JP6989506B2 - 膜または表面改質のために走査光ビームを使用する装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、膜または表面改質および、特に膜または表面改質のためのエネルギー堆積の目的で走査光ビームを用いる装置および方法に関する。本発明は、一実施例として、全体的プロセスの均一性の向上をもたらすプロセスパラメータの二次的調節に利用される。

〔関連出願の説明〕
本願は、２０１５年８月３１日に出願された米国特許仮出願第６２／２１２，０１３号（発明の名称：Apparatus and method for using Scanning Light Beam for Film or Surface Modification）の権益主張出願であり、この米国特許仮出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。

最新式半導体処理およびプロセスケイパビリティの主要な尺度に関する重要な要件は、プロセスパラメータの厳密な均一性、例えば微小寸法（critical dimension：ＣＤ）と通称されている回路中の最小特徴寸法もしくは最小空間の均一性、またはウェーハ領域全体にわたるオーバーレイ（ＯＬ）と通称されている回路中の互いに異なるパターニング層相互間の位置合わせの均一性である。この要件は、スケール変更（業界は、現在１０ｎｍテクノロジーノードの状態にあることを主張している）により必要とされる特徴サイズの減少が続行されるとともにウェーハのサイズが増大（現在、３００ｍｍ直径であり、４５０ｍｍ直径が近い将来において見込まれている）していると仮定すると、ますます難題となっている。例えば、パターンの最小特徴サイズを表わす微小寸法（ＣＤ）が数十ナノメートルであるに過ぎず、しかも要件がＣＤの５％未満のばらつきである場合、プロセス制御は、ばらつきが１ｎｍ未満のＣＤを提出しなければならない。どのようなプロセスであってもこれをその精度まで制御することは、極めて難題である。この理由で、一次プロセスの結果（この場合、ＣＤ）の二次調節が望ましい。このことは、一次プロセス（例えば、フォトリソグラフィック露光プロセスまたは基板エッチングプロセス）が実施され、そしてそのプロセスから得られた結果が最終のプロセス制御要件を満たさず、かくして一次プロセスに対する二次調節が必要とされるということを意味している。

例えば、フォトリソグラフィック露光プロセスは、投影リソグラフィ露光を用いてフォトマスクからシリコンウェーハ上への回路パターンの光学的伝達または転写を用いて実施できる。半導体パターニングプロセスでは、露光に先だって、典型的には基板の感光性ポリマー（フォトレジスト）で被覆し、このフォトレジストを露光によってフォトマスクの投影像によって提供される放射線に変える。フォトレジスト中に吸収される投影エネルギーパターンは、次の化学現像プロセスで選択的に除去することができるよう膜材料を変質させる。次に現像済みのレジストを例えば次のエッチングプロセスの際、マスクとして用いて回路パターンを生成する目的でフォトレジストパターンを下に位置する基板中に転写することができる。フォトマスクパターンおよびフォトレジスト投影システムの諸特性は、制御されたＣＤを含む像をウェーハ上の各ロケーションに送り出すよう注意深く設計されている。しかしながら、このプロセスのばらつき、例えば像投影システム中の投影照明均一性または被覆プロセス中におけるフォトレジスト厚さのばらつきにより、標的値からのＣＤのばらつきが生じることがある。これらばらつきは、回路性能を劣化させる場合があり、制御するのが困難な場合がある。

半導体基板上のパターンのＣＤ均一性は、数社の供給業者、例えばケーエルエー・テンコール（KLA-Tencor）（オプティカルＣＤメトロロジー）またはアプライド・マテリアルズ（Applied materials）（ＳＥＭ ＣＤメトロロジー）によって提供されるＣＤマッピングツールを用いて得られる。これらツールは、基板上の多くの箇所で回路パターンＣＤを測定することができ、それにより基板を横切ってＣＤエラーの２Ｄマップを作成することができる。多くの場合、測定されたＣＤマップは、１つの基板から次の基板への相当な再現性を表示する。再現性のあるパターンは、パターンを生成するために用いられた特定のプロセスまたはプロセスツールのシグネチャである。かかる再現性パターンは、基板シグネチャと称されている。基板シグネチャは、たいていの場合、ウェーハを処理するために用いられた特定の半導体処理機器によって決定される。かくして、基板処理に用いられた機器を変更しまたは交換した場合、基板シグネチャもまた、変えられる場合があり、そして再測定される必要がある場合がある。

基板シグネチャは、典型的には、ナノメートル単位で測定されるＣＤエラーの２Ｄマップによって表わされる。これは、基板シグネチャマップと呼ばれている。このマップは、ロケーション依存性露光前または露光後ドージング（dosing）調節による一次（露光）プロセスの二次調節によってＣＤエラー補償の目的で使用できる。露光プロセスの二次調節の場合、基板シグネチャマップ中の各位置に必要な露光前または露光後補正量を測定して記憶することができ、所定の２Ｄ補正マップを形成し、この所定の２Ｄ補正マップを補正目的で次の基板に利用するのが良い。露光プロセスの二次調節の場合、典型的にはナノメートル単位で表される位置の関数としてＣＤエラーを表わす基板シグネチャマップは、基板補正マップの状態に処理される必要のある場合があり、この基板補正マップは、典型的には、フォトレジスト膜を露光する目的で、画素位置の関数として１画素当たり堆積エネルギー（例えば、ミリ−ジュールの単位で表わされる）を表わしまたは別法として、画素位置の関数として単位面積当たりの堆積エネルギー（例えば、ミリ−ジュール／ｃｍ²の単位で表わされる）を表わす。この例では、基板シグネチャマップを基板補正マップの状態に変換するプロセスは、典型的にはフォトレジスト供給業者から入手できるフォトレジスト光化学露光パラメータの知識を必要とする場合がある。

典型的には、基板シグネチャマップは、半導体基板に利用される特定の諸機器または個々のプロセスステップに特有のプロセス制御ばらつきの実質的に再現性のあるマップである。他の処理ステップ、例えばフォトポリマーの塗布または基板上への薄膜の被着およびエッチングはまた、基板シグネチャを呈する場合がありかかる基板シグネチャを測定して二次調節により補償することができる。基板シグネチャがプロセスステップの熱的特性、例えば望ましくないプロセスばらつき、例えばＣＤばらつきを生じさせるベーキングまたはエッチングステップによって生じる場合、プロセスの熱またはエネルギーシグネチャを測定して二次調節の目的で基板に適用することができる。熱またはエネルギープロセスの二次調節の場合、基板シグネチャマップを測定して記憶することができ、所定の熱入力シグネチャを形成し、かかる所定の熱入力シグネチャを補正目的で次の基板に適用することができる。基板シグネチャがプロセスステップの熱的特性で生じる場合、典型的にはナノメートル単位で表される位置の関数としてＣＤエラーを表わす基板シグネチャマップは、基板補正マップの状態に処理される必要のある場合があり、この基板補正マップは、典型的には、局所温度を変更する目的で、画素位置の関数として基板中への１画素当たり堆積エネルギー（例えば、ミリ−ジュールの単位で表わされる）を表わしまたは別法として、画素位置の関数として単位面積当たりの堆積エネルギー（例えば、ミリ−ジュール／ｃｍ²の単位で表わされる）を表わす。この例では、基板シグネチャマップを基板補正マップの状態に変換するプロセスは、特定のＣＤ標的を生じさせるのに必要な局所温度上昇の知識を必要とする。

それぞれがド−ヴィリエなど（deVilliers et al.）名義の米国特許出願公開第２０１５／０１４７８２７（Ａ１）号明細書、同第２０１５／０１４６１７８（Ａ１）号明細書、同第２０１５／０２１２４２１（Ａ１）号明細書および同第２０１６／００４８０８０（Ａ１）号明細書（以下これらをまとめて、「ド−ヴィリエ」という）は、ＣＤ均一性を含む多数のプロセスのためのかかる二次調節に取り組んでいる。ド−ヴィリエは、空間的に変調されたアレイ、例えば市販のマイクロミラーマイクロ電気化学的システム（ＭＥＭＳ）デバイスを用いて変調された強度マップをウェーハ上に投影することによって二次調節を達成する技術を記載している。かかるマイクロミラーアレイ（ＭＭＡ）は、「ディジタル・ライト・プロセッサ（Digital Light Processor：ＤＬＰ）」または「グレーチング・ライト・バルブ（Grating Light Valve：ＧＬＶ）」と呼ばれる場合が多く、ディジタル動画プロジェクタで一般的に用いられている。このようにして投影された画像が可視光スペクトルにあるので、市販のＭＭＡは、電磁線の可視帯（４００ｎｍ〜８００ｎｍ）について最適化される。半導体処理において調節を必要とする用途の大部分は、短い波長を必要とする。１９３ｎｍおよぶ２４８ｎｍの波長が一般的である。しかしながら、この短い波長の光は、可視光よりもエネルギーが高いので、ある特定のＭＭＡデバイスを損傷させる恐れがある。

