JP2006350034A - 露光装置および露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フォトマスクを用いずに、一括に広範囲を露光すると共に、下層の露光パターンの位置と上層パターンを形成するための露光位置との位置ずれを、高速かつ高精度に補正し得る露光装置および露光方法を提供する。
【解決手段】 ２次元的に並び配された複数のミラー素子からなるＤＭＤ５の各ミラー素子にパターンデータを入力することによって、所定領域に対する所望のパターンを一括的に露光できる露光ヘッド１ａと、露光ヘッド１ａと基板１１とを相対的に走査させるためのステージ１２とを備え、走査しながら露光を行う。基板１１に形成された下層配線パターンを光の照射にてモニターすることにより下層配線パターンの位置を検出し、かつ検出結果に基づいて、ＤＭＤ５の各ミラー素子に入力するパターンデータを補正することにより上層パターンを形成するための露光位置を補正するコンピュータ７を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光装置および露光方法に関するものである。より詳しくは、例えば、液晶ディスプレイの基板や一般の回路基板に光ビームを照射し、所定のパターン形状をパターニングするための露光装置および露光方法に関するものである。

従来、例えば液晶ディスプレイや半導体集積回路の製造においては、基板上に樹脂や金属配線等を所定のパターン形状にパターニングしたものを順次積層してモジュールや回路基板を作成する。パターニングに際しては、レジスト膜の塗布工程、フォトマスクを用いた露光工程、およびレジストパターンの現像工程を含むフォトリソグラフィ技術が用いられる。

上記露光工程における露光パターン形成に使用される露光装置としては、所定のマスクパターンを基板上に投影する投影露光法を採用した、ステッパーと呼ばれる露光装置が広く用いられている。通常、これら液晶ディスプレイや半導体集積回路の露光パターン形成では、下層の露光パターンに上層の露光パターンを位置決めして重ねていくという、重ね露光が行なわれる。重ね露光では、下層の露光後に各種の熱処理等を実行することによって、基板に伸縮が発生する。このため、次の作業工程である上層露光時に、下層の露光パターンに対する上層の露光パターンの位置補正を行わなければ、下層の露光パターンに対して、重ねた上層の露光パターンの位置がずれてしまう。

この位置ずれに対応するため、従来のステッパーでは、下層の露光パターンの露光時に、素子の性能に関わる回路等のパターンが存在しない周辺部分（例えば、デバイス間のダイシング用スペース等）にアライメントマークを形成しておき、上層の露光パターンの露光時にこのアライメントマークの位置を検出し、上層の露光パターンが所定の位置からずれている場合には倍率や露光位置の補正を行った上で、上層の露光パターンの露光を行っている。

しかしながら、上述した各デバイスの周辺部に設けられたアライメントマークを位置基準とした場合、例えば、液晶パネルのような大型基板に対して、周辺のアライメントマークを利用するだけでは誤差が大きくなったり、マークを探すための走査時間が長くなったりするという問題がある。

そこで、これらの問題に対応するため、例えば特許文献１では、以下の方法を提案している。

すなわち、まず、あらかじめ下層の一部をアライメントマークとして検出しておく。そして、上層の露光パターンの露光時に、下層のアライメントマークの位置が所定の位置からずれている場合には、倍率や露光位置の補正を行って、上層の露光パターンの露光を行う。この方法により、露光位置近傍の位置を基準として上層の露光ができ、高精度の露光が可能となる。また、従来必要であった、被露光体であるウエハの所定位置に設けられた固有マーク位置と露光位置との間を走査するための時間を短縮できる。

一方、このような投影露光装置では、通常は１機種につき、高価なフォトマスクを複数枚必要とする。したがって、大量生産する場合には、フォトマスク代を１つ１つの製品の売価に振り分けることによって、製品１つあたりが負担するフォトマスク代を低く抑えることができる。しかし、近年ではユーザの価値観の多様化に伴い、製品仕様が多様化している。このため、少量多品種生産の場合には、フォトマスク代を振り分ける製品の数が、大量生産をする場合に比べて少ないので、製品1つあたりが負担するフォトマスク代が大きな金額になる。また、露光パターンの修正には、フォトマスクを作り直す必要があるため、金銭的にも時間的にも膨大なコストがかかる。さらに、フォトマスクの設計には一定の期間を必要とするため、市場のニーズに迅速に対応することが困難である。

そこで、露光時にフォトマスクを用いることによって生じる、金銭的、時間的なコストを減少させる手段として、近年では、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）と呼ばれるミラーデバイスに代表される、２次元の空間光変調素子（ＳＬＭ）を用いた露光装置が提案されている。この露光装置では、配線パターン等のＣＡＤデータに基づいて、フォトマスクを介することなく、所望の露光パターンを基板に照射できる。そのため、基板への露光パターンの直接描画が可能となっている。

また、フォトマスクを用いない露光装置として、例えば特許文献２では、直接描画装置の一つとしての電子ビーム描画装置が開示されている。この特許文献２の電子ビーム描画装置でも、前記同様、下層の露光後に行われる上層の露光に対して、下層の露光パターンの一部を、露光位置の補正のための目印として用いている。詳細には、露光位置の補正のための目印を、基板上を電子ビームで走査することによって検出し、検出した位置と所定の位置との誤差に応じて、電子ビームの照射位置を補正している。

これにより、露光位置近傍の位置を基準として上層の露光ができ、高精度の露光が可能となる。また、電子ビームの照射位置によって露光位置を補正できるため、高速の位置合わせも可能となる。
特開平１１−１４５０４９号公報（平成１１年５月２８日公開） 特開平１１−２１９８７８号公報（平成１１年８月１０日公開）

しかしながら、上記従来の特許文献１に記載された露光装置および露光方法では、下層露光パターンの位置を検出して、それを基準にステージを走査して位置合わせを行うため、位置合わせに多大な時間を要するという問題点を有している。また、特許文献１は、フォトマスクを用いるステッパーにおける位置合わせ方法に関するものであり、フォトマスクに関するコスト高等の上記課題を解決できるものではない。

