JP4495898B2 - Improved pattern generator - Google Patents
Improved pattern generator Download PDFInfo
- Publication number
- JP4495898B2 JP4495898B2 JP2002102101A JP2002102101A JP4495898B2 JP 4495898 B2 JP4495898 B2 JP 4495898B2 JP 2002102101 A JP2002102101 A JP 2002102101A JP 2002102101 A JP2002102101 A JP 2002102101A JP 4495898 B2 JP4495898 B2 JP 4495898B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- slm
- pattern
- modulator
- light
- rotating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70216—Mask projection systems
- G03F7/70283—Mask effects on the imaging process
- G03F7/70291—Addressable masks, e.g. spatial light modulators [SLMs], digital micro-mirror devices [DMDs] or liquid crystal display [LCD] patterning devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置および表示装置用フォトマスク(photomasks)などの感光面の極めて高精度なパターン印刷に関するものである。さらに、本発明は、半導体装置パターン、表示パネル、一体型光学装置、および電子配線構造体の直接書込み動作に関するものである。さらに、セキュリティ・プリンティング(証券印刷)などの、他の種類の高精度印刷に利用することも可能である。用語の「印刷(printing)」は、広い意味で理解すべきものであり、フォトレジストや写真用感光乳剤の露光を意味するだけでなく、光または熱によって活性化する融蝕または化学処理による、乾式処理紙などの他の感光媒体上での光作用も意味するものとする。光は、平均的な可視光線に限定されず、赤外線(IR)から超紫外線までの広い範囲の波長を含んでいる。特に重要なのは、370nm(UV)から、深紫外線(DUV)、真空紫外線(VUV)、および超紫外線(EUV)を通過して、数ナノメートルの波長に至る紫外線範囲である。EUVは、本願において、100nmからその放射を光として扱うことが可能な下限までの範囲として定義される。EUVの通常の波長は13nmである。IRは、780nm〜約20μmとして定義される。
【0002】
別の意味において、本発明は、空間光変調装置と、そのような変調装置を用いる投射型表示装置および投射型プリンタの技術ならびに科学研究法に関するものである。特に、本発明は、グレースケール特性、焦点や画像の均一化による画像の安定性、およびアナログ変調技術を利用したこのような変調装置のためのデータ処理を改善する。アナログ変調の最も重要な用途は、アドレス・グリッド(address grid)(例えば、パターンのエッジ位置を特定するような、すなわち、空間光変調装置の画素によって生成されるグリッドよりもはるかに微細な増分)を備えたフォトレジストのようなコントラストの強い素材への画像の生成である。
【0003】
【従来の技術】
最新の技術では、マイクロミラー型(ネルソン 1988年、クック 1990年)のマイクロミラー空間光変調装置(SLM)の投射を用いた高精度パターン・ジェネレータを構成することが周知である。パターン・ジェネレータにおけるSLMの使用は、走査レーザ・スポットを使用する、より広く知られた方法に比べて多くの利点がある。即ち、SLMは、大規模並列処理装置であり、1秒当たりに書き込める画素数は極めて多い。この光学システムは、SLMの照射が非限界的であるという点でより簡素化されているのに対し、レーザ・スキャナでは、ビーム路全体を高精度で構築しなければならない。数種類のスキャナ(特に電気光学および音響光学スキャナ)と比較して、マイクロミラーSLMが完全に反射装置であることから、マイクロミラーSLMはより短い波長で使用することができる。
【0004】
上記2つの引用文献において、空間光変調装置は、各画素ごとにオン/オフ変調だけを使用している。入力データは、1ビットの深度、例えば、各画素ごとに0および1の値を有する画素マップに変換される。この変換は、図形プロセッサ(即ち、処理装置)や、領域充填指令(area fill instructions)を有するカスタム論理制御回路を使用して、効果的に行なうことが可能である。
【0005】
同じ発明者のサンドストロン(サンドストロン他、1990)による先の出願では、パターン素子の境界に中間露光指数を使用して、レーザ・スキャナで作成された画像の該素子のエッジ位置を微調整できることが記載されている。
【0006】
時間を変化させながらSLMにより画素をオンにしたり、あるいは、同じ画素を数回印刷することにより、画素を様々な回数オンにすることによって、好ましくはビデオ画像の投射表示および印刷用にグレースケール画像を生成することも当業界では周知である。本発明は、特に、超高精度パターンの生成を目的とする、空間光変調装置を備えた直接グレースケール・ジェネレータ用のシステムを提供する。好適実施例の重要な特徴は、画素単位の画像の均一性と、焦点変化時(意図的あるいは不慮のいずれかを問わず)のSLMの画素に対するフィーチャー(feature)の正確な配置に関する独立性と安定性である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、高精度パターンの印刷を行なう改良型パターン・ジェネレータを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この目的は、SLMの画素のアナログ変調を行なう添付クレームに示された装置によって達成される。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明は、SLMを有する総称的な投射型プリンタを示す図1の全体的配置に基づき理解できる。反射に基づく空間光変調装置は、偏向型(ネルソン)と位相型(クック)の2種類に分類される。マイクロミラーを備えた特別の例において両者の違いは小さいように見えるが、位相型SLMは、破壊的干渉(destructive interference)によって反射方向にビームを放射するのに対して、偏向型SLMでは、画素によって、正反射(specular beam)ビームが幾何学的に片側に偏向され、図1に示すように、結像レンズの開口部を逸脱する。最新の発明により実行される超高精度印刷の場合、クックによって1990年に開示された位相変調システムは、偏向型よりも優れている。第一に、表面の全部品(ヒンジおよび支柱も含む)が破壊的干渉に関与し、全体的な吸光が実現可能なことから、良好なコントラストが得られる。第二に、光を片側に偏向させることによって機能するシステムは、中間偏角地点で光軸に対して対称性を得ることが困難であり、焦点が変化したときに、フィーチャーが不安定になる危険が生じる。好適な実施例では、位相型が使用されているが、非対称の偏向型を囲むように収容あるいは設計すれば、使用することも可能である。図4a〜gにこの状態が概略的に示されている。最初の図4aでは、非偏向マイクロミラー401が照射されており、反射光は、開口402の方向に向けられず、したがって、光は、基板403に到達していない。一方、図4bでは、ミラーが完全に偏向され、全反射光が、開口部方向に向けられる。中間の位置では、反射光の一部だけが、図4cに示されている基板に達する。ただし、この場合、光は、レンズ404の光軸に対して対称にならず、基板に斜めに入射する。これにより、レンズと基板領域との間の距離が極めて重要なものとなり、領域の破線位置で示されるような若干の変更によって、基板上のフィーチャーが大幅にずれることになる。この問題を解決する方法は、図4d〜fによって示されている。ここでは、最初の露光がマイクロミラーの第1偏角で行なわれ、その後、好ましくは同じ光線量で、第2の露光が第2の偏角に対して行なわれ、第1の角度を補足する。これにより、第1の露光と第2の露光を組み合わせたものが、レンズの光軸に対して対称となる。この課題を解決する別の方法として、図4gに示すような変形ミラー401′を使用して、反射光を開口部全面に均一に分布させる方法がある。この最後の図では、概ね(後述する)位相型SLMまたは偏向型SLMの2つの例を示すことができるが、その場合、光はミラーの異なる部分から反射する。
【0010】
位相型SLMは、ミクロ機械加工ミラー、いわゆるマイクロミラー、あるいは、電気信号を使用して変形が可能な支持体上の連続するミラー面により形成可能である。クックにより1990年に開示された発明では、静電界によって制御される粘弾性層が使用されているが、特に、数ナノメートルほどの変形で充分な極めて短い波長に対して、電界または、別の、電気的、電磁的、または熱的に制御される反射面によって変形される圧電固体ディスクを使用することも同様に可能である。本書の残りの部分では、静電気により制御可能なマイクロミラー・マトリクス(1次元または2次元)が想定されているが、前記の通り、変調機構としてのLCDクリスタル素材または電気光学素材に依存した透過または反射型SLMや、圧電または電気歪動作を利用したミクロ機械加工型SLMなど、他の構成も可能である。
【0011】
本発明では、位相変調が可変であることにより、投光用レンズのひとみに達する光の量が可変になることを特徴とするマイクロミラーを使用することが好ましい。図2a〜hでは、数個の多重素子から成るミラーをいくつか示しているが、各ミラーの多様な部分の傾斜は重要ではない。実際に、ある素子によって光がレンズ方向に向けられる一方で、別の素子により、光がレンズのひとみの外部に向けられている。この機能を正しく理解する方法として、ミラーの各極小領域素子からレンズのひとみの中心に達する複素振幅を調べ、ミラー全体の振幅を積分する方法がある。ミラーを適正な形状にして、複素振幅の合計がゼロに近くなるように変形することが可能であり、これによって、レンズのひとみに達する光は全くなくなる。これがマイクロミラーのオフ状態であり、ミラー面が平坦であって複素振幅が位相を含むような緩和された状態がオン状態である。オン状態とオフ状態の間では、反射方向の光量が、変形に関して連続的ではあるが非線形的な関数となる。
【0012】
書き込まれるパターンは、通常、ガラス基板上にクロムで書かれたフォトマスク・パターンなどの2値パターンである。この場合、2値とは、中間領域が全くないことを意味しており、フォトマスク面のある一定の点は、黒(クロムで覆われている)か白(クロムなし)である。このパターンは、SLMからの投影画像によりフォトレジストで露光され、このフォトレジストが現像される。現代のレジストは、コントラストが強く、このことは、露光にわずかな比率の変化が生じた場合に、現像剤でレジストを完全に除去したときと、ほとんど除去したときとでは、差が生じることを意味している。したがって、空中の画像が白から黒へ徐々に推移しても、フォトレジストは、通常、支持体表面に対してほとんど垂直なエッジを有している。クロム・エッチングを行なった場合、さらに、コントラストが強くなり、その結果得られる画像は完全に2値的であり、中間領域が全くない黒または白のいずれかに分けられる。
【0013】
入力データは、デジタル形式で、表面に書き込まれるパターンの幾向学的形状寸法を表している。入力データは、極小アドレス単位、例えば、1ナノメートルで与えられることが多いが、SLMの画素をオンまたはオフのいずれかに設定した場合、はるかにきめの粗いパターンができる。SLMの画素を画像の0.1μmの画素に投影する場合、1本の線は、整数個の画素分の幅(n*0.1μm。ただし、nは整数とする)しか有することができない。最近まで0.1μmのアドレス・グリッドで充分ではあったが、いわゆる光学近似補正(OPC)の出現により、1〜5ナノメートルのグリッドが望まれている。OPCでは、マスクの使用時に、マスクのフィーチャーの寸法をわずかに修正して、予想される光画像誤差を補償する。一例として、4本の平行線による0.8μm幅のマスクが最新の4Xリダクション・ステッパ(半導体ウェハ用投射型プリンタ)に印刷される場合、通常、同じ幅に印刷しようとしても、0.187、0.200、0.200および0.187μm幅の線として印刷される。このことは、画像形成のシミュレーションによって予想することができ、マスクのユーザは、OPCを用いて、マスクを補償する。したがって、0.800μmにする代わりに、マスクの最初と最後の線を、4*0.213=0.852μmにしたいと考える。0.1μmのアドレス・グリッドでは、訂正不可能であるが、5nmまたはそれよりも細いアドレス・グリッドの場合、訂正が可能である。
【0014】
図5では、SLMのデータを提供する方法が、フローチャートで示されている。第1ステップのS1では、個別のパターン・フィールドに書き込まれるパターンのパターン・データを分割する。このパターン・データは、デジタル形式で受信されることが好ましい。その後、ステップS2において、各フィールドがラスタライズ化(rasterised)されることにより、異なる露光指数が割り当てられる。次に、ステップS3において、これらの値を非線形的応答が得られるように修正し、ステップS4で、画素単位の変形が行なわれる。最後に、画素値が駆動信号に変換され、SLMに送信される。
【0015】
本発明は、オフ状態とオン状態との間の中間値を使用して、きめの細かいアドレス・グリッド(例えば、画素寸法の1/15、1/25、1/50)を生成することが好ましい。印刷されたフィーチャーは、オン状態の画素から成るが、エッジに沿って、中間値に設定された画素が形成される。これは、オンおよびオフ電圧以外の電圧により画素を駆動することにより行なわれる。カスケード式非線形効果がいくつか存在することから(エッジ位置と境界線上の画素の露光、露光と変形、変形と電界)、入力データから電界への非線形的な変換が必要である。さらに、この変換は、実証的に等時間間隔で校正される。
【0016】
図3は、ピストンのように上下移動することにより、位相差を生成する画素の配列を示している。この図では、画素をどのように制御して、このインセット(差込板)で反射率を生成するのか示している。明るい領域は、位相0の画素を有しているのに対し、暗い領域は、+90度と−90度の位相が交互にくる画素によって生成されている。明るい領域と暗い領域の間にある斜めの境界線は、中間値の位相によって生成されている。これは、エッジが位相型SLMによってどのように微細位置付けされるかを示している。ただし、中間値を有する他の種類のSLMも同様に使用できる。中間値の位相SLMによる結像特性は複雑であり、図3でエッジが移動する明確さからはほど遠い。しかしながら、本発明者による膨大な理論に基づく計算および実験によって、記載された効果が実際にあることが証明されている。
【0017】
さらに微細なアドレス・グリッドを生成するためには、図3に示すように、パターン・フィーチャーの中に1種類の画素マップを、また、フィーチャーの外に別の種類の画素マップを、さらに、境界線上に中間画素マップを生成するように、電子処理システムを作製し直す。ただし、境界線上の中間画素マップは、この加工品上に投影されるSLMの画素よりも微細なグリッド内の境界線の配置にしたがって生成される。SLMおよび投射系は、フィーチャー内部の1露光レベル、フィーチャー間の別の露光レベル、および境界線上の中間露光レベルを生成する。中間露光レベルは、SLMの機能によって生成され、複数の状態に変調される。駆動信号による反応から境界線の実際の配置までの特徴づけがなされた後、補正が施される。測定は実証的に行なわれ、校正関数がコンピュータで計算された後、データ処理および搬送システムに記憶される。
【0018】
アドレス・レゾリューション(address resolution)をさらに改善するためには、露光フィールドを、SLMの座標系に対して平行でない方向(通常45度)に繋ぎ合わせる(stitching together)ように、ステージとSLMを作製し直す。特に、ステージまたは光学システムの連続した動きは、SLMに平行でない方向(通常、SLMの座標系から45度)に発生する。非直角な軸を持つSLMを有することも可能であるが、その場合、動作方向に対して平行な軸を一切持たない方が有利である。さらに、マトリクス自体のライン誤差というSLMの列および行ドライバ(drivers)の不完全性によって生じるライン誤差を少なくするためには、行および列のラインをステッチング(stitching)方向に対して一定の角度(例えば、繋ぎ合わされたフィールドの各中心間のベクトル)にした方が効果的である。
また、組み合わされた露光に単一の露光では得られない中間値ができるように、修正データを有する少なくとも2つの露光を重ね合わせることにより、さらに精緻なアドレス・グリッドが作成される。
【0019】
(位相型SLMの設計)
従来技術で使用されているような図2cに示すクローバー型ミラーは、オン状態とオフ状態の間の中間状態にすることが可能である。しかし、積分複素振幅が偏向関数として作図された場合、完全に0になることは決してなく、0の周りに複数の円を描くことから、位相角が変化する非ゼロの最低反射率を有することが理解される。この状態は、図7の線701によって概略的に示されている。ただし、703は、一定の変形値に対する位置を示し、ψは、関連する位相角を示すものとする。中間状態に設定された数個の画素を有する画像を綿密に分析すると、エッジ画素の積分位相角がゼロでない場合、最終的な画像のエッジ位置が、焦点に到るまで安定していないことが明らかである。これは、図4a〜gに示される反射効果に類似した回折効果によるものである。本発明の好適な実施例では、旋回素子を有する新型の画素を使用している。このような素子に関する複数の例が、図2e〜hに示されている。各素子が旋回すると、片方の端部が光源方向に移動し、もう片方の端部が別の方向を向くことから、ゼロに近い平均的位相が維持される。この状態は、図7の破線702によって概略的に示されている。さらに、このクローバー形設計には、製造中に残留内部応力が発生するという問題がある。この応力は、印加された電場を利用しなくても、部分的な変形を発生させる傾向がある。この内部変形は、製造中の不完全性によることから、すべての画素で全く同様に発生するとは限らない。クローバー形設計では、この画素ごとの相違によって、反射率の一次的偏差が生じる。旋回素子により形成された画素セルによっても同様の結果が得られるが、さらに、二次的な効果が発生する。したがって、投射像において均一性が向上する。
