WO2000025351A1

WO2000025351A1 - Method and device for producing mask

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Publication number: WO2000025351A1
Application number: PCT/JP1999/004500
Authority: WO
Inventors: Naomasa Shiraishi
Original assignee: Nikon Corp; Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2001-04-28
Also published as: AU5303499A; TW396295B

Description

明細書マスクの製造方法及び装置技術分野

本発明は、例えば半導体集積回路、撮像素子（C C D等）、液晶ディスプレイ等のマイクロデバイスをリソグラフィ技術を用いて製造する際に使用されるマスクの製造方法及び製造装置、並びにデバイスの製造方法に関し、特に電子線露光装置用のマスクを製造する際に使用して好適なものである。背景技術

半導体集積回路等のデバイスを製造する際に、形成すべき回路パターンを 4〜 5倍程度に拡大したパターンが形成されたレチクル（フォトマスク）のパターンを、縮小投影光学系を介してウェハ等の被露光基板上に縮小投影する転写方式が用いられている。この際に使用される光学式の投影露光装置は、 1ショットの露光範囲が 2 O mm角程度もあり、処理能力が高いという利点がある。

また、光学式の投影露光装置により形成されるパターンよりも微細なパターンの形成が求められる場合には、より高精度にパターンを露光できる電子線露光装置が使用されてきた。従来の電子線露光装置は、電子光学系に収差が多く、 1ショットの露光範囲が 5 / m角程度で光学式の投影露光装置に比べ処理能力が低かったが、近年、比較的大きな面積のパターン（例えば 2 5 0 角程度）を一括して転写できる電子線露光装置が、 Jpn. J. App l . P ys. Vo l . 34 pp. 6658-6662， pp. 6663 - 6671 及び pp. 6672-6678 ( 1995) や、日本国特開平 5— 2 5 1 3 1 7号公報等に開示され注目されている。

これらの電子線露光装置では、シリコンウェハ等のウェハ（wafer) よりなるマスク上の 1 mm角程度のパターン領域に形成されたパターンを電子光学系により 1 / 4程度に縮小し、 2 5 0 /x m角程度のパターン領域に一括して転写していた。また、通常製造される電子デバイス（集積回路）の面積は 2 5 0 i m角よりも大きいため、 2 5 0 x m角程度のパターンを複数個用意し、それらを画面継ぎを行いながら順次転写して電子デバイスの 1つのレイヤへの回路パターンの露光を行うことが提案されている。

また、電子線は貫通能力が低いため、従来より電子線露光装置では、マスクパターンを微細な多数の開口パターン（抜き穴）として形成するステンシルマスクか、又は原子番号の小さい元素からなり電子線を透過できるように極めて薄くされた薄膜上に電子線を散乱する薄膜でマスクパターンを形成したメンブレンマスク等のマスクを使用していた。これらのマスクは、電子線の透過領域を開口又は薄膜として形成することから強度が弱くなるため、各マスクパターンを所定の間隔を隔てて配列されたパターン領域に形成し、各パターン領域の間隔部分を薄膜化せずに厚さの厚いままの領域とするか、又は各パターン領域の間隔部分に補強材（桟）を設けていた。

このような電子線露光装置用のマスクを製造する際には、上記の文献に開示されているように、一例としてマスク基板に、各マスクパターンを形成する複数のパターン領域を所定の間隔を隔てて配列し、マスクパターンが形成される面の反対側から各パターン領域をエッチングして薄膜部を形成し、パターン領域間の間隔部分の厚さを厚いままにしていた _c そして、そのマスク基板のパターン形成面にレジストを塗布した後、電子線描画装置により順次各パターン領域にパターンを描画し、更にェ、ソチング等のプロセスを経て、レジストパターンから各マスクパターンを形成していた。

上記の如く従来のマスクの製造方法では、マスク基板上に電子線描画装置により直接マスクパターンを描画していた。しかしながら、電子線描画装置は処理能力が低いため、マスクの製造に要する時間が多大になるという不都合があった。特に伺一のマスクを複数枚製造する場合には、製造に要する時間が極めて長くなつてしまう。また、マスクパターンを描画する際には、パターンデ一夕から描画データへ変換するときにデー夕変換エラ一が生じる恐れがあった。そして、デ一夕変換エラー等により描画誤差が生じた場合には、作成したマスクを全面的に作り直さなければならず、マスクの製造に要する時間及び製造コスト等が多大になるという不都合があった。

本発明は斯かる点に鑑み、例えば電子線転写装置で使用されるマスクを、より短時間かつ低コストに製造できるマスクの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのようなマスクの製造方法を実施できるマスクの製造装置を提供することをも目的とする。更に、本発明は、そのようなマスクの製造方法を用いたデバイスの製造方法を提供することをも目的とする。発明の開示

本発明によるマスクの製造方法は、基板（1 A ; 1 B) 上に少なくとも一次元方向に所定の境界領域（ l Ab ； l B b) を隔てて配列された所定形状の複数のパターン領域（l Aa ； I B a) を有し、この複数のパターン領域のそれぞれに転写用のパターン（Ρ,Α ; Ρ _{1 Β}) が形成されたマスクの製造方法であって、その複数のパターン領域とその境界領域とを合わせたパターンを拡大した親パターン（P KA ; P RB) を描画することによってマスターマスク（R A ; R B ) を作製し、このマスターマスクのその親パターンの縮小像をその基板上に転写するものである。斯かる本発明によれば、転写すべきパターンを拡大した親パターンを例えばガラス基板上に描画することでマスターマスクが作成される。この際の描画には、例えば電子線描画装置を使用するが、描画するパターンは従来よりも粗いパターンであり、描画精度も低くてよいため、描画時間は短くできると共に、データ交換エラー等の生じる確率は低くなる _c また、ガラス基板を使用するときには、欠陥検査及び欠陥修正技術等が確立されているため、仮に描画誤差が生じた場合であっても、容易に描画誤差を修正できる。その後、そのマスターマスクの縮小像を、例えば光学式の縮小投影露光装置を用いてウェハ等の基板上に転写することで、描画誤差を軽減させてマスクが製造される。この際に、そのマスターマスクを繰り返して転写することによって、複数枚のマスクを製造することができ、電子線描画装置により複数枚のマスクを製造する場合に比べ、マスクの製造に要する時間を大幅に短縮し、マスク製造コストを大きく低減できる。また、マス夕一マスク（R A ; R B ) に描画する親パターン（Ρ Κ .Λ ; P R B ) の倍率が大きいときには、それほど高い描画精度が要求されないため、マスターマスクの描画には処理能力の高いレーザビ一ム描画装置を使用することもでき、これによつて更にマスク製造時間を短縮できる。

