(57)【要約】【課題】大面積のパターンの相補分割を可能にし、大面積のパターンを形成することが可能なマスクおよび露光方法を提供する。また、上記のマスクおよび露光方法を用いてパターンが形成された半導体装置を提供する。【解決手段】ステンシルマスク１０は、９つの露光領域により構成されている。各露光領域は、補強用梁部１１の配置の繰り返しの最小単位を示す単位露光領域１０ａ〜１０ｉが繰り返し配置されているものである。単位露光領域１０ａ〜１０ｉを重ねて、ウエハ２０上の同一箇所にそれぞれ露光した場合に、小領域に対応するウエハ２０の各位置において、６回〜８回照射される。すなわち、ウエハの任意の全ての位置に、６回のパターン転写が可能となっている。【選択図】図４
2004214499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線が通過する孔をもつパターン形成部と、前記パターン形成部を支持する梁部とを有する複数の単位露光領域を被露光対象にそれぞれ露光することによりパターンを転写するマスクであって、
前記被露光対象の任意の位置の全てが、少なくとも３つの前記単位露光領域の前記パターン形成部に含まれるように、前記単位露光領域の数および各単位露光領域における前記梁部の位置が規定されている
マスク。
【請求項２】
前記被露光対象へ所定の面積以上の大面積パターンを転写する場合に、
前記各単位露光領域の対応する３つの前記各パターン形成部に、前記大面積パターンを少なくとも３つに分割した相補パターンが配置されている
請求項１記載のマスク。
【請求項３】
前記被露光対象の任意の位置の全てが、少なくとも６つの前記単位露光領域の前記パターン形成部に含まれるように、前記単位露光領域の数および各単位露光領域における前記梁部の位置が規定されている
請求項１記載のマスク。
【請求項４】
前記被露光対象へ所定の面積以上の大面積パターンを転写する場合に、
前記各単位露光領域の対応する３つの前記各パターン形成部には、前記大面積パターンを少なくとも３つに分割した相補パターンが配置され、
他の３つの前記各パターン形成部には、前記相補パターンとそれぞれ同一のパターン、あるいは前記分割とは別に前記大面積パターンを少なくとも３つに分割した相補パターンが配置されている
請求項３記載のマスク。
【請求項５】
前記被露光対象へ所定の面積以上に該当しないパターンを転写する場合に、
前記各単位露光領域の対応する２つの前記各パターン形成部には、前記大面積に該当しないパターンを少なくとも２つに分割した相補パターンが配置され、
他の４つの前記各パターン形成部には、前記相補パターンとそれぞれ同一のパターン、あるいは前記分割とは別に前記大面積に該当しないパターンを少なくとも２つに分割した相補パターンが配置されている
請求項３記載のマスク。
【請求項６】
荷電粒子線が通過する孔をもつパターン形成部と、前記パターン形成部を支持する梁部とを有する複数の単位露光領域をもつマスクを用いて被露光対象にパターンを転写する露光方法であって、
前記被露光対象の任意の位置の全てが、少なくとも３つの前記単位露光領域の前記パターン形成部に含まれるように、前記単位露光領域の数および各単位露光領域における前記梁部の位置が規定されている前記マスクを用い、
前記被露光対象と前記マスクとの相対位置を移動させて繰り返し露光することにより、前記被露光対象の同一の位置に前記マスクの全ての前記単位露光領域を重ねて露光する
露光方法。
【請求項７】
前記被露光対象へ所定の面積以上の大面積パターンを転写する場合に、
前記各単位露光領域の対応する３つの前記各パターン形成部に、前記大面積パターンを少なくとも３つに分割した相補パターンを配置しておき、
前記被露光対象と前記マスクとの相対位置を移動させて繰り返し露光することにより、３つの前記各パターン形成部の前記相補パターンを重ねて転写して、前記被露光対象に大面積パターンを転写する
請求項６記載の露光方法。
【請求項８】
前記被露光対象の任意の位置の全てが、少なくとも６つの前記単位露光領域の前記パターン形成部に含まれるように、前記単位露光領域の数および各単位露光領域における前記梁部の位置が規定されている前記マスクを用いる
請求項６記載の露光方法。
【請求項９】
前記被露光対象へ所定の面積以上の大面積パターンを転写する場合に、
前記各単位露光領域の対応する３つの前記各パターン形成部に、前記大面積パターンを少なくとも３つに分割した相補パターンを配置し、他の３つの前記各パターン形成部には、前記相補パターンとそれぞれ同一のパターン、あるいは前記分割とは別に前記大面積パターンを少なくとも３つに分割した相補パターンを配置しておき、
