JP2005252035A - マスク、マスクブランクス、露光方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターンの位置精度の向上と、アライメントの容易性を兼ね備えたマスク、露光方法、半導体装置の製造方法を提供することにある。
【解決手段】４つのマスク領域１１〜１４には、補強部として、主補強部３と、主補強部３より幅の狭い第１補助補強部４とが互いに平行に配置されており、さらに、主補強部３および第１補助補強部４に直交する第２補助補強部５が配置されている。このように補強部３〜５により、長方形状の薄膜（メンブレン）２が規定される。第２の補助補強部５によりメンブレン２の長辺の長さを制御することにより、メンブレン２にパターンの貫通孔を形成した場合のパターン位置誤差が緩和される。また、Ｘ軸あるいはＹ軸の方向が長辺となる長方形状のメンブレン２が形成されることから、当該座標軸に沿ってアライメントを行う際に、アライメントとの相性がよいマスクとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、パターンが貫通孔により形成されたマスク、マスクブランクス、露光方法および半導体装置の製造方法に関する。

従来、電子線近接転写リソグラフィ（ＬＥＥＰＬ：low energy electron beam proximity projection lithography)では、厚さ数百ｎｍから数μｍの薄膜（メンブレン）に貫通孔により回路パターンが形成されているステンシルマスクが用いられる。ＬＥＥＰＬでは、レジストを塗布したウエハ上に数十μｍの間隔を空けてステンシルマスクを設置し、電子光学系により数ｋｅＶの運動エネルギーをもつ電子線（ＥＢ）がステンシルマスク上に走査される。メンブレン部に入射した電子線は、非弾性散乱によりエネルギーを失い、メンブレンに吸収され、貫通孔を通過した電子線のみがウエハ上に転写される。

ステンシルマスクには、その構造上、ドーナツ状に閉じた図形を形成することができない。なぜならば、閉じた回路パターン、すなわち貫通孔で囲まれた領域が脱落してしまうからである。これは、ドーナツ問題として広く認識されている。そのため、ＬＥＥＰＬに限らず、電子線転写リソグラフィ（ＥＰＬ）やイオンビーム転写リソグラフィ（ＩＰＬ）等のステンシルマスクを用いるリソグラフィ技術においては、回路パターンを２つの相補的な部分に分割した後、両者をマスク上の別領域に配置し、２重露光によりウエハ上で重ね合わせるという方法がとられている。

しかし、相補分割された領域をマスク上の離れた領域、もしくは別マスクに配置し、露光を２回繰り返すことは、生産のスループットを半減させることになる。そこで、図１４（ａ）に示すように、チップＣのサイズ（図１４（ａ）では一辺Ｌの正方形と仮定している）と同じマスク領域１１１，１１２を隣接して配置し、マスク領域１１１，１１２に相補分割された図形ＡとＢ（Ａ＋Ｂ＝元の図形）を配置する方法が考案された（特許文献１，２参照）。

このマスクに対して、図１４（ｂ）に示すように、ウエハＷをピッチＬで移動させると、ウエハ上の各チップＣがマスク領域１１１とマスク領域１１２とで２重露光されるので、図形Ａと図形Ｂを転写することができ、いかなる図形でも露光することができる。なお、図では分かりやすいように、マスク１００がウエハＷに対して移動しているように矢印を描いているが、実際の露光装置では、マスクを固定し、ウエハを動作させる。

このマスクの利点は、マスクを２枚作製したり、あるいは離れた場所にある領域を２回露光したりする必要がなく、それらの方式よりもスループットが高いということである。そこで、上記のマスクを相補ステンシルマスク（Complementary stencil mask :ＣＯＳＭ）と称する。

相補ステンシルマスクを実現するためには、少なくともチップ２個分の領域を単一のメンブレンで構成しなくてはならない。しかしながら、厚さ数μｍ以下のメンブレンを数十ｍｍ角の大きさで保持することは技術的に容易ではない。まず、機械的強度が低く破壊しやすいため、搬送や取り扱いに細心の注意が必要である。そのため、マスク製造の歩留りが低く、また、露光時に衝撃やウエハ上の異物で破損してしまうという問題がある。

次に、マスクパターンの位置誤差は、メンブレンの大きさにほぼ比例するので、高い位置精度を保証することが困難である。また、メンブレンのたわみを防ぐためにメンブレンの内部応力を増加させると、さらに位置精度が低下してしまう。さらに、メンブレンサイズが大きいと露光中の電子線の照射によりメンブレンの温度が上昇し、パターンの熱変位も増加するという問題がある。

そこで、相補ステンシルマスクの考え方を踏襲しつつ、マスクの機械的強度を確保する方法として、図１５（ａ）に示すマスクが提案された。すなわち、マスク１０２上にチップ４個分の露光領域を設定する。そして、図１４と同様に図形Ａと図形Ｂを２つの領域、例えばマスク領域１１１とマスク領域１１２に配置する。ここで、メンブレンを補強するために、そのマスク領域１１１，１１２に補強部（梁部）１０３を設ける。補強部１０３で遮蔽されてしまった部分は露光されないので、その部分の図形は残りの２つのマスク領域１１３，１１４に配置する。マスク領域１１３には、マスク領域１１１の補強部１０３と重ならない位置に補強部１０３を設け、マスク領域１１４にはマスク領域１１２の補強部１０３と重ならない位置に補強部１０３を設ける。

上記のマスク１０２では、図１５（ｂ）に示すように、ウエハＷをピッチＬで移動させると、ウエハＷ上のチップＣにマスク領域１１１〜１１４の図形が多重露光されるので、いかなる図形でも露光することができる。

図１６に示すように、メンブレン上に補強部を有する代表的なマスクとしては、２つのタイプがある。

図１６（ａ）に示すタイプ１のマスク１０１（特許文献３参照）では、各マスク領域１１１〜１１４に、メンブレン１０４を正方形に分割し区画する補強部１０３が配置されている。補強部１０３は、各マスク領域１１１〜１０４でずれて配置されている。

