JP3984116B2 - フォトマスクの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所望の平坦度を有するフォトマスクの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造プロセスに用いられているフォトリソグラフィ工程での課題が顕著になりつつある。半導体デバイスの微細化が進むにつれ、フォトリソグラフィ工程での微細化に対する要求が高まっている。既に、デバイスの設計ルールは０．１３μｍにまで微細化している。これにより、制御しなければならないパターン寸法精度は１０ｎｍ程度と極めて厳しい精度が要求されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような中、パターン形成工程の高精度化を妨げている一要因として、リソグラフィ工程に用いられるフォトマスクの平坦度が挙げられる。微細化に伴いリソグラフィ工程での焦点裕度が少なくなる中で、フォトマスクの平坦度が無視できなくなっている。
【０００４】
フォトマスクは、一般に石英基板上に半透明膜および遮光膜を成膜して作成する。しかしながら、半透明膜は１ＧＰａを超える大きな内部応力をもつ。従って、この内部応力により基板が変形し、平坦度を悪化させていた。この平坦度の悪化は、歩留まり低下の大きな要因となっていた。また、石英基板上に半透明膜および遮光膜を成膜した後、マスクパターンを形成することによりマスクは完成する。しかしながら、半透明膜、遮光膜が成膜時にもつ内部応力から、マスクパターン形成後の基板の変形を予測することが困難であったため、平坦度の制御ができなかった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、所望の平坦度を有するフォトマスクの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の一の観点によれば、基板と、前記基板上に選択的に形成された半透明膜であるＭｏＳｉＯＮ膜と、前記ＭｏＳｉＯＮ膜上に選択的に形成された遮光膜であるＣｒ膜とを具備してなり、前記基板、前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜の各々のヤング率（ＭＰａ）をＥ０、Ｅ１及びＥ２とし、各々の厚さ（ｍ）をｄ０、ｄ１及びｄ２とし、前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜の室温における各々の内部応力（ＭＰａ）をＳ １及びＳ ２とし、前記Ｃｒ膜が形成されていない領域における前記ＭｏＳｉＯＮ膜の被覆率をｈとし、係数Ｋ １乃至Ｋ ４をそれぞれＫ １＝１．３×１０−８、Ｋ ２＝−９．５×１０−２、Ｋ ３＝６．０×１０−７、Ｋ ４＝−５．２×１０−２とすると、
【数５】
【０００７】
の条件を満たすフォトマスクが提供される。このような構成によれば、平坦度が約０．８μｍ以下のフォトマスクが得られる。このようなフォトマスクを用いてパターン露光を行う場合、露光時の焦点裕度が格段に増し、半導体などの電子部品の製造歩留まりが大きく向上する。
【０００８】
本発明の別の観点によれば、基板上に半透明膜であるＭｏＳｉＯＮ膜及び遮光膜であるＣｒ膜を順次積層形成し、前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜の内部応力を測定し、前記基板、前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜の各々のヤング率（ＭＰａ）をＥ０、Ｅ１及びＥ２とし、各々の厚さ（ｍ）をｄ０、ｄ１及びｄ２とし、前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜の室温における各々の内部応力（ＭＰａ）をＳ １及びＳ ２とし、マスクパターン形成後の前記Ｃｒ膜が形成されていない領域における前記ＭｏＳｉＯＮ膜の仮想被覆率をｈとし、係数Ｋ １乃至Ｋ ４をそれぞれＫ １＝１．３×１０−８、Ｋ ２＝−９．５×１０−２、Ｋ ３＝６．０×１０−７、Ｋ ４＝−５．２×１０−２とし、マスクパターン形成後の所望のフォトマスクの予測反り量をＡ（ｍ−１）とするとき、以下の式
【数６】
【０００９】
を満たすか否かを判定し、前記判定結果に基づき前記式を満たす被覆率となるように前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜を選択的に除去するフォトマスクの製造方法が提供される。
【００１０】
これにより、マスクパターン形成後の反り量をマスク完成前に予め予測することができ、フォトマスク製造の歩留まりが大きく向上する。
【００１１】
また、本発明の一の実施形態によれば、予測反り量Ａは１．４×１０−４（ｍ−１）である。これにより、平坦度が約０．８μｍ以下のフォトマスクを製造することができる。
【００１２】
さらに本発明の別の観点によれば、被加工基板上にフォトレジストを形成し、基板と、前記基板上に選択的に形成された半透明膜であるＭｏＳｉＯＮ膜と、前記ＭｏＳｉＯＮ膜上に選択的に形成された遮光膜であるＣｒ膜とを具備してなり、前記基板、前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜の各々のヤング率（ＭＰａ）をＥ０、Ｅ１及びＥ２とし、各々の厚さ（ｍ）をｄ０、ｄ１及びｄ２とし、前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜の室温における各々の内部応力（ＭＰａ）をＳ １及びＳ ２とし、前記Ｃｒ膜が形成されていない領域における前記ＭｏＳｉＯＮ膜の被覆率をｈとし、係数Ｋ １乃至Ｋ ４をそれぞれＫ １＝１．３×１０−８、Ｋ ２＝−９．５×１０−２、Ｋ ３＝６．０×１０−７、Ｋ ４＝−５．２×１０−２とすると、
【数７】
【００１３】
の条件を満たすフォトマスクのマスクパターンに光を透過させて前記マスクパターンを前記フォトレジストに転写し、前記フォトレジストを現像し、前記フォトレジストをマスクとして前記被加工基板を選択的に加工する電子部品の製造方法が提供される。
【００１４】
これにより、フォトマスクを用いた被加工基板へのパターン露光時の焦点裕度が格段に増し、半導体部品などの電子部品の製造歩留まりが大きく向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るフォトマスク１０の全体構成を示す縦断面図である。図１に示すように、大きさが１５２ｍｍ角で厚さ約６ｍｍの光透過性の石英基板１上に、ＭｏＳｉＯＮ（以下、単にＭｏＳｉと称する）からなる半透明膜２が約９５ｎｍの膜厚で選択的に形成されている。さらに、この半透明膜２上にはＣｒからなる遮光膜３が約５９ｎｍの膜厚で選択的に形成されている。
【００１７】
図１の４で示される領域はパターン形成領域、５で示される領域は周辺領域である。パターン形成領域４は、ウェハ上に転写すべき回路パターンが形成される領域である。周辺領域５は、パターン形成領域４を取り囲むようにパターン形成領域４の周辺部分に設けられた領域であり、遮光膜３で覆われている。これにより、パターン形成領域以外の不要なパターンが転写されるのを防止することができる。
【００１８】
本実施形態では、フォトマスクの特性を表す値の一つとして被覆率ｈが用いられる。被覆率ｈは、パターン形成領域４の全面積Ｗ１に対して、このパターン形成領域４内において石英基板１を被覆する半透明膜２が形成される面積Ｗ２の比で表される。すなわち、ｈ＝Ｗ２／Ｗ１で表される。
【００１９】
パターン形成領域４は、石英基板１のみからなる透過領域４ａと、石英基板１と半透明膜２が積層形成された半透過領域４ｂからなる。半透明膜２は、位相シフト層として機能する。透過領域４ａを通過する光（例えば光透過率約１００％）と、半透過領域４ｂを通過する光（例えば光透過率約６％）の位相が互いに異なる作用（例えば位相差１８０°）を利用し、パターン形成領域４に形成されたパターンがウェハ上に転写される。
【００２０】
ここで、石英基板１、半透明膜２及び遮光膜３の各々のヤング率（ＭＰａ）をＥ０、Ｅ１及びＥ２とし、各々の厚さ（ｍ）をｄ０、ｄ１及びｄ２とする。半透明膜２及び遮光膜３の各々の室温（例えば２５℃）における内部応力（ＭＰａ）をＳ １及びＳ ２とする。また、マスクパターン形成後の上述した半透明膜２の被覆率をｈと定義する。さらに、定数Ｋ １〜Ｋ ４を、Ｋ １＝１．３×１０−８、Ｋ ２＝−９．５×１０−２、Ｋ ３＝６．０×１０−７、Ｋ ４＝−５．２×１０−２とする。
【００２１】
本発明者らは、多くの内部応力の異なるマスク基板と被覆率の関係を検討することにより、上述した各パラメータ及びマスクパターン形成後の基板の反り量の指標となる曲率半径Ｒに以下の関係があることを見出した。
