JP2005217047A - マスク、露光方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】欠陥転写性の緩和、転写後のパターンの位置精度の向上に寄与することができるマスク、露光方法および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】荷電粒子線が通過する貫通孔によりマスクパターンが形成されたマスク１０であって、同一のマスクパターンが形成された４つのマスク領域１０−１〜１０−４を有する。上記のマスクを用いた露光では、４つのマスク領域１０−１〜１０−４の全てに電子線ＥＢを走査する。電子線を走査後、１つのマスク領域の寸法分だけ、マスク１０とウエハとの相対位置を変えて、再び４つのマスク領域の全てに電子線ＥＢを走査する。このように、マスク１０の４つのマスク領域に電子線ＥＢを照射する工程と、マスク１０とウエハとの相対位置を変える工程とを繰り返し行うことにより、被処理基板２０にマスク１０の４つのマスク領域１０−１〜１０−４のマスクパターンを４重露光する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば荷電粒子線を用いたリソグラフィ技術に使用されるマスク、露光方法、並びに当該露光方法を用いる半導体装置の製造方法に関する。

現在、半導体装置の製造プロセスにおいてウエハにパターンを形成するリソグラフィ技術では、光露光用マスク（フォトマスク）と称される設計パターンの原版を、光でウエハ上に縮小露光する光リソグラフィが主流となっている。この場合、縮小率は通常１／５あるいは１／４となっている。露光には、Ｉ線（３６５ｎｍ）やＤｅｅｐＵＶ（２４８ｎｍ，１９３ｎｍ）が使用されており、将来的には、１５７ｎｍといった露光波長も採用されると予想されている。

しかしながら、半導体装置（チップ）の回路パターンの寸法は、光リソグラフィの進展をはるかに上回るスピードで縮小しており、新たなリソグラフィ技術の実用化が必要となっている。

近年、より高解像度のリソグラフィ技術として、電子線露光あるいは電子線投影露光と呼ばれる技術が開発されている。例えば、ＥＰＬ（Electron Projection Lithography ）やＬＥＥＰＬ（low energy electron beam proximity projection lithography)が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。ＥＰＬは、設計パターンの４倍の大きさのマスクを用い、１００ｋＶという高い加速電圧で露光する。一方、ＬＥＥＰＬは、等倍のマスクを用い、２ｋＶ程度と低い加速電圧で露光する。

図８は、従来の電子線露光用のマスクの概略構成の一例を示す図であり、図９は、従来の電子線露光用のマスクの概略構成の他の例を示す図である。

図８に示すように、マスク１００は、その中央領域に、マスクパターンが形成されたマスク領域１００−１を備える。マスクパターンは、例えば貫通孔により形成される。

ウエハに転写すべき回路パターンがドーナツパターン等を含む場合は、中央部を支持できないことから相補分割する必要がある。この場合には、図９（ａ）に示すマスク１００のマスク領域１００−１を、図９（ｂ）に示すように４つの単位相補露光領域１００−１１，１００−１２，１００−１３，１００−１４に分け、各単位相補露光領域１００−１１〜１００−１４に、ウエハに転写すべき回路パターンを相補分割した相補マスクパターンを形成する。各単位相補露光領域１００−１１〜１００−１４は、ウエハに重ねて露光される（相補露光）。図９（ｂ）に示すように、各単位相補露光領域には、支持枠１０１で囲まれた領域に、貫通孔からなるパターンが形成されるメンブレン１０２と、メンブレン１０２を補強する梁１０４が形成されている。ウエハの任意の位置に、相補露光が可能なように各単位相補露光領域１００−１１〜１００−１４に形成された梁１０４の位置がずれて形成されている。

図１０は、上記のマスクの作製から露光までの運用フローを示す図である。
図１０に示すように、マスク作製後（ステップＳＴ１１）、通常、マスクの欠陥検査を行う（ステップＳＴ１２）。欠陥がないと判定された場合（ステップＳＴ１３）、そのマスクが露光に使用される（ステップＳＴ１４）。欠陥があると判定された場合（ステップＳＴ１３）、修正をする（ステップＳＴ１５）。欠陥が修正可能であり、修正後のマスクに欠陥がなくなれば（ステップＳＴ１６）、修正後のマスクを使用する（ステップＳＴ１４）。ただし、修正が不可能であり、欠陥をなくすことができない場合には（ステップＳＴ１６）、マスクを破棄する（ステップＳＴ１７）。
特許第２９５１９４７号 特開２００２−３７３８４５号公報

