(57)【要約】【課題】基板上に遮光性膜パターンを備えるフォトマスクの製造工程において、遮光性膜パターンの寸法誤差が生じた場合においても、莫大な時間とコストをかけることなく、遮光性膜パターンの寸法を補正することができる寸法補正方法を提供すること。【解決手段】前記寸法誤差を有する遮光性膜パターンの表面に酸化層を成長させることによって前記寸法誤差を補正することとし、前記遮光性膜パターンの表面に酸化層を成長させる方法は、酸素ガスを含む雰囲気中で、光またはプラズマを照射することによって行うパターン寸法補正方法とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に遮光性膜パターンを備えるフォトマスクの製造工程において、前記遮光性膜パターンに発生した寸法誤差を補正するパターン寸法補正方法であって、
前記寸法誤差を有する前記遮光性膜パターンの表面に酸化層を成長させることによって前記寸法誤差を補正することを特徴とするパターン寸法補正方法。
【請求項２】
前記遮光性膜パターンの表面に酸化層を成長させる方法は、酸素ガスを含む雰囲気中で、光を照射することによって行うことを特徴とする請求項１に記載のパターン寸法補正方法。
【請求項３】
前記照射する光は波長４００ｎｍ以下の光であることを特徴とする請求項２に記載のパターン寸法補正方法。
【請求項４】
前記遮光性膜パターンの表面に酸化層を成長させる方法は、酸素ガスを含む雰囲気中で、プラズマを照射することによって行うことを特徴とする請求項１に記載のパターン寸法補正方法。
【請求項５】
前記遮光性膜パターンの補正後の寸法は、同じ設計寸法の補正を行わない遮光性膜パターンの寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のパターン寸法補正方法。
【請求項６】
基板上に遮光性膜パターンを備えるフォトマスクの製造において使用され、前記遮光性膜パターンに発生した寸法誤差を補正するパターン寸法補正装置であって、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のパターン寸法補正方法を実施する機構を備えたことを特徴とするパターン寸法補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパターン寸法補正方法、及びそれを用いたパターン寸法補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路は、集積度の向上や電力消費量の低減のためにより微細化が進み、製造難度は高くなってきている。またこれに伴い、半導体集積回路形成のために用いられるフォトマスクも高精度化が要求されている。特に、フォトマスクのパターン寸法精度に関する要求は年々厳しくなってきている。
【０００３】
フォトマスクの製造方法は、ガラス基板上に金属性の遮光性膜を形成した上に電子に感度を有するレジストを塗布し、電子線描画機を用いて回路パターンの描画を行う。その後、露光部に発生した酸を拡散させるためにベーキングを行い、次に現像処理によりレジストパターンを作成し、レジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、遮光性膜の回路パターンを形成する。（遮光性膜とレジストの間には、遮光性膜のエッチングで用いるハードマスク層を形成する場合もある）。 
【０００４】
パターン寸法の評価では、前記のように形成した遮光性膜の回路パターンの寸法を測定し、規格値を満たすかどうかの評価を行う。フォトマスクの保証規格の一つとして面内寸法均一性があり、最先端フォトマスクでは、マスク面内の寸法ばらつきを３σ（σ：標準偏差）で２ｎｍ程度以下とすることが要求されてきている。   
【０００５】
一般にフォトマスクの寸法ばらつきには、レジスト感度安定性、粗密等の回路パターン依存性、描画機の寸法制御補正精度、全般的な製造装置コンディション等様々な要因があるため、最先端フォトマスクを寸法規格値内に抑えて作製するよう、様々な技術や評価法が用いられてきた。例えば、描画機による寸法制御補正精度の追及としてその都度の補正フィードバックがある（特許文献１）。しかしこの方法にはパターン回路が変わると同じフィードバックの有効性がなくなるという問題がある。
【０００６】
