JP2015022067A - パターン描画装置およびパターン描画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 オン、オフの境界部分において正確にパターンを描画することができるパターン描画装置およびパターン描画方法を提供する。
【解決手段】 空間光変調器の第１オン状態（正反射状態）にある格子要素に隣接する格子要素を第２オン状態とし、この第２オン状態にある格子要素における固定リボン５３１ｂから反射した光と可動リボン５３０ａから反射した光との位相差が０より大きく、かつ、π／２ラジアンより小さくなるように固定リボン５３１ｂに対する可動リボン５３０ａの高さ位置を設定する。
【選択図】図８

Description

本発明は、基板上に空間変調された光を照射してパターンを描画する技術に関連する。

従来より、半導体基板、プリント配線基板、ガラス基板等の様々な基板に、マスクを経由した光を照射することにより、パターンの形成が行われている。近年、様々なパターンの形成に対応するために、マスクを使用することなく、空間変調された光を基板に直接照射してパターンを描画する技術が利用されている。

空間光変調器の一つとして、可撓リボンと固定リボンとを交互に配列した反射型かつ回折格子型のものが知られている。例えば、特許文献１では、このような空間光変調器を用いて、基板上にパターンを描画するパターン描画装置が開示されている。このような空間光変調器にてパターンが描画される場合、通常、複数対の可動リボンおよび固定リボンが１つの光変調素子として機能し、複数の光変調素子が一列に配列される。そして、一対の可動リボンと固定リボンとが同一高さ位置に設定すると、その格子要素はオン状態となり正反射光を出射する。また、一対の可動リボンの高さ位置と固定リボンの高さ位置を互いに異ならせ、その高さの差を照明光の波長のほぼ半分（半波長）に設定すると、この格子要素はオフ状態となり、（±１）次回折光を出射する。

特開２０１３−１２６３９号公報（例えば段落００５８、図１２）

上記した特許文献１に記載されるパターン描画装置によると、光変調素子に光を照射する照明光学系の開口数を、空間光変調器から出射された正反射光を基板に投影する投影光学系の開口数で除した値（σ値）が０（ゼロ）に近い場合、次のような問題が発生する。すなわち、図１０（ａ）に示すように、３個の格子要素（３対の可動リボン５３０ａと固定リボン５３１ｂ）が空間光変調器の基準面５３２に接しているオン状態にあり、その両側の２個の格子要素がオフ状態にある場合、図１０（ｂ）に示すように基板に照射される光のプロファイル（ビームプロファイル）ＢＰにおけるオン、オフの境界部分における露光強度が強くなる。この結果、図１０（ｃ）に示すように、基板上に正方形のパターンＩＰを描画すべき場合に、角部が広がったパターンＥＰが描画される、という問題が発生する。

このような問題は、上述のようにσ値が０に近いと、オンとオフとのコントラストが高くなる、すなわち、高周波成分が顕著に現れた結果、フレネル回折像が発生し、オン、オフの境界部分の露光強度が強くなることに起因している。

本発明の目的は、上述のような点に鑑み、オン、オフの境界部分において正確にパターンを描画することができるパターン描画装置およびパターン描画方法を提供することにある。

請求項１に係る第１発明（パターン描画装置）は、基板を支持する支持部と、光源と、第１方向に延びる固定反射面を有するとともに基台に対して固定された固定リボンと、固定リボンに隣接して設けられるとともに第１方向に延びる可動反射面を有し、かつ、可動反射面に対して垂直な方向に移動可能な可動リボンとの組み合わせからなる格子要素が、第１方向と直交する第２方向に複数、配列された回折格子型かつ反射型の空間光変調器と、光源からの光を第２方向に延びる線状の照明光として空間光変調器に照射する照明光学系と、空間光変調器により変調された光を支持部に支持された基板に照射する投影光学系と、基板を支持した支持部を第２方向に相対移動させる移動機構と、少なくとも一つの格子要素を第１オン状態とし、第１オン状態にある格子要素に隣接する格子要素を第２オン状態とし、第２オン状態にある格子要素に隣接する格子要素をオフ状態とする制御部と、を備え、前記照明光学系の開口数が、０より大きく、かつ、０．０６以下であり、前記第１オン状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が０となるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態であり、前記第２オン状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が０より大きく、かつ、π／２ラジアンより小さくなるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態であり、前記オフ状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差がπラジアンとなるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態であることを特徴とする。

