JP2014052403A - 描画露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の光ビーム照射ヘッドを備える描画露光装置において、位置ずれがあったとしても所望の描画パターンを焼き付けることができる描画露光方法を提供する。
【解決手段】最初の基板への描画時に、照射ヘッド基準位置確認マークを描画し、現像してから、この基板の基準位置確認マークを測長し、光ビーム照射ヘッドの位置ずれを検出した後、次の基板への描画前に、光ビーム露光ヘッドの位置ずれ検出結果に基づいて、描画データを補正して描画露光を行う描画方法である。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板上のフォトレジストを露光するマスクレス描画露光装置に係り、特には複数の光ビーム照射ヘッドから構成される描画ヘッド部を備える描画露光装置において、個々の照射ヘッドの正確な位置を把握し所望の描画パターンを作成する技術に関する。

カラーフィルタの高精細化、低コスト化を目指し、従来のフォトマスクを使ったプロキシミティ露光、投影スキャン露光に加え、ＤＭＤ(Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ)やポリゴンミラーを使用したフォトマスクを使用しない直描型の露光装置が開発されている。一般的に描画露光装置では、描画データに応じて描画ヘッドが露光光の放出・遮断というスイッチングを行いつつ、同時に描画ヘッドに対し、被露光基板（以下、単にワークと記す。）を相対的に移動させること(走査）が行われる。

レーザーを光源としＤＭＤをスイッチング素子に用いた描画露光装置では、光ビーム照射ヘッド（ＤＭＤを１ユニット装着、以下、単に照射ヘッドとも記す。）当たりのマイクロミラーの数に制限があり、１ヘッドで描画可能な範囲は、倍率にもよるが、走査方向に幅が数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の帯状の範囲となる。基板上で描画が必要な領域が帯状の範囲より広い場合は、照射ヘッドに対し、ワーク（ワークが搭載されたステージ）を複数回繰返し往復移動させる必要が生じるため、スループットとしては不利となる。そこでスループット改善のため、照射ヘッドを走査方向と直交する方向（副走査方向）に複数個並べ、１回の走査で走査できる領域（幅）を広げることが行われる（特許文献１、特許文献２参照）。

こうした描画露光装置では、装置基準位置に対する照射ヘッドの位置精度が描画パターンの位置精度に直結し、複数の照射ヘッドを備える露光機では、基準に対する各ヘッドの高精度な位置管理が必須となる。そこで描画露光装置の停止時あるいはメンテナンス時に、位置確認マークをステージ等に搭載したカメラで受光することで照射ヘッドの位置を検証し、それに対応して描画用データを補正する技術が開示されている（特許文献３参照）。

ところで描画露光装置では、光ビーム照射ヘッドがワーク上のどこに光ビームを照射するか等の描画データは、全てメモリーに記録されており、これら描画データに基づいてステージ（ワーク）の移動とそこでのビーム照射が行われる。この描画データは、照射ヘッドが、ある特定の線上を移動するという前提の下で構成されている。従って、特許文献３が示唆するようにカメラで測定した照射ヘッドの位置に誤差があったりして、照射ヘッドの実際の位置が露光装置に内蔵された描画データと分解能以上の差があると、所望する描画像と実露光像の間にずれが生じ、描画位置精度の低下や、照射ヘッドつなぎ部分でのムラを招来するという問題がある。

また、ステージに設置したＣＣＤカメラで照射ビームを受けて照射ヘッドの位置精度確認が行えるが、ＣＣＤカメラの取り付け精度などにより、そのカメラで読取ったヘッドの位置に誤差が加わるという問題がある。スループット対応のため、照射ヘッド数を増やし、それに応じて、ヘッド位置読み取り用のカメラ数が増加した場合はその影響が更に大きくなる。

特開２０１０−１９１１２７号公報 特開２０１２−２２２１９号公報 特開２０１０−１０２０８４号公報

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたもので、複数の光ビーム照射ヘッドを備える描画露光装置において、位置ずれがあったとしても所望の描画パターンを焼き付けることができる描画露光方法を提供する。

上記課題を達成するための請求項１に記載の発明は、フォトレジストが塗布された基板を保持し、ステージを主走査方向及びそれと直交する副走査方向に駆動するためのステージ駆動機構と、
光ビームを変調する空間的光変調器と、
描画データに基づいて空間的光変調器を駆動する変調器駆動回路と、
及び空間的光変調器により変調された光ビームを照射する照射光学系を有する光ビーム照射ヘッドを複数個副走査方向に並べ、基板の主走査方向に帯状に露光する描画ヘッド部と、を備える描画露光装置を用いた描画露光方法であって、
最初の基板への描画時に、主走査方向であって主走査線上の露光開始／終了位置に、描画ヘッド部の光ビーム照射ヘッドから光ビームを基板に照射して照射ヘッド基準位置確認マークを描画し、これを副走査方向に複数回繰返し、基板への描画、現像が完了した後、基板の基準位置確認マークを測長し、光ビーム照射ヘッドの位置ずれを検出した後、
次の基板への描画時に、光ビーム露光ヘッドの位置ずれ検出結果に基づいて、変調器駆動回路へ供給する描画データを補正した後、
前記描画データを変調器駆動回路に供給する、ことを有することを特徴とする描画露光方法としたものである。

