JP3387907B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マスク上のパター
ンをエネルギー線によってウェハ上に転写する露光方法
に係り、特に波長が１０ナノメータ(ｎｍ)から１５ｎｍ
付近の極端紫外線（extreme ultraviolet、以下、ＥＵ
Ｖと記す）を光源として、マスク上のパターンをウェハ
上に転写するＥＵＶリソグラフィ技術、本技術を可能と
する露光装置、マスク、ならびに本技術によって製造し
た半導体素子に関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体素子の高集積化につれて、１００
ｎｍ以下の極微細加工を可能にする新たな製造技術の
確立が急務になっている。マスク上のパターンをウェハ
上に転写するリソグラフィ技術でも、露光波長の短波長
化によって光学的な解像力の向上を図るため、従来の水
銀ランプやエキシマレーザによる紫外線と比べて、波長
が１５ｎｍから１０ｎｍ程度と一桁以上も短いＥＵＶを
用いて露光を行なって高解像化を可能とするＥＵＶリソ
グラフィの開発が精力的に行われている。 【０００３】ＥＵＶは物質に対する吸収が非常に著し
く、ＥＵＶに対する物質の屈折率もほとんど真空の値に
等しい。したがって、ＥＵＶリソグラフィの光学系に
は、文献１の精密工学会誌、第６４巻、第２号、２８２
頁から２８６頁（１９９８年）に記載されているよう
に、凸面ミラーと凹面ミラーを組み合わせた反射光学系
が用いられる。また、マスクも光レチクルのような透過
型ではなく、反射型マスクが用いられる。なお、各ミラ
ーやマスクの表面には、直入射に近いＥＵＶに対して高
い反射率を得るために、ＥＵＶでの屈折率が大きく異な
った対となる２種類以上の材料層の積層を基本的な周期
とし、３０ないし４０周期程度、繰り返し積層させた多
層膜がコーティングされる。 【０００４】図１にＥＵＶリソグラフィの露光装置の概
念図を示す。図１において、１は真空容器、２はレーザ
ー、３は集光レンズ、４はプラズマスポット、５はプラ
ズマスポットから発生したＥＵＶ、６は多層膜をコーテ
ィングしたミラー、７は全反射ミラー、８は複数のミラ
ーからなる照明光学系、９は複数のミラーからなる結像
光学系、１０はマスク照明光の主光線、１１はマスク反
射光の主光線、１２はウェハ露光光の主光線、１３はマ
スクステージ、１４は反射型マスク、１５はウェハステ
ージ、１６はウェハ、１７はマスクとウェハの同期スキ
ャン操作である。 【０００５】ＥＵＶリソグラフィでは、図１に示すよう
にプラズマスポット４から熱輻射によって放射されたＥ
ＵＶ５を光源として照明光学系８を介してマスクを照明
し、さらにマスク反射光１１に含まれるパターン情報を
結像光学系９によってウェハ１６上に縮小して転写させ
る。露光波長が現在の紫外線を光源とした光リソグラフ
ィと比べて一桁以上短いため、高い解像度が得られる。
なお、ＥＵＶリソグラフィでは、一般に波面収差の無い
露光領域が横長の円弧状となるため、角型の露光領域を
得るためにマスクステージ１３とウェハステージ１５の
同期スキャン操作１７が行なわれる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ＥＵＶリソグラフィに
おける技術課題の一つに、反射型マスクの欠陥低減があ
る。図２に反射型マスクの断面構造ならびにマスク欠陥
の概念を示す。図２において、１００は基板、１０１は
多層膜、１０２はマスクパターン、１０３は強度型のマ
スク欠陥、１０４は位相型のマスク欠陥である。 【０００７】図２において、マスクパターン１０２はパ
ターン状に加工された金属薄膜からなり、ＥＵＶを吸収
して非反射部分となるため露光コントラストを生ずるこ
ととなる。一方、マスク欠陥は、多層膜表面上のマスク
パターンの余剰や欠け、異物といった、主に反射光の強
度低下を起こす強度型の欠陥１０３と、多層膜表面に生
じた凹凸でおもに位相変調を起こす位相型の欠陥１０４
とに分かれる。これらのマスク欠陥の許容サイズは、文
献２のジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・ア
ンド・テクノロジー・ビー（Journal of Vacuum Scienc
e and Technology B）、第１５巻、第６号、２４６７頁
から２４７０頁（１９９７年）に記載されているよう
に、強度型の欠陥では約４４ｎｍ□、位相型の欠陥では
約３２ｎｍ□と極めて小さく、マスク検査による欠陥位
置の特定やその修正が極めて困難であった。 【０００８】そこで、本発明の目的は、マスクの欠陥転
写性の軽減、あるいは欠陥許容サイズの拡大が可能な露
光方法を提供することにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の露光方法では、同一のマスクパターンを有
する２枚以上複数枚のマスクを用いて、ウェハ上の所定
の位置にマスクパターン像を多重露光し、所望の回路パ
ターンを得ることを特徴とする。 【００１０】この場合、異なったマスク上のパターン領
域の同一部分に欠陥がある可能性はほとんど回避される
ため、欠陥によって劣化したウェハ上のマスクパターン
