JP3323505B2 - ラスタスキャンリソグラフィのための照射量調整及びピクセル偏向 - Google Patents

ラスタスキャンリソグラフィのための照射量調整及びピクセル偏向

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、集積回路製造用のマスク及びウェーハを製
造するために使用されるラスタスキャンリソグラフィに
関し、特にラスタスキャン式電子ビーム装置に関する。
背景技術 超小型の電子装置(集積回路)を製造するために粒子
(電子又はイオン)又は光ビーム露光装置を使用するこ
とは、よく知られている。これらの露光装置は、ラスタ
スキャンビームリソグラフィ法を使用することが多い。
集積回路の製造用として、制御可能な電子ビームを用い
てEビーム装置と呼ばれることがあるかかるリソグラフ
ィ装置は、よく知られている。このような装置の一例
は、コリア氏他に付与された米国特許第3900737号及び
リン氏に付与された米国特許第3801792号に記載されて
いる。
これらの装置では、ウェーハを撮像するためのマスク
となる基板或いはウェーハそのもの(直接描画)である
基板上にレジスト(即ち感光性)材料媒体を塗布し、該
媒体上で電子ビームがその描画作業を行うようになって
いる。前記媒体は、その下に横たわる基板と共に、モー
タ駆動ステージ上に位置決めされ、該ステージは、ステ
ージ動作に垂直な方向にビームをラスタ式に走査(ラス
タスキャン)するとき、同期して連続的に移動する。実
際には、「ガウシャンスポット」又は「ピクセル」とも
呼ばれてレジスト層上に集束される丸い電子ビームスポ
ットの直径は、描画されるカルテシアン格子の描画アド
レス寸法(即ちアドレス単位)程度である(必ずしも等
しくはない)。ステージ移動方向に隣接したピクセル列
は、「特徴点」の幅を画定し、ラスタスキャン方向にお
けるピクセルの数は、特徴点の長さを画定する。特徴点
とは、例えば、導電インタコネクト等の集積回路の一要
素であり、或いはトランジスタの一部である。実際に
は、同一のラスタスキャンにおいて隣接した「オン」ピ
クセルは、別個に走査されることなく、「オフ」ピクセ
ルに遭遇するまでビーム走査は続行される。この開示の
ために、説明は、通常の全ピクセル化表示を用いて行
う。ビームのオンオフ動作は、Eビーム装置のよく知ら
れた部分であるビームブランカにより実施する。該ブラ
ンカの一例は、米国特許第5276330号、即ちマークA.ゲ
スリ氏により発明され「高精度ビームブランカ」と題さ
れた、1991年5月29日出願の特許出願番号第07/706612
号に記載されている。その開示内容は、出典を明示する
ことにより本願明細書の一部とする。ビーム走査及びス
テージの移動により形成されるレジストパターンは、一
定のコンピュータソフトウェアプログラムを含むシステ
ム制御装置により決定される。
この装置の幾つかの変形例は、ラスタ格子、即ちピク
セル中心点により画定されるカルテシアン格子の各中心
点間のある特徴点位置のエッジ、より細かい特徴点エッ
ジ位置インクリメントを達成するために使用されてい
る。かかる装置の一例は、Eビームリソグラフィ用の多
相印刷のための装置を構成する、バーグランド氏他に付
与された米国特許第5103101号に記載されている。その
開示内容は、出典を明示することにより本願明細書の一
部とする。かかる装置の別の例は、ワーケンチン氏他に
授与された米国特許第4879605号に記載されている。こ
れは、所与のエッジの所望の位置に応じてある特徴点エ
ッジにおける照射量を変化させるためにマルチパス・レ
ーザビーム描画技術を用いると共に、オーバーレイ式の
ビットマップ低アドレス分解能データベースを使用した
ラスタ式装置を開示している。
もう一つの関連のある開示は、仮想アドレス指定技術
を提供してビーチュラ氏他に付与された米国特許第4498
010号であり、その開示内容は出典を明記することによ
り本願明細書の一部とする。
上述した各開示は、描画すべき特徴点の画像のビット
マップを使用したラスタスキャン方法に関するものであ
り、そこでは各画素は、一般にはオンかオフかのいずれ
かである。対照的に、ベクタスキャンリソグラフィ装置
においては、形状は、格納画像として画定される。ベク
タスキャン装置では、特定の形状の照射量(強度)を変
更することはよく知られている。
しかしながら、先に引用した従来技術は、ラスタスキ
ャンに関しては、(1)マルチ走査パスの使用、或いは
(2)完全なピクセルをオンオフするために仮想アドレ
ス指定の使用、を除いて、ピクセル中心の間に位置する
特徴点のエッジを画定するための方法、即ち特徴点のエ
ッジをピクセル格子から移動させるための方法を提供し
ておらず、その結果、不要なエッジラフネス及びパター
ン歪みを生起する。上述したパスは、それぞれ相当な時
間を要し、従ってラスタスキャン装置の処理量を低下さ
せるので、マスクのコスト或いはそれにより形成される
集積回路のコストが増加する。
ワーケンチン氏他の特許は、図7b(第5段49行目以降
参照)において、グラフ708で示されたように光源の照
射量を減少させることにより、所望の領域705のみが露
光しきい値レベル703(b)に露光される、ことを開示
している。
図7bは、画像の領域705に対してレーザビーム源の照
射量を減少(調節)した、特徴点702(b)のエッジを
示す。ワーケンチン氏他は、レーザ強度を減少すること
により照射量を変化させている。
更に、ワーケンチン氏他は、かかるアプローチが適当
であることを示しておらず、代わりに、図7cに示したア
プローチを教示している。図7cでは、均一な強度を有す
る1回のパスで露光される全てのピクセルに対し、照射
量レベルを減少させている。また、ビームのマルチパ
ス、即ち多重走査が用いられている(第5段、54行目乃
至58行目参照)。従って、ワーケンチン氏他は、処理量
の減少を伴うマルチパス装置を教示している。
発明の概要 以下の3通りの方法及びそれに係る装置は、それぞれ
ラスタスキャン装置の現在の描画格子より、一層細かく
有効な格子寸法を達成する。
1)ブランカを介したパルス幅調整によるピクセル強度
(照射量)調整 2)特徴点エッジ位置の調整のためのサブピクセル偏向 3)描画パターンの完全性を最適化して照射量調整とピ
