JP2005025186A - 光空間変調器、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

光空間変調器、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】リソグラフィ投影装置にパターニング手段として使える、個々に制御可能な素子のアレイを含む光空間変調器を画素のアドレス指定に要するデータ転送速度が速く、コンパクトな構成で提供すること。
【解決手段】この光空間変調器PPMの各画素10は、投影ビーム変調素子を形成する可動ミラー11およびミラーのアクチュエータ13が基板16の片側に取付けてあり、その反対側に変調素子を所望のパターンに従ってセットするための画素制御回路装置15が取付けてある。上記回路装置は、D/A変換器、A/D変換器、光ファイバ入力および複数のマイクロプロセッサの少なくとも一つを含むので、光学的データ転送、光空間変調器への圧縮データの送出、データ圧縮の解除、ミラーのアナログ駆動および各画素の自動較正を可能にすると共に、基板16の両面を使うので、この光空間変調器は非常にコンパクトである。
【選択図】図2

Description

本発明は、リソグラフィ投影装置であって、
放射線の投影ビームを供給するための放射線システム、
この投影ビームを所望のパターンに従ってパターン化するための個々に制御可能な素子のアレイ、
基板を保持するための基板テーブル、および
このパターン化したビームを基板の目標部分上に投影するための投影システム、を含む投影装置に使えるような光空間変調器に関する。
本発明は、光空間変調器、リソグラフィ投影装置およびデバイス製造方法に関する。
リソグラフィ装置は、基板の目標部分に所望のパターンを付ける機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路(IC)、フラットパネルディスプレイおよび微細構造を伴うその他のデバイスの製造に使うことができる。従来のリソグラフィ装置では、マスクまたはレチクルとも呼ぶパターニング手段を使ってこのIC(またはその他のデバイス)の個々の層に対応する回路パターンを創成してもよく、このパターンを、放射線感応材料(レジスト)の層を有する基板(例えば、シリコンウエハまたはガラス板)上の目標部分(例えば、一つまたは幾つかのダイの一部を含む)に結像することができる。マスクの代りに、このパターニング手段は、回路パターンの創成に役立つ、個々に制御可能な素子のアレイを含んでもよい。
一般的に、単一基板が隣接する目標部分の全ネットワークを含み、それらを順次露出する。既知のリソグラフィ装置には、全パターンをこの目標部分上に一度に露出することによって各目標部分を照射する、所謂ステッパと、このパターンを投影ビームによって与えられた方向(“走査”方向)に走査することによって各目標部分を照射し、一方、この基板をこの方向に平行または逆平行に同期して走査する、所謂スキャナがある。
個々に制御可能な素子のアレイを使うリソグラフィ装置の重要な問題は、この個々に制御可能な素子のアレイの画素をセットするために必要なデータをアップロードすることである。マスクを使用するリソグラフィ装置に匹敵するスループットおよび解像度を達成するためには、毎秒80テラビット以上のデータ転送速度が必要である。典型的な個々に制御可能な素子のアレイは、約8μm×8μmの画素および約1000×4000の画素を有するだろう。この必要なデータ速度を達成するためには、多重通信回線を並列に作動させることが必要である。スイッチング速度が速く、従って小さいデバイスに大きい熱放散がある。また、必要なアドレス指定回路装置が複雑であり、小さいスペースに収めるのが困難である。
米国特許第6,388,798号は、基板の片側に光空間変調器、特に液晶光バルブ(LCLV)および支持体の他の側にマイクロプロセッサを有する集積回路を開示する。このマイクロプロセッサと光空間変調器の間の電気接続は、基板を貫通する金属で内張したビアによって行う。その結果の構造を添付の図面の図4に示す。これらのビアは、支持体のマイクロプロセッサμp側でメタルワン金属化層M−ワンに接続してあり、その上にマイクロプロセッサμpが組立ててある。隆起を使ってこのマイクロプロセッサをPCBに接続してある。
