(57)【要約】ＴＴＲ方式によるアライメントと相補分割が可能であり、強度が高いマスクおよびその製造方法と、パターン精度が高い半導体装置の製造方法を提供する。シリコンウェハーをエッチングすることにより形成されたストライプ状の梁（グリッド）４をメンブレン上の４つの小領域Ａ〜Ｄに有し、ストライプがメンブレンの中心に対して点対称に配置され、グリッドのすべてが他のグリッドまたはメンブレン周囲のシリコンウェハ（支持枠）に接続しているステンシルマスクおよびその製造方法と、そのマスクを用いた半導体装置の製造方法。
2003052803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持枠と、
前記支持枠より薄く形成され、前記支持枠で囲まれた薄膜と、
前記薄膜上の１点である基準点を通り、第１の方向に延びる第１の直線と、前記基準点で前記第１の直線と直交し、第２の方向に延びる第２の直線を含む複数の線によって前記薄膜が複数の小領域に分割されたうちの一つである第１の小領域と、
前記第１の小領域と第１の方向において隣接する第２の小領域と、
前記第１の小領域と第２の方向において隣接する第３の小領域と、
前記第２の小領域と第２の方向において隣接し、前記第３の小領域と第１の方向において隣接する第４の小領域と、
前記第１の小領域上で第２の方向に延在し、一端が第３群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなる第１群の梁であって、第２の直線に接する梁を含む前記第１群の梁と、
前記第２の小領域上で第１の方向に延在し、一端が前記第１群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなる第２群の梁であって、第１の直線に接する梁を含む前記第２群の梁と、
前記第３の小領域上で第１の方向に延在し、一端が第４群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなる前記第３群の梁であって、第１の直線に接する梁を含む前記第３群の梁と、
前記第４の小領域上で第２の方向に延在し、一端が前記第２群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなる前記第４群の梁であって、第２の直線に接する梁を含む前記第４群の梁と、
前記第１の小領域内の前記梁以外の部分の一部に形成された第１の開口部と、
前記第２から第４の小領域のうちの少なくとも一つの小領域内の前記梁以外の部分の一部に形成された第２の開口部とを有する
マスク。
【請求項２】
前記第１の開口部と前記第２の開口部は相補的にパターンを構成する
請求項１記載のマスク。
【請求項３】
前記第１から第４の小領域ごとに、前記梁は互いに等間隔に形成されている
請求項１記載のマスク。
【請求項４】
前記第３群の梁の互いの間隔は前記第２群の梁の互いの間隔と等しい
請求項３記載のマスク。
【請求項５】
前記第４群の梁の互いの間隔は前記第１群の梁の互いの間隔と等しい
請求項４記載のマスク。
【請求項６】
前記第１から第４の小領域は形状および大きさが互いに等しい正方形または矩形である
請求項１記載のマスク。
【請求項７】
前記第１から第４群の梁のうちの少なくとも一つの群の梁は、他端が前記支持枠と接続するように形成されている
請求項１記載のマスク。
【請求項８】
前記第１および第２の開口部は荷電粒子線が透過する孔である
請求項１記載のマスク。
【請求項９】
前記第１から第４の小領域は第１の直線に平行な少なくとも１本の第１の分割線と、第２の直線に平行な少なくとも１本の第２の分割線の少なくとも一方の分割線によって、形状および大きさが等しい複数のチップ転写用領域に分割されている
請求項１記載のマスク。
【請求項１０】
前記第１から第４の小領域内の前記梁以外の部分の一部に形成された位置合わせマークを有する
請求項１記載のマスク。
【請求項１１】
前記位置合わせマークは各小領域内で、前記基準点から最も遠い部分に形成されている
請求項１０記載のマスク。
【請求項１２】
薄膜の周囲に支持枠を形成する工程と、
前記薄膜の一方の面の一部に、前記薄膜を補強する梁を形成する工程と、
前記梁以外の部分の前記薄膜に開口部を形成する工程とを有するマスクの製造方法であって、
前記梁を形成する工程は、前記薄膜の第１の小領域に第１群の梁を形成し、前記薄膜の第２の小領域に第２群の梁を形成し、前記薄膜の第３の小領域に第３群の梁を形成し、前記薄膜の第４の小領域に第４群の梁を形成する工程を含み、
前記第１の小領域は前記薄膜上の１点である基準点を通り、第１の方向に延びる第１の直線と、前記基準点で前記第１の直線と直交し、第２の方向に延びる第２の直線を含む複数の線によって前記薄膜が複数の小領域に分割されたうちの一つの小領域であり、
前記第２の小領域は前記第１の小領域と第１の方向において隣接する小領域であり、
前記第３の小領域は前記第１の小領域と第２の方向において隣接する小領域であり、
前記第４の小領域は前記第２の小領域と第２の方向において隣接し、前記第３の小領域と第１の方向において隣接する小領域であり、
前記第１群の梁は、前記第１の小領域上で第２の方向に延在し、一端が前記第３群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなり、かつ第２の直線に接する梁を含み、
前記第２群の梁は、前記第２の小領域上で第１の方向に延在し、一端が前記第１群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなり、かつ第１の直線に接する梁を含み、
前記第３群の梁は、前記第３の小領域上で第１の方向に延在し、一端が前記第４群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなり、かつ第１の直線に接する梁を含み、
前記第４群の梁は、前記第４の小領域上で第２の方向に延在し、一端が前記第２群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなり、かつ第２の直線に接する梁を含み、
前記開口部を形成する工程は、前記第１の小領域内の前記梁以外の部分の一部に第１の開口部を形成し、前記第２から第４の小領域のうちの少なくとも一つの小領域内の前記梁以外の部分の一部に第２の開口部を形成する工程を含む
マスクの製造方法。
【請求項１３】
マスクを介して感光面に荷電粒子線、放射線または光線を照射する露光工程を含む半導体装置の製造方法であって、
支持枠と、
前記支持枠より薄く形成され、前記支持枠で囲まれた薄膜と、
前記薄膜上の１点である基準点を通り、第１の方向に延びる第１の直線と、前記基準点で前記第１の直線と直交し、第２の方向に延びる第２の直線を含む複数の線によって前記薄膜が複数の小領域に分割されたうちの一つである第１の小領域と、
前記第１の小領域と第１の方向において隣接する第２の小領域と、
前記第１の小領域と第２の方向において隣接する第３の小領域と、
前記第２の小領域と第２の方向において隣接し、前記第３の小領域と第１の方向において隣接する第４の小領域と、
