JP2005024687A

JP2005024687A - 露光装置及び露光方法

Info

Publication number: JP2005024687A
Application number: JP2003187665A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Kaseya; 浩康加瀬谷; Kimio Nagasaka; 公夫長坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】より微細なパターニングにおける非露光部分を安定した形状でパターニングすることを可能とすること。
【解決手段】露光装置は、露光ビーム（１０２）を発生する光源（１０１）と、露光ビームを複数本の露光ビーム（１０２ａ〜１０２ｃ）に分岐する分岐手段（１１３，１１４）と、分岐した複数本の露光ビーム相互間の位相差を可変に設定する位相差設定手段（１１５）と、位相差が設定された複数本の露光ビームを重畳して露光基板上に合成露光スポット（１１０）を形成する対物レンズ（１０９）と、描画すべきパターン情報を担うパターン信号に応じて合成露光スポットの強度を変調する変調器（１０４）と、描画すべきパターン情報に基づいて露光ビーム相互間の位相差を決定し、これを位相差設定手段に設定して合成露光スポット（１１０）のビームプロファイルを選択するビームプロファイル選択手段（１０６ａ）と、複数の露光スポットを露光基板上で相対的に走査させる走査手段（１０７，１２１，１２２）と、を備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微細構造体の作製に好適なパターン露光方法及び露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
出願人は特願２００２−５４５７１号によって複数のビームによって微細パターンを露光する露光装置を提案している。この露光装置を使用することによって、例えば、いわゆるフォトニック結晶のような微細構造体の製造がより容易になるものである。フォトニック結晶は光の波長と同程度の周期性を持つ人工的な多次元周期構造体である。フォトニック結晶は、例えば、曲がり、分岐、合成などが可能な光導波路、偏光板、光フィルタ、光レーザ等の種々の用途の目的で研究されている。
【０００３】
【特許文献１】
特願２００２−５４５７１号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した露光装置はフォトニック結晶のような微細パターンを露光するのに複数スポットによる多重露光を行っている。また、この多重露光の際に露光光量を変えてフォトレジストの感度以下の露光とすることによってフォトニック結晶の格子欠陥部のような非露光によるパターン部分も形成する。
【０００５】
しかしながら、上記露光装置では露光光量を変えかつ多重露光を行うために本来非露光であるべきパターン部分にも露光が行われる。このため、上記非露光（であるべき）パターン部分の露光光量を均一にし、形状を安定させることが難しい。
【０００６】
よって、本発明の目的はフォトニック結晶のパターニングのようなより微細なパターニングにおける非露光部分をも安定した形状でパターニングすることを可能とする露光装置を提供することである。
【０００７】
また、本発明の他の目的はフォトニック結晶のパターニングのようなより微細なパターニングにおける非露光部分を安定した形状で露光することを可能とする露光方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の露光装置は、露光ビームを発生する光源と、上記露光ビームを複数本の露光ビームに分岐する分岐手段と、分岐した上記複数本の露光ビーム相互間の位相差を可変に設定する位相差設定手段と、位相差が設定された上記複数本の露光ビームを重畳して露光基板上に合成露光スポットを形成する対物レンズと、描画すべきパターン情報を担うパターン信号に応じて上記合成露光スポットの強度を変調する変調器と、上記描画すべきパターン情報に基づいて上記露光ビーム相互間の位相差を決定し、これを上記位相差設定手段に設定して上記合成露光スポットのビームプロファイルを選択するビームプロファイル選択手段と、上記複数の露光スポットを上記露光基板上で相対的に走査させる走査手段と、を備える。
【０００９】
かかる構成とすることによって、合成露光スポットのビームプロファイル変えながらパターン露光を行うことが出来る。例えば、この露光装置でフォトニック結晶の格子欠陥部を露光すること、形状の安定したフォトニック結晶の作製が可能となる。ビームプロファイル選択手段はパターン発生装置の制御コンピュータ等によって実現される。
【００１０】
好ましくは、上記露光ビーム間の位相差を設定することで上記合成露光スポットのビームプロファイルのピーク強度を設定する。位相差を調整することでビーム強度を設定すれば元の露光ビーム自体の強度を一定に保つことができ、多重露光における光パワーコントロールが容易となる。
【００１１】
好ましくは、上記露光ビーム間の位相差を設定することで上記合成露光スポットのビームプロファイルの強度のピーク数を設定する。それによって、合成露光スポットのビームプロファイルのピーク数、ピーク配置を瞬時に変えることが可能となる。
【００１２】
好ましくは、上記合成露光スポット内の強度のピーク数が１となる第１のビームプロファイルと該ピーク数が３となる第２のビームプロファイルとを含み、両ビームプロファイルが相互に切替えられる。それによって、３スポットと１スポットの露光パターンを切替えることが可能となる。
【００１３】
また、本発明のパターン露光方法は、被照射体に描画すべきパターンを担う情報信号によって変調された複数の露光ビームで上記被照射体を走査してパターン描画を行うパターン露光方法であって、上記複数本の露光ビームを重畳して各露光ビームのビームスポット径よりも小さいスポット径の強度ピークを１又は複数有するビームプロファイルの合成露光ビームを形成し、上記被写体に描画すべきパターンに対応して上記複数の露光ビーム相互間の位相差を設定することによって上記合成露光ビームのビームプロファイルの強度ピークの配置パターンを変えながら当該合成露光ビームで上記被照射体を走査して、パターンを露光する。
【００１４】
それによって、複数ピークの合成露光ビームスポットによる多重露光と単一ピークの合成露光ビームスポットによる単一露光とを混在してパターン描画をすることが可能となる。例えば、フォトニック結晶の格子欠陥領域に露光スポットプロファイルのピークを位置させることなく描画することが出来て具合がよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
まず、本発明の理解をより容易にするために先に提案した先行例（特願２００２−５４５７１号）におけるパターン描画例を図８を参照して説明する。
【００１７】
同図に示すように、フォトニック結晶のパターンを形成するために、同一サイズを持つ三角格子配列の中に一列だけ円孔が形成されていない格子欠陥を形成する。例えば、この格子欠陥部分のパターンは光導波路として機能する。
【００１８】
露光ビームを３本に分岐し、対物レンズで重畳して露光ビームのスポット系よりも小径の３つのピーク値を持つ光強度プロファイルの合成露光スポットを形成する（図６（ｂ）参照）。この３つのピークによるスポットセットを図中の網掛けの正三角形で示している。均一な円孔格子を形成する場合には均一な露光量の照射を行う。格子欠陥を形成する場合には照射する位置に応じて露光量を調整する。各円孔では３回のスポット照射が行われている。例えば、格子欠陥部では露光量の総和をレベル「１」とすると、その他の部分ではレベル「３」となるようにする。図中の四角形の枠内にビームセットの強度の例を示している。ここで、図９に示すようなフォトレジストの感度特性（閾値特性）を利用することにより、格子欠陥部では光感度閾値以下の露光レベル「１」となり、円孔が形成されない。
【００１９】
図１０は、本発明の実施例によるパターン描画例を示している。この実施例では、３ビームスポットと、１ビームスポットとを使用してフォトニック結晶のパターンを形成している。欠陥部の１トラック手前のトラックでは、位相変調器によって３本のビームの位相を同位相にしてスポットを１つにする。また、露光量を３スポットの場合のピーク強度の２倍になるように設定し、露光を行う。欠陥部のトラックでは露光を行わず、欠陥部の次のトラックでは再び同位相の１つのスポットで露光を行う。欠陥部から２つ進んだトラックでは、位相差を２／３πに戻し、３つのスポットで露光を行う。
【００２０】
このようにして、格子欠陥領域の両側（外囲）を１スポットのビームによって照射して円孔格子を形成する。その他のフォトニック結晶の領域を形成するために、同一サイズを持つ三角格子配列のビームによって多重露光を行ってフォトニック結晶を形成する。従って、非露光であるべき格子欠陥部分を露光せずに済むので明瞭なパターンが形成可能となる。
【００２１】