米国特許第6,388,798号に開示してある光空間変調器は、携帯または手持式装置および家庭娯楽機器に使うためを意図している。マイクロプロセッサを同じ基板に集積することは、装置をよりコンパクトにし、それがその主な利点であり、且つまた家庭娯楽装置の光学系を同様に小さく作れるようにする。米国特許第6,388,798号は、光空間変調器の画素をアドレス指定するための装置を考慮せず且つデータ転送速度を改善する方法を何も提案しない。
この発明の目的は、リソグラフィ投影装置に使うのに適し且つ高データ転送速度でプログラムできる光空間変調器を提供することである。
このおよびその他の目的は、この発明によれば、光空間変調器であって、
基板上に配置した画素のアレイで、各画素が入射放射線ビームを変調するための光変調素子を有するアレイ、および
これらの光変調素子を所望のパターンに従ってセットするための、上記基板の上記光変調素子と反対側に配置した回路装置、を含む変調器に於いて、上記回路装置が、
デジタル・アナログ変換器、
アナログ・デジタル変換器、
光ファイバ入力、および
複数のマイクロプロセッサ、
の少なくとも一つを含むことを特徴とする変調器で達成される。
基板の裏側に追加の回路装置を設けることは、光空間変調器に付加的計算力および複雑さを与えることを可能にする。これは、データパスへのI/O接続の数を制限するため、デジタルかアナログ入力を可能にするためおよび、光空間変調器で起る圧縮解除と共に、圧縮データ送出を可能にするために使うことができる。この特徴は、もし、この光空間変調器がマスクを使うリソグラフィシステムに匹敵するレベルのウエハスループットで作動するために必要な桁外れのデータ転送速度の衝撃を軽減する方法をもたらす。更に一般的には、それは、さもないとこの光空間変調器への途中のデータ転送隘路によって制限されるかも知れない、光空間変調器画像の再生速度の増大をもたらす。
制御回路装置にアレイの各画素を較正させることも可能である。
本発明は、更に、リソグラフィ投影装置であって、
放射線の投影ビームを供給するための放射線システム、
この投影ビームを所望のパターンに従ってパターン化するための個々に制御可能な素子のアレイ、
基板を保持するための基板テーブル、および
このパターン化したビームを基板の目標部分上に投影するための投影システム、を含む投影装置に於いて、
上記個々に制御可能な素子のアレイが上に説明したような光空間変調器であることを特徴とする装置を提供する。
その上更に、この発明は、デバイス製造方法であって、
基板を用意する工程、
放射線システムを使って放射線の投影ビームを用意する工程、
この投影ビームをパターン化するために個々に制御可能な素子のアレイを使う工程、および
この放射線のパターン化したビームをこの基板の目標部分上に投影する工程、を含む方法に於いて、
上に説明したような光空間変調器を上記個々に制御可能な素子のアレイとして使うことを特徴とする方法を提供する。
ここで使う“個々に制御可能な素子のアレイ”という用語は、この基板の目標部分に所望のパターンが創れるように、入射放射線ビームにパターン化した断面を与えるために使うことができる手段を指すと広く解釈すべきであり、“光バルブ”および“光空間変調器”(SLM)という用語もこのような関係で使うことができる。そのようなパターニング手段の例には次のようなものがある。
− プログラム可能ミラーアレイ。これは、粘弾性制御層および反射面を有するマトリックスアドレス可能面を含んでもよい。そのような装置の背後の基本原理は、(例えば)この反射面のアドレス指定された領域が入射光を回折光として反射し、一方アドレス指定されない領域が入射光を未回折光として反射するということである。適当な空間フィルタを使って、上記未回折光を反射ビームから濾過して取除き、回折光だけを後に残すことができ、この様にして、このビームがマトリックスアドレス可能面のアドレス指定パターンに従ってパターン化されるようになる。代替案として、このフィルタが回折光を濾過して取除き、未回折光を基板に達するように残してもよいことが分るだろう。回折光学式マイクロ電気機械システムデバイスのアレイも対応する方法で使うことができる。各回折光学式マイクロ電気機械システムデバイスは、複数の反射リボンを含み、それを互いに対して変形して入射光を回折光として反射する格子を作ることができる。プログラム可能ミラーアレイの更なる代替実施例は、極小ミラーのマトリックス配置を使用し、適当な局部電界を印加することにより、または圧電作動手段を使うことにより、それらの各々を軸線周りに個々に傾斜することができる。やはり、これらのミラーは、マトリックスアドレス可能で、アドレス指定したミラーが入射放射線ビームをアドレス指定されないミラーと異なる方向に反射し、この様にして、反射ビームをこれらのマトリックスアドレス可能ミラーのアドレス指定パターンに従ってパターン化する。必要なアドレス指定は、適当な電子手段を使って行える。上記説明の両方の場合に、個々に制御可能な素子のアレイは、一つ以上のプログラム可能ミラーアレイを含むことができる。ここで言及したようなミラーアレイについての更なる情報は、例えば、米国特許第5,296,891号および同第5,523,193号、そして、国際特許公開第WO98/38597号および同第WO98/33096号から集めることができ、それらを参考までにここに援用する。
− プログラム可能LCDアレイ。そのような構成の例は、米国特許第5,229,872号で与えられ、それを参考までにここに援用する。
形態の予備バイアス、光学的近接補正形態、層変異技術および多重露出技術を使う場合、例えば、個々に制御可能な素子のアレイ上に“表示する”パターンは、基板の層にまたは基板の上に結局転写するパターンと実質的に違ってもよいことを理解すべきである。同様に、基板上に結局創成するパターンは、個々に制御可能な素子のアレイ上に任意の一瞬間に作るパターンに対応しなくてもよい。これは、基板の各部分に作る結果パターンを、個々に制御可能な素子のアレイ上のパターンおよび/または基板の相対位置が変る与えられた期間または与えられた露出数に亘って形成する装置の場合かも知れない。
この本文では、ICの製造でリソグラフィ装置を使用することを具体的に参照するかも知れないが、ここで説明するリソグラフィ装置は、集積光学システム、磁区メモリ用誘導検出パターン、液晶ディスプレイパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造のような、他の用途があるかも知れないことを理解すべきである。当業者は、そのような代替用途の関係で、ここで使う“ウエハ”または“ダイ”という用語のどれも、それぞれ、より一般的な用語“基板”または“目標部分”と同義と考えてもよいことが分るだろう。ここで言及する基板は、露出の前または後に、例えば、トラック(典型的には基板にレジストの層を付け且つ露出したレジストを現像する器具)または計測若しくは検査器具で処理してもよい。該当すれば、この開示をそのようなおよび他の基板処理器具に適用してもよい。更に、この基板を、例えば、多層ICを創るために、一度を超えて処理してもよく、それでここで使う基板という用語は既に多重処理した層を含む基板も指すかも知れない。
ここで使用する“放射線”および“ビーム”という用語は、紫外(UV)放射線(例えば、波長408、355、365、248、193、157または126nmの)および超紫外(EUV)放射線(例えば、5〜20nmの範囲の波長を有する)、並びにイオンビームまたは電子ビームのような、粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射線を包含する。
ここで使う“投影システム”という用語は、例えば使用する露出放射線に対して、または浸漬液の使用または真空の使用のような他の要因に対して適宜、屈折性光学システム、反射性光学システム、および反射屈折性光学システムを含む、種々の型式の投影システムを包含するように広く解釈すべきである。ここで使う“レンズ”という用語のどれも、より一般的な用語“投影システム”と同義と考えてもよい。
この照明システムも放射線の投影ビームを指向し、成形し、または制御するための屈折性、反射性、および反射屈折性光学要素を含む、種々の型式の光学要素も包含してよく、そのような要素も以下で集合的または単独に“レンズ”とも呼ぶかも知れない。
このリソグラフィ装置は、二つ(二段)以上の基板テーブルを有する型式でもよい。そのような“多段”機械では、追加のテーブルを並列に使ってもよく、または準備工程を一つ以上のテーブルで行い、一方他の一つ以上のテーブルを露出用に使ってもよい。
このリソグラフィ装置は、投影システムの最終素子と基板の間のスペースを埋めるように、この基板を比較的屈折率の高い液体、例えば水の中に浸漬する型式でもよい。浸漬液をこのリソグラフィ装置の他のスペース、例えば、個々に制御可能な素子のアレイと投影システムの最初の素子との間にも加えてよい。浸漬法は、投影システムの開口数を増すためにこの技術でよく知られている。
次にこの発明の実施例を、例としてだけ、添付の概略図を参照して説明する。それらの図面で対応する参照記号は対応する部品を指す。
図1は、この発明の特定の実施例によるリソグラフィ投影装置を概略的に示す。この装置は、
放射線(例えば、UV放射線)の投影ビームPBを供給するための照明システム(照明器)IL、
この投影ビームにパターンを付けるための個々に制御可能な素子のアレイPPM(例えば、プログラム可能ミラーアレイ)、一般的に個々に制御可能な素子のアレイの位置は、部材PLに関して固定であるが、その代りに部材PLに関して正確に位置決めするために位置決め手段に結合してもよい、
基板(例えば、レジストを塗被したウエハ)Wを保持し、且つこの基板を部材PLに関して正確に位置決めするために位置決め手段PWに結合された基板テーブル(例えば、ウエハテーブル)WT、および
個々に制御可能な素子のアレイPPMによって投影ビームPBに与えたパターンを基板Wの目標部分C(例えば、一つ以上のダイを含む)上に結像するための投影システム(“レンズ”)PLを含み、この投影システムは、個々に制御可能な素子のアレイを基板上に結像してもよい、その代りに、この投影システムは、個々に制御可能な素子のアレイの素子がシャッタとして作用する二次源を結像してもよい。この投影システムは、例えば、二次源を作り且つマイクロスポットを基板上に結像するために、マイクロレンズアレイ(MLAとして知られる)またはフレネルレンズアレイのような集束素子のアレイも含んでよい。
ここに描くように、この装置は、透過型である(即ち、透過性の個々に制御可能な素子のアレイを有する)。しかし、一般的に、それは、例えば、(反射型の個々に制御可能な素子のアレイを備える)反射型でもよい。
照明器ILは、放射線源SOから放射線のビームを受ける。この線源とリソグラフィ装置は、例えば、線源がエキシマレーザであるとき、別々の存在であってもよい。そのような場合、この線源はリソグラフィ装置の一部を形成するとは考えられず、放射線ビームは、一般的に線源SOから、例えば適当な指向ミラーおよび/またはビーム拡大器を含むビーム送出システムBDを使って、照明器ILへ送られる。他の場合、例えば、線源が水銀灯であるとき、線源がこの装置の一部分であってもよい。この線源SOと照明器ILは、もし必要ならビーム送出システムBDと共に、放射線システムと呼んでもよい。
照明器ILは、ビームの角強度分布を調整するための調整手段AMを含んでもよい。一般的に、この照明器の瞳面での強度分布の少なくとも外側および/または内側半径方向範囲(普通、それぞれ、σ外側およびσ内側と呼ぶ)を調整できる。その上、照明器ILは、一般的に、積分器INおよびコンデンサCOのような、種々の他の部品を含む。この照明器は、その断面に所望の強度分布を有する、投影ビームPBと呼ぶ、状態調節した放射線ビームを提供する。
ビームPBは、次に、個々に制御可能な素子のアレイPPMと交差する。個々に制御可能な素子のアレイによって反射されてから、ビームPBは、投影システムPLを通過し、それがこのビームPBを基板Wの目標部分C上に集束する。位置決め手段PW(および干渉計測定手段IF)を使って、基板テーブルWTを、例えば、異なる目標部分CをビームPBの経路に配置するように、正確に動かすことができる。使用するならば、個々に制御可能な素子のアレイ用の位置決め手段を使って、例えば走査中に、個々に制御可能な素子のアレイPPMの位置をビームPBの経路に関して正確に補正することができる。一般的に、物体テーブルWTの移動は、図1にはっきりは示さないが、長ストロークモジュール(粗位置決め)および短ストロークモジュール(精密位置決め)を使って実現する。類似のシステムを個々に制御可能な素子のアレイを配置するためにも使ってよい。物体テーブルおよび/または個々に制御可能な素子のアレイが固定位置を採りながら、必要な相対運動を得るために、投影ビームがその代りに/その上可動であってもよいことが分るだろう。フラットパネルディスプレイの製造に特に適する、更なる代替案として、基板テーブルの位置および投影システムが固定で、基板をこの基板テーブルに対して動くように構成してもよい。例えば、基板テーブルにこの基板テーブルを横切ってほぼ一定の速度で走査するためのシステムを設けてもよい。
