JP2012049433A

JP2012049433A - 露光装置

Info

Publication number: JP2012049433A
Application number: JP2010192072A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Washiyama; 裕之鷲山; Takashi Okuyama; 隆志奥山
Original assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-03-08
Also published as: TW201209525A; US20120050705A1; CN102385256A; KR20120021198A

Abstract

【課題】露光ムラなくオーバラップ露光を行い、高精度のパターンを形成する。
【解決手段】露光エリアを主走査方向に傾斜させた状態でオーバラップ露光動作を実行するとき、ＤＭＤの有効領域の設定に伴って露光ピッチが算出される。露光ピッチを調整することができるため、露光条件、露光装置機構の問題などが生じても、露光点分布を均一に分散させた分布状態にさせることが可能であり、露光ムラなく高精度のパターンを形成することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）など空間光変調素子によってパターンを直接描画するマスクレス露光装置に関し、特に、多重露光動作に関する。

ＤＭＤなどを備えたマスクレス露光装置では、マイクロミラーなどの光変調素子をマトリクス状に２次元配列させた変調デバイスを制御して露光動作が行われ、基板の被描画面へパターンが直接形成される。ＤＭＤの各マイクロミラーは、パターンデータに基づいた２次元配列のラスタデータに基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御される。これにより、パターン像に応じた光が基板に照射される。

また、高精度の２次元パターンを形成するため、各マイクロミラーによる露光を互いにオーバラップさせる多重露光動作が行われる（例えば、特許文献１参照）。そこでは、露光ピッチ（露光間隔）を１マイクロミラーの照射エリア（単位露光エリア）サイズの整数倍から外し、露光時の投影位置（ショット位置）を、走査方向に沿ってオーバラップさせる。

それと同時に、基板、あるいはＤＭＤの配列方向を、走査方向に対し相対的に微小傾斜させた状態で走査する。これにより、副走査方向に関しても露光時のショット位置がオーバラップしながら徐々にシフトする。

このような２方向に関して互いにオーバラップさせる多重露光処理によって、基板の照射対象領域に対する露光量をムラなく均一化させることができ、高解像度のパターン形成が可能となる。露光ピッチ、および傾斜角度は、オーバラップ間隔、露光動作の積算回数等に基づいて定められる。

特開２００３−５７８３６号公報

露光装置の機構上の問題、あるいは露光条件などを理由として、マイクロミラー全体領域を使用せず、一部を有効領域として露光動作を行うことがある。この場合、マイクロミラーの配列全体に基づいて設定されている露光ピッチのまま多重露光動作を実行すると、露光ショット位置が同一対象領域に対し偏在し、露光にムラが生じる。

本発明の露光装置は、パターンを直接形成する露光装置であり、マイクロミラーなど光源からの光を変調する複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、光変調素子アレイによって規定される投影エリア（以下、露光エリアという）を、被描画体に対して相対的に移動させる走査手段と、露光データに基づき、所定の露光ピッチに従って複数の光変調素子を制御し、オーバラップ露光を実行する露光動作処理手段とを備える。

ＤＭＤ、ＬＣＤなどの光変調素子アレイは、光源からの照明光をパターンに応じて被描画体へ導き、マイクロミラー、液晶素子など照明光を被描画体もしくは被描画体外へ選択的に導く複数の光変調素子によって構成される。走査手段は、例えば、間欠的に露光エリアを相対移動させるステップ＆リピート方式、あるいは連続移動させるステップ＆スキャン方式（連続移動方式）などが適用可能である。

露光エリアは、主走査方向に対して相対的に傾斜した状態で相対移動する。例えば、走査手段は、主走査方向に沿った光変調素子配列方向に対して基板などの被描画体を斜め方向に沿って相対移動させることが可能であり、あるいは、光変調素子配列方向を主走査方向に対して斜めに配置し、被描画体を主走査方向に沿って相対移動させることも可能である。

露光動作処理手段は、主走査方向に沿って光変調素子による照射位置（ここでは、露光ショット位置という）をオーバラップさせるように、所定の露光タイミングにあわせて露光動作を実行する。露光エリアが主走査方向に対し傾斜していることにより、副走査方向に沿って各マイクロミラーの露光ショット位置がオーバラップしながらシフトしていく。

