(57)【要約】本発明の転写マスクブランクスは、ストラットを有する支持基板と、該支持基板上に形成される酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に成膜されたシリコンメンブレンとを有する転写マスクブランクスであって、前記シリコンメンブレン内のリン濃度の平均値が５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３から１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３の間にあり、かつ前記シリコンメンブレン内のリン濃度の均一性が２０％以内であることを特徴とする。本発明の転写マスクブランクスによれば、シリコンメンブレンの応力を容易に適当な値にすることができ、パターンの反りやパターン変形を容易に抑制することができる。
2002052621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストラットを有する支持基板と、該支持基板上に形成される酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に成膜されたシリコンメンブレンとを有する転写マスクブランクスであって、
前記シリコンメンブレン内のリン濃度の平均値が５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３から１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３の間にあり、かつ前記シリコンメンブレン内のリン濃度の均一性が２０％以内であることを特徴とする転写マスクブランクス。
【請求項２】
ストラットを有する支持基板と、該支持基板上に形成される酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に成膜された、パターンが形成されたシリコンメンブレンとを有する転写マスクであって、
前記シリコンメンブレン内のリン濃度の平均値が５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３から１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３の間にあり、かつ前記シリコンメンブレン内のリン濃度の均一性が２０％以内であることを特徴とする転写マスク。
【請求項３】
前記酸化シリコン層の厚さが１μｍから２μｍの間にあることを特徴とする請求項１に記載の転写マスクブランクス又は請求項２に記載の転写マスク。
【請求項４】
荷電粒子線源から発生する荷電粒子線を所定のパターンを有する転写マスク上に照射し、前記パターンの像を感応基板上に投影結像する荷電粒子線露光方法であって；
前記転写マスクは、ストラットを有する支持基板と、該支持基板上に形成される酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に成膜された、パターンが形成されたシリコンメンブレンとを有する転写マスクであって、
前記シリコンメンブレン内のリン濃度の平均値が５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３〜１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３の間にあり、かつ前記シリコンメンブレン内のリン濃度の均一性が２０％以内であることを特徴とする荷電粒子線露光方法。
【請求項５】
ストラットを有する支持基板と、該支持基板上に形成される酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に成膜されたシリコンメンブレンとを有する転写マスクブランクスの製造方法であって、
上記シリコンメンブレンにリンを拡散させ、該シリコンメンブレン中のリン濃度の平均値を５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３から１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３の間とし、かつ前記シリコンメンブレン内のリン濃度を均一化し、リン濃度の均一性を２０％以内とする工程を具備することを特徴とする転写マスクブランクスの製造方法。
【請求項６】
ストラットを有する支持基板と、該支持基板上に形成される酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に成膜された、パターンが形成されたシリコンメンブレンとを有する転写マスクの製造方法であって、
上記シリコンメンブレンにリンを拡散させ、該シリコンメンブレン中のリン濃度の平均値を５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３から１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３の間とし、かつ前記シリコンメンブレン内のリン濃度を均一化し、リン濃度の均一性を２０％以内とする工程を具備することを特徴とする転写マスクの製造方法。
【請求項７】