【0020】
パターンの異なる位置および/または異なる向きのエッジに対し、投射系の開口絞りにおいて対称性が得られるように、変調素子の設計と露光方法を作製し直す。画素グリッドに対して異なる位置に配置されたエッジ間に特有の非対称性は、パターンに対する画素グリッドの異なる位置に配置された少なくとも2つの画像を重ね合わせることにより、緩和することができる。
【0021】
偏向型SLMの場合、対称性は、開口絞りの輝度分布と関連性がある。開口絞りの中心に対して対称的に光を偏向させる変調素子を有していることが最も好ましいが、もしくは、偏向が補充された露光を重ね合わせることが対称性を得るために使用される。可変偏向変調素子により、エッジの画素における偏向と該エッジとの間に一定の幾何学的な関係を作り出すことができる。例えば、画素をエッジに対して垂直な方向に、かつフィーチャーの内部方向に向けることができる。
【0022】
回折型SLMを使用して、対向する位相マップ(opposite phase maps)を有する露光を重ね合わせることにより、対称性が得られる。複素振幅がSLMのどの部分でも実数であれば、対称性を維持することができ、−1〜1の範囲内の値で必ず実数となる積分複素振幅で画素を設計することが可能である。多くの場合、−0.5〜1の範囲内の振幅で充分である。以上は、図2e、2f、2g、2hの正方形の旋回マイクロミラー素子による例である。
【0023】
小さい負の振幅を使用して背景領域の印刷を行なう方法により、解像度を上げることができる。さらに複雑な方式により、隣接する画素の各グループを画像内で組み合わせ、結像システムによってフィルタがかけられた後、所望の実際の振幅を実現することが可能である。
【0024】
対称性を保持するためには、少なくとも2倍(2−fold)の対称性、好ましくは、4倍の対称性を有している方が有利である。対称性は、複数の重ね合わされた露光によって固有の回転対称性を持たない画素に対して実現可能である。さらに、画素設計または露光により、制御された実際の振幅を与えるシーケンスにより、解像度を高めるのに使用することができる。黒い線は、対向する位相を有する領域間に配置された場合、特にコントラストが強くなり、フィーチャーのエッジは、フィーチャー内の隣接する画素をさらに高い正の振幅にするか、外部の隣接する画素を負の振幅にすることにより、改善することができる。
【0025】
(画像の高画質化)
旋回設計には第3の利点がある。クローバー形は、完全な吸光には至らないが、旋回型セルは、より簡単に、完全な吸光を実現する幾向学的形状寸法が得られ、あるいは、ゼロを通過して、非ゼロのわずかな反射に戻ることもあり、その場合は逆位相になる。吸光が良好に行なわれることによって、重なり合った露光を印刷する自由度が大きくなり、低い負の値702を設計することにより、吸光に近いさらに良好な線形性が実現できる。暗い領域において約5%の弱い露光で逆相にした印刷では、15〜30%の高いエッジ鮮明さが得られ、一定のレンズを使用して、より小型のフィーチャーを印刷することができる。これは、半導体業界で利用されている、いわゆる、減衰移相マスク(attenuating phase-shifting mask)によく似ている。エッジ鮮明さを高める関連方法として、フィーチャー内部の画素に低い値を設定し、エッジ付近の画素に高い値を設定する方法がある。これにより、現在のマスクからのパターン投影や、ネルソンおよびクックによる投射法を使用することでは不可能な新型の画像高画質化が実現できる。背景に非ゼロの負の振幅を使用しエッジに沿って露光を強くすることは、エッジ画素を中間値にして微細なアドレス・グリッドを生成することと矛盾しない。これは、それぞれの効果が付加的、あるいは、少なくとも計算可能なことによるものである。また、画素が印刷されるフィーチャーよりも実質的に小さい場合、すべての効果が同時に得られるような画素値の組み合わせがある。これらの画素を検出するためには、微細なアドレス・グリッドを生成するだけでなく、さらに、コンピュータによる計算が必要になるが、本発明の一部の利用法においては、より小さいフィーチャーの印刷ができれば、多大な努力に見合うだけの高い値が得られる。
【0026】
粘弾性層上の連続したミラーの場合、ゼロに対する平均的位相の固有平衡が存在する。シミュレーションにより、フィーチャー・エッジの微細な位置決めに中間値を当てはめることにより、連続したミラーが形成されることが示されている。ただし、非線形性は、マイクロミラーを使用したときよりも低い。充分に機能する方法がないとすると、最小のフィーチャーは、マイクロミラーを使用したときよりも大きくなければならず、例えば、分解された1フィーチャー素子当たりのアドレス指定された画素の数がより多くなくてはならない。その結果、SLM装置は大型となり、一定のパターンに対するデータ量が大きくなる。したがって、第1および第2実施例において、マイクロミラーを選択している。
【0027】
本発明では、投光用レンズのひとみに対称的な照射を与えることと、画像が回転に対して反応しないという2つの理由から、回転対称性変形(少なくとも、2倍の対称性であり、好適な実施例では、4倍の対称性)が施された画素が使用されている。後者の理由は、半導体ウェハ上のランダムな論理パターンを印刷するうえで重要である。x軸−y軸に対して非対称性が存在すれば、x軸に沿って配置された各トランジスタは、y軸に沿って配置されたものと異なった遅延を伴う。そのような回路は誤作動することがあり、または、より遅いクロック速度でしか使用できなくなる。x軸とy軸間の焦点および対称性による画像の不変性に関するこの2つの要件により、光学系で対称性を生成および維持することが極めて重要になる。対称性は、もともと備えていてもよく、あるいは、相補的非対称性を有する複数の露光を使用するなど、非対称性を意図的に均衡化することによって生成し得る。ただし、複数の露光は、スループットの低下につながることから、初めから対称的なレイアウトを有していることが極めて好ましい。
【0028】
【実施例】
(好適な実施例)
第1の好適な実施例は、2048×512マイクロミラーから成るSLMを使用したフォトマスクの深紫外線パターン・ジェネレータである。光源は、248ナノメートルのパルス出力と、約10nsのパルス長と、500Hzの反復度を有するKrFエキシマ・レーザである。また、SLMは、90%を上回る光を反射するアルミニウム面を有している。SLMは、ビーム・スクランブリング・イルミネータ(beam-scrambling illumimator)を通じてレーザにより照射され、反射光は、投光用レンズ方向に向けられるとともに、さらに、感光面に向けられる。イルミネータからの入射ビームとレンズへの既存ビームは、半透明のビーム・スプリッタ・ミラーによって分離される。好ましくは、このミラーは偏光選択型であり、イルミネータは偏光を使用し、その偏光方向は、SLMの正面にある1/4波長板によって切り換えられる。高い開口数(NA)でx軸およびy軸に対して対称であるためには、画像は対称に偏光されなければならず、ビーム・スプリッタと投光用レンズの間にある第2の1/4波長板が円形に偏光した画像を生成する。レーザ・パルスのエネルギーによって可能な場合のさらに簡単な構成は、非偏光ビーム・スプリッタを使用することによって実現できる。ビーム・スプリッタの第2の通過後も、1/4波長板は、なお利点を有しているが、それは、該プレートによって、ビーム・スプリット・コーティング(beam-splitting coating)の設計が影響を受けにくくなるためである。全体の最も簡単な構成は、SLMにおける斜めの入射を利用して、イルミネータからのビームと投光用レンズに達するビームが、図1に示されるように、幾何学的に離したものである。
【0029】
マイクロミラーの画素は20×20μmであり、投光用レンズは200Xの縮小変倍率を有することにより、SLMの画素を画像の0.1μmに対応させる。レンズは、0.8の開口数(NA)を有するモノクロームのDUVレンズであり、ポイント・スプレッド関数(point spread function)が、0.17μmFWHM(半値全幅)となる。良質で書き込み可能な最小ラインは、0.25μmである。
【0030】
加工品、例えば、フォトマスクが、レンズ下の干渉計制御ステージと、フラッシュを生成するレーザへの干渉計論理信号によって移動される。フラッシュがわずか10nsであることから、ステージの移動は、露光の間は行なわれず、SLMの画像は、204.8×51.2μmの大きさに印刷される。2ミリ秒後に、ステージは、51.2μmだけ移動し、新たなフラッシュが放射され、SLMの新規画像が、エッジから最初の画像のエッジまで印刷される。露光と露光の間に、データ入力システムは、新規画像をSLMにロードして、より大きいパターンが、繋ぎ合わされたフラッシュによって形成されるようにする。1列が完全に書き込まれると、ステージは、垂直方向に進み、新規の行が開始する。どのような寸法のパターンも書き込めるが、第1の好適な実施例では、通常、125×125mmのパターンを書き込んでいる。この寸法のパターンを書き込むには、50分に加え、連続した列の間の移動時間がかかることになる。
【0031】
各画素は、25レベル(+ゼロ)に制御できることから、0.1μmの画素を補間して、それぞれ4ナノメートルを成す25増分する。データ変換は、パターンを幾向学的に指定し、オン、オフ、または中間値に設定された画素を使用して、データをマップに変換する。データ経路は、1秒当たり2048*512*500語のデータ、実際には、1秒当たり524メガバイトの画素データをSLMに供給しなければならない。好適な実施例では、書き込み可能領域は、最大230×230mmであり、1列に最大230/0.0512=4500フラッシュまで可能であり、この列は、450/500=9秒で書き込まれる。1列に必要な画素データ量は、9×524=4800Mbである。転送されバッファに収められるデータの量を少なくするために、圧縮形式が用いられる。この形式は、1990年のサンドストロン他による発明とよく似ているが、一定の長さと値を有するセグメントの代わりに、画素マップが圧縮される点が異なっている。実現性のある代替例として、画素マップを直接生成し、圧縮および解凍用の市販のハードウェア・プロセッサを使用して、転送ならびにバッファに収められるデータ量を減少させる方法がある。
【0032】
しかし、マスク全体のデータ量は、たとえ圧縮しても、ディスク上に予め分割されたデータを記憶しておくには、かなり膨大な量となっており、画素データを使用時に生成しなければならない。1アレイのプロセッサは、圧縮形式への変換と並行して画像をラスタライズ化するとともに、この圧縮データを、SLMに画素データを供給する拡張(expander)回路に転送する。好適な実施例において、プロセッサは、画像の異なる部分もラスタライズ化し、その結果をバッファリングした後に、拡張回路の入力バッファに送信する。
【0033】
(第2の好適な実施例)
第2の好適な実施例において、レーザは、193nmの波長と500Hzパルスの周波数を有するArFエキシマ・レーザである。SLMは、20*20μmの3072×1024画素を有しており、レンズは、0.06μmの投影画素を与える333Xの縮小変倍率を有している。また、60個の中間値があり、アドレス・グリッドは、1ナノメートルである。ポイント・スプレッド関数は、0.13μmであり、最小ラインは0.2μmである。データ・フローは、1572メガバイト/秒であり、230mm長さの1列のデータは、11.8Gbである。
【0034】
第3の好適な実施例は、画素マトリクスが45度回転し、画素グリッドが84μmであることにより、投影された画素がx軸およびy軸に沿って0.06μmの間隔があけられていることを除いては、第2の好適な実施例と同じである。レーザは、ArFエキシマ・レーザであり、レンズは、240の縮小変倍率である。マトリクスが回転されていることから、マトリクスの画素密度は、減少し、データ量は、第2の好適な実施例の半分となるが、アドレス・レゾリューションは同じである。
【0035】
(レーザのフラッシュ対フラッシュ偏差)
エキシマ・レーザには2つの不利な特性、つまり、フラッシュ対フラッシュの5%のエネルギー偏差と、フラッシュ対フラッシュの100nsの時間的変動がある。好適な実施例では、いずれも同じ方法によって補償されている。最初の露光は、90%の倍率での全体のパターンにより形成されている。実際のフラッシュのエネルギーと各フラッシュの時間位置が記録される。第2の露光は、公称10%の露光によって形成され、アナログ変調により、第1露光の実際の値しだいでは、第2の露光を5〜15%にする。同様に、第2の露光において意図的に時間を相殺することにより、第1の露光の時間的変動を補正できる。第2の露光は、第1の露光で生じた誤差を完全に補償できるが、それ自体が同じ種類の新たな誤差を発生する。露光全体の平均がわずか10%であることから、両者の誤差は、10だけ事実上減少する。実際に、レーザは、100nsよりもはるかに大きい時間的な不確定性を有している。この不確定性は、光のパルスが、トリガ・パルスからの遅延にしたがって発生し、この遅延が、時折、数マイクロ秒分、変化することによるものである。短時間の間に、遅延はより安定することから、継続的に遅延を測定し、好ましくはフィルタリングした最終遅延値を使用して、次のパルス遅延を予測するとともに、トリガ・パルスの位置付けを行なう。
【0036】
同様に、ステージ誤差が記録され、ステージが第2の露光における補償動作により駆動された場合、ステージの不完全性を補正することも可能である。測定可能な配置誤差があれば、原則として、部分的または完全に上記のように補正することができる。第2の露光中に計算されたポイントにステージを移動させる高速サーボを備えていることが必要である。従来技術では、SLM自体をストロークが小さく応答時間の短いステージに搭載し、画像の精密な位置付けに使用する方法が周知である。別の同様に有効な方式は、SLMと画像面との間の光学系において圧電制御を備えたミラーを使用する方法があり、両者のいずれを選択するかは、実際の状況を考慮して行なう。さらに、また、露光フィールドのデータに対して偏倚した位置を付け加えて、画像を横に移動させることも可能である。
【0037】
第2の露光は、レーザおよびSLM間の減衰フィルタを使用して実行し、公称露光の0〜15%以内で、SLMのダイナミック・レンジを完全に使用できるようにすることが好ましい。25個の中間レベルにより、15%*1/25=0.6%の段階で露光を調整することができる。
【0038】
応答は、製造上の不完全性によって画素ごとに若干異なり、また、経時変化が原因となってこのような違いが生じることもある。その結果、画像が不均質になるという不都合が生じる。画像に求められている条件が極めて高いことから、ルックアップ・メモリーに記憶されている画素の逆応答性による増大によって、全画素を補正しなければならないこともある。また、各画素ごとに、2、3、またはそれ以上の項を有する多項式を使用することがさらに好ましい。これは、SLMを駆動する論理回路に基づくハードウェアで実行可能である。
【0039】
さらに複雑で好適な実施例では、補正をいくつか組み合わせることにより、第2の補正露光を行なう。フラッシュ対フラッシュの偏差、フラッシュの時間的変動、さらに、周知の画素間の応答の違いなどもその対象となる。補正が小さい限り、即ち、各補正ごとに数パーセントである限り、ほぼ線形的に追加されていくことから、補正がそのまま加えられ、SLMに適用される。その合計は、該当する画素において、所望の照射線量の値により乗算される。
【0040】
(代替光源)
エキシマ・レーザは、レーザの波長と種類に依存した500〜1000Hzの限定的なパルス繰返し周波数(prf)を有している。そのため、x軸およびy軸の両方において、エッジをステッチングした大型のフィールドが使用されている。他の2つの好適な実施例では、SLMがprfがはるかに高いパルス・レーザ、例えば、Qスイッチ・アップコンバート固体レーザや、SLMの表面上で走査された連続レーザ源から照射されることにより、SLMのある部分が新規データで書き換えられる一方で、別の部分が印刷される。どちらの場合も、レーザのコヒーレンス特性がエキシマ・レーザとは異なっており、例えば、異なる光路長を有する複数の平行な光路などの、より大規模なビーム・スクランブリングおよびコヒーレンス制御が必要である。本発明の一部の手段では、フラッシュ・ランプからの光の出力が充分であり、光源として使用可能である。その利点として、低コストであり、コヒーレンス特性が優れていることがあげられる。
【0041】
走査により照射を行なう好適な実施例では、2つの問題点が解決できる。一つは、時間およびエネルギー面でのパルス対パルス偏差の問題であり、これは、好ましくは音響光学または電気光学などの電気光学スキャナーの使用による完全な制御のもとで走査が行なわれることによるものであり、多くの連続したレーザを使用した方が、パルス・レーザを使用したときよりも電力の変動が少ないためである。さらに、連続型レーザを使用すると、異なる波長の選択が可能であり、連続型レーザは、パルス・レーザに比べて目に対する危険性が少ない。しかし、最も重要な点は、走査が非限界的であり、100kHz以上の反復度で実行可能なことから、わずか数行のマトリクスで、はるかに高いデータ速度に達することが可能な点である。照射ビームの走査は、極めて均一な照射を生成する方法でもあり、他のやり方では困難である。
一部の実施例では、光源としてのフラッシュ・ランプを使用することができ、便利な方法である。
【0042】
(EUV)
EUVの光源は、粒子加速装置、磁気プラズマ・ピンチ・マシンからの放射、または、高電力レーザ・パルスを伴う極端な温度に若干重要な加熱によるものである。いずれの場合も、放射はパルス振動している。EUV放射は、真空のみで伝搬し、反射光学機械でしか焦点を合わせることができない。SLMを使用する代表的なパターン・ジェネレータは、光パワーのさほど高くない要件である、小さい露光フィールドを有している。したがって、光学系の設計は、EUVステッパに比べて緩やかであることから、より多くのミラーを使用でき、ステッパよりも高い開口数(NA)を実現できる。開口数(NA)が高いレンズは、リング形露光フィールドを有することが予想され、SLMの形状をそのようなフィールドに合わせて作製することが充分に可能である。13nmの波長と0.25の開口数(NA)により、わずか25nm幅のラインを露光することが可能であり、さらに、前記の通り、画像の高画質化を利用すれば、20nmを下回ることも可能である。このような解像度に見合うことができる周知の書込み技術は他にはなく、同時に、SLMの同様の特徴によって可能な書込み速度を実現できる技術も他にはない。
【0043】
(エッジ・オーバラップ)
