JP2004029461A - フォトマスク、露光方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

フォトマスク、露光方法及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】多重露光工程のスループットを向上させ、管理コストを削減させ、かつ、面積を有効利用することができるフォトマスクを提供する。
【解決手段】光透過性基板11と、光透過性基板11の第1の表面に配置された第1のマスクパタン15と、第1のマスクパタン15に対向して、光透過性基板11の第2の表面に配置された第2のマスクパタン17とを含む。
【選択図】   図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィ技術に関し、特にフォトマスク、そのフォトマスクを用いた二重露光方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置等を製造する際に用いられるリソグラフィ工程にて二重露光と称する露光方法がある。例えば周期的ラインアンドスペースパタンと孤立ラインパタンでは、最適露光条件は異なる。ウエハ上の同一レイヤに、周期的ラインアンドスペースパタンと孤立ラインパタンが混在する場合、一枚のフォトマスクでフォトリソグラフィ工程を行うと最適な露光条件の設定ができない。そこで、周期的ラインアンドスペースパタンと孤立ラインパタンを分離して別々に作製したフォトマスクを用いて、周期的ラインアンドスペースパタンと孤立ラインパタンを順次露光した後現像を行う二重露光方法を用いることにより解像能力を向上させることができる。
【0003】
一方、反応性イオンエッチング(RIE)等のように、ローディング効果により一定以上のパタン密度を確保しなければ、所望の形状が得られないという制限があるプロセスもある。製品パタンのみでこのパタン密度がウエハ上に確保できない場合、製品ショット以外の領域にダミーショットを設けパタン密度を確保することが行われる。この場合も製品パタンを露光した後、続けてダミーパタンを露光する二重露光が使われる。例えば、製品パタンをウエハ上に露光した後、ウエハ周縁部分など不要領域に高密度ダミーパタンを露光する方法などである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
二重露光を行う場合、2種類のフォトマスクをそれぞれ作成し、フォトマスクを交換して露光を行う方法が一般的にとられる。この方法では2枚のフォトマスクを作製し、管理する必要があり、また、マスク位置合わせ等もそれぞれのフォトマスクについて行う必要があり、スループットは低下する。一方、フォトマスクを2領域に分け、ブラインド等のフォトマスク領域制限絞りを用い、いずれかの領域を制限し順次露光を行うことにより二重露光することも考えられる。この場合、2領域に対するマスク位置あわせが1回で済み、スループット向上効果が得られる可能性がある。しかし、製品パタンに対するフォトマスク面積が実質上減少するため、フォトマスク領域を限界まで使用し限界多チップ取りを行いスループットを上げることはできない。結果的にスループット向上効果は少ない。
【0005】
本発明は、このような課題を解決し、多重露光工程のスループットを向上させ、作製及び管理コストを削減させ、かつ、フォトマスク面積を有効利用することができるフォトマスクを提供することを目的とする。
【0006】
本発明の他の目的は、スループットが向上する多重露光方法を提供することである。
【0007】
本発明のさらに他の目的は、スループットが向上する多重露光方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第1の特徴は、(イ)第1の表面及び第1の表面に対向する第2の表面を有する光透過性部材と、(ロ)第1の表面に配置された第1の遮光性パタンと、(ハ)第2の表面に配置された第2の遮光性パタンとを備えるフォトマスクであることを要旨とする。
【0009】
本発明の第1の特徴において、第1の表面上に積層されて、第1の表面に対向する第3の表面を有する光透過性膜と、第3の表面に配置された第3の遮光性パタンとを更に備えるフォトマスクであってもよい。
【0010】
本発明の第2の特徴は、(イ)第1の表面及び第1の表面に対向する第2の表面を有する光透過性部材と、(ロ)第1の表面上に積層されて、第1の表面に対向する第3の表面を有する光透過性膜と、(ハ)第1の表面に配置された第1の遮光性パタンと、(ニ)第3の表面に配置された第2の遮光性パタンとを備えることを要旨とする。
【0011】
本発明の第1及び第2の特徴によれば、多重露光工程のスループットを向上させ、管理コストを削減させ、かつ、面積を有効利用するフォトマスクを提供することができる。
