のエッチングにより露出した部分の埋め込み酸化膜 104を除去する。これにより、シリコンからなるメンブレン（薄膜領域） 106が形成される。メンブレン 106を区分する部分のシリコンウェハー 103は梁 107となる。梁 107はメンブレン 106の支持体として用いられる。埋め込み酸ィ匕膜 104は、たとえばフッ化水素酸を用いたゥエツトエッチングにより除去される。また、このエッチングにより、シリコン酸化膜 102も除去される。図示は省略されているが、 S〇 Iウェハー 101の縁近傍にはメンブレン 106や梁 103が形成されず、この部分に残るシリコンウェハーはマスクの支持枠として用いられる。

次に、図 2Aに示すように、メンブレン 106を含むシリコン層 105上にレジスト 108を塗布する。

次に、図 2Bに示すように、レジスト 108が塗布されたマスクブランクスを電子線描画機に固定してレジスト 108に描画する。マスクブランクスは電子線描画機で採用されているマスク保持方法、たとえば機械式クランプ、真空チヤックあるいは静電チャック等により電子線描画機に固定されるが、いずれの場合もマスクブランクス表面（レジスト 108側）が上を向いた状態になる。

次に図 2Cに示すように、レジスト 108をマスクとしてシリコン層 105にエッチングを行い、転写パターンで孔 109を形成する。その後、レジスト 10 8を除去することにより、ステンシルマスク 110が形成される。形成されたステンシルマスク 110は、露光時に梁 107や支持枠側が上となり、メンブレン 106が下面側となるように露光装置に固定される。

荷電粒子はステンシルマスク 110の裏面側（梁 107側）から照射され、孔 109を透過する荷電粒子によりウェハ一にパターンが転写される。特に、 LE E PLのような等倍露光装置では、メンブレン 106とウェハ一とを接近させる必要があり、メンブレン 106は必然的に下面側となる。

図 1A、図 IBおよび図 1C並びに図 2 A、図 2Bおよび図 2 Cは SO Iウェハ一をマスクブランクスとしているが、他にもシリコンなどのウェハー上にダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（DLC： D i amond L i ke C a r b on)、炭化シリコン（S i C)、窒化シリコン（S i N)、アモルファスシリコン、他結晶シリコンなどを成膜してマスクブランクスとすることも可能である。また、図 1 A、図 I Bおよび図 1 C並びに図 2 A、図 2 Bおよび図 2 Cのフロ —では S O Iウェハ一の埋め込み酸ィ匕膜 1 0 4が裏面エッチングの阻止層として機能しているが、エッチングプロセスやメンブレン材料によっては、阻止層が不要な場合や別の物質（S i〇₂ 以外）が望ましい場合もある。

図 3はステンシルマスクの一例を示す概略平面図である。図 3に示すように、梁 1 0 7によって区分されたメンブレン 1 0 6が、シリコンウェハ一 1 0 3 (支持枠）の中央部に配置され、マスクの機械的強度を確保するため、メンブレン 1 0 6は小さい領域に区切られている。各小領域は梁 1 0 7によって支持されている。なお、太い梁 1 0 7 aは梁 1 0 7と幅のみ異なり、断面構造は梁 1 0 7と共通する。

図 4は図 3の一部 (A) を拡大した斜視図である。また、図 5は図 3および図 4のメンブレン 1 0 6の拡大図である。図 5に示すように、メンブレン 1 0 6には所定のパターンで透過部 1 0 9が形成されている。荷電粒子は透過部 1 0 9を透過する。なお、図 5に示す点線と梁 1 0 7との間の部分 Sはス力一トとも呼ばれ、通常はパターンが形成されない。

マスクの位置精度において最も重要なのはメンブレンの内部応力である。自立したメンブレンは引っ張り応力状態に保たれている。圧縮応力状態においては、メンブレンが撓んだり、しわがよることもある。しかし、デバイスパターンには —般に大きな粗密が存在するので、疎な領域が密な領域を引っ張るためにマスクパターンが変位する。