各フラッシュごとに、2次元フィールドが印刷されるとともに、各フィールドのエッジとエッジを繋ぎ合わせることから、ステッチングは極めて重要である。わずか数ナノメートルの1フィールドを置き換えることにより、エッジに沿って目に見えるパターン誤差が発生し、マスクによって生成される電子回路の機能に悪影響を及ぼす可能性がある。このような不必要なステッチングの影響を減少させる効果的な方法として、数本の経路に同じパターンを印刷し、このような経路間にあるステッチング境界を置き換える方法があげられる。パターンが4回印刷された場合、ステッチング誤差が4箇所で発生することが予想されるが、その規模にしてわずか四分の一にすぎない。本発明の好適な実施例では、フィールド間のオーバラップ・バンドとともに、中間露光を発生する機能が使用される。ラスタライズ化している間、上記の値がコンピュータで計算されるが、圧縮データを解凍している間でもこの計算は実行できる。エッジ・オーバラップにより、ステッチング誤差が減少し、マルチパス印刷に比べてスループットのマイナス点がはるかに減少する。
【0044】
(修正照射)
第1の好適な実施例において、SLMの照射は、エキシマ・レーザや、フライアイ・レンズなどの光スクランブラーによって行なわれ、イルミネータのひとみ面の円形自発光面からの照射とよく似た照射が生成される。ある特定の投射系による印刷時に解像度を高める場合、修正照射法を利用することができる。最も簡単な例では、イルミネータのひとみ面に、例えば、四重極形または環状の透過領域を有するひとみフィルタを導入する方法がある。さらに複雑な例では、同じフィールドを数回印刷する方法がある。露光と露光の間で数個のパラメータを変化させることが可能であり、例えば、画像面の焦点、照射パターン、SLMに印加されたデータ、投影レンズのひとみ面のひとみフィルタなどが使用できる。特に、照射の同期した変化やひとみフィルタによって、解像度を高めることができ、このことは、ひとみが扇形透過領域を有しているとともに、非回折光が該扇形の先端付近の吸収パッチをさえぎるように照射が一直線に並んでいる場合に、特に顕著である。
【0045】
(応答の線形化)
データからエッジまでの伝達関数の線形化を図るうえで、本明細書で行なうエッジ配置には、基本的に次の3つの方法がある。
−データ変換装置において非線形性を考慮し、データ変換装置に8ビット(例)の画素値を生成し、同じ解像度を有するDACを使用してSLMを駆動する。この状態は、図8aに概略的に示されている。ただし、Rは、リレー信号であり、Cは、SLMの各マトリクス要素に設けられているコンデンサである。また、SLMは、破線で示されている。
−より少ない値(例えば、5ビット、すなわち、最高32個の値)でデジタル値を生成し、ルックアップ・テーブル(LUT)の8ビット値に変換した後に、この8ビット値をDACに供給する。
−5ビット値と半導体スイッチを使用して、1台または数台の高解像度DACにより生成されたDC電圧を選択する。この状態は、図8bに概略的に示されている。
【0046】
いずれの場合も、実証的校正関数がデータ変換装置のLUTで使用されるか、または、DC電圧で使用される場合に、プレート上の応答が線形化されるような実証的校正関数を測定することが可能である。
【0047】
どの線形化方式を用いるかは、データ速度、精度要件、および、時代とともに変化し得る利用可能な回路技術によって異なる。現時点では、データ変換装置は行き詰まった状態にあることから、データ変換装置による線形化は、好適な解決策とはいえず、8ビット画素値を生成することも好ましくない。また、高速DACは、高価であり消費電力が高い。最も適正な解決策は、DC電圧を生成し、スイッチを使用する方法である。この方法では、8ビットよりもさらに高い解像度の使用が可能である。
【0048】
(好適なパターン・ジェネレータの説明)
図6について説明する。パターン・ジェネレータは、単数および複数の値を持つ画素アドレス指定方式によるSLM601と、光源602と、照射ビーム・スクランブル装置603と、結像光学系604と、干渉計位置制御系606を備えた微細位置付け基板ステージ605と、SLM用ハードウェアおよびソフトウェア・データ処理システム607とから構成されている。また、さらに、適正な機能を提供し操作を簡易化するために、前記パターン・ジェネレータは、温度制御を備えた周囲環境チャンバ、基板荷重システム、最適なパターン配置精度を実現するためのステージ移動および露光レーザ・トリガーのタイミングをとるためのソフトウェア、およびソフトウェア・ユーザ・インタフェースも具備している。
【0049】
パターン・ジェネレータの照射は、KrFエキシマ・レーザによって行なわれ、エキシマ・レーザの自然線幅に相当する帯域を有し、248ナノメートルの波長でUV領域において10〜20ナノ秒の長いフラッシュ光を放出する。基板上のパターンの歪みを防止するために、エキシマ・レーザからの光を、SLM面に均一に割り当てて、光のコヒーレンス長を充分に短くすることにより、基板上にレーザ・スペックルが発生しないようにする。ビーム・スクランブラーを使用して、この2つの目的を達成する。ビーム・スクランブラーは、エキシマ・レーザからのビームを異なる光路長を持つ数本のビーム路に分割した後に、空間コヒーレンス長を短くするために各ビーム路をまとめて一つにする。さらに、ビーム・スクランブラーは、1組のフライアイ・レンズを有するレンズ系から成るビーム・ホモジナイザーを有し、このビーム・ホモジナイザーは、エキシマ・レーザからのレーザ・ビームの各ポイントからの光を、SLM面全体に均一に分配し、「最上層」に光の分布を行なう。上記のビーム・スクランブリングと、光の均一化と、コヒーレンスの低下は、あらゆるSLMプリンタにおいて有利である。実際の環境しだいでは、ビーム・スプリッターや光合波器、回折素子、光ファイバー、カレイドスコープ、レンズレット・アレイ、プリズムまたはプリズム・アレイ、または、積分球を使用して実現することができるだけでなく、他の類似装置を組み合わせて、ビームのスプリットや合波を行なうことにより、SLMに入射する多数の相互に非コヒーレントな光フィールドを生成することも可能である。
【0050】
SLMからの光は、中継され基板ステージ上の基板に結像される。これは、クックにより開示されているシュリーレン光学系を用いて行なわれる。焦点幅f1のレンズl1が、SLMから距離f1の位置に配置される。焦点長さf2のもう一つのレンズl2は、SLMから距離2×f1+f2の位置に配置される。次に、基板が、SLMから距離2×f1+2×f2の位置に配置される。SLMから距離2×f1の位置には、寸法によって系の開口数(NA)、したがって、基板上に書き込める最小パターン・フィーチャーの寸法が決まる開口608がある。また、光学系や基板の平面度の不完全性を補正するために、レンズl2をz方向に動的に位置付けする合焦系もあり、50マイクロメートルの位置スパンにより、最適な焦点特性が得られる。さらに、このレンズ系は、照射光の波長が248ナノメートルになるように波長補正されており、照射光の帯域幅許容誤差が少なくとも±1ナノメートルである。レンズl1の真上に位置付けられたビーム・スプリッター609により、照射光が結像光学系中に反射する。縮小率250および開口数(NA)0.62の場合、寸法を0.2マイクロメートルまで縮小したパターン・フィーチャーを露光して高品質なパターンを得ることができる。各SLM画素から32レベルで、最小グリッド寸法が2ナノメートルになる。
【0051】
パターン・ジェネレータは、干渉計位置制御システムを備えた微細位置付け基板ステージを有しており、最小熱膨張用にZerodurで作製された可動エアベアリングxyテーブル605から成る。干渉計位置フィードバック測定系606を備えたサーボ系は、各方向のステージ位置付けを制御する。1方向のy軸において、サーボ系は、ステージを固定位置に維持し、もう片方の方向x軸において、ステージは、連続的な速度で移動する。干渉計位置測定系は、x軸方向に使用されることにより、露光レーザをトリガーし、基板上のSLMの各画像間の位置を均一にする。SLM画像の1行全体が基板上で露光されると、ステージは、x軸方向の元の位置に戻り、y軸方向にSLM画像の1増分だけ移動して、基板上のもう1行のSLM画像を露光する。この手順は、基板全体が露光されるまで繰返し行なわれる。
【0052】
SLM画像は、x軸およびy軸の両方向に多数の画素とオーバラップしており、露光データ・パターンは、オーバラップしている画素で局部的に修正され、このようなオーバラップ領域となる多くの露光を補償している。
【0053】
エキシマ・レーザからのパルス対パルス強度の偏差は、パターンの2パス露光の使用により補償され、ここでは、第1パスが正しい強度である公称90%の強度によって実行される。第1パスでは、各レーザ・フラッシュの実際の強度が測定ならびに記憶される。第2パスでは、第1パスからの測定済み強度の値に基づいて、各SLM画像露光用の正しい強度が用いられる。このように、エキシマ・レーザからのパルス対パルス強度の偏差による影響の規模を抑制することができる。
【0054】
(補正)
SLMの機能性については、本書の別の箇所でさらに詳しく述べる。SLMは、画素寸法が16マイクロメートルの画素を2048×256個有しており、1ミリ秒以内に全画素をアドレス指定することが可能である。SLMは、精巧なステージに堅固に取り付けられている。この精巧なステージは、フラッシュ露光とフラッシュ露光の間において100ナノメートルよりも高い精度で、xおよびy方向に、100ミクロン移動可能である。SLMの微細な位置付けを行なうことにより、基板位置付けステージの位置の不正確さを補正し、パターン・ステッチング誤差をさらに少なくする。x−y方向の位置付けに加え、基板ステージの座標系で指定されたもの以外の角度で基板上のパターンを露光するために、SLMステージを回転させることも可能である。このような回転を行なう目的は、補足的フィーチャーが追加される既存のパターンを有する基板に対して、基板の調節可能性を組み入れられるようにすることである。オフ軸光チャネル(off axis optical channel)および/またはCCDカメラを使用して、ローディング後に、ステージ上の基板の正確な位置を測定し、レンズを通して見ることにより、基板上にある多数の整列マークの系での座標を判断することができる。露光中は、整列マークの測定位置に基づいて、xおよびy方向に、ステージ位置が訂正される。回転座標系に追従するステージ・サーボ系を使用するとともに、前記の通りSLMの精巧なステージを回転させて、回転的な調節が行なえる。SLMを回転できることにより、歪んだ座標系への書込みを行なって、その後生じるパターンの歪みを補償するようなことも可能である。
【0055】
更に、書込むべきパターンの座標系を回転するための手段は、電子データ処理および送出システムへ供給するディジタル記述を回転させるための手段を含んでもよい。これによって、電子データ処理および送出システムへ送る前にデータは回転されたディジタル記述に変換される。その代りに、電子データ処理および送出システムが供給する変調装置信号を回転させることが可能である。この場合、変調器信号は、ラスタ化後に、それらが変調装置に達する前に変換される。変換は、リアルタイムで行うのが好ましい。
【0056】
座標系を回転するための同じ方法を、ラスタスキャン・レーザビームのような、他の形式のパターンライタシステム(書込み装置)にも同様に使うことができる。特に、それは、欧州特許第0467076号(サンドストロン他)に記載してあるシステムのような、音響光学偏向器(acousto-optic deflectors)を使うシステムに使うことができ、上記明細書を参考文献として本明細書に援用する。しかし、そのような走査書込み装置では、偏向器の回転させることによって回転させることが好ましい。変調装置の画像を回転し、第1層とそれに対する第2層の間の回転角を補償するためにアジマス角を調整するための機構の例を図10に示す。偏向器は、この例ではアジマス機構1006に取り付けてある。アジマス機構は、ステッピングモータのような、アクチュエータ1007、および偏向器の配向(orientation)を制御し、それによってこのアジマス角を制御するために偏向器に結合したレバー・アームのような、接続装置1008を含む。同様な機構を変調装置の配向のために使ってもよい。次にこのステージは先に議論したように作動する。
【0057】
しかし、書込むべきパターンの座標系を回転させるための他の手段も実現可能である。例えば、書込むべきパターンの座標系を回転させるための手段は、変調装置から加工品へ投影される画像を回転させるための光学素子を含むことができる。このために、ドーブプリズム(Dove prism)を使うことができる。しかし、図15に示すような、反射面のアナログ装置構成等を使うことも可能である。これによって、変調装置からの画像投影に、それが加工品に達する前に制御された回転を課すことができる。
【0058】
上記の回転は、既に第1書込みパターンを含む加工品に第2パターンを書き込むべきとき特に有用である。この場合、加工品を同じ書込装置内で取り替えられるべき必要があるかもしれず、または第2パターンを第1パターンの書込みに使ったもの以外の書込み装置で書き込んでさえよいかも知れない。この場合、パターン間の回転偏差を減じることが最も重要である。
【0059】
上記の補正手段は、マスクおよびレチクルの生産に使うことができるが、直接書込み装置にも適用することができる。
【0060】
(整列(Alignment))
適当な方法で第2パターンの回転を制御するために、第1の、既存のパターンと書き込むべき第2パターンとの間の回転偏差を検出システムによって検出するのが好ましい。しかし、他の用途では回転偏差を適切に制御することも有用である。そのような検出システムは、加工品上の少なくとも1つの整列マークの位置を検出するための手段を含み、および更にこの測定した位置を書込み装置の座標系に関係付けるのが好ましい。
【0061】
図9に関して、整列マークは、異なる、所定の非平行方向の少なくとも2つの線901を含むのが好ましい。好適実施例では、整列マークはスネークマーク902、即ち、ジグザグ状形態に結合した幾つかの線を含む。例えば、このスネークマークは、隣接する線間に少なくともわずかに鋭角の、六つの相互結合した線で構成することができる。そのようなスネークマークの利点は、該マークの回転と位置の両方を決定するために使えることである。
【0062】
整列マークは、サーチマーク903も含むのが好ましく、それは概観サーチで整列マークのより迅速且つ効率的な位置決めを可能にする。サーチマークは、該スネークマークより長く且つ太い線904で構成することができる。サーチマークは、互いに比較的近接して配置した、2つの非平行線904を含むのが好ましい。
スネークマークおよびサーチマークの全長は、約500〜600nmであってもよい。
【0063】
幾つかの整列マークを加工品上の異なる位置に配置することができる。例えば、四つの整列マークを加工品の角隅部または好ましくはこれらの角隅部間の側面のような、周辺上に分布して配置することができる。
【0064】
マーク検出システムは、加工品上の整列マークの位置を探知し且つ測定するための軸外光チャンネル(channel)を含み、および更にこの測定した位置および回転を書込み装置の座標系に関連付けることができる。しかし、この発明の好適実施例では、検出および整列システムが書込みビームと同じビーム経路を少なくとも部分的に使用し、および好ましくは書込み作業に使うのと同じレンズを検出にも使う。
【0065】
図10に関して、検出および整列システムは、光源1001、好ましくは加工片上の整列マークの上に配置したレジスト層等を透過できる波長の光を放出するレーザを含む。更に、この放出光は、加工品の感光層に影響しない波長を有するのが好ましい。好適実施例では、532nmの波長を使用する。
【0066】
次に検出および整列のために反射光を調べる。反射光の暗視野信号が細部の視認性を高めるので、それを調べるのが好ましい。次に正反射光を濾波して取除き、散乱光だけを、PIN検出器のような、検出器上に集束させる。しかし、光顕微鏡法で使う種類の何れか一つのような、コントラスト強調を達成するために他の代替解決策も実現可能である。例えば、以下のコントラスト強調法の一つを使ってもよい:
・反射光を検出する明視野;
・光強度は減少するが、エッジ識別(discrimination)の改善を達成する暗視野;
・良好な横解像度および深さ解像度を達成する共焦結像;
・良好な深さ解像度を達成する位相コントラスト結像;
・ノマルスキー(Nomarski);および
・横干渉。
【0067】
コントラスト強調は、SN比を改善する。それは、直接書込み用途で、改善した精度および精密さが必要である場合および化学機械的研磨(CMP)を使うときに特に有用である。
【0068】
機械的シャッタ1002が更にレーザ1001の前に配置してあり、ビームを使わないときに該ビームを遮断する。シャッタは、真空作動式でもよく、真空制御ユニット1003によって制御する。
【0069】
レーザビームは、書込みビームと同じ集束レンズ1004を使って基板上に直径約1μmの狭いスポット上に集束するのが好ましい。これは、ビームスプリッタキューブ1005を最終レンズ1004の前の書込みビーム用ビーム経路に加えることによって配置することができる。
【0070】
第1パターンの変位および回転を計算するためには、整列マークの正確な位置決めを決定しなければならない。整列マークの位置を探知するためには、基板を、上記のように、機械的位置決めシステムで駆動して基板上の整列ビームを連続した前後往復運動で走査する。x−およびy−干渉計のような、ステージ位置検出器からの、および1つ以上のPIN検出器のような、整列検出器1009からの値をこれによって走査中のステップで収集する。この点毎の測定値がマトリックスを形成し、それからこれらの整列マークの位置を決めることができる。しかし、好適実施例では変化だけ、即ち正および負のエッジすなわち端縁だけを記憶する。しかし、電荷結合素子(CCD)検出器のような、他の種類の検出器も同様に実現可能である。整列マークの位置探知のために概観第1走査をCCD等で行い、その後PIN検出器を使って更に詳しい測定を行うのが好ましい。4つの検出フィールドに分割した検出領域のような、検出領域分割器を備える検出器を使うことが特に好ましい。これによって、端縁が更に容易に検出可能になる。
【0071】
これらのマークは、レジストに影響または露出しないように正確に検出するのが好ましい。例えば、248nmの波長の光は、通常、レジストを露出するが、緑色光波長(例えば、532nm)の光は、光化学作用がない、即ちレジストを露出しない。しかし、532nm用に最終レンズを最適化することが困難であることが分り、結果として性能不良になるかも知れない。この問題を解決する方法は、利用できる露出フィールドのわずかな部分だけ、好ましくは20%未満を使うことである。そのような小さなフィールド内では、例えば532nmでの波面誤差を特別な光学素子によって補正することができる。更に、小フィールドが歪曲、非点収差および焦点面湾曲のような、フィールド収差歪に伴う問題も軽減する。