【0012】
本発明の第1及び第2の特徴において、表面に遮光性パタンが配置された別の光透過性膜を、さらに光透過性膜の上に単層又は多層積層してもよい。また、第3の表面を有する光透過性膜が、第2の表面上に積層されてもよい。また、光透過性部材、光透過性膜が石英ガラスであってもよい。また、フォトマスクの、光透過性基板及び光透過性膜の厚さが、少なくとも露光光波長より大きいことが好ましい。焦点深度は露光光波長の程度から波長の10倍程度である。したがって、隣り合う遮光性パタン間の距離が、露光光学系の焦点深度より小さいと両方の遮光性パタンが被露光基板に投影結像されてしまう。
【0013】
本発明の第3の特徴は、(イ)光透過性部材の対向する第1及び第2の表面にそれぞれ形成された第1及び第2の露光パタンを含むフォトマスクと被露光基板を露光装置に準備する工程と、(ロ)第1の露光パタンを、被露光基板の露光領域に焦点を合わせ投影露光する工程と、(ハ)第2の露光パタンを、被露光基板の露光領域に焦点を合わせ投影露光する工程とを含む露光方法であることを要旨とする。
【0014】
本発明の第3の特徴によれば、スループットを向上させる多重露光方法を提供することができる。
【0015】
本発明の第4の特徴は、(イ)半導体基板上に、フォトレジストを塗布する工程と、(ロ)光透過性部材の対向する面に形成された第1及び第2の露光パタンを含むフォトマスクを半導体基板上方に設置する工程と、(ハ)第1の露光パタンを、半導体基板の露光領域のフォトレジストに焦点を合わせ投影露光する工程と、(ニ)第2の露光パタンを、半導体基板の露光領域のフォトレジストに焦点を合わせ投影露光する工程とを含む半導体装置の製造方法であることを要旨とする。
【0016】
本発明の第4の特徴によれば、スループットを向上させる多重露光方法を用いる半導体装置の製造方法を提供することができる。
【0017】
本発明の第4の特徴において、半導体基板の加工が、反応性イオンエッチングを含む場合、ローディング効果を抑制するためパタン密度の確保が望まれる。したがって、例えば、半導体装置が、製品パタンだけではパタン密度の確保が困難な混載論理回路等である場合に特に、有効となる。
【0018】
本発明の第3及び第4の特徴において、第1の露光パタンを投影露光する工程は、複数に区分された被露光基板の露光領域に第1の露光パタンを順次露光する工程であり、第2の露光パタンを投影露光する工程は、第1の露光パタンを順次露光した後、複数に区分された被露光基板の露光領域に第2の露光パタンを順次露光する工程であることが好ましい。この場合、フォトマスクの露光パタンに対する位置(焦点)合わせや最適露光条件の設定の頻度が少なくなりスループットが向上する。また、第1の露光パタンを投影露光する工程は、複数に区分された被露光基板の一つの露光領域に、第1の露光パタンを露光する工程であり、第2の露光パタンを投影露光する工程は、第2の露光パタンを、第1の露光パタンに引き続いて一つの露光領域に露光する工程であり、第1の露光パタンを投影露光する工程と第2の露光パタンを投影露光する工程とを被露光基板の露光領域をスキャンさせながら繰り返し行うことが好ましい。所定の露光領域だけに所定の露光パタンを形成する時に有用となる。さらに、複数に区分された露光領域が、第1及び第2の露光領域よりなり、第1の露光領域に、第1の遮光性パタン層の露光パタンが露光され、第2の露光領域に、第2の遮光性パタン層の露光パタンが露光されることが好ましい。例えば、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)を異なる密度で含む複数種の混載論理回路において、半導体基板上のパタン密度を調整するために、半導体基板周辺にダミーショットパタンを所望のショット数だけ形成する場合に適用できる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の第1及び第2の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【0020】
(第1の実施の形態)
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係るフォトマスク10は、第1の表面18及び第1の表面18に対向する第2の表面19を有する光透過性基板11と、第1の表面18に配置される第1のマスクパタン15と、第2の表面19に配置される第2のマスクパタン17よりなる。第1及び第2のマスクパタン15、17は、遮光性パタン層よりなり、それぞれのパタン形状及び密度は異なっている。これら第1及び第2のマスクパタン15、17は、それぞれ混載論理回路におけるメモリ回路と論理回路等のように互いにパタン密度の大きく異なる製品パタンであってもよいし,一方が製品パタンで他方がダミーショットパタンであってもよい。