しかしながら、ＬＥＥＰＬの場合、等倍マスクを使用するため欠陥の修正が難しく、欠陥のないマスクを作製することが非常に困難である。従って、マスク破棄の割合が大きくなってしまい、マスクのコストの上昇に繋がってしまう。

さらに、上記の電子線露光用のマスクにおいては、フォトマスクのようにペリクルを使用することができない。このため、マスクに付着したコンタミネーションや異物によって頻繁に洗浄が必要となり、マスクの寿命も短くなりやすい。

さらに、等倍マスクの場合には、マスクに形成されたマスクパターンの位置精度が、そのまま露光対象であるウエハのパターンの位置精度に繋がってしまうという問題もある。

上記の問題を解決するため、特許文献２に記載の方法では、２回の多重露光により欠陥転写性を緩和しているが、２回の多重露光では、欠陥転写性の緩和が十分ではない。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、第１の目的は、マスクに付着するコンタミネーション量の低減、欠陥転写性の緩和、転写後のパターンの位置精度の向上に寄与することができるマスクを提供することにある。

本発明の第２の目的は、できるだけマスクを有効利用し、かつ、被露光体に転写するパターンの線幅均一性および位置精度の向上、欠陥数の低減を図ることができる露光方法を提供することにある。

本発明の第３の目的は、回路パターンの線幅均一性および位置精度の向上、欠陥数の低減を図ることができ、信頼性のある半導体装置を製造することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のマスクは、荷電粒子線が通過する貫通孔によりマスクパターンが形成されたマスクであって、前記マスクパターンが形成されたマスク領域を３つ以上有し、各マスク領域に被露光体に対して多重露光し得る同一のマスクパターンが形成されたものである。

上記の本発明のマスクでは、被露光体に対してマスクパターンを少なくとも３重露光し得るように構成されている。
このため、３重露光による平均化効果により被露光体に形成されるパターンの線幅均一性の向上およびパターン位置精度の向上を図ることができる。
また、１つのマスクパターンの一部に欠陥が存在しても、他の２つ以上のマスクパターンが重ねて露光されることから、被露光体への欠陥転写性が緩和される。
例えば、３重露光により一回の露光量を１／３にできることから、マスクパターンに付着するコンタミネーションの量を低減することができる。

上記の目的を達成するため、本発明の露光方法は、貫通孔によりマスクパターンが形成されたマスク領域を３つ以上有し、各マスク領域に同一のマスクパターンが形成されたマスクの欠陥検査を行う工程と、前記マスクに欠陥のないマスク領域が存在する場合には、欠陥のない当該マスク領域を使用して被露光体に１重露光により露光を行い、全てのマスク領域に欠陥が存在する場合には、３つ以上のマスク領域を被露光体に多重露光する工程とを有する。

上記の本発明の露光方法では、欠陥のないマスク領域が存在するのであれば、欠陥のあるマスク領域をも用いて多重露光するのではなく、欠陥のないマスク領域を用いた１重露光により、被露光体にパターンを形成する。
そして、全てのマスク領域に欠陥が存在する場合には、３つ以上のマスク領域を被露光体に多重露光することにより、欠陥転写性を緩和させて、被露光体にパターンを形成する。このように、各マスク領域に欠陥が存在する場合でも、そのマスクを使用できる。また、多重露光による平均化効果により被露光体に形成されるパターンの線幅均一性の向上およびパターン位置精度の向上を図ることができる。

上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、マスクを通して荷電粒子線によりウエハを露光することにより、ウエハに回路パターンを形成する半導体装置の製造方法であって、貫通孔によりマスクパターンが形成されたマスク領域を３つ以上有し、各マスク領域に同一のマスクパターンが形成されたマスクの欠陥検査を行う工程と、前記マスクに欠陥のないマスク領域が存在する場合には、欠陥のない当該マスク領域を使用して前記ウエハに１重露光により露光を行い、全てのマスク領域に欠陥が存在する場合には、３つ以上のマスク領域を前記ウエハに多重露光する工程とを有する。

上記の本発明の半導体装置の製造方法では、欠陥のないマスク領域が存在するのであれば、欠陥のあるマスク領域をも用いて多重露光するのではなく、欠陥のないマスク領域を用いてウエハに１重露光する。
そして、全てのマスク領域に欠陥が存在する場合には、３つ以上のマスク領域をウエハに多重露光することにより、欠陥転写性を緩和させて、ウエハに回路パターンを形成する。このように、各マスク領域に欠陥が存在する場合でも、そのマスクを使用できる。また、多重露光による平均化効果によりウエハに形成される回路パターンの線幅均一性の向上および位置精度の向上を図ることができる。

