JPH1126357A

JPH1126357A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH1126357A
Application number: JP9182098A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yoshimura; 俊之吉村; Fumio Murai; 二三夫村井; Kazuhiko Sato; 一彦佐藤; Jiro Yamamoto; 治朗山本; Tsuneo Terasawa; 恒男寺澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の光学的転写装置を用いて露光すると、装
置固有の光学的歪が存在するため合わせずれが発生し、
不良を生ずる。【解決手段】個々の光学的転写装置の光学系の歪を測定
しておき、光学的転写装置による二つの露光層の間に、
粒子線描画装置のユニットによる描画層を挟むことによ
り、用いる光学的転写装置の光学的歪の平均値を光学的
歪とみなして光学的転写装置の歪ならびに半導体基板自
体の歪を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は微細な半導体装置を
形成するのに好適な半導体装置の製造方法に関し、特に
生産性が高く高精度な半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の形成において、パターンを
形成する技術を一般にリソグラフィと呼ぶ。このリソグ
ラフィ技術による微細パターン形成方法において、現在
一般に用いられている工程は図１に示す手順に従ってい
る。まず加工すべき被加工半導体基板１１に疎水化処理
を施す。これはレジストと呼ばれる主に有機樹脂からな
る薄膜の被加工半導体基板１１への接着性を高める処理
である。次に図１（ａ）に示すように、レジスト１２溶
液を被加工半導体基板１１に滴下して、主に回転塗布等
の方法でレジスト１２を被加工半導体基板１１に被着さ
せる。そしてレジスト溶液中の溶媒を飛散させるため、
一般に加熱処理（以下、ベークとする）を行う。このベ
ークは一定の温度に設定されたホットプレート上で被加
工半導体基板１１を一定時間静置することにより行われ
る。

【０００３】そして図１（ｂ）に示すように、紫外線や
電子線等のエネルギー線１３を所望のパターンに従い選
択的に照射し、パターンの潜像１４を形成する。ここで
上記のエネルギー線１３の照射により、レジスト１２内
に化学変化が発生する。ここにおいて、パターン照射部
である潜像１４部とパターン未照射部とに、現像液への
溶解速度に差が生じる。次いで現像液中に被加工半導体
基板１１を浸漬する。上記のように、現像液への溶解速
度に差があることから、所望のパターンを形成すること
ができる。

【０００４】ここでは、潜像１４部の溶解速度が小さく
なる場合について記述する。潜像１４部の溶解速度が小
さくなって、この部分が残存する場合、図１（ｃ）に示
すようにレジストパターン１５が得られる。このような
レジストを、一般にネガ型レジストと呼ぶ。一方、潜像
１４部の溶解速度が大きくなる場合、このようなレジス
トを一般にポジ型レジストと呼ぶ。

【０００５】このようにしてレジストパターンを形成し
た後に、レジストパターンをマスクとして図１（ｄ）に
示すように、主にガスプラズマによるドライエッチング
によって被加工半導体基板１１が削られ、加工が行われ
る。

【０００６】一般にリソグラフィにおいては、パターン
を重ね合わせて形成することが必須である。たとえば、
配線層にコンタクトホール層を合わせて形成する等の処
理が、半導体装置を形成するためには必要である。そし
て一般的に、各層毎にパターン形成のためのエネルギー
線を選択する必要がある。ところで、上記のパターン形
成のためのエネルギー線として紫外線等の光学的手段を
用いる場合と、電子線等の荷電粒子線を用いる場合には
根本的な差異がある。

【０００７】すなわち、一般に前者の場合、マスクある
いはレチクルと呼ばれる石英ガラス製の原板を用いる。
これには所望のパターンの拡大図が遮光部あるいは非遮
光部で形成されており、レチクルに一括して光が照射さ
れ、非遮光部を透過した光が光学レンズを通して、パタ
ーンの縮小像が被加工半導体基板上のレジストに転写さ
れて、潜像が形成される。

【０００８】これに対して後者の場合、一般に所望のパ
ターン全体を含むマスクあるいはレチクルは存在せず、
所望のパターンデータが荷電粒子線描画装置の偏向系に
転送され、荷電粒子線の照射ショットを順次制御するこ
とにより被加工半導体基板上のレジストに、潜像が形成
される。

【０００９】ここで両者の原理的違いから分かるよう
に、前者の場合ではレンズが完全ではないために、一括
してレチクル上に光を照射する際に、被加工半導体基板
上でパターン内部の光学的歪を補正することが困難であ
る。ここでの「光学的歪」とは、本体パターンがあるべ
き位置と、実際のパターン位置との位置ずれを指す。こ
れに対して、後者の場合では被加工半導体基板上の照射
ショット毎に偏向系に補正をかけて照射位置を補正する
ことが可能である。このため、光学的に形成したパター
ンに光学的歪が存在しパターン位置ずれが生じた場合
は、これに重ね合わせて荷電粒子線を偏向しパターン描
画時に、光学的歪に合わせてパターンを形成することが
実効的に可能である。

