JP2006330386A - パターン転写装置、転写方法及び基板 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は基板にマスクのパターンを繰り返して転写する場合に、高いスループットを得ることができるパターン転写装置を提供することにある。
【解決手段】基板が載置されＸ、Ｙ駆動源１５，１６によって駆動されるテーブル１４と、光源２から出射された照明光をマスク７に入射させる第１のスキャニングミラー４と、第１のスキャニングミラーを回転させて照明光をマスクに走査させる第１のガルバノメータ５と、マスクから出射した照明光が入射する第２のスキャニングミラー１１と、第２のスキャニングミラーを回転させてマスクから出射した照明光を基板に照射させる第２のガルバノメータ１２と、Ｘ、Ｙ駆動源を制御してテーブルを所定方向に一定速度で駆動するとともに、第１、第２のガルバノメータを制御して第１のスキャニングミラーと第２のスキャニングミラーとを、マスクのパターンが基板の所定方向に沿って一定間隔で転写されるよう、テーブルの動きに同期させて回転する制御装置とを具備する。
【選択図】 図１

Description

この発明は基板に回路パターンなどのパターンを転写するためのパターン転写装置、転写方法及びパターンが転写される基板に関する。

ＣＰＵやＤＲＡＭなどの集積回路をはじめとする半導体デバイスや液晶デバイスを製造する場合、マスクに形成されたパターンを、投影光学系を介してレジストが塗布された半導体ウエハ又はガラス基板などの基板に転写する転写装置としての投影露光装置が広く使用されている。

投影露光装置としてはステップ・アンド・リピート方式、いわゆるステッパと呼ばれる装置が主流であり、また最近ではデバイスの高集積化、微細化からの要求や液晶デバイスに代表されるディスプレイの大型化に伴い、大面積で高精度の露光が可能なステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置が使用されることが多くなってきている。
特許文献１にはそのような走査型露光装置が示されている。
特開平７−３３５１６号公報

上述したように、近年、液晶デバイスに代表されるフラットパネルディスプレイでは急速な大型化が進んでいる。従来の代表的なパターン転写装置であるステッパは、各ステップで露光できる面積が限られている。そのため、ステップ・アンド・リピートを繰り返す必要があり、その結果、大型のフラットディスプレイパネルでは高いスループットを得ることができないという欠点がある。

一方、走査型露光装置は、マスク上を線状に成形した照明光でスキャンするため、光源サイズを大きくすることが可能となり、大型のマスクを適用することによりスループットを高めることが可能となる。しかしながら、大型で高精度のマスクは、非常に高価で、製作にもかなりの時間を要するということがある。とくに、少量多品種生産の場合、大型で高精度のマスクを使用すると、コストが大幅に上昇するという欠点がある。

そこで、コストの大幅な上昇を避けるために、大型のマスクを使用せずにマスクサイズを小さくし、ステップ数を多くしても、大型の基板を載せたテーブルの駆動と停止を多数回繰り返し動作させてパターンを転写する、ステップ・アンド・リピートを繰り返す必要が生じる。

しかしながら、基板が大型であればテーブルも大型化する。そのため、ステップ・アンド・リピートを繰り返すと、ステージの加速や減速に時間が掛かるため、高いスループットを得ることができないということがあったり、加減速によってテーブルに大きな力が頻繁に加わるため、テーブルの寿命が短くなるなどのことがある。

この発明はマスクサイズを小さくしも、テーブルの駆動と停止を繰り返さずに、マスクのパターンを基板に高スループットで転写することができるようにしたパターン転写装置、転写方法及びパターンが転写される基板を提供することにある。

この発明は、マスクに形成されたパターンを基板に転写するパターン転写装置であって、
上記基板が載置され第１の駆動手段によって駆動されるテーブルと、
転写用の照明光を出射する光源と、
上記光源から出射された照明光を上記マスクに入射させる第１のスキャニングミラーと、
この第１のスキャニングミラーを回転させて上記照明光を上記マスクに走査させる第２の駆動手段と、
上記マスクから出射した照明光が入射する第２のスキャニングミラーと、
この第２のスキャニングミラーを回転させて上記マスクから出射した照明光を上記基板に照射させる第３の駆動手段と、
上記第１の駆動手段を制御して上記テーブルを所定方向に一定速度で駆動するとともに、上記第２、第３の駆動手段を制御して上記第１のスキャニングミラーと上記第２のスキャニングミラーとを、上記マスクのパターンが上記基板の上記所定方向に沿って一定間隔で転写されるよう、上記テーブルの動きに同期させて回転する制御手段と
を具備したことを特徴とするパターン転写装置にある。