また、そのパターン領域内でのパターン密度の非対称性によるその基板の応力変形を補償するように、そのマスターマスク上でのその親パ夕ーンの一部の形成位置を補正することが望ましい。

また、そのパターン領域内に形成されるパ夕一ンの一部の位置を変化させることが望ましい。

また、その親パターンを複数の部分親パターンに分割し、この複数の部分親パターンをそれぞれ形成して複数枚のマスターマスクを作製すると共に、この複数の部分親パターンの縮小像をその基板上に画面継ぎを行いながら転写し、そのマスターマスク上でその部分親パターンの一部の形成位置を補正することが望ましい。

次に、本発明のマスクの製造装置は基板（ 1 E) 上に少なくとも一次元方向に所定の境界領域を隔てて配列された所定形状の複数のパターン領域を有し、この複数のパターン領域のそれぞれに転写用のパターンが形成されたマスクの製造装置であって、その複数のパターン領域とその境界領域とを合わせたパターンを拡大した親パターンを分割した部分親パターンがそれぞれ描画された複数のマスターマスク（RC〜RG) が順次載置されるマスクステージ（ 1 0) と、その基板（ 1 E) を保持して位置決めする基板ステージ（ 1 7) と、そのマスクステージ上のマス夕一マスク（R C) とその基板上に既に転写されているその部分親パ夕ーンの像との継ぎ合わせを行う継ぎ合わせ装置（ 1 1， 1 6) と、そのマスクステージ上のマスタ一マスクに露光用の照明光を照射する照明光学系（ 1 2) と、そのマスターマスクのパターンの縮小像をその基板ステージ上に保持されたその基板上に投影する投影光学系（ 1 5) と、を備えたものである。

斯かる本発明のマスクの製造装置によれば、本発明のマスクの製造方法を実施することができ、その 1組のマスターマスクから複数枚のマスクを製造することができ、電子線描画装置により複数枚のマスクを製造する場合に比べ、マスクの製造に要する時間を短縮し、より低コストにマスクを製造することができる。

次に、本発明のデバイスの製造方法は、積層構造のデバイスの所定のレイヤのパターン（2) を第 1基板（5 C) 上に形成するためのデバィスの製造方法であって、その所定のレイヤのパターン（2) を ο;倍（α は 1より大きい実数）に拡大したパターン（3) を少なくとも一次元方向に分割して得られる複数の第 1パターン（4 a) を、その分割方向に所定間隔（4 b) を隔てて配置することによって第 2パターン（4) を作成する第 1工程と、この第 2パターン（4) を /3倍（/3は 1より大きい実数）に拡大した親パターン（6) を 1枚又は複数枚の第 2基板上に描画することによってマス夕一マスク（R i ( i = l〜N) ) を作製する第 2工程と、このマスタ一マスクのパターンを 1ノ /3倍に縮小した光学像を第 3基板（ 1 D) 上に転写することによってワーキングマスク (WM4) を作製する第 3工程と、このワーキングマスク上のその複数の第 1パターンに対応するパターン（P_1D) を 1 Ζο;倍に縮小した荷電粒子線像をパターンの繋ぎ合わせを行いながらその第 1基板（5 C) 上に転写する第 4工程と、を有するものである。

斯かる本発明のデバイスの製造方法によれば、そのマスターマスク (R i ) から例えば光学式の投影露光装置を用いて複数枚のワーキングマスクを製造することができ、電子線描画装置により複数枚のヮーキングマスクを製造する場合に比べ、マスクの製造に要する時間、ひいてはデバイスの製造に要する時間を短縮し、より低コストにデバイスを製造することができる。また、複数種類のデバイスを製造する際に、その複数種類のデバイスに形成するパターンに共通部分がある場合には、そのパターンの共通部分を親パターンとして描画したマスターマスクを作製することにより、複数種類のデバイスを製造する際にそのマスタ一マスクを共通して使用することができ、デバイスをより低コス卜に製造することができる。図面の簡単な説明

図 1 (A) は、本発明のマスクの製造方法の実施の形態の一例において製造される電子線露光装置用の第 1のワーキングマスクを示す平面図、図 1 (B) は、図 1 (A) の AA線に沿う断面図である。図 2は、本発明の実施の形態の一例において製造できる電子線露光装置用の第 2のヮ —キングマスクを示す図である。図 3 (A) は、図 1のワーキングマスク WM 1からウェハ上に転写される回路パターンを拡大したパターンを示す図、図 3 (B) は、図 3 (A) のパターンを分割して描画することで製造されるマスターレチクルを示す図である。図 4 (A) は、図 2のワーキングマスク WM 2からウェハ上に転写される回路パターンを拡大したパターンを示す図、図 4 (B) は、図 4 (A) のパターンを分割して描画することで製造されるマスタ一レチクルを示す図である。図 5は、複数枚のマスターレチクル上のパターンを転写して製造されたヮ一キングマスクを示す平面図である。図 6は、ワーキングマスク製造用の基板に対して露光を行う際に使用される光学式の縮小投影型露光装置を示す概略構成図である。図 7は、図 6の縮小投影型露光装置のァライメント光学系 1 6近傍を示す一部を切り欠いた拡大図である。図 8は、マス夕ーレチクルに形成される親パターンの設計工程の一例を示す図である。図 9は、ワーキングマスク及び半導体デバイスの製造工程の一例を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の好適な実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。本例は、電子線露光装置に使用されるマスクの製造方法に本発明を適用したものである。