図１は、ド−ヴィリエに記載されている形式のディジタル光プロセッサ用の投影画像化システムを示している。放射線源１０１、例えば、紫外線を放出する光発光ダイオードデバイス（ＬＥＤ）からの光は、レンズ１０２によってビーム１０３に視準化され、このビームは、ＭＭＡデバイス１０４を実質的に一様に照明する。ＭＭＡデバイス１０４は、電子システム（図示せず）によって所望のパターン付きで駆動される。レンズ１０７は、ＭＭＡパターンの像を基板１０４上に結像させ、この基板は、基板ホルダ１１１にチャックで取り付けられている。図中、ＭＭＡパターンは、像ビーム１０６をＭＭＡデバイス１０４上の例示の箇所１０５から生成するよう示されており、この像ビームは、次に、投影レンズ１０７によって投影ビーム１０８経由で基板１０９上の対応の箇所１１０上に投影される。ＭＭＡデバイス１０４上の他の多くの例示の箇所は、周知の結像光学系と一致した仕方で基板１０９上の対応の箇所への投影が行われることが分かろう。この方法により、ＭＭＡデバイス１０４によって生成されたパターン全体を基板１０９上の対応の像に同時に投影する。レンズ１０７の焦点距離、ＭＭＡデバイス１０４までのレンズ１０７の距離、および基板１０９までのレンズ１０７の距離に応じて、レンズ理論に関する周知の原理に従って基板１０９上の像のサイズをＭＭＡデバイス１０４上の像に対して縮小しまたは拡大することができる。

例えばレーザによって生成されたビームを用いて光ビームを走査して基板を処理する一般的な使用が当該技術分野において知られている。表面パターニングまたは改質のために走査されたレーザビームを用いる多くの方法が当該技術分野において文献記載されている。典型的な用途は、材料を例えば溶融させまたは溶発させることによって表面または表面膜を改質し、それによりアニーリングを行いまたは小さな表面レリーフ特徴を達成する。

レーザの初期の商業的用途のうちの１つは、ウェスタン・エレクトリック・エンジニアリング・リサーチ・センタ（１９６５）によって作られた、穴をダイヤモンドダイに開けるために用いられた産出用レーザ切断機械であった。１９６７年、英国人は、金属のためのレーザ支援酸素ジェット切断の先駆者となった。１９７０年代初期において、レーザテクノロジーが宇宙空間用途のためにチタンを切断するために生産に移された。互いに異なる材料を切断するために用いられた互いに異なる形式のレーザを用いた多くの互いに異なる切断方法が存在する。これら方法のうちの幾つかは、蒸発・メルト・ブロー、メルト・ブロー・バーン、熱応力亀裂、スクライビング、冷感切断、および燃焼安定化レーザ切断である。これら方法の概要に関し、https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_cuttingを参照されたい。

半導体製造では、商用レーザ処理ツール（例えば、Ultratech LSA 100A）は、極浅接合部および高活性化ソース／ドレーン接触部を作製する困難な課題に対する解決策を提供する。レーザ・スパイク・アニーリング（Laser Spike Annealing：ＬＳＡ）は、最高１，３５０℃までの温度でほぼ瞬時の時間フレーム（マイクロ秒）で働く。これら温度では、最小拡散率でドーパントのほぼ完全な活性化がマイクロ秒時間フレームで達成される。レーザビームはまた、化学的改質をもたらしまたは化学除去または堆積を基板上にまたはこの基板に被着された薄膜に生じさせる。レーザが多量のエネルギーを材料の局限された領域に正確に送り込むことができることによって、バルクを変更しないで表面化学的性質、結晶構造、および／またはマルチスケールモルフォロジーの改質が可能である。かかる用途の概要がコージ・スギオカ（Koji Sugioka）、ミシェル・メウニエル（Michel Meunier）、およびアルベルト・ピケ（Alberto Pique）編，「レーザ・プレシジョン・マイクロファブリケーション（Laser Precision Microfabrication）」，ＩＳＢＮ：９７８−３−６４２−１０５２２−７（単行本），９７８−３−６４２−１０５２３−４（電子書籍）の１３章に含まれている。

例えば走査フォトリソグラフィと呼ばれているプロセスは、基板上の表面または表面膜の化学的性質を変え、その結果、次のステップは、表面トポグラフィまたは特徴を除去しまたは違ったやり方で表わすことができるようになっている。例えば、走査フォトリソグラフィは、フォトマスクの製造に用いられ、この場合、走査フォトリソグラフィは、接触または投影フォトリソグラフィの周知のプロセスを用いて次に基板上への複写可能に任意のパターンを生成する。２００４年に導入されたアプライド・マテリアルズ ＡＬＴＡ（Ｒ）４７００マスク・パターン・ジェネレーション（Mask Pattern Generation）システムは、業界に９０ｎｍおよびほぼ６５ｎｍ限界レベルのためのマスク層を提供した。このシステム、レーザ利用ＤＵＶ ＡＬＴＡ４７００は、４２倍の０．９ＮＡ対物レンズの利用を特徴としており、優れたマスク分解能、パターン忠実度、微小寸法制御・配置性能を提供する。http://www.appliedmaterials.com/company/news/press-releases/2004/11/applied-materials-new-alta-4700-laser-mask-writer-takes-on-65nm-critical-layer-manufacturingを参照されたい。アプライド・マテリアルズ技術は、例えば米国特許第５，３８６，２２１号明細書および同第７，４８３，１９６（Ｂ２）号明細書に記載されている。

別法として、スエーデン国の会社であるマイクロニック，エービー（Mycronic, AB）は、走査フォトリソグラフィをディスプレイ技術に、そして最新式の電子パッケージング用途に応用している。この技術は、例えば、米国特許第８，８２２，８７９（Ｂ２）号明細書および米国特許出願公開第２０１５／０１２５０７７（Ａ１）号明細書に記載されている。

走査フォトリソグラフィをディスプレイ技術および最新式電子パッケージング用途に利用するに先立って、マイクロニック（マイクロニックという名義）は、走査フォトリソグラフィをマスク層の製造に適用した。この技術は、例えば米国特許第６，６２４，８７８（Ｂ１）号明細書、同第７，４４６，８５７（Ｂ２）号明細書、および同第８，９５８，０５２（Ｂ２）号明細書に記載されている。

走査フォトリソグラフィの実施中、ＵＶ光の集束ビームを走査し、そしてフォトレジストまたはレジストと呼ばれる薄膜上に差し向け、そしてフォトレジストまたはレジストを次に光によって改質し（または露光し）、その結果、高分解能マイクロまたはナノスケールパターンが得られる。この場合、ＵＶ光は、レジスト分子の結合部を壊しまたは架橋することによって膜を化学的に改質する。次の化学的現像プロセスの際、膜の露光領域を、ポジのフォトレジストの場合、化学的に除去し、他方、露光されなかったフォトレジスト膜の領域は、そのままである。ネガのフォトレジストの場合、露光を施されなかった領域を化学的に除去し、露光が施された領域は、そのままである。ＵＶ光ビームを用いて基板膜を任意のパターンで露光する目的のためのかかるビーム走査ツールの一例は、アプライド・マテリアルズ・インコーポレーテッド（Applied Materials, Inc.）によって製造されたＡＬＴＡフォトマスクパターニングツールである。このツールは、基板の端から端までビームを走査するためにスピニング多角形ミラーホイールを用いる。