図１６（ｂ）に示すタイプ２のマスク１０２（特許文献４参照）では、マスク領域１１１とマスク領域１１３には、ｘ方向に延びる補強部１０３が設けられ、マスク領域１１２とマスク領域１１４にはｙ方向に延びる補強部１０３が設けられている。これにより、マスク領域１１１とマスク領域１１３にはｘ方向が長手方向となる長方形のメンブレン１０４が構成され、マスク領域１１２とマスク領域１１４にはｙ方向が長手方向となる長方形のメンブレン１０４が構成されている。

タイプ２のマスク１０２の利点として、露光装置で用いられるダイバイダイアライメントとの整合性が高いことが挙げられる。マスク上とウエハ上に形成されたアライメントマークに白色光を照射し、反射散乱光をＣＣＤカメラ等で検出することで、ウエハとマスクの相対位置を計測することができる。露光に用いる電子線と干渉しないよう、アライメント光は斜め入射されるので、タイプ１のような正方形にメンブレンを区画する補強部１０３では、補強部１０３とアライメント光が干渉してしまう可能性が高い。

一方、タイプ２の場合、図１７に示すように、４つのアライメント光学系５０をメンブレン１０４の長手方向と平行に観察するように設置することにより、アライメント光と補強部１０３との干渉を防ぐことができる。

特開２００２−３７３８４５号公報 特開２００２−３６７８８５号公報 特開２００３−５９８１９号公報 国際公開第０３／０５２８０３号パンフレット

しかしながら、タイプ２のマスク１０２では、各マスク領域１１１〜１１４において、メンブレン１０４を補強するのは一方向に延在する補強部１０３のみであったことから、メンブレン１０４の長さが長辺方向ではチップの寸法と等しくなり、一方向に非常に長いため、正方形に細かくメンブレン１０４を区画するタイプ１に比べてパターン位置精度が悪くなってしまうという問題があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機械的強度を向上させることによるパターンの位置精度の向上と、アライメントの容易性を兼ね備えたマスクを提供することにある。

本発明の他の目的は、機械的強度を向上させることによるパターンの位置精度の向上と、アライメントの容易性を兼ね備えたマスクを作製するためのマスクブランクスを提供することにある。

本発明の他の目的は、パターン位置精度の向上を図ることができる露光方法および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、パターンの位置を指定するための座標系の第１象限に位置する第１マスク領域と、第２象限に位置する第２マスク領域と、第３象限に位置する第３マスク領域と、第４象限に位置する第４マスク領域を囲む支持枠と、各マスク領域に形成され、前記支持枠より薄い薄膜と、前記座標系を構成する第１の座標軸あるいは第２の座標軸に平行に配置され、前記薄膜を複数のパターン形成領域に分割する補強部と、前記パターン形成領域における前記薄膜に形成された前記パターンの貫通孔と、を有し、各マスク領域は、前記補強部として、主補強部と、前記主補強部と平行で前記主補強部より幅の狭い第１補助補強部と、前記主補強部および前記第１補助補強部に直交する第２補助補強部とを有し、４つの前記マスク領域を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つのマスク領域のパターン形成領域が存在するように、前記主補強部と、前記第１補助補強部と、前記第２補助補強部が配置され、前記主補強部と、前記第１補助補強部と、前記第２補助補強部とにより囲まれた前記パターン形成領域が長方形状に規定されている。

上記の本発明のマスクでは、４つのマスク領域には、補強部として、主補強部と、主補強部より幅の狭い第１補助補強部とが互いに平行に配置されており、さらに、主補強部および第１補助補強部に直交する第２補助補強部が配置されている。このように主補強部、第１補助補強部および第２補助補強部により、長方形状のパターン形成領域が規定される。第２の補助補強部によりパターン形成領域の長辺の長さを制御することにより、パターン形成領域の薄膜にパターンの貫通孔を形成した場合のパターン位置誤差が緩和される。また、第１の座標軸あるいは第２の座標軸の方向が長辺となる長方形状のパターン形成領域が形成されることから、当該座標軸に沿ってアライメントを行う際に、アライメントとの相性がよいマスクとなる。

上記の目的を達成するため、本発明のマスクブランクスは、パターンの位置を指定するための座標系の第１象限に位置する第１マスク領域と、第２象限に位置する第２マスク領域と、第３象限に位置する第３マスク領域と、第４象限に位置する第４マスク領域を囲む支持枠と、各マスク領域に形成され、前記支持枠より薄い薄膜と、前記座標系を構成する第１の座標軸あるいは第２の座標軸に平行に配置され、前記薄膜を複数のパターン形成領域に分割する補強部と、を有し、各マスク領域は、前記補強部として、主補強部と、前記主補強部と平行で前記主補強部より幅の狭い第１補助補強部と、前記主補強部および前記第１補助補強部に直交する第２補助補強部とを有し、４つの前記マスク領域を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つのマスク領域のパターン形成領域が存在するように、前記主補強部と、前記第１補助補強部と、前記第２補助補強部が配置され、前記主補強部と、前記第１補助補強部と、前記第２補助補強部とにより囲まれた前記パターン形成領域が長方形状に規定されている。

上記の目的を達成するため、本発明のマスクブランクスでは、４つのマスク領域には、補強部として、主補強部と、主補強部より幅の狭い第１補助補強部とが互いに平行に配置されており、さらに、主補強部および第１補助補強部に直交する第２補助補強部が配置されている。このように主補強部、第１補助補強部および第２補助補強部により、長方形状のパターン形成領域が規定される。第２の補助補強部によりパターン形成領域の長辺の長さを制御することにより、パターン形成領域の薄膜にパターンの貫通孔を形成した場合のパターン位置誤差を緩和できるマスクを作製できる。また、第１の座標軸あるいは第２の座標軸の方向が長辺となる長方形状のパターン形成領域が形成されることから、当該座標軸に沿ってアライメントを行う際に、アライメントとの相性がよいマスクを作製できる。