図 1 (A) は、本例において製造対象とする電子線露光装置用のヮーキングマスク WM 1を示し、この図 1 (A) において、ワーキングマスク WAi 1は、厚さ 1 0 0 m〜 1 mm程度のシリコンウェハ等の円板状のウェハ（wafer) よりなるマスク基板 1 Aに、原版パターンとしての複数のマスクパターン P _1Aを形成したものである。図 1 (B) は、図 1 (A) の AA線に沿う断面図を示し、この図 1 (B) において、ヮ一キングマスク WM 1のマスクパターン P _{1 Λ}が形成される面の反対側の面 (以下「裏面」という）には、厚さを一例として 20 / m程度以下にした複数列の薄膜部 1 A aが形成されている。薄膜部 1 A の表面が本発明のパターン領域に対応している。図 1 (A) に示すように、薄膜部 1 A aは、短辺方向の幅が 1〜2mm程度の長方形状となるように、彫り込みを行ったものであり、この長方形状の複数列の薄膜部 1 Aaの反対側のマスク基板 1 Aの表面にそれぞれマスクパターン P _1Λが形成されている。また、ヮ一キングマスク WM 1の強度を保っため、複数列の薄膜部 1 A aの短辺方向の間には、その短辺方向の幅の 1 0〜 50 %程度の幅の厚さの厚い領域（以下、「桟部」という） lAbが形成されている。本例の桟部 1 Abの厚さは、マスク基板 1 Aの厚さと同一である。また、マスク基板 1 Aの桟部 1 A bは電子ビームが透過できない範囲で 30 m程度まで薄くしてもよい。

このようにワーキングマスク WM 1には、薄膜部 1 A aと桟部 1 A b とが交互に形成されるため、ワーキングマスク WM 1上の複数列のマスクパターン P _1Aを電子線露光装置によりウェハ上に転写する際には、桟部 1 A bにより仕切られた各マスクパターン P _1Λの縮小像を画面継ぎを行いながら順次繋ぎ合わせて転写することになる。各マスクパターン Ρ _1Αは、最終的にウェハ上に形成される 1つの回路パターンの拡大パターンを、 1〜 2 mm程度の幅毎に分割したものとなっている。

なお、ステンシルマスクを製造する場合には、各マスクパターン Ρ_1Λ は薄膜部 l Aa内に微小な多数の開口部として形成される。この場合には、薄膜部 l Aaは、電子線をあまり透過させないように厚めに形成される。一方、メンブレンマスクを製造する場合には、マスク基板 1 Aとして表面に例えば S i N (窒化シリコン）の膜が形成されたシリコンゥェハを使用し、このマスク基板の薄膜部 1 Aaに相当する領域のシリコンを全て除去し、 S i Nの膜上に電子線を散乱するタングステン（W) 等の材料によって各マスクパターン P _1Λを形成することになる。

図 2は、本例のマスクの製造方法により製造できる電子線露光装置用のヮ一キングマスクの他の例を示し、この図 2において、ワーキングマスク WM 2のマスク基板 1 Βの裏面には、 1辺がほぼ 1〜 2 mm程度の正方形状の薄い薄膜部 1 B aが形成され、各薄膜部 1 B aはその各辺の長さの 1 0〜5 0 %程度の幅の厚い桟部 1 B bを隔てて縦横に 2次元的に配列されている。また、ワーキングマスク WM 1 (図 1参照）と同様に、パターン領域としての各薄膜部 1 B aの表面にはそれぞれマスクパターン P _{1 B}が形成されている。なお、説明の便宜上、図 1、図 2ではマスク基板 1 A， 1 Bの外径に比べて、薄膜部 1 Aa, I B a及びマスクパターン Ρ _1Λ， Ρ _{1 Β}を大き目に表している。

この場合も、ワーキングマスク WM 2上の各マスクパターン Ρ _1Βを電子線露光装置によりゥェ八上に転写する際には、各マスクパターン Ρ _{1 Β} の縮小像が画面継ぎを行いながら順次繋ぎ合わされて転写される。なお、電子線露光装置による画面継ぎを行いながらのマスクパターンの転写の詳細については、既に引用した文献「Jpn. J. Appl.Phys. Vol.34, pp.66 58-6662, pp.6663-6671, pp.6672-6678 (1995) J 又は日本国特開平 5— 2 5 1 3 1 7号公報に開示されているため、ここでは詳細な説明は省略する。

なお、本発明によるワーキングマスク上のパターンをウェハ上に転写する電子線露光装置は、上記文献や公報だけではなく、例えば日本国特開平 8— 64 5 2 2号公報及び対応する米国特許第 5 6 247 7 4号、米国特許第 5079 1 1 2号等にも開示されており、本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、上記公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。また、本発明によるワーキングマスクの具体的な構成は、例えば米国特許第 526 0 1 5 1号に開示されており、本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、この米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

本例では、各マスクパターン及び各桟部に相当する境界領域を含むパターンを所定の倍率で拡大した親パターンを描画したマスターレチクルを作製し、このマスタ一レチクル上のパターンをマスク基板に縮小転写してワーキングマスクを製造する。以下、このマス夕一レチクルの製造方法等につき説明する。

