JP2016194673A - フォトリソグラフィ露光システムの光源の調整方法およびフォトリソグラフィデバイス用の露光アセンブリ - Google Patents

フォトリソグラフィ露光システムの光源の調整方法およびフォトリソグラフィデバイス用の露光アセンブリ Download PDF

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Abstract

【課題】露光アセンブリの異なる波長の強度分布を、長い期間一定に保つことを確保するフォトリソグラフィデバイスのための露光アセンブリを提供する。【解決手段】複数のＬＥＤを含むフォトリソグラフィ露光システムの光源を、以下の工程：特定の波長範囲で個々のＬＥＤの光出力を検出する工程、および検出した光出力を、全体のスペクトルについて、所望の光出力分布と比較する工程、の手段により調整する。ＬＥＤは操作されて、可能な最も正確な方法で、所望のスペクトルの光出力分布が達成される。また、複数のＬＥＤを含む光源、個々のＬＥＤに供給される電力を制御する制御手段、およびそれぞれの波長範囲でＬＥＤの光出力を検出できるセンサを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、フォトリソグラフィ露光システムの光源を調整する方法、およびフォトリソグラフィデバイス用の露光アセンブリに関する。
フォトリソグラフィデバイスは、半導体チップの上に３次元構造を作製するために使用される。これは、半導体チップ（「ウエハ」）に適用されたフォトレジスト（「レジスト」ともいう）を、所望の方法で露光するために使用される。これによりマスクの像がフォトレジストの上に投影され、フォトレジストは、影を落とすことにより、異なって露光される。露光は、フォトレジストに対して、その物理的および／または化学的特性を変化させ、続いて、例えば選択的な方法でそれを除去できる。
フォトレジストを露光するために使用される光は、複数のＬＥＤを含む光源により提供される。このように、異なる特定波長（または波長範囲）を有する光を提供する異なるＬＥＤが使用されてもよい。
しかしながら、ＬＥＤの寿命は、それが提供する波長に異なって依存することが判明している。この結果、スペクトルに対する、光源により与えられる光出力の分布は、時間と共に変化することになる。それゆえに、フォトレジストの露光は、ＬＥＤ光源の寿命に依存して、即ち露光アセンブリの寿命に応じて変化することとなる。
本発明の目的は、露光アセンブリのスペクトル、即ち露光アセンブリの異なる波長の強度分布を、長い期間一定に保つことを確保することを目的とする。
この目的を達成するために、複数のＬＥＤを含むフォトリソグラフィ露光システムの光源を調整するための発明に関する方法が提供され、この方法では以下の工程が提供される。即ち、特定の波長範囲の、個々のＬＥＤの光出力が検出される。検出された光出力は、全体のスペクトルについて、所望の光出力分布と比較される。ＬＥＤが操作され、最も正確な可能な方法で、所望のスペクトルの光出力分布が達成される。この目的を達成するために、複数のＬＥＤを含む光源と、個々のＬＥＤに供給される電力を制御する制御手段と、それぞれの波長範囲でＬＥＤの光出力を検出する光センサとを有する、フォトリソグラフィデバイス用の露光アセンブリもまた提供される。本発明は、特定波長（または特定波長範囲）の光を供給するＬＥＤの出力で発生しうる減少を検出するという基本的な考えに基づき、全体としてＬＥＤを調整して、異なるＬＥＤにより提供される全光出力の一部が、できる限り予め設定した比率に対応するようにする。
より強力なＬＥＤの光出力を、最も弱いＬＥＤの光出力に合わすことを可能にする。簡単に述べると、最も弱いＬＥＤが参照として使用され、より強いＬＥＤが、それらの光出力に関して薄暗くされて、全体として提供される光出力が、可能な限り正確に、異なる波長または波長範囲で出力の分布において所望の分布に対応する。
本発明の１つの具体例では、光出力が、スペクトル選択センサの手段により測定されることを可能にする。「スペクトル選択」は、センサが、スペクトルの特定の部分に、即ち波長または波長範囲に、測定された光出力に帰する信号を出力することを意味する。このように、実際に、スペクトル選択センサは、それぞれが特定の波長または特定の波長範囲に割り当てられた複数のサブセンサから形成されてもよい。
本発明の代わりの具体例では、ＬＥＤが次から次へと点灯され、光出力が広帯域センサの手段により測定されることを可能にする。広帯域センサは、より低いコストにより、スペクトル選択センサから区別される。しかしながら、広帯域センサは、測定された光出力を、個々の波長または波長範囲に割り当てることができない。これは、ＬＥＤが次から次に点灯されるという事実により補償される。それゆえに、最初に点灯するか、次に加えられるかのいずれかのＬＥＤに依存して、制御手段は、対応するＬＥＤからどの光出力が生じるかを認識できる。対応する比較の後、広帯域センサは、露光強度の決定に使用することができ、これは非常に骨の折れる方法でのみ、分光計を用いて達成できる。
本発明の１つの具体例では、センサが光源の中に組み込まれることを可能にする。これは、フォトリソグラフィデバイスの操作中に、特に露光プロセス中に、光出力の検出を可能にする。
また、フォトリソグラフィデバイスのレンズの上にセンサを配置することも可能である。例えばフロントレンズでまたは積分器の中で、光が検出された場合、露光レンズによりすでに混ぜられた光、即ちウエハ上に照らされる光が検出される。この検出の結果は、このようにより典型的である。
測定が、ウエハの露光を弱めることを防止するために、露光デバイスの光出力を、較正工程で、例えば直接露光面で測定することができる。この目的のために、例えば可動センサが使用され、光路中に一時的に導入される。センサは、較正センサでも良い。
本発明の１つの具体例では、個々のＬＥＤの加熱特性が測定できる。この目的のために、制御手段は、ＬＥＤの加熱特性を蓄積するメモリを備えても良い。これは、ＬＥＤが一定の電力で操作された場合に、光出力の非線形な動きを補償することができる。調整された電力を用いてＬＥＤを操作することもまた可能である。この方法では、スペクトル選択センサが使用された場合、電力はリアルタイムで調整でき、個々のＬＥＤは、それぞれの波長またはそれぞれの波長範囲に対して所望の光出力を提供する。広帯域センサが使用された場合、個々のＬＥＤの電力は、蓄積された点灯特性に応じて調整でき、可能な最も一定の光出力が、個々の波長または波長範囲に対して得られる。
本発明の１つの具体例では、ＬＥＤのエージングを、蓄積された典型的なエージング特性と比較することが可能となる。この目的のために、制御手段が、ＬＥＤのエージング特性を蓄積するためのメモリを有することが好ましい。これは、ＬＥＤの光出力が臨界値に達した場合、ユーザが早期に知ることを可能にする。例えば、通常のエージング特性の支援を用いて、ユーザは、いつ光源（または光源の個々のＬＥＤ）の交換が必要になるかを知ることができる。
ＬＥＤの光出力は、プリセットされた最小光出力と比較することができる。この場合、いつＬＥＤの光出力が臨界値に達するかをユーザが知ることができ、光源（または光源の個々のＬＥＤ）は、フォトリソグラフィデバイスの操作が損なわれる前に交換可能となる。
本発明は、以下の添付された図面に記載された２つの具体例を用いて、以下に記載される。
第１の具体例にかかるフォトリソグラフィデバイスを模式的に示す。 第２の具体例にかかるフォトリソグラフィデバイスを模式的に示す。
図１は、フォトレジスト１２（または「レジスト」とよばれる）に覆われた基板１０（「ウエハ」）を示す。基板は、半導体材料からなっても良い。
フォトレジスト１２は、マスク１４を通して光に露出する。ここでは、模式的に示される光源１６から光が照射され、同様に模式的に示されるレンズ１８を通ってウエハの上に当たる。
光源１６は複数のＬＥＤ１８、２０、２２を含み、これらはそれぞれ波長または波長範囲に割り当てられる。例えば、ＬＥＤ１８、２０、２２は、それぞれ、従来の水銀灯の３つのＨｇ波長の１つに対応する。ＬＥＤ１８、２０、２２は、一般にはＵＶ−ＬＥＤである。
ここでＬＥＤが波長は波長範囲に割り当てられると述べたことに限って言えば、この「１つの」ＬＥＤは、実際は複数のＬＥＤからなる。このように複数のＬＥＤ１８は、第１の波長または波長範囲の光を形成するように提供され、複数のＬＥＤ２０は、第２の波長または波長範囲の光を形成するように提供され、そして複数のＬＥＤ２２は、第３の波長または波長範囲の光を形成するように提供される。記載された具体例からの変形では、光源１６は、第１の波長と第２の波長（または第１の波長範囲と第２の波長範囲）を形成する単に２つのＬＥＤ（またはＬＥＤのグループ）を含んでも良いが、または、３より多くの波長または波長範囲に対応する、３より多くのＬＥＤまたはＬＥＤのグループを含んでも良い。
光源１６は、与えられた光出力を検出できるセンサ２４に割り当てられる。記載された例示の具体例は、スペクトル選択センサであり、それを用いて、ＬＥＤ１８、２０、２２の個々の波長または波長範囲の光出力が直接検出される。
センサ２４は、制御手段２６に接続され、個々の波長または波長範囲の光出力に関する情報は、制御手段で利用できる。制御手段２６は、次に、個々のＬＥＤ１８、２０、２２を始動させて、これにより実際に動作電圧および動作電流を与える。
光源１６から与えられる光に対して、所望の光出力分布が制御手段２６に蓄積される。簡単に述べると、制御手段２６は、どのスペクトルの範囲に、光出力のどの部分が提供されるかを蓄積する。一例として、以下においては、光源１６で提供される全ての光出力は、ＬＥＤ１８のスペクトルの３分の１、ＬＥＤ２０のスペクトルの３分の１、およびＬＥＤ２２のスペクトルの３分の１の割合で提供されるものと過程される。
光源１６が操作された場合、制御手段は、センサ２４を介して、どの光出力が、実際に、３つの波長または波長範囲中で提供されるかを検出できる。制御手段２６は、ＬＥＤ１８、２０、２２の電力を調整して、所望の光出力分布が達成される。
エージングまたは他の変化の理由によりＬＥＤがもはや所望の出力を達成できない場合、このことは制御手段２６により検出される。制御手段２６は、次に、残りのＬＥＤに与える電力を対応して調整し、（より低い強度レベルで）光出力の所望の分布が達成される。例えばＬＥＤ１８が、その波長または波長範囲の光出力の単に９０％のみを供給できる場合、ＬＥＤ２０、２２は薄暗くなり、スペクトル全体にわたって全体の光出力が、ＬＥＤ１８から３分の１、ＬＥＤ２０から３分の１、およびＬＥＤ２２から３分の１の比率で再度形成される。
１つの具体例の変形では、センサ２４は、スペクトル選択センサでは無く、広帯域センサである。このセンサは、全体として、与えられる光出力に対して単に情報を与えるだけで、異なる波長にこの情報を割り当てることはできない。
光出力がスペクトル全体にどのように分布するかについて、そのようなセンサから情報を得るために、制御手段２６は、次から次へと個々のＬＥＤ１８、２０、２２を切り替える。この方法では、それぞれの波長またはそれぞれの波長範囲に対して提供される光出力は、先の状態の光出力と、現在の状態の光出力との間の差として測定できる。
センサ２４を用いて、個々のＬＥＤの加熱特性を測定し、加熱特性を蓄積するために制御手段２６の中に提供されたメモリ２８の中に蓄積することを可能にする。この方法では、例えば分離した較正工程において、一定の光出力が設定されるまで、より長い時間、それぞれのＬＥＤの加熱特性を個々に検出することができる。その時点で、または操作の遅い時点で、個々の光出力が検出されて、即ち、それぞれの場合、先のＬＥＤがその加熱曲線の一部を通った場合、後に与えられる光出力についてそこから結論を出すのが可能な特性である限り、ＬＥＤ１８、２０、２２は、次から次に、比較的短時間に切り換えられても良い。
この具体例では、可能な最も正確な方法で、所望の光出力分布を得るために、加熱特性を考慮して最も好適に適応する一定の出力を用いるそれぞれの場合において、ＬＥＤ１８、２０、２２を操作することが可能になる。
図２は、第２の具体例を示す。第１の具体例で知られた構成要素に対して、同一符合が使用され、これに関する上述の説明が参照される。
第１の具体例と第２の具体例の違いは、第２の具体例では、センサ２４が光源１８に割り当てられず、レンズ１８の後に配置されることである。これは、センサ２４が混合した光を検出すること、即ちウエハ１０の上に当たる光を検出することを意味する。センサ２４への光路の領域中の全ての影響が考慮されるため、ＬＥＤ１８、２０、２２の光出力の分布に関する情報は、このようにより正確になる。
センサ２４は、また、フォトレジスト１２の露光を妨げない好適な位置に配置される。この場合、露光中に測定が行われる。
代わりに、センサ２４は可動で、較正の目的で（即ち、露光プロセス以外に）、光路中に入れることが可能である。代わりに、スペクトル分布に加えて、個々の光源の、または異なる光源の合計の、絶対強度を決定するために、認知された標準に従って較正されたセンサを用いることも可能である。光出力分布が決定された後、１または複数の連続した露光プロセス中で、ＬＥＤ１８、２０、２２は、好適な出力を用いて操作される。制御手段２６がこれを好都合だと見なした場合、新しい較正プロセスが動作しても良い。この岐路において、ＬＥＤのエージング特性を参照することも可能であり、この特性は制御手段２６のメモリ３０中に蓄積することができる。

Claims (18)

  1. 複数のＬＥＤ（１８、２０、２２）を含むフォトリソグラフィ露光システムの光源（１６）を調整する方法であって、
    特定の波長範囲で個々のＬＥＤ（１８、２０、２２）の光出力を検出する工程と、
    検出した光出力を、全体のスペクトルについて、所望の光出力分布と比較する工程と、
    ＬＥＤ（１８、２０、２２）が操作されて、可能な最も正確な方法で、所望のスペクトルの光出力分布が達成される工程と、を含む方法。
  2. より高出力のＬＥＤ（１８、２０、２２）が、最も弱いＬＥＤ（１８、２０、２２）の光出力に適応されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 光出力は、スペクトル選択センサ（２４）の手段により測定されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. ＬＥＤ（１８、２０、２２）は次から次に切り換えられ、光出力は広帯域センサ（２４）の手段により測定されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  5. ＬＥＤ（１８、２０、２２）の光出力は、較正工程で測定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
  6. 個々のＬＥＤ（１８、２０、２２）の加熱特性が測定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
  7. ＬＥＤ（１８、２０、２２）は、一定の電力で操作されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
  8. ＬＥＤ（１８、２０、２２）は、調整された電力を用いて操作されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
  9. ＬＥＤ（１８、２０、２２）のエージングが、蓄積された典型的なエージング特性と比較されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
  10. ＬＥＤ（１８、２０、２２）の光出力が、予め定められた最小光出力と比較されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
  11. ＬＥＤ（１８、２０、２２）の光出力がいつ臨界値に到達するかを、ユーザは知らされることを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
  12. フォトリソグラフィデバイスのための露光アセンブリであって、複数のＬＥＤ（１８、２０、２２）を含む光源、個々のＬＥＤ（１８、２０、２２）に供給される電力を制御する制御手段（２６）、およびそれぞれの波長範囲で、ＬＥＤ（１８、２０、２２）の光出力を検出できるセンサ（２４）を有する露光アセンブリ。
  13. センサ（２４）は、スペクトル選択センサであることを特徴とする請求項１２に記載の露光アセンブリ。
  14. センサ（２４）は、広帯域センサであることを特徴とする請求項１２に記載の露光アセンブリ。
  15. センサ（２４）は、光源（１６）に組み込まれたことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の露光アセンブリ。
  16. センサ（２４）は、フォトリソグラフィデバイスのレンズ（１６）の上に配置されることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の露光アセンブリ。
  17. 制御手段（２６）は、ＬＥＤ（１８、２０、２２）の加熱特性を蓄積するためのメモリ（２８）を含むことを特徴とする請求項１２〜１６のいずれかに記載の露光アセンブリ。
  18. 制御手段（２６）は、ＬＥＤ（１８、２０、２２）のエージング特性を蓄積するためのメモリ（２８）を含み、その中にＬＥＤのエージング特性が書き込まれることを特徴とする請求項１２〜１７のいずれかに記載の露光アセンブリ。
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