クセル偏向の欠点を最小化するための、照射量調整とサ
ブピクセル偏向の組合せ。
ラスタスキャンリソグラフィ装置の場合、画像特徴点
のエッジをピクセル中心間のカルテシアン格子から離間
させるために、高速でパルス幅調整を行って、稼働中ピ
クセル毎に個々のピクセルの照射量を公知のレベルに設
定(調節)する機能が、備わっている。これは、描画電
流密度を減少させないで、パルス幅調整を行って達成さ
れる(電流密度を減少することは、Eビームの場合、問
題がある)。
これは、個々のピクセルの継続時間を画定するパルス
の継続時間を選択的に減少させることにより、単一パス
走査で行われる。一実施例において、これは、ビームブ
ランカ制御電子装置に,各ピクセルの継続時間を画定す
るパルスの立ち上がり及び立ち下がりエッジの多数のプ
リセット遅延値を供給する回路を、付加することにより
達成される(これらのパルスエッジは、特徴点エッジと
混同されるべきではない)。これらの立ち上がり及び立
ち下がりパルスエッジを遅延させることにより、パルス
幅が変動する多数のプリセットパルスが得られ、ピクセ
ル当たりの照射量を可変(調整可能)とすることができ
る。
本発明の一実施例によれば、最大照射量を表す従来の
100%の「最大」継続時間ピクセル及び被露光ピクセル
が無いことを表す従来の0%継続時間に加えて、ユーザ
が決定可能な二つのピクセル照射量レベル、例えば、公
称継続時間の約30%と公称継続時間の約70%が設けられ
ている。かくして、ビームブランカ制御電子装置内の一
連の遅延素子は、例えば、4つのピクセル継続時間(0
%、30%、70%又は100%)のいずれを各ピクセルに割
り当てるべきかを示す、各ピクセルに係る2ビットのデ
ータ信号により、励起される。
好ましくは、この方法は、上述した従来技術の多相印
刷及び仮想アドレス指定装置に適用可能である。本発明
の一適用例によれば、ピクセル照射量調整は、更に二つ
の調整照射量レベルを追加したことにより設計格子の3
倍の大きさのアドレス格子上に画像の描画を行うことが
できるという点で、描画特徴点については結果的に上記
仮想アドレス指定と多少類似している。かくして、描画
カルテシアン格子の約1/3又は2/3の位置にくる描画特徴
点のエッジは、それぞれ、例えば公称の30%パルス継続
時間又は公称の70%パルス継続時間の間露光される。こ
のアプローチにより、従来技術で必要とされるより3倍
大きい描画格子を使用することができるので、通常のラ
スタスキャン印刷につき処理量で9倍改善された高画定
性を有する特徴点が提供される。同様の利点は、媒体を
4回のパス(ステージの移動は3回反復される)で露光
する必要がある、多相印刷プロセスにおいても得られ
る。更に、本発明に係る方法は、特有の好ましくないエ
ッジラフネスを呈する仮想アドレス指定と比較して、描
画特徴点のエッジラフネスを最小化する。また、仮想ア
ドレス指定の場合と異なり「抜けた」ピクセルが無いの
で、ビーム寸法が拡張される必要がない、という利点が
ある。更に、本発明に係る照射量調整方法は、従来技術
の方法と異なり、描画中使用されるアドレス単位に対応
した特徴点の角の丸みを最小化する。
256メガビットのダイナミックRAM集積回路(IC)用の
典型的なマスクに対する照射量調整の処理量に係る利点
の一例において、アドレス格子を0.025マイクロメート
ルとして、典型的なチップ寸法は、70×125ミリメート
ルである。従って、1個のICダイに対するピクセル数
は、1.4×1013である。従って、ピクセル速度を320MHz
とすると、露光時間は、1Hz/ピクセルで1パス描画の場
合、12時間である。しかしながら、3つの照射量調整レ
ベルを仮定すると、照射量調整は、この露光時間を1.3
時間にまで減少させる。
第二の方法は、特徴点のエッジをピクセル中心間に位
置するように即ち特徴点のエッジをピクセル格子から離
間させるように画定するためのラスタスキャンリソグラ
フィについて、ピクセル描画中にビームを偏向させるこ
とにより直接それを行い、その結果、ピクセル中心は、
通常のピクセル格子中心位置から、変更可能で予め選定
された量だけ偏向する。一般には、ピクセル偏向は、ア
ドレス単位の±1/2以下に限定される。一例において、
種々の偏向量は、アドレス単位(公称ピクセル直径)、
アドレス単位の70%、アドレス単位の50%、従来のゼロ
偏向に対応する。実際のピクセル位置のこの偏向によ
り、角の丸みを減少する等の照射量調整に関して説明し
たものと同じ利点の幾つかを達成することができる。か
くして、パターンエッジの位置即ち特徴点エッジは、ラ
スタ格子に対して直接変更される。
ピクセル偏向により、特徴点エッジの位置を、アドレ
ス格子より小さいインクリメントで移動させることがで
きる。しかしながら、その場合、隣接したピクセルの間
隔が変わるとそれらの強度の重複度合いも変わるので、
効果的な照射量調整が必要とされる。もし補正がなされ
ないならば、これは、エッジ位置のエラー及び/又はプ
ロセスラティチュードの劣化となる。この問題は、照射
量調整と偏向を組み合わせた数通りの方法で補正するこ
とができるが、3又は4個のピクセルエッジ間隔内の全
てのピクセルを正確に同じ量だけ偏向させる等の他の方
法も適用可能である。
ピクセル偏向は、一観点によれば、ピクセル長さの1/
2の最大偏向をもって、走査のX方向に沿ってのみ(従
来、走査はX及びY方向を画定する)偏向させることに
より達成される。より一般的には、偏向は、XとYの両
方向に行われる。また、隣接したピクセルは、必要とさ
れる特徴点エッジ位置に応じて、異なる偏向量を有して
もよい。偏向を達成するための装置は、Eビームラスタ
スキャン装置において、二つのインピーダンス整合した
静電ビーム偏向器(それぞれXとYの偏向方向用)を使
用している。従って、装置の対物レンズ部は、コンピュ
ー制御の下で必要なピクセル偏向に対応できるように調
整される。
ピクセル偏向は、照射量調整と組合せて使用してもよ
い。これにより、特定のピクセルは、(1)最大照射量
の100%より小さくすること、及び(2)それらのピク
セル中心を通常の位置から偏向させること、により修正
される。この組合せは、特に、プロセルラティチュード
を維持しつつ、通常のピクセル中心に対する角部の位置
とは独立に対称な角の丸みを達成することも含め、特徴
点エッジを良好に画定することにおいて有利である(プ
