JP5576385B2 - 放射線感応基板に撮像する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載されている特徴を有する放射線感応基板に撮像する方法および請求項１０のプリアンブルに記載されている特徴を有する放射線感応基板に撮像する装置に関する。

米国特許出願公開第２００５／０１６８８５１号明細書に記載されている放射線感応基板を撮像するための方法および装置では、プログラマブルテンプレートは、コヒーレント放射線によって照射され、使用される放射線に反応する基板上に光学系を使用して投影される。コヒーレント放射線は、２つのブラッグセルによって複数の１次以上のビームレットに分割され、集束レンズを介してプログラマブルテンプレートに供給される。テンプレートから放射されたビーム束は、スキャナによってうまく基板上に向けられる。この場合、特定のビーム束さらには基板が変位される。プログラマブルテンプレートは、制御可能なマイクロミラーアレイとすることができる。例えば、その個々の素子は、空間的に互いに分離して具現化される。少なくとも２つの別個のレンズ群で構成される光学系は、個々の素子の個々の画像を重ね合わせることで基板上に適切なサイズの画像を形成する。

また、米国特許出願公開第２００６／０１７６３２３号明細書に記載されているのは、集束レンズを介してプログラマブルテンプレートに向けられる発散ビーム束を発する光源を有する方法および装置である。コヒーレントビーム束の拡張はない。プログラマブルテンプレートの出力放射線は、線形アクチュエータが配置された可動レンズに進む。可動レンズの移動に応じてあたっているビームの入射角は変化し、ひいては画像位置が変化する。別の例示的な実施形態では、画像変化は、集積光学系または種々の電気光学変調器または音響光学変調器を使用して、プレートの光学的特性を調整することによって引き起こされる場合もある。

コヒーレント放射線の性質によって望ましくない干渉効果が生じる。特に、光学系の解像度が低すぎる場合、これらの干渉効果は生成される構造の品質にとってマイナス要因となる。高解像度では、干渉効果が無視できるような個々の画像のわずかな重なりがある。しかしながら、このわずかな重なりを使用して、隣接する個々の画像の放射強度を変えることで基板上の構造エッジを変位させることはできない。複数の露光プロセスを必要とする機械的方法が独国特許出願公開第１０２００８０１７６２３号明細書に記載されている。

米国特許第４，５４１，７１２号明細書に記載されているのは、複数のレーザ光源が非干渉領域に密に配置されるレーザパターン形成装置である。放射されるレーザ光線は、音響光学偏向器によってターゲット面の領域にわたって同時に走査される。ターゲット面は、１動作サイクルの後、次の動作サイクルに向けて再配置するために走査方向に垂直に移動される。

米国特許第６，５５２，７７９号明細書は、デジタルフォトリソグラフィーのためのマスクレス露光システムを記載している。ミラー領域は、光パターンがミラーによって反射された光になるようにデジタル処理で制御されることが可能である。反射された光パターンは、第１のｆ−θレンズ系によって回転ミラー上に投射され、回転ミラーは第２のｆ−θレンズ系を使用して物体表面にわたって光パターンを走査する。

独国特許出願公開第１０２００８０１７６２３号明細書 米国特許第４，５４１，７１２号明細書 米国特許第６，５５２，７７９号明細書

本発明の目的は、放射線感応基板に撮像する方法および／または装置において、画像解像度を向上させること、または露光速度を速くすることである。

上述の目的は、請求項１に記載されている特徴を有する放射線感応基板に撮像する方法および／または請求項１０に記載されている特徴を有する放射線感応基板に撮像する装置を使用して達成される。有利な改善は、従属請求項に特徴付けられる。

本発明の方法および／または本発明の装置は、撮像速度を減少させずに解像度を向上させる。

本発明の方法および本発明の装置は、複数回の露光およびそれに必要な機械的動作プロセスを使用するのではなく、むしろ基板上の投射を変位させるのに音響光学または電気光学偏向ユニットを使用する。この変位により、基板上に投入された放射エネルギーは、より正確には、テンプレート要素ごとに制御され、それにより構造エッジの位置における局所解像度がより高くなる。

放射線感応基板に撮像するための本発明の方法では、基板が放射線反応する波長を有するコヒーレント放射線を使用してプログラマブルテンプレートが放射線感応基板上に投射される。特に、画像グリッドを有するプログラマブルテンプレートの全体画像は、複数の投射が基板の異なる位置にあたって基板上の画像グリッド内に細かい部分グリッドが形成されるように音響光学または電気光学偏向ユニットによって同時に変位される。

プログラマブルテンプレートは、特に、反射性もしくは反射光学素子としてもよく、または非透過もしくは不透明としてもよい。テンプレートの反射は、プログラム可能または調節可能としてもよい。コヒーレント放射線は、全体画像内の干渉効果を指す場合がある。全体画像は、互いに干渉し合うビーム束を有する、または構成する。

プログラマブルテンプレートの全体画像は、放射線感応基板上に複数回再現されることができる。部分グリッドを形成する変位の長さは、画像グリッドの幅より短くてよい。

本発明の方法の好ましい実施形態では、プログラマブルテンプレートは、変調器素子の１次元グリッドまたは２次元グリッドで構成される。特に、コヒーレント放射線の方向および／または振幅は、変調器素子によって変更されることができる。

本発明の実施形態の第１の群では、時間的に連続した出力を有する放射線源が使用される。実施形態の第２の群では、時間的にパルス状の出力を有する放射線源が使用される。

複数のビーム束は、音響光学または電気光学偏向ユニットによって同時に変位される。また、プログラマブルテンプレートの照射角度は、放射線感応基板にあたる光の位相角を調節するように変更または調節される。

本発明の放射線感応基板に撮像するための装置は、放射線感応基板と、基板が放射線反応する波長を有するコヒーレント放射線を発するための放射線源と、プログラマブルテンプレートと、コヒーレント放射線によって放射線感応基板上に照射されるプログラマブルテンプレートを投射するための光学系とを含む。さらに、本発明の装置は、画像グリッドを有するプログラマブルテンプレートの全体画像を同時に変位するために、画像グリッド内に細かい部分グリッドを形成する複数の投射が基板の異なる位置にあたるように作動される音響光学または電気光学偏向ユニットを有する。

好ましくは、本発明の放射線感応基板に撮像するための装置では、プログラマブルテンプレートは変調器素子で構成され、変調器素子はマイクロミラーアレイまたは制御可能回折格子の１次元配列で形成される。

放射線源、特に、レーザ光源は、１８０ｎｍから４３０ｎｍ、特に２４０ｎｍから４００ｎｍ、好ましくは３４０ｎｍから３９５ｎｍの波長を有する光を発するのが好ましい。この実施形態では、放射線源は、レーザ光源として、周波数てい倍レーザ、特に周波数２倍レーザとすることができる。本発明の装置の放射線源は、特に、ＵＶＡ、ＵＶＢ、ＵＶＣの紫外線スペクトル領域の光を放射することができる。

本発明の方法は、本発明の装置の制御ユニットまたは制御コンピュータの制御シーケンスまたは制御プログラムを使用して得られることができる。すなわち、装置は、制御ユニット、特に、コンピュータプログラムが記憶されるストレージユニットを有する制御コンピュータを含むことができる。コンピュータプログラムは、その少なくとも一部が本明細書の装置の特徴または特徴の組み合わせを有する方法が実行されるように装置を作動させる。

本明細書で説明されている特徴は、１つの本発明の装置または１つの本発明の方法の複数の個々の特徴または全ての特徴を組み合わせて得られる。

本発明のさらなる利点、有利な実施形態、および改善は、図面を参照した以下の説明によって明らかになる。

放射線感応基板に撮像するための本発明の装置の実施形態の概略図である。 放射線感応基板に撮像するための本発明の装置の実施形態の詳細図である。 干渉による基板上の強度分布を示す図である。 干渉による基板上の強度分布を示す図である。 干渉による基板上の強度分布を示す図である。 複数の投射後の基板上の強度分布を示す図である。 複数の投射後の基板上の強度分布を示す図である。

放射線感応基板１７を撮像するための本発明の装置の一実施形態の構造（露光システムとも呼ばれる）について、図１から説明する。コヒーレント放射線の放射線源１は、約３５５ｎｍの波長を有するレーザとして具現化される。既存の放射場（ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ）２は、プログラマブルテンプレート６の全ての制御可能な変調器素子が照射され得るように光学ユニット（拡張光学ユニット）３を使用して拡張される。機械的構造に応じて、プログラマブルテンプレート６に拡張された放射場４を向けるために複数のミラー５が必要とされ得る。

図１を簡略化するために、全ての示されている構成要素が図面の平面上に配置されている。しかしながら、実際には、照射ビーム路のための構成要素、特に、ミラー５およびビーム束４は、必ずしも投射光学ユニット、レンズ９、レンズ１５の平面上にある必要はない。

プログラマブルテンプレート６は、複数の変調器素子７を備える。これらの変調器素子は、プログラマブルテンプレート６内の規則的なグリッドに配置される。レンズ９とレンズ１５との焦点距離比に応じて、プログラマブルテンプレート６のグリッドは基板１７上に原寸に比例して再現される。これらの変調器素子７の各々は、作成されるパターンに応じて活性化され得る。図示される変調器素子７は、入射放射線の一部が基板に向けられるように活性化される。活性化されない変調器素子は、ビームの一部を基板の方向でない方向に偏向させる。細部は、図２に示されている。活性変調器素子のビームレット８がレンズ９にあたる。レンズ９とプログラマブルテンプレート６との距離は、レンズの焦点距離に等しい。

レンズ９および／またはレンズ１５は、所望の光学解像度を得るためにレンズ群で具現化されてもよいが、これに限定されない。

変調器素子７上の回折により、ビームレット８は発散性となり、レンズ９を使用して平行なビーム束に変換される。全ての入射ビームレットは平行であり、そのために出力側ビーム束１０はレンズ９の焦点面１８で交差する。図２もまた参照されたい。

プログラマブルテンプレート６の非活性変調器素子１９は、レンズ９にあたるのではなく、むしろ吸収体２１によってビーム路の残りから外されるようにビーム束２０を別の方向に向ける。

焦点面１８に配置されるのは、音響光学偏向ユニット１１であり、その動作方法は知られている。偏向ユニット１１の制御ユニットは図示されていない。制御ユニットは、偏向ユニット１１を作動させ、特に、画像グリッドを有するプログラマブルテンプレートからの全体画像を同時に変位させる。制御ユニットは、特に、制御コンピュータとしてもよいし、またはコンピュータによって制御されてもよい。電気信号が偏向ユニット１１に印加されない場合、入射ビーム束は０次ビーム束１２として出る。この放射線は、吸収体１３によってビーム路から外される。正しく選択された周波数を有する電気信号が印加された場合、ビーム束１０は出口で１次ビーム束１４として放射され、レンズ１５にあたる。レンズ１５の位置は、入力側焦点面が焦点面１８と一致するように選択される。放射線感応基板は、レンズ１５の出力側焦点面に配置される。レンズ１５は、基板に入射ビーム束の焦点を合わせる。活性変調器素子の画像の位置は、レンズ１５におけるビーム束１４の入射角に応じて決まる。

図２は、音響光学偏向ユニット１１の周囲のビーム路の詳細図である。図１と異なる周波数を有する電気信号が想定され、音響光学偏向ユニットに印加される場合、偏向ユニットから出るビーム束２２の方向は変化する。ビーム束２２がビーム束１４と異なるレンズ１５への入射角を有するので、基板１７上での活性変調器素子の画像の偏向位置２４が得られる。

簡略化のために、図１および図２には、活性変調器素子は１つのみ示されている。プログラマブルテンプレートは、多くのこれらの素子を備える。例えば、プログラマブルテンプレート６にＴＩ ＤＭＤ３０００マイクロミラーが使用される場合、１つの水平線上に１，０２４個の素子が利用できる。このマイクロミラーアレイ全体は、７６８個のセルを備え、７８６，４３２個の個々に制御可能な変調器素子７を有する二次元プログラマブルテンプレート６となる。

プログラマブルテンプレート６の別の実施形態は、知られているタイプの構造の制御可能回折格子の１次元配列を備える。このタイプのプログラマブルテンプレート６は、例えば、１，０８８個の個々に制御可能な変調器素子７を備える。

個々に制御可能な変調器素子で構成されることが、上述の両方のプログラマブルテンプレート６に共通している。これらの変調器素子の各々は、活性化された時にコヒーレント光束を形成する。レンズ９は、これらの入射ビーム束１０を集光し、これらの焦点を偏向ユニット１１上に合わせる。

電気信号の印加周波数に応じて中心に入射される１つのビーム束のみが偏向されるような音響光学偏向ユニットの通常の使用とは異なり、本明細書内で説明する構造には画像全体の変位がある。主に、最大可能偏向角度を重視する場合、本明細書で説明する構造では最大可能入射角度が利用される。超音波、フォノンと光、光子間の相互作用を利用する上述の音響光学偏向ユニット（ＡＯＤ）の他に、本発明によれば、ビーム偏向に最適であり、好ましくは、例えば、電気光学効果に基づいた偏向ユニットを使用することができる。電圧を印加することにより、特定の結晶の屈折率が変化し、そこから進む放射線は方向変化する。

図３（ａ〜ｃ）は、低光学解像度においてコヒーレントビーム束が互いに重なる時に、基板１７上に生じる強度分布を示す。最初に、図３ａは、個々に制御可能な変調器素子２５を有するプログラマブルテンプレート６の図である。レンズ９およびレンズ１５による撮像後、図３ｂに示されるように、変調器素子の個々の幾何学的画像２６が基板１７上に示される。この場合、変調器素子が作動せず、したがって図３ｂにあるように画像を形成しないと考えられる。

レンズ９およびレンズ１５を備える光学系の最終の光学解像度は、コヒーレントビーム束２７の部分的重なりをもたらす。互いに重なり合うビーム束が固定位相関係を有するので、重なり領域２８に干渉が生じる。

図３ｃは、得られた強度の断面Ａ−Ａに沿った概略図である。重なり領域２８に生じる強度は、入射フィールドの位相状態によって決まる。ミラー５の配列、特にプログラマブルテンプレート６の上流側のミラー５の調節可能または変更可能な配列によって決まる照射角度を選択または調節することで、重なり領域２８のフィールドが完全に除去されるように位相状態が調節され得る（図３ｃ参照）。

露光強度を除去することで、構造エッジの位置の大きな変動になる。これを防ぐために、本発明によれば、プログラマブルテンプレート６の画像を露光される面ごとに複数回再現し、偏向装置１１を使用して画像グリッド３０内に画像を変位させることが提案される。露光プロセスは互いに時間的にずれが生じるので、放射場間に干渉が生じることはなく、それぞれの露光に対する放射線強度が合計される。

図４ａは、基板上に時間的に連続して投射された４つの強度分布２９を示す。各々の強度分布２９は、重なるコヒーレントビーム束２７の干渉によって生じる。画像グリッド３０内で生じる強度最大値と強度最小値とがはっきりと認められる。各々の部分露光は、基本の画像グリッド３０に対して部分グリッド３１だけ変位される。変位の長さまたは距離は、画像グリッド３０の幅より短い。部分グリッド３１は、特に、画像グリッド３０より細かい。

ビーム束２７が第１の投射と第２の投射との間で変位される量はわずかである可能性があるので、第１の投射での隣接する強度最大値に寄与したビーム束によって第２の投射での強度最大値が形成される。

図４（ａおよびｂ）は、得られた強度分布３２を示す。この強度分布３２は、部分グリッド３１に対応する解像度を有する。強度分布３２は、画像グリッド３０における強度の変動を示しているのではない。強度分布３２の最初と最後の過度の上昇は、隣接するビーム束への干渉が生じない場合に現れる強度の変化によるものであり、これらの像点に対して適切に選択した放射線量を使用してこの上昇を小さくすることができる。

本発明の方法および装置は、画像全体、つまり複数のビーム束を同時に変位させるのに、特に、音響光学偏向ユニットまたは電気光学偏向ユニットとして具現化された偏向ユニットが使用されるという点で特に優れている。

１ 放射線源
２ 放射場
３ 光学ユニット
４ 拡張された放射場
５ ミラー
６ プログラマブルテンプレート
７ 活性変調器素子
８ 発散ビーム束
９、１５ レンズ
１０ 平行なビーム束
１１ 偏向ユニット
１２ ０次ビーム束
１３、２１ 吸収体
１４ １次ビーム束
１６ 集束ビーム束
１７ 放射線感応基板
１８ 焦点面
１９ 不活性変調器素子
２０ ビーム束
２２ 偏向されるビーム束
２３ 偏向されたビーム束
２４ 像点
２５ 変調器素子の上面図
２６ 変調器素子の幾何学的画像
２７ 変調器素子の回折誘発画像
２８ 重なり領域
２９ 強度分布
３０ 画像グリッド
３１ 部分グリッド
３２ 強度合計

Claims (13)