上記制御手段は、上記テーブルを上記所定方向に対して往復動させるとともに、往動時に上記マスクのパターンを上記基板に上記一定間隔で転写させ、復動時には往動時に一定間隔で転写されたパターン間に上記マスクのパターンが転写されるよう上記テーブルの動きに上記第１、第２のスキャニングミラーの回転を同期させることが好ましい。

上記制御手段は、上記第２のスキャニングミラーを回転させて上記マスクのパターンを上記基板に転写させたならば、この第２のスキャニングミラーを元の回転位置に戻すとともに、その間に上記テーブルを上記基板に転写される上記マスクのパターンの１ピッチ分だけ駆動することが好ましい。

この発明は、マスクに形成されたパターンを基板に転写するパターン転写方法であって、
上記基板を所定方向に一定速度で駆動する工程と、
上記マスクに照明光を走査する工程と、
上記マスクを透過した照明光を上記基板に走査して上記マスクのパターンを上記基板に転写する工程と、
上記パターンを上記基板に転写するときに、上記基板の駆動速度に上記マスクに対する照明光の走査速度と上記基板に対する上記パターンの転写速度を同期させ、上記基板に上記パターンを一定間隔で転写する工程と
を具備したことを特徴とするパターンの転写方法にある。

上記基板を往復動させ、往動時には上記マスクのパターンを上記基板に一定間隔で転写し、復動時には往動時に転写されたパターン間に上記マスクのパターンを転写することが好ましい。

この発明によれば、一定速度で駆動されるテーブルの動きに、第１のスキャニングミラーと第２のスキャニングミラーとを同期させて回転するため、上記テーブルの駆動と停止を繰り返すことなく、マスクのパターンを繰り返して基板に転写することが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１はフラットディスプレイパネルに用いられるガラス製の基板Ｗにパターンを転写するパターン転写装置の転写光学系１を示す。この転写光学系１は転写用の照明光としてのレーザ光Ｌを出力する光源２を有する。光源２としてはＹＡＧレーザなどの固体レーザ装置、半導体レーザ装置、炭酸ガスレーザなどのガスレーザ装置が用いられる。

上記光源２から出力されたレーザ光Ｌはビーム整形光学系３に入射する。このビーム成形光学系３は上記光源２から円形若しくは矩形状で出力されたレーザ光Ｌの断面形状を、所定方向に沿って細長い直線状の断面形状に整形して出力するようになっている。

上記ビーム整形光学系３から出射する断面形状が直線状のレーザ光Ｌは第１のスキャニングミラー４に入射する。この第１のスキャニングミラー４は第２の駆動手段としての第１のガルバノメータ５によって図１に矢印で示すように回転駆動されるようになっていて、上記レーザ光Ｌは直線方向が第１のスキャニングミラー４の回転軸線と平行になるよう、上記ビーム整形光学系３から出射する。

上記第１のスキャニングミラー４で反射したレーザ光Ｌは第１のレンズ６を通ってマスク７に入射する。つまり、レーザ光Ｌは直線方向をマスク７の幅方向に沿わせてこのマスク７に入射し、上記第１のスキャニングミラー４が回転することでマスク７を上下方向に走査する。

上記マスク７のパターンＰを透過したレーザ光Ｌは第２のレンズ８を通って第２のスキャニングミラー１１に入射する。上記第１のレンズ６と第２のレンズ８とでｆθレンズを構成している。

上記第２のスキャニングミラー１１は第３の駆動手段としての第２のガルバのメータ１２によって図１に矢印で示す方向に回転駆動されるようになっている。上記第２のガルバノメータ１２と上記第１のガルバノメータ５は回転軸線を平行にして配置されている。それによって、直線方向を第１のスキャニングミラー４の回転軸線と平行したレーザ光Ｌは、第２のスキャニングミラー１１の回転軸線に対しても直線方向を平行にして入射するようになっている。

上記第２のスキャニングミラー１１から出射したレーザ光Ｌは投影レンズ１３に入射し、所定の大きさに整形されて基板Ｗを照射する。この基板Ｗの上面にはレジスト（図示せず）が塗布されている。したがって、第１のスキャニングミラー４を回転させてレーザ光Ｌをマスク７の上下方向に沿って走査させるとともに、第２のスキャニングミラー１１を回転させれば、上記マスク７のパターンＰを基板Ｗ、つまりレジスト膜に転写することができる。

上記基板Ｗはテーブル１４の上面に着脱可能に載置固定されている。このテーブル１４は、詳細は図示しないが、第１の駆動手段となる、Ｘ駆動源１５とＹ駆動源１６とによって水平面上をＸＹ方向に駆動可能となっている。

図２に示すように、上記第１のガルバノメータ５、第２のガルバノメータ１２、Ｘ駆動源１５及びＹ駆動源１６は制御装置１７によって駆動が制御される。つまり、Ｘ駆動源１５とＹ駆動源１６とによるテーブル１４の駆動に同期して上記第１のガルバノメータ５と第２のガルバノメータ１２が回転駆動される。それによって、上記マスク７のパターンＰを上記基板Ｗの上面に後述するように繰り返して転写することができる。

つぎに、上記構成のパターン転写装置によって基板ＷにパターンＰを転写する手順について図３（ａ）〜（ｃ）及び図４（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
まず、テーブル１４をＸ、Ｙ方向に駆動して基板Ｗを所定の位置に位置決めしたならば、光源２からレーザ光Ｌを出射する。それと同時に、テーブル１４を図１に矢印で示す−Ｘ方向に一定の速度Ｖで駆動する。

テーブル１４を−Ｘ方向に駆動すると、制御装置１７はテーブル１４の駆動に同期させて第１のスキャニングミラー４と第２のスキャニングミラー１１とを同方向に回転駆動する。このとき、第１、第２のスキャニングミラー４,１１の回転速度はテーブル１４の駆動速度Ｖと同じに設定される。

それによって、光源２から出射されてビーム整形光学系３で直線状に整形されたレーザ光Ｌは、マスク７の幅方向と直交する長手方向下端から上端に向かって走査する。マスク７を透過したレーザ光Ｌ、つまりマスク７のパターンＰは回転する第２のスキャニングミラー１１によって基板Ｗに転写される。

第２のスキャニングミラー１１の回転速度は、テーブル１４の移動速度Ｖと同じ速度に設定されている。そのため、第２のスキャニングミラー１１から出射するレーザ光Ｌは第１のスキャニングミラー４の回転だけによって基板Ｗ上を走査することになる。

つまり、マスク７のパターンＰは、第１のスキャニングミラー４によってレーザ光Ｌがマスク７のパターンＰを走査されることで基板Ｗに転写される。基板Ｗに最初に転写されたパターンを図３（ａ）にＰ１で示す。

図４（ａ）は第１スキャニングミラー４の振れ角θと時間との関係を示し、図４（ｂ）は第２スキャニングミラー１１の振れ角θと時間との関係を示している。各スキャニングミラー４，１１は振れ角が０〜θの間で回転駆動される。それに対して各スキャニングミラー４，１１によるレーザ光Ｌのスキャンは太線で示すように最小振れ角０よりもわずかに大きな時点から開始され、最大振れ角θよりもわずかに小さい角度で終了するよう設定されている。

つまり、スキャニングミラー４，１１の回転開始時と回転終了時は回転速度が予め設定された回転速度に比べて遅くなる。したがって、各スキャニングミラー４，１１の回転速度が等速度になる範囲でレーザ光Ｌのスキャンが行なわれるようになっている。

基板ＷにパターンＰ１の転写を開始する時間はｔ１であり、終了する時間はｔ２である。時間ｔ２でパターンＰ１の転写が終了すると、図４（ｂ）に破線で示すように時間ｔ２から時間ｔ３の間に第２のスキャニングミラー１１は回転角度がθから０に戻される。

その間、つまり時間ｔ２からｔ３の間、第１のスキャニングミラー４は回転が停止され、光源２からのレーザ光Ｌはたとえばレーザ光Ｌの光路に図示しない遮蔽板を挿入するなどして遮断される。しかしながら、テーブル１４は速度Ｖで−Ｘ方向に一定の速度で駆動され続ける。それによって、時間ｔ２から時間ｔ３の間は基板ＷにパターンＰが転写されることなくテーブル１４が−Ｘ方向に駆動されることになる。

第２のスキャニングミラー４の角度が元に戻されると、この第２のスキャニングミラー４は振れ角θとなる方向に回転される。その回転の最初と最後を除く等速回転の範囲、つまり時間ｔ３から時間ｔ４の間にレーザ光Ｌの遮断が解除される。それと同時に、第１のスキャニングミラー４が振れ角θから振れ角０まで回転される。

それによって、基板ＷにはパターンＰ１から＋Ｘ方向に所定の距離を隔ててマスク７のパターンＰが転写される。２番目に転写されたパターンをＰ２とし、このパターンＰ２の転写が終了する時間をｔ４とする。

パターンＰ１とＰ２との間隔は、パターンＰ１を基板Ｗに転写するにために必要とする時間（ｔ２−ｔ１）と、第２のスキャニングミラー１１の角度をθから０に戻して次のパターンＰ２の転写が開始されるまでの時間（ｔ３−ｔ２）とが等しくなるよう設定される。

それによって、上記間隔はパターンＰ１を転写するに要した基板Ｗの−Ｘ方向に沿う距離と等しい間隔となる。つまり、上記間隔はパターンＰ１、Ｐ２のＸ方向に沿う長さ寸法と同じになる。したがって、基板Ｗには、−Ｘ方向に沿う寸法がパターンＰ１、Ｐ２の大きさに等しい間隔の第１の非転写領域Ｎ１を挟んでパターンＰ１とパターンＰ２が転写されることになる。

基板ＷにパターンＰ２を転写したならば、レーザ光Ｌを遮断するとともに、第２のスキャニングミラー１１を振れ角０まで戻してから回転させ、この第２のスキャニングミラー１１の回転速度が等速度となる、時間ｔ５でレーザ光Ｌの遮断を解除する。

時間ｔ５で、上記第１のスキャニングミラー４は第２のスキャニングミラー１１と同期して回転する。それによって、時間ｔ５からｔ６の間に基板Ｗには図３（ａ）に示すようにパターンＰ３が転写される。この場合も、パターンＰ３はパターンＰ２との間にパターンＰ２、ｐ３のＸ方向に沿う寸法と等しい間隔の第２の非転写領域Ｎ２を挟んで転写される。

パターンＰ３が転写されると、テーブル１４は逆方向である、＋Ｘ方向に一定速度で駆動される。つまり、基板Ｗは−Ｘ方向（往動方向）から＋Ｘ方向（復動方向）に駆動される。そして、基板Ｗの第２の非転写領域Ｎ２が投影レンズ１３の下方に到達して第２のスキャニングミラー１１の回転が等速回転速度になるとレーザ光Ｌの遮断が解除される。

それとともに、第１のスキャニングミラー４と同期して回転駆動される第２のスキャニングミラー１１によってレーザ光Ｌがマスク７を走査するから、このマスク７のパターンＰが、図３（ｂ）に示すように基板Ｗの第２の非転写領域Ｎ２に転写されることになる。このパターンをＰ４とする。

基板ＷにパターンＰ４が転写されると、レーザ光Ｌが遮断されて第２のスキャニングミラー１１が元の回転角度に戻される。そして、基板Ｗの第１の非転写領域Ｎ１が投影レンズ１３の下方に到達すると、レーザ光Ｌの遮断が解除されてマスク７のパターンＰが上記第１の非転写領域Ｎ１に転写されることになる。このパターンをＰ５とする。つまり、基板ＷにはＸ方向に沿って５つのパターンＰ１〜Ｐ５を転写することができる。

パターンＰをＸ方向の１列に転写したならば、基板Ｗを図１に矢印で示す−Ｙ方向に、パターンＰの幅方向の１ピッチ分だけ駆動する。そして、基板をＸ方向に１往復させることで、往動時には図３（ｃ）に示すように、Ｙ方向に２列目のパターンＰ１、Ｐ２、Ｐ３を転写することができ、復動時には２つの往動時にパターンＰが転写されなかった２つの非転写領域Ｎ２、Ｎ１にパターンＰ４、Ｐ５を順次転写することができる。以下、同様にしてＹ方向に複数列のパターンＰを転写することができる。

このように、この実施の形態では基板ＷをＸ方向に１往復させることで、この基板ＷのＸ方向に５つのパターンＰ１〜Ｐ５を転写させることができる。つまり、従来のステッパではＸ方向に５つのパターンを並べて転写するためにはテーブル１４の駆動と停止を５回繰り返さなければならなかった。

しかしながら、この実施の形態ではテーブル１４の駆動に、第１のスキャニングミラー４と第２のスキャニングミラー１１との回転を同期させて制御するようにした。そのため、基板Ｗを１往復させることで、この基板Ｗの所定方向である、Ｘ方向に５つのパターンＰ１〜Ｐ５を転写することができる。つまり、テーブル１４は往復駆動の折り返し点だけで駆動を停止しから駆動方向を変えるだけである。

そのため、基板Ｗのサイズに比べて小さなマスク７を用いても、従来のように転写されるパターンＰの数に応じてテーブル１４の駆動と停止を繰り返すということをせずに、複数のパターンＰを基板Ｗに転写することができるから、転写能率の向上やテーブル１４の早期損傷を防止することができるなどのことがある。

