JP4459822B2 - マスクレスパターン生成システムおよびマスクレスパターンを生成する方法 - Google Patents

マスクレスパターン生成システムおよびマスクレスパターンを生成する方法 Download PDF

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Description

本発明は、マスクレスパターン生成システムおよびマスクレスパターンを生成する方法に関する。
リソグラフィは基板の表面にフィーチャ(特徴的構造)を生成するために使用されるプロセスである。その様な基板はフラットパネルディスプレイ、回路基板、種々の集積回路などの製造に使用される基板を含むことができる。そのような用途に頻繁に使用される基板は半導体ウェハである。リソグラフィの間はウェハはウェハステージに配置され、チャックによって所定の個所に保持される。チャックは典型的には、ウェハを所定の箇所に確実に保持することができる真空チャックまたは静電チャックである。ウェハはリソグラフィ装置に設置されている露光光学系によってウェハ表面に投影されるイメージに曝される。露光光学系がフォトリソグラフィにおいて使用される一方で、異なるタイプの露光装置を特別な用途に依存して使用することができる。例えばX線リソグラフィ、イオンリソグラフィ、電子リソグラフィまたは光子リソグラフィはそれぞれ、当業者には公知のように異なる露光装置を必要とする可能性がある。フォトリソグラフィの特別の例はここでは例示的な目的でのみ述べている。
投影されるイメージはウェハの表面上にデポジットされた層、例えばフォトレジストの特性に変化を生じさせる。この変化は露光の間にウェハに投影されるフィーチャに相当する。露光に続いてこの層はパターニングされた層を形成するためにエッチングすることができる。パターンは露光の間にウェハに投影されるパターンのフィーチャに相当する。このパターニングされた層はウェハ内の基礎構造層、例えば導電層、半導体層または絶縁層の露光された部分の除去、ドープまたはこの部分に作用を及ぼすために使用される。このプロセスは他のステップと共に、ウェハの表面上または種々の層において所望のフィーチャが形成されるまで繰り返される。
ステップ・アンド・スキャンテクノロジは、狭いイメージングスロットを有する投影光学系と関連して機能する。この際一度にウェハ全体を露光するのではなく、むしろ個々のフィールドがウェハにおいて一度に1つずつスキャンされる。このことはイメージングスロットがスキャンの間にフィールドを横切るように移動されるようウェハおよびレチクルまたはパターンを規定する光弁を同時に移動させながら行われる。ウェハステージはウェハ表面にわたって露光されるべきパターンを何度もコピーできるようにするために、フィールド露光の間にステップされなければならない。このようにして、ウェハに投影されるイメージの鮮鋭度が最大となる。
(マスクまたはフォトマスクとしても知られている)レチクルは、露光されるべきパターンを規定する選択領域内のフォトレジスト露光を阻止するために使用される。レチクルおよびレチクルの使用は殊に小さいウェハへの実施にとっては高価になる可能性がある。
レチクルを使用する代わりに、回折格子制御弁(GLV)またはディジタルマイクロミラーデバイス(DMD)(ディジタルマイクロミラーアレイまたは傾斜ミラーアレイとしても知られる)ような空間光変調器(SLM)と称されるマスクレス光弁を使用することができる。DMDは多数の傾斜ミラーのアレイであり、各ミラーはパターンの1ピクセルを表す。各マイクロミラーをターンオンまたはターンオフするために別個にプログラムすることができ、これによってマイクロミラーアレイを所望のパターンを表すためにプログラミングすることができる。個々のマイクロミラーがターンオンされると照明はそのミラーによって露光光学系に向かって反射され、最終的にフォトレジストまたは基板(例えばウェハ)に反射される。個々のミラーがターンオフされると照明は露光光学系に向かっては反射されず、したがってフォトレジストまたは基板にも反射されない。このようにしてDMDはマスクレス光弁になる。
DMDの使用における欠点の1つは、一般的にマイクロミラーをオンまたはオフしかできないことである。換言すれば、DMDは容易にグレースケールを生じさせることができない。DMDを使用してグレースケールを変更するために、マイクロミラーを正確な角度に精密に傾斜させる必要がある。しかしながら、マイクロミラーのカスタマイズされた傾斜は不利な作用を有する可能性がある。例えば、テレセントリック状態(telecentricity)が、ミラー傾斜の結果イメージ平面はもはや光学系に直交しないので変化する可能性がある。さらにはDMDでは個々のピクセルのために光の位相を制御することができない。したがってDMDを容易には位相シフトマスクとして使用することができない。
したがって本発明の課題は、上述したようなレチクル系および公知の光弁に関連する欠点を有さない、基板にパターンを直接書き込むためのマスクレスパターン生成システムを提供することである。さらに本発明の課題はそのようなマスクレスパターンを生成する方法を提供することである。
マスクレスパターン生成システムに関する課題は、このマスクレスパターン生成システムが光ビームを生成する光源を備え、ピクセルアレイにおける個々のピクセルに対応する個々の電圧レベルを設定することをプログラム可能なパターン生成器に命令する制御信号入力に基づき、光ビームからパターンを生成するプログラム可能なパターン生成器を備え、個々の電圧レベルはそれぞれ個々のピクセルのうちの特定の1つに割り当てられるグレースケールレベルに対応し、供給されるパターン情報に基づきプログラム可能なパターン生成器に制御信号入力を供給する制御装置を備えることによって解決される。マスクレスパターンを生成する方法に関する課題は、光ビームを生成するステップと、制御装置に供給されるパターンイメージ情報に基づき制御装置から制御信号入力を受信するステップと、制御信号入力に基づき光ビームからパターンイメージを生成するステップとを含み、制御信号入力はピクセルアレイにおける個々のピクセルに対応する個々の電圧レベルを調節する命令であり、個々の電圧レベルはそれぞれ個々のピクセルのうちの特定の1つに割り当てられたグレースケールレベルに対応することによって解決される。
