特表 2024-518033 高均一性テレセントリック照明器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-04-24

(54)【発明の名称】高均一性テレセントリック照明器

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20240417BHJP

   G02B 13/22 20060101ALI20240417BHJP

【ＦＩ】

G03F7/20 501

G03F7/20 521

G02B13/22

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023562812

(86)(22)【出願日】2022-04-12

(85)【翻訳文提出日】2023-12-04

(86)【国際出願番号】 US2022024339

(87)【国際公開番号】W WO2022221231

(87)【国際公開日】2022-10-20

(31)【優先権主張番号】63/174,798

(32)【優先日】2021-04-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/175,179

(32)【優先日】2021-04-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523385813

【氏名又は名称】イノヴェイションズ イン オプティクス，インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001302

【氏名又は名称】弁理士法人北青山インターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】ブルキラッキオ，トーマス ジョン

(72)【発明者】

【氏名】ピアース，デイビッド

【テーマコード（参考）】

2H087

2H197

【Ｆターム（参考）】

2H087KA29

2H087LA24

2H087NA02

2H087NA03

2H087NA04

2H087PA06

2H087PA17

2H087PB06

2H087QA01

2H087QA07

2H087QA13

2H087QA21

2H087QA25

2H087QA34

2H087QA42

2H087QA45

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2H087RA26

2H087RA32

2H087RA34

2H087RA41

2H087RA42

2H087RA45

2H087RA47

2H197AA01

2H197AA04

2H197BA02

2H197BA09

2H197BA10

2H197BA11

2H197CA01

2H197CA02

2H197CA03

2H197CA13

2H197CB11

2H197CB16

2H197HA03

2H197HA10

(57)【要約】

例えば、半導体ウェハ処理のためのマスクアライナシステムにおいて、又は太陽電池の特性評価のためのソーラーシミュレータシステムの一部として使用され得るテレセントリック照明器が記載される。テレセントリック照明器は、テーパ状光学部品と、複数のレンズ及び開口絞りを有するレンズ群と、ハイブリッドフレネルレンズとを含む。フレネルレンズは、テレセントリック照明器の光軸に沿った位置に配置され、照明面に開口絞りのテレセントリック像を生成する。フレネルレンズは、湾曲した中央部分を有してもよく、開口絞りは、所望の照明特性を達成し、マスクアライナシステムの解像度を改善するためにアポダイズされてもよい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

テレセントリック照明器であって、
発光ダイオード光源からの光を受光するための入力開口と、出口開口とを有するテーパ状光学部品と、
前記テーパ状光学部品の前記出口開口と光学的に連通し、複数のレンズ及び開口絞りを備えるレンズ群と、
前記レンズ群と光学的に連通するフレネルレンズと、を含み、
前記テーパ状光学部品、前記レンズ群、及び前記フレネルレンズが、光軸上に配置され、前記フレネルレンズが、照明面において前記開口絞りのテレセントリック像を生成するように前記光軸上に位置決めされている、テレセントリック照明器。

【請求項2】

前記フレネルレンズが、前記光軸の周りに配置された湾曲した中央部分と、前記光軸と同心の外側ゾーンとを備える、請求項１に記載のテレセントリック照明器。

【請求項3】

各外側ゾーンがファセット面を含む、請求項２に記載のテレセントリック照明器。

【請求項4】

各外側ゾーンが曲面を含む、請求項２に記載のテレセントリック照明器。

【請求項5】

前記フレネルレンズが、紫外線透過材料から形成されている、請求項１に記載のテレセントリック照明器。

【請求項6】

前記フレネルレンズに隣接する保護窓を更に備える、請求項１に記載のテレセントリック照明器。

【請求項7】

発光ダイオード源を更に備える、請求項１に記載のテレセントリック照明器。

【請求項8】

前記発光ダイオード源が、紫外光及び青色光のうちの少なくとも１つを提供する、請求項７に記載のテレセントリック照明器。

【請求項9】

前記発光ダイオード源が、紫外スペクトル帯域、可視スペクトル帯域及び赤外スペクトル帯域の波長の光を提供する、請求項７に記載のテレセントリック照明器。

【請求項10】

テレセントリック照明器であって、
発光ダイオード光源からの光を受光するための入力開口と、出口開口とを有するテーパ状光学部品と、
前記テーパ状光学部品の前記出口開口と光学的に連通するレンズ群であって、複数のレンズ及びアポダイズ開口絞りを備えるレンズ群と、
前記レンズ群と光学的に連通するフレネルレンズと、を含み、
前記テーパ状光学部品、前記レンズ群及び前記フレネルレンズが、光軸上に配置され、前記フレネルレンズは、前記光軸上に位置決めされ、照明面において前記開口絞りのテレセントリック像を生成する、テレセントリック照明器。

【請求項11】

前記アポダイズ開口絞りが半径方向に変化する反射率を含む、請求項１０に記載のテレセントリック照明器。

【請求項12】

前記アポダイズ開口絞りが中央反射領域を含む、請求項１０に記載のテレセントリック照明器。

【請求項13】

前記中央反射領域が非円形対称形状を有する、請求項１２に記載のテレセントリック照明器。

【請求項14】

前記アポダイズ開口絞りが反射環状領域を含む、請求項１０に記載のテレセントリック照明器。

【請求項15】

前記フレネルレンズが、紫外線透過材料から形成される、請求項１０に記載のテレセントリック照明器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願）
本出願は、２０２１年４月１４日に出願され、「Ｈｉｇｈ Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ Ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｏｒ」と題された米国仮特許出願第６３／１７４，７９８号、及び２０２１年４月１５日に出願され、「Ｈｉｇｈ Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ Ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｏｒ」と題された米国仮特許出願第６３／１７５，１７９号の先の出願日の利益を主張するものであり、それらの全体が参照により組み込まれる。

【0002】

（発明の分野）
開示される技術は、デバイスの選択的なマスクベースのパターニングのための半導体ウェハに近接している、直接接触して、又はわずかな間隙を伴って配置されたマスクを通して光硬化性材料を選択的に露光するためのテレセントリック照明の高放射輝度発光ダイオード（ＬＥＤ）紫外線（ＵＶ）及び青色光源に関する。例えば、そのようなパターニングは、集積回路及びＬＥＤダイの製造において使用され得る。これらのＵＶ及び青色スペクトル接触及び近接露光照明器は、マスクアライナとして一般に知られている半導体ツールのクラスで使用される。開示された技術はまた、ＬＥＤダイがＵＶ、可視、及び近赤外（ＮＩＲ）を含む波長の広いスペクトルをカバーするＬＥＤ光源であるソーラーシミュレータへの適用を有する。

【背景技術】

【0003】

ＬＥＤ光源は、最近になってようやく、接触露光システム及び近接露光システム並びにソーラーシミュレータにおける挑戦的な高強度用途に適した性能レベルで利用可能になった。従来の水銀ベースのランプ及び他の非固体光源をＬＥＤで置き換えることへの近年の大きな関心は、非常に長い寿命、安定した一時的出力、及び照明システムのスペクトルをより具体的に関連フォトレジストの光開始剤の吸収スペクトルに合わせるために利用可能な多種多様な波長を含む多くの要因によって更に高まっている。標準的なランプ技術に関する更なる要因には、保守及び停止時間の短縮、運用コストの大幅な節約、並びにＬＥＤ技術で達成可能なより高い強度が含まれる。

【発明の概要】

【0004】

本開示の例は、テレセントリック照明器を含む。例として、テレセントリック照明器は、半導体ウェハ処理のためのマスクアライナシステムの一部として、又は太陽電池の特性評価のためのソーラーシミュレータシステムの一部として提供することができる。

