KR20040069965A - 마스크 및 그 제조 방법과 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

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KR20040069965A
KR20040069965A KR10-2003-7010196A KR20037010196A KR20040069965A KR 20040069965 A KR20040069965 A KR 20040069965A KR 20037010196 A KR20037010196 A KR 20037010196A KR 20040069965 A KR20040069965 A KR 20040069965A
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신지 오모리
시게루 모리야
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

TTR 방식에 의한 얼라인먼트와 상보 분할이 가능하고, 강도가 높은 마스크 및 그 제조 방법과, 패턴 정밀도가 높은 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다. 실리콘 웨이퍼를 에칭함으로써 형성된 스트라이프형의 비임(stripe beams)(그리드)(4)를 멤브레인 상의 4개의 소영역 A∼D에 갖고, 스트라이프가 멤브레인의 중심에 대하여 점대칭으로 배치되고, 그리드 모두가 다른 그리드 또는 멤브레인 주위의 실리콘 웨이퍼(지지 프레임)에 접속되어 있는 스텐실 마스크 및 그 제조 방법과, 그 마스크를 이용한 반도체 장치의 제조 방법.

Description

마스크 및 그 제조 방법과 반도체 장치의 제조 방법{MASK AND METHOD FOR MAKING THE SAME, AND METHOD FOR MAKING SEMICONDUCTOR DEVICE}
포토리소그래피를 대신하는 차세대 노광 기술의 하나로서, 저속 전자선 근접 전사 리소그래피(LEEPL; low energy electron proximity projection lithography)가 있다. LEEPL에는 두께 수 100㎚의 멤브레인에 디바이스 패턴에 상당하는 구멍이 형성된 스텐실 마스크가 이용된다. 스텐실 마스크란, 멤브레인을 관통하도록 한 구멍이 형성된 마스크를 말한다. 스텐실 마스크의 구멍 내부의 공간에는 물질이 존재하지 않는다.
LEEPL에서는 마스크와 웨이퍼와의 간격이 수 10㎛ 정도가 되도록 마스크를 웨이퍼 바로 윗쪽에 배치한다. 수 10keV의 전자선으로 마스크의 패턴 부분을 주사함으로써, 패턴을 웨이퍼에 전사한다(T.Utsumi, Journal of Vacuum Science and Technology B17, 2897(1999)).
그러나, 상기한 LEEPL용 마스크에는 멤브레인 사이즈를 크게 하면 자체 중량에 의해 멤브레인이 변형되어, 내부 응력에 의해 패턴이 변형된다는 문제가 있다.이 문제를 해결하는 하나의 방법은, 다이아몬드 등의 영율이 높은 물질을 멤브레인 재료로 사용하는 것이다(일본 특개평 2001-77016호 공보 참조). 자체 중량에 의한 멤브레인의 변형을 작게 하기 위해서는 멤브레인 사이즈의 증가에 맞추어서, 멤브레인의 내부 응력을 높일 필요가 있다. 따라서, 멤브레인의 대구획화에는 당연히 상한이 있다.
다른 방법은 소구획 멤브레인을 비임(beam) 구조(그리드 구조)로 지지하는 방법으로, SCALPEL(scattering with angular limitation in projection electron-beam lithography), PREVAIL(projection exposure with variable axis immersion lenses) 및 EB 스테퍼의 마스크에 이용되고 있다(예를 들면, L.R.Harriott, Journal of Vacuum Science and Technology B15, 2130(1997); H. C. Pfeiffer, Japanese Journal of Applied Physics 34,6658(1995)).
도 1에 현재 제안되고 있는 EB 스테퍼용 마스크의 모식도를 도시하였다. 도 1에 도시한 바와 같이, 그리드(11)에 의해 멤브레인(12)이 분할되어 있고, 그리드(11)는 멤브레인(12)을 지지하고 있다. 멤브레인(12)에는 디바이스 패턴으로 구멍(도시되지 않음)이 형성되어 있다.
도 1에 도시하는 마스크는, 예를 들면 실리콘 웨이퍼 상에 실리콘 산화막을 개재하여 실리콘 활성층이 형성된 SOI(silicon on insulator 또는 semiconductor on insulator) 웨이퍼를 이용하여 형성된다. SOI 웨이퍼 표면의 실리콘 활성층이 멤브레인(12)으로서 이용되고, 실리콘 활성층의 이면측으로부터 실리콘 웨이퍼를 에칭하여 그리드(11)가 형성된다.
도 1에 도시하는 마스크 구조에 따르면, 멤브레인(12)이 소구획으로 분할되고, 강성이 높은 그리드(11)로 지지된다. 따라서, 멤브레인 사이즈의 증가에 따라, 멤브레인의 변형이 증대한다고 하는 일본 특개평 2001-77016호 공보 기재의 마스크 등에서 나타나는 문제는 발생하지 않는다.
그러나, 도 1에 도시한 바와 같이 그리드(11)가 정방형의 메쉬형으로 규칙적으로 배열된 마스크 구조를, 그대로 LEEPL에 적용할 수는 없다. LEEPL에서는 우선, 하나 또는 복수개의 칩에 상당하는 마스크 영역을 전자선으로 주사한다.
이 노광이 종료되면, 칩 사이즈에 상당하는 거리 혹은 그 정수배만큼 웨이퍼 스테이지를 이동시켜 다시 노광을 행한다. 이 반복에 의해, 웨이퍼 전면에 배치된 칩에 대하여 노광을 행한다(스텝 앤드 리피트 노광). 도 1에 도시한 바와 같이, 그리드(11)가 정방형의 메쉬형으로 배치된 경우, 그리드 바로 아래의 영역을 노광할 수 없다.
그래서, 모든 마스크 영역을 한결같이 메쉬형으로 분할하는 것은 아니고, 도 2에 도시한 바와 같이, 마스크(21)의 멤브레인을 4개의 소영역 A∼D로 분할하고, 이들 영역에서 서로 메쉬가 어긋나게 하여 그리드(도 1 참조)를 형성하는 방법이 생각된다. 여기서, 소영역 A∼D는 각각 1개 혹은 복수개의 칩에 상당하는 마스크 영역(칩 전사용 영역)이고, 웨이퍼 스테이지는 이들 소영역을 이동 단위로 한다.
도 3은 도 2의 멤브레인의 소영역 A∼D에 그리드(11)를 배치한 일례를 도시한다. 도 3에서 직교하는 x축 및 y축에 의해 분할된 영역이 각각 도 2의 소영역 A∼D에 대응한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 편의적으로 각 소영역을 메쉬형으로분할된 10 ×10 블록의 정방형으로 가정한다.
도 3에 도시한 예에서는, 각 소영역 A∼D의 점선으로 둘러싸인 5 ×5 블록의 부분이 칩 1갯수분에 상당한다. 웨이퍼 스테이지를 소영역 A∼D로 각각 이동시킬 때 점선으로 둘러싸인 부분이 다중 노광된다. 각 소영역에서의 그리드(11)의 배치는, 점선으로 둘러싸인 부분(전사용 영역)의 그리드(11)의 배치를 반복한 것으로 되어 있다.
상술한 바와 같이, 그리드 바로 아래의 영역을 노광할 수 없기 때문에, 점선으로 둘러싸인 5 ×5 블록을 5행 ×5열의 표에 대응시켜, 각 블록에서 어떤 소영역이 노광되는지(즉, 어떤 소영역에 패턴을 형성할 수 있을지)를 정리하면, 표 1과 같이 된다.
A D AB AB D B D AB D
A C ABC ABC BC AB
A CD ABC ABCD BCD AB D
CD BC BCD BCD B D
A CD A C A CD CD A D
스텐실 마스크인 경우, 예를 들면 도우넛형의 패턴을 형성하면, 패턴으로 둘러싸인 중앙부를 지지할 수 없거나, 혹은 한 방향으로 긴 패턴 등을 형성했을 때에 멤브레인이 변형되어, 패턴의 위치 정밀도가 낮아지게 된다. 따라서, 패턴을 분할하고, 복수의 상보 마스크에 패턴이 형성된다. 상보 마스크를 이용하여 다중 노광을 행하여, 상보적으로 패턴이 전사된다(상보 분할).
여기서, 상보 마스크란, 임의의 영역의 패턴을 분할한 패턴 중 일부로서, 서로 다른 패턴(상보 분할 패턴)이 형성된 복수의 마스크를 말한다. 각 상보 마스크의 특정한 영역을 노광 대상물(통상은 웨이퍼)의 동일한 개소에 중첩하여 노광함으로써, 분할 전의 패턴이 노광 대상물에 복원되어 전사된다.
