JP3968524B2 - マスク、露光方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体装置の製造に用いられるマスク、露光方法および半導体装置の製造方法に関する。

マスクパターンを開口により形成したいわゆるステンシルマスクと称されるマスクをウエハに近接して配置し、低加速電子線をマスクに照射して露光を行う等倍近接露光技術が開示されている（特許文献１参照）。この露光技術を実現するため、５００ｎｍから１μｍ程度の厚さの薄膜（メンブレン）を備えたステンシルマスクの開発や、１００ｎｍ以下のレジストプロセスの開発が現在行われている。

パターンの開口が形成されるメンブレンの機械的強度を維持するためには、１つのメンブレンのサイズを小さくする必要があり、メンブレンを小さく区画し梁で補強したマスク構造が提案されている（特許文献２参照）。この場合、梁の位置にはパターンの開口が形成できないことから、ウエハに転写すべき回路パターンを分割して、それぞれの分割パターンを複数のメンブレンに形成しておき、メンブレンを重ね合わせて露光することにより、所望の回路パターンを転写する相補分割技術が必要である。

上記の特許文献２では、梁で区画することにより１つのメンブレンのサイズを１〜３ｍｍ程度とし、４つのマスク領域の梁の配置をずらしたマスクが開示されている。４つのマスク領域を重ね合わせて露光することにより、ウエハに所定の回路パターンが転写される。上記の特許文献２に記載のマスクでは、１つのマスク領域のサイズは、ウエハの単位被露光領域となるダイ（チップ）サイズと同程度となる。
特許第２９５１９４７号 特開２００３−５９８１９号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載のステンシルマスクでは、メンブレンを補強するための梁が、４つのマスク領域で互いにずれるように複雑に並べられている。そのため、梁構造が複雑となり、メンブレンに形成されるパターンの歪が複雑化し、歪を補正することが困難となる。

歪を補正することが困難となると、ステンシルマスクを用いた露光によりパターンが形成される半導体装置のパターン精度低下を招き、半導体装置の信頼性が低下することに繋がる。

また、上記特許文献２に記載のステンシルマスクでは、１つの梁配置で適用可能なダイサイズの自由度がほとんどなく、露光対象となるダイサイズに合わせて梁配置を変更する必要があった。このため、作製するデバイス（半導体装置）毎に異なるマスクブランクスを用意する必要があった。

パターン形成前のマスクブランクスが、サイズが多少異なるダイに対応することができれば、１つのマスクブランクスにより複数のデバイスの生産に使用可能となるためコストの低下を図ることができる。

以上のように、パターンの歪を補正する観点から、規則的でシンプルな梁構造のステンシルマスクが望ましい。また、コスト低下の観点から、１つのステンシルマスクで適用可能なダイサイズの範囲を広げることができることが望ましい。

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、梁部の構造を規則的かつシンプルなものにすることにより、パターンの転写精度を向上させることができるマスクを提供することにある。

本発明の他の目的は、上記のマスクを用いて露光することにより、精度良くパターンを転写することができる露光方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、上記のマスクを用いた露光方法を適用して精度良くパターンの層を形成することにより、信頼性のある半導体装置を製造することができる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、支持枠と、前記支持枠で囲まれた領域を分割する梁部と、前記梁部により分割された領域に形成された薄膜と、前記薄膜に形成され、被露光体に転写すべき回路パターンが相補分割されたパターンの開口と、を有し、前記梁部は、前記パターンの位置を指定するための座標系を構成する２つの座標軸に対して傾いて延びる梁が互いに等間隔で複数配列した第１の梁部と、前記２つの座標軸に対して傾いて伸び、かつ前記第１の梁部と交差する梁が互いに等間隔で複数配列した第２の梁部と、を有し、前記支持枠で囲まれた領域内に、前記被露光体に重ねて露光するための４つの単位露光領域が設定され、４つの前記単位露光領域を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つの前記単位露光領域の前記薄膜が存在するようにしたものである。

上記の本発明のマスクでは、パターンの位置を指定するための座標系を構成する２つの座標軸に対して傾いて延びる梁が互いに等間隔で複数配列した第１の梁部と、２つの座標軸に対して傾いて伸び、かつ第１の梁部と交差する梁が互いに等間隔で複数配列した第２の梁部とにより梁部が構成されており、支持枠で囲まれた全ての領域において規則正しい梁構造となっている。
そして、支持枠で囲まれた領域内に、被露光体に重ねて露光するための４つの単位露光領域を設定し、４つの単位露光領域を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つの単位露光領域の薄膜が存在するようにしている。
従って、被露光体に転写すべき回路パターンを相補分割したパターンを少なくとも２つの単位露光領域の薄膜に振り分けて形成しておき、４つの単位露光領域を重ね合わせて露光することにより、被露光体に回路パターンが転写される。