かかるビーム走査方式は、典型的には、基板上のパターンのアレイを作ろうとしており、これらパターンは、小から大までの範囲にわたる種々のサイズの特徴で構成されている。最小の特徴をできるだけ小さくする要望が強い。先行技術の走査では、最小特徴サイズは、典型的にはこのビームサイズとほぼ同じまたはこれよりも少し大きい。レーザビーム表面パターニングに関し、所望の最小表面特徴は、少数の（例えば４〜９）画素に分解可能である。典型的には、この場合、ビームによってパターニングされている最小サイズ特徴は、基板上のビームスポットサイズとほぼ同じサイズまたはこれよりも大きいサイズである。例えば、１マイクロメートル直径の走査ビームスポットを用いて任意のパターンを基板上に作ることができ、かかるパターンは、任意のロケーションに配置され、最小特徴サイズは、約３マイクロメートルである。

ビームまたは像によって基板または基板膜中に入力されるエネルギーは、一般に、「ドーズ（dose）」と呼ばれ、このドーズは、典型的には、正方形領域当たりのエネルギーの単位、例えばｍＪ／ｃｍ²で示されまたは測定される。

一般に、ビーム走査技術には２つの大きな形式が存在し、すなわち、ベクトル走査およびラスター走査である。ベクトル走査の場合、基板上のパターンは、ビームステアリング方法を用いて作られ、このビームステアリング方法では、ビームを基板上で１つの任意の箇所Ａから第２の任意の箇所Ｂまで動かす。走査の際、ビームは、箇所Ａから箇所Ｂまでの運動前、中、または後、「ブランキング（無効）」されるのが良く、あるいは迅速にオンオフにされるのが良く、その目的は、基板中への所望のエネルギー入力パターンを達成することにある。ベクトル走査方法では、箇所Ａから箇所Ｂまでの経路が定められた後、次の走査は、所望のパターン全体を書き込むまで迅速に連続して箇所Ｃから箇所Ｄ、箇所Ｅ、箇所Ｆなどまでの経路を定める。

他方、ラスター走査の際、ビームは、基板を横切って一方向に迅速に前後にスイープされ、その間、基板を横切って直交方向にゆっくりとスイープされ、その結果、しばらくした後、ビームは、基板上のあらゆる箇所を通過するようになる。この走査プロセスの際、ビームは、電子制御下において迅速にブランキングされ（すなわち、オンアンドオフにされ）、その結果、所望のパターンが基板に転写されるようになる。

幾つかの書き込み方式は、両方、すなわち、ベクトル走査とラスター走査を組み合わせる（例えば、米国特許出願公開第２００７／００７５２７５号明細書を参照されたい）。

一般に、両方の走査方式に関し、ビームオン／オフ切り替え時間（すなわち、ブランキング時間）がレーザビーム書き込み中、十分に短いことが望ましく、したがって、走査スポットは、基板の十分に小さい最小領域にエネルギー入力を与えるようになる。かくして、ブランキング時間が十分に短い場合、結果として生じる最小特徴のサイズは、ビームのサイズと同等になろう。本出願人は、ダウントラック画素サイズとして迅速ブランキングステップから結果的に得られる基板上に与えられた最小エネルギースポットサイズに言及する。ダウントラック画素サイズおよびビーム直径は、基板上の考えられる最適な最小特徴サイズを達成するためにサイズが同等であることが望ましい。この場合、最小特徴は、ドットまたは円盤に似るであろう。この最小特徴サイズは、１Ｄまたは２Ｄ基準を用いて（例えば、半値全幅基準を用いて）測定できる。最小特徴サイズは、典型的には、微小寸法（critical dimension：ＣＤ）と称される。

米国特許出願公開第２０１５／０１４７８２７（Ａ１）号明細書 米国特許出願公開第２０１５／０１４６１７８（Ａ１）号明細書 米国特許出願公開第２０１５／０２１２４２１（Ａ１）号明細書 米国特許出願公開第２０１６／００４８０８０（Ａ１）号明細書 米国特許第５，３８６，２２１号明細書 米国特許第７，４８３，１９６（Ｂ２）号明細書 米国特許第８，８２２，８７９（Ｂ２）号明細書 米国特許出願公開第２０１５／０１２５０７７（Ａ１）号明細書 米国特許第６，６２４，８７８（Ｂ１）号明細書 米国特許第７，４４６，８５７（Ｂ２）号明細書 米国特許第８，９５８，０５２（Ｂ２）号明細書 米国特許出願公開第２００７／００７５２７５号明細書

https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_cutting コージ・スギオカ（Koji Sugioka）、ミシェル・メウニエル（Michel Meunier）、およびアルベルト・ピケ（Alberto Pique）編，「レーザ・プレシジョン・マイクロファブリケーション（Laser Precision Microfabrication）」，ＩＳＢＮ：９７８−３−６４２−１０５２２−７（単行本），９７８−３−６４２−１０５２３−４（電子書籍） http://www.appliedmaterials.com/company/news/press-releases/2004/11/applied-materials-new-alta-4700-laser-mask-writer-takes-on-65nm-critical-layer-manufacturing電子書籍）

本明細書において説明するように、光の走査ビームが先行技術の場合のように一次プロセスにおいて最小特徴サイズ（ＣＤ）を書き込む目的ではなく、そうではなくて、最終のプロセス制御要件を満たすために一次プロセスの二次調節目的で基板の複数の領域中にエネルギーを伝えるために用いられる。例えば、走査ビームは、フォトマスクパターニング目的で半導体ウェーハフォトリソグラフィック処理に適用されるが、一般に、パターニング半導体基板には直接的には適用されない。この場合、半導体基板上へのフォトマスクパターンのフォトリソグラフィック複製プロセスは、一次プロセスであり、ＣＤ補正目的の光の走査ビームの使用は、一次プロセスの二次調節である。フォトリソグラフィプロセスの二次調節の場合、走査ビームは、ＣＤ補正目的でＵＶ光ビームをフォトレジスト膜中に伝えるために使用されるのが良い。エッチングまたはベーキングプロセスの二次調節の場合、走査ビームは、ＣＤ補正目的で可視または赤外光エネルギーを表面または表面膜中に伝えるよう使用されるのが良い。

また、本明細書において、一次プロセスの二次調節の目的で投影光エネルギーの使用に代わる手段として光の走査ビームの使用が記載される。伝統的に一次プロセスの二次調節の目的で投影光エネルギーを用いてウェーハへの半導体パターニングに利用される光源（例えば、波長１９３ｎｍおよび２４８ｎｍのエキシマレーザ）の使用は、２つの大きな理由で、走査ビーム用途で用いるには好ましくない。第１にこれらのパルスレート（ｋＨｚ範囲）は、一般的には、走査ビーム用途、例えば本明細書において説明する一次プロセスの二次調節にとっては遅すぎる。代表的な基板シグネチャ補正マップは、２００，０００を超える画素を含む場合がある。画素１つ当たりちょうど１つのパルスを２ｋＨｚパルスレートで送り出すことは、改質のためにウェーハ表面全体を露光するのに１００秒かかり、したがって、生産率がウェーハをローディングし、アンローディングし、そして位置合わせするオーバーヘッド時間を考慮する前に１時間当たり３７個のウェーハに制限される。レーザパルス間ばらつきは、画素１つ当たり多数のパルスを更に必要とする場合がある。画素１つ当たり１００個のパルスが必要であると仮定すると、生産性が１時間当たり１個に満たないウェーハに減少し、どのような商業的用途にとっても受け入れがたいほどに遅い。第２に、基板を処理することができる速度に関する深刻な制約の設定に加えて、遅いパルスレートは、影響を受ける場合のある調節の分解能を更に制限し、かかるレーザの高いパルス強度により、フォトレジスト膜の望ましくない熱誘起変質または損傷が生じる。これとは対照的に、本開示は、光の走査ビームを適用する目的で別の形式のレーザの使用を教示しており、それにより、これらの問題が回避される。

次に、添付の図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

先行技術の投影画像化システムの図である。 薄いＤＵＶレジストにおける熱上昇の熱的モデルの結果を示す図である。 空間的に変化する性質の例示の基板シグネチャを表わす図である。 本発明の実施形態としての装置の構成を示す図である。 基板をチューニングする例示の走査光ビームシステムの略図である。 本発明の実施形態にしたがって基板シグネチャを補正する方法を示す流れ図である。

