JP2008203506A

JP2008203506A - マスクレス露光方法及び装置

Info

Publication number: JP2008203506A
Application number: JP2007039265A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Yoshizawa; 恵資吉澤
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2008-09-04

Abstract

【課題】露光基板を搭載したステージを移動させる構造の露光方法であって、露光すべきパターンの粗細の程度に見合った時間で露光を行うことで、露光時間の短縮することのできる露光方法及び装置を提供する。
【解決手段】光源から照射された光ビームをデジタル・マイクロ・デバイス（ＤＭＤ）のような複数の空間光変調素子で反射させ、移動するステージ上に設置した基材（１０）上の感光性材料にスポット状（Ｓ）に照射する露光装置において、微細パターンの露光を行う第一の分解能（γ_１）と粗パターンの露光を行う、第一の分解能とは異なる第二の分解能（γ_２）とに、少なくとも分解能を２段階に切り換える手段を具備することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は二次元配列された空間光変調素子により、該光変調素子と相対移動する被露光物に光を照射する露光方法及び装置、特に、異なる２種以上の分解能を組み合わせて露光するマスクレス露光方法及び装置に関する。本発明は、回路基板を製造する際に基板に形成すべき所定の配線パターンに対応するパターンを基板上の感光性樹脂表面に露光形成する場合、半導体ウエハに回路を形成する場合等のために、好適に使用することができる。

近年、マスクを用いないマスクレス露光の要求が強くなっている。従来、マスクレス露光を行う方法としては、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）等の空間光変調素子を利用したレーザダイレクトイメージング（ＬＤＩ）装置がある。ＬＤＩは、レーザダイオード等の光源から発光された光が、別途プログラムされて制御され、ＤＭＤで反射し、複数のレンズを経て感光性樹脂に照射される。ＤＭＤで反射される光が、移動するステージ上に照射されることにより、パターン露光が実施されるが、この種の露光装置において、走査方向に対してＤＭＤを僅かに傾斜させることでＤＭＤのミラーのピッチより細かい分解能で露光することが可能である。ここで、ＤＭＤとは、二次元配列された複数のマイクロミラー（空間光変調素子）を有しており、個々のマイクロミラーを傾動させ、光源からの光の反射方向を制御し、所望のパターンを被露光物に露光する場合等に使用されるものである。

従来の露光装置では分解能は固定であり、露光領域の全体を同一の分割能で露光する。また、露光装置の製造業者では、分割能の異なる複数の露光装置を生産し販売している。これに対し、露光装置の使用者は、露光パターンに含まれる最も微細な部分を基準として分解能を決め、且つ使用する露光装置を決めている。

図１（ａ）、（ｂ）は、露光領域の全体を同一の分割能で露光する従来の露光装置の使用方法を示すものである。なお、実際の露光装置においては、図１等に示すように、複数のＤＭＤが使用されている。

図１（ｂ）では、二次元配列されている複数のマイクロミラーの個々の傾動により、被露光物上に所望のパターンに照射される複数のスポット光を示している。即ち、ここでは、スポット光の二次元配列を示しており、黒丸部分が、傾動により対応のマイクロミラーの実際に光が照射されているスポット光部分を示している。

光源（図示せず）から照射された光ビームをＤＭＤにて反射させ、矢印Ａで示す方向に移動するステージ上に設置した露光基板１０、即ち基材上の感光性材料に対して光ビームをスポット状に照射して、感光性材料をパターン露光するものである。ＤＭＤは図示のように走査方向ないしステージ移動方向Ａに対して傾斜させている。ＤＭＤの傾斜角度をθとすると、スポット光Ｓのピッチｄに対して分解能γは、
γ＝ｄ×ｓｉｎ（θ）
である。

このように従来の露光装置では、装置分解能（ＤＭＤとステージ移動方向との傾き）は固定されており、ステージ上の基板露光領域の全体にわたり、同一の分解能で露光している。