【0072】
そのようなフィールド縮減は、図13および図14に示すような系で達成することができる。両システムを上に説明したシステム、特に図10を参照して説明した系に組込むことができる。概略的に図13に示すような系では、最終レンズ組立体1004を、例えば248nmの波長の、書込み光用に最適化する。更に、レーザ1001が、例えば波長532nmの、光を放出する。この放出光を変調装置1301上に集束させる。この変調装置は、音響光学変調装置でもよいが、図10に示す機械的シャッタ1002のような、他の種類の変調装置でもよい。その後、この光を最終レンズ組立体1004を介して基板上に投影し、検出器1009上に反射し返す。この検出器は、変調装置と同期するのが好ましい。検出器1009と最終レンズ組立体1004の間に補正光学素子1302が配置してあるのが好ましい。
【0073】
概略的に図14に示す代替実施例では、構成が上に説明した系と実質的に同じである。しかし、この場合、変調装置の代りに小角度スキャナ1401を使う。この小角度スキャナは、縮減したフィールドの小さな領域内でビームを走査する。このスキャナは、例えば、米国フロリダ州のNEOSのような、音響光学x−y偏向器、または2方向(xおよびy方向)に傾斜可能な小型ガルバノメータミラーでもよい。
【0074】
これらのマークの位置を探知したとき、それらの位置を正確に定めるべきである。次に、更に完全な走査をこの位置探知したマークについて行う。次に、xおよびy干渉計からのおよびPIN検出器からの値を更に詳細に集める。次に、この結果を使ってこのマークの正確な回転および位置を決める。
【0075】
本発明による整列方法を図11に概略的に示す。この方法は、1101に始り、1102で最初に整列パラメータが適切に定義してあるかどうかを決める。もし、定義されていなければ、1103でパラメータをファイルから読出す。これらのパラメータは、サーチすべきものおよびこのサーチを行うべき方法を示す。サーチすべき項目は、整列マークを指定するパラメータによって定義することができる。整列マークは、先に議論した形のものでもよい。整列マークは、円、線またはより複雑な組合せ形のような、幾何形状に従ってグループ分けしてあるのが好ましい。そのような各グループは、パラメータファイルにコード形式で予め定義してあり、マークおよび/またはマークのグループの寸法を示す1組のパラメータを備えるのが好ましい。サーチを行うべき方法は:システムへのマスクの配置の、回転は勿論並進に対する公差、使用するマスクの種類、マスクに対する走査線の最大数、端縁での信号形式、極性および動的効果の1つ以上の仕様でもよい。これらのパラメータは、この信号で負または正の端縁をサーチすべきかどうか、これらのエッジがどの位の長さであるべきかおよび検出すべき最小振幅を指定するのが好ましい。これは、全く同一のエッジに対する差を相殺することを可能にし、この測定を信号エッジ上の正確なエッジ位置と無関係にする。
【0076】
大抵のパラメータは、コンピュータプログラムによって自動的に設定してもよいが、手動で調整してもよい。パラメータファイルは、測定した信号の統計値をも含んでよい。
【0077】
続いて、この測定信号の統計値が適正に定義してあるかどうかを決める。この統計値は、ノイズ、背景レベル、最大および最小レベル、信号エッジ長さ等についての情報を含むことができる。もし、十分な統計データが利用できなければ、そのような情報をファイルから読出すか、測定してもよい。測定するとき、1105でマーク上の線を走査する。その後、1106で上記線に対する統計値を計算する。次に、この統計値データが十分かどうかステップ1107で決める。もしそうでなければ、ステップ1105ないし1107を繰り返す。
【0078】
その後、1109で基板の上を線で走査することによってマークのサーチを行う。各走査後、1110で信号を処理して走査線で端縁を認定する。各走査後、1111で十分なデータを集めたかどうかを決め、十分なデータを集めるまでステップ1109〜1111を繰り返す。更に、次に行うべき走査線をこれによって先の走査線からの結果に依存して決めることができる。これによって、必要な走査線数を低く保ち、このサーチを迅速且つ効果的にできる。走査線の処理では、端縁がありそうな位置に対してだけ端縁をサーチするのが好ましい。これによって、サーチプロセスが速くなり、端縁間の攪乱ノイズに伴う問題が軽減される。
【0079】
適当数のエッジを認定し且つ計算したとき、1112で整列マークの位置を計算する。整列マークの形態によって、異なるサーチおよび認定方法を使ってもよい。例えば、2つの交差線を含む整列マークに対しては、端縁の線形補間を行い、それによって交点を計算してもよい。1113で、サーチプロセスからの出力がこのマークの位置である。次に、1114でこれらのパラメータおよび統計ファイルを終えるべきであるかどうかを決め、もしそうであれば、1115で指定したパラメータおよび統計をファイルに保存する。そこで、1116でこの整列法を終える。
【0080】
これらの整列マークの実測位置は、第2層に対する第1の、既に書込んだ層の回転、並進、倍率差および/または直交性の差を決めるために使うことができる。倍率および直交性の差は、異なる層を異なる書込み装置を使って書き込むときに特に重要である。倍率差は、異なる層の書込みのための書込み条件が、温度差のように、別の方法で異なるときにも起るかも知れない。
【0081】
更に、この整列中に使用する光ビームと書込みビームの間の位置ずれ(offset)を測定することが必要かも知れない。この位置決めの差は、通常異なる層の書込み中に補償しなければならない。更に、位置ずれは、経時的に変動しそうであり、従って好ましくは定期的に測定すべきである。
【0082】
この位置ずれは、整列と類似の方法で決めることができる。このため、上に議論した整列マーク、または別のビーム測定マークを使うことができる。そのような測定マークは、図12に示すように、共通交点で交差する4本の線を含んでもよい。これらのビームは、各隣接するライン対の間の角度が45°で均等に分布しているのが好ましい。サーチマークの位置が予め判っているので、測定マークは、サーチマークを含む必要がない。従って、この測定は、ラスタの限られた、所定の領域、即ち、ステージ上の固定位置で行うことができる。
【0083】
位置ずれ測定用に、特別な測定光ビームを使ってもよい。その代りに、書込み光を使ってもよい。測定用に、PIN検出器のような、検出器1009’を使うことができる(図10参照)。
【0084】
測定をするためには、マイクロスイープ(micro sweep)がこのマークからこのマーク内の線ほぼ幅に相当する距離から始められるように、ステージ、即ち、基板テーブルを配置することができる。次に、第1方向(X)のステージ移動を開始し、好ましくは同時にビームを第2方向(Y)に走査する。端縁を、上に議論した整列法のように、反射光で認定する。通過するマークのあらゆるラインが1対の端縁を生ずる。このX方向の位置は、このステージのx位置決め手段によって与えることができ、一方Y方向の位置は、このスイープの開始とこれらのエッジの間のパルス数掛ける画素寸法によって決めることができる。そこで線の位置を線の端縁間の平均値を計算することによって決めることができる。
【0085】
マーク全体のスイープ後、これらの線の多数の位置が集る。次に、この位置データを、共通の交点を決めるための線補間計算に使うことができる。これによって、基準としてのマークを備える光の位置を決定する。
【0086】
上に議論した整列および位置決めのための方法および手段は、マスクおよびレチクルの生産に使うことができるが、直接書込みシステムに適用することもできる。
【0087】
パターン・ラスタライザー610において、任意の形式を有する任意のデータ・パターンが、1画素につき32(5ビット)グレー・レベルの圧縮ラスタライズ化済み画素マップに変換される。画素電極に印加される電圧に応答して、露光された画素のグレースケールの段階が線形的ではないことから、32のグレー・レベルがそれぞれ次のレベルの照射線量の均一な増加分に対応するように、入力データが画素リニアライザー611で線形化される。この動作は、8ビットのデジタルからアナログへの変換器(DAC)612を使用して行なわれ、予め実証的に校正された線形化関数にしたがって、画素マップからの各グレー・レベルによって、DACからの電圧を選択する。DACからのアナログ・レベルの選択において、各値がSLM画素に対応し、そのような各値により、対応する画素の変則性を補正するルックアップ・テーブルを使用して、追加的な補正が行なわれる。ルックアップ・テーブルの校正値は、実証的校正手順によって作成され、この手順では、連続したテスト・パターンがSLMに送信され、得られた露光パターンを測定し、測定されたパターンが個々の画素補正に使用される。以上は、画素マップの各グレー・レベルによってアナログ電圧が選択され、対応する全SLM画素に対して画素の変形を施すことにより、正しい照射線量を供給することを意味している。
【0088】
(引用文献)
ネルソン 1988年: 米国特許第5、148、157号
クック 1990年: 欧州特許第0 610 183号
サンドストロン他 1990年: 欧州特許第0 467 076号
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術によるプリンタを示す図である。SLMは、レンズのひとみからの光を偏向させるマイクロミラーから成る。
【図2】a〜hは、4つの上部画素をオフ状態に、残りの5つの画素をオン状態にした画素設計をいくつか示した図である。
【図3】ピストンのように上下移動することにより、位相差を生成する画素の配列を示す図である。これにより、位相型SLMによってエッジ位置をどのように微調整できるか示されている。
【図4】a〜gは、偏向ミラーの付いたSLMと変形ミラーの付いたSLMとの概略的な比較を示す図である。
【図5】データを翻訳しSLMに送信する方法を示すフローチャートである。
【図6】本発明によるパターン・ジェネレータの好適な実施例を示す図である。
【図7】異なる種類のSLMに対して概ね予想される複素振幅を示す図である。
【図8】a、bは、概略的に異なる種類のSLMミラー制御を示す図である。
【図9】本発明で使用すべき整列マークの例を示す。
【図10】本発明の実施例による検出および整列システムの例を概略的に示す。
【図11】本発明による整列法の例を概略的に示す。
【図12】本発明で使用すべきビーム測定マークの例を概略的に示す。
【図13】フィールド縮減手段を含む、本発明による検出および整列システムの具体化の第1例を概略的に示す。
【図14】フィールド縮減手段を含む、本発明による検出および整列システムの具体化の第2例を概略的に示す。
【図15】本発明の実施例で使用すべき反射面のアナログ装置構成を概略的に示す。
【符号の説明】
601 変調装置
602 光源
604 投影システム
607 電子データ処理及び送出システム
902 スネークマーク
903 サーチマーク
1001 光源
1004 レンズ
1009 検出器
1009’ 検出器
1301 (第2)変調装置
1401 小角度スキャナ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to pattern printing with extremely high accuracy on photosensitive surfaces such as photomasks for semiconductor devices and display devices. Furthermore, the present invention relates to a direct writing operation of a semiconductor device pattern, a display panel, an integrated optical device, and an electronic wiring structure. Further, it can be used for other types of high-precision printing such as security printing (securities printing). The term “printing” is to be understood in a broad sense and means not only the exposure of a photoresist or a photographic emulsion, but also a dry process, by ablation or chemical treatment activated by light or heat. It also means light action on other photosensitive media such as treated paper. Light is not limited to average visible light, but includes a wide range of wavelengths from infrared (IR) to extreme ultraviolet. Of particular importance is the ultraviolet range from 370 nm (UV) through deep ultraviolet (DUV), vacuum ultraviolet (VUV), and extreme ultraviolet (EUV) to wavelengths of a few nanometers. EUV is defined herein as the range from 100 nm to the lower limit where the radiation can be treated as light. The normal wavelength of EUV is 13 nm. IR is defined as 780 nm to about 20 μm.
[0002]
In another sense, the present invention relates to a spatial light modulation device, a technology of a projection display device and a projection printer using such a modulation device, and a scientific research method. In particular, the present invention improves gray scale characteristics, image stability due to focus and image uniformity, and data processing for such modulators utilizing analog modulation techniques. The most important use of analog modulation is an address grid (eg, to locate the edge of a pattern, ie much finer increments than the grid produced by the pixels of a spatial light modulator) The image is generated on a material having high contrast such as a photoresist having
[0003]
[Prior art]
In the latest technology, it is well known to construct a high-precision pattern generator using the projection of a micromirror spatial light modulator (SLM) of the micromirror type (Nelson 1988, Cook 1990). The use of an SLM in a pattern generator has many advantages over the more widely known method that uses a scanning laser spot. That is, the SLM is a large-scale parallel processing device, and the number of pixels that can be written per second is extremely large. This optical system is more simplified in that the illumination of the SLM is non-limitative, whereas in a laser scanner, the entire beam path must be constructed with high accuracy. Compared to several types of scanners (especially electro-optic and acousto-optic scanners), the micromirror SLM can be used at shorter wavelengths because the micromirror SLM is a fully reflective device.
[0004]
In the above two cited documents, the spatial light modulator uses only on / off modulation for each pixel. The input data is converted to a pixel map having a 1-bit depth, for example, a value of 0 and 1 for each pixel. This conversion can be done effectively using a graphics processor (ie, a processing unit) or a custom logic control circuit having area fill instructions.
[0005]
