JP4626838B2 - 基板上に露出パターンを形成するための石版印刷方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギー放射により照射されると、それを感知するレジスト材料の層を含む基板上に露出パターンを形成するための石版印刷方法に関する。
【０００２】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】
この石版印刷方法の場合には、パターン転写システム（例えば、石版印刷画像形成システム）において、上記エネルギー放射のビームにより、構造体のパターン、すなわち、構成されたビームを形成するための一組の透明な構造体を持つマスクが照射され、構成されたビームにより、構造体のパターンの画像が、基板上に形成される。基板は、ビームの光学通路内のステンシル・マスクの後に位置していて、基板上に、パターン画像、すなわち、照射の空間内分布を形成する。上記空間内分布は、パターン転写システムにより決まる有限のパターン転写ボケを持つ。パターン画像は、複数の所定のシフト位置の間を基板に対して横方向にシフトし、各シフト位置において、基板は、所定の時間の間照射される。二つの隣接するシフト位置の間の横方向の変位の幅は、形成される露出パターンの最も小さい素子の大きさよりも小さい。
【０００３】
半導体デバイスを製造する際の、半導体基板を構成するために重要な一つのステップは石版印刷である。例えば、シリコン・ウェーハのような基板は、ホトレジストと呼ばれる感光性の材料の薄い層でコーティングされる。石版印刷画像形成システムにより、パターンの画像がホトレジスト上に形成され、後続の現像ステップにおいて、基板から、ホトレジストの露出した部分、または露出していない部分が除去される。その後で、基板に対して、エッチング、蒸着、酸化等のような処理ステップが行われるが、基板上のホトレジスト・パターンは、未処理のまま残して置かなければならない表面のこれらの部分を覆っている。ホトレジストは除去され、新しい構造体を持つ基板ができあがる。このシーケンスを反復して行うことにより、半導体のマイクロサーキットを形成するために、複数の構造体の層を導入することができる。
【０００４】
例えば、１９８０年発行の、北オランダ、エド・Ｒ．ニューマン、Ｈ．クープスの「電子ビーム投影技術」の第３章「細線石版印刷」の２３５〜２５５ページに、石版印刷投影法および電子ビームを使用する石版印刷デバイスについての記述がある。電子および、特に、イオンは、ナノメートルの範囲より短い、非常に短い粒子波長を持っているという利点がある。このように粒子波長が非常に短いので、画像形成特性が非常に優れている。これについては、例えば、ゲルハルド・グロス他が、１９９８年１１／１２月発行の、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１６（６）、３１５０〜３１５３ページ掲載の、「イオン投影石版印刷：ＭＥＤＥＡ投影の状況および米国／ヨーロッパ協力」で記述している。
【０００５】
投影石版印刷の場合には、ホトレジストで覆われている基板上に画像形成されるパターンは、必要なパターンを持つマスクまたは焦点板により形成される。粒子投影システムの場合には、ステンシル・マスクが使用されるが、この場合には、投影されるパターンは、薄い膜、すなわち、数ミクロンの厚さの膜内に、適当な形の開口部として形成される。マスク・パターンは、薄い膜の内部の多数の開口部から形成されている。デバイス製造のために必要な領域内の、レジストでコーティングされているウェーハを露出するために、この薄い膜を粒子ビームが透過する。
【０００６】
同様に、ステンシル・マスクは、米国特許出願第０９／３１６，８３４号で、Ｈ．ロエシュネル（Ｌｏｅｓｃｈｎｅｒ）他が提案している、「ＥＵＶ（極紫外線断片）石版印刷システム透過マスクの幾何学的形状」に記載されているＥＵＶまたはＸ線石版印刷に基づく石版印刷システムで使用することもできる。
【０００７】
本発明のもう一つの用途は、イタリアのローマで、１９９９年９月に出版された、マイクロおよびナノ・エンジニアリング会議議事録に掲載されている、Ｊ．ブルガ他の「ナノシーブをシャドー・マスクとして使用するレジストを使用しない１００ナノメートルのパターン形成」に記載されている、例えば、ナノふるいのような蒸気蒸着の際に使用するステンシル・マスクである。この場合、粒子は、本質的に中性の原子または分子である。
【０００８】
Ｈ．クープスが、ｏｐ．ｃｉｔ．に記載しているように、自立形ステンシル・マスクを使用した場合には、ウェーハ上にリング形の露出領域を必要とするという構成上の問題が起こる。リング形のリングの中央の部分は、開口部により完全に囲まれ（いわゆる、ドーナツ問題）、そのため、「開口部」ができる。単に自立形バーまたは葉状のパターンに関連する問題もいくつか起こる。それ故、マスクの適当な位置の中央部分を安定させるために、他の手段を講じる必要がある。また、マスク・フォイル効果的にいくつかの部分に分割しているマスク内の大きい開口部または必要な長さの開口部の場合には、安定性の問題が起こる。さらに、このような構造体は、製造するのが難しい。
