(57)【要約】【課題】分割投射方式において高精度のサブパターンのつなぎ合わせを可能とするステンシルマスク及びそれを用いた露光方法を提供すること。【解決手段】薄膜と、この薄膜を支持する格子状梁部材とを具備し、前記薄膜は、前記格子状梁部材により複数のサブパターン形成領域に区分され、それぞれのサブパターン形成領域には、転写パターンが分割されてなるサブパターンが形成されており、前記格子状梁部材の、前記サブパターンが形成されたサブパターン形成領域に隣接する領域の少なくとも１部が除去されていて、その除去された部分に露出する前記薄膜の領域には、アライメントマークが形成されていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜と、この薄膜を支持する格子状梁部材とを具備し、前記薄膜は、前記格子状梁部材により複数のサブパターン形成領域に区分され、それぞれのサブパターン形成領域には、転写パターンが分割されてなるサブパターンが形成されており、前記格子状梁部材の、前記サブパターンが形成されたサブパターン形成領域に隣接する領域の少なくとも１部が除去されていて、その除去された部分に露出する前記薄膜の領域には、アライメントマークが形成されていることを特徴とするステンシルマスク。
【請求項２】
前記格子状梁部材の除去された部分は、１つのサブパターン形成領域について複数個所あり、それぞれの個所に露出する薄膜部材の領域には、それぞれアライメントマークが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のステンシルマスク。
【請求項３】
前記アライメントマークは、１つのサブパターン形成領域について上下及び左右に互い違いに形成されていることを特徴とする請求項２に記載のステンシルマスク。
【請求項４】
薄膜と、この薄膜を支持する格子状梁部材とを具備し、前記薄膜は、前記格子状梁部材により複数のサブパターン形成領域に区分され、それぞれのサブパターン形成領域には、転写パターンが分割されてなるサブパターンが形成されており、前記サブパターン形成領域の周囲にあって、前記格子状梁部材の開口部領域の範囲内の、前記開口部に露出する部分に、アライメントマークが形成されていることを特徴とするステンシルマスク。
【請求項５】
前記アライメントマークは、前記サブパターン形成領域のコーナー部近傍以外の領域に形成されている特徴とする請求項４に記載のステンシルマスク。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のステンシルマスクを用いて、被露光体に転写パターン像を露光する方法であって、
前記アライメントマークの位置を検出する工程、
前記アライメントマークの位置の検出値に基づき、サブパターンのズレの量を求める工程、及び
前記サブパターンのズレの量を補正するように制御された電子ビ−ムをステンシルマスクに照射し、被露光体に結像する工程
を具備する露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンシルマスク及び露光方法に係り、特に、分割投射方式の露光において高精度のサブパターンのつなぎ合わせを可能とするステンシルマスク及びそれを用いた露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の微細化が急速に進んでいる。そのような微細パターンを有する半導体素子の製造技術として、様々な露光技術が開発されている。例えば、電子線部分一括露光や電子線ステッパ露光のような電子線を用いる露光法、イオンを用いる露光法、真空紫外域の光を用いる露光法、極紫外域の光を用いる露光法等がある。
【０００３】
これらの露光法のうち、電子線を用いる露光法の一つとして、電子線ステッパを用いて縮小露光する方法が提案されている。この方法では、２０〜１００ｋＶ程度で加速した高速電子を、電子線マスク及び電子レンズを用いて、通常１／４に縮小露光し、半導体回路等の所望のパターンを形成する。
【０００４】
そして、この露光方法では、チップパターン全体を多数のサブパターンに分割して形成した電子線マスクとし、サブパターンごとに順次露光して、ウエハー上でつなぎ合わせる分割投射方式が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。この場合、電子線マスクとしては、メンブレンマスクやステンシルマスクが用いられる。
【０００５】
メンブレンマスクは、電子線を透過しやすい軽元素からなる薄膜（メンブレン）上に、電子線を散乱しやすい重金属からなる薄膜がパターン化加工されたマスク層（散乱層）から構成される。例えば、メンブレン材料としては窒化シリコン膜、散乱層材料としてはタングステン薄膜が用いられる。
【０００６】
