JP2009071116A - マスクレス露光装置及びマスクレス露光装置の露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスク不要でありながら比較的単純、安価な構成で高解像力を有する実用性に優れたマスクレス露光装置及びマスクレス露光装置の露光方法を提供する。
【解決手段】光源と、光源からの光を第一の光と第二の光に分岐するビーム分岐器と、第一の光の強度分布を空間的に変調し所望の像を形成する第一の空間光変調器と、第二の光の強度分布を空間的に変調し所望の像を形成する第二の空間光変調器と、第一の光と第二の光を合成するビーム合成素子と、合成された光を所定の投影面上に投影する投影光学系と、第一の空間光変調器および第二の空間光変調器の変調信号を供給する制御部と、を備え、第一の空間光変調器および第二の空間光変調器によって形成され投影面上に投影される第一の投影像および第二の投影像は、略同一箇所に形成され、少なくとも一部が相対的に略半波長分の位相差がついた状態で露光することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、マスクレス露光装置及びマスクレス露光装置の露光方法に関し、空間光変調器を利用するマスクレス露光装置及びマスクレス露光装置の露光方法に関する。

フォトリソグラフィによるパターン形成手法は半導体集積回路を中心に様々な分野で利用され、多くの発展を遂げて来た。従来のフォトリソグラフィでは露光原板、すなわちマスクを用いて、そのマスクの像を、感光材料を表面に塗布した被露光体上に結像させパターンを形成するものである。しかしこの装置は大量生産には適しているが、多品種、少量生産においては、その都度新たにマスクの作製から始めなければならないので費用と時間がかかり、そのような用途には不向きであった。

そこで、マスクの代わりに、入射光の強度分布を変調することが出来る空間光変調器を用いる方法が提案されている（特許文献１参照）。このような露光装置に用いられる空間光変調器としては、マイクロミラーを２次元アレー状に配列したものが代表的である。この複数のマイクロミラーデバイスは、各々のマイクロミラーデバイスの向きを独立に変える駆動部を有し、入射光をマイクロミラー毎に２つのいずれかの方向に反射させるものである。

このような複数のマイクロミラーデバイスを有する空間光変調器をマスクの代わりに用いれば、画像信号に応じて上記駆動部の動作を制御することにより、マイクロミラーデバイスに入射してきた光をマイクロミラーデバイス毎に変調し、感光材料を塗布した被露光体に任意の画像 を露光することができる。そして新たな画像を露光するときは、上記マイクロミラーデバイスを駆動することで新たな画像を作り出すことができるので、マスクを新たに作製する必要は無い。さらに露光中にマイクロミラーを駆動させることで、同じ露光画像に対し、領域ごとに露光時間を変化させることも可能である。

フォトリソグラフィではデバイスの集積度向上のため、分解能の向上が重要な開発要素となっている。従来の、マスクを使用したフォトリソグラフィでは、分解能を向上させる代表的な超解像手段として、通常の２値強度マスクに変わり位相シフトマスクと呼ばれるものを用いる手法がある（ Principles of Lithography, second edition, pp296-307, SPIE press 参照）。図１８に示されるように２値強度マスクでは、透明なガラス基板上に不透明なクロムでパターンを形成したものが用いられるが、図１９に例示されるように位相シフトマスクではクロムパターンに加え、透明材料部の厚さを変えるなどして部分的に透過光の位相変化を調整している。位相シフトマスクでは結像面上で位相が逆転している（半波長分ずれている）部分が生じており、像コントラスト（すなわち解像力）をあげるものである。上記Principles of Lithography, second edition, pp296-307, SPIE pressによれば、コヒーレントな光の結像において、２値強度マスクでは投影像の最小分解能dはおよそ下記式１で与えられるが、それに対して、位相シフトマスクでは下記式２で与えられる。
d= 0.5 ×λ／ＮＡ ・・・ （式１）
d= 0.25 ×λ／ＮＡ ・・・ (式２)
ここで、λは光源の波長、ＮＡは開口数と呼ばれるものである。