前記第１の小領域上で第２の方向に延在し、一端が第３群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなる第１群の梁であって、第２の直線に接する梁を含む前記第１群の梁と、
前記第２の小領域上で第１の方向に延在し、一端が前記第１群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなる第２群の梁であって、第１の直線に接する梁を含む前記第２群の梁と、
前記第３の小領域上で第１の方向に延在し、一端が第４群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなる前記第３群の梁であって、第１の直線に接する梁を含む前記第３群の梁と、
前記第４の小領域上で第２の方向に延在し、一端が前記第２群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなる前記第４群の梁であって、第２の直線に接する梁を含む前記第４群の梁と、
前記第１の小領域内の前記梁以外の部分の一部に形成された第１の開口部と、
前記第２から第４の小領域のうちの少なくとも一つの小領域内の前記梁以外の部分の一部に形成された第２の開口部とを有するマスクを介して、感光面に荷電粒子線、放射線または光線を照射する露光工程であって、前記第１の小領域を前記感光面の所定箇所に重ねて第１の露光を行い、前記第１の開口部を前記所定箇所内に転写する第１の露光工程と、
前記第２の開口部を含む小領域の一つを前記所定箇所に重ねて第２の露光を行い、前記第２の開口部を前記所定箇所内に転写する第２の露光工程とを有する
半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１および第２の露光で前記所定箇所に重ねられていない小領域であって、第３の開口部を有する前記小領域を前記所定箇所に重ねて第３の露光を行い、前記第３の開口部を前記所定箇所内に転写する第３の露光工程と、
前記第１から第３の露光で前記所定箇所に重ねられていない小領域であって、第４の開口部を有する前記小領域を前記所定箇所に重ねて第４の露光を行い、前記第４の開口部を前記所定箇所内に転写する第４の露光工程とをさらに有する
請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記マスクは前記第１から第４の小領域内の前記梁以外の部分の一部にそれぞれマスク側位置合わせマークを有し、
前記第１の露光工程の前に、前記感光面または前記感光面下部に、前記マスクを介して検出できるウェハー側位置合わせマークを予め形成する工程をさらに有し、
各露光工程の前に、第１の方向に延在する前記梁を含む小領域に、第１の方向で光を照射し、前記マスク側位置合わせマークで反射される光と、前記感光面側位置合わせマークで反射される光の位置を検出して、前記マスクと前記感光面の位置合わせを行う工程と、
第２の方向に延在する前記梁を含む小領域に、第２の方向で光を照射し、前記マスク側位置合わせマークで反射される光と、前記感光面側位置合わせマークで反射される光の位置を検出して、前記マスクと前記感光面の位置合わせを行う工程の少なくとも一方を有する
請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記マスクは前記第１から第４の小領域内の前記梁以外の部分の一部にそれぞれマスク側位置合わせマークを有し、
前記第１の露光工程の前に、前記感光面または前記感光面下部に、前記マスクを介して検出できるウェハー側位置合わせマークを予め形成する工程をさらに有し、
各露光工程の前に、第１の方向に延在する前記梁を含む小領域に、第１の方向で光を照射し、前記マスク側位置合わせマークで反射される光と、前記感光面側位置合わせマークで反射される光の位置を検出して、前記マスクと前記感光面の位置合わせを行う工程と、
第２の方向に延在する前記梁を含む小領域に、第２の方向で光を照射し、前記マスク側位置合わせマークで反射される光と、前記感光面側位置合わせマークで反射される光の位置を検出して、前記マスクと前記感光面の位置合わせを行う工程の少なくとも一方を有する
請求項１４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記位置合わせマークは各小領域内で、前記基準点から最も遠い部分に形成されている
請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記位置合わせを前記露光と同時に並行して行う
請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、半導体装置の製造に用いられるマスクおよびその製造方法と、半導体装置の製造方法に関する。
背景技術
フォトリソグラフィーに代わる次世代露光技術の一つとして、低速電子線近接転写リソグラフィー（ＬＥＥＰＬ；ｌｏｗ  ｅｎｅｒｇｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）がある。ＬＥＥＰＬには、厚さ数１００ｎｍのメンブレンにデバイスパターンに相当する孔が形成されたステンシルマスクが用いられる。ステンシルマスクとは、メンブレンを貫通するような孔が形成されたマスクをいう。ステンシルマスクの孔内部の空間には、物質が存在しない。
ＬＥＥＰＬでは、マスクとウェハーとの間隔が数１０μｍ程度となるように、マスクをウェハー直上に設置する。数１０ｋｅＶの電子線でマスクのパターン部分を走査することにより、パターンをウェハーに転写する（Ｔ．Ｕｔｓｕｍｉ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｂ  １７，２８９７（１９９９））。
しかしながら、上記のＬＥＥＰＬ用マスクには、メンブレンサイズを大きくすると自重によりメンブレンがたわみ、内部応力によってパターンが歪むという問題がある。この問題を解決する一つの方法は、ダイヤモンド等のヤング率の高い物質をメンブレン材料に用いることである（特開２００１−７７０１６号公報参照）。自重によるメンブレンのたわみを小さくするためには、メンブレンサイズの増加に合わせて、メンブレンの内部応力を高める必要がある。したがって、メンブレンの大区画化には自ずと上限がある。
別の方法は、小区画メンブレンを梁構造（グリッド構造）で支持する方法であり、ＳＣＡＬＰＥＬ（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ａｎｇｕｌａｒ  ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、ＰＲＥＶＡＩＬ（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｗｉｔｈ  ｖａｒｉａｂｌｅ  ａｘｉｓ  ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  ｌｅｎｓｅｓ）およびＥＢステッパーのマスクに用いられている（例えば、Ｌ．Ｒ．Ｈａｒｒｉｏｔｔ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｂ  １５，２１３０（１９９７）；Ｈ．Ｃ．Ｐｆｅｉｆｆｅｒ，Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ３４，６６５８（１９９５））。
