CN102460632B - 产生二级图案以供光刻处理的方法和使用该方法的图案产生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过多个小射束来产生一个二级图案以供光刻处理的方法。在该方法中，首先，提供一呈向量格式的图案。接着，将该向量格式图案转换成一像素图格式的图案。最后，通过在该像素图格式图案上应用误差扩散来形成一个二级图案。

Description

产生二级图案以供光刻处理的方法和使用该方法的图案产生器

技术领域

本发明涉及一种通过多个小射束来产生一个二级图案以供光刻处理的方法。本发明进一步涉及一种用于在通过一处理器执行时用于执行此方法的计算机可读媒体。本发明进一步涉及一种经配置用于执行此方法的图案产生器。本发明进一步涉及一种用于使用复数个小射束来曝光一目标的带电粒子多小射束系统，其中该系统包括此图案产生器。最后，本发明涉及一种包括此图案产生器的光刻(lithographic)系统。

背景技术

在本技术领域中广泛地知晓使用黑色及白色写入策略(即，“接通(on)”及“切断(off)”写入策略)的系统。这种系统可使用，例如，雷射射束或带电粒子射束，且可以在无光罩系统中使用直接写入为特征。通过调制射束(或多射束系统中的射束)，光栅化虚拟栅格中的个别栅格单元可被曝光或可不被曝光，以将所要图案写入至目标上。此等射束的特征为目标表面中的所谓的射束效应，其常常是通过点散布函数(pointspreadfunction)描述的。点散布函数通常具有高斯(Gaussian)分布，其描述受到射束影响的表面积的范围。通常将射束大小定义为存在50％的射束能量的分布的大小。

通常，在表面积处射束的光斑面积比栅格单元的典型大小大得多。这样，特定栅格单元的完全曝光也会在邻近于经曝光的单元的栅格单元中导致较少强度的曝光。因此，在带电粒子射束的情况下，沉积于个别栅格单元内的带电粒子的数目(也被称作剂量)构成直接从栅格单元自身的曝光与间接从邻近单元的曝光接收的剂量的总和。通过选择适于显影经曝光的抗蚀剂层的截止标准，可获得所要特征尺寸。

根据已转让给本发明的拥有者的美国专利第6,897,458号，可以知晓特定种类的以带电粒子射束为基础的光刻系统，且该光刻系统涉及在带电粒子射束柱中产生的用于曝光目标的大量带电粒子小射束。使带电粒子小射束遍及目标进行扫描，同时加以调制。另外，目标可以能够相对于射束进行移动，例如，在横切射束扫描方向的方向上进行移动。基于提供至光刻系统的图案数据来执行小射束的调制。在所描述的特定系统中，通过遮住或阻挡小射束以有效地切换小射束接通及切断来执行调制。

使用此类型的光刻系统来曝光目标是通过目标的相对移动与每一带电粒子小射束的调制(例如，时控“接通”及“切断”切换或阻断(blanking))的组合达成的。一种用以通过小射束来曝光基板的已知方法为光栅扫描方法。为了控制在此扫描方法中的小射束，使图案数据光栅化。将目标定位于以连续运动形式移动的马达驱动的载物台上。随着移动载物台，使射束在实质上垂直于载物台运动的方向上进行扫描。通过将光栅化图案数据供应至系统(经时控使得与小射束偏转及载物台运动同步地调制小射束)，可将通过图案数据表示的图案作为曝光图案而转置至目标的表面上。光栅化图案数据对应于目标的表面上的虚拟光栅单元栅格上的曝光图案。

现有带电粒子射束技术适于用于图像的相对进程图案化的光刻系统，例如，以达成90nm及更高的临界尺寸(CD)。然而，存在着针对改良效能的不断增长的需要。需要达成显著更小的临界尺寸(例如，22nm)，同时维持足够的晶圆输出量，例如，每小时10个至60个晶圆或更高。

在如上文所论述的以习知方式光栅化的图案中，特征布置限于光栅单元栅格的栅网格线。然而，归因于(例如)校正若干分辨率干扰现象(比如近接效应)所需要的校正规则，特征的边缘常常未必落在栅网格线上。为此，存在挑选尽可能小的光栅单元栅格的趋势。

然而，尤其在使用复数个小射束的带电粒子射束系统中，鉴于数据处理约束，需要尽可能大的栅格大小。已转让给本发明的拥有者的国际申请案WO2007/105939提出通过引入“参差不齐的(ragged)”边缘的使用，解决挑选合适栅格大小的问题，以使在栅网格线之间布置特征边缘成为可能。

通过复数个小射束进行图案化的另外困难是不同小射束之间的剂量变化。在带电粒子系统中，每小射束的电流通常变化。在多射束系统中，待图案化的基板的不同部分是通过不同射束曝光的。由于小射束剂量变化，可出现图案化误差。如WO2007/105939中所呈现的写入策略不能够解决此问题。

发明内容

需要提供一种关于上文所论述的问题中的一个或多个以改良效能，通过多个小射束来产生一个二级图案以供光刻处理的方法。为此，本发明提供一种通过多个小射束来产生一个二级图案以供光刻处理的方法，该方法包括：提供一向量格式的图案；将该向量格式图案转换成一像素图格式(pixmapformat)的图案；及通过在该像素图格式图案上应用误差扩散来形成一个二级图案。

在一具体实施例中，该像素图包括一像素单元阵列(array)。在该像素单元阵列内，将一多级(即，二级以上)值分配给每一像素单元。

在本发明的一具体实施例中，将多级值提供给像素单元可以基于通过该个别像素单元而对该向量格式图案的相对覆盖。可替代地或额外地，将多级值提供给像素单元可以基于该向量格式图案的剂量级值(doselevelvalue)。