結局のところ、近年の半導体集積回路用微細パターンをデザイン通りにパターニングするためには、前記諸要因の追い込み調整に莫大な時間とコストをかける必要が生じてくる。あるいは、いったん作製済みで寸法規格値から外れてしまったフォトマスクはその後の寸法補正を断念し、廃棄する方針で臨まなければならなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１０３６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フォトマスク作製工程で微細寸法精度がばらつき、作製した回路パターンの寸法が半導体集積回路パターン保証規格値から外れた場合においても、莫大な時間とコストをかけることなく、従来よりも簡便な手法で回路パターンの寸法（線幅）を補正することができるパターン寸法補正方法、及びそれを用いた装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、基板上に遮光性膜パターンを
備えるフォトマスクの製造工程において、前記遮光性膜パターンに発生した寸法誤差を補正するパターン寸法補正方法であって、
前記寸法誤差を有する前記遮光性膜パターンの表面に酸化層を成長させることによって前記寸法誤差を補正することを特徴とするパターン寸法補正方法としたものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記遮光性膜パターンの表面に酸化層を成長させる方法は、酸素ガスを含む雰囲気中で、光を照射することによって行うことを特徴とする請求項１に記載のパターン寸法補正方法としたものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記照射する光は波長４００ｎｍ以下の光であることを特徴とする請求項２に記載のパターン寸法補正方法としたものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記遮光性膜パターンの表面に酸化層を成長させる方法は、酸素ガスを含む雰囲気中で、プラズマを照射することによって行うことを特徴とする請求項１に記載のパターン寸法補正方法としたものである。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記遮光性膜パターンの補正後の寸法は、同じ設計寸法の補正を行わない遮光性膜パターンの寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のパターン寸法補正方法としたものである。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、基板上に遮光性膜パターンを備えるフォトマスクの製造において使用され、前記遮光性膜パターンに発生した寸法誤差を補正するパターン寸法補正装置であって、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のパターン寸法補正方法を実施する機構を備えたことを特徴とするパターン寸法補正装置としたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のパターン寸法補正方法及び装置によれば、フォトマスク作製工程で微細寸法精度がばらつき、作製した回路パターンの寸法が半導体集積回路パターン保証規格値から外れた場合においても、従来よりも簡便な手法で回路パターンの寸法（線幅）を補正することができるようになり、莫大な時間とコストをかけることなく、フォトマスクの品質を向上することが可能となる。また、材料を廃棄し再作製する必要がなくなるのでフォトマスク製造におけるコスト削減に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明によるパターン寸法補正方法の一例を説明するための概略断面図である。（ａ）遮光性膜パターニング後  （ｂ）光またはプラズマ照射中  （ｃ）寸法補正後
【図２】本発明によるパターン寸法補正装置の構成を示す概略図である。
【図３】本発明のパターン寸法補正方法を適用した実施例１の（ａ）寸法変化量（ｂ）酸素原子数比変化量を測定した結果を示す特性図である。
【図４】本発明のパターン寸法補正方法を適用した実施例２の（ａ）寸法変化量（ｂ）酸素原子数比変化量を測定した結果を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明のパターン寸法補正方法及び装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付け、重複する説明は省略する。また、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 
