JP4369248B2 - マスク作成方法、パターン露光装置、及び、マスク - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイス製造時の露光工程（すなわちリソグラフィ工程）で用いられるマスクの作成方法、及びマスクへパターン描画するための装置に関する。

リソグラフィ工程では、水銀ランプにおける波長３６５ｎｍのｉ線を光源とするｉ線露光装置（広くｉ線ステッパと呼ばれる。）や、紫外域である波長２４８ｎｍのレーザ光を発振するＫｒＦエキシマレーを光源としたＫｒＦ露光装置が広く利用されている。また、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを光源とするＡｒＦ露光装置も量産に利用され始められている。

これらＫｒＦ露光装置やＡｒＦ露光装置では、半導体チップのパターンよりも４倍大きなパターンを有するレチクル（あるいは、マスク、及びフォトマスクとも呼ばれるが、ここではマスクと呼ぶ。）に刻まれた回路パターンを、縮小率１／４の縮小投影光学系によってウエハ上にパターン転写（パターン露光、パターン描画とも呼ばれる。）するものである。

一方、マスクにパターン露光する装置（一般にマスク描画装置と呼ばれる。）としては、一般に電子ビーム露光装置（あるいは電子ビームマスク描画装置と呼ばれる。）が利用されているが、紫外光を用いてパターン露光することも可能である。そこで、本発明者らは、マスク描画装置としても利用できるように、紫外光を露光光源に用いてマイクロミラーデバイスを利用したパターン描画装置を、例えば、特願２００３−３７４８４６号（特許文献１）、特願２００３−３９９１０１号（特許文献２）、特願２００３−４１４７６３号（特許文献３）などにおいて説明してきた。

これらのパターン描画装置では、露光光として紫外光を用いて、紫外光を照射させたマイクロミラーデバイスからの反射光によって、マスクなどの描画対象基板に対して、多数のスポット状に光を集光し、基板をステージで移動させることで、パターンを描画するものである。これによると、装置に必要な縮小投影光学系や基板移動用のステージに、一般の露光装置のものがそのまま利用できる特徴がある。

従来のパターン描画装置を用いて、特に、マスクを描画する装置を構成する場合、マスクのサイズは一辺１５２ｍｍの正方形で、厚みが約６．２５ｍｍであることから、前記パターン描画装置用のステージには、シリコンウエハに露光するための一般の露光装置用のステージをそのまま利用することは困難であった。つまり、シリコンウエハは形状が円形であり、直径は１５０ｍｍ、２００ｍｍ、及び３００ｍｍが一般的である。しかも、厚みは、一般に０．３〜０．８ｍｍであり、マスクに比べてかなり薄いからである。したがって、前記マスク描画装置のマスク用ステージに、一般の露光装置のウエハステージを利用するには、基板のハンドリング機構などに大改造が必要であった。

本発明の目的は、マスク描画装置のマスク用ステージに、一般の露光装置のウエハステージをそのまま利用できるマスク作成方法、及びマスク描画装置を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明では、直径約３００ｍｍまたは約２００ｍｍの円形状で０．８ｍｍ以下の厚みを有する第１の石英板にマスク用のパターンを描画し、かつ前記第１の石英板における少なくとも前記パターンが描画された部分を、平面形状において矩形形状を有し、且つ、５ｍｍ以上の厚みを有する第２の石英板に貼り付けたものをマスクとしたものである。ここで、矩形形状とは長方形形状だけでなく、正方形形状をも含むものとする。

これによると、前記直径約３００ｍｍ、または、約２００ｍｍの円形領域は、一般のマスクの描画エリアである１３２ｍｍ×１０４ｍｍをカバーすることができ（すなわち、直径１６８ｍｍ以上になると、この描画エリアを不足無くカバーする。）、しかも０．８ｍｍ以下の厚みにすることで、形状と厚みの両方でシリコンウエハ（３００ｍｍウエハ、及び２００ｍｍウエハ）と同等になるため、ハンドリングには露光装置のウエハステージをそのまま利用できるようになる。

ところが、厚みを０．８ｍｍ以下とする場合、通常のマスクに比べて約１／８以下と大幅に薄くなってしまう。そのため、第１の石英板だけをマスクとして利用した場合、露光時は周囲のみを保持するため、描画パターンが付けられた部分が自重によって撓んでしまう。そこで、より厚い第２の石英板に貼り付けることで、合わせた厚みを通常のマスクと同じ６．２５ｍｍ程度にできるため、描画パターンが付けられた部分が撓むことはない。

