多射束图像增强的制作方法

专利名称：多射束图像增强的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工件上进行构图的方法，特别地，它涉及通过使用多束射束，增强在所述工件上构图形成的图像的方法。
背景技术：
当在制造例如显示器(例如TFT液晶显示器或等离子显示器)所用的掩模或刻线中形成周期图样时，一个关键的质量需求是没有瑕疵，例如所述图案中的色调差、明暗场、条纹或线条。
导致所述瑕疵的偏差，例如CD(临界尺寸，critical dimension)或定位误差，通常非常小，从几百个纳米到一纳米。这种尺寸偏差分布在显示器光掩模的一片相对较大的区域(如1500×1200mm)上，且非常难以被测量出来。然而，人的眼睛对有规律的变化是相当敏感的，它能够感知到图像中如斑纹等非常小的偏差。人类的眼睛对图像中周期性的强度变化相当敏感。观察的距离也会影响到所述周期性强度变化的显现。一般来说，如果在空间频率范围是1-20mm时对比度的差异在0.5％附近及以上，周期性强度变化将会被人类的眼睛检测到。从通常的观察距离，低于1mm的周期性强度变化不会被发现。
对于技术人员来说，有几种方法可以减少或消除光掩模中缺陷的出现。现本领域已知的方法特别适合用于减少或消除周期性缺陷的显现，周期性缺陷是最常见的缺陷。
周期性缺陷由某个方向上图案节距和系统节距之间的脉冲频率引起。图案节距由图案中相同特征之间的距离决定。在所述图案的X方向和Y方向上，图案节距可以不同。光栅扫描系统的一个系统节距是Y节距，其限定沿所述射束的扫描方向两个相邻辐照点尺寸重心之间的距离。几百个左右的辐照点沿着扫描方向形成一条扫描线。辐照点优选地在扫描线内连续打开，但也可以在任意给定时刻关闭，所述给定时刻由连接到根据所需的图案数据调制所述射束的调制器的时钟发生器的频率所决定。另一系统节距是X节距，其限定所述射束的两条相邻的平行扫描线之间的距离。X方向上的多个扫描线形成条带。条带交织在一起，在所述工件上形成所需的图案。
消除或减少工件图案中周期性缺陷的一种补偿方法被称之为缩放(scaling)，它是指图案中一个特征到另一特征之间的距离，即在X和Y方向上的图案节距，应该是系统节距的整数倍。如果在一个或两个方向不匹配，那么图案将在一个或两个方向上缩放，从而与所述系统节距匹配。图案的大小通过调节仪器的缩放参数来保持，例如通过改变干涉仪的波长或者通过调节初始干涉仪的缩放比例为所需比例，其中，干涉仪作为所述方向上的定位测量装置，如US 5635976所述。
然而，在如上所述校正图案时，通过使用多束射束从而增加写入速度而形成的掩模或刻线图案可能产生某种边缘效应，例如增加CD(临界尺寸)误差。例如，印在工件上的线条或特征具有不均匀的线宽。
需要一种方法和装置，当通过使用多束射束在工件上形成构图时，它能够使用上述对周期性缺陷的补偿方法而不增加CD误差。

发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种在工件上构图的方法，它能够消除或者至少减少在多射束图案发生器中补偿周期性缺陷时引起的增加的CD误差。
该目的依据本发明的第一方面，通过一种在工件上构图的方法来获得，所述工件至少部分地被一电磁辐射敏感层所覆盖，该方法通过使用在至少第一方向上具有预定间距的多束射束在所述工件上辐照一图案，其中，所述预定间距被设置为所述第一方向上的系统节距，该方法包括步骤将所述第一方向上的图案节距缩放为所述系统节距的整数倍，将所述第一方向上的初始系统节距调节成一调节后系统节距，将射束的所述预定间距调节到所述调节后系统节距(或其整数倍)。
本发明还涉及一在工件上构图的方法，该工件至少是部分地被一电磁辐射敏感层所覆盖，该方法通过使用在至少第一方向上具有预定间距的多束射束在所述工件上辐照一图案，其中，所述预定间距被设置为所述第一方向上的初始系统节距，该方法包括优化所述射束之间的间隔，从而减少所述工件的所述图案中的CD误差。
本发明的其他特征和优点将会从下文中本发明的优选实施例的详细描述和附图1-4中显见，附图仅用于示意，并不限制本发明。


图1是多射束光学系统的示意图。
图2是描述了的末级透镜和偏转器以及三束射束。
图3a-3c显示为消除工件上图案强度变化，如何调节图案节距和系统节距。
图4描述了依据现有技术的一激光图案发生器的实施例。
具体实施例方式
下面描述将参考附图来说明。
优选实施例是用于说明本发明，而不是限制权利要求中所定义的范围。本领域技术人员依据下面的描述可获得各种等价变换。
此外，优选实施例将参考一激光扫描图案发生器来说明。对于本领域的技术人员来说，任一辐照方式可以等价的应用，例如从红外线到紫外线，X射线或粒子束(例如电子、离子或原子束)。
本发明还对用于在例如显示器上生成周期图案的掩模或刻线的生产进行描述。对于本领域技术人员来说，本发明方法和装置能够等价地应用于在例如显示器或其它半导体部件中直接写入这种周期图案。
图4显示了依据先前技术的激光图案发生器的实施例。在此实施例中，支撑构件13承载着工件10。写入头包括用于在工件10上产生目标像素的光学系统2，其末级透镜3被放置在支座14上，该支座沿着导轨16即方向x 15滑动。随着支座14移动的部件由图1中阴影部分表示。导轨16沿方向y 9移动。在一实施例中，所述导轨16以步进的方式移动，并且所述支座14以连续的方式移动，其中，步进移动对应于慢速方向，连续移动对应于快速移动。在另一实施例中，所述导轨16以连续方式移动而支座14以步进方式移动。在又一实施例中，所述导轨16以连续方式移动，所述支座14也以连续方式移动。在这些实施例中，工件10保持在固定位置，并且对其构图。支承构件13可被设置在振动阻尼构件18上。所述振动阻尼构件优选地由高强度材料制成，并且可通过空气摩擦进一步减振。
图4中，导轨的远端被省略了。光学系统2产生扫描线，即，对沿着导轨的每个x位置在y方向上写几百个象素。大量的扫描线形成条带。依据所选择的写入策略，完整的图案包括相互交叠的条带或不交叠的条带。在一实施例中，所述光学系统包括调制器138、准直透镜组件144和偏转器139，参见图1。调制器138用于改变照明时间的周期和/或来自发射源17电磁辐射的强度。所述调制器138可以是常规声光调制器或具有相同功能的其它调制器。偏转器用于改变辐射流的方向，从而产生所述扫描线。偏转器也可是声光偏转器。一时钟发生器连接在调制器上，频率为50MHz。扫描线的长度，即，带的宽度是200μm。所述扫描线可能包括大约800个象素。
在另一实施例中，所述光学头2仅包括所述偏转器139。所述实施例中，调制器138被设置在距离激光源17固定的位置上。
辐射可由固定设置在导轨上或与导轨分离的激光源17产生。该辐射在平行于导轨16的方向被光学系统19扩束、准直、均化并发射，从而发射到支座14上的拾取光学系统21上，且在沿导轨的移动中横向位置、角度和横截面没有改变。
激光源可以是连续或脉冲激光源。激光的波长可以是413nm。
一般地，导轨16与工件的对准通过使用干涉仪来实现，参见US5635976，其申请人同本发明。简言之，控制单元(未显示)完成从存储装置中读取图案数据的初始化操作，并且发送指令或命令信号到伺服系统以控制导轨16的移动。时钟发生器产生时钟信号，同步数据传输装置、调制器138和偏转器139的操作。控制单元用于提供导轨16相对于工件10的准确位置。调制器138和偏转器可被相同的时钟信号驱动，以提供高度的准确性。定位监测装置，例如联接到移动装置(这里是导轨16)的干涉仪、探测仪和反射镜，监控着导轨16相对于工件10和末级透镜3的位置。与沿着导轨16移动的电动电机一起，所述定位监测装置形成对导轨16的移动提供精确控制的伺服装置。特定频率的时钟发生器和特定波长的干涉仪限定初始系统栅格(system grid)。可通过如下方式变大或变小X方向或Y方向上的缩放改变干涉仪之一的频率，或者如果一个干涉仪使用了分束器而产生两束所述激光束以便在两个方向上进行定位控制，则仅改变一个分支中的波长或以特定因子缩放初始比例，其中，干涉仪控制X方向或Y方向上的位置。这可用于改变初始系统节距。
利用例如设置在所述支撑构件13至少一末端的压电发生器，可以合适的方式平移工件10。
在图4中所示的实施例，所述工件10实质上平行于x-y平面设置。x-y平面可为水平平面或垂直平面。该x-y平面与一垂直平面平行时，所述工件为竖直衬底。与具有水平衬底的装置相比，具有竖直衬底的装置需要更小的清洁室区域和占地面积，然而与常规使用的机器相比，两个实施例都需要更小的清洁室区域。在直立的衬底10情况下，所述衬底不容易被污染，因此相对于水平衬底，粒子落下所需的辐照区域显著减少。在另一实施例中，所述衬底从水平平面倾斜0-90度。
竖直衬底的另一特征是所谓的下垂，这在具有水平衬底时基本是不可避免的，在垂直衬底情况下，下垂能够基本被消除。下垂的定义为由于工件自重而导致的工件变形。下垂的图案取决于衬底支撑构件的类型、支撑构件的数量和所述衬底自身的大小和几何形状。
步进电机或线性电机可移动导轨。该导轨可在空气轴承(air bearing)上滑动。导轨16的每一支腿下可有一个空气轴承。在另一实施例中，所述导轨的所述支腿是彼此耦接，从而形成一框架结构，包括所述支座在其上面沿x方向移动的上部以及包括沿y方向的空气轴承的下部。所述下部位于所述振动阻尼构件18的下方，即，所述框架的中空部分将在所述工件上移动，所述工件上方为上部，工件下方为下部。
就所述导轨或所述支撑构件13而言，可存在精确定位。所述精确定位可由机械和电子伺服系统形成。在一实施例中，有两个线性电机操作所述导轨，用于在y方向上执行所述移动。所述线性电机可通过旋转该导轨的方式来操纵执行所述精确定位。所述旋转可被联接到所述导轨的空气轴承限制，而在所述y方向上进行所述移动。
在支撑构件13的末端支撑部，可连接压电发生器，以在y方向上移动支撑构件13。所述致动器可由来自控制系统的模拟电压所驱动，该控制系统包括所述干涉仪、检测仪和反射镜以及感应支撑构件13相对导轨16的位置的反馈电路。致动器可仪器校正步进电机有限的分辨率和导轨16的非直线移动。每个致动器的移动范围为100μm。
代替通过联接到所述支撑构件13的致动器补偿所述导轨的非直线移动，所述导轨可自身调节，从而能够补偿所述步进或线性电机有限的分辨率。类似的，致动器可连接到所述导轨上，并且可以通过对支撑构件相对导轨的位置进行干涉测量而持续地监视。
支座14在图4实施例中沿导轨16在空气轴承22上滑动。它可由线性电机23驱动，并且除了电缆和进气管，导轨16和支座14之间没有其它物理接触。作用在其上的力仅来自无接触电机(contact-less motor)和惯性。
为了补偿导轨16直线性的误差，可使用校正。在机器组装以后，必须写测试盘并测量写入误差。这些误差存储在校正文件中，并且反馈给控制系统用作下一写入过程中的补偿。
所述光学系统2中的所述声光偏转器设置在所述末级透镜3正上方，可形成扫描线。象素可为300×300nm，并且每条扫描线可为200nm宽。透镜可为NA＝0.5的平面场校正透镜，焦距为4mm。
当末级透镜3位于正确位置时，x方向上的精确定位可基于开始扫描脉冲的定时。在y方向上，所述伺服机构可由沿声光扫描移动数据的数据延迟特征(data-delay feature)补充，如DE 4033732 A1中所述。这等价于一个位置控制带宽为100Hz以上的无惯性前馈控制系统(inertia free feed forwardcontrol system)。
可允许的所述支座的动程之间的角度偏差小于10微弧度，并且沿着所述动程没有任何焦点偏移。这可以通过多种方法解决。首先，支座14在预加载而具有高刚性的空气轴承上移动，从而很好地确定支座14相对导轨16的位置，并且不受外部空气压力和温度的影响。质量差的空气导轨可能导致沿扫描线的写入误差。然而，该误差可在校正的过程中测得，作为校正曲线存储，并反馈给位置反馈系统以在写入的过程实现补偿。通过准直激光束并利用射束整形光学器件19，焦距可被保持为常数。
参考图1，用于在工件100上进行构图的多射束光学系统可采用本发明。此多射束光学系统包括激光源17、激光束101、衍射光学元件(DOE)128、调制透镜组件130、调制器138、校正透镜组件144、棱镜124、声光偏转器139、末级透镜3和工件150。
激光源17的输出波长可在413nm，也可以使用其他的波长。激光源以连续或脉冲的方式输出激光辐射。
衍射光学元件DOE 128，将一束激光分离成多束激光，例如3、5或9束，然而可以通过一个或多个DOE 128产生任意数量的激光束。
调制透镜组件130将每束激光聚焦到调制器138上。
调制器138调制入射的聚焦后激光束。该调制器138可以是声光调制器。
棱镜124在以上组装件中插入，仅用于压缩激光束光路的范围。
校正透镜组件144校正来自调制器的每束独立的发散激光束。校正透镜组件是安装中的一个特征构件，它能够使激光束在工件150、10上有着正确的间隔。
声光偏转器偏转引导激光束在工件10上形成所述扫描线。末级透镜将多束激光聚焦在工件150、10上。
末级透镜3和调制器138被设置成相距固定的间隔。包括至少两个透镜的校正透镜组件144被设置在电动导轨上，或可以由其他合适的方式(例如压电运动)形成内部位置变化或者绝对位置变化。改变校正透镜组件到工件150之间的距离和改变所述校正透镜组件的焦距将会改变工件10上各束激光束之间的间隔。
改变工件10上各束激光束之间的间隔的另一方法是调节调制透镜组件，从而在调制器中改变各束激光束之间的间隔。
还有另一改变工件上各束激光束之间的间隔的方法是机械地拉伸衍射元件128，从而改变衍射栅格的间隔，这将会导致工件上激光束间隔具有所需的改变。
图2为光学系统2的放大图，光学系统2包括AOD 139和末级透镜3以及在各激光束101a、101b和101c之间存在初始间隔。这里使用三束激光束，并且两相邻激光束之间的间隔在图2中用a或b表示，为9.75μm，并且两不相邻的激光束之间的间隔(例如最左端的激光束101a和最右端的激光束101c)在图2中用b表示，为19.5μm。光束的间隔垂直于由所述AOD 139扫描光束的方向，即，如果所述间隔沿X方向延伸，则光束扫描沿Y方向延伸，也就是说，扫描线沿Y方向延伸，条纹沿X方向。在多射束写入策略中，各激光束或射束之间的初始间隔等于或大约等于X方向上系统节距的整数倍。
如果各激光束X方向上的间隔不等于X方向上系统节距大小的整数倍，则在图案中将出现边缘粗糙以及与图案相关的CD(临界尺寸)变化。
缩放是补偿工件图案缺陷的一种方法。该方法中，写入时，如X方向上的系统节距将发生尺寸变化。由于各激光束之间的名义间隔为X方向上初始系统节距的整数倍，因而会在所述图案中出现边缘粗糙以及与图案相关的CD(临界尺寸)变化。
图3a中描绘出，X和Y系统节距网格中由特征310a、310b形成的可重复图案。这里，X和Y系统节距是相等的，因此，形成矩形网格。从图3a可见，所述可重复图案没有在相等的网格位置开始。特征310a具有在X方向上的所述系统节距的开始点开始的最左边的特征边缘312a，而特征310b的最左边的特征边缘312b没有在X方向上的所述系统节距的开始点开始。特征310a和310b在X方向存在节距，该节距并非X方向上系统节距的整数倍。这种节距的不匹配很有可能引起图案强度变化，即条纹。
在图3b中，已在X方向上对图案的初始尺寸进行缩放，从而使X方向上图案节距与X方向上系统节距匹配。如图3b所示，特征310a最左边的特征边缘312b与系统节距的起点重合，特征310b的最左边的特征边缘也是如此。图案的缩放通过例如在图案数据中在一个方向上对特征应用一常数来进行在图3b中，很可能将不会检测到任何强度的改变。如果如图3所示写入图案，那么该图案将会显得比原始预期的设计看起来要小。因此，图3c中，X方向上的系统节距将增加，从而特征310a和310b将会以正确的大小写入。
图3a和3b中的正方形320表示X方向和Y方向上系统节距大小相同。图3c中的长方形表示X方向上的因子f较之图3a和3b中所示正方形更大。因子f表示图案在X方向上被调节或缩放，从而与图3b中X方向上的系统节距匹配。
可以通过上述方法改变在垂直于扫描方向的系统节距，即，改变干涉仪的波长或通过合适的因子改变初始干涉仪的缩放比例，该干涉仪用于控制所述方向上的位置。
图3c中的图案消除了X方向和Y方向上任何强度的变化，但是由于系统节距不再是激光束间隔的整数倍，因此会有CD误差。在发明中，激光束之间的所述间隔被调节到消除或者至少是减少所述CD误差。例如，如上所述，准直透镜系统的焦距和位置可以用于调节激光束在工件上的间隔，从而所述CD误差被减少或消除。
假定系统节距是0.75μm，那么多束激光间距(例如三束)为2.25μm，即两束激光束之间的间隔为9750nm，如图2所示，并且图案节距为100μm。该图案节距不是多射束间距的偶数倍100/2.25＝44.44。如果在X方向上实施了缩放，使用44倍光束节距，并通过调节系统节距得到了合适大小的缩放，因此图案中将不会有强度的变化。中间图案节距在此为99μm，为系统节距的偶数倍。使图案节距从99μm到100μm的缩放需要系统节距增加100/99＝1.010101010。相应于两束激光束之间间隔的误差为1.010101010×9750-9750＝98nm。这样的两激光束之间间隔误差可导致图案中的CD误差。
本发明参考优选实施例和所述实例而公开，但应当明白的是这些实例是用于说明而不是限制。对本领域技术人员，可在本发明的精神和权利要求的范围之内进行修改和合并。支撑构件在一方向上移动、光学系统位于垂直方向上以及导轨处于固定位置的示例如US5635976所公开。
权利要求
1.一种用于在工件上构图的方法，该工件至少部分地被电磁辐射敏感层覆盖，通过同时使用在至少第一方向上具有预定间距的多束射束在所述工件上辐照原始大小的图案，其中，所述预定间距被确定为所述第一方向上的初始系统节距，该方法包括以下步骤-缩放所述第一方向上的图案节距为所述系统节距的整数倍，-将所述第一方向上的初始系统节距调节为调节后系统节距，从而保持所述工件上的所述图案的所述原始大小，-将射束的所述预定间距调节为所述调节后系统节距，从而减少所述工件上的图案中的CD误差。
2.依据权利要求1的方法，其中，射束的所述间距被调节为所述调节后系统节距的整数倍。
3.依据权利要求1的方法，其中，通过改变设置在末级透镜和调制器之间的准直透镜组件的位置和焦距，在所述第一方向上调节射束的所述间距。
4.依据权利要求1的方法，其中，通过改变设置在分束装置和调制器之间的调制透镜组件的位置和焦距，在所述第一方向上调节射束的所述间距。
5.依据权利要求1的方法，其中，利用设置在电磁辐射源和调制器之间的分束装置，在所述第一方向上调节射束的所述间距。
6.一种用于在工件上构图的方法，该工件至少部分地被电磁辐射敏感层所覆盖，通过同时使用在至少第一方向上具有预定间距的多束射束，在所述工件上辐照原始大小的图案，其中，所述预定间距被确定为所述第一方向上的初始系统节距，该方法包括以下步骤调节所述射束之间的间距，从而减少所述工件上的图案中的CD误差。
7.依据权利要求6的方法，其中，射束之间的所述间距被调节为系统节距的整数倍。
8.依据权利要求6的方法，其中，通过改变设置在末级透镜和调制器之间的准直透镜组件的位置和焦距，在所述第一方向上调节射束的所述间距。
9.依据权利要求6的方法，其中，通过改变设置在分束装置和调制器之间的调制透镜组件的位置和焦距，在所述第一方向上调节射束的所述间距。
10.依据权利要求5的方法，其中，利用电磁辐射源和调制器之间的分束装置，在所述第一方向上调节射束的所述间距。
全文摘要
本发明的一方面包括一种在工件上构图的方法，该工件至少是部分地被一电磁辐射敏感层所覆盖，通过使用在至少第一方向具有预定间距的多束射束，将一图案辐照到所述工件上，其中，所述预定间距固定为所述第一方向上的初始系统节距，该方法包括步骤将所述第一方向上的图案节距缩放到所述系统节距的整数倍；将初始系统节距调节成一调节后系统节距，从而保持所述图案的缩放比例；将射束的所述预定间距调节到所述调节后系统节距。本发明的其他方面在说明书、附图和权利要求中得到反映。
文档编号G03F7/00GK1918517SQ200580004188
公开日2007年2月21日 申请日期2005年1月25日 优先权日2004年2月13日
发明者彼得·埃克伯格 申请人:麦克罗尼克激光系统公司