実際に加工可能な最小線幅は、光源のコヒーレンス、投影光学系の収差、感光性材料の感度などにも依存するため、上記の式通りとはならないが、位相シフトマスクは２値強度マスクに対しておよそ２倍の分解能を有することになる。図１８に２値強度マスクの投影面上における断面強度分布を、図１９に位相シフトマスクの断面強度分布を模式的に示した。このように、位相シフトマスクでは、微細な形状でも高コントラストで露光することが可能となる。

このような結像面における位相ずれを利用して分解能を向上させる方法がマスクレス露光装置においても提案されている。

例えば、光源からの光をマイクロミラーアレイおよびマイクロレンズによって像を形成し、露光を行う露光装置であり、マイクロレンズアレイの集光部にピンホール板および位相シフタを配置することで、超解像で結像することが可能な構成が示されている（特許文献２参照）。

また、光の空間的な位相分布を変調可能な空間位相変調器を用いた解像力の高い露光装置が示されている（特許文献３参照）。
特開昭６２−２１２２０号公報 特開２００５−５３０７号公報 特開２００６−９３４８７号公報

しかしながら、上記のような技術には、以下の問題点がある。マイクロレンズアレイの集光部にピンホール板および位相シフタを配置することで、超解像で結像するマスクレス露光装置は、マイクロレンズアレイ、遮光膜、位相シフタなどを構成に含むため、素子製造や素子間のアライメントの困難さから高価なものになってしまう問題があった。また、空間位相変調器を用いた解像力の高い露光装置においては、空間位相変調器が一般的に普及しておらず高価なものであり、また画素数も通常の空間光変調器に対して多数のものを形成することは困難である。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、比較的単純、安価な構成で高解像力を有する実用性に優れた露光装置及びその露光方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、光源と、前記光源からの光を第一の光と第二の光に分岐するビーム分岐手段と、第一の光の強度分布を空間的に変調し所望の像を形成する第一の空間光変調手段と、第二の光の強度分布を空間的に変調し所望の像を形成する第二の空間光変調手段と、前記第一の光と前記第二の光を合成するビーム合成手段と、合成された光を所定の投影面上に投影する投影光学手段と、前記第一の空間光変調手段および前記第二の空間光変調手段の変調信号を供給する制御手段と、を備えたマスクレス露光装置であって、前記第一の空間光変調手段および前記第二の空間光変調手段によって形成され前記投影面上に投影される第一の投影像および第二の投影像は、略同一箇所に形成され、少なくとも一部が相対的に略半波長分の位相差がついた状態で露光することを特徴とするマスクレス露光装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の装置において、前記光源は、レーザー光源であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の装置において、前記第一の空間光変調手段および第二の空間光変調手段は、２次元に配列されたミラーアレイから成ることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載の装置において、前記第一の投影像および前記第二の投影像は、投影面上において第一の投影像および第二の投影像を構成する最小画素ピッチの略半分ずれた状態で形成されることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載の装置において、前記第一の光又は前記第二の光のうち、少なくともどちらかの光路、又は両方の光路に対して、光路長可変手段を備えることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項1から５のいずれか１項記載の装置において、前記ビーム分岐素子と前記第一の空間光変調器の間、もしくは前記ビーム分岐素子と第二の空間光変調器との間、もしくはその両方に、前記第一の空間光変調手段および前記第二の空間光変調手段によって発生する波面歪みを補正する波面補正手段を配置することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項1から６のいずれか１項記載の装置において、前記投影光学手段は、径が可変なアパーチャー手段を備えることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項記載の装置において、被結像面と光束との相対的な位置を移動することが可能な２軸の互いに直交するステージを備え、前記制御手段は、前記ステージの移動に同期して前記第一の空間光変調手段への入力信号、前記第二の空間光変調器への入力信号を変えることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項８記載の装置において、前記被結像面への結像を自動的に行うオートフォーカス手段を備えることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、光源と、前記光源からの光を第一の光と第二の光に分岐するビーム分岐手段と、第一の光の強度分布を空間的に変調し所望の像を形成する第一の空間光変調手段と、第二の光の強度分布を空間的に変調し所望の像を形成する第二の空間光変調手段と、前記第一の光と前記第二の光を合成するビーム合成手段と、合成された光を所定の投影面上に投影する投影光学手段と、前記第一の空間光変調手段および前記第二の空間光変調手段の変調信号を供給する制御手段と、を備えたマスクレス露光装置の露光方法であって、前記第一の空間光変調手段および前記第二の空間光変調手段によって形成され前記投影面上に投影される第一の投影像および第二の投影像を、略同一箇所に形成し、少なくとも一部が相対的に略半波長分の位相差がついた状態で露光するステップを備えることを特徴とするマスクレス露光装置の露光方法である。

