JP2004235221A - マスクの製造方法、パターンの形成方法、歪計測用フォトマスクおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】座標測定器を用いずに露光姿勢でのマスク歪を計測し、描画や転写の位置補正を行い、位置精度を高めるマスクの製造方法とパターンの形成方法、それに用いるフォトマスク、その方法を用いた半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】歪計測用パターンを転写して、歪計測用マスクを作製し(ST12)、一方で上記と同一の歪計測用パターンを転写し、歪計測用ウエハを作製する(ST13)。次に、歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、歪計測用ウエハパターンに対して歪計測用マスクパターンが重なるように露光し(ST14)、重ね精度を測定し(ST15)、所定の姿勢における歪計測用マスクの歪データを生成し(ST16)、得られた歪データに応じて描画位置を補正してパターンを描画して、マスクブランクスの薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成し、マスクを作製する(ST21)。
【選択図】 図1
【解決手段】歪計測用パターンを転写して、歪計測用マスクを作製し(ST12)、一方で上記と同一の歪計測用パターンを転写し、歪計測用ウエハを作製する(ST13)。次に、歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、歪計測用ウエハパターンに対して歪計測用マスクパターンが重なるように露光し(ST14)、重ね精度を測定し(ST15)、所定の姿勢における歪計測用マスクの歪データを生成し(ST16)、得られた歪データに応じて描画位置を補正してパターンを描画して、マスクブランクスの薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成し、マスクを作製する(ST21)。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造のリソグラフィ工程で用いられるマスクの製造方法およびパターンの形成方法と、それを製造する際に用いる歪計測用フォトマスクおよび上記マスクの製造方法を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
フォトリソグラフィに代わる次世代露光技術(NGL;Next Generation Lithography)として、電子線、イオンビーム、X線、あるいは極紫外(EUV;Extreme Ultra Vilet)光を用いた転写型露光方法が開発されている。
これらのNGLは65nm世代以降のデバイス生産に適用されるため、マスクの位置精度に対する要求は非常に厳しい。
【0003】
例えば、ITRSロードマップ(2001年版)によると、65nm世代のDRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)に対して要求される位置精度は23nm(ウエハ上)である。
【0004】
特に、X線リソグラフィ(PXL;Proximity X−ray Lithography)や低速電子線近接転写リソグラフィ(LEEPL;LowEnergy Electron−beam Proximity Projection Lithography)では、等倍マスクが用いられるので、基本的にはマスク上でこの位置精度を達成しなくてはならない。
ただし、LEEPLでは、副偏向レンズで電子線の入射方向を変化させることにより、転写パターン位置補正が可能なので(非特許文献1および特許文献1参照)、この誤差バジェットが緩和される可能性がある。
【0005】
一方、電子線/イオンビーム転写リソグラフィ(EPL;Electron−beam projection lithography/IPL;Ion−beam projection lithography)やEUVリソグラフィ(EUVL)は、一般に縮小率が4である縮小投影式露光法なので、位置精度に対する要求は相対的に緩和されるように思われるが、縮小光学系の伝達特性に起因する誤差を考慮すると、位置精度の要求はむしろ厳しい。
例えば、ITRSロードマップ(2001年版)によると、65nm世代のEUVLマスクに対して要求される位置精度は14nmである。
【0006】
また、PXL、LEEPL、EPL、IPLという一群のNGLでは、散乱メンブレンマスク(例えば非特許文献2参照)やステンシルマスク(例えば非特許文献3参照)という機械強度の低いマスクが用いられるので、位置精度の向上は重要な課題である。
【0007】
さらに、上記NGLマスク全てに共通な問題として、露光姿勢でのマスクの歪がある。
一般に、製造されたマスクはライカ(LEICA)社のIPROやニコン社の光波座標測定装置などの座標測定器により位置精度が測定される。
【0008】
図11は、従来技術における上記のNGLで用いる散乱メンブレンマスクやステンシルマスクなどのマスク(以下生産マスクとも称する)を作製し、それを用いてパターン露光する方法のフローチャートである。
まず、所望のパターンが形成された散乱メンブレンマスクやステンシルマスクなどのマスクを作成し(ST101)、製造されたマスクの位置精度(長寸法)を座標測定器で測定する(ST102)。次に、得られた位置精度の測定結果を判別し(ST103)、測定結果が保証値外であれば、マスクを再作製し、測定結果が保証値内であれば、先行テスト露光を行う(ST104)。次に、テスト露光したパターンと下地ウエハとの重ね合わせ精度を評価する(ST105)。その結果をもとに、必要があれば、露光条件(チップ倍率、回転誤差補正など)を最適化した上で本番露光を行う(ST106)。
従って、基本的には生産マスクごとに位置精度測定が必要である。
【0009】
上記のマスクの作製およびパターン露光する方法は、生産マスクごとに位置精度測定が必要であることから、(1)高価な座標測定器が必要である、(2)座標測定時間が長い(約6秒/マーク)という問題点がある。
【0010】
さらに、(3)座標測定時と露光時でマスクの姿勢/保持方法が異なるので、実際に転写されるパターンには、座標測定では観測されない位置誤差が生じる、という問題もある。
これは、座標測定時(一般に、マスクパターン面が上向きで静置)とマスク露光時においてマスクの姿勢が異なり、露光時はマスクパターン面が下向きであることが多いのに対して、マスクの固定(チャッキング)方法が座標測定器のそれと異なるので、IPROなどの座標測定器では計測されない歪が新たに誘起されることに起因する。
【0011】
EUVLマスクのように、フォトマスク(PM)と同様なガラス基板上に形成されており、機械的強度が相対的に高いマスクであっても、重力によるマスク歪は無視できないということが指摘されている(特許文献2参照)。
【0012】
マスクの座標測定で得られるデータU1 は、設計データのパターン座標をR0とすると、次式のようになる。
【0013】
【数1】
【0014】
ここで、rMPはマスク製造プロセスで生じる誤差、rIPROは座標測定器の測定精度(±3nm程度)であり、一般には前者の方が大きい。
前者の主要因は電子線描画の位置精度であるが、散乱メンブレンマスクやステンシルマスクの場合は、メンブレン形成に伴う応力緩和なども原理的には寄与する。
ここでは、マスク上の座標を転写倍率(EUVLやEPLでは4、LEEPLやPXLでは1)で割って、ウエハ上での相当量に変換している(以下同様とする)。
【0015】
上記のマスクを露光機に固定すると、重力によりマスクが変形し、パターン変位(マスク歪)rg が生じる。さらに、このマスクを露光すると、転写光学系の歪rtransferなどが加わるので、転写パターンの位置U2 は次式で表される。
【0016】
【数2】
【0017】
従って、座標測定の結果U1 からマスク歪rg を得ることはできない。
【0018】
一方、ウエハ上の合わせ精度測定マークの位置V1 もまた、先行プロセスによるチップ歪等の影響により、理想的な位置R0 から変位している。
【0019】
【数3】
【0020】
従って、重ね合わせ精度測定の結果W1 は次式で与えられる。
【0021】
【数4】
【0022】
ここで、rALとrOLはそれぞれアライメント精度と重ね合わせ精度測定器の精度(±3nm程度)である。
このデータにはマスク歪rg が含まれているが、マスク製造プロセスによる誤差rMP(例えば、マスク描画機の精度)や先行プロセスによるチップ歪rWPの成分も無視できず、マスク歪rg を正確に計測したことにはならない。
【0023】
さらに、図11に示すフローチャートように、マスク歪の計測工程とマスクの製造工程が一体化している従来技術のプロセスでは、得られたマスク歪をもとに精度の高いマスクを再作製していない。従って、露光条件の最適化によりマスク歪を含む誤差全体を最小化するように補正するしか方法がない。
【0024】
しかし、EUVLやPXLのように短波長放射を用いる方法では、マスクとチップの倍率や回転成分しか補正できない。EPL、IPL、LEEPLのように荷電粒子を用いる方法では、電子/イオン光学系により、より細かい補正が可能であるが、そのような位置補正には限界がある。
例えば、ステンシルマスクの重力によるパターン位置誤差は数十nmになる場合があることが報告されており(非特許文献4参照)、これを荷電粒子の偏向だけで補正することは困難であり、マスク製造時にパターン位置の補正を行う必要がある。
【0025】
【特許文献1】
米国特許5831272号明細書
【特許文献2】
特開平6−18220号公報
【非特許文献1】
T.ウツミ(T.Utsumi),「ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー(J.Vac.Sci.Technol.)」B17,p.2897(1999)
【非特許文献2】
L.R.ハリオット(L.R.Harriott),「ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー(J.Vac.Sci.Technol.)」B15,p.2130(1997)
【非特許文献3】
H.C.ファイファー(H.C.Pfeiffer),「ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス(Jpn.J.Appl.Phys.)」34,p.6658(1995)
【非特許文献4】
C.−f.チェンら(C.−f.Chen et al.),「ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー(J.Vac.Sci.Technol.)」B19,p.2646(2001)
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
上記の座標測定時と露光時でマスクの姿勢/保持方法が異なるので、実際に転写されるパターンには、座標測定では観測されない位置誤差が生じるという問題に対しては、(1)露光姿勢に近い状態で測定が可能なように座標測定器を改造する、あるいは(2)座標測定データをなんらかのルールで変換して、露光姿勢での位置精度誤差を算出することも考えられる。
【0027】
しかしながら、座標測定器は非常に高価であり、測定速度が遅いので(一点6秒以上)、座標測定器の利用を前提としたマスク製造プロセスはスループットが低く、コストが高くなってしまうという問題がある。
また、(1)のような改造をして、普通のPMやウエハの測定と共用できなくなると不都合である。さらに、不用意な改造により、保証されている精度が達成できない可能性もある。
(2)に関しては、マスクの上下を反転させた時のパターン変位を正確に予想するアルゴリズムを考案する必要があり、簡単には行うことができない。
