JP4130814B2 - マスクレス・リソグラフィのための投影光学系 - Google Patents

Description

本発明は概してリソグラフィに関する。より具体的には、本発明はマスクレス・リソグラフィに関する。

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。このような基板は、フラットパネルディスプレイ（例えば液晶ディスプレイ）、回路板、様々な集積回路等の製造において使用されるものを含むことができる。このような用途のためにしばしば使用される基板は半導体ウェハ又はガラス基板である。この説明は、例示のために半導体ウェハに関して書かれているが、当業者は、この説明は、当業者に知られているその他のタイプの基板にも当てはまることを認めるであろう。

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射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、電子又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、露光中にウェハに投影された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、半導体層又は絶縁層、の露出した部分を除去するか又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、ウェハの表面又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。

ステップ及びスキャン技術は、狭いイメージングスロットを有する投影光学系と関連して働く。一度にウェハ全体を露光するのではなく、一度に個々のフィールドがウェハ上にスキャンされる。これは、スキャン中にイメージングスロットがフィールドを横切るようにウェハ及びレチクルを同時に移動させることによって行われる。次いで、レチクルパターンの多数の複製がウェハ表面上に露光されるように、ウェハステージはフィールド露光ごとに非同期的にステップ移動させられなければならない。この形式では、ウェハに投影される画像の質は最良となる。

慣用のリソグラフィシステム及び方法は、半導体ウェハ上に画像を形成する。システムは、通常、半導体ウェハ上への画像形成プロセスを行う装置を収容するように設計されたリソグラフィチャンバを有している。チャンバは、使用される光の波長に応じて種々異なる混合ガス及び／又は真空の程度を有するように設計することができる。レチクルは、チャンバ内に位置決めされている。光のビームは、半導体ウェハと相互作用する前に、照明源（システムの外部に配置されている）から、光学系と、レチクル上の画像アウトラインと、第２の光学系とを通過させられる。

基板上にデバイスを製造するために複数のレチクルが必要である。これらのレチクルの製造は、フィーチャサイズと、小さなフィーチャサイズのために必要とされる正確な公差とにより、ますますコストがかかりかつ時間を費やすものとなりつつある。また、レチクルは、摩耗される前の一定期間しか使用することができない。レチクルがある公差範囲内でない場合又はレチクルが損傷を受けた場合、さらなるコストが定期的に生じる。つまり、レチクルを使用するウェハの製造は、ますます高価に、場合によって許容できないほど高価になりつつある。

これらの欠点を克服するために、マスクレス（例えば直接描画、デジタル等）リソグラフィシステムが発展された。マスクレスシステムは、レチクルを空間的光モジュレータ（ＳＬＭ）（例えばデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は同様のもの）に代えたものである。ＳＬＭは、所望のパターンを形成するためにオン又はオフされる活性領域の配列（例えばミラー又は透過性領域）を有する。活性領域をオン又はオフさせるために、所望の露光パターンに基づく、前もって記憶された所定のアルゴリズムが使用される。

図１は、パターンジェネレータとして平坦なＳＬＭ１０２を使用する慣用のＳＬＭ式書込み装置１００を示している。照明系１０４からの光は、ビームスプリッタ１０６と、少なくとも光学素子１０８を含む光学系（図示せず）とを介してＳＬＭ１０２へ送られる。ＳＬＭ１０４から反射された後、光は、ビームスプリッタ１０６を通過させられ、少なくとも光学素子１１２を有する光学系（図示せず）を介して基板１１０へ送られる。ＳＬＭ１０４及び基板１１０に向かうダブル・テレセントリック・ビームを維持するために、光学素子１０８はＳＬＭ１０２と同じ直径を有していなければならない。それぞれのビームの主光線がＳＬＭ１０２の光軸に対して平行でありかつ／又は基板１１０の光軸に対して平行である場合に、ビームはダブル・テレセントリック・ビームであると考えることができる。光学素子１０８がどれだけ大きな直径を有することができるかに関しては限界がある（例えば３００〜３５０ｍｍ）。このこと自体はＳＬＭ１０２の寸法を制限する。スループットはＳＬＭ１０２の寸法に基づく。つまり、光学素子１０８のためにＳＬＭ１０２の寸法を制限することにより、スループットは、ＳＬＭ１０２の直径が増大されれば得られるはずのものよりも著しく低くなる。

したがって、必要とされているのは、あらゆる大きさの直径のＳＬＭを有するマスクレス・リソグラフィ・システムであり、前記直径は、ＳＬＭに光を投射しかつＳＬＭから光を投影するために使用される光学素子の寸法によっても制限されない。

したがって、本発明の課題は、ＳＬＭの直径の大きさが制限されないマスクレス・リソグラフィ・システムを提供することである。

本発明は、照明系と、非線形（例えば、湾曲した、凹面状の、球状の等）ＳＬＭと、露光系と、光を照明系からＳＬＭへ及びＳＬＭから露光系へ送るビームスプリッタとを有するマスクレスリソグラフィシステムを提供する。幾つかの実施形態において、場合によっては光学収差を修正するためにビームスプリッタとＳＬＭとの間に１つ以上の光学素子を配置することができる。

本発明の別の実施形態、特徴及び利点、本発明の様々な実施形態の構造及び操作方法を以下に添付図面を参照して詳細に説明する。

ここに組み込まれかつ明細書の一部を形成する添付図面は、本発明を示しており、詳細な説明と共に、本発明の原理を説明するために及び当業者が発明を形成及び使用することができるようにするために働く。

ここで本発明を添付図面を参照して説明する。図面中、同一の参照符号は同一のエレメント又は機能的に同様のエレメントを示している。さらに、参照符号の最も左の数字は、その参照符号が最初に出現する図面の番号を表している。

概説
特定の構成及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が理解されるべきである。当業者は、本発明の思想及び範囲から逸脱することなくその他の構成及び配列を使用することができることを認めるであろう。本発明は様々な他の用途において使用されることもできることは当業者に明らかとなるであろう。

本発明はマスクレス・リソグラフィ・システムを提供する。マスクレス・リソグラフィ・システムは、照明系と、非線形形状（例えば湾曲した、凹面状の、球状の等）を有するＳＬＭと、露光系と、光を照明系からＳＬＭへ及びＳＬＭから露光系へ送るビームスプリッタとを有している。幾つかの実施形態において、場合によっては光学収差を修正するためにビームスプリッタとＳＬＭとの間に１つ以上の光学素子を配置することができる。

例えば、ＳＬＭの半径をＸだけ増大させることによりスループットがＸ^２だけ増大させられる。また、ビームスプリッタとＳＬＭとの間に光学素子が必要とされないのでシステムにおけるエレメントの寸法、数及びコストが低減される。光学素子が使用される場合でさえも、光学素子の寸法は比較的小さく、これにより、光学素子を製造するコストを劇的に低減することができる。光学素子を必要としないことによって又は光学素子の寸法を低減することによっても、システムコスト全体を低減することができる。

マスクレス・リソグラフィ・システム
図２は、本発明の実施形態によるマスクレス・リソグラフィ・システム２００を示している。システム２００は、光を非線形の（例えば湾曲した、球状の、凹面状の等）空間的光モジュレータ（例えばデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、反射式液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は同様のもの）にビームスプリッタ２０６を介して送る照明系２０２を有している。ＳＬＭ２０４から反射されたパターニングされた光は、ビームスプリッタ２０６と、少なくとも光学素子２０８を有する投影光学系（図示せず）とを通過させられ、対象物２１０（例えば基板、半導体ウェハ、フラットパネルディスプレイのためのガラス基板又は同様のもの）に書き込まれる。

関連技術において知られているように、照明光学系を照明系２０２に収容することができることが認められるであろう。少なくとも光学素子２１２を含む光学系（図示せず）が、光学収差の修正等の公知の機能を行うためにＳＬＭ２０４の前方に位置決めされることができることも認められるであろう。光学素子２１２は、もはやビームをテレセントリックにするために使用されないので、システム１００における光学素子１０８と比べて著しく小さくすることができる。その代わりに、ビームの主光線が小さな入射角でＳＬＭ表面に衝突し、これにより、主光線は、ＳＬＭ空間においてテレセントリックでなはくむしろ集束する。光学素子２１２の寸法を小さくすることにより、光学素子のコスト、及びシステム２００のコストも低減される。

図３は、ＳＬＭ２０４の活性領域３００の細部を示している。活性領域３００は、活性デバイス３０２の配列（図には点線のパターンによって示されている）を有している。活性デバイス３０２は、ＤＭＤにおけるミラー又はＬＣＤにおけるロケーションであることができる。関連技術において知られているように活性デバイス３０２はピクセルと呼ばれることもできる。活性デバイス３０２の物理的特性を調整することにより、活性デバイスは、オン又はオフであると見なされることができるか、又は活性デバイスがバイナリデバイスではない場合、完全にオンと完全にオフとの間のどこかであると見なされることができる。所望のパターンに基づくデジタル又はアナログの入力信号は、様々な活性デバイス３０２をオン又はオフさせるために使用される。幾つかの実施形態において、対象物１１２に書き込まれる実際のパターンを検出することができ、パターンが許容できる公差から外れているかどうかを決定することができる。その場合、制御装置２１４（図２）が使用されて、アナログ又はデジタルの制御信号がリアルタイムで発生され、ＳＬＭ２０４によって生ぜしめられるパターンを微妙に調整（例えば較正、調節等）することができる。

ＤＭＤがＳＬＭ２０４として使用される場合、各ピクセル３０２の２つの対角に配置された弾性的デバイス（図示せず）を中心に旋回可能に各ピクセル３０２を取り付けることができる。作動時、適切なオン電圧がピクセル３０２に印加されると、ピクセル３０２の左上の角がＳＬＭ３０２の平面から上方へ移動するのに対し、右下の角が下方へ移動する。同様に、オフ電圧が印加されると、ピクセル３０２は弾性的なデバイスを中心に旋回し、左上の角が下方へ移動し、右下の角が上方へ移動する。つまり、オン位置及びオフ位置は、各ピクセル３０２の２つの別個の移動を含む。１つの実施例において、ピクセル３０２は平面のそれぞれの側に対して１０゜だけ旋回することができる。

同様に、ＳＬＭ２０４として液晶ディスプレイパネルを使用することができる。制御装置２１４によって制御される制御システム（図示せず）の構成に応じて、オン又はオフにするために、電圧が活性領域３０２に印加されるか又は活性領域３０２から遮断される。オンにされた場合、光は活性領域３０２と協働して、反射されたビームを対象物２１０へ送る。オフにされた場合、光は活性領域３０２と協働して、反射された光を対象物２１０から離れる方向に送る。

ＳＬＭ２０４は、全ての活性領域３００をＳＬＭ２０４の非線形の支持部又は表面に従わせるように構成されている。この構成では、各ビームの主光線は各活性領域３０２に垂直に衝突することができる。ＳＬＭ２０４から反射されたビームは、ＳＬＭ２０４の形状に基づき光学素子２１２を必要とすることなくビームスプリッタ２０６に向かって集束する。これは、光学素子１０８が必要とされる前記慣用のシステム１００と対照的な点である。つまり、システム２００は、慣用のシステム１００よりも複雑でなく、コストが安い。また、光学素子２１２を必要とすることなく、ＳＬＭ２０４は、特定のシステムのために必要なあらゆる半径を有するように製造されることができる。前記のように、ＳＬＭ２０４の半径をＸだけ増大させることは、スループットのＸ^２の増大に等しい。つまり、例えば、半径を３倍にすると、スループットは９倍に増大する。

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。発明の思想及び範囲から逸脱せずに実施形態の形式及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明らかとなるであろう。つまり、本発明の広さ及び範囲には、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、以下の請求項及びその均等物に基づいてのみ定義されるべきである。

慣用のマスクレス・リソグラフィ・システムを示している。

本発明の実施形態によるマスクレス・リソグラフィ・システムを示している。

本発明の実施形態による空間的光モジュレータの平面図を示している。

符号の説明

１００ ＳＬＭ式書込み装置、 １０２ ＳＬＭ、 １０４ 照明系、 １０６ ビームスプリッタ、 １０８ 光学素子、 １１０ 基板、 ２００ マスクレス・リソグラフィ・システム、 ２０２ 照明系、 ２０４ ＳＬＭ、 ２０６ ビームスプリッタ、 ２０８ 光学素子、 ２１０ 対象物、 ２１２ 光学素子、 ２１４ 制御装置、 ３００ 活性領域、 ３０２ 活性デバイス

Claims (5)

1. 光のビームを供給する照明系と、
   前記ビームのパターンを形成するＳＬＭであって、非線形の支持部と、前記非線形の支持部に接続され個々に制御可能な活性デバイスの配列とを含むＳＬＭと、
   基板にパターン化されたビームを投影する投影光学系と、
   前記ビームを前記ＳＬＭに方向付けると共に前記パターン化されたビームを前記投影光学系に方向付けるビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタからのビームをＳＬＭ上にフォーカスさせると共に収差の修正を行う光学素子であって、その半径が前記ＳＬＭの半径より実質的に小さい光学素子と、
   を含むことを特徴とするマスクレス・リソグラフィ・システム。
2. 前記ビームの主光線は、個々に制御可能に配列される活性デバイスの各々の表面に垂直に衝突することを特徴とする請求項１記載のマスクレス・リソグラフィ・システム。
3. 前記非線形の支持部は湾曲している請求項１記載のシステム。
4. 前記非線形の支持部は凹面状である請求項１記載のシステム。
5. 前記非線形の支持部は球状である請求項１記載のシステム。

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