JP2004047687A

JP2004047687A - 露光方法

Info

Publication number: JP2004047687A
Application number: JP2002202388A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Amou; 天羽生　淳; Atsushi Hachisuga; 蜂須賀　敦司
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2004-02-12
Also published as: US20040009431A1

Abstract

【課題】一のマスクで複数のパターンが露光できる露光方法を提供する。
【解決手段】半導体露光装置１０において光Ｌの光路上に、水平方向に進退可能な４枚のブラインド３ａ〜３ｄを設け、マスク４への光Ｌの照射領域を任意の矩形領域に制限可能とする。一方、マスク４には複数の異なるマスクパターンを形成する。いずれか１つのパターンを露光する際は、当該パターンの上方のみが光Ｌの照射領域となり、周辺は遮光されるようにブラインド３ａ〜３ｄを配置する。これにより、１枚のマスク４によって複数の異なるパターンの露光を行うことができ、マスクの製作費用の削減と製作期間の短縮が実現できる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスを製造する際に、各種のパターニングに使用する半導体製造用マスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造用マスクとは、半導体デバイスの製造工程における１プロセスである写真製版工程において、パターンを形成する際の原版となる。写真製版工程では、マスクに形成されているパターンがそのまま、ウェハ上のレジストに転写されて、パターンが形成される。そのレジストパターンに基づいてエッチングや注入を行うことにより、ウェハ上に半導体デバイスが形成される。
【０００３】
図１１は、従来のマスク５００を上面から見た図である。従来のマスク５００は、ある配線工程用のマスクを例示的に示すものである。以下、この配線工程における写真製版は、光が照射された箇所のレジストが現像によって消滅するポジレジストを用いると想定する。従来のマスク５００の外枠１０１には、通常はガラス基板が用いられる。
【０００４】
露光は、ショット枠５１１ｆの内部のショット領域５１１に対し行われる。なお、本明細書において、一回ごとの露光処理のことを「ショット」といい、ショットが行われる領域を「ショット領域」、その周囲の枠を「ショット枠」という。
【０００５】
ショット枠５１１ｆの内部のショット領域５１１において斜線で示すのは、例えばＣｒ膜あるいはＭｏＳｉ膜などによって、マスク５００の表面側に形成される遮光部５１２である。このマスク５００を用いてレジスト塗布された基板を露光することにより、基板上のショット領域５１１に相当する領域において、遮光部５１２のレジストは現像後に残存し、それ以外の光が透過する領域のレジストは除去される。これにより、基板上には、遮光部５１２と同一形状のレジストパターンが形成されることになる。
【０００６】
また、ショット枠５１１ｆより外側にも周辺遮光部１０２が形成されているが、これは、一度の露光におけるショット領域５１１以外の領域には、光が当たらないようにするためである。それらの領域は、マスクを移動させた後、順次露光されることとなる。
【０００７】
なお、実際のマスクには上記以外に、露光装置でマスクの位置決めをするために用いるレチクルアライメントマーク、マスクを識別する印字もあり、またマスクをごみから守るペリクルが貼り付けられているが、本発明の説明には本質的な関係を持たないので、以降も含め説明は省略する。
【０００８】
また、隣接するショット間ですきまが生じても細いレジストが残存しないよう、ショット枠５１１ｆに対して、数μｍ外側まで光が透過するスリットと呼ばれる領域も通常設けられるが、これも記述の簡略化のため省略する。
【０００９】
