(57)【要約】【課題】メンブレンの撓みによるレジストパターン寸法のばらつきを防止できる露光方法およびマスクと、微細パターンが高精度に形成された半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】マスクの一方の面側に露光対象物を配置して、マスクの他方の面側からマスクを介して露光対象物に露光用ビームを照射する露光方法であって、保持されたマスクの撓み量の分布を求める工程と、撓み量に応じて露光量、露光用ビームの焦点距離またはマスクパターン寸法を変化させ、露光対象物に転写されるパターンの撓み量に応じた線幅変動が補正される露光量、焦点距離またはマスクパターン寸法で、露光用ビームを照射する工程とを有する露光方法、それに用いるマスク、その露光方法を含む半導体装置の製造方法、およびその製造方法により製造される半導体装置。【選択図】  図１
2004342850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のマスクパターンで露光用ビームの透過部が形成されたマスクを保持し、前記マスクの一方の面側に露光対象物を配置して、前記マスクの他方の面側から前記マスクを介して前記露光対象物に前記露光用ビームを照射する露光方法であって、
保持された前記マスクの撓み量の分布を求める工程と、
前記撓み量に応じて露光量を変化させ、前記露光対象物に転写されるパターンの前記撓み量に応じた線幅変動が補正される露光量で、前記露光用ビームを照射する工程とを有する
露光方法。
【請求項２】
前記マスクの撓み量の分布を求める工程は、前記撓み量を測定する工程を含む
請求項１記載の露光方法。
【請求項３】
前記マスクの撓み量の分布を求める工程は、前記マスクの内部応力を用いて前記撓み量を計算する工程を含む
請求項１記載の露光方法。
【請求項４】
所定のマスクパターンで露光用ビームの透過部が形成されたマスクを保持し、前記マスクの一方の面側に露光対象物を配置して、前記マスクの他方の面側から前記マスクを介して前記露光対象物に前記露光用ビームを照射する露光方法であって、
保持された前記マスクの撓み量の分布を求める工程と、
前記撓み量に応じて前記露光用ビームの焦点距離を変化させ、前記露光対象物に転写されるパターンの前記撓み量に応じた線幅変動が補正される焦点距離で、前記露光用ビームを照射する工程とを有する
露光方法。
【請求項５】
前記マスクの撓み量の分布を求める工程は、前記撓み量を測定する工程を含む
請求項４記載の露光方法。
【請求項６】
前記マスクの撓み量の分布を求める工程は、前記マスクの内部応力を用いて前記撓み量を計算する工程を含む
請求項４記載の露光方法。
【請求項７】
所定のマスクパターンで露光用ビームの透過部が形成されたマスクを保持し、前記マスクの一方の面側に露光対象物を配置して、前記マスクの他方の面側から前記マスクを介して前記露光対象物に前記露光用ビームを照射する露光方法であって、
保持された第１のマスクの撓み量の分布を求める工程と、
前記撓み量に応じて前記マスクパターン寸法を変化させ、前記露光対象物に転写されるパターンの前記撓み量に応じた線幅変動が補正されるようなマスクパターン寸法で、第２のマスクを作製する工程と、
前記第２のマスクを介して前記露光対象物に前記露光用ビームを照射する工程とを有する
露光方法。
【請求項８】
前記マスクの撓み量の分布を求める工程は、前記撓み量を測定する工程を含む
請求項７記載の露光方法。
【請求項９】
前記マスクの撓み量の分布を求める工程は、前記マスクの内部応力を用いて前記撓み量を計算する工程を含む
請求項７記載の露光方法。
【請求項１０】
所定のマスクパターンで露光用ビームの透過部が形成されたマスクであって、前記マスクを保持し、前記マスクの一方の面側に露光対象物を配置して、前記マスクの他方の面側から前記マスクを介して前記露光対象物に前記露光用ビームを照射するときの前記マスクの撓み量に応じて、マスクパターン寸法が補正されている
マスク。
【請求項１１】
所定のマスクパターンで露光用ビームの透過部が形成されたマスクを保持し、前記マスクの一方の面側にウェハを配置して、前記マスクの他方の面側から前記マスクを介して前記ウェハ上のレジストに前記露光用ビーム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、