本発明のマスクによれば、マスクに付着するコンタミネーション量の低減、欠陥転写性の緩和、転写後のパターンの位置精度の向上に寄与することができる。
本発明の露光方法によれば、できるだけマスクを有効利用することができ、かつ、被露光体に転写するパターンの線幅均一性および位置精度の向上、欠陥数の低減を図ることができる。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、回路パターンの線幅均一性および位置精度の向上、欠陥数の低減を図ることができ、信頼性のある半導体装置を製造することができる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係るマスクを用いた露光を実施する露光装置の構成の一例を示す図である。図１に示す露光装置は、ＬＥＥＰＬ技術に適用される露光装置である。

図１に示す露光装置１は、電子銃２と、コンデンサレンズ３と、アパーチャ４と、一対の主偏向器５ａ，５ｂと、一対の副偏向器６ａ，６ｂとを有する。

電子銃２は、２ｋＶ程度の加速電圧で電子線ＥＢを出射する。電子銃２から出射された電子線ＥＢは、コンデンサレンズ３を通って平行ビームに収束する。この平行ビームに収束した電子線ＥＢの不要部分は、アパーチャ４によって遮断される。

電子線ＥＢは、主偏向器５ａによって、電子線ＥＢを照射する目標に向けて振られた後、主偏向器５ｂによって、光軸に平行な方向になるように振り戻される。これによって、電子線ＥＢは、マスク１０に略垂直に照射する。主偏向器５ａ，５ｂにより、電子線ＥＢが走査される。

副偏向器６ａ，６ｂは、被露光体であるウエハ等の被処理基板２０に転写されるパターンの位置を補正すべく電子線ＥＢのマスク１０への入射角を制御する。電子線ＥＢを僅かに傾けることにより、正確な位置から変位しているマスク１０のマスクパターンを、被処理基板２０上の正しい位置に補正して転写する。図１に示すように、照射角度の制御により、電子線ＥＢの被処理基板２０への照射位置をΔだけ移動させることができる。

図１に示すように、マスク１０は、厚膜の支持枠１１と、支持枠１１で囲まれた領域内に形成されたメンブレン（薄膜）１２とを有する。メンブレン１２は、電子線遮蔽膜として機能し、当該メンブレン１２に貫通孔からなるマスクパターン１３が形成される。必要に応じて、メンブレン１２の強度を補強すべく支持枠１１と同程度の膜厚の梁が形成される。

図１においてマスク１０のメンブレン１２に形成された貫通孔からなるマスクパターン１３を通過した電子線ＥＢにより、被処理基板２０上のレジスト膜２２が露光される。図１に示す露光装置では、等倍露光を採用しており、マスク１０と被処理基板２０は近接して配置される。

図２は、マスク１０の概略構成を示す平面図である。
図２に示すように、マスク１０は、被処理基板２０に重ねて露光されるマスク領域を３つ以上有し、本実施形態では、４つのマスク領域１０−１，１０−２，１０−３，１０−４を有する。各マスク領域１０−１〜１０−４には、被処理基板２０に対して多重露光し得る同一のマスクパターンが形成されている。マスクパターンは、例えば、相補分割の必要のないコンタクトホールパターンが等倍で形成されたものである。各マスク領域１０−１〜１０−４は、支持枠１１で囲まれた領域の略中心部を原点として、第１象限から第４象限に対応させて設けられている。

上記の本実施形態に係るマスクを用いた露光方法では、４つのマスク領域１０−１〜１０−４の全てに電子線ＥＢを走査する。電子線を走査後、１つのマスク領域の寸法分だけ、マスク１０と被処理基板２０との相対位置を変えて、再び４つのマスク領域１０−１〜１０−４の全てに電子線ＥＢを走査する。このように、マスク１０の４つのマスク領域１０−１〜１０−４に電子線ＥＢを照射する電子線照射工程と、マスク１０と被処理基板２０との相対位置を変える移動工程とを繰り返し行うことにより（ステップアンドリピート露光）、被処理基板２０にマスク１０の４つのマスク領域１０−１〜１０−４のマスクパターンを４重露光する。

上記の本実施形態に係るマスクは、半導体装置の製造における露光工程において好適に使用される。

半導体装置の製造においては、図３（ａ）に示すように、例えば、被処理基板２０上にポリシリコンや酸化シリコン等の被加工層２１を形成し、被加工層２１上に電子線レジストからなるレジスト膜２２を形成する。

