JP2015108762A - ガラスマスクおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シフト露光を精度高くできるガラスマスクを提供する。【解決手段】ガラスマスク（１００）は、ガラス支持体（１）と、周期性を有する複数の要素（２）を有する加工パターン（２０）と、第１重ね合せ測定基準パターン（３）と、第２重ね合せ測定基準パターン（４）とを有する。上記第１重ね合せ測定基準パターン（３）と第２重ね合せ測定基準パターン（４）を結ぶ直線方向は、その直線方向に沿って、上記加工パターン（２０）を移動したときに、移動前の加工パターン（２０）の要素（２）と移動後の加工パターン（２０）の要素（２）とが離間して重ならないようにすることが可能な方向である。【選択図】図４

Description

この発明は、例えば、シフト露光プロセスに用いれば特に好適なガラスマスクおよび半導体装置の製造方法に関する。

金属中の自由電子の集団振動のことをフォノン等と同様に量子力学的な準粒子とみなす場合に、プラズモンと言い、金属および絶縁膜界面には、境界条件を満足する界面特有の振動モードである表面プラズモンが存在する。

近年、電磁波をある周期構造を持った金属構造と絶縁膜へ入射し、その際に発生するエバネッセント波と上記表面プラズモンとの共鳴現象を利用した各種現象が報告されている。例えば、表面プラズモン共鳴の例としては、入射されたある特定波長の光に対して光出力（光感度）が増大する図１に示すような波長選択性や、表面プラズモン共鳴が起こっている表面の領域は、わずかな分子が結合しただけで敏感に共鳴状態が変化することからＤＮＡ（デオキシリボ核酸）などの微小物質を検出するバイオセンサとして使う検討も進んでいる。

この表面プラズモンの波長選択性については例えば、特許文献１（特開平１１−０７２６０７）で説明されている。本現象を発生させる手段として、様々な方法があるが、例えば５０〜２００ｎｍ程度の薄い金属膜を形成し、図１および２に示すように、透過波長よりも微細な周期（ピッチ）ａのホールアレイ５０をパターニングしたフィルタ層を形成する方法がある。但し、表面プラズモン効果はある金属膜および絶縁膜もしくは空気での界面で生じる表面プラズモンと入射光により生じるエバネッセント光との共鳴で生じるため、効率よく発生させるためには金属膜や絶縁膜は単一構造（材料、屈折率などの物性の均一性、ホールピッチや形状の均一性）とすることが望ましく、デザインルール６５ｎｍプロセス等で使用されるナノインプリントや電子線リソグラフィが用いられる。

非特許文献１（ＮＩＭＳ、豊田中央研究所 フォーカス２６＜第３回＞表面プラズモン共鳴を利用したカラーフィルタの開発）によれば、ホールアレイを有する金属膜の材料にＡｌまたはＡｌＣｕ、ＡｌＳｉを使用し、この金属膜を絶縁膜であるＳｉＯ_２膜で被膜する場合には、光の垂直入射により表面プラズモンを励起する条件は、規格化周波数ａ／λ＝０．６５となる（ａはホールアレイの周期、λは波長）。この式より赤（ＲＥＤ：波長６６０ｎｍ）、緑（ＧＲＥＥＮ：波長５４０ｎｍ）、青（ＢＬＵＥ：波長４４０ｎｍ）の波長を透過させる金属膜フィルタを作成するためには、図２に示すホールアレイ１０のピッチａは、図１に示すように、４２０ｎｍ（赤）、３４０ｎｍ（緑）、２６０ｎｍ（青）と算出される。

特開平１１−０７２６０７号公報 特開２０１０−２６３１３９号公報

ＮＩＭＳ、豊田中央研究所 フォーカス２６＜第３回＞表面プラズモン共鳴を利用したカラーフィルタの開発

近年では生活環境の問題や健康被害への関心が高まる中、可視光領域より更に短波長側の紫外線領域の波長選択性が望まれている。紫外線にはＵＶＡ（Ａ波、波長４００−３１５ｎｍ）、ＵＶＢ（Ｂ波、波長３１５−２８０ｎｍ）、ＵＶＣ（Ｃ波、波長２８０ｎｍ未満）があるが比較的波長の長いＵＶＡでも３１５−４００ｎｍ程度の波長を選択する必要がある。この場合、図２のようなホールアレイ１０のピッチａは、２００ｎｍ程度でなければならず、ホール５１のサイズは１００ｎｍ程度が求められる。加工精度にバラツキが生じると、透過波形がブロードになり、別の波長の透過が起こる。これを防ぐために、デザインルール６５ｎｍなどの微細加工が可能なナノインプリントや電子線描画装置を使い加工する手段が考えられるが、これらの設備は高価で且つ金型など維持管理費用が高額であり、設備投資についても高額でプロセスコストとして高コストとなっている。

そのため、水銀ランプやＫｒＦエキシマレーザーなどを光源とした従来の露光設備を使い、多重露光法や多度露光法（合わせ露光法とも言う。）の技術を用いて、狭ピッチのパターンを形成する技術が考えられる（特許文献２（特開２０１０−２６３１３９号公報）を参照））。例えば、図３のように、二重露光を利用して、３００ｎｍピッチのマスクを２つ用意し、初めに、図３の（Ａ）のように第１の露光を行い、第１の露光のホール５１，５１，５１，…の間のちょうど中央にくるように、第２のマスクのホール５２，５２，５２，…の位置を調整し、第２の露光を行う。このようにすれば、２１２ｎｍのピッチのホールアレイ６０を作ることができる。

しかしながら、二種類のガラスマスクを用いる場合、ガラスマスクの加工寸法のバラツキの影響を受けやすいという問題があった。

また、多重露光や多度露光法を行った場合は、合わせ精度にバラツキが大きくなるため、プラズモン共鳴を利用した金属膜フィルタには利用できないという問題があった。これは、波長選択性が金属膜上のパターンピッチやパターンサイズに非常に大きな影響を受けるため、パターンピッチのバラツキやパターンサイズのバラツキにより、波長選択性が揺らぎ、透過スペクトルがブロードになったり、所望の波長以外の波長が透過したりするためである。