【0028】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、従って本発明は、座標測定器を用いずに露光姿勢でのマスク歪を計測し、これを基に描画や転写の位置補正を行い、位置精度をより高めることができるマスクの製造方法あるいはパターンの形成方法と、それらに用いる歪計測用フォトマスク、さらにはマスクの製造方法およびパターンの形成方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0029】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のマスクの製造方法は、歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンを転写して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する歪計測用マスクパターンを形成し、歪計測用マスクを作製する工程と、前記歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンをウエハに転写して、歪計測用ウエハパターンを形成し、歪計測用ウエハを作製する工程と、前記歪計測用ウエハの前記歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層を形成する工程と、前記感光層に対して所定の距離を離間して前記歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、前記歪計測用ウエハパターンに対して前記歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により前記感光層を露光する工程と、前記歪計測用ウエハパターンと前記感光層に転写された前記歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定し、前記所定の姿勢における前記歪計測用マスクの歪データを生成する工程と、前記歪データに応じて描画位置を補正してパターンを描画して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成し、マスクを作製する工程とを有する。
【0030】
上記の本発明のマスクの製造方法は、歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンを転写して、マスクブランクスの薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する歪計測用マスクパターンを形成し、歪計測用マスクを作製する。
一方、上記と同一の歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンをウエハに転写して、歪計測用ウエハパターンを形成し、歪計測用ウエハを作製する。
次に、歪計測用ウエハの歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層を形成し、感光層に対して所定の距離を離間して歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、歪計測用ウエハパターンに対して歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により感光層を露光する。
次に、歪計測用ウエハパターンと感光層に転写された歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定し、所定の姿勢における歪計測用マスクの歪データを生成し、得られた歪データに応じて描画位置を補正してパターンを描画して、マスクブランクスの薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成し、マスクを作製する。
【0031】
また、上記の目的を達成するため、本発明のパターンの形成方法は、歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンを転写して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する歪計測用マスクパターンを形成し、歪計測用マスクを作製する工程と、前記歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンをウエハに転写して、歪計測用ウエハパターンを形成し、歪計測用ウエハを作製する工程と、前記歪計測用ウエハの前記歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層を形成する工程と、前記感光層に対して所定の距離を離間して前記歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、前記歪計測用ウエハパターンに対して前記歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により前記感光層を露光する工程と、前記歪計測用ウエハパターンと前記感光層に転写された前記歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定し、前記所定の姿勢における前記歪計測用マスクの歪データを生成する工程と、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成し、マスクを作製する工程と、前記歪データに応じて転写位置を補正して、前記マスクを用いて被露光ウエハにパターン露光する工程とを有する。
【0032】
上記の本発明のパターンの形成方法は、歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンを転写して、マスクブランクスの薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する歪計測用マスクパターンを形成し、歪計測用マスクを作製する。
一方、上記と同一の歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンをウエハに転写して、歪計測用ウエハパターンを形成し、歪計測用ウエハを作製する。
次に、歪計測用ウエハの歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層を形成し、感光層に対して所定の距離を離間して歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、歪計測用ウエハパターンに対して歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により感光層を露光する。
次に、歪計測用ウエハパターンと感光層に転写された前記歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定し、所定の姿勢における歪計測用マスクの歪データを生成し、マスクブランクスの薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成する。
次に、マスクを作製し、歪データに応じて転写位置を補正して、マスクを用いて被露光ウエハにパターン露光する。
【0033】
また、上記の目的を達成するため、本発明の歪計測用フォトマスクは、歪計測用パターンとして、マスクアライメント用パターン、ウエハアライメント用パターン、重ね精度測定用マスクパターンおよび重ね精度測定用ウエハパターンを有し、前記マスクアライメント用パターンおよび前記重ね精度測定用マスクパターンに対して、前記ウエハアライメント用パターンおよび前記重ね精度測定用ウエハパターンが、それぞれ同一の方向および距離にずれた位置に形成されている。
【0034】
上記の本発明の歪計測用フォトマスクは、歪計測用パターンとして、マスクアライメント用パターン、ウエハアライメント用パターン、重ね精度測定用マスクパターンおよび重ね精度測定用ウエハパターンを有しており、マスクアライメント用パターンおよび重ね精度測定用マスクパターンに対して、ウエハアライメント用パターンおよび重ね精度測定用ウエハパターンが、それぞれ同一の方向および距離にずれた位置に形成されている構成である。
【0035】
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、被露光ウエハにパターン露光する工程を有する半導体装置の製造方法であって、歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンを転写して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する歪計測用マスクパターンを形成し、歪計測用マスクを作製する工程と、前記歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンをウエハに転写して、歪計測用ウエハパターンを形成し、歪計測用ウエハを作製する工程と、前記歪計測用ウエハの前記歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層を形成する工程と、前記感光層に対して所定の距離を離間して前記歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、前記歪計測用ウエハパターンに対して前記歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により前記感光層を露光する工程と、前記歪計測用ウエハパターンと前記感光層に転写された前記歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定し、前記所定の姿勢における前記歪計測用マスクの歪データを生成する工程と、前記歪データに応じて描画位置を補正してパターンを描画して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成し、マスクを作製する工程と、前記歪データに応じて転写位置を補正して、前記マスクを用いて被露光ウエハにパターン露光する工程とを有する。
【0036】
上記の本発明の半導体装置の製造方法は、歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンを転写して、マスクブランクスの薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する歪計測用マスクパターンを形成し、歪計測用マスクを作製する。一方、上記と同一の歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンをウエハに転写して、歪計測用ウエハパターンを形成し、歪計測用ウエハを作製する。
次に、歪計測用ウエハの歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層を形成し、感光層に対して所定の距離を離間して歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、歪計測用ウエハパターンに対して歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により前記感光層を露光する。
次に、歪計測用ウエハパターンと感光層に転写された歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定し、上記の所定の姿勢における歪計測用マスクの歪データを生成し、この歪データに応じて描画位置を補正してパターンを描画して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの当該薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成し、マスクを作製する。
さらに、上記の歪データに応じて転写位置を補正して、マスクを用いて被露光ウエハにパターン露光する。
【0037】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、IPROに代表される座標測定器を用いずにマスク歪を計測する方法に関し、座標測定器よりも安価で測定時間の短い重ね合わせ精度測定器を用い、露光姿勢でのマスク歪を計測し、生産マスクのパターン描画時もしくは露光時にそのデータを用いた位置補正を行う。
以下に、本実施形態に係るマスクの製造方法、パターンの形成方法およびフォトマスクについて、図面を参照して説明する。
【0038】
図1は、本実施形態に係る散乱メンブレンマスクやステンシルマスクなどのマスクを作製し、それを用いてパターン露光する方法のフローチャートである。
本実施形態に係る方法においては、マスク歪データの生成工程部分と生産マスク製造およびそれを用いた露光工程部分とが明確に分離しており、マスク外形と露光機内での保持方法が変わらない限り、前者は一回行うだけでよい。
【0039】
まず、マスク歪データの生成工程部分において、後述する歪計測用パターンを含む歪計測用フォトマスク(PM)を作製する(ST11)。
この歪計測用PMに関しては、座標測定器により座標測定を行ってもよく、また、行わなくてもよい。例えば、PMの作製をマスクメーカーに外注する場合、マスクメーカーにおいてはPM製造における位置精度(長寸法精度)保証がマスクメーカーによりルーチン的に行われており、位置精度を指定すればマスクメーカーが座標測定をすることになり、本発明の実施者が座標測定器を保有する必要はない。
【0040】
図2は、上記の歪計測用フォトマスクに形成される歪計測用パターンを示す平面図である。
歪計測用フォトマスク10に形成されている歪計測用パターンは、アライメント用パターン11として、マスクアライメント用パターン11mおよびウエハアライメント用パターン11wが形成されており、また、重ね精度測定用パターン12として、重ね精度測定用マスクパターン12mおよび重ね精度測定用ウエハパターン12wが形成されている。
