(57)【要約】近接露光法および近接露光装置にて達成できる解像度が、フォトマスクの代わりに、回折マスク（３０）を用いることで大幅に向上される。このマスクにおいては、イメージ情報は、描画されるべき最小形状サイズより小さな寸法を持つイメージセル（３７）の二次元配列（３２）に符号化され、各イメージセルは少なくとも２つの特定の透過レベルからの一つの透過レベルと、少なくとも３つの位相レベルからの一つの位相レベルを持つ。このマスクは、一つのイメージフィールド内に複数の焦点平面を持つマルチフォーカスマスクとして構成することもできる。
2004501405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光性の材料の層の選択された表面上にある与えられた最小形状サイズを持つ所望の光学イメージを形成する方法であって、この方法が：
少なくとも一つの所定の波長λを持つ光源を用意するステップと、
前記波長λを持つ光源に敏感な材料の層を、選択された表面上に光学イメージが形成されるように用意するステップと、
イメージ情報を含み、前記光源からの光線に対して少なくとも部分的に透明なマスクを、前記光源と前記感光材の層の間に、前記光源からの光線が前記マスクを通り抜けて前記感光層に当たるように、配置するステップと、
前記選択された表面を前記マスクを通り抜けた光源からの光線にて照射することで所望の光学イメージを生成するステップと、
を含み、回折要素の形態を持つマスクが用いられ、前記イメージ情報が最小形状サイズより小さな寸法を持つイメージセルの二次元配列に符号化され、各イメージセルが少なくとも２つの特定の透過レベルからの一つの透過レベルと、少なくとも３つの位相レベルからの一つの位相レベルを持つことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記照射ステップが前記マスクを２〜３度のオーダのアパーチャ角度を持つ光線にて照射するステップから成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
少なくとも２つの異なる波長の光線を放射する光源が用いられることを特徴とする請求項１あるいは２記載の方法。
【請求項４】
互いに異なるエリアを含むマスクが用いられ、これらエリアのイメージ情報が、これらエリアとその周辺エリアを一つの照射光線にて照射したとき、これらエリアのサブイメージがその周辺エリアのサブイメージが形成される平面とは異なる平面内に形成されるように符号化されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
１μｍなるオーダのサイズと、１００％もしくは０％なるオーダの透過レベルを持ち、０°、９０°、１８０°あるいは２７０°なる位相シフトを導入するイメージセルを含むマスクが用いられ、このマスクのイメージ情報搬送表面が感光材の層の選択された表面から５０μｍなるオーダの距離だけ離して置かれ、このマスクを照射するために水銀アーク燈が用いられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の３μｍなるオーダの最小形状サイズを持つ所望のイメージを生成するための方法。
【請求項６】
前記マスクが、光線の４０％が３６５ｎｍなる波長を持ち、光線の２０％が４０５ｎｍなる波長を持ち、光線の４０％が４３６ｎｍなる波長を持つ光線にて照射されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
イメージ情報を持つ、請求項１記載の方法に用いるための光学マスクであって、この光学マスクが回折要素の形態を持ち、前記イメージ情報が、生成されるべきイメージの最小形状サイズより小さな寸法を持つイメージセルの二次元配列に符号化され、各イメージセルが少なくとも２つの特定の透過レベルからの一つの透過レベルと、少なくとも３つの位相レベルからの一つの位相レベルを持つことを特徴とする光学マスク。
【請求項８】
低減された透過レベルを持つイメージセルがある特定の透過レベルを持つ層にてコーティングされ、各イメージセルの位相レベルがこのセルの位置におけるマスク基板の厚さから決定されることを特徴とする請求項７記載の光学マスク。
【請求項９】
互いに異なるエリアを含むマスクが用いられ、これらエリアのイメージ情報が、これらエリアとその周辺エリアを一つの照射光線にて照射したとき、これらエリアのサブイメージがその周辺エリアのサブイメージが形成される平面とは異なる平面内に形成されるように符号化されることを特徴とする請求項７あるいは８のいずれかに記載の光学マスク。
【請求項１０】
１μｍなるオーダのサイズと、１００％もしくは０％なるオーダの透過レベルを持ち、０°、９０°、１８０°あるいは２７０°なる位相シフトを導入するイメージセルを含むことを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の光学マスク。
【請求項１１】
請求項１記載の方法を遂行するための装置であって、この装置が記載の順に：
少なくとも一つの所定の波長の光線を放射する光源；
イメージ情報を含み、少なくとも一部前記光源からの光線に透明なマスクを保持するためのマスクホルダ、および
前記線源からの光線に敏感な材料の層を塗布された基板を保持するための基板ホルダを備え、（改善点として）前記マスクが回折要素の形態を持ち、前記イメージ情報が最小形状サイズより小さな寸法を持つイメージセルの二次元配列に符号化され、各イメージセルが少なくとも２つの特定の透過レベルからの一つの透過レベルと、少なくとも３つの位相レベルからの一つの位相レベルを持つことを特徴とする装置。
【請求項１２】
前記光源が２〜３度のオーダのアパーチャ角度を持つ光線を放射するように構成されることを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
前記光源からの少なくとも２つの異なる波長の光線が前記マスクの平面上に照射されることを特徴とする請求項１１あるいは１２記載の装置。
【請求項１４】
前記マスクのイメージ情報搬送表面と前記感光層の表面との間の距離が５０μｍなるオーダとされることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記光源が、光線の４０％が３６５ｎｍなる波長を持ち、光線の２０％が４０５ｎｍなる波長を持ち、光線の４０％が４３６ｎｍなる波長を持つ光線を放射することを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