そこで、この発明の課題は、複数種類のガラスマスクが不要で、単一のガラスマスクでシフト露光ができるようにすることにある。

また、この発明の課題は、波長選択性の揺らぎを無くし、透過スペクトルをシャープにできるプラズモニックフィルタを提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のガラスマスクは、
ガラス支持体と、
このガラス支持体に設けられた周期性を有する複数の要素を有する加工パターンと、
上記ガラス支持体に設けられた第１重ね合せ測定基準パターンと、
上記ガラス支持体に設けられた第２重ね合せ測定基準パターンと
を備え、
上記第１重ね合せ測定基準パターンと上記第２重ね合せ測定基準パターンを結ぶ直線方向は、その直線方向に沿って、上記加工パターンを移動したときに、移動前の上記加工パターンの要素と移動後の上記加工パターンの要素とが離間して重ならないようにすることが可能な方向である
ことを特徴としている。

上記加工パターンの要素は、透光部であってもよく、遮光部であってもよい。

この発明のガラスマスクは、例えば、シフト露光法に用いれば最適なものである。

このシフト露光法には、多重露光法と多度露光法との２種類の方法がある。多重露光法とは、第１の露光工程後にガラスマスクをシフト（移動）し、続けて第２の露光工程を行い、最後に現像液で現像を行う方法である。一方、多度露光法とは、第１の露光工程後に一度現像を行い、フォトレジストをマスクにしてワークをエッチングをした後にフォトレジストの剥離を行い、さらに、新たにフォトレジストをワークに塗布し、その後、ガラスマスクをシフトして、第２の露光工程と現像を行う方法である。この明細書では、シフト露光法とは、多重露光法と多度露光法とを含む概念である。

また、この発明の半導体装置の製造方法は、
ワークに塗布されたフォトレジストにシフト露光を行なうフォトリソグラフィ工程を含む半導体装置の製造方法であって、
上記シフト露光は、
上述のガラスマスクを用いて、上記フォトレジストへの第１の露光を行い、
次に、上記ガラスマスクを特定の距離だけシフトして、上記第１重ね合せ測定基準パターンと上記第２重ね合せ測定基準パターンのうちの一方が、他方により形成されたパターンに重なるように、上記ガラスマスクを特定の距離だけシフトして、第２の露光を行う
ことを特徴としている。

この発明によれば、単一のガラスマスクを使用してシフト露光ができるため、複数のガラスマスクを使用してシフト露光をした際に発生する複数のガラスマスク間のパターンの加工サイズのバラツキやパターン位置のズレにより発生する不具合を除去することができる。

尚且つ、この発明によれば、第１重ね合せ測定基準パターンと第２重ね合せ測定基準パターンを有するので、同一のガラスマスクでシフト露光（多重露光または多度露光）を高精度にできて、水銀ランプやＫｒＦエキシマレーザーを光源とする従来の露光設備を用いたシフト露光によって懸念される加工精度の悪化を低減することができる。

非特許文献１に記載のホールアレイのピッチに依存した分光感度特性を示すグラフである。 表面プラズモン効果を得るためのホールアレイの一例を示す図である。 図３中、（Ａ）は第１の露光で形成されたパターンを示す図であり、（Ｂ）は第１の露光で形成されたパターンと第２の露光で形成されたパターンとを重ね合わせて示した図である。 この発明の第１実施形態のガラスマスクの平面図である。 この発明の第１実施形態のガラスマスクを使用してプラズモニックフィルタを製造する方法を説明する平面図である。 この発明の第１実施形態において、シフト後の第１重ね合せ測定基準パターンによるパターンと、シフト前の第２重ね合せ測定基準パターンによるパターンとの重なり状態を説明する平面図である。 この発明の第１実施形態のガラスマスクを使用してプラズモニックフィルタを製造する方法を説明する平面図である。 この発明の第２実施形態のガラスマスクの平面図である。 この発明の第２実施形態のガラスマスクを使用して第１の露光をした後のフォトレジストの状態を示す平面図である。 この発明の第２実施形態において、第１の露光をした後に金属膜をエッチングした状態を示す平面図である。 図１０に示す金属膜にフォトレジストを塗布して、第２の露光をした状態を示す平面図である。 この発明の第２実施形態において、シフト後の第１重ね合せ測定基準パターンによるパターンと、シフト前の第２重ね合せ測定基準パターンによるパターンとの重なり状態を説明する平面図である。 この発明の第２実施形態のガラスマスクを使用してプラズモニックフィルタを製造する方法を説明する平面図である。 この発明の第３実施形態の発明の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。 この発明の第３実施形態の発明の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。 この発明の第３実施形態の発明の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。

以下、この発明を図示の実施形態により詳細に説明する。

（第１実施形態）
図４は、この発明の第１実施形態のガラスマスク１００を示し、このガラスマスク１００はシフト露光法の例である多重露光法用のガラスマスクである。

図４に示すように、この第１実施形態のガラスマスク１００は、矩形のガラス支持体１と、このガラス支持体１に設けられた周期性を有する加工パターン２０と、上記ガラス支持体１に設けられた第１重ね合せ測定基準パターンの一例としてのインナーパターン３と、上記ガラス支持体１に設けられた第２重ね合せ測定基準パターンの一例としての正方形状のアウターパターン４とを備える。

上記加工パターン２０は、ガラス支持体１の片面に設けたクロム膜５に２次元の正方格子状に配列した複数の要素としての円孔２，２，２，…からなる。この円孔２は透光部である。