ロセスラティチュードとは、照射量の変化又は現像時間
の変化に起因するライン幅又はエッジ位置の変化を言
う)。従って、このアプローチは、通常のアドレス格子
に対する特徴点エッジの位置とは独立に、エッジ照射量
輪郭対位置の関係のしゅん度と完全性を維持する。
図面の簡単な説明 図1は、ラスタスキャンEビームフォトリソグラフィ
装置のブランカ電子装置のための理想制御パルス波形を
示す。
図2は、照射量調整に従って種々に調整されたビーム
ブランカパルス幅を有する波形を示す。
図3は、照射量調整のための、ビームブランカ電子装
置用の制御電子装置をブロック図で示す。
図4aは、照射量調整を用いて描画されたマスク又はIC
の特徴点を数字的に示す。
図4bは、照射量調整を用いて描画されたマスク又はIC
の特徴点を模式的に示す。
図5は、ピクセル偏向を用いて描画されたマスク又は
ICの特徴点をを模式的に示す。
図6a、6b、6c、6dは、偏向単位ベクトルを示す。
図7は、親格子ピクセルにおける偏向の割当てを示
す。
図8は、照射量調整技術を単独で用いた場合の画像対
強度の関係を示す。
図9は、照射量調整技術を用いて描画された特徴点を
示し、図9のエッジ輪郭強度を示す。
図10は、照射量調整と偏向とを組み合わせた場合の画
像強度対距離の関係を示す。
図11は、図11に対し、照射量調整技術と偏向技術とを
組合せて描画された特徴点を示す。
図12は、照射量調整とピクセル偏向とを用いて描画さ
れたマスク又はICの特徴点を模式的に示す。
図13a、13b、13cは、それぞれ従来の描画、照射量調
整、及びピクセル偏向を伴う照射量調整によるマスク又
はICの特徴点の傾斜したエッジを模式的に示す。
発明の詳細な説明 照射量調整 ラスタスキャン式電子ビームフォトリソグラフィ装置
や光又はイオン等の他のビームを使用する同様の装置に
おいて、一般には、描画(画像形成)すべき基板に供給
される電流は、一定のレベルに固定され、新しいマスク
又はダイを画定する新しいパターンデータファイルに伴
って或いは描画パスの間に、変更されるだけである。上
述したように、本発明に係る照射量の調整は、ライン幅
を均一に維持するために描画すべき特徴点のエッジを偏
向させる必要がある場合、即ち特徴点のエッジが隣接し
たピクセルの中間の境界線に沿って位置していない場合
の近接効果補正及び光近接補正に有効である。
従って、本発明によれば、ビームブランカ制御電子装
置は、タップ可能遅延線路により決定されるパルスタイ
ミング遅延を含むように調節され、遅延量の選定は、
(「オートタップ」と呼ばれる)コンピュータ制御の下
で行われる。その結果、ブランキング制御パルスのエッ
ジは、描画画像のX軸対Y軸の微小寸法を最小化するた
めに、ラスタ格子に対して時間的に(従って空間的に)
移動する。従って、ピクセル照射量、即ち高速ラスタラ
イザ(露光に先立ち特徴点又はパターンのビットマップ
表示を格納するラスタ機関)により維持されるスキャン
パターン内のいずれかで基板に衝突する照射又は粒子の
量を調節するために、各ピクセルに対するパルス幅を選
択的に変更することができる。
従来と同様、電子(又は他の)ビームを効果的にオン
オフするブランカ電子装置は、図1に示したように制御
パルスにより駆動される。パルスがハイのときは、ブラ
ンカを遮断し、描画すべき媒体上にピクセルを画定(照
射)せしめる。横軸は、時間tを表し、パルスは、描画
速度に反比例する公称幅(継続時間)Xを有する。従っ
て、40MHzの描画速度の場合、Xの値は25ナノ秒とな
り、80MHzの速度の場合、Xの値は12.5ナノ秒、160MHz
の速度の場合、Xの値は6.25ナノ秒である。
図1のクロックパルスがブランカ電子装置により受信
されると、パルス継続時間を制御する秒データ入力信号
に従って、ブランカ電子装置は、最適な特徴点エッジを
得るために例えば実験データに基づきシステムユーザが
決定するプリセット値に基づいて、パルスの立ち上がり
エッジと立ち下がりエッジのいずれか或いは双方を遅延
させる。実験には、X軸とY軸の微小寸法(CD)を同じ
にするために、レジストの種類、プロセス及び照射量が
含まれる。X軸CDは、レジスト、照射量及びプロセスに
より決定されるので、形状の幅を制御することによりY
軸だけが自由度を有する。また、遅延は、照射量に比例
するピクセル境界からのエッジ配置のシミュレーション
即ち簡単な線形近似により決定される。
従って、ブランカ電子装置において各ピクセル励起パ
ルスの立ち上がり及び立ち下がりエッジの双方の発生時
間を制御するために、パルスブランカ制御電子装置内に
多数のユーザプリセット遅延値が設定される。これらの
パルスの立ち上がり及び立ち下がりエッジにより、多数
のプリセット値の利用可能なパルス幅が変化する。この
結果、ピクセルあたりの照射量が変動する。ピクセルあ
たりの適当なパルス幅は、高速ラスタライザ内のパター
ンメモリを、例えば4個の「濃度」値を表す2ビット
(又はそれ以上の)ディープビットマップに変更するこ
とにより、選定される。
これを、図2に示す。図2において、データカラム
は、パルス幅を決定するための即ちパルスを変調するた
めの2つのデータビットを示し、それらに対応する右側
の波形は、公称100%の継続時間からオフ(0%の継続
時間)まで変動するビームブランカパルスの各継続時間
を示す。ここでは30%と70%の中間の継続時間が、例示
されている。最適な画像結果を得るために、実際の値は
実験により決定される。
Eビームガン技術の信号対雑音引数及び雑音特性か
ら、有用な照射量レベル数は、照射量調整単独では10で
あり、ピクセル偏向と結合した照射量調整では17であ
る、ということが決定された。
図2の波形は、ユーザがピクセルあたり所望のビーム
ブランカパルス継続時間を選定することができる、図3
の装置による一実施例として達成される。このブランカ
制御電子装置にはデータ制御部20が含まれており、この
データ制御部20は、描画速度を決定する従来のクロック
信号と、N個のデータビットである信号(図2の場合、
左側カラムに示されているのはD0及びD1信号の2ビット
信号であるが一般にはDNまで拡張可能なN個のデータビ
ット信号である。)との両方を受信する。
また、このブランカ電子装置は、3(N−1)組のパル
ス発生器22、24、26(ここではパルス1、パルス2、パ