基板上の少なくとも一つの層内にデバイスを製造する方法であって、この方法が：
前記層の上に塗布された感光性の層上に、前記層内に形成されるべきデバイス形状に対応する形状を含むイメージを生成するステップ、および
前記感光性の層内に生成されたイメージにて区画される前記層のエリアから材料を除去あるいはこれに材料を追加（堆積）するステップを含み、（改善点として）前記イメージが請求項１乃至６のいずれかに記載の方法に従って形成されることを特徴とするデバイスを製造するための方法。
【請求項１７】
互いに異なるエリアを含むマスクが用いられ、これらエリアのイメージ情報が、これらエリアとその周辺エリアを一つの照射光線にて照射したとき、これらエリアのサブイメージがその周辺エリアのサブイメージが形成される平面とは異なる平面内に形成されるように符号化されることを特徴とする複数の層内にデバイスを形成するのに適する請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、感光性の材料の層の選択された表面上にある与えられた最小形状サイズを持つ所望の光学イメージを形成する方法に関する。この方法は：
少なくとも一つの所定の波長λを持つ光源を用意するステップ；
この波長λを持つ光源に敏感な材料の層を、選択された表面上に光学イメージが形成されるように用意（配置）するステップ；
イメージ情報を含み、光源からの光線に対して少なくとも部分的に透明なマスクを、光源と感光材の層の間に、光源からの光線がマスクを通り抜けて感光層に当たるように、配置するステップ；および
選択された表面をマスクを通り抜けた光源からの光線にて照射することで所望の光学イメージを生成するステップから構成される。
【０００２】
本発明は、この方法に用いるためのマスク、この方法を用いてデバイスを製造する方法、およびこの方法を遂行するための装置にも関する。
【０００３】
近接露光法および近接露光装置とも呼ばれるこの方法および装置は、とりわけ、液晶ディスプレイ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｉｓｐｌａｙ、ＬＣＤ）パネル、カスタムＩＣ（集積回路）および印刷回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ、ＰＣＢ）の製造に用いられる。近接露光は、基板上の感光性の層内に、基板の層内に形成されるべきデバイス形状に対応する形状を含むイメージを形成するための迅速で安価な方法である。大きなフォトマスクが用いられ、これが基板から近接ギャップと呼ばれる短かな距離の所に配置され、基板がこのフォトマスクを介して、例えば、紫外（ＵＶ）線にて照射される。この方法の一つの重要な長所は、イメージフィールドが大きく、このため１イメージステップにて大きなデバイスパターンを描画できることである。近接露光用の従来のフォトマスクのパターンは、基板上に要求されるイメージの実寸の、つまり、１対１のコピーである。つまり、このイメージの各ピクチャ要素（画素）はマスクパターン内の対応する画素と同寸である。
【０００４】
近接露光には、解像度に限界がある。つまり、点、線等、一般には、マスクパターン内の形状を、基板上の感光層内の別個の実体として再生する能力に限界がある。これは、形状の寸法が描画に用いられる光線の波長に対して低減されたときに発生する回折効果に起因する。例えば、１００μｍなる近接ギャップの場合、解像度は１０μｍとなるが、これは、１０μｍなる相互距離に位置するパターン形状は、別個の要素として描画できることを意味する。光学リソグラフィーにおける解像度を増すためには、実寸投影装置、つまり、レンズ投影系あるいは鏡投影系のような実寸投影系を備える装置が用いられる。このような装置の例には、ウェーハステッパやウェーハステップ・アンド・スキャナ（ｓｔｅｐ−ａｎｄ−ｓｃａｎｎｅｒｓ）がある。ウェーハステッパにおいては、マスクパターン、例えば、ＩＣパターンが、投影レンズ系によって、基板の第一のＩＣエリア上に、１ステップにて描画される。次に、マスクと基板が互いに、第二のＩＣエリアが投影レンズの下にくるように移動される。次に、マスクパターンが第二のＩＣエリア上に描画される。これらステップが、基板の全てのＩＣエリアにマスクパターンのイメージが描画されるまで反復される。これは、移動、整合および照射というサブステップのために、非常に時間を要する過程となる。ステップ・アンド・スキャナ方式においては、マスクパターンの小さな部分のみが照射され、照射の際に、マスクと基板が互いに同期して、照射光線に対して、そのマスクパターン全体が照射され、このパターンの完全なイメージが基板のＩＣエリア上に形成されるまで移動される。次に、マスクと基板が互いに次のＩＣエリアが投影レンズの下にくるまで移動され、このマスクパターンが走査−照射され、こうして次にＩＣエリア上にマスクパターンの完全なイメージが形成される。これらステップが、基板の全てのＩＣエリアにマスクパターンの完全なイメージが形成されるまで反復される。このステップ・アンド・スキャニング過程では、ステッピング過程よりさらに多くの時間がかかる。
【０００５】
１：１ステッパ、つまり、１なる倍率のステッパを、ＬＣＤパターンを描画するために用いた場合は、３μｍなる解像度を得ることができるが、ただし、これは描画に対して費やされる多くの時間を犠牲にしてである。さらに、イメージフィールドがサブフィールドに分割された場合、隣接するサブフィールドが互いに完全にフットしなくなるというスティチング問題（ｓｔｉｔｃｈｎｉｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ）が発生する。
【０００６】
本発明の一つの目的は、近接描画方法およびこれに用いるためのマスクを提供することにあり、これによって、同一の目的に対する光学リソグラフィック投影装置にて得ることができる解像度のオーダが向上されることに加えて、従来の近接露光方法、ステッパあるいはステップ・アンド・スキャナによっては実現することができなかった新たな可能性への道が開かれる。本発明の方法においては、改善点として、回折要素の形態を持つマスクが用いられ、イメージ情報は最小形状サイズより小さな寸法を持つイメージセルの二次元配列に符号化され、各イメージセルは少なくとも２つの特定の透過レベルからの一つの透過レベルと、少なくとも３つの位相レベルからの一つの位相レベルを持つ。
