JP2005017314A - 露光マスクおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光装置の占有時間における生産ラインへの影響を減少できる露光マスクおよび半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、１枚の透光性基板１０に所定の遮光パターンを有するパターン領域Ａ〜Ｃが複数のブロックＢＡ１、ＢＡ２、ＢＢ、ＢＣに分かれて配置される露光マスク１において、この複数のブロックブロックＢＡ１、ＢＡ２、ＢＢ、ＢＣとして、異なるレイヤへの露光を行うものが透光性基板１０に配置されるとともに、一のレイヤへの露光を行うブロックの数と他のレイヤへの露光を行うブロックの数とが異なっているものである。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透光性基板に所定の遮光パターン領域を有する複数のブロックが設けられた露光マスクおよび半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子または液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、露光マスクまたはレチクルのパターン像を投影光学系を介して例えば１／４程度に縮小し、感光材（フォトレジスト等）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）上に露光する投影露光装置が使用されている。半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影露光装置に使用されている投影光学系に要求される解像力は益々高まっている。
【０００３】
また、使用される光マスクのパターンも微細化されてきており、９０ｎｍ世代では、露光マスク上でも０．３μｍ以下のパターンが使用されるようになってきている。このような高精度の露光マスクを製造するためには、より高価な描画装置、検査装置を使用することが必要である。
【０００４】
さらに、パターン数の増大に対してマスク描画装置のスループットの性能向上が追いつかず、マスクの生産性が大きく下がってきている。よって、必然的にマスクの製造コストが高騰してきている。
【０００５】
従来、１枚の露光マスクには、１つの工程（例えば、素子分離層、ゲート層、配線層、コンタクトホール層）に対応したパターン（チップ）のみが配置されるが、露光マスクの製造コストを抑えるために１枚の基板に対して複数の露光工程で使用するパターンのブロックを混在させた技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
この特許文献１に記載の技術を用いて、例えば、従来３０枚の露光マスクで製造していた半導体装置を５枚の露光マスクで製造すれば、単純には、露光マスクのコストは１／６となって大幅に低減できる。ただし、１回の露光エリアが小さくなるので、１枚のウエハを処理する効率は下がる。したがって、特許文献１に記載の技術では、ウエハから半導体装置を少量製造する場合、あるいは設計回路を検証する場合であって、少量のウエハのみ必要な場合に効果的である。
【０００７】
【特許文献１】
実開平５−８９３５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、高精度なレイヤの露光に使用する縮小露光装置（ステッパ、スキャナ）は高額であり、装置の占有時間が長いとそれだけ露光マスクの製造コストがかかることになる。この点、１枚の基板に配置される複数のブロックが全て異なるレイヤに対する露光を行うものである場合、１回の露光で形成される領域（チップ数）が同じであることから、クリティカルなレイヤでもラフなレイヤでも１レイヤのブロックに対する露光装置の占有時間が同じとなる。したがって、各レイヤの露光精度に応じた効率の良い露光装置の利用という観点において、従来の技術では十分対応できないという問題が生じる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、１枚の透光性基板に所定の遮光パターンを有するパターン領域が複数のブロックに分かれて配置される露光マスクにおいて、この複数のブロックとして、異なるレイヤへの露光を行うものが透光性基板に配置されるとともに、一のレイヤへの露光を行うブロックの数と他のレイヤへの露光を行うブロックの数とが異なっているものである。
【００１０】