ルス3と呼ぶことにする。)も含んでいる。各パルス発
生器は、パルス立ち上がりエッジ用とパルス立ち下がり
エッジ用の二つのコントロールを有する。各パルス発生
器22、24、26は、データ制御部20により別個にアドレス
指定することができる。ユーザは、自身の特定のEビー
ム装置、フォトレジスト媒体、その他の関連するプロセ
ス要因に対する実験から(或いはシミュレーション又は
線形近似により)得た最良の結果に従って、各パルス発
生器22、24、26を設定する。
入力された「DIGITAL CLK」(デイジタルクロック)
信号は、図示したように、3組のパルス発生器22、24、
26を全て駆動し、常に安定したパルスを発生させる。特
定のピクセルに対して使用されるパルス幅の選定は、2
ビットのデータD0、D1をブランカクロック信号と共にデ
ータ制御部20に供給する回路(図示せず)により行われ
る。
かくして、高速ラスタライザにおけるパターンメモリ
は、従来の操作と比較して、各ピクセルに対するパルス
幅を示す2ビットディープメモリ格納データD0、D1を提
供するように複写される。(従来の)システムコンピュ
ータプログラムは、この手順をサポートするように(こ
の説明に従って当業者に明らかな態様で)修正される。
図3に示すように、パルス1、パルス2、パルス3の
3個のパルス幅のそれぞれの継続時間は、可変であり、
ユーザが線路30を介してタップ可能遅延線路データをタ
ップ可能遅延線路ラッチ34に入力することにより、決定
される。前記ラッチ34は、3組のパルス発生器22、24、
26に必要な特定のパルスの継続時間を伝達する。所望の
パルス幅情報を各ラッチにロードするために、タップ可
能遅延線路ラッチ34には、選定制御信号及びディジタル
クロック信号も入力される。
3個のパルス発生器22、24、26のそれぞれの出力は、
必要に応じて適当なパルスをビームに付与する高速パル
ス選定回路40に供給される。次に、パルス選定回路40
は、データ制御回路20からのクロック信号及び二つのデ
ータ信号D0、D1に応じて、3組の遅延パルスのうちから
出力増幅器44に出力すべきパルスを選定する。該出力増
幅器44は、従来のブランカ内でブランキングプレート
(図示せず)を駆動する。
他の回路構成においても本発明に係る照射量調整を行
い得ることは理解されよう。
図4aには、照射量調整を使用して描画された典型的な
特徴点が数値で示されており、小さいxは、ピクセルを
画定する周縁線(光の水平及び垂直線)の交点を表す。
各ピクセルの照射量の値は、図2に従ってディジタル式
に示されている。太い線50は、所望の特徴点の輪郭であ
る。なお、特徴点の左エッジ52は、ピクセルの当該カラ
ムに対する照射量を30%(01)に設定することにより配
設され、右エッジ54は、70%の照射量のピクセル(10)
により決定される。従って、左エッジ52は、一番近い隣
接した右側格子周縁線60から約1/3離間し、特徴点の右
エッジ54は、最も近い隣接した左側格子周縁線62から約
2/3離間している。かくして、ラスタのカルテシアン格
子周縁線の間に位置する特徴点に対して良く画定された
エッジ52、54が付与される。
図4aの別の表現が、各ピクセルの相対画像強度をピク
セルの直径として示した図4bに示されている。図4bで
は、各ピクセル(円)は、ラスタ格子の中心点上に中心
決めされている。また、図3、図4a、図4bは、パターン
メモリにおけるパターンデータを表している。尚、実際
には、ピクセル露光(ドエル)時間を調節することによ
りピクセル調整を行う場合、実際のピクセル画像が走査
に垂直な方向では通常の寸法(ビーム直径)を有し、走
査方向では短くなる。従って、図4bでは、左エッジ52の
ピクセルは極めて小さく(通常の30%)、右側エッジ54
ではやや小さい(通常の70%)。その結果生じる特徴点
は、図示したような輪郭を描く。
上述した照射量調整は、ストライプの重複により一つ
の特徴点を形成する隣接ストライプ用のストライプ当接
アプローチに従って使用することができ、その場合、重
複領域は、本発明により照射した領域の例えば1/3乃至2
/3である。これにより、パターン領域全体を多数回描画
することに伴うオーバヘッド(反復パス)無しに、よく
知られたスキャンオフセット・ボーティングが可能とな
る。ジョン・プー氏他により発明され「リソグラフィ用
濃度階調照射」と題されて、同時係属で共通の譲受人に
譲渡された、米国特許出願第08/069,268号(1993年5月
28日出願。弁理士事件整理番号第M−2452)を参照のこ
と。
ピクセル偏向 ピクセル偏向の一実施例を用いて描画された特徴点
が、図5に示されている。線70により輪郭を描かれた特
徴点の内側72と右側74の部分のピクセルは、通常のラス
タカルテシアン格子点に位置している。しかしながら、
特徴点の左エッジに沿って位置するピクセルは、通常の
格子点から可変量だけ右方向に偏位(移動)しており、
その結果、通常のラスタ格子から離れて位置するように
特徴点の左エッジを画定している。左エッジの上側部分
78のピクセルは、その下側部分80のピクセルより偏向が
少ない。その結果、このピクセル偏向は、ピクセル露光
継続時間を変更する必要がなくても照射量の調整をする
ことが可能となる。利点として、ピクセル偏向のみで、
Eビーム有効電流は調整する必要がない。
また、他の実施例において、全てのピクセルを特徴点
の一方のエッジからその反対側のエッジの方に直線的に
移動させてもよい。更に他の実施例において、各エッジ
近傍のN個(この場合例えばN=2、3、又は4とす
る。)の隣接したピクセルを正確に同じ量だけ移動させ
てもよい。
ピクセル偏向は、効果は減少するが、一方(x、y)
の方向に行うこともでき、また、両方向に行うこともで
きる。二つの方向に対する偏向の実施は、異なっていて
もよい。例えば走査方向においては、電子ビーム偏向で
はなく、オンオフ調整のみで偏向を行うことができる。
一実施例において、ピクセル偏向は、ラスタスキャン
用の特定の種類のパターン処理により行われる。データ
処理を目的とした場合、特徴点を画定する設計パターン
は、描画アドレス単位(通常のカルテシアン格子空間)
の1/2のアドレス単位で構成される。実際の描画プロセ
スの場合、アドレス単位寸法を二倍にして通常の寸法に