【０００７】
イメージセルの振幅レベルおよび位相レベルは、イメージ要素上に照射された光線の部分の、それぞれ、振幅および位相が、そのイメージセルによってどの程度変化を受けるかの尺度である。
【０００８】
本発明の方法は、従来の方法においては解像度を制限する要因となった回折効果（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）を有効に利用する。マスクパターンは、もはや、所望のイメージと画素ベースで対応されるのではなく、複数の小さなイメージセル（ｉｍａｇｅ ｃｅｌｌｓ）内に符号化される。これらイメージセルは、要求されるイメージ内のある与えられた１画素に対応してでではなく、複数の隣接するイメージセルと、これらイメージセルのエリアを通過する光線部分の振幅と位相の両方において協調して、基板上の感光層内に要求されるイメージの部分が形成されるように変化される。この方法は２つの独立な符号化パラメータ、つまり、イメージセルの振幅と位相を使用し、こうしてマスク設計における可能性が拡大される。これら各パラメータは、複数の離散値あるいはレベルの一つを持つ。振幅レベルの数は２つあるいはそれ以上とされ、位相レベルの数は３つあるいはそれ以上とされる。マスクの設計は、コンピュータ生成ホログラム（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｈｏｌｏｇｒａｍｓ）の技法と類似の計算技法の結果として得られる。各イメージ要素に対する結果としての振幅レベルは、マスク内に、透明なマスク基板のイメージ情報搬送表面上の、特定の透過レベルを持つコート層として実現され、位相レベルはこの基板の厚さを適合化することで実現される。
【０００９】
ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．３１８３，１９９７，ページ２〜１３に掲載の「Ｘ−ｒａｙ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ ｆｏｒ ＶＬＳＩ ｕｓｉｎｇ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｂｉｌｅｖｅｌ ｈｏｌｏｇｒａｍｓ（合成２レベルホログラムを用いるＶＬＳＩ用のＸ−線ホログラフィ）」なる名称の論文は、１００ｎｍのオーダの最小形状サイズを持つＶＬＳＩ電子回路を製造するための１ｎｍのオーダの非常に短い波長のシンクロトロン放射（ｓｙｎｃｈｒｏｔｏｒｏｎ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）を用いる特定のＸ−線近接露光法について説明する。ギャップ幅を４μｍという非現実的な値から１０μｍあるいはそれ以上のより現実的な値に増加するために、形成されるべきイメージの構成と同一のパターン構成を持つ従来のＸ−線マスクの代わりに、いわゆる２レベルコンピューテッドホログラム（ｂｉｌｅｖｅｌ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｈｏｌｏｇｒａｍ）が用いられる。この従来の方法は、本発明の方法と、それぞれ、最小形状サイズと使用される波長の比およびギャップ幅が全く異なるのみでなく、マスク要素はＸ−線波長の数１００倍の厚さを持ち、導波路効果が大きな役割を果たす点で異なる。さらに、このＸ−線法において用いられるホログラムは、それぞれ、０とπラジアンの位相シフトを導入するたった２つの位相レベルしか持たない。
【００１０】
さらに、米国特許第５，６１２，９８６号明細書は、ＩＣマスクパターンを基板上に、マスクを介して、Ｘ−線放射を用いて描画するための方法を開示する。従来のＸ−線マスクの代わりに、複数の振幅ステップと複数の位相ステップを持つ回折要素が用いられる。ただし、これら振幅ステップは、位相ステップに対して必要とされるマスク基板に異なる厚さを用いることで得られ、異なる振幅減衰がこれによって導入される。イメージセルの位相レベルと振幅レベルは、おのおの独立に選択することはできない。
【００１１】
本発明の方法においては、好ましくは、上述の照射ステップは、マスクを２〜３度のオーダのアパーチャ角度を持つ光線にて照射するステップから成る。
【００１２】
照射光線のアパーチャ角度（ａｐｅｒｔｕｒｅ ａｎｇｌｅ）とは、この光線の、完全にはコリメート（平行化）されておらず、従って、あるコリメーション角度をもつ最も外側の光線間の角度を意味し、コリメーション角度はアパーチャ角度の半分となる。１００μｍより小さなギャップ幅に対しては、コリメーション角度は、１度あるいは２度、従って、アパーチャ角度は、２度あるいは３度となる。より大きなギャップ幅に対しては、アパーチャ角度は１度より小さくなる。このような小さなアパーチャ角度を持つ照射光線を用いた場合、描画されたイメージ内に斑点パターンが発生する危険性が低減されるために、この方法は改善される。
【００１３】
本発明の方法においては、好ましくは、少なくとも２つの異なる波長の光線を放射する光源が用いられる。
【００１４】
従来の近接露光装置においては、通常、水銀アーク放電燈が光源として用いられた。このアーク放電燈は、いわゆる異なる（スペクトル）線と呼ばれる、異なる波長の光線を放射する。通常は、これら波長の一つの光線がマスクを照射するために選択され、他の波長の光線はマスクに到達するのを阻止された。ただし、本発明による方法においては、マスクの設計を異なる波長に適合化することで、異なる波長の光線が同時に使用される。こうして、利用可能な光線がより効率的に用いられる。
【００１５】
本発明の方法においては、好ましくは、互いに異なるエリアを含むマスクが用いられ、これらエリアのイメージ情報は、これらエリアとその周辺エリアを一つの照射光線にて照射したとき、これらエリアのサブイメージがその周辺エリアのサブイメージが形成される平面とは異なる平面内に形成されるように符号化される。
【００１６】