請求項２に係る第２発明は、第１発明において、前記第２オン状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が１．１６ラジアンから１．３７ラジアンの範囲内となるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態である。

請求項３に係る第３発明は、第１発明または第２発明において、前記照明光学系の開口数を前記投影光学系の開口数で除した値が、０より大きく、かつ、０．６以下である。

請求項４に係る第４発明（パターン描画方法）は、ａ）基板を相対移動する工程と、ｂ）前記ａ）工程と並行して、光源からの光を、照明光学系を介して空間光変調器に照射し、当該空間光変調器により空間変調された光を、投影光学系を介して前記基板に照射する工程と、を含み、前記照明光学系の開口数が、０より大きく、かつ、０．０６以下であり、空間光変調器が複数の格子要素が一列に配列された回折格子型かつ反射型の空間光変調器であり、前記基板の相対移動方向が、前記複数の格子要素の配列方向に対応する前記基板上の方向に対して交差する方向であり、前記複数の格子要素のそれぞれが、前記配列方向に垂直な方向に延びる１つの固定反射面を有する固定リボンと１つの可動反射面とを有する可動リボンの組み合わせであり、前記可動リボンが、前記可動反射面に垂直な方向に移動可能であり、格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が０となるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された第１オン状態状と、格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が０より大きく、かつ、π／２ラジアンより小さくなるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された第２オン状態と、前記が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差がπラジアンとなるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定されたオフ状態になることが可能であり、前記ｂ）工程において、少なくとも１つの前記第１オン状態の格子要素と、当該第１オン状態の格子要素に前記第２オン状態の格子要素を隣接させ、当該第２オン状態の格子要素に前記オフ状態の格子要素を隣接させることを特徴とする。

請求項５に係る第５発明は、第４発明において、前記第２オン状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が１．１６ラジアンから１．３７ラジアンの範囲内となるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態である。

請求項６に係る第６発明は、第４発明または第５発明において、前記照明光学系の開口数を前記投影光学系の開口数で除した値が、０より大きく、かつ、０．６以下である。

請求項１から請求項１０のいずれかに係る発明によれば、オン、オフの境界部分において正確にパターンを描画することができるパターン描画装置およびパターン描画方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るパターン描画装置の側面図である。 図１に示すパターン描画装置の平面図である。 照明光学系および投影光学系を示す図である。 空間光変調器を拡大して示す図である。 パターン描画装置の各部と制御部との接続構成を示したブロック図である。 描画動作を制御する制御部を示すブロック図である。 パターン描画装置の動作のフローチャートである。 実施例の格子要素の状態、ビームプロファイルおよびパターン形状を示す図である。 比較例の格子要素の状態、ビームプロファイルおよびパターン形状を示す図である。 従来技術の格子要素の状態、ビームプロファイルおよびパターン形状を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
＜１． パターン描画装置の構成について＞
図１は、本発明の一実施形態に係るパターン描画装置１００の側面図であり、図２は図１に示すパターン描画装置１００の平面図である。

このパターン描画装置１００は、感光性材料が表面に付与された半導体基板やガラス基板等の基板Ｗの表面に光ビームを照射してパターンを描画する装置である。具体的には、マルチチップモジュールの製造工程において、露光対象基板である支持基板（以下、単に「基板」という。）Ｗの上面に形成された感光性を有するフォトレジスト膜に、配線パターンを描画するための装置である。図１および図２に示したように、パターン描画装置１００は、主として、基板Ｗを保持するステージ１０と、ステージ１０を移動させるステージ移動機構２０と、ステージ１０の位置に対応した位置パラメータを計測する位置パラメータ計測機構３０と、基板Ｗの上面にパルス光を照射する光学ヘッド部５０と、１つのアライメントカメラ６０と、制御部７０とを備えている。

