JPH0831407B2 - Ｘ線リソグラフィックマスク、及びｘ線リソグラフィック方法 - Google Patents

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光に
関する。

【０００２】特に、本発明は前記マスクを介して半導体
回路パターンを露光するための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
料にパターンを露光する。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。
光への露光の後、露光されたフォトレジストが露光され
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光のプロ
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
パターンを露光するため、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光する
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光す
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
ルドをカバー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
イメージを露光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カバーする高解
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光の技術によ
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
ールド露光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
ールドのカバーを必要とし、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
位置合わせ及び露光するためには、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光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、ウェハを露光されたイメー
ジで満たすためにマスクからウェハへと露光が繰り返さ
れる。イメージの露光が完了すると、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、最初に露光され
なかったエリアの露光が完了するまでマスクとウェハは
再度露光される。

【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、露光が行われる速度が
重要なために、露光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線で露光され
る。マスクの全てのセグメントを介する露光の次に、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光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線ビーム露光により露光されて、ウェハ全体が対
になる露光によって露光される。

【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
投影露光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光される。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
ントと露光手順もまた含まれ、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
露光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 −より速い露光時間 −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アラインメントによっ
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のに
より都合がよい。

【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
露光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２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。ウェハ１
１とマスク１０が共に移動する場合、固定されたギャッ
プが所定の時間２つの間に保持されている期間中、マス
ク１０とウェハ１１が接合され、マスク１０とウェハ１
１はＸ線ビーム２２を通過し終えるまでＸ線ソース（Ｂ
Ｌ）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光
をし直す。そのコンテクストにおいて、露光は以下のよ
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を位置合わせする。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、０
３７号に教示されるように、ビーム２２がマスク開口を
通過し終えたときに次のセグメントへと加速することが
できる。 ２．現行サイトが露光されている期間中に、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光と並行して得られる。こ
れは次の露光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。このことは、露光に
先立つ任意の時点でマスク内の新たなセグメントの接近
を「電信」、即ち予言する。 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．露光された位置がＸ線ビーム２２の下から離れるよ
う移動し、次のサイトの露光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、露光と露光の間でギ
ャップ３２を監視及びリセットする。 ６．エリアを併合して垂直走査の未露光のエリアをカバ
ーする。 ７．ウェハ１１全体を水平にカバーするため、パターン
形成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は露光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光される。

【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線露光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
エリアへの露光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に示されるアラインメント及び露光システムで
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（露光に費やされる
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】セグメント化マスク マスク設計： 図３は本発明に従って設計された合成マスク１０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
アによって分離された多数のセグメント１６を含む。 ・同じ全体エリアを単一メンブレンセグメント１６によ
ってカバーする場合に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は各フィールドセグメント
（又は更に各サブフィールドセグメント）毎に印刷され
る。 ・アラインメントマーク１４は露光フィールドメンブレ
ンセグメント１６の内部または外部にあることが可能で
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小さいサイズの幾つかの
メンブレン１６と置換し、より薄いメンブレンを用いる
ことによって露光速度が回復した。より小さく薄いメン
ブレンの効果と２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（例えば圧力や熱）から生じるたわみは、 ｈ³ ／（ａ）⁴ に比例し、アスペクト比が２対１以上のときに、小さい
ほうの寸法にのみ依存する。（ティモシェンコ（S. Tim
oshenko)、ウィノウスキー−クリーガー(S. Woinowsky-
Krieger)共著、「プレートとシェルの理論(Theory of P
lates and Shells) 」（マグローヒル、ニューヨーク、
1959年）を参照)

【００２８】たわみの逆数を強度の尺度として用いるな
らば、その強度は （ａ）⁴ ／ｈ³ に比例する。（大きなたわみでは厚さ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、セグメント化
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：小さい方の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ファクタ分減少されて、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の吸収
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
ルドをカバー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光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、セグメント化マスクシステ
ムのＢＬウインドウ３０に対してはａ＝５mmとなる。従
って、セグメント化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。セグメント化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】セグメント化マスクにおけるアラインメン
トと露光システムセグメント化 マスク概念及びその利点は上記に述べられ
ている。以下ではセグメント化マスクを大きなウェハに
位置合わせ及び露光するための手段が説明されている。
その方法によって、小フィールドを位置合わせ及び露光
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光システム
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】露光 露光 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をウェハに対して位置
合わせする。 ・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１
０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１６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光は、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。ウェハを露光するため、ウ
ェハは図４Ａに示される「アラインメントサイト１」に
マスク１０に対して位置合わせされ、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、露光されるべき特定のマ
スクセグメント１６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１０とウェハ１１が露光される位置にあ
るので、マスク１０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４５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４
１、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１４
４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１
６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を露光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１４１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「露光サイト１」を介して走査されるため、
位置合わせ及び露光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系の視界
のフィールドに入る。図４Ｃは、ビーム４５が頂部セグ
メント１６１の底部となり且つ次のマスクセグメント１
６２の上となる「アラインメントサイト２」を示し、マ
スクセグメント１６２の位置は、本発明に従い、露光に
先立ち決定される。

【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
イトが露光される。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
露光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、露光が完了し、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、「露光サイト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】次に露光が、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（露光時間
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 ・必要な露光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サイトが位置合わせされると、マスク１０及び
ウェハは全エリアにわたり既にほぼ位置合わせされる。
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非常に正確
な位置合わせがなされる。 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
のサイトの露光に並行して処理される。 ４．ウェハとマスク１０が露光に先立ち選択された（減
少した）サイト数でマップされる一般的なアラインメン
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
アは、高いＳ／Ｎ比を有するアラインメント情報を与え
る。

