JP2000100758A - ビーム描画装置及びパターン形成方法 - Google Patents

ビーム描画装置及びパターン形成方法

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JP2000100758A
JP2000100758A JP10283444A JP28344498A JP2000100758A JP 2000100758 A JP2000100758 A JP 2000100758A JP 10283444 A JP10283444 A JP 10283444A JP 28344498 A JP28344498 A JP 28344498A JP 2000100758 A JP2000100758 A JP 2000100758A
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Hiroshi Maehara
広 前原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 点対称な形状を有するエッチングパターンを
任意な形状に制御する。 【解決手段】 基板S上に塗布されたレジストに対し、
任意の角速度で基板Sを回転しながら半径の異なる複数
のパターンの描画を行い、現像後に露光量が最適なパタ
ーンの半径を求める。次に、このパターンの半径を基準
にして、他の半径のパターンの角速度をそれぞれ計算で
求める。このようにして形成された回折光学素子上の任
意の位置に対する光線の入射方向を光線追跡方により計
算する。続いて、この回折光学素子用の基板Sを用意
し、レジスト成膜後に電子ビーム露光により回折光学素
子パターンを描画する。このとき、先に求めた回折光学
素子上の任意の位置における光線の入射方向とパターン
側壁とが平行になるように、基板Sのチルト角度を制御
しながらイオンビームエッチングを行うことにより、回
折光学素子に対する入射光線と回折光学素子パターン側
壁が平行な回折光学素子用パターンを得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス、
マイクロマシーン、微小光学素子、フレネルレンズ、バ
イナリオプティックス等を作製するためのビーム描画装
置及びパターン形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、DRAM等の半導体デバイスに代
表される微細加工を要する回折光学素子は、ビーム露光
装置や荷電ビーム描画装置によるレジストパターン形成
工程と、それに引き続くエッチング工程や成膜工程を繰
り返すことによって製造されている。フレネルレンズや
バイナリオプティックスのようにパターンが点対称な回
折光学素子では、パターン形状やエッチング形状も点対
称に形成する必要があるために、半導体デバイスのパタ
ーン形成技術とは異なり、基板を回転しながら描画を行
っている。また、パターン形成方法の1つとして、レジ
スト工程を介さない荷電ビーム等を用いて直接加工する
技術も知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例においては、基板に対して斜めにエッチングを行う
エッチング方法でも、エッチングのマスクパターンであ
るレジストパターンは基板に対して略垂直に形成されて
いるので、斜めエッチングの際にレジストパターンの影
の部分がエッチングされない等のエッチングパターンの
寸法制御性に問題がある。
【0004】特に、表面が凸状や凹状、又は自由曲面を
有するような光学素子の表面にパターンを形成するよう
な場合、例えば基板表面の任意の点の接線に垂直にパタ
ーンを形成する場合等では、通常の斜め露光や斜めエッ
チングでは、所望の形状を有する点対祢のパターンを形
成することはできない。また、フレネルレンズやバイナ
リオプティックスのように光学素子が中心に対して点対
称であるようなデバイスでは、従来の荷電ビームエッチ
ング装置では、素子パターン形状を斜めエッチングによ
って点対称に形成することは不可能である。
【0005】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
点対称な形状を有するエッチングパターンを任意な形状
に制御可能なビーム描画装置及びパターン形成方法を提
供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係るビーム描画装置は、ビームを発生するビ
ーム発生源と、ビームを集束する光学素子群と、集束し
たビームを制御する制御系と、ビームを被加工基板の所
望の位置に照射するためのステージと、該ステージを位
置制御する高精度位置決め機構と、前記被加工基板を保
持するチャックとを有し、前記ステージは前記チャック
により前記被加工基板を任意の角度に保持するための傾
斜ステージとしたことを特徴とする。
【0007】また、本発明に係るパターン形成方法は、
被加工基板をチャックを用いてステージ上に保持し、ビ
ーム発生源からのビームを光学素子群を介して、前記被
加工基板上に照射して回折格子のパターンを形成するパ
ターン形成方法において、前記ステージは傾斜ステージ
とし、前記チャックにより前記被加工基板を任意の角度
に保持し、回転機構により前記傾斜ステージを回転させ
ながら回転中心に対して点対称なパターン形状を前記被
加工基板上に形成することを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明を図示の実施例に基づいて
詳細に説明する。フレネルレンズやバイナリオプティッ
クスのパターンを素子中心に対して点対称に斜めにパタ
ーンニングする場合には、被加工基板を傾斜して設置
し、素子の中心を回転軸として基板を回転させながら行
う。特に、基板を露光ビームやエッチングビームに対し
て傾斜して設置し、荷電ビーム等によってエッチングを
行う際には、エッチング方向を基板に対して斜めの角度
を有するようにして、基板を素子中心を中心に回転させ
ることによって、エッチング速度分布と形状分布を素子
中心に対して点対称に分布させることができる。
【0009】また、直接加工ではなくレジストパターン
を形成する場合でも、レジストパターンを素子中心に対
して点対称な斜めのパターンに形成する際には、同様に
被加工基板を傾斜して設置し、素子の中心を回転軸とし
て基板を回転させながら行う。このように、基板を傾斜
して設置することにより、荷電ビーム等による露光の方
向が基板に対して斜めの角度を有すると同時に、基板を
素子の中心を回転軸として回転させることによって、露
光量分布と形状の分布を素子中心に対して点対称に分布
させることができる。このようにして、平板上に任意の
角度を有する点対称なパターンを形成することが可能と
なり、更に凸面や凹面等の自由曲面を有する基板の表面
に点対称なパターンを形成することが可能となる。例え
ば、自由曲面を有する基板上の任意の位置上に、その位
置の接線に垂直な形状のパターンを形成することもでき
る。
【0010】図1はビーム露光装置の側面図を示し、基
台1上には試料室である露光チャンバ2が載置され、こ
の露光チャンバ2の上方には鏡筒3が配設され、鏡筒3
には露光ビームLを発する光源4を含む投影光学系が内
蔵されている。露光チャンバ2内には、被加工基板Sを
載置する6軸の試料ステージ6、基板Sの位置を高精度
に制御するためのアライメント光学系7、試料ステージ
6の位置を高精度に読み取るためのレーザー干渉計8が
配置され、側部にはロードロック室9が取り付けられて
いる。また、基台1内には、露光雰囲気制御ユニット1
0、ビーム制御ユニット11、ステージ制御ユニット1
2、アライメント制御ユニット13が配設されている。
【0011】露光チャンバ2内は露光ビームの波長によ
って真空にしたり、またN2 、He、Ar、O3 、O2
等の特定のガスで置換するようになっており、このよう
に露光雰囲気を制御する場合には外界と環境とを隔離す
る。また、基板Sの交換は、時間を短縮したり、露光チ
ャンバ2を高精度な雰囲気に制御するためにロードロッ
ク室9を介して行う。
【0012】図2は6軸試料ステージ6の側面図を示
し、6軸試料ステージ6は回転軸14を中心に回転する
XYステージと、その上に設置されたZステージ、更に
Zステージ上に設置されたX方向、Y方向それぞれのチ
ルトステージ、チルトステージ上に設置されたθステー
ジ、基板保持部であるチャック15から構成されてい
る。XYステージはレーザー干渉計8を用いて高精度に
位置決めされており、Zステージ、チルトステージも光
学的検出方法などによって高精度に位置制御されてい
る。また、θステージの回転速度はロータリエンコーダ
等を用いて回転むらが最小となるように制御されてお
り、アライメント光学系7からのアライメント光Aと、
投影光学系16を介して光源4からの露光ビームLと
が、被加工基板Sに照射され、高精度に位置を制御して
加工ができるようになっている。
【0013】このような装置により同心円パターンの描
画を行うには、被加工基板Sをチャック15により6軸
試料ステージ6上に固定し、光源4から露光ビームLを
出射し、鏡筒3内の投影光学系16により基板S上に集
光し、露光を行う。
【0014】先ず、基板Sの回転速度又はビーム強度を
制御して任意の半径における必要露光量を求める。例え
ば、石英基板S上に塗布されたレジストに対して、任意
の角速度で基板Sを回転しながら、半径が異なる複数の
パターンの描画を行い、現像後に測長装置を用いて半径
方向に計測を行って、露光量が最適となるパターンの半
径を求める。次に、このパターンの半径を基準にして、
他の半径のパターンの角速度をそれぞれ計算によって求
める。例えば、半径10mmのパターンが基板回転速度
100rpmで最適露光量であれば、半径20mmのパ
ターンでは50rpmが最適回転速度となる。
【0015】このようにして形成された回折光学素子を
搭載する光学系において、回折光学素子上の任意の位置
に対する光線の入射方向を光線追跡法により計算する。
次に、この回折光学素子用の基板Sを用意し、レジスト
成膜後に電子ビーム露光により回折光学素子パターンを
描画する。このとき、先に求めた回折光学素子上の任意
の位置における光線の入射方向とパターン側壁とが平行
になるように、基板Sのチルト角度を制御しながらイオ
ンビームエッチングを行う。この方法により、図3、図
4、図5に示すように、回折光学素子に対する入射光線
と回折光学素子パターン側壁が平行な回折光学素子用パ
ターンを形成することができる。
【0016】また、図6(a) に示すような基板Sの表面
が非平面、例えば凸状に加工された基板Sの場合には、
この基板S上に図6(b) に示すようにレジストを均一に
塗布し、ビーム描画装置により描画方向が基板S上の任
意の描画位置の接線に垂直となるように、基板Sを傾斜
させて露光を行う。この基板Sを現像すれば、基板S上
の任意の場所において、その位置の接線に垂直な図6
(c) に示すような形状のパターンが得られる。
【0017】また、図7(a) に示すような回折光学素子
用の基板Sを用意して、イオンビームエッチングにより
回折光学素子パターンを加工する場合には、先に求めた
回折光学素子上の任意の位置における光線の入射方向と
パターン側壁とが平行になるように、基板Sのチルト角
度を制御しながらイオンビームエッチングを行う。この
方法によって、図7(b) に示すように、回折光学素子に
対する入射光線と回折光学素子パターン側壁が平行な回
折光学素子を形成することができる。
【0018】本発明の露光ビームは、水銀ランプ、キセ
ノンランプ等のランプより発生する連続スペクトル光
や、輝線スペクトル光、アルゴンレーザー光、エキシマ
レーザー光等のレーザー光、又は電子線、集束イオンビ
ーム等の荷電ビーム、X線等集束可能なビームが使用可
能であり、またパターンサイズや形状に応じてビーム形
成や、マスクを用いた縮小投影露光方式などを使用して
もよい。
【0019】基板Sの傾斜角度は所望のパターンの側壁
角度に応じて制御すればよく、また基板Sの回転速度は
ビーム強度とレジスト感度又はエッチング反応速度から
所望の速度で回転すればよい。特に、基板Sを回転させ
ながらパターン加工を行う場合には、同じ角速度で基板
Sを回転すると、加工するパターンの半径によって線速
度が異なり、加工線幅や加工深さが一定にできないとい
う問題がある。このために、或る角速度で基板Sを回転
させながらパターンニングを行い、例えば現像後に適正
なパターンが得られる半径を求め、この半径を基準にし
て各半径のパターンの角速度を決定する方法が考えられ
る。更に、同一半径のパターンを描画する際に、回転速
度を連続的又は断続的に変化させて、その結果得られた
適正回転速度から、各半径のパターンの角速度を決定し
てもよい。
【0020】このようにして、加工が困難なエッチング
パターン形状の制御、特にフレネルレンズやバイナリオ
プティクス、マイクロマシーン等の点対称な形状を有す
るパターンの任意な形状制御が可能となる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るビーム
描画装置は、被加工基板を任意の角度に設置するための
傾斜ステージとその回転機構とを有することにより、エ
ッチングパターンの形状をフレネルレンズやバイナリオ
プティクス、マイクロマシーン等の点対称な形状を有す
る任意な形状のパターンに高精度に制御することが可能
となる。
【0022】また、本発明に係るパターン形成方法は、
傾斜ステージにより任意の角度に被加工基板を保持し、
回転機構により回転させながら回転中心に点対称なパタ
ーンを形成することにより、エッチングパターンの形状
をフレネルレンズやバイナリオプティクス、マイクロマ
シーン等の点対称な形状を有する任意な形状のパターン
に高精度に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例のビーム露光装置の側面図である。
【図2】試料ステージの側面図である。
【図3】パターン形成の説明図である。
【図4】パターン形成の説明図である。
【図5】パターン形成の説明図である。
【図6】凸状基板のパターン形成の説明図である。
【図7】凸状基板のパターン形成の説明図である。
【符号の説明】
1 基台 2 露光チャンバ 3 鏡筒 4 光源 6 6軸試料ステージ 7 アライメント光学系 8 レーザー干渉計 9 ロードロック室 10、11、12、13 制御ユニット 15 チャック 16 投影光学系 S 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/027 H05K 3/00 H H05K 3/00 B62D 57/00 K H01L 21/30 514C

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ビームを発生するビーム発生源と、ビー
    ムを集束する光学素子群と、集束したビームを制御する
    制御系と、ビームを被加工基板の所望の位置に照射する
    ためのステージと、該ステージを位置制御する高精度位
    置決め機構と、前記被加工基板を保持するチャックとを
    有し、前記ステージは前記チャックにより前記被加工基
    板を任意の角度に保持するための傾斜ステージとし、該
    傾斜ステージを回転する回転機構を備えたことを特徴と
    するビーム描画装置。
  2. 【請求項2】 前記傾斜ステージは回転機構により回転
    するビーム描画装置。
  3. 【請求項3】 前記ビームは電子線又はイオンビームの
    荷電ビームとした請求項1に記載のビーム描画装置。
  4. 【請求項4】 前記ビームはアルゴンレーザー光又はエ
    キシマレーザー光又はX線の電磁波とした請求項1に記
    載のビーム描画装置。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4の何れかに記載の装置によ
    って描画した光学素子。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の光学素子を使用する露
    光装置。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載の露光装置による露光工
    程を含むデバイス製造方法。
  8. 【請求項8】 被加工基板をチャックを用いてステージ
    上に保持し、ビーム発生源からのビームを光学素子群を
    介して、前記被加工基板上に照射して回折格子のパター
    ンを形成する回折光学素子のパターン形成方法におい
    て、前記ステージは傾斜ステージとし、前記チャックに
    より前記被加工基板を任意の角度に保持し、回転機構に
    より前記傾斜ステージを回転させながら回転中心に対し
    て点対称なパターン形状を前記被加工基板上に形成する
    ことを特徴とするパターン形成方法。
  9. 【請求項9】 前記パターン描画時の基板回転速度は、
    前記パターンの半径に拘らず線速度が一定となるように
    制御する請求項8に記載のパターン形成方法。
  10. 【請求項10】 前記パターンは基板面又は描画位置の
    接線に対して垂直に描画する請求項8に記載のパターン
    形成方法。
  11. 【請求項11】 前記パターンは使用する光学系の光軸
    に対して平行に描画する請求項8に記載のパターン形成
    方法。
  12. 【請求項12】 前記パターンは使用する光学系の入射
    光に対して平行に描画する請求項8に記載のパターン形
    成方法。
  13. 【請求項13】 請求項8〜12の何れかに記載の装置
    によって描画した光学素子。
  14. 【請求項14】 請求項13に記載の光学素子を使用す
    る露光装置。
  15. 【請求項15】 請求項14に記載の露光装置による露
    光工程を含むデバイス製造方法。
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