【0021】
図1に示すような光透過性基板11の両面にマスクパタン15、17が形成されたフォトマスク10を用いて、例えば、第1のマスクパタン15を半導体基板(ウエハ)上に転写する場合、入射する露光光の焦点を第1のマスクパタン15に合わせればよい。第1のマスクパタン15に焦点を合わされた露光光は、第2のマスクパタン17領域を透過し、第1のマスクパタン15が半導体基板上に結像される。ここで、第1及び第2のマスクパタン15、17の層間距離は、光透過性基板11の厚さで、5〜10mmあり、使用する露光光の波長に比べて十分大きい。焦点深度は、レンズ光学系等に依存するが、概ね波長程度から波長の10倍程度である。露光装置の露光光は紫外線で波長は数100nmであり、焦点深度は、数μm以下となり、第1のマスクパタン15に焦点を合わされた露光光により、第2のマスクパタン17が半導体基板上に結像することはない。ただし、第2のマスクパタン17を透過する露光光は、そのパタン密度に比例して強度が減少する。従って、第1のマスクパタン15に対する最適露光条件は、第2のマスクパタン17による露光光強度減少を見込んで設定されている。
【0022】
第2のマスクパタン17を半導体基板上に転写する場合も、同様に、入射露光光の焦点を第2のマスクパタン17に合わせて行う。このとき、露光光は、まず第1のマスクパタン15でそのパタン密度に比例して強度が減少する。従って、第2のマスクパタン17の最適露光条件は、第1のマスクパタン15による露光光強度減少を見込んで設定されている。
【0023】
本発明の第1の実施の形態によれば、パタン形状あるいはパタン密度が異なるパタンを二重露光法により半導体基板に転写する場合、光透過性基板11の表裏両面に第1及び第2のマスクパタン15、17を形成したフォトマスク10を用いることにより、解像度の低下を招くことなくスループットの向上が図れる。また、フォトマスク10の作製及び管理コストの削減ができる。
【0024】
次に、本発明の第1の実施の形態に係わるフォトマスク10の作製方法を、図2(a)〜(e)を用いて説明する。
【0025】
(イ)図2(a)に示すように、石英ガラス等の光透過性基板11の第1の表面18及び第2の表面19に、例えば、スパッタ法により珪化モリブデン膜(MoSi)よりなる第1及び第2の遮光性膜12、13を、例えば10〜1000nmの厚さで形成する。
【0026】
(ロ)まず、第1の遮光性膜12の表面に電子線レジストを塗布し、電子線描画装置を用い、図2(b)に示すように、第1のレジストパタン14を形成する。
【0027】
(ハ)第1のレジストパタン14をマスクとして、第1の遮光性膜12を、例えば、塩素(Cl)ガスを用いたRIEにより選択エッチングし、図2(c)に示すように、第1のマスクパタン15を形成する。
【0028】
(ニ)次に、第2の遮光性膜13の表面に、同様に電子線レジストを塗布し、電子線描画装置を用い、図2(d)に示すように、第2のレジストパタン16を形成する。
【0029】
(ホ)第2のレジストパタン16をマスクとして、第2の遮光性膜13を、例えば、塩素ガスを用いたRIEにより選択エッチングし、図2(e)に示すように、第2のマスクパタン17を形成し、フォトマスク10を作製する。
【0030】
本発明の第1の実施の形態においては、光透過性基板11として石英ガラスを用いて説明したが、サファイア、光学ガラス等の露光光に対して十分な光透過性を有する部材であれば限定されないことは、勿論である。また、第1及び第2の遮光性膜12、13として珪化モリブデン膜を用いているが、露光光に対して十分な遮光性を有すれば他の材料、例えばクロム等の金属、合金、金属酸化物あるいは有機物等であってもよい。また、第1及び第2のレジストパタン14、16の形成に電子線描画装置を使用しているが、紫外光あるいはレーザ光を用いた光描画装置、あるいはX線描画装置等であっても良い。
【0031】
本発明の第1の実施の形態に用いる露光装置70は、図3に示すように、走査型エキシマレーザ縮小投影露光装置で、縮小比は1:4としている。なお、説明の便宜上、露光装置70の縮小比を1:4としているが、任意の縮小比でもよいことは勿論である。また、露光装置70として、逐次移動露光装置(ステッパ)等であってもよいことは勿論である。光源30として波長λ:248nmのクリプトンフロライド(KrF)エキシマレーザを用い、光源30から照射される露光光はフライアイレンズ31、開口絞り32、ミラー33、コンデンサレンズ系34を介しフォトマスク10に入射する。コンデンサレンズ系34とフォトマスク10の間にブラインド35が設置され、露光光のオン・オフの制御を行う。