一方、上記インナーパターン３はクロム膜５に開口した正方形状の透光部３であり、上記アウターパターン４は、回りをロ字形状の開口（透光部）７で囲まれた正方形状の遮光部４である。このアウターパターン４は、クロム膜５の一部からなる。上記アウターパターン４は、上記インナーパターン３よりも大きくて、インナーパターン３を内側に包含できる大きさである。

また、上記インナーパターン３の中心Ｐとアウターパターン４の中心Ｑとを結ぶ線分ＰＱ、つまり、直線ＰＱの方向は、その直線ＰＱの方向に沿って、ガラスマスク１００、つまり、加工パターン２０を移動したときに、移動前の上記加工パターン２０の円孔２と移動後の上記加工パターン２０の円孔２とが離間して重ならないようにすることが可能な方向である。すなわち、上記直線ＰＱの方向は、シフト露光時のガラスマスク１００のシフト方向である。

なお、ここで、上記インナーパターン３の中心Ｐおよびアウターパターン４の中心Ｑとは、数学的な意味の中心ではなく、工学的な意味、つまり、工学的な許容範囲を持った中心という意味である。

また、上記線分ＰＱの長さは、上記加工パターン２０の領域内に包含される長さである。上記線分ＰＱの長さは、シフト時に、シフト方向およびシフト量の精度の確認ができる範囲内で、短い方が、後述する図７のプラズモニックフィルタ２３０の領域が大きくなるから、好ましい。

上記加工パターン２０の円孔２，２，…の横方向のピッチおよび縦方向のピッチは、同じ大きさで、ａと表すと、上記線分ＰＱの長さの横成分および縦成分は、夫々、ａ×（ｎ＋１／２）と表せる長さである。ここで、ｎは正の整数を表す。

なお、図４では、上記ガラスマスク１００をシフト露光時に一度シフトするものとして、一組のインナーパターン３とアウターパターン４を設けているが、複数回のシフトを行うときには、そのシフトの回数に応じた組数のインナーパターンとアウターパターンを設ければよい。

上記構成のガラスマスク１００を用いて、多重露光がされて、フォトリソグラフィが行われて、ワークの加工が行われる。

図５，６および７は、ワークの一例としての金属膜１０に、図７に示すプラズモニックフィルタ２３０を形成する過程を簡略的に説明する図である。

まず、図５に示すように、金属膜１０にポジ型のフォトレジスト４０を塗布して、このフォトレジスト４０に図４に示すガラスマスク１００を用いて、第１の露光を行う。

そうすると、上記フォトレジスト４０に、図５に示すように、ガラスマスク１００の加工パターン２０の円孔２，２，…に対応する円形の光照射部２２，２２，…を有する第１のレジストパターン２１が形成される。

それと同時に、上記フォトレジスト４０に、ガラスマスク１００の透光部であるインナーパターン３に対応する正方形状の光の照射部１３と、遮光部であるアウターパターン４に対応する正方形状の光の非照射部１４と、ロ字形状の開口（透光部）７に対応するロ字形状の光照射部１７が生じる。上記正方形状の光の照射部１３の中心Ａ’と上記正方形状の光の非照射部１４の中心Ｂ’とを結ぶ線分Ａ’Ｂ’の方向は、ガラスマスク１００の線分ＰＱの方向と同じであり、線分Ａ’Ｂ’の長さは、等倍の露光をした場合は、線分ＰＱと同じ長さになり、縮小露光をした場合は、線分ＰＱの縮小率に応じた長さになる。

次に、上記ガラスマスク１００を、図４の線分ＰＱの方向、つまり、図５で線分Ａ’Ｂ’に沿って、線分ＰＱの長さだけシフト（オフセット）する。

次に、上記フォトレジスト４０に第２の露光を行うと、図５に示すように、ガラスマスク１００の周期性を有する複数の円孔２，２，…からなる加工パターン２０に応じた複数の円形の光照射部３２，３２，…からなる第２のレジストパターン３１が形成される。この第２の露光で形成された第２のレジストパターン３１は、上記線分Ａ’Ｂ’に平行で、上記線分Ａ’Ｂ’と同じ長さの線分ＡＢだけ、円形の光照射部２２，２２，…を有する第１のレジストパターン２１をシフトしたものとなる。

上記ガラスマスク１００の線分ＰＱは、加工パターン２０の領域内に包含される長さであり、かつ、加工パターン２０の円孔２，２，…の横方向のピッチおよび縦方向のピッチａは、同じ大きさで、上記線分ＰＱの長さの横成分および縦成分は、夫々、ａ×（ｎ＋１／２）と表せる長さであるから（ｎは正の整数）、第１の露光による第１のレジストパターン２１と第２の露光による第２のレジストパターン３１との重なった領域３０が生じ、かつ、この重なった領域３０において、第１のレジストパターン２１の円形の光照射部２２と第２のレジストパターン３１の円形の光照射部３２とが交互に等間隔に、並ぶことになる。この重なった領域３０において光照射部２２，３２は、ガラスマスク１００の加工パターン２０の円孔２の２倍の密度で、横方向および縦方向について、１／２の微小間隔で配列されることになる。勿論、ステッパ等を用いる縮小投影露光をする場合は、その縮小倍率の２倍の密度で配列されることになる。

また、上記ガラスマスク１００のアウターパターン４に対応する第１の露光による非照射部１４の内側に、シフト後の第２の露光によるインナーパターン３に対応する光の照射部２３が生じる。また、シフト後のガラスマスク１００のアウターパターン４に対応する第１の露光による正方形状の光の非照射部２４が生じる。

その後、例えば、アルカリ現像液等を用いて、上記フォトレジスト４０の現像を行うと、図６に示すように、シフト前のアウターパターン４に対応する正方形状の非照射部１４の内側に、シフト後のインナーパターン３に対応する正方形状の照射部２３に対応する抜きパターンである開口２３が生じ、この開口２３以外の非照射部１４はロ字形状の残しパターンとなる。