本発明の方法は、マスクパターンの異なる部分を、異なるイメージ平面内に、従って、一つのデバイスの異なる層内に、同時に描画することができ、このため、デバイスの異なる高さの所に配置されたサブデバイスから構成されるデバイスの製造に非常に適する。このようなデバイスの一例としては、マイクロ・オプティカル・エレクトリカル・メカニカルシステム（ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌ−ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ、ＭＯＥＭＳ）がある。回折要素を設計する際、あるいは各イメージセルの振幅レベルおよび位相レベルを計算する際には、製造されるべきデバイスの特定のレイアウトおよび照射波長のみでなく、ギャップ幅、すなわちイメージ平面までの距離も入力パラメータとして用いられる。これによって、単一のイメージフィールド内に複数の焦点平面を持つ回折要素を設計することが可能となるが、これは、従来の近接露光、ウェーハステッパ、あるいはステップ・アンド・スキャナ技法においては知られてない新規の特徴である。この特徴は段構成を持つ基板上に複合多平面デバイス（ｃｏｍｐｏｓｅｄ， ｍｕｌｔｉｐｅ ｐｌａｎｅ， ｄｅｖｉｃｅ）を製造する際には非常に役立つ。異なる平面に対するデバイスパターン部分を同時に描画することができるために、多くの時間を節約できることに加えて、整合ステップはもはや不要となる。
【００１７】
本発明の３μｍなるオーダの最小形状サイズを持つ所望のイメージを生成するための方法においては、１μｍなるオーダのサイズと、１００％もしくは０％なるオーダの透過レベルを持ち、０°、９０°、１８０°あるいは２７０°なる位相シフトを導入するイメージセルを含むマスクが用いられ、このマスクのイメージ情報搬送表面は感光材の層の選択された表面から５０μｍなるオーダの距離だけ離して置かれ、このマスクを照射するために水銀アーク燈が用いられる。
【００１８】
この実施例は近接露光方式における解像度を、今までは実寸投影装置によってしか達成できなかったレベルまで上げることができることを実証する。
【００１９】
この実施例においては、さらに好ましくは、上述のマスクは、光線の４０％が３６５ｎｍなる波長を持ち、光線の２０％が４０５ｎｍなる波長を持ち、光線の４０％が４３６ｎｍなる波長を持つ光線にて照射される。
【００２０】
このような構成の光線を得るためには適当な回折要素が設計され、このような回折要素が用いられた場合は、水銀アーク燈の光線を効率的に使用することができる。４０：２０：４０なる光線の成分比は光線によって供給される光線に対するものであり、レジスト内での吸収のために、波長成分のイメージ形成への実効的な寄与は６０：１５：２０となる。
【００２１】
本発明は、さらに、上に説明の方法において用いるための光学マスクにも関する。このマスクは、好ましくは、回折要素の形態を持ち、イメージ情報は生成されるべきイメージの最小形状サイズより小さな寸法を持つイメージセルの二次元配列に符号化され、各イメージセルは少なくとも２つの特定の透過レベルからの一つの透過レベルと、少なくとも３つの位相レベルからの一つの位相レベルを持つ。
【００２２】
限られた数の振幅および位相レベルを持ち、従って、比較的単純な設計のこのようなマスクにて良好なイメージを得られることが実証されている。４つの位相レベルを持つマスクにて上述の３μｍなる最小形状幅を持つ非常に良好なイメージを描画することができる。さらに良好なイメージが要求される場合は、２つより多くの振幅レベルおよび４つより多くの位相レベルを持つ回折要素が設計され、この方法において用いられる。
【００２３】
このマスクの一つの好ましい実施例においては、低減された透過レベルを持つイメージセルはある特定の透過レベルを持つ層にてコーティングされ、各イメージセルの位相レベルはこのセルの位置におけるマスク基板の厚さから決定される。
【００２４】
上述のコーティング層は、光学リソグラフィーにおける使用に適するクロムの層から成り、位相構造はマスク基板、例えば、石英内に、イオンビーム技法にてエッチングされる。
【００２５】
このマスクは、もう一つの好ましい実施例においては、互いに異なるエリアを含み、これらエリアのイメージ情報は、これらエリアとその周辺エリアを一つの照射光線にて照射したとき、これらエリアのサブイメージがその周辺エリアのサブイメージが形成される平面とは異なる平面内に形成されるように符号化される。
【００２６】
上述のように、このマスクは、段のある基板の異なる高さの平面内にイメージ部分を同時に描画するのに非常に適する。
【００２７】
このマスクの一つの好ましい実施例においては、このマスクは、１μｍなるオーダのサイズと、１００％もしくは０％なるオーダの透過レベルを持ち、０°、９０°、１８０°あるいは２７０°なる位相シフトを導入するイメージセルを含む。
【００２８】
本発明は、さらに、近接露光用の装置にも関する。この装置は記載の順に：
少なくとも一つの所定の波長の光線を放射する光源；
イメージ情報を含み、少なくとも一部上述の光源からの光線に透明なマスクを保持するためのマスクホルダ、および
上述の線源からの光線に敏感な材料の層を塗布された基板を保持するための基板ホルダを備える。この装置における改善点として、前記マスクは回折要素の形態を持ち、前記イメージ情報は最小形状サイズより小さな寸法を持つイメージセルの二次元配列に符号化され、各イメージセルは少なくとも２つの特定の透過レベルからの一つの透過レベルと、少なくとも３つの位相レベルからの一つの位相レベルを持つ。
【００２９】
この装置の一つの好ましい実施例においては、光源は、２〜３度のオーダのアパーチャ角度を持つ光線を放射するように構成される。
【００３０】
このような実質的にコリメートされた光線を用いることで、イメージの品質が向上される。
【００３１】
この装置のもう一つの好ましい実施例においては、光源からの少なくとも２つの異なる波長の光線がマスクの平面上に照射される。
【００３２】
こうすることで、利用可能な光源からの光線を効率的に用いることができる。
【００３３】
この装置のもう一つの好ましい実施例においては、マスクのイメージ情報搬送表面と感光層の表面との間の距離は５０μｍなるオーダとされる。
【００３４】
この程度の距離、すなわちギャップ幅を用いた場合、３μｍなるイメージ解像度を達成することができる。より高い解像度、例えば、１．５〜２μｍが要求される場合は、このギャップ幅が、例えば、２５μｍに低減される。