上記の目的を達成するため、本発明の露光方法は、パターンの位置を指定するための座標系の第１象限に位置する第１マスク領域と、第２象限に位置する第２マスク領域と、第３象限に位置する第３マスク領域と、第４象限に位置する第４マスク領域を囲む支持枠と、各マスク領域に形成され、前記支持枠より薄い薄膜と、前記座標系を構成する第１の座標軸あるいは第２の座標軸に平行に配置され、前記薄膜を複数のパターン形成領域に分割する補強部と、前記パターン形成領域における前記薄膜に形成された前記パターンの貫通孔と、を有し、各マスク領域は、前記補強部として、主補強部と、前記主補強部と平行で前記主補強部より幅の狭い第１補助補強部と、前記主補強部および前記第１補助補強部に直交する第２補助補強部とを有し、４つの前記マスク領域を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つのマスク領域のパターン形成領域が存在するように、前記主補強部と、前記第１補助補強部と、前記第２補助補強部が配置され、前記主補強部と、前記第１補助補強部と、前記第２補助補強部とにより囲まれた前記パターン形成領域が長方形状に規定されているマスクを用い、前記パターン形成領域の長辺方向から前記マスクと被露光体のアライメントマークを観察して、前記マスクと前記被露光体とのアライメントを行うアライメント工程と、前記マスクの４つの前記マスク領域に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射工程と、前記マスクと被露光体との相対位置を移動させる移動工程と、を繰り返し行い、前記被露光体に前記マスクの４つの前記マスク領域を重ねて露光する。

上記の本発明の露光方法では、長方形状のパターン形成領域を有し、パターン形成領域の薄膜にパターンの貫通孔を形成した場合のパターン位置誤差が緩和されたマスクを用いる。
そして、パターン形成領域の長辺方向、すなわち第１の座標軸あるいは第２の座標軸の方向から、マスクと被露光体のアライメントマークを観察して、マスクと被露光体とのアライメントを行う。このように、長辺方向に沿ってマスクのアライメントマークを観察することにより、補強部によりアライメントマークの観察が遮られることが防止される。
アライメント後、マスクの４つのマスク領域に荷電粒子線を照射する。
荷電粒子線を走査後、マスクと被露光体との相対位置を移動させ、さらにアライメント工程、荷電粒子線工程を繰り返し行う。
これにより、被露光体にマスクの４つのマスク領域が重ねて露光される。

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、基板に被加工膜を形成する工程と、前記被加工膜上に感光膜を形成する工程と、前記感光膜に対してマスクのパターンを露光する工程と、パターン露光された感光膜をエッチングマスクとして前記被加工膜をエッチングすることにより前記被加工膜をパターン加工する工程とを繰り返すことにより、パターンの層を形成する半導体装置の製造方法であって、パターンの位置を指定するための座標系の第１象限に位置する第１マスク領域と、第２象限に位置する第２マスク領域と、第３象限に位置する第３マスク領域と、第４象限に位置する第４マスク領域を囲む支持枠と、各マスク領域に形成され、前記支持枠より薄い薄膜と、前記座標系を構成する第１の座標軸あるいは第２の座標軸に平行に配置され、前記薄膜を複数のパターン形成領域に分割する補強部と、前記パターン形成領域における前記薄膜に形成された前記パターンの貫通孔と、を有し、各マスク領域は、前記補強部として、主補強部と、前記主補強部と平行で前記主補強部より幅の狭い第１補助補強部と、前記主補強部および前記第１補助補強部に直交する第２補助補強部とを有し、４つの前記マスク領域を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つのマスク領域のパターン形成領域が存在するように、前記主補強部と、前記第１補助補強部と、前記第２補助補強部が配置され、前記主補強部と、前記第１補助補強部と、前記第２補助補強部とにより囲まれた前記パターン形成領域が長方形状に規定されているマスクを用い、前記感光膜に対し前記マスクのパターンを露光する工程において、前記パターン形成領域の長辺方向から前記マスクと前記基板のアライメントマークを観察して、前記マスクと前記基板とのアライメントを行うアライメント工程と、前記マスクの４つの前記マスク領域に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射工程と、前記マスクと前記基板との相対位置を移動させる移動工程と、を繰り返し行い、前記感光膜に前記マスクの４つの前記マスク領域を重ねて露光する。

上記の本発明の半導体装置の製造方法では、露光工程において、長方形状のパターン形成領域を有し、パターン形成領域の薄膜にパターンの貫通孔を形成した場合のパターン位置誤差が緩和されたマスクを用いる。
そして、パターン形成領域の長辺方向、すなわち第１の座標軸あるいは第２の座標軸の方向から、マスクと被露光体のアライメントマークを観察して、マスクと基板とのアライメントを行う。このように、長辺方向に沿ってマスクのアライメントマークを観察することにより、補強部によりアライメントマークの観察が遮られることが防止される。
アライメント後、マスクの４つのマスク領域に荷電粒子線を照射する。
荷電粒子線を走査後、マスクと基板との相対位置を移動させ、さらにアライメント工程、荷電粒子線工程を繰り返し行う。これにより、基板の感光膜にマスクの４つのマスク領域が重ねて露光される。
露光後、パターン露光された感光膜をエッチングマスクとして被加工膜をエッチングすることにより被加工膜をパターン加工する。これにより、パターンの層が形成される。

本発明のマスクおよびマスクブランクスによれば、機械的強度を向上させることによるパターンの位置精度の向上と、アライメントの容易性を兼ね備えたマスクを実現することができる。
本発明の露光方法および半導体装置の製造方法では、パターン位置精度の向上を図ることができる。

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。

図１は、本実施形態に係るマスクを説明するための図である。図１では、説明を容易にするため、仮想的にマス目に区切って図解している。

図１に示すように、マスク１は、パターンの位置を指定するためのＸＹ座標系の第１象限に位置する第１マスク領域１１と、第２象限に位置する第２マスク領域１２と、第３象限に位置する第３マスク領域１３と、第４象限に位置する第４マスク領域１４とを有する。各マスク領域１１〜１４は、図示しない支持枠により囲まれている。