一方、特許文献２に記載された露光装置および露光方法では、１本の電子ビームを用いて基板上に露光パターンを描画するため、一括に広範囲を露光することはできない。そのため、広範囲を一括に露光できる露光法に比べて、高速の露光が困難であるという問題点を有している。

また、特許文献２では、ＳＬＭを用いるような、同時に多数のパターンを露光できる装置に、電子ビーム露光の場合のようなスキャンによる位置補正手段を適用する例については、何ら記載されていない。仮に、ＳＬＭとスキャンによる照射位置補正手段とを組み合わせたとして、ＳＬＭの各素子に対応して膨大な数のスキャン機構がないと個別のパターン補正はできず、非現実的である。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的はフォトマスクを用いずに、一括に広範囲を露光すると共に、下層の露光パターンの位置と上層パターンを形成するための露光位置との位置ずれを、高速かつ高精度に補正し得る露光装置を提供することにある。

本発明の露光装置では、上記課題を解決するために、２次元的に並び配された複数の光変調素子からなる２次元空間光変調素子を有し、該２次元空間光変調素子の各光変調素子にパターンデータを入力することによって、所定領域に対する所望のパターンを一括的に露光できる露光ヘッドと、上記露光ヘッドと露光される被露光体とを相対的に走査させるための走査手段とを備え、走査しながら露光を行う露光装置において、上記被露光体における既に形成された下層パターンを光の照射によってモニターすることにより該下層パターンの位置を検出する下層パターン位置検出手段と、上記下層パターン位置検出手段の検出結果に基づいて、上記２次元空間光変調素子の各光変調素子に入力するパターンデータを補正することにより上層パターンを形成するための露光位置を補正する補正手段とを有することを特徴としている。

また、本発明の露光方法では、上記課題を解決するために、２次元的に並び配された複数の光変調素子からなる２次元空間光変調素子を有し、該２次元空間光変調素子の各光変調素子にパターンデータを入力することによって、所定領域に対する所望のパターンを一括的に露光できる露光ヘッドと、露光される被露光体とを相対的に走査しながら露光を行う露光方法において、上記被露光体における既に形成された下層パターンを光の照射によってモニターすることにより該下層パターンの位置を検出すると共に、その下層パターンの位置の検出結果に基づいて、上記２次元空間光変調素子の各光変調素子に入力するパターンデータを補正することにより上層パターンを形成するための露光位置を補正すること特徴としている。

上記の発明によれば、下層パターン位置検出手段は、被露光体における既に形成された下層パターンを光の照射によってモニターすることにより該下層パターンの位置を検出する。

ここで、本発明では、露光ヘッドは、２次元的に並び配された複数の光変調素子からなる２次元空間光変調素子を有し、該２次元空間光変調素子の各光変調素子にパターンデータを入力することによって、所定領域に対する所望のパターンを一括的に露光できるようになっている。

したがって、下層パターンの位置の検出結果に基づいて、補正手段によって、２次元空間光変調素子の各光変調素子に入力するパターンデータを補正することにより上層パターンを形成するための露光位置を補正することができる。

ここで、本発明では、２次元空間光変調素子は２次元的に並び配された複数の光変調素子からなるので、上層パターンを形成するための位置補正が、所定領域においては走査を伴わずに一括的に行われる。したがって、下層パターンと露光位置との位置合わせのために、被露光体自体をステージなどで移動させる時間を削減することができる。

また、不均一な収縮をおこした被露光体上での、下層パターン位置と上層パターンを形成するための露光位置との位置ずれの補正を行う場合でも、不均一な収縮による不均一な下層パターンの位置ずれに一致するように、各光変調素子からの光の出射状態が変更される。すなわち、不均一な位置ずれに対しても高精度な露光位置の補正をすることができる。

さらに、本発明によれば、２次元空間光変調素子を備えた露光ヘッドを用いて直接被露光体に露光を行うため、コストの高いフォトマスクを用いる必要がない。

また、露光ヘッドによって、所定領域に対する所望のパターンを一括的に露光できるために、一本の電子ビームを用いて被露光体上に露光パターンを描画する電子ビーム描画装置よりも一度に広範囲の露光を行うことができる。つまり、上記電子ビーム描画装置による露光よりも高速の露光ができる。

さらに、本発明によれば、下層パターンの位置の検出結果に基づいて、補正手段によって、２次元空間光変調素子の各光変調素子に入力するパターンデータを補正することにより上層パターンを形成するための露光位置を補正することができる。したがって、２次元空間光変調素子にスキャンによる照射位置補正手段を組み合わせなくても上記露光位置の補正ができる。また、２次元空間光変調素子の各素子に対応した個別のパターン補正を容易にすることができる。

また、本発明の露光装置では、前記露光ヘッドにおける露光用の光の波長と、前記下層パターン位置検出手段における検出用の光の波長とが異なることが好ましい。

これにより、露光には露光に最適の波長が、位置検出には位置検出に最適な波長が選択できる。

また、本発明の露光装置では、前記露光用の光の波長成分と前記検出用の光の波長成分との両方を含む一つの光源を備えると共に、上記露光用の光の波長成分と前記検出用の光の波長成分とを分離するための分離手段が光路中に設けられていることが好ましい。

これにより、１つの光源から露光に最適の波長と位置検出に最適の波長とを分離して、それぞれ露光と位置検出を行うことができるので、露光ヘッドの部品を減らすことができる。

また、本発明の露光装置では、前記露光用の光の波長成分を有する第１光源と、前記検出用の光の波長成分を有する第２光源とがそれぞれ別個に設けられていると共に、上記露光用の光の波長成分と前記検出用の光の波長成分とを分離するための分離手段が光路中に設けられていることが好ましい。

また、本発明の露光方法は、前記露光用の光の波長成分を有する第１光源と、前記検出用の光の波長成分を有する第２光源とをそれぞれ別個に設け、上記第２光源による下層パターンの位置の検出を、上記第１光源による露光よりも時間的に先行させることが好ましい。

