JPH05206014A - リソグラフィーマスク、リソグラフィックマスク設計、並びにアラインメント及びシーケンシャル露出システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｘ線リソグラフィーマスク設計概念とその効
率的な使用のための手段を提供する。 【構成】 単一大エリアメンブレンが、分割されたマス
ク(10)を形成する単一マスク基板(12)に製造された、よ
り小さいメンブレン（セグメント）(16)の集合と置換さ
れる。セグメントは直列に配されて、形付けられたＸ線
ビーム(45)によってシーケンシャルに整合及び露出され
る。分割されたマスクは共にマウントされた一連のマス
クメンブレンセグメントになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＸ線リソグラフィーに関
し、特にＸ線放射でのリソグラフィックマスクの露出に
関する。

【０００２】特に、本発明は前記マスクを介して半導体
回路パターンを露出するためのＸ線リソグラフィーマス
クの使用に関する。

【０００３】

【従来の技術】リソグラフィーに際して、感光材料に書
き込むために光ビームが用いられる。マスクが使用され
る場合、書き込み光ビームは、パターン化されたマスク
を介してフォトレジストとして知られる感光ポリマー材
料にパターンを露出する。パターン化されたマスクは、
マスクを介して光を透過させるため又は光のブロッキン
グをするための透明な領域及び不透明な領域を備える。
光への露出の後、露出されたフォトレジストが露出され
たパターンを表すように現像される。今日の産業におい
て、そうしたフォトレジストへのパターンの露出のプロ
セスの内で最も重要な適用の１つには集積半導体回路の
製造がある。そのような半導体回路は、技術が進歩する
につれてより一層小さくされている。近年、半導体回路
パターンを露出するため、可視的な範囲において光を使
用することは業界では慣例となっている。しかしなが
ら、光の波長はイメージライン幅の適切な画定制御を行
うためパターンの特徴サイズの約半分であるべきであ
る。従って、より短い光の波長が用いられ、そうした小
さい集積回路用のパターンをもったレジストを露出する
ためにＸ線を使用することが新たな傾向となっている。
Ｘ線放射はＸ線マスクを介してフォトレジストを露出す
るため用いられる。本発明の好ましい実施例で考えられ
るタイプの放射は、シンクロトロンＸ線放射である。し
かしながら、本発明の適用はシンクロトロンＸ線放射の
使用に限定されない。

【０００４】シンクロトロンＸ線放射は、垂直方向に狭
く、広くファンアウトされた（扇状に広げられた）水平
ビームとして生成される。Ｘ線リソグラフィーシステム
は、高真空ＢＬ（ビーム線）と透過ウインドウを介して
比較的大きな水平角（例えば、25ミリラド) を通り、垂
直方向にビームファンを走査することによって、この形
式のファンアウト放射を利用するよう設計されている。
大きな角度のＢＬ光学機器、並びに大きな寸法をもった
ＢＬウインドウ及びＸ線マスクが、この様式の大フィー
ルドを被覆するのに必要とされる。

【０００５】Ｘ線マスク シンクロトロンを基にしたＸ線リソグラフィーは、高速
で高解像度をもったフォトレジスト等の大フィールドに
イメージを露出することによって超小型電子製品を形成
するポテンシャルを有する。実際、このポテンシャルの
実現には、高位置精度で大フィールドを被覆する高解像
度マスクを製造する能力を必要とする。

【０００６】Ｘ線でのフォトレジストの露出の技術によ
る最新の電子チップの製造にあたって、２分の１ミクロ
ンの寸法より下では基本的な問題がある。これは、即
ち、一方でオーバーレイ要件と、他方で高いスループッ
トを達成するための方法と従来考えられていた大フィー
ルド露出の使用との間に対立があるためである。精度と
製造の速度を失わずに、それら２つの対立する目的の間
で妥協する必要がある。

【０００７】例えば、一般的な大フィールドと大チップ
の使用では、50mmの水平ＢＬアパーチュアー（及びウイ
ンドウ）を用いた５個の10x20mm チップの10平方cmフィ
ールドの被覆を必要とし、幅50mmで高さ20mmのＸ線マス
クを必要とする。捩じれや曲げを回避するため機械的安
定性を十分にもったメンブレン（膜）からこの大きなサ
イズの大エリアマスクを製造するためには、メンブレン
はそのような歪みを避けるため十分に厚くなければなら
ない。更に、単一大フィールドを高いオーバーレイで整
合及び露出するためには、必要とされるマスクの位置の
正確さが大フィールド全体に維持される必要がある。

【０００８】そのような大エリアマスクが適切な精度、
安定性及びＸ線の透過をもって製造されるならば、現実
的歩留り及び欠陥レベルの極めて低いスループットで製
造されなければならない。大フィールドマスクに対する
これらの組み合わせ要件は膨大で、そのようなマスクは
存在するにしても実際に使用できるまでには時間がかか
るであろう。

【０００９】ステッパは、マスクが分離、即ち、ウェハ
から離れるように移動され各露出毎に異なる位置にウェ
ハと近接するよう戻されて、固定されたロケーションか
らウェハの上に単一マスクを介して一連のイメージを投
影する。ステッパを用いて、ウェハを露出されたイメー
ジで満たすためにマスクからウェハへと露出が繰り返さ
れる。イメージの露出が完了すると、ウェハはマスクに
相対する他の位置にインデックスされ、最初に露出され
なかったエリアの露出が完了するまでマスクとウェハは
再度露出される。