次に、図６に示すように、上記ロ字形状の残しパターン１４の外縁と、正方形状の抜きパターンである開口２３の外縁との距離Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを測定する。この測定された距離Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆが予め定められた範囲に入らないときは、ガラスマスク１００のシフトが正しく行われなかったと判断して、フォトレジスト４０を剥離し、フォトリソグラフィ工程の最初に戻って、フォトレジストの塗布、第１の露光、第２の露光等を繰り返す。

あるいは、ガラスマスク１００のシフト方向およびシフト量の微調整を行う。このときは、第２のレジストパターン２３１となる領域については、先の第２の露光を保留して、微調整後に、第２の露光を行うことになる。

一方、上記測定された距離Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆが予め定められた範囲に入るときは、ガラスマスク１００のシフトが方向および量とも正しく行われたと判断して、金属膜１０のエッチング、フォトレジストの剥離の工程を行う。そうすると、図７に示すように、図５の第１のレジストパターン２１の複数の円形の光照射部２２に対応する複数の円孔２２２からなる領域２２１と、第２のレジストパターン３１の複数の円形の光照射部３２に対応する複数の円孔２３２からなる領域２３１とが部分的に重なった領域２３０が生じ、この領域２３０において、上記複数の円孔２２２と複数の円孔２３２とが交互に等間隔に並ぶことになる。この重なった領域２３０において円孔２２２，２３２は、ガラスマスク１００の加工パターン２０の円孔２の２倍の密度で、横方向および縦方向について、１／２の微小間隔で配列されることになる。勿論、ステッパ等を用いる縮小投影露光をする場合は、その縮小倍率の２倍の密度で配列されることになる。

この重なった領域２３０は、精度の高い微小間隔の周期性を有する開口を有する金属膜フィルタ２３０、つまり、プラズモニックフィルタ２３０となる。

この第１実施形態によれば、複数のガラスマスクを使用しないで、単一のガラスマスク１００を使用して多重露光ができるため、複数のガラスマスクを使用した際に発生するガラスマスク上のパターンの加工サイズのバラツキやパターンの位置ズレによる悪影響を除去することができ、水銀ランプやＫｒＦエキシマレーザーを光源とする従来の露光設備を用いた多重露光によって懸念されるガラスマスク間の位置ズレを低減させることができる。特に、同一のガラスマスク１００で第１および第２の露光をするため、ガラスマスクの加工精度のバラツキを考慮する必要が無い。

したがって、このガラスマスク１００によると、金属膜フィルタ２３０の波長選択性の揺らぎを無くし、透過スペクトルをシャープにすることができる。

さらに、上記ガラスマスク１００の正方形状のアウターパターン４に対応する上記ロ字形状の残しパターン１４の外縁と、正方形状のインナーパターン３に対応する抜きパターン２３の外縁との距離Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを測定することによって、ガラスマスク１００のシフトが正しく行われた否かを簡単に判断できて、つまり、
金属膜フィルタ２３０の円孔２２２，２３２が所望の精度のピッチで作成されるか否かを簡単に確認でき、ピッチの精度の修正を行うことができる。

（第２実施形態）
図８〜１３は、第２実施形態のガラスマスク４００およびプラズモニックフィルタ２３０の構成およびその製造方法を説明する図である。図８〜１３において、図４〜７に示す第１実施形態のガラスマスク１００およびプラズモニックフィルタ２３０に関する構成部と同一または類似の構成部については、図４〜７の構成部と同一参照番号を付して、それらの構成および作用の詳しい説明は省略し、異なる構成部およびその作用について、以下に説明する。

図８は、この発明の第２実施形態のガラスマスク４００を示し、このガラスマスク４００はシフト露光法の例である多度露光法用のガラスマスクである。

図８に示すように、この第２実施形態のガラスマスク４００は、ガラス支持体１に設けられた第１重ね合せ測定基準パターンの一例としてのインナーパターン４０３と、上記ガラス支持体１に設けられた第２重ね合せ測定基準パターンの一例としての正方形状のアウターパターン４０４とを備える。

上記インナーパターン４０３は、クロム膜５の一部からなる正方形状の遮光部４０３であり、このインナーパターン４０３は、回りをロ字形状の金属膜１０の開口（透光部）４０５で囲まれている。また、上記アウターパターン４０４は、回りをロ字形状の開口（透光部）４０７で囲まれた正方形状の遮光部４０４である。このインナーパターン４０３およびアウターパターン４０４は、クロム膜５の一部からなる。上記アウターパターン４０４は、上記インナーパターン４０３よりも大きくて、インナーパターン４０３を内側に包含できる大きさである。

また、上記インナーパターン４０３の中心Ｐとアウターパターン４０４の中心Ｑとを結ぶ線分ＰＱ、つまり、直線ＰＱの方向は、その直線ＰＱの方向に沿って、ガラスマスク４００、つまり、加工パターン２０を移動したときに、移動前の上記加工パターン２０の円孔２と移動後の上記加工パターン２０の円孔２とが離間して重ならないようにすることが可能な方向である。すなわち、上記直線ＰＱの方向は、シフト露光時のガラスマスク４００のシフト方向である。

上記構成のガラスマスク４００を用いて、次のように、多度露光がされて、フォトリソグラフィが行われて、ワークの一例としての金属膜の加工が行われる。

まず、図９に示す金属膜１０にポジ型のフォトレジスト４０を塗布して、このフォトレジスト４０に図８に示すガラスマスク４００を用いて、第１の露光を行って、ガラスマスク４００の加工パターン２０の複数の円孔２に応じた複数の円形の照射部２２，２２，…からなる第１のレジストパターン２１を形成する。

また、この第１の露光によって、フォトレジスト４０に、ガラスマスク４００のインナーパターン４０３に対応する正方形状の非照射部４１３と、その回りのロ字形状の照射部４１５と、ガラスマスク４００のアウターパターン４０４に対応する正方形状の非照射部４１４と、その回りのロ字形状の照射部４１７とを形成する。

