JP2005148125A

JP2005148125A - マスク露光方法およびマスクリピータ

Info

Publication number: JP2005148125A
Application number: JP2003381130A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見; Shigetoshi Sugawa; 成利須川; Kiwamu Takehisa; 究武久
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-11-11
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】マザーマスク自体を大きくすることなく削減できる。
【解決手段】ステージ台５ａは、ステップステージガイド６ａに搭載されて、Ｙ方向に往復移動できる。ステップステージガイド６ａは、スキャンステージガイド７ａに搭載されて、ステップステージガイド６ａ自体がＸ方向にスキャン移動できる。一方、ステージ台５ｂは、スキャンステージガイド７ｂに搭載されて、露光中スキャンステージガイド７ａと同期して、Ｘ方向に沿った反対方向にスキャン移動する。また、スキャンステージガイド７ｂは、ステップステージガイド６ｂに搭載されて、Ｙ方向にステップ移動できる。マザーマスク４をＸ方向のスキャンとＹ方向のステップによって移動させて露光することにより、マスク基板１０における露光領域１１の全面に、マザーマスク４のパターン領域９が転写できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイス製造時の露光工程（すなわちリソグラフィ工程）で用いられるマスクにパターン露光するための装置に関し、一般にマスクリピータあるいはフォトマスクリピータと呼ばれる装置に関する。

リソグラフィ工程では、水銀ランプにおける波長３６５ｎｍのｉ線を光源とするｉ線露光装置（広くｉ線ステッパと呼ばれる。）や、紫外域である波長２４８ｎｍのレーザ光を発振するＫｒＦエキシマレーを光源としたＫｒＦ露光装置が広く利用されている。また、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを光源とするＡｒＦ露光装置も量産され始められている。

これらのリソグラフィにおいて使用される露光装置では、レチクル（あるいは、マスク、及びフォトマスクとも呼ばれるが、ここではマスクと呼ぶ。）に刻まれた回路パターンを、縮小投影光学系によってウエハ上にパターン転写（パターン露光とも呼ばれる。）するものである。

一方、目的とするマスクのパターンより大きなパターンを有するマスクをマザーマスク（マスターマスクと呼ばれることもある。）として、縮小投影光学系によって目的とするマスクを作成（パターン露光）する技術が提案されており、マスクリピータ（あるいはフォトマスクリピータ）と呼ばれている。これに関しては、例えば、Proceedings of the SPIE, Vol.4186, p.34-45（非特許文献１）、あるいは、Proceedings of the SPIE, Vol.4562, p.522-529（非特許文献２）などにおいて示されている。これによると、通常、これらマスクリピータは露光装置に類似した構成となっており、露光装置におけるマスクの代わりにマザーマスクを配置し、ウエハの代わりにマスクを配置するものである。すなわち、露光装置のウエハーステージにマスクが載せられるように改造されたものである。したがって、マスクリピータにおける縮小投影光学系としては、露光装置における縮小投影光学系がそのまま用いられ、例えば、ｉ線ステッパをベースに作られたマスクリピータでは、１／５の縮小投影光学系が用いられている。

ところで、ｉ線ステッパよりも短波長の光源を用いることで高い解像度が得られるＫｒＦ露光装置やＡｒＦ露光装置には、露光中にマスクとウエハを互いに反対方向にスキャンさせながら露光する方式が主流であり、これはスキャン型露光装置（あるいはスキャナ）と呼ばれている。スキャン型露光装置における露光領域の大きさは、一般的にウエハ上で幅２６ｍｍ、長さ３３ｍｍ（これを、以下、２６×３３ｍｍと略す場合がある。）である。この領域全体を露光するには、幅２６ｍｍで長さ約８ｍｍ程度の細長い領域を一度にパターン露光させながら、この領域を長さ方向にスキャンさせている。したがって、１回のスキャンによって露光できる幅の２６ｍｍは、用いられる縮小投影光学系のレンズ有効径によって限定されるため、これを拡大させるには、縮小投影光学系の再設計が必要になるため、開発上、極めて困難とされている。

また、スキャン型露光装置で用いられるマスクにおけるパターン領域のサイズは、その４倍であるため、１０４×１３２ｍｍになっている。ただし、マスク自体のサイズは一辺６インチの正方形（１５２ｍｍ角）であることも広く知られている。
Proceedings of the SPIE, Vol.4186, p.34-45、 Proceedings of the SPIE, Vol.4562, p.522-529

