JP2007005459A - 露光装置及びその調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）の位置或いは傾きを調整するにあたり、液圧を利用することにより、ＤＭＤの微細な調整、調整位置の持続性、並びに調整機構の小型化を可能にすることを課題とする。
【解決手段】 露光すべき所定のパターンデータを電気信号としてＤＭＤに入力し、その複数のマイクロミラーをパターンデータに応じて傾動させ、ＤＭＤに光を投影させて前記マイクロミラーによる反射光を露光対象に投影して、前記パターンデータに対応した形状に露光させる露光装置において、液圧を用いて前記ＤＭＤの位置調整を行うようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図９

Description

本発明は、露光装置及びその調整方法に関し、特にパターンマスクを使用することなく、感光性レジスト等を露光する場合において、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を精度良く調整することのできる露光装置及びその調整方法に関する。

レジストの露光は、半導体装置やプリント基板等、各種の電子装置の製作に利用されている。例えば、半導体装置を製作する場合、ウエハ上に感光性樹脂膜であるレジストを塗布し、このレジストを所望のパターンに露光・現像した後、エッチング等の処理を行い、所要のパターンにイオン打ち込みや不純物の拡散等の行うのが一般的である。

また、従来の半導体装置を製作するためのレジスト露光装置は、ＸＹステージの上方にレジストを塗布したウエハを載せる支持テーブルを設け、その上方に光源及び光学系を配置し、光源からの光を所望のパターンが描かれたパターンマスクに入射させ、パターンマスクに描かれたパターンどおりの形状をレジスト表面に縮小投影してレジストを感光させるように構成されている。

このような従来のレジスト露光装置では、パターンマスクの精度が半導体装置の品質に密接に関係するので、厳しい管理下の工程においてレクチルの製作及びマスタマスクの製作を経てワークコピーマスク（パターンマスク）を製作しなければならず、パターンマスクの製作が非常に複雑であった。また、形成すべきパターンが異なる都度、マスクを製作しなければならず、多品種少量生産には対応が難しいという問題があった。

そこで、特許文献１では、パターンマスクを使用することなく、半導体デバイス等に精度良くレジストを露光するために、露光すべきパターンに対応したパターンデータを作製し、これを電気信号としてデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）に入力し、その複数の各微小ミラーをパターンデータに応じて傾動させる。そして、ＤＭＤに光を投影してその各微小ミラーからの反射光をレジストに投影してパターンデータに対応した形状に露光させるようにしている。

図１に、特許文献１と同様、パターンマスクを使用しないレジスト露光装置の一例を示す。パターンマスクを使用することなく、半導体デバイス等に精度良くレジストを露光するために、光源１からの光をミラー２でＤＭＤ３に反射する。ＤＭＤ３は、図２及び図３に示すように、多数のマイクロミラー１２が配列されたもので、ＤＭＤ３は各マイクロミラー１２の動作により露光する部分の光をミラー４へ反射し、露光しない部分の光を光吸収部材５へ反射する。ミラー４へ反射した光はレンズ６を介して露光する像を作り出す。この像を変化させながら、ステージ７を動作させることで、基板８上に塗布されている感光体樹脂層であるレジスト９の露光を行う。ＤＭＤ３はＤＭＤ調整機構１０上に固定されている。ＤＭＤ３、ＤＭＤ調整機構１０、並びにミラー２、４、光吸収部材５、レンズ６等の光学部品で１つの光学エンジン１１を構成する。

図２はＤＭＤ３を露光方向（走査方向）に対して傾斜させて設置する場合、図３はＤＭＤ３を露光方向（走査方向）に対して傾斜させないで水平に設置する場合を示す。マイクロミラー（画素）１２の数は、通常、１０２４×７６８ドットで格子状に配列されたものである。露光する像の分解能を向上させるためには、図２のように、ＤＭＤ３を露光方向に対して傾斜させて設置する。このように、ＤＭＤ３を傾斜させて設置することにより、走査軌跡１３の間隔は、図２のｗ_１の方が図３のｗ_２より細くできる。また、ＤＭＤ３の傾きθを０°＜θ＜９０°の範囲で変化させることにより、走査軌跡の間隔を任意に設定することができる。ただし、走査軌跡１３上のマイクロミラー１２の数は一定でないため、実際の露光には、走査軌跡上のマイクロミラー１２の数に応じた照度とステージの移動速度の調整を行う必要がある。