【0005】

一例では、テレセントリック照明器は、テーパ状光学部品、レンズ群、及びフレネルレンズを含む。テーパ状光学部品は、発光ダイオード光源からの光を受光する入力開口と、出口開口とを有する。レンズ群は、テーパ状光学部品の出口開口と光学的に連通しており、複数のレンズ及び開口絞りを含み、フレネルレンズは、レンズ群と光学的に連通している。テーパ状光学部品、レンズ群及びフレネルレンズは光軸上に配置され、フレネルレンズは光軸上に位置決めされて、照明面に開口絞りのテレセントリック像を生成する。

【0006】

フレネルレンズは、光軸の周りに配置された湾曲した中央部分と、光軸と同心の外側ゾーンとを含むことができる。各外側ゾーンはファセット面を含むことができる。代替的に、各外側ゾーンは曲面を含んでもよい。

【0007】

フレネルレンズは、ＵＶ透過性材料から形成されてもよい。

【0008】

テレセントリック照明器は、フレネルレンズに隣接する保護窓を更に含んでもよい。

【0009】

テレセントリック照明器は、ＬＥＤ光源を更に含んでもよい。ＬＥＤ光源は、ＵＶ光及び青色光のうちの少なくとも１つを提供し得る。あるいは、ＬＥＤ光源は、ＵＶ、可視、及びＮＩＲ帯域を含む波長の光を提供してもよい。

【0010】

別の例では、テレセントリック照明器は、テーパ状光学部品、レンズ群、及びフレネルレンズを含む。テーパ状光学部品は、発光ダイオード光源からの光を受光する入力開口と、出口開口とを有する。レンズ群は、テーパ状光学部品の出口開口と光学的に連通しており、複数のレンズ及びアポダイズ開口絞りを含み、フレネルレンズは、レンズ群と光学的に連通している。テーパ状光学部品、レンズ群及びフレネルレンズは光軸上に配置され、フレネルレンズは光軸上に位置決めされ、照明面に開口絞りのテレセントリック像を生成する。

【0011】

フレネルレンズは、ＵＶ透過性材料から形成されてもよく、アポダイズ開口絞りは、半径方向に変化する反射率を有してもよい。

【0012】

アポダイズ開口絞りは、中心反射統率及び／又は反射環状領域を有することができる。中央反射領域は、非円形対称形状を有してもよい。

【図面の簡単な説明】

【0013】

本発明の構造、動作、及び方法論は、その他の目的及び利点と共に、図面に関連して以下の詳細な説明を読むことによって最もよく理解することができ、図面において、各部分は、様々な図面のどこに表示されてもそれを識別する割り当てられた数字又はラベルを有する。

【図1】図１は、高度に均一な照明を提供するテレセントリック照明器の一例の概略断面図を示す。

【図2】図２は、ハイブリッドフレネルレンズがＵＶ透過ガラスレンズに置き換えられた図１のテレセントリック照明器の概略断面図である。

【図3】図３は、図１のテレセントリック照明器の概略等角図である。

【図4】図４は、図１のテレセントリック照明器のハイブリッドフレネルレンズの切断等角図を示す。

【図5】図５は、図３のテレセントリック照明器の一部の詳細な概略等角図を示す。

【図6】図６は、図５に示される構成要素の概略等角断面図を示す。

【図7】図７は、反射開口絞りのない図５の構成要素の概略断面図を示し、光線経路を含む。

【図8】図８は、図７の構成要素及び反射開口絞りを示し、ＬＥＤ光の再利用を示す光線経路を含む。

【図9】図９は、図７に示される中空テーパ状光学部品の代替として、窓に結合される中実ガラスを備えるテーパ状光学部品の実施例を示す。

【図10】図１０は、テーパ状光学部品の代替例を示し、直線壁中空要素に結合された中実ガラステーパ状光学要素を備える。

【図11】図１１は、ＵＶ接触露光マスクアライナシステムにおいて使用され得る代表的なＵＶ及び青色ＬＥＤダイについての波長の関数としての正規化スペクトルパワーのプロットを示す。

【図12】図１２は、太陽シミュレーションのためのテレセントリック照明器の実施形態において使用され得る、ＵＶＡ、可視、及びＮＩＲ領域にわたる波長範囲のＬＥＤダイについての波長の関数としての正規化スペクトルパワーのプロットを示す。

【図13】図１３は、テレセントリック照明器の一部の概略図を示しており、ここでは、図１０のテーパ状光学部品が、共通の直線中空ライトパイプへの入力として、半分のサイズのテーパ状光学部品の２×２アレイによって置き換えられている。

【図14】図１４Ａ及び図１４Ｂは、それぞれ、図１０及び１３によるテレセントリック照明器のための、単一のテーパ状光学部品及びテーパ状光学部品の２×２アレイのためのＬＥＤダイアレイの概略上面図を示す。

【図15】図１５は、テレセントリック照明器の別の例で使用されるダイクロイックビーム結合システムの概略断面図を示す。

【図16】図１６は、図１５のスペクトルビーム結合システムの代替例の概略断面図を示す。

【図17】図１７は、図１５及び図１６のスペクトルビーム結合システムの代替例の概略断面図を示す。

【図18】図１８は、中心孔を有する反射開口が反射アポダイズ開口絞りによって置き換えられた図８の構成要素を示す。

【図19】図１９Ａ～図１９Ｊは、テレセントリック照明器の異なる例において使用され得るアポダイズ開口絞りの例を示す。

【図20】図２０は、図１のテレセントリック照明器の代替例の概略断面図を示す。

【図21】図２１は、回転ミラーから上流の図２０のテレセントリック照明器の構成要素の拡大概略断面図を示す。

【図22】図２２は、図２１に示されるフライアイマイクロレンズアレイの１つの等角図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

テレセントリック照明器は、以下の実施形態で説明するように、３方向テレセントリック光学結像システムを使用する。

【0015】

照明器は、物体空間及び像空間並びに開口絞りにおいてテレセントリックであり、テーパ状非結像集光光学部品、反射視野絞り、及びテレセントリック開口絞りを通してＬＥＤアレイから結像された強度を高める。このテレセントリック開口絞りは、絞りの寸法の外側の光をＬＥＤダイアレイに向けて戻し、視野絞り及び開口絞りを通して拡散反射してハイブリッドフレネルレンズに戻し、鮮明に解像された回路要素パターンをエッチングする目的で、フォトレジストで覆われた半導体ウェハに接触又は近接するマスクの平面において、低発散でテレセントリックかつ均一な照明を生成する。あるいは、システムは、太陽電池の特性評価のために均一なシミュレートされた太陽光照明を提供する太陽光シミュレータとして使用されてもよい。

【0016】

図１を参照すると、高均一性テレセントリック照明器の一実施形態の概略断面図が示されている。照明器は、ＬＥＤダイ又はダイアレイ１０５と、テーパ状非結像集光及び強度均質化要素（本明細書では「テーパ状光学部品」と称される）１１０と、反射視野絞り１１５とを備える。テーパ状光学部品１１０の出力は、反射視野絞り１１５に直ちに入射する。照明器は更に、開口絞り１２５と高反射率回転ミラー１３５とを有する結像レンズ群（レンズ群１２０）を備え、光軸を向け直し、光線１３０を（光線１４０として）下方に、中央湾曲レンズ部を有するハイブリッドフレネルレンズ１４５に向け、ハイブリッドフレネルレンズ１４５の表面パターンを保護する保護窓１５０を通過するテレセントリック光線１５５をもたらす。光線１５５は、視野絞り１１５の出力の像１６０を形成する。結果として生じる狭い遠視野角度範囲を有する高均一性テレセントリック照明は、マスク１６５に入射する。マスク１６５を通過する光は、ウェハ１７０上のパターンをエッチングする目的のために、半導体ウェハ１７０上の光硬化性フォトレジストを露光する。ＬＥＤダイ又はダイアレイ１０５がＵＶＡ及び／又は青色光を提供する場合、システム構成は、一般に、マスクアライナとして知られるウェハ処理システムに関連する半導体処理で使用されるようなＵＶ接触又は近接露光システムと呼ばれる。テレセントリック配置により、ＵＶＡ及び青色光がマスク１６５に入射し、主光線が像全体にわたって照明面に実質的に垂直になる。照明は、像領域全体にわたる高い強度均一性によって特徴付けられ、これにより、フォトレジスト上に良好に解像された鮮明で歪みのない照明パターンが可能になり、マスク１６５に対して高い位置精度で小さなパターンを作成する能力が得られる。図１のシステムは、標準的な８インチ及び１２インチの半導体ウェハ製造リソグラフィエッチング要件に適合するように、２００ｍｍ～３００ｍｍの典型的な像サイズ１６０を有する他のサイズにスケーリングすることができる。

【0017】

システムの代替実施形態は、例えば、ＩＥＣ ６０９０４－９に規定されるように、ＵＶＡ、可視、及びＮＩＲスペクトル帯域に及ぶ波長範囲のＬＥＤダイを利用する。そのようなシステムは、太陽電池の光起電力性能を特徴付け、測定し、最適化するために使用することができるソーラーシミュレータとしての用途を有する。有利なことに、入射光の角度弦及び光スペクトルは、太陽のものと厳密に整合するように構成することができ、太陽シミュレーションのためのクラスＡＡＡ標準を達成するために、強度の均一性及びスペクトル整合の要件を満たす、又は超えることができる。

【0018】

図１のフレネルレンズ１４５及び窓１５０がガラスレンズ２１０に置き換えられたテレセントリック照明器の代替実施形態が、図２の概略断面図に示されている。結像光線２２０は、マスク１６５及び半導体ウェハ１７０に入射するテレセントリック像２３０を生成する。

【0019】

図１のシステムは、図３の概略等角図３００に示されており、光線３２０が像１６０の対角線を横切ってマッピングされている。金属コアＬＥＤ基板３１０は、テーパ状非結像集光及び均質化光学部品１１０にインターフェース接続するように示される。多くのシステム構成要素（図示せず）がマスクアライナに含まれてもよく、システムの垂直寸法に寄与する。そのような構成要素は、マスクと照明とウェハとの間の位置合わせ、並びにウェハの取り扱い及び移動に関連し得る。したがって、光路を折り曲げる回転ミラー１３５を含むことで、垂直方向の寸法がよりコンパクトな光学系を得ようという大きな動機が存在する。代替実施形態では、光路が折り返されないように、回転ミラー１３５が省略される。ミラー１３５は、適切な公称入射角、この場合は法線に対して４５°に設計された高反射率干渉コーティングを有する実質的に平坦なガラス又は金属基板から作製されることが好ましい。例えば、対象のスペクトル範囲にわたって９０％以上の反射率を達成することができる。ミラー１３５は代替的に曲率を有することができるが、任意のそのような屈折力は、望ましくない軸外幾何収差及び歪みを導入する可能性がある。

【0020】

図１及び図３のフレネルレンズ１４５の断面等角図を図４に示す。レンズ１４５は、多くのフレネルレンズ実装に典型的な回転対称プリズム形状の溝又はファセット４２０と、構成要素の中央にあるカスタムハイブリッド中心ゾーン４３０とを含む。プリズムファセット４２０の角度は、レンズ１４５の外縁から中心に向かって変化し、各回転対称プリズムファセット４２０の幅は、照明面に垂直な主光線を有する光を最適に投影してテレセントリック性を達成するために、半径が減少するにつれて増加する。好ましくは、レンズの最も中心のゾーン４３０は、球面又は非球面プロファイルによって特徴付けられ、全レンズ開口にわたってファセットを有する標準的なフレネルレンズに対して像均一性を改善する。同様に、ファセット４２０は、線形、球面、又は非球面とすることができる。アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリカーボネート、又は他の類似の光学ポリマーなどの、可視光に対して透明な標準的な光学プラスチックは、十分なＵＶ光を透過せず、かつ／又は広範囲のＵＶ光に曝露されると、許容できないソラリゼーション（solarization）又は透過率の劣化を受ける。これらの制限を克服するために、Ｐａｒｓｉｐｐａｎｙ，ＮＪのＲｏｅｈｍ Ａｍｅｒｉｃａ ＬＬＣから入手可能なＡｃｒｙｌｉｔｅ Ｈ１２ ＵＶＴ Ａｃｒｙｌｉｃなどの特殊光学グレードのＵＶ透過性及び耐ソラリゼーション性ポリマーを使用することができる。Ａｃｒｙｌｉｔｅ Ｈ１２ ＵＶＴ Ａｃｒｙｌｉｃ材料は、３６５ｎｍ付近を中心とする高いＵＶＡ束での加速寿命試験において評価され、ハイブリッドフレネルレンズ材料として好適であると判定された。レンズ１４５の前面及び後面の両方は、フレネル損失を最小限に抑えるために反射防止（ＡＲ）コーティングされることが好ましい。ハイブリッドフレネルレンズ１４５の利点は、ＵＶ透過性かつ耐ソラリゼーション性のガラスで形成された図２のレンズ２１０などの標準的なレンズの使用と比較してシステムコストが大幅に減少していることである。照明面における１％未満の不均一性は、図１及び図３のシステムによって達成され得る。

【0021】

図４は、ハイブリッドフレネルレンズ１４５の第１の表面に入射する光線４４０、４５０、及び４６０を示しており、これらの光線は、それぞれ光線４７０、４８０、及び４９０として、図１及び図３のテレセントリック像１６０に向けて方向転換される。ハイブリッドフレネルレンズを製造するために、射出成形又は圧縮成形技術を含む様々な製造方法を使用することができる。あるいは、レンズ１４５は、ＵＶ透過性で実質的にソラリゼーションのないシリコーン又はガラスから成形又は鋳造することができる。従来のガラスレンズのコストの高さは、材料のコスト並びにレンズサイズに部分的に起因する。図２のレンズ２１０などの従来のレンズの中心と縁との間の厚さの大きな差は、レンズ中心と縁との間の透過率の勾配をもたらす。この透過率勾配は、そのような大きな基板向けの溶融シリカ又はｉ線リソグラフィガラスなどの高価なガラスを除いて、より短いＵＶＡ領域における全てのガラスのガラス有限スペクトル吸収によるものである。しかしながら、ハイブリッドフレネルレンズ１４５は、任意の有限吸収がほぼ均一であるようにその全範囲にわたって比較的一定の厚さのままである。例えば、Ｓｃｈｏｔｔ Ｎ－ＢＫ７のような高品質標準ガラスを使用すると、レンズ半径と共にレンズ厚さが減少することから生じる有限スペクトル吸収差のために、視野の縁に対して軸上で数パーセント低い透過率が得られる。したがって、そのような材料が比較的ソラリゼーションに安定である場合、それらの使用は、それにもかかわらず、照明面において許容できない強度不均一性をもたらす。

【0022】

ハイブリッドフレネルレンズ１４５の形状は、視野絞り１１５の形状と同様に成形されるので、正方形視野絞りの場合、レンズ１４５は有効口径が正方形であるが、円形視野絞り開口１１５の場合、有効口径は円形であってもよい。有利なことに、ハイブリッドフレネルレンズ１４５のコストは、従来のレンズ２１０（図２参照）のコストよりも１桁以上低く、その結果、システム全体のコストは著しく低下する。

【0023】

図５は、多ピン電気コネクタ５３０を有するＬＥＤチップオンボード（ＣＯＢ）メタルコアプリント配線板（ＰＣＢ）５２０に取り付けられた液冷マニホールド５１０を有する、図２の結像レンズ１２０の詳細図を示す。ＬＥＤダイ又はダイアレイは、ＰＣＢ ５２０に取り付けられ、テーパ状光学部品１１０にインターフェース接続されている。テーパ状光学部品１１０の端面は、レンズ群１２０の上流側で反射型視野絞り１１５と実質的に接触している。ＰＣＢ ５２０は、銅などの高熱伝導性材料で作られ、ＬＥＤダイ又はダイアレイ１０５に取り付けるために使用される材料以外の中間熱インピーダンスがない状態で、裏側で液体冷却マニホールド５１０に取り付けられ、表側でＬＥＤダイ又はダイアレイ１０５に取り付けられる。好ましい実施形態では、ＬＥＤダイ又はダイアレイ１０５は、共晶接合された高伝導性はんだによって、又は焼結銀材料若しくは低熱インピーダンス・プリフォームを含むものなどの低熱インピーダンス接着剤によって、銅金属コアＰＣＢに直接取り付けられる。複数のＬＥＤダイアレイを有する１つの好ましい実施形態では、ＬＥＤダイは、エテンデュ（面積、立体角、屈折率二乗積）を最大化するために、隣接するＬＥＤダイ間に最小空間を伴って位置付けられる。なぜなら、そのようなシステムの光学系は、光源エタンデュによって強度が基本的に制限されるからである。以下に更に詳細に説明される別の好ましい実施形態では、ダイアレイのＬＥＤダイは、光パワー及び寿命を最大化するために、ＬＥＤダイごとに１つの電流源を用いて独立して駆動される。これは、最適な性能を達成するために必要とされる高電流密度において、電流の不均一な分布並びに熱暴走及び壊滅的なダイ故障の可能性につながる電気的ダイインピーダンスの変動によって悪影響を受ける並列電気駆動ＬＥＤダイに対して利点を提供する。例えば、８インチ寸法の像システムの好ましい実施形態は、合計１６個の独立した電流源を有するＬＥＤダイの４×４アレイを含むことができる。各電流源は、一辺の長さが１．０ｍｍ～１．２ｍｍ程度の典型的な正方形のＬＥＤダイに対して、ダイ当たり数アンペアの電流が可能である。液体冷却マニホールド５１０は、代替として、強制対流冷却ヒートシンクによって置換されることができ、かつ／又は改良された熱拡散又は熱電ペルチェ型固体冷却器のための標準ヒートパイプ又は蒸気チャンバを含むことができる。ＬＥＤダイの出力は温度の低下と共に増加するので、ＬＥＤダイを冷却することに利点がある。ＬＥＤダイの寿命は、ＬＥＤ接合温度が１０℃上昇すると約２分の１に減少し、これは、より低い接合温度で動作する利点をもたらす可能性がある。更に、光パワーを必要とするマスクアライナの使用が断続的な程度までは、オフ時間にわたる熱放散を平均化することで、相変化材料の使用によって冷却器のサイズを低減することができる。

【0024】

視野絞り１１５及びテーパ状光学部品１１０に関して、表面品質又はＡＲコーティングにおける任意の塵粒子又は欠陥は、フォトレジストを適切に硬化させないであろう照明均一性を劣化させるアーチファクト領域をもたらし得る。したがって、本明細書に開示されるような非走査システムでは、中空集光及び均質化光学部品を使用することに利点がある。しかし、十分に注意すれば、表面上にアーチファクトが存在しない限り、中実のテーパ状光学部品及び窓付き視野絞りを使用することが可能である。

【0025】

図に示されるように、レンズ群１２０は、反射開口絞り５７０の前のレンズ要素５４０、５５０、及び５６０と、開口絞り５７０の後のレンズ５８０及び５９０とから構成されている。レンズ群１２０は、ＵＶグレード溶融シリカ光学ガラス又は他の耐ソラリゼーション性ガラスなどの高ＵＶ透過性ガラスを含むことが好ましい。例えば、ショット（Ｓｃｈｏｔｔ）などの会社によって製造されたｉ線ガラスは、半導体集積回路製造に使用されるＵＶリソグラフィシステムに利用可能である。レンズの形状は、図２の照明面１６０において所望のテレセントリック像を生成するように当業者によって最適化され得る。

【0026】

反射視野絞り１１５の目的は２つある。第１に、視野絞り１１５は、テーパ状光学部品１１０の４つのガラス又は金属側面の内部反射面の個々の側面間の任意の間隙をマスクすることによって、照明面１６０に共役な像の鮮明な輪郭を提供するように作用する。第２に、テーパ１１０の出力において視野絞り１１５を過充填することによって、視野絞り１１５の内部ミラーＬＥＤ側表面に入射するＬＥＤ光は「再循環」されて、照明面における強度を高める。この強化は、視野絞り１１５の有効開口の外側から拡散反射するＬＥＤ光が、ＬＥＤダイ又はダイアレイ１０５に入射するように後方に反射する結果である。円形の照明領域が望ましい場合には、正方形の反射視野絞りの代わりに円形の反射視野絞りを使用することができる。テーパ状光学部品の断面形状は、円形断面は、不十分な近接場空間混合及び強度均一性をもたらすことから、十分な強度均質化をもたらすように実質的に正方形又は長方形である。したがって、位置１１５における内接円形視野絞りの使用は、使用しない場合には失われるはずのＬＥＤ光を反射し、これによって回復するように作用する。したがって、このＬＥＤ光の回収によって、照明面における強度を数パーセント以上増加させることができる。正方形視野絞りの場合、過充填は、視野絞り１１５の出力における増強された放射輝度に対する効率をトレードオフする。過充填の程度が増加するにつれて、ＬＥＤ電力及び熱負荷の増加に対する利益が減少するので、システムレベル強度及び電力要件に従って最適な過充填の程度を決定するためにトレードオフが必要とされる。図５及び図６の検出器アセンブリ５９５は、開口絞り５７０の小さな穴を通って出る光をサンプリングし、ＬＥＤダイ又はダイアレイの強度を監視するための手段を提供する。監視された光は、照明面１６０で経時的に実質的に一定の強度を達成する量だけＬＥＤ電源の電流を修正することによって、閉ループ強度動作を可能にする。

【0027】

図６は、図５のシステムの断面図を示す。この図は、中空テーパとして示されるテーパ状光学部品１１０の入力開口におけるＬＥＤダイアレイ１０５と、反射開口絞り５７０を通るカットとを示す。当技術分野で知られているように、全ての光源の出力は反射開口５７０と一致する開口絞り５７０において最も均一に分布されるので、反射開口絞り１１５内の穴６１０によって、上述のように、検出器基板５９５上の光センサが全てのＬＥＤダイ位置に対して実質的に等しい信号でＬＥＤダイ１０５からの光をサンプリングすることが可能となる。

【0028】

図７は、ＬＥＤダイ又はダイアレイ１０５から結像レンズ群１２０までの図１の一部の概略断面図を示す。テーパ状光学部品１１０の入力開口７１０は、ＬＥＤダイ又はダイアレイ１０５と一致し、出力開口７２０は、テーパ状光学部品１１０の反対側の端にあり、視野絞り１１５と実質的に一致する。出力開口７２０においてテーパ状光学部品１１０を出る光の遠視野角は、入力開口寸法に対する出力開口寸法の比及びテーパ状光学部品１１０の長さによって決定される。テーパ状光学部品１１０を出る光の近接場の均一性は、不均一な入力強度分布に対してテーパ状光学部品１１０の長さが増加するにつれて増加する。例として、不均一な入力強度分布は、ＬＥＤダイ表面電極、ワイヤボンド、異なるスペクトル内容のＬＥＤダイ、及びアレイ内の異なるＬＥＤダイ間のダイ間差から生じ得る。平坦側面テーパ状光学部品は、レンズによる直接結像、又は複合放物面集光器（ＣＰＣ）等の他の非結像構成要素等の他のアプローチと比較して、改善された近視野空間強度分布混合をもたらす。例えば、ＣＰＣは、標準的なＬＥＤダイの特性ではない実質的に均一な入力強度分布に対して、近視野において均一な強度分布を生成するだけである。好ましい実施形態における反射視野絞り１１５は、薄いアルミニウムから作られる。例えば、反射視野絞り１１５は、ＵＶＡスペクトル領域にわたって９０％以上の反射率を有する、Ａｎｏｍｅｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｂｒａｍｐｔｏｎ，Ｏｎｔａｒｉｏ，Ｃａｎａｄａ）から入手可能な高反射性アルミニウムシートから製造されてもよい。別の例では、所望のスペクトル範囲にわたって９５％を超える反射率を達成するためにガラス基板に適用された高反射率広帯域干渉コーティングを使用することができる。テーパ状光学部品の好ましい長さは、マスクアライナシステムのシステム均一性仕様によって決定され、一般に、図７に示す相対寸法と一致する。テーパ状光学部品１１０は、正方形又は六角形ホモジナイザに結合された光ファイバー束又は液体光ガイドによって置き換えることができることに留意されたい。しかしながら、そのような構成要素は、一般に効率が低く、マスクの平面での強度が低くなる。

【0029】

ここで図８を参照すると、図７のシステムが示されており、光線８１０は、ＬＥＤダイ又はダイアレイから通過し、中空反射テーパ１１０の上側及び下側から反射し、視野絞り１１５の上縁を通過し、レンズ要素５４０、５５０、及び５６０を通して方向付けられ、次いで光線経路８２０に沿って開口絞り５７０の鏡面外縁から反射され、ＬＥＤアレイ１０５に戻る。次に、光線８１０は、光線８１０が開口絞り５７０を通過して照明面１６０に達する確率が高くなるように、５０％程度の拡散反射率を有するＬＥＤダイアレイの上部からテーパ１１０の出力開口７２０に向かって拡散反射され、それによって強度が高められる。反射開口５７０の再利用効果と結合された反射視野絞り１１５を組み込んだテーパ状光学部品１１０からシステムのエテンデュを過充填することによって、強度は、厳密なエテンデュ整合によって制限される強度を超えて強化される。したがって、マスク１６５において、高強度、高均一性、高放射入射照明プロファイルが得られ、フォトレジストで覆われた半導体デバイス１７０上にパターンが生成される。反射開口絞りの有効開口の外側の領域が照明され、反射開口絞り５７０の小さな穴６１０に近接して配置された光センサのための場所を提供する。レンズシステムの重要な態様は、反射開口絞り５７０に入射する光束がテレセントリックであり、その結果、光束は、テーパ状光学部品１１０の受光角内の角度範囲で視野絞り開口に向かって実質的に伝播して戻り、戻った光束がＬＥＤアレイ１０５に戻って横断することを可能にすることである。

【0030】

ここで、図９に示される概略断面図を参照すると、先の図のテーパ状光学部品１１０は、ＵＶ透過性及び耐ソラリゼーション性材料から作製される固体誘電体テーパ状光学部品９１０によって置換される。例えば、溶融シリカ若しくは前述のｉ線ガラス若しくは他の耐ソラリゼーション性ガラスなどの材料、又は高強度ＵＶＡ束による損傷に耐えることが知られているＵＶ透過性シリコーンから作製された材料である。より短い波長のＵＶＢ及びＵＶＣ ＬＥＤダイは、より短いスペクトル波長のためのＡＲ及び反射コーティングと同様に、光学系のための透明材料が使用されると仮定すると、酸素阻害（水銀ランプと共に使用するために開発されたレガシー光開始剤に関連することがある）による表面硬化問題に対処するために同様に組み込まれ得ることは、当業者に明白であるはずである。ＬＥＤダイ又はダイアレイ１０５は、入力面９２０において固体誘電体テーパ状光学部品９１０に隣接し、出力面９３０において出射する。窓９４０は、固体誘電体テーパ状光学部品９３０を保持するための機械的手段として出力面９３０で使用される。反射視野絞りは、図７の反射視野絞り１１５と同様の機能を果たすように、窓９４０のＬＥＤ側をコーティングすることによって形成することができることを理解されたい。入力面９２０は、ＬＥＤダイ又はダイアレイを出るランバート分布を出る半球の立体角にわたって入射する。したがって、反射防止コーティングは有効ではなく、８％～１０％程度の反射フレネル損失をもたらす。しかしながら、複数の内部反射は、中空ミラーコーティングされたテーパ状光学部品の内側の反射率損失と比較して実質的に無損失であり、差をいくらか補う。特に、テーパ状光学部品が長いほど、透過率は中実テーパ状光学部品に有利に働く。しかしながら、同じ数の内部反射、したがって均質化効果に対して、中空テーパ状光学部品は、固体誘電体テーパ状光学部品に対する誘電体媒体におけるスネルの屈折の法則から生じる角度偏差のために、より短くなるであろう。

【0031】

次に図１０を参照すると、ハイブリッド非結像集光光学部品の概略断面図が示されており、入力開口１０５０及び出力開口１０６０を有する第１の固体誘電体テーパ状光学部品１０１０が、レンズ群１２０に結合された入力開口１０２０及び出力開口１０３０を有する直線壁中空ライトパイプ１０４０を備える第２の要素に結合されている。像平面１６０における強度を強化する前述の目的のために、必要に応じて、反射視野絞り１１５を出力開口１０６０に配置することができることに留意されたい。誘電体テーパ状光学部品１０１０及び直線状壁の中空ライトパイプ１０４０の長さは、均一性、コスト、及び強度の最良の全体的な組合せを与えるように、長さを最適化することができる。中空ライトパイプ１０４０の入力開口１０５０は、図９の窓９４０の機能のように誘電体テーパ状光学部品１０１０を機械的に保持するために、誘電体テーパ状光学部品の出口より小さいものにすることができる。中空ライトパイプ１０４０の壁をある角度で先細にすることができることは明らかであろう。あるいは、中空ライトパイプ１０４０は、内壁に鏡面を必要とする代わりに光束が内部全反射される固体誘電体として形成されることができる。

【0032】

マスクアライナ用途に適用可能なＬＥＤスペクトルを図１１のプロットに示す。ＵＶＡ及び青色スペクトル範囲内の任意の中心波長が図１のシステムに適用可能であるが、以下で詳細に議論されるスペクトルビーム結合目的のために、ＬＥＤスペクトル間のスペクトル重複は最小であることが必要である。マスクアライナシステム用のＬＥＤ光源の一般的な中心波長は、３６５ｎｍ、４０５ｎｍ、及び４３５ｎｍ付近に中心があり、これらは、最も広く使用されている光開始剤応答によく整合している。３つの波長に対するスペクトルは、それらのそれぞれの発光スペクトル間に小さなスペクトル重複を有することが示されており、したがって、ダイクロイックビーム結合方法を使用して結合されるべき波長の良好な選択である。

【0033】

図１２を参照すると、ＵＶＡ、可視光、及びＮＩＲの範囲におけるＬＥＤの正規化されたスペクトル出力のスペクトルプロットが示されている。同様の波長のＬＥＤ光源アレイが取り付けられた図１のシステムは、ＬＥＤダイに安定した駆動電流が与えられた場合のＡＡＡ性能によって特徴付けられる高均一性ソーラーシミュレータシステムを生成する。光学材料は、高い透過効率をもたらすために広帯域ＡＲ及びミラーコーティングでコーティングされる。場合によっては、異なる範囲の屈折率及び分散を有するガラスを使用して、ソーラーシミュレータ照明システムに固有の広範囲の波長にわたる性能を達成することができる。

【0034】

図１３は、図１０に示される集光光学系の代替実施形態の概略断面図を示す。図示の実施形態では、ＬＥＤアレイ１１１０及び１１４０によって示される比例的により小さいＬＥＤダイアレイ（図では２つのみが見られる）の２×２アレイと、それぞれ入力開口１１３０及び１１５０、並びにそれぞれ出力開口１１３５及び１０６０を有する関連付けられた誘電体テーパ状光学部品１１２０及び１１４５（図では２つのみが見られる）とが、中空ライトパイプホモジナイザ１０４０への入力として使用される。代替として、テーパ状光学部品のアレイは、代わりに中空テーパ状光学部品を含むことができ、又は直線ライトパイプ１０４０は、固体誘電体構造を有することができる。図示された代替実施形態の利点を以下に説明する。

【0035】

ここで図１４Ａ及び図１４Ｂを参照すると、それぞれ図１０及び図１３のＬＥＤテーパ及びＬＥＤアレイの上面図が示されている。１ミリメートルサイズのＬＥＤダイの総数は、両方の場合において同じであるが、テーパ状光学部品１３２０によって結合された図１４Ａの４×４アレイ１２１０の１６個のＬＥＤダイは、図１４Ｂでは、テーパ状光学部品１２２０、１３３０、１３４０、及び１３５０によって対称的に配置されたＬＥＤダイ１３１０の４つの２×２アレイによって置き換えられている。図１４Ａのアプローチに対する図１４Ｂのアプローチの２つの利点が達成される。第１に、同等レベルの強度均質化のための全長の低減が実現され、第２に、４つのＬＥＤダイアレイ１３１０の物理的分離は、隣接するＬＥＤダイからのＬＥＤダイ接合部の加熱の低減に起因して、熱性能の改善をもたらす。したがって、ＬＥＤダイ接合温度の上昇に伴うＬＥＤ効率の低下に関連して、寿命及び／又は強度の増加が可能であり、これはＬＥＤダイのよく理解された特性である。一辺が１．０～１．２ｍｍ程度の寸法を有する１６個のＬＥＤダイは、８インチ半導体ウェハの露光のためのマスクアライナと一致する。この結果、照明面において３°未満の遠視野角が得られ、業界では強度が優位である。このように照明の遠視野角が小さく、像全体にわたってテレセントリシティが１％未満と高いため、製造マスクアライナシステムの半導体ウェハ上にインプリントされるパターンの必要な鮮明度が達成される。システムの寸法は、大容量ＩＣ及びＬＥＤダイ生産製造設備にますます存在する１２インチ半導体ウェハに必要とされるサイズまでスケールを増加させることができる。１２インチウェハマスクアライナ用の従来の水銀ベースのランプシステムは、主に５ｋＷ水銀ランプに基づいているが、これは寿命が限られており、動作コストが高いことを特徴とし、頻繁な較正を必要とし、短寿命の水銀アークランプの交換のためにかなりのダウンタイムをもたらし、有毒なオゾン及び熱を発生させ、本明細書で説明するＬＥＤ技術に基づくシステムと比較して、設置及び保守コストを大幅に増加させる。本明細書で説明される実施形態の別の重要な属性は、視野絞り１１５の出力、又は図１４Ａの場合のテーパ状集光光学系１２２０の出力、又は図１４Ｂのテーパ１３２０、１３３０、１３４０、及び１３５０の出力において、１つの共通開口内で複数のＬＥＤダイ波長を混合する能力である。近接場において強度を空間的に混合するテーパ状光学部品の能力は優れているが、複合光源がＬＥＤダイアレイの近くのテーパ状光学部品の入口開口がより均一に配置されるほど、より広いスペクトル範囲をカバーして様々な光開始剤の吸収スペクトルの変動を可能にするマルチダイ、マルチ波長構成の出力面における均一性がより良好になる。例えば、図１４Ａを参照すると、全てが１つのＬＥＤアレイに組み合わされた３６５ｎｍ、４０５ｎｍ、及び４３５ｎｍなどの３波長システムの場合、第１の波長ＬＥＤ、例えば３６５ｎｍダイを位置１、４、６、１１、１３、及び１６に位置決めし、４０５ｎｍダイを位置２、７、９、１２、及び１４に位置決めし、４３５ｎｍダイを位置３、５、８、１０、及び１５に位置決めすると、（最大－最小）／（最大＋最小）の標準メトリックに基づいて、全ての波長に対して独立かつ集合的に１．５％よりも良好な許容可能な照明面不均一性が得られる。ＬＥＤダイがより小さく、したがってより多くのＬＥＤダイが使用され、同様に均一に分布された場合、より良好な均一性が得られる。同様に、テーパ状光学部品の長さを増加させることは、均質化を改善し、所望であれば、均一性を更に改善する。図１４Ａの全てのＬＥＤダイが同じ波長で動作する場合、不均一性は０．５％未満であり、これは、照明面にわたる２％～３％の不均一性の業界標準よりも良好である。４つの別個のＬＥＤダイアレイ及びテーパ状光学部品を含む図１４Ｂの場合については、ＬＥＤアレイの各々が全てのＬＥＤダイ波長を含む場合には近接場の均一性は最良である。例えば、ダイ番号１、４、５、８、９，１２、１３及び１６は３６５ｎｍダイであり得、ダイ位置３、７、１１及び１５は４０５ｎｍであり得、ダイ位置２、６、１０及び１４は４３５ｎｍであり得る。両方の場合において、３６５ｎｍダイの数は、４０５ｎｍ及び４３５ｎｍの数よりも多いことに留意されたい。なぜなら、最新技術のＵＶＡ ＬＥＤダイの光パワーは、より短い波長の３６５ｎｍダイについては４０５ｎｍ及び４３５ｎｍダイの光パワーよりも低く、これらは両方ともほぼ同じだからである。ＬＥＤダイの他の構成も企図されることに留意されたい。ＺＥＭＡＸ（登録商標）等の非順次光学設計プログラムによるモデリングは、ＬＥＤダイの任意の所与の配列から生じる均一性を決定するための技法として使用されることができる。ＬＥＤ光源を物理的に分離されたダイアレイにスペクトル的に分離するための動機は、下流システムエテンデュを増加させることなく、異なるスペクトルを有する同一の共通経路光学系を共有することによって、強度が照明面において増加されることを可能にする、種々のスペクトルビーム結合方法が提示される、以下で議論される。

【0036】

図１１のプロットに示されるように、スペクトル的に分離されたＬＥＤ波長のＬＥＤアレイのダイクロイック結合は、概略断面図で示される図１５のシステムにおいて利用されることができる。このシステムは、スペクトル結合要素１４７５から下流の共通光路を共有する２つのスペクトル帯域を利用する。したがって、総光パワーは、エテンデュを増加させることなく増加し、図１のシステムと同じ狭い遠視野角を達成する。第１のテーパ状光学部品９１０は、ＬＥＤアレイ１０５の出力を第１の光学素子１４１０及び１４２０を介してダイクロイックビームスプリッタ１４７５に向けて通過させ、次いで共通経路レンズ１４７８を通過させて実質的にテレセントリックな開口絞り１４８０に結合し、次いで光学系レンズ１４８２及び１４８５の２つの追加の第１の部分を通過させてから、図１のシステムの共通の回転ミラー及びテレセントリック結像レンズに伝送する。ＬＥＤアレイ１０５の光からスペクトル的に分離された第２のＬＥＤアレイ１４３５からの光は、入力開口１４４５及び出力開口１４５０を有し、窓１４４５によって機械的に所定の位置に保持され、レンズ１４１０及び１４２０とそれぞれ同じ光学規定を有する第１のレンズ１４６０及び１４６５によって結合された第２のテーパ状光学部品１４４０によって収集される。レンズ１４６５の光出力は、ダイクロイックビームスプリッタ１４７５で反射し、共通経路レンズ１４７８、開口絞り１４８０、レンズ１４８２、及びレンズ１４８５を通り、光線１４９０は、図１のシステムと同様の回転ミラー及びテレセントリック結像レンズ（図示せず）に向かって投影される。

【0037】

ここで図１６を参照すると、誘電体テーパ状光学部品による３つの二色性結合ＬＥＤアレイ１５０５、１５３５、及び１５５５を備えるエテンデュ保存システムの概略断面図が示されている。ＬＥＤダイアレイ１５０５からの光は、入力開口１５１５及び出口開口１５２０を有するテーパ状光学部品１５１０に結合され、直角三角形ガラス要素１５２５に入る。次に、光線がプリズム１５８０及び１５７５の外壁で全体的に内部反射されるとき、光は空気間隔直角プリズム１５３０を通過し、固体ライトパイプとして作用し、直角プリズム１５２５及び１５３０の側壁で全体的な内部反射を継続し、入力開口１５９０及び出力開口１５９５を有する共通の中空ライトパイプ１５８５の入力開口に入る。光は、反射視野絞り１１５に伝播し、レンズ群１２０によって結像される。同様に、ＬＥＤアレイ１５３５からの光は、入力開口１５４５及び出口開口１５５０を有するテーパ状ガラス光学部品１５４０によって収集され、プリズム１５５０の隣接面を通過し、全内部反射によってプリズム１５３０の空気間隔出口表面から反射し、次いでプリズム１５３０の斜辺上のダイクロイックコーティングから反射する。反射光線は、システム光軸に沿って伝播し、プリズム１５３０とテーパ１５４０の出力面との間の隣接面で内部全反射し、その後、内部全反射によってプリズム要素１５８０及び１５７５を通って同様に進み、その後、中空ライトパイプ１５８５内に進む。同様に、ＬＥＤアレイ１５５５は、入力開口１５６５及び出口開口１５７０を有するテーパ１５６０によって集光され、プリズム１５７５の隣接する入口面を通過し、中空ライトパイプ１５８５の入口面１５９０に隣接するプリズム１５７５の出力面で全内部反射し、その後、プリズム１５７５の空気間隔ダイクロイックコーティング斜辺で反射し、次いで、テーパ１５６０に隣接するプリズム１５７５の入口面の外面で全内部反射し、次いでアレイ１５０５及び１５３５の出力と共通の経路にある中空ライトパイプ１５８５の入口面１５９０を通過する。この構成の利点は、図１５のビーム結合システムの場合のように、ビーム結合要素のサイズがコンパクトであり、非共通光路レンズが減少することである。光線１５９８に存在する結合されたスペクトルは、次に、図１に示されるものと同様の方法で、回転ミラー及びテレセントリック結像レンズを通過する。プリズム要素１５２５、１５３０、１５８０、及び１５７５は、少なくとも数ミクロンの程度間隔を空けて配置され、ダイクロイックビーム結合及び中実ガラスライトパイプの全内部反射特性の二重機能を実行する。

【0038】

ここで図１７を参照すると、３つのスペクトル的に分離されたＬＥＤダイアレイ１０５、１６０５、及び１６４０のダイクロイックビーム結合及びエテンデュ保存システムの代替実施形態の概略断面図が示されている。この実施形態では、ＬＥＤダイアレイの各々は、図１のシステムの出射光線１３０を有するテーパ状光学部品１１０、レンズ群１２０に類似したそれ自体の完全な光学フロントエンドを有する。ＬＥＤアレイ１６０５は、テーパ状光学部品１６１０及び視野絞り１６１５に結合され、その後、開口絞り１６２５及び放出光線１６３０を有するレンズ系１６２０を通って伝播し、次いでダイクロイックビームスプリッタ１６３２によって反射され、ＬＥＤアレイ１０５の光軸と共通の光軸に沿ってダイクロイックビームスプリッタ１６７０に向かって方向転換され、その後、ハイブリッドフレネル要素１４５に向かって下方に反射し、照明面１６０上に結像される。同様に、ＬＥＤアレイ１６４０は、視野絞り１６５０を有するテーパ状光学部品１６４５、開口絞り１６６０を通るレンズ系１６５５によって収集され、放出光線１６６５は、その後、ダイクロイックビームスプリッタ１６７０を透過し、それによって、ダイクロイックＬＥＤアレイ１０５及び１６０５からの光束と組み合わされる。この構成の利点は、３つのＬＥＤアレイ光源１０５、１６０５、及び１６４０が標準的なダイクロイックビームスプリッタによって結合されることである。この構成の欠点は、より多くの光学系が使用され、システムサイズが大きくなることである。一般に、スペクトル的に分離されたＬＥＤアレイ出力がアレイに近接して結合されるほど、共通経路共有要素の数がシステム構成要素の総数に比例して増加するので、よりコンパクトでより少ない要素が必要とされる。好ましい構成は、光学系を保持するのに必要な機械的構成要素の複雑さ及びコストに基づくことができる。

【0039】

次に図１８を参照すると、図８のシステムの概略断面図が示されており、図１８では反射開口絞り５７０が窓反射開口絞り１７１０に置き換えられている。窓反射開口絞り１７１０によって、窓反射開口絞り１７１０の部分を透明領域、高反射領域、及び／又は部分的に透明で部分的に反射する領域によって選択的にパターン化することが可能になる。例えば、図１９Ａは、図８の開口絞り５７０と同じ機能を効果的に有する窓反射開口絞りを示しており、透明開口は、黒色で示された反射環状領域によって囲まれた中心にある。窓反射開口絞りが透明である領域では、透過スループットを最大化するために反射防止コーティングが使用される。好ましい実施形態では、照明面に面する窓絞りの透明な裏側は反射防止コーティングされている。あるいは、図１９Ｂは、中心直径ゾーンが図１９Ａの窓反射開口絞りと同様の方法で反射コーティングされたアポダイズ開口絞りを示す。これにより、ＬＥＤからの発光が開口絞りを透過する透明な環状領域のみが残る。図１の照明面１６０で生じる回折パターンは、それによって、図１９Ｃに示されるように修正され、そこでは、強度が回折スポットの中心からのミクロン単位の半径方向距離の関数としてプロットされるプロットのホイヘンス点像分布関数（ＰＳＦ）のプロットに示されるように、結果として生じるエアリーディスクのリングが抑制される。したがって、窓１７１０によってアポダイズ開口絞りを提供することによって、マスクアライナ光学系の解像度を改善することができる。結像された照明面における回折パターンは、開口絞りの空間周波数透過関数の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）として計算的に決定される。アポダイズ開口絞りは、像平面解像度を改善することができる。例えば、アポダイズ開口絞りは、近接して結像された２つの星を解像する望遠鏡の能力を高めるために、天文学の分野でしばしば使用される。マスクアライナシステムに適用される解像度に対する正味の影響は、回折と幾何収差及び色収差との組合せ効果の関数である。したがって、色効果や球面収差、コマ収差、非点収差などの幾何収差を、特に軸外の点で、そのような効果や収差が光線の角度弦に影響を与える程度に最小限に抑えることが重要である。同様に、結像された照明面内の任意の点に入射する光線束の主光線が照明面に実質的に垂直であるように、高度のテレセントリック性を維持することが望ましい。好ましくは、システムは、照明面の全活性領域にわたって１％未満のテレセントリック条件からの偏差によって特徴付けられる。