なお、上記金属膜１０は、図示しない下層に一体に固定されている。

次に、現像、エッチング、フォトレジスト剥離をおこなって、金属膜１０に、図１０に示すように、図９の第１のレジストパターン２１の複数の円形の照射部２２，２２，…に対応する複数の円孔２２２，２２２，…からなる領域２２１を形成する。それと同時に、金属膜１０に、図１０に示すように、ガラスマスク４００のインナーパターン４０３に対応するフォトレジスト４０の非照射部４１３に対応する正方形状のランド４２３と、フォトレジスト４０の照射部４１５に対応するロ字形状の開口４２５を形成する。また、金属膜１０に、ガラスマスク４００のアウターパターン４０４に対応するフォトレジスト４０の非照射部４１４に対応する正方形状のランド４２４と、フォトレジスト４０のロ字形状の照射部４１７に対応するロ字形状の開口４２７を形成する。

次に、上記正方形状のランド４２３、ロ字形状の開口４２５、正方形状のランド４２４およびロ字形状の開口４２７が形成された金属膜１０に、図１１に示すように、再度、フォトレジスト４０を塗布し、ガラスマスク４００を、線分ＰＱで表されるシフト方向（線分ＰＱの向き）にシフト量（線分ＰＱの長さ）だけシフト（オフセット）する。そうすると、上記ガラスマスク４００のインナーパターン４０３は、図示しないが、第１の露光時のアウターパターン４０４に対応した正方形状のランド４２４の内側に位置することになる。

次に、このシフトしたガラスマスク４００を用いて、フォトレジスト４０に第２の露光を行って、図１１に示すように、周期的に配列された複数の円形の照射部３２を有する第２のレジストパターン３１と、ガラスマスク４００のインナーパターン４０３に対応する非照射部４３３を形成する。この非照射部４３３の外側のロ字形状の部分４３４は、ガラスマスク４００のインナーパターン４０３の周囲のロ字形状の領域４０５に対応する照射部４３４である。また、シフトしたガラスマスク４００のアウターパターン４０４に対応する非照射部４４４がフォトレジスト４０に形成される。

次に、図１１に示すフォトレジスト４０を現像すると、図１２に示すように、金属膜１０の正方形状のランド４２４の上に、フォトレジストの正方形状の非照射部４３３が形成される。

次に、図１２に示すように、上記正方形状のランド４２４の外縁と、フォトレジスト４０の正方形状の非照射部４３３の外縁との距離Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを測定する。この測定された距離Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆが予め定められた範囲に入らないときは、ガラスマスク４００のシフトが正しく行われなかったと判断して、フォトレジスト４０を剥離し、第２の露光工程の前に戻って、フォトレジストの塗布、第２の露光、現像等を繰り返す。

一方、上記測定された距離Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆが予め定められた範囲に入っているときは、ガラスマスク４００のシフトが方向および量とも正しく行われたと判断して、金属膜１０のエッチング、フォトレジストの剥離の工程を行う。そうすると、図１３に示すように、図９の第１のレジストパターン２１の複数の円形の光照射部２２に対応する複数の円孔２２２からなる領域２２１と、図１１の第２のレジストパターン３１の複数の円形の光照射部３２に対応する複数の円孔２３２からなる領域２３１とが部分的に重なった領域２３０が生じ、この領域２３０において、上記複数の円孔２２２と複数の円孔２３２とが縦方向および横方向について交互に等間隔に並ぶことになる。この重なった領域２３０において円孔２２２，２３２は、ガラスマスク４００の加工パターン２０の円孔２の２倍の密度で、縦方向および横方向について、１／２の微小間隔で配列されることになる。勿論、ステッパ等を用いる縮小投影露光をする場合は、その縮小倍率の２倍の密度で配列されることになる。

この重なった領域２３０は、精度の高い微小間隔の周期性を有する開口２２２,２３２を有する金属膜フィルタ２３０、つまり、プラズモニックフィルタ２３０となる。

この第２実施形態によれば、複数のガラスマスクを使用しないで、単一のガラスマスク４００を使用して多度露光ができるため、複数のガラスマスクを使用した際に発生するガラスマスク上のパターンの加工サイズのバラツキやパターンの位置ズレによる影響を除去することができ、水銀ランプやＫｒＦエキシマレーザーを光源とする従来の露光設備を用いた多度露光によって懸念されるガラスマスク間の位置ズレを低減させることができる。特に、同一ガラスマスク４００で第１および第２の露光ができるため、ガラスマスクの精度バラツキを考慮する必要が無い。

したがって、このガラスマスク４００によると、金属膜フィルタ、つまり、プラズモニックフィルタ２３０の波長選択性の揺らぎを無くし、透過スペクトルをシャープにすることができる。

さらに、上記ガラスマスク４００の正方形状のアウターパターン４０４に対応する上記正方形状の金属膜１０のランド４２４の外縁と、正方形状のインナーパターン４０３に対応するフォトレジスト４０の正方形状の非照射部４３３の外縁との距離Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを測定することによって、ガラスマスク４００のシフトが正しく行われた否かを簡単に判断できて、つまり、金属膜フィルタ２３０の円孔２２２，２３２が所望の精度のピッチで作成されるか否かを簡単に確認でき、ピッチの精度の修正を行うことができる。

また、この第２実施形態では、多度露光をして、フォトレジスト４０に、ガラスマスク４００を用いて第１の露光をした後に一度現像を行い、そのフォトレジスト４０をマスクにして金属膜１０をエッチングした後に、フォトレジスト４０の剥離を行い、さらに、新たにフォトレジスト４０を金属膜１０に再度塗布し、その後、ガラスマスク４００をシフトして第２の露光と現像とエッチングを行なっているから、多重露光で同じフォトレジストに第１および第２の露光をした場合に生じる問題、つまり、露光されたパターン同士の干渉し合い、露光パターン間の形状の崩れが生じ難いと言う利点を有する。

