JP2005128238A - マスクリピータ、パターン描画装置、及びグレースケール手法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の第一の目的は、スキャン型露光機を用いても均一な繋ぎ合わせ露光ができるマスクリピータを提供することである。
【解決手段】 従来のマスクリピータでは、スキャン型露光装置を利用すると、スキャン方向で繋ぎ合わせ露光が良好にできなかったが、本発明のマスクリピータ１００では、スキャン方向に長いストロークを有するマスクステージ１０１とＸＹステージ１０６を用いるため、スキャン方向で繋ぎ合わせ露光が不要になった。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体集積回路製造時の露光工程で用いられるマスクを製造するために用いられるマスク描画装置に適用するパターン描画方法、及びパターン描画装置に関する。また、本発明はマスクを用いずに回路パターンをウエハ上に直接描画するマスクレス露光装置にも適用できるパターン描画方法、及びパターン描画装置に関する。

一般に、半導体集積回路の製造時の露光工程では、回路パターンが描かれたマスク（レチクルと呼ばれることもある。）を用いてレジストが塗布されたウエハ上に回路パターンを描画させる（パターン露光と呼ばれる。）必要があり、そのための装置は露光装置あるいは露光機と呼ばれる。

一方、マスクを製造するには、マスクの基板となる石英ガラスなどの表面に、目的とする回路パターンに相当するパターン状に露光光を通過させるように遮光用のクロム膜などを付ける必要がある。このクロム膜はパターン露光によって形成され、そのパターン露光を行う装置はマスク描画装置と呼ばれる。マスク描画装置の手法には、電子ビームを用いた電子ビーム描画装置（以下、ＥＢ描画装置と示す。）が広く利用されている。

ただし、マスク描画装置には、ＥＢ描画装置の他に、紫外域のレーザ光（以下、紫外レーザ光と略す。）を用いてパターン描画（すなわちレジストが塗布されたマスク基板にパターン露光）する手法に基づくレーザビーム描画装置も製品化されている。その装置の従来例としては、微小なマイクロミラーを二次元配列状に多数並べたマイクロミラーデバイス（空間光変調器、あるいは、ＳＬＭと呼ばれる。）を用いて、これにパルス状の紫外レーザ光を照射し、各マイクロミラーごとに制御されたＳＬＭからの反射光をマスク基板に照射して露光するものである。このレーザビーム描画装置は、ＥＢ描画装置よりも描画速度が速い特徴があることが知られている。なお、これに関しては、例えば、Proceedings of SPIE, Vol.4186, 第１６〜２１頁（非特許文献１）、あるいは、USP6,428,940（特許文献１）において示されている。

ＳＬＭを用いた前記レーザビーム描画装置では、およそ１００万個（約５００×約２０００個）のマイクロミラーを有するＳＬＭが用いられる。また、各マイクロミラーは１６ミクロン前後の大きさであり、これを縮小投影光学系によって、マスク基板上に１／１６０〜１／２００の大きさに縮小投影させている。その結果、１つのマイクロミラーに対応するパターンは一辺１００〜８０ｎｍの正方形になる。また、光源としては波長２４８ｎｍで動作するＫｒＦエキシマレーザが用いられている。

ところが、前記従来のレーザビーム描画装置の第1の課題としては、解像度があまり高くないことである。すなわち、ＳＬＭ自体がマスクとなった露光装置と同等の構成であるが、そのマスクは一般にバイナリーマスクと呼ばれるように、基板に照射された光の有無によってパターン露光するため、描画できる最小線幅は露光波長の６０％程度の１４０ｎｍ程度が限界であった。

そこで、本発明者らは、マイクロミラーデバイスを用いたパターン描画装置によって、直接マスクを描画せずに、これより大きなサイズのマスク（マザーマスクと呼ぶ。）をパターン描画し、これを露光装置を用いて縮小投影することで、マスクにパターン描画する新しいマスク作成システムを発明した。

これに関しては、例えば、特願２００３−１８９６０、特願２００３−３３０１７、特願２００３−５６９５３などにおいて説明されている。本システム２００の構成は、図２に示したように、マイクロミラーデバイスを有する光パターン発生部２３０によってパターン描画するパターン描画装置２１０と、マザーマスク２０２を用いてマスク２２６にパターン転写する露光装置とで構成される。このマスク２２６を描画するための露光装置は一般にマスクリピータと呼ばれる。

本マスク作成システム２００によると、マザーマスク２０２に超解像マスクを用いることや、マスクリピータ２２０に、高い解像度が得られるＡｒＦ露光装置やＦ２露光装置をベースとして利用することができるため、マスク２２６上に１４０ｎｍより細い線幅のパターンを描画することが容易になる。

なお、マスクリピータに関しては、例えば、日経マイクロデバイス、２０００年５月号、第１４５〜１４８頁（非特許文献２）、あるいは、非特許文献１、第３４〜４５頁において示されている。これらによると、通常のマスクリピータでは、ウエハ上にパターン露光するための通常の露光装置（一般に、ステッパと呼ばれている。）をベースとして、おもにウエハステージを改造した構成（すなわち、ウエハを載せるウエハステージを、マスクが載せられるように改造する必要がある。）となっているため、縮小投影光学系としてのレンズもそのまま利用され、１／５の縮小倍率になっている。また、マザーマスクのサイズも、通常のマスクと同じになり、その描画エリアとしては、ステッパの場合、一辺約１１０ｍｍの正方形である。

