JP2004241596A - 露光用マスクパターンの補正方法、並びに露光用マスクの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ステンシルマスクのたわみ等による露光用マスクパターンの歪みを精度良く、且つ高速に補正する方法、並びにこの補正方法を適用した露光用マスクの製造方法を提供すること。
【解決手段】位置ずれ測定用パターン２を有する露光用マスクによる露光、及び位置ずれ測定用パターン１を有する光用マスクによる露光を、ウエハ上の感光層に対して重ねて行う。感光層上で、光用マスクのパターン１を基準として、露光用マスクのパターン２の位置（ｘ１ 〜ｘ４ 及びｙ１ 〜ｙ４ ）を測定する。この測定を、マスクパターンが形成されるメンブレンの全領域で行い、マスク歪み分布を取得する。このデータに基づいて、マスク歪みを相殺する補正を、マスクパターン設計データに対し一括して行う。１つのマスクに対して取得されたマスク歪み分布は、そのマスクとマスク材質及びマスク構造が同じマスクである場合には、そのまま利用することが可能である。
【選択図】 図１
【解決手段】位置ずれ測定用パターン２を有する露光用マスクによる露光、及び位置ずれ測定用パターン１を有する光用マスクによる露光を、ウエハ上の感光層に対して重ねて行う。感光層上で、光用マスクのパターン１を基準として、露光用マスクのパターン２の位置（ｘ１ 〜ｘ４ 及びｙ１ 〜ｙ４ ）を測定する。この測定を、マスクパターンが形成されるメンブレンの全領域で行い、マスク歪み分布を取得する。このデータに基づいて、マスク歪みを相殺する補正を、マスクパターン設計データに対し一括して行う。１つのマスクに対して取得されたマスク歪み分布は、そのマスクとマスク材質及びマスク構造が同じマスクである場合には、そのまま利用することが可能である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造のリソグラフィ工程に好適な露光用マスクパターンの補正方法、並びに露光用マスクの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスはますます微細化され、光リソグラフィの解像限界を超えようとしている。このため、電子ビーム又はイオンビーム等の荷電粒子線やＸ線を用いて微細な回路パターンを描画する微細加工技術が開発されている。
【０００３】
例えば、従来の、収束させた電子ビームによってウエハ等を走査して露光させる直描方式は、微細パターンになるほどデータ量が多くなり、描画時間が長くなって、生産性（スループット）が低下する。
【０００４】
そこで、所定の回路パターンを有する露光用マスクに電子ビーム又はイオンビーム等を照射し、ウエハ上に回路パターンを一括転写する、電子ビーム露光装置又はイオンビーム露光装置が提案されている。
【０００５】
これらの露光技術には、例えば、高エネルギーの電子ビームを使用する電子ビーム転写リソグラフィ（ＥＰＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｈ．Ｃ．Ｐｆｅｉｆｆｅｒｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，（１９９５），３４，６６５８参照。）、低エネルギーの電子ビームを使用する低速電子ビーム近接転写リソグラフィ（ＬＥＥＰＬ：Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｔ．Ｕｔｓｕｍｉ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．５８３１２７２（３ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９９８） 参照。）、イオンビームを使用するイオンビーム転写リソグラフィ（ＩＰＬ：Ｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｈ．Ｌｏｅｓｃｈｎｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，（２００１），Ｂ１９，２５２０参照。）等がある。
【０００６】
上記の低速電子ビーム近接転写リソグラフィは、線幅１００ｎｍ以下のパターンに適用できる、高スループットの電子ビーム露光技術の一つである。この方法では、ウエハと露光用マスクとの間隔を、例えば約５０μｍに近接配置した状態で、平行低加速電圧電子ビームをウエハに照射することにより、マスクパターンをウエハに等倍転写する。
【０００７】
ここで用いられる露光用マスクは、従来の光リソグラフィで用いられてきたマスクとは構造が異なるステンシル様のマスクで、ステンシルマスクと呼ばれる。ステンシルマスクは、露光用ビームを透過しないメンブレン（薄膜）に、ビームが通過するための露光ビーム通過孔（以下、省略してビーム通過孔と呼ぶことがある。）が設けられたものであり、ビーム通過孔は所望のパターン形状に形成される。
【０００８】
ステンシルマスクにおいては、ビーム通過孔を通過するビームが孔の側壁で反射し、パターン精度が損なわれるのを防止する目的で、非常に薄いメンブレンが用いられる。また、ビーム通過孔をエッチングにより高精度で加工するためにも、メンブレンは薄い方がよい。このため、微細パターン形成用のステンシルマスクでは、非常に薄いメンブレンが用いられる。具体的には、厚さ１００ｎｍ〜１０μ程度のＳｉ、ＳｉＣ又はダイアモンド等の薄膜がメンブレンとして用いられる。
【０００９】
図１０は、ステンシルマスクの１例５０の平面図（ａ）、及び平面図（ａ）に示したＸ−Ｘ’線における断面図（ｂ）である。図１０に示すように、ステンシルマスク５０は、電子ビームを通過させるための幅０．０３〜０．０４μｍの複数の露光ビーム通過孔５２が形成された、厚さ０．４〜０．５μｍのメンブレン（薄膜）５１を有している（なお、図１０では、簡略化して示すため、多数ある露光ビーム通過孔を数個分の露光ビーム通過孔５２で代表させて示している。）。このメンブレン５１は、ビーム通過孔５２の周囲に形成された開口部５５を有するＳｉＯ２膜５３を介して、Ｓｉウエハ５４に支持されている。ステンシルマスク５０の全厚は、例えば７２５μｍである。
【００１０】
次に、図１１及び１２を参照しながら、ステンシルマスク５０を用いた電子ビーム露光処理工程及びエッチング工程を説明する。
【００１１】
まず、図１１（ａ）に示すように、Ｓｉ基板６１上にＳｉＯ２膜６２及び配線パターン等に加工される金属薄膜層６３を所定の厚さに積層して形成し、更に、図１１（ｂ）に示すように、金属薄膜層６３の上に電子ビームレジスト層６４を形成する。
【００１２】
次に、図１１（ｃ）に示すように、電子ビームレジスト層６４の上の所定の位置にステンシルマスク５０を配置し、少し離した状態で電子ビーム６５を照射し、露光ビーム通過孔５２を通じて電子ビームレジスト層６４を所定の露光パターンで露光する。
【００１３】
次に、電子ビームレジスト層６４を現像して、不要部を除去する。例えば上記の電子ビームレジスト６４がネガ型であれば、図１２（ｄ）に示すように、電子ビーム６５で照射されたレジスト部分のみが残り、照射されなかったレジスト部分は除かれる。
【００１４】
次に、図１２（ｅ）に示すように、所定のパターンに加工された電子ビームレジスト層６４をマスクとして、金属薄膜層６３をＳｉＯ２膜６２の表面に至るまでドライエッチングで除去する。
【００１５】
次に、図１２（ｆ）に示すように、レジスト６４をアッシング等により除去すると、配線パターン等の、所望の形状を有する金属薄膜層６３を形成することができる。
【００１６】
ステンシルマスクは、パターンと同じ形状の露光ビーム通過孔を有するため、パターン形状やメンブレンの材質、厚さ等の条件によっては、１枚のマスクでパターン全体を形成することができない場合がある。例えばドーナツ形のパターンのように、露光ビーム通過孔の中に孤立した島状のメンブレンを残すパターンは、孤立したメンブレンを支持できないので、１枚のマスクで形成することはできない。
【００１７】