上記第１および第２実施形態では、第１および第２重ね合せ測定基準パターン３，４，４０３，４０４として、インナーパターン３，４０３と、そのインナーパターン３，４０３を内側に包含し得る大きさを有するアウターパターン４，４０４とを設けたが、第１および第２重ね合せ測定基準パターンは、一方が他方を包含し得る関係に無くて、例えば、円と、その円と中心が一致するがその円から先端が突出する十字とのように、シフトが正しくできたか否かを確認できる形状であればよい。

また、上記第１および第２実施形態では、ガラスマスク１００，４００を、第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３を、第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４に重ねるようにシフトしたが、第２重ね合せ測定基準パターンを第１重ね合せ測定基準パターンに重ねるようにシフトしてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、図６および１２に示すように、ボックスインボックス型（アウターパターン２４，４２４は口型、インナーパターン２３，４３３はドット型で二つを合わせると口型の中にドットが入る形状）であるが、バーインバー型（アウターパターン、インナーパターン共に上下左右に各数ミクロン幅のラインパターンで形成される）にも適用できる。

また、図６および１２に示す構造の他に、図示しないが、第１および第２重ね合せ測定基準パターンの重なった状態での残しパターンと抜きパターンとの関係は、適宜選択できることは、勿論である。

また、上記第１および第２実施形態では、ガラスマスク１００，４００の加工パターン２０の要素２は、円形であったが、四角形、三角形等であってもよい。また、その要素は、透光部であっても、遮光部であってもよい。また、その要素は、２次元的に周期的に配列されるのが最も望ましいが、ある程度、周期的でなくてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、夫々、一組の第１および第２重ね合せ測定基準パターン３，４，４０３，４０４を有しているが、複数組の第１および第２重ね合せ測定基準パターンを有していてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、ガラスマスク１００，４００の加工パターン２０は、要素２を２次元の正方格子状に配列していたが、２次元の六方格子状に配列してもよい。この場合、六方格子の辺に平行な異なる３方向に、３組の第１および第２重ね合せ測定基準パターンを有するのが望ましい。

（第３実施形態）
図１４〜１６は、この発明の第３実施形態の半導体装置の製造方法の一例としての光電変換装置の製造方法を説明する断面図である。

図１４に示すように、Ｓｉで形成された半導体基板５００上の所定の位置に、入射した光を電気信号に変換するフォトダイオード等の光電変換素子５１０を形成する。上記半導体基板５００に設けた光電変換素子５１０、その周辺や回路部（図示せず）の上方には、ＳｉＯ_２からなる絶縁膜５０１，５０２，５０３を介して、多層配線を構成する配線層５１１，５１２，５１３が形成される。なお、５１５は、ビアホールである。

次に、図１４に示すように、上記絶縁膜５０３および配線層５１３の上方に、図１５に示す金属膜１０を形成するための絶縁膜５０４を形成する。この絶縁膜５０４の形成後は、配線層５１３のある部分とない部分とで、図１４に示すように、この絶縁膜５０４に段差が発生するが、ＣＭＰ（化学機械研磨：Chemical Mechanical Polishing）等により、絶縁膜５０４が完全に平坦になるまで加工を行う。このＣＭＰにより完全に平坦にされた絶縁膜５０４の表面に、図１５に示すように、金属膜１０を塗布し、この金属膜１０に、特定の光（例えば、赤、緑、青等の光）を透過させるための波長選択フィルタの微細パターンのフォトリソグラフィを行うので、この表面の平坦化は重要である。

次に、図１５に示すように、平坦化された絶縁膜５０４上に、フィルタ材料としての金属膜１０をスパッタにて例えば１５０ｎｍの厚さに形成する。このフィルタ材料としての金属膜１０の金属は、単一金属であるＡｌが最も望ましいが、より一般的に半導体の製造に使用されているＡｌＣｕやＡｌＳｉでもよい。また、金属膜１０の膜厚は５０〜２００ｎｍ程度が望ましい。また、この同一の金属膜１０で、光入射が不要な領域を遮光する必要があるが、この５０〜２００ｎｍ程度の膜厚の金属膜１０は、３００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長の光を遮断できるから、問題がない。

この金属膜１０の塗布後、図１５に示すように、このワークとしての金属膜１０の上にフォトレジスト４０を塗布し、このフォトレジスト４０に、第１実施形態、第２実施形態または変形例で述べたガラスマスクを用いて、第１実施形態または第２実施形態で述べたように、第１の露光および第２の露光を含むフォトリソグラフィを行う。

そうすると、上記フォトレジスト４０に複数の開口３０ａ…を有するプラズモニックフィルタ領域３０のパターンが形成される。この開口３０ａ，３０ａ，…のパターンは、光電変換素子５１０上の受光用開口部の上の金属膜１０の部分の上に形成される。そして、上記金属膜１０を、フォトレジスト４０をマスクとして、エッチングして、図１６に示すように、複数の開口２３２，２３２，…を有するプラズモニックフィルタ２３０を形成する。

このとき、上記ガラスマスクの上記第１重ね合せ測定基準パターンと上記第２重ね合せ測定基準パターンとが、加工後の上記金属膜１０のプラズモニックフィルタ２３０の周辺の外側に位置するように、上記ガラスマスクを配置するので、上記第１重ね合せ測定基準パターンと上記第２重ね合せ測定基準パターンにより生成された開口等が、プラズモニックフィルタ２３０に重なることがなくて、悪影響を与えることがない。

さらに、上記第１重ね合せ測定基準パターンと上記第２重ね合せ測定基準パターンとが、加工後の上記金属膜１０のプラズモニックフィルタ２３０の周辺の外側に位置するように、上記ガラスマスクを配置するので、上記同一のガラスマスクの第１重ね合せ測定基準パターンと第２重ね合せ測定基準パターンとの重ね合せの精度の確認が容易にできて、シフト露光（多重露光および多度露光）で形成された同一周期性のパターンの合わせ精度をさらに向上させることができる。

