JP2014526152A - Exposure apparatus and method for patterned exposure of photosensitive layer - Google Patents
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Abstract
本発明は、感光層（１）を有する基板（６）と、感光層（１）を第２の状態から第１の状態に変換するために強度閾値よりも大きい最大強度を有する露光光線（３）を生成するように設計され、露光波長（λB）を有して各々が感光層（１）の部分領域に割り当てられる複数の露光光線（３）を生成するための発生デバイス（７）と、露光光線（３）をそれぞれ割り当てられた部分領域に対して移動するための移動デバイス（１３）と、感光層（１）を第１の状態から第２の状態に変換するために励起波長（λA）を有する励起放射線（３２）を生成するための励起光源（３１）とを含む露光装置（５）に関する。本発明は、関連の露光方法にも関する。
【選択図】図９The present invention comprises a substrate (6) having a photosensitive layer (1) and an exposure light beam (3) having a maximum intensity greater than an intensity threshold for converting the photosensitive layer (1) from the second state to the first state. And a generating device (7) for generating a plurality of exposure rays (3) each having an exposure wavelength (λ B ), each assigned to a partial region of the photosensitive layer (1) , A moving device (13) for moving the exposure beam (3) with respect to each assigned partial region, and an excitation wavelength (for converting the photosensitive layer (1) from the first state to the second state). The present invention relates to an exposure apparatus (5) including an excitation light source (31) for generating excitation radiation (32) having λ A ). The invention also relates to an associated exposure method.
[Selection] Figure 9
Description
〔関連出願への相互参照〕
本出願は、「３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ａ）」の下に２０１１年８月１９日出願のドイツ特許出願第１０ ２０１１ ０８１ ２４７．４号に対する優先権を主張し、その全ての内容は、これによって本出願の開示に引用によって組み込まれる。
[Cross-reference to related applications]
This application claims priority to German Patent Application No. 10 2011 081 247.4 filed on August 19, 2011 under “35 U.S.C. §119 (a)”, all of which The contents are hereby incorporated by reference into the disclosure of the present application.
本発明は、感光層のパターン付き露光のための露光装置、及び指定された露光方法に関する。 The present invention relates to an exposure apparatus for exposure with a pattern of a photosensitive layer and a designated exposure method.
マイクロリソグラフィのための露光装置は、構造を基板上に形成された感光層に高精度で露光することができる。一般的に、そのような露光装置は、光源と、光源によって放出された光を処理して照明光を形成する照明系と、一般的にレチクル又はマスクと呼ばれる投影される物体と、同じく物体視野を像視野上に結像する投影レンズとで構成される。マスク又はマスクの少なくとも一部は、物体視野に置かれ、基板（以下ではウェーハとも呼ぶ）又は基板の少なくとも一部は、投影レンズの像視野に置かれる。 An exposure apparatus for microlithography can expose a structure with high accuracy to a photosensitive layer formed on a substrate. In general, such an exposure apparatus includes a light source, an illumination system that processes the light emitted by the light source to form illumination light, a projected object, commonly referred to as a reticle or mask, and an object field. And a projection lens that forms an image on the image field. The mask or at least part of the mask is placed in the object field, and the substrate (hereinafter also referred to as wafer) or at least part of the substrate is placed in the image field of the projection lens.
マスクが、完全に物体視野の領域内に置かれ、ウェーハが、ウェーハ及び像視野の相対移動なしに露光される場合には、一般的に、このリソグラフィ装置をウェーハステッパと呼ぶ。マスクの一部のみが、物体視野の領域内に置かれ、ウェーハが、ウェーハ及び像視野の相対移動中に露光される場合には、一般的に、このリソグラフィ装置をウェーハスキャナと呼ぶ。レチクルとウェーハの相対移動によって定められる空間座標軸を一般的に走査方向と呼ぶ。ステップ・アンド・リピート露光の原理に基づく近視野リソグラフィのための露光装置は、Ｙａｓｕｈｉｓａ Ｉｎａｏ他著の論文「プロトタイプのナノ製作ツールとしての近視野リソグラフィ（Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ａｓ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ Ｎａｎｏ− Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌ）」、Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、８４（２００７年）、７０５〜７１０ページに記載されている。 If the mask is placed entirely within the area of the object field and the wafer is exposed without relative movement of the wafer and the image field, this lithographic apparatus is commonly referred to as a wafer stepper. If only a part of the mask is placed in the region of the object field and the wafer is exposed during the relative movement of the wafer and the image field, this lithographic apparatus is generally referred to as a wafer scanner. A spatial coordinate axis determined by relative movement between the reticle and the wafer is generally called a scanning direction. An exposure apparatus for near-field lithography based on the principle of step-and-repeat exposure is a paper written by Yasuhisa Inao et al. “Near-Field Lithography as Prototype Nano-Fabrication Tool”. , Microelectronic Engineering, 84 (2007), pages 705-710.
マスク上で固定的に予め定められた構造が感光層上に結像される露光装置に加えて、ラスター走査の原理に基づく露光装置もあり、この場合に、互いから分離された典型的に平行な複数の露光光線が生成され、感光層上に生成される構造に依存する方式で変調される。この場合に、露光される区域全体をパターン化することができるように、感光層を露光光線に対して横断方向に変位させることができる。この場合に、例えば、ＵＳ ７４２５７１３ Ｂ２に記載されているシステムの場合に例示されるように、露光放射線として電子放射線が典型的に使用される。 In addition to exposure apparatuses in which a predetermined structure fixed on the mask is imaged on the photosensitive layer, there are also exposure apparatuses based on the principle of raster scanning, in which case they are typically parallel, separated from one another. Multiple exposure rays are generated and modulated in a manner that depends on the structure generated on the photosensitive layer. In this case, the photosensitive layer can be displaced transversely to the exposure beam so that the entire exposed area can be patterned. In this case, for example, electron radiation is typically used as exposure radiation, as exemplified in the case of the system described in US Pat. No. 7,425,713 B2.
本発明の目的は、高い分解能による感光基板のパターン付き露光を可能にする露光装置及び関連の露光方法を指定することである。 It is an object of the present invention to specify an exposure apparatus and associated exposure method that enables patterned exposure of a photosensitive substrate with high resolution.
一態様により、本発明は、感光層の部分領域に各々が割り当てられた複数の特に平行な露光光線を発生させるための発生デバイスと、露光光線をそれぞれ割り当てられた部分領域にわたって又はそれに対して特に走査方式で移動するための移動デバイスと、近視野光学ユニットの上流のそれぞれの露光光線の広がりよりも小さい広がりを有する光点を感光層上に発生させるためにそれぞれの露光光線をエバネッセント波に変換するように機能する感光層の上流に配置された近視野光学ユニットとを含む感光層のパターン付き露光のための露光装置に関する。 According to one aspect, the present invention provides a generating device for generating a plurality of particularly parallel exposure rays each assigned to a partial area of the photosensitive layer, and in particular over or against each assigned partial area of the exposure light. A moving device for moving in a scanning fashion and converting each exposure beam into an evanescent wave to generate a light spot on the photosensitive layer that has a smaller spread than the exposure beam spread upstream of the near-field optical unit The present invention relates to an exposure apparatus for exposure with a pattern of a photosensitive layer including a near-field optical unit disposed upstream of the photosensitive layer functioning as described above.
そのような露光装置の場合には、露光される感光層又はウェーハの面は、それぞれの露光光線によって露光が同時に発生する複数の部分領域に再分割され、すなわち、各部分領域に露光光線が割り当てられる。露光光線は、典型的には、個々の露光光線の作動又は停止によって生成されるパターンが感光層に転写され、すなわち、感光層上に生成される構造が露光光線のパターンによって定められるように、２次元ラスターから発して平行に進む。 In the case of such an exposure apparatus, the surface of the exposed photosensitive layer or wafer is subdivided into a plurality of partial areas in which exposure occurs simultaneously with each exposure light beam, that is, an exposure light beam is assigned to each partial area. It is done. The exposure light beam typically has a pattern generated by activation or deactivation of the individual exposure light beam transferred to the photosensitive layer, i.e., the structure generated on the photosensitive layer is defined by the pattern of exposure light beam, Depart from a two-dimensional raster and proceed in parallel.
露光光線のパターンを感光層に転写する工程は、繰返し実施され、それぞれの露光光線が、それぞれの部分領域内の各場所に漸次的に到達するように、連続する転写段階の合間に露光光線が全体として感光層に対して各場合に変位し、露光される面全体にこのようにして微細構造が付けられる。この目的のために、露光光線は、互いに独立して操作され、すなわち、特に互いに独立してオン又はオフにされることは言うまでもない。 The process of transferring the pattern of exposure light to the photosensitive layer is repeated and the exposure light is transmitted between successive transfer steps so that each exposure light gradually reaches each location within the respective subregion. As a whole, the photosensitive layer is displaced in each case, and the entire surface to be exposed is thus given a fine structure. For this purpose, it goes without saying that the exposure rays are operated independently of one another, i.e. in particular turned on or off independently of one another.
この場合に、感光層上の部分領域の広がりは、典型的には、感光層上にそれぞれの露光光線によって生成される回折円盤（エアリー円盤）と同規模（すなわち、約１倍から１０倍）のものである。この場合に、回折円盤のサイズ又は直径は、露光装置の分解能性能を制限するので、この直径は、露光装置（又は露光装置内に使用される投影レンズ）の最も小さい絞り直径によって決定される。本発明の関連では、このいわゆる回折限界と比較して高い分解能で感光層のパターン化を実施することを可能にする技術を記載し、すなわち、それぞれの回折円盤の広がりの一部のみが露光に寄与する技術を説明する。 In this case, the extent of the partial area on the photosensitive layer is typically the same scale (ie, about 1 to 10 times) as the diffraction disk (Airy disk) generated by each exposure beam on the photosensitive layer. belongs to. In this case, the size or diameter of the diffractive disk limits the resolution performance of the exposure apparatus, so this diameter is determined by the smallest aperture diameter of the exposure apparatus (or projection lens used in the exposure apparatus). In the context of the present invention, a technique is described which makes it possible to carry out patterning of the photosensitive layer with a higher resolution compared to this so-called diffraction limit, i.e. only a part of the extent of each diffraction disk is exposed. Explain the contributing technology.
本発明の第１の態様により、これは、近視野光学ユニットが感光層の直ぐ上流に配置され、それによって露光光線の広がりを縮小することが可能になり、その結果、近視野光学ユニット内に入射する露光光線の回折円盤の広がりよりも有意に小さい広がり又は直径を有する光点が感光基板上に生成されるということによって達成される。 According to the first aspect of the invention, this allows the near-field optical unit to be placed immediately upstream of the photosensitive layer, thereby reducing the spread of the exposure light beam, so that the near-field optical unit is in the near-field optical unit. This is achieved by generating on the photosensitive substrate a light spot having a spread or diameter that is significantly smaller than the spread of the diffractive disk of incident exposure light.
一実施形態において、近視野光学ユニットの感光層に対面する側は、露光光線の波長よりも短い感光層からの距離の位置に配置される。この配置は、近視野光学ユニットにおいて形成されるエバネッセント波の強度が、エバネッセント波の生成場所からの距離と共に指数関数的に低下するので有利である。この場合に、露光放射線の使用波長は、近ＵＶ領域にあるもの、例えば、１９３ｎｍとすることができる。しかし、可視波長範囲の波長を有する露光放射線を使用することもできる。液浸液の使用も可能である。 In one embodiment, the side of the near-field optical unit that faces the photosensitive layer is disposed at a distance from the photosensitive layer that is shorter than the wavelength of the exposure light beam. This arrangement is advantageous because the intensity of the evanescent wave formed in the near-field optical unit decreases exponentially with the distance from the location where the evanescent wave is generated. In this case, the wavelength used for the exposure radiation can be in the near UV region, for example, 193 nm. However, exposure radiation having a wavelength in the visible wavelength range can also be used. An immersion liquid can also be used.
