JPH025010B2 - - Google Patents

Description

技術分野 この発明は一般にマイクロパターンの発生及び
レプリカ作成技術に関し、特にステツプアンドリ
ピート露光方法により大きなウエハ上に高分解能
のレジストパターンを形成するための新規なイオ
ンビームリソグラフイ処理方法及び装置に関す
る。

背景技術 半導体集積回路及び装置の製造においては最小
のサイズで最大の部品集積密度及びスピードを有
した構造が得られるようにこれらの回路及び装置
のマイクロミニチユア化の増進が重要な目標であ
つた。これらのマイクロミニチユア化の要求に対
して重大な１つのステツプはレジストにおけるパ
ターンの定義である。リソグラフイ露光処理及び
製造処理によつて形成されたレジストの開口は金
属パターンのエツチング、デポジツト又は前記レ
ジストマスクの開口によつて露光された領域にイ
オン注入領域を形成するような次の製造ステップ
のためのマスクパターンとして作用する。集積回
路のマイクロミニチユア化を促進するために高分
解能でレジストパターンを生じるリソグラフイ技
術が必要である。さらに合理的なウエハスルーア
ウト（すなわちウエハ／時）を得るためにレジス
トパターンを露光する処理が当然高速でなければ
ならない。

レジストパターンの製造において有効なフオト
リソグラフイの技術において、種々の公知のフオ
トレジスト材料を露光するのに長年の間紫外線放
射が用いられていた。この技術は良いスループツ
トを提供できる一方でサブマイクロメータの寸法
を有した装置の製造に要求されるある種の高分解
能製造処理方法に対しては満足できるものではな
い、というのは紫外線放射そのものは紫外線放射
の波長に依存する回折及び分解能特性に対して制
限があるからである。例えばもし高分解能のパタ
ーンが光学レンズを介して大面積の目標上に投影
されれば歪を生じ固有の小さなレンズ視野により
フイールドの両端における線分解能を減少する。
光学リソグラフイ方法のいくつかの制限を克服す
るために他のレジスト露光技術が開発された。こ
の技術は紫外線放射の波長よりも短かい波長を有
した放射、すなわち電子、Ｘ線及びイオンを使用
している。これらの３つの技術が紫外線フオトリ
ソグラフイに対してある種の利点を有することが
実証されたがＸ線処理及び直線書込み電子ビーム
処理は時間がかかり大容量のバツチ製造処理に必
要な高スループツトに即することができない。

更に直接書込み電子ビーム処理ではコンピユー
タ制御のもとに所定のパターンで目標に対して電
子ビームが走査されるが、大面積の目標に対して
印加されたときはある種の制限がある。例えばフ
オーカスされた電子ビームの視野は形成される装
置の分解能要求によつて制限される。

スキヤンする電子ビームのフイールドサイズは
増大するので歪が増大しフイールドの両端におけ
るビームの焦点ぼけによる線分解能の減少を招
く。加えて電子ビームの偏向〓差が電子ビームの
形状歪を招きパターン歪を生じてパターン分解能
を減少する。結論としては大面積の目標上に電子
ビームの偏向のために高速のエレクトロニクスを
生ぜしめ遂行するのは複雑である。従つて、光投
影リソグラフイと直接書込み電子ビームリソグラ
フイの両方の異子限定はそれらの視野が固有に制
限されスループツトのような処理パラメータを最
適化するように選択することができない。

上述した問題点のいくつかは電子投影リソグラ
フイ処理の使用により克服される。しかしなが
ら、後者の処理は可変サイズの近接した間隔のパ
ターンを露光するときは逆の近似効果を呈示す
る。イオンビームリソグラフイ技術は逆の近似効
果を有せず、視野における固有の制限を有せず、
高分解能のパターンを生じる方法であることが発
見されこの発明の主題でもある。

ある種の公知で商業的に利用可能なポリマ（レ
ジスト）材料を露光するために平行なイオンビー
ムを使用することはイオンビームリソグラフイの
技術分野において一般に知られており、例えば、
1974年３月発行の“The Journal of Applied
Physics”VOL.45、No.３においてR.L.Seliger及
びW.P.Flemingによつて書かれた“Focused Ion
Beams in Microtabrication”という記事の中に
開示され、更にこの発明の譲受人に譲渡された米
国特許第4101782号及び第4158141号に開示されて
いる。これらの特許の処理方法はマスクと目標レ
ジスト間にスペースがあるオフコンタクト技術を
利用している。そのようなオフコンタクト処理方
法の１つの利点はマスクが使用中に汚れるのを防
止し何度でも再使用可能なことである。従来技術
におけるイオンビームリソグラフイ処理が小領域
例えば１平方センチメートルを有するウエハの露
光を満足する一方でこの処理は大面積のウエハ例
えば４インチの直径を有するウエハを露光する最
適技術については特に言及していない。特にオフ
コンタクト処理による大面積ウエハの露光におい
てはビームとマスク両方の直径、これらは重要な
パラメータであるが、については議論されていな
かつた。これらの直径の最適な選択及び大面積の
ウエハの露光を得る方法及び装置がイオンビーム
リソグラフイ処理の実際の応用で要求されてい
る。