【００３５】
この装置のもう一つの好ましい実施例においては、光源は、光線の４０％が３６５ｎｍなる波長を持ち、光線の２０％が４０５ｎｍなる波長を持ち、光線の４０％が４３６ｎｍなる波長を持つ光線を放射する。
【００３６】
このような装置においては、光源として従来の水銀アーク燈が用いられる。
【００３７】
本発明は、さらに、基板上の少なくとも一つの層内にデバイスを製造する方法にも関する。この方法は：
この層の上に塗布された感光性の層上に、この層内に形成されるべきデバイス形状に対応する形状を含むイメージを生成するステップ、および
感光性の層内に生成されたイメージにて区画されるこの層のエリアから材料を除去あるいはこれに材料を追加（堆積）するステップを含む。この方法においては、改善点として、イメージを形成するための上述の方法が用いられる。
【００３８】
この方法を用いて製造することができるデバイスには、液晶ディスプレイデバイス、カスタムＩＣ、印刷回路基板などがある。
【００３９】
この方法のもう一つの好ましい実施例においては、互いに異なるエリアを含むマスクが用いられ、これらエリアのイメージ情報は、これらエリアとその周辺エリアを一つの照射光線にて照射したとき、これらエリアのサブイメージがその周辺エリアのサブイメージが形成される平面とは異なる平面内に形成されるように符号化されるが、この方法は、異なるレベルに配置されたサブデバイスから構成されるデバイスを製造するのに非常に適する。
【００４０】
このようなデバイスの例には、マイクロ・オプティカル・エレクトリカル・メカニカルシステム（ＭＯＥＭＳ）、およびダイオードレーザもしくは検出器、光ファイバ、および場合によってはこの光ファイバとダイオードレーザもしくは検出器との間に配置されるレンズから構成される光通信デバイスが含まれる。
【００４１】
本発明のこれらおよびその他の特徴が、制限のためではなく、単に実例を示すために、好ましい実施例との関連で行なわれる以下の詳細な説明から一層明らかになるものである。
【００４２】
【発明の実施の形態】
図１は、例えば、ＬＣＤデバイスを製造するための従来の近接露光装置を非常に簡略的に示す。この装置は、デバイスがその上に形成される基板３を運ぶための基板ホルダ１を備える。基板は、その中にデバイスの形状に対応する形状を持つイメージ（像）が形成されるべき感光性の層、すなわちレジスト層を塗布される。イメージ情報は、マスクホルダ７内に配置されたマスク８内に含まれる。マスクは、透明な基板９を備え、この下側表面には、イメージ情報を表す透明なおよび不透明なストリップおよびエリアのパターン１０が設けられる。パターン１０は、感光層５から、１００μｍのオーダの間隙ｗを持つ小さなエアギャップ１１だけ離される。この装置は、さらに、ランプ、例えば、水銀アーク燈と反射器から成る光源１２を含む。後に斜め方向に放出されるランプの光は、この反射器によってマスクに向けて反射される。反射器を放物反射器から構成し、ランプを反射器の焦点に配置することで、光源からの光線１７が実質的にコリメート光線となるようにされる。光源の所に、光線１７が実質的にコリメート光となることを確保するために、他のあるいは追加の光学要素、例えば、一つあるいは複数のレンズを配置することもできる。この光線は、かなり広く、７．５×７．５ｃｍ２〜１８×１８ｃｍ２の寸法を持つマスクパターン１０全体を照射する。照射ステップは、整合も含めて、たった１５秒程度で完了する。マスクパターンが感光層内に描画された後に、これは周知のやり方にて処理される。つまり、この層を現像およびエッチングすることで光学イメージが基板上の表面構造に変換される。
【００４３】
図１の装置は、比較的単純な構造を持ち、レジスト層内に大きなエリアのマスクパターンを描画するのには非常に適する。ただし、イメージの解像度は、パターン形状のエッジの所に発生する回折効果のために、制限される。例えば、ギャップ幅ｗ＝１００μｍの場合、解像度は１０μｍとなる。
【００４４】
図２ａ、２ｂおよび２ｃは、従来の装置では解像度が限られている様子を示す。図２ａは、マスクパターン２０がレジスト層上に１：１に描画され、このパターン２０が所望のイメージでもあるときの様子を示す。左下コーナの所のストリップ２１は、３μｍなる幅と、３μｍなる相互間距離を持つ。マスクが、レジスト層から５０μｍだけ離れた所に置かれ、高圧水銀アーク燈からの、１．５度なるアパーチャ角度をもつ光線にて照射された場合、このレジスト層の平面の所の顕微鏡で見た強度分布２３は図２ｂに示すようになる。マスクを、２５ｍＪ／ｃｍ２なる露光量にて、レジストとしてＨｉＰＲ６５１２レジストを用いて照射し、照射後、これを液状ＨＰＲＤ４２８にて現像したときレジスト内に形成されるパターン２５は図２ｃに示すようになる。元のパターン２０と比べて、レジストパターン２５は強く変形されており、このレジストパターンには元のパターン２０の細部はもはや認められない。特に、元のパターンのライン２１は、もはや、鮮明な分離したラインではなくなっている。これは、従来の近接露光法では、３μｍなる解像度は得られないことを意味する。
【００４５】
この程度の解像度およびさらに良好な解像度を本発明の方法によって得ることができる。本発明の方法においては、マスクパターン形状の所の回折が有効に利用され、マスクパターンはイメージセルの二次元配列から成る回折要素の形態を持つ。イメージ平面内のある与えられた位置に対するイメージ情報は、この方法では、１つのイメージセルを越えて分布し、イメージ平面内に形成されるイメージは、これらイメージセルの結合効果の結果から成る。従来の方法と比較して、この新規の方法は、以下の長所を持つ：
−回折効果が補償される；
−解像度が向上する；
−焦点深度が増加する；
−マスク欠陥に強い；
−一つのイメージフィールド内に複数の焦点面を得ることができる。
【００４６】
この新規の方法が図３に示されるが、図３はこの方法を遂行するための装置を非常に簡略的に示す。図１の従来のマスク８の代わりに、透明な基板３１と回折パターン３２から成る回折マスク３０が用いられる。光源、基板ホルダおよびマスクホルダは、この新規の方法を理解するためにはあまり重要でないため、図３にはこれら要素は示されない。
【００４７】