In previous applications by Sandstron (Sandstron et al., 1990) of the same inventor, an intermediate exposure index can be used at the boundaries of pattern elements to fine-tune the edge positions of the elements produced by a laser scanner. Is described.
[0006]
A grayscale image, preferably for projection display and printing of video images, by turning on the pixels with the SLM at varying times, or by turning the pixels on various times by printing the same pixel several times Is also well known in the art. The present invention provides a system for a direct grayscale generator with a spatial light modulator, particularly for the purpose of generating ultra-high precision patterns. The important features of the preferred embodiment are pixel-by-pixel image uniformity and independence with respect to the precise placement of features on the SLM's pixels (whether intentional or inadvertent) during focus changes. It is stability.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an improved pattern generator for printing a high-precision pattern.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
This object is achieved by the device set forth in the appended claims which performs analog modulation of the pixels of the SLM.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention can be understood based on the general arrangement of FIG. 1 showing a generic projection printer having an SLM. Spatial light modulation devices based on reflection are classified into two types: deflection type (Nelson) and phase type (Cook). While the difference between the two seems to be small in a particular example with micromirrors, the phase SLM emits the beam in the direction of reflection due to destructive interference, whereas in the deflection SLM the pixel Causes the specular beam to be geometrically deflected to one side and deviate from the aperture of the imaging lens as shown in FIG. In the case of ultra-high precision printing performed according to the latest invention, the phase modulation system disclosed by Cook in 1990 is superior to the deflection type. First, good contrast is obtained because all parts of the surface (including hinges and struts) are involved in destructive interference and overall light absorption can be achieved. Second, systems that function by deflecting light to one side are difficult to achieve symmetry with respect to the optical axis at intermediate declination points, and features become unstable when the focus changes Danger arises. In the preferred embodiment, a phase type is used, but could be used if it is housed or designed to surround an asymmetric deflection type. This situation is shown schematically in FIGS. In the first FIG. 4 a, the
[0010]
Phase-type SLMs can be formed by micromachined mirrors, so-called micromirrors, or continuous mirror surfaces on a support that can be deformed using electrical signals. In the invention disclosed by Cook in 1990, a viscoelastic layer controlled by an electrostatic field is used, especially for very short wavelengths that are sufficiently deformed by a few nanometers, It is equally possible to use a piezoelectric solid disk which is deformed by a reflective surface which is controlled electrically, electromagnetically or thermally. The rest of this document assumes a micromirror matrix (1D or 2D) that can be controlled by static electricity, but as described above, depending on the LCD crystal material or electro-optic material as the modulation mechanism, Other configurations are possible, such as a reflective SLM or a micromachined SLM that utilizes piezoelectric or electrostrictive motion.
[0011]
In the present invention, it is preferable to use a micromirror characterized in that the amount of light reaching the pupil of the light projection lens becomes variable due to the variable phase modulation. 2a-h show several mirrors consisting of several multielements, the tilt of the various parts of each mirror is not critical. In fact, one element directs light in the direction of the lens while another element directs light outside the pupil of the lens. As a method for correctly understanding this function, there is a method in which the complex amplitude reaching the center of the pupil of the lens from each minimum region element of the mirror is examined, and the amplitude of the entire mirror is integrated. The mirror can be properly shaped and deformed so that the total complex amplitude is close to zero, so that no light reaches the lens pupil. This is an off state of the micromirror, and a relaxed state where the mirror surface is flat and the complex amplitude includes a phase is the on state. Between the on state and the off state, the amount of light in the reflection direction is a continuous but non-linear function with respect to deformation.
[0012]
The pattern to be written is usually a binary pattern such as a photomask pattern written in chrome on a glass substrate. In this case, binary means that there is no intermediate region, and a certain point on the photomask surface is black (covered with chrome) or white (no chrome). This pattern is exposed with photoresist by a projection image from the SLM, and the photoresist is developed. Modern resists have a strong contrast, which means that when a slight change in exposure occurs, there is a difference between when the resist is completely removed with developer and when it is almost removed. I mean. Therefore, even if the aerial image gradually transitions from white to black, the photoresist usually has an edge almost perpendicular to the support surface. When chrome etching is performed, the contrast is further enhanced and the resulting image is completely binary and can be divided into either black or white with no intermediate areas.
[0013]
The input data is in digital form and represents the geometrical dimensions of the pattern written on the surface. Input data is often given in minimal address units, eg, 1 nanometer, but if the SLM pixels are set to either on or off, a much coarser pattern is produced. When an SLM pixel is projected onto a 0.1 μm pixel of an image, one line can only have an integer number of pixels wide (n * 0.1 μm, where n is an integer). Until recently, a 0.1 μm address grid was sufficient, but with the advent of so-called optical approximate correction (OPC), a 1-5 nanometer grid is desired. In OPC, when the mask is used, the dimensions of the mask features are slightly modified to compensate for the expected optical image error. As an example, when a 0.8 μm wide mask with four parallel lines is printed on the latest 4X reduction stepper (projection type printer for semiconductor wafers), it is usually 0.187, Printed as 0.200, 0.200 and 0.187 μm wide lines. This can be predicted by simulation of image formation and the mask user compensates the mask using OPC. Therefore, instead of 0.800 μm, we want the first and last lines of the mask to be 4 * 0.213 = 0.852 μm. With an address grid of 0.1 μm, correction is impossible, but with an address grid of 5 nm or thinner, correction is possible.
[0014]
In FIG. 5, a method for providing SLM data is shown in a flowchart. In S1 of the first step, pattern data of a pattern to be written in an individual pattern field is divided. This pattern data is preferably received in digital form. Thereafter, in step S2, each field is rasterized, so that a different exposure index is assigned. Next, in step S3, these values are corrected so as to obtain a non-linear response, and in step S4, pixel-by-pixel deformation is performed. Finally, the pixel value is converted into a drive signal and transmitted to the SLM.
[0015]
The present invention preferably generates a fine-grained address grid (eg, 1/15, 1/25, 1/50 of the pixel size) using an intermediate value between the off and on states. . The printed feature is composed of pixels in the on state, but pixels set to an intermediate value are formed along the edges. This is done by driving the pixel with a voltage other than the on and off voltages. Since there are some cascaded nonlinear effects (exposing pixels on edge positions and boundaries, exposure and deformation, deformation and electric field), nonlinear conversion from input data to electric field is necessary. In addition, this transformation is calibrated empirically at equal time intervals.