以後では、本来の回路パターンの露光に用いられる実体部分を「マスク」と称する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、１つのパターン形成工程ごとに、図１１で示したようなマスクを１枚ずつ要していた。一方で、デバイスの微細化、配線層の増加等により、１つのデバイスを製造するのに必要な写真製版の工程数、したがってマスク枚数も増加している。また、マスクもより精密なものが要求されるので、マスク製作に必要な費用および期間の増加が問題となっている。例えば、０．１５μｍルールで、５層配線のＬｏｇｉｃデバイスでは、マスクは３０〜４０枚程度必要となっている。
【００１１】
大規模な量産品であれば、そのマスク費用が全体に占める割合は軽微なものであるが、小規模な量産品や試作品の製造、またはプロセス開発においては、マスク製作期間を短縮し、かつマスクの費用を減らすことが必要となってきている。
【００１２】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、１つのデバイスを製造するために必要となるマスク枚数を削減することが可能な露光方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、マスクを用いて基板上に所定のパターンを露光する方法であって、マスク面にそれぞれ異なる工程に対応する複数の異なるマスクパターンが形成されたマスクにおける光の照射領域を制限する遮蔽工程と、制限された照射領域を介して前記光を基板に与える工程と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の露光方法であって、前記遮蔽工程が、前記マスクの配置位置の直上に備わる遮蔽手段により行われることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３の発明は、請求項２に記載の露光方法であって、前記遮蔽手段が互いに対向配置された２つの遮蔽板の対を２対備え、そのうちの１対を構成する２つの遮蔽板の移動方向と、他の１対を構成する２つの遮蔽板の移動方向とが、互いに直交することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の露光方法であって、前記マスクの前記複数の異なるマスクパターンのそれぞれについて順次露光を行う露光工程をさらに備え、前記遮蔽工程は、前記複数の異なるマスクパターンのうち前記露光工程において露光対象となったマスクパターンに対応して、前記照射領域を設定可能であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
図１は、縮小投影露光装置と呼ばれる半導体露光装置１０の構成を模式的に示す図である。図１に示すように、半導体露光装置１０は、レチクルとも呼ばれるマスク４に光Ｌを照射して、マスク４に形成されているパターンを、基板７上に縮小投影して露光するためのものである。半導体露光装置１０はそのために、露光用の特定の波長の光Ｌを出す水銀ランプまたはレーザである光源１と、光源１からの光Ｌを所望の状態に変形する照明光学系２と、マスク４の配置位置の直上に配置され、照明光学系を経た光Ｌを一部遮蔽して、マスク４において照射される領域を制限するブラインド部３と、マスク４を保持するレチクルステージ５と、パターンを縮小投影するための縮小光学系６と、基板７が載置され、水平方向に稼働して露光の位置決めを担う露光ステージ８と、各部の動作を制御する制御部９とを主として備える。図１においては、露光ステージ８が移動を行う面内をｘｙ面、これに垂直な、光Ｌの入射する方向をｚ軸とする３次元座標を付している。以下の図面もこの座標系に従うものとする。
【００１８】