在本发明的具体实施例中，该向量格式图案可为一个二级图案，即，其可通过二级值形成。

本发明进一步涉及一种，在通过一处理器执行时，用于执行此方法的具体实施例的计算机可读媒体。

本发明进一步涉及一种图案产生器，其包括：一输入端，其用于接收一向量格式的图案；一处理单元，其用于执行如上文所描述的产生一个二级图案以供光刻处理的方法；及一输出端，其用于供应该二级图案。该图案产生器可进一步包括一用于储存像素图格式的图案的存储器，该存储器以可通信方式耦接至该处理单元。

本发明进一步涉及一种用于使用复数个小射束来曝光一目标的带电粒子多小射束系统，该系统包括：一小射束调制系统，其用于调制该复数个小射束，以便形成一曝光图案；一投影系统，其用于将该复数个经调制的小射束投影至该目标的表面上；一偏转器阵列，其用于使该复数个小射束在第一方向上偏转；一基板支撑构件，其用于支撑待曝光的该目标；一控制单元，其被配置成协调在第二方向上该基板支撑构件与该复数个小射束之间的相对移动及在该第一方向上小射束群组的移动，使得可根据一像素单元阵列来曝光该目标；其中该带电粒子多小射束系统进一步包括如上文所描述的小射束图案产生器。

在一具体实施例中，该投影系统包括一投影透镜系统阵列。在另一具体实施例中，该复数个小射束被配置为小射束群组，且每一投影透镜系统与一小射束群组对应。

最后，本发明进一步涉及一种光刻系统，其包括：一预处理单元；一带电粒子多小射束系统，其用于根据一个二级图案而使用复数个小射束来曝光一目标；其中该预处理单元包括如上文所描述的小射束图案产生器。

附图说明

下面将参考附图中所示的实施例来进一步解释本发明的各方面，在附图中：

图1为带电粒子多小射束光刻系统的一个范例的简化示意性概述；

图2为图1的光刻系统的末端模块的侧视图形式的简化示意性概观；

图3说明具有经图案化的小射束群组的带电粒子多小射束光刻系统的范例；

图4A、图4B示意性地说明形成多级图案的概念；

图5A、图5B示意性地说明用于通过误差扩散来评估多级图案的两个不同轨线；

图6A、图6B示意性地说明根据本发明的一具体实施例的应用多级图案的一维评估结果；

图7A、图7B示意性地说明根据本发明的另一具体实施例的应用多级图案的一维评估结果；

图8A、图8B示意性地说明根据本发明的具体实施例的可在应用于多级图案上的二维误差扩散中应用的不同类型的核心；

图9A、图9B示意性地说明无移位条件的概念；

图10示意性地说明多小射束光刻设备的数据路径。

具体实施方式

以下参考附图描述本发明的各种实施例，这些实施例仅以举例说明的方式给出。

图1展示不具有电子小射束的共同跨接的基于电子射束光学系统的带电粒子多小射束光刻系统的一个实施例的简化示意性图。例如在美国专利第6,897,458号及第6,958,804号及第7,084,414号及第7,129,502号中描述了这种光刻系统，这些专利的全文在此皆以引用的方式并入本文中，并已转让给本发明的拥有者。

在图1所示的实施例中，光刻系统包括用于产生同质扩展电子射束20的电子源1。优选地，使射束能量维持在约1keV至10keV的相对较低的范围内。为了达成此目的，加速电压优选地较低，电子源优选地保持在相对于处于接地电位的目标的约-1kV至-10kV之间，但亦可使用其它设定。

来自电子源1的电子射束20通过双八极2且随后通过准直器透镜3以用于准直电子射束20。随后，电子射束20撞击孔径阵列4，孔径阵列4阻挡该射束的部分，且允许复数个小射束21传递通过孔径阵列4。孔径阵列优选地包括具有通孔的板。因此，产生复数个平行电子小射束21。该系统产生大量小射束21，较佳为约10,000个至1,000,000个小射束，但当然，可以使用更多或更少的小射束。应注意，亦可使用其它已知方法来产生经准直的小射束。

复数个电子小射束21传递通过聚光器透镜阵列5，聚光器透镜阵列5在小射束阻断器(blanker)阵列6的平面中聚焦电子小射束21中的每一者。此小射束阻断器阵列6优选地包括复数个阻断器，其各自能够使电子小射束21中的一个或多个偏转。

随后，电子小射束21进入末端模块(endmodule)7。末端模块7优选地被建构为可插入、可替换的单元，其包括各种组件。在此实施例中，末端模块7包括射束挡止器阵列8、射束偏转器阵列9及投影透镜配置10，但并非所有这些都需要包括在末端模块7中，并且它们的配置可以不同。末端模块7将尤其提供约25倍至500倍(优选地，在50倍至200倍的范围内)的缩小率。在产生经图案化的子射束的系统(将参照图3对其加以论述)中，需要稍微少些的缩小率。

如下文所描述，末端模块7优选地使小射束偏转。在离开末端模块7之后，小射束21撞击位于目标平面处的目标11的表面。对于光刻应用，目标通常包括具备带电粒子敏感层或抗蚀剂层的晶圆。

在末端模块7中，电子小射束21首先通过射束挡止器(beamstop)阵列8。此射束挡止器阵列8主要地确定小射束的开张角。在此实施例中，射束挡止器阵列8包括用于允许小射束传递通过的孔径阵列。射束挡止器阵列8(呈其基本形式)包括具备通孔的基板，该通孔典型地为圆孔，但也可使用其它形状。在一实施例中，射束挡止器阵列8的基板由具有规则间隔的通孔阵列的硅晶圆形成，且可被镀制金属的表面层以防止表面充电。在一实施例中，金属是不形成自生氧化物表层的类型，诸如，CrMo。