そして本発明の露光装置は、光変調素子アレイの有効領域に応じて、露光対象領域に対する露光ショット位置を均一に分散させる露光ピッチを算出する露光ピッチ調整手段を備える。ただし、有効領域は、露光時に制御される光変調素子の領域を表す。

例えば、光変調素子アレイの周辺領域を利用しない場合、利用される中心部の光変調素子群に基づいて露光ピッチが算出される。これによって、オーバラップする露光ショット位置の配置間隔を調整、修正しながら、照射対象領域全体から見て主走査方向、副走査方向に関し露光分布が均一化される。

露光エリア全体を考慮することによって露光ピッチを算出すればよく、例えば露光ピッチ調整手段は、有効領域に相当する有効露光エリアの主走査方向長さを露光積算回数で割ることによって、露光ピッチを算出することが可能である。

本発明の露光ピッチ調整装置は、複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイの有効領域を設定する設定手段と、光変調素子アレイの有効領域に応じて、露光対象領域に対する露光ショット位置を均一に分散させる露光ピッチを算出する露光ピッチ算出手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の露光ピッチ調整方法は、複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイの有効領域を設定する設定し、光変調素子アレイの有効領域に応じて、露光対象領域に対する露光ショット位置を均一に分散させる露光ピッチを算出することを特徴とする。

本発明のプログラムは、露光装置を、複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイの有効領域を設定する設定手段と、光変調素子アレイの有効領域に応じて、露光対象領域に対する露光ショット位置を均一に分散させる露光ピッチを算出する露光ピッチ算出手段として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、露光ムラなくオーバラップ露光を行い、高精度のパターンを形成することができる。

本実施形態である描画装置を模式的に示した斜視図である。露光ヘッドの内部構成を示した図である。描画装置に設けられた描画制御部のブロック図である。露光エリアの主走査方向に対する傾斜を示した図である。単位露光エリアと同サイズの照射対象領域における露光分布を示した図である。マイクロミラーの使用領域を設定変更したときの露光分布を示した図である。マイクロミラーの使用領域を設定変更したときの露光分布を示した図である。露光ピッチを調整した後の露光点分布を示した図である。露光制御部において実行される露光ピッチ算出のフローチャートである。

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態である露光装置（描画装置）を模式的に示した斜視図である。図２は、光源ランプ、露光ヘッドの内部構成を示した図である。

露光装置１０は、フォトレジストなどの感光材料を塗布あるいは貼り付けた基板ＳＷに直接パターンを形成するマスクレス露光装置であって、ゲート状構造体１２、基台１４を備える。描画装置１０では、描画制御部（ここでは図示せず）によって露光動作が実行、制御される。描画制御部には、モニタ、キーボードなどの入力装置（ここでは図示せず）が接続されており、オペレータの操作に従って描画処理が行われる。

ゲート状構造体１２には、光源ランプ２０ａ、２０ｂと、露光ヘッド２０_１、２０_２が配設されている。所定間隔を空けて配置される露光ヘッド２０_１、２０_２は、光源ランプ２０ａ、２０ｂからの光に基づいて基板ＳＷを照射し、基板ＳＷの表面にパターンを形成する。露光ヘッド２０_１は、ＤＭＤ２４_１を備え（図２参照）、露光ヘッド２０_２も同様の構成になっている。ゲート状構造体１２のガイド３１に設置されている観察手段ＡＣ（ＣＣＤカメラなど）は、基板変形検出のため、基板ＳＷに形成されたアライメントマークを撮影する。

基台１４には、描画テーブル１８を支持するＸ−Ｙステージ機構５６が搭載され、描画テーブル１８上に基板ＳＷが設置される。基板ＳＷは、例えばシリコンウェハ、ガラス基板、電子回路用基板であり、ここでは矩形状の電子回路用基板が用いられている。基板ＳＷは、プリベイク処理、フォトレジストの塗布やドライフィルムの貼り付け等の処理が施されたブランクスの状態で描画テーブル１８に搭載される。

描画テーブル１８には、互いに直交なＸ−Ｙ−Ｚ座標系が規定されており、描画テーブル１８はＸ、Ｙ方向に沿って移動可能である。また、描画テーブル１８はＺ軸周りに回転可能であって、基板送り方向が調整される。ここでは、Ｘ方向を主走査方向（走査方向）、Ｙ方向を副走査方向と規定する。