スキャン型のＫｒＦ露光装置やＡｒＦ露光装置をベースとして用いたマスクリピータを構成する場合、縮小投影光学系の縮小倍率が１／４であるため、１枚のマスクを描画するには、４×４＝１６枚のマザーマスクを用いて１６回の露光が必要になってしまい、マザーマスクの製作や管理が困難になることが問題であった。

そこで、発明者らは、以前にマスクリピータにおいて巨大なマザーマスクを利用できるマスクリピータを、特願２００３−５８３７３号明細書において提案した。ここでは、４００ｍｍ×５２８ｍｍの大型マザーマスクを１枚用い、これを１００ｍｍ×３０ｍｍの露光領域でスキャンし、スキャンと直交方向に移動させて２往復スキャンすることによって、１／４縮小投影系で１００ｍｍ×１３２ｍｍのマスクを作成している。ところが、マザーマスクの面積が大きくなると、マスクリピータに装着した際に、自重によってたわむ量が増大することから、パターン露光した際に焦点ぼけが生じることがあった。

本発明の目的は、１枚のマスクを描画するためにマザーマスクを複数枚用いて露光する際に、その枚数を、マザーマスク自体を大きくすることなく削減できるマスク露光方法およびマスクリピータを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明では、スキャン型露光装置をベースとしたマスクリピータを構成し、かつ、マザーマスクがスキャン方向に直交する方向にもステップ移動できる構造を有したものである。

これによると、マザーマスク全体のサイズを大きくすることなく、従来のマザーマスクのパターン領域の幅である１０４ｍｍをさらに伸ばすことができるため、１枚のマザーマスクによって描画できるマスク上の露光領域を拡大でき、必要なマザーマスクの枚数を減らすことができる。

特に、マザーマスクを１往復スキャンさせることで、マスク上にパターン露光できる構成をとると、マザーマスク上に必要なパターン領域の幅を２倍に広げることができる。その際に、マスク自体の形状が正方形であることから、マスク自体のサイズを大きくすることなく、少なくとも１３２ｍｍまで広くとれる。その結果、マザーマスク１枚によるマスク上での露光領域を３３ｍｍ角と大きくできるため、マザーマスク１２枚（３×４枚）によって、９９×１３２ｍｍのパターン領域を有するマスクを描画することができ、これはほぼ通常のマスクのパターン領域に匹敵する。

本発明によると、マザーマスク自体を大きくすることなく、マザーマスクの枚数を１６枚から１２枚に減らすことができるようになった。また、１枚のマザーマスクのパターン領域の大きさを、従来の１０４×１３２ｍｍよりも大きくでき、マザーマスク自体が正方形であることから、少なくとも１３２×１３２ｍｍにできるため、その１枚のマザーマスクによってパターン露光できるマスク上の露光領域の大きさは３３ｍｍ角になる。したがって、このマスクによってパターン露光できるウエハ上のサイズは８．２５ｍｍ角になることから、約８ｍｍ角以下の半導体チップの場合、１枚のマザーマスクを製作すればよくなった。

これによると、７〜８ｍｍ角のサイズが多いと言われているＳＯＣ（システムオンチップ）のほとんどに適用できるようになり、ＳＯＣ用のマスクを短時間に製作できるようになった。これに対して従来のマスクリピータでは、１枚のマザーマスクで製作できる半導体チップは６．５ｍｍ角以下（すなわち、マザーマスク上のパターン領域の幅１０４ｍｍの１／１６）であり、マザーマスクを２枚必要とする場合が多かった。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施例としてのマスクリピータ１００の構成図である。マスクリピータ１００は、大別して、マザーマスクステージ１、縮小投影光学系２、及びマスクステージ３とで構成されている。マザーマスクステージ１では、一辺１５２ｍｍの通常のサイズ（一般に６インチレチクルと呼ばれている。）である本発明のマザーマスク４がステージ台５ａの上に載せられている。ステージ台５ａは、ステップステージガイド６ａに搭載されており、Ｙ方向に往復移動できるようになっている。ステップステージガイド６ａは、スキャンステージガイド７ａに搭載されており、ステップステージガイド６ａ自体がＸ方向にスキャン移動できるようになっている。