【００４６】ギャップ設定 Ｘ線近接露光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光では、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は露光されたフィールド毎に設定されなけ
ればならず、分離及びリ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。セ
グメント化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
３２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は露光と露光との間で決し
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】プロセス許容範囲及びライン幅制御 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
ス許容範囲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
アンドリピート露光においては、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、ここで述べるセグメン
ト化マスク手法では、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、露光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。−減少した露光フィールドをより
厳密に位置合わせ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線ビームを伝送し形状を直す
ためにビーム線でしばしば用いられ、その場合スループ
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。幅の広い水平のフィール
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広
がり、フィールド全体を適切に露光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、ビームの垂直方向への広がりが減少し
て、露光のためだけのより効率的な走査が可能になる。
本発明のセグメント化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】全ウェハカバレッジ 各走査によってカバーされるフィールドの数は、マスク
１０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カバーされる。マスク１０
をセグメント化した結果（図３）、マスク１０の全ての
エリアが単一走査で露光されるのではない。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１０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、特定のウェハ
位置で全領域をカバーするために第２走査が必要とな
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の全エリアの露光は以下を含む。 １．パターン形成されたマスク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】ウェハ全体をカバーするため、ウェハ１１
は露光セグメント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】露光セグメント間のステッピングを除去
し、露光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
カバー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光
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全体に露光される。 ・露光時間 ・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
る場合に限りセグメント化マスク１０にはスループット
利点がある。次に、セグメント化マスク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
ールドは位置合わせされ、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光されて、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フィールドのアラインメン
トを含む） Ｔｅ −露光時間 Ｔｓ −ステップ時間 Ｔａ −アラインメント時間 Ｔｏｈｆ−１フィールドあたりのオーバーヘッドタイム Ｎｆ −露光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、アラインメ
ント、及び露光があるため、 Ｔｗ＝Ｔｏｈ＋Ｎｆ（Ｔｅ＋Ｔｓ＋Ｔａ＋Ｔｏｈｆ）
数式１

【００５８】100mJ/cm ² の感度を有するレジストの100m
W/cm ² の光束吸収を与える効率的なビーム線１９と、小
型ストレイジリング型のシンクロトロン１８とに基づく
システムパラメータ、及び露光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】セグメント化マスクスキャナ ここで使用されるセグメント化マスクスキャナは、多く
の動作が露光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。セグ
メント化マスクスキャナにおいて、ウェハ１１は走査の
頂部にロード及び位置合わせされる（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、
以前のサイトの露光の間（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
長をカバーする）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、セグメント化マスク
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をカバーできるマス
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
定される露光時間である。

【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：
セグメント化マスク走査システムの独自の設計のため
に、ステップ及びアラインメント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をカバーできるマスク
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】セグメント化マスクスキャナにおけるフラ
ックスと走査速度セグメント化 マスクスキャナシステムにおけるウェハ１
１で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
ファクタ分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３０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光が仮定される。
２ファクタ分のフラックスの増加によって、同じ露光条
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、セグメント化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つのチップをもつセグメント化マ
スク（10mm x 40mm のセグメント) は、マスク露光フィ
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、マスクをセグメント化することで著しく
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、大露光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線ビームに露光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のマスクを用いるアラインメ
ント及び露光システムを示す。

【図３】本発明に従ったセグメント化マスク装置を示
す。

【図４】Ａ乃至Ｆは、マスクを介して露光される基板に
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 (56)参考文献 特開 昭48−30874（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−93371（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−129333（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 (ａ）単一マスク基板に、複数のマスク
   セグメントがシーケンシャルに配置され、単一大エリア
   メンブレンに比べて十分小さい形状で、より薄く形成す
   ることによりＸ線ビームの透過率を改善する前記マスク
   セグメントの集合から成る合成マスクと、 （ｂ）各々の前記マスクセグメントの位置を決定するた
   めに、前記マスクセグメントの各々に関係付けられて配
   置されたアライメントマークとを備え、前記アライメントマークによって次のマスクセグメント
   の位置合わせをして、Ｘ線ビームを用いて垂直方向にシ
   ーケンシャルに前記マスクセグメントを通して露光す
   る、 ことを特徴とするＸ線リソグラフィックマスク。
2. 【請求項２】 複数のマスクセグメントがシーケンシャ
   ルに配置され、単一大エリアメンブレンに比べて十分小
   さい形状で、より薄く形成することによりＸ線ビームの
   透過率を改善する前記マスクセグメントと、該マスクセ
   グメントの各々に関係付けられて配置されたアライメン
   トマークとを有する単一のシーケンシャルマスクによっ
   て、ウェハ全体を露光するＸ線リソグラフィック方法に
   おいて、 （ａ）前記アライメントマークによって次のマスクセグ
   メントの位置合わせをして、前記シーケンシャルマスク
   を通して前記ウェハに対して垂直走査を行うステップ
   と、 （ｂ）前記マスクセグメントの垂直寸法に等しい距離だ
   け前記シーケンシャルマスクに対して前記ウェハを垂直
   にシフトし、一つの前記垂直寸法のシフトによって前記
   ステップ（ａ）の垂直走査プロセスを繰り返し、残され
   た未露光のエリアをカバーするステップと、 （ｃ）前記マスク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前記ウェハを水平に進めて、前記
   ステップ（ａ）及び（ｂ）の垂直走査プロセスをさらに
   繰り返すステップと、 を含むことによりウェハ全体を露光するＸ線リソグラフ
   ィック方法。