また、前記非特許文献１及び２にも示されているが、マスクリピータにおいて必要な技術としては、複数のマザーマスクからの投影パターンにおいて隣り合うパターンが多少重なるようにパターン投影させる技術が用いられる。また、この重なる領域では、露光量が均一になるように、重ねる部分の露光量を斜めにする繋ぎ合せ露光と呼ばれる手法が用いられる。

また、本発明者らは、前記ＳＬＭとは異なり、マイクロミラーがデジタル的にＯＮ／ＯＦＦ動作のみを行うデジタルミラーデバイス（以下、ＤＭＤと示す。）を用いたパターン描画装置を用いることについても検討した。具体的に説明すると、図４に示したように、パターン描画装置２１０における光パターン発生部２３０は、ＤＭＤ２３１で反射したレーザ光Ｌ２１をマイクロレンズアレイ２３２を通して集光し、その集光位置にピンホール板２３３が配置された構成を備えている。更に、レンズ２３４ａとレンズ２３４ｂとで構成される縮小投影光学系２３５によって、ピンホール板２３３での光の像をマザーマスク２０２に投影する構造を備えている。ただし、ピンホール板２３３としては、実際に穴を有する板でなくてもよく、照射されたレーザ光を多数の細い光線に分割できるように、ガラス板上に多数の穴を設けた遮光膜が付けられたものであればよく、本発明では、これらを単にピンホール板と呼ぶ。以上のようなパターン描画装置２１０に関しては、例えば、USP 6,473,237（特許文献２）において示されている。

ところで、ＤＭＤ自体は米国テキサスインスツルメンツ社によって製品化されているが、その構造の一例が、USP 6,624,944（特許文献３）において示されている。それによると、図９に示したように、マイクロミラー３０２の傾き角度を規定するランディングパッド３２１ａ、３２１ｂには、ハロゲン系のグリスのような潤滑油３２２ａ、３２２ｂが塗られており、これによって、マイクロミラー３０２がランディングパッド３２１ａ、３２１ｂと強く付着して離れなくなるなどの回転不良が生じることを抑制している。なお、図９において、支柱３２０はマイクロミラー３０２を支えるためのものであり、ベース３１０はＤＭＤの基板である。

また、マスクを描画する場合、一般に、設計上の最小寸法は１から４ｎｍと小さく、これは最小グリッドと呼ばれる。そこで、１個のマイクロミラーが縮小投影されるパターン（投影スポット）より遥かに小さいパターン形状に現像後のレジストを形成する必要がある。これを実現するには、投影させるパターンに照射させる光量を変化させて、レジストへの露光量を微調整することで可能になる。このように露光量の調整（すなわち中間光量を与える手法）はグレースケールと呼ばれる。

本発明者らは、ＤＭＤのパターンを直接縮小投影するパターン描画装置に関して、特願２００３年第１４８３６２号において、新しいグレースケール手法（これをオーバーラップ転写によるグレースケール手法と呼ぶ。）を発明した。それによると、図１０及び図１１に示したように、光源としてパルスレーザ装置５０１を用いて、各パルスごとのＤＭＤ投影パターン５０７を部分的にオーバラップして転写しながら、基板５０５をスキャンする（ＸＹステージ５０６によって、基板５０５をＸ方向に移動する）ものである。例として、パルスレーザ装置５０１とＤＭＤ５０３が１０，０００Ｈｚで動作する場合、図１１の下に時系列で（時刻として０．１ｍｓごとに）示したように、ＤＭＤ投影パターン５０７は、５０７ａ、５０７ｂ、５０７ｃ、５０７ｄ、５０７ｅとＸ方向に３／４の割合がオーバーラップして転写されるため、各マイクロミラーが投影される各スポットは複数のパルスレーザ光の重なりとなるため、その多重度を調整することでグレースケールが実現できる。
Proceedings of SPIE, Vol.4186, 第１６〜２１頁、第３４〜４５頁 日経マイクロデバイス、２０００年５月号、第１４５〜１４８頁 USP6,428,940 USP 6,473,237 USP 6,624,944

本発明者らが発明した前記新しいマスク描画システムを非特許文献２に記載されたマスクリピータを適用した場合、種々の問題点があることが判明した。即ち、ベースとなる露光装置としてステッパよりも、高い解像度が得られるＡｒＦ露光装置やＦ２露光装置を利用しようとしたところ、これらの露光装置はスキャン型であるため、スキャン型露光機構を有するマスクリピータを実現する必要がある。ところが、繋ぎ合わせ露光に関して、スキャン方向に直交する方向（すなわち、ステップ方向）には、従来と同様の傾斜露光を利用できるが、スキャン方向に傾斜露光を実現する（すなわち、スキャンしていく横長のレーザ光照射領域におけるスキャン開始時の端の部分とスキャン終了時の端の部分を傾斜露光にする）ことが困難であった。

その結果、例えば、図２に示したマスク作成システム２００におけるマスクリピータ２２０では、マスク２２６をパターン描画するために、マザーマスク２０２を最大で１６回（Ｘ方向に４回、Ｙ方向に４回）転写露光する必要がある。その際に、ステップ方向（Ｙ方向）に関しては、レーザ光照射領域２２４のようにステップ方向の両端を斜めにカットした形状にすることで、マスク２２６上において傾斜露光を実現しやすい。これに対して、スキャン方向（Ｘ方向）に関しては、傾斜露光を行うことが困難であり、繋ぎ合せ露光が均一（すなわち、繋ぎ合せ露光の部分の露光量を一定）にできないことがあった。

なお、一般のスキャン型露光装置における最大露光領域は、２６ｍｍ（ステップ方向）×３３ｍｍ（スキャン方向）であることが知られており、この場合のマスクの描画エリアのサイズは、１０４ｍｍ（ステップ方向）×１３２ｍｍ（スキャン方向）である。したがって、マスクの４倍のサイズのマザーマスクの描画エリアが、１０４ｍｍ（ステップ方向）×１３２ｍｍ（スキャン方向）の場合、繋ぎ合わせ露光無しに描画できるマスクのスキャン方向（Ｘ方向）の長さは３３ｍｍとなることから、これを用いて製造される半導体の長手方向は８．２５ｍｍ（１３２ｍｍの１／１６）以下である。すなわち、半導体のチップサイズが長手方向に８．２５ｍｍより長い場合は、スキャン方向において繋ぎ合せ露光が不可欠であった。

また、他の課題として、ＤＭＤを用いたパターン描画装置において、高い解像度を得るために、光源に紫外光、特に紫外で動作するレーザ装置を用いると、次第にＤＭＤが動作不良を生じることがあった。

また、ＤＭＤとマイクロレンズアレイとピンホール板を用いた前記パターン描画装置においては、高い集光率を有するマイクロレンズアレイを利用することが困難であり、パターン描画装置２１０では、マイクロレンズアレイ２３２の集光率は１／３程度と低かった。その結果、図４に示したＤＭＤ投影パターン２３６を形成するスポットの径が１ミクロン前後と大きくなり、０．３ミクロン以下の微細なパターンを描画できないことであった。

また、前述したオーバーラップ転写によるグレースケール手法では、図１１に示したように、ＤＭＤ投影パターン５０７は、基板５０５上でＸ方向に投影されるため、基板５０５のＸ方向に細長いライン状に投影した後は、Ｙ方向にステップして、隣のラインを露光することになる。ところが、隣り合うラインが僅かに重なったり離れたりすることがあり、その結果、露光量に急激な変化（異常露光）が生じることがあり、現像後にレジストパターンに異常が生じることがあった。

本発明の第一の目的は、スキャン型露光機を用いても均一な繋ぎ合わせ露光ができるマスクリピータを提供することである。

また、第二の目的は、波長０．３ミクロン以下の紫外光を用いても長期間正常に動作できるＤＭＤを用いたパターン描画装置を提供することである。

また、第三の目的は、ＤＭＤとマイクロレンズアレイを用いたパターン描画装置において、マイクロレンズアレイの集光率を上げなくとも微細なパターンが描画できるパターン描画装置を提供することである。

また、第四の目的は、ＤＭＤのパターンを直接縮小投影するパターン描画装置を用いて、前述したグレースケールを適用する際に、基板を移動させるＸＹステージに対して、特に高い位置精度を必要としないパターン描画手法を提供することである。

前記第一の目的を達成するために、マスクリピータとして、スキャン型露光機構を有し、前記スキャン型露光機構におけるマザーマスク用マスクステージのスキャン方向に１３２ｍｍより長いストロークを備えたものである。これによると、製造する半導体のチップサイズにおける長手方向が８．２５ｍｍよりも長くなっても、その長さの１６倍のストロークを備えることで、スキャン方向に繋ぎ合せ露光を行わずに、マスクをパターン描画できる。

なお、マザーマスクの描画エリアのスキャン方向の長さとしては、繋ぎ合せ露光が不要となる５２８ｍｍと長くしてもよい。しかも、その場合でも、マザーマスクのサイズとして、スキャン方向と直交する方向（すなわちステップ方向）は大きくしないことで、マスクリピータの縮小投影光学系のレンズ口径を大きくする必要がなく、ステージにおけるスキャン方向のストロークを長くするだけの改造で済む。

しかも、マザーマスクの描画エリアとして、スキャン方向に従来の１３２ｍｍより遥かに長くなっても、ステップ方向には長くしないことで、マザーマスクが従来より撓むことはない。その理由としては、マザーマスクはマスクステージ上に載せられているため、スキャン方向にいくら長くなっても、ステップ方向の両端の全長がステージの枠に支えられているからである。

また、前記第二の目的を達成するために、ＤＭＤに、マイクロミラーに接する気体を移動させる循環系が取り付けられ、かつ前記循環系内に潤滑油を含むタンクをつなげたものである。これによると、ＤＭＤにおける隣接するマイクロミラーのギャップから紫外光が内部に入射して、ランディングパッドの表面に付けられた潤滑油が紫外光に照射されて、潤滑油が分解して消耗することがあったとしても、潤滑油を含むタンクから蒸気となって、ＤＭＤ内部に供給できるため、ランディングパッドの表面に新しい潤滑油が再び付着することになる。したがって、ランディングパッドの表面には潤滑油が無くなることがなく、マイクロミラーの回転不良は生じない。なお、潤滑油を含むタンクは周囲から多少加熱することが好ましく、これによると、潤滑油の蒸気を速やかにンディングパッドの表面に移動させることができる。

また、潤滑油の材料としては、特にフッ素系ポリマーを利用するのが好ましい。フッ素系ポリマーは紫外域での透過率が高いため、その蒸気がＤＭＤ内部に満たされても、紫外光が減衰しにくいからである。

また、前記第三の目的を達成するために、ＤＭＤとマイクロレンズアレイとピンホール板を用いたパターン描画装置において、ピンホール板を強制冷却できる構造を備えたものである。これによると、マイクロレンズアレイによって集光されるレーザ光のスポット径が多少大きくなっても、ピンホール板に十分小さな穴を空けておけば、微細な描画スポットを形成できる。その場合、ピンホール板の穴から通過できず、ピンホール板を加熱するレーザ光の光量が増えてしまうが、ピンホール板を強制冷却させることで、ピンホール板が過度に温度上昇することを抑制できる。その結果、ピンホール板が大きく熱膨張することを防げるため、ピンホール位置の変化による基板上の描画スポット位置の変動が抑制される。

なお、ピンホール板に小さな穴を正確に空けるためには、電子ビーム露光装置を利用することが好ましい。電子ビーム露光装置では、基板に照射される電子ビームを偏向器によって、高い精度で微偏向できるため、高い位置精度で穴空け加工が可能である。

また、ピンホール板の基板の材質としては、紫外域で透過率が高く、しかも熱膨張率が小さい石英ガラス板を用いることが好ましい。

また、前記第四の目的を達成するために、１回のパルス状レーザ光によって基板上に投影されるＤＭＤの投影パターンを、前記基板における直交する２つの移動方向の両方に関して、オーバーラップ転写させたものである。これによると、投影パターンのスキャン方向と、ステップ方向の両方に関して、多重に重ねて露光することから、ＸＹ両方向に関してＤＭＤ投影位置の誤差（すなわち投影位置の目標値からのばらつき）を平均化できる。これによると、隣接するライン間での露光量の異常を抑制でき、基板全面において要求される階調数のグレースケールを有する均一な露光が行える。したがって、現像後のレジストパターンが設計通りになる。

本発明のマスクリピータでは、解像度が高いスキャン型露光機構を利用でき、しかもスキャン方向の繋ぎ合せ露光を不要にできるため、異常露光が生じることがない。

また、ＤＭＤを用いた本発明のパターン描画装置では、ＤＭＤに波長０．３ミクロン以下の紫外光を照射しても、マイクロミラーの回転不良が生じにくくなり、長期間に亘って正常に動作できる。

また、ＤＭＤ、マイクロレンズアレイ、及びピンホール板を用いた本発明のパターン描画装置では、投影パターンを小さくすることなく、基板に十分小さなスポットを投影させてパターン描画でき、しかも長時間に亘ってスポット位置がずれることが無いため、高い精度でパターン描画が長時間行える。これにより、特に長い描画時間が必要な次世代マスクの描画も正確に行える。

また、本発明のグレースケール手法によると、ＸとＹの両方で繋ぎ合わせ露光が不要となり、全面に渡って要求される階調数のグレースケールを正確に実現することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

本発明の第１の実施例を図１を用いて説明する。図１は本発明のマスクリピータ１００の構成図であり、スキャン型露光機構を有する構造になっている。ただし、露光光源であるレーザ装置やレーザ光のビーム整形器などは省略されている。露光するためのレーザ光は、断面が台形状に整形されてから、マスクステージ１０１に載せられたマザーマスク１０２における斜線で示された描画エリア内のレーザ光照射領域１０３を照射する。マザーマスク１０２におけるレーザ光照射領域１０３内のパターンは、縮小投影光学系１０４によって、１／４に縮小され、ＸＹステージ１０６に載せられたマスク１０５上に投影される。マザーマスク１０２はマスクステージ１０１内でＸ方向（スキャン方向）に往復移動する。一方、マスク１０５はＸＹステージ１０６内でＸ方向に、マザーマスク１０２とは反対方向に往復移動する。

