JP2005259840A - 露光方法、露光用マスク及び描画方法 - Google Patents

Abstract

【目的】 電子線露光方法におけるスループットを向上させることを目的とする。
【構成】 半導体基板上において、半導体チップとして有効な形状を確保できる有効チップ領域に複数の種類のサブフィールドパターンを有する有効チップ領域パターンを介して投影転写露光する有効チップ露光工程（Ｓ２０２，Ｓ２０４）と、前記半導体基板上において、半導体チップとして有効な形状を確保できない非有効チップ領域に略同一種類の所定のサブフィールドパターンを有する非有効チップ領域パターンを介して投影転写露光する非有効チップ露光工程（Ｓ２０６）と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光方法に係り、特に、電子線投影転写型露光装置を用いた露光方法、さらに、前記露光方法に用いる露光用マスク、さらには、電子線直描型露光装置を用いた描画方法に関する。

半導体装置の製造における、微細パターンを半導体基板となるウェハ上に形成するリソグラフィー技術において、紫外光を用いる光リソグラフィーやＸ線を用いるＸ線リソグラフィーに加えて、波長の短い荷電粒子線を用いる電子線リソグラフィーが導入されている。電子線リソグラフィー技術として、１つに電子線をパターンが形成されたマスクを介して投影転写することにより露光する電子線投影転写型露光と、もう１つに第１と第２のアパーチャを通過する電子線を用いてウェハ上に直接描画する電子線直描型露光とが用いられている。

図１３は、電子線投影転写型露光装置の動作を説明するための概念図である。
まず、電子線投影転写型（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：ＥＰＬ）露光装置におけるレチクルステージには、１つの半導体チップについての露光単位領域となるサブフィールド３２０を投影転写するためのサブフィールドパターンが形成されたサブフィールドマスク３５０が格子状に整列形成されたマスク３４０が配置される。サブフィールド３２０が電子線３３０（荷電粒子線）を照射する際の１ショットに対応する領域である。サブフィールドマスク３５０には、それぞれ、電子線３３０が透過する種々のサブフィールドパターンが形成されている。そして、荷電粒子ソースから照射された電子線３３０は、偏向器により偏向され、所定のサブフィールドマスク３５０のパターンを照射し、透過した電子線３３０は、電子レンズにより縮小されウェハ３００上に区分けされた複数の半導体チップ領域３１０のうち、１つの半導体チップ領域の中の露光単位領域となるサブフィールド３２０を照射することによりサブフィールドマスク３５０に形成されたサブフィールドパターンを投影転写する。次に、その列の隣に位置するサブフィールドマスク３５０のサブフィールドパターンを電子線３３０が照射するように、偏向器により偏向され、同様に、前記１つの半導体チップについての隣のサブフィールド３２０を照射することによりサブフィールドマスク３５０に形成されたサブフィールドパターンを隣のサブフィールド３２０に投影転写する。これを順次繰り返し、その列のサブフィールドマスク３５０のサブフィールドパターンを照射し終わったら、２列目のサブフィールドマスク３５０の先頭がウェハ３００に投影転写できる位置に、レチクルステージとウェハステージとを移動させ、順次、２列目のサブフィールドマスク３５０の種々のサブフィールドパターンを照射する。このようにして、全列のサブフィールドマスク３５０のサブフィールドパターンを照射することにより、１つの半導体チップ領域３１０についての露光が終了する。かかる動作をウェハ３００上に区分けされた全ての半導体チップ領域３１０に対して行っていく（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。その他、ＥＰＬ露光装置に用いるマスクについて文献に開示されている（例えば、特許文献２、３参照）。

図１４は、電子線直描型露光装置の動作を説明するための概念図である。
電子線直描型露光装置（ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）直描装置）における第１のアパーチャ４１０には、電子線３３０を成型するための長方形の開口４１１が形成されている。また、第２のアパーチャ４２０には、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に整形するための可変成形用開口４２１と、可変成形用開口４２１の周りに繰り返し使用する頻度の高い種々の基本パターンが形成された部分一括マスク４２２とが形成されている。荷電粒子ソース４３０から照射され、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向され、第２のアパーチャ４２０の可変成形用開口４２１の一部を通過してウェハ３００上に照射される。すなわち、第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形用開口４２１との両方を通過できる矩形形状がウェハ３００上の所定の半導体チップ領域３１０に直描される。第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形用開口４２１との両方を通過させ、任意の矩形形状を作成する方式を可変成形方式という。また、繰り返し使用する頻度の高い基本パターン全体に電子線３３０を照射させ、基本パターンを作成する方式を部分一括方式という（例えば、特許文献４〜７参照）。
特開２００１−３１９８７２号公報 特開２００２−７５８４２号公報 特開２００３−６８６１６号公報 特開２００１−１３５５５８号公報 特開２０００−５８４２４号公報 特開２０００−２６９１２６号公報 特開２０００−５８４１３号公報 "Ｎｉｋｏｎ ニコンテクノロジー：ＥＰＬ"，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｉｋｏｎ．ｃｏ．ｊｐ／ｍａｉｎ／ｊｐｎ／ｐｒｏｆｉｌｅ／ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／ｅｐｌ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ

図１５は、ウェハ上に区分けされた複数の半導体チップ領域を示す図である。
図１５に示すように、ウェハ３００の上面を半導体チップ領域となる半導体チップサイズに分割すると、ウェハ３００の外周部において、半導体チップ領域の一部が欠けてしまい製品にならない、いわゆる非有効チップ領域１６０が生じてしまう。従来、かかる非有効チップ領域１６０にも、製品として使用する有効チップ領域１５０と同様のパターンが露光されてきた。これは、非有効チップ領域１６０にパターンを形成しないと、非有効チップ領域１６０と有効チップ領域１５０との間でのパターンの粗密により後工程の平坦化工程で用いられるＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）での処理において、ウェハ表面を研磨した際、ウェハ表面の層の膜厚が均一でなくなるといった問題があったためである。

しかしながら、かかる非有効チップ領域にも、製品として使用する有効チップ領域と同様のパターンが露光されると、露光工程におけるスループットが低下してしまう。まず、ＥＰＬ露光においては、マスク３４０に形成された１つのサブフィールドマスク３５０のサブフィールドパターンから次のサブフィールドマスク３５０のサブフィールドパターンに移行する際、セトリング時間（マスクステージ移動時間及びマスクステージ静止後のビーム安定待ち時間）が必要となる。したがって、非有効チップ領域１６０にも同様のセトリング時間が必要となってしまい、スループットを大きく低下させてしまっていた。特に、ウェハ上のパターンを相補マスクを用いて露光する場合には、有効チップ領域１５０、非有効チップ領域１６０ともに全く同様に相補マスクを用いて露光していた。そのため、相補マスクの一方を露光するためのセトリング時間の他に、さらに、他方を露光するためのセトリング時間が必要となり、さらに、スループットを大きく低下させてしまっていた。

一方、ＥＢ直描露光においては、様々な矩形形状を可変成形方式によりその都度電子線３３０をショットすることにより形成していくため、半導体チップ領域３１０にパターンを形成するためのショット数が多い。したがって、非有効チップ領域１６０にも同様のショット数が必要となってしまい、スループットを大きく低下させてしまっていた。

ここで、上記特許文献６，７では、ＥＢ直描露光において、非有効チップ領域に可変成形方式により最大ショットサイズの矩形を形成することにより、スループットの低下を防ごうとする技術が開示されている。しかしながら、非有効チップ領域に形成される矩形によるパターンと有効チップ領域に形成される矩形によるパターンとの粗密を無くすために、可変成形方式では、偏向器により様々な偏向を加えて第１のアパーチャの開口と第２のアパーチャの可変成形用開口との両方を通過できる矩形形状を制御する必要があり、複雑で煩雑なものとなってしまう。

本発明は、上述した従来の課題を克服し、電子線露光方法におけるスループットを向上させることを目的とする。さらに、複雑な矩形形状制御をおこなうことなくスループットを向上させることを目的とする。さらに、スループットを向上させる露光用のマスクを提供することを目的とする。

本発明の露光方法は、
半導体基板上において、半導体チップとして有効な形状を確保できる有効チップ領域に複数の種類のサブフィールドパターンを有する有効チップ領域パターンを介して投影転写露光する有効チップ露光工程と、
前記半導体基板上において、半導体チップとして有効な形状を確保できない非有効チップ領域に略同一種類の所定のサブフィールドパターンを有する非有効チップ領域パターンを介して投影転写露光する非有効チップ露光工程と、
を備えたことを特徴とする。

有効チップ領域の露光工程と、非有効チップ領域の露光工程とを分けることで、非有効チップ領域における露光時間を有効チップ領域にかかる露光時間と切り離すことができる。その上で、複数の種類のサブフィールドパターンに電子線を照射する場合に必要であった電子線の安定化が、略同一種類の所定のサブフィールドパターンを有する非有効チップ領域パターンを介して投影転写露光することで、不要、或いは減少させることができる。よって、非有効チップ領域の露光工程におけるセトリング時間を減らすことができる。セトリング時間を減らすことができるので、非有効チップ領域における露光時間を短縮することができる。

また、特に、前期有効チップ領域パターンは、第１と第２の相補パターンを有し、
前記有効チップ露光工程において、前記第１と第２の相補パターンを介して前期有効チップ領域に多重露光することを特徴とする。

特に、前記有効チップ露光工程において、前記第１と第２の相補パターンを介して前期有効チップ領域に多重露光する場合に、有効チップ領域の露光工程と、非有効チップ領域の露光工程とを分けることで、非有効チップ領域では、多重露光を不要とすることができる。

また、前記非有効チップ露光工程において、前記非有効チップ領域パターンを介して投影転写露光される前記非有効チップ領域のパターン面積密度が、前記有効チップ領域パターンを介して投影転写露光される有効チップ領域のパターン面積密度と略同等になるように形成された前記非有効チップ領域パターンを介して前記非有効チップ領域に投影転写露光する。

前記非有効チップ領域のパターン面積密度が、有効チップ領域のパターン面積密度と略同等になるように形成されることで、非有効チップ領域と有効チップ領域との間でのパターンの粗密を解消することができる。