また、本発明は、露光マスクとして、１枚の透光性基板に所定の遮光パターンを有するパターン領域が複数のブロックに分かれて配置され、かつ複数のブロックとして異なるレイヤへの露光を行うものが透光性基板に配置されているものを用いてレイヤ毎の露光を行う半導体装置の製造方法であり、異なるレイヤのうち、一のレイヤについての１回の露光対象となるブロックの数と、他のレイヤについての１回の露光対象となるブロックの数とが異なっている方法である。
【００１１】
このような本発明では、一のレイヤについてのブロックの数が、他のレイヤについてのブロックの数より多くなっていることで、一のレイヤにおける１回の露光対象となるブロックの数が他のレイヤにおけるブロックより多くなるため、１回の露光で一のレイヤにおけるブロックのパターンを他のレイヤにおけるブロックのパターンより多く形成できるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る露光マスクを説明する模式図である。すなわち、この露光マスク１は、１枚の透光性基板１０に所定の遮光パターンを有するパターン領域Ａ〜Ｃが複数のブロックＢＡ１、ＢＡ２、ＢＢ、ＢＣに分かれて配置される構成であり、この配置される複数のブロックＢＡ１、ＢＡ２、ＢＢ、ＢＣによって異なるレイヤへの露光を行うことができるようになっている。
【００１３】
例えば、ブロックＢＡ１およびブロックＢＡ２は第１のレイヤにおける露光を行うパターン領域Ａを備え、ブロックＢＢは第２のレイヤにおける露光を行うパターン領域Ｂを備え、ブロックＢＣは第３のレイヤにおける露光を行うパターン領域Ｃを備えている。なお、ここでは、一つのパターン領域が一つのチップに対応している。
【００１４】
本実施形態の露光マスク１では、一のレイヤへの露光を行うブロックの数が、他のレイヤへの露光を行うブロックの数と異なっている点に特徴がある。つまり、図１に示す例では、第１のレイヤへの露光を行うブロックとして、ブロックＢＡ１、ＢＡ２の２つが配置され、第２のレイヤへの露光を行うブロックとして、ブロックＢＢの１つが配置され、第３のレイヤへの露光を行うブロックとして、ブロックＢＣの１つが配置されている。
【００１５】
このようなブロックの配置によって、第１のレイヤへの露光を行う際にはブロックＢＡ１、ＢＡ２の２つのブロックを用いた露光を行うことができ、第２、第３のレイヤへの露光を行うブロックＢＢ、ＢＣに比べて２倍の露光領域を得ることができる。
【００１６】
したがって、図１に示す例では、１つのブロックに４つのパターン領域（チップ）が配置されているため、第１のレイヤについては１回の露光で２ブロックすなわち８チップ分の露光を行うことができる。なお、第２、第３のレイヤでは１回の露光で各々４チップ分の露光となる。
【００１７】
このように、第１のレイヤについてのブロック数を第２、第３のレイヤについてのブロック数より多くすることで、第１のレイヤを形成するための露光装置の占有時間を少なくすることができるようになる。
【００１８】
図２は、複数のブロックを連結した例を示す模式図である。すなわち、この露光マスク１では、図１に示す露光マスク１におけるブロックＢＡ１、ＢＡ２を連結したものである。この露光マスク１でも、図１に示す露光マスク１と同様に、第１のレイヤに対応したブロックが２つあるため、第１のレイヤに対応したブロックＢＡ１、ＢＡ２による１回の露光で２つのブロックに対応した露光を行うことができ、他のレイヤの露光よりも露光装置の占有時間を少なくできるようになる。
【００１９】
また、第１のレイヤに対応したブロックＢＡ１、ＢＡ２がこのように連結して設けられることで、露光によって形成されるパターン領域（チップ）の形成ピッチを均一にすることができ、１枚のウエハから理収良くチップを形成できるようになる。
【００２０】
つまり、１つのブロックＢＢ、ＢＣにおける４つのチップのピッチと、連結した２つのブロックＢＡ１、ＢＡ２における８つのチップのピッチとが同じとなり、１つのブロックＢＢ、ＢＣにおける４つのチップのピッチで連続した露光を行うことができ、１枚のウエハから多くのチップを得ることができるようになる。
【００２１】
ここで、比較のために図３を用いて従来の露光マスクの説明を行う。図３（ａ）に示すように、従来では一つのレイヤにおけるパターン領域（例えば、Ａ〜Ｄ）についてはそれぞれ１枚の透光性基板１０にまとめて形成されている。図３（ａ）に示す例では、１枚の透光性基板１０にパターン領域Ａが４×４で合計１６個配置され、同様にパターン領域Ｂ〜Ｄも１枚の透光性基板１０に４×４で合計１６個配置されている。
【００２２】