在一个实施例中，使射束挡止器阵列8的通路与小射束阻断器阵列6的组件对准。小射束阻断器阵列6及射束挡止器阵列8一起操作以阻挡或放行小射束21。若小射束阻断器阵列6使小射束偏转，则小射束将不传递通过射束挡止器阵列8中的对应孔径，而是将受到射束挡止器阵列8的基板阻挡。但，若小射束阻断器阵列6不使小射束偏转，则小射束将传递通过射束挡止器阵列8中的对应孔径，且将接着作为光斑而投影于目标11的表面上。以此方式，可有效地接通及切断个别小射束21。

接下来，小射束21传递通过射束偏转器阵列9，射束偏转器阵列9提供在X及/或Y方向(实质上垂直于未经偏转的小射束21的方向)上每一小射束的偏转。接下来，小射束21传递通过投影透镜配置10，且投影至处于目标平面中的目标11(典型地为晶圆)上。

射束挡止器阵列8中孔径的直径可限制小射束的横截面，使得仅允许小射束的中心部分传递通过以用于投影至目标11上。小射束的此中心部分具有一相对均匀的电荷密度。通过射束挡止器阵列8而对小射束的圆周截面的这种截止也主要地决定在系统的末端模块7中小射束的开张角，以及在目标11处电流的量。在一个实施例中，射束挡止器阵列8中的孔径为圆形，从而导致具有大体上均一开张角的小射束。

图2更详细地展示末端模块7的一个实施例，其展示射束挡止器阵列8、偏转阵列9，及将电子小射束投影至目标11上的投影透镜配置10。将小射束21投影至目标11上，优选地导致直径为约10纳米至30纳米且更优选为约20纳米的几何光斑大小。在此设计中，投影透镜配置10优选地提供约100倍至500倍的缩小率。在如图2所示的此实施例中，小射束21的中心部分首先传递通过射束挡止器阵列8(假定其尚未被小射束阻断器阵列6偏转)。接着，小射束21传递通过射束偏转器阵列9中的一偏转器或被配置成形成偏转系统的序列的一偏转器集合。小射束21随后传递通过投影透镜配置10的电光系统，且最后撞击处于目标平面中的目标11。

在图2所示的实施例中，投影透镜配置10具有依次配置的三个板12、13及14，其用以形成一静电透镜阵列。板12、13及14优选地包括其中形成有孔径的板或基板。孔径优选地形成为透过基板的圆孔，但亦可使用其它形状。在一个实施例中，基板是由使用在半导体芯片工业中熟知的处理步骤处理的硅或其它半导体形成的。举例而言，可使用在半导体制造工业中已知的光刻及蚀刻技术将孔径方便地形成于基板中。优选地，足够精确地控制所使用的光刻及蚀刻技术以确保孔径的位置、大小及形状的均一性。此均一性准许对个别地控制每一小射束的焦点及路径要求的消除。

孔径的定位的均一性(即，孔径之间的均一距离(间距)及遍及基板的表面的孔径的均一配置)准许建构具有在目标上产生均一栅格图案的密集分封小射束的系统。此外，在使用多个板的系统中，对准每一板中的对应孔径。在板之间孔径的未对准可导致沿着不同轴线的焦距之差。

孔径的大小的均一性使在孔径部位处形成的静电投影透镜能够有均一性。透镜的大小的偏差将导致聚焦的偏差，使得一些小射束将聚焦于目标平面上，且其它小射束将不聚焦于目标平面上。

孔径的形状的均一性也是很重要的。在使用圆孔的情况下，孔的圆度的均一性导致所得透镜的焦距在两个轴上是相同的。

基板优选地被镀制导电镀层以形成电极。导电镀层优选地在每一基板上形成单一电极，其覆盖在孔径周围及孔内部的板的两个表面。优选地将具有导电自生氧化物的金属(诸如，钼)用于电极，例如，使用在半导体制造工业中熟知的技术将该金属沉积至板上。

图2展示板12、13及14，电压V1、V2及V3分别被施加至它们的电极上。板12与板13的电极之间及板13与板14之间的电压差在这些板中每一孔径部位处产生静电透镜。这在孔径阵列中的每一位置处产生一“垂直”静电透镜集合，这些静电透镜相互对准，从而产生一投影透镜系统阵列。每一投影透镜系统包括形成于每一板的孔径阵列的对应点处的静电透镜集合。形成一投影透镜系统的每一静电透镜集合可被视为单一有效投影透镜，其聚焦且缩小一个或多个小射束，且具有有效焦距及有效缩小率。

通过用于完整阵列的单一控制电压来控制每一电极。这样，在图示的具有三个电极的实施例中，对于所有数千个透镜，将仅存在三个电压。在仅使用单一板的系统中，可结合地平面来使用单一电压，使得静电透镜形成于板中每一孔径部位处。

通过三个控制电压来控制静电透镜的特性，使得可通过控制此三个电压来控制所有小射束的聚焦及缩小率的量。以此方式，可使用单一共同控制信号来控制整个静电透镜阵列，以用于缩小及聚焦极大量的电子小射束。可向每一板提供一共同控制信号，或作为两个或两个以上板之间的电压差而提供一共同控制信号。在不同投影透镜配置中使用的板的数目可变化，且共同控制信号的数目亦可变化。

