JP2007019073A - 露光パターン形成装置及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源アレイを有する露光パターン形成装置及びその露光パターン形成装置を備えた露光装置において、マスクレス露光を可能とする。
【解決手段】露光パターン形成装置２に、発光素子を１つの光源３とし光源３が縦横に並設された光源アレイと、光源３の各々の発光を独立して制御して前記光源アレイに露光パターンを形成させる制御部１１と、を設ける。このように、それぞれの光源３の発光を制御して光源アレイで所望の露光パターンを形成することにより、マスクを用いることなく所望の露光パターンで露光を行うことができる構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光パターン形成装置及び露光装置に関し、特に光源アレイを備えた露光パターン形成装置及びその露光パターン形成装置を備えた露光装置に関する。

半導体集積回路や液晶デバイスなどの回路パターン形成には、一般にフォトリソグラフィと呼ばれる工程が必要である。このフォトリソグラフィでは、フォトレジストを塗布したシリコンなどの基板上に光を照射すると、光が照射された部分のフォトレジストが感光して基板上に所望のパターンが作成される。

このようなフォトリソグラフィ工程に用いる露光装置としては、所望のマスクパターンを基板上に投影して露光パターンを形成する縮小投影露光装置が広く用いられている（特許文献１）。この投影露光装置では、基板上に形成するパターンを４〜５倍程度に拡大した原版パターンが形成されたマスクを用いて、このマスクのパターンを、縮小投影光学系を介して基板上に転写する。

また、露光装置の光源としては、従来は水銀ランプなどのアークランプが用いられていた。しかし、アークランプは小型化できないため狭いスペースに多数のアークランプを設置することはできず、また、高照度を確保するには高電力を要し、製品寿命が短いという問題があった。

そこで近年は、軽量で単価が安く、発光効率のよい半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子を光源に用いた露光装置が提案されている。更に、１つの半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）では露光装置の光源として光量が必ずしも十分でないことから、複数の半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）を小形にアレイ化した光源アレイによって構成された光源装置を備える露光装置が提案されている。
特開２０００−１３３５６２号公報

しかしながら、上記のマスクを用いた投影露光法にあっては、１つの露光装置について複数のマスクパターンを用意する必要があり、また、マスクパターンを変更したい場合はその都度マスクを作り直す必要があった。しかし、マスクは高価であり、また、マスクの設計には所定の期間を要するため、膨大な費用及び時間を要するという問題があった。更に、マスクを用いた露光ではマスクと基板の位置合わせが必要となり、露光工程が煩雑化するという問題もあった。

一方、光源が高密度に配列された光源アレイの特長を生かして露光装置の設計の自由度を高めることが求められている。

本発明の課題は、光源アレイを備えた露光パターン形成装置及びその露光パターン形成装置を用いた露光装置において、マスクレス露光を可能とする露光パターン形成装置及び露光装置を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、露光パターン形成装置であって、発光素子を１つの光源とし該光源が縦横に並設された光源アレイと、前記光源の各々の発光を独立して制御して前記光源アレイに露光パターンを形成させる制御部と、を備えることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、光源が縦横に並設された光源アレイにおいてそれぞれの光源の発光を独立して制御できることから、所望の露光パターンに対応するように個々の光源を発光させることにより、光源アレイに露光パターンを形成させることができる。そして、この光源アレイで露光することにより、別途マスクを使用することなく、所望のパターンの露光を行うことができる。また、光源に発光素子を用いることから、光源のＯＮ／ＯＦＦ操作を極めて迅速に行うことができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の露光パターン形成装置であって、前記光源の各々に対応して回折光学素子が設けられ、前記光源の各々からの出力光を前記回折光学素子によって断面がほぼ方形又は矩形となるように整形するように構成されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、光源の出力光が回折光学素子を経るのみで出力光がほぼ方形又は矩形に整形されることから、複数のレンズなど複雑な光学系を用いることなく、基板などの形状に対応させて出力光を整形することが可能となる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の露光パターン形成装置であって、前記回折光学素子は隣り合う前記光源の各々からの出力光を方向制御して隙間なく結像させることができることを特徴とする。