上記金属膜１０のプラズモニックフィルタ２３０の複数の円形の開口２３２，２３２，…のパターンは二次元状に周期的に配置されている。この開口２３２は、貫通穴または凹部で形成される。これらの開口２３２は円形の他、四角形、三角形などの形状で作成されてもよい。

その後、上記金属膜１０および絶縁膜５０４上に、図１６に示すように、ＳｉＯ_２からなる保護膜としての絶縁膜５０５を形成する。この際、前工程にて形成された金属膜１０のプラズモニックフィルタ２３０の複数の開口（貫通穴または凹部）２３２を、絶縁膜５０５、つまり、ＳｉＯ_２で埋める必要があるため、ＳｉＯ_２からなる絶縁膜５０５を高密度プラズマＣＶＤ（化学的気相成長）法で形成する。

この金属膜１０のプラズモニックフィルタ２３０に周期的に形成された複数の開口２３２に、光が入射した際に、表面プラズモン分散関係が組み込まれて、金属膜１０と絶縁膜５０５との界面に表面プラズモンが励起されて、プラズモニックフィルタ２３０を、開口２３２の周期に依存した波長の光を共鳴させて透過させる波長選択フィルタとして機能させることができる。このとき、隣接する開口２３２でも同様に電子が振動し、表面全体で集団励起として振舞うので、この透過する光の波長は開口２３２の周期に依存するため、開口２３２と開口２３２との周期（ホールピッチ）は均一となるような配列が最適であり、図２のように６つの開口が１つの開口を囲むような千鳥状の配列ならばホールピッチが一定となり高い色分解能を得ることができる。

このように、これらの開口２３２の位置ばらつきが、プラズモニックフィルタ２３０の分光性能を決めるため、本半導体装置の製造方法により、光電変換装置の製造を行うことにより、ガラスマスクの加工バラツキによるバラツキを減らせるだけでなく、第１および第２測定基準パターンの合わせ込みにより、所望の重ね合わせ精度以上にすることができ、プラズモニックフィルタ２３０の特性のバラツキを低減することができる。

上記第３実施形態では、半導体装置の製造方法として、光電変換装置の製造方法について述べたが、この発明の半導体装置の製造方法は、光電変換装置の他、カラーフィルタを有するフラットディスプレイ装置、プリント基板を有する半導体装置等に適用でき、カラーフィルタ、プリント基板等を上述のガラスマスクを用いて加工することができる。

また、上記第３実施形態では、ワークの一例として金属膜を述べたが、ワークは、金属膜に限らず、半導体、絶縁体、有機物等であってもよい。

なお、この発明のガラスマスクは、半導体装置の製造に限らず、印刷板、装飾板等の製造にも，適用できることは勿論である。

この発明および実施形態を纏めると、次のようになる。
この発明のガラスマスク１００，４００は、
ガラス支持体１と、
このガラス支持体１に設けられた周期性を有する複数の要素２を有する加工パターン２０と、
上記ガラス支持体１に設けられた第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３と、
上記ガラス支持体１に設けられた第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４と
を備え、
上記第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３と上記第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４を結ぶ直線方向は、その直線方向に沿って、上記加工パターン２０を移動したときに、移動前の上記加工パターン２０の要素２と移動後の上記加工パターン２０の要素２とが離間して重ならないようにすることが可能な方向である
ことを特徴としている。

上記構成のガラスマスク１００，４００によれば、複数のガラスマスクを使用しないで、単一のガラスマスクを使用してシフト露光ができるため、複数のガラスマスクを使用した際に発生する複数のガラスマスク間のパターンの加工サイズのバラツキやパターン位置のズレを除去することができる。

尚且つ、上記ガラスマスク１００，４００は、第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３と第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４を有するので、同一のガラスマスクでシフト露光が高精度にできて、水銀ランプやＫｒＦエキシマレーザーを光源とする従来の露光設備を用いたシフト露光（多重露光または多度露光）によって懸念される加工精度の悪化を低減することができる。

１実施形態では、
上記第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４は、上記第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３を包含できる大きさであり、かつ、
上記第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３および上記第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４のうちの一方は透光部であり、他方は遮光部である。

上記実施形態によれば、上記第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４により形成されたパターンと、上記第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３により形成されたパターンとのシフト露光時の重ね合わせの精度の検出が容易で、かつ、高い精度で、シフト露光を行うことができる。

また、１実施形態では、
上記第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３と上記第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４とを結ぶ線分ＰＱの長さは、上記加工パターン２０の領域内に包含される長さである。

上記実施形態によれば、上記第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４により形成されたパターンと、上記第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３により形成されたパターンとが重ね合わさるようにシフトすると、上記加工パターン２０に対応するシフト前のパターン２１と、上記加工パターン２０に対応するシフト後のパターン３１とが重なるように簡単にできる。

また、１実施形態では、
上記第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３と上記第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４とを結ぶ線分ＰＱの長さの横成分および縦成分は、夫々、上記周期性を有する加工パターン２０のピッチａの（ｎ＋１／２）倍である（ｎは正の整数）。

上記実施形態によれば、ガラスマスク１００，４００の加工パターン２０の第１の露光による第１のレジストパターン２１の要素と、ガラスマスク１００，４００の加工パターン２０の第２の露光による第２のレジストパターン３１の要素とが交互に等間隔に、並んで、ガラスマスク１００，４００の加工パターン２０の要素の２倍の密度で、横方向および縦方向について、１／２の微小間隔で配列することができる。勿論、ステッパ等を用いる縮小投影露光をする場合は、その縮小倍率の２倍の密度で配列することができる。