図 6は形成されたマスクにかかるメンブレンの内部応力と最大変位との関係を示すグラフである。マスクの l mm角のシリコンメンブレン（厚さ 6 0 0 nm) に含まれるある典型的なデバイスパターンに対し、横軸にメンブレンの内部応力 (M S ) , 縦軸に最大変位（D_{m a x} ) を示した。図 6に示すように、内部応力が小さいほど位置精度が高くなることがわかる。しかし、内部応力をあまりにも低い値に制御しょうとすると、制御プロセスの小さな変動によって、メンブレンが圧縮応力状態に転換してしまい、マスクが形成できない可能性がある。以上の検討から、内部応力としては I M P a以上の値が望ましいことがわかる。

一方、図 1 A、図 I Bおよび図 1 C並びに図 2A、図 2 Bおよび図 2 Cに示したように、高度な成膜技術を必要とせずに高品質のメンブレンが得られるという利点から、 S O Iウェハーがステンシルマスクの材料に選ばれることが多い。 S O Iウェハーは、シリコン層、シリコン酸化膜（埋め込み酸化膜）および基板の積層構造を有しているので、基板側からウェハーを深くエッチングすることにより、シリコン層をメンブレンにすることができる。

S O Iウェハ一のシリコン層の初期内部応力は、ウェハ一の仕様や製造方法により異なり、理想的な値になっているとは限らない。そこで、応力調整が必要になるのだが、幸いなことに、シリコンは原子半径の小さなホウ素やリンなどを導入することにより、その内部応力を制御可能なことが知られている。そのため、不純物導入による内部応力制御はマスク製造プロセスの最も重要な技術の一つであると言える。

不純物導入には複数の方法が知られている。ステンシルマスク開発の初期（1 9 8 0年代前半）には固相 Z気相拡散法が用いられていた。また、半導体プロセスの進化と同期して、イオン打ち込みも応用されるようになっている。一般的に不純物導入は図 1 Aに示す薄膜を形成した後に基板を加工する前に行われる。従来の不純物導入による転写用マスクおよびマスクブランクスの製造方法としては、日本特許出願公開特開 2 0 0 0 - 2 0 6 6 7 5号公報に記載の方法が知られている。具体的には、シリコン基板の片面に熱拡散法またはイオン注入法によりホウ素を導入してシリコン活性層を形成し、支持シリコン部に所定のエツチングを行って支柱を形成し、活性ガス雰囲気下においてシリコン活性層を加熱（ァニール）処理する。しかしながら、拡散法においては、プロセス時間が長く、また、マスク面内およびメンブレン膜厚方向に関する不純物濃度の均一性が低いという問題点があつた。特にメンブレン膜厚が 2 m以上の場合、不純物濃度の不均一性は顕著になる。不純物濃度と誘起される内部応力とはほぼ比例の関係にあるので、この不純物濃度の不均一性は内部応力の不均一に直結する。

一方、イオン打ち込みにおいては、不純物濃度分布が膜厚方向に急峻なピークを有し、ァニールによる濃度分布の平坦化が明らかではない。そのため、最適なプロセス条件を決定するためには試行錯誤的なプロセス最適化が必須であり、最適ィ匕に時間を要していた。さらに、ァニールの過程で打ち込まれた不純物が表面力脱離して表面付近の不純物が低下してしまうという問題点があった。

発明の開示

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、マスクを構成する薄膜の内部応力を所望の値に制御し、転写パターンの変位を低減するマスク、マスクの製造方法および半導体装置の製造方法を提供することにある。上記目的を達成するために、上記の本発明のマスクの製造方法は、荷電粒子の透過部と遮断部とが所定の転写パターンに形成された薄膜を有するマスクの製造方法であって、基板の一方の表面に少なくとも 1層の薄膜を形成する工程と、薄膜の内部応力が転写パターンに与える影響を低減するように薄膜に不純物を導入する工程と、導入された不純物の濃度分布を薄膜の少なくとも膜厚方向で一定にするように薄膜を加熱する工程と、基板の他方の表面から少なくとも透過部に相当する部分を除去して、基板を薄膜の支持体に加工する工程と、不純物が導入され加熱された薄膜に荷電粒子の透過部を形成し、転写パターンに沿つた透過部と遮断部とを形成する工程とを有する。