請求項３記載の発明によれば、光源アレイにおいては各々の光源の間に隙間があるが、光源の出力光が回折光学素子を経るのみで出力光が方向制御されることから、複数のレンズなど複雑な光学系を用いることなく、各々の光源からの出力光を隙間なく結像することが可能となる。

請求項４記載の発明は、請求項２又は請求項３記載の露光パターン形成装置であって、前記光源と該光源に対応する前記回折光学素子との間にファイバが設けられていることを特徴とする。

請求項４記載の発明によれば、光源アレイにおいては各々の光源の間に隙間があるが、光源の出力光をファイバで送信することにより、光源を実質的に接近させて、回折光学素子をコンパクトに構成することが可能となる。

請求項５記載の発明は、請求項１〜請求項４いずれか一項に記載の露光パターン形成装置であって、前記発光素子はＬＤ又はＬＥＤであることを特徴とする。

請求項５記載の発明によれば、光源の発光素子としてＬＤ又はＬＥＤを用いることから、光源のＯＮ／ＯＦＦ操作を極めて迅速に行うことができる。

請求項６記載の発明は、露光装置であって、請求項１〜請求項５いずれか一項に記載の露光パターン形成装置を備えることを特徴とする。

請求項６記載の発明によれば、露光装置によって露光を行う際に、請求項１〜請求項５と同様の作用を得ることができる。

請求項１記載の発明によれば、光源アレイにおいて露光パターンを作成できることから、別途マスクを使用することなく、所望の露光パターンどおりに露光を行うことができる。また、光源として発光素子を用いることから、光源のＯＮ／ＯＦＦ操作を極めて迅速に行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、複数のレンズなど複雑な光学系を用いることなく、基板などの形状に対応させて出力光を整形することが可能となる。これにより、露光パターン形成装置の設計の自由度が高められる。

請求項３記載の発明によれば、複数のレンズなど複雑な光学系を用いることなく、光源の各々からの出力光を隙間なく結像することが可能となる。これにより、露光パターン形成装置の設計の自由度が高められる。

請求項４記載の発明によれば、ファイバの使用により、回折光学素子をコンパクトに構成することができるため、露光パターン形成装置の設計の自由度が高められる。

請求項５記載の発明によれば、光源の発光素子としてＬＤ又はＬＥＤを用いることから、光源のＯＮ／ＯＦＦ操作を極めて迅速に行うことができる。

請求項６記載の発明によれば、露光装置によって露光を行う際に、請求項１〜請求項５と同様の効果を得ることができる。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について図１〜図５を参照して説明する。

図１は本実施形態に係る露光装置１の概略構成図である。

露光装置１が備える露光パターン形成装置２は、光源３が縦横に並設された光源アレイを備えている。本実施形態では光源３として半導体レーザ（ＬＤ）を使用するが、発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用してもよい。また、それぞれの光源３には、半導体レーザ（ＬＤ）の電極から電流を注入してレーザ光を発生させるためのスイッチング回路４（図５参照）が接続されている。このような構成により、光源３の発光をそれぞれ独立して制御することが可能となっている。また、本実施形態では光源３として半導体レーザ（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）などを用いることから、スイッチング回路４の制御により極めて迅速に光源３を発光させることができる。

また、図１に示すように、それぞれの光源３には半導体レーザ（ＬＤ）が発光したレーザ光を外部に出射するためのガラス製の窓５が設けられている。

複数の光源３が備えるそれぞれの窓５には、光源３の数に対応する本数のファイバ６が１本ずつ接続されている。このファイバ６は、高純度のガラス又はプラスチックなどによって形成された光通信用ケーブルであり、光源３の窓５から出射されたレーザ光を光信号として高速かつ正確に送信することができるようになっている。

光源３の窓５に接続されたファイバ６の他端は回折光学素子ユニット７に接続されている。この回折光学素子ユニット７は、それぞれの光源３に対応する位置に１つずつ設けられた回折光学素子（Diffractive Optical Element）の集合体として構成されており、１つの光源３から出射されたレーザ光はそれぞれ１つの回折光学素子に入射するようになっている。