パターンの位置を指定する座標系は、例えばウエハの矩形のチップの２辺に沿って設定される。ＸＹ座標系は、後述する露光装置のステージ制御においても、Ｘ方向制御、Ｙ方向制御のための基準座標となる。また、電子線走査においても同様に使用され、例えば、当該ＸＹ座標系を構成するＸ軸方向に沿って電子線が走査され（水平走査）、当該水平走査がＹ軸方向に順に行われる。このように、基準となるＸＹ座標系は、パターン位置の指定、ステージ制御、電子線走査の全てに共通に設定される。

各マスク領域１１〜１４は、周囲の支持枠より薄い薄膜（メンブレン）２と、ＸＹ座標系を構成するＸ軸（第１の座標軸）あるいはＹ軸（第２の座標軸）に平行に配置され、メンブレン２を複数のパターン形成領域に分割する梁状の補強部３，４，５とを有する。図示はしないが、パターン形成領域におけるメンブレン２には、パターンの貫通孔が形成される。

各マスク領域１１〜１４は、補強部として、主補強部３と、主補強部３と平行で主補強部３より幅の狭い第１補助補強部４と、主補強部３および第１補助補強部４に直交する第２補助補強部５とを有する。

図１では、第１マスク領域１１および第３マスク領域１３は、Ｘ軸の方向に延在する主補強部３および第１補助補強部４と、Ｙ軸の方向に延在する第２補助補強部５とを有する。また、第２マスク領域１２および第４マスク領域１４は、Ｙ軸の方向に延在する主補強部３および第１補助補強部４と、Ｘ軸の方向に延在する第２補助補強部５とを有する。

第１マスク領域１１および第３マスク領域１３の主補強部３は、第１マスク領域１１と第３マスク領域１３を重ねた際に、互いに重ならない位置に配置され、第２マスク領域１２および第４マスク領域１４の主補強部３は、第２マスク領域１２と第４マスク領域１４を重ねた際に、互いに重ならない位置に配置されている。

上記の４つのマスク領域１１〜１４は、ウエハ等の被処理基板に重ねて露光される。相補露光を可能にするため、４つのマスク領域１１〜１４を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つのマスク領域のメンブレン２が存在するように、主補強部３と、第１補助補強部４と、第２補助補強部５が配置されている。

上記の本実施形態に係るマスクの梁配置は、従来技術で述べたタイプ１（図１６（ａ）参照）のマスクの補強部配置と、タイプ２（図１５（ａ）、図１６（ｂ）、図１７参照）のマスクの補強部配置の中間の補強部配置をもつ。マスクのパターン位置精度は、回路パターンの密度分布、メンブレンの内部応力およびサイズで力学的に決まってしまうものであり、始めの２要因を変えることは困難である。従って、本実施形態に係るマスクでは、タイプ２のマスクの利点を損なわない範囲で、長辺方向のメンブレン２のサイズを縮小させている。

次に、上記のマスク１の補強部の配置の設計方法について、図２〜図３を参照して説明する。本実施形態では、タイプ２のマスクの構造から出発し、タイプ２のマスクの利点を保持したままメンブレン２のサイズを縮小するフローについて説明する。図２および図３では、説明を容易にするため、仮想的にマス目に区切って図解している。

図２（ａ）は、出発点となるタイプ２のマスクの構造を示す図である。一例として、各マスク領域１１〜１４には、Ｘ軸あるいはＹ軸に平行な主補強部３が２つ配置されている例について説明する。なお、主補強部３の数は、図１７に示すように各領域で４つの数でもよく、その数に限定はない。図２（ａ）に示す例では、メンブレン２の短辺寸法をＭ、長辺寸法をＬとし、Ｌ＞Ｍである。主補強部３の幅をＳ１とする。また、例えば、メンブレン２の短辺寸法Ｍと主補強部３の幅Ｓ１のサイズは、略同じとする。

上記の図２（ａ）に示すマスク構造を出発点として、まず、第２補助補強部５の幅Ｓ２を決定する。図１６（ａ）に示すタイプ１のマスクの補強部１０３の幅と同じ程度、例えば数百μｍかそれ以上であれば、現在の加工技術で問題なく製造可能である。図２（ｂ）に示すように、主補強部３と直交する方向、すなわちメンブレン２の長辺と直交する方向に第２補助補強部５を設置する。これにより、図２（ｂ）に示すように、例えば第１マスク領域１１のメンブレン２の長辺寸法が縮小する。第２補助補強部５が形成された部分にはパターンを配置できなくなることから、第２補助補強部５を形成した部分に対応する他のマスク領域、例えば第４マスク領域１４の主補強部３の一部分を削除する。これにより、第４マスク領域１４には、変形後の主補強部３ａが残る。

このような図形走査を他のマスク領域１２〜１４にも同様に行い、図２（ａ）の長方形のメンブレン２のサイズを縮小していく。これにより、図３（ａ）に示すように、各マスク領域１１〜１４に、主補強部３と直交する方向に第２補助補強部５が設置される。図３（ａ）では、各マスク領域１１〜１４に１つずつ、合計４つの第２補助補強部５を追加している。そして、元の形状のままの主補強部３と、第２補助補強部５の形成により一部を削除した変形後の主補強部３ａが残る。

図３（ａ）に示すマスク構造でも、各マスク領域１１〜１４を重ねて露光することにより、相補分割された図形をウエハ等の被処理基板上で転写することが可能である。しかし、変形後の主補強部３ａの加工の容易さやマスク全体の力学的バランスを考慮し、図３（ｂ）に示すように、主補強部３ａの凹凸をなくして、全てが直線上に配置されるように形状を整えることが望ましい。これにより、変形後の主補強部３ａを滑らかに整形した第１補助補強部４となる。第１補助補強部４の幅は、主補強部３の幅Ｓ１から第２補助補強部５の幅Ｓ２を引いたものとなる。

