JP2010122526A - マスクレス露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スループットを低下させずアライメント精度を向上させたマスクレス露光方法を実現する。
【解決手段】マスクレス露光方法は、基板上の各領域についての歪みに関する情報を取得する歪み情報取得ステップと、複数の基板について取得した歪みに関する情報を用いて、各領域に生じた歪みの平均値を算出する平均値算出ステップと、露光対象基板の姿勢ズレ値を取得する姿勢ズレ値取得ステップと、露光対象基板上における各領域に形成すべき露光パターンを規定した各露光データを、当該領域に対応する歪みの平均値を用いて補正する領域別補正ステップと、取得した露光対象基板の姿勢ズレ値を用いて、領域別補正ステップにおいて補正された各露光データを露光対象基板の姿勢ズレに合うよう補正する姿勢ズレ補正ステップと、姿勢ズレ補正ステップにおいて補正された各露光データを用いて、露光対象基板を直接露光する露光ステップと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、形成すべき露光パターンを規定した露光データに基づき、基板を直接露光するマスクレス露光方法に関する。

プリント基板の製造工程として、基板上に感光性樹脂膜であるレジスト膜を形成し、このレジストを所望のパターンに露光し感光させ、エッチング処理することで所望のパターンを形成する方法がある。一般に、大判の基板に、製品となるべき個片を複数割り付けて製造することで、製品の大量生産を可能にしている。

多層プリント基板の製造工程において印加される熱などの影響により、有機材料を使った基板は非線形に歪む。図７は、有機材料を使った基板の歪みを説明する模式図である。この図では、基板の歪み具合を分かり易くするために、基板の外枠および基板内の適当な位置を実線で示している。熱を印加する前の基板５１は、図７（ａ）に示すような長方形をしている。しかしながら、製造工程が進むにつれ、印加される熱などの影響により、図７（ｂ）に示すように基板５１に歪みが生じる。特に基板５１の周縁部付近ほど歪が大きくなり、この結果、基板５１の形状は、長方形からいわゆる糸巻き型（あるいは逆樽型）の形状に変形してしまう。

このような基板の非線形な歪みに対応するべく、基板のパターニング（露光）工程において、基板を複数の領域に分割して露光するステップアンドリピート方式による方法（以下、「ステッパによる露光方法」と称する。）がある（例えば、特許文献１参照）。図８は、図７に示すように非線形の歪みが生じた基板に対して実行されるステッパによるマスク露光方法を説明する模式図である。この方法によれば、大判の基板５１に対し、露光ヘッドが一度に露光（「１ステップ露光」とも称する。）することができる長方形の範囲を有する領域６１を複数割り付け、これら１つ１つの領域６１を順次、露光していく。露光ヘッドによるある領域６１についての露光が終わると、基板５１を載せたステージを移動させ、別の領域６１について露光を行う。

このようなマスク露光方法はフォトマスクを用いるのでその分コストがかかることから、近年では、フォトマスクを使用しないマスクレス露光方法が提案されている。

例えばマスクレス露光方法として、基板上に形成したレジストを露光するにあたり、形成すべき露光パターンを規定した露光データを作成し、この露光データをディ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露光データに応じて傾動させ、このＤＭＤに光を投射してその各微小ミラーからの反射光をレジストに照射して露光パターンに対応した形状に露光させる技術がある（例えば、特許文献２参照）。マスクレス露光方法は、マスクを形成せず、露光データの段階で必要な補正を適宜加えることができるので、製造工程において生じる様々な変化にオンラインで弾力的に対応することができる利点がある。

マスクレス露光方法においては、上述のような基板の非線形な歪みに対応するために、基板を個別の領域（「１アライメント領域」とも称する。）ごとに分けて直接露光（「分割アライメント露光」とも称する。）する。図９は、図７に示すように非線形の歪みが生じた基板に対して実行されるマスクレス露光方法を説明する模式図である。これによれば、非線形の歪みが生じる基板６１においては、領域ごとに歪み具合が異なるので、各領域に対応するよう当該領域を直接露光するための露光データを予め歪ませるような補正を行った上で、各領域の直接露光を実行する。