次に、図１に示す露光装置に被処理基板２０をセットし、マスク１０と被処理基板２０のアライメントを行う。アライメント後、図３（ｂ）に示すように、上記した本実施形態に係る多重露光方法を実施する。これにより、メンブレン１２に形成された貫通孔からなるマスクパターン１３を通過した電子線ＥＢにより被処理基板２０のレジスト膜２２が露光される。

次に、図３（ｃ）に示すように、レジスト膜２２を現像することにより、例えばレジスト膜２２がポジ型であれば電子線照射部分が除去されて、レジスト膜２２にパターンが形成される。

次に、図３（ｄ）に示すように、レジスト膜２２をマスクとして被加工層２１をエッチングすることにより、被加工層２１がパターン加工されて、回路パターンが形成される。回路パターンとしては、例えばコンタクトホールパターンがある。

その後、図３（ｅ）に示すように、レジスト膜２２を除去することにより、被加工層２１のパターン加工が終了する。

半導体装置の製造においては、上層をさらに堆積させて、上記の図３（ａ）〜図３（ｅ）に示す工程を繰り返すことにより、集積回路が形成される。

本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、全ての層の加工に電子線露光を用いる場合だけでなく、コンタクトホール等のクリティカルな層のみを電子線露光を用いて加工して、他の層を光露光を用いて加工するといった、ミックスアンドマッチ露光により半導体装置を製造する場合も含む。

上記のマスクを用いた露光による、マスクへ付着するコンタミネーション量の低減効果について説明する。比較例として、図８に示す１つのマスク領域１００−１にマスクパターンが形成されたマスクを参照して説明する。

図８に示す比較例のマスク１００のマスクパターンを露光する際に必要な露光量をＨμＣ／ｃｍ² とする。一方、図２に示す本実施形態に係るマスク１０では、４つのマスク領域１０−１〜１０−４に同一のマスクパターンが配置されている。上記したように、４つのマスク領域１０−１〜１０−４は、被処理基板２０に重ねて露光される。このマスクパターンをｎ回重ねて露光する場合において、パターンを露光するのに必要な露光量は、Ｈ／ｎμＣ／ｃｍ² となる。図２に示す例では、同じマスクパターンが４つ存在するため、ｎ＝４となり１つのパターンを露光するのに必要な露光量はＨ／４μＣ／ｃｍ² となる。従って、１／４の露光量で露光可能となる。これは、図８に示すマスクを用いた従来の露光方法と比較すると、マスクパターンに付着するコンタミネーションの付着量を１／４にできるという効果を奏する。

以上のように、本実施形態に係るマスクおよび当該マスクを用いた露光方法では、マスクパターンに付着するコンタミネーション量を低減することができる。

次に、本実施形態に係るマスクを用いて露光した場合に、被処理基板に形成される回路パターンの特徴について説明する。

図４（ａ）は、いずれかのマスク領域１０−１〜１０−４に形成されたマスクパターンＡ１を示す図であり、図４（ｂ）は他のマスク領域に形成されたマスクパターンＡ２を示す図である。なお、図面の簡略化のため、図示は省略するが、他の２つのマスク領域にも同じマスクパターンが形成されている。図４（ｃ）は、マスクパターンＡ１，Ａ２を含む４つのマスクパターンを４重露光することにより形成された被処理基板２０上のパターンＥを示す。

図４（ａ）に示すように、マスクパターンＡ１は、パターンの線幅精度とパターン位置精度が良く、また、欠陥や異物がないものとする。一方、マスクパターンＡ２は、パターンの線幅精度が低いものや、パターンの位置精度が低いもの、また、異物や欠陥が存在するものとする。図４（ｂ）では、一例として、マスクパターンＡ２には、パターンの一部に異物Ｃが存在し、かつ、理想位置からの位置ずれＤがパターンの一部に発生している様子を図解している。

上記のマスクパターンＡ１，Ａ２を含む４つのマスクパターンを４重露光した場合、以下に示すような効果が得られる。

まず、被処理基板２０に転写されるパターンＥの線幅精度について説明する。４つのマスクパターンを多重露光すると、一つのマスクパターンＡ２の一部に異物Ｃが付着している場合でも、当該異物Ｃは、被処理基板２０へ転写されないか、問題とならないほど小さくなる。すなわち、欠陥転写性を緩和させることができる。ここで、２重露光ではマスクパターンの一部の欠陥を他の１つのマスクパターンで補間する必要があるため、欠陥転写性の緩和効果が十分でないが、４重露光では他の３つのマスクパターンで補間できるため、十分な欠陥転写性の緩和効果が得られる。本実施形態では、４重露光の例について説明したが、３重露光でも同様の効果が得られる。なお、複数のマスクパターンの同じ箇所に欠陥が発生している可能性はほとんどない。

