JP7339306B2 - 感光性の層を露光するための装置および方法 - Google Patents
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Description
マスクが不要となり、これにより、所望のパターンを感光性の(光感応)層に直接に露光することができる。複数の光源の使用によって、スペクトルをより広く選択することができ、光出力ひいては達成可能な処理量を高めることができる。被露光層の表面に対してまたは個々に選択された波長に対して焦点平面を傾動させることにより、種々の深度で同時に、完全な解像度でまたは種々の平面で選択的に露光を行うことができる。
・少なくとも1つの光ビームを発生させるための少なくとも1つの光源と、
・複数のマイクロミラーを備えた少なくとも1つのマイクロミラーデバイスであって、各マイクロミラーが、露光格子のピクセルを所定のミラー強度分布で照明するために用いられるマイクロミラーデバイスと
を備えた光学システムを有しており、この光学システムは、隣接するマイクロミラーの各ミラー強度分布の重畳が、露光格子の照明される各ピクセルのミラー強度分布の和として露光格子の格子強度分布が得られるように行われるべく構成されている。
・全面型の、
・連続走査(スキャニング)型の、
・歩進(ステッピング)型の、
マスクレス露光器として構想することができる。「マスクレス」とは、動的かつ光学的にパターン化を行うシステムによって、静的な前置体(マスク、レクチル)の結像を置換することであると理解されたい。
・メアンダ状、
・次の行へ移動し、終端へ到達した際に始端へ戻る行状、
・螺線状、
・円形、
・線形
である。
DMDによって、広幅の1次の、好ましくは平行なかつ/または散乱しないビーム束の、特に複数の部分の所期の偏向が可能となる。これにより、マスクの補助手段なしに、空間的に構造化された2次の光学的な露光ビーム束を発生させることができる。DMDには、大抵、光学系、特に投影光学系が前置かつ/または後置されており、この光学系は、DMDに入射した1次の露光ビームおよび/またはDMDで反射された2次の露光ビームを操作する(特にスケーリングする)ことができ、マイクロリソグラフィの際に特にDMD像の縮小を行うことができる。これにより、DMD像を相応に縮小することができる。
本発明による実施形態は、少なくとも1つの光学システムから成っており、この光学システムは、種々の形式の複数の光学素子を含むことができる。複数のDMDの使用が本発明の別の一実施形態を成しているにもかかわらず、複数の光学素子のうちの少なくとも1つの光学素子がDMDであってよい。特に、光学システムには、正確に1つのDMD、好ましくは少なくとも2つのDMD、さらに好適には少なくとも4つのDMDが存在している。光学システム自体は、1つもしくは複数の形態で装置内部の基板上で並行して使用することができる。また、装置内部での複数の基板の並行した露光も本発明により可能である。
・照明光学系、
・コヒーレント光源、特に
・レーザー光源、
・レーザーダイオード、
・固体レーザー、
・エキシマレーザー、
・インコヒーレント光源、特に
・ガス放電ランプ、特に
・水銀ランプ、
・LED、
・部分コヒーレント光源、
・コヒーレントを変化させるコンポーネント、
・偏向光学系、
・複数のDMD、
・ミラー、特に
・コールドミラー、
・ホットミラー、
・反射素子、特に
・プリズム、
・ビームスプリッタ、
・投影光学系、
・レンズ、特に
・フレネルレンズ、
・屈折レンズ、
・凸レンズ、
・凹レンズ、
・両凹レンズ、
・両凸レンズ、
・凸凹レンズ、
・凹凸レンズ、
・シリンドリカルレンズ、
・複合レンズ、
・ミラー、特に
・シリンドリカルミラー、
・ビームを変化させる一般的な光学コンポーネント、
が存在していてよい。
好ましくは、装置は、特に光学システムに組み込まれた測定光学系を有している。特に好適には、被露光層により反射された光を、露光用のDMDが適用されている光路から出力するため、ビームスプリッタが使用される。測定光学系は複数の重要な役割を有しているが、これらの役割、すなわち
・露光フィールドを基板における既存のパターンに対してアライメントするかまたは新たに成形するためのアライメント、
・書込みヘッドの較正および検査、
・書込み工程のインサイチュコントロール、
・相対的な像‐基板位置が動的に変化する際のリアルタイム補正、
は全て同時に果たされている必要はない。
特に好適な本発明の第1の実施形態では、DMDミラーの鮮明な結像が焦点平面で得られるのでなく、隣接する画素と共に露光された意図的に僅かに不鮮明な結像が焦点平面で得られるように、(DMDで反射される2次露光ビームの制御、特にスケーリングのための)結像光学系もしくは2次光学系が構成される。これにより、光学系を格段に好都合に構成でき、にもかかわらず形成されるパターンの品質を改善できる。ビーム直径にわたる強度分布関数(強度分布)は、任意のあらゆる数学的関数に対応しうる。複雑な実際の分布の近似として、閉じた方程式が使用される。特には、とりわけ、
・ガウス分布、
・ローレンツ分布、
・コーシー分布、
・種々の分布関数の畳み込み、
が可能である。
第2の改善された実施形態では、データパスの最適化が行われる。マスクレス露光プロセスにおける根本的な問題は、きわめてコストのかかる複雑な計算(例えばラスタ化)が行われ、その際に膨大なデータ量が記憶および伝送されることにある。コンピュータに記憶されるデータは、光学システムと被露光層またはDMDとの間の相対運動により、基板と同期される。被露光層内もしくは被露光層上に結像すべきパターンデータは、コンピュータ内に記憶される。当該パターンデータは、所望のサンプルパターンを被露光層へ入射させるべく露光ビームを変化させるためにDMDのミラーを位置の関数としてどのように切り替えるかを規定している。全面型またはステッピング型の実施形態の場合、光学システムひいてはDMDは、つねに規定された位置、特には固定された位置にある。したがって、この場合、位置とパターンデータと間の動的な相関の形成は不要である。
・シミュレーション計算、特に
・DMD駆動制御、
・センサ測定およびフィードバック計算、特に
・走査およびその時点の書込み位置への適応化、
・圧縮解凍、
・特にDMDデータの圧縮解凍および/またはDMDへのデータの圧縮解凍、
である。
・FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)、
・ASIC(特定用途向け集積回路)、
・GPU(グラフィックスプロセシングユニット)、
・信号プロセッサ(DSP‐ディジタルシグナルプロセッサ)、
である。
・ベクトルデータからピクセルデータへの変換(ラスタ化)、
・パターンサイズの適応化、
・大面積の歪み補償、
・ウェハ特有またはダイ特有のデータ(例えば連続番号)の挿入、
・個々の書込みヘッドごとにデータをストリップへ切断すること、
・ベクトルデータのラスタ化、
である。
・同じコンピュータの少なくとも1つのスレッドで、または
・少なくとも1つの別のコンピュータの少なくとも1つのスレッドで、
行われる。この場合、各スレッドは、CPUおよび/またはグラフィックスカードのGPUのリソースを使用することができる。
・有線通信、
・USB、
・イーサネット、
・ディスプレイポート、
を介して行われる。
第3の改善された実施形態では、少なくとも部分的に、光学素子による機械的エラーの補償が行われる。本発明の装置がスキャニングプロセスにおいて連続したパターンを被露光層へ露光する場合、有利には、基板ホルダの位置決め精度を良好に設定し、またはオーバレイとして設けなければならない。場合により生じる位置誤差は、不完全に製造された機械的部材、遊びおよび許容差、不完全な機関制御などにその起源を有する。当該位置誤差を機械的手段によって低減するには比較的コストがかかる。本発明による実施では、より大きな位置誤差をオーバレイとして許容することができる。この場合、位置誤差が測定技術により検出され、DMD像が相応に、特にはリアルタイムでオフセットされる。本発明では、当該位置誤差が、露光工程のいずれの時点でもオーバレイの仕様よりも小さくなるように補償される。オーバレイと未補正の位置誤差との比は、特には1未満、好ましくは10未満、さらに好適には100未満である。
第4の改善された実施形態では、計算された各露光セクション(特にストリップ)が重畳するように、被露光層が露光される。好ましくは、ストリップの縁の領域が2重に露光される。過剰露光または露光不足を回避するため、光学システム、特にDMDの位置の関数として強度が変更されるようにもしくは変更可能となるように、構成される。好ましくは、この場合、強度分布が、一定のまたは少なくとも均等な強度分布に加算される。ストリップの重畳部は、理想的には全面型の露光との差が認識されないように露光すべきシーム位置と見なすことができる。詳細な説明は、図6aから図6cの説明において行う。本発明によるストリップの重畳は、露光ストリップの縁での強度低下を利用することによって行われるだけでなく、露光ストリップの縁領域での強度を連続的に低下させる動的露光制御を所期の通りに使用することによっても行うことができる。こうして、本発明によれば、特に好適に、所期の強度制御によりシーム位置をコントロールすることができる。
第5の改善された実施形態では、第1のステップで光学システムまたはDMDおよび基板が同じ方向へ、特には同期して、さらに好適には同時に走行し、任意に当該プロセスで光源がスイッチオンされるように、露光工程が行われる。続く第2のプロセスステップでは、光学システム(またはDMD)が、基板ホルダの運動方向とは反対の方向へ、好適には著しく高速に移動される。特に、当該プロセスステップでは、露光は行われない。その後、同時の運動と続く光学システムの部分的な戻り運動とが、行全体に沿って、特に別の各DMD行に対して行われる。光学システムと基板とを同期させた、特に同一線上の相対運動により、いわば静的な露光が行われる。これにより、スキャン時の相対運動による露光の暈けが低減され、好ましくは完全に抑圧されて、良好な結像を得ることができる。
第6の改善された好適な実施形態では、焦点平面が被露光層に対して傾動される。露光においては、焦点平面の位置と被写界深度とが結像パターンの品質にとって根本的に重要である。焦点平面は複数の方式で傾動させることができる。
第7の改善された実施形態では、各位置での強度が、以下の方法のいずれかにより所期の通りに制御される。これにより、過剰露光および/または露光不足を補償することができる。さらに、低品質のパターンを事後的に改善し、または露光勾配を形成することができる。各位置での強度の所期の制御により、特に
・3Dパターン、
・グレースケールリソグラフィ、および/または
・光学近接補正、
を形成することができる。
第8の別の本発明による実施形態では、露光格子の水平方向のかつ/または鉛直方向の各露光格子線が、光学結像によって相互に異なるように(つまり、特には正方形ではなく)結像され、これにより、鉛直方向および水平方向で異なる露光格子解像度が調整される。露光の計算もしくは制御は偏差分だけ補償される。
第9の別の本発明による実施形態では、複数のピクセルが1ピクセルサイズ内で重畳されるように、光学システムと被露光層との間の相対速度および/または相対運動が変更される。当該重畳は、運動する対象物の長時間露光であると解釈することができる。これにより、相対運動方向で形成されるピクセルの暈けが生じる。1つのピクセルをいつ書き込むかまたは書き込まないかを定めることにより、相対運動方向でのピクセルサイズを所期の通りに設定することができる。このことの説明には、図8a,図8bまたは対応する図の説明を参照されたい。
2 ミラー面
2kx,2ky ミラー面エッジ
3,3’ ミラー
4 書込み領域
5 バッファ領域
6 光ビーム
6’ 変更されたもしくは構造化された光ビーム
6.1’ 変更された第1のビーム
6.2’ 変更された第2のビーム
7,7’ 光源
8 光学システム
9 層
10 基板
11 基板ホルダ
12,12’,12’’ パターン
13 位置固定手段
14 ミラー
14’ ビームスプリッタ
14’’ 半透過性のミラー