請求項１に記載の発明は、光ビーム照射ヘッドにより基板（ワーク）上の描画処理が必要な範囲を描画走査するのに先立って、基板（ワーク）の前記範囲外の所定箇所に光ビーム照射ヘッドからフォトレジスト層に光ビームを照射してヘッド位置確認マークを描画し、現像後、確認マークを測長し該ヘッドの位置を特定する。許容範囲外の位置ずれが検知されれば次の基板からの描画時に、光ビーム照射ヘッド用の描画データを位置ずれに応じて再構成するものである。

したがって、例え照射ヘッドに位置ずれがあったとしても、描画データを再構成するので描画されるパターンにはカメラ取り付け位置ズレ等による装置基準座標系と実際のヘッド位置とのズレが反映されることなく、所望の描画パターンが得られる。特に照射ヘッド間のヘッド継ぎムラの低減が期待できる。

描画露光装置の装置構成を説明する概念図である。 一列に並ぶ複数の光ビーム照射ヘッドがワークを往復走査する様子を模式的に説明する上面視の図である。 （ａ）〜（ｇ）は、描画データ補正までの手順を示すフロー図である。

本発明が関係するマスクレスの描画露光装置の概念図を図１に示した。フォトレジストが塗布されたワークを主走査方向及びそれと直交する副走査方向、及び好ましくは回転方
向に駆動するためのステージ駆動機構と、レーザー光源と、光ビームをパターン状にオンーオフする描画ヘッド部から構成されている。描画ヘッド部は、光ビームを変調する空間的光変調器と、描画データに基づいて空間的光変調器を駆動する変調器駆動回路と、空間的光変調器により変調された光ビームを照射する照射光学系と、を有する光ビーム照射ヘッドからなっている。描画データは、変調器駆動回路とステージ移動機構に供給され、空間的光変調器とステージの動きを制御する。場合によっては、レーザー光源の制御に資する場合もある。

マスクレス露光は、光強度的に半値幅の狭い光ビームを、ワーク上のフォトレジスト層に、スポット的あるいは空間的光変調器を用いてパターン状に位置をずらしながら直接に照射していって露光する直描方式である。ここでキーとなる技術は、光源から光ビームパターンを生成し、それを所望の位置に精度良く照射する技術であり、これらが露光パターンの位置精度や解像度を左右する。

本実施例において、光ビームを変調する空間的光変調器は、レーザー光を光源とするＤＭＤである。ＤＭＤ内部におけるビーム制御についてはプロジェクター等で周知の技術であるが、簡単に説明する。ＤＭＤには、ＤＭＤ１個当たり、数十万から数百万のミラーがマトリックス状に設けられている。各ミラーの寸法は、１０〜１５μｍ程度であり、隣接するミラー間には１μｍ程度の隙間がある。個々のミラーは、変調器駆動回路からの電気信号により独立に向きを変えることが可能であり、向きを変えることでレーザーから発出したレーザー光を所定の方向だけ反射させることができる。

ＤＭＤを用いた露光において、ＤＭＤユニット単体がカバーできる露光範囲を超える範囲については基板とＤＭＤのいずれかを機械的機構により相対的に移動させて行う。ここでは、照射ヘッド（ＤＭＤ）４側を固定しワーク１をチャックで固定した図示しないステージを直交する２方向（主走査方向１０と副走査方向１１）に移動させる前提で説明する（図２を参照）。ステージ類の移動についての技術的詳細は周知である。

ミラーで所定の方向に反射された光は、照射光学系により明暗のパターンとしてワーク上に照射される。１個の照射ヘッド（ＤＭＤ）で主走査方向１０に帯状に照射される走査幅は、概ね数ｍｍから数十ｍｍ程度である。したがって、ワーク上の描画すべき領域を所定パターンに照射していくためには、照射ヘッドを固定して、ワークが搭載されたステージを数ｍｍから数十ｍｍの間の適切な長さでステップ的に移動しながら帯状に照射して行く。