【００１０】ここで光学的歪に合わせるとは、描画位置
毎に荷電粒子線の位置をずらせて、露光による実際の位
置に近づけてパターン照射することである。この補正方
法については、たとえば特公平3−45527号に開示された
技術がある。これによれば、材料の移動なしに電子線で
描画できる材料上の領域をフィールドと呼ぶとき、光学
的転写手段の歪に基づく転写された回路パターンの各フ
ィールドにおける歪量を求め、歪量を各フィールドに対
応させて記憶手段に記憶させて、各原図像における各フ
ィールドを電子線で重ね露光する際にそのフィールドに
おける歪量を光学的転写手段の歪量に合わせて電子線の
投射位置をずらして露光するようにすることで、対応が
可能としている。

【００１１】ここでは、光学的転写手段の結像レンズ系
に歪があると、図２に示すように被加工半導体基板上に
レチクル上のパターン２１が転写される（ここでは
「Ａ」が模式的なパターンである）。歪が存在する場合
には、直交する格子がたとえばこのように歪のある格子
状に転写され、曲線的な歪が含まれるパターン位置転写
が行われる。パターン周囲の十字パターンは位置検出用
のマークパターン２２であり、各々のマークパターン２
２を電子線で順次走査して、位置を検出していく。そし
て、検出された各マークの位置と歪が全くない時に予想
されるマーク位置との比較から各マークが形成されてい
る地点における光学的転写手段の結像レンズ系の歪量を
測定する。破線で囲まれた領域がフィールド２３であ
り、上記の測定から各フィールドの歪量を求める。そし
て、重ね描画時に歪量データを補正した信号を偏向系に
与えることにより、歪を補正したパターン形成が可能と
なる。

【００１２】また、同様の補正方法について、たとえば
特開62−149127号に開示された技術がある。これによれ
ば、「試料上に形成されるチップパターンの領域に比べ
て、荷電ビームの偏向により試料に偏向可能な領域が小
さく、上記チップパターンの領域を順次露光して全チッ
プ領域を露光する荷電ビーム露光装置において光縮小投
影装置を用いて試料に形成したマークを検出し、検出し
たマーク位置データをあらかじめ記憶装置に格納し、上
記荷電ビームで露光するに際して、上記露光可能な領域
に合わせて、上記マーク位置データから上記露光可能な
領域における光縮小投影露光の歪データを求め、上記歪
データにしたがって荷電ビームの露光位置を補正する」
ことにより、光縮小投影装置と荷電ビーム露光装置のハ
イブリッド露光を可能としている。

【００１３】ここでは、図３に示すように光縮小投影露
光装置の最大露光領域３１中に配置された歪測定用マー
ク３２を光縮小投影露光装置で転写し、エッチングして
形成した試料上のマークを電子ビームで走査して、光学
的転写手段の結像レンズ系の歪を測定する。さらに、各
チップに形成された位置合わせマークを電子ビームで走
査して各マーク位置を求め、測定したマーク位置データ
から試料自体の歪を求める。そして、歪データとして、
上記の光縮小投影歪データと試料自体のウエハ歪を足し
合わせて歪補正データとする。これにより、パターン周
囲のみならずチップ全体領域の補正を可能とし、さらに
重ね描画時に上記の歪補正データを補正した信号を偏向
系に与えることにより、歪を補正したパターン形成が可
能としている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記の公知例で
は、光学的転写装置と粒子線描画装置との一回の重ね合
わせのみしか考慮していない。また光学的転写装置にお
いても、異なるエネルギー線を有するものを用いて加工
し、加工層の寸法に応じて異なる波長（エネルギー）の
ものを用いることが、投資効率向上の点からは望まし
い。加工寸法が小さい場合、波長が短い光を用いる必要
があるが、装置価格は一般に波長が短い装置ほど高価格
となるため、加工寸法により最適な波長を選択すること
によって投資効率を向上できるからである。

【００１５】さらに、一般に１時間当たりの被加工半導
体基板の加工処理枚数（一般にスループットと呼ぶ）が
多い光学的転写装置を用いて加工を行う場合、装置が故
障して製造ラインを停止させて生産効率を低下させるこ
とは大きな問題となる。このため、バックアップとして
他の光学的転写装置を用いての加工を可能とすること
が、生産効率維持のためには望ましい。

【００１６】またレチクル交換に要する時間を省くため
に、個々の光学的転写装置にレチクルを固定して、加工
する層毎に光学的転写装置を使い分けることは、生産効
率向上のために有効である。しかし上記の公知例では、
このようなことについては考慮されていない。したがっ
て、上記の公知例では複数の光学的転写装置を用いるこ
とについては、全く想定されていないと言うことができ
る。

【００１７】ところで上述のように、光学的転写装置に
は個々の光学的歪が存在する。ここで、歪がない理想的
な「絶対格子」からの転写位置ずれを「光学的歪」と定
義する。たとえば光学的転写装置における露光領域の９
点（簡単のために点数を少なくしている）において、た
とえば第２の公知例の方法で光学的歪を測定する。第１
の光学的転写装置Ｓ１の測定結果は、たとえば図４
（ａ）に示すようになる。図中で実線は絶対格子４１を
示し、格子の交点に相当する点におけるＳ１の光学的歪
を破線で結んだ。同様に、第２の光学的転写装置Ｓ２の
測定結果を図４(ｂ)に示す。実線は絶対格子４３であ
り、破線はＳ２の光学的歪４４を結んだものである。こ
のように、光学的歪は個々の装置によって異なる。そし
て個々の装置においては、光学的歪の大きさは一定の値
以下となり、装置仕様を満たしていると見なすことがで
きる。