このような場合には、複数の相補形マスクを用いる方式（相補分割）が採用される。この方式では、所望のパターンを複数のマスクに分割して形成し、それぞれのマスクで同一のウエハ上に重ねて露光を行うことにより、各マスクパターンをウエハ上で合成して、所望のパターンを完成させる。
【００１８】
図１３は、相補形ステンシルマスクを概念的に説明するための平面図である。図１３（ａ）に示す露光パターン５６は、中央部のメンブレン５１ａを支持することができないので、１枚のステンシルマスクで形成することはできない。しかし、図１３（ｂ）のように相補分割して、上半分の露光パターン５６Ａを形成できるステンシルマスク５０Ａを用いた露光と、下半分の露光パターン５６Ｂを形成できるステンシルマスク５０Ｂを用いた露光を同一ウエハ上に重ねて行うことで、図１３（ｃ）のように、図１３（ａ）の露光パターン５６を形成することができる。
【００１９】
前述したように、ステンシルマスクは、非常に薄いメンブレン（薄膜）の上にマスクパターンが形成されているため、メンブレンの変形によって、マスクパターンに歪みを生じやすい。マスクパターンが歪んで最も懸念される問題は、パターン精度が劣化することであるが、それとともに、相補形マスクであれば、各マスクによって形成される露光パターン間のつなぎ精度（整合性）が劣化する問題もある。
【００２０】
この歪みを補正する方法として、露光ビームの照射角度を調整するなど、露光装置によって補正する方法がある。しかし、一括露光を行う場合には、露光箇所ごとに異なる補正を露光装置によって行うのは、不可能である。
【００２１】
歪みを補正する別の方法として、前もって何らかの方法で歪みの量を求めておき、この歪みと相殺する補正を加えたパターンを、ステンシルマスク上に形成する方法がある。この方法では、露光箇所ごとに異なる補正を詳細に行うことも不可能ではないから、歪みの量が予測できる場合には、非常に有効な方法であると考えられる。
【００２２】
既に、特許文献１には、デバイスパターンを感応基板上に転写露光するための原パターンをレチクル上に描画するに際し、正規のパターンデータとともに、パターン変形の傾向を描画装置に入力し、このパターン変形の傾向に基づいて正規のパターンデータを補正し、この補正したデータでマスクパターンを描画する方法が提案されている。しかしながら、特許文献１には、パターン変形の傾向の具体的内容やその求め方等は、記載されていない。
【００２３】
【特許文献１】
特開２０００−３５６８４８号公報（第２及び６頁、図１）
【００２４】
【発明に至る経過】
本出願人は、鋭意検討した結果、上記のステンシルマスクを作製するときに生じるマスクパターンの歪みの原因に、次の２つが含まれていることを明らかにした。
【００２５】
その１つは、メンブレンに露光ビーム通過孔を形成する際に生ずる、メンブレン内部の応力の変化に起因する歪みである（以下、この応力の変化による歪みを、応力歪みと呼ぶことにする。）。図１４は、その１例を示す小メンブレン領域４の平面図である。なお、小メンブレン領域４とは、メンブレンを多数の小区画に区分したときの１区画であり、歪みの補正を行う際、一括処理できる単位領域として扱うことのできる領域である（この点に関しては、実施の形態の項で後述する。）。図１４に示すように、小メンブレン領域４に設計パターン通りに露光ビーム通過孔３を形成しても、最終的に得られる露光ビーム通過孔の位置や形状は、設計値と異なったものになる。その原因が、応力歪みである。
【００２６】
即ち、ステンシルマスクの作製工程において、露光ビーム通過孔を形成する前のメンブレンでは、メンブレンを構成する結晶層が成長する時に生じた初期応力や、応力調整のためになされるドーピングによる変化や、マスク構造に起因する応力等の様々な内部応力が残留し、これらの応力がビーム通過孔を形成する前のメンブレンの形状でバランスを保っている（なお、この内部応力は、メンブレンが重力によってたわむのを抑制する働きもしている。）。
【００２７】
このメンブレンに、露光ビーム通過孔が形成されると、ビーム通過孔の部分の内部応力が解放されるため、内部応力のバランスが崩れ、ビーム通過孔の周囲のメンブレンが変形し、ビーム通過孔の位置や形状が歪むとともに、周囲のビーム通過孔にも歪みが生じる。特に、メンブレンが薄い場合、材質によっては歪みが大きくなり、ビーム通過孔の形成によるパターンの歪みは無視できない。
【００２８】
この応力歪みは、ビーム通過孔の形状、及びメンブレン上でビーム通過孔を取り囲んでいる周囲の状態に応じて変化する。従って、応力歪みの補正は、各ビーム通過孔ごとに行う必要がある。
【００２９】
この応力歪みについては、本出願者は、既に、有限要素法に基づいて信頼性高く、高速に計算して、マスクパターンを補正する方法を提案した（特願２００２−１１９８４５；以下、特願２００２−１１９８４５に係る発明を先願発明と称する。）。この方法では、メンブレンを複数の要素領域に均等に分割し、各要素領域における開孔部（露光ビーム通過孔）の面積密度の大小に応じて各要素領域の仮想的厚さを設定する。更に、開孔部の形状の特徴に応じて疑似弾性マトリックスを割り当てる。そして、開孔部を有する一定厚さの各要素の弾性マトリックスを、開孔部を持たない仮想的厚さの要素の疑似弾性マトリックスで近似して、有限要素法により歪みの大きさを高速で計算する。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
マスクパターンの歪みを生ずるもう１つの原因は、メンブレンに作用する重力等によるメンブレン全体のたわみ（変形）である。図１５に示すように、ステンシルマスクは、マスクにパターンを形成している時と、ウエハへの露光を行う時とでは、マスクの向きが上下反転する。このため、重力が逆向きに作用して、ウエハへの露光時にステンシルマスクが歪むという問題が生じる（メンブレン全体のたわみ（変形）によるマスクパターンの歪みをマスク歪みと呼ぶことにする。重力以外の歪みの原因として、電子ビームの吸収によるマスクの熱膨張等も考えられる。）。
【００３１】
マスク歪みを前もって調べる方法の１つに数値解析がある。しかし、精度の良い解析には計算時間がかかり、又、結果を保証できる十分な検討がなされていない計算は、実用的ではない。そのため、簡潔で、且つ、精度の良い補正方法が求められている。
【００３２】
本発明の目的は、上記のような実情に鑑み、メンブレンのたわみ等による露光用マスクパターンの歪みを精度良く、且つ高速に補正する方法、並びにこの補正方法を適用した露光用マスクの製造方法を提供することにある。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第１の発明は、薄膜に露光ビーム通過孔が形成され、前記露光ビーム通過孔を通じて所定パターンに露光を行うのに用いられる露光用マスクのマスクパターンの補正方法において、前記薄膜の変形による前記露光ビーム通過孔の歪みを相殺する補正をマスクパターンに対し一括して行う露光用マスクパターンの補正方法に係わるものである。
【００３４】
また、本発明の第２の発明は、薄膜に露光ビーム通過孔が形成され、前記露光ビーム通過孔を通じて所定パターンに露光を行うのに用いられる露光用マスクのマスクパターンの補正方法において、前記露光用マスクを用いて得られた露光パターンと、基準マスクによる基準露光パターンとを比較して、前記薄膜の各領域ごとの歪みの分布データを取得する工程と、この歪みの分布データを用いて、前記薄膜の変形による前記露光ビーム通過孔の歪みを相殺する補正を行う工程とを有する、露光用マスクパターンの補正方法に係わるものである。
【００３５】
更に、本発明は、前記露光用マスクのマスクパターンの補正方法を実施して、前記所定パターンの露光用マスクを設計する、露光用マスクの製造方法にも係わるものである。
【００３６】
本発明の第１の発明によれば、前記薄膜に形成されマスクパターンの補正方法において、前記薄膜の変形による前記露光ビーム通過孔の歪みを相殺する補正をマスクパターンに対し一括して行う。この結果、前記露光ビーム通過孔の歪みを精度良く、且つ高速に補正することができる。また、この補正を適用することで、前記所定パターン通りの露光を行うことのできる前記露光用マスクを作製することができる。
【００３７】