投影レンズ系36は、フォトマスク10上の第1あるいは第2のマスクパタン15、17を半導体基板37上に投影結像させる。フォトマスク10、及び半導体基板37は、マスクステージ38及び基板ステージ39に設置される。フォトマスク10の第1あるいは第2のマスクパタン15、17のいずれかに焦点が合うように、マスクステージ38及び基板ステージ39が光軸方向に沿って位置合わせされる。主制御系40は、予め設定されたデータをもとに、光源30の出射光量を制御し、また、マスクステージ38及び基板ステージ39それぞれを、マスクステージ駆動系41及び基板ステージ駆動系42により駆動し、光軸に直交する面内の位置決めをして露光(ショット)を行う。
【0032】
露光は、半導体基板37上を、図4に示すように、複数の矩形のショット領域47a、47b、・・・、47c、・・・に区分して行う。主制御系40から指示される位置決めデータに従い、基板ステージ駆動系42が基板ステージ39を駆動して各ショット領域47a、47b、・・・、47c、・・・の位置だしを行い、マスクステージ駆動系41がマスクステージ38を駆動して各ショット領域47a、47b、・・・、47c、・・・を順次、走査露光する(以下、ステップ・アンド・スキャン露光と称す)。
【0033】
本発明の第1の実施の形態に係わる二重露光プロセスを、図5を用いて説明する。説明では、図1に示したフォトマスク10を用いている。図1に示したように、第1のマスクパタン15と第2のマスクパタン17とは、パタン形状あるいはパタン密度が異なり、最適露光条件はそれぞれ異なる。
【0034】
(イ)図5(a)に示すように、半導体基板37表面に、例えばシリコン酸化膜(SiO)よりなる加工層51を形成し、加工層51表面にフォトレジスト52を塗布する。
【0035】
(ロ)半導体基板37を露光装置70の基板ステージ39上に固定・設置し、マスクステージ駆動系41、基板ステージ駆動系42を用い、初期位置あわせを実施する。ここでは、初期位置として、ショット領域47aとし、以下、47b、・・・、47c、・・・と順次、図4の上から下へステップ・アンド・スキャン露光を行う。まず、マスクステージ38の光軸方向の位置を調整して、第1のマスクパタン15に焦点を合わせて、第1のマスクパタン15の最適露光条件でフォトレジスト52をステップ・アンド・スキャン露光する。すべてのショット領域47a、47b、・・・、47c、・・・への第1のマスクパタン15の露光が終了したら、再度初期位置に戻る。引き続き、マスクステージ38の光軸方向の位置を調整して、第2のマスクパタン17に焦点を合わせて、第2のマスクパタン17の最適露光条件でフォトレジスト52をステップ・アンド・スキャン露光する。すべてのショット領域47a、47b、・・・、47c、・・・への第2のマスクパタン17の露光が終了した後、フォトレジスト52の現像を行い、図5(b)に示すように、加工層51上に第1及び第2のフォトレジストパタン53、54を形成する。
【0036】
(ハ)引き続きRIE工程等を用いて、加工層51を選択エッチングして、図5(c)に示すように、所望の第1及び第2の加工層パタン55、56を、半導体基板37上に転写形成する。
【0037】
本発明の第1の実施の形態においては、加工層51としてシリコン酸化膜を用いたが、その他に、金属や合金、あるいはポリシリコン等の導電膜層や、シリコンなどの半導体層もRIE等の加工の対象としてよいことは勿論である。
【0038】
(変形例)
次に、本発明の第1の実施の形態の変形例に係わる二重露光方法を、ローディング効果により一定以上のパタン密度を確保しなければ、所望の形状が得られないという制限があるRIE等の工程に適用する場合について説明する。製品パタンのみでこのパタン密度が確保できない場合、製品ショット以外の領域にダミーショット領域を設けパタン密度を確保する。本発明の第1の実施の形態の変形例では、製品パタンを半導体基板37上に露光した後、基板周縁部分など不要領域に高パタン密度のダミーパタンを二重露光する工程に特徴があり、他は第1の実施の形態と同様であるので、重複した記載を省略する。
【0039】
