JP2008294352A - 露光方法及び露光用フォトマスク - Google Patents

Abstract

【課題】オーバーレイエラーを低減させる露光方法を提供する。
【解決手段】マスクパターン１０２と、マスクパターン１０２を相補するマスクパターン１０４とが形成された露光用フォトマスク１００に光源からの光を照射し、マスクパターン１０２，１０４をそれぞれマスクとして試料の同一領域に重ねて露光する。スキャナ装置で露光（転写）する場合には、相補する２つのマスクパターン１０２，１０４がスキャナ装置のスキャン方向Ｓに沿って並べて形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光方法及び露光用フォトマスクに係り、特に、二重パターニング（ダブルパターニング：Ｄｏｕｂｌｅ Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）或いは二重露光（ダブル露光：Ｄｏｕｂｌｅ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）技術に関する。また、これらに用いる相補パターンが形成されるマスクに関する。

半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。これらの半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。

ここで、回路線幅の微細化に伴って、より波長の短い露光光源が求められるが、露光光源となる例えばＡｒＦレーザーの延命手法として、近年、二重露光技術と二重パターニング技術が注目されている。二重露光は、レジストが塗布されたウェハに２枚のマスクを取り替えながら同一領域に続けて露光する手法である。そして、その後に現像、及びエッチング工程等を経て所望するパターンをウェハ上に形成する。他方、二重パターニングは、レジストが塗布されたウェハに第１のマスクで露光し、現像、及びエッチング工程等を経てから再度レジストを塗布して第２のマスクでウェハの同一領域に露光する手法である。これらの技術は、現在の技術の延長で行なうことができる点でメリットがある。そして、これらの技術では、ウェハ上で所望するパターンを得るために２枚のマスクが必要になる。

図３は、従来の二重パターニング用マスクを説明するための概念図である。
図３に示すように、所望するパターン３０２をウェハへ露光するためには、フォトマスク３００では、解像度が得られないために、２つのマスクに分ける必要があった。すなわち、フォトマスク３１０にパターン３０２の一部となるパターン３１２を形成し、フォトマスク３２０にパターン３０２の残りの一部となるパターン３１４を形成していた。そして、ステッパやスキャナ等の露光装置にこれら２つのフォトマスク３１０，３２０を順にセットして、それぞれ露光していた。

しかしながら、説明したように、露光する際に２枚のマスクを入れ替える必要がある。そのために、露光装置にセットする際の位置合わせが重要となってくる。位置がずれるとパターンの重ね合わせ誤差（オーバーレイのエラー）を生じる。この誤差がパターンの線幅寸法（ＣＤ）に直接影響を与えてしまう。

また、露光装置の露光エリアとして、スキャナ装置では例えば２０ｍｍ×３０ｍｍ角以上が規定されている。しかし、実際のデバイスでは、１つのチップがこの露光エリア全体を占めることは稀である。通常、１つのマスクに複数個の同一チップを形成することが行なわれる。
図４は、従来の二重パターニング用マスクの他の例を説明するための概念図である。
複数個の同一チップが形成されるとすると、図４に示すように、マスクＡで示すフォトマスク２００には、チップＡで示す所望する４つのパターン２０２が形成されることになる。しかし、このままでは解像度が限界を超えているので、マスクＢで示すフォトマスク２１０とマスクＣで示すフォトマスク２２０とに分けることになる。そして、フォトマスク２１０には、チップＢで示す所望する４つのパターン２１２が形成される。そして、フォトマスク２２０には、チップＣで示す所望する４つのパターン２１４が形成される。このように複数のチップを１枚のマスクに持たせることで生産性を向上させている。しかし、いくらこのように複数のチップをもたせたとしてもフォトマスク２１０とフォトマスク２２０とを交換する際の位置ずれを回避することは困難である点に変わりは無い。

ここで、二重露光技術や二重パターニングと異なりパターンを重ね合わさないマルチ露光用に、ｘ方向のパターンとｙ方向のパターンを１つのマスク上に形成するといった技術が文献に開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−７２４２３号公報

上述したように、２枚のマスクを交換する際の位置合わせ誤差によって、オーバーレイのエラーが生じ、ＣＤ誤差を生むといった問題があった。

そこで、本発明は、かかる問題点を克服し、オーバーレイエラーを低減させる露光方法およびフォトマスクを提供することを目的とする。

本発明の一態様の露光方法は、
第１のマスクパターンと、第１のマスクパターンを相補する第２のマスクパターンとが形成された露光用フォトマスクに光源からの光を照射し、
第１と第２のマスクパターンをそれぞれマスクとして試料の同一領域に重ねて露光することを特徴とする。