本発明は、光源、プログラム可能なパターン生成器および制御装置を有するマスクレスパターン生成システムに関する。光源は光ビームを生成する。1つの実施形態では、光ビームはパルスエキシマレーザによって生成できるような偏光ビームである。プログラム可能なパターン生成器は制御信号入力に基づき光ビームからパターンイメージを生成する。制御信号入力はプログラム可能なパターン生成器が、ピクセルアレイにおける個々のピクセルに対応する個々の電圧レベルを調節するよう命令する。個々の電圧レベルはそれぞれ特定のピクセルに割り当てられるグレースケールレベルに対応する。本発明の1つの利点は、プログラム可能なパターン生成を位相シフトマスクとして使用できることであり、この場合パターンイメージは個々の電圧レベルが光の1周期に調節されると位相シフトされる。制御装置は制御信号入力を、制御装置に供給されたパターン情報に基づきプログラム可能なパターン生成器に供給する。
本発明の1つの実施形態においては、プログラム可能なパターン生成器は透過性液晶ディスプレイ(LCD)アレイを包含する。別の実施形態では、プログラム可能なパターン生成器は反射性液晶ディスプレイ(RLCD)アレイを包含する。
本発明の1つの実施形態によれば、マスクレスパターン生成システムはさらに、光源とプログラム可能なパターン生成器との間に設けられている第1の偏光子と、プログラム可能なパターン生成器の下流側に配置されている第2の偏光子とを包含する。本発明の別の実施形態では、マスクレスパターン生成システムはさらにビームスプリッタを包含し、このビームスプリッタは光源からの光ビームをプログラム可能なパターン生成器に向かって反射させる。さらに別の実施形態では、ビームスプリッタは光源からの光ビームを偏光させ、また偏光ビームを前述のプログラム可能なパターン生成器に向かって反射させる偏光ビームスプリッタである。
本発明の1つの実施形態では、プログラム可能なパターン生成器は光ビームの偏光状態を変調する。偏光ビームスプリッタを使用する実施形態では、プログラム可能なパターン発生器は偏光ビームの偏光状態を変調し、パターンイメージビームが偏光ビームスプリッタを通過するように偏光ビームスプリッタに向かってパターンイメージビームを反射させる。
本発明の実施形態によれば、マスクレスパターン生成システムはさらに縮小光学系および基板ステージを包含する。縮小光学系は基板への投影に関してパターンイメージを最小にする。基板ステージはパターンイメージを受け取るために縮小光学系に相対的に基板を位置決めする。
本発明の利点は、パターンイメージに対応する個々のピクセルに関して調節された個々の電圧レベルが同じ数のピクセル行だけ一方向においてシフトされるときに、パターンイメージの配置をシフトできることである。本発明の別の利点はパターンイメージの端部を個々のピクセルに対応する個々の電圧レベルを調節することによって操作できることであり、この個々のピクセルはパターンイメージ端部の一部であるか、パターンイメージ端部の個々のピクセルを超えるピクセル行である。
本発明の実施形態によれば、マスクレスパターンを生成する方法は光ビームの生成と、制御装置に供給されたパターン情報に基づく制御装置からの制御信号入力の受信と、制御信号入力に基づく光ビームからのパターンイメージの生成とを含む。制御信号入力はピクセルアレイにおける個々のピクセルに対応する個々の電圧レベルを調節するための命令であり、この際個々の電圧レベルはそれぞれ特定の個々のピクセルに割り当てられているグレースケールレベルに対応する。実施形態においては、パターンイメージの生成ステップは光ビームの偏光状態の変調を含む。
方法の1つの実施形態においては、光ビームの生成ステップは光ビームの発生およびパターン生成器へと向けられる光ビームの反射を含む。方法の別の実施形態では、光ビームの生成ステップは光ビームの発生および光ビームの偏光を含む。
本発明の別の実施形態、特徴および利点ならびに本発明の種々の実施形態の構造および動作を付属の図面を参照して以下詳細に説明する。上述の特徴および利点は本発明の全ての実施形態に必ずしも必要とされるものではない。
本願出願に含まれかつ一部を成す付属の図面は本発明を表すものであり、さらには明細書と共に本発明の原理を説明するために使用され、当業者は本発明を使用することができる。
本発明の特徴および利点は図面と関連させた以下の詳細な説明からより明らかになり、図面においては同一の参照符号が全体を通して対応する素子を識別する。図面においては、同一の参照番号は一般的に同一の素子、機能的に類似する素子および/または構造的に同様な素子を示す。その図面において初めて現れる素子は最左の文字によって相応の参照番号で表されている。
ここでは本発明を特定の用途のための例示的な実施形態に関連させて説明するが、本発明はこれに制限されるものではないと解するべきである。ここに示されている内容に触れる当業者であれば本発明の範囲内での付加的な修正、用途および実施形態また本発明が顕著に効用のある付加的な分野が分かる。
術語「光」、「光ビーム」および「照明」はこの明細書を通して互換性をもって使用されることを言及しておく。
慣例のマスクレス光学書き込みシステム100が図1に示されている。照明源102は照明ビーム104を慣例のパターン生成器106へと配向する。パターン生成器106はSLMのDMD形態、または例えば何らかの傾斜ミラーデバイスでよい。パターン命令は制御装置110から制御信号108を介してパターン生成器106に供給される。制御装置110はパターン情報源114からのデータストリーム112を介してパターン情報を受信する。
慣例のマスクレス光学書き込みシステム100においては、パターン生成器106は制御信号108を介して受信した命令に応じてピクセル(例えばDMDのマイクロミラー)をターンオンまたはターンオフする。照明ビーム104はパターン生成器106における「オン」のピクセルによって反射されると、生成光ビーム116が生じる。生成光ビーム116は縮小光学系118に向かって反射される。縮小光学系118は光ビーム116を最小にする複数のレンズからなり、これによってパターンイメージは最小にされる。最小にされたパターンイメージは光ビーム120として、基板ステージ122上に配置されている基板124(例えば半導体ウェハ、フラットパネルディスプレイまたは同様の製品)に投影される。基板ステージ122は例えばステップ・アンド・スキャンステージである。
DMDのような慣例のマスクレスパターン生成器は容易にグレースケールを生じさせることができない。DMDを使用してグレースケールを変化させるためには各マイクロミラーを正確な角度に傾斜する必要がある。しかしながら、マイクロミラーのカスタマイズされた傾斜によって不利な作用が生じる可能性がある。例えば、テレセントリック状態はイメージ平面がミラー傾斜の結果もはや光学系に対して垂直ではないはので変化する可能性がある。さらには、DMDを用いても個々のピクセルのための光の位相を制御することができない。したがってDMDを位相シフトマスクとして使用することは容易ではない。