図２は、ブラインド部３について説明するための図である。ブラインド部３は、４つのブラインド（遮蔽板）３ａ、３ｂ、３ｃ、および３ｄからなり、マスク４の直上に備わる。また、各ブラインドにはそれぞれ、制御部９からの所定の制御信号に応答して当該ブラインドを水平方向に進退移動させる駆動手段としてのアクチュエータＡＣ（ＡＣａ、ＡＣｂ、ＡＣｃ、ＡＣｄ）が備わっている。ブラインド３ａとブラインド３ｂとは互いに対向配置され、制御部９からの所定の制御信号に応答したアクチュエータＡＣａおよびＡＣｂの作用により、矢印ＡＲ１およびＡＲ２に示すようにそれぞれｘ軸方向に移動する。ブラインド３ｃとブラインド３ｄとはその上方に対向配置され、制御部９からの所定の制御信号に応答したアクチュエータＡＣｃおよびＡＣｄの作用により、矢印ＡＲ３およびＡＲ４に示すようにそれぞれｙ軸方向に移動する。従って、ブラインドの第一の対３ａ、３ｂの移動方向と、第２の対３ｃ、３ｄの移動方向とは、互いに直交している。本実施の形態に係る半導体露光装置１０は、このブラインド部３の配置を適宜設定することにより、マスク４における光Ｌの照射領域１１を、様々なサイズおよび位置の矩形領域として制限することが可能である。図２（ａ）と図２（ｂ）とは、それぞれ異なる照射領域１１ａおよび１１ｂが形成された場合の例を示している。なお、ブラインド部３はマスク４の直上に備わるので、照射領域１１に確実に光Ｌが照射される。
【００１９】
図３は、図１におけるマスク４の一例としてのマスク１００を、上面から見た図である。マスク１００は、図１１に示す従来のマスク５００と同様に、外枠１０１と、例えばＣｒ膜あるいはＭｏＳｉ膜などによって表面側に形成された周辺遮光部１０２とを備える。
【００２０】
さらに、マスク１００において特徴的なことは、外枠１０１および周辺遮光部１０２とに囲まれた平坦なマスク面１００Ｓに、２つのショット領域１１１および１２１が形成され、それぞれに異なるパターンが形成されていることである。すなわちマスク１００は、異なる２回の写真製版工程に使用されるものである。それぞれの工程を、第１配線工程と第２配線工程とすると、第１配線工程は、ショット枠１１１ｆに囲まれたショット領域１１１に形成された遮光部からなる配線パターン１１２によって露光する工程、第２配線工程はショット枠１２１ｆによって囲まれたショット領域１２１に形成された遮光部からなる配線パターン１２２によって露光する工程である。また、２つのショット領域１１１と１２１との間には、パターン間遮光領域１０３が形成されている。パターン間遮光領域１０３は、周辺遮光部１０２と同じく、ショット領域１１１および１２１の外部を遮光するためのものであるが、第１配線工程のショット枠１１１ｆと第２配線工程のショット枠１２１ｆの間のところで、２００〜６００μｍ程度の幅を持つことを特徴とする。なお、このパターン間遮光領域１０３の幅は、このブラインド部３の位置精度に基づいて定められる。
【００２１】
本実施の形態に係る半導体露光装置１０においては、このマスク１００を用い、かつ、図２に示したようにブラインド部３の各ブラインドの配置を調整することで、一のマスク１００を２つの製版工程に使用することを実現する。
【００２２】
図４は、マスク１００を用いて第１配線工程の露光を行う場合を説明するための図である。まず第１配線工程の露光においては、ショット領域１１１の上方のみを照射領域１３１とし、その周囲は遮光領域１３２となるようにブラインド部３が配置される。この状態で光Ｌを照射することにより、基板には、マスク１００において制限された照射領域を介して、第１配線工程のパターンのみが露光されることになる。そして、現像処理や、他のマスクによる露光等を経た後、第２配線工程の露光を行う段階に達すると、再びマスク１００および基板７をセットし、照射領域１１をショット領域１２１の上方に位置させるようブラインド部３を配置して、ショット領域１２１のみを露光することになる。
【００２３】
このようにすることで、従来は配線工程ごと別々に２枚のマスクが必要であったものが、１枚のマスクで済み、マスク製作に要する費用、期間が約半分になる。
【００２４】