前記転写マスクブランクスを、活性ガス雰囲気中でアニーリング処理を行なう工程を具備する、請求項５に記載の転写マスクブランクスの製造方法又は請求項６に記載の転写マスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は主に、半導体集積回路製作における電子あるいはイオン等の荷電粒子線によるリソグラフィー装置で使用する転写マスク及び転写マスクブランクスに関する。
背景技術
近年、集積回路の高集積化に伴い、長年微細パターンを形成する手段の主流であった光を用いた露光方式（フォトリソグラフィー技術）に代わって、荷電粒子線、例えば電子線やイオンビーム、あるいはＸ線を利用する新しい露光方式が検討され、実用化されつつある。このうち、電子線を利用してパターンを形成する電子線露光は、電子線そのものを数ｎｍにまで絞ることができるため、０．１μｍ以下の微細パターンを形成できる点に大きな特徴を有している。
しかし、従来からある電子線露光方式は一筆書き方式であったため微細パターンになればなるほど絞った電子線で描画せねばならず、描画時間が長くなりスループットが大幅に低下する。
そこで考え出されたのが、転写マスクを利用して小領域（サブフィールド）を一括して露光していく方式である。転写マスクとしては、厚さ２μｍ程度のメンブレン状のシリコンに電子線透過部の開口を開けた散乱ステンシルマスクがあり、該マスクはストラットと呼ばれる格子上のはりによって複数のサブフィールドに区分されている。一回に電子線によって露光されるサブフィールドの大きさは１ｍｍ角程度であるため、半導体チップ全体を露光するためには、各サブフィールドを電子線にてステップ的に走査して、サブフィールドの開口に応じたパターンを感応基板上でつなぎ合わせる。
この転写マスクは以下のような方法で一般的に作製されている。図５（ａ）〜（ｆ）は、一般的なシリコンメンブレンからなる転写マスクブランクスおよび転写マスクの作製方法を示す断面図である。
まず、図５（ａ）に示すように、シリコン支持基板１、その上に形成された酸化シリコン層３と、その上に形成されたシリコン活性層２と、から構成されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハーを準備する。通常のＳＯＩウエハーのシリコン活性層２は圧縮応力を持っているために、自立薄膜化（メンブレン化）した際に弛んでしまう。そのため、シリコン活性層２にボロン等の不純物を拡散（熱拡散法又はイオン注入法）して、シリコンメンブレンの応力を制御する。これにより、酸化シリコン層３の上には、ボロンが拡散したシリコンメンブレン層が形成される（図５（ｂ）。
この後、シリコンエッチング用のマスクとして、レジスト５をシリコン支持基板１に塗布し、リソグラフィー工程を経て、サブフィールドに対応する部分６のパターニングを行う（図５（ｃ））。
次に、エッチングによってサブフィールドに対応する部分６のシリコン支持基板部１を除去することにより、外周部のシリコン支持基板１ならびに格子状のストラット７を形成する。このエッチングは、エッチングストップ層である酸化シリコン層３まで行われる（図５（ｄ））。
次に、サブフィールドに対応する部分６の酸化シリコンをエッチングによって除去し、転写マスクブランクスを完成させる（図５（ｅ））。最終的には、シリコンメンブレン上にレジストを塗布して感応基板に転写すべき微細パターンを電子線描画装置等の露光装置を用いて転写し、レジストをエッチング用マスクとしてシリコンメンブレンを除去することによりパターン開口８を作製し、転写マスクを完成させる（図５（ｆ））。
ところで、ボロンを拡散したシリコンメンブレンを有するウエハを用いて、前述した作製方法（図５）に従って作製した転写マスクブランクスは、深さ方向のボロン濃度の不均一分布によって生じる深さ方向の応力の不均一によるメンブレンの反りや、高い引っ張り応力によるパターンの変形などが重大な問題となる。
この問題を解決するため、シリコンメンブレン中のボロンの平均濃度および深さ方向に対するボロン濃度分布を適当な範囲内にして、メンブレンの反りやパターンの変形などを抑制することができる（特開平１２−２０６６７５号参照）。
しかしながら、シリコンメンブレンの応力を制御するための不純物としてボロンを使用した場合、ボロン濃度をわずかに変化させただけで、シリコンメンブレンの応力が大きく変化してしまうので、適当な応力値に制御しにくいという問題があった。
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、シリコンメンブレンの応力を容易に適当な値にすることができ、パターンの反りやパターン変形を容易に抑制することができる転写マスクブランクスおよび転写マスクを提供することを目的とする。
発明の開示
本発明者は鋭意研究の結果、シリコンメンブレンの応力を制御するための不純物としてリンを使用し、その許容条件を見いだした。
すなわち、できるだけ引っ張り応力を小さくするという観点から、リン濃度の平均値を略５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３から１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３の間とすることにより、上記目的を達成し得るという知見を得た。
さらにこの平均濃度範囲内でリンが拡散された場合の濃度分布によるメンブレンの反りの許容範囲を検討したところ、リン濃度の均一性が２０％以内、好ましくは１５％以内の範囲内では、反りが生じないことを見いだした。なお、リン濃度の均一性は次式で定義した。
