JPH05158218A - マスク基板および描画方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高精度で高品質な位相シフトマスクを実現し得
るマスク基板及び位相シフトマスクの描画方法を提供す
る。 【構成】一層目，二層目の高精度な位置決めを実行する
ためのマーク１，２を形成したマスク基板３と、このマ
スク基板３を用い、一層目の描画にはマスク基板３と偏
向領域との回転補正を実行せず、二層目の描画のときだ
け一層目との相対的回転補正を実行する描画方法。 【効果】高精度で高品質な位相シフトマスクを容易に実
現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は位相シフト技術を用いた
縮小投影露光装置のマスクもしくはレチクルを高精度に
作成するのに好適なマスク基板と位相シフトマスクの描
画方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の製造工程では、それぞれの工程
に対応して多品種のマスクを必要とする。これらのマス
クは、その工程で必要とされる特定の回路パタ−ンが形
成されたもので、遮光膜を加工して、そのマスクパタ−
ンが形成されている。したがって、従来のマスク製作工
程では図１(ａ)に示したように遮光膜１層を加工するだ
けでこと足りた。このため、例えば、特開昭47−7073号
公報に開示されたように、マスク基板表面にマークを形
成することは検討されてきたが、主たる目的は、一つの
マスク基板上に複数のマスクパタ−ンを形成する場合
に、マスク基板上でそれぞれのマスクパターンの大きさ
を制御し、二次元的な配列精度を向上させることであっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体の加工レ
ベルが光転写の限界に近づくにつれて、微細パタンを解
像度良く転写する技術として位相シフト法が盛んに検討
されている。これは、図２(ｄ)〜(ｆ)に示したように、
位相シフタ層を従来の遮光膜上の特定の位置に配置し、
シフタ層を通過した光の位相を１８０度シフトさせ、単
に遮光膜を通過しただけの光と干渉させて、パタン間の
コントラストを向上させることを特徴とする技術であ
る。このため、従来のマスク加工では、マスク基板上に
形成される半導体素子のパターンは遮光膜だけを加工す
れば良かったのに比べ、図１(ｂ)に示したように、遮光
膜加工後に、この遮光膜を下地として、さらに、高精度
に位置決めして二層目のシフタ層を形成することが必要
となっていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】マスクの製造装置である
電子ビーム露光装置を用いる場合、電子ビーム用のマー
クをマスク基板上に予め位置関係を定めて形成してお
き、描画に先だってマーク検出することにより、マスク
基板の電子ビーム露光装置内での装填誤差を検出し、こ
れを補正してマスクパターンとシフタパターンの高精度
な位置決めを可能にする。

【０００５】

【作用】近年、半導体の高集積化に伴って加工寸法は微
細化の一途をたどり、従来のマスクを用いた転写では、
図２(ａ)〜(ｃ)に示したように、隣接するマスクパタ−
ンを透過した光が十分に分離されず、互いの影響を受け
てウェハ上での光強度のコントラストを低下させること
が問題点として指摘されている。位相シフト法の原理
は、図２(ｄ)〜(ｆ)に示したように、パターニングされ
た遮光膜の特定の場所にマスク透過光の位相を反転させ
るシフタ層を形成して透過光同士を干渉させ、ウェハ上
での光強度のコントラストを強調し、解像性を向上させ
るものである。

【０００６】この位相シフト法では、第一層目の遮光膜
をパターニングした後、シフタ材からなる層を形成しレ
ジストを塗布したマスク基板に、シフタパタ−ンの配置
情報に従って描画し、シフタパターンを形成する。従来
のマスク製作工程と位相シフトマスクの製作工程との基
本的な相違は、図１(ｂ)に示したように、一層目の遮光
膜に形成されたパタ−ンと二層目のシフタパタンとを相
互に高精度に位置決めする必要があることである。この
相互位置決めでは、マスクパターンを描画する装置（一
般的には、電子ビーム露光装置）に基板を装填したとき
の装填誤差を補正して、一層目，二層目のそれぞれの描
画開始点を一致させることと互いの偏向領域の回転補正
を行うことが特に重要である。このため、マスク基板上
に予め電子ビームのマークを形成しておき、このマーク
位置を電子ビームで検出して、偏向領域の回転量を補正
し、描画開始点との位置関係を相対的に決めて描画を実
行すれば、一層目，二層目の相互の高精度な位置決めが
実現できる。

【０００７】また、マスクパタ−ンを描画する電子ビー
ム露光装置にマスク基板を装填すると、図３に示すよう
に装填する度に装置内部で回転誤差、位置シフトを生じ
る。この誤差を無くすことは装置製作上極めて難しいの
で、マスクパタ−ンの描画に先だってこれらを補正し一
層目，二層目の描画パタ−ンを高精度に位置決めするこ
とが必要である。