図１に、現在提案されているＥＢステッパー用マスクの模式図を示した。図１に示すように、グリッド１１によりメンブレン１２が分割されており、グリッド１１はメンブレン１２を支持している。メンブレン１２にはデバイスパターンで孔（不図示）が形成されている。
図１に示すマスクは、例えば、シリコンウェハー上にシリコン酸化膜を介してシリコン活性層が形成されたＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒまたはｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハーを用いて形成される。ＳＯＩウェハー表面のシリコン活性層がメンブレン１２として用いられ、シリコン活性層の裏面側からシリコンウェハーをエッチングしてグリッド１１が形成される。
図１に示すマスク構造によれば、メンブレン１２が小区画に分割され、剛性の高いグリッド１１で支持される。したがって、メンブレンサイズの増加に伴い、メンブレンのたわみが増大するという、特開２００１−７７０１６号公報記載のマスク等で見られる問題は起こらない。
しかしながら、図１に示すようにグリッド１１が正方形のメッシュ状に規則的に配列されたマスク構造を、そのままＬＥＥＰＬに適用することはできない。ＬＥＥＰＬでは、まず、１個または複数個のチップに相当するマスク領域を電子線で走査する。
この露光が終了したら、チップサイズに相当する距離あるいはその整数倍だけウェハーステージを移動させて、再び露光を行う。この繰り返しによって、ウェハー全面に配置されたチップに対して露光を行う（ステップ・アンド・リピート露光）。図１に示すように、グリッド１１が正方形のメッシュ状に配置された場合、グリッド直下の領域を露光できない。
そこで、すべてのマスク領域を一様にメッシュ状に分割するのではなく、図２に示すように、マスク２１のメンブレンを４つの小領域Ａ〜Ｄに分割し、これらの領域で互いにメッシュがずれるようにしてグリッド（図１参照）を形成する方法が考えられる。ここで、小領域Ａ〜Ｄはそれぞれ１個あるいは複数個のチップに相当するマスク領域（チップ転写用領域）であり、ウェハーステージはこれらの小領域を移動単位とする。
図３は、図２のメンブレンの小領域Ａ〜Ｄにグリッド１１を配置した一例を示す。図３において、直交するｘ軸およびｙ軸によって分割された領域が、それぞれ図２の小領域Ａ〜Ｄに対応する。図３に示すように、便宜的に各小領域をメッシュ状に分割された１０×１０ブロックの正方形と仮定する。
図３に示す例では、各小領域Ａ〜Ｄの点線で囲まれた５×５ブロックの部分がチップ１個分に相当する。ウェハーステージを小領域Ａ〜Ｄにそれぞれ移動させたとき、点線で囲まれた部分が多重露光される。各小領域におけるグリッド１１の配置は、点線で囲まれた部分（転写用領域）のグリッド１１の配置を繰り返したものとなっている。
前述したように、グリッド直下の領域を露光できないことから、点線で囲まれた５×５ブロックを５行×５列の表に対応させ、各ブロックでどの小領域が露光されるか（すなわち、どの小領域にパターンを形成できるか）をまとめると、表１のようになる。
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ステンシルマスクの場合、例えばドーナツ状のパターンを形成すると、パターンで囲まれた中央部を支持できなかったり、あるいは、一方向に長いパターン等を形成したときにメンブレンが歪み、パターンの位置精度が低くなったりする。したがって、パターンを分割し、複数の相補マスクにパターンが形成される。相補マスクを用いて多重露光を行い、相補的にパターンが転写される（相補分割）。
ここで、相補マスクとは、ある領域のパターンを分割したパターンのうちの一部であって、互いに異なるパターン（相補分割パターン）が形成された複数のマスクをいう。各相補マスクの特定の領域を、露光対象物（通常はウェハー）の同一の箇所に重ねて露光することにより、分割前のパターンが露光対象物に復元されて転写される。
例えば、図３に示すグリッド配置とした場合、表１に示すように、各ブロックで少なくとも２つの小領域にパターンを形成できる。したがって、チップの任意の位置に対して２つ以上の小領域を対応させることができる。同一のマスク上の４つの小領域を重ね合わせる多重露光により、ドーナツ状のパターンを含む任意のデバイスパターンをウェハーに転写できる。
しかしながら、図３に示すようにグリッドが配置されたマスクを、ある種のアライメント法と組み合わせると、問題が生じる可能性がある。ＬＥＥＰＬではマスクとウェハーが数１０μｍの間隔に近接しているため、アライメント光学系をマスクとウェハーとの間に配置できない。
そこで、図４に示すようなＴＴＲ（ｔｈｒｏｕｇｈ  ｔｈｅ  ｒｅｔｉｃｌｅ）アライメント方式（特許第３１０１５８２号）が用いられる。図４に示すように、ウェハー３１の表面にウェハー側位置合わせ（アライメント）マーク３２が形成される。一方、マスク３３にもマスク側アライメントマーク３４が形成される。マスク側アライメントマーク３４はメンブレンを貫通する開口部であっても、あるいはメンブレンの表面のみに形成された凹部であっても、いずれでもよい。
アライメント光はウェハー側アライメントマーク３２およびマスク側アライメントマーク３４にそれぞれ入射する。ウェハー側アライメントマーク３２で反射された光ＬＷと、マスク側アライメントマーク３４で反射された光ＬＭを検出する。光ＬＷと光ＬＭの相対位置から、マスク３３とウェハー３１のアライメントを行う。
図５に示すように、４個のアライメント検出系（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４）をマスクの４隅に配置して、図４に示すようなアライメントを行うことにより、チップに相当するマスク領域の歪みを完全に決定することができる。このようなＴＴＲアライメント方式によれば、アライメント光学系がマスクとウェハーとの間に配置されないため、電子線露光中も常時アライメントマークを検出し、リアルタイムでチップ歪み補正を行うことができる。
図１あるいは図３に示すように正方形のメッシュ状でマスクにグリッドを形成した場合、ＴＴＲアライメント方式でアライメントを行うと、特定の条件の下ではアライメントが不可能となる。図６はグリッド１１で囲まれたパターン形成領域の一つを示す断面図である。
図６に示すように、マスク法線方向ｚから測ったアライメント光Ｌの検出角度θが、グリッド１１の間隔および高さとアライメントマーク３４の位置とで決定される特定の臨界角θａを超えると、グリッド１１とアライメント光Ｌ（マスク側アライメントマーク３４からの反射光）が干渉し、アライメント光Ｌが検出できなくなる。
発明の開示
