JP2002214797A - レーザ照射装置及び照射方法 - Google Patents

レーザ照射装置及び照射方法

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Shiro Hamada
史郎 浜田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザビームのビームスポットを移動させる
ことによって、レーザビームの照射されない細長い領域
を残し、他の領域にレーザビームを照射する場合の照射
時間を短くすることが可能なレーザ照射装置を提供す
る。 【解決手段】 加工用レーザ光源が、加工用レーザビー
ムを出射する。マスクが、加工用レーザ光源から出射し
た加工用レーザビームの光路内に配置されている。マス
クには、少なくとも2つの透過領域が形成されており、
両者の間に遮光領域が画定されている。ステージが、被
照射物を保持する。結像光学装置が、マスクを透過した
レーザビームをステージに保持された被照射物上に導く
とともに、マスクの遮光領域を被照射物の表面上に結像
させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ照射装置及
び照射方法に関し、細い線状の領域の両側にレーザビー
ムを照射するのに適したレーザ照射装置及び照射方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】フォトレジスト膜をレーザビームで直接
露光することによって、幅0.5〜2μm程度の細い非
露光領域を形成する場合、フォトレジスト膜の表面にお
けるビームスポットを直径0.5μm程度まで絞る必要
がある。この小さなビームスポットを移動させて露光す
べき領域全体を露光するには、長時間が必要とされる。
例えば、一辺の長さが50mmの正方形の領域に、幅
0.5μmの非露光領域を300μmのピッチで配置し
たい場合、ビームスポットの移動速度を50mm/sと
すると、露光時間が約28時間になる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、レー
ザビームのビームスポットを移動させることによって、
レーザビームの照射されない細長い領域を残し、他の領
域にレーザビームを照射する場合の照射時間を短くする
ことが可能なレーザ照射装置及び照射方法を提供するこ
とである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、加工用レーザビームを出射する加工用レーザ光源
と、前記加工用レーザ光源から出射した加工用レーザビ
ームの光路内に配置され、少なくとも2つの透過領域が
形成されており、両者の間に遮光領域が画定されている
マスクと、被照射物を保持するステージと、前記マスク
を透過したレーザビームを前記ステージに保持された被
照射物上に導くとともに、該マスクの前記遮光領域を該
被照射物の表面上に結像させる結像光学装置とを有する
レーザ照射装置が提供される。
【0005】被照射物の表面上におけるレーザビームの
照射パターンは、2つの照射領域を有し、その間に遮光
領域が画定される。被照射物を結像光学系の光軸に垂直
な平面に平行な方向に移動させると、2つの照射領域に
より2本の細長い領域を露光するとともに、2本の露光
領域に挟まれた非露光領域を残すことができる。
【0006】本発明の他の観点によると、被照射物の表
面上において、ある間隔を隔てて配置された2つの照射
領域と、両者の間に画定された遮光領域とを含む照射パ
ターンを有するレーザビームを、前記被照射物の表面に
照射しながら、該レーザビームの照射されない領域が第
1の軌跡を描くように、該レーザビームの2つの照射領
域と該被照射物との一方を他方に対して相対的に移動さ
せる第1の工程を有するレーザ照射方法が提供される。
【0007】本発明の他の観点によると被照射物の表面
上にXY直交座標系を定義したとき、X軸に平行な直線
状領域の両側にレーザビームを照射しつつ、レーザビー
ムの照射領域と該被照射物との少なくとも一方を、X軸
に平行な方向に移動させる第1の工程を有するレーザ照
射方法が提供される。
【0008】2つの照射領域により2本の細長い領域を
露光するとともに、2本の露光領域に挟まれた非露光領
域を残すことができる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1に、本発明の実施例によるレ
ーザ照射装置の概略図を示す。加工用レーザ光源1が、
加工用レーザビームを出射する。加工用レーザ光源1と
して、例えば波長324nmのHe−Cd連続動作(C
Wオペレーション)レーザ、波長351nmのArイオ
ン連続動作レーザ等を用いることができる。なお、パル
ス動作のレーザ発振器を用いてもよい。
【0010】加工用レーザ光源1から出射したレーザビ
ームは、エネルギ安定化装置2、レーザシャッタ3、コ
リメートレンズ4を通ってマスク5に入射する。エネル
ギ安定化装置2は、それを通過したレーザビームのパワ
ーが、レーザ光源1の定格出力の約80%になるように
レーザビームのパワーを減衰させる。レーザ光源1の出
力が低下すると、減衰率を低下させ、エネルギ安定化装
置2を通過したレーザビームのパワーの変動が少なくな
るように制御される。
【0011】図2に、マスク5の平面図を示す。幅W3
の線状の遮光領域5Cの両側に、透過領域5A及び5B
が配置されている。透過領域5A及び5Bの幅は、それ
ぞれW1及びW2である。
【0012】図1に戻って説明を続ける。マスク5の透
過領域5A及び5Bを透過したレーザビームは、フィー
ルドレンズ6を通り、ダイクロイックミラー7で反射
し、イメージングレンズ8を通って、XYステージ10
の上に載置された被照射物40に入射する。被照射物4
0は、例えば表面上にフォトレジスト膜が形成されたレ
ンズやガラス平板である。XYステージ10は、被照射
物40を、イメージングレンズ8の光軸に垂直な平面に
平行な方向に移動させることができる。
【0013】イメージングレンズ8は、高さ調節機構1
1により、光軸方向に並進移動可能に支持されている。
イメージングレンズ8を、その光軸方向に並進移動させ
ることにより、被照射物40の表面からイメージングレ
ンズ8までの高さが調節される。高さセンサ12が、被
照射物40の表面の高さを検出し、検出結果を制御装置
30に送出する。
【0014】マスク5は、その線状の遮光領域5Cが、
レーザ光源1、コリメートレンズ4、フィールドレンズ
6、及びイメージングレンズ8を含む光学系の光軸と交
差するように配置されている。
【0015】測定用レーザ光源20が、測定用レーザビ
ームを出射する。測定用レーザ光源20として、例えば
He−Neレーザ発振器を用いることができる。測定用
レーザビームは、フィールドレンズ21、シリンドリカ
ルレンズ22を通過して部分反射鏡23に入射する。部
分反射鏡23で反射された測定用レーザビームは、ダイ
クロイックミラー7を透過し、イメージングレンズ8で
収束されて被照射物40の表面を照射する。
【0016】被照射物40の表面からの散乱光が、イメ
ージングレンズ8、ダイクロイックミラー7、部分反射
鏡23、フィールドレンズ24を透過して、4分割フォ
トダイオード25に入射する。被照射物40の表面のビ
ームスポットが、4分割フォトダイオード25の受光面
に結像する。測定用レーザビームが、被照射物40の表
面上にベストフォーカスされている時、ビームスポット
はほぼ真円になる。ベストフォーカス状態からずれる
と、シリンドリカルレンズ22の影響により、ビームス
ポットが長円になる。ビームスポットが真円である時、
4分割フォトダイオード25の各フォトダイオードの受
光量が等しくなる。ビームスポットが長円になると、4
分割フォトダイオード25の各フォトダイオードの受光
量にばらつきが生ずる。各フォトダイオードの受光量を
比較することにより、被照射物40の表面の高さに関す
る情報を得ることができる。4分割フォトダイオード2
5の各フォトダイオードで検出された受光量が、制御装
置30に入力される。
【0017】制御装置30は、高さセンサ12及び4分
割フォトダイオード25から入力された情報に基づい
て、マスク5の線状の遮光領域5Cが被照射物40の表
面に結像するように、イメージングレンズ8の高さを調
節する。例えば、高さセンサ12からの情報により、被
照射物40の表面の高さが粗く検出され、4分割フォト
ダイオード25からの情報により、被照射物40の表面
の高さが高精度に検出される。
【0018】次に、図3を参照して図1に示したレーザ
照射装置を用いて、被照射物上のレジスト膜を露光する
方法について説明する。
【0019】図3は、被照射物の表面内の露光された領
域と露光されない領域とを示す。図2に示したマスク5
の線状の遮光領域5Cの像がX軸に平行になるようなX
Y直交座標系を導入する。マスク5の透過領域5A及び
5Bの像(照射領域)41A及び41Bの間に、遮光領
域41Cが画定されている。以下、照射領域41Aと4
1Bとを合わせてビームスポットと呼ぶ。照射領域41
A及び41Bの幅(Y軸方向の長さ)は、それぞれWI
1及びWI2であり、遮光領域41Cの幅はWI3であ
る。幅WI1〜WI3は、それぞれ図2に示した透過領
域の幅W1、W2、及び遮光領域の幅W3に、図1に示
した結像光学系6及び8の結像倍率を乗じたものに等し
い。照射領域41Aが、遮光領域41CよりもY軸の正
の側に位置し、照射領域41Bが、遮光領域41Cより
もY軸の負の側に位置する。
【0020】図1に示したXYステージ10を駆動し
て、ビームスポットをX軸の正の向きに移動させる。こ
のとき、常にマスク5の遮光領域5Cが、被照射物40
の表面上に結像するように、イメージングレンズ8の高
さが調節される。遮光領域41Cが線状の軌跡42を描
く。線状の軌跡42の内部は露光されず、その両側が露
光される。ビームスポットをX軸方向にある距離だけ移
動させた後、Y軸の正の向きにピッチPyだけ移動させ
る。ここで、ピッチPyは、幅WI1及びWI2の大き
な方よりも大きく、WI1とWI2との和よりも小さ
い。例えば、幅WI1とWI2の各々が250μm、遮
光領域41Cの幅WI3が0.5μm、ピッチPyが3
00μmである。
【0021】次に、ビームスポットをX軸の負の向きに
移動させる。照射領域41Bの移動によって既に露光さ
れた領域に、照射領域41Aの移動によって露光される
領域が部分的に重なる。X軸方向に関する露光開始位置
まで移動させた後、Y軸の正の向きにピッチPyだけ移
動させる。
【0022】ビームスポットのX軸方向への移動とY軸
方向への移動とを繰り返すことにより、ピッチPyで相
互に平行に配置された複数の線状の非露光領域42を残
し、他の領域を露光することができる。
【0023】図2に示したマスク5の遮光領域5Cが、
光学系の光軸と交差するように配置されているため、レ
ンズの球面収差等の影響を少なくし、図3に示した遮光
領域41Cの解像度の低下を防止することができる。こ
れにより、細い非露光領域42を、コントラストよく残
すことができる。なお、遮光領域5Cが光学系の光軸と
交差しない場合であっても、遮光領域5Cが光軸の極近
傍に配置される場合には、同様の効果が期待できるであ
ろう。
【0024】照射領域41A及び41Bの外周のうち、
遮光領域41Cとの境界を画定しない部分は、光学系の
光軸から離れているため、レンズの収差の影響を受けや
すい。しかし、これらの部分は、非露光領域42の縁を
画定しないため、非露光領域42のコントラスト低下の
要因にはならない。
【0025】照射領域41A及び41Bの幅WI1及び
WI2は、遮光領域41Cの幅WI3に比べて十分大き
くすることができる。このため、遮光領域41Cの幅W
I3とほぼ等しい大きさのビームスポットを移動させる
場合に比べて、露光時間を短縮することができる。
【0026】上記実施例では、照射領域41A及び41
Bを直線的に移動させる場合を説明したが、必ずしも遮
光領域41Cの軌跡が直線である必要はない。遮光領域
41Cの軌跡が、遮光領域41Cの長さに比べて十分大
きな曲率半径を有する円周であってもよいし、任意の曲
線であってもよい。この場合、遮光領域41Cの長さ方
向が、その軌跡の接線方向と一致するように遮光領域4
1Cを移動させればよい。
【0027】複数の線状の非露光領域を残す場合、例え
ば非露光領域を同心円状に配置する場合、遮光領域の軌
跡が、前回のビームスポットの移動で形成された遮光領
域の軌跡の脇に配置され、かつレーザビームの照射領域
の一部が、前回のビームスポットの移動で既に露光され
ている領域の一部と重なるようにビームスポットを移動
させればよい。
【0028】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
細い非露光領域を残す際に、遮光領域の両側を露光しな
がら、この露光領域を一方向に移動させることにより、
露光時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例によるレーザ照射装置の概略図
である。
【図2】マスクの平面図である。
【図3】本発明の実施例によるレーザ照射方法により露
光される様子を示す図である。
【符号の説明】