また、本発明の第２の発明によれば、前記薄膜に形成されマスクパターンの補正方法において、前記露光用マスクを用いて得られた露光パターンと、基準マスクによる基準露光パターンとを比較して、前記薄膜の各領域ごとの歪みの分布データを取得し、この歪みの分布データを用いて、前記薄膜の変形による前記露光ビーム通過孔の歪みを相殺する補正を行う。この結果、前記基準露光パターンを基準とする補正を行うことができる。また、この補正を適用することで、前記基準露光パターンを基準として、高い精度で露光を行うことのできる、前記露光用マスクを作製することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の発明においても、前記露光用マスクを用いて得られた露光パターンと、基準マスクによる基準露光パターンとを比較して、前記薄膜の各領域ごとの歪みの分布データを取得し、このデータに基づき前記露光ビーム通過孔の歪みを相殺する補正を行うのがよい。これにより、本発明の第２の発明と同様に、前記基準露光パターンを基準とする補正を行うことができる。また、この補正を適用することで、前記基準露光パターンを基準として、高い精度で露光を行うことのできる前記露光用マスクを作製することができる。
【００３９】
本発明において、前記露光用マスクによる露光と、前記基準マスクによる露光とを共通の感光層に対して行い、この感光層の露光パターン（露光後の現像で得られた感光層パターン）を実測して比較し、前記歪みの分布データを取得するのがよい。前記基準マスクとしては、特に限定されるものではないが、通常、重力等による変形のないガラス基板等の上に形成された光マスクが好ましい。これにより、前記露光用マスクの変形による露光パターンの歪みを確実に除去することができる。また、相補形のステンシルマスクでは、そのうちの１枚を基準マスクとすることもできる。これにより、各相補形マスクによって形成される露光パターン間のつなぎ精度（整合性）が効果的に改善される。
【００４０】
また、前記歪みの分布データによって、前記基準マスクによる基準の露光において発生するパターン歪みに対して前記露光ビーム通過孔の歪みを比較して合わせ込み、前記補正を行うのがよい。例えば、ステンシルマスクを用いた電子ビーム露光と、光マスクを用いた光露光とを併用する場合、光マスクとその露光装置とにより発生するパターン歪み、プレスメントエラーに対して、電子ビーム露光の合わせ込みをすることになり、電子ビーム露光と光露光との精度の良いミックスアンドマッチ（又はハイブリッド露光）が可能になる。
【００４１】
本発明に基づくマスクパターン補正方法は、電子ビーム、イオンビーム又はＸ線によるリソグラフィで用いられる、前記露光用マスクの製造に適用するのがよい。
【００４２】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的に説明する。
【００４３】
実施の形態１
図４は、本実施の形態における歪み補正工程のフロー図である。所望の回路パターンに対応するマスクパターン設計データは、そのままマスクパターン描画データとして使われるのではなく、応力歪み及びマスク歪みと相殺する補正を加えられた後、マスクパターン描画データとして使われる。図４では、先に応力歪みを補正し、次にマスク歪みを補正する流れになっているが、この順序は逆でもよい。
【００４４】
応力歪みの補正は、必要に応じて行えばよいが、前述した先願発明の応力歪みの計算方法を用い、高速且つ信頼性の高い処理を行うことができる。
【００４５】
マスク歪みの補正に対しては、露光用マスクによる露光と、基準マスクによる露光とを共通の感光層に対して行い、この感光層の露光パターンを実測して、マスク歪みによる位置ずれのデータを取得する。そして、このデータに基づいて、マスク歪みを相殺する補正を、マスクパターン設計データに対し一括して行う。基準マスクとしては、光用マスクを使用する。
【００４６】
以下、マスク歪み分布の測定法を具体的に説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は、マスク歪み分布を得るための位置ずれ測定用パターン１及び２の例を示す。光用マスクには、図１（ａ）に示すように、光学系の収差等による歪みの少ない十字形のパターン１がよい。ステンシルマスクには、例えば図１（ｂ）に示す正方形パターンが形成されている。
【００４７】
図１（ｃ）は、露光によってウエハ上の感光層に形成された、それぞれのパターン１及び２を示す。ウエハ上では、光用マスクの位置ずれ測定用パターン（十字形）１を基準として、これに対するステンシルマスクの位置ずれ測定用パターン（正方形）２の位置、即ち、図中の矢印で示した距離ｘ１ 〜ｘ４ 及びｙ１ 〜ｙ４ を測定する。これらの値の設計値からの変化分から、対応する小メンブレン領域４の位置のずれを検出することができる。
【００４８】
距離ｘ１ 〜ｘ４ 及びｙ１ 〜ｙ４ を実際に測定する主な方法は、２通りある。その１つは、走査型電子顕微鏡を用いる方法である。この方法では、パターン１及び２を含む領域を電子ビームで走査し、表面から放出される２次電子を測定して走査領域の画像情報を取得し、パターン１及び２のエッジを検出して、その距離を測定する。もう１つは、光学的に行う方法である。この方法では、パターン１及び２を含む領域に光を照射し、反射光の強度変化からパターン１及び２のエッジを検出して、その距離を測定する。
【００４９】
上記の測定を、マスクパターンが形成されるメンブレンの全領域で繰り返して行い、マスク歪み分布を取得する。即ち、位置ずれ測定用パターン（十字形）１及び位置ずれ測定用パターン（正方形）２を、それぞれ、各マスク全体に配置し、図２に示すように同一のウエハ上の感光層へ転写し、感光層上のパターンを比較する。ここで、全メンブレン領域を小メンブレン領域４に分割する数や、そこに形成する位置ずれ測定用パターンの形状は、適宜選択すればよい。小メンブレン領域４のサイズを小さくするほど、より詳細なマスク歪み分布を取得することができるが、そのために必要となる作業量は急激に増加する。従って、要求される精度を考慮して、適切な小メンブレン領域４のサイズを決める必要がある。
【００５０】
また、このマスク歪み分布の取得は複数回繰り返し、図３のフローのようにマスク歪分布の平均化を行うことでより精度が向上する。取得したマスク歪み分布をもとにして、図５に示すように、マスクパターン設計データに補正を加え、マスクパターン描画データを作成する。
【００５１】
次に、図６及び７を参照しながら、マスク歪みの補正法を説明する。メンブレンのたわみ等によるマスク歪みは、パターン形状に依存しない変形である。このようなメンブレンの変形では、メンブレンを十分小さい多数の小区画（これを小メンブレン領域と呼んでいる。）に区分して考えると、各小メンブレン領域自体は、ほとんど形を変えないまま、ある方向に位置をずらせているにすぎないと考えられる。つまり、各小メンブレン領域の変形は、小メンブレン領域ではほとんど無視できるほど小さい変形であるが、メンブレン全体では、それらが多数積算されて、メンブレンの変形を生み出している。
【００５２】
図６（ａ）は、上記の、マスク歪みにおける変形の特徴を表す図である。パターン形成時の配置（左図）とウエハ露光時の配置（右図）とをを比べると、小メンブレン領域４は、形を変えないまま、本来の位置４Ａから４Ｂに位置のずれ（ｄ）５を起こし、その結果として小メンブレン領域４の上のすべての露光ビーム通過孔３が同じ方向にｄだけずれている。
【００５３】
図６（ｂ）は、その補正法を示す平面図である。ここでは、予め位置のずれ（ｄ）５を見込んでそれと相殺するように、逆方向に補正（−ｄ）６を加えた位置に露光ビーム通過孔３を配置する（右図）。
【００５４】
次に、図７（ｃ）に示すように、この補正されたパターンで作製されたマスクを用いてウエハを露光すると、ウエハ露光時に生ずる位置ずれ（ｄ）５と予め加えておいた補正分（−ｄ）とが相殺して、小メンブレン領域４のすべての露光ビーム通過孔３が適正な位置に配置される。ここでの補正操作をまとめておくと、次式の通りである。
補正後の座標 ＝ 補正前の座標 ＋ 補正量
補正量 ＝（−１）× 歪み量