本発明の実施形態によるマスクレス光学書き込みシステム200が図2に示されている。偏光照明源203は偏光ビーム204Aを出力する。偏光照明源203は照明源202として示されており、この照明源202は照明ビーム204を偏光子205Aに供給する。偏光子205Aは照明ビーム204を偏光し、その結果偏光ビーム204Aが生じる。当業者であれば別のタイプの偏光照明源を使用できることが分かる。偏光ビーム204Aは慣例のものではないパターン生成器206に向かって配向される。
本発明の1つの実施形態においては、パターン生成器206は液晶ディスプレイ(LCD)アレイを包含する。パターン情報源114はパターン情報を含むデータストリーム112を制御装置210に供給する。制御装置210は制御信号208を出力し、この制御信号208はパターン生成器206のためのパターン命令を包含する。制御装置210はハードウェア、ソフトウェアまたはハードウェハとソフトウェアの組合せから構成することができる。
制御装置210はパターン情報マニピュレータ230を包含する。パターン情報マニピュレータ230はデータストリーム112から受信したパターン情報を復号し、パターン情報データをピクセル毎に割り当てる。本発明の実施形態によれば、パターン情報マニピュレータ230は各ピクセルに対してグレースケール値を割り当てる。パターン情報マニピュレータ230の実施形態はハードウェア、ソフトウェアまたはハードウェアとソフトウェアの組合せから構成することができる。パターン情報マニピュレータ230を以下詳細に説明する。
マスクレス光学書き込みシステム200においては、パターン生成器206のLCDアレイは複数のLCDチップからなる。LCDチップの各ピクセルには制御信号208によって供給される命令に対応する電圧が印加される。基板124上における結果としての露光の強度は、各ピクセルに印加される電圧および出力光ビームの結果としての偏光変調に間接的に依存する。光弁を生成するのが以下説明するこの偏光変調である。
LCDアレイの一般的な動作を説明する。本発明の1つの実施形態においては前述したように、パターン生成器206は複数のLCDチップからなるLCDアレイである。各LCDチップは図4Aに示されているように動作する。使用される液晶(LC)のタイプおよびLC材料が電界に存在するとどのような特性を有するかによってその偏光が決定され、またLCDの分野においては周知のように、(透過性アレイの場合には)入射光が透過するか否かが決定される。例えばLCDチップにおけるLC材料はLCDチップ432Aに電圧が印加されない場合、入射する偏光ビーム434Aの極性が90°変化する(すなわち「回転する」)ような特性を有してもよい。したがって透過した偏光ビーム波436Aは入射する偏光ビーム434Aに関して90°位相がずれている。このことはLCDチップ432AのLC材料の屈折性の特性に基づき生じる。択一的に、LCDチップ432Aへの電圧の印加によっては偏光ビーム波434Aを90°回転させなくてもよく、これによって光ビーム波434Aは単純に同一の極性でもって通過することができる。しかしながら中間の電圧においては、光の極性は部分的に回転されており、また楕円偏光されている。択一的にLC材料は、電圧が印加されない場合には極性は変化せず、電圧が印加される場合には極性は90°変化するような逆の特性を有してもよい。
本発明の1つの実施形態においては、LCDアレイの液晶材料はピクセルに電圧が印加されない場合にはピクセルからの結果としての光ビーム216の極性は90°回転されるような特性を有する。この実施形態においては、特定の電圧(「極性を変化させない」電圧)がピクセルに印加される場合には、ピクセルからの結果としての光ビーム216の極性は変化しない。ピクセルに電圧が印加されずに光は全く形成されないということがこのピクセルにとっての所望の結果であるならば、電圧が印加されないピクセルからの結果としての光を阻止する必要は無い。この実施形態に関しては、偏光ビーム204Aの極性と同一の極性を有する偏光子205Bが使用される。このコンフィギュレーションにおいては、電圧が印加されないLCDアレイ206のピクセル上に入射する光ビーム216は偏光子205Bとは反対の極性になり阻止されて、基板124の対応する領域においては露光が生じない。
択一的に、「極性を変化させない」電圧が供給されるLCDアレイ206のピクセル上に入射する光ビーム216は偏光子205Bと同一の極性になり、光ビーム216Aとして透過する。光ビーム216Aは縮小光学系118を通過して最小化された光ビーム220になり、最高の強度でもって基板124を露光する。ピクセルに印加される電圧がゼロ電圧と「極性を変化させない」電圧との間にある場合には、光の極性は部分的に回転されて楕円偏光され、光の一部は偏光子205Bを通過することができるので、したがって光ビーム216Aにおいてはグレースケールレベルを生じさせることができる。
本発明の別の実施形態においてはLCDの液晶材料は、特定の電圧(例えば「極性を90°変化させる」電圧)がピクセルに印加されるとピクセルからの結果としての光ビーム216の極性は90°変化するような特性を有する。この実施形態においては、電圧がピクセルに印加されない場合には、ピクセルからの結果として生じる光ビーム216の極性は変化しない。ピクセルに電圧が印加されずに光は全く形成されないということがこのピクセルにとって所望の結果であるならば、電圧が印加されないピクセルからの結果としての光を阻止する必要は無い。この実施形態に関しては、偏光ビーム204Aの極性とは反対の極性の偏光子が使用される。このコンフィギュレーションにおいては、電圧が印加されないLCDアレイ206のピクセル上に入射する光ビーム216は偏光子205Bとは反対の極性になり阻止されて、基板124の対応する領域においては露光が生じない。
択一的に、「極性を90°変化させる」電圧が印加されているLCDアレイ206のピクセル上に入射する光ビーム216は偏光子205Bと同じ極性になり、光ビーム216Aとして透過する。光ビーム216Aは縮小光学系118を通過して最小にされた光ビーム220になり、最高の強度でもって基板124を露光する。ピクセルに印加される電圧がゼロ電圧と「極性を90°変化させる」電圧との間にある場合には、光の極性は部分的に回転されて楕円偏光され、光の一部は偏光子205Bを通過することができるので、したがって光ビーム216Aにおいてはグレースケールレベルを生じさせることができる。
