JP4176089B2 - パターン発生器を照明するための照明システムおよび照明方法 - Google Patents

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本発明は、パターン発生器を照明するための照明システムおよび照明方法に関するものであり、より詳細にはリソグラフシステムのパターン発生器を照明するための照明システムおよび照明方法に関する。
パターン発生器は光を使用してオブジェクトをパターン化し、またパターンを投影するために種々異なる環境、とりわけリソグラフシステム、テレビジョン、生物医学的システム、生物工学的システム等で使用される。典型的にはレチクル(またはマスク)、空間的光変調器(SLM)またはコントラストデバイス(以下、両者ともSLMとして参照する)、デジタルミラーデバイス(DMD)、液晶ディスプレイ(LCD)、グレーティングライトバルブ(GLV)等、または透過性および/または反射性パターンを含む他のエレメントをパターン発生器として使用することができる。
SLMは、アクティブデバイス(またはピクセル)のn×m(ここでnとmは1以上の整数)アレイを備えるアクティブエリアを有することができる(例えばMDM上のミラーアレイ、GLV上のグレーティングアレイ、またはLCD上の反射性/透過性アレイ)。各アクティブデバイスは個別に制御され、アクティブデバイスはONとOFFの間を1つまたは複数の離散的状態を通して変化する。例えばアクティブデバイスがDMD上のミラーであれば、各ミラーは個別に制御され、これによりミラーは回転またはティルトし、2進位置または多重位置のいずれかに変化する。他の例として、アクティブデバイスがGLVのストリップであれば、ストリップのセットを湾曲または伸長することができ、到来する光ビームを反射または拡散する。
アクティブエリアのアクティブデバイスを制御し、これらが部分的または全面的にONまたはOFFとなるようにすることは公知であり、ここでは詳細に説明しない。典型的には所定の、または所望の露光パターンに基づいて前もって記憶されたアルゴリズムを使用して、アクティブデバイスをON(または部分的にON)またはOFFに切り換えることは関連技術で公知である。
図1,2,3は従来のパターン発生器を照明するためのシステム100,200,300をそれぞれ示す。従ってパターン化された光が形成され、パターン発生器に向けられる。公知のように、照明光学系およびオプションとしてのパターン発生器光学系は1つまたは複数の光学素子(例えばレンズ、ミラー等)を含むことができる。1つの構成では、照明光学系はパターン発生器光学系を含むことができる。別の構成では、パターン発生器光学系は別個のエレメントとすることができる。投影システムは通常、パターン発生器からのパターン化された光をサブストレートにフォーカシングする。
図4は従来の照明フィールド400を示し、この照明フィールドは所望の照明エリア404を有するパターン発生器402に対するシステム100,200および/または300から得ることができる。各照明エリアはSLMのアクティブエリアまたはレチクル上のパターンの所望部分とすることができる。上に議論したように、各アクティブエリアはアクティブデバイスを含む。図示のように照明フィールド400は所望の照明エリア404を越えて入射する程大きく、パターン発生器402より大きい。従って相当の量、たとえば光の約80〜90%までが浪費される(すなわちシステム100,200,および/または300の動作中に使用されない)。なぜなら光の総量が所望の照明エリア404に入射しないからからである。
パターン発生器またはそのアレイに対する適用例はマスクレスリソグラフである。リソグラフはサブストレートの表面にフューチャを形成するために使用されるプロセスである。このようなサブストレートは、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、種々の集積回路等の製造で使用されるものを含むことができる。このような適用のためにしばしば使用されるサブストレートは半導体ウェハまたはフラットパネルディスプレイサブストレートである。本明細書では説明のために半導体ウェハの用語を用いるが、当業者であればこの説明を当業者に公知の他の形式のサブストレートに適用できることは理解されよう。
リソグラフでは、ウェハステージに配置されたウェハがパターン発生器またはそのアレイにより形成されたイメージ(またはパターン)に露光される。このイメージはウェハの表面に、リソグラフ装置内に配置された露光光学系によって投影される。露光光学系がリソグラフの場合に使用されるが、種々異なる形式の露光装置を所定の適用に応じて使用することができる。例えばエキシマレーザ、X線、イオン、電子、またはフォトンリソグラフはそれぞれ異なる露光装置を必要とするが、それらは公知である。フォトリソグラフの例だけをここでは説明のために論議する。
投影されたイメージはウェハ表面に配置された層(例えばフォトレジスト)の特性変化を引き起こす。この変化は、露光中にウェハに投影されたイメージのフューチャに相応する。露光に続いて層をエッチングし、パターン化された層を形成することができる。このパターンは露光中にウェハに投影されたフューチャに相応する。次にこのパターン化された層は、ウェハ内で基礎となる構造層、例えば導電性層、半導電性層、または断熱性層の露光部分を除去するため、またはさらに処理するために使用することができる。このプロセスは他のステップと共に繰り返され、所望のフューチャがウェハの表面または種々の層に形成される。
ステップ・アンド・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システムと共働する。ウェハ全体をパターン発生器により形成されたイメージにより一度に露光するのではなく、一度には個々のフィールドをウェハ上でスキャンする。このことはウェハを移動し、パターン発生器上のアクティブデバイスを制御することにより実行される。例えばイメージングスロットがスキャン中にフィールド上を移動される。ウェハステージはフィールド露光の間では停止されなければならない。これによりパターン発生器上のアクティブデバイスにより形成されたパターンを露光すべきウェハ表面に多重コピーすることができる。このようにしてウェハに投影されるイメージの品質が最良となる。
レチクル(またはマスク)パターンまたはSLMのアクティブエリア上の所望の照明エリアは通常、パターンまたはアクティブエリアの所望の照明エリアを取り込む表面のサイズよりも実質的に小さい。例えばSLMではアクティブエリアはSLM表面の10〜20%しかなく、SLMの残りの表面エリアは不活性エリアであり、この不活性エリアはパッケージング、回路等を含むことができる。従ってパターン発生器に向けられる光の相当量はパターンまたはアクティブエリアの所望の照明エリアを照射せず、パターンの不所望のエリアまたは不活性エリアを照射することになる。このことは光の散乱および浪費につながる。散乱光の一部はサブストレートの表面に達することがある。サブストレートに達したこの散乱光はサブストレート上に製造されるデバイスのエラーを引き起こす。
本発明の課題は、光がパターン発生器の所望の照明エリアに実質的に入射するように光を配向することにより光学的効率を向上させ、光がパターン発生器の不所望エリアに入射することにより生じる散乱光を低減または実質的に除去するようなシステムおよび方法を提供することである。
この課題は、請求項1記載の構成により解決される。
すなわち、光源と、瞳定義素子(PDE)と、フィールド定義素子(FDE)と、光学システムと、パターン発生器とを有するシステムにおいて、
前記光源から放射された光が前記PDE、前記FDEおよび前記光学システムを通過し、照明スポットを形成し、
該照明スポットはパターン発生器の所望の照明エリアだけに実質的に入射し、かつ前記パターン発生器の不所望エリアからは実質的に離れるように指向されるように構成して解決される。
本発明の実施例では、照明光がパターン発生器の不所望エリアに入射する場合に発生する散乱光の発生を実質的に低減または除去し、光学的効率を実質的に向上させるシステムが得られる。このシステムは、光源、瞳定義素子(PDE)、フィールド定義素子(FDE)、光学的システム、およびパターン発生器を含む。PDEとFDEは回折デバイスまたは屈折デバイスである。光源から放射された光はPDEおよびFDEを透過し、整形され、指向化されたビームを形成する。このビームはパターン発生器の1つまたは複数の所望照明エリアに向けられ、パターン発生器の不所望エリアからは実質的に離れるように指向される。
本発明の別の実施例は、光学的効率を実質的に向上させ、照明光がパターン発生器(例えば反射性または透過性レチクルまたはSLM)と交差する場合に発生する散乱光の発生を実質的に低減または除去する方法を含む。この方法では、光をPDEおよびFDEに通過させ、これにより光ビームを形成し、光学システムを使用して光ビームをパターン発生器に指向し、パターン発生器の所望照明エリアだけを実質的に照明し、パターン発生器の不所望エリアは実質的に照明しない。このことを通過ステップと指向ステップに基づいて行う。
本発明のさらなる実施例および利点、および本発明の種々の実施例の構造と動作を、以下添付図面を参照して詳細に説明する。
特定の構成およびアレンジメントについて説明するが、これは例示目的だけのものであることを理解すべきである。関連技術の当業者であれば本発明の技術思想を逸脱することなしに他の構成およびアレンジメントを使用することができ、本発明を他の適用に使用することができる。