前記露光工程は、保持された前記マスクの撓み量の分布を求める工程と、
前記撓み量に応じて露光量を変化させ、前記レジストに転写されるパターンの前記撓み量に応じた線幅変動が補正される露光量で、前記露光用ビームを照射する工程とを有する
半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
所定のマスクパターンで露光用ビームの透過部が形成されたマスクを保持し、前記マスクの一方の面側にウェハを配置して、前記マスクの他方の面側から前記マスクを介して前記ウェハ上のレジストに前記露光用ビーム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、
前記露光工程は、保持された前記マスクの撓み量の分布を求める工程と、
前記撓み量に応じて前記露光用ビームの焦点距離を変化させ、前記レジストに転写されるパターンの前記撓み量に応じた線幅変動が補正される焦点距離で、前記露光用ビームを照射する工程とを有する
半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
所定のマスクパターンで露光用ビームの透過部が形成されたマスクを保持し、前記マスクの一方の面側にウェハを配置して、前記マスクの他方の面側から前記マスクを介して前記ウェハ上のレジストに前記露光用ビーム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、
前記露光工程は、保持された第１のマスクの撓み量の分布を求める工程と、
前記撓み量に応じてマスクパターン寸法を変化させ、前記レジストに転写されるパターンの前記撓み量に応じた線幅変動が補正されるようなマスクパターン寸法で、第２のマスクを作製する工程と、
前記第２のマスクを介して前記レジストに前記露光用ビームを照射する工程とを有する
半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
マスクの撓み量に応じて露光量を変化させることにより、前記マスクの撓みによる線幅変動が補正されたレジストパターンを用いて、少なくとも一部のパターンが形成された
半導体装置。
【請求項１５】
マスクの撓み量に応じて露光用ビームの焦点距離を変化させることにより、前記マスクの撓みによる線幅変動が補正されたレジストパターンを用いて、少なくとも一部のパターンが形成された
半導体装置。
【請求項１６】
マスクの撓み量に応じてマスクパターン寸法を変化させることにより、前記マスクの撓みによる線幅変動が補正されたレジストパターンを用いて、少なくとも一部のパターンが形成された
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、マスクを用いる露光方法と、マスク、半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィに代わる次世代の露光技術として電子ビーム、イオンビームといった荷電粒子線または軟Ｘ線（ＥＵＶ；ｅｘｔｒｅｍｅ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）、Ｘ線などの露光用ビームを用いる転写型のリソグラフィが開発されている。これらの転写型リソグラフィでは、厚さ１００ｎｍ〜１０μｍ程度の薄膜（メンブレン）を有するマスクが用いられ、メンブレンに形成された開口部のパターンがウェハ上のレジストに転写される。
【０００３】
メンブレン自体に所定のパターンで開口部が設けられるマスクはステンシルマスク（非特許文献１参照）と呼ばれる。また、露光用ビームが透過するメンブレン上に露光用ビームを散乱させる金属膜等が所定のパターンで形成されたマスクは、メンブレンマスク（非特許文献２参照）と呼ばれる。
【０００４】