像には、欠陥の無いマスクパターン像が重ね合わされる
こととなり、その修復が可能となる。その結果、マスク
の欠陥転写性の軽減、あるいは欠陥許容サイズの拡大が
可能となる。 【００１１】なお、本発明において多重露光の回数をｎ
回(ｎ:整数)とすれば、１回の露光に要する露光量Ｄは
次式で、与えられる： Ｄ＝Ｄ0/ｎ （ただし、Ｄ0はウェハ上に塗布した放射
線感光剤の感度である。） 本発明の効果は、マスクパターン形状、マスク欠陥の種
類やサイズ、マスクパターンと欠陥の位置関係が任意で
あっても、同様に得ることができる。また、本発明の効
果は、露光に用いるマスク数を増加させるにしたがって
増大させることができる。 【００１２】また、本発明の効果は、マスクが反射型に
加えて透過型、バイナリー型に加えて位相シフト型、光
源が波長１５ｎｍから１０ｎｍのＥＵＶに加えて、波長
４５０ｎｍから２００ｎｍの紫外線、波長２００ｎｍか
ら１００ ｎｍの真空紫外線、波長１００ｎｍから１５
ｎｍのＥＵＶ、波長１０ｎｍ以下のＸ線、または電場に
よって加速された電子線であっても、同様に得ることが
できる。さらに、本効果は、マスクパターンのウェハ上
への露光を同期スキャンによって行う場合に加えて、ス
テップ・アンド・リピートによる一括ないしは部分一括
で行なっても、同様に得ることができる。 【００１３】以上のように、本発明は、ＥＵＶを光源と
して、ＥＵＶでの屈折率が大きく異なった対となる２種
類以上の材料層の積層膜を有する反射型マスク上に形成
されたパターンを、ウェハ上の所定の位置に露光する工
程を有し、略同一のマスクパターンを有する２枚以上複
数枚の前記反射型マスクを用いて、前記ウェハ上の所定
の位置にマスクパターン像を多重露光することにより、
前記積層膜表面に生じた凹凸で位相変調を起こす位相型
の欠陥転写性を軽減するよう構成したことを特徴とする
半導体装置の製造方法を提供する。 【００１４】また、本発明は、前記構成において、前記
２枚以上複数枚の反射型マスクが、単一の基板上に形成
されていることを特徴とする半導体装置の製造方法を提
供する。 【００１５】また、本発明は、前記構成において、前記
単一の基板上に形成された２枚以上複数枚の反射型マス
ク上のパターンが、隣り合ったマスクに対して反転（鏡
面対称）パターンとなるように形成されていることを特
徴とする半導体装置の製造方法を提供する。 【００１６】さらに、本発明は、前記構成において、前
記反射型マスクによって１回の露光に要する露光量が、
前記ウェハ上に塗布した放射線感光剤の感度を多重露光
の回数で分割した露光量であることを特徴とする半導体
装置の製造方法を提供する。 【００１７】 【００１８】 【発明の実施の形態】（実施例１）以下、本発明の一実
施例を図３、４、５を用いて説明する。 【００１９】図３において、２００は第１マスクの基
板、２０１は第１マスクのパターン領域、２０２は第１
マスクのパターン領域外に設けられたアライメントマー
ク、２０３は第１マスクのパターン領域内にある線幅２
８０ｎｍのラインパターンで、その中心に欠陥が生じて
いる部分、２０４は第２マスクの基板、２０５は第２マ
スクのパターン領域、２０６は第２マスクのパターン領
域外に設けられたアライメントマーク、２０７は第２マ
スクのパターン領域内にある線幅２８０ｎｍのラインパ
ターンで、その中心に欠陥が生じている部分である。 【００２０】図４は、欠陥部分２０３、２０７の模式図
の一例で、３００は線幅２８０ｎｍのマスクパターン、
３０１はＥＵＶ反射部分、３０２は幅が２０ｎｍ、その
部分でのマスク反射光の位相変調量が１８０°となる位
相型のマスク欠陥である。 【００２１】図５は、露光波長１３.５ｎｍ、照明光学
系のコヒーレンス度０.６、投影光学系の開口数０.１、
倍率１/４のＥＵＶリソグラフィ露光装置を用いて線幅
２８０ｎｍのラインパターンを転写した場合に、ウェハ
上で得られるラインパターン像である。 【００２２】本実施例では、初めにＥＵＶリソグラフィ
露光装置に第１マスクを装着し、放射線感光剤としてＺ
ＥＰレジスト(東京応化工業商品名)を１５０ｎｍ膜厚で
塗布したシリコン（Ｓｉ）ウェハ上の所定の位置にアラ
イメントマーク２０２を用いて位置合わせを行った後、
ＺＥＰレジストの最適露光量である５０ｍＪ（ミリジュ
ール）/ｃｍ2の露光量でパターン転写を行った。 【００２３】その結果、第１マスク上で欠陥の無い部分
のラインパターン像は、図５において実線（ａ）で示す
ように良好な強度分布となり、露光後にＺＥＰレジスト
をキシレン溶剤で現像することによって、線幅が７０ｎ
ｍのＺＥＰレジストパターン形成が可能であった。一
方、第１マスク上の欠陥部分２０３のラインパターン像
は、図５において点線（ｃ）で示すような強度分布とな
り、そのピーク値は実線（ａ）で示すピーク値の約７０
％に低下した。このため、Ｓｉウェハ上で欠陥部分２０
３が転写された部分のＺＥＰレジストパターンは線幅が
５０ｎｍまで細り、その部分が回路パターン欠陥となっ
た。 【００２４】次に、第１マスクを用いて、Ｓｉウェハ上
のＺＥＰレジストに２５ｍＪ/ｃｍ2の露光量（前述の場
合の露光量の１／２）でパターン転写を行った後、あら
かじめ露光装置内に装着してあった第２マスクに交換