本発明の実施例は、光源と照明光学系を有する照明システムを提供する。この照明システムはパターン発生器を照明するのに使用される。照明光学系は少なくとも2つのデバイスを含む。例えば第1と第2の回折性および/または屈折性デバイスが使用されるなら、1つを瞳定義素子(PDE)とし、1つをフィールド定義素子(FDE)とすることができる。別の実施例では第3の回折素子または屈折素子を使用して、光を照明システムに均一に入力することができる。2つのデバイスだけが使用される場合、PDEは所定のプロフィールを有する1つまたは複数の光ビームを形成する。FDEは所定のプロフィールを有する1つまたは複数の光ビームを指向化し、各指向されたビームが実質的に大きさおよび形状の点でパターン発生器の所望照明エリアに相応するようにする。指向化されたビームは実質的に所望照明エリアだけに入射する。従ってPDEおよびFDEを使用すると、パターン発生器への光入射の光学的効率が上昇し、光がパターン発生器の不所望エリアに入射することにより生じる散乱光が実質的に低減または除去される。
簡潔にするため、パターン発生器として使用されるSLMデバイス(例えばDMD,GLV,LCD等)の動作と機能の完全な説明はここでは行わない。例えばアクティブデバイスをアクティブエリアで制御し、これらを部分的にまたは完全にONまたはOFFとすることは公知であるから、ここでは説明しない。典型的には所望の露光パターンに基づいて前もって記憶されたアルゴリズムまたは所定のアルゴリズムがアクティブデバイスをON(または部分的ON)およびOFFにするために使用されるが、これも公知である。
照明光学系とパターン発生器光学系は1つまたは複数の光学デバイス、例えばレンズ、ミラー等、または他の当業者には公知の光操作デバイスを含むことができる。
照明光学系
図5は、本発明の実施例による照明光学系500の素子構成を示す。照明光学系500はシステム100,200,または300のいずれにも使用することができ、またはパターン発生器を照明するために使用される他のいずれのシステムでも使用することができる。照明光学系500は整形され、指向化されたビームを形成するために使用することができる。これにより実質的に所望の照明エリア(例えばレチクルのパターンエリアまたはSLMデバイスのアクティブエリア)だけが照明される。照明光学系500は光学的効率を向上させ、散乱光を低減するために使用することができる。
第1のデバイス502(例えば瞳定義素子(PDE))が照明光学系500の瞳面に配置されており、光ビームを光源(図示されていないが図1,2,3と同じ)から受け取る。PDE502は屈折性(例えばレンズアレイ等)または回折性(例えば回折格子等)の光学的素子を有することができる。PDE502は光ビームを整形し、これを通過するようにするために使用することができる。例えばPDE502は1つまたは複数の光ビーム506に対して光ビームプロフィールを定義するために使用することができる。例えばPDE502はビーム506に対して通常のプロフィール、ダイポールプロフィール、クワドロポールプロフィール等のプロフィールを形成するために使用することができる。
光学デバイス507(例えば1つまたは複数の光学エレメント)はビーム506を第2のデバイス508(例えばフィールド定義素子(FDE))に指向する。FDE508は屈折性(例えばレンズアレイ等)または回折性(例えば回折格子等)の光学エレメントとすることができ、この光学エレメントは照明光学系500のフィールド面に配置される。FDE508は1つまたは複数の光ビーム510を形成するのに使用することができ、この光ビーム510はビーム506’の形状を維持するが、パターン発生器(図示せず)の特定のエリアに光学デバイス512を介して指向されている。
PDE502とFDE508は特定の光学系または照明光学系500に示されているが、照明経路におけるそれらの順番は入れ替えることができ、それも本発明の枠内である。
第1と第2の回折デバイス502および508はそれぞれ1つ以上の回折性または屈折性の光学エレメントを含むことができる。例えば回折性光学エレメントを使用する実施例では、第1の回折デバイス502は、PDEの前方に配置された均一ビームプロファイリング(UBP)回折光学エレメントを含むことができる。
U.S.Ser.No.10/270556(米国特許出願公開2003/0076679A1(以下‘679PPA)の図2aに示された別の光学システムも本願の参考文献とする。‘679PPAは光学システム200を示し、この光学システムは光を整形し、指向するために使用することができる。‘679PPAの図2aのシステム200は第1の回折アレイまたはフィールドアレイ210と、第2の回折アレイまたは瞳アレイ212と、光軸209に沿って第1の回折アレイ210と第2の回折アレイ212の間の光路に配置されたコンデンサシステム220を有する。第1の回折アレイ210は、調整された光103を照明システム200に入力するために空間的および時間的コヒーレンス処理を施すのに使用することができる。第2の回折アレイ212は瞳として動作することができ、光の規模を変化することができる。また‘679PPAの図5a,5b,6a,および6bとそれらの説明は例として回折デバイスを示し、この回折デバイスは第1と第2の回折アレイ210と212に使用することができる。
照明光学系500(または‘679PPAの光学システム200)は、PDE502および/またはFDE508(または‘679PPAのPDE210とFDE212)が容易に他のPDEおよびFDEにより置換(交換)されるように構成することができる。このことにより照明光学系500(‘679PPAの光学システム200)を十分にフレキシブルに構成することができ、所望の数、位置および/または大きさの指向ビーム510を形成することができる。このことはパターン発生器の特定の所望照明エリアに対して有利である。例えばパターン発生器は複数のSLMおよび複数のSLMの所定のセットだけを含むことができ、これにより所望の照明エリアを形成する。この場合、特別のPDE502とFDE508を照明光学系500に挿入し、所望のパターンを形成することができる。別の例として、PDEとFDEの交換可能性によって、照明光学系500を含むシステムを高解像度モードと低解像度モードとの間で切り換えることができ、所要のスループットに適合することができる。
照明光学系を通る光路の例
図6は、本発明の実施例による図5の照明光学系500を通る光路の一部を示す。同様の光路を‘679PPAの光学システム200に形成することができる。
光ビーム506’はFDE508に入射し、ビーム510−nを形成する。図6のビーム510の数は例としてだけ示されている。パターン発生器602が複数の所望の照明エリア606を含んでいれば、ビーム510の数はそれぞれこの数を反映することとなる。FDE508が回折格子であれば、ビーム510は回折されたビームの所望の次数とすることができる。
光学デバイス512に入射するビーム510はこの個所では604−nである。指向されたビーム510’−nは光学デバイス512を出射し、照明スポット608をパターン発生器602のそれぞれ所望の照明エリア606上に形成する。従って照明光学系500を使用することにより、光源からの光502は整形され、各照明スポット608に指向され、表面610の小さな部分だけを、しかし所望照明エリア606のすべてをカバーする。このことが図7にもっともよく示されている。
図7は照明エリア608を示す。FDE508と光学デバイス512を使用することにより、照明スポット608は実質的に所望の照明エリア606だけに入射し、表面610の小さな(所望の)部分だけをカバーする。パターン発生器602に対してSLMを使用する例では、本発明の照明光学系500を使用すれば、照明光率を約80〜90%のレンジにまで向上させることができる。
従って照明光学系500(または‘679PPAのシステム200)を使用することにより、各所望の照明エリア606における光強度が上昇し、その際に光源の電力を増大する必要はない。照明光学系500(または‘679PPAのシステム200)はさらに、表面610からの散乱光を低減または実質的に除去する。このことは製造されたデバイスにおける散乱光によるエラーを低減または実質的に除去する。
照明スポット608が所定の形状に図示されているが、照明スポット608は任意の形状とすることができる。この形状は上に述べたようにFDE508に基づくことができる。
照明システムの適用例
照明システム500(または‘679PPAのシステム200)とパターン発生器602を使用する適用例の1つはマスクレスリソグラフシステム800であり、これを以下に説明する。しかし上に述べたような他のシステムも照明システム500をパターン発生器602の照明のために使用することができる。
図8は、例としてのリソグラフシステム800(例えばレチクルまたはマスクレスリソグラフシステム)を示し、このリソグラフシステムは本発明の実施例による照明光学系500と投影光学系850を有する。光源(図示せず)からの光504はPDE502により整形され、整形されたビーム506を形成する。整形されたビーム506はFDE508に光学デバイス507(例えば集束レンズ等)を使用してフォーカシングされる。FDE508により指向化されたビーム510は、パターン発生器602の所望照明エリア606に、光学デバイス512(例えば集束レンズ等)を使用してフォーカシングされる。反射されたビーム852は光学デバイス854により指向され、ビーム852’としてアパーチャ856を通過する。この光ビーム852’は次に光学デバイス858によりサブストレート860(例えばウェハ、フラットパネルディスプレイ、または受け取ったパターンを保持するいずれかの物質)にフォーカシングされ、サブストレート860の感光性表面にパターンを形成する。
反射性のパターン発生器602が図示されているが、透過性のパターン発生器を使用することもできることは当業者には自明である。
実施例では、パターン発生器内およびパターン発生器のアレイ内でのパターン発生器間で照明を均一にするため、パターン発生器により較正されたシステムと方法が使用される。
別の実施例ではFDEが、アレイ内のパターン発生器ごとの相対的光量を調整するように構成されている。例えばFDEの下流側でフィルタ(例えばニュートラルフィルタ)の直列体を使用して、パターン発生器ごとの相対的光量を調整することができる。