【００１０】大フィールド全体の位置の精度に対応する
要求があるが、現時点でそうした基準を達成するのは可
能ではない。更に、将来のリソグラフィックの基になる
規則の改良、即ち、著しい小型化の必要性、が問題を悪
化している。厚いメンブレンは、メンブレンの厚さの関
数としてメンブレンを透過するエネルギーの量を減らす
という点で望ましくない。更に、露出が行われる速度が
重要なために、露出の精度を達成する商業的に実現可能
な方法は、チップを効率的に生産する上で適切な速度で
実施されなければならない。

【００１１】関連技術 米国特許第４、２６０、６７０号は、Ｘ線マスクの複数
のセグメントを含む修正された方格パターンにおいて複
数のアパーチュアーをもつＸ線マスクを示している。フ
ォトレジストでコーティングされたウェハは、同時に全
てのＸ線のマスクセグメントを介してＸ線で露出され
る。マスクの全てのセグメントを介する露出の次に、マ
スクと基板はＸ線ビームに対して１アパーチュアー位置
先もしくは片側にインデックスされる。次にフォトレジ
ストコーティングの残りの露出されていない部分が、ウ
ェハ上の隣接する位置にある同じマスクセグメントを介
してＸ線ビーム露出により露出されて、ウェハ全体が対
になる露出によって露出される。

【００１２】米国特許第４、８６１、１６２号は、「イ
メージの領域」がステップアンドリピートタイプの縮小
投影露出機器の半導体ウェハステッパー等のデバイスに
おける「転写ステーションで転写される」べきチャック
に半導体ウェハを位置決めするための方法について述べ
ている。多くの小さなセグメントからチップの合成イメ
ージを形成するための概念は示されていない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、新た
なマスク設計概念とその効率的な使用のための手段を提
供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段と作用】単一大エリアメン
ブレンは、合成マスクを形成する単一マスク基板に製造
されたより小さいメンブレンの集合と置換される。セグ
メントは直列に配されて、形付けられたＸ線ビーム内に
シーケンシャルに露出される。合成マスクは、長いテー
プにマウントされた一連のマスクメンブレンのセグメン
トと類似する。マスクセグメントのイメージが同じ又は
異なる映画用フィルム（送り穴はない）にも構成の上で
類似している。

【００１５】本発明に従って更に、関連するアラインメ
ントと露出手順もまた含まれ、小さいアラインメントフ
ィールドに関連する安定性と精度を提供すると共に、大
露出フィールドの高いスループット利点を保持する。

【００１６】本発明に従ってまた更に、走査システムは
単一マスク基板における大きな全体のパターン領域の利
点を有する。結果となるシステムは、単一（大きな）マ
スクフィールドを用いて可能になるシステムよりも全体
のスループットと配置の精度が高い。

【００１７】透過率の改良 利点：より薄いマスクエリアの利点として以下のことが
含まれる。 ・以下のことを可能にするより高い光学的Ｘ線透過率 −より速い露出時間 −より速いアラインメント −より正確なアラインメント（より良好なアラインメン
ト信号） −実際のパターンエリアに用いられるよりも光学的によ
り透明な材料から成る外部アラインメントウインドウに
対する必要性を取り除くため、十分な光学的透明性をも
つことによってマスクをより簡単に製造すること 注記：Ｘ線マスクを介する光学的アラインメントがメン
ブレンを２度通過する光学的信号を用いるため、メンブ
レン透過率におけるいかなる改良にも複合効果がある。 ・より小さいフィールドの製造と整合によって生じるよ
り高いオーバーレイの精度 ・比較可能な又は改良したマスクの安定性（より小さい
メンブレンフィールドが使用されるとき）複数のセグメ
ント（及び複数のアラインメントサイト）の利点は以下
の通りである。 ・大きく有効なパターンエリアを生成すると共に、高い
オーバーレイの精度を保持する。 ・単一セグメントマスタレチクルを用いてマルチセグメ
ント「作業マスク」が作成されるのを容易にする。この
単一セグメント／作業マスク概念は、以下の利点を導
く。 １．より小さいフィールドが用いられ、各フィールドが
同じマスタの写しであることから生じる改良されたオー
バーレイ。 ２．パターン書き込みエラーが単一のより小さいフィー
ルド「マスタ」用に検出及び修復されるのを必要とする
だけであるため、マスク歩留りがより大きくなる。 ３．書き込まれるフィールドがより少なく且つより小さ
いため、パターン生成器にとって密着したマスクツーマ
スクオーバーレイをもった多数のマスクを書き込むより
よい機会である。

【００１８】

【実施例】複数のセグメントを用いるプロセス シンクロトロン放射の装置の好ましい実施例は、以下に
述べられるとおりである。

【００１９】図１は、本発明に従ったマスク１０のセグ
メント１６に向けられたＸ線ビーム２２を使用する近接
露出システムを示している。マスクはアラインメントマ
ーク１４を含み、その下にあるレジスト２１でコーティ
ングされたウェハ１１はアラインメントマーク２６の集
合を含む。当業者に周知のように、アラインメントビー
ム２４はアラインメントのためにマーク１４と２６に向
けられる。