し、さらにアライメントマーク２０６を用いて位置合わ
せを行った後、２５ｍＪ/ｃｍ2の露光量でパターン転写
を行った。この結果、第１マスクの欠陥部分２０３、第
２マスクの欠陥部分２０７のラインパターン像には、そ
れぞれ欠陥が無い場合のラインパターン像が重ね合わさ
れることとなり、その強度分布は、図５において一点鎖
線（ｂ）で示した様になった。この場合、そのピーク値
は実線（ａ）の約８０％まで回復し、現像後のＺＥＰレ
ジストパターン線幅も６５ｎｍまで回復したため、その
部分での回路パターン欠陥の発生を防ぐことが可能であ
った。 【００２５】なお、本発明において同一のマスクパター
ンにおける同一とは、ほぼ同一の意味で、各マスクパタ
ーン間の誤差や公差、欠陥の有無、露光に影響を及ぼさ
ない部分での材質や構造の相違は当然ながら含まれるも
のである。 【００２６】（実施例２）本実施例では、第１マスクと
第２マスクとを単一の基板上に形成した。図６におい
て、ウェハ上には初めに第１マスクでＺＥＰレジストを
塗布したＳｉウェハ上にパターン転写を行った後、基板
４００を移動させ、Ｓｉウェハ上の同一部分に第２マス
クでパターン転写を行った。 【００２７】この結果、実施例１と同様に回路パターン
欠陥の発生を防ぐことが可能になるとともに、マスク基
板の交換に要する時間が短縮され、露光装置の生産性向
上が可能となった。なお、本実施例では、単一の基板４
００上に第１および第２マスクを設けたが、単一の基板
４００上に３個以上のマスクを設けることも可能であ
る。 【００２８】（実施例３）本実施例では、第１マスクと
第２マスクを単一の基板上に形成するとともに、第２マ
スクのパターンを、基板のスキャン方向に垂直な中心線
に対して、第１マスクの反転（鏡面対称）パターンにな
るように形成した。図７において、５００はマスクパタ
ーン領域２０１と２０５に共通なアライメントマーク、
５０１は基板のスキャン方向に垂直な反転の中心線、５
０２はマスク上の照明領域、５０３はマスク基板のスキ
ャン方向、５０４は５０３とは反対向きのウェハのスキ
ャン方向である。 【００２９】初めに、アライメントマーク５００を用い
て第１マスク、第２マスク両方と、ウェハとの位置合わ
せを行なった。次に、マスク基板を方向５０３、ウェハ
を方向５０４にスキャンさせて、第１マスクのパターン
像をウェハ上に露光した。 【００３０】次に、マスク基板は方向５０３にスキャン
させたまま、ウェハスキャンの方向５０４を反転させ
た。この場合、第２マスクのパターンは第１マスクに対
して反転していたため、第２マスクによってウェハ上は
第１マスクと同一なパターン像を重ね露光することが可
能であった。この結果、実施例１と同様に回路パターン
欠陥の発生を防ぐことが可能になるとともに、第２マス
クのアライメント時間、および基板の基準位置までの戻
り時間が省略され、実施例２と比べて、さらに露光装置
の生産性向上が可能となった。 【００３１】なお、本実施例では、単一の基板４００上
に第１および第２マスクを設けたが、単一の基板４００
上に３個以上ｍ個（ｍ:整数）のマスクを設け、そのマ
スクパターンを（ｍ−１）個目に対して反転させて形成
することによって、本発明の効果を増大させることが可
能である。 【００３２】また、本実施例では、同一な第１マスクと
第２マスクのパターンを、互いに他の反転パターンにな
るように形成したが、さらに所望のマスクパターンを２
枚以上のマスク上に分割し、スキャン露光で重ね合わせ
て回路パターンを形成する場合であっても、本実施例と
同様に２枚目以降のマスクパターンを第１マスクに対し
て反転させて形成することによって、スキャン露光での
生産性を向上させることが可能となる。 【００３３】（実施例４）本実施例では、本発明の露光
方法を半導体素子の製造に適用した例について説明す
る。図８において、６００はシリコン基板、６０１はソ
ース、６０２はドレイン、６０３はゲート酸化膜、６０
４はポリシリコン膜、６０５はレジスト膜、６０６はレ
ジストパターン、６０７はゲートである。 【００３４】初めに、図８の（ａ）に示すように、シリ
コン基板６００上のソース６０１、ドレイン６０２の各
構造上にゲート酸化膜６０３、ポリシリコン膜６０４を
堆積させ、さらにその上にネガ型のレジスト膜６０５を
スピン塗布で設けた。 【００３５】次に、図８の（ｂ）に示すように、前述し
た本発明の露光方法によって、第１マスク上のゲートパ
ターンならびに第２マスク上のゲートパターンをＥＵＶ
リソグラフィで重ね露光し、さらに、レジスト膜６０５
をウエット現像してレジストパターン６０６を形成し
た。 【００３６】次に、図８の（ｃ）に示すように、レジス
トパターン６０６をマスクとして、フッ化カーボン系ガ
スのプラズマでドライエッチングを行なって、７０ｎｍ
線幅のゲートパターンを形成した。 【００３７】従来のように、第１マスクのみで露光を行
なった場合、第１マスク上に１０個から１００個程度の
欠陥があり、これらの欠陥が転写された部分でレジスト
パターン６０６の線幅が±３０％以上変動したため、そ
の部分でゲート６０７の線幅も変動し、同ゲート構造を
含んだロジック素子、メモリー素子のスイッチング特性
が劣化することとなった。 【００３８】これに対して、本発明の露光方法を適用す