さらに、前記有効チップ露光工程において、前記有効チップ領域パターンを移動させながら有効チップ領域に投影転写露光し、
前記非有効チップ露光工程において、前記非有効チップ領域パターンを移動させずに非有効チップ領域に投影転写露光することを特徴とする。

非有効チップ露光工程において、前記非有効チップ領域パターンを移動させないことにより、マスクステージの移動時間を短縮することができる。また、マスクステージの移動に伴う位置合わせ誤差を無くすことができる。

本発明の露光用マスクは、
半導体チップとして有効な形状を確保できる半導体基板の有効チップ領域に露光するための第１のパターンが形成された第１のパターン部と、
第２のパターンが形成され、前記有効チップ領域に前期第２のパターンを用いて多重露光することにより前記第１のパターン部により前記半導体基板の有効チップ領域に露光される第１のパターンを相補する第２のパターン部と、
半導体チップとして有効な形状を確保できない前記半導体基板の非有効チップ領域に露光するための、前記第１と第２のパターンとは異なる第３のパターンが形成された第３のパターン部と、
を備えたことを特徴とする。

特に、１つのマスクに、有効チップ領域用の相補マスクと非有効チップ領域用のマスクの機能を備えたことで、露光処理におけるマスク交換をおこなう時間を短縮することができる。

本発明の描画方法は、
半導体基板上において、半導体チップとして有効な形状を確保できる有効チップ領域に可変成形方式を用いてパターンを描画する有効チップ描画工程と、
前記半導体基板上において、半導体チップとして有効な形状を確保できない非有効チップ領域に部分一括方式を用いてパターンを描画する非有効チップ描画工程と、
を備えたことを特徴とする。

非有効チップ領域に部分一括方式を用いてパターンを描画することで、より広い面積を一度に描画することができる。

さらに、前期非有効チップ描画工程において、前記部分一括方式を用いて非有効チップ領域に描画されるパターンのパターン面積密度が、前記可変成形方式を用いて有効チップ領域に描画されるパターンのパターン面積密度と略同等になるように形成されたパターンを用いて描画することを特徴とする。

前記非有効チップ領域のパターン面積密度が、有効チップ領域のパターン面積密度と略同等になるように形成されることで、非有効チップ領域と有効チップ領域との間でのパターンの粗密を解消することができる。

本発明によれば、非有効チップ領域における露光時間を短縮することができるので、ウェハ全体を露光する時間を短縮することができる。ウェハ全体を露光する時間を短縮することができるので、スループットを向上させることができる。

さらに、本発明の実施形態の方法によれば、特に、前記第１と第２の相補パターンを介して前期有効チップ領域に多重露光する場合に、非有効チップ領域の多重露光を不要とすることができるので、さらに、非有効チップ領域の多重露光分の露光時間を短縮することができる。

さらに、本発明の実施形態の方法によれば、非有効チップ領域と有効チップ領域との間でのパターンの粗密を解消することができるので、後工程の平坦化工程で用いられるＣＭＰでの処理において、ウェハ表面を研磨した際、ウェハ表面の層の膜厚を均一にすることができる。

さらに、本発明の実施形態の方法によれば、マスクステージの移動時間を短縮することができるので、さらに、非有効チップ領域の露光時間を短縮することができる。また、マスクステージの移動に伴う位置合わせ誤差を無くすことができるので、さらに、非有効チップ領域の誤差補正分の露光時間を短縮することができる。

さらに、本発明の実施形態の方法によれば、露光処理におけるマスク交換をおこなう時間を短縮することができる露光用マスクを提供することができる。マスク交換をおこなう時間を短縮することができる露光用マスクを提供することができるので、ウェハ全体を露光する時間を短縮することができ、スループットを向上させることができる。

さらに、本発明の実施形態の方法によれば、非有効チップ領域に部分一括方式を用いてパターンを描画することで、可変成形方式のような複雑な矩形形状制御をおこなう必要を無くすことができる。さらに、より広い面積を一度に描画することができるので、ショット数を減らすことができる。ショット数を減らすことができるので、非有効チップ領域の露光時間を短縮することができる。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における半導体基板の露光方法の要部を説明するためのフローチャート図である。
有効チップ露光工程（Ｓ２０２，Ｓ２０４）として、ウェハ上において、有効チップ領域１５０に複数の種類のサブフィールドパターンを有する有効チップ領域パターンを介して投影転写露光する。そして、非有効チップ露光工程（Ｓ２０６）において、前記ウェハ３００上において、非有効チップ領域１６０に略同一種類の所定のサブフィールドパターンを有する非有効チップ領域パターンを介して投影転写露光する。

図２は、実施の形態１における半導体基板の露光方法を説明するための概念図である。
図２には、半導体基板となるウェハ上に、半導体チップとして有効な形状を確保できる有効チップ領域１５０と半導体チップとして有効な形状を確保できない非有効チップ領域１６０とが示されている。ウェハの上面を半導体チップ領域となる半導体チップサイズに分割すると、ウェハの外周部において、半導体チップ領域の一部が欠けてしまい製品にならない、いわゆる非有効チップ領域１６０が生じてしまうことは上述した通りである。実施の形態１では、有効チップ領域１５０と非有効チップ領域１６０とを分けて、それぞれ露光する。特に、ここでは、電子線投影転写型露光装置（ＥＰＬ露光装置）により、相補マスクを用いて、ウェハ上のパターンを露光する場合に、非有効チップ領域１６０に限り、有効チップのパターン密度と等しいパターン密度を持つサブフィールドマスクを用いて相補露光なし（重ね露光なし）で露光する。