ここで、マスクアライメント用パターン11mおよび重ね精度測定用マスクパターン12mに対して、ウエハアライメント用パターン11wおよび重ね精度測定用ウエハパターン12wが、それぞれ同一の方向および距離にずれた位置に形成されている。この方向および距離を並進ベクトルdで示すと、マスクアライメント用パターン11mおよび重ね精度測定用マスクパターン12mと、ウエハアライメント用パターン11wおよび重ね精度測定用ウエハパターン12wが同一の並進ベクトルdで関連付けられている。
ここで、マスクアライメント用パターン11mとウエハアライメント用パターン11wは、それぞれのリソグラフィ法によって標準的なマークが存在し、それをそのまま用いることができる。
重ね精度測定用マスクパターン12mと重ね精度測定用ウエハパターン12wは一対のパターンであり、例えば後述の”bar−in−bar”と呼ばれるパターンや”box−in−bar”と呼ばれるパターンなどが用いられる。
【0041】
次に、歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンを転写して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの当該薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する歪計測用マスクパターンを形成し、歪計測用マスクを作製する(ST12)。
例えば、歪計測用マスクの作製は、歪計測用フォトマスクから歪計測用パターンを転写露光し、現像して、得られたレジストパターンをマスクとしてエッチングなどを行い、マスクブランクスに歪計測用マスクパターンを形成して歪計測用マスクとする。
【0042】
歪計測用マスクを作製する工程について、図3および図4に示す断面図を用いて説明する。
まず、図3(a)に示すように、歪計測用マスクの基板となるシリコンウエハ20の一方の面上に酸化シリコン層21を形成し、その上層にシリコン層22を形成し、SOI構造のウエハを形成する。
さらに、シリコンウエハ20の他方の面上にも酸化シリコン層23を形成する。
【0043】
次に、図3(b)に示すように、シリコンウエハ20の他方の面上の酸化シリコン層23を薄膜のマスクとなるシリコン層22を支持する梁のパターンを残すようにエッチング加工し、さらにパターン加工された酸化シリコン層23をマスクとして酸化シリコン層23側から酸化シリコン層21に達するまでシリコンウエハ20をエッチング加工する。
シリコンと酸化シリコンのエッチング速度は数桁以上異なるため、酸化シリコン層23および酸化シリコン層21に対して選択的にシリコンウエハ20がエッチングされる。エッチングは酸化シリコン層21で停止する。
【0044】
次に、図3(c)に示すように、例えばフッ酸を用いたウェットエッチングにより、シリコンウエハ20のエッチングにより露出した部分の酸化シリコン層21を除去する。この結果、シリコン層からなるメンブレン24が形成される。メンブレン24を区分する部分のシリコンウエハ20は梁25となり、メンブレン24を支持する。
また、このウェットエッチングにより、酸化シリコン層23も同時に除去される。
このようにして、少なくとも1層の薄膜(メンブレン)を有するマスクブランクスが形成される。
【0045】
次に、図4(a)に示すように、メンブレン24上にレジスト膜26を成膜し、前述の歪計測用フォトマスク10を用いて、露光する。歪計測用フォトマスク10に形成された、マスクアライメント用パターン11m、ウエハアライメント用パターン11w、重ね精度測定用マスクパターン12mおよび重ね精度測定用ウエハパターン12wなどの歪計測用パターンは、例えば数μm〜数十μm程度の大きさであり、パターンが大きいために光などで露光することができる。
このとき、例えば歪計測用フォトマスク10の一方の表面Sが上面を向くようにする。
【0046】
次に、図4(b)に示すように、レジスト膜26を現像する。
この結果、レジスト膜26にはマスクアライメント用パターン27mおよびウエハアライメント用パターン27wからなるアライメント用パターン27と、重ね精度測定用マスクパターン28mおよび重ね精度測定用ウエハパターン28wからなる重ね精度測定用パターン28とを有する歪計測用パターンが転写される。
【0047】
次に、図4(c)に示すように、上記のパターン加工されたレジスト膜26をマスクとして、メンブレン24に対するエッチング処理を行い、メンブレン24にマスクアライメント用パターン29mおよびウエハアライメント用パターン29wからなるアライメント用パターン29と、重ね精度測定用マスクパターン30mおよび重ね精度測定用ウエハパターン30wからなる重ね精度測定用パターン30とを有する歪計測用マスクパターンを形成する。
この後、レジスト膜26を除去することで、歪計測用マスク31となる。
歪計測用マスク31において、メンブレン24は歪計測用パターンに沿った荷電粒子線の透過部と遮断部を有する。
【0048】
一方、歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンをウエハに転写して、歪計測用ウエハパターンを形成し、歪計測用ウエハを作製する(ST13)。
例えば、歪計測用ウエハの作製は、歪計測用フォトマスクから歪計測用パターンを転写露光し、現像して、得られたレジストパターンをマスクとしてエッチングなどを行い、ウエハに歪計測用ウエハパターンを加工して歪計測用ウエハとする。
【0049】
歪計測用ウエハを作製する工程について、図5に示す断面図を用いて説明する。
まず、図5(a)に示すように、シリコンウエハ40上にレジスト膜41を成膜し、前述の歪計測用フォトマスク10を用いて、露光する。歪計測用フォトマスク10に形成された、マスクアライメント用パターン11m、ウエハアライメント用パターン11w、重ね精度測定用マスクパターン12mおよび重ね精度測定用ウエハパターン12wなどの歪計測用パターンが露光される。
このとき、歪計測用ウエハに形成する歪計測用パターンと歪計測用マスク31に形成する歪計測用パターンとが丁度反転した関係となるようにするため、例えば歪計測用フォトマスク10の一方の表面Sが下面(シリコンウエハ40側)を向くようにする。
【0050】
次に、図5(b)に示すように、レジスト膜41を現像する。
この結果、レジスト膜41にはマスクアライメント用パターン42mおよびウエハアライメント用パターン42wからなるアライメント用パターン42と、重ね精度測定用マスクパターン43mおよび重ね精度測定用ウエハパターン43wからなる重ね精度測定用パターン43とを有する歪計測用パターンが転写される。
【0051】
次に、図5(c)に示すように、上記のパターン加工されたレジスト膜41をマスクとして、シリコンウエハ40に対するエッチング処理を行い、マスクアライメント用パターン44mおよびウエハアライメント用パターン44wからなるアライメント用パターン44と、重ね精度測定用マスクパターン45mおよび重ね精度測定用ウエハパターン45wからなる重ね精度測定用パターン45とを有する歪計測用ウエハパターンを形成する。
この後、レジスト膜41を除去することで、歪計測用ウエハ46となる。
【0052】
上記の歪計測用ウエハパターンを形成する工程は、1回エッチングをするだけの簡単なプロセスなので、チップ歪は小さく、ウエハ上の重ね精度測定用パターンの位置精度は主にフォトリソグラフィの精度で決まる。
一方、歪計測用マスクとなるマスクブランクスに露光された重ね精度測定用パターンの位置精度も、同様にフォトリソグラフィの精度で決まる。この精度は、最新のスキャナーで10nm以下である。
【0053】
ここで、上記の歪計測用マスクを形成するための歪計測用フォトマスクを用いての露光と、歪計測用ウエハを形成するための歪計測用フォトマスクを用いての露光は、上述のようにパターンとが丁度反転した関係とすることを除いて、可能な限り同じ条件で露光する。
また、歪計測用マスクと歪計測用ウエハは、ぞれぞれ複数枚作製して、複数の組み合わせを準備して以下の工程を進めることが好ましい。
【0054】
次に、歪計測用ウエハの歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層を形成し、感光層に対して所定の距離を離間して歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、歪計測用ウエハパターンに対して歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により感光層を露光する(ST14)。
【0055】
上記の感光層を形成する工程および歪計測用ウエハパターンに対して歪計測用マスクパターンが重なるように露光する工程について、図6に示す断面図を用いて説明する。
図6(a)に示すように、歪計測用ウエハ46の歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層47を形成した後、歪計測用マスク31のメンブレン24側が感光層47側となり、メンブレン24と感光層47の距離が所定の値となるように、歪計測用マスク31を保持する。
【0056】
上記の歪計測用マスク31を位置合わせする位置は、図7の平面図に示すようにする。
即ち、歪計測用マスクパターンの内のマスクアライメント用パターン29mと、歪計測用ウエハパターンの内のウエハアライメント用パターン44wとが重なるようにする。これは、マスクアライメント用パターン11mおよび重ね精度測定用マスクパターン12mと、ウエハアライメント用パターン11wおよび重ね精度測定用ウエハパターン12wを関連付けている並進ベクトルdの方向および距離で、歪計測用ウエハパターンに対して歪計測用マスクパターンをずらして配置することに相当する。
【0057】
上記のように歪計測用マスク31と歪計測用ウエハ46を配置した状態で、歪計測用マスク31側から荷電粒子線(不図示)を照射し、メンブレン24の透過部である歪計測用マスクパターンを透過させ、感光層47をパターン露光する。このとき、転写光学系の歪が最小の条件で露光を行う。例えば、LEEPLならば副偏向をかけずに、可能な限り平行な電子線でマスクを走査する。
【0058】
上記のように露光した後、現像することで図6(b)に示す状態となり、レジスト膜47にマスクアライメント用パターン48mおよびウエハアライメント用パターン48wからなるアライメント用パターン48と、重ね精度測定用マスクパターン49mおよび重ね精度測定用ウエハパターン49wからなる重ね精度測定用パターン49とを有する歪計測用マスクパターンが転写される。
【0059】
次に、歪計測用ウエハパターンと感光層に転写された歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定し(ST15)、所定の姿勢における歪計測用マスクの歪データを生成する(ST16)。
【0060】
重ね精度の測定は、歪計測用ウエハパターンの内の重ね精度測定用ウエハパターン45wと、歪計測用マスクパターンの内の重ね精度測定用マスクパターン49mとの重なりを、例えば日立社のLA3200あるいはニコン社のNRM1000などの重ね合わせ精度測定装置により測定する。
【0061】
図8(a)は、歪計測用フォトマスク10上の歪計測用パターンにおける重ね精度測定用マスクパターン12mと重ね精度測定用ウエハパターン12wの配置を示す平面図であり、重ね精度測定用マスクパターン12mと重ね精度測定用ウエハパターン12wとが並進ベクトルdで関連付けられていることを示している。
ここでは、重ね精度測定用マスクパターン12mと重ね精度測定用ウエハパターン12wが、それぞれ”bar”と呼ばれる4本の直線状のパターンが正方形を構成するように配置されたパターンであり、重ね精度測定用マスクパターン12mよりも重ね精度測定用ウエハパターン12wの方が大きな正方形となる。
【0062】
また、図8(b)は、歪計測用ウエハパターンの内の重ね精度測定用マスクパターン45mおよび重ね精度測定用ウエハパターン45wからなる重ね精度測定用パターン45と、感光層に転写された歪計測用マスクパターンの内の重ね精度測定用マスクパターン49mおよび重ね精度測定用ウエハパターン49wからなる重ね精度測定用パターン49との配置を示す平面図である。
重ね精度測定用マスクパターン49mおよび重ね精度測定用ウエハパターン49wが並進ベクトルdの方向および距離でずれて配置されることにより、丁度重ね精度測定用ウエハパターン45wの中央部に重ね精度測定用マスクパターン49mが配置される。このときの重ね精度測定用ウエハパターン45wの中心と重ね精度測定用マスクパターン49mの中心とのずれから、重ね精度を測定することができる。
【0063】
上記の重ね精度の測定で観測される量は、基本的に上述のW1 であるが、(1)ウエハとマスクのマークが同一のPMで形成されている、(2)ウエハ上のマーク形成プロセスが単純でチップ歪rWPが小さい、(3)転写光学系の歪rtran sferが最小の条件で露光を行っている、という理由により、従来技術よりも|δW1 |が小さいので、重ね合わせ誤差の主要因はマスク歪になる。
