JP5960826B2 - フォトリソグラフィのための光学要素を局所的に変形させる方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、フォトリソグラフィのための光学要素を局所的に変形させる分野に関する。
半導体産業において絶えず高まる集積密度の結果として、フォトリソグラフィマスクは、益々小さい構造をウェーハ上の感光層、例えば、フォトレジスト上に投影しなければならない。この要求を満たすために、フォトリソグラフィマスクの露光波長は、電磁スペクトルの近紫外領域から中間紫外領域を超えて遠紫外領域に移行している。現在、ウェーハ上のフォトレジストの露光には193nmの波長が一般的に使用されている。その結果、高まる分解能によるフォトリソグラフィマスクの製造は、益々複雑になり、従って、益々高価になってきている。将来、フォトリソグラフィマスクは、電磁スペクトルの極紫外(EUV)波長範囲(例えば、10nm〜15nmの範囲)の有意に短い波長を使用することになる。
フォトリソグラフィマスクは、透過均一性、平面性、純性、及び温度安定性に関して極めて高い要求を満たさなければならない。基板面上の多層構造から反射された電磁波の位相面をそれ程外乱しないように、平面性からのこれらの基板の許容偏差は、露光波長の波長の一部分でしかない。フォトリソグラフィマスク基板の平面性の大きい偏差は、フォトレジスト内での波面の建設的又は破壊的な重ね合わせに起因して、フォトレジスト内で光学強度分布の変化をもたらす可能性がある。露光波長の短縮は、この問題をより困難にする。製造業者から供給される基板であっても、EUVフォトリソグラフィマスクに対する平面性条件を満たさない場合があり、1つの面上に微細パターンを形成するマスクの製造工程は、基板の平面性を悪化させる可能性さえもある。
米国特許出願US 2007/02245222 A1は、生成されたフォトリソグラフィマスクの平面性を改善する方法を記載している。米国特許US 7 001 697 B2は、フォトリソグラフィマスクによってウェーハ上のフォトレジスト内に導入される強度差又は光学透過誤差を排除する別の方法を提供している。
透過フォトリソグラフィマスクでは、マスク区域にわたる光学透過率の均一性は重要なパラメータである。フォトリソグラフィマスクの区域にわたる構造要素の均一性を臨界寸法均一性(CDU)と呼ぶ。
更に、フォトリソグラフィマスクは、パターン要素の配置誤差を有する可能性もあり、すなわち、パターン要素のうちの一部は、フォトレジスト上の所定の位置に正確に写像しない。配置誤差を位置合わせ誤差とも呼ぶ。
石英基板上へのフェムト秒レーザパルスの作用は、例えば、S.Oshenkov、V.Dmitriev、E.Zait、及びG.Ben−Zvi著「溶融シリカ内の超短レーザ放射線誘導DUV減衰構造(DUV attenuation structures in fused silica induced ultra−short laser radiation)」、CLEOE−IQEC会報、ミュンヘン、2007年によって研究されている。
位置合わせ及び/又はCD補正結果の改善のためには、フォトリソグラフィマスクの基板内に導入される局所変形を制御するためにレーザパルスの全てのパラメータを制御することが極めて重要である。
一方、CD及び位置合わせの上首尾の同時補正のためには、レーザパルスが、マスク基板内にいかなる可能な基本的変形も誘導することができることが必要なことは明らかである。この目的のために、広範囲にわたる局所変形スペクトルをもたらす包括的なレーザパルスセットを供給することが必要である。このスペクトルは、一方で、CD誤差を補正するために光学透過率の所定の減衰で最小の局所変形を与えるレーザパルスを含む。他方では、配置誤差又は位置合わせ誤差を補正するために大きい非対称局所変形を有するレーザパルスが必要である。
US 2007/02245222 A1 US 7 001 697 B2
S.Oshenkov、V.Dmitriev、E.Zait、及びG.Ben−Zvi著「溶融シリカ内の超短レーザ放射線誘導DUV減衰構造(DUV attenuation structures in fused silica induced ultra−short laser radiation)」、CLEOE−IQEC会報、ミュンヘン、2007年
従って、本発明の1つの目的は、光学要素を局所的に変形し、上記に解説した問題の少なくとも一部分を回避する方法及び装置を提供することである。
本発明の第1の態様により、請求項1に記載の方法を提供する。実施形態において、フォトリソグラフィのための光学要素を所定の変形形態に従って局所的に変形させる方法は、(a)少なくとも1つのレーザビームパラメータを有する少なくとも1つのレーザパルスを発生させる段階と、(b)少なくとも1つレーザビームパラメータが所定の変形形態をもたらすように選択された少なくとも1つのレーザパルスを光学要素上に向ける段階とを含む。
光学強度分布を制御することにより、局所変形の効果を所定の変形形態に対応するように調節することができる。所定の変形形態は、光学要素のある一定の欠陥を補正するのに特定のものである。従って、所定の変形形態に従って局所変化を誘導することにより、光学要素のある一定の欠陥を補正することができる。
更に別の態様において、少なくとも1つのレーザビームパラメータは、少なくとも1つのレーザパルスの偏光を含む。
レーザパルスの偏光を制御することにより、レーザパルスからもたらされる変形要素の方向を所定の変形形態に対して調節することができる。
別の態様において、少なくとも1つのレーザパルスは、直線偏光されたものであり、所定の変形形態は、少なくとも1つのレーザパルスの直線偏光に対して実質的に平行である。
直線偏光は、回転させることができ、従って、レーザパルスによって生じる変形要素を所定の変形形態に対して容易に位置合わせすることができる。偏光レーザパルスによって生じる局所変形の異方性の程度は、レーザパルスのエネルギに依存し、一般的にパルスエネルギの増大と共に低下する。従って、偏光制御は、レーザパルスの低い電力範囲において特に有効である。
更に別の態様により、少なくとも1つのレーザパルスは、楕円偏光されたものであり、所定の楕円変形形態は、少なくとも1つの楕円偏光レーザパルスに対して実質的に位置合わせされる。更に別の態様において、少なくとも1つのレーザパルスは、円偏光されたものであり、所定の変形形態は、光学要素の実質的に円形の変形形態である。
円偏光レーザビームは、光学要素にわたる光学透過率の変化を改善するのに特に有利である。生じる透過変化及び生じる変形は、導入されるレーザパルスの密度に比例するが、レーザビームに対する光学要素の向きとは独立したものである。
更に別の態様において、波長板が、少なくとも1つのレーザパルスの偏光を発生させる。更に別の態様において、波長板は、半波長板、特にゼロ次の半波長板を含む。更に別の態様において、波長板は、4分の1波長板、特にゼロ次の4分の1波長板を含む。
更に別の有益な態様により、少なくとも1つのレーザビームパラメータは、少なくとも1つのレーザパルスの非点収差を含む。別の態様において、少なくとも1つの円柱レンズは、少なくとも1つのレーザパルスの非点収差を発生させる。
円柱レンズを使用することにより、焦点又はビームくびれ部が、焦線に変換される。得られる変形要素は、集束系と円柱レンズの焦点幅とを調節することによって調節することができる。
別の態様において、少なくとも1つのレーザビームパラメータは、少なくとも1つのレーザパルスのビーム形状を含む。更に別の態様において、少なくとも1つの開口が、少なくとも1つのレーザパルスのビーム形状を発生させる。更に別の態様により、少なくとも1つの開口は、調節可能な幅を有するスリット状開口を含み、及び/又は少なくとも1つのレーザパルスのビーム方向の回りに回転可能である。
開口は、実質的に所定の変形形態を有するレーザビームを形成するために、レーザビームの一部分を切除する。切除によるビーム形成は、調節可能スリットによって容易に実施することができる。その一方、切除によるビーム形成は、形成されたレーザビーム内にビーム品質を劣化させる可能性がある歪曲を導入する可能性がある。この場合及び本明細書内の更に別の箇所に使用する「実質的に」という用語は、測定誤差の範囲にある測定量の数値を意味する。
別の好ましい態様において、プリズムの組合せが、少なくとも1つのレーザパルスのビーム形状を発生させる。更に別の態様により、プリズムの組合せは、少なくとも1つのレーザパルスのビーム方向の回りに回転可能な少なくとも2つのプリズムを含み、第1のプリズムは、入力ビームに対して調節可能であり、及び/又は第2のプリズムは、出力ビームに対して調節可能である。
プリズムの組合せに基づくビーム形成又はビーム成形の実施は、切除によるビーム形成よりも入り組んでいるが、レーザビームの品質に対する潜在的な悪影響を回避する。
本発明の第2の態様により、請求項14に記載の方法を提供する。実施形態において、フォトリソグラフィのための光学要素を所定の変形形態に従って局所的に変形させる方法は、少なくとも1つの第1のレーザパルスと少なくとも1つの第2のレーザパルスとを光学要素上に向けて第1の局所変形と第2の局所変形とを生成する段階を含み、第1及び第2の局所変形の組合せは、所定の変形形態を実質的にもたらす。
特定のビーム形状を有するレーザパルスを発生させ、次に、所定の変形形態を再現する変形要素を光学要素内に導入することの代わりに、所定の変形形態を発生させる変形要素を有する2つ又はそれよりも多くのレーザパルスを使用することができる。この手法は、レーザビームの形状及び/又は偏光を詳細に制御する必要がなく、すなわち、付加的な光学構成要素が必要とされないという利点を有する。
