JP2005025110A - 露光マスクおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１枚の透光性基板に複数工程のパターン領域を備える露光マスクにおいてレンズの収差の影響を抑制できるようにすること。
【解決手段】本発明は、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〜Ｄが複数のブロックＢＡ〜ＢＤに分かれて配置される露光マスク１において、透光性基板１０に対する複数のブロックＢＡ〜ＢＤとして、透光性基板１０上に設定した所定位置を中心として透光性基板１０を回転させた場合、その所定位置を基準とした定位置にくる各ブロックＢＡ〜ＢＤの遮光パターンの向きが同じとなるよう配置されているものである。
【選択図】図１

Description

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。

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。

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。

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。

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。）。

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。

実開平５−８９３５号公報

一般に、縮小投影露光装置（ステッパー、スキャナ。以下露光装置）では、像面湾曲、球面収差、コマ収差、非点収差などの収差が存在し、露光領域内で、収差を抑える工夫がされている。ただし、設計上、露光領域全体にわたって収差を一定に保つことは難しく、実際にはレンズ上において収差のばらつきが発生している。

上記特許文献１に記載の技術おいて、下地層に対して上層を重ねて転写する場合に、例えば下地層がレンズの左上部を通過する光を使用して転写され、上層のパターンはレンズの右下部を通過する光を使用して転写されるような状況も発生し、露光マージン、プロセスマージンの少ないクリティカル層を転写する場合には、レンズの位置による収差の影響が無視できなくなっている。この影響は、パターンの重ね合わせ精度の低下を招き、製品ばらつきや特性劣化を引き起こす原因となっている。

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、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、透光性基板に対する複数のブロックとして、透光性基板上に設定した所定位置を中心として透光性基板を回転させた場合、その所定位置を基準とした定位置にくる各ブロックの遮光パターンの向きが同じとなるよう配置されているものである。

また、本発明は、透光性基板に所定の遮光パターンから成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を露光装置に配置し、その露光装置のレンズを介して複数のブロックを順に用いた露光を行う半導体装置の製造方法であり、一の露光工程から次の露光工程へ移行する際、透光性基板上に予め設定された回転中心を基準として透光性基板を所定角度回転することで、各露光工程に対応した各ブロックでの露光をレンズに対する光路上同じ位置で行う方法である。

このような本発明では、１枚の透光性基板に複数のブロックが配置された露光マスクを用いる露光において、透光性基板上に予め設定された回転中心を基準として透光性基板を所定角度回転することで、各露光工程に対応した各ブロックでの露光をレンズに対する光路上同じ位置で行うことができるため、各ブロックでの露光によるパターンの重ね合わせ精度として、レンズの位置に応じた収差の影響を低減できるようになる。

本発明によれば次のような効果がある。すなわち、１枚の透光性基板に多工程のパターン領域（チップ）を配置した露光マスクを使用する際に、各パターン領域を回転して配置することによって、露光装置のレンズの限定した部分を使用することができ、レンズ収差のばらつきによる露光への悪影響を抑制することが可能となる。これにより、露光工程を含む半導体装置の製造において、パターンの重ね合わせ精度を向上でき、信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。

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従来との比較で説明する模式図である。すなわち、露光マスクは、略正方形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配置されたもので、従来の露光マスク１'では１枚の透光性基板１０に同じ露光工程で用いる１種類のパターン領域（例えば、パターン領域Ａ〜Ｄの各々）が複数配置されているのに対し、本実施形態に係る露光マスク１では１枚の透光性基板１０に複数の露光工程で用いる複数のパターン領域（例えば、パターン領域Ａ〜Ｄ）が各々ブロックＢＡ〜ＢＤとして配置されたものから構成される。

このように、１枚の透光性基板１０に複数のパターン領域Ａ〜Ｄが配置されることで、同じ露光工程を行う場合の露光マスクの枚数を減少させることが可能となる。

また、本実施形態に係る露光マスク１では、各パターン領域Ａ〜Ｄを備える複数のブロックＢＡ〜ＢＤとして、透光性基板１０上に設定した所定位置（例えば、透光性基板１０の中心）を基準に透光性基板１０を回転させた場合、その所定位置を基準とした定位置（例えば、透光性基板１０の左上部分）にくる各ブロックＢＡ〜ＢＤの遮光パターンの向きが同じとなる配置となっている。なお、図で示すパターン領域の符号（例えば、Ａ〜Ｄ）の文字の向きは、各パターン領域を構成する遮光パターンの向きを示しているものとする。