図２に示すように、光源ランプ２０ａは、紫外光などの照明光を放射する放電ランプ２１を備え、リフレクタ２２によって放射される光が照明光学系２３へ導かれる。照明光学系２３によって平行光に成形された照明光は、平面ミラー２５、ハーフミラー２７を経てＤＭＤ２４_１に導かれる。ＤＭＤ２４_１は、数μｍ〜数十μｍの微小矩形状マイクロミラーをマトリクス状に２次元配列させた光変調素子アレイであり、ここでは１０２４×７６８のマイクロミラーによって構成される。

ＤＭＤ２４_１では、露光データに基づいて、各マイクロミラーがそれぞれ選択的にＯＮ／ＯＦＦ制御される。ＯＮ状態のマイクロミラーにおいて反射した光は、ミラー２７を介して投影光学系２８へ導かれる。そして、ＯＮ状態ミラーからの反射光によって形成される光束、すなわちパターン像の光が基板ＳＷに照射される。

基板ＳＷが主走査方向（Ｘ方向）に沿って移動するのに伴い、ＤＭＤ２４_１によって規定される投影領域（以下、露光エリアという）が基板ＳＷに対して相対的に移動する。ここでは、露光方式として多重露光方式が適用されており、描画テーブル１８が移動する間、オーバラップ露光するような露光ピッチでマイクロミラーがＯＮ／ＯＦＦ制御される。

また、基板ＳＷは、主走査方向（Ｘ方向）に対し微小角度だけ斜め方向を向いた状態で描画テーブル１８に配置されている。そのため、描画テーブル１８が走査方向に沿って移動するとき、露光エリアは基板ＳＷの長手方向に対し斜め方向に相対移動する。

基板ＳＷを副走査方向（Ｙ方向）にシフトさせながら露光ヘッド２０_１、２０_２による露光動作が走査方向（Ｘ方向）に沿って続けられることにより、基板全体にパターンが形成されていく。描画処理が終了すると、現像処理、エッチング又はメッキ、レジスト剥離処理などの後処理が施され、パターンを形成した基板が製造される。

図３は、描画装置に設けられた描画制御部のブロック図である。

描画制御部５０は、外部のワークステーション（図示せず）と接続され、露光制御部５２を備える。露光制御部５２は、キーボード５０Ｃからの操作信号に基づいて描画処理全体を制御し、ＤＭＤ駆動回路５９、アドレス制御回路５７、描画テーブル制御回路５３、光源２０ａ、２０ｂの発光を制御する光源制御回路６１などの回路へ制御信号を出力する。描画処理を制御するプログラムは、あらかじめ露光制御部５２内のＲＯＭ（図示せず）に格納されている。

ワークステーション（図示せず）から露光制御部５２に入力されるパターンデータは、描画パターンの位置情報をもつベクタデータ（ＣＡＤ／ＣＡＭデータ）であり、基板ＳＷに規定されるＸ−Ｙ座標系に基づく位置座標データとして表される。ラスタ変換部５１に入力されたベクタデータは、２次元ドットデータ（ＯＮ／ＯＦＦデータ）であるラスタデータに変換される。

生成されたラスタデータは、バッファメモリ５８に格納される。一時的に格納されたラスタデータは、アドレス制御回路５７からの制御信号に従って読み出され、ＤＭＤ駆動回路５９へ送られる。

ＤＭＤ駆動回路５９は、露光データとして送られてくるラスタデータに基づき、露光制御部５２からのタイミング信号に合わせてＤＭＤ２４_１、２４_２の各マイクロミラーをＯＮ／ＯＦＦ制御する。描画テーブル１８が移動する間、露光エリアの相対位置に応じたラスタデータに従ってＤＭＤ２４_１、２４_２が制御される。

描画テーブル制御回路５３は、駆動回路５４を介してモータ（図示せず）を備えたＸ−Ｙステージ機構５６を制御し、これによって描画テーブル１８の移動速度、基板送り方向等が制御される。位置検出センサ５５は、描画テーブル１８の位置、すなわち基板ＳＷにおける露光エリアの相対位置を検出する。

