JP2013061363A

JP2013061363A - 描画装置

Info

Publication number: JP2013061363A
Application number: JP2010011619A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Wakayama; 啓一若山; Kojiro Tanaka; 浩二郎田中; Shinya Abe; 伸也阿部
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2013-04-04
Also published as: WO2011089867A1

Abstract

【課題】シリコンなどのウエハー上にレーザー光を用いて露光することで描画を行う描画装置において、ナノミクロンオーダーの高精度な位置決めを行うこと。
【解決手段】レーザー光を一定方向に往復させて所定の間隔でドットパターンの描画を行う光学素子用の描画装置であって、レーザー光を照射する照明光学系と、
基盤を載置するＸＹステージと前記照明光学系と前記ＸＹステージとの相対位置を測定する前記ＸＹステージ上に設置されたナノスケールと、前記基盤上の描画信号の基準位置とその描画信号波形データ出力と、前記ナノスケールによって測定された往路のドットパターンの描画終了位置から、復路のドットパターンの描画開始位置を抽出する軸制御ユニットと、前記軸制御ユニットによって抽出された描画開始位置から描画を開始するように前記照明光学系の位置を補正する位置補正手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンなどのウエハー上にレーザー光を用いて露光することで描画を行う描画装置であり、特にナノミクロンオーダーの高精度な位置決めを行う描画装置に関する。

従来のレーザー光による照射位置の位置補正は、二次元パターンが形成された基準基板の画像を撮像し、この撮像で得た二次元パターンから位置決めステージの位置ずれを求め、この位置ずれに基づいて位置決めステージの位置を二次元で構成し、位置補正が行われる（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−２１４３８８号公報

上記のように基準基板の画像を撮像して得た二次元パターンから、位置決めステージの位置ずれを求めて位置補正を行う場合、高速カメラのシャッター開放時間を短くして連続撮像することで、二次元位置精度をサブミクロンのオーダーで補正することができる。しかしながら、位置補正をナノミクロンオーダーで補正することは困難であった。

上記課題を解決するため、本発明の描画装置は、レーザー光を一定方向に往復させて所定の間隔でドットパターンの描画を行う光学素子用の描画装置であって、レーザー光を照射する照明光学系と、基盤を載置するＸＹステージと前記照明光学系と前記ＸＹステージとの相対位置を測定する前記ＸＹステージ上に設置されたナノスケールと、前記基盤上の描画信号の基準位置とその描画信号波形データ出力と、前記ナノスケールによって測定された往路のドットパターンの描画終了位置から、復路のドットパターンの描画開始位置を抽出する軸制御ユニットと、前記軸制御ユニットによって抽出された描画開始位置から描画を開始するように前記照明光学系の位置を補正する位置補正手段と、を備える。

上記の構成によれば、位置補正をナノミクロンオーダーで補正することが可能になる。

実施の形態における描画装置の概略構成図実施の形態におけるドットパターンを描画する時の光学ヘッドの軌跡を示す模式図実施の形態における描画ドット位置間距離の補正制御を説明する模式図実施の形態における描画ドットパターンの行間位置制御のフローチャート

以下実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本実施の形態の描画装置の概略構成図である。描画装置１は、ＸＹステージ２と、レーザーを照射する光学ヘッド３とそれを制御する光学系制御ユニット４、信号発生器５、入力部６によって構成される。ＸＹステージ２は、被処理基盤７を保持するワーク台座８とそれを支持するX軸スライダー９と、Ｙ１軸スライダー１０と、Ｙ２軸スライダー１１と、各スライダーを動作させるＸ軸ドライバ１２、Ｙ１軸ドライバ１３、Ｙ２軸ドライバ１４と被処理基盤７のＸＹ位置情報を測定するＸ軸ナノスケール１５、Ｙ１軸ナノスケール１６、Ｙ２軸ナノスケール１７と、入力部６からの動作制御信号によりＸ軸ドライバ１２、Ｙ１軸ドライバ１３、Ｙ２軸ドライバ１４に駆動命令を入力する軸制御ユニット１８と、Ｘ軸ナノスケール１５、Ｙ１軸ナノスケール１６、Ｙ２軸ナノスケール１７からの位置情報を軸制御ユニット１８へ出力するＸ軸ナノスケールドライバ１９、Ｙ１軸ナノスケールドライバ２０、Ｙ２軸ナノスケールドライバ２１と、Ｘ軸スライダー９、Ｙ１軸スライダー１０、Ｙ２軸スライダー１１が設置される定盤２２と除振台２３よって構成される。
Ｘ軸ナノスケール１５で測定された位置データを信号発生器５に出力する。