具体的には、図１に示す本実施形態の露光マスク１では、１枚の露光マスク１を構成する透光性基板１０上に４つの工程に対応したパターン領域Ａ〜ＤによるブロックＢＡ〜ＢＤ（例えば、１つのブロックは同じパターン領域を４つ配置した構成となっている。）が配置されているが、パターン領域Ａに対応した露光工程（以下、「Ａ工程」と言う。）のパターンを基準として、パターン領域Ｂに対応した露光工程（以下、「Ｂ工程」と言う。）のパターンは反時計回りに９０度、パターン領域Ｃに対応した露光工程（以下、「Ｃ工程」と言う。）のパターンは同１８０度、パターン領域Ｄに対応した露光工程（以下、「Ｄ工程」と言う。）のパターンは同２７０度回転して配置されている。

しかも、各ブロックＢＡ〜ＢＤにおける各々の中心と、透光性基板１０の回転中心との距離が等しくなるよう配置されている。このような構成から成る本実施形態の露光マスク１では、透光性基板１０上に予め設定された所定位置を中心に透光性基板１０を所定角度回転することで、各露光工程に対応した各ブロックＢＡ〜ＢＤでの露光をレンズに対する光路上同じ位置で行うことができるため、各ブロックＢＡ〜ＢＤを用いた露光によるパターンの重ね合わせ精度として、レンズの位置に応じた収差の影響を低減できるようになる。

また、露光装置内で露光マスク１を識別するのに使用されるバーコードでは、Ａ工程用のバーコード１１Ａは、従来の露光マスクにおけるバーコードと同じ位置に配置され、Ｂ〜Ｄ各工程用のバーコードは、それぞれ露光マスク１を時計方向に９０度、１８０度、２７０度回転した場合に、Ａ工程用のバーコード１１Ａと同じ位置になるように配置されている。これにより、各工程に応じて露光マスク１を回転して露光装置にセットした際に、各工程毎のバーコード１１Ａ〜１１Ｄを露光装置にて的確に読み取ることが可能となる。

また、露光マスク１のアライメントマークＡＭは、露光装置内において露光マスク１の位置決めに使用されるが、このアライメントマークＡＭも露光マスク１を露光装置内で回転させてどの工程で用いる場合でも読み取り可能な位置に配置されている。

次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。なお、この半導体装置の製造方法においては先に説明した本実施形態に係る露光マスク１を用いるものとする。

図２〜図５は、本実施形態に係る露光マスクを露光装置にセットして使用する場合の状態を説明する模式図である。すなわち、図２に示すように、Ａ工程時には、露光装置のレンズ（図中丸枠参照）の左上部を使用するよう露光マスク１をセットする。すなわち、Ａ工程では露光マスク１のブロックＢＡのパターン領域Ａを用いて露光を行うため、レンズの左上部となる光路上にブロックＢＡを配置するようにする。

露光マスク１を露光装置にセットした場合、先ずＡ工程用のバーコード１１Ａを読み取ってブロックＢＡの情報をデータベースから読み出す。そして、露光マスク１の図中左右および下にある３つのアライメントマークＡＭを用いて露光マスク１のアライメントを行う。これによりブロックＢＡのパターン領域Ａがレンズの左上部と対応する位置に配置され、このレンズ部分を介してパターン領域Ａの露光を行う。

次に、Ｂ工程時には、図２に示すＡ工程時の露光マスク１の向きに対して時計回りに９０度回転して露光装置にセットする。図３は図２に示す配置から時計回りに９０度回転した配置した状態を示している。これによりＢ工程時においても、露光装置のレンズの左上部となる光路上にブロックＢＢが配置される状態となる。