上記の目的を達成するため、本発明の露光方法は、支持枠と、前記支持枠で囲まれた領域を分割する梁部と、前記梁部により分割された領域に形成された薄膜と、前記薄膜に形成され、被露光体に転写すべき回路パターンが相補分割されたパターンの開口と、を有し、前記梁部は、前記パターンの位置を指定するための座標系を構成する２つの座標軸に対して傾いて延びる梁が互いに等間隔で複数配列した第１の梁部と、前記２つの座標軸に対して傾いて伸び、かつ前記第１の梁部と交差する梁が互いに等間隔で複数配列した第２の梁部と、を有し、前記支持枠で囲まれた領域内に、前記被露光体に重ねて露光するための４つの単位露光領域が設定され、４つの前記単位露光領域を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つの前記単位露光領域の前記薄膜が存在するようにしたマスクを用い、前記マスクの４つの前記単位露光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つの前記単位露光領域を重ねて露光するものである。

上記の本発明の露光方法では、支持枠で囲まれた領域内に規則正しい梁構造が形成されており、この支持枠で囲まれた領域内に、被露光体に重ねて露光するための４つの単位露光領域を設定したマスクを用いる。
４つの単位露光領域を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つの単位露光領域の薄膜が存在するようにしている。このため、各単位露光領域には、被露光体に転写すべき回路パターンを相補分割したパターンが配置される。
そして、マスクの４つの単位露光領域に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射工程と、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、被露光体にマスクの４つの単位露光領域を重ねて露光する。これにより、４つの単位露光領域が重ね合わせて露光され、被露光体に回路パターンが転写される。

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、支持枠と、前記支持枠で囲まれた領域を分割する梁部と、前記梁部により分割された領域に形成された薄膜と、前記薄膜に形成され、感光膜に転写すべき回路パターンが相補分割されたパターンの開口と、を有し、前記梁部は、前記パターンの位置を指定するための座標系を構成する２つの座標軸に対して傾いて延びる梁が互いに等間隔で複数配列した第１の梁部と、前記２つの座標軸に対して傾いて伸び、かつ前記第１の梁部と交差する梁が互いに等間隔で複数配列した第２の梁部と、を有し、前記支持枠で囲まれた領域内に、前記感光膜に重ねて露光するための４つの単位露光領域が設定され、４つの前記単位露光領域を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つの前記単位露光領域の前記薄膜が存在するようにしたマスクを用い、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、前記マスクの４つの前記単位露光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つの前記単位露光領域を重ねて露光するものである。

上記の本発明の半導体装置の製造方法では、感光膜に対しマスクのパターンを露光する工程において、支持枠で囲まれた領域内に規則正しい梁構造が形成されており、この支持枠で囲まれた領域内に、感光膜に重ねて露光するための４つの単位露光領域を設定したマスクを用いる。
４つの単位露光領域を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つの単位露光領域の薄膜が存在するようにしている。このため、各単位露光領域には、感光膜に転写すべき回路パターンを相補分割したパターンが配置される。
そして、上記の露光工程において、マスクの４つの単位露光領域に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射工程と、マスクと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、感光膜にマスクの４つの単位露光領域を重ねて露光する。これにより、４つの単位露光領域が重ね合わせて露光され、感光膜に回路パターンが転写される。
そして、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して、パターンの層が形成される。

本発明のマスクによれば、梁部の構造を規則的かつシンプルなものとすることができ、これにより、パターンの転写精度を向上させることができる。
本発明の露光方法によれば、上記のマスクを用いて露光することにより、精度良くパターンを転写することができる。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、上記のマスクを用いた露光方法を適用して精度良くパターンの層を形成することにより、信頼性のある半導体装置を製造することができる。

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。

（第１実施形態）
図１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１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１に示す露光装置は、電子銃２と、コンデンサレンズ３と、アパーチャ４と、一対の主偏向器５ａ，５ｂと、一対の副偏向器６ａ，６ｂとを有する。

電子銃２は、２ｋＶ程度の加速電圧で電子線ＥＢを出射する。電子銃２から出射された電子線ＥＢは、コンデンサレンズ３を通って平行ビームに収束する。この平行ビームに収束した電子線ＥＢの不要部分は、アパーチャ４によって遮断される。

電子線ＥＢは、主偏向器５ａ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５ｂ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１０に略垂直に照射する。主偏向器５ａ，５ｂにより、電子線ＥＢが走査される。

副偏向器６ａ，６ｂは、被露光体であるウエハ等の被処理基板２０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１０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１０のパターンを、被処理基板２０上の正しい位置に補正して転写する。図１に示すように、照射角度の制御により、電子線ＥＢの被処理基板２０への照射位置をΔだけ移動させることができる。

図１においてマスク１０のメンブレンに形成された開口パターンを通過した電子線ＥＢにより、被処理基板２０上の図示しないレジストが露光される。図１に示す露光装置では、等倍露光を採用しており、マスク１０と被処理基板２０は近接して配置される。