特公平６−６９０１７号公報

上記引用文献１（すなわち特公平６−６９０１７号公報）に記載された発明は、複数枚の基板の歪み傾向を予め取得してこれを利用することにより、スループットを改善することを目的としたマスク露光方法である。しかしながら、ステッパによるマスク露光方法は、露光ヘッドに設けられたレンズの焦点距離を変更して１ステップ露光領域の長方形を伸縮する補正を行うことにより、各領域に生じ得る非線形の歪みに対応するものであるので、長方形同士が隣接することになる領域の境界付近には露光できない箇所が生じ、露光精度が必然的に低下してしまう。マスクレス露光方法においては、領域の分割サイズには特に制限が無いが、ステッパによるマスク露光方法は、領域の分割最小単位が個片のサイズとなるので、アライメント精度の向上には限界がある。

また、マスクレス露光方法や上記引用文献１（すなわち特公平６−６９０１７号公報）に記載されたマスク露光方法などのいずれの方法においても、大判の基板に割り付けられた個別の領域の位置および姿勢を特定するために、その領域の適当な箇所にアライメントマークが設けられる。図１０は、アライメントマーク数とアライメント精度およびスループットとの関係を示す図である。露光装置は、１つの領域の露光処理が完了するたびに、アライメントマークを目印にして、露光ヘッドの直下に別の領域が位置することになるようステージを移動させて位置合わせを行う。アライメントマーク数が多ければ多いほど、基板の各領域における歪み具合を露光処理に反映させることができるので、アライメント精度は向上する。しかしながら、１つの領域の露光処理の完了の度に、ディジタルカメラおよび演算処理装置を用いたアライメントマークの位置の取得処理およびステージの移動処理が実行されることから、スループットについては低下してしまう欠点がある。

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、基板上に形成すべき露光パターンを規定した露光データに基づき、基板を個別の領域ごとに分けて直接露光するマスクレス露光方法であって、スループットを低下させずアライメント精度を向上させたマスクレス露光方法を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明においては、まず、基板の歪みに関する情報を、この歪みの平均値が許容できる範囲内に収まる枚数の基板まで取得する。そして、この取得の際に用いられたアライメントマークの数よりも少ないアライメントマークの数で露光対象基板の姿勢ズレの補正のための情報を取得する。そして、露光対象基板の各領域の直接露光に用いられる露光データを、姿勢ズレの補正のための情報および歪みの平均値を用いて補正し、この補正後の露光データを用いて露光対象基板を直接露光する。

すなわち、本発明によれば、基板上に形成すべき露光パターンを規定した露光データに基づき、基板を個別の領域ごとに分けて直接露光するマスクレス露光方法は、複数の測定用基板上の各領域についての歪みに関する情報を取得する歪み情報取得ステップと、複数の測定用基板について取得した歪みに関する情報を用いて、各領域に生じた歪みの平均値を算出する平均値算出ステップと、露光対象基板の姿勢ズレ値を取得する姿勢ズレ値取得ステップと、露光対象基板上における各領域に形成すべき露光パターンを規定した各露光データを、当該領域に対応する歪みの平均値を用いて補正する領域別補正ステップと、姿勢ズレ値取得ステップにおいて取得した露光対象基板の姿勢ズレ値を用いて、領域別補正ステップにおいて補正された各露光データを露光対象基板の姿勢ズレに合うよう補正する姿勢ズレ補正ステップと、姿勢ズレ補正ステップにおいて補正された各露光データを用いて、露光対象基板を直接露光する露光ステップと、を備える。

ここで、歪み情報取得ステップは、基板上の各領域の各頂点に位置するアライメントマークの実測座標値を取得する第１のステップと、取得した各実測座標値と、露光データに規定された対応する各領域の各頂点の設計座標値と、を用いて各アライメントマークについての姿勢ズレ値を算出する第２のステップと、取得した各実測座標値のうち基板の４頂点に位置するアライメントマークの実測座標値と、設計データに規定された当該基板の４頂点の設計座標値と、を用いて基板についての姿勢ズレ値を算出する第３のステップと、基板についての姿勢ズレを最小にする基板の移動量および回転量に関する補正情報を算出する第４のステップと、各アライメントマークについての姿勢ズレ値を、補正情報を用いて補正し、補正後の姿勢ズレ値を、基板に固有の歪みに関する情報として記憶装置に記憶する第５のステップと、を有する。