また、第２の石英板に貼り付ける際の接着剤として、紫外線硬化樹脂を用いることができる。紫外線硬化樹脂を用いれば、露光中に接着剤が紫外光に照射されても、接着部が劣化や軟化することがない。

接着剤として、エポキシ樹脂系の主剤と脂肪族ジアミン系の硬化剤とによる二成分型の接着剤を利用してもよい。この種の接着剤は、接着層に気泡が残らないので本発明に好適である。

接着剤として、あるいは石英を主成分とした低膨張ガラスを利用してもよく、接着層の膨張率が小さいことから、本発明に適している。

本発明によると、マスク描画装置用のステージに、既に市販品として多く出回っている一般の露光装置のウエハステージをそのまま利用できることから、マスク描画装置を開発する際の新規製作項目が減るため、設計等の開発費用も考慮して設定される製品価格を大幅に低減できるようになった。

さらにまた、本発明のマスク作成方法に基づくマスク描画装置では、基板となる円形石英板がシリコンウエハと同等の大きさであるため、シリコンウエハにもパターン描画することができる。すなわち、直接描画装置としても利用できる。

また、本発明のマスク作成方法とマスク作成装置は、マスクリピータと呼ばれるマスク作成方法におけるマザーマスクやマザーマスク描画装置にも適用できる。

以下、本発明の第１実施例を図面を用いて説明する。

図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び、（ｄ）は本発明の第１実施例に係るマスク作成方法１００を説明する図であり、図１（ａ）に示されたマスク描画装置１０１を用いて、図１（ｄ）に示されたマスク１１０を作成するまでを示している。マスク１１０のパターン部の基板となる円形石英板１０３は、直径２００ｍｍ、厚みが０．７２５ｍｍの石英から成る。これが本発明の第１の石英板であり、パターン描画前に、その表面にクロム膜が蒸着され、さらにレジストが塗布される。次に、図１（ａ）に示したように、円形石英板１０３の中央の矩形領域内に、マスク描画装置１０１によってパターン描画される。なお、マスク描画装置１０１はパターン描画装置１０５とＸＹステージ１０４とで構成され、このうち、パターン描画装置１０５の構成に関しては、図３を参照して後述する。

円形石英板１０３はパターン描画後、現像、エッチングの工程を経て、図１（ｂ）に示した斜線部のように、描画パターン１０６が形成される。この描画パターン１０６を不足無くカバーするように、点線で示したスクライブ部１０７に沿って、円形石英板１０３はレーザ照射され、図１（ｃ）に示したように、描画パターン切り出し部１０８のように切り出される。なお、スクライブ部１０７に沿ったレーザ照射には、円形石英板１０３にひびが入らずに、カットできるように、フェムト秒レーザを用いるのが好ましい。

描画パターン切り出し部１０８は、図１（ｄ）に示したように、本発明の第２の石英板である矩形石英板１０９上に貼り付けられる。ただし、描画パターン部１０６は貼り付けられる面と反対側になる。以上のように、矩形石英板１０９上に描画パターン切り出し部１０８を貼り付けたものがマスク１１０となる。図１（ｄ）に示されたマスク１１０は、第２の透明マスク基板である矩形石英板１０９はパターンを形成され、カットされた第１の透明マスク基板と相似形状を有しており、且つ、第１の透明マスク基板よりも平面サイズにおいて大きいことが分る。

以上のように、本発明に係るマスク描画装置１０１における描画対象である円形石英板１０３は直径２００ｍｍのシリコンウエハと同じサイズであるため、これを移動させるステージであるＸＹステージ１０４には、通常のスキャン型露光装置のウエハステージがそのまま利用できる。

次に、本発明の第２実施例として、マスク作成方法２００を図２を用いて説明する。マスク作成方法２００では、図１（ａ）に示されたマスク描画装置１０１を利用して、図２（ａ）に示したように、円形石英板１０３内に描画パターン１０６を形成した後、図２（ｂ）に示したように、矩形石英板１０９を貼り付ける。矩形石英板１０９が貼り付けられた後に、図２（ｃ）に示したように、円形石英板１０３において、矩形石英板１０９からはみ出した部分をカットして、マスク１１０が完成する。

図２（ｃ）からも明らかな通り、第２の透明マスク基板である矩形石英板１０９は４つのコーナー部と４つの辺を有する矩形形状を有しており、他方、カットされた第１の透明マスク基板である円形石英板１０３は第２の透明マスク基板の４つのコーナー部よりも小さく、前記第２の透明マスク基板の４つの辺を越えない平面サイズを有している。