図２は、マスク１０の構成の一例を示す平面図であり、図３は、図２に示すマスクの模式的な断面図である。

図２および図３に示すように、マスク１０は、厚膜の支持枠１１と、支持枠１１で囲まれた領域Ａｒを分割する厚膜の梁１２と、梁１２により分割された領域に形成されたメンブレン（薄膜）１３とを有する。メンブレン１３は電子線遮蔽膜として機能し、当該メンブレン１３に開口よりなるパターン１４が形成される。パターンは、被処理基板２０に転写すべき回路パターンが相補分割されたパターンである。

図４は、梁１２の詳細な構成を示す図である。
梁１２は、その延伸方向に応じて２つに大別され、第１の梁１２ａと、第２の梁１２ｂとにより構成される。なお、以降の説明において、特に第１の梁１２ａと、第２の梁１２ｂとを分けて説明する必要のない場合には、単に梁１２と称する。複数の梁１２の全体が、本発明の梁部に相当する。

第１の梁１２ａは、パターンの位置を指定するためのＸＹ座標系を構成するＸ軸、Ｙ軸に対して傾いて延びている。第１の梁１２ａは、互いに等間隔で複数配列している。本実施形態では、第１の梁１２ａは、例えばＸ軸に対して４５°傾いて延びている。複数の第１の梁１２ａの全体が、本発明の第１の梁部に相当する。

第２の梁１２ｂは、Ｘ軸、Ｙ軸に対して傾いて伸び、かつ第１の梁１２ａと交差している。第２の梁１２ｂは、互いに等間隔で複数配列している。本実施形態では、第２の梁１２ｂは、例えばＸ軸に対して−４５°傾いて伸び、第１の梁１２ａと直交する。第２の梁１２ｂの全体が、本発明の第２の梁部に相当する。

パターンの位置を指定するＸＹ座標系は、例えば矩形のダイの２辺に沿って設定される。ＸＹ座標系は、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。

上記したように、支持枠１１で囲まれた領域Ａｒが梁１２により複数の少領域に分割されており、分割された領域にメンブレン１３が形成される。メンブレン１３は、パターン配置可能な領域である。

図４に示すように、支持枠１１で囲まれた領域Ａｒ内に、被処理基板２０に重ねて露光するための４つの単位露光領域１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄが設定される。単位露光領域１０Ａ〜１０Ｄは、支持枠１１で囲まれた領域Ａｒの略中心部を原点Ｏとして、第１象限から第４象限に対応して設定される。

すなわち、単位露光領域１０Ａに対して、単位露光領域１０ＢはＸ軸方向に隣接しており、単位露光領域ＤはＹ軸方向に隣接している。また、単位露光領域１０Ｃは、単位露光領域１０Ｂに対してＹ軸方向に隣接し、単位露光領域１０Ｄに対してＸ軸方向に隣接している。各単位露光領域１０Ａ〜１０Ｄは、原点Ｏを共有している。

各単位露光領域１０Ａ〜１０Ｄは、同じ寸法であり、ダイサイズと同じ寸法となっている。通常、光マスクを用いて縮小投影を行うフォトリソグラフィでは、１つまたは複数のＬＳＩチップパターンを光マスク上に搭載する。本願明細書では、光マスクに搭載された１つまたは複数のチップをダイと称する。ダイの寸法は、搭載されるチップの寸法によって異なり、寸法の最大値は、ステッパまたはスキャナと呼ばれる光露光装置の性能で決まる。光露光と電子線露光とのミックスアンドマッチ露光を適用する場合には、光露光のダイの寸法に合わせて単位露光領域を設定する必要がある。

図４に示すように、支持枠１１で囲まれた領域Ａｒは、±４５°方向に延びる複数の梁１２によって分割されており、支持枠１１で囲まれた領域Ａｒにおいて規則正しい梁構造となっている。本実施形態では、梁１２によって区画されたメンブレン１３の全てが正方形で同一形状となっている。

上記の４つの単位露光領域１０Ａ〜１０Ｄは、被処理基板２０に重ねて露光される。梁１２の存在する箇所にはパターンを転写できないため、１つの単位露光領域において梁１２の存在によりパターンを転写できない箇所を、他の単位露光領域のメンブレン１３にパターンを形成することで補間する必要がある。さらに、相補分割に対応するためには、４つの単位露光領域１０Ａ〜１０Ｄを重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つの単位露光領域のメンブレン１３が存在する必要がある。

上記の本実施形態に係るマスクを用いた露光方法では、４つの単位露光領域１０Ａ〜１０Ｄの全てに電子線ＥＢを走査する。電子線を走査後、１つの単位露光領域の寸法分だけ、マスク１０と被処理基板２０との相対位置を変えて、再び４つの単位露光領域１０Ａ〜１０Ｄの全てに電子線ＥＢを走査する。このように、マスク１０の４つの単位露光領域１０Ａ〜１０Ｄに電子線ＥＢを照射する電子線照射工程と、マスク１０と被処理基板２０との相対位置を変える移動工程とを繰り返し行うことにより（ステップアンドリピート露光）、被処理基板２０にマスク１０の４つの単位露光領域１０Ａ〜１０Ｄを重ねて露光する（相補露光）。