図６（ａ）は、３つの露光ビームの位相差を同相となるように設定して重畳して合成ビームによる光強度プロファイルに１の主ピークと複数の副次的な小ピークを持つビームスポットを形成した例を示す。また、同図（ｂ）は、３つの露光ビームの位相差を２／３π（１２０度）となるように設定して重畳して合成ビームによる光強度プロファイルに３つ主ピークと複数の副次的な小ピークを持つビームスポットを形成した例を示す。
【００２２】
図４は、フォトレジストが塗布された露光原盤のトラック上を合成露光スポットで走査しながら、合成露光スポットの光強度プロファイルを変えることによってスポットパターンを変える例を示している。図４（ａ）〜図４（ｄ）は、各露光ビームが対物レンズに入射する前における各露光ビームの相互間の位相差を説明する図であり、図４（ｅ）及び図４（ｆ）は、各露光ビームが対物レンズによってガラス原盤上に集光された際のガラス原盤上でのビームスポット形状を説明する図である。図４中、左から右へ向かう矢印はトラック方向を示しており、図４（ａ）乃至図４（ｄ）における円は対物レンズの入射瞳を示している。
【００２３】
図４（ａ）に示すように、基準の露光ビームの位相差０、他の２つの露光ビームの位相差をそれぞれ２／３π、−２／３πとなるように３つの露光ビームの各位相差を設定することにより、図４（ｅ）に示すように３つのピークが下向きの三角形状（逆三角形状）に配置されたビームスポットを得ることができる。同様に、図４（ｃ）に示すように、基準露光ビームの位相差０、他の２つの露光ビームの位相差をそれぞれ２／３π、４／３πとなるように設定することによっても、図４（ｅ）に示すように３つのピークが下向きの三角形状に配置されたビームスポットを得ることができる。
【００２４】
また、図４（ｂ）に示すように、基準の露光ビームの位相差０、他の２つの露光ビームの位相差をそれぞれ−２／３π、２／３πとなるように３つの露光ビームの各位相差を設定することにより、図４（ｆ）に示すように３つのピークが上向きの三角形状に配置されたビームスポットを得ることができる。同様に、図４（ｄ）に示すように、基準露光ビームの位相差０、他の２つの露光ビームの位相差をそれぞれ４／３π、２／３πとなるように設定することによっても、図４（ｆ）に示すように３つのピークが上向きの三角形状に配置されたビームスポットを得ることができる。
【００２５】
また、３つの露光ビーム相互間の位相差が０（同位相）となるように設定することによって１つのピークを有するビームスポットを得ることができる。
【００２６】
図５は、３つの露光ビームに位相差を設定する位相変調部１１５の構成例を示している。露光ビーム１０２を回折格子１１３及び１１４によって３つの露光ビーム１０２ａ、１０２ｂ及び１０２ｃに分離する。この露光ビーム１０２ａ、１０２ｂ及び１０２ｃに位相変調部１１５によって位相差を設定する。
【００２７】
位相変調部１１５は、２つの位相変調器１１５ｂ及び１１５ｃを含む。位相変調器は、例えば、電圧の印加によって屈折率が変化する電気光学材料、例えば、ＬｉＮｂＯ_２（ニオブ酸リチウム）を使用して構成することが可能である。露光ビームをこの電気光学材料中を通過させ、電気光学材料に印加する電圧を変えることによって通過した露光ビームに位相差を設定する。露光ビーム１０２ａは位相変調器を通らずにミラー１０８によって図示しない対物レンズに導出される。露光ビーム１０２ｂは位相変調器１１５ｂを通過してミラー１０８によって図示しない対物レンズに導出される。露光ビーム１０２ｃは位相変調器１１５ｃを通過してミラー１０８によって図示しない対物レンズに導出される。対物レンズによって露光ビーム１０２ａ、１０２ｂ及び１０２ｃは露光原盤上にて重畳され合成スポットの光強度プロファイルは各露光ビームの位相差に対応したものとなる。
【００２８】
（実施例）
図１は、上記パターン露光を行った露光光学系の例を示している。同図において、レーザ発生装置１０１から出射した波長２６６ｎｍの光ビーム１０２はミラー１０３及び１０５で反射されて移動光学台１０７に導かれる。ミラー１０３及び１０５間には音響光学変調器１０４（ＡＯＭ）が設けられており、ＡＯＭ１０４はパターン発生装置１０６から供給されるパターン信号によって光ビーム１０２の強度を変調する。移動光学台１０７上には回折格子（ＣＧＨ）１１３及び１１４が配置されおり、光ビーム１０２を３本に分割して平行な光ビーム１０２ａ〜１０２ｃを得る。分割された光ビーム１０２ａ〜１０２ｃは位相変調部１１５によって各光ビーム相互間の位相差が所望値となるように変調されて反射ミラー１０８に至る。
【００２９】
図２に示すように、回折格子１１３の格子パターンは蜂の巣状に正六角形に仕切られたセルで構成され、３水準の位相差（位相の深さ）−φ，０，＋φが割り当てられている。ここで、深さの最大値２φは、水準Ｑ＝３であるため、２φ＝４π／３である。２φに相当する具体的な深さの差ｈは、回折格子の基板の屈折率をｎ、使用光源波長をλとすると、ｈ＝λ／２π（ｎ−１）×２φ で表される。光源波長が２６６ｎｍ、回折格子基板の屈折率は１．５であるため、このとき深さの差ｈは３５０ｎｍである。
【００３０】
この条件を満たす回折格子に１本の光ビーム１０２を入射させると３本の光ビーム１０２ａ〜１０２ｃに分離する。分離した各光ビームは回折格子１１４上に正三角形の頂点位置となる３つのビームスポットを形成する。
【００３１】
図３に示すように、回折格子１１４の格子パターンは中心角１２０度の３つの扇形の領域で構成されている。それぞれの回折格子の断面は鋸歯形状をしており、最大深さは位相差２πである。石英基板の場合、深さは５５０ｎｍである。回折格子１１４によって３つの光ビーム１０２ａ〜１０２ｃは並行光となる。
【００３２】
回折格子１１３と１１４の格子周期Ｐｇは、回折格子１１３及び１１４相互の間隔をＬとし、対物レンズの入射瞳の中心から対物レンズに入射するビームの距離をｒとした場合、Ｐｇ＝λ／ｓｉｎ（ｔａｎ^−１（ｒ／Ｌ））≒λＬ／ｒとなる。本実施例では、Ｐｇ＝１８μｍの回折格子を用い、Ｌ＝１０．５ｃｍとした。このとき、距離ｒは約１．５５ｍｍであった。
【００３３】
更に、基準状態において後述の原盤のフォトレジスト層に到達するそれぞれ光ビームの位相差を１２０度（２／３π）にし、スポットセットのビームプロファイルを図３に示すように正三角形の頂点にスポットが位置するようにした。後に詳述するようにビームプロファイルは３ビーム１０２ａ〜１２０ｃによって変化する。所望のプロファイルを実現するために、位相変調部１１５によって相互間の位相差を調整する。
【００３４】
３本に平行分離された光ビーム１０２ａ〜１０２ｃは、ミラー１０８で反射され、開口数（ＮＡ）が０．９の対物レンズ１０９でガラス原盤１１２上に集光される。フォトレジストが塗布された原盤１１２上に３つの微小な露光スポットからなる合成露光スポット１１０が形成される。このときのスポット間隔は０．２４μｍであった。ガラス原盤１１２はターンテーブル１１１に吸着されている。
【００３５】
上述した回折格子１１３及び１１４、位相変調部１１５、ミラー１０８及び対物レンズ１０９は移動光学台１０７に載置されている。移動光学台１０７はターンテーブル１１２の回転と同時にモータ１２１によってレール１２２上をターンテーブル１１１の半径方向に移動する。移動光学台１０７にはレーザスケールなどの位置検出装置１２３が設けられており、位置情報がパターン発生装置１０６の制御コンピュータ１０６ａに送られ、合成露光スポット１１０の走査位置が判別可能である。制御コンピュータ１０６ａは、予め形成すべきパターンの情報をメモリに記憶しており、描画領域毎に使用するプロファイル、描画パターンの各画素における各種の制御情報をも記憶している。そして、ターンテーブル１１１、スライダモータ１２１、光強度変調器１０４、位相変調部１１５等の各部を制御する。制御コンピュータ１０６ａは予め記憶した描画すべきパターン情報に基づいて露光ビーム１０２ａ〜１０２ｃ相互間の位相差を決定し、これを位相変調部１１５に設定して合成露光スポット１１０のビームプロファイルを選択するビームプロファイル選択手段の機能を担っている。
【００３６】
実施例では、ターンテーブル１１１の回転速度を２２５ｒｐｍとした。トラックピッチが０．２２μｍになるように移動光学台１０７をスライドさせ、ＡＯＭ１０４で光ビームの変調を行った。ガラス原盤１１２に塗布されたフォトレジスト層を合成露光スポット１１０で螺旋状に走査して露光して潜像を形成した。ここでは、ターンテーブル１１１の回転と同期させながら強度を間欠的に変調する露光方式としている。
【００３７】
図７に示すように、１つのトラック内では周期Ｐｓで照射し、トラックの間隔は０．２２μｍである。周期Ｐｓは半径位置によって決まり、外周に行く程早く（短く）なる。例えば、半径２０ｍｍでは約２ＭＨｚ（０．５μｍ）である。また、奇数番目（ｎ−１、ｎ＋１）と偶数番目（ｎ）のトラックで照射する位置を半周シフトさせている。
【００３８】
図１１は、光変調器１０４の制御信号のタイミングチャートを示している。この方法で露光すると、１つのピットが３つのスポットで多重露光される。各スポットの強度分布の違いによる露光量のばらつきがなくなり、均一な円孔が形成できる。露光は半径１０ｍｍ〜６０ｍｍまで行い、パターンを形成した。