電子ビーム転写型リソグラフィには、マスクを透過した電子ビームを縮小投影する方式（例えばＰＲＥＶＡＩＬ；ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｗｉｔｈ  ｖａｒｉａｂｌｅ  ａｘｉｓ  ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  ｌｅｎｓｅｓ、非特許文献１参照）と、マスクとウェハを近接させ、マスクパターンを等倍で転写する方式（ＬＥＥＰＬ；ｌｏｗ  ｅｎｅｒｇｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ、非特許文献３参照）がある。ＬＥＥＰＬでは電子ビームのエネルギーが低く、電子ビームがメンブレンマスクを透過しないため、ステンシルマスクが用いられる。ＬＥＥＰＬに好適なステンシルマスクは、例えば特許文献１〜４に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２３１５９９号公報
【特許文献２】
特開２００２−２５２１５７号公報
【特許文献３】
特開２００２−２７０４９６号公報
【特許文献４】
特開２００２−３４３７１０号公報
【非特許文献１】
Ｈ．  Ｃ．  Ｐｆｅｉｆｆｅｒ，  Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  ３４，  ６６５８  （１９９５）
【非特許文献２】
Ｌ．  Ｒ．  Ｈａｒｒｉｏｔｔ．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｂ  １５，  ２１３０  （１９９７）
【非特許文献３】
Ｔ．  Ｕｔｓｕｍｉ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｂ  １７，  ２８４０  （１９９９）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ステンシルマスクやメンブレンマスクでは、メンブレンの内部応力や露光状態のマスクにかかる重力により、パターン転写領域が撓む。以下、パターン転写領域とは、露光用ビームの透過部の形成が可能な領域をさす。メンブレンを支持するためのシリコンウェハ等の厚膜は、パターン転写領域以外のメンブレンに積層される。
【０００７】
図９に示すように、メンブレン１０１に梁状の補強部分（梁）１０２が形成されたステンシルマスクも知られているが（特許文献１参照）、梁の太さや間隔によっては、梁もメンブレンとともに撓む場合がある。このように、梁も撓むマスクの場合、実際には開口部（露光用ビームの透過部）が配置されない梁部分もパターン転写領域に含まれるものとする。
【０００８】
メンブレンが撓むと、パターン転写領域内において、ウェハとマスクの間隔（以下、ギャップとする。）がメンブレンの撓み量に応じた分布を持つ。図１０に示すように、メンブレン１０１の開口部１０３を透過する電子ビームＥＢには、垂直成分だけでなく斜め成分も含まれる。したがって、メンブレン１０１とウェハ１０４のギャップｇが大きいほど、より広い範囲のレジストに電子ビームＥＢが入射する。
【０００９】
図１１は露光強度プロファイルを示し、曲線ａは図１０のギャップｇが小さい場合の例であり、曲線ｂはギャップｇが大きい場合の例である。図１１に示すように、電子ビームのエネルギーを一定としたまま、ギャップを大きくすると、露光強度プロファイルのピークは低くなり、幅が広くなる。また、曲線ｂは曲線ａよりフォーカスのぼけが大きい状態に対応する。
【００１０】
露光によりレジストに蓄積されるエネルギーが所定の値（閾値αとする。）以上となった部分で、レジストの現像液に対する溶解性が変化する（潜像）。現像により、潜像パターンでレジストパターンが形成される。パターンの微細化の要請から、閾値αは露光強度プロファイルのピーク高さより低い範囲で、高めに設定される。したがって、図１１に示すように、ギャップが大きい部分（曲線ｂ）では、相対的にレジストパターン寸法が小さくなる。
【００１１】
図１２は、従来の露光方法により撓んだマスクを露光したときのレジストパターン寸法のばらつきを示す模式図である。図１２のメンブレン１０１に形成された開口部１０３ａ〜１０３ｃの線幅はすべて等しいとする。メンブレン１０１の撓みにより、開口部１０３ｂでギャップが最小となる。
【００１２】