マスクレス光学書き込みシステム200では、光ビーム216Aは縮小光学系118によって最小にされる。縮小光学系118は複数のレンズからなる。当業者には明らかであるように、縮小光学系118はこのためにあらゆる適切な縮小光学系を包含することができる。最小にされた光ビーム220は基板ステージ122に保持されている基板124上に投影される。基板124における露光の強度は前述したように、パターン生成器206の対応する各ピクセルに印加される電圧量に間接的に依存する。
本発明の別の実施形態が図3に示されている。図3のマスクレス光学書き込みシステム300においては、図2の偏光子205A/Bの機能が単一の偏光ビームスプリッタ326によって実行される。この実施形態においてはパターン生成器306は反射性LCD(RLCD)である。LCDアレイとRLCDアレイとの間の顕著な相違点は、基板をイメージングするための入射光ビームがRLCDでは反射されずにむしろ透過されることである。偏光変調はLCDアレイにおいてもRLCDアレイにおいても同様に行われる。
RLCDチップは図4Bに示されているように動作する。例えばRLCDチップにおけるLC材料は、RLCDチップ432Bに電圧が印加されない場合には、入射する偏光ビーム波434Bの極性は90°変化する(すなわち「回転する」)ような特性を有してもよい。したがって、透過した偏光ビーム波436Bは入射する偏光ビーム波434Bに関して90°位相がずれている。択一的に、RLCDチップ432Bへの電圧の印加によっては偏光ビーム波434Aの極性を90°回転させなくてもよく、これによって光ビーム波434Aを単純にRLCDから同一の極性でもって反射させることができる。しかしながら中間の電圧においては、光の極性は部分的に回転されて楕円偏光されている。択一的にLC材料は、電圧が印加されない場合には極性は変化せず、電圧が印加される場合には極性は90°変化するような逆の特性を有してもよい。
再び図3を参照すると、マスクレス光学書き込みシステム300では光源302が光ビーム304を出力する。光ビーム304は偏光ビームススプリッタ304へと配向される。偏光ビームスプリッタ326は偏光ビーム328をパターン生成器306に向かって反射する。偏光ビームスプリッタ326は公知のようなあらゆる偏光ダイクロイックミラーでよい。当業者には公知のように、偏光ビーム305は偏光ビーム328とは反対の極性でもって偏光ビームスプリッタ326を通過し、このマスクレス光学書き込みシステムから離れる。
パターン生成器306のRLCDアレイは複数のRLCDチップからなる。各RLCDチップの各ピクセルには制御信号208によって供給される命令に対応する電圧が印加される。パターン生成器306は結果としての光ビーム316を偏光ビームスプリッタ326へと再度反射する。マスクレス光学書き込みシステム200を用いる場合のように、基板124上における結果としての露光の強度は、各ピクセルに印加される電圧および出力光ビームの結果としての偏光変調に間接的に依存する。
本発明の1つの実施形態においては、RLCDの液晶材料はピクセルに電圧が印加されない場合には、ピクセルから反射された結果としての光ビーム316の極性は90°回転されるような特性を有する。反射された光ビーム316はその後適切な極性で直接的に偏光ビームスプリッタ326を通過する。この実施形態においては、電圧(例えば「極性を変化させない」電圧)がピクセルに印加される場合には、ピクセルから反射された結果としての光ビーム316の極性は変化せずに偏光ビームスプリッタ326によってビーム317として再び反射され、このマスクレス光学書き込みシステムから離れる。ピクセルに印加される電圧がゼロ電圧と「極性を変化させない」電圧との間にある場合には、これらのピクセルから反射された結果としての光ビーム316の極性は部分的に回転されて楕円偏光され、光の一部は偏光ビームスプリッタを通過することができるので、したがって反射された光ビーム316においてはグレースケールレベルを生じさせることができる。
本発明の別の実施形態においてはRLCDアレイの液晶材料は、特定の電圧(例えば「極性を90°変化させる」電圧)がピクセルに印加されるとピクセルから反射された結果としての光ビーム316の極性は90°回転するような特性を有する。反射された光ビーム316は続いて適切な極性でもって偏光ビームスプリッタ326を通過する。この実施形態においては、電圧がピクセルに印加されない場合には、ピクセルから反射された結果としての光ビーム316の極性は変化せず、偏光ビームスプリッタ326によってビーム317として再び反射されてマスクレス光学書き込みシステムから離れる。ピクセルに印加される電圧がゼロ電圧と「極性を90°変化させる」電圧の間になる場合には、これらのピクセルから反射された結果としてのビーム316の極性は部分的に回転されて楕円偏光され、光の一部は偏光ビームスプリッタ326を通過するので、したがって光ビーム316においてグレースケールレベルを生じさせることができる。
マスクレス光学書き込みシステム300では、反射された結果としての光ビーム316は縮小光学系118によって最小にされる。縮小光学系118は複数のレンズからなる。当業者には公知であるように、縮小光学系118はこのためにあらゆる適切な縮小光学系を含むことができる。最小にされた光ビーム320は続いて基板ステージ122に保持されている基板124上に投影される。基板124における露光の強度は前述したように、パターン生成器306の対応する各ピクセルに印加される電圧量に間接的に依存する。
本発明の実施形態においては、パターン生成器206/306は157nm照明から248nm照明、有利には193nm照明と互換性がある。
「スリット」領域は基板上の投影の領域を規定する。スリット領域の大きさは倍率、チップサイズおよび配置されているチップの数に関連する。本発明の実施形態によれば複数のチップがアレイ内に並べられている。本発明の実施形態によれば、高分解能ウェハの用途に関しては有利には約8mm×22mmのスリット領域が使用され、このスリット領域はチップのアレイを必要とする。ウェハの用途に関しては、この領域は光学系のデザインに依存して4mm×12mmの小ささでも、16mm×48mmの大きさでもよい。しかしながらこの領域は本発明が使用される用途に依存して、この範囲よりもさらに小さくすることも大きくすることもできる。例えば、フラットパネルの用途に使用されるパターン生成器に関するスリット領域は8cm×22cmの大きさ、またはそれよりも大きくてよい。プロジェクションテレビまたは映画スクリーン、例えば50フィートまたはそれよりも大きいスクリーンに使用されるパターン生成器はそれどころかさらに大きいスリット領域をカバーすることができる。しかしながらこのような巨大な用途に関してはピクセルサイズは大きくなる。