この場合、１回の露光で１６チップ分を形成できるため、大量生産を行う場合に適している。しかしながら、各パターン領域毎に１枚の露光マスクが必要となるため、パターン領域の数（種類）だけ露光マスクが必要となる。
【００２３】
これに対し、図３（ｂ）に示す露光マスクでは、１枚の透光性基板１０に複数のパターン領域を配置したものとなっている。ここでは、同じ種類のパターン領域Ａ〜Ｄの各々について４チップレイアウトし、ブロックＢＡ〜ＢＤを１枚の透光性基板１０に配置している。
【００２４】
したがって、この露光マスクでは、１回の露光で４チップ分の形成となり、先に説明した露光マスクに比べて露光領域は１／４となるが、露光マスクの枚数を１／４に減らすことができる。
【００２５】
ところが、図３（ｂ）に示す露光マスクでは、どのブロックについても露光領域が同じであるため、１つのレイヤを形成するための露光として露光装置を占有する時間が同じとなる。このため、クリティカルレイヤに対する露光を行うブロックでも、ラフレイヤに対する露光を行うブロックでも露光装置の占有時間が同じとなるため、露光装置の効率的な利用を図ることができない。つまり、クリティカルレイヤの露光では高精度（高価）な露光装置を用いるため、なるべく露光装置の占有時間を短くするのが望ましい。
【００２６】
そこで、図１、図２に示す本実施形態のように、一のレイヤ（例えば、第１のレイヤ）についてのブロックとしてブロックＢＡ１、ＢＡ２の２つを配置し、他のレイヤ（例えば、第２、第３のレイヤ）についてのブロック数より多くすることで、第１のレイヤを形成するための露光装置の占有時間を少なくすることができるようになる。
【００２７】
ここでは、クリティカルか否かの判断として、例えば各ブロックによる形成されるパターンの最小線幅によって区別を行っている。すなわち、各ブロックＢＡ１、ＢＡ２、ＢＢ、ＢＣにより形成されるパターンの最小線幅が異なり、第１のレイヤを露光するブロックＢＡ１、ＢＡ２によるパターンの最小線幅が最も小さいとすると、ブロックＢＡ１、ＢＡ２がクリティカルレイヤに対応するものとなり、最も高精度の露光装置を使用して１回の露光で２つのブロックＢＡ１、ＢＡ２を同時に露光できるようになる。これによって高精度の露光装置を占有する時間を短くでき、製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００２８】
本実施形態に係る露光マスク１を用いて半導体装置を製造するには、第１のレイヤにおける露光の領域と、第２、第３のレイヤにおける露光の領域とを変えるようにして行う。すなわち、第１のレイヤにおける露光では、ブロックＢＡ１、ＢＡ２の２つのブロックを同時に露光できるよう光の照射エリアを広げ、１回の露光でブロックＢＡ１、ＢＡ２の２つのブロックを一括して露光できるようにする。
【００２９】
また、第２のレイヤについての露光では、ブロックＢＢの１つを露光するよう光の照射エリアを設定し、１回の露光でブロックＢＢの１つを露光する。同様に、第３のレイヤについての露光では、ブロックＢＣの１つを露光するよう光の照射エリアを設定し、１回の露光でブロックＢＣの１つを露光する。
【００３０】
このような露光によって半導体装置を製造すれば、図３（ａ）に示すようなパターン領域の数だけ露光マスクの枚数が必要となるようなことがなく、全体として露光マスクの枚数を減らすことができるとともに、高精度な露光が要求されるパターンの形成では他のパターンに比べて露光装置の占有時間を短くすることができ、これらのことより半導体装置の製造に関わるトータルのコストを低減できるようになる。
【００３１】
また、本実施形態では、同じパターン領域のブロックを複数設け、これらを一括して露光する場合以外にも、一方のブロックを他方のブロックの予備として利用することも可能である。例えば、一方のブロックの遮光パターンに欠陥がある場合でも、他方のブロックを用いるようにすれば露光マスク全体の作り直しを行わなくて済むようになる。
【００３２】
また、図４に示す例では、同じレイヤへの露光を行うブロックとして、ブロックＢＡ１、ＢＡ２’の２つがある場合、これらのブロックＢＡ１、ＢＡ２’を構成するパターン領域Ａ、Ａ’の遮光パターンが一部のみ相違しているものを用いている。
【００３３】
例えば、ＯＰＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）ルールを２通り試してみたい場合、ＯＰＣ対象レイヤ（図４のパターン領域Ａ）において、パターン領域ＡおよびＯＰＣルールの異なるパターン領域Ａ’を同じ露光マスクに配置して、ブロックＢＡ１、ＢＡ２’を同時に露光することにより、１枚のウエハに１回の露光で２通りのＯＰＣルールを作成することが可能となる。