【００１８】
図１（ａ）は、遮光性膜のパターニングまで終了したフォトマスクの例であり、基板１と、遮光性膜パターン２、３、４と、外周部に残されたハードマスク層５とからなる（尚、フォトマスクによってはハードマスク層５は存在しない形態もある）。ここで、回路パターン部の遮光性膜パターン３、４の寸法を測定すると、遮光性膜パターン４は遮光性膜パターン３よりも寸法が細く作製されてしまっている。
【００１９】
そこで、図１（ｂ）のように、遮光性膜パターン４の部分に光またはプラズマ６を照射する。すると光またはプラズマ６の照射により遮光性膜パターン４表面に酸化層が成長し、図１（ｃ）のように、遮光性膜パターン４は寸法が大きくなる方向に変化した遮光性膜パターン７となる。酸化層成長の要因となる酸素は、光照射の場合は大気雰囲気、プラズマ照射の場合は、後述のように、別途導入する酸素により供給する。
【００２０】
前記の遮光性膜パターンの寸法変化量は、光またはプラズマ６の照射時間により変化し、特に短時間のうちは、照射時間に対して直線的に寸法が増加する。このため、あらかじめ使用する遮光性膜の、照射時間に対する寸法変化量を調べておき、時間設定により補正することができる。あるいは、寸法増加が過大にならないように、多段に分けて照射と測定を繰り返してもよい。
【００２１】
図２は、本発明によるパターン寸法補正装置１０の構成を示す概略図である。光照射ユニット１１、プラズマ銃１２、寸法を測定する測長ディテクター１４はアーム１５に独立に取り付けられているが、それぞれが同時に機能することも可能である。またそれぞれを格納する格納部１６を併せ持つ。試料台１８は、フォトマスクの外形、及び寸法補正が必要な遮光性膜パターン４の位置に対応できるよう、可動ステージとなっている。
【００２２】
遮光性膜パターン４の表面に酸化層を成長させるための照射光としては、酸化反応を促進するために、波長４００ｎｍ以下の紫外線領域のレーザ光が好ましく、例えば波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、あるいは金属のカラーレーザマーキングに用いられるＮｄ：ＹＡＧ及びＮｄ：ＹＶＯ４レーザの高調波等を利用することができる。それらの照射光の出力パワーとしては、過大（数百Ｗオーダー）であると遮光性膜パターン４がダメージを受けるおそれがあるため、繰返し周波数の調整等により数十Ｗオーダーとすることが好ましい。
【００２３】
前記レーザ光を、寸法が細い遮光性膜パターン４の部分に照射し寸法を補正するが、遮光性膜パターン４の領域の大きさ（広さ）は補正しようとするフォトマスクによって異なる。レーザ光の照射領域（スポットサイズ）は、レンズや遮蔽板によって変更できるため、遮光性膜パターン４の領域の大きさに応じて、一括もしくは分割照射することで目的とする遮光性膜パターン４の寸法補正を行う。
【００２４】
プラズマ照射によりパターン寸法補正を行う際は、本発明のパターン寸法補正装置１０内にフォトマスクを載置し、装置に備えた排気機構（図示せず）により装置内を２ｍＴｏｒｒ以下の真空空間にする。真空空間に移行後、プラズマ銃１２をパターン寸法補正位置まで移動させる。その後、表面酸化用Ｏ２ガスをガス導入口１３から装置内に導入し、プラズマ銃１２から放射するプラズマにより装置内のＯ２ガスをラジカル化しパターン表面に吸着させ、酸化層を成長させる。プラズマ銃１２としては、例えば特開２００９−１２９６６６号公報に記載がある、窒素プラズマを照射するユニットとすればよく、窒素プラズマの出射口を可変とすることで、寸法を補正する領域の広さに応じて照射領域を変更する。
【００２５】
上記のように、光またはプラズマの照射により、遮光性膜パターン４表面の酸化層を成長させる。従って、遮光性膜パターン４の表面の組成比（特に酸素含有量）は、寸法補正を行う前後で異なってくる。遮光性膜パターンの表面の組成分析は、Ｘ線光電子分光法（以下ＸＰＳと記す）により行うことができる。ＸＰＳによる測定では、通常、被測定物質の表面を深さ数ｎｍ、広さ数μｍ〜数ｍｍφ（径）の領域にわたって原子の種類と濃度を解析することができる。
【００２６】
本発明のパターン寸法補正方法では、ＸＰＳにより遮光性膜パターン４の表面の組成分析を行った場合、遮光性膜パターン４への光またはプラズマの照射前後で、該遮光性膜パターンを構成する全原子数に対する酸素（Ｏ）の原子数比（ａｔｍ％）に、１ａｔｍ％以上の変化があれば、光またはプラズマの照射後の遮光性膜パターン４の寸法は、照射前よりも１ｎｍ以上大きくなり、１ｎｍレベルのパターン寸法補正方法として有効である（このことは実施例において具体的に示す）。