図３（ｂ）に示すマスク構造では、最外周を除いて、メンブレン２の短辺寸法はＭ＋Ｓ２となり、長辺寸法はＭ＋Ｓ１となる。なお、最外周では、短辺寸法はＭであり、長辺寸法はＭ＋Ｓ２となる。

上記の本実施形態に係るマスクでは、一般性を失わずにメンブレン２の長辺を短くすることができる。なお、第２補助補強部５を元の主補強部３よりも大きな周期で設けることにより、メンブレン２の長辺寸法を（Ｍ＋Ｓ１）の整数倍にすることもできる。

次に、上記の補強部３〜５をもつマスクの作製プロセスの一例について、図４〜図６に示す工程断面図を参照して説明する。本例では、ＳＯＩ基板を用いてマスクを作製する例について説明する。

図４（ａ）に示すように、シリコン基板２０上に酸化シリコン膜２１が形成され、酸化シリコン膜２１上にシリコン層の薄膜（メンブレン２）が形成されたＳＯＩ基板を用意する。

図４（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板の表面および裏面を含む全面に、例えばＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 法により窒化シリコンを成膜して、ハードマスク２３を形成する。ハードマスク２３の膜厚は、例えば４００ｎｍ程度である。

次に、図４（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基板のシリコン基板２０側におけるハードマスク２３上に、レジスト塗布、露光および現像を行い、レジストをエッチングマスクとしてハードマスク２３をドライエッチングすることにより、支持枠および補強部のパターンをもつハードマスク２３ａを形成する。ハードマスク２３のエッチングは、例えばフロロカーボン系のガスを用いる。その後、レジストを除去する。

次に、図５（ａ）に示すように、ハードマスク２３ａをエッチングマスクとして、酸化シリコン膜２１に達するまでシリコン基板２０をエッチングして、支持枠６および補強部３，４，５を形成する。これにより、図１に示す配置の補強部３，４，５が作製される。シリコン基板２０のエッチングは、例えば塩素系ガスを用いる。

次に、図５（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板のメンブレン２側におけるハードマスク２３上に、レジスト塗布、露光および現像を行い、レジストをエッチングマスクとして、ハードマスク２３をドライエッチングすることにより、支持枠６により囲まれた領域を露出するパターンのハードマスク２３ｂに加工する。ハードマスク２３のエッチングは、例えばフロロカーボン系のガスを用いる。その後、レジストを除去する。

本実施形態では、上記の工程を経たものをマスクブランクス１ａとして、使用する。ただし、プロセスには特に限定はない。

次に、図６（ａ）に示すように、マスクブランクス１ａのメンブレン２上に電子線レジストを形成し、電子線レジストにマスク描画機を用いて描画し現像することにより、マスクに形成するパターンをもつレジストパターン２４を形成する。

次に、図６（ｂ）に示すように、レジストパターン２４をエッチングマスクとして、メンブレン２をドライエッチングすることにより、メンブレン２にパターンの貫通孔２ａを形成する。シリコン層からなるメンブレン２のエッチングは、例えば塩素系ガスを用いる。その後、レジストパターン２４を除去する。当該工程において、酸化シリコン膜２１はエッチングストッパとなり、酸化シリコン膜２１に達する貫通孔２ａが形成される。

最後に、図６（ｃ）に示すように、補強部３，４，５から露出した酸化シリコン膜２１をエッチング除去し、さらにハードマスク２３を除去することにより、パターンの貫通孔２ａが形成されたマスクが完成する。

上記の本実施形態に係るマスクのパターン位置精度について説明する。

ここでは、シリコン単結晶（００１）面からなるメンブレン２を有するタイプ１のマスク（図１６（ａ）参照）と、タイプ２のマスク（１６（ｂ）参照）のパターン位置精度を比較した。メンブレン２の膜厚は５００ｎｍで、メンブレン２の短辺はタイプ１，２共に１ｍｍとした（Ｍ＝１ｍｍ）。一方、タイプ２のマスクのメンブレンの長辺は、Ｌ＝２０ｍｍとした（図２（ａ）参照）。補強部の幅は２５０μｍとした。マスクに形成する貫通孔からなるパターンは、６５ｎｍ世代のデバイスのゲート層とした。

図７は、上記のタイプ１とタイプ２のマスクについて、横軸にメンブレンの内部応力を、縦軸に位置誤差の最大値をプロットした図である。図７において、ＣＶ１がタイプ１のマスクの位置誤差を示し、ＣＶ２がタイプ２のマスクの位置誤差を示す。図７に示すように、位置誤差は内部応力に比例し、また、タイプ２のマスクのパターン位置誤差がタイプ１のマスクに比べて大きいことがわかる。

図２〜図３に示した方法を用いて、タイプ２のマスク構造を強化し、メンブレン２の長辺寸法を縮小させた本実施形態に係るマスクを作製したところ、メンブレン２の長辺寸法を（Ｍ＋Ｓ１）にした場合、パターンの位置誤差はタイプ１のマスクとほぼ同じになり、（Ｍ＋Ｓ１）の２倍（元の主補強部３の１つおきに第２補助補強部５を設置）にした場合、タイプ１のマスクの約２倍に収まることが確認された。

メンブレン２の内部応力を５ＭＰａにした場合、タイプ１のマスクのパターン位置誤差が１ｎｍ以下であるから、その２倍であっても、６５ｎｍ世代のマスクのパターン位置精度としては問題はない。しかも、後述するように、メンブレンサイズがアライメント光学系の観察方向に約２倍大きいので、補強部３〜５とアライメント光が干渉することなく、アライメントマークを配置することができるようになった。