图2也说明通过偏转阵列9在Y方向上进行的小射束21的偏转，其在图2中被示出为自左至右的小射束的偏转。在图2的实施例中，展示偏转阵列9中的孔径以供一个或多个小射束传递通过，且在孔径的相反侧上提供电极，该电极具备电压+V及-V。在电极上提供电位差会导致传递通过孔径的该一个或多个小射束的偏转。不断变化地改变电压(或电压的正负号)将允许(一个或多个)小射束以扫描方式进行扫视，此处是在Y方向上进行扫视。

以与针对在Y方向上的偏转所描述的相同的方式，也可来回地执行在X方向上的偏转(在图2中，X方向是在进入及离开纸的方向上)。在所描述的实施例中，可将一偏转方向用于使小射束在基板的表面上进行扫描，而使用扫描模块或扫描载物台在另一方向上平移(translate)基板。平移方向优选地横向于Y方向，且同时与X方向一致。

关于如图2示意性地所示的末端模块7的更多细节，在美国申请案12/393,050中有描述，该申请的全文在此以引用的方式并入本文中，其已转让给本发明的拥有者。

达成特定输出量(即，每小时曝光晶圆的特定数目)所需要的小射束的总电流取决于所需剂量、晶圆的面积及耗用时间(例如，将新晶圆移动至适当位置以供曝光的时间)。这些散粒噪声有限系统中所需剂量尤其取决于所需特征大小及均一性以及射束能量。

为了使用电子射束光刻来获得抗蚀剂中的特定特征大小(临界尺寸或CD)，需要特定的分辨率。通过三个影响要素(contribution)来定义此分辨率：射束大小、在抗蚀剂中电子的散射，及结合酸扩散(aciddiffusion)的二次电子平均自由路径。此三个影响要素以二次式关系相加以确定总光斑大小。在此三个影响要素之中，射束大小及散射取决于加速电压。为了解析抗蚀剂中的特征，总光斑大小应具有与所要特征大小(CD)的数量级相同的数量级。不仅CD对于实际应用是重要的，而且CD均一性对于实际应用也是重要的，且CD均一性要求将确定实际所需光斑大小。

对于电子射束系统，通过光斑大小来定义最大单射束电流。对于小光斑，电流也非常小。为了获得良好的CD均一性，所需光斑大小将单射束电流限制成比获得高输出量所需要的电流少得多。因此，需要大量小射束(典型地，对于每小时10个晶圆的输出量，多于10,000个)。对于电子射束系统，通过电子之间的库仑(Coulomb)相互作用，限制通过一个透镜的总电流，使得可发送有限数目个小射束通过一个透镜和/或一个跨接(cross-over)点。因此这意谓着：高输出量系统中透镜的数目也需要为大数目。

针对系统中小射束的数目的显著增加的要求产生实际的问题，归因于多小射束光刻系统中投影光学器件的有限实体尺寸。此等系统中的投影光学器件的大小典型地受到限制以容纳(例如)待通过该系统曝光的目标的场。透镜的数目是有限的，其可被完全地实现在相对于较小的投影光学组件中，即，该末端投影模块可占据实际设计。在待达成的减小的临界尺寸下，可在此等尺寸内使用已知技术建构的透镜的数目显著小于达成所需晶圆输出量所需要的小射束的数目。

通过将阵列操纵器(例如，用于将复数个小射束引导朝向单一投影透镜系统以用于投影至目标上的群组偏转器阵列或聚光器透镜阵列)添加至系统，可达成仍然避免小射束的共同跨接的解决方案。

该解决方案允许使用对应于在图1的概念中所应用的技术，且最小化系统中的像差，同时允许系统中小射束的数目的不成比例的增加。在认知到该事实之后发现每个投影透镜使用多个小射束的解决方案：通过在末端模块7中偏转器阵列9的偏转作用，产生经偏转的小射束的虚拟原点，以假想出虚拟小射束。此想法导致以下观念：这种虚拟小射束也可用一真实小射束或复数个真实小射束来替换。事实上，施加多个真实小射束通过单一投影透镜系统而不干扰像差的量仿佛是可能的，尤其是在系统的全部小射束遍及众多投影透镜系统分布的情况下。

因为可在操作期间的任一时间点阻断被引导通过每一投影透镜系统的复数个小射束之中的部分或全部，所以如上文所介绍的系统将被称作为经图案化的子射束系统。经图案化的子射束系统可被看作是被并排地配置的众多小型化成像系统。

图3说明经图案化的子射束系统的一个实施例。在此实施例中，经图案化的子射束系统包括用于产生子射束20A的孔径阵列4A，及用于产生小射束21的孔径阵列4B。在子射束产生孔径阵列4A后方包括一聚光器透镜阵列5(或一聚光器透镜阵列集合)，其用于将子射束20A聚焦朝向末端模块7的射束挡止器阵列8中的对应开口。优选地，结合小射束阻断器阵列6来包括小射束产生孔径阵列4B，即，在小射束阻断器阵列6之前将小射束阻断器阵列6配置成与阵列4B靠拢，或以相反方式进行配置。

孔径阵列4A及4B可整合于单一结构中，以用于产生小射束群组21。聚光器透镜阵列5则优选地位于该单一结构下游。此设计有利地以简单且经济的方式提供用于实现每投影透镜系统多个小射束。经图案化的子射束系统的各个实施例的另外细节及优点被描述于国际申请案PCT/EP2009/054467中，该申请案的全文在此以引用的方式并入本文中，其已转让给本发明的拥有者。

使用如图1或图3所示的光刻系统来曝光目标可通过目标相对于系统内的其它组件(例如，孔径阵列4、小射束阻断器阵列6，及小射束挡止器阵列8)的相对移动和每一带电粒子小射束的调制(例如，时控“接通”及“切断”切换或阻断)的组合来达成。