露光マスク１を露光装置にセットした後は、Ｂ工程用のバーコード１１Ｂを読み取ってブロックＢＢの情報をデータベースから読み出す。そして、露光マスク１の図中左右および下にある３つのアライメントマークＡＭを用いて露光マスク１のアライメントを行う。これによりブロックＢＢのパターン領域Ｂがレンズの左上部と対応する位置に配置され、このレンズ部分を介してパターン領域Ｂの露光を行う。このパターン領域Ｂの露光では、先に行ったパターン領域Ａの露光と同じレンズの位置を通過する光を用いるため、レンズに位置に応じた収差のばらつきの影響を低減できるようになる。

次に、Ｃ工程時には、図３に示すＢ工程時の露光マスク１の向きに対して時計回りに９０度回転（Ａ工程時に対しては１８０度回転）して露光装置にセットする。図４は図３に示す配置から時計回りに９０度回転した配置した状態を示している。これによりＣ工程時においても、露光装置のレンズの左上部となる光路上にブロックＢＣが配置される状態となる。

露光マスク１を露光装置にセットした後は、Ｃ工程用のバーコード１１Ｃを読み取ってブロックＢＣの情報をデータベースから読み出す。そして、露光マスク１の図中左右および下にある３つのアライメントマークＡＭを用いて露光マスク１のアライメントを行う。これによりブロックＢＣのパターン領域Ｃがレンズの左上部と対応する位置に配置され、このレンズ部分を介してパターン領域Ｃの露光を行う。このパターン領域Ｃの露光では、先に行ったパターン領域Ａ、Ｂの露光と同じレンズの位置を通過する光を用いるため、レンズに位置に応じた収差のばらつきの影響を低減できるようになる。

そして、Ｄ工程時には、図４に示すＣ工程時の露光マスク１の向きに対して時計回りに９０度回転（Ａ工程時に対しては時計回りに２７０度回転）して露光装置にセットする。図５は図４に示す配置から時計回りに９０度回転した配置した状態を示している。これによりＤ工程時においても、露光装置のレンズの左上部となる光路上にブロックＢＤが配置される状態となる。

露光マスク１を露光装置にセットした後は、Ｄ工程用のバーコード１１Ｄを読み取ってブロックＢＤの情報をデータベースから読み出す。そして、露光マスク１の図中左右および下にある３つのアライメントマークＡＭを用いて露光マスク１のアライメントを行う。これによりブロックＢＤのパターン領域Ｄがレンズの左上部と対応する位置に配置され、このレンズ部分を介してパターン領域Ｄの露光を行う。このパターン領域Ｄの露光では、先に行ったパターン領域Ａ、Ｂ、Ｃの露光と同じレンズの位置を通過する光を用いるため、レンズに位置に応じた収差のばらつきの影響を低減できるようになる。

このように、Ａ工程〜Ｄ工程までの露光において１つの露光マスク１を回転させることで各工程での露光としてレンズの同じ位置を通過する光を用いることができ、各工程間の露光でレンズの位置に応じた収差のばらつきによる影響を抑制して露光における重ね合わせ精度を向上できるようになる。

図６は、本実施形態に係る露光マスクの他の例（その１）を説明する模式図である。すなわち、この露光マスクには、１枚の透光性基板に９工程分の露光パターンから成るブロックＢＡ〜ＢＩが配置されている。この場合には、ブロックＢＡ〜ＢＤに対応したＡ〜Ｄの４工程が露光装置のレンズ上で同一の部分（図中点線枠（１）参照）を使用して露光を行うことができ、ブロックＢＥ〜ＢＨに対応したＥ〜Ｈの４工程内が、Ａ〜Ｄ工程の露光時とは異なるが、露光装置のレンズ上で同一の部分（図中点線枠（２）参照）を使用して露光を行うことができるものとなっている。

つまり、ブロックＢＡ〜ＢＤでは、露光マスク１を９０度ずつ回転させることにより図中丸枠で示すレンズの上部と対応する定位置（点線枠（１））にブロックＢＡ〜ＢＤが順に配置されると、各ブロックＢＡ〜ＢＤのパターン領域Ａ〜Ｄにおける遮光パターンの向きが同じとなり、この位置で露光を行うことによってレンズの点線枠（１）に対応した部分を使用しての露光を行うことができる。したがって、ブロックＢＡ〜ＢＤでの４工程では露光におけるレンズの収差による影響を受けにくくなり、パターンの重ね合わせ精度を向上できるようになる。