本発明によれば、比較的単純、安価な構成で高解像力を有する実用性に優れた露光装置を提供することができる。

以下に、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の好適な実施例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

以下すべての図は模式的にあらわしたもので、正確な寸法をあらわすものではない。

本発明の実施例１に係るマスクレス露光装置の構成を図１に示す。露光装置は、紫色半導体レーザー光源１、ピンホール及びコリメートレンズから構成される空間周波数フィルタ２、ビームスプリッタ３、第一のビーム４、第二のビーム５、第一の空間光変調器６、第二の空間光変調器７、制御部１０、ビーム合成素子８、投影光学系９、基板１１、光路可変ミラー１２から構成される。

405nmの波長を有する紫色半導体レーザー光源１からの光は集光レンズ、ピンホール、コリメートレンズより構成される空間周波数フィルタ２を通った後に、光学多層膜より成るビームスプリッタ３によって第一のビーム４および第二のビーム５に分岐される。空間周波数フィルタ２は必ずしも必要とは限らないが、ビームの品質を上げることが出来、また、ビーム径を空間光変調器の大きさに合わせて拡げることが出来ることから、備えていることが望ましい。

第一のビーム４は第一の空間光変調器６によって像形成され、第二のビーム５は第二の空間光変調器７によって像形成される。これら２本のビームはビーム合成素子８によって合成され、投影光学系９によって、加工対象となる基板１１上に縮小投影像を形成する。

基板１１表面には感光性を有する材料（フォトレジスト）が塗布されており、縮小投影像の形状に応じたパターンが経緯される。

また、第一のビーム４の光路上には、光路長可変手段である光路可変ミラー１２が配置されており、光路可変ミラー１２の位置を図中矢印方向に調整することによって、投影面における２つの像の相対的な位相関係を調整することが可能となっている。このような光路長可変手段は必ずしも必要なわけではなく、２つの空間光変調器からの投影像の位相関係が略半波長となるように、機械的に位置だしをして組み付けを行うことも可能である。しかし、それには非常に高精度な組みつけが必要となり容易ではない。よって、図１に示したように、光路長可変手段を備えているほうが好ましい。

空間光変調器として、図２に示すようなマイクロミラーアレイを用いることが出来る。マイクロミラーアレイ１３は、メモリセル１４上に、マイクロミラー１５が支柱により支持されて配置されたものであり、画素を構成する多数の（例えば、1024×768個）のマイクロミラーを格子状に配列して構成されたミラーデバイスである。

マイクロミラーアレイ１３のメモリセル１４にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー１５が、対角線を中心として±α度（例えば±１２度）の範囲で傾けられる。

それぞれのマイクロミラー１５は、制御部１２からの画像信号に応じて傾き制御され、図３（ａ）および（ｂ）に示されるように、光の反射方向を替えオン状態（図３（ａ））とオフ状態（図３（ｂ））を切り替える。なお、オフ状態のマイクロミラー１５によって光ビームが反射される方向には、光吸収体（図示せず）が配置されている。

光源としては405nmの半導体レーザーを示したが、他に水銀ランプ、エキシマレーザー、固体レーザー、その他の波長の半導体レーザー、発光ダイオード、などを用いることが可能である。

上記実施例により、入射光の強度を空間的に変調する空間光変調器を２枚用い、それぞれの空間光変調器からの像を略同一箇所に結像し干渉させることで、位相シフトマスクと同等の解像力を有するマスクレス露光装置とすることが可能となる。また、空間位相変調器のような特殊な装置を用いる必要が無く、プロジェクタなどで一般的に使用されているＤＭＤなどを用いて、高解像なマスクレス露光装置を提供することが出来る。また、マスクが不要なため、多品種少量生産に適したマスクレス露光装置であり、単純、安価な構成で高解像力を有する実用性に優れた露光装置を提供することが出来る。