本発明の実施形態においては、マスクレス光学書き込みシステム200/300は基板上に20nmから1.5mmのピクセルサイズ、有利には約50nmの大きさのピクセルサイズを生成することができる。本発明によれば、縮小光学系118は.005×から350×、有利には200×の倍率によってパターンイメージを最小にすることができる。
本発明の実施形態においては、光源202/302はパルスエキシマレーザである。このレーザを使用することにより、個々のピクセルの個々の電圧レベルはレーザパルス間で変化される。本発明の実施形態においては、光源202/302は偏光された光を供給する。
前述したように、制御装置210はパターン情報マニピュレータ230を包含する。パターン情報マニピュレータ230はデータストリーム112から受信したパターン情報を復号し、パターン情報データをピクセル毎に割り当てる。本発明の実施形態によれば、パターン情報マニピュレータ230はグレースケール値を各ピクセルに対して割り当てる。パターン情報マニピュレータ230の実施形態はハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組合せから構成することができる。
図5はパターン情報マニピュレータ230をより詳細に示したものである。パターン情報を含むデータストリーム112がパターン情報マニピュレータ230に入力されて、デコーダ540において復号される。ピクセルアドレスはアドレス生成器542において生成される。各ピクセルに対する命令は行列でピクセル「マトリクス」としてのメモリ544に記憶される。例えば、ピクセルはピクセルアドレス546によって示されているように、「最大」電圧を印加する命令に対応することができる。択一的に、ピクセルはピクセルアドレス548によって示されているように電圧を印加しない命令に対応することができる。択一的に、露光のグレースケールレベルをこれら2つの電圧レベルの中間にある電圧を割り当てることによってピクセルに割り当てることができる。例えば、75%の露光がピクセルアドレス550に割り当てられている。当業者には公知であるように、グレースケール効果が印加される電圧と比較して線形であることを保証するために、制御装置210のパターン情報マニピュレータ230においていくらかの線形補正が必要とされる。
本発明の実施形態による、マスクレスパターンを生成する方法600が図6に示されている。方法はステップ680において開始され、直ちにステップ682に続く。ステップ682においては、光ビームが生成される。ステップ684においては制御信号入力が制御装置に供給されるパターン情報に基づき制御装置から受信される。ステップ686においては、パターンイメージが制御信号入力に基づき光ビームから形成される。実施形態においては、パターンイメージはピクセルアレイにおける個々のピクセルに対応する個々の電圧レベル(すなわちグレースケールレベル)を調節することによって生成される。方法600はステップ688で終了する。
本発明の1つの実施形態においては、方法600のステップ682は図7Aに示されているように実施される。ステップ682はステップ790において開始され、直ちにステップ792に続く。ステップ792においては光ビームが生じる。ステップ794においては光ビームがパターン生成器に向かって反射される。反射はあらゆるビームスプリッタによって達成することができる。実施形態においては、偏光ビームスプリッタが使用される。ステップ796においてはこの方法が方法600のステップ684に戻る。
本発明の別の実施形態では、方法600のステップ682が図7Bに示されているように実施される。ステップ682はステップ790において開始され、直ちにステップ792が続く。ステップ792においては光ビームが生じる。ステップ795においては光ビームが偏光される。光ビームの偏光は当業者には公知であるように、あらゆる偏光子を使用して達成することができる。ステップ796においてはこの方法が方法600のステップ684に戻る。
本発明の実施形態による、マスクレスパターンを生成する方法800が図8に示されている。方法はステップ802において開始され、直ちにステップ804が続く。ステップ804においては偏光照明が生成される。ステップ806においては、制御信号入力が制御装置に供給されたパターン情報に基づき制御装置から受信される。ステップ808においては偏光照明の偏光状態が変調される。ステップ810においては、パターンイメージが制御信号入力に基づき、変調された偏光照明から形成される。方法はステップ812において終了する。
本発明の1つの実施形態においては、方法800のステップ808が図9に示されているように実施される。ステップ808はステップ914において開始され、直ちにステップ916が続く。ステップ916においては、グレースケールレベル(白および黒を含む)に対応する電圧レベルがピクセルアレイにおける個々のピクセルそれぞれに対して設定される。ステップ918においてはこの方法は方法800のステップ810に戻る。
本発明の実施形態による、マスクレスリソグラフィを実施する方法1000が図10に示されている。方法はステップ1020において開始され、直ちにステップ1022が続く。ステップ1022においては光ビームが生成される。ステップ1024においては制御信号入力が制御装置に供給されるパターン情報に基づき制御装置から受信される。ステップ1026においては、パターンイメージが制御信号入力に基づき光ビームから生成される。実施形態においては、パターンイメージがピクセルアレイにおける個々のピクセルに対応する個々の電圧レベル(すなわちグレースケールレベル)を調節することによって生成される。ステップ1028においては、パターンイメージが基板への投影に関して縮小光学系によって最小にされる。ステップ1030においては基板が縮小光学系に相対的に配置される。ステップ1032においては、パターンイメージが基板において受け取られる。方法1000はステップ1034において終了する。
本発明の1つの実施形態においては、方法1000のステップ1022が図11Aに示されているように実施される。ステップ1022はステップ1136において開始され、直ちにステップ1138が続く。ステップ1138においては光ビームが生成される。ステップ1140においては光ビームがパターン生成器に向かって反射される。反射は当業者には公知であるようにあらゆるビームスプリッタによって達成することができる。実施形態においては偏光ビームスプリッタが使用される。ステップ1142においてはこの方法が方法1000のステップ1024に戻る。