前記被露光対象と前記マスクとの相対位置を移動させて繰り返し露光することにより、前記各パターン形成部の相補パターンをそれぞれ２重露光することにより前記被露光対象に大面積パターンを転写する
請求項８記載の露光方法。
【請求項１０】
前記被露光対象へ所定の面積以上に該当しないパターンを転写する場合に、
前記各単位露光領域の対応する２つの前記各パターン形成部に、前記大面積に該当しないパターンを少なくとも２つに分割した相補パターンを配置し、他の４つの前記各パターン形成部には、前記相補パターンとそれぞれ同一のパターン、あるいは前記分割とは別に前記大面積に該当しないパターンを少なくとも２つに分割した相補パターンを配置しておき、
前記被露光対象と前記マスクとの相対位置を移動させて繰り返し露光することにより、前記各パターン形成部の相補パターンをそれぞれ２重露光することにより前記被露光対象にパターンを転写する
請求項８記載の露光方法。
【請求項１１】
荷電粒子線が通過する孔をもつパターン形成部と、前記パターン形成部を支持する梁部とを有する複数の単位露光領域をもつマスクを介して荷電粒子線を照射することにより、パターンが転写されて形成された半導体装置であって、
前記半導体装置の任意の位置の全てが、少なくとも３つの前記単位露光領域の前記パターン形成部に含まれるように、前記単位露光領域の数および各単位露光領域における前記梁部の位置が規定されている前記マスクを用い、
前記被露光対象と前記マスクとの相対位置を移動させて繰り返し露光することにより、前記半導体装置の同一の位置に前記マスクの全ての前記単位露光領域を重ねて露光することによりパターンが転写されて形成された
半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスク、露光方法および半導体装置に関し、特に孔によりパターンが形成されているマスク、当該マスクを用いた露光方法、および当該露光方法により作製された半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスが益々微細化され、光によるパターニングが困難になりつつあり、Ｘ線、電子線、イオンビーム等によるリソグラフィ技術等が提案され、研究開発されている。
【０００３】
これらの新しい手法の中には、従来の光リソグラフィで使用してきたマスク構造とは異なり、使用するビームを透過しないプレートに、ビームが透過するための所望のパターン形状の孔を設けたステンシルマスクを用いるものがある。
【０００４】
ステンシルマスクでは、パターンの形状で開口を形成するため、パターン形状や、材質、厚さ等の条件から自身の形状を維持できないようなパターン、例えば、ドーナツ状のパターンや、支持部分の小さいパターン等を形成することができないという制約がある。
【０００５】
このため、相補マスクあるいはコンプリメンタリマスクと呼ばれる方式が用いられる。この方式では、目的のパターンを複数のマスクに分割形成しておき、それぞれ照射することにより、目的のパターンを転写する。
【０００６】
一方、ステンシルマスクは、取り扱うビームが通過する開口の側壁で反射することによるパターン精度劣化を避けるため、一般に０．５μｍ〜２μｍ程度の薄膜で構成されている。
【０００７】
転写対象のＬＳＩの大きさは、２０ｍｍ×２０ｍｍ程度のものまであるため、転写対象の全体を薄膜マスクとして作製することは、ステンシルマスクの重力による撓みや、マスク作製やハンドリング時に受ける外力等の影響により、パターンが変形することによる転写精度劣化のみならず、マスクが破壊してしまう可能性が高い。
【０００８】
この問題を解決する一つの方法として、先行出願には、孔からなるパターンが形成されるメンブレンを１ｍｍ程度の小区画に分け、小区画メンブレンを補強用梁部で支持する方法がある（特許文献１参照）。このような構造によれば、メンブレンが小区画に分割され、剛性の高い補強用梁部で支持される。
【０００９】
【特許文献１】
特願２００１−３２４２６０号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献１に記載の方式では、ウエハ上に合計４回のパターン照射が可能であるが、それぞれのマスク上にはパターン形成が不可能な梁領域があるため、実質的には２相補分割が適用可能である。
【００１１】
