(57)【要約】【課題】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。【解決手段】基板の一方の表面に少なくとも１層の薄膜を形成し、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（ＳＴ２）、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し（ＳＴ４）、前記基板の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、前記基板を前記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前記薄膜に荷電粒子線の透過部を形成し、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。【選択図】図１
2004265896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線の透過部と遮断部とが所定の転写パター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、
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、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線の透過部を形成し、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工程とを有する
マスクの製造方法。
【請求項２】
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を導入する工程および前記薄膜を加熱する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、
前記薄膜に不純物を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、
前記薄膜を加熱する工程において、前記算出工程により得られた最適条件で加熱する
請求項１記載のマスクの製造方法。
【請求項３】
前記マスクの製造前に、少なくとも１つのテスト基板の表面に少なくとも１層の薄膜を形成し、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してテストマスクを製造するテスト加工の工程と、
前記テストマスクにおける内部応力および前記不純物濃度分布を計測する工程と、
前記計測工程における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薄膜に不純物を導入する工程においては、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薄膜を加熱する工程においては、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。
【請求項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を導入する工程および前記薄膜を加熱する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加工を行い、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一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。
【請求項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を導入する工程および前記薄膜を加熱する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。
【請求項６】
前記薄膜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。
【請求項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。
【請求項８】
前記薄膜の支持体を加工する工程の後に、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。
【請求項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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
前記透過部を形成する工程において、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。
【請求項１２】
一方の表面に荷電粒子線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線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。
【請求項１３】
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１２記載のマスク。
【請求項１４】
感光面にマスクを介して荷電粒子線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線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。
【請求項１５】
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１４記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、内部応力を制御して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。
【０００２】
【従来の技術】
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。これら新しい技術に共通なのは、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することにより、マスク上に厚さおよそ１０ｎｍから１０μｍの薄膜領域（メンブレン）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ことである。
【０００３】
転写パターンがメンブレンの開口により形成されるものはステンシルマスク（たとえば、非特許文献１参照）、また、転写パターンが金属薄膜等の散乱体で形成されるものは散乱メンブレンマスク（たとえば、非特許文献２参照）と呼ばれる。前者のステンシルマスクは電子線転写露光法（ＥＰＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）とイオンビーム転写露光法（ＩＰＬ：Ｉｏｎ−ｂｅａｍ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）の両方に用いられるが、散乱メンブレンマスクをＩＰＬに用いることはできない。
【０００４】
転写型露光方法には、マスクを透過した荷電粒子線を電子／イオン光学系により縮小投影する方法〔ＳＣＡＬＰＥＬ（Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）およびＥＢ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍ）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／イオン光学系を介さずに転写する方法〔ＬＥＥＰＬ（Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）〕が挙げられる。
【０００５】
図６および図７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６（ａ）に示すように、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハー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させる。また、裏面にシリコン酸化膜１０２を形成する。ＳＯＩウェハー１０１はシリコンウェハー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。図示しないが、シリコン酸化膜１０２にエッチングを行う。
【０００６】
次に、図６（ｂ）に示すように、ＳＯＩウェハー１０１の裏面側からシリコンウェハー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ー１０３がエッチングされる。エッチングは埋め込み酸化膜１０４で停止する。
【０００７】
次に、図６（ｃ）に示すように、シリコンウェハー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。埋め込み酸化膜１０４は、たとえばフッ化水素酸を用いたウェッ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。図示はしないが、ＳＯＩ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。
【０００８】
