JP2005183692A - マスク作成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】マスクリピータを利用してマスクを作成する際、マザーマスクに対して、目的とするマスクに用いられるOPCよりも、目的とするマスクのOPCパターンよりもさらに強力な(すなわち、より複雑な形状の)OPCパターンが必要になるなどの課題があった。
【解決手段】マスクリピータに等倍X線露光装置を用いたものである。これによると、回折によるボケが小さいため、強力なOPCは不要になる。しかも、等倍X線露光装置で作成されるパターンは、マスクのパターンになるため、半導体チップのパターンよりも4倍大きいことから、マザーマスクの製作が困難になることもない。
【効果】特にマスク上に同じパターンが多数個描画されたマスク、すなわち、多数の小さい半導体チップを一度に露光できるようなマスクを作成する場合、マザーマスクのパターンを何度もステップ&リピートでパターン露光できるため、短時間に製作できる。
【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方法、及び、マスク作成装置に関し、特に、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エキシマレーザを光源とした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露光装置も量産のために利用され始めている。
これらKrF露光装置やArF露光装置は、半導体チップのパターンよりも4倍大きなパターンを有するレチクル(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、縮小率1/4の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。マスクリピータに関する技術については、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、マスクリピータ(あるいはフォトマスクリピータ)は、通常、ウエハを露光する露光装置に類似した構成を有しており、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した構成と同様な構成を有している。
即ち、露光装置のウエハーステージにウエハの代わりに、マスクが搭載さ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る。このことは、例えば、KrF露光装置やArF露光装置をベースとしてマスクリピータを構成する場合、マザーマスクには、マスクのパターンの4倍のパターンを形成すればよいことを意味している。
また、露光光源に波長1nm前後のX線を用いてマスク上のパターンをウエハを露光する露光方法がある。この場合、X線程度の短波長のX線を縮小できる光学系が無いことから、縮小投影光学系を用いずに、マスクを露光対象のウエハに対して数十ミクロンまで近接させて、マスク側からX線を照射することで、ウエハにパターン露光を行う。したがって、この露光は、ウエハ上に形成されるパターンの寸法はマスクと同じであるため、等倍(又は等倍露光)、或いは、等倍X線露光と呼ばれている。一般に、マスクとウエハとを近接させて露光を行う場合、マスクとウエハとのギャップが大きくなると、ウエハ上でのパターンが回折によってぼけてしまうが、X線は波長が非常に短いため、回折が小さいことから、ボケが小さく近接露光が可能になる。
この種の等倍X線露光装置に関しては、例えば、電子材料、2002年、11月号別冊、第60頁から66頁(非特許文献3)において説明されている。
Proceedings of the SPIE, Vol.4186, p.34-45、 Proceedings of the SPIE, Vol.4562, p.522-529 電子材料、2002年、11月号別冊、第60頁から66頁
しかしながら、等倍X線露光方法及び装置の課題として、マスクのパターンが目的とする半導体チップのパターンと等しいため、非常に微細なマスク加工が必要であり、マスクの製作が困難とされていた。
更に、マザーマスクからマスクを作成する一般のマスクリピータの問題として、i線露光装置、KrF露光装置、或いは、ArF露光装置などの光露光装置をベースとして構成する場合、マスク上に縮小投影されたマザーマスクのパターンがぼけてしまう場合があり、微細な形状を再現することが困難であった。特に、マスクにOPC(Optical Proximity Correction、すなわち、光近接補正と呼ばれ、光の回折による丸まり等を考慮して、補正することである。)パターンを形成する場合、マザーマスクには、目的とするOPCパターンよりもさらに強力な(すなわち、より複雑な形状の)OPCパターンが必要になるなどの課題があった。