上記の発明によれば、露光工程とは独立して、下層パターンの位置検出を行うことができる。よって、位置検出した結果に基づいて補正した上層パターンを形成するための露光位置を導出し、２次元空間光変調素子の各光変調素子を制御するための時間をより多く確保できる。さらに、露光前に下層パターンの位置検出をすることができるため、より高精度の位置補正ができる。

また、本発明の露光装置では、前記分離手段は、ダイクロイックミラーからなっていることが好ましい。

上記の発明によれば、分離手段をダイクロイックミラーとすることにより、可視光（特に短波長側）および紫外光の特定域の光を反射し、その他の光を透過させたり、あるいはその他の光のうち赤外光を一部反射させつつ、残りを透過させるなど、使用目的に応じて膜特性を選択することにより、反射、透過の波長特性や光量分布を制御することができるため、効率的な光分離が可能となる。

また、本発明の露光装置では、前記検出用の光の波長が、赤外波長であることが好ましい。

すなわち、赤外波長はシリコン膜を透過する。したがって、検出用の光の波長を赤外波長とすることによって、例えば液晶ディスプレイや半導体集積回路の製造において使用されるシリコン膜の下層に存在する下層パターンを直接モニターできる。この結果、高精度の位置検出ができる。

また、本発明の露光装置では、下層パターン位置検出手段は、検出用の光の波長を受光する受光手段を備えていると共に、上記受光手段の前方には、可視波長以下の波長成分の光をカットするためのフィルターが設けられていることが好ましい。

これにより、位置検出に不要な露光用の波長成分の光をフィルターにてカットできる。よって、露光用の波長成分の混入による検出誤差を低下させ、高精度の位置検出ができる。

また、本発明の露光装置では、前記検出用の光の波長成分を有する第２光源は半導体レーザからなると共に、上記半導体レーザのスペックルノイズを低減するためのスペックル除去手段が光路中に設けられていることが好ましい。

これにより、スペックル除去手段にて、レーザの有する高い干渉性に起因して生じるスペックルノイズを低減することができる。

また、本発明の露光装置では、前記露光ヘッドは、複数個設けられていると共に、各露光ヘッドには、前記下層パターン位置検出手段と補正手段とがそれぞれ備えられていることが好ましい。

これにより、同時に複数の露光ヘッドを用いて露光を行うと共に、複数ある露光ヘッドのすべてにおいて独立に位置補正が行える。したがって、より高速の露光を高精度に行うことができる。

本発明の露光装置は、以上のように、被露光体における既に形成された下層パターンを光の照射によってモニターすることにより該下層パターンの位置を検出する下層パターン位置検出手段と、上記下層パターン位置検出手段の検出結果に基づいて、上記２次元空間光変調素子の各光変調素子に入力するパターンデータを補正することにより上層パターンを形成するための露光位置を補正する補正手段を備えているものである。

また、本発明の露光方法は、以上のように、被露光体における既に形成された下層パターンを光の照射によってモニターすることにより該下層パターンの位置を検出すると共に、その下層パターンの位置の検出結果に基づいて、上記２次元空間光変調素子の各光変調素子に入力するパターンデータを補正することにより上層パターンを形成するための露光位置を補正する方法である。

それゆえ、露光ヘッドは、２次元的に並び配された複数の光変調素子からなる２次元空間光変調素子を有し、該２次元空間光変調素子の各光変調素子にパターンデータを入力することによって、所定領域に対する所望のパターンを一括的に露光できるようになっている。

この結果、下層パターンの位置の検出結果に基づいて、補正手段によって、２次元空間光変調素子の各光変調素子に入力するパターンデータを補正することにより上層パターンを形成するための露光位置を補正することができる。

ここで、本発明では、２次元空間光変調素子は２次元的に並び配された複数の光変調素子からなるので、上層パターンを形成するための位置補正が、所定領域においては走査を伴わずに一括的に行われる。したがって、下層パターンと露光位置との位置合わせのために、被露光体自体をステージなどで移動させる時間を削減することができる。

また、不均一な収縮をおこした被露光体上での、下層パターン位置と上層パターンを形成するための露光位置との位置ずれの補正を行う場合でも、不均一な収縮による不均一な下層パターンの位置ずれに一致するように、各光変調素子からの光の出射状態が変更される。すなわち、不均一な位置ずれに対しても高精度な露光位置の補正をすることができる。

さらに、２次元空間光変調素子を備えた露光ヘッドを用いて直接被露光体に露光を行うため、コストの高いフォトマスクを用いる必要がない。

また、露光ヘッドによって、所定領域に対する所望のパターンを一括的に露光できるために、一本の電子ビームを用いて被露光体上に露光パターンを描画する電子ビーム描画装置よりも一度に広範囲の露光を行うことができる。つまり、上記電子ビーム描画装置による露光よりも高速の露光ができる。

さらに、下層パターンの位置の検出結果に基づいて、補正手段によって、２次元空間光変調素子の各光変調素子に入力するパターンデータを補正することにより上層パターンを形成するための露光位置を補正することができる。したがって、２次元空間光変調素子にスキャンによる照射位置補正手段を組み合わせなくても上記露光位置の補正ができる。また、２次元空間光変調素子の各素子に対応した個別のパターン補正を容易にすることができる。

したがって、フォトマスクを用いずに、一括に広範囲を露光すると共に、下層の露光パターンの位置と上層パターンを形成するための露光位置との位置ずれを、高速かつ高精度に補正し得る露光装置および露光方法を提供するという効果を奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施の形態について図１ないし図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。

図１は、本実施の形態における露光装置１の概略的構成を示す側面図であり、図２は、図１における光源および空間光変調素子（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）の部分を示すＸ方向からの側面図である。図３は、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）５の動作を模式的に示すための図である。図１〜図３を用いて露光装置１の概要を説明する。