【００１８】ところで、二つの光学的転写装置Ｓ１およ
びＳ２を用いて、二つの層を重ね合わせて露光する状況
を想定する。ここで、両者の光学的歪の差を「実効的な
歪」と定義する。この場合には絶対格子４５に対しての
実効的な歪４６が、Ｓ１およびＳ２での露光における位
置ずれ（合わせずれ）となる。したがって、２台の光学
的転写装置を用いた場合、実効的な歪が大きくなる、す
なわち重ね合わせの誤差が大きくなる箇所が生じること
となる。

【００１９】従来では、実効的な歪は光学的転写装置の
仕様を満たしていたため、問題とはならなかった。しか
し、半導体装置寸法の微細化とともに、その大きさは無
視できなくなった。たとえば光学的転写装置の光学的歪
としては、半導体装置の最小寸法の４０％程度までは許
容される。ここで光学的歪５０ｎｍの二つの光学的転写
装置を用いた場合には、実効的な歪の最大値は１００ｎ
ｍとなる。そこで、最小寸法３００ｎｍの半導体装置を
加工する場合には、実効的な歪の大きさは問題とはなら
ない。ところがたとえば最小寸法が１５０ｎｍの半導体
装置を加工する場合には、上記の１００ｎｍの実効的な
歪は決して無視できる大きさではない。したがって、単
純に光学的転写装置のみによる露光を行うと、パターン
の位置ずれが大きくなり、半導体装置の加工が不可能と
なる。

【００２０】また上記の公知例では、半導体装置の量産
の段階における必須課題である処理速度の装置による違
いについての十分な考慮はなされていない。上述のよう
に、パターン形成のためのエネルギー線として紫外線等
の光学的手段を用いる場合とを比較すると、電子線等の
荷電粒子線を用いる場合には根本的な差違がある。

【００２１】両者の原理的な違いから分かるように、ス
ループットは前者の光学的転写方式の方が、後者の荷電
粒子線の描画方式に比べて大きい。スループットは加工
するパターンにも依存するが、前者のスループットは一
般に２０〜５０枚／時間（８インチウエハ）であるのに
対し、後者における高スループット方式である公知の
「一括図形照射方式」と呼ばれる方式においても高々５
〜２０枚／時間（８インチウエハ）である。この「一括
図形照射方式」は、電子線の絞りに繰り返し図形の基本
パターンを作り込み、電子線のショット数を飛躍的に低
減することを目的とした方式である。

【００２２】このため、半導体装置の製造における生産
性を向上させるためには、光学的転写装置と荷電粒子線
描画装置のスループットをできるだけ等しくなるように
することが望ましい。それは、荷電粒子線描画装置のス
ループットが低いまま製造を進めた場合、同装置を用い
る工程が律速となり全体の処理速度を低下させて、生産
性を大幅に低下させるためである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、以下の対策を行うことが有効である。すなわち、光
学的転写装置の露光を行う加工層と、次の光学的転写装
置の露光を行う加工層に挟まれた加工層を荷電粒子線描
画装置で描画して、ここで二つの光学的転写装置の光学
的歪を補正する処理を行う方法、ならびに両者のスルー
プットの違いを認めた上で、実効的な差を小さくする方
法を導入した。

【００２４】まず第１の課題に対し、図５（ａ）に示す
ように露光領域に対して歪が存在しない、理想的な絶対
格子５１を仮定する。簡単のために、ここでは露光領域
内９点での光学的転写装置Ｓ１の光学的歪５２と、光学
的転写装置Ｓ２の光学的歪５３を記載する。通常は露光
領域内の約１００点の光学的歪を測定する必要がある。
さらに簡単のために、被加工半導体基板の歪を無視す
る。ここで光学的歪５２と光学的歪５３の各々は、絶対
格子からのずれが要求仕様を満足している。ところが、
光学的歪５１と光学的歪５２の差を取り、実効的な歪５
４を求めると、その値が光学的歪の仕様を越える歪差の
大きい部分５５が発生する。これは、光学的転写装置同
士の重ね合わせ露光において、レチクル位置に誤差のな
い理想的な場合においても大きな合わせずれが発生する
ことに相当する。そのずれ量は、絶対格子に対して、光
学的転写装置の仕様を越えていると見なすことができ
る。たとえば図５（ｂ）に示すように、光学的転写装置
Ｓ１での露光により形成した配線パターン５６に対し
て、光学的転写装置Ｓ２による露光を用いてコンタクト
ホールパターン５７を形成する。ここで歪差の大きい部
分５５においては、配線部分からコンタクトホールが大
きくはずれてしまうこととなり、不良を発生する原因と
なる。