また、姿勢ズレ値取得ステップは、露光対象基板の少なくとも２頂点に位置するアライメントマークの実測座標値を取得する第６のステップと、取得した実測座標値と、設計データに規定された対応する露光対象基板の少なくとも２頂点の設計座標値と、を用いて露光対象基板についての姿勢ズレ値を算出する第７のステップと、を有する。

本発明によれば、基板の歪みに関する情報を、この歪みの平均値が許容できる範囲内に収まる枚数の基板について予め取得し、この取得の際に用いられたアライメントマークの数よりも少ないアライメントマークの数で露光対象基板の姿勢ズレの補正のための情報を取得して、露光対象基板の各領域の直接露光に用いられる露光データを、姿勢ズレの補正のための情報および歪みの平均値を用いて補正するので、スループットを低下させずにアライメント精度を向上させることができる。

図１〜３は、本発明の実施例によるマスクレス露光方法の動作フローを示すフローチャートであって、図２は、特に歪み情報取得ステップの動作フローを示すフローチャートであり、図３は、特に姿勢ズレ値取得ステップの動作フローを示すフローチャートである。ここで、露光データに規定された露光対象基板の形状は長方形であり、また露光対象基板の領域の形状は、長方形として設計されるものとする。

まず、ステップＳ１０１において、測定用基板上の各領域についての歪みに関する情報を取得する。なお、この測定用基板についても、後述するように、直接露光の対象基板とする。ステップＳ１０１における歪み情報取得ステップは、図２に示すステップＳ３０１〜Ｓ３０５を有するものである。

すなわち、図２のステップＳ３０１において、測定用基板上の各領域の各頂点に位置する全アライメントマークの実測座標値を取得する。図４は、測定用基板上の各領域の各頂点に位置するアライメントマークの実測座標値の取得を説明する模式図である。例えば、測定用基板を６行６列の合計３６個の領域に分割して露光する場合、各領域の各頂点は、６行６列の格子点であるので、ｐ１〜ｐ４９の合計４９個のアライメントマークが存在する。これら全てのアライメントマークを、ディジタルカメラを用いて撮像し、その結果をコンピュータで解析することでアライメントマークの位置の座標を測定する。

次いで、図２のステップＳ３０２において、ステップＳ３０１において取得した全アライメントマークの各実測座標値と、露光データに規定された対応する各領域の各頂点の設計座標値と、を用いて各アライメントマークについての姿勢ズレ値を、コンピュータを用いて算出する。上述のように、本実施例では、露光データに規定された対応する各領域の形状は長方形であるので、設計上の各領域の各頂点は格子状に並んでいる。ある領域におけるあるアライメントマークの実測座標値と、露光データに規定された当該領域の頂点の設計座標値とを比較し、位置ズレおよび回転ズレに関する値である姿勢ズレ値を、コンピュータを用いて算出する。ステップＳ３０２の処理は、測定用基板上の各領域の各頂点に位置する全アライメントマークについて実行され、例えば、６行６列の合計３６個の領域には合計４９個のアライメントマークが存在するので、４９個全てのアライメントマークについての姿勢ズレ値を算出する。

次いで、図２のステップＳ３０３において、取得した各実測座標値のうち基板の４頂点に位置するアライメントマークの実測座標値と、設計データに規定された当該測定用基板の４頂点の設計座標値と、を用いて基板についての姿勢ズレ値を、コンピュータを用いて算出する。姿勢ズレ値は、ステップＳ３０２の場合と同様、位置ズレおよび回転ズレに関する値である。

次いで、図２のステップＳ３０４において、測定用基板についての姿勢ズレ値を最小にする基板の移動量および回転量に関する補正情報を、コンピュータを用いて算出する。

次いで、図２のステップＳ３０５において、各アライメントマークについての姿勢ズレ値を、補正情報を用いて補正する。そして、補正後の姿勢ズレ値を、測定用基板に固有の歪みに関する情報として記憶装置内の歪み情報テーブルに記憶する。表１に、歪み情報テーブルを例示する。