【００２０】図２は、ビーム線（ＢＬ）１９とミラー２
０を介してＸ線ビーム２２を生成するシンクロトロン１
８を備えた図１のシステムを示している。ウェハ１１の
下にはウェハホルダ２３がある。図４のＸ線ビームは動
かされるか、その場に固定されたままである。一例とし
てウェハ１１とマスク１０は共に移動するので、マスク
１０とウェハ１１が接合されると共に固定されたギャッ
プが所定の時間の間隔で２つの間に保持され、マスク１
０とウェハ１１はＸ線ビーム２２を越えるまでＸ線ソー
ス（ＢＬ）１９によって放出される光の曲折したスリッ
トの下で共に走査されるよう物理的に一体になって動か
される。次に、システムはマスク１０とウェハ１１を横
切るようにＸ線ビーム２２を反対の方向に走査するため
露出をし直す。そのコンテクストにおいて、露出は以下
のように実行される。 １．当業者に周知のように、ウェハ１１に対して上記の
マスク１０を整合する。互いにマスクとウェハをシフト
せずに、ビーム２２に対して上記のマスクとウェハのペ
アを一緒に走査する。米国特許第４、８５６、０３７号
に教示されるように、ビーム２２がマスク開口を越える
ときに次のセグメントへと加速することができる。 ２．次のサイトにおけるマスク１０とウェハ１１の位置
に関する情報を収集することによって、次のサイトのた
めのアラインメント修正情報が現サイトの露出と並行し
て得られる。これは次の露出ウェハ及びマスクセグメン
トのサイトに近接して配置されるマスクのアラインメン
トマーク１４を感知することによって実行される。その
「電信」とは、即ち、露出の前のいかなるときにもマス
クにおける新たなセグメントの接近を予言することであ
る。 ３．マスクとウェハが次のサイトへとインデックスされ
続ける間、シャッター２７を閉じる。 ４．露出された位置がＸ線ビーム２２の下から離れるよ
う移動し、次のサイトの露出のため次のサイトがビーム
２２へと移動する間、マスク１０とウェハ１１の互いの
アラインメントを実行し、２つの間のギャップ３２の感
知を行う。 ５．必要ならば、マスク１０とウェハ１１の間に概略的
に示されるセンサー６０によって、露出と露出の間でギ
ャップ３２を監視及びリセットする。 ６．垂直走査の際の未露出のエリアを被覆するためエリ
アを介在させる。 ７．ウェハ１１全体を水平に被覆するため、その長さが
各々パターン化されたマスクエリアの垂直寸法の全長に
等しい２つの垂直走査は、以下のように順に行われる。 ａ）ウェハ１１は露出セグメントの水平寸法に等しい距
離だけ水平に進められる。 ｂ）垂直走査プロセスが繰り返される。

【００２１】本発明の他の態様では、異なるセグメント
で異なるパターンが露出される。

【００２２】ここでＸ線メンブレンマスク１０を製造す
るための方法が述べられている。この方法は大フィール
ドのスループット利点を保持しているが、作成及び複製
がより容易な小フィールドメンブレンセグメント１６を
用いている。更に、多数のこれら小メンブレンセグメン
トを単一Ｘ線マスク基板１２に保持することによって、
Ｘ線露出状態で使用可能な大きなエリアが形成される。

【００２３】マスク及びシステム概念 これらの目的を達成するため、単一大エリアメンブレン
を本発明に従ってマスク基板１２に配された図３の小さ
いメンブレン１６の集合と置換する。小さいメンブレン
１６の各々のエリアがモノリシック大メンブレンに必要
なエリアより少ないため、メンブレン１６はより薄くな
ると共に、従来のより大きく、より厚い単一メンブレン
マスクの強度及び安定性と等しい或いはそれ以上の強度
及び安定性を保持する。より薄いマスクは実質的により
透明で、所定のＸ線エネルギーレベルにおける所定のエ
リアへの露出時間がより短くなる。約50％の透過率改良
が小さく薄いマスクによって達成される。

【００２４】プロセスステップ 好ましいプロセスは以下の通りである。 １）図３に示されるように、単一マスク基板１２に製造
される多数の薄く、小さいメンブレンセグメント１６を
含むＸ線マスク１０は、現在使用されている単一でより
大きい（及びより厚い）マスクメンブレンエリアよりも
高いオーバーレイ精度と安定性及びより高いＸ線と光透
過率を提供するため用いられる。 ２）メンブレンセグメント１６はマスク基板１２に互い
に並行して配されることによって、狭いＸ線ビームのに
より又はＸ線ビームを介してビームファンに垂直な方向
でシーケンシャルに走査される。 ３）図２に示される整合及び露出システムでは、（１）
に述べたより高い透過率と（２）に述べた適切に配され
た多数のセグメントを利用することによって、システム
オーバーヘッドタイム（露出に費やされる時間）を最小
限にする走査モードにおいて上述のマスクを用いる。

【００２５】分割されたマスク マスク設計：図３は本発明に従って設計されたマスク１
０の一例を示す。マスク１０は厚いマスク基板１２の複
数のエリアによって分割された多数のセグメント１６を
含む。 ・同じ全体エリアが単一メンブレンセグメント１６によ
って被覆されたならば、必要とされる厚さよりもメンブ
レンエリアは特に薄い。 ・アラインメントマーク１４は各フィールド（又は更に
各サブフィールドセグメント）毎に印刷される。 ・露出フィールドメンブレンセグメント１６に対して内
部及び外部の両方となるアラインメントマーク１４が可
能である。 ・Ｘ線ビームを介して又はＸ線ビームによって全てのマ
スクフィールドの走査を容易にするようにセグメント１
６が配される。