【０００９】
それ故、電子投影システムに対して、「交差グリッド解決法」が提案された。この場合、発生することができる最も小さなグリッド定数の支持グリッドが、デバイス製造用の必要なパターン上に置かれる。支持グリッド定数が、マスク内の最も細い線の幅の約１／１０である場合には、支持グリッドは、近接効果と、投影光学系の解像度に限界があるので、露出および現像した領域内の支持グリッドは消失する。しかし、支持グリッドが小さいので、製造が難しく、実際には実行できない。
【００１０】
例えば、Ｕ．ベーリンガおよびＨ．エンゲルケが、１９９３年１１／１２月に発行した、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１１（６）２４００〜２４０３ページ掲載の、「電子ビームおよびイオン・ビーム石版印刷用のステンシル・マスク技術における、インテリジェント設計分割」により提案している、他のアプローチは、デバイス・パターンを少なくとも二つのマスク上に位置する相補マスク・フィールドに分割する。それ故、各相補マスク上のパターンは、もっと安定なものになる。しかし、一組のマスクを石版印刷設定の際に取り扱わなければならない。また、それにより、ステンシル・マスクの製造コストも何倍にもなる。
【００１１】
Ｈ．クープスは、ｏｐ．ｃｉｔ．で、いわゆる「多重ビーム」解決法について記載しているが、この方法の場合には、デバイス・パターンを、ソフトウェア・ルーチンにより辺の長さが等しい正方形に再分割し、デバイス・パターンの各正方形に対して開口部パターン内に開口部が設けられるが、開口部パターンは、例えば、デバイス・パターンの正方形の、例えば、１／４というように、その一部だけしかカバーしていない。図１の場合には、デバイス・パターンＤＰは、長方形の線の形をしている。パターンの構造体は、二次エリア、ＰＱに再分割され、各二次エリアは、必要なデバイス・パターン内の最も小さな素子の１／４に対応する。図１のラインの場合には、正方形の辺の長さ、ｐｓは、幅、ｄｗの１／２に等しい。これらの通常の数値は、例えば、ｐｓ＝１００ナノメートル、ｄｗ＝２００ナノメートルである。基板は、この開口部パターンにより反復して露出される。図１の例の場合には、４倍であって、この場合、一つの正方形、ＰＱは、矢印を持つ線ｌｓで示すように、辺の長さが２倍、ｐｄ＝２ｐｓの一つの正方形の四つの象限に横にシフトし、全パターンは、ウェーハの以降の露出により構成される。各シフト位置においては、同じ時間照射が行われる。本明細書においては、「横方向への」運動という用語は、場合により、通常、平らな、基板またはマスクの表面に沿っての運動を意味する。このようにして形成されたパターンの場合、開口部の正方形ＰＱの隣接する画像ＰＱ’は、図１ａに示すように、並んで配置されている。画像形成されたパターンの大きさは、画像形成光学系が、１：１の光学系であるのか、または、例えば、係数４の縮小光学系であるのかにより異なる。「多重ビーム」解決法により、フォイル内に一つの大きな開口部ではなく、複数の小さな開口部を設けることができ、残りのフォイルは、開口部の間に安定な支柱を形成し、この支柱は、マスクの機械的な安全性を向上し、マスクの製造が容易になる。
【００１２】
電子マイクロ・プロジェクタ設定および「多重ビーム」方法を実行するマスクの幾何学的形状については、Ｊ．フロシーン（Ｆｒｏｓｉｅｎ）他が、１９７９年９月２５〜２７日、ドイツのアーヘンで開催された１９７９年マイクロサーキット・エンジニアリング議事録、Ｒｈｅｉｎｉｓｃｈ−Ｗｅｓｔｆａｌｉｓｃｈｅ Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｈｏｃｈｓｃｈｕｌｅに掲載されている、「マイクロ石版印刷の分野における電子マイクロプロジェクタの適用」の中に記載している。
【００１３】
しかし、「多重ビーム」解決法は、半導体ラインで使用することはできなかった。何故なら、横へのシフト方向の中の一つの方向に平行な直線だけ、および、その上、隣接する開口部の間の距離ｐｄの整数倍の大きさの構造体だけしか入手できないように思われたからである。さらに、図１ａのＰＱ’のように、横方向へのシフト変位により決まる「正規直交」正方形から斜めの線に沿って走る十分平滑な縁部を構成することができない。この問題は、画像をラスタ・グラフィックスにデジタル化することから、周知の問題に非常に類似している。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの目的は、「多重ビーム」解決法の制限を解決することであり、設計をもっと柔軟にできるようにすることである。より詳細に説明すると、本発明は、粒子ビーム石版印刷投影設定により、幾何学的精度の指定の制限内で、横への運動方向に対して斜めになっている構造体、および任意の大きさの構造体を製造するための一つのマスクを使用することを目的としている。
【００１５】
上記目的は、冒頭のところで説明した本発明の石版印刷方法により達成することができる。構造体パターンの中の少なくとも一つのパターンの構造体の寸法および／または方向は、シフト位置の間の横方向へのシフト変位と一致しないし、パターン転写ボケは、隣接するシフト位置の間の横方向への変位の幅より小さくない。複数のシフト位置に対する露出は、基板上の露出量の空間内の分布に重畳され、上記分布は、基板の一つまたはそれ以上の領域内の、上記レジスト材料の特定の最小露出量を超える。上記領域は、露出パターンを形成する。
【００１６】
この解決法により、マスクの構造上の安定性に悪影響を与えないで、広い領域をカバーしているか、自立形領域を囲んでいるデバイス・パターンを形成することができる。本発明のステンシル・マスクの平均空隙比は、小さく、通常、１２．５％より小さく、そのため、フォイル特性の局部的異方性を小さくすることができる。それ故、本発明を使用すれば、非常に小さいマスク・パターンの一組の画像から、それにより必要な露出パターンが形成される、「自己相補マスク」を作ることができる。
【００１７】
パターン転写ボケは、実際に使用したマスクを構成している一致しないパターンに対して、必要な「塗り潰」に従って選択される。本明細書の場合には、パターン転写ボケは、照射の広がり関数の最大値の１／２の幅として定義される。この場合、後者は点状の開口部（または、場合によっては、点状の反射点）が形成する、基板上の照射の空間内分布に対応する。説明を簡単にするために、以下の説明においては、単に「ボケ」といった場合には、他に別段の指定がない限り、パターン転写ボケを意味する。例えば、照射拡張関数がガウスの形をしている場合には、ボケはガウス分布の標準偏差の２．３６倍である。
【００１８】
本発明の好適な実施形態の場合には、都合のよいことに、パターン転写ボケは、隣接するシフト位置の間の横方向への変位の幅の１．４〜１．８倍である。
【００１９】
基板上で、画像パターンを横方向へ変位させるため一つの方法は、通常、高い精度で、特に、粒子光学的システムの場合には、高い精度で調整することができるパターン転写システムの光学的特性を調整することにより行われる。それ故、パターン画像は、パターン転写システムの光学的特性を調整することにより、基板に対して横方向へシフトされる。この横方向へシフトさせる方法により、露出手順中に、マスクおよび基板を移動させないで、画像パターンを高い精度で変位させることができる。
【００２０】
好適な実施形態の場合には、エネルギー放射は、電荷を持つ粒子からなり、パターン転写システムは、粒子光学的画像システムである。そのため、非常に小さな開口部数を達成することができ、それにより、画面における焦点深度が深くなる。このことは、基板が平らでない場合、例えば、垂直に構成されている場合には、特に有利である。好適には、放射は、水素イオンまたはヘリウム・イオンのようなイオンを含み、パターン転写システムは、イオン光学的画像形成システムであることが好ましい。石版印刷ビーム用に使用する粒子としては、任意の電荷粒子を使用することができ、特に、本出願人が主として使用するイオンを使用することができることは注目に値する。電子と比較した場合、イオンの場合には、光学的パラメータの数値がさらに有利なものになる。例えば、１０キロ電子ボルトのプロトンの場合には、波長は、約０．０５ｐｍである。開口部の数の通常の数値は１０^−５であり、焦点深度は５００マイクロメートルである。粒子石版印刷システムの場合には、パターン画像の横方向へのシフトは、例えば、ステンゲル他が米国特許第５，７４２，０６２号で開示しているマスク・ビーム・システムで使用するような粒子光学的画像形成システムの静電多重電極手段により有利に行うことができる。
【００２１】
基板に対して画像パターンを横方向へシフトするためのもう一つの実行可能な方法は、基板および／またはマスクを横方向へシフトする方法である。制御下での基板およびマスクの運動、または両方の運動を組み合せることにより、基板上のパターン画像の変位を直接制御することができる。
【００２２】
さらに、マスク内で構造体が占める全領域が、マスクまたは構造体パターンの一つまたはそれ以上の部分内に形成された全構造体内において、露出パターンに対応する面積より小さい場合には、横方向へのシフトの回数で割った基板上に形成すると有利である。こうすることにより、マスクの安定性がさらに向上する。帯電粒子石版印刷に場合には、基板上に露出パターンを形成するために必要な全電流が少なくすむようになり、そのため、システムの処理能力が向上する。
【００２３】
形成するデバイス・パターン素子は、通常、長方形 または多角形である。従って、マスク内のパターン構造体は、長方形であってもよい。マスク・パターンを設計する目的で、長方形のパターン構造体をソフトウェアにより容易に処理することができる。別の方法としては、マスク内のパターン構造体を円形にすることもできる。円形またはその他の丸い構造体は、周知の構成方法で容易に製造することができる。さらに、より詳細に説明すると、円形の構造体素子の場合には、素子の向きを考慮に入れる必要はない。この場合、以下にさらに詳細に説明するように、パターン構造体の形の詳細は、構造体の全体のレイアウトと比較した場合、それほど重要ではない。
【００２４】
本発明を実行する石版印刷システムは、米国特許第４，９８５，６３４号に、ステンゲル他が記載している、４×縮小システムのような縮小粒子投影システムであってもよい。縮小システム用のマスクの構造体パターン素子は、もっと寸法が大きいので、マスクの製造は容易である。さらに、マスクのところの粒子ビームの流れの密度は、それに応じて小さくすることができる。本発明に適している他の石版印刷システムは、例えば、米国特許第５，７４２，０６２号のステンゲル他の上記マスク・ビームシステムのような、１：１イオン・シャドー投影システムである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図面を参照しながら、本発明を以下にさらに詳細に説明する。
【００２６】
以下に詳細に説明する本発明の好適な実施形態として、米国特許第４，９８５，６３４号に、ステンゲル他が詳細に記載している４×縮小のイオン・ビーム石版印刷プロジェクタを使用して露出パターンを形成する。この実施形態は、本発明を、この特定のケースに制限するものでないことを理解されたい。それどころか、当業者であれば、イオンという名前がでた場合には、例えば、電子、Ｘ線またはＥＵＶ、または蒸気蒸着用の中性粒子を含む他のタイプの照射も含まれることを理解することができるだろうし、容易に再現することができるだろう。
【００２７】
すでに説明したように、基板上に形成されるパターン画像は、基板上を異なるシフト位置の間を横方向へシフトする。上記の本発明の実施形態の場合には、図１および図２に示すように、正方形の形に配置されている一組の四つのシフト位置を使用する。原則的には、三つまたは四つ以上のシフト位置、または四つのシフト位置の異なる配置を使用することができる。しかし、正方形に配置された四つのシフト位置と比較した場合、そのようにしても、通常、有利にはならない。一方、シフト位置の正方形の配置の場合には、通常の装置を使って変位を容易に制御することができ、マスクのアパーチャ・パターンの決定も簡単に行うことができる。本発明の実施形態の場合には、基板上のデバイス・パターンの最小素子サイズは、縮小係数４により、ステンシル・マスク上の２００ナノメートルの有効素子サイズに対応して５０ナノメートルである。従って、横方向へのシフト変位の幅は、マスクについて測定した場合には、有効素子サイズの１／２、すなわち、１００ナノメートルであり、またはマスク上の露出パターンについて測定した場合、最小素子サイズの１／２、すなわち、２５ナノメートルである。
【００２８】
図２−図４は、図１のラインＤＰに対応するが、４５度だけ回転させた露出パターンの一例に関する本発明の原理を示す。それ故、図２に示すように、この例の必要な露出パターンは、所定のシフト方向ｌｓに対して、４５度の角度で走るラインの形をしている。マスク上の対応する有効パターンＤＬは、有効素子サイズに等しい幅、ｗ１＝２００ナノメートルを持ち、その幅、ｗ１の数倍の長さ、ｈ１を持つ。一点鎖線ＤＬは、必要なパターンの輪郭を示す。しかし、許容された許容誤差により、その輪郭から露出パターンが若干ズレても差し支えない。すなわち、上記スレが、形成するデバイス・パターンの最小素子サイズよりかなり小さい、指定の許容誤差限界内である場合には、支障はない。
【００２９】
もちろん、横方向へのシフト変位は、必要な露出パターンがどうであれ、変化しない。横方向へのシフトを調整するのは事実上難しい。何故なら、マスク・ステーションの動作は、実際のマスクの構造体のパターンとは無関係に行われるからである。もっと重要なことは、同じステンシル・マスクが、シフト方向に沿いに向けることができる他のパターン構造体を持つからであり、または他の方向がライン・パターンＤＬの軸と互換性を持たないからである。従って、ラインＤＬが、アパーチャ・パターンの有効素子サイズに対応する幅ｗ１を保持するので、ラインＤＬの寸法は、横方向へのシフトｌｓが形成するグリッドと互換性を持たない。
【００３０】
図２は、斜めのライン・パターンＤＬを形成するための本発明のアパーチャ・パターンＰＡを示す。図を見れば分かるように、アパーチャ・パターンＰＡは、好適には、長方形の形をしていることが好ましい、小さな開口部ＳＡからできている。アパーチャ・パターンＰＡは、個々の開口部ＳＡの間のギャップを均すのに十分なパターン転写ボケにより画像形成される。アパーチャ・パターンの二つの隣接する開口部の間のオフセットｄ１は、有効素子サイズ、すなわち、２００ナノメートルに等しくなるように選択される。パターンＰＡにより形成された露出パターンの縁部が十分平滑になるように、長方形の軸は、画像形成する露出パターンのラインに沿った方向を向いている。
【００３１】
図２に示すように、長方形の開口部ＳＡの寸法は、ｓ１＝６０ナノメートル、ｌ１＝１４０ナノメートルである。幅ｓ１は、横方向へのシフトによる移動を考慮に入れて、開口部が、その幅が必要なライン幅ｗ１であるエリアをカバーするよう選択される。図２の場合には、横方向へシフトした場合、開口部ＳＡの中の一つの四つの位置ＳＡ’は、一点鎖線により長方形として描かれている。図を見れば分かるように、上記四つの位置は、ラインＤＬの幅を満たす。開口部ＳＡの長さｌ１は、アパーチャの正味の面積を保持し、レジスト材料の必要な露出量に対して、基板上に必要な量の照射を行うために、「正規直交」正方形ＰＱと比較した場合、必要な幅を補償するように選択される。
【００３２】
構造体パターンＰＡを形成している開口部ＳＡは、横方向へのシフト変位と一致しないので、複数のシフト位置によるアパーチャ・パターンＰＡの重畳は、均一に、透視ライン・パターンＤＬの全面積をカバーしない。それどころか、開口部ＳＡの幾何学的形状、およびおよびシフト移動、ｌｓにより、ある領域がカバーされずに、他の領域が二重にまたは何重にもカバーされることもある。図２の場合には、開口部ＳＡの間の支柱は、カバーされないが、一方、ラインＤＬの中央部分には、二重にカバーされている部分がある。
【００３３】
パターン転写システムの解像度特性が、石版印刷システムのボケを決定する。本発明の場合には、ボケは、幾何学的形状およびパターン素子のサイズにより変化してはならない。例えば、ボケはマスク・パターン構造体の回折効果によるものであってはならない。
【００３４】
特定の石版印刷システムの場合には、粒子の波長が短いために、回折効果の解像度の品質に対する影響は少ない。それどころか、ボケは、確率的クーロン相互作用による、帯電粒子光学系の収差により決定される。ボケが本発明と一緒に使用するのに十分でない場合には、パターン転写システムを適当に順応させることにより追加のボケを導入することができる。
【００３５】
解像度を制限するボケが、主として屈折によって決まるＸ線、またはＥＵＶ石版印刷の場合には、本発明により追加のボケを導入しなければならない。実行可能な一つの方法は、動的に追加のボケを形成することである。露出手順が行われている間、パターン画像の位置は、必要なボケに対応するサイズを持つエリア内を横に動揺する。動的な動揺は、基板上での画像パターンの横方向へのシフト変位用の上記方法の中の一つにより起こさせることができる。すなわち、マスクの横方向への運動、基板の横方向への運動、またはこれら運動を組合せたものにより起こさせることができる。好適には、上記動揺は、シフト変位と同じ方法で起こすことが好ましい。しかし、動揺およびシフトは、異なる手段によりも起こさせることができる。例えば、基板は、必要なボケを起こすために、動揺させることができるし、一方、マスクは、露出手順が行われている間、シフト位置の間で横方向へシフトされる。
【００３６】
図３は、基板平面上の露出量の分布である。この分布は照射の後で形成されるが、その場合、四つのシフト位置の指定の組を使用して、図２のアパーチャ・パターンにより、基板の僅か７ナノメートルのボケが発生する。図３を見れば分かるように、ボケが７ナノメートルと低いために、個々のパターン開口部ＳＡ、ＳＡ’をハッキリと見ることができる。詳細をもっと見やすくするために、図を見れば分かるように、図３には拡大図の空間分布の左上の端部だけを示す。垂直軸および水平軸上の寸法の単位は、ナノメートルである。石版印刷システムは、４という縮小係数を持っているので、図３の画像パターンの寸法は、図２の寸法と比較すると、この係数だけ小さくなっている。図３に示すラインは、（例えば、マイクロキューリ／平方センチメートル単位で測定した場合の）露出量が同じ点を結んだ線である。これらの線は、「全」露出量の、それぞれ、０．１倍、０．３倍、０．５倍、０．７倍、０．９倍および１．１倍に対応する。すなわち、位置を一回シフトして露出した後の大きな露出エリアの中心で入手できる露出量に対応する。領域が異なるシフト位置で二重に照射を受けた場合には、露出量を「全」露出量以上にすることができる。
【００３７】
本発明の場合には、必要な全デバイス・パターンをカバーする露出量の分布は、隣接するシフト位置の間のシフト距離より大きく選択したボケを使って入手することができる。指定の幾何学的精度で必要なパターンをハッキリと複写する露出パターンは、基板上の最小素子サイズの０．７〜０．９倍に対応する横方向へのシフトのシフト幅の１．４〜１．８倍の範囲内のボケを使用して入手することができる。図４は、図２のアパーチャ・パターンで露出した場合、および矢印がついている線ｌｓで示すように、四つの各シフト位置を使って、同じ照射時間の間露出した場合の、（最小素子サイズの０．８倍である）シフト幅の１．６倍のボケのところ、すなわち、４０ナノメートルのところで入手した露出量の空間分布を示す。これらの線は、それぞれ、「全」露出量の０．１、０．３、０．５および０．７に対応する。０．５の線は、強い線で描かれている。この線は、露出パターンの輪郭を示す線である。各シフト位置での、イオン・ビームの照射の強度および／または照射の持続時間は、０．５の輪郭線のところで入手した露出量が、レジスト材料の特定の最小露出量に対応するように選択される。図４を見れば分かるように、０．５の輪郭線は、必要な幅、すなわち、５０ナノメートルの最小素子サイズを持っている。
【００３８】
図２−図４に示すように、本発明の方法により、輪郭の方向が、露出中の横方向へのシフト運動の変位ベクトルと一致していない場合でも、斜めの線または湾曲した線を持つ露出パターンを一つの自己相補ステンシル・マスクで形成することができる。
【００３９】
図５および図６は、本発明により形成した露出パターンの他の二つの例である。もっとハッキリ見えるようにするために、また、アパーチャ・パターンと、結果として得られる露出分布の間の関係をもっとよく理解してもらうために、図５ａおよび６ａの寸法は、図５ｂおよび図６ｂの寸法の１／４になっている。アパーチャ・パターンの露出パターンへの画像形成は、図２および図４のところで説明した方法で行われる。
【００４０】
図５ａは、一本の直線上に配列されている四つの正方形の開口部からなるアパーチャ・パターンを示す。正方形の１辺の長さは１００ナノメートルである。図５ｂは、図５ａのアパーチャ・パターンを画像形成することにより形成した露出パターンである。これらの線は図４のものと同じ意味を持つ。ここでもまた、０．５の輪郭は、露出パターンの輪郭を示し、５０ナノメートルの幅を持つパターン・ラインを形成する。
【００４１】
図６は、最小素子サイズの整数倍でないある長さを形成する一例である。図６ａのアパーチャ・パターンにおいては、一番上の正方形は、その長さが正方形の辺の約２倍である長方形ＳＲにより置き換えられている。従って、図６ｂに示す、結果として得られる露出パターンは、最小素子サイズの１／２だけ、図５ｂのものより長い。長方形ＳＲの幅は、輪郭の幅が広くなるのを防止するために、元の辺の幅の１／４だけ小さくしてある。
【００４２】
図７は、中央に正方形の窓を持つ正方形の露出パターンを形成するための他のアパーチャ・パターンＰＦである。結果として得られる露出パターンＤＦを細い線で描いた外側の正方形および内側の正方形で示す。この露出パターンＤＦを形成するために使用するアパーチャ・パターンＰＦは、すべてが同じ辺の幅ｓ２を持つ複数の正方形のアパーチャ開口部ＳＥ、ＳＭ、ＳＩを含む。上記開口部の辺の幅は、最小素子サイズ、すなわち、１００ナノメートルの１／２に等しくなるように、適当に選択される。さらに、デバイス・パターンの中央部の隣接するアパーチャの間の距離は、周囲を囲む輪郭に沿ったものよりも長くすることができる。このようにすることができるのは、露出パターン・エリア内に十分入る基板上の一点は、パターンの輪郭に近い一点と比較すると、より大きな一組のアパーチャ開口部からの照射量で露出されるからである。従って、図７のパターンの場合には、正方形の外側の縁部に位置するアパーチャＳＥ、および中央の窓のライニングところに位置するアパーチャＳＩは、最小素子サイズに等しいズレｄ２、すなわち、２００ナノメートルだけ離れている。一方、パターンのエリア内においては、個々のアパーチャＳＭの間の隙間は、もっと広くすることができる。それ故、マスク内の構造体が占める全面積は、横方向へのシフトの数で割った、基板上に形成される露出パターンに対応する面積よりも小さい。パターン開口部の間の拡大した隙間は、さらに、パターンの領域内のフォイルの機械的安定性をさらに向上する。さらに、全アパーチャ面積が小さくなったので、システム内の粒子の流れが少なくなり、確率的なボケを少なくする助けをする。図７の例の場合には、垂直方向のズレｄｖおよび水平方向ズレｄｈは、両方とも、２４０ナノメートルに選択される（等方性間隔）。他の幾何学的形状の場合には、パターンの形状、および周囲パターンによって決まるフォイルの内部応力構成により間隔を異方性にすることができる。
【００４３】
本明細書に記載するマスクは、例えば、ＶＤＥ−Ｖｅｒｌａｇ、ドイツ、ミュンヘンでの１９９８年１１月１６〜１７日のＧＭＭ会議（ＧＭＭ Ｆａｃｈｂｅｒｉｃｈｔ；２５）で行われた講演「ステンシル・マスク製造用のＰＮおよびＳＯＩウェーハ流れプロセス」の２９〜３８ページ掲載のＪ．ブッチケ（Ｂｕｔｓｃｈｋｅ）他の「集積回路およびマイクロ構成部材用のマスク技術’９８」に記載されているような周知の方法で製造することができる。本発明と一緒に使用するステンシル・マスクが、周知のマスクと異なっている点は、マスク構造体の寸法が、通常、周知の技術の可能性のなかに十分入る、通常、係数２だけ小さいということだけである。アパーチャ・パターンが、主として同じ形の素子からできているために、種々の形の電子ビーム書込みシステムによる製造が、容易になることに留意されたい。さらに、ここでは、１／４である元のパターン面積の一部だけに書込みを行うだけで十分である。
【００４４】
個々のステンシル・パターン開口部ＳＡ、ＳＲ、ＳＥ、ＳＭ、ＳＩの形は、上記実施形態の場合には、正方形または長方形である。しかし、ステンシル・マスク・アパーチャのための製造方法次第で、その縁部が丸い形か、または円形または楕円のアパーチャを使用する方が簡単な場合がある。本発明の場合には、線の幅と比較すると、ボケは比較的大きいので、照射量の分布は、上記のように形が変化しても大きな影響を受けない。それどころか、上記説明から、また本発明を使用する以下に説明する図８および図９から明らかなように、円形のアパーチャおよび正方形のアパーチャは同一ではないにしても、半導体製造の際に使用する許容誤差に関して、等価であると見なすことができるほど類似の露出パターンを形成する。
【００４５】
図８および図９は、円形の開口部ＳＣ、ＳＣ’を含むアパーチャ・パターンを使用して形成した露出パターンの例である。図８ａおよび図９ａは、結果として得られる露出分布を示す図８ｂおよび図９ｂと比較すると１／４の大きさのアパーチャ・パターンを示す。アパーチャ・パターンの露出パターンへの画像形成は、図２および図４のところで説明した方法により行われる。横方向への移動は、図８ａおよび図９ａの矢印がついている線で示す。この場合、二つの隣接するシフト位置の間のシフト距離は、最小素子サイズの０．６倍である。
【００４６】
図８ａは、有効素子サイズの０．６倍の半径を持つ二つの円形開口部ＳＣを含むアパーチャ・パターンである。開口部ＳＣは、シフト距離の２倍に対応するズレだけ、シフト変位の主な方向の一つに沿って間隔を持っている。図８ｂは、図５ａのアパーチャ・パターンを画像形成することによって形成される露出パターンを示す。陰をつけた輪郭は、図４の線、すなわち、それぞれ、「全」露出量の０．３、０．５および０．７に対応する。輪郭の幅は、（例えば、０．５±０．０２５のような）公称値より０．０２５だけ上および下の範囲をカバーする領域を示す。０．５の輪郭は、露出パターンの輪郭を示し、必要な最小素子サイズに等しい幅、ｗ３を持つパターン・ラインを形成する。
【００４７】
図９ａのアパーチャ・パターンは、対角線に沿って三つの円形の開口部ＳＣ’の組を含む。開口部ＳＣ’の半径は、有効素子サイズの０．５４倍である。図９ｂは、結果として得られる露出パターンを示すが、その０．５の輪郭は許容精度内の対角線の形をとる。ここでもまた、０．５の輪郭の幅は、必要な最小素子サイズを再現する。
【００４８】
パターン画像の横方向へのシフト変位は、例えば、基板を固定した状態で、ステンシル・マスクを横方向へ変位させることにより実行することができる。もう一つの方法は、マスクを固定した状態で基板を移動させる方法である。しかし、好適には、一組のシフト位置が照射されている間に基板およびマスクの両方を移動させないことが好ましく、またパターン画像をイオン光学的システムの光学的特性を調整することにより移動させることが好ましい。より詳細に説明すると、パターン画像のシフトは、米国特許第５，７４２，０６２号が開示している電子画像設置システムにより行うことができる。このシステムは、元来、基板上の画像の位置の整合のズレを補償するためのものであるが、本発明の「自己補償マスク」解決法のための横方向への変位を行うこともできることも容易に理解することができるだろう。この方法は、精度が非常に高く、基板に対するパターン画像の位置決めを高速で行うことができるという利点をもっている。
【００４９】
画像の位置を検出するために使用する基準マスクは、通常、横方向へのシフト変位の幅よりも大きいので、種々のシフト位置を一組の基準マスク内で検出することができる。その後で、横方向へのシフトの影響は、基準信号の通常の横方向調整信号に重畳している修正信号により基準システム内で修正される。この場合、修正信号は、ゼロ・シフト位置からの横方向へのシフトの距離を表わす。画像の位置を整合するための他のシステムの場合には、複数の基準マスクの組を使用することができる。この場合、例えば、基準マスクの各組は、シフト位置に対応する。
【００５０】
本発明を使用すれば、デバイス・パターンが、マスクの構造上の安定性に悪影響を与えないで、リング形、葉状または一つの「自己相補マスク」を使用するカンチレバーのように、広い面積をカバーしていても、自立エリアを囲んでいても、例えば、半導体デバイスのような、デバイス・パターンの画像形成を容易にする。ステンシル・マスクの場合には、これら構造体は、図７を見れば分かるように、アパーチャ開口部のアレーの形で実行される。通常、基板の半分程度が露出されるので、またマスク内のアパーチャ開口部が、対応するフォイル面積の１／４またはそれ以下を占めるので、ステンシル・マスクの平均間隙比は小さい、すなわち、５０％／４＝１２．５％またはそれ以下である。それ故、フォイルの硬度、マスクの熱放射率、および他のフォイル特性は、マスク上の小さな範囲内で変化する。マスク内には、小さな等間隔のアパーチャ開口部しか存在しないので、マスクの安定性はさらに向上する。アパーチャ開口部の寸法は、熱放射の波長より十分短いので、マスクの放射冷却を助ける熱放射干渉の影響は心配ない。
【００５１】
さらに、本発明の適当なアパーチャ・パターンの計算手順は、相補マスク法と比較すると明らかに容易である。ほとんどの場合、アパーチャ・パターンを決定するには、パターン開口部の長方形のアレーと重畳させ、できれば、以降のステップで、パターン輪郭に沿って、再配置するだけで十分である。マスクの製造後の検査が簡単になる。何故なら、ステンシル・マスクの構造体が、類似の形状をしているからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】周知の「多重ビーム」解決法により直線パターンを形成するためのアパーチャ・パターンである。