【００２２】
【数８】
【００２３】
この式（１）における１／Ｒの絶対値、すなわち基板の反り量を｜１／Ｒ｜≦１．４×１０−４（ｍ−１）にすると、マスクパターン形成後のフォトマスクの平坦度を０．８μｍ以下程度に抑えることができる。平坦度とは、フォトマスクの最大の高低差を指す。
【００２４】
従って、本実施形態におけるフォトマスクは、上記式（１）を満たすような石英基板１、半透明膜２及び遮光膜３を用いて形成されている。
【００２５】
図２は図１のフォトマスクの製造方法の工程断面図である。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、まず大きさ１５２ｍｍ角で厚さ約６ｍｍの石英基板１上に、ＭｏＳｉからなる半透明膜２をスパッタリングにより例えば膜厚９５ｎｍ成膜する。次いで、半透明膜２上に、Ｃｒからなる遮光膜３をスパッタリングにより例えば膜厚５９ｎｍ成膜する。これにより、石英基板１、半透明膜２及び遮光膜３の積層構造からなるハーフトーンマスクブランクス（フォトマスク用原板）が形成される。このＣｒからなる遮光膜３のスパッタリングでは、ターゲットに衝突させるためのＡｒのガス圧を従来一般的に用いられるガス圧である５ｍＴｏｒｒよりも高めの１１ｍＴｏｒｒに設定する。このようにして成膜された半透明膜２及び遮光膜３の内部応力をＸ線回折を用いて測定した。Ｘ線回折により、ＭｏＳｉ及びＣｒの格子面間隔を測定し、sin2ψ法を用いて内部応力を算出したところ、Ｃｒの場合引っ張りの２１００ＭＰａ、ＭｏＳｉは圧縮の１４００ＭＰａであった。
【００２７】
次に、このように形成されたハーフトーンマスクブランクスについて、半透明膜２の被覆率ｈを３０％、５０％、７０％及び１００％の場合の各々について、式（１）を用いて１／Ｒの値を求めた。算出結果を以下の表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
表１に示すように、いずれの被覆率ｈの場合も、｜１／Ｒ｜≦１．４×１０−４（ｍ−１）となった。従って、被覆率ｈを３０％〜１００％にした場合には、所望のフォトマスクを形成できることが確認できた。
【００３０】
次に、得られたハーフトーンマスクブランクスの遮光膜３の表面に、ポジ型化学増幅型レジストを約５００ｎｍの膜厚で塗布する。次に、約５０ｋｅＶの加速電圧を有する電子ビーム描画装置を用いて、マスク上換算で０．６μｍ（フォトマスクの転写倍率が４倍、ウェハ上換算で０．１３μｍ）ルールのホール径の１ＧＤＲＡＭのパターンを描画した。描画後、１１０℃で１５分間ベークした後、アルカリ現像液によりスプレー現像し、レジストパターンを形成した。なお、このレジストパターン形成では、パターン形成後の被覆率ｈが３０％、５０％、７０％及び１００％となるような４種類のパターンを形成した。被覆率ｈが１００％の場合、電子ビーム描画装置によりパターンを描画する必要が無い。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示すように、前記レジストパターンをエッチングマスクとして用い、反応性イオンエッチングにより遮光膜３と半透明膜２の双方をエッチングした。エッチングガスには、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いた。その後、アッシング装置によりレジストを剥離し、洗浄機により洗浄した。次いで、パターン形成領域４の遮光膜３をウェットエッチングにより除去することにより、被覆率ｈが３０％、５０％、７０％及び１００％のハーフトーン位相シフトマスクが得られる（図２（ｃ））。遮光膜３と半透明膜２の双方がエッチングされた領域は石英基板１のみとなるため、透過領域４ａとなる。また、遮光膜３のみがエッチングされた領域は石英基板１上に半透明膜２が残存した領域であり、半透過領域となる。
【００３２】
上述した製造方法により得られた被覆率ｈが３０％、５０％、７０％及び１００％のハーフトーン位相シフトマスクのそれぞれについて、平坦度を光学干渉計により測定した結果を表１に示す。いずれの被覆率ｈのマスクでも平坦度は０．８μｍ以下に抑えられており、焦点裕度が従来のものに比較して増しており、製造歩留まりの向上が期待できる。
【００３３】
次に、上述した製造方法により得られたハーフトーン位相シフトマスクを用いた電子部品の製造方法について図３の工程断面図に沿って説明する。本実施形態では、電子部品の一例として半導体装置を製造する場合を例に説明する。
【００３４】
まず、フォトレジスト３４を塗布した被加工基板３３を準備する（図３（ａ））。被加工基板は、ウェハ自体や、ウェハ上に半導体膜、金属膜や絶縁膜などの膜が単層あるいは積層して形成された基板など、パターンを形成する対象となり得るいかなる基板も含まれる。この被加工基板３３上に、露光装置を用いてフォトマスクの回路パターンを転写する（図３（ｂ））。
【００３５】
露光装置の構成の一例を図４に示す。図４に示すように、露光装置３０は、照明光学系（光源）３１からの光３１ａをフォトマスク１０に導き、このフォトマスク１０を通過した光を投影光学系３２を通してステージ３６に載置された被加工基板３３上に転写する。より具体的には、被加工基板３３上のフォトレジスト３４にフォトマスク１０の回路パターンが照射される。その後、露光部、すなわち光が照射された部分のフォトレジスト３４を溶剤で溶かして未露光部のレジストパターンを残存させる現像工程（図３（ｃ））を経た後、所定の温度で所定の時間ベークされる。次に、このレジストパターンをマスクとしてエッチングが行われる（図３（ｄ））。これにより、フォトレジスト３４が残存せずに露出した被加工基板３３が、その表面から所定の深さだけ選択的に除去される。これにより、被加工基板３３表面の膜などは、フォトマスクに対応した形状に加工される。エッチングが終了した後、酸素プラズマ等を用いたアッシングによりレジストを剥離し、洗浄する（図３（ｅ））。
【００３６】
以上のフォトリソグラフィ工程が終了した後、半導体、金属あるいは絶縁体等の膜３５を形成する（図３（ｆ））。この膜３５に対して、あるいは膜３５と被加工基板３３に対して、例えばＣＭＰやエッチバックなどにより平坦化した後、上述したのと同様の手法によりフォトリソグラフィ工程を経て、膜３５を加工する。さらに、この膜３５が加工された基板に対して新たな膜を堆積し、…というように、膜形成とフォトリソグラフィ工程後の膜加工を繰り返し経ることにより、トランジスタ、キャパシタ、電極、配線などが形成された半導体基板が得られる。さらにこの半導体基板に対してダイシング、マウント、ボンディング、封止などの工程を経ることにより、半導体部品が完成する。
【００３７】
得られた半導体部品の概観を電子顕微鏡などを用いて検査したり、機能・性能などの特性検査を行うことにより、ＤＲＡＭなどの半導体部品の製造歩留まりが大きく向上することを確認できた。
【００３８】
比較のため、従来技術により作製されたフォトマスクの特性と、そのフォトマスクを用いて作製された半導体部品の歩留まりを測定した。
【００３９】
以下、従来技術を用いたフォトマスクの製造方法を示す。
【００４０】
まず、大きさ１５２ｍｍ角で厚さ約６ｍｍの石英基板上に、半透明膜であるＭｏＳｉ膜を膜厚９５ｎｍスパッタリングにより成膜した。その後、遮光膜であるＣｒ膜を膜厚５９ｎｍスパッタリングにより成膜した。Ｘ線回折を用いて格子面間隔のひずみ量を測定することにより、ＭｏＳｉ膜、Ｃｒ膜それぞれの内部応力を測定した。その結果、ＭｏＳｉ膜が圧縮の１４００ＭＰａ、Ｃｒ膜が０ＭＰａであった。ＭｏＳｉ膜が持つ大きな内部応力により、得られたマスクブランクスには反りが発生した。光学干渉計を用いてマスクブランクスの平坦度を測定したところ、１．９μｍであった。このハーフトーンマスクブランクスに、ポジ型化学増幅型レジストを５００ｎｍの膜厚だけ塗布し、５０ｋｅＶの加速電圧を有する電子ビーム描画装置を用いてマスク上換算で０．６μｍ（フォトマスクの転写倍率が４倍、ウェハ上換算で０．１３μｍ）ルールのホール径の１ＧＤＲＡＭのパターンを描画した。描画後、１１０℃で１５分間ベークした後、アルカリ現像液によりスプレー現像し、レジストパターンを形成した。
【００４１】
次に、前記レジストパターンをエッチングマスクとして反応性イオンエッチングによりＭｏＳｉ膜とＣｒ膜をエッチングした。エッチングガスには、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いた。その後、アッシング装置によりレジストを剥離し、洗浄機により洗浄した。続いてパターン形成領域のＣｒ膜をウェットエッチングによって除去することにより、ハーフトーン位相シフトマスクを得た。
【００４２】