大規模集積回路(LSI)の集積度の目覚しい向上に伴い、エレクトロニクスシステムの機能の多くを1チップに搭載した混載論理回路が開発されている。例えば、図6に示すように、チップ領域60に、論理回路61、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)回路62、アナログ回路63、入出力回路64、及びダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)回路65が混載されシステムLSIが構成されている。論理回路61、SRAM回路62、アナログ回路63、あるいは入出力回路64等は、規模こそ違え、いずれもトランジスタ、ダイオード等の機能素子や、抵抗、キャパシタ等の受動素子で構成された複雑なパタンを多数含む構造であるのに対して、DRAM回路65は1トランジスタ+1キャパシタでセルを構成し、集積度も高く、加工工程が相違している。そのため、DRAM回路65領域だけに製品パタンを転写する工程が生じてくることがある。さらに、システムLSIでは、論理回路61〜入出力回路64等の構成が同じで、メモリ密度だけが異なる要求に対応しなければならない場合もある。チップ領域60内でのDRAM回路65領域の面積が占める割合は、メモリ密度の異なる要求に対応して5〜30%と広範囲にわたって変化する。したがって、製品パタンだけでは、ローディング効果を有するRIE等の工程に必要なパタン密度の確保が困難になる場合も多く、その上、製品パタンの密度も変動することになる。製品パタンに応じて、RIE等の条件を変更する場合、条件設定のための試験工程が必要となり、作製コストが増加し、また、スループットも低下してしまう。
【0040】
そこで、図7に示すように、製品パタンをショット領域47に露光し、さらに、半導体基板37周縁部分などの不要なダミーショット領域48に高密度ダミーパタンを二重露光する。本発明の第1の実施の形態の変形例においては、チップ領域60は10mm角で、ショット領域47は20mm角としている。したがって、各ショット領域47は、図7に示すように、点線で区分されている4チップ領域が含まれる。
【0041】
本発明の第1の実施例の変形例に係わるフォトマスク10aは、例えば、DRAM回路65の絶縁膜のRIE工程に用いられるもので、図8に示すように、光透過性基板11の表面に、第1のマスクパタン15a、15bと、裏面に第2のマスクパタン17aが配置されている。第1のマスクパタン15aは、DRAM回路65の製品パタンであり、第1のマスクパタン15bは、論理回路61、SRAM回路62、アナログ回路63、あるいは入出力回路64のパタンで、パタン密度は小さい。フォトマスク10aには、ショット領域47に対応して4チップ分の製品パタンが配置されている。一方、第2のマスクパタン17aは、ダミーショットパタンであり、フォトマスク10a裏面全体に一様に配置され、大きなパタン密度を有している。
【0042】
半導体基板37表面に、図5(a)に示すように、例えばシリコン酸化膜(SiO)よりなる加工層51を形成し、加工層51表面にフォトレジスト52を塗布する。この半導体基板37を露光装置70の基板ステージ39上に固定・設置し、まず、図7のショット領域47を順次、第1のマスクパタン15a、15bに焦点を合わせて、ステップ・アンド・スキャン露光する。その後、第2のマスクパタン17aに焦点を合わせ、ダミーショット領域48を所定のショット数だけステップ・アンド・スキャン露光する。露光装置の主制御系には、予め、第1及び第2のマスクパタン15a、15b、及び17aのパタン密度や、半導体基板37のショット領域47とダミーショット領域48、各々の位置や面積等の情報や、RIE条件が保管されている。これらの情報によりダミーショット領域48のステップ・アンド・スキャン露光数が決められる。露光が終了した後、フォトレジスト52の現像を行い、引き続きRIEにより、加工層51を選択エッチングして、図9に示すように、所望の第1及び第2の加工層パタン55a、55b、及び57aが転写形成される。
【0043】
本発明の第1の実施の形態の変形例においては、加工層51としてシリコン酸化膜を用いたが、その他に、金属や合金、あるいはポリシリコン等の導電膜層や、シリコンなどの半導体層もRIE等の加工の対象としてよいことは勿論である。
【0044】
本発明の第1の実施の形態の変形例によれば、混載論理回路のように、製品パタン密度が小さく、かつ変動する場合でも、同じフォトマスク10aを用いて高密度のダミーショットパタンを半導体基板37周縁の不要部に形成してパタン密度を確保しているため一定のRIE条件が適用できる。また、フォトマスク10aの製品パタンとダミーショットパタンは、どちらもフォトマスク10a全面に渡り形成されているため、フォトマスク10a面積領域を限界まで使用し、限界チップ取りが可能となる。このようにして、作製工程のコストの低減、フォトマスク面積の有効利用、及びスループットの向上が可能となる。
【0045】