15,15’,15’’ ストリップ
16l,16r,16l’,16r’,16r’’ 強度変更領域
17 焦点平面
18 被写界深度
19 検出器
20 ドット格子
22,22’,22’’ ミラー強度分布
23,23’ ピクセル
24,24’,24’’,24’’’ 露光格子
25 露光格子線交点
26 露光格子部分面
27 露光格子線
28 サンプルパターン
l,l’ 長さ
b 幅
D 走行方向
v 鉛直方向の格子点間隔
h 水平方向の格子点間隔
r 露光点半径
p ミラー中心間隔
Claims (6)
- 光学システムおよび基板が固定された基板ホルダを用いて前記基板の感光層を露光する方法であって、前記光学システムは、1つ以上の光源および1つ以上のマイクロミラーデバイスを含み、前記1つ以上のマイクロミラーデバイスは1つ以上のマイクロミラーをそれぞれ有し、前記1つ以上のマイクロミラーは、前記感光層の部分領域上に露光される露光パターンの画素にそれぞれ対応した領域を有する強度分布をそれぞれ有し、前記方法は
前記1つ以上のマイクロミラーデバイスと前記基板とを同時にかつ同期して第1の方向に移動させる第1のステップを含み、該第1のステップの間、マイクロミラーによる反射のために、前記1つ以上の光源から1つ以上の光線を放出して、前記露光パターンの画素にそれぞれ対応する前記強度分布の領域に従って、露光パターンの画素をそれぞれ露光し、
前記1つ以上の光線の放出後、前記1つ以上のマイクロミラーデバイスを第2の方向に、前記基板を第1の方向にそれぞれ同時に移動させる第2のステップであって、前記第2の方向は前記第1の方向と反対方向である、第2のステップを含み、
前記第1のステップ、前記放出、および前記第2のステップは、前記感光層の各領域に対して繰り返される、
方法。 - 露光パターンが2つ以上の露光パターンのうちの1つであり、
前記2つ以上の露光パターンのうちの少なくとも2つの画素が露光され、前記少なくとも2つの露光パターンの強度分布を総和として重ね合わせ、前記感光層の露光の強度分布を形成する、請求項1記載の方法。 - 少なくとも2つの露光パターンの画素は、少なくとも2つの露光パターンが他の1つの後に順次露光され、マイクロミラーデバイスのそれぞれの1つと感光層との間に1画素幅未満の相対変位で配置されるように露光される、
請求項1記載の方法。 - 前記第2の方向は、前記第1の方向と反対方向である、
請求項1記載の方法。 - 前記第2の方向は、前記第1の方向に対して垂直方向である、
請求項1記載の方法。 - 基板の感光層を露光するための装置であって、該装置は、
基板が固定された基板ホルダであって、基板ホルダは、基板を第1の方向に移動させるように構成されている、基板ホルダと、
光学システムと、を備え、該光学システムは、
前記第1の方向及び第2の方向に移動するように構成された1つ以上のマイクロミラーデバイスであって、前記1つ以上のマイクロミラーデバイスはそれぞれ1つ以上のマイクロミラーを含み、前記1つ以上のマイクロミラーはそれぞれ感光層の部分領域上に露光されるべき露光パターンの画素にそれぞれ対応する領域を有する強度分布を有する、マイクロミラーデバイスと、
露光パターンの画素にそれぞれ対応する強度分布に対する領域に従って露光パターンの画素をそれぞれ露光するために、前記基板と前記1つ以上の前記マイクロミラーデバイスとの同時にかつ同期した第1の方向への移動の間に、前記マイクロミラーによる反射のために前記1つ以上の光線を放出するように構成された、1つ以上の光源と、を有し、
少なくとも前記露光パターンの画素のそれぞれの露光中に、前記1つ以上のマイクロミラーデバイスと前記基板ホルダとがそれぞれ同時にかつ同期して前記第1の方向に移動し、かつ
前記露光パターンの画素のそれぞれの露光後、前記1つ以上のマイクロミラーデバイスは、前記基板ホルダが前記第1の方向に移動するのと同時に前記第2の方向に移動し、前記第2の方向は前記第1の方向と反対方向である、
装置。
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