【図２】斜めの直線の形の露出パターンを形成するための本発明のアパーチャ・パターンである。
【図３】小さなパターン転写ボケのところの、図２のアパーチャ・パターンにより形成された、基板上の露出量の分布である。
【図４】本発明の横方向へのシフト幅の１．６倍のボケのところの、図２のアパーチャ・パターンで形成した、基板上の露出量の分布である。
【図５】本発明の垂直ストロークを画像形成するためのアパーチャ・パターン（図５ａ）、および各露出量の分布（図５ｂ）である。
【図６】ストロークが、最小素子の１／２にだけ、図５ｂのストロークより長い場合の本発明の垂直ストロークを画像形成するための他のアパーチャ・パターン（図６ａ）、および各露出量の分布（図６ｂ）である。
【図７】中央の正方形の窓により正方形の露出パターンを形成するための第四のアパーチャ・パターンである。
【図８】円形のアパーチャ・パターン素子を持つ二つの他のアパーチャ・パターン（図８ａ）、および各露出量の分布（図８ｂ）である。
【図９】円形のアパーチャ・パターン素子を持つ二つの他のアパーチャ・パターン（図９ａ）、および各露出量の分布（図９ｂ）である。

Claims (12)

1. エネルギー放射により照射されると、それを感知するレジスト材料の層を含む基板上に露出パターンを形成するための石版印刷方法であって、
   パターン転写システムにおいて、前記エネルギー放射のビームにより、構造体のパターン、すなわち、構成されたビームを形成するための複数の透明な構造体を持つマスクが照射され、前記構成されたビームにより、構造体のパターンの画像が、前記基板上に形成され、前記基板が、ビームの光学通路内のステンシル・マスクの後に位置していて、基板上に、パターン画像、すなわち、照射の空間内分布を形成し、前記の空間内分布が、前記パターン転写システムにより決まる有限のパターン転写ボケを持ち、
   前記パターン画像は、複数の所定のシフト位置の間を基板に対して横方向にシフトし、各シフト位置により、基板は、所定の時間の間照射され、二つの隣接するシフト位置の間の横方向の変位の幅は、形成される露出パターンの最小素子サイズよりも小さく、
   構造体パターンの少なくとも一つの構造体は、その寸法が、シフト位置間の横方向への変位の幅と一致せず、および／または該少なくとも一つの構造体が細長い形状の場合のその長手方向、および／または当該構造体パターンの他の構造体に対する配置方向が、シフト位置の間の横方向への変位の方向と一致しないし、
   パターン転写ボケは、隣接するシフト位置の間の横方向への変位の幅より小さくなく、
   複数のシフト位置に対する露出は、基板上の露出量の空間内の分布と重畳し、前記分布は、前記基板の一つまたはそれ以上の領域内の前記レジスト材料の特定の最小露出量を超え、前記領域が、前記露出パターンを形成する方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記パターン転写ボケが、隣接するシフト位置の間の横方向への変位の幅の１．４〜１．８倍の範囲内にある方法。
3. 請求項１に記載の方法において、
   前記パターン画像が、前記パターン転写システムの光学的特性を調整することにより前記基板に対して横方向へシフトする方法。
4. 請求項１に記載の方法において、
   前記エネルギー放射が帯電粒子を含み、前記パターン転写システムが粒子画像形成システムである方法。
5. 請求項４に記載の方法において、
   前記エネルギー放射が水素イオンまたはヘリウム・イオンのようなイオンを含み、前記パターン転写システムは、イオン光学的画像形成システムである方法。
6. 請求項４に記載の方法において、
   前記パターン画像の横方向へのシフトが、前記粒子光学的画像形成システムの静電多重電極手段により行われる方法。
7. 請求項１に記載の方法において、
   前記パターン画像が、前記基板および／または前記マスクの横方向へのシフトにより、基板に対して横方向へシフトする方法。
8. 請求項１に記載の方法において、
   前記マスク内の前記構造体が占める全面積が、横方向へのシフトの回数で割った前記基板上に形成される露出パターンに対応する面積より小さい方法。
9. 請求項１に記載の方法において、
   前記マスク内のパターン構造体が、長方形をしている方法。
10. 請求項１に記載の方法において、前記マスク内のパターン構造体が、円形をしている方法。
11. 請求項１に記載の方法において、
    前記石版印刷システムが、縮小粒子投影システムである方法。
12. 請求項１に記載の方法において、
    前記石版印刷システムが、１：１イオン・シャドー投影システムである方法。

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