図３は、実施の形態１におけるマスクを説明するための図である。
図３において、マスク１００には、第１の相補マスク１０１と第２の相補マスク１０２と非有効チップ領域マスク１０３とが形成されている。
そして、第１の相補マスク１０１には、縦横に格子状に整列して配置された複数のサブフィールドマスクにより所定の分割された第１の相補パターンが形成されている。第２の相補マスク１０２には、縦横に格子状に整列して配置された複数のサブフィールドマスクにより、第１の相補パターンを相補するための所定の分割された第２の相補パターンが形成されている。例えば、１つのサブフィールドマスクは、０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍに形成されている。また、サブフィールドマスクには、電子線３３０が透過する種々のサブフィールドパターンが形成されている。かかる第１の相補マスク１０１に形成された複数の種類のサブフィールドパターンと第２の相補マスク１０２に形成された複数の種類のサブフィールドパターンとにより有効チップ領域パターンを形成する。

図４は、非有効チップ領域マスク１０３の構成を示す図である。
図４に示すように、非有効チップ領域マスク１０３は、第１の相補マスク１０１と第２の相補マスク１０２と異なり、サブフィールドマスク１０４が１列のみ形成されている。各サブフィールドマスク１０４のサイズは、０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍと、第１の相補マスク１０１と第２の相補マスク１０２に形成されたサブフィールドマスクのサイズと同じである。非有効チップ領域マスク１０３における各サブフィールドマスク１０４には、後述するように略同一種類の所定のサブフィールドパターンが形成されている。

まず、図１における第１の露光工程（Ｓ２０２）において、第１の相補マスク１０１に形成された有効チップ領域パターンとしての第１の相補パターンを用いて、有効チップ領域１５０に投影転写露光する。ＥＰＬ露光装置の動作は、図１３で説明したのと同様である。荷電粒子ソースから照射された電子線３３０は、偏向器により偏向され、１列目のサブフィールドマスク３５０のサブフィールドパターンを照射し、透過した電子線３３０は、電子レンズにより縮小されウェハ３００上に区分けされた複数の半導体チップ領域３１０のうち、１つの半導体チップ領域の中の露光単位領域となるサブフィールド３２０を照射することによりサブフィールドマスク３５０に形成されたサブフィールドパターンを投影転写する。次に、その列の隣に位置するサブフィールドマスク３５０のサブフィールドパターンを電子線３３０が照射するように、偏向器により電子線３３０が偏向され、同様に、前記１つの半導体チップについての隣のサブフィールド３２０を照射する。かかる際に、電子線３３０が安定するまで、しばらくの間、ビーム安定時間が生じることになる。隣のサブフィールド３２０を照射することによりサブフィールドマスク３５０に形成されたサブフィールドパターンを隣のサブフィールド３２０に投影転写する。これを順次繰り返し、その列のサブフィールドマスク３５０のサブフィールドパターンを照射し終わったら、２列目のサブフィールドマスク３５０の先頭がウェハ３００に投影転写できる位置に、レチクルステージとウェハステージとを移動させ、順次、２列目のサブフィールドマスク３５０の種々のサブフィールドパターンを照射する。レチクルステージとウェハステージとの両方を移動させることにより、移動量を各々半分にすることができる。レチクルステージとウェハステージとを移動させることにより、移動時間が生じることになる。また、レチクルステージを移動し、次の新しい２列目のサブフィールドマスク３５０を照射するために、電子線３３０が安定するまで、しばらくの間、ビーム安定時間が生じることになる。このようにして、第１の相補マスク１０１における全列のサブフィールドマスク３５０のサブフィールドパターンを照射することにより、１つの半導体チップ領域３１０についての露光が終了する。かかる動作をウェハ３００上に区分けされた全ての有効チップ領域１５０に対して行っていく。

次に、図１における第２の露光工程（Ｓ２０４）において、第２の相補マスク１０２に形成された有効チップ領域パターンとしての第２の相補パターンを用いて、有効チップ領域１５０に形成されたパターンに重ねて投影転写露光する。言い換えれば、第２の相補パターンを用いて、多重露光する。ＥＰＬ露光装置の動作は、図１３で説明したのと同様である。