通过小射束来曝光目标的已知方式为通过所谓的光栅扫描方法的曝光。在此方法中，为了使用曝光图案来准确地曝光目标，将图案数据转换成像素图格式。贯穿该说明书，术语“像素图(pixmap)”将用以指代空间映像像素单元阵列。贯穿该说明书，像素单元，有时被称作栅格单元，是关于在待曝光的图案中信息的最小单位。像素单元通常配置为二维栅格，且常常使用点、正方形或矩形来表示。在本说明书内，像素单元将用正方形表示。

接着，将目标定位于在第一方向上以连续运动形式移动的马达驱动的载物台上。随着载物台在第一方向上移动，使小射束在第二方向上进行扫描，第二方向实质上垂直于载物台运动的第一方向。

在光栅扫描方法中，将曝光图案转换成包括单元阵列(也被称作“栅格”)的格式。通过以使得小射束调制与小射束偏转及载物台移动同步地发生的方式，将图案数据形式的经转换的图案供应至光刻系统，可将曝光图案转置至目标上。

图4A、图4B示意性地说明形成多级图案的概念。在图4A中，展示以具有线宽W的线为特征的线图案。将具有可寻址像素单元的栅格覆盖于线图案上。图案为二级图案。术语“级(level)”涉及与可在指定面积中提供的最大剂量相比较的通过曝光该面积的小射束提供的剂量(例如，如电子的带电粒子的数目)。图4A所示的二级图案对应于所谓的黑白图案。“黑色”剂量级对应于无剂量。“白色”剂量级对应于全剂量。在此范例中，黑色级用0表示，且白色级用100表示。应注意，在数字应用中，100％通常对应于可通过可用的位的数目设定的最大值。举例而言，8位应用允许的最大值为255。

二级图案并非必须具有对应于无剂量和全剂量的级。可将两个剂量级设定为在可通过带电粒子多小射束系统中的小射束确实地提供的最大剂量的0％与100％之间的任何值。举例而言，有可能使用如下二级图案：其中低剂量级对应于最大剂量级的20％的剂量级，而高剂量级对应于最大剂量级的90％的剂量级。然而，有利的是，两个不同剂量级彼此极不接近。

在图4A中可易于看出，通过应用栅格将图案的格式转换成像素图格式未必会导致线边缘与栅格单元边界之间的完全对应性。通过每像素单元提供低剂量或高剂量来图案化线图案(黑白图案化)将导致线移位Δ。鉴于在光刻中相对于特征布置的非常苛刻的要求，此移位是非常不合需要的。

此外，线宽W未必对应于像素单元宽度的倍数。结果，若根据所应用的栅格来执行二级曝光，则经曝光的线宽可不同于线宽W。特征大小为光刻处理中的驱动力。特征大小对像素单元尺寸的倍数的限制也将是非常不合需要的。

发明人已认识到，可通过首先形成如图4B示意性地所展示的多级图案来避免此等问题。在上下文中，术语“多级(multi-level)”意味着具有两个以上的可能剂量级，例如，灰度，而非黑色及白色。多级图案的形成包括根据每一像素单元对图案的相对覆盖将不连接的多级值分配给该像素单元。

在贯穿该说明书所展示的范例中，用以形成多级图案的像素单元阵列或栅格等同于用以形成二级图案的栅格。必须理解的是，这仅仅是为了解释本发明而并不是限制性的。举例而言，多级图案的栅格单元可包括二级图案的4个(2×2)像素单元，或反之亦然。

在图4A所示的范例中，线图案的左边缘部分地横落在像素单元的行上，使得线图案占据该行的每一像素单元的33％(1/3)，且线图案的右边缘部分地横落在像素单元的行上，使得线图案占据该行的每一像素单元的67％(2/3)。图4B中展示对应多级图案。通过剂量值100来曝光完全落在线图案内的像素单元。因此，分配给覆盖左线边缘的每一像素单元的值(在下文中被称作灰度值)等于0.33×100＝33。类似地，向在线图案的右边缘处的像素单元分配0.67×100＝67作为灰度值。

选择像素单元的大小尤其与可用的数据储存容量的量、所需的处理速度、所需的剂量控制，及所需的特征布置准确度有关。可通过使用下式来定义多级图案中合适的级的数目：

$\mathrm{round}\left(\frac{\mathrm{spot}\_\mathrm{area}}{\mathrm{pixelcell}\_\mathrm{area}}\right)---\left(1\right)$

其中pixelcell_area对应于像素单元的面积，且spot_area对应于通过用以将图案投影至目标上的小射束光斑占据的面积。round指代将所获得的值舍位至最近的整数。

级的此数目确保在以有限计算容量来分配多级图案时使用最大数目个灰度级。更多级未必导致更好效能，而其将需要更多计算容量。实际上，级的数目优选地对应于超过通过使用式(1)获得的数目的第一位大小。举例而言，若通过使用式(1)定义之下整数等于100，则可用灰度级的数目将通常被设定为128(7位)。

为了获得可通过经安装以通过黑白图案化曝光的多小射束光刻系统(例如，如图1或图3示意性地所展示的光刻系统)写入的光栅化图案，本发明的实施例包括通过在多级图案上应用误差扩散来形成二级图案。

数字半色调或递色(dithering)是用来在二级显示器上呈现灰度图像的技术。误差扩散为一类型的递色，其涉及通过将一栅格单元中的量化残余分布至尚未处理的一或多个相邻栅格单元来减少量化级的数目。

