JP4563682B2

JP4563682B2 - 画像形成方法および装置

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Publication number: JP4563682B2
Application number: JP2003555282A
Authority: JP
Inventors: ビュッグレン、モンス; イヴァンセン、ラース; スティブレルト、ラース
Original assignee: マイクロニックレーザーシステムズアクチボラゲット
Priority date: 2001-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2022-12-10
Also published as: SE0104131D0; WO2003054632A1; JP2005513548A; CN1602450A; EP1451641A1; AU2002349857A1; CN1278187C; US7365829B2; US20050082496A1; KR20040064712A

Description

本発明は、一般的には被加工物上に結像すべきパターンを改良するための方法に関し、特に近接効果に対して画像を補償する方法に関する。

今日、マスク、レチクルまたは集積回路処理技術は、被加工物上に超微細幾何形状を書込むために屡々、電子ビーム、レーザおよびＸ線リソグラフィのような、リソグラフィ処理を使う。この被加工物（半導体基板または透明基板上のクロム）上の構造は、この被加工物上の感光性または電子感応性被覆を電磁放射線または電子ビームへ露出することによって作る。

ウエハは、直接描画によるか、またはマスクおよび／またはレチクルを使って処理してもよい。ウエハは、一つまたは複数のマスクを介して紫外光に露出し、それによってマスク上に作ったパターンをこのウエハ上に転写してもよい。

全ての既知のパターン発生器の共通の側面は、パターンを、それらの幾何形状データと共に全ての構造またはパターン要素のリストを含むデジタルデータバンクで記述することである。これらの構造を書込む前に、幾何形状データを描画ハードウェアが使うフォーマットに変換する。その変換作業中、幾何形状座標をハードウェアのアドレス指定解像度、即ち、描画アドレスグリッドまで切捨てる。

大抵の近代的なパターン発生器は、電子ビーム、Ｘ線またはレーザビームであり且つ放射線感応被覆で覆われた基板上の平行線に沿って偏向する走査ビームでラスタ走査の原理を使う。このビームを、制御システムに記憶した、この構造のためのビットマップに従ってスイッチをオン・オフする。もう一つの選択肢は、中間圧縮フォーマットに記憶したデータから誘導するビームを描画時間中に作ることである。上に説明した種類のパターン発生器は、本出願と同じ譲受人が提出した国際公開第ＷＯ９８／３３０９６号に見出すことができる。

別の型式のパターン発生器がこれも本出願と同じ譲受人が提出した国際公開第ＷＯ９９／４５４３９号に記載してあり、それは被加工物上にパターンを作るためにマイクロミラー型の空間光変調器（ＳＬＭ）を使う。パターン発生器にＳＬＭを使うことは、走査レーザスポットを使う上に説明した方法に比べて多くの利点を有する。ＳＬＭは、大規模並列処理装置であり、秒当り書込める画素数は極端に高い。光学系も、ＳＬＭの照明がきわどくないという意味で単純であり、一方レーザスキャナでは全ビーム経路を高精度に作らねばならない。ある種のスキャナ、特に電気光学的なものおよび音響光学的なものに比べて、マイクロミラーＳＬＭは、純粋に反射式装置であるので、短波長で使うことができる。ＳＬＭは、透過型でもよい。反射式ＳＬＭは、原理上偏向モードか位相モードで作用し、この位相ＳＬＭは、反射方向のビームを相殺的干渉によって消し、一方偏向ＳＬＭの画素は、反射ビームをそれが結像レンズの口径を外れるように幾何学的に片側へ偏向する。

しかし、被加工物へ伝達したパターンは、上記マスクパターンの角の形態での光の回折のために、おそらくマスクパターンと違うようになる。上記効果を屡々レーザ近接効果と呼ぶ。

二つの領域が互いに接近しているとき、描画エネルギー（電子、光子）の相互照射があってこれらの描画領域の隣接部の望ましくない拡大を生ずるかも知れない。光学的近接効果と呼ばれる、形態の一つ以上の近隣のものによる不必要な露出は、リソグラフィ処理の解像度への基本的限界を生ぜしめる。近接効果の補償または補正は、パターン化すべき画像の表現の変更を必要とする。