本実施形態の回折光学素子は、図２に示すように楕円形に発光したレーザ光を、図３に示すようにほぼ方形又は矩形に整形する機能と、図４に示すようにそれぞれのレーザ光を隙間なく結像させるようにレーザ光の角度を調整する機能とを果たすようになっている。更に、それぞれの回折光学素子は入射したレーザ光を投影露光レンズ８に向けるようになっている。

このように、本実施形態では、１つの回折光学素子が複数の機能を果たす構成とされているが、１つの光源３に対して複数の回折光学素子を設け、それぞれの回折光学素子に１つずつ機能を持たせることも可能である。また、ファイバ６の利用によりそれぞれのレーザ光の隙間を小さくすることも可能である。

回折光学素子ユニット７を透過したレーザ光は、投影露光レンズ８に入射するようになっている。また、投影露光レンズ８は、回折光学素子ユニット７を透過したレーザ光による光像を結像させるようになっている。なお、本実施形態では１枚の投影露光レンズ８を使用しているが、複数のレンズによって露光光学系を構成してもよい。

投影露光レンズ８を透過したレーザ光は、露光装置１が備えるステージ１０（図５参照）の上に設置された基板９に結像するようになっている。すなわち、基板９の表面には感光性のフォトレジストが塗布されており、投影露光レンズ８から入射するレーザ光によって、所望の露光パターンにより露光されるようになっている。

次に、図５に露光装置１の機能的構成を示す。

図５に示すように、本実施形態に係る露光装置１は制御部１１を備えている。制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、書き換え可能な半導体素子で構成されるＲＡＭ（Random Access Memory）及び不揮発性の半導体メモリで構成されるＲＯＭ（Read Only Memory）から構成されている。

また、制御部１１には露光装置１の各構成部分が接続されており、制御部１１はＲＯＭに記録された処理プログラムをＲＡＭに展開して、ＣＰＵによってこの処理プログラムを実行することにより、これらの各構成部分を駆動制御するようになっている。

図５に示すように、制御部１１には、入力部１２、記憶部１３、スイッチング回路４、ステージ駆動部１４が接続されている。

入力部１２は、キーボード、マウス、タッチパネルなどから構成され、ユーザによって露光パターンに関する指示入力ができるようになっている。また、入力部１２は、ディスクなどの記録媒体などを装填できるように構成して、その記録媒体から露光パターンに関する情報を読み出すようにすることも可能である。

記憶部１３は、半導体メモリなどからなる記録用のメモリであり、入力部１２から入力された露光パターンに関する情報を記録する記録領域を有している。記憶部１３は、例えばフラッシュメモリなどの内蔵型メモリや、着脱可能なメモリカードやメモリスティックであってもよく、また、ハードディスク又はフロッピー（登録商標）ディスクなどの磁気記録媒体などであってもよい。

スイッチング回路４は、制御部１１の指示信号に基づき、露光パターン形成装置２が備えるそれぞれの光源３の発光を制御するようになっている。これにより、所望の露光パターンに対応する部分の光源３をＯＮにすることが可能となっている。

ステージ駆動部１４は、基板９が設置されたステージ１０の上下移動や傾斜を制御することにより、投影露光レンズ８から基板９の表面に入射するレーザ光の位置を調整するようになっている。

次に、本実施形態に係る露光パターン形成装置２を備えた露光装置１の作用について説明する。

露光装置１の記憶部１３は、ユーザが予め入力部１２で入力した露光パターン又は入力部１２で記録媒体から読み出された露光パターンを記憶する。

また、ユーザは感光性のフォトレジストが塗布された基板９を露光装置１のステージ１０に設置する。

露光が開始されると、制御部１１は入力部１２からの指示信号などに基づいて、記憶部１３から目的に応じた所望の露光パターンを読み出す。そして、読み出した露光パターンをスイッチング回路４に送信する。

続いて、スイッチング回路４は、所望の露光パターンに従って露光パターン形成装置２の光源３を発光させる。すなわち、規則的に配列された光源３のうち、基板９のフォトレジストにおいて露光する部分に対応する光源３のみが発光するようにスイッチング回路４を制御する。本実施形態では光源３として半導体レーザ（ＬＤ）を使用するため、スイッチング回路４の制御により光源３において極めて迅速にレーザ光を発光させることができる。