リン濃度の均一性（％）＝（リン濃度の最大値−リン濃度の最小値）×１００／（リン濃度の平均値×２）
そこで本発明は第一に「ストラットを有する支持基板と、該支持基板上に形成される酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に成膜されたシリコンメンブレンとを有する転写マスクブランクスであって、前記シリコンメンブレン内のリン濃度の平均値が５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３から１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３の間にあり、かつ前記シリコンメンブレン内のリン濃度の均一性が２０％以内であることを特徴とする転写マスクブランクス（請求項１）」を提供する。
また、本発明は第二に「ストラットを有する支持基板と、該支持基板上に形成される酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に成膜された、パターンが形成されたシリコンメンブレンとを有する転写マスクであって、
前記シリコンメンブレン内のリン濃度の平均値が５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３から１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３の間にあり、かつ前記シリコンメンブレン内のリン濃度の均一性が２０％以内であることを特徴とする転写マスク（請求項２）」を提供する。
また、本発明は第三に「前記酸化シリコン層の厚さが１μｍから２μｍの間にあることを特徴とする請求項１に記載の転写マスクブランクス又は請求項２に記載の転写マスク（請求項３）」を提供する。
また、本発明は第四に「荷電粒子線源から発生する荷電粒子線を所定のパターンを有する転写マスク上に照射し、前記パターンの像を感応基板上に投影結像する荷電粒子線露光方法であって；前記転写マスクは、ストラットを有する支持基板と、該支持基板上に形成される酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に成膜された、パターンが形成されたシリコンメンブレンとを有する転写マスクであって、前記シリコンメンブレン内のリン濃度の平均値が５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３〜１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３の間にあり、かつ前記シリコンメンブレン内のリン濃度の均一性が２０％以内であることを特徴とする荷電粒子線露光方法（請求項４）」を提供する。
また、本発明は第五に「ストラットを有する支持基板と、該支持基板上に形成される酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に成膜されたシリコンメンブレンとを有する転写マスクブランクスの製造方法であって、上記シリコンメンブレンにリンを拡散させ、該シリコンメンブレン中のリン濃度の平均値を５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３から１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３の間とし、かつ前記シリコンメンブレン内のリン濃度を均一化し、リン濃度の均一性を２０％以内とする工程を具備することを特徴とする転写マスクブランクスの製造方法（請求項５）」を提供する。
また、本発明は第六に「ストラットを有する支持基板と、該支持基板上に形成される酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に成膜された、パターンが形成されたシリコンメンブレンとを有する転写マスクの製造方法であって、上記シリコンメンブレンにリンを拡散させ、該シリコンメンブレン中のリン濃度の平均値を５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３から１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３の間とし、かつ前記シリコンメンブレン内のリン濃度を均一化し、リン濃度の均一性を２０％以内とする工程を具備することを特徴とする転写マスクの製造方法（請求項６）」を提供する。
また、本発明は第七に「前記転写マスクブランクスを、活性ガス雰囲気中でアニーリング処理を行なう工程を具備する、請求項５に記載の転写マスクブランクスの製造方法又は請求項６に記載の転写マスクの製造方法（請求項７）」を提供する。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明にかかる第１の実施形態による転写マスクブランクスは、図５（ｅ）に示すようにリンを拡散させたシリコン活性層２からなるシリコンメンブレンと、このメンブレンを支持する外周部のシリコン支持基板１および格子状のストラット７により構成されている。