ＣＣＤセンサＡＣによって得られた画像信号は、画像処理部６２において画像処理された後、露光制御部５２へ送られる。露光制御部５２は、画像信号に基づいてアライメントマークの位置を検出する。観察手段制御部６０は、ＣＣＤセンサＡＣを駆動する。

以下では、図４〜９を用いて、オーバラップ露光時の露光分布および露光ピッチ算出について説明する。

図４は、露光エリアの主走査方向に対する傾斜を示した図である。

露光エリアＥＡは、微小角度θだけ傾斜した状態で主走査方向（Ｘ方向）に沿って基板上を相対移動していく。ただし、図４では、傾斜角度を誇張して描いている。基板ＳＷが移動するのに伴って露光エリアＥＡが相対移動する。その間、露光エリアＥＡサイズに対してはるかに微小な距離間隔の露光ピッチＰＰに従って、露光動作が実行される。

露光エリアＥＡは、各マイクロミラーの照射領域（以下、単位露光エリアという）ＥＵＡから構成される。単位露光エリアＥＵＡの配列方向が主走査方向に対して傾斜しているため、同一の走査ライン上を、同列のマイクロミラーだけでなく、複数列に跨ったマイクロミラーに応じた単位露光エリアＥＵＡが通過していく。これにより、各マイクロミラーによる照射位置（露光ショット位置）が主走査方向、副走査方向に沿って互いにオーバラップする。

基板ＳＷの傾斜角度は、副走査方向（Ｙ方向）に関してどの程度オーバラップさせるかによって決まる。露光エリアの走査方向長さを「Ｌ」、単位露光エリアＥＡＵの同サイズの照射対象領域を通過するときにオーバラップする照射エリア数を「Ａ」とすると、傾斜角度θは、Ａ／Ｌによって表される。

図５は、単位露光エリアと同サイズの照射対象領域における露光分布を示した図である。図５を用いて、オーバラップ露光による均一な露光分布について説明する。

主走査方向のオーバラップ間隔については、露光ピッチＰＰを単位露光エリアサイズより小さくすることにより実現される。露光動作のたびにパターン形成に寄与するマイクロミラーの露光ショット位置が徐々にシフトし、照射対象領域ＣＡに対して露光点Ｃ（露光動作時の単位露光エリアの中心位置）が走査方向に沿って点在する。

一方、露光エリアが主走査方向に対して傾斜しているため、露光動作のたびに露光ショット位置は副走査方向に沿って徐々にシフトしていく。その結果、露光エリアＥＡ全体が照射対象領域ＣＡを通過するまでに、露光点Ｃが照射対象領域ＣＡにおいて全体的に分布する状態になる。

図５には、基板の照射対象領域上から見たときの露光分布を示している。ここでは、正方領域である照射対象領域ＣＡ（ＡＢ×ＡＢ）に対し、主走査方向、副走査方向にそれぞれ１６×１６＝２５６個の露光点Ｃが均一に分散した状態で分布している。露光点Ｃの距離間隔Ｐは主走査方向、副走査方向に沿って略一定であり、また、隣接露光点間の副走査方向に沿った距離Ｑも略一定になっている。このような１６×１６＝２５６の露光点配列を実現するように、傾斜角度θおよび露光ピッチＰＰが定められている。

図６、７は、マイクロミラーの使用領域を設定変更したときの露光分布を示した図である。

図５では、マイクロミラー全体を使用したときの露光点分布を表しており、傾斜角度θ、露光ピッチＰＰも、すべてのマイクロミラーを使用することを前提として算出されている。しかしながら、露光条件などによってマイクロミラーの使用領域を一部領域に定めた場合、露光点分布が均一にならない場合が生じる。

図６では、照射対象領域ＣＡに対する不均一な露光点分布を示している。図４で示したオーバラップ数調整、傾斜角度変更等の理由によって照射対象領域ＣＡ内から露光点がはみ出す（隣接する照射対象領域に露光点が偏在する）のを防ぐため、マイクロミラーの使用領域を一部制限している。具体的には、マイクロミラーの列方向（走査方向）に沿って最後尾からの方形領域にあるマイクロミラー群が利用されない。