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態に係るフォトマスク10bは、図10に示すように、第1の表面18及び第1の表面18に対向する第2の表面19を有する光透過性基板11と、第1の表面18上に積層されて、第1の表面18に対向する第3の表面78を有する光透過性膜21と、第1の表面18に配置された第1の遮光性パタン層よりなる第1のマスクパタン25と、第3の表面78に配置された第2の遮光性パタン層よりなる第2のマスクパタン27を含む。第1及び第2のマスクパタン25、27のパタン形状及び密度は異なっている。本発明の第2の実施の形態にかかわるフォトマスク10bは、第2のマスクパタン27を、光透過性基板11表面に積層した光透過性膜21上に配置することに特徴があり、他は第1の実施の形態と同様であるので、重複した記載を省略する。
【0046】
本発明の第2の実施の形態においては、第2のマスクパタン27は、第1のマスクパタン25と光透過性膜21を挟んで配置されている。例えば、第2のマスクパタン27に焦点を合わされた露光光により、第1のマスクパタン25が半導体基板上に結像しないように、光透過性膜21を十分厚くする必要がある。焦点深度は、前述したように露光光波長の程度〜波長の10倍程度である。光源を波長λ:248nmのクリプトンフロライドエキシマレーザとすると、光透過性膜21は、少なくとも248nm以上、好ましくは2μm以上の厚さとすればよい。このように、本発明の第2の実施の形態において、光透過性膜21の厚さを焦点深度より十分厚くすることにより、パタン形状あるいはパタン密度が異なるパタンを二重露光法で半導体基板に転写する場合、解像度の低下を招くことなくスループットの向上が図れる。また、フォトマスク10bの作製管理が少なくなり、作製管理コストの削減ができる。
【0047】
本発明の第2の実施の形態に係わるフォトマスク10bの作製方法を、図11(a)〜(f)を用いて説明する。
【0048】
(イ)図11(a)に示すように、石英ガラス等の光透過性基板11の第1の表面18に、例えば、スパッタ法により珪化モリブデン膜(MoSi)よりなる第1の遮光性膜22を、例えば10〜1000nm厚さで形成する。
【0049】
(ロ)第1の遮光性膜22の表面に電子線レジストを塗布し、電子線描画装置を用い、図11(b)に示すように、第1のレジストパタン24を形成する。
【0050】
(ハ)第1のレジストパタン24をマスクとして、第1の遮光性膜22を、例えば、塩素(Cl)ガスを用いた反応性イオンエッチングにより選択エッチングし、図11(c)に示すように、第1のマスクパタン25を形成する。
【0051】
(ニ)次に、第1のマスクパタン25が形成された光透過性基板11表面上に、例えばシリコン酸化膜よりなる光透過性膜21を化学気相成長法(CVD)により、10μm堆積する。表面研磨にて光透過性膜21表面の平坦化を実施した後、図11(d)に示すように、光透過性膜21上の第3の表面78に、スパッタ法により珪化モリブデン膜(MoSi)よりなる第2の遮光性膜23を、例えば10〜1000nm厚さで形成する。
【0052】
(ホ)第2の遮光性膜23の第3の表面78に、電子線レジストを塗布し、電子線描画装置を用い、図11(e)に示すように、第2のレジストパタン26を形成する。
【0053】
(ヘ)第2のレジストパタン26をマスクとして、第2の遮光性膜23を、例えば、塩素ガスを用いた反応性イオンエッチングにより選択エッチングし、図2(f)に示すように、第2のマスクパタン27を形成し、フォトマスク10bを作製する。
【0054】
本発明の第2の実施の形態においては、光透過性膜21の厚さは、10μmとしたが、少なくとも露光光の波長248nm以上あればよく、1〜100μmあればより好ましい。
【0055】
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明を第1〜第2の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【0056】
本発明の第1及び第2の実施の形態においては、二重露光工程を用いて説明したが、多重露光でもよいのは勿論である。例えば、図12に示すように、本発明の第2の実施の形態に係わるフォトマスク10b(図10参照)の光透過性基板11裏面に、さらに第3のマスクパタン28を設けて三重露光用のフォトマスク10cとすることができる。あるいは、図13に示すように、第2のマスクパタン27が形成された第1の光透過性膜21a上に、第2の光透過性膜29を形成し、第2の光透過性膜29上に第3のマスクパタン28aを設けて三重露光用のフォトマスク10dとしてもよい。例えば、これらの場合、三層のマスクパタンをそれぞれ、混載論理回路におけるパタン密度の高い製品パタン、パタン密度の低い製品パタン及びダミーショットパタンに適用することができる。さらに、図12あるいは図13に示すフォトマスク10c、10dの表面あるいは裏面に光透過性膜を単層又は多層に形成し、それぞれの光透過性膜上にマスクパタンを形成すれば、多重露光用のフォトマスクとなることは勿論である。
【0057】