回折要素３０は、例えば、１×１μｍ２なる寸法の離散イメージセルの二次元配列から成る。これらセルの各々は、このセルを通過する照射ビーム部分の振幅をある与えられた量だけ減衰するある与えられた振幅レベルと、このビーム部分をある与えられた量だけ位相シフトするある与えられた位相レベルを持つ。回折要素のレイアウト、つまり、イメージセルの寸法および振幅および位相レベルの数によって、レジスト内に形成されるイメージの品質が決定され、用途によって変えられる。回折要素３０の最適レイアウトを計算するためには、入力パラメータとして、要求される具体的なイメージのパターン、近接ギャップ幅ｗおよび照射光線の波長が供給される。この計算は、反復逆フーリエ変換法である周知の「Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ Ｏｎ Ｃｏｎｖｅｘ Ｓｅｔｓ （ＰＯＣＳ）」法に基づいて行なわれる。
【００４８】
この計算アルゴリズムはレジストプロフィルを用いる。露光量Ｄにて露光し、レジストを現像した後の相対的な残されたレジストの厚さＲｔは、以下によって与えられる：
Ｒｔ＝１−（Ｄ／Ｄ０）ηおよび
Ｄ＝Ｉ×ｔ
ここで、Ｄ０は、クリアリングドーズ、つまり、局所レジストを完全にクリアリングするために必要とされる露光量を表し、ηはレジストのコントラストパラメータを表す。レジスト表面のある与えられた点における実際の露光量Ｄは、局所光線強度Ｉと露光時間ｔに比例する。この単純なモデルは、ポジティブレジストおよび描画される形状のサイズと比べて小さな厚さのレジストにも適用する。反復的なマスクパターン設計アルゴリズムの各サイクルにおいて、以下の一般ステップが遂行される：
−ターゲット平面、つまり、レジスト層の平面内の要求される振幅分布を決定する；
−逆ウェーブ伝搬を用いてマスク平面内の振幅および位相分布を計算し、こうして、少しカーブしたターゲット平面内の初期位相分布を得る；
−マスク平面内のこうして得られた振幅と位相の複合分布を、離散レベル、例えば、２振幅レベル、４振幅レベル、および１ミクロン平方のイメージセルサイズに変換する；
−マスク平面内のデジタル化された位相および振幅分布を用いて、ターゲット平面内への順方向投影を行い、これによってターゲット平面内の位相および振幅分布を得る；
−ターゲットプレーン内の振幅分布から対応する強度プロフィルを決定する；
−このプロフィルを上述の式に従ってレジスト厚Ｒｔのパターンに変換する；
−計算された設計の性能を評価する。
【００４９】
最後のステップは、各イメージセルについて、結果として得られるレジストプロフィルを対応するターゲットパターンと比較することから成る。この動作を遂行するためには、アナログのレジストプロフィルが二進プロフィルに変換される。レジストを含むイメージセルは、Ｒｔ≧０．５の場合に「良好（ｇｏｏｄ）」であると判定され、レジストを含まないイメージセルは、Ｒｔ＝０の場合に「良好（ｇｏｏｄ） 」であると判定される。他の場合は、それらイメージセルは「不良（ｗｒｏｎｇ）」であると判定される。この品質評価がメリット関数として用いられる。このサイクルの後に、新たな位相および振幅分布が生成され、この反復的な過程の次のサイクルが開始される。この設計過程が出力が安定するまで継続される。何回のサイクルが必要となるかは、要求されるターゲットパターンの複雑度に依存するが、通常は５サイクルで十分である。
【００５０】
図４ａと４ｂは、それぞれ、図２に示すそれと同一の要求される基板イメージに対して新規の方法によって達成される、レジスト内に形成される顕微鏡で見たときの計算光線強度分布４０とイメージ４２を示す。３μｍ幅のストリップ２１’がはっきり見え、これらは互いに分離されているが、これはマスクに対してこの新規の回折要素を用いた場合は、近接露光にて３μｍの解像も可能であることを示す。
【００５１】
この実施例においては、イメージセルが１×１μｍ２の寸法、２つの振幅レベルおよび０°、９０°、１８０°および２７０°の４つの位相レベルを持つマスクが用いられる。図５ａは、このマスクの振幅構造３４を示し、図５ｂはこの位相構造を示す。これら図面から明らかなように、イメージ情報の殆どは位相構造内に含まれ、少数のイメージセル３７のみが他のセルのレベルとは異なる振幅レベルを持つ。
【００５２】
このマスクによって得られる強度変調４４および位相変調４５が、それぞれ、図６ａおよび６ｂに示される。
【００５３】
図７は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮られた製造されたマスクの画像５０、この画像の一部の拡大部分５２を示す。個々のイメージセル３７およびこれらの異なるレベルはここでは鮮明には判別できない。
【００５４】
２つの振幅レベルは、このマスクの実施例においては、実質的に１００％の透過と実質的に０％の透過レベルは、非透過イメージをクロム層にてカバーすることで実現される。クロムは、マスク内に振幅構造を形成するために一般的に用いられる材料である。全ての非透過セルには、周知のリソグラフィック技法を用いて、クロムが同時に塗布される。
【００５５】
４つの位相レベルは、このマスクの実施例においては、図８に示すように、マスク基板のイメージ情報搬送表面に段構造を与え、各イメージセルが４つの異なる高さレベルの一つを持つようにすることで実現される。この非常に簡略的な図面は、少数（１０個）のイメージセルを持つ回折マスク３０の小さな部分を示す。点線７０はマスク基板３１のイメージ情報搬送表面を表す。セル６０と６４はこの平面内に位置し、これらセルを通過する照射光線の部分は、イメージセルの施されてないマスクエリアを通過する光線部分を基準として、位相シフトを受けない。セル６２と６３は深さｄ１を持ち、これは９０°なる位相シフトを導入する。これは、この深さが１／４×λ×（ｎ−１）に等しいことを意味する。ここで、λは照射光線の波長を表し、ｎは基板材料の屈折率を表す。セル６１、６６および７６は、深さｄ２＝１／２×λ×（ｎ−１）を持ち、１８０°なる位相シフトを導入し、セル６５、６８および６９は、深さｄ３＝３／４×λ×（ｎ−１）を持ち、２７０°なる位相シフトを導入する。
【００５６】
複数のレベルの位相構造を持つ回折マスクは周知のリソグラフィック技法を用いて製造される。例えば、電子ビームパターン発生器を介して、セルパターンが電子に敏感なレジスト内に描画され、選択性イオンエッチングによって異なるレベルが実現される。マスク基板の表面７０に、多レベル位相構造を設けた後に、この表面をクロムにて選択的にコーティングすることで、マスクに所望の振幅構造が形成される。