次に、図７（ｄ）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７（ｅ）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、真空チャ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表面（レジスト１０８側）が上を向いた状態になる。
【０００９】
次に図７（ｆ）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１０８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。
荷電粒子線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線によりウェハーにパターンが転写される。特に、ＬＥＥＰＬのような等倍露光装置では、メンブレン１０６とウェハー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６および７はＳＯＩウェハー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：Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、アモルファスシリコン、他結晶シリコンなどを成膜したものをマスクブランクスとすることも可能である。また、図６および７のフローではＳＯＩウェハーの埋め込み酸化膜１０４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（ＳｉＯ２  以外）が望ましい場合もある。
【００１０】
図８はステンシルマスクの一例を示す概略平面図である。図８に示すように、梁１０７によって区分されたメンブレン１０６が、シリコンウェハー１０３（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１０６は小さい領域に区切られている。各小領域は梁１０７によって支持されている。なお、太い梁１０７ａは梁１０７と幅のみ異なり、断面構造は梁１０７と共通する。
図９は図８の一部（Ａ）を拡大した斜視図である。図１０は図８のメンブレン１０６の拡大図であり、図１０に示すように、メンブレン１０６には所定のパターンで透過部１０９が形成されている。荷電粒子線は透過部１０９を透過する。なお、図１０に示す点線と梁１０７との間の部分Ｓはスカートとも呼ばれ、通常はパターンが形成されない。
【００１１】
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を形成するために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、しわがよったりする。しかし、デバイスパターンには一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１１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１ｍｍ角のシリコンメンブレン（厚さ６００ｎｍ）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（ＭＳ）、縦軸に最大変位（Ｄｍａｘ  ）を示した。これから、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ようとすると、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１ＭＰａ以上の値が望ましいことがわかる。
【００１２】
図６および図７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、ＳＯＩ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。ＳＯＩ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。
ＳＯＩウェハーのシリコン層の初期内部応力は、ウェハー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（１９８０年代前半）には固相／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６（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。
【００１３】
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としては、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、シリコン活性層を形成し、支持シリコン部に所定のエッチングを行い支柱を形成し、活性ガス雰囲気下においてシリコン活性層を加熱（アニール）処理する方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【００１４】
【非特許文献１】
Ｈ．Ｃ．ファイファー（Ｈ．Ｃ．Ｐｆｅｉｆｆｅｒ），「ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）」３４，ｐ．６６５８（１９９５）．
【非特許文献２】
Ｌ．Ｒ．ハリオット（Ｌ．Ｒ．Ｈａｒｒｉｏｔｔ），「ジャーナル・・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．）」Ｂ１５，ｐ．２１３０（１９９７）
【特許文献１】
特開２０００−２０６６７５号公報（第３−５頁、第１図および第５図）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
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った。特にメンブレン膜厚が２μｍ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、ア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、最適化に時間を要していた。さらに、アニールの過程で打ち込まれた不純物が表面から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。
【００１６】
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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
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、荷電粒子線の透過部と遮断部とが所定の転写パター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、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、前記基板の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、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線の透過部を形成し、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工程とを有する。
【００１８】
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、前記薄膜に不純物を導入し、前記不純物が導入された前記薄膜を加熱する。ここで、不純物の導入により、前記薄膜の内部応力による転写パターンの変位を低減され、加熱により、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ほぼ一定にすることができる。その後、前記基板の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、前記薄膜の支持体を形成する。さらに、不純物が導入され加熱された前記薄膜に荷電粒子線の透過部および遮断部を形成する。
【００１９】
上記の本発明のマスクは、一方の表面に荷電粒子線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線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。
【００２０】
上記の本発明のマスクにおいては、前記薄膜は不純物が導入することにより、前記薄膜の内部応力を抑制され、前記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を形成することにより、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。
【００２１】
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線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線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。
【００２２】
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線を露光する。前記マスクとして、所定のパターンに荷電粒子線の透過部および遮断部が形成された薄膜を有し、前記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、前記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。