感光層（レジスト）が十分にロバストである場合には、近視野光学ユニットは、適切な場合に感光層に少なくとも部分的に接触することができる。近視野の上方から内部に結合される露光光線の強度の強い距離依存性は、時に感光層の不均一照明をもたらす可能性があるので、この距離依存性を考慮するために、照射量及び／又はフォーカス制御（下記を参照されたい）を与えることができる。 If the photosensitive layer (resist) is sufficiently robust, the near-field optical unit can at least partially contact the photosensitive layer when appropriate. Since the strong distance dependence of the intensity of the exposure light coupled from above the near field into the interior can sometimes lead to non-uniform illumination of the photosensitive layer, to account for this distance dependence, the dose and / or Or focus control (see below) can be provided.
更に別の実施形態において、露光装置は、近視野光学ユニットにおいて反射された露光光線の強度を検出するための検出器デバイスを更に含む。反射光の強度は、適切な空間分解検出器デバイス（ＣＣＤカメラなど）によってチャンネル毎に、すなわち、各露光光線に対して個々に測定することができる。このようにして、それぞれの露光光線又は露光光線によって生成されるエバネッセント波の感光層内のエネルギ入力を一般的に間接的に測定することができる。感光層内に少ないエネルギが導入される程、多くのエネルギが反射され、その逆も同様である。検出器デバイスを発光デバイス（又はフィルタデバイス、下記を参照されたい）に結合することにより、感光層が（ほぼ）一様に露光されるように、個々の露光光線の強度を互いに独立して設定することができる。 In yet another embodiment, the exposure apparatus further includes a detector device for detecting the intensity of the exposure light beam reflected at the near-field optical unit. The intensity of the reflected light can be measured on a channel-by-channel basis, i.e., individually for each exposure beam, by a suitable spatially resolved detector device (such as a CCD camera). In this way, the energy input in the photosensitive layer of the evanescent wave generated by each exposure light or exposure light can generally be measured indirectly. The less energy is introduced into the photosensitive layer, the more energy is reflected and vice versa. By coupling the detector device to a light-emitting device (or filter device, see below), the intensity of the individual exposure rays is set independently of each other so that the photosensitive layer is (almost) uniformly exposed can do.
１つの発展形態では、露光装置は、近視野光学ユニットと感光層の間の距離及び好ましくは傾斜を特に検出された強度に基づいて決定するための距離決定デバイスを含む。チャンネル毎に検出された強度に基づいて、感光層内に導入されるエネルギを推定することができ、従って、近視野光学ユニットと感光層の間の距離を局所的に推定することができる。近視野光学ユニットと感光層の間の距離を複数の場所において決定することにより、更に、感光層に対する近視野光学ユニットの向き又は傾斜を決定することができる。適切な場合には、近視野光学ユニットに設けられたマニピュレータ（例えば、圧電アクチュエータの形態にある）によって傾斜を補正することができる。マニピュレータは、近視野光学ユニットと感光層の間の距離を望ましい設定値に設定又は調整するのに使用することができる（フォーカス制御又はフォーカス調整）。適切な場合には、距離決定デバイスは、近視野光学ユニットと感光基板の間の距離の容量的又は偏光解析的決定を実施するように設計することができる。 In one development, the exposure apparatus includes a distance determining device for determining the distance and preferably the tilt between the near-field optical unit and the photosensitive layer based on the particularly detected intensity. Based on the detected intensity for each channel, the energy introduced into the photosensitive layer can be estimated, and thus the distance between the near-field optical unit and the photosensitive layer can be estimated locally. By determining the distance between the near-field optical unit and the photosensitive layer at a plurality of locations, it is further possible to determine the orientation or tilt of the near-field optical unit relative to the photosensitive layer. Where appropriate, the tilt can be corrected by a manipulator (eg, in the form of a piezoelectric actuator) provided in the near-field optical unit. The manipulator can be used to set or adjust the distance between the near-field optical unit and the photosensitive layer to a desired set value (focus control or focus adjustment). Where appropriate, the distance determination device can be designed to perform a capacitive or ellipsometric determination of the distance between the near-field optical unit and the photosensitive substrate.
更に別の実施形態において、露光装置は、近視野光学ユニットの上流に配置され、かつそれぞれの露光光線の強度及び／又は偏光に影響を及ぼすように機能するフィルタデバイスを含む。フィルタデバイスは、例えば、電圧を印加するか又はそれぞれ偏光に影響を及ぼすことによって場所依存方式で変更することができる透過をもたらす例えばニュートラル（グレー）フィルタ又は偏光フィルタとして具現化することができる。近視野光学ユニットと感光層の間の距離が場所依存方式で変化する場合には、感光層上に得られる光分布不均一性は、近視野光学ユニットの上流の強度分布への適切な影響によって補償することができる。この場合に、個々の露光光線の強度は、例えばニュートラルフィルタ又は偏光フィルタによって適切に変調することができる。 In yet another embodiment, the exposure apparatus includes a filter device disposed upstream of the near-field optical unit and functioning to affect the intensity and / or polarization of the respective exposure light beam. The filter device can be embodied, for example, as a neutral (gray) filter or a polarizing filter that provides transmission that can be altered in a location dependent manner, for example by applying a voltage or affecting the polarization respectively. If the distance between the near-field optical unit and the photosensitive layer varies in a location-dependent manner, the light distribution non-uniformity obtained on the photosensitive layer is due to an appropriate effect on the intensity distribution upstream of the near-field optical unit. Can be compensated. In this case, the intensity of the individual exposure light can be appropriately modulated by, for example, a neutral filter or a polarizing filter.
１つの発展形態では、露光装置は、検出器デバイスを用いて検出された強度に依存する方式でフィルタデバイスを駆動するための制御デバイスを更に含む。制御デバイスは、個々の露光光線の強度及び位相（及び同じく適切な場合には露光持続時間）をこれらが感光層において、又は近視野光学ユニット上に入射するときに望ましい特性を有するように測定変数又は検出変数に依存する方式で設定するために使用することができる。特に、制御デバイスは、感光層上に入射する個々の露光光線の間の強度差を最小にし、すなわち、感光層上に可能な限り均一な強度分布を発生させるために使用することができる。 In one development, the exposure apparatus further comprises a control device for driving the filter device in a manner dependent on the intensity detected using the detector device. The control device measures the intensity and phase of the individual exposure rays (and also the exposure duration if appropriate) so that they have the desired properties when incident on the photosensitive layer or on the near-field optical unit. Or it can be used to set in a manner that depends on the detection variable. In particular, the control device can be used to minimize the intensity difference between individual exposure rays incident on the photosensitive layer, i.e. to generate as uniform an intensity distribution as possible on the photosensitive layer.
一実施形態において、近視野光学ユニットは、好ましくは、露光光線の波長よりも短い直径を有する複数の貫通開口部を有する有孔マスクを有する。分解能を高めるための１つの可能性は、露光光線に対して貫通開口部内でのみ透過性を有する有孔マスクを使用することである。この場合に、貫通開口部の直径は、露光光線の回折円盤の直径よりも一般的に短く、すなわち、露光光線の光伝播方向に対して横断する方向の貫通開口部の広がりは、露光放射線の波長よりも短い。この場合に、いわゆるエバネッセント波（量子力学のトンネル効果に従う）としての露光放射線が、貫通開口部の場所において感光層内に入射して感光層を露光することができるように（「非接触ナノインプリント」）、有孔マスクと感光層の間の距離も、露光放射線の波長よりも一般的に小さい（上記を参照されたい）。 In one embodiment, the near-field optical unit preferably has a perforated mask having a plurality of through openings having a diameter shorter than the wavelength of the exposure light. One possibility for increasing the resolution is to use a perforated mask that is transparent only to the exposure light in the through opening. In this case, the diameter of the through opening is generally shorter than the diameter of the diffraction disc of the exposure light beam, that is, the spread of the through opening in the direction transverse to the light propagation direction of the exposure light beam Shorter than the wavelength. In this case, exposure radiation as so-called evanescent waves (according to the tunneling effect of quantum mechanics) can be incident on the photosensitive layer at the position of the through opening to expose the photosensitive layer (“non-contact nanoimprint”). ), The distance between the perforated mask and the photosensitive layer is also generally smaller than the wavelength of the exposure radiation (see above).
１つの発展形態では、有孔マスクは、露光光線に対して透過性を有する基板と、感光基板に対面する障壁層と、この障壁層に形成された複数の貫通開口部とを有する。この場合に、貫通開口部を有する障壁層は、担体として機能する透過基板上に付加される。一例として、近ＵＶ領域、例えば、約１９３ｎｍの放射線を使用する場合には、クロム層が障壁層として機能することができ、このクロム層は、約５０〜８０ｎｍの厚みから、この波長の露光光線に対して透過性をもはや持たない。 In one development, the perforated mask includes a substrate that is transparent to exposure light, a barrier layer that faces the photosensitive substrate, and a plurality of through openings formed in the barrier layer. In this case, a barrier layer having a through-opening is added on a transmissive substrate that functions as a carrier. As an example, when using radiation in the near UV region, eg, about 193 nm, a chrome layer can function as a barrier layer, and this chrome layer can be exposed to light of this wavelength from a thickness of about 50-80 nm. Is no longer transparent.
１つの発展形態では、透過基板は、感光層に対面する側がパターン化され、特にテーパ付き構造を有する。透過基板の構造は、マイクロ光学ユニットとして機能し、特に、テーパ付き円錐構造は、特に有利であることが見出されている。この場合に、障壁層内の貫通開口部は、一般的に、感光層から露光放射線の波長よりも短い距離の位置に配置された円錐頂点の位置に置かれる。 In one development, the transmissive substrate is patterned on the side facing the photosensitive layer, and in particular has a tapered structure. The structure of the transmissive substrate functions as a micro-optical unit, in particular a tapered cone structure has been found to be particularly advantageous. In this case, the through-opening in the barrier layer is generally located at the position of the apex of the cone disposed at a distance shorter than the wavelength of the exposure radiation from the photosensitive layer.
更に別の実施形態において、露光光線の光伝播方向は、近視野光学ユニットに対して（従って、感光層に対して）ある一定の角度で延び、近視野光学ユニットは、複数のテーパ付き金属構造が埋め込まれた誘電体基板を有する。この場合に、入射露光放射線は、テーパ付き金属構造内に面プラズモンを励起するように機能する。面プラズモンは、構造内に交替電界を誘導し、この交替電界は、先端においてエバネッセント波として最大に集中するように出現し、感光層からの距離に依存して指数関数的に減衰する。それぞれの先端と感光層の間の短い距離（典型的に、使用露光光線の波長よりも短い）の場合には、エバネッセント波の強度は、先端の周囲の非常に小さい領域内で感光層を露光するのに十分である。 In yet another embodiment, the light propagation direction of the exposure beam extends at a certain angle with respect to the near-field optical unit (and thus with respect to the photosensitive layer), and the near-field optical unit comprises a plurality of tapered metal structures. Has a dielectric substrate embedded therein. In this case, the incident exposure radiation functions to excite surface plasmons within the tapered metal structure. The surface plasmon induces an alternating electric field in the structure, and this alternating electric field appears to concentrate at the maximum as an evanescent wave at the tip and attenuates exponentially depending on the distance from the photosensitive layer. For short distances between each tip and the photosensitive layer (typically shorter than the wavelength of the exposure light used), the intensity of the evanescent wave exposes the photosensitive layer within a very small area around the tip. Enough to do.
金属先端内に面プラズモンを励起するためには、ｐ偏光照明放射線を使用する必要があり、すなわち、入射平面（従って、ｐ偏光）が実際に定められるように、光伝播方向を近視野光学ユニットに対してある一定の角度で生成する必要がある。面プラズモンを励起するためには、使用露光放射線の波数を金属のプラズマ周波数に更に適応させなければならず、この適合は誘電体を通じて可能であり、面プラズモンの生成に関するより詳細説明に対しては、特に「ｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｓｕｒｆａｃｅ＿Ｐｌａｓｍｏｎ」を参照されたい。約１９３ｎｍの波長を有する露光光線を使用する場合には、特にアルミニウムにプラズモン源としての役割を果たさせることができる。感光層の機械耐性によって許容される場合には、金属先端を感光層と直接に接触させることができる。 In order to excite the surface plasmon in the metal tip, it is necessary to use p-polarized illumination radiation, i.e. the direction of light propagation is changed so that the incident plane (and hence p-polarized) is actually defined. Must be generated at a certain angle. In order to excite surface plasmons, the wave number of the exposure radiation used must be further adapted to the plasma frequency of the metal, this adaptation is possible through dielectrics, for a more detailed description of the generation of surface plasmons. In particular, see “http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_Plasmon”. When using exposure light having a wavelength of about 193 nm, aluminum can serve as a plasmon source. If allowed by the mechanical resistance of the photosensitive layer, the metal tip can be in direct contact with the photosensitive layer.
更に別の実施形態において、露光装置は、近視野光学ユニットから射出するエバネッセント波を感光基板上に結像するためのスーパーレンズ要素を含む。いわゆるスーパーレンズ要素という用語は、エバネッセント波を（ほぼ）非減衰方式で搬送し、時には更に増幅することを可能にする配置を表している。スーパーレンズ要素は、露光放射線の波長に対して負の屈折力を有するので、この増幅は可能である。 In yet another embodiment, the exposure apparatus includes a super lens element for imaging an evanescent wave emerging from the near-field optical unit on the photosensitive substrate. The term so-called superlens element refers to an arrangement that allows the evanescent wave to be carried in a (substantially) unattenuated manner and sometimes further amplified. This amplification is possible because the super lens element has a negative refractive power with respect to the wavelength of the exposure radiation.
スーパーレンズ要素の場合にも面プラズモンが励起される。ここでの最も単純な場合には、スーパーレンズ要素は、第１の誘電体と金属層と第２の誘電体とで構成された層積層体を有する。この場合に、（平面）層の厚みは、一般的に露光放射線の波長と同規模のものである。銀が金属層として機能するそのようなスーパーレンズ要素は、Ｄａｖｉｄ Ｏ．Ｓ．Ｍｅｌｖｉｌｌｅ他著の論文「平面銀レンズを用いた超高分解能近視野リソグラフィ（Ｓｕｐｅｒ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｕｓｉｎｇ ｐｌａｎａｒ ｓｉｌｖｅｒ ｌｅｎｓｅｓ）」（招待ポスター、ＭＮＥ−２００５ ＩＤ ００７０９、「ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｎｅ０５．ｏｒｇ／３−ｃ＿０１．ｐｄｆ」）に示されている。近ＵＶ領域、例えば、約１９３ｎｍ付近の波長では、アルミニウム層の使用が有利であることが見出されている。そのような波長では、石英ガラスを誘電体として使用することができる。スーパーレンズ要素は、近視野光学ユニットと一体的に実施することができる。 Surface plasmons are also excited in the case of super lens elements. In the simplest case here, the superlens element comprises a layer stack composed of a first dielectric, a metal layer and a second dielectric. In this case, the thickness of the (planar) layer is generally of the same scale as the wavelength of the exposure radiation. Such superlens elements in which silver functions as a metal layer are David O.D. S. Melville et al., “Super-resolution near-field lithography using planar silver lenses” (invited poster, MNE-2005 ID 00709, “http://www.new.mw”). .Org / 3-c — 01.pdf ”). It has been found that the use of an aluminum layer is advantageous in the near UV region, for example at wavelengths around 193 nm. At such wavelengths, quartz glass can be used as a dielectric. The super lens element can be implemented integrally with the near-field optical unit.
本発明の更に別の態様は、感光層を有する基板と、感光層を第２の状態から第１の状態に変換するために強度閾値よりも大きい最大強度を有する露光光線を発生させるように設計され、（少なくとも１つの）照明波長を有して各々が感光層の部分領域に割り当てられる複数の特に平行な露光光線を発生させるための発生デバイスと、露光光線をそれぞれ割り当てられた部分領域にわたって又はそれに対して特に走査方式で移動するための移動デバイスと、感光層を第１の状態から第２の状態に変換するために（少なくとも１つの）励起波長を有する励起放射線を発生させるための励起光源とを含む露光装置に関する。 Yet another aspect of the present invention is designed to generate a substrate having a photosensitive layer and an exposure beam having a maximum intensity greater than an intensity threshold for converting the photosensitive layer from the second state to the first state. A generating device for generating a plurality of particularly parallel exposure rays each having an (at least one) illumination wavelength, each assigned to a partial region of the photosensitive layer, and over each of the assigned partial regions of exposure light In contrast, a moving device for moving in particular in a scanning manner and an excitation light source for generating excitation radiation having an (at least one) excitation wavelength for converting the photosensitive layer from the first state to the second state The present invention relates to an exposure apparatus including:
本発明のこの態様は、分解能を高めるために、感光層が、典型的にそれぞれの露光光線の中心で得られる露光光線の最大強度よりも小さい強度閾値で第２の状態と第１の状態の間で変化することを利用する。可逆状態遷移の場合には、それによって達成されることは、パターン化に向けて設けられ、かつ感光層上に入射する露光光線によって覆われる（回折限界の）領域の副領域を構成する部分領域内以外で感光層が第２の状態から第１の状態に変換され、それによってパターン化に向けて設けられたこの部分領域内でしかパターン化を行うことができないようにすることである。 This aspect of the invention provides that the photosensitive layer is in the second state and the first state with an intensity threshold that is typically less than the maximum intensity of the exposure light beam obtained at the center of each exposure light beam, in order to increase resolution. Take advantage of changing between. In the case of reversible state transitions, what is achieved thereby is a partial area that is provided for patterning and constitutes a sub-area of the (diffraction-limited) area that is covered by the exposure light incident on the photosensitive layer Except for the inside, the photosensitive layer is converted from the second state to the first state, so that the patterning can be carried out only in this partial area provided for patterning.
励起光源を使用することで、感光層を第１の状態から第２の状態に変換することができる。それとは対照的に、露光光線は反対の効果を有し、すなわち、感光層を第２の状態から第１の状態に変換するように機能する。励起は、露光前又は露光中に達成することができる。励起放射線と露光放射線の両方が単一の波長だけを有する必要はなく、適切な場合は、それぞれの波長範囲を有効範囲とすることができることは言うまでもない。しかし、励起光源と発光デバイスの両方が一般的にレーザ光源を含むので、これらによって発生される放射線は、良好な近似で単一の波長のみを有する。 By using the excitation light source, the photosensitive layer can be converted from the first state to the second state. In contrast, the exposure light has the opposite effect, i.e. functions to convert the photosensitive layer from the second state to the first state. Excitation can be achieved before or during exposure. It goes without saying that both the excitation radiation and the exposure radiation need not have only a single wavelength, and where appropriate, each wavelength range can be an effective range. However, since both the excitation light source and the light emitting device typically include a laser light source, the radiation generated by them has only a single wavelength with a good approximation.
一実施形態において、第１の状態から第２の状態への遷移は可逆であり、感光層は、第２の状態においてのみ恒久的に変化した化学状態に変換することができる。２つの状態の間の遷移は可逆であるので、感光層の励起を露光の前に達成することができ、励起放射線を感光層に特に均一に印加することができる。この場合に、一例として、ＵＳ ２００６／００４４９８５ Ａ１に記載されている露光方法を実施することができ、この文献の全ては、本出願の主題の中に引用によって組み込まれている。この文献に記載されている方法では、感光層は、励起の後に露光放射線を用いて第２の状態から第１の状態に変換され、この場合に、幅狭に境界が定められた領域が割愛され、すなわち、露光放射線はこの領域上に入射せず、又はこの領域では露光放射線の強度が極めて低く、それによってこの領域では露光光線の強度が強度閾値よりも低く留まるので、感光層は第２の状態に留まる。 In one embodiment, the transition from the first state to the second state is reversible, and the photosensitive layer can be converted to a chemical state that is permanently changed only in the second state. Since the transition between the two states is reversible, excitation of the photosensitive layer can be achieved before exposure and excitation radiation can be applied to the photosensitive layer particularly uniformly. In this case, as an example, the exposure method described in US 2006/0044985 A1 can be carried out, all of which is incorporated by reference in the subject matter of the present application. In the method described in this document, the photosensitive layer is converted from the second state to the first state by using exposure radiation after excitation, and in this case, a narrowly delimited region is omitted. That is, the exposure radiation is not incident on this area, or the intensity of the exposure radiation is very low in this area, so that the intensity of the exposure light remains below the intensity threshold in this area so that the photosensitive layer is Stay in the state.
更に別の実施形態において、それぞれの露光光線が割り当てられる部分領域は、少なくとも部分的に重なり合う。上述の極めて低い強度を有する幅狭に境界が定められた領域の外側において強度閾値を明確に超える強度を得るためには、それぞれの露光光線が割り当てられる隣接部分領域が部分的に重複し、それによって隣接する露光光線の強度分布も、これらの露光光線の外側領域内で重なり合ってそこで重ね合わされ、強度閾値よりも大きい合計強度が形成される場合であれば有利である。 In yet another embodiment, the partial areas to which the respective exposure rays are assigned overlap at least partially. In order to obtain an intensity that clearly exceeds the intensity threshold outside the narrowly bounded area having the above-mentioned very low intensity, the adjacent partial areas to which the respective exposure rays are assigned partially overlap. It is advantageous if the intensity distribution of the adjacent exposure rays also overlaps in the outer region of these exposure rays and is superimposed there to form a total intensity that is greater than the intensity threshold.
１つの発展形態では、露光装置は、感光層を第２の状態から恒久的に変化した化学状態に変換するための定着光源を含む。この場合に、感光層は、それが第２の状態にある領域内で定着光源によって恒久的に変化した化学状態に変換することができ、このようにしてパターン化することができる。感光層の領域は、恒久的に変化した化学状態に変換された状態で、励起放射線又はその後の露光の露光光線に対して以後反応しない。 In one development, the exposure apparatus includes a fixing light source for converting the photosensitive layer from a second state to a permanently changed chemical state. In this case, the photosensitive layer can be converted into a chemical state that has been permanently changed by the fixing light source within the region in which it is in the second state, and can thus be patterned. The areas of the photosensitive layer, after being converted to a permanently altered chemical state, will no longer react to excitation radiation or exposure light for subsequent exposure.
更に別の実施形態において、励起光源は、感光層上で場所依存方式で変化する強度プロフィールを有し、好ましくは、感光基板上に隣接して入射する２つの露光光線の間に最大強度を有する励起放射線を発生させるように設計される。場所依存の励起放射線強度プロフィールを発生させることにより、ＳＴＥＤ（「誘導放出抑制」）顕微鏡と同じく幅狭に境界が定められた領域内に強度最大値が形成され、感光層を第１の状態に変換するように露光光線と励起放射線を重ねることができる。 In yet another embodiment, the excitation light source has an intensity profile that varies in a location-dependent manner on the photosensitive layer, and preferably has a maximum intensity between two exposure rays incident adjacently on the photosensitive substrate. Designed to generate excitation radiation. By generating a location-dependent excitation radiation intensity profile, a maximum intensity value is formed in a narrowly bounded area, similar to a STED (“Stimulated Emission Suppression”) microscope, and the photosensitive layer is brought into the first state. The exposure light and excitation radiation can be superimposed so as to convert.
更に別の実施形態において、第２の状態から第１の状態への遷移は不可逆であり、すなわち、第２の状態は、既に恒久的に変化した化学特性を有する状態を構成している。そのような特性を有する感光層は、特に、上述の励起放射線と露光放射線の同時使用の場合に使用することができる。この場合に、励起放射線と露光放射線の組合せ強度が強度閾値よりも大きい場合には、感光層は、関連領域内で第１の恒久的に変化した化学状態を得る。 In yet another embodiment, the transition from the second state to the first state is irreversible, i.e., the second state constitutes a state that already has a permanently altered chemical property. The photosensitive layer having such characteristics can be used particularly in the case of simultaneous use of the above-described excitation radiation and exposure radiation. In this case, if the combined intensity of excitation radiation and exposure radiation is greater than the intensity threshold, the photosensitive layer obtains a first permanently altered chemical state within the relevant region.
代替的に、適切な場合に励起放射線の使用を完全に省くことができ、すなわち、強度閾値が非常に高く（例えば、露光光線の最大強度の８０％又は９０％）、従って、例えば、それぞれの露光光線によって覆われる面積のうちの３０％又はそれ未満に等しい小さい強度分布の副領域内でしか感光層が第２の状態から第１の状態に不可逆に変換されない感光層（レジスト）を使用することができる。この場合に、強度閾値が超過されなかった領域内では、レジストは、可能な限り迅速に露光を「忘失」しなければならず、すなわち、いわゆるアルツハイマーレジストを用いなければならない。このタイプのレジストは、例えば、再書込み可能ＤＶＤに使用され、例えば、２つの状態の間の遷移が特にアモルファス相と結晶相の間で熱的に起こるカルコゲニドとして具現化することができる。 Alternatively, the use of excitation radiation can be dispensed with entirely where appropriate, i.e. the intensity threshold is very high (e.g. 80% or 90% of the maximum intensity of the exposure beam) and thus, e.g. Use a photosensitive layer (resist) in which the photosensitive layer is irreversibly converted from the second state to the first state only within a sub-region of a small intensity distribution equal to or less than 30% of the area covered by the exposure light. be able to. In this case, within the region where the intensity threshold has not been exceeded, the resist must “forget” the exposure as quickly as possible, ie use a so-called Alzheimer resist. This type of resist is used, for example, in rewritable DVDs and can be embodied, for example, as a chalcogenide in which the transition between the two states occurs in particular thermally between the amorphous and crystalline phases.
言い換えれば、パターン化することが意図される面領域は、それぞれの露光光線の中心で強度閾値が超過される場合にその中心に位置するか、又は（ほぼ）全く露光放射線が感光層上に入射しない領域の中心、すなわち、感光層上の強度分布の最小値の領域内に位置するかのいずれかとすることができる。それぞれの面領域を可能な限り小さくし、従って、分解能を可能な限り高くするためには、時に露光放射線の有意な最大強度を必要とする可能性がある。 In other words, the surface area intended to be patterned is located in the center when the intensity threshold is exceeded at the center of each exposure ray, or (almost) no exposure radiation is incident on the photosensitive layer. It can be either the center of the non-performing region, that is, it is located within the region of the minimum value of the intensity distribution on the photosensitive layer. In order to make each surface area as small as possible and thus as high as possible, it may sometimes require a significant maximum intensity of exposure radiation.
更に別の実施形態において、感光層は、切換可能有機色素又は切換可能カルコゲニドを含む。切換可能有機色素は、光を用いて第２の状態から第１の状態に（及びその逆に）切換可能な色素分子を含む。上述したように、カルコゲニドの場合には、２つの状態の間の遷移は、典型的には熱励起により、厳密に言えばアモルファス相と結晶相の間で起こされる。 In yet another embodiment, the photosensitive layer comprises a switchable organic dye or a switchable chalcogenide. A switchable organic dye comprises a dye molecule that can be switched from a second state to a first state (and vice versa) using light. As described above, in the case of chalcogenides, the transition between the two states is typically caused by thermal excitation, strictly speaking, between the amorphous and crystalline phases.
１つの発展形態では、切換可能有機色素の第２の状態は、切換可能有機色素の第１の状態に誘導放出によって変換することができる。この場合に、ＳＴＥＤ顕微鏡の場合と同様に、色素は、第１のエネルギ的に低い状態から第２のエネルギ的に高い状態に励起放射線を用いて変換することができ、この第２の状態から第１の状態には、適切な波長範囲の露光光線を用いた誘導放出によって戻すことができる。この場合に、色素を第２の状態に励起するのに必要とされる波長と、誘導放出を基底状態に励起するのに必要とされる波長とは、典型的には異なるものである。 In one development, the second state of the switchable organic dye can be converted to the first state of the switchable organic dye by stimulated emission. In this case, as in the STED microscope, the dye can be converted from the first energetically low state to the second energetically high state using excitation radiation, from which the second state The first state can be returned by stimulated emission using exposure light in the appropriate wavelength range. In this case, the wavelength required to excite the dye to the second state and the wavelength required to excite the stimulated emission to the ground state are typically different.
第１及び第２の状態は、切換可能有機色素の異なる構造異性状態、例えば、上記に引用したＵＳ ２００６／００４４９８５ Ａ１に記載されているように、例えば、それぞれの色素分子のシス−トランス遷移を表す２つの異性状態とすることができる。第１の状態（例えば、トランス状態）にある色素分子は、定着光を用いた照射によって恒久的に変化した化学状態に変換することができるのに対して、第２の状態（例えば、シス状態）では、この変換は可能ではない。 The first and second states are different structural isomeric states of the switchable organic dye, for example the cis-trans transition of each dye molecule, as described in US 2006/0044985 A1 cited above, for example. Two isomeric states can be represented. Dye molecules in a first state (eg, a trans state) can be converted to a permanently changed chemical state by irradiation with fixing light, whereas a second state (eg, a cis state) This conversion is not possible.
エネルギ励起状態から基底状態への遷移を誘導放出を用いて発生させることができる蛍光色素の使用に加えて、当然ながら、他のタイプの（可逆）状態遷移を有する感光層、例えば、アモルファス相と結晶相の間の遷移が熱的に起こされる（例えば、露光パルスによって励起される）上述のカルコゲニドを露光装置に対して使用することができる。 In addition to the use of fluorescent dyes that can generate a transition from an energy-excited state to a ground state using stimulated emission, of course, photosensitive layers having other types of (reversible) state transitions, eg, amorphous phases and The chalcogenides described above can be used for an exposure apparatus in which the transition between crystalline phases is thermally induced (eg excited by an exposure pulse).
両方の態様に関する更に別の実施形態において、発生デバイスは、それぞれの露光光線を感光層上に生成される構造に依存する方式でオン又はオフにするように設計された複数の切換可能ラスター要素を有するラスター配置を有する。ラスター配置を使用すると、作動、すなわち、オンにされたラスター要素に対応する光点のパターンを感光層上に発生させることができる。 In yet another embodiment relating to both aspects, the generating device comprises a plurality of switchable raster elements designed to turn on or off each exposure beam in a manner that depends on the structure produced on the photosensitive layer. Having a raster arrangement. Using a raster arrangement, a pattern of light spots corresponding to the actuated, ie turned on, raster element can be generated on the photosensitive layer.
１つの発展形態では、ラスター配置のラスター要素は、それぞれの露光光線に対する切換可能絞りとして具現化される。この場合に、ラスター配置は、ラスター要素が作動された領域、すなわち、ラスター要素が絞りとして機能しない領域内でのみ露光放射線を透過させる。それとは対照的に、ラスター要素がオフにされた領域内では、照明放射線は遮蔽される。 In one development, the raster arrangement of raster elements is embodied as a switchable stop for each exposure beam. In this case, the raster arrangement transmits the exposure radiation only in the area where the raster element is activated, i.e. in the area where the raster element does not function as a stop. In contrast, illumination radiation is shielded in areas where the raster element is turned off.
１つの発展形態では、ラスター配置は、ＬＣＤアレイ、レーザダイオードアレイ、又はＯＬＥＤアレイとして具現化される。第１の場合には、ＬＣＤアレイを感光基板に背面する側で照明する照明デバイスが必要である。レーザダイオードアレイ又はＯＬＥＤアレイが使用される場合には、各ラスター要素は、それぞれの露光光線を発生させるために個々に作動させることができる専用光源を有する。ＬＣＤアレイとレーザダイオードアレイ又はＯＬＥＤアレイとの両方は、市販で入手可能であり、これらのアレイでは、ラスター要素は、非常に高い分解能を得るほど十分に小さい。特に、市販のＯＬＥＤアレイの切換時間は、露光中の高スループットを確実にするほど十分に短い。 In one development, the raster arrangement is implemented as an LCD array, a laser diode array, or an OLED array. In the first case, an illumination device that illuminates the LCD array on the back side of the photosensitive substrate is required. When a laser diode array or OLED array is used, each raster element has a dedicated light source that can be individually activated to generate a respective exposure beam. Both LCD arrays and laser diode arrays or OLED arrays are commercially available, in which the raster elements are small enough to obtain very high resolution. In particular, the switching time of commercially available OLED arrays is short enough to ensure high throughput during exposure.
別の実施形態において、ラスター要素は、それぞれの露光光線に対する切換可能反射器として具現化される。この場合に、ラスター要素は、第１の有効切換位置において、露光放射線を感光層上に偏向させることができ、それに対して第２の無効切換位置では、露光放射線を感光層上に偏向させず、異なる空間領域内に偏向させる。 In another embodiment, the raster element is embodied as a switchable reflector for each exposure beam. In this case, the raster element can deflect the exposure radiation onto the photosensitive layer at the first effective switching position, whereas it does not deflect the exposure radiation onto the photosensitive layer at the second invalid switching position. , Deflect in different spatial regions.
１つの発展形態では、ラスター配置は、マイクロミラーアレイ（ＭＭＡ）として具現化される。ＭＭＡのラスター要素は非常に小さく、露光中の高スループットを可能にするほど十分に短い切換可能反射器の切換時間を有する。 In one development, the raster arrangement is implemented as a micromirror array (MMA). The MMA raster element is very small and has a switchable reflector switching time that is short enough to allow high throughput during exposure.
更に別の実施形態において、移動デバイスは、ラスター配置を感光層に対して、好ましくは、近視野光学ユニットと同期して変位させるための少なくとも１つの変位ユニットを有する。露光光線をそれぞれの部分領域内で変位させるためには、ラスター配置を感光層と平行な平面内で変位させるのが有利である。この目的のために、移動デバイスは、ラスター配置をこの平面内で２つの好ましくは互いに垂直な方向に変位さえる２つの直線変位ユニットを含むことができる。このようにして、感光層の部分領域を全区域にわたってパターン化するためにこれらの部分領域を走査することができる。代替的に、適切な場合にラスター配置を静止状態に留めることができ、感光層又は基板を変位させることができることは言うまでもない。当然ながら、基板とラスター配置は、同時にかつ適切な場合に反対方向に移動することができる。 In yet another embodiment, the moving device has at least one displacement unit for displacing the raster arrangement relative to the photosensitive layer, preferably in synchronism with the near-field optical unit. In order to displace the exposure light beam in the respective partial areas, it is advantageous to displace the raster arrangement in a plane parallel to the photosensitive layer. For this purpose, the moving device can include two linear displacement units that displace the raster arrangement in this plane in two preferably perpendicular directions. In this way, these partial areas can be scanned in order to pattern the partial areas of the photosensitive layer over the entire area. Alternatively, it will be appreciated that the raster arrangement can remain stationary when appropriate and the photosensitive layer or substrate can be displaced. Of course, the substrate and raster arrangement can be moved in the opposite direction simultaneously and where appropriate.