開口部１０３ａ〜１０３ｂを等しい露光量（仮に１とする。）で露光すると、開口部１０３ｂでは図１１の曲線ａに相当する露光強度プロファイルが得られ、開口部１０３ａ、１０３ｃでは図１１の曲線ｂに相当する露光強度プロファイルが得られる。開口部１０３ａ、１０３ｃで所望の線幅のレジストパターンが形成される場合、開口部１０３ｂで線幅が大きくなる。
【００１３】
上記のように、撓んだマスクを用いて露光を行うと、形成されるレジストパターンの寸法がばらつき、露光マージンも低下する。このようなレジストパターンをエッチング等のプロセスに用いて半導体装置を製造すると、デバイス性能が低下したり、歩留まりが低下したりする。
【００１４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、したがって本発明は、メンブレンの撓みによるレジストパターン寸法のばらつきを防止できる露光方法およびマスクを提供することを目的とする。
また、本発明は、微細パターンを高精度に形成できる半導体装置の製造方法と、微細パターンが高精度に形成された半導体装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の露光方法は、所定のマスクパターンで露光用ビームの透過部が形成されたマスクを保持し、前記マスクの一方の面側に露光対象物を配置して、前記マスクの他方の面側から前記マスクを介して前記露光対象物に前記露光用ビームを照射する露光方法であって、保持された前記マスクの撓み量の分布を求める工程と、前記撓み量に応じて露光用ビームの露光量または焦点距離を変化させ、前記露光対象物に転写されるパターンの前記撓み量に応じた線幅変動が補正される露光量または焦点距離で、前記露光用ビームを照射する工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
また、上記の目的を達成するため、本発明の露光方法は、所定のマスクパターンで露光用ビームの透過部が形成されたマスクを保持し、前記マスクの一方の面側に露光対象物を配置して、前記マスクの他方の面側から前記マスクを介して前記露光対象物に前記露光用ビームを照射する露光方法であって、保持された第１のマスクの撓み量の分布を求める工程と、前記撓み量に応じてマスクパターン寸法を変化させ、前記露光対象物に転写されるパターンの前記撓み量に応じた線幅変動が補正されるようなマスクパターン寸法で、第２のマスクを作製する工程と、前記第２のマスクを介して前記露光対象物に前記露光用ビームを照射する工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
これにより、マスクの撓みによるパターンの線幅変動が防止される。マスク面内で露光用ビームの露光量もしくは焦点距離、またはマスクパターン寸法を変化させることにより、マスクと露光対象物との距離に依存した、転写されるパターンでの線幅の変化が補正される。
【００１８】
また、上記の目的を達成するため、本発明のマスクは、所定のマスクパターンで露光用ビームの透過部が形成されたマスクであって、前記マスクを保持し、前記マスクの一方の面側に露光対象物を配置して、前記マスクの他方の面側から前記マスクを介して前記露光対象物に前記露光用ビームを照射するときの前記マスクの撓み量に応じて、マスクパターン寸法が補正されていることを特徴とする。これにより、露光対象物に転写されるパターンにおける、マスクの撓みによる線幅変動が防止される。
【００１９】
また、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、上記の本発明の露光方法に従った露光工程を含むことを特徴とする。これにより、所望の線幅のレジストパターンを形成でき、半導体装置に微細パターンを高精度で形成することが可能となる。
【００２０】
また、本発明の半導体装置は、マスクの撓み量に応じて露光用ビームの露光量もしくは焦点距離またはマスクパターン寸法を変化させることにより、前記マスクの撓みによる線幅変動が補正されたレジストパターンを用いて、少なくとも一部のパターンが形成されたことを特徴とする。これにより、微細パターンが高精度に形成され、レジストパターン寸法のばらつきによるデバイス性能の低下や、歩留まりの低下が防止される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の露光方法、マスク、半導体装置の製造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。以下の実施形態は、特にＬＥＥＰＬに好適である。