このような仕組みで露光を行うため、基板上の感光体が感光するために必要な光量を照射するためには、以下の３つの要素を調整することになる。
（１）走査軌跡１３上のマイクロミラー１２の数（感光体のある一点に光が当たる回数）
（２）光源の照度
（３）ステージ（感光体）の移動速度
ただし、（１）は分解能に依存する。分解能は、露光装置の性能として露光装置の設計段階で決定されるため、基本的に後から調整するものではない。このことから、露光を行う上でＤＭＤの傾きが設計上の角度からずれていると、各マイクロミラーが走査軌跡から外れるため、感光体のある同一な点に光が当たらない、即ち、ＤＭＤの傾きのずれ方向により左右どちらかに少しずつずれることとなるため露光精度に悪影響を及ぼす。

露光精度の観点から、光学エンジン１１の設置位置の正確さ、即ちＸ，Ｙ方向、鉛直方向のずれや、ぶれを最小限にすることは、言うまでもなく重要である。さらに、光学エンジン１１内に設置されているミラー２、４、レンズ６、光吸収部材５とＤＭＤ３との位置関係及びＤＭＤ３の傾きθは、非常に高い精度で露光装置の設計上の値に保つ必要があり、その場合のずれは、フォーカス、スポット形状、像の位置などへ悪影響を及ぼす。このことから、ＤＭＤの位置及び傾きを微細に調整する機構は必要不可欠である。

露光装置の各光学エンジン１１は、露光すべき基板に対してそれぞれ一定の幅しか露光を行うことができない。例えば、図４に示すように、１つの光学エンジン１１の露光する幅ａを基板８の幅ｗの１／１１とし、且つ、光学エンジン１１を３台搭載した場合、各光学エンジン１１（Ｅ１〜Ｅ３）がそれぞれ４回の露光を行うことで基板８の幅全体の露光を行うことができる。ここで、Ａ_１，Ｂ_１，Ｃ_１は各光学エンジン（Ｅ１〜Ｅ３）の１回目の露光領域、Ａ_２，Ｂ_２，Ｃ_２は２回目の露光領域、Ａ_３，Ｂ_３，Ｃ_３は３回目の露光領域、Ａ_４，Ｂ_４，Ｃ_４は４回目の露光領域を示し、１０はＤＭＤの調整機構、１５は光源から各光学エンジンへ光を導びく光ファイバーである。

図４の露光装置では、光学エンジン１１を３台しか搭載していないため、光学エンジンの配置間隔を広く取ることができる。そのため、ＤＭＤの調整機構１０の大きさが光学エンジン１１の幅以上であっても問題ない。

しかし、一方で、生産効率を向上させるために露光時間を短縮する必要がある。その方策の１つとして、図５に示すように、光学エンジン１１を露光すべき基板８の幅に対して隙間なく設置する。例えば、１つの光学エンジン１１の露光する幅ａは図４の場合と同様に基板８の幅ｗの１／１１であるが、図５では、光学エンジンを１１台搭載したとすると、各光学エンジン（Ｅ１〜Ｅ１１）がそれぞれ１回の露光を行うだけで基板８の幅全体の露光を行うことができる。この場合において、各光学エンジン１１の周りには、光学エンジンを上下する機構、冷却機構、ＤＭＤ３を駆動するための電子機器など（図示せず）が設置されるため、ＤＭＤ調整機構１０の設置スペースは圧迫される。そのため、ＤＭＤ調整機構１０は小型化する必要がある。