本実施の形態における露光装置１は、図１に示すように、光源ユニット６を有し、被露光体としての基板１１における所定領域に対して所望のパターンを一括的に露光できる露光ヘッド１ａと、上記基板１１を走査するための走査手段としてのステージ１２、ステージ１２を駆動制御するための走査駆動制御装置３０とを備えている。

光源ユニット６を構成する部品は、すべてを図に表すと重なって見えにくくなるため、ＤＭＤ５以外の部品は図示を省略している。

なお、本実施の形態では、基板１１を露光ヘッド１ａに対して走査すべく、ステージ１２において基板１１を載置する載置台１２ａを移動させるものとなっているが、必ずしもこれに限らず、例えば、基板１１を載置する載置台１２ａを固定する一方、露光ヘッド１ａの全体あるいはその一部を移動させる構造であってもよい。すなわち、本発明の走査手段は、基板１１と露光ヘッド１ａ（正確には露光用ビーム）とを相対的に走査するものであれば足りる。

上記露光装置１の光源ユニット６は、図２に示すように、光源２、コリメーションレンズ３、ミラー４、および空間光変調素子（ＳＬＭ）としてのＤＭＤ５を有している。

上記光源２は、レジスト等の露光に一般的に用いられる青色〜紫外の波長成分と、レジストが反応しない赤〜赤外の波長成分との両方を有するものとなっている。すなわち、本実施の形態では、露光装置１は、基板１１における既に形成された下層パターンを光の照射によってモニターすることにより該下層パターンの位置を検出し、その下層パターンの位置検出に基づいて、後述する２次元空間光変調素子の各光変調素子に入力するパターンデータを補正して上層パターンを形成すべくレジスト等に露光できるようになっている。

このため、光源２においては、レジスト等の露光には青色〜紫外の波長成分が用いられる一方、下層パターンのモニターには赤〜赤外の波長成分が用いられる。さらに好ましくは、露光には紫外光が、モニター用には赤外光が用いられる。この理由は、露光用として、多くの場合は紫外光が用いられるためである。また、下層パターンのモニター用としては、詳細は後述するが、シリコン層を透過してモニターできるので、赤外成分を用いて照射するのがより望ましいためである。

上記ＤＭＤ５は、図３に示すように、２次元的に並び配された複数の光変調素子としてのミラー素子５ａからなる２次元空間光変調素子（ＳＬＭ）であり、このＤＭＤ５の各ミラー素子５ａにコンピュータ７からパターンデータを入力することによって、所定領域に対する所望のパターンを一括的に露光できるようになっている。

すなわち、ＤＭＤ５は、それぞれ個別に角度変調が可能な多数のミラー素子５ａから構成され、２種類の角度設定によって、後述する投影レンズ８に入射するＯＮ状態と入射しないＯＦＦ状態とを設定できるようになっている。仮に、図３におけるミラー素子５ａの列Ｒｎとミラー素子５ａの行ＬｍとをＯＮ状態とすると、図１に示す投影レンズ８、および対物レンズ１０によって縮小集光され、基板１１に照射される。これにより、図３に示すように、ＤＭＤ５のＯＮパターンに対応した露光パターン１１ｂ・１１ｃを基板１１上のレジストに描くことができる。すなわち、ＤＭＤ５は、可変マスクのようにして使うことができる。

なお、ＤＭＤ５の１つのミラー素子５ａは、１０〜２０μｍ程度のサイズを有しており、必要な解像度に応じて縮小倍率が得られるようにレンズ系を設計しておけば、ＤＭＤ５の素子サイズよりも小さなパターンの描画も可能である。また、図３では８個×８個のミラー素子５ａを例にして説明しているが、実際には１０００個×１０００個程度の多数のミラー素子５ａを備えている。

なお、空間光変調素子（ＳＬＭ）として、ここではＤＭＤ５を用いて説明するが、ＤＭＤ５に限定される訳ではなく、液晶のような素子でもかまわない。また、空間的に分割されて個別に光のＯＮ／ＯＦＦ制御ができるなら、他の素子でもかまわない。

上記露光装置１での露光およびモニター光照射における光の出射動作について説明する。

まず、光源２から出射された光は、コリメーションレンズ３によって平行光に変換され、ミラー４によって反射された後、ＤＭＤ５に入射する。ＤＭＤ５の各ミラー素子５ａは、図１に示すコンピュータ７によって、露光すべきパターンデータに基づき、ＯＮ／ＯＦＦ制御される。

ＤＭＤ５によって生成された露光パターンに対応した光は、図１に示すように、投影レンズ８を通りダイクロイックミラー９に入射する。そして、一部がダイクロイックミラー９によって反射された後に、対物レンズ１０に導入され、レジストが塗布された基板１１上に結像される。この時、後述のようにダイクロイックミラー９によって紫外光成分はほぼ１００％、赤外光成分は５０％が反射される。基板１１はステージ１２の載置台１２ａ上に設置されており、かつこの載置台１２ａは走査駆動制御装置３０により進退移動可能に制御されるので、露光ビームに対して基板１１が相対的に走査されるようになっている。また、露光に際して、基板１１上に光を結像させるフォーカス調整のために、対物レンズ１０を駆動するためのフォーカシング機構１３を備えている。

一方、基板１１に対して照射された光の一部は基板１１によって反射され、再び対物レンズ１０を通って分離手段としてのダイクロイックミラー９に戻る。ダイクロイックミラー９は、紫外光成分をほぼ１００％反射する一方、赤外光成分に対しては５０％を反射し、かつ５０％を透過するように設計されている。したがって、基板１１によって反射されて戻ってきた光のうち、紫外光成分はほぼ１００％がダイクロイックミラー９に反射されて光源ユニット６側に戻る。一方、赤外光成分は半分が反射されるが、残りの半分が透過される。そして、ダイクロイックミラー９を透過した赤外光成分は、結像レンズ１４を通った後、受光手段としてのＣＣＤカメラ１５に入射する。なお、本実施の形態では、分離手段としてのダイクロイックミラー９を使用しているが、本発明では、必ずしもこれに限らず、他の分離手段を採用することが可能である。例えば、最近では、サブ波長格子構造を用いた波長選択素子等も開発されてきており、ダイクロイックミラー以外の分離手段もある。