本発明の別の実施形態においては、方法1000のステップ1022が図11Bに示されているように実施される。ステップ1022はステップ1136において開始され、直ちにステップ1138が続く。ステップ1138においては光ビームが生成される。ステップ1141においては光ビームが偏光される。光ビームの偏光は当業者には公知のようにあらゆる偏光子を使用して達成することができる。ステップ1142においてはこの方法は方法1000のステップ1024に戻る。
本発明の実施形態による、マスクレスリソグラフィを実施する方法1200が図12に示されている。方法はステップ1250において開始され、直ちにステップ1252が続く。ステップ1252においては偏光照明が生成される。ステップ1254においては、制御信号入力が制御装置に供給されたパターン情報に基づき制御装置から受信される。ステップ1256においては、偏光照明の偏光状態が変調される。ステップ1258においては、パターンイメージが制御信号入力に基づき、変調された偏光照明から形成される。ステップ1260においては、パターンイメージが基板への投影に関して縮小光学系によって最小にされる。ステップ1262においては、基板が縮小光学系に相対的に配置される。ステップ1268においてはパターンイメージが基板において受け取られる。方法1200はステップ1270において終了する。
本発明の1つの実施形態においては、方法1200のステップ1252が図13に示されているように実行される。ステップ1252はステップ1372において開始され、直ちにステップ1374が続く。ステップ1374においては偏光照明が生成される。ステップ1376においては偏光照明がパターン生成器に向かって反射される。反射はあらゆるビームスプリッタを使用して達成することができる。実施形態においては偏光ビームスプリッタが使用される。ステップ1378においてはこの方法は方法1200のステップ1254に戻る。
本発明の1つの実施形態においては、方法1200のステップ1256が図14に示されているように実行される。ステップ1256がステップ1480において開始され、直ちにステップ1482が続く。ステップ1482においては、グレースケールレベル(白および黒を含む)に対応する電圧レベルがピクセルアレイにおける個々のピクセルそれぞれに対して調節される。ステップ1484においては、この方法は方法1200のステップ1258に戻る。
本発明の実施形態による、マスクレスリソグラフィを実施する方法1500が図15に示されている。方法はステップ1502において開始され、直ちにステップ1504が続く。ステップ1504においては光ビームが生成される。ステップ1506においては光ビームが偏光される。ステップ1508においては制御信号入力が制御装置に供給されたパターン情報に基づき制御信号から受信される。ステップ1510においては、偏光ビームの偏光状態が変調される。ステップ1512においてはパターンイメージが制御信号入力に基づき、変調された偏光ビームから生成される。実施形態においては、パターンイメージがピクセルアレイにおける個々のピクセルに対応する個々の電圧レベル(すなわちグレースケールレベル)を調節することによって生成される。ステップ1514においてはパターンイメージが偏光される。ステップ1516においてはパターンイメージが基板への投影に関して縮小光学系によって最小にされる。ステップ1518においては基板が縮小光学系に相対的に配置される。ステップ1520においてはパターンイメージが基板において受け取られる。方法1500はステップ1522において終了する。
本発明の実施形態による、マスクレスリソグラフィを実施する方法1600が図16に示されている。方法はステップ1602において開始され、直ちにステップ1604が続く。ステップ1604においては光ビームが生成される。ステップ1606においては光ビームが偏光される。ステップ1608においては偏光ビームがパターン生成器に向かって反射される。ステップ1610においては、制御信号入力が制御装置に供給されたパターン情報に基づき制御装置から受信される。ステップ1612においては偏光ビームの偏光状態が変調される。ステップ1614においては、パターンイメージが制御信号入力に基づき変調された偏光ビームから生成される。実施形態においては、パターンイメージはピクセルアレイにおける個々のピクセルに対応する個々の電圧レベル(すなわちグレースケールレベル)を調節することによって生成される。ステップ1616においてはパターンイメージが縮小光学系に向かって反射される。ステップ1618においてはパターンイメージが偏光される。ステップ1620においてはパターンイメージが基板への投影に関して縮小光学系によって最小にされる。ステップ1622では基板が縮小光学系に相対的に配置される。ステップ1624においてはパターンイメージが基板において受け取られる。方法1600はステップ1626において終了する。
本発明の利点の1つは本発明を位相シフトマスクとして使用できることである。光の1周期以上にわたり電圧を印加することによって、当業者には公知であるように位相シフトマスクに類似する有効な特性を付与する位相シフトが生じる。本発明を位相シフトマスクとして使用するために、極性が90°回転される場所を通る電圧を変更する。このピクセル毎の位相干渉はシステムの解像度を改善する位相シフトマスクと同様の効果を有する。
本発明の別の利点は、パターンを配置する必要がある所に正確に依存して各ピクセルに印加される電圧レベルをずらすことによってパターンイメージを容易に移動させることができる。パターンイメージの配置は、対応するピクセルに関して設定された個々の電圧レベルが同じ数のピクセルの行または列だけ1つの方向でシフトされるとシフトされる。
本発明のさらなる利点は、説明したようなグレースケールを生じさせることによって所定の格子に相対的に容易にパターンを移動できることである。基板上では各ピクセルからの光が他のピクセルからの光へと併合される。パターンの端部においては、ピクセルの端部の行からの光は「溢れだし」、段階的な効果で光から闇に徐々に変化する。どれ程の速さで光から闇への遷移が生じるかは、遷移領域におけるピクセルを部分的にターンオンすることによって制御することができる。このようにしてピクセルの光レベルはパターンの端部を「移動」させるための適切な電圧レベルを印加することによってマニピュレートされる。本発明の特徴は、遷移(光から闇への段階的な変化)を基本的な格子境界には対応しない境界において生じさせるために使用することができる。例えば、ピクセルが40nm格子にあり、パターンの端部を5nm格子に配置することが望ましい場合には、結果は基本格子境界のうちの1つが生じる個所においては発生しない遷移となる。基本格子境界からパターン端部を除去するために、境界の両側におけるピクセルの光レベルをこれらのピクセルに適切な電圧レベルを印加することによってマニピュレートすることができる。