もしビームの直径とマスクの直径がウエハの直
径と一致すれば（例えば４インチ）、いくつかの
問題を生じる。

まず初めに所望の高分解能パターンを生じるよ
うに目標において0.1マイクロメータより小さな
最小の横方向のビーム配置を維持するのに必要な
大直径の平行ビームを生じるのが困難である。２
番目に、大面積のマスクの製造はそれだけ時間が
かかり、歩留りも下り、小面積のマスクの製造に
比べてコスト高となる。更に、0.1マイクロメー
タのマスクにおける寸法公差がすぐマイクロメー
タの寸法を有する装置の製造に要求される。直径
４インチのマスクに対してこの公差を維持するに
は、１／１×10⁶の公差が全体のマクス領域に対して 維持されねばならず、これを成し遂げるのは困難
である。

結局ウエハが拡散、熱酸化あるいはエピタキシ
ヤル成長というようなある種の高温の処理ステツ
プの結果としてウエハが熱せられ拡張するときに
生じる横方向のウエハの歪の問題が残る。熱処理
を注意深く制御したとしてもシリコンウエハは約
１／１×10⁵すなわち１センチメートルで0.1マイク ロメートルの面内歪すなわち“振れ”を有する。
この歪は半導体装置又は集積回路の製造に通常要
求される多重マスク処理及びアライメント処理中
考慮されねばならない。例えばウエハと同じサイ
ズマスクを用いたときアライメントのためにウエ
ハの周辺にベンチマークを形成することができ
る。このマスク及びウエハはベンチマークによつ
てアライメントされエツチングのような処理ステ
ツプが形成される。従つて、前記ウエハは高温
（すなわち1100乃至1200℃）で酸化処理に附され
る。加熱中は、ウエハは拡散し；前記ウエハが次
に冷却されると縮小する。しかしながらのそのよ
うな拡散及び縮小はウエハの幾何学的歪を生じ
る。全体のウエハはサイズにおいて増大又は縮小
することができ、あるいは又前記ウエハは一方の
軸に沿つて長さが増大し他方の軸に沿つて長さが
縮小しだ円形になる。前記ウエハは形状が歪むの
でベンチマークはそのウエハ上の位置が変化す
る。従つて前記ウエハ上のオリジナルのベンチマ
ークは次の処理ステツプではアライメントに使用
できない。更に酸化処理のような処理に先行して
前記ウエハ上に形成されたゲートのような構造は
すべて前記ウエハの拡散及び縮小により位置が変
化しもしくは幾何学的歪を有した。従つて所望の
デバイスを形成するのに必要な次のレベルのマス
クでこれらの構造をアライメントすることはむず
かしい。これらの理由のためにビーム直径及びマ
スク直径をウエハ直径と等しくなるように選択す
る一方で高いスループツトを生じることは集積回
路及び集積デバイスのマイクロミニチユア化に必
要な所望の高分解能をすぐに供給するものではな
い。

大面積のウエハを露光するためのもう一つの可
能な処理は小さな断面積（例えば１平方センチメ
ートル）のイオンビームとウエハと等しいサイズ
マスクを用いることである。前記イオンビームは
シリアルなイオン露光の形態を用いて前記全体の
ウエハ上のレジストを露光するように前記マスク
及びウエハ上をラスタ走査される。この処理は大
面積のマスクを製造する困難性、前記マスクにお
いて要求される寸法公差の維持の困難性及び広い
平行ビームを用いる処理において生じる横方向の
歪の問題に対して上述したと同じ欠点を有してい
る。更に幅の狭い、ラスタ走査されたビームを用
いる処理は所望のパターンを正確に再現するため
にイオンビームの偏向角を特に緊密に制御する必
要がある。イオンビームの偏向の制御は満足に得
られるけれども通常は複雑で高価なシステムが必
要となる。

発明の開示 この発明の一般的目的は上述した欠点を克服
し、従来のイオンビームリソグラフイ処理の利点
の全部ではないにしてもそのほとんどを有しなが
ら大面積のターゲツトを露光する新規な改善され
た高分解能のスループツトの高いイオンビームリ
ソグラフイ処理方法及び装置を提供することであ
る。