本実施の形態では、ＣＣＤカメラ１５の手前には、ＵＶ〜可視光をカットするためのフィルター１６が設けられている。ダイクロイックミラー９は、通常、誘電体多層膜等を材料にして作製され、紫外光成分をほぼ１００％反射するように設計されているものの、わずかに漏れ光が透過してしまう。フィルター１６は、このような、ダイクロイックミラー９によって反射できなかった、露光用に用いた紫外光成分がＣＣＤカメラ１５に入射するのを防ぐために挿入されている。

なお、投影レンズ８の前後に（図では後）シャッターなどの光変調器１７を設けてもよい。この光変調器１７は、ランプなど自分では変調手段を持たない光源２を用いる際に、無駄な光照射を避ける目的によって設けるものである。この光変調器１７は、例えば基板１１の周辺部など、もともとパターンがない領域を、ＤＭＤ５によって生成された露光パターンに対応した光が通過するときに、光をブロックする目的として用いてもかまわない。後述するが、露光方法として、ステージ１２を連続走査しながらパルス光を照射して露光したい場合など、この光変調器１７は有効なデバイスとなる。

次に、本実施の形態の露光装置１での露光方法について図１〜図３を用いて説明する。

まず、図１に示すように、基板１１はステージ１２によって連続走査される。ステージ１２は、高速で往復運動する主走査方向と、主走査方向とは垂直であり、かつ主走査の方向切り替え時にステップ移動する副走査方向とに基板１１を載置した載置台１２ａを駆動可能であり、走査駆動制御装置３０によって駆動制御される。主走査方向と副走査方向とのそれぞれの変位量は、図示しない変位検出手段によって、常に高精度にモニターされている。なお、本実施の形態では、ステージ走査を止めずに露光することができる点が、従来のステッパーとは異なる。すなわち、ステッパーにおいても、赤外光等を用いてアライメントマークをモニターし、ステージを走査して位置補正を行うが、露光は、通常はステージ走査を止めてから行う。また、液晶用の露光装置において、レンズスキャン方式とかミラースキャン方式とか呼ばれる、走査しながら露光を行う装置もある。しかし、ステッパーも含めてこれらはすべてフォトマスクを用いる方式であり、ＳＬＭを用いてパターンを露光するものとは異なる。

ところで、本実施の形態においては、載置台１２ａが主走査方向に移動している間、常に露光が行われている訳ではなく、図３に示すように、ＤＭＤ５による所定領域としての露光領域１８の走査が終了するごとに、パルス的に光が照射され、露光が行われる。このように、走査しながらパルス的に光が照射されることよって、各ミラー素子５ａの露光領域が重複することなく、ＤＭＤ５のすべてのミラー素子５ａを有効に使うことができるため、高速の露光が可能となる。また、パルスの間隔に応じてＤＭＤ５の全ミラー素子５ａのＯＮ／ＯＦＦ切り替えを行えばよいため、後で述べる位置検出のための時間的余裕およびＯＮ／ＯＦＦ切り替えのための時間的余裕を得ることができる。光源２としてランプを用いる場合は、上記の光変調器１７によって、ランプからの照射光を高速で変調させ、ランプをパルス光源に変更して用いるようにすればよい。

以上のように、ステージの主走査、副走査を繰り返しながら、１パルスによる露光領域１８での露光を、基板１１の全露光対象領域に対して行い、１パルスによる露光領域１８を１単位として基板１１の全露光対象領域を埋め尽くすことによって、基板１１全体の露光が完了する。

次に、下層パターンのモニターによる位置検出について、図４（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。図４（ａ）は下層パターンとしての下層配線パターン１９の例を示す図であり、図４（ｂ）は基板１１からの反射光をＣＣＤカメラ１５によって検出した場合のｘ方向の光強度分布を示す図であり、図４（ｃ）はそれを２次微分することによって得られるエッジ検出信号を示す図であり、図４（ｄ）は基板１１からの反射光をＣＣＤカメラ１５によって検出した場合のｙ方向の光強度分布を示す図であり、図４（ｅ）はそれを２次微分することによって得られるエッジ検出信号を示す図である。

同図（ａ）において、基板１１上にすでに描画されている金属膜からなる下層配線パターン１９に対してビームを照射すると、図１に示すように、その反射光のうちの赤外光成分がダイクロイックミラー９を透過し、ＣＣＤカメラ１５に入射する。

赤外光成分は、レジストの反応にほとんど寄与せず、また、液晶パネル等に用いられるアモルファスシリコン層を透過できるため、下層配線パターン１９の上にシリコン層があっても、下層配線パターン１９を観察できる。下層が金属膜によって全面覆われている場合は、その下の層を観察することはできないが、下層配線パターン１９の凹凸が金属膜上にも転写されているため、凹凸での回折による強度変化を検出すればよい。ただし、凹凸の転写が繰り返されると、形状の変化が生じやすく、検出精度が低下するため、なるべく下層配線パターン１９を検出する方が望ましい。通常の基板１１では、金属膜が最後まで全面を覆う可能性は少ないため、シリコン層を透過して下層を観察できる赤外光成分を用いるのが最も望ましい。

図４（ａ）に示すように、下層配線パターン１９が金属であり、反射率が周囲よりも高いとすると、ＣＣＤカメラ１５によって観察される画像は、図４（ｂ）（ｄ）に示すようになる。これを２次微分することによって、それぞれ、図４（ｃ）（ｅ）に示すようにエッジ検出ができるので、エッジが本来あるべき位置から、どれだけずれているかによって、これから形成しようとする上層パターンに対しての、下層配線パターン１９の位置ずれが検出できる。