こうして、所定の光源３がレーザ光を発光すると、レーザ光は光源３の窓５から外部に出射され、それぞれの光源３の窓５に接続されたファイバ６によって回折光学素子ユニット７に送信される。

続いて、ファイバ６からレーザ光を受信した回折光学素子ユニット７は、図２に示すように楕円形に発光したレーザ光を、図３に示すようにほぼ方形又は矩形に整形した上で、図４に示すようにそれぞれのレーザ光を隙間なく結像させるために、レーザ光の角度を調整する。そして、回折光学素子ユニット７は入射したレーザ光を投影露光レンズ８に向ける。

次に、投影露光レンズ８は、回折光学素子ユニット７から入射したレーザ光の光像を基板９のフォトレジストに結像する。こうして、投影露光レンズ８から入射するレーザ光によって、基板９のフォトレジストは所望の露光パターンにより露光される。

この際、ステージ駆動部１４は、基板９が設置されたステージ１０の上下移動や傾斜を制御することにより、投影露光レンズ８から基板９の表面に入射するレーザ光の位置を調整する。

以上のように、本実施形態に係る露光パターン形成装置２又は露光装置１によれば、光源３が縦横に並設された光源アレイにおいて、それぞれの光源３の発光を独立して制御できることから、所望の露光パターンに対応する光源３を発光させることにより、光源アレイに露光パターンを形成することができる。そして、この光源アレイで露光することにより、別途マスクを使用することなく、所望のパターンの露光を行うことができる。また、光源３に発光素子を用いることから、光源３を極めて迅速に発光させることができる。

また、光源３の出力光が回折光学素子ユニット７を経るのみで出力光がほぼ方形又は矩形に整形されることから、複数のレンズなど複雑な光学系を用いることなく、基板９の形状に対応させて出力光を整形することが可能となる。

また、光源アレイにおいては各々の光源３の間に隙間があるが、光源３の出力光が回折光学素子ユニット７を経るのみで出力光が方向制御されることから、複数のレンズなど複雑な光学系を用いることなく、各々の光源３からの出力光を隙間なく結像することが可能となる。

また、ファイバ６を使用して光源３の出力光を送信することにより、光源アレイにおいては各々の光源の間に隙間があるが、光源を実質的に接近させて、回折光学素子をコンパクトに構成することが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図６を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成部分について説明する。

図６は本実施形態に係る露光装置１の概略構成図である。

本実施形態において、露光パターン形成装置２に配列されたそれぞれの光源３には、回折光学素子によって構成された窓１５が設けられている。すなわち、本実施形態では、レーザ光を出射する光源３とレーザ光の整形などを行う回折光学素子とが、ファイバ６を介することなく一体となって形成されている。このような構成により、光源３としての半導体レーザ（ＬＤ）の活性層において発生したレーザ光は、窓１５から出射される際に回折光学素子を経るのみで楕円形からほぼ方形又は矩形に整形された上で、それぞれのレーザ光が隙間なく結像するように方向制御されるようになっている。そして、窓１５から出射されたレーザ光は回折光学素子により投影露光レンズ８に向けられるようになっている。

なお、露光パターン形成装置２に配列された光源３のそれぞれにはスイッチング回路４が接続されており、光源３をそれぞれ独立して発光させることができる点は第１の実施形態と同様である。また、投影露光レンズ８及び基板９の構成も第１の実施形態と同様である。

また、露光装置１の機能的構成は第１の実施形態と同様である。

次に、本実施形態に係る露光装置１の作用について説明する。

露光装置１の記憶部１３は予め露光パターンを記憶する。また、ユーザはフォトレジストが塗布された基板９を露光装置１のステージ１０に設置する。

露光が開始されると、制御部１１は記憶部１３から目的に応じた所望の露光パターンを読み出してスイッチング回路４に送信する。

次に、スイッチング回路４は、所望の露光パターンに従って露光パターン形成装置２の光源３にレーザ光を発光させる。そして、レーザ光は光源３の窓１５から外部に出射される。