この発明の上述した一般的目的はターゲツトの
横方向の歪に適応して前記処理の分解能、スルー
プツト、歩留り及びコストを最適化するステツプ
アンドリピート方法で、パターン化されたイオン
ビームに大面積のターゲツトの選択されたセグメ
ントを連続的に露光することにより成就される。
前記ターゲツトの第１の選択されたセグメントは
アライメント処理（目合せ処理）がされパターン
化されたイオンビームに露光される。次に前記タ
ーゲツトは前記ターゲツトの第１の選択されたセ
グメントから次の選択されたセグメントへのステ
ツプに移動される。従つて、次のセグメントがア
ライメント処理されパターン化されたイオンビー
ムに露光される。前記ターゲツトを１つの選択さ
れたセグメントから次のステツプへ移動し選択さ
れたセグメントのアライメント処理をし、パター
ン化されたイオンビームに露光する処理は前記タ
ーゲツトの連続するセグメントに対して究極的に
全ターゲツトが露光される迄繰返される。

特に各セグメントの領域が処理の分解能、スル
ープツト、歩留り及びコストを最適化するように
選択された、前記ターゲツトに定義された所定の
セグメントを有したターゲツトと；パターン化さ
れたイオンビームを定義するように前記ターゲツ
トに近接して配置されたマスクと；前記マスクの
直径に略等しい直径を有し、パターン化されたイ
オンビームを形成するように前記マスクを介して
投影される平行イオンビームと；前記マスク及び
前記ターゲツトの選択されたセグメントをアライ
メント（目合せ）する手段とを最初に有してい
る。前記マスクのサイズは前記ターゲツトの所定
のセグメントの１つのサイズと等しいか又はそれ
より大きくターゲツトの選択されたセグメントの
１つの面積よりも小さい。次の前記マスクは前記
ターゲツトの第１の選択されたセグメントに、前
記第１のセグメントはパターン化されたイオンビ
ームに露光され、前記マスクを介して、平行イオ
ンビームを投影することにより形成される。従つ
て、前記マスクは前記ターゲツトの第２の選択さ
れたセグメントにアライメントされ、この第２の
セグメントはパターン化されたイオンビームに露
光される。従つて、前記ターゲツトの選択された
セグメントはステツプアンドリピート方法で投影
されたイオンビームパターンに露光される。

従つて、この発明の目的は高分解能パターンの
定義と、高スループツトを維持しながら大面積の
ターゲツトを露光する新規で改善されたイオンビ
ームリトグラフ処理方法及び装置を提供すること
である。

この発明の他の目的は横方向のウエハの歪の問
題を克服する上述したタイプの処理方法及び装置
を提供することである。

この発明のさらに他の目的はリソグラフイ処理
の分解能、スループツト、歩留り及びコストとい
うような処理パラメータを最適化する上述したタ
イプの処理方法及び装置を提供することである。

この発明のさらに他の目的は上述した処理パラ
メータが最適となるように前記ターゲツト、選択
されたセグメントのサイズを自由に選択できる上
述したタイプの処理方法及び装置を提供すること
である。

この発明のさらに他の目的は前記処理の所定の
応用に必要なターゲツトの選択されたセグメント
のサイズの選択する多様性を提供する上述したタ
イプの処理方法及び装置を提供することを目的と
する。

この発明の更に他の目的はターゲツトサイズマ
スクより制限された面積のマスクを使用し大面積
のマスクの製造の問題及び寸法公差の問題を避け
ると共に制限された面積のマスクの製造コストを
減少する利点を有した新規で改善された処理方法
及び装置を提供することである。

この発明のさらに他の目的は従来技術の処理方
法に比較して相対的に高速性を有した上述したタ
イプの新規で改善された処理及び装置を提供する
ことである。

この発明の１つの特徴はステツプアンドリピー
ト処理が使用されていることである。

この発明の上述の及び他の目的、効果及び特徴
は添附した図面に描かれたようなこの発明の好ま
しい実施例の次のようなより特別な描述により明
らかとなるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の処理方法の遂行のための簡
単化された装置の概略図である。