また、本発明の第2の実施の形態においては光透過性膜21をCVDで成膜して用いているが、その他に第1のマスクパタン25を形成した光透過性基板11表面に、第2のマスクパタン27を形成した他の光透過性基板を積層し、2枚の光透過性基板を張り合わせて二重露光用のフォトマスクとしても良い。この場合、2枚の光透過性基板の第1及び第2のマスクパタンの位置合わせを行い、酸素(O2)雰囲気中、900〜1100℃で30分〜3時間程度熱処理して光透過性基板同士を張り合わせればよい。同様にして表面にマスクパタンを形成した多数の光透過性基板を張り合わせることにより多重露光用のフォトマスクが作製できる。
【0058】
また、光透過性基板11として石英ガラス、光透過性膜21としてシリコン酸化膜(SiO)を用いて説明したが、例えば、サファイアやアルミナ(AlO)、あるいは光学ガラス等の露光光に対して十分な光透過性を有する光透過性材料であればよいことは、勿論である。また、第1及び第2の遮光性膜12、13として珪化モリブデン膜を用いているが、露光光に対して十分な遮光性を有すれば他の材料、例えばクロム等の金属、合金、金属酸化物あるいは有機物等であってもよいことは勿論である。
【0059】
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。
【0060】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、作製及び管理コストを削減させ、かつ、面積を有効利用することができる多重露光用のフォトマスクを提供でき、このフォトマスクを用いることで多重露光工程のスループットを向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るフォトマスクの概略断面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係るフォトマスクの作製工程の一例を示す断面工程図である。
【図3】本発明の第1〜第2の実施の形態の説明に用いる露光装置の構成図である。
【図4】図3の露光装置による半導体基板の露光ショット位置を示す図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態に係る二重露光による加工層パタン形成を示す図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態の変形例の説明に用いる混載論理回路のレイアウトの一例を示す図である。
【図7】本発明の第1の実施の形態の変形例に係る混載論理回路作製工程における半導体基板の露光ショット位置を示す図である。
【図8】本発明の第1の実施の形態の変形例に係るフォトマスクの概略断面図である。
【図9】本発明の第1の実施の形態の変形例に係る二重露光による加工層パタンの一例を示す断面図である。
【図10】本発明の第2の実施の形態に係るフォトマスクの概略断面図である。
【図11】本発明の第2の実施の形態に係るフォトマスクの作製工程の一例を示す断面工程図である。
【図12】本発明のその他の実施の形態に係るフォトマスクの一例の概略断面図である。
【図13】本発明のその他の実施の形態に係るフォトマスクの他の例の概略断面図である。
【符号の説明】
10、10a、10b、10c フォトマスク
11 光透過性基板
12 第1の遮光性膜
13 第2の遮光性膜
14、24 第1のレジストパタン
15、15a、15b、25 第1のマスクパタン
16、26 第2のレジストパタン
17、17a、27 第2のマスクパタン
18 第1の表面
19 第2の表面
21 光透過性膜
21a 第1の光透過性膜
22 第1の遮光性膜
23 第2の遮光性膜
28、28a 第3のマスクパタン
29 第2の光透過性膜
30 光源
31 フライアイレンズ
32 開口絞り
33 ミラー
34 コンデンサレンズ系
35 ブラインド
36 投影レンズ系
37 半導体基板
38 マスクステージ
39 基板ステージ
40 主制御系
41 マスクステージ駆動系
42 基板ステージ駆動系
47、47a、47b、47c ショット領域
48 ダミーショット領域
51 加工層
52 フォトレジスト
53 第1のフォトレジストパタン
54 第2のフォトレジストパタン
55、55a、55b 第1の加工層パタン
56、57a 第2の加工層パタン
60 チップ領域
61 論理回路
62 SRAM回路
63 アナログ回路
64 入出力回路
65 DRAM回路
70 露光装置
78 第3の表面

Claims (15)

  1. 第1の表面及び前記第1の表面に対向する第2の表面を有する光透過性部材と、
    前記第1の表面に配置された第1の遮光性パタンと、