【００２７】
上記のように、本発明のパターン寸法補正方法では光またはプラズマの照射による遮光性膜パターン４の表面の酸化層の成長を利用するが、特に光（レーザ）の照射においては、熱による効果（熱過程）が重要な役割を果たしている。従って、寸法補正の必要がない遮光性膜パターン３の部分への影響を避けるため、既述のようにレーザの出力パワーを好適化し、多段照射により蓄積エネルギーを分散化する等、熱蓄積による歪みや、熱移動による影響に留意することが望ましい。
【００２８】
本発明のパターン寸法補正方法では、遮光性膜パターン４の補正後の寸法を、同じ設計寸法の補正を行わない遮光性膜パターン３の寸法よりも大きくする形態がありうる。なぜなら、遮光性膜パターン４の表面は酸化により遮光性が低下する傾向があるからである。フォトマスクの特性としては光学特性が重要であるため、より良い転写結果をもたらすために、該パターン全体として遮光性が近くなるよう、遮光性膜パターン４の補正後の寸法が遮光性膜パターン３の寸法よりも大きいことが望ましい場合がある。このことは、対象とするフォトマスクの遮光性に依存し、位相シフト型よりもバイナリマスク型の方が可能性は上がる。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例により、本発明のパターン寸法補正方法及び装置をさらに詳細に説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１に示す構造（但し、パターン寸法はすべて同じ設計値とした）の位相シフト型フォトマスクを作製するために、マスクブランクは信越化学製のＭＡ６Ｒ材（石英基板、ＭｏＳｉ遮光性膜、Ｃｒハードマスク層）、レジスト材は信越化学製ＳＥＢＮ１７０２を準備した。
【００３１】
ＭＡ６Ｒ材にレジストＳＥＢＮ１７０２を塗布した状態で、ＪＥＯＬ社製電子線描画機ＪＢＸ３０４０を用い、テストパターンとして線幅１２０ｎｍのライン＆スペースパターンを描画した。描画後、東京エレクトロン社製ＡＣＴＭを用いてベーキングと現像を行い、レジストパターンを形成した。現像後はアプライドマテリアルズ社製のドライエッチング装置ＴＥＴＲＡ２を用いて、塩素ガスによりＣｒハードマスク層のエッチングを行った。続いて同じくＴＥＴＲＡ２を用いて、ＳＦ６ガスによりＭｏＳｉ遮光性膜をエッチングし、遮光性膜パターンを形成した。その後レジスト残渣を筑波セミテクノロジー社製のＴＧＳ００２を用いて洗浄除去し、最後にアプライドマテリアル社製ＴＥＴＲＡ２を用いて外周部以外のＣｒハードマスク層の剥膜エッチングを行い、図１（ａ）に示す構造（但し、寸法はすべて同じ設計値）のフォトマスクを作製した。
【００３２】
次に、前記のように作製したＭｏＳｉ遮光性膜のテストパターンのうち、光照射を行う領域内のパターン寸法を、アドバンスト社製ＬＷＭ９０００を用いて測長し平均寸法を求めた。また、ＸＰＳ装置（ＥＳＣＡＬＡＢ  ２２０１−ＸＬ）を用いて、光照射を行う領域内の組成分析を行い、ＭｏＳｉ遮光性膜を構成する全原子数に対する酸素（Ｏ）の原子数比を求めた。このときのＸＰＳ測定条件は次の通りである。
Ｘ線源：Ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｅｄ  Ａｌ  Ｋａ（単色化Ｘ線）
Ｘ線出力：１０ｋＶ・１８ｍＡ
使用レンズ：Ｓｍａｌｌ  Ａｒｅａ  ＸＬ１５０
帯電中和：電子中和銃  ＋４（Ｖ）・０．０５（ｍＡ）
光電子脱出角度：９０度
【００３３】
その後、前記遮光性膜のテストパターンに対して波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザによる光照射を行い、積算露光量が１０ｋＪ／ｃｍ２に達したところで光照射を中断し、照射部内のパターン寸法を、ＬＷＭ９０００を用いて測長し平均寸法を求め、前記の照射前の数値と比較した。その結果、図３（ａ）に示すように、１０ｋＪ／ｃｍ２照射によりパターン寸法が光照射前よりも３．５ｎｍ大きくなっていることが確認された。
【００３４】
また、ＸＰＳ装置を用いて光照射部内の組成分析を行い、前記の照射前と比較した。その結果、図３（ｂ）に示すように照射後１０ｋＪ／ｃｍ２は照射前よりも、ＭｏＳｉ遮光性膜を構成する全原子数に対する酸素（Ｏ）の原子数比が４％大きくなっており、ＭｏＳｉ遮光性膜表面に酸化層が成長していることが確認された。