図５は、本実施形態に係るマスクにパターンを配置するための相補分割処理について説明するための図である。図５は、梁１２により区画された１つのメンブレン１３を示しており、かつ、仮想的なグリッド線Ｇを引いて図解している。

厚膜の梁１２によって囲まれたメンブレン１３の領域は、パターン配置領域１３ａと、マージン領域１３ｂとに分けて使用する。原則としてパターンはパターン配置領域１３ａに形成するが、場合によってはマージン領域１３ｂの一部にはみ出して形成する。

図５に示すようにグリッド線Ｇによって囲まれたさらに小さな領域毎に、パターンの相補分割および配置処理がなされる。当該領域をパターン処理単位領域ＰＵＦと称する。グリッド線Ｇは、数μｍ〜数１０μｍの間隔で設定し、例えば１０μｍの間隔で設定する。１０μｍの間隔でグリッド線Ｇを設定した場合、パターン処理単位領域ＰＵＦは、１０μｍ×１０μｍのサイズとなる。例えば、メンブレン１３のパターン配置領域１３ａは、１〜５ｍｍ程度の略正方形であり、マージン１３ｂを含めた梁１２の幅は、１００〜５００μｍ程度である。ただし、図５では、図示の簡略化のため、グリッド線Ｇの間隔は、梁１２の幅やメンブレン１３のサイズに比較して大きく描いてある。

パターンがパターン配置領域１３ａに入りきらない場合、原則としてマスクの他の単位露光領域に、はみ出した部分のパターンが形成され、重ね合わせ露光（相補露光）によってパターンが繋ぎ合わされる。

しかしながら、パターンがパターン配置領域１３ａからごくわずかにはみ出す場合、他の単位露光領域のいずれかに相補パターンを形成して繋ぎ合わせるよりも、パターンを分割せずに転写できる方が有利である。特に、線幅の狭い微細パターン、例えばゲートがパターン配置領域１３ａからわずかにはみ出すような場合には、相補パターンに分割すると、製造される半導体装置の特性を低下させる可能性がある。そこで、パターン配置領域１３ａの周囲にパターンの形成が可能なマージン領域１３ｂを設けている。

図６は、梁近傍を拡大し、パターン処理単位領域ＰＵＦを１０μｍ角としたときの、実際の梁１２、メンブレン１３のマージン領域１３ｂおよびパターン配置領域１３ａの大きさの関係を示したものである。

図６に示すように、十分な大きさのマージン領域１３ｂを確保できており、メンブレン１３のパターン配置領域１３ａからはみ出したパターンは、マージン領域１３ｂに配置することができることがわかる。マージン領域１３ｂを含めて梁１２とみなし、任意の全ての位置においてメンブレン１３のパターン配置領域１３ａが少なくとも２つの単位露光領域に存在することを確認すれば、相補露光に十分適用可能となる。

次に、上記の本実施形態に係るマスクの相補露光への適用可能性について説明する。

本例では、マージン領域１３ｂを含む梁１２の幅を２００μｍとし、メンブレン１３のパターン配置領域１３ａを１．８ｍｍ角とし、パターン処理単位領域ＰＵＦを１０μｍ角として、２６×３３ｍｍのサイズのダイへの相補露光の適用可能性について検討する。

図７から図１０は、上記のダイサイズに等しい寸法で各単位露光領域１０Ａ〜１０Ｄを設定した場合における、各単位露光領域１０Ａ〜１０Ｄの左下部分の梁配置を抽出した図である。図７は単位露光領域１０Ａの梁配置を示す図であり、図８は単位露光領域１０Ｂの梁配置を示す図であり、図９は単位露光領域１０Ｃの梁配置を示す図であり、図１０は単位露光領域１０Ｄの梁配置を示す図である。

図７〜図１０には、相補露光の適用可能性を説明するため、パターン位置１０１〜１０３にそれぞれ異なるマークを描いてある。

図７〜図１０に描いたマークを参照すると、パターン位置１０１は、単位露光領域１０Ａでは梁上に位置するが、単位露光領域１０Ｂ〜１０Ｄではメンブレン１３上に位置する。同様に、パターン位置１０２は、単位露光領域１０Ｃでは梁上に位置するが、単位露光領域１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｄではメンブレン１３上に位置する。さらに、パターン位置１０３は、単位露光領域１０Ｃ，１０Ｄでは梁上に位置するが、単位露光領域１０Ａ，１０Ｂではメンブレン１３上に位置する。このように、３つのパターン位置１０１〜１０３ともに、４つの単位露光領域１０Ａ〜１０Ｄのうち、少なくとも２つの単位露光領域におけるメンブレン１３上に存在することがわかる。

