JP7111466B2 - ３ｄパターン形成のためのデジタルグレイトーンリソグラフィ - Google Patents

Description

技術分野
本開示の実施形態は概して、マイクロリソグラフィパターニングのための装置及び方法に関し、より詳細には、フォトレジスト膜が付着している大型基板向けのマイクロリソグラフィパターニングに関する。

関連技術の記載
大面積基板は、多くの場合、電子デバイスにおいて使用される電気的フィーチャを支持するために利用される。一部の事例においては、大面積基板は、コンピュータ、タッチパネルデバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、テレビのモニタなどといった、アクティブマトリクスディスプレイ用の平面パネルの製造時に使用される。一般的に、平面パネルは、２枚のプレートの間に挟まれた、ピクセルを形成する液晶材料の層を備えうる。使用中に電源からの電力が液晶材料全体に印加されると、液晶材料を通過する光の量がピクセル位置において正確に制御され、画像の生成が可能になりうる。

一部の事例においては、ピクセルを形成する液晶材料層の部分として組み込まれた電気的フィーチャを作り出すために、マイクロリソグラフィ技法が用いられる。この技法により、トラックシステムとコーターシステムのいずれかを用いて基板表面上に層を形成して、基板の少なくとも一方の表面上に、典型的には厚さ１ミリメートル未満のフォトレジストを生成するために、放射感応フォトレジストが利用される。

より安価で、大型かつ高性能な電子デバイスに対する需要は増大し続けている。このような電子デバイスに対する需要を満たすために、より小型かつより均一なフィーチャを伴う大型基板が求められている。しかし現行の手法では、費用も時間もかかる可能性がある。したがって、大型基板上により小型かつより均一なパターンを一層正確に作り出すために、新たな手法が必要である。

本書で開示されている実施形態は、未露光で未現像のフォトレジスト層上に配置された書込みピクセル位置に書込みビームを方向付けて、種々の所定位置で現像後のフォトレジスト層の厚さを変動させることを含む。本書で開示されている実施形態は、基板処理の簡略化を可能にする。

本書で開示されている実施形態は、基板を処理する方法を含む。方法は、マスクレス直描パターン生成装置に関連付けられたステージ上に、基板を位置付けることを含む。基板は、その上に形成された、未現像で未露光のフォトレジスト層を有する。フォトレジスト層は、複数の書込みピクセル位置を有する。方法は、パターン生成装置からフォトレジスト層の各書込みピクセル位置に、所定の線量（ｄｏｓｅ）の電磁エネルギーを供給することも含む。第１の所定の総線量はフルトーン線量であり、この第１の所定の線量が書込みピクセル位置の第１セットに供給される。第２の所定の総線量は分数（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ）トーン線量であり、この第２の所定の線量が書込みピクセル位置の第２セットに供給される。第３の所定の総線量は、分数線量とゼロトーン線量のいずれかである。この第３の所定の線量が書込みピクセル位置の第３セットに供給され、第３の所定の線量は第２の所定の線量とは異なる。フルトーン線量、分数トーン線量、及びゼロトーン線量は、並行して（すなわち実質的に同時に）供給されうる。

本書で開示されている実施形態は、基板を処理する方法を含む。方法は、マスクレス直描パターン生成装置に関連付けられたステージ上に、基板を位置付けることを含む。基板は、その上に形成された、未現像で未露光のフォトレジスト層を有する。フォトレジスト層は、複数の書込みピクセル位置を有する。方法は、パターン生成装置からフォトレジスト層の各書込みピクセル位置に、所定の線量の電磁エネルギーを供給することも含む。第１の所定の総線量はフルトーン線量であり、この第１の所定の線量が書込みピクセル位置の第１セットに供給される。第２の所定の総線量は分数（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ）トーン線量であり、この第２の所定の線量が書込みピクセル位置の第２セットに供給される。第３の所定の総線量は、分数線量とゼロトーン線量のいずれかである。この第３の所定の線量が書込みピクセル位置の第３セットに供給され、第３の所定の線量は第２の所定の線量とは異なる。分数トーン線量は、製造上の不均一性を補償するために、基板全体で変動しうる。いくつかの部分に関しては、分数線量は、基板全体の分数トーン線量の平均値又は分布を調整するフィードバック制御ループに基づいて、調整されうる。

本書で開示されている実施形態は、パターン生成装置も含む。パターン生成装置は、複数の書込みサイクルゾーン位置内に、複数の書込みサイクルのうちの対応するサイクル中に基板を支持するよう構成された、ステージを含む。パターン生成装置は、複数の書込みビームの各々を、基板のフォトレジスト上に配置された書込みピクセル位置に個別に方向付けるよう構成された、書込みビームアクチュエータも含む。パターン生成装置は、供給される書込み線量を、対応する書込みピクセル位置におけるトーン線量データに従って、対応する書込みピクセル位置に対して調整するよう構成された、コンピュータプロセッサも含む。

本開示の実施形態上述の特徴を詳しく理解しうるように、上記で簡単に要約されている本開示の実施形態のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られる。一部の実施形態は付随する図面に示されている。しかし、本開示の実施形態は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、付随する図面は、この開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。

一実施形態による、パターン生成装置の代表的な実施形態の上面斜視図である。 一実施形態による、図１のパターン生成装置の概略上面斜視図である。 一実施形態による、空間光変調装置を含む図２の書込みビーム機構の実施形態の概略上面斜視図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、一実施形態による、滞留時間に対する露光線量をグラフで表示している。 一実施形態による、ある滞留時間を使用してパターンの代表的なパターンフィーチャを書き込んでいる、図２の書込み機構の概略上面斜視図である。 一実施形態による、別の滞留時間を使用してパターンの代表的なパターンフィーチャを書き込んでいる、図２の書込み機構の概略上面斜視図である。 一実施形態による、図１のパターン生成装置を用いて基板上にパターンを書き込む代表的なプロセスのフロー図である。 図７Ａから図７Ｃには、一実施形態による、図６の方法の様々な段階における基板が示されている。 理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すために同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれうると、想定されている。

これより実施形態を詳細に参照していく。実施形態の例を添付図面に示しているが、添付図面に示す実施形態は一部であり、全てではない。実際のところ、本開示の概念は多くの異なる形態において具現化されてよく、本書で限定されていると解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、適用される法的要件をこの開示が満たすように提供される。可能な場合は常に、類似の構成要素又は部品を表すために類似の参照番号が使用される。

デバイス設計者は、層又は基板上の種々の所定の位置において、層又は基板のエッチングを種々の深さに制御することを、望むことがある。換言すると、デバイス設計者は、基板及び／又は基板上に形成された一又は複数の層内に、三次元パターンを形成することを求めうる。例えば、デバイス設計者は、金属ラインの上の誘電体層内に、第１の深さのトレンチを形成することを欲しうる。設計者は、この金属ラインとの接続を形成するために、トレンチ内にビアホール又はコンタクトを形成することも欲しうる。本書で開示されている実施形態は、基板上の種々の位置においてエッチング深さを正確に制御する、高度に調整可能であり、かつ費用効率が高い方法を提供する。より具体的には、本書で開示されている実施形態は、パターン生成装置がフォトレジスト層の種々の位置を種々の露光線量に露光させる、マスクレスリソグラフィ技法を提供する。各位置における露光線量は、フォトレジスト層内に所望の三次元パターンを形成するよう、予め決められうる。フォトレジスト層の線量が制御され、変動することで、基板及び／又は基板上の一又は複数の層内に、所望の三次元パターンをエッチングすることが可能になる。

本書において、「トーン線量（ｔｏｎｅ ｄｏｓｅ）」という用語は、特定の書込みピクセル位置に供給される電磁放射の線量を表す。トーン線量は、フルトーン線量、分数トーン線量、ハーフトーン線量、又はゼロトーン線量でありうる。本書において、「フルトーン線量」という用語は、フォトレジスト層の現像後に、フォトレジスト層の約１００％を取り除くに十分な、電磁放射の線量を表す。本書において、「ハーフトーン線量」という用語は、フォトレジスト層の現像後に、フォトレジスト層の約５０％を取り除くよう設定された、電磁放射の線量を表す。本書において、「分数トーン線量」という用語は、フォトレジスト層の現像後に、約１００％未満であるが約０％を上回るフォトレジスト層を取り除くよう設定された、電磁放射の線量を表す。ハーフトーン線量は、分数トーン線量の一種である。本書において、「ゼロトーン線量」という用語は、フォトレジスト層の現像後に、フォトレジスト層の約０％しか取り除くことができない、電磁放射の線量を表す。

図１は、本書で開示されている実施形態を実行するために使用されうるパターン生成装置１２２の、代表的な実施形態の上面斜視図である。パターン生成装置１２２は、マルチビームパターン生成装置でありうる。図示しているように、パターン生成装置１２２は、マスクレスパターン生成装置である。本書で開示されている実施形態は、他のパターン生成装置によっても実施されうる。図示しているように、書込み機構１２７は、ステージ１２６に関連して取り付けられる。書込み機構１２７は、光源２２８Ａ、２２８Ｂと、書込みビームアクチュエータ２３０と、コンピュータプロセッサ２３２と、光学デバイス２３４とを含みうる（図２参照）。基板Ｓは、ステージ１２６によって支持されうる。基板Ｓは、その上に形成されたフォトレジスト層１４０を有しうる。例えば、フォトレジスト層１４０は基板Ｓ上の最外層でありうる。フォトレジスト層１４０は、未現像のフォトレジスト層でありうる。ステージ１２６は、フォトレジスト層１４０上にパターン１２４を形成するために、書込み機構１２７に対して基板Ｓを移動させうる。

一部の実施形態では、基板Ｓは石英を含みうる。他の実施形態では、基板Ｓはガラスを含みうる。石英基板Ｓは、例えば平面パネルディスプレイの部分として使用されうる。基板Ｓは、長方形状を有する第１表面１２０を含みうる。長方形状は、少なくとも２．４メートルの長さＬと、少なくとも２．１メートルの幅Ｗとを有しうる。この様態では、基板Ｓの第１表面１２０は、電子回路に関連付けられた寸法特性（ｄｉｍｅｎｔｉｏｎａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ）を有するパターン１２４を支持しうる。

パターン１２４は、書込み機構１２７を用いるなどして、フォトレジスト層１４０にパターン１２４を書き込むことによって形成されうる。フォトレジスト層１４０は、放射に感応し、かつ、ポジ型フォトレジスト又はネガ型フォトレジストでありうる。つまり、フォトレジスト層１４０の放射に露光される部分は、それぞれ、パターン１２４がフォトレジスト層１４０に書き込まれた後にフォトレジスト層１４０に塗布されるフォトレジストデベロッパに、可溶性になるか、又は不溶性になる。フォトレジスト層１４０がポジ型フォトレジストになるか、或いはネガ型フォトレジストになるかは、フォトレジスト層１４０の化学組成により決定する。例えば、フォトレジスト層１４０は、ジアゾナフトキノン、フェノールホルムアルデヒド樹脂、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルグルタルイミド、及びＳＵ－８のうちの少なくとも１つを含みうる。この様態では、パターン１２４は、基板Ｓの第１表面１２０上に作り出されて電子回路を形成しうる。フォトレジスト層１４０は、例えば約２０ナノメートル（ｎｍ）から約２ミクロン（μｍ）までの厚さを有しうる。他の実施形態では、厚さは約２０ｎｍ未満であってよく、又は約２μｍを上回りうる。

図２は、一実施形態による、パターン生成装置１２２の代表的な書込み機構１２７の概略上面斜視図である。パターン生成装置１２２は、ステージ１２６と、書込み機構１２７とを含む。ステージ１２６は、基板Ｓをｚ方向に支持するための、少なくとも１つの支持表面２３６を含みうる。ステージ１２６は、基板Ｓと書込みビームアクチュエータ２３０との間の運動を提供するために、ｘ方向及び／又はｙ方向に、速度Ｖ_ＸＹで移動しうる。この運動で、少なくとも１つの書込みサイクルＷＣにおいて、パターン１２４の部分が書込みビーム２２５（１）～２２５（Ｎ）によって書き込まれることが、可能になる。パターン１２４の、書込みサイクルＷＣ_１、ＷＣ_２、．．．ＷＣ_Ｎ中に書き込まれる部分が、それぞれＷＣＺＬ_１、ＷＣＺＬ_２、．．．ＷＣＺＬ_Ｎとして図示されている。書込みサイクルＷＣ_１、ＷＣ_２、．．．ＷＣ_Ｎの各々は、少なくとも１５キロヘルツ（ＫＨｚ）のスピードで書き込みが行われうる。ステージ１２６の経路は、フォトレジスト層１４０内にパターン１２４を完全に書き込むために、例えば蛇行形状でありうる。ステージ１２６は、運動を提供するための電動モータ（図示せず）も含みうる。この様態では、基板Ｓは、パターン１２４の書込み中に位置付けられうる。

ステージ１２６は、書込み中にステージ１２６及び基板Ｓの位置を判定するための、位置デバイス２３８も含みうる。一実施形態では、位置デバイス２３８は干渉計２４０を備えうる。干渉計２４０は、レーザビーム２４４を放出するためのレーザ２４２を含んでよく、レーザビーム２４４は、ステージ１２６の隣り合った側面２４８Ａ、２４８Ｂに、光学構成要素２４６Ａ、２４６Ｂ、２４６Ｃによって方向付けられる。位置デバイス２３８からの、ｘ方向及び／又はｙ方向へのステージ１２６の位置の変化に関するデータは、コンピュータプロセッサ２３２に提供されうる。

ステージ１２６に対する基板Ｓの位置を確実に確定しうるように、位置デバイス２３８は、位置合わせカメラ２５０も含みうる。位置合わせカメラ２５０は、基板Ｓ上の少なくとも１つの位置合わせマーク２５２を読み取って、基板Ｓをステージ１２６及び書込みビームアクチュエータ２３０に合わせるための、光センサ、例えば電荷結合デバイスを含みうる。位置合わせカメラ２５０は、基板Ｓ上でのパターン１２４の判定を支援するために、コンピュータプロセッサ２３２に連結されうる。これに関し、位置合わせカメラ２５０を介して基板Ｓが合わされうると、ステージ１２６に対する基板Ｓの位置が判定されうる。

パターン生成装置１２２は、光源２２８Ａ、２２８Ｂを含む。図２に示す実施形態では、光源２２８Ａ、２２８Ｂは、書込みビームアクチュエータ２３０に向けて光２５４を放出する、少なくとも１つのレーザを備える。光源２２８Ａ、２２８Ｂは、フォトレジスト層１４０の使用に適した一又は複数の波長を有する光２５４を放出するよう、構成されうる。例えば、この波長は４０５ｎｍ以下でありうる。この様態では、書込みビームアクチュエータ２３０には、書込みビーム２２５（１）～２２５（Ｎ）としてフォトレジスト層１４０上の書込みピクセル位置ＷＰＬ（図５Ａ及び図５Ｂに関連して後述する）に方向付けられる電磁エネルギーが、供給されうる。

書込みビームアクチュエータ２３０は、例えば空間光変調装置２５６（ＳＬＭ）でありうる。ＳＬＭ２５６は、鏡３５８（１）～３５８（Ｎ）を備える（図３）。鏡３５８（１）～３５８（Ｎ）は、コンピュータプロセッサ２３２からの信号によって個別に制御されうる。ＳＬＭ２５６は、例えば、テキサス州ＤａｌｌａｓのＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社製のＤＬＰ９５００型デジタルミラーデバイスでありうる。鏡３５８（１）～３５８（Ｎ）は、例えば縦に１９２０個、かつ横に１０８０個配置されうる。この様態では、光２５４は、鏡３５８（１）～３５８（Ｎ）によってフォトレジスト層１４０に方向付けられうる。

図３は、一実施形態による、書込みビーム機構１２７の実施形態の概略上面斜視図である。ＳＬＭ２５６の鏡３５８（１）～３５８（Ｎ）の各々は、光２５４の対応する部分を基板Ｓに反射するために、それぞれの非アクティブ位置３６０Ｂからそれぞれのアクティブ位置３６０Ａに、個別に作動可能である（又はデジタル方式で制御される）よう構成されうる。鏡３５８（１）～３５８（Ｎ）の各々は、アクティブ位置３６０Ａにある間に、光２５４の一部分を基板Ｓに反射しうるが、非アクティブ位置３６０Ｂにある時には、この反射された部分の５パーセント未満しか、基板Ｓに反射しえない。光２５４のエネルギーは、パターン１２４全体の書込みサイクルゾーン位置ＷＣＺＬ_１～ＷＣＺＬ_Ｎのうちの様々な位置において、堆積されうる。書込みサイクルゾーン位置ＷＣＺＬ_１～ＷＣＺＬ_Ｎは、図２に示しているように重複しうる。この様態では、パターン１２４のフィーチャは、位置付けエラーを減少させるために、複数の書込みサイクルＷＣにより決定されうる。いかなる単一の書込みサイクルＷＣにおいて基板Ｓに供給される電磁エネルギーも、パターン１２４を形成するために、他の書込みサイクルＷＣにおいて供給される電磁エネルギーと平均化されるからである。

パターン生成装置１２２は、コンピュータプロセッサ２３２も含む。コンピュータプロセッサ２３２は、位置デバイス２３８から受信した位置データ、及びトーン線量データから、各書込みピクセル位置ＷＰＬ_１～ＷＰＬ_Ｎにおける総トーン線量を決定しうる。各書込みピクセル位置ＷＰＬ_１～ＷＰＬ_Ｎにおける総トーン線量は、一又は複数の書込みサイクルＷＣにわたって供給されうる。コンピュータプロセッサ２３２は次いで、光２５４を基板Ｓに方向付けうる。例えば、コンピュータプロセッサ２３２は、鏡３５８（１）～３５８（Ｎ）のうちの様々な鏡がアクティブ位置３６０Ａに作動すべきか否かを、対応する書込みビーム２２５（１）～２２５（Ｎ）の各々の書込みピクセル位置ＷＰＬ_１～ＷＰＬ_Ｎが、パターン１２４のパターンフィーチャ５２４、５２４’（図５Ａ及び図５Ｂ）の中に配置されるか否かに基づいて、決定しうる。コンピュータプロセッサ２３２は、トーン線量データに基づいて、鏡３５８（１）～３５８（Ｎ）の各々の滞留時間を決定しうる。トーン線量データは、対応する書込みピクセル位置ＷＰＬにおける、現像後のフォトレジスト層１４０の所定の厚さに基づきうる。トーン線量データは、一又は複数の書込みピクセル位置ＷＰＬにおける処理上の不均一性（後述する）を補償するために、補償係数も含みうる。コンピュータプロセッサ２３２は、例えば線形関係に従って、それぞれのトーン線量データを滞留時間（或いはレーザパルス出力、又は鏡の作動（ショット）の増大／低減）に変換しうる。この様態では、コンピュータプロセッサ２３２は、種々の書込みピクセル位置ＷＰＬ_１～ＷＰＬ_Ｎにおける現像後のフォトレジスト層１４０の所定の厚さに従って、トーン線量を対応する書込みピクセル位置ＷＰＬ_１～ＷＰＬ_Ｎ向けに調整しうる。

コンピュータプロセッサ２３２は、トーン線量データにアクセスすることによって、対応する書込みピクセル位置ＷＰＬ_１～ＷＰＬ_Ｎに関連付けられたそれぞれのトーン線量を決定しうる。トーン線量データは、例えば記憶デバイス２６２内に置かれうる。上述したように、トーン線量データは、対応する書込みピクセル位置ＷＰＬにおける現像後のフォトレジスト層１４０の所定の厚さと、補償係数とを含みうる。トーン線量データは、例えばルックアップテーブルを含みうる。補償係数は、不均一性を補償でき、かつ、線量補正マップの形態でありうる。不均一性は、基板Ｓ上の種々の書込みピクセル位置ＷＰＬ_１～ＷＰＬ_Ｎにおけるエッチング速度などの処理速度の変動に関連しうる。不均一性は、代替的又は追加的には、使用される処理トラック又はその他の要因に関連付けられた不均一性に関連しうる。不均一性に関する情報は、経験的又は理論的に決定されてよく、次いで、コンピュータプロセッサ２３２からアクセス可能になりうる。

図４Ａと図４Ｂについて、それぞれ図５Ａ、図５Ｂに連動させて説明する。図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ、ハーフトーン線量からフルトーン線量までの滞留時間の調整の例を提供している。より具体的には、図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ、書込みサイクルＷＣ_１及びＷＣ_２における、書込みピクセル位置ＷＰＬ_Ｘ１及びＷＰＬ_Ｘ２上の、書込みビームの累積線量のグラフである。図５Ａ及び図５Ｂは、滞留時間を調節しつつパターン１２４の代表的なパターンフィーチャを書き込んでいる、図２のＳＬＭ２５６の鏡３５８（１）～３５８（Ｎ）の概略上面斜視図である。図５Ａ及び図５Ｂに示しているように、パターン１２４は、パターンフィーチャ５２４とパターンフィーチャ５２４’とを含む。パターンフィーチャ５２４’がパターンフィーチャ５２４の中に画定されていることも、図示されている。

図４Ａ及び図５Ａでは、ハーフトーン線量Ｄ_１／２の放射が、パターンフィーチャ５２４の中の書込みピクセル位置ＷＰＬ_Ｘ１に供給される。書込みビーム２２５（１）～２２５（Ｎ１）は、光２５４を、光源２２８Ａ、２２８Ｂからフォトレジスト層１４０内の第１書込みサイクルゾーン位置ＷＣＺＬ_１の中に、鏡３５８（１）～３５８（Ｎ１）のうちの作動した鏡を用いて反射させることによって、形成されうる。パターンフィーチャ５２４の書込みピクセル位置ＷＰＬ_Ｘ１は、鏡３５８（Ｘ_１）に関連付けられうる。鏡３５８（１）～３５８（Ｎ）の一部５６６（１）は、書込みビームを形成して書込みピクセル位置ＷＰＬ_Ｘ１の周囲の様々な位置に書き込みを行うために、使用されうる。図４Ａは、作動位置３６０Ａにある鏡３５８（Ｘ_１）が、対応する書込み位置ＷＰＬ_Ｘ１に累積線量Ｄ_１／２を供給するために必要な滞留時間ＤＴ_１／２を示している。滞留時間ＤＴ_１／２は、例えば約０～約１００μｓまでの範囲内でありうる。コンピュータプロセッサ２３２は、書込みサイクルＷＣ_１中に滞留時間ＤＴ_１／２の間作動位置３６０Ａにあるよう、鏡３５８（Ｘ_１）に指令を出しうる。この様態では、パターンフィーチャ５２４が、正確な制御を伴って書き込まれうる。

図４Ａ及び図５Ａとは対照的に、図４Ｂと図５Ｂは、パターンフィーチャ５２４’の中の書込みピクセル位置ＷＰＬ_Ｘ２に対するフルトーン線量に関連付けられている。ここでは、書込みピクセル位置ＷＰＬ_Ｘ２への放射エネルギーの供給に関連付けられた線量Ｄ_１が示されている。書込みビームは、光２５４を光源２２８Ａ、２２８Ｂからフォトレジスト層１４０内に、鏡３５８（１）～３５８（Ｎ）のうちの作動した鏡を用いて反射させることによって、形成されうる。書込みピクセル位置ＷＰＬ_Ｘ２は、鏡３５８（Ｘ_２）及びフルトーン線量Ｄ_１に関連付けられうる。鏡３５８（１）～３５８（Ｎ）の一部５６６（２）は、書込みビームを形成してパターンフィーチャ５２４’の周囲の様々な位置に書き込みを行うために、使用されうる。図４Ｂは、鏡３５８（Ｘ_２）が、作動位置３６０Ａになって対応する書込み位置ＷＰＬ_Ｘ２に線量Ｄ_１を供給するために必要な滞留時間ＤＴ_１を示している。コンピュータプロセッサ２３２は、書込みサイクルＷＣ_２中に作動位置３６０Ａにあるよう、鏡３５８（Ｘ_２）に指令を出しうる。この様態では、パターンフィーチャ５２４’が、特定の寸法を伴って書き込まれうる。

例えば、２つの書込みサイクルがあり、かつ、ＷＰＬ_Ｘ１が1/2線量を受けることになっている場合、次いで鏡３５８（Ｘ_１）は、一書込みサイクルの間「オン」位置に作動し、別の書込みサイクルの間「オフ」位置に作動することになる「オン」サイクルは、ＷＰＬ_Ｘ１に供給された累積線量が1/2線量である限り、第１書込みサイクルになるか、若しくは第２書込みサイクルになるよう選択されうる。この概念を多数の放射サイクルに拡大すると、フル線量とゼロ線量との間のいかなる線量合計も、単に鏡３５８（Ｘ_１）を「オン」位置に作動させることによって、実現可能であると想定される。書込みサイクルが完全に終了すると、累積線量は所望の線量合計となる。ゼロ線量の場合、放射サイクルの各放射中、鏡３５８（Ｘ_１）は常に「オフ」位置にあることになる。フル線量の場合、放射サイクルの各放射中、鏡３５８（Ｘ_１）は常に「オン」位置にあることになる。分数線量（すなわちフル線量ではないがゼロ線量を上回っている）場合、鏡３５８（Ｘ_１）は、放射スケジューリング及び所望の累積線量に応じて、「オン」位置又は「オフ」位置のいずれかでありうる。放射サイクル中のどの時点においても、分数線量又はフル線量のどちらが供給されるかにかかわらず、「オン」位置にあるどの鏡も、正確に同一の線量合計を供給する。しかし、放射サイクル全体を通じては、分数線量とフル線量との間で、供給される累積線量が相違することになる。

図６は、パターン生成装置１２２を使用するための代表的なプロセス６００のフロー図を示している。プロセス６００は、複数の段階を有する。これらの段階は、任意の順序で又は同時に（文脈からその可能性が除外されている場合を除いて）実施可能であり、方法は、どの既定の段階よりも前に、既定の段階のうちの２つの段階の間に、或いは既定の全段階の後に実施される、一又は複数の他の段階も含みうる（文脈からその可能性が除外されている場合を除く）。全ての実施形態が全段階を含むわけではない。プロセス６００について、図７に関連して説明する。図７は、プロセス６００の様々な段階における基板Ｓを示している。

段階６０２において、パターン生成装置に関連付けられたコンピュータプロセッサは、トーン線量データを受信する。パターン生成装置は、例えばパターン生成装置１２２でありうる。コンピュータプロセッサは、例えばコンピュータプロセッサ２３２でありうる。トーン線量データは、メモリデバイス２６２によって、又は他の任意の好適な様態で、コンピュータプロセッサ２３２に提供されうる。トーン線量データは、上述したものでありうる。一部の実施形態では、各書込みピクセル位置ＷＰＬにおける線量は、フォトレジスト層内に所定の３Ｄパターンを生成するよう、デバイス設計者によって予め決められうる。一部の実施形態では、トーン線量データは、代替的又は追加的には、上述の不均一性などの、処理上の不均一性の補正を含む。基板は、例えば、上述の基板Ｓでありうる。

段階６０４において、未現像で未露光のフォトレジスト層を有する基板Ｓは、パターン生成装置１２２に関連付けられたステージ上に支持されている。ステージは、上述のステージ１２６でありうる。一実施形態では、基板Ｓは、図７Ａに示しているものでありうる。図示しているように、基板Ｓは第１層７０２を含む。一部の実施形態では、第１層７０２は誘電体層でありうる。図示しているように、基板Ｓは、その中に形成された金属ライン７０４を有する。金属ライン７０４は、第１層７０２によって３つの面が画定される。他の実施形態では、第１層７０２は、その中に形成された金属ライン７０４を有しないことがある。図示しているように、基板Ｓは、第１層７０２及び金属ライン７０７０４の上側に形成された第２層７０６を含む。一部の実施形態では、第２層７０６は誘電体層でありうる。図示しているように、基板Ｓは、第２層７０６の上側にフォトレジスト層１４０を含む。フォトレジスト層１４０は、未露光かつ未現像である。フォトレジスト層１４０は、上述のものでありうる。

段階６０６において、フォトレジスト層１４０を露光させることによって、フォトレジスト層１４０内に三次元パターンが生成される。このパターンは、受信されたトーン線量データに従ってフォトレジスト層１４０を電磁放射に露光させ、その後に、フォトレジスト層１４０を現像することによって、生成される。パターン生成装置１２２は、各書込みピクセル位置ＷＰＬに、トーン線量データによって示された所定の総線量を供給する。所定の総線量は、一又は複数の書込みサイクルＷＣにわたって供給されうる。電磁エネルギーの線量は、上述したように、ステージ１２６の移動及び／又は鏡３５８（１）～３５８（Ｎ）の角度によって、各書込みピクセル位置ＷＰＬに供給されうる。一部の書込みピクセル位置ＷＰＬに供給される電磁エネルギーの線量は、ゼロまたはほぼゼロでありうる。

基板Ｓを電磁エネルギーに露光させた後に、基板Ｓは現像されうる。一実施形態では、基板Ｓは現像後に、図７Ｂに示すものになりうる。露光後かつ現像後のフォトレジスト層１４０は、ゼロトーン線量、ハーフトーン線量、及びフルトーン線量を受けた位置にそれぞれ対応する位置７１４、７１２、及び７１０において、異なる厚さを有する。フォトレジスト層１４０のこの異なる厚さは、フォトレジスト層１４０が２つの構成要素（構成要素１４０’及び構成要素１４０’’）を有していることを表すことによって、図示されている。位置７１４において、フォトレジスト層１４０はゼロトーン線量を受けた。ゼロトーン線量は、構成要素１４０’及び構成要素１４０’’を有するフォトレジスト層１４０によって表されている。図示しているように、構成要素１４０’と構成要素１４０’’とは、ほぼ等しい厚さを有する。なお、ゼロトーン線量に代えて、ハーフトーン線量とは異なる分数トーン線量を採用してもよい。

位置７１２において、フォトレジスト層１４０はハーフトーン線量を受けた。ハーフ線量は、フォトレジスト層構成要素１４０’’を有するが、フォトレジスト層構成要素１４０’は有していない位置７１２によって示されている。位置７１２は、トレンチ７２０の中にある。ハーフトーン線量は、図４Ａ及び図５Ａに関連して上記で示したように基板Ｓに供給されたものでありうる。

位置７１０において、フォトレジスト層１４０はフルトーン線量を受けた。フルトーン線量は、フォトレジスト層構成要素１４０’’もフォトレジスト層構成要素１４０’も有さない位置７１０によって示されている。位置７１０は、ビアホール７３０の中にある。フルトーン線量は、図４Ｂ及び図５Ｂに関連して上記で示したように基板Ｓに供給されたものでありうる。

図７Ｂに示しているように、各書込みピクセル位置ＷＰＬは、ゼロトーン線量、ハーフトーン線量、又はフルトーン線量に露光された。他の実施形態では、基板Ｓは、ハーフトーン線量以外の分数トーン線量に露光された書込みピクセル位置ＷＰＬを有しうる。例えば、分数トーン線量は、ゼロトーン線量とフルトーン線量のいずれかの約４５％から約５０％まで、又は約５０％から約５５％まででありうる。基準点（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｐｏｉｎｔ）は、レジストがポジ型レジストであるか、又はネガ型レジストであるかに依拠する。ポジ型レジストが使用される場合、フルトーン線量が全てのレジストを取り除くことから、基準点はフルトーン線量になりうる。ネガ型レジストが使用される場合、ゼロトーン線量が全てのレジストを取り除くことから、基準点はゼロトーン線量になりうる。かかる分数トーン線量は、上述の処理上の不均一性などの、処理上の不均一性の補正を可能にしうる。他の実施形態では、分数トーン線量は、フルトーン線量又はゼロトーン線量の約４５％未満でありうるか、或いは約５５％を上回りうる。分数トーン線量は、製造上の不均一性を補償するために、基板全体で変動しうる。いくつかの部分に関しては、分数線量は、基板全体の平均値又は分布を調整するフィードバック制御ループからのフィードバックに基づいて、調整されうる。

オプションの段階６０８では、レジスト又はデバイスの３Ｄ測定値が取得される。測定値は、エッチングシステムからの送信に続いて取得される。段階６１０で生成量（ｙｉｅｌｄ）がＯＫと判定されると、次いでシステムは、段階６１２において生産を進めることになる。生成量がＯＫでなければ、次いで段階６１４において、分数線量の平均値が調整されるか、又は、分数線量の分布マップが作成される。調整及び／又はマッピングの後に、段階６０４が反復される。「生成量（ｙｉｅｌｄ）」とは、中間の層厚１４０”又は７０６”であると理解される。

エッチングプロセス及びフォトレジスト除去プロセスを含む段階６０８の一実施形態は、図７Ｃに示す基板Ｓを形成しうる。図示しているように、フォトレジスト層１４０は、フォトレジスト層除去プロセスにおいて基板Ｓから除去されている。第２層７０６が位置７１４、７１２、及び７１０において異なる厚さを有することも、図示されている。位置７１４、７１２、及び７１０は、ゼロトーン線量、ハーフトーン線量、及びフルトーン線量を受けた位置にそれぞれ対応する。第２層７０６のこの異なる厚さは、第２層７０６が２つの構成要素（構成要素７０６’及び構成要素７０６’’）を備えていることを表すことによって、図示されている。位置７１４において、フォトレジスト層１４０はゼロトーン線量を受けた。この場合、エッチングに先立って、位置７１４は、構成要素１４０’及び構成要素１４０．’’を有するフォトレジスト層１４０を有していた。より厚いフォトレジスト層１４０が残ることで、エッチング後により厚い第２層７０６がもたらされた。より厚い第２層７０６は、構成要素７０６’及び構成要素７０６’’を有するものとして表されている。図示しているように、構成要素７０６’と構成要素７０６’’とは、ほぼ等しい厚さを有する。

位置７１２において、フォトレジスト層１４０はハーフトーン線量を受けた。この場合、エッチングに先立って、位置７１２は、構成要素１４０’’を有するが構成要素１４０’は有しない、フォトレジスト層１４０を有していた。位置７１２には位置７１４よりも薄いフォトレジスト層が残っていたことから、位置７１２に残っている第２層７０６は、位置７１４に残っている第２層７０６よりも薄い。したがって、厚さ７０６”は、レジストに供給される分数線量によって調整されうる。厚さ７０６”は、エッチングなどの処理段階における不均一性を補正するよう、平均線量を調整するフィードバック制御システムを用いて生成量を作り出すことによって、又は、基板全体で変動可能な分数線量をマッピングすることによって、制御されうる。位置７１４における厚さと比較した位置７１２における第２層７０６の厚さは、構成要素７０６’’を有するが構成要素７０６’は有していない位置７１２によって表されている。

位置７１０において、フォトレジスト層１４０はフルトーン線量を受けた。この場合、エッチングに先立って、位置７１０は、構成要素１４０’と構成要素１４０．’’のどちらも有していなかった。位置７１０には位置７１２及び７１４よりも薄いフォトレジスト層が残っていたことから、位置７１０に残っている第２層７０６は、位置７１２及び７１４に残っている第２層７０６よりも薄い。図示しているように、第２層７０６は、位置７１０において完全にエッチングされており、その結果金属ライン７０４が露出している。後続のメタライズ段階において、トレンチ７２０及び７３０は金属で充填され、新たな金属ライン、及び、金属ライン７０４とこの新たな金属ラインとの間のコンタクトを形成しうる。

前述の実施形態は、下記のものを含む多数の利点を有する。例えば、本書で開示されている方法は、高価なハーフトーンマスクを使用せずに、フォトリソグラフィ中の多重トーン露光を可能にする。加えて、本書で開示されている実施形態は、フォトレジスト層上の種々の位置に供給されるトーン線量の容易かつ広範な調整を可能にする。本書で開示されている実施形態が調整可能であることにより、処理上の不均一性の容易な補償が可能になる。ハーフトーンマスクを用いると、マスクの製造時にトーン線量はほとんど不変になる。上述の利点は、例示的であって限定的なものではない。全ての実施形態が全ての利点を有する必要はない。

以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく本開示の他の及び更なる実施形態を考案することが可能であり、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定められる。

Claims (13)