上記一実施の形態では第１のスキャニングミラーは角度０から振れ角θに回転させた後、元の角度に戻すことなく、つぎのスキャンを行なうようにしている。つまり、マスクに形成されたパターンＰが上下対称の形状である場合、第１のスキャニングミラーはつぎのスキャンを行なう際に元の角度に戻す必要はない。

しかしながら、パターンの形状が上下対称でない場合にはつぎのスキャンを行なう際に第１のスキャニングミラーの角度を第１のスキャニングミラーと同様、元の角度に戻さなければならない。

また、マスクのパターンを基板に塗布されたレジスト膜に転写する例を挙げたが、パターンの転写はレジスト膜だけに限られず、基板に樹脂膜が塗布されている場合、この樹脂膜をレーザ光で基板に熱転写するような場合であっても、この発明を適用することができる。

この発明の一実施の形態の転写装置の転写光学系を示す概略的構成図。 制御装置及び制御装置によって駆動される駆動源を示すブロック図。 （ａ）〜（ｃ）は基板にパターンを転写する手順を示した説明図。 （ａ）は第１のスキャニングミラーの振れ角と時間の関係を示す図、（ｂ）は第２のスキャニングミラーの振れ角と時間の関係を示す図。

符号の説明

１…転写光学系、２…光源、３…ビーム整形光学系、４…第１のスキャニングミラー、５…第１のガルバノメータ（第２の駆動源）、１１…第２のスキャニングミラー、１２…第２のガルバノメータ（第３の駆動源）、１４…テーブル、１５…Ｘ駆動源（第１の駆動源）、１６…Ｙ駆動源（第１の駆動源）、１７…制御装置。

Claims (7)

1. マスクに形成されたパターンを基板に転写するパターン転写装置であって、
   上記基板が載置され第１の駆動手段によって駆動されるテーブルと、
   転写用の照明光を出射する光源と、
   上記光源から出射された照明光を上記マスクに入射させる第１のスキャニングミラーと、
   この第１のスキャニングミラーを回転させて上記照明光を上記マスクに走査させる第２の駆動手段と、
   上記マスクから出射した照明光が入射する第２のスキャニングミラーと、
   この第２のスキャニングミラーを回転させて上記マスクから出射した照明光を上記基板に照射させる第３の駆動手段と、
   上記第１の駆動手段を制御して上記テーブルを所定方向に一定速度で駆動するとともに、上記第２、第３の駆動手段を制御して上記第１のスキャニングミラーと上記第２のスキャニングミラーとを、上記マスクのパターンが上記基板の上記所定方向に沿って一定間隔で転写されるよう、上記テーブルの動きに同期させて回転する制御手段と
   を具備したことを特徴とするパターン転写装置。
2. 上記制御手段は、上記テーブルを上記所定方向に対して往復動させるとともに、往動時に上記マスクのパターンを上記基板に上記一定間隔で転写させ、復動時には往動時に一定間隔で転写されたパターン間に上記マスクのパターンが転写されるよう上記テーブルの動きに上記第１、第２のスキャニングミラーの回転を同期させることを特徴とする請求項１記載のパターンの転写装置。
3. 上記制御手段は、上記第２のスキャニングミラーを回転させて上記マスクのパターンを上記基板に転写させたならば、この第２のスキャニングミラーを元の回転位置に戻すとともに、その間に上記テーブルを上記基板に転写される上記マスクのパターンの１ピッチ分だけ駆動することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のパターン転写装置。
4. マスクに形成されたパターンを基板に転写するパターン転写方法であって、
   上記基板を所定方向に一定速度で駆動する工程と、
   上記マスクに照明光を走査する工程と、
   上記マスクを透過した照明光を上記基板に走査して上記マスクのパターンを上記基板に転写する工程と、
   上記パターンを上記基板に転写するときに、上記基板の駆動速度に上記マスクに対する照明光の走査速度と上記基板に対する上記パターンの転写速度を同期させ、上記基板に上記パターンを一定間隔で転写する工程と
   を具備したことを特徴とするパターンの転写方法。
5. 上記基板を往復動させ、往動時には上記マスクのパターンを上記基板に一定間隔で転写し、復動時には往動時に転写されたパターン間に上記マスクのパターンを転写することを特徴とする請求項４記載のパターンの転写方法。
6. マスクに形成されたパターンが転写される基板であって、
   上記パターンは請求項１に記載されたパターン転写装置によって転写されることを特徴とする基板。
7. マスクに形成されたパターンが転写される基板であって、
   上記パターンは請求項４に記載されたパターン転写方法によって転写されることを特徴とする基板。

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