[0016]
FIG. 3 shows an arrangement of pixels that generate a phase difference by moving up and down like a piston. This figure shows how the pixel is controlled and the reflectance is generated by this inset (insertion plate). The bright area has pixels with
[0017]
In order to generate a finer address grid, as shown in FIG. 3, one kind of pixel map in the pattern feature, another kind of pixel map outside the feature, and the boundary Rework the electronic processing system to produce an intermediate pixel map on the line. However, the intermediate pixel map on the boundary line is generated according to the arrangement of the boundary line in the grid that is finer than the pixels of the SLM projected on the processed product. The SLM and projection system generate one exposure level inside the feature, another exposure level between features, and an intermediate exposure level on the boundary. The intermediate exposure level is generated by the function of the SLM and is modulated into a plurality of states. After the characterization from the response by the drive signal to the actual placement of the boundary is made, the correction is applied. Measurements are made empirically and are stored in the data processing and transport system after the calibration function is calculated by the computer.
[0018]
To further improve address resolution, the stage and SLM can be stitched together so that the exposure field is stitched together in a direction that is not parallel to the coordinate system of the SLM (usually 45 degrees). Make it again. In particular, the continuous movement of the stage or optical system occurs in a direction that is not parallel to the SLM (typically 45 degrees from the SLM's coordinate system). It is also possible to have an SLM with a non-perpendicular axis, in which case it is advantageous not to have any axis parallel to the direction of motion. Further, in order to reduce line errors caused by imperfections in the SLM's column and row drivers, the line error of the matrix itself, the row and column lines are at a constant angle with respect to the stitching direction. It is more effective to use (for example, a vector between the centers of connected fields).
Also, a more precise address grid is created by superimposing at least two exposures with correction data so that the combined exposure produces an intermediate value that cannot be obtained with a single exposure.
[0019]
(Design of phase type SLM)
The clover mirror shown in FIG. 2c as used in the prior art can be in an intermediate state between the on state and the off state. However, if the integral complex amplitude is plotted as a deflection function, it will never be completely zero and draws multiple circles around zero, thus having a non-zero minimum reflectivity with varying phase angle Is understood. This state is schematically illustrated by
[0020]
The modulation element design and the exposure method are reworked so that symmetry is obtained in the aperture stop of the projection system with respect to edges of different positions and / or different orientations of the pattern. The inherent asymmetry between edges located at different positions relative to the pixel grid can be mitigated by superimposing at least two images located at different positions of the pixel grid relative to the pattern.
[0021]
In the case of the deflection type SLM, the symmetry is related to the luminance distribution of the aperture stop. Most preferably, it has a modulation element that deflects light symmetrically with respect to the center of the aperture stop, or overlaying exposures supplemented with deflection is used to obtain symmetry. A variable deflection modulation element can create a certain geometric relationship between the deflection at the edge pixel and the edge. For example, the pixels can be oriented in a direction perpendicular to the edge and in the internal direction of the feature.
[0022]
Symmetry is obtained by using a diffractive SLM to superimpose exposures with opposite phase maps. If the complex amplitude is a real number in any part of the SLM, the symmetry can be maintained, and the pixel can be designed with an integral complex amplitude that is always a real number within a range of −1 to 1. In many cases, an amplitude in the range of -0.5 to 1 is sufficient. The above is an example using the square turning micromirror elements of FIGS. 2e, 2f, 2g and 2h.
[0023]
The resolution can be increased by printing the background area using a small negative amplitude. In a more complex manner, each group of adjacent pixels can be combined in the image and the desired actual amplitude can be achieved after being filtered by the imaging system.
[0024]
In order to maintain symmetry, it is advantageous to have at least a 2-fold symmetry, preferably a 4-fold symmetry. Symmetry can be achieved for pixels that do not have inherent rotational symmetry due to multiple superimposed exposures. Furthermore, the pixel design or exposure can be used to increase the resolution by a sequence that provides a controlled actual amplitude. Black lines are particularly strong when placed between regions with opposite phases, and the edge of a feature will cause adjacent pixels in the feature to have a higher positive amplitude or external adjacent pixels. It can be improved by using a negative amplitude.
[0025]
(Higher image quality)
The swivel design has a third advantage. The clover shape does not lead to complete absorption, but the swivel cell can more easily obtain an omnidirectional geometry that achieves complete absorption, or it can pass through zero with a non-zero fraction. Reflection may return, and in this case, the phase is reversed. By performing light absorption well, the degree of freedom to print overlapping exposures is increased, and by designing a low
[0026]
For a continuous mirror on the viscoelastic layer, there is an intrinsic equilibrium of the average phase with respect to zero. Simulations show that a continuous mirror is formed by applying an intermediate value to the fine positioning of feature edges. However, the nonlinearity is lower than when a micromirror is used. Without a fully functioning method, the smallest features must be larger than when using micromirrors, for example, fewer addressed pixels per resolved feature element. must not. As a result, the SLM device becomes large and the amount of data for a certain pattern increases. Therefore, the micromirror is selected in the first and second embodiments.
[0027]
In the present invention, rotational symmetry deformation (at least twice as much symmetry, suitable for giving two symmetrical reasons to the pupil of the projection lens and that the image does not react to rotation. In this embodiment, a pixel with a fourfold symmetry) is used. The latter reason is important in printing a random logic pattern on a semiconductor wafer. If there is an asymmetry with respect to the x-y-axis, each transistor placed along the x-axis will have a different delay than that placed along the y-axis. Such circuits can malfunction or can only be used at slower clock speeds. These two requirements for image invariance due to focus and symmetry between the x and y axes make it very important to generate and maintain symmetry in the optical system. Symmetry may be provided by nature or may be generated by deliberately balancing asymmetry, such as using multiple exposures with complementary asymmetries. However, since a plurality of exposures lead to a decrease in throughput, it is extremely preferable to have a symmetrical layout from the beginning.
[0028]
【Example】
(Preferred embodiment)
The first preferred embodiment is a deep UV pattern generator for photomasks using SLMs consisting of 2048 × 512 micromirrors. The light source is a KrF excimer laser with a pulse output of 248 nanometers, a pulse length of about 10 ns, and a repetition rate of 500 Hz. The SLM also has an aluminum surface that reflects more than 90% of the light. The SLM is irradiated by a laser through a beam-scrambling illumimator, and the reflected light is directed toward the light projecting lens and further directed to the photosensitive surface. The incident beam from the illuminator and the existing beam to the lens are separated by a translucent beam splitter mirror. Preferably, the mirror is polarization selective, the illuminator uses polarized light, and its polarization direction is switched by a quarter wave plate in front of the SLM. In order to be symmetrical with respect to the x and y axes with a high numerical aperture (NA), the image must be symmetrically polarized and a second 1 / b between the beam splitter and the projection lens. An image in which a four-wave plate is circularly polarized is generated. A simpler configuration where possible with the energy of the laser pulse can be achieved by using an unpolarized beam splitter. Even after the second pass of the beam splitter, the quarter wave plate still has advantages, but it affects the design of the beam-splitting coating. This is because it becomes difficult. The simplest configuration as a whole utilizes the oblique incidence in the SLM, where the beam from the illuminator and the beam reaching the projector lens are geometrically separated as shown in FIG.
[0029]
The micromirror pixel is 20 × 20 μm, and the light projection lens has a 200 × reduction magnification, thereby making the SLM pixel correspond to 0.1 μm of the image. The lens is a monochrome DUV lens having a numerical aperture (NA) of 0.8, and the point spread function is 0.17 μm FWHM (full width at half maximum). The minimum line that can be written with good quality is 0.25 μm.
[0030]
A workpiece, such as a photomask, is moved by an interferometer control stage under the lens and an interferometer logic signal to the laser that produces the flash. Since the flash is only 10 ns, the stage is not moved during the exposure and the SLM image is printed to a size of 204.8 × 51.2 μm. After 2 milliseconds, the stage moves 51.2 μm, a new flash is emitted, and a new image of the SLM is printed from the edge to the edge of the first image. Between exposures, the data input system loads a new image into the SLM so that a larger pattern is formed by the stitched flash. Once a column is completely written, the stage proceeds vertically and a new row begins. Any size pattern can be written, but in the first preferred embodiment, a 125 x 125 mm pattern is typically written. Writing a pattern of this dimension takes 50 minutes plus travel time between successive rows.
[0031]
Since each pixel can be controlled to 25 levels (+ zero), a 0.1 μm pixel is interpolated and incremented by 25, each forming 4 nanometers. Data conversion specifies the pattern anatomically and converts the data into a map using pixels set to on, off, or intermediate values. The data path must provide the SLM with 2048 * 512 * 500 words of data per second, in fact, 524 megabytes of pixel data per second. In the preferred embodiment, the writable area is up to 230 × 230 mm, and up to 230 / 0.0512 = 4500 flashes in a row, which is written in 450/500 = 9 seconds. The amount of pixel data required for one column is 9 × 524 = 4800 Mb. A compressed format is used to reduce the amount of data transferred and stored in the buffer. This format is very similar to the invention by Sandstron et al. In 1990, except that the pixel map is compressed instead of segments with a certain length and value. A viable alternative is to generate the pixel map directly and use a commercially available hardware processor for compression and decompression to reduce the amount of data transferred and buffered.
[0032]
However, the data amount of the entire mask is quite large to store the data divided in advance on the disk even if it is compressed, and pixel data must be generated at the time of use. . An array of processors rasterizes the image in parallel with the conversion to a compressed format and transfers this compressed data to an expander circuit that supplies pixel data to the SLM. In the preferred embodiment, the processor also rasterizes different parts of the image, buffers the results and sends them to the input buffer of the expansion circuit.
[0033]
(Second preferred embodiment)
In a second preferred embodiment, the laser is an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm and a frequency of 500 Hz pulses. The SLM has 2072 × 1024 pixels of 20 * 20 μm, and the lens has a 333 × reduction magnification that gives a projected pixel of 0.06 μm. There are 60 intermediate values and the address grid is 1 nanometer. The point spread function is 0.13 μm and the minimum line is 0.2 μm. The data flow is 1572 megabytes / second, and a column of 230 mm long data is 11.8 Gb.
[0034]
A third preferred embodiment is that the pixel matrix is rotated 45 degrees and the pixel grid is 84 μm so that the projected pixels are spaced 0.06 μm along the x and y axes. Is the same as in the second preferred embodiment. The laser is an ArF excimer laser and the lens is 240 scaled magnification. Since the matrix is rotated, the pixel density of the matrix is reduced and the amount of data is half that of the second preferred embodiment, but the address resolution is the same.
[0035]
(Laser flash vs. flash deviation)
Excimer lasers have two disadvantageous characteristics: flash-to-flash 5% energy deviation and flash-to-
[0036]
Similarly, if a stage error is recorded and the stage is driven by a compensation operation in the second exposure, it is possible to correct the stage imperfection. Any measurable placement error can, in principle, be corrected partially or completely as described above. It is necessary to have a high-speed servo that moves the stage to the point calculated during the second exposure. In the prior art, a method is known in which the SLM itself is mounted on a stage with a small stroke and a short response time and used for precise positioning of an image. Another equally effective method is to use a mirror with piezoelectric control in the optical system between the SLM and the image plane, and which one to select is determined in consideration of the actual situation . Furthermore, it is also possible to add an offset position to the exposure field data and move the image horizontally.
[0037]
The second exposure is preferably performed using an attenuation filter between the laser and the SLM to allow full use of the SLM dynamic range within 0-15% of the nominal exposure. With the 25 intermediate levels, the exposure can be adjusted in steps of 15% * 1/25 = 0.6%.
[0038]
Responses vary slightly from pixel to pixel due to manufacturing imperfections, and such differences may occur due to changes over time. As a result, there arises a disadvantage that the image becomes inhomogeneous. Because the requirements for the image are very high, all pixels may have to be corrected by an increase due to the inverse response of the pixels stored in the lookup memory. It is more preferable to use a polynomial having 2, 3 or more terms for each pixel. This can be done with hardware based logic that drives the SLM.
[0039]
In a more complex and preferred embodiment, the second corrected exposure is performed by combining several corrections. This includes flash-to-flash deviation, flash temporal variation, and well-known pixel-to-pixel response differences. As long as the correction is small, that is, a few percent for each correction, it is added almost linearly, so the correction is added as it is and applied to the SLM. The sum is multiplied by the desired dose value at the relevant pixel.
[0040]
(Alternative light source)
Excimer lasers have a limited pulse repetition frequency (prf) of 500-1000 Hz depending on the laser wavelength and type. Therefore, large fields with stitched edges are used on both the x-axis and the y-axis. In two other preferred embodiments, the SLM is irradiated from a pulsed laser with a much higher prf, such as a Q-switched upconverting solid state laser or a continuous laser source scanned on the surface of the SLM, One part of the SLM is rewritten with new data while another part is printed. In either case, the coherence characteristics of the laser are different from the excimer laser, and larger beam scrambling and coherence control is required, such as multiple parallel optical paths with different optical path lengths. In some means of the present invention, the light output from the flash lamp is sufficient and can be used as a light source. The advantages are low cost and excellent coherence characteristics.
[0041]
In the preferred embodiment in which irradiation is performed by scanning, two problems can be solved. One is the problem of pulse-to-pulse deviation in time and energy, which is preferably due to the scanning being performed under full control by use of an electro-optic scanner such as acousto-optic or electro-optic. This is because using a large number of continuous lasers causes less fluctuation in power than when using a pulsed laser. In addition, the use of a continuous laser allows the selection of different wavelengths, and the continuous laser is less dangerous to the eyes than a pulsed laser. However, the most important point is that the scan is non-limitative and can be performed with a repetition rate of 100 kHz or more, so a much higher data rate can be reached with a matrix of only a few rows. Scanning the illumination beam is also a way to produce a very uniform illumination and is difficult in other ways.
In some embodiments, a flash lamp can be used as the light source, which is a convenient method.