マスクのパターン位置の誤差は、メンブレンの寸法にほぼ比例する。図１６（ｂ）に示すタイプ２のマスクのメンブレンの長辺寸法は、チップサイズで規定されるので、これまで位置精度を制御することが困難であった。ところが、上記の本実施形態に係るマスクでは、補強部の配置、メンブレンの内部応力を適切に選択することにより、タイプ２のマスクの利点（後述するダイバイダイアライメントとの相性、分割の少なさ）を損なわずにタイプ１のマスクと同等のパターン位置精度を実現することができる。さらに、主補強部３に直交する第２補助補強部５の追加により、マスクの強度を補強することができるため、マスク歩留りを大幅に向上させることができる。

次に、上記のマスクを用いた露光方法について説明する。

図８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８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８に示す露光装置は、電子銃３２と、アパーチャ３３と、コンデンサレンズ３４と、一対の主偏向器３５ａ，３５ｂと、一対の副偏向器３６ａ，３６ｂとを有する。

電子銃３２は、２ｋＶ程度の加速電圧で電子線ＥＢを出射する。電子銃３２から出射された電子線ＥＢの不要部分は、アパーチャ３３によって遮断される。アパーチャ３３を通過した電子線ＥＢは、コンデンサレンズ３４を通って平行ビームに収束する。

電子線ＥＢは、主偏向器３５ａ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３５ｂ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１に略垂直に照射する。主偏向器３５ａ，３５ｂにより、電子線ＥＢが走査される。

副偏向器３６ａ，３６ｂは、被露光体であるウエハ等の被処理基板４０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１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１のパターンを、被処理基板４０上の正しい位置に補正して転写する。

図８においてマスク１のメンブレンに形成されたパターンの貫通孔を通過した電子線ＥＢにより、被処理基板４０上のレジスト４２が露光される。図８に示す露光装置では、等倍露光を採用しており、マスク１と被処理基板４０は近接して配置される。

図９に示すように、上記の露光装置には、アライメント光を照射し、アライメント光の照射によりアライメントマークを観察して相対位置を検出するアライメント光学系５０Ｘ，５０Ｙが、マスク１の４隅に設置される。

メンブレン２の長手方向がＸ方向の第１マスク領域１１および第３マスク領域１３には、Ｘ方向からマスクおよび被処理基板のアライメントマークを観察するアライメント光学系５０Ｙが設置される。アライメント光学系５０Ｙは、被処理基板４０とマスク１とのＹ方向のずれを検出する。

メンブレン２の長手方向がＹ方向の第２マスク領域１２および第４マスク領域１４には、Ｙ方向からマスクおよび被処理基板のアライメントマークを観察するアライメント光学系５０Ｘが設置される。アライメント光学系５０Ｘは、被処理基板４０とマスク１とのＸ方向のずれを検出する。

図１０（ａ）は、アライメント光学系５０Ｙの概略構成を示す図である。なお、観察方向が異なる点を除いて、アライメント光学系５０Ｘはアライメント光学系５０Ｙと同様の構成を有する。アライメント光学系５０Ｙは、マスク１の斜め上方に設置され、図１０（ａ）に示すように、マスク１の貫通孔からなるアライメントマークＭＡおよび被処理基板４０のアライメントマークＷＡをＸ方向から観察する。

アライメント光学系５０は、光源５１と、アパーチャ５２と、ハーフミラー５３と、対物レンズ５４と、結像レンズ５５と、ＣＣＤ固体撮像素子等の光検出器５６とを有する。

光源５１から出射された白色光は、アパーチャ５２によって成形され、ハーフミラー５３により反射されて、対物レンズ５４を通ってマスク１のアライメントマークＭＡ、被処理基板のアライメントマークＷＡに照射される。

マスク１のアライメントマークＭＡおよび被処理基板のアライメントマークＷＡからの散乱光が、対物レンズ５４によって集光され、ハーフミラー５３を通って、結像レンズ５５により光検出器５６に結像される。

図１０（ｂ）は、アライメント光学系５０Ｙによる観察画像の模式図である。
図１０（ｂ）に示すように、マスク１のアライメントマークＭＡと、被処理基板４０のアライメントマークＷＡが観察される。各アライメントマークＭＡ，ＷＡは、２次元配列パターンにより構成され、長手方向が観察方向（Ｘ方向）に一致するように構成される。被処理基板４０の２つのアライメントマークＷＡの中心に、マスク１のアライメントマークＭＡが位置するように、Ｙ方向のアライメントが行われる。

このように、本実施形態では、全てのアライメント光学系５０Ｘ，５０Ｙは、アライメント光を照射する方向が、メンブレン２の長手方向に平行になるように構成されていることから、メンブレン２の形状が正方形のタイプ１のマスクと比較して、補強部３〜５によりアライメント光が遮られることを防止することができる。これにより、正確なアライメントに寄与することができる。

図１１は、上記のマスクを用いた露光方法を説明するための図である。
露光時には、全てのマスク領域１１〜１４に電子線を照射する。そして、電子線の走査後に、１つのマスク領域の寸法分だけ被処理基板４０を移動させて再び露光するステップアンドリピート露光により、被処理基板４０の各チップＣに、全てのマスク領域１１〜１４を重ねて露光し、回路パターンを転写する。なお、図１１では分かり易いように、マスク１が被処理基板４０に対して移動しているように矢印を描いているが、実際の露光装置ではマスクは固定され、被処理基板を移動させる。

上記の本実施形態に係るマスクを用いた露光方法では、パターンの位置精度を向上させたマスク１を用いることにより、被処理基板４０に転写するパターン精度を向上させることができる。また、補強部３〜５によりアライメント光が遮られることを防止できるため、アライメントマークの配置制限が少なく、正確なアライメントを行うことができる。正確なアライメントの実施により、被処理基板４０に転写するパターンの位置精度を向上させることができる。

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１２（ａ）に示すように、例えば、被処理基板４０上にポリシリコンや酸化シリコン等の被加工層４１を形成し、被加工層４１上に電子線レジストからなるレジスト膜４２を形成する。