その結果、図７に示すように、照射対象領域ＣＡ内の露光点分布が、一部領域Ｚにおける露光点不存在により、均一に分散してない分布状態になる。そこで本実施形態では、マイクロミラーの有効領域にあわせて、露光点分布を均一化する露光ピッチを算出する。

図８は、露光ピッチを調整した後の露光点分布を示した図である。

図８には、露光ピッチ調整後の露光点分布が図示されている。露光点Ｃ’の配置、および露光点間の距離ＰをＰ’に変えることよって露光点Ｃ’の分布状態が変化し、走査方向に沿って露光点分布が千鳥配列になる。しかしながら、照射対象領域ＣＡ全体から見ると、露光点Ｃ’は実質的に均一に分散された密度一定の分布となる。

図９は、露光制御部において実行される露光ピッチ算出のフローチャートである。

まず、露光条件などに基づき、マイクロミラーが利用されるＤＭＤ有効領域が設定される（Ｓ１）。ＤＭＤ有効領域の設定については、例えば、オペレータの入力操作などによって実行される。これに伴い、有効領域による露光エリア（有効露光エリア）の主走査方向に沿った長さが算出される（Ｓ２）。有効露光エリアの長さは、ＤＭＤの有効領域の主走査方向に沿ったＬ０、および投影光学系２８の投影倍率ｍから定められる。

有効露光エリアの長さＬが算出されると、露光ピッチＰＰが以下の式によって求められる（Ｓ３）。ただし、Ｎは、積算露光回数を表す。

ＰＰ＝（ｍ×Ｌ０）／Ｎ・・・・・・（１）

露光ピッチＰＰは、露光動作距離間隔であるため、有効露光エリアの長さを露光回数で割ることによって求められる。露光ピッチＰＰが設定されると（Ｓ４）、それに基づいてオーバラップ露光動作処理が実行される。

このように本実施形態によれば、露光エリアを主走査方向に傾斜させた状態でオーバラップ露光動作を実行するとき、ＤＭＤの有効領域の設定に伴って露光ピッチが算出される。露光ピッチを調整することができるため、露光条件、露光装置機構の問題などが生じても、露光点分布を均一に分散させた分布状態にさせることが可能であり、露光ムラなく、高精度のパターンを形成することができる。

ＤＭＤの有効露光領域の設定は、最後尾側から数個のマイクロミラー群を除く以外の方法でも可能であり、ＤＭＤの周辺領域のマイクロミラー群を除いた有効領域を設定してもよい。また、投影倍率変更にあわせて照射対象領域を設定し、その領域内で露光点分布を均一化させてもよい。

１０露光装置（描画装置）
２４ＤＭＤ（光変調素子アレイ）
ＥＡ露光エリア
ＳＷ基板（被描画体）
ＰＰ露光ピッチ

Claims

複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、
前記光変調素子アレイによる露光エリアを、主走査方向に対して所定角度傾斜した状態で主走査方向に沿って相対移動させる走査手段と、
露光データに基づき、所定の露光ピッチに従って前記複数の光変調素子を制御し、主走査方向、副走査方向に関してオーバラップ露光を実行する露光動作処理手段と、
前記光変調素子アレイの有効領域に応じて、露光対象領域に対する露光ショット位置を均一に分散させる露光ピッチを算出する露光ピッチ調整手段と
を備えたことを特徴とする露光装置。
前記露光ピッチ調整手段が、前記有効領域に相当する有効露光エリアの主走査方向長さを露光積算回数で割ることによって、露光ピッチを算出することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイの有効領域を設定する設定手段と、
前記光変調素子アレイの有効領域に応じて、露光対象領域に対する露光ショット位置を均一に分散させる露光ピッチを算出する露光ピッチ算出手段と
を備えたことを特徴とする露光ピッチ調整装置。
複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイの有効領域を設定し、
前記光変調素子アレイの有効領域に応じて、露光対象領域に対する露光ショット位置を均一に分散させる露光ピッチを算出することを特徴とする露光ピッチ調整方法。
露光装置を、
複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイの有効領域を設定する設定手段と、
前記光変調素子アレイの有効領域に応じて、露光対象領域に対する露光ショット位置を均一に分散させる露光ピッチを算出する露光ピッチ算出手段として機能させることを特徴とするプログラム。