こうして作製したマスクには、ＭｏＳｉ膜の内部応力による基板変形がパターン形成後も残る。パターン形状によって、マスク上のＭｏＳｉ膜の被覆率ｈは異なり、基板の変形量は被覆率ｈに依存して変化する。ＭｏＳｉ膜の被覆率ｈが３０％、５０％、７０％及び１００％のフォトマスクをそれぞれ作製し、光学干渉計を用いて平坦度を測定した結果を表２に示す。
【００４３】
【表２】
【００４４】
また、このように作製されたフォトマスクについて、上述した式（１）に基づき得られた１／Ｒの値も表２に示している。石英基板のヤング率は７３ＧＰａ、ＭｏＳｉ膜のヤング率は２７５ＧＰａ、Ｃｒ膜のヤング率が２５５ＧＰａである。いずれの被覆率についても、１／Ｒの絶対値が１．４×１０−４を超え、すべての被覆率において、平坦度は０．８μｍを超えていた。表１と比較して分かるように、本実施形態を用いる場合に比較して平坦度の絶対値が大きくなっている。また、実施形態で示した半導体部品の製造方法と同様の方法により半導体部品を製造した結果、製造歩留まりが低下した。
【００４５】
さらに、通常はマスクパターンを形成してから反り量が判明する。従って、反り量が大きく使用できないフォトマスクが製造された場合、マスクパターン形成工程が無駄になっていた。このような背景の中、予めマスクパターン形成後のマスク反り量を予測する手段が望まれていたところ、上述したように、本実施形態を適用することにより、平坦度の良好なフォトマスクが得られた。また、そのようなフォトマスクを用いたＤＲＡＭなどの半導体製品の製造歩留まりが従来技術に比較して大きく向上した。
【００４６】
このように本実施形態によれば、平坦度の良好なフォトマスクが得られる。従って、ウェハ露光時の焦点裕度が格段に増し、ＤＲＡＭなどの半導体製造歩留まりが大きく向上する。
【００４７】
（第２実施形態）
本実施形態は、フォトマスクの製造方法に関する。より具体的には、マスクパターンを形成した後のマスク基板の反り量を、所望の反り量に制御することができるフォトマスクの製造方法に関する。第１実施形態と共通する構成には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４８】
以下、本実施形態のフォトマスクの製造方法を図５のフローチャートに沿って説明する。
【００４９】
まず、大きさ１５２ｍｍ角で厚さ約６ｍｍの石英基板１上に、ＭｏＳｉからなる半透明膜２をスパッタリングにより例えば膜厚９５ｎｍ成膜する。次いで、半透明膜２上に、Ｃｒからなる遮光膜３をスパッタリングにより例えば膜厚５９ｎｍ成膜する（ｓ５１）。これにより、石英基板１、半透明膜２及び遮光膜３の積層構造からなるハーフトーンマスクブランクスが形成される。このＣｒからなる遮光膜３のスパッタリングでは、ターゲットに衝突させるためのＡｒのガス圧をP１＝７ｍＴｏｒｒ、P２＝８ｍＴｏｒｒ、P３＝１３ｍＴｏｒｒ、P４＝１８ｍＴｏｒｒ、及びP５＝２０ｍＴｏｒｒの５種類に設定する。これにより、ハーフトーンマスクブランクスはＣｒ膜スパッタリング時のガス圧に応じて５種類作製される。このようにして成膜された半透明膜２及び遮光膜３の内部応力をＸ線回折を用いて測定する（ｓ５２）。Ｘ線回折により、ＭｏＳｉ及びＣｒの格子面間隔が測定され、sin2ψ法を用いて内部応力を算出したところ、ＭｏＳｉの内部応力はすべて圧縮の１４００ＧＰａであった。Ｃｒ膜の内部応力は、それぞれ引っ張りの５００ＭＰａ、１０５０ＭＰａ、２７５０ＭＰａ、４４００ＭＰａ及び５０００ＭＰａであった。
【００５０】
次に、得られた半透明膜２及び遮光膜３の内部応力とマスクパターン形成後の仮想被覆率ｈを、第１実施形態で示した式（１）に代入し、１／Ｒの値を算出する（ｓ５３）。石英基板１、半透明膜２及び遮光膜３の各々のヤング率は、７３ＧＰａ、２７５ＧＰａ及び２５５ＧＰａである。５種類のマスクブランクスについて、式（１）により１／Ｒを計算した結果を表３及び表４に示す。
【００５１】
【表３】
【００５２】
【表４】
【００５３】
次いで、得られた５種類のマスクブランクスで得られた｜１／Ｒ｜が、マスクパターン形成後に所望の反り量Ａ（ｍ−１）の範囲内か否かを判定する（ｓ５４）。所望の反り量Ａは要求されるパターン寸法精度などに応じて自由に設定することができるが、本実施形態ではウェハ上換算で０．１３μｍルールに対応する１．４×１０−４（ｍ−１）以下、およびウェハ上換算で０．１０μｍルールに対応する０．８７×１０−４（ｍ−１）以下について判定を行った。また、仮想被覆率ｈは、１００％≧ｈ≧３０％の範囲に設定した。具体的には、ｈ＝３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％及び１００％とした。なお、仮想被覆率ｈ＝１００％は、パターン形成領域４がすべて半透明膜２で覆われたフォトマスクであり、実際のパターン露光には用いられないが、比較のために算出した。
【００５４】
表３及び表４には、この判定ステップによる判定結果も併せて示してある。所望の反り量Ａが１．４×１０−４（ｍ−１）以下の場合の判定結果を判定結果▲１▼に、０．８７×１０−４（ｍ−１）以下の場合の判定結果を判定結果▲２▼に示す。表３及び表４で、丸印で示されたマスクブランクスは、マスクパターン形成後に所望の反り量の範囲内に収まり、それ以外は、マスクパターン形成後に所望の反り量を超えてしまうものと予想される。
【００５５】
表３及び表４に示すように、遮光膜３であるＣｒの内部応力が５００ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が３０％の領域で、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量が１．４×１０−４（ｍ−１）以下になると判断できる。遮光膜３であるＣｒの内部応力が１０５０ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が３０％〜５０％の領域で、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量が１．４×１０−４（ｍ−１）以下になると判断できる。遮光膜３であるＣｒの内部応力が２７５０ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が３０％〜１００％のすべての領域で、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量が１．４×１０−４（ｍ−１）以下になると判断できる。遮光膜３であるＣｒの内部応力が４４００ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が７０％〜１００％の領域で、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量が１．４×１０−４（ｍ−１）以下になると判断できる。遮光膜３であるＣｒの内部応力が５０００ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が９０％〜１００％の領域で、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量が１．４×１０−４（ｍ−１）以下になると判断できる。
【００５６】
これらより、遮光膜３であるＣｒの室温における内部応力が、５００ＭＰａ以上５ＧＰａ以下程度であれば、マスクパターンを選択することにより｜１／Ｒ｜≦１．４×１０−４、平坦度０．８μｍ以下を実現できることが理解される。
【００５７】
さらに、遮光膜３であるＣｒの内部応力が１０５０ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が３０％の領域で、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量が０．８７×１０−４（ｍ−１）以下になると判断できる。遮光膜３であるＣｒの内部応力が２７５０ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が３０％〜１００％のすべての領域で、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量が０．８７×１０−４（ｍ−１）以下になると判断できる。遮光膜３であるＣｒの内部応力が４４００ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が９０％〜１００％の領域で、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量が０．８７×１０−４（ｍ−１）以下になると判断できる。
【００５８】
これらより、遮光膜３であるＣｒの室温における内部応力が１０００ＭＰａ以上４５００ＭＰａ程度であれば、マスクパターンを選択することにより｜１／Ｒ｜≦０．８７×１０−４、平坦度０．５μｍ以下を実現できることが理解される。