【００５５】
既述したように、小メンブレン領域４のすべての露光ビーム通過孔３が同じ方向にｄだけずれるので、小メンブレン領域４内の露光ビーム通過孔３全体に一括して補正を行う。図７（ｄ）のように、領域４内の露光ビーム通過孔３の１つ１つに補正を加える方法は、計算が煩雑になるので、本実施の形態では行わない。
【００５６】
上記のように、１つの小メンブレン領域４における位置のずれが一定であるという条件を満たすためには、小メンブレン領域４内の位置の違いによる歪みの変化が無視できるほど、小メンブレン領域４のサイズが十分小さく設定されていなければならない。一方、既述したように、小メンブレン領域４のサイズを小さくするほど、マスク歪み分布を取得するために必要となる作業量は急激に増加する。従って、要求される精度を考慮して、適切な小メンブレン領域４のサイズを決める必要がある。
【００５７】
本実施の形態によれば、マスク歪分布を一度作成するだけで、容易に精度良くマスク歪みの補正を行うことができる。マスク歪み分布は、応力歪みと異なり、マスクパターンの影響を受けにくい。このため、１つのマスクに対して取得されたマスク歪み分布は、再現性が高く、そのマスクとマスク材質及びマスク構造が同じマスクである場合には、そのまま利用することが可能である。
【００５８】
本方法は、ステンシルマスクを使用する、電子ビーム、イオンビーム、及びＸ線によるリソグラフィに応用することが出来る。
【００５９】
実施の形態２
実施の形態１の方法は、図４に示されているように、応力歪みの補正とマスク歪みの補正とを分けて行うことを前提としているため、歪みの補正に２工程を必要とする。また、小メンブレン領域４のサイズを小さくとる必要のあるマスク歪みに対しては、必要な作業量が多くなる傾向がある。従って、場合によっては、ウエハ上で露光用マスクを用いて得られた露光パターンと、基準マスクを用いて得られた基準露光パターンとを直接比較して、個々の露光ビーム通過孔に対し１つ１つ補正を行う方が容易である場合も考えられる。本実施の形態は、そのような補正方法の１例である。基準マスクとしては、光用マスクを使用する。
【００６０】
図８は、本実施の形態で行う、マスクパターンの位置ずれの測定を示している。位置ずれの測定方法は、図１を用いて説明した実施の形態１の方法と同様であるが、位置ずれの測定は、個々の露光ビーム通過孔に対して行う。即ち、位置ずれ測定用パターン（十字形）１を有する光マスクと、設計パターン通りにマスクパターンを形成したステンシルマスクとを用いて、同一ウエハに重ねて露光し、感光層上で両パターンを比べて、例えば、露光ビーム通過孔１３の位置ずれ（Ｄ１）１５及び露光ビーム通過孔１４の位置ずれ（Ｄ２）１６を測定する。
【００６１】
図８中、正方形の露光ビーム通過孔１４の位置ずれ（Ｄ２）１６は、主にマスク歪みのみによるのに対し、Ｌ字形の露光ビーム通過孔１３の位置ずれ（Ｄ１）１５には、マスク歪みの他に応力歪みが付け加わっているため、両者は異なっている。
【００６２】
本実施の形態の歪み補正の方法では、位置ずれ（Ｄ）の原因の解析は不要で、基準露光パターン１を用いて露光ビーム通過孔ごとに位置ずれ（Ｄ）を実測するのみでよい。位置ずれ（Ｄ）が求まれば、補正の方法は実施の形態１と同様である。つまり、設計パターンの位置に位置ずれ（Ｄ）と相殺する補正（−Ｄ）を加えた位置に露光ビーム通過孔を形成する。例えば、図９（ａ）に示すように、露光ビーム通過孔１３に対しては−Ｄ１の補正１７を行い、露光ビーム通過孔１４に対しては−Ｄ２の補正１８を行う。このようにすると、図９（ｂ）に示すように、ウエハ露光時においては、露光ビーム通過孔１３及び露光ビーム通過孔１４のいずれもが、本来の位置に設置されることになる。
【００６３】
本実施の形態で重要なことは、露光ビーム通過孔ごとに位置ずれ（Ｄ）が実測できることであり、そのために基準露光パターン１が本質的に重要な役割をはたしている。
【００６４】
以上に述べた実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて適宜変更可能である。
【００６５】
【発明の作用効果】
本発明の第１の発明によれば、薄膜に露光ビーム通過孔が形成され、露光ビーム通過孔を通じて所定パターンに露光を行うのに用いられる露光用マスクのマスクパターンの補正方法において、薄膜の変形による露光ビーム通過孔の歪みを相殺する補正をマスクパターンに対し一括して行う。この結果、露光ビーム通過孔の歪みを精度良く、且つ高速に補正することができる。また、この補正を適用することで、所定パターン通りの露光を行うことのできる露光用マスクを作製することができる。
【００６６】
また、本発明の第２の発明によれば、薄膜に露光ビーム通過孔が形成され、露光ビーム通過孔を通じて所定パターンに露光を行うのに用いられる露光用マスクのマスクパターンの補正方法において、露光用マスクを用いて得られた露光パターンと、基準マスクによる基準露光パターンとを比較して、薄膜の各領域ごとの歪みの分布データを取得し、この歪みの分布データを用いて、薄膜の変形による露光ビーム通過孔の歪みを相殺する補正を行う。この結果、基準露光パターンを基準とする補正を行うことができる。また、この補正を適用することで、基準露光パターンを基準として、高い精度で露光を行うことのできる、露光用マスクを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に基づき、小メンブレン領域の位置のずれを測定する方法を示す平面図である。
【図２】同、メンブレン全体でのマスク歪み分布データを取得する方法を示す平面図である。
【図３】同、マスク歪み測定データの精度の向上法を示すフロー図である。
【図４】同、マスクパターンの歪みを補正する工程を示すフロー図である。
【図５】同、マスク歪みを補正する工程を示すフロー図である。
【図６】同、マスク歪みを補正する方法を示す平面図である。
【図７】同、マスク歪みを補正する方法を示す平面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に基づき、マスクパターンの位置ずれを測定する方法を示す平面図である。
【図９】同、マスクパターンの歪みを補正する方法を示す平面図である。
【図１０】ステンシルマスクの１例の平面図（ａ）、及びそのＸ−Ｘ’線における断面図（ｂ）である。
【図１１】同、ステンシルマスクによる露光処理工程を順次示す断面図である。
【図１２】同、ステンシルマスクによる露光処理工程後のエッチング工程を順次示す断面図である。
【図１３】相補ステンシルマスクの概念を説明する平面図である。
【図１４】内部応力変化によってマスクパターンの歪みが生じることを示す小メンブレン領域の平面図である。
【図１５】重力の作用によってマスクパターンの歪みが生じることを示すステンシルマスクの要部概略断面図である。
【符号の説明】
１…位置ずれ測定用パターン（十字形）、
２…位置ずれ測定用パターン（正方形）、３…露光ビーム通過孔、
３Ａ…本来の露光ビーム通過孔の位置、
３Ｂ…歪みでずれた露光ビーム通過孔の位置、
３Ｃ…予め−ｄだけ補正した露光ビーム通過孔の位置、４…小メンブレン領域、
４Ａ…本来の小メンブレン領域の位置、
４Ｂ…歪みでずれた小メンブレン領域の位置、５…位置のずれ（ｄ）、
６…位置の補正（−ｄ）、１１…座標基準線、１３、１４…露光ビーム通過孔、
１３Ａ、１４Ａ…本来の露光ビーム通過孔の位置、
１３Ｂ、１４Ｂ…歪みでずれた露光ビーム通過孔の位置、
１５…位置のずれ（Ｄ１）、１６…位置のずれ（Ｄ２）、
１７…位置の補正（−Ｄ１）、１８…位置の補正（−Ｄ２）、
５０…ステンシルマスク、５１…メンブレン（薄膜）、
５２…露光ビーム通過孔、５３…ＳｉＯ２膜、５４…Ｓｉウエハ、
５５…開口部、６１…Ｓｉ基板、６２…ＳｉＯ２膜、６３…金属薄膜層、
６４…電子ビームレジスト、６５…電子ビーム
ｘ１ 〜ｘ４ …ｘ軸方向位置ずれ測定データ、ｙ１ 〜ｙ４ …ｙ軸方向位置ずれ測定データ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造のリソグラフィ工程に好適な露光用マスクパターンの補正方法、並びに露光用マスクの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスはますます微細化され、光リソグラフィの解像限界を超えようとしている。このため、電子ビーム又はイオンビーム等の荷電粒子線やＸ線を用いて微細な回路パターンを描画する微細加工技術が開発されている。
