JP2000228358A - 高解像度投影装置 - Google Patents
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Abstract
所望の露光レベルに近づいてしまう可能性がある。ま
た、光学装置により各像パターンから拡散する光が隣接
する像パターンを露光する光との間で重なりが生じ、実
効的に装置の解像度が低くなる。 【解決手段】 相反法則あるいは重ね合わせの原理に従
わないサーモレジストを用いて、原像を複数の分割像に
分割し、次に原像全体が再生されるまでそれら分割像を
個々に露光することによって装置の解像度を改善する。
アレイ状のマイクロレンズ群を有する第2のマスクを用
いることによって、複数のマスクによらずに像の分離を
実現し、またサーモレジスト等、完全に線形の重ね合わ
せ領域の外にあるレジスト上の像を実現する。これによ
り、隣接する像パターンを分離して投影が行われ、高解
像度の像がレジスト上に転写される。
Description
し、投影用耐エッチング層(一般に「レジスト」と呼ば
れる)において特有の用途を有するものである。本発明
は、隣接する像パターンを分離して投影することによっ
て、高解像度の像をレジスト上に転写するための方法お
よび装置に関する。この方法によれば、半導体組み立て
産業で用いられる種類のマイクロリソグラフィ装置の持
つスキャンニングの特徴の利点を生かすことが可能であ
る。
によって、また、その後、前記像転写面上に、前記第1
のマスクを通して光を照射することによって、像転写面
に原像を光学的に再生することが可能である。第1のマ
スク上にある像パターンの中には、光が像転写面に到達
することを遮るものもあり、また一方、第1のマスク上
にある像パターンの中には、光を前記像転写面に透過さ
せるものもある。透過光によって、像転写面の特性は変
化し、それによって、像転写面上に像を再生する。
業に用いられる耐エッチング層すなわち“レジスト”に
像を生成することである。レジストは、フラットパネル
ディスプレイや回路基板等の製造にも用いられる。一般
的には、レジストは、ウェーハや他の基板にも塗布さ
れ、その後、レジスト上に像を転写するために選択的に
光で“露光”される。例えば、この光は、レーザ装置に
よって供給することが可能である。露光される領域
(“像の形の通り露光される領域”)においては、レジ
ストの化学的或いは物理的特性が変化する。次に、像の
形の通り露光される領域(あるいは、ネガティブ動作レ
ジストの場合、露光されない領域)において、前記レジ
ストが除去される。前記レジストの除去によって、その
下にある材料が剥き出しになり、今度は、その材料に対
してエッチングや成膜あるいは化学反応が可能となる。
レジストによって、その材料は、依然被覆されたまま保
護される。プロセスによっては、前記像の形の通り微細
加工される層がレジストではなく、除去の対象とはなら
ない機能層であるものもある。このような機能層には、
選択的に直接投影される絶縁体および/あるいは導体が
含まれる。
光子の作用によって露光される「フォトレジスト」であ
ったり、あるいは電子ビーム放射により露光される「電
子ビームレジスト」である。この2種類のレジストには
共通する特性があるが、それは、両者共、瞬時の照射よ
りもむしろ総露光量に反応することである。総露光量が
しきい値に達した後、両レジストには化学的あるいは物
理的な変化が生じる。一般に、レジストが露光された場
合、特定の現像液中に置かれたレジストの溶解度は変化
する。
射の線形積分として定義される。例えば、フォトレジス
トは、100mJ/Cm2の露光量を生成するために、1
秒間で100mW/Cm2の照射によって露光すること
が可能であり、これと等価的に、同じ総露光量を生成す
るために、0.1秒間で1000mW/Cm2で露光す
ることも可能である。この現象は、“相反法則”として
知られており、放射総露光量に対して反応を示すフォト
レジストおよび電子ビームレジストの投影は、これに従
うものである。
視すると、フォトレジストおよび電子ビームレジスト
は、パワーと時間の線形関数に従い振る舞うものであ
る。このように、これらのレジストは、線形の重ね合わ
せの原理、つまりf(a+b)=f(a)+f(b)に
従う。放射に対する数回の露光から生じるフォトレジス
トの総露光量の反応は、個々の露光から生じる露光反応
の総和に等しい。この原則および相反法則のために、フ
ォトレジストおよび電子ビームレジストは、コントラス
ト比が大きくまた光漏れが少ない方法で露光を行なわな
ければならない。
れ(つまり、照射が「オフ」である時、光強度はゼロに
ならず、「オン」状態の1%の強度になるのみ)が生ず
る場合がある。この状況においては、迷光が長時間「オ
ン」のままであると、この迷光のために総露光量は、所
望の露光レベルに近づいてしまう可能性がある。光漏れ
によってまた、フォトレジストの保管および取り扱いの
問題が生じる。これは、フォトレジストが周囲の光に曝
されて露光されるようになるためである。
点によって、フォトレジスト上への高解像度パターンの
投影に対して悪影響が及ぼされる。光学装置のポイント
拡散機能によって、各像パターンから光が「拡散」す
る。この拡散により隣接する像パターンを露光する光の
間で重なりが生じ、実効的に装置の解像度が低くなる。
明らかに、装置の解像度が低くなることは、特に、像パ
ターンがサブミクロンレベルに達しつつある半導体組み
立て産業においては、好ましくない特性である。
新しい種類のレジストが開発された。このサーモレジス
トは、主として印刷用プレート及びプリント回路基板の
製造に用いられている。サーモレジストが、蓄積された