本発明の方法は、特定の非対称変形形態を有する得られる変形要素を発生させるために使用することができる。一方、それは、個々の非均衡変形要素から実質的に円形の変形形態を発生させるためにも適用することができる。
更に別の態様において、第1及び第2の局所変形は、部分的にオーバーラップする。
第1及び第2のレーザパルスによって発生する個々の変形要素の少なくとも部分的なオーバーラップにより、所定の変形形態に実質的に対応する組み合わされた又は得られる変形形態を個々の変形要素から発生させることができる。
別の態様において、第1及び第2の局所変形を生成する段階は、少なくとも1つの第1のレーザパルス及び/又は少なくとも1つの第2のレーザパルスのレーザパルス電力、第1及び第2の局所変形のオーバーラップ部分、及び/又は第1及び第2の局所変形のオーバーラップ角度を制御する段階を含む。
一般的に、レーザパルスのパルス電力は、光学要素内に生じる変形要素のサイズと相関する。オーバーラップ部分を変更することにより、得られる変形形態の形態又は形状を調節することができる。更に、光学要素の所定の方向に対する第2のパルスの角度の選択は、得られる変形形態を所定の変形形態に位置合わせする。更に、第1のレーザパルスに対する第2のレーザパルスの重み又は強度を調節することができる。従って、これらのパラメータは、2つ又はそれよりも多くの個々のレーザパルスによって光学要素内に所定の変形形態を導入するのに使用することができる。
更に別の態様において、レーザパルス、及び/又は少なくとも1つの第1のレーザパルス及び少なくとも1つの第2のレーザパルスは、超短レーザパルス、特にピコ秒及び/又はフェムト秒のレーザパルスを含む。
別の態様により、レーザパルスエネルギは、0.05μJから5μJであり、レーザパルス長は、0.05psから100psであり、繰返し数は、1kHzから10MHzであり、レーザパルス密度は、1mm2当たり1000パルスから1mm2当たり10 000 000レーザパルスであり、対物系の開口数は、0.1から0.9であり、対物系の倍率は、5×から100×である。
別の態様において、光学要素を局所的に変形させる段階は、光学要素を恒久的に局所的に変形させる段階を含む。
更に別の態様において、所定の変形形態は、光学要素の密度及び/又は光学透過率分布を局所的に修正し、及び/又は光学要素の局所的に修正された密度及び/又は光学透過率分布は、光学要素のピクセルと呼ばれる少なくとも1つの小さい容積域内で不連続に修正される。
光学要素を局所的に変形させることにより、CDU欠陥を補正することができる。更に、レーザパルスによって所定の変形形態を再現することにより、配置誤差又は位置合わせ誤差を補正することができる。更に、光学要素内に様々な局所変形を誘導する異なるレーザパルスを印加することにより、光学要素のCDU誤差と位置合わせ誤差の両方を同時に補正することができる。
別の態様により、所定の変形形態は、光学透過率分布を0%から10%まで、好ましくは、0%から5%まで、最も好ましくは、0%から3%までの間隔内で変更する。
更に別の態様において、所定の変形形態は、0.1μmから10μmまで、好ましくは、0.2μmから5μmまで、最も好ましくは、0.5μmから2μmまでの範囲に直径を有するピクセルによって発生する実質的に円形の変形形態を含む。
生じた局所変形は、例えば、光学透過率の1%の減衰をもたらすピクセルで光学要素の1mm2の正方形に完全に書き込む段階によって定性化することができる。この場合に、得られるこの区域の線形拡大は、低電力レーザパルスを使用する場合には、一般的に0.001nmの範囲にあり、高電力レーザパルスでは1nmから2nmまでの範囲にある。
更に別の態様において、所定の変形形態は、2から1まで、好ましくは、5から1まで、最も好ましくは、10から1までの範囲に長軸と短軸の拡大比を有するピクセルによって発生する実質的に楕円形の変形形態を含む。
更に別の態様は、光学要素の少なくとも1つの欠陥を決定する段階を更に含む。
光学要素の誤差の決定には、走査電子顕微鏡(SEM)及び/又は走査プローブ顕微鏡を使用することができる。更に、少なくとも1つの誤差又は欠陥を識別するために光学要素を走査するのに、光源をCCD(電荷結合デバイス)カメラのようなそれぞれの検出系との組合せに使用することができる。
走査プローブ顕微鏡の例は、原子間力顕微鏡(AFM)である。誤差の決定に対して使用することができる光学ツールは、例えば、ウェーハレベル臨界寸法(WLCD)ツール、AIMSTM、及び/又はPROVETM系である。この目的で適用することができる更に別のツールは、DUV及び/又はX線の散乱測定系である。
更に別の態様は、少なくとも1つの欠陥を補正するために光学要素内にもたらされるレーザパルス配置を決定する段階を含む。
更に別の態様により、少なくとも1つの欠陥は、臨界寸法誤差及び/又は位置合わせ誤差を含み、レーザパルス配置は、異なるレーザビームパラメータセットを有するレーザパルスを含む。
光学要素内の誤差、特に光学透過率変化は、一般的に、個々のレーザパルスの配置を光学要素内に誘導することによって補正される空間的な欠陥である。
更に別の態様は、光学要素内にレーザパルス配置を誘導するために少なくとも1つのレーザパルスを光学要素上に向ける段階を含む。
更に別の態様において、光学要素は、フォトリソグラフィマスク、ミラー、及び/又はナノインプリントリソグラフィのためのテンプレートを含む。更に別の態様により、フォトリソグラフィマスクは、基板と吸収構造とを有する透過フォトリソグラフィマスク、又は基板と多層構造と吸収構造とを有する反射フォトリソグラフィマスクを含み、ミラーは、基板と多層構造を含む。
別の態様において、少なくとも1つの第1のレーザパルス及び/又は少なくとも1つの第2のレーザパルスの少なくとも1つのレーザビームパラメータは、第1及び第2の局所変形が所定の変形形態を実質的にもたらすように選択される。
記載した少なくとも1つのレーザパルスの少なくとも1つのレーザビームパラメータを選択する方法と、所定の変形形態をもたらすために2つ又はそれよりも多くのレーザパルスを重ねる方法とは組み合わせることができる。
更に別の態様により、フォトリソグラフィのための光学要素を所定の変形形態に従って局所的に変形させるための装置は、(a)少なくとも1つのレーザパルスを発生させるための光源と、(b)少なくとも1つのレーザパルスの少なくとも1つのレーザビームパラメータを選択するための光学構成要素と、(c)レーザビームパラメータが所定の変形形態をもたらすように選択された少なくとも1つのレーザパルスを光学要素上に向けるための対物系とを含む。
別の態様において、装置は、更に、上述の態様のうちの殆どのものによる方法を実行するようになっている。
更に別の態様において、フォトリソグラフィのための光学要素を所定の変形形態に従って局所的に変形させるための装置は、(a)少なくとも1つの第1のレーザパルスと少なくとも1つの第2のレーザパルスとを発生させるための光源と、(b)少なくとも1つの第1のレーザパルスと少なくとも1つの第2のレーザパルスとを光学要素上に向けて第1及び第2の局所変形を生成するための対物系とを含み、第1及び第2の局所変形の組合せは、所定の変形形態を実質的にもたらす。
最後に、更に別の態様において、装置は、更に、上述の態様のうちの殆どのものによる方法を実行するようになっている。
本発明をより明快に把握してその実際的な適用を理解するために、下記の図を提供し、かつ以下で参照する。図は、単なる例として提供するものであり、決して本発明の範囲を限定しないことに注意しなければならない。
透過フォトリソグラフィマスクの概略断面図である。 反射フォトリソグラフィマスクの概略断面図である。 ナノインプリントリソグラフィに使用されるテンプレートの概略断面図である。 図1及び図2のフォトリソグラフィマスク及び図3のテンプレートの基板の修正のための装置の略ブロック図である。 y(90°)方向に直線偏光を有するレーザビームのモードサインの図である。 x(0°)方向に直線偏光を有するレーザビームのモードサインの図である。 xy(45°)方向に直線偏光を有するレーザビームのモードサインの図である。 円偏光を有するレーザビームのモードサインの図である。 円偏光レーザビームを用いてマスク基板内に生じたピクセルを有するマスク基板の切り抜きの上面図である。 CD補正を計算するのに使用される試験マップを示す図である。 図10のCDC試験マップに対してx方向に平行な直線偏光のレーザビームを用いた場合に生じる位置合わせ変化(S/Oが取り除かれた)を示す図である。 図10のCDC試験マップに対してy方向に平行な直線偏光のレーザビームを用いた場合に生じる位置合わせ変化(S/Oが取り除かれた)を示す図である。 図10のCDC試験マップに対して円偏光のレーザビームを用いた場合に生じる位置合わせ変化(S/Oが取り除かれた)を表す図である。 円柱レンズを用いた非点収差レーザビームの発生とこの光学要素までのビーム経路とを略例示する図である。 円柱レンズの向きが垂直に定められた図12の非点収差ビームのモードサインを示す図である。 円柱レンズの向きが水平に定められた図12の非点収差ビームのモードサインを示す図である。 円柱レンズの向きが対角に定められた図12の非点収差ビームのモードサインを示す図である。 