JP2004264385A

JP2004264385A - 露光マスクおよびその製造方法ならびに露光方法

Info

Publication number: JP2004264385A
Application number: JP2003052562A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Kagami; 一郎鏡; Makoto Hirata; 誠平田; Yusuke Shinohara; 裕介篠原; Takehiko Gunji; 剛彦郡司
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】複数工程に対応した複数のパターン領域を１枚に備える露光マスクにおいて、高精度な露光を実現できるようにすること。
【解決手段】本発明は、露光装置のレンズを介して照射される光を転写パターンに応じて遮光するため、透光性基板に遮光もしくは半遮光のパターンを備えるパターン領域Ａ〜Ｚが複数のブロックに分かれて配置される露光マスク１１〜１４において、透光性基板におけるパターン領域Ａ〜Ｚのブロック毎の配置が露光装置のレンズの収差に対応しているものである。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透光性基板に複数のパターン領域を備えている露光マスクおよびその製造方法ならびに露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子または液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、光マスクまたはレチクルのパターン像を投影光学系を介して例えば１／４程度に縮小し、感光材（フォトレジスト等）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）上に露光する投影露光装置が使用されている。半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影露光装置に使用されている投影光学系に要求される解像力は益々高まっている。
【０００３】
また、使用される光マスクのパターンも微細化されてきており、９０ｎｍ世代では、露光マスク上でも０．３μｍ以下のパターンが使用されるようになってきている。このような高精度の露光マスクを製造するためには、より高価な描画装置、検査装置を使用することが必要である。
【０００４】
さらに、パターン数の増大に対してマスク描画装置のスループットの性能向上が追いつかず、マスクの生産性が大きく下がってきている。よって、必然的にマスクの製造コストが高騰してきている。
【０００５】
従来、１枚のマスクには、１つの工程（例えば、素子分離層、ゲート層、配線層、コンタクトホール層）に対応したパターン（チップ）のみが配置されるが、マスクの製造コストを抑えるために１枚のマスクに複数の工程で使用するパターンを混在させた技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
この特許文献１に記載の技術を用いて、例えば、従来３０枚の露光マスクで製造していた半導体装置を５枚の露光マスクで製造すれば、単純には、露光マスクのコストは１／６となって大幅に低減できる。ただし、露光エリアが小さくなるので、１枚のウエハを処理する効率は下がる。したがって、特許文献１に記載の技術では、ウエハから半導体装置を少量製造する場合、あるいは設計回路を検証する場合であって、少量のウエハのみ必要な場合に効果的である。
【０００７】
【特許文献１】
実開平５−８９３５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、縮小投影露光装置（ステッパ、スキャナ）では、像面湾曲、球面収差、コマ収差、非点収差などの収差が存在し、露光領域内で、収差を抑える工夫がされている。ただし、設計上、露光領域全体にわたって収差を一定に保つことは難しく、光軸近傍の方が精度高い。また、レンズ製造上も、露光領域の中央部分に比べて周辺部分の方が誤差が大きくなる傾向となる。
【０００９】
一方、露光マスク製造上の観点から、露光領域内の精度依存性を説明する。一般に光マスクの面内均一性として、同心円状の誤差が観測されることがある。これは、電子線描画時のＦｏｇｇｉｎｇＥｆｆｅｃｔ、現像やエッチングの影響で発生する。さらに、パターン領域外周部では、グローバルなパターン粗密差の影響から、精度が悪化する場合がある。特許文献１に記載の技術では、このようなレンズの収差や露光領域内の精度依存性を考慮したパターンの配置については何ら述べられておらず、次世代パターンの形成に対応するのは困難である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、露光装置のレンズを介して照射される光を転写パターンに応じて遮光するため、透光性基板に遮光もしくは半遮光のパターンを備えるパターン領域が複数のブロックに分かれて配置される露光マスクにおいて、透光性基板におけるパターン領域のブロック毎の配置が露光装置のレンズの収差に対応しているものである。特に、各パターン領域のうちパターンの最小線幅が小さいのもほどレンズの収差の小さい部分、収差のばらつきの小さい部分に対応する位置に配置したり、透光性基板の中央部分に配置するものである。
【００１１】
このような本発明では、パターン領域が複数のブロックに分かれて配置される露光マスクにおいて、透光性基板におけるパターン領域のブロック毎の配置を露光装置のレンズの収差に対応させているため、パターン領域のうち露光精度が必要なものについてはレンズの収差の小さい部分や収差のばらつきの小さい部分に対応する位置に配置すれば精度の高い露光を行うことができるようになる。また、通常のレンズでは中央部分が最も収差が小さくなるため、透光性基板の略中央にパターンの最小線幅が小さいパターン領域を配置することによってファインパターンの露光精度を向上できるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、複数のパターン領域を備えた露光マスクの構成を説明する模式図である。この露光マスク１は、石英ガラス等から成る透光性基板２に複数のパターン領域Ａが配置されたものである。
【００１３】
この例では、同一チップが２×４＝８個配置されている。チップと遮光帯との間はスクライブライン用の領域であり、通常アライメントパターンや各種測定パターンが配置される。
【００１４】
透光性基板２には、パターン領域Ａのほかに識別用のバーコード３や露光装置へセットする際の位置合わせ用として用いるアライメントマーク４も設けられている。バーコード４は、露光装置内において露光マスク１を識別するためのものである。
【００１５】
図２は、例えば２６工程ある場合の露光マスクの構成を示す模式図である。ここで工程はＡ〜Ｚの２６工程とする。図２（ａ）に示す露光マスク１の場合、同じパターン領域Ａが複数配置されていることから、Ａ〜Ｚの２６工程に対応するためには、各々の工程に対応した露光マスク１が２６枚必要となる。
【００１６】