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ＴＴＲ方式によるアライメントと相補分割パターンの転写が可能であり、十分なメンブレン強度を有するマスクおよびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、リソグラフィー工程におけるアライメント精度を向上させ、微細パターンの高精度な転写を可能とする半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明のマスクは、支持枠と、前記支持枠より薄く形成され、前記支持枠で囲まれた薄膜と、前記薄膜上の１点である基準点を通り、第１の方向に延びる第１の直線と、前記基準点で前記第１の直線と直交し、第２の方向に延びる第２の直線を含む複数の線によって前記薄膜が複数の小領域に分割されたうちの一つである第１の小領域と、前記第１の小領域と第１の方向において隣接する第２の小領域と、前記第１の小領域と第２の方向において隣接する第３の小領域と、前記第２の小領域と第２の方向において隣接し、前記第３の小領域と第１の方向において隣接する第４の小領域と、前記第１の小領域上で第２の方向に延在し、一端が第３群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなる第１群の梁であって、第２の直線に接する梁を含む前記第１群の梁と、前記第２の小領域上で第１の方向に延在し、一端が前記第１群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなる第２群の梁であって、第１の直線に接する梁を含む前記第２群の梁と、前記第３の小領域上で第１の方向に延在し、一端が第４群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなる前記第３群の梁であって、第１の直線に接する梁を含む前記第３群の梁と、前記第４の小領域上で第２の方向に延在し、一端が前記第２群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなる前記第４群の梁であって、第２の直線に接する梁を含む前記第４群の梁と、前記第１の小領域内の前記梁以外の部分の一部に形成された第１の開口部と、前記第２から第４の小領域のうちの少なくとも一つの小領域内の前記梁以外の部分の一部に形成された第２の開口部とを有することを特徴とする。
好適には、前記第１の開口部と前記第２の開口部は相補的にパターンを構成する。好適には、各小領域内において、前記梁は互いに等間隔に形成され、前記第１から第４の小領域は形状および大きさが互いに等しい正方形または矩形である。また、好適には、前記第１から第４群の梁のうちの少なくとも一つの群の梁は、他端が前記支持枠と接続するように形成されている。好適には、前記第１および第２の開口部は荷電粒子線が透過する孔である。好適には、前記第１から第４の小領域は第１の直線に平行な少なくとも１本の第１の分割線と、第２の直線に平行な少なくとも１本の第２の分割線の少なくとも一方の分割線によって、形状および大きさが等しい複数のチップ転写用領域に分割されている。好適には、前記第１から第４の小領域内の前記梁以外の部分の一部、特に前記基準点から最も遠い部分に形成された位置合わせマークを有する。
これにより、ＴＴＲ方式により感光面とマスクとのアライメントを行ったとき、梁によってアライメント光が遮られ、アライメントが不可能となる問題が解消される。したがって、例えばＬＥＥＰＬにより、微細パターンを高精度に転写することが可能となる。
また、上記の目的を達成するため、本発明のマスクの製造方法は、薄膜の周囲に支持枠を形成する工程と、前記薄膜の一方の面の一部に、前記薄膜を補強する梁を形成する工程と、前記梁以外の部分の前記薄膜に開口部を形成する工程とを有するマスクの製造方法であって、前記梁を形成する工程は、前記薄膜の第１の小領域に第１群の梁を形成し、前記薄膜の第２の小領域に第２群の梁を形成し、前記薄膜の第３の小領域に第３群の梁を形成し、前記薄膜の第４の小領域に第４群の梁を形成する工程を含み、前記第１の小領域は前記薄膜上の１点である基準点を通り、第１の方向に延びる第１の直線と、前記基準点で前記第１の直線と直交し、第２の方向に延びる第２の直線を含む複数の線によって前記薄膜が複数の小領域に分割されたうちの一つの小領域であり、前記第２の小領域は前記第１の小領域と第１の方向において隣接する小領域であり、前記第３の小領域は前記第１の小領域と第２の方向において隣接する小領域であり、前記第４の小領域は前記第２の小領域と第２の方向において隣接し、前記第３の小領域と第１の方向において隣接する小領域であり、前記第１群の梁は、前記第１の小領域上で第２の方向に延在し、一端が前記第３群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなり、かつ第２の直線に接する梁を含み、前記第２群の梁は、前記第２の小領域上で第１の方向に延在し、一端が前記第１群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなり、かつ第１の直線に接する梁を含み、前記第３群の梁は、前記第３の小領域上で第１の方向に延在し、一端が前記第４群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなり、かつ第１の直線に接する梁を含み、前記第４群の梁は、前記第４の小領域上で第２の方向に延在し、一端が前記第２群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなり、かつ第２の直線に接する梁を含み、前記開口部を形成する工程は、前記第１の小領域内の前記梁以外の部分の一部に第１の開口部を形成し、前記第２から第４の小領域のうちの少なくとも一つの小領域内の前記梁以外の部分の一部に第２の開口部を形成する工程を含むことを特徴とする。
これにより、ＴＴＲ方式により感光面とマスクとのアライメントを行ったとき、梁によってアライメント光が遮られないマスクを製造することが可能となる。本発明のマスクの製造方法によれば、微細パターンを高精度に転写できるマスクを製造することが可能となる。
さらに、上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、支持枠と、前記支持枠より薄く形成され、前記支持枠で囲まれた薄膜と、前記薄膜上の１点である基準点を通り、第１の方向に延びる第１の直線と、前記基準点で前記第１の直線と直交し、第２の方向に延びる第２の直線を含む複数の線によって前記薄膜が複数の小領域に分割されたうちの一つである第１の小領域と、前記第１の小領域と第１の方向において隣接する第２の小領域と、前記第１の小領域と第２の方向において隣接する第３の小領域と、前記第２の小領域と第２の方向において隣接し、前記第３の小領域と第１の方向において隣接する第４の小領域と、前記第１の小領域上で第２の方向に延在し、一端が第３群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなる第１群の梁であって、第２の直線に接する梁を含む前記第１群の梁と、前記第２の小領域上で第１の方向に延在し、一端が前記第１群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなる第２群の梁であって、第