【００２３】
【発明の実施の形態】
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１は本実施形態にかかる概略工程のフローを示す。
図１は、本実施形態のマスクの製造の主な工程の一部を示している。図に示すように、シリコンウェハー（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ＳＯＩ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、たとえばウェハーの反りを静電容量センサーで計測する（ＳＴ１）。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（ＳＴ２）。イオン打ち込みの後、通常の方法でウェット洗浄し（ＳＴ３）、アニールする（ＳＴ４）。そして、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、アニール後に再びウェハーの反りなどを計測する（ＳＴ５）。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）。
この後、図６および図７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、不純物を導入しア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。
【００２４】
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１０〜５００ｋｅＶ、入射角は極角が０〜３０°、方位角が任意、ドーズ量は１×１０１２〜１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２  、打ち込み濃度は１×１０１７〜１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３  とする。また、ア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１０００〜１３００℃において、１〜１８０分行い、表面酸化膜厚を１〜１００ｎｍとする。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。内部応力は、バルジ法、静電容量センサー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。
【００２５】
ここで、実際のマスクと同様にテスト基板を用いてＳＴ１〜ＳＴ４を行う工程をテスト加工の工程とし、ＳＴ５およびＳＴ６を計測工程とする。ここでは、マスクブランクスとしてＳＯＩウェハーを用いたが、化学的気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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アニールにより、マスクを構成する薄膜の内部応力を１〜５００ＭＰａの範囲内で所望の値に制御することができる。
【００２６】
また、上記の不純物導入条件あるいは加熱条件を含む可変パラメーターの決定に当たり、たとえばＴＣＡＤ（Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）シミュレーションなどにより、最適条件を算出し得られた条件に基づいてマスクの製造を行うこともできる。
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ーター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。
【００２７】
表１は本実施形態にかかるイオン打ち込み工程を定義するパラメーター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や基板の抵抗率などのウェハー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、アニール炉の昇温および降温速度、およびイオン打ち込みの入射角度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。
これらの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シミュレー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。
【００２８】
【表１】
2004265896.tif 000003
【００２９】
さらに、不純物濃度分布を均一にするためには、ウェハー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アニー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２は本実施形態にかかるア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（ＢＤ）、横軸に薄膜表面からの位置（Ｐ）とし、表面酸化膜厚が２ｍｍのときの濃度分布を破線で、表面酸化膜厚が５ｍｍのときの濃度分布を実線で示している。
表面酸化膜厚が２ｍｍ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、マスク精度を劣化させる恐れがある。一方、表面酸化膜厚が５ｍｍ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アニール条件などにより異なる。また、アニール後、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６（ｃ）と同一の工程、つまり、シリコン酸化膜１０２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化膜は同時に除去される。
【００３０】
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、ＳＯＩ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、ア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、ア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、プロセスマージンが向上する。
【００３１】
本実施形態においては、ＳＯＩウェハー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１００〜１００００μｍを満たすものであればよい。薄膜は厚さ１０ｎｍ〜１０μｍの、たとえば、シリコン、炭化シリコン、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、アルミニウム、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。
【００３２】
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ことにより、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の工程を行うにあたり、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ことにより、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アニールを行うことにより、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化することができる。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。
【００３３】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態について、図３（ａ）および図４を参照して説明する。図３（ａ）は本実施形態にかかる概略工程を示すフローである。
まず、図３（ａ）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アニールを行い、テスト加工を行う（ＳＴ１１）。次に、複数の条件においてイオン打ち込みおよびア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が確認できたら（ＳＴ１３）、本番加工に入ることができる（ＳＴ１４）。しかし、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。
【００３４】
図４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（ＩＳ）、横軸に不純物濃度（Ｄ）とする。上記計測工程により、図４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。
【００３５】
本実施形態によれば、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。
【００３６】
〔第１の実施形態の変形例〕