する。設計ピクセル(子)と描画ピクセル(親)の関係
は、図6a、6b、6c、6dに示されており、円は親のコーナ
点を表し、十字は子を表す。図6a,6b,6c,6dのそれぞれ
は、同一の親ピクセルを表示しているが、異なる子ピク
セルを強調している。各親ピクセル例えばピクセル71
で、交差する子ピクセル73、75、77、79のベクトル和
(矢印)が計算される。座標対、例えば(−1、1)
は、偏向の4つの単位ベクトルを表す。この和は、(後
述するように)ピクセルが露光される強度値に写像され
る。照射量調整無しで行われるピクセル偏向の場合、こ
の強度値は、最大ピクセル強度値である。偏向の方向
は、親ピクセルと相互作用する構成子ピクセルのベクト
ル和の方向により与えられる。
偏向の振幅は、構成子ピクセルの数の和と、あるいは
ピクセル形状の数の和の関数である。隣接したピクセル
の配置を考慮するならば、ピクセルの位置決めに対する
更なる改良を行うことができる。必要とされる偏向は、
一般には構成形状の数の和に反比例する。輪郭80により
画定される特徴点パターン及び各親の対応する偏向の一
例を、図7に示す。ここに示したように、特徴点80の左
82及び頂部84エッジは、親ピクセル例えばピクセル86を
描画アドレス単位の1/2だけ越えて、隣接する子ピクセ
ル88まで延びている。
偏向方向の一般化により、斜線を付した親ピクセルの
重複領域の計算が可能となり、重複領域に対応する偏向
を割り当てると共に、親ピクセルの位置を割り当てるこ
とができる。この結果、照射量調整の場合より、傾斜し
た特徴点エッジに対する段階波効果を除去することがで
きる。
アドレス格子からの許容特徴点エッジインクリメント
の減少又は減結合は、ここに特有の実施である。この方
法の場合、元の格子を維持しつつピクセル偏向技術を用
いて傾斜した特徴点エッジ上の微小寸法変化を減少させ
ることにより、或いは従来技術でよく知られた特徴点エ
ッジにおけるエッジ平滑化アルゴリズム(コンピュータ
グラフィックス・アンチエイリアシング・アルゴリズム
のようなもの)を使用することによっても有利となる。
ピクセル偏向は、x方向の特徴点エッジピクセルの描
画中に使用されるが、後述するようにy(走査)方向で
使用してもよい。最大偏向は、一般にはいずれかの方向
におけるピクセル長さの1/2であり、隣接したピクセル
の偏向量は異なってもよい。偏向の精度は、使用される
エッジ配置の数による。一例として、各方向の各ピクセ
ルに対して16エッジ配置、即ち通常のピクセル中心間で
32の偏向階調が生じる。
エッジ偏向は、偏向器駆動回路とインピーダンス整合
した静電ビーム偏向器により、Eビーム装置内で行われ
る。一実施例において、各偏向器は、共軸の伝送線路を
貫通して穿孔された、オフセット(軸線を外れた)孔を
含む。電子ビームは該孔を通過し、伝送線路の中央導線
上の特定レベル(正又は負)の電圧により偏向される。
外側の導線は、接地される。偏向が行われる各軸(X,
Y)に対して、かかる偏向器が一つづつ配設される。他
の静電偏向器もまた好適である。これらのX及びY偏向
器は、電子ビーム装置内の対物レンズ内に配設される。
偏向は、描画中、特定のピクセルを横切るビームの走
査の開始時に行われる。また、継続時間中の多くのピク
セルから通常成る典型的な特徴点の描画時間に略等しい
時間内に、偏向をオンオフさせることが可能でなくては
なならない。これにより、描画されていないピクセル上
から漸次偏向を開始し、描画されている幾つかのピクセ
ルを漸次オフしていくことができる。偏向の大きさの典
型的な値は、直径0.1マイクロメートルのアドレス単位
(ピクセル直径)に対して、0、0.05、0.07及び0.1マ
イクロメートルである。
Y方向のある種の偏向を達成するための別の方法は、
パルスオフセットを使用することである。このパルスオ
フセットは、走査中ビームブランカを作動させる描画パ
ルスを進行させ或いは遅延させることにより、Y方向偏
向器の必要性を除去するものであり、これにより、パル
ス中心がその通常の位置から左又は右に移動する。かく
して、タップ可能遅延線路(照射量調整と共働した上述
したものも含む)は、ピクセル描画パルスを所定の量だ
け(時間的に従って空間的に)進行させ或いは遅延させ
る。
照射量調整及びピクセル偏向の組合せ ピクセル偏向を照射量調整と組み合わせることによ
り、一定の照射量密度が維持される。あるピクセルの位
置をその最も近いピクセルの方に移動することで、移動
した(偏向した)ピクセルの近傍に生じる結合照射量が
変化する。この局部的な照射量の変化は、偏向したピク
セルに(僅かな)ピクセル照射量調整を施すことによ
り、補償することができ、これによりピクセル偏向と照
射量調整の両方の利点を達成することができる。かくし
て、パターンあたりの合計露光照射量は、パターンエッ
ジの傾斜の完全性を維持しつつ一定となる。従って、プ
ロセス・ラティチュードが悪影響を受けることはない。
図8は、照射量調整に際し、4個のピクセル幅線を仮
定したとき(Y方向に走査すると仮定)、画像強度(垂
直軸)対任意の垂直線から垂直特徴点エッジまでの距離
の関係を示す。照射量を最大照射量の0%、33%、66%
及び100%に変化させて、それぞれアドレス単位の符号
1、2、3及び4に対応させ、ビーム直径は0.1ミクロ
ンとする。エッジの輪郭が、エッジの照射量が変化する
につれて、大きく変化することに留意されたい。これ
は、重大な欠点である。図9は、図示したように、特徴
点テストパターン104の描画に起因する露光分布の等強
度線100を示す。ここでは、照射量は、特徴点の左エッ
ジで図9のように変化する。尚、等強度線間の水平距離
は、エッジピクセルの照射量が(特徴点104の底部から
頂部の方へかけて)減少するにつれ、増大する。この結
果、プロセス・ラティチュードは減少する。
図10は、照射量と偏向の4通りの組合せとして表1に
示したように、照射量調整とピクセル偏向の双方を行っ
た場合の、(Y方向に走査すると仮定して)4個のピク
セル幅線に対する画像強度対距離の関係を示す。留意す
る点は、エッジ輪郭はエッジが偏向するとき変化しな
い、ということである。偏向量は、隣接したピクセルの
エッジから測定される。
表1の移動値は、経験的に決定された。
図11は、図10に対応する照射量調整とピクセル偏向を