なお、本実施の形態においては、下層パターンとして金属配線パターンを例に説明しているが、これに限定される訳ではない。すなわち、本発明の下層パターンは、主に赤外光が用いられるモニター光を反射して、凹凸あるいは反射率差を検出できるパターンであればよい。したがって、下層パターンは配線である必要はなく、金属である必要もない。また、金属であるとしても、単一の金属原子だけでなく、その化合物でもよい。さらに、膜でなく、金属微粒子の集合体であってもよい。例えば、金属ナノ粒子を含有する溶剤をインクジェットで飛ばして配線パターンを形成する試みもなされている。また、赤外光等のモニター光を反射して、凹凸あるいは反射率差を検出できれば、セラミックス等のパターンでもかまわない。

このような上層パターンに対しての下層配線パターン１９の位置ずれは、前工程での露光誤差や、熱処理による基板１１の変形によって生じる。液晶パネル等においては、パターンの絶対位置よりもむしろ、上層パターンと下層配線パターン１９との位置合わせが重要であることから、下層配線パターン１９が露光誤差や基板の変形によってずれてしまったら、それに合わせて上層パターンをパターニングすることが行われている。したがって、下層配線パターン１９の位置を検出し、その検出した下層配線パターン１９に合わせて上層パターンの位置を補正する技術が重要である。

従来技術として説明したステッパーにおいては、フォトマスク（あるいはレチクル）によってすでにパターンが決まっているため、細かな補正をすることができず、全体的な位置ずれに対してはステージ駆動による位置補正が行われ、基板の伸縮に対しては光学系の倍率調整等が行われる。しかしながら、一方の端部で位置合わせしたら、他方の端部で位置がずれてしまったり、基板の伸縮が不均一だと補正ができなかったりする。

これに対して、ＤＭＤ５等の空間光変調素子（ＳＬＭ）を用いる本実施の形態の露光装置１では、各ミラー素子５ａに入力するデータを修正するだけで、位置の補正を行うことができる。すなわち、下層配線パターン１９の位置が１ミラー素子５ａ分（実際には縮小されるので、その倍率をかけた分）ずれたとすると、ＯＮにすべきミラー素子５ａを１列（あるいは１行）ずつずらしていけば良い。このように、ステージ駆動のような特別な機械的駆動を行うことなく、通常行われているミラー素子５ａのＯＮ／ＯＦＦ制御を用いて、各ミラー素子５ａのデータを変更するだけで位置補正が行える。この結果、高速かつ高精度の位置合わせが可能となる。また、電子ビーム描画のように、１本ずつ位置補正しながら露光するのではなく、一定のエリアである露光領域１８の位置補正を一度に行って露光できるので、高速の露光が可能となる。また、本実施の形態ではフォトマスクやレチクルを用いずに、ＣＡＤデータに基づいて露光を行う方式である。したがって、下層配線パターン１９が本来存在すべき位置のデータを、ＣＡＤデータが保有しているため、位置ずれの量を容易に認識できる。なお、従来技術と同様に、専用のアライメントマークの位置を検出しても良いし、下層配線パターン１９の位置（つまり位置のデータ）を検出しても良い。ただし、下層配線パターン１９（位置のデータ）の位置を検出した方が、実際に露光する領域の位置ずれの量に近い値が検出できることから、きめ細かな位置補正が可能である。そして、露光の際に位置検出も行うので、わざわざ位置検出のためにステージ１２での移動やビームの移動を行う必要がない。

次に、本実施の形態の露光装置１での、下層配線パターン１９のモニター方法と露光のタイミングとについて、図５を用いて説明する。

図５は、走査しながらパルス的に露光ビームが基板１１に照射される様子を示す概略図である。１８ａ・１８ｂ・１８ｃは各パルスによる露光領域を示し、この順に露光が進むものとする。１９は下層配線パターンを示す。本実施の形態では、露光用と下層モニター用とは同じ光源２を用いているため、位置モニターだけをしたくても同時に露光がされてしまい、下層配線パターン１９の位置に基づいて上層パターンの位置の補正をする時間が取れない。

そこで、露光領域１８ａを露光した際に、露光領域１８ａ中に存在する下層配線パターン１９の位置をモニターする。次に、露光領域１８ｂの位置を露光するための走査が終了するまでの間に、位置ずれの演算と、それに基づいたデータの補正とを行う。さらに、ＤＭＤ５の各ミラー素子５ａへの補正データの転送とＤＭＤ５の切り替えとを行い、露光領域１８ｂの位置にて次のパルスを照射して露光を行えばよい。同様に、露光領域１８ｂの露光を行ったときに、露光領域１８ｂの下層配線パターン１９の位置をモニターして位置ずれの検出を行い、次の露光領域１８ｃでの露光データにフィードバックすれば良い。

この場合、下層配線パターン１９の位置をモニターする基板１１上の位置と、下層配線パターン１９の位置に基づいて次の露光位置の補正がなされる基板１１上の位置とが、１ショット分ずれることになる。しかし、１ショットの領域は数百μｍ〜数ｍｍ程度と小さく、通常の基板１１上では、１ショット分のずれの影響は問題にならない。また、一番最初のショットでは下層配線パターン１９をモニターできていないことになるが、例えば、一番最初のみ、なるべく近傍の、露光されても影響のないアライメントマーク位置を検出すれば良い。

このように、本実施の形態の露光装置１および露光方法では、基板１１上にすでに描画されている、下層パターンとしての下層配線パターン１９に対して露光ビームを照射すると、その反射光のうちの赤外光成分がダイクロイックミラー９を透過し、ＣＣＤカメラ１５に入射する。そして、各ミラー素子５ａに入力するデータを修正するだけで、下層配線パターン１９に対する上層の露光位置の補正が行える。すなわち、下層配線パターン１９の位置が１ミラー素子５ａ分（実際には縮小されるので、その倍率をかけた分）ずれたとすると、ＯＮにすべきミラー素子５ａを１列（あるいは１行）ずつずらしていけば良い。