図 3 (A) は、電子線転写装置により図 1のヮ一キングマスク WM 1 からウェハ上に転写される回路パターンを所定倍率で拡大したパターン P _5Aを示し、図 4 (A) は、図 2のワーキングマスク WM 2からウェハ上に転写される回路パターンを所定倍率で拡大したパターン P 5 Bを示す。これらのパターン P 5 Λ及び P 5 Bにそれぞれ所定の境界領域を組み込んだパターンを電子線描画装置を介してガラス基板上に描画することによつて、図 3 (B) のマスターレチクル R A及び図 4 (B) のマスタ一レチクル RBが製造される。

図 3 (B) のマスターレチクル R Aは、図 1のワーキングマスク WM 1を製造する際に使用され、図 4 (B) のマスターレチクル RBは、図 2のワーキングマスク WM 2を製造する際に使用される。図 3 (B) において、マス夕一レチクル R Aには、図 3 (A) のパターン Ρ_5Λを分割して、境界領域を挟んで配列した親パターン Ρ_ΚΛが描画によって形成されている。また、同様にマスタ一レチクル R Βには、図 4 (Α) のパ夕ーン P 5Bを分割して、境界領域を挟んで 2次元的に配列した親パターン

P KBが描画によって形成されている。

図 1のワーキングマスク WM 1上の各マスクパターン P _1Aは、その短辺方向の幅が 1〜 2 mmで配列されているため、マス夕一レチクル R A 上の親パターン Ρ_ΚΛを例えば縮小倍率 1ノ 5倍でマスク基板 1 Α上に転写する場合には、マス夕一レチクル RA上の親パターン P_RAは、その短辺方向の幅が 5〜1 0mmで配列されることになる。そして、電子線露光装置によりマスクパターン P _1Aを、例えば縮小倍率 1ノ 4倍でウェハ上に転写する場合には、マスターレチクル R A上に形成する親パターン Ρ_ΚΛには、最終的に製造される半導体デバイスの基板（ウェハ）上に形成される回路パターンに許容される誤差の 20倍の誤差が許容されることになる。従って、マスターレチクルを製造する際には、従来使用されている電子線描画装置に比べて低精度ではあるが描画速度の速いレーザビーム描画装置をも使用することができ、より短時間でマスターレチクルを製造することができる。

また、ワーキングマスク WM 1を製造する際には、既に薄膜部 lAa が形成されたマスク基板 1 Aの表面に、その薄膜部 1 A aとの位置の整合性をとりつつマスターレチクル R Aの親パターン P _RAの縮小像を転写する。そこで、これらの分割された親パターン PRAの間隔が、縮小した際にワーキングマスク WM 1上の各薄膜部 lAaの間隔、即ち桟部 1 A bの幅と一致するようにマスタ一レチクル R Aを製造する必要がある。マス夕一レチクル RBについても同様である。

以上の実施の形態においては、説明の簡単のためワーキングマスクの製造にマスターレチクルを 1枚しか使用していないが、 1枚のマスターレチクルから転写できる領域は最新の光学式の投影露光装置を使用した場合であっても、 2 0mm角程度の面積であり、更に 1Z4倍に縮小するものとすると、ウェハ上では 5 mm角程度の面積にしかならない。そのため、実際にワーキングマスクを製造する際には、複数枚のマスターレチクルを製造し、それらの親パターンを画面継ぎを行いながら順次ヮ一キングマスク用の基板に転写することになる。

なお、ここでの画面継ぎとは、それぞれのマスターレチクルから転写されるパターンをワーキングマスク上で繋ぎ合わせることのみを意味する訳ではなく、それぞれのマスターレチクル上に所定の間隔で離散的に形成された前記親パターンのそれぞれが、所定の間隔で周期的に配列されるワーキングマスク上の前記離散的なパターン領域に対して、それぞれ正確に位置決めして転写されることを含むことは言うまでもない。図 5は、複数枚のマス夕一レチクルを使用して製造したワーキングマスク WM 3を示し、この図 5において、ヮ一キングマスク WM 3のマスク基板 1 C上には、例えばそれぞれ異なるマスターレチクルから転写された 1組（図 5では 1 6個）のパターン P，〜P _{1 6}が形成されている。これらのパターン P！〜P _{1 6}の内部は、 1〜 2 mm程度の幅の複数のマスクパターンと各マスクパターン間の間隔部分とからなり、各パターン P 1 〜P , ₆の形成位置は、各マスクパターンの位置が、マスク基板 1 C の裏面に形成された薄膜部と一致するようになっている。

なお、これらのパターン〜P _{1 6}を全て異なるマスターレチクル上に形成する必要はなく、いくつかのパターンを、同一のマスタ一レチクル上に形成するようにしてもよい。この場合には、 1枚のマスタ一レチクルに形成された複数のパターンのうちから所望のパターンを選択してマスク基板 1 C上に転写すればよい。

また、このようにワーキングマスク WM 3に形成するマスクパターンを複数のパターンに分割する際には、例えば面積を等分して分割するようにしてもよいが、特定の機能を有するユニット回路パターン毎、例えばシステム L S Iを構成する I P (Intellectual Property) 部毎に分割することが望ましい。即ち、 CPUコア部、 RAM部、 ROM部、 AZ D変換部、 DZA変換部等の各ユニット回路パターン毎に、それぞれ異なるマスターレチクルに形成することが望ましい。この場合には、異なる品種のシステム L S I用のワーキングマスクを製造する際に、共通する I P部については、同一のマスターレチクルを使用することができ、マスタ一レチクルの製造枚数を少なくすることができる。従って、ヮーキングマスクの製造コスト、ひいては各種のシステム L S Iの製造コストを削減することができる。