更に別の実施形態において、発生デバイスは、ラスター配置を特に均一に照明するための照明デバイスを含む。この場合に、照明放射線は、ラスター配置上に全区域にわたって入射し、個々の露光光線は、ラスター配置の有効状態に切り換えられたラスター要素において発生され、それに対して他の（無効）ラスター要素によって感光層に伝達されることはない。 In yet another embodiment, the generating device includes an illumination device for illuminating the raster arrangement particularly uniformly. In this case, the illuminating radiation is incident over the entire area on the raster arrangement, and the individual exposure rays are generated in the raster elements switched to the active state of the raster arrangement, whereas by other (invalid) raster elements It is not transmitted to the photosensitive layer.
更に別の実施形態において、露光装置は、感光層又は近視野光学ユニット上へのラスター配置の縮小結像のためのレンズを含む。例えば、１０倍の縮小結像は、感光層の露光中の分解能を高める。露光装置が近視野光学ユニットを含む場合には、結像は、一般的に、この近視野光学ユニット上、又は近視野光学ユニットの感光層から離れる方向に向く側に行われ、すなわち、近視野光学ユニットは、レンズの像平面を形成する。 In yet another embodiment, the exposure apparatus includes a lens for reduced imaging of a raster arrangement on the photosensitive layer or near-field optical unit. For example, a 10x reduction imaging increases the resolution during exposure of the photosensitive layer. If the exposure apparatus includes a near-field optical unit, the imaging is generally performed on this near-field optical unit or on the side facing away from the photosensitive layer of the near-field optical unit, ie, near-field. The optical unit forms the image plane of the lens.
本発明はまた、各々が感光層の部分領域に割り当てられる複数の特に平行な露光光線を発生させる段階と、それぞれ割り当てられた部分領域にわたって又はそれに対して露光光線を移動する段階と、それぞれの露光光線を近視野光学ユニットの上流の露光光線の広がりよりも小さい広がりを有する光点を感光層上に発生させるためのエバネッセント波に変換するために感光層の上流に近視野光学ユニットを配置する段階とを含む感光層のパターン付き露光のための第１の態様に関連付けられた方法に関する。 The invention also includes generating a plurality of particularly parallel exposure rays, each assigned to a partial area of the photosensitive layer, moving the exposure light over or relative to each assigned partial area, and each exposure. Placing the near-field optical unit upstream of the photosensitive layer to convert the light into an evanescent wave for generating on the photosensitive layer a light spot having a spread smaller than that of the exposure light beam upstream of the near-field optical unit A method associated with a first aspect for patterned exposure of a photosensitive layer comprising:
上述したように、感光層の露光は、複数の露光光線が、露光される層上に同時に放出され、かつ感光層上に回折円盤と同規模のものである部分領域内にそれぞれ入射することによって可能な限り並行処理される。近視野光学ユニットは、回折限界を超えて分解能を高めるように機能し、すなわち、露光光線は、例えば、回折限界よりも小さい規模とすることができる広がりを有する光点に縮小され、それによって感光層全体をパターン化するために、露光光線は、感光層又は対応する部分領域にわたって特に走査方式で案内される。 As described above, the exposure of the photosensitive layer is performed by causing a plurality of exposure light rays to be simultaneously emitted onto the layer to be exposed and enter each of the partial areas of the same size as the diffraction disk on the photosensitive layer. Process in parallel as much as possible. The near-field optical unit functions to increase the resolution beyond the diffraction limit, i.e., the exposure light beam is reduced to a light spot having a spread that can be, for example, smaller than the diffraction limit, thereby making the light sensitive. In order to pattern the entire layer, the exposure light beam is guided in particular in a scanning manner over the photosensitive layer or corresponding partial areas.
感光層のパターン付き露光のための第２の態様に指定された方法は、各々が感光層の部分領域に割り当てられる複数の特に平行な露光光線を発生させる段階と、感光層を第２の状態から第１の状態に変換するために強度閾値よりも大きい最大強度を有するように発生される露光光線をそれぞれ割り当てられた部分領域にわたって又はそれに対して移動する段階と、感光層を第１の状態から第２の状態に変換するために感光層を励起放射線で励起する段階と、パターン化に対して備えていない領域内で感光層を第２の状態から第１の状態に戻す段階とを含む。 The method specified in the second aspect for the patterned exposure of the photosensitive layer comprises the steps of generating a plurality of particularly parallel exposure rays, each assigned to a partial area of the photosensitive layer, and the photosensitive layer in the second state. Moving the exposure light beam generated to have a maximum intensity greater than an intensity threshold to convert from the first state to the first state, respectively over or relative to the assigned subregion, and the photosensitive layer in the first state Exciting the photosensitive layer with excitation radiation to convert from a second state to a second state and returning the photosensitive layer from the second state to the first state in a region not provided for patterning .
上述したように、第２の態様は、露光光線の強度の適切な選択によって回折限界を超えて分解能を高めることができるように、定められた強度切換閾値を有する感光層を使用する。この場合に、感光層は、励起放射線によって第１の状態から第２の状態に可逆的に変換することができ、露光光線を用いて、パターン化に対して備えていない領域内で第１の状態に戻すことができる。感光層が第１の状態に変換されず、従って、例えば、定着放射線を用いて恒久的化学変化状態に変換することができるのは、露光放射線が最小値（又は最大値、上記を参照されたい）を有するパターン化される領域内だけである。 As described above, the second embodiment uses a photosensitive layer having a defined intensity switching threshold so that the resolution can be increased beyond the diffraction limit by appropriate selection of the intensity of the exposure light beam. In this case, the photosensitive layer can be reversibly converted from the first state to the second state by the excitation radiation, and the exposure light is used to make the first layer within the region that is not prepared for patterning. It can be returned to the state. The exposure radiation is the minimum (or maximum, see above) that the photosensitive layer is not converted to the first state, and therefore can be converted to a permanent chemical change state using, for example, fixing radiation. Only within the region to be patterned.
本発明の更に別の特徴及び利点は、本発明のための不可欠な詳細を示す図面の図を参照して本発明の例示的な実施形態の以下の説明からかつ特許請求の範囲から明らかである。個々の特徴は、各場合にこれらの特徴自体によって個々に又は本発明の変形におけるあらゆる望ましい組合せにおける複数のものとして実現することができる。 Further features and advantages of the present invention will be apparent from the following description of exemplary embodiments of the invention and from the claims, with reference to the drawings, in which essential details for the invention are shown. . The individual features can be realized in each case by these features themselves or as a plurality in any desired combination in a variant of the invention.
例示的な実施形態を概略図面に例示し、下記の説明において解説する。 Exemplary embodiments are illustrated in the schematic drawings and described in the following description.
図１は、各々に露光光線３が割り当てられる複数の正方形の部分領域２ａ〜２ｈを有する感光層１の細部を略示している。図１で分るように、それぞれの部分領域２ａ〜２ｈの広がりは、露光光線３の破線の円で表すそれぞれの広がり４と同規模のもの、すなわち、この事例では露光光線３の広がり４の約１０倍の大きさである。感光層１は、図２を参照して以下に説明するように、感光基板１上に生成される構造に依存して個々にオン又はオフにされる複数の露光光線３で同時に露光される。
FIG. 1 schematically shows details of a
図２は、基板６（ウェーハ）上に付加された感光層１を露光するための露光装置５を示している。露光装置５は、発光デバイス７を含む。発光デバイス７は、例えば、１９３ｎｍ又は１５７ｎｍの波長を有する露光放射線を発生させるためのレーザの形態にある光源７ａを含む。光源７ａは、マイクロミラーアレイ（ＭＭＡ）として具現化されたラスター配置８を全区域にわたって照明するように機能する。マイクロミラーアレイは、ミラー要素の形態にある複数の個々の駆動可能ラスター要素９を含む。この場合に、マイクロミラーアレイ８は、例えば、約４０００×２０００個のラスター要素９の行列配置を有することができ、１つのラスター要素９（以下では個々のミラー）は、例えば、約１６μｍ×１６μｍの区域を有することができる。市販のＭＭＡは、個々のミラー９が感光層１の平面と平行な平面１０に配置される（有効な）基本位置から図２に簡略化の目的で単一の個々のミラー９に対してしか示していない傾斜位置まで移動するために約５ｋＨｚの範囲の切換周波数を有する。露光されるウェーハ６のスループットは、約５ｋＨｚの切換周波数が与えられる場合に毎時約１００枚のウェーハである。
FIG. 2 shows an exposure apparatus 5 for exposing the
ＭＭＡ８の個々のミラー９は各場合に非反射領域によって互いから分離されるので、複数の露光光線３がＭＭＡ８において生じ、これらの露光光線は、それぞれの個々のミラー９の位置に基づいて、感光層１又は感光層１と横並びの空間領域内に偏向される。個々のミラー９のそれぞれの切換位置、従って、ＭＭＡ８によって生成されるパターンは、感光層１上に生成される構造に依存する。制御デバイス１１は、感光層１上に生成される所定構造に依存する方式でＭＭＡ８を駆動するように機能する。
Since the individual mirrors 9 of the MMA 8 are separated from each other in each case by a non-reflective region, a plurality of exposure rays 3 are generated in the MMA 8, and these exposure rays are photosensitized based on the position of each individual mirror 9. It is deflected in a spatial region side by side with
ＭＭＡ８において感光層１に偏向された露光光線３は、互いに平行に向けられ、その伝播方向は、感光層１と垂直に延びている。レンズ１２は、ＭＭＡ８により感光層１上へ露光光線３又は平面１０を縮小結像する（例えば、１０倍の）ように機能する。
The exposure light beams 3 deflected to the
図１で分るように、それぞれの露光光線３は、それぞれの露光光線３に割り当てられた部分領域２ａ〜２ｈの面の一部しか覆わない。従って、パターン化される領域内の感光層１の全区域パターン化のために、露光装置５は、図２に示すＸＹＺ座標系のＸ方向に沿ってＭＭＡ８を変位させるための直線移動ユニット１４を含む移動デバイス１３を含む。対応する直線移動ユニット（図示せず）は、ＭＭＡをＹ方向に変位させるように機能する。望ましい領域内で感光層１全体をパターン化するために、移動デバイス１３を用いて、それぞれの部分領域２ａ〜２ｈの縁部長さにほぼ対応する距離にわたってＸ方向とＹ方向とにＭＭＡ８を変位させることができる。この場合に、直線移動ユニットのＸ方向の変位（かつ直線移動ユニットのＹ方向の変位）を制御するために、制御デバイス１１が直線移動ユニット１４に結合される。ＭＭＡ８の（適切な場合はウェーハ６の）移動を適切に制御する移動デバイス１３を用いて上述の方式でパターン化することができる複数の隣接領域がウェーハ６上に形成されることは言うまでもない。露光装置５は、感光層１の直近に配置された近視野光学ユニット１５を更に含む。近視野光学ユニット１５をＭＭＡ８と同期してＸ方向に変位させるために、制御デバイス１１に更に別の直線移動ユニット１４ａが結合される。同様に、近視野光学ユニット１５をＹ方向に変位させるための更に別の直線変位ユニット（図示せず）への対応する結合が存在する。
As can be seen in FIG. 1, each exposure light beam 3 covers only a part of the surface of the
近視野光学ユニット１５は、それぞれの露光光線３をエバネッセント波に変換するように機能する。このようにして、露光光線３の広がりは、近視野光学ユニット１５の上流における露光光線３の（回折限界による）広がり４よりも有意に小さい光点１６（図１を参照されたい）のサイズに縮小することができる。その結果、露光装置５の分解能は、近視野光学ユニット１５を用いて回折限界を超えて高めることができる。
The near-field
図３ａ〜図３ｄを参照して近視野光学ユニット１５のいくつかの例示的な実施形態を下記でより詳細に説明する。これらの図に示す例示的な実施形態に共通することは、近視野光学ユニット１５のエバネッセント波が出現する側との間の距離ａが、露光放射線の波長λBと同規模のものであることであり、図３ａ〜図３ｃではこの距離ａは波長λBよりも小さい。
Several exemplary embodiments of the near-field
上述のことは、近視野光学ユニット１５からそれぞれ射出するエバネッセント波１７の強度が、射出部から距離「ａ」と共に指数関数的に低下し、すなわち、Ｉ0が射出での強度を表し、ｋが比例定数を表す時にＩ（ａ）＝Ｉ0×Ｅｘｐ（−ｋ*ａ）が成り立つことで有利である。従って、近視野光学ユニット１５が感光層１から離れすぎている場合には、エバネッセント波の強度は、感光層１を露光するには低すぎる。
As described above, the intensity of the
図３ａに示す例では、近視野光学ユニット１５は、有孔マスクとして具現化され、露光光線３に対して透過性を有する担体としての基板１８と、感光基板１に対面し、露光光線３の使用波長λBよりも短い直径Ｄを有する複数の貫通開口部を有するクロムで構成された平面障壁層１９とを含む。障壁層１９は、約８０ｎｍの厚みを有し、１９３ｎｍの使用波長λBの露光光線３に対しては透過性を持たない。近視野光学ユニット１５内に入射するときにレンズ１２によってもたらされる露光光線３の回折限界による広がり（エアリー円盤）４は、障壁層１９又は貫通開口部２０用いて図１に示す光点１６の広がりに縮小される。
In the example shown in FIG. 3 a, the near-field
図３ｂは、透過基板１９が、マイクロ光学ユニットとして機能する円錐先端２１の形態にある面構造を有する近視野光学ユニット１５の例示的な実施形態を示している。この場合に、障壁層１９内の貫通開口部２０は、露光放射線の波長λBよりも短い感光層１からの距離の位置に配置された円錐先端２１の最外側端部に置かれる。
FIG. 3b shows an exemplary embodiment of the near-field
図３ｃ、図３ｄに示す２つの例では、露光光線３の光伝播方向は、近視野光学ユニット１５又は感光基板１に対してある一定の角度で延びている。図２に記載の露光装置５では、この光伝播方向は、感光層１に対するＭＭＡ８の平行な向きから偏向させるによってもたらすことができる。この場合に、露光光線３は、作図面に対応する入射平面と平行に偏光される。露光光線３は、適切な偏光フィルタ（図示せず）によって偏光させることができる。一般的にレーザ光源７（図２を参照されたい）は、いずれにせよ直線偏光露光放射線を発生させるので、感光層１に対してレーザ光源７の適切な向きが与えられる場合には、適切であれば偏光フィルタを省くことができる。
In the two examples shown in FIGS. 3 c and 3 d, the light propagation direction of the exposure light beam 3 extends at a certain angle with respect to the near-field
図３ｃに示す例では、近視野光学ユニットは、誘電体基板２２内に埋め込まれ、互いから電気的に分離された複数の金属先端２３を有する誘電体基板２２を含む。この場合に、入射露光光線３は、それぞれの金属先端２３内で面プラズモンを励起するように機能し、そこに、金属先端２３のテーパ付き端部に最大に集中される交替電界を誘導し、このテーパ付き端部からエバネッセント波１７として射出する。それぞれの先端２３と感光層１の間に短い距離ａが与えられる場合には、エバネッセント波１７の強度は、感光層１を金属先端２３の周囲の非常に小さい領域内で露光するのに十分である。感光層の機械耐性によって許容される場合には、金属先端２３をこの層と直接に接触させることができる。
In the example shown in FIG. 3c, the near-field optical unit includes a
面プラズモンを励起するためには、更に、使用される露光光線３の波数を使用される金属のプラズマ周波数に適応させなければならず、この適応化は、誘電体基板２２を通じて行うことができる。露光光線３が約１９３ｎｍの波長λBを有するこの例では、例えば、アルミニウムが、金属先端２３のための材料として適している。
In order to excite the surface plasmons, the wave number of the exposure beam 3 used must be adapted to the plasma frequency of the metal used, and this adaptation can be performed through the
図３ｄに示す例示的な実施形態において、図３ｃに記載の近視野光学ユニット１５は、いわゆるスーパーレンズ要素２４によって拡張される。スーパーレンズ要素２４は、近視野光学ユニット１５の感光層１に対面する側に装着され、金属層２４ｂが間に配置された第１の誘電体層２４ａと第２の誘電体層２４ｃとで構成される。スーパーレンズ要素２４の場合にも、面プラズモンが励起される。この面プラズモンは、近視野光学ユニット１５から射出するエバネッセント波１７を感光基板１上に結像することを可能にし、この場合に、エバネッセント波１７は、ほぼ減衰なしの方式で伝達される。スーパーレンズ要素２４は、露光光線３の波長λBに対して負の屈折率を有するので、この伝達は可能である。この場合に、（平面）層２４ａ〜２４ｃの厚みは、一般的に露光光線３の波長λBと同規模のものである。約１９３ｎｍの波長λBのこの例では、アルミニウムで構成された金属層２４ｂの使用が有利であることが見出されている。この場合に、例えば、誘電体層２４ａ、２４ｃとして石英ガラス層を使用することができる。同じく３ｄで分るように、エバネッセント波１７の射出部と感光基板１の間の距離ａは、図３ａ〜図３ｃで記載した例におけるものよりも長いように選択することができる。スーパーレンズ要素２４を図３ａ〜図３ｃに示す近視野光学ユニットに対して使用することができることは言うまでもない。
In the exemplary embodiment shown in FIG. 3 d, the near-field
図３ｃに示すように、露光装置５は、近視野光学ユニット１５の誘電体基板２２において反射された露光光線３の強度の空間分解検出のための検出器デバイス２５を更に含む。反射光の強度は、例えば、ＣＣＤカメラなど形態にある空間分解検出器デバイス２５によってチャンネル毎に、すなわち、各露光光線３に対して個々に測定することができる。感光層１内により少ないエネルギが導入される程、より多くのエネルギが反射され、その逆も同様であるので、このようにしてそれぞれの露光光線３又はそれによって発生されるエバネッセント波１７のエネルギ入力を間接的に測定することができる。
As shown in FIG. 3 c, the exposure apparatus 5 further includes a
図３ａ、図３ｂに示す有孔マスクの形態にある近視野光学ユニット１５とは対照的に、面プラズモンが励起される場合には、プラズモンが、「大きい区域にわたって」光エネルギを吸収し、この光エネルギは、実質的に金属先端２３を通じて再度放出することができるので、エネルギ伝達はより効率的である。図３ａ、図３ｂで記載した例示的な実施形態において、貫通開口部２０の直径Ｄと有孔マスクの合計面積の間の幾何学比が極めて重要である。
In contrast to the near-field
近視野内で感光層１の上方から内部に結合される強度は、距離に大きく依存するので、図３ｃに示すように、露光装置５内で近視野光学ユニット１５と感光基板１の間の距離を決定するための距離決定デバイス２６を配置することができる。距離決定デバイス２６は、検出器デバイス２５によって拾われる強度に基づいて、局所距離ａ、特に、感光基板１に対する近視野光学ユニット１５の考えられる傾斜を決定することができる。複数の場所において距離ａを決定することにより、近視野光学ユニット１５の傾斜を推定することができ、適切な場合にこの傾斜を例えば圧電アクチュエータの形態にあるマニピュレータ（図示せず）を用いて補償することができる。距離決定デバイス２６を用いて決定された距離ａは、フォーカス制御又はフォーカス位置調整を可能にするために望ましい距離に設定又は調整することができる。
Since the intensity coupled from above to the inside of the
円錐先端２１と感光層１の間の距離ａが局所的に異なって変化する場合には、近視野光学ユニット１５の上流における強度分布への適切な影響により、得られる感光層１上の光分布の不均一性を補償するのに、距離ａへのトンネル現象効率の指数関数的依存性を使用することができる。
When the distance a between the
この目的のために、検出器デバイス２５、更に、適切な場合に距離決定デバイス２６は、制御デバイス１１（図２を参照されたい）に接続され、制御デバイス１１は、検出データ又は測定データを評価し、この評価に依存する方式で各個々の露光光線３の強度のチャンネル毎、すなわち、個々の変調を可能にするレンズ１２の上流に配置されたニュートラルフィルタ２７を駆動する。この場合に、制御デバイス１１は、感光層１上で可能な限り均一な露光光線３の強度が得られるように、露光光線３の強度を変調する。強度の設定に加えて又はその代替として、露光光線３を変調するための更に別の手段を与え、例えば、チャンネル毎に、すなわち、個々に変調を起こす偏光子デバイスを用いて露光光線３の偏光へ影響を与えることができることは言うまでもない。
For this purpose, the
図４及び図５は、各場合に発光デバイス７が図２に示すものとは異なる露光装置５の２つの更に別の例を示している。図４に記載の発光デバイス７は、レーザ放射線源７ａから射出するレーザ放射線を拡大し、ＬＣＤアレイ８ａの形態にある行列配置を均一に照明する照明系７ｂを有する。露光光線３の望ましいパターンが得られるように、感光層１上に生成される構造に依存してＬＣＤアレイ８ａの個々のラスター要素９ａ（ピクセル）をオン又はオフにすることができる。この場合に、例えば、「ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｇｂｌｏｇ．ｄｅ／２００９／０６／１５／ｋｌｅｉｎｓｔｅｓ−ｌｃｄ−ｄｉｓｐｌａｙ−ｄｅｒ−ｗｅｌｔ−ｍｉｔ−ｖｇａ−ａｕｆｌｏｓｕｎｇ／」に記載されているＶＧＡ分解能を有するＬＣＤアレイにおける場合と同様に、ラスター要素９ａは、例えば、１００ｍｍ×１００ｍｍのサイズが与えられる場合には、２．９μｍ×２．９μｍの広がりを有することができる。
4 and 5 show two further examples of the exposure apparatus 5 in which the light emitting device 7 is different from that shown in FIG. The light emitting device 7 shown in FIG. 4 has an
ＬＣＤアレイ８ａによって生成された露光光線３の光分布は、感光層１上にＬＣＤアレイ８ａの有効ラスター要素９ａのパターン像が、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍのサイズで発生するように、図２の場合と同じく開口数ＮＡ＝１を有するレンズ１２により、感光層１を有する像平面上に少なくとも１０倍だけ縮小される方式で透過される。この場合に、感光層１上の各露光光線３の広がりは、使用されるレンズ１２の分解能（アッベによる）に対応する。
In the case of FIG. 2, the light distribution of the exposure light beam 3 generated by the LCD array 8a is such that a pattern image of the
レンズ１２に対して、開口数ＮＡ＝１、０．５というｋ係数（例えば、レンズ１２の瞳平面内の環状絞りによって発生する）及び露光光線３の１９３ｎｍの波長λBを仮定すると、２つの光点の間で依然として分解することができる可能な距離に関する式（ｄ＝ｋ×λB／ＮＡ）は、ｄ＝０．５ｘ１９３ｎｍ／１、すなわち、約１００ｎｍをもたらす。適切な手段（上記及び下記を参照されたい）によって実際に得られる分解能が１０ｎｍに固定される場合には、入射露光光線３によって感光層１上に形成される１００ｎｍ×１００ｎｍの面積は、少なくとも２０×２０＝４００の副段階において走査しなければならない。
Assuming a
この目的のために、ＬＣＤアレイ８ａは、移動デバイス１３又は直線移動ユニット１４を用いてｚ方向に５ｎｍ刻みでステップ・アンド・リピートするか、又は連続的に（一定の速度で）移動することができ、この移動は露光と同期化され、すなわち、切換可能ラスター要素９ａは、各場合に生成される構造に依存してオン又はオフにされる。第２の直線変位ユニット（図示せず）は、ＬＣＤアレイ８ａをＹ方向に変位させるように機能することは言うまでもない。更に、追加的又は代替的に、適切な変位デバイスを用いて、感光層１が配置された平面内でウェーハ６を変位させることができることは言うまでもない。
For this purpose, the LCD array 8a can be stepped and repeated in steps of 5 nm in the z direction using the moving
ＬＣＤアレイ８ａが５００Ｈｚの切換周波数で作動すると仮定した場合には、ウェーハ６上の１０ｍｍ×１０ｍｍの視野を約０．８秒で露光することができる。市販のウェーハ６は、約７００個のそのような１０ｍｍ×１０ｍｍセルを有し、従って、約５６０秒後に露光することができ、毎時約８枚のウェーハというスループットがもたらされる。この場合に、主にＬＣＤアレイ８ａのラスター要素９ａ（ピクセル）の切換周波数（切換時間は約２ｎｓ）は、露光速度に対して制限効果を有する。将来開発されることになるＬＣＤアレイの場合には、恐らく切換周波数が高められることになり、又はＬＣＤアレイを本出願（オン／オフだけ）に適応させることによって切換時間を改善することができることになり、従って、図４に示す露光装置５を用いて達成可能なスループットを高めることが可能になることは言うまでもない。
Assuming that the LCD array 8a operates at a switching frequency of 500 Hz, a 10 mm × 10 mm field on the wafer 6 can be exposed in about 0.8 seconds. A commercially available wafer 6 has about 700 such 10 mm × 10 mm cells and can therefore be exposed after about 560 seconds, resulting in a throughput of about 8 wafers per hour. In this case, mainly the switching frequency (switching time is about 2 ns) of the
発光ユニット７が、複数の切換可能レーザダイオード９ｂを光源として有するレーザダイオードアレイ８ｂの形態にあるラスター配置を有し、これらの光源の個数が、図４に示すＬＣＤアレイ８ａの個数に実質的に対応する図５に示す露光装置５の場合には、切換時間の有意な短縮が可能である。レーザダイオードアレイ８ｂの場合には、切換時間を約２０００倍だけ短くすることができ、その結果、約１６０００ウェーハという理論スループットが可能であり、すなわち、十分な露光放射線が存在する場合、この場合の切換時間は制限効果を持たない。レーザダイオード９ｂの代わりに、ＯＬＥＤを使用することができるが、ＯＬＥＤは、感光基板１上に約１０ｍＷ／ｃｍ2の電力しか生成せず、それに対して従来の１９３ｎｍレーザによって生成することができる電力は約１００Ｗ／ｃｍ2であり、すなわち、約１００００倍大きい。ＯＬＥＤアレイを使用すると、この低い利用可能光強度に起因して、潜在的に同様に毎時約５枚のウェーハしか露光することができない。更に、ＯＬＥＤは可視光で作動し、従って、感光層１上にそれぞれ入射する露光光線３の広がりは比較的大きい。
The light emitting unit 7 has a raster arrangement in the form of a
分解能の望ましい改善を提供するために、図４及び図５に示す露光装置５を図２及び図３ａ〜図３ｄに示す近視野光学ユニット１５と組み合わせることができる。分解能の改善を提供する上で、上述の分解能を高めるための近視野光学ユニット１５の使用代わりに、感光層１の特性を使用することができる。
In order to provide the desired improvement in resolution, the exposure apparatus 5 shown in FIGS. 4 and 5 can be combined with the near-field
この手順を解説するために、図６は、各々が中心強度最大値ＩMAXを有し、感光層１上に位置Ｐ（Ｘ方向の）の関数として入射する３つの隣接露光光線３の強度Ｉを示している。感光層１は、この事例では最大強度ＩMAXの約１０％である強度閾値ＩSを有する。この場合に、強度閾値ＩSは、感光層１が第２の状態Ｂから第１の状態Ａへの遷移を受ける強度を定める。ここでは強度Ｉが閾値ＩSよりも小さい場合に第２の状態Ｂが見られ、強度Ｉが閾値ＩSよりも大きい場合に第１の状態Ａが見られる。この場合に、露光光線３の最大強度ＩMAXは、強度閾値ＩSよりも大きいように選択される。
To illustrate this procedure, FIG. 6 shows the intensity I of three adjacent exposure rays 3 each having a central intensity maximum value I MAX and incident on the
感光層１の２つの状態Ａ、Ｂに関しては様々な可能性があり、一例として、第２の状態Ｂから第１の状態Ａへの遷移を不可逆とすることができる。この場合に、強度閾値ＩSが超過された後に、感光層１は、以後第２の状態Ｂに戻ることができず、恒久的化学変化状態Ａに留まるか、又はその後の定着中に恒久的化学変化状態（いわゆるアルツハイマーレジスト）に更に変換される。そのようなレジストの場合には、２つの連続する露光の合間に、前に軽度に露光された領域のいくつかの「露光解消」をもたらす熱処理を実施する必要がある場合がある。この場合に、特に、露光に対して非常に非線形に反応するレジストを感光層として使用することができる。
There are various possibilities regarding the two states A and B of the
そのような不可逆遷移を有する感光層（レジスト）を使用する場合には、一般的に、露光光線３の強度は、強度閾値ＩSが強度最大値ＩMAXに比較的近いように、図６に示す場合とは異なって選択され、例えば、ＩＳ＝０．９×ＩMAXを選択することができる。このようにして、感光層は、それぞれ入射する露光光線３の面領域４の例えば２０％よりも小さいか又は１０％よりも小さい比較的小さい領域１６（図１を参照されたい）内でしか第２の状態Ｂから第１の状態Ａに変換されず、その結果、望ましい分解能改善を提供することができる。 When using a photosensitive layer (resist) having such an irreversible transition, the intensity of the exposure light beam 3 is generally shown in FIG. 6 so that the intensity threshold value I S is relatively close to the maximum intensity value I MAX . For example, IS = 0.9 × I MAX can be selected. In this way, the photosensitive layer can only be within a relatively small area 16 (see FIG. 1) of, for example, less than 20% or less than 10% of the surface area 4 of the incident exposure light beam 3, respectively. It is not converted from the second state B to the first state A, so that the desired resolution improvement can be provided.
露光光線３を用いて第２の状態Ｂから第１の状態Ａに不可逆に切り換えることができる感光層１の使用の代替として、第２の状態Ｂから第１の状態Ａへの（及びその逆への）遷移が可逆方式で発生する感光層１を使用することができる。この場合に、感光層１は、第１の状態Ａではなく第２の状態Ｂにおいてしか恒久的に変化した化学状態に変換することができないように実施することができる。
As an alternative to the use of the
そのような特性を有する感光層１は、特に切換可能有機色素の形態にある特定の切換可能分子によって実現することができる。この場合に、２つの状態Ａ、Ｂの間の分子の切り換えは、光によってもたらすことができ、第２の状態Ｂから第１の状態Ａへ切り換えるように機能する光の波長は、第１の状態Ａから第２の状態Ｂへの切り換えに使用される光の波長とは異なる。蛍光有機色素の場合には、第２の励起状態Ｂから第１の状態Ａへの遷移は、例えば、誘導放出によって起こすことができる。最初に、感光層全体が第１の状態Ａから第２の状態Ｂに変換され、次に、感光層１が図６に示す方式で不均一に照明される場合には、この層は、比較的狭い強度範囲でのみ第２の状態Ｂに留まり、この状態から恒久的化学変化状態Ｃに変換することができる。このようにして、同じく露光中に分解能を高めることができる。
The
この目的で設計された露光装置５を図９に例示している。露光装置５は、図４に記載のものに対応し、かつ励起放射線３２を生成するための励起光源３１と、感光層１を第２の状態Ｂから恒久的に変化した化学状態Ｃに変換するための定着放射線３３を生成するための定着光源３４とを含む付加的な発光ユニット３０で補足される。
An exposure apparatus 5 designed for this purpose is illustrated in FIG. The exposure apparatus 5 corresponds to the one shown in FIG. 4 and converts the
露光装置５を用いた露光中には、最初に、感光層１が、励起放射線３２によって大きい区域にわたって均一に照射され、この目的のために、励起放射線３２を感光層１上に偏向させる部分透過ミラー３６が使用される。この場合に、励起放射線３２は、感光層１が有機色素（例えば、ＲＨ４１４）から形成されるこの例では４００ｎｍと６５０ｎｍの間の範囲にあるとすることができる励起波長λAを有し、例えば、λA＝約５００ｎｍの波長にあるとすることができる。感光層１は、励起放射線３２によって第１の状態Ａから第２の状態Ｂに変換される。その後の段階では、発光ユニット７を用いて露光光線３が感光層１上に放射され、この事例では、この放射の波長はλB＝７４５ｎｍである。
During exposure using the exposure apparatus 5, first, the
露光光線３は、感光層１において、例えば、図７に示すように実施することができる強度プロフィールを発生させる。この場合に、個々の露光光線３は重複し、強度がほぼゼロまで降下する小さい領域３７内でしか中断されない実質的に均一な強度ＩHOMを形成するように重ね合わされる。この場合に、割愛された領域３７に関する露光光線３又は関連のラスター要素９ａはオフにされる。割愛領域３７の外側の強度ＩHOMは強度閾値ＩSよりも大きくなく、従って、感光層１を第２の状態Ｂから第１の状態Ａに変換するのに十分である。
The exposure light beam 3 generates an intensity profile in the
強度Ｉが強度切換閾値ＩSよりも低く留まるのは、距離ｄminに沿った割愛領域３７内でのみであり、その結果、感光層１は、この区画に沿って第２の状態Ｂに留まる。その後の段階において定着光源３４を用いて定着放射線３３が大きい区域にわたって感光層１に印加される場合には、この層は、割愛領域３７内でしか恒久的に変化した化学状態Ｃに変換されない。同じく図７で認めることができるように、距離ｄminは、露光光線３の広がりに対応する距離ｄよりも短く、従って、上述の手段を用いて、露光装置５の分解能を同じく回折限界又は最大分解可能距離ｄを超えて高めることができる。
It is only in the omitted area 37 along the distance d min that the intensity I remains lower than the intensity switching threshold I S , so that the
約５００ｎｍの波長λB、０．５というｋ係数、及び開口数ＮＡ＝１を使用する場合には、最大分解可能距離は、ｄ＝０．５×５００ｎｍ／１＝２５０ｎｍである。それとは対照的に、分解能ｄminが１０ｎｍとして固定される場合には、約２５０ｎｍ×２５０ｎｍの対応する部分領域を少なくとも２５×２５＝６２５段階で走査しなければならず、この場合にも、適切な場合に複数の個別の段階の代わりに、一定速度の連続移動を実施することができる。この場合に、励起、露光、及び定着という３つの連続する段階は、制御デバイス１１によってそれぞれの変位と調整しなければならない。
When using a wavelength λ B of about 500 nm, a k coefficient of 0.5, and a numerical aperture NA = 1, the maximum resolvable distance is d = 0.5 × 500 nm / 1 = 250 nm. In contrast, if the resolution d min is fixed as 10 nm, the corresponding partial area of about 250 nm × 250 nm must be scanned in at least 25 × 25 = 625 steps, In some cases, instead of a plurality of individual steps, a constant speed continuous movement can be carried out. In this case, three successive steps of excitation, exposure and fixing must be adjusted with the respective displacements by the
図９に示す露光装置５の例示的な実施形態において、図４の場合と同様に、スループットは、約５００ＨｚのＬＣＤアレイ８ａの切換速度によって制限され、その結果、毎時約４枚のウェーハというスループットが可能である。代替的に、図５と類似の露光装置５を図１０に示すように使用することができる。図１０に記載の露光装置５は、最初に複数のＯＬＥＤ９ｃを有するＯＬＥＤアレイ８ｃがレーザダイオードアレイの代わりに使用される点で図５に記載のものとは異なる。この場合に、励起光源３１及び定着光源３４は、図９におけるように具現化され、各走査段階に実行しなければならない励起、露光、及び定着は、制御デバイス１１を用いて同様に調整又は同期化される。
In the exemplary embodiment of the exposure apparatus 5 shown in FIG. 9, as in FIG. 4, the throughput is limited by the switching speed of the LCD array 8a of about 500 Hz, resulting in a throughput of about 4 wafers per hour. Is possible. Alternatively, an exposure apparatus 5 similar to FIG. 5 can be used as shown in FIG. The exposure apparatus 5 shown in FIG. 10 is different from that shown in FIG. 5 in that an OLED array 8c having a plurality of
ＯＬＥＤアレイ８ｃを使用する場合には、図５に関して上述したように、切換速度を約２０００倍だけ増大させることができる。それに応じて、毎時約８０００枚のウェーハというスループットが可能になる。この場合に、励起光源３１及び定着光源３４は、ＭＨｚ範囲で作動しなければならないが、この作動は、可視範囲の波長λA、λFを有するレーザ光源を使用する場合には、いかなる問題も伴わずに可能である。この場合に、ＯＬＥＤアレイ８ｃは、移動デバイス１３を用いて、例えば、約０．１ｍ／ｓｅｃの一定の同期速度で変位させることができる。
If the OLED array 8c is used, the switching speed can be increased by about 2000 times as described above with respect to FIG. Accordingly, a throughput of about 8000 wafers per hour is possible. In this case, the
「書込信号」としてそれぞれの露光光線を最小限にしか用いない上述の手順は、この場合に、蛍光光子の結果としての結像関連の２次放射線が発生しないので、特に高い分解能を可能にする。 The above-described procedure, which uses each exposure beam as a “write signal” to a minimum, in this case allows for a particularly high resolution since no imaging-related secondary radiation is generated as a result of the fluorescence photons. To do.