後述する図６（ｂ）に示すような分解能の向上を得るためには、第一の投影像と第二の投影像との間に可干渉性があることが必要である。よって、光源としては、可干渉距離が長いほうが、光軸調整が容易となるため望ましく、レーザー光源を使用することがもっとも良い。

レーザー光のように可干渉性の高い光源を使うことで、結像面に形成される２つの像を可干渉距離内で略同一箇所に結像させるのに装置の組みつけが容易となる（アライメントが容易）。また、干渉性が高いため、像面においてもコントラストを高めやすいマスクレス露光装置とすることが可能である。

また、光源の波長としてはより短い波長のほうが分解能を高くすることが容易であり、紫外線領域の光を用いるのが良い。しかし、空間光変調器の種類によっては、紫外線照射によって劣化する可能性がありため、350nm以上の紫外〜青色波長を有する光源が用いるのが好ましい。

空間光変調器としては他に透過型液晶素子、反射型液晶素子、GLV（グレーティングライトバルブ）などを用いることが可能である。液晶材料は高強度の紫外線照射、長時間の紫外線照射によって劣化する可能性があるため、液晶素子よりマイクロミラーアレイやGLVなどのようなMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）素子を用いるほうが良い。

マイクロミラーアレイの代表的なものとして、テキサスインスツルメンツ社のＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）がある。ＤＭＤはプロジェクタなど多くの場所に使用されており、安価、入手が容易であり、信頼性にも優れるため本装置にもＤＭＤを用いることが適している。

上記のように、空間光変調器としてマイクロミラーアレイを使用することで、波長350~400nmの近紫外光に対してダメージを受けることなく使用することが可能であり、かつ光利用効率が高い。これによって、信頼性が高く光利用効率の高いマスクレス露光装置とすることが可能になる。

以後の記述では、空間光変調器としてＤＭＤを用いたときのマスクレス露光装置について説明する。

投影面上で形成されるパターンに関して述べる。図４（ａ）はＤＭＤの3×3画素分の構造を示しており、グレーで示した領域が図３（ａ）で示すオン状態となっている。このＤＭＤ面上で反射される光の図４（ａ）中点線部の断面強度分布は図４（ｂ）で示される。

図５は図４で示した3×3画素を、例えば特開昭６２−２１２２０号公報で示されるような通常のマスクレス露光装置によって投影した投影面上での像を示している。投影光学系のＮＡ、光源の波長によって決定される分解能に応じてぼけて結像され、点線部の断面強度分布は図５（ｂ）で示されるようになる。このとき、分解能は前述したようにおよそ（式１）であらわされる。また、このときの投影像の断面位相分布を図５（ｃ）に示した。位相分布は全領域において大きな差は出ない。

これに対して、本発明の露光装置によって投影した投影面上での像を図６に示す。図６（ａ）において、１８は第一のＤＭＤ（空間光変調器６）によって形成された像の第一の投影像、１９は第二のＤＭＤ（空間光変調器７）によって形成された第二の投影像を示している。第一の投影像１８と第二の投影像１９は互いに位相が半波長分だけずれるように本発明のマスクレス露光装置は構成されている。このときの点線部の断面強度分布を図６（ｂ）に示した。図５（ｂ）と比べてすぐにわかるように、コントラストが向上しており、分解能が向上している。これは、図６（ｃ）に示されるように、第一の投影像と第二の投影像は位相がおよそ半波長分に相当するπだけずれているためであり、図１９で示した位相シフトマスクと同様な投影像が得られており、このときの分解能はおよそ上述した（式２）であらわされる。これによって、本発明のマスクレス露光装置は、位相シフトマスクと同様な分解能の高いものとすることが出来る。

具体的な露光形状の例を図７によって説明する。たとえば、図４で示したような第一のＤＭＤおよび第二のＤＭＤのうち3×3画素ずつを用いて、図７（ａ）のような構造を露光したいとする。第一のＤＭＤは図７（ｂ）に示すグレー部分の画素をオンとし、第二のＤＭＤは図７（ｃ）に示すグレー部分の画素をオンとする。この状態で、第一のＤＭＤからの投影像と第二のＤＭＤからの投影像を位相が半波長ずれた状態で同一箇所に重ねて露光を行うと、位相ずれの存在する第一のＤＭＤからの投影像と第二のＤＭＤからの投影像との間のみが解像され、図７（ｄ）のようなパターンが得られる。