１の直線に接する梁を含む前記第２群の梁と、前記第３の小領域上で第１の方向に延在し、一端が第４群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなる前記第３群の梁であって、第１の直線に接する梁を含む前記第３群の梁と、前記第４の小領域上で第２の方向に延在し、一端が前記第２群の梁の一つに接続して前記薄膜を補強する少なくとも一つの梁からなる前記第４群の梁であって、第２の直線に接する梁を含む前記第４群の梁と、前記第１の小領域内の前記梁以外の部分の一部に形成された第１の開口部と、前記第２から第４の小領域のうちの少なくとも一つの小領域内の前記梁以外の部分の一部に形成された第２の開口部とを有するマスクを介して、感光面に荷電粒子線、放射線または光線を照射する露光工程であって、前記第１の小領域を前記感光面の所定箇所に重ねて第１の露光を行い、前記第１の開口部を前記所定箇所内に転写する第１の露光工程と、前記第２の開口部を含む小領域の一つを前記所定箇所に重ねて第２の露光を行い、前記第２の開口部を前記所定箇所内に転写する第２の露光工程とを有することを特徴とする。
好適には、前記マスクは前記第１から第４の小領域内の前記梁以外の部分の一部にそれぞれマスク側位置合わせマークを有し、前記第１の露光工程の前に、前記感光面または前記感光面下部に、前記マスクを介して検出できるウェハー側位置合わせマークを予め形成する工程をさらに有し、各露光工程の前に、第１の方向に延在する前記梁を含む小領域に、第１の方向で光を照射し、前記マスク側位置合わせマークで反射される光と、前記感光面側位置合わせマークで反射される光の位置を検出して、前記マスクと前記感光面の位置合わせを行う工程と、第２の方向に延在する前記梁を含む小領域に、第２の方向で光を照射し、前記マスク側位置合わせマークで反射される光と、前記感光面側位置合わせマークで反射される光の位置を検出して、前記マスクと前記感光面の位置合わせを行う工程の少なくとも一方を有する。好適には、前記位置合わせを前記露光と同時に並行して行う。
これにより、リソグラフィー工程において、ＴＴＲ方式による感光面とマスクとのアライメントが可能となる。本発明によれば、マスクの梁により、アライメント光が遮られないため、高精度にアライメントを行うことができる。
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明のマスクおよびその製造方法と半導体装置の製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図７は本実施形態のマスクの上面図である。本実施形態のマスクはＬＥＥＰＬに好適に用いられる。図７に示すように、ステンシルマスク１は例えばシリコンウェハー２を用いて形成され、シリコンウェハー２の中央部にメンブレン３が形成される。ステンシルマスクとは、メンブレンを貫通するような孔が形成されたマスクをいう。ステンシルマスクの孔内部の空間には、物質が存在しない。
メンブレン３周囲のシリコンウェハー２はメンブレン３の強度を補強する支持枠として用いられる。メンブレン３は周囲のシリコンウェハー２と一体化したグリッド（梁）４と、グリッド４で囲まれたパターン形成領域５とを含む。グリッド４はメンブレン３上に棒状または線状で形成された突起部分であり、グリッド４が形成された部分ではメンブレン３が実質的に厚くなる。これにより、メンブレン３が補強され、メンブレン３の自重による撓みが防止される。グリッド４の材質は必ずしも支持枠と同じである必要はないが、シリコンウェハー２にドライエッチングを行うことにより、支持枠とグリッド４を同一の工程で簡便に形成でき、この場合、これらの材質が同一となる。
図８は図７のａ−ａ’における断面図である。図８に示すように、グリッド４で囲まれたメンブレン３のパターン形成領域には、デバイスパターンに対応した孔６が形成される。また、パターン形成領域の一部には、マスク側アライメントマークが形成される。
図７および図８に示す本実施形態のステンシルマスクは、例えばシリコンウェハー２上にシリコン酸化膜７を介してシリコン層（メンブレン３）が形成されたＳＯＩウェハーを用いて形成される。シリコンウェハー２をメンブレン３の裏面側からエッチングして、グリッド４が形成される。シリコン酸化膜７はシリコンウェハー２のエッチングでエッチングストッパー層として用いられる。孔６はメンブレン３にエッチングを行って形成される。また、上記以外の方法でステンシルマスクを形成することも可能である。
本実施形態のステンシルマスクは、次の３条件を満たす。第１の条件は、メンブレンがグリッドにより補強されていることである。第２の条件は、相補分割されたパターンをチップサイズの整数倍のステップ・アンド・リピート露光で効率よく露光できることである。第３の条件は、メンブレンを通してウェハー上のアライメントマークを検出するアライメント光学系の光路がグリッドと干渉しないことである。
前述した図１に示すようなマスク構造の場合、第１の条件は満たされる。しかしながら、図１に示す構造で図２に示すようにメンブレンを４つの小領域に分割した場合、グリッドの形成位置が４つの小領域で重なり合う。したがって、４つの小領域Ａ〜Ｄに相補分割パターンを形成できず、第２の条件が満たされない。また、図６に示したように、第３の条件も満たされない。
図３に示すようなマスク構造とした場合は、第１の条件と第２の条件が満たされる。しかしながら、図６に示すように、第３の条件が満たされない。
図９Ａに、本実施形態のステンシルマスクにおけるグリッドの配置を拡大して示す。図９Ａの斜線部分は図７のパターン形成領域５を示し、パターン形成領域５で挟まれた部分がグリッド４を示す。露光領域はｘ軸およびｙ軸により４つの小領域Ａ〜Ｄに分割され、対角線上にある小領域Ａ、Ｄでは原点Ｏに対して点対称にグリッド４が配置される。これらの小領域Ａ、Ｄのグリッド４はｘ方向（第１の方向）に延在する。同様に、小領域Ｂ、Ｃでは原点Ｏに対して点対称にグリッド４が配置される。これらの小領域Ｂ、Ｃのグリッド４はｙ方向（第２の方向）に延在する。
マスクを４つの小領域に分割した理由は、以下の通りである。グリッドが存在しないマスクは、メンブレンの自重による撓みが大きく、これによりパターンが変位するため、マスクとしての使用が難しい。そこで、メンブレン上にグリッドを形成する必要が生じるが、グリッドを形成した場合、本来、グリッドの部分に配置されていたパターンを形成するための領域を、マスク上の他の位置に確保する必要が生じる。これにより、マスク上に少なくとも２つの領域が必要となる。
さらに、ステンシルマスクでは相補分割が前提となり、前述したように、１つのパターンにつき２つ以上の領域が必要となる。すなわち、グリッドを有するステンシルマスクでは、グリッドと重なるパターンを形成するための領域の確保と、相補分割の必要性の観点から、少なくとも２×２＝４個の小領域が必要となる。したがって、本実施形態のステンシルマスクは４つの小領域に分割される。
マスクを４つの小領域に分割し、これらの小領域でｘ方向またはｙ方向にグリッド４を配置するのは、ＴＴＲ方式によるアライメントでアライメント光がグリッド４で遮られる問題を解消するためだけでなく、グリッド４の配置を均等として、マスク全体での歪みを抑えるためでもある。