【００２６】メンブレンの厚さ及び透過率 大フィールドメンブレンをより大きさの小さい幾つかの
メンブレン１６と置換し、より薄いメンブレンを用いる
ことによって露出速度が回復した。より小さく薄いメン
ブレンの効果と２の因数（ファクタ）より大きい透過率
改良の達成は次に述べられる。

【００２７】分析 厚さｈと小さい寸法ａの矩形メンブレンにおいて、分布
負荷から生じる偏向（例えば圧力や熱）は ｈ³ ／（ａ）⁴ に比例し、アスペクト比が２対１以上のときにより小さ
い寸法にのみ依存する。（ティモシェンコ（S. Timoshe
nko)、ウィノウスキー−クリーガー(S. Woinowsky-Krie
ger)共著、「プレートとシェルの理論(Theory of Plate
s and Shells) 」（マグローヒル、ニューヨーク、1959
年）を参照)

【００２８】偏向の逆数を強度の測定で用いるならば、
その強度は （ａ）⁴ ／ｈ³ に比例する。（大きな偏向では厚さｈへのこの依存度は
更に高い。）

【００２９】フィールドサイズ比較 メンブレンのサイズ及び厚さの減少によるインパクトを
予測するため、強度を一定に保ちながら、分割されたマ
スクを用いる10x20mm の小フィールドを、ミラー走査を
用いる20x50mm の大フィールドと比較する。

【００３０】注記：より小さい寸法だけがこれら矩形の
相対強度に影響を及ぼすため、αにおける２対１の減少
は比較における重要な要素である。メンブレン強度が一
定に保たれるならば、ｈは（ａ）^4/3 に比例する。

【００３１】マスクの厚さ マスクにおいて、ａは２の因数によって減少されて、4/
3 の累乗関係の結果としてｈは0.4xh に減少される（即
ち、小メンブレンの厚さｈが大モノリシックメンブレン
に必要とされる厚さの40％である）。透過率が ｅｘｐ（−αｈ） に比例し、ここで”α”が図３のメンブレン１６の吸光
係数であり、ｈが0.4xhに変わるならば、透過率は以下
の通りである。

【００３２】新たな透過率＝元の透過率ｘ1.5

【００３３】ウィンドウの厚さ ミラースキャナーにおいて、ＢＬ１９は全マスクフィー
ルドを被覆しなければならないウインドウを有するた
め、ミラースキャナー２０をもったＢＬウインドウ３０
においてａ＝20mmである。ここで（この場合において）
ａは走査方向における露出フィールド寸法である。しか
しながら、マスク１０及びウェハ１１がビーム２２を介
して走査されると、ＢＬウインドウ３０はＸ線ビームと
同じ大きさであるだけでよい。ビームサイズに５mmの保
存値を用いることによって、分割されたマスクシステム
のＢＬウインドウ３０に対してはａ＝５mmとなる。従っ
て、分割されたマスクスキャナーを用いるとウインドウ
３０のサイズが４対１に減少し、上記の分析の結果を基
にするとＸ線エネルギーの透過率が1.8x（倍）増加す
る。分割されたマスクスキャナーが使用されると、２つ
の透過率要素を組み合わせることによって、一定の強度
を維持しながら、全体で2.7x（倍）の透過率における改
良がある。

【００３４】分割されたマスクにおけるアラインメント
と露出システム 分割されたマスク概念及びその利点は上記に述べられて
いる。以下では分割されたマスクを大きなウェハに整合
及び露出するための手段が説明されている。その方法に
よって、小フィールドを整合及び露出する利点を保持し
ながら、高いスループットを提供する。

【００３５】説明 このセクションでは、アラインメント及び露出システム
の重要な構成要素が説明される。

【００３６】マスク マスクは、図３に示されるように多数のセグメント１６
から製造される。各セグメント１６は、メンブレンフィ
ールド内又はメンブレンフィールドに隣接するセグメン
ト自体のアラインメントマーク１４を含んでいる。

【００３７】露出 露出システムは以下のように設計されている。 ・マスク１０の各セグメント１６をウェハに対して整合
する。 ・マスク１０とウェハの間にギャップ３２を設定する。 ・ビームによって又はビームを介してマスクとウェハを
走査する。 多数のセグメント１６によって造られた「大きなエリ
ア」マスクを利用することによって、マスク１０は走査
の前にウェハに対して配置されて、全てのセグメント１
６は初期の粗いアラインメント操作によってウェハにお
ける所望の位置に近接するよう位置決めされる。次にア
ラインメントと露出は、次に述べる図４に示されるよう
に、各セグメントへ小さく細かいアラインメント修正を
用いて、ビームによって又はビームを介して、マスク／
ウェハのペアを走査することによって進めることが可能
である。