次に、本発明のマスクレス露光装置における投影光学系の最適な実施例に関して述べる。図６および図７を用いて説明した露光を行うためには、投影像において画素間が同位相のときは解像されず、位相が半波長分ずれている際には解像されている状態が必要である。投影光学系によって、ＤＭＤによって形成される像が1/Mに縮小されて投影されるとし、ＤＭＤの画素ピッチをpとすると、p/Mが投影面上での画素ピッチとなる。よって、投影光学系のＮＡとしては、
p/M＜0.5×λ／ＮＡ ・・・ （式３）
p/M＞0.25×λ／ＮＡ ・・・ （式４）
を満たしていることが良い。

たとえば、ピッチ10umのＤＭＤを用い、波長0.4umの光源を用い、1/10に縮小投影を行う際には、 0.1＜ＮＡ＜0.2 となっていることが必要である。

前述したように、実際には分解能は、投影光学系の諸収差、光源のコヒーレンス、レジストの感度などによって影響を受けるため、それに応じてＮＡを調整する必要がある。よって、投影光学系にＮＡを調整することが可能な、径が可変なアパーチャーより成る開口絞りが設けられていることが望ましい。可変なアパーチャーとは、たとえば図８に示すように、複数枚の絞り羽２０から成っており、機械的に複数枚の羽の位置を動かすことによって開口部２１の大きさを可変とするものを用いることが出来る。

このように、投影光学系のＮＡを調整可能な可変アパーチャー部を有していることで、容易に最適なＮＡに調整して露光を行うことが可能なマスクレス露光装置とすることが出来る。

また、第一のＤＭＤおよび第二のＤＭＤの別の配置としては、図９、図１０に示すような、第一の投影像と第二の投影像が半画素ずれて結像されるような配置とすることが考え得る。

このように、投影面上において第一の投影像および第二の投影像を構成する最小画素ピッチの略半分ずれを有した状態で形成されているため、第一の空間光変調器および第二の空間光変調器のすべての画素を有効に利用することが出来る。

図９は第一の投影像と第二の投影像が同位相のときを示しており、図９（ａ）は投影像のイメージ、図９（ｂ）はその断面強度分布、図９（ｃ）は断面位相分布を示している。同様に、図１０は第一の投影像と第二の投影像が相対的に半波長分位相ずれているときを示しており、図１０（ａ）は投影像イメージ、図１０（ｂ）は断面強度分布、図１０（ｃ）は断面位相分布を示している。

また、光路長調整手段によって、第一の投影像と第二の投影像との相対的な位相を変えながら複数回の露光を行うことも可能である。これは、例えば図９の（ａ）〜（ｃ）に示すように、第一の投影像と第二の投影像が同位相のときは、第一の投影像と第二の投影像間は解像されず、滑らかな露光形状を得ることが出来る。これに対して、図１０の（ａ）〜（ｃ）に示すように、第一の投影像と第二の投影像が略半波長分ずれているとき、第一の投影像と第二の投影像間が解像された露光形状を得ることが出来る。

このように、光路長調整手段の移動信号と、第一の空間光変調器への変調信号と第二の空間光変調器への変調信号とを同期して変えながら（相対的な位相を変える）露光を行うことが可能な構成とすることで、複雑な形状を解像力高く露光することが可能なマスクレス露光装置とすることが出来る。

ＤＭＤなどマイクロミラーアレイは、ミラーの傾き誤差や製造誤差などの影響によって、素子面全体として平面では無い。このため、図１１（ａ）に示すように、ＤＭＤ素子によって反射される光の波面は歪みを有することになる。図中で点線部が波面の断面図を表している。第一のＤＭＤでこの歪みが存在すると、２枚のＤＭＤ素子による投影像が場所によって異なる位相差を有することになり、図６（ｂ）、図１０（ｂ）などで示した分解能の制御を投影面全面にわたって行うことが不可能になる。