また、ブロックＢＥ〜ＢＨでは、露光マスク１を９０度ずつ回転させることにより図中丸枠で示すレンズの左上部と対応する定位置（点線枠（２））にブロックＢＥ〜ＢＨが順に配置されると、各ブロックＢＥ〜ＢＨのパターン領域Ｅ〜Ｈにおける遮光パターンの向きが同じとなり、この位置で露光を行うことによってレンズの点線枠（２）に対応した部分を使用しての露光を行うことができる。したがって、ブロックＢＥ〜ＢＨでの４工程では露光におけるレンズの収差による影響を受けにくくなり、パターンの重ね合わせ精度を向上できるようになる。

半導体装置の製造工程においては、半導体の性能を大きく左右するクリティカル工程以外に、製造裕度が比較的広いミドル工程やラフ工程もあるため、例えばクリティカル工程のパターンをブロックＢＡ〜ＢＤに配置し、ミドル工程のパターンをブロックＢＥ〜ＢＨに配置することにより、露光装置のレンズの局所的な部分を使用することでレンズ収差の影響を低減するという本発明の目的を損なうことなく、多工程の配置が可能となる。

また、図７は、本実施形態に係る露光マスクの他の例（その２）を説明する模式図である。すなわち、この露光マスクには、１枚の透光性基板１０に１６工程分の露光パターンから成るブロックＢＡ〜ＢＰが４・４のマトリクス状に配置されている。この場合には、ブロックＢＡ〜ＢＤに対応したＡ〜Ｄの４工程が露光装置のレンズ上で同一の部分を使用して露光を行うことができ、ブロックＢＥ〜ＢＨに対応したＥ〜Ｈの４工程内が、Ａ〜Ｄ工程の露光時とは異なるが、露光装置のレンズ上で同一の部分を使用して露光を行うことができ、ブロックＢＩ〜ＢＬに対応したＩ〜Ｌの４工程内が、Ａ〜Ｄ工程の露光時およびＥ〜Ｈ工程の露光時とは異なるが、露光装置のレンズ上で同一の部分を使用して露光を行うことができ、ブロックＢＭ〜ＢＰに対応したＭ〜Ｐの４工程内が、Ａ〜Ｄ工程の露光時およびＥ〜Ｈ工程の露光時およびＩ〜Ｌ工程の露光時とは異なるが、露光装置のレンズ上で同一の部分を使用して露光を行うことができるものとなっている。

つまり、ブロックＢＡ〜ＢＤでは、露光マスク１を９０度ずつ回転させることにより図中丸枠で示すレンズ内の点線枠（１１）で示す定位置でパターン領域における遮光パターンの向きが同じとなり、この位置で露光を行うことによってレンズの上部を使用した露光を行うことができる。

また、ブロックＢＥ〜ＢＨでは、露光マスク１を９０度ずつ回転させることにより図中丸枠で示すレンズ内の点線枠（１２）で示す定位置でパターン領域における遮光パターンの向きが同じとなり、この位置で露光を行うことによってレンズの上部を使用した露光を行うことができる。

また、ブロックＢＩ〜ＢＬでは、露光マスク１を９０度ずつ回転させることにより図中丸枠で示すレンズ内の点線枠（１３）で示す定位置でパターン領域における遮光パターンの向きが同じとなり、この位置で露光を行うことによってレンズの上部を使用した露光を行うことができる。

さらに、ブロックＢＭ〜ＢＰでは、露光マスク１を９０度ずつ回転させることにより図中丸枠で示すレンズ内の点線枠（１４）で示す定位置でパターン領域における遮光パターンの向きが同じとなり、この位置で露光を行うことによってレンズの上部を使用した露光を行うことができる。