発明を実施するための最良の形態 第１図は簡略化してこの発明の処理を行うため
の装置を示したものである。操作台１０はマグネ
シウムのような低密度の金属から成りターゲツト
１２よりも幾分大きな寸法を有しターゲツト１２
を支持する。前記ターゲツトは第１図に示すによ
うに行もしくは列に配列されたセグメントを有し
一般的には１センチメートルの長さと１センチメ
ートルの幅のセグメント１４のような略等しいサ
イズの選択された数の所定のかなり小さな領域か
ら成る所定領域上に定義された半導体ウエハとし
て第１図に描かれている。前記セグメント１４の
サイズは高分解能、高スループツト、高歩留り及
び合理的なマスクコストの要求を合むある処理パ
ラメータに最適なように選択される。例えば前記
セグメント１４のサイズは部分的に要求されるウ
エハの歪公差によつて決定される。すなわち受け
入れられる公差が小さければ小さい程、前述した
及びこれから述べる高温処理ステツプの間生じる
であろうウエハ内の歪に適応しなければならない
セグメント１４が小さくなる。前記セグメント１
４は望ましくは少なくとも代表的な集積回路（す
なわち１cm²）のサイズである。そして歪公差の要
求およびより大きなセグメント１４に要求される
より大きなマスクを作るコストの増加に一致して
できるだけ大きくできるのが望ましい。前記セグ
メント１４のサイズに対するこれらの要求を満た
すものであれば、どんな数の等しいサイズのセグ
メントでもこの発明の実施に使用できる。

ターゲツト１２上のセグメント１４と同様な隣
接するセグメントの境界はアライメントマーク２
６によつて定義され、このアライメントマークの
機能について以下に述べる。

前記アライメントマーク２６の形状は使用され
ているアライメント検出器によつて決定されサブ
ストレートにエツチングされたクロスマーク又は
開口のようなリリーフパターンすなわち代表的な
フオトリソグラフイツクマスキング及びエツチン
グ技術を用いて金属又は酸化物で形成されパター
ンエツチングされた十字形のパターンのような基
板上面に形成された構造である。前記アライメン
トマークはレジスト層のデポジシヨンの前に前記
サブストレート上に形成され前記レジスト層を介
して検出し、その後その上にデポジツトすること
ができなければならない。

前記操作台１０は第１図に示すＸ軸及びＹ軸に
沿つて又オプシヨンでＺ軸に沿つて制御された方
法で移動することができ、第１図に示す水平面を
角度θだけ回転することができる。（回転θはタ
ーゲツト１２の選択されたセグメント１４に形成
されたどんな構造でも前記マスク１６を目合せす
るように要求される）前記操作台１０には電子機
械式位置トランスデユーサ３５からの電気信号を
受取りＸ、ＹもしくはＺ軸に沿つて及び角度θで
前記操作台１０の対応する機械動作を得る電子機
械手段（図示せず）が具備されている。

前記ターゲツト１２の上部に10乃至25マイクロ
メータの距離にその後に前記マスク１６を通過す
るイオンビーム３０の所定のパターンを定義する
イオンビームマスク１６がある。前記イオンビー
ム３０はマスク、レジスト及びサブストレートの
要求と互換性のあるプロトンもしくはヘリウム、
リチウムのような他のイオンで構成し得る。前記
マスク１６はそのマスク上にアライメントマスク
２８を含みそのアライメントマスク２８の構成は
使用されるアライメント検出手段による。前記ア
ライメントマスク２８は例えばもし光学検出器が
アライメントに使用されれば、例えば光学回折格
子で構成し得る。前記マスク１６はこの発明の譲
受人に譲渡された米国特許第4101782号に記載さ
れたタイプのものである。この場合には酸化アル
ミニウム（Al₂O₃）のような金属の超薄形緊張不
定形膜がイオン吸収マスクの支持部材として使用
されている。あるいは又この発明の譲受人に譲渡
された米国特許第4158141号に記載されたタイプ
のものでも良い。この場合には厚さが２マイクロ
メートル以下の薄い単結晶膜はパターン化された
イオン吸収領域もしくはその領域表面に隣接する
複数の領域を有している。他の適切なイオントラ
ンスミツシヨンマスクも又使用することができ
る。前記マスク１６は開口板１８の底表面に第１
図に示す棒１７のような強固な金属棒によつて取
付けられており、プレート１８内の開口２０と目
合せされる。前記開口板１８に永久に添付される
よりもむしろ前記マスク１６は、第１図に示すよ
うに前記開口板１８に添付された可動操作台上に
配置し得るので前記ターゲツトの選択されたセグ
メントに対して角度θだけ水平面で回転し得る。