次に、図８に示す露光装置に被処理基板４０をセットし、マスク１と被処理基板４０のアライメントを行う。アライメント後、図１２（ｂ）に示すように、上記した本実施形態に係る露光方法を実施する。これにより、メンブレン２に形成されたパターンの貫通孔２ａを通過した電子線ＥＢにより被処理基板４０のレジスト膜４２が露光される。

次に、図１２（ｃ）に示すように、レジスト膜４２を現像することにより、例えばレジスト膜４２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４２にパターンが形成される。

次に、図１２（ｄ）に示すように、レジスト膜４２をマスクとして被加工層４１をエッチングすることにより、被加工層４１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、例えばゲートパターンやコンタクトホールパターンがある。

その後、図１２（ｅ）に示すように、レジスト膜４２を除去することにより、被加工層４１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１２（ａ）〜図１２（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、ゲート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。

半導体装置の製造の露光工程において本実施形態に係るマスクを用いた半導体装置の製造方法によれば、パターンの位置精度を向上させたマスク１を用いることにより、レジスト膜４２に転写するパターン精度を向上させることができる。従って、現像後のレジスト膜４２を用いて被加工層４１をエッチングすることにより形成される回路パターンの位置精度を向上させることができる。また、補強部３〜５によりアライメント光が遮られることを防止できるため、アライメントマークの配置制限が少なく、正確なアライメントを行うことができる。正確なアライメントの実施により、被処理基板４０に転写するパターンの位置精度を向上させることができる。

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、マスクの補強部の配置を、図２（ａ）に示すタイプ２のマスクの補強部の配置を出発点として設計する例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１３に示すようなマスク構造を出発点として補強部の配置を設計することも可能である。

図１３に示すマスクは、全てのマスク領域１１〜１４において、Ｘ方向に延在する主補強部３が形成されているものである。第１マスク領域１１と第４マスク領域１４とを重ねた際に、主補強部３が重ならないように主補強部３がずれて配置され、同様に、第２マスク領域１２と第３マスク領域１３とを重ねた際に、主補強部３が重ならないように主補強部３がずれて配置されているものである。

図１３に示すマスクに、Ｙ方向に沿った第２補助補強部を設定し、第２補助補強部を設けた箇所に対応する他のマスク領域の主補強部を除去することによって、新しい補強部の配置をもつマスクを作製することも可能である。

また、本実施形態では、電子線を用いる例について説明したが、イオンビーム等の荷電粒子線に適用することができる。また、本実施形態ではマスクを等倍近接露光に適用する例について説明したが、電子線縮小投影露光に適用することも可能である。
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の補強部の配置を説明するための平面図である。 本実施形態に係るマスクの補強部の配置の設計方法について、説明するための図である。 本実施形態に係るマスクの補強部の配置の設計方法について、説明するための図である。 本実施形態に係るマスクの作製方法を説明するための工程断面図である。 本実施形態に係るマスクの作製方法を説明するための工程断面図である。 本実施形態に係るマスクの作製方法を説明するための工程断面図である。 本実施形態に係るマスクのパターン位置精度について説明するための図である。 本実施形態に係るマスクを用いた露光を実現する露光装置の概略構成を示す図である。 アライメント光学系の配置を説明するための平面図である。 アライメント光学系によるアライメント原理を説明するための図である。 ステップアンドリピート露光を説明するための図である。 本実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程断面図である。 本実施形態に係るマスクの補強部の配置の設計方法の出発点となる、他の補強部配置について説明するための図である。 従来例に係るマスクの構成および露光方法を説明するための図である。 従来例に係るマスクの構成および露光方法を説明するための図である。 従来例に係る補強部をもつマスクについて説明するための図であり、（ａ）はタイプ１のマスクの斜視図、（ｂ）はタイプ２のマスクの斜視図である。 タイプ２のマスクの利点を説明するための平面図である。

符号の説明

１…マスク、２…メンブレン、３…主補強部、４…第１補助補強部、５…第２補助補強部、６…支持枠、１１…第１マスク領域、１２…第２マスク領域、１３…第３マスク領域、１４…第４マスク領域、２０…シリコン基板、２１…酸化シリコン膜、２３…ハードマスク

Claims (8)