ウエハリソグラフィ法では、レジストがウエハ全体に亘って同じパラメータでないこと、レンズ歪みの補正およびエッチング不足等のようなプロセス依存パラメータを補正することが有用かも知れない。

近年、集積回路のパターンサイズの低下と共に、このパターンサイズをより精密に制御することが必要である。

しかし、実際には、上述のようなパターン変形が起き、その影響が次第に重要になっている。益々重要になっていると思われる問題は、一つの画像の形態が、別の画像にある上記形態に比べて、多分違って補正されるだろうことである。従って、この技術でプリントすべきパターンを考慮に入れて近接効果を補正する方法が必要である。

従って、本発明の目的は、上述の問題を克服または少なくとも減少する、近接補正方法を提供することである。

この目的は、とりわけ、この発明の第１態様によれば、被加工物上に結像すべきパターンを調整するための方法であって、画像を表すパターンを複数の領域に分割する方法によって達成される。上記複数の領域のパターン密度を計算する。上記複数の領域の少なくとも一つの中の少なくとも一つの形態を、上記領域および少なくとも一つの他の領域のパターン密度に基づいて調整する。補正したパターンを変調器へ送る。上記補正したパターンを使うことによって上記被加工物上に画像を創成する。

この発明の別の実施例で、上記少なくとも一つの他の領域は、上記少なくとも一つの形態を調整すべき領域に隣接している。

この発明のその上別の実施例で、上記少なくとも一つの他の領域は、上記少なくとも一つの形態を調整すべき領域に隣接していない。

この発明のその上別の実施例で、他の領域は、上記少なくとも一つの形態を調整すべき領域に隣接しているのとしていないのである。

この発明のその上別の実施例で、上記変調器は、少なくとも一つの音響光学変調器（ＡＯＭ）である。

この発明の更に別の実施例で、上記変調器は、少なくとも一つの空間光変調器（ＳＬＭ）である。

この発明のその上別の実施例では、上記少なくとも一つのＳＬＭをパルス化した電磁放射線源によって照射する。

この発明のその上別の実施例で、上記被加工物は、マスクまたはレチクルである。

この発明のその上別の実施例で、上記被加工物は、半導体基板である。

この発明のその上別の実施例で、上記領域は、重複しない。

この発明のその上別の実施例で、上記領域は、少なくとも部分的に互いに重複する。

この発明のその上別の実施例では、上記少なくとも一つの形態を線量によって調整する。

この発明のその上別の実施例では、上記少なくとも一つの形態をサイズによって調整する。

この発明のその上別の実施例では、上記少なくとも一つの形態をサイズと線量によって調整する。

この発明のその上別の実施例で、上記領域は、多角形である。

この発明は、被加工物上に補正したパターンを結像するための装置にも関する。上記装置は、電磁放射線源、結像すべきパターンのデジタル表現に従って上記電磁放射線を変調するための変調器、上記パターンを分割した複数の領域のパターン密度を計算するための計算器、結像すべき少なくとも一つの形態を、上記形態が位置する領域および少なくとも一つの他の領域の密度に依って補正するための形態補正器を含む。