前記開口板１８内の開口２０は一般的には長さ
１cm、幅１cmでありそこを通過するイオンビーム
の平行化と所定の断面を定義する機能を有してい
る。平行化されたイオンビームの領域は少なくと
も前記マスク１６の領域でなければならず実際に
は、実質的に１つの選択されたセグメント１４の
領域に等しい。前記開口板１８は、モリブデンの
ような金属で構成され、典型的には５cm×５cmで
１乃至２ミリメートルの厚さである。前記開口板
１８の上表面にはアライメント検出器２２が配置
される。この検出器２２はターゲツト１２の選択
されたセグメント１４とマスク１６との目合せの
度合いを検出し対応する信号を信号処理器３４に
伝達する。前記アライメント検出器２２は例えば
米国特許第4037969号に記載されるようにアライ
メントマーク２６及び２８から反射された光を検
出するように光学技術を使用することもできるが
他のアライメント検出技術も又使用することがで
きる。信号処理器３４は従つて、エラー信号を生
じトランスデユーサ３５に送る。このトランスデ
ユーサ３５は以下に詳細に述べるように操作台を
対応して移動させる。

プレート２４のような一連の開口板をイオンビ
ーム３０のコリメーシヨン（平行化）を最大にす
るように前記開口板１８上に配置することができ
る開口板１８と２４との距離は一般に１メートル
もしくはそれ以上である。

この発明のプロセスを実施化するにおいては始
めに前記ターゲツト１２が操作台１０上に配置さ
れる。前記ターゲツト１２は直径４インチでその
上にコーテイングされたポリメタクリル酸メチル
のようなレジスト材料の層を有する半導体材料の
ウエハである。前記ウエハは選択されたセグメン
トに分割されこれは一般には１センチメートル×
１センチメートルでアライメントマーク２６をウ
エハの隣接するセグメント間の境界に置くことに
より定義される。

第１図に描いた装置を用いてターゲツト１２表
面から10乃至25マイクロメートルの距離にマスク
１６が配置されればターゲツト１２上の対応する
アライメントマーク２６に対して前記マスク１６
上のアライメントマーク２８の位置がアライメン
ト検出器２２によつて検出され前記検出器２２は
信号処理器３４に送られるエラー信号を生じる。
前記検出器２２からのエラー信号は信号処理器３
４において基準信号と比較され対応する補正信号
をトランスデユーサ３５に供給する。前記信号処
理器３４は標準の電子部品で構成され、その中に
はエラー信号入力を所定の基準信号と比較し対応
する補正信号を発生する演算増幅器を含む。前記
信号処理器３４から補正信号を受取るとスランス
デユーサ３５はＸ、Ｙ又はＺ方向にターゲツト１
２に対応する移動を生じるのでターゲツト１２の
選択されたセグメントはマスクと目合せされる。
マスクと基板を目合せするこの方法は共にこの譲
受人に譲渡された米国特許第4109029号及び第
4019109号に記述されている。

この発明を実施するにあたつては、前記操作台
１０を一連のステツプで移動する必要がある。こ
の場合各ステツプは１つの選択されたセグメント
から次のセグメントにパターン化されたイオンビ
ームを移動するように目標の選択されたセグメン
トの幅に対応した長さ（例えば１cm）を有する。

必要とされるステツプにおいて操作台１０のこ
の移動を２段階で行うと利点があることが発見さ
れた。第１段階で前記操作台１０はＸ方向及びＹ
方向（オプシヨン的にＺ方向）に比較的大きく目
標１２に対して移動し次の選択されたセグメント
が大まかに前記マスク１６に面合せされる。次に
第２段階で前記マスク１６と前記目標１２の選択
されたセグメント１４の細密な目合せを生じるよ
うに回転角θで、前記Ｘ及びＹ方向（オプシヨン
的にＺ方向）に沿つた目標１２の微細移動、目標
１２は又はマスク１６の微細移動が行われる。も
し自動化されたアライメント手段が用いられれ
ば、前記操作台１０の制御はトランスデユーサ３
５からの信号に応答して移動する電磁機械手段に
より制御される。満足すべきスループツトを得る
ように前記目標１２とマスク１６のアライメント
は略１秒以内で成さねばならない。前記目標１２
の選択されたセグメント１４及びマスク１６との
目合せの後、選択されたイオンビームが第１図に
示すように前記目標表面に対して垂直に投影され
る。例えば、150乃至250キロエレクトロンボルト
の加速電圧を有するプロトンのビーム；１cm²当り
２×10¹³プロトンの線量及び１マイクロアンペア
以下のビーム電流がおよそ1.3マイクロメートル
の厚さを有するポリメタクリル酸メチル樹脂に対
して使用できる。イオンビームシヤツター機構は
目標１２の選択されたセグメント１４上に衝突し
露出するパルス化されたイオンビームを生じるよ
うに開かれる。一般には使用される露出時間は１
秒以下である。前記イオンビーム３０は開口板２
４及び１８により並行化される。従つて、マスク
化されたイオンビームパターンが樹脂コーテイン
グされたウエハ（目標１２）面上に投影される。
前記パターン化されたイオンビームに対して選択
されたセグメント１４の露出はセグメント１４内
のレジストの選択された部分の露出を生じる。こ
れが後に所望のレジストパターンを形成するよう
に発展される。前記目標１２の第１の選択された
セグメントに対して上述した処理に続いて、前記
操作台２０は前記目標１２の第２の選択されたセ
グメントが前記マスク１６と目合せされるように
移動される。前記イオンビームシヤツタは再び開
かれ前記目標１２の第２の選択されたセグメント
が前記イオンビーム３０に対し衝突し露光され得
る。この方法により前記ターゲツト１２は１度に
１ステツプ横方向に移動され連続して個々の行又
は列を完成しステツプアンドリピート法によりイ
オンビーム３０のパターン化された投影に対して
ターゲツト１２の各連続する選択されたセグメン
トを独立に露光し、その結果ターゲツト１２の所
定の領域の全体を露光する。