【００５９】
次に、このＣｒ膜付のハーフトーンマスクブランクスをフォトリソグラフィ工程によりパターニングする（ｓ５５）。これにより、所望のマスクパターンが形成されたフォトマスクが完成する。この際、（ｓ５４）の判定結果に基づき、反り量が所望の値以下になると判定された被覆率のマスクパターンとなるように、パターンを選択して形成する。これにより、予め反り量が所望の値を超えてしまうようなフォトマスクを形成する必要が無くなり、フォトマスクの製造歩留まりが向上する。具体的には、遮光膜３のＣｒの内部応力が２７５０ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が３０％、５０％、７０％及び９０％のマスクパターンを形成した。Ｃｒの内部応力が１０５０ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が３０％及び５０％のマスクパターンを選択して形成した。Ｃｒの内部応力が５００ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が３０％のマスクパターンを選択して形成した。Ｃｒの内部応力が４４００ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率７０％及び９０％のマスクパターンを選択して形成した。Ｃｒの内部応力が５０００ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率９０％のマスクパターンを選択して形成した。
【００６０】
フォトリソグラフィ工程では、具体的にマスクブランクスの表面、すなわち遮光膜３の表面に、ポジ型化学増幅型レジストを５００ｎｍの膜厚に塗布し、５０ｋｅＶの加速電圧を有した電子ビーム描画装置で描画した。描画後、１１０℃、１５分間ベークを行った後、アルカリ現像液によりスプレー現像し、レジストパターンを形成した。
【００６１】
次に、レジストパターンをエッチングマスクとして反応性イオンエッチングにより遮光膜３と半透明膜２をエッチングした。エッチングガスには、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いた。その後、アッシング装置によりレジストを剥離し、洗浄機により洗浄した。次いで、パターン形成領域の遮光膜３をウェットエッチングにより除去することにより、ハーフトーン位相シフトマスクを得た。
【００６２】
このようにして作製したフォトマスクの反り量及び平坦度を光学干渉計で測定した結果を表５に示す。
【００６３】
【表５】
【００６４】
すべてのフォトマスクについて、１．４×１０−４（ｍ−１）以下の反り量であった。このように、予めマスクパターン形成後の反り量が所望の反り量になるマスクブランクスを選択することが可能となる。すなわち、マスクパターン形成後の反り量をマスク完成前に予め予測することができ、マスク製作の歩留まりを大きく向上させることができた。
【００６５】
従来は、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量を予測する手段が無かったため、マスクパターン形成後に反り量を測定し、所望の反り量が得られているか否かを判断しなければならなかった。このとき、反り量が大きく使用できないこととなったフォトマスクは、そのマスク形成工程が無駄になることが問題となっていた。マスクパターン形成前までのマスクブランクスの製造コストは数十万円であるのに対し、マスクパターン形成には数百万円のコストがかかる。本実施形態を適用することにより、マスク製作のコストを大きく削減することが可能となった。
【００６６】
また、本実施形態で作製したフォトマスクは、いずれも平坦度が０．８μｍ以下であり、ウェハ露光時の焦点裕度が格段に増し、ＤＲＡＭなどの半導体製造歩留まりが大きく向上した。さらに、本実施形態で作製したフォトマスクの内、Ｃｒの内部応力が１０５０ＭＰａのマスクブランクスに、半透明膜２の被覆率３０％のパターンを選択して形成したフォトマスク、Ｃｒの内部応力が２７５０ＭＰａのマスクブランクスに、半透明膜２の被覆率３０％、５０％、７０％、９０％のパターンを選択して形成したフォトマスク、およびＣｒの内部応力が４４００ＭＰａのマスクブランクスに、半透明膜２の被覆率９０％のパターンを選択して形成したフォトマスクは、いずれも平坦度が０．５μｍ以下であり、ウェハ露光時の焦点裕度が格段に増し、ウェハ上換算で０．１０μｍルールという微細なパターンにおいてもＤＲＡＭなどの半導体製造歩留まりが大きく向上した。
【００６７】
なお、（ｓ５３）における１／Ｒの値の算出、（ｓ５４）における判定は、人間がマニュアルにより行ってもよいし、コンピュータにより自動的に実行させるようにしてもよい。
【００６８】
コンピュータにより自動実行させる場合、例えば図６に示すようなコンピュータを用いればよい。図６に示すように、このコンピュータはプロセッサ６１と、このプロセッサ６１に接続された入力装置６２、出力装置６３、データベース６４及び通信インタフェース６５から構成される。プロセッサ６１は例えばＣＰＵなどにより実現される。（ｓ５２）の測定結果をキーボードやマウスなどからなる入力装置６２を用いてオペレータが入力すると、プロセッサ６１はデータベース６４から上述した式（１）を読み出し、１／Ｒの値を自動で算出する。そして、得られた１／Ｒの絶対値と、予めデータベース６４に記録された所望の反り量Ａを比較する。反り量Ａは入力装置６２を用いて入力してもよい。｜１／Ｒ｜が所望の反り量Ａよりも小さい場合には、平坦度が所望の値以下であることを示す判定結果をＣＲＴなどの出力装置６３から出力する。これにより、フォトマスクの反り量の自動予測が可能となる。なお、入力装置６２から入力されるデータや、データベース６４に格納されたデータは、通信インタフェース６５を介して外部の端末などのコンピュータなどから受信してもよい。
【００６９】
また、上述したプロセッサ６１が行う自動処理を実行するためのプログラムを記録媒体に記録しておき、プロセッサ６１に接続された記録媒体読取装置を用いて読み出し自動判定処理を実行してもよい。
【００７０】
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００７１】
上述した実施形態では、基板１，半透明膜２及び遮光膜３として、石英、ＭｏＳｉ及びＣｒを用いる場合を示したが、これら以外の材質を用いたフォトマスクにも適用可能であることはもちろんである。
【００７２】
また、半導体装置を製造する場合を例に説明したが、半導体装置以外のあらゆる電子部品の製造に本実施形態のフォトマスクを適用することができることはもちろんである。
【００７３】
また、図２に示した工程に本発明のフォトマスクの製造方法が限定されるものではない。例えば、図２（ｃ）に示す工程で、あるいはその後の工程で、遮光膜３及び半透明膜２が除去されて露出した石英基板１の表面を所定の深さだけ掘り込んでもよい。これにより、透過領域４ａを透過する光と半透過領域４ｂを透過する光の位相を制御することができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、所望の平坦度を有するフォトマスクが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るフォトマスクの全体構成を示す縦断面図。
【図２】同実施形態に係るフォトマスクの製造方法の工程断面図。
【図３】同実施形態に係るハーフトーン位相シフトマスクを用いた電子部品の製造方法の工程断面図。
【図４】同実施形態に係る露光装置の構成の一例を示す図。
【図５】本発明の第２実施形態に係るフォトマスクの製造方法のフローチャートを示す図。
【図６】同実施形態の変形例に関わるフォトマスクの製造に用いられるコンピュータの一例を示す図。
【符号の説明】
１…石英基板
２…半透明膜
３…遮光膜
４…パターン形成領域
４ａ…透過領域
４ｂ…半透過領域
５…周辺領域
１０…フォトマスク
３０…露光装置
３１…照明光学系
３２…投影光学系
３３…被加工基板
３４…フォトレジスト
３５…膜
３６…ステージ
【発明の属する技術分野】
本発明は、所望の平坦度を有するフォトマスクの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造プロセスに用いられているフォトリソグラフィ工程での課題が顕著になりつつある。半導体デバイスの微細化が進むにつれ、フォトリソグラフィ工程での微細化に対する要求が高まっている。既に、デバイスの設計ルールは０．１３μｍにまで微細化している。これにより、制御しなければならないパターン寸法精度は１０ｎｍ程度と極めて厳しい精度が要求されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような中、パターン形成工程の高精度化を妨げている一要因として、リソグラフィ工程に用いられるフォトマスクの平坦度が挙げられる。微細化に伴いリソグラフィ工程での焦点裕度が少なくなる中で、フォトマスクの平坦度が無視できなくなっている。