本実施例では、マザーマスク１０２内の描画エリアの大きさは、長さ（Ｘ方向）が５２８ｍｍ、幅（Ｙ方向）が１０４ｍｍとＸ方向に細長い領域になっている。すなわち、本実施例では、製造する半導体のチップサイズとして、長手方向に３３ｍｍと最大のものまで対応している。したがって、マスクステージ１０１におけるスキャンのストロークは５２８ｍｍを確保するために、約５３０ｍｍになっている。そこで、この描画エリアが縮小投影光学系１０４によって１／４に縮小投影されることで、マスク１０５におけるパターン投影部１０７が形成される。パターン投影部１０７のサイズは、スキャン方向（長さ）が１３２ｍｍ、ステップ方向（幅）が２６ｍｍになる。したがって、パターン投影部１０７が４回、Ｙ方向にステップするだけで、マスク１０５の描画エリアの全面にパターン描画できる。

また、マスク１０５において必要な繋ぎ合せ露光は、ステップ方向（Ｙ方向）の繋ぎ合せ部だけであるため、レーザ光照射領域１０３を台形状にすることで傾斜露光が実現でき、図３に示したように、パターン投影部１０７では均一な露光量にすることが容易である。スキャン方向に関しては、繋ぎ合せ露光が不要になったことから、異常露光が生じることがない。

ところで、本実施例のように、マザーマスク１０２として、スキャン方向のみに長い形状とした理由は以下である。すなわち、もしもマザーマスクがＸ方向とＹ方向の両方でマスク１０５の４倍、すなわち面積が１６倍のものを用いると、縮小投影光学系１０４を４倍大きなレンズで作り直す必要があるだけでなく、マザーマスクが大面積になるため、自重で撓む量が無視できない程大きくなってしまうからである。これに対して、本実施例のマザーマスク１０２では、Ｙ方向の幅が通常のマスクと同じ（描画エリアが）１０４ｍｍであるため、縮小投影光学系１０４に通常の露光装置のレンズを利用できるだけでなく、マザーマスク１０２のＹ方向の両端がマスクステージ１０１に載せられていることから、大きく撓む可能性がある長手方向（Ｘ方向）に撓むことはない。したがって、撓みによるパターン投影部１０７の焦点ボケが生じることもない。

次に、本発明のパターン描画装置について説明する。本発明のパターン描画装置は、本発明者らが以前に発明した図２に示したマスク作成システム２００で利用する装置であり、外見上はパターン描画装置２１０と同等であるため、パターン描画装置２１０として、詳細構成を図４を用いて説明する。本発明のパターン描画装置２１０における光パターン発生部２３０は、図示していない紫外レーザ装置から供給されるレーザ光がＤＭＤ２３１に当たり、反射したレーザ光Ｌ２１がマイクロレンズアレイ２３２を通ることで、狭まりながら進み、ピンホール板２３３において集光される。ピンホール板２３３は石英ガラスに金属膜が付けられたものであり、その金属膜は直径１ミクロン程度の微細な穴を多数有する。この微細な穴は、ＤＭＤ２３１の各マイクロミラーに対応している。なお、ＤＭＤ２３１における各マイクロミラーのサイズは約１４ミクロンになっている。

従来のパターン描画装置で用いられた光源には、波長４０５ｎｍの半導体レーザなどであったが、本発明のパターン描画装置２１０で用いられる光源は、波長２６６ｎｍのＹＡＧレーザの第４高調波で連続発振する紫外レーザ装置を用いた。したがって、光パターン発生部２３０として、従来と同等の構造を用いると、次第にＤＭＤ２３１が動作不良を引き起こすようになってしまう。

そこで、本発明では、図５に示したように、ＤＭＤ２３１を紫外対応ＤＭＤ駆動機構３００内に組み込んで用いている。紫外対応ＤＭＤ駆動機構３００では、ＤＭＤ２３１を循環系３０４内に配置し、ＤＭＤ２３１内のマイクロミラー３０２に接する気体が、循環系３０４内で、ファン３０５によって循環するようになっている。この循環系３０４には清浄化フィルタ３０６が備えられており、ここでは紫外光の照射によって分解したランディングパッド（図９における３２１ａ、３２１ｂ）上の潤滑油（図６における３２２ａ、３２２ｂ）の分子を捕獲する。なお、循環系３０４内に満たす気体としては、紫外光の照射でもほとんど分解することがないＨｅやＡｒなどの希ガスが好ましい。

また、循環系３０４には、潤滑油蒸気供給タンク３０７からのポートが取り付けられており、循環系３０４内に潤滑油の蒸気を供給している。潤滑油蒸気供給タンク３０７内には、ランディングパッド上の潤滑油と同様な成分であるフッ素系ポリマーが満たされている。この潤滑油蒸気供給タンク３０７は摂氏５０度程度に加熱されており、これによって、分解して消耗するランディングパッド上の潤滑油が減らない程度の量の潤滑油蒸気が発生している。潤滑油蒸気供給タンク３０７内にフッ素系ポリマーを満たしている理由としては、フッ素系ポリマーは、紫外域で高い透過率を有するため、ＤＭＤ２３１におけるマイクロミラー３０２とウインド３０３との間に、その蒸気が満たされても、入射する紫外のレーザ光をほとんど減衰させないからである。なお、前記フッ素系ポリマーとしては、例えば、ダイキン工業株式会社製のデムナムと呼ばれるフッ素系潤滑油などが好ましい。

なお、図５に示したように、循環系３０４内に満たされた希ガスは図の矢印の方向に流れるようになっている。その理由としては、ＤＭＤ２３１内で発生する潤滑油の分解物は直ぐに清浄化フィルタ３０６で除去され、また、潤滑油蒸気供給タンク３０７から供給される潤滑油の蒸気が直ぐにＤＭＤ２３１内に満たすことができるからである。

次に、図５に示した紫外対応ＤＭＤ駆動機構３００の代案を図６に示す。図６は紫外対応ＤＭＤ駆動機構３５０の構成図である。紫外対応ＤＭＤ駆動機構３５０では、図５に示した紫外対応ＤＭＤ駆動機構３００で用いたファン３０５は用いていない。しかし、ＤＭＤ２３１に潤滑油蒸気供給タンク３０７と劣化潤滑油回収タンク３５１とを互いに反対側につなげることで、潤滑油の蒸気が矢印のように移動する。その理由としては、潤滑油蒸気供給タンク３０７は摂氏約５０度に加熱されており、一方、劣化潤滑油回収タンク３５１は摂氏約１０度に冷却されている。その結果、蒸気が自然に移動するからである。以上のように、紫外対応ＤＭＤ駆動機構３５０の構成図は、図５に示した紫外対応ＤＭＤ駆動機構３００に比べて構造が簡略化された。

次に、図４で示された本発明のパターン描画装置２１０の描画性能の向上に関する本発明の構成を図７を用いて説明する。パターン描画装置２１０の光パターン発生部２３０で用いられているピンホール板２３３には、直径約１ミクロンの穴が空いた金属膜が石英ガラス上に付けられている。一方、マイクロレンズアレイ２３２の縮小倍率は約１／４であるため、ピンホール板２３３においては、直径約３．５ミクロンのスポットとなる。従来の装置では、ピンホール板２３３の穴径を３．５ミクロンとして、レーザ光を無駄なく取り出していた。ところが、縮小投影光学系２３５の縮小倍率が１／５程度であったため、ＤＭＤ投影パターン２３６を形成する各スポットの直径は約０．７ミクロンであった。なお、縮小投影光学系２３５の縮小倍率を上げると、マザーマスク２０２上でのスポット径を小さくすることができるが、ＤＭＤ投影パターン２３６自体が小さくなるため、結果として描画時間が長くなってしまう問題もあった。

これに対して、本発明では、ピンホール板２３３における穴径が約１ミクロンであるため、ＤＭＤ投影パターン２３６を形成する各スポットの直径は約０．２ミクロンになり、ＤＭＤ投影パターン２３６自体を小さくせずに、従来よりも微細なパターンが形成できる。ところが、マイクロレンズアレイ２３２で集光されるスポット径が約３．５ミクロンであるため、ピンホール板２３３における約１ミクロンの穴から出射できるレーザ光の光量の割合は約８％程度であり、約９２％ものレーザ光がピンホール板２３３の加熱に利用されてしまう。そこで、本実施例では、ピンホール板２３３におけるピンホールの並びの両側にペルチェ素子３３０ａ、３３０ｂを取り付け、これによって露光中はピンホール板２３３を強制冷却している。なお、ペルチェ素子３３０ａ、３３０ｂが取り付けられている面は、ピンホール板２３３において前記金属膜が付けられた面である。金属膜は熱伝導度が大きいため、ペルチェ素子３３０ａ、３３０ｂによって、ピンホール板２３３全体を冷却する効果が高まるからである。

以上のように本発明のパターン描画装置２１０では、露光中にピンホール板２３３を冷却することができるため、ピンホール板２３３が大きく温度上昇することがないことから、ピンホール板２３３が大きく熱膨張することがない。したがって、露光中に、各ピンホールの相対位置が大きくずれることもなく、ＤＭＤ投影パターン２３６が、マザーマスク２０２における設計通りの位置に正確に投影される。

上記したように、本発明に係るパターン描画装置２１０では、特に、マイクロレンズアレイ２３２の縮小倍率を上げなくても、１ミクロン程度の充分微小な穴を有するピンポール板２３３を利用することができるから、ＤＭＤ２３１のパターンにおけるスポット径を０.２ミクロン程度に小さくできる場合でも、縮小投影光学系２３５には、縮小倍率が１／４から１／５程度の低い倍率が利用できるようになった。

この構成によれば、縮小投影光学系２３５に通常のｉ線露光装置における縮小投影光学系や、ＫｒＦ露光装置における縮小投影光学系を利用できる。これらの露光装置は、露光装置メーカによって量産されているため、縮小投影光学系を低コストで入手でき、パターン描画装置２１０を低コストで製作できる。尚、ｉ線露光装置における縮小投影光学系の縮小倍率は１／５であり、ＫｒＦ露光装置における縮小投影光学系の縮小倍率は１／４であることは広く知られている。但し、これらの縮小投影光学系の縮小倍率は正確に１／４、或いは、１／５ではなく、一般にそれぞれ１／３.５〜１／４.５の間、及び、１／４.５〜１／５.５の間で調整できる。したがって、本発明では、特に、露光装置用の縮小投影光学系を利用することによって装置の低コスト化を図ることができる。

次に、本実施例のピンホール板２３３の製作手法を図８を用いて説明する。本実施例のピンホール板２３３は、基板である石英ガラスの上に金属膜を付けたものであり、金属膜としては、熱伝導度が高い銅、アルミ、金などが適する。特に、銅はメッキすることで付けることもできるため、安価に製造できる特徴があるため最も好ましい。

この金属膜に穴を空けるには、電子ビーム露光装置４００を用いるのが好ましい。電子ビーム露光装置４００では、電子銃４０１から放出される加速電子４１０は電子レンズ４０２ａによって多少絞られながら進み、丸い穴が空いているアパーチャ４０３に当たる。アパーチャ４０３の穴を通過する電子は、電子レンズ４０２ｂによって、レジスト４０４が塗布されたピンホール板２３３（ただしこの時点ではピンホールが空いていないため、金属膜が付いた石英ガラスである。）上に縮小投影され、レジスト４０４が穴状に露光される。全ての穴に対する露光の終了後、レジスト４０４が塗布されたピンホール板２３３は現像され、さらにウエットエッチングされることで、金属膜に微細な穴が多数形成できる。

以上のように、金属膜に穴を形成するために電子ビーム露光装置４００を利用する理由としては、電子ビームは電子レンズ４０２ｂによって瞬時に数ｎｍの僅かな距離を補正できるため、基板上に数ｎｍ以下の高い位置精度でスポット露光することができるからである。

次に、ＤＭＤのパターンを直接縮小投影するパターン描画装置における本発明の描画手法を図１０と図１２を用いて説明する。図１２は、パルスレーザ装置５０１とＤＭＤ５０３を１０，０００Ｈｚで動作させた場合のＤＭＤ投影パターン５０７の基板５０５内での投影位置を時系列で（ａ）〜（ｌ）まで示した説明図であり、判り易いように、投影されるマイクロミラーの数が少なく描いてある。基板５０５内に投影されるＤＭＤ投影パターン５０７を斜線で示してある。図から判るように、０．１ｍｓごとにＸ方向に投影されるＤＭＤ投影パターン５０７は基板５０５のスキャンによって、Ｘ方向に部分的にオーバーラップしながら投影される。一方、ＸＹステージ５０６におけるＹ方向のステップにより、Ｙ方向にも部分的にオーバーラップ転写させながら投影される。例えば、（ａ）と（ｅ）と（ｉ）とがＹ方向でオーバーラップ転写することになる。本発明では、このようにＤＭＤ投影パターン５０７をＸとＹの２方向にオーバーラップ転写させることで、グレースケールを実現したものである。その結果、スキャンとステップの両方の位置の誤差が平均化されるようになり、ステップ方向の繋ぎ合わせ露光が不要となり、異常露光が生じることはない。

次に本発明の他の実施例を図１３を用いて説明する。図１３は本発明のパターン描画装置６００の構成図である。パターン描画装置６００は、ＤＭＤの各マイクロミラーからのレーザ光をマイクロレンズアレイでピンホール板上に集光し、ピンホール板の穴から通過する多数の光線を縮小投影光学系で基板上にパターン転写する構成を備えている点では、図４に示したパターン描画装置２１０と同様である。但し、本実施例は描画速度を向上するために、２個のＤＭＤを用いている点で、図４のパターン描画装置と相違している。

即ち、図示されていない紫外レーザ装置からのレーザ光がＤＭＤ６０１ａ、６０１ｂに入射すると、描画に利用されるものは、マイクロミラー６０２ａ、６０２ｂから、それぞれレーザ光Ｌ６０１ａ、Ｌ６０１ｂのように進み、マイクロレンズアレイ６０３ａ、６０３ｂに入射して、レーザ光Ｌ６０２ａ、Ｌ６０２ｂのように絞られながら進む。レーザ光Ｌ６０２ａ、Ｌ６０２ｂは１枚のピンホール板６０４に照射され、その穴から出射するレーザ光Ｌ６０３ａ、Ｌ６０３ｂは、１本の大口径の縮小投影光学系６０５に入射し、レーザ光Ｌ６０４のように基板に照射することで、ピンホール板６０４の位置でのパターンが基板６０６上に投影される。

本実施例の特徴は、２個のＤＭＤ６０１ａ、６０１ｂを用いていても、ピンホール板６０４を１枚にしたことである。これによって、２個のＤＭＤ６０１ａ、６０１ｂ間の相対距離や、２個のマイクロレンズアレイ６０３ａ、６０３ｂ間の相対距離が熱膨張などによって数ミクロン程度ずれても、基板６０６上に投影されるパターンである多数のスポットの位置は変動することがない。また、本実施例では２個のＤＭＤを用いる場合を示したが、さらに多数のＤＭＤを用いる場合でも、１枚のピンホール板で構成することが望ましい。