これを利用した例として、１５回の写真製版で作られる４層配線ＣＭＯＳデバイスの写真製版プロセスを図５に示す。１５回の写真製版とは、図５の左欄に示すように、（１）分離パターン１Ｆ、（２）ＮウェルパターンＮＷ、（３）ＰウェルパターンＰＷ、（４）ゲートパターン１Ｇ、（５）ＮｃｈソースドレインパターンＮ＋、（６）ＰｃｈソースドレインパターンＰ＋、（７）第１コンタクトパターン１Ｃ、（８）第１配線パターン１Ｍ、（９）第１ビアパターン１Ｖ、（１０）第２配線パターン２Ｍ、（１１）第２ビアパターン２Ｖ、（１２）第３配線パターン３Ｍ、（１３）第３ビアパターン３Ｖ、（１４）第４配線パターン４Ｍ、（１５）ポリイミドパターンＰＣの各マスクパターンにより、順に露光を行っていくプロセスである。従来のように、１回の写真製版につき１枚のマスクを要する場合は１５枚のマスクを必要とする。しかし、本実施の形態のように、２つの工程のマスクパターンを１枚のマスク上に形成すれば、例えば図５の右欄に示すように、分離パターン１Ｆとゲートパターン１Ｇ、ＮウェルパターンＮＷとＰウェルパターンＰＷ、ＮｃｈソースドレインパターンＮ＋とＰｃｈソースドレインパターンＰ＋、第１コンタクトパターン１Ｃと第１ビアパターン１Ｖ、第２ビアパターン２Ｖと第３ビアパターン３Ｖ、第１配線パターン１Ｍと第２配線パターン２Ｍ、および第３配線パターン３Ｍと第４配線パターン４Ｍをそれぞれ同一のマスクに形成するとすれば（ポリイミドパターンＰＣのみ単独で形成）、計８枚のマスクで全ての工程を形成することができ、マスク枚数を概ね半減させることができる。
【００２５】
図６は、この８枚のマスクの一例として、分離パターン１Ｆとゲートパターン１Ｇとを形成したマスク１５０を示す図である。マスク１５０は、外枠１５１と、分離パターン１Ｆのショット領域１５２と、そのマスクパターン１５３と、ゲートパターン１Ｇのショット領域１５４と、そのマスクパターン１５５とを備える。
【００２６】
また、図７は、マスクパターン１５５を写真製版し、レジストにてゲートパターン１Ｇを形成した後の基板の断面図である。図７は、図６におけるＡＡ’断面に相当し、基板１６１上に、分離パターン１Ｆであるマスクパターン１５３に基づいて分離酸化膜１６２を形成し、さらにゲート酸化膜１６３、ゲート電極となるポリシリコン１６４を順次形成し、図６のゲートパターン１Ｇであるマスクパターン１５５に基づき、レジスト３５にてゲートパターン１Ｇを形成した状態を示している。
【００２７】
なお、複数工程のパターンを１枚のマスク上に作る場合は、以下の２点について考慮することが好ましい。
【００２８】
第１の点は、好ましくないパターンの組み合わせの存在である。図５の例であれば、第１コンタクトパターン１Ｃ、第１ビアパターン１Ｖ等のホール工程にはハーフトーンマスクが、第１配線パターン１Ｍ、第２配線パターン２Ｍ等の配線工程にはノーマルマスクが用いられる場合が一般的である。ホールパターンの方がラインパターンより解像が難しいので、ホールパターンの第１コンタクトパターン１Ｃ、第１ビアパターン１Ｖには、ノーマルマスクより高い解像性を持つハーフトーンマスクを用い、第１配線パターン１Ｍ、第２配線パターン２Ｍにはノーマルマスクを用いるという使い分けがなされることが多く、かつ、両者は異なる光透過性を実現するため、遮光部に用いる素材も異なる（ノーマルマスクはＣｒ、ＭｏＳｉ等、ハーフトーンマスクＭｉＳｉＯＮ、ＣｒＯＮ等）からである。
【００２９】
よって、上記の場合、例えば第１コンタクトパターン１Ｃと第１配線パターン１Ｍとを同じマスク上に作るのは好ましくなく、第１コンタクトパターン１Ｃと第１ビアパターン１Ｖ、第１配線パターン１Ｍと第２配線パターン２Ｍのような組合せを選択する方が好ましい。
【００３０】
また、マスク作成時に必要なアドレスユニット（マスクパターンを電子ビーム描画する際にビームを移動させるグリッド）、および形成するマスクパターンの寸法精度が同じパターンを、同一マスク上に作る方が好ましい。微細な寸法のパターンから成り、高い寸法精度が要求されるマスクには、より小さいアドレスユニットが用いられてマスクパターンが形成されるので、その分電子ビーム描画にも時間、さらにはコストがかかることとなる。そうした小さいアドレスユニットが必要でない工程用のマスクまで、同じアドレスユニットを用いて描画するのは無駄である。図５の例であれば、分離パターン１Ｆやゲートパターン１Ｇは、注入工程であるＮウェルパターンＮＷ、ＰウェルパターンＰＷ、ＮｃｈソースドレインパターンＮ＋、ＰｃｈソースドレインパターンＰ＋より微細な寸法のパターンから成り、高い寸法精度が要求される。例えば分離パターン１ＦとＮウェルパターンＮＷといった組み合わせで一のマスクを作成するのは好ましくないといえる。