露光量ではなく、あるしきい温度に到達すると、サーモ
レジストの化学的特性や物理的特性が変化する。サーモ
レジストは相反法則あるいは重ね合わせの原理に従わな
い。周囲の光に長時間曝されることによって露光されて
しまうフォトレジストに対して、相反法則に従わないた
めに、サーモレジストは、周囲温度(つまり、低温)に
長時間曝されることで露光されることはない。サーモレ
ジストは、偶発的な露光を防ぐためにコストのかかる取
り扱い手順を必要としない。
装置が用いられてきている。半導体設備の照射装置の品
質を改善するために、また解像度強化のために、マイク
ロレンズが用いられてきている。クナン(Xunan)
らによる論文「サブハーフミクロンリソグラフィにおけ
る複合パターンの実用解像度を改善する新しい方法」
(SPIE、Vol.3334、1998年)には、マ
イクロレンズを組み込んだ照射装置が開示されている。
米国特許5,739,898には、多数のサブセットに
像内のパターンを分離するための非常に多くのマスクが
用いられている。この特許には、光積分効果の影響を受
ける非線形性レジストの使用方法が開示されている。非
線形性レジストは、米国特許5,847,812及びオ
キらによる論文「非線形多重露光方式に関する実験研
究」(SPIE、Vol.3051、pp.8593、
1997年)に開示されている。非線形性レジストは、
E=露光量、I=光強度、n=べき指数(一般的に1か
ら2の範囲の値を取る)、また、t=時間とした時、関
係式E=∫Indtに従う。n=2のレジストは“2光
子レジスト”として知られ、照射量の2乗で反応を起こ
す。非線形性レジストは相互法則に従わないが、相反効
果及び光積分効果に対して自由ではない。低強度の光に
対して長時間曝すことによって、米国特許5,847,
232に記載されているような材料は露光される。米国
特許5,851,707では、線形レジストによる像分
割を用いており、極めてわずかな改善しか提案されてい
ない。
ストやサーモレジストあるいは従来のフォトレジストや
「相反法則」に従う他の材料が用いられる時でさえ、レ
ーザ等のコヒーレント光源を用いるものであればどのよ
うな投影装置でも、その解像度を改善することを可能な
らしめることを目的とする。
おいては、サーモレジストの特性の利点を利用してい
る。サーモレジストの利点は、この露光が非線形プロセ
ス(つまり、重ね合わせの理が適用されないケース)で
あるということである。これは、一般的にサーモレジス
ト材の表面から迷走熱が急激に消散するためである。こ
のサーモレジストの特性を用いて、原像を複数の分割像
に分割し、次に原像全体が再生されるまでそれら分割像
を個々に露光することによって装置の解像度を改善する
ことが可能である。
領域は、サーモレジストのしきい値より高温に熱せられ
る。隣接領域は、そこよりも低い温度に熱せられる。所
望外領域においては、サーモレジストの露光は起こらな
い。各分割像が形成された後、迷走熱は分割像の外部領
域から放散することができ、外部領域は実質的に変化し
ない。その結果、所望外領域において迷走露光を複合的
に加えることなく(つまり、積算することなく)複数の
像の形成が可能である。これに対して、フォトレジスト
の露光は線形プロセスであり、重なり合う複数の像を形
成する際、所望外領域において迷光が複合的に加わって
しまう。原像を複数の像のサブセットに分割することに
よって、投影装置の他の要素に対する要求性能は低減さ
れ、また投影プロセス全体の解像度を高めることが可能
である。
に、原像を概念的に「セル」に分割する。これらのセル
は、一般的に最小の像パターンの大きさに相当する。
「セル」の概念は、純粋に議論を容易にするためのもの
であり、物理的に原像をセルに分割する必要は無い。
ては、2つのマスクおよびレーザ装置等の光源を用い
て、サーモレジストでコーティングした像転写面に像を
転写する。好適な実施例においては、前記レーザはパル
ス駆動によるレーザ装置である。像は、例えば集積回路
の製造に用いられるレジストに転写される。第1のマス
クは写し込まれる原像を有しており、また第2のマスク
はアレイ状の小レンズ群を含んでいる。この小レンズア
レイによって、第1のマスク上にある複数の露光ポイン
トに光源からの光を集束させる。その複数の露光ポイン
ト内に含まれる像のパターンは、前記像転写面上にある
対応する複数の露光ポイントにおいて、像の形の通り再
生される。
び位置は、前記像転写面上に形成される前記複数の露光
ポイントが、実質的に干渉を回避するのに充分な距離を
有するように決定される。第1のマスクと第2のマスク
間の連続的な或いは間欠的な相対運動(“スキャンニン
グ”)によって、第1のマスク上にラスタラインが生成
され、対応する像転写面上のラスタラインに露光され
る。スキャンニングは、像全体が像転写面に転写される
まで継続される。
状のマイクロレンズ群を有する第2のマスクを用いるこ
とによって、複数のマスクによらずに像の分離を実現
し、またサーモレジスト等、完全に線形の重ね合わせ領
域の外にあるレジスト上の像を実現している。
る第1のマスクに入射する光の経路に挿入可能であり、
また、前記原像を複数の像のサブセットに分割する機能
を有する装置であって、(a)前記第1のマスクの一部
分に光が集束するように形状が形成され、また位置決め
された光学要素から構成される第2のマスクを含み、前
記第1のマスクは、複数のセルに分割されており、前記
第1のマスクの前記部分は前記セルのサブセットから構
成されており、(b)前記第1のマスクの近傍に位置す
る面内に前記第2のマスクを移動する機能を有する複数
のアクチュエータを含み、また(c)前記アクチュエー