예를 들면, 도 3에 도시한 그리드 배치로 한 경우, 표 1에 도시한 바와 같이, 각 블록에서 적어도 2개의 소영역에 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 칩의 임의의 위치에 대하여 2개 이상의 소영역을 대응시킬 수 있다. 동일한 마스크 상의 4개의 소영역을 중첩시키는 다중 노광에 의해, 도우넛형의 패턴을 포함하는 임의의 디바이스 패턴을 웨이퍼에 전사할 수 있다.
그러나, 도 3에 도시한 바와 같이 그리드가 배치된 마스크를, 어떤 종류의 얼라인먼트법과 조합시키면, 문제가 생길 가능성이 있다. LEEPL에서는 마스크와 웨이퍼가 수 10㎛의 간격에 근접하고 있기 때문에, 얼라인먼트 광학계를 마스크와 웨이퍼 사이에 배치할 수 없다.
그래서, 도 4에 도시한 바와 같은 TTR(through the reticle) 얼라인먼트 방식(일본 특허 제3101582호)가 이용된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(31)의 표면에 웨이퍼측 위치 정렬(얼라인먼트) 마크(32)가 형성된다. 한편, 마스크(33)에도 마스크측 얼라인먼트 마크(34)가 형성된다. 마스크측 얼라인먼트 마크(34)는 멤브레인을 관통하는 개구부나 혹은 멤브레인의 표면에만 형성된 오목부 어느 쪽이든 상관없다.
얼라인먼트광은 웨이퍼측 얼라인먼트 마크(32) 및 마스크측 얼라인먼트 마크(34)에 각각 입사한다. 웨이퍼측 얼라인먼트 마크(32)에서 반사된 광 LW와, 마스크측 얼라인먼트 마크(34)에서 반사된 광 LM을 검출한다. 광 LW와 광 LM의 상대 위치로부터, 마스크(33)와 웨이퍼(31)의 얼라인먼트를 행한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 4개의 얼라인먼트 검출계(X1, X2, X3, X4)를 마스크의 4코너에 배치하여, 도 4에 도시한 바와 같은 얼라인먼트를 행함으로써, 칩에 상당하는 마스크 영역의 변형을 완전하게 결정할 수 있다. 이러한 TTR 얼라인먼트 방식에 따르면, 얼라인먼트 광학계가 마스크와 웨이퍼 간에 배치되지 않기 때문에, 전자선 노광 중에도 항상 얼라인먼트 마크를 검출하고, 리얼타임으로 칩 변형 보정을 행할 수 있다.
도 1 혹은 도 3에 도시한 바와 같이 정방형의 메쉬형으로 마스크에 그리드를 형성한 경우, TTR 얼라인먼트 방식으로 얼라인먼트를 행하면, 특정한 조건 하에서는 얼라인먼트가 불가능하게 된다. 도 6은 그리드(11)로 둘러싸인 패턴 형성 영역 중 하나를 도시하는 단면도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 마스크 법선 방향 z로부터 측정한 얼라인먼트광 L의 검출 각도 θ가 그리드(11)의 간격 및 높이와 얼라인먼트 마크(34)의 위치로 결정되는 특정한 임계각 θa를 초과하면, 그리드(11)과 얼라인먼트광 L(마스크측 얼라인먼트 마크(34)로부터의 반사광)이 간섭하여, 얼라인먼트광 L을 검출할 수 없게 된다.
본 발명은 반도체 장치의 제조에 이용되는 마스크 및 그 제조 방법과, 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 마스크의 사시도.
도 2는 마스크의 멤브레인을 복수의 소영역으로 분할하는 예.
도 3은 마스크의 그리드 배치의 일례를 도시하는 도면.
도 4는 TTR 얼라인먼트 방식을 도시한 개략도.
도 5는 얼라인먼트 광학계의 배치예를 도시하는 평면도.
도 6은 종래의 마스크로 얼라인먼트를 행하는 경우의 모식도.
도 7은 본 발명의 마스크의 상면도.
도 8은 도 7의 a-a'에서의 단면도.
도 9A는 도 7의 멤브레인 3 부분의 확대도, 도 9B 및 도 9C는 마스크측 얼라인먼트 마크의 예를 도시하는 도면.
도 10은 멤브레인 사이즈와 멤브레인의 최대 휨모멘트와의 관계를 계산한 결과를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 마스크로 얼라인먼트를 행하는 경우의 모식도.
도 12는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법을 도시하는 흐름도.
도 13은 본 발명의 마스크의 상면도.
도 14는 본 발명의 마스크의 소영역의 배치예를 도시하는 상면도.
도 15는 본 발명의 마스크의 소영역의 배치예를 도시하는 상면도.
도 16은 본 발명의 마스크의 소영역의 배치예를 도시하는 상면도.
도 17은 본 발명의 마스크가 적용되는 전자선 노광 장치의 개략도.
도 18은 본 발명의 마스크가 적용되는 다른 전자선 노광 장치의 개략도.
본 발명은 상기한 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, TTR 방식에 의한 얼라인먼트와 상보 분할 패턴의 전사가 가능하고, 충분한 멤브레인 강도를 갖는 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 리소그래피 공정에서의 얼라인먼트 정밀도를 향상시키고, 미세 패턴의 고정밀도의 전사를 가능하게 하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 마스크는 지지 프레임과, 상기 지지 프레임보다 얇게 형성되고, 상기 지지 프레임으로 둘러싸인 박막과, 상기 박막 상의 1점인 기준점을 통과하여, 제1 방향으로 연장되는 제1 직선과, 상기 기준점에서 상기 제1 직선과 직교하고, 제2 방향으로 연장되는 제2 직선을 포함하는 복수의 선에 의해 상기 박막이 복수의 소영역으로 분할된 것 중 하나인 제1 소영역과, 상기 제1 소영역과 제1 방향에서 인접하는 제2 소영역과, 상기 제1 소영역과 제2 방향에서 인접하는 제3 소영역과, 상기 제2 소영역과 제2 방향에서 인접하고, 상기 제3 소영역과 제1 방향에서 인접하는 제4 소영역과, 상기 제1 소영역 상에서 제2 방향으로 연장하고, 한단이 제3군의 비임 중 하나에 접속하여 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지는 제1군의 비임이고, 제2 직선에 접하는 비임을 포함하는 상기 제1군의 비임과, 상기 제2 소영역 상에서 제1 방향으로 연장하여, 일단이 상기 제1군의 비임 중 하나에 접속하여 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지는 제2군의 비임이고, 제1 직선에 접하는 비임을 포함하는 상기 제2군의 비임과, 상기 제3 소영역 상에서 제1 방향으로 연장하고, 한단이 제4군의 비임 중 하나에 접속하여 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로이루어지는 상기 제3군의 비임이고, 제1 직선에 접하는 비임을 포함하는 상기 제3군의 비임과, 상기 제4 소영역 상에서 제2 방향으로 연장하고, 한단이 상기 제2군의 비임 중 하나에 접속하여 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지는 상기 제4군의 비임이고, 제2 직선에 접하는 비임을 포함하는 상기 제4군의 비임과, 상기 제1 소영역 내의 상기 비임 이외의 부분 중 일부에 형성된 제1 개구부와, 상기 제2 내지 제4 소영역 중 적어도 하나의 소영역 내의 상기 비임 이외의 부분 중 일부에 형성된 제2 개구부를 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부는 상보적으로 패턴을 구성한다. 바람직하게는, 각 소영역 내에서, 상기 비임은 서로 등간격으로 형성되고, 상기 제1 내지 제4 소영역은 형상 및 크기가 서로 같은 정방형 또는 구형이다. 또한, 바람직하게는, 상기 제1 내지 제4군의 비임 중 적어도 하나의 군의 비임는, 타단이 상기 지지 프레임과 접속하도록 형성되어 있다. 바람직하게는, 상기 제1 및 제2 개구부는 하전입자선이 투과하는 구멍이다. 바람직하게는, 상기 제1 내지 제4 소영역은 제1 직선에 평행한 적어도 1개의 제1 분할선과, 제2 직선에 평행한 적어도 1개의 제2 분할선 중 적어도 한쪽의 분할선에 의해, 형상 및 크기가 같은 복수의 칩 전사용 영역으로 분할되어 있다. 바람직하게는, 상기 제1 내지 제4 소영역 내의 상기 비임 이외의 부분 중 일부, 특히 상기 기준점으로부터 가장 먼 부분에 형성된 위치 정렬 마크를 갖는다.