図１１は、図７〜図１０に示す梁配置を全て重ねた図である。図１１では、各単位露光領域１０Ａ〜１０Ｄに存在する梁毎にハッチングを異ならせて図解している。

図１１に示すように、任意の全ての位置において、３つ以上の単位露光領域の梁１２が重なっていないことがわかる。すなわち、任意の全ての位置において、少なくとも２つ以上の単位露光領域においてメンブレン１３が存在することがわかる。

以上の検討により、本実施形態に係るマスクは、上記のサイズのダイに対する相補露光に適用可能であることがわかる。なお、梁１２は規則正しく並んでいるため、上記の一部の梁配置の検討により、他の領域においても相補露光が可能であるといえる。

図１２は、マージン領域１３ｂを含む梁１２の幅を２００μｍとし、メンブレン１３のパターン配置領域１３ａを１．８ｍｍ角として作製したマスクにおける、相補露光に適用可能なダイサイズを示す図である。

図１２では、横軸はダイのＸ方向における寸法を示し、縦軸はダイのＹ方向における寸法を示す。図１２では、黒塗りの領域におけるダイサイズが、上記のマスクにより相補露光が可能であることを示している。例えば、２４（Ｘ方向寸法）×２６（Ｙ方向寸法）、２４×２８のサイズのダイに対しては、上記のマスクで相補露光が可能であることがわかる。また、２４×２７のサイズのダイに対しては、上記のマスクでは相補露光が不可能であることがわかる。図１２から、１種類のマスクでは、任意のダイサイズには対応できないことがわかる。

図１３は、メンブレン１３のパターン配置領域１３ａを１．７５ｍｍ角とし、他は同じ寸法で作製したマスクにおける、相補露光に適用可能なダイサイズを示す図である。

図１３も同様に、黒塗りの領域におけるダイサイズが、上記のマスクにより相補露光が可能であることを示している。図１３に示すように、先のマスクでは適用不可能である、例えば２４×２７のサイズのダイについては、上記のマスクでは相補露光が可能となることがわかる。

以上のように、１種類のマスクでは、全てのダイサイズに適用可能ではないが、パターン配置領域１３ａの寸法を僅かに変更することにより、適用可能なダイサイズを変えることができる。

次に、上記のマスクの作製方法の一例について、図１４〜１６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１４（ａ）に示すように、シリコン基板１５上に酸化シリコン膜１６が形成され、酸化シリコン膜１６上に薄膜のシリコン層１７が形成されたＳＯＩ基板を用意する。

図１４（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１８を形成する。ハードマスク１８の膜厚は、例えば４００ｎｍ程度である。

次に、図１４（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基板のシリコン基板１５側におけるハードマスク１８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１８をドライエッチングすることにより、支持枠１１および梁１２のパターンをもつハードマスク１８ａを形成する。ハードマスク１８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１５（ａ）に示すように、ハードマスク１８ａをエッチングマスクとして、酸化シリコン膜１６に達するまでシリコン基板１５をエッチングして、支持枠１１および梁１２を形成する。シリコン基板１５のエッチングは、例えば塩素系ガスを用いる。

次に、図１５（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板のシリコン層１７側におけるハードマスク１８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１８をドライエッチングすることにより、支持枠１１により囲まれた領域Ａｒ（図２参照）を露出するパターンのハードマスク１８ｂに加工する。ハードマスク１８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、上記の工程により作製されたものをマスクブランクス１００として、使用する。ただし、上記の工程以外の工程により作製されたものをマスクブランクスとして使用することもできる。

次に、図１６（ａ）に示すように、マスクブランクス１００のシリコン層１７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１９を形成する。

次に、図１６（ｂ）に示すように、レジストパターン１９をエッチングマスクとして、シリコン層１７をドライエッチングすることにより、シリコン層１７にパターンの開口１７ａを形成する。シリコン層１７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１９を除去する。当該工程において、酸化シリコン膜１６はエッチングストッパとなり、酸化シリコン膜１６に達する開口１７ａが形成される。

最後に、図１６（ｃ）に示すように、梁１２から露出した酸化シリコン膜１６をエッチング除去し、さらにハードマスク１８を除去することにより、開口（貫通孔）よりなるパターン１４が形成されたマスクが完成する。

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１７（ａ）に示すように、例えば、被処理基板２０上にポリシリコンや酸化シリコン等の被加工層２１を形成し、被加工層２１上に電子線レジストからなるレジスト膜２２を形成する。

次に、図１に示す露光装置に被処理基板２０をセットし、マスク１０と被処理基板２０のアライメントを行う。アライメントには、斜方検出法を採用し、マスク１０と被処理基板２０のそれぞれに形成されたアライメントマークを斜め方向から観察してアライメントを行う。アライメント後、図１７（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１３に形成されたパターン１４を通過した電子線ＥＢにより被処理基板２０のレジスト膜２２が露光される。