在本发明的实施例中，使用误差扩散来形成二级图案。自多级图案开始，评估每一像素单元的灰度值。若在评估中的像素单元的灰度值高于特定阈值(典型地，为全剂量值的50％)，则将该像素单元定义为“白色”像素单元，即，待通过高剂量值(在本说明书通篇的实例中为100)曝光的像素单元。若被评估的像素单元的灰度值低于阈值，则将该像素单元定义为“黑色”栅格单元，即，待通过低剂量值(在本说明书通篇的实例中为0)曝光的像素单元。接着，根据预定核心，将对应于经分配的级(高/低)的值与被评估的像素单元内的实际值之间的差(在下文中被称作经评估的像素单元的量化残余)移位至一或多个相邻像素单元。

沿着特定轨线评估像素单元。图5A、图5B示意性地说明用于通过误差扩散来评估多级图案中的像素单元的两个不同轨线。

图5A示意性地展示将被表示为“光栅(raster)”轨线的轨线。在光栅轨线中，在单一方向上依次评估单一行中的栅格单元。结果，可相当容易地实施并行评估。因此，评估像素单元同时遵循光栅轨线可节省时间。

图5B示意性地展示将表示为“蜿蜒蛇形(serpentine)”轨线的轨线。在蜿蜒蛇形轨线中，对于每一行，待评估的像素单元的序列在方向上交替。

图6A、图6B示意性地说明根据本发明的一个实施例的应用多级图案的一维评估的结果。在通过误差扩散的一维(1D)评估中，量化残余仅移位至待评估的下一单元。

图6A示意性地说明类似于图4B所示的图案的光栅化多级线图案。在此状况下，产生二级图案(图中未示)的高剂量级等于80，而非100。利用该图案将覆盖线图案的左边缘的像素单元填充约三分之一。线图案的右边缘为像素单元的列的部分，其被线图案占据约三分之二。因此，遵循早先参看图4A、图4B所讨论的方法，覆盖线结构的左边缘的像素单元的列的灰度值等于1/3×80＝27。类似地，覆盖线结构的右边缘的栅格单元的灰度值等于2/3×80＝53。

图6B示意性地说明由沿着复数个邻近蜿蜒蛇形轨线对图6A的多级图案的像素单元评估而得到的二级图案，每一蜿蜒蛇形轨线评估形成一评估区块的像素单元的5个行。将图案划分成评估区块会限制由1D误差扩散的过程导致的周期性的出现。可通过以下等式来定义用于适当评估区块大小的评估线的数目N_rep：

$N_{\mathrm{rep}}=\mathrm{round}\left(\frac{\mathrm{RPA}\×\mathrm{spot}\_\mathrm{area}}{\mathrm{pixelcell}\_\mathrm{area}}\right)---\left(2\right)$

其中RPA为针对待评估的图案所需要的相对布置准确度。相对布置准确度为关于与像素单元的大小相比较的图案数据中的特征的所需布置准确度的设计参数。举例而言，若布置要求为1nm且像素单元大小为4nm，则RPA等于1/4＝0.25。

图6A中用以获得图6B的二级图案的像素单元的评估使用一维误差扩散。如早先所论述，在一维误差扩散中，沿着通过图案的评估轨线发生量化残余的扩散。即，在待评估的下一像素单元的评估发生之前，把正被评估的像素单元的量化残余加至该下一像素单元。

在图6A、图6B示意性地所展示的实施例中，已在误差扩散过程中使用50的阈值，50表示最大剂量级的一半。

现在自左边开始考虑图6A中的顶部行。前两个单元的灰度值为0。在上文所描述的算法中，这些单元将被辨识为黑色单元。另外，因为在实际值与经分配的值之间不存在差，所以未将残余加至被评估的下一单元。这对于第三单元是不同的。第三单元的灰度值为27。此值低于阈值50。因此，如图6B示意性地说明的，此栅格单元被视为黑色单元，即，具有值0的单元。因此，第三栅格单元的残余为27-0＝27。

在评估中的下一单元(为自左侧选取的顶部行中的第四单元)中，将残余加至存在于其中的灰度值。此相加的结果在于：出于评估目的，第四栅格单元中的值现在等于80(＝原始灰度值)+27(＝来自第三单元的残余)＝107。此值超过阈值50。因此，将第四单元记录为白色单元。此单元的残余，107-100＝7，再次被转移至被评估的下一单元，且被加至其中的灰度值。此评估处理沿着蜿蜒蛇形轨线继续，直至第五行的末端。

针对具有N_rep条线的其它评估区块(即，第六行至第十行、第十一行至第十五行，等等)，类似地执行上文所描述的评估处理。

图7A、图7B示意性地说明根据本发明的另一实施例的应用多级图案的一维评估的结果。在此实施例中，所应用的1D误差扩散将不同设定用于分离的小射束。使用此技术允许在多小射束光刻设备内小射束间的剂量控制方面的调整。

在图7A、7B中，出于解释性目的而假定通过四个分离的小射束来图案化区块I-IV中的像素单元，每一小射束负责一个区块的图案化。实际上，尤其归因于小射束光斑大小典型地比单元大小大得多，通过许多小射束来执行个别像素单元的曝光。负责区块I的小射束的执行及负责区块IV的小射束的执行在规范内操作。然而，用于图案化区块II的小射束的强度过低，而用于图案化区块III的小射束的强度高于所需强度。归因于小射束强度的此等偏移，处理如图6B所示的图案将导致图案化不准确。确定小射束是否在规范内执行可通过使用小射束电流测量来确定。用于小射束测量的方法被描述于，例如，美国专利申请案61/122,591中，该申请案的全文以引用的方式并入本文中。

在本发明的实施例中，每个别小射束可定义用于误差扩散的设定。在区段II中，该设定可被补偿用于低小射束强度。在区段III中，可调适设定以适应高于所需强度的小射束强度。可通过修正误差扩散参数来执行补偿。可修正的误差扩散参数的范例包括用以形成二级图案的误差扩散阈值，或在二级图案中使用的高剂量值和/或低剂量值的绝对设定。