【００３１】
第２の点は、ショット領域が小さくなる制約である。従来の露光装置のウェハ上での最大の露光領域、すなわち最大のショット寸法は２２ｍｍ×２２ｍｍ程度であったが、これを２分割し、さらにまたパターン間遮光領域を設ける場合には、パターン間遮光領域を例えば５００μｍ程度と想定すると、最大のショット寸法はおおよそ２２ｍｍ×１０．７５μｍとなる。この点については、この範囲に収まるチップが露光対象であれば、本発明の露光方法を十分に適用可能である。
【００３２】
また、露光領域を最大限に利用したマルチチップレチクルとはできず、半導体露光装置としてのスループットの向上を図ることは困難であるが、本発明について想定される主用途は、試作品や少量生産品であるので、実施上の問題とはならない。
【００３３】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、写真製版工程に用いるマスクの枚数を低減することができるので、マスク製作の費用を削減し、製作に要する期間を短縮することが可能となる。
【００３４】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、１枚のマスクに２つの工程のパターンを形成したが、さらに多くの工程に相当するパターンを、１枚のマスク上に形成することも可能である。
【００３５】
図８は、４つの配線工程用のパターンを形成したマスク３００を例示的に示す図である。マスク３００においては、外枠１０１および周辺遮光部１０２に囲まれた露光可能な平坦なマスク面１００Ｓに、４つのショット領域３１１、３２１、３３１および３４１が形成され、それらには、順に、第１配線、第２配線、第３配線、第４配線の工程に対応するパターン３１２、３２２、３３２、３４２が形成されているとする。また、パターン間遮光領域１０３（１０３ａ、１０３ｂ）により、各ショット領域間が遮光される。
【００３６】
本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、それぞれの配線工程についての露光処理を行うたびごとに、ブラインド部３がそれぞれのショット領域に対応する照射領域を与えるように配置され、露光処理が行われることとなる。
【００３７】
これにより、従来は４枚のマスクが必要であった４つの工程のパターンを、１枚のマスクに形成できるので、マスク製作にかかる費用は低減され、製作期間は大幅に短縮される。
【００３８】
例えば、実施の形態１で述べた４層配線ＣＭＯＳデバイスの写真製版プロセスであれば、図９に示すように、最大４つの工程のパターンを１枚のマスク上に形成することで、計５枚のマスクで作ることができ、マスク枚数を１／３に低減させることができる。
【００３９】
＜実施の形態３＞
試作品の製造や製品の開発段階では、設計変更によりマスクパターンの改訂・変更が必要となる場合が多々ある。そうした場合、費用や製作期間の増加をできるだけ抑制することが求められる。本発明は、こうした場合についても対応が可能である。
【００４０】
図１０は、実施の形態２に係るマスク３００を用いた写真製版工程において、第２配線工程に対応するパターン３２２にのみ改訂が必要となった場合の、改訂マスク３５０の例を示す図である。改訂マスク３５０は、外枠１０１および周辺遮光部１０２に囲まれた露光可能なマスク面１００Ｓのうち、実施の形態２に係るマスク３００の第２配線工程に対応するショット領域３２１と同位置に、同サイズのショット領域３２１ａを備えている。ショット領域３２１ａには、改訂後のパターン３２２ａが形成されている。そして他のパターンに相当する領域には全て、遮光部３２３が形成されている。
【００４１】
このような改訂マスク３５０を用意することで、新たな写真製版工程においては、第２配線工程についての露光のみこの改訂マスク３５０を用い、他の第１、第３、および第４配線工程については、改訂前のマスク３００をそのまま使用することになる。
【００４２】