薄膜のステンシルマスクにおいて大図形、すなわちマスクに形成される大開口は、その面積分の膜の内部応力を開放してしまうことから、周囲のパターン変形を誘発したり、応力集中のため、コーナ部分からマスクを破壊してしまう可能性が高くなる等の問題があり小図形に分割することが望ましい。
【００１２】
小図形に分割する際には、大きいアスペクト比の図形を作らず、図形間の点接触を無くすように分割する必要があるが、このように分割するためには、大図形の分割は、最低３相補分割が必要である。しかし、これは、特許文献１に記載のマスクで実現することはできない。
【００１３】
一方、転写のパターン精度については、マスクに形成されたパターンがウエハに転写されるため、マスクへのパターン形成精度が最終的なウエハのパターン精度に大きく影響する。
【００１４】
ここで対象にしているパターンは、従来の光によるリソグラフィで対応が困難となる領域であり、ＬＳＩデバイス世代としては、９０ｎｍ、６５ｎｍと呼ばれるもの以降である。この微細なパターンはマスクを作製する上でも高精度に形成することが困難であり、これを緩和するための工夫が必要である。
【００１５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、第１の目的は、大面積のパターンの相補分割を可能にし、大面積のパターンを形成することが可能なマスクおよび露光方法を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、マスクへのパターン形成精度が被露光対象のパターン形成精度に影響する度合いを多重露光により緩和して、被露光対象へのパターン形成精度を向上させることができるマスクおよび露光方法を提供することにある。
本発明の第３の目的は、上記のマスクおよび露光方法を用いてパターンが形成された半導体装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のマスクは、荷電粒子線が通過する孔をもつパターン形成部と、前記パターン形成部を支持する梁部とを有する複数の単位露光領域を被露光対象にそれぞれ露光することによりパターンを転写するマスクであって、前記被露光対象の任意の位置の全てが、少なくとも３つの前記単位露光領域の前記パターン形成部に含まれるように、前記単位露光領域の数および各単位露光領域における前記梁部の位置が規定されている。
【００１７】
前記被露光対象の任意の位置の全てが、少なくとも６つの前記単位露光領域の前記パターン形成部に含まれるように、前記単位露光領域の数および各単位露光領域における前記梁部の位置が規定されている。
【００１８】
上記の本発明のマスクによれば、被露光対象の任意の位置の全てが、少なくとも３つの単位露光領域のパターン形成部に含まれるように、単位露光領域の数および各単位露光領域における梁部の位置が規定されていることから、被露光対象に転写するパターンの３相補分割が可能となる。
従って、被露光対象へ所定の面積以上の大面積パターンを転写する場合に、各単位露光領域の対応する３つの各パターン形成部に、大面積パターンを少なくとも３つに分割した相補パターンを配置しておき、３つの相補パターンをそれぞれ被露光対象に転写することにより、一つの大面積パターンが転写される。
【００１９】
上記の目的を達成するため、本発明の露光方法は、荷電粒子線が通過する孔をもつパターン形成部と、前記パターン形成部を支持する梁部とを有する複数の単位露光領域をもつマスクを用いて被露光対象にパターンを転写する露光方法であって、前記被露光対象の任意の位置の全てが、少なくとも３つの前記単位露光領域の前記パターン形成部に含まれるように、前記単位露光領域の数および各単位露光領域における前記梁部の位置が規定されている前記マスクを用い、前記被露光対象と前記マスクとの相対位置を移動させて繰り返し露光することにより、前記被露光対象の同一の位置に前記マスクの全ての前記単位露光領域を重ねて露光する。
【００２０】
前記被露光対象の任意の位置の全てが、少なくとも６つの前記単位露光領域の前記パターン形成部に含まれるように、前記単位露光領域の数および各単位露光領域における前記梁部の位置が規定されている前記マスクを用いる。
【００２１】
上記の本発明の露光方法では、被露光対象の任意の位置の全てが、少なくとも３つの単位露光領域のパターン形成部に含まれるように、単位露光領域の数および各単位露光領域における梁部の位置が規定されているマスクを用いる。例えば、被露光対象へ所定の面積以上の大面積パターンを転写する場合に、各単位露光領域の対応する３つの各パターン形成部に、大面積パターンを少なくとも３つに分割した相補パターンを配置しておく。