【００２５】これに対して、図６（ａ）に示すように絶
対格子６１に対して光学的転写装置Ｓ１の光学的歪６２
と、光学的転写装置Ｓ２の光学的歪６３を測定する。そ
して、光学的歪６２と光学的歪６３の差を取り、実効的
な歪６４を求めると、その値が光学的歪の仕様を越える
歪差の大きい部分６５が発生する。ここで両者の歪をあ
らかじめ求めておき、図６（ｂ）に示すように絶対格子
６６に対して、その平均値の歪を粒子線歪補正６７とし
て粒子線描画装置の偏向系に与え、描画パターン位置を
補正する。すなわち、パターン形成位置に初めからずれ
を付与して、粒子線を照射することとなる。粒子線描画
装置においては、複数台の装置をユニットとして用いて
いても、偏向系への制御により個々の装置に同一の歪補
正を与えることが可能である。これによって、光学的歪
の仕様を越える実効的な歪の大きい部分６５において
も、粒子線歪補正６７と光学的歪６２および光学的歪６
３の差は小さくなる。ここで粒子線歪補正６７として、
光学的歪６２と光学的歪６３の平均値を用いているため
に、上記の差は要求される光学的歪の仕様を必ず満足す
ることとなる。

【００２６】たとえば図６（ｃ）に示すように、光学的
転写装置Ｓ１で露光して形成した配線パターン６８に対
して、粒子線描画装置により、コンタクトホールパター
ン６９を形成する。そして、光学的転写装置Ｓ２による
露光を用いて配線パターン７０を形成する。ここで実効
的な歪の大きい部分６５においても、光学的転写装置の
仕様を越えた合わせずれを発生することなく、加工を続
行することが可能となる。このように、光学的転写装置
の露光層の間に、粒子線描画装置による描画層を挟んで
加工を行って、二つの光学的転写装置の光学的歪を実効
的に補正する処理を行えばよい。ここでは簡単のため
に、被加工半導体基板自体の歪を無視した。しかし、粒
子線描画装置での描画において、第２の公知例に記載さ
れたように被加工半導体基板自体の歪を求める処理を行
えば、被加工半導体基板自体の歪をも補正することが可
能となる。

【００２７】さらに第２の課題に対し、光学的転写装置
１台と、荷電粒子線描画装置１台を直列につなげて製造
ラインを構築すると、上述のスループットの違いの問題
は回避できない。従って、荷電粒子線描画装置の実効的
スループットを増大させるために、複数台を１ユニット
として用いてあたかも１台の装置とみなし、これを光学
的転写装置につなげるという考え方を取ればよい。たと
えば、１台のスループットが１０枚／時間（８インチウ
エハ）であっても、これを２台並列にしたものを１ユニ
ットとすると、実効的にスループットが２０枚／時間
(８インチウエハ)となる。そして、ｎ台（ｎは自然数）
を並列にすれば、実効的にスループットはｎ倍の値とな
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】

（実施例１）ここでは、粒子線として電子線を用いる場
合について説明する。図７（ａ）に示すように光学的転
写装置は、基本的に光源７１，転写すべきパターンを含
むレチクル７２，光学系７３，半導体基板７４を搭載す
るステージ７５からなっている。半導体基板７４として
は、シリコンや、ヒ化ガリウム等の化合物半導体を用い
ることができる。光源７１を出た光線７６はレチクル７
２を通り、光学系７３で縮小され、半導体基板７４上で
結像する。ここでは、光学系７３，ステージ７５を含む
装置全体を制御する制御系（図示せず）により、光学的
転写装置が制御されている。パターンを形成する場合、
まず半導体基板７４上に、光に感光する感光性樹脂であ
るレジスト（図示せず）を形成する。この形成には、一
般に公知の回転塗布法が用いられている。その他の方法
として、たとえば蒸着法，ラングミュア・ブロジェット
法，化学的気相成長法があげられる。そして、上記の露
光により結像パターンの潜像がレジスト内に形成され
る。その後に現像処理を行い、レジストパターンを形成
する。ここでの現像処理は、一般に現像液への一定時間
の浸漬処理を指し、その後に現像液を洗浄除去および乾
燥することにより、処理を完了する。そして、形成され
たレジストパターンをもとに、エッチング等により半導
体基板７４を加工して、所望の形状を形成する。

【００２９】また、図７（ｂ）に示すように粒子線描画
装置は、基本的に電子源７７，電磁レンズ系７８，電子
線７９の偏向を制御する偏向系８０，半導体基板８１を
搭載するステージ８２，装置全体を制御する制御系８
３，半導体基板８１上に形成されたマーク（図示せず）
を電子線７９で照射した際に生じる反射電子を検出する
反射電子検出器８４からなっている。制御系８３は制御
計算機，データを蓄積する記憶装置からなっている。ま
た反射電子検出器８４は、マークの半導体基板８１上で
の位置を検出するために用いられる。またステージ８２
は、レーザー測長系（図示せず）により、現在位置が計
測される。

【００３０】電子源７７から発生した電子線７９は、電
磁レンズ系７８，偏向系８０を通り、所望のパターンを
半導体基板８１上に照射される。ここで上記と同様に半
導体基板８１上には、電子線に感応する感応性樹脂であ
るレジスト（図示せず）が形成されており、照射パター
ンの潜像がレジスト内に形成される。その後に現像を行
い、レジストパターンを形成する。そして、形成された
レジストパターンをもとに、エッチング等により半導体
基板８１を加工して、所望の形状を形成する。