次に、上記の実施の形態のマスクの製造方法を適用した半導体デバイスの製造工程の一例につき図 8及び図 9を参照して説明する。

図 8は、本例のマスタ一レチクルに形成される親パターンの設計工程を示し、この図 8において、先ず最終的に製造される半導体デバイスの或るレイヤの回路パターン 2が設計される。次に、その回路パターン 2 をひ倍（α> 1) に拡大して拡大パターン 3を作成し、この拡大パ夕一ン 3を分割して得られる複数の長方形のパターン 4 aを、短辺方向に所定間隔 Lを隔てて配置することによってマスクパターン 4をコンビユー夕の設計データ（画像データを含む）上で作成する。即ち、各パターン 4 a間にそれぞれ幅 Lの境界領域 4 bが形成される。なお、ひ倍は、ヮ —キングマスクが使用される電子線露光装置の縮小倍率（1/ひ）の逆数であり、 αは例えば 4, 5等である。そして、そのマスクパターン 4 を β倍 (i3〉 l) に拡大した親パターン 6を設計データ（画像データを含む）上で作成し、その親パターン 6を縦横に分割して N個の部分親パターン P I, P 2, ···, PNを設計データ上で作成する。図 8では、 N = 1 6の例が示されている。なお、 j3倍は、マスタ一レチクルのパターンを縮小転写する際に使用される光学式の投影露光装置の縮小倍率（ 1 / β ) の逆数であり、は例えば 4， 5等である。また、部分親パターン P 1〜P Nの分割方法は、上述のように I P部毎に不規則に行ってもよい。

図 9は、本例のワーキングマスク及び半導体デバイスの製造工程を示し、この図 9において、先ず図 8の部分親パターン P i ( i = l〜N ) よりそれぞれ電子線描画装置（又はレーザビーム描画装置等も使用できる）用の描画データを生成し、その部分親パターン P i をそれぞれ等倍で、遮光膜が形成され、この上にレジストが塗布されたガラス基板上のパターン領域 7に描画し、現像及びエッチング等を行うことによって、親マスクとしてのマスターレチクル R i を作成する。

次に、光学式のステッパー等の投影露光装置を用いて、その N枚のマスターレチクル R i の部分親パターン P i の 1 Z 3倍の縮小像 P I i ( i = l〜N ) を、順次画面継ぎを行いながらフォトレジストが塗布されたマスク基板 1 D上に転写する。その後、マスク基板 1 D上に塗布されたフォトレジストを現像し、エッチング等を行うことでワーキングマスク WM 4が完成する。そして、ヮ一キングマスク WM 4上のマスクパターン P _{1 D}を電子線露光装置により縮小倍率 1 Ζ αで、レジス卜の塗布されたウェハ 5 C上の各ショット領域 S Αに画面継ぎを行いながら順次転写して、現像やエッチング等を行うことにより、或るレイヤの回路パ夕一ン P _{5 C}が形成される。更に、露光工程、パターン形成工程を繰り返した後、ダイシング工程やボンディング工程を経ることによって、所望のデバイスが製造される。

次に、本例のマスクの製造装置につき図 6及び図 7を参照して説明する。

図 6は、ワーキングマスク製造用の基板に対して露光を行う際に使用される光学式の投影露光装置を示し、この図 6において、露光時には、露光光源、照度均一化用のフライアイレンズ（又はロッドインテグレー夕）、照明系開口絞り、レチクルブラインド（可変視野絞り）、及びコンデンサレンズ系等からなる照明光学系 1 2より、露光光がレチクルステ一ジ 1 0上のマス夕一レチクル R Cに照射される。マスターレチクル RCは、例えば図 3 (B) 又は図 4 (B) のようなレチクルである。なお、露光光としては、 K r Fエキシマレーザ光（波長 248 nm) 、 A r Fエキシマレーザ光（波長 1 93 nm) 、 F₂ レーザ光（波長 1 57 nm) 、固体レ一ザの高調波、又は水銀ランプの i線（波長 365 nm) 等のような波長が 1 00〜400 nm程度の紫外光が使用される。

照明光学系 1 2のレチクルブラインドにより設定された照明領域内のマス夕一レチクル R Cのパターンの像は、投影光学系 1 5を介して縮小倍率 1 Ζ]3 ( 173は例ぇば174, 1 5等）で、表面に感光性の薄膜としてのフォトレジス卜が塗布されたウェハよりなるマスク基板 1 Ε 上に転写される。本例の投影光学系 1 5は、両側テレセントリックの屈折系であるが、それ以外に凹面鏡等を含む反射屈折系等を使用してもよレ^ 以下、投影光学系 1 5の光軸 ΑΧに平行に Ζ軸を取り、 Ζ軸に垂直な平面内で図 6の紙面に平行に X軸を、図 6の紙面に垂直に Υ軸を取つて説明する。

先ず、マスタ一レチクル RCの対向する 1対の辺の近傍の上方にレチクルァライメント顕微鏡（RA顕微鏡） 1 1が配置され、この RA顕微鏡 1 1により、マスターレチクル RC上のァライメントマーク（不図示）の位置を計測し、この計測結果に基づいてレチクルステージ 1 0を駆動することによって、マス夕一レチクル R Cを ΧΥ平面内でマスク基板 1 Εに対して位置決めする。

一方、マスク基板 1 Eは、不図示の基板ホルダに真空吸着（又は無吸着の 3点支持）によって保持され、この基板ホルダは試料台 1 7上に固定され、試料台 1 7は試料ステージ 2 0上に移動自在に載置されている試料ステージ 2 0は、例えばリニアモー夕方式で X方向、 Y方向に試料台 1 7を位置決めする。また、マスク基板 1 Eには、複数のマスターレチクル R C〜R G上にそれぞれ形成されたパターンの縮小像を順次画面継ぎを行いながら転写するため、マス夕一レチクル R C〜R Gとマスク基板 1 Eとの位置合わせを高精度に行う必要がある。そのため、試料台 1 7の上部に移動鏡 1 8が固定されており、移動鏡 1 8及びレーザ干渉計 1 9によって試料台 1 7の X座標、 Y座標、及び回転角が計測され、この計測値に基づいて試料ステージ 2 0の制御が行われる。また、不図示のォ一トフォーカスセンサにより、マスク基板 1 Eのフォーカス位置 (光軸 A X方向の位置）が計測されており、試料台 1 7は、マスク基板 1 Eのフォーカス位置及び傾斜角を制御することによって、マスク基板 1 Eの表面を投影光学系 1 5の像面に合わせ込むことができる。