別の実施例では、上記少なくとも一つの他の領域は、上記少なくとも一つの形態を調整すべき領域に隣接している。

別の実施例では、上記少なくとも一つの他の領域は、上記少なくとも一つの形態を調整すべき領域に隣接していない。

別の実施例では、領域は、上記少なくとも一つの形態を調整すべき領域に隣接しているのとしていないの両方である。

別の実施例では、上記変調器は、少なくとも一つの音響光学変調器（ＡＯＭ）である。

別の実施例では、上記変調器は、少なくとも一つの空間光変調器（ＳＬＭ）である。

別の実施例では、上記少なくとも一つのＳＬＭをパルス化した電磁放射線源によって照射する。

別の実施例では、上記被加工物は、マスクまたはレチクルである。

別の実施例では、上記被加工物は、半導体基板である。

別の実施例では、上記領域は、重複しない。

別の実施例では、上記領域は、少なくとも部分的に互いに重複する。

別の実施例では、上記少なくとも一つの形態を線量によって調整する。

別の実施例では、上記少なくとも一つの形態をサイズによって調整する。

別の実施例では、上記少なくとも一つの形態をサイズと線量によって調整する。

別の実施例では、上記領域は、多角形である。

別の実施例では、上記画像を創成する前に、上記密度を上記複数の領域の一部に対してだけ計算する。

別の実施例では、残りの領域に対する密度は、上記画像を創成しながら計算する。

本発明は、パターンで結像すべき半導体ウエハであって、電磁放射線に感応する被膜を少なくとも部分的に含み、画像を表す上記パターンを複数の領域に分割し、このパターンの密度を上記領域の少なくとも一部に対して計算し、上記複数の領域の少なくとも一つの中の少なくとも一つの形態を、上記形態が位置する領域および少なくとも一つの他の領域のパターン密度に基づいて調整し、電磁放射線源によって照射した変調器に上記調整したパターンのディジタル表現を送って上記ウエハ上に上記調整した画像を創成するウエハにも関する。

この発明は、パターンで結像すべきマスクまたはレチクルであって、電磁放射線に感応する被膜を少なくとも部分的に含み、画像を表す上記パターンを複数の領域に分割し、このパターンの密度を上記領域の少なくとも一部に対して計算し、上記複数の領域の少なくとも一つの中の少なくとも一つの形態を、上記形態が位置する領域および少なくとも一つの他の領域のパターン密度に基づいて調整し、電磁放射線源によって照射した変調器に上記調整したパターンのディジタル表現を送って上記ウエハ上に上記調整した画像を創成するマスクまたはレチクルにも関する。

本発明の他の態様、特性および利点は、実施例、図および請求項に表されている。

以下の詳細な説明は、図面を参照して行う。本発明を明らかにするために好適実施例を説明し、請求項が定めるその範囲を限定するためではない。当業者は、以下の説明についての種々の同等な変形に気づくだろう。

図１ａは、例えば、高さｈおよび幅ｂを有する、半導体ウエハ、マスクまたはレチクル上の、面積形態の２次元パターンを示す。この説明を容易にするためおよび図面を簡単にするために、図１ａに示す面積形態の２次元パターン１０は、五つのランダムに分布した長方形ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５から成るように図示する。勿論、半導体ウエハのリソグラフィ処理用の典型的面積形態パターンは、サイズ、形状および位置の異なる数百万の面積形態を含むかも知れないことが分るだろう。それで、この説明で使うパラメータ単位は、この発明の限定または実際のリソグラフィ法に使うべき特定の面積形態パターンと同等と考えるべきでなく、この改良した補償方法の理解を容易にするために使う。

この面積形態の２次元パターンは、正方形および台形を含むがそれに限定されない、ベクトルフォーマット形状でもよい。単一形状または複数の形状を１次または２次元アレイで再使用することができる。これらのアレイは、入れ子にして、各アレイが次に任意数のアレイまたは形状を含み、それが次にアレイまたは形状を含むようにすることができる。入れ子のレベルに制限はない。

これらの形状は、或る層に属してもよい。これらの層は、それに割当てられた属性を持っていてもよい。この属性は、ＯＲおよびＡＮＤＮＯＴを含むがそれらに限らないブール関数でもよい。この属性は、この属性が属する層の間に、およびそれ以前の全ての層の結果に適用すべきである。これは、全ての属性を厳密な層順に処理しなければならないことを意味する。このパターンは、位置についても層についても分類してはならない。

図１ｂは、破断した面積形態の２次元パターンを示す。このパターンは、多数のストリップｓ_ｉ、この例では３３のストリップｓ_ｉに分割してある。上記面積形態の２次元パターンをストリップに分割することによって、これらのストリップを互いに独立にラスタ化することが可能である。

図１ｃは、ラスタ化した面積形態の２次元パターンを示す。このラスタ化した表現は、走査パターン発生器でレーザビームの振幅および偏向を制御する、または空間光変調器で画素および上記空間光変調器を照射する線量を制御するハードウェアが直接解釈できる。図１ｃは、上記ラスタ化した面積形態の２次元パターンを形成する幾つかのウインドウｗ_ｉを描く。長方形ウインドウｗ_ｉのサイズは、例えば、５０×２０μｍでもよい。