【００３８】マスク／ウェハペアの走査 ビームかビームに対するマスク１０とウェハのいずれか
を走査するのは可能だが、以下では後者の方法を用いる
システムが説明されている。ウェハを露出するため、ウ
ェハは図４Ａに示される「整合サイト１」にマスク１０
に対して整合され、アラインメントビーム４１、４２、
４３、４４（光ビーム等）が図４Ａ及び図４Ｂの頂部セ
グメントで、露出されるべき特定のマスクセグメント１
６に隣接する或いはマスクセグメント内にある４つのア
ラインメントマーク１４を直接照らしている。マスク１
０とウェハ１１が露出される位置にあるので、マスク１
０とウェハ１１ペアは、マスクとウェハがビーム４５の
下で底部から頂部に動いている図４Ａ乃至４Ｆの点線４
５によって示されるように、Ｘ線ビーム４５とＸ線ビー
ム４５の支持体に固定されるアラインメントビーム４１
乃至４４とに対して一緒に走査される。所定の位置に固
定されるアラインメントビーム４１、４２、４３、４４
は、マスク基板１２のアラインメントマーク１４に対し
て下に動かされることがわかる。図の右側のアラインメ
ントマーク１４は１４０から１４４へ番号付けられ、説
明の便宜上左側には追加の番号がないことに注意した
い。図４Ａにおいて、セグメント１６の内の最上のセグ
メント１６１を囲むアラインメントビーム４１乃至４４
はアラインメントマーク１４に向けられ（ビーム４３と
４４はマーク１４０と１４１に当たる）、ビーム４５が
セグメント１６１のちょうど上にある。従って、図４Ｂ
に示されるようにマスク／ウェハのペア１２／１１が上
に動かされ、ビーム４５がセグメント１６１の頂部をヒ
ットしているとき、走査が第１セグメント１６１へとウ
ェハ１２を露出し始める用意がほぼできているが、頂部
アラインメントビーム４１と４３はアラインメントマー
ク１４０のレベルより下で且つアラインメントマーク１
４１のレベルより上にある。

【００３９】マスク／ウェハのペアが図４Ｂのビーム４
５によって「露出サイト１」を介して走査されるため、
本発明に従って、整合及び露出されるべき次のマスク及
びウェハセグメントの領域は図４Ｃのアラインメント光
学機器の視界のフィールドに入り、頂部セグメント１６
１の底部で位置が露出の前に決定される必要のある次の
マスクセグメント１６２の上にあるビーム４５で「整合
サイト２」を示す。

【００４０】図４Ｃにおいて、ビーム４５はセグメント
１６１の底部に接近し、アラインメントビーム４１乃至
４４はマーク１４１と１４２のレベルにおける４つのア
ラインメントマーク１４をヒットしており、連続する図
の最後である図４Ｆに示されるようにセグメントが更に
高く上昇するとき、ビーム４５によって走査されるべき
次のセグメント１６であるセグメント１６２の頂部の配
置に関するシステムデータを付与する。

【００４１】この時点で、次のサイトにおけるマスク１
０とウェハ１１の相対位置についての情報が得られると
共に、その下のマスクセグメント１６２を目標とするＸ
線ビームを示す図４Ｂの点線４５に示されるように現サ
イトが露出される。このようにして、次のサイト１６２
にマスク１０とウェハ１１を適切に位置決めするのに必
要な殆どのアラインメント修正情報が現サイト１６１の
露出に並行して得られる。この並行取得は、各セグメン
トがより高いスループットに貢献するため、アラインメ
ントタイムを減らすのに役立つ。一旦マスク／ウェハの
ペアがビーム４５をクリアすると、露出が完了し、シャ
ッター３０が閉じて、次のサイトのための最後のアライ
ンメント操作が実行される。

【００４２】図４Ｄは、第１セグメント１６１のちょう
ど下にあるビーム４５を示し、アラインメントビーム４
１乃至４４がそれぞれアラインメントマーク１４１と１
４２の間並びにマーク１４２と１４３の間にある。

【００４３】図４Ｅは、第２セグメント１６２のちょう
ど上にあるビーム４５と、「露出サイト２」である、図
４Ａよりちょうど１セグメント下にあるマークを目標と
するアラインメントビーム４１乃至４４を示す。

【００４４】次に露出が、図４Ｆに示される図４Ｂより
１セグメント下にある次のサイトで実行される。この時
点でどのようにプロセスが続くかは自明であると思われ
るため、追加の図面は示されない。走査速度（露出時間
に影響を及ぼす）、セグメント間のスペーシング、及び
アラインメントタイムによって、セグメント間の固体エ
リアの走査が以下のように実行される。 ・均一に ・必要な露出の走査速度に応じて減速したり加速したり
する ・アラインメント取得で停止し、且つ走査を再開する

【００４５】アラインメント取得と修正タイムが小さい
まま保持されれば、走査は固体エリアにわたって均一に
保持される。セグメント間でのアラインメントタイムの
短縮は、次の幾つか又は全てから生じる。 １．第１サイトが整合されると、マスク１０及びウェハ
は全エリアを横切り既に近接して整合される。いかなる
シフトやステップも次のサイトへ移動するのに必要とさ
れないため、次のサイトにおいても著しく近接する。 ２．マスク１０が固定されて前もって測定できるので、
セグメントからセグメントへのマスクアラインメントマ
ーク位置は正確に知らされて予測できる。 ３．次のサイトのための相対配置情報が取得され、以前
のサイトの露出に並行して処理される。 ４．ウェハとマスク１０は露出前でのサイトの選択した
（減少した）数でマップされる全アラインメント方法を
使用する。 ５．薄く、従って高い透過率アラインメントマークエリ
アが、ノイズアラインメント情報にハイ信号を付与す
る。

【００４６】ギャップ設定 Ｘ線近接露出システムを用いる半ミクロン及びそれより
小さいイメージの適切な露出では、マスク１０とウェハ
１１の間のギャップ３２が大きくて50μｍから小さくて
10μｍまでの値で、許容差が0.5 μｍ近くに設定される
必要がある。従来のステップアンドリピート手法では、
ギャップ３２は露出されたフィールド毎に設定されなけ
ればならず、分割及びレセットされる可能性もある。こ
れを高速且つ高精度で実行するのは非常に難しく、ギャ
ップ内のガスを含むフローと圧縮の問題となりうる。分
割されたマスクスキャナーによって、各大走査フィール
ドにつき一度マスク１０とウェハが公称近接ギャップ３
２に設定される。フィールド間の「デッドタイム」の間
に、必要ならばギャップ３２が監視及び再調整される。
マスク１０とウェハ１１は露出と露出との間で決して分
離されないため、このフィールド対フィールドギャップ
３２の調整は小さく、高速で高精度の調整を可能にし、
いかなるガスフロー問題も除去する。