よって、本発明のマスクレス露光装置では、ＤＭＤなどの空間光変調器によって発生する波面歪みを補正する波面補正手段が備えられていることが望ましい。これによって、図１１（ｂ）に示されるように、ＤＭＤへ入射する光の波面をあらかじめ波面補正素子３０によって制御しておくことで、ＤＭＤから反射する光の波面をそろえることが可能となる。

波面補正素子３０とは、図１２（ａ）に示すように表面レリーフ構造を有したガラスなどの透明材質から成るものを用いることが可能である。透明材質中の表面に高さhの段差が存在するとき、透明材質の屈折率をn、入射光の波長をλとして、下式であらわされる位相差Δφが得られる。
Δφ＝ 2π×nh／λ

このように、透明材料表面に凹凸が存在すると、その高さに応じた位相差が得られるため、所望の波面に応じた凹凸をつけることで波面補正手段として用いることが可能である。または、図１２（ｂ）に示すように、位相差Δφが2πとなる段差dを最大として折り返した構造でも同じ機能を持つ波面補正手段として用いることが可能である。

あるいは、別の波面補正手段として、デフォーマブルミラー（可変鏡）を用いることも可能である。デフォーマブルミラーとは、図１３に示すように、それぞれ独立に可動な複数のピストン型アクチュエータ３１によって、アルミなどから成るメンブレン状の反射材３２を保持した構成をしており、複数のアクチュエータの位置を制御することで、反射材３２の形状を可変とすることが出来るものである。このようなデフォーマブルミラーを用いても、図１３中の点線で示したように波面を補正することが可能である。

以上のような波面補正手段は、第一または第二の空間光変調素子の手前に配置されている必要があり、どちらかの空間光変調素子に対してのみ配置されていても良いし、より望ましくは両方の空間光変調素子に対して配置されている。

上記実施例により、空間光変調器を透過、または反射した際に波面歪みが生じるとしても、その波面歪みに応じた形状を有する波面補正板をその前に挿入することで、空間光変調器の面精度、透過または反射波面精度が低い場合でも、波面歪みを補正することが可能となり、高精度で広い範囲露光可能なマスクレス露光装置とすることが出来る。

本発明の他の実施例に係るマスクレス露光装置について説明する。図１４は実施例２に係るマスクレス露光装置の構成図である。紫色半導体レーザー光源１、シャッター４０、空間周波数フィルタ２、回折格子４１、第一のビーム４、第二のビーム５、光路可変基板４２、空間光変調器６、空間光変調器７、制御部４４、ビーム合成素子８、投影光学系９、基板１１、ステージ４３から構成される。

紫色半導体レーザー光源１からの光はシャッター４０によってオン、オフが制御されている。出射光は空間周波数フィルタ２を通った後に、ビーム分岐素子である回折格子４１によって第一のビーム４および第二のビーム５に分岐される。その後２本のビームは、図１で示したものと同様にして、空間光変調素子（空間光変調器６、空間光変調器７）、投影光学系９を通して、被加工物である基板１１上に投影像を形成する。

また、第一のビーム４の光路上には光路可変手段が配置されており、ここでは光路可変手段として、回転機構を有する透明な平行基板である光路可変基板４２を用いた。この光路可変基板４２は透明平行基板とビームとの相対的な角度によって透明材料中を通過する距離が変わり、全体の光路長を調整することが出来る。このような光路可変手段では、図１で示した光路可変ミラー１２に対して安価、単純な構成によって光路長を可変とすることが出来る。

また、被加工物である基板１１は光軸に対して垂直な、互いに直交する２軸方向へ可動なステージ４３によって保持されている。

また、シャッター４０、光路可変基板４２、第一の空間光変調素子６および第二の空間光変調素子７、ステージ４３などはすべて制御部４４によって制御されている。この実施例２の構成において、制御部４４はたとえば図１５に示したようなフローによって各機器の制御を行う。図１５に示した一連のフローを一回の露光として、これを繰り返すいわゆるステップ・アンド・リピート方式によって、図１６に示すように大面積にわたり複雑でかつ微細な構造をマスクレス露光によって形成することが可能になる。