そして、被露光対象とマスクとの相対位置を移動させて繰り返し露光することにより、被露光対象の同一の位置にマスクの全ての単位露光領域を重ねて露光することにより、被露光対象に大面積パターンが転写される。
【００２２】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置は、荷電粒子線が通過する孔をもつパターン形成部と、前記パターン形成部を支持する梁部とを有する複数の単位露光領域をもつマスクを介して荷電粒子線を照射することにより、パターンが転写されて形成された半導体装置であって、前記半導体装置の任意の位置の全てが、少なくとも３つの前記単位露光領域の前記パターン形成部に含まれるように、前記単位露光領域の数および各単位露光領域における前記梁部の位置が規定されている前記マスクを用い、前記被露光対象と前記マスクとの相対位置を移動させて繰り返し露光することにより、前記半導体装置の同一の位置に前記マスクの全ての前記単位露光領域を重ねて露光することによりパターンが転写されて形成された半導体装置である。
【００２３】
上記の本発明の半導体装置によれば、半導体装置の任意の位置の全てが、少なくとも３つの単位露光領域のパターン形成部に含まれるように、単位露光領域の数および各単位露光領域における梁部の位置が規定されているマスクを用いて露光が行われる。例えば、半導体装置へ所定の面積以上の大面積パターンを転写する場合に、各単位露光領域の対応する３つの各パターン形成部に、大面積パターンを少なくとも３つに分割した相補パターンを配置しておく。
そして、半導体装置とマスクとの相対位置を移動させて繰り返し露光することにより、半導体装置の同一の位置にマスクの全ての単位露光領域を重ねて露光することにより、大面積パターンが転写された半導体装置が形成される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のマスク、露光方法および半導体装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２５】
第１実施形態
図１は、本実施形態に係るステンシルマスクを用いた露光方法を実現する電子線露光装置の一例を示す概略構成図である。図１に示す露光装置１は、電子線２を生成する電子銃３の他、アパーチャ４、コンデンサレンズ５、一対の主偏向器６，７および一対の微調整用偏向器８，９を有する。
【００２６】
アパーチャ４は、電子線２を制限する。コンデンサレンズ５は、電子線２を平行なビームにする。コンデンサレンズ５により集光される電子線２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。
【００２７】
主偏向器６，７および微調整用偏向器８，９は、例えば偏向コイルにより構成されており、主偏向器６，７は電子線２がステンシルマスク１０の表面に対して基本的に垂直に入射するように、電子線２を偏向させる。
【００２８】
微調整用偏向器８，９は、電子線２がステンシルマスク１０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２を偏向させる。電子線２の入射角は、ステンシルマスク１０上のパターン位置等に応じて最適化するが、電子線２の入射角は最大でも１０ｍｒａｄ程度であり、電子線２はステンシルマスク１０にほぼ垂直に入射する。
【００２９】
電子線２ａ〜２ｃは、ステンシルマスク１０上を走査する電子線２が、ステンシルマスクＭ上の各位置にほぼ垂直に入射する様子を示し、電子線２ａ〜２ｃがステンシルマスクＭに同時に入射することを示すものではない。電子線２の走査はラスタ走査とベクトル走査のいずれも可能である。
【００３０】
上記の露光装置には低加速電子が用いられるため、パターン形成用膜に所定のパターンで孔１３が設けられたステンシルマスク１０が用いられる。図１において、ステンシルマスク１０の孔１３を透過した電子線２により、被露光対象であるウエハ２０上のレジストＲが露光される。上記の露光装置は、例えば等倍露光を採用しており、ステンシルマスク１０とウエハ２０は近接して配置される。
【００３１】
図２は、ステンシルマスクの概略構成図である。
図２に示すように、本実施形態に係るステンシルマスク１０は、９つの露光領域１０Ａ〜１０Ｉにより構成されている。それぞれの露光領域１０Ａ〜１０Ｉは同じ大きさであり、９つの露光領域１０Ａ〜１０Ｉへ同時に電子線照射を行うが、次の電子線照射のためのウエハ（あるいはステンシルマスク）の移動は、それぞれの露光領域１０Ａ〜１０Ｉの一つの大きさ分のみとすることにより、ウエハ上の同一箇所に露光領域１０Ａ〜１０Ｉのそれぞれを１回ずつ照射するものである。