【００４７】更に、ギャップ３２のいかなる必要な調整
もセグメント間のアラインメント及び走査と同時に行わ
れるため、ギャップ３２の調整タイムはスループットを
妨げない。

【００４８】プロセス寛容度及びライン幅制御 高い精度と安定性を備えたギャップ設定が、0.5 μｍよ
り下の近接するＸ線リソグラフィーにおいて広いプロセ
ス寛容度とライン幅制御を達成するために必要とされ
る。単一ギャップ設定がフィールド全体に用いられなけ
ればならない大きなエリアフィールドの従来のステップ
アンドリピート露出においては、マスク１０全体とウェ
ハフィールドは厳格な平面性及び並行性要件を満たさな
くてはならない。しかしながら、ここで述べる分割され
たマスク手法では、分離したギャップ設定はより小さい
フィールドセグメント用に用いられて、マスク及びウェ
ハ平面要件を簡素化し、且つギャップ精度、安定性及び
フィールド対フィールドライン幅制御を改良する。

【００４９】スループット これらの方法を利用して、アラインメントのための時間
は固体セグメントを走査するのに必要な時間と等しいか
又はより少なく保持される。他のいかなるオーバーヘッ
ドも含まれないため、露出セグメントの間の全時間は走
査速度のみによって決定される。更に、走査時間は以下
によって減少される。 −減少した露出フィールドをより厳密に整合させるため
水平方向にＸ線ファンを圧縮することによって、フラッ
クス密度を増加させる。 −マスク１０をより薄くし、ウインドウ３０をより薄く
することによって、レジストにおけるフラックスの増加
が、走査と小さいマスクセグメントの使用で可能にな
る。

【００５０】フィールドあたりのオーバーヘッド ミラーは、マスク１０にＸ線ビームを移し形状を直すた
めにビーム線でしばしば用いられ、ここでスループット
は最大限にされる必要があり、ランアウトは回避される
べきであるなどとされる。幅広く水平のフィールドにお
いて、ビームは水平面に完全に保持されることはできな
い。ビームはフィールドのエッジで垂直方向に延長さ
れ、フィールド全体を適切に露出するために著しいオー
バースキャンを必要とする。より小さいフィールドが用
いられると、ビームの垂直延長が減少して、露出のため
だけのより効率的な走査が可能になる。本発明の分割さ
れたマスクスキャナを用いることによって、フィールド
毎のオーバースキャンオーバーヘッドが取り除かれる。

【００５１】全ウェハ適用範囲 各走査によって被覆されたフィールドの数は、マスク１
０の大きさとメンブレンセグメント１６の大きさによっ
て決定される。理想的な場合において、マスク１０はウ
ェハ１１と同じ大きさ（例えば、200mm)であるため、全
ウェハの直径が単一走査で被覆される。マスク１０を分
割した結果（図３）、マスク１０の全てのエリアが単一
走査で露出されるのではない。セグメント１６が垂直寸
法の２倍でスペースが取られる一般的な場合、マスク１
０はセグメントの高さに等しい量でウェハ１１に対して
シフトされなければならず、第２走査はその特定のウェ
ハ位置で全領域を被覆する必要がある。従って、固定さ
れた水平ウェハの配置におけるマスク１０の全エリアの
露出は以下を含む。 １．長さがパターン化されたマスク１０のエリアの全垂
直寸法に等しい２回の垂直走査。 ２．マスク１０に対するウェハ１１の単一垂直ステッ
プ。

【００５２】ウェハ全体を被覆するため、ウェハ１１は
露出セグメント１６の水平寸法に等しい距離だけ水平に
進められ、垂直走査プロセスが繰り返される。

【００５３】露出セグメント間のステッピングを除去
し、露出に並行するアラインメント取得及びギャップ３
２の調整の多くを行うことによって、ウェハ１１全体を
被覆するためのオーバーヘッドタイムは実質的に減少さ
れる。

【００５４】このようにして、多数の比較的小さい露出
フィールドは、主に以下により決定されるスループット
によってウェハ１１全体に露出される。 ・露出時間 ・少数の垂直及び水平ステップ ・ロード／アンロードタイム及び初期のウェハ１１のア
ラインメントタイム 各フィールドにおけるステッピングオーバーヘッドタイ
ム及びアラインメントオーバーヘッドタイムは実質的に
除かれている。

【００５５】スループット分析 大フィールドに密着したマスクツーマスクオーバレイを
達成することが可能なマスクを製造するのが困難なた
め、小規模又は中規模の大きさのフィールドが用いられ
る場合に限り分割されたマスク１０にはスループット利
点がある。次に、分割されたマスク１０の走査方法とよ
り従来的なステップアンドリピートシステムとを比較す
る。そのようなシステムにおいて、単一マスクフィール
ドは整合され、ミラーによってフィールドを横切るビー
ムを走査することによって露出されて、ウェハを横切っ
てサイトからサイトへ進められる。比較上、10x20mm の
チップフィールドと200mm のウェハの場合での２つのシ
ステムの一般的な高速パラメータを仮定する。