次に、図１７（ｃ）に示すように、レジスト膜２２を現像することにより、例えばレジスト膜２２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２２にパターンが形成される。

次に、図１７（ｄ）に示すように、レジスト膜２２をマスクとして被加工層２１をエッチングすることにより、被加工層２１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１７（ｅ）に示すように、レジスト膜２２を除去することにより、被加工層２１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１７（ａ）〜図１７（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。

以上説明したように、上記の本実施形態に係るマスクでは、Ｘ軸、Ｙ軸に対して傾いて延びる第１の梁１２ａが互いに等間隔で複数配列した第１の梁部と、Ｘ軸、Ｙ軸に対して傾いて伸び、かつ第１の梁１２ａと交差する第２の梁１２ｂが互いに等間隔で複数配列した第２の梁部とにより梁部が構成されており、支持枠１１で囲まれた全ての領域において規則正しい梁構造となっている。そして、支持枠１１で囲まれた領域内に、被処理基板２０に重ねて露光するための４つの単位露光領域１０Ａ〜１０Ｄを設定し、４つの単位露光領域１０Ａ〜１０Ｄを重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つの単位露光領域の薄膜が存在するようにしている。

このように、規則正しい梁構造により相補露光を可能にしたことから、メンブレン１３に形成されるパターンの歪が複雑化することを抑制することができる。このため、予め歪を考慮して位置を補正してメンブレン１３にパターン１４を形成したり、電子線ＥＢの偏向により照射位置を補正することにより、歪を補正することが容易となる。このため、被処理基板へのパターンの転写精度を向上することができる。

また、図１２あるいは図１３に示すように、１つの梁配置で全てのダイサイズに相補露光が適用はできないが、ダイサイズが多少変更した程度であれば適用可能である。実際には、ダイサイズは極端に変わることはないことから、十分に実用可能である。

また、図１２および図１３を参照して説明したように、使用するダイサイズの範囲を予め決定しておけば、メンブレン１３のパターン配置領域１３ａの寸法を変えた数種類のマスクブランクスを用意することにより対応可能である。このため、予め梁加工済みのマスクブランクス１００を用意しておくことにより、パターン決定からマスク作製までのＴＡＴ短縮およびマスクコストの削減を図ることができる。

梁を形成して、梁により区画される１つのメンブレン１３のサイズを１ｍｍ〜５ｍｍ程度に小さくする効果として、マスクの機械的強度の向上の他に、パターンの熱変位を防止することができるという効果もある。すなわち、メンブレン１３に電子線を照射するとメンブレン１３の温度が上昇し、この温度上昇によりメンブレン１３に形成されたパターンが変位してしまう。メンブレンの温度の減衰時間は、１つのメンブレン１３のサイズの２乗に比例する。従って、梁１２によりメンブレン１３を小さく分割することにより、梁１２に熱を速やかに伝達させ、メンブレン１３の温度の減衰時間を短くすることができる。このため、メンブレン１３の温度上昇を抑制することができ、パターン変位を防止することができる。

ＬＥＥＰＬ技術では、マスク面に対して斜めからＸ方向およびＹ方向にアライメント光を照射して、マスク１０および被処理基板２０に形成されたアライメントマークからの散乱光を受光して観察画像を取得する斜方検出法を採用している。本実施形態に係るマスクでは、梁がＸ方向およびＹ方向から傾いていることにより、Ｘ方向およびＹ方向に沿って照射したアライメント光がそのままアライメント光学系に反射されることがなくなる。このため、マーク検出のＳＮ比を向上させることができ、アライメント精度を向上させることができる。

また、マスクの作製において、梁１２上にアライメントマークを予め形成しておき、パターンを描画する際に（図１６（ａ）参照）、アライメントマークを基準としてパターンを描画することが好ましい。この場合に、梁構造が規則正しく配置されていることにより、アライメントマークを規則的に配置することができることから、マスクにパターンを精度良く作製できる。

上記のマスクを用いた本実施形態に係る露光方法によれば、上記のマスクを用いて露光することにより、精度良くパターンを転写することができる。

また、上記のマスクを用いた露光を半導体装置の製造方法に適用することにより、精度良くパターンの層を形成することができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。

（第２実施形態）
図１２および図１３に示すように、ＸＹ座標系に対して±４５°の角度で延びる梁１２のマスクでは、２６（Ｘ方向寸法）×２６（Ｙ方向寸法）のダイサイズのような、正方形のダイに適用することができない。本実施形態では、正方形のダイに相補露光が可能な梁配置をもつマスクの例について説明する。

図１８は、本実施形態に係るマスクの梁配置を説明するための図である。

本実施形態においても、梁１２は、その延伸方向に応じて２つに大別され、第１の梁１２ａと、第２の梁１２ｂとにより構成される。複数の梁１２の全体が、本発明の梁部に相当する。