【００３５】
さらに、積算露光量を２０ｋＪ／ｃｍ２、３０ｋＪ／ｃｍ２、４０ｋＪ／ｃｍ２と変化させると、図３（ａ）に示すようにパターン寸法が照射前よりも４．４ｎｍ、５．１ｎｍ、６．５ｎｍ大きくなることが確認された。また、積算露光量を２０ｋＪ／ｃｍ２、３０ｋＪ／ｃｍ２、４０ｋＪ／ｃｍ２と変化させたとき、ＸＰＳ装置を用いて光照射部内の組成分析を行ったところ、図３（ｂ）に示すように、全原子数に対する酸素（Ｏ）の原子数比が照射前よりも６．３％、８．０％、８．８％大きくなり、積算露光量を大きくすることでＭｏＳｉ遮光性膜表面に成長する酸化層量が大きくなることが確認された。
【００３６】
図３（ａ）、（ｂ）の結果より、最先端フォトマスクの寸法規格に適合する１ｎｍレベルの単位で寸法を補正するためには３ｋＪ／ｃｍ２の積算露光量を与えればよく、３ｋＪ／ｃｍ２の光照射によりＭｏＳｉ遮光性膜パターンを構成する全原子数に対する酸素（Ｏ）の原子数比が１ａｔｍ％変化することが確認できた。
【実施例２】
【００３７】
実施例１と同じ材料、製造方法にて、実施例１と同じ構造のフォトマスクを作製した。次に、実施例１と同じ方法、条件で、プラズマ照射を行う領域内のパターンの平均寸法と、ＭｏＳｉ遮光性膜を構成する全原子数に対する酸素（Ｏ）の原子数比を求めた。
【００３８】
その後、前記フォトマスクを本発明によるパターン寸法補正装置内に載置し、装置内を２ｍＴｏｒｒ以下の真空空間にした後、Ｏ２ガスを装置内に導入した。その後、テストパターンに対してプラズマ銃により窒素プラズマ照射を行った。プラズマ照射時間が５秒に達したところでプラズマ照射を中断し、照射部内のパターンの平均寸法を求め、照射前の数値と比較した。その結果、図４（ａ）に示すように、５秒間のプラズマ照射によりパターン寸法がプラズマ照射前よりも５．８ｎｍ大きくなっていることが確認された。
【００３９】
また、プラズマ照射部内の組成分析を行い、ＭｏＳｉ遮光性膜を構成する全原子数に対する酸素（Ｏ）の原子数比を求め、照射前と比較した。その結果、図４（ｂ）に示すように、５秒間のプラズマ照射後は照射前よりも、ＭｏＳｉ遮光性膜を構成する全原子数に対する酸素（Ｏ）の原子数比が５．２％大きくなっており、ＭｏＳｉ遮光性膜表面に酸化層が成長していることが確認された。
【００４０】
さらに、プラズマ照射時間を１０秒、１５秒、２０秒と変化させると、図４（ａ）に示すようにパターン寸法が照射前よりも９．９ｎｍ、１４．０ｎｍ、１７．８ｎｍ大きくなることが確認された。また、プラズマ照射時間を１５秒、２０秒、２５秒と変化させたとき、ＸＰＳ装置を用いてプラズマ照射部内の組成分析を行ったところ、図４（ｂ）に示すように、全原子数に対する酸素（Ｏ）の原子数比が照射前よりも１４．３％、１６．５％、１７．５％大きくなり、プラズマ照射量を大きくすることでＭｏＳｉ遮光性膜表面に成長する酸化層量が大きくなることが確認された。
【００４１】
図４（ａ）、（ｂ）の結果より、最先端フォトマスクの寸法規格に適合する１ｎｍレベルの単位で寸法を補正するためには１秒のプラズマ照射を与えればよく、１秒のプラズマ照射によりＭｏＳｉ遮光性膜パターンを構成する全原子数に対する酸素（Ｏ）の原子数比が１ａｔｍ％変化することが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、フォトマスクの製造に限らず、半導体デバイス、光導波路や回折格子等の光学部品、バイオ・化学関連の分析用チップ等の各種製品の製造工程において、金属性薄膜の微細なパターン形成を行う際に、パターン寸法を補正する方法及び装置として好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・基板
２・・・遮光性膜パターン（外周部）
３、４・・・遮光性膜パターン（回路パターン部）
５・・・ハードマスク層
６・・・寸法補正用光またはプラズマ
７・・・遮光性膜パターン（寸法補正後）
７ａ・・・酸化層成長部
１０・・・パターン寸法補正装置
１１・・・光照射ユニット
１２・・・プラズマ銃
１３・・・ガス導入口
１４・・・寸法測長ディテクター
１５・・・アーム
１６・・・格納部
１７・・・試料
１８・・・試料台
１９・・・試料台脚
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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