この発明のステツプアンドリピート処理は導出
される処理、内面ウエハ歪あるいは“振れ”が調
節し得るようにフイールドサイズが最適化し得る
点において上述の従来の処理に対して特筆すべき
利点を有している。前記マスクはこの発明の処理
によつて前記ターゲツトの各選択されたセグメン
トに対して登録されるので、これらの歪が調節か
つ許容範囲内に収められ、ウエハ歪の累積の影響
が消去され、露光パターンの線分解能が改善され
る。従前に説明したように、この歪は１センチメ
ートル当り略1/10⁵すなわち0.1マイクロメートル
であつた。

加えて、この発明の処理によれば、フイールド
サイズすなわちターゲツトの各選択されたセグメ
ントのサイズは、高分解能、高スループツト、高
い歩留り及び合理的なマスクコストに対する競合
する処理要求に対して最適な歩みよりが得られる
ように選択できる。特に前記選択されたセグメン
トのサイズは特別の処理ステツプで生じたウエハ
歪の度合に適応するように選択し得る。加えて、
目標の選択されたセグメントのサイズは異るデバ
イス又は回路の形成に対して異るサイズになり
得、特別なデバイス又は回路を形成するためのプ
ロセス内の種々のステツプに対してさえもサイズ
を異らせることができる。更にこの発明は大きな
ウエハを露光するように制限されたエリアマスク
を使用しているので容易に製造され、高い歩留り
で大きいマスク（すなわち４インチ）よりもコス
トの安い小さなマスク（すなわち１cm²）を使用す
ることができる。更にこの発明に使用される小型
マスクの寸法公差は大型マスクの寸法公差よりも
容易に維持される。１平方センチメートルのマス
クに対して0.1マイクロメートルの寸法公差は約
２℃シリコンウエハの熱膨張に相当する。比較に
よれば、直径４インチ（10cm）のマスクに対し、
各セグメントが１cm²である49のセグメントを有す
るマスク領域に対して1/10⁶のきわめて高い公差
が維持できるであろう。更に上述の従来技術の１
つに関連して述べたラスタスキヤンタイプのイオ
ンビームよりも真直の、静止した平行イオンビー
ムを採用しているのでこの発明によるイオンビー
ム露光処理は簡単化される。

16マイクロアンペアの電流値を有したイオンビ
ームによりこの発明の処理方法を用いると１cm²の
ターゲツトが0.2秒で露光でき、４インチウエハ
の場合のトータルのビーム照射時間は10秒以下で
あり、全体の処理時間は１分以下である。比較に
よれば従来技術の直接書込み電子ビーム処理では
シリアルにスキヤンされた電子ビームを有した小
さな視野を用いているが、この場合のトータルの
処理時間は４インチウエハで略１時間必要であ
る。従つて、この発明の処理は従来技術の処理に
比べて全体のウエハが露光し得る速度を改善し、
サブマイクロメートルの寸法のデバイスの大きな
バツチ製造に要求される高いスループツトを提供
する。最終的にこの発明の処理方法及び装置は１
cm²のマスクが前記ウエハからより均一に所定の距
離隔てられ直径４インチのマスクを配置するとき
より簡単に配置できる。又この発明の処理方法及
び装置によれば、前記マスクとウエハ間の距離は
平坦でない大きなウエハに適応するように即再調
整される。