【0064】
上記のように、露光装置が備えるアライメント光学系により、歪計測用マスク上のマスクアライメント用パターン29mと歪計測用ウエハ上のウエハアライメント用パターン44wを重ねるように、歪計測用マスクと歪計測用ウエハの相対位置が保持され、即ち相対位置がdだけシフトされ、露光が行われる。
このとき、図8(b)に示すように、一対の重ね精度測定用マスクパターン49mと重ね精度測定用ウエハパターン45wが重なり合い、その重ね合わせ精度を測定することが可能である。並進ベクトルdの大きさは、近接するマスクアライメント用パターン29mとウエハアライメント用パターン44wとが重なり合わない範囲で、できるだけ小さい方が望ましい。アライメント用パターンや重ね精度測定用パターンは数μm〜数十μmの大きさなので、その程度以上離れていればよい。
【0065】
以上で、図1に示すように、マスク歪データの生成工程部分が完了する。上記のように得られた歪データは、生産マスクの製造およびそれを用いた露光工程部分において、生産マスクのパターン描画の描画位置補正に利用できる。それにより、重力によるマスク変形の影響を受けないようにパターン位置を補正できる。また、露光装置にフィードバックすれば、転写位置の補正も可能である。
ここで生産マスクとは、上記の歪計測用マスクと異なり、所望の回路パターンや配線パターンなどのパターンが形成され、実際の半導体装置の製造において露光するのに用いるマスクである。
【0066】
生産マスクの製造およびそれを用いた露光工程部分において、まず、上記のようにして得た歪データに応じて描画位置を補正してパターンを描画して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの当該薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成し、生産マスクを作製する(ST21)。
例えば、図9(a)の断面図に示すように、生産マスク65においてシリコンウエハ60上に酸化シリコン層61が形成されて、その上層にシリコン層のメンブレン62が形成されている。メンブレン62を区分する部分のシリコンウエハ60は梁63となり、メンブレン62を支持する。
上記のメンブレン62には、所定の荷電粒子線の透過部となる開口パターン64が形成されている。
【0067】
次に、上記で得られた歪データに応じて転写位置を補正して、生産マスクを用いて被露光ウエハにパターンをテスト露光する(ST22)。
例えば、図9(b)の断面図に示すように、被露光ウエハ70上に形成されたレジスト膜71に対して、生産マスク65のメンブレン62側がレジスト膜71側となり、メンブレン62とレジスト膜71の距離が所定の値となるように、生産マスク65を保持する。
上記の状態でテスト露光を行い、上記と同様に重ね精度を測定し(ST23)、目標値以内であれば、上記の生産マスクを用い、上記の露光条件にて本番露光を行う(ST24)。重ね精度が目標値からはずれている場合は、露光条件を変更して再度テスト露光を行うことを繰り返す。
【0068】
上記においては、得られた歪データに応じて、生産マスクのパターン描画の描画位置補正およびその生産マスクを用いて露光するときの転写位置補正の両方に用いているが、いずれか一方のみにフィードバックする方法としてもよい。
【0069】
(変形例)
図10(a)は、歪計測用フォトマスク10上の歪計測用パターンにおける重ね精度測定用マスクパターン12mと重ね精度測定用ウエハパターン12wの配置を示す平面図である。図8(a)と同様であるが、重ね精度測定用マスクパターン12mが”bar”と呼ばれる4本の直線状のパターンではなく、矩形の形状の重ね精度測定用マスクパターン12m’となっていることが図8と異なる。重ね精度測定用マスクパターン12m’と重ね精度測定用ウエハパターン12wとは、上記と同様に並進ベクトルdで関連付けられている。
また、図10(b)は、歪計測用ウエハパターンの内の重ね精度測定用マスクパターン45m’および重ね精度測定用ウエハパターン45wからなる重ね精度測定用パターン45と、感光層に転写された歪計測用マスクパターンの内の重ね精度測定用マスクパターン49m’および重ね精度測定用ウエハパターン49wからなる重ね精度測定用パターン49との配置を示す平面図である。
重ね精度測定用マスクパターン49m’および重ね精度測定用ウエハパターン49wが並進ベクトルdの方向および距離でずれて配置されることにより、直線状のパターンが正方形状に並べられた重ね精度測定用ウエハパターン45wの中央部に、矩形形状の重ね精度測定用マスクパターン49m’が配置される。このときの重ね精度測定用ウエハパターン45wの中心と重ね精度測定用マスクパターン49m’の中心とのずれから、重ね精度を測定することができる。
【0070】
本実施形態において、重ね精度を測定するために用いる重ね合わせ測定器は座標測定器の数分の一以下の価格であり、スループットも2.5秒/マーク程度と迅速に処理を行うことができ、これによってマスクの位置精度評価が素早くできる。
本実施形態のマスクの製造方法とそれを用いたパターンの形成方法によれば、座標測定器を用いずに露光姿勢でのマスク歪を計測し、これを基に描画や転写の位置補正を行い、位置精度をより高めることができる。
【0071】
また、ウエハFABには、広く普及している重ね合わせ精度測定器によって、簡便にマスクの歪計測が可能であり、マスクショップでなく、ユーザーサイドでもマスク精度を評価できる。
【0072】
本発明は、上記の実施形態に限定されない。
例えば、本実施形態においては、ステンシルマスクについて説明したが、各種論文および特許により公知となっているマスク製造プロセスを適用することにより、各NGL用のマスクとすることができる。
また、本実施形態においては、歪計測用フォトマスクや歪計測用マスクのパターンとして、アライメント用パターンと重ね精度測定用パターンのみを形成しているが、その他、より実用の系に近づけるために、適当な回路パターンを含むようなパターンとしてもよい。
また、本発明のマスクの製造方法やパターンの形成方法は、被露光ウエハにパターン露光する工程を有する半導体装置の製造方法において、パターン露光するためのマスクの製造方法やパターンの形成方法として適用できる。
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。
【0073】
【発明の効果】
本発明のマスクの製造方法によれば、座標測定器を用いずに露光姿勢でのマスク歪を計測し、これを基に描画や転写の位置補正を行い、位置精度をより高めることができる。
【0074】
本発明のパターンの形成方法によれば、座標測定器を用いずに露光姿勢でのマスク歪を計測し、これを基に描画や転写の位置補正を行い、位置精度をより高めることができる。
【0075】
本発明の歪計測用フォトマスクを用いることにより、マスクの製造方法とそれを用いたパターンの形成方法において、座標測定器を用いずに露光姿勢でのマスク歪を計測し、これを基に描画や転写の位置補正を行い、位置精度をより高めることができる。
【0076】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体装置を製造するための露光工程で用いるマスクにおいて、座標測定器を用いずに露光姿勢でのマスク歪を計測し、これを基に描画や転写の位置補正を行い、位置精度をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、実施形態に係るマスクを作製し、それを用いてパターン露光する方法のフローチャートである。
【図2】図2は、実施形態に係る歪計測用フォトマスクに形成される歪計測用パターンを示す平面図である。
【図3】図3(a)〜(c)は、実施形態に係るマスクを作製し、それを用いてパターン露光する方法の工程を示す断面図である。
【図4】図4(a)〜(c)は、実施形態に係るマスクを作製し、それを用いてパターン露光する方法の工程を示す断面図である。
【図5】図5(a)〜(c)は、実施形態に係るマスクを作製し、それを用いてパターン露光する方法の工程を示す断面図である。
【図6】図6(a)および(b)は、実施形態に係るマスクを作製し、それを用いてパターン露光する方法の工程を示す断面図である。
【図7】図7は実施形態において歪計測用マスクを位置合わせする位置を示す平面図である。
【図8】図8(a)は、実施形態に係る重ね精度測定用マスクパターンと重ね精度測定用ウエハパターンの配置を示す平面図であり、図8(b)は、重ね精度測定用ウエハパターンと重ね精度測定用マスクパターンの配置を示す平面図である。
【図9】図9(a)および(b)は、実施形態に係るマスクを作製し、それを用いてパターン露光する方法の工程を示す断面図である。
【図10】図10(a)は、変形例に係る重ね精度測定用マスクパターンと重ね精度測定用ウエハパターンの配置を示す平面図であり、図10(b)は、重ね精度測定用ウエハパターンと重ね精度測定用マスクパターンの配置を示す平面図である。
【図11】図11は、従来例に係るマスクを作製し、それを用いてパターン露光する方法のフローチャートである。
【符号の説明】
10…歪計測用フォトマスク、11…アライメント用パターン、11m…マスクアライメント用パターン、11w…ウエハアライメント用パターン、12…重ね精度測定用パターン、12m,12m’…重ね精度測定用マスクパターン、12w…重ね精度測定用ウエハパターン、20…シリコンウエハ、21…酸化シリコン層、22…シリコン層、23…酸化シリコン層、24…メンブレン、25…梁、26…レジスト膜、27,29,42,44,48…アライメント用パターン、27m,29m,42m,44m,48m…マスクアライメント用パターン、27w,29w,42w,44w,48w…ウエハアライメント用パターン、28,30,43,45,49…重ね精度測定用パターン、28m,30m,43m,45m,45m’,49m,49m’…重ね精度測定用マスクパターン、28w,30w,43w,45w,49w…重ね精度測定用ウエハパターン、40…シリコンウエハ、41…レジスト膜、60…シリコンウエハ、61…酸化シリコン層、62…メンブレン、63…梁、64…開口パターン、65…生産マスク、70…被露光ウエハ、71…レジスト膜。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造のリソグラフィ工程で用いられるマスクの製造方法およびパターンの形成方法と、それを製造する際に用いる歪計測用フォトマスクおよび上記マスクの製造方法を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
フォトリソグラフィに代わる次世代露光技術(NGL;Next Generation Lithography)として、電子線、イオンビーム、X線、あるいは極紫外(EUV;Extreme Ultra Vilet)光を用いた転写型露光方法が開発されている。
これらのNGLは65nm世代以降のデバイス生産に適用されるため、マスクの位置精度に対する要求は非常に厳しい。
【0003】
例えば、ITRSロードマップ(2001年版)によると、65nm世代のDRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)に対して要求される位置精度は23nm(ウエハ上)である。
【0004】
特に、X線リソグラフィ(PXL;Proximity X−ray Lithography)や低速電子線近接転写リソグラフィ(LEEPL;LowEnergy Electron−beam Proximity Projection Lithography)では、等倍マスクが用いられるので、基本的にはマスク上でこの位置精度を達成しなくてはならない。
ただし、LEEPLでは、副偏向レンズで電子線の入射方向を変化させることにより、転写パターン位置補正が可能なので(非特許文献1および特許文献1参照)、この誤差バジェットが緩和される可能性がある。
【0005】
一方、電子線/イオンビーム転写リソグラフィ(EPL;Electron−beam projection lithography/IPL;Ion−beam projection lithography)やEUVリソグラフィ(EUVL)は、一般に縮小率が4である縮小投影式露光法なので、位置精度に対する要求は相対的に緩和されるように思われるが、縮小光学系の伝達特性に起因する誤差を考慮すると、位置精度の要求はむしろ厳しい。
例えば、ITRSロードマップ(2001年版)によると、65nm世代のEUVLマスクに対して要求される位置精度は14nmである。
【0006】
また、PXL、LEEPL、EPL、IPLという一群のNGLでは、散乱メンブレンマスク(例えば非特許文献2参照)やステンシルマスク(例えば非特許文献3参照)という機械強度の低いマスクが用いられるので、位置精度の向上は重要な課題である。