在图7A、图7B中，已通过调适误差扩散阈值来执行补偿。代替使用在区块I及IV中使用的阈值50，用于区块II的像素单元将使用40作为阈值，用于区块III中的像素单元将使用阈值60。在图7B中可易于看出，区块II及III中的二级图案不同于区块I及IV中的图案(其类似于图6B所示的此等区块的图案)。

修正高剂量值(即，白色级值)可导致如图7B所示的类似结果。在此状况下，在区块II的图案化的状况下，可将在误差扩散计算中使用的白色级值降低至80，而在确定待提供至区块III的光栅化二级图案的状况下，可将该白色级值升高至120。

在上文参考图6A、图6B、图7A及图7B所描述的实例中，应用一维(1D)误差扩散。已发现，使用1D误差扩散已经提供关于图案布置及剂量控制的显著改良，尤其在多小射束光刻设备中。

然而，1D误差扩散的效能高度地依赖于评估轨线及评估区块的大小。2D误差扩散的使用在该方面是有利的，因为该误差扩散极少地依赖于评估轨线。另外，对于许多应用，2D误差扩散提供关于图案布置及剂量控制的甚至更好的效能。可通过不同类型的核心来执行2D误差扩散，下面将参照图8A、图8B加以解释。

图8A示意性地说明可在本发明的实施例中使用的一类型的2D误差扩散的概念。在图8A所示的被评估的3×3矩阵中，已经评估顶部行。其适用于中心行中的左像素单元。在图8A中表示为“X”的中心像素单元是被评估的单元。在图8A的该类型的2D误差扩散中，将量化残余的2/3移位至待评估的下一单元，即，中心行的右侧像素单元。另外，将量化残余的1/3移位至下一行中的相邻单元，即，底部行中的中心单元。与被评估的单元共享隅角的相邻像素单元(即，底部行中的左单元及右单元)不接收量化残余的任何部分。

图8B示意性地说明可在本发明的实施例中使用的另一类型的2D误差扩散的概念。此类型的2D误差扩散使用所谓的Floyd-Steinberg核心。Floyd-Steinberg核心将量化残余的7/16转移至被评估的下一像素单元。另外，将量化残余的5/16转递至下一行中的相邻单元。与图8A所说明的该类型的2D误差扩散相反，与被评估的单元共享隅角的相邻单元也接收量化残余的一部分。将量化残余的3/16的一部分从被评估的单元转移至以对角线方式位于前向方向上的相邻单元，其中前向方向被视为被评估的当前单元(即，像素单元“X”)与被评估的下一单元之间的移动方向。最后，将量化残余的1/16从像素单元X转移至以对角线方式位于后向方向上的相邻单元。

图8A、图8B所示的核心仅仅用以解释本发明的实施例，且并不具有限制作用。本领域熟练技术人员应理解，同样有可能使用不同核心，例如，如在J.F.Jarvis等人在ComputerGraphicsandImageProcessing(5(1)，第13页至第14页(1976))中发表的“Asurveyoftechniquesforthedisplayofcontinuoustonepicturesonbi-leveldisplays”中所提出的3×5核心。

在本发明的实施例中，通过无移位条件进一步限制误差扩散的应用。举例而言，若一个或多个像素单元中的多级值等于或低于一阈值(在下文中被称作多级阈值)，则可不允许扩散朝向该一个或多个像素单元。此多级阈值可等于零。可替代地，若一个或多个像素单元与已知位于待图案化的特征外部的像素单元有关，则可以不允许扩散朝向该一个或多个像素单元。无移位条件保证量化残余将不散布至其具有极有限的作用机会的像素单元。因此，无移位条件有效地增强误差扩散的影响，尤其在图案中的特征边缘附近。

在下文中，将参照图9A、图9B来解释由于无移位条件而禁止误差扩散朝向一个或多个相邻像素单元。在参照图9A、图9B所解释的实施例中，无移位条件是关于使用为零的多级阈值的条件。因此，无移位条件被标记为“无移位至零(no-shift-to-zero)”规则。

在图9A中，示出了一栅格的一小部分。所展示的部分覆盖一线结构的一边缘。特征的边缘对应于使像素单元的中心列与像素单元的右列分离的栅网格线。

图9B示意性地说明在图9A所示的栅格的中心像素单元上使用Floyd-Steinberg核心来应用2D误差扩散，包括使用无移位至零规则。在此实例中，多级阈值实际上等于零。

通常，如图8B示意性地展示的，单元“X”的量化残余的7/16将转移至被评估的下一单元。然而，因为中心行中的右像素单元具有为零的值，所以不允许量化残余的一部分转移朝向此单元。因此，未将值移位朝向此单元。这也适用于右下部像素单元。代替量化残余的1/16，未转移值。

因此，若应用Floyd-Steinberg核心，则禁止残余的一半(7/16+1/16＝1/2)移动。在图9B示意性地所说明的实施例中，量化残余按比例地散布至其它两个部分。即，取代3/16，将量化残余的3/8转递至左下部像素单元。类似地，取代5/16，将量化残余的5/8转移至中心下部像素单元。

必须理解的是，可使用不同的散布算法。举例而言，也可以不将量化残余的拒绝部分的进一步散布附加至待转移至“容许”像素单元的残余上。

图10示意性地说明多小射束光刻设备100(例如，参照图1或图3所讨论的设备)的数据路径。数据路径将在光刻应用中通常以如GDSII的向量格式的形式提供的图案数据变换成用于个别小射束的接通/切断信号。图10所示的数据路径包括一脱机处理单元101、一中央处理单元102，及复数个尽一步处理单元105。对执行该方法的实施例的位置的选择，取决于若干因素，例如，所需的灵活性及成本。