図13aのモードサインによって発生したピクセルを有する光学要素の切り抜きの上面図である。 図13bのモードサインによって発生したピクセルを有する光学要素の切り抜きの上面図である。 図13cのモードサインによって発生したピクセルを有する光学要素の切り抜きの上面図である。 モードサインのマグニチュードをレーザビームのx方向の切除の関数として示す図である。 スリットを用いて切除されたレーザビームの発生及び光学要素までのビーム経路を示す概略図である。 モードサインのマグニチュードをビーム偏光と平行なスリットによって達成される切除レベルの関数として表す図である。 モードサインのマグニチュードをビーム偏光に対して垂直なスリットによって達成される切除レベルの関数として表す図である。 モードサインの変動をx方向のスリット変位の関数として提供する図である。 水平に向けられたスリットが発生させる切除されたレーザビームによって生じたピクセルを有する光学要素の切り抜きの上面図である。 垂直に向けられたスリットが発生させる切除されたレーザビームによって生じたピクセルを有する光学要素の切り抜きの上面図である。 2つのプリズムを含むビーム成形構成の概略図である。 ピクセルダビング工程において得られるピクセルの形成と得られるピクセルの所定の変形形態との比較とを略例示する図である。 ピクセルダビングを用いない場合の標準処理ウィンドウのパラメータセットを有するレーザビームのモードサインの図である。 ピクセルダビング工程からもたらされるピクセルに対するモードサインの変動をオーバーラップ角度の関数として示す図である。 ピクセルダビング工程からもたらされるピクセルに対するモードサインの変動をオーバーラップ角度の関数として示す図である。 ピクセルダビング工程からもたらされるピクセルに対するモードサインの変動をオーバーラップ角度の関数として示す図である。 ピクセルダビング工程からもたらされるピクセルに対するモードサインの変動をオーバーラップ角度の関数として示す図である。 ピクセルダビング工程からもたらされるピクセルに対するモードサインの変動をオーバーラップ角度の関数として示す図である。 ピクセルダビング工程からもたらされるピクセルに対するモードサインの変動をオーバーラップ角度の関数として示す図である。 ピクセルダビング工程からもたらされるピクセルに対するモードサインの変動をオーバーラップ角度の関数として示す図である。 ピクセルダビング工程からもたらされるピクセルに対するモードサインの変動をオーバーラップ角度の関数として示す図である。 オーバーラップ値及びオーバーラップ角度という量の定義を略例示する図である。 図23a〜図23hのデータを集約する図である。 135°のオーバーラップ角度によるピクセルダビング工程からもたらされるピクセルを有する光学要素の切り抜きの上面図である。 ピクセルダビング工程からもたらされるピクセルに対するモードサインの変動を1.5μJのパルスエネルギに対してx方向に変化するオーバーラップ値の関数として提供する図である。 ピクセルダビング工程からもたらされるピクセルに対するモードサインの変動を1.5μJのパルスエネルギに対してy方向に変化するオーバーラップ値の関数として提供する図である。 ピクセルダビング工程からもたらされるピクセルに対するモードサインの変動を0.6μmのオーバーラップ値に対するパルス電力の関数として示す図である。 ピクセルダビング工程からもたらされるピクセルに対するモードサインの変動を2.3μJのパルスエネルギに対してy方向に変化するオーバーラップ値の関数として表す図である。 パルスエネルギ及びオーバーラップ値の最適化の前の90°のオーバーラップ角度によるピクセルダビング工程からもたらされるピクセルにおけるモードサインを示す図である。 パルスエネルギ及びオーバーラップ値の最適化の後の90°のオーバーラップ角度によるピクセルダビング工程からもたらされるピクセルにおけるモードサインを示す図である。 誤差補正工程を要約する流れ図である。
本明細書のこの部は、以下の通りに構成される。この部は、光学要素を局所的に変形させるのに使用される装置の実施形態の紹介で始まり、次に、モードサインという用語を紹介する(「レーザ系及びモードサイン」)。次に、「ビーム偏光及び/又はビーム成形の制御」という名称の第2部では、光学要素内に局所的に生じる変形を制御する方法、すなわち、モードサインが適用される。「ピクセル相互作用」という名称の第3部は、少なくとも2つの密に分離するレーザパルスの導入からもたらされるピクセルのモードサインを制御するためのピクセルダビング工程を解説する。本明細書は要約で終る。
5.1 レーザ系及びモードサイン
ここで以下において、本発明の例示的な実施形態を示す添付図面を参照して本発明をより完全に説明する。しかし、本発明は、異なる形態に実施することができ、本明細書に示す実施形態に限定されると解釈すべきではない。限定ではなく、これらの実施形態は、本発明の開示が完全なものになり、本発明の範囲を当業者に伝達するように提供するものである。
図1は、透過フォトリソグラフィマスク100の概略断面図を表している。マスク100は、第1の面又は前面130と第2の面又は後面140とを有する基板110を含む。基板110は、ウェーハ上のフォトレジストの照明に使用される波長に対して透過性を有するべきである。露光波長は、電磁スペクトルの深紫外(DUV)スペクトル範囲にあるもの、特に193nm前後のものとすることができる。基板材料は、一般的に石英を含む。基板は、一般的な152mm×152mmの横方向寸法と、実質的に6.35mmの厚み又は高さとを有する。フォトリソグラフィマスク100の基板110は、半導体素子を製造する元になる所定の構造要素をフォトレジスト上に形成する通常はクロムから製作されたパターン要素120をその面130上に有する。フォトリソグラフィマスク100の基板110のパターン要素120を担持する部分をマスクの活性区域150と呼び、それに対して、パターン要素120を持たない境界部分を不活性区域160と呼ぶ。露光波長のレーザビームが、基板110の第2の面又は後面140を通じてマスク100の基板110を照明する。
図2は、電磁スペクトルの極紫外(EUV)スペクトル範囲における将来の使用のための特に約13.5nmの露光波長のための反射フォトリソグラフィマスク200の概略断面図を示している。図1のフォトリソグラフィマスク100とは異なり、マスク200は、多層ミラー構造205に基づく反射光学要素である。フォトリソグラフィマスク200の多層ミラー系205は、溶融シリカ基板のような適切な基板210の基板面215上に堆積される。例えば、ZERODUR(登録商標)、ULE(登録商標)、又はCLEARCERAM(登録商標)のような他の透過性の誘電体、ガラス材料、又は半導体材料をEUVフォトリソグラフィマスクのための基板として付加することができる。
多層ミラー系205は、図2に提供している例では、好ましくは、交替するモリブデン(Mo)層220とシリコン(Si)層225とで構成される40個の対を含む。図2の例では、各Mo層220の厚みは4.15nmであり、Si層225の厚みは2.80nmである。多層構造205を保護するために、例えば、深さ7nmの自然酸化物を有するシリコンのキャップ層230が、構造の上部に配置される。多層ミラー系205内では、Mo層220は散乱層として機能し、それに対してシリコン層225は、分離層として機能する。モリブデンの代わりに、大きい原子番号を有する他の元素、特に、例えば、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、レニウム(Re)、及び/又はイリジウム(Ir)のような遷移元素を使用することができる。
フォトリソグラフィマスク200は、多層系205上にシリコンのキャップ層230と、バッファ構造235と、吸収構造240とをパターン要素として有する。バッファ層235において可能な材料は、例えば、溶融シリカ(SiO2)、酸窒化シリコン(SiON)、ルテニウム(Ru)、クロム(Cr)、窒化チタン(TiN)、及び/又は窒化タンタル(TaN)である。
更に、実質的に全くEUV光子が反射されないことを確実にするために、吸収構造240上に反射防止(AR)コーティング245を付加することができる。AR層245は、例えば、酸窒化タンタル(TaON)を含むことができる。吸収構造上に入射するEUV光子250は実質的に吸収され、それに対して多層ミラー系205上に配置されたキャップ層230上に当たるEUV光子250の大部分は光子255として反射される。
図3は、ナノインプリントリソグラフィにおいてパターン要素をウェーハに転写するのに使用されるテンプレート310の構成300を略示している。テンプレート310は、UV及びDUVのスペクトル範囲で透過性を有する材料を含み、多くの場合に、テンプレート材料として溶融シリカが使用される。テンプレート310の表側330上のパターン要素320は、図1のフォトリソグラフィマスク100のパターン要素120の製作と非常に似た工程で製作される。従って、ナノインプリントリソグラフィに使用されるテンプレート310の様々なタイプの誤差を補正するのに、本発明の原理を同じく適用することができる。テンプレート310は、テンプレートの裏側340を通じて電磁放射線350によって照明される。