しかしながら、従来の露光装置によると、露光パターンのうちで粗いパターンと細かいパターンの両方を含み、しかも粗いパターンと細密なパターンとの差、即ち粗細差の大きいパターンを露光する場合、粗い分解能で十分な露光領域においても細かい分解能で露光されてしまい、露光時間が長くなる、という問題がある。同様に、粗い分解能の露光装置では、細かいパターンの露光を行うことができず、逆に、細かい分解能の露光装置では粗い露光パターンを露光するには時間がかかりすぎて好ましくない、等の問題がある。

本願発明に関連する先行技術として、特許文献１（特開２００４−９５９５号公報）がある。

特許文献１では、解像度を向上させると共に、画像むらを少なくすることが可能な露光ヘッド及び露光装置を得ることを課題とし、露光エリアをＬ行×Ｍ列に分割された、副走査方向にＫ個の分割領域を想定し、露光エリアが、副走査方向に対し±ｔａｎ^−１（ｎ／Ｌ）（但し、ｎはＬに対し互いに素な自然数、又はＬと等しい数）の傾斜角で傾斜するように、デジタル・マイクロミラー・デバイスが傾けて配置されており、露光ビームの走査軌跡（走査線）のピッチが狭くなる。１つの走査線上を異なるマイクロミラー列により重ねて露光するので、画像むらが少なくなる。

特開２００４−９５９５号公報

前述のように、従来の露光装置によると、装置分解能が固定されていたために、ステージ上の基板等の露光領域の全体にわたり、同一の分解能で露光されてしまう。その結果、粗細差の大きいパターンを露光する場合、露光時間が長くなる、という問題がある。

そこで、本発明では、露光すべきパターンの粗細の程度に見合った時間で露光を行うことのできる露光方法及び装置を提供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、二次元配列された空間光変調素子により、該光変調素子と相対移動する被露光物に光を照射する露光装置において、微細パターンの露光を行う第一の分解能と粗パターンの露光を行う第二の分解能とに、分解能を少なくとも２段階に切り換える手段を具備することを特徴とする露光装置が提供される。

前記分解能切り換え手段は、前記相対移動方向に対する空間光変調素子の傾き（θ）を第一の分解能では小さく、第二分解能では大きくとるように切り換えるステージ移動方向切り換え手段を具備することを特徴とする。

本発明はまた、二次元配列された空間光変調素子により該光変調素子と相対移動する被露光物に光を照射する露光方法であって、露光すべきパターンを、図形処理を行うことによって、第一の分解能に微細パターンの露光を行う微細パターン領域と、第二の分解能にて粗パターンの露光を行う粗パターン領域とに分解する工程と、前記微細パターン領域を第一の分解能で、前記粗パターン領域を第二の分解能で、それぞれ露光する工程を有することを特徴とする露光方法が提供される。

この場合において、前記図形処理の工程は、露光すべき原パターンを太らせリサイズ、細らせリサイズ、原パターンからの差分抽出を順次行って第一の微細パターン図形を求める段階と、同じ露光すべき原パターンを細らせリサイズ、太らせリサイズ、原パターンからの差分抽出を順次行って第二の微細パターン図形を求める段階と、これらの第一及び第二の微細パターン図形を合成する段階と、該合成した微細パターンの図形を第一の分解能で露光する微細パターン領域とし、原パターンから当該微細パターン領域を差し引いた残りの領域部分を第二の分解能で露光する粗パターン領域とする段階と、を具備することを特徴とする。

また、第一の分解能にて微細パターンの露光を行った後、相対移動方向に対する空間光変調素子の傾き（θ）を切り換えて、第二分解能にて粗パターンの露光を行うことを特徴とする。更にまた、第一の分解能にて微細パターンの露光を行う工程では、微細パターンによる露光領域が複数存在し、相対移動方向に対して露光領域が重複する場合、或いは、隣接する露光領域間の間隔が空間光変調素子によるスキャン方向幅より小さい場合は、当該露光領域を含む領域を露光スキャン領域として、当該露光スキャン領域以外の領域を非露光ステップ領域とする。