図17のグラフは本発明に関連させて説明したようなグレースケールを使用して露光された端部のシフトを示す。グラフ1760には露光端部にわたる光強度の変化がプロットされている。ピクセルに印加される特定の電圧においてはピクセルは完全に「オフ」と見なされ、これは図においては1765によってプロットされている。ピクセルに印加される異なる電圧においてはピクセルは完全に「オン」と見なされ、これは図においては1770によってプロットされている。強度の等しい特別なレベル(破線1775によって示されている)においては、完全に「オフ」(プロット1765)対完全に「オン」(プロット1770)であるときのパターン端部間の距離は40nmであり、この距離はこの例においてはピクセルの幅である。ピクセルに印加される電圧レベルを「オン」と「オフ」に関する2つの電圧レベルの間で変化させることによってパターン端部を中間の位置に配置させることができ、これはプロット1765とプロット1770の中間のデータプロットによって示されている。
図18および図19も本発明の実施形態に関連させて説明したグレースケールを使用する露光された端部のシフトを示す。図18においてはピクセル格子1880のピクセル行1882が完全に「オフ」として示されている。ピクセル行1884は完全に「オン」として示されている。プロット1888(ピクセル格子1880の上方に示されている)は光と闇の間の急な遷移を示す。図19は露光されたパターン端部の移動を示す。ピクセル格子1980のピクセル行1982は完全に「オフ」として示されている。ピクセル行1984は完全に「オン」として示されている。ピクセル行1986は「オン」の中間状態で示されており、ここでは25%「オン」である。ピクセル行1986をオンの中間状態に調節することは実質的に、パターンの端部を僅かに左方向に移動させる。プロット1988(ピクセルグリッド1980の上方に示されている)は図18よりもより段階的に遷移している光と闇の遷移を示す。
本明細書は、直接的にパターンを書き込むことを目的として、ピクセル毎にパターンイメージを制御するための光弁として動作するマスクレスパターン書き込みシステムを表す。本発明の種々の実施形態を上記において説明したが、これらの実施形態は単に例示的に示したに過ぎず、これに制限されるものではない。当業者であれば形状および詳細における種々の変更を請求項に規定されている本発明の思想および範囲から逸脱することなくなすことができる。したがって本発明の範囲を上述した例示的な全ての実施形態に制限すべきではなく、本発明は請求項および同等のものによってのみ定義されるべきである。
目下当業者に公知であるマスクレス光学書き込みシステムの例示的な概略図である。 本発明の実施形態によるマスクレス光学書き込みシステムの例示的な概略図である。 本発明の実施形態による偏光照明を使用するマスクレス光学書き込みシステムの例示的な概略図である。 本発明の実施形態による液晶ディスプレイの動作を示す。 本発明の実施形態による反射性液晶ディスプレイの動作を示す。 本発明の実施形態によるパターン生成器制御装置データマニピュレータの例示的な概略図である。 本発明の実施形態によるマスクレスパターンを生成する方法のフローチャートを示す。 本発明の実施形態による図6に示された方法のステップ682のフローチャートを示す。 本発明の実施形態による図6に示された方法のステップ682のフローチャートを示す。 本発明の実施形態によるマスクレスパターンを生成する方法のフローチャートを示す。 本発明の実施形態による図8に示された方法のステップ808のフローチャートを示す。 本発明の実施形態によるマスクレスリソグラフィを実施するための方法のフローチャートを示す。 本発明の実施形態による図10に示された方法のステップ1022のフローチャートを示す。 本発明の実施形態による図10に示された方法のステップ1022のフローチャートを示す。 本発明の実施形態によるマスクレスリソグラフィを実施するための方法のフローチャートを示す。 本発明の実施形態による図12に示した方法のステップ1256のフローチャートを示す。 本発明の実施形態による図12に示した方法のステップ1256のフローチャートを示す。 本発明の実施形態によるマスクレスリソグラフィを実施するための方法のフローチャートを示す。 本発明の実施形態によるマスクレスリソグラフィを実施するための方法のフローチャートを示す。 本発明の実施形態によるグレースケールを使用する露光される端部のシフトを示す。 本発明の実施形態によるグレースケールを使用する露光される端部のシフト図を示す。 本発明の実施形態による、グレースケールを使用する露光される端部のシフト図を示す。

Claims (26)

  1. リソグラフィ処理システムにおいて使用されるマスクレスパターン生成システムにおいて、
    光ビームを生成する光源を備え、
    ピクセルアレイにおける個々のピクセルに対応する個々の電圧レベルを設定することをプログラム可能なパターン生成器に命令する制御信号入力に基づき、前記光ビームからパターンを生成するプログラム可能なパターン生成器を備え、前記個々の電圧レベルはそれぞれ前記個々のピクセルのうちの特定の1つに割り当てられるグレースケールレベルに対応し、前記プログラム可能なパターン生成器は液晶プログラム可能パターン生成器であり、
    供給されるパターン情報に基づき前記プログラム可能なパターン生成器に前記制御信号入力を供給する制御装置を備え、
    各ピクセルに対応する個々の電圧レベルに応じて各ピクセルで前記光ビームの偏光状態が変調され、各ピクセルで変調された前記光ビームの偏光状態によって、各ピクセルからの出力光強度が決定されかつ各ピクセルからの出力光の前記リソグラフィ処理システム内部への照射が継続されるか否かが決定され
    前記パターンイメージは前記個々の電圧レベルが調整されて前記個々のピクセルにおいて光の1周期にわたって位相シフトされることを特徴とする、マスクレスパターン生成システム。
  2. 前記プログラム可能なパターン生成器は反射性液晶ディスプレイアレイを包含する、請求項1記載のマスクレスパターン生成システム。
  3. 前記プログラム可能なパターン生成器は透過性液晶ディスプレイアレイを包含する、請求項1記載のマスクレスパターン生成システム。
  4. 前記光源から生成される前記光ビームは偏光ビームである、請求項1記載のマスクレスパターン生成システム。
