JP2018010294A - フォトリソグラフィ露光システム用の光源装置及びフォトリソグラフィ露光システム - Google Patents

フォトリソグラフィ露光システム用の光源装置及びフォトリソグラフィ露光システム Download PDF

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Abstract

【課題】少しの設置面積しか必要とせず、また高い照明強度の光源装置及びフォトリソグラフィ露光システムを提供する。
【解決手段】フォトリソグラフィ露光システム（１０）用の光源装置（１２）は、異なる波長を有する少なくとも３つの光源（１８、２０、２２）と、少なくとも３つの入力、１つの出力、及び少なくとも２つの反射面を有するビーム分割ユニット（１６）とを有する。入力は、各光源（１８、２０、２２）と各反射面とに割り当てられる。反射面は、対応する入力に割り当てられた光源（２０、２２）から放射される光を出力に反射する。３つの光源（１８、２０、２２）は、ビーム分割ユニット（１６）の周りの３つの異なる側に配置される。更に、フォトリソグラフィ露光システム（１０）が示される。
【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用の光源装置及びフォトリソグラフィ露光システムに関する。
ウエハ上に堆積されたフォトレジストがフォトリソグラフィ方法で露光されるフォトリソグラフィ露光システムは通常、光源と、光源によって発生された光をフォトマスク及び可能な限り均一な強度で露光されるべきウエハ上に反射する光学装置（optics）とを有する。
加えて、フォトリソグラフィ露光システムは現在、よりコンパクトな方法で設計される傾向にある。従って、ＬＥＤは、従来使用されている比較的大きいガス放電ランプに取って代わる光源として使用することができる。しかしながら、発光ダイオード（ＬＥＤ）からの光束は、ガス放電ランプの光束よりも著しく低く、従って同等の照明強度を達成するために複数のＬＥＤが必要である。これはまた、より大きなＬＥＤ装置を招き、従って自由空間がＬＥＤによって減少される。
本発明の目的は、ほんの少しの設置面積しか必要とせず、また高い照明強度を提供する光源装置及びフォトリソグラフィ露光システムを提供することである。
この目的は、異なる波長を有する少なくとも３つの光源と、少なくとも３つの入力、１つの出力、及び少なくとも２つの反射面を有するビーム分割ユニットとを有するフォトリソグラフィ露光システム用の光源装置であって、入力が各光源及び各反射面に割り当てられ、反射面が、対応する入力に割り当てられた光源によって放射される光を出力に反射し、３つの光源が、ビーム分割ユニットの周りの３つの異なる側に配置される、光源装置によって達せられる。ここで、それらの入力は、光軸が出力の光軸とは異なる反射面に割り当てられ得る。ここで、「異なる波長」は、異なる波長間の相違が少なくとも２０ｎｍであることを意味する。
本発明は、ガス放電ランプの完全な発光スペクトルがＬＥＤによって発生されなければならないのではなく、使用されるフォトレジストが適合される、すなわちフォトレジストを露光する波長でＬＥＤに光を放射させるのに完全に十分であるという洞察に基づいている。ＬＥＤは当然に、１つの波長において単色光を放射するのではなく、中心波長を中心にして数ナノメートルの帯域にガウス分布を有する光を放射する。しかしながら、理解を容易にするために、「波長」という用語は、対応するスペクトルを有する中心波長を示すように以下では使用される。そのとき、３つの異なるＬＥＤスペクトルの強度は、ビーム分割ユニットによって加えられ得る。それによって、ガス放電ランプの照明強度と等しい照明強度が、関連する波長範囲において達成され得る。
３つの入力及び１つの出力を有するビーム分割ユニットは、３つの光源からの光が互いに組み合わせて同一方向に出力することができるそのような種類の光学アセンブリに言及する。例えば、スペクトルに関して選択的でないビーム分割プレートは、２つの入力と２つの出力とを有する。
好ましくは、光源は、５００ｎｍ未満の波長、特に４５０ｎｍ未満の波長の光を放射し、従って光源装置は、慣習的なフォトレジストと共に使用することができる。
例えば、光の波長は、水銀蒸気ランプの発光スペクトルのｉ線、ｈ線、又はｇ線の光源の少なくとも１つに対応し、従って水銀蒸気ランプの有効スペクトルがまねられる。ｉ線は、約３６５ｎｍの波長に対応し、ｈ線は、約４０５ｎｍの波長に対応し、ｇ線は、約４３６ｎｍの波長に対応する。
当然に、他の波長、特に紫外線領域の他の波長を有するＬＥＤを使用することができる。しかしながら、ＬＥＤの波長は、互いから十分に離れて間隔をあけなければならず、従って反射面は、それぞれのＬＥＤの光を反射する、又はそれぞれのＬＥＤの光を通過させることを可能にするのみである。ＬＥＤの波長及び反射面の選択は、特に露光されるべきフォトレジストに依存する。
本発明の一実施形態では、光源は、１つ若しくは複数のＬＥＤ及び／又は１つのＬＥＤアレイを有する。このようにして、スペースを取らない効率の良い光源を提供することができる。ここで、別個のコリメータが各ＬＥＤに割り当てられてもよく、又は完全なコリメーション光学装置が光源の全てのＬＥＤのために設けられる。
本発明の一例示的実施形態では、ビーム分割ユニットは、互いに直角に配置されて光源の光軸とある角度、特に約４５度の角度を形成する２つのビーム分割プレートを有し、従って３つの入力と１つの出力とを有するビーム分割ユニットが簡単な方法で実現することができる。
好ましくは、各ビーム分割プレートの少なくとも１つの表面は、ビーム分割ユニットの反射面を形成し、前記表面は、対応する入力及び出力の両方に面し、又は反対側にあり、それによって入力の光軸が出力の光軸とは異なる入力が、反射面を割り当てられる。
前記表面は、波長選択反射コーティングを備え、例えば、波長選択反射コーティングは、対応する光源の光を少なくとも５０％まで、好ましくは少なくとも７５％まで、より好ましくは少なくとも９０％まで反射し、他の光源から放射される光に対して基本的に透明である。波長選択反射コーティングによって、ビーム分割ユニットによって伝えられる残りの光源の強度に著しく影響を与えることなく、任意の光源の光を出力に反射することが可能である。ここで、残りの光源の光強度の損失量は、残りの光源の光のそれぞれの波長に対するビーム分割プレートの透過の度合いに依存する。
一実施形態の変形例では、ビーム分割ユニットは、Ｘキューブによって形成され、従って高品質の表示が達成され得る。
ビーム分割ユニットは、実施例によって、４つのプリズムの配置によって形成され、それは、吸収損失を低減することを可能にする。
好ましくは、その完全な配置は矩形断面を有する。前記配置は従って、取り扱いがより容易である。
前記プリズムの表面は、波長選択反射コーティングを備えてもよく、それは、露光品質をさらに向上させる。
本発明の一実施形態では、反対側にある入力の光軸が同軸であり、及び／又は、出力と出力とは反対側にある入力の光軸が同軸であり、それは、ビーム分割ユニットの特にコンパクトな設計を確保する。
さらに、この目的は、前述した光源装置を有するフォトリソグラフィ露光システムによって解決される。
好ましくは、フォトリソグラフィ露光システムは、ビーム分割ユニットの出力側に配置されるインテグレータ（integrator）光学装置を有し、それは、ただ１つのインテグレータ光学装置が必要であるという事実のため、フォトリソグラフィ露光システムのコンパクトでコスト効率の高い製造を可能にする。
例えば、フォトリソグラフィ露光システムは、ビーム分割ユニットと光源の１つとの間にそれぞれ配置される少なくとも３つのインテグレータ光学装置を有することができ、フォトリソグラフィ露光システムの照明強度に関するさらに高い効率を達成することができる。
本発明の更なる特徴及び利点は、以下の説明及び参照される添付図面から明らかになるであろう。
本発明によるフォトリソグラフィ露光システムの概略部分図である。 本発明による光源装置の概略図である。 図２による光源装置の異なる光源の光学経路を示す図である。 本発明によるフォトリソグラフィ露光システムの第２実施形態の概略部分図である。
図１に、光源装置１２と、光学装置１４、ここでは光学装置１４の第１構成要素によって表される光学装置１４とを有する露光システム１０が、部分的に概略的に示されている。露光システム１０は、フォトリソグラフィ露光システムである。
図２に、光源装置１２と光学装置１４の入力要素とが拡大して示されている。
光源装置１２は、ビーム分割ユニット１６と、ビーム分割ユニット及び光学装置１４間に配置され、従ってビーム分割ユニット１６の出力側に配置された集積光学装置１７とを有する。
加えて、光源装置１２は、ビーム分割ユニット１６の周りの３つの異なる側に配置された３つの光源１８、２０、２２を有する。
示される例示的実施形態では、光源１８、２０、２２は、ＬＥＤアレイに配置された複数のＬＥＤ２４を有する。別個のコリメータが、各ＬＥＤ２４に割り当てられてもよく、ここでは例えば非球面（asphere）２６が割り当てられ、ＬＥＤ２４によって放射された光をほぼ平行な光線ビームにおいて平行にする。
当然に、光源１８、２０、２２のそれぞれについて完全な光を平行にするコリメート光学装置も可能である。
単一ＬＥＤ２４の平行にされた光ビームは、それぞれの光源１８、２０、２２のビームを形成し、前記光ビームの中央軸は、光源１８、２０、２２の光軸とみなされる。
光源２０及び２２は、ビーム分割ユニット１６の反対側に配置され、ビーム分割ユニット１６に向かってそれぞれ向けられる。すなわち、光源２０及び２２によって放射される光は、ビーム分割ユニット１６に向かって伝えられる。示される実施形態では、光源２０、２２の光軸は、同軸である。
光源１８のＬＥＤは、例えば水銀蒸気ランプの発光スペクトルのｈ線に等しい約４０５ｎｍの波長の光を放射し、光源２０のＬＥＤ２４は、ｉ線に等しい約３６５ｎｍの波長の光を放射し、光源２２のＬＥＤ２４は、ｇ線に等しい約４３６ｎｍの波長の光を放射する。
ビーム分割ユニット１６は、２つのビーム分割プレート２８、３０を有し、２つのビーム分割プレート２８、３０は、互いに直角に配置されて光源１８、２０、２２の光軸とそれぞれある角度を形成する。示された例示的実施形態では、これは４５度の角度である。
ビーム分割プレート２８及び３０は従って、図２及び図３のａからｃに示されるように、光軸間に規定される平面において上方から上方視点で見られるときにそれらがＸを形成するように配置され得る。
従って、４つのＶ字状部分は、ビーム分割プレート２８と３０との間に形成され、光源１８、２０、２２の１つに又は光学装置１４に向かってそれぞれ開口している。
光源１８、２０、又は２２に向かって開口しているビーム分割ユニット１６の部分は、入力Ｅ１８、Ｅ２０、又はＥ２２を形成し、入力Ｅ１８、Ｅ２０、又はＥ２２は、光源１８、２０、又は２２の１つにそれぞれ割り当てられる。光学装置１４に面する部分は、ビーム分割ユニット１６の出力Ａを形成する。
入力Ｅ１８、Ｅ２０又はＥ２２の光軸は、それに割り当てられた光源１８、２０又は２２の光軸と同軸である。出力Ａの光軸は、光学装置１４の光軸と同軸である。
また、示される実施形態では、互いに反対側にある入力Ｅ２０及びＥ２２の光軸が同軸である。さらに、出力Ａの光軸と前記出力と反対側にある入力Ｅ１８の光軸とは同軸である。
ビーム分割プレート２８及び３０はそれぞれ、反射面Ｒ２０又はＲ２２を有する。ここで、反射面Ｒ２０は、入力Ｅ２０に、従って光源２０に割り当てられ、反射面Ｒ２２は、入力Ｅ２２及び光源２２に割り当てられる。
ここで、反射面Ｒ２０、Ｒ２２は、ビーム分割プレート２８、３０の表面にコーティングを設けることによって形成され、例えば、それは、ある一定の波長の光を少なくとも５０％まで、好ましくは少なくとも７５％まで、より好ましくは少なくとも９０％まで反射する。しかしながら、反射面は、この波長とは異なる光に対して基本的に透明である。
波長選択反射コーティングは、ビーム分割プレート２８、３０のそれぞれの表面の１つにそれぞれ設けられる。
示される実施形態では、波長選択反射コーティングは、ビーム分割プレート２８又は３０の表面に設けられ、それは、関連する入力Ｅ２０又はＥ２２、従って対応する光源２０又は２２と、また出力Ａとの両方に面している。前記表面はそのとき、反射面Ｒ２０及びＲ２２を形成する。
また、波長選択反射コーティングが、関連する入力、従って対応する光源と出力との両方とは反対側にある表面上に堆積されることと、前記表面が従って反射面を形成することとが考えられる。
ビーム分割プレート２８及びその互いに対するコーティングの反射及び透過の所望の度合いを調整するために、ビーム分割プレート２８の反射面Ｒ２０は、ハイパスフィルタとして具現化され、ビーム分割プレート３０の反射面Ｒ２２は、ローパスフィルタとして具現化され、両方の反射面Ｒ２０、Ｒ２２は、光源１８の光を透過する。
反射面Ｒ２０は従って、光源２０の光を反射し、光源１８及び２２の光に対してほとんど透明である。対照的に、反射面Ｒ２２は、光源２２の光を反射し、光源１８及び２０の光に対してほとんど透明である。
光源装置が作動されるとき、単一ＬＥＤ２４によって放射された光は、非球面２６によって平行にされ、入力Ｅ１８、Ｅ２０、Ｅ２２の１つを通じてビーム分割ユニット１６に伝えられる。
光源１８から入力Ｅ１８を通じて来る光は、ほぼ完全に透過され、出力Ａを通過する（図３のａ参照）。
入力Ｅ２０及びＥ２２を通じて来る光は、図３のｂ又は図３のｂに示されるビーム経路によって示されるように、反射面Ｒ２０又はＲ２２によって出力Ａに向かって反射される。
最後に、出力Ａでは、３つの光源１８、２０、２３の光が重ね合わせられ、従って３つの色の光、すなわち３つの異なる波長の光が、ビーム分割ユニット１６から出て行く。
その次に、光は、光学装置１４の第１要素に到達する前にインテグレータ光学装置１７を通過し、最後に露光されるべきフォトレジスト（図示せず）に遭遇する。
次に、フォトレジストは、フォトレジストが適合された波長の光を吸収し、これは、この例示的実施形態では３６５ｎｍ、４０５ｎｍ、又は４３６ｍｍの波長を有する光である。
図４には、露光システム１０の第２実施形態が示されている。これは、第１実施形態のものと基本的に等しく、同一及び機能的に同一の部分には同じ参照符号を付している。
図１に従った実施形態の露光システムに関する相違は、インテグレータ光学装置がビーム分割ユニット１６と光学装置１４との間に配置されることなく、３つの異なるインテグレータ光学装置１７．１、１７．２、及び１７．３が設けられることである。
前記集積光学装置１７．１、１７．２、１７．３は、光源１８、２０、２２の１つとビーム分割ユニット１６との間にそれぞれ配置されている。
光源装置を１つ又は２つの光源を用いて拡張することもまた考えられる。図面の図面平面に関して、前記光源はそのとき、図面平面を超えてビーム分割ユニット１６の下に又は上に配置される。この場合、ビーム分割ユニット１６はまた、更なるビーム分割プレートを備え、該ビーム分割プレートはまた、更なる光源の光を出力Ａに反射する。ビーム分割ユニット１６の機能は、第１実施形態の機能に対応するが、ビーム分割ユニット１６は、５つの入力と１つの出力とを有する。
当然に、ビーム分割ユニット１６がＸキューブによって形成されることが考えられる。Ｘキューブは、４つのプリズムの配置であり、例えば完全な配置が矩形断面を有するように配置される４つのプリズムの配置である。当然に、ビーム分割プレートの表面に対応して、前記プリズムの表面に、波長選択反射コーティングが設けられなければならない。
当然に、前述した波長とは異なる波長のＬＥＤが使用されることも考えられる。しかしながら、ＬＥＤの波長は、互いに十分に大いに間隔をあけなければならず、従って各ビーム分割プレート又はビーム分割プレートのコーティングはそれぞれ１つのＬＥＤの光のみを反射する。

Claims (15)

  1. 異なる波長の少なくとも３つの光源（１８、２０、２２）と、少なくとも３つの入力（Ｅ１８、Ｅ２０、Ｅ２２）、１つの出力（Ａ）、及び少なくとも２つの反射面（Ｒ２０、Ｒ２２）を有するビーム分割ユニット（１６）とを有するフォトリソグラフィ露光システム用の光源装置であって、入力（Ｅ１８、Ｅ２０、Ｅ２２）が、各光源（１８、２０、２２）及び各反射面（Ｒ２０、Ｒ２２）に割り当てられ、反射面（Ｒ２０、Ｒ２２）が、対応する入力（Ｅ２０、Ｅ２２）に割り当てられた光源（２０、２２）から放射される光を出力（Ａ）に反射し、３つの光源（１８、２０、２２）が、ビーム分割ユニット（１６）の周りの３つの異なる側に配置される、光源装置。
  2. 光源（１８，２０，２２）は、５００ｎｍ未満の波長、特に４５０ｎｍ未満の波長を有する光を放射する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  3. 光源（１８，２０，２２）の少なくとも１つの波長は、水銀蒸気ランプの発光スペクトルのｉ線、ｈ線、又はｇ線に対応する、
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
  4. 光源（１８、２０、２２）は、１つ若しくは複数のＬＥＤ及び／又は１つのＬＥＤアレイを有する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の光源装置。
  5. ビーム分割ユニット（１６）は、互いに直角に配置されて光源（１８、２０、２２）の光軸とある角度、特に約４５度の角度を形成する２つのビーム分割プレート（２８、３０）を有する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の光源装置。
  6. 各ビーム分割プレート（２８、３０）の少なくとも１つの表面は、ビーム分割ユニット（１６）の反射面（Ｒ２０、Ｒ２２）を形成し、前記表面は、対応する入力（Ｅ２０、Ｅ２２）及び出力（Ａ）に面している、又は反対側にある、
    ことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
  7. 前記表面は、波長選択反射コーティングを備え、波長選択反射コーティングは、対応する光源（２０、２２）の光を少なくとも５０％まで、好ましくは少なくとも７５％まで、より好ましくは少なくとも９０％まで反射し、他の光源（１８、２０、２２）から放射された光に対して基本的に透明である、
    ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の光源装置。
  8. ビーム分割ユニット（１６）は、Ｘキューブによって形成される、
    ことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか１項に記載の光源装置。
  9. ビーム分割ユニット（１６）は、４つのプリズムの配置によって形成される、
    ことを特徴とする請求項１から請求項８の何れか１項に記載の光源装置。
  10. 前記プリズムは、全体の配置が矩形断面を有するように配置される、
    ことを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
  11. 前記プリズムの表面は、波長選択反射コーティングを備えている、
    ことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の光源装置。
  12. 反対側にある入力（Ｅ２０、Ｅ２２）の光軸が同軸である、及び／又は、出力（Ａ）と出力（Ａ）とは反対側にある入力（Ｅ１６）の光軸が同軸である、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の光源装置。
  13. 請求項１から請求項１２の何れか１項に記載の光源装置（１２）を有するフォトリソグラフィ露光システム。
  14. フォトリソグラフィ露光システム（１０）は、インテグレータ光学装置（１７）を有し、インテグレータ光学装置は、ビーム分割ユニット（１６）の出力側に配置される、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のフォトリソグラフィ露光システム。
  15. フォトリソグラフィ露光システム（１０）は、少なくとも３つのインテグレータ光学装置（１７．１、１７．２、１７．３）を有し、少なくとも３つのインテグレータ光学装置はそれぞれ、ビーム分割ユニット（１６）と光源（１８、２０、２２）の１つとの間に配置される、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のフォトリソグラフィ露光システム。
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