【0040】

上述のアポダイズ開口絞りは、半径方向に変化する反射率及び円形対称性を有するが、他のアポダイズ開口絞りが使用されてもよい。図１９Ｄ及び図１９Ｅを参照すると、それぞれ、水平及び４５°回転された正方形を有する正方形中心反射アポダイズ開口絞りを示す。得られる回折パターンは、よく知られたパターンの辺の軸に垂直な十字形の拡張パターンを有する。図１９Ｆの瞳関数は、側面の３つの異なる角度に起因して、対称的に配置された星形パターン化回折パターンを形成する。他のアポダイジング開口パターンを使用することもできる。例えば、図１９Ｇは、別のそのような変形例を示す。結果として得られる回折パターンは、光信号処理の分野において容易に利用可能であり知られているＦＦＴ及びＰＳＦ特徴付け計算シミュレーションツールによってシミュレートすることができる。利用するアポダイジング瞳関数の最適な選択は、パターン化される半導体基板にエッチングされるパターン形状によって決定される。図１９Ｈ及び図１９Ｉによって表される正及び負のガウス関数の両方、又は図１９Ｊに示されるようなハイブリッド関数は、有利な解像度改善性能をもたらすことができる。照明面に入射する透過強度とアポダイズ開口絞りの解像度向上効果との間にトレードオフがあることに留意されたい。例えば、図１９Ｂのアポダイズ開口絞りと、図１９Ａの完全に開いた標準及びアポダイズされていない開口絞りとの間の透過率の比較を参照すると、透過された全光パワーは、遮断された光パワーに対する透過された光パワーの関数である。本発明の好ましい実施形態の反射開口技術を組み込んだシステムの場合、そうでなければ非反射開口絞りに対して失われる光パワーは、ＬＥＤダイの表面からの拡散反射によって部分的に戻されて、照明面で結果として生じる像の強度を高める。

【0041】

ここで図２０を参照すると、整合レンズアレイのＫｏｈｌｅｒ Ｆｌｙ’ｓ Ｅｙｅ照明セットを組み込んだマスクアライナ用途のためのＵＶ接触露光システムの概略断面図が示されている。このような整合セットレンズアレイは、投影システムにおいて広く使用されており、水銀アークランプなどの不均一な光源を使用した場合に発生する像全体にわたる強度変動を低減する。ＬＥＤダイ又はダイアレイ１８０５からの光は、二次元レンズアレイ１８２０に近接して配置された出力開口１８１５を有する中空又は中実ガラステーパ状光学部品１８１０によって、近接場において集光され、均質化される。図２２は、各々が正方形開口を有する個々のレンズ２０１０を示す図２１のレンズアレイ１８２０の詳細な等角図を示す。レンズアレイは、誘電体アレイの両側にパワーを有することができ、表面曲率は、球面半径に加えて非球面項を含むことができるが、いくつかの用途では、標準球面レンズ曲率は、アレイの片側のみに形成されてもよい。更に、レンズ２０１０が平凸であり、凸面がＬＥＤ光源により近く、平坦面が像平面により近く、第２のレンズアレイが第１のレンズアレイから１焦点距離（所与のレンズ要素に対して）離れて配置され、第２のレンズアレイの出力が開口絞り１８３０の近く又は焦点距離内に配置される実施形態では、照明面１６０（図１参照）で得られる像は、フライアイレンズアレイの個々のレンズ要素の形状に対応する。したがって、照明面で正方形の強度パターンが望まれる場合、アレイ内の各レンズの形状は正方形である。照明面における像は、各レンズ開口を透過した光の重ね合わせであり、これが、第１のマイクロレンズアレイの面における入力均一性が、実質的な平均化効果のために重要でない理由である。テーパ状光学部品１８１０の使用は、マイクロレンズアレイを照明するために結像レンズベースのシステムの使用に必要とされる多くの構成要素を排除し、よりコンパクトなシステムをもたらす。マイクロレンズアレイＫｏｈｌｅｒ Ｆｌｙ’ｓ Ｅｙｅ集光の使用の欠点は、図１のシステムと比較して、所与の数のＬＥＤダイに対する遠視野における放射輝度が低いことである。具体的には、開口絞り１８３０が存在しない場合、照明面における遠視野は実質的に正方形であり、したがって、円形遠視野の境界の外側の遠視野角は増大した角度弦を有し、その結果、特にマスクと基板との間に数ミクロンから数十ミクロン程度の有限間隙が存在する近接マスクの場合に、より大きなぼけ効果が生じる。円形開口絞りが使用される場合、照明面における強度は、図１のシステムの強度よりも約２５％小さい。したがって、幾何学的角度ぼけを最小化するために必要とされるより小さい遠視野を達成するために、それは図１のシステムほど良好に機能しない。レンズアレイは、他のレンズ、成形又は鋳造光学構成要素に関して上述したものと同様の材料から作製することができ、フレネル反射損失を低減又は最小化して照明面における強度を改善するためにＡＲコーティングすることができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19A】

【図19B】

【図19C】

【図19D】

【図19E】

【図19F】

【図19G】

【図19H】

【図19I】

【図19J】

【図20】

【図21】

【図22】

【手続補正書】

【提出日】2023-12-18

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

テレセントリック照明器であって、
発光ダイオード光源からの光を受光するための入力開口と、出口開口とを有するテーパ状光学部品と、
前記テーパ状光学部品の前記出口開口に配置された視野絞りと、
前記テーパ状光学部品の前記出口開口と光学的に連通し、複数のレンズ及び開口絞りを備えるレンズ群と、
前記レンズ群と光学的に連通するフレネルレンズと、を含み、
前記テーパ状光学部品、前記レンズ群、及び前記フレネルレンズが、光軸上に配置され、前記フレネルレンズが、照明面において前記視野絞りのテレセントリック像を生成するように前記光軸上に位置決めされている、テレセントリック照明器。

【請求項2】

前記フレネルレンズが、前記光軸の周りに配置された湾曲した中央部分と、前記光軸と同心の外側ゾーンとを備える、請求項１に記載のテレセントリック照明器。

【請求項3】

各外側ゾーンがファセット面を含む、請求項２に記載のテレセントリック照明器。

【請求項4】

各外側ゾーンが曲面を含む、請求項２に記載のテレセントリック照明器。

【請求項5】

前記フレネルレンズが、紫外線透過材料から形成されている、請求項１に記載のテレセントリック照明器。

【請求項6】

前記フレネルレンズに隣接する保護窓を更に備える、請求項１に記載のテレセントリック照明器。

【請求項7】

前記発光ダイオード光源を更に備える、請求項１に記載のテレセントリック照明器。

【請求項8】

前記発光ダイオード光源が、紫外光及び青色光のうちの少なくとも１つを提供する、請求項７に記載のテレセントリック照明器。

【請求項9】

前記発光ダイオード光源が、紫外スペクトル帯域、可視スペクトル帯域及び赤外スペクトル帯域の波長の光を提供する、請求項７に記載のテレセントリック照明器。

【請求項10】

テレセントリック照明器であって、
発光ダイオード光源からの光を受光するための入力開口と、出口開口とを有するテーパ状光学部品と、
前記テーパ状光学部品の前記出口開口に配置された視野絞りと、
前記テーパ状光学部品の前記出口開口と光学的に連通するレンズ群であって、複数のレンズ及びアポダイズ開口絞りを備えるレンズ群と、
前記レンズ群と光学的に連通するフレネルレンズと、を含み、
前記テーパ状光学部品、前記レンズ群及び前記フレネルレンズが、光軸上に配置され、前記フレネルレンズは、前記光軸上に位置決めされ、照明面において前記視野絞りのテレセントリック像を生成する、テレセントリック照明器。

【請求項11】

前記アポダイズ開口絞りが半径方向に変化する反射率を含む、請求項１０に記載のテレセントリック照明器。

【請求項12】

前記アポダイズ開口絞りが中央反射領域を含む、請求項１０に記載のテレセントリック照明器。

【請求項13】

前記中央反射領域が非円形対称形状を有する、請求項１２に記載のテレセントリック照明器。

【請求項14】

前記アポダイズ開口絞りが反射環状領域を含む、請求項１０に記載のテレセントリック照明器。

【請求項15】

前記フレネルレンズが、紫外線透過材料から形成される、請求項１０に記載のテレセントリック照明器。

【国際調査報告】