以下、ステージの移動する方向を主走査方向１０及び主走査と記し、これと直交する方向を副走査方向１１、副走査と記す。

一般に主走査方向１１の描画は、走査開始位置５から走査終了位置６までの往路（⇒）とステージを副走査方向にずらしてから戻る復路からなる。
１個の照射ヘッドの一往復の走査で描画できる帯状の幅は、高々数ｍｍから数十ｍｍ程度である。副走査方向１１への広域な描画を行う場合、照射ヘッドを副走査方向１１にずらして戻る往復の主走査を繰り返すのは非効率的である。

そこで、図２に示すように照射ヘッド４を副走査方向１１に所定数並べた描画ヘッド構成（ヘッドＡ，ヘッドＢ，ヘッドＣ、・・・）として、より幅広に走査することが行われる。図２では、照射ヘッドが走査した部分を帯状に示し、ヘッド位置は各ヘッドの最初の部分に四角で１箇所だけ示してある（指示番号４又は１２）。この構成で足りなければ、副走査方向１１にステージをさらに移動させて往復の描画を繰り返す。いずれにしても、走査の回数をできるだけ減らすためである。

したがって、副走査方向１１に伸びる固定された支持体（図示せず）に所定数の照射ヘッドＡ，Ｂ，Ｃ、が等間隔で同じ方向を向いて並ぶように取り付けられる。ワーク１がチャックで固定されているステージは、主走査方向１０に直線的に右から左に移動するようになっている。一般に照射ヘッド間の距離は、ヘッド１個が帯状に描画する領域の幅に比べて長いので、ワーク１終端に達すると、副走査方向１１にステージを移動させた後、もう一度逆向きに走査する。図２は、照射ヘッド間を３回の同じ幅の走査で描画する場合である。照射ヘッド４の中心が走査する線は、実線７で示すが、理想的には互いに平行で等間隔であり、このように照射ヘッドとステージが組み合わされているのが望ましい。

しかしながら、実際には、照射ヘッドを定位置となるように支持体に取り付け、調整したとしても経時的にずれる可能性がある。ステージ側についても、同様である。このずれにより、ヘッドＢとヘッドＣのつなぎ領域に隙間１３が生じるような理想的な走査線７上からの乖離が生じ、位置ずれした照射ヘッドは一点鎖線８で示した線上を走査することになる。

一方、描画ヘッドを構成する個々の光ビーム照射ヘッドの照射パターンと、ステージの移動を制御するデータからなる描画データは、照射ヘッドとステージが図２の実線で示す理想的な動きを前提として作られている。したがって、理想的なデータに基づいてそのまま描画すると、露光パターンの位置精度やヘッド間のつなぎ精度が低下する。また、照射ヘッド４は、副走査方向１１に一列に並ばないこともあり得る。意図的にずらす場合も有り得るが、これらの位置から位置ずれすることも有り得る。

そこで、本発明は、光ビーム照射ヘッド４ごとの理想的な走査位置７からのずれを予め把握しておいて、それに合わせて光ビーム照射ヘッド４から出射されるビームパターンを制御する描画データを個々の光ビーム照射ヘッドごとに補正することにしたものである。但し、描画パターンは、上記の理想的な動きを前提するとは限らないが、ある仮定の下で構成されている。この仮定が崩れることが問題ということである。

本発明では、個々の光ビーム照射ヘッドのあるべき位置からのずれ（主走査方向１０、副走査方向１１とも）を検出するために、全ての照射ヘッドＡ，Ｂ，Ｃ・・・、について、主走査線を延長した線上の露光開始位置および終了位置で照射ヘッド４から光ビームを発生し、フォトレジスト上に照射して基準位置確認マーク９を描画する。基板をオフラインで現像後、これら確認マーク間の相対距離他を精密測長装置を使用して測定する。ＣＣＤカメラあるいはラインセンサーを使って前記基準位置確認マーク９を探索し、基準位置からの距離を計測するのは周知技術である。

上記基準位置確認マーク９が刻印されるワーク上の位置は、図２の×点で示すように描画パターンが予定される領域２の外側の非有効領域である。描画して現像するタイミングは、有効領域２を照射ヘッドが主走査方向１１に沿って走査を始める前でなければならない。

図２で示すように照射ヘッド４（Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・）が複数副走査方向１１に並んでいる場合は、露光開始時、全ての照射ヘッドについて、非有効領域３で、走査線の延長上に基準位置確認マーク９の刻印が行われる。次に、ヘッド全体を相対的に基板の右側に移動させてから、基準位置確認マーク９の刻印を行う。すなわち、相対的に照射ヘッド全体を副走査方向１１に所定距離だけ移動させてから、有効領域外にビーム照射して基準位置確認マーク９を形成する。

