JP2014130887A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実際の露光動作環境と同じ状況で、高精度の感度検出パターンを形成する。
【解決手段】マイクロミラーを２次元配列させた光変調素子アレイを備えた露光装置において、ミラー使用率が漸次的に下がる複数のマスクパターンを用意する。そして、露光動作の度にマスクパターンを順次切り替えてオーバラップ露光動作を実行し、走査方向に沿って連続的にパターン濃度が変化するグラデーションをもつ感度検出パターンを基板に形成する。
【選択図】図３

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、感光材料の感度検出に関する。

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次元配列させた光変調素子アレイを制御して露光動作が行われ、基板など感光材料表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。

感光材料の感度はその種類によって異なり、また、経時変化などによっても変化する。したがって、露光動作前に感度特性に合わせて露光条件をセッティングする調整作業を行い、照射光量等を調整する必要がある。マスクレス露光装置の場合、マスク露光装置で用いられる感度検出用マスク、ステップタブレットを用いる代わりに、感度検出用パターンを直接感光材料に描画することが可能である。

具体的には、基板を搭載する描画ステージの走査速度を変化させ、あるいは光源の光出力を変更することによって、段階的に照射エネルギー（パターン濃度）を増加させた感度検出用パターンを描画する（特許文献１参照）。あるいは、均等に分散した複数のスポット像からなる網点画像のドットピッチを段階的に増加させることによって、感度検出用パターンを描画する（特許文献２参照）。

特開２００５−２０２２２６号公報 特開２００７−０１１２９１号公報

走査速度、光出力の段階的変更による感度検出パターンの形成は、実際の描画処理時と露光条件が異なるため、そのパターンから適切に感光材料の感度を検出することができない。複数のスポット像による感度検出パターンを形成する場合においても、実際の露光動作時とは異なる露光条件でパターン形成を行っている。

また、光源特性などの露光条件により、感光材料に形成される感度検出用パターンの露光量も微妙に変化する。そのため、マスク露光装置をベースに作成された感度検出マスク、ステップタブレットは、比較的大きな感度幅で濃度（照射エネルギー）の異なるエリアを段階的に形成したパターンであるため、感光材料の感度をきめ細かく検出することが難しい。

したがって、実際の露光動作環境と同じ状況で、高精度の感度検出パターンを形成することが求められる。

本発明の露光装置は、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と、前記光変調素子アレイによって被描画体表面に規定される露光エリアを、主走査方向に沿って連続的に相対移動させる走査部と、露光エリアの相対位置およびパターンデータに基づいて前記複数の光変調素子を制御し、パターンを前記被描画体に形成する露光動作制御部とを備える。

一定速度で露光エリアが相対移動する中、前記露光動作制御部は、所定の露光ピッチでオーバラップ露光を実行する。露光領域が部分的に互いに重なるように多重露光動作が実行される。そして、前記露光動作制御部は、感光材料の感度検出する場合などにおいて、主走査方向に向けて総露光量が減少もしくは増加するグラデーションをもつ感度検出パターンを、前記被描画体に形成することができる。これにより、基板等に感度検出パターンが形成される。

感度検出パターンは、パターン全体に渡り、走査方向に沿って照射エネルギー、すなわちパターン濃度が減少もしくは増加するスケール的なグラデーション状のパターンであり、総露光量一定のエリアを段階的に設けてエリアごとに総露光量を変化させるパターンではなく、また、総露光量の増加、減少、増加が繰り返し現れるパターンとも相違する。

ここで形成される感度検出パターンは、露光ピッチ期間内においても総露光量が変化し、また、パターン濃度が連続的に増加、あるいは減少しているとみなせる程、総露光量の変化率が一定、あるいは緩やかに変わる。

前記露光動作制御部が、前記光変調素子アレイの中で露光時不使用とする不使用光変調素子の数を、露光動作に従って増加もしくは減少させていくことによって、感度検出パターンを形成することができる。露光ピッチに合わせて不使用数を変化させてもよく、あるいは、それ以外のピッチ／時間間隔で切り替えてもよい。

例えば、前記光変調素子アレイの中で不使用光変調素子を定めたマスクパターンによってオーバラップ露光を実行し、露光動作制御部が、不使用としない有効な光変調素子の割合を漸次的に減少もしくは増加させた複数のマスクパターンを、定められたマスク切り替えピッチに応じて、順次切り替えて使用する。

本発明の露光方法は、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によって被描画体表面に規定される露光エリアを、主走査方向に沿って連続的に相対移動させ、露光エリアの相対位置およびパターンデータに基づいて前記複数の光変調素子を制御し、パターンを前記被描画体に形成し、所定の露光ピッチでオーバラップ露光を実行し、主走査方向に向けて総露光量が減少もしくは増加するグラデーションをもつ感度検出パターンを、前記被描画体に形成する。

