JP2007531249A - フォトマスク内の臨界寸法の変動を補正するための方法 - Google Patents
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Abstract
対応するフォトマスクのCDを補正することにより、ウェハのパターン線の臨界寸法(CD)の変動を補償するための方法。フォトマスクは、2つのほぼ対向する面、すなわち、第1の背面および第2の前面を有する透明基板を有し、前面上には吸収性コーティングが塗布され、パターン線のところのコーティングを除去することによりパターン線がすでに形成されている。この方法は、フォトマスクに関連するウェハ露光フィールドの領域を横切ってCD変動を決定するステップと、所定の目標値より大きなCD変動が決定されたウェハ露光フィールドの領域と相関する領域内のフォトマスクの基板内に遮光素子(SE)を供給するステップとを含み、それにより、遮光素子が、領域を通過する光を減衰してウェハ上のCD変動を補償し、従って、改善されたCD許容ウェハを供給する。
【選択図】 図4
Description
フォトリソグラフィ・プロセス中、UV(紫外線)光は、クロム層上に刻まれたパターンを通過し、画像は、シリコーン・ウェハの頂部上のフォトレジスト層内に形成される。
MoSiのような保護層、反射防止層または埋込位相シフト層のような追加層は、場合によってはクロム層を含む。
IC類似の追加アプリケーションは、データ記憶装置用のハード・ディスク・ドライブで使用する薄膜磁気読取り/書込みヘッドのためのリソグラフィ・プロセスである。
フロント・エンドICプロセスは、通常、マスク対象物からシリコーン・ウェハ上の印刷した画像へ、1:4の光学縮小率を有するサブミクロンの分解能を必要とする。
このようなサブミクロン・プロセスの場合には、ウェハ上に印刷されるフィーチャの臨界寸法(CD)は、厳格な仕様で均一にする必要がある。
しかし、リソグラフィ・プロセスは、多くの場合、仕様および要件を超えるCD変動を起こすことがあることは半導体業界では周知のことである。
すべてのCD変動が、フォトマスク自身上のパターニングの均一性に固有なものであるわけではなく、実際には、CD変動の大部分は、フォトリソグラフィ・プロセスで使用する光学的配置のような外部的原因によるものである。CD変動の原因は様々であり、そのうちのいくつかを挙げると、レンズの収差、均一でないマスクのパターニング、照明設計、フォトレジスト・コーティングおよび現像、エッチング加工等がある。
CD変動の徹底的な研究(2003年2月のSPIE議事録(5040−45)(非特許文献1)掲載のSamsung electronics社のJong Rak Park、Soon Ho Kim、Gi−Sung Yeo、Sung−Woon Choi、Won−Tai Ki、Hee−Sun Yoon、Jung−Min Sohnの「フォトマスクの背面の透過率の分布を制御することによるウェハ上のショットの均一性の改善」(Improvement of Shot uniformity on a wafer by controlling backside transmittance distribution of a photomask))により、変動はほとんどの場合、露光フィールドの特定のエリアに集中していることが分かった。露光フィールドは、ウェハ上のマスクの1回の投影と同じであり、それ故、1つのウェハは、同じマスクの多くの露光フィールドを含む。優れた統計モデルは、各エリアに対するCD変動の百分率の数字を指定することができる。
変動が指定の値より数パーセント大きい場合には、UV放射線の線量を低減すれば、印刷した線幅(または接触孔部の直径)のようなCD値が変化し、必要な値にもっと近くなる。
その背面上でフォトマスクへの線量低減パターンを適用する1つの可能な方法は、マスクの背面上の溝または孔部をパターン化することである(Park他の第US20040067422号(特許文献1)参照)。
しかし、このような方法は、そのダイナミック・レンジが限定されていて、プロセス速度は遅く、装置のコストが高いという欠点がある。
(ウェハ上の平均CDを決定する焦点/露光(線量)プロセス・ウィンドウ最適化のような)半導体業界で通常使用されているCDを制御するための他の方法もあるが、通常、この方法は、ウェハ上の露光フィールド内および露光フィールドを横切るCDの変動(フィールド内CD変動)を制御するのには適していない。
本発明のもう1つの目的は、フォトマスク内に埋め込んだ遮光素子または回折光学素子を使用するCDの変動を低減するためのこのような方法を提供することである。
それ故、本発明のいくつかの好ましい実施形態は、対応するフォトマスクのCDを補正することにより、ウェハのパターン線の臨界寸法(CD)の変動を補償するための方法を提供する。フォトマスクは、ほぼ対向する2つの表面、すなわち、第1の背面および第2の前面を有する透明基板を有する。上記前面上には吸収性コーティングが塗布されていて、パターン線のところのコーティングを除去することによりパターン線がすでに形成されている。この方法は、
フォトマスクに関連するウェハ露光フィールドの領域を横切るCD変動を決定するステップと、
所定の目標値より大きなCD変動が決定されたウェハ露光フィールドの領域と相関する領域内のフォトマスクの基板内に遮光素子(SE)を提供するステップとを含む。
これにより、遮光素子は、上記領域を通過する光を減衰してCD変動を補償する。
さらに、本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、遮光素子を提供するステップは、パルス・レーザを使用するステップを含む。
さらに、本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、パルス・レーザは、超短フェムト秒パルス・レーザを備える。
さらに、本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、遮光素子を提供するステップは、背面を通してフォトマスク内およびほぼ対向するパターン線内にパルス・レーザ放射線を照射することにより行われる。
さらに、本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、遮光素子のうちの少なくともいくつかは、回折光学素子(DOE)を含む。
さらに、本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、遮光素子は、背面を通してレーザ・エネルギーを供給することにより基板内に刻まれる。
さらに、本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、遮光素子のパラメータは、遮光素子のためのパラメータの基準校正リストおよびその相対減衰能により決定される。
さらに、本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、遮光素子は、最大約15%の減衰を起こすように設計される。
さらに、本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、超短フェムト秒パルス・レーザは、1KHz以上、好適には10KHz以上の高速反復率で動作する。
さらに、本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、この方法は、さらに、遮光素子の位置、サイズおよび設計パラメータに関する情報を計算し、この情報を使用してパルス・レーザ源を作動してフォトマスク内に遮光素子を刻み込むためにコンピュータ・プログラムを使用するステップを含む。
さらに、本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、コンピュータ・プログラムは、基準校正リストを使用して遮光素子のパラメータを決定する。
本発明をもっとよく理解してもらうために、またその実際の適用を理解してもらうために、添付の図面を提供し後で参照する。図面は例示としてのためのものだけであって、本発明の範囲を制限するためのものではないことに留意されたい。類似の参照番号は類似の構成要素を示す。
ラインおよびスペースの変動は、ウェハ上の異なる領域における平均CD(臨界寸法)の大きさとして測定される。ウェハ上に印刷されたラインおよびスペースの幅が変動した場合には、フォトマスクがCD変動を起こしたという。
本発明は、極度に高速なフェムト秒レーザにより、フォトマスクのガラス基板内にピクセルからなる遮光素子を書き込むことにより、ウェハの露光フィールド上のCD変動を制御するための新規な方法を提供する。遮光素子の減衰レベルは、基板容積内のピクセル・サイズおよびピクセルの三次元配置を制御することにより決定される。
必要な減衰レベルは、ウェハの露光フィールド内の目標CDからのCDの変動の度合いにより決定される。
フォトリソグラフィ・プロセス中に、フォトマスク(CDが目標値より大きい領域内)を通過する光を減衰すると、これら領域内のCDが低減し、そのため露光フィールド上のCD変動が低減する。
通常のパルスの持続時間が100フェムト秒程度である超短パルス・レーザは、好適には、フォトマスクの背面を通して基板内に焦点を結び、所定の焦点のところに、透明な媒体内のエネルギーが非線形吸収のためのしきい値を超える破壊点を生成し、それにより屈折率の局部変化を起こすことが好ましい。
ガラスまたはクォーツ材料のような透明な媒体内のこの破壊が起こると、異なる密度および屈折率のために光を散乱するピクセル点ができる。
高速走査光学系および移動X、Yステージと一緒に50KHz以上の高速レーザ反復率を使用すると、ガラス基板内のピクセルのアレイは、所定のピクセル・サイズ、所定の横方向のサイズ、ピクセル密度、層の数、およびCD変動を補償するための結果としての遮断レベルを有する遮光素子を提供する。
最初に、試験ウェハが印刷される。試験ウェハのCDの分布は、CD SEMまたは他の光学CD測定ツールによりマッピングされる。典型的なCD分布マップは、数十または数百のCD測定点からなる。測定点およびその各CD変動値は、各CD点に一組のX座標およびY座標および百分率でのCD変動値が割り当てられるような方法で、従来のCDマッピング技術により、簡単なテーブル内に収集される。最後のテーブルは、1つの露光フィールドを表し、ウェハを印刷するために使用したマスクのエリアと等しい。
ウェハの露光フィールドのCD変動マップは、マスク自身内のCD変動を含むがこれに限定されないすべてのCD変動源の重畳を表すことに留意されたい。
CD変動テーブルを、本発明によるCD補正ツールにロードした後で、百分率のCD変動値を百分率の必要な減衰レベルに変換するために、コンピュータ・プログラムが使用される。次に、プログラムは、必要な減衰レベルを、本質的にはCD変動のネガである減衰マップを提供するために、マスク容積の三次元内に配置されている一組のピクセルに変換する(従って、最大のCD変動を有するエリアは、最も密度の高いピクセルCD補正パターンを受け取り、最も低いUV透過率となる)。
マスクがCDC(CD補正)ツールにロードされ、整合すると、上記所望のCDCマップに基づいてピクセルのパターンを刻み込むために、極度に高速なレーザが使用される。
レーザ書込みステップが終了した後で、UV透過測定システムが、マスクの各エリア上の減衰のレベルを測定し、それを所望の減衰レベルと比較する。もっと減衰が必要な場合には、減衰レベルを増大するためにCDCツールにより特定のエリアを再度処理することができる。
レーザ書込みおよびUV透過測定が終了した後で、ウェハ印刷のためにマスクが返送され、結果として得られた印刷は、露光フィールド内および露光フィールドを横切ってCD変動を低減する(改善する)。
通常、パルス当たり5ナノジュールより大きいエネルギーで、約150fsであり、20ピコ秒より短い持続時間の短レーザ・パルスを供給することができる反復率が約200KHzの高速フェムト秒パルス・レーザは、マスク基板の屈折率を局部的に変化させることができ、および/または遮光素子(SE)および/または特定のタイプのSEである回折光学素子(DOE)の適当な設計ができるようにするために、十分高いレベルの散乱および吸収で、破壊ゾーンを形成することができる。
遮光素子のパラメータは、種々の遮光素子パラメータ、および(通常、百分率で測定した)対応する減衰能のリストを含む基準校正リストにより決定することができる。
フォトマスクの前部のクロムパターン化面上の光学的に影響を受けたエリアの範囲は、クロム上のガラスの深さに正比例する。マスクの厚さは、通常、6.35mmであるので、背面の下のレーザ・ピクセル・パターンは、必要なエリアを効率的に遮光する。プロセスがもっと小さな影響を受けたエリアを必要とする場合には、必要に応じて、収差を補正して、クロム・コーティングした面のもっと近くにパターンを刻み込むことができる。
CD変動マップは、通常、CD SEM(走査型電子顕微鏡)またはウェハを横切ってCDマップを測定する光学CDシステムにより決定される。マップは、通常、一組のXY座標およびナノメートル単位のプラスまたはマイナスCD変動値として供給される。本発明の方法は、フォトマスク内に刻まれた場合、CD変動を補償する一組のピクセルを決定し、実行することにより進行する。補償は、部分遮光を行い、マスクの遮光エリアを通過するUV放射線の線量を低減するピクセル・アレイにより行われる。
UV光の透過をレジストしきい値に関する必要なレベルに減衰する目的で、もっと高い光学密度を達成するために、レーザ・ピクセルを横方向および/または縦方向に蓄積することができる。
ガラスまたは任意の透明な媒体内でピクセルをパターン化するために、超短パルス・レーザを使用する場合には、ガラス基板の厚さは、光学系の実際の一部になり、レーザ・ビームの光線の軌跡と強く干渉する。
経験の深い光学技術者にとって、光路長内で平らなガラスを追加すると、大きな球面収差が起こり、その結果、通常1インチの1/4の厚さの厚いガラスの場合、2より大きい係数だけ分解能が劣化するのは周知のことである。
ガラス内の数ミリメートルの光路長の変化による球面収差は、横方向および縦方向両方に起こる。
球面収差が生じると、横方向および縦方向の両方で、最善の焦点のところのレーザ点のエアリー・ディスクの理想的な形が失われる。
本発明は、追加のガラスの厚さのためのオプションとしての補償光路長により、基板の背面パターニングの使用(すなわち、クロム・コーティング上にすでにパターン化されている前面を通過しないで、基板の背面を通してレーザ書込み放射線を向けること)を示唆する。そのためレーザ・パターニングは、必要な焦点面のところで回折が制限される。
光学補償設定を使用することにより、球面収差を、ストレール比(理想の回折制限点に対する収差点のエネルギー比)が0.98を超えるほどの低いレベルに低減することができる。
さらに、遮光素子(SE)の光学設計を、UV放射線源の開口数(N.A.)、アパーチャ・タイプ、および部分コヒーレンスσ(シグマ)により行うことができる。
遮光素子の設計に対する上記パラメータの計算は、低次の回折の場合でも、数学的にかなり複雑なものである。しかし、1%〜25%の比較的低い遮断レベルの場合には、ゼロ次回折だけを考慮するとよい近似値が得られる(回折格子の場合のように、±1のようなもっと高次の貢献度は非常に低い)。この場合、減衰レベルは、アレイ内のピクセルでカバーされた相対面積により決定される。
実際の場合には、減衰レベルはほとんど1%〜25%の範囲内であり(本発明はこの範囲だけに限定されない)、このプロセスは、その狭い減衰範囲内に非常に広い動的範囲を有する。何故なら、ピクセルとピクセル・サイズを決めるレーザ・エネルギーとの間の距離が非常に正確に制御されるからである。
高速スキャナおよびX、Y移動ステージと一緒に、50KHz以上のレーザ・パルス反復率を使用すれば、1,000万以上のピクセルからなる1つの遮光素子を刻み込むのに数分またはそれ以下の時間しかかからない。
遮光したエリアは、CD測定マップにより決定される。実際には、このマップは、図形ファイルまたは数字のテーブルとしてコンピュータにロードされ、各エリアは、上記の基準リストから入手した指定の基準レベルからの変動レベルによりパターン化される。
それ故、本発明を使用すれば、すべてのフロント・エンド・アプリケーションに対して、リソグラフィ・プロセス内のフォトマスク上で、CD制御の高速で簡単なプロセスを改善することができる。
図1は、 本発明の好ましい実施形態によるレーザ・マスク処理ステーションの本発明の設置を示す。マスクは、XYZステージ上のホルダ上に置かれる。
図2は、 照明、フォトマスクおよび画像形成パラメータが理想的なものであり、シリコン・ウェハ自身上のCDが理想的に均一な理想的な状態を示す。
図3は、 (照明ビームの不均一、マスクCDの変動、画像形成光学系の収差のような)1つまたは複数の理由により、ウェハ上の露光フィールドを横切ってCDが変動する実際の状態である。
図4は、 ウェハの実際のCD変動情報に基づいて、補償パターンが、フォトマスク内に生成される補正した状態を示す。フォトマスクは、マスク上のラインの各領域を通して透過するUV光のレベルを減衰し、それによりウェハ上の実効CD値を所望の値に補正する。
レーザ・パルスの基本周波数には、おそらく高調波発生器2によりもっと高い高調波がかけられ、その後で出力エネルギーを制御する可変減衰器3によるもっと高い高調波がかけられる。
減衰したレーザ・ビームは、中央コンピュータ制御装置21により、レーザ・パルスのタイミングおよび3軸移動ステージ9と同期している、ガルボ・スキャナ、圧電アクチュエータ・タイプのスキャナ、または音響光学デフレクタ5のようなスキャナを含むことができるビーム供給システム内に向けられる。
その後で、ビームは、主対物レンズ6によりフォトマスク用ガラス基板側7に焦点を結ぶ。
同じ対物レンズ6が、倍率の大きな顕微鏡としての働きをする現場マシン・ビジョン・システム用に使用される。この顕微鏡は、ピクセルのサイズおよび形状を測定するために、またガラス材料内のレーザ破壊プロセスを監視するために使用することができる。この顕微鏡は、また、マスク内の所望のCDフィールドに対して遮光素子を正確に位置決めするためにも使用される。
マスクは、光ガイド10および可変アパーチャ・ストップ11を通して、光源13により照明される。
ピクセル・エリア、形状および位置は、最終的にはフォトマスクが使用されるリソグラフィ・プロセスの開口数および照明モードに一致するように選択される。
光は、コンデンサ・レンズにより、マスク8のパターン化されたクロム層上に視準される。
画像は、最終的には、対物レンズ6、ビーム・スプリッタ4、および光をCCDカメラ19の方向に向けるチューブ・レンズ18を通して形成される。
画像は、連続フレーム・グラバ20により捕捉され、中央コンピュータ制御装置21により処理される。
UV源16および検出システム17は、ガラス内でパターン化された各遮光エリアのUV放射線減衰レベルを測定し、読み出す。
倍率の低い追加の画像形成システム15(光源14を使用する)は、マスクを横切るナビゲーションのために使用され、整合マークの座標を決定するために使用され、そのためXY整合座標を含むCD変動テーブルは、コンピュータにロードすることができ、レーザ・パターン化プロセスをマッチさせることができる。
図3は、1つまたはいくつかの理由(照明ビームの不均一、マスクCD変動、画像形成光学系収差のような)での変動により、ウェハ露光フィールドを横切ってCDが変動する実際の状態を示す。左側においては、ラインは中央部に小さなCD変動38領域を含む理想的なCDの均一性36を示し、一方、右側においては、大きなCD変動40領域が位置する。
図4は、ウェハ(図3と同じ)の実際のCD変動マップ(例えば、CD SEMからの)に基づいて、マスク上のラインの各領域を透過したUV光のレベルを減衰し、従ってウェハ露光フィールド上の実効CD値を所望の値に補正するフォトマスク内で補償パターンが生成される補正した状態を示す。中央領域においては、弱いCD補正パターン42が形成され、フォトマスク内に刻まれ、一方、右側においては、もっと大きな減衰強度のもっと強力なCD補正パターン44が形成され、補正された投影パターン46になる。
好適には、CD補正パターンは、その背面(すなわち、対向クロム層)から、基板内の予め調整した最善の焦点面内に基板を通して書き込むことにより生成することが好ましい。それは、主として、前面がクロム層によりコーティングされ、パターン化されていて、そのため透明であり自由に遮光パターンを追加することができる背面を通して書き込むことにより、CD変動補正を容易に行うことができるからである。
本明細書に記載する実施形態の説明および添付の図面は、本発明をもっとよく理解してもらうためだけのものであり、本発明の範囲を制限するものでないことを理解されたい。
当業者なら本明細書を読めば、本発明の範囲に依然として含まれる添付の図面および上記実施形態を種々に調整または修正することができることも理解されたい。
5 音響光学デフレクタ 6 主対物レンズ
7 フォトマスク用ガラス基板側 8 マスク 9 3軸移動ステージ
10 光ガイド 11 可変アパーチャ・ストップ 13 光源
14 光源 15 画像形成システム 17 検出システム
18 チューブ・レンズ 19 CCDカメラ
20 連続フレーム・グラバ 21 中央コンピュータ制御装置
30 フォトマスク 32 吸収性コーティング 34 パターン
36 CDの均一性 38 CD変動 40 大きなCD変動
42 CD補正パターン 44 CD補正パターン 46 投影パターン
Claims (12)
- 対応するフォトマスクの臨界寸法(CD)を補正することにより、ウェハのパターン線の前記CDの変動を補償するための方法であって、前記フォトマスクが、2つのほぼ対向する面、すなわち、第1の背面および第2の前面を有する透明基板を有し、前記前面上には吸収性コーティングが塗布され、前記パターン線のところの前記コーティングを除去することによりパターン線がすでに形成されていて、前記方法が、
前記フォトマスクに関連するウェハ露光フィールドの領域を横切ってCD変動を決定するステップと、
所定の目標値より大きなCD変動が決定された前記ウェハ露光フィールドの領域と相関する領域内の前記フォトマスクの基板内に遮光素子を供給するステップとを含み、
それにより、前記遮光素子が前記領域を通過する光を減衰して前記CD変動を補償する方法。 - 前記遮光素子を供給するステップが、パルス・レーザを使用するステップを含む請求項1に記載の方法。
- 前記パルス・レーザが、超短フェムト秒パルス・レーザを備える請求項2に記載の方法。
- 遮光素子を供給する前記ステップが、前記背面を通して前記フォトマスクおよびほぼ対向するパターン線内にパルス・レーザ放射線を照射することにより行われる請求項1に記載の方法。
- 前記遮光素子のうちの少なくともいくつかが回折光学素子を備える請求項1に記載の方法。
- 前記遮光素子が、前記背面を通してレーザ・エネルギーを照射することにより前記基板内に刻まれる請求項1に記載の方法。
- 前記遮光素子のためのパラメータが、遮光素子およびその相対減衰能に対するパラメータの基準校正リストにより決定される請求項1に記載の方法。
- 前記遮光素子が、最大約15%の減衰を起こすように設計される請求項1に記載の方法。
- 前記超短フェムト秒パルス・レーザが、1KHz以上、好適には10KHz以上の高速反復率で動作する請求項1に記載の方法。
- 前記遮光素子の位置、サイズおよび設計パラメータに関する情報を計算し、該情報を使用してパルス・レーザ源を作動して前記フォトマスク内に前記遮光素子を刻み込むためにコンピュータ・プログラムを使用するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
- 前記コンピュータ・プログラムが、基準校正リストを使用して前記遮光素子のパラメータを決定する請求項10に記載の方法。
- 本明細書、添付の図面および添付の特許請求の範囲に実質的に記載するフォトマスクのパターン線の臨界寸法(CD)の変動を補償するための方法。
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