また、各小領域内において、グリッド４が一方向のみに延在し、ストライプ状の配置となることから、例えば図３に示すように、グリッドがメッシュ状に配置され、かつメッシュの位置が４つの小領域で互いにずれるような場合と比較すると、グリッド４とそれ以外の領域（パターン形成領域５）がより単純に分割される。
図９Ａに示すように、各小領域ではグリッド４と帯状のパターン形成領域５が交互に並び、グリッド４の本数とパターン形成領域５の本数の合計（小領域Ａ、ＤではＮ、小領域Ｂ、ＣではＭ）は偶数である。図９ＡのＸとＹで決定される各小領域のサイズは、小領域Ａに示したチップ転写用領域ＡＣのサイズの整数倍となっている。すなわち、各小領域は１個または複数個のチップ転写用領域ＡＣを含む。
各小領域には、露光領域の４隅に対応する部分にマスク側アライメントマーク８が設けられる。図９Ｂおよび図９Ｃは、マスク側アライメントマーク８の例であるが、マスク側アライメントマーク８の形状はこれらに限定されない。また、マスク側アライメントマーク８はメンブレンを貫通する開口部であっても、あるいはメンブレンの表面のみに形成された凹部であっても、いずれでもよい。
グリッド４の幅とパターン形成領域５の幅は同じである必要はないが、その合計がチップ転写用領域ＡＣの１辺の長さの整数分の１であり、かつグリッド４の幅がメンブレンを支持するのに十分である必要がある。露光領域の４隅にはアライメント光学系Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２が配置される。
また、ｘ方向に延びるグリッド４（小領域Ｂ、Ｃのグリッド４）の幅と、ｙ方向に延びるグリッド４（小領域Ａ、Ｄのグリッド４）の幅は同じである必要はない。同様に、ｘ方向に延びるパターン形成領域５（小領域Ｂ、Ｃのパターン形成領域５）の幅と、ｙ方向に延びるパターン形成領域５（小領域Ａ、Ｄのパターン形成領域５）の幅は同じである必要はない。
図１あるいは図３に示すマスクと異なり、本実施形態のステンシルマスクではグリッドで囲まれた部分のメンブレンの形状が長方形である。この構造は、一見すると強度的に不利という印象を受けやすいが、誤りである。本実施形態のグリッド構造は、「矩形メンブレンにかかる最大曲げモーメントは短辺の２乗に比例する」という材料力学的理論に基づいている。
周辺を固定されたメンブレンに加わる曲げモーメントは、長辺の中点で最大値Ｍ＝ｃ（ｂ／ａ）×ａ２をとる。ここで、ａは矩形の短辺の長さであり、ｂは矩形の長辺の長さである。比例係数ｃは比ｂ／ａの関数であるが、比ｂ／ａに対する依存性は弱いため、定数とみなせる。これらは、材料力学の著名な教科書であるＴｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｐｌａｔｅｓ  ａｎｄ  Ｓｈｅｌｌｓ（Ｓ．Ｐ．Ｔｉｍｉｓｈｅｎｋｏ  ａｎｄ  Ｓ．Ｗｏｉｎｗｓｋｙ−Ｋｒｉｅｇｅｒ）等に記載されている。
この理論に基づき、正方形メンブレンの辺の長さｂ（＝ａ）を変化させた場合の最大曲げモーメント、および一辺の長さａを２ｍｍに固定して他辺の長さｂを変化させた場合の最大曲げモーメントを計算した。計算結果を図１０に示す。図１０に示すように、正方形メンブレンの場合、サイズが増大するとともに、メンブレンにかかる負荷は急激に増大する。
一方、長方形メンブレンの場合、一辺が小さい限り、長辺を大きくしてもメンブレンにかかる負荷は一定の値で飽和する。以上のように、短辺の長さがａの長方形メンブレンの力学的強度は、長辺の長さｂに関わらず、一辺の長さａの正方形メンブレンの力学的強度とほぼ同等である。したがって、本実施形態のマスクによれば、前述した第１の条件が満たされる。
本実施形態のステンシルマスクを露光に用いる場合、グリッド直下の領域を露光できない。図９Ａにおいて、小領域Ａ、Ｄのｙ軸に平行なストライプと、小領域Ｂ、Ｃのｘ軸に平行なストライプとを重ね合わせると、Ｍ×Ｎ個のブロックが得られる。図９Ａの例では、Ｍ＝Ｎ＝８である。Ｍ×ＮブロックをＭ行×Ｎ列（＝８行×８列）の表に対応させ、各ブロックでどの小領域が露光されるか（すなわち、どの小領域にパターンを形成できるか）をまとめると、表２のようになる。
2003052803.tif 000004
本実施形態のステンシルマスクのグリッド配置によれば、表２に示すように、各ブロックで２つの小領域にパターンを形成できる。したがって、チップの任意の位置に対して２つの小領域を対応させることができる。相補分割したパターンを同一のマスク上の４つの小領域のうち、露光される２つの小領域に振り分けて形成する。４つの小領域を重ね合わせる多重露光により、ドーナツ状のパターンを含む任意のデバイスパターンをウェハーに転写できる。すなわち、本実施形態のステンシルマスクによれば、前述した第２の条件が満たされる。
各小領域のアライメント光学系の方向は、その小領域内のグリッド４の長手方向と平行になっている。したがって、図１１の断面図に示すように、アライメント光学系の光路はグリッド４と干渉しない。図１１は、グリッド４で囲まれたパターン形成領域の一つを示す断面図である。
図１１に示すように、マスク法線方向ｚから測ったアライメント光Ｌの検出角度θが大きくなった場合にも、図９に示す光学系の配置によれば、アライメント光Ｌ（マスク側アライメントマーク８からの反射光）はグリッド４によって遮られない。したがって、ＴＴＲ方式によるアライメントを高精度に行うことができる。
本実施形態の半導体装置の製造方法は、本実施形態のステンシルマスクを用いたリソグラフィー工程を含む。このリソグラフィー工程において、ウェハーステージを図９に示すＸあるいはＹずつ移動させ、移動させる毎に露光を繰り返す。例えば、第１の露光により小領域Ａ〜Ｄのパターンをウェハーに露光した後、ウェハーステージを小領域のｘ軸方向の長さ（Ｘ）だけ移動させる。この状態で第２の露光により小領域Ａ〜Ｄのパターンをウェハーに露光すると、第１の露光で小領域Ａのパターンが露光された部分に、小領域Ｂのパターンが露光される。また、第１の露光で小領域Ｃのパターンが露光された部分に、小領域Ｄのパターンが露光される。
第２の露光を行った後、ウェハーステージを例えば小領域のｙ軸方向の長さ（Ｙ）だけ移動させる。この状態で第３の露光により小領域Ａ〜Ｄのパターンをウェハーに露光すると、第１の露光で小領域Ｃのパターンが露光され、第２の露光で小領域Ｄのパターンが露光された部分に、小領域Ｂのパターンが露光される。この部分には、ウェハーをさらに−Ｘだけ移動させて第４の露光を行うことにより、小領域Ａのパターンが露光される。すなわち、第１〜第４の露光により、小領域Ａ〜Ｄのパターンがすべて露光される。
実際の半導体装置の製造においては、ウェハー上に多数のチップがマトリクス状に配置される。したがって、上記のようにＸ、Ｙ、−Ｘの順にウェハーステージを移動させるかわりに、一方向（例えばｘ方向）にＸずつウェハーステージを端から端まで移動させた後、ｙ方向にＹだけウェハーステージを移動させ、再びｘ方向に−Ｘずつウェハーステージを端から端まで移動させてもよい。