本明細書において開示する技術は、走査ビームを用いて様々なレベルの光エネルギーを表面にもたらし、その目的は、例えば半導体製造においてプロセスパラメータの二次調節において有用な結果をもたらしてＣＤ管理を強める目的でＵＶエネルギーをある特定の領域に提供することにある。

ド−ヴィリエによって教示される先行技術の方法では、パラメータばらつきを調節するために変調強度マップを投影する。画素画像化の際、光学投影システムを用いてウェーハ全体またはウェーハの大部分を能動画素（アクティブピクセル）デバイスから一度に画像化する。能動画素画像化デバイスは、マイクロミラーデバイスであるのが良い。投影画素画像化を利用した方式は、複雑かつ高価な光学投影システムを必要とする場合があり、波長または強度の制約に起因して市販の画素イメージャで達成するのが困難な場合がある。最終的に、投影画素画像化を利用した方式は、商業的に魅力のあるシステムよりも多量のスペースおよび／または高価なシステムを必要とする場合がある。

本明細書において説明するように、走査ビーム方式は、所望の結果をもたらし、しかも投影画素画像化デバイスの使用を回避する。その代わり、スキャナと呼ばれる機械式または電気−光学走査装置により、１本または少数のビームが基板を連続的に横切る。種々の実施形態では、スキャナは、以下の種類の周知の走査装置を用いることができ、これら周知の走査装置は、単独でまたは組み合わせて用いられる。

スピニング多面ミラー、例えば六角形ミラー、

走査ガルバノミラー、

音響−光学変調器ビーム偏向器、

電気−光学変調器ビーム偏向器、

ＭＥＭＳ走査ミラー、および

圧電走査ミラー。

本明細書において説明する技術は、連続波（ＣＷ）レーザ源またはパルスレーザ源を用いることができる。しかしながら、本発明を紫外（ＵＶ）範囲で実施する場合、ＣＷツールは、幾つかの欠点を呈する場合がある。

ＵＶ範囲内のＣＷレーザは、後でビーム波長分割される（周波数逓倍または周波数変換とも呼ばれる）比較的長い波長の光で開始する必要があるので、かさばっていてかつ高価である傾向がある。この技術は、長い波長のレーザビームをＵＶ範囲の短い波長のビームに変換する一般的に実施されている方法である。（物理学の原理から、波長と周波数は反比例し、これらを同様な意味合いで説明することができる。）周波数逓倍変換プロセスは、高強度および優れたビーム品質の長波長ビームが例えば１〜２ミクロン波長帯で動作するダイオード励起固体（ＤＰＳＳ）レーザを用いることによって安価に生成することができるので、好ましい。

ＤＰＳＳレーザビームおよび他種類のレーザビームの好ましい周波数変換方法は、いわゆる周波数逓倍または周波数混合結晶を利用し、かかる結晶は、レーザビームを長波長から短波長に変換する（これについては、例えば、エー・ヤリーヴ（A. Yariv）およびピー・イェー（P. Yeh），「オプティカル・ウェーブス・イン・クリスタルズ（Optical Waves in Crystals）」，ワイリー・インターサイエンス（Wiley-Interscience），１９８４年の１２章を参照されたい）。これら装置は、ビーム強度が増大するにつれてこれらの効率を強く増大させる。ＣＷビームは、代表的には、低強度を有するので、周波数逓倍プロセスは、非効率的であり、その結果、光損失および熱の発生が起こる。この理由で、周波数変換方式のＣＷレーザは、大型となり、高価になり、しかも非効率的になる傾向がある。

ＣＷレーザの代替手段は、パルスレーザ、例えばＱスイッチレーザである。レーザ平均パワーレベルが所与の場合、パルスレーザは、パルス化中、ビームの高ピーク強度に起因して、長波長光子を短波長により効率的に変換する。この理由で、周波数変換方式のパルスレーザは、ほぼ同じ平均パワーのＣＷレーザよりもコンパクトであり、安価であり、しかも効率的である傾向がある。

パルスまたはＣＷレーザビームを画素−画像利用投影方式で容易に用いることができる。しかしながら、ビーム走査により幾つかのＵＶレーザからのパルスビームを用いて同じ目的で、基板をパターニングすることは、ビームが迅速に基板を端から端まで走査しているときにパルスビームが短い期間の間にのみオンになり、したがって基板の隔離されたアイランドだけが露光されるようになる理由で問題である。加うるに、走査速度が十分に低い場合であってもまたはビームが十分に大きく、その結果基板の全ての部分が少なくとも１つのレーザパルスをみるようになる場合であっても、数個のパルスだけが基板の所与の領域を露光する場合、堆積されるエネルギー（ｍＪ／ｃｍ²）の統計学的制御は、貧弱である場合がある。これは、１つには、パルスレーザが典型的には１％〜５％の幾分かの量のパルス間エネルギージッタを有する傾向があるからである。パルスの長いストリングについて平均すると、統計変動が少ない平均ドーズが向上する。ＣＤばらつきを制御するためにパターニング中、低いドーズ変動をもたらすことが好ましい。生産性を上げるとともにコストを減少させるため、迅速な書き込みプロセスおよびエネルギー堆積の極めて低い統計的偏差を提供することが好ましい。この理由で、ある特定の共通のパルスレーザビームは、幾つかの状況において、本明細書において説明するように基板をパターニングするためにビーム走査にとって好ましくはない場合がある。

例えば、ＵＶおよび遠ＵＶフォトリソグラフィに用いられる場合が多い形式のレーザは、エキシマレーザであり、これは、例えば３０５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍおよび１５７ｎｍの代表的な波長で入手できる。これらレーザは、数キロヘルツ、例えば５ｋＨｚのパルスレートおよびナノ秒、例えば１０ｎｓのパルス幅を有する。０．３ｍｍ径ビームがエネルギー堆積の目的で基板、例えば３００ｍｍ径シリコンウェーハを横切って走査される走査プロセスを実施することが望ましい場合、基板、例えば３００ｍｍ径シリコンウェーハ上で移動しているパルスエキシマビームを含む場合のある半導体製造プロセスについて検討する。この用途に関し、ウェーハは、０．３ｍｍ直径のスポットまたは画素の状態に分割されるのが良い。露光ドーズの１％制御に関し、画素１つ当たり少なくとも１００個のパルスを有することが望ましい場合がある。ウェーハ全体に関し、これは、全部が１００・（３０ｃｍ／０．０３ｃｍ）²＝１０⁸パルスのオーダであることを意味する。５ｋＨｚでのエキシマパルス化に関し、かかるウェーハ露光には２０，０００秒かかるであろう。しかしながら、半導体処理では、６０秒未満、またはそれどころか１０秒未満でウェーハの完全露光を完了させることが望ましいという商業的な理由が存在する。

別の実施例では、Ｑスイッチ固体レーザと呼ばれる形式のレーザを検討する。この種のレーザは、代表的には、５〜１００ｋＨｚの周波数でパルスを出し、代表的には、数十ミリ秒のパルス幅を有する。この種のレーザに関するレーザ平均パワーは、代表的には、３０〜５０ｋＨｚのパルス周波数に関してピークに達する。例えば、０．３ｍｍ径ビームがエネルギー堆積の目的で基板、例えば３００ｍｍ径シリコンウェーハを横切って走査される走査プロセスを実施することが望ましい場合、基板、例えば３００ｍｍ径シリコンウェーハ上で移動しているパルスＱスイッチビームを含む場合のある半導体製造プロセスについて検討する。この実施例では、先の実施例の場合と同様、ウェーハは、１０⁸パルスのオーダを必要とする。５０ｋＨｚでのＱスイッチレーザパルス化の場合、ウェーハ暴露には２，０００秒かかる。しかしながら、この場合もまた、半導体処理では、６０秒未満、またはそれどころか１０秒未満でウェーハの完全露光を完了させることが望ましいという商業的な理由が存在する。