上述の手順の代替として、例えば、適切な照明系、適切な場合に更に別のラスター配置（図示せず）又は（ニュートラル）フィルタが設けられた励起光源３１によって励起放射線３２が感光層１上に均一に入射しない露光は、図９及び図１０に示す露光装置５を用いて実施することができる。感光層１上に場所依存の強度ＩAが同じく場所依存の強度ＩBと同時に入射する場合には、ＳＴＥＤ顕微鏡から一般に知られているように、２つの強度分布の重ね合わせ時に、図７に示す強度分布とは対照的に、非常に小さい空間領域に制限された最小値の代わりに非常に小さい空間領域に制限された最大値（ｎｍ範囲の広がりを有するピーク）を有する強度分布ＩAB＝ＩA×Ｅｘｐ（−ＩB）（図８を参照されたい）がもたらされる。
As an alternative to the procedure described above, the
有意なピークを有する図８に記載の強度プロフィールＩABを得るために、励起放射線３２の強度は、２つの隣接する露光光線３の間で合計強度ＩABも最大値になる位置に最大値ＩMAXを有するように選択される。図６及び図７に関して記載した露光工程の場合と同様に、励起放射線３２は、第１の状態Ａから第２の状態Ｂへの遷移をもたらし、それに対して露光光線３は、反対の効果、すなわち、誘導放出による第２の状態Ｂから第１の状態Ａへの遷移をもたらす。感光層１が第２の状態Ｂに留まり、定着光源３４を用いてそれを恒久的に変化した化学状態Ｃに変換することができるのはピーク領域内でのみである。第１の状態Ａと第２の状態Ｂの間の遷移が不可逆の場合には、定着光の使用を省くことができることは言うまでもない。
In order to obtain the intensity profile I AB according to FIG. 8 having a significant peak, the intensity of the
図８に関して記載した手順は、この場合に、リソグラフィへのＳＴＥＤ顕微鏡の原理の適用を表している。感光層１としての有機色素の使用の場合には、これらの色素は、ピーク領域内でのみ励起状態に留まり、従って、例えば、フェルスター共鳴エネルギ転移（二重極−二重極相互作用）又はデクスターエネルギ転移（電子の交換）を用いて感光層１の隣接する分子を化学的に変換し、かつ定着させることができる。膨張をもたらすと考えられる蛍光光子の結果としての「２次放出」も、この場合には発生しない。
The procedure described with respect to FIG. 8 represents in this case the application of the principle of the STED microscope to lithography. In the case of the use of organic dyes as
ＳＴＥＤ顕微鏡では、切換可能有機色素で構成された感光層１が一般的に使用され、誘導放出によって第２の蛍光状態Ｂを切換可能有機色素の第１の状態Ａに戻すことができる。この目的に使用することができる色素は、多数入手可能であり、例えば、「ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｐｉｂｐｃ．ｍｐｇ．ｄｅ／ｇｒｏｕｐｓ／ｈｅｌｌ／ＳＴＥＤ＿Ｄｙｅｓ．ｈｔｍｌ」を参照されたい。必要に応じて、それぞれ必要とされる化学特性に関して最適化された新しい有機色素を製造することも可能であろう。
In the STED microscope, the
上述の露光が、第２の状態Ｂから第１の状態Ａへの復帰が誘導放出に基づいて発生する蛍光色素の使用に限定されないことは言うまでもない。これらの状態の代わりに、２つの状態は、例えば、第１の状態が蛍光機能を有する状態であり、それに対して第２の状態の場合はそうではない切換可能有機色素の異なる構造異性状態（例えば、シス−トランス異性体）とすることができる。この原理は、例えば、切換可能たんぱく質を有機色素と共に使用することができるいわゆるＲＥＳＯＬＦＴ（可逆的可飽和光学蛍光遷移（Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ Ｓａｔｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ））に使用される。感光層におけるそのような材料の使用は、強度閾値よりも大きいものに対して必要とされる強度が、誘導放出の結果として遷移の場合に一般的であるものよりも低いという利点を有する。 It goes without saying that the exposure described above is not limited to the use of fluorescent dyes whose return from the second state B to the first state A occurs based on stimulated emission. Instead of these states, the two states are, for example, different structural isomeric states of a switchable organic dye (the first state is a state having a fluorescence function, whereas the second state is not) For example, cis-trans isomer). This principle is used, for example, for so-called RESOLFT (Reversible Saturable Optical Fluorescence Transitions), in which switchable proteins can be used with organic dyes. The use of such materials in the photosensitive layer has the advantage that the required intensity for anything greater than the intensity threshold is lower than is typical for transitions as a result of stimulated emission.
適切な場合には、本明細書で説明する露光工程において他のタイプの感光層を使用することができる。この場合に、不可欠なことは、感光層が、切り換えをその間で可逆方式で行うことができる少なくとも２つの状態を有する分子を有するということだけである。 Where appropriate, other types of photosensitive layers can be used in the exposure process described herein. In this case, all that is essential is that the photosensitive layer has molecules with at least two states in which switching can take place in a reversible manner.
要約すると、上述の方式で、各場合に回折限界と同規模のものである広がりを有する複数の部分領域内でウェーハの並行露光を実施することができる。上述の手段を使用すると、回折限界を超えて分解能を高めることができ、それによって走査露光を用いたそれぞれの部分領域内でのパターン化が可能になる。すなわち、高い分解能による感光層の有効かつ費用効果的な露光を提供することができる。 In summary, in the manner described above, it is possible to carry out parallel exposure of the wafer in a plurality of partial areas each having a spread that is of the same magnitude as the diffraction limit. Using the means described above, the resolution can be increased beyond the diffraction limit, thereby allowing patterning within each subregion using scanning exposure. That is, it is possible to provide effective and cost-effective exposure of the photosensitive layer with high resolution.
１ 感光層
３ 露光光線
１３ 移動デバイス
３２ 励起放射線
λB 露光波長
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記感光層（１）を第２の状態（Ｂ）から第１の状態（Ａ）に変換するために強度閾値（ＩS）よりも大きい最大強度（ＩMAX）を有する露光光線（３）を発生させるように設計され、露光波長（λB）を有して各光線が該感光層（１）の部分領域（２ａ〜２ｈ）に割り当てられる複数の露光光線（３）を発生させるための発生デバイス（７）と、
前記露光光線（３）を前記それぞれ割り当てられた部分領域（２ａ〜２ｆ）に対して移動するための移動デバイス（１３）と、
前記感光層（１）を前記第１の状態（Ａ）から前記第２の状態（Ｂ）に変換するために励起波長（λA）を有する励起放射線（３２）を発生させるための励起光源（３１）と、
を含むことを特徴とする露光装置（５）。 A substrate (6) having a photosensitive layer (1);
An exposure light beam (3) having a maximum intensity (I MAX ) greater than an intensity threshold (I S ) to convert the photosensitive layer (1) from the second state (B) to the first state (A) Generation for generating a plurality of exposure rays (3) designed to generate and having an exposure wavelength (λ B ), each ray being assigned to a partial area (2a-2h) of the photosensitive layer (1) Device (7);
A moving device (13) for moving the exposure beam (3) relative to the respective assigned partial areas (2a-2f);
An excitation light source for generating excitation radiation (32) having an excitation wavelength (λ A ) to convert the photosensitive layer (1) from the first state (A) to the second state (B); 31) and
An exposure apparatus (5) comprising:
前記励起放射線（３２）は、好ましくは、前記感光基板上に隣接方式で入射する２つの露光光線（３）の間に最大強度（ＩMAX）を有する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の露光装置。 The excitation light source (30) is designed to generate excitation radiation (32) having an intensity profile (I A ) that varies in a location-dependent manner on the photosensitive layer (1);
The excitation radiation (32) preferably has a maximum intensity (I MAX ) between two exposure rays (3) incident in an adjacent manner on the photosensitive substrate,
The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the exposure apparatus is characterized in that:
前記感光層（１）の部分領域（２ａ〜２ｈ）に各光線が割り当てられた複数の露光光線（３）を発生させる段階と、
前記感光層（１）を第２の状態（Ｂ）から第１の状態（Ａ）に変換するために強度閾値（ＩS）よりも大きい最大強度（ＩMAX）を有するように発生された前記露光光線（３）を前記それぞれ割り当てられた部分領域（２ａ〜２ｈ）に対して移動する段階と、
前記感光層（１）を前記第１の状態（Ａ）から前記第２の状態（Ｂ）に変換するために該感光層を励起放射線（３２）で励起する段階と、
パターン化に対して備えていない領域で前記感光層（１）を前記第２の状態（Ｂ）から前記第１の状態（Ａ）に戻す段階と、
を含むことを特徴とする方法。 A method of exposure with a pattern of the photosensitive layer (1), comprising:
Generating a plurality of exposure rays (3), each of which is assigned to a partial area (2a-2h) of the photosensitive layer (1);
Said generated to have a maximum intensity (I MAX ) greater than an intensity threshold (I S ) to convert said photosensitive layer (1) from a second state (B) to a first state (A) Moving the exposure beam (3) relative to the respective assigned partial areas (2a-2h);
Exciting the photosensitive layer with excitation radiation (32) to convert the photosensitive layer (1) from the first state (A) to the second state (B);
Returning the photosensitive layer (1) from the second state (B) to the first state (A) in an area not provided for patterning;
A method comprising the steps of:
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