図4は、図1及び図2のフォトリソグラフィマスク100及び200、並びに図3のテンプレート310の誤差を補正するために使用することができる装置400の略ブロック図を示している。装置400は、3次元で移動可能にすることができるチャック420を含む。チャック420には、例えば、圧着のような様々な技術を使用することによってフォトリソグラフィマスク410を固定することができる。フォトリソグラフィマスク410は、その基板後面140又は240が対物系440に向けて向くように上下逆に装着されたフォトリソグラフィマスク100又は200とすることができ、又は図3のテンプレート310とすることができる。
装置400は、パルス又はレーザパルスのビーム又は光ビーム435を生成するパルスレーザ光源430を含む。レーザ光源430は、可変持続時間を有する光パルス又はレーザパルスを発生させる。パルス持続時間は、10fsまでも短いとすることができるが、100psまで連続的に増加することができる。パルスレーザ光源430によって発生する光パルスのパルスエネルギは、1パルス当たり0.01mJから1パルス当たり10mJまでに至る広大な範囲にわたって調節することができる。更に、レーザパルスの繰返し数は、1Hzから100MHzまでの範囲を含む。好ましい実施形態において、光パルスは、800nmの波長で作動するTi:サファイアレイザによって発生させることができる。しかし、下記で説明する方法は、このレーザ手法に限定されず、原理的にフォトリソグラフィマスク410の基板に対するバンドギャップよりも小さい光子エネルギを有し、かつフェムト秒範囲の持続時間を有するパルスを発生させることができる全てのレーザ手法を使用することができる。従って、例えば、Nd−YAGレーザ系又は色素レーザ系を適用することができる。
装置400は、1つよりも多いパルスレーザ光源430を含むことができる(図4には示していない)。
下記の表は、光学要素を局所的に変形させるための一態様に使用される周波数2倍Nd−YAGレーザ系のレーザビームパラメータの概要を表している。
(表1)
Figure 0005960826
下記の表は、フォトリソグラフィマスク100及び200の基板110、210、並びにテンプレート310の密度及び/又は光学透過率分布に異なって影響を及ぼすためのパラメータを示している。表2は、標準処理ウィンドウ(stdPW)と呼ぶピクセルを導入するか又は書き込むモードにおける周波数2倍Nd−YAGレーザ系のパラメータを提供している。
(表2)
Figure 0005960826
表3は、ここでもまた周波数2倍Nd−YAGレーザ系を使用する実施形態の低位置合わせ処理ウィンドウ(LowRegPW)と呼ぶモードのパラメータを要約している。レーザ系430のこの作動モードは、stdPWよりも低いエネルギを有する光パルスを使用するが、高いピクセル密度を導入する。
(表3)
Figure 0005960826
ステアリングミラー又はステアリング系490が、パルスレーザビーム435を集束対物系440内に誘導する。対物系440は、基板後面を通じてパルスレーザビーム435をフォトリソグラフィマスク410の基板内に集束させる。適用される対物系440のNA(開口数)は、焦点の所定のスポットサイズと、基板後面に対するフォトリソグラフィマスク410の基板内の焦点の位置とに依存する。表1に示すように、対物系440のNAは、最大で0.9とすることができ、それによって実質的に1μmの焦点スポット直径及び実質的に1020W/cm2の最大強度がもたらされる。
装置400は、試料ホルダ420の2軸位置決め台のx方向とy方向で構成される平面内の並進移動を管理するコントローラ480及びコンピュータシステム460を更に含む。コントローラ480及びコンピュータシステム460は、対物系440が固定された1軸位置決め台450を通じたチャック420の平面に対して垂直な(z方向の)対物系440の並進移動も制御する。装置400の他の実施形態において、フォトリソグラフィマスク410をターゲット場所に移動するために、チャック420に3軸位置決めシステムを装備することができ、対物系440を固定することができ、又はチャック420を固定することができ、対物系440を3次元で移動可能にすることができることに注意しなければならない。パルスレーザビーム435のターゲット場所へのフォトリソグラフィマスク410のx方向、y方向、及びz方向の移動のために手動位置決め台を使用することができ、及び/又は対物系440が、3次元移動のための手動位置決め台を有することができることに更に注意しなければならない。
コンピュータシステム460は、マイクロプロセッサ、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、CPU(中央演算処理装置)、GPU(グラフィック処理ユニット)などとすることができる。コンピュータシステム460は、コントローラ480に配置することができ、又はPC(パーソナルコンピュータ)、ワークステーション、メインフレームのような別個のユニットとすることができる。コンピュータシステム460は、キーボード、タッチパッド、マウス、ビデオ/グラフィックディスプレイ、プリンタのようなI/O(入力/出力)ユニットを更に含むことができる。更に、コンピュータシステム460は、揮発性及び/又は不揮発性のメモリを含むことができる。コンピュータシステム460は、ハードウエア、ソフトウエア、ファームウエア、又はこれらのいずれかの組合せで与えることができる。更に、コンピュータシステム460は、レーザ光源430(図4には示していない)を制御することができる。
更に、装置400は、チャック420に配置された光源からの光をダイクロイックミラー445を通じて受光するCCD(電荷結合デバイス)カメラ465を含む観察システムを提供することができる。観察システムは、ターゲット位置に対するフォトリソグラフィマスク410のナビゲーションを容易にする。更に、観察システムは、光源430のパルスレーザビーム435によるフォトリソグラフィマスク410の基板後面上での修正区域の形成を観察するために使用することができる。
下記では、様々な誤差又は欠陥を図1の透過フォトリソグラフィマスク100に基づいて解説する。この解説を図2の反射フォトリソグラフィマスク200及び図3のテンプレート310に適応させることができることは理解すべきであろう。
フォトリソグラフィマスクの区域にわたる光学透過率の変化は、ウェーハ上のフォトレジストに印加される局所光学照射量の対応する変化をもたらす。局所的に印加される照射量の変化は、現像されたフォトレジスト内でパターン要素の構造寸法の変動又は変化をもたらす。フォトリソグラフィマスクの区域にわたる構造要素の均一性を臨界寸法均一性(CDU)と呼ぶ。
更に、フォトリソグラフィマスクは、パターン要素の配置誤差を有する可能性もあり、すなわち、パターン要素のうちの一部は、パターンパラメータをフォトレジスト上の所定の位置に正確に写像しない。配置誤差を位置合わせ誤差とも呼ぶ。配置誤差に加えて、フォトリソグラフィマスクの照明に使用されるスキャナによって導入される誤差及び処理誤差を像配置誤差という用語の下に集約する。2つ又はそれよりも多くのマスク層の相対像配置誤差は、オーバーレイ誤差を形成する。
フォトレジスト内での処理誤差の像配置誤差の効果は、通常は像視野の焦点に対するフォトリソグラフィマスクの直線結像変換を実施することによって低減される。
レーザビームはマスク基板内に集束され、レーザパルスがフォトリソグラフィマスク410の基板内に「書き込まれる」ので、下記では、特定のレーザパルスを特徴付ける1つのレーザビームパラメータセットを書込モードとも呼ぶ。各レーザビームパラメータセット又は各レーザパルスパラメータセット又は各書込モードは、このパラメータセットに特徴的な又はそれに特定の局所変形をマスク基板内に生じさせる。言い換えれば、レーザパルスに関する各パラメータセット又は各書込モードは、フォトリソグラフィマスク410の基板内にそのモードに特定のモードサインを発生させる。
一般的に、CD変化は、その標準偏差σ、特にその3σ値によって特徴付けられる。フォトリソグラフィマスク100の活性区域150にわたる位置合わせ誤差の分布は、通常は2次元(2D)の矢印マップによって示され、この場合に、矢印の方向は、パターン要素がその公称位置に対してシフトされる方向を示し、矢印の長さはシフト量を示している。
レーザ系430のレーザビーム435は、光学要素を局所的に変形させるのに使用される。上述したように、小さい局所変形をピクセルと呼ぶ。局所変形は、基板材料の密度及び/又は光学透過を修正する。ピクセル配置を書き込むことによる小さい局所変形の導入は、上述のマスク欠陥又はマスク誤差を補正するのに使用される。従って、どの書込モード又はどのレーザビームパラメータセットが、どのタイプのピクセルを発生させるかを把握することが不可欠である。フォトリソグラフィマスク100の活性区域150にわたる位置合わせ誤差の分布は2Dマップとして説明されるので、位置合わせ誤差を補正することができるためには、それぞれのピクセルタイプの対称性又は不均衡性が詳細に把握されて制御されなければならない。
下記では、光学要素100、200、310に対するレーザパルスの効果をモードサイン(MS)と呼ぶパラメータの形式で説明する。この概念では、光学要素100、200、310の区域は、小さい基本区域、好ましくは、小さい矩形又は正方形に分割される。モードサインは、レーザパルス又はレーザパルスの全和の作用に起因する基本区域の変形を説明する。