【０００４】
フォトマスクは、一般に石英基板上に半透明膜および遮光膜を成膜して作成する。しかしながら、半透明膜は１ＧＰａを超える大きな内部応力をもつ。従って、この内部応力により基板が変形し、平坦度を悪化させていた。この平坦度の悪化は、歩留まり低下の大きな要因となっていた。また、石英基板上に半透明膜および遮光膜を成膜した後、マスクパターンを形成することによりマスクは完成する。しかしながら、半透明膜、遮光膜が成膜時にもつ内部応力から、マスクパターン形成後の基板の変形を予測することが困難であったため、平坦度の制御ができなかった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、所望の平坦度を有するフォトマスクの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の一の観点によれば、基板と、前記基板上に選択的に形成された半透明膜であるＭｏＳｉＯＮ膜と、前記ＭｏＳｉＯＮ膜上に選択的に形成された遮光膜であるＣｒ膜とを具備してなり、前記基板、前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜の各々のヤング率（ＭＰａ）をＥ０、Ｅ１及びＥ２とし、各々の厚さ（ｍ）をｄ０、ｄ１及びｄ２とし、前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜の室温における各々の内部応力（ＭＰａ）をＳ １及びＳ ２とし、前記Ｃｒ膜が形成されていない領域における前記ＭｏＳｉＯＮ膜の被覆率をｈとし、係数Ｋ １乃至Ｋ ４をそれぞれＫ １＝１．３×１０−８、Ｋ ２＝−９．５×１０−２、Ｋ ３＝６．０×１０−７、Ｋ ４＝−５．２×１０−２とすると、
【数５】
の条件を満たすフォトマスクが提供される。このような構成によれば、平坦度が約０．８μｍ以下のフォトマスクが得られる。このようなフォトマスクを用いてパターン露光を行う場合、露光時の焦点裕度が格段に増し、半導体などの電子部品の製造歩留まりが大きく向上する。
【０００８】
本発明の別の観点によれば、基板上に半透明膜であるＭｏＳｉＯＮ膜及び遮光膜であるＣｒ膜を順次積層形成し、前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜の内部応力を測定し、前記基板、前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜の各々のヤング率（ＭＰａ）をＥ０、Ｅ１及びＥ２とし、各々の厚さ（ｍ）をｄ０、ｄ１及びｄ２とし、前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜の室温における各々の内部応力（ＭＰａ）をＳ １及びＳ ２とし、マスクパターン形成後の前記Ｃｒ膜が形成されていない領域における前記ＭｏＳｉＯＮ膜の仮想被覆率をｈとし、係数Ｋ １乃至Ｋ ４をそれぞれＫ １＝１．３×１０−８、Ｋ ２＝−９．５×１０−２、Ｋ ３＝６．０×１０−７、Ｋ ４＝−５．２×１０−２とし、マスクパターン形成後の所望のフォトマスクの予測反り量をＡ（ｍ−１）とするとき、以下の式
【数６】
を満たすか否かを判定し、前記判定結果に基づき前記式を満たす被覆率となるように前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜を選択的に除去するフォトマスクの製造方法が提供される。
【００１０】
これにより、マスクパターン形成後の反り量をマスク完成前に予め予測することができ、フォトマスク製造の歩留まりが大きく向上する。
【００１１】
また、本発明の一の実施形態によれば、予測反り量Ａは１．４×１０−４（ｍ−１）である。これにより、平坦度が約０．８μｍ以下のフォトマスクを製造することができる。
【００１２】
さらに本発明の別の観点によれば、被加工基板上にフォトレジストを形成し、基板と、前記基板上に選択的に形成された半透明膜であるＭｏＳｉＯＮ膜と、前記ＭｏＳｉＯＮ膜上に選択的に形成された遮光膜であるＣｒ膜とを具備してなり、前記基板、前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜の各々のヤング率（ＭＰａ）をＥ０、Ｅ１及びＥ２とし、各々の厚さ（ｍ）をｄ０、ｄ１及びｄ２とし、前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜の室温における各々の内部応力（ＭＰａ）をＳ １及びＳ ２とし、前記Ｃｒ膜が形成されていない領域における前記ＭｏＳｉＯＮ膜の被覆率をｈとし、係数Ｋ １乃至Ｋ ４をそれぞれＫ １＝１．３×１０−８、Ｋ ２＝−９．５×１０−２、Ｋ ３＝６．０×１０−７、Ｋ ４＝−５．２×１０−２とすると、
【数７】
の条件を満たすフォトマスクのマスクパターンに光を透過させて前記マスクパターンを前記フォトレジストに転写し、前記フォトレジストを現像し、前記フォトレジストをマスクとして前記被加工基板を選択的に加工する電子部品の製造方法が提供される。
【００１４】
これにより、フォトマスクを用いた被加工基板へのパターン露光時の焦点裕度が格段に増し、半導体部品などの電子部品の製造歩留まりが大きく向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るフォトマスク１０の全体構成を示す縦断面図である。図１に示すように、大きさが１５２ｍｍ角で厚さ約６ｍｍの光透過性の石英基板１上に、ＭｏＳｉＯＮ（以下、単にＭｏＳｉと称する）からなる半透明膜２が約９５ｎｍの膜厚で選択的に形成されている。さらに、この半透明膜２上にはＣｒからなる遮光膜３が約５９ｎｍの膜厚で選択的に形成されている。
【００１７】
図１の４で示される領域はパターン形成領域、５で示される領域は周辺領域である。パターン形成領域４は、ウェハ上に転写すべき回路パターンが形成される領域である。周辺領域５は、パターン形成領域４を取り囲むようにパターン形成領域４の周辺部分に設けられた領域であり、遮光膜３で覆われている。これにより、パターン形成領域以外の不要なパターンが転写されるのを防止することができる。
【００１８】
本実施形態では、フォトマスクの特性を表す値の一つとして被覆率ｈが用いられる。被覆率ｈは、パターン形成領域４の全面積Ｗ１に対して、このパターン形成領域４内において石英基板１を被覆する半透明膜２が形成される面積Ｗ２の比で表される。すなわち、ｈ＝Ｗ２／Ｗ１で表される。
【００１９】
パターン形成領域４は、石英基板１のみからなる透過領域４ａと、石英基板１と半透明膜２が積層形成された半透過領域４ｂからなる。半透明膜２は、位相シフト層として機能する。透過領域４ａを通過する光（例えば光透過率約１００％）と、半透過領域４ｂを通過する光（例えば光透過率約６％）の位相が互いに異なる作用（例えば位相差１８０°）を利用し、パターン形成領域４に形成されたパターンがウェハ上に転写される。
【００２０】
ここで、石英基板１、半透明膜２及び遮光膜３の各々のヤング率（ＭＰａ）をＥ０、Ｅ１及びＥ２とし、各々の厚さ（ｍ）をｄ０、ｄ１及びｄ２とする。半透明膜２及び遮光膜３の各々の室温（例えば２５℃）における内部応力（ＭＰａ）をＳ １及びＳ ２とする。また、マスクパターン形成後の上述した半透明膜２の被覆率をｈと定義する。さらに、定数Ｋ １〜Ｋ ４を、Ｋ １＝１．３×１０−８、Ｋ ２＝−９．５×１０−２、Ｋ ３＝６．０×１０−７、Ｋ ４＝−５．２×１０−２とする。
【００２１】
本発明者らは、多くの内部応力の異なるマスク基板と被覆率の関係を検討することにより、上述した各パラメータ及びマスクパターン形成後の基板の反り量の指標となる曲率半径Ｒに以下の関係があることを見出した。
【００２２】
【数８】
この式（１）における１／Ｒの絶対値、すなわち基板の反り量を｜１／Ｒ｜≦１．４×１０−４（ｍ−１）にすると、マスクパターン形成後のフォトマスクの平坦度を０．８μｍ以下程度に抑えることができる。平坦度とは、フォトマスクの最大の高低差を指す。
【００２４】
従って、本実施形態におけるフォトマスクは、上記式（１）を満たすような石英基板１、半透明膜２及び遮光膜３を用いて形成されている。
【００２５】