【００３１】光学レンズ系の光学的歪を測定する方法と
しては、半導体基板上にレジストを形成し、図８に示す
ようなたとえば半導体装置の１チップ領域８５に相当す
る１５mm角の領域（図中の破線領域）に、大きさ３００
μｍの十字マーク８６を１５００μｍの等間隔に並べた
パターンを露光する。そして、現像後に公知のドライエ
ッチングにより、半導体基板に段差を形成する。そして
レジストを除去して、測定すべき十字マーク８６のパタ
ーンの段差構造を有した、半導体基板を形成する。これ
を公知のレーザー測長機能を有した光学的位置測定装置
を用いて、各マークパターン位置を計測する。これによ
って、チップ領域内における、仮想的な絶対格子からの
パターンの位置ずれを求める。この位置ずれは、光学系
の光学的歪に相当する。また、ここでの光学的歪を各光
学的転写装置毎に求めることができる。そして、その値
をデータベースとして保存する。その値は個々の装置の
制御系が保存してもよいし、製造ライン全体を制御する
制御系が保存してもよい。またここでは、粒子線描画装
置の粒子線を用いて、パターン位置を測定してもよい。

【００３２】電子線描画装置は半導体基板上にパターン
を照射するにあたり、図９に示すような加工すべき半導
体基板上の半導体装置の１チップ領域９１に形成された
マーク９２を検出し、マーク位置を測定する。これによ
り、半導体基板それぞれ固有のウエハ歪を測定すること
ができる。ウエハ歪の補正にあたっては、照射チップ毎
に歪を求める処理を行ってもよいし、またいくつかの半
導体チップを一つのユニットとして扱い、その所望のマ
ークを検出する方法をとってもよい。そして、半導体基
板にパターンを照射する際、上記の光学的歪を参照する
とともに、ウエハ歪を加算して歪補正値を求め、照射位
置を補正してパターン照射を行う。

【００３３】ここでは図１０に示すように、光学的転写
装置Ｓ１として公知のフッ化クリプトンのエキシマレー
ザーステッパ１０１，光学的転写装置Ｓ２として公知の
ｉ線ステッパ１０２を用いる。そして、たとえば両者で
配線パターンの露光、両者の露光に挟まれて、後述する
電子線描画装置のユニット１０４で上述の配線をつなぐ
コンタクトホールパターンを照射する。ここでは２台の
電子線描画装置１０３があり、それらを並列に並べて用
いる。

【００３４】電子線描画装置はユニット化させることに
より、高スループット化を実現した。スループットは露
光層により異なるが、たとえばここでは光学的転写装置
Ｓ１のスループットが３０枚／時間で、電子線描画装置
１台のスループットが１０枚／時間、光学的転写装置Ｓ
２のスループットが２５枚／時間である。電子線描画装
置のユニット１０４として２台の電子線描画装置１０３
を用いた。全く同一のパターンを描画する場合、両者は
同一機能を有する装置と見なすことができるため、実効
的なスループットは２０枚／時間となり、高速な加工が
可能となる。

【００３５】Ｓ１あるいはＳ２のスループットと、電子
線描画装置のユニットのスループットの差が１０枚／時
間以内であれば生産性の低下につながらず、高効率な加
工を実現することが可能となることが分かった。

【００３６】ユニット化の方法としては、次のようにす
ればよい。ここでは、ウエハは自動搬送系１０５を通し
て運ばれてくる。そして、レジスト塗布装置１０６を共
通化し、これからウエハが分岐して、たとえばロボット
アームにより各電子線描画装置１０３に輸送される。こ
のウエハの選択にあたっては、自動搬送系において枚
数，処理順等の規則があらかじめ規定されている。

【００３７】本実施例では、まずアルミニウムやタング
ステン等の公知の金属膜を半導体基板上に形成する。こ
れにレジストを形成し、光学的転写装置Ｓ１のフッ化ク
リプトンのエキシマレーザーステッパ１０１により最小
寸法０.２５μｍの第１の配線パターンを露光し、現像
後に公知のエッチングにより配線加工を行う。そして、
この上に二酸化シリコン等の絶縁膜を堆積する。このエ
キシマレーザーステッパ１０１での露光に引き続く、現
像，エッチング，堆積の一連のプロセス工程をまとめ
て、図１０では前プロセス１０７とする。そして、これ
にレジスト塗布装置１０６によりレジストを形成し、上
記の補正方法により電子線描画装置のユニット１０４で
上述の配線を上層の配線につなぐコンタクトホールパタ
ーンを照射する。

【００３８】現像処理を行った後に、公知のエッチング
により最小寸法０.２μｍのコンタクトホール加工を行
う。さらにアルミニウムやタングステン等の公知の金属
膜を半導体基板上に形成する。このパターン照射に引き
続く、現像，エッチング，金属膜の形成の一連のプロセ
ス工程をまとめて、図１０では後プロセス１０８とす
る。これにレジスト塗布装置１０９によりレジストを形
成し、光学的転写装置Ｓ２のｉ線ステッパ１０２により
最小寸法０.３５μｍの第２の配線パターンを露光し、
現像後に公知のエッチングにより配線加工を行う。上述
のように、ウエハは自動搬送系１０５により、各装置間
を搬送されるようにしていることが、加工のスループッ
ト向上のためには望ましい。

【００３９】上記一連の工程ではレジストをエッチング
のマスクとして用いているが、レジストパターンを一旦
別の薄膜層に転写して、このパターンをもとに金属膜あ
るいは絶縁膜を加工する、公知の「ハードマスク法」を
適用してもよい。また配線パターンを形成するにあた
り、公知の化学機械的研磨法を用いてもよい。さらに、
第２の配線パターンを形成するにあたり、コンタクトホ
ール部分の金属を公知の化学的気相成長法等により、あ
らかじめ埋め込んでいてもよい。