図６は従来のＤＭＤ調整機構１０の一例を示す。図示のように、従来のＤＭＤ調整機構１０は、ＤＭＤ３を矩形の板１７に固定し、固定枠１９に取り付けられた調整ねじ２１により板１７を移動させることにより、ＤＭＤ３の位置及び傾きを調整していた。調整ねじ２１はその先端部が矩形板１７の各側辺の両端部にそれぞれ当接するように、合計８本の設けられる。

しかしながら、このような調整ねじ２１による従来の調整機構は、例えば１μｍ単位とするような微細な調整が困難であり、Ｘ方向、Ｙ方向或いは回転方向の各調整機構が独立していないため、ＤＭＤ３のＸ方向又はＹ方向の位置のみ、又は傾きのみ、を単独で調整することはできず、更にまた、ねじ式の調整機構であるため、調整した位置に調節ねじを固定しておくことできない、等の問題がある。

特開平１０−１１２５７９号公報

上述したように、図６に示すような調整ねじを用いた従来のＤＭＤ調整機構１０においては、ＤＭＤの微細な調整が困難であり、調整位置の持続性の点或いは調整機構の小型化の点でも問題があった。

本発明は、このような問題を解決するために案出したもので、ＤＭＤの位置或いは傾きを調整するにあたり、液圧を利用することにより、ＤＭＤの微細な調整、調整位置の持続性、並びに調整機構の小型化を可能にすることを課題とする。

上記の課題を達成するために、本発明によれば、傾動可能な複数のマイクロミラーを具備するデジタル・マイクロミラー・デバイスと、露光すべき所定のパターンデータを電気信号として前記デジタル・マイクロミラー・デバイスに入力し、パターンデータに応じて前記マイクロミラーを傾動させる制御部と、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスに光を投影し、前記マイクロミラーによる反射光を露光対象に投影して、前記パターンデータに対応した形状に露光させる光学部と、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの位置を調整する機構と、を具備する露光装置において、前記位置調整機構は液圧を用いた調整機構であることを特徴とする露光装置が提供される。

また、本発明によると、露光すべき所定のパターンデータを電気信号としてデジタル・マイクロミラー・デバイスに入力し、その複数のマイクロミラーをパターンデータに応じて傾動させ、デジタル・マイクロミラー・デバイスに光を投影させて前記マイクロミラーによる反射光を露光対象に投影して、前記パターンデータに対応した形状に露光させる露光装置において、液圧を用いて前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの位置調整を行うことを特徴とする露光装置の調整方法が提供される。

前記デジタル・マイクロミラー・デバイスのＸ方向、Ｙ方向及び回転方向の調整を、それぞれ独立した液圧機構にて行うことを特徴とする。また、液を送り出す側のピストン・シリンダ機構と、液が流入する側のピストン・シリンダ機構との面積比を調整することにより微細な調整を可能としたことを特徴とする。

この場合において、液を送り出す側には、複数組の、面積の異なるピストン・シリンダ機構を設けることもできる。更にまた、液圧機構の配管に逆止弁を設け、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの設定した位置を固定できるようにしたことを特徴とする。

以下、添付図面（図７〜図１２）を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図７は液圧機構におけるピストンの面積の変更による移動量の違いを説明するための概略図である。図示のように、２つのシリンダーＣ_１，Ｃ_２が配管Ｈを通して連結されている場合は、液を送り出す側のシリンダーＣ_１及びピストンＰ_１と、液が流入する側のシリンダーＣ_２及びピストンＰ_２との面積比を調整することにより微細な調整を可能にすることができる。例えば、液を送り出す側のピストンＰ_１の移動量Ａを、液が流入する側のピストンＰ_２の移動量Ｂより大きく（Ａ＞Ｂ）して微細な調整を可能にしようとする場合は、液を送り出す側のシリンダーＣ_１及びピストンＰ_１と、液が流入する側のシリンダーＣ_２及びピストンＰ_２との面積比をＢ：Ａにする。ここで、ピストンＰ_２がデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）のＸ方向、Ｙ方向又は回転方向の調整部に連結されていることはいうまでもない。