図２は図１のフォトマスクの製造方法の工程断面図である。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、まず大きさ１５２ｍｍ角で厚さ約６ｍｍの石英基板１上に、ＭｏＳｉからなる半透明膜２をスパッタリングにより例えば膜厚９５ｎｍ成膜する。次いで、半透明膜２上に、Ｃｒからなる遮光膜３をスパッタリングにより例えば膜厚５９ｎｍ成膜する。これにより、石英基板１、半透明膜２及び遮光膜３の積層構造からなるハーフトーンマスクブランクス（フォトマスク用原板）が形成される。このＣｒからなる遮光膜３のスパッタリングでは、ターゲットに衝突させるためのＡｒのガス圧を従来一般的に用いられるガス圧である５ｍＴｏｒｒよりも高めの１１ｍＴｏｒｒに設定する。このようにして成膜された半透明膜２及び遮光膜３の内部応力をＸ線回折を用いて測定した。Ｘ線回折により、ＭｏＳｉ及びＣｒの格子面間隔を測定し、sin2ψ法を用いて内部応力を算出したところ、Ｃｒの場合引っ張りの２１００ＭＰａ、ＭｏＳｉは圧縮の１４００ＭＰａであった。
【００２７】
次に、このように形成されたハーフトーンマスクブランクスについて、半透明膜２の被覆率ｈを３０％、５０％、７０％及び１００％の場合の各々について、式（１）を用いて１／Ｒの値を求めた。算出結果を以下の表１に示す。
【００２８】
【表１】
表１に示すように、いずれの被覆率ｈの場合も、｜１／Ｒ｜≦１．４×１０−４（ｍ−１）となった。従って、被覆率ｈを３０％〜１００％にした場合には、所望のフォトマスクを形成できることが確認できた。
【００３０】
次に、得られたハーフトーンマスクブランクスの遮光膜３の表面に、ポジ型化学増幅型レジストを約５００ｎｍの膜厚で塗布する。次に、約５０ｋｅＶの加速電圧を有する電子ビーム描画装置を用いて、マスク上換算で０．６μｍ（フォトマスクの転写倍率が４倍、ウェハ上換算で０．１３μｍ）ルールのホール径の１ＧＤＲＡＭのパターンを描画した。描画後、１１０℃で１５分間ベークした後、アルカリ現像液によりスプレー現像し、レジストパターンを形成した。なお、このレジストパターン形成では、パターン形成後の被覆率ｈが３０％、５０％、７０％及び１００％となるような４種類のパターンを形成した。被覆率ｈが１００％の場合、電子ビーム描画装置によりパターンを描画する必要が無い。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示すように、前記レジストパターンをエッチングマスクとして用い、反応性イオンエッチングにより遮光膜３と半透明膜２の双方をエッチングした。エッチングガスには、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いた。その後、アッシング装置によりレジストを剥離し、洗浄機により洗浄した。次いで、パターン形成領域４の遮光膜３をウェットエッチングにより除去することにより、被覆率ｈが３０％、５０％、７０％及び１００％のハーフトーン位相シフトマスクが得られる（図２（ｃ））。遮光膜３と半透明膜２の双方がエッチングされた領域は石英基板１のみとなるため、透過領域４ａとなる。また、遮光膜３のみがエッチングされた領域は石英基板１上に半透明膜２が残存した領域であり、半透過領域となる。
【００３２】
上述した製造方法により得られた被覆率ｈが３０％、５０％、７０％及び１００％のハーフトーン位相シフトマスクのそれぞれについて、平坦度を光学干渉計により測定した結果を表１に示す。いずれの被覆率ｈのマスクでも平坦度は０．８μｍ以下に抑えられており、焦点裕度が従来のものに比較して増しており、製造歩留まりの向上が期待できる。
【００３３】
次に、上述した製造方法により得られたハーフトーン位相シフトマスクを用いた電子部品の製造方法について図３の工程断面図に沿って説明する。本実施形態では、電子部品の一例として半導体装置を製造する場合を例に説明する。
【００３４】
まず、フォトレジスト３４を塗布した被加工基板３３を準備する（図３（ａ））。被加工基板は、ウェハ自体や、ウェハ上に半導体膜、金属膜や絶縁膜などの膜が単層あるいは積層して形成された基板など、パターンを形成する対象となり得るいかなる基板も含まれる。この被加工基板３３上に、露光装置を用いてフォトマスクの回路パターンを転写する（図３（ｂ））。
【００３５】
露光装置の構成の一例を図４に示す。図４に示すように、露光装置３０は、照明光学系（光源）３１からの光３１ａをフォトマスク１０に導き、このフォトマスク１０を通過した光を投影光学系３２を通してステージ３６に載置された被加工基板３３上に転写する。より具体的には、被加工基板３３上のフォトレジスト３４にフォトマスク１０の回路パターンが照射される。その後、露光部、すなわち光が照射された部分のフォトレジスト３４を溶剤で溶かして未露光部のレジストパターンを残存させる現像工程（図３（ｃ））を経た後、所定の温度で所定の時間ベークされる。次に、このレジストパターンをマスクとしてエッチングが行われる（図３（ｄ））。これにより、フォトレジスト３４が残存せずに露出した被加工基板３３が、その表面から所定の深さだけ選択的に除去される。これにより、被加工基板３３表面の膜などは、フォトマスクに対応した形状に加工される。エッチングが終了した後、酸素プラズマ等を用いたアッシングによりレジストを剥離し、洗浄する（図３（ｅ））。
【００３６】
以上のフォトリソグラフィ工程が終了した後、半導体、金属あるいは絶縁体等の膜３５を形成する（図３（ｆ））。この膜３５に対して、あるいは膜３５と被加工基板３３に対して、例えばＣＭＰやエッチバックなどにより平坦化した後、上述したのと同様の手法によりフォトリソグラフィ工程を経て、膜３５を加工する。さらに、この膜３５が加工された基板に対して新たな膜を堆積し、…というように、膜形成とフォトリソグラフィ工程後の膜加工を繰り返し経ることにより、トランジスタ、キャパシタ、電極、配線などが形成された半導体基板が得られる。さらにこの半導体基板に対してダイシング、マウント、ボンディング、封止などの工程を経ることにより、半導体部品が完成する。
【００３７】
得られた半導体部品の概観を電子顕微鏡などを用いて検査したり、機能・性能などの特性検査を行うことにより、ＤＲＡＭなどの半導体部品の製造歩留まりが大きく向上することを確認できた。
【００３８】
比較のため、従来技術により作製されたフォトマスクの特性と、そのフォトマスクを用いて作製された半導体部品の歩留まりを測定した。
【００３９】
以下、従来技術を用いたフォトマスクの製造方法を示す。
【００４０】
まず、大きさ１５２ｍｍ角で厚さ約６ｍｍの石英基板上に、半透明膜であるＭｏＳｉ膜を膜厚９５ｎｍスパッタリングにより成膜した。その後、遮光膜であるＣｒ膜を膜厚５９ｎｍスパッタリングにより成膜した。Ｘ線回折を用いて格子面間隔のひずみ量を測定することにより、ＭｏＳｉ膜、Ｃｒ膜それぞれの内部応力を測定した。その結果、ＭｏＳｉ膜が圧縮の１４００ＭＰａ、Ｃｒ膜が０ＭＰａであった。ＭｏＳｉ膜が持つ大きな内部応力により、得られたマスクブランクスには反りが発生した。光学干渉計を用いてマスクブランクスの平坦度を測定したところ、１．９μｍであった。このハーフトーンマスクブランクスに、ポジ型化学増幅型レジストを５００ｎｍの膜厚だけ塗布し、５０ｋｅＶの加速電圧を有する電子ビーム描画装置を用いてマスク上換算で０．６μｍ（フォトマスクの転写倍率が４倍、ウェハ上換算で０．１３μｍ）ルールのホール径の１ＧＤＲＡＭのパターンを描画した。描画後、１１０℃で１５分間ベークした後、アルカリ現像液によりスプレー現像し、レジストパターンを形成した。
【００４１】
次に、前記レジストパターンをエッチングマスクとして反応性イオンエッチングによりＭｏＳｉ膜とＣｒ膜をエッチングした。エッチングガスには、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いた。その後、アッシング装置によりレジストを剥離し、洗浄機により洗浄した。続いてパターン形成領域のＣｒ膜をウェットエッチングによって除去することにより、ハーフトーン位相シフトマスクを得た。
【００４２】
こうして作製したマスクには、ＭｏＳｉ膜の内部応力による基板変形がパターン形成後も残る。パターン形状によって、マスク上のＭｏＳｉ膜の被覆率ｈは異なり、基板の変形量は被覆率ｈに依存して変化する。ＭｏＳｉ膜の被覆率ｈが３０％、５０％、７０％及び１００％のフォトマスクをそれぞれ作製し、光学干渉計を用いて平坦度を測定した結果を表２に示す。
【００４３】
【表２】
また、このように作製されたフォトマスクについて、上述した式（１）に基づき得られた１／Ｒの値も表２に示している。石英基板のヤング率は７３ＧＰａ、ＭｏＳｉ膜のヤング率は２７５ＧＰａ、Ｃｒ膜のヤング率が２５５ＧＰａである。いずれの被覆率についても、１／Ｒの絶対値が１．４×１０−４を超え、すべての被覆率において、平坦度は０．８μｍを超えていた。表１と比較して分かるように、本実施形態を用いる場合に比較して平坦度の絶対値が大きくなっている。また、実施形態で示した半導体部品の製造方法と同様の方法により半導体部品を製造した結果、製造歩留まりが低下した。
【００４５】