【0007】
さらに、上記NGLマスク全てに共通な問題として、露光姿勢でのマスクの歪がある。
一般に、製造されたマスクはライカ(LEICA)社のIPROやニコン社の光波座標測定装置などの座標測定器により位置精度が測定される。
【0008】
図11は、従来技術における上記のNGLで用いる散乱メンブレンマスクやステンシルマスクなどのマスク(以下生産マスクとも称する)を作製し、それを用いてパターン露光する方法のフローチャートである。
まず、所望のパターンが形成された散乱メンブレンマスクやステンシルマスクなどのマスクを作成し(ST101)、製造されたマスクの位置精度(長寸法)を座標測定器で測定する(ST102)。次に、得られた位置精度の測定結果を判別し(ST103)、測定結果が保証値外であれば、マスクを再作製し、測定結果が保証値内であれば、先行テスト露光を行う(ST104)。次に、テスト露光したパターンと下地ウエハとの重ね合わせ精度を評価する(ST105)。その結果をもとに、必要があれば、露光条件(チップ倍率、回転誤差補正など)を最適化した上で本番露光を行う(ST106)。
従って、基本的には生産マスクごとに位置精度測定が必要である。
【0009】
上記のマスクの作製およびパターン露光する方法は、生産マスクごとに位置精度測定が必要であることから、(1)高価な座標測定器が必要である、(2)座標測定時間が長い(約6秒/マーク)という問題点がある。
【0010】
さらに、(3)座標測定時と露光時でマスクの姿勢/保持方法が異なるので、実際に転写されるパターンには、座標測定では観測されない位置誤差が生じる、という問題もある。
これは、座標測定時(一般に、マスクパターン面が上向きで静置)とマスク露光時においてマスクの姿勢が異なり、露光時はマスクパターン面が下向きであることが多いのに対して、マスクの固定(チャッキング)方法が座標測定器のそれと異なるので、IPROなどの座標測定器では計測されない歪が新たに誘起されることに起因する。
【0011】
EUVLマスクのように、フォトマスク(PM)と同様なガラス基板上に形成されており、機械的強度が相対的に高いマスクであっても、重力によるマスク歪は無視できないということが指摘されている(特許文献2参照)。
【0012】
マスクの座標測定で得られるデータU1 は、設計データのパターン座標をR0とすると、次式のようになる。
【0013】
【数1】
【0014】
ここで、rMPはマスク製造プロセスで生じる誤差、rIPROは座標測定器の測定精度(±3nm程度)であり、一般には前者の方が大きい。
前者の主要因は電子線描画の位置精度であるが、散乱メンブレンマスクやステンシルマスクの場合は、メンブレン形成に伴う応力緩和なども原理的には寄与する。
ここでは、マスク上の座標を転写倍率(EUVLやEPLでは4、LEEPLやPXLでは1)で割って、ウエハ上での相当量に変換している(以下同様とする)。
【0015】
上記のマスクを露光機に固定すると、重力によりマスクが変形し、パターン変位(マスク歪)rg が生じる。さらに、このマスクを露光すると、転写光学系の歪rtransferなどが加わるので、転写パターンの位置U2 は次式で表される。
【0016】
【数2】
【0017】
従って、座標測定の結果U1 からマスク歪rg を得ることはできない。
【0018】
一方、ウエハ上の合わせ精度測定マークの位置V1 もまた、先行プロセスによるチップ歪等の影響により、理想的な位置R0 から変位している。
【0019】
【数3】
【0020】
従って、重ね合わせ精度測定の結果W1 は次式で与えられる。
【0021】
【数4】
【0022】
ここで、rALとrOLはそれぞれアライメント精度と重ね合わせ精度測定器の精度(±3nm程度)である。
このデータにはマスク歪rg が含まれているが、マスク製造プロセスによる誤差rMP(例えば、マスク描画機の精度)や先行プロセスによるチップ歪rWPの成分も無視できず、マスク歪rg を正確に計測したことにはならない。
【0023】
さらに、図11に示すフローチャートように、マスク歪の計測工程とマスクの製造工程が一体化している従来技術のプロセスでは、得られたマスク歪をもとに精度の高いマスクを再作製していない。従って、露光条件の最適化によりマスク歪を含む誤差全体を最小化するように補正するしか方法がない。
【0024】
しかし、EUVLやPXLのように短波長放射を用いる方法では、マスクとチップの倍率や回転成分しか補正できない。EPL、IPL、LEEPLのように荷電粒子を用いる方法では、電子/イオン光学系により、より細かい補正が可能であるが、そのような位置補正には限界がある。
例えば、ステンシルマスクの重力によるパターン位置誤差は数十nmになる場合があることが報告されており(非特許文献4参照)、これを荷電粒子の偏向だけで補正することは困難であり、マスク製造時にパターン位置の補正を行う必要がある。
【0025】
【特許文献1】
米国特許5831272号明細書
【特許文献2】
特開平6−18220号公報
【非特許文献1】
T.ウツミ(T.Utsumi),「ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー(J.Vac.Sci.Technol.)」B17,p.2897(1999)
【非特許文献2】
L.R.ハリオット(L.R.Harriott),「ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー(J.Vac.Sci.Technol.)」B15,p.2130(1997)
【非特許文献3】
H.C.ファイファー(H.C.Pfeiffer),「ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス(Jpn.J.Appl.Phys.)」34,p.6658(1995)
【非特許文献4】
C.−f.チェンら(C.−f.Chen et al.),「ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー(J.Vac.Sci.Technol.)」B19,p.2646(2001)
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
上記の座標測定時と露光時でマスクの姿勢/保持方法が異なるので、実際に転写されるパターンには、座標測定では観測されない位置誤差が生じるという問題に対しては、(1)露光姿勢に近い状態で測定が可能なように座標測定器を改造する、あるいは(2)座標測定データをなんらかのルールで変換して、露光姿勢での位置精度誤差を算出することも考えられる。
【0027】
しかしながら、座標測定器は非常に高価であり、測定速度が遅いので(一点6秒以上)、座標測定器の利用を前提としたマスク製造プロセスはスループットが低く、コストが高くなってしまうという問題がある。
また、(1)のような改造をして、普通のPMやウエハの測定と共用できなくなると不都合である。さらに、不用意な改造により、保証されている精度が達成できない可能性もある。
(2)に関しては、マスクの上下を反転させた時のパターン変位を正確に予想するアルゴリズムを考案する必要があり、簡単には行うことができない。
【0028】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、従って本発明は、座標測定器を用いずに露光姿勢でのマスク歪を計測し、これを基に描画や転写の位置補正を行い、位置精度をより高めることができるマスクの製造方法あるいはパターンの形成方法と、それらに用いる歪計測用フォトマスク、さらにはマスクの製造方法およびパターンの形成方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0029】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のマスクの製造方法は、歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンを転写して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する歪計測用マスクパターンを形成し、歪計測用マスクを作製する工程と、前記歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンをウエハに転写して、歪計測用ウエハパターンを形成し、歪計測用ウエハを作製する工程と、前記歪計測用ウエハの前記歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層を形成する工程と、前記感光層に対して所定の距離を離間して前記歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、前記歪計測用ウエハパターンに対して前記歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により前記感光層を露光する工程と、前記歪計測用ウエハパターンと前記感光層に転写された前記歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定し、前記所定の姿勢における前記歪計測用マスクの歪データを生成する工程と、前記歪データに応じて描画位置を補正してパターンを描画して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成し、マスクを作製する工程とを有する。
【0030】
上記の本発明のマスクの製造方法は、歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンを転写して、マスクブランクスの薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する歪計測用マスクパターンを形成し、歪計測用マスクを作製する。
一方、上記と同一の歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンをウエハに転写して、歪計測用ウエハパターンを形成し、歪計測用ウエハを作製する。
次に、歪計測用ウエハの歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層を形成し、感光層に対して所定の距離を離間して歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、歪計測用ウエハパターンに対して歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により感光層を露光する。
次に、歪計測用ウエハパターンと感光層に転写された歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定し、所定の姿勢における歪計測用マスクの歪データを生成し、得られた歪データに応じて描画位置を補正してパターンを描画して、マスクブランクスの薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成し、マスクを作製する。
【0031】
また、上記の目的を達成するため、本発明のパターンの形成方法は、歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンを転写して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する歪計測用マスクパターンを形成し、歪計測用マスクを作製する工程と、前記歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンをウエハに転写して、歪計測用ウエハパターンを形成し、歪計測用ウエハを作製する工程と、前記歪計測用ウエハの前記歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層を形成する工程と、前記感光層に対して所定の距離を離間して前記歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、前記歪計測用ウエハパターンに対して前記歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により前記感光層を露光する工程と、前記歪計測用ウエハパターンと前記感光層に転写された前記歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定し、前記所定の姿勢における前記歪計測用マスクの歪データを生成する工程と、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成し、マスクを作製する工程と、前記歪データに応じて転写位置を補正して、前記マスクを用いて被露光ウエハにパターン露光する工程とを有する。
【0032】