１回の走査でワーク１全体をカバーできない時は、カバーできるまで走査を繰り返す必
要がある。その後、基板を現像して基準位置確認マーク９間の測長を行う。理想的な走査線からの位置ずれがあった場合には、この位置ずれを前提として描画データの再構成を行う。図２に示すように照射ヘッドＣが位置ずれを生じている場合には、照射ヘッドＢあるいは照射ヘッドＣがこの隙間を描画するように描画データを書き換える。また、確認マーク形成は、描画パターンとして全基板において行っても、ある特定基板のみに行ってもよい。

ＤＭＤを駆動する描画データは、理想とする描画像を基板上に描けるよう、各ヘッド位置およびステージ位置の検出データなど各種データを組み合わせ、生成される。上記確認マークの測長機を使った実測により、想定位置からのずれが見られる場合には、それに対応して空間的光変調器駆動回路（ここではＤＭＤ）へ供給する描画データを補正する必要がある。

描画データが、例えば装置原点（０，０）から見て（Ｘ，Ｙ）の位置を照射するという場合、任意のヘッドにおいて事前に行った、ステージ設置のカメラによるヘッドの定位置からのずれを測定した結果が（δＸ、δＹ）であれば、描画データ（Ｘ，Ｙ）は（Ｘ−δＸ，Ｙ−δＹ）に補正される。
しかし、これはステージに設置されたカメラが定位置にあることが前提となっており、カメラ位置が仮に定位置より（δｘ、δｙ）ずれていた場合、測定したヘッドの位置もδｘ、δｙ）分ずれることになる。従ってこの場合、補正値しきれないずれとして（δｘ、δｙ）が残ることになる。

本発明ではヘッド位置測定用マークを基板に実露光し、その後現像し、オフラインに設けた精密測長機にてこのマークを測定する。そこから得られた結果をもとに、露光機へ補正値として反映することで露光座標位置の精度を高めることができる。
またマーク部分にヘッドＮｏおよびスキャンＮｏを設けることで、ムラおよび露光座標位置ずれの原因となっているヘッドおよびスキャンの調査を迅速に行うことができる。
上記では例としてカメラのずれによる露光位置ずれについて示したが、露光中に発生するヘッド位置ずれ（経時変化含む）についても同様である。

別の実施態様として、フォトレジストを実露光した後、現像しないこともできる。これは、ヘッド位置測定用マークがステージ上に搭載されたカメラ等で視認できて、且つその位置がステージに付属する精密測長装置で測定できるようにした場合である。マークが露光により視認できるためにはフォトレジストが露光されて屈折率に差が生じるか、露光によるアブレーション作用によって可能である。測長装置を付属させるのは技術的に周知であり、このようにすればインラインで描画データの再構成が可能となりより効率的である。

いずれにしても、最初の基板への描画時において、当初想定した通りの描画パターンに位置ずれがあったとしても、次の基板への描画時においては、位置ずれが再構成されたフォトレジストに焼き付けられることになる。上記の確認マーク形成と描画データの再構成は、描画露光装置の機械的な経時変化が大きい場合には、確認の意味で適当なタイミングで挿入することでも構わない。
上記の露光手順をまとめると、図３（ａ）〜（ｇ）のようになる。

１、ワーク（基板）
２、有効領域
３、非有効領域
４、照射ヘッド（の位置）
５、走査開始位置
６、走査終了位置
７、主走査線（理想的な場合）
８、位置ずれのある主走査線
９、基準位置確認マーク
１０、主走査方向
１１、副走査方向
１２、単位の露光領域
１３、位置ずれ領域

Claims (1)

1. フォトレジストが塗布された基板を保持し、ステージを主走査方向及びそれと直交する副走査方向に駆動するためのステージ駆動機構と、
   光ビームを変調する空間的光変調器と、
   描画データに基づいて空間的光変調器を駆動する変調器駆動回路と、
   及び空間的光変調器により変調された光ビームを照射する照射光学系を有する光ビーム照射ヘッドを複数個副走査方向に並べ、基板の主走査方向に帯状に露光する描画ヘッド部と、を備える描画露光装置を用いた描画露光方法であって、
   最初の基板への描画時に、主走査方向であって主走査線上の露光開始／終了位置に、描画ヘッド部の光ビーム照射ヘッドから光ビームを基板に照射して照射ヘッド基準位置確認マークを描画し、これを副走査方向に複数回繰返し、基板への描画、現像が完了した後、基板の基準位置確認マークを測長し、光ビーム照射ヘッドの位置ずれを検出した後、
   次の基板への描画時に、光ビーム露光ヘッドの位置ずれ検出結果に基づいて、変調器駆動回路へ供給する描画データを補正した後、
   前記描画データを変調器駆動回路に供給する、ことを有することを特徴とする描画露光方法。

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