이에 의해, TTR 방식에 의해 감광면과 마스크와의 얼라인먼트를 행하였을 때, 비임에 의해 얼라인먼트광이 차단되고, 얼라인먼트가 불가능하게 되는 문제가해소된다. 따라서, 예를 들면 LEEPL에 의해 미세 패턴을 고정밀도로 전사하는 것이 가능해진다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 마스크의 제조 방법은, 박막의 주위에 지지 프레임을 형성하는 공정과, 상기 박막의 한쪽 면의 일부에, 상기 박막을 보강하는 비임을 형성하는 공정과, 상기 비임 이외의 부분의 상기 박막에 개구부를 형성하는 공정을 갖는 마스크의 제조 방법에 있어서, 상기 비임을 형성하는 공정은 상기 박막의 제1 소영역에 제1군의 비임을 형성하고, 상기 박막의 제2 소영역에 제2군의 비임을 형성하고, 상기 박막의 제3 소영역에 제3군의 비임을 형성하고, 상기 박막의 제4 소영역에 제4군의 비임을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 제1 소영역은 상기 박막 상의 1점인 기준점을 통과하여, 제1 방향으로 연장되는 제1 직선과, 상기 기준점에서 상기 제1 직선과 직교하고, 제2 방향으로 연장되는 제2 직선을 포함하는 복수의 선에 의해 상기 박막이 복수의 소영역으로 분할된 것 중 하나의 소영역이고, 상기 제2 소영역은 상기 제1 소영역과 제1 방향에서 인접하는 소영역이고, 상기 제3 소영역은 상기 제1 소영역과 제2 방향에서 인접하는 소영역이고, 상기 제4 소영역은 상기 제2 소영역과 제2 방향에서 인접하고, 상기 제3 소영역과 제1 방향에서 인접하는 소영역이고, 상기 제1군의 비임은 상기 제1 소영역 상에서 제2 방향으로 연장하고, 한단이 상기 제3군의 비임 중 하나에 접속하여 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지고, 또한 제2 직선에 접하는 비임을 포함하고, 상기 제2군 비임은 상기 제2 소영역 상에서 제1 방향으로 연장하고, 한단이 상기 제1군의 비임 중 하나에 접속하여 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지고, 또한 제1 직선에 접하는 비임을 포함하고, 상기 제3군의 비임은 상기 제3 소영역 상에서 제1 방향으로 연장하고, 한단이 상기 제4군의 비임 중 하나에 접속하여 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지고, 또한 제1 직선에 접하는 비임을 포함하고, 상기 제4군의 비임은 상기 제4 소영역 상에서 제2 방향으로 연장하여, 일단이 상기 제2군의 비임 중 하나에 접속하여 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지고, 또한 제2 직선에 접하는 비임을 포함하고, 상기 개구부를 형성하는 공정은 상기 제1 소영역 내의 상기 비임 이외의 부분 중 일부에 제1 개구부를 형성하고, 상기 제2 내지 제4 소영역 중 적어도 하나의 소영역 내의 상기 비임 이외의 부분 중 일부에 제2 개구부를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, TTR 방식에 의해 감광면과 마스크와의 얼라인먼트를 행하였을 때, 비임에 의해 얼라인먼트광이 차단되지 않은 마스크를 제조하는 것이 가능해진다. 본 발명의 마스크의 제조 방법에 따르면, 미세 패턴을 고정밀도로 전사할 수 있는 마스크를 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은 지지 프레임과, 상기 지지 프레임보다 얇게 형성되고, 상기 지지 프레임으로 둘러싸인 박막과, 상기 박막 상의 1점인 기준점을 통과하여, 제1 방향으로 연장되는 제1 직선과, 상기 기준점에서 상기 제1 직선과 직교하고, 제2 방향으로 연장되는 제2 직선을 포함하는 복수의 선에 의해 상기 박막이 복수의 소영역으로 분할된 것 중 하나인 제1 소영역과, 상기 제1 소영역과 제1 방향에서 인접하는 제2 소영역과,상기 제1 소영역과 제2 방향에서 인접하는 제3 소영역과, 상기 제2 소영역과 제2 방향에서 인접하고, 상기 제3 소영역과 제1 방향에서 인접하는 제4 소영역과, 상기 제1 소영역 상에서 제2 방향으로 연장하여, 일단이 제3군의 비임 중 하나에 접속하여 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지는 제1군의 비임이고, 제2 직선에 접하는 비임을 포함하는 상기 제1군의 비임과, 상기 제2 소영역 상에서 제1 방향으로 연장하여, 일단이 상기 제1군의 비임 중 하나에 접속하여 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지는 제2군의 비임이고, 제1 직선에 접하는 비임을 포함하는 상기 제2군의 비임과, 상기 제3 소영역 상에서 제1 방향으로 연장하고, 한단이 제4군의 비임 중 하나에 접속하여 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지는 상기 제3군의 비임이고, 제1 직선에 접하는 비임을 포함하는 상기 제3군의 비임과, 상기 제4 소영역 상에서 제2 방향으로 연장하고, 한단이 상기 제2군의 비임 중 하나에 접속하여 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지는 상기 제4군의 비임이고, 제2 직선에 접하는 비임을 포함하는 상기 제4군의 비임과, 상기 제1 소영역 내의 상기 비임 이외의 부분 중 일부에 형성된 제1 개구부와, 상기 제2 내지 제4 소영역 중 적어도 하나의 소영역 내의 상기 비임 이외의 부분 중 일부에 형성된 제2 개구부를 갖는 마스크를 개재하여, 감광면에 하전입자선, 방사선 또는 광선을 조사하는 노광 공정에 있어서, 상기 제1 소영역을 상기 감광면의 소정 개소에 중첩하여 제1 노광을 행하고, 상기 제1 개구부를 상기 소정 개소 내에 전사하는 제1 노광 공정과, 상기 제2 개구부를 포함하는 소영역의 하나를 상기 소정 개소에 중첩하여 제2 노광을 행하고, 상기 제2 개구부를 상기 소정 개소 내에 전사하는 제2 노광 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 마스크는 상기 제1 내지 제4 소영역 내의 상기 비임 이외의 부분 중 일부에 각각 마스크측 위치 정렬 마크를 갖고, 상기 제1 노광 공정 전에, 상기 감광면 또는 상기 감광면 하부에, 상기 마스크를 개재하여 검출할 수 있는 웨이퍼측 위치 정렬 마크를 미리 형성하는 공정을 더 포함하고, 각 노광 공정 전에, 제1 방향으로 연장하는 상기 비임을 포함하는 소영역에, 제1 방향에서 광을 조사하고, 상기 마스크측 위치 정렬 마크로 반사되는 광과, 상기 감광면측 위치 정렬 마크로 반사되는 광의 위치를 검출하고, 상기 마스크와 상기 감광면의 위치 정렬을 행하는 공정과, 제2 방향으로 연장하는 상기 비임을 포함하는 소영역에, 제2 방향에서 광을 조사하고, 상기 마스크측 위치 정렬 마크로 반사되는 광과, 상기 감광면측 위치 정렬 마크로 반사되는 광의 위치를 검출하고, 상기 마스크와 상기 감광면의 위치 정렬을 행하는 공정 중 적어도 한쪽을 갖는다. 바람직하게는, 상기 위치 정렬을 상기 노광과 동시에 병행하여 행한다.
이에 의해, 리소그래피 공정에 있어서, TTR 방식에 의한 감광면과 마스크와의 얼라인먼트가 가능해진다. 본 발명에 따르면, 마스크의 비임에 의해, 얼라인먼트광이 차단되지 않기 때문에, 고정밀도로 얼라인먼트를 행할 수 있다.
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
이하에, 본 발명의 마스크 및 그 제조 방법과 반도체 장치의 제조 방법의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 실시 형태의 마스크의 상면도이다. 본 실시 형태의 마스크는 LEEPL에 적합하게 이용된다. 도 7에 도시한 바와 같이, 스텐실 마스크(1)는, 예를 들면 실리콘 웨이퍼(2)를 이용하여 형성되고, 실리콘 웨이퍼(2)의 중앙부에 멤브레인(3)이 형성된다. 스텐실 마스크란, 멤브레인을 관통하도록 한 구멍이 형성된 마스크를 말한다. 스텐실 마스크의 구멍 내부의 공간에는 물질이 존재하지 않는다.