ここで、本実施形態では光源３の窓１５が回折光学素子によって構成されていることから、光源３が発光したレーザ光は、窓１５から出射される際に回折光学素子を経るのみで楕円形からほぼ方形又は矩形に整形された上で、それぞれのレーザ光が隙間なく結像するように方向制御される。そして、回折光学素子は入射したレーザ光を投影露光レンズ８に向ける。

続いて、投影露光レンズ８は、光源３の窓１５から入射した光像を基板９のフォトレジストに結像する。

この際、ステージ駆動部１４は、基板９が設置されたステージ１０の上下移動や傾斜を制御することにより、投影露光レンズ８から基板９の表面に入射するレーザ光の位置を調整する。

こうして、投影露光レンズ８から入射するレーザ光によって、基板９のフォトレジストが所望の露光パターンにより従って露光される。

以上のように、本実施形態に係る露光パターン形成装置２又は露光装置１によれば、第１の実施形態と同様の作用が得られる他、光源３と回折光学素子が一体化されていることから、露光パターン形成装置２の省スペース化を図ることができる。また、光源３の出力光が窓１５から出射される際に回折光学素子を経るのみで出力光を整形することができる。これにより、複数のレンズなど複雑な光学系が不要となり、露光パターン形成装置２の省スペース化を図ると共に設計の自由度を高めることができる。

以上詳細に説明したように本発明の露光パターン形成装置又は露光装置によれば、光源アレイで露光パターンを作成できることから、別途マスクを使用することなく、所望の露光パターンどおりに露光を行うことができる。また、光源として発光素子を用いることから、光源を極めて迅速に発光させることができる。

また、複数のレンズなど複雑な光学系を用いることなく、基板などの形状に対応させて出力光を整形することが可能となる。これにより、露光パターン形成装置の設計の自由度が高められる。

また、複数のレンズなど複雑な光学系を用いることなく、光源の各々からの出力光を隙間なく結像することが可能となる。これにより、露光パターン形成装置の設計の自由度が高められる。

また、ファイバの使用により回折光学素子をコンパクトに構成することができるため、露光パターン形成装置の設計の自由度が高められる。

更に、光源と回折光学素子を一体化して露光パターン形成装置の省スペース化を図ることができると共に、複数のレンズなど複雑な光学系を用いることなく出力光を整形することが可能となる。これにより、露光パターン形成装置の設計の自由度が高められる。

本発明の第１の実施形態に係る露光装置の概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る光源アレイから出射された露光パターンの一例である。 本発明の第１の実施形態に係る回折光学素子ユニットにより整形された露光パターンの一例である。 本発明の第１の実施形態に係る回折光学素子ユニットにより方向制御された露光パターンの一例である。 本発明の第１の実施形態に係る露光装置の機能的構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る露光装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 露光装置
２ 光源
３ レーザユニット
４ スイッチング回路
５ 窓
６ ファイバ
７ 回折光学素子ユニット
８ 投影露光レンズ
９ 基板
１０ ステージ
１１ 制御部
１２ 入力部
１３ 記憶部
１４ ステージ駆動部
１５ 窓

Claims (6)

1. 発光素子を１つの光源とし該光源が縦横に並設された光源アレイと、前記光源の各々の発光を独立して制御して前記光源アレイに露光パターンを形成させる制御部と、を備えることを特徴とする露光パターン形成装置。
2. 前記光源の各々に対応して回折光学素子が設けられ、前記光源の各々からの出力光を前記回折光学素子によって断面がほぼ方形又は矩形となるように整形するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の露光パターン形成装置。
3. 前記回折光学素子は隣り合う前記光源の各々からの出力光を方向制御して隙間なく結像させることができることを特徴とする請求項２記載の露光パターン形成装置。
4. 前記光源と該光源に対応する前記回折光学素子との間にファイバが設けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の露光パターン形成装置。
5. 前記発光素子はＬＤ又はＬＥＤであることを特徴とする請求項１〜請求項４いずれか一項に記載の露光パターン形成装置。
6. 請求項１〜請求項５いずれか一項に記載の露光パターン形成装置を備えることを特徴とする露光装置。

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