上述の歪みに関する情報は、基板に固有のものである。図１のステップＳ２０１において、複数の測定用基板について取得した歪みに関する情報を用いて、各領域に生じた歪みの平均値を、コンピュータを用いて算出する。本実施例では、測定用基板の歪みに関する情報は、この歪みの平均値が許容できる範囲内に収まる枚数の測定用基板について、取得されるものとする。すなわち、図２においてステップＳ３０１〜Ｓ３０５からなる図１のステップＳ１０１を、算出される歪みの平均値が所定の範囲内に収まることになる枚数の測定用基板まで、繰り返し実行し、これにより、当該枚数分の歪みに関する情報が取得されることになる。例えば、複数の測定用基板について歪みに関する情報を取得していき、歪みの平均値が所望の範囲内に収まったときの測定用基板が、歪みに関する情報を取得し始めてＭ枚目であった場合は、その平均値の値を、ステップＳ２０２以降の処理に用いる。なお、測定用基板についても、後述するように、直接露光の対象基板とする。

なお、上記所定の範囲（すなわち歪みを許容できる範囲）は、例えば製品の性質などに応じて設計者が任意に設定可能であり、歪みを許容できる範囲が小さいほど、アライメント精度を高くすることができる。

図１のステップＳ２０２では、露光対象基板の姿勢ズレ値を取得する。ステップＳ２０２における姿勢ズレ値取得ステップは、図３に示すステップＳ４０１およびＳ４０２を有するものである。

すなわち、図３のステップＳ４０１において、露光対象基板の少なくとも２頂点の位置に設けられたアライメントマークの実測座標値を取得する。これら少なくとも２つのアライメントマークを、ディジタルカメラを用いて撮像し、その結果をコンピュータで解析することでアライメントマークの位置の座標を測定する。露光対象基板の４隅（４頂点）のうち少なくとも２隅（２頂点）の位置を特定できれば、露光対象基板の姿勢を特定することができるが、露光対象基板の４隅にアライメントマークを設けてこのアライメントマークの実測座標値を取得すれば、より高精度に、露光対象基板の姿勢を特定することができる。また例えば、露光対象基板の４隅のアライメントマークに加えて、露光対象基板の周縁の４辺上にもアライメントマークをさらに設けて、これらについても露光対象基板の姿勢の特定に用いてもよく、また、これ以上の個数のアライメントマークを設けてもよい。

次いで、図３のステップＳ４０２において、ステップＳ４０１において取得した実測座標値と、設計データに規定された対応する露光対象基板の少なくとも２頂点の設計座標値と、を用いて前記露光対象基板についての姿勢ズレ値を、コンピュータを用いて算出する。上述のように、本実施例では、露光データに規定された露光対象基板の形状は長方形であるので、設計座標値はその長方形の頂点となる位置を示すものである。露光対象基板に設けられたアライメントマークの実測座標値と、露光データに規定された露光対象基板の上記アライメントマークに対応する設計座標値とを比較し、位置ズレおよび回転ズレに関する値である姿勢ズレ値を、コンピュータを用いて算出して、図１のステップＳ２０３へ進む。

図１のステップＳ２０３では、コンピュータにより、露光対象基板上における各領域に形成すべき露光パターンを規定した各露光データを、ステップＳ２０１で算出した当該領域に対応する歪みの平均値を用いて補正する。本実施例では、露光対象基板上における領域ごとに、当該領域に対応する露光データを、いわゆる２次元射影変換式に基づき、ステップＳ２０１で算出した当該領域に対応する歪みの平均値を用いて補正する。図５は、２次元射影変換を説明する図である。２次元射影変換は、点光源から投影矩形像を任意の平面に結像させるときに一般に用いられる変換である。２次元射影変換の行列は、変換前の座標を（ｘ，ｙ）、変換後の座標を（Ｘ，Ｙ）としたとき、式１で表される。

なお、式１のａ〜ｈの８個のパラメータは、４組のアライメントマーク情報、すなわち、４組の設計座標値（ｘ，ｙ）および実測座標値（Ｘ，Ｙ）を、式１に代入し、８元連立方程式を解くことによって求める。