また、本例では、レチクルステージ 1 0の側方に棚状のマスターレチクルライブラリ 1 4が配置され、マスターレチクルライブラリ 1 4内に Z方向に順次配列された支持板上にマスターレチクル R D〜R Gが載置されている。これらのマスターレチクル R C〜R Gには、例えば図 8の親パターン 6を分割した部分親パターン又は複数種類の I P部等のパ夕 —ンがそれぞれ描画によって形成されている。従って、マスターレチクル R C〜R Gの枚数は 5枚には限定されず、必要に応じて増減される。マス夕一レチクルライブラリ 1 4は、不図示のスライド装置によって Z 方向に移動自在に支持されており、レチクルステージ 1 0とマスターレチクルライブラリ 1 4との間に回転自在で Z方向に所定範囲で移動できるレチクルローダ 1 3が配置されている。スライド装置によりマスターレチクルライブラリ 1 4の Z方向の位置を調整した後、レチクルローダ 1 3によりマス夕一レチクルライブラリ 1 4中の所望の支持板とレチクルステージ 1 0との間で、所望のマス夕一レチクル R C〜R Gの受け渡しができるように構成されている。

また、本例では複数枚のワーキングマスクを連続して製造するために、ワーキングマスク用のマスク基板 1 E， 1 Fを搬送するためのマスク基板ローダ 2 1が、試料ステージ 2 0の近傍に配置されている。マスク基板ローダ 2 1は、裏面に桟構造のあるマスク基板 1 E， I Fを変形させることなく例えば真空吸着によって保持するため、マスク基板を保持する面に例えばマスク基板の裏面の桟の位置に合わせた真空吸着孔が形成されている。これは試料台 1 7上の基板ホルダ（不図示）についても同様である。

また、マスタ一レチクル R C上の親パターンの縮小像とマスク基板 1 Eの裏面に形成された薄膜部 1 E a (図 7参照）とを高精度に位置合わせして露光するため、本例の露光装置には、ァライメント光学系 1 6が設けられている。

図 7は、本例の裏面照明表面検出のァライメント光学系 1 6近傍を示し、この図 7において、試料台 1 7中に設けた光源 2 2及びコンデンサレンズ 2 3よりなるァライメント用照明光学系から波長 7 0 0〜 1 0 0 0 n m程度の近赤外光をマスク基板 1 Eの裏面より照明し、その透過光を例えば撮像系よりなるァライメント光学系 1 6で検出する。マスク基板 1 Eの材料をシリコンウェハであるとして近赤外光は、シリコンに対してある程度の透過性を有するため、その透過光の強度がマスク基板 1 Eの厚さ、即ちマスク基板 1 Eの裏面の照明領域が薄膜部 1 E aである、桟部 1 E bであるかによって変動する。従って、その透過光の像の強度に基づいてマスク基板 1 Eの薄膜部 1 E aの位置を検出し、親パ夕ーンの縮小像と薄膜部 1 E aとを位置合わせして露光することができる図 6に戻り、マス夕一レチクル R C〜R G上の親パターンをマスク基板 1 Eに転写する際には、先ず R A顕微鏡 1 2を用いてマスタ一レチクル R Cのァライメントを行い、試料台 1 7を移動することによってマスク基板 1 E上の所定のショット領域を投影光学系 1 5の露光領域に移動する。また、マスターレチクル R C上の所望のパターンのみが照明されるように、照明光学系 1 2のレチクルブラインドを調整する。そして、照明光学系 1 2によってマスタ一レチクル R C上のそのパターンを照明し、そのパターンの縮小像を投影光学系 1 5を介してマスク基板 1 E上に投影露光する。そして、仮にマスターレチクル R C上の異なる領域のパターンの像を、マスク基板 1 E上の異なるショット領域に転写する際には、 1つのショット領域に対する露光が終了すると、照明光学系 1 2 のレチクルブラインドを調整してマス夕一レチクル R C上の次の転写対象のパターンが照明されるようにし、試料台 1 7を移動してマスク基板 1 E上の次のショット領域を投影光学系 1 5の露光領域に移動して、マスターレチクル R Cのパターンの像を露光するという動作がステップ · アンド · リピート方式で繰り返されて、マスク基板 1 E上の所定のショット領域への露光が行われる。

そして、マス夕一レチクル R C上のパターンの露光が終了すると、試料台 1 7を移動してマスク基板 1 E上の次のショット領域を投影光学系 1 5の露光領域に移動し、これと並行してレチクルステージ 1 0上のマスターレチクル R Cがレチクルローダ 1 3を介してマスターレチクルラィブラリ 1 4に戻され、次の転写対象のマスタ一レチクル R Dがレチクルローダ 1 3を介してレチクルステージ 1 0上に載置される。そしてァライメン卜が行われた後、そのマスターレチクル R Dの縮小像が投影光学系 1 5を介してマスク基板 1 E上の対応するショット領域に投影露光され、以下ステップ ' アンド ' リピート方式でマスク基板 1 E上の残りのショット領域に、順次対応するマスターレチクル R E〜R Gの縮小像の露光が行われる。そして、全てのショット領域に対しての露光が終了した後、マスク基板 1 E上に塗布されたフォトレジストを現像して、ェツチング工程、レジスト剥離工程等を経ることにより、マスタ一レチクル R C〜R G上の各パターンがマスク基板 1 E上に画面継ぎされた状態で形成される。