ることにより、マスク上の欠陥の転写を防ぐことが可能
となり、ゲート６０７の線幅の変動も防ぐことが可能と
なったため、歩留まりの高い半導体素子の生産が可能と
なった。 【００３９】 【発明の効果】以上のように、本発明の露光方法によれ
ば、同一のマスクパターンを有する２枚以上複数枚のマ
スクを用いて、ウェハ上の所定の位置にマスクパターン
像を多重露光することにより、異なったマスク上のパタ
ーン領域の同一位置に欠陥がある可能性はほとんど回避
されるため、欠陥によって劣化したマスクパターン像に
は、欠陥の無いマスクパターン像が重ね合わされること
となり、その修復が可能となる。その結果、マスクの欠
陥転写性の軽減、あるいは欠陥許容サイズの拡大が可能
となる。
ンをエネルギー線によってウェハ上に転写する露光方法
に係り、特に波長が１０ナノメータ(ｎｍ)から１５ｎｍ
付近の極端紫外線（extreme ultraviolet、以下、ＥＵ
Ｖと記す）を光源として、マスク上のパターンをウェハ
上に転写するＥＵＶリソグラフィ技術、本技術を可能と
する露光装置、マスク、ならびに本技術によって製造し
た半導体素子に関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体素子の高集積化につれて、１００
ｎｍ以下の極微細加工を可能にする新たな製造技術の
確立が急務になっている。マスク上のパターンをウェハ
上に転写するリソグラフィ技術でも、露光波長の短波長
化によって光学的な解像力の向上を図るため、従来の水
銀ランプやエキシマレーザによる紫外線と比べて、波長
が１５ｎｍから１０ｎｍ程度と一桁以上も短いＥＵＶを
用いて露光を行なって高解像化を可能とするＥＵＶリソ
グラフィの開発が精力的に行われている。 【０００３】ＥＵＶは物質に対する吸収が非常に著し
く、ＥＵＶに対する物質の屈折率もほとんど真空の値に
等しい。したがって、ＥＵＶリソグラフィの光学系に
は、文献１の精密工学会誌、第６４巻、第２号、２８２
頁から２８６頁（１９９８年）に記載されているよう
に、凸面ミラーと凹面ミラーを組み合わせた反射光学系
が用いられる。また、マスクも光レチクルのような透過
型ではなく、反射型マスクが用いられる。なお、各ミラ
ーやマスクの表面には、直入射に近いＥＵＶに対して高
い反射率を得るために、ＥＵＶでの屈折率が大きく異な
った対となる２種類以上の材料層の積層を基本的な周期
とし、３０ないし４０周期程度、繰り返し積層させた多
層膜がコーティングされる。 【０００４】図１にＥＵＶリソグラフィの露光装置の概
念図を示す。図１において、１は真空容器、２はレーザ
ー、３は集光レンズ、４はプラズマスポット、５はプラ
ズマスポットから発生したＥＵＶ、６は多層膜をコーテ
ィングしたミラー、７は全反射ミラー、８は複数のミラ
ーからなる照明光学系、９は複数のミラーからなる結像
光学系、１０はマスク照明光の主光線、１１はマスク反
射光の主光線、１２はウェハ露光光の主光線、１３はマ
スクステージ、１４は反射型マスク、１５はウェハステ
ージ、１６はウェハ、１７はマスクとウェハの同期スキ
ャン操作である。 【０００５】ＥＵＶリソグラフィでは、図１に示すよう
にプラズマスポット４から熱輻射によって放射されたＥ
ＵＶ５を光源として照明光学系８を介してマスクを照明
し、さらにマスク反射光１１に含まれるパターン情報を
結像光学系９によってウェハ１６上に縮小して転写させ
る。露光波長が現在の紫外線を光源とした光リソグラフ
ィと比べて一桁以上短いため、高い解像度が得られる。
なお、ＥＵＶリソグラフィでは、一般に波面収差の無い
露光領域が横長の円弧状となるため、角型の露光領域を
得るためにマスクステージ１３とウェハステージ１５の
同期スキャン操作１７が行なわれる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ＥＵＶリソグラフィに
おける技術課題の一つに、反射型マスクの欠陥低減があ
る。図２に反射型マスクの断面構造ならびにマスク欠陥
の概念を示す。図２において、１００は基板、１０１は
多層膜、１０２はマスクパターン、１０３は強度型のマ
スク欠陥、１０４は位相型のマスク欠陥である。 【０００７】図２において、マスクパターン１０２はパ
ターン状に加工された金属薄膜からなり、ＥＵＶを吸収
して非反射部分となるため露光コントラストを生ずるこ
ととなる。一方、マスク欠陥は、多層膜表面上のマスク
パターンの余剰や欠け、異物といった、主に反射光の強
度低下を起こす強度型の欠陥１０３と、多層膜表面に生
じた凹凸でおもに位相変調を起こす位相型の欠陥１０４
とに分かれる。これらのマスク欠陥の許容サイズは、文
献２のジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・ア
ンド・テクノロジー・ビー（Journal of Vacuum Scienc
e and Technology B）、第１５巻、第６号、２４６７頁
から２４７０頁（１９９７年）に記載されているよう
に、強度型の欠陥では約４４ｎｍ□、位相型の欠陥では
約３２ｎｍ□と極めて小さく、マスク検査による欠陥位
置の特定やその修正が極めて困難であった。 【０００８】そこで、本発明の目的は、マスクの欠陥転