最後に、別の実施例では、モード同期レーザと呼ばれる形式のレーザを検討する。このレーザは、これが典型的には、多くのメガヘルツレート、例えば１００ＭＨｚまたはそれどころか１ＧＨｚでパルスを出すよう設計されている。３００ｍｍ径シリコンウェーハ上を移動するパルスモード同期ビームを含む場合のある半導体製造プロセスについて検討し、この場合、０．３ｍｍ直径のビームをエネルギー堆積の目的で基板を横切って走査する走査プロセスを実施することが望ましい。この実施例では、先の実施例と同様、ウェーハは、１０⁸パルスのオーダを必要とする。１００ＭＨｚでのモード同期レーザパルス化の場合、ウェーハ露光には１秒かかる。かかる短い露光時間は、高い生産率を考慮に入れている。この理由で、モード同期レーザは、本発明の実施形態としてのパルスビーム走査プロセスに関する好ましい選択肢である場合が多く、ただし、他形式のレーザも使用でき、ただし、低生産率（システムスループット）が検討対象の用途にとって商業的に受け入れ可能であることを条件とする。

ビームをブランキングする（切る）、特に走査ビームをブランキングする多くの方法が当業者に知られている。通常実施されているように、基板上を走査する特定の強度のビームは、パワーを受け取らず（または低いパワーを受け取る）ある特定の領域にわたってブランキングさせるのが良く、そして１００％パワーを受け取る他の領域にわたってアンブランキングするのが良い。この結果、基板上に二値パターンが生じる。しかしながら、本発明の実施形態によれば、二値パターンではなく、グレースケールパターンを提供することが望ましく、この場合、基板の各領域は、堆積エネルギーの所望のレベルを受け取る。本発明者は、このプロセスをビームグレースケールブランキング（grey scale blanking：ＧＳＢ）と呼んでいる。ＧＳＢプロセスが首尾良く実施されるためには、特定の用途によって必要とされる精度に各画素中に堆積されたエネルギーの量を制御することができなければならず、しかもビームが画素相互間で通過する速度と歩調を合わせるのに十分な速度で所望のパワーレベル相互間でビームを通過させることができなければならない。例えば、基板が１０⁶画素に分割される場合、しかも基板を１０秒で走査することが望ましい場合、ＧＳＢ技術は、１０／１０⁶秒、と比較して短い時間で、または１０マイクロ秒未満で、例えば１マイクロ秒未満の時間で別々のパワー状態相互間でビームを通過させなければならない。

ＣＷレーザの場合に関し、ＧＳＢを達成する幾つかの手法が存在する。強度変調と呼ばれる一方法は、ビームの透過または反射を急激に変化させることができる光学装置を利用する。例えば、音響−光学変調器、電気−光学変調器、液晶変調器、またはＭＥＭＳ利用変調器をこの目的のために使用することができる。音響−光学変調器（“ＡＯＭ”）装置は、例えば、いわゆる一次ビームを送信し、この場合、このビームの強度は、この装置に適用されるＲＦパワーに比例する。ＡＯＭ装置は、１マイクロ秒と比較して僅かな時間でビームパワー伝送レベル相互間を移行することができる。

ＣＷビームについてＧＳＢを達成する別の方法は、パルス幅変調（ＰＷＭ）と呼ばれている。この場合、画素相互間のトランジットタイムよりも短い時間スケールでビームの０％（または最小）または１００％（または最大）伝送を行うことができるブランキング装置が用いられる。例えば、音響−光学変調器、電気−光学変調器、液晶変調器、またはＭＥＭＳ利用変調器をこの目的のために用いることができる。各画素ロケーションでは、ビームは、画素相互間のトランジットタイムの所望の百分率である時間の間、最大状態に移行されるとともに制御される。例えば、特定の画素が最大ドーズに対してフラクションＦのドーズを有することが望ましく、かつビームが時間Ｔで画素相互間を移動する場合、ビームが実質的に画素上にあるＴによっても与えられる時間の間、ビームは、このビームが時間Ｔ・Ｆの間、最大強度に、そして時間Ｔ・（１−Ｆ）の間、最小強度に留まるよう時変調されるべきである。この場合、ブランキング変調器は、画素相互間の移行時間よりも極めて速い速度で最小状態と最大状態との間移行しなければならない。例えば、***精度Ｄで最小ドーズ値と最大ドーズ値との間で画素ドーズの制御を行うことが望ましい場合、最小状態と最大状態との間の移行速度は、Ｄ・Ｔよりも速くなければならない。

ＰＷＭ用のビームブランキング装置は、パルスレーザ、例えばＱスイッチまたはモード同期レーザと関連して使用されるのが良い。しかしながら、Ｑスイッチまたはモード同期レーザの中には、発生したパルスレートをゲート制御するために内部ビームブランキング装置を利用するものがある。例えば、音響−光学変調器（ＡＯＭ）または電気−光学変調器（ＥＯＭ）装置は、この目的のためにレーザの内部に利用できる。この場合、外部ビームブランキング装置は、レーザ走査中のＰＷＭドーズ制御の目的で、レーザが例えば外部電気信号によって提供されるその内部ビームブランキング成分の制御手段となる場合に回避されるのが良い。

例えばモード同期レーザによって提供されるパルスビームは、強度かＰＷＭ変調方式かのいずれかによってグレースケールブランキングされるのが良い。しかしながら、レーザパルス相互間の時間と画素相互間のビームのトランジットタイムとの相対的差異に特定の関心が払われるべきである。例えばパルスビームで強度変調方式を利用する場合、画素１つ当たり少なくとも１つのパルスを提供することが望ましい。少数のパルスが各画素に割り当てられる場合、画素レートによってゲート制御される強度変調移行レートは、各画素が同じ数のパルスを受け取るようレーザパルスレートと注意深く同期されなければならない。この状態が壊された場合、画素ドーズの受け入れることができないジッタが結果として生じる場合がある。パルスビームによるＰＷＭの使用は、多数のレーザパルスが画素相互間のトランジットタイム中に起こる場合に好ましい。少数のレーザパルスが画素トランジットタイム中に起こる場合、正確な同期が画素レートとパルスレートとの間に達成されなければ、良好なドーズ制御を達成することが困難な場合がある。これは、個々のレーザパルスの極めて短い持続時間に起因しており、その結果、ＰＷＭ変調装置は、個々のレーザパルスを選択することができるようになるが、フラクショナルレーザパルスを選択する上での困難さを有する場合がある。例えば、ビームが画素一つ分を通過するのに要する時間でレーザが１０個のパルスを生じさせる場合、ＰＷＭ変調方式を利用する場合における画素ドーズ制御の走査間隔は、正確な同期が達成されない場合では１０％である場合がある。この結果、ドーズ制御が貧弱になる。

他方、レーザパルスレートが十分に高く、その結果多数のパルスが画素トランジットタイム中に起こる場合、画素ドーズジッタは、正確な同期が存在しない場合であっても、ＰＷＭ方式を利用した場合に小さい。例えば、ビームが画素一つ分を通過するのに要する時間でレーザが１０００個のパルスを生じさせる場合、ＰＷＭ変調方式を利用する場合における画素ドーズ制御の走査間隔は、０．１％であろう。

パルスレーザで強度変調技術を用いる場合、レーザが画素トランジットタイム中に少数のパルスを生じさせるならば、ドーズ制御は、依然として貧弱な場合があり、と言うのは、パルスレーザが代表的には、小さなパルスエネルギージッタで個々のパルスを生じさせるからである。例えば、１％パルス間ジッタがパルスエネルギー中に存在するパルスレーザは、単一パルスが各画素に割り当てられる強度変調技術で用いられた場合、その結果として、１％画素ドーズエラーが生じることになる。他方、１０００個のパルスが各画素に割り当てられた場合、画素ドーズエラーは、これよりも遙かに低く、と言うのは、１％ジッタが１０００個のパルスについて平均されるからである。

上述の理由で、強度変調かＰＷＭ変調技術かのいずれかによりパルスレーザを用いた場合、画素相互間のトランジットタイム中に多数のパルスを生じさせるレーザを用いることが好ましい。例えば、１０⁶画素を含む基板が１０秒で走査されることが望ましい場合、画素トランジットタイム当たり１０を超え、それどころか１００を超えるパルスを生じさせるレーザが許容可能なドーズ制御を達成するためには好ましい場合がある。この場合、レーザは、１ＭＨｚを超え、またはそれどころか１０ＭＨｚを超えるレートでパルスを生じさせるべきである。