1. 放射線感応基板（１７）が放射線反応する波長を有するコヒーレント放射線（２）を使用して、プログラマブルテンプレート（６）が基板上（１７）に投射される放射線感応基板（１７）を撮像するための方法で、画像グリッド（３０）を有するプログラマブルテンプレート（６）の全体画像が、音響光学または電気光学偏向ユニット（１１）を用いて変位され、基板（１７）上の画像グリッド（３０）に細かい部分グリッド（３１）が形成される、放射線感応基板（１７）を撮像するための方法にして、
   コヒーレント放射線（２）が、光学ユニット（３）によって拡張された照射野（４）に拡張されて、照射野（４）がプログラマブルテンプレート（６）に向けられ、プログラマブルテンプレート（６）の全ての制御可能な変調器素子（７）が照射され、プログラマブルテンプレート（６）の照射角度が、放射線感応基板（１７）にあたる光の位相角を調節するために変更されるようにすること、
   偏向ユニット（１１）によって、活性化された変調器素子（７）の複数のコヒーレントビーム束で形成されたプログラマブルテンプレート（６）の全体画像が同時に偏向されて、露光される基板（１７）のそれぞれの面において、プログラマブルテンプレート（６）の全体画像が画像グリッド（３０）内で複数回変位され、この場合、露光プロセスが時間的にずれて発生し、複数の投射が基板（１７）の異なる位置にあたって画像グリッド（３０）内の細かい部分グリッド（３１）が基板（１７）上で形成されることを特徴とする、方法。
2. 部分グリッド（３１）を形成ための変位の長さが、画像グリッド（３０）の幅より短いことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. プログラマブルテンプレート（６）が、変調器素子（７）の１次元グリッドまたは２次元グリッドで構成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. コヒーレント放射線（２）の方向が、変調器素子（７）を使用して変更されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. コヒーレント放射線（２）の振幅が、変調器素子（７）を使用して変更されることを特徴とする、請求項３または４に記載の方法。
6. 時間的に連続する出力を有する放射線源（１）が使用されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 時間的にパルス状の出力を有する放射線源（１）が使用されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 音響光学または電気光学偏向ユニット（１１）を使用して、複数のビーム束が同時に変位されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 放射線感応基板（１７）と、基板（１７）が放射線反応する波長を有するコヒーレント放射線（２）を発するための放射線源（１）と、プログラマブルテンプレート（６）と、コヒーレント放射線によって放射線感応基板（１７）上に照射されるプログラマブルテンプレート（６）を投射するための光学系と、画像グリッドを有するプログラマブルテンプレート（６）の画像を変位させるために、基板（１７）上の画像グリッド（３０）に細かい部分グリッド（３１）が形成されるように作用され得る音響光学または電気光学偏向ユニット（１１）とを含む、放射線感応基板（１７）を撮像するための装置であって、
   コヒーレント放射線（２）が照射野（４）に拡張され、プログラマブルテンプレート（６）の全ての制御可能な変調器素子（７）が照射されるようにプログラマブルテンプレート（６）に向けられる光学ユニット（３）を備えること、光学系は、プログラマブルテンプレート（６）の照射角度が、放射線感応基板（１７）にあたる光の位相角を調節するように具現化され、偏向ユニット（１１）は、活性変調器素子（７）の複数のコヒーレントビーム束で形成されるプログラマブルテンプレートの全体画像が同時に変位されるように、さらにテンプレート（６）の全体画像が露光される基板（１７）の各々の面において画像グリッド（３０）内で変位されるように具現化され、露光プロセスが時間的にずれて発生し、複数の投射が基板（１７）の異なる位置にあたって画像グリッド内の細かい部分グリッド（３１）が基板（１７）上で形成されることを特徴とする、放射線感応基板（１７）を撮像するための装置。
10. プログラマブルテンプレート（６）が変調器素子（７）で構成され、変調器素子（７）がマイクロミラーアレイで形成されることを特徴とする、請求項９に記載の放射線感応基板（１７）を撮像するための装置。
11. プログラマブルテンプレート（６）が変調器素子（７）で構成され、変調器素子（７）が制御可能回折格子の１次元配列で形成されることを特徴とする、請求項９に記載の放射線感応基板（１７）を撮像するための装置。
12. 放射線源（１）が、１８０ｎｍから４３０ｎｍの波長を有する光を発することを特徴とする、請求項９から１１のいずれか一項に記載の放射線感応基板（１７）を撮像するための装置。
13. 請求項１から９のいずれか一項に記載の方法が装置によって実行されるように装置に作用する制御ユニットを含むことを特徴とする、請求項９から１２のいずれか一項に記載の放射線感応基板（１７）を撮像するための装置。

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