ウェハーステージの移動経路は、ウェハーステージの移動のための所要時間が少なくなるように、適宜選択できる。なお、上記のように、ウェハーを移動させる毎に小領域Ａ〜Ｄのパターンを露光すると、ウェハー上で最も外側に配置されるチップには、すべての小領域のパターンを重ねて露光することはできず、１つまたは２つの小領域のパターンのみ露光される。これらのチップは排除すればよい。
以上のように、４つの小領域Ａ〜Ｄに形成された相補分割パターンが多重露光される。また、一つの小領域に含まれるチップ転写用領域ＡＣの数と同数のチップに効率よくデバイスパターンを転写できる。本実施形態のステンシルマスクによれば、前述した第３の条件が満たされる。
図１２は、本実施形態の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図１２に示すように、ステップ１（ＳＴ１）では、第１の露光により第１の小領域のパターンを露光する。第１の小領域は、マスク上の４つの小領域のうちの一つとする。なお、図１２のフローチャートは、ウェハー上に塗布されたレジストのある特定の箇所に施される処理を示したものであり、第１の露光では、第１〜第４の小領域のパターンがすべてウェハー上の感光面であるレジストに露光される。
ステップ２（ＳＴ２）では、第２の露光により第２の小領域のパターンを露光する。第２の小領域は、第１の小領域以外の３つの小領域のうちの一つとする。なお、第１の露光と同様に、第２の露光でも第１〜第４の小領域のパターンがすべてウェハー上のレジストに露光される。
ステップ３（ＳＴ３）では、第３の露光により第３の小領域のパターンを露光する。第３の小領域は、第１および第２の小領域以外の２つの小領域のうちの一方とする。なお、第１および第２の露光と同様に、第３の露光でも第１〜第４の小領域のパターンがすべてウェハー上のレジストに露光される。
ステップ４（ＳＴ４）では、第４の露光により第４の小領域のパターンを露光する。第４の小領域は、第１〜第３の小領域以外の残りの小領域である。なお、第１〜第３の露光と同様に、第４の露光でも第１〜第４の小領域のパターンがすべてウェハー上のレジストに露光される。
ステップ５（ＳＴ５）では、レジストの現像を行う。これにより、相補分割を行う前のパターンが復元されて、レジストに転写される。
上記の本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、小領域ごとのパターン転写を効率よく行うことができ、マスクの歪みを抑えながら、高いスループットで露光を行うことができる。
ストライプ状のメンブレンは、例えば、特開２０００−９１２２７号公報記載のＳＣＡＬＰＥＬ用マスクに形成される。このマスクにおいては、電子線等の露光用の荷電粒子ビームを走査するとき、グリッドでビームをスキップさせる回数を減らす目的で、メンブレンが矩形にされる。メンブレンのストライプの方向は、荷電粒子ビームの走査方向と平行である。
本実施形態のマスクは、上記の特開２０００−９１２２７号公報記載のマスクとは異なる目的でメンブレンが矩形にされる。例えば、本実施形態のマスクでは、グリッドの高さに応じてアライメント光の検出角度の許容範囲が変動する。したがって、それに応じて矩形のメンブレンの長辺の長さも適宜決定される。
それに対し、上記の公報に記載されたＳＣＡＬＰＥＬ用マスクでは、そのような条件は考慮されない。また、本実施形態のマスクの小領域Ａ〜Ｄのような、相補分割パターンを形成するためのマスク領域の分割も行われない。
本実施形態のマスクによれば、グリッド４がアライメント光と干渉しないことから、光学系を設計する上での自由度が高くなる。したがって、開口数ＮＡの大きな光学系を用いて、信号強度をより高くすることも可能である。図１に示すように、グリッド１１が正方形のメッシュ状に形成された従来のマスク構造の場合、アライメント光とグリッド１１との干渉を避けるには光学系を変更するか、メンブレンを拡大する必要がある。
しかしながら、正方形のメンブレンの面積を拡大すると、図１０に示したように、マスク強度が著しく低下する。また、光学系の変更も困難である。本実施形態のステンシルマスクによれば、光学系の変更が不要であり、マスク強度も低下しない。
図１３は、グリッドが各小領域において単数である場合のマスクの上面図である。図１３のマスク１においても、マスクの中心で直交する直線（不図示）によってメンブレン３が４つの小領域に分割されている。２つの小領域が隣接する境界部分では、境界に沿って延びるグリッド４が、一方の小領域内に形成される。これにより、すべてのグリッド４が互いに接続する。各小領域に形成されるグリッドの数は、図７に示すように複数であっても、図１３に示すように単数であっても、いずれでもよい。
また、各小領域内のグリッドの数が複数の場合と単数の場合のいずれも、各小領域の大きさは必ずしも同一でなくてもよい。各小領域のうち、ウェハーの同一の箇所に重ねて転写される領域内において、その領域内のすべての点が少なくとも２つの小領域でパターン形成領域に含まれる限り、各小領域の大きさや形状は異なっていてもよい。但し、マスク全体の歪みを少なくするという観点からは、図１あるいは図１３に示すように、各小領域を同一の大きさとし、対角線上の小領域に点対称にグリッドを形成することが望ましい。
相補分割されたパターンを複数の相補マスクに形成し、相補マスクを用いた多重露光により相補的にパターンを転写する場合、露光装置に取り付けた相補マスクを交換する必要がある。ここで、相補マスクとは、ある領域のパターンを分割したパターンのうちの一部であって、互いに異なるパターン（相補分割パターン）が形成された複数のマスクをいう。各相補マスクの特定の領域を、露光対象物（通常はウェハー）の同一の箇所に重ねて露光することにより、分割前のパターンが露光対象物に復元されて転写される。
それに対し、本実施形態のステンシルマスクによれば、同一のマスク内の異なる小領域に相補分割パターンが形成される。したがって、相補分割パターンを露光する際、露光装置に取り付けたマスクの交換は不要であり、ウェハーステージを移動させるのみでチップに多重露光を行うことができる。したがって、異なるマスクに相補分割パターンを形成する場合に比較して、露光のスループットを大幅に向上させることができる。
また、本実施形態のステンシルマスクに形成される小領域の数は４個に限定されない。例えば、図１４に示すように、メンブレンを１６個の小領域に分割したり、図１５に示すように、メンブレンを９個の小領域に分割したり、図１６に示すように、メンブレンを６個に分割したりしてもよい。
メンブレンを４個以外の小領域に分割する場合も、隣接する小領域同士では、梁が延在する方向を互いに直交させる。小領域の数を４個よりも多くした場合、増加した分の小領域には、４つの小領域Ａ〜Ｄと同様の相補分割パターンを形成しても、他の相補分割パターンを形成しても、相補分割パターン以外の露光用パターンを形成しても、いずれでもよい。
上記の本発明の実施形態のマスクおよび半導体装置の製造方法によれば、ＴＴＲ方式によりアライメントを行ったとき、アライメント光がグリッドによって遮断されない。したがって、ウェハーとマスクを近接させるＬＥＥＰＬにおいても、高精度にアライメントを行うことが可能となる。また、本発明の実施形態のマスクの製造方法によれば、ＴＴＲ方式によるアライメントと相補分割パターンの転写の両方に適したマスクを製造することが可能となる。