（実施形態１）
本実施形態では、マスクの撓み量に応じて露光量を調節し、レジストパターン寸法の変動を防止する。図１のフローチャートを参照して、本実施形態の露光方法を説明する。
【００２２】
ステップ１（ＳＴ１）
まず、ステンシルマスクもしくはメンブレンマスクの撓み量を静電容量センサー等で測定し、パターン転写領域内における撓み量の分布ｇ（ｘ，ｙ）を得る。あるいは、メンブレンの内部応力と重力の影響を考慮した計算によって撓み量の分布ｇ（ｘ，ｙ）を求めてもよい。ここで、ウェハとマスクの間隔（ギャップ）の最小値をｇｍｉｎ、最大値をｇｍａｘとする。
【００２３】
以後の説明のため、設定ギャップＺμｍとはｇｍｉｎ＝Ｚμｍになる状態と定義する。例えば、設定ギャップ４０μｍのとき、パターン転写領域内の位置（ｘ１，ｙ１）においてｇｍｉｎ＝４０μｍ、位置（ｘ２，ｙ２）においてｇｍａｘ＝５０μｍとなる撓みがマスクに生じていたと仮定する。
【００２４】
ステップ２（ＳＴ２）
最適露光量の設定ギャップ依存性を、露光実験により測定する。最適露光量は、着目するレジストパターンの寸法（ＣＤ；ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）が設計値と同じになる露光量をさす。露光実験によれば、ＣＤの設定ギャップ依存性と露光量依存性が求められる。
【００２５】
図２に示すように、露光量を一定として設定ギャップを大きくすると、ＣＤは小さくなる。また、図３に示すように、設定ギャップを一定として露光量を大きくすると、ＣＤは大きくなる。同一のＣＤが得られる設定ギャップと露光量を対応させることにより、最適露光量の設定ギャップ依存性を求めることができる。
【００２６】
例えば、所望のレジストパターン寸法を１００ｎｍとして露光実験を行うと、設定ギャップ４０μｍのときの最適露光量として２．０μＣ／ｃｍ２、設定ギャップ５０μｍのときの最適露光量として２．２μＣ／ｃｍ２が得られる。なお、ステップ１とステップ２の順序は逆でもよい。
【００２７】
ステップ３（ＳＴ３）
ステップ１で求めた撓み量の分布ｇ（ｘ，ｙ）と、ステップ２で求めた設定ギャップに依存する最適露光量から、撓みによる寸法変動を補正するためのパターン転写領域内の最適露光量分布Ｄｏｓｅ（ｘ，ｙ）を求める。上記の例では、Ｄｏｓｅ（ｘ１，ｙ１）＝２．０μＣ／ｃｍ２、Ｄｏｓｅ（ｘ２，ｙ２）＝２．２μＣ／ｃｍ２が得られる。なお、図２のΔｇ＝ｇｍａｘ−ｇｍｉｎでのΔＣＤは、撓みによるＣＤの面内ばらつきに対応する。図２のΔＣＤを図３で露光量と対応させると、撓みによるＣＤの面内ばらつきを解消するために最適露光量を変動させる範囲ΔＤｏｓｅがわかる。
【００２８】
ステップ４（ＳＴ４）
ステップ３で求めた最適露光量分布Ｄｏｓｅ（ｘ，ｙ）に基づいて、露光量を調節して露光する。これにより、撓んだマスクを用いても、パターン転写領域内で均一なレジストパターン寸法が得られる。
【００２９】
図４は、本実施形態の露光方法により撓んだマスクを露光したときのレジストパターン寸法を示す模式図である。実線の曲線は露光強度プロファイルを示す。露光によりレジストに蓄積されるエネルギーが閾値αを超えた部分にレジストパターンが形成される。図４のメンブレン１に形成された開口部２ａ〜２ｃの線幅は、メンブレン１が撓まない状態ですべて等しい。
【００３０】
メンブレン１の撓みにより、開口部２ｂでギャップが最小となる。本実施形態の露光方法によれば、ギャップに応じて露光量を調節する。ギャップが相対的に大きい開口部２ａ、２ｃの露光量を１としたとき、ギャップが相対的に小さい開口部２ｂの露光量を例えば０．８とする。
【００３１】