各形状に対し、形態の境界の内側に入るグリッド要素をブール１にセットしてもよい。これは、このグリッド要素からベクトルを想像し、ｙ方向に永遠まで伸すことによって決めることができる。例えば、ＭＯＤ（クロッシング）が１ならば、この要素は形態の内部にあり、そうでなければ外部にある。層の場合、この層値をグリッドの第３の次元への指標として使用する。この形態がアレイの一部であれば、このアレイを、それを形成する挿入物のピッチおよび数に従って展開する。アレイが入れ子になっているならば、繰返し展開する。

全パターンを処理するとき、ブールグリッド要素の３次元行列を得るだろう。この３次元は、現層と先の層の間に層属性を適用することによって圧縮してもよい。結果は、このパターンの密度を反映する２次元行列だろう。

図３は、スタンプの重なりが水平に続くストリップを示す。このスタンプは、ＳＬＭの領域を表してもよい。スタンプは、図５に示すように、一つまたは複数のウインドウｗ_ｉを含んでもよい。スタンプの高さＳＨは、ストリップ内で等しいのが好ましい。しかし、スタンプの幅ＳＷは、スタンプ毎に変ってもよい。図３は、上記スタンプが一部互いに重なっていることも示す。スタンプが一部互いに重なっている理由は、とりわけ個々のスタンプの突付け誤差を処理するためである。ストリップの中のスタンプの時間順は、ランダム分布でも逐次式でもよく、この場合逐次時間順は、左から右向きか、右から左向きにできる。

画像は、図４に示すように一連のストリップｓ_ｊで形成する。個々のストリップは、同じ幅であってもなくてもよい。画像のストリップは、図３に示すストチップの隣接するスタンプ同様、部分的に重なっても重ならなくてもよい。走査パターン発生器では、図３のスタンプを多数のマイクロスイープを含む走査線で置換える。被加工物は、ｘおよびｙ方向に作動する物体テーブル上に支持する。この物体テーブルは、レーザビームがこれらの走査線に沿って走査するとき、与えられた幅のストリップを作るために、好ましくは定速で、ｘ方向に動く。それぞれのストリップを完成したとき、ｘサーボ機構が出発位置への引返し行程運動を行い、次に物体テーブルをストリップの幅だけｙ方向に動かす。その代りに、一つのストリップを完成したとき、新しいストリップを戻り行程でプリントし、それによって蛇行式にプリントしてもよい。これらのストリップは、確率論式にプリントしてもよく、即ち、互いの後に書込んだ二つのストリップが互いに隣合っていなくてもよい。各走査線は、複数のマイクロスイープを含む。各走査線は、図５に示すように、一つまたは複数のウインドウｗ_ｉを含む。

図２ａは、被加工物上に結像すべきパターンの拡大部分を示す。上記拡大部は、九つのウインドウｗ_ｉを含む。上記ウインドウｗ_ｉは、上に図１ｃに関連して説明した面積形態の２次元パターンのラスタ化したフォーマットを表す。この例では、これらのウインドウを正方形であるように示すが、任意の多角形が可能である。図２ａに示す例では、全てのウインドウが同じサイズであるが、サイズが違うウインドウも可能である。

図２ｂで、密度計算を、書込もうとしている中央ウインドウに最も近接するウインドウに対して行った。この密度計算は、各ウインドウに対して一価として行うことができ（この例のように）、またはウインドウを小さい部分に更に分割し、これらの小さい部分に対する密度値を計算してもよい。例えば、全てのウインドウが与えられたサイズであるときに密度が所定の値を超えるならば、値が超えたウインドウを更に小さい部分に分割することができる。図２ａでは、最も近接するウインドウの密度だけを計算する。しかし、更なるウインドウを同時に計算できる。例えば、書込もうとしているウインドウに次に最も近接するウインドウである。

与えられた数のウインドウの密度情報を、特定のウインドウのオブジェクト／形態のサイズを如何に決めるべきかの出力情報を作るアルゴリズムを含むかも知れない形態補正器に集める。そのような補正に対する数式表現は次のようでもよい。Ｃ＝ｋ＊Ｍ（ｒ）＋ｍ、但しＣはベクトル、即ち（Ｃ_ｘ，Ｃ_ｙ）である補正値、ｋおよびｍは定数、Ｍ（ｒ）はｄ／ｒでもよく、但しｄは特定のウインドウの密度および、ｒは、形態のサイズを決めるべきウインドウの中心から密度を計算した上記特定のウインドウの中心までの距離である。距離パラメータとして１／ｒを使う代りに、１／ｒ^２または１／ｒ^３を使ってもよい。例えば、一つの計算式を最も近接するウインドウにおよび他の計算式を更に離れたウインドウに適用可能である。補正値Ｃ_ｘは、Ｃ_ｙに等しくても等しくなくてもよい。Ｃ_ｘがＣ_ｙに等しいとき、多数の周囲ウインドウの平均密度をこの補正／補償で計算し且つ使ってもよい。