次いで、図１のステップＳ２０４において、コンピュータにより、ステップ２０２（すなわち姿勢ズレ値取得ステップ）において取得した露光対象基板の姿勢ズレ値を用いて、ステップＳ０２０３（すなわち領域別補正ステップ）において補正された各露光データを露光対象基板の姿勢ズレに合うよう補正する。

次いで、図１のステップＳ２０５において、ステップＳ２０４において補正された各露光データをマスクレス露光装置に入力し、マスクレス露光装置は、このデータを用いて露光対象基板を直接露光する。以上の処理を、所望の枚数の露光対象基板について繰り返し実行する。

一方、図１のステップＳ１０１（すなわち歪み情報取得ステップ）において歪みに関する情報が取得された測定用基板についても、直接露光処理が実行される。

まず、図１のステップＳ１０２において、コンピュータは、図１のステップＳ１０１において歪みに関する情報が取得された測定用基板について、当該測定用基板の各領域に形成すべき露光パターンを規定した各露光データを、ステップＳ１０１において取得された歪みに関する情報を用いて補正する。この補正では、ステップＳ２０３と同様、２次元射影変換式が用いられる。

そして、図１のステップＳ１０３において、ステップＳ１０２においてにおいて補正された各露光データをマスクレス露光装置に入力し、マスクレス露光装置は、このデータを用いて、図１のステップＳ１０１において歪みに関する情報が取得された測定用基板を直接露光する。

図６は、本発明の実施例における、取得するアライメントマーク情報の数とマスクレス露光との関係を説明する模式図である。上述のように、図１のステップＳ１０１においては、基板上の各領域の各頂点に設けられた全アライメントマークの位置の実測が、複数枚（例えばＭ枚）について実行され、ステップＳ１０３においてマスクレス露光処理が実行される。すなわち、全アライメントマークについて、ディジタルカメラおよび演算処理装置を用いたアライメントマークの位置の取得処理およびステージの移動処理が実行されるので、時間がかかる。

しかしながら、歪みの平均値が所定の範囲内に収まることになるまで測定用基板のアライメントマーク情報の取得を行った後は、露光対象基板の姿勢を特定するために設けられたアライメントマーク（例えば露光対象基板の４隅に設けられた４アライメントマーク）についてのみ、その情報の取得が行われるので、アライメントマークの位置の取得処理の取得時間を格段に短くすることができ、スループットが向上する。また、歪みの平均値は、許容できる範囲のものとして設定したものであるので、当該歪みの平均値を用いて露光対象基板の各領域に対応する露光データを補正し、マスクレス露光処理を行っても、高精度のアライメント精度を維持することができる。

例えば、製造するプリント基板製品の枚数が予め決まっている場合は、許容できる歪みの平均値が得られるまでは図１のステップＳ１０１〜Ｓ１０３による直接露光を行い、許容できる歪みの平均値が得られた時点で、取得するアライメントマーク情報を減らして図１のステップＳ２０２〜Ｓ２０５による直接露光を行えば、全枚数のプリント基板製品を図１のステップＳ１０１〜Ｓ１０３による直接露光で行う場合に比べてスループットが向上する。

本発明は、マスクレス露光処理によるプリント基板や半導体装置の製造に適用することができる。本発明によれば、マスクレス露光処理において、スループットを低下させず、アライメント精度を向上させることができる。

本発明の実施例によるマスクレス露光方法の動作フローを示すフローチャートである。 本発明の実施例によるマスクレス露光方法の動作フローを示すフローチャートであって、特に歪み情報取得ステップの動作フローを示すフローチャートである。 本発明の実施例によるマスクレス露光方法の動作フローを示すフローチャートであって、特に姿勢ズレ値取得ステップの動作フローを示すフローチャートである。 基板上の各領域の各頂点に位置するアライメントマークの実測座標値の取得を説明する模式図である。 ２次元射影変換を説明する図である。 本発明の実施例における、取得するアライメントマーク情報の数とマスクレス露光との関係を説明する模式図である。 有機材料を使った基板の歪みを説明する模式図である。 図７に示すように非線形の歪みが生じた基板に対して実行されるステッパによるマスク露光方法を説明する模式図である。 図７に示すように非線形の歪みが生じた基板に対して実行されるマスクレス露光方法を説明する模式図である。 アライメントマーク数とアライメント精度およびスループットとの関係を示す図である。

