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JP-2026077090-A - 光源装置、露光装置、及び物品の製造方法

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Abstract

【課題】 光源の高照度化に有利な光源装置を提供すること。 【解決手段】 原版のパターンの像を基板に投影する露光装置に用いられる光源装置であって、第１の波長の光を射出する第１ＬＥＤ群と、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を射出する第２ＬＥＤ群と、前記第１ＬＥＤ群からの光と前記第２ＬＥＤ群からの光とを合成するダイクロイックミラーと、を有し、前記ダイクロイックミラーにより合成された光が前記原版に照射される際、前記ダイクロイックミラーと前記原版との間の結像面における単位面積当たりの照度が、１０００ｍＷ／ｃｍ ２ 以上である。 【選択図】 図２

Inventors

  • 八講 学
  • 豊田 和輝

Assignees

  • キヤノン株式会社

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20241025

Claims (18)

  1. 原版のパターンの像を基板に投影する露光装置に用いられる光源装置であって、 第１の波長の光を射出する第１ＬＥＤ群と、 前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を射出する第２ＬＥＤ群と、 前記第１ＬＥＤ群からの光と前記第２ＬＥＤ群からの光とを合成するダイクロイックミラーと、 を有し、 前記ダイクロイックミラーにより合成された光が前記原版に照射される際、前記ダイクロイックミラーと前記原版との間の結像面における単位面積当たりの照度が、１０００ｍＷ／ｃｍ ２ 以上であることを特徴とする光源装置。
  2. 前記第１の波長は、前記第２の波長よりも短く、 前記第１ＬＥＤ群は重力方向に対して垂直に配置され、前記第２ＬＥＤ群は重力方向に沿って配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  3. 前記第１の波長は、３６５ｎｍを含むことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  4. 前記第２の波長は、４０５ｎｍを含むことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  5. 前記第１ＬＥＤ群と前記第２ＬＥＤ群との間隔は、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  6. 前記第１ＬＥＤ群のＬＥＤの数と前記第２ＬＥＤ群のＬＥＤの数の和は、１４０個以上であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  7. 前記第１ＬＥＤ群又は前記第２ＬＥＤ群を保持する支持台を更に有し、 前記支持台は、面積比５％以上のくり抜き部を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  8. 前記ダイクロイックミラーは長辺が５００ｍｍ以上、且つ、面積が２０００００ｍｍ ２ 以上であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  9. 前記第１ＬＥＤ群又は前記第２ＬＥＤ群は、冷却された冷媒が流れる冷却部と接触することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  10. 前記冷却部における冷媒は、前記第１ＬＥＤ群又は前記第２ＬＥＤ群に対応する位置において、重力方向に対して反対の方向に流れることを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
  11. 前記第１ＬＥＤ群からの光を集光する第１のマイクロレンズアレイと、 前記第２ＬＥＤ群からの光を集光する第２のマイクロレンズアレイと、を有し、 前記第１ＬＥＤ群と前記第１のマイクロレンズアレイとの距離は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、 前記第２ＬＥＤ群と前記第２のマイクロレンズアレイとの距離は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である、 ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  12. 第１のマイクロレンズアレイには、前記第１ＬＥＤ群からの光が直進する方向に離間して、前記第１ＬＥＤ群からの光が通過する順に第１のレンズと第２のレンズとが配置され、 第２のマイクロレンズアレイには、前記第２ＬＥＤ群からの光が直進する方向に離間して、前記第２ＬＥＤ群からの光が通過する順に第３のレンズと第４のレンズとが配置され、 前記第１のレンズにおいて、前記第１ＬＥＤ群に近い面は平面であり、 前記第３のレンズにおいて、前記第２ＬＥＤ群に近い面は平面である、 ことを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
  13. 前記第１ＬＥＤ群又は前記第２ＬＥＤ群のＬＥＤの１個あたりにかかる電圧は２Ｖ以上６Ｖ以下であり、 前記第１ＬＥＤ群又は前記第２ＬＥＤ群のＬＥＤの１個あたりに流れる電流は２２０ｍＡ以上３０００ｍＡ以下である、 ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  14. 原版のパターンの像を基板に投影する露光装置に用いられる光源装置であって、 第１の波長の光を射出する第１ＬＥＤ群と、 前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を射出する第２ＬＥＤ群と、 前記第１ＬＥＤ群からの光と前記第２ＬＥＤ群からの光とを合成するダイクロイックミラーと、 を有し、 前記第１ＬＥＤ群のＬＥＤの数をＮ１個、前記第２ＬＥＤ群のＬＥＤの数をＮ２個とするとき、前記ダイクロイックミラーにより合成された光が前記原版に照射される際、前記ダイクロイックミラーと前記原版との間の結像面における単位面積当たりの照度が、７×（Ｎ１＋Ｎ２）ｍＷ／ｃｍ ２ 以上であることを特徴とする光源装置。
  15. 請求項１に記載の光源装置と、 前記光源装置からの光を原版に照明する照明光学系と、 前記原版のパターンの像を基板に投影する投影光学系と、 を有することを特徴とする露光装置。
  16. 前記照明光学系は、該照明光学系の瞳面の位置に配置される絞りを有し、 前記絞りは、複数の絞りから１つの絞りを選択できる構成であることを特徴とする請求項１５に記載の露光装置。
  17. 前記照明光学系は、瞳面における光強度分布に対して前記原版の面における光強度分布を等倍以上に拡大させる拡大光学系を含むことを特徴とする請求項１５に記載の露光装置。
  18. 請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光し、露光基板を得る露光工程と、 前記露光基板を現像し、現像基板を得る現像工程と、を含み、 前記現像基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。

Description

本発明は、光源装置、露光装置、及び物品の製造方法に関する。 露光装置は、半導体デバイスや液晶表示装置等の製造工程であるリソグラフィ工程において、原版（レチクル又はマスク）のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板（表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレート等）に転写する装置である。例えば、液晶表示装置にパターンを転写する投影露光装置では、近年、マスク上のより大きな面積パターンを基板上に一括露光することが求められている。この要求に対応するために、高解像力が得られ、かつ、大画面を露光することができるステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置が提案されている。この走査型露光装置は、スリット光束により照明されたパターンを、投影光学系を介してスキャン動作により基板上に転写する。 露光装置の光源として、例えば、水銀ランプが用いられているが、近年、水銀ランプの代わりに、固体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）へ置換することが期待されている。ＬＥＤは発光を制御する基板回路に電流を流してから、光の出力が安定するまでの時間が短く、水銀ランプのように常時発光させる必要がないため、省エネルギー且つ長寿命であるというメリットがある。特許文献１には、露光装置に用いられるＬＥＤ光源に関する内容が開示されている。 特開２０２１－０５６２５９号公報 露光装置の構成を示す概略図である。照明光学系の構成を示す図である。光源装置の断面図である。光源装置の上視図である。ＬＥＤ基板の回路を示す図である。複数のＬＥＤ基板を示す図である。光源装置の断面図である。ＬＥＤ基板の回路を示す図である。光源装置の斜視図である。物品の製造方法のフローチャートである。 以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。尚、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。 ＜第１実施形態＞ 図１は、本実施形態における露光装置の構成を示す図である。露光装置１００は、被照射面であるマスク７（原版）に光を照明する照明光学系８と、マスク７と光学的に共役な位置である被照射面４に配置された基板５にマスク７に形成されているパターンの像を投影する投影光学系１０１を有する。 照明光学系８は、例えば投影倍率２倍の拡大倍率を有する結像光学系（スリット面照明光分布をマスク面照明光分布に結像する光学系）を有していても良い。この結像光学系がある場合には、より大領域を一括露光する能力が向上する。投影光学系１０１は、ミラー１、２、３、２、１の順に光を反射する反射光学系であり、マスク７のパターンの像を被照射面４に配置された基板５に投影する。図１に示した投影光学系１０１は反射光学系であることにより、光源１からの光の色収差が屈折光学系に比べて小さくなる光学系であり、ブロードバンド照明に好適である。基板５は、移動可能なステージ６に支持されている。投影光学系１０１は反射光学系に限らず、反射屈折光学系や屈折光学系でもよいが、その場合は使用波長に対する色収差の補正を考慮する必要が生じる。また、図１では投影光学系１０１は一つの投影光学系であるが、複数の投影光学系１０１が配置される形態であっても良い。 図２は、遮光用の筐体９に囲まれた照明光学系８の構成を示す図である。照明光学系８は、ＬＥＤアレイ光源１１とダイクロイックミラー１６とを組み合わせた光源ユニット１０（光源装置）を備える。 ＬＥＤアレイ光源１１は例えば１１ａ、１１ｂの二つの異なるＬＥＤアレイ光源から構成される。ＬＥＤアレイ光源１１ａは第１の波長特性λ１を有する第１のＬＥＤ素子を複数含み、ＬＥＤアレイ光源１１ｂは第１の波長特性と異なる第２の波長特性λ２を有する第２のＬＥＤ素子を複数含む。第１の波長特性λ１を有する第１のＬＥＤ素子は、例えば、ピーク波長が３６５ｎｍで発光するＬＥＤ素子であり、第２の波長特性λ２を有する第２のＬＥＤ素子は例えばピーク波長が４０５ｎｍで発光するＬＥＤ素子である。第１のＬＥＤ素子から射出される光は、３６５ｎｍの波長を含む。第２のＬＥＤ素子から射出される光は、４０５ｎｍの波長を含む。 本実施形態では、ＬＥＤアレイ光源１１ａを第１ＬＥＤ群とも呼ぶ。また、ＬＥＤアレイ光源１１ｂを第２ＬＥＤ群とも呼ぶ。波長の違いを区別しない場合には、両者を単にＬＥＤアレイ光源とも呼ぶ。 各々のＬＥＤアレイ光源から放射される波長特性の異なる光を、波長合成部１６で合成し、コンデンサーレンズ１２へ導く。波長合成部１６は例えばダイクロイックミラーであり、波長３６５ｎｍの光を多く反射し、波長４０５ｎｍの光を多く透過するような光学薄膜を形成したガラス基板である。 上記では、ＬＥＤアレイ光源１１ａには例として３６５ｎｍの一波長のＬＥＤを搭載した場合について記載したが、ダイクロイックミラーを反射する発光波長を有するものであれば、複数の異なる発光波長のＬＥＤをＬＥＤアレイ光源１１ａに混載しても良い。ＬＥＤアレイ光源１１ｂに関しても同様にダイクロイックミラーを透過する発光波長を有するものであれば、複数の異なる発光波長のＬＥＤをＬＥＤアレイ光源１１ｂに混載しても良い。 なお、短い波長域を含むＬＥＤアレイ光源１１ａは、図２におけるｘｙ平面（重力に対して垂直な面）にあることが望ましい。短い波長域の光は、保持部材に与えるダメージが大きく、重力に対して広い面で保持することが望ましい。また、多くの場合、ダイクロミラーの反射膜特性は、短い波長を反射し、長い波長を透過する方が光利用効率が高い。これらの理由から、ｘｙ平面に配置するＬＥＤアレイ光源１１ａの波長が、ｘｚ平面に配置するＬＥＤアレイ光源１１ｂの波長よりも短い方が望ましい。しかしこれは必須の条件でなく、変更しても本発明の範囲内である。 位置関係としては、コンデンサーレンズ１２の前側焦点位置の近傍にＬＥＤアレイ光源１１ａ及び１１ｂの射出面が位置し、コンデンサーレンズ１２の後側焦点位置の近傍にオプティカルインテグレータ１３の入射面が位置するよう構成することが望ましい。 ここで、ＬＥＤアレイ光源１１ａ及び１１ｂの射出面やオプティカルインテグレータ１３の入射面は、コンデンサーレンズ１２の焦点位置に完全に一致する必要はなく、例えば焦点距離の±１０％ずれた点に位置されても効果を損なうことはない。 オプティカルインテグレータ１３は例えばフライアイレンズであり、多数のレンズエレメントから構成される。オプティカルインテグレータ１３は入射面上の光を波面分割し、その射出面でＬＥＤアレイ光源１１ａ及び１１ｂの多重光源像を形成する。換言すると、オプティカルインテグレータ１３を構成する多数のレンズエレメントの１つ１つの射出面に、ＬＥＤアレイ光源１１の光学像が形成され、これが２次光源となる。 オプティカルインテグレータ１３の射出面近傍に配置される開口絞り１４（絞り）は、マスク７を照射する光の角度分布を制御する。この開口絞り１４に、例えば輪帯状の透過領域や四重極状の透過領域を設けることで、輪帯や四重極などの変形照明を形成可能である。 そして、第２のコンデンサーレンズ１５により開口絞り１４を透過した光を集光し、照明光としてマスク７を照射する。なお、開口絞り１４は複数の絞りから１つの絞りが選択できる構成でありうる。 次に、本実施形態におけるＬＥＤアレイ光源１１の構成について図３と図４を参照して説明する。ＬＥＤアレイ光源１１ａ、１１ｂの構成は上記のように波長特性が異なることを除けば同様の構成でもよい。ＬＥＤアレイ光源は、露光装置によく用いられている高圧水銀ランプに比べて、光源１つあたり（ＬＥＤチップ１つあたり）の放射強度が小さいため、十分な放射強度を得るために複数個（数十～数千）を用いることが必要となる。 図３は、基板１７に複数のＬＥＤ素子１８を実装したＬＥＤアレイ光源１１を示している。図４は図３の上視図であり、ＬＥＤ素子１８が基板１７の上に二次元的に配列する様子を表している。図３において、ＬＥＤ素子から放射される光は放射角度が半角で６０～７０度であり、一般的なＦＰＤ向けの投影光学系の開口数ＮＡが０．１前後（半角で５．７度前後）であることを考えると非常に大きな角度分布である。このため、ＬＥＤ素子から放射される光の放射角度を小さくするため、各ＬＥＤ素子１８の直上に放射光束を略平行にする集光レンズ１９を設ける。複数の集光レンズをまとめてマイクロレンズアレイと呼ぶことがある。マイクロレンズアレイによって、ＬＥＤ素子からの放射光束をより多く下流の光学系で取り込むことができる。本実施形態では、第１ＬＥＤ群からの光を集光するマイクロレンズアレイを第１のマイクロレンズアレイとも呼び、第２ＬＥＤ群からの光を集光するマイクロレンズアレイを第２のマイクロレンズアレイとも呼ぶ。また、第１のマイクロレンズアレイには、第１ＬＥＤ群からの光が通過する順に第１のレンズと第２のレンズとが配置される。第２のマイクロレンズアレイには、第２ＬＥＤ群からの光が直進する方向に離間して、第２ＬＥＤ群からの光が通過する順に第３のレンズと第４のレンズとが配置される。また、第１のレンズにおいて、第１ＬＥＤ群に近い面は平面であり、第３のレンズにおいて、前記第２ＬＥＤ群に近い面は平面である。 図４はＬＥＤ素子が正方格子状に配列しているが、これは一例にすぎず、その他の配列、例えば千鳥配置であってもよい。光利用効率を有利にするため集光レンズの光軸２０は各ＬＥＤ素子１８の１つ１つの中心に対応させることが望ましい。集光レンズ１９の前側焦点位置近傍にＬＥＤ素子１８の発光面２１が位置するように構成することで、集光レンズ１９の後側焦点位置近傍に、ＬＥＤ素子１８の発光面２１における光線情報がフーリエ変換された分布が形成される。この集光レンズ１９の後側焦点位置が、コンデンサーレンズ１２の前側焦点位置の近傍に位置するよう構成すれば、ＬＥＤ素子１８の発光面２１とオプティカルインテグレータ１３の入射面が光学的に共役となる。 全てのＬＥＤ素子１８に対して同様に構成することで、全てのＬＥＤ素子１８の発光面とオプティカルインテグレータ１３の入射面が光学的に共役となる。換言すれば、全てのＬＥＤ素子１８の発光面２１の光学像がオプティカルインテグレータの入射面に重畳して投影される。これが照明光学系の瞳面の位置における強度分布となる。表記の簡略化のため、以降の図５、図６、図７、図８には、ＬＥＤ１つ１つと一対に配置するレンズアレイ１９の描画を省略する。 図５に、ＬＥＤアレイ光源１１を具体化した例のＬＥＤ基板２２の上視図を示す。複数のＬＥＤ素子１８を配線２３でつなぎ、複数の直列回路２４、２５、２６を搭載している例である。電力は、電源２９からコネクタ２７、２８を介してＬＥＤ基板２２に供給される。上記で説明したように、露光装置に用いられるＬＥＤの数は非常に多いため、このような構成であり得る。 基板２２は、製造上のサイズに限界があるため、基板１枚に搭載する最大ＬＥＤ数も限られる。また、ＬＥＤ数を増やすために、基板１枚に搭載するＬＥＤの配置間隔を狭くすることで、発熱が増すことや、ＬＥＤからの光の利用効率が悪化することがある。このため、単純にＬＥＤ数を増やせば良いわけではなく、光の利用効率を鑑み、発熱の対策を施した構成にしなければならない。これは、当該技術に関わる者であっても容易に決定できるものではなく、試作して性能を評価してはじめて分かることである。さらに、実用には、装置の巨大化を避けるためにコンパクトな設計にする必要がある。コンパクト化は、高照度化とトレードオフの関係にある。高照度とコンパクトを両立する構成として、Ｎ１個のＬＥＤからなる第１ＬＥＤ群と、Ｎ２個のＬＥＤからなる第２ＬＥＤ群からの光束Ｌ２とを合波した後の単位面積当たりの照度（受光量）が、Ｋ×（Ｎ１＋Ｎ