用いて図示特徴点テストパターン104の描画から生じた
露光分布の対応する等強度線を示す。図の左エッジにお
ける等強度線間の水平距離は、エッジが偏向しているの
で、略一定である。この結果、均一なプロセス・ラティ
チュードが得られる。
照射量調整とピクセル偏向を組み合わせて用いて描画
された特徴点の詳細を、図12に示す。特徴点114(輪郭1
18により画定される)の左エッジ116におけるピクセル
は、寸法が減少し、通常の格子中心点から移動している
ことに留意されたい。偏向と照射量調整を組み合わせた
技術において、照射量調整は、照射量調整を単独で行っ
た場合と同様に、行われる。
更に説明すると、図13a、13b、13cは、それぞれ、従
来の単一パス印刷、照射量調整のみ、ピクセル偏向を伴
う照射量調整、を使用して描画された三角形の特徴点12
2を示す。ここでは、ピクセルは、隣接した正方形とし
て表されている。濃いピクセルは、照射量が大きいピク
セルである。図示したように、各特徴点122の知覚され
るエッジは、線により描画されており、図13aの線124は
不均一である。図13bの線126は、元の三角形の形状に近
くなっている。図13cの線128は、元の三角形の形状に一
層近くなっており、均一性も優れている。
上述した説明は例示的なものであり限定的なものでは
ない。また、更なる変形例は、当業者には明らかであろ
うし、添付請求の範囲により包含される。
フロントページの続き (72)発明者 バーグランド,シー・ニール アメリカ合衆国 オレゴン、オレゴン・ シティー、サウス・クラカマス・リヴァ ー・ロード 15361 (56)参考文献 特開 平4−23315(JP,A) 特開 昭58−125827(JP,A) 特開 昭57−10236(JP,A) 特開 平3−198321(JP,A) 特開 昭59−108107(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027

Claims (39)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ラスタ・スキャン・リソグラフィ装置にお
    いてビームからの露光に対して感応する媒体を露光する
    ための方法であって、 ラスタパターンとして前記媒体の表面を横切ってビーム
    を走査するステップであって、それにより、媒体上のラ
    スタパターンの複数のピクセルを露光して該媒体の表面
    上に少なくとも一つの被露光特徴点を形成し、該特徴点
    が前記複数のピクセルを含んで少なくとも一本のエッジ
    を有するステップと、 前記特徴点のエッジに位置するピクセルの露光の継続時
    間を特徴点の他の部分のピクセルと比較して減少させる
    ことにより、前記特徴点のエッジに位置するピクセルの
    少なくとも幾つかの露光の継続時間を調整するステップ
    と、 当該特徴点のエッジにある少なくとも複数のピクセルの
    位置をラスタパターンによって画定される格子の複数の
    ピクセルの位置の中間にある位置へ偏向させるため前記
    ビームを偏向させるステップと、それにより、ラスタパ
    ターンのピクセルの位置により画定される前記格子から
    離れて位置する線として前記特徴点のエッジを画定する
    ステップと、 を備えたことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】前記調整するステップが、 少なくとも3つの露光継続時間を、そのうちの1つがゼ
    ロであるように予め決定するステップと、 露光すべき各ピクセルに対して前記少なくとも3つの継
    続時間のうちの一つを選定するステップと、 を含むことを特徴とする請求の範囲第1項記載の方法。
  3. 【請求項3】前記予め決定するステップが、 少なくとも2対の遅延を有する遅延回路を設けるステッ
    プであって、それぞれ特定のピクセル露光継続時間の始
    まりに係る遅延とその終わりに係る遅延の2つの遅延を
    有するステップ、 を含むことを特徴とする請求の範囲第2項記載の方法。
  4. 【請求項4】前記選定するステップが、 ビームを遮断するためのブランカにタイミング信号と継
    続時間選定信号とを付与するステップと、 露光継続時間を調整するために、前記タイミング信号と
    継続時間選定信号とに応答してビームを遮断するステッ
    プと、 を含むことを特徴とする請求の範囲第3項記載の方法。
  5. 【請求項5】前記継続時間選定信号が、前記複数のピク
    セルの各ピクセルのための、少なくとも2桁から成るデ
    ィジタル信号である、 ことを特徴とする請求の範囲第4項記載の方法。
  6. 【請求項6】更に、 ゼロの他に、最大ピクセル露光継続時間の100%、約70
    %、及び約30%である少なくとも3つの所定の継続時間
    を設け、 更に、 特定のピクセルと隣接した未露光ピクセルとの間の約2/
    3に位置する特徴点のエッジに位置する前記特定のピク
    セルに対して、約70%の継続時間でピクセルを露光する
    ステップと、 特定のピクセルと隣接した未露光ピクセルとの間の約1/
    3に位置する特徴点のエッジに位置する前記特定のピク
    セルに対して約30%の継続時間でピクセルを露光するス
    テップと、 を含むことを特徴とする請求の範囲第2項記載の方法。
  7. 【請求項7】更に、 前記特徴点のエッジに位置するピクセルの少なくとも幾
    つかを走査している間にビームを偏向させるステップで
    あって、それによりエッジに位置するピクセルを格子か
    ら離間した位置に位置決めするステップ、 を含むことを特徴とする請求の範囲第1項記載の方法。
  8. 【請求項8】前記偏向させるステップが、 少なくとも2つの偏向量を予め決定するステップと、偏
    向すべきピクセルのそれぞれを偏向させるために前記少
    なくとも2つの偏向量の一方を選定するステップとを含
    むことを特徴とする請求の範囲第7項記載の方法。
  9. 【請求項9】前記予め決定するステップが、 静電ビーム偏向器を設けるステップと、 前記静電ビーム偏向器への電圧を制御し、それによりビ
    ームを偏向させるステップと、 を含むことを特徴とする請求の範囲第8項記載の方法。