参考のため、開口部２ｂの露光量を１にしたときの露光強度プロファイルを点線の曲線で示す。この点線の曲線は、図１２に示す開口部１０３ｂの露光強度プロファイルである。開口部２ｂの露光量を落とすことにより、露光強度プロファイルのピーク高さが低くなる。開口部２ｂでのギャップが小さいため、電子ビームの斜め成分による露光強度プロファイルの幅方向の広がりは小さい。図４に示すように、開口部２ｂでの線幅は、図１２の開口部１０３ｂでの線幅に比較して細くなり、ギャップが異なる開口部２ａ〜２ｃの線幅を均一にできる。
【００３２】
（実施形態２）
本実施形態においては、マスクの撓み量に応じてフォーカス（焦点距離）を調節し、レジストパターン寸法の変動を防止する。図５のフローチャートを参照して、本実施形態の露光方法を説明する。
【００３３】
ステップ１（ＳＴ１）
まず、実施形態１のステップ１と同様に、ステンシルマスクもしくはメンブレンマスクのパターン転写領域内における撓み量の分布ｇ（ｘ，ｙ）を得る。例えば、パターン転写領域内の位置（ｘ１，ｙ１）においてｇｍｉｎ＝４０μｍ、位置（ｘ２，ｙ２）においてｇｍａｘ＝５０μｍとなる撓みがマスクに生じていたと仮定する。
【００３４】
ステップ２（ＳＴ２）
最適フォーカスの設定ギャップ依存性を、露光実験により測定する。ここで、最適フォーカスは、最適露光量で露光して形成されるレジストパターンの寸法（ＣＤ）が設計値と同じになるフォーカスをさす。また、露光用ビームは電子ビームとし、電子光学系のコンデンサレンズに印加する電圧（ボルト（Ｖ））をフォーカス設定値とする。フォーカス設定値を変化させることにより、露光用ビームの焦点距離が調節される。
【００３５】
実施形態１のステップ２と同様の露光実験により、最適露光量の設定ギャップ依存性がわかる。すなわち、ある設定ギャップで所望のＣＤが得られる最適露光量がわかる。さらに、所望のＣＤが得られる設定ギャップと最適露光量の組み合わせで、設定ギャップと露光量を一定として、フォーカス設定値を変化させ、ＣＤの変化を測定する。これにより、ある設定ギャップとそれに対する最適露光量における、ＣＤのフォーカス設定値依存性が求められる。
【００３６】
このようなＣＤのフォーカス設定値依存性を、異なる設定ギャップと最適露光量の組み合わせについても測定する。ＣＤの設定ギャップ依存性（図２参照）は、最適露光量の設定ギャップ依存性を測定する段階で既知となっている。同一のＣＤが得られる設定ギャップとフォーカス設定値を対応させることにより、ある露光量での最適フォーカス設定値の設定ギャップ依存性を求めることができる。フォーカスはフォーカス設定値によって決定されるため、ある露光量での最適フォーカスの設定ギャップ依存性が求められる。
【００３７】
例えば、所望のＣＤを１００ｎｍとし、設定ギャップ４０μｍのときにＣＤ＝１００ｎｍとなる最適露光量が２．２μＣ／ｃｍ２であり、このときのフォーカス設定値（最適フォーカス設定値）が１４００であるとする。露光量を２．２μＣ／ｃｍ２としたまま、設定ギャップを５０μｍにすると、ＣＤ＝１００ｎｍが得られる最適フォーカス設定値は１５００となる。
【００３８】
ステップ３（ＳＴ３）
ステップ１で求めた撓み量の分布ｇ（ｘ，ｙ）と、ステップ２で求めた設定ギャップに依存する最適フォーカス設定値から、撓みによる寸法変動を補正するためのパターン転写領域内の最適フォーカス設定値分布Ｆｏｃｕｓ（ｘ，ｙ）を求める。上記の例では、Ｆｏｃｕｓ（ｘ１，ｙ１）＝１４００、Ｆｏｃｕｓ（ｘ２，ｙ２）＝１５００が得られる。
【００３９】
ステップ４（ＳＴ４）
ステップ３で求めた最適フォーカス設定値分布Ｆｏｃｕｓ（ｘ，ｙ）に基づいて、フォーカス位置を調節して露光する。これにより、撓んだマスクを用いても、パターン転写領域内で均一なレジストパターン寸法が得られる。
【００４０】
図６は、本実施形態の露光方法により撓んだマスクを露光したときのレジストパターン寸法を示す模式図である。実線の曲線は露光強度プロファイルを示す。露光によりレジストに蓄積されるエネルギーが閾値αを超えた部分にレジストパターンが形成される。図６のメンブレン１に形成された開口部２ａ〜２ｃの線幅は、メンブレン１が撓まない状態ですべて等しい。
【００４１】