写性の軽減、あるいは欠陥許容サイズの拡大が可能な露
光方法を提供することにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の露光方法では、同一のマスクパターンを有
する２枚以上複数枚のマスクを用いて、ウェハ上の所定
の位置にマスクパターン像を多重露光し、所望の回路パ
ターンを得ることを特徴とする。 【００１０】この場合、異なったマスク上のパターン領
域の同一部分に欠陥がある可能性はほとんど回避される
ため、欠陥によって劣化したウェハ上のマスクパターン
像には、欠陥の無いマスクパターン像が重ね合わされる
こととなり、その修復が可能となる。その結果、マスク
の欠陥転写性の軽減、あるいは欠陥許容サイズの拡大が
可能となる。 【００１１】なお、本発明において多重露光の回数をｎ
回(ｎ:整数)とすれば、１回の露光に要する露光量Ｄは
次式で、与えられる： Ｄ＝Ｄ0/ｎ （ただし、Ｄ0はウェハ上に塗布した放射
線感光剤の感度である。） 本発明の効果は、マスクパターン形状、マスク欠陥の種
類やサイズ、マスクパターンと欠陥の位置関係が任意で
あっても、同様に得ることができる。また、本発明の効
果は、露光に用いるマスク数を増加させるにしたがって
増大させることができる。 【００１２】また、本発明の効果は、マスクが反射型に
加えて透過型、バイナリー型に加えて位相シフト型、光
源が波長１５ｎｍから１０ｎｍのＥＵＶに加えて、波長
４５０ｎｍから２００ｎｍの紫外線、波長２００ｎｍか
ら１００ ｎｍの真空紫外線、波長１００ｎｍから１５
ｎｍのＥＵＶ、波長１０ｎｍ以下のＸ線、または電場に
よって加速された電子線であっても、同様に得ることが
できる。さらに、本効果は、マスクパターンのウェハ上
への露光を同期スキャンによって行う場合に加えて、ス
テップ・アンド・リピートによる一括ないしは部分一括
で行なっても、同様に得ることができる。 【００１３】以上のように、本発明は、ＥＵＶを光源と
して、ＥＵＶでの屈折率が大きく異なった対となる２種
類以上の材料層の積層膜を有する反射型マスク上に形成
されたパターンを、ウェハ上の所定の位置に露光する工
程を有し、略同一のマスクパターンを有する２枚以上複
数枚の前記反射型マスクを用いて、前記ウェハ上の所定
の位置にマスクパターン像を多重露光することにより、
前記積層膜表面に生じた凹凸で位相変調を起こす位相型
の欠陥転写性を軽減するよう構成したことを特徴とする
半導体装置の製造方法を提供する。 【００１４】また、本発明は、前記構成において、前記
２枚以上複数枚の反射型マスクが、単一の基板上に形成
されていることを特徴とする半導体装置の製造方法を提
供する。 【００１５】また、本発明は、前記構成において、前記
単一の基板上に形成された２枚以上複数枚の反射型マス
ク上のパターンが、隣り合ったマスクに対して反転（鏡
面対称）パターンとなるように形成されていることを特
徴とする半導体装置の製造方法を提供する。 【００１６】さらに、本発明は、前記構成において、前
記反射型マスクによって１回の露光に要する露光量が、
前記ウェハ上に塗布した放射線感光剤の感度を多重露光
の回数で分割した露光量であることを特徴とする半導体
装置の製造方法を提供する。 【００１７】 【００１８】 【発明の実施の形態】（実施例１）以下、本発明の一実
施例を図３、４、５を用いて説明する。 【００１９】図３において、２００は第１マスクの基
板、２０１は第１マスクのパターン領域、２０２は第１
マスクのパターン領域外に設けられたアライメントマー
ク、２０３は第１マスクのパターン領域内にある線幅２
８０ｎｍのラインパターンで、その中心に欠陥が生じて
いる部分、２０４は第２マスクの基板、２０５は第２マ
スクのパターン領域、２０６は第２マスクのパターン領
域外に設けられたアライメントマーク、２０７は第２マ
スクのパターン領域内にある線幅２８０ｎｍのラインパ
ターンで、その中心に欠陥が生じている部分である。 【００２０】図４は、欠陥部分２０３、２０７の模式図
の一例で、３００は線幅２８０ｎｍのマスクパターン、
３０１はＥＵＶ反射部分、３０２は幅が２０ｎｍ、その
部分でのマスク反射光の位相変調量が１８０°となる位
相型のマスク欠陥である。 【００２１】図５は、露光波長１３.５ｎｍ、照明光学
系のコヒーレンス度０.６、投影光学系の開口数０.１、
倍率１/４のＥＵＶリソグラフィ露光装置を用いて線幅
２８０ｎｍのラインパターンを転写した場合に、ウェハ
上で得られるラインパターン像である。 【００２２】本実施例では、初めにＥＵＶリソグラフィ
露光装置に第１マスクを装着し、放射線感光剤としてＺ
ＥＰレジスト(東京応化工業商品名)を１５０ｎｍ膜厚で
塗布したシリコン（Ｓｉ）ウェハ上の所定の位置にアラ
イメントマーク２０２を用いて位置合わせを行った後、
ＺＥＰレジストの最適露光量である５０ｍＪ（ミリジュ
ール）/ｃｍ2の露光量でパターン転写を行った。 【００２３】その結果、第１マスク上で欠陥の無い部分
のラインパターン像は、図５において実線（ａ）で示す
ように良好な強度分布となり、露光後にＺＥＰレジスト
をキシレン溶剤で現像することによって、線幅が７０ｎ
ｍのＺＥＰレジストパターン形成が可能であった。一
方、第１マスク上の欠陥部分２０３のラインパターン像