一方、図２（ｂ）に示す露光マスク１０では、１枚にＡ〜Ｈの複数工程に対応したパターン領域Ａ〜Ｈが含まれている。さらに、各パターン間は遮光部で区切られている（なお、Ａ〜Ｚの順番は特に工程順を表すものではない）。このような露光マスク１０では、１枚で複数工程に対応するため、全ての製造工程に対応できる露光マスク１０の枚数を減らすことができる。
【００１７】
本実施形態の露光マスクは、図２（ｂ）に示すような複数工程に対応したパターン領域がブロック毎に配置されているものを対象としている。図３は、本実施形態の露光マスクを説明する模式図である。ここでは２６工程に対応するため、露光マスクを最終的に４枚（露光マスク１１〜１４）に収めた例を示している。
【００１８】
つまり、図３（ａ）に示す露光マスク１１ではパターン領域Ａ〜Ｈの８個が配置され、図３（ｂ）に示す露光マスク１２ではパターン領域Ｉ〜Ｎの６個が配置され、図３（ｃ）に示す露光マスク１３ではパターン領域Ｏ〜Ｔの６個が配置され、図３（ｄ）に示す露光マスク１４ではパターン領域Ｕ〜Ｚの６個が配置されている。
【００１９】
この露光マスク１１〜１４の各々において、透光性基板の露光領域における中心部分にクリティカル層であるパターン領域Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｋ，Ｌ，Ｏ，Ｒ，Ｗ，Ｘを配置し（図中斜線参照）、収差の影響や、レチクル精度の影響を極力排除するようにしている。
【００２０】
ここで、クリティカル層とは、主としてデバイス設計上の最小線幅（デザインルール）に依存するもので、例えば０．１８μｍルールデバイスの場合、設計値（最小線幅）がウエハ上０．１８μｍ前後となる層がクリティカル層となる。また、これよりも大きい例えば０．２５μｍ程度であればクリティカル層以外の層（例えば、ラフ層）となる。
【００２１】
また、クリティカル層の定義としては、上記のような最小線幅以外にもパターン位置精度や欠陥保証サイズなどが挙げられる。さらに、工程名から定義されるクリティカル層としては、素子分離、ゲート形成、コンタクトホール等があり、イオン注入等はラフ層となる。
【００２２】
このような露光マスクを用いて露光を行うことにより、複数工程に対応したパターン領域を有する露光マスク１１〜１４での露光で、クリティカル層となるパターン領域Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｋ，Ｌ，Ｏ，Ｒ，Ｗ，Ｘのパターンを収差等による悪影響を避けて高精度に転写することが可能となり、例えば半導体装置の製造における露光で本実施形態の露光マスクを用いることにより、製造歩留りを向上させることが可能となる。
【００２３】
次に、本実施形態に係る露光マスクの製造方法を説明する。本実施形態では、クリティカル層がハーフトーン位相シフトマスクの場合を説明する。図４〜図５は、ハーフトーン位相シフトマスクの製造工程を説明する模式断面図である。この例では、遮光部とハーフトーン部とを分けるために、２回の描画が行われる。
【００２４】
例えば、図３において、マスク１１のパターン領域Ｃ，Ｄ，Ｅがハーフトーンの場合、２回目の描画データとして、図６に示すようなパターンを準備し、プロセスを行えば、パターン領域Ｃ，Ｄ，Ｅのみハーフトーンのマスクを得ることができる。レベンソン型位相シフトパターンを配置する場合にも、基本的には、必要な箇所のみ、所望の位相パターンを準備すれば、通常パターンと、レベンソン型位相シフトパターンが混在したマスクを作製することができる。
【００２５】
先ず、図４（ａ）に示すように、石英ガラスから成る透光性基板２に位相シフタ２１（例えば、Ｍｏ（モリブデン）とＳｉ（シリコン）に加えて酸素や窒素を含んだ材料）、遮光材料２２（例えば、Ｃｒ（クロム））、レジスト２３を塗布し、図４（ｂ）に示すように所定領域に対応したレジスト２３への露光および現像を行う。これにより、露光によって光が照射されたレジスト２３の部分が除去されることになる。
【００２６】
次に、図４（ｃ）に示すように、現像後のレジスト２３をマスクとして遮光材料２２および位相シフタ２１をドライエッチングによって除去する。その後、図４（ｄ）に示すように、レジスト２３の剥離および洗浄を行う。
【００２７】
次いで、図５（ａ）に示すように、位相シフタ２１および遮光材料２２の上にレジスト２４を塗布し、図５（ｂ）に示すようにハーフトーンとなる位置のみに露光を施す。そして、露光後のレジスト２４を現像することで図５（ｃ）に示すようにレジスト２４が残る状態となる。
【００２８】
その後、露出している遮光材料２２をエッチング（Ｃｒの場合はウェットエッチング）することで、図５（ｄ）に示すようなハーフトーンの位置のみに位相シフタ２１が残った露光マスクが完成する。
【００２９】
このような製造方法において、本実施形態では、位相シフタ２１から成るハーフトーンを備えるパターン領域を、露光装置のレンズの収差の小さい部分もしくは収差のばらつきの小さい部分と対応する位置（レンズの収差の小さい部分に対応する光路となる位置）に配置する。
【００３０】
一般的にレンズの中心部分の収差が小さく安定し、周辺部分の収差は不安定となっていることから、本実施形態ではレンズの中心部分に対応した透光性基板の位置（通常は透光性基板の中央部分）にクリティカル層となる（例えば、最小線幅が小さい）パターン領域を配置している。
【００３１】
これにより、複数工程に対応した複数のパターン領域が１枚の露光マスクに形成される場合でも、その露光マスクを用いた露光においてレンズの収差の小さい部分を透過した光によって精度を要求されるパターンを安定して形成できるようになる。
【００３２】
なお、上記説明した実施形態では、全てのパターン領域が同一倍率で用いられるものを用いたが、縮小倍率のことなる工程に対応したパターン領域を配置してもよい。また、複数のパターン領域を２×４個に配置する例を示したが、これ以外の配置であっても適用可能である。
【００３３】
さらに、上記実施形態では光マスクの場合について示したが、ＥＰＬ（電子ビーム投影露光）やＬＥＥＰＬ（低加速電子ビーム等倍近接転写）といった、いわゆる電子線用マスクに対し適用する場合も同様に、クリティカル層をレンズの収差の小さい部分に対応させて配置することも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複数工程に対応したパターン領域を有する露光マスクにおいて、露光装置のレンズの収差に対応してクリティカル層を配置することで、より高精度なパターンをウエハ上に転写することが可能となり、半導体製造における歩留りを向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数のパターン領域を備えた露光マスクの構成を説明する模式図である。
【図２】複数工程ある場合の露光マスクの構成を示す模式図である。
【図３】本実施形態の露光マスクを説明する模式図である。
【図４】ハーフトーン位相シフトマスクの製造工程を説明する模式断面図（その１）である。
【図５】ハーフトーン位相シフトマスクの製造工程を説明する模式断面図（その２）である。
【図６】２回露光パターンの位置を示す模式図である。
【符号の説明】
１…露光マスク、２…透光性基板、３…バーコード、４…アライメントマーク、１０〜１４…露光マスク、２１…位相シフタ、２２…遮光材料、２３…レジスト