本発明のプログラムは、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と、光変調素子アレイによって被描画体表面に規定される露光エリアを、主走査方向に沿って連続的に相対移動させる走査させる間、露光動作の位置であるか否かを検出する位置検出手段と、露光エリアの相対位置およびパターンデータに基づいて前記複数の光変調素子を制御し、パターンを前記被描画体に形成する露光動作制御手段として機能させるプログラムであって、所定の露光ピッチでオーバラップ露光を実行するように、前記露光動作制御手段として機能させ、主走査方向に向けて総露光量が減少もしくは増加するグラデーションをもつ感度検出パターンを、前記被描画体に形成するように、前記露光動作制御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、実際の露光動作環境と同じ状況で、高精度の感度検出パターンを形成することができる。

本実施形態である露光装置のブロック図である。 感度検出パターンを示した図である。 感度検出パターンの総露光量の変化を示したグラフである。 各マスクパターンの露光量分布を示した図である。 感度検出パターンの総露光量分布を示した図である。 感度検出パターンの描画処理を示した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）のブロック図である。

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Ｗに直接パターンを形成するマスクレス露光装置であり、ＤＭＤ２２、および照明光学系、投影光学系（ともに図示せず）を備えた露光ヘッド１０Ａによりパターンを形成する。

露光装置１０は、紫外光などの照明光を放射する放電ランプ２０を備える。放電ランプ２０からの照明光は、照明光学系によってＤＭＤ２２へ導かれる。ＤＭＤ２２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、例えば１０２４×７６８のマイクロミラーによって構成される。

各マイクロミラーは、露光データに基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御される。ＯＮ状態のマイクロミラーにより反射した光は、投影光学系を介して基板Ｗに導かれる。その結果、ＯＮ状態ミラーからの反射光によって形成される光束、すなわちパターン光が基板Ｗに照射される。なお、ＤＭＤが１つ、すなわち露光ヘッドが１つ配置されているが、複数のＤＭＤ、露光ヘッドを配置してもよい。

基板Ｗが搭載される描画テーブル１２は、ステージ駆動機構１４によって駆動される。描画テーブル１２には、互いに直交なＸ−Ｙ座標系が規定されており、描画テーブル１２はＸ、Ｙ方向に沿って移動可能であり、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ＳＭ）、Ｙ方向を副走査方向と定める。

基板Ｗが主走査方向（Ｘ方向）に沿って移動するのに伴い、ＤＭＤ２２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Ｗに対して相対移動する。ここでは、移動方式として連続移動方式が採用されており、一定速度で露光エリアが基板Ｗに対し相対移動する。また、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１２が移動する間、所定の露光ピッチ（マイクロミラー変調時間）でオーバラップ露光が行われる。

基板Ｗを副走査方向（Ｙ方向）にシフトさせながら露光動作を各走査バンドに対して順次行うことにより、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。

コントローラ３０は、外部のワークステーション（図示せず）と接続されており、露光装置１０の動作を制御する。制御プログラムは、コントローラ３０内の図示しないＲＯＭに制御プログラムが格納されている。コントローラ３０は、ＤＭＤ駆動回路２４、ステージ駆動機構１４などへ制御信号を出力する。

ワークステーションからコントローラ３０に入力される描画データ／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Ｗに規定されたＸ−Ｙ座標系に基づく位置座標データとして表される。ラスタ変換回路２６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。

ラスタデータは、アドレス制御回路（図示せず）からの制御信号に従って読み出され、露光データ生成回路２８を経由してＤＭＤ駆動回路２４へ送られる。ＤＭＤ駆動回路２４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、コントローラ３０からの同期信号に合わせてＤＭＤ２２の各マイクロミラーをＯＮ／ＯＦＦ制御する。描画テーブル１２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ＤＭＤ２２が制御される。

コントローラ３０は、駆動回路（図示せず）を介してステージ駆動機構１４を制御し、これによって描画テーブル１２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３４は、描画テーブル１２の位置、すなわち基板Ｗにおける露光エリアの相対位置を検出する。

露光動作前の準備段階においては、基板Ｗの感光材料感度を調べ、露光時に基準となる感度に合わせるため、感度検出パターンが基板Ｗに形成される。コントローラ３０は、オペレータからの入力機器（図示せず）を通じた操作に応じて、メモリ３２に格納された複数のマスクパターンのデータを読み出し、露光データ生成回路２８へ出力する。

露光データ生成回路２８では、マスクパターンに応じて露光データが出力され、オーバラップ露光が行われる。これにより、感度検出パターンが形成される。このとき、走査速度の変更、ランプ出力の調整などは行われない。オペレータは、描画された感度検出パターンに基づいて放電ランプ２０の出力調整などを行い、その後通常の描画処理を実行する。以下では、図２〜５を用いて、感度検出パターンについて説明する。