図5は、低位置合わせ処理ウィンドウ(LowRegPW)内にパラメータセット又は書込モードを有するレーザビーム435に関するモードサイン(MS)500を示している。表3は、LowRegPWにおけるパラメータセットを提供している。内側の黒線の正方形520は、少なくとも1つのレーザパルスの印加の前のマスク基板の基本区域510を示している。外側の黒線の正方形530は、生じた変形の絶対値を表している。この量は、異なるレーザビームパラメータセット又は書込モードによって生じる変形マグニチュードを比較するために示すものである。灰色線の矩形540は、レーザビームによってマスク基板内に生じる変形のタイプを示している。
5.2 ビーム偏光及び/又はビーム成形の制御
光学透過率変化を補正し、更にある程度の位置合わせ誤差を補正するためには、可能な限り小さい変形マグニチュード530を有するモードサインを発生させる処理ウィンドウを有するべきである。殆どの場合に、位置合わせ誤差は、x配置偏差及びy配置偏差からの最大値によって定性化されるので、x方向及びy方向の最小変形を発生させるモードサイン(MS)が見出される。それによって最大配置偏差を与える方向の変形を他方の方向を犠牲にしたとしても低減することが可能になる。この減少段階は、x方向とy方向が実質的に同じ位置合わせ誤差を有する対称な場合に到達するまで行うことができる。
この関連において、光ビーム対称性という用語は、ビーム方向に関する回転対称性を意味する。ビームは、異なるビーム回転の間で区別を付けることが不可能である場合に回転対称である。これは、ビームが円偏光を有するか又は非点収差を伴わないが、球面対称強度分布を有するように偏光解消されることを物理的に意味する。
ビーム対称性と変形対称性は関連している。回転対称ビームを用いて非対称変形を作成することはできない。更に、得られる場所変形が、単位行列に比例する歪みテンソルによって特徴付けられる場合には、この変形は、回転対称であるという。
物理的考察に基づくと、完全対称なピクセルは、対称な変形のみを誘導することができるのみであることは明らかである。しかし、完全に調節された光学系及びTEM00モードで作動するレーザビームを使用する場合でさえも、得られる生じた変形にはかなり際立った異方性又は不均衡が観察される。この状況を図5に示している。図5から分るように、書込ビーム強度分布は回転対称であるが、主にy(又は90°)方向に拡大を誘導する。
局所変形又はピクセルの軽微な非対称性が変形の強度の異方性をもたらすと仮定することは物理的に適切ではない。図5のモードサインの非対称性又は不均衡は、この不均衡を誘導するピクセルが対称ではないことを明らかにしている。従って、レーザビームも対称ではないと結論付けることができる。
図5のモードサインの非対称性に対する唯一適切な理由は、レーザビームが明瞭な偏光を有することである。図4のレーザ系430は、標準構成において垂直偏光を有する。
ピクセルの書込のために使用されるレーザビーム435の偏光は、半波長板を導入することによって調節することができる。半波長板は、図の破線の光学構成要素470の例である。ゼロ次の半波長板は、レーザビーム435に対する軽微な影響及び極めて小さい吸収率のみを有するので、これを使用することが好ましい。図6は、ビーム偏光が90°だけ回転された場合に、すなわち、レーザビーム435が、X(0°)方向の偏光を有する場合の図5のモードサイン(灰色線の矩形)を示している。図5の基本区域510の変形も90°だけ回転され、それに対して偏光の変化は、変形の絶対マグニチュード530を修正しない。
図7は、レーザビーム435が、図5及び図6の偏光に対して45°だけ回転された場合にもたらされるモードサインを示している。図7からは、ここでもまた、変形マグニチュード530に対する効果がなく、得られるMSは、レーザビーム435又は書込ビーム偏光の向きに従うことが明らかに分る。
図5から図7は、モードサインを制御し、すなわち、得られる変形の向きを制御するために半波長板を使用することができることを明らかにしている。しかし、2つの直交方向における変形の高い比は、レーザ435のパルス電力を高めると劣化することに注意しなければならない。言い換えれば、単一のレーザパルス毎に強い変形を得る必要がある場合には、パルス電力の増大は、MSのあまり目立たない非対称性又は不均衡をもたらすことになる。従って、半波長板を使用することによってビーム偏光の向きを制御するのはそれ程有効ではなくなる。
図5から図7からは、円偏光又は楕円偏光を有するレーザビーム435が、ほぼ対称なモードサインを有するピクセルをマスク基板内にもたらされるはずであると結論付けることができる。図8は、円偏光を有する図5のレーザビーム435のモードサインを示している。予想通り、円偏光ビームのモードサインは、図5から図7のものよりも対称である。更に、楕円偏光レーザビーム435を使用する場合には、時により一層対称なモードサインを得ることができる。更に、はここでもまた、変形マグニチュードは、図8の例の場合は4分の1波長板である光学要素470によって変更されない。上述の理由と同じ理由から、ゼロ次の4分の1波長板が好ましい。
図9は、図8に示すモードサインを有する円偏光レーザビーム435によって発生したピクセル910を有するマスク基板900の切り抜きである。ピクセル910が円形形態を有することは明らかに分る。図9は、ピクセル910の周囲の回折円盤920を示している。ピクセルの直径は実質的に400nmである。1つの列内の異なるピクセル910の間の距離は約7μmである。更に、様々な列の間の距離も約7μmである。ピクセル910は、表3に示す標準処理ウィンドウのレーザビームパラメータを用いて書き込まれる。図9に提供しているデータは、AIMSTM系を使用することによって得られたものである。
レーザビーム435の偏光変化の効果を指定するために、臨界寸法補正(CDC)のためにレーザパルスの導入によって生じる位置合わせ変化を計算する。図10は、一般的なCD補正作業を示している。フォトリソグラフィマスク900の基板内に書き込まれるピクセル910の密度は、マスク900を照明するために使用される光学強度の光学透過率変化のパーセント、又はより正確にはマスク基板900内に導入されるか又は書き込まれるピクセル910によってもたらされる照明の減衰のパーセントで表している。位置合わせ誤差の補正のために書き込まれるピクセルによって可能になる最大の減衰は3%である。図10のマップの補正に必要とされる照明波長における光学強度の平均減衰は1.39%である。図10から分るように、CD補正にはマスクの活性区域だけしか使用されない。
図11a〜図11cは、レーザビーム435が、x方向と平行な直線偏光を有するレーザパルスを含む場合(図11a)、y方向と平行な直線偏光を有するレーザパルスを含む場合(図11b)、並びにレーザパルスが円偏光されたものである場合(図11c)に生じる位置合わせ変化を表している。図11a〜図11cでは、リソグラフィ系のスキャナ又はステッパによって実施される直線結像変換が取り除かれている。直線結像変換は、一般的に、配置誤差の一部分を補正するのに使用される。下記では直線結像変換をスケール及び直交性(S/O)補正とも呼ぶ。
図11a〜図11cは、書込ビーム又はレーザビーム435のx偏光がx方向に強い変形を誘導し、y方向の偏光がy方向に強い変形を誘導することを明らかにしている。円偏光は、ほぼ対称な変形をもたらす。下記の表は、図11の得られる配置変化(3σ値)を要約している。
(表4)
Figure 0005960826
表4は、書込ビーム又はレーザビーム435の円偏光が、直線偏光(図5〜図7)と比較して対称なモードサイン(図8)に起因して、かなり小さい配置変化(〜45%)をもたらすことを示している。
非点収差レーザビームは、焦点くびれ部の区域内に光学強度の非常に異方性の高い分布をもたらす。レーザビームの異方性強度分布は、得られる局所変形又は得られるピクセルの対称性又は不均衡に影響を及ぼすことができ、従って、光学要素の変形の異方性をもたらすことができると仮定する。レーザビーム435のビーム経路に円柱レンズを導入することにより、レーザビーム435の非点収差の簡単な制御を実施することができる。この実施形態において、図4のレーザ系400における破線の光学構成要素470は円柱レンズである。
図12の構成1200は、図4のレーザビーム435のビーム経路を略示している。回転対称レーザビーム1210は、非点収差を導入する円柱レンズ1220を通過する。非点収差ビーム1230は、図4のステアリングミラー490と等しいステアリング系1240を通過する。対物系1250は、レーザビーム1230を光学要素1260内に集束し、レーザビーム1230のレーザパルスは、光学要素1260内に局所変形又はピクセル1270を発生させる。レーザ系400の焦点距離は約10mmである。対物系1250のNAは、図12に示す例では約0.4である。焦点くびれ部におけるスポットに対して1:2というアスペクト比を与えるためには、約20mの焦点距離を有する円柱レンズが必要である。下記の図で説明する実験データでは、1:4というスポットアスペクト比をもたらす約10mの焦点距離を有する円柱レンズを用いた。
図13a〜図13cは、円柱レンズ1220の様々な向きにおいて得られるモードサインを表している。図5〜図8と同様に、内側の黒線の正方形は、光学要素100、200、310の非外乱基本区域を表している。外側の黒線の正方形は、ピクセル1270の導入によって生じた光学要素100、200、310の材料の拡大のマグニチュード又は絶対値を表している。非点収差ビームによる材料の拡大/収縮のマグニチュードは、偏光が制御されたビームにおけるものよりもかなり大きい。この効果は、光学要素100、200、310の透過率にそれ程影響を及ぼすことなく、光学要素100、200、310の活性区域内の配置誤差又は位置合わせ誤差の補正に対して非常に有利である。ピクセル効率は、stdPW(表4を参照されたい)と比較して5倍高く、LowRegPW(表3を参照されたい)におけるものよりも150倍高い。このピクセル効率は、ピクセル毎に光学要素100、200、310の1平方mmの面積の0.0018nmの拡大に達する。