【００３２】
図３（ａ）は、ステンシルマスクの要部斜視図であり、図３（ｂ）はステンシルマスクの断面図である。
図３に示すように、補強用梁部１１に支持されてパターン形成用膜１２が形成され、補強用梁部１１が形成されていない領域のパターン形成用膜１２に所定のパターンの孔１３が貫通形成されている。なお、図示の例では、補強用梁部１１とパターン形成用膜１２との間にエッチングストッパ膜１４が形成されている。図３に示す補強用梁部１１に囲まれたパターン形成用膜１２の領域が、パターン形成部となる。
【００３３】
図４は、図２に示す各露光領域１０Ａ〜１０Ｉに配置された単位露光領域の構成の一例を示す図である。図４に示す各単位露光領域１０ａ〜１０ｉは、各露光領域１０Ａ〜１０Ｉを構成する補強用梁部１１の配置の繰り返しの最小単位を示す領域と定義する。
すなわち、図２に示す露光領域１０Ａには図４に示す単位露光領域１０ａが上下左右に複数配置されており、図２に示す露光領域１０Ｂには図４に示す単位露光領域１０ｂが上下左右に複数配置されており、図２に示す露光領域１０Ｃには図４に示す単位露光領域１０ｃが上下左右に複数配置されており、図２に示す露光領域１０Ｄには図４に示す単位露光領域１０ｄが上下左右に複数配置されており、図２に示す露光領域１０Ｅには図４に示す単位露光領域１０ｅが上下左右に複数配置されている。
また、図２に示す露光領域１０Ｆには図４に示す単位露光領域１０ｆが上下左右に複数配置されており、図２に示す露光領域１０Ｇには図４に示す単位露光領域１０ｇが上下左右に複数配置されており、図２に示す露光領域１０Ｈには図４に示す単位露光領域１０ｈが上下左右に複数配置されており、図２に示す露光領域１０Ｉには図４に示す単位露光領域１０ｉが上下左右に複数配置されている。
【００３４】
図４に示す各単位露光領域１０ａ〜１０ｉは、それぞれ同じサイズであり、図４では、各単位露光領域１０ａ〜１０ｉをさらに同じ大きさの７×７の小領域に実線で区画して示している。図４に示すように、各単位露光領域１０ａ〜１０ｉ中の小領域は、パターン形成用膜１２のみが存在するパターン配置可能領域と、補強用梁部１１のみが存在するパターン配置不可能領域とに分けられる。小領域のうち、パターン形成用膜１２のみが存在するパターン配置可能領域に配置されたパターンがウエハへ実質的に転写されることになる。
【００３５】
図５は、図４に示す単位露光領域１０ａ〜１０ｉを重ねて、ウエハ２０上の同一箇所にそれぞれ露光した場合に、各小領域毎にパターン配置可能領域が何回照射されるかを示す図である。
図５に示すように、小領域に対応するウエハ２０の各位置において、６回〜８回照射されることがわかる。ところで、実質的に何回照射されるかは、図中の最も小さい照射回数に制約されることから、本実施形態では６回となる。すなわち、ウエハの任意の全ての位置に、６回のパターン転写が可能となっている。
【００３６】
次に、上記の本実施形態に係るステンシルマスクの効果について、図６〜図８に示す比較例を参照して説明する。
図６は、特許文献１に記載のステンシルマスクの構成図である。図６に示すステンシルマスクは、露光領域１０Ｊ〜１０Ｍの４つの領域で構成されている。
図７は、図６に示す各露光領域１０Ｊ〜１０Ｍに配置された単位露光領域の構成の一例を示す図である。すなわち、図６に示す各露光領域１０Ｊ〜１０Ｍは、それぞれ図７に示す単位露光領域１０ｊ〜１０ｍがそれぞれ上下左右に複数配置されて構成されている。
【００３７】
図８は、図７に示す各単位露光領域１０ｊ〜１０ｍをさらに同じ大きさの５×５の小領域に区画し、単位露光領域１０ｊ〜１０ｍを重ねて、ウエハ２０上の同一箇所にそれぞれ露光した場合に、各小領域毎にパターン配置可能領域が何回照射されるかを示した図である。実質的に何相補になるかは、図中のもっとも小さい数字に制約される。比較例では２相補となる。
【００３８】
上述したように、本実施形態に係るステンシルマスクの構成および比較例の構成において、図９に示すような大面積パターンＰをウエハ２０に転写する場合を想定する。この大面積パターンＰからなる開口をそのままマスクに形成したのでは、上述したように問題があることから、マスク上許容された最大サイズの図形に分割する必要がある。
【００３９】
図１０（ａ）は、大面積パターンＰを単純に最大のサイズＳＭで矩形に分割した一例を示す。図１０（ａ）に示す例では、大面積パターンＰを交互に配置された相補分割パターンＰ１と相補分割パターンＰ２とに相補分割している。このように分割すると、図１０（ａ）に示すように、点接触部分Ｑが発生し問題となる。