【０００３】
例えば、従来の、収束させた電子ビームによってウエハ等を走査して露光させる直描方式は、微細パターンになるほどデータ量が多くなり、描画時間が長くなって、生産性（スループット）が低下する。
【０００４】
そこで、所定の回路パターンを有する露光用マスクに電子ビーム又はイオンビーム等を照射し、ウエハ上に回路パターンを一括転写する、電子ビーム露光装置又はイオンビーム露光装置が提案されている。
【０００５】
これらの露光技術には、例えば、高エネルギーの電子ビームを使用する電子ビーム転写リソグラフィ（ＥＰＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｈ．Ｃ．Ｐｆｅｉｆｆｅｒｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，（１９９５），３４，６６５８参照。）、低エネルギーの電子ビームを使用する低速電子ビーム近接転写リソグラフィ（ＬＥＥＰＬ：Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｔ．Ｕｔｓｕｍｉ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．５８３１２７２（３ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９９８） 参照。）、イオンビームを使用するイオンビーム転写リソグラフィ（ＩＰＬ：Ｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｈ．Ｌｏｅｓｃｈｎｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，（２００１），Ｂ１９，２５２０参照。）等がある。
【０００６】
上記の低速電子ビーム近接転写リソグラフィは、線幅１００ｎｍ以下のパターンに適用できる、高スループットの電子ビーム露光技術の一つである。この方法では、ウエハと露光用マスクとの間隔を、例えば約５０μｍに近接配置した状態で、平行低加速電圧電子ビームをウエハに照射することにより、マスクパターンをウエハに等倍転写する。
【０００７】
ここで用いられる露光用マスクは、従来の光リソグラフィで用いられてきたマスクとは構造が異なるステンシル様のマスクで、ステンシルマスクと呼ばれる。ステンシルマスクは、露光用ビームを透過しないメンブレン（薄膜）に、ビームが通過するための露光ビーム通過孔（以下、省略してビーム通過孔と呼ぶことがある。）が設けられたものであり、ビーム通過孔は所望のパターン形状に形成される。
【０００８】
ステンシルマスクにおいては、ビーム通過孔を通過するビームが孔の側壁で反射し、パターン精度が損なわれるのを防止する目的で、非常に薄いメンブレンが用いられる。また、ビーム通過孔をエッチングにより高精度で加工するためにも、メンブレンは薄い方がよい。このため、微細パターン形成用のステンシルマスクでは、非常に薄いメンブレンが用いられる。具体的には、厚さ１００ｎｍ〜１０μ程度のＳｉ、ＳｉＣ又はダイアモンド等の薄膜がメンブレンとして用いられる。
【０００９】
図１０は、ステンシルマスクの１例５０の平面図（ａ）、及び平面図（ａ）に示したＸ−Ｘ’線における断面図（ｂ）である。図１０に示すように、ステンシルマスク５０は、電子ビームを通過させるための幅０．０３〜０．０４μｍの複数の露光ビーム通過孔５２が形成された、厚さ０．４〜０．５μｍのメンブレン（薄膜）５１を有している（なお、図１０では、簡略化して示すため、多数ある露光ビーム通過孔を数個分の露光ビーム通過孔５２で代表させて示している。）。このメンブレン５１は、ビーム通過孔５２の周囲に形成された開口部５５を有するＳｉＯ２膜５３を介して、Ｓｉウエハ５４に支持されている。ステンシルマスク５０の全厚は、例えば７２５μｍである。
【００１０】
次に、図１１及び１２を参照しながら、ステンシルマスク５０を用いた電子ビーム露光処理工程及びエッチング工程を説明する。
【００１１】
まず、図１１（ａ）に示すように、Ｓｉ基板６１上にＳｉＯ２膜６２及び配線パターン等に加工される金属薄膜層６３を所定の厚さに積層して形成し、更に、図１１（ｂ）に示すように、金属薄膜層６３の上に電子ビームレジスト層６４を形成する。
【００１２】
次に、図１１（ｃ）に示すように、電子ビームレジスト層６４の上の所定の位置にステンシルマスク５０を配置し、少し離した状態で電子ビーム６５を照射し、露光ビーム通過孔５２を通じて電子ビームレジスト層６４を所定の露光パターンで露光する。
【００１３】
次に、電子ビームレジスト層６４を現像して、不要部を除去する。例えば上記の電子ビームレジスト６４がネガ型であれば、図１２（ｄ）に示すように、電子ビーム６５で照射されたレジスト部分のみが残り、照射されなかったレジスト部分は除かれる。
【００１４】
次に、図１２（ｅ）に示すように、所定のパターンに加工された電子ビームレジスト層６４をマスクとして、金属薄膜層６３をＳｉＯ２膜６２の表面に至るまでドライエッチングで除去する。
【００１５】
次に、図１２（ｆ）に示すように、レジスト６４をアッシング等により除去すると、配線パターン等の、所望の形状を有する金属薄膜層６３を形成することができる。
【００１６】
ステンシルマスクは、パターンと同じ形状の露光ビーム通過孔を有するため、パターン形状やメンブレンの材質、厚さ等の条件によっては、１枚のマスクでパターン全体を形成することができない場合がある。例えばドーナツ形のパターンのように、露光ビーム通過孔の中に孤立した島状のメンブレンを残すパターンは、孤立したメンブレンを支持できないので、１枚のマスクで形成することはできない。
【００１７】
このような場合には、複数の相補形マスクを用いる方式（相補分割）が採用される。この方式では、所望のパターンを複数のマスクに分割して形成し、それぞれのマスクで同一のウエハ上に重ねて露光を行うことにより、各マスクパターンをウエハ上で合成して、所望のパターンを完成させる。
【００１８】
図１３は、相補形ステンシルマスクを概念的に説明するための平面図である。図１３（ａ）に示す露光パターン５６は、中央部のメンブレン５１ａを支持することができないので、１枚のステンシルマスクで形成することはできない。しかし、図１３（ｂ）のように相補分割して、上半分の露光パターン５６Ａを形成できるステンシルマスク５０Ａを用いた露光と、下半分の露光パターン５６Ｂを形成できるステンシルマスク５０Ｂを用いた露光を同一ウエハ上に重ねて行うことで、図１３（ｃ）のように、図１３（ａ）の露光パターン５６を形成することができる。
【００１９】
前述したように、ステンシルマスクは、非常に薄いメンブレン（薄膜）の上にマスクパターンが形成されているため、メンブレンの変形によって、マスクパターンに歪みを生じやすい。マスクパターンが歪んで最も懸念される問題は、パターン精度が劣化することであるが、それとともに、相補形マスクであれば、各マスクによって形成される露光パターン間のつなぎ精度（整合性）が劣化する問題もある。
【００２０】
この歪みを補正する方法として、露光ビームの照射角度を調整するなど、露光装置によって補正する方法がある。しかし、一括露光を行う場合には、露光箇所ごとに異なる補正を露光装置によって行うのは、不可能である。
【００２１】
歪みを補正する別の方法として、前もって何らかの方法で歪みの量を求めておき、この歪みと相殺する補正を加えたパターンを、ステンシルマスク上に形成する方法がある。この方法では、露光箇所ごとに異なる補正を詳細に行うことも不可能ではないから、歪みの量が予測できる場合には、非常に有効な方法であると考えられる。
【００２２】