例えば、図5に示したように、半導体チップに要求されるパターンとして(a)のようなT字パターンを形成させる場合、(b)に示したように、もしも、OPCが無いマスクを用いると、レジストパターン(正確には、露光装置でパターン露光した後に現像工程を経て形成されたレジストパターン)は、図に示されたように丸みを帯びてしまう。そこで、一般には(c)に示したようなOPCを有するマスクを用いることで、レジストパターンもT字に近い形状が得られる。ところが、従来のマスクリピータによってマスクを作成して、(c)に示されたようなマスクパターンを得るには、(d)に示したように、マザーマスクには、さらに強化されたOPCが必要になってしまう。その結果、パターンのデータが非常に増大し、マスク描画時間も長く掛かかるなどの問題があった。
本発明の目的は、マスクリピータを利用してマスクを作成する際に、マザーマスクに対して、目的とするマスクに用いられるOPCよりも、より強力なOPCを不要とするマスク作成方法、及びマスクリピータを提供することである。
前記目的を達成するために、本発明では、マスクリピータに使用されるマザーマスクの描画に等倍X線露光装置または等倍電子ビーム露光装置を用いたものである。これによると、等倍X線露光または等倍電子ビーム露光では回折によるボケが小さいため、強力なOPCは不要になる。しかも等倍X線露光装置または等倍電子ビーム露光装置で作成されたパターンは、光の露光装置で用いられるマスクのパターンになるため、半導体チップのパターンよりも4倍大きい。したがって、等倍X線露光装置用マスクまたは等倍電子ビーム露光装置用マスクであるマザーマスクの製作が困難になることはない。
本発明によると、特に、マスク上に同じパターンが多数個描画されたマスク、すなわち、多数の小さい半導体チップを一度に(1回で)露光できるようなマスクを作成する場合に効果的である。その理由としては、マザーマスクには、その半導体チップ1つ分のパターンを形成しておけばよいからであり、マスクに対しては、マザーマスクのパターンを何度もステップ及びリピートでパターン露光することで、非常に短時間に露光できるからである。したがって、特にチップサイズが小さいことで知られているSOC(System on Chip)用のマスクを作成する場合に適する。
さらに、本発明のように、マザーマスクは等倍X線露光装置で用いるため、マザーマスクにペリクルを取り付ける必要もないため、マザーマスクの製造工程も簡素化できる効果がある。
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図1は本発明のマスク作成方法100の説明図である。本発明に係るマスク作成方法100では、(a)に示されたマザーマスク描画装置101と、(b)に示された本発明のマスクリピータ102とが用いられる。
まず、マザーマスク描画装置101は、パターン描画装置105によって、XYステージ104上にセットされたマザーマスク103にパターン露光する。なお、パターン描画装置105の詳細は図2を用いて後述する。このように作成されたマザーマスク103は、シリコン基板の上にSiCのメンブレンが張られたものである。SiCメンブレンの上に、重金属から成るX線吸収体を付けて、これをパターン露光して、マザーマスク103が作成される。
ここで、マザーマスク103の作成手順を図6を参照して具体的に説明する。先ず、図6(a)に示したように、シリコンウエハ121の上に、SiCメンブレン122を付け、その上にX線吸収体123を付ける。次に、図6(b)に示したように、SiCメンブレン122の裏面が剥き出しとなるように、シリコン基板121を裏側からエッチングする。その次に、図6(c)に示したように、X線吸収体123をパターン加工する。
X線吸収体123をパターン加工する際、X線吸収体123の上にレジスト(図示せず)が塗布される。この状態で、図1(a)に示されたパターン描画装置105にマザーマスク103がセットされ、パターン描画装置105によりマザーマスク103のパターン露光が行われる。図6(c)のように、パターン露光されたマザーマスクには、最後に、図6(d)に示したように、フレーム124が取り付けられる。
図6に示すように、本発明では、パターン加工の後にフレーム124がマザーマスクに取り付けられている。これは、フレーム124の取り付けをパターン加工の前に行っている従来の方法と異なっている。このように、本発明では、パターン加工の後にフレーム124を取り付けている理由は、パターン描画装置105で描画する際に、フレーム124が無い方が、マザーマスク描画装置101のXYステージ104として、一般の露光機用のウエハステージをそのまま利用できるからである。また、同様な理由から、図6(c)パターン加工を図6(b)のシリコンエッチングより前に行ってもよい。
一方、マスクリピータ102は、等倍X線露光装置をベースとして構成した装置であり、目的とするマスク106を縦型ステージ107にセットし、マスク106から僅かに離した位置に、マザーマスク103を配置させて、マザーマスク103のパターン部109aをカバーするように、X線108が照射される。なお、マスクリピータ102のそれ以外の部分は、一般的な等倍X線露光装置と同等であるため、説明は省略する。