図５は、非有効チップ露光工程における電子線投影転写型露光装置の動作を説明するための概念図である。
まず、ＥＰＬ露光装置におけるレチクルステージには、１つの半導体チップについての露光単位領域となるサブフィールド３２０を投影転写するためのサブフィールドパターンが形成されたサブフィールドマスク１０４が１列に整列形成された非有効チップ領域マスク１０３が配置される。
そして、非有効チップ露光工程（Ｓ２０６）において、前記ウェハ３００上において、非有効チップ領域１６０に略同一種類の所定のサブフィールドパターンを有する非有効チップ領域パターンを介して投影転写露光する。詳述すると、荷電粒子ソースから照射された電子線３３０は、偏向器により偏向され、最初のサブフィールドマスク１０４のサブフィールドパターンを照射し、透過した電子線３３０は、電子レンズにより縮小されウェハ３００上に区分けされた複数の半導体チップ領域３１０のうち、１つの半導体チップ領域の中の露光単位領域となるサブフィールド３２０を照射することによりサブフィールドマスク１０４に形成されたサブフィールドパターンを投影転写する。次に、その列の隣に位置するサブフィールドマスク１０４のサブフィールドパターンを電子線３３０が照射するように、偏向器により偏向され、同様に、前記１つの半導体チップについての隣のサブフィールド３２０を照射することによりサブフィールドマスク１０３に形成されたサブフィールドパターンを隣のサブフィールド３２０に投影転写する。これを順次繰り返し、その列のサブフィールドマスク１０３のサブフィールドパターンを照射し終わったら、２列目のサブフィールド３２０が照射できる位置にウェハステージを移動させ、今度は、偏向器により逆方向に向かって、順次サブフィールドマスク１０４を照射するように電子線３３０を偏向する。このようにして、レチクルステージを移動させずに偏向器により偏向するだけで、１つの半導体チップ領域３１０について、サブフィールドマスク１０３のサブフィールドパターンを照射することにより露光が終了する。かかる動作をウェハ３００上に区分けされた全ての非有効チップ領域１６０に対して行っていく。

ここでは、図３に示したように、非有効チップ領域マスク１０３における複数のサブフィールドマスク１０４が１列で整列配置されているため、レチクルステージの移動を省略することができる。言い換えれば、常に、１列目の複数のサブフィールドマスク１０４を往復のビーム偏向のみで照射する。レチクルステージの移動が無いため、レチクルステージ停止後のビーム安定待ち時間を省略することができる。照射される半導体チップ領域の中の露光単位領域となるサブフィールド３２０の位置に電子線３３０が照射されるように、ウェハステージが移動する。以上のように、前記有効チップ露光工程においては、前記有効チップ領域パターンを移動させながら有効チップ領域に投影転写露光するのに対し、本非有効チップ露光工程においては、前記非有効チップ領域パターンを移動させずに非有効チップ領域に投影転写露光することになる。このようにして、非有効チップ領域１０３におけるサブフィールドマスク１０４のサブフィールドパターンを１つの半導体チップ領域３１０全体にわたって照射することにより、１つの半導体チップ領域３１０についての露光が終了する。かかる動作をウェハ３００上に区分けされた全ての非有効チップ領域１６０に対して行っていく。

図６は、非有効チップ領域マスク１０３におけるサブフィールドマスク１０４によりウェハに投影転写されたサブフィールドパターンの一例を示す図である。
図６に示すように、ウェハに投影転写された０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍのサイズのサブフィールドに、例えば、所定の大きさの正方形を所定のピッチで敷き詰めている。かかる所定のピッチを変更することで、パターンの面積密度を調整することができる。非有効チップ領域マスク１０３におけるサブフィールドマスク１０４には、かかるサブフィールドパターンがウェハに投影転写できるように露光する縮尺に合わせて形成されている。図５に示す同じサブフィールドパターンが非有効チップ領域マスク１０３におけるサブフィールドマスク１０４の全てに形成されている。言い換えれば、１列目のみに形成された非有効チップ領域マスク１０３における複数のサブフィールドマスク１０４には、図５に示す同様のサブフィールドパターンが形成されている。略同一種類の所定のサブフィールドパターンを形成することにより、隣のサブフィールドマスク１０４に電子線３３０を偏向する際に、ビーム安定待ち時間を省略、或いは減らすことができる。図５に示すサブフィールドパターンは、前記有効チップ領域パターンを介して投影転写露光される有効チップ領域のパターン面積密度と略同等になるように形成されている。すなわち、非有効チップ領域マスク１０３における非有効チップ領域パターンは、前記非有効チップ露光工程において、非有効チップ領域マスク１０３における前記非有効チップ領域パターンを介して投影転写露光される前記非有効チップ領域のパターン面積密度が、前記有効チップ領域パターンを介して投影転写露光される有効チップ領域のパターン面積密度と略同等になるように形成されている。これにより、非有効チップ領域１６０と有効チップ領域１５０との間でのパターンの粗密を解消することができる。

ここで、有効チップの第１と第２の露光（相補露光）において、従来行われていた非有効チップ領域１６０の露光が無くなったことによる短縮時間について説明する。例えば、ニコン製ＥＰＬ露光装置では、直径３００ｍｍのウェハの場合、本願の出願時点で１時間に１０枚露光できる能力を持つ。すなわち３００ｍｍウェハで１ウェハ露光をおこなうために６分間の時間を要する。
例えば半導体チップのチップサイズが、横２０ｍｍ、縦２５ｍｍとすると、横ピッチ２０ｍｍ、縦ピッチ２５ｍｍで、３００ｍｍウェハに敷き詰めた場合、有効チップ数は１１４個、周辺で欠けてしまう非有効チップ数は５２個となる。有効チップ数と非有効チップ数の合計は１６６個である。
よって非有効チップの露光がなくなったことによる短縮時間は（６分）×（５２チップ／１６６チップ）＝約１．９分になる。