멤브레인(3) 주위의 실리콘 웨이퍼(2)는 멤브레인(3)의 강도를 보강하는 지지 프레임으로서 이용된다. 멤브레인(3)은 주위의 실리콘 웨이퍼(2)와 일체화된 그리드(비임)(4)와, 그리드(4)로 둘러싸인 패턴 형성 영역(5)을 포함한다. 그리드(4)는 멤브레인(3) 상에 막대형 또는 선형으로 형성된 돌기 부분이고, 그리드(4)가 형성된 부분에는 멤브레인(3)이 실질적으로 두꺼워진다. 이에 의해, 멤브레인(3)이 보강되고, 멤브레인(3)의 자체 중량에 의한 변형이 방지된다. 그리드(4)의 재질은 반드시 지지 프레임과 동일할 필요는 없지만, 실리콘 웨이퍼(2)에 드라이 에칭을 행함으로써, 지지 프레임과 그리드(4)를 동일한 공정에서 간편하게 형성할 수 있어, 이 경우 이들의 재질이 동일해진다.
도 8은 도 7의 a-a'에서의 단면도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 그리드(4)로 둘러싸인 멤브레인(3)의 패턴 형성 영역에는, 디바이스 패턴에 대응한 구멍(6)이 형성된다. 또한, 패턴 형성 영역의 일부에는, 마스크측 얼라인먼트 마크가 형성된다.
도 7 및 도 8에 도시하는 본 실시 형태의 스텐실 마스크는, 예를 들면 실리콘 웨이퍼(2) 상에 실리콘 산화막(7)을 통하여 실리콘층(멤브레인(3))이 형성된 SOI 웨이퍼를 이용하여 형성된다. 실리콘 웨이퍼(2)를 멤브레인(3)의 이면측으로부터 에칭하여 그리드(4)가 형성된다. 실리콘 산화막(7)은 실리콘 웨이퍼(2)의 에칭에서 에칭 스토퍼층으로서 이용된다. 구멍(6)은 멤브레인(3)에 에칭을 행하여 형성된다. 또한, 상기 이외의 방법으로 스텐실 마스크를 형성하는 것도 가능하다.
본 실시 형태의 스텐실 마스크는 다음의 3 조건을 충족시킨다. 제1 조건은 멤브레인이 그리드에 의해 보강되어 있는 것이다. 제2 조건은 상보 분할된 패턴을 칩 사이즈의 정수배의 스텝 앤드 리피트 노광으로 효율적으로 노광할 수 있는 것이다. 제3 조건은 멤브레인을 통하여 웨이퍼 상의 얼라인먼트 마크를 검출하는 얼라인먼트 광학계의 광로가 그리드와 간섭하지 않는 것이다.
상술한 도 1에 도시한 바와 같은 마스크 구조인 경우, 제1 조건은 만족된다. 그러나, 도 1에 도시한 구조에서 도 2에 도시한 바와 같이 멤브레인을 4개의 소영역으로 분할한 경우, 그리드의 형성 위치가 4개의 소영역에서 중첩한다. 따라서, 4개의 소영역 A∼D에 상보 분할 패턴을 형성할 수 없어, 제2 조건이 만족되지 않는다. 또한, 도 6에 도시한 바와 같이 제3 조건도 만족되지 않는다.
도 3에 도시한 바와 같은 마스크 구조로 한 경우에는 제1 조건과 제2 조건이 만족된다. 그러나, 도 6에 도시한 바와 같이, 제3 조건이 만족되지 않는다.
도 9A에 본 실시 형태의 스텐실 마스크에서의 그리드의 배치를 확대하여 도시한다. 도 9A의 사선 부분은 도 7의 패턴 형성 영역(5)를 나타내고, 패턴 형성 영역(5) 사이에 협지된 부분이 그리드(4)를 나타낸다. 노광 영역은 x축 및 y축에의해 4개의 소영역 A∼D로 분할되고, 대각선 상에 있는 소영역 A, D에서는 원점 O에 대하여 점대칭으로 그리드(4)가 배치된다. 이들 소영역 A, D의 그리드(4)는 x 방향(제1 방향)으로 연장한다. 마찬가지로, 소영역 B, C에서는 원점 O에 대하여 점대칭으로 그리드(4)가 배치된다. 이들 소영역 B, C의 그리드(4)는 y 방향(제2 방향)으로 연장한다.
마스크를 4개의 소영역으로 분할한 이유는 이하와 같다. 그리드가 존재하지 않은 마스크는, 멤브레인의 자체 중량에 의한 변형이 크고, 이에 따라 패턴이 변위하기 때문에, 마스크로의 사용이 어렵다. 그래서, 멤브레인 상에 그리드를 형성할 필요가 생기지만, 그리드를 형성한 경우, 본래 그리드의 부분에 배치되어 있던 패턴을 형성하기 위한 영역을, 마스크 상의 다른 위치에 확보할 필요가 생긴다. 이에 의해, 마스크 상에 적어도 2개의 영역이 필요하게 된다.
또한, 스텐실 마스크에서는 상보 분할이 전제로 되고, 상술한 바와 같이 1개의 패턴당 2개 이상의 영역이 필요해진다. 즉, 그리드를 갖는 스텐실 마스크에서는 그리드와 중첩되는 패턴을 형성하기 위한 영역의 확보와, 상보 분할의 필요성의 관점에서 볼 때, 적어도 2×2=4개의 소영역이 필요하게 된다. 따라서, 본 실시 형태의 스텐실 마스크는 4개의 소영역으로 분할된다.
마스크를 4개의 소영역으로 분할하고, 이들 소영역에서 x 방향 또는 y 방향에 그리드(4)를 배치하는 것은 TTR 방식에 의한 얼라인먼트로 얼라인먼트광이 그리드(4)에 의해 차단되는 문제를 해소하기 위한 것 뿐만아니라, 그리드(4)의 배치를 균등하게 하여, 마스크 전체에서의 변형을 억제하기 위해서이기도 하다.
또한, 각 소영역 내에서 그리드(4)가 한방향으로만 연장하고, 스트라이프형의 배치가 되기 때문에, 예를 들면 도 3에 도시한 바와 같이, 그리드가 메쉬형으로 배치되고, 또한 메쉬의 위치가 4개의 소영역에서 서로 어긋나는 경우와 비교하면, 그리드(4)와 그 이외의 영역(패턴 형성 영역(5))이 보다 단순하게 분할된다.
도 9A에 도시한 바와 같이, 각 소영역에서는 그리드(4)와 띠형상의 패턴 형성 영역(5)이 교대로 배열되고, 그리드(4)의 개수와 패턴 형성 영역(5)의 개수의 합계(소영역 A, D에서는 N, 소영역 B, C에서는 M)는 짝수이다. 도 9A의 X와 Y로 결정되는 각 소영역의 사이즈는 소영역 A에 도시한 칩 전사용 영역 Ac의 사이즈의 정수배로 되어 있다. 즉, 각 소영역은 1개 또는 복수개의 칩 전사용 영역 Ac를 포함한다.
각 소영역에는 노광 영역의 4코너에 대응하는 부분에 마스크측 얼라인먼트 마크(8)가 형성된다. 도 9B 및 도 9C는 마스크측 얼라인먼트 마크(8)의 예이지만, 마스크측 얼라인먼트 마크(8)의 형상은 이들에 한정되지 않는다. 또한, 마스크측 얼라인먼트 마크(8)는 멤브레인을 관통하는 개구부나, 혹은 멤브레인의 표면에만 형성된 오목부이어도 된다.
그리드(4)의 폭과 패턴 형성 영역(5)의 폭은 동일할 필요는 없지만, 그 합계가 칩 전사용 영역 Ac의 1변의 길이의 정수분의 1이고, 또한 그리드(4)의 폭이 멤브레인을 지지하는데 충분할 필요가 있다. 노광 영역의 4코너에는 얼라인먼트 광학계 X1, X2, Y1, Y2가 배치된다.
또한, x 방향으로 연장되는 그리드(4)(소영역 B, C의 그리드(4))의 폭과, y 방향으로 연장되는 그리드(4)(소영역 A, D의 그리드(4))의 폭은 동일할 필요는 없다. 마찬가지로, x 방향으로 연장되는 패턴 형성 영역(5)(소영역 B, C의 패턴 형성 영역(5))의 폭과, y 방향으로 연장되는 패턴 형성 영역(5)(소영역 A, D의 패턴 형성 영역(5))의 폭은 동일할 필요는 없다.
