JP2005340826A - ヘリカル光学パルスストレッチャ - Google Patents

Abstract

【課題】リソグラフィ照明源からのパルスを有意に伸ばすことができるコンパクトなパルスストレッチャを提供すること、およびこのようなパルスストレッチャを含むリソグラフィシステムを提供すること。
【解決手段】パルスストレッチャであって、シングルパスパルスストレッチャと、当該シングルパスパルスストレッチャのどちらかの面に配置された第１のプリズムおよび第２のプリズムを含み、ビームは前記シングルパスストレッチャに入射し、前記シングルパスパルスストレッチャを通るマルチプルパスのための前記第１のプリズムおよび第２のプリズムを用いてヘリカル経路内で反射される、ことを特徴とするパルスストレッチャおよびこのようなパルスストレッチャを含むリソグラフィシステム。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、パルスストレッチャ、特にリソグラフィ用途において使用されるヘリカル（らせん）パルスストレッチャに関する。

リソグラフィは、基板の表面上にフィーチャを形成するために使用されるプロセスである。この種の基板は、フラットパネルディスプレイ（例えば液晶ディスプレイ）、回路基板、様々な集積回路および同様のものの製造において使用されるものを含むことができる。このような用途に対してしばしば使用される基板は、半導体ウェハまたはガラス基板である。

リソグラフィの間、ウェハステージ上に配置されたウェハは、リソグラフィ装置内に配置された露光光学系によってウェハの表面に投影される画像に曝される。フォトリソグラフィの場合には露光光学系が使用されるが、特定の用途に応じて異なるタイプの露光装置を使用することができる。例えば、当業者に知られているように、Ｘ線、イオン、電子または光子リソグラフィは、それぞれ異なる露光装置を必要とすることができる。フォトリソグラフィの特定の例は、ここでは例のためにのみ記述されている。

投影された画像は、ウェハの表面に堆積された層、例えばフォトレジストの特性を変化させる。これらの変化は、露光中にウェハ上に投影されるフィーチャに相当する。露光の後、層をエッチングすることができ、パターニングされた層が形成される。パターンは、露光中にウェハ上に投影されるこれらのフィーチャに相当する。次いで、このパターニングされた層は、ウェハ内で下側に位置する構造層、例えば導電層、半導体層または絶縁層の露出した部分を除去するかまたはさらに処理するために使用される。次いで、このプロセスは、ウェハの表面または様々な層に所望のフィーチャが形成されるまで、他のステップと共に繰り返される。

露光中に伴われる出力密度が高いので、マイクロリソグラフィにおいて使用される光学素子を設計するのは困難である。高出力レーザはしばしば、マイクロリソグラフィシステム内の照明源として使用される。このようなレーザは通常、相対的に短い、強力なパルスを生成するパルス状レーザである。強力なパルスは時間が経つにつれて、光学素子（例えば投影光学系において使用されるレンズ）にダメージを与えるので、これらの光学素子は頻繁に交換されなければならない。ハイパワー密度の影響を低減させるために、リソグラフィ装置においてパルスストレッチャがしばしば使用される。パルスストレッチャはビームスプリッタ配列を使用し、パルスの持続時間を拡張する、受動的な光学素子である。単独のパルスストレッチャの効果を増やすために、パルスストレッチャはしばしばカスケード接続される。しかし、リソグラフィツールを伴う投影光学系が使用できる空間は限られている。従って、パルスストレッチャに対して使用可能な空間も限られているので、多数のカスケード接続されたパルスストレッチャを使用することはしばしば排除される。

従って、パルスストレッチャの目的は、パルスエネルギーを概して一定に保ち、他方で適切なタイミングでパルスをひろげることによってピーク強度を低減させることである。

従って、コンパクトで、かつリソグラフィ照明源からのパルスを有意に伸ばすことができるパルスストレッチャが必要とされている。

本発明の課題は、リソグラフィ照明源からのパルスを有意に伸ばすことができるコンパクトなパルスストレッチャを提供すること、およびこのようなパルスストレッチャを含むリソグラフィシステムを提供することである。

上述の課題は、パルスストレッチャであって、シングルパスパルスストレッチャと、当該シングルパスパルスストレッチャのどちらかの面に配置された第１のプリズムおよび第２のプリズムを含み、ビームは前記シングルパスストレッチャに入射し、前記シングルパスパルスストレッチャを通るマルチプルパスのための前記第１のプリズムおよび第２のプリズムを用いてヘリカル経路内で反射される、ことを特徴とするパルスストレッチャによって解決される。さらに上述の課題は、パルスストレッチャであって、シングルパスパルスストレッチャと、当該シングルパスパルスストレッチャのどちらかの面に配置された光学システムを含み、ビームは前記シングルパスストレッチャに入射し、前記シングルパスパルスストレッチャを通るマルチプルパスのための前記光学システムを用いてヘリカル経路内で反射される、ことを特徴とするパルスストレッチャによって解決される。さらに上述の課題は、リソグラフィシステムであって、光伝播のために、照明源と、パルスストレッチャと、照明光学系と、レチクルと、投影光学系を含み、前記パルスストレッチャは、シングルパスパルスストレッチャと、当該シングルパスパルスストレッチャのどちらかの面に配置された第１のプリズムおよび第２のプリズムを含み、ビームは前記シングルパスストレッチャに入射し、前記シングルパスパルスストレッチャを通るマルチプルパスのための前記第１のプリズムおよび第２のプリズムを用いてヘリカル経路内で反射される、ことを特徴とするリソグラフィシステムによって解決される。さらに上述の課題は、リソグラフィシステムであって、光伝播のために、照明源と、パルスストレッチャと、照明光学系と、レチクルと、投影光学系を含み、前記パルスストレッチャは、シングルパスパルスストレッチャと、当該シングルパスパルスストレッチャのどちらかの面に配置された光学システムを含み、ビームは前記シングルパスストレッチャに入射し、前記シングルパスパルスストレッチャを通るマルチプルパスのための前記光学システムを用いてヘリカル経路内で反射される、ことを特徴とするリソグラフィシステムによって解決される。

本発明は、関連分野の１つまたは複数の問題および欠点を実質的に回避する、ヘリカル光学パルスストレッチャに関する。

本発明は、ある実施例では、シングルパス（single pass）パルスストレッチャを含むパルスストレッチャを含む。光学システムは、このシングルパスパルスストレッチャ周辺に配置される。ビームはシングルパスパルスストレッチャに入射し、シングルパスパルスストレッチャを通るマルチプルパスのための光学システムを用いて、ヘリカル経路内で反射される。シングルパスパルスストレッチャは２つの９０°プリズムを含む。これらの９０°プリズムの間にはビームスプリッタが配置されている。光学システムは、第１のプリズムと第２のプリズムを含む。この第１のプリズムおよび第２のプリズムのうちの少なくとも１つは、ダハプリズムであり得る。第１のプリズムおよび第２のプリズムは、ビームをヘリカル経路内に向けるように配向された少なくとも１つの表面を有する。光学システムは、１つまたは複数のミラーを含んでいてもよい。

発明の付加的な特徴および利点を以下の説明において示し、一部はこの説明から明らかになる、または発明の実施によって学習される。発明の利点は、記載の説明および請求項並びに添付の図面において特に指摘された構造によって実現および達成されるであろう。

前記の概略的な説明および以下の詳細な説明は例示的かつ説明的であり、請求項に記載された発明のさらなる説明を提供しようとするものであることを理解されたい。

本明細書に組み込まれかつ明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施例を示しており、詳細な説明と共に、本発明の原理を説明する。

特定の構成および配列が説明されているが、これは例示的目的のみのためになされていることを理解されたい。当業者は、本発明の思想および範囲から逸脱することなくその他の構成および配列を使用することができることを認めるであろう。本発明が様々な他の用途においても使用できることは当業者には明らかであろう。

図１Ａおよび１Ｂには、本発明の実施例が示されている。分かり易くするために、図１Ａには光学素子のみが示され、図１Ｂには、伝播光ビームが付加され、参照番号が付与された同じ素子が示されている。以下の説明では、方向（すなわち左、右、上、下）の意味は、例示するためにのみ使用されるものであって、本発明を制限するものではない。

図１Ａには、本発明のパルスストレッチャの例が斜視図で示されている。図１Ａに示されているのは以下の光学素子である：すなわちプリズム１０２、ビームスプリッタ１１０、プリズム１０４および２つのプリズム１０６および１０８である。プリズム１０２および１０４は通常は９０°プリズムであり、言い換えれば、図１Ｂにおいて太線で示されているように、ビーム１１１は左側から入射し、ビーム１３０Ｌで右側から出射する。入射ビーム１１１は、プリズム１０６の近傍を通過する（しかし入射しない）。最終的に出力ビーム１３０Ｌは、入射ビーム１１１と比べて「伸ばされている」パルスである（全幅半値の意味で）。

図１Ｂに示されているように、ビーム１１１は左側から入射する。ビーム１１１の実質的に半分は真っすぐに続く（１１２参照）。またビーム１１１の他方の半分は、ビームスプリッタによって上方に反射され（１２２参照）、その後、反射されて表面１０２Ａから外され（ビーム１２４）、その後、ビーム１１６として、反射されて表面１０２Ｂから外される（この場合には表面１０２Ａ，１０２Ｂは反射性の表面として作用することに注意されたい）。帰路において、ビーム１２０はビームスプリッタ１１０に入射する。ビーム１２０の半分は、ビームスプリッタ１１０によって右側に反射され（ビーム１１２と結合）、半分はビームスプリッタ１１０を通って上方へ続く（ビーム１２２を参照）。従って、差し当たって図１Ｂにおける「太い」ビーム路のみを考慮すると、この経路はシングルパスビームスプリッタ−パルスストレッチャをあらわす。パルス持続時間の拡張は、ビームが「ループの周り」を回るのにかかる時間の量に比例する（太い破線であらわされている）。これは、プリズム１０２，１０４およびビームスプリッタ１１０のシステムによって導入された遅延に相当する。

特定の用途では、遅延量は物理的なシステムパラメータに依存し得る。より大きなパルスストレッチングは、図１Ｂにおけるビーム１１６および１２０に対する、より長い経路長を意味する。このようなより長い経路長はある程度は、例えば光軸を折り畳むためにミラーを用い、折り畳まれた光路を使用して得られる。しかし余分な表面を加えることによって、システムに複雑性が増す。殊に、相当のパルスストレッチング効果を得るためには、光学素子の大きさと比較してビーム１１６および１２０の効果的な光路長はかなり長くなくてはならないからである。これは、二次元だけではなく、しばしば３次元に光路が折り畳まれる必要があることを意味する。これによってさらにアライメントが困難になる。

プリズム１０８および１０６は、複数回にわたって、素子１０２，１０４および１１０を通じてビームを再循環させる。さらに図１Ａおよび図１Ｂから分かるように、プリズム１０８は表面１０８Ａおよび１０８Ｂを有している。少なくとも１つの（択一的に両方の）表面１０８Ａおよび１０８Ｂが配向され、表面の反射後にビーム１３０（この場合には１３０Ａ，１３０Ｅ，１３０Ｉ。図１Ｂを参照）が僅かに図１Ｂにおいて紙から外れる方向にずらされる。同じようにプリズム１０６は表面１０６Ａおよび１０６Ｂを有しており、これらのうちの少なくとも１つが僅かな角度に配向され、ビームが僅かに紙から外れる方向にずらされる。この結果、最終的にパルスストレッチャから出射するまで（ビーム１３０Ｌ）、ヘリカル経路に沿って伝播するビームが生じる（この場合にはセグメント１３０Ａ〜１３０Ｌ）。光学的なリソグラフィ装置において使用されるビームはしばしば矩形であるので、図１Ａに示されたパルスストレッチャは実際にはこの用途において殊に有効であるということに注意されたい。素子１０２，１１０，１０４を通過するにつれて、ビームの各通過によって、光の５０％が「ストレッチされる」。従ってカスケード接続された、またはタンデム接続されたパルスストレッチャのような効果が得られる。

通常はルーフタイプのプリズムである、プリズム１０６および１０８の代わりに、ミラー表面が使用可能であることに注意されたい。択一的に、表面のうちのいくつかだけがミラーとして使用される。例えばプリズム１０８のみ、またはプリズム１０６のみがミラーによって置き換えられ、他のプリズムは上述したままにされる。ビームスプリッタ１１０は立方体として示されているが、立方体である必要はないということにも注意されたい。なぜなら他の形状のあらゆるビームスプリッタも使用可能だからである（例えば図４の択一的な実施例に示されたプレートビームスプリッタ４０１を参照）。

実際の問題として、長い遅延を伴う単独のパルスストレッチャは、カスケード接続されて配列された多数のパルスストレッチャを使用したときのパルスストレッチと同じほど効果的ではない。図１Ａに示された構造は、単独のパルスストレッチャの使用を可能にし、またカスケード配列された複数のパルスストレッチャのパフォーマンスが得られる。

さらに、プリズム１０６および１０８は同一であるように示されているが、このようである必要はないことにも注意されたい。唯一必要なことは、プリズム１０６および１０８が相互に反対の方向に配置され、かつ入射ビームの経路に対してある角度をなして配置されるということである（すなわちビーム１１１に対して平行）。これによってビーム１３０Ａ〜１３０Ｌのヘリカル経路が実現される。

典型的な構造では、プリズム１０６，１０８へ通過する数は２〜５回であるが、より多くの通過も可能である。光学設計者は、光学系における損出と、より効果的なパルスストレッチングの必要性とのバランスをとらなければならない。従って大まかには、３回の通過が最適であると考えられる。

図１Ａに示されている素子のサイズは、ビームサイズに依存する。図１Ａに概略的に示されているように、ビームが約１ｍｍ×１ｍｍの「ペンシル」ビームである場合には、素子は非常に小さくなる。しかし多くの実際のシステムが、２５ミリメータ×５ミリメータのオーダでのより大きな矩形ビームを有している。この場合には、図１Ａにおける「紙から外れる（out of the page）」距離は有利には短い距離として選択される。この場合にはプリズムディメンジョンは５０ミリメートルのオーダである。プリズム１０２および１０４が、２つの鏡映表面によってそれぞれ置き換えられてもよいということにも注意されたい（言い換えれば、プリズム１０４の代わりに表面１０４Ａ，１０４Ｂ、または１０２Ａ，１０２Ｂが配置されている場所にミラーが配置される（例えば図５の択一的な実施例で示されたプレートビームスプリッタ５０２，５０４，５０６，５０８および図６の択一的な実施例において示されたミラー６０２，６０４，６０６，６０８を参照）。プリズムは、ソースの波長によって必要とされるように、光学ガラス，石英，融解石英等から構成されていてもよい。ビーム散乱を阻止するために動力がつけられた表面がプリズムまたはミラー表面として使用されてもよい。また、ビーム散乱を阻止するためにレンズがビーム路内に挿入されてもよい。

図２には本発明のパルスストレッチャを使用した、パルスプロフィールへの効果が示されている。水平軸は時間であり（ナノ秒での）、垂直軸は相対単位でのパルスの出力密度である。パルスは、本発明のパルスストレッチャを通過した後には、相応したより低い出力密度を伴い、より滑らかで、より長いということに注意されたい。

さらにエレメント１０２，１１０，１０４は、図１Ａに示されているのと同じである必要はない。同じ効果を得るために、あらゆるシングルパスパルスストレッチャが、プリズム１０６，１０８の間の中間に置かれる（適切なアライメントによって）。さらに、４つのミラーの代わりに、３つのミラーを伴うプリズム１０６，１０８を代用することも可能である。図７の択一的な実施例に示されたミラー６０２，６０４，６０８を参照されたい（図１Ａに示されたものと比較して角度は変化する）。さらなる選択肢として、例えば図８でのミラー８０２，８０４，８０６，８０８，８１０および８１２によって示されたように配置された多数のミラーを使用することもできる。

図９の択一的な実施例においてエレメント９０２，９０４によって示されているように、プリズム１０６，１０８を置き換えるために、ミラーをそれぞれ１つだけ使用することも可能である。この場合には、ビーム路１３０Ａ〜１３０Ｌによって示されたようなヘリカル経路を有することは不可能であり、それに対する代償として、少なくとも１つのディメンジョンにおいてビームは僅かにぶれる。しかし、上述した光学技術的な結果が受け入れられる場合、プリズム１０６，１０８を置き換えるために２つのミラーのみを使用してパルスストレッチングを実現することが可能である。単独のミラーで、ロードプリズム（road prisms）１０６，１０８のうちの１つだけを置き換える場合、残りのダハプリズムは４５°プリズムではなく、同じ効果を得るためには僅かに異なった角度であることに注意されたい。

図１Ａに示されたパルスストレッチャを製造する多くの方法がある。例えば全ての素子を別個の素子として製造し、その後でそれらをアライメントして統合することが可能である。ビームスプリッタ１１０をプリズム１０２と結合させることが可能である。例えば、素子１０６，１１０および１０２を単独の素子として、または素子１０６，１０２，１１０および１０８を単独の素子として、またはそれらの組み合わせとして製造することができる。図示された表面間の相対的な角度アライメントは重要であり、要求されている公差および角度配向で単独の素子を製造するのは、それらを個々に製造し、その後でそれらを相対的に相互にアライメントするのよりも困難であるので、製造性とその後のアライメントとの間に工学技術的なトレードオフが存在する。

図３には本発明の実施例に相応するシステム３００が示されている。システム３００は、照明光学系３０４に光を出力する照明源３０２を含む。照明光学系３０４によって、光はマスクまたはレチクル３０６を通過し（または外れ）、投影光学系３１０を介して基板３０８上に達する。パルスストレッチャは、図３におけるエレメント３２０として示されている。このシステムに対する１つの実施形態は、リソグラフィシステムまたはそれと同様のものである。他の実施形態はホログラフィーシステムである。

結論
本発明の様々な実施形態を上に説明したが、それらは限定としてではなく例としてのみ示されていることを理解されたい。発明の思想および範囲から逸脱せずに実施形態の形式および詳細において様々な変更を加えることができることは当業者には明らかであろう。つまり、本発明の広さおよび範囲は、前記の典型的な実施形態の何れによっても制限されるべきではなく、以下の請求項およびそれと同等のものに基づいてのみ定義されるべきである。

本発明の実施例を表す図 本発明の実施例を表す図 本発明のパルスストレッチャを使用した効果を示す図 本発明の実施例に相応するリソグラフィシステムを表す図 プレートビームスプリッタを使用した択一的な実施例を表す図 異なるミラーの組み合わせを使用した択一的な実施例を表す図 異なるミラーの組み合わせを使用した択一的な実施例を表す図 異なるミラーの組み合わせを使用した択一的な実施例を表す図 異なるミラーの組み合わせを使用した択一的な実施例を表す図 異なるミラーの組み合わせを使用した択一的な実施例を表す図

符号の説明

１０２ プリズム、 １０４ プリズム、 １０６ プリズム、 １０８ プリズム、１１０ ビームスプリッタ、 １１１ 入射ビーム、 １１２ ビーム、 １１６ ビーム、 １２０ ビーム、 １２４ ビーム、 １３０ ビーム、 ３００ システム、 ３０２ 照明源、 ３０４ 照明光学系、 ３０６ レチクル、 ３０８ ウェハ、３１０ 投影光学系、 ３２０ パルスストレッチャ、 ４０１ プレートビームスプリッタ、 ５０２，５０４，５０６，５０８ プレートビームスプリッタ、 ６０２，６０４，６０６，６０８ ミラー、 ８０２，８０４，８０６，８０８，８１０，８１２ ミラー、 ９０２，９０４ エレメント

Claims (22)

1. パルスストレッチャであって、
   シングルパスパルスストレッチャと、
   当該シングルパスパルスストレッチャのどちらかの面に配置された第１のプリズムおよび第２のプリズムを含み、
   ビームは前記シングルパスストレッチャに入射し、前記シングルパスパルスストレッチャを通るマルチプルパスのための前記第１のプリズムおよび第２のプリズムを用いてヘリカル経路内で反射される、
   ことを特徴とするパルスストレッチャ。
2. 前記シングルパスパルスストレッチャは２つの９０°プリズムを含み、
   当該２つの９０°プリズムの間にはビームスプリッタが配置されている、請求項１記載のパルスストレッチャ。
3. 前記第１のプリズムおよび第２のプリズムはダハプリズムである、請求項１記載のパルスストレッチャ。
4. 前記第１のプリズムおよび第２のプリズムは、ビームを前記ヘリカル経路内へ向けるように配向された少なくとも１つの表面を有している、請求項１記載のパルスストレッチャ。
5. パルスストレッチャであって、
   シングルパスパルスストレッチャと、
   当該シングルパスパルスストレッチャのどちらかの面に配置された光学システムを含み、
   ビームは前記シングルパスストレッチャに入射し、前記シングルパスパルスストレッチャを通るマルチプルパスのための前記光学システムを用いてヘリカル経路内で反射される、
   ことを特徴とするパルスストレッチャ。
6. 前記シングルパスパルスストレッチャは２つの９０°プリズムを含み、
   当該２つの９０°プリズムの間にはビームスプリッタが配置されている、請求項５記載のパルスストレッチャ。
7. 前記光学システムは第１のプリズムおよび第２のプリズムを含む、請求項５記載のパルスストレッチャ。
8. 前記第１のプリズムおよび第２のプリズムのうちの少なくとも１つはダハプリズムである、請求項７記載のパルスストレッチャ。
9. 前記第１のプリズムおよび第２のプリズムは、ビームを前記ヘリカル経路内へ向けるように配向された少なくとも１つの表面を有している、請求項７記載のパルスストレッチャ。
10. 前記光学システムは少なくとも１つのミラーを有する、請求項５記載のパルスストレッチャ。
11. 前記光学システムは複数のミラーを有する、請求項５記載のパルスストレッチャ。
12. リソグラフィシステムであって、光伝播のために、
    照明源と、
    パルスストレッチャと、
    照明光学系と、
    レチクルと、
    投影光学系を含み、
    前記パルスストレッチャは、
    シングルパスパルスストレッチャと、
    当該シングルパスパルスストレッチャのどちらかの面に配置された第１のプリズムおよび第２のプリズムを含み、
    ビームは前記シングルパスストレッチャに入射し、前記シングルパスパルスストレッチャを通るマルチプルパスのための前記第１のプリズムおよび第２のプリズムを用いてヘリカル経路内で反射される、
    ことを特徴とするリソグラフィシステム。
13. 前記シングルパスパルスストレッチャは２つの９０°プリズムを含み、
    当該２つの９０°プリズムの間にはビームスプリッタが配置されている、請求項１２記載のリソグラフィシステム。
14. 前記第１のプリズムおよび第２のプリズムはダハプリズムである、請求項１２記載のリソグラフィシステム。
15. 前記第１のプリズムおよび第２のプリズムは、ビームを前記ヘリカル経路内へ向けるように配向された少なくとも１つの表面を有している、請求項１２記載のリソグラフフィシステム。
16. リソグラフィシステムであって、光伝播のために、
    照明源と、
    パルスストレッチャと、
    照明光学系と、
    レチクルと、
    投影光学系を含み、
    前記パルスストレッチャは、
    シングルパスパルスストレッチャと、
    当該シングルパスパルスストレッチャのどちらかの面に配置された光学システムを含み、
    ビームは前記シングルパスストレッチャに入射し、前記シングルパスパルスストレッチャを通るマルチプルパスのための前記光学システムを用いてヘリカル経路内で反射される、
    ことを特徴とするリソグラフィシステム。
17. 前記シングルパスパルスストレッチャは２つの９０°プリズムを含み、
    当該２つの９０°プリズムの間にはビームスプリッタが配置されている、請求項１６記載のリソグラフィシステム。
18. 前記光学システムは第１のプリズムおよび第２のプリズムを含む、請求項１６記載のパルスストレッチャ。
19. 前記第１のプリズムおよび第２のプリズムのうちの少なくとも１つは、ダハプリズムである、請求項１８記載のパルスストレッチャ。
20. 前記第１のプリズムおよび第２のプリズムは、ビームを前記ヘリカル経路内へ向けるように配向された少なくとも１つの表面を有している、請求項１８記載のパルスストレッチャ。
21. 前記光学システムは少なくとも１つのミラーを有する、請求項１６記載のパルスストレッチャ。
22. 前記光学システムは複数のミラーを有する、請求項１６記載のパルスストレッチャ。

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