さらに、通常はマスクパターンを形成してから反り量が判明する。従って、反り量が大きく使用できないフォトマスクが製造された場合、マスクパターン形成工程が無駄になっていた。このような背景の中、予めマスクパターン形成後のマスク反り量を予測する手段が望まれていたところ、上述したように、本実施形態を適用することにより、平坦度の良好なフォトマスクが得られた。また、そのようなフォトマスクを用いたＤＲＡＭなどの半導体製品の製造歩留まりが従来技術に比較して大きく向上した。
【００４６】
このように本実施形態によれば、平坦度の良好なフォトマスクが得られる。従って、ウェハ露光時の焦点裕度が格段に増し、ＤＲＡＭなどの半導体製造歩留まりが大きく向上する。
【００４７】
（第２実施形態）
本実施形態は、フォトマスクの製造方法に関する。より具体的には、マスクパターンを形成した後のマスク基板の反り量を、所望の反り量に制御することができるフォトマスクの製造方法に関する。第１実施形態と共通する構成には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４８】
以下、本実施形態のフォトマスクの製造方法を図５のフローチャートに沿って説明する。
【００４９】
まず、大きさ１５２ｍｍ角で厚さ約６ｍｍの石英基板１上に、ＭｏＳｉからなる半透明膜２をスパッタリングにより例えば膜厚９５ｎｍ成膜する。次いで、半透明膜２上に、Ｃｒからなる遮光膜３をスパッタリングにより例えば膜厚５９ｎｍ成膜する（ｓ５１）。これにより、石英基板１、半透明膜２及び遮光膜３の積層構造からなるハーフトーンマスクブランクスが形成される。このＣｒからなる遮光膜３のスパッタリングでは、ターゲットに衝突させるためのＡｒのガス圧をP１＝７ｍＴｏｒｒ、P２＝８ｍＴｏｒｒ、P３＝１３ｍＴｏｒｒ、P４＝１８ｍＴｏｒｒ、及びP５＝２０ｍＴｏｒｒの５種類に設定する。これにより、ハーフトーンマスクブランクスはＣｒ膜スパッタリング時のガス圧に応じて５種類作製される。このようにして成膜された半透明膜２及び遮光膜３の内部応力をＸ線回折を用いて測定する（ｓ５２）。Ｘ線回折により、ＭｏＳｉ及びＣｒの格子面間隔が測定され、sin2ψ法を用いて内部応力を算出したところ、ＭｏＳｉの内部応力はすべて圧縮の１４００ＧＰａであった。Ｃｒ膜の内部応力は、それぞれ引っ張りの５００ＭＰａ、１０５０ＭＰａ、２７５０ＭＰａ、４４００ＭＰａ及び５０００ＭＰａであった。
【００５０】
次に、得られた半透明膜２及び遮光膜３の内部応力とマスクパターン形成後の仮想被覆率ｈを、第１実施形態で示した式（１）に代入し、１／Ｒの値を算出する（ｓ５３）。石英基板１、半透明膜２及び遮光膜３の各々のヤング率は、７３ＧＰａ、２７５ＧＰａ及び２５５ＧＰａである。５種類のマスクブランクスについて、式（１）により１／Ｒを計算した結果を表３及び表４に示す。
【００５１】
【表３】
【表４】
次いで、得られた５種類のマスクブランクスで得られた｜１／Ｒ｜が、マスクパターン形成後に所望の反り量Ａ（ｍ−１）の範囲内か否かを判定する（ｓ５４）。所望の反り量Ａは要求されるパターン寸法精度などに応じて自由に設定することができるが、本実施形態ではウェハ上換算で０．１３μｍルールに対応する１．４×１０−４（ｍ−１）以下、およびウェハ上換算で０．１０μｍルールに対応する０．８７×１０−４（ｍ−１）以下について判定を行った。また、仮想被覆率ｈは、１００％≧ｈ≧３０％の範囲に設定した。具体的には、ｈ＝３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％及び１００％とした。なお、仮想被覆率ｈ＝１００％は、パターン形成領域４がすべて半透明膜２で覆われたフォトマスクであり、実際のパターン露光には用いられないが、比較のために算出した。
【００５４】
表３及び表４には、この判定ステップによる判定結果も併せて示してある。所望の反り量Ａが１．４×１０−４（ｍ−１）以下の場合の判定結果を判定結果▲１▼に、０．８７×１０−４（ｍ−１）以下の場合の判定結果を判定結果▲２▼に示す。表３及び表４で、丸印で示されたマスクブランクスは、マスクパターン形成後に所望の反り量の範囲内に収まり、それ以外は、マスクパターン形成後に所望の反り量を超えてしまうものと予想される。
【００５５】
表３及び表４に示すように、遮光膜３であるＣｒの内部応力が５００ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が３０％の領域で、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量が１．４×１０−４（ｍ−１）以下になると判断できる。遮光膜３であるＣｒの内部応力が１０５０ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が３０％〜５０％の領域で、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量が１．４×１０−４（ｍ−１）以下になると判断できる。遮光膜３であるＣｒの内部応力が２７５０ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が３０％〜１００％のすべての領域で、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量が１．４×１０−４（ｍ−１）以下になると判断できる。遮光膜３であるＣｒの内部応力が４４００ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が７０％〜１００％の領域で、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量が１．４×１０−４（ｍ−１）以下になると判断できる。遮光膜３であるＣｒの内部応力が５０００ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が９０％〜１００％の領域で、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量が１．４×１０−４（ｍ−１）以下になると判断できる。
【００５６】
これらより、遮光膜３であるＣｒの室温における内部応力が、５００ＭＰａ以上５ＧＰａ以下程度であれば、マスクパターンを選択することにより｜１／Ｒ｜≦１．４×１０−４、平坦度０．８μｍ以下を実現できることが理解される。
【００５７】
さらに、遮光膜３であるＣｒの内部応力が１０５０ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が３０％の領域で、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量が０．８７×１０−４（ｍ−１）以下になると判断できる。遮光膜３であるＣｒの内部応力が２７５０ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が３０％〜１００％のすべての領域で、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量が０．８７×１０−４（ｍ−１）以下になると判断できる。遮光膜３であるＣｒの内部応力が４４００ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が９０％〜１００％の領域で、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量が０．８７×１０−４（ｍ−１）以下になると判断できる。
【００５８】
これらより、遮光膜３であるＣｒの室温における内部応力が１０００ＭＰａ以上４５００ＭＰａ程度であれば、マスクパターンを選択することにより｜１／Ｒ｜≦０．８７×１０−４、平坦度０．５μｍ以下を実現できることが理解される。
【００５９】
次に、このＣｒ膜付のハーフトーンマスクブランクスをフォトリソグラフィ工程によりパターニングする（ｓ５５）。これにより、所望のマスクパターンが形成されたフォトマスクが完成する。この際、（ｓ５４）の判定結果に基づき、反り量が所望の値以下になると判定された被覆率のマスクパターンとなるように、パターンを選択して形成する。これにより、予め反り量が所望の値を超えてしまうようなフォトマスクを形成する必要が無くなり、フォトマスクの製造歩留まりが向上する。具体的には、遮光膜３のＣｒの内部応力が２７５０ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が３０％、５０％、７０％及び９０％のマスクパターンを形成した。Ｃｒの内部応力が１０５０ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が３０％及び５０％のマスクパターンを選択して形成した。Ｃｒの内部応力が５００ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率が３０％のマスクパターンを選択して形成した。Ｃｒの内部応力が４４００ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率７０％及び９０％のマスクパターンを選択して形成した。Ｃｒの内部応力が５０００ＭＰａのマスクブランクスは、半透明膜２の被覆率９０％のマスクパターンを選択して形成した。