画素投影パターニング方式を用いた場合、エネルギーおよびパワーは、基板全体に分布され、ＵＶ露光プロセスの副生物として結果として生じる熱が広くかつ均一に広がり、かくしてウェーハチャックシステムによって効果的に伝導により取り去られる傾向があり、それにより基板フォトレジスト膜の温度の実質的な上昇が生じない。しかしながら、パルスビーム走査技術の場合、レジストの各画素が非常に高いピークパルスパワーを備えたビームで次々に露光され、レジスト中に極めて高い温度パルスを生じさせる恐れがある。レジスト膜中への熱サイクルの作用効果に注意深い関心を払う必要がある。

レーザパルス中の温度ばらつきを回避することは、一般的にいわゆる化学的に増幅されたフォトレジスト（ＣＡＲ）で実施されるＵＶおよび遠ＵＶ（ＤＵＶ）帯（１５０ｎｍ〜４００ｎｍ）でのフォトリソグラフィにとって重要である。ＣＡＲレジストは、ＵＶ露光が光酸を放出し、次の熱処理が連鎖反応中にレジストを通って拡散し、元のドーズ分布状態を効果的に増幅させるよう設計されている。例えば強烈なＵＶパルスの暴露によってレジスト膜に与えられる可能性のある時期尚早な熱入力は、像ＣＤ制御の時期尚早な酸拡散および損失を生じさせる場合がある。したがって、極めて厳密なＣＤ制御が半導体製造プロセスの際に要望される。

図２は、１００ｎｍ厚さのＳｉＯ₂層を有するシリコンウェーハ上に塗布された薄いＤＵＶレジスト（２００ｎｍ厚さ）中の熱上昇の熱的モデルの結果を示している。典型的なレジストの特定のパラメータ、および代表的なレーザパラメータ（特定波長、３０ｋＨｚパルス周波数、２０ｎｓパルス長、および５００ｍＷ平均パワーを備えたＱスイッチレーザ）を用いて、モデルは、４．６Ｋのレジスト中の温度上昇を予測する。変形例として、同一のレジストパラメータおよびレーザ波長、１００ＭＨｚパルス周波数、１０ｐｓパルス長および２００ｍＷ平均パワーを有するモード同期レーザを用いて、モデルは、ちょうど０．０６２Ｋのレジスト温度上昇を予測する。この場合、モード同期レーザは、Ｑスイッチレーザにより生じた温度上昇よりも１００倍小さい温度上昇を生じさせた。一般に、Ｑスイッチレーザから結果的に生じた温度上昇は、均等な平均パワーのモード同期レーザで見える温度上昇と比較して、１０〜１００倍高い場合がある。この理由で、ＣＷレーザまたはモード同期レーザがフォトレジスト膜を走査する際に好ましい場合がある。

図３は、ド−ヴィリエ画素利用投影方法（米国特許出願公開第２０１５／０１４６１７８（Ａ１）号明細書の図３を参照されたい）または本願の画素走査方法によって補正できるウェーハ上のＣＤばらつきの典型的な基板シグネチャを示している。像の暗い領域（意図した値からのＣＤの大きな偏差を示している）は、本明細書において示した方法および装置を用いて明るくなるよう調節でき、したがって、その結果として、意図した値からのＣＤの偏差が小さくなり、かくして分布状態がより厳密になる。

例示の実施形態

当業者であれば理解されるように、本明細書において提供される教示を適用することによって開示した本発明の用途を多くの特定の実施形態で具体化できる。図４を参照して特定の実施形態について説明する。光学ベンチ４００が例えば２６６ｎｍまたは５１２ｎｍの波長のビーム４０２を放出するレーザ４０１を支持し、このビームは、ビームブランキングまたはグレースケールビームブランキングの目的でＡＯＭ４０３によって変調される。次に、このビームは、ミラー４０４，４０５によって空間フィルタ４０６に方向付けられる。空間フィルタは、サイドローブ、ノイズおよび他のアーチファクトを除去するためにレーザビームを除くために当該技術分野において周知である装置であり、かくして、ビームは、より滑らかにかつより対称な状態になる。対称で滑らかなビームは、基板を横切って走査されると、堆積したエネルギードーズの規則的かつ滑らかな追加を達成するのに役立ち、その結果、エネルギー堆積の制御が高まるとともにエネルギー堆積のエラーが減少する。空間フィルタ４０６の後、ミラー４０７，４０８は、ビームを１対のガルバノミラースキャナ４０９，４１０に方向付ける。第１のスキャナ４０９は、Ｘ軸に沿って迅速な走査をもたらし、第２のスキャナ４１０は、Ｙ軸に沿って遅い走査をもたらす。このように配置された１対のガルバノメータスキャナは、ラスター走査プロセスを実施することができる。ラスター走査向きに特別に設計された対をなすガルバノメータスキャナは、多くの供給業者から入手できる。走査済みビームは、膜または表面改質のためにエネルギー堆積の目的でコーン４１１内で基板４１２に偏向される。コーン４１１は、スキャナ４０９，４１０によって実施可能なビーム移動限度を表わしている。

図示されるとともに本明細書において説明されている特定の実施形態は、本発明をこの特定の実施例において説明した方法およびコンポーネントに限定するものと解されてはならない。例えば、ＡＯＭ装置に代えて、ビームブランキングを提供するようＥＯＭ装置を用いても良い。別報として、ビームブランキングは、レーザの構造の内部に位置するＡＯＭ装置によって提供されても良い。また、１対のガルバノメータビーム偏向器に代えて、１対のＡＯＭビーム偏向器を用いても良い。モード同期レーザに代えて、Ｑスイッチレーザまたは他形式のレーザを用いても良い。当業者であれば、膜または表面改質のためのエネルギー堆積目的で走査光ビームを用いるために、諸形式のレーザ、変調器、ビーム偏向器、ブランキング方式、および本明細書において教示される変調方式のうちの任意のものを１つでまたは組み合わせて利用できる。

図５を参照すると、走査ビーム基板シグネチャ補正コントローラ５５０が図４に示されている装置の作動を制御する。このコントローラは、外部通信インターフェース５０１、例えばEthernet接続または任意他形式のネットワークもしくは外部情報を受け取ることができる他の接続と、制御プロセッサ５０２と、制御プロセッサ５０２のための必要な一時的記憶装置となるオペレーティングメモリ５０３と、基板シグネチャマップ、基板シグネチャ補正マップ、エラー補正シグネチャ補正マップ、および線形化走査ファイルを記憶するためのストレージメモリ５０４、例えばＳＲＡＭ、ＦＬＡＳＨメモリ、磁気もしくは光学ディスク記憶装置または任意他形式のメモリと、外部センサ入力５０５と、ビームパワーおよび位置決めを制御するために用いられるディジタルおよび／またはアナログ出力信号を提供する制御信号出力部５２０とを有する。

基板シグネチャマップは、多種多様なフォーマットの状態であって良く、かかるフォーマットとしては、ＪＰＥＧファイル、ビットマップ（ｂｍｐ）ファイル、Ｅｘｃｅｌファイル、コンマ区切り（ＣＳＶ）ファイルが挙げられるがこれらには限定されない。一般に、特定フォーマットとは無関係に、基板シグネチャマップは、各位置または画素に関し、標的ＣＤ値からの偏差（すなわち、その位置もしくは画素または位置もしくは画素の群に関するＣＤエラー）を含む。基板シグネチャ補正マップもまた、多種多様なフォーマットの状態であって良く、かかるフォーマットとしては、ＪＰＥＧファイル、ビットマップ（ｂｍｐ）ファイル、Ｅｘｃｅｌファイル、コンマ区切り（ＣＳＶ）ファイルが挙げられるがこれらには限定されない。一般に、特定フォーマットとは無関係に、基板シグネチャマップは、各位置または画素に関し、標的ＣＤ値からの偏差を補正するのに必要なパワー（すなわち、その位置もしくは画素または位置もしくは画素の群に関するＣＤエラーを補正するのに必要なパワー）の量を含む。一実施形態では、基板シグネチャ補正マップは、各画素に対し、ウェーハ上の特定の箇所のところでレーザによって付与されることが必要な露光ドーズの値を含む。例えば、露光プロセスの二次調節の場合、基板シグネチャマップは、ナノメートル単位で表わされた画素または画素の群に関するＣＤエラーを含み、基板シグネチャ補正マップは、ミリジュールまたはミリジュール／ｃｍ²の単位でそれぞれ表わされた画素または画素の群に対するＣＤエラーを補正するのに必要な画素１つ当たりのエネルギーを含む。この実施例では、基板シグネチャマップを基板シグネチャ補正マップに変換するプロセスは、代表的にはフォトレジスト供給業者から入手できるフォトレジストまたは光科学露光パラメータに関する知識を必要とする。