【００３４】
また、図５に示す例では、１つのブロック（ここではブロックＢＡ１）に、遮光パターンの一部のみ異なるパターン領域Ａ、Ａ’を配置している。これにより、１回の露光でブロック内の左右のチップで条件（例えば、ＯＰＣルール）の異なるパターンを形成することが可能となる。
【００３５】
図４、図５に示すような利用により、同じレイヤに同じ露光条件で異なるパターンを形成でき、露光の条件出しや試作を低コストで実現できるようになる。
【００３６】
なお、上記実施形態では、主として２×２の４つのチップで１つのブロックを構成し、このブロックが１枚の露光マスク１に４つ配置されている例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、１つのブロックに５つ以上のチップを備えていても、また、１枚の露光マスク１に５つ以上のブロックが配置されていてもよい。また、本実施形態では、一のレイヤに対応したブロックが２つ、他のレイヤに対応したブロックが１つの例を示したが、一のレイヤに対応したブロックが３つ以上ある場合でも、他のレイヤに対応したブロックがこれより少ない構成であれば種々のブロックレイアウトで適用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような効果がある。すなわち、１枚に複数工程の回路パターンを有する露光マスクを使用することにより、必要マスク枚数を減らすことができ、マスク作成にかかるコストの低減を図ることが可能となる。また、露光マスク内のブロックの配置数をレイヤによって変えることにより、トータルコストの低減、または露光装置の占有時間における生産ラインへの影響を減少できるようになる。これにより、半導体装置など露光を用いて製造する製品のコストダウンを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る露光マスクを説明する模式図である。
【図２】複数のブロックを連結した例を示す模式図である。
【図３】従来の露光マスクを説明する模式図である。
【図４】本実施形態の他の例を説明する模式図（その１）である。
【図５】本実施形態の他の例を説明する模式図（その２）である。
【符号の説明】
１…露光マスク、１０…透光性基板、ＢＡ１…ブロック、ＢＡ２…ブロック、ＢＢ…ブロック、ＢＣ…ブロック

Claims (5)

1. １枚の透光性基板に所定の遮光パターンを有するパターン領域が複数のブロックに分かれて配置される露光マスクにおいて、
   前記複数のブロックとして、異なるレイヤへの露光を行うものが前記透光性基板に配置されるとともに、一のレイヤへの露光を行うブロックの数と他のレイヤへの露光を行うブロックの数とが異なっている
   ことを特徴とする露光マスク。
2. 前記複数のブロックとして、露光によって形成するパターンの最小線幅が異なる場合、前記最小線幅が最も小さくなるブロックの数を、それ以外のブロックの数より多くする
   ことを特徴とする請求項１記載の露光マスク。
3. 前記一のレイヤへの露光を行うブロックが複数ある場合、それらのブロックを構成するパターン領域の遮光パターンの一部のみが相違している
   ことを特徴とする請求項１記載の露光マスク。
4. 露光マスクとして、１枚の透光性基板に所定の遮光パターンを有するパターン領域が複数のブロックに分かれて配置され、かつ前記複数のブロックとして異なるレイヤへの露光を行うものが前記透光性基板に配置されているものを用いて前記レイヤ毎の露光を行う半導体装置の製造方法において、
   前記異なるレイヤのうち、一のレイヤについての１回の露光対象となるブロックの数と、他のレイヤについての１回の露光対象となるブロックの数とが異なっている
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記複数のブロックとして、露光によって形成するパターンの最小線幅が異なる場合、前記最小線幅が最も小さくなるブロックについて予め複数のブロックを用意しておき、その最小線幅が最も小さくなるブロックについて１回の露光対象となるブロックの数を、それ以外のブロックの数より多くすることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。

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