なお、電子線露光装置を使用してマスク基板 1 Eのパターンをゥェ八に転写する際のマスク基板 1 Eのァライメント用のマスクマーク及びゥェハ上に形成されたパターンの位置を次工程で検出するためのウェハマ —クを、マスク基板 1 E (ワーキングマスク）に形成しておくため、マス夕一レチクル R C〜R Gの内少なくとも 1枚には、これらのァライメント用のマークが形成されている。

なお、本例では一括露光型の投影露光装置を使用したが、その代わりにステップ，アンド ·スキャン方式のような走査露光型の縮小投影露光装置を使用してもよい。なお、マスタ一レチクルのパターンの縮小像をワーキングマスク用の基板上に転写する際には、光学方式以外の縮小転写装置、例えば比較的低い精度の電子線露光装置を使用してもよいが、光学方式の縮小転写装置を使用する場合には、製造技術及び描画誤差の修正技術の確立されたガラス基板を使用して製造されるマスタ一レチクルを使用できるため、マス夕一レチクルの製造、検查、及び修正を容易に行うことができるという利点がある。

なお、ワーキングマスクにマスクパターンを形成する前に、ヮーキングマスクのマスク基板の裏面に薄膜部を形成しておくことが望ましい。これは、マスクパターンの形成後に薄膜部を形成すると、薄膜部の形成に伴う応力によりマスク基板が変形し、マスクパターンに位置ずれが生じてしまう恐れがあるためである。

このワーキングマスクの変形（応力変形）は、薄膜部の形成によって生じるのみでなく、マスクパターンの形成によっても生じる場合がある _c 特に、幅 1 mm程度以内の長方形の領域又は 1 mm角程度の領域よりなる薄膜部上で、そこに形成されるマスクパターンの密度（粗密の程度）分布に大きな非対称性がある場合には、このマスクパターンの密度差に応じてその薄膜部内での応力変形が生じ、形成されるマスクパターンが所望の位置からずれてしまう恐れがある。

このパターンの密度差によるワーキングマスクの応力変形は、マスクパターンデータに基づいてシミュレ一ションにより推定することができる。従って、マスターレチクルを製造する際に、応力変形によるマスクパターンの位置ずれ量を予め推定し、マスターレチクル上での親パターン（部分親パターン）の形成位置を所定量ずらすことによって、パターンの密度差によるマスクパターンの位置ずれを補正することができる。即ち、マスターレチクル上の親パターン（部分親パターン）には、ヮ —キングマスクの薄膜部に対応する複数のサブフィールドと桟部に対応する境界領域とが含まれており、サブフィールド内でのパターン密度の非対称性による応力変形を補償するように、そのサブフィールド内においてパターンの一部の形成位置を所定の設計位置から所定量ずらす、換言すればパターンの一部をその他の部分に対して相対的にずらすことによって、パターンの密度差によるワーキングマスクのマスクパターンの位置ずれを補正することができる。なお、この補正によってサブフィ一ルドは変形することになる。

また、親パターン（部分親パターン）内の全てのサブフィールドについてその形成位置を補正する必要はなく、非対称性による応力変形、即ちパターンの一部の変位が所定の許容値を越えるサブフィールドのみについてその形成位置を補正すればよい。

なお、ワーキングマスクの製造に使用する投影露光装置の投影光学系のディストーションによるマスクパターンの位置ずれ量も補正されるように、マスターレチクル上での親パターンの形成位置を所定量ずらすことが好ましい。

本例では、このようにマスクパターンの位置ずれを、マスターレチクルに親パターンを形成する段階、即ち、形成するパターンが大きい段階で補正することにより、より高精度に位置補正を行うことができる。なお、上記の実施の形態のマスクの製造方法は、半導体デバイスを製造する場合のみならず、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する場合や、 C C D等の撮像素子、プラズマディスプレィ素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造する場合にも広く適用できる。

また、ワーキングマスク製造用の光学式の投影露光装置の露光用の照明光として、 D F B半導体レーザ又はファイバレ一ザから発振される赤外域又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（E r ) (又はエルビウムとイッテルビウム（Y b ) の両方）がドープされたファイバ一アンプで増幅し、かつ非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。例えば、単一波長レーザの発振波長を 1 . 5 4 4〜1 . 5 5 3 mの範囲内とすると、 1 9 3〜 1 9 4 n mの範囲内の 8倍高調波、即ち A r Fエキシマレ一ザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を 1 . 5 7〜1 . 5 8 /x mの範囲内とすると、 1 5 7 〜 1 5 8 n mの範囲内の 1 0倍高調波、即ち F ₂ レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。

なお、ワーキングマスク製造用の光学式の投影露光装置の露光用の照明光として、エキシマレーザ等の遠紫外線を用いる場合には、投影光学系等の硝材として石英（S i〇₂ ) や蛍石（C a F ₂ ) 等の遠紫外線を透過する材料が用いられる。また、投影光学系は屈折系、反射系、及び屈折レンズと凹面鏡等の反射光学素子とを組み合わせて構成した反射屈折系（力夕ジォプトリック系）の何れでもよい。反射屈折系としては、例えば米国特許第 5 7 8 8 2 2 9号に開示されているように、複数の屈折光学素子と 2つの反射光学素子（少なくとも一方は凹面鏡）とを、折り曲げられることなく一直線に延びる光軸上に配置した光学系を用いることができる。なお、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいてこの米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

また、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をすると共に、多数の機械部品からなるレチクルステージや試料ステージ（裏面照明表面検出のァライメント光学系 1 6等を含む）を露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより、上記の実施の形態のワーキングマスク製造用の光学式の投影露光装置を製造することができる。なお、投影露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。更に、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む、 1 9 9 8年 1 0月 2 8日付提出の日本国特許出願第 1 0— 3 0 6 6 2 6号の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用してここに組み込まれている。産業上の利用の可能性