基板シグネチャ補正マップを例えば当該技術分野において知られているように外部ＣＤメトロロジーシステムによって生成することができ、そして外部通信インターフェース５０１、例えばEthernet接続によりネットワーク接続を介して走査ビームシグネチャ補正コントローラ５５０内のメモリ５０４中にローディングするのが良い。変形例として、基板シグネチャマップを例えば外部ＣＤメトロロジーシステムからローディングして走査ビームシグネチャ補正コントローラ５５０によって基板シグネチャ補正マップに変換しても良い。各基板シグネチャ補正マップを実際の暴露の直前に、ウェーハ５１４が走査ビーム基板シグネチャ補正コントローラに提供されるときと同時にローディングするのが良い。図６の流れ図に示されている全てのエラー補正ステップは、好ましくは、システムの生産性に悪影響を及ぼさないよう迅速に実施される。変形例として、多くの２Ｄ基板シグネチャ補正マップまたは変形例として線形化および／またはエラー補正露光ファイル（以下において説明する）をメモリに記憶させるのが良く、すると、これらは、必要に応じて暴露待ち行列の状態に順序づけするよう利用できる。

外部センサインターフェース（入力）５０５は、レーザ５０９の出力パワーの定期的モニタリングを提供する光検出器センサへの接続を可能する。レーザは、経時的なパワー出力のゆっくりとしたドリフトを生じる場合があり、これは、露光ドーズ制御を損なう場合がある。レーザパワーのセンサ入力により、レーザパワーコントローラ５０６によるドリフト補整が基板露光中、正確なビームパワー制御を達成することができる。外部センサインターフェース５０５はまた、ウェーハ５１４の位置をモニタするセンサ、例えばカメラまたは光検出器（図示せず）への接続を可能にし、これらセンサは、ウェーハ位置エラーを測定する目的でウェーハ位置またはウェーハエッジ位置を検出する。ウェーハ位置エラーの補正を以下に説明するようにかつ図６に示すように提供することができる。

制御信号出力５２０は、レーザパワー制御ドライバ５０６に制御信号を送り、それによりレーザ５０９のパワーレベルを制御する。制御信号出力５２０はまた、制御信号をビーム位置ドライバに送り、このビーム位置ドライバは、スキャナ内のビーム偏向器のｘ方向およびｙ方向を制御する。特に、ビーム位置ドライバのＸ方向５０７は、スキャナ内のビームＸ偏向器５１１に送られ、ビーム位置ドライバのＹ方向５０８は、スキャナ内のビームＹ偏向器５１７に送られる。ビーム５１０がビーム偏向器５１１，５１２を横切った後、走査されたビーム５１３は、基板５１４に方向付けられる。レーザパワーを制御するレーザパワー制御ドライバ５０６は、レーザ製造業者によって必要とされる適当な入力（例えば、制御信号の電圧またはデューティサイクル）を提供することにより、または外部音響−光学変調器（ＡＯＭ）、例えば４０３（図４）を用いてレーザパワーを制御することによってこれをそのように行うことができる。ビーム偏向器５１１，５１２は、図４にそれぞれガルバノメータ４０９，４１０として示されている。ビーム偏向器およびレーザパワー制御装置を作動させるのに必要な関連エレクトロニクスおよびドライバは、当該技術分野において知られており、図４には示されていない。

本明細書において説明したシステムは、投影された像ではなく走査されたビームを用いるので、図３に示されている個々の画素は、システムが好ましくは、必要な露光ドーズをウェーハ５１４上の各所望のロケーションに与えることができる線形順序（線形化基板シグネチャ補正マップ）の状態に配列される。走査は、犂耕体走査とも呼ばれている「前後」走査または露光が一方向のみであり、レーザがターンオフされた状態でビームがウェーハの一方の側に迅速に戻される単一方向「フライバック（flay-back）」走査であるのが良い。走査はまた、ベクトル走査方式を用いることができ、この場合、ベクトル走査情報は、基板シグネチャ補正マップに記憶される。

図６を参照すると、ステップ６０１において、２Ｄ基板シグネチャマップまたは基板シグネチャ補正マップを走査ビーム基板シグネチャ補正コントローラ５５０中の記憶装置５０４中にローディングする。

オプションとしてのステップ６０２では、必要ならば、基板シグネチャマップまたは基板シグネチャ補正マップのフォーマットを走査ビーム基板シグネチャ補正コントローラ５５０によって必要とされるフォーマットに変換し、そして記憶装置５０４に記憶させる。例えば、走査ビーム基板シグネチャ補正コントローラ５５０によりマップがビットマップフォーマットの状態にあることが必要とされるが、ローディングされたマップが例えばＪＰＥＧフォーマットの状態にある場合、マップをＪＰＥＧフォーマットからビットマップフォーマットに変換する。

ステップ６０３において、基板シグネチャマップがステップ６０１でローディングされた場合、各画素位置について露光ドーズの値を決定することによって基板シグネチャ補正マップを生成し、この各画素位置は、基板シグネチャマップ中のその位置についてのＣＤエラーに対応し、この基板シグネチャマップは、この場合もまた、例えばフォトレジスト供給業者から入手できる情報に基づいているのが良い。この場合もまた、基板シグネチャマップは、微小寸法（ＣＤ）で提供されるのが良い。次に、観察したＣＤを標的ＣＤまで動かすために必要とされるＣＤに対する調整に比例した暴露ドーズを割り当てることによって所望の標的値からの偏差を表わすことができる。

ステップ６０４において、多くの時間的および空間的要因ならびに潜在的エラーを考慮に入れるのが良く、それによりエラー補正露光ファイルを生成する。これらは、幾つかのスキャナによって生じたビーム位置とウェーハ平面の交差部に関する幾何学的要因ならびにスキャナの様々な製造および制御方法に特有のビームスキャナパラメータの静的および動的非線形性エラーを含む。かかる走査エラーの用語は、様々な製造業者のスキャナ相互間で著しく異なる場合があり、外部刺激に対するビームスキャナの電子的および機械的応答時間によって生じる場合のある動的エラーを含む。好ましくは、これら遅延は、スキャナがビームパワーを制御する正確な時刻にウェーハ上の正確なロケーションの方に向くようにするために考慮される。

ここに列記したエラーは、観察可能であってエラー要因の完全なリストではないエラーの例である。追加のエラー補正を含めることができる。所望のロケーションからのレーザビーム位置の偏差を生じさせるエラー要因を捕捉して本明細書において説明する方法によって補正するのが良い。

ステップ６０５において、標的（代表的にはウェーハ）をチェックしてこれが正確に位置決めされるとともに差し向けられているかどうかを判定する。これは、当業者に良く知られているメトロロジー方法で実施できる。もしそうであれば、ステップ６１０において、基板シグネチャ補正マップを一実施形態においてｘ位置、ｙ位置ならびに走査した標的の各位置に関する所要のドーズから成る線形走査ファイルに変換する。

露光標的位置および／または向きが不正確であれば、レーザは、ドーズを間違ったウェーハロケーションに与えることになる。もしそうであれば、ステップ６０６において、エラーの通知をコントローラのオペレータに送り、あるいは、別法として、コントローラは、エラーを自動的に補正するのが良い。ステップ６０７において、例えば以下のオプション、すなわち、例えば（１）ウェーハを正確に再位置決めすること（ステップ６０８）、これは、例えば自動ローディングロボットを用いて達成できる、または（２）エラーを補正するために露光走査位置をソフトウェアでシフトさせるとともに／あるいは回転させることによってレーザビームを再位置決めすること（ステップ６０９）のうちの１つまたは２つ以上を用いて、不正確な位置／向きを補正するのが良い。補正の選択は、多数の要因、例えばシステム能力の詳細および生産性の要件で決まる。