これにより、下層配線パターン１９に対する上層の露光の位置ずれを補正し、高速かつ高精度に上層の露光を行うことが可能な露光装置１および露光方法を提供することができる。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図６および図７に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６は、本実施の形態における露光装置１の概略的構成を示す側面図である。本実施の形態の露光装置１は、前記実施の形態１の露光装置１とは、露光ヘッド１ａの代わりにモニター用の赤外光源２０を別途備えている露光ヘッド１ｂを有する点が異なっている。

すなわち、本実施の形態における露光装置１では、図６に示すように、露光ヘッド１ｂが光源ユニット６、ダイクロイックミラー９等を備える点は実施の形態１の露光ヘッド１ａと同じである。また、前記図２に示すように、光源ユニット６が、光源２、コリメーションレンズ３、ミラー４、および空間光変調素子（ＳＬＭ）としてのＤＭＤ５を備えている点も同じである。

しかし、本実施の形態では、露光装置１は、光源２に赤外光成分を含む必要はなく、露光に用いる波長成分だけを含めば良いものとなっている点が実施の形態１と異なっている。また、ダイクロイックミラー９は紫外光を１００％反射することは前記実施の形態１と同じであるが、本実施の形態では、赤外光を１００％透過する特性が望ましい点が異なっている。これにより、ダイクロイックミラー９での赤外光のロスを低減できるものとなる。一方、ダイクロイックミラー９によって反射された露光用ビーム（紫外光）は、基板１１上のレジストを露光するが、その反射光はＣＣＤカメラ１５にはほとんど到達しない。

上記構成を有する露光装置１における、下層配線パターン１９をモニターする動作について説明する。なお、本実施形態の場合、下層配線パターン１９のモニターは、図６に示すように、専用の赤外光源２０を用いて行われる。

まず、赤外光源２０から出射された赤外光は、ビームエキスパンダ２１によって光束径を拡大されると同時に平行光にされ、集光レンズ２２によって集光される。次いで、ハーフミラー２３によって反射された成分がダイクロイックミラー９および対物レンズ１０を通って、基板１１に照射される。基板１１によって反射された赤外光は、再び対物レンズ１０、ダイクロイックミラー９を通り、さらにハーフミラー２３を透過した成分は、結像レンズ１４を通ってＣＣＤカメラ１５に入射する。集光レンズ２２は、対物レンズ１０の瞳面に赤外光が集光されるように設けられている。また、赤外光源２０として半導体レーザを用いる場合は、レーザ光特有の高い干渉性に起因して生じるスペックルノイズが問題になる場合がある。このような場合は、光路中のたとえばビームエキスパンダ２１と集光レンズ２２との間にスペックル除去手段としてのスペックル除去部２４を設けても良い。スペックル除去部２４としては、拡散板やファイバーバンドールなどを用いるのが好ましい。

このように、露光用の光源２とは別途独立に、下層モニター専用の赤外光源２０を用いることによって、露光工程とは独立して下層モニターを行うことが可能となる。もちろん、下層モニターの波長には、レジストの反応に寄与しない成分を用いる。

次に、本実施の形態の露光装置１での下層配線パターン１９のモニターと上層パターンを形成するときの露光のタイミングとについて、図７を用いて説明する。図７は、走査しながらパルス的に露光ビームを基板１１に照射する様子を示す概略図である。１８ｄ・１８ｈ・１８ｉは各パルスによる露光領域を示し、この順に基板１１上を露光領域が進むものとする。１８ｅ・１８ｆ・１８ｇは１８ｄと１８ｈとの間の露光領域の位置の変化を示しているが、パルス的な露光ビームは照射されていない。２５ａ・２５ｂ・２５ｃは下層配線パターン１９のモニターを行うモニター領域を示し、この順に下層配線パターン１９のモニターが進むものとする。

露光領域１８ｄの位置でパルス露光された後も、ステージ１２の走査は進み、露光領域は１８ｅ、１８ｆ、１８ｇと進む。ただし、これらの間、露光用のビームはＯＦＦされている。この場合、すべてのミラー素子５ａをＯＦＦにしても良いし、光変調器１７によって、全体をＯＦＦしても良い。なお、同図では露光領域１８ｅ・１８ｆ・１８ｇがｙ方向にもずれた状態として示しているが、これは図が重なると見にくいためである。実際には露光領域１８ｅ・１８ｆ・１８ｇのｙ方向へのずれはなく、ｘ方向のみに走査される。

露光領域１８ｅ・１８ｆ・１８ｇでは露光用のビームはＯＦＦされているが、下層配線パターン１９のモニター用のビームは常にＯＮ状態であり、下層配線パターン１９の位置を検出している。

例えば露光領域１８ｅの先頭部分２５ａでは、次回に実際に露光を行う露光領域１８ｈ（これも図が複雑になるため、詳細のパターンは図示せず）の最初の部分２６ａの下層配線パターン１９をモニターできる。次いで、露光領域１８ｆの先頭部分２５ｂでは、次回に実際に露光を行う露光領域１８ｈの、上記最初の部分２６ａに続く次の部分２６ｂの下層配線パターン１９をモニターできる。同様にして、露光領域１８ｇの先頭部分２５ｃでは、次回に実際に露光を行う露光領域１８ｈの、上記次の部分２６ｂに続くさらに次の部分２６ｃの下層配線パターン１９をモニターできる。この動作を順次続けて露光領域１８ｈの露光が行われる位置までステージ１２が走査された時には、露光領域１８ｈ内の、下層の露光パターンの位置を、すべて（一番右端の１列分だけを除く）検出できていることになる。したがって、検出した位置ずれ情報に基づいて上層の露光データを補正し、露光領域１８ｈの露光を行えば良い。すなわち、ＤＭＤ５の各ミラー素子５ａに入力するパターンデータを補正することにより上層パターンを形成するための露光位置を補正する。