そして、レチクルステージ（マスクステージ）を移動させずにサブフィールドマスクを用いた、非有効チップのみの露光工程で生じることになった時間について説明する。ここで、サブフィールドサイズは横０．２５ｍｍ、縦０．２５ｍｍとすると、１チップ（横２０ｍｍ、縦２５ｍｍ）を露光するためには、サブフィールドを横に８０個、縦に１００個、敷き詰める必要がある（縦ピッチ０．２５ｍｍ、横ピッチ０．２５ｍｍ）。すなわち１チップ露光するためにはサブフィールドを８０００個露光する必要がある。

そして非有効チップ領域数が５２個あるため、非有効チップ領域を露光するためには全部で５２個×８０００個＝４１６０００個のサブフィールドを露光する必要がある。サブフィールド数が多いのでビーム安定待ち時間を減らすことは重要となることがわかる。

本実施の形態では、同じサブフィールドマスクを使って、マスクステージを移動させずにビームの偏向だけで露光するようにしたので、ビーム安定待ち時間を減らすことができ少なくともスループットを２倍にすることができると考えられる（マスクの歪みやマスク移動距離・垂直性の誤差を考慮する必要が少なくなる）。

更に、非有効チップ領域１６０においては、第１と第２の相補マスクを用いた相補露光をせずに（重ね露光をせずに）、１回の露光で行うようにすることで、さらに、スループットを２倍近くにすることができる。
よって、スループットを４倍近くにすることができ、例えば、非有効チップに約１．９分かかっているとすると、それが０．４７分で露光できるようになる。

以上のように、非有効チップ領域では、マスクステージを移動させずに、同じサブフィールドマスクを使って繰り返し露光することにより、セトリング時間（マスクステージ移動時間及びマスクステージ静止後のビーム安定待ち時間）を短縮し、全体としてスループットを向上させることができる。また、非有効チップ領域が有効チップと等しいパターン密度を有しているので、有効チップのエッチング後のパターン線幅寸法精度を確保することができる。言い換えれば、パターン粗密差を小さくし、マイクロローディング効果によるエッチング不均一性を緩和することができる。さらに、上述したＣＭＰ工程における膜厚均一性を確保することができる。言い換えれば、パターン粗密差を小さくし、ＣＭＰ研磨レート差を緩和することができる。以上のように、よって非有効チップ領域は、有効チップ領域と等しいパターン密度を有していればその目的を達成できるので、非有効チップのパターンレイアウトを、有効チップのパターンレイアウトと等しくする必要はなく、様々なパターンレイアウトを構成することができる。

図７は、実施の形態１における他のマスクの一例を説明するための図である。
図３では、マスク１００に、第１の相補マスク１０１と第２の相補マスク１０２と非有効チップ領域マスク１０３とが形成されているが、これに限るものではなく、図７に示すように、マスク１１０に第１の相補マスク１０１が、マスク１２０に第２の相補マスク１０２が、マスク１３０に非有効チップ領域マスク１０３が形成されていてもよい。すなわち、第１の相補マスク１０１と第２の相補マスク１０２と非有効チップ領域マスク１０３とが別々のマスクとして、分離可能に形成されていてもよい。かかる場合、各工程において、マスク交換作業と交換時間とが生じることになる。

実施の形態２．
図８は、実施の形態２における半導体基板の露光方法（描画方法）の要部を説明するためのフローチャート図である。
有効チップ描画工程（Ｓ８０２）として、有効チップ領域に可変成形方式を用いてパターンを描画する。そして、非有効チップ描画工程（Ｓ８０４）として、非有効チップ領域に部分一括方式を用いてパターンを描画する。ＥＢ直描露光装置で、ウェハ上のパターンを露光する場合に、非有効チップ領域１６０に限り、有効チップ領域１５０のパターン密度と等しいパターン密度を持つ部分一括マスクで露光することにより、露光時間を短縮することができる。

図９は、実施の形態２における半導体基板の露光方法を説明するための概念図である。
図９には、上述した有効チップ領域１５０と非有効チップ領域１６０とが示されている。実施の形態２では、電子線直描型露光装置（ＥＢ露光装置）により、有効チップ領域１５０と非有効チップ領域１６０とを分けて、それぞれ露光する。特に、非有効チップ領域１６０に限り、有効チップのパターン密度と等しいパターン密度を持つ部分一括マスクを用いて可変成形方式を用いずに露光する。

図１０は、実施の形態２における第２のアパーチャを説明するための図である。
図１０において、第２のアパーチャ２００には、第１のアパーチャの開口を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に整形するための可変成形用開口４２１と、可変成形用開口４２１の周りに繰り返し使用する頻度の高い種々の基本パターンが形成された部分一括マスク４２２とが形成されている。第２のアパーチャ２００には、さらに、可変成形用開口４２１の周りに非有効チップ領域１６０を描画するための部分一括マスク２２０が形成されている。