図13aは、円柱軸が水平の向きと平行な円柱レンズ1230の向きが、好ましくは、y方向に延びる非対称モードサインをもたらすことを示している。それに対して円柱レンズ1230の向きが垂直に定められた図13bは、基本区域の主にx方向の拡大をもたらす。図13cに示す円柱レンズ1230の対角の向きは、レーザパルスによって基本区域の実質的に対角の変形をもたらす。
図14a〜図14cは、ピクセル1410を示す上面図に光学要素100、200、310の切り抜きを提供している。ピクセル1410は、ロッド形の形態を有する。ピクセル1410の向きは、円柱レンズ1220の向きに従う。垂直の向きの円柱レンズでは、光学要素を好ましくは、垂直方向に拡大するピクセルプロフィールが得られる。
モードサインを制御する別の方法は、ビーム形成又はビーム成形である。非対称形状のレーザビーム435を形成する最も簡単な手法は、このレーザビームをブレード又はスリットを用いて切除することである。下記では、ブレード又はスリットによって遮蔽される光学強度の相対量をレーザビーム435の切除レベルの尺度として採用する。ブレード又はスリットの向きがy方向と平行に定められる場合には、レーザビーム435はx方向に切除される。x方向の切除は、局所変形要素又はピクセルのより大きいy方向の拡大をもたらす。
図15は、ブレードによってy方向に切除されたレーザビーム435におけるモードサインのx方向及びy方向の拡大を示している。x軸は、レーザビーム435の区域のうちでブレードによって切除された部分を表している。左のy軸は、モードサインの拡大をナノメートルに示している。右のy軸は、光学要素100、200、310の1mm2の面積に対してピクセル毎にそれぞれの方向に生じる変形を示している。従って、右のy軸の単位はmm-1である。右のy軸は、書込工程のピクセル効率を示している。図15には、モードサインのx方向及びy方向の拡大を提供しているが、対角方向の拡大は提供していない。更に、図15は、(xexp+yexp)/ピクセル数という式に従って計算された有効ピクセル拡大も提供している。
図15は、モードサインの最大の非対称性又は不均衡が、ほぼ50%の切除レベルの位置、すなわち、光学強度のうちの50%がブレードで遮蔽された場合に発生することを示している。最大拡大又は最大モードサインは、光学要素100、200、310の1mm2の面積当たり約0.7nmである。
ビーム指向安定性に影響され難いビーム成形系を得るために、かつ一般的な対称性の要件から、ビーム成形においてブレードの代わりにスリットを使用することが好ましい。図16は、光学構成要素470がスリット1620であるレーザビーム435のビーム経路1600を示している。スリット1620は可変スリット幅を有し、レーザビーム1610の方向の回りに回転させることができる(図16には示していない)。スリット1620は、レーザビーム435の対称切除を提供することができる。スリット1620を通過した後に、レーザビーム1630は、ステアリング系1640及び対物系1650を通じて光学要素100、200、310にもたらされ、局所変形又はピクセル1670を誘導する。
図17aは、モードサインを切除レベルの関数として要約している。この図及びそれに続く図では、切除レベルは、レーザビーム435の直径に対するスリット幅の比である。図17aでは、スリット1620の向きはy方向に定められる。従って、このスリットは、レーザビーム1630をx方向に切除する。図17aに提供している例のレーザビーム435は直線偏光されたものであり、偏光の方向は、スリット方向と平行である。図17bでは、スリット1620は90°だけ回転されており、従って、y方向に切除を具現化し、スリット1620及びレーザビーム435の偏光も90°の角度を有する。
図17a及び図17bから分るように、モードサインの挙動は、切除されたレーザビーム1630の偏光に依存する。しかし、モードサイン挙動の主要部分は、スリット1620の向きに依存する。スリット幅がビームサイズの近くになると、すなわち、図17a〜図17bでx値>0.7においては、スリット幅の関数としての有意なMS変化は存在しない。図17a及び図17bは、レーザビーム1630によって光学要素100、200、310内に生じる局所変形の形態に影響を及ぼすには、レーザビーム435の直径の半分程度のスリット幅又はこの直径よりも若干小さいスリット幅が最適であることを明瞭に示している。図16、図17a、図17bから、スリット幅をビームサイズ435の直径の半分として選択する場合には、モードサインが、レーザビーム435の直径から事実上独立したものになると仮定することができる。
図18は、モードサイン挙動をスリット変位の関数として示している。図18のレーザビーム1630は、x方向に切除されており、すなわち、スリット1620は、y方向に向けられている。スリット幅は、レーザビーム435の直径の50%に等しい。直線偏光レーザビーム1630の偏光方向は、スリット1620と平行である。
図18から分るように、モードサインは、スリット変位への有意な依存性を示さない。図18のモードサイン変化は、測定再現性の範囲にある。これは、図16の切除法が、ビーム指向安定性及びビーム変位に影響されないことを意味する。レーザ光源からの1メートルの距離の位置における一般的なビーム指向安定性においては、レーザビームのパルス毎及び長期の変化は約数ミクロンである。
図19aは、切除されたレーザビーム1630を用いて書き込まれた規則的なピクセル配置を有する光学要素100、200、310の切り抜きの上面図を示している。スリット1620は水平に向けられるので、レーザビーム1630は、y方向に切除される。図19bは、スリット1620の向きが垂直に定められ、その結果x方向に切除されたレーザビーム1630がもたらされることを除き、図19aに等しい。ピクセル1910の形態は、切除されたレーザビーム1620と同様であり、スリット1620の向きに従う。
ビームの一部分を切除することによるレーザビーム435の形成又は成形は好ましい方法ではない。レーザビーム1630は、切除後に望ましくない空間スペクトルを有する。更に、時に伝播及び自己集束が安定しない。レーザビーム435のより制御性の高い拡大を与える他のビーム成形法がある。図20は、一例として、2つのプリズム2020及び2040を含む制御可能なビーム成形構成2000を提供している。第1のプリズム2020の入射角α0を選択することにより、ビーム直径Dinを有する入射ビーム2010を作図面内で調節可能に拡大することができる。出力ビーム2050の直径Doutの拡大は、第2のプリズム2040の射出角α1によって調節される。従って、入射角α0と射出角α1との同時制御により、出力ビームを入力ビームの方向と平行に保ちながら、ビーム拡大を作図面内で調節することができる。
図20の方法の実施は、嵩高なプリズム2020及び2040、レーザビーム435内に導入される付加的な自由度、及び/又はレーザビーム435の変位に起因して、レーザビーム切除よりも技術的に入り組んでいる。その一方、この実施は、光学要素100、200、310内へのより安定したピクセル書込を可能にする。
5.3 ピクセル相互作用
上述したように、光学要素100、200、310にわたってCD変化を補正するのには、一般的に円形形態を有するピクセルが好ましい。一方、配置誤差の補正には、多くの場合に、非対称ピクセルが有利である。従って、非対称局所変形を発生させるためには、光学要素100、200、310内に強度に非対称なピクセルを誘導するか又は書き込む必要がある。その一方、パルス毎に異なるビーム特性を有するレーザビーム435を供給するのは複雑な作業である。従って、本出願は、調節可能な対称性を有するピクセルの発生を可能にする別の手法を説明する。
この目的のために、光学要素100、200、310内にオーバーラップするピクセルが書き込まれる。図21の概略図2100は、所定の変形形態2140をもたらすピクセル書込を略示している。第1の段階では、光学要素100、200、310内に第1のピクセル2110が書き込まれる。図21には光学要素100、200、310を示していない。第2の段階では、光学要素100、200、310内に第2のピクセル2120が書き込まれる。図21に提供している例では、ピクセル2110と2120とは部分的にオーバーラップする。別の手法では、ピクセル2110と2120とは互いに近いが、オーバーラップしない。
図21では、2つのピクセル2110及び2120は、得られるピクセル2130を形成する。2つのレーザパルスは、得られるピクセル2130が、所定の変形形態2140を発生させるように選択される。この変形形態2140を図21の下側の部分に略示している。この2つのオーバーラップする個々のピクセルを書き込む方法を下記ではピクセルダビングと呼ぶ。第1のレーザパルス及び第2のレーザによって変形されるピクセル2110及び2120の区域内の光学要素100、200、310の材料はもはや等方性を持たないので、ピクセルダビング手順は、ピクセル発生工程を非対称にする。