一方、マスクステージ３におけるステージ台５ｂには、マスク基板１０が載せられている。ステージ台５ｂは、スキャンステージガイド７ｂに搭載されており、露光中には、スキャンステージガイド７ａと同期して、Ｘ方向に沿った反対方向にスキャン移動するようになっている。また、スキャンステージガイド７ｂは、ステップステージガイド６ｂに搭載されており、Ｙ方向にステップ移動できるようになっている。

マスク基板１０にパターン露光するには、マザーマスク４のパターン領域９内におけるＹ方向に細長い領域であるレーザ光照射領域８ａに露光光を照射する。これにより、レーザ光照射領域８ａ内のパターンが、縮小投影光学系２によって、マスク基板１０におけるレーザ光照射領域８ｂに投影される。そこで、レーザ光照射領域８ａがマザーマスク４のパターン領域９を全て照射するように、マザーマスク４をＸ方向のスキャンとＹ方向のステップによって移動させている。これにより、マスク基板１０における露光領域１１の全面に、マザーマスク４のパターン領域９のパターンが転写できるようになる。

すなわち、図１においてレーザ光照射領域８ａ、縮小投影光学系２、及びレーザ光照射領域８ｂとは相対的に不動になっており、レーザ光照射領域８ａとレーザ光照射領域８ｂがそれぞれマザーマスク４内のパターン領域９、及びマスク基板１０内の露光領域１１の全面で移動するために、マザーマスク４自体、及びマスク基板１０自体を同期させて移動（スキャンとステップ）させたものである。その際に、Ｘ方向の移動であるスキャンの時のみに、露光光をレーザ光照射領域８ａに照射して、マスク基板１０のレーザ光照射領域８ｂをパターン露光している。

なお、本実施例のマスクリピータ１００を、通常のスキャン型露光装置をベースに改造して製作するには、通常のスキャン型露光装置のスキャンステージガイド７ａを利用して、これに収まるようなコンパクトなステップステージガイド６ａを新たに製作すればよい。また、ベースとなるスキャン型露光装置は、ＫｒＦでもＡｒＦでもよく、特に液浸光学系と呼ばれる方式のＡｒＦ露光装置を用いる方が、高い解像度が得られるため、好ましい。液浸光学系を用いた場合、マスク基板１０全体が純水に浸すことができるように、ステージ台５ｂに純水を溜める皿を設ければよい。マスクリピータは、半導体チップを露光する通常の露光装置とは異なり、露光処理速度をそれ程高くする必要がない。すなわち、半導体チップの露光では、１チップに１秒程度で露光終了させる必要があるが、マスクを露光する場合、マスク１枚に数分程度の露光時間を掛けられるからである。したがって、スキャン速度を極めて低速度にできるため、マスク全体を純水に浸す構成が適用できる。これに対して、通常の露光装置における液浸光学系では、スキャン速度を高めるために、露光部のみに純水を吐出させる複雑なメカニズムが必要になっていた。

また、マザーマスク４におけるレーザ光照射領域８ａがパターン領域９内の全面を移動していく順序を図２を用いて説明する。レーザ光照射領域８ａは、パターン領域９を、その左端からＹ方向にスキャン（実際にはマザーマスク４が−Ｙ方向にスキャン）し、右端を過ぎてから、マザーマスク４が−Ｘ方向にステップする。そしてさらにレーザ光照射領域８ａが−Ｙ方向にスキャン（実際にはマザーマスク４がＹ方向にスキャン）することで、パターン領域９の全面をレーザ光照射領域８ａが通過するようになり、それによって、図１に示されたマスク基板１０の露光領域１１全体がパターン露光される。なお、図２にはアライメントマークが省略されているが、実際にはパターン領域９の左右にあり、好ましくは、左右それぞれに２箇所づつ設ける方がよく、計４個が長方形の頂点を形成するように離して設置するのがよい。

また、レーザ光照射領域８ａの形状が、Ｘ方向の両端が角ばった６角形状になっている理由としては、レーザ光照射領域８ａが通過する領域が２個あり、隣接しているため、その繋ぎ部分を２回露光する際に、均一な露光量が得られるようにするためである。