この発明の半導体装置の製造方法は、
ワーク１０に塗布されたフォトレジスト４０にシフト露光を行なうフォトリソグラフィ工程を含む半導体装置の製造方法であって、
上記シフト露光は、
上述のいずれか１つのガラスマスク１００，４００を用いて、上記フォトレジスト４０への第１の露光を行い、
次に、上記ガラスマスク１００，４００を特定の距離だけシフトして、上記第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３と上記第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４のうちの一方が、他方により形成されたパターンに重なるように、上記ガラスマスク１００，４００を特定の距離だけシフトして、第２の露光を行う
ことを特徴としている。

上記構成の半導体装置の製造方法によれば、同一のガラスマスク１００，４００を使用してシフト露光を行うので、複数のガラスマスクを使用する場合に比べて、ガラスマスクの加工バラツキによるバラツキを減らせるだけでなく、第１および第２測定基準パターン３，４０３；４，４０４の合わせ込みにより、所望の重ね合わせ精度以上にすることができて、半導体装置の特性バラツキを低減することができる。

１実施形態では、
上記ワーク１０は金属膜であり、
上記ガラスマスク１００，４００の上記第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３と上記第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４とが、加工後の上記金属膜のプラズモニックフィルタ２３０の周辺の外側に位置するように、上記ガラスマスク１００，４００を配置する。

上記実施形態によれば、上記第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３と上記第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４により生成された開口等が、重ねあわされた加工パターン２０に対応するプラズモニックフィルタ２３０に重なることがなくて、悪影響を与えることがない。

さらに、上記第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３と第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４とが、加工後の上記金属膜１０のプラズモニックフィルタ２３０の周辺の外側に位置するように、上記ガラスマスク１００，４００を配置するので、上記同一のガラスマスク１００，４００の第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３と第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４との重ね合せパターンの精度の確認が容易にできて、シフト露光（多重露光および多度露光）で形成された同一周期性パターンの重ね合わせ精度をさらに向上させることができる。

また、１実施形態では、
上記第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３と上記第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４のうちの一方が、他方により形成されたパターンに重なるように、上記ガラスマスク１００，４００を移動した後、上記第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３と上記第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４のうちの上記一方と、上記他方により形成されたパターンとの間のずれ量を測定し、
上記ずれ量が管理すべき重ね合わせ精度を満たすように、上記ガラスマスク１００，４００の移動量を微調整する。

上記実施形態によれば、上記ガラスマスク１００，４００を移動した後、上記第１重ね合せ測定基準パターン３，４０３と上記第２重ね合せ測定基準パターン４，４０４のうちの上記一方と、上記他方により形成されたパターンとの間のずれ量を測定し、上記ずれ量が管理すべき重ね合わせ精度を満たすように、上記ガラスマスク１００，４００の移動量を微調整するので、ガラスマスク１００，４００を精度高くシフトできて、所望の重ね合わせ精度以上にすることができて、半導体装置の特性バラツキを低減することができる。

また、１実施形態は、上述の半導体装置の製造方法で製造されたプラズモニックフィルタ２３０である。

上記実施形態のプラズモニックフィルタ２３０は、上記製造方法で製造されているので、波長選択性の揺らぎが無く、透過スペクトルがシャープであるという利点を有する。

第１〜第３実施形態および変形例で述べた構成要素は、適宜、組み合わせてもよく、また、適宜、選択、置換、あるいは、削除してもよいのは、勿論である。

１ ガラス支持体
２ 要素
３，４０３ 第１重ね合せ測定基準パターン
４，４０４ 第２重ね合せ測定基準パターン
５ クロム膜
１０ 金属膜
２０ 加工パターン
４０ フォトレジスト
２３０ プラズモニックフィルタ

Claims (5)

1. ガラス支持体と、
   このガラス支持体に設けられた周期性を有する複数の要素を有する加工パターンと、
   上記ガラス支持体に設けられた第１重ね合せ測定基準パターンと、
   上記ガラス支持体に設けられた第２重ね合せ測定基準パターンと
   を備え、
   上記第１重ね合せ測定基準パターンと上記第２重ね合せ測定基準パターンを結ぶ直線方向は、その直線方向に沿って、上記加工パターンを移動したときに、移動前の上記加工パターンの要素と移動後の上記加工パターンの要素とが離間して重ならないようにすることが可能な方向である
   ことを特徴とするガラスマスク。
2. 請求項１に記載のガラスマスクにおいて、
   上記第２重ね合せ測定基準パターンは、上記第１重ね合せ測定基準パターンを包含できる大きさであり、かつ、
   上記第１重ね合せ測定基準パターンおよび上記第２重ね合せ測定基準パターンのうちの一方は透光部であり、他方は遮光部である
   ことを特徴とするガラスマスク。
3. 請求項１または２に記載のガラスマスクにおいて、
   上記第１重ね合せ測定基準パターンと上記第２重ね合せ測定基準パターンとを結ぶ線分の長さは、上記加工パターンの領域内に包含される長さであることを特徴とするガラスマスク。
4. 請求項３に記載のガラスマスクにおいて、
   上記第１重ね合せ測定基準パターンと上記第２重ね合せ測定基準パターンとを結ぶ線分の長さの横成分および縦成分は、夫々、上記周期性を有する加工パターンのピッチの（ｎ＋１／２）倍である（ｎは正の整数）ことを特徴とするガラスマスク。
5. ワークに塗布されたフォトレジストにシフト露光を行なうフォトリソグラフィ工程を含む半導体装置の製造方法であって、
   上記シフト露光は、
   請求項１から４のいずれか１つに記載のガラスマスクを用いて、上記フォトレジストへの第１の露光を行い、
   次に、上記ガラスマスクを特定の距離だけシフトして、上記第１重ね合せ測定基準パターンと上記第２重ね合せ測定基準パターンのうちの一方が、他方により形成されたパターンに重なるように、上記ガラスマスクを特定の距離だけシフトして、第２の露光を行う
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。