    前記第2の表面に配置された第2の遮光性パタン
    とを備えることを特徴とするフォトマスク。
  2. 前記第1の表面上に積層されて、前記第1の表面に対向する第3の表面を有する光透過性膜と、
    前記第3の表面に配置された第3の遮光性パタン
    とを更に備えることを特徴とする請求項1に記載のフォトマスク。
  3. 第1の表面及び前記第1の表面に対向する第2の表面を有する光透過性部材と、
    前記第1の表面上に積層されて、前記第1の表面に対向する第3の表面を有する光透過性膜と、
    前記第1の表面に配置された第1の遮光性パタンと、
    前記第3の表面に配置された第2の遮光性パタン
    とを備えることを特徴とするフォトマスク。
  4. 表面に遮光性パタンが配置された別の光透過性膜を、さらに前記光透過性膜の上に単層又は多層積層したことを特徴とする請求項2又は3に記載のフォトマスク。
  5. 前記光透過性部材が、石英ガラスであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のフォトマスク。
  6. 前記光透過性膜が石英ガラスであることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載のフォトマスク。
  7. 前記光透過性部材及び前記光透過性膜の厚さが、少なくとも露光光波長より大きいことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のフォトマスク。
  8. 光透過性部材の対向する第1及び第2の表面にそれぞれ形成された第1及び第2の露光パタンを含むフォトマスクと被露光基板を準備する工程と、
    前記第1の露光パタンを、前記被露光基板の露光領域に焦点を合わせ投影露光する工程と、
    前記第2の露光パタンを、前記被露光基板の露光領域に焦点を合わせ投影露光する工程
    とを含むことを特徴とする露光方法。
  9. 前記第1の露光パタンを投影露光する工程は、複数に区分された前記被露光基板の露光領域に前記第1の露光パタンを順次露光する工程であり、前記第2の露光パタンを投影露光する工程は、前記第1の露光パタンを順次露光した後、前記複数に区分された前記被露光基板の露光領域に前記第2の露光パタンを順次露光する工程であることを特徴とする請求項8に記載の露光方法。
  10. 前記第1の露光パタンを投影露光する工程は、複数に区分された前記被露光基板の一つの露光領域に、前記第1の露光パタンを露光する工程であり、前記第2の露光パタンを投影露光する工程は、前記第2の露光パタンを、前記第1の露光パタンに引き続いて前記一つの露光領域に露光する工程であり、前記第1の露光パタンを投影露光する工程と前記第2の露光パタンを投影露光する工程とを前記被露光基板の露光領域をスキャンさせながら繰り返し行うことを特徴とする請求項8に記載の露光方法。
  11. 複数に区分された前記被露光基板の露光領域が、第1及び第2の露光領域よりなり、前記第1の露光領域に、前記第1の露光パタンを露光し、前記第2の露光領域に、前記第2の露光パタンを露光することを特徴とする請求項8に記載の露光方法。
  12. 半導体基板上に、フォトレジストを塗布する工程と、
    光透過性部材の対向する面に形成された第1及び第2の露光パタンを含むフォトマスクを前記半導体基板上方に設置する工程と、
    前記第1の露光パタンを、前記半導体基板の露光領域の前記フォトレジストに焦点を合わせ投影露光する工程と、
    前記第2の露光パタンを、前記半導体基板の露光領域の前記フォトレジストに焦点を合わせ投影露光する工程
    とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  13. 前記フォトレジストを現像する工程と、
    前記現像されたフォトレジストをマスクに前記半導体基板を加工する工程
    とを更に含むことを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
  14. 前記半導体基板の加工を、反応性イオンエッチングで行うことを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
  15. 複数に区分された前記半導体基板の露光領域が、第1及び第2の露光領域よりなり、前記第1の露光領域に、前記第1の露光パタンを露光し、前記第2の露光領域に、前記第2の露光パタンを露光することを特徴とする請求項12〜14のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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