従って、マスクパターンＡ２のみを露光した場合には、異物Ｃの存在により被処理基板２０に形成されるパターンの線幅が小さくなってしまい要求スペックを満たせない場合でも、４重露光することで得られた被処理基板２０上のパターンＥは要求スペックを満たすことが可能になる。さらに、本実施形態では、４つのマスクパターンを多重露光するため、被処理基板２０に形成されるパターンＥの線幅均一性を向上させることができる。

これは、マスクパターンに付着した異物に起因するもののみならず、ランダム成分による線幅不均一性を改善することも可能である。例えば、マスクパターン上に発生したラインエッジラフネスを４重露光することで、ラインエッジラフネスが相殺され、滑らかな形状のパターンＥを被処理基板２０に形成することが可能である。

次に、被処理基板２０に転写されるパターンＥの位置精度向上効果について説明する。図４（ａ）および図４（ｂ）に示したように、マスクパターンＡ２には位置擦れＤが発生していても、４重露光の平均化効果により被処理基板２０に形成されるパターンＥの位置擦れが緩和される。

従って、マスクパターンＡ２のみを露光した場合には、要求スペックを満たせない場合でも、４重露光することで得られた被処理基板２０上のパターンは、要求スペックを満たすことが可能になる。また、多重露光回数（本実施形態では４回）が多いほど、平均化効果による位置精度向上効果が顕著になる。

以上説明したように、マスクパターンに異物や欠陥や位置擦れ等が存在し、１重露光した場合には被処理基板２０上のパターンが要求スペックを満たすことができないような場合であっても、４つのマスクパターンを４重露光することにより、被処理基板２０上に形成されたパターンＥの位置精度を確保することができる。

マスクパターンＡ１のような完全なパターンをマスクに形成することは非常に困難であるため、マスクパターンの一部に問題（例えば、異物付着、パターン位置精度の劣化、パターン線幅不均一性）が含まれていても、問題なく露光できることはマスクコストの観点からしても非常に有利である。

以上、本実施形態に係るマスクの効果をまとめると、以下に示すようになる。
まず、４重露光による平均化効果により被処理基板２０に形成されるパターンの線幅均一性の向上およびパターン位置精度の向上を図ることができる。また、４重露光による欠陥転写性の緩和により被処理基板に形成されるパターンの欠陥数を低減することができる。さらに、４重露光により一回の露光量を１／４にできることから、マスクパターンに付着するコンタミネーションの量を低減することができる。さらに、４重露光による上記の効果により、マスクパターンの一部に問題があっても被処理基板に形成されるパターンの精度を確保できることから、マスクを破棄せずに使用でき、マスクコストを低減することができる。さらに、１つのマスクに同じマスクパターンが形成された４つのマスク領域を設け、４つのマスク領域を一度に露光することから、多重露光のためのマスクの交換が不要となり、１重露光と同等の露光のスループットを確保することができる。

上記の本実施形態に係るマスクを用いた露光方法によれば、可能な限りマスクを有効利用することができ、かつ、被処理基板に転写するパターンの線幅均一性および位置精度の向上、欠陥数の低減を図ることができる。また、１重露光と同等の露光のスループットを確保することができる。

さらに、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、回路パターンの線幅均一性および位置精度の向上、欠陥数の低減を図ることができ、信頼性のある半導体装置を製造することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、図２に示すマスクを用いて４重露光する例について説明したが、本実施形態では、図２に示すマスクの作製から露光までの好適な運用方法の一例について説明する。図５は、マスクの作製から露光までの運用フローを示す図である。

まず、図２に示すような、同じマスクパターンをもつマスク領域を４つ備えたマスクを作製する（ステップＳＴ１）。

次に、従来のフロー（図１０参照）と同様に、マスクの欠陥検査を実施する（ステップＳＴ２）。欠陥とは、パターン欠けや、余分なパターンの残存に大別できる。これらの欠陥は、被処理基板２０に転写されなければ問題とならない。また、転写されても問題がないような大きさであれば欠陥とは定義しない。一定のサイズ以上の欠陥を不良として定義する。通常、設計パターンサイズの１／３〜１／４が欠陥と定義されるが、微細化がすすむにつれて定義は厳しくなる傾向にある。