この発明の一実施例では、パターンのプリント／結像を始める前にウインドウｗ_ｉの一部のために密度計算を行う。上記パターンをプリントしている間に、残りのウインドウの密度を計算する。

モンテカルロアルゴリズムは、当業者に周知で従って詳しい説明を要しないが、それを使って密度計算を行ってもよい。好適実施例では、パターンのピッチとグリッドのピッチの間の干渉の危険性のためにウインドウの中の特定の場所の形態を見落さないために、上記普通のモンテカルロ法を乱数発生器で修正する。特定の場所の形態を見落す危険性を減らす一つの方法は、グリッドのピッチをランダムに変えることである。その代りとして、各個々の面積形態のサイズを計算することによって、上記密度計算をより正確に行う。

図２ｃは、中央ウインドウの形態／オブジェクトの補正／調整を上記ウインドウおよび少なくとも一つの他のウインドウのパターンの密度に依って行った結果を示す。分るように、オブジェクトのサイズが密度の薄いウインドウに比べて密度の濃いウインドウの方向に小さくなっている。この補正を図２ｃにはサイズ補正であるように示す。しかし、線量補正または線量とサイズ補正の組合せも完全に可能である。形態をサイズによって補正するとき、上記形態の形状は、隣接するウインドウが異なる密度を有するという事実のために多分変るだろう。高い密度は、小さいものより多くサイズを減少し、書込むべき形態の形状を歪める結果になるだろう。

好適実施例で、パターン発生器を使うことによってパターンを書込もうとする操作員は、独力で定数ｋおよびｍ、パラメータＭ（ｒ）または全計算式を変えるかも知れない。この形態は、パターン発生器の柔軟性を大きく向上し、それは操作員が各個々の場合に上記パラメータを最適化する可能性を与えるだろう。

このパターン依存補正は、何か他の補正法、例えばプロセス依存補正およびウエハ／被加工物全体に当てはまる補正と組合わせてもよい。全ての上記補正は、パターンを被加工物上に書込む前に上記パターンのデジタル記述に適用してもよいだろう。

図６は、二つのストリップｎとｎ＋１の間の重複領域を示す。この実施例で、電磁放射線の線量は、この重複領域でストリップｎに向って増え、ストリップｎ＋１に向って減る。元の書込み線量は、図６に１００％で示すように、ストリップｎのための重複領域の一部で一定に保持する。上記ストリップｎは、次にこの元の書込み線量の７５％、５０％、２５％および０％へ減る。０％は、上記重複領域終る前の一部で達する。ストリップｎ＋１は、書込み線量の０％から２５％、５０％、７５％および１００％へ増える。ストリップｎ＋１で、０％線量は、重複領域の一部で一定に保持し、同じことが書込み線量の上記１００％に当てはまり、即ち、上記重複領域終る前に上記線量に達する。この種の書込み戦略を使うことにより、突付け誤差を処理することができる。線量は、別の仕方で、例えば、１０％から中間値なしで直接０％へ、増減してもよい。一般的に何段の増減状態を使ってもよい。好ましくは、重複ストリップからの線量は、意図する書込み線量の１００％で終るべきであるが、多少の遅延および老化現象のために上記値が種々の場合に数値的に１００％と幾らか違ってもよい。この線量は、指数、放物線、対数等を含むがそれに限定されない数式表現に従って増減してもよい。

先行する例は、方法に関して向けられているが、この方法を使う機器およびシステムも容易に理解できる。請求した方法を実施できるプログラムを含む磁気記憶装置は、そのような機器の一つである。請求した方法を実施するプログラムをロードしたメモリを有するコンピュータシステムは、もう一つのそのような機器である。