は、図５において点線（ｃ）で示すような強度分布とな
り、そのピーク値は実線（ａ）で示すピーク値の約７０
％に低下した。このため、Ｓｉウェハ上で欠陥部分２０
３が転写された部分のＺＥＰレジストパターンは線幅が
５０ｎｍまで細り、その部分が回路パターン欠陥となっ
た。 【００２４】次に、第１マスクを用いて、Ｓｉウェハ上
のＺＥＰレジストに２５ｍＪ/ｃｍ2の露光量（前述の場
合の露光量の１／２）でパターン転写を行った後、あら
かじめ露光装置内に装着してあった第２マスクに交換
し、さらにアライメントマーク２０６を用いて位置合わ
せを行った後、２５ｍＪ/ｃｍ2の露光量でパターン転写
を行った。この結果、第１マスクの欠陥部分２０３、第
２マスクの欠陥部分２０７のラインパターン像には、そ
れぞれ欠陥が無い場合のラインパターン像が重ね合わさ
れることとなり、その強度分布は、図５において一点鎖
線（ｂ）で示した様になった。この場合、そのピーク値
は実線（ａ）の約８０％まで回復し、現像後のＺＥＰレ
ジストパターン線幅も６５ｎｍまで回復したため、その
部分での回路パターン欠陥の発生を防ぐことが可能であ
った。 【００２５】なお、本発明において同一のマスクパター
ンにおける同一とは、ほぼ同一の意味で、各マスクパタ
ーン間の誤差や公差、欠陥の有無、露光に影響を及ぼさ
ない部分での材質や構造の相違は当然ながら含まれるも
のである。 【００２６】（実施例２）本実施例では、第１マスクと
第２マスクとを単一の基板上に形成した。図６におい
て、ウェハ上には初めに第１マスクでＺＥＰレジストを
塗布したＳｉウェハ上にパターン転写を行った後、基板
４００を移動させ、Ｓｉウェハ上の同一部分に第２マス
クでパターン転写を行った。 【００２７】この結果、実施例１と同様に回路パターン
欠陥の発生を防ぐことが可能になるとともに、マスク基
板の交換に要する時間が短縮され、露光装置の生産性向
上が可能となった。なお、本実施例では、単一の基板４
００上に第１および第２マスクを設けたが、単一の基板
４００上に３個以上のマスクを設けることも可能であ
る。 【００２８】（実施例３）本実施例では、第１マスクと
第２マスクを単一の基板上に形成するとともに、第２マ
スクのパターンを、基板のスキャン方向に垂直な中心線
に対して、第１マスクの反転（鏡面対称）パターンにな
るように形成した。図７において、５００はマスクパタ
ーン領域２０１と２０５に共通なアライメントマーク、
５０１は基板のスキャン方向に垂直な反転の中心線、５
０２はマスク上の照明領域、５０３はマスク基板のスキ
ャン方向、５０４は５０３とは反対向きのウェハのスキ
ャン方向である。 【００２９】初めに、アライメントマーク５００を用い
て第１マスク、第２マスク両方と、ウェハとの位置合わ
せを行なった。次に、マスク基板を方向５０３、ウェハ
を方向５０４にスキャンさせて、第１マスクのパターン
像をウェハ上に露光した。 【００３０】次に、マスク基板は方向５０３にスキャン
させたまま、ウェハスキャンの方向５０４を反転させ
た。この場合、第２マスクのパターンは第１マスクに対
して反転していたため、第２マスクによってウェハ上は
第１マスクと同一なパターン像を重ね露光することが可
能であった。この結果、実施例１と同様に回路パターン
欠陥の発生を防ぐことが可能になるとともに、第２マス
クのアライメント時間、および基板の基準位置までの戻
り時間が省略され、実施例２と比べて、さらに露光装置
の生産性向上が可能となった。 【００３１】なお、本実施例では、単一の基板４００上
に第１および第２マスクを設けたが、単一の基板４００
上に３個以上ｍ個（ｍ:整数）のマスクを設け、そのマ
スクパターンを（ｍ−１）個目に対して反転させて形成
することによって、本発明の効果を増大させることが可
能である。 【００３２】また、本実施例では、同一な第１マスクと
第２マスクのパターンを、互いに他の反転パターンにな
るように形成したが、さらに所望のマスクパターンを２
枚以上のマスク上に分割し、スキャン露光で重ね合わせ
て回路パターンを形成する場合であっても、本実施例と
同様に２枚目以降のマスクパターンを第１マスクに対し
て反転させて形成することによって、スキャン露光での
生産性を向上させることが可能となる。 【００３３】（実施例４）本実施例では、本発明の露光
方法を半導体素子の製造に適用した例について説明す
る。図８において、６００はシリコン基板、６０１はソ
ース、６０２はドレイン、６０３はゲート酸化膜、６０
４はポリシリコン膜、６０５はレジスト膜、６０６はレ
ジストパターン、６０７はゲートである。 【００３４】初めに、図８の（ａ）に示すように、シリ
コン基板６００上のソース６０１、ドレイン６０２の各
構造上にゲート酸化膜６０３、ポリシリコン膜６０４を
堆積させ、さらにその上にネガ型のレジスト膜６０５を
スピン塗布で設けた。 【００３５】次に、図８の（ｂ）に示すように、前述し
た本発明の露光方法によって、第１マスク上のゲートパ
ターンならびに第２マスク上のゲートパターンをＥＵＶ
リソグラフィで重ね露光し、さらに、レジスト膜６０５
をウエット現像してレジストパターン６０６を形成し
た。 【００３６】次に、図８の（ｃ）に示すように、レジス