以下、本発明の第１の実施形態の変形例について、図３（ｂ）を参照して説明する。図３（ｂ）は本実施形態にかかる概略工程を示すフローである。本実施形態においては、上記第１の実施形態のテスト加工の前に、たとえばＴＣＡＤシミュレーションによる条件最適化を行い（ＳＴ２３）、得られた条件に基づいてテスト加工（ＳＴ２１）および計測（ＳＴ２２）を行う。その後、ＳＴ２３において得られた条件とＳＴ２２において得られた結果が一致するか確認し（ＳＴ２４）、本番加工を行う（ＳＴ２６）。ＳＴ２４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ー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（ＳＴ２５）。
【００３７】
本実施形態にあたり固定するパラメーターは、たとえば、表１の値を用いることができる。表１の値は、ウェハー固有の規格および装置の標準的なレシピである。それらを除くと、ドーズ量（Ｄ）、加速電圧（Ｅｋ  ）、アニール温度（Ｔａ）、およびアニール時間（ｔａ  ）の４つの要因が残る。固定したパラメーターおよび目的とする内部応力の値を基に、これら４つの要因に対する最適条件を算出する。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、用いるデータベースやパラメー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ＴＣＡＤシミュレーショ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。
【００３８】
本実施形態によれば、ＴＣＡＤ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。
【００３９】
〔第１の実施例〕
本実施例にあたっては、図３（ｂ）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アニール温度で、１０００℃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３０ｋｅＶ以上であれば、ア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。
【００４０】
図５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。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）のドーズ量を１．４×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２  、アニールを１１５０℃１５０分にて薄膜への不純物導入および加熱を行った。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（ＳｉＬ）、埋め込み酸化膜（ＢＯＸＬ）、基板（Ｓｕｂ）を表している。アニール前の不純物密度を実線で、アニール後の不純物密度を破線で示す。
ア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、ア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４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。
【００４１】
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。
【００４２】
各実施形態は、ＳＯＩ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、散乱メンブレンマスクについても同様効果が期待できる。
【００４３】
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。
【００４４】
【発明の効果】
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、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるマスクの製造方法のフローを示す。
【図２】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３】本発明の第１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４】本発明の第１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５】本発明の第１の実施例にかかるＳＯＩ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。
【図６】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７】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８】ステンシルマスクの一例を示す平面図である。
【図９】図８の一部の斜視図である。
【図１０】図８および図９のメンブレンの一つを拡大した斜視図である。
【図１１】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。
【符号の説明】
１０１…ＳＯＩウェハー、１０２…シリコン酸化膜、１０３…シリコンウェハー、１０４…シリコン酸化膜（埋め込み酸化膜）、１０５…シリコン層、１０６…薄膜領域（メンブレン）、１０７…梁、１０８…レジスト、１０９…透過部、１１０…ステンシルマスク
【図１】
2004265896.tif 000004
【図２】
2004265896.tif 000005
【図３】
2004265896.tif 000006
【図４】
2004265896.tif 000007
【図５】
2004265896.tif 000008
【図６】
2004265896.tif 000009
【図７】
2004265896.tif 000010
【図８】
2004265896.tif 000011
【図９】
2004265896.tif 000012
【図１０】
2004265896.tif 000013
【図１１】
2004265896.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月26日(2004.4.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
次に図７（ｆ）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１０８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。
荷電粒子線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線によりウェハーにパターンが転写される。特に、ＬＥＥＰＬのような等倍露光装置では、メンブレン１０６とウェハー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６および７はＳＯＩウェハー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：Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、アモルファスシリコン、多結晶シリコンなどを成膜したものをマスクブランクスとすることも可能である。また、図６および７のフローではＳＯＩウェハーの埋め込み酸化膜１０４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（ＳｉＯ2以外）が望ましい場合もある。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
さらに、不純物濃度分布を均一にするためには、ウェハー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アニー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２は本実施形態にかかるア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（ＢＤ）、横軸に薄膜表面からの位置（Ｐ）とし、表面酸化膜厚が２ｎｍのときの濃度分布を破線で、表面酸化膜厚が５ｎｍのときの濃度分布を実線で示している。
表面酸化膜厚が２ｎｍ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、マスク精度を劣化させる恐れがある。一方、表面酸化膜厚が５ｎｍ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アニール条件などにより異なる。また、アニール後、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６（ｃ）と同一の工程、つまり、シリコン酸化膜１０２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化膜は同時に除去される。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
【発明の効果】
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。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】図８に図示したステンシルマスクの一部の斜視図である。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】図８および図９に図示したステンシルマスクのメンブレンの一つを拡大した斜視図である。