1 加工用レーザ光源 2 エネルギ安定化装置 3 レーザシャッタ 4 コリメートレンズ 5 マスク 6 フィールドレンズ 7 ダイクロイックミラー 8 イメージングレンズ 10 XYステージ 11 高さ調節機構 12 高さセンサ 20 観測用レーザ光源 21 フィールドレンズ 22 シリンドリカルレンズ 23 部分反射鏡 24 フィールドレンズ 25 4分割フォトダイオード 30 制御装置 40 被照射物

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加工用レーザビームを出射する加工用レ
    ーザ光源と、 前記加工用レーザ光源から出射した加工用レーザビーム
    の光路内に配置され、少なくとも2つの透過領域が形成
    されており、両者の間に遮光領域が画定されているマス
    クと、 被照射物を保持するステージと、 前記マスクを透過したレーザビームを前記ステージに保
    持された被照射物上に導くとともに、該マスクの前記遮
    光領域を該被照射物の表面上に結像させる結像光学装置
    とを有するレーザ照射装置。
  2. 【請求項2】 前記マスクの前記遮光領域が、前記レー
    ザ光源と前記結像光学装置とを含む光学系の光軸と交差
    するように配置されている請求項1に記載のレーザ照射
    装置。
  3. 【請求項3】 前記結像光学装置が、少なくとも1枚の
    収束レンズを含み、前記レーザ照射装置が、さらに、最
    も被照射物側に配置された収束レンズを、その光軸方向
    に並進移動させる高さ調節機構を有する請求項1または
    2に記載のレーザ照射装置。
  4. 【請求項4】 さらに、前記ステージに保持された被照
    射物の表面の、前記結像光学装置の光軸方向に関する位
    置を検出する高さセンサと、 前記高さセンサによる測定結果に基づいて、前記高さ調
    節機構を制御する制御装置とを有する請求項3に記載の
    レーザ照射装置。
  5. 【請求項5】 被照射物の表面上において、ある間隔を
    隔てて配置された2つの照射領域と、両者の間に画定さ
    れた遮光領域とを含む照射パターンを有するレーザビー
    ムを、前記被照射物の表面に照射しながら、該レーザビ
    ームの照射されない領域が第1の軌跡を描くように、該
    レーザビームの2つの照射領域と該被照射物との一方を
    他方に対して相対的に移動させる第1の工程を有するレ
    ーザ照射方法。
  6. 【請求項6】 さらに、前記レーザビームの照射されな
    い領域が、前記第1の工程で描かれた前記第1の軌跡の
    脇に位置する第2の軌跡を描き、かつ前記レーザビーム
    の照射領域の一部が前記第1の工程で照射された領域の
    一部と重なるように、該レーザビームの照射される領域
    と前記被照射物との一方を他方に対して相対的に移動さ
    せる第2の工程を有する請求項5に記載のレーザ照射方
    法。
  7. 【請求項7】 前記第1の工程が、さらに、 被照射物の表面の高さを測定する工程と、 高さの測定結果に基づいて、前記レーザビームの照射パ
    ターンの遮光領域が、前記被照射物の表面上にフォーカ
    スするように、該被照射物の高さを調節する工程とを含
    む請求項5または6に記載のレーザ照射方法。
  8. 【請求項8】 被照射物の表面上にXY直交座標系を定
    義したとき、X軸に平行な直線状領域の両側にレーザビ
    ームを照射しつつ、レーザビームの照射領域と該被照射
    物との少なくとも一方を、X軸に平行な方向に移動させ
    る第1の工程を有するレーザ照射方法。
  9. 【請求項9】 さらに、前記第1の工程の後、前記レー
    ザビームの照射領域と前記被照射物との少なくとも一方
    を、Y軸方向に移動させる第2の工程と、 前記レーザビームを照射しつつ、前記照射領域と前記被
    照射物との少なくとも一方を、X軸に平行な方向に移動
    させる第3の工程とを有し、 前記第3の工程で照射されるY軸の正側及び負側の一方
    の領域が、前記第1の工程で照射されたY軸の正側及び
    負側の他方の領域と部分的に重なるように、前記第2の
    工程において、前記レーザビームの照射領域と前記被照
    射物との少なくとも一方がY軸方向に移動される請求項
    8に記載のレーザ照射方法。
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