また、このパターン描画装置１００では、本体フレーム１０１に対してカバー１０２が取り付けられて形成される本体内部に装置各部が配置されて本体部が構成されるとともに、本体部の外側（本実施形態では、図１に示すように本体部の右手側）に基板収納カセット１１０が配置されている。この基板収納カセット１１０には、露光処理を受けるべき未処理基板Ｗが収納されており、本体内部に配置される搬送ロボット１２０によって本体部にローディングされる。また、未処理基板Ｗに対して露光処理（パターン描画処理）が施された後、当該基板Ｗが搬送ロボット１２０によって本体部からアンローディングされて基板収納カセット１１０に戻される。このように、搬送ロボット１２０が搬送部として機能している。

この本体部では、図２に示すように、カバー１０２に囲まれた本体内部の右手端部に搬送ロボット１２０が配置されている。また、この搬送ロボット１２０の左手側には基台１３０が配置されている。この基台１３０の一方端側領域（図１および図２の右手側領域）が、搬送ロボット１２０との間で基板Ｗの受け渡しを行う基板受渡領域となっているのに対し、他方端側領域（図１および図２の左手側領域）が基板Ｗへのパターン描画を行うパターン描画領域となっている。この基台１３０上では、基板受渡領域とパターン描画領域の境界位置にヘッド支持部１４０が設けられている。このヘッド支持部１４０では、図２に示すように、基台１３０から上方に２本の脚部材１４１、１４２が立設されるとともに、それらの脚部材１４１、１４２の頂部を橋渡しするように梁部材１４３が横設されている。そして、図１に示すように、梁部材１４３のパターン描画領域側の反対側にアライメントカメラ（撮像部）６０が固定されて、後述するようにステージ１０に保持された基板Ｗの表面（被描画面、被露光面）上の複数のアライメントマークや下層パターンを撮像可能となっている。

基板Ｗを支持する支持部であるステージ１０は基台１３０上でステージ移動機構２０によりＸ方向、Ｙ方向ならびにθ方向に移動される。すなわち、ステージ移動機構２０は、ステージ１０を水平面内で２次元的に移動させて位置決めするとともに、θ軸（鉛直軸）周りに回転させて後述する光学ヘッド部５０に対する相対角度を調整して位置決めする。

また、このように構成されたヘッド支持部１４０に対して光学ヘッド部５０が上下方向に移動自在に取り付けられている。このようにヘッド支持部１４０に対し、アライメントカメラ６０と光学ヘッド部５０とが取り付けられており、ＸＹ平面内での両者の位置関係は固定化されている。また、この光学ヘッド部５０は、基板Ｗへのパターン描画を行うもので、ヘッド移動機構（図示省略）により上下方向に移動される。そして、ヘッド移動機構が作動することで、光学ヘッド部５０が上下方向に移動し、光学ヘッド部５０とステージ１０に保持される基板Ｗとの距離を高精度に調整可能となっている。このように、光学ヘッド部５０が描画ヘッドとして機能している。

また、基台１３０の基板受渡側と反対側の端部（図１および図２の左手側端部）においても、２本の脚部材１４１，１４２が立設されている。そして、梁部材１４３と２本の脚部材１４１，１４２の頂部とを橋渡しするように光学ヘッド部５０の光学系を収納したボックス１７２が設けられており、基台１３０のパターン描画領域を上方から覆っている。

ステージ１０は、円筒状の外形を有し、その上面に基板Ｗを水平姿勢に載置して保持するための保持部である。ステージ１０の上面には、複数の吸引孔（図示省略）が形成されている。このため、ステージ１０上に基板Ｗが載置されると、基板Ｗは、複数の吸引孔の吸引圧によりステージ１０の上面に吸着固定される。なお、本実施形態において描画処理の対象となる基板Ｗの上面（主面）には、フォトレジスト（感光性材料）の層が予め形成されている。

ステージ移動機構２０は、パターン描画装置１００の基台１３０に対してステージ１０を主走査方向（Ｙ軸方向）、副走査方向（Ｘ軸方向）、および回転方向（Ｚ軸周りの回転方向）に移動させるための機構である。ステージ移動機構２０は、ステージ１０を回転させる回転機構２１と、ステージ１０を回転可能に支持する支持プレート２２と、支持プレート２２を副走査方向に移動させる副走査機構２３と、副走査機構２３を介して支持プレート２２を支持するベースプレート２４と、ベースプレート２４を主走査方向に移動させる主走査機構２５と、を有している。

回転機構２１は、ステージ１０の内部に取り付けられた回転子により構成されたモータを有している。また、ステージ１０の中央部下面側と支持プレート２２との間には回転軸受機構が設けられている。このため、モータを動作させると、回転子がθ方向に移動し、回転軸受機構の回転軸を中心としてステージ１０が所定角度の範囲内で回転する。

副走査機構２３は、支持プレート２２の下面に取り付けられた移動子とベースプレート２４の上面に敷設された固定子とにより副走査方向の推進力を発生させるリニアモータ２３ａを有している。また、副走査機構２３は、ベースプレート２４に対して支持プレート２２を副走査方向に沿って案内する一対のガイドレール２３ｂを有している。このため、リニアモータ２３ａを動作させると、ベースプレート２４上のガイドレール２３ｂに沿って支持プレート２２およびステージ１０が副走査方向に移動する。

主走査機構２５は、ベースプレート２４の下面に取り付けられた移動子とヘッド支持部１４０の上面に敷設された固定子とにより主走査方向の推進力を発生させるリニアモータ２５ａを有している。また、主走査機構２５は、ヘッド支持部１４０に対してベースプレート２４を主走査方向に沿って案内する一対のガイドレール２５ｂを有している。このため、リニアモータ２５ａを動作させると、基台１３０上のガイドレール２５ｂに沿ってベースプレート２４、支持プレート２２、およびステージ１０が主走査方向に移動する。なお、このようなステージ移動機構２０としては、従来から多用されているＸ−Ｙ−θ軸移動機構を用いることができる。

位置パラメータ計測機構３０は、レーザ光の干渉を利用してステージ１０についての位置パラメータを計測するための機構である。位置パラメータ計測機構３０は、主として、レーザ光出射部３１、ビームスプリッタ３２、ビームベンダ３３、第１の干渉計３４および第２の干渉計３５を有する。

レーザ光出射部３１は、計測用のレーザ光を出射するための光源装置である。レーザ光出射部３１は、固定位置、すなわち本装置の基台１３０や光学ヘッド部５０に対して固定された位置に設置されている。レーザ光出射部３１から出射されたレーザ光は、まず、ビームスプリッタ３２に入射し、ビームスプリッタ３２からビームベンダ３３へ向かう第１の分岐光と、ビームスプリッタ３２から第２の干渉計３５へ向かう第２の分岐光とに分岐される。

第１の分岐光は、ビームベンダ３３により反射され、第１の干渉計３４に入射するとともに、第１の干渉計３４からステージ１０の−Ｙ側の端辺の第１の部位（ここでは、−Ｙ側の端辺の中央部）１０ａに照射される。そして、第１の部位１０ａにおいて反射した第１の分岐光が、再び第１の干渉計３４へ入射する。第１の干渉計３４は、ステージ１０へ向かう第１の分岐光とステージ１０から反射した第１の分岐光との干渉に基づき、ステージ１０の第１の部位１０ａの位置に対応した位置パラメータを計測する。