【００４０】
すなわち、図１０（ａ）に示すように、大面積パターンＰを２相補分割した場合には、ステンシルマスクには、図１０（ａ）に示すような相補分割パターンＰ１と、図１０（ｂ）に示すような相補分割パターンＰ２とをそれぞれ孔により形成する必要がある。
【００４１】
相補分割パターンＰ１，Ｐ２からなる孔の周囲のパターン形成用膜は、４つの点接触部分Ｑで互いに接続していることとなる。これは、幅のない材料で支えていることとなり、このようなパターン形成は不可能となる。
【００４２】
一方で、図１１（ａ）に示すように、最大サイズを幅とするストライプ状に分割することも考えられる。しかし、この分割は、長辺が最大サイズに違反しており望ましくない。
【００４３】
また、図１１（ａ）に示すように、大面積パターンＰを２相補分割した場合には、ステンシルマスクには、図１１（ｂ）に示すような相補分割パターンＰ１１と、図１１（ｃ）に示すような相補分割パターンＰ１２とがそれぞれ孔により形成されるが、アスペクト比が大きいパターンの孔は、分割前よりもコーナ部分の応力集中によるマスク破壊の可能性が悪化することも確認されている。
【００４４】
図１２（ａ）は、大面積パターンＰを３相補分割した例を示す。図１２（ａ）に示すように、大面積パターンＰを３つの相補分割パターンＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３に分割し、ステンシルマスクの各露光領域に、図１２（ｂ）に示すような相補分割パターンＰ２１と、図１２（ｃ）に示すような相補分割パターンＰ２２と、図１２（ｄ）に示すような相補分割パターンＰ２３をそれぞれ孔により形成した場合には、大きいアスペクト比のパターンの孔を作らず、かつ、パターンの周囲のパターン形成用膜同士の点接触の発生を防止することができる。
【００４５】
以上のように、大面積パターンＰを大きいアスペクト比の図形を作らずに、かつ点接触もなく分割するためには、最低３相補分割することが必要であるが、図６〜図８に示す比較例のステンシルマスクは、３相補分割には適用できないことから、このような相補分割は実現することができない。
【００４６】
これに対して、本実施形態に係るステンシルマスクは、ウエハ２０の任意の箇所の全てが、６つの露光領域のパターン配置可能領域に含まれることから、大面積パターンＰの望ましい分割のために、３相補分割を適用する場合であっても、相補分割パターンＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３をそれぞれ６つの露光領域のうち３つの露光領域のパターン配置可能領域に振り分けることができる。
【００４７】
また、残りの３つの露光領域のパターン配置可能領域に、それぞれ相補分割パターンＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３と同一のパターン、あるいはそれとは別に元のパターンを分割した結果の３つのパターンを形成しておき、同一パターンを複数回照射することとする。さらに、大面積に該当しないパターンであっても、その相補分割の結果を同様に割り当てることで、同一パターンを複数回照射することとする。この場合には、同一パターンを２重露光するため、各露光領域における一回当たりの照射時間を半分程度とし、一回のウエハ２０上のレジストＲへの露光量を半分程度とする。
【００４８】
ステンシルマスクに孔からなるパターンを高精度に形成することは、非常に困難である。ここで、ステンシルマスクにおける各露光領域に形成されたパターンの理想位置からの変位は、ガウス分布に従うと考えられる。
ステンシルマスクに形成されたパターンを一回の露光によりウエハ２０上のレジストＲに転写する場合には、ステンシルマスクに形成された孔からなるパターンの精度が、ウエハ２０上のパターン精度にそのまま影響する。
【００４９】
そこで、上記のように、同一パターンを２重露光することにより、ウエハ２０に転写パターンを形成するようにすれば、パターンの変位が平均化された転写パターンがウエハ２０上のレジストに形成されることとなる。従って、マスクへのパターン形成精度がウエハ２０のパターン形成精度に影響する度合いを緩和することができ、ウエハへのパターン形成精度を向上させることができるという効果を有する。
【００５０】
従って、上記のマスクおよび露光方法により形成されたウエハは、そのパターン形成精度を向上させることができ、信頼性のある半導体装置を実現することができる。