メンブレン１の撓みにより、開口部２ｂでギャップが最小となる。本実施形態の露光方法によれば、露光量をすべての開口部２ａ〜２ｃで一定とし、ギャップに応じて焦点距離を調節する。レジストに照射される電子ビームの焦点距離を、レジストより手前（マスクに近い側）またはレジストより深い位置（レジストの下地のウェハ側）にずらすことにより、レジスト上のビームスポットはぼけた状態となる。
【００４２】
参考のため、開口部２ｂのフォーカス設定値を開口部２ａ、２ｃのフォーカス設定値と同じにしたときの露光強度プロファイルを点線の曲線で示す。この点線の曲線は、図１２に示す開口部１０３ｂの露光強度プロファイルである。開口部２ｂのフォーカスをデフォーカスさせることにより、露光強度プロファイルのピーク高さが低くなり、幅が広くなる。図６に示すように、開口部２ｂでの線幅は、図１２の開口部１０３ｂでの線幅に比較して細くなり、ギャップが異なる開口部２ａ〜２ｃの線幅を均一にできる。
【００４３】
（実施形態３）
本実施形態においては、マスクの撓み量に応じてマスクパターン寸法を調節し、レジストパターン寸法の変動を防止する。図７のフローチャートを参照して、本実施形態の露光方法を説明する。
【００４４】
ステップ１（ＳＴ１）
まず、実施形態１のステップ１と同様に、ステンシルマスクもしくはメンブレンマスク（第１のマスク）のパターン転写領域内における撓み量の分布ｇ（ｘ，ｙ）を得る。例えば、パターン転写領域内の位置（ｘ１，ｙ１）においてｇｍｉｎ＝４０μｍ、位置（ｘ２，ｙ２）においてｇｍａｘ＝５０μｍとなる撓みがマスクに生じていたと仮定する。
【００４５】
ステップ２（ＳＴ２）
最適マスクパターン寸法の設定ギャップ依存性を、露光実験により測定する。最適マスクパターン寸法は、最適露光量で露光して形成されるレジストパターンの寸法（ＣＤ）が設計値と同じになるマスクパターン寸法をさす。実施形態１のステップ２と同様の露光実験により、最適露光量の設定ギャップ依存性がわかる。すなわち、ある設定ギャップで所望のＣＤが得られる最適露光量がわかる。さらに、所望のＣＤが得られる設定ギャップと最適露光量の組み合わせで、設定ギャップと露光量が一定のとき、異なるマスクパターン寸法に対して得られるＣＤをそれぞれ測定する。これにより、ある設定ギャップとそれに対する最適露光量における、ＣＤのマスクパターン寸法依存性が求められる。
【００４６】
このようなＣＤのマスクパターン寸法依存性を、異なる設定ギャップと最適露光量の組み合わせについても測定する。ＣＤの設定ギャップ依存性（図２参照）は、最適露光量の設定ギャップ依存性を測定する段階で既知となっている。同一のＣＤが得られる設定ギャップとマスクパターン寸法を対応させることにより、ある露光量での最適マスクパターン寸法の設定ギャップ依存性を求めることができる。
【００４７】
例えば、所望のＣＤを１００ｎｍとし、設定ギャップ５０μｍのときにＣＤ＝１００ｎｍとなる最適露光量が２．２μＣ／ｃｍ２であり、このときのマスクパターン寸法（最適マスクパターン寸法）が１００ｎｍであるとする。露光量を２．２μＣ／ｃｍ２としたまま、設定ギャップを４０μｍにすると、ＣＤ＝１００ｎｍが得られる最適マスクパターン寸法は９０ｎｍとなる。
【００４８】
ステップ３（ＳＴ３）
ステップ１で求めた撓み量の分布ｇ（ｘ，ｙ）と、ステップ２で求めた設定ギャップに依存する最適マスクパターン寸法から、撓みによる寸法変動を補正するためのパターン転写領域内の最適マスクパターン寸法分布ＭａｓｋＣＤ（ｘ，ｙ）を求める。上記の例では、ＭａｓｋＣＤ（ｘ１，ｙ１）＝９０ｎｍ、ＭａｓｋＣＤ（ｘ２，ｙ２）＝１００ｎｍが得られる。
【００４９】
ステップ４（ＳＴ４）
ステップ３で求めた最適マスクパターン寸法分布ＭａｓｋＣＤ（ｘ，ｙ）でマスクパターンが形成されたマスク（第２のマスク）を作製する。
ステップ５（ＳＴ５）
ステップ４で作製したマスクを用い、露光量およびフォーカス設定値を一定として露光する。これにより、撓んだマスクを用いても、パターン転写領域内で均一なレジストパターン寸法が得られる。
【００５０】
なお、ステップ１で撓み量の分布を測定する場合には、第１のマスクで測定を行った後、第２のマスクを作製するが、ステップ１で撓み量の分布を計算によって求める場合は、第１のマスクを必ずしも作製する必要はない。第１のマスクを作製し、第１のマスクでの撓み量の測定と、撓み量の計算の両方を行って撓み量分布を求めてもよい。第２のマスクは、本発明の実施形態のマスクである。