図21の例では、得られるピクセル2130を形成する2つのレーザパルスは、同一の直径を有する円形のピクセル2110と2120を発生させる。説明する方法は、対称な個々のピクセル2110、2120の付加を必要としない。更に、同じパラメータセットを有する第1のピクセル2110と第2のピクセル2120との書込においてレーザパルスを使用する必要もない。例えば、第1の段階で、第1のピクセル2110の配置を光学要素100、200、310内に書き込むことができる。次に、第2のピクセル2120の配置の書込の前に、レーザビームパラメータを再調節することができる。
下記の例では、得られるピクセル2130は、ピクセルダビング法によって得られる。得られるピクセル2130は、2つよりも多い個々のピクセル2110、2120(図21には示していない)を使用することによって書き込むことができることを理解しなければならない。更に、下記では、明瞭な非対称形態又は非対称形状を有する局所変形を光学要素100、200、310内に誘導するためにピクセルダビング法を使用する。ピクセルダビング法は、不均衡個々のピクセル2110、2120から得られる実質的に円形のピクセル2130(同じく図21には示していない)を書き込むために使用することができることも理解しなければならない。
図22は、標準処理ウィンドウ(stdPW)内にパラメータを有するレーザパルスにおけるモードサインを提供している。表2は、標準処理ウィンドウのパラメータを要約している。図22のモードサインに対しては、ピクセルダビングは使用されない。従来の図と同様に、内側の黒線の正方形のモードサインは、非歪曲光学要素100、200、310の基本区域である。外側の黒線の正方形は、ピクセル2110、2120の書込によって生じた区域変化のマグニチュードを表している。灰色線の矩形は、レーザパルスによって生じた変化の方向を示している。
ピクセルダビングの効果を図23に示している。オーバーラップ値OVは、0.5μmであるように選択される。図23aから図23hの測定シーケンスは、オーバーラップ角度αの変化の効果を示している。図24は、オーバーラップ値OV及びオーバーラップ角度αの定義を示している。
図23の結果は、オーバーラップするピクセル2110と2120の角度αにより、得られるピクセル2130のモードサイン形状を容易に制御することができることを明瞭に示している。
図23のデータをオーバーラップ角度αの関数として図25に集計している。左のy軸は、ここでもまた、1mm2の面積を有する正方形においてピクセル毎に生じる変形を示している。
図26は、図23及び図25で記載したピクセルダビング工程において、135°のオーバーラップ角度αで発生した得られるピクセル2130を有する光学要素100、200、310の切り抜きである。
上述したように、光学要素100、200、310内へのピクセル書込には、一般的に少なくとも2つの異なる目的がある。ピクセル書込の第1の目的は、光学要素100、200、310上の吸収要素のいかなる配置劣化も導入することなく、すなわち、位置合わせ誤差を導入することなく、光学要素100、200、310にわたるCD変化を補正することである。それぞれのモードサインに使用される処理ウィンドウ(PW)のタイプに対しては、「ビーム偏光及び/又はビーム成形」という節の最初の部分で記載した。
第2の目的は、臨界寸法(CD)を劣化させることなく位置合わせ誤差を補正することである。この第2の目的は、光学透過率の極めて小さい減衰しか伴わずに、光学要素100、200、310内に極めて大きい変形を局所的に誘導することを必要とする。モードサインでは、これは、この誘導が極めて大きいMSマグニチュードを与えなければならないことを意味する。ピクセルダビング手法は、一般的に、少なくとも3つの更に別のパラメータ、すなわち、得られるピクセル2130によって生じる局所変形における3つの付加的な自由度を与えるので有利である。得られるピクセル2130を所定の局所変形形態2140に適応させるためのパラメータは、パルス電力、オーバーラップ値OV、及び/又はオーバーラップ角度αである。図23及び図25は、MS形状を制御するためにオーバーラップ角度αを有効に使用することができることを明らかにしている。次の段階において、モードサインの最大MSマグニチュード及び最大非対称性をもたらすパルス電力とオーバーラップ値の間の関係が定められることになる。
図27aは、モードサインをx方向のオーバーラップ値OVの関数として示しており、図27bは、モードサインをy方向のオーバーラップ値OVの関数として例示している。最初のレーザパルスのエネルギは1.5μJである。
図27a及び図27bからは、モードサインが、0.3μm前後及び0.6μm前後の2つの重なり距離の位置に最大非対称性を有することが明瞭に分る。これらのオーバーラップ値OVは、パルス毎のビーム指向安定性へのピクセルダビング工程の低い依存性しか伴わない得られる強度に非対称なピクセル2130の書込に対して使用することができる。
図28は、モードサインの変動をレーザパルスのエネルギの関数として表している。図28の例では、得られるピクセル2130を発生させる第1のレーザパルスと第2のレーザパルスとは同じエネルギを有する。パルス長は8psであり、焦点幅は0.8μsに等しい。オーバーラップ角度αは90°であり、すなわち、第2のピクセル2120は、y方向に向けられる。オーバーラップ値OVは0.6μmであり、測定中に変更されない。
図28は、パルス電力の増大に関連付けられたx方向の拡大の明確な傾向を示している。従って、モードサインの測定は、高いパルスエネルギにおいて繰り返される。これらの測定を図29に示している。図29の実験では、パルス電力は、亀裂の発生の兆候が観察される電力の半分のパルス電力に制限される。図29のパルスエネルギは2.3μJに等しい。パルス長は、ここでもまた、8psであり、焦点幅は0.8μmである。図29は、モードサインをオーバーラップ値OVの関数として提供している。図27と同様に、モードサインは2つの最大値を示すが、図27とは異なるオーバーラップ値の位置に示している。高いパルスエネルギでは、4μmのオーバーラップ値は、減衰値に対して有意に大きい拡大をもたらす。
図30aは、調節可能パラメータの最適化の前のピクセルダビング工程のモードサインを提供している。図30bは、オーバーラップ値及びレーザエネルギというパラメータが最適化された後のピクセルダビング工程のモードサインを示している。図30aと図30bの両方において、オーバーラップ角度αは固定され、90°に等しい、すなわち、ピクセルダビングはy方向におけるものである。
図30a〜図30bは、パルスエネルギ及びオーバーラップ値OVというレーザビームパラメータを最適化することにより、MSマグニチュード及びMS非対称性をほぼ3倍だけ高めることができることを明らかにしている。
図22〜図30は、オーバーラップするピクセルの書込により、局所非対称変形を容易にもたらすことができることを示している。更に、レーザビーム435の経路内で、制御可能な光学パルススプリッタを使用することによって(図4には示していない)、ピクセルダビング手順を提供することができる。上記に解説した手法では、ピクセルダビングは、高速ピクセル位置決めし制御の使用によって具現化したものであり、本方法は、いかなる特殊な光学構成も必要としない。従って、記載した手法は、非常に柔軟で簡単なMS制御手法を提供する。その一方、ピクセル間の相互作用非線形性に起因して、提供した方法は、パルス電力及び指定安定性に影響され易い可能性がある。
図31は、本出願において記載した様々な態様を用いた誤差補正工程の例示的な流れ図3100を提供している。流れ図3100は3110で始まり、段階3120で光学要素100、200、310において識別された誤差の補正に必要とされる望ましい書込モードセットを選択することによって継続される。
段階3130では、望ましい書込モードを得るようにレーザビームを修正する1つ又は複数の光学構成要素がレーザビームの経路に導入される。別の手法では、望ましいモードが得られるようにレーザビームの書込手順が実施される。
次に、段階3140において、各書込モードの結果を検証するために、書込モードの各々のモードサインが測定される。
段階3150では、書込ジョブが計算される。この計算は、書込モードサインの現在の状態を用いて行われる。識別された光学要素100、200、310の誤差を補正するための異なる書込モードを含むことができるピクセル又はピクセル配置が決定される。
最後に、段階3160において、書込ジョブ中にそれぞれの書込モードを動的に修正するために異なる書込モードとピクセル書込制御とを用いて、又は異なる書込セッションの合間に様々な書込モード中で切り換えを行うことにより、書込ジョブが実際に実行される。本方法は、段階3170で終了する。
5.4 要約
本出願は、光学要素内へのピクセルの書込によって生じる局所変形を異なる手段によって制御することができることを明らかにする。第1の態様において、様々な書込モードのモードサインを制御する簡単で有効な方法は、書込ビームの特性の制御に基づいている。モードサインを制御するための別の手法は、例えば、ピクセルの書込シーケンス、ピクセルのダビング又はグループ分け、書き込まれるピクセルの異方性の制御、及び他のもののような異なるピクセルの書込のための条件を変更することである。
異なる手法からもたらされる効率は、目的の用途に依存する。一部の用途では、唯一の重要なパラメータは、モードサインのマグニチュードであり、実際にはこのマグニチュードは、生じる局所透過率減衰に対する生じる局所変形の比である。光学要素内でピクセル毎又は書込層毎に得られる最大変形は、光学要素の誤差補正工程の生産率を特徴付ける重要なパラメータである。位置合わせ補正工程の正確な制御では、モードサインの強い非対称性を有利とすることができる。本出願において提供する様々な制御手法は、異なる目的に対して最適な結果をもたらすことができる。