この発明は、この発明の好適実施例に対して特
に記述したが、この発明の要旨を変更することな
く種々変形実施可能なことは当業者に認識される
であろう。特にこの発明の範囲はプロトンから成
るイオンビームに限定されるものではなく選択さ
れたターゲツトの露光に適切なヘリウム、リチウ
ムのような他の軽いイオンビームでも良い。又前
記ターゲツトはレジスト−コーテイングウエハに
限らずイオンビーム露光を必要とする他のターゲ
ツトでも良い。更に前記イオンビームとターゲツ
トを目合せする手段はここで述べた光検出手段の
使用に限らず手動及び自動の他の目合せ手段も採
用できる。第１図に関連して述べた装置の寸法は
イオンビームパラメータや露光パラメータのよう
な可変数すなわち前記ターゲツト及び前記マスク
の選択されたセグメントの寸法、特別のアライメ
ント手段に適応するに要求されるように可変し得
る。最後にこの発明はビーム及びマスクに関連し
て前記ターゲツトの移動に対して述べたが前記タ
ーゲツト及びパターン化されたイオンビーム間の
何らかの制御もこの発明の範囲内に含まれる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ターゲツト１２の横方向の歪みを調節するよ
   うに、連続する独立した露光によりパターン化さ
   れたイオンビームに大面積のターゲツト１２を露
   光するイオンビームリソグラフイの処理方法にお
   いて、 (a) 所定の領域を有する前記ターゲツトの選択さ
   れた第１セグメント１４と、前記パターン化さ
   れたイオンビームのパターンであり、前記選択
   された第１セグメント１４のサイズにほぼ等し
   いパターンとを目合せし； (b) 前記選択された第１セグメント１４を前記パ
   ターン化されたイオンビームに露光し； (c) 前記パターン化されたイオンビームが前記タ
   ーゲツト１２の、次に選択された第２セグメン
   ト上に位置するように所定長だけ前記パターン
   化されたイオンビームに対して前記ターゲツト
   １２を移動するように制御し； (d) 前記ターゲツト１２の前記第２セグメント
   と、前記パターン化されたイオンビームのパタ
   ーンとを目合せし；および (e) 前記第２セグメントを前記パターン化された
   イオンビームに露光し、それにより、前記ター
   ゲツトが前記所定長だけ、前記第１セグメント
   １４から前記第２セグメントまで移動し、前記
   所定長の移動と目合せの後、前記第２セグメン
   トが前記パターン化されたイオンビームに露光
   され、前記所定長の移動および前記露光は前記
   ターゲツト１２の更に次に選択されたセグメン
   トに繰返され、前記ターゲツト１２の全領域を
   露光し、前記ターゲツト１２の横方向の歪みを
   調節することを特徴とするステツプアンドリピ
   ート露光を用いたイオンビームリソグラフイの
   処理方法。 ２ 前記ターゲツト１２には、個別にセグメント
   を露光するために所定のセグメント１４の範囲が
   限定され、前記選択された第１セグメント１４の
   前記パターン化されたイオンビームへの露光は、 (i) 前記パターン化されたイオンビームの範囲を
   限定するために前記ターゲツト１２に近接して
   マスク１６を設け、前記マスク１６のサイズは
   前記ターゲツト１２の前記所定のセグメント１
   ４のサイズと等しいか又は大きく、前記マスク
   １６のパターンエリアは前記選択されたセグメ
   ント１４の１つのエリアよりも小さく設定し； (ii) 選択されたイオン３０の平行化イオンビーム
   の断面の直径を前記マスク１６の直径にほぼ等
   しくし；および (iii) 前記マスクを介して前記イオンビームを投影
   し、前記パターン化されたイオンビームを形成
   し、前記イオンビームパターンを前記ターゲツ
   ト１２の前記選択された第１セグメント１４に
   露光することから構成され、 前記目合せは前記マスク１６と前記ターゲツト
   １２の選択されたセグメント１４とを目合せする
   手段２２，３４，３５により行われることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のステツプアン
   ドリピート露光を用いたイオンビームリソグラフ
   イの処理方法。 ３ 前記ターゲツトは可動操作台上に載置され、
   前記マスクおよび前記ターゲツトの選択されたセ
   グメントは前記可動操作台を移動することにより
   行われることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のステツプアンドリピート露光を用いたイオ
   ンビームリソグラフイの処理方法。 ４ 基板上のレジストのターゲツト層の所定領域
   は、 (a) 前記領域を選択された数の等しいセグメント
   に分割し、 (b) 前記パターン化されたイオンビームを前記セ
   グメントの１つと目合せし、 (c) 前記レジスト層の前記所定領域の全体が前記
   パターン化されたイオンビームに露光されるま
   で、行および列に配列された各セグメントに連
   続してイオンビームを照射するように、前記パ