トパターン６０６をマスクとして、フッ化カーボン系ガ
スのプラズマでドライエッチングを行なって、７０ｎｍ
線幅のゲートパターンを形成した。 【００３７】従来のように、第１マスクのみで露光を行
なった場合、第１マスク上に１０個から１００個程度の
欠陥があり、これらの欠陥が転写された部分でレジスト
パターン６０６の線幅が±３０％以上変動したため、そ
の部分でゲート６０７の線幅も変動し、同ゲート構造を
含んだロジック素子、メモリー素子のスイッチング特性
が劣化することとなった。 【００３８】これに対して、本発明の露光方法を適用す
ることにより、マスク上の欠陥の転写を防ぐことが可能
となり、ゲート６０７の線幅の変動も防ぐことが可能と
なったため、歩留まりの高い半導体素子の生産が可能と
なった。 【００３９】 【発明の効果】以上のように、本発明の露光方法によれ
ば、同一のマスクパターンを有する２枚以上複数枚のマ
スクを用いて、ウェハ上の所定の位置にマスクパターン
像を多重露光することにより、異なったマスク上のパタ
ーン領域の同一位置に欠陥がある可能性はほとんど回避
されるため、欠陥によって劣化したマスクパターン像に
は、欠陥の無いマスクパターン像が重ね合わされること
となり、その修復が可能となる。その結果、マスクの欠
陥転写性の軽減、あるいは欠陥許容サイズの拡大が可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＵＶリソグラフィ露光装置を説明する概念
図。 【図２】ＥＵＶリソグラフィにおける反射型マスクの構
造ならびに欠陥を説明する概念図。 【図３】本発明の実施例１において用いられるマスク構
造の概念図。 【図４】ＥＵＶリソグラフィの反射型マスクにおいて、
マスク上のラインパターンならびに欠陥の概念図。 【図５】反射型マスク上のラインパターンをＥＵＶリソ
グラフィ露光装置によってウェハ上に転写した場合に得
られるパターン像を示す概念図。 【図６】本発明の実施例２において用いられるマスク構
造の概念図。 【図７】本発明の実施例３において用いられるマスク構
造の概念図。 【図８】本発明の実施例４を説明するためのプロセスフ
ロー図。 【符号の説明】 １：真空容器、２：レーザー、３：集光レンズ、４：プ
ラズマスポット、５：プラズマスポットから発生したＥ
ＵＶ、６：多層膜をコーティングしたミラー、７：全反
射ミラー、８：照明光学系、９：結像光学系、１０：マ
スク照明光の主光線、１１：マスク反射光の主光線、１
２：ウェハ露光光の主光線、１３：マスクステージ、１
４：反射型マスク、１５：ウェハステージ、１６：ウェ
ハ、１７：マスクとウェハの同期スキャン走査、１０
０：基板、１０１：多層膜、１０２：マスクパターン、
１０３：強度型のマスク欠陥、１０４：位相型のマスク
欠陥、２００：第１マスクの基板、２０１：第１マスク
のパターン領域、２０２：第１マスクのアライメントマ
ーク、２０３：第１マスクの欠陥部分、２０４：第２マ
スクの基板、２０５：第２マスクのパターン領域、２０
６：第２マスクのアライメントマーク、２０７：第２マ
スクの部分、３００：マスクパターン、３０１：ＥＵＶ
反射部分、３０２：位相型のマスク欠陥、４００：第１
マスクと第２マスクに共通な単一の基板、５００：第１
マスクと第２マスクのパターン領域に共通なアライメン
トマーク、５０１は基板のスキャン方向に垂直な第１マ
スクと第２マスクのパターン反転の中心線、５０２：マ
スク上の照明領域、５０３：マスク基板のスキャン方
向、５０４：ウェハのスキャン方向、６００：シリコン
基板、６０１：ソース、６０２：ドレイン、６０３：ゲ
ート酸化膜、６０４：ポリシリコン膜、６０５：レジス
ト膜、６０６：レジストパターン、６０７：ゲート。
図。 【図２】ＥＵＶリソグラフィにおける反射型マスクの構
造ならびに欠陥を説明する概念図。 【図３】本発明の実施例１において用いられるマスク構
造の概念図。 【図４】ＥＵＶリソグラフィの反射型マスクにおいて、
マスク上のラインパターンならびに欠陥の概念図。 【図５】反射型マスク上のラインパターンをＥＵＶリソ
グラフィ露光装置によってウェハ上に転写した場合に得
られるパターン像を示す概念図。 【図６】本発明の実施例２において用いられるマスク構
造の概念図。 【図７】本発明の実施例３において用いられるマスク構
造の概念図。 【図８】本発明の実施例４を説明するためのプロセスフ
ロー図。 【符号の説明】 １：真空容器、２：レーザー、３：集光レンズ、４：プ
ラズマスポット、５：プラズマスポットから発生したＥ
ＵＶ、６：多層膜をコーティングしたミラー、７：全反
射ミラー、８：照明光学系、９：結像光学系、１０：マ
スク照明光の主光線、１１：マスク反射光の主光線、１
２：ウェハ露光光の主光線、１３：マスクステージ、１
４：反射型マスク、１５：ウェハステージ、１６：ウェ
ハ、１７：マスクとウェハの同期スキャン走査、１０
０：基板、１０１：多層膜、１０２：マスクパターン、
１０３：強度型のマスク欠陥、１０４：位相型のマスク
欠陥、２００：第１マスクの基板、２０１：第１マスク
のパターン領域、２０２：第１マスクのアライメントマ
ーク、２０３：第１マスクの欠陥部分、２０４：第２マ
スクの基板、２０５：第２マスクのパターン領域、２０
６：第２マスクのアライメントマーク、２０７：第２マ