可在不同位置执行如上文所描述的产生光栅化二级图案以供光刻处理的方法的实施例。可以脱机执行该方法，即，作为脱机处理单元101中的预处理的形式。不必在光刻设备100内或附近执行此预处理。

也可以在线执行一方法，即，在光刻设备100内。在中央处理单元102中执行该方法能使用不同栅格单元大小。鉴于小射束间的变化，在进一步处理单元105中“实时”执行该方法能相对快速地调适图案。

已参考上文所讨论的特定实施例而描述本发明。应认识到，在不脱离本发明的精神及范畴下这些实施例可以是本领域熟练技术人员所熟知的各种修改及可选择的形式。因此，尽管已描述特定实施例，但此等实施例仅为范例且并不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由随附的权利要求来界定。

Claims (26)

1.一种通过多个小射束来产生二级图案以供光刻处理的方法，该方法包括：

提供呈向量格式的图案；

将所述向量格式图案转换成呈像素图格式的图案；以及

通过在该像素图格式的图案上应用误差扩散来形成二级图案，

其中所述像素图包括像素单元阵列，并且其中将多级值分配给每一像素单元，并且

其中误差扩散的应用包括：

将所述像素单元阵列划分成部分，每一部分被分配成通过不同小射束来图案化；

确定每一部分的一误差扩散参数值；

使用所确定的所述误差扩散参数值，将二级值分配给每一部分内的所述像素单元。

2.如权利要求1所述的方法，其中将多级值提供给像素单元是基于通过相应的像素单元对所述向量格式的图案的相对覆盖。

3.如权利要求2所述的方法，其中将多级值提供给像素单元是基于所述向量格式的图案的剂量级值。

4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述向量格式的图案是通过二级值形成的。

5.如权利要求1所述的方法，其中确定所述误差扩散参数值是基于小射束电流测量。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述误差扩散参数值为一阈值，并且其中所述将二级值分配给一部分内的所述像素单元是基于与为所述部分确定的所述阈值的比较。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述误差扩散参数是表示所述二级值的较高级的值。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述误差扩散为一维，1D，误差扩散类型。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述误差扩散为二维，2D，误差扩散类型。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述2D误差扩散使用Floyd-Steinberg核心。

11.如权利要求2-3和5-10中任一项所述的方法，其中所述误差扩散的应用被进一步限制为不允许扩散朝向满足无移位条件的一个或多个像素单元。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述无移位条件为：被分配给所述一个或多个像素的多级值等于或低于另一阈值。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述另一阈值等于零。

14.如权利要求11所述的方法，其中所述无移位条件为：所述一个或多个像素位于一特征外部。

15.一种计算机可读媒体，其用于在通过处理器执行时执行如权利要求1-14中任一项所定义的产生一光栅化二级图案的方法。

16.一种图案产生器，其包括：

输入端，其用于接收呈向量格式的图案；

处理单元，其用于执行如权利要求1-14中任一项所述的产生二级图案以供光刻处理的方法；以及

输出端，其用于供应所述二级图案。

17.如权利要求16所述的图案产生器，其进一步包括用于储存呈像素图格式的图案的存储器，所述存储器以通信方式耦接至所述处理单元。

18.一种用于使用复数个小射束来曝光一目标的带电粒子多小射束系统，该系统包括：

小射束调制系统，其用于调制所述复数个小射束，以便形成曝光图案；

投影系统，其用于将经调制的小射束投影至所述目标的表面上；

偏转器阵列，其用于使所述复数个小射束在第一方向上偏转；

基板支撑构件，其用于支撑待曝光的所述目标；

控制单元，其被配置成协调在第二方向上所述基板支撑构件与所述复数个小射束之间的相对移动以及在所述第一方向上小射束群组的移动，使得能够根据像素单元阵列来曝光所述目标；

其中所述带电粒子多小射束系统进一步包括如权利要求16或17所述的小射束图案产生器。

19.如权利要求18所述的系统，其中所述投影系统包括投影透镜系统阵列。

20.如权利要求19所述的系统，其中所述复数个小射束被配置成小射束群组，且每一投影透镜系统与一个小射束群组对应。

21.如权利要求19或20所述的系统，其中所述偏转器阵列包括复数个偏转器，每一偏转器被配置成使对应的小射束群组偏转。

22.一种光刻系统，其包括：

预处理单元；

带电粒子多小射束系统，其用于根据二级图案而使用复数个小射束来曝光一目标；

其中所述预处理单元包括如权利要求16或17所述的小射束图案产生器。

23.如权利要求22所述的光刻系统，其中所述带电粒子多小射束系统包括：

小射束调制系统，其用于调制所述复数个小射束，以便形成曝光图案；

投影系统，其用于将经调制的小射束投影至所述目标的表面上；

偏转器阵列，其用于使所述复数个小射束在第一方向上偏转；

基板支撑构件，其用于支撑待曝光的所述目标；

控制单元，其被配置成协调在第二方向上所述基板支撑构件与所述复数个小射束之间的相对移动以及在所述第一方向上小射束群组的移动，使得能够根据像素单元阵列来曝光所述目标。

24.如权利要求23所述的系统，其中所述投影系统包括投影透镜系统阵列。

25.如权利要求24所述的系统，其中所述复数个小射束被配置为小射束群组，且每一投影透镜系统与一小射束群组对应。

26.如权利要求24或25所述的系统，其中所述偏转器阵列包括复数个偏转器，每一偏转器被配置成使对应的小射束群组偏转。