上記の本発明のマスクの製造方法においては、基板の一方の表面に少なくとも 1層の薄膜を形成し、薄膜に不純物を導入し、不純物が導入された薄膜を加熱する。ここで、不純物の導入により、薄膜の内部応力による転写パターンの変位を低減される。さらに、加熱により、導入された不純物の濃度分布を薄膜の少なくとも膜厚方向でほぼ一定になる。

次に、基板の他方の表面から少なくとも透過部に相当する部分を除去し、基板を薄膜の支持体を形成する。

次に、不純物が導入され加熱された薄膜に荷電粒子の透過部および遮断部を形成する。

上記の本発明のマスクは、一方の表面に荷電粒子が照射される薄膜と、薄膜に所定の転写パ夕一ンで形成された荷電粒子の透過部および遮断部と、一方の表面上の遮断部に形成された薄膜の支持体とを有する。ここで、薄膜には、内部応力を制御するように不純物が導入されている。さらに、薄膜の他方の表面に、薄膜の表面から不純物が脱離することを抑制するように脱離防止膜が少なくとも 1層形成されている。

上記の本発明のマスクにおいては、薄膜に不純物が導入されることにより、薄膜の内部応力が抑制される。一方、薄膜の支持体が形成されている面の裏面には、脱離防止膜が形成されている。その結果、加熱中に薄膜の表面から不純物が脱離することを抑制する。

上記の本発明の半導体装置の製造方法は、感光面にマスクを介して荷電粒子を露光する工程を有する半導体装置の製造方法であって、マスクは、所定の転写パ夕一ンに荷電粒子の透過部および遮断部が形成された薄膜と、薄膜の一方の表面に形成された薄膜の支持体とから形成されている。上記のマスクにおいて、薄膜は、内部応力が転写パターンに与える影響を低減するように薄膜に不純物が導入され、薄膜の他方の表面に加熱中に薄膜表面の不純物の脱離を抑制するように脱離防止膜が形成されている。

上記の本発明の半導体装置の製造方法においては、感光面に前記マスクを介して荷電粒子を露光する。マスクとして、所定のパターンに荷電粒子の透過部および遮断部が形成された薄膜を有し、薄膜は前記薄膜の内部応力によるパターンの変位を低減するように不純物が導入され、薄膜の支持体が形成されている面の裏面において加熱中に薄膜表面の不純物の脱離を抑制するように脱離防止膜が形成されているマスクを用いる。

図面の簡単な説明

図 1 A、図 I Bおよび図 1 Cは、ステンシルマスクの製造工程の一部を示す概略断面図である。

図 2A、図 2 Bおよび図 2 Cは、ステンシルマスクの製造工程の一部を示す概略断面図である。

図 3は、ステンシルマスクの一例を示す平面図である。

図 4は、図 3の一部の斜視図である。

図 5は、図 3および図 4のメンブレンの一つを拡大した斜視図である。

図 6は、メンブレンの内部応力と最大変位との関係の一例を示すグラフである。図 7は、本発明にかかるマスクの製造方法のフロ一を示す。

図 8は、本発明にかかる薄膜中の不純物密度と表面から位置との関係を示すグラフである。

図 9Aおよび図 9 Bは、本発明の実施形態およびその変形例にかかるマスクの製造工程のフローを示す。

図 10は、本発明の実施形態にかかる薄膜中の内部応力と不純物密度との関係を示すグラフである。

図 11 は、本発明の実施例にかかる S〇 Iウェハー中の不純物密度と表面からの位置との関係を示すグラフである。

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明のマスク、マスクの製造方法および半導体装置の製造方法について、図面を参照にして説明する。本発明のマスクは、本発明のマスクの製造方法を用いて製造されるマスクとし、本発明の半導体製造方法は、本発明のマスクの製造方法を用いて製造されるマスクを用いて露光する工程を含む半導体装置の製造方法とする。

図 Ίは、本実施形態のマスク製造の主な工程を示すフローチヤ一トである図 7 に示すように、シリコンゥヱハー（基板）上にシリコン酸化膜（埋め込み酸化膜）およびシリコン層（薄膜）を有する SO Iウェハーをマスクブランクスとし、初期の内部応力を測定するために、たとえばウェハ一の反りを静電容量センサ一で計測する（ST 1)。

次に、不純物としてホウ素あるいはリンを用いてイオン打ち込みを行う（ST 2)。

ここで、たとえば、イオン源は各イオン打ち込み装置の標準のものとし、目的とする内部応力および薄膜の膜厚に応じて、加速電圧は 10〜500 k eV、入射角は極角が 0〜30° 、方位角が任意、ドーズ量は 1 X 10i2〜l 017 a t o m s / c m2 、打ち込み濃度は 1 X 10i7〜l 021 a t omsZcms とする。次に、通常の方法でウエット洗浄し（ST3)、ァニールする（ST4)。ァニールは、たとえば、バレル型拡散炉内の乾燥窒素雰囲気下で 1000〜1 300°Cにおいて、 1〜180分行い、表面酸化膜厚を：！〜 100 nmとする。次に、不純物を導入したことにより誘起された内部応力を調べるために、ァニ —ル後に再びウェハ一の反りなどを計測する（ST 5)。

内部応力は、バルジ法、静電容量センサ一あるいはレーザー干渉計および測長計などによるマスク基板の反り測定などにより求めることができる。

出荷する場合は、一部のマスクを抜き取って、ウェハーを切断して拡がり抵抗 (SR) 測定などの不純物濃度分布測定を行う（ST6)。

不純物濃度分布は、 2次イオン質量分析法などの元素分析、あるいは、拡がり抵抗測定法などの電気特性分析などにより求めることができる。

この後、図 1A、図 IBおよび図 1C並びに図 2A、図 2Bおよび図 2 Cで示したような従来の方法と同様に、基板を所定のパターンにエッチングなどにより除去し、梁および支持枠からなる支持体を形成する。さらに、不純物を導入しァニールした薄膜上にレジスト膜を塗布し、メンブレンの透過部形成領域に所定の転写パターンを形成し、透過部および遮断部が形成されたステンシルマスクとする。ここで、ステップ ST 2およびステップ ST 4における不純物導入工程あるいは加熱工程の可変パラメ一夕一、たとえば、 TCAD (Te chno l ogy C ompu t e r A i de d De s i gn) シミュレ一ションなどにより、最適条件を算出することもできる。そして、得られた最適条件に基づいてマスクの製造を行う。 TCADシミュレーションは、モンテカルロ法など第 1原理的に行われるものと、多くの実験データベースに経験式をフィッティングさせて得られたパラメ一夕一を用いて行うものとがある。デバイス開発の現場で十分な精度が実証されていれば、そのどちらの方法でもよい。

上記の可変パラメーターを実験的に最適化するためには、非常に多くのテスト加工および計測を繰り返さなくてはならない。しかし、 TCADシミュレ一ションなどにおいて最適条件を算出することにより、テスト加工の時間を大幅に短縮し、効率よく製造することができる。

表 1は本実施形態にかかるイオン打ち込み工程におけるパラメ一夕一の一例を示す表である。これらのうち、シリコン層、埋め込み酸化膜および基板の膜厚 h _s， h_b, h_subや基板の抵抗率 pなどのウェハ一の規格は用いるウェハーで決定されるので、条件を振る余地はない。また、ァニール炉の昇温および降温速度 d T_X) dT₂、およびイオン打ち込みの入射角度 θ，（/>などは装置の標準的なレシピが存在するので、基本的にはそれらを踏襲してもよい。

Γ— "！イオン源 B

ドーズ量 D atoms/ cm

加速電圧 E_k keV

入射角（極角） Θ 一 / degree

入射角 (方位角） φ 45 degree

膿厚 (シリコン層） h_s 0.6 μτη 臟厚 (埋め込み酸化膜） h_b 0.4 μτη

膜厚（基板） h_s 2 μττι

表面酸化膜厚 h。 1 μηι

¾板抵抗 p 14 Ω-cm

ァニール温度 . T_a degree

ァニール時間 t_a min.

昇温速度 dl^ 5 degree/min.

降温速度 dT₂ 3 degree/min. さらに、不純物濃度分布を均一にするためには、ウェハ一の薄膜の表面に脱離防止膜を形成し、脱離防止膜が形成された状態において不純物導入およびァニ一ルを行うこともできる。脱離防止膜としては、たとえば、薄膜よりも不純物の拡散係数の小さい膜などが挙げられる。ここでは、シリコン層に表面酸化膜を形成し、表面酸化膜の膜厚を変えて同一の条件にてイオン打ち込みを行った。

図 8は本実施形態にかかるァニール後の不純物濃度分布を示すグラフである。縦軸に不純物（ホウ素）の濃度分布（B D)、横軸に薄膜表面からの位置（P) とし、表面酸化膜厚が 2 mmのときの濃度分布を破線で、表面酸化 S莫厚が 5 mmのときの濃度分布を実線で示している。

表面酸化膜厚が 2 mmの場合、表面酸化膜の膜厚が十分ではなく、不純物として添加されたホウ素が脱離し表面近傍で濃度が減少している。このような濃度分布の不均一性は、薄膜の垂直方向での応力不均一を引き起し、マスク精度を劣ィ匕させる恐れがある。一方、表面酸化膜厚が 5 mmの場合、表面付近での不純物の濃度減少は観察されず、極めて平坦性の高い濃度分布が得られている。

脱離防止膜の最適膜厚は、下層の薄膜の材質およびァニール条件などにより異なる。また、ァニ一ル後、脱離防止膜は必要に応じて後の工程で除去してもよい。ここでは、従来の方法である図 1Cと同一の工程、つまり、シリコン酸化膜 10 2および埋め込み酸化膜 104の除去する工程において表面酸ィ匕膜は同時に除去される。

本実施形態においては、酸化シリコン中でのホウ素の拡散係数は、シリコン中よりもはるかに小さいので、表面酸化膜により添加されたホウ素の脱離を抑えることができる。特に、 SO Iウェハーの場合、埋め込み酸化膜と比較的厚い表面酸化膜との間に挟まれたシリコン層中に閉じ込められたホウ素原子は、ァニールによって膜厚方向に均一な濃度分布で安定することができる。酸化膜以外にも、たとえば、ホウ素を始めとする不純物の拡散係数が薄膜よりも小さい物質を、最表層側に形成することにより、同様の効果が得られる。

このように不純物をメンブレン内に封じ込めることができれば、ァニール時間や温度が多少変動しても濃度は変化し難くなり、プロセスマ一ジンが向上する。本実施形態においては、 SO Iウェハ一を基板および薄膜とし、不純物としてホウ素を用いたが、これらに限定されることはない。たとえば、基板はシリコンを主材とする直径 100〜300mm、厚さ 100〜 10000 / mを満たすものであればよい。薄膜は厚さ 10 nm〜l 0 mの、たとえば、シリコン、炭ィ匕シリコン、窒化シリコン、ダイヤモンドあるいは DLCから形成される薄膜でもよい。また、打ち込む不純物としては、たとえば、ホウ素、窒素、酸素、アルミ二ゥム、リン、ガリウム、砒素あるいはインジウムなどを用いることができる。次に、テスト加工を行った後にマスクを製造する工程について説明する。ここで、テスト基板を用いて実際のマスクと同様に上記のステツプ S T 1〜ステツプ ST 4を行う工程をテスト加工の工程とし、ステップ ST 5およびステツプ ST 6を計測工程とする。ここでは、マスクブランクスとして SO Iウェハーを用いたが、化学的気相成長（CVD： Ch em i c a 1 Vapo r De p o s i t i on) 法などによりシリコン基板上に成膜したダイヤモンドの薄膜などを用いてもよい。上記の不純物導入およびァニールにより、マスクを構成する薄膜の内部応力を 1〜 500 MP aの範囲内で所望の値に制御することができる。以下、本実施形態のテスト加工について、図 9A、図 9Bおよび図 10を参照して説明する。図 9Aはテスト加工の工程の一例を示すフローである。

まず、図 9A'において、テスト基板に複数の条件でイオン打ち込みおよびァニ —ルを行い、上記の図 7のステップ S T 1〜ステップ S T 4と同様の工程を行い、テスト加工とする（ST 11)。

次に、複数の条件においてイオン打ち込みおよびァニールが行われたテストマスクの不純物濃度分布およびメンブレンの内部応力を計測する計測工程を行う

(ST12)。 '