1. 基板を処理する方法であって、
   複数の書込みビームの各々を基板の未現像で未露光のフォトレジスト層上に配置された複数の書込みピクセル位置に個別に方向付けるように構成された複数の鏡を備える書込みビームアクチュエータを備えるマスクレス直描パターン生成装置に関連付けられたステージ上に、基板を位置付けることと、
   前記パターン生成装置から前記フォトレジスト層の各書込みピクセル位置に、第１、第２、及び第３の所定の線量の電磁エネルギーを供給することであって、
   前記第１の所定の線量はフルトーン線量であり、前記第１の所定の線量は、書込みピクセル位置の第１セットに供給され、
   前記第２の所定の線量は分数トーン線量であり、前記第２の所定の線量は、書込みピクセル位置の第２セットに供給され、
   前記第３の所定の線量は、分数トーン線量とゼロトーン線量のいずれかであり、前記第３の所定の線量は書込みピクセル位置の第３セットに供給され、前記第３の所定の線量は前記第２の所定の線量とは異なる、供給することと、
   前記フォトレジスト層を現像して前記フォトレジスト層に三次元パターンを生成することであって、前記書込みピクセル位置の前記第１セットは、前記第１の所定の線量に対応する第１のレジスト厚さを有し、前記書込みピクセル位置の前記第２セットは、前記第２の所定の線量に対応する第２のレジスト厚さを有し、前記書込みピクセル位置の前記第３セットは、前記第３の所定の線量に対応する第３のレジスト厚さを有するように、三次元パターンを生成することと、
   前記フォトレジスト層の下側の層を三次元パターンにエッチングすることであって、前記下側の層が、前記フォトレジスト層が前記第１のレジスト厚さを有する位置で、第１の層厚さを有し、前記フォトレジスト層が前記第２のレジスト厚さを有する位置で、第２の層厚さを有し、前記フォトレジスト層が前記第３のレジスト厚さを有する位置で、第３の層厚さを有する、三次元パターンにエッチングすることと、
   前記フォトレジスト層の前記第２のレジスト厚さ又は前記下側の層の前記第２の層厚さの測定値と、前記書込みピクセル位置間のエッチング速度の不均一性を補償するための、各書込みピクセル位置に対応する補償係数からなる線量補正マップとに基づいて、前記フォトレジスト層の各書込みピクセル位置に供給される前記第１、第２、及び第３の所定の線量を調整することと、
   を含む、方法。
2. 前記パターン生成装置は、個別に作動可能な鏡を備える空間光変調装置（ＳＬＭ）を備え、前記第１の所定の線量、前記第２の所定の線量、及び前記第３の所定の線量のうちの少なくとも１つは、前記鏡を作動させることによって制御される、請求項１に記載の方法。
3. 前記所定の線量は、複数の露光を含む複数の放射サイクルにわたって供給される、請求項１に記載の方法。
4. 前記複数の露光のうちの一露光において供給される個別線量は、前記フルトーン線量と前記分数トーン線量について同一である、請求項３に記載の方法。
5. 前記個別線量は、前記フルトーン線量に関しては、前記複数の露光の各露光において供給される、請求項４に記載の方法。
6. 前記個別線量は、前記分数トーン線量に関しては、前記複数の露光の全てに満たない露光において供給される、請求項５に記載の方法。
7. 前記個別線量は、前記ゼロトーン線量に関しては、前記複数の露光のいずれの露光においても供給されない、請求項６に記載の方法。
8. 第４の所定の線量を供給することであって、前記第４の所定の線量は、ゼロトーン線量と分数トーン線量のいずれかであり、前記第４の所定の線量は書込みピクセル位置の第４セットに供給され、前記第４の所定の線量は前記第２の所定の線量及び前記第３の所定の線量とは異なる、供給することを更に含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記第２の所定の線量と前記第３の所定の線量の少なくとも一方は、処理上の不均一性を補正するよう設定されており、前記処理上の不均一性は、経験的に判定された下流処理の不均一性であり、前記経験的に判定された不均一性はエッチングの不均一性である、請求項１に記載の方法。
10. 前記所定の線量は、前記フォトレジスト層内に三次元パターンを生成するよう設定されており、前記基板は、その内部に形成された金属ラインを有する第１誘電体層と、前記第１誘電体層及び前記金属ラインの上側に位置付けられた第２誘電体層であって、前記フォトレジスト層の下に位置付けられた第２誘電体層とを更に備え、前記所定の線量は、前記金属ラインの上に、前記金属ラインと交差するトレンチを形成するよう設定されており、前記所定の線量は、前記金属ラインの上にビアホールを形成するよう設定されており、かつ、前記基板をエッチングすることと、前記フォトレジストを除去することと、前記トレンチ及び前記ビアホールをメタライズして、第２金属ライン、及び前記金属ラインと前記第２金属ラインとの間のコンタクトを形成することとを更に含む、請求項１に記載の方法。
11. 複数の書込みサイクルゾーン位置内に、複数の書込みサイクルのうちの対応するサイクル中に基板を支持するよう構成された、ステージと、
    複数の書込みビームの各々を基板のフォトレジスト層上に配置された書込みピクセル位置に個別に方向付けるよう構成された複数の鏡を備える書込みビームアクチュエータであって、前記書込みピクセル位置の第１セットに、フルトーン線量である第１の所定の線量の電磁エネルギーを供給し、前記書込みピクセル位置の第２セットに、分数トーン線量である第２の所定の線量の電磁エネルギーを供給し、前記書込みピクセル位置の第３セットに、前記第２の所定の線量とは異なる分数トーン線量とゼロトーン線量のいずれかである第３の所定の線量の電磁エネルギーを供給する、書込みビームアクチュエータと、
    前記フォトレジスト層を現像して前記フォトレジスト層に三次元パターンを生成する現像手段であって、前記書込みピクセル位置の前記第１セットは、前記第１の所定の線量に対応する第１のレジスト厚さを有し、前記書込みピクセル位置の前記第２セットは、前記第２の所定の線量に対応する第２のレジスト厚さを有し、前記書込みピクセル位置の前記第３セットは、前記第３の所定の線量に対応する第３のレジスト厚さを有するように、三次元パターンを生成する現像手段と、
    前記フォトレジスト層の下側の層を三次元パターンにエッチングするエッチング手段であって、前記下側の層が、前記フォトレジスト層が前記第１のレジスト厚さを有する位置で、第１の層厚さを有し、前記フォトレジスト層が前記第２のレジスト厚さを有する位置で、第２の層厚さを有し、前記フォトレジスト層が前記第３のレジスト厚さを有する位置で、第３の層厚さを有する、エッチング手段と、
    供給される書込み線量を、前記基板の前記フォトレジスト層内に三次元パターンを生成するよう設定されているトーン線量データに従って、対応する前記書込みピクセル位置に対して調整するよう構成された、コンピュータプロセッサとを備え、
    前記コンピュータプロセッサは、前記フォトレジスト層の前記第２のレジスト厚さ又は前記下側の層の前記第２の層厚さの測定値と、前記書込みピクセル位置間のエッチング速度の不均一性を補償するための、各書込みピクセル位置に対応する補償係数からなる線量補正マップとに基づいて、前記フォトレジスト層の各書込みピクセル位置に供給される前記第１、第２、及び第３の所定の線量を調整する、パターン生成装置。
12. 前記トーン線量データは、処理上の不均一性を補正するよう設定される、請求項１１に記載のパターン生成装置。
13. 前記処理上の不均一性は下流のエッチングの不均一性である、請求項１２に記載のパターン生成装置。

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