上記の本発明のパターンの形成方法は、歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンを転写して、マスクブランクスの薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する歪計測用マスクパターンを形成し、歪計測用マスクを作製する。
一方、上記と同一の歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンをウエハに転写して、歪計測用ウエハパターンを形成し、歪計測用ウエハを作製する。
次に、歪計測用ウエハの歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層を形成し、感光層に対して所定の距離を離間して歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、歪計測用ウエハパターンに対して歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により感光層を露光する。
次に、歪計測用ウエハパターンと感光層に転写された前記歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定し、所定の姿勢における歪計測用マスクの歪データを生成し、マスクブランクスの薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成する。
次に、マスクを作製し、歪データに応じて転写位置を補正して、マスクを用いて被露光ウエハにパターン露光する。
【0033】
また、上記の目的を達成するため、本発明の歪計測用フォトマスクは、歪計測用パターンとして、マスクアライメント用パターン、ウエハアライメント用パターン、重ね精度測定用マスクパターンおよび重ね精度測定用ウエハパターンを有し、前記マスクアライメント用パターンおよび前記重ね精度測定用マスクパターンに対して、前記ウエハアライメント用パターンおよび前記重ね精度測定用ウエハパターンが、それぞれ同一の方向および距離にずれた位置に形成されている。
【0034】
上記の本発明の歪計測用フォトマスクは、歪計測用パターンとして、マスクアライメント用パターン、ウエハアライメント用パターン、重ね精度測定用マスクパターンおよび重ね精度測定用ウエハパターンを有しており、マスクアライメント用パターンおよび重ね精度測定用マスクパターンに対して、ウエハアライメント用パターンおよび重ね精度測定用ウエハパターンが、それぞれ同一の方向および距離にずれた位置に形成されている構成である。
【0035】
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、被露光ウエハにパターン露光する工程を有する半導体装置の製造方法であって、歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンを転写して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する歪計測用マスクパターンを形成し、歪計測用マスクを作製する工程と、前記歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンをウエハに転写して、歪計測用ウエハパターンを形成し、歪計測用ウエハを作製する工程と、前記歪計測用ウエハの前記歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層を形成する工程と、前記感光層に対して所定の距離を離間して前記歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、前記歪計測用ウエハパターンに対して前記歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により前記感光層を露光する工程と、前記歪計測用ウエハパターンと前記感光層に転写された前記歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定し、前記所定の姿勢における前記歪計測用マスクの歪データを生成する工程と、前記歪データに応じて描画位置を補正してパターンを描画して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成し、マスクを作製する工程と、前記歪データに応じて転写位置を補正して、前記マスクを用いて被露光ウエハにパターン露光する工程とを有する。
【0036】
上記の本発明の半導体装置の製造方法は、歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンを転写して、マスクブランクスの薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する歪計測用マスクパターンを形成し、歪計測用マスクを作製する。一方、上記と同一の歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンをウエハに転写して、歪計測用ウエハパターンを形成し、歪計測用ウエハを作製する。
次に、歪計測用ウエハの歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層を形成し、感光層に対して所定の距離を離間して歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、歪計測用ウエハパターンに対して歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により前記感光層を露光する。
次に、歪計測用ウエハパターンと感光層に転写された歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定し、上記の所定の姿勢における歪計測用マスクの歪データを生成し、この歪データに応じて描画位置を補正してパターンを描画して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの当該薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成し、マスクを作製する。
さらに、上記の歪データに応じて転写位置を補正して、マスクを用いて被露光ウエハにパターン露光する。
【0037】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、IPROに代表される座標測定器を用いずにマスク歪を計測する方法に関し、座標測定器よりも安価で測定時間の短い重ね合わせ精度測定器を用い、露光姿勢でのマスク歪を計測し、生産マスクのパターン描画時もしくは露光時にそのデータを用いた位置補正を行う。
以下に、本実施形態に係るマスクの製造方法、パターンの形成方法およびフォトマスクについて、図面を参照して説明する。
【0038】
図1は、本実施形態に係る散乱メンブレンマスクやステンシルマスクなどのマスクを作製し、それを用いてパターン露光する方法のフローチャートである。
本実施形態に係る方法においては、マスク歪データの生成工程部分と生産マスク製造およびそれを用いた露光工程部分とが明確に分離しており、マスク外形と露光機内での保持方法が変わらない限り、前者は一回行うだけでよい。
【0039】
まず、マスク歪データの生成工程部分において、後述する歪計測用パターンを含む歪計測用フォトマスク(PM)を作製する(ST11)。
この歪計測用PMに関しては、座標測定器により座標測定を行ってもよく、また、行わなくてもよい。例えば、PMの作製をマスクメーカーに外注する場合、マスクメーカーにおいてはPM製造における位置精度(長寸法精度)保証がマスクメーカーによりルーチン的に行われており、位置精度を指定すればマスクメーカーが座標測定をすることになり、本発明の実施者が座標測定器を保有する必要はない。
【0040】
図2は、上記の歪計測用フォトマスクに形成される歪計測用パターンを示す平面図である。
歪計測用フォトマスク10に形成されている歪計測用パターンは、アライメント用パターン11として、マスクアライメント用パターン11mおよびウエハアライメント用パターン11wが形成されており、また、重ね精度測定用パターン12として、重ね精度測定用マスクパターン12mおよび重ね精度測定用ウエハパターン12wが形成されている。
ここで、マスクアライメント用パターン11mおよび重ね精度測定用マスクパターン12mに対して、ウエハアライメント用パターン11wおよび重ね精度測定用ウエハパターン12wが、それぞれ同一の方向および距離にずれた位置に形成されている。この方向および距離を並進ベクトルdで示すと、マスクアライメント用パターン11mおよび重ね精度測定用マスクパターン12mと、ウエハアライメント用パターン11wおよび重ね精度測定用ウエハパターン12wが同一の並進ベクトルdで関連付けられている。
ここで、マスクアライメント用パターン11mとウエハアライメント用パターン11wは、それぞれのリソグラフィ法によって標準的なマークが存在し、それをそのまま用いることができる。
重ね精度測定用マスクパターン12mと重ね精度測定用ウエハパターン12wは一対のパターンであり、例えば後述の”bar−in−bar”と呼ばれるパターンや”box−in−bar”と呼ばれるパターンなどが用いられる。
【0041】
次に、歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンを転写して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの当該薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する歪計測用マスクパターンを形成し、歪計測用マスクを作製する(ST12)。
例えば、歪計測用マスクの作製は、歪計測用フォトマスクから歪計測用パターンを転写露光し、現像して、得られたレジストパターンをマスクとしてエッチングなどを行い、マスクブランクスに歪計測用マスクパターンを形成して歪計測用マスクとする。
【0042】
歪計測用マスクを作製する工程について、図3および図4に示す断面図を用いて説明する。
まず、図3(a)に示すように、歪計測用マスクの基板となるシリコンウエハ20の一方の面上に酸化シリコン層21を形成し、その上層にシリコン層22を形成し、SOI構造のウエハを形成する。
さらに、シリコンウエハ20の他方の面上にも酸化シリコン層23を形成する。
【0043】
次に、図3(b)に示すように、シリコンウエハ20の他方の面上の酸化シリコン層23を薄膜のマスクとなるシリコン層22を支持する梁のパターンを残すようにエッチング加工し、さらにパターン加工された酸化シリコン層23をマスクとして酸化シリコン層23側から酸化シリコン層21に達するまでシリコンウエハ20をエッチング加工する。
シリコンと酸化シリコンのエッチング速度は数桁以上異なるため、酸化シリコン層23および酸化シリコン層21に対して選択的にシリコンウエハ20がエッチングされる。エッチングは酸化シリコン層21で停止する。
【0044】
次に、図3(c)に示すように、例えばフッ酸を用いたウェットエッチングにより、シリコンウエハ20のエッチングにより露出した部分の酸化シリコン層21を除去する。この結果、シリコン層からなるメンブレン24が形成される。メンブレン24を区分する部分のシリコンウエハ20は梁25となり、メンブレン24を支持する。
また、このウェットエッチングにより、酸化シリコン層23も同時に除去される。
このようにして、少なくとも1層の薄膜(メンブレン)を有するマスクブランクスが形成される。
【0045】
次に、図4(a)に示すように、メンブレン24上にレジスト膜26を成膜し、前述の歪計測用フォトマスク10を用いて、露光する。歪計測用フォトマスク10に形成された、マスクアライメント用パターン11m、ウエハアライメント用パターン11w、重ね精度測定用マスクパターン12mおよび重ね精度測定用ウエハパターン12wなどの歪計測用パターンは、例えば数μm〜数十μm程度の大きさであり、パターンが大きいために光などで露光することができる。
このとき、例えば歪計測用フォトマスク10の一方の表面Sが上面を向くようにする。
【0046】
次に、図4(b)に示すように、レジスト膜26を現像する。
この結果、レジスト膜26にはマスクアライメント用パターン27mおよびウエハアライメント用パターン27wからなるアライメント用パターン27と、重ね精度測定用マスクパターン28mおよび重ね精度測定用ウエハパターン28wからなる重ね精度測定用パターン28とを有する歪計測用パターンが転写される。
【0047】
次に、図4(c)に示すように、上記のパターン加工されたレジスト膜26をマスクとして、メンブレン24に対するエッチング処理を行い、メンブレン24にマスクアライメント用パターン29mおよびウエハアライメント用パターン29wからなるアライメント用パターン29と、重ね精度測定用マスクパターン30mおよび重ね精度測定用ウエハパターン30wからなる重ね精度測定用パターン30とを有する歪計測用マスクパターンを形成する。