したがって、ブロックＢＡ〜ＢＤによるグループ、ブロックＢＥ〜ＢＨによるグループ、ブロックＢＩ〜ＢＬによるグループ、ブロックＢＭ〜ＢＰによるグループでは、各グループ内での露光におけるレンズの収差による影響を受けにくくなり、重ね合わせ精度を向上できるようになる。

なお、本実施形態においては露光レンズ１における透光性基板１０を９０度ずつ回転する場合を例としてが、例えば４５度ずつなど、他の角度で回転させるようにしてもよく、この場合でも回転した際の各ブロックの遮光パターンの向きが定位置で同じとなるようなブロック配置にしておけば上記と同様な露光を行うことが可能となる。

また、上記のような露光を行う場合、各工程ごとに露光装置での露光マスクの配置を回転させる必要がある。そこで、各工程の露光が終了するたびに、作業者が露光装置からマスクを一旦取り出し、マスクを必要な角度(例えば９０度、１８０度、２７０度)だけ回転させて、再度露光装置にセットしても良いが、露光装置に露光マスク１の回転機構を備えるようにしてもよい。

ここで、通常の露光装置では、マスクを露光装置専用ケースに収納し、そのケースを露光装置にセットすると、露光装置内にて自動的にケースからマスクが取り出され、露光装置のマスク用ステージにセットされる仕組みになっている。したがって、本実施形態に係る露光マスク１を適用する露光装置においては、露光装置専用ケースからマスクが取り出されてマスク用ステージにセットされるまでの間に、マスクを回転させる機構を設けることにより、上記人手によるマスクの回転作業を排除することが可能となる。なお、このような回転機構としては、露光装置内のマスク用ステージそのものが回転できるようになっていてもよい。

本実施形態に係る露光マスクを従来との比較で説明する模式図である。 本実施形態に係る露光マスクを露光装置にセットして使用する場合の状態を説明する模式図（その１）である。 本実施形態に係る露光マスクを露光装置にセットして使用する場合の状態を説明する模式図（その２）である。 本実施形態に係る露光マスクを露光装置にセットして使用する場合の状態を説明する模式図（その３）である。 本実施形態に係る露光マスクを露光装置にセットして使用する場合の状態を説明する模式図（その４）である。 本実施形態に係る露光マスクの他の例（その１）を説明する模式図である。 本実施形態に係る露光マスクの他の例（その２）を説明する模式図である。

符号の説明

１…露光マスク、１０…透光性基板、１１Ａ〜１１Ｄ…バーコード、ＡＭ…アライメントマーク、ＢＡ〜ＢＤ…ブロック

Claims (6)

1. 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、
   前記透光性基板に対する前記複数のブロックは、前記透光性基板上に設定した所定位置を中心として前記透光性基板を回転させた場合、その所定位置を基準とした定位置にくる各ブロックの遮光パターンの向きが同じとなるよう配置されている
   ことを特徴とする露光マスク。
2. 前記複数のブロックにおける各々の中心と、前記回転中心との距離が等しくなっている
   ことを特徴とする請求項１記載の露光マスク。
3. 前記定位置が複数設定されており、一の定位置を基準として前記遮光パターンの向きが同じとなるブロックのグループと、他の定位置を基準として前記遮光パターンの向きが同じとなるブロックのグループとが設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の露光マスク。
4. 前記透光性基板は略正方向から成り、前記回転中心を基準として前記透光性基板を９０度回転させた場合、その回転中心に対する定位置での各ブロックを構成する遮光パターンの向きが同じとなる
   ことを特徴とする請求項１記載の露光マスク。
5. 透光性基板に所定の遮光パターンから成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を露光装置に配置し、その露光装置のレンズを介して前記複数のブロックを順に用いた露光を行う半導体装置の製造方法において、
   一の露光工程から次の露光工程へ移行する際、前記透光性基板上に予め設定された回転中心を基準として前記透光性基板を所定角度回転することで、各露光工程に対応した各ブロックでの露光を前記レンズに対する光路上同じ位置で行う
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 前記透光性基板は略正方形であり、前記所定角度として９０度回転させることにより前記各露光工程に対応した各ブロックでの露光を前記レンズに対する光路上同じ位置で行う
   ことを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
   

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