符号の説明

５１ 基板
６１ 領域

Claims (8)

1. 基板上に形成すべき露光パターンを規定した露光データに基づき、前記基板を個別の領域ごとに分けて直接露光するマスクレス露光方法であって、
   複数の測定用基板上の各領域についての歪みに関する情報を取得する歪み情報取得ステップと、
   複数の前記歪みに関する情報を用いて、各前記領域に生じた歪みの平均値を算出する平均値算出ステップと、
   露光対象基板の姿勢ズレ値を取得する姿勢ズレ値取得ステップと、
   前記露光対象基板上における各領域に形成すべき露光パターンを規定した各露光データを、当該領域に対応する前記歪みの平均値を用いて補正する領域別補正ステップと、
   前記姿勢ズレ値を用いて、前記領域別補正ステップにおいて補正された各前記露光データを前記露光対象基板の姿勢ズレに合うよう補正する姿勢ズレ補正ステップと、
   前記姿勢ズレ補正ステップにおいて補正された各前記露光データを用いて、前記露光対象基板を直接露光する露光ステップと、
   を備えることを特徴とするマスクレス露光方法。
2. 前記歪み情報取得ステップは、
   前記基板上の各前記領域の各頂点に位置するアライメントマークの実測座標値を取得する第１のステップと、
   取得した各前記実測座標値と、前記露光データに規定された対応する各前記領域の各頂点の設計座標値と、を用いて各前記アライメントマークについての姿勢ズレ値を算出する第２のステップと、
   取得した各前記実測座標値のうち前記基板の４頂点に位置するアライメントマークの実測座標値と、前記設計データに規定された当該基板の４頂点の設計座標値と、を用いて前記基板についての姿勢ズレ値を算出する第３のステップと、
   前記基板についての姿勢ズレ値を最小にする前記基板の移動量および回転量に関する補正情報を算出する第４のステップと、
   各前記アライメントマークについての姿勢ズレ値を、前記補正情報を用いて補正し、補正後の姿勢ズレ値を、前記基板に固有の歪みに関する情報として記憶装置に記憶する第５のステップと、
   を有する請求項１に記載のマスクレス露光方法。
3. 前記姿勢ズレ値取得ステップは、
   前記露光対象基板の少なくとも２頂点の位置に設けられたアライメントマークの実測座標値を取得する第６のステップと、
   取得した前記実測座標値と、前記設計データに規定された対応する前記露光対象基板の少なくとも２頂点の設計座標値と、を用いて前記露光対象基板についての姿勢ズレ値を算出する第７のステップと、
   を有する請求項１に記載のマスクレス露光方法。
4. 前記歪み情報取得ステップでは、前記平均値算出ステップにおいて算出される前記歪みの平均値が所定の範囲内に収まることになる枚数の基板について、前記歪みに関する情報を取得する請求項１に記載のマスクレス露光方法。
5. 前記領域別補正ステップでは、前記露光データを、２次元射影変換式に基づき前記歪みの平均値を用いて補正する請求項１に記載のマスクレス露光方法。
6. 前記第７のステップにおいて算出される前記姿勢ズレ値は、前記露光対象基板の位置ズレおよび回転ズレに関する値からなる請求項３に記載のマスクレス露光方法。
7. 前記歪み情報取得ステップにおいて前記歪みに関する情報が取得された前記測定用基板について、当該測定用基板の各前記領域に形成すべき露光パターンを規定した各露光データを、前記歪みに関する情報を用いて補正するさらなる補正ステップと、
   前記さらなる補正ステップにおいて補正された各前記露光データを用いて、前記測定用基板を直接露光するさらなる露光ステップと、
   をさらに備える請求項１に記載のマスクレス露光方法。
8. 前記さらなる補正ステップでは、前記露光データを、２次元射影変換式に基づき前記歪みに関する情報を用いて補正する請求項７に記載のマスクレス露光方法。

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