図２は、転写マスクブランクスのシリコンメンブレン中に、本発明によるリン（Ｐ）または従来技術のボロン（Ｂ）を不純物として拡散させ、その不純物濃度に対する応力を示した図である。図２において、横軸は不純物濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を表わし、縦軸は応力（ＭＰａ）を表わす。また、図２において、●は本発明によるリン（Ｐ）を不純物として拡散させた場合の応力変化を示し、▲は従来技術のボロン（Ｂ）を不純物として拡散させた場合の応力変化を示す。シリコンメンブレンの応力は不純物の濃度に応じて変化しているが、不純物濃度の変化に対する応力の変化量は、本発明によるリンの方が従来技術のボロンよりも小さくなっていることがわかる。すなわち、不純物濃度が１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の場合ではボロン（Ｂ）を不純物として拡散させた場合とリン（Ｐ）を不純物として拡散させた場合とで応力はほぼ同じであるのに対し、不純物濃度を１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３にした場合には、本発明によるリン（Ｐ）を不純物として拡散させた場合の方が応力の変化量が小さいことがわかる。つまり、リン濃度が多少変化したとしてもシリコンメンブレンの応力はあまり変わらないということがわかる。したがって、シリコンメンブレンに拡散させる不純物としてリン（Ｐ）を使用することにより、シリコンメンブレンの応力を容易に適当な値にすることができ、パターンの反りやパターン変形を容易に抑制することができる。
そこで、シリコンメンブレンにリンを拡散させ、シリコンメンブレン中のリン濃度の平均値を５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３から１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３の間とし、かつ前記シリコンメンブレン内のリン濃度を均一化し、リン濃度の均一性を２０％以内として、図５に示す作製方法で転写マスクブランクスを作製した。
シリコンメンブレンにリンを拡散させ、シリコンメンブレン中のリン濃度の平均値を５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３から１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３の間とし、かつ前記シリコンメンブレン内のリン濃度を均一化し、リン濃度の均一性を２０％以内とする方法としては、例えば開管拡散方式がある。これは、拡散炉中で液体のＰＯＣｌ３を気化させ、窒素ガスと共に流すことにより、ウエハー表面にリンガラスを形成し、その後、８５０℃の温度で４０分間熱拡散する方式である。
図３は、転写マスクブランクスのシリコンメンブレン中の深さ方向に対するリン濃度の分布を示した図である。縦軸がリン濃度であり、横軸が深さであり、メンブレンの最表面（リンの拡散面）を０としている。この図からメンブレンの最表面から少し深い部分が最もリン濃度が大きく、深くなるに従ってリン濃度が小さくなることがわかる。このときのリン濃度の均一性は９０％程度である。この場合、リン濃度の大きなメンブレン表面付近では、メンブレン内側に比べて引っ張り応力が大きくなり、シリコンメンブレンにパターンを形成した際にメンブレンが表面側に反れ、パターンが反れてしまう。この時の反り量は約５μｍで実用には適さないという問題が残る。
次に、従来技術で説明した図５の作製方法に活性ガス（例えば、Ｎ２等）雰囲気中でアニール処理を行う工程を加えることによって、本発明の実施形態の転写マスクブランクスを作製した。アニール処理の条件は以下の通りである。
例えば、１１５０℃の温度で８時間アニール処理を行うことにより、５０ＭＰａ程度の内部応力が１０ＭＰａ以下に低減される。
温度、時間サイクルなどのアニール処理の条件は、シリコンメンブレンの膜厚、リンの拡散量によって決定される。また、酸化シリコン層を適当な厚さ（例えば、１〜２μｍ）にすることにより、この酸化シリコン層が障壁となって、シリコン活性層中のリン濃度を均一に分布させることができる。
図１は、本発明の実施形態の転写マスクブランクスのシリコンメンブレン中の深さ方向に対するリン濃度の分布を示した図である。縦軸がリン濃度であり、横軸が深さであり、メンブレンの最表面（リンの拡散面）を０としている。シリコンメンブレン中にはリンが濃度２．５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３でほぼ均一に分布しており、深さに対するリン濃度の均一性は２０％以内となっている。ここでリン濃度の均一性とは下記式により定義される。
リン濃度の均一性（％）＝（リン濃度の最大値−リン濃度の最小値）×１００／（リン濃度の平均値×２）
その結果、引っ張り応力が約１０ＭＰａ以下に抑えられ、シリコンメンブレンにパターンを形成した後でも、パターンの変形が１０ｎｍ以下に抑制される。また、深さ方向への引っ張り応力の分布が低く抑えられ、パターンが反ってしまうという問題も解消されている。この反り量は０．３μｍ以下であり十分実用に供することが可能である。
次に、図４を参照しつつ、本発明の荷電粒子線露光方法について説明する。
図４は、本発明の荷電粒子線露光方法を実施する荷電粒子線露光装置の一種である電子線露光装置の概略図である。光学系の最上流に配置されている電子銃１２１は下方に向けて電子線を放射する。電子銃１２１の下方にはコンデンサレンズ系１２２が備えられている。