【００５１】
次に、上記の本実施形態に係るステンシルマスクの製造方法について、図１３〜図１４を参照して説明する。ステンシルマスクを製造する方法として、様々な方法があるが、ここではＳＯＩ基板からステンシルマスクを製造する方法について説明する。
【００５２】
まず、図１３（ａ）に示すように、シリコン基板１１ａ上に、酸化シリコンからなるエッチングストッパ膜１４を介してシリコン層からなるパターン形成用膜１２が形成されたＳＯＩ基板を用意する。ここで、加工精度および応力を考慮して、パターン形成用膜１２となるシリコン層の厚さが０．５μｍ以上２μｍ以下のＳＯＩ基板を用意する。パターン形成用膜１２に炭化シリコン（ＳｉＣ）やダイアモンド等の他の材料を採用する場合にも、概ね上記の膜厚の範囲で適用可能である。このＳＯＩ基板の表面には、予め両面アライナー用のアライメントマークを形成しておく。
【００５３】
次に、図１３（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板の裏面、すなわちシリコン基板１１ａ上に、補強用梁部１１のパターンをもつ酸化シリコンからなるハードマスク１５を形成する。なお、ステンシルマスクの周囲に、支持枠を形成するようにハードマスク１５を形成する。
【００５４】
次に、図１３（ｃ）に示すように、エッチングストッパ膜１４に達するまでシリコン基板１１ａをエッチングして、補強用梁部１１を形成する。その後、ハードマスク１５を除去する。このとき、酸化シリコンからなるエッチングストッパ膜１４も同時に除去される。周囲の補強用梁部１１は支持枠を構成するように幅広に形成される。
【００５５】
次に、図１４（ｄ）に示すように、ＳＯＩ基板の表面、すなわちパターン形成用膜１２上にレジスト１６を塗布する。
【００５６】
次に、図１４（ｅ）に示すように、表面にあるアライメントマークを検出し裏面に形成された補強用梁部１１と位置合わせをして、補強用梁部１１に区画されたパターン形成用膜１２に形成する相補分割パターンを電子線を用いて直接描画する。描画後現像することにより、レジスト１６に相補分割パターンの開口１６ａが形成される。
【００５７】
次に、図１４（ｆ）に示すように、レジスト１６をエッチングマスクとして、パターン形成用膜１２をエッチングすることにより、パターン形成用膜１２に相補分割パターンの孔１３を形成する。
【００５８】
その後、レジスト１６を除去することにより、本実施形態に係るステンシルマスクが製造される。
【００５９】
第２実施形態
第１実施形態では、大面積パターンをウエハ２０へ転写する場合の例について説明したが、本実施形態では、大面積パターンが明らかに存在しない場合について説明する。ステンシルマスクの構成については、第１実施形態と同様のため、その重複説明は省略する。
【００６０】
上述したように、本実施形態に係るステンシルマスクは、ウエハ２０の任意の箇所の全てが、６つの露光領域のパターン配置可能領域に含まれる。大面積パターンＰが存在しない場合には、ドーナツ状のパターン等の分割が必要なパターンを２相補分割し、２つの相補分割パターンをそれぞれ６つの露光領域のうち２つの露光領域のパターン配置可能領域に振り分けておく。
【００６１】
さらに、残りの４つの露光領域のパターン配置可能領域に、それぞれ２つの相補分割パターンと同一のパターン、あるいはこれとは別に元のパターンを相補分割した結果のパターンを形成しておき、同一パターンを３回照射するようにする。この場合には、同一パターンを３重露光するため、各露光領域における一回当たりの照射時間を１／３程度とし、一回のウエハ２０上のレジストＲへの露光量を１／３程度とする。
【００６２】
以上のように、相補分割パターンと同一のパターンをそれぞれ異なる２つの単位露光領域に配置しておき、３回の照射によりウエハ２０に転写パターンを形成するようにすれば、さらにパターンの変位が平均化された一つの転写パターンがウエハ２０上のレジストに形成されることとなる。従って、マスクへのパターン形成精度がウエハ２０のパターン形成精度に影響する度合いをさらに緩和することができ、ウエハへのパターン形成精度を向上させることができる。
【００６３】
従って、上記のマスクおよび露光方法により形成されたウエハは、そのパターン形成精度を従来に比してさらに向上させることができ、信頼性のある半導体装置を実現することができる。
【００６４】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、図４に示す各単位露光領域の補強用梁部１１の位置は、種々の位置に変更可能である。