図２は、感度検出パターンを示した図である。図３は、感度検出パターンの総露光量の変化を示したグラフである。

図２に示すように、感度検出パターンＳＰは、パターン濃度、すなわち照射する光のエネルギーがグラデーション、漸次的変化をもつパターンであり、主走査方向へ進むにつれてパターン濃度が薄くなっていく。すなわち、パターン全体を見れば、パターンの各微小領域における多重露光に基づいた総露光量が、走査方向へ進むにつれて順に減少していく。なお、以下では、主走査方向を走査方向ＳＭとする。

感度検出パターンＳＰは、実際に行われる描画処理と同様、描画テーブル１２を一定速度で移動させながらオーバラップ露光を繰り返すことによって、基板Ｗに形成される。このとき、全マイクロミラーをＯＮ状態にするパターンデータがラスタ変換回路２６に入力される一方、露光データ生成回路２８においては、選択されたマスクパターンに基づいて一部のマイクロミラーがＯＦＦ状態（不使用）に設定される。

その結果、感度検出パターンＳＰを走査方向ＳＭに関し微小領域ごとに区分して見ると、総露光量Ｋが描画開始位置から終了位置までの範囲に渡って漸次的に減少する（図３参照）。ただし、総露光量Ｋは、オーバラップ露光の過程で微小領域に照射される全照射光量を表す。総露光量Ｋの変化は曲線Ｋによって表されており、総露光量Ｋは実質的に連続変化する。

図２、３に示す感度検出パターンＳＰ全域に渡る総露光量Ｋの最大〜最少までの範囲は、様々な感度特性を考慮してできるだけ幅広く設定されている。ある特定の感度をもつ感光材料を表面に形成した基板に感度検出パターンを描画すると、パターンとして現れる部分とパターンが現れない部分との境界部分が生じ、これに基づいてランプ出力等を調整する。

図４は、各マスクパターンの露光量分布を示した図である。図５は、感度検出パターンの総露光量分布を示した図である。図４、５を用いて、総露光量のグラデーションをもつ感度検出パターン生成について説明する。

ここでは、走査速度一定の状態で露光エリアＥＡがエリア幅Ｊと同じ距離Ｄだけ移動する期間を、露光期間とする。この場合、露光エリアＥＡの先頭側縁に位置するライン（微小領域）の全露光量が最も大きく、走査開始時の露光エリアＥＡの最後尾側縁、および露光エリアＥＡが距離Ｄだけ移動したときの先端側縁の全露光量が最少となる。したがって、１回の露光動作における走査方向に沿った全露光量分布は、三角形状となる。

あらかじめ用意される複数のマスクパターンＭ０、Ｍ１、Ｍ２、・・・は、露光エリア全体の照射光量を均一に低下させるように、不使用のマイクロミラーを規則的あるいは不規則に散在させたパターンとして用意されている。露光に全マイクロミラーに対する不使用ではない有効なマイクロミラーの割合を、ここではミラー使用率と定める。ミラー使用率が低いほど、露光エリア全体の照射光量が低下する。

不使用ミラーは、ミラー領域に対して略一様な分布で略均等な距離間隔で散在しており、その一方で、ミラー領域全体から見ると規則的な配列にはなっていない。マクロ的に見て、不使用ミラーが均一に拡散している。例えば、梨地状、スノーノイズ状に不使用マイクロミラーが散在する。また、不規則的な不使用ミラーの配列を採用する代わりに、規則的な不使用ミラー配列を採用することも可能である。例えば、市松状、ドット状に不使用ミラーを配列し、等間隔に不使用ミラーを配置することができる。

不使用マイクロミラーの数および不使用対象となるマイクロミラーの配置を調整することにより、ミラー使用率は変化する。一連のマスクパターンＭ１、Ｍ２、Ｍ３・・は、ミラー使用率が漸次的に減少するパターンの組合せであり、マスクパターンＭ０は、不使用マイクロミラーがゼロ、すなわちミラー使用率１００％のマスクパターンと定める。

マスクパターンＭ０による露光が終了したのち、次の露光動作をマスクパターンＭ１によって実行し、その次の露光動作をマスクパターンＭ２で実行する。すると、全露光量の分布は、それぞれＨ０、Ｈ１、Ｈ２となり、その分布形状は異なる。

その結果、総露光量Ｋは、走査方向ＳＭに向けて減少し、マスクパターンが切り替わるごとにその減少率が変化する。図５には、マスク切り替えピッチＰに合わせてマスクパターンＭ０、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を順次使用したときの総露光量Ｋが図示されている。なお、マスク切り替えピッチＰは、要求されるグラデーションの変化の程度（パターン濃度変化率）等に応じて、所定の距離間隔に定められる。