図２に示したように、レーザ光照射領域８ａが片方のスキャンで幅７０ｍｍ分を転写させ、反転することで、Ｙ方向に１４０ｍｍを転写している。これによると、縮小倍率１／４の縮小投影光学系２によって、露光領域１１の幅（Ｙ方向）は３５ｍｍになる。一方、パターン領域９のＸ方向の長さは通常のマスクの場合と同じ１３２ｍｍであるため、露光領域１１の幅（Ｘ方向）は３３ｍｍとなる。したがって、通常のマスクのパターン領域の１０４×１３２ｍｍをパターン露光するには、Ｙ方向に３回、Ｘ方向に４回の計１２回のパターン（すなわち、１２枚の異なるマザーマスクのパターン）を繋げばよく、従来の１６回（１６枚のマザーマスク）に比べて４回（４枚）低減できるようになった。

ところで、図１に示したように、本実施例では、マスク基板１０には、露光領域１１と同じパターンを４個並べたものであり、４枚の異なるマザーマスクから１個の大きなパターンを形成するものではない。すなわち、マザーマスク４のパターン領域９によって、１個の半導体チップのパターン全てが得られるようになっている。これによると、マザーマスク４のパターン領域９のパターンが４個、マスク基板１０上に投影されることになる。これによると、マスク基板１０を用いた露光装置では、ウエハ上での１回の露光によって４個分の半導体チップが一度に露光できるようになる。

なお、このように複数の同じ半導体チップが１度に露光できるマスクを製作しやすくなる特徴は、マスクリピータを用いた場合に得られるものであり、マスク上の複数の同じパターンを１個づつ電子ビーム描画装置等で描画する場合に比べて、大幅に短くなる。

また、本実施例では図２に示したように、一辺が１５２ｍｍの、いわゆる６インチレチクルと呼ばれるレチクルがマザーマスクとして用いられているが、９インチレチクルと呼ばれる一辺約２２９ｍｍのレチクルをマザーマスク４として用いてもよい。その場合、パターン領域９のＹ方向の幅として、通常のマスクの幅の１０４ｍｍの２倍の２０８ｍｍまで拡大できる。

本発明の第１実施例であるマスクリピータ１００の構成図を示す図である。マザーマスク４におけるレーザ光照射領域の移動を説明する図である。

符号の説明

１マザーマスクステージ
２縮小投影光学系
３マスクステージ
４マザーマスク
５ａ、５ｂステージ台
６ａ、６ｂステップステージガイド
７ａ、７ｂスキャンステージガイド
８ａ、８ｂレーザ光照射領域
９パターン領域
１０マスク基板
１１露光領域

Claims

半導体デバイス製造に用いるマスクを作成するために前記マスクよりも大きいマザーマスクから縮小投影光学系を用いた縮小投影露光によって該マスクの基板に所定のパターンを露光するマスク露光方法において、前記マザーマスクを複数枚用いて１枚のマスクを作成し、かつ前記複数枚のマザーマスクの各々と前記マスクとを互いに反対方向にスキャンさせながらパターン露光を行うとともに前記マザーマスクの各々を前記スキャンの方向に直交する方向にも移動させて前記スキャンの方向に平行かつ逆向きにもスキャンさせながらパターン露光を行うことを特徴とするマスク露光方法。
前記マザーマスクの各々を１往復スキャンさせることで、前記マスク上にパターン露光させることを特徴とする請求項１のマスク露光方法。
請求項１のマスク露光方法で用いられるマザーマスク。
半導体デバイス製造に用いるマスクを作成するために前記マスクよりも大きいマザーマスクから縮小投影光学系を用いた縮小投影露光によって該マスクの基板に所定のパターンを露光するマスクリピータにおいて、前記マザーマスクを複数枚用いて１枚のマスクを作成し、かつ、前記複数枚のマザーマスクの各々と前記マスクとを互いに反対方向にスキャンさせながらパターン露光を行うとともに前記マザーマスクの各々を前記スキャンの方向に直交する方向にも移動させて前記スキャンの方向に平行かつ逆向きにもスキャンさせながらパターン露光を行う機構を有することを特徴とするマスクリピータ。
前記マザーマスクの各々を１往復スキャンさせることで、前記マスク上にパターン露光させることを特徴とする請求項１のマスクリピータ。