  10. 【請求項10】更に、 少なくとも3つの偏向量を設定する工程を含み、 その場合、前記少なくとも3つの偏向量が、未偏向ピク
    セルの中心から中心までの間隔に対して、それぞれ約1/
    2、0.35及び0.25である、 ことを特徴とする請求の範囲第8項記載の方法。
  11. 【請求項11】前記ラスタパターンが、2つの垂直な方
    向を画定し、 前記偏向させるステップが、該2つの方向の一方のみに
    沿って偏向させるステップを含む、 ことを特徴とする請求の範囲第7項記載の方法。
  12. 【請求項12】更に、 前記2つの方向の他方に沿って偏向させるステップ、を
    含むことを特徴とする請求の範囲第11項記載の方法。
  13. 【請求項13】更に、 ある特徴点内の全てのピクセルに対し、ビームを直線的
    に偏向させるステップ、を含むことを特徴とする請求の
    範囲第7項記載の方法。
  14. 【請求項14】1本のビームを発生するためのビーム発
    生器と、 ビームからの露光に対して感応する媒体用の支持体と、 前記ビーム発生器と前記支持体との間に位置し、複数の
    ピクセルから成るラスタパターンとして前記媒体を横切
    ってビームを走査することにより、該ピクセルの幾つか
    から画定される媒体表面上の特徴を露光するラスタスキ
    ャン装置と、 前記ビーム発生器と前記支持体との間に位置し、ビーム
    を遮断することによりピクセルを画定するビームブラン
    カと、 前記ビームブランカに機能的に接続されたビームブラン
    カ制御装置であって、特徴点のエッジにある少なくとも
    複数のピクセルの継続時間を、ゼロ継続時間と最大継続
    時間との中間の少なくとも2つの所定のレベルの1つに
    調整するためのビームブランカ制御装置と、 当該ビームを偏向するためのレンズと、 少なくとも複数のピクセルの位置を前記ラスタパターン
    によって画定されるピクセルの位置の中間にある位置へ
    偏向させるために前記レンズを制御する偏向制御装置
    と、 を備えたことを特徴とするラスタスキャン・フォトリソ
    グラフィ装置。
  15. 【請求項15】前記ビームブランカ制御装置が、 ピクセルの継続時間を前記2つの中間のレベルに減少さ
    せるために少なくとも2つのプリセット遅延経路を有す
    る、 ことを特徴とする請求の範囲第14項記載の装置。
  16. 【請求項16】前記2つのプリセット遅延経路が、最大
    ピクセル継続時間の約30%と約70%のピクセル継続時間
    を画定する、 ことを特徴とする請求の範囲第15項記載の装置。
  17. 【請求項17】前記制御装置が、 前記プリセット遅延経路のいずれが各ピクセル継続時間
    を減少させるかを決定するために、少なくとも2桁から
    成るデータ信号を受信するデータ制御部を含む、 ことを特徴とする請求の範囲第15項記載の装置。
  18. 【請求項18】ラスタスキャンリソグラフィ装置におい
    て、ラスタスキャンにより画定される格子より細かい特
    徴点エッジ位置を達成するように、ビームからの露光に
    対して感応する媒体を露光するための方法であって、 ラスタパターンとして前記媒体の表面を横切ってビーム
    を走査するステップであって、それにより、媒体上のラ
    スタパターンの複数のピクセルを露光して該媒体の表面
    上に少なくとも一つの被露光特徴点を形成し、該特徴点
    が前記複数のピクセルを含んで少なくとも一本のエッジ
    を有するステップと、 前記特徴点のエッジにある少なくとも複数のピクセルの
    露光継続時間をゼロ継続時間と最大継続時間との中間の
    少なくとも2つの所定のレベルの1つに調整するステッ
    プと、 前記特徴点のエッジに位置するピクセルの少なくとも幾
    つかを走査しながらビームを前記格子の複数のピクセル
    の位置の中間にある位置へ偏向させるステップであっ
    て、それにより、前記エッジに位置するピクセルを、ラ
    スタパターンの残りのピクセルの位置により画定される
    格子から離間した位置に位置決めすると共に、前記エッ
    ジを格子から離れて位置決めするステップと、 を備えたことを特徴とする方法。
  19. 【請求項19】前記偏向させるステップが、 少なくとも2つの偏向量を、そのうちの一方がゼロであ
    るように、予め決定するステップと、 偏向すべきピクセルのそれぞれを偏向させるために前記
    少なくとも2つの偏向量の一方を選定するステップと、 を含むことを特徴とする請求の範囲第18項記載の方法。
  20. 【請求項20】前記予め決定するステップが、 静電ビーム偏向器を設けるステップと、 前記静電ビーム偏向器への電圧を制御するステップと、 を含むことを特徴とする請求の範囲第19項記載の方法。
  21. 【請求項21】前記少なくとも2つの偏向量が、未偏向
    ピクセルの中心から中心までの間隔に対して、それぞれ
    約1/2とゼロである、 ことを特徴とする請求の範囲第19項記載の方法。
  22. 【請求項22】前記ラスタパターンが、2つの垂直な方
    向を画定し、 前記偏向させるステップが、該2つの方向の一方のみに
    沿って偏向させるステップを含む、 ことを特徴とする請求の範囲第18項記載の方法。
  23. 【請求項23】更に、 前記特徴点のエッジに位置するピクセルの少なくとも幾
    つかの露光の継続時間を調整するステップであって、そ
    れにより、ラスタパターンのピクセルの位置により画定
    される格子から離れて位置する線として前記特徴点のエ
    ッジを画定する、ステップ、を 含むことを特徴とする請求の範囲第18項記載の装置。
  24. 【請求項24】前記調整するステップが、 少なくとも2つの露光継続時間を予め決定するステップ
    と、 露光すべき各ピクセルに対して前記少なくとも2つの継
    続時間のうちの一方を選定するステップと、を 含むことを特徴とする請求の範囲第23項記載の方法。
  25. 【請求項25】前記予め決定するステップが、 少なくとも2対の遅延を有する遅延回路を設けるステッ
    プであって、それぞれ特定のピクセル露光継続時間の始