【００５７】
クロムの代わりに、他の非透過材料をマスクの選択的コーティングのために用いることもできる。振幅レベルに対して、１００％の透過と０％の透過を用いる代わりに、マスクは、これとは異なる振幅レベルを持つこともできる。
【００５８】
上述のように、２つの振幅レベル、４つの位相レベル、および１×１μｍ２なるイメージセルの寸法を持つ回折マスク構造を用いた場合、良好な結果が得られる。ただし、上述のおよび他のアプリケーションに対するマスク構造は、３つのあるいは４つ以上の位相レベル、および／あるいは２つより多くの振幅レベル、および／あるいはイメージセルエリアに対する異なる寸法を持つこともできる。一般には、セルエリアの寸法が小さいほど、そして、振幅および位相レベルの数が多くなるほど、描画されたイメージの品質は良くなる。
【００５９】
描画過程に対する一つの重要なパラメータは、照射光線がどの程度コリメートされるかにある。光線が完全にコリメートされた場合は、つまり、光線のアパーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）角度が零の場合は、描画イメージは斑点パターン（ｓｐｅｃｋｌｅ ｐａｔｔｅｒｎ）を持つ。これは、マスク構造によって回折された光線部分の干渉によって起こされ、この干渉は描画イメージ内に強度ピークを与える。小さなアパーチャ角度、例えば、数度のオーダの照射光線を用いることで、このピークの強度をイメージ全体に拡散させ、斑点パターンを満足できる程度に低減することができる。照射光線の小さなアパーチャ角度はあまり重要でないように思えるが、ただし、これは干渉現象に大きな影響を及ぼす。
【００６０】
描画過程における一つの重要なパラメータにギャップ幅ｗがある。ギャップ幅は、回折マスク構造を計算する際の入力パラメータの一つであり、要求される画像解像度によって決まる。ある回折マスク構造がある与えられたギャップ幅および解像度に対して計算および作製された場合、この解像度はその与えられたギャップ幅に対してのみ得ることができる。もし、実際の描画の際に、実際のギャップ幅がこの与えられたギャップ幅からずれた場合は、要求される解像度を達成することはできない。これが図９ａ、９ｂおよび９ｃに示される。これら図面は、５０μｍなるギャップ幅に対して設計された同一の回折マスクを用いて、同一の照射条件の下で、ただし、異なるギャップ幅にて、レジスト層内に形成された画像を示す。図９ａ、９ｂおよび９ｃは、それぞれ、４０μｍなるギャップ幅、５０μｍなるギャップ幅、６０μｍなるギャップ幅にて得られた画像を示す。全ての場合について、照射量は２５ｍＪ／ｃｍ２とされた。５０μｍなるギャップ幅にて形成された図９ｂの画像４２のみが、３μｍ幅の十分に鋭く、分離されたストリップを示す。これらストリップは、４０μｍなるギャップ幅にて形成された画像（図９ａ）にも、６０μｍなるギャップ幅にて形成された画像（図９ｃ）にも存在しい。
【００６１】
最大解像度はギャップ幅と関係する。ギャップ幅を減らした場合、解像度は増加する。より小さなギャップ幅には、この幅のより優れた制御が要求される。上述の実施例においては、５０μｍなるギャップ幅にて、３μｍなる解像度が得られたが、２５μｍなるギャップ幅では、１．５〜２μｍの解像度が可能である。ギャップ幅のより優れた制御は、より小さなギャップおよびより高い解像度への道を開く。
【００６２】
解像度は、イメージセルのサイズを、例えば、０．１μｍに低減し、振幅および位相レベルの数を、例えば、８に増加し、さらに、ギャップ幅を、例えば、１０μｍに低減することで、かなり増加させることができる。
【００６３】
本発明のマスクにおいては、描画されるべきイメージの画素に関する情報は、単一のピクチャセル（画素）内には含まれず、複数の画素内に含まれるために、描画過程は、マスク内の欠陥、例えば、埃や、きずにそれほど影響されない。これは、新規のマスクの大きな長所である。
【００６４】
さらに、そしてより重要なことは、本発明のマスクは、本質的に、単一のイメージフィールド内に複数の焦点面を形成する新規な可能性を持つことである。上述のように、マスクは、セル毎に設計および計算されるが、このとき、マスクとレジスト層との間の距離、すなわち、焦点距離が入力パラメータの一つとして用いられる。これは、ある数の画素から成る一つあるいは複数のエリアが、マスクの残りの部分とは異なる焦点距離を持つように意図されたマスクを設計する可能性を与える。このマルチフォーカルマスク（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｆｏｃａｌ ｍａｓｋ）は、異なるレベルに設けられたサブデバイスから構成されるデバイスの製造に用いることができる。このデバイスは、純粋な電子デバイスであることも、電気、機械あるいは光学システムからの２つあるいはそれ以上の異なるタイプの機能を持つデバイス、例えば、マイクロメカニカル・オプティカル・エレクトリカルシステム（ＭＯＥＭ）であることも、ダイオードレーザあるいは検出器とファイバおよび場合によってはレーザからの光をファイバにあるいはファイバからの光を検出器に結合するためのレンズ手段から構成されるデバイスでもあり得る。これらレンズ手段はプレーナ回折手段であり得る。マルチレベルデバイスを製造するためには、異なるレベルに塗布されたレジストを持つ基板が用いられる。マルチフォーカルマスクパターン（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｆｏｃａｌ ｍａｓｋ ｐａｔｔｅｒｎ）を用いることで、全てのサブイメージを該当するレベル上に同時に描画することができ、多くの時間を節約することが可能となる。
【００６５】