既に、特許文献１には、デバイスパターンを感応基板上に転写露光するための原パターンをレチクル上に描画するに際し、正規のパターンデータとともに、パターン変形の傾向を描画装置に入力し、このパターン変形の傾向に基づいて正規のパターンデータを補正し、この補正したデータでマスクパターンを描画する方法が提案されている。しかしながら、特許文献１には、パターン変形の傾向の具体的内容やその求め方等は、記載されていない。
【００２３】
【特許文献１】
特開２０００−３５６８４８号公報（第２及び６頁、図１）
【００２４】
【発明に至る経過】
本出願人は、鋭意検討した結果、上記のステンシルマスクを作製するときに生じるマスクパターンの歪みの原因に、次の２つが含まれていることを明らかにした。
【００２５】
その１つは、メンブレンに露光ビーム通過孔を形成する際に生ずる、メンブレン内部の応力の変化に起因する歪みである（以下、この応力の変化による歪みを、応力歪みと呼ぶことにする。）。図１４は、その１例を示す小メンブレン領域４の平面図である。なお、小メンブレン領域４とは、メンブレンを多数の小区画に区分したときの１区画であり、歪みの補正を行う際、一括処理できる単位領域として扱うことのできる領域である（この点に関しては、実施の形態の項で後述する。）。図１４に示すように、小メンブレン領域４に設計パターン通りに露光ビーム通過孔３を形成しても、最終的に得られる露光ビーム通過孔の位置や形状は、設計値と異なったものになる。その原因が、応力歪みである。
【００２６】
即ち、ステンシルマスクの作製工程において、露光ビーム通過孔を形成する前のメンブレンでは、メンブレンを構成する結晶層が成長する時に生じた初期応力や、応力調整のためになされるドーピングによる変化や、マスク構造に起因する応力等の様々な内部応力が残留し、これらの応力がビーム通過孔を形成する前のメンブレンの形状でバランスを保っている（なお、この内部応力は、メンブレンが重力によってたわむのを抑制する働きもしている。）。
【００２７】
このメンブレンに、露光ビーム通過孔が形成されると、ビーム通過孔の部分の内部応力が解放されるため、内部応力のバランスが崩れ、ビーム通過孔の周囲のメンブレンが変形し、ビーム通過孔の位置や形状が歪むとともに、周囲のビーム通過孔にも歪みが生じる。特に、メンブレンが薄い場合、材質によっては歪みが大きくなり、ビーム通過孔の形成によるパターンの歪みは無視できない。
【００２８】
この応力歪みは、ビーム通過孔の形状、及びメンブレン上でビーム通過孔を取り囲んでいる周囲の状態に応じて変化する。従って、応力歪みの補正は、各ビーム通過孔ごとに行う必要がある。
【００２９】
この応力歪みについては、本出願者は、既に、有限要素法に基づいて信頼性高く、高速に計算して、マスクパターンを補正する方法を提案した（特願２００２−１１９８４５；以下、特願２００２−１１９８４５に係る発明を先願発明と称する。）。この方法では、メンブレンを複数の要素領域に均等に分割し、各要素領域における開孔部（露光ビーム通過孔）の面積密度の大小に応じて各要素領域の仮想的厚さを設定する。更に、開孔部の形状の特徴に応じて疑似弾性マトリックスを割り当てる。そして、開孔部を有する一定厚さの各要素の弾性マトリックスを、開孔部を持たない仮想的厚さの要素の疑似弾性マトリックスで近似して、有限要素法により歪みの大きさを高速で計算する。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
マスクパターンの歪みを生ずるもう１つの原因は、メンブレンに作用する重力等によるメンブレン全体のたわみ（変形）である。図１５に示すように、ステンシルマスクは、マスクにパターンを形成している時と、ウエハへの露光を行う時とでは、マスクの向きが上下反転する。このため、重力が逆向きに作用して、ウエハへの露光時にステンシルマスクが歪むという問題が生じる（メンブレン全体のたわみ（変形）によるマスクパターンの歪みをマスク歪みと呼ぶことにする。重力以外の歪みの原因として、電子ビームの吸収によるマスクの熱膨張等も考えられる。）。
【００３１】
マスク歪みを前もって調べる方法の１つに数値解析がある。しかし、精度の良い解析には計算時間がかかり、又、結果を保証できる十分な検討がなされていない計算は、実用的ではない。そのため、簡潔で、且つ、精度の良い補正方法が求められている。
【００３２】
本発明の目的は、上記のような実情に鑑み、メンブレンのたわみ等による露光用マスクパターンの歪みを精度良く、且つ高速に補正する方法、並びにこの補正方法を適用した露光用マスクの製造方法を提供することにある。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第１の発明は、薄膜に露光ビーム通過孔が形成され、前記露光ビーム通過孔を通じて所定パターンに露光を行うのに用いられる露光用マスクのマスクパターンの補正方法において、前記薄膜の変形による前記露光ビーム通過孔の歪みを相殺する補正をマスクパターンに対し一括して行う露光用マスクパターンの補正方法に係わるものである。
【００３４】
また、本発明の第２の発明は、薄膜に露光ビーム通過孔が形成され、前記露光ビーム通過孔を通じて所定パターンに露光を行うのに用いられる露光用マスクのマスクパターンの補正方法において、前記露光用マスクを用いて得られた露光パターンと、基準マスクによる基準露光パターンとを比較して、前記薄膜の各領域ごとの歪みの分布データを取得する工程と、この歪みの分布データを用いて、前記薄膜の変形による前記露光ビーム通過孔の歪みを相殺する補正を行う工程とを有する、露光用マスクパターンの補正方法に係わるものである。
【００３５】
更に、本発明は、前記露光用マスクのマスクパターンの補正方法を実施して、前記所定パターンの露光用マスクを設計する、露光用マスクの製造方法にも係わるものである。
【００３６】
本発明の第１の発明によれば、前記薄膜に形成されマスクパターンの補正方法において、前記薄膜の変形による前記露光ビーム通過孔の歪みを相殺する補正をマスクパターンに対し一括して行う。この結果、前記露光ビーム通過孔の歪みを精度良く、且つ高速に補正することができる。また、この補正を適用することで、前記所定パターン通りの露光を行うことのできる前記露光用マスクを作製することができる。
【００３７】
また、本発明の第２の発明によれば、前記薄膜に形成されマスクパターンの補正方法において、前記露光用マスクを用いて得られた露光パターンと、基準マスクによる基準露光パターンとを比較して、前記薄膜の各領域ごとの歪みの分布データを取得し、この歪みの分布データを用いて、前記薄膜の変形による前記露光ビーム通過孔の歪みを相殺する補正を行う。この結果、前記基準露光パターンを基準とする補正を行うことができる。また、この補正を適用することで、前記基準露光パターンを基準として、高い精度で露光を行うことのできる、前記露光用マスクを作製することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の発明においても、前記露光用マスクを用いて得られた露光パターンと、基準マスクによる基準露光パターンとを比較して、前記薄膜の各領域ごとの歪みの分布データを取得し、このデータに基づき前記露光ビーム通過孔の歪みを相殺する補正を行うのがよい。これにより、本発明の第２の発明と同様に、前記基準露光パターンを基準とする補正を行うことができる。また、この補正を適用することで、前記基準露光パターンを基準として、高い精度で露光を行うことのできる前記露光用マスクを作製することができる。
【００３９】
本発明において、前記露光用マスクによる露光と、前記基準マスクによる露光とを共通の感光層に対して行い、この感光層の露光パターン（露光後の現像で得られた感光層パターン）を実測して比較し、前記歪みの分布データを取得するのがよい。前記基準マスクとしては、特に限定されるものではないが、通常、重力等による変形のないガラス基板等の上に形成された光マスクが好ましい。これにより、前記露光用マスクの変形による露光パターンの歪みを確実に除去することができる。また、相補形のステンシルマスクでは、そのうちの１枚を基準マスクとすることもできる。これにより、各相補形マスクによって形成される露光パターン間のつなぎ精度（整合性）が効果的に改善される。
【００４０】