図８はＤＭＤ調整機構におけるＤＭＤを固定する板及び取付部を示すものである。ＤＭＤ３は長方形の板１７の上面に固定されている。板１７の裏面中心部に板１７に対して直角に延びた回転軸２３があり、板１７はこの回転軸２３を中心に回転してＤＭＤ３の傾き位置を調整できるようになっている。板１７の裏面には回転軸２３から両側へ長辺の方向に延びた横板２５が固定されている。

図９は、ＤＭＤ３のＸ方向、Ｙ方向及び回転方向の調整をそれぞれ独立した液圧機構で実現する本発明の１実施形態に係る装置を示す。３１、４１、５１はシリンダー、３２、４２、５２はピストン、３３、４３、５３は各シリンダーへの配管、３４、４４、５４は各配管に設けた逆止弁である。矩形の外枠３０は固定枠で、その内側の矩形枠３６は外枠３０の内側をＹ方向にスライド可能に配置されている。また、矩形枠３６の内側には、矩形枠４６が配置されており、この矩形枠４６は矩形枠３６の内側をＸ方向にスライド可能に配置されている。そして、この矩形枠４６には、前述のように、ＤＭＤ３を固定している板１７が回転軸２３を中心として回転可能に取付けられている。

したがって、ＤＭＤ３のＹ方向の移動は、配管３３、弁３４を介してシリンダー３１に流入する液圧によりピストン３２が矩形枠３６をばね３５に抗してＹ方向に移動させることにより行われる。同様に、ＤＭＤ３のＸ方向の移動は、配管４３、弁４４を介してシリンダー４１に流入する液圧によりピストン４２が矩形枠４６をばね４５に抗してＸ方向に移動させることにより行われる。また、ＤＭＤ３の回転方向の調整は、配管５３、弁５４を介してシリンダー５１に流入する液圧によりピストン５２が横板２５をばね５５に抗して押圧しＤＭＤ３を固定している板１７を回転軸２３を中心に回転させることにより行われる。

図１０は各配管３３、４３、５３に設けた逆止弁３４、４４、５４の構造を示す。これらの逆止弁は弁体Ｖが、ＤＭＤ３の調整動作をするシリンター側への液の流れに対して開き、駆動側への逆方向の流れに対して閉じるので、ピストン３２、４２、５２は調整動作の後所定の位置に固定され、これによりＤＭＤ３も所定の調整位置に保持される。これらのピストンを初期位置に戻す際には、弁体Ｖが強制的に開かれることはいうまでもない。

図１１は圧電素子を用いた調整機構の一例、図１２は本発明のように液圧シリンダーを用いた調整機構の一例であって、両者を比較して説明する。これらの例では、ＤＭＤのＸ方向、Ｙ方向、回転方向のいずれの調整動作においても、調整範囲（例えば、１μｍ単位）の狭い微細な調整を行う微細調整用と、調整範囲（例えば数ｍｍ）の広い粗調整用と、の２段階に分けて調整する場合を示す。特に、露光装置においては、前述のように複数の光学エンジンを併設するため、光学エンジンの一部を構成する調整機構全体を小型化することが要求される。

圧電素子を用いた調整機構では、圧電素子６０は電圧を加えた時の変位量が、通常数μｍ、増幅機構を設けても数百μｍ程度と、微小であるため、通常は、図１１に示すように、全く異なった粗調整機構を併設する必要がある。即ち、圧電素子６０は微細調整用としてＤＭＤ３の側に配置され、一方、粗調整機構は、圧電素子６０を押圧する板６１、この板を移動させる調整ねじ６２、この調整ねじを動作させるリンク機構６３、このリンク機構を操作する粗調整用つまみ６４等からなる。この場合において、粗調整機構を圧電素子６０に近い部分に設置する必要があり、光学エンジンの内部に設置された調整機構からリンク機構６３を用いて調整用つまみ６４を延長することが必要となるため、調整機構全体を小型化することが難しい。また、圧電素子６０は長時間安定して変位を保つことが難しいことや、外来ノイズの影響を受け易いことが懸念される。また、この調整機構では、リンク機構６３等の部分にあそびがあるため、板６１を完全に固定することは困難であり、ＤＭＤ３の位置や傾きを調整する上で精度上の問題がある。