本発明の方法は、ステッパあるいはステップ・アンド・スキャンリソグラフィック投影装置と比較してかなり単純で頑丈な装置にて遂行することができる。従来の近接露光装置においては、光源として水銀アーク放電燈が用いられた。アーク放電燈は、複数のスペクトル線あるいは波長にて放射する。この装置の放射効率は、マスクを照射するために、複数の波長の放射を用いることで一層改善される。このアーク放電燈が本発明を遂行するために用いられる場合は、照射光線の４０％が３６５ｎｍなる波長を持ち、光線の２０％が４０５ｎｍなる波長を持ち、残りの４０％が４３６ｎｍなる波長を持つ場合、最良の結果が得られることが発見された。この放電燈からの光線のイメージ形成への実効的な寄与は、レジスト層への吸収のため、６０％が３６５ｎｍ成分によるもので、１５％が４０５ｎｍ成分によるもので、残りの２５％が４３６ｎｍ成分によるものとなる。複数の波長を放射する光源を用いた場合、放射効率が向上するという長所に加えて、斑点パターンの形成が回避できるという追加の長所も得られる。異なる波長に対する斑点パターンの強度ピークは互いにシフトし、このためこれらピークが平均化され、斑点パターンが低減されることとなる。
【００６６】
明らかなように、本発明は、ある特定の波長（帯域）を用いることに制限されるものではない。４００ｎｍのオーダの波長を持つ光線の代わりに、紫外（ＵＶ）レンジ、あるいは遠紫外（ＤＵＶ）レンジの異なる波長、例えば、２４３ｎｍ、１９３ｎｍあるいは１５７ｎｍなるリソグラフィック波長を持つ光線を用いることもできる。
【００６７】
実施に当たっては、本発明の方法は、ある基板上の少なくとも一つの層内のデバイスを製造するための過程の１ステップとして適用される。この層上のこのレジスト層内にイメージが描画された後に、描画されたイメージにて区画されるこの層のエリアから材料が除去あるいはここに材料が追加（堆積）される。描画と材料の除去あるいは追加（堆積）から成るこれらプロセスステップが、全ての層に対して、全てのデバイスが完成されるまで反復される。異なるレベル内にサブデバイスが形成され、イメージの描画のためにマルチレベル基板が用いられる場合は、マルチフォーカルマスクが用いられる。
【００６８】
本発明は、ＬＣＤ、プラズマディスプレイ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙｓ）、ポリレッドディスプレイ（ＰｏｌｙＬｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙｓ）等のディスプレイ、印刷回路基板（ＰＣＢ）およびマイクロ多機能システム（ｍｉｃｒｏ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ、ＭＯＥＭＳ）のパターンを描画するため、およびこれらを製造するために用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来の近接露光装置を簡略的に示す。
【図２ａ】
描画されるべきイメージを示す。
【図２ｂ】
従来の方法および装置によって得られるイメージ平面内の強度分布を示す。
【図２ｃ】
従来の方法および装置によって得られるレジスト内に形成されるイメージを示す。
【図３】
本発明による装置を示す。
【図４ａ】
本発明の方法および装置によって得られるイメージ平面内の計算強度分布を示す。
【図４ｂ】
本発明の方法および装置によって得られるレジスト内に形成されるイメージを示す。
【図５ａ】
本発明による回折マスクの振幅構造を示す。
【図５ｂ】
本発明による回折マスクの位相構造を示す。
【図６ａ】
マスクによって導入される強度変調を示す。
【図６ｂ】
マスクによって導入される位相変調を示す。
【図７】
マスクのＳＥＭ写真を示す。
【図８】
位相構造を持つマスクの一部分の断面図を示す。
【図９ａ】
５０μｍなるギャップ幅に対して設計された同一の回折マスクに対して、４０μｍなるギャップ幅を用いたとき得られる画像を示す。
【図９ｂ】
５０μｍなるギャップ幅に対して設計された同一の回折マスクに対して、５０μｍなるギャップ幅を用いたとき得られる画像を示す。
【図９ｃ】
５０μｍなるギャップ幅に対して設計された同一の回折マスクに対して、６０μｍなるギャップ幅を用いたとき得られる画像を示す。
【符号の説明】
１  基板ホルダ
３  基板
５  感光層
７  マスクホルダ
８  マスク
９  透明な基板
１０  マスクのパターン
１１  エアギャップ
１２  光源
１７  光線
２１  ストリップ
２３  強度分布
２５  パターン
３０  回折マスク
３１  マスク基板
３２  回折パターン
３７  イメージセル
４０  光線強度分布
４２  イメージ
４４  強度変調
４５  位相変調
５０  マスクの画像
５２  拡大部分
７０  イメージ情報搬送表面
【国際公開パンフレット】
2004501405.tif 000003
2004501405.tif 000004
2004501405.tif 000005
2004501405.tif 000006
2004501405.tif 000007
2004501405.tif 000008
2004501405.tif 000009
2004501405.tif 000010
2004501405.tif 000011
2004501405.tif 000012
2004501405.tif 000013
2004501405.tif 000014
2004501405.tif 000015
2004501405.tif 000016
2004501405.tif 000017
2004501405.tif 000018
2004501405.tif 000019
2004501405.tif 000020
2004501405.tif 000021
2004501405.tif 000022
2004501405.tif 000023
2004501405.tif 000024
2004501405.tif 000025
2004501405.tif 000026
2004501405.tif 000027
2004501405.tif 000028
2004501405.tif 000029
2004501405.tif 000030
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004501405.tif 000031
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004501405.tif 000032
【国際調査報告】
2004501405.tif 000033
2004501405.tif 000034
2004501405.tif 000035