被処理基盤７は、硝子板やシリコンなどのウエハー上に感光レジストや熱反応材料を塗布したものである。

光学ヘッド３は、ガスレーザーや半導体レーザーなどのレーザーと波長板や偏光ビームスプリッタや対物レンズなどの光学素子で構成される。

被処理基盤７をワーク台８に設置し、入力部６に以下の設定値を入力する。レーザー光を露光するエリアである描画領域を示すX描画開始位置／X描画終了位置／Y描画開始位置／Y描画終了位置と、Y方向の描画ピッチの間隔を示すY方向描画ピッチ間隔設定値、描画パターンのドット位置補正設定、レーザー光のパワーや発光パルス周波数などの光学系の設定値、描画動作中のX方向速度・Y方向速度などのＸＹステージテーブル駆動設定値を入力する。これらの設定値に基づいて、光学系制御ユニット４、信号発生器５、軸制御ユニット１８に描画動作の命令を行う。その命令に従い、披処理基盤７を光学ヘッド３によって露光、ドットパターンを描画する。具体的には、X描画開始位置／X描画終了位置によって、X軸スライダー９の駆動範囲を設定し、Y描画開始位置／Y描画終了位置によって、Ｙ１軸スライダー１０、Y２軸スライダー１１の駆動範囲を設定し、Y方向描画ピッチ間隔設定値によって、Ｙ１軸スライダー１０、Y２軸スライダー１１のY方向描画ピッチ幅を設定する。レーザー光のパワーや発光パルス周波数などの光学系の設定値によって光学ヘッド３からレーザーの照射に必要な設定を行う。

ドットパターンの描画は、ワーク台８に設置された被処理基盤７のＸ軸スライダー９をＸ方向に移動させ、Y１軸スライダー１０およびY２軸スライダー１１をＹ方向に移動させながら、発光パルス周波数によって光学ヘッド３からレーザーを照射することで、ドットパターンを作成する。ドットパターンはＸ軸スライダー９の往路方向と復路方向の２方向を進行しながら作成する。Ｘ軸スライダー９の往路方向動作は、X描画開始位置まで、ステージをX方向に加速させ、描画開始位置より一定の速度で所定の描画終了位置描画までいき、描画終了位置より減速し停止する。

Ｘ軸スライダー９復路方向動作は、Ｙ１軸スライダー１０、Y２軸スライダー１１をＹ方向にピッチ間隔の設定距離進み、復路方向にＸ方向ステージを加速していき、往路での描画終了位置もしくはその近辺位置から一定の速度で往路での描画開始位置もしくはその近辺位置まで進み、その位置より減速し停止する。

ドットパターンの描画は、Ｘ軸スライダー９が一定の速度で動作している時に、信号発生器５の設定された発光周波数により、光学ヘッドのレーザーをON/OFF発光させ、ドットパターンを描画する。

図２は描画装置１でドットパターンを描画する時の光学ヘッドの軌跡を示す模式図である。

XYステージ２上のワーク台座８に固定されている処理基盤２２０は、X方向往路動作２１をし、Y方向移動動作２２２をし、X方向復路動作２２３をし、Y方向移動動作２２４を繰り返す。上記動作中の描画開始位置２２５より、レーザーを発光し、露光エリア２２６中露光する。上記より、ドットパターンの描画はX軸スライダー９、Ｙ１軸スライダー１０、Ｙ２軸スライダー１１が一定の速度で動作している時であるので、Ｘ軸スライダー９の加減速時、およびＹ方向移動時には、レーザーを発光させない。そして、描画終了位置２２７にて露光を終了する。この往復動作により、露光エリア２２６にドットパターンの描画を行う。

図３は描画ドット位置間距離の補正制御を説明する模式図である。ドットを描画した時に行間ドット位置が揃うようにするための補正機能である。まず、１列目の往路方向の描画を発光パルス周波数によって設定された描画パルス信号に対応させて行い、描画終了位置情報をＸ軸ナノスケール１５、Ｙ１軸ナノスケール１６、Ｙ２軸ナノスケール１７より取得する。