パターン発生器イメージの切り替えを実行する実施例では、rollofプロフィールが必要となる。実施例ではrollofプロフィールはFDEにより発生される。別の実施例では、rollofプロフィールはFDEより前で発生され、FDEはこのrollofプロフィールの複製に使用される。
パターン発生器を照明するためのシステムのブロック回路図を示す。 パターン発生器を照明するためのシステムのブロック回路図を示す。 パターン発生器を照明するためのシステムのブロック回路図を示す。 照明すべきパターン発生器エリアのアレイを示す。 本発明の実施例による照明光学系の構成を示す。 本発明の実施例による、回折デバイスまたは屈折デバイスからパターン発生器への光路を示す。 本発明の実施例によるパターン発生器上の照明パターンを示す。 本発明の実施例による照明システムを使用するシステムを例として示す。

Claims (23)

  1. 光源と、瞳定義素子(PDE)と、フィールド定義素子(FDE)と、光学システムと、複数の所望の照明エリアを含むパターン発生器とを有するシステムにおいて、
    前記光源から放射された光が前記PDE、前記FDEおよび前記光学システムを通過し、照明スポットを形成し、
    前記FDEは、前記光源から放射された光に対して、前記パターン発生器の照明エリアの数に対応する複数の光ビームを形成し、
    前記光学システムは、前記FDEにより形成された複数の光ビームを指向して、実質的に前記パターン発生器の複数の所望の照明エリア上だけにそれぞれ照明スポットを形成し、前記パターン発生器の不所望エリアからは照明スポットが離れるようにする、
    ことを特徴とするシステム。
  2. 請求項1記載のシステムにおいて、前記FDEは前記パターン発生器に対して、前記PDEよりも接近している。
  3. 請求項1記載のシステムにおいて、前記PDEは前記パターン発生器に対して、前記FDEよりも接近している。
  4. 請求項1記載のシステムにおいて、前記FDEと前記PDEは屈折デバイスである。
  5. 請求項1記載のシステムにおいて、前記FDEと前記PDEは回折デバイスである。
  6. 請求項1記載のシステムにおいて、前記光学システムは、前記FDEに後置された第1の光学エレメントと、前記PDEに後置された第2の光学エレメントを有する。
  7. 請求項1記載のシステムにおいて、前記パターン発生器は1つまたは複数の反射性パターン発生デバイスを有する。
  8. 請求項1記載のシステムにおいて、前記パターン発生器は1つまたは複数の液晶ディスプレイ(LCD)デバイスを有する。
  9. 請求項1記載のシステムにおいて、前記パターン発生器は1つまたは複数のデジタルミラーデバイス(DMD)を有する。
  10. 請求項1記載のシステムにおいて、前記パターン発生器は1つまたは複数のグレーティングライトバルブデバイスを有する。
  11. 請求項1記載のシステムにおいて、前記パターン発生器は1つまたは複数のレチクルを有する。
  12. 請求項1記載のシステムにおいて、前記パターン発生器は1つまたは複数の透過性パターン発生デバイスを有する。
  13. 請求項1記載のシステムにおいて、前記パターン発生器は1つまたは複数の空間的光変調(SLM)デバイスを有する。
  14. 請求項1記載のシステムにおいて、光源に後置された、光を均一にするエレメントを有する。
  15. 請求項14記載のシステムにおいて、光を均一にするエレメントは回折エレメントおよび屈折エレメントの1つである。
  16. 請求項1記載のシステムにおいて、PDEは1つまたは複数のPDEを有する。
  17. 請求項1記載のシステムにおいて、FDEは1つまたは複数のFDEを有する。
  18. 複数の所望の照明エリアを含むパターン発生器を照明する方法であって、
    光をPDEおよびFDEに通過させ、前記パターン発生器の照明エリアの数に対応する複数の光ビームを形成し、
    形成された複数の光ビームを指向して、実質的に前記パターン発生器の複数の所望の照明エリアだけがそれぞれ照明され、前記パターン発生器の不所望エリアは実質的に照明されないようにする、
    ことを特徴とする方法。
  19. 請求項18記載の方法において、前記通過ステップは、前記FDEと前記PDEを使用し前記光ビームとして回折された光を形成するステップを含む。
  20. 請求項18記載の方法において、所望の照明エリアから反射された光によりサブストレートにパターンを形成する。
  21. 請求項18記載の方法において、所望の照明エリアを透過した光によりサブストレートにパターンを形成する。
  22. 請求項18記載の方法において、レチクルまたはコントラストデバイスの1つをパターン発生器として使用する。
  23. 請求項18記載の方法において、均一ビームプロファイラを使用して光を形成し、該光はPDEとFDEを通過した光と同じ均一のビームプロフィールを有する。
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