【００６０】
フォトリソグラフィ工程では、具体的にマスクブランクスの表面、すなわち遮光膜３の表面に、ポジ型化学増幅型レジストを５００ｎｍの膜厚に塗布し、５０ｋｅＶの加速電圧を有した電子ビーム描画装置で描画した。描画後、１１０℃、１５分間ベークを行った後、アルカリ現像液によりスプレー現像し、レジストパターンを形成した。
【００６１】
次に、レジストパターンをエッチングマスクとして反応性イオンエッチングにより遮光膜３と半透明膜２をエッチングした。エッチングガスには、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いた。その後、アッシング装置によりレジストを剥離し、洗浄機により洗浄した。次いで、パターン形成領域の遮光膜３をウェットエッチングにより除去することにより、ハーフトーン位相シフトマスクを得た。
【００６２】
このようにして作製したフォトマスクの反り量及び平坦度を光学干渉計で測定した結果を表５に示す。
【００６３】
【表５】
すべてのフォトマスクについて、１．４×１０−４（ｍ−１）以下の反り量であった。このように、予めマスクパターン形成後の反り量が所望の反り量になるマスクブランクスを選択することが可能となる。すなわち、マスクパターン形成後の反り量をマスク完成前に予め予測することができ、マスク製作の歩留まりを大きく向上させることができた。
【００６５】
従来は、マスクパターン形成後のフォトマスクの反り量を予測する手段が無かったため、マスクパターン形成後に反り量を測定し、所望の反り量が得られているか否かを判断しなければならなかった。このとき、反り量が大きく使用できないこととなったフォトマスクは、そのマスク形成工程が無駄になることが問題となっていた。マスクパターン形成前までのマスクブランクスの製造コストは数十万円であるのに対し、マスクパターン形成には数百万円のコストがかかる。本実施形態を適用することにより、マスク製作のコストを大きく削減することが可能となった。
【００６６】
また、本実施形態で作製したフォトマスクは、いずれも平坦度が０．８μｍ以下であり、ウェハ露光時の焦点裕度が格段に増し、ＤＲＡＭなどの半導体製造歩留まりが大きく向上した。さらに、本実施形態で作製したフォトマスクの内、Ｃｒの内部応力が１０５０ＭＰａのマスクブランクスに、半透明膜２の被覆率３０％のパターンを選択して形成したフォトマスク、Ｃｒの内部応力が２７５０ＭＰａのマスクブランクスに、半透明膜２の被覆率３０％、５０％、７０％、９０％のパターンを選択して形成したフォトマスク、およびＣｒの内部応力が４４００ＭＰａのマスクブランクスに、半透明膜２の被覆率９０％のパターンを選択して形成したフォトマスクは、いずれも平坦度が０．５μｍ以下であり、ウェハ露光時の焦点裕度が格段に増し、ウェハ上換算で０．１０μｍルールという微細なパターンにおいてもＤＲＡＭなどの半導体製造歩留まりが大きく向上した。
【００６７】
なお、（ｓ５３）における１／Ｒの値の算出、（ｓ５４）における判定は、人間がマニュアルにより行ってもよいし、コンピュータにより自動的に実行させるようにしてもよい。
【００６８】
コンピュータにより自動実行させる場合、例えば図６に示すようなコンピュータを用いればよい。図６に示すように、このコンピュータはプロセッサ６１と、このプロセッサ６１に接続された入力装置６２、出力装置６３、データベース６４及び通信インタフェース６５から構成される。プロセッサ６１は例えばＣＰＵなどにより実現される。（ｓ５２）の測定結果をキーボードやマウスなどからなる入力装置６２を用いてオペレータが入力すると、プロセッサ６１はデータベース６４から上述した式（１）を読み出し、１／Ｒの値を自動で算出する。そして、得られた１／Ｒの絶対値と、予めデータベース６４に記録された所望の反り量Ａを比較する。反り量Ａは入力装置６２を用いて入力してもよい。｜１／Ｒ｜が所望の反り量Ａよりも小さい場合には、平坦度が所望の値以下であることを示す判定結果をＣＲＴなどの出力装置６３から出力する。これにより、フォトマスクの反り量の自動予測が可能となる。なお、入力装置６２から入力されるデータや、データベース６４に格納されたデータは、通信インタフェース６５を介して外部の端末などのコンピュータなどから受信してもよい。
【００６９】
また、上述したプロセッサ６１が行う自動処理を実行するためのプログラムを記録媒体に記録しておき、プロセッサ６１に接続された記録媒体読取装置を用いて読み出し自動判定処理を実行してもよい。
【００７０】
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００７１】
上述した実施形態では、基板１，半透明膜２及び遮光膜３として、石英、ＭｏＳｉ及びＣｒを用いる場合を示したが、これら以外の材質を用いたフォトマスクにも適用可能であることはもちろんである。
【００７２】
また、半導体装置を製造する場合を例に説明したが、半導体装置以外のあらゆる電子部品の製造に本実施形態のフォトマスクを適用することができることはもちろんである。
【００７３】
また、図２に示した工程に本発明のフォトマスクの製造方法が限定されるものではない。例えば、図２（ｃ）に示す工程で、あるいはその後の工程で、遮光膜３及び半透明膜２が除去されて露出した石英基板１の表面を所定の深さだけ掘り込んでもよい。これにより、透過領域４ａを透過する光と半透過領域４ｂを透過する光の位相を制御することができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、所望の平坦度を有するフォトマスクが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るフォトマスクの全体構成を示す縦断面図。
【図２】同実施形態に係るフォトマスクの製造方法の工程断面図。
【図３】同実施形態に係るハーフトーン位相シフトマスクを用いた電子部品の製造方法の工程断面図。
【図４】同実施形態に係る露光装置の構成の一例を示す図。
【図５】本発明の第２実施形態に係るフォトマスクの製造方法のフローチャートを示す図。
【図６】同実施形態の変形例に関わるフォトマスクの製造に用いられるコンピュータの一例を示す図。
【符号の説明】
１…石英基板
２…半透明膜
３…遮光膜
４…パターン形成領域
４ａ…透過領域
４ｂ…半透過領域
５…周辺領域
１０…フォトマスク
３０…露光装置
３１…照明光学系
３２…投影光学系
３３…被加工基板
３４…フォトレジスト
３５…膜
３６…ステージ
Claims (4)
- 基板上に半透明膜であるＭｏＳｉＯＮ膜及び遮光膜であるＣｒ膜を順次積層形成し、
前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜の内部応力を測定し、
前記基板、前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜の各々のヤング率（ＭＰａ）をＥ ０ 、Ｅ １ 及びＥ ２ とし、各々の厚さ（ｍ）をｄ ０ 、ｄ １ 及びｄ ２ とし、前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜の室温における各々の内部応力（ＭＰａ）をＳ １ 及びＳ ２ とし、マスクパターン形成後の前記Ｃｒ膜が形成されていない領域における前記ＭｏＳｉＯＮ膜の仮想被覆率をｈとし、係数Ｋ １ 乃至Ｋ ４ をそれぞれＫ １ ＝１．３×１０ −８ 、Ｋ ２ ＝−９．５×１０ −２ 、Ｋ ３ ＝６．０×１０ −７ 、Ｋ ４ ＝−５．２×１０ −２ とし、マスクパターン形成後の所望のフォトマスクの予測反り量をＡ（ｍ −１ ）とするとき、以下の式
前記判定結果に基づき前記式を満たす被覆率となるように前記ＭｏＳｉＯＮ膜及び前記Ｃｒ膜を選択的に除去する
フォトマスクの製造方法。 - 前記予測反り量Ａは１．４×１０ −４ （ｍ −１ ）である請求項１に記載のフォトマスクの製造方法。
- 前記予測反り量Ａは０．８７×１０ −４ （ｍ −１ ）である請求項１に記載のフォトマスクの製造方法。
- 前記仮想被覆率ｈが１００％＞ｈ≧３０％である請求項１に記載のフォトマスクの製造方法。
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