【００４０】そして、電子線描画後のウエハは自動搬送
系により、上記と同様に共通化した現像処理装置におい
て現像されて、レジストパターンが形成される。現像処
理装置には、現像前に必要な加熱処理のためのベーク処
理部分が含まれていてもよい。特に高感度な、「化学増
幅系レジスト」では、ベーク処理部分は必須である。ま
た、レジストの安定性を向上させるために、現像処理装
置の全体、あるいは一部の雰囲気を制御可能としてもよ
い。このように、２台の電子線描画装置のユニットはあ
たかも１台の装置として機能しているため、スループッ
トは光学的転写装置と同様の値を示しており、高速かつ
高精度にパターン加工が可能となった。

【００４１】さらに第１の光学的転写装置Ｓ１での露光
により、パターンを形成した後に電子線描画装置を用い
て、歪補正を行ってパターン描画を行う際に、照射チッ
プ単位毎にチップ位置を検出する処理を行ってもよい
が、たとえば一辺４チップの大きなユニットの４角の位
置を検出する方法、いわゆる「グローバルアライメント
法」をとってもよい。

【００４２】上記の実施例では、光学的転写装置で配線
パターンを露光し、電子線描画装置でコンタクトホール
パターンを描画する工程について説明した。しかし、こ
れらに限らないことは言うまでもなく、二つの加工層を
光学的転写装置で露光し、それに挟まれた層を電子線描
画装置で描画する工程であれば、いかなる場合において
も本発明の内容は適用できる。

【００４３】また上記の光学的転写装置としては、縮小
投影露光装置（ステッパ）のみならず、走査型縮小露光
装置（スキャナ）等の光照射装置であってもよい。さら
に、露光にあたっては公知の「位相シフト法」，「輪帯
照明法」，「斜方照明法」等の「超解像技術」を用いる
ことが可能であることは言うまでもない。

【００４４】また、上記の説明で粒子線としては電子線
について述べたが、それに限らないことは言うまでもな
く、イオン線を用いても全く同じ議論が適用できる。

【００４５】（実施例２）上記の実施例では２つの層を
光学的転写装置として、異なる場合について述べたが、
これらが同じものであってもよい。

【００４６】本実施例を図１１に示す。光学的転写装置
Ｓ１のフッ化クリプトンのエキシマレーザーステッパ１
１１のスループットがたとえば３５枚／時間で、電子線
描画装置１１２のスループットがたとえば１０枚／時間
とする。電子線描画装置１１３のユニットとして３台の
描画装置を用いた。全く同一のパターンを描画する場
合、これら３台は同一機能を有する装置と見なすことが
できるため、実効的なスループットは３０枚／時間とな
り、高速な加工が可能となる。

【００４７】ここでは、ウエハは自動搬送系１１４を通
して運ばれてくる。そして、レジスト塗布装置１１５を
共通化し、これからウエハが分岐して、たとえばロボッ
トアームにより各電子線描画装置１１２に輸送される。
このウエハの選択にあたっては、自動搬送系において枚
数，処理順等の規則があらかじめ規定されている。

【００４８】まず多結晶シリコン等の公知の半導体膜を
半導体基板上に形成する。これにレジストを形成し、光
学的転写装置Ｓ１のフッ化クリプトンのエキシマレーザ
ーステッパ１１１を用いた「位相シフト法」により最小
寸法０.２０μｍの第１のゲートパターンを露光し、現
像後に公知のエッチングによりゲート加工を行う。そし
て、この上に二酸化シリコン等の絶縁膜を堆積する。こ
のエキシマレーザーステッパ１１１での露光に引き続
く、現像，エッチング，堆積の一連のプロセス工程をま
とめて、図１１では前プロセス１１６とする。そして、
これにレジスト塗布装置１１５によりレジストを形成
し、上記の補正方法により電子線描画装置のユニット１
１３で上述のゲートパターンに配線をつなぐコンタクト
ホールパターンを照射する。

【００４９】現像処理を行った後に、公知のエッチング
により最小寸法０.１５μｍのコンタクトホール加工を
行う。さらにアルミニウムやタングステン等の公知の金
属膜を半導体基板上に形成する。このパターン照射に引
き続く、現像，エッチング，金属膜の形成の一連のプロ
セス工程をまとめて、図１１では後プロセス１１７とす
る。これにレジスト塗布装置１１８によりレジストを形
成し、同じく光学的転写装置Ｓ１のエキシマレーザース
テッパ１１１により最小寸法０.２５μｍの配線パター
ンを露光し、現像後に公知のエッチングにより配線加工
を行う。上述のように、ウエハは自動搬送系１１４によ
り、各装置間を搬送されるようにしていることが、加工
のスループット向上のためには望ましい。

【００５０】実際の露光にあたって、ステッパを共通化
することにより、光学的歪を共通化することができ、実
効的な歪がＳ１の光学的歪と一致するため、電子線描画
装置ではウエハ歪の補正のみを行えばよい。