ステップ６１０において、エラー補正２Ｄ基板シグネチャ補正マップを、採用した走査方式（例えば、フライバック、犂耕式またはベクトル走査方式）に従ってビームパワーおよびスキャナを駆動するとともに制御するのに必要な１Ｄ（線形化）走査ファイルに変換する。

ステップ６１１において、線形化走査ファイルに基づき、エラー補正かつ線形化ビーム位置の線形順序ならびにレーザビームエネルギー値をコントローラ５５０によってビームスキャナおよびレーザビームエネルギー制御のための電子ドライバに提供し、これら電子ドライバは、レーザビームの実際の位置決めを実施するとともにビームが所望のロケーションまで動いているときにビームのエネルギーまたはパワーを制御する。

全ての画素に所望の露光ドーズが与えられた後、システムは、プロセスの終了を信号で知らせまたは次の表面改質プロセスに進む。

当業者であれば理解されるように、本発明の同じ目的を依然として達成しながら本明細書において教示した技術および装置に対する多くの変形を行うことができる。かかる変形は、本発明の範囲に含まれる。したがって、本発明の実施形態の上述の説明は、本発明を限定するものではない。これとは異なり、本発明の実施形態に対する制限は、以下の特許請求の範囲に提供されている。

Claims (22)

1. 一次プロセスにより異なるときにパターニングされた基板を処理する方法であって、
   前記基板を基板ホルダ上に位置決めするステップと、
   光のビームを前記基板の表面を横切って走査するステップと、
   前記表面を横切って光ビームを走査しながら基板シグネチャに基づきロケーションによって前記光ビームの振幅を変化させるステップと、を含み、
   前記光ビームの前記基板への作用は、前記光ビームが前記表面を横切って走査するとき、前記一次プロセスにより異なるときにパターニングされた基板に、前記光ビームの前記振幅に基づいて二次的変化を起こさせる、方法。
2. 前記光のビームを前記基板の前記表面を横切って走査する前記ステップは、スピニング多面ミラー、走査ガルバノミラー、ＡＯＭビーム偏向器、ＥＯＭビーム偏向器、ＭＥＭＳ走査ミラーおよび／または圧電走査ミラーのうちの少なくとも１つにより実施される、請求項１記載の方法。
3. 基板シグネチャに基づきロケーションによって前記光ビームの振幅を変化させる前記ステップは、ＡＯＭ、ＥＯＭ、液晶変調器、またはＭＥＭＳ利用変調器により実施される、請求項１記載の方法。
4. 前記基板シグネチャは、前記基板に対応したエネルギーシグネチャに基づいている、請求項１記載の方法。
5. 前記基板シグネチャは、前記基板に対応した微小寸法（ＣＤ）シグネチャに基づいている、請求項１記載の方法。
6. 前記基板シグネチャは、前記基板に対応したリソグラフィック露光シグネチャに基づいている、請求項１記載の方法。
7. 前記基板シグネチャは、前記基板に対応した熱入力シグネチャに基づいている、請求項１記載の方法。
8. 前記光のビームは、ＣＷレーザ、Ｑスイッチレーザ、モード同期レーザによって生成される、請求項１記載の方法。
9. 基板シグネチャに基づきロケーションによって前記光ビームの振幅を変化させる前記ステップは、前記基板シグネチャに対応した基板シグネチャ補正マップに基づくロケーションによって前記光ビームの前記振幅を変化させるステップを含む、請求項１記載の方法。
10. 一次プロセスにより異なるときにパターニングされた基板を処理する方法であって、
    前記基板を基板ホルダ上に位置決めするステップと、
    基板シグネチャ補正マップをメモリ中にローディングするステップと、
    前記基板シグネチャ補正マップに基づいて前記基板の表面を横切って光ビームを走査しながら光ビームの振幅を変化させるステップと、を含み、
    前記光ビームの前記基板への作用は、前記光ビームが前記表面を横切って走査するとき、前記一次プロセスにより異なるときにパターニングされた基板に、前記光ビームの前記振幅に基づいて二次的変化を起こさせる、方法。
11. 前記基板シグネチャ補正マップに基づいて前記基板の表面を横切って光ビームを走査しながら光ビームの振幅を変化させる前記ステップは、
    線形化走査ファイルを前記基板シグネチャ補正マップから生成するステップと、
    前記線形化走査ファイルに基づいて前記基板の表面を横切って走査させる前記光のビームの前記振幅を変化させるステップと、を含む、請求項１０記載の方法。
12. 前記基板シグネチャ補正マップに基づいて前記基板の表面を横切って光ビームを走査しながら光ビームの振幅を変化させる前記ステップは、
    スキャナ特性およびスキャナ制御方法に基づいて前記基板シグネチャ補正マップからエラー補正露光ファイルを生成するステップと、
    前記エラー補正露光ファイルに基づいて前記基板の表面上に走査させる前記光ビームの前記振幅を変化させるステップと、を含む、請求項１０記載の方法。
13. 一次プロセスにより異なるときにパターニングされた基板を処理する装置であって、
    ビームを放出することができるレーザと、
    前記レーザによって放出されたビームを前記基板の表面を横切って走査させることができるビーム偏向器と、
    ビームパワーまたはエネルギー制御ドライバと、
    ビームパワーまたはエネルギー制御情報および前記基板中の複数の箇所に関するビーム位置情報を含む基板シグネチャ補正マップと、
    コントローラと、を有し、前記コントローラは、前記基板シグネチャ補正マップ中のビームパワーまたはエネルギー制御情報を前記ビームパワーまたはエネルギー制御ドライバに出力するとともに前記基板シグネチャ補正マップ中の前記ビーム位置情報を前記ビーム偏向器に出力し、前記ビーム偏向器は前記基板の前記表面を横切ってビームを順に走査させ表面を横切ってビームを走査させながら、一次プロセスにより異なるときにパターニングされた前記基板に二次的変化を起こさせる、装置。
14. 前記コントローラは、
    ディジタルプロセッサと、
    前記基板シグネチャ補正マップを受け取ることができる外部通信インターフェースと、
    前記基板シグネチャ補正マップを記憶することができる記憶装置と、
    前記ビームエネルギーまたはパワー制御情報および前記ビーム位置情報を出力することができる制御信号出力と、を有する、請求項１３記載の装置。
15. 前記ビームを前記基板にフォーカスさせるために、前記ビーム偏向器と前記基板の間にレンズを必要としない、請求項１３記載の装置。
16. 前記光ビームを前記基板の表面にフォーカスさせるためにレンズを必要としない、請求項１記載の方法。
17. 前記光ビームを前記基板の表面にフォーカスさせるためにレンズを必要としない、請求項１０記載の方法。
18. さらに、基板シグネチャ補正マップをメモリにロードするステップを有し、
    前記基板の表面を横切って光ビームを走査しながら基板シグネチャに基づき前記光ビームの振幅を変化させる前記ステップが、
    前記基板シグネチャ補正マップから線形走査ファイルを生成するステップと、
    前記線形走査ファイルに基づいて、前記基板の表面を横切って走査する光ビームの振幅を変化させるステップと、を含む、請求項１記載の方法。
19. 前記コントローラは、更に、前記基板シグネチャ補正マップから線形化走査ファイルを生成し、前記線形化走査ファイルに基づいて前記基板の前記表面を横切って走査する光ビームの振幅を変化させることにより、前記基板シグネチャ補正マップ内のビームパワー又はエネルギー制御情報を出力するように構成されている、請求項１３記載の装置。
20. 前記コントローラは、更に、ビームパワー又はエネルギー制御情報、及び／又はビーム位置情報を調整するために使用されるエラー補正露光ファイルを生成するように構成されている、請求項１３記載の装置。
21. 前記ビームは、ＣＷレーザ、Ｑスイッチレーザ、又はモード同期レーザによって生成される、請求項１０記載の方法。
22. 前記レーザは、ＣＷレーザ、Ｑスイッチレーザ、又はモード同期レーザである、請求項１３記載の装置。

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