同様に、露光領域１８ｉでも、先行して取得した下層配線パターン１９の位置データに基づいて、上層パターン形成のための露光位置を補正して露光をする。補正に時間がかかる場合は、下層配線パターン１９を露光に先行して取得する位置モニター領域の範囲を拡げることにより、下層配線パターン１９をモニターする回数を減らせばよい。下層配線パターン１９をモニターする回数を減らしたとしても、１ショット分の先読みが必要であった実施の形態１と比べると、モニターした下層配線パターン１９の位置と上層パターンを形成するための露光位置とのずれを低減でき、より高精度の補正が可能となる。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲での種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の露光装置および露光方法は、下層パターンをモニターして位置情報を取得し、それに基づいて露光領域全体の露光データを補正することによって、位置ずれを補正できる。それゆえ、高速かつ高精度の重ね合わせ露光が可能となる。したがって、本発明は、液晶ディスプレイの基板や一般の回路基板等を製造する産業分野や、露光装置を製造する産業分野に好適に用いることができる。

本発明の実施の一形態における露光装置の概略的構成を示す側面図である。 上記露光装置における光源および空間光変調素子（ＳＬＭ）としてのＤＭＤの構成を示す平面図である。 上記ＤＭＤの動作を模式的に示すための図である。 （ａ）は下層配線パターンの例を示す図であり、（ｂ）は基板からの反射光をＣＣＤカメラによって検出した場合のｘ方向の光強度分布を示す図であり、（ｃ）はそれを２次微分することによって得られるエッジ検出信号を示す図であり、（ｄ）は基板からの反射光をＣＣＤカメラによって検出した場合のｙ方向の光強度分布を示す図であり、（ｅ）はそれを２次微分することによって得られるエッジ検出信号を示す図である。 上記露光装置における走査しながらパルス的に露光ビームを照射する様子を示す概略図である 本発明の他の実施の形態における露光装置の概略的構成を示す側面図である。 上記露光装置における走査しながらパルス的に露光ビームを照射する様子を示す概略図である。

符号の説明

１ 露光装置
１ａ 露光ヘッド
１ｂ 露光ヘッド
２ 光源（第１光源）
３ コリメーションレンズ
４ ミラー
５ ＤＭＤ（２次元空間光変調素子）
５ａ ミラー素子（光変調素子）
６ 光源ユニット
７ コンピュータ（下層パターン位置検出手段、補正手段）
８ 投影レンズ
９ ダイクロイックミラー（分離手段）
１０ 対物レンズ
１１ 基板（被露光体）
１２ ステージ（走査手段）
１２ａ 載置台
１５ ＣＣＤカメラ（受光手段）
１７ 光変調器
１８ 露光領域（所定領域）
１９ 下層配線パターン（下層パターン）
２０ 赤外光源（第２光源）
２１ ビームエキスパンダ
２２ 集光レンズ
２３ ハーフミラー
２４ スペックル除去部（スペックル除去手段）
２５ａ〜２５ｃ モニター領域の部分
３０ 走査駆動制御装置

Claims (11)

1. ２次元的に並び配された複数の光変調素子からなる２次元空間光変調素子を有し、該２次元空間光変調素子の各光変調素子にパターンデータを入力することによって、所定領域に対する所望のパターンを一括的に露光できる露光ヘッドと、上記露光ヘッドと露光される被露光体とを相対的に走査させるための走査手段とを備え、走査しながら露光を行う露光装置において、
   上記被露光体における既に形成された下層パターンを光の照射によってモニターすることにより該下層パターンの位置を検出する下層パターン位置検出手段と、
   上記下層パターン位置検出手段の検出結果に基づいて、上記２次元空間光変調素子の各光変調素子に入力するパターンデータを補正することにより上層パターンを形成するための露光位置を補正する補正手段とを有することを特徴とする露光装置。
2. 前記露光ヘッドにおける露光用の光の波長と、前記下層パターン位置検出手段における検出用の光の波長とが異なることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記露光用の光の波長成分と前記検出用の光の波長成分との両方を含む一つの光源を備えると共に、
   上記露光用の光の波長成分と前記検出用の光の波長成分とを分離するための分離手段が光路中に設けられていることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
4. 前記露光用の光の波長成分を有する第１光源と、前記検出用の光の波長成分を有する第２光源とがそれぞれ別個に設けられていると共に、
   上記露光用の光の波長成分と前記検出用の光の波長成分とを分離するための分離手段が光路中に設けられていることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
5. 前記分離手段は、ダイクロイックミラーからなっていることを特徴とする請求項３又は４記載の露光装置。
6. 前記検出用の光の波長が、赤外波長であることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
7. 前記下層パターン位置検出手段は、検出用の光の波長を受光する受光手段を備えていると共に、
   上記受光手段の前方には、可視波長以下の波長成分の光をカットするためのフィルターが設けられていることを特徴とする請求項６記載の露光装置
8. 前記検出用の光の波長成分を有する第２光源は半導体レーザからなると共に、
   上記半導体レーザのスペックルノイズを低減するためのスペックル除去手段が光路中に設けられていることを特徴とする請求項４記載の露光装置。
9. 前記露光ヘッドは、複数個設けられていると共に、
   各露光ヘッドには、前記下層パターン位置検出手段と補正手段とがそれぞれ備えられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の露光装置。
10. ２次元的に並び配された複数の光変調素子からなる２次元空間光変調素子を有し、該２次元空間光変調素子の各光変調素子にパターンデータを入力することによって、所定領域に対する所望のパターンを一括的に露光できる露光ヘッドと、露光される被露光体とを相対的に走査しながら露光を行う露光方法において、
    上記被露光体における既に形成された下層パターンを光の照射によってモニターすることにより該下層パターンの位置を検出すると共に、
    その下層パターンの位置の検出結果に基づいて、上記２次元空間光変調素子の各光変調素子に入力するパターンデータを補正することにより上層パターンを形成するための露光位置を補正すること特徴とする露光方法。
11. 前記露光用の光の波長成分を有する第１光源と、前記検出用の光の波長成分を有する第２光源とをそれぞれ別個に設け、
    上記第２光源による下層パターンの位置の検出を、上記第１光源による露光よりも時間的に先行させることを特徴とする請求項１０記載の露光方法。

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