タと共に、前記第1のマスクに対して前記第2のマスク
の位置制御を行う機能を有する重ね合わせおよび位置制
御装置とを含むことを特徴とする装置が提供される。
する。
置を示す図である。この装置には、光学ステッパが含ま
れる。像転写面29は、2つのマスクを通して光源16
からの放射によって露光される。これら二つのマスク
は、原像31を備える第1のマスク2と2次元の小レン
ズアレイ30で構成される第2のマスク1である。小レ
ンズアレイ30は、光17aを大きく減衰させることな
く、光を集束させる。第2のマスク1が与えられた位置
にある時、第2のマスク1の小レンズ30によって集光
された光17aは、第1のマスク2上にあるセルの特定
のサブセット上(つまり、特定の領域)で結像される。
一般的に、小レンズ30の形状および、第2のマスク1
の位置は、照射されるサブセットのセルが第1のマスク
2上で、あるピッチで分離されるように、決められる。
対象のセルを透過し、投影レンズ27を通って像転写面
29上(例えば、サーモレジストでコーティングされた
半導体の表面)へ透過する。この光は、像転写面29を
露光し、像28の部位を形成する。
ズ群30の焦点距離で決まり、この焦点距離は、レンズ
27の所要の開口数で決まる。光17aが平行光線でな
い場合、小レンズ群30は、第1のマスク2上において
ピッチを適切に維持するのに充分な距離だけ第1のマス
ク2から遠ざけて設置される。光17aが平行光線であ
る場合、小レンズ30は、もっと近い間隔で配置するこ
とが可能である。小レンズ30の倍率、寸法、および開
口数、並びにマスク1と2間の距離を制御することによ
って、光が第1のマスク2に当たる位置を正確に制御す
ることが可能である(つまり、マスク1と2のある相対
位置において、照射されるセルのサブセットを制御する
ことが可能である)。
あるいは回折により光を集束する適切な光学装置等の他
の集光用光学装置で置き換えることも可能である。像の
一つのサブセットが、像転写面29上で露光された後、
第2のマスク1を移動し、第1のマスク2上にある異な
るサブセットのセルを投影することによって、像転写面
29上にもう一つの像のサブセットが形成される。図5
の装置において、第2のマスク1は、複数の圧電アクチ
ュエータ21および22で動かされる。適切な圧電アク
チュエータは、ラムダフィジーク(Lambda Physique)
社(独)及び他の多数の業者から市場において入手可能
である。
(図6)からの電気信号によって、圧電アクチュエータ
21が制御され、第2のマスク1を軸21Aの方向に沿
って所望の位置に維持することができる。圧電アクチュ
エータ22によって、直交軸上で第2のマスク1の位置
が制御される。図を簡単にするために各圧電アクチュエ
ータ21、22の内の一つだけを各軸に示す。図5の装
置においては、第1のマスク2は、その端に沿って配置
される線形格子マーキング24を有する。光検出器25
によって、第2の光源23から第2のマスク1、および
格子24の内の1つを通る光が検出される。格子24
は、第1のマスク2のセル寸法と等しい線幅及び間隙幅
を有している。光源23からの光は、第2のマスク1を
通り、単一セルのスポットサイズで格子24上で結像さ
れる。
光源23からの光の強度を示す図であり、この光強度
が、格子24に平行な軸に沿う第2のマスク1の、位置
の関数として示された図である。セルの大きさの光点が
格子24の不透明線上に結像される時、光検出器におい
て検出される光の強度は最小になる。逆に、セルの大き
さの光点が、格子24の間隙上において、方形に位置決
めされると、光検出器において検出される光の強度は最
大になる。このようにして、光検出器25から出力され
る信号は、第2のマスク1の重ね合わせが適切かどうか
を示すものである。
アクチュエータ21を制御する比較増幅器32に送られ
る。光検出器25から出力される信号においてピークを
示すように、第2のマスク1が配置された場合、第2の
マスク1は重ね合わされ、単一セルの寸法に対応して、
離散的に動かすだけで良い。例えば、次の像のサブセッ
トを露光するために、制御信号33は、アクチュエータ
21に対し命令を発し、マスク1は検出器25で検出す
る次の信号の最大値を示す位置に移動される。第2のマ
スクは、離散的なピークの回数だけ動かすことができ
る。これは、光検出器25からの信号のピークは、投影
プロセスに用いられるセルの大きさに一致するよう選択
された格子24の間隔に対応しているためである。
する光を測定する検出器25を示す図であり、反射光や
非光学的位置センサを用いる装置等、他の位置検出装置
を第2のマスク1の位置制御に用いることも可能であ
る。
される必要があるため、制御は、上述の説明よりやや複
雑になる。図8は、第2のマスク1の位置決めをするた
めの好ましい装置の平面図を示す図である。図8は、三
つの組の位置決めマーキング24a、24b、および2
4c、さらに三つの対応するアクチュエータ21a、2
1b、および21cを有する構成を示す図である。二組
のアクチュエータ21aおよび21bと対になる二組の
位置決めマーキング24aおよび24bは、第2のマス
ク1による1次元の変位、および第2のマスクの潜在的
な回転を制御するために用いることができる。単一の一
組の位置決めマーキング24c、および単一のアクチュ
エータ22は、縦軸に沿った第2のマスク1の変位を制
御するために用いることができる。回転を制御する必要
が生じた場合、少なくとも二つのアクチュエータ21a
および21b、二つのセンサ(図示せず)、さらに少な
くとも1軸上で二組の位置決めマーキング24aおよび
24bがあることが望ましい。図8の機構によれば、第