このように、改訂が必要なパターンを改訂対象パターンとして決定し、その改訂対象パターンに相当する部分のみを新たに作成することで、マスク全体を新しく作成する場合に比べ、作成の際の描画時間を短縮でき、かつ、マスクの検査、修正に要する時間、手間も省くことができる。結果として、改訂マスク製作に要する費用は最小限に抑制され、製作期間も短縮することができ、設計変更に対し迅速に対応することが可能となる。
【００４３】
＜変形例＞
上述の実施の形態においては、１枚のマスクに２ないし４工程のパターンを形成するものとしたが、本発明はそれには限定されず、３工程もしくは５工程以上の工程のパターンを１枚のマスク上に形成することも可能である。ただし、同一マスク上に形成する工程が増えるとショット領域が減少するので、実際に製作したいデバイスのショットの大きさから、工程数の上限が定まることとなる。
【００４４】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１の発明によれば、マスクの所定の領域にのみ露光用光を照射することができるので、複数のマスクパターンを有するマスクの一部分のパターンについてのみ、選択的に露光を行うことができる。
【００４５】
また、請求項２の発明によれば、所定の照射領域に確実に露光用光を照射することができる。
【００４６】
また、請求項３の発明によれば、マスクにおける露光用光の照射領域を、様々なサイズおよび位置の矩形領域とすることができる。
【００４７】
また、請求項４の発明によれば、一のマスクによって、複数の異なるパターンを露光することができるので、写真製版工程において必要なマスク枚数を低減でき、マスク製作にかかる費用の削減、および製作期間の短縮が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体露光装置１０の構成を模式的に示す図である。
【図２】ブラインド部３について説明するための図である。
【図３】マスク１００の上面図である。
【図４】マスク１００を用いて第１配線工程の露光を行う場合を説明するための図である。
【図５】４層配線ＣＭＯＳデバイスの写真製版プロセスにおけるパターンの組合せを示す図である。
【図６】１Ｆと１Ｇのパターンを形成したマスク１５０を示す図である。
【図７】ゲートパターンを形成した後の基板の断面図である。
【図８】４つの配線工程用のパターンを形成したマスク３００を例示的に示す図である。
【図９】４層配線ＣＭＯＳデバイスの写真製版プロセスにおけるパターンの組合せを示す図である。
【図１０】改訂マスク３５０の例を示す図である。
【図１１】従来のマスク５００の上面図である。
【符号の説明】
１　光源、２　照明光学系、３　ブラインド部、４，１００，１５０，３００マスク、５　レチクルステージ、６　縮小光学系、７，１６１　基板、８　露光ステージ、９　制御部、１０　半導体露光装置、１１，１３１　照射領域、１０１　外枠、１０２　周辺遮光部、１０３　パターン間遮光領域、１１１，１２１，３１１，３２１，３３１，３４１　ショット領域、１１２，１２２　配線パターン、１３２　遮光領域、１６２　分離酸化膜、１６３　ゲート酸化膜、１６４　ポリシリコン

Claims

マスクを用いて基板上に所定のパターンを露光する方法であって、
マスク面にそれぞれ異なる工程に対応する複数の異なるマスクパターンが形成されたマスクにおける光の照射領域を制限する遮蔽工程と、
制限された照射領域を介して前記光を基板に与える工程と、
を備えることを特徴とする露光方法。
請求項１に記載の露光方法であって、
前記遮蔽工程が、前記マスクの配置位置の直上に備わる遮蔽手段により行われることを特徴とする露光方法。
請求項２に記載の露光方法であって、
前記遮蔽手段が互いに対向配置された２つの遮蔽板の対を２対備え、
そのうちの１対を構成する２つの遮蔽板の移動方向と、他の１対を構成する２つの遮蔽板の移動方向とが、互いに直交することを特徴とする露光方法。
請求項３に記載の露光方法であって、
前記マスクの前記複数の異なるマスクパターンのそれぞれについて順次露光を行う露光工程をさらに備え、
前記遮蔽工程は、前記複数の異なるマスクパターンのうち前記露光工程において露光対象となったマスクパターンに対応して、前記照射領域を設定可能であることを特徴とする露光方法。