【００５１】
図８は、本実施形態の露光方法により撓んだマスクを露光したときのレジストパターン寸法を示す模式図である。実線の曲線は露光強度プロファイルを示す。露光によりレジストに蓄積されるエネルギーが閾値αを超えた部分にレジストパターンが形成される。図８に示すように、開口部２ａ〜２ｃのうち、メンブレン１の撓みによりギャップが最小となる開口部２ｂでは開口部の線幅を小さくする。
【００５２】
本実施形態の露光方法によれば、露光量と露光用ビームの焦点距離をすべての開口部２ａ〜２ｃで一定とする。参考のため、開口部２ｂのマスクパターン寸法を開口部２ａ、２ｃのマスクパターン寸法と同じにしたときの露光強度プロファイルを点線の曲線で示す。この点線の曲線は、図１２に示す開口部１０３ｂの露光強度プロファイルである。
【００５３】
開口部２ｂのマスクパターン寸法を小さくすることにより、露光強度プロファイルのピーク高さが低くなり、幅が狭くなる。図８に示すように、開口部２ｂでの線幅は、図１２の開口部１０３ｂでの線幅に比較して細くなり、ギャップが異なる開口部２ａ〜２ｃの線幅を均一にできる。
【００５４】
上記の本発明の実施形態の露光方法によれば、メンブレンの撓みによるレジストパターン寸法の変動が防止される。また、本発明の半導体装置の製造方法は、上記の露光方法に従った露光工程を含む。上記の露光方法を含むリソグラフィで形成されたレジストパターンを、例えばエッチング等のプロセスに用いることにより、パターンの寸法精度が高くなり、半導体装置の歩留まりが向上する。
【００５５】
本発明の半導体装置は、上記の露光方法を含む半導体装置の製造方法によって製造される。本発明の半導体装置は、線幅変動が防止されたレジストパターンを用いてパターンが形成されるため、パターンの寸法精度が高く、デバイス性能が向上する。本発明の露光方法、マスク、半導体装置の製造方法および半導体装置の実施形態は、上記の説明に限定されない。例えば、本発明はＬＥＥＰＬ以外の転写型リソグラフィにも適用できる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の露光方法およびマスクによれば、メンブレンの撓みによるレジストパターン寸法のばらつきを防止できる。
本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置によれば、微細パターンが高精度に形成され、半導体装置の歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施形態１に係る露光方法を示すフローチャートである。
【図２】図２は本発明の実施形態１に係り、ウェハ−マスク間隔（ギャップ）とレジストパターン寸法との関係を示す図である。
【図３】図３は本発明の実施形態１に係り、露光量とレジストパターン寸法との関係を示す図である。
【図４】図４は本発明の実施形態１に係る露光方法により得られるレジストパターン寸法を示す模式図である。
【図５】図５は本発明の実施形態２に係る露光方法を示すフローチャートである。
【図６】図６は本発明の実施形態２に係る露光方法により得られるレジストパターン寸法を示す模式図である。
【図７】図７は本発明の実施形態３に係る露光方法を示すフローチャートである。
【図８】図８は本発明の実施形態３に係る露光方法により得られるレジストパターン寸法を示す模式図である。
【図９】図９はステンシルマスクの一例を示す斜視図である。
【図１０】図１０はウェハ−マスク間隔（ギャップ）に依存した電子ビームの広がりを示す図である。
【図１１】図１１は露光強度プロファイルの例を示す。
【図１２】図１２は従来の露光方法により得られるレジストパターン寸法を示す模式図である。
【符号の説明】
１…メンブレン、２ａ〜２ｃ…開口部、１０１…メンブレン、１０２…梁、１０３、１０３ａ〜１０３ｃ…開口部、１０４…ウェハ。
【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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