本発明のマスクリピータ１００の構成図である。 マスク作成システム２００の構成図である。 マスク１０５上での繋ぎ合わせ露光の説明図である。 本発明のパターン描画装置２１０の構成図である。 本発明の紫外対応ＤＭＤ駆動機構３００の構成図である。 本発明の紫外対応ＤＭＤ駆動機構３５０の構成図である。 ピンホール板２３３の構成図である。 ピンホール板２３３製作手法の説明図である。 ＤＭＤの構造の断面図である。 パターン描画装置５００の構成図である。 オーバーラップ転写によるグレースケールの説明図である。 本発明におけるグレースケールの説明図である。 本発明の他の実施例に係るパターン描画装置６００を示す構成図である。

符号の説明

１００ マスクリピータ
１０１ マスクステージ
１０２、２０２ マザーマスク
１０３ レーザ光照射領域
１０４、２２５、２３５、５０４ 縮小投影光学系
１０５、２２６ マスク
１０６、２０３、２２７、５０６ ＸＹステージ
１０７ パターン投影部
２００ マスク作成システム
２１０、５００ パターン描画装置
２２０ マスクリピータ
２２３ マスクステージ
２２８ パターン投影部
２３０ 光パターン発生部
２３１、５０３ ＤＭＤ
２３２ マイクロレンズアレイ
２３３ ピンホール板
２３４ａ、２３４ｂ レンズ
２３６、５０７ ＤＭＤ投影パターン
３００、３５０ 紫外対応ＤＭＤ駆動機構
３０２ マイクロミラー
３０３ ウインド
３０４ 循環系
３０５ ファン
３０６ 清浄化フィルタ
３０７ 潤滑油蒸気供給タンク
３２１ａ、３２１ｂ ランディングパッド
３２２ａ、３２２ｂ 潤滑油
３１０ ベース
３２０ 支柱
３３０ａ、３３０ｂ ペルチェ素子
３５１ 劣化潤滑油回収タンク
４００ 電子ビーム露光装置
４０１ 電子銃
４０２ａ、４０２ｂ 電子レンズ
４０３ アパーチャ
４０４ レジスト
４１０ 加速電子
５０１ パルスレーザ装置
５０２ ミラー
５０５ 基板
Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ５１、Ｌ５２ レーザ光

Claims (10)

1. マスクを描画するために、前記マスクよりも大きなマザーマスクにパターン描画してから、前記マザーマスクを縮小投影することで、マスクを描画するパターン描画装置において、マザーマスク用ステージとして設けられたスキャン方向に長いストロークを有するスキャン型露光機構、露光装置用縮小投影光学系、微小ミラー用潤滑油の循環系、ピンホール板の冷却機構、及び、互いに直交する２つの方向にオーバーラップさせながらパターンの描画を行う機構の少なくとも一つを備えていることを特徴とするパターン描画装置。
2. マスクを描画するために、前記マスクよりも大きなマザーマスクにパターン描画してから、前記マザーマスクを縮小投影することで、マスクを描画するマスクリピータにおいて、前記マスクリピータとして、スキャン型露光機構を有し、前記スキャン型露光機構におけるマザーマスク用マスクステージは、スキャン方向に対して、繋ぎ合せ露光を不要とする長さのストロークを有することを特徴とするマスクリピータ。
3. 請求項２において、前記スキャン方向のストロークは１３２ｍｍより長いことを特徴とするマスクリピータ。
4. スキャン方向及び当該スキャン方向と直交するステップ方向とを有し、縮小露光することによってマスクを形成するのに使用されるマザーマスクにおいて、前記スキャン方向の長さが繋ぎ合せ露光を不要にするような長さを有することを特徴とするマザーマスク。
5. レーザ光発生部と二次元配列状の微小ミラーを含むパターン描画装置において、前記二次元配列状の微小ミラーに、該ミラーに接する気体を移動させる循環系が取り付けられ、かつ前記循環系内に潤滑油を含むタンクをつなげることを特徴とするパターン描画装置。
6. 前記潤滑剤がフッ素系ポリマーであることを特徴とする請求項５記載のパターン描画装置。
7. レーザ光発生部、二次元配列状の微小ミラー、マイクロレンズアレイ、及び照射されたレーザ光を多数の細い光線に分割できるピンホール板を含むパターン描画装置において、前記ピンホール板を強制冷却できる構造を備えたことを特徴とするパターン描画装置。
8. 照射されたレーザ光を多数の細い光線に分割できるピンホール板の作成法として、石英ガラスの表面に金属膜を付け、前記金属膜の上に塗布されたレジストに電子ビーム露光装置を用いてホール状に露光させることで、前記金属膜にホール状の穴を形成することを特徴として製造されたパターン描画装置用ピンホール板。
9. パルス状レーザ光発生部と二次元配列状の微小ミラーを含み、かつ前記微小ミラーを基板上に縮小投影させるパターン描画を行う方法において、１回のパルス状レーザ光によって前記基板上に投影される前記二次元配列状の微小ミラーの投影パターンを、前記基板における直交する２つの移動方向の両方にオーバーラップさせながらパターン転写することを特徴とするグレースケール手法。
10. 二次元的に配列された微小ミラー、マイクロレンズアレイ、及び、縮小投影光学系を含むパターン描画装置において、前記縮小投影光学系に、露光装置用の縮小投影光学系を用いたことを特徴とするパターン描画装置。
    
    

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