【００５６】ミラー走査／ステップアンドリピートアラ
イナ：スループットを決定する重要なパラメータは以下
の通りである。

【００５７】Ｔｏｈ −ウェハオーバーヘッドタイム
（ロード、アンロード、第１フィールド整合を含む） Ｔｅ −露出時間 Ｔｓ −ステップ時間 Ｔａ −整合時間 Ｔｏｈｆ−１フィールドあたりのオーバーヘッドタイム Ｎｆ −露出されるマスクフィールドの数 Ｔｗ −１ウェハあたりの時間 Ｗｈ −１時間あたりのウェハ Ｎｆはフィールドの大きさに依存する。異なるフィール
ドサイズのＮｆの近似値は表１に示されている。ミラー
スキャナにおいて、各サイト毎にステップ、整合、及び
露出があるため、 Ｔｗ＝Ｔｏｈ＋Ｎｆ（Ｔｅ＋Ｔｓ＋Ｔａ＋Ｔｏｈｆ） 数式１

【００５８】100mJ/cm² の感度と以下の露出システムパ
ラメータを有するレジストの光に吸収された100mW/cm²
を与える小型ストレイジリング型のシンクロトロン１８
及び効率的なビーム線１９に基づくシステムパラメータ
を用いることによって、 Ｔｓ＋Ｔａ＝１ 秒 Ｔｏｈｆ ＝0.5 秒 Ｔｏｈ ＝１５秒 種々のフィールドの大きさで表１に示される１時間あた
りのウェハにおける、ＴｗとスループットＷｈの値が得
られる。予想される通り、スループットはフィールドの
大きさと直結して増加する。

【００５９】分割されたマスクスキャナ ここで使用される分割されたマスクスキャナは、多くの
動作が露出と走査の間に並列して行われるように特別に
設計されている。従って、スループットに関するステッ
プアンドリピートシステムと異なって作用する。分割さ
れたマスクスキャナにおいて、ウェハ１１は走査の頂部
にロード及び整合される（Ｔｏｈ）。次にマスク１０と
ウェハ１１のペアが細いビームを横切って走査される
（Ｔｅ）。各フィールドのアラインメントは、以前のサ
イトの露出の間（或いはフィールドセグメント間の「デ
ッドタイム」の間）に発生する。（マスクの全長を被覆
する）全走査の終わりに、ウェハ１１はマスク１０に対
して１期間垂直にシフトされ、第２走査が行われる。次
に、この走査−シフト−走査シーケンスが各走査フィー
ルド毎に繰り返される。

【００６０】この記述に基づいて、分割されたマスクス
キャナにおけるウェハ１１あたりの全時間は以下によっ
て示される。

【００６１】 Ｔｗ＝Ｔｏｈ＋（２ｘＮｍｆ）ｘ（Ｔｅ＋Ｔｒｓ） 数式２ ここでＮｍｆは全200mm ウェハ１１を被覆できるマスク
フィールドの数であり、Ｔｒｓはスキャナを戻しウェハ
１１をシフトする時間であり、Ｔｅは以下によって決定
される露出時間である。

【００６２】 Ｔｅ＝Ｄｓ／Ｒｓ 数式３ ここでＤｓは走査距離、Ｒｓは走査速度である。 注記：分割されたマスク走査システムの独自の設計のた
めに、ステップ及び整合時間とフィールドあたりのオー
バーヘッドタイムはウェハスループットに貢献してはい
ない。

【００６３】全200mm ウェハ１１を被覆できるマスクフ
ィールドの数Ｎｍｆは、マスクフィールドの大きさに依
存する。次の分析において、125mm と200mm のマスク直
径が仮定され、各々の場合のＮｍｆが決定される。

【００６４】分割されたマスクスキャナにおけるフラッ
クスと走査速度 分割されたマスクスキャナシステムにおけるウェハ１１
の強度を決定するために、以上で分析されたステップア
ンドリピートシステムで同じソースとレジストパラメー
タが用いられると仮定し、且つより小さいマスクフィー
ルドを用いることによって可能になり、より薄いメンブ
レンから生じるウィンドウ３０とミラーを介して２の因
数で増加した透過率を許容する。フラックスとレジスト
感度の使用によって、20mmのハイビーム線ウインドウ３
０と20mmのハイマスク１０が用いられるときに、１秒に
つき20mmの垂直フィールドの露出が仮定される。２の因
数のフラックスの増加によって、同じ露出条件の下でス
キャナは毎秒40mmで作動するために、Ｒｓ＝40mm/ 秒と
なる。

【００６５】後戻り及びステップタイム いかなる後戻りも１秒の加速及び減速と共に毎秒40mmの
走査速度で行われ、次の走査位置へのウェハのステップ
又はシフトが後戻りに並行して行われると仮定する。従
って125mm マスクにつき Ｔｒｓ＝（９０／４０）＋１＝３．２５秒 であり、200mm マスクにつき Ｔｒｓ＝（１８０／４０）＋１＝５．５秒 となる。

【００６６】更に、両方向に走査するためのスキャナを
製造することによって、後戻りする必要性を取り除くこ
とが可能になる。そのような「両方向スキャナ」では、
オーバーヘッドは走査方向を逆にするのに必要な時間だ
けであって、１秒と仮定される。従って、両方向スキャ
ナではＴｒｓ＝１秒である。