2のマスク1の重ね合わせ、位置および回転を制御する
ことが可能である。
ってスキャンニングが可能な光線を備えることによっ
て、像転写面29に結像される光の強度が強められる。
図5において、このことは、光源16からの光を、アク
チュエータ18に搭載されたミラー19等の可変ビーム
デフレクタに向けることによって達成される。この場
合、前記光源にはレーザ装置を用いるのが望ましい。
の波長で動作し、10mJ/パルスのパルスエネルギに
より2kHzでパルス駆動するサイマー(Cymer)社
(カリフォルニア、米)製のパルス駆動式エキシマレー
ザ等を用いることが可能である。アクチュエータ18
は、検流計を含むことが望ましい。
するように、光17は、光学要素あるいは複数の要素2
0によって集光される。この場合、部品20はレンズが
望ましい。前記線幅は、0.1から1mmの範囲である
ことが望ましい。その後、光線17aは、ミラー19を
回転することによって、第2のマスク1の表面を横切っ
てスキャンニングを行うことが可能である。第2のマス
ク1の各位置(つまり、任意の時間において投影される
セルの各サブセット)に対して、光線によって第2のマ
スク1を横切ってスキャンニングが行われる。このこと
により、各像のサブセットに対してわずかに時間を長く
するという犠牲を払うことにより、像転写面29におい
て受ける光のパワー密度は著しく増加する。
およびレーザパルスのレートに制約される。第1のマス
ク2の各セルに対して、少なくとも1つのパルスが出力
されなければならない。例えば、線幅1mmおよびパル
スレート1kHzの場合、スキャンニングレートは1m
m/msを超えてはならない。これらのパラメータは全
て、最適な成果が得られるように調整することは簡単で
ある。「ステップ&スキャン」装置として知られる、よ
り新世代のステッパは、本発明を実施する上で特に適す
るものである。なぜならば、そのような装置には、本発
明で用いることができるスキャンニング光学系が含まれ
ており、またマスクを照射するための線形の光源が備え
られているからである。マイクロリソグラフィおよびス
テッパの動作に関するさらに詳細な内容については、
「マイクロリソグラフィ、マイクロ機械加工、およびマ
イクロ組み立てハンドブック」、1および2巻、P.レ
イ―コーダリ(Rai-Choudhury)編、SPIE出版、199
7年、ISBN0−8194−2378−5(第1巻)およ
び08−8194−2379−3(第2巻)等の、前記
内容に関する最近の書籍を参照されたい。
2のマスク1を横切ってスキャンニングを行う上記技術
は、“直線形状”に制限されない。光が第2のマスク1
に当たり、その後、マスク表面を横切ってスキャンニン
グを行う前に光を集束するものであれば、どのような方
法あるいは形状でも本発明において用いることが可能で
ある。
複数回で物理的に像転写面へ投影するに当たり、この投
影を簡単に行えるようにするものである。この像転写面
がサーモレジストによって構成されている場合、これに
よって、一つのパターンを投影している光が、隣接する
パターンの像に影響を及ぼしこれを変えてしまうことを
防止することができる。上述した通り、本発明では、第
1のマスク2上の、セルのサブセット(つまり、複数の
露光点)に照明を向け、対応する複数の露光ポイントを
像転写面29へ像の形の通りに写すための小レンズアレ
イあるいは他の光学要素を含む第2のマスクが用いられ
る。
ば、小レンズ群30)は、所定の構造および方向を有し
ており、前記第1のマスク上で照明を受ける前記複数の
露光ポイントおよび前記像転写面上に像の形の通りに写
される前記対応する複数の露光ポイントは、互いに所定
の間隔だけ分離されている。露光ポイントでの光点の相
対的な大きさ、また第1のマスク上の隣接する露光ポイ
ント間の間隙、および像転写面上に像の形通りに写され
る前記個別に対応する露光ポイントは、「ピッチ」と呼
ばれる。前記第2のマスクは光学要素に関して所定の構
造および方向を有しており、この第2のマスクによっ
て、第1のマスクおよび像転写面上において、前記ピッ
チだけ分離され照明を受ける露光領域が生成される。
マスクを、互いに並進(つまり、「ステップ」)が簡単
に行えるようになっており、これによって、露光ポイン
トを第1および像転写面に対して移動させることが可能
である。このようにして、次の露光を別の箇所で行うこ
とが可能である。分割像のステッピングと写し込みは、
第1のマスク上の前記原像全体が前記像転写面に投影さ
れるまで継続される。この際、ステッパによって、前記
第1のマスクと前記像転写面の間の位置決めが継続的に
行われる。明かなように、原像全体の写し込みに要する
ステッピングと写し込み手順の総回数は前記ピッチに左
右される。
て露光を行う一つの方法として、前記第1のマスク上の
「セル」に対応させて、離散的にインクリメントするこ
とによって第2のマスク1を移動させる方法がある。離
散的な第2のマスクの移動に対して、第2のマスクを連
続的に移動させることによって、利点が得られる。すな
わち、第2のマスクの連続移動とレーザ光源16の高速
パルス発振とを組み合せることによって、離散的な投影
によってもたらされる「リップル」効果を除去すること
が可能となり、像転写面29上に滑らかな像を形成する
ことが可能である。明かな様に、前記レーザのパルスレ
ート、および第2のマスクの移動速度、さらに第2のマ
スクにおける前記小レンズ群の大きさは、全て互いに独
立ではない。なぜならば、前記第1のマスク上におい
て、まともな像を形成するためには、少なくとも一つの
セルに対して一つのパルスを必要とするからである。
一次元で示した図である。一連の均等な間隔に置かれた
開口部5を有する第2のマスク1を、第1のマスク2に
対して、水平方向に分離した異なる3箇所1A、1B、お
よび1Cに示す(図による説明を簡単にするために、第
2のマスク1の図は縦方向に離して示す)。第1のマス
ク2に原像6が形成されている。第1のマスク2上の異
なる領域は、セルC1からC11として識別する。
マスク1の位置1Aに入射した場合、第1のマスク2上
の、複数の露光ポイント(つまり、セルC3、C6、および
C9)が照明を受ける。第2のマスク1の開口部5は、第
1のマスク2上において、3ピッチを形成するように構
成され、また位置決めされ、方向を定められていること
が分かる。つまり、この場合、各々照明を受けるセル
(C3、C6、およびC9)は、照明を受ける隣接セルと合致
するためには、その幅の3倍だけ並進する必要がある。
セルC3およびC6においては、第1のマスク2を通過する
前記光源からの一部の光は前記像転写面に透過される。
セルC9においては、第1のマスク2上の原像6によっ
て、前記光は完全に遮断される。位置1Aにおける第2
のマスク1と第1のマスク2を透過する露光によって、
像転写面上において温度分布3Aが生じる。前記像転写
面がサーモレジストによってコーティングされている場
合、このサーモレジストは光に曝され、しきい温度tを
越えるまで熱せられる。グラフ4Aは、この結果得られ
た分割像を示し、露光パターン7Aが前記像転写面に写
し込まれた状態を示す。前記露光パターン7Aは分割像
を表し、これは、前記第2のマスク1が位置1Aにあっ
た時、照明された第1のマスク2上の、複数の露光ポイ
ント(つまり、セル)の、像の形通りの露光である。
側面を以下のことから見ることができる。つまり、前記
分割像7Aは、温度分布3Aの「裾野」に含まれる、セル
C3およびC6の横方向外側へ広がる迷走熱の影響を示して
いないことに気がつく。この迷走熱は前記しきい温度t
以上とならず、また前記サーモレジストは相反法則に従
わないために、前記迷走熱の影響を受ける領域は急冷さ
れ、あたかも前記迷走熱を経験しなかったかのように振
る舞う。一般的なサーモレジスト層の熱時定数は、数マ
イクロ秒の範囲内である。ひとたび迷光からの熱が拡散
した場合、隣接する像パターンは、既存の像パターンに
極めて近い位置で写し込みが可能であり、この場合、前
記既存の像パターンに影響を及ぼすことはない。光ある
いは電子の散乱によって引き起こされる迷光放射が隣接
する像パターンに重なる可能性がある場合、迷走熱の重
なりのない状態においては、レジストを用いて得られる
解像度よりもさらに高い解像度を得ることが可能であ
る。
(つまり、前記温度分布3Aの「裾野」から前記迷走熱
が放散するまでの時間)が経過した後、第2のマスク1
は位置1Bへステップ送りされるが、この場合、前記開
口部は第1のマスクセルC2、C5、C8、およびC11上に再
配置される。第1のマスク2上の原像6によって、光は
C11を除く全てのセルにおいて遮蔽され、さらに温度分
布3Bが前記像転写面に生成される。グラフ4Bは、これ
らの累積結果として得られた露光パターンを示す図であ
り、分割像7Aおよび7Bの組み合わさったものを示して
いる。最後に、前記第2のマスク1が位置1Cにある状
態で第1のマスクセルC1、C4、C7、およびC10を照射し
て、第3の分割像7Cが生成される。この結果得られる
熱分布はグラフ3Cに示す通りであり、また累積結果と
して得られた分割像7A、7B、および7Cは、グラフ4C
に示す。
記原像6が前記像転写面に再生されていることが明瞭に
示されている。また同様にグラフ4Cにおいて分かるこ
とは、様々な分割像(つまり、7A、7B、および7C)
からの熱分布(つまり、3A、3B、および3C)の「裾
野」が、前記像転写面へ転写される像4C全体に対して
影響を及ぼしていないということである。
を示すが、この開口部8の大きさとその位置は、第1の
マスク(図示せず)上において三ピッチ毎に複数の露光
ポイントを備えるために決定される。
回で露光することによって、解像度を改善した例を示す
図である。光投影装置の解像度における制約要素は、光
学系自身の解像度である。実際に用いられている投影装
置においては、原像6を照射してその像の形通り前記像
転写面に結像させるために、光学系(図3には示してい
ない)が、前記第1のマスク2と前記像転写面の間に導
入される。像の全ての部分を同時に露光する従来の方法
においては、非常に解像度の高い投影装置を用いなけれ
ばならなかった。実際、この解像度は、最小の像パター
ンからの像転写面における光の強度の変化が、最大像パ
ターンのそれの50%を越えさせるにほぼ充分なもので
なければならなかった。
に示すが、このグラフ10は、前記像転写面における従
来技術による単一照射プロセスの装置レスポンスを表し
ている。最も小さい個々の透明な像パターン2‘を解像
するためには、前記像転写面における、これに対応する
レスポンス10’はしきい値11を越えなければならな
い。グラフ10から分かるように、像転写面におけるレ
スポンス10’は、幅Wを有する像パターン2‘を再生
するには不充分である。装置全体の照射密度(つまり、
レーザ強度)を大きくすると、全レスポンス10の高さ
は高くなり、またレスポンス10’の特有のアスペクト
も大きくなり、幅Wを有するパターン2‘が忠実に再生
される。
によって、小さな不透明のパターンの投影を妨げる可能
性がある。この最小の個々の不透明パターン2“もまた
解像されなければならない。従って、この光強度は、そ
れに相当するレスポンス10”がしきい値11を越える
まで大きくすることはできない。この装置全体の照射密
度を大きくすることによって、不透明なパターン2“に
対応する装置レスポンスのアスペクト10“はしきい値
11を越え、その結果、前記不透明なパターン2”は解
像されないことになる。
きくすることによってパターン2‘の再生を改善しよう
とすると、このことによってパターン2“を犠牲にする
ことになる。この理由により、しきい値11は、最大の
不透明領域によって生成される露光レベル(つまり、ほ
ぼゼロ)と最大の透明領域によって生成される露光レベ
ル(図3において100%で示す)のほぼ中間点に位置
するように選択するのが普通である。このようにして、
単一照射装置に対する実用的なルールは、光学系の解像
度は、最小の像パターンからの像転写面における光の強
度の変化が、最大像パターンのそれの50%を越えさせ
るにほぼ充分なものでなければならないというものであ
った。
に分割することによって解決することが可能である。図
3は、ピッチを2にした場合の第2のマスク1を示す図
である。前記第2のマスク1が図3の位置1Aにある
時、像転写面においてグラフ10Aによって与えられる
レスポンスを生成するのに充分な解像度を前記光学装置
が有していると仮定する。このパターン2‘に対応する
レスポンスは高さAしか有していない(つまり、要求さ
れるしきい値11よりも非常に小さい)。しかしなが
ら、レーザ光源(図示せず)の総強度は、グラフ10A
がグラフ14になるまで大きくすることが可能であり、
この強度はしきい値11を越えて正しいパターンの大き
さWを生成するようになる。第2のマスク1は、その後
図3の位置1Bに移動することができ、またレーザ強度
を大きくすることによって、グラフ10Bは、同様に
「スケールアップ」が可能である。
するためには、像パターン2‘と2“間の干渉によっ
て、第2のマスク1の開口部8が、最小像パターン以下
の大きさの、第1のマスク2上の被照射露光ポイント
(つまり、セル)を備えることが必要となる。この露光
ポイントのピッチは、2以上でなければならない(つま
り、隣接セルは同時に照射してはならない)。これらの
条件が満たされた場合、第1のマスク2上の隣接する像
パターンは常に異なる分割像の露光の間光に曝されるこ
とになる。隣接像パターンが異なる分割像の露光の間投
影される場合、上述したように、レーザ光源の強度は大
きくすることが可能である。
渉は、二つの理由により最低限のものである。第1に、
第1のマスク2上の隣接する像パターンは、同時に露光
されないこと。最小像パターンの大きさと第1のマスク
2上にあるセルの大きさが等しい場合の好適な実施例に
おいては、露光されるパターンはどのパターンであれ、
同時に露光される隣接するパターンから少なくとも1セ
ルの幅分離して配置される。第2のマスク1によって、
1ピッチを越えたピッチで、等間隔に配置されたセルに
照射が行われるため、隣接する像パターンは、異なる分
割像の露光中光に曝される。第2に、前記サーモレジス
トしきい値未満の熱エネルギであれば、隣接パターンが
投影される前に消散されること。これによって、パター
ン間の干渉は最小化される。
記干渉によって制限を受ける。Aが非常に小さい場合、
像転写面の被露光領域がしきい値11に到達するため
に、光強度は非常に大きくしなければならない。その結
果、分割像の前記「隣接」セル間の干渉を避けるため
に、Aが小さい場合、第1のマスク上の露光ポイント
(つまり、セル)のピッチは、より長くなる。例えば、
このピッチは、Aが小さい場合、4、あるいは5、また
はそれ以上である。
に対応するため、レスポンスレベルAが減少するという
ことは、セルの大きさが小さくなることに対応し、また
ピッチが大きくなること、さらに解像度が高くなること
に対応する。原像を複数の分割像に分割するというプロ
セスは、半導体の処理技術に極めて適したプロセスであ
る。
6Cおよび6Dに分離する例を示す図である。挿入図15
は、分割像6A、6B、6Cおよび6Dを2ピッチで生成す
るために、どのように第2のマスク2を構成し、またそ
の方向を決めるかについて示す図である。第2のマスク
が、奇数行および列のセルを照射するために位置決めさ
れた時、分割像6Aが露光される。同様に、分割像6Bに
対する第2のマスクの位置によって、奇数行のセル、お
よび偶数列のセルの照射を行なうことができ、6Cによ
って偶数行のセル、および奇数列のセルの照射が可能で
あり、さらに6Dによって、偶数行および列のセルの照
射を行うことが可能である。
の開口部を配置したものよりもむしろ二次元の小レンズ
アレイによって構成する方が好ましい。開口部の不利な
点は、前記レーザ光源から発せられる大部分の光が、開
口された第2のマスクによって吸収や反射を受け、像転
写面での露光に寄与しないということである。一方、小
レンズアレイを用いることによって、光エネルギを集中
させることができる。このようにして、小レンズアレイ
から構成される第2のマスクを用いることによって、第
1のマスクの、複数の露光ポイントに対して光エネルギ
を収束させることができ、像形成の効率を高めることが
でき、また露光時間を短縮することが可能である。第2
のマスクの小レンズ群は、所望のピッチで第1のマスク
上のセルを照射するように、寸法と位置決めを行うこと
ができる。このピッチは、第2のマスクにある小レンズ
群の倍率、寸法、間隔、方向、および開口数を調整する
ことによって設定することが可能であり、また同様に、
第2および第1のマスク間の間隔を変えることによって
も可能である。
合わせを精確に制御しつつ、二つの軸上を移動すること
が可能である。前記二つのマスクの相対位置を精確に制
御するということは、様々な分割像に対して露光を適切
に行い、原像の全ての部分を像転写面へ写し込むために
重要なことである。
のマイクロリソグラフィ装置を用いて、本発明を実現す
るために、第1および第2のマスクの位置決めを行うこ
とが可能である。一般的な半導体組み立ての用途におい
ては、前記像転写面は、ウェーハであり、各ウェーハは
いくつかのダイを有し、これらダイは、ウェーハからカ
ットされチップを形成する。光学ステッパ装置は、各ダ
イに像を転写するために、前記ウェーハ上の様々なダイ
の間で離散的な動き(つまり、「ステッピング」)を行
うようになっている。印刷業界で広く用いられ、また最
近マイクロリソグラフィに参入している第2のタイプの
技術分野には、「スキャンニング」が含まれる。スキャ
ンニングマイクロリソグラフィ装置は、マスクに対して
ウェーハを(離散的にというよりはむしろ)連続的に動
かし、各ダイ上に像を再生する。スキャンニング半導体
組み立て装置は、本発明を実現するために用いることが
可能である。
る場合、解像度を落とす可能性のある横方向の熱拡散を
低減するために薄いレジストを用いるのが好ましい。縦
方向の熱拡散は、解像度に対しては影響を及ぼさない。
さらに薄いレジストはエキシマレーザと相性が良く、こ
のレーザ光はレジストが厚くなるとその表層部で優先的
に吸収される。本発明においては、無機サーモレジスト
が像転写面の用途に特に非常に適している。
スキャナを用いて本発明を実現している。第1のマスク
2は、スキャン軸35の方向で第2のマスク1の下で連
続的に動かされる(つまり、スキャンされる)。レーザ
光源(図示せず)からの光によって、第2のマスク1が
照射され、第2のマスク1上に複数の露光ポイントが形
成され、また像転写面(図示せず)上に、像の形の通り
に対応する複数の露光ポイントが写し込まれる。しかし
ながら、前記第2のマスク1に対して第1のマスク2が
連続的にスキャンされるために、第1のマスク2上の、
前記複数の露光ポイントは、第1のマスク2上におい
て、「ラスタライン」あるいは「トラック」と称される
ライン31に沿って動く。前記像転写面に原像の複製を
完全に写し込むために、ほぼ第1のマスク2の全体が照
射されるまで、第1のマスク2は、第2のマスク1に対
してスキャンされる。このスキャンニング動作は、スキ
ャナの切り離すことのできない部分であり、本発明のた
めに追加する必要のあるものは、第2のマスク1のみで
ある。
イ30から構成されており、これら小レンズ群は行と列
に配置されている。前記行はスキャン軸35に対して垂
直であり、また前記列はスキャン軸35に対して角度θ
の方向に配置されている。第2のマスク1が、前記レー
ザ光源からの照射に曝される場合、複数の露光ポイント
は、第1のマスク2上において照射され、また対応する
複数の露光ポイントは、前記像転写面(図示せず)上に
おいて、像の形通りに照射される。
のアレイ内において形成され、また方向を決められ、さ
らに位置決めされる。このようにして、隣接する列の小
レンズ群30によって照射される第1のマスク2上の露
光ポイントは距離pだけ離されて配置され、また一つの
列内の小レンズ群30によって照射される露光ポイント
は、距離dだけ離されて配置される。本発明の利点を最
大限に利用するためには、距離pおよびdは、像転写面
における隣接露光ポイント間の重なりや干渉を実質的に
除去するのに充分な程度に大きい必要がある。距離pお
よびdが充分大きく、また露光ポイントが充分小さい場
合、レーザ光源のパワーを大きくして、図3を参照して
上述したように、第1のマスク2と像転写面間における
解像光学系(図示せず)の光学解像度が小さいことを克
服することができる。
せにおいて、第2のマスク1に対する小レンズ群30の
角度方向θによって、ラスタラインaの実効的な間隔
は、個々の露光ポイントの間隙pあるいはdよりも小さ
く形成することが可能である。小レンズ群30のこの方
向によって、装置の解像度もまた改善される。これは、
実際のラスタライン間隙は次式で与えられることによ
る。
的に干渉を除去するのに充分なだけ離れるように維持さ
れている。
前記レーザ光源は、第2のマスク1に入射する前に焦点
を合わせ、非常に強度の大きい光のライン17aを形成
することが可能である。ライン17aの幅は、第2のマ
スク1の与えられた列にある小レンズ群30の数nをカ
バーするのに充分な幅でなければならない。この手法が
用いられた場合、ラスタラインa間の距離は、隣接列p
の露光ポイント間距離および一つの列にある小レンズ群
nの数によって制約を受ける。ラスタライン間隔aは次
式で与えられる。
よびdを選択し、所望のラスタライン間隔aを実現する
ことが可能であり、また、光強度を適切な大きさにする
のに充分なだけ、ライン17aの幅を小さくすることが
可能である。
レーザを所定のレートでパルス発振させて用いることに
よって改善することが可能である。レーザを連続発振で
用いる場合、与えられたラスタライン上の露光ポイント
間で分離が発生することはない。すなわち、第1のマス
ク2が、第2のマスク1に対してスキャンされる場合、
与えられたラスタライン上の露光ポイントは、互いに直
近に隣接している。前記サーモレジストの熱時定数およ
びスキャンレートに応じて、直近に隣接するポイントの
露光によって、一つのラスタライン内で隣接する像パタ
ーン間において、像転写面上で干渉が生じたり、あるい
は重なりが生じたりすることがある。パルスレート1〜
10kHzのエキシマレーザなどのパルス駆動レーザを
用いて、連続露光の間にわずかな遅延を発生させること
が可能である。一般的に、サーモレジストの時定数は、
マイクロ秒未満であり、これによって、同一ラスタライ
ン内の隣接露光ポイントに対して、冷却するのに充分な
時間が備えられ、約1MHzのパルスレートまで、隣接
像パターンの重なりが回避される。パルスを数マイクロ
秒以下にすることによって、横方向の熱拡散を低減する
ことが可能である。これを実現することによって、前記
装置のスキャンレートおよび前記レーザ光源のパルスレ
ートは、最小像パターンの大きさによって制約を受ける
(つまり、要求される解像度)。
全に再生するためには、少なくとも最小パターンの大き
さに等しい距離を第2のマスク1がスキャンされる度に
一個のパルスが必要とされる。
のであり、決して本発明の範囲を制限するものではない
ということを理解されたい。本技術分野に精通した当業
者にとっては、上述した実施例に対して、様々な変形例
を本発明の精神から逸脱することなく提供し得ることは
明白である。
スト、また特にサーモレジストに用いられた場合認識さ
れるものであるが、本発明は、従来のフォトレジストや
「相反法則」に従う他の材料が用いられる時でさえ非常
に大きな恩恵を有する。これらの恩恵は、本発明によっ
て行われる像分離が、複数の露光と等価であるという事
実からもたらされるものである。複数の露光を用いる
と、解像度を大きくする光のコヒーレンスが損なわれ
る。このため、非コヒーレント光源の理論的解像度は、
完全にコヒーレントな解像度の2倍であるため、レーザ
等のコヒーレント光源を用いるものであればどのような
投影装置でも、その解像度は、本発明によって改善され
る。
かに拘わらず、電子ビーム同様、放射源であればどのよ
うな放射源をも意味するものと理解されたい。本発明は
複数の像の部分に適用することが可能である。例えば、
一つの像の大きなパターン全てを1回の露光で投影する
ことが可能であり、またその後、本発明を用いて、二つ
以上の分割像の、一組の露光において細部パターンを再
生することが可能である。
モレジストあるいは従来のフォトレジストや「相反法
則」に従う他の材料が用いられる時でさえ、本発明によ
って行われる像分離によって、レーザ等のコヒーレント
光源を用いるものであればどのような投影装置でも、そ
の解像度は、本発明によって改善される。
するプロセスを示す図である。
である。
により得られる利点を説明するいくつかのグラフおよび
線図を示す図である。
ロセスを示す図である。
構成された本発明を示す図である。
および重ね合わせ制御装置の要素を示す図である。
られる光検出器の光の強度応答を示す図である。
クチュエータおよび重ね合わせ用マーキングを示す図で
ある。
おいて用いられる露光ポイントの分離方法を示す図であ
る。
1、22…圧電アクチュエータ、24…線形格子マーキ
ング、29…像転写面、30…小レンズアレイ、31…
原像。
Claims (8)
- 【請求項1】 原像を有する第1のマスクに入射する光
の経路に挿入可能であり、また、前記原像を複数の像の
サブセットに分割する機能を有する装置であって、 (a)前記第1のマスクの一部分に光が集束するように
形状が形成され、また位置決めされた光学要素から構成
される第2のマスクを含み、前記第1のマスクは、複数
のセルに分割されており、前記第1のマスクの前記部分
は前記セルのサブセットから構成されており、 (b)前記第1のマスクの近傍に位置する面内に前記第
2のマスクを移動する機能を有する複数のアクチュエー
タを含み、また (c)前記アクチュエータと共に、前記第1のマスクに
対して前記第2のマスクの位置制御を行う機能を有する
重ね合わせおよび位置制御装置とを含むことを特徴とす
る装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の装置であって、前記第
2のマスクの前記光学要素が、二次元のアレイ状の小レ
ンズを含むことを特徴とする装置。 - 【請求項3】 請求項1に記載の装置であって、前記ア
クチュエータが圧電アクチュエータを含むことを特徴と
する装置。 - 【請求項4】 請求項1に記載の装置であって、前記複
数のアクチュエータが、前記二次元の平面上にある軸の
内一つの方向に前記第2のマスクを移動するように対に
なった、少なくとも二つの離して配置されたアクチュエ
ータを含むことを特徴とする装置。 - 【請求項5】 請求項1に記載の装置であって、前記重
ね合わせおよび位置制御装置が、 (a)前記第1のマスクの縁に位置された、複数の組の
照射されるマーキングを含み、各組のマーキングは、組
み合わされた前記第1および第2のマスクの光学的透過
を変化させる機能を有し、この変化は、前記マスクの、
互いに対して、横方向の位置の関数として行われ、 (b)複数の光検出器を含み、各光検出器は、前記組の
位置決めマーキングの内、一つの組の後に配置され、ま
た光の透過の前記変化を検出する機能を有し、さらに (c)複数のアクチュエータを含み、各アクチュエータ
は、前記位置依存性の光透過パターンを検出する一つの
光検出器からの出力を受信する機能を有し、また、前記
出力を用いて、一つの前記第2のマスクを制御する機能
を有することを特徴とする装置。 - 【請求項6】 請求項5に記載の装置であって、特に前
記組のマーキングを照射する機能を有する複数の外部光
源を含むことを特徴とする装置。 - 【請求項7】 請求項1に記載の装置であって、前記光
源が一つの周波数でパルス駆動されるレーザ装置である
ことを特徴とする装置。 - 【請求項8】 請求項1に記載の装置であって、前記第
2のマスクに入射する光の経路中に配置された光学要素
を含み、前記光学要素は、前記第2のマスク上にある一
つの領域において、前記光を集束し、前記装置は、前記
第2のマスクを横切って前記集束された光を、掃引する
ための手段を含むことを特徴とする装置。
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