【０００８】ところで、最近は高速性に注目が集まり可
変成形方式に代表される、いわゆる、面積ビーム方式の
電子ビーム露光装置が使われることが多い。この方式で
は偏向領域の回転補正は容易に実行できるが、ビームそ
のものと偏向領域との回転関係を補正することは、煩雑
な調整を必要としているのが実情である。従って、マス
ク基板と偏向領域の回転補正を実行し、パタ−ンを描画
してみると、図４に示したように、描かれる図形にショ
ット接続の異常が現れてくる。一方、位相シフトマスク
を適用するマスクの加工には、０.０５〜０.０７μｍと
いう高い精度が要求されるので、電子ビーム露光装置に
装填されたマスク基板に対して回転の許容値は１０〜４
０ｍｒａｄとなり、マスク基板装填時に何らかの機械的
な回転調整を必要とし、実用上問題を生じる。

【０００９】このため、第一層を描画する時には、マス
ク基板と偏向領域の回転角，描画開始点はそれぞれ第二
層目の描画情報として保持しておき、偏向領域の回転補
正をせずにマスクパタ−ンの描画を行なう。従って、偏
向領域とビームの接続方向とは一致しているので、高精
度なパタ−ン描画が実現できる。第二層目を描画する際
には、マスク基板とこのときの偏向領域の回転量を求
め、第一層目との回転量の差分だけ偏向領域の回転補正
を行ない、なおかつ、描画開始点のずれを補正する。こ
のようにすれば、第二層のシフタパターンは、図２にも
示したように遮光膜を除去した部分を渡って形成される
ことが多いので、図４に点線で示したように、シフタパ
ターンのエッジ部分は遮光膜上にあると考えて差し支え
ない。従って、第二層目の端部に生じるこのエッジのぎ
ざぎざは遮光膜に遮られて転写されないので、第二層目
にだけ一層目との相対的な回転補正、描画開始点の位置
シフト補正を実行すれば、位相シフトマスクの一層目，
二層目との高精度な位置決めと高品質なマスクパターン
を実現できる。

【００１０】

【実施例】図５は、本発明の第一の実施例である。光に
対して透明な材料で作られたマスク基板３の表面に遮光
膜（図示せず）が形成されている。マスク基板３には、
マスクパタ−ンを描画するマスクパタ−ン描画領域８が
予め想定されており、その周辺に、予めそれぞれ位置を
定めて電子ビーム用のマーク１，２が形成されている。
このため、マスク基板３を電子ビーム露光装置に装填
し、マーク１，２の位置情報に従ってマーク検出を実行
すると、その時の装置への装填誤差を含めてマーク１、
２の電子ビーム露光装置の試料ステージ上での位置座標
(Ｘ１１,Ｙ１１)，(Ｘ２１，Ｙ２１）を検出できる。従
って、複数個所にマークを形成しておけば、θ＝Ａrcta
n((Ｙ２１−Ｙ１１)／(Ｘ２１−Ｘ１１)）から、ステー
ジに固定された描画座標系との回転量θ、描画開始点の
位置シフト分を検出できる。従って、これらを一層目，
二層目の描画に先だって実行することにより、それぞれ
の層の描画開始点の位置関係をマーク検出された座標を
介して高精度に決定できる。このとき、図５に示すよう
にマーク１、２の位置は、マーク２′のいずれかから選
んでも良い。またマークの構造は、図６(ａ)(ｂ)に示す
ように、遮光膜に段差を設けるか、マスク基板材に段差
を設けてから遮光膜で被覆しても、電子ビームのマーク
として供することができる。さらに、電子ビームの反射
率の差を利用しても良いので、遮光膜と反射率のことな
る物質でマークを形成しても良い。従って、遮光膜材と
マスク基板材の反射率に十分な差があるときは、図６
(ｃ)のように遮光膜を除去することでマークを形成する
こともできる。

【００１１】図７は、本発明の第二の実施例である。電
子ビーム露光装置に装填されたマスク基板は、装填の際
の誤差により、位置シフトと回転誤差を生じる。これを
補正するためには、マスク基板上に設けられたマークを
電子ビームで検出し、ステージ座標に対する位置シフト
と回転量を検出し、これを偏向器にフィードバックし
て、偏向領域を回転させ、位置シフト分だけ全体に偏向
量にオフセットを与えれば補正可能である。これに類似
の方法は、直接描画における合わせ補正方法がある。と
ころで、現在マスクやレチクルの製造に用いられている
可変成形方式に代表される面積ビーム方式の電子ビーム
露光装置では、偏向領域の座標系と面積ビームの接続方
向が一致していることが高精度描画を実現する上で重要
である。しかし、マスク基板とステージ座標の装填誤差
を補正しようと回転させると、第一層目パターンの加工
精度を劣化させるので、第一層目は装填誤差（回転量，
位置シフト）を計測して、その値を記録または記憶して
おき、描画に際しては偏向領域の回転補正をせずにマー
クと描画開始点との位置シフト補正だけを実行する。こ
の記録または記憶には、制御用の計算機のメモリに専用
の記憶部を割り付けても良く、描画記録としてディスク
に格納したりプリンタに出力してもよい。また、回転
量，位置シフトの情報をバーコード化して、マスク基板
にバーコードパタンを描画しておき読み出すことも可能
である。