図８における有効チップ描画工程（Ｓ８０２）において、有効チップ領域に可変成形方式を用いてパターンを描画する。ＥＢ直描露光装置の動作は、図１４と同様である。荷電粒子ソース４３０から照射され、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向され、第２のアパーチャ２００の可変成形用開口４２１の一部を通過してウェハ３００上に照射される。すなわち、可変成形方式を用いて、第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ２００の可変成形用開口４２１との両方を通過できる矩形形状がウェハ３００上の所定の半導体チップ領域３１０に直描される。或いは、可変成形方式と部分一括方式とを組み合わせて、部分一括マスク４２２全体に電子線３３０を照射させ、基本パターンを作成する。

図１１は、非有効チップ露光工程における電子線直描型露光装置の動作を説明するための概念図である。
図８における非有効チップ描画工程（Ｓ８０４）において、非有効チップ領域１０６に部分一括方式を用いてパターンを描画する。荷電粒子ソース４３０から照射され、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向され、第２のアパーチャ２００の部分一括マスク２２０の部分一括パターン全体に電子線３３０を照射させ、部分一括パターンを通過してウェハ３００上の非有効チップ領域１０６に照射される。１つの非有効チップ領域１０６について、その全体を部分一括方式を用いてパターンを描画する。これを全ての非有効チップ領域１０６について繰り返し、終了する。

図１２は、部分一括マスク２２０によりウェハに描画された部分一括パターンの一例を示す図である。
図１２に示すように、ウェハに描画された場合、例えば、５μｍ×５μｍのサイズで部分一括パターンがウェハ上に形成される。部分一括パターンには、例えば、所定の大きさの正方形を所定のピッチで敷き詰めている。かかる所定のピッチを変更することで、パターンの面積密度を調整することができる。部分一括マスク２２０には、かかる部分一括パターンがウェハに描画できるように露光する縮尺に合わせて形成されている。非有効チップ領域１６０に部分一括方式を用いてパターンを描画することで、可変成形方式のようなその都度矩形形状を変えていくような複雑な矩形形状制御をおこなう必要を無くすことができる。さらに、より広い面積を一度に描画することができるので、ショット数を減らすことができる。ショット数を減らすことができるので、非有効チップ領域の露光時間を短縮することができる。図１２に示された部分一括パターンのパターン面積密度は、前記可変成形方式を用いて有効チップ領域に描画されるパターンのパターン面積密度と略同等になるように形成される。すなわち、部分一括マスク２２により形成される非有効チップ領域１６０全体に描画されるパターンのパターン面積密度が、前記可変成形方式を用いて有効チップ領域に描画されるパターンのパターン面積密度と略同等になるように形成されている。これにより、非有効チップ領域１６０と有効チップ領域１５０との間でのパターンの粗密を解消することができる。非有効チップ領域１６０は、非有効チップのパターン線幅寸法精度を確保するために露光する領域であるため、有効チップ領域１５０と等しいパターン密度を有していればその目的を達成することができる。言い換えれば、非有効チップのパターンレイアウトを、有効チップのパターンレイアウトと等しくする必要はない。

可変成形方式に比べ、部分一括方式は一括で形成できる面積が大きいため大幅なスループット向上が可能である。非有効チップは、パターン密度さえ有効チップのパターン密度と等しければパターンレイアウトはこだわらず図１２と異なっていても構わない。有効チップのパターン密度と等しい部分一括マスクを１つ準備し、その部分一括マスク１つを使って非有効チップ全体を露光すれば、非有効チップの役割（有効チップのパターン寸法精度の確保）を保ったままスループットを向上することができる。

ここで、有効チップの第１と第２の露光（直描露光）において、従来していた非有効チップの露光が無くなったことによる短縮時間について説明する。
例えばＥＢ直描装置でコンタクトホールパターンを露光する場合（そのパターンにも依存するが）、３００ｍｍウェハ１枚露光するのに本願の出願時の時点で１０時間程度かかる。
例えばチップサイズ（横２０ｍｍ、縦２５ｍｍ）のチップを、横ピッチ２０ｍｍ、縦ピッチ２５ｍｍで、３００ｍｍウェハに敷き詰めた場合、有効チップ数は１１４個、周辺で欠けてしまう非有効チップ数は５２個となる。有効チップ数と非有効チップ数の合計は１６６個である。
よって非有効チップの露光がなくなったことによる短縮時間は（１０時間）×（５２チップ／１６６チップ）＝約３．１３時間である。

次に、部分一括マスクを用いて、非有効チップのみの露光工程で生じることになった時間について説明する。
部分一括マスクで一度に露光できる面積は、例えば、縦５μｍ×横５μｍの矩形である。露光するパターンにも依存するが、少なくとも２倍以上のスループット向上は図れるはずである。（部分一括露光を使わないで可変成形露光でやる場合には１個１個のホールを１個１個露光する必要があるため非常に時間がかかる。例えば、縦５μｍ×横５μｍの面積中に１００ｎｍφホールが１：１のピッチで敷き詰められている場合、６２５個のホールを１個１個露光しなければならないのが、部分一括露光を使えば１回の露光ですむ。すなわち、この場合スループットは６２５倍になる。現実にはこんなにホールが敷き詰められることはないかもしれない。また、ホールが密ピッチで密集している領域もあれば粗な領域もある。経験上、概ね、電子デバイスのコンタクトホール層ではパターン密度５％ぐらいになることが多いと推定される。