欠陥検査において欠陥が発見された場合でも、４つのマスク領域１０−１〜１０−４のうち、欠陥のないマスク領域が１つでも存在すると判定された場合には（ステップＳＴ３）、欠陥のあるマスク領域を修正せずに、欠陥のないマスク領域を従来と同様に１重露光に用いる。

これは、欠陥のないマスク領域が存在するのであれば、欠陥のあるマスク領域をも用いて多重露光するよりは、欠陥のないマスク領域を用いた１重露光を用いた方が、露光回数が１回で済むからである。１枚のマスク上に同一のマスクパターンをもつ４つのマスク領域を形成することにより、１枚のマスクに１つのマスク領域を形成するのに比較して、欠陥のないマスクパターンをもつマスク領域が得られる可能性が４倍に高まる。

欠陥検査において、全てのマスク領域１０−１〜１０−４に欠陥が存在する場合には、マスク領域１０−１〜１０−４の欠陥を修正する（ステップＳＴ５）。いずれか１つのマスク領域１０−１，１０−４の欠陥を完全に修正可能でき無欠陥とすることができる場合には（ステップＳＴ６）、修正後に無欠陥となったいずれかのマスク領域を従来と同様に１重露光に用いる。

全てのマスク領域にそれぞれ修正不可能な欠陥が存在し、欠陥修正後においても各マスク領域に欠陥が存在する場合には、４重露光を用いることにより被処理基板２０へ問題なく露光できるか否かを判定する（ステップＳＴ７）。

４重露光を用いることにより被処理基板２０へ問題なく露光できると判定された場合には、４つのマスク領域１０−１〜１０−４を用いて４重露光により被処理基板２０にパターンを形成する（ステップＳＴ８）。４重露光によってもパターンの欠陥を緩和しきれない場合、初めてマスクを破棄する（ステップＳＴ９）。なお、４重露光による欠陥転写性の緩和効果は大きいことから、ほとんどのマスクは使用可能となる。

以上説明したように、本実施形態に係る露光方法では、いずれか１つのマスク領域が欠陥のない完全な状態である場合には、１重露光を用いる。これにより、１回の露光で被処理基板２０にパターンを形成することができる。

また、本実施形態に係る露光方法では、各マスク領域１０−１〜１０−４が従来では破棄となっていた状態であっても、多重露光することによりマスクを使用することが可能となる。このため、マスクを破棄する可能性を減少させ、かつ、被処理基板２０に形成するパターンの線幅均一性および位置精度の向上、欠陥数の低減を図ることができる。

（第３実施形態）
第１実施形態では、コンタクトホールパターンのような相補分割を必要としないパターンを露光するためのマスクについて説明したが、本実施形態では、ドーナツパターンのような相補分割を必要とするパターンを転写するためのマスクについて説明する。図６（ａ）は、本実施形態に係るマスクの概略構成を示す平面図である。

図６（ａ）に示すように、マスク１０は、被処理基板２０に重ねて露光されるマスク領域を３つ以上有し、本実施形態では、４つのマスク領域１０−１，１０−２，１０−３，１０−４を有する。各マスク領域１０−１〜１０−４は、支持枠１１で囲まれた領域の略中心部を原点として、第１象限から第４象限に対応させて設けられている。

図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す１つのマスク領域１０−１の詳細な構成を示す図である。

図６（ｂ）に示すように、１つのマスク領域１０−１は、４つの単位相補露光領域１０−１１，１０−１２，１０−１３，１０−１４を有する。各単位相補露光領域１０−１１〜１０−１４は、支持枠１１で囲まれた領域の略中心部を原点として、第１象限から第４象限に対応させて設けられている。各単位相補露光領域１０−１１〜１０−１４は、貫通孔よりなるマスクパターンが形成されるメンブレン１２と、メンブレン１２の強度を補強する梁１４とにより構成される。本実施形態では、メンブレン１２に形成されるマスクパターンは、被処理基板２０に形成する回路パターンが相補分割された相補マスクパターンである。

単位相補露光領域１０−１１，１０−１３には、ｙ方向に延びる梁１４が一定間隔でｘ方向に複数配列して構成される。梁１４と梁１４の間の領域が、メンブレン１２となる。２つの単位相補露光領域１０−１１，１０−１３を重ねた際に、梁１４の位置がずれるように、梁１４が形成されている。

単位相補露光領域１０−１２，１０−１４には、ｘ方向に延びる梁１４が一定間隔でｙ方向に複数配列して構成される。梁１４と梁１４の間の領域が、メンブレン１２となる。２つの単位相補露光領域１０−１２，１０−１４を重ねた際に、梁１４の位置がずれるように、梁１４が形成されている。