スクの部分、３００：マスクパターン、３０１：ＥＵＶ
反射部分、３０２：位相型のマスク欠陥、４００：第１
マスクと第２マスクに共通な単一の基板、５００：第１
マスクと第２マスクのパターン領域に共通なアライメン
トマーク、５０１は基板のスキャン方向に垂直な第１マ
スクと第２マスクのパターン反転の中心線、５０２：マ
スク上の照明領域、５０３：マスク基板のスキャン方
向、５０４：ウェハのスキャン方向、６００：シリコン
基板、６０１：ソース、６０２：ドレイン、６０３：ゲ
ート酸化膜、６０４：ポリシリコン膜、６０５：レジス
ト膜、６０６：レジストパターン、６０７：ゲート。
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 21/30 ５３１Ｅ
(56)参考文献 特開 平３−280526（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−77058（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−274073（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−23311（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−198727（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−154021（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−143324（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−35538（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−31282（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/027
G03F 1/00 - 1/16
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】ＥＵＶを光源として、ＥＵＶでの屈折率が
大きく異なった対となる２種類以上の材料層の積層膜を
有し、略同一のマスクパターンを有する２枚以上複数枚
の反射型マスクを用いて、ウェハ上の所定の位置に露光
する工程を有し、前記２枚以上複数枚の反射型マスクに
形成されたマスクパターンは、単一の基板上に形成さ
れ、隣り合ったマスクに対して鏡面対称パターンとなる
ように形成されてなり、かつ、前記鏡面対称パターン像
を前記ウェハ上の所定の位置に多重露光することによ
り、前記積層膜表面に生じた凹凸で位相変調を起こす位
相型の欠陥転写性を軽減するよう構成したことを特徴と
する半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000337875A JP3387907B2 (ja) | 2000-11-06 | 2000-11-06 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000337875A JP3387907B2 (ja) | 2000-11-06 | 2000-11-06 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3387907B2 true JP3387907B2 (ja) | 2003-03-17 |
Family
ID=18813187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000337875A Expired - Fee Related JP3387907B2 (ja) | 2000-11-06 | 2000-11-06 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
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| KR20070121070A (ko) * | 2006-06-21 | 2007-12-27 | 삼성전자주식회사 | 기판 노광 방법 |
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| US11429027B2 (en) * | 2018-08-17 | 2022-08-30 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Photolithography method and apparatus |
-
2000
- 2000-11-06 JP JP2000337875A patent/JP3387907B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2002141275A (ja) | 2002-05-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |