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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Maske zum Herstellen von z. B. einem Halbleiterelement,
ein Belichtungsverfahren und ein Herstellungsverfahren von Halbleiterelementen.
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2. Beschreibung verwandter Technik
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Es
wurde bereits eine Proximity-Belichtungstechnik bei übereinstimmendem
Größenverhältnis (equal
scale) durch dichtes Anordnen einer so genannten Stencil-Maske,
auf der ein Maskenmuster durch Öffnungen
ausgebildet ist, an einer Halbleiterscheibe und Bestrahlen der Maske
mit einem Elektronenstrahl geringer Beschleunigung offenbart (
JP 2951947 ). Um die Belichtungstechnik
umzusetzen, wurde neuerdings der Entwicklung einer Stencil-Maske
mit einem Dünnfilm
(Membran) mit einer Dicke von ungefähr 500 nm bis 1 μm als auch
der Entwicklung eines Lackprozesses nachgegangen.
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Die
Größe einer
Membran hat klein zu sein, um die mechanische Festigkeit der mit
Musteröffnungen
ausgebildeten Membran aufrechzuerhalten, und es wurde eine Maskenstruktur
vorgeschlagen, bei der eine Membran in kleine Gebiete unterteilt
ist, und durch Strahlen gestützt
wird (
JP 2003-59819 ).
In diesem Fall können
keine Musteröffnungen
in den Strahlbereichen ausgebildet werden, so dass zum Übertragen
eines gewünschten
Schaltkreismusters eine komplementäre Unterteilungstechnik durch
Unterteilen des auf den Werfer zu übertragenen Schaltkreismusters
erforderlich ist, Ausbilden der unterteilten Muster auf einer Mehrzahl
von Membranen und Überlagern
der Membranen zum Durchführen
der Belichtung.
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JP 2003-59819 beschreibt
eine Maske, bei der eine Größe einer
Membran auf ungefähr
1 bis 3 mm eingestellt ist, indem diese durch Strah len unterteilt
ist und eine Anordnung der Strahlen jeder der vier Masken versetzt
ist. Indem die Belichtung durch Überlagern
der vier Maskengebiete erfolgt, wird ein vorgegebenes Schaltkreismuster
auf eine Halbleiterscheibe übertragen.
In der in
JP 2003-59819 beschriebenen
Maske entspricht eine Größe eines Maskengebiets
näherungsweise
einer Retikel(Chip)-Größe als Einheitsgebiet,
das auf dem Wafer belichtet werden soll.
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Jedoch
sind die Strahlen zum Stützen
der Membran der in der
JP
2003-59819 beschriebenen Stencil-Maske komplex angeordnet,
um diese auf den vier Maskengebieten zueinander zu versetzen. Aus
diesem Grund ist der Strahlaufbau komplex, die Verspannung des auf
den Membranen auszubildenden Musters wird kompliziert und es wird
schwierig, die Verspannungen zu korrigieren.
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Falls
es schwierig ist, die Spannungen zu korrigieren, führt dies
zur Verschlechterung der Mustergenauigkeit eines Halbleiterelements,
welches durch ein Muster mittels Belichten unter Zuhilfenahme einer
Stencil-Maske ausgebildet wird, sowie zu einer Abnahme der Zuverlässigkeit
des Halbleiterelements.
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Omori
et al.: „Complementary
masking approach for proximity electron lithography", Journal of Vacuum
Science and Technology B21(1), Januar 2003, Seiten 57–60, betrifft
ein neues Maskenformat für
eine Elektronstrahl-Proximity-Projektionslithografie bei niedrigen
Energien (LEEPL, low-energy electron-beam proximity-projection lithography),
das eine schnellere und genauere Übertragung von der Elektronenmaske
auf eine Halbleiterscheibe ermöglicht als
die Einzelmembran-Elektronenmaske, welche gewöhnlich herangezogen wird. Ein
gleichzeitiges Belichten über
vier benachbarte komplementäre Quadranten
der Maske, synchronisiert mit einer Step-and-Repeat-Bewegung der
Halbleiterscheibenstufe, führt
zu einem vollständigen
Muster mit einem Durchsatz von näherungsweise
dreißig
Halbleiterscheiben pro Stunde.
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Ashida: „Data Processing
for LEEPL mask: Splitting and placement correction", Proceedings of SPIE,
Volume 4754 (2002), Seiten 847–856
betrifft ein geeignetes Maskendatenverarbeitungssystem für Low-Energy
Electron-Beam Proximity-Projection-Lithography (LEEPL). Hierin wurden
einige inhärente Probleme
des besonderen Maskenaufbaus für LEEPL
prinzipiell gelöst.
Dieses Dokument betrachtet in besonderem Maße die Korrektur einer möglichen
Verletzung der komplementären
Unterteilung an der Grenze zweier benachbarter Datenverarbeitungseinheiten
als auch die Korrektur von Bildanordnungsfehlern aufgrund von Maskenversätzen.
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US 2003/0228758 A1 betrifft
ein Halbleiterelement und sein Herstellungsverfahren. Es wird ein Verfahren
zum Lösen
eines bekannten Problems offenbart, das darin liegt, dass die Verarbeitungseigenschaften
schlechter werden, falls ein in einem Elektronenstrahlprojektionsverfahren
an komplementär unterteilte
Masken angelegter Strom vergrößert wird. Die
komplementär
unterteilten Masken zur Elektronenbestrahlung werden wie folgt verwendet:
Eine Maske wird für
Muster verwendet, die eine Genauigkeit mit hoher Auflösung erfordern
und die andere Maske wird für
andere Muster herangezogen. Dadurch ist es möglich, den an die Muster, welche
eine Genauigkeit mit hoher Auflösung
erfordern, angelegten Strom zu erniedrigen, um eine hohe Schreibgenauigkeit
zu erzielen. Zudem können äußerst genaue Muster
mit hohem Durchsatz ausgebildet werden.
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Auch
in der in
JP 2003-59819 beschriebenen Stencil-Maske
wird nahezu kein Freiheitsgrad einer für eine Strahlanordnung verwendbaren
Retikelgröße erhalten,
so dass die Strahlanordnung entsprechend der Größe eines zu belichtenden Retikels
zu ändern
ist. Deshalb ist für
jedes Element (Halbleiterelement), das hergestellt werden soll,
ein anderer Maskenrohling zu präparieren.
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Falls
ein Maskenrohling vor der Maskenausbildung bis zu einem bestimmten
Ausmaß für Retikel mit
verschiedenen Größen herangezogen
werden kann, lässt
sich ein Maskenrohling zum Herstellen einer Mehrzahl von Elementen
verwenden, so dass eine Kostenreduktion erzielt werden kann.
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Wie
oben erläutert
wurde, ist es hinsichtlich der Korrektur einer Verspannung eines
Musters von Vorteil, eine Stencil-Maske mit einem regelmäßigen und
einfachen Strahlaufbau zu verwenden. Auch ist es im Hinblick auf
eine Kostenreduktion von Vorteil, falls der Bereich einer verwendbaren
Retikelgröße in einer
Stencil-Maske breit gehalten werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Maske anzugeben, die in der Lage
ist, die Übertragungsgenauigkeit
eines Musters zu erhöhen,
indem der Strahlaufbau regelmäßig und
einfach gehalten wird.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Belichtungsverfahren
anzugeben, das in der Lage ist, ein Muster genau zu übertragen,
indem eine Belichtung mit Hilfe obiger Maske durchgeführt wird.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren
von Halbleiterelementen anzugeben, das in der Lage ist, ein zuverlässiges Halbleiterelement
zu erzeugen, indem eine Musterschicht mit Hilfe des Belichtungsverfahrens
unter Verwendung obiger Maske genau ausgebildet wird.
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Um
obige Aufgaben zu lösen,
wird erfindungsgemäß eine Maske
angegeben mit einem Stützrahmen,
einem Strahlbereich zum Unterteilen eines von dem Stützrahmen
umgebenen Gebiets, einem Dünnfilm,
der auf dem mittels des Strahlbereichs unterteilten Gebiet ausgebildet
ist, und auf dem Dünnfilm
ausgebildeten Öffnungen
eines Musters, die durch komplementäres Unterteilen eines auf ein
zu belichtendes Objekt zu übertragenden
Schaltungsmusters erhalten werden; wobei der Strahlbereich aufweist:
einen ersten Strahlbereich, in dem eine Mehrzahl von Strahlen, die
sich geneigt zu zwei rechtwinkligen XY-Koordinatenachsen, welche
ein XY-Koordinatensystem zur Stufensteuerung in X-Richtung und Y-Richtung
darstellen, erstrecken, in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, und einen zweiten
Strahlbereich, in dem eine Mehrzahl von Strahlen, die sich geneigt
zu zwei rechtwinkligen XY-Koordinatenachsen erstrecken, in regelmäßigen Abständen angeordnet
sind; wobei vier Einheitsbelichtungsgebiete zur Belichtung durch Überlagerung derselben
auf dem zu belichtenden Objekt in dem von dem Stützrahmen umgebenen Gebiet vorgesehen
sind, und der Dünnfilm
von wenigstens zwei der Einheitsbelichtungsgebiete bei Überlagerung
der vier Einheitsbelichtungsgebiete an einer beliebigen Position
vorliegt.
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Bei
der oben erläuterten
erfindungsgemäßen Maske
besteht ein Strahlbereich aus einem ersten Strahlbereich, in dem
eine Mehrzahl von Strahlen, die sich im Hinblick auf zwei rechtwinklige
XY-Koordinatenachsen, welche ein XY-Koordinatensystem zur Stufensteuerung
in X-Richtung und Y-Richtung darstellen, geneigt erstrecken, in
regelmäßigen Abständen angeordnet
sind, und aus einem zweiten Strahlbereich, in dem eine Mehrzahl
von Strahlen, die sich im Hinblick auf die beiden XY-Koordinatenachsen
geneigt erstrecken und den ersten Strahlbereich schneiden, in regelmäßigen Abstanden
angeordnet sind, und die Strahlanordnung ist in allen von dem Stützrahmen
umgebenen Gebieten regelmäßig.
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Ebenso
sind vier Einheitsbelichtungsgebiete zur Belichtung durch Überlagerung
derselben auf dem zu belichtenden Objekt in dem von dem Stützrahmen
umgebenen Gebiet vorgesehen, und der Dünnfilm wenigstens zweier der
Einheitsbelichtungsgebiete liegt bei Überlagerung der vier Einheitsbelichtungsgebiete
an einer beliebigen Position vor.
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Somit
wird ein Schaltungsmuster auf das zu belichtende Objekt übertragen,
in dem komplementär unterteilte
Muster eines Schaltungsmusters, das auf das zu belichtende Objekt übertragen
werden soll, ausgebildet werden, diese den Dünnfilmen von wenigstens zwei
Einheitsbelich tungsgebieten zugeordnet werden und eine Belichtung
durch Überlagerung der
vier Einheitsbelichtungsgebiete durchgeführt wird.
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Zum
Lösen der
Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Belichtungsverfahren
angegeben unter Zuhilfenahme einer Maske mit einem Stützrahmen,
einem Strahlbereich zum Unterteilen eines von dem Stützrahmen
umgebenen Gebiets, einem Dünnfilm, der
auf dem mittels des Strahlbereichs unterteilten Gebiet ausgebildet
ist, und auf dem Dünnfilm
ausgebildeten Öffnungen
eines Musters, die durch komplementäres Unterteilen eines auf ein
zu belichtendes Objekt zu übertragenden
Schaltungsmusters erhalten werden; wobei der Strahlbereich einen
ersten Strahlbereich aufweist, in dem eine Mehrzahl von Strahlen,
die sich im Hinblick auf zwei rechtwinklige XY-Koordinatenachsen,
welche ein XY-Koordinatensystem zur Stufensteuerung in X-Richtung
und Y-Richtung darstellen, geneigt erstrecken, in regelmäßigen Abständen angeordnet
sind, und einem zweiten Strahlbereich, in dem eine Mehrzahl von Strahlen,
die sich im Hinblick auf die beiden XY-Koordinatenachsen geneigt
erstrecken und den ersten Strahlbereich schneiden, in regelmäßigen Abständen angeordnet
sind; wobei vier Einheitsbelichtungsgebiete zur Belichtung durch Überlagerung
derselben auf dem zu belichtenden Objekt in dem von dem Stützrahmen
umgebenen Gebiet vorgesehen sind, und der Dünnfilm wenigstens zweier der
Einheitsbelichtungsgebiete bei Überlagerung
der vier Einheitsbelichtungsgebiete an einer beliebigen Position
vorliegt; wobei zum Belichten ein Wiederholen erfolgt von einem
Bestrahlungsschritt mit einem geladenen Teilchenstrahl zum Bestrahlen
der vier Einheitsbelichtungsgebiete der Maske mit dem geladenen
Teilchenstrahl und einem Bewegungsschritt zum Verschieben der relativen
Positionen der Maske und des zu belichtenden Objektes, und einem Überlagern
der vier Einheitsbelichtungsgebiete der Maske auf dem zu belichtenden
Objekt.
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Bei
dem oben erläuterten
erfindungsgemäßen Belichtungsverfahren
ist die regelmäßige Strahlanordnung
in dem von dem Stützrahmen
umgebenen Gebiet ausgebildet und es wird eine Maske verwendet, bei
der vier Einheitsbelichtungsgebiete zur Belichtung durch Überlagerung
derselben auf dem zum belichtenden Objekt in dem von dem Stützrahmen
umgebenen Gebiet vorgesehen sind.
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Der
Dünnfilm
von wenigstens zwei der Einheitsbelichtungsgebiete liegt bei Überlagerung
der vier Einheitsbelichtungsgebiete an einer beliebigen Position
vor. Deshalb ist jedes der Einheitsbelichtungsgebiete zu jedem von
komplementär
unterteilten Mustern des Schaltungsmusters, das auf das zu belichtende
Objekt übertragen
werden soll, positioniert.
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Die
Belichtung erfolgt durch Wiederholen eines Bestrahlungsschrittes
mit einem geladenen Teilchenstrahl zum Bestrahlen der vier Einheitsbelichtungsgebiete
der Maske mit dem geladenen Teilchenstrahl und eines Bewegungsschrittes
zum Verschieben der relativen Positionen der Maske und des zu belichtenden
Objektes, sowie einem Überlagern der
vier Einheitsbelichtungsgebiete der Maske auf dem zu belichtenden
Objekt. Somit erfolgt eine Belichtung durch Überlagern der vier Einheitsbelichtungsgebiete
und das Schaltungsmuster wird auf das zu belichtende Objekt übertragen.
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Zum
Lösen obiger
Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Herstellungsverfahren
eines Halbleiterbauelements zum Ausbilden von Schichten eines Musters
angegeben durch Wiederholen eines Schrittes zum Ausbilden eines
Prozessierungsfilms auf einem Substrat, eines Schrittes zum Ausbilden
eines fotoempfindlichen Films auf dem Prozessierungsfilm, eines
Schrittes zum Durchführen
einer Belichtung eines Maskenmusters auf dem fotoempfindlichen Film, und
eines Schrittes zum Durchführen
einer Musterprozessierung auf dem Prozessierungsfilm durch Ätzen des
Prozessierungsfilms unter Verwendung des fotoempfindlichen Films,
welcher der Musterbelichtung unterzogen wird, als Ätzmaske,
und Verwenden einer Maske, umfassend einen Stützrahmen, einen Strahlbereich
zum Unterteilen eines von dem Stützrahmen
umgebenen Gebiets, einen Dünnfilm,
der auf dem mittels des Strahlbereichs unterteilten Gebiets ausgebildet
ist, und auf dem Dünnfilm
ausgebildete Öffnungen
eines Musters, die durch komplementäres Unterteilen eines auf ein
zu belichtendes Objekt zu übertragenden
Schaltungsmuster erhalten werden; wobei der Strahlbereich einen
ersten Strahlbereich aufweist, in dem eine Mehrzahl von Strahlen,
die sich im Hinblick auf zwei rechtwinklige XY-Koordinatenachsen,
welche ein XY-Koordinatensystem zur Stufensteuerung in X-Richtung
und Y-Richtung darstellen, geneigt erstrecken, in regelmäßigen Abständen angeordnet
sind, und einen zweiten Strahlbereich, in dem eine Mehrzahl von
Strahlen, die sich im Hinblick auf die beiden XY-Koordinatenachsen
geneigt erstrecken und den ersten Strahlbereich neigen, in regelmäßigen Abständen angeordnet
sind; wobei vier Einheitsbelichtungsgebiete zur Belichtung durch Überlagerung
derselben auf dem zu belichtenden Objekt in dem von dem Stützrahmen
umgebenen Gebiet vorgesehen sind, und der Dünnfilm wenigstens zweier der
Einheitsbelichtungsgebiete bei Überlagerung
der vier Einheitsbelichtungsgebiete an einer beliebigen Position
vorliegt; wobei die Belichtung in einem Schritt zur Belichtung eines
Musters der Maske auf dem fotoempfindlichen Film erfolgt durch Wiederholen
eines Bestrahlungsschritts mit einem geladenen Teilchenstrahl zur
Bestrahlung der vier Einheitsbelichtungs gebiete der Maske mit dem
geladenen Teilchenstrahl, und einem Bewegungsschritt zum Verschieben
der relativen Positionen der Maske und des zu belichtendes Objektes,
sowie Überlagern
der vier Einheitsbelichtungsgebiete der Maske auf dem zu belichtenden
Objekt.
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Bei
dem oben erläuterten
Herstellungsverfahren eines Halbleiterbauelements gemäß der Erfindung
wird in dem Schritt der Belichtung eines Musters einer Maske auf
einen fotoempfindlichen Film eine Maske verwendet, bei der die regelmäßige Strahlanordnung
in dem von dem Stützrahmen
umgebenen Gebiet ausgebildet ist, und die vier Einheitsbelichtungsgebiete,
die zur Belichtung durch Überlagerung
derselben auf dem zu belichtenden Objekt in dem von dem Stützrahmen
umgebenen Gebiet vorgesehen sind.
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Der
Dünnfilm
wenigstens zweier der Einheitsbelichtungsgebiete liegt bei Überlagerung
der vier Einheitsbelichtungsgebiete an einer beliebigen Position
vor. Deshalb ist jedes der Einheitsbelichtungsgebiete zu jedem der
komplementär
unterteilten Muster des Schaltungsmusters, das auf den fotoempfindlichen
Film übertragen
werden soll, angeordnet.
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In
dem obigen Belichtungsschritt erfolgt die Belichtung durch Wiederholen
eines Belichtungsschrittes mit einem geladenen Teilchenstrahl zum Bestrahlen
der vier Einheitsbelichtungsgebiete der Maske mit dem geladenen
Teilchenstrahl, und eines Bewegungsschrittes zum Verschieben der
relativen Position zwischen der Maske und dem zu belichtenden Objekt,
sowie einem Überlagern
der vier Einheitsbelichtungsgebiete der Maske auf dem fotoempfindlichen
Film. Somit erfolgt die Belichtung durch Überlagerung der vier Einheitsbelichtungsgebiete und
das Schaltungsmuster wird auf den fotoempfindlichen Film übertragen.
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Dann
erfolgt eine Musterprozessierung auf dem Prozessierungsfilm, indem
der Prozessierungsfilm unter Zuhilfenahme des der Musterbelichtung unterzogenen
fotoempfindlichen Films als Ätzmaske ausgebildet
wird, so dass eine Schicht des Musters ausgebildet wird.
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Entsprechend
der erfindungsgemäßen Maske
ist der Strahlaufbau regelmäßig und
einfach und somit kann die Übertragungsgenauigkeit
eines Musters verbessert werden.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Belichtungsverfahren
kann ein Muster genau übertragen
werden, indem eine Belichtung mit Hilfe obiger Maske erfolgt.
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Mit
einem Herstellungsverfahren eines Halbleiterbauelements gemäß der Erfindung
kann ein zuverlässiges
Halbleiterbauelement hergestellt werden durch präzises Ausbilden einer Musterschicht
unter Zuhilfenahme des Belichtungsverfahrens mit obiger Maske.
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KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
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Diese
und weitere Ziele und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
im Zusammenhang mit den begleitenden Abbildungen ersichtlicher:
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1 zeigt
eine Ansicht eines beispielhaften Aufbaus eines Belichtungsgeräts zur Belichtung
mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Maske;
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2 zeigt
eine Draufsicht auf einen beispielhaften Aufbau einer Maske;
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3 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht der in 2 gezeigten
Maske;
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4 zeigt
eine Ansicht zur detaillierten Anordnung der Strahlen; 5 zeigt
eine Ansicht zur Erläuterung
der komplementären
Unterteilung zur Anordnung eines Musters auf der Maske gemäß dieser
Ausführungsform;
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6 zeigt
eine Ansicht zum Zusammenhang zwischen den Größen eines tatsächlichen Strahls,
eines Fenstergebiets und eines Musteranordnungsgebiets, wobei ein
Teil um den Strahl vergrößert ist;
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7 zeigt
eine Ansicht eines Strahlanordnungsbereichs eines Einheitsbelichtungsgebiets 10A;
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8 zeigt
eine Ansicht eines Strahlanordnungsbereichs eines Einheitsbelichtungsgebiets 10B;
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9 zeigt
eine Ansicht eines Strahlanordnungsbereichs eines Einheitsbelichtungsgebiets 10C;
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10 zeigt
eine Ansicht eines Strahlanordnungsbereichs eines Einheitsbelichtungsgebiets 10D;
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11 zeigt
eine Ansicht, bei der alle in 7 bis 10 gezeigten
Strahlanordnungen überlagert
sind;
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12 zeigt
eine Ansicht mit verwendbaren Retikelgrößen zur komplementären Belichtung
mit einer Maske gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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13 zeigt
eine Ansicht mit verwendbaren Retikelgrößen zur komplementären Belichtung
mit einer Maske gemäß der ersten
Ausführungsform,
wobei eine Größe eines
Musteranordnungsgebiets auf einer Membran geändert ist;
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14 zeigt eine Schnittansicht zu einem Schritt
eines beispielhaften Herstellungsverfahrens einer Maske gemäß dieser
Ausführungsform;
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15 zeigt eine Schnittansicht zu einem Schritt
eines beispielhaften Herstellungsverfahrens einer Maske gemäß dieser
Ausführungsform;
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16 zeigt eine Schnittansicht zu einem Schritt
eines beispielhaften Herstellungsverfahrens einer Maske gemäß dieser
Ausführungsform;
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17 zeigt eine Schnittansicht zu einem Schritt
eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für ein Halbleiterbauelement
gemäß dieser
Ausführungsform;
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18 zeigt
eine Ansicht zur Erläuterung
einer Strahlanordnung einer Maske gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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19 zeigt
eine Ansicht mit verwendbaren Retikelgrößen zur komplementären Belichtung
mit einer Maske gemäß der zweiten
Ausführungsform;
und
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20 zeigt
eine Ansicht mit verwendbaren Retikelgrößen zur komplementären Belichtung
mit einer Maske gemäß der zweiten
Ausführungsform,
wobei eine Größe eines
Musteranordnungsgebiets einer Membran geändert ist.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Abbildungen erläutert.
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Erste Ausführungsform
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1 zeigt
eine Ansicht eines beispielhaften Aufbaus eines Belichtungsgeräts zur Belichtung
mit Hilfe einer Maske gemäß dieser
Ausführungsform. Das
in 1 gezeigte Belichtungsgerät kann für eine LEEPL-Technik herangezogen
werden.
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Das
in 1 gezeigte Belichtungsgerät weist eine Elektronenkanone 2,
eine Kondensorlinse 3, eine Blende 4, ein Paar
Hauptdeflektoren 5a und 5b sowie ein Paar Subdeflektoren 6a und 6b auf.
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Die
Elektronenkanone 2 emittiert einen Elektronenstrahl EB
mit einer Beschleunigungsspannung von etwa 2 kV. Der von der Elektronenkanone 2 emittierte
Elektronenstrahl EB tritt durch die Kondensorlinse 3 und
konvergiert zu einem parallelen Strahl. Der nicht benötigte Bereich
des zu einem parallelen Strahl konvergierten Elektronenstrahls EB
wird über die
Blende 4 geblockt.
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Der
Elektronenstrahl EB wird mittels des Hauptdeflektors 5a in
Richtung eines mit dem Elektronenstrahl EB zu bestrahlenden Zielobjektes
geschwenkt (abgelenkt) und dieser wird dann in eine zur optischen
Achse parallelen Richtung zurückgeschwenkt
(zurückgeführt), indem
er von dem Hauptdeflektor 5b abgelenkt wird. Somit bestrahlt
der Elektronenstrahl EB die Maske 10 näherungsweise vertikal. Die
Hauptdeflektoren 5a und 5b rastern den Elektronenstrahl
EB.
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Die
Subdeflektoren 6a und 6b steuern einen Einfallswinkel
des Elektronenstrahls EB auf die Maske 10, um eine Position
eines zu belichtenden Musters, das auf ein Prozessierungssubstrat 20 wie
eine Halbleiterscheibe zu übertragen
ist, zu korrigieren. Durch geringfügiges Neigen des Elektronenstrahls EB
wird ein Muster der Maske 10, das zur korrekten Position
versetzt ist, auf die korrekte Position auf dem Prozessierungssubstrat 20 korrigiert
und übertragen. Wie
in 1 gezeigt ist, kann eine Bestrahlungsposition
des Elektronenstrahls EB auf dem Prozessierungssubstrat 20 durch
Steuern des Bestrahlungswinkels präzise um Δ versetzt werden.
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In 1 wird
ein nicht gezeigter Lack auf dem Prozessierungssubstrat 20 mit
dem Elektronenstrahl EB belichtet, der durch das auf einer Membran der
Maske 10 in 1 ausgebildete Öffnungsmuster hindurchtritt.
Bei dem in 1 gezeigten Belichtungsgerät erfolgt
eine Belichtung bei übereinstimmendem
Größenverhältnis (equal
scale) und die Maske B und das Prozessierungssubstrat 20 sind dicht
zueinander angeordnet.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf einen beispielhaften Aufbau der Maske 10 und 3 zeigt eine
schematische Querschnittsansicht der in 2 gezeigten
Maske.
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Wie
in 2 und 3 gezeigt, weist die Maske 10 einen
Stützrahmen 11 auf,
der als Dickfilm ausgebildet ist, als Dickfilme ausgebildete Strahlen 12 zum
Unterteilen eines Gebiets Ar, das vom Stützrahmen 11 umgeben
ist, und Membranen (Dünnfilme) 13,
die auf den von den Strahlen 12 unterteilten Gebieten ausgebildet
sind. Die Membranen 13 dienen als Elektronenstrahlsperrfilme
und bilden ein Muster mit Öffnungen
aus. Das Muster wird durch komplementäres Unterteilen eines Schaltungsmusters,
das auf das Prozessierungssubstrat 20 übertragen werden soll, erzielt.
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4 zeigt
eine Ansicht zum detaillierten Aufbau der Strahlen 12.
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Die
Strahlen 12 sind grob gemäß den Erstreckungsrichtungen
zweigeteilt und bestehen aus ersten Strahlen 12a und zweiten
Strahlen 12b. Es gilt zu berücksichtigen, dass diese Strahlen
vereinfacht mit Strahlen 12 bezeichnet werden, sofern es
nicht notwendig ist, in den unteren Erläuterungen die ersten Strahlen 12a von
den zweiten Strahlen 12b auseinanderzuhalten. Alle der
mehreren Strahlen 12 entsprechen einem Strahlbereich dieser
Erfindung.
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Die
ersten Strahlen 12a erstrecken sich geneigt zu der X-Achse
und Y-Achse, welche ein XY-Koordinatensystem zur Festlegung einer
Position des Musters darstellen. Die Mehrzahl erster Strahlen 12a ist
in regelmäßigen Abständen angeordnet.
In dieser Ausführungsform
erstrecken sich die Strahlen 12a um 45° geneigt zur X-Achse. Alle der
Mehrzahl erster Strahlen 12a entsprechen einem ersten Strahlbereich
der Erfindung.
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Die
zweiten Strahlen 12b erstrecken sich geneigt zur X-Achse
und Y-Achse und schneiden die ersten Strahlen 12a. Die
mehreren zweiten Strahlen 12b sind in regelmäßigen Abständen angeordnet.
In dieser Ausführungsform
erstrecken sich die zweiten Strahlen 12b beispielsweise
um –45° in Bezug
auf die X-Achse und diese schneiden die ersten Strahlen 12a.
Alle zweiten Strahlen 12b entsprechen einem zweiten Strahlbereich
der Erfindung.
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Das
XY-Koordinatensystem zum Festlegen einer Position des Musters ist
beispielsweise entlang von zwei Seiten eines rechteckförmigen Retikels
eingestellt. Das XY-Koordinatensystem dient als Referenzkoordinate
zur Steuerung der X-Richtung und zur Steuerung der Y-Richtung bei
der Stufensteuerung des Belichtungsgeräts. Es wird auf dieselbe Weise
beim Elektronenstrahlrastern verwendet, bei dem ein Elektronenstrahl
entlang der das XY-Koordinatensystem darstellenden X-Achsenrichtung
(horizontales Rastern) geführt
wird, und das horizontale Rastern erfolgt in Richtung der Y-Achse.
Auf diese Weise wird das Referenz-XY-Koordinatensystem in Einklang
mit allen Musterpositionen gebracht, die die Stufensteuerung und
das Elektronenstrahlrastern spezifizieren.
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Wie
oben erläutert
wurde, ist das von dem Stützrahmen 11 umgebene
Gebiet Ar über
die Strahlen 12 in eine Mehrzahl kleiner Gebiete unterteilt,
und die Membranen 13 sind auf den unterteilten Gebieten ausgebildet.
Die Membranen 13 stellen Gebiete dar, in denen ein Muster
angeordnet werden kann.
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Wie
in 4 gezeigt ist, werden vier Einheitsbelichtungsgebiete 10A, 10B, 10C und 10D zur Belichtung
durch Überlagerung
derselben auf dem Prozessierungssubstrat 20 in dem von
dem Stützrahmen 11 umgebenen
Gebiet Ar eingestellt. Die Einheitsbelichtungsgebiete 10A bis 10D werden
entsprechend den ersten bis vierten Quadranten mit Hilfe eines näherungsweisen
Mittelbereichs des von dem Unterstützungsrahmen 11 umgebenen
Gebiets Ar als Ursprung „O" eingestellt.
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Somit
liegt das Einheitsbelichtungsgebiet 10B entlang der X-Achsenrichtung benachbart
zum Einheitsbelichtungsgebiet 10A, und das Einheitsbelichtungsgebiet 10D liegt
in der Y-Achsenrichtung benachbart zum Einheitsbelichtungsgebiet 10A.
Ebenso liegt das Einheitsbelichtungsgebiet 10C in der Y-Achsenrichtung
benachbart zum Einheitsbelichtungsgebiet 10B und in der
X-Achsenrichtung benachbart zum Einheitsbelich tungsgebiet 10D.
Die Einheitsbelichtungsgebiete 10A bis 10D teilen
sich den Ursprung „O".
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Die
Einheitsbelichtungsgebiete 10A bis 10D weisen
dieselbe Größe wie eine
Retikelgröße auf. Gewöhnlich wird
bei einer Fotolithografie bei verkleinernder Projektion mit Hilfe
einer optischen Maske eines oder eine Mehrzahl von LSI-Chipmustern
auf der optischen Maske montiert. In dieser Beschreibung werden
eine oder mehrere auf die optische Maske montierte Chips als so
genannte Retikel bezeichnet. Die Größen der Retikel unterscheiden
sich entsprechend der Größen der
zu montierenden Chips und die maximale Größe wird durch das Leistungsvermögen eines
optischen Belichtungsgerätes,
das als Stepper oder Scanner bezeichnet wird, bestimmt. Falls eine
optische Belichtung und Elektronenstrahlbelichtung als Mix- und
Match-Belichtung erfolgt, sind die Einheitsbelichtungsgebiete entsprechend der
Größe der Retikel
der optischen Belichtung einzustellen.
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Wie
in 4 gezeigt ist, wird das von dem Stützrahmen 11 umgebene
Gebiet Ar über
eine Mehrzahl von Strahlen 12, die sich in ±45°-Richtungen
erstrecken, unterteilt, und die Strahlenanordnung ist regelmäßig in den
von dem Stützrahmen 11 umgebenen
Gebiet Ar. In dieser Ausführungsform weisen
alle über
die Strahlen 12 unterteilte Membranen 13 dieselbe
quadratische Form auf.
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Die
obigen vier Einheitsbelichtungsgebiete 10A bis 10D sind
auf dem Prozessierungssubstrat 20 überlagert und werden der Belichtung
ausgesetzt. Da ein Muster nicht auf die Bereiche mit Strahlen 12 übertragen
werden kann, ist es notwendig, dass ein Bereich, in den das Muster
aufgrund der vorliegenden Strahlen 12 eines Belichtungsgebiets
nicht übertragen
werden kann, ergänzt
wird durch Ausbilden des Musters auf der Membran 13 auf
einem weiteren Einheitsbelichtungsgebiet. Um der komplementären Unterteilung
zu folgen, hat eine Membran 13 von wenigstens zwei Einheitsbelichtungsgebieten
bei Überlagerung
der vier Einheitsbelichtungsgebiete 10A bis 10D an
einer beliebigen Position vorzuliegen.
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Bei
dem Belichtungsverfahren mit Hilfe der Maske gemäß obiger Ausführungsform
werden alle der vier Einheitsbelichtungsgebiete 10A bis 10D von dem
Elektronenstrahl EB gerastert. Nach dem Rastern des Elektronenstrahls
sind die relativen Positionen der Maske 10 und des Prozessierungssubstrats 20 exakt
um eine Größe eines
Einheitsbelichtungsgebiets geändert,
wonach alle der vier Einheitsbelichtungsgebiete 10A bis 10D erneut
von dem Elektronenstrahl EB gerastert werden. Durch Wiederholen
des Elektronenstrahlbestrahlungsschrittes zum Bestrahlen des Elektronenstrahls
EB auf die vier Einheitsbelichtungsgebiete 10A bis 10D der
Maske 10 und des Bewegungsschrittes zum Ändern der
relativen Positionen zwischen der Maske 10 und dem Prozessierungssubstrat 20 auf
diese Weise (Step-and-Repeat-Belichtung),
werden die vier Einheitsbelichtungsgebiete 10A bis 10D der
Maske 10 zur Belichtung auf dem Prozessierungssubstrat 20 überlagert
(komplementäre
Belichtung).
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5 zeigt
eine Ansicht zur Erläuterung
der Verarbeitung bei komplementärer
Unterteilung zur Anordnung eines Musters auf der Maske gemäß dieser
Ausführungsform. 5 zeigt
eine Membran 13, die über
Strahlen 12 unterteilt ist, sowie virtuelle Gitterlinien
G.
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Bei
Verwendung wird das von den Dickfilmstrahlen 12 umgebene
Gebiet der Membranen 13 in Musteranordnungsgebiete 13a und
Randgebiete 13b unterteilt. Ein Muster wird prinzipiell
auf den Musteranordnungsgebieten 13a ausgebildet, jedoch
ist dieses auch manchmal über
einen Teil der Randgebiete 13b hin ausgebildet.
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Wie
in 5 gezeigt ist, wird für jedes der von den Gitterlinien
G umgebenen noch kleineren Gebiete eine komplementäre Unterteilung
eines Musters als auch eine Anordnung durchgeführt. Die Gebiete werden als
Musterverarbeitungseinheitsgebiete PUF bezeichnet. Die Gitterlinien
G werden mit Abständen
von einigen μm
bis einigen 10 μm
eingestellt, z. B. mit Abschnitten von 10 μm. Werden die Gitterlinien G
mit Abständen
von 10 μm
eingestellt, so erhalten die Musterverarbeitungseinheitsgebiete PUF
eine Größe von 10 μm × 10 μm. Beispielsweise sind
die Musteranordnungsgebiete 13a einer Membran 13 näherungsweise
in Form eines Quadrates von etwa 1 bis 5 mm und eine Breite der
Strahlen 12 einschließlich
der Ränder 13b beträgt etwa
100 bis 500 μm.
Es gilt zu berücksichtigen,
dass zur Vereinfachung der Darstellung in 5 die Abstände der
Gitterlinien G breiter dargestellt sind als die Breite der Strahlen 12 und
die Größe der Membran 13.
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Falls
das Muster nicht in die Musteranordnungsgebiete 13a passt,
wird ein Muster auf dem überstehenden
Bereich prinzipiell auf einem weiteren Einheitsbelichtungsgebiet
der Maske ausgebildet und die Muster werden durch Überlagerungsbelichtung
zusammengebracht (komplementäres
Belichten).
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Falls
jedoch das Muster geringfügig über die Musteranordnungsgebiete 13a übersteht,
ist es von Vorteil, die Übertragung
ohne Unterteilung des Musters zu vollziehen als ein komplementäres Muster
auf einem weiteren Einheitsbelichtungsgebiet auszubilden und diese
zusammenzubringen. Falls insbesondere ein feines Muster mit enger
Linienbreite verwendet wird, z. B. falls ein Gate geringfügig über die
Musteranordnungsgebiete 13a hin ausreicht, besteht die Möglichkeit,
dass sich die Eigenschaften eines herzustellenden Halbleiterbauelements
verschlechtern, falls eine Unterteilung in komplementäre Muster
erfolgt. Somit werden die Randgebiete 13b, auf denen ein
Muster ausgebildet werden kann, um die Musteranordnungsgebiete 13a angeordnet.
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6 zeigt
den Zusammenhang von Größen eines
tatsächlichen
Strahls 12, Randgebieten 13b und Musteranordnungsgebieten 13a einer
Membran 13 unter der Annahme, dass ein Musterverarbeitungseinheitsgebiet
PUF 10 μm2 einnimmt.
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Aus 6 ist
bekannt, dass Randgebiete 13b mit ausreichender Größe gesichert
sind, so dass ein Muster, das von den Musteranordnungsgebieten 13a der
Membran übersteht,
auf den Randgebieten 13b positioniert werden kann. Berücksichtigt
man, dass die Strahlen die Randgebiete 13b beinhalten und
die Musteranordnungsgebiete 13a der Membran 13 an
einer beliebigen Position wenigstens auf zwei Einheitsbelichtungsgebieten
vorliegen, so ist es möglich,
eine komplementäre
Belichtung durchzuführen.
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Nachfolgend
wird die Möglichkeit
erläutert, die
Maske gemäß obiger
Ausführungsform
einer komplementären
Belichtung zu unterziehen.
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In
diesem Beispiel sei angenommen, dass eine Breite der Strahlen 12 einschließlich der
Randgebiete 13b 200 μm
beträgt,
die Musteranordnungsgebiete 13b der Membran 13 1.8
mm2 betragen und ein Musterverarbeitungseinheitsgebiet
PUF 10 μm2 beträgt,
so dass die Möglichkeit
des Ausführens
einer komplementären
Belichtung mit einer Retikelgröße von 26 × 33 mm
diskutiert wird.
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7 bis 10 zeigen
Ansichten eines Ausschnitts einer Strahlanordnung eines unteren
linken Teils der entsprechenden Einheitsbelichtungsgebiete 10A bis 10D in
dem Fall, in dem die entsprechenden Einheitsbelichtungsgebiete 10A bis 10D eine
selbe Größe wie obiges
Retikel einnehmen. 7 ist eine Ansicht einer Strahlanordnung
des Einheitsbelichtungsgebiets 10A, 8 ist eine
Ansicht einer Strahlanordnung des Einheitsbelichtungsgebiets 10B, 9 ist
eine Ansicht einer Strahlanordnung des Einheitsbelichtungsgebiets 10C und 10 ist
eine Ansicht einer Strahlanordnung des Einheitsbelichtungsgebiets 10D.
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In 7 bis 10 werden
zur Erläuterung der
Möglichkeit
der komplementären
Belichtung voneinander verschiedene Markierungen an Musterpositionen 101 bis 103 gezeigt.
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Wenn
auf die in 7 bis 10 gezeigten Markierungen
Bezug genommen wird, liegt die Musterposition 101 auf einem
Strahl im Einheitsbelichtungsgebiet 10A, jedoch auf der
Membran 13 in den Einheitsbelich tungsgebieten 10B bis 10D.
Auf dieselbe Weise liegt die Musterposition 102 auf einem Strahl
im Einheitsbelichtungsgebiet 10C, jedoch auf der Membran 13 in
den Einheitsbelichtungsgebieten 10A, 10B und 10D.
Darüber
hinaus liegt die Musterposition 103 auf einem Strahl in
den Einheitsbelichtungsgebieten 10C und 10D, jedoch
auf der Membran 13 in den Einheitsbelichtungsgebieten 10A und 10B.