この後、レジスト膜26を除去することで、歪計測用マスク31となる。
歪計測用マスク31において、メンブレン24は歪計測用パターンに沿った荷電粒子線の透過部と遮断部を有する。
【0048】
一方、歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンをウエハに転写して、歪計測用ウエハパターンを形成し、歪計測用ウエハを作製する(ST13)。
例えば、歪計測用ウエハの作製は、歪計測用フォトマスクから歪計測用パターンを転写露光し、現像して、得られたレジストパターンをマスクとしてエッチングなどを行い、ウエハに歪計測用ウエハパターンを加工して歪計測用ウエハとする。
【0049】
歪計測用ウエハを作製する工程について、図5に示す断面図を用いて説明する。
まず、図5(a)に示すように、シリコンウエハ40上にレジスト膜41を成膜し、前述の歪計測用フォトマスク10を用いて、露光する。歪計測用フォトマスク10に形成された、マスクアライメント用パターン11m、ウエハアライメント用パターン11w、重ね精度測定用マスクパターン12mおよび重ね精度測定用ウエハパターン12wなどの歪計測用パターンが露光される。
このとき、歪計測用ウエハに形成する歪計測用パターンと歪計測用マスク31に形成する歪計測用パターンとが丁度反転した関係となるようにするため、例えば歪計測用フォトマスク10の一方の表面Sが下面(シリコンウエハ40側)を向くようにする。
【0050】
次に、図5(b)に示すように、レジスト膜41を現像する。
この結果、レジスト膜41にはマスクアライメント用パターン42mおよびウエハアライメント用パターン42wからなるアライメント用パターン42と、重ね精度測定用マスクパターン43mおよび重ね精度測定用ウエハパターン43wからなる重ね精度測定用パターン43とを有する歪計測用パターンが転写される。
【0051】
次に、図5(c)に示すように、上記のパターン加工されたレジスト膜41をマスクとして、シリコンウエハ40に対するエッチング処理を行い、マスクアライメント用パターン44mおよびウエハアライメント用パターン44wからなるアライメント用パターン44と、重ね精度測定用マスクパターン45mおよび重ね精度測定用ウエハパターン45wからなる重ね精度測定用パターン45とを有する歪計測用ウエハパターンを形成する。
この後、レジスト膜41を除去することで、歪計測用ウエハ46となる。
【0052】
上記の歪計測用ウエハパターンを形成する工程は、1回エッチングをするだけの簡単なプロセスなので、チップ歪は小さく、ウエハ上の重ね精度測定用パターンの位置精度は主にフォトリソグラフィの精度で決まる。
一方、歪計測用マスクとなるマスクブランクスに露光された重ね精度測定用パターンの位置精度も、同様にフォトリソグラフィの精度で決まる。この精度は、最新のスキャナーで10nm以下である。
【0053】
ここで、上記の歪計測用マスクを形成するための歪計測用フォトマスクを用いての露光と、歪計測用ウエハを形成するための歪計測用フォトマスクを用いての露光は、上述のようにパターンとが丁度反転した関係とすることを除いて、可能な限り同じ条件で露光する。
また、歪計測用マスクと歪計測用ウエハは、ぞれぞれ複数枚作製して、複数の組み合わせを準備して以下の工程を進めることが好ましい。
【0054】
次に、歪計測用ウエハの歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層を形成し、感光層に対して所定の距離を離間して歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、歪計測用ウエハパターンに対して歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により感光層を露光する(ST14)。
【0055】
上記の感光層を形成する工程および歪計測用ウエハパターンに対して歪計測用マスクパターンが重なるように露光する工程について、図6に示す断面図を用いて説明する。
図6(a)に示すように、歪計測用ウエハ46の歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層47を形成した後、歪計測用マスク31のメンブレン24側が感光層47側となり、メンブレン24と感光層47の距離が所定の値となるように、歪計測用マスク31を保持する。
【0056】
上記の歪計測用マスク31を位置合わせする位置は、図7の平面図に示すようにする。
即ち、歪計測用マスクパターンの内のマスクアライメント用パターン29mと、歪計測用ウエハパターンの内のウエハアライメント用パターン44wとが重なるようにする。これは、マスクアライメント用パターン11mおよび重ね精度測定用マスクパターン12mと、ウエハアライメント用パターン11wおよび重ね精度測定用ウエハパターン12wを関連付けている並進ベクトルdの方向および距離で、歪計測用ウエハパターンに対して歪計測用マスクパターンをずらして配置することに相当する。
【0057】
上記のように歪計測用マスク31と歪計測用ウエハ46を配置した状態で、歪計測用マスク31側から荷電粒子線(不図示)を照射し、メンブレン24の透過部である歪計測用マスクパターンを透過させ、感光層47をパターン露光する。このとき、転写光学系の歪が最小の条件で露光を行う。例えば、LEEPLならば副偏向をかけずに、可能な限り平行な電子線でマスクを走査する。
【0058】
上記のように露光した後、現像することで図6(b)に示す状態となり、レジスト膜47にマスクアライメント用パターン48mおよびウエハアライメント用パターン48wからなるアライメント用パターン48と、重ね精度測定用マスクパターン49mおよび重ね精度測定用ウエハパターン49wからなる重ね精度測定用パターン49とを有する歪計測用マスクパターンが転写される。
【0059】
次に、歪計測用ウエハパターンと感光層に転写された歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定し(ST15)、所定の姿勢における歪計測用マスクの歪データを生成する(ST16)。
【0060】
重ね精度の測定は、歪計測用ウエハパターンの内の重ね精度測定用ウエハパターン45wと、歪計測用マスクパターンの内の重ね精度測定用マスクパターン49mとの重なりを、例えば日立社のLA3200あるいはニコン社のNRM1000などの重ね合わせ精度測定装置により測定する。
【0061】
図8(a)は、歪計測用フォトマスク10上の歪計測用パターンにおける重ね精度測定用マスクパターン12mと重ね精度測定用ウエハパターン12wの配置を示す平面図であり、重ね精度測定用マスクパターン12mと重ね精度測定用ウエハパターン12wとが並進ベクトルdで関連付けられていることを示している。
ここでは、重ね精度測定用マスクパターン12mと重ね精度測定用ウエハパターン12wが、それぞれ”bar”と呼ばれる4本の直線状のパターンが正方形を構成するように配置されたパターンであり、重ね精度測定用マスクパターン12mよりも重ね精度測定用ウエハパターン12wの方が大きな正方形となる。
【0062】
また、図8(b)は、歪計測用ウエハパターンの内の重ね精度測定用マスクパターン45mおよび重ね精度測定用ウエハパターン45wからなる重ね精度測定用パターン45と、感光層に転写された歪計測用マスクパターンの内の重ね精度測定用マスクパターン49mおよび重ね精度測定用ウエハパターン49wからなる重ね精度測定用パターン49との配置を示す平面図である。
重ね精度測定用マスクパターン49mおよび重ね精度測定用ウエハパターン49wが並進ベクトルdの方向および距離でずれて配置されることにより、丁度重ね精度測定用ウエハパターン45wの中央部に重ね精度測定用マスクパターン49mが配置される。このときの重ね精度測定用ウエハパターン45wの中心と重ね精度測定用マスクパターン49mの中心とのずれから、重ね精度を測定することができる。
【0063】
上記の重ね精度の測定で観測される量は、基本的に上述のW1 であるが、(1)ウエハとマスクのマークが同一のPMで形成されている、(2)ウエハ上のマーク形成プロセスが単純でチップ歪rWPが小さい、(3)転写光学系の歪rtran sferが最小の条件で露光を行っている、という理由により、従来技術よりも|δW1 |が小さいので、重ね合わせ誤差の主要因はマスク歪になる。
【0064】
上記のように、露光装置が備えるアライメント光学系により、歪計測用マスク上のマスクアライメント用パターン29mと歪計測用ウエハ上のウエハアライメント用パターン44wを重ねるように、歪計測用マスクと歪計測用ウエハの相対位置が保持され、即ち相対位置がdだけシフトされ、露光が行われる。
このとき、図8(b)に示すように、一対の重ね精度測定用マスクパターン49mと重ね精度測定用ウエハパターン45wが重なり合い、その重ね合わせ精度を測定することが可能である。並進ベクトルdの大きさは、近接するマスクアライメント用パターン29mとウエハアライメント用パターン44wとが重なり合わない範囲で、できるだけ小さい方が望ましい。アライメント用パターンや重ね精度測定用パターンは数μm〜数十μmの大きさなので、その程度以上離れていればよい。
【0065】
以上で、図1に示すように、マスク歪データの生成工程部分が完了する。上記のように得られた歪データは、生産マスクの製造およびそれを用いた露光工程部分において、生産マスクのパターン描画の描画位置補正に利用できる。それにより、重力によるマスク変形の影響を受けないようにパターン位置を補正できる。また、露光装置にフィードバックすれば、転写位置の補正も可能である。
ここで生産マスクとは、上記の歪計測用マスクと異なり、所望の回路パターンや配線パターンなどのパターンが形成され、実際の半導体装置の製造において露光するのに用いるマスクである。
【0066】
生産マスクの製造およびそれを用いた露光工程部分において、まず、上記のようにして得た歪データに応じて描画位置を補正してパターンを描画して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの当該薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成し、生産マスクを作製する(ST21)。
例えば、図9(a)の断面図に示すように、生産マスク65においてシリコンウエハ60上に酸化シリコン層61が形成されて、その上層にシリコン層のメンブレン62が形成されている。メンブレン62を区分する部分のシリコンウエハ60は梁63となり、メンブレン62を支持する。
上記のメンブレン62には、所定の荷電粒子線の透過部となる開口パターン64が形成されている。
【0067】
次に、上記で得られた歪データに応じて転写位置を補正して、生産マスクを用いて被露光ウエハにパターンをテスト露光する(ST22)。
例えば、図9(b)の断面図に示すように、被露光ウエハ70上に形成されたレジスト膜71に対して、生産マスク65のメンブレン62側がレジスト膜71側となり、メンブレン62とレジスト膜71の距離が所定の値となるように、生産マスク65を保持する。
上記の状態でテスト露光を行い、上記と同様に重ね精度を測定し(ST23)、目標値以内であれば、上記の生産マスクを用い、上記の露光条件にて本番露光を行う(ST24)。重ね精度が目標値からはずれている場合は、露光条件を変更して再度テスト露光を行うことを繰り返す。
【0068】
上記においては、得られた歪データに応じて、生産マスクのパターン描画の描画位置補正およびその生産マスクを用いて露光するときの転写位置補正の両方に用いているが、いずれか一方のみにフィードバックする方法としてもよい。
【0069】
(変形例)
図10(a)は、歪計測用フォトマスク10上の歪計測用パターンにおける重ね精度測定用マスクパターン12mと重ね精度測定用ウエハパターン12wの配置を示す平面図である。図8(a)と同様であるが、重ね精度測定用マスクパターン12mが”bar”と呼ばれる4本の直線状のパターンではなく、矩形の形状の重ね精度測定用マスクパターン12m’となっていることが図8と異なる。重ね精度測定用マスクパターン12m’と重ね精度測定用ウエハパターン12wとは、上記と同様に並進ベクトルdで関連付けられている。
また、図10(b)は、歪計測用ウエハパターンの内の重ね精度測定用マスクパターン45m’および重ね精度測定用ウエハパターン45wからなる重ね精度測定用パターン45と、感光層に転写された歪計測用マスクパターンの内の重ね精度測定用マスクパターン49m’および重ね精度測定用ウエハパターン49wからなる重ね精度測定用パターン49との配置を示す平面図である。