도 1 혹은 도 3에 도시한 마스크와 달리, 본 실시 형태의 스텐실 마스크에서는 그리드로 둘러싸인 부분의 멤브레인의 형상이 장방형이다. 이 구조는 일견 강도적으로 불리하다는 인상을 받기 쉽지만, 잘못된 것이다. 본 실시 형태의 그리드 구조는 「구형 멤브레인에 걸리는 최대 휨모멘트는 짧은 변의 2승에 비례한다」라는 재료역학적 이론에 기초하고 있다.
주변이 고정된 멤브레인에 가해지는 휨모멘트는 긴 변의 중점에서 최대값 M=c(b/a)×a2를 취한다. 여기서, a는 구형의 짧은 변의 길이이고, b는 구형의 긴 변의 길이이다. 비례계수 c는 비 b/a의 함수이지만, 비 b/a에 대한 의존성은 약하기 때문에, 상수라고 간주할 수 있다. 이들은 재료역학의 저명한 교과서인 Theory of Plates and Shells(S.P.Timishenko and S.Woinwsky Krieger) 등에 기재되어 있다.
이 이론에 기초하여, 정방형 멤브레인 변의 길이 b(=a)를 변화시킨 경우의 최대 휨모멘트, 및 1변의 길이 a를 2㎜로 고정하여 다른 변의 길이 b를 변화시킨 경우의 최대 휨모멘트를 계산하였다. 계산 결과를 도 10에 도시한다. 도 10에 도시한 바와 같이, 정방형 멤브레인의 경우, 사이즈가 증대함과 함께, 멤브레인에 걸리는 부하는 급격히 증대한다.
한편, 장방형 멤브레인의 경우, 1변이 작은 한, 긴 변을 크게 해도 멤브레인에 걸리는 부하는 일정한 값에서 포화한다. 이상과 같이, 짧은 변의 길이가 a인 장방형 멤브레인의 역학적 강도는 긴 변의 길이 b에 상관없이, 1변의 길이 a의 정방형 멤브레인의 역학적 강도와 거의 동등하다. 따라서, 본 실시 형태의 마스크에 따르면, 상술한 제1 조건이 만족된다.
본 실시 형태의 스텐실 마스크를 노광에 이용하는 경우, 그리드 바로 아래의 영역을 노광할 수 없다. 도 9A에서 소영역 A, D의 y축에 평행한 스트라이프와, 소영역 B, C의 x축에 평행한 스트라이프를 중첩시키면, M×N개의 블록이 얻어진다. 도 9A의 예에서는, M=N=8이다. M×N 블록을 M행×N열(=8 행×8 열)의 표에 대응시켜, 각 블록에서 어떤 소영역이 노광되는지(즉, 어떤 소영역에 패턴을 형성할 수 있을지)를 정리하면, 표 2와 같이 된다.
AB B D AB B D AB B D AB B D
A C CD A C CD A C CD A C CD
AB B D AB B D AB B D AB B D
A C CD A C CD A C CD A C CD
AB B D AB B D AB B D AB B D
A C CD A C CD A C CD A C CD
AB B D AB B D AB B D AB B D
A C CD A C CD A C CD A C CD
본 실시 형태의 스텐실 마스크의 그리드 배치에 따르면, 표 2에 도시한 바와 같이, 각 블록에서 2개의 소영역에 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 칩의 임의의 위치에 대하여 2개의 소영역을 대응시킬 수 있다. 상보 분할한 패턴을 동일한 마스크 상의 4개의 소영역 중, 노광되는 2개의 소영역으로 분류하여 형성한다. 4개의 소영역을 중첩시키는 다중 노광에 의해 도우넛형 패턴을 포함하는 임의의 디바이스 패턴을 웨이퍼에 전사할 수 있다. 즉, 본 실시 형태의 스텐실 마스크에 따르면, 상술한 제2 조건이 만족된다.
각 소영역의 얼라인먼트 광학계의 방향은 그 소영역 내의 그리드(4)의 길이 방향과 평행하게 되어 있다. 따라서, 도 11의 단면도에 도시한 바와 같이, 얼라인먼트 광학계의 광로는 그리드(4)와 간섭하지 않는다. 도 11은 그리드(4)로 둘러싸인 패턴 형성 영역의 하나를 도시하는 단면도이다.
도 11에 도시한 바와 같이, 마스크 법선 방향 z로부터 측정한 얼라인먼트광 L의 검출 각도 θ가 커진 경우에도, 도 9에 도시하는 광학계의 배치에 따르면, 얼라인먼트광 L(마스크측 얼라인먼트 마크(8)로부터의 반사광)은 그리드(4)에 의해 차단되지 않는다. 따라서, TTR 방식에 의한 얼라인먼트를 고정밀도로 행할 수 있다.
본 실시 형태의 반도체 장치의 제조 방법은 본 실시 형태의 스텐실 마스크를 이용한 리소그래피 공정을 포함한다. 이 리소그래피 공정에서, 웨이퍼 스테이지를 도 9에 도시하는 X 혹은 Y씩 이동시키고, 이동시킬 때마다 노광을 반복한다. 예를 들면, 제1 노광에 의해 소영역 A∼D의 패턴을 웨이퍼에 노광한 후, 웨이퍼 스테이지를 소영역의 x축 방향의 길이(X)만큼 이동시킨다. 이 상태에서 제2 노광에 의해 소영역 A∼D의 패턴을 웨이퍼에 노광하면, 제1 노광에서 소영역 A의 패턴이 노광된 부분에 소영역 B의 패턴이 노광된다. 또한, 제1 노광에서 소영역 C의 패턴이 노광된 부분에 소영역 D의 패턴이 노광된다.
제2 노광을 행한 후, 웨이퍼 스테이지를 예를 들면 소영역의 y축 방향의 길이(Y)만큼 이동시킨다. 이 상태에서 제3 노광에 의해 소영역 A∼D의 패턴을 웨이퍼에 노광하면, 제1 노광에서 소영역 C의 패턴이 노광되고, 제2 노광에서 소영역 D의 패턴이 노광된 부분에, 소영역 B의 패턴이 노광된다. 이 부분에는 웨이퍼를 더 -X만큼 이동시켜서 제4 노광을 행함으로써, 소영역 A의 패턴이 노광된다. 즉, 제1∼제4 노광에 의해 소영역 A∼D의 패턴이 전부 노광된다.
실제의 반도체 장치의 제조에 있어서는, 웨이퍼 상에 다수의 칩이 매트릭스형으로 배치된다. 따라서, 상기한 바와 같이 X, Y, -X의 순서대로 웨이퍼 스테이지를 이동시키는 대신에, 한방향(예를 들면, x 방향)으로 X씩 웨이퍼 스테이지를 끝에서부터 끝까지 이동시킨 후, y 방향으로 Y만큼 웨이퍼 스테이지를 이동시키고, 다시 x 방향으로 -X씩 웨이퍼 스테이지를 끝으로부터 끝까지 이동시켜도 된다.
웨이퍼 스테이지의 이동 경로는, 웨이퍼 스테이지의 이동을 위한 소요 시간이 적어지도록 적절하게 선택할 수 있다. 또, 상기한 바와 같이, 웨이퍼를 이동시킬 때마다 소영역 A∼D의 패턴을 노광하면, 웨이퍼 상에서 가장 외측에 배치되는 칩에는 모든 소영역의 패턴을 중첩하여 노광할 수는 없고, 1개 또는 2개의 소영역의 패턴만 노광된다. 이들 칩은 배제하면 된다.
이상과 같이, 4개의 소영역 A∼D에 형성된 상보 분할 패턴이 다중 노광된다. 또한, 하나의 소영역에 포함되는 칩 전사용 영역 Ac의 수와 동일 수의 칩에 효율적으로 디바이스 패턴을 전사할 수 있다. 본 실시 형태의 스텐실 마스크에 따르면,상술한 제3 조건이 만족된다.
도 12는 본 실시 형태의 반도체 장치의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 단계 1(ST1)에서는 제1 노광에 의해 제1 소영역의 패턴을 노광한다. 제1 소영역은 마스크 상의 4개의 소영역 중 하나로 한다. 또, 도 12의 흐름도는 웨이퍼 상에 도포된 레지스트의 임의의 특정한 개소에 실시되는 처리를 도시한 것으로, 제1 노광에서는 제1∼제4 소영역의 패턴이 전부 웨이퍼 상의 감광면인 레지스트에 노광된다.
단계 2(ST2)에서는 제2 노광에 의해 제2 소영역의 패턴을 노광한다. 제2 소영역은 제1 소영역 이외의 3개의 소영역 중 하나로 한다. 또, 제1 노광과 마찬가지로, 제2 노광에서도 제1∼제4 소영역의 패턴이 모두 웨이퍼 상의 레지스트에 노광된다.