一方、ステンシルマスクは、メンブレン薄膜を有しておらず、露光部には貫通孔パターンが設けられている。散乱層としては通常単結晶シリコンが用いられる。図５に従来のステンシルマスクの斜視図を示す。図５に示すように、ステンシルマスク２１は、通常２μｍ程度の厚みを有する薄膜２２と、この薄膜２２を支持する、通常７２５μｍ程度の厚みを有する格子状の梁部材２３とから構成される。この時、ステンシルマスクの製造にＳＯＩ基板を用いる際には、梁部材２３と薄膜２２の間に、酸化シリコン膜が存在することになる。薄膜２２は、梁部材２３により複数のサブパターン形成領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃ…に区分され、それぞれのサブパターン形成領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃ…には、貫通孔からなるサブパターン（図示せず）が形成されている。
【０００７】
このようなステンシルマスクを用いて分割投射方式でウエハ上に所定のパターンを露光するに際しては、サブパターン同士をウエハー上で精度良くつなぎ合わせる必要がある。しかし、パターン形成等の際に歪が生じる場合があり、歪んだサブパターンが投影されると、つなぎ合わせ精度が低下するという問題がある。
【０００８】
このような問題を解決するため、サブパターンごとにアライメントマークを設け、アライメントマークの位置を検出して、サブパターンの歪み量を求め、それを補正するように電子ビームを制御することが考えられる。この場合、サブパターンが形成される領域にアライメントマークを設けると、アライメントマークそのものの像が露光されてしまうため、アライメントマークは、通常、梁部材に設けられる。
【０００９】
そのようなアライメントマークが梁部材に設けられたステンシルマスクの一例を図６に示す。
【００１０】
図６の平面図に示すように、梁部材２３には、アライメントマーク２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…が付されており、このアライメントマーク２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…を用いて、サブパターン同士のつなぎ合わせが行われる。
【００１１】
しかし、このように梁部材２３に設けられたアライメントマーク２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…を用いてサブパターン同士のつなぎ合わせを行うと、次のような問題が生ずる。即ち、個々のパターンの寸法がｎｍのオーダーであるのに対し、アライメントマークとパターンとの距離がμｍオーダーであり、大きく相違するため、現在の技術では、アライメントマークとパターンと位置関係を求めることは非常に困難である。そのため、アライメントマークとパターンとの位置関係については、サブパターン形成領域間のズレ量は同一又は無視できると仮定して、サブパターン同士のつなぎ合わせをおこなっていた。しかし、実際には、サブパターン内でのパターンの位置ズレは許容範囲内にあるものの、サブパターン形成領域間のズレ量とズレ方向が、サブパターン形成領域ごとに異なり、無視できないものとなっているため、精度良くサブパターン同士のつなぎ合わせを行うことが出来ないという問題が生じている。
【特許文献１】特開平１１−３０８５０号公報
【特許文献２】特開２０００−１２４１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、このような事情の下になされ、分割投射方式において高精度のサブパターンのつなぎ合わせを可能とするステンシルマスク及びそれを用いた露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、薄膜と、この薄膜を支持する格子状梁部材とを具備し、前記薄膜は、前記格子状梁部材により複数のサブパターン形成領域に区分され、それぞれのサブパターン形成領域には、転写パターンが分割されてなるサブパターンが形成されており、前記格子状梁部材の、前記サブパターンが形成されたサブパターン形成領域に隣接する領域の少なくとも１部が除去されていて、その除去された部分に露出する前記薄膜の領域には、アライメントマークが形成されていることを特徴とするステンシルマスクを提供する。
【００１４】
以上のように構成されるステンシルマスクによると、格子状梁部材の除去された薄膜部分にアライメントマークが形成されているため、アライメントマークとサブパターンとの位置ズレ量とズレ方向の差があまり無く、アライメントマークのみでサブパターン間のつなぎ合わせを見ることが可能である。露光の際にこのようなアライメントマークを検出することにより、サブパターン間の歪み、ズレの量を求めることが出来るので、このズレの量を補正するように電子ビ−ムを制御することにより、被露光体上において、高精度のサブパターンのつなぎ合わせを行うことが可能である。
【００１５】
本発明の第１の態様において、格子状梁部材の除去された部分は、１つのサブパターン形成領域について複数個所あり、それぞれの個所に露出する薄膜部材の領域には、それぞれアライメントマークが形成されている構成とすることが出来る。このように、１つのサブパターンについて複数のアライメントマークを設けることにより、より正確にサブパターンの歪み、ズレの量を求めることが出来、より高精度のサブパターンのつなぎ合わせを行うことが可能である。