第２実施例は、円形石英板１０３に矩形石英板１０９を貼り付けてから、円形石英板１０３のはみ出した部分をカットするという手順が図１に示した第１実施例と異なる。第２実施例によれば、カットした後に残る円形石英板１０３の部分が矩形石英板１０９と密着しているため、カットしやすくなる利点がある。

以上説明したように、本発明に係るマスクは一表面にパターンを描画された第１の透明マスク基板と、前記パターンを描画された一表面とは反対側の面に貼り付けられた第２の透明マスク基板とによって構成されている。

ここで、図１に示された本発明のマスク描画装置１０１におけるパターン描画装置１０５の構成を図３を用いて説明する。パターン描画装置１０５では、パターン形成にミラーデバイス１１０を用いている。ミラーデバイスとは、数十万から１００万個もの多数のマイクロミラーが並べられたデバイスのことである。図示していない露光光源からの紫外光Ｌ１をミラー１１１で反射させ、紫外光Ｌ２がミラーデバイス１１０に照射される。その結果、ミラーデバイス１１０で反射して下方に進む紫外光Ｌ３がパターンを有するようになる。紫外光Ｌ３は、レンズ１１２ａと１１２ｂとで構成された投影光学系１１３を通過する。これによって、ミラーデバイス１１０の表面のパターンがマイクロレンズアレイ１１４上に投影される。ここで、ミラーデバイス１１０における各マイクロミラーがマイクロレンズアレイ１１４における各マイクロレンズと１対１に対応するようになる。マイクロレンズアレイ１１４で各光線が集光される位置に、ピンホール板１１５が配置されている。このピンホール板１１５の像が、縮小投影光学系１１６によって、円形石英板１０３上に投影される。これによって、円形石英板１０３上には、多数のスポットの集合体が投影される。一方、円形石英板１０３は、図１に示されたＸＹステージ１０４でスキャン移動されるため、投影された多数のスポットが移動することで、描画パターンが形成される。

ただし、本発明のマスク描画装置１０１におけるパターン描画装置１０５の構成としては、前述した構成でなくてもよく、単純にミラーデバイス１１０を縮小投影させる方式でもよいし、あるいは多数本のレーザビームによってパターンを描画する方式でもよい。すなわち、紫外光によってパターン描画する装置であれば、一般の露光装置のウエハステージをそのまま利用できるため、本発明が適用できる。

なお、本発明における円形形状の第１の石英板の切断には、ウォータージェットを用いてもよい。ウォータージェットは、特にガラス板に熱歪みを与えずに切断できることが知られているため、本発明のように、薄い石英板の切断に適しているからである。また、円形形状の第１の石英板のカッティング（切断）には、ＣＯ_２レーザを使用しても良い。当該ＣＯ_２レーザは波長が約１０μｍと長いため、エキシマレーザ等の紫外光レーザに比較して、石英中に深く浸透する（即ち、吸収長が長い）ことから、厚さ１ｍｍ程度なら極めて綺麗にカットできる。

さらにまた、本発明における第１の石英板と第２の石英板との接着には、エポキシ樹脂系の主剤と脂肪族ジアミン系の硬化剤とによる二成分型の接着剤を利用してもよい。この種の接着剤は、接着層に気泡が残らないことで知られている。

また、接着剤として、あるいは石英を主成分とした低膨張ガラスを利用してもよく、接着層の膨張率が小さいことから、本発明に適している。これに関しては、例えば、特開２００２−０６０２４６に開示されたものを使用することができる。

本発明に係るマスク作成方法は半導体ウェハの露光に使用されるパターン描画装置をそのまま使用してマスクを作成できる。なお、実施例では、第１及び第２の透明マスク基板を用いたマスクのみについて説明したが、より多くの透明マスク基板を積層することによってマスクを構成することも可能である。

（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び、（ｄ）は本発明に係るマスク作成方法１００に使用されるマスク描画装置、及び、マスク作成工程を順次説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）、及び、（ｃ）は本発明の第２の実施例に係るマスク作成方法２００を工程順に説明する図である。 本発明に使用されるパターン描画装置１０５の一例を示す図である。

符号の説明

１００ マスク作成方法
１０１ マスク描画装置
１０３ 円形石英板
１０４ ＸＹステージ
１０５ パターン描画装置
１０６ 描画パターン
１０７ スクライブ部
１０８ 描画パターン切り出し部
１０９ 矩形石英板
１１０ マスク
１１１ ミラー
１１２ａ、１１２ｂ レンズ
１１３ 投影光学系
１１４ マイクロレンズアレイ
１１５ ピンホール板
１１６ 縮小投影光学系
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ 紫外光

Claims (18)