テスト加工および計測において、内部応力の目標値から不純物の最適濃度が得られ、不純物の濃度分布が膜厚方向に均一であることを確認した後に（ST 13)、上記の条件で実際のマスクを作成する (ST14)。

ここで、不純物の最適濃度および濃度分布が不適当な場合、あるいは、薄膜の厚みあるいは内部応力の目標値が変更された場合には、その度に図中の点線で囲まれたテスト加工および計測の工程を繰り返して条件出しを行う必要がある。次に、テスト加工の他の例について、図 9Bを参照して説明する。図 9Bはテスト加工を行う工程の他の例を示すフローである。

まず、たとえば、 TCADシミュレーションによる条件最適化を行う（ST2 3)。

次に、得られた条件に基づいてテスト加工（S T 21 ) および計測（S T 22) を行う。

その後、ステップ ST23において得られた条件とステップ ST 22において得られた結果が一致するか確認した後に（ST24)、一致した条件で実際のマスクを作成する（ST26)。ステップ ST 24において、一致しなかった場合は一致するまでパラメータ一を変更し再度算出するか、あるいは、テスト加工および計測を繰り返す。また、メンブレンの厚さおよび目標とする内部応力値が変更した場合は再度シミュレーションを行いさらに調整する（S T 2 5 )。

本実施形態において、たとえば、表 1に示すウェハー固有の規格および装置の標準的なレシピを固有パラメータ一とする。それらを除く、ドーズ量（D)、加速電圧（E_k )、ァニール温度（T_a )、およびァニール時間（t _a ) の 4つのパラメーターに対する最適条件を固定したパラメータ一および目的とする内部応力の値を基に算出する。そして、算出された最適条件に基づいてテスト加工および計測を行う。

その後、シミュレーション値と実験結果とを比較する。十分な一致が得られないときは、用いるデ一夕べ一スゃパラメ一ターを調整してシミュレーションを改良する。一度シミュレーション方法が確立すれば、あとは T C ADシミュレーシヨンのみを用いて本番加工条件を決定することができる。

この方法ならば、メンブレンの厚さおよび目標とする内部応力値が変更されても、図中点線で囲まれたシミュレーションをやり直すだけなので、時間も費用もかからず、極めて迅速にプロセスを変更することが可能になる。

図 1 0は本実施形態にかかる不純物濃度と誘起される内部応力との関係を示すグラフである。縦軸に内部応力（I S )、横軸に不純物濃度 (D) とする。上記計測工程により、図 1 0のような不純物濃度と内部応力の関係が得られ、これにより、内部応力の目標値から最適濃度を見積もることができる。これらとテスト加工の結果とを合わせると繰り返し条件出しを行うことなく本番加工を行うことができる。

本実施形態によれば、 T C A Dシミュレーションにより条件の最適化を行うことによりマスクの製造までの条件出しを短縮することができる。また、メンブレンの厚さおよび目標とする内部応力値が変更されても、シミュレーションをやり直すだけなので、時間も費用もかからず、極めて迅速にプロセスを変更することができる。

〔実施例〕本実施例にあたっては、図 9Bに示したように、 TCADシミュレーションにより条件の最適化を行った。

検討の結果、不純物濃度分布に最も影響を与えるのはァニール温度で、 100 0°Cよりも高い温度で 30分間以上加熱することが望ましいことがわかった。一方、加速電圧の影響は小さく、およそ 30 k e V以上であれば、ァニール条件の最適化により膜厚方向に対して均一な不純物濃度分布が得られることがわかった。図 11は本実施例にかかる不純物濃度分布を示すグラフである。縦軸に不純物 (ホウ素）密度（BD)、横軸に表面からの位置（P) を示し、グラフの左側からシリコン層（S i L)、埋め込み酸化膜（BOXL) および基板 (Sub) を表している。ァニール前の不純物密度を実線で、ァニール後の不純物密度を破線で示す。

TCADシミュレーションにより最適化された条件、不純物（ホウ素）のド一ズ量を 1. 4X 10i5 a t oms/cm2 、ァニールを 1150°C150分にて薄膜への不純物導入および加熱を行つた。