コンデンサレンズ系１２２の下には、照明ビーム成形開口１２３が備えられている。このビーム成形開口１２３の像は、照明レンズ１２５によって転写マスク１２６に結像される。そしてビーム成形開口１２３は、転写マスク１２６の１つのサブフィールド（単位露光パターン領域）を照明する照明ビームのみを通過させる。
ビーム成形開口１２３の下方には、ブランキング偏向器やブランキング開口（共に図示せず）、照明ビーム偏向器１２４等が配置されている。転写マスク１２６へ照明ビームを照射する必要が無い場合、ブランキング偏向器は、照明ビームを偏向させてブランキング開口の非開口部に当て、照明ビームが転写マスク１２６に当たらないようにする。照明ビーム偏向器１２４は、主に照明ビームを図４のＸ方向に順次走査して、照明光学系の視野内にある転写マスク１２６の各サブフィールドの照明を行う。
また、ビーム成形開口１２３の下方には、照明レンズ１２５が配置されている。このレンズ１２５は、電子線を平行ビーム化して転写マスク１２６に当て、転写マスク１２６上にビーム成形開口１２３を結像させる。
転写マスク１２６は、本発明による転写マスクであり、光軸垂直面内（Ｘ−Ｙ面内）に広がっており、前述したように多数のサブフィールドを有する。転写マスク１２６上には、全体として一個の半導体デバイスチップをなすパターン（チップパターン）が形成されている。
転写マスク１２６の周辺部は、ＸＹ方向に移動可能な転写マスクステージ１２７上に保持されている。照明光学系の視野を越えて各サブフィールドを照明するためには、転写マスク１２６を機械的に移動させる。なお、照明光学系の視野内で各サブフィールドを照明するため、上述のように偏向器１２４で電子線を偏向することができる。
転写マスク１２６の下方には投影レンズ１２８及び１３３、偏向器１２９等が設けられている。そして、転写マスク１２６のあるサブフィールドに照明ビームが当てられ、転写マスク１２６のパターン部を通過した電子線は、投影レンズ１２８及び１３３によって縮小されるとともに、各レンズ及び偏向器１２９により偏向されて感応基板１７の処理面１７Ａ（上面）の所定位置に結像される。この面１７Ａ上には、適当なレジスト（図示せず）が塗布されており、このレジストに電子ビームのドーズが与えられ、転写マスク１２６上のパターンが縮小されて感応基板１７上に転写される。
以上の荷電粒子線露光方法により、パターンの反りやパターン変形が抑制された転写マスクを用いて、所望のパターンを感応基板上に転写することができる。
以上説明したように、本発明にかかる転写マスクブランクスによれば、シリコンメンブレンの応力を制御するための不純物としてリンを使用するので、不純物濃度の変化に対するシリコンメンブレンの応力の変化量が小さくなり、応力を容易に適当な値にすることができる。
また、シリコンメンブレン中のリン濃度の平均値を５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３から１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３の範囲に設定するので、シリコンメンブレンの引っ張り応力が低く抑制され、シリコンメンブレンに感応基板へ転写すべきパターンを形成した後においても、面内でのパターンの変形を最低限に抑制することを可能とする。
さらに、深さ方向に対してリン濃度の均一性を２０％以内の範囲内とするので、シリコンメンブレンの深さ方向の引っ張り応力強度の不均一な分布が抑制されるために、メンブレンの反りが生じず、シリコンメンブレンに感応基板へ転写すべきパターンを形成した後においてもパターンの反りを抑制することができる。
つまり、深さ方向への応力の不均一分布によるパターンの反りや、高い引っ張り応力によるパターンの変形などが抑制された結果、集積回路の超微細化に伴う、１０数ｎｍ程度のパターン精度、位置歪み精度の要求を満たす、転写マスクブランクスおよび転写マスクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施形態の転写マスクブランクスのシリコンメンブレン中の深さ方向に対するリンの濃度分布を示す図である。
図２は、転写マスクブランクスのシリコンメンブレン中に、本発明によるリンまたは従来技術のボロンを不純物として拡散させ、その不純物濃度に対する応力を示した図である。
図３は、従来技術によって作製した転写マスクブランクスのシリコンメンブレン中の深さ方向に対するリンの濃度分布を示す図である。
図４は、本発明の荷電粒子線露光方法を実施する荷電粒子線露光装置の一種である電子線露光装置の概略図である。
図５は、従来の転写マスクブランクスおよび転写マスクの作製方法を説明する図である。
符号の説明
１・・・シリコン支持基板
２・・・シリコン活性層
３・・・酸化シリコン層
５・・・レジスト
６・・・サブフィールドに対応する部分
７・・・ストラット
８・・・パターン開口
１７・・・感応基板
１７Ａ・・・処理面
１２１・・・電子銃
１２２・・・コンデンサレンズ系
１２３・・・ビーム成形開口
１２４・・・照明ビーム偏向器
１２５・・・照明レンズ
１２６・・・転写マスク
１２７・・・転写マスクステージ
１２８、１３３・・・投影レンズ
１２９・・・偏向器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2002052621.tif 000008
2002052621.tif 000009
2002052621.tif 000010