JP6867028B2 - パターン露光方法及びパターン露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、パターン露光方法及びパターン露光装置に関するものである。

フォトリソグラフィーなどの微細パターン加工に用いられるパターン露光は、露光画像データに基づいて、オン・オフ制御される光ビーム（電子線ビームを含む）を基板表面に走査して、基板上にパターンを直接描画するマスクレス露光が知られている。マスクレス露光における光ビームのオン・オフ制御には、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）やＬＤ又はＬＥＤアレイなどの光変調素子アレイや光源アレイ、或いはグレースケールの制御ができるＧＬＶ（Grating light Valve）などが用いられている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２００７−９４２２７号公報

前述した従来のパターン露光（マスクレス露光）では、光ビームの走査ピッチや光変調素子アレイなどのアレイ間隔毎に制御可能な露光の最小単位が決められることになるが、個々の光ビームに強度分布（例えば、ガウシアン分布）が存在することから、露光画像データのエッジ（オン領域とオフ領域の境界）では、積算される露光量がなだらかに低くならざるを得ず、露光画像データのエッジ線と実際に現像後に得られるパターンのエッジ線との間に前述した最小単位未満の寸法誤差が生じることが問題になっている。

図１（ａ）は、露光の最小単位を格子線で示しており、太線が露光画像データのエッジを示している。図示の例では、太線で描かれた閉領域の内側を光ビームのオン領域にし、太線で描かれた閉領域の外側を光ビームのオフ領域にして、閉領域のパターンを形成しているが、このパターンは、レジストがネガ型であるかポジ型であるかによって、ドットパターンにも孔パターンにもなる。よって、閉領域の内側をオン領域にして外側をオフ領域にするかそれを反転させるかは、使用するレジストと得ようとする凹凸パターンによって適宜決められることであって本質的な問題では無い。

このような露光画像データでパターン露光を行った場合、図１（ａ）のＡ１−Ａ２間の光ビームの積算強度分布は、図１（ｂ）のようになり、Ａ１−Ａ２の線上の光ビームのみの強度を積算するとＰ１〜Ｐ７のような分布になるが、その周辺全てに照射される光ビームを積算した場合には、Ｐｆで示す強度分布になる。この際、強度Ｅｔをレジストの現像閾値とすると、現像によって得られるパターンのエッジは強度Ｅｔで仕切られるＳ１になり、露光現像データにおけるエッジＳ０との間に誤差ｍeが生じる。このようなエッジの誤差ｍeは、図１（ａ）に示すように、露光画像データのパターンにおける平面的な角部において特に顕著になる。尚、ここでいう角部とは、凸状パターンの角部だけでなく凹状パターンの角部を含むことは言うまでも無い。

本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、マスクレス露光の露光画像データにおける平面的な角部におけるエッジ誤差を抑止することで、微細化されたパターンを精度良く形成すること、などが本発明の課題である。

このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。

露光画像データに基づいて、光ビームをオン・オフ制御すると共に走査して、露光面上にパターンを描画するパターン露光方法であって、前記露光面上に光ビームの最小露光単位を区画し、前記露光画像データにおける補正に必要な光ビームのオン領域を前記最小露光単位の集合で特定する工程と、前記光ビームの強度分布を前記オン領域内の最小露光単位毎に積算し、前記オン領域における積算強度分布を求める工程と、前記積算強度分布を設定された閾値と比較して、前記積算強度分布が前記閾値と一致する点を前記露光面上で連ねた輪郭を積算強度輪郭として求める工程と、前記オン領域の外縁と前記積算強度輪郭とで囲まれた差分面積が小さくなるように、前記オン領域の外側に前記最小露光単位毎に光ビームをオンにするオン単位を設定して、前記露光画像データを補正することを特徴とするパターン露光方法。

露光画像データに基づいて、光ビームをオン・オフ制御すると共に走査して、露光面上にパターンを描画するパターン露光装置であって、前記露光画像データを補正するデータ補正部を備え、該データ補正部は、前記露光面上に光ビームの最小露光単位を区画し、前記露光画像データにおける補正に必要な光ビームのオン領域を前記最小露光単位の集合で特定する演算処理部と、前記光ビームの強度分布を前記オン領域内の最小露光単位毎に積算し、前記オン領域における積算強度分布を求める演算処理部と、前記積算強度分布を設定された閾値と比較して、前記積算強度分布が前記閾値と一致する点を前記露光面上で連ねた輪郭を積算強度輪郭として求める演算処理部と、前記オン領域の外縁と前記積算強度輪郭とで囲まれた差分面積が小さくなるように、前記オン領域の外側に前記最小露光単位毎に光ビームをオンにするオン単位を設定して、前記露光画像データを補正する演算処理部を備えることを特徴とするパターン露光装置。

本発明の課題を説明する説明図である（（ａ）が露光の最小単位と露光画像データのエッジを示しており、（ｂ）が（ａ）のＡ１−Ａ２間の光ビームの強度分布を示してる。）。 本発明の実施形態に係るパターン露光方法を説明する説明図である。 本発明の実施形態に係るパターン露光方法を説明する説明図である。 本発明の実施形態に係るパターン露光方法を説明する説明図である。 本発明の実施形態に係るパターン露光方法の処理アリゴリズムを示したフロー図である。 本発明の実施形態に係るパターン露光装置を示した説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図２は、露光画像データに基づいて、光ビームをオン・オフ制御すると共に走査して、露光面上にパターンを描画するパターン露光方法を示している。

図示の格子線は、制御可能な光ビームの最小露光単位ｅを区画している。ここでの最小露光単位ｅは、走査ピッチ或いは光変調アレイや光源アレイのアレイ間隔によって適宜設定される。露光画像データは、光ビームのオン領域を最小露光単位の集合で特定することができ、図示の例では、太線の内側が露光画像データによって特定された光ビームのオン領域になっており、図示の太線の外側が光ビームのオフ領域になっている。

図２に示すように、露光画像データおいて補正に必要な光ビームのオン領域を最小露光単位の集合として特定した場合、光ビームの強度分布をオン領域内の最小露光単位ｅ毎に積算し、オン領域における積算強度分布を求めると、図１（ｂ）に示すような積算強度分布を得ることができる。

そして、その積算強度分布に対して、図１（ｂ）に示すように、特定の閾値Ｅｔを設定し、積算強度分布を設定された閾値Ｅｔと比較して、積算強度分布が閾値Ｅｔと一致する点を露光面上で連ねた輪郭を積算強度輪郭（Accumulated Intensity Profile）として求める。以下、この輪郭をＡＩＰと呼ぶ。ＡＩＰは、閾値Ｅｔをレジストの現像閾値とすると、現像パターンの輪郭を模擬したことになる。

本発明の実施形態に係るパターン露光方法は、前述したＡＩＰの概念を導入して、ＡＩＰが露光画像データの輪郭に近づくように、露光画像データを補正する。具体的には、露光画像データにおけるオン領域の外縁（図２の太線）とＡＩＰ（図２の一点破線）とで囲まれた差分面積Ｄが小さくなるように、オン領域の外側に最小露光単位ｅ毎に光ビームをオンにするオン単位を設定する。

図２に示すように、露光画像データにおける平面的な角部の近傍にオン単位Ｇ１を設定した場合には、オン単位Ｇ１を加えたオン領域で積算強度分布を求め、その積算強度分布からＡＩＰを求めると、ＡＩＰは、補正前の露光画像データの輪郭に近づくことになり、差分面積Ｄは減少することになる。

以下、露光画像データにおけるオン領域の外側のどの位置にオン単位を設定するかの具体的手順を説明する。

先ず、露光面上にＸ−Ｙ座標を特定し、露光画像データの輪郭上の座標（Ｘ０，Ｙ０）とＡＩＰ上の座標（Ｘ１，Ｙ１）を求める。そして、露光画像データの輪郭上の１点からＡＩＰ上の任意の点までの距離の中での最短距離Ｌを求める。そして、露光画像データの輪郭上の点を補正が必要となる範囲で任意に移動させて、各点でＡＩＰまでの最短距離Ｌを求め、その最短距離Ｌが最大値Ｌ_maxとなる露光画像データの輪郭上の点ｔを特定する。図２に示すように、露光画像データが平面的な角部を有する場合には、前述したように特定した露光画像データの輪郭上の点ｔは、平面的な角部の頂点になる。

このように求めた露光画像データの輪郭上の点ｔの外側近傍に前述したオン単位を設定する。この際、オン単位を仮設定し、仮設定したオン単位が影響する領域のみ新たにＡＩＰを求め、オン単位を仮設定する前のＡＩＰにおける差分面積Ｄに対して仮設定後の差分面積Ｄが小さくなる場合に、仮設定したオン単位の設定を確定する。図３に示すように、オン単位をＧ１，Ｇ２，Ｇ３と順次設定するに際して、オン単位の位置の仮設定で差分面積Ｄが小さくなることを確認し、差分面積Ｄが小さくならない場合は、設定を行わず別の位置に仮設定を行う。

また、図４に示すように、オン単位をＧ１，Ｇ２，Ｇ３と順次設定するに際して、前述した差分面積Ｄは小さくなるが、当初のオン領域の外縁の外側にＡＩＰが出てしまうことがある。このはみ出しを積極的に避けたい場合には、ＡＩＰが当初のオン領域の外縁の外側に出るはみ出し量ｈを計算で求めて、このはみ出し量ｈを抑制するように、オン単位の位置を仮設定することもできる。

図５は、前述した手順に従って露光画像データの補正を行う処理アリゴリズムの一例を示している。スタート後のステップＳ１では、入力された露光画像データを取得する。次のステップＳ２では、前述したように、露光画像データのオン領域の積算強度分布を求める。次のステップＳ３では、前述したように、閾値Ｅｔを特定して、補正対象領域のＡＩＰを求める。次のステップＳ４では、前述したように、露光画像データの輪郭上の点を補正が必要となる範囲で任意に移動させて、各点でＡＩＰまでの最短距離Ｌを求め、その最短距離Ｌが最大値Ｌ_maxとなる露光画像データの輪郭上の点ｔを特定する。

次のステップＳ５では、露光画像データの輪郭上の点ｔの外側近傍に前述したオン単位を仮設定する。そして次のステップＳ６では、仮設定したオン単位を露光画像データのオン領域に追加して、新たに補正対象領域のＡＩＰを求める。

そして、その後のステップＳ７では、オン単位を仮設定する前のＡＩＰから求められる差分面積Ｄと、オン単位を仮設定した後に新たに求めたＡＩＰから求められる差分面積Ｄとを比較して、新たに求めたＡＩＰから求めた差分面積Ｄが小さくなっているか否かの判断を行う。小さくなっていない場合（「ＮＯ」の場合）には、仮設定を取り消してステップＳ１０に進み、別のオン単位を仮設定するか否かの判断を行う。

ステップＳ７にて、新たに求めたＡＩＰから求めた差分面積Ｄが直前の差分面積Ｄより小さくなっている場合（「ＹＥＳ」の場合）には、次に、新たに求めたＡＩＰによる前述したはみ出し量ｈが許容範囲か否かの判断を行う（ここでの許容範囲はゼロの場合を設定できる。）。そして、はみ出し量ｈが許容範囲を超えている場合（「ＮＯ」の場合）には、仮設定を取り消してステップＳ１０に進み、別のオン単位を仮設定するか否かの判断を行う。

そして、ステップＳ８にて、新たに求めたＡＩＰによるはみ出し量ｈが許容範囲の場合（「ＹＥＳ」の場合）には、ステップＳ９にて、直前で仮設定しているオン単位の設定を確定して、ステップＳ１０に進み、別のオン単位を仮設定するか否かの判断を行う。

ステップ１０にて、別のオン単位を仮設定する場合（「ＹＥＳ」の場合）には、ステップＳ５に戻り、新たなオン単位を点ｔの近傍に仮設定して、ステップＳ６以降の処理を前述したように順次実行する。ステップ１０にて、別のオン単位を仮設定しない場合（「ＮＯ」の場合）には、これまでで確定している全てのオン単位を露光画像データのオン領域に追加する露光画像データの補正を行って、処理を終了する。

ステップ１０において、別のオン単位を仮設定するか否かの判断は、直前で求めた差分面積Ｄが十分に小さくなった（例えば、ある設定値以下になった）場合や、ステップＳ７における「ＮＯ」が複数回連続するなどして、直前に求めた差分面積Ｄを小さくするオン単位が見つけられなくなった場合などに「ＮＯ」の判断を行う。

なお、図５の例では、点ｔを特定するのに、Ｌ_maxを求める例を示しているが、これに限らず、露光画像データの輪郭上の任意の点を最初に特定して、ステップＳ５からＳ１０を実行し、その後（ステップＳ１０が「ＮＯ」の場合）に、順次点を移動させて同様の処理を行うようにしても良い。

図６は、前述したパターン露光方法を実行するパターン露光装置の構成例を示している。パターン露光装置１は、ワークＷの露光面上に光ビームＬｂを照射する光照射部２と、ワークＷを支持するステージ４を特定方向に走査する走査部３と、光照射部２及び走査部３を制御する制御部５を備えている。そして、制御部５に露光画像データを入力するに際して、データ補正部６を設けており、このデータ補正部６を介することで補正された露光画像データが制御部５に入力されている。

制御部５は、補正された露光画像データに基づいて光ビームＬｂをオン・オフ制御すると共に走査して、ワークＷの露光面上にパターンを描画する制御を行う。ここでは、ワークＷを走査する走査部３を図示しているが、ステージ４を固定して、光照射部２を走査する走査部を設けるようにしてもよい。

データ補正部６は、前述したパター露光方法における露光画像データの補正を行うための演算処理部を備えている。このような露光画像データの補正を露光処理に先立って行うことで、マスクレス露光において、微細化されたパターンを精度良く形成することが可能になる。

１：パターン露光装置，２：光照射部，３：走査部，４：ステージ，
５：制御部，６：データ補正部，Ｗ：ワーク

Claims (5)

1. 露光画像データに基づいて、光ビームをオン・オフ制御すると共に走査して、露光面上にパターンを描画するパターン露光方法であって、
   前記露光面上に光ビームの最小露光単位を区画し、前記露光画像データにおける補正に必要な光ビームのオン領域を前記最小露光単位の集合で特定する工程と、
   前記光ビームの強度分布を前記オン領域内の最小露光単位毎に積算し、前記オン領域における積算強度分布を求める工程と、
   前記積算強度分布を設定された閾値と比較して、前記積算強度分布が前記閾値と一致する点を前記露光面上で連ねた輪郭を積算強度輪郭として求める工程と、
   前記オン領域の外縁と前記積算強度輪郭とで囲まれた差分面積が小さくなるように、前記オン領域の外側に前記最小露光単位毎に光ビームをオンにするオン単位を設定して、前記露光画像データを補正することを特徴とするパターン露光方法。
2. 前記オン単位が、前記露光画像データにおける平面的な角部の近傍に設定されることを特徴とする請求項１記載のパターン露光方法。
3. 前記オン単位を仮設定し、仮設定した前記オン単位が影響する領域のみ新たに前記積算強度輪郭を求め、前記差分面積が小さくなる場合に、仮設定した前記オン単位の設定を確定することを特徴とする請求項１又は２記載のパターン露光方法。
4. 前記オン単位は、前記オン領域の外縁の外側に前記積算強度輪郭が出るはみ出し量を抑制するように設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパターン露光方法。
5. 露光画像データに基づいて、光ビームをオン・オフ制御すると共に走査して、露光面上にパターンを描画するパターン露光装置であって、
   前記露光画像データを補正するデータ補正部を備え、
   該データ補正部は、
   前記露光面上に光ビームの最小露光単位を区画し、前記露光画像データにおける補正に必要な光ビームのオン領域を前記最小露光単位の集合で特定する演算処理部と、
   前記光ビームの強度分布を前記オン領域内の最小露光単位毎に積算し、前記オン領域における積算強度分布を求める演算処理部と、
   前記積算強度分布を設定された閾値と比較して、前記積算強度分布が前記閾値と一致する点を前記露光面上で連ねた輪郭を積算強度輪郭として求める演算処理部と、
   前記オン領域の外縁と前記積算強度輪郭とで囲まれた差分面積が小さくなるように、前記オン領域の外側に前記最小露光単位毎に光ビームをオンにするオン単位を設定して、前記露光画像データを補正する演算処理部を備えることを特徴とするパターン露光装置。

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