本実施例では、マザーマスク103におけるパターン部109aは32mm×40mmと比較的小さい面積になっている。つまり、一般の4倍マスクの描画領域は、最大、132mm×104mmのサイズであることを考慮すると、面積的に1/9以下になっている。したがって、マスク106にはパターン109aを少なくとも9個分を、ステップ&リピートによって、非常に短い時間(レジスト感度にも依るが、1パターンは約1秒で露光できる。)に転写露光することができ、これによって、図1(c)に示したように、マスク106には9個のパターン部109bが短時間に形成される。
なお、これに対して、従来のように、マスク106を、直接、電子ビームマスク描画装置などで描画する場合は、9個のパターン109bをそれぞれ描画するため、描画時間が長く掛かってしまう。例えば、65nm世代のOPCマスクの場合は、パターン109b1個でも10時間程度掛かるため、全体で90時間も掛かっていた。したがって、本発明の特徴としては、特に多数の同じパターンを有するマスクが短時間で製作できるようになった。
また、従来の光露光装置をベースとして構成したマスクリピータとは異なり、マザーマスク103のパターン部109a(図1(b))は、目的とするマスク106のパターン部109bと同じパターンであればよく、より強化されたOPCパターンを用いる必要がない。その理由は、マスクリピータ102によって、マスク106をパターン露光するために非常に短波長のX線を用いることから、マザーマスク103とマスク106とのギャップを進む間に回折で広がる割合を非常に小さくでき、その結果、パターン露光されるパターン109bは、パターン109aとほとんど同一になる。したがって、本発明によるマザーマスクのOPCとしては、図5に示した(c)のような通常のOPCマスクと同じでよく、(d)に示したような複雑なOPCは不要である。
次に、マザーマスク描画装置101に使用できるパターン描画装置105の一例を図2を用いて説明する。図2はパターン描画装置105の構成図である。パターン描画装置105は、パターン形成にミラーデバイス110を用いている。ミラーデバイスとは、数十万から100万個もの多数のマイクロミラーが並べられたデバイスのことである。図示していない露光光源からの紫外光L1をミラー111で反射させ、紫外光L2がミラーデバイス110に照射される。その結果、ミラーデバイス110で反射して下方に進む紫外光L3がパターンを有するようになる。紫外光L3は、レンズ112aと112bとで構成された投影光学系113を通過する。これによって、ミラーデバイス110の表面のパターンがマイクロレンズアレイ114上に投影される。ここで、ミラーデバイス110における各マイクロミラーがマイクロレンズアレイ114における各マイクロレンズと1対1に対応するようになる。マイクロレンズアレイ114で各光線が集光される位置に、ピンホール板115が配置されている。このピンホール板115の像が、縮小投影光学系116によって、マザーマスク103上に投影される。これによって、マザーマスク103上には、多数のスポットの集合体が投影される。
なお、本実施例における図2に示したパターン描画装置105の光源としては、高速にON/OFF動作が可能なミラーデバイス110に対応させるため、連続光源が好ましい。そこで、光源には、例えば、アルゴンイオンレーザの第2高調波を用いるのがよい。その理由として、アルゴンイオンレーザには様々な波長で発振可能であり、波長496nmに発振ラインがある。したがって、その第2高調波によって、波長248nmの連続光を発生できる。これはKrFエキシマレーザと同じ波長であるため、縮小投影光学系116と、図1に示されたXYステージ104において、KrF露光装置用のXYステージや縮小投影光学系がそのまま利用できるからである。
一方、ピンホール板は図3に示したように、多数のピンホールが斜めに並んでおり、図4に示したように、露光中にマザーマスク103を−Y方向にスキャンすることで、ピンホール板115が投影された領域117がY方向にスキャンされ、マザーマスク103上に露光された領域118が形成される。
本実施例のように、マザーマスク描画装置101にミラーデバイス110を用いていることにより、非常にパターン描画速度が高くなり、マザーマスク103の描画時間も短くすることができる。
しかも、マザーマスク103は、前述したように、シリコンウエハ121(図6)を基板としたものであるため、マザーマスク描画装置101(図1(a))のXYステージ104に、KrF露光装置やArF露光装置用のステージがそのまま利用できる。なお、図2に示されているパターン描画装置105の縮小投影光学系116にも、KrF露光装置やArF露光装置用のレンズをそのまま利用できる。したがって、以上より、本発明のマスク作成装置によると、マザーマスク描画装置を市販の露光装置をベースに構成することも容易になる。
なお、本発明のマスクリピータでは、等倍X線露光装置を用いているが、以下に説明するように、LEEPL(Low Energy E-Beam Proximity Lithography)と呼ばれる等倍の電子ビーム近接露光装置を用いてもよい。その理由としては、この装置も露光が光でなく、電子ビームを用いるため、回折による広がりが小さいことから、LEEPL用マスクをマザーマスクとする場合、より強化されたOPCが不要になるからである。しかも等倍X線露光装置の場合と同様、ペリクルを貼り付ける必要もないからである。