단계 3(ST3)에서는 제3 노광에 의해 제3 소영역의 패턴을 노광한다. 제3 소영역은 제1 및 제2 소영역 이외의 2개의 소영역 중의 한쪽으로 한다. 또, 제1 및 제2 노광과 마찬가지로, 제3 노광에서도 제1∼제4 소영역의 패턴이 모두 웨이퍼 상의 레지스트에 노광된다.
단계 4(ST4)에서는 제4 노광에 의해 제4 소영역의 패턴을 노광한다. 제4 소영역은 제1∼제3 소영역 이외의 남은 소영역이다. 또, 제1∼제3 노광과 마찬가지로, 제4 노광에서도 제1∼제4 소영역의 패턴이 모두 웨이퍼 상의 레지스트에 노광된다.
단계 5(ST5)에서는 레지스트의 현상을 행한다. 이에 의해, 상보 분할을 행하기 전의 패턴이 복원되어 레지스트에 전사된다.
상기한 본 실시 형태의 반도체 장치의 제조 방법에 따르면, 소영역마다의 패턴 전사를 효율적으로 행할 수 있어, 마스크의 변형을 억제하면서 높은 처리량으로 노광을 행할 수 있다.
스트라이프형의 멤브레인은, 예를 들면 일본 특개평 2000-91227호 공보 기재의 SCALPEL용 마스크로 형성된다. 이 마스크에서는, 전자선 등의 노광용 하전입자 빔을 주사할 때, 그리드로 빔을 스킵시키는 횟수를 줄일 목적으로, 멤브레인이 구형으로 된다. 멤브레인의 스트라이프의 방향은 하전입자 빔의 주사 방향과 평행이다.
본 실시 형태의 마스크는, 상기한 일본 특개평 2000-91227호 공보 기재의 마스크와는 다른 목적으로 멤브레인이 구형으로 된다. 예를 들면, 본 실시 형태의 마스크에서는, 그리드의 높이에 따라 얼라인먼트광의 검출 각도의 허용 범위가 변동한다. 따라서, 그에 따라 구형의 멤브레인의 긴 변의 길이도 적절하게 결정된다.
그에 대하여, 상기한 공보에 기재된 SCALPEL용 마스크에서는, 그와 같은 조건은 고려되지 않는다. 또한, 본 실시 형태의 마스크의 소영역 A∼D와 같은, 상보 분할 패턴을 형성하기 위한 마스크 영역의 분할도 행해지지 않는다.
본 실시 형태의 마스크에 따르면, 그리드(4)가 얼라인먼트광과 간섭하지 않기 때문에, 광학계를 설계하는 데에서의 자유도가 높아진다. 따라서, 개구수 NA가 큰 광학계를 이용하여, 신호 강도를 보다 높게하는 것도 가능하다. 도 1에 도시한바와 같이, 그리드(11)가 정방형의 메쉬형으로 형성된 종래의 마스크 구조인 경우, 얼라인먼트광과 그리드(11)와의 간섭을 피하기 위해서는 광학계를 변경하거나 멤브레인을 확대할 필요가 있다.
그러나, 정방형의 멤브레인의 면적을 확대하면, 도 10에 도시한 바와 같이, 마스크 강도가 현저하게 저하한다. 또한, 광학계의 변경도 곤란하다. 본 실시 형태의 스텐실 마스크에 따르면, 광학계의 변경이 불필요하며, 마스크 강도도 저하하지 않는다.
도 13은 그리드가 각 소영역에서 단수인 경우의 마스크의 상면도이다. 도 13의 마스크(1)에서도, 마스크의 중심에서 직교하는 직선(도시되지 않음)에 의해 멤브레인(3)이 4개의 소영역으로 분할되어 있다. 2개의 소영역이 인접하는 경계 부분에는, 경계를 따라 연장되는 그리드(4)가 한쪽의 소영역 내에 형성된다. 이에 의해, 모든 그리드(4)가 서로 접속한다. 각 소영역에 형성되는 그리드의 수는 도 7에 도시한 바와 같이 복수나, 도 13에 도시한 바와 같이 단수이더라도, 어느 쪽이든 상관없다.
또한, 각 소영역 내의 그리드의 수가 복수인 경우와 단수인 경우 모두, 각 소영역의 크기는 반드시 동일하지 않아도 된다. 각 소영역 중, 웨이퍼가 동일한 개소에 중첩하여 전사되는 영역 내에서 그 영역 내의 모든 점이 적어도 2개의 소영역에서 패턴 형성 영역에 포함되는 한, 각 소영역의 크기나 형상은 달라도 된다. 단, 마스크 전체의 변형을 적게 한다는 관점에서는, 도 1 혹은 도 13에 도시한 바와 같이, 각 소영역을 동일한 크기로 하고, 대각선 상의 소영역에 점대칭으로 그리드를 형성하는 것이 바람직하다.
상보 분할된 패턴을 복수의 상보 마스크에 형성하고, 상보 마스크를 이용한 다중 노광에 의해 상보적으로 패턴을 전사하는 경우, 노광 장치에 부착된 상보 마스크를 교환할 필요가 있다. 여기서, 상보 마스크란, 임의의 영역의 패턴을 분할한 패턴 중 일부로서, 서로 다른 패턴(상보 분할 패턴)이 형성된 복수의 마스크를 말한다. 각 상보 마스크의 특정한 영역을 노광 대상물(통상은 웨이퍼)의 동일한 개소에 중첩하여 노광함으로써 분할 전의 패턴이 노광 대상물에 복원되어 전사된다.
그에 대하여, 본 실시 형태의 스텐실 마스크에 따르면, 동일한 마스크 내의 다른 소영역에 상보 분할 패턴이 형성된다. 따라서, 상보 분할 패턴을 노광할 때, 노광 장치에 부착한 마스크의 교환은 불필요하며, 웨이퍼 스테이지를 이동시키는 것만으로 칩에 다중 노광을 행할 수 있다. 따라서, 다른 마스크에 상보 분할 패턴을 형성하는 경우에 비하여, 노광의 처리량을 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 스텐실 마스크에 형성되는 소영역의 수는 4개로 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 14에 도시한 바와 같이, 멤브레인을 16개의 소영역으로 분할하거나, 도 15에 도시한 바와 같이 멤브레인을 9개의 소영역으로 분할하거나, 도 16에 도시한 바와 같이 멤브레인을 6개로 분할해도 된다.
멤브레인을 4개 이외의 소영역으로 분할하는 경우에도, 인접하는 소영역끼리는, 비임이 연장되는 방향을 서로 직교시킨다. 소영역의 수를 4개보다도 많게 한 경우, 증가한 만큼의 소영역에는 4개의 소영역 A∼D와 마찬가지의 상보 분할 패턴을 형성하거나, 다른 상보 분할 패턴을 형성하거나, 상보 분할 패턴 이외의 노광용 패턴을 형성하는 등 어느 것이든 상관없다.
상기한 본 발명의 실시 형태의 마스크 및 반도체 장치의 제조 방법에 따르면, TTR 방식에 의해 얼라인먼트를 행하였을 때, 얼라인먼트광이 그리드에 의해 차단되지 않는다. 따라서, 웨이퍼와 마스크를 근접시키는 LEEPL에서도 고정밀도로 얼라인먼트를 행하는 것이 가능해진다. 또, 본 발명의 실시 형태의 마스크의 제조 방법에 따르면, TTR 방식에 의한 얼라인먼트와 상보 분할 패턴의 전사 양쪽에 적합한 마스크를 제조하는 것이 가능해진다.
도 17은 LEEPL에 이용되는 노광 장치의 개략도로, 전자선의 투영 광학계를 도시한다. 본 실시 형태의 스텐실 마스크는, 도 17에 도시한 바와 같은 노광 장치에 의한 전자선 노광에 적합하게 이용할 수 있다.
도 17의 노광 장치(111)는 저가속의 전자선(112)을 생성하는 전자총(113) 외에, 개구(114), 컨덴서 렌즈(115), 한쌍의 메인 디플렉터(116, 117) 및 한쌍의 미세 조정용 디플렉터(118, 119)를 갖는다.
개구(114)는 전자선(112)을 제한한다. 컨덴서 렌즈(115)는 전자선(112)을 평행한 빔으로 한다. 컨덴서 렌즈(115)에 의해 집광되는 전자선(112)의 단면형상은 통상, 원형이지만, 다른 단면형상이어도 된다. 메인 디플렉터(116, 117) 및 미세 조정용 디플렉터(118, 119)는 편향 코일이고, 메인 디플렉터(116, 117)는 전자선(112)이 스텐실 마스크(120)의 표면에 대하여 기본적으로 수직으로 입사하도록, 전자선(112)을 편향시킨다.