【００１６】
また、アライメントマークは、１つのサブパターン形成領域について上下及び左右に互い違いに形成することが出来る。このようにアライメントマークを配置することにより、格子状梁部材の除去による応力歪の集中を回避することができる。
【００１７】
本発明の第２の態様は、薄膜と、この薄膜を支持する格子状梁部材とを具備し、前記薄膜は、前記格子状梁部材により複数のサブパターン形成領域に区分され、それぞれのサブパターン形成領域には、転写パターンが分割されてなるサブパターンが形成されており、前記サブパターン形成領域の周囲にあって、前記格子状梁部材の開口部領域の範囲内の、前記開口部に露出する部分に、アライメントマークが形成されていることを特徴とするステンシルマスクを提供する。
【００１８】
以上のように構成されるステンシルマスクによっても、上述した本発明の第１の態様に係るステンシルマスクと同様の作用で、同様の効果を得ることが出来る。
【００１９】
この場合、アライメントマークは、サブパターン形成領域のコーナー部近傍以外の領域に形成されることが望ましい。梁部材を形成する際のエッチング精度の関係から、コーナー部においては、サブパターン形成領域の周囲の格子状梁部材に沿ったサブパターンが形成されない部分、即ちスカート部の幅が小さくなる場合があり、アライメントマークの形成が困難となる場合があるためである。
【００２０】
本発明の第３の態様は、以上説明したステンシルマスクを用いて、被露光体に転写パターン像を露光する方法であって、前記アライメントマークの位置を検出する工程、前記アライメントマークの位置の検出値に基づき、サブパターンのズレの量を求める工程、及び前記サブパターンのズレの量を補正するように制御された電子ビ−ムをステンシルマスクに照射し、被露光体に結像する工程を具備する露光方法を提供する。
【００２１】
以上のように構成される露光方法によると、アライメントマークが薄膜部分に設けられているステンシルマスクを用いているため、アライメントマークとサブパターンとの位置ズレ量とズレ方向の差があまり無く、アライメントマークのみでサブパターン間のつなぎ合わせを見ることが可能であり、そのため、サブパターンごとのズレの量を検出することが出来、その結果、サブパターン同士のつなぎ合わせを高精度に行うことが出来る。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、サブパターン形成領域の周辺にアライメントマークを設けることだけの簡単な構成で、分割投射方式におけるサブパターンのつなぎ合わせを高精度に行うことが可能であるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るステンシルマスクを示す斜視図、図２はその平面図である。図１及び２に示すように、ステンシルマスク１は、薄膜２と、この薄膜２を支持する、格子状の梁部材３とから構成される。
【００２５】
薄膜は、金属、シリコン、又はそれらの化合物から構成され、例えば０．５〜２μｍ、通常は２μｍ程度の厚みを有する。梁部材３は、シリコン等からなり、例えば３００〜１０００μｍ、通常は７２５μｍ程度の厚みを有する。このようなステンシルマスクは、例えば、ＳＯＩ基板を用いて製造することが出来る。この場合、薄膜２と梁部材３との間に、１μｍ程度の厚みを有するエッチングストッパー層としての酸化シリコン層等（図示せず）が介在している。
【００２６】
薄膜２は、梁部材３により複数のパターン形成領域４ａ，４ｂ，４ｃ…に区分され、それぞれのパターン形成領域４ａ，４ｂ，４ｃ…には、貫通孔からなるサブパターン（図示せず）が形成されている。パターン形成領域４ａ，４ｂ，４ｃ…の寸法は、通常１．１３ｍｍ×１．１３ｍｍであり、梁部材３の幅は、通常１７０μｍである。
【００２７】
梁部材３のパターン形成領域４ａ，４ｂ，４ｃ…に隣接する部分は一部分除去されていて、この除去部に露出する薄膜２の部分には、図２に示すように、貫通孔であるアライメントマーク５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが付されている。アライメントマークは種々用いられているが、概ね５〜２０μｍ□であるので、梁部材３の除去された部分の寸法は、特に限定されないが、通常５〜１００μｍ×５〜１００μｍあればアライメントマークが形成可能となる。例えば、５×５μｍの正方形、或いは５×２０μｍの長方形の形状とすることが出来る。梁部材３の除去された部分の寸法が小さすぎる場合には、アライメントマークの形成が困難となり、大きすぎる場合には、薄膜２を支持する梁部材３の機能が損なわれ、サブパターン同士のつなぎ合わせが困難となる。
【００２８】
アライメントマークの形状は、特に限定されない。例えば図のように十字形状とすることが出来る。
【００２９】