本実施形態では、第１の梁１２ａは、ＸＹ座標系に対して４／３の傾きで延びている。第１の梁１２ａは、互いに等間隔で複数配列している。複数の第１の梁１２ａの全体が、本発明の第１の梁部に相当する。

第２の梁１２ｂは、ＸＹ座標系に対して−３／４の傾きで延びており、第１の梁１２ａ部と直交している。第２の梁１２ｂは、互いに等間隔で複数配列している。第２の梁１２ｂの全体が、本発明の第２の梁部に相当する。

上記の第１の梁１２ａと第２の梁１２ｂにより複数の少領域に分割されており、分割された領域に正方形のメンブレン１３が存在する。メンブレン１３は、パターン配置可能な領域である。

上記のようにして、ＸＹ座標系に対して±４５°から多少ずらして第１の梁１２ａと第２の梁１２ｂが形成されている。ここで、上記のような梁の傾きとしたのは、梁の傾きと梁と梁の間隔が、３：４：５の直角三角形を満たすことから、設定する処理単位領域ＰＵＦのサイズに丸めの誤差が発生しないからである。これは、処理単位領域ＰＵＦを区画するグリッド線Ｇは、図６に示すようにＸＹ座標系のＸ方向とＹ方向に沿って設定していることによる。

同様の観点から、第１の梁１２ａがＸＹ座標系に対して３／４の傾きで延びるものとし、第２の梁１２ｂがＸＹ座標系に対して−４／３の傾きで延びるものとしてもよい。なお、梁幅や、メンブレンの寸法は、第１実施形態と同様である。

図１９は、図１２と同じ条件（マージン領域１３ｂを含む梁１２の幅を２００μｍとし、メンブレン１３のパターン配置領域１３ａを１８ｍｍ角とする）で梁１２の傾きを図１８のようにして作製したマスクにおける、相補露光に適用可能なダイサイズを示す図である。

図１９も同様に、黒塗りの領域におけるダイサイズが、上記のマスクにより相補露光が可能であることを示している。図１９に示すように、第１実施形態に比べて適用可能なダイサイズは少なくなっているが、第１実施形態では適用不可能な２２×２２、２４×２４、２６×２６のサイズの正方形のダイに対して、上記のマスクで相補露光が可能であることがわかる。

図２０は、メンブレン１３のパターン配置領域１３ａを１．７５ｍｍ角に変更し、梁１２の傾き等の他の条件は図１９の場合と同じに作製したマスクにおける、相補露光に適用可能なダイサイズを示す図である。

図２０も同様に、黒塗りの領域におけるダイサイズが、上記のマスクにより相補露光が可能であることを示している。図２０に示すように、図１９の条件で作製したマスクでは適用不可能である、例えば２１×２１、２３×２３、２５×２５のサイズの正方形のダイに対しては、上記のマスクでは相補露光が可能となることがわかる。ただし、この場合においても、第１実施形態に比べて適用可能なダイサイズは少なくなっている。

以上のように、１種類のマスクでは、全てのサイズの正方形のダイに適用可能ではないが、パターン配置領域１３ａの寸法を僅かに変更することにより、適用可能な正方形のダイサイズを変えることができる。

本実施形態に係るマスク、当該マスクを用いた露光方法、当該露光方法を適用した半導体装置の製造方法においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本実施形態では、梁１２により分割された各メンブレン１３が正方形の例について説明したが、長方形であってもよい。また、本実施形態では第１の梁１２ａと第２の梁１２ｂが直角で交わる例について説明したが、直角以外で交わっていてもよい。また、本実施形態で説明した露光装置の構成は一例であり、装置構成を変更しても良く、等倍露光以外にも電子線縮小投影露光に使用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露光の例について説明したが、荷電粒子線であればイオンビームを採用することも可能である。また、本実施形態では、ＳＯＩ基板からマスクを作製する例について説明したが、マスクの作製方法に限定はない。本実施形態で挙げた材料や数値は一例であり、これに限定されるものではない。
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。 マスクの構成の一例を示す平面図である。 図２に示すマスクの模式的な断面図である。 梁の詳細な構成を示す図である。 本実施形態に係るマスクにパターンを配置するための相補分割処理について説明するための図である。 梁近傍を拡大し、実際の梁、マージン領域およびパターン配置領域の大きさの関係を示す図である。 単位露光領域１０Ａの一部の梁配置を示す図である。 単位露光領域１０Ｂの一部の梁配置を示す図である。 単位露光領域１０Ｃの一部の梁配置を示す図である。 単位露光領域１０Ｄの一部の梁配置を示す図である。 図７〜図１０に示す梁配置を全て重ねた図である。 第１実施形態に係るマスクにおける相補露光に適用可能なダイサイズを示す図である。 メンブレンのパターン配置領域のサイズを変更した場合の第１実施形態に係るマスクにおける相補露光に適用可能なダイサイズを示す図である。 本実施形態に係るマスクの作製方法の一例を示す工程断面図である。 本実施形態に係るマスクの作製方法の一例を示す工程断面図である。 本実施形態に係るマスクの作製方法の一例を示す工程断面図である。 本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図である。 第２実施形態に係るマスクの梁配置を説明するための図である。 第２実施形態に係るマスクにおける、相補露光に適用可能なダイサイズを示す図である。 メンブレンのパターン配置領域のサイズを変更した場合の第２実施形態に係るマスクにおける相補露光に適用可能なダイサイズを示す図である。