미세 조정용 디플렉터(118, 119)는 전자선(112)이 스텐실 마스크(120)의 표면에 대하여 수직으로, 또는 수직 방향으로부터 약간 기울어 입사하도록, 전자선(112)을 편향시킨다. 전자선(112)의 입사각은, 스텐실 마스크(120) 상의 패턴 위치 등에 따라서 최적화되지만, 전자선(112)의 입사각은 최대 10mrad 정도이고, 전자선(112)은 스텐실 마스크(120)에 거의 수직으로 입사한다.
도 17의 전자선(112a∼c)은 스텐실 마스크를 주사하는 전자선(112)이 스텐실 마스크 상의 각 위치에 거의 수직으로 입사하는 모습을 나타내고, 전자선(112a∼c)이 스텐실 마스크(120)에 동시에 입사하는 것을 도시하는 것은 아니다. 전자선(112)의 주사는 래스터 주사와 벡터 주사 모두 가능하다.
도 17에서, 스텐실 마스크(120)의 구멍(121) 부분을 투과한 전자선에 의해 웨이퍼(122) 상의 레지스트(123)가 노광된다. LEEPL에는 등배(等倍) 마스크가 이용되고, 스텐실 마스크(120)와 웨이퍼(122)는 근접하여 배치된다.
상기한 노광 장치(111)에 의해 전자선 노광을 행할 때에, 스텐실 마스크(120)로서 본 실시 형태의 스텐실 마스크를 이용한다. 본 실시 형태의 스텐실 마스크에서는 멤브레인이 그리드에 의해 보강되어 있기 때문에, 멤브레인의 변형이 방지되고, 전자선 노광에서의 전사 패턴의 위치 어긋남이 저감된다. 또, 웨이퍼를 이동시킴으로써, 스텐실 마스크(120)를 교환하지 않고, 상보 분할 패턴을 중첩시켜서 노광할 수 있다.
상기한 실시 형태에 도시한 그리드 배치를 갖는 스텐실 마스크를, LEEPL 이외의 전자선 노광 장치, 예를 들면 도 18에 도시하는 전자선 노광 장치에 적용할수도 있다. 도 18에 도시하는 투영 광학계에 따르면, 마스크(201)의 패턴이 전자선을 이용하여 웨이퍼 등의 시료(202)에, 소정의 배율로 축소 전사된다. 전자선의 궤도는 컨덴서 렌즈(203), 제1 투영 렌즈(204), 제2 투영 렌즈(205), 크로스 오버 개구(206), 시료 아래 렌즈(207) 및 복수의 편향기(208a∼208i)에 의해 제어된다.
도 18에 도시하는 투영 광학계에서는 마스크(201)를 투과한 전자선이 크로스 오버 개구(206)를 통과하여 시료(202)에 수직으로 입사하도록, 복수의 편향기(208)로부터 편향 자계를 발생시킨다. 상기한 투영 광학계를 갖는 전자선 노광 장치 이외에, 이온 빔 등의 하전입자 빔을 이용하는 노광 장치에 본 실시 형태의 마스크를 적용할 수도 있다. 또한, X선이나 방사선 혹은 광선을 이용하는 노광 장치에 본 실시 형태의 마스크를 적용할 수도 있다.
본 발명의 마스크 및 그 제조 방법과 반도체 장치의 제조 방법의 실시 형태는, 상기한 설명에 한정되지 않는다. 예를 들면, 마스크는 그리드가 스트라이프형으로 형성되어 있으면 되고, 마스크의 재료나 구성은 적절하게 변경할 수 있다. 구체적으로는, 멤브레인에 차지 업을 방지하기 위한 도전층을 형성하거나, 상기 이외의 방법으로 마스크를 제작해도 된다. 또한, 본 실시 형태의 스텐실 마스크는, 리소그래피 이외의 반도체 장치 제조 프로세스, 예를 들면 이온 주입 등에도 이용할 수 있다. 그 외에, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변경이 가능하다.
본 발명의 마스크에 따르면, TTR 방식에 의한 얼라인먼트와 상보 분할 패턴의 전사가 가능하며 충분한 멤브레인 강도도 얻어진다.
본 발명의 마스크의 제조 방법에 따르면, TTR 방식에 의한 얼라인먼트와 상보 분할 패턴의 전사가 가능하며 충분한 멤브레인 강도를 갖는 마스크를 제조할 수 있다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 따르면, 리소그래피 공정에서의 얼라인먼트 정밀도가 향상되고 미세 패턴의 고정밀도의 전사가 가능해진다.

Claims (18)

  1. 지지 프레임과,
    상기 지지 프레임보다 얇게 형성되며, 상기 지지 프레임으로 둘러싸인 박막과,
    상기 박막 상의 1점인 기준점을 통과하여, 제1 방향으로 연장되는 제1 직선과, 상기 기준점에서 상기 제1 직선과 직교하고, 제2 방향으로 연장되는 제2 직선을 포함하는 복수의 선에 의해서 상기 박막이 복수의 소영역으로 분할된 것 중 하나인 제1 소영역과,
    상기 제1 소영역과 제1 방향에서 인접하는 제2 소영역과,
    상기 제1 소영역과 제2 방향에서 인접하는 제3 소영역과,
    상기 제2 소영역과 제2 방향에서 인접하고, 상기 제3 소영역과 제1 방향에서 인접하는 제4 소영역과,
    상기 제1 소영역 상에서 제2 방향으로 연장되며, 일단이 제3군의 비임 중 하나에 접속되며 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지는 제1군의 비임으로서, 제2 직선에 접하는 비임을 포함하는 상기 제1군의 비임과,
    상기 제2 소영역 상에서 제1 방향으로 연장되며, 일단이 상기 제1군의 비임 중 하나에 접속되며 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지는 제2군의 비임으로서, 제1 직선에 접하는 비임을 포함하는 상기 제2군의 비임과,
    상기 제3 소영역 상에서 제1 방향으로 연장되며, 일단이 제4군의 비임 중 하나에 접속되며 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지는 상기 제3군의 비임으로서, 제1 직선에 접하는 비임을 포함하는 상기 제3군의 비임과,
    상기 제4 소영역 상에서 제2 방향으로 연장되며, 일단이 상기 제2군의 비임 중 하나에 접속되며 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지는 상기 제4군의 비임으로서, 제2 직선에 접하는 비임을 포함하는 상기 제4군의 비임과,
    상기 제1 소영역 내의 상기 비임 이외의 부분 중 일부에 형성된 제1 개구부와,
    상기 제2 내지 제4 소영역 중 적어도 하나의 소영역 내의 상기 비임 이외의 부분 중 일부에 형성된 제2 개구부를 갖는 마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부는 상보적으로 패턴을 구성하는 마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 소영역마다 상기 비임은 서로 등간격으로 형성되어 있는 마스크.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3군의 비임의 서로의 간격은 상기 제2군의 비임의 서로의 간격과 같은 마스크.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제4군의 비임의 서로의 간격은 상기 제1군의 비임의 서로의 간격과 같은 마스크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 소영역은 형상 및 크기가 상호 같은 정방형 또는 구형인 마스크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4군의 비임 중 적어도 하나의 군의 비임은 타단이 상기 지지 프레임과 접속하도록 형성되어 있는 마스크.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 개구부는 하전입자선이 투과하는 구멍인 마스크.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 소영역은 제1 직선에 평행한 적어도 1개의 제1 분할선과, 제2 직선에 평행한 적어도 1개의 제2 분할선 중 적어도 한쪽의 분할선에 의해, 형상 및 크기가 같은 복수의 칩 전사용 영역으로 분할되어 있는 마스크.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 소영역 내의 상기 비임 이외의 부분 중 일부에 형성된 위치 정렬 마크를 갖는 마스크.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 위치 정렬 마크는 각 소영역 내에서 상기 기준점으로부터 가장 먼 부분에 형성되어 있는 마스크.