図１及び２では、４つのアライメントマークが付されているが、アライメントマークの個数は、特に限定されない。もちろん、１つでもよい。なお、４つのアライメントマークを設ける場合には、図１及び２に示すように、上下及び左右に互い違いになるような位置に、例えばそれぞれ点対象の位置に設けることが好ましい。このようにアライメントマークを配置することにより、機械的、熱的強度を維持することができる。
【００３０】
図３は、本発明の第２の実施形態に係るステンシルマスクの１つのサブパターン領域を示す平面図、図４はその断面図である。図３及び４に示すように、ステンシルマスク１１は、薄膜１２と、この薄膜１２を支持する、格子状の梁部材１３とから構成されるが、通常の梁部材１３は、図４に破線で示すように、内壁はテーパー状となることが多い。そのため、梁部材１３の開口部の領域Ａ内であっても、テーパーの上部により規定される領域（サブパターン形勢領域１４）Ｂの外側の領域Ｃは、パターンを形成しないマージン領域として、スカート部と呼ばれている。
【００３１】
ＥＰＬ（電子線リソグラフィー）に使用されるステンシルマスクの規格寸法では、Ａは１５５〜１７０μｍ、Ｂは７０〜１７０μｍであるので、スカート部Ｃはその差である１００μｍ以下である。
【００３２】
本実施形態に係るステンシルマスクでは、このスカート部Ｃにアライメントマーク１５を設けている。即ち、梁部材１３の開口内壁のテーパーを垂直にするか又はテーパーをゆるくして、従来のスカート部に相当する部分に貫通孔からなるアライメントマーク１５の形成を可能としている。
【００３３】
なお、アライメントマーク１５は、第１の実施形態と同様に、個数に制限はない。しかし、アライメントマーク１５を設ける位置は、好ましくは、コーナー部以外であるのがよい。梁部材１３を形成する際のエッチング精度の関係から、コーナー部において、スカート部の幅が小さくなる場合があり、アライメントマーク１５の形成が困難となる場合があるためである。
【００３４】
次に、以上説明したステンシルマスクを用いて、ウエハー上にチップパターンの露光を行う方法について説明する。
【００３５】
まず、電子ビームを集束してステンシルマスクに照射する光学系、及びアライメントマークの位置を検出するセンサーを備えた露光装置に、ステンシルマスクを装着する。
【００３６】
次いで、センサーによりアライメントマークの位置を検出し、この検出値により、サブパターンのズレの量を求め、このズレの量を補正するように光学系を制御して、電子ビームをステンシルマスクのサブパターンに照射し、設計値通りのサブパターン像をウエハ−の所定位置に結像する。この操作をすべてのサブパターンについて繰り返すことにより、サブパターン同士がつなぎ合わされたチップパターン像をウエハ上に投影露光することが出来る。
【００３７】
このような露光方法によると、アライメントマークが梁部材にではなく、梁部材の一部が除去された薄膜部分に設けられているステンシルマスクを用いているため、アライメントマークとサブパターンとの距離が短く、アライメントマークとサブパターンとの位置ズレ量とズレ方向の差を無くすことができる。そのため、サブパターンごとのズレの量を検出することが出来、その結果、サブパターン同士のつなぎ合わせを高精度に行うことが出来る。
【００３８】
なお、以上の露光方法では、サブパターンの露光ごとにその直前にアライメントマークの検出を行っているが、本発明はそれに限らず、露光前にすべてのアライメントマークの検出を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のステンシルマスク及び露光方法は、各種半導体装置の製造プロセスに広範に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係るステンシルマスクを示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るステンシルマスクを示す平面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係るステンシルマスクを示す平面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るステンシルマスクを示す断面図である。
【図５】従来のステンシルマスクを示す斜視図である。
【図６】従来のステンシルマスクを示す平面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１，１１，２１…ステンシルマスク、２，１２，２２…薄膜、３，１３，２３…梁部材、４ａ，４ｂ，４ｃ，１４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ…パターン形成領域、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，１５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…アライメントマーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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