図４、５では、マスク切り替えピッチＰが露光エリア幅Ｊと等しい場合の総露光量分布を示しているが、マスク切り替えピッチＰを露光エリア幅Ｊより短く、あるいは長くすることによっても、同じように総露光量のグラデーションをもたせることが可能である。その場合でも図２、３にあるような総露光量Ｋのグラデーションをもった感度検出パターンＳＰを形成することができる。

図６は、感度検出パターンの描画処理を示したフローチャートである。

まず、初期マスクパターンをメモリから読み出して露光動作を実行する。そして、マスク切り替えピッチＰだけ露光エリアが移動する度に、ミラー使用率が徐々に低下するマスクパターンを順次切り替えて使用する。最後のマスクパターンによる露光動作が終了するまで、このようなオーバラップ露光を繰り返される（Ｓ１０１〜Ｓ１０４）。

このように本実施形態によれば、ミラー使用率が漸次的に減少する複数のマスクパターンを用意し、露光動作の度にマスクパターンを順次切り替えてオーバラップ露光動作を実行し、走査方向に沿って連続的にパターン濃度が変化するグラデーションをもつ感度検出パターンを基板に形成する。

ランプ出力、走査速度を変更することなく、実際の描画処理と同じ露光条件でマイクロミラーを使用することによって感度検出パターンを形成するため、感光材料の感度を適正に検出することが可能となる。また、オーバラップ露光による総露光量を変化させることでグラデーションを形成するため、グラデーションの濃淡変化の程度、その変化率を自由に設定することが可能となる。

なお、感度検出パターンは、濃度を徐々に増加させるパターンにしてもよい。

また、マスクパターンを切り替える露光制御に代えて、ミラーＯＮ時間を調整するようにしてもよい。この場合、マスク切り替えピッチに対する露光長（露光した距離）の割合（比）を走査効率としたとき、全マイクミラーをＯＮ状態とした条件で走査効率を調整する、すなわちミラーＯＮ時間を調整することでパターン濃度を制御することができる。

１０ 露光装置
１４ ステージ駆動機構
２２ ＤＭＤ（光変調素子アレイ）
３０ コントローラ（露光動作制御部）
ＳＰ 感度検出パターン

Claims (6)

1. 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って被描画体表面に規定される露光エリアを、主走査方向に沿って連続的に相対移動させる走査部と、
   露光エリアの相対位置およびパターンデータに基づいて前記複数の光変調素子を制御し、パターンを前記被描画体に形成する露光動作制御部とを備え、
   前記露光動作制御部が、所定の露光ピッチでオーバラップ露光を実行し、
   前記露光動作制御部が、主走査方向に向けて総露光量が減少もしくは増加するグラデーションをもつ感度検出パターンを、前記被描画体に形成可能であることを特徴とする露光装置。
2. 前記露光動作制御部が、前記光変調素子アレイの中で露光時不使用とする不使用光変調素子の数を、露光動作に従って増加もしくは減少させていくことによって、感度検出パターンを形成することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記露光動作制御部が、前記光変調素子アレイの中で不使用光変調素子を定めたマスクパターンによってオーバラップ露光を実行し、
   前記露光動作制御部が、不使用としない有効な光変調素子の割合を漸次的に減少もしくは増加させた複数のマスクパターンを、マスク切り替えピッチに応じて、順次切り替えて使用することを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 請求項１に記載された露光装置によって感度検出パターンが形成されていることを特徴とする基板。
5. 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によって被描画体表面に規定される露光エリアを、主走査方向に沿って連続的に相対移動させ、
   露光エリアの相対位置およびパターンデータに基づいて前記複数の光変調素子を制御し、パターンを前記被描画体に形成し、
   所定の露光ピッチでオーバラップ露光を実行し、
   主走査方向に向けて総露光量が減少もしくは増加するグラデーションをもつ感度検出パターンを、前記被描画体に形成する露光方法。
6. 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と、光変調素子アレイによって被描画体表面に規定される露光エリアを、主走査方向に沿って連続的に相対移動させる走査させる間、露光動作の位置であるか否かを検出する位置検出手段と、
   露光エリアの相対位置およびパターンデータに基づいて前記複数の光変調素子を制御し、パターンを前記被描画体に形成する露光動作制御手段として機能させるプログラムであって、
   所定の露光ピッチでオーバラップ露光を実行するように、前記露光動作制御手段として機能させ、
   主走査方向に向けて総露光量が減少もしくは増加するグラデーションをもつ感度検出パターンを、前記被描画体に形成するように、前記露光動作制御手段として機能させることを特徴とするプログラム。