Claims

露光装置のレンズを介して照射される光を転写パターンに応じて遮光するため、透光性基板に遮光もしくは半遮光のパターンを備えるパターン領域が複数のブロックに分かれて配置される露光マスクにおいて、
前記透光性基板における前記パターン領域のブロック毎の配置が前記露光装置のレンズの収差に対応している
ことを特徴とする露光マスク。
前記パターン領域のうち、そのパターン領域のパターンにおける最小線幅が小さいものほど前記レンズの収差の小さい部分と対応する前記透光性基板の位置に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の露光マスク。
前記パターン領域のうち、そのパターン領域のパターンにおける最小線幅が小さいものほど前記レンズの収差のばらつきが小さい部分と対応する前記透光性基板の位置に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の露光マスク。
前記パターン領域のうち、そのパターン領域のパターンにおける最小線幅が小さいものほど前記レンズの中央部分と対応する前記透光性基板の位置に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の露光マスク。
露光装置のレンズを介して照射される光を転写パターンに応じて遮光するため、透光性基板に遮光もしくは半遮光のパターンを備えるパターン領域が複数のブロックに分かれて配置される露光マスクの製造方法において、
前記透光性基板における前記パターン領域のブロック毎の配置を前記露光装置のレンズの収差に対応させる
ことを特徴とする露光マスクの製造方法。
前記パターン領域のうち、そのパターン領域のパターンにおける最小線幅が小さいものほど前記レンズの収差の小さい部分と対応する前記透光性基板の位置に配置する
ことを特徴とする請求項５記載の露光マスクの製造方法。
前記パターン領域のうち、そのパターン領域のパターンにおける最小線幅が小さいものほど前記レンズの収差のばらつきが小さい部分と対応する前記透光性基板の位置に配置する
ことを特徴とする請求項５記載の露光マスクの製造方法。
前記パターン領域のうち、そのパターン領域のパターンにおける最小線幅が小さいものほど前記レンズの中央部分と対応する前記透光性基板の位置に配置する
ことを特徴とする請求項５記載の露光マスクの製造方法。
請求項１記載の露光マスクを露光装置に配置し、その露光装置のレンズを介して前記露光マスクのパターン領域毎に露光を行う
ことを特徴とする露光方法。