本発明の露光装置は、微細パターンの露光を行う第一の分解能と粗パターンの露光を行う第二の分解能とに少なくとも分解能を２段階に切り換える手段を具備する。また、本発明の露光方法は、露光すべきパターンの図形処理を行って、第一の分解能にて微細パターンの露光を行う微細パターン領域と、第二の分解能にて粗パターンの露光を行う粗パターン領域とに区分しているので、微細パターン領域を第一の分解能で、粗パターン領域を第二の分解能で、それぞれ露光することができ、従来技術のように粗い分解能でもかまわない部分も細かい分解能で露光されてしまう、ということがなくなり、粗細差の大きいパターンを露光する場合であっても、露光時間を短くすることができる。

以下、添付図面（図２〜図５）を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

まず、図２において露光すべき図形パターンの中で細かいパターンの部分と粗いパターンの部分とを、画像処理で行われている膨張・収縮処理によるノイズ除去の手法を応用して分離する。

例えば、図２において、Ａで示すように、露光すべき原図形パターンは、複数の円形のパッド部Ｐとこれらのバッド部から延在するライン部Ｌとから成るものとする。ライン部Ｌのうちａで示す部分は、他のライン部より細くて、微細パターンの部分とする。２つの平行なライン部の間隔の狭いｂの部分（即ち、スペースｂに隣接する両側ライン部Ｌのパターン領域）も微細パターンの部分とする。更に、ライン部Ｌとパッド部Ｐとの間の間隔の狭いｃの部分（スペースｃ）も微細パターンの部分とする。

このような原図形パターンＡを、一方の画像処理では、スペースｂ及びｃを抽出するために、太らせリサイズ（Ｂ１）、細らせリサイズ（Ｂ２）、原パターンからの差分抽出（Ｂ３）を行う。太らせリサイズ（Ｂ１）では、スペースｂ及びｃの部分は隣接するライン部のパターンと合体してしまう（ｂ_１及びｃ_１）ことでスペース自体は消滅する。ラインａの部分は元の幅より太る。太らせリサイズした図形パターンＢ１に対する細らせリサイズ（Ｂ２）では、スペースｂ及びｃの部分はパターンがつながった部分となる（ｂ_２及びｃ_２）。ラインａの部分は元の幅に戻る。次いで、原図形パターンＡから細らせリサイズした図形パターンＢ２の差分抽出を行うことにより、つながった部分（ｂ_２及びｃ_２）がｂ_３、ｃ_３として抽出される。

他方の画像処理では、ラインａを抽出するために、原図形パターンＡを、細らせリサイズ（Ｃ１）、太らせリサイズ（Ｃ２）、原図形パターンからの差分抽出（Ｃ３）を行う。細らせリサイズ（Ｃ１）では、細い線であるａの部分は消滅する（ａ_１）。したがって、次に太らせリサイズ（Ｃ２）を行っても、消滅したラインａの部分が復活することはない。次いで、原図形パターンＡから太らせリサイズした図形パターンＣ２の差分抽出を行うことにより、ラインａの部分だけがａ_３として抽出される。

次に、差分抽出によって得たそれぞれの図形パターンＢ３、Ｃ３を合成して、図形パターンＤを得る。この図形パターンＤにおいて、ａ_４、ｂ_４及びｃ_４を囲む大きさのそれぞれの矩形領域内が微細パターンの領域である。但し、矩形領域ａ_４、ｂ_４及びｃ_４の頂点が、粗い分解能のグリッドにのらない場合は、粗い分解能のグリッドにのるように領域を拡大する。これは、粗い分解能の露光領域と、細かい分解能の露光領域に重複、欠落が起こらないようにするためである。

次に、この図形パターンＤと原図形パターンＡとの差分抽出を行って図形パターンＥを得る。この図形処理により得られた露光領域ａ_５、ｂ_５及びｃ_５が微細パターン露光領域であり、図形パターンＥのその他の領域ｄ_５は粗パターン露光領域である。したがって、画像Ｅにおいて、後述のように、露光領域ａ_５、ｂ_５及びｃ_５を微細パターン露光を行う細かい（第一の）分解能にて露光を行い、露光領域ｄ_５を粗パターン露光を行う粗い（第二の）分解能により露光を行う。