1. 紫外光によってパターン露光するパターン描画装置に用いるマスクの作成方法において、直径１５０ｍｍ以上の円形状で１ｍｍ以下の厚みを有する第１の透明マスク基板にパターンを描画する工程と、パターンを描画した前記第１の透明マスク基板のうち少なくとも前記パターンが描画された部分を、５ｍｍ以上の厚みを有する第２の透明マスク基板に貼り付ける工程とを含むことを特徴とするマスク作成方法。
2. 請求項１に記載のマスク作成方法において、前記第１の透明マスク基板を前記第２の透明マスク基板に貼り付ける工程の前または後において、前記第１の透明マスク基板または前記第１の透明マスク基板および前記第２の透明マスク基板の両方を加工して前記パターン描画装置に用いるマスクとして適した平面形状とする工程を含むことを特徴とするマスク作成方法。
3. 請求項２に記載のマスク作成方法において、前記平面形状が矩形であることを特徴とするマスク作成方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のマスク作成方法において、前記第２の透明マスク基板が矩形であることを特徴とするマスク作成方法。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のマスク作成方法において、前記第１の透明マスク基板は直径が２００ｍｍ以上３００ｍｍ以下であり、厚さが０．８ｍｍ以下であることを特徴とするマスク作成方法。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のマスク作成方法において、前記第１および第２の透明マスク基板の材料として石英を用いることを特徴とするマスク作成方法。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のマスク作成方法において、前記第１の透明マスク基板を前記第２の透明マスク基板に貼り付ける工程が、紫外線硬化型接着剤、エポキシ樹脂系の主剤と脂肪族ジアミン系の硬化剤とによる二成分型の接着剤および石英を主成分とする低膨張ガラスを含む接着剤のうちの少なくとも一つを用いて接着する工程を含むことを特徴とするマスク作成方法。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のマスク作成方法によって作成したマスクを用いることを特徴とするパターン露光装置。
9. 請求項１乃至７のいずれかに記載のマスク作成方法によって作成したマスクを用いてパターン露光することを特徴とするパターン露光方法。
10. 請求項１乃至７のいずれかに記載のマスク作成方法によって作成したマスクを用いてパターン露光することを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. パターンをウェハ上に露光するのに使用されるマスクの作成方法において、前記ウェハと実質的に同一の平面形状及び厚さを有する第１の透明マスク基板にパターンを描画する工程と、パターンを描画した前記第１の透明マスク基板のうち少なくとも前記パターンが描画された領域を支持する第２の透明マスク基板に貼り付ける工程とを含むことを特徴とするマスク作成方法。
12. 請求項１１において、前記第１の透明マスク基板は前記ウェハと実質的に同一の平面サイズを有していることを特徴とするマスク作成方法。
13. 請求項１１又は１２において、前記第２の透明マスク基板は前記パターンを描画された第１の透明マスク基板の表面とは反対側の面に貼り付けられることを特徴とするマスク作成方法。
14. 請求項１１〜１３のいずれかにおいて、前記第１及び第２の透明マスク基板はそれぞれ円形形状及び矩形形状であり、前記パターンを描画された第１の透明マスク基板は矩形形状にカットされた後、前記第２の透明マスク基板に貼り付けられることを特徴とするマスク作成方法。
15. 請求項１１〜１３のいずれかにおいて、前記第１及び第２の透明マスク基板はそれぞれ円形形状及び矩形形状であって、前記第１の透明マスク基板は前記第２の透明マスク基板の４つのコーナー部を越えず、且つ、第２の透明マスク基板の４つの辺を越える平面サイズを有しており、前記第１の透明マスク基板は前記第２の透明マスク基板に貼り付けられた後、前記第２の透明マスク基板を超える部分をカットする工程を含んでいることを特徴とするマスク作成方法。
16. 一表面にパターンを描画された第１の透明マスク基板と、前記パターンを描画された一表面とは反対側の面に貼り付けられた第２の透明マスク基板とを含むことを特徴とするパターン描画用マスク。
17. 請求項１６において、前記第２の透明マスク基板は前記第１の透明マスク基板と相似形状を有しており、且つ、前記第１の透明マスク基板よりも平面サイズにおいて大きいことを特徴とするパターン描画用マスク。
18. 請求項１６において、前記第２の透明マスク基板は４つのコーナー部と４つの辺を有する矩形形状であって、前記第１の透明マスク基板は前記第２の透明マスク基板の４つのコーナー部よりも小さく、前記第２の透明マスク基板の４つの辺を越えない平面サイズを有していることを特徴とするパターン描画用マスク。
    
    

Images