【００５１】電子線描画装置は半導体基板にパターンを
照射する際、上記の光学的歪を参照するとともに、ウエ
ハ歪を加算して歪補正値を求め、照射位置を補正してパ
ターン照射を行う。これにより、高精度な加工が可能と
なった。

【００５２】（実施例３）半導体基板を加工するにあた
り、生産ラインにはステッパが３台以上の場合もある。
また、実際の加工にあたって、予定していた光学的転写
装置が故障して使用できない状況がある。したがって、
露光層毎に異なる光学的転写装置を用いることを想定す
る。

【００５３】これは、本来光学的転写装置を用いて露光
を予定していた場合、光学的歪が大きく、合わせ精度の
仕様内に装置が入らず、通常の方法では加工ができない
場合においても、電子線描画装置ユニットにおける描画
を光学的転写装置による露光の代わりに行い、次の光学
的転写装置への仲介として機能させることにも対応す
る。

【００５４】すなわち、異なる層の露光を光学的転写装
置で行うにあたり、その層間に相当する層を電子線描画
装置で描画する機能を用いることにより、本来加工困難
である加工を可能とすることができる。

【００５５】ここでは図１２に示す、光学的転写装置Ｓ
１のフッ化クリプトンのエキシマレーザーステッパ１２
１のスループットがたとえば２５枚／時間で、電子線描
画装置１２４のスループットがたとえば１５枚／時間、
さらに光学的転写装置Ｓ２、ならびにバックアップ用の
Ｓ３のｉ線ステッパのスループットがたとえば３０枚／
時間とする。電子線描画装置１２４のユニットとして２
台の描画装置を用いた。全く同一のパターンを描画する
場合、両者は同一機能を有する装置と見なすことができ
るため、実効的なスループットは３０枚／時間となり、
高速な加工が可能となる。

【００５６】ウエハは自動搬送系１２６を通して運ばれ
てくる。そして、レジスト塗布装置１２７を共通化し、
これからウエハが分岐して、たとえばロボットアームに
より各電子線描画装置１２４に輸送される。このウエハ
の選択にあたっては、自動搬送系において枚数，処理順
等の規則があらかじめ規定されている。

【００５７】まずアルミニウムやタングステン等の公知
の金属膜を半導体基板上に形成する。これにレジストを
形成し、光学的転写装置Ｓ１のフッ化クリプトンのエキ
シマレーザーステッパ１２１により最小寸法０.３０μ
ｍの第１の配線パターンを露光し、現像後に公知のエ
ッチングにより配線加工を行う。そして、この上に二酸
化シリコン等の絶縁膜を堆積する。このエキシマレーザ
ーステッパ１２１での露光に引き続く、現像，エッチン
グ，堆積の一連のプロセス工程をまとめて、図１２では
前プロセス１２８とする。ここで、当初は光学的転写装
置Ｓ２のｉ線ステッパ１２２で、電子線描画に続く露光
を行う予定であったが、装置の突発的事故により適用が
できないことが分かった。そこで、バックアップ用とし
ての光学的転写装置Ｓ３のｉ線ステッパ１２３を用いて
露光を行うこととした。これは必ずしもバックアップ用
である必要はなく、本来別に用いている光学的転写装置
であってもよい。光学的歪は個々の装置で異なるため、
電子線描画において用いる実効的な歪としては、Ｓ１お
よびＳ３の光学的歪の平均値を用いた。そして、これに
レジスト塗布装置１２７によりレジストを形成し、上記
の補正方法により電子線描画装置のユニット１２４で上
述の配線を上層の配線につなぐコンタクトホールパター
ンを照射する。

【００５８】現像処理を行った後に、公知のエッチング
により最小寸法０.２μｍのコンタクトホール加工を行
う。さらにアルミニウムやタングステン等の公知の金属
膜を半導体基板上に形成する。このパターン照射に引き
続く、現像，エッチング，金属膜の形成の一連のプロセ
ス工程をまとめて、図１２では後プロセス１２９とす
る。これにレジスト塗布装置１３０によりレジストを形
成し、光学的転写装置Ｓ３のｉ線ステッパ１２３により
最小寸法０.４０μｍの第２の配線パターンを露光し、
現像後に公知のエッチングにより配線加工を行う。上述
のように、ウエハは自動搬送系１２６により、各装置間
を搬送されるようにしていることが、加工のスループッ
ト向上のためには望ましい。

【００５９】このように、用いる光学的転写装置が当初
の予定と異なっていたとしても、電子線描画装置の描画
前の段階において、補正が可能であるために、生産性を
低下させることなく高精度な加工が可能となった。

【００６０】さらに、以上の実施例では光学的転写装置
による二つの露光層に挟まれた一つの加工層を、粒子線
描画装置で加工することについて述べた。しかし、それ
に限らないことは言うまでもなく、粒子線描画装置によ
る加工層が複数であってもよい。それは個々の粒子線描
画装置において、照射位置を制御可能であり、上記の議
論は加工層が複数となっても通用するからである。この
場合には、個々の粒子線描画装置において同一の歪補正
値を用いることにより、上記と全く同じ方法を適用する
ことが可能となった。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば光学的転
写装置と粒子線描画装置を用いて、高スループットとと
もに高精度な合わせ精度を実現することが可能となる。
従って、半導体素子の製造において、生産性を高めるこ
とに大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】リソグラフィ工程の説明図。