１つの露光用フォトマスクに第１と第２のマスクパターンの両方を形成することで、マスク交換による位置ずれを回避することができる。

また、スキャナ装置を用いて露光が行なわれ、
第１と第２のマスクパターンは、スキャナ装置のスキャン方向に並んで形成されると好適である。

そして、第１と第２のマスクパターンは、スキャン方向と直交する方向の位置を合わせて形成されると好適である。

また、露光用フォトマスクには、複数の第１のマスクパターンと複数の第２のマスクパターンとが形成されても好適である。

本発明の一態様の露光用フォトマスクは、
マスク基板と、
マスク基板上に形成された第１のマスクパターンと、
第１のマスクパターンとは異なるマスク基板上の領域に形成され、第１のマスクパターンが転写される領域に重ねて転写されることによって第１のマスクパターンを相補する第２のマスクパターンと、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、マスク交換時の位置合わせ誤差を無くすことができる。よって、オーバーレイエラーを無くす或いは低減させることができる。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるフォトマスクの一例を示す概念図である。
図１において、フォトマスク１１０には、ウェハ等の試料に露光したい所望するチップＡで示すマスクパターン１１２が形成されている。しかし、限界解像度を超えた波長の光を露光光源として用いる場合には、上述したように、二重露光技術や二重パターニング技術を用いることができる。その場合、従来の手法では、所望するマスクパターン１１２を複数、例えば、チップＢ，Ｃで示す相補する２つのマスクパターン１０２，１０４に分けてそれぞれ１枚ずつのフォトマスクを形成することになる。その結果、マスク交換の位置ずれの問題を引き起こしていた。そこで、実施の形態１の露光用フォトマスク１００では、図１に示すように、１枚のマスク基板１０６上に、チップＢ，Ｃで示す相補する２つのマスクパターン１０２，１０４の両方を形成する。１つの露光用フォトマスク１００に相補する２つのマスクパターン１０２，１０４の両方を形成することで、マスク交換による位置ずれを回避することができる。

ここで、上述したように、実際のデバイスでは、１つのチップがこの露光エリア全体を占めることは稀である。そのため、図１に示すように、相補する２つのマスクパターン１０２，１０４を並べて配置することができると共に、例えば、複数個ずつ配置することができる。図１では、マスクパターン１０２，１０４を２つずつ配置した例を示している。このように複数のチップを１枚のマスクに持たせることで従来の位置ずれを回避しながらさらに生産性を向上させることができる。また、スキャナ装置で露光（転写）する場合には、相補する２つのマスクパターン１０２，１０４がスキャナ装置のスキャン方向Ｓに沿って並んで形成されると好適である。例えば、図１に示すように、−ｙ方向に向かってスキャンする場合には、マスクパターン１０２，１０４をｙ方向に並べて形成する。そして、スキャン方向と直交するｘ方向の位置を合わせておく。このように配置することで、スキャン中にｘ方向の移動を回避することができる。

そして、このようなマスクパターン１０２と、マスクパターン１０２を相補するマスクパターン１０４とが形成された露光用フォトマスク１００を用いて、試料の同一領域に重ねて露光する。以下、二重パターニングの場合の露光手順に沿って説明する。

図２は、実施の形態１における二重パターニング方法の要部工程を示すフローチャート図である。
Ｓ（ステップ）１０２において、マスクセット工程として、露光装置に露光用フォトマスク１００をセットする。露光装置は、スキャナ装置であっても良いし、ステッパ装置であってもよい。

Ｓ１０４において、第１の露光工程として、露光用フォトマスク１００に光源からの光を照射し、マスクパターン１０２をマスクとして、レジストが塗布されたシリコンウェハ等の基板（試料）の露光領域にマスクパターン１０２を転写する。

Ｓ１０６において、現像工程として、マスクパターン１０２が転写された基板を現像する。これによりマスクパターン１０２と同内容のレジストパターンを形成することができる。

Ｓ１０８において、エッチング工程として、レジストの開口部を介して露出した基板上の膜をエッチングする。

Ｓ１１０において、第２の露光工程として、露光用フォトマスク１００に光源からの光を照射し、マスクパターン１０４をマスクとして、再度レジストが塗布された基板の露光された同一領域にマスクパターン１０４を重ねて転写する。

Ｓ１１２において、現像工程として、マスクパターン１０４が転写された基板を現像する。これによりマスクパターン１０４と同内容のレジストパターンを形成することができる。

Ｓ１１４において、エッチング工程として、レジストの開口部を介して露出した基板上の膜をエッチングする。

以上により、チップＡで示した微細パターンを基板に形成することができる。ここでは、二重パターニングの場合について説明したが、同一領域に重ねて露光する二重露光の場合にも使用可能であることは言うまでも無い。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての露光方法及び露光用フォトマスクは、本発明の範囲に包含される。

実施の形態１におけるフォトマスクの一例を示す概念図である。 実施の形態１における二重パターニング方法の要部工程を示すフローチャート図である。 従来の二重パターニング用マスクを説明するための概念図である。 従来の二重パターニング用マスクの他の例を説明するための概念図である。

符号の説明

１００，１１０，２００，２１０，２２０，３００，３１０，３２０ フォトマスク
１０２，１０４，１１２ マスクパターン
１０６ マスク基板
２０２，２１２，２１４，３０２，３１２，３１４ パターン

Claims (5)

1. 第１のマスクパターンと、前記第１のマスクパターンを相補する第２のマスクパターンとが形成された露光用フォトマスクに光源からの光を照射し、
   前記第１と第２のマスクパターンをそれぞれマスクとして試料の同一領域に重ねて露光することを特徴とする露光方法。
2. スキャナ装置を用いて前記露光が行なわれ、
   前記第１と第２のマスクパターンは、スキャナ装置のスキャン方向に並んで形成されることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
3. 前記第１と第２のマスクパターンは、前記スキャン方向と直交する方向の位置を合わせて形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の露光方法。
4. 前記露光用フォトマスクには、複数の前記第１のマスクパターンと複数の前記第２のマスクパターンとが形成されることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の露光方法。
5. マスク基板と、
   前記マスク基板上に形成された第１のマスクパターンと、
   前記第１のマスクパターンとは異なる前記マスク基板上の領域に形成され、前記第１のマスクパターンが転写される領域に重ねて転写されることによって前記第１のマスクパターンを相補する第２のマスクパターンと、
   を備えたことを特徴とする露光用フォトマスク。

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