このように、上記実施例により、光軸と垂直な２軸方向に可動なステージを備え、さらに制御部によってステージの移動と、第一の空間光変調器への信号入力、第二の空間光変調器への信号入力、を同期して行うため、大面積にわたっていわゆるステップ・アンド・リピート形式で露光を行うことが可能となる。

さらに、本発明のマスクレス露光装置は、投影面と被加工物との相対的距離を一定に保つためのオートフォーカス機構が設置されていることが望ましい。これによって、ステージを移動させながら大面積を露光する際に、基板のそりや傾きがあったとしても、場所によって焦点がずれること無く、高い分解能で広い面積露光することが可能となる。

オートフォーカス機構を有するマスクレス露光装置の実施例３を図１７に示す。図１７ではオートフォーカス部を中心としたマスクレス露光装置の一部が示されている。レーザー光源５０からの光は、被加工物である基板１１によって反射され、反射光の位置をラインセンサー５１によって検出する。基板の反りや凹凸などの影響によって、基板位置が図中の点線のようにずれたとき、レーザー光源５０からの反射光は図中点線矢印のようにずれ、ラインセンサー５１によってそのずれが検出される。ラインセンサー５１からの出力電気信号を制御部５２によって処理し、光軸方向移動ステージ５３へ位置調整信号を送ることで、基板の相対的位置を一定に保つことが可能となる。レーザー光源５０としては被加工物の感光性材料が露光感度を持たない波長の光を用いる必要があり、赤色の半導体レーザーが好ましい。

このように、本発明のマスクレス露光装置は、オートフォーカス機構を有することで、投影像と基板面との相対的位置関係を一定に保つことが可能となる。これによって、例えば基板にそりや凹凸があるときにでもフォーカスエラーによる影響を受けることなく、大面積にわたって露光することが可能となる。

なお、図１５のフローチャートに示す処理を、ＣＰＵが実行するためのプログラムは本発明によるプログラムを構成する。このプログラムを記録する記録媒体としては、半導体記憶部や光学的及び／又は磁気的な記憶部等を用いることができる。このようなプログラム及び記録媒体を、前述した各実施例とは異なる構成のシステム等で用い、そこのＣＰＵで上記プログラムを実行させることにより、本発明と実質的に同じ効果を得ることができる。

本発明の露光装置及び露光方法は、半導体集積回路、MEMS、光学素子などを製造する際の露光工程で用いることも可能である。

以上、本発明を好適な実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

本発明の実施例に係るマスクレス露光装置の構成図である。 本発明の実施例に係るマイクロミラーアレイを示す図である。 本発明の実施例に係るマイクロミラーによって光の反射方向を替えオン状態（ａ）とオフ状態（ｂ）を切り替えることを説明するための図である。 本発明の実施例に係る空間光変調器としてＤＭＤを用いたときの、ＤＭＤ面上で反射される光の図（ａ）と中点線部の断面強度分布図（ｂ）を示す図である。 本発明の実施例と比較するために従来のマスクレス露光装置によって投影した投影面上での像（ａ）、点線部の断面強度分布図（ｂ）、断面位相分布図（ｃ）を示す図である。 本発明の実施例に係る露光装置によって投影した投影面上での像（ａ）、点線部の断面強度分布図（ｂ）、断面位相分布図（ｃ）を示す図である。 本発明の実施例に係る具体的な露光形状の例を示す図である。 本発明の実施例に係る可変アパーチャーを示す図である。 本発明の実施例に係る第一のＤＭＤ及び第二のＤＭＤの配置を説明するための図である。 本発明の実施例に係る第一のＤＭＤ及び第二のＤＭＤの配置を説明するための図である。 本発明の実施例に係る波面補正素子３０によりＤＭＤ素子によって反射される光の波面は歪みを補正することを説明するための図である。 本発明の実施例に係る波面補正素子３０を説明するための図である。 本発明の実施例に係るデフォーマブルミラー（可変鏡）を説明するための図である。 本発明の実施例に係るマスクレス露光装置の構成図である。 本発明の実施例に係るマスクレス露光装置の動作処理を示すフローチャートである。 本発明の実施例に係るマスクレス露光を説明するための図である。 本発明の実施例に係るオートフォーカス部を中心としたマスクレス露光装置の一部の構成図である。 従来の露光装置による２値強度マスクの投影面上における断面強度分布を示す図である。 従来の露光装置による位相シフトマスクの断面強度分布を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 紫色半導体レーザー光源
２ 空間周波数フィルタ
３ ビームスプリッタ
４ 第一のビーム
５ 第二のビーム
６ 第一の空間光変調器
７ 第二の空間光変調器
８ ビーム合成素子
９ 投影光学系
１０ 制御部
１１ 基板
１２ 光路可変ミラー
２０ 絞り羽
２１ 開口部
３０ 波面補正素子
３１ ピストン型アクチュエータ
３２ 反射材
４０ シャッター
４１ 回折格子
４２ 光路可変基板
４３ ステージ
４４ 制御部
５０ レーザー光源
５１ ラインセンサー
５２ 制御部
５３ 光軸方向移動ステージ