[0042]
(EUV)
The EUV light source is due to particle heating, radiation from a magnetic plasma pinch machine, or heating that is somewhat important to extreme temperatures with high power laser pulses. In either case, the radiation is pulsed. EUV radiation propagates only in vacuum and can only be focused with a reflective optical machine. Typical pattern generators that use SLM have a small exposure field, which is a not so high requirement for optical power. Therefore, since the design of the optical system is gentler than that of the EUV stepper, more mirrors can be used, and a higher numerical aperture (NA) than that of the stepper can be realized. A lens with a high numerical aperture (NA) is expected to have a ring shaped exposure field, and it is well possible to make the SLM shape to match such a field. With a wavelength of 13 nm and a numerical aperture (NA) of 0.25, it is possible to expose a line with a width of only 25 nm. Further, as described above, if high image quality is used, it may be below 20 nm. Is possible. There is no other well-known writing technique that can meet such a resolution, and at the same time, no other technique can achieve the writing speed possible with the same characteristics of the SLM.
[0043]
(Edge overlap)
Stitching is extremely important because a two-dimensional field is printed for each flash and the edges of each field are joined together. Replacing a field of only a few nanometers can cause visible pattern errors along the edges, which can adversely affect the function of the electronic circuit generated by the mask. An effective way to reduce the effects of such unnecessary stitching is to print the same pattern on several paths and replace stitching boundaries between such paths. If the pattern is printed four times, stitching errors are expected to occur at four locations, but only a quarter of the scale. In the preferred embodiment of the present invention, the ability to generate an intermediate exposure is used, along with an overlap band between fields. While the above values are calculated by the computer during rasterization, this calculation can be performed even while decompressing the compressed data. Edge overlap reduces stitching errors and significantly reduces throughput negatives compared to multi-pass printing.
[0044]
(Correction irradiation)
In the first preferred embodiment, the irradiation of the SLM is performed by an optical scrambler such as an excimer laser or a fly-eye lens, and irradiation similar to that from the circular self-emitting surface of the pupil plane of the illuminator Generated. In the case of increasing the resolution during printing by a specific projection system, a correction irradiation method can be used. In the simplest example, there is a method of introducing a pupil filter having, for example, a quadrupole or annular transmission region on the pupil plane of the illuminator. In a more complex example, there is a method of printing the same field several times. Several parameters can be varied between exposures, for example, the focus of the image plane, the illumination pattern, the data applied to the SLM, the pupil filter of the pupil plane of the projection lens, etc. In particular, the resolution can be enhanced by synchronized changes in illumination and the pupil filter, which means that the pupil has a fan-shaped transmission region and that non-diffracted light blocks the absorption patch near the tip of the sector. This is particularly noticeable when the irradiation is aligned in a straight line.
[0045]
(Response linearization)
In order to linearize a transfer function from data to an edge, there are basically the following three methods for edge arrangement performed in this specification.
Taking into account non-linearities in the data converter, generate 8-bit (example) pixel values in the data converter and drive the SLM using a DAC with the same resolution. This situation is shown schematically in FIG. 8a. Here, R is a relay signal, and C is a capacitor provided in each matrix element of the SLM. The SLM is indicated by a broken line.
-Generate a digital value with fewer values (eg 5 bits, ie up to 32 values), convert it to an 8-bit value in a lookup table (LUT) and then feed this 8-bit value to the DAC .
Select a DC voltage generated by one or several high-resolution DACs using a 5-bit value and a semiconductor switch. This situation is shown schematically in FIG. 8b.
[0046]
In either case, when an empirical calibration function is used in the LUT of the data converter or when used with a DC voltage, the empirical calibration function is measured such that the response on the plate is linearized. It is possible.
[0047]
Which linearization scheme to use depends on the data rate, accuracy requirements, and available circuit technologies that can change over time. At present, the data converter is in a deadlock, so linearization by the data converter is not a preferred solution and it is not preferable to generate 8-bit pixel values. Further, the high-speed DAC is expensive and consumes high power. The most appropriate solution is to generate a DC voltage and use a switch. In this method, it is possible to use a resolution higher than 8 bits.
[0048]
(Description of a suitable pattern generator)
FIG. 6 will be described. The pattern generator is a fine positioning system comprising an
[0049]
Pattern generator irradiation is performed by a KrF excimer laser, which has a band corresponding to the natural linewidth of the excimer laser and emits a long flash light of 10 to 20 nanoseconds in the UV region at a wavelength of 248 nanometers. To do. In order to prevent distortion of the pattern on the substrate, the light from the excimer laser is uniformly assigned to the SLM surface, and the coherence length of the light is made sufficiently short, so that no laser speckle is generated on the substrate. Like that. A beam scrambler is used to achieve these two objectives. The beam scrambler splits the beam from the excimer laser into several beam paths having different optical path lengths, and then combines the beam paths into one to shorten the spatial coherence length. Furthermore, the beam scrambler has a beam homogenizer consisting of a lens system having a set of fly-eye lenses, which beam light from each point of the laser beam from the excimer laser, The light is distributed evenly over the entire SLM surface, and the light is distributed to the “top layer”. The beam scrambling, light uniformity, and reduced coherence described above are advantageous in any SLM printer. Depending on the actual environment, it can be realized using a beam splitter, optical multiplexer, diffractive element, optical fiber, kaleidoscope, lenslet array, prism or prism array, or integrating sphere, as well as others. It is also possible to generate a large number of mutually incoherent optical fields incident on the SLM by combining and combining similar devices in order to split or combine the beams.
[0050]
Light from the SLM is relayed and imaged on the substrate on the substrate stage. This is done using the Schlieren optics disclosed by Cook. Focal width f 1 Lens 1 Is the distance f from the SLM 1 It is arranged at the position. Focal length f 2 Another lens of 2 Is a
[0051]
The pattern generator has a finely positioned substrate stage with an interferometer position control system and consists of a movable air bearing xy table 605 made of Zerodur for minimum thermal expansion. A servo system including an interferometer position
[0052]
The SLM image overlaps many pixels in both the x-axis and y-axis directions, and the exposure data pattern is modified locally with overlapping pixels, resulting in many such overlapping regions. The exposure is compensated.
[0053]
The pulse-to-pulse intensity deviation from the excimer laser is compensated by the use of a two-pass exposure of the pattern, where it is performed with a nominal 90% intensity where the first pass is the correct intensity. In the first pass, the actual intensity of each laser flash is measured and stored. In the second pass, the correct intensity for each SLM image exposure is used based on the measured intensity value from the first pass. In this way, the scale of the influence due to the deviation of the pulse-to-pulse intensity from the excimer laser can be suppressed.
[0054]
(correction)
The functionality of the SLM is described in more detail elsewhere in this document. The SLM has 2048 × 256 pixels with a pixel size of 16 micrometers and can address all pixels within 1 millisecond. The SLM is firmly attached to an elaborate stage. This sophisticated stage can move 100 microns in the x and y directions with an accuracy of more than 100 nanometers between flash exposures. By performing fine positioning of the SLM, inaccuracy of the position of the substrate positioning stage is corrected and pattern stitching errors are further reduced. In addition to positioning in the xy direction, the SLM stage can also be rotated to expose the pattern on the substrate at an angle other than that specified in the substrate stage coordinate system. The purpose of such rotation is to allow the substrate adjustability to be incorporated for a substrate having an existing pattern to which supplemental features are added. Using an off-axis optical channel and / or a CCD camera, after loading, the exact position of the substrate on the stage is measured and viewed through the lens so that multiple alignment marks on the substrate are Coordinates in the system can be determined. During exposure, the stage position is corrected in the x and y directions based on the measurement position of the alignment mark. While using a stage servo system that follows the rotating coordinate system, the SLM's sophisticated stage can be rotated as described above to perform rotational adjustment. By being able to rotate the SLM, it is possible to write to a distorted coordinate system and compensate for subsequent pattern distortion.
[0055]
Further, the means for rotating the coordinate system of the pattern to be written may include means for rotating the digital description supplied to the electronic data processing and delivery system. This converts the data into a rotated digital description before sending it to the electronic data processing and delivery system. Alternatively, the modulator signal provided by the electronic data processing and delivery system can be rotated. In this case, the modulator signals are converted after rasterization before they reach the modulator. The conversion is preferably performed in real time.
[0056]
The same method for rotating the coordinate system can be used for other types of pattern writer systems, such as raster scan laser beams as well. In particular, it can be used in systems that use acousto-optic deflectors, such as the system described in EP 046776 (Sandstron et al.). This is incorporated herein. However, in such a scanning writing apparatus, it is preferable to rotate it by rotating the deflector. An example of a mechanism for rotating the image of the modulator and adjusting the azimuth angle to compensate for the rotation angle between the first layer and the second layer relative thereto is shown in FIG. The deflector is attached to the
[0057]
However, other means for rotating the coordinate system of the pattern to be written are also feasible. For example, the means for rotating the coordinate system of the pattern to be written can include an optical element for rotating the image projected from the modulator to the workpiece. For this, a Dove prism can be used. However, it is also possible to use an analog device configuration of a reflecting surface as shown in FIG. This can impose a controlled rotation on the image projection from the modulator before it reaches the workpiece.
[0058]
The above rotation is particularly useful when the second pattern is to be written on a workpiece that already contains the first write pattern. In this case, the workpiece may need to be replaced in the same writing device, or the second pattern may even be written by a writing device other than that used to write the first pattern. In this case, it is most important to reduce the rotational deviation between patterns.
[0059]
The above correction means can be used for the production of masks and reticles, but can also be applied to direct writing devices.
[0060]
(Alignment)
In order to control the rotation of the second pattern in an appropriate manner, it is preferable to detect the rotation deviation between the first existing pattern and the second pattern to be written by the detection system. However, in other applications, it is also useful to appropriately control the rotational deviation. Such a detection system preferably includes means for detecting the position of at least one alignment mark on the workpiece, and further relates this measured position to the coordinate system of the writing device.
[0061]
With reference to FIG. 9, the alignment mark preferably includes at least two
[0062]
The alignment mark preferably also includes a
The total length of the snake mark and the search mark may be about 500 to 600 nm.
[0063]
Several alignment marks can be placed at different locations on the workpiece. For example, four alignment marks can be distributed over the periphery, such as the corners of the workpiece or, preferably, the sides between these corners.
[0064]
The mark detection system includes an off-axis light channel for detecting and measuring the position of the alignment mark on the workpiece, and can further relate this measured position and rotation to the coordinate system of the writing device. . However, in the preferred embodiment of the present invention, the detection and alignment system at least partially uses the same beam path as the writing beam, and preferably also uses the same lens used for the writing operation.
[0065]
With reference to FIG. 10, the detection and alignment system includes a laser that emits light of a wavelength that can be transmitted through a
[0066]
The reflected light is then examined for detection and alignment. It is preferable to examine the dark field signal of the reflected light because it increases the visibility of details. The specularly reflected light is then filtered out and only the scattered light is focused on a detector, such as a PIN detector. However, other alternative solutions are possible to achieve contrast enhancement, such as any one of the types used in light microscopy. For example, you may use one of the following contrast enhancement methods:
-Bright field to detect reflected light;
A dark field that reduces the light intensity but achieves improved edge discrimination;
Confocal imaging to achieve good lateral and depth resolution;
-Phase contrast imaging to achieve good depth resolution;
・ Nomarski; and
-Lateral interference.
[0067]
Contrast enhancement improves the signal to noise ratio. It is particularly useful in direct write applications where improved accuracy and precision are required and when using chemical mechanical polishing (CMP).
[0068]
A
[0069]
The laser beam is preferably focused on a narrow spot of about 1 μm diameter on the substrate using the same focusing
[0070]
In order to calculate the displacement and rotation of the first pattern, the exact positioning of the alignment mark must be determined. To detect the position of the alignment mark, the substrate is driven by a mechanical positioning system as described above to scan the alignment beam on the substrate in a continuous back and forth motion. Values from the
[0071]
These marks are preferably detected accurately so as not to affect or expose the resist. For example, light with a wavelength of 248 nm typically exposes the resist, whereas light with a green light wavelength (eg, 532 nm) has no photochemical action, ie does not expose the resist. However, it turns out that it is difficult to optimize the final lens for 532 nm, which may result in poor performance. A way to solve this problem is to use only a small part of the available exposure field, preferably less than 20%. Within such a small field, for example, a wavefront error at 532 nm can be corrected by a special optical element. Furthermore, problems associated with field aberration distortion, such as small field distortion, astigmatism and focal plane curvature, are also reduced.
[0072]
Such field reduction can be achieved with a system as shown in FIGS. Both systems can be incorporated into the system described above, in particular the system described with reference to FIG. In a system such as that shown schematically in FIG. 13, the
[0073]
In the alternative embodiment shown schematically in FIG. 14, the configuration is substantially the same as the system described above. However, in this case, a
[0074]
When these mark locations are detected, they should be accurately defined. Next, a more complete scan is performed on the detected mark. The values from the x and y interferometers and from the PIN detector are then collected in more detail. This result is then used to determine the exact rotation and position of this mark.
[0075]
The alignment method according to the invention is schematically illustrated in FIG. The method begins at 1101 and first determines at 1102 whether the alignment parameters are properly defined. If not defined, parameters are read from the file at 1103. These parameters indicate what to search and how to perform this search. The item to be searched can be defined by a parameter specifying the alignment mark. The alignment mark may be of the form discussed above. The alignment marks are preferably grouped according to geometric shapes, such as circles, lines or more complex combinations. Each such group is preferably pre-defined in code form in a parameter file and comprises a set of parameters indicating the dimensions of the mark and / or group of marks. The way to do the search is: the placement of the mask in the system, the tolerance for translation as well as the rotation, the type of mask used, the maximum number of scan lines for the mask, the signal format at the edge, polarity and
[0076]
Most parameters may be set automatically by a computer program or may be adjusted manually. The parameter file may also include measured signal statistics.
[0077]
Subsequently, it is determined whether or not the statistical value of the measurement signal is properly defined. This statistic can include information about noise, background level, maximum and minimum levels, signal edge length, and the like. If sufficient statistical data is not available, such information may be read from a file or measured. When measuring, the line on the mark is scanned at 1105. Thereafter, at 1106, a statistical value for the line is calculated. Next, it is determined in
[0078]
Thereafter, in 1109, the mark is searched by scanning the substrate with a line. After each scan, the signal is processed at 1110 to identify the edge at the scan line. After each scan, 1111 determines whether enough data has been collected and repeats steps 1109-1111 until enough data is collected. Further, the next scan line to be performed can thereby be determined depending on the result from the previous scan line. This keeps the required number of scan lines low and makes this search quick and effective. In scanning line processing, it is preferable to search for edges only where there are likely edges. This speeds up the search process and reduces the problems associated with perturbation noise between edges.