また、本実施形態では、単位露光領域を９種類用意し、ウエハ２０の任意の箇所の全てが、６つの露光領域のパターン配置可能領域に含まれるようにした例について説明したが、単位露光領域の数をさらに多くするようにしてもよい。
また、図１に示す露光装置の構成や、図１３〜図１４を参照して説明したステンシルマスクの作製方法は、本実施形態に係るステンシルマスクを説明するための一例でありこれに限られるものではない。
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。
【００６５】
【発明の効果】
本発明のマスクによれば、大面積のパターンの３相補分割を可能にし、孔からなる相補パターンを配置することができる。
また、本発明のマスクによれば、マスクへのパターン形成精度が被露光対象のパターン形成精度に影響する度合いを緩和することができる。
【００６６】
本発明の露光方法によれば、大面積のパターンの３相補分割を可能にしたマスクを用いることにより、被露光対象に大面積のパターンを形成することができる。
また、本発明の露光方法によれば、マスクへのパターン形成精度が被露光対象のパターン形成精度に影響する度合いを多重露光により緩和して、被露光対象へのパターン形成精度を向上させることができる。
【００６７】
本発明の半導体装置によれば、上記のマスクおよび露光方法を用いることにより、パターン位置精度が向上した半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るステンシルマスクを用いた露光方法を実現する電子線露光装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態に係るステンシルマスクの概略構成図である。
【図３】図３（ａ）は、本実施形態に係るステンシルマスクの要部斜視図であり、図３（ｂ）はステンシルマスクの断面図である。
【図４】図２に示す各露光領域に配置された単位露光領域の構成の一例を示す図である。
【図５】図４に示す単位露光領域を重ねて、ウエハ上の同一箇所にそれぞれ露光した場合に、各小領域毎にパターン配置可能領域が何回照射されるかを示す図である。
【図６】比較例のステンシルマスクの構成図である。
【図７】図６に示す比較例のステンシルマスクの各露光領域に配置された単位露光領域の構成の一例を示す図である。
【図８】比較例におけるステンシルマスクの単位露光領域を重ねて、ウエハ上の同一箇所にそれぞれ露光した場合に、各小領域毎にパターン配置可能領域が何回照射されるかを示した図である。
【図９】大面積パターンの一例を示す図である。
【図１０】大面積パターンを２相補分割する場合の一例を示す図である。
【図１１】大面積パターンを２相補分割する場合の他の例を示す図である。
【図１２】大面積パターンを３相補分割する場合の一例を示す図である。
【図１３】本実施形態に係るステンシルマスクの作製方法の一例を示す工程断面図である。
【図１４】本実施形態に係るステンシルマスクの作製方法の一例を示す工程断面図である。
【符号の説明】
１…露光装置、２，２ａ，２ｂ，２ｃ…電子線、３…電子銃、４…アパーチャ、５…コンデンサレンズ、６，７…主偏向器、８，９…微調整用偏向器、１０…ステンシルマスク、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ，１０Ｉ，１０Ｊ，１０Ｋ，１０Ｌ，１０Ｍ…露光領域、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈ，１０ｉ，１０ｊ，１０ｋ，１０ｌ，１０ｍ…単位露光領域、１１…補強用梁部、１１ａ…シリコン基板、１２…パターン形成用膜、１３…孔、１４…エッチングストッパ膜、１５…ハードマスク、１６…レジスト、２０…ウエハ、Ｐ…大面積パターン、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３…相補分割パターン、Ｑ…点接触部分、Ｒ…レジスト。
【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９】
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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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