【図２】第１の従来例の説明図。

【図３】第２の従来例の説明図。

【図４】本発明の課題の説明図。

【図５】本発明の課題の説明図。

【図６】本発明の原理の説明図。

【図７】リソグラフィ装置の説明図。

【図８】光学的歪の測定用パターンの説明図。

【図９】ウエハ歪の測定用パターンの説明図。

【図１０】本発明の実施例１の説明図。

【図１１】本発明の実施例２の説明図。

【図１２】本発明の実施例３の説明図。

【符号の説明】

１１…被加工半導体基板、１２…レジスト、１３…エネ
ルギー線、１４…潜像、１５…レジストパターン、２１
…パターン、２２…マークパターン、２３…フィール
ド、３１…光縮小転写装置の最大露光領域、３２…歪測
定用マーク、４１，４３，４５，５１，６１，６６…絶
対格子、４２，５２，６２…Ｓ１の光学的歪、４４，５
３，６３…Ｓ２の光学的歪、４６，５４，６４…実効的
な歪、５５，６５…実効的な歪の大きい部分、５６，６
８，７０…配線パターン、５７，６９…コンタクトホー
ルパターン、６７…粒子線歪補正、７１…光源、７２…
レチクル、７３…光学系、７４，８１…半導体基板、７
５，８２…ステージ、７８…電磁レンズ系、７９…電子
線、８０…偏向系、８３…制御系、８４…反射電子検出
器、８５，９１…半導体装置の１チップ領域、８６…十
字マーク、９２…マーク、１０１，１１１，１２１…エ
キシマレーザーステッパ、１０２，１２２，１２３…ｉ
線ステッパ、１０３，１１２，１２４…電子線描画装
置、１０４，１１３，１２５…電子線描画装置のユニッ
ト、１０５，１１４，１２６…自動搬送系、１０６，１
０９，１１５，１１８，１２７，１３０…レジスト塗布
装置、１０７，１１６，１２８…前プロセス、１０８，
１１８，１２９…後プロセス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本治朗東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者寺澤恒男東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、複数の被加工半導体基板上に
第１のパターン形成材料を形成する工程，上記第１のパ
ターン形成材料に光学的転写装置Ｓ１を用いて第１のエ
ネルギー線を選択的に照射する工程，現像処理により上
記第１のパターン形成材料からなる第１のパターンを形
成する工程，上記第１のパターンをもとに上記被加工半
導体基板を加工する工程，加工を施された上記被加工半
導体基板上に第２のパターン形成材料を形成する工程，
上記第２のパターン形成材料に、少なくとも１台からな
る荷電粒子線描画装置のユニットを用いて第２のエネル
ギー線を選択的に照射する工程，現像処理により上記第
２のパターン形成材料からなる第２のパターンを形成す
る工程，上記第２のパターンをもとに上記被加工半導体
基板を加工する工程，加工を施された上記被加工半導体
基板上に第３のパターン形成材料を形成する工程，上記
第３のパターン形成材料に、光学的転写装置Ｓ２を用い
て第３のエネルギー線を選択的に照射する工程，現像処
理により上記第３のパターン形成材料からなる第３のパ
ターンを形成する工程，上記第３のパターンをもとに被
加工半導体基板を加工する工程を含む半導体装置の製造
方法において、上記荷電粒子線描画装置のユニットによ
り第２のエネルギー線を選択的に照射する際に、上記被
加工半導体基板自身の歪の情報ならびに、上記光学的転
写装置Ｓ１およびＳ２の光学的歪の情報により、上記ユ
ニット内の上記荷電粒子線描画装置の偏向系を制御する
にあたり、第２のエネルギー線照射を上記光学的歪の中
間値に基づいて行う工程を備えたことを特徴とする半導
体装置の製造方法。
【請求項２】上記半導体装置の製造方法において、上記
荷電粒子線描画装置のユニットを構成する上記荷電粒子
線描画装置の偏向系を制御する際に、上記二つの光学的
歪の平均値に基づいて第２のエネルギー線照射を行うこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】上記半導体装置の製造方法において、上記
光学的転写装置Ｓ１および上記光学的転写装置Ｓ２が、
異なる装置であることを特徴とする請求項１記載の半導
体装置の製造方法。
【請求項４】上記半導体装置の製造方法において、上記
光学的転写装置Ｓ１および上記光学的転写装置Ｓ２が、
同一の装置であることを特徴とする請求項１記載の半導
体装置の製造方法。
【請求項５】上記光学的転写装置Ｓ１において上記第１
のエネルギー線を選択的に照射する工程における、１時
間あたりの上記被加工半導体基板の処理枚数Ｗ１と、上
記荷電粒子線描画装置１台において上記第２のエネルギ
ー線を選択的に照射する工程における、１時間あたりの
上記被加工半導体基板の処理枚数ＷＥと、上記光学的転
写装置Ｓ２において上記第１のエネルギー線を選択的に
照射する工程における、１時間あたりの上記被加工半導
体基板の処理枚数Ｗ２とを比較して、ＷＥのｎ倍（ｎは
自然数）と、Ｗ１あるいはＷ２の差が１０以下となるよ
うに、上記荷電粒子線描画装置の台数ｎを規定すること
を特徴とする請求項１ないし４記載の半導体装置の製造
方法。