Claims (10)

1. 光源と、前記光源からの光を第一の光と第二の光に分岐するビーム分岐手段と、第一の光の強度分布を空間的に変調し所望の像を形成する第一の空間光変調手段と、第二の光の強度分布を空間的に変調し所望の像を形成する第二の空間光変調手段と、前記第一の光と前記第二の光を合成するビーム合成手段と、合成された光を所定の投影面上に投影する投影光学手段と、前記第一の空間光変調手段および前記第二の空間光変調手段の変調信号を供給する制御手段と、を備えたマスクレス露光装置であって、
   前記第一の空間光変調手段および前記第二の空間光変調手段によって形成され前記投影面上に投影される第一の投影像および第二の投影像は、略同一箇所に形成され、少なくとも一部が相対的に略半波長分の位相差がついた状態で露光することを特徴とするマスクレス露光装置。
2. 前記光源は、レーザー光源であることを特徴とする請求項１記載のマスクレス露光装置。
3. 前記第一の空間光変調手段および第二の空間光変調手段は、２次元に配列されたミラーアレイから成ることを特徴とする請求項１又は２記載のマスクレス露光装置。
4. 前記第一の投影像および前記第二の投影像は、投影面上において第一の投影像および第二の投影像を構成する最小画素ピッチの略半分ずれた状態で形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のマスクレス露光装置。
5. 前記第一の光又は前記第二の光のうち、少なくともどちらかの光路、又は両方の光路に対して、光路長可変手段を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のマスクレス露光装置。
6. 前記ビーム分岐素子と前記第一の空間光変調器の間、もしくは前記ビーム分岐素子と第二の空間光変調器との間、もしくはその両方に、前記第一の空間光変調手段および前記第二の空間光変調手段によって発生する波面歪みを補正する波面補正手段を配置することを特徴とする請求項1から５のいずれか１項記載のマスクレス露光装置。
7. 前記投影光学手段は、径が可変なアパーチャー手段を備えることを特徴とする請求項1から６のいずれか１項記載のマスクレス露光装置。
8. 被結像面と光束との相対的な位置を移動することが可能な2軸の互いに直交するステージを備え、
   前記制御手段は、前記ステージの移動に同期して前記第一の空間光変調手段への入力信号、前記第二の空間光変調器への入力信号を変えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載のマスクレス露光装置。
9. 前記被結像面への結像を自動的に行うオートフォーカス手段を備えることを特徴とする請求項８記載のマスクレス露光装置。
10. 光源と、前記光源からの光を第一の光と第二の光に分岐するビーム分岐手段と、第一の光の強度分布を空間的に変調し所望の像を形成する第一の空間光変調手段と、第二の光の強度分布を空間的に変調し所望の像を形成する第二の空間光変調手段と、前記第一の光と前記第二の光を合成するビーム合成手段と、合成された光を所定の投影面上に投影する投影光学手段と、前記第一の空間光変調手段および前記第二の空間光変調手段の変調信号を供給する制御手段と、を備えたマスクレス露光装置の露光方法であって、
    前記第一の空間光変調手段および前記第二の空間光変調手段によって形成され前記投影面上に投影される第一の投影像および第二の投影像を、略同一箇所に形成し、少なくとも一部が相対的に略半波長分の位相差がついた状態で露光するステップを備えることを特徴とするマスクレス露光装置の露光方法。

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