図３はステップアンドスキャンの決定を行う方法を示す。

露光に先立って、粗パターン及び微細パターンのそれぞれについてステージの走査方法を決定する。即ち、ステップアンドスキャンの決定を行う。光源（図示せず）から照射された光ビームをＤＭＤにて反射させ、矢印で示す方向に移動するステージ上の感光性材料にスポット状に照射して、感光性材料をパターン露光するものであるが、例えば、図３において、Ｒ１〜Ｒ５の領域が露光領域であるとする。パターン領域Ｒ１〜Ｒ５をステージの移動方向、即ちＹ軸（＝スキャン方向）に投影したとき、Ｙ軸上でのパターン領域間の間隔がＤＭＤのスキャン方向幅（ｗ）未満近接している領域群を連続露光（スキャン）領域とし、パターン領域間の間隔がＤＭＤのスキャン方向幅（ｗ）以上に離れている領域群を非露光（ステップ）領域とする。即ち、図３においては、Ｒ１，Ｒ２間の間隔はＤＭＤのスキャン方向幅より小さいので連続露光（スキャン）領域とし、Ｒ２，Ｒ３間の間隔及びＲ３，Ｒ４間の間隔はＤＭＤのスキャン方向幅（ｗ）より大きいので非露光（ステップ）領域とする。

図４は本発明による細かい（第一の）分解能での露光状態を示す。

前述のように、ステージ上の露光基板１０において、微細パターン露光を行う領域と、粗パターン露光を行う領域に分離されている。図４においては、微細パターン露光を行う領域のみを対象とする。例えば、図４において、ステージ上の露光基板の斜線で示した領域１２のみ微細パターン露光領域である。まず、図３と同様の方法で、連続露光（スキャン）領域と非露光（ステップ）領域とを識別する。

細かい（第一の）分解能で露光を行う場合は、ステージの移動方向、即ちスキャン方向に対してＤＭＤの傾斜角度θを小さく（θ_１）設定する。即ち、分解能γ_１＝ｄ×ｓｉｎ（θ_１）を小さく設定する。そして、微細パターン領域をステップアンドスキャン方式で露光する。即ち、連続露光（スキャン）領域では、ステージを所定の低い露光速度（ｔ_１）で移動させて、細かいパターンでの露光を行う。また、非露光（ステップ）領域では、ステージを高速で移動させて、処理時間の無駄を省く。

図５は本発明による粗い（第二の）分解能での露光状態を示す。

ここでは、粗パターン露光を行う領域のみを対象とする。例えば、図５において、ステージ上の露光基板１０の斜線で示した領域１４が粗パターン露光領域である。まず、図３と同様の方法で、連続露光（スキャン）領域と非露光（ステップ）領域とを識別するのであるが、粗パターン露光領域１４がステージ上の露光基板のほぼ全域にわたっているので、ここでは、すべての領域が連続露光（スキャン）領域となる。

粗い（第二の）分解能で露光を行う場合は、ステージの移動方向、即ちスキャン方向に対してＤＭＤの傾斜角度θを大きく設定する。即ち、分解能γ_２＝ｄ×ｓｉｎ（θ_２）を大きく設定する。即ち、θ_２はθ_１より大きく、γ_２はγ_１より大きい。そして、粗パターン領域を連続露光（スキャン）として、ステージを微細パターン領域の露光速度（ｔ_１）より高い所定の露光速度（ｔ_２）で移動させて、粗いパターンでの露光を行う。勿論、粗い（第二の）分解能で露光を行う場合であっても、非露光（ステップ）領域が存在する場合は、ステップアンドスキャン方式で露光し、非露光（ステップ）領域では、ステージを粗パターンでの露光を行う露光速度（ｔ_２）より遥かに高速で移動させて、処理時間の無駄を省く。

上述のように、本発明では、微細パターン露光と粗パターン露光とで、ステージの移動方向、即ちスキャン方向に対するＤＭＤの傾斜角度θを変化させている。これにより、複数回の露光を行うことになるが、微細パターン露光領域と粗パターン露光領域とも、細い分解能で露光する場合に比べ、全体としての露光時間を短縮することができる。