したがって、複数回、露光する可変成形露光する可変成形方式に比べ、スループットは、少なくとも２倍は向上すると言える。非有効チップに約３．１３時間かかっているとすると、これを部分一括で露光すれば、少なくとも１．５６時間で露光できることになる。

実施の形態１における半導体基板の露光方法の要部を説明するためのフローチャート図である。 実施の形態１における半導体基板の露光方法を説明するための概念図である。 実施の形態１におけるマスクを説明するための図である。 非有効チップ領域マスク１０３の構成を示す図である。 非有効チップ露光工程における電子線投影転写型露光装置の動作を説明するための概念図である。 非有効チップ領域マスク１０３におけるサブフィールドマスク１０４によりウェハに投影転写されたサブフィールドパターンの一例を示す図である。 実施の形態１における他のマスクの一例を説明するための図である。 実施の形態２における半導体基板の露光方法（描画方法）の要部を説明するためのフローチャート図である。 実施の形態２における半導体基板の露光方法を説明するための概念図である。 実施の形態２における第２のアパーチャを説明するための図である。 非有効チップ露光工程における電子線直描型露光装置の動作を説明するための概念図である。 部分一括マスク２２０によりウェハに描画された部分一括パターンの一例を示す図である。 電子線投影転写型露光装置の動作を説明するための概念図である。 電子線直描型露光装置の動作を説明するための概念図である。 ウェハ上に区分けされた複数の半導体チップ領域を示す図である。

符号の説明

１００，１１０，１２０，１３０ マスク
１０１，１０２ 相補マスク
１０３ 非有効チップ領域マスク
１０４ サブフィールドマスク
１５０ 有効チップ領域
１６０ 非有効チップ領域
２００ 第２のアパーチャ
２２０ 部分一括マスク
３００ ウェハ
３１０ 半導体チップ領域
３２０ サブフィールド
３３０ 電子線
３４０ マスク
３５０ サブフィールドマスク
４１０ 第１のアパーチャ
４１１ 開口
４２０ 第２のアパーチャ
４２１ 可変成形用開口
４２２ 部分一括マスク
４３０ 荷電粒子ソース

Claims (7)

1. 半導体基板上において、半導体チップとして有効な形状を確保できる有効チップ領域に複数の種類のサブフィールドパターンを有する有効チップ領域パターンを介して投影転写露光する有効チップ露光工程と、
   前記半導体基板上において、半導体チップとして有効な形状を確保できない非有効チップ領域に略同一種類の所定のサブフィールドパターンを有する非有効チップ領域パターンを介して投影転写露光する非有効チップ露光工程と、
   を備えたことを特徴とする露光方法。
2. 前期有効チップ領域パターンは、第１と第２の相補パターンを有し、
   前記有効チップ露光工程において、前記第１と第２の相補パターンを介して前期有効チップ領域に多重露光することを特徴とする請求項１記載の露光方法。
3. 前記非有効チップ露光工程において、前記非有効チップ領域パターンを介して投影転写露光される前記非有効チップ領域のパターン面積密度が、前記有効チップ領域パターンを介して投影転写露光される有効チップ領域のパターン密度と略同等になるように形成された前記非有効チップ領域パターンを介して前記非有効チップ領域に投影転写露光することを特徴とする請求項１記載の露光方法。
4. 前記有効チップ露光工程において、前記有効チップ領域パターンを移動させながら有効チップ領域に投影転写露光し、
   前記非有効チップ露光工程において、前記非有効チップ領域パターンを移動させずに非有効チップ領域に投影転写露光することを特徴とする請求項１記載の露光方法。
5. 半導体チップとして有効な形状を確保できる半導体基板の有効チップ領域に露光するための第１のパターンが形成された第１のパターン部と、
   第２のパターンが形成され、前記有効チップ領域に前期第２のパターンを用いて多重露光することにより前記第１のパターン部により前記半導体基板の有効チップ領域に露光される第１のパターンを相補する第２のパターン部と、
   半導体チップとして有効な形状を確保できない前記半導体基板の非有効チップ領域に露光するための、前記第１と第２のパターンとは異なる第３のパターンが形成された第３のパターン部と、
   を備えたことを特徴とする露光用マスク。
6. 半導体基板上において、半導体チップとして有効な形状を確保できる有効チップ領域に可変成形方式を用いてパターンを描画する有効チップ描画工程と、
   前記半導体基板上において、半導体チップとして有効な形状を確保できない非有効チップ領域に部分一括方式を用いてパターンを描画する非有効チップ描画工程と、
   を備えたことを特徴とする描画方法。
7. 前期非有効チップ描画工程において、前記部分一括方式を用いて非有効チップ領域に描画されるパターンのパターン面積密度が、前記可変成形方式を用いて有効チップ領域に描画されるパターンのパターン面積密度と略同等になるように形成されたパターンを用いて描画することを特徴とする請求項６記載の描画方法。

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