Wie aus obigen Ausführungen
bekannt ist, liegen alle der drei Musterpositionen 101 bis 103 auf der
Membran 13 in wenigstens zwei der vier Einheitsbelichtungsgebiete 10A bis 10D.
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11 zeigt
eine Ansicht, bei der alle in 7 bis 10 gezeigten
Strahlanordnungen überlagert
sind. In 11 ist jeder Strahl, der in
einem der vier Einheitsbelichtungsgebiete 10A bis 10D vorliegt,
mit einer verschiedenen Schattierung dargestellt.
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Wie
in 11 gezeigt ist, überlagern Strahlen 12 an
einer beliebigen Position nicht auf drei oder mehr Einheitsbelichtungsgebieten.
Somit liegt die Membran 13 an einer beliebigen Position
auf wenigstens zwei Einheitsbelichtungsgebieten vor.
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Aus
obiger Erläuterung
lässt sich
die Maske gemäß dieser
Ausführungsform
einer komplementären
Belichtung auf einem Retikel mit obiger Größe unterziehen. Da die Strahlen 12 regelmäßig angeordnet
sind, kann obige Erläuterung
zu einem Teil der Strahlanordnung auch auf weitere Teile übertragen werden,
so dass eine komplementäre
Belichtung auf weiteren Teilen möglich
ist.
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12 zeigt
eine Ansicht mit Retikelgrößen, die
einer komplementären
Belichtung mit einer Maske unterzogen werden können, wobei die Maske unter
der Annahme hergestellt ist, dass eine Breite eines Strahls 12 einschließlich der
Randgebiete 13b 200 μm
beträgt
und ein Musteranordnungsgebiet 13a der Membran 13 1.8
mm2 beträgt.
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In 12 kennzeichnet
die Abszissenachse die Größe des Retikels
in der X-Richtung und die Ordinatenachse kennzeichnet die Größe des Retikels
in der Y-Richtung. 12 zeigt, dass die Größen in dem
Schwarzgebiet einer komplementären
Richtung unterzogen werden können.
Beispielsweise können Retikel
mit einer Größe von 24
(Größe in X-Richtung) × 26 (Größe in Y-Richtung)
und 24 × 28
einer komplementären
Belichtung mit obiger Maske unterzogen werden. Ebenso kann eine
komplementäre
Belichtung mit obiger Maske durchgeführt werden mit einem Retikel
einer Größe von 24 × 27. Aus 12 ist bekannt,
dass ein Maskentyp nicht eine beliebige Retikelgröße abdecken
kann.
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13 zeigt
eine Ansicht mit Retikelgrößen, die
einer komplementären
Belichtung mit einer Maske unterzogen werden können, wobei die Maske so hergestellt
ist, dass sie dieselbe Größe aufweist,
abgesehen davon, dass das Musteranordnungsgebiet 13a der
Membran 13 1.75 mm2 beträgt.
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Ebenso
zeigt 13, dass die Größen in dem
Schwarzgebiet einer komplementären
Belichtung mit obiger Maske unterzogen werden können. Aus 13 ist
bekannt, dass eine komplementäre Belichtung
mit obiger Maske für
ein Retikel möglich wird,
das eine Größe von z.
B. 24 × 27
aufweist, was mit vorheriger Maske nicht möglich war.
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Wie
oben erläutert
ist, findet ein Maskentyp nicht auf alle Retikelgrößen Anwendung,
jedoch kann eine verwendbare Retikelgröße geringfügig geändert werden, indem eine Größe des Musteranordnungsgebiets 13a geringfügig geändert wird.
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Nachfolgend
wird ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens obiger Maske mit
Bezug auf 14 bis 16 erläutert. Hierbei
wird ein Beispiel zum Herstellen einer Maske unter Verwendung eines SOI-Substrats
erläutert.
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Wie
in 14A gezeigt ist, wird ein SOI-Substrat präpariert,
das durch Ausbilden eines Siliziumoxidfilms 16 auf einem
Siliziumsubstrat 15 und Ausbilden einer Dünnfilmsiliziumschicht 17 auf dem
Siliziumoxidfilm 16 erzielt wird.
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Wie
in 14B gezeigt ist, werden die gesamten Oberflächen einschließlich einer
Vorderseite und einer Rückseite
des SOI-Substrats zur Ausbildung einer Hartmaske 18 mit
einem Siliziumnitridfilm 17 bedeckt, z. B. mittels chemischer
Gasphasenabscheidung bei niedrigem Druck (LPCVD, Low Pressure Chemical
Vapor Deposition). Eine Filmdicke der Hartmaske 18 beträgt beispielsweise
etwa 400 nm.
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Nachfolgend
wird, wie in 14C gezeigt, durch Auftragen
eines Lacks sowie Belichten und Entwickeln der Hartmaske 18 auf
der Seite des Siliziumsubstrats 15 des SOI-Substrats und
Trockenätzen der
Hartmaske 18 unter Verwendung des Lacks als Ätzmaske,
eine Hartmaske 18a mit einem Muster aus einem Stützrahmen 11 und
Strahlen 12 ausgebildet. Zum Ätzen der Hartmaske 18 wird
beispielsweise ein Fluorkohlenwasserstoff-basiertes Gas verwendet. Dann
wird der Lack entfernt.
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Wie
in 15A gezeigt ist, wird die Hartmaske 18a als Ätzmaske
verwendet, um das Siliziumsubstrat 15 zu ätzen, bis
der Siliziumoxidfilm 16 erreicht ist, um so einen Stützrahmen 11 und
Strahlen 12 auszubilden. Zum Ätzen des Siliziumsubstrats 15 wird beispielsweise
ein Chlor-basiertes Gas verwendet.
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Dann
wird, wie in 15B gezeigt ist, ein Lack aufgetragen
und es erfolgen eine Belichtung sowie Entwicklung der Hartmaske
auf der Seite der Siliziumschicht 17 des SOI-Substrats,
und der Lack wird als Ätzmaske
zum Trockenätzen
der Hartmaske 18 verwendet, so dass eine Hartmaske 18b als
Muster zum Belichten eines Gebiets Ar, das vom Stützrahmen 11 umgeben
ist (siehe 2), verarbeitet wird. Beim Ätzen der
Hartmaske 18 wird beispielsweise ein Fluorkohlenwasserstoff-basiertes
Gas verwendet. Danach wird der Lack entfernt.
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In
dieser Ausführungsform
werden die mit obigem Verfahren hergestellten Elemente als Maskenrohlinge 100 verwendet.
Es gilt zu berücksichtigen,
dass Elemente, die mit einem vom obigen Verfahren anderen Verfahren
ausgebildet werden, ebenso als Maskenrohlinge verwendet werden können.
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Wie
in 16A gezeigt ist, wird durch Ausbilden eines Elektronenstrahllacks
auf der Siliziumschicht 17 der Maskenrohlinge 100 und
Schreiben des Elektronenstrahllacks mit Hilfe eines Maskenschreibgeräts sowie
Entwickeln ein Lackmuster 19 mit einem auf einer Maske
auszubildenden Muster erzeugt.
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Wie
in 16B gezeigt ist, wird das Lackmuster 19 als Ätzmaske
zum Trockenätzen
der Siliziumschicht 17 verwendet, so dass Öffnungen 17a des Musters
in der Siliziumschicht 17 ausgebildet werden. Zum Ätzen der
Siliziumschicht 17 wird beispielsweise ein Chlor-basiertes
Gas verwendet. Danach wird das Lackmuster 19 entfernt.
In diesem Schritt dient der Siliziumoxidfilm 16 als Ätzstopp
und ist mit Öffnungen 17a versehen,
die den Siliziumoxidfilm 16 erreichen.
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Dann
wird, wie in 16C gezeigt ist, der Siliziumoxidfilm 16 außerhalb
der Strahlen 12 durch Ätzen
entfernt, zudem wird die Hartmaske 18 entfernt, so dass
eine Maske mit einem durch Öffnungen (Durchgangslöcher) ausgebildeten
Muster 14 vervollständigt
wird.
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Die
Maske gemäß dieser
Ausführungsform lässt sich
in vorteilhafter Weise für
einen Belichtungsschritt beim Herstellen eines Halbleiterbauelements einsetzen.
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Beim
Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß 17 wird
beispielsweise eine Prozessierungsschicht 21 wie Polysilizium
und Siliziumoxid auf einem Prozessierungssubstrat 20 ausgebildet
und es wird ein aus einem Elektronenstrahllack ausgebildeter Lackfilm 22 auf
dem Prozessierungssubstrat 21 ausgebildet.
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Dann
wird das Prozessierungssubstrat 20 in das in 1 gezeigte
Belichtungsgerät
eingebracht und die Maske 10 und das Prozessierungssubstrat 20 werden
ausgerichtet. Ein schräges
Detektionsverfahren wird zur Ausrichtung verwendet und Ausrichtungsmarkierungen,
die jeweils auf der Maske 10 und dem Prozessierungssubstrat 20 ausgebildet
sind, werden aus der schrägen
Richtung zur Ausrichtung beobachtet. Nach der Ausrichtung wird,
wie in 17B gezeigt ist, ein Belichtungsverfahren
gemäß oben erläuterter
Ausführungsform
durchgeführt. Folglich
erfolgt eine Belichtung des Lackfilms 22 auf dem Prozessierungssubstrat 20 mittels
eines Elektronenstrahls EB, der durch das auf der Membran 13 ausgebildete
Muster 14 tritt.
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Wie
in 17C gezeigt ist, werden etwa bei Entwicklung eines
Lackfilms 22 vom positiven Typ mit dem Elektronenstrahl
bestrahlte Bereiche entfernt und es wird ein Muster auf dem Lackfilm 22 ausgebildet.
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Dann
wird, wie in 17D gezeigt ist, die Prozessierungsschicht 21 durch Ätzen unter
Zuhilfenahme des Lackfilms 22 als Maske einer Musterverarbeitung
unterzogen und ein Schaltungsmuster ausgebildet. Als Schaltungsmuster
kommen beispielsweise ein Gatemuster und ein Kontaktlochmuster in Frage.
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Danach
wird, wie in 17E gezeigt ist, der Lackfilm 22 entfernt
und die Musterverarbeitung auf der Prozessierungsschicht 21 ist
abgeschlossen.
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Beim
Herstellen eines Halbleiterbauelements wird durch Stapeln weiterer
oberer Schichten und Wiederholen der oben erläuterten und in 17A bis 17E aufgezeigten
Schritte eine integrierte Schaltung ausgebildet.
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Ein
Herstellungsverfahren eines Halbleiterelements gemäß dieser
Ausführungsform
umfasst nicht nur den Fall einer Elektronenstrahlbelichtung zur
Verarbeitung aller Schichten, sondern ebenso den Fall des Herstellens
eines Halbleiterelements über
eine Mix-and-Match-Belichtung, wie etwa das Prozessieren von lediglich
kritischen Schichten wie einem Gate durch eine Elektronenstrahlbelichtung und
der Prozessierung weiterer Schichten mit Hilfe gewöhnlicher
Belichtung.
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Wie
oben erläutert
ist, besteht ein Strahlbereich bei der Maske der oben beschriebenen
Ausführungsform
aus einem ersten Strahlbereich, wobei sich eine Mehrzahl erster
Strahlen 12a in regelmäßigen Abständen geneigt
zur X-Achse und Y-Achse erstrecken, sowie aus einem zweiten Strahlbereich,
bei dem sich eine Mehrzahl zweiter Strahlen 12b in regelmäßigen Abständen geneigt
in Bezug auf die X-Achse und Y-Achse erstrecken und die ersten Strahlen 12a schneiden;
und die Strahlanordnung ist in dem vom Stützrahmen 11 umgebenen
gesamten Gebiet regelmäßig angeordnet.
Darüber
hinaus sind vier Einheitsbelichtungsgebiete 10A bis 10D zur
Belichtung durch Überlagerung
derselben auf dem Prozessierungssubstrat 20 in dem von
dem Stützrahmen 11 umgebenen
Gebiet vorgesehen, und Dünnfilme von
wenig stens zwei Einheitsbelichtungsgebieten liegen bei Überlagerung
der vier Einheitsbelichtungsgebiete 10A bis 10D an
einer beliebigen Position vor.
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Wie
oben erläutert,
ist es als Ergebnis der ermöglichten
komplementären
Belichtung durch regelmäßige Strahlanordnung
möglich,
eine komplizierte Verspannung eines auf der Membran 13 auszubildenden
Musters zu verhindern. Somit lässt
sich die Verspannung durch Ausbilden eines Musters 14 auf der
Membran 13 auf einfache Weise korrigieren, indem die Position
durch Betrachten der Verspannung vorab korrigiert wird oder durch
Korrigieren einer Bestrahlungsposition durch Ablenken eines Elektronenstrahls
EB. Deshalb lässt
sich die Genauigkeit des Übertragens
eines Musters auf das Prozessierungssubstrat verbessern.
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Wie
ebenso in 12 oder 13 gezeigt ist,
lässt sich
die komplementäre
Belichtung bei einer Strahlanordnung nicht auf alle Retikelgrößen anwenden,
jedoch kann eine komplementäre
Belichtung erfolgen, falls die Retikelgröße geringfügig geändert wird. Tatsächlich ändert sich
die Retikelgröße nicht erheblich,
so dass dies ausreichend praktikabel ist.
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Wie
ebenso mit Bezug auf 12 und 13 erläutert wurde,
ist es bei einer vorab erfolgenden Festlegung des Bereichs der zu
verwendenden Retikelgröße ausreichend,
falls einige Typen von Maskenrohlingen präpariert werden, also sich hinsichtlich
einer Größe des Musteranordnungsgebiets 13a der
Membran 13 unterscheiden. Deshalb ist es durch Präparieren
von Maskenrohlingen 100, auf denen Strahlen bereits prozessiert
sind, möglich,
einen TAT-Reduktion von der Maskenfestlegung bis zur Maskenherstellung
und eine Reduktion der Maskenkosten zu erzielen.
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Als
Auswirkung des Festlegens einer durch Strahlen unterteilten Größe einer
Membran auf kleine Werte wie etwa 1 mm bis 5 mm zeigt sich, neben
der Verbesserung der mechanischen Stärke der Maske, eine Unterdrückung des
thermischen Versatzes des Musters. Falls nämlich ein Elektronenstrahl
auf die Membran 13 gerichtet wird, steigt die Temperatur
der Membran 13 an, was zu einem Versatz des auf der Membran 13 ausgebildeten
Musters führt.
Eine Abfallsdauer der Membrantemperatur ist proportional zum Quadrat
einer Größe einer
Membran 13. Indem die Membran 13 durch die Strahlen 12 unterteilt
wird, wird die Hitze schnell zu den Strahlen 12 übertragen und
eine Abfalldauer der Temperatur der Membran 13 kann so
verringert werden. Somit lässt
sich der Temperaturanstieg der Membran 13 unterdrücken und
ein Musterversatz kann vermieden werden.
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Bei
der LEEPL-Technik wird ein schräges Detektionsverfahren
durch Bestrahlen eines Ausrichtungslichts aus schräger Richtung
in Bezug auf die Maskenoberfläche
der X-Richtung und Y-Richtung genutzt, sowie ein Ein sammeln von
diffusem Licht von den auf der Maske 10 und dem Prozessierungssubstrat 20 ausgebildeten
Ausrichtungsmarkierungen, um ein Beobachtungsbild zu erzielen. Da
in der Maske gemäß dieser
Ausführungsform
die Strahlen zur X-Richtung und Y-Richtung geneigt sind, wird das entlang
der X-Richtung und Y-Richtung eingestrahlte Ausrichtungslicht nicht
zu einem optischen Ausrichtungssystem reflektiert. Dadurch lässt sich
das SN-Verhältnis
der Maskendetektion verbessern und es kann eine höhere Ausrichtungsgenauigkeit
erzielt werden.
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Beim
Herstellen einer Maske ist es vorteilhaft, falls Ausrichtungsmarkierungen
vorab auf den Strahlen 12 ausgebildet sind, und es wird
basierend auf den Ausrichtungsmarkierungen ein Muster geschrieben
(siehe 16A). Aufgrund der regelmäßig angeordneten
Strahlen können
die Ausrichtungsmarkierungen in diesem Fall ebenso regelmäßig angeordnet
werden, so dass das Muster genau auf der Maske ausgebildet werden
kann.
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Mit
dem Belichtungsverfahren gemäß der Ausführungsform
unter Verwendung obiger Maske lässt
sich ein Muster genau übertragen,
indem eine Belichtung mit obiger Maske erfolgt.
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Indem
ebenso eine Belichtung mit obiger Maske in einem Herstellungsverfahren
eines Halbleiterelements verwendet wird, kann eine Musterschicht genau
ausgebildet werden und ein höchst
zuverlässiges
Halbleiterelement erzeugt werden.
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[Zweite Ausführungsform]
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Wie
in 12 und 13 gezeigt
ist, lässt sich
eine Maske mit Strahlen 12, die sich unter einem Winkel
von ±45° zum XY-Koordinatensystem
erstrecken, nicht auf quadratische Retikel wie solche mit einer
Größe von 26
(Größe in X-Richtung) × 26 (Größe in Y-Richtung)
anwenden. In dieser Ausführungsform wird
ein Beispiel einer Maske mit einer Strahlanordnung beschrieben,
die in der Lage ist, für
komplementäre
Belichtung eines quadratischen Retikels herangezogen zu werden.
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18 zeigt
eine Ansicht zur Erläuterung
einer Strahlanordnung einer Maske gemäß dieser Ausführungsform.
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Auch
in dieser Ausführungsform
sind Strahlen 12 basierend auf den Erstreckungsrichtungen grob
zweigeteilt, und diese bestehen aus ersten Strahlen 12a und
zweiten Strahlen 12b. Alle der mehreren Strahlen 12 entsprechen
Strahlen dieser Erfindung.
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In
dieser Ausführungsform
erstrecken sich die ersten Strahlen 12a um 4/3 geneigt
in Bezug auf das XY-Koordinatensystem.
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Eine
Mehrzahl erster Strahlen 12a ist regelmäßig angeordnet. Die Gesamtheit
der Mehrzahl erster Strahlen 12a entspricht einem ersten
Strahlbereich der Erfindung.
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Die
zweiten Strahlen 12b erstrecken sich geneigt um –3/4 in
Bezug auf das XY-Koordinatensystem und schneiden die ersten Strahlen 12a senkrecht.
Eine Mehrzahl der zweiten Strahlen 12b ist in regelmäßigen Abständen angeordnet.
Alle zweiten Strahlen 12b entsprechen einem zweiten Strahl
dieser Erfindung.
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Die
obigen ersten Strahlen 12a und zweiten Strahlen 12b sind
in eine Mehrzahl kleiner Gebiete unterteilt und quadratische Membranen 13 liegen
in den unterteilten Gebieten vor. Die Membranen 13 sind
Gebiete, auf denen ein Muster angeordnet werden kann.
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Wie
oben erläutert
wurde, werden erste Strahlen 12a und zweite Strahlen 12b ausgebildet, indem
diese geringfügig
von ±45° in Bezug
auf das XY-Koordinatensystem versetzt werden. Der Grund, weshalb
obige Neigung der Strahlen erfolgt, liegt darin, dass die Neigung
der Strahlen und der Abstand zwischen den Strahlen ein rechtwinkliges
Dreieck mit einem Seitenverhältnis
von 3:4:5 ausbildet und kein Rundungsfehler hinsichtlich einer Größe eines
einzustellenden Prozessierungseinheitsgebiets PUF auftritt. Dies
liegt daran, dass Gitterlinien G, die das Prozessierungseinheitsgebiet
PUF unterteilen, entlang der X-Richtung und der Y-Richtung des in 6 gezeigten
XY-Koordinatensystems vorliegen.
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Aus
demselben Gesichtswinkel können
sich die ersten Strahlen 12a durch Neigung von 3/4 in Bezug
auf das XY-Koordinatensystem erstrecken und die zweiten Strahlen 12b können sich
um –4/3
geneigt zum XY-Koordinatensystem erstrecken. Es gilt zu berücksichtigen,
dass eine Breite der Strahlen und eine Größe der Membranen entsprechend
der ersten Ausführungsform
eingestellt sind.
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19 zeigt
eine Ansicht zu Retikelgrößen, die
einer komplementären
Belichtung mit einer Maske unterzogen werden können, wobei die Maske dieselbe
Neigung von Strahlen 12 wie in 18 unter denselben
Bedingungen wie in 12 aufweist (eine Breite der
Strahlen 12 einschließlich
der Randgebiete 13b beträgt 200 μm und ein Musteranordnungsgebiet 13a der
Membranen 13 beträgt
18 mm2).
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Ebenso
zeigt 19 dass die Retikelgrößen im Schwarzgebiet
einer komplementären
Belichtung mit obiger Maske unterzogen werden. Wie in 19 gezeigt
ist, sind die anwendbaren Retikelgrößen kleiner als diejenigen
der ersten Ausführungsform,
jedoch lässt
sich eine komplementäre
Belichtung mit obiger Maske auf quadratischen Retikeln mit Größen von 22 × 22, 24 × 24 und
26 × 26
erzielen, was mit der ersten Ausführungsform nicht möglich war.
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20 zeigt
eine Ansicht zu Retikelgrößen, die
einer komplementären
Belichtung mit einer Maske unterzogen werden können, welche auf dieselbe Weise
wie in 19 hergestellt ist, abgesehen
davon, dass das Musteranordnungsgebiet 13a der Membranen 13 auf
1.75 mm abgeändert
ist.
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Auf ähnliche
Weise zeigt 20 Retikelgrößen in den schwarzen Gebieten,
die einer komplementären
Belichtung mit obiger Maske unterzogen werden können. Wie in 20 gezeigt
ist, ist eine komplementäre
Belichtung mit obiger Maske mit quadratischen Retikeln mit Größen von
z. B. 21 × 21,
23 × 23
und 25 × 25
möglich,
was unter den Bedingungen von 19 nicht
möglich
war. Es gilt zu berücksichtigen,
dass verwendbare Retikelgrößen in diesem
Fall ebenso kleiner sind als diejenigen der ersten Ausführungsform.
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Wie
oben erläutert
wurde, lässt
sich eine Art von Maske nicht für
alle Größen von
quadratischen Retikeln verwenden, jedoch lassen sich durch geringfügiges Ändern einer
Größe des Musteranordnungsgebiets 13a verwendbare
quadratische Retikelgrößen ändern.
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Dieselben
Auswirkungen wie diejenigen der ersten Ausführungsform lassen sich mit
Hilfe der Maske gemäß dieser
Ausführungsform
erzielen mit einem Belichtungsverfahren unter Verwendung der Maske
und durch das Herstellungsverfahren eines Halbleiterbauelements
unter Verwendung des Belichtungsverfahrens.
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Die
Erfindung ist nicht auf obige Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise
wurde in dieser Ausführungsform
eine Erläuterung
auf ein Beispiel abgestimmt, bei dem entsprechende Membranen 13,
die über
die Strahlen 12 unterteilt sind, quadratisch sind, jedoch
können
diese auch rechteckförmig
sein. Ebenso wurde eine Erläuterung
eines Beispiels vorgenommen, bei dem die ersten Strahlen 12a und
die zweiten Strahlen 12b in der Ausführungsform rechtwinklig zueinander
verlaufen, jedoch müssen
diese nicht senkrecht zueinander sein. Ebenso ist der Aufbau des
in dieser Ausführungsform erläuterten
Belichtungsgeräts
lediglich beispielhaft und der Aufbau kann abgeändert werden und für eine Elektronenstrahlbelichtung
mit Projektionsreduktion eingesetzt werden, welche verschieden ist
von der Belichtung bei übereinstimmendem
Größenverhältnis. Ebenso
erfolgte eine Erläuterung
eines Beispiels einer Belichtung mit Hilfe eines Elektronenstrahls,
jedoch kann auch ein Innenstrahl verwendet werden, solange dieser
ein geladener Partikeistrahl ist. Zudem erfolgte eine Erläuterung
eines Beispiels zum Herstellen einer Maske aus einem SOI-Substrat, jedoch
besteht keine Beschränkung
hinsichtlich des Maskenherstellungsverfahrens. In dieser Ausführungsform
genannte Materialien und Werte sind lediglich Beispiele und diese
Ausführungsform
ist nicht hierauf beschränkt.
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Abweichend
zu obigen Erläuterungen
lässt sich
eine Vielzahl von Modifikationen im Rahmen des Schutzbereichs dieser
Erfindung vornehmen, wobei die Erfindung durch die beigefügten Patentansprüche definiert
ist.