【００１２】次に、第二層描画に先だって、マーク検出
を実行し、第一層目と同様に装填誤差を検出し、回転量
θ１と回転量θ２の差を取れば、第一層目と第二層目の
相対的な回転誤差を検出できる。これに基づき偏向領域
の回転補正を実行できる。この時、シフタパターンの多
くはLevenson型と呼ばれるパタ−ンなので、図２(ｄ)に
示したように、パタ−ンの端部は遮光膜上にあり、そこ
に生じるぎざぎざ状のパターン不良は遮光膜にさえぎら
れて、ウェハ上には転写されないので、二層目には偏向
領域の回転補正を施して差し支えない。従って、第二層
目にだけ回転補正を実行して、その後に位置シフト補正
を実行すれば、一層目と二層目を高精度に重ね合わせる
ための位置決めと高品質な位相シフトマスクを実現でき
る。

【００１３】図８は、本発明の第三の実施例である。一
般的に、マスク基板は硝子系の透明材料であることが多
く、基板表面の遮光膜はクロム膜や酸化クロム膜などの
材料が用いられることが多いので、電子ビームの反射率
は、遮光膜で大きく、基板材で小さい。このため、遮光
膜に電子ビーム露光装置でマーク図形を描画すれば、第
一層目のマスクパターンを遮光膜に加工する工程を利用
して、電子ビーム用のマークを形成することができる。
従って、第一層目の描画を実行する直前もしくは直後
に、マスクパターン描画領域と相対的に位置関係を定め
て、マスクパターン描画領域の周辺にマーク図形を描画
すれば、一層目のマスクパターンを形成する工程で、マ
ークも同時に形成できる。このマークに対してマーク検
出を実行し、マスク基板と偏向系の回転量θ２を検出す
れば、この値が一層目と二層目の相対的な回転量そのも
のである。これ以降は、図７の実施例と同様の手順で回
転補正，位置シフト補正を実行すれば良い。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、位相シフトマスクを製
造する上で、一層目の遮光膜を加工して形成されるマス
クパターンと二層目の位相シフタパターンとを高精度に
位置決めすることができるマスク基板を提供するととも
に、このマスク基板を用いた描画方法により、高精度ば
かりでなく、高品質な位相シフトマスクの加工を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来マスク製造工程と位相シフトマスクの製造
工程図。

【図２】位相シフトの原理説明図。

【図３】一層目と二層目の重ねあわせの説明図。

【図４】偏向系を回転補正したときの矩形ビームに生じ
る接続異常の説明図。

【図５】本発明の一実施例の説明図。

【図６】マーク構造に関す説明図。

【図７】本発明の第二の実施例のフローチャート。

【図８】本発明の第三の実施例のフローチャート。

【符号の説明】

１，２，２′…マーク、３…マスク基板、８…マスクパ
ターン描画領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｆ 7/20 ５２１ 7818−2Ｈ Ｈ０１Ｌ 21/027 (72)発明者 太田 洋也 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 鉾谷 義男 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日立 製作所計測器事業部内 (72)発明者 法元 盛久 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所武蔵工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体素子製造に用いるマスク基板におい
   て、遮光膜に加工されたマスクパタ−ンと、前記マスク
   パタ−ンの特定の場所にマスク透過光の位相を変化させ
   る位相シフタとを高精度に配置するため、電子ビ−ム用
   のマークを予め形成したことを特徴とするマスク基板。
2. 【請求項２】マスクパタ−ンの描画領域の周辺の複数ケ
   所に予め互いに間隔を定めてマークを形成したマスク基
   板と、位置検出機能を備えた電子ビーム露光装置を用い
   る位相シフトマスクの描画方法において、第一層目の描
   画に先だって電子ビームでマーク上を走査することによ
   り位置検出を実行して、描画開始点とマスク基板に対す
   る偏向領域の回転量を求めて記憶した後に描画を実行
   し、第二層目の描画に先だって求められたマスク基板と
   偏向領域の回転量と前記回転量の差を算出して、偏向領
   域の第一層に対する相対的な回転を補正し、描画開始点
   のずれを補正することを特徴とする位相シフトマスクの
   描画方法。
3. 【請求項３】位置検出機能を備えた電子ビーム露光装置
   を用いる位相シフトマスクの描画方法において、第一層
   の描画開始直前、もしくは、第一層の描画完了直後に、
   マスクパタ−ン描画領域の周辺にあって予めマスクパタ
   −ン描画領域との相対関係を定めた複数ヵ所にマーク図
   形を描画することにより、第一層目のマスクパタ−ンを
   遮光膜上に加工する工程を利用して遮光膜上に電子ビー
   ム用のマークを形成し、第二層目の描画に先だってこれ
   らのマークを走査し位置検出することにより、第一層目
   と第二層目の偏向領域の相対的な回転量を求め、第二層
   目の描画に先だって偏向領域の第一層に対する相対的な
   回転を補正し、描画開始点のずれを補正することを特徴
   とする位相シフトマスクの描画方法。