本発明を好適実施例および上に詳述する実例を参照して開示したが、これらの実例は、限定する意味ではなくて例示を意図することが理解される。修正および組合せが当業者に容易に思い浮ぶことは予想され、そのような修正および組合せは、この発明の精神および別紙請求項の範囲内に入るだろう。

２次元パターンの平面図である。破断した２次元パターンの平面図である。ラスタ化した２次元パターンの平面図である。図１ｃの２次元パターンの拡大した部分を示す。ラスタ化したパターンのパターン密度を示す。２次元パターンの一部の補正した形態／オブジェクトを示す。スタンプの重なりが水平に続くストリップを示す。複数の重なるストリップを含む画像を示す。複数の変調器ウインドウを含むスタンプを示す。重複するストリップの例を示す。

Claims

被加工物上に結像すべきパターンを調整するための方法であって、
画像を表すパターンを複数の領域に分割する工程、
前記複数の領域のパターン密度を計算する工程、
前記複数の領域の少なくとも一つの中の少なくとも一つの形態の形状および／もしくは寸法を、前記形態が位置する領域および少なくとも一つの他の領域のパターン密度に基づいて調節して前記パターンを調整する工程、
調整したパターンを少なくとも一つの音響光学変調器（ＡＯＭ）へ送る工程、および
前記調整したパターンを使うことによって前記被加工物上に画像を創成する工程、を含む方法。
前記少なくとも一つの他の領域が、前記少なくとも一つの形態を調整すべき領域に隣接している請求項１に記載された方法。
前記少なくとも一つの他の領域が、前記少なくとも一つの形態を調整すべき領域に隣接していない請求項１に記載された方法。
他の領域が、前記少なくとも一つの形態を調整すべき領域に隣接しているのとしていないの両方である請求項１に記載された方法。
前記被加工物がマスクまたはレチクルである請求項１に記載された方法。
前記被加工物が半導体基板である請求項１に記載された方法。
前記領域が重複しない請求項１に記載された方法。
前記領域が少なくとも部分的に互いに重複する請求項１に記載された方法。
前記少なくとも一つの形態を線量によって調節する請求項１に記載された方法。
前記少なくとも一つの形態をサイズによって調節する請求項１に記載された方法。
前記少なくとも一つの形態をサイズと線量によって調節する請求項１に記載された方法。
前記領域が多角形である請求項１に記載された方法。
前記画像を創成する前に、前記密度を前記複数の領域の一部に対してだけ計算する請求項１に記載された方法。
残りの領域に対する密度は、前記画像を創成している間に計算する請求項１３に記載された方法。
被加工物上に調整したパターンを結像するための装置であって、
電磁放射線源、
結像すべきパターンのデジタル表現に従って前記電磁放射線を変調するための少なくとも一つの音響光学変調器（ＡＯＭ）、
前記パターンを分割した複数の領域のパターン密度を計算し、前記パターン密度を使って、結像すべき少なくとも一つの形態の形状および／もしくは寸法を、前記形態が位置する領域および少なくとも一つの他の領域の密度に依って調整するための計算器、を含む装置。
前記少なくとも一つの他の領域が、前記少なくとも一つの形態を調整すべき領域に隣接している請求項１５に記載された装置。
前記少なくとも一つの他の領域が、前記少なくとも一つの形態を調整すべき領域に隣接していない請求項１５に記載された装置。
領域が、前記少なくとも一つの形態を調整すべき領域に隣接しているのとしていないの両方である請求項１５に記載された装置。
前記被加工物がマスクまたはレチクルである請求項１５に記載された装置。
前記被加工物の半導体基板である請求項１５に記載された装置。
前記領域が重複しない請求項１５に記載された装置。
前記領域が少なくとも部分的に互いに重複する請求項１５に記載された装置。
前記少なくとも一つの形態を線量によって調節する請求項１５に記載された装置。
前記少なくとも一つの形態をサイズによって調節する請求項１５に記載された装置。
前記少なくとも一つの形態をサイズと線量によって調節する請求項１５に記載された装置。
前記領域が多角形である請求項１５に記載された装置。
前記画像を創成する前に、前記密度を前記複数の領域の一部に対してだけ計算する請求項１５に記載された装置。
残りの領域に対する密度は、前記画像を創成しながら計算する請求項２７に記載された装置。