図１７は、ＬＥＥＰＬに用いられる露光装置の概略図であり、電子線の投影光学系を示す。本実施形態のステンシルマスクは、図１７に示すような露光装置による電子線露光に好適に用いることができる。
図１７の露光装置１１１は、低加速の電子線１１２を生成する電子銃１１３の他、アパーチャー１１４、コンデンサレンズ１１５、１対のメインデフレクター１１６、１１７および１対の微調整用デフレクター１１８、１１９を有する。
アパーチャー１１４は電子線１１２を制限する。コンデンサレンズ１１５は電子線１１２を平行なビームにする。コンデンサレンズ１１５により集光される電子線１１２の断面形状は通常、円形であるが、他の断面形状であってもよい。メインデフレクター１１６、１１７および微調整用デフレクター１１８、１１９は偏向コイルであり、メインデフレクター１１６、１１７は電子線１１２がステンシルマスク１２０の表面に対して基本的に垂直に入射するように、電子線１１２を偏向させる。
微調整用デフレクター１１８、１１９は電子線１１２がステンシルマスク１２０の表面に対して垂直に、または垂直方向からわずかに傾いて入射するように、電子線１１２を偏向させる。電子線１１２の入射角は、ステンシルマスク１２０上のパターン位置等に応じて最適化するが、電子線１１２の入射角は最大でも１０ｍｒａｄ程度であり、電子線１１２はステンシルマスク１２０にほぼ垂直に入射する。
図１７の電子線１１２ａ〜ｃは、ステンシルマスクを走査する電子線１１２が、ステンシルマスク上の各位置にほぼ垂直に入射する様子を示し、電子線１１２ａ〜ｃがステンシルマスク１２０に同時に入射することを示すものではない。電子線１１２の走査はラスタ走査とベクタ走査のいずれも可能である。
図１７において、ステンシルマスク１２０の孔１２１部分を透過した電子線により、ウェハ１２２上のレジスト１２３が露光される。ＬＥＥＰＬには等倍マスクが用いられ、ステンシルマスク１２０とウェハ１２２は近接して配置される。
上記の露光装置１１１で電子線露光を行う際に、ステンシルマスク１２０として本実施形態のステンシルマスクを用いる。本実施形態のステンシルマスクでは、メンブレンがグリッドによって補強されていることから、メンブレンのたわみが防止され、電子線露光での転写パターンの位置ずれが低減される。また、ウェハーを移動させることにより、ステンシルマスク１２０を交換せずに、相補分割パターンを重ね合わせて露光できる。
上記の実施形態に示したグリッド配置を有するステンシルマスクを、ＬＥＥＰＬ以外の電子線露光装置、例えば図１８に示す電子線露光装置に適用することもできる。図１８に示す投影光学系によれば、マスク２０１のパターンが電子線を用いてウェハー等の試料２０２に、所定の倍率で縮小転写される。電子線の軌道はコンデンサレンズ２０３、第１投影レンズ２０４、第２投影レンズ２０５、クロスオーバアパーチャ２０６、試料下レンズ２０７および複数の偏向器２０８ａ〜２０８ｉによって制御される。
図１８に示す投影光学系では、マスク２０１を透過した電子線が、クロスオーバアパーチャ２０６を通過して試料２０２に垂直に入射するように、複数の偏向器２０８から偏向磁界を発生させる。上記の投影光学系を有する電子線露光装置以外に、イオンビーム等の荷電粒子ビームを用いる露光装置に本実施形態のマスクを適用することもできる。また、Ｘ線や放射線あるいは光線を用いる露光装置に本実施形態のマスクを適用することもできる。
本発明のマスクおよびその製造方法と半導体装置の製造方法の実施形態は、上記の説明に限定されない。例えば、マスクはグリッドがストライプ状に形成されていればよく、マスクの材料や構成は適宜変更できる。具体的には、メンブレンにチャージアップを防止するための導電層を設けたり、上記以外の方法でマスクを作製したりしてもよい。また、本実施形態のステンシルマスクは、リソグラフィー以外の半導体装置製造プロセス、例えばイオン注入等にも用いることができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
本発明のマスクによれば、ＴＴＲ方式によるアライメントと相補分割パターンの転写が可能であり、十分なメンブレン強度も得られる。
本発明のマスクの製造方法によれば、ＴＴＲ方式によるアライメントと相補分割パターンの転写が可能であり、十分なメンブレン強度を有するマスクを製造できる。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、リソグラフィー工程におけるアライメント精度が向上し、微細パターンの高精度な転写が可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は従来のマスクの斜視図である。
図２はマスクのメンブレンを複数の小領域に分割する例である。
図３はマスクのグリッド配置の一例を示す図である。
図４はＴＴＲアライメント方式を示す概略図である。
図５はアライメント光学系の配置例を示す平面図である。
図６は従来のマスクでアライメントを行う場合の模式図である。
図７は本発明のマスクの上面図である。
図８は図７のａ−ａ’における断面図である。
図９Ａは図７のメンブレン３部分の拡大図であり、図９Ｂおよび図９Ｃはマスク側アライメントマークの例を示す図である。
図１０はメンブレンサイズとメンブレンの最大曲げモーメントとの関係を計算した結果を示す。
図１１は本発明のマスクでアライメントを行う場合の模式図である。
図１２は本発明の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
図１３は本発明のマスクの上面図である。
図１４は本発明のマスクの小領域の配置例を示す上面図である。
図１５は本発明のマスクの小領域の配置例を示す上面図である。
図１６は本発明のマスクの小領域の配置例を示す上面図である。
図１７は本発明のマスクが適用される電子線露光装置の概略図である。
図１８は本発明のマスクが適用される他の電子線露光装置の概略図である。
符号の説明
１…ステンシルマスク
２…シリコンウェハー
３…メンブレン
４…グリッド
５…パターン形成領域
６…孔
７…シリコン酸化膜
８…マスク側アライメントマーク
１１…グリッド
１２…メンブレン
２１…マスク
３１…ウェハー
３２…ウェハー側アライメントマーク
３３…マスク
３４…マスク側アライメントマーク
１１１…露光装置
１１２、１１２ａ〜ｃ…電子線
１１３…電子銃
１１４…アパーチャー
１１５…コンデンサレンズ
１１６、１１７…メインデフレクター
１１８、１１９…微調整用デフレクター
１２０…ステンシルマスク
１２１…孔
１２２…ウェハ
１２３…レジスト
２０１…マスク
２０２…試料
２０３…コンデンサレンズ
２０４…第１投影レンズ
２０５…第２投影レンズ
２０６…クロスオーバアパーチャ
２０７…試料下レンズ
２０８ａ〜２０８ｉ…偏向器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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