以上のような構成により、被処理基板に形成する回路パターンを相補分割した相補マスクパターンが、任意の２つの単位相補露光領域のメンブレン１２に振り分けて配置される。

他のマスク領域１０−２〜１０−４も同様の構成となっている。このため、各マスク領域１０−１〜１０−４には、被処理基板２０に対して多重露光し得る同一の相補マスクパターンが形成されることになる。相補マスクパターンは、例えば、回路パターンを相補分割したパターンが等倍で形成されたものである。

上記の本実施形態に係るマスクを用いた露光方法では、４つのマスク領域１０−１〜１０−４の全てに電子線ＥＢを走査する。電子線を走査後、１つの単位相補露光領域１０−１１〜１０−１４の寸法分だけ、マスク１０と被処理基板２０との相対位置を変えて、再び４つのマスク領域１０−１〜１０−４の全てに電子線ＥＢを走査する。このように、マスク１０の４つのマスク領域１０−１〜１０−４に電子線ＥＢを照射する電子線照射工程と、マスク１０と被処理基板２０との相対位置を変える移動工程とを繰り返し行う（ステップアンドリピート露光）。１つのマスク領域の４つの単位相補露光領域１０−１１〜１０−１４を重ねて露光することにより１つの回路パターンが転写され（相補露光）、他のマスク領域についても同様に行うことにより、１つの回路パターンを４重露光する。

なお、図９に示したマスクは、被処理基板に４回重ねて露光することとなるが、同一のマスクパターンを露光するわけではないため、４重露光ではなく４相補露光となる。このため、最適露光量がＨμＣ／ｃｍ² の場合、露光量はＨμＣ／ｃｍ² ×４となる。これに対し、図６に示すマスクでは、Ｈ／４μＣ／ｃｍ² ×４となる。

４つのマスク領域１０−１〜１０−４の全てに電子線ＥＢを走査することにより、図９に示すマスクを用いた露光方法と比較しても、スループットは同等レベルとなる。特に、被処理基板２０となるウエハに露光するチップ数が多いほど、スループットを向上させることができる。

本実施形態に係るマスクによれば、相補マスクパターンを４重露光することにより、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。すなわち、被処理基板２０に形成されるパターンの線幅均一性の向上およびパターン位置精度の向上を図ることができる。また、被処理基板に形成されるパターンの欠陥数を低減することができる。さらに、相補マスクパターンに付着するコンタミネーションの量を低減することができる。さらに、４重露光による上記の効果により、相補マスクパターンの一部に問題があっても被処理基板に形成されるパターンの精度を確保できることから、マスクを破棄せずに使用でき、マスクコストを低減することができる。さらに、４つのマスク領域を一度に露光することから、通常の相補露光と同等のスループットを確保することができる。

上記の本実施形態に係るマスクは、第２実施形態で説明した運用フローに従って、１重露光あるいは４重露光に用いることにより、第２実施形態で説明した効果を奏することができる。

上記の露光方法を適用した本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、回路パターンの線幅均一性および位置精度の向上、欠陥数の低減を図ることができ、信頼性のある半導体装置を製造することができる。

本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
本実施形態では、４重露光を用いる例について説明したが、３重露光以上であれば十分な欠陥転写性の緩和効果、パターンの線幅均一性および位置精度の向上効果が得られる。特に、等倍マスクを使用する場合には、２重露光でなく３重露光以上を用いることによる効果が大きい。また、第３実施形態で説明したマスクの梁１４の配置は、種々の変更が可能である。例えば、図７に示すような梁配置であってもよい。図７では、各単位相補露光領域１０−１１〜１０−１４には、格子状に梁１４が形成されており、梁１４により区画された領域がメンブレン１２となる。各単位相補露光領域１０−１１〜１０−１４を重ねた場合に、任意の位置において２つの単位相補露光領域１０−１１〜１０−１４でメンブレン１２が存在するように、梁１４がずれて配置されているものである。

また、本実施形態で説明した露光装置の構成は一例であり、装置構成を変更しても良く、等倍露光以外にも電子線縮小投影露光に使用することも可能である。また、本実施形態では電子線を用いる露光の例について説明したが、荷電粒子線であればイオンビームを採用することも可能である。また、マスクの作製方法に限定はない。本実施形態で挙げた材料や数値は一例であり、これに限定されるものではない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