また、前記歪みの分布データによって、前記基準マスクによる基準の露光において発生するパターン歪みに対して前記露光ビーム通過孔の歪みを比較して合わせ込み、前記補正を行うのがよい。例えば、ステンシルマスクを用いた電子ビーム露光と、光マスクを用いた光露光とを併用する場合、光マスクとその露光装置とにより発生するパターン歪み、プレスメントエラーに対して、電子ビーム露光の合わせ込みをすることになり、電子ビーム露光と光露光との精度の良いミックスアンドマッチ（又はハイブリッド露光）が可能になる。
【００４１】
本発明に基づくマスクパターン補正方法は、電子ビーム、イオンビーム又はＸ線によるリソグラフィで用いられる、前記露光用マスクの製造に適用するのがよい。
【００４２】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的に説明する。
【００４３】
実施の形態１
図４は、本実施の形態における歪み補正工程のフロー図である。所望の回路パターンに対応するマスクパターン設計データは、そのままマスクパターン描画データとして使われるのではなく、応力歪み及びマスク歪みと相殺する補正を加えられた後、マスクパターン描画データとして使われる。図４では、先に応力歪みを補正し、次にマスク歪みを補正する流れになっているが、この順序は逆でもよい。
【００４４】
応力歪みの補正は、必要に応じて行えばよいが、前述した先願発明の応力歪みの計算方法を用い、高速且つ信頼性の高い処理を行うことができる。
【００４５】
マスク歪みの補正に対しては、露光用マスクによる露光と、基準マスクによる露光とを共通の感光層に対して行い、この感光層の露光パターンを実測して、マスク歪みによる位置ずれのデータを取得する。そして、このデータに基づいて、マスク歪みを相殺する補正を、マスクパターン設計データに対し一括して行う。基準マスクとしては、光用マスクを使用する。
【００４６】
以下、マスク歪み分布の測定法を具体的に説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は、マスク歪み分布を得るための位置ずれ測定用パターン１及び２の例を示す。光用マスクには、図１（ａ）に示すように、光学系の収差等による歪みの少ない十字形のパターン１がよい。ステンシルマスクには、例えば図１（ｂ）に示す正方形パターンが形成されている。
【００４７】
図１（ｃ）は、露光によってウエハ上の感光層に形成された、それぞれのパターン１及び２を示す。ウエハ上では、光用マスクの位置ずれ測定用パターン（十字形）１を基準として、これに対するステンシルマスクの位置ずれ測定用パターン（正方形）２の位置、即ち、図中の矢印で示した距離ｘ１ 〜ｘ４ 及びｙ１ 〜ｙ４ を測定する。これらの値の設計値からの変化分から、対応する小メンブレン領域４の位置のずれを検出することができる。
【００４８】
距離ｘ１ 〜ｘ４ 及びｙ１ 〜ｙ４ を実際に測定する主な方法は、２通りある。その１つは、走査型電子顕微鏡を用いる方法である。この方法では、パターン１及び２を含む領域を電子ビームで走査し、表面から放出される２次電子を測定して走査領域の画像情報を取得し、パターン１及び２のエッジを検出して、その距離を測定する。もう１つは、光学的に行う方法である。この方法では、パターン１及び２を含む領域に光を照射し、反射光の強度変化からパターン１及び２のエッジを検出して、その距離を測定する。
【００４９】
上記の測定を、マスクパターンが形成されるメンブレンの全領域で繰り返して行い、マスク歪み分布を取得する。即ち、位置ずれ測定用パターン（十字形）１及び位置ずれ測定用パターン（正方形）２を、それぞれ、各マスク全体に配置し、図２に示すように同一のウエハ上の感光層へ転写し、感光層上のパターンを比較する。ここで、全メンブレン領域を小メンブレン領域４に分割する数や、そこに形成する位置ずれ測定用パターンの形状は、適宜選択すればよい。小メンブレン領域４のサイズを小さくするほど、より詳細なマスク歪み分布を取得することができるが、そのために必要となる作業量は急激に増加する。従って、要求される精度を考慮して、適切な小メンブレン領域４のサイズを決める必要がある。
【００５０】
また、このマスク歪み分布の取得は複数回繰り返し、図３のフローのようにマスク歪分布の平均化を行うことでより精度が向上する。取得したマスク歪み分布をもとにして、図５に示すように、マスクパターン設計データに補正を加え、マスクパターン描画データを作成する。
【００５１】
次に、図６及び７を参照しながら、マスク歪みの補正法を説明する。メンブレンのたわみ等によるマスク歪みは、パターン形状に依存しない変形である。このようなメンブレンの変形では、メンブレンを十分小さい多数の小区画（これを小メンブレン領域と呼んでいる。）に区分して考えると、各小メンブレン領域自体は、ほとんど形を変えないまま、ある方向に位置をずらせているにすぎないと考えられる。つまり、各小メンブレン領域の変形は、小メンブレン領域ではほとんど無視できるほど小さい変形であるが、メンブレン全体では、それらが多数積算されて、メンブレンの変形を生み出している。
【００５２】
図６（ａ）は、上記の、マスク歪みにおける変形の特徴を表す図である。パターン形成時の配置（左図）とウエハ露光時の配置（右図）とをを比べると、小メンブレン領域４は、形を変えないまま、本来の位置４Ａから４Ｂに位置のずれ（ｄ）５を起こし、その結果として小メンブレン領域４の上のすべての露光ビーム通過孔３が同じ方向にｄだけずれている。
【００５３】
図６（ｂ）は、その補正法を示す平面図である。ここでは、予め位置のずれ（ｄ）５を見込んでそれと相殺するように、逆方向に補正（−ｄ）６を加えた位置に露光ビーム通過孔３を配置する（右図）。
【００５４】
次に、図７（ｃ）に示すように、この補正されたパターンで作製されたマスクを用いてウエハを露光すると、ウエハ露光時に生ずる位置ずれ（ｄ）５と予め加えておいた補正分（−ｄ）とが相殺して、小メンブレン領域４のすべての露光ビーム通過孔３が適正な位置に配置される。ここでの補正操作をまとめておくと、次式の通りである。
補正後の座標 ＝ 補正前の座標 ＋ 補正量
補正量 ＝（−１）× 歪み量
【００５５】
既述したように、小メンブレン領域４のすべての露光ビーム通過孔３が同じ方向にｄだけずれるので、小メンブレン領域４内の露光ビーム通過孔３全体に一括して補正を行う。図７（ｄ）のように、領域４内の露光ビーム通過孔３の１つ１つに補正を加える方法は、計算が煩雑になるので、本実施の形態では行わない。
【００５６】
上記のように、１つの小メンブレン領域４における位置のずれが一定であるという条件を満たすためには、小メンブレン領域４内の位置の違いによる歪みの変化が無視できるほど、小メンブレン領域４のサイズが十分小さく設定されていなければならない。一方、既述したように、小メンブレン領域４のサイズを小さくするほど、マスク歪み分布を取得するために必要となる作業量は急激に増加する。従って、要求される精度を考慮して、適切な小メンブレン領域４のサイズを決める必要がある。
【００５７】
本実施の形態によれば、マスク歪分布を一度作成するだけで、容易に精度良くマスク歪みの補正を行うことができる。マスク歪み分布は、応力歪みと異なり、マスクパターンの影響を受けにくい。このため、１つのマスクに対して取得されたマスク歪み分布は、再現性が高く、そのマスクとマスク材質及びマスク構造が同じマスクである場合には、そのまま利用することが可能である。
【００５８】
本方法は、ステンシルマスクを使用する、電子ビーム、イオンビーム、及びＸ線によるリソグラフィに応用することが出来る。
【００５９】
実施の形態２
実施の形態１の方法は、図４に示されているように、応力歪みの補正とマスク歪みの補正とを分けて行うことを前提としているため、歪みの補正に２工程を必要とする。また、小メンブレン領域４のサイズを小さくとる必要のあるマスク歪みに対しては、必要な作業量が多くなる傾向がある。従って、場合によっては、ウエハ上で露光用マスクを用いて得られた露光パターンと、基準マスクを用いて得られた基準露光パターンとを直接比較して、個々の露光ビーム通過孔に対し１つ１つ補正を行う方が容易である場合も考えられる。本実施の形態は、そのような補正方法の１例である。基準マスクとしては、光用マスクを使用する。