これに対し、図１２は液圧シリンダーを用いた調整機構では、液が流入する被駆動側のシリンダーＣ_３及びピストンＰ_３から成る機構に、逆止弁Ｖを介して、配管Ｈを２つに分岐し、液を送り出す駆動側の機構として、面積の大きなシリンダーＣ_１及びピストンＰ_１からなる粗調整用と、面積の小さなシリンダーＣ_２及びピストンＰ_２からなる微細調整用の２組のピストン・シリンダー機構を設けている。このように駆動側に複数のピストン・シリンダー機構を設けることにより、微細な調整を効率良く行うことができ、配管の延長等が容易であるため小型化を達成でき、且つ被駆動側のピストンの位置を固定して、ＤＭＤ３の調整位置を保持することができる。

以上添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。

以上説明したように、本発明によれば、ＤＭＤの位置或いは傾きを調整するにあたり、液圧を利用することにより、ＤＭＤの微細な調整、調整位置の持続性、並びに調整機構の小型化を可能とすることができる。

パターンマスクを使用しない露光装置の概略図である。 ＤＭＤを傾斜させた設置した場合の図である。 ＤＭＤを水平に設置した場合の図である。 光学エンジン３台をもった露光装置の概略図である。 光学エンジン１１台をもった露光装置の概略図である。 従来のＤＭＤの調整機構の概略図である。 ピストンの面積の変更による移動量の違いを示す図である。 ＤＭＤを固定する部分の構造を示す図である。 本発明による液圧を使用したＤＭＤの調整機構の図である。 逆止弁と液体の流入方向を示す図である。 圧電素子を用いたＤＭＤの調整機構の例（ａ）及びそのリンク機構（ｂ）を示す。 本発明により液圧シリンダを用いたＤＭＤの調整機構を示す図である。

符号の説明

３ デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
１７ ＤＭＤ取付板
２３ 回転軸
２５ 横板
３０ 固定枠
３６、４６ スライド枠
３１、４１、５１ シリンダー
３２、４２、５２ ピストン
３３、４３、５３ 配管
３４、４４、５４ 逆止弁
３５、４５、５５ ばね

Claims (6)

1. 傾動可能な複数のマイクロミラーを具備するデジタル・マイクロミラー・デバイスと、露光すべき所定のパターンデータを電気信号として前記デジタル・マイクロミラー・デバイスに入力し、パターンデータに応じて前記マイクロミラーを傾動させる制御部と、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスに光を投影し、前記マイクロミラーによる反射光を露光対象に投影して、前記パターンデータに対応した形状に露光させる光学部と、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの位置を調整する機構と、を具備する露光装置において、前記位置調整機構は液圧を用いた調整機構であることを特徴とする露光装置。
2. 露光すべき所定のパターンデータを電気信号としてデジタル・マイクロミラー・デバイスに入力し、その複数のマイクロミラーをパターンデータに応じて傾動させ、デジタル・マイクロミラー・デバイスに光を投影させて前記マイクロミラーによる反射光を露光対象に投影して、前記パターンデータに対応した形状に露光させる露光装置において、液圧を用いて前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの位置調整を行うことを特徴とする露光装置の調整方法。
3. 前記デジタル・マイクロミラー・デバイスのＸ方向、Ｙ方向及び回転方向の調整を、それぞれ独立した液圧機構にて行うことを特徴とする請求項２に記載の調整方法。
4. 液を送り出す側のピストン・シリンダ機構と、液が流入する側のピストン・シリンダ機構との面積比を調整することにより微細な調整を可能としたことを特徴とする請求項２又は３に記載の調整方法。
5. 液が流入する側のピストン・シリンダ機構の配管を分岐して、複数の、面積の異なる液を送り出す側のピストン・シリンダ機構に連結したことを特徴とする請求項４に記載の調整方法。
6. 液圧機構の配管に逆止弁を設け、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスを設定した位置に固定できるようにしたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の調整方法。

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