本発明のマスクの製造方法によれば、マスタ一マスクの基板としては例えば光学式の縮小投影型露光装置用のガラス基板を使用できる。この場合には、マスクの欠陥検査及び欠陥修正技術等が確立されているため、仮に描画誤差が生じた場合であっても、短時間に容易に描画誤差を修正できる。従って、例えば電子線転写装置用のマスク基板に電子線描画装置で直接パターンを描画する場合に比べて、修正までを含めた全体の製造コストを低減し、マスク製造時間を短縮することができる。また、そのマスターマスクから、例えば光学式の投影露光装置を用いて露光転写を繰り返すのみで複数枚のマスクを製造することができ、電子線描画装置により複数枚のマスクのパターンを描画する場合に比べ、全部のマスクの製造に要する時間を大幅に短縮し、製造コストも大きく低減できる。次に、本発明のマスクの製造装置によれば、本発明のマスクの製造方法を実施することができ、そのマスターマスクから複数枚のマスクを製造することができ、電子線描画装置により複数枚のマスクのパターンを直接描画する場合に比べ、マスクの製造に要する時間を短縮し、より低コス卜にマスクを製造することができる。

次に、本発明のデバイスの製造方法によれば、電子線描画装置により複数枚のワーキングマスクを製造する場合に比べ、マスクの製造に要する時間、ひいてはデバイスの製造に要する時間を短縮し、より低コストにデバイスを製造することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 基板上に少なくとも一次元方向に所定の境界領域を隔てて配列された所定形状の複数のパターン領域を有し、該複数のパターン領域のそれぞれに転写用のパターンが形成されたマスクの製造方法であって、前記複数のパターン領域と前記境界領域とを合わせたパターンを拡大した親パターンを描画することによってマスターマスクを作製し、該マスターマスクの前記親パターンの縮小像を前記基板上に転写することを特徴とするマスクの製造方法。

2 . 前記複数のパターン領域は正方形又は矩形であり、前記基板上に前記複数のパターン領域が互いに直交する 2方向にそれぞれ前記パターン領域の幅の 1 0〜 5 0 %の間隔を隔てて配置されていることを特徴とする請求の範囲 1記載のマスクの製造方法。

3 . 前記複数のパターン領域は長方形であり、前記基板上に前記複数のパターン領域が前記長方形の短辺方向に、該長方形の短辺方向の幅の 1

0〜 5 0 %の間隔を隔てて配置されていることを特徴とする請求の範囲 1記載のマスクの製造方法。

4 . 前記マス夕一マスクの前記親パターンの縮小像の前記基板上への転写は、光学式の投影露光装置によって行われることを特徴とする請求の範囲 1〜 3の何れか一項記載のマスクの製造方法。

5 . 前記親パターンを複数の部分親パターンに分割し、該複数の部分親パターンをそれぞれ描画することによって複数枚のマス夕一マスクを作製し、

該複数枚のマスターマスクの前記部分親パターンの縮小像を前記基板上に画面継ぎを行いながら転写することを特徴とする請求の範囲 1〜 3 の何れか一項記載のマスクの製造方法。

6 . 前記基板上で前記複数のパターン領域の厚さを前記境界領域の厚さよりも薄くする工程を含むことを特徴とする請求の範囲 1〜 3の何れか一項記載のマスクの製造方法。

7 . 前記パターン領域内でのパターン密度の非対称性による前記基板の応力変形を補償するように、前記マスターマスク上での前記親パターンの一部の形成位置を補正することを特徴とする請求の範囲 1〜 3の何れか一項記載のマスクの製造方法。

8 . 前記パターン領域内に形成されるパターンの一部の位置を変化させることを特徴とする請求の範囲 7記載のマスクの製造方法。

9 . 前記親パターンを複数の部分親パターンに分割し、該複数の部分親パターンをそれぞれ形成して複数枚のマスターマスクを作製すると共に、該複数の部分親パターンの縮小像を前記基板上に画面継ぎを行いながら転写し、

前記マス夕一マスク上で前記部分親パターンの一部の形成位置を補正することを特徴とする請求の範囲 7又は 8記載のマスクの製造方法。

1 0 . 基板上に少なくとも一次元方向に所定の境界領域を隔てて配列された所定形状の複数のパターン領域を有し、該複数のパターン領域のそれぞれに転写用のパターンが形成されたマスクの製造装置であって、前記複数のパターン領域と前記境界領域とを合わせたパターンを拡大した親パターンを分割した部分親パターンがそれぞれ描画された複数のマス夕一マスクが順次載置されるマスクステージと、

前記基板を保持して位置決めする基板ステージと、

前記マスクステージ上のマスターマスクと前記基板上に既に転写されている前記部分親パターンの像との継ぎ合わせを行う継ぎ合わせ装置と、前記マスクステージ上のマスターマスクに露光用の照明光を照射する照明光学系と、前記マス夕一マスクのパターンの縮小像を前記基板ステージ上に保持された前記基板上に投影する投影光学系と、を備えたことを特徴とするマスクの製造装置。

1 1 . 積層構造のデバイスの所定のレイヤのパターンを第 1基板上に形成するためのデバイスの製造方法であって、

前記所定のレイヤのパターンをひ倍（ひは 1より大きい実数）に拡大したパターンを少なくとも一次元方向に分割して得られる複数の第 1パターンを、前記分割方向に所定間隔を隔てて配置することによって第 2 パターンを作成する第 1工程と、

該第 2パターンを 0倍（j3は 1より大きい実数）に拡大した親パターンを 1枚又は複数枚の第 2基板上に描画することによってマスターマスクを作製する第 2工程と、

該マスターマスクのパターンを 1ノ /3倍に縮小した光学像を第 3基板上に転写することによってヮ一キングマスクを作製する第 3工程と、該ヮ一キングマスク上の前記複数の第 1パターンに対応するパターンを 1 / a倍に縮小した荷電粒子線像をパターンの繋ぎ合わせを行いながら前記第 1基板上に転写する第 4工程と、を有することを特徴とするデバイスの製造方法。