更に、図2に示されたパターン描画装置105の光源としては、10kHz程度で高速に動作するミラーデバイス110に対応させるため、5kHzで動作するエキシマレーザを2台交互運転させて、取り出された2本のビームをオーバーラップさせてもよい。
さらにその際に、それら2台のエキシマレーザを、さらに別の1台の狭帯域化レーザ(シーダと呼ばれる。)を用いて、波長ロッキングさせてもよい。これによると、2台のエキシマレーザにおいて、それぞれ波長安定化と、波長狭帯域化が不要になる。
また、エキシマレーザにおいて、波長248nmのKrFエキシマレーザを用いる場合は、シーダとして、波長248.6nmで動作することで知られるNeCuレーザを用いてもよい。NeCuレーザはイオンレーザの一種であり、特に波長狭帯域化素子を用いなくても、狭帯域化されたレーザ光を取り出せ、しかも原子の定まったエネルギー準位間でレーザ遷移するため、中心波長の変動もない点で好ましい。
(a)、(b)、及び、(c)は本発明のマスク作成方法100をその手順にしたがって説明する図である。 本発明に係るマスク作成方法に使用されるパターン描画装置105の構成を示す図である。 図2のパターン描画装置に使用されるピンホール板115の構成を示す図である。 図2に示されたパターン描画装置105による描画動作を説明する図である。 (a)、(b)、(c)、及び、(d)は光近接補正(OPC)及びそのためのマスクを説明する図である。 (a)、(b)、(c)、及び、(d)はマザーマスク103の作成手順を工程順に説明する図である。
符号の説明
101 マザーマスク描画装置
102 マスクリピータ
103 マザーマスク
104 XYステージ
105 パターン描画装置
106 マスク
107 縦型ステージ
108 X線
109a、109b パターン部
110 ミラーデバイス
111 ミラー
112a、112b レンズ
113 投影光学系
114 マイクロレンズアレイ
115 ピンホール板
116 縮小投影光学系
117 ピンホール板115の投影領域
118 露光された領域
121 シリコンウエハ
122 SiCメンブレン
123 X線吸収体
124 フレーム
L1、L2、L3、L4 紫外光

Claims (13)

  1. 半導体デバイス用露光装置で用いられるマスクのパターン描画を、等倍露光によって行うことを特徴とするマスク作成方法。
  2. 請求項1において、前記マスクのパターン描画の等倍露光をリピートすることによって、前記マスク上に複数のパターンを形成することを特徴とするマスク作成方法。
  3. 請求項1において、マスク描画用として用いられる等倍X線露光装置または等倍電子ビーム露光装置用のマザーマスクを、ミラーデバイスを用いたパターン描画装置によって描画することを特徴とするマスク作成方法。
  4. 請求項1乃至3のいずれかにおいて、前記半導体デバイス用露光装置で用いられるマスクが、SOC用のマスクであることを特徴とするマスク作成方法。
  5. 半導体ウエハ作成用マスクを作成する方法において、前記マスクの作成に使用されるマザーマスクを描画する工程と、前記マザーマスクのパターンを等倍露光することによって前記マスク上にパターンを形成する工程とを含むことを特徴するマスク作成方法。
  6. 請求項5において、前記等倍露光は等倍X線露光装置及び等倍電子ビーム露光装置のいずれかを使用して行われることを特徴とするマスク作成方法。
  7. 請求項5又は6において、前記マザーマスクの描画には、ミラーデバイスを備えたパターン描画装置が使用されることを特徴とするマスク作成方法。
  8. 半導体ウエハ作成用マスクを作成するマスク作成装置において、前記マスク上に描画すべきパターンを有するマザーマスクを描画するマザーマスク描画装置と、前記マザーマスクのパターンを等倍露光により前記マスク上にパターンを形成するマスク描画装置とを含むことを特徴とするマスク作成装置。
  9. 請求項8において、前記マザーマスク描画装置は、単一のパターン部を備えたマザーマスクを作成し、前記マスク描画装置は、前記マザーマスクの単一のパターン部を前記マスク上に等倍露光によって繰り返し描画するマスクレピータによって構成されていることを特徴とするマスク作成装置。
  10. 請求項9において、前記マスクレピータは等倍X線露光装置及び等倍電子ビーム露光装置のいずれかによって構成されていることを特徴とするマスク作成装置。
  11. 請求項8乃至10のいずれかにおいて、前記マザーマスク描画装置はミラーデバイスを含むパターン描画装置によって構成されていることを特徴とするマスク作成装置。
  12. 請求項8乃至11のいずれかに記載された前記等倍露光によって作成された半導体ウエハ作成用マスク。
  13. 請求項12において、同一のパターンの複数個含むことを特徴とする半導体ウエハ作成用マスク。

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