  5. 前記プログラム可能なパターン生成器は前記光ビームの偏光状態を変調する、請求項1記載のマスクレスパターン生成システム。
  6. 前記光ビームを前記プログラム可能なパターン生成器に向かって反射するビームスプリッタをさらに包含する、請求項1記載のマスクレスパターン生成システム。
  7. 前記ビームスプリッタは前記光ビームを偏光する偏光ビームスプリッタであり、偏光光ビームを前記プログラム可能なパターン生成器に向かって反射する、請求項6記載のマスクレスパターン生成システム。
  8. 前記プログラム可能なパターン生成器は前記偏光ビームの偏光状態を変調し、パターンイメージビームを前記偏光ビームスプリッタに向かって再び反射し、前記パターンイメージビームは前記偏光ビームスプリッタを通過する、請求項7記載のマスクレスパターン生成システム。
  9. 前記光源と前記プログラム可能なパターン生成器との間に配置されている第1の偏光子と、
    前記プログラム可能なパターン生成器の下流側に配置されている第2の偏光子とをさらに包含する、請求項1記載のマスクレスパターン生成システム。
  10. 基板への投影に関する前記パターンイメージを最小にする縮小光学系と、
    前記パターンイメージを受信する前記縮小光学系に相対的に前記基板を配置する基板ステージとをさらに包含する、請求項1記載のマスクレスパターン生成システム。
  11. 前記基板上のピクセルサイズは約20nmから約1.5mmの範囲である、請求項10記載のマスクレスパターン生成システム。
  12. 前記基板上のピクセルサイズは約50nmである、請求項11記載のマスクレスパターン生成システム。
  13. 前記縮小光学系は約0.005×から350×の範囲の倍率で前記パターンイメージを最小にする、請求項10記載のマスクレスパターン生成システム。
  14. 前記縮小光学系は約200×の倍率で前記パターンイメージを最小にする、請求項13記載のマスクレスパターン生成システム。
  15. 前記プログラム可能なパターン生成器は、約4mm×12mmから約16mm×48mmの範囲にあるスリット領域をカバーする、請求項1記載のマスクレスパターン生成システム。
  16. 前記プログラム可能なパターン生成器は約8mm×22mmのスリット領域をカバーする、請求項15記載のマスクレスパターン生成システム。
  17. 前記グレースケールレベルは黒および白を含む、請求項1記載のマスクレスパターン生成システム。
  18. 前記光源はパルスエキシマレーザを包含し、前記個々のピクセルの前記個々の電圧レベルはレーザパルス間で変化する、請求項1記載のマスクレスパターン生成システム。
  19. リソグラフィ処理システムにおいて使用されるマスクレスパターン生成システムにおいて、
    光ビームを生成する光源を備え、
    ピクセルアレイにおける個々のピクセルに対応する個々の電圧レベルを設定することをプログラム可能なパターン生成器に命令する制御信号入力に基づき、前記光ビームからパターンを生成するプログラム可能なパターン生成器を備え、前記個々の電圧レベルはそれぞれ前記個々のピクセルのうちの特定の1つに割り当てられるグレースケールレベルに対応し、前記プログラム可能なパターン生成器は液晶プログラム可能パターン生成器であり、
    供給されるパターン情報に基づき前記プログラム可能なパターン生成器に前記制御信号入力を供給する制御装置を備え、
    各ピクセルに対応する個々の電圧レベルに応じて各ピクセルで前記光ビームの偏光状態が変調され、各ピクセルで変調された前記光ビームの偏光状態によって、各ピクセルからの出力光強度が決定されかつ各ピクセルからの出力光の前記リソグラフィ処理システム内部への照射が継続されるか否かが決定され、
    前記プログラム可能なパターン生成器は位相シフトマスクとして使用される、マスクレスパターン生成システム。
  20. 前記パターンイメージ対応する前記個々のピクセルに関して調節された前記個々の電圧が1つの方向に同じ数のピクセル行だけシフトされると前記パターンイメージの位置はシフトされる、請求項1記載のマスクレスパターン生成システム。
  21. 前記パターンイメージの端部は前記個々のピクセルに対応する前記個々の電圧レベルを調節することによってマニピュレートされ、前記個々のピクセルは前記パターンイメージ端部の一部であり、前記パターンイメージ端部の個々のピクセルを超えたピクセル行である、請求項1記載のマスクレスパターン生成システム。
  22. リソグラフィ処理システムにおいて使用されるマスクレスパターンを生成する方法において、
    光ビームを生成するステップと、
    制御装置に供給されるパターンイメージ情報に基づき前記制御装置から制御信号入力を受信するステップと、
    前記制御信号入力に基づき前記光ビームからパターンイメージを生成するステップとを含み、前記制御信号入力は液晶ピクセルアレイにおける個々のピクセルに対応する個々の電圧レベルを調節する命令であり、前記個々の電圧レベルはそれぞれ前記個々のピクセルのうちの特定の1つに割り当てられたグレースケールレベルに対応し、各ピクセルに対応する個々の電圧レベルに応じて各ピクセルで前記光ビームの偏光状態が変調され、各ピクセルで変調された前記光ビームの偏光状態によって、各ピクセルからの出力光強度が決定されかつ各ピクセルからの出力光の前記リソグラフィ処理システム内部への照射が継続されるか否かが決定され
    前記パターンイメージは前記個々の電圧レベルが調整されて前記個々のピクセルにおいて光の1周期にわたって位相シフトされることを特徴とする、マスクレスパターンを生成する方法。
  23. 前記光ビームを生成するステップは、
    前記光ビームを発生させるステップと、
    前記光ビームをパターン生成器に向かって反射させるステップとを含む、請求項22記載のマスクレスパターンを生成する方法。
  24. 前記光ビームを生成するステップは、
    前記光ビームを発生させるステップと、
    前記光ビームを偏光するステップとを含む、請求項22記載のマスクレスパターンを生成する方法。
  25. 前記パターンイメージを生成するステップは、
    前記光ビームの偏光状態を変調するステップを含む、請求項22記載のマスクレスパターンを生成する方法。
  26. 前記パターンイメージを生成するステップは、
    パターンイメージを偏光するステップを含む、請求項22記載のマスクレスパターンを生成する方法。
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