なお、被露光物との相対移動方向に対するＤＭＤ（二次元配列された空間光変調素子）の傾斜角度は、相対移動方向に対する二次元配列されたスポット光の傾斜角度に等しいので、図１（ｂ）、図４，５では、スポット光の傾斜角度を、ＤＭＤ（二次元配列された空間光変調素子）の傾斜角度としていることに留意すべきである。

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。

以上のように、本発明によれば、微細パターンの露光を行う第一の分解能と粗パターンの露光を行う第二に分解能とに少なくとも分解能を２段階に切り換えることで、従来技術のように粗い分解能でもかまわない部分も細かい分解能で露光されてしまう、ということがなくなり、粗細差の大きいパターンを露光する場合であっても、露光時間を短くすることが可能となる。これにより、特に、粗細差の大きい複雑な図形パターンを露光する場合に好適に用いることができる。また、実施例ではＤＭＤを用いた場合について説明したが、本発明は、液晶シャッタアレイ等の透過型空間光変調素子を用いたレーザダイレクトイメージング装置等、ＤＭＤ以外の空間光変調素子を用いた場合にも適用できることに留意すべきである。

（ａ）は従来技術による露光方法を示す概略図であり、（ｂ）は（ａ）で示したＤＭＤの一部を示す詳細図である。粗微細パターンを分離する方法を示す図である。ステップアンドスキャンを決定する方法を示す。本発明による露光方法を示す概略図であり、細かい（第一の）分解能で露光する場合を示す。本発明による露光方法を示す概略図であり、粗い（第二の）分解能で露光する場合を示す。

符号の説明

Ａステージの移動方向
Ｓ光スポットの断面形状
ｄスポットピッチ
θ（θ_１，θ_２）ＤＭＤ傾斜角
γ（γ_１，γ_２）分解能
ｗＤＭＤスキャン方向幅
ｔ（ｔ_１，ｔ_２）ステージ移動速度
１０露光基板
１２微細パターン領域
１４粗パターン領域

Claims

二次元配列された空間光変調素子により、該光変調素子と相対移動する被露光物に光を照射する露光装置において、微細パターンの露光を行う第一の分解能と粗パターンの露光を行う第二の分解能とに、分解能を少なくとも２段階に切り換える手段を具備することを特徴とする露光装置。
前記分解能切り換え手段は、前記相対移動方向に対する空間光変調素子の傾き（θ）を第一の分解能では小さく、第二分解能では大きくとるように切り換えるステージ移動方向切り換え手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
二次元配列された空間光変調素子により該光変調素子と相対移動する被露光物に光を照射する露光方法であって、
露光すべきパターンを、図形処理を行うことによって、第一の分解能にて微細パターンの露光を行う微細パターン領域と、第二の分解能にて粗パターンの露光を行う粗パターン領域とに分離する工程と、
前記微細パターン領域を第一の分解能で、前記粗パターン領域を第二の分解能で、それぞれ露光する工程を有することを特徴とする露光方法。
前記図形処理の工程は、露光すべき原パターンを太らせリサイズ、細らせリサイズ、原パターンからの差分抽出を順次行って第一の微細パターン図形を求める段階と、同じ露光すべき原パターンを細らせリサイズ、太らせリサイズ、原パターンからの差分抽出を順次行って第二の微細パターン図形を求める段階と、これらの第一及び第二の微細パターン図形を合成する段階と、該合成した微細パターンの図形を第一の分解能で露光する微細パターン領域とし、原パターンから当該微細パターン領域を差し引いた残りの領域部分を第二の分解能で露光する粗パターン領域とする段階と、を具備することを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
第一の分解能にて微細パターンの露光を行った後、相対移動方向に対する空間光変調素子の傾き（θ）を切り換えて、第二分解能にて粗パターンの露光を行うことを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
第一の分解能にて微細パターンの露光を行う工程では、微細パターンによる露光領域が複数存在し、相対移動方向に対して露光領域が重複する場合、或いは、隣接する露光領域間の間隔が空間光変調素子によるスキャン方向幅より小さい場合は、当該露光領域を含む領域を露光スキャン領域として、当該露光スキャン領域以外の領域を非露光ステップ領域とすることを特徴とする請求項４に記載の露光方法。