(表5)
Figure 0005960826
100 透過フォトリソグラフィマスク
110 基板
120 パターン要素
150 活性区域
160 不活性区域

Claims (26)

  1. フォトリソグラフィのためのフォトマスクを所定の変形形態に従って局所的に変形させる方法であって、
    a.少なくとも1つのレーザビームパラメータを有する少なくとも1つのレーザパルスを発生させる段階であって、前記少なくとも一つのレーザビームパラメータは、前記少なくとも1つのレーザパルスの偏光を含む段階と、
    b.前記レーザパルスの前記少なくとも1つレーザビームパラメータが前記所定の変形形態をもたらすように選択された前記少なくとも1つのレーザパルスを前記フォトマスク上に向ける段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記少なくとも1つのレーザパルスは、直線偏光されたものであり、
    前記所定の変形形態は、前記少なくとも1つのレーザパルスの前記直線偏光に対して実質的に平行である、
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記少なくとも1つのレーザパルスは、楕円偏光されたものであり、
    所定の楕円変形形態が、前記少なくとも1つの楕円偏光レーザパルスに対して実質的に位置合わせされる、
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 前記少なくとも1つのレーザパルスは、円偏光されたものであり、
    前記所定の変形形態は、前記フォトマスクの実質的に円形の変形形態である、
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. 波長板が、前記少なくとも1つのレーザパルスの前記偏光を発生させることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 前記少なくとも1つのレーザビームパラメータは、前記少なくとも1つのレーザパルスの非点収差を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  7. 少なくとも1つの円柱レンズが、前記少なくとも1つのレーザパルスの前記非点収差を発生させることを特徴とする請求項6に記載の方法。
  8. 前記少なくとも1つのレーザビームパラメータは、前記少なくとも1つのレーザパルスのビーム形状を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  9. 少なくとも1つの開口が、前記少なくとも1つのレーザパルスのための前記ビーム形状を発生させることを特徴とする請求項8に記載の方法。
  10. 前記少なくとも1つの開口は、調節可能な幅を有するスリット状開口を含み、及び/又は
    前記開口は、前記少なくとも1つのレーザパルスのビーム方向の回りに回転可能である、
    ことを特徴とする請求項9に記載の方法。
  11. プリズムの組合せが、前記少なくとも1つのレーザパルスの前記ビーム形状を発生させることを特徴とする請求項8に記載の方法。
  12. 前記プリズムの組合せは、前記少なくとも1つのレーザパルスのビーム方向の回りに回転可能な少なくとも2つのプリズムを含み、
    第1のプリズムが、入力ビームに対して調節可能であり、及び/又は第2のプリズムが、出力ビームに対して調節可能である、
    ことを特徴とする請求項11に記載の方法。
  13. フォトリソグラフィのためのフォトマスクを所定の変形形態に従って局所的に変形させる方法であって、
    少なくとも1つの第1のレーザパルス及び少なくとも1つの第2のレーザパルスを前記フォトマスク上に向けて第1及び第2の局所変形を生成し、該第1及び該第2の局所変形の組合せが、前記所定の変形形態を実質的にもたらす段階、
    を含み、
    前記第1及び第2の局所変形を生成する段階は、前記少なくとも1つの第1のレーザパルス及び/又は前記少なくとも1つの第2のレーザパルスのレーザパルス電力、該第1及び該第2の局所変形のオーバーラップ部分、並びに該第1及び該第2の局所変形のオーバーラップ角度を制御する段階を含むことを特徴とする方法。
  14. 前記第1及び前記第2の局所変形は、部分的にオーバーラップすることを特徴とする請求項13に記載の方法。
  15. 前記レーザパルス、及び/又は前記少なくとも1つの第1のレーザパルス及び前記少なくとも1つの第2のレーザパルスは、超短レーザパルス、特に、ピコ秒及び/又はフェムト秒レーザパルスを含むことを特徴とする請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の方法。
  16. レーザパルスエネルギが、0.05μJから5μJであり、レーザパルス長が、0.05psから100psであり、繰返し数が、1kHzから10MHzであり、レーザパルス密度が、mm2当たり1000パルスからmm2当たり10 000 000レーザパルスであり、対物系の開口数が、0.1から0.9であり、対物系の倍率が、5×から100×であることを特徴とする請求項1から請求項15のいずれか1項に記載の方法。
  17. 前記所定の変形形態は、前記フォトマスクの密度及び/又は光学透過率分布を局所的に修正し、及び/又は
    前記フォトマスクの前記局所的に修正された密度及び/又は前記光学透過率分布は、該フォトマスクの少なくとも1つの小さい容積内で不連続に修正され、
    前記少なくとも1つの小さい容積は、ピクセルと呼ばれる、
    ことを特徴とする請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の方法。
  18. 前記所定の変形形態は、光学透過率分布を0%から10%、好ましくは0%から5%、最も好ましくは0%から3%の間隔内で変化させることを特徴とする請求項1から請求項17のいずれか1項に記載の方法。
  19. 前記所定の変形形態は、0.1μmから10μm、好ましくは0.2μmから5μm、最も好ましくは0.5μmから2μmの範囲に直径を有するピクセルによって発生された実質的に円形の変形形態を含むことを特徴とする請求項1から請求項18のいずれか1項に記載の方法。
  20. 前記所定の変形形態は、2から1、好ましくは5から1、最も好ましくは10から1の範囲に長軸と短軸の拡大比を有するピクセルによって発生されることを特徴とする請求項1から請求項19のいずれか1項に記載の方法。
  21. 前記フォトリソグラフィマスクは、基板と吸収構造とを有する透過フォトリソグラフィマスク、又は基板と多層構造と吸収構造とを有する反射フォトリソグラフィマスクを含み、
    前記ミラーは、基板及び多層構造を含む、
    ことを特徴とする請求項1から請求項20のいずれか1項に記載の方法。
  22. 前記少なくとも1つの第1のレーザパルス及び/又は前記少なくとも1つの第2のレーザパルスの少なくとも1つのレーザビームパラメータが、前記第1及び前記第2の局所変形が前記所定の変形形態を実質的にもたらすように選択されることを特徴とする請求項14から請求項21のいずれか1項に記載の方法。
  23. フォトリソグラフィのためのフォトマスクを所定の変形形態に従って局所的に変形させるための装置であって、
    a.少なくとも1つのレーザパルスを発生させるための光源と、
    b.前記少なくとも1つのレーザパルスの少なくとも1つのレーザビームパラメータを選択するための光学構成要素であって、前記少なくとも一つのレーザビームパラメータは、前記少なくとも1つのレーザパルスの偏光を含む光学構成要素と、
    c.前記少なくとも1つのレーザパルスを前記フォトマスク上に向けるための対物系であって、前記レーザビームパラメータが、前記所定の変形形態をもたらすように選択される前記対物系と、
    を含むことを特徴とする装置。
  24. 更に請求項1から請求項13又は請求項15から請求項22のいずれか1項に記載の方法を実行するようになっていることを特徴とする請求項23に記載の装置。
  25. フォトリソグラフィのためのフォトマスクを所定の変形形態に従って局所的に変形させるための装置であって、
    a.少なくとも1つの第1のレーザパルス及び少なくとも1つの第2のレーザパルスを発生させるための光源と、
    b.前記少なくとも1つの第1のレーザパルス及び前記少なくとも1つの第2のレーザパルスを前記フォトマスク上に向けて第1及び第2の局所変形を生成するための対物系であって、該第1及び該第2の局所変形の組合せが、前記所定の変形形態を実質的にもたらし、前記第1及び第2の局所変形を生成することは、前記少なくとも1つの第1のレーザパルス及び/又は前記少なくとも1つの第2のレーザパルスのレーザパルス電力、該第1及び該第2の局所変形のオーバーラップ部分、並びに該第1及び該第2の局所変形のオーバーラップ角度を制御する前記対物系と、
    を含むことを特徴とする装置。
  26. 更に請求項13から請求項22のいずれか1項に記載の方法を実行するようになっていることを特徴とする請求項25に記載の装置。
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