    まりに係る遅延とその終わりに係る遅延の2つの遅延を
    有する、ステップ、を 含むことを特徴とする請求の範囲第24項記載の方法。
  26. 【請求項26】前記選定するステップが、 ビームを遮断するためのブランカにタイミング信号と継
    続時間選定信号とを付与するステップと、 露光継続時間を調整するために、前記タイミング信号と
    継続時間選定信号とに応答してビームを遮断するステッ
    プと、を 含むことを特徴とする請求の範囲第25項記載の方法。
  27. 【請求項27】前記継続時間選定信号が、前記複数のピ
    クセルの各ピクセルのための、少なくとも2桁から成る
    ディジタル信号である、 ことを特徴とする請求の範囲第26項記載の方法。
  28. 【請求項28】更に、 最大ピクセル露光継続時間の100%、約70%、及び約30
    %である少なくとも3つの所定の継続時間を設け、 更に、 特定のピクセルと隣接した未露光ピクセルとの間の約2/
    3に位置する特徴点のエッジに位置する前記特定のピク
    セルに対して、約70%の継続時間でピクセルを露光する
    ステップと、 特定のピクセルと隣接した未露光ピクセルとの間の約1/
    3に位置する特徴点のエッジに位置する前記特定のピク
    セルに対して約30%の継続時間でピクセルを露光するス
    テップと、を 含むことを特徴とする請求の範囲第24項記載の方法。
  29. 【請求項29】更に、 前記エッジに位置する線内の約3個のピクセルを走査し
    ている間にビームを偏向させるステップ、を 含むことを特徴とする請求の範囲第18項記載の方法。
  30. 【請求項30】ラスタにより画定される格子から離れた
    位置に被露光特徴点のエッジを画定するように構成され
    たラスタスキャンフォトリソグラフィ装置であって、 1本のビームを発生するためのビーム発生器と、 ビームを偏向させるためのレンズと、 ビームからの露光に対して感応する媒体用の支持体と、 複数のピクセルから成るラスタ格子パターンとして前記
    媒体を横切ってビームを走査するためのラスタスキャン
    装置と、 前記ビーム発生器と前記支持体の間に位置して前記ビー
    ムをブランキングし、それによってピクセルを画定する
    ビームブランカと、 少なくとも複数の前記ピクセルの露光の継続時間を調整
    するための前記ビームブランカに機能的に接続されるビ
    ームブランカ制御装置と、 前記ラスタ格子パターンにより画定される位置の中間の
    少なくとも2つの所定の位置に、前記ピクセルの少なく
    とも幾つかの位置を偏向させるためのレンズを制御する
    ための偏向制御装置と、 を備えたことを特徴とする装置。
  31. 【請求項31】前記レンズが、少なくとも1つのビーム
    偏向器を備え、 前記レンズ制御装置が、ビーム偏向器による偏向量を可
    変に調節するための手段を含む、 ことを特徴とする請求の範囲第30項記載の装置。
  32. 【請求項32】ラスタスキャンリソグラフィ装置におい
    て、ラスタにより画定される格子より細かい特徴点エッ
    ジ位置を達成するように、ビームからの露光に対して感
    応する媒体を露光するための方法であって、 ラスタパターンとして前記媒体の表面を横切ってビーム
    を走査するステップであって、それにより、媒体上のラ
    スタパターンの複数のピクセルを露光して該媒体の表面
    上に少なくとも一つの被露光特徴点を形成し、該特徴点
    が前記複数のピクセルを含んで少なくとも一本のエッジ
    を有する、ステップと、 前記特徴点のエッジに位置するピクセルの少なくとも幾
    つかの露光の継続時間を減少させるステップであって、
    それにより、ラスタパターンのピクセルの位置により画
    定される格子から離れて位置する線として前記特徴点の
    エッジを画定する、ステップと、 前記特徴点のエッジに位置するピクセルの少なくとも幾
    つかを走査しながらビームを少なくとも2つの偏向振幅
    に従う前記格子のピクセルの位置の中間にある位置へ偏
    向させるステップであって、それにより、前記エッジに
    位置するピクセルを、格子から離れた位置に位置決めす
    る、ステップと、 を備えたことを特徴とする方法。
  33. 【請求項33】ラスタスキャンリソグラフィ装置におい
    てビームからの露光に対して感応する媒体を露光するた
    めの方法であって、 ラスタパターンとして前記媒体の表面を横切ってビーム
    を走査するステップであって、それにより、媒体上のラ
    スタパターンの複数のピクセルを露光して該媒体の表面
    上に少なくとも一つの被露光特徴点を形成し、該特徴点
    が前記複数のピクセルを含んで少なくとも一本のエッジ
    を有する、ステップと、 前記特徴点のエッジに位置するピクセルの少なくとも幾
    つかの露光の継続時間を調整するステップと、 ラスタパターンのピクセルの位置によって画定される格
    子のピクセルの位置の中間にある位置へ少なくとも複数
    のピクセル位置を偏向させるため前記ビームを偏向させ
    るステップと、それにより、ラスタパターンのピクセル
    の位置により画定される格子から離れて位置する線とし
    て前記特徴点のエッジを画定する、ステップと、 を備えたことを特徴とする方法。
  34. 【請求項34】前記ビームが、電子ビームである ことを特徴とする請求の範囲第1項記載の方法。
  35. 【請求項35】前記ビームが、光ビームである ことを特徴とする請求の範囲第1項記載の方法。
  36. 【請求項36】前記ビームが、イオンビームである ことを特徴とする請求の範囲第1項記載の方法。
  37. 【請求項37】前記ビームが、電子ビームである ことを特徴とする請求の範囲第14項記載の装置。
  38. 【請求項38】前記ビームが、光ビームである ことを特徴とする請求の範囲第14項記載の装置。
  39. 【請求項39】前記ビームが、イオンビームである ことを特徴とする請求の範囲第14項記載の装置。
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