   ターン化されたイオンビームに対して前記レジ
   スト層の移動を制御することにより露光される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   ３項のいずれかに記載のステツプアンドリピー
   ト露光を用いたイオンビームリソグラフイの処
   理方法。 ５ 前記ターゲツトの移動制御は (a) 前記セグメントの境界に目合せマークまたは
   開口を形成し、 (b) 前記セグメントの境界に形成された目合せマ
   ーク又は開口に目合せするための目合せマーク
   または開口を前記イオンビームマスクに設け、 (c) 前記イオンビームマスクと前記セグメントと
   の目合せを、前記セグメントを連続して露光す
   るのに使用する各連続するイオンボンバードス
   テツプにおいて検出し、および (d) 前記ターゲツトの全てのセグメントが前記イ
   オンビームにより露光されるまで連続して前記
   イオンビームに対して前記ターゲツトを移動さ
   せることを含むことを特徴とする特許請求の範
   囲第２項乃至第４項のいずれかに記載のステツ
   プアンドリピート露光を用いたイオンビームリ
   ソグラフイの処理方法。 ６ イオンビームパターンの断面積を、露光され
   る前記レジスト層の全領域の所定の分割領域に実
   質的に等しくし、分解能、スループツト、歩溜
   り、およびコストが最適となるように前記所定の
   分割領域を選択し、 (a) 前記レジスト層に対して前記イオンビームを
   ステツプ移動するように制御し、前記レジスト
   層の全領域を構成する全ての分割領域を前記イ
   オンビームが連続的に露光し、それにより前記
   基板の横方向の歪みを調節することを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項に記載のステツプアン
   ドリピート露光を用いたイオンビームリソグラ
   フイの処理方法。 ７ ターゲツト１２の選択されたセグメントをパ
   ターン化されたイオンビームに連続的に露光する
   装置において、 (a) 前記ターゲツト１２を保持する可動操作台１
   ０と； (b) 前記ターゲツト１２の各選択されたセグメン
   ト上のパターン化されたイオンビームの範囲を
   限定し、前記ターゲツト１２表面上に近接して
   位置し、前記選択されたセグメントの１つにほ
   ぼ等しいサイズを有するマスク１６と； (c) 前記選択されたセグメント１４の１つの領域
   に実質的に等しい領域を有する平行化イオンビ
   ームを生成する手段と； (d) 前記マスク１６に対して前記可動操作台１０
   を移動させ、前記マスク１６と、前記ターゲツ
   ト１２の選択されたセグメントの１つとを目合
   せする手段２２，３４，３５とで構成され、使
   用時に、前記ターゲツト１２の選択された第１
   セグメント１４が前記目合せ手段２２，３４，
   ３５により前記マスク１６と目合せされ、前記
   平行化イオンビームを前記マスク１６に通過さ
   せることにより生成される前記パターン化され
   たイオンビームにより前記選択された第１セグ
   メント１４が露光され、前記ターゲツト１２の
   選択された第２セグメントが前記目合せ手段２
   ２，３４，３５により前記マスク１６と目合せ
   され、前記選択された第２セグメントが前記パ
   ターン化されたイオンビームにより露光される
   ことを特徴とするステツプアンドリピート露光
   を用いたイオンビームリソグラフイの処理装
   置。 ８ 前記平行化イオンビームを生成する手段は、 (a) イオンビームを生成する手段と； (b) 前記イオンビームを平行化するとともに、そ
   の断面積を限定し、前記マスク１６と前記イオ
   ンビームを生成する手段との間に位置した開口
   板２４であり、前記開口板２４を介して前記イ
   オンビームが投影され前記平行化イオンビーム
   が形成される開口板２４とで構成されることを
   特徴とする特許請求の範囲第７項記載のステツ
   プアンドリピート露光を用いたイオンビームリ
   ソグラフイの処理装置。 ９ 前記マスク１６と前記選択されたセグメント
   １４の１つを目合せする手段２２，３４，３５は
   １つ以上の直行軸に添つて前記可動操作台１０を
   移動するとともに、水平面に対して前記可動操作
   台１０を回転する自動化手段とで構成されること
   を特徴とする特許請求の範囲第７項および第８項
   のいずれかに記載のステツプアンドリピート露光
   を用いたイオンビームリソグラフイの処理装置。 １０ 前記可動操作台１０は電子機構手段３５に
   より制御され、前記マスクは長さおよび幅がそれ
   ぞれ１センチメートルであり、前記ターゲツト１
   ２から10乃至25マイクロメートルの距離に配置さ
   れ、前記目合せ手段は高精度の光学機械で構成さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第７項乃至
   第９項のいずれかに記載のステツプアンドリピー
   ト露光を用いたイオンビームリソグラフイの処理
   装置。