【００６７】

【表１】

【００６８】

【表２】

【００６９】表２は、分割されたマスク手法におけるシ
ステムパラメータと結果となるスループットを要約して
いる。２つの表のスループットの結果を比較すると、フ
ィールドあたりに２つのチップをもつ分割されたマスク
（10mm x 40mm のセグメント) は、マスク露出フィール
ドが2.5 倍大きい(20mm x 50mm) 従来のステップアンド
リピート手法と同様のスループット(54 W/時間) を与え
ることができると示されている。

【００７０】

【発明の効果】以上で強調されたように、フィールドの
大きさが増加するにつれてＸ線マスクを製造し、更に必
要なパターン配置の精度、低い欠陥レベル及び平面度を
維持するのは著しく困難になる。本発明の方法を用いる
ことによって、マスクを分割することで著しく小さいフ
ィールドと関連する製造上の困難を減らすことが可能に
なり、大露出フィールドのスループット利点を達成する
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｘ線ビーム、本発明に従ったマスク及びマスク
を介してＸ線ビームに露出されるフォトレジストでコー
ティングされた半導体ウェハを示す。

【図２】走査モードで図１のマスクを用いる整合及び露
出システムを示す。

【図３】本発明に従った分割されたマスク装置を示す。

【図４】Ａ乃至Ｆは、マスクを介して露出される基板に
対して移動するような、図３に従ったマスクの位置のシ
ーケンスを示す。

【符号の説明】

１０ マスク １２ マスク基板 １４ アラインメントマーク １６ メンブレンセグメント ４１、４２、４３、４４ アラインメントビーム ４５ Ｘ線ビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート フィリップ リップステイン アメリカ合衆国12533、ニューヨーク州ホ ープウェル ジャンクション、ジーン コ ート ３ (72)発明者 ユリ ブラディミアスキー アメリカ合衆国10514、ニューヨーク州チ ャッパクア、ダグラス ロード 621 (72)発明者 チェスター アレキサンダー ワシク アメリカ合衆国12601、ニューヨーク州パ キプシ、スコット コート ７

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リソグラフィーマスクであって、 （ａ）マスク基板と、 （ｂ）各々がアラインメントマークを有するマスクセグ
   メントの集合と、 を備え、 （ｃ）前記セグメントが前記マスク基板の上にあり、 （ｄ）前記マスクセグメントが直列に配され、 直列露出に用いられるマスクが提供される、 ことより成るリソグラフィーマスク。
2. 【請求項２】 リソグラフィックマスク設計であって、 （ａ）合成マスクを形成する単一マスク基板に製造され
   る複数のより小さいメンブレンセグメントから成る合成
   メンブレンと、 （ｂ）直列シーケンスに配される前記セグメントと、 を備え、 前記セグメントが形付けられたＸ線ビーム内にシーケン
   シャルに露出される、 ことより成るリソグラフィックマスク設計。
3. 【請求項３】 複数の分離したマスクセグメントを有す
   る単一マスクから被加工物の一連のエリアに放射のビー
   ムによってアラインメントとシーケンシャル露出を施す
   ためのシステムにおいて、 長さがパターン化されたマスクエリアの垂直寸法の全長
   に等しい、２回の介在垂直走査を繰り返すことによっ
   て、ウェハ全体を水平に被覆するための手段を備え、前
   記手段が、 （ａ）インデックス位置間にブランクスペースを残す一
   つのインデックス位置によって分割される前記マスクの
   セグメントで、位置から位置へ位置合わせする前記マス
   クとウェハの垂直走査を行うステップと、 （ｂ）一つのインデックス位置だけ前記マスクに対して
   前記ウェハを垂直にシフトし、ステップ（ａ）に残され
   たブランクスペースを満たすため一つのインデックス位
   置のシフトによって垂直走査プロセスを繰り返すステッ
   プと、 （ｃ）露出セグメントの水平寸法に等しい距離だけ前記
   マスクに対してウェハを水平に進めるステップと、 （ｄ）ステップ（ａ）及び（ｂ）のように垂直走査プロ
   セスが繰り返されるステップと、 から成る、 アラインメント及びシーケンシャル露出システム。
4. 【請求項４】 複数の分離したマスクセグメントを有す
   る単一マスクからの被加工物の一連のエリアへのビーム
   放射によってアラインメントとシーケンシャル露出を施
   すためのシステムであって、 （ａ）前記被加工物に対する前記マスクの第１セグメン
   トのアラインメントと、前記ビームがマスクセグメント
   の向こうに通過するときに前記ビームに対して前記マス
   クと被加工物を共に走査するための手段、 を備え、 （ｂ）現サイトが露出されている間マスクの次のセグメ
   ントの位置とウェハの次のサイトに関する情報を収集
   し、被加工物の次のサイトにおける次のマスクセグメン
   トのアラインメント修正情報は、現サイトの露出と並行
   して、或いは次のサイトへの移動に並行して得られ、前
   記システムが、 （ｃ）露出された位置がビームの下から移動する間、前
   記マスクの前記次のセグメントと前記被加工物を整合
   し、マスクの次のセグメントによって次のサイトでウェ
   ハを露出するためにマスク及び被加工物の次のサイトが
   ビームへと移動するための手段、 を含むアラインメント及びシーケンシャル露出システ
   ム。
5. 【請求項５】 アラインメント及び露出のプロセスの
   間、マスクと被加工物の間のギャップを監視及びリセッ
   トするための手段を備える請求項４に記載のアラインメ
   ント及びシーケンシャル露出システム。