次に、２列目の復路方向の描画だが、１列目の描画終了位置と２列目の描画開始位置のＹ方向位置をナノオーダーで揃えるのは非常に困難である。そこで、描画パルス信号にＤｅｌａｙ処理を行う事で行間ドット位置補正を行う。
上記、Ｄｅｌａｙ処理は、まずナノスケールより取得された１列目の描画終了位置から２列目の描画開始目標位置を決定する。次にその目標位置に対しての、任意設定できるＸステージ速度及び描画パルス信号により、描画される位置との差分値を求める。差分値は最大で描画パルス信号の半波長となる。その差分値を描画パルスにＤｅｌａｙ処理することで、行間位置補正を行う。行間位置補正は軸制御ユニット１８で設定し、Ｘ軸ドライバ１２、Ｙ１軸ドライバ１３、Ｙ２軸ドライバ１４を駆動させる。

上記のように、往路描画終了位置と復路描画開始位置を合わせると正方格子のドットパターンが描画される。

また、入力部６でのドット補正設定を行うことにより任意の位置制御を行うことができる。
描画パルス周波数とＸ方向ステージスピードにより算出される描画ドット間距離をドット補正設定により１／２ずらすことによって、六方細密のドットパターンを描画することができる。
上記のように、描画ドット間距離の１／２、１／３、１／４・・・・ずらすことによって、任意の行間ドット位置制御を行う事が可能である。

また、往路と復路によって、ＸＹステージ２の移動方向が違うため、３列目の往路方向の描画は１列目の描画開始位置を基準とし、描画を開始する。

また、描画パルス信号が出力後、光学ヘッド発光までの電気的な遅れについては、あらかじめ補正しているものとし、被処理基盤に描画ドットが加工するまで遅れはステージ速度に応じて補正する。

図４は描画ドットパターンの行間ドット位置制御のフローチャートである。

はじめに、描画パルス周波数とＸ方向速度と前行の描画ドット位置との行間ドット位置補正設定値を入力し、描画加工を行う（Ｓ１）。まず、１列目のＸ往路方向の描画ドット加工を行い、Ｙ方向へ移動する（Ｓ２）。次に、ＸＹテーブルに設置されたナノスケールにより、１列目の描画終了位置情報を取得し、信号発生器５に入力する。（Ｓ３）
続いて、信号発生器５にてＸ軸ナノスケール１５、Ｙ１軸ナノスケール１６、Ｙ２軸ナノスケール１７の位置と描画パルス周波数よりＤｅｌａｙ値を計算する。（Ｓ４）次に、描画パルス信号をＤｅｌａｙ処理し（Ｓ５）、２列目の復路の描画ドット加工を行う。（Ｓ６）この往路・復路の描画を繰り返し（Ｓ７）、描画ドットパターンの行間ドット位置補正を行う。

本発明は、シリコンなどのウエハー上にレーザー光を用いて露光することで描画を行う描画装置であり、特にナノミクロンオーダーの高精度な位置決めが必要な、光学特性を制御する光学素子用の描画装置として有用である。

２ＸＹステージ
３光学ヘッド
４光学系制御ユニット
５信号発生器
６入力部
７被処理基盤
８ワーク台座
９ X軸スライダー
１０Ｙ１軸スライダー
１１Ｙ２軸スライダー
１２Ｘ軸ドライバ
１３Ｙ１軸ドライバ
１４Ｙ２軸ドライバ
１５Ｘ軸ナノスケール
１６Ｙ１軸ナノスケール
１７Ｙ２軸ナノスケール
１８軸制御ユニット
１９Ｘ軸ナノスケールドライバ
２０Ｙ１軸ナノスケールドライバ
２１Ｙ２軸ナノスケールドライバ
２２定盤
２３除振台

Claims

レーザー光を一定方向に往復させて所定の間隔でドットパターンの描画を行う光学素子用の描画装置であって、
レーザー光を照射する照明光学系と、
基盤を載置するＸＹステージと
前記照明光学系と前記ＸＹステージとの相対位置を測定する前記ＸＹステージ上に設置されたナノスケールと、
前記基盤上の描画信号の基準位置とその描画信号波形データ出力と、前記ナノスケールによって測定された往路のドットパターンの描画終了位置から、復路のドットパターンの描画開始位置を抽出する軸制御ユニットと、
前記軸制御ユニットによって抽出された描画開始位置から描画を開始するように前記照明光学系の位置を補正する位置補正手段と、
を備えた光学素子用の描画装置。
前記ナノスケールは、Ｘ軸ナノスケールとY軸ナノスケールで構成される、
請求項１記載の光学素子用の描画装置。
前記位置補正手段は、Ｘ軸位置補正手段とY軸位置補正手段で構成される、
請求項１記載の光学素子用の描画装置。