  12. 박막 주위에 지지 프레임을 형성하는 공정과,
    상기 박막의 한쪽 면의 일부에, 상기 박막을 보강하는 비임을 형성하는 공정과,
    상기 비임 이외의 부분의 상기 박막에 개구부를 형성하는 공정을 갖는 마스크의 제조 방법에 있어서,
    상기 비임을 형성하는 공정은, 상기 박막의 제1 소영역에 제1군의 비임을 형성하고, 상기 박막의 제2 소영역에 제2군의 비임을 형성하며, 상기 박막의 제3 소영역에 제3군의 비임을 형성하고, 상기 박막의 제4 소영역에 제4군의 비임을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 제1 소영역은 상기 박막 상의 1점인 기준점을 통과하여, 제1 방향으로 연장되는 제1 직선과, 상기 기준점에서 상기 제1 직선과 직교하고, 제2 방향으로연장되는 제2 직선을 포함하는 복수의 선에 의해 상기 박막이 복수의 소영역으로 분할된 것 중 하나의 소영역이고,
    상기 제2 소영역은 상기 제1 소영역과 제1 방향에서 인접하는 소영역이고,
    상기 제3 소영역은 상기 제1 소영역과 제2 방향에서 인접하는 소영역이고,
    상기 제4 소영역은 상기 제2 소영역과 제2 방향에서 인접하고, 상기 제3 소영역과 제1 방향에서 인접하는 소영역이고,
    상기 제1군의 비임은 상기 제1 소영역 상에서 제2 방향으로 연장되며, 일단이 상기 제3군의 비임 중 하나에 접속되며 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지고, 또한 제2 직선에 접하는 비임을 포함하고,
    상기 제2군의 비임은 상기 제2 소영역 상에서 제1 방향으로 연장되며, 일단이 상기 제1군의 비임 중 하나에 접속되며 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지고, 또한 제1 직선에 접하는 비임을 포함하고,
    상기 제3군의 비임은 상기 제3 소영역 상에서 제1 방향으로 연장되며, 일단이 상기 제4군의 비임 중 하나에 접속되며 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지고, 또한 제1 직선에 접하는 비임을 포함하고,
    상기 제4군의 비임은 상기 제4 소영역 상에서 제2 방향으로 연장되며, 일단이 상기 제2군의 비임 중 하나에 접속되며 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지고, 또한 제2 직선에 접하는 비임을 포함하고,
    상기 개구부를 형성하는 공정은, 상기 제1 소영역 내의 상기 비임 이외의 부분 중 일부에 제1 개구부를 형성하고, 상기 제2 내지 제4 소영역 중 적어도 하나의소영역 내의 상기 비임 이외의 부분 중 일부에 제2 개구부를 형성하는 공정을 포함하는 마스크의 제조 방법.
  13. 마스크를 개재하여 감광면에 하전입자선, 방사선 또는 광선을 조사하는 노광 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법에 있어서,
    지지 프레임과,
    상기 지지 프레임보다 얇게 형성되고, 상기 지지 프레임으로 둘러싸인 박막과,
    상기 박막 상의 1점인 기준점을 통과하여, 제1 방향으로 연장되는 제1 직선과, 상기 기준점에서 상기 제1 직선과 직교하고, 제2 방향으로 연장되는 제2 직선을 포함하는 복수의 선에 의해 상기 박막이 복수의 소영역으로 분할된 것 중 하나인 제1 소영역과,
    상기 제1 소영역과 제1 방향에서 인접하는 제2 소영역과,
    상기 제1 소영역과 제2 방향에서 인접하는 제3 소영역과,
    상기 제2 소영역과 제2 방향에서 인접하고, 상기 제3 소영역과 제1 방향에서 인접하는 제4 소영역과,
    상기 제1 소영역 상에서 제2 방향으로 연장되며, 일단이 제3군의 비임 중 하나에 접속되며 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지는 제1군의 비임으로서, 제2 직선에 접하는 비임을 포함하는 상기 제1군의 비임과,
    상기 제2 소영역 상에서 제1 방향으로 연장되며, 일단이 상기 제1군의 비임중 하나에 접속되며 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지는 제2군의 비임으로서, 제1 직선에 접하는 비임을 포함하는 상기 제2군의 비임과,
    상기 제3 소영역 상에서 제1 방향으로 연장되며, 일단이 제4군의 비임 중 하나에 접속되며 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지는 상기 제3군의 비임으로서, 제1 직선에 접하는 비임을 포함하는 상기 제3군의 비임과,
    상기 제4 소영역 상에서 제2 방향으로 연장되며, 일단이 상기 제2군의 비임 중 하나에 접속되며 상기 박막을 보강하는 적어도 하나의 비임으로 이루어지는 상기 제4군의 비임으로서, 제2 직선에 접하는 비임을 포함하는 상기 제4군의 비임과,
    상기 제1 소영역 내의 상기 비임 이외의 부분 중 일부에 형성된 제1 개구부와,
    상기 제2 내지 제4 소영역 중 적어도 하나의 소영역 내의 상기 비임 이외의 부분 중 일부에 형성된 제2 개구부를 갖는 마스크를 개재하여, 감광면에 하전입자선, 방사선 또는 광선을 조사하는 노광 공정으로서, 상기 제1 소영역을 상기 감광면의 소정 개소에 중첩하여 제1 노광을 행하고, 상기 제1 개구부를 상기 소정 개소 내에 전사하는 제1 노광 공정과,
    상기 제2 개구부를 포함하는 소영역 중 하나를 상기 소정 개소에 중첩하여 제2 노광을 행하고, 상기 제2 개구부를 상기 소정 개소 내에 전사하는 제2 노광 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 노광에서 상기 소정 개소에 중첩되어 있지 않은 소영역으로서, 제3 개구부를 갖는 상기 소영역을 상기 소정 개소에 중첩하여 제3 노광을 행하여, 상기 제3 개구부를 상기 소정 개소 내에 전사하는 제3 노광 공정과,
    상기 제1 내지 제3 노광에서 상기 소정 개소에 중첩되어 있지 않은 소영역으로서, 제4 개구부를 갖는 상기 소영역을 상기 소정 개소에 중첩하여 제4 노광을 행하고, 상기 제4 개구부를 상기 소정 개소 내에 전사하는 제4 노광 공정을 더 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 마스크는 상기 제1 내지 제4 소영역 내의 상기 비임 이외의 부분 중 일부에 각각 마스크측 위치 정렬 마크를 갖고,
    상기 제1 노광 공정 전에, 상기 감광면 또는 상기 감광면 하부에, 상기 마스크를 개재하여 검출할 수 있는 웨이퍼측 위치 정렬 마크를 미리 형성하는 공정을 더 포함하고,
    각 노광 공정 전에, 제1 방향으로 연장하는 상기 비임을 포함하는 소영역에, 제1 방향에서 광을 조사하고, 상기 마스크측 위치 정렬 마크에서 반사되는 광과, 상기 감광면측 위치 정렬 마크에서 반사되는 광의 위치를 검출하여, 상기 마스크와 상기 감광면의 위치 정렬을 행하는 공정과,
    제2 방향으로 연장되는 상기 비임을 포함하는 소영역에, 제2 방향에서 광을 조사하고, 상기 마스크측 위치 정렬 마크에서 반사되는 광과, 상기 감광면측 위치정렬 마크에서 반사되는 광의 위치를 검출하여, 상기 마스크와 상기 감광면의 위치 정렬을 행하는 공정 중 적어도 한쪽을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 마스크는 상기 제1 내지 제4 소영역 내의 상기 비임 이외의 부분 중 일부에 각각 마스크측 위치 정렬 마크를 갖고,
    상기 제1 노광 공정 전에, 상기 감광면 또는 상기 감광면 하부에, 상기 마스크를 개재하여 검출할 수 있는 웨이퍼측 위치 정렬 마크를 미리 형성하는 공정을 더 포함하고,
    각 노광 공정 전에, 제1 방향으로 연장되는 상기 비임을 포함하는 소영역에, 제1 방향에서 광을 조사하고, 상기 마스크측 위치 정렬 마크에서 반사되는 광과, 상기 감광면측 위치 정렬 마크에서 반사되는 광의 위치를 검출하여, 상기 마스크와 상기 감광면의 위치 정렬을 행하는 공정과,
    제2 방향으로 연장되는 상기 비임을 포함하는 소영역에, 제2 방향에서 광을 조사하고, 상기 마스크측 위치 정렬 마크에서 반사되는 광과, 상기 감광면측 위치 정렬 마크에서 반사되는 광의 위치를 검출하여, 상기 마스크와 상기 감광면의 위치 정렬을 행하는 공정 중 적어도 한쪽을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 위치 정렬 마크는 각 소영역 내에서, 상기 기준점으로부터 가장 먼 부분에 형성되어 있는 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 위치 정렬을 상기 노광과 동시에 병행하여 행하는 반도체 장치의 제조 방법.
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