[0079]
When the appropriate number of edges has been identified and calculated, at 1112 the position of the alignment mark is calculated. Different search and certification methods may be used depending on the form of the alignment mark. For example, for an alignment mark that includes two intersecting lines, linear interpolation of the edges may be performed, thereby calculating the intersection. At 1113, the output from the search process is the position of this mark. It is then determined at 1114 whether these parameter and statistics files should be terminated, and if so, the parameters and statistics specified at 1115 are saved to the file. At 1116, the alignment method is finished.
[0080]
The measured positions of these alignment marks can be used to determine the difference in rotation, translation, magnification difference and / or orthogonality of the first already written layer relative to the second layer. Differences in magnification and orthogonality are particularly important when writing different layers using different writing devices. Magnification differences may also occur when writing conditions for writing different layers are different in different ways, such as temperature differences.
[0081]
In addition, it may be necessary to measure the offset between the light beam and write beam used during this alignment. This positioning difference usually must be compensated during writing of the different layers. Furthermore, the misalignment is likely to vary over time and therefore should preferably be measured periodically.
[0082]
This misalignment can be determined in a manner similar to alignment. Thus, the alignment mark discussed above or another beam measurement mark can be used. Such a measurement mark may include four lines that intersect at a common intersection, as shown in FIG. These beams are preferably evenly distributed with an angle between each adjacent line pair of 45 °. Since the position of the search mark is known in advance, the measurement mark does not need to include the search mark. Therefore, this measurement can be performed in a limited area of the raster, that is, at a fixed position on the stage.
[0083]
A special measurement light beam may be used for measuring the displacement. Instead, writing light may be used. For measurement, a
[0084]
To make the measurement, the stage, i.e. the substrate table, can be arranged so that a micro sweep starts from this mark at a distance corresponding to approximately the width of the line in this mark. Next, stage movement in the first direction (X) is started, and preferably the beam is scanned in the second direction (Y) at the same time. Edges are identified with reflected light, as in the alignment method discussed above. Every line of passing marks produces a pair of edges. The position in the X direction can be given by the x positioning means of the stage, while the position in the Y direction can be determined by the pixel size times the start of the sweep and the number of pulses between these edges. The position of the line can then be determined by calculating the average value between the line edges.
[0085]
After sweeping the entire mark, many positions of these lines gather. This position data can then be used for line interpolation calculations to determine a common intersection. This determines the position of the light with the mark as a reference.
[0086]
The methods and means for alignment and positioning discussed above can be used for mask and reticle production, but can also be applied to direct writing systems.
[0087]
In the
[0088]
(Cited document)
Nelson 1988: US Pat. No. 5,148,157
Cook 1990:
Sandstron et al. 1990:
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a conventional printer. The SLM consists of a micromirror that deflects light from the lens pupil.
FIGS. 2a to 2h are diagrams showing some pixel designs in which four upper pixels are turned off and the remaining five pixels are turned on. FIGS.
FIG. 3 is a diagram illustrating an arrangement of pixels that generate a phase difference by moving up and down like a piston. Thus, it is shown how the edge position can be finely adjusted by the phase SLM.
FIGS. 4a to 4g are diagrams showing a schematic comparison between an SLM with a deflection mirror and an SLM with a deformation mirror; FIGS.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for translating data and sending it to the SLM.
FIG. 6 shows a preferred embodiment of a pattern generator according to the present invention.
FIG. 7 shows the generally expected complex amplitude for different types of SLMs.
FIGS. 8a and 8b are diagrams schematically showing different types of SLM mirror control. FIGS.
FIG. 9 shows an example of alignment marks to be used in the present invention.
FIG. 10 schematically illustrates an example of a detection and alignment system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 schematically shows an example of an alignment method according to the invention.
FIG. 12 schematically shows an example of a beam measurement mark to be used in the present invention.
FIG. 13 schematically shows a first example of an embodiment of a detection and alignment system according to the present invention including field reduction means.
FIG. 14 schematically shows a second example of an embodiment of a detection and alignment system according to the invention including field reduction means.
FIG. 15 schematically shows an analog device configuration of a reflecting surface to be used in an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
601 Modulator
602 Light source
604 projection system
607 Electronic data processing and transmission system
902 snake mark
903 Search mark
1001 Light source
1004 lens
1009 Detector
1009 'detector
1301 (Second) Modulator
1401 Small angle scanner
Claims (4)
超紫外線(EUV)から赤外線(IR)までの波長範囲にある光を放射する光源と、
精巧なステージに搭載された空間光変調装置(SLM)であって、前記放射によって照射されるようにされた、多重の変調素子(画素)を有する空間光変調装置(SLM)と、
前記加工品上に前記変調装置の画像を生成する投影系と、
書き込むべき前記パターンのデジタル記述を受信し、該パターンを変調装置用信号に変換し、前記信号を前記変調装置(601)に送信する電子データ処理及び伝送システムと、
前記加工品および/または前記投影系の互いに対する位置付けを行なう精密機械システムと、
位置付けステージ上の前記加工品の位置、前記信号の前記変調装置への送信、および前記放射の強度を制御して、前記パターンを前記加工品上に印刷できるようにする電子制御システムと、
前記電子データ処理及び伝送システムへ供給する前記デジタル記述を回転させることによって、書き込むべき前記パターンの座標系を回転させるための手段を有する、前記装置であって、
前記デジタル記述を回転させることによって書込むべき前記パターンの座標系を回転させるための前記手段は、前記電子データ処理及び伝送システムが供給する前記変調装置信号を回転させるための手段を含み、
前記変調装置信号は、ラスタ化後に、前記変調装置に達する前にリアルタイムで変換される、前記装置。An apparatus for generating a pattern on a workpiece,
A light source that emits light in the wavelength range from extreme ultraviolet (EUV) to infrared (IR);
A spatial light modulator (SLM) mounted on an elaborate stage, the spatial light modulator (SLM) having multiple modulator elements (pixels) adapted to be illuminated by the radiation;
A projection system for generating an image of the modulation device on the workpiece;
An electronic data processing and transmission system for receiving a digital description of the pattern to be written, converting the pattern into a signal for a modulator, and transmitting the signal to the modulator (601);
A precision mechanical system for positioning the workpiece and / or the projection system relative to each other;
An electronic control system that controls the position of the workpiece on a positioning stage, the transmission of the signal to the modulator, and the intensity of the radiation so that the pattern can be printed on the workpiece;
Said apparatus comprising means for rotating the coordinate system of the pattern to be written by rotating the digital description supplied to the electronic data processing and transmission system,
The means for rotating the coordinate system of the pattern to be written by rotating the digital description comprises means for rotating the modulator signal provided by the electronic data processing and transmission system;
The apparatus, wherein the modulator signal is converted in real time after rasterization and before reaching the modulator .
EUVからIRまでの波長範囲の光を放射する段階、
多重の変調素子(画素)を有する空間光変調装置(SLM)によって、前記放射された光を変調する段階、
前記加工品に前記変調装置の画像を投影する段階、
電子データ処理及び伝送システムにて書込むべきパターンのデジタル記述を受信する段階、
を含む方法であって、さらに
前記電子データ処理及び伝送システムへ供給する前記デジタル記述を回転させることによって、書込むべき前記パターンの座標系を回転させる段階を含む方法
であって、
前記デジタル記述を回転させることによって書込むべき前記パターンの座標系を回転させる前記段階は、前記電子データ処理及び伝送システムが供給する前記変調装置信号を回転させる段階を含み、
前記変調装置信号は、ラスタ化後に、前記変調装置に達する前にリアルタイムで変換される、前記方法。A method for generating a pattern on a workpiece:
Emitting light in the wavelength range from EUV to IR;
Modulating the emitted light by a spatial light modulator (SLM) having multiple modulator elements (pixels);
Projecting an image of the modulator onto the workpiece;
Receiving a digital description of a pattern to be written in an electronic data processing and transmission system;
Further comprising rotating the coordinate system of the pattern to be written by rotating the digital description supplied to the electronic data processing and transmission system, comprising:
Rotating the coordinate system of the pattern to be written by rotating the digital description comprises rotating the modulator signal provided by the electronic data processing and transmission system;
The method, wherein the modulator signal is converted in real time after rasterization and before reaching the modulator .
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US824670 | 1997-03-26 | ||
US09/824,670 US6816302B2 (en) | 1998-03-02 | 2001-04-04 | Pattern generator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002372790A JP2002372790A (en) | 2002-12-26 |
JP4495898B2 true JP4495898B2 (en) | 2010-07-07 |
Family
ID=25242023
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002102101A Expired - Lifetime JP4495898B2 (en) | 2001-04-04 | 2002-04-04 | Improved pattern generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4495898B2 (en) |
Families Citing this family (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004245905A (en) * | 2003-02-10 | 2004-09-02 | Tadahiro Omi | Mask fabricating device |
EP1662552A1 (en) | 2003-04-11 | 2006-05-31 | Ball Semiconductor Inc. | Pattern plotting device and pattern plotting method |
US7061591B2 (en) | 2003-05-30 | 2006-06-13 | Asml Holding N.V. | Maskless lithography systems and methods utilizing spatial light modulator arrays |
EP1482373A1 (en) * | 2003-05-30 | 2004-12-01 | ASML Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and device manufacturing method |
US6831768B1 (en) | 2003-07-31 | 2004-12-14 | Asml Holding N.V. | Using time and/or power modulation to achieve dose gray-scaling in optical maskless lithography |
KR101080545B1 (en) * | 2003-08-04 | 2011-11-04 | 마이크로닉 레이저 시스템즈 에이비 | Psm allignment method and device |
JP2005123586A (en) * | 2003-09-25 | 2005-05-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Apparatus and method for projection |
US6876440B1 (en) | 2003-09-30 | 2005-04-05 | Asml Holding N.V. | Methods and systems to compensate for a stitching disturbance of a printed pattern in a maskless lithography system utilizing overlap of exposure zones with attenuation of the aerial image in the overlap region |
US7410736B2 (en) | 2003-09-30 | 2008-08-12 | Asml Holding N.V. | Methods and systems to compensate for a stitching disturbance of a printed pattern in a maskless lithography system not utilizing overlap of the exposure zones |
US7023526B2 (en) | 2003-09-30 | 2006-04-04 | Asml Holding N.V. | Methods and systems to compensate for a stitching disturbance of a printed pattern in a maskless lithography system utilizing overlap without an explicit attenuation |
US7580559B2 (en) | 2004-01-29 | 2009-08-25 | Asml Holding N.V. | System and method for calibrating a spatial light modulator |
JP4541010B2 (en) * | 2004-03-25 | 2010-09-08 | 財団法人国際科学振興財団 | Pattern exposure apparatus and two-dimensional optical image generation apparatus |
JP2005300812A (en) * | 2004-04-09 | 2005-10-27 | Pentax Corp | Drawing apparatus |
JP2005300807A (en) * | 2004-04-09 | 2005-10-27 | Pentax Corp | Drawing apparatus |
US7072500B2 (en) * | 2004-05-07 | 2006-07-04 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Image locking system for DNA micro-array synthesis |
US7500218B2 (en) * | 2004-08-17 | 2009-03-03 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus, method, and computer program product for generating a mask pattern and device manufacturing method using same |
US7274502B2 (en) * | 2004-12-22 | 2007-09-25 | Asml Holding N.V. | System, apparatus and method for maskless lithography that emulates binary, attenuating phase-shift and alternating phase-shift masks |
US7145636B2 (en) | 2004-12-28 | 2006-12-05 | Asml Netherlands Bv | System and method for determining maximum operational parameters used in maskless applications |
US7330239B2 (en) * | 2005-04-08 | 2008-02-12 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and device manufacturing method utilizing a blazing portion of a contrast device |
WO2006118340A2 (en) | 2005-04-28 | 2006-11-09 | Fujifilm Corporation | Image recording processing circuit, image recording apparatus and image recording method using image recording processing circuit |
JP2007101617A (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Fujifilm Corp | Drawing device and drawing method |
JP2007219011A (en) * | 2006-02-14 | 2007-08-30 | Hitachi Via Mechanics Ltd | Maskless exposure apparatus and exposure method thereof |
US8052289B2 (en) * | 2006-06-07 | 2011-11-08 | Asml Netherlands B.V. | Mirror array for lithography |
JP5778703B2 (en) * | 2010-03-03 | 2015-09-16 | マイクロニック アーベーMycronic Ab | Pattern generator with calibration system |
JP2011237683A (en) * | 2010-05-12 | 2011-11-24 | Hitachi High-Technologies Corp | Exposure device, exposure method, and method for manufacturing panel substrate for display |
WO2017050360A1 (en) | 2015-09-23 | 2017-03-30 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Method of operating a microlithographic projection apparatus and illuminations system of such an apparatus |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0917718A (en) * | 1995-07-03 | 1997-01-17 | Canon Inc | Aligner and device, and manufacturing method using it |
JPH1145851A (en) * | 1997-07-24 | 1999-02-16 | Nikon Corp | Exposure method and manufacture of semiconductor device |
JPH11226772A (en) * | 1998-02-19 | 1999-08-24 | Ricoh Micro Electronics Kk | Laser beam machining method and its device |
WO1999045438A1 (en) * | 1998-03-02 | 1999-09-10 | Micronic Laser Systems Ab | Method for pattern generation with improved image quality |
-
2002
- 2002-04-04 JP JP2002102101A patent/JP4495898B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0917718A (en) * | 1995-07-03 | 1997-01-17 | Canon Inc | Aligner and device, and manufacturing method using it |
JPH1145851A (en) * | 1997-07-24 | 1999-02-16 | Nikon Corp | Exposure method and manufacture of semiconductor device |
JPH11226772A (en) * | 1998-02-19 | 1999-08-24 | Ricoh Micro Electronics Kk | Laser beam machining method and its device |
WO1999045438A1 (en) * | 1998-03-02 | 1999-09-10 | Micronic Laser Systems Ab | Method for pattern generation with improved image quality |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002372790A (en) | 2002-12-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4495898B2 (en) | Improved pattern generator | |
US6816302B2 (en) | Pattern generator | |
KR100451026B1 (en) | Improved pattern generator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041118 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080314 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20080616 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20080619 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080805 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080826 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20081126 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20081201 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20081226 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20090107 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20090126 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20090129 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090219 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090619 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091019 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20091204 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100402 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100412 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4495898 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130416 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130416 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140416 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |