JP2018527610A - クロススケール構造の協同的な作業におけるマスクレスフォトリソグラフィーシステム - Google Patents

クロススケール構造の協同的な作業におけるマスクレスフォトリソグラフィーシステム Download PDF

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Abstract

本発明に係るクロススケール構造の協同的な作業におけるマスクレスフォトリソグラフィーシステムは、レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットと、面投影露光ユニットと、移動テーブル（19）と、演算制御ユニット（20）を含み、演算制御ユニット（20）は、露光する図形を分解して精度要求が所定閾値以下である図形をレーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットによって露光し、精度要求が所定閾値よりも大きい図形を面投影露光ユニットによって露光する。前記移動テーブル（19）に置かれたサンプルに対してレーザポイント・バイ・ポイント走査露光を行う場合、前記精度要求が所定閾値以下である図形に基づき、前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットから射出した光が前記サンプルに対して移動して前記サンプルに対するレーザポイント・バイ・ポイント走査露光を実現する。サンプルに対して面投影露光を行う場合、面投影露光ユニットは、精度要求が所定閾値よりも大きい図形に基づいて、対応する図形形状を有する光を前記サンプルへ射出し、このサンプルに対する面投影露光を実現する。【選択図】図１

Description

本発明は、フォトリソグラフィーの技術分野に関し、特に、クロススケール構造の協同的な作業におけるマスクレスフォトリソグラフィーシステムに関する。
マイクロナノデバイスの応用は、キー機能を有する高精細のマイクロナノ構造を製造する必要があるだけではなく、外部の出入力信号と接続する大面積のマクロ構造も製造する必要がある。このような複数のスケールを有する構造の並存現象は、マイクロナノデバイスを製造する過程において避けられない現実である。例えば、ある典型的なフィン式電界効果トランジスタの構造において外部の電極と接続するソースとドレインの寸法は約100μm*100μmであることに対し、ソースとドレインとの間を接続するfin構造の特徴寸法は約20nm*100nm である。即ち、ミクロン精度を有する大面積のソース・ドレイン構造とマイクロ精度を有するfin構造の比例は、5000000:1である。更に、例えば、フォトニック結晶のディマルチプレクサの構造において、ミクロン精度を有す光の入射導波路と射出導波路の面積は約198000um2であることに対し、マイクロ寸法精度を有する構造における高精細の構造の面積は4500um2である。両者の比例は44:1である。
現在、複数のスケール構造を有するマイクロナノ構造又はデバイスはよく複数の方法によって順に製造されている。例えば、紫外光にてマスクによるフォトリソグラフィーによって大面積のミクロン精度の構造を製造し、それから電子ビームなどフォトリソグラフィー技術によってナノスケール構造を製造する。このような複数の方法によって順に露光されるとき、事前にベース材料にアライメントマークをつけておく必要がある。異なる方法により製造された構造のオーバーレイの過程において光学システムを利用して観察及びドッキングをする必要がある。結合の精度は更に観察システムの画像形成解像度によって制限され、かつ構造を設計するたびにそのマスク板は、電子ビームによるフォトリソグラフィーポイント・バイ・ポイント走査によって製造される必要があるので、デバイスの製造過程は周期が長く、プロセスが複雑であり、且つコストも高い。また、単一かつ高精度の加工技術（例えば、電子ビームによるポイント・バイ・ポイント走査）で製造するとき、製造時間は非常に長く、効率が低い。
空間光変調器に基づく面投影露光のマスクレスフォトリソグラフィー技術(例えばDMD面投影によるフォトリソグラフィー)がサブミクロン精度の二次元又は三次元の大面積且つ複雑な構造に適し、レーザ直写技術(例えばフェムト秒レーザ二光子加工技術)が小面積のナノ精度の二次元又は三次元の構造に適する。この二つの技術は何れも直接に図形のデータを処理し、直接にコンピューターによってデータテキストに基づいて移動テーブルの移動又はDMDマイクロミラーの偏向を制御して実現する。この二つの方法は何れも電子ビームによる加工であり、かつ実現する空間環境の要求も同じである。従って、両者を統合してクロススケールの複雑な構造の一次成形の実現に用いることができる。現在、この二つの技術を組み合わせてクロススケール構造の加工を実現するシステム又は方法がまだない。
本発明は、レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットと、面投影露光ユニットと、移動テーブルと、演算制御ユニットとを含むクロススケール構造の協同的な作業におけるマスクレスフォトリソグラフィーシステムを提供することを目的とする。前記演算制御ユニットは、露光する図形を分解することによって、精度要求が所定閾値以下である図形を前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットによって露光し、精度要求が所定閾値よりも大きい図形を面投影露光ユニットによって露光する。前記移動テーブルに置かれたサンプルに対してレーザポイント・バイ・ポイント走査露光を行う場合、前記精度要求が所定閾値以下である図形に基づき、前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットが射出した光が前記サンプルに対して移動し、前記サンプルに対するレーザポイント・バイ・ポイント走査露光を実現する；前記サンプルに対して面投影露光を行う場合、前記面投影露光ユニットは、前記精度要求が所定閾値よりも大きい図形に基づいて、対応する図形形状を有する光を前記サンプルに射出し、前記サンプルに対する面投影露光を実現する。
一つの具体的な実施例において、前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットは、第1光源と、第1エクステンダレンズ群と、第1光伝送方向調整光学モジュールと、第1対物レンズとを含み、前記第1光源は、レーザポイント・バイ・ポイント走査に用いる光を射出する。前記第1エクステンダ レンズ群は、前記第1光源から射出された光を平行光にビーム拡大する。前記第1光伝送方向調整光学モジュールは、前記第1エクステンダレンズ群によってビーム拡大された平行光を前記第1対物レンズに導入する。前記第1対物レンズは、導入された光を前記サンプルにフォーカスする。
一つの具体的な実施例において、前記面投影露光ユニットは、第2光源と、第2エクステンダレンズ群と、空間光変調器と、第2光伝送方向調整光学モジュールと、第2対物レンズとを含み、前記第2光源は、面投影露光フォトリソグラフィーに用いる光を射出する。前記第2エクステンダ レンズ群は、前記第2光源から射出された光を平行光にビーム拡大する。前記演算制御ユニットによって提供された精度要求が所定閾値よりも大きい図形に基づき、前記空間光変調器は、前記第2エクステンダレンズ群によってビーム拡大された平行光を、前記対応する図形形状を有する平行光に変調し且つ前記第2光伝送方向調整光学モジュールに射出する；前記第2光伝送方向調整光学モジュールは、前記対応する図形形状を有する平行光を前記第2対物レンズの前焦点面にフォーカスする。第2対物レンズは平行光を前記サンプルに投影する。
一つの具体的な実施例において、前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットは、第1光源と、第1エクステンダレンズ群と、第1光伝送方向調整光学モジュールと、第1対物レンズとを含み、前記第1光源は、レーザポイント・バイ・ポイント走査に用いる光を射出する。前記第1エクステンダレンズ群は、前記第1光源から射出された光を平行光にビーム拡大する。前記第1光伝送方向調整光学モジュールは、前記第1エクステンダレンズ群によってビーム拡大された平行光を前記第1対物レンズに導入する。前記第1対物レンズは、導入された光を前記サンプルにフォーカスする。また、前記面投影露光ユニットは、第2光源と、第2エクステンダレンズ群と、空間光変調器と、第2光伝送方向調整光学モジュールと、第1対物レンズとを含み、前記第2光源は、面投影露光フォトリソグラフィーに用いる光を射出する。前記第2エクステンダレンズ群は、前記第2光源から射出された光を平行光にビーム拡大する。前記演算制御ユニットによって提供された精度要求が所定閾値よりも大きい図形に基づき、前記空間光変調器は、前記第2エクステンダレンズ群によってビーム拡大された平行光を、前記対応する図形形状を有する平行光に変調し且つ前記第2光伝送方向調整光学モジュールに射出する；前記第2光伝送方向調整光学モジュールは、前記対応する図形形状を有する平行光を前記第1対物レンズの前焦点面にフォーカスする。第1対物レンズは平行光を当該サンプルに投影する。
一つの具体的な実施例において、前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットは、第1光源と第1エクステンダレンズ群との間に設置され、前記演算制御ユニットの制御によって前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットの露光時間を調整する第1光弁を更に備える。
一つの具体的な実施例において、前記第1光弁は、第1機械シャッター又は第1光変調器である。
一つの具体的な実施例において、前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットは、前記第1光源と前記第1光弁との間に設置され、第1光源から射出された光のエネルギー又はパワーを調整する第1エネルギー制御モジュールを更に備える。
一つの具体的な実施例において、前記第1エネルギー制御モジュールは吸収型光減衰シート、偏光板、１／２波長板又は音響光学変調器である。
一つの具体的な実施例において、前記第1光伝送方向調整光学モジュールは、第1反射鏡と第1ダイクロイックミラーを備え、前記第1エクステンダレンズ群によってビーム拡大された平行光は、第1反射鏡と第1ダイクロイックミラーを順に経て前記第1対物レンズに導入される。
一つの具体的な実施例において、前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットは、第1反射鏡と第1ダイクロイックミラーとの間に設けられた二次元検流計を更に備える。
一つの具体的な実施例において、前記第1光源は、連続レーザ光源又はパルスレーザ光源であり、波長の調整範囲が157nm〜1064nmであり、偏光状態が直線偏光、円偏光又は楕円偏光である。また、パルスレーザ光源の周波数が1Hz〜100MHzである。
一つの具体的な実施例において、前記第1対物レンズの拡大倍数が1〜200であり、開口数が0.001〜1.8である。
一つの具体的な実施例において、前記面投影露光ユニットは、第2光源と第2エクステンダレンズ群との間に設置され、前記演算制御ユニットの制御によって前記面投影露光ユニットの露光時間を調整する第2光弁を更に備える。
一つの具体的な実施例において、第2光弁は、第2機械シャッター又は第2光変調器である。
一つの具体的な実施例において、前記面投影露光ユニットは、前記第2光源と前記第2光弁との間に設置され、第2光源から射出された光のエネルギー又はパワーを調整する第2エネルギー制御モジュールを更に備える。
一つの具体的な実施例において、前記第2エネルギー制御モジュールは、吸収型光減衰シート、偏光板、１／2波長板又は音響光学変調器である。
一つの具体的な実施例において、前記第2光伝送方向調整光学モジュールは、第2レンズと第2ダイクロイックミラーを備え、前記対応する図形形状を有する平行光は、第2レンズと第2ダイクロイックミラーを順に経て前記第2対物レンズの前焦点面にフォーカスする。
一つの具体的な実施例において、前記第2光伝送方向調整モジュールは、第2レンズと、第2ダイクロイックミラーと前記1ダイクロイックミラーを備え、前記対応する図形形状を有する平行光は第2レンズ、第2ダイクロイックミラー、前記1ダイクロイックミラーを順に経て前記対物レンズの前焦点面にフォーカスする。
一つの具体的な実施例において、前記面投影露光ユニットは、前記第2エクステンダレンズ群によってビーム拡大された後平行光を均一化するビーム均一化モジュールを更に備える。
一つの具体的な実施例において、前記面投影露光ユニットは、均一化された光の射出面積を制限する絞りを更に備える。
一つの具体的な実施例において、前記面投影露光ユニットは、第2反射鏡と第3反射鏡とを更に備え、前記絞りを介して射出された光は、前記第2反射鏡と第3反射鏡を順に経て前記空間光変調器に導入される。
一つの具体的な実施例において、前記第2光源は、連続レーザ光源、パルスレーザ光源、水銀ランプ、キセノン・ランプ、臭素タングステンランプ、LEDランプからなる群から選択され、前記第2光源が連続レーザ光源又はパルスレーザ光源である場合、波長の調整範囲が157nm〜1064nmであり、偏光状態が直線偏光、円偏光又は楕円偏光であり、パルスレーザ光源の周波数が1Hz-100MHzであり、前記第2光源が水銀ランプ、キセノン・ランプ、臭素タングステンランプ又はLEDランプである場合、波長の範囲が157nm〜1064nmである。
一つの具体的な実施例において、前記第2対物レンズの拡大倍数が1〜200であり、開口数が0.001〜1.8である。
一つの具体的な実施例において、前記空間光変調器は、光を光振幅変調する空間光変調器、光を光位相変調する空間光変調器、又は、光を偏光変調する空間光変調器である。
一つの具体的な実施例において、前記移動テーブルは、三つの個別の、直線に運動する移動テーブルを組み合わせてなる三次元移動テーブル、二次元並列移動テーブル及び一つの個別の移動テーブルを組み合わせてなる三次元移動テーブル、三次元並列移動テーブル、回転機能と傾斜機能を有する移動テーブルを組み合わせてなる多次元移動テーブルからなる群から選択されるものであり、回転機能と傾斜機能を有する移動テーブルを組み合わせてなる多次元移動テーブルの場合、その移動範囲が0.1μm〜1mであり、回転角度が0〜360度であり、傾斜角度が-90°〜+90°である。
一つの具体的な実施例において、前記演算制御ユニットは、露光する図形を読み取るデータ読取部と、前記露光図形を分解するデータ処理部と、前記移動テーブル、レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニット及び面投影露光ユニットの協働作業を制御する制御部とを備える。
本発明の有益な効果が、下記の通りである。
1、本発明に係るシステムと方法は、面投影マスクレス露光技術とレーザポイント・バイ・ポイント走査のフォトリソグラフィー技術を統合し、一次フォトリソグラフィーの実行過程において、感光材料に露光して複数のスケール構造を有する図形を形成し、即ち、ミクロンオーダーの精度の大面積の構造だけではなく、ナノオーダーの精度の構造も有する図形を形成する。
2. 本発明の方法により製造されたクロススケール構造の間は、人的な二次オーバーレイと結合を必要としない。全ての模型データは、露光される前にコンピューターによって分解されて完成する。
3. 本発明に係る方法は、二次元と三次元の複雑な構造の加工を実現できる。
図1は、本発明の一つの実施例におけるクロススケール構造の協同的な作業におけるマスクレスフォトリソグラフィーシステムの概略図である。 図2は、本発明の別の実施例におけるクロススケール構造の協同的な作業におけるマスクレスフォトリソグラフィーシステムの概略図である。 図3は、ミクロンオーダーの精度もナノオーダーの精度も含む露光する図形を示す。 図4は、図3が分解された、1ミクロン精度以下の図形部分である。 図5は、図3が分解された、1ミクロン精度よりも大きい図形部分である。 図6は、面投影露光方法によって露光して形成された構造の走査光学顕微鏡写真である。 図7は、レーザポイント・バイ・ポイント走査方法によって露光して形成された構造の走査電子顕微鏡写真である。 図8は、面投影露光とレーザポイント・バイ・ポイント走査が協働して露光した構造の走査電子顕微鏡写真である。
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施例を組み合わせて本発明を説明する。下記の内容を理解しなければならない：以下の明細書には、本発明の実施例を全面的に理解してもらうよう多くの具体的な細部、例えば光学素子に対する説明を提供しているものの、本発明が一つ又は複数の具体的な記載に適するだけではなく、他の構造素子、波長、材料などにも適するのを当業者は理解しなければならない。明細書に挙げられた実施例は例に過ぎなく、制限的なものではない。
図1は、本発明の一つの実施例におけるクロススケール構造の協同的な作業におけるマスクレスフォトリソグラフィーシステムの概略図である。レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットと、面投影露光ユニットと、移動テーブル19と演算制御ユニット20とを含む。
そのうち、前記演算制御ユニット20は、露光する図形(図3に示す通り)を有する図形ファイルを導入し、かつ、露光する図形を分解することによって、精度要求が所定閾値以下である図形を前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットによって露光し、精度要求が所定閾値よりも大きい図形を面投影露光ユニットによって露光する。
前記所定閾値を、当業者は実際の状況に応じて定めることできる。例えば、一つの具体的な例において、精度要求が1μm以下である図形部分をレーザポイント・バイ・ポイント走査ユニット(例えば、図3を分解した後の図4の部分)に配り、演算制御ユニット20によって移動テーブル19を制御してこの部分のデータに基づいて移動させる。精度要求が1μm以上である図形部分を面投影露光ユニット(例えば、図3を分解した後の図5の部分)に配る。1μmである図形部分をレーザポイント・バイ・ポイント走査ユニットに配るか、それとも面投影露光ユニットに配るかについては、任意に選択できる。
前記移動テーブルに置かれたサンプルに対してレーザポイント・バイ・ポイント走査露光を行う場合、前記精度要求が所定閾値以下である図形に基づき、前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットから射出された光は前記サンプルに対して移動することによって前記サンプルに対するレーザポイント・バイ・ポイント走査による露光を実現する。ポイント・バイ・ポイント走査による露光を行う場合、サンプルに三次元図形を形成する一つの具体的な例において、ポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットは動かないものの、移動テーブルは前記精度要求が所定閾値以下である図形に基づいて三つの次元で移動し、走査露光ユニットから射出された光と移動テーブルの三次元移動とを協働することによって、射出された光を移動テーブルに対して移動させ、前記三次元図形を実現する。サンプルにおいて三次元図形を形成する別の具体的な例において、前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットは二次元検流計を使用できる。二次元検流計を用いることで、移動テーブルを一次元のみに沿って移動させることによって三次元図形を作成するという目的を実現する。サンプルに二次元図形を形成する一つの具体的な例において、前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットは二次元検流計を使用できる。二次元検流計を用いることで、移動テーブルを移動させることなく二次元図形を作成するという目的を実現する目的を達することができる。二次元検流計を使用することは、当業者によって熟知されている。後の一つの具体的な例において更に説明する。
前記サンプルに対して面投影露光を行う場合、前記面投影露光ユニットは、前記精度要求が所定閾値よりも大きい図形に基づいて、対応した図形形状を有する光を前記サンプルに射出することによって前記サンプルに対する面投影露光を実現する。
そのうち、前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットは、第1光源1と、第1エネルギー制御モジュール2と、第1光弁3と、第1エクステンダレンズ群4と、第1反射鏡5と、第1ダイクロイックミラー6とを含む。
そのうち、面投影露光ユニットは、第2光源7と、第2エネルギー制御モジュール8と、第2光弁9と、第2エクステンダレンズ群10と、ビーム均一化モジュール11と、絞り12と、第2反射鏡13と、第3反射鏡14と、空間光変調器15と、第2レンズ16と、第2ダイクロイックミラー17とを含む。
レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットにおいて、第1光源からの光は第1エクステンダレンズ群4によってビーム拡大された後、第1反射鏡5と第1ダイクロイックミラー6によって反射された後に平行ビームとして第1対物レンズ18に入射し、最後には移動テーブル19に載置したサンプルの表面にフォーカスする。
好ましく、第1光源1は連続レーザ光源又はパルスレーザ光源である。更に好ましく、波長の調整範囲は157nm-1064nmである。更に好ましく、この光源の偏光状態は直線偏光、円偏光又は楕円偏光である。更に好ましく、パルスレーザ光源の周波数は1Hz-100MHzである。
好ましく、第1エクステンダレンズ群4はレンズの組み合わせによって実現でき、例えば、二つの凸レンズを組み合わせる、又は一つの凹レンズと一つンの凸レンズを組み合わせることである。第1エクステンダレンズ群4のビーズ拡大倍数は0.1倍〜100倍の範囲内である。
好ましく、第1対物レンズ18は乾燥対物レンズ、水浸対物レンズ又は油浸対物レンズである。更に好ましく、開口数が0.001〜1.8であり、拡大倍数が1〜200である。
好ましく、前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットは第1光源1と第1エクステンダレンズ群4との間に設置され、前記演算制御ユニット20の制御によって前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットの露光時間を調整する第1光弁3を更に備える。更に好ましく、前記第1光弁は機械シャッター又は光変調器である。
好ましく、前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットは前記第1光源と前記第1光弁との間に設置され、第1光源1により射出された光のエネルギー又はパワーを調整する第1エネルギー制御モジュール2を更に備える。更に好ましく、前記第1エネルギー制御モジュール2は吸収型光減衰シート、偏光板、1／2波長板又は音響光学変調器である。
好ましく、前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットは、第1反射鏡と第1ダイクロイックミラーとの間に設けられた二次元検流計を更に含む。二次元検流計によって、移動テーブルを一次元に沿って移動させるだけでポイント・バイ・ポイント走査による露光という目的を達することができ、作業効率を向上させる。面投影露光ユニットにおいて、第2光源7が順に第2エクステンダレンズ群10を経た後、空間光変調器15に入射され、空間光変調器15を経た後、射出された光は、精度要求が所定閾値よりも大きい図形に対応する面図形を有する。このビームは更に第2レンズ16、第2ダイクロイックミラー17、第1ダイクロイックミラー6を経た後に第1対物レンズ18に入り、そのうちビームはレンズ16を経た後、各ビームと面光源全体は対物レンズの前焦点面に集束し、第1対物レンズ18を経た後、各ビームと面光源全体も平行光になり三次元移動テーブルに載置したサンプルの表面に投影する。演算制御ユニットによって空間光変調器15の変化と移動テーブル19の移動を制御することによって二種類の走査ユニットの協働的な実行を実現する。
好ましく、前記第2光源7は連続レーザ光源又はパルスレーザ光源である。更に好ましく、波長の調整範囲が157nm-1064nmであり、偏光状態が直線偏光、円偏光又は楕円偏光である；また、そのパルスレーザ光源の周波数が1Hz〜100MHzでもよい。代替的に、第2光源7は水銀ランプ、キセノン・ランプ、臭素タングステンランプ又はLEDランプであり、波長の範囲が157nm〜1064nmである。
好ましく、第2エクステンダレンズ群10はレンズの組み合わせによって実現でき、例えば、二つの凸レンズを組み合わせる、又は一つの凹レンズと一つンの凸レンズを組み合わせることである。第2エクステンダレンズ群10のビーズ拡大倍数は0.1倍〜100倍の範囲内である。
好ましく、空間光変調器15は、光を光振幅変調する空間光変調器であり、光を光位相変調する空間光変調器、又は、光を偏光変調する空間光変調器である。
好ましく、第2レンズ16の焦点距離が1mm〜500mm範囲内である。
好ましく、当該面投影露光ユニットは、第2光源7と第2エクステンダレンズ群10との間に設置され、前記演算制御ユニット20の制御によって前記面投影露光ユニットの露光時間を調整する第2光弁９を更に備える。更に好ましく、第2光弁9は機械シャッター又は光変調器である。
好ましく、前記面投影露光ユニットは、前記第2光源7と前記第2光弁9との間に設置され、第2光源7から射出された光のエネルギー又はパワーを調整する第2エネルギー制御モジュール8を更に備える。更に好ましく、前記第2エネルギー制御モジュール8は吸収型光減衰シート、偏光板、１／2波長板又は音響光学変調器である。
好ましく、前記面投影露光ユニットは、前記第2エクステンダレンズ群10によってビーム拡大された平行光を均一化するビーム均一化モジュール11を更に備える。
第2光源7がレーザである場合、ビーム均一化モジュール11は、レーザをフラットトップビームにするレンズの組合せによって実現し、例えば、ケプラー型又はガリレオ型レンズの組み合わせである。第2光源7は、水銀ランプのようなランプ光源である場合、ビーム均一化モジュール11がフライアイレンズ群などによって実現できる。
好ましく、前記面投影露光ユニットは、均一化された光の射出面積を制限する絞り12を更に含む。
好ましく、前記面投影露光ユニットは、第2反射鏡13と第3反射鏡14を更に含み、そのうち、絞り12を経て射出された光は第2反射鏡13と第3反射鏡14を経て前記空間光変調器15に導入される。
一つの具体的な例において、演算制御ユニット20は、露光する図形を読み取るデータ読取部と、前記露光図形を分解するデータ処理部と、前記移動テーブル、レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニット及び面投影露光ユニットの協働作業を制御する制御部とを備える。
一つの具体的な例において、移動テーブル19は下記から選択されるものである：三つの個別の、直線に運動する移動テーブルを組み合わせてなる三次元移動テーブル；二次元並列移動テーブル及び一つの個別の移動テーブルを組み合わせてなる三次元移動テーブル；三次元並列移動テーブル；又は、回転と傾斜の機能を有する移動テーブルを組み合わせてなる多次元移動テーブルであり、好ましく、その移動範囲が1nm〜10000mmであり、更に好ましく0.1μm〜1mであり、回転角度が0〜360度であり、傾斜角度が-90°〜+90°である。
図2は、本発明の別の実施例におけるクロススケール構造の協同的な作業におけるマスクレスフォトリソグラフィーシステムの概略図である。このシステムにおいて、レーザポイント・バイ・ポイント走査と面投影露光がそれぞれ、各自の対物レンズ18、21を使用することを除き、システムにおける他の構造は図1に示すシステムと同じである。
本発明に係るクロススケール構造の協同的な作業におけるマスクレスフォトリソグラフィーシステムは、一次露光の過程においてクロススケール構造の露光を実現できる方法を目的とする。ステップは下記の通りである。
1)第1光源、第2光源をオンにする。
2)第1光源から射出された光がビーム拡大され、反射鏡とダイクロイックミラーによって調整された後、対物レンズを経て焦点面にフォーカスする。
3)第2光源から射出されたビームは空間光変調器によって変調された後、レンズと対物レンズからなる結像レンズによって面図形を対物レンズの焦点面に縮小して結像する。
4)面投影露光の中心点座標とレーザポイント・バイ・ポイント走査の焦点座標との間の変位差を目盛り付きする。
5）図形ファイルを導入し(図3に示す通り)、かつ図形データを分解する。精度要求が所定閾値以下である図形部分をレーザポイント・バイ・ポイント走査ユニットに配り(例えば、図3を分解した後の図4の部分)、演算制御ユニットによって移動テーブルをこの部分のデータに基づいて移動させる。精度要求が所定閾値よりも大きい図形部分を面投影露光ユニットに配り(例えば、図3を分解した後の図5の部分)、演算制御ユニットによってこの部分の図形データを空間光変調器に配ることによって、模型データに対応する面光源を射出する。
6）面投影露光又はレーザポイント・バイ・ポイント走査露光を順に行う。両者を切り換える場合、移動テーブルの、4)での前記変位差を平行移動させ、2種類の露光図形を正確に結合する。2種類の露光図形において光学構造による面投影露光の中心点座標とレーザポイント・バイ・ポイント走査露光の焦点座標の偏差は、移動テーブルの移動によって固定の偏移補正を移動させることによって実現する。
7)感光材料を、演算制御ユニットによって操縦する移動テーブルのサンプルテーブルに載置し、光弁によって露光時間を制御し、エネルギー制御モジュールによってレーザエネルギー又は面投影露光エネルギーの透過率を制御する。
8)後処理プロセスによって、フォトリソグラフィーされた後の構造が得られる：ステップ6）で得られたレーザポイント・バイ・ポイント走査と面投影露光との協同的な作用下での感光材料に対して洗浄、加熱分解、アブレーション、エッチング、現像などのプロセスを実施し、材料の種類に応じて相応のプロセス条件を選択する；光と相互作用しない感光材料部分を除去してマイナス型構造を得る、又は、光と相互作用した感光材料部分を除去してプラス型構造を得る。
上記技術案において、前記感光材料は有機感光材料、無機感光材料、又は金属イオンを含有する感光材料であってもいい。
以下、具体的な実施例を参照しながら本発明を説明し、本発明の目的と効果を一層明瞭させる。
実施例1：面投影フォトリソグラフィー露光の二次元構造
370nmのフェムト秒Ｔｉサファイア光源を面投影露光の光源とする。パルスの幅が100fsであり、パルス繰返し周波数が82MHzであり、ビーム直径が2mmである。レーザ光源はビームエクステンダレンズ群によって直径が50 mmである平行なビームにビーム拡大され、ビーム遮断法によって中心が10mm×14mmという範囲である矩形の均一なスポットを得て、24度の角度でDMD表面に入射する。このビームはDMD面によって反射された後、最後に焦点距離が250mmである凸レンズ及び50倍の対物レンズ(開口数が0.8である)によって感光材料(I-PL)の表面に投影される。光弁の露光時間を300msに制御する。実現した面投影図形は、図6に示す通りであり、面投影露光の範囲は179μm×237.9μmである。
実施例2：レーザポイント・バイ・ポイント走査露光の二次元構造
800nmのフェムト秒Ｔｉサファイア光源をレーザポイント・バイ・ポイント走査露光の光源とする。パルスの幅が100fsであり、パルス繰返し周波数が82MHzであり、ビーム直径が1.8mmである。レーザ光源はビームエクステンダレンズ群によって直径が10 mmである平行なビームにビーム拡大され、対物レンズを経て感光材料(SCR500)表面にフォーカスする。対物レンズの開口数が1.4であり、拡大倍数が100倍である油浸対物レンズである。ポイント・バイ・ポイント走査方法によって得られた同心円が図7に示す通りである。加工解像度が120nmである。
実施例3：面投影露光とレーザポイント・バイ・ポイント走査との協働的な露光によるクロススケール二次元構造
370nmのフェムト秒Ｔｉサファイア光源を面投影露光の光源とする。パルスの幅が100fsであり、パルス繰返し周波数が82MHzであり、ビーム直径が2mmである。レーザ光源はビームエクステンダレンズ群によって直径が50 mmである平行なビームにビーム拡大され、ビーム遮断法によって中心が10mm×14mmという範囲である矩形の均一なスポットを得て、24度の角度でDMD表面に入射する。このビームはDMD面によって反射された後、最後に焦点距離が250mmである凸レンズ及び対物レンズを経て感光材料(I-PL)の表面に投影される。光弁の露光時間を300msに制御する。同時に、740nmのフェムト秒Ｔｉサファイア光源をレーザポイント・バイ・ポイント走査露光の光源とする。パルスの幅が100fsであり、パルス繰返し周波数が82MHzであり、ビーム直径が1.8mmである。レーザ光源はビームエクステンダレンズ群によって直径が10 mmである平行なビームにビーム拡大され、対物レンズを経て感光材料(I-PL)の表面にフォーカスする。この例において、面投影露光とレーザポイント・バイ・ポイント走査露光は同一の対物レンズを共用する。対物レンズは、開口数が0.8であり且つ拡大倍数が50倍である乾燥対物レンズである。協同的な露光の構造は図8に示す通りである。面投影露光の範囲は179μm×237.9μmである。
ここで限りがある実施例の上下文によって本発明を説明しかつ記載したが、本発明の基本的な特徴の要旨以内で複数の形式で本発明を実施できる。従って、一般的に言えば、説明と記載した実施例は説明であり、制限ではない。従って、添付されたクレームは、前述の明細書によって本発明の範囲を表すだけではなく、クレームと同等の意味と範囲内での全ての変更も含むものである。
1、第1光源； 2、第1エネルギー制御モジュール；3、第1光弁；4、第1エクステンダレンズ群；5、第1反射鏡；6、第1ダイクロイックミラー；7、第2光源；8、第2エネルギー制御モジュール；9、第2光弁；10、第2エクステンダレンズ群；11、ビーム均一化モジュール；12、絞り；13、第2反射鏡；14、第3反射鏡；15、空間光変調器；16、第2レンズ；17、第2ダイクロイックミラー；18、第1対物レンズ；19、移動テーブル；20、演算制御ユニット；21、第2対物レンズ

Claims (26)

  1. レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットと、面投影露光ユニットと、移動テーブル(19)と、演算制御ユニット(20)とを含む、クロススケール構造の協同的な作業におけるマスクレスフォトリソグラフィーシステムであって、
    前記演算制御ユニットは、露光する図形を分解することによって、精度要求が所定閾値以下である図形を前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットによって露光し、精度要求が所定閾値よりも大きい図形を面投影露光ユニットによって露光し、
    前記移動テーブルに置かれたサンプルに対してレーザポイント・バイ・ポイント走査露光を行う場合、前記精度要求が所定閾値以下である図形に基づき、前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットが射出した光が前記サンプルに対して移動して、前記サンプルに対するレーザポイント・バイ・ポイント走査露光を実現し、
    前記サンプルに対して面投影露光を行う場合、前記面投影露光ユニットは、前記精度要求が所定閾値よりも大きい図形に基づいて、対応する図形形状を有する光を前記サンプルに射出し、前記サンプルに対する面投影露光を実現する、
    マスクレスフォトリソグラフィーシステム。
  2. 前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットは、第1光源(1)と、第1エクステンダレンズ群(4)と、第1光伝送方向調整光学モジュール(5、6)と、第1対物レンズ(18)とを含み、
    前記第1光源は、レーザポイント・バイ・ポイント走査に用いる光を射出し、
    前記第1エクステンダレンズ群は、前記第1光源から射出された光を平行光にビーム拡大し、
    前記第1光伝送方向調整光学モジュールは、前記第1エクステンダレンズ群によってビーム拡大された平行光を前記第1対物レンズに導入し、
    前記第1対物レンズは、導入された光を前記サンプルにフォーカスする、請求項1に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  3. 前記面投影露光ユニットは、第2光源(7)と、第2エクステンダレンズ群(10)と、空間光変調器(15)と、第2光伝送方向調整光学モジュール(16、17)と、第2対物レンズ（21）とを含み、
    前記第2光源は、面投影露光フォトリソグラフィーに用いる光を射出し、
    前記第2エクステンダレンズ群は、前記第2光源から射出された光を平行光にビーム拡大し、
    前記演算制御ユニットによって提供された精度要求が所定閾値よりも大きい図形に基づき、前記空間光変調器は、前記第2エクステンダレンズ群によってビーム拡大された平行光を、前記対応する図形形状を有する平行光に変調し且つ前記第2光伝送方向調整光学モジュールに射出し、
    前記第2光伝送方向調整光学モジュールは、前記対応する図形形状を有する平行光を前記第2対物レンズの前焦点面にフォーカスし、
    第2対物レンズは、平行光を前記サンプルに投影する、請求項1に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  4. 前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットは、第1光源(1)と、第1エクステンダレンズ群(4)と、第1光伝送方向調整光学モジュール(5、6)と、第1対物レンズ(18)とを含み、
    前記第1光源は、レーザポイント・バイ・ポイント走査に用いる光を射出し、
    前記第1エクステンダレンズ群は、前記第1光源から射出された光を平行光にビーム拡大し、
    前記第1光伝送方向調整光学モジュールは、前記第1エクステンダ レンズ群によってビーム拡大された平行光を前記第1対物レンズに導入し、
    前記第1対物レンズは、導入された光を前記サンプルにフォーカスし、
    前記面投影露光ユニットは、第2光源(7)と、第2エクステンダレンズ群(10)と、空間光変調器(15)と、第2光伝送方向調整光学モジュール(16、17、6)と、前記第1対物レンズ(18)とを含み、
    前記第2光源は、面投影露光フォトリソグラフィーに用いる光を射出し、
    前記第2エクステンダレンズ群は、前記第2光源から射出された光を平行光にビーム拡大し、
    前記演算制御ユニットによって提供された精度要求が所定閾値よりも大きい図形に基づき、前記空間光変調器は、前記第2エクステンダレンズ群によってビーム拡大された平行光を、前記対応する図形形状を有する平行光に変調し且つ前記第2光伝送方向調整光学モジュールに射出し、
    前記第2光伝送方向調整光学モジュールは、前記対応する図形形状を有する平行光を前記第1対物レンズの前焦点面にフォーカスし、
    第1対物レンズは、平行光を前記サンプルに投影する、請求項1に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  5. 前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットは、第1光源と第1エクステンダレンズ群との間に設置され、前記演算制御ユニットの制御によって前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットの露光時間を調整する第1光弁（3）を更に備える、請求項2又は4に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  6. 前記第1光弁は、第1機械シャッター又は第1光変調器である、請求項5に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  7. 前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットは、前記第1光源と前記第1光弁との間に設置され、第1光源から射出された光のエネルギー又はパワーを調整する第1エネルギー制御モジュール(2)を更に備える、請求項5に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  8. 前記第1エネルギー制御モジュールは、吸収型光減衰シート、偏光板、１／２波長板又は音響光学変調器である、請求項7に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  9. 前記第1光伝送方向調整光学モジュールは、第1反射鏡（5）と第1ダイクロイックミラー（6）を備え、前記第1エクステンダレンズ群によってビーム拡大された平行光は、第1反射鏡と第1ダイクロイックミラーを順に経て前記第1対物レンズに導入される、請求項2又は4に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  10. 前記レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニットは、第1反射鏡と第1ダイクロイックミラーとの間に設けられた二次元検流計を更に備える、請求項９に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  11. 前記第1光源は、連続レーザ光源又はパルスレーザ光源であり、波長の調整範囲が157nm〜1064nmであり、偏光状態が直線偏光、円偏光又は楕円偏光であり、且つパルスレーザ光源の周波数が1Hz〜100MHzである、請求項2又は4に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  12. 前記第1対物レンズの拡大倍数が1〜200であり、開口数が0.001〜1.8である、請求項2又は4に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  13. 前記面投影露光ユニットは、第2光源と第2エクステンダレンズ群との間に設置され、前記演算制御ユニットの制御によって前記面投影露光ユニットの露光時間を調整する第2光弁(9)を更に備える、請求項3又は4に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  14. 第2光弁は、第2機械シャッター又は第2光変調器である請求項13に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  15. 前記面投影露光ユニットは、前記第2光源と前記第2光弁との間に設置され、第2光源から射出された光のエネルギー又はパワーを調整する第2エネルギー制御モジュール(8)を更に備える、請求項13に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  16. 前記第2エネルギー制御モジュールは、吸収型光減衰シート、偏光板、１／2波長板又は音響光学変調器である、請求項15に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  17. 前記第2光伝送方向調整光学モジュールは、第2レンズ(16)と第2ダイクロイックミラー(17)を備え、前記対応する図形形状を有する平行光は、第2レンズと第2ダイクロイックミラーを順に経て前記第2対物レンズの前焦点面にフォーカスされる、請求項3に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  18. 前記第2光伝送方向調整モジュールは、第2レンズ(16)と第2ダイクロイックミラー(17)と前記1ダイクロイックミラーを備え、前記対応する図形形状を有する平行光は第2レンズ、第2ダイクロイックミラー、前記1ダイクロイックミラーを順に経て前記第1対物レンズの前焦点面にフォーカスする、請求項4に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  19. 前記面投影露光ユニットは、前記第2エクステンダレンズ群によってビーム拡大された後平行光を均一化するビーム均一化モジュール(11)を更に備える、請求項3又は4に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  20. 前記面投影露光ユニットは、均一化された光の射出面積を制限する絞り(12)を更に備える、請求項19に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  21. 前記面投影露光ユニットは、第2反射鏡(13)と第3反射鏡(14)を更に備え、前記絞りを介して射出された光は、第2反射鏡と第3反射鏡を順に経て前記空間光変調器に導入される、請求項20のフォトリソグラフィーシステム。
  22. 前記第2光源は、連続レーザ光源、パルスレーザ光源、水銀ランプ、キセノン・ランプ、臭素タングステンランプ、LEDランプからなる群から選択され、
    前記第2光源が連続レーザ光源又はパルスレーザ光源である場合、波長の調整範囲が157nm〜1064nmであり、偏光状態が直線偏光、円偏光又は楕円偏光であり、パルスレーザ光源の周波数が1Hz-100MHzであり、
    前記第2光源が水銀ランプ、キセノン・ランプ、臭素タングステンランプ又はLEDランプである場合、波長の範囲が157nm〜1064nmである、請求項3又は4に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  23. 前記第2対物レンズの拡大倍数が1〜200であり、開口数が0.001〜1.8である、請求項3に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  24. 前記空間光変調器は、光を光振幅変調する空間光変調器、光を光位相変調する空間光変調器、又は、光を偏光変調する空間光変調器である、請求項3又は4に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  25. 前記移動テーブルは、三つの個別の、直線に運動する移動テーブルを組み合わせてなる三次元移動テーブル、二次元並列移動テーブル及び一つの個別の移動テーブルを組み合わせてなる三次元移動テーブル、三次元並列移動テーブル、回転機能と傾斜機能を有する移動テーブルを組み合わせてなる多次元移動テーブルからなる群から選択されるものであり、
    回転機能と傾斜機能を有する移動テーブルを組み合わせてなる多次元移動テーブルの場合、その移動範囲が0.1μm〜1mであり、回転角度が0〜360度であり、傾斜角度が-90°〜+90°である、請求項1〜4に何れか1項に記載のフォトリソグラフィーシステム。
  26. 前記演算制御ユニットは、
    露光する図形を読み取るデータ読取部と、
    前記露光図形を分解するデータ処理部と、
    前記移動テーブル、レーザポイント・バイ・ポイント走査露光ユニット及び面投影露光ユニットの協働作業を制御する制御部と、
    を備える、請求項1〜4の何れか1項に記載のフォトリソグラフィーシステム。
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