【００６０】
図８は、本実施の形態で行う、マスクパターンの位置ずれの測定を示している。位置ずれの測定方法は、図１を用いて説明した実施の形態１の方法と同様であるが、位置ずれの測定は、個々の露光ビーム通過孔に対して行う。即ち、位置ずれ測定用パターン（十字形）１を有する光マスクと、設計パターン通りにマスクパターンを形成したステンシルマスクとを用いて、同一ウエハに重ねて露光し、感光層上で両パターンを比べて、例えば、露光ビーム通過孔１３の位置ずれ（Ｄ１）１５及び露光ビーム通過孔１４の位置ずれ（Ｄ２）１６を測定する。
【００６１】
図８中、正方形の露光ビーム通過孔１４の位置ずれ（Ｄ２）１６は、主にマスク歪みのみによるのに対し、Ｌ字形の露光ビーム通過孔１３の位置ずれ（Ｄ１）１５には、マスク歪みの他に応力歪みが付け加わっているため、両者は異なっている。
【００６２】
本実施の形態の歪み補正の方法では、位置ずれ（Ｄ）の原因の解析は不要で、基準露光パターン１を用いて露光ビーム通過孔ごとに位置ずれ（Ｄ）を実測するのみでよい。位置ずれ（Ｄ）が求まれば、補正の方法は実施の形態１と同様である。つまり、設計パターンの位置に位置ずれ（Ｄ）と相殺する補正（−Ｄ）を加えた位置に露光ビーム通過孔を形成する。例えば、図９（ａ）に示すように、露光ビーム通過孔１３に対しては−Ｄ１の補正１７を行い、露光ビーム通過孔１４に対しては−Ｄ２の補正１８を行う。このようにすると、図９（ｂ）に示すように、ウエハ露光時においては、露光ビーム通過孔１３及び露光ビーム通過孔１４のいずれもが、本来の位置に設置されることになる。
【００６３】
本実施の形態で重要なことは、露光ビーム通過孔ごとに位置ずれ（Ｄ）が実測できることであり、そのために基準露光パターン１が本質的に重要な役割をはたしている。
【００６４】
以上に述べた実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて適宜変更可能である。
【００６５】
【発明の作用効果】
本発明の第１の発明によれば、薄膜に露光ビーム通過孔が形成され、露光ビーム通過孔を通じて所定パターンに露光を行うのに用いられる露光用マスクのマスクパターンの補正方法において、薄膜の変形による露光ビーム通過孔の歪みを相殺する補正をマスクパターンに対し一括して行う。この結果、露光ビーム通過孔の歪みを精度良く、且つ高速に補正することができる。また、この補正を適用することで、所定パターン通りの露光を行うことのできる露光用マスクを作製することができる。
【００６６】
また、本発明の第２の発明によれば、薄膜に露光ビーム通過孔が形成され、露光ビーム通過孔を通じて所定パターンに露光を行うのに用いられる露光用マスクのマスクパターンの補正方法において、露光用マスクを用いて得られた露光パターンと、基準マスクによる基準露光パターンとを比較して、薄膜の各領域ごとの歪みの分布データを取得し、この歪みの分布データを用いて、薄膜の変形による露光ビーム通過孔の歪みを相殺する補正を行う。この結果、基準露光パターンを基準とする補正を行うことができる。また、この補正を適用することで、基準露光パターンを基準として、高い精度で露光を行うことのできる、露光用マスクを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に基づき、小メンブレン領域の位置のずれを測定する方法を示す平面図である。
【図２】同、メンブレン全体でのマスク歪み分布データを取得する方法を示す平面図である。
【図３】同、マスク歪み測定データの精度の向上法を示すフロー図である。
【図４】同、マスクパターンの歪みを補正する工程を示すフロー図である。
【図５】同、マスク歪みを補正する工程を示すフロー図である。
【図６】同、マスク歪みを補正する方法を示す平面図である。
【図７】同、マスク歪みを補正する方法を示す平面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に基づき、マスクパターンの位置ずれを測定する方法を示す平面図である。
【図９】同、マスクパターンの歪みを補正する方法を示す平面図である。
【図１０】ステンシルマスクの１例の平面図（ａ）、及びそのＸ−Ｘ’線における断面図（ｂ）である。
【図１１】同、ステンシルマスクによる露光処理工程を順次示す断面図である。
【図１２】同、ステンシルマスクによる露光処理工程後のエッチング工程を順次示す断面図である。
【図１３】相補ステンシルマスクの概念を説明する平面図である。
【図１４】内部応力変化によってマスクパターンの歪みが生じることを示す小メンブレン領域の平面図である。
【図１５】重力の作用によってマスクパターンの歪みが生じることを示すステンシルマスクの要部概略断面図である。
【符号の説明】
１…位置ずれ測定用パターン（十字形）、
２…位置ずれ測定用パターン（正方形）、３…露光ビーム通過孔、
３Ａ…本来の露光ビーム通過孔の位置、
３Ｂ…歪みでずれた露光ビーム通過孔の位置、
３Ｃ…予め−ｄだけ補正した露光ビーム通過孔の位置、４…小メンブレン領域、
４Ａ…本来の小メンブレン領域の位置、
４Ｂ…歪みでずれた小メンブレン領域の位置、５…位置のずれ（ｄ）、
６…位置の補正（−ｄ）、１１…座標基準線、１３、１４…露光ビーム通過孔、
１３Ａ、１４Ａ…本来の露光ビーム通過孔の位置、
１３Ｂ、１４Ｂ…歪みでずれた露光ビーム通過孔の位置、
１５…位置のずれ（Ｄ１）、１６…位置のずれ（Ｄ２）、
１７…位置の補正（−Ｄ１）、１８…位置の補正（−Ｄ２）、
５０…ステンシルマスク、５１…メンブレン（薄膜）、
５２…露光ビーム通過孔、５３…ＳｉＯ２膜、５４…Ｓｉウエハ、
５５…開口部、６１…Ｓｉ基板、６２…ＳｉＯ２膜、６３…金属薄膜層、
６４…電子ビームレジスト、６５…電子ビーム
ｘ１ 〜ｘ４ …ｘ軸方向位置ずれ測定データ、ｙ１ 〜ｙ４ …ｙ軸方向位置ずれ測定データ
Claims (8)
- 薄膜に露光ビーム通過孔が形成され、前記露光ビーム通過孔を通じて所定パターンに露光を行うのに用いられる露光用マスクのマスクパターンの補正方法において、
前記薄膜の変形による前記露光ビーム通過孔の歪みを相殺する補正をマスクパターンに対し一括して行う
露光用マスクパターンの補正方法。 - 薄膜に露光ビーム通過孔が形成され、前記露光ビーム通過孔を通じて所定パターンに露光を行うのに用いられる露光用マスクのマスクパターンの補正方法において、
前記露光用マスクを用いて得られた露光パターンと、基準マスクによる基準露光パターンとを比較して、前記薄膜の各領域ごとの歪みの分布データを取得する工程と、
この歪みの分布データを用いて、前記薄膜の変形による前記露光ビーム通過孔の歪みを相殺する補正を行う工程と
を有する、露光用マスクパターンの補正方法。 - 前記露光用マスクを用いて得られた露光パターンと、基準マスクによる基準露光パターンとを比較して、前記薄膜の各領域ごとの歪みの分布データを取得する、請求項１に記載した露光用マスクパターンの補正方法。
- 前記露光用マスクによる露光と、前記基準マスクによる露光とを共通の感光層に対して行い、この感光層の露光パターンを実測して比較する、請求項２又は３に記載した露光用マスクパターンの補正方法。
- 前記歪みの分布データによって、前記基準マスクによる露光において発生するパターン歪みに対して前記露光ビーム通過孔の歪みを比較して合わせ込み、前記補正を行う、請求項２又は３に記載した露光用マスクパターンの補正方法。
- 電子ビーム、イオンビーム又はＸ線によるリソグラフィで用いられる前記露光用マスクの製造に適用する、請求項１又は２に記載した露光用マスクパターンの補正方法。
- 請求項１又は２に記載した前記露光用マスクパターンの補正方法を実施して、前記所定パターンの露光用マスクを設計する、露光用マスクの製造方法。
- 請求項３〜６のいずれか１項に記載した露光用マスクパターンの補正方法を実施する、請求項７に記載した露光用マスクの製造方法。
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2003
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