符号の説明

１…露光装置、２…電子銃、３…コンデンサレンズ、４…アパーチャ、５ａ，５ｂ…主偏向器、６ａ，６ｂ…副偏向器、１０…マスク、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…単位露光領域、１１…支持枠、１２…梁、１２ａ…第１の梁、１２ｂ…第２の梁、１３…メンブレン、１４…パターン、１５…シリコン基板、１６…酸化シリコン膜、１７…シリコン層、１８…ハードマスク、１９…レジストパターン、２０…被処理基板、２１…被加工層、２２…レジスト膜、１００…マスクブランクス

Claims (3)

1. 支持枠と、
   前記支持枠で囲まれた領域を分割する梁部と、
   前記梁部により分割された領域に形成された薄膜と、
   前記薄膜に形成され、被露光体に転写すべき回路パターンが相補分割されたパターンの開口と
   を有し、
   前記支持枠で囲まれた領域内に、前記被露光体に重ねて露光するための４つの単位露光領域が設定され、４つの前記単位露光領域を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つの前記単位露光領域の前記薄膜が存在するようにしたマスクであって、
   前記梁部は、
   前記パターンの位置を指定するためのＸＹ座標系を構成する２つの座標軸であって、前記４つの単位露光領域が隣接して並ぶＸ軸方向とＹ軸方向とに対して傾いて延びる梁が、互いに等間隔で複数配列した第１の梁部と、
   前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とに対して傾いて延び、かつ、前記第１の梁部の梁と交差する梁が、互いに等間隔で複数配列した第２の梁部と
   を有し、
   前記第１の梁部は、前記ＸＹ座標系において４／３または３／４の傾きで延びるように梁が構成され、
   前記第２の梁部は、前記第１の梁部と直交して延びるように梁が構成されている
   マスク。
2. マスクの４つの単位露光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つの前記単位露光領域を重ねて露光する露光方法であって、
   前記マスクは、
   支持枠と、
   前記支持枠で囲まれた領域を分割する梁部と、
   前記梁部により分割された領域に形成された薄膜と、
   前記薄膜に形成され、被露光体に転写すべき回路パターンが相補分割されたパターンの開口と
   を有し、
   前記支持枠で囲まれた領域内に、前記被露光体に重ねて露光するための４つの単位露光領域が設定され、４つの前記単位露光領域を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つの前記単位露光領域の前記薄膜が存在するようにしたマスクであって、
   前記梁部は、
   前記パターンの位置を指定するためのＸＹ座標系を構成する２つの座標軸であって、前記４つの単位露光領域が隣接して並ぶＸ軸方向とＹ軸方向とに対して傾いて延びる梁が、互いに等間隔で複数配列した第１の梁部と、
   前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とに対して傾いて延び、かつ、前記第１の梁部の梁と交差する梁が、互いに等間隔で複数配列した第２の梁部と
   を有し、
   前記第１の梁部は、前記ＸＹ座標系において４／３または３／４の傾きで延びるように梁が構成され、
   前記第２の梁部は、前記第１の梁部と直交して延びるように梁が構成されている
   露光方法。
3. 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り、
   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は、
   前記マスクの４つの単位露光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つの単位露光領域を重ねて露光する半導体装置の製造方法であって、
   前記マスクは、
   支持枠と、
   前記支持枠で囲まれた領域を分割する梁部と、
   前記梁部により分割された領域に形成された薄膜と、
   前記薄膜に形成され、被露光体に転写すべき回路パターンが相補分割されたパターンの開口と
   を有し、
   前記支持枠で囲まれた領域内に、前記被露光体に重ねて露光するための４つの単位露光領域が設定され、４つの前記単位露光領域を重ねた際に、任意の位置において少なくとも２つの前記単位露光領域の前記薄膜が存在するようにしたマスクであって、
   前記梁部は、
   前記パターンの位置を指定するためのＸＹ座標系を構成する２つの座標軸であって、前記４つの単位露光領域が隣接して並ぶＸ軸方向とＹ軸方向とに対して傾いて延びる梁が、互いに等間隔で複数配列した第１の梁部と、
   前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とに対して傾いて延び、かつ、前記第１の梁部の梁と交差する梁が、互いに等間隔で複数配列した第２の梁部と
   を有し、
   前記第１の梁部は、前記ＸＹ座標系において４／３または３／４の傾きで延びるように梁が構成され、
   前記第２の梁部は、前記第１の梁部と直交して延びるように梁が構成されている、
   半導体装置の製造方法。

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