ァニール前の薄膜中における不純物の分布は、膜の表層付近に急峻なピークを有し、表層から遠ざかるに従い薄膜中の不純物の密度は減少してゆく。このピークの大きさや位置は導入時の加速電圧に依存する。一方、ァニール後の薄膜中の不純物密度は破線で示すようにほぼ膜厚方向に一定となる。また、埋め込み酸化膜においては、シリコン層中に比べ拡散が遅いために隣接層との界面に不純物が偏析し、一定の密度にはならない。

この結果と、たとえば図 10に示したような不純物濃度分布と内部応力との関係を示すグラフとから、本実施例において形成された薄膜の内部応力を見積もることができる。

さらに平坦な不純物密度の分布を得るには、上記のような脱離防止膜を薄膜の表面に形成するとよい。

本実施形態によれば、薄膜に不純物を導入することにより、薄膜中の内部応力を制御し、不純物が導入された薄膜を加熱する。その結果、膜厚方向の不純物濃度分布が均一になり、膜厚方向における応力を均一化することができる。

また、上記不純物導入および加熱を行うにあたり、それらの最適条件および周辺のプロセス条件を予め算出する。その結果、繰り返し条件出しを行うことなくマスクを製造することができる。

さらに、薄膜の表面に脱離防止膜を形成しァニールを行う。その結果、薄膜表面からの不純物の脱離を抑制し、表面近傍においても膜厚方向の不純物濃度分布が均一になり、膜厚方向における応力を均一ィ匕することができる。これにより、正確な内部応力の制御ができ、応力調整およびプロセスを最適化する時間が短縮でき、生産性を向上することができる。

またさらに、テスト加工の結果から内部応力と不純物濃度などとの関係を求めることにより、プロセスの最適化を行う時間が短縮され、迅速にマスクの製造を行うことができる。

本実施例によれば、最適加熱条件および最適導入条件を算出し、それらの条件でマスク作成を行う。その結果から上記最適条件により形成された薄膜の内部応力を見積もることができる。各実施形態は、 S O Iウェハーに関して実施したが、上記の他の基板および薄膜に関しても同様の効果が得られる。また、各実施形態は、ステンシルマスクについて説明したが、散乱メンプレンマスクについても同様効果が期待できる。

本発明は、上記の実施形態に限定されない。

たとえば、薄膜は上記材質の他、それらの複合体あるいはそれらと金属との複合体などに変更できる。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

以上説明してきたように、本発明によれば、マスクの製造方法において、内部応力を抑制し、パターンの変位が低減されたマスクを製造できる。

また、マスクにおいて、パターンの変位が低減され、より設計値に近い転写ができる。

さらに、半導体装置の製造方法において、本発明のマスクを用いすることにより、内部応力によるパターンの変位が低減されてより設計値に近い転写が可能になる。

産業上の利用可能性

本発明のマスクおよびマスク製造方法は、荷電粒子を用いた転写型露光に適用可能である。

本発明の半導体装置の製造方法は、 ICや LSIなどの半導体素子、液晶表示装置中の半導体素子の製造に適用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 荷電粒子の透過部と遮断部とが所定の転写パ夕ニンに形成されている薄膜を有するマスクの製造方法であつて、

基板の一方の表面に少なくとも 1層の薄膜を形成する工程と、

前記薄膜の内部応力が前記転写パターンに与える影響を低減するように前記薄膜に不純物を導入する工程と、

導入された前記不純物の濃度分布を前記薄膜の少なくとも膜厚方向で一定にするように前記薄膜を加熱する工程と、

前記基板を他方の表面から少なくとも前記透過部に相当する部分を除去して前記基板を前記薄膜の支持体に加工する工程と、

不純物が導入され加熱された前記薄膜に荷電粒子の透過部を形成して前記転写パターンに沿つた透過部と遮断部とを形成する工程と

を有するマスクの製造方法。

2 . 少なくとも前記薄膜の厚さおよび前記薄膜の内部応力の目標値から、少なくとも前記不純物導入工程および前記加熱工程における可変パラメーターの最適条件を算出する工程と