重ね精度測定用マスクパターン49m’および重ね精度測定用ウエハパターン49wが並進ベクトルdの方向および距離でずれて配置されることにより、直線状のパターンが正方形状に並べられた重ね精度測定用ウエハパターン45wの中央部に、矩形形状の重ね精度測定用マスクパターン49m’が配置される。このときの重ね精度測定用ウエハパターン45wの中心と重ね精度測定用マスクパターン49m’の中心とのずれから、重ね精度を測定することができる。
【0070】
本実施形態において、重ね精度を測定するために用いる重ね合わせ測定器は座標測定器の数分の一以下の価格であり、スループットも2.5秒/マーク程度と迅速に処理を行うことができ、これによってマスクの位置精度評価が素早くできる。
本実施形態のマスクの製造方法とそれを用いたパターンの形成方法によれば、座標測定器を用いずに露光姿勢でのマスク歪を計測し、これを基に描画や転写の位置補正を行い、位置精度をより高めることができる。
【0071】
また、ウエハFABには、広く普及している重ね合わせ精度測定器によって、簡便にマスクの歪計測が可能であり、マスクショップでなく、ユーザーサイドでもマスク精度を評価できる。
【0072】
本発明は、上記の実施形態に限定されない。
例えば、本実施形態においては、ステンシルマスクについて説明したが、各種論文および特許により公知となっているマスク製造プロセスを適用することにより、各NGL用のマスクとすることができる。
また、本実施形態においては、歪計測用フォトマスクや歪計測用マスクのパターンとして、アライメント用パターンと重ね精度測定用パターンのみを形成しているが、その他、より実用の系に近づけるために、適当な回路パターンを含むようなパターンとしてもよい。
また、本発明のマスクの製造方法やパターンの形成方法は、被露光ウエハにパターン露光する工程を有する半導体装置の製造方法において、パターン露光するためのマスクの製造方法やパターンの形成方法として適用できる。
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。
【0073】
【発明の効果】
本発明のマスクの製造方法によれば、座標測定器を用いずに露光姿勢でのマスク歪を計測し、これを基に描画や転写の位置補正を行い、位置精度をより高めることができる。
【0074】
本発明のパターンの形成方法によれば、座標測定器を用いずに露光姿勢でのマスク歪を計測し、これを基に描画や転写の位置補正を行い、位置精度をより高めることができる。
【0075】
本発明の歪計測用フォトマスクを用いることにより、マスクの製造方法とそれを用いたパターンの形成方法において、座標測定器を用いずに露光姿勢でのマスク歪を計測し、これを基に描画や転写の位置補正を行い、位置精度をより高めることができる。
【0076】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体装置を製造するための露光工程で用いるマスクにおいて、座標測定器を用いずに露光姿勢でのマスク歪を計測し、これを基に描画や転写の位置補正を行い、位置精度をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、実施形態に係るマスクを作製し、それを用いてパターン露光する方法のフローチャートである。
【図2】図2は、実施形態に係る歪計測用フォトマスクに形成される歪計測用パターンを示す平面図である。
【図3】図3(a)〜(c)は、実施形態に係るマスクを作製し、それを用いてパターン露光する方法の工程を示す断面図である。
【図4】図4(a)〜(c)は、実施形態に係るマスクを作製し、それを用いてパターン露光する方法の工程を示す断面図である。
【図5】図5(a)〜(c)は、実施形態に係るマスクを作製し、それを用いてパターン露光する方法の工程を示す断面図である。
【図6】図6(a)および(b)は、実施形態に係るマスクを作製し、それを用いてパターン露光する方法の工程を示す断面図である。
【図7】図7は実施形態において歪計測用マスクを位置合わせする位置を示す平面図である。
【図8】図8(a)は、実施形態に係る重ね精度測定用マスクパターンと重ね精度測定用ウエハパターンの配置を示す平面図であり、図8(b)は、重ね精度測定用ウエハパターンと重ね精度測定用マスクパターンの配置を示す平面図である。
【図9】図9(a)および(b)は、実施形態に係るマスクを作製し、それを用いてパターン露光する方法の工程を示す断面図である。
【図10】図10(a)は、変形例に係る重ね精度測定用マスクパターンと重ね精度測定用ウエハパターンの配置を示す平面図であり、図10(b)は、重ね精度測定用ウエハパターンと重ね精度測定用マスクパターンの配置を示す平面図である。
【図11】図11は、従来例に係るマスクを作製し、それを用いてパターン露光する方法のフローチャートである。
【符号の説明】
10…歪計測用フォトマスク、11…アライメント用パターン、11m…マスクアライメント用パターン、11w…ウエハアライメント用パターン、12…重ね精度測定用パターン、12m,12m’…重ね精度測定用マスクパターン、12w…重ね精度測定用ウエハパターン、20…シリコンウエハ、21…酸化シリコン層、22…シリコン層、23…酸化シリコン層、24…メンブレン、25…梁、26…レジスト膜、27,29,42,44,48…アライメント用パターン、27m,29m,42m,44m,48m…マスクアライメント用パターン、27w,29w,42w,44w,48w…ウエハアライメント用パターン、28,30,43,45,49…重ね精度測定用パターン、28m,30m,43m,45m,45m’,49m,49m’…重ね精度測定用マスクパターン、28w,30w,43w,45w,49w…重ね精度測定用ウエハパターン、40…シリコンウエハ、41…レジスト膜、60…シリコンウエハ、61…酸化シリコン層、62…メンブレン、63…梁、64…開口パターン、65…生産マスク、70…被露光ウエハ、71…レジスト膜。
Claims (8)
- 歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンを転写して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する歪計測用マスクパターンを形成し、歪計測用マスクを作製する工程と、
前記歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンをウエハに転写して、歪計測用ウエハパターンを形成し、歪計測用ウエハを作製する工程と、
前記歪計測用ウエハの前記歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層を形成する工程と、
前記感光層に対して所定の距離を離間して前記歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、前記歪計測用ウエハパターンに対して前記歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により前記感光層を露光する工程と、
前記歪計測用ウエハパターンと前記感光層に転写された前記歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定し、前記所定の姿勢における前記歪計測用マスクの歪データを生成する工程と、
前記歪データに応じて描画位置を補正してパターンを描画して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成し、マスクを作製する工程と
を有するマスクの製造方法。 - 前記歪計測用フォトマスクの歪計測用パターンが、マスクアライメント用パターン、ウエハアライメント用パターン、重ね精度測定用マスクパターンおよび重ね精度測定用ウエハパターンを有し、
前記マスクアライメント用パターンおよび前記重ね精度測定用マスクパターンに対して、前記ウエハアライメント用パターンおよび前記重ね精度測定用ウエハパターンが、それぞれ同一の方向および距離にずれた位置に形成されている
請求項1に記載のマスクの製造方法。 - 前記歪計測用ウエハパターンに対して前記歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により前記感光層を露光する工程において、前記歪計測用ウエハパターンにおける前記ウエハアライメント用パターンと、前記歪計測用マスクパターンにおける前記マスクアライメント用パターンとが重なるようにして露光し、
前記歪計測用ウエハパターンと前記感光層に転写された前記歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定する工程において、前記歪計測用ウエハパターンにおける前記重ね精度測定用ウエハパターンと、前記歪計測用マスクパターンにおける前記重ね精度測定用マスクパターンとの重なりから前記重ね精度を測定する
請求項2に記載のマスクの製造方法。 - 歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンを転写して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する歪計測用マスクパターンを形成し、歪計測用マスクを作製する工程と、
前記歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンをウエハに転写して、歪計測用ウエハパターンを形成し、歪計測用ウエハを作製する工程と、
前記歪計測用ウエハの前記歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層を形成する工程と、
前記感光層に対して所定の距離を離間して前記歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、前記歪計測用ウエハパターンに対して前記歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により前記感光層を露光する工程と、
前記歪計測用ウエハパターンと前記感光層に転写された前記歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定し、前記所定の姿勢における前記歪計測用マスクの歪データを生成する工程と、
少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成し、マスクを作製する工程と、
前記歪データに応じて転写位置を補正して、前記マスクを用いて被露光ウエハにパターン露光する工程と
を有するパターンの形成方法。 - 前記マスクを作成する工程において、前記歪データに応じて描画位置を補正してパターンを描画して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成する
請求項4に記載のパターンの形成方法。 - 前記マスクを用いて前記被露光ウエハにパターン露光する工程において、前記被露光ウエハに対して所定の距離を離間して前記マスクを前記所定の姿勢と同一の姿勢で保持して露光する
請求項4に記載のパターンの形成方法。 - 歪計測用パターンとして、マスクアライメント用パターン、ウエハアライメント用パターン、重ね精度測定用マスクパターンおよび重ね精度測定用ウエハパターンを有し、
前記マスクアライメント用パターンおよび前記重ね精度測定用マスクパターンに対して、前記ウエハアライメント用パターンおよび前記重ね精度測定用ウエハパターンが、それぞれ同一の方向および距離にずれた位置に形成されている
歪計測用フォトマスク。 - 被露光ウエハにパターン露光する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンを転写して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する歪計測用マスクパターンを形成し、歪計測用マスクを作製する工程と、
前記歪計測用フォトマスクに形成された歪計測用パターンをウエハに転写して、歪計測用ウエハパターンを形成し、歪計測用ウエハを作製する工程と、
前記歪計測用ウエハの前記歪計測用ウエハパターン形成面上に荷電粒子線により感光する感光層を形成する工程と、
前記感光層に対して所定の距離を離間して前記歪計測用マスクを所定の姿勢で保持し、前記歪計測用ウエハパターンに対して前記歪計測用マスクパターンが重なるように、荷電粒子線により前記感光層を露光する工程と、
前記歪計測用ウエハパターンと前記感光層に転写された前記歪計測用マスクパターンとの重ね精度を測定し、前記所定の姿勢における前記歪計測用マスクの歪データを生成する工程と、
前記歪データに応じて描画位置を補正してパターンを描画して、少なくとも1層の薄膜を有するマスクブランクスの前記薄膜に荷電粒子線の透過部と遮断部を有する所定の転写パターンを形成し、マスクを作製する工程と、
前記歪データに応じて転写位置を補正して、前記マスクを用いて被露光ウエハにパターン露光する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
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