1. パターンの位置を指定するための座標系の第１象限に位置する第１マスク領域と、第２象限に位置する第２マスク領域と、第３象限に位置する第３マスク領域と、第４象限に位置する第４マスク領域を囲む支持枠と、
   各マスク領域に形成され、前記支持枠より薄い薄膜と、
   前記座標系を構成する第１の座標軸あるいは第２の座標軸に平行に配置され、前記薄膜を複数のパターン形成領域に分割する補強部と、
   前記パターン形成領域における前記薄膜に形成された前記パターンの貫通孔と、
   を有し、
   各マスク領域は、前記補強部として、主補強部と、前記主補強部と平行で前記主補強部より幅の狭い第１補助補強部と、前記主補強部および前記第１補助補強部に直交する第２補助補強部とを有し、
   ４つの前記マスク領域を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つのマスク領域のパターン形成領域が存在するように、前記主補強部と、前記第１補助補強部と、前記第２補助補強部が配置され、
   前記主補強部と、前記第１補助補強部と、前記第２補助補強部とにより囲まれた前記パターン形成領域が長方形状に規定されている
   マスク。
2. ４つの前記マスク領域の最外周を除いて、前記パターン形成領域を規定する前記長方形の短辺が所定値に第２補助補強部の幅を加えた寸法であり、前記長方形の長辺が前記所定値に前記主補強部の幅を加えた値の整数倍の寸法に規定されている
   請求項１記載のマスク。
3. 前記第１および第３マスク領域は、第１の座標軸の方向に延在する主補強部および第１補助補強部と、第２の座標軸の方向に延在する第２補助補強部とを有し、
   前記第２および第４マスク領域は、第２の座標軸の方向に延在する主補強部および第１補助補強部と、第１の座標軸の方向に延在する第２補助補強部とを有し、
   前記第１および第３マスク領域の主補強部は、前記第１マスク領域と前記第３マスク領域を重ねた際に、互いに重ならない位置に配置され、
   前記第２および第４マスク領域の主補強部は、前記第２マスク領域と前記第４マスク領域を重ねた際に、互いに重ならない位置に配置されている
   請求項１記載のマスク。
4. パターンの位置を指定するための座標系の第１象限に位置する第１マスク領域と、第２象限に位置する第２マスク領域と、第３象限に位置する第３マスク領域と、第４象限に位置する第４マスク領域を囲む支持枠と、
   各マスク領域に形成され、前記支持枠より薄い薄膜と、
   前記座標系を構成する第１の座標軸あるいは第２の座標軸に平行に配置され、前記薄膜を複数のパターン形成領域に分割する補強部と、
   を有し、
   各マスク領域は、前記補強部として、主補強部と、前記主補強部と平行で前記主補強部より幅の狭い第１補助補強部と、前記主補強部および前記第１補助補強部に直交する第２補助補強部とを有し、
   ４つの前記マスク領域を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つのマスク領域のパターン形成領域が存在するように、前記主補強部と、前記第１補助補強部と、前記第２補助補強部が配置され、
   前記主補強部と、前記第１補助補強部と、前記第２補助補強部とにより囲まれた前記パターン形成領域が長方形状に規定されている
   マスクブランクス。
5. ４つの前記マスク領域領域の最外周を除いて、前記パターン形成領域を規定する前記長方形の短辺が所定値に第２補助補強部の幅を加えた寸法であり、前記長方形の長辺が前記所定値に前記主補強部の幅を加えた値の整数倍の寸法に規定されている
   請求項４記載のマスクブランクス。
6. 前記第１および第３マスク領域は、第１の座標軸の方向に延在する主補強部および第１補助補強部と、第２の座標軸の方向に延在する第２補助補強部とを有し、
   前記第２および第４マスク領域は、第２の座標軸の方向に延在する主補強部および第１補助補強部と、第１の座標軸の方向に延在する第２補助補強部とを有し、
   前記第１および第３マスク領域の主補強部は、前記第１マスク領域と前記第３マスク領域を重ねた際に、互いに重ならない位置に配置され、
   前記第２および第４マスク領域の主補強部は、前記第２マスク領域と前記第４マスク領域を重ねた際に、互いに重ならない位置に配置されている
   請求項４記載のマスクブランクス。
7. パターンの位置を指定するための座標系の第１象限に位置する第１マスク領域と、第２象限に位置する第２マスク領域と、第３象限に位置する第３マスク領域と、第４象限に位置する第４マスク領域を囲む支持枠と、
   各マスク領域に形成され、前記支持枠より薄い薄膜と、
   前記座標系を構成する第１の座標軸あるいは第２の座標軸に平行に配置され、前記薄膜を複数のパターン形成領域に分割する補強部と、
   前記パターン形成領域における前記薄膜に形成された前記パターンの貫通孔と、
   を有し、
   各マスク領域は、前記補強部として、主補強部と、前記主補強部と平行で前記主補強部より幅の狭い第１補助補強部と、前記主補強部および前記第１補助補強部に直交する第２補助補強部とを有し、
   ４つの前記マスク領域を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つのマスク領域のパターン形成領域が存在するように、前記主補強部と、前記第１補助補強部と、前記第２補助補強部が配置され、
   前記主補強部と、前記第１補助補強部と、前記第２補助補強部とにより囲まれた前記パターン形成領域が長方形状に規定されている
   マスクを用い、
   前記パターン形成領域の長辺方向から前記マスクと被露光体のアライメントマークを観察して、前記マスクと前記被露光体とのアライメントを行うアライメント工程と、
   前記マスクの４つの前記マスク領域に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射工程と、
   前記マスクと被露光体との相対位置を移動させる移動工程と、
   を繰り返し行い、前記被露光体に前記マスクの４つの前記マスク領域を重ねて露光する
   露光方法。
8. 基板に被加工膜を形成する工程と、前記被加工膜上に感光膜を形成する工程と、前記感光膜に対してマスクのパターンを露光する工程と、パターン露光された感光膜をエッチングマスクとして前記被加工膜をエッチングすることにより前記被加工膜をパターン加工する工程とを繰り返すことにより、パターンの層を形成する半導体装置の製造方法であって、
   パターンの位置を指定するための座標系の第１象限に位置する第１マスク領域と、第２象限に位置する第２マスク領域と、第３象限に位置する第３マスク領域と、第４象限に位置する第４マスク領域を囲む支持枠と、
   各マスク領域に形成され、前記支持枠より薄い薄膜と、
   前記座標系を構成する第１の座標軸あるいは第２の座標軸に平行に配置され、前記薄膜を複数のパターン形成領域に分割する補強部と、
   前記パターン形成領域における前記薄膜に形成された前記パターンの貫通孔と、
   を有し、
   各マスク領域は、前記補強部として、主補強部と、前記主補強部と平行で前記主補強部より幅の狭い第１補助補強部と、前記主補強部および前記第１補助補強部に直交する第２補助補強部とを有し、
   ４つの前記マスク領域を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つのマスク領域のパターン形成領域が存在するように、前記主補強部と、前記第１補助補強部と、前記第２補助補強部が配置され、
   前記主補強部と、前記第１補助補強部と、前記第２補助補強部とにより囲まれた前記パターン形成領域が長方形状に規定されている
   マスクを用い、
   前記感光膜に対し前記マスクのパターンを露光する工程において、
   前記パターン形成領域の長辺方向から前記マスクと前記基板のアライメントマークを観察して、前記マスクと前記基板とのアライメントを行うアライメント工程と、
   前記マスクの４つの前記マスク領域に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射工程と、
   前記マスクと前記基板との相対位置を移動させる移動工程と、
   を繰り返し行い、前記感光膜に前記マスクの４つの前記マスク領域を重ねて露光する
   半導体装置の製造方法。
   

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