をさらに有し、

前記薄膜に純物導入する工程において、前記算出工程により得られた最適条件で導入し、

前記加熱工程において、前記算出工程により得られた最適条件で加熱する請求項 1記載のマスクの製造方法。

3 . 前記マスクの製造前に、少なくとも 1層の薄膜が形成された少なくとも 1つのテスト基板の表面に、前記薄膜の内部応力が前記転写パターンに与える影響を低減するように前記薄膜に不純物を導入し、導入された前記不純物の密度を前記薄膜中の少なくとも膜厚方向で一定にするように前記薄膜を加熱 1 クを製造するテスト加工の工程と、

前記テストマスクの内部応力および前記不純物濃度分布を計測する工程と、前記計測工程の計測結果に基づいて目的とする内部応力値から不純物の最適導入条件および最適加熱条件を求める工程と

をさらに有し、

前記マスクの製造の前記不純物導入工程においては、前記最適導入条件において前記薄膜に前記不純物を導入し、

前記マスクの製造の前記加熱工程においては、前記最適加熱条件において前記薄膜を加熱する

請求項 1記載のマスクの製造方法。

4. 少なくとも前記薄膜の厚さおよび内部応力の目標値から、少なくとも前記不純物導入工程および前記加熱工程における可変パラメ一ターの最適条件を算出する工程と

をさらに有し、

前記テスト加工工程において、前記算出工程において得られる最適条件に基づいて前記テストマスクを生成し、

前記計測工程の結果より得られる最適導入条件および最適加熱条件と、前記算出工程において得られる最適条件とがー致する条件において前記マスクの製造を行う

請求項 3記載のマスクの製造方法。

5 . 少なくとも前記薄膜の厚さおよび内部応力の目標値から、少なくとも前記不純物導入工程および前記加熱工程における可変パラメ一夕一の最適条件を算出する工程と

をさらに有し、

前記マスクの製造前に前記算出工程を行い、前記計測工程の後に求められる最適導入条件および最適加熱条件に対してさらに調整を行う請求項 3記載のマスクの製造方法。

6 . 前記薄 J3莫を形成する工程の後に、前記薄膜の表面に加熱中に前記薄膜の表面から不純物が脱離することを抑制する脱離防止膜を形成する工程を

さらに有する請求項 1記載のマスクの製造方法。

7 . 前記脱離防止膜として、前記薄膜よりも前記不純物の拡散係数が小さい膜を形成する

請求項 6記載のマスクの製造方法。

8 . 前記支持体加工工程の後に、前記脱離防止膜を除去する工程を有する請求項 6記載のマスク製造方法。

9 . 前記計測工程において、マスク基板の元素分析あるいは電気特性を測定することにより前記不純物濃度分布を計測する

請求項 3記載のマスク製造方法。

1 0 . 前記計測工程において、マスク基板の反りを測定することにより前記内部応力を計測する

請求項 3記載のマスク製造方法。

1 1 . 前記透過部および前記遮断部を形成する工程において、前記透過部として前記薄膜に開口部を形成する

請求項 1記載のマスクの製造方法。

1 2 . —方の表面に荷電粒子が照射される薄膜と、

前記薄膜に所定の転写パターンで形成された荷電粒子の透過部および遮断部と、一方の表面上の遮断部に形成された前記薄膜の支持体と

を有し、

前記薄膜は、内部応力を制御するように不純物が導入され、前記薄膜の他方の表面に、前記薄膜の表面から不純物が脱離することを抑制するように脱離防止膜が少なくとも 1層形成されている

マスク。

1 3 . 前記透過部が前記薄膜に形成された開口部である

請求項 1 2記載のマスク。

1 4. 感光面にマスクを介して荷電粒子を露光する工程を有する半導体装置の製造方法であって、

前記マスクは、所定の転写パターンに荷電粒子の透過部および遮断部が形成された薄膜と、前記薄膜の一方の表面に形成された前記薄膜の支持体とから形成され、前記薄膜は、内部応力が前記転写パターンに与える影響を低減するように前記薄膜に不純物が導入され、前記薄膜の他方の表面に加熱中に前記薄膜表面の不純物の脱離を抑制するように脱離防止膜が形成されているマスクを用いる半導体装置の製造方法。

1 5 . 前記マスクの前記透過部が前記薄膜に形成された開口部である

請求項 1 4記載の半導体装置の製造方法。