【００３９】
更に、図１０に示したように、フォトニック結晶に欠陥部を形成し、光導波路として使用する。欠陥部の１トラック手前のトラックでは、位相変調器によって３本のビームの位相を同位相にしてスポットを１つにする。また、露光量を３スポットの場合のピーク強度の２倍になるように設定し、露光を行う。欠陥部のトラックでは露光を行わず、欠陥部の次のトラックでは再び同位相の１つのスポットで露光を行う。このときのピーク強度は３スポットのときと同じにする。欠陥部から２つ進んだトラックでは、位相差を２／３πに戻し、３つのスポットで露光を行う。
【００４０】
また、他の露光方法としては、欠陥部までは上述した実施例と同様にして、ビームスポットが上向きの三角形状の配置となるように３つの露光ビームの位相差を設定して露光を行い、欠陥部の次のトラックでは１スポットにしてピーク強度を３スポットの場合の２倍の強度となるようにして露光を行う。欠陥部から２つ進んだトラックでは、ビームスポットが逆三角形状の配置となるように３つの露光ビームの位相差を設定して露光を行う。
【００４１】
以上説明したように、本発明の露光装置及び露光方法に拠れば、スポットの形状を変えながら露光するのでフォトニック結晶の格子欠陥部のパターン露光が容易となり、フォトニック結晶の光導波路の形状を安定させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る露光システムを説明する説明図である。
【図２】図２は、１つのビームを３ビームに分岐する回折格子の例を説明する説明図である。
【図３】図３は、３ビームを互いに平行なビームにする機能を持つ回折格子の例を説明する説明図である。
【図４】図４は、３つのビーム相互の位相によって形成されるスポットパターンを説明する説明図である。
【図５】図５は、３つのビームに位相差を与える位相変調器の例を説明する説明図である。
【図６】図６は、３つの光ビームのビームプロファイルの例を説明する説明図である。
【図７】図７は、３つの露光ビームスポットによる描画例（多重露光）を説明する説明図である。
【図８】先行例のフォトニック結晶のパターン描画例を説明する説明図である。
【図９】図９は、フォトレジストの不感特性を説明する説明図である。
【図１０】図１０は、フォトニック結晶のパターン例を説明する説明図である。
【図１１】図１１は、奇数トラックと偶数トラックの位相シフトを説明する信号タイミング図である。
【符号の説明】
１０１レーザ発生装置、１０４光変調器、１０６パターン発生装置、１０９対物レンズ、１１１ターンテーブル、１１２露光原盤、１１３回折格子、１１４回折格子、１１５位相変調部

Claims

露光ビームを発生する光源と、
前記露光ビームを複数本の露光ビームに分岐する分岐手段と、
分岐した前記複数本の露光ビーム相互間の位相差を可変に設定する位相差設定手段と、
位相差が設定された前記複数本の露光ビームを重畳して露光基板上に合成露光スポットを形成する対物レンズと、
描画すべきパターン情報を担うパターン信号に応じて前記合成露光スポットの強度を変調する変調器と、
前記描画すべきパターン情報に基づいて前記露光ビーム相互間の位相差を決定し、これを前記位相差設定手段に設定して前記合成露光スポットのビームプロファイルを選択するビームプロファイル選択手段と、
前記複数の露光スポットを前記露光基板上で相対的に走査させる走査手段と、
を備える露光装置。
前記露光ビーム間の位相差を設定することで前記合成露光スポットのビームプロファイルのピーク強度を設定する請求項１記載の露光装置。
前記露光ビーム間の位相差を設定することで前記合成露光スポットのビームプロファイルの強度のピーク数を設定する請求項１記載の露光装置。
前記合成露光スポット内の強度のピーク数が１及び３となる２つのビームプロファイルを含み、両ビームプロファイルが相互に切替えられる請求項１記載の露光装置。
被照射体に描画すべきパターンを担う情報信号によって変調された複数の露光ビームで前記被照射体を走査してパターン描画を行うパターン露光方法であって、
前記複数本の露光ビームを重畳して各露光ビームのビームスポット径よりも小さいスポット径の強度ピークを１又は複数有するビームプロファイルの合成露光ビームを形成し、
前記被写体に描画すべきパターンに対応して前記複数の露光ビーム相互間の位相差を設定することによって前記合成露光ビームのビームプロファイルの強度ピークの配置パターンを変えながらこの合成露光ビームで前記被照射体を走査して、パターンを露光するパターン露光方法。