この発明によるリソグラフィ装置をここでは基板上のレジストの露出用であるとして説明するが、この発明はこの用途に限らないことおよびこの装置をレジストレス・リソグラフィで使うためにパターン化した投影ビームを投影するために使ってもよいことが分るだろう。
図示する装置は、以下の四つの好適モードで使うことができる。
1.ステップモード:個々に制御可能な素子のアレイが全パターンを投影ビームに与え、それを目標部分C上に一度に(即ち、単一静的露出で)投影する。次に基板テーブルWTをXおよび/またはY方向に移動して異なる目標部分Cを露出できるようにする。ステップモードでは、露出領域の最大サイズが単一静的露出で結像する目標部分Cのサイズを制限する。
2.走査モード:個々に制御可能な素子のアレイが与えられた方向(所謂“走査方向”、例えば、Y方向)に速度vで動き得て、それで投影ビームPBがこの個々に制御可能な素子のアレイの上を走査させられ、同時に、基板テーブルWTがそれと共に同じまたは反対方向に速度V=Mvで動かされ、このMはレンズPLの倍率である。走査モードでは、露出領域の最大サイズが単一動的露出での目標部分の幅(非走査方向の)を制限し、一方走査運動の長さが目標部分の高さ(走査方向の)を決める。
3.パルスモード:個々に制御可能な素子のアレイを本質的に固定し、パルス化した放射線源を使って全パターンを目標部分C上に投影する。基板テーブルWTをほぼ一定速度で動かして投影ビームPBに基板Wを横切る線を走査させるようにする。個々に制御可能な素子のアレイ上のパターンを放射線システムのパルス間で必要に応じて更新し、これらのパルスは、連続する目標部分Cを基板上の必要な場所で露出するように時間が決めてある。従って、投影ビームは、基板のストリップに対して完全なパターンを露出するために基板Wを横切って走査できる。完全な基板を1行ずつ露出するまでこのプロセスを繰返す。
4.連続走査モード:実質的に一定の放射線源を使い、個々に制御可能な素子のアレイ上のパターンを投影ビームが基板を横切って走査し且つそれを露出するとき更新することを除いて、本質的にパルスモードと同じである。
上記説明の使用モードの組合せおよび/または変形または全く異なった使用モードも使ってよい。
図2は、個々に制御可能な素子のアレイ(光空間変調器)PPMの素子(画素)10を断面で示す。各画素10は、この画素のビーム変調素子を形成し、基板16の上に取付けてある、軸12の周りに回動自在なミラー11を含む。軸12用の支持体は、明確にするためにこの図から省略してある。ミラー11の回転を制御するために、コンデンサ板13がミラーの各半分の下に一つ、基板16上に設けてある。対応する板(図示せず)がミラーの背面に設けてあるが、もしミラーそれ自体が十分に導電性であれば、それらを省略してもよい。入射投影ビームを静止状態および作動したミラーによって異なる方向に反射される。適当な空間フィルタを使ってこれら二つの状態の一つでミラーによって反射した放射線を阻止してこの変形可能なミラーがスイッチになるようにする。更に複雑な構成を使ってグレースケールを実行することができる。
所望のパターンを表示するようにこの光空間変調器をセットするためには、各画素を個々にアドレス指定しなければならない。これは、基板16の裏側の画素制御回路15によって実行する。各画素用の制御回路15は、ビア14によってそれぞれのコンデンサ板13に接続してある。ビア14は、このデバイス形成の初期段階に、各側から基板の中間まで整列した孔または溝をエッチングし、ビアの壁に金属層を被着することによって作ってもよい。
光空間変調器のアドレス指定回路20を、このデバイスの平面図である図3に示す。1次インタフェース21が外部源からパターンデータを受け、それをそれぞれのカラムアドレス線22に分配し、それらの線は、それぞれの画素10に繋がり、それぞれのパターンデータを画素制御回路15へ送出する。
データを光空間変調器へ転送できる速度を最大にするためには、それを光学的に、好ましくは画素のカラム当り1本の、複数のチャンネルを使って送出する。従って、1次インタフェース21は、それぞれの光ファイバに結合し、光信号を電子信号に変換するために複数の光ファイバ入力を含む。また、以下のものが1次インタフェースおよび/または画素制御回路に含まれている。
一つ以上のアナログ・デジタル(A/D)変換器、
一つ以上のデジタル・アナログ(D/A)変換器、および
一つ以上のCPU。
これらは、圧縮データのSLMへの送出および各画素の自動較正を可能にする。
一好適装置では、データを光空間変調器へ圧縮したデジタル形で送出しながら、グレースケール露出を行うためにミラーをアナログ制御信号で駆動する。従って、CPUは、デジタルデータを圧縮解除し、それを次々にデジタル・アナログ変換器へ送出して、アナログ制御信号をそれぞれの画素へ送出するマルチプレクサを制御する。
このデジタル・アナログ変換器の内部較正は、アナログ・デジタル変換器を基準として使って行うことができる。ミラーの傾斜は、ミラーの下のコンデンサ(アクチュエータ)に指定した直流電圧を加え、このコンデンサ電位に小さい交流成分を加えるときに流れる電流を測定することによって結果静電容量を測定することによって較正できる。測定した静電容量は、ミラー位置を示す。各ミラーの共振振動数の測定は、ミラーヒンジの時効についての情報を与える。
上記の較正から生ずる全てのデータは、必要な補正を制御システムに透明に適用できるように、光空間変調器の内蔵CPUによって保持してもよい。その代りに、必要な補正をSLMへ送出したデータで行うために、データを制御システムへ伝達することができる。
この発明の特定の実施例を上に説明したが、この発明を説明したのと別の方法で実施してもよいことが分るだろう。この説明は、この発明を制限することを意図しない。
この発明の実施例によるリソグラフィ投影装置を示す。 この発明の実施例による光空間変調器の側面図である。 図2の光空間変調器の裏側の平面図である。 先行技術によるマイクロプロセッサと共に基板上に統合した液晶光バルブを示す。
符号の説明
10 画素
16 基板
BD ビーム送出システム
C 目標部分
IL 照明システム
PB 投影ビーム
PL 投影システム
PPM 個々に制御可能な素子のアレイ
SO 線源
W 基板
WT 基板テーブル

Claims (5)

  1. 基板(16)上に配置した画素(10)のアレイであって、各画素(10)が入射放射線ビームを変調するための光変調素子を有するアレイ、および
    光変調素子を所望のパターンに従ってセットするための、前記基板(16)の前記光変調素子と反対側に配置した回路装置、を含む光空間変調器に於いて、前記回路装置が、
    デジタル・アナログ変換器、
    アナログ・デジタル変換器、
    光ファイバ入力、および
    複数のマイクロプロセッサ、
    の少なくとも一つを含むことを特徴とする光空間変調器。
  2. 前記制御回路装置が外部源から供給される圧縮したパターンデータを圧縮解除するように機能する請求項1に記載された光空間変調器。
  3. 前記制御回路装置がこのアレイの各画素(10)を較正するように機能する請求項1または請求項2に記載された光空間変調器。
  4. 放射線の投影ビーム(PB)を供給するための放射線システム(SO、BD、IL)、
    投影ビーム(PB)を所望のパターンに従ってパターン化するための個々に制御可能な素子のアレイ(PPM)、
    基板(W)を保持するための基板テーブル(WT)、および
    パターン化したビームを基板(W)の目標部分(C)上に投影するための投影システム(PL)、を含むリソグラフィ投影装置に於いて、
    前記個々に制御可能な素子のアレイ(PPM)が請求項1ないし請求項3の何れか一項に記載された光空間変調器であることを特徴とするリソグラフィ投影装置。
  5. 基板(W)を用意する工程、
    放射線システム(SO、BD、IL)を使って放射線の投影ビーム(PB)を用意する工程、
    この投影ビーム(PB)をパターン化するために個々に制御可能な素子のアレイ(PPM)を使う工程、および
    この放射線のパターン化したビームを上記基板(W)の目標部分(C)上に投影する工程、を含むデバイス製造方法に於いて、
    請求項1ないし請求項3の何れか一項に記載された光空間変調器を前記個々に制御可能な素子のアレイ(PPM)として使うことを特徴とするデバイス製造方法。
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