本実施形態に係るマスクを用いた露光を実施する露光装置の構成の一例を示す図である。 第１実施形態に係るマスクの概略構成を示す平面図である。 本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図である。 本実施形態に係る多重露光の効果を説明するための図である。 第２実施形態に係るマスク作製から露光までのマスク運用フロー図である。 （ａ）は第２実施形態に係るマスクの概略構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す１つのマスク領域の詳細な構成を示す図である。 梁配置の他の例を示す図である。 従来のマスクの概略構成の一例を示す図である。 従来のマスクの概略構成の他の例を示す図である。 従来のマスクの作製から露光までの運用フローを示す図である。

符号の説明

１…露光装置、２…電子銃、３…コンデンサレンズ、４…アパーチャ、５ａ，５ｂ…主偏向器、６ａ，６ｂ…副偏向器、１０…マスク、１０−１，１０−２，１０−３，１０−４…マスク領域、１０−１１，１０−１２，１０−１３，１０−１４…単位相補露光領域、１１…支持枠、１２…メンブレン、１３…マスクパターン、１４…梁、２０…被処理基板、２１…被加工層、２２…レジスト膜、１００…マスク、１００−１…マスク領域、１００−１１，１００−１２，１００−１３，１００−１４…単位相補露光領域、１０２…メンブレン、１０４…梁、ＥＢ…電子線ＥＢ

Claims (9)

1. 荷電粒子線が通過する貫通孔によりマスクパターンが形成されたマスクであって、
   前記マスクパターンが形成されたマスク領域を３つ以上有し、各マスク領域に被露光体に対して多重露光し得る同一のマスクパターンが形成された
   マスク。
2. 各マスク領域は、４つの単位相補露光領域を有し、
   前記単位相補露光領域に、被露光体に転写する回路パターンが相補分割された相補マスクパターンが形成された
   請求項１記載のマスク。
3. 前記マスクパターンは、被露光体に転写する回路パターンが等倍で形成された
   請求項１記載のマスク。
4. 貫通孔によりマスクパターンが形成されたマスク領域を３つ以上有し、各マスク領域に同一のマスクパターンが形成されたマスクの欠陥検査を行う工程と、
   前記マスクに欠陥のないマスク領域が存在する場合には、欠陥のない当該マスク領域を使用して被露光体に１重露光により露光を行い、全てのマスク領域に欠陥が存在する場合には、３つ以上のマスク領域を被露光体に多重露光する工程と
   を有する露光方法。
5. 前記多重露光する工程は、
   ３つ以上のマスク領域の全体を露光する工程と、
   前記マスクと前記被露光体との相対位置を１つのマスク領域分だけずらす工程と、を繰り返し行う
   請求項４記載の露光方法。
6. 前記マスクとして、各マスク領域が４つの単位相補露光領域を有し、前記単位相補露光領域に被露光体に転写する回路パターンが相補分割された相補マスクパターンが形成されたマスクを用い、
   前記多重露光する工程は、
   ３つ以上のマスク領域の全体を露光する工程と、
   前記マスクと前記被露光体との相対位置を１つの前記単位相補露光領域分だけずらす工程と、を繰り返し行う
   請求項４記載の露光方法。
7. マスクを通して荷電粒子線によりウエハを露光することにより、ウエハに回路パターンを形成する半導体装置の製造方法であって、
   貫通孔によりマスクパターンが形成されたマスク領域を３つ以上有し、各マスク領域に同一のマスクパターンが形成されたマスクの欠陥検査を行う工程と、
   前記マスクに欠陥のないマスク領域が存在する場合には、欠陥のない当該マスク領域を使用して前記ウエハに１重露光により露光を行い、全てのマスク領域に欠陥が存在する場合には、３つ以上のマスク領域を前記ウエハに多重露光する工程と
   を有する半導体装置の製造方法。
8. 前記多重露光する工程は、
   ３つ以上のマスク領域の全体を露光する工程と、
   前記マスクと前記ウエハとの相対位置を１つのマスク領域分だけずらす工程と、を繰り返し行う
   請求項７記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記マスクとして、各マスク領域が４つの単位相補露光領域を有し、前記単位相補露光領域に前記ウエハに形成する回路パターンが相補分割された相補マスクパターンが形成されたマスクを用い、
   前記多重露光する工程は、
   ３つ以上のマスク領域の全体を露光する工程と、
   前記マスクと前記ウエハとの相対位置を１つの単位相補露光領域分だけずらす工程と、を繰り返し行う
   請求項７記載の半導体装置の製造方法。
   
   

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