一方、第２の分岐光は、第２の干渉計３５に入射するとともに、第２の干渉計３５からステージ１０の−Ｙ側の端辺の第２の部位（第１の部位１０ａとは異なる部位）１０ｂに照射される。そして、第２の部位１０ｂにおいて反射した第２の分岐光が、再び第２の干渉計３５へ入射する。第２の干渉計３５は、ステージ１０へ向かう第２の分岐光とステージ１０から反射した第２の分岐光との干渉に基づき、ステージ１０の第２の部位１０ｂの位置に対応した位置パラメータを計測する。第１の干渉計３４および第２の干渉計３５は、それぞれの計測により取得された位置パラメータを、制御部７０へ送信する。

光学ヘッド部５０は、ステージ１０上に保持された基板Ｗの上面に向けてパルス光を照射する光照射部である。光学ヘッド部５０は、ステージ１０およびステージ移動機構２０を跨ぐようにして基台１３０上に架設された梁部材１４３と、梁部材１４３上に副走査方向の略中央に設けられた１つの光学ヘッド部５０とを有する。光学ヘッド部５０は、照明光学系５３を介して１つのレーザ発振器５４に接続されている。また、光源であるレーザ発振器５４には、レーザ発振器５４の駆動を行うレーザ駆動部５５が接続されている。レーザ駆動部５５を動作させると、レーザ発振器５４からパルス光が出射され、当該パルス光が照明光学系５３を介して光学ヘッド部５０の内部に導入される。

光学ヘッド部５０の内部には、照明光学系５３から光学ヘッド部５０の内部にパルス光を導入部から導入し、導入されたパルス光は、所定のパターン形状に成形された光束としてパルス光が基板Ｗの上面に照射され、基板Ｗ上のフォトレジスト膜（感光層）を露光することにより、基板Ｗの上面にパターンが描画される。

図１のパターン描画装置１００では、光源であるレーザ発振器５４がボックス１７２内に設けられ、照明光学系５３を介してレーザ発振器５４からの光が光学ヘッド部５０の内部へと導入される。本実施の形態における基板Ｗの主面上には紫外線の照射により感光するフォトレジスト（感光性材料）膜が予め形成されており、レーザ発振器５４は、波長λが約３６５ｎｍの紫外線（ｉ線）を出射するレーザ光源である。もちろん、レーザ発振器５４は基板Ｗの感光性材料が感光する波長帯に含まれる他の波長の光を出射するものであってもよい。

図３は照明光学系５３および投影光学系５１７を示す図である。図１に示すレーザ発振器５４からの光は、照明光学系５３およびミラー５１６を介して、光変調ユニット５１２の空間光変調器５１１に照射される。空間光変調器５１１にて空間変調された光は投影光学系５１７を介して、ステージ１０に支持された基板Ｗ上に照射される。

照明光学系５３は、テレスコープ５４０、コンデンサレンズ５４１、アッテネータ５４２およびフォーカシングレンズ５４３を備える。テレスコープ５４０は、光（レーザビーム）のビーム径（断面形状）をＸおよびＺ方向に広げる機能を有し、３枚のレンズから構成される。コンデンサレンズ５４１は、レーザビームをＸ方向に広げる機能を有する。アッテネータ５４２は、通過するレーザビームのエネルギー量（透過量）を調整する。フォーカシングレンズ５４３は、レーザビームの断面寸法をＺ方向において縮小させる機能を有する。フォーカシングレンズ５４３から出射した光（レーザビーム）は、ミラー５１６を介して、Ｘ方向に延びるとともに、Ｙ方向には縮小された線状の照明光として空間光変調器５１１に照射される。なお、照明光学系５３は必ずしも図３に示されるように構成される必要はなく、他の光学素子が追加されてもよい。

照明光学系５３から空間変調器５１１に照射される光は、空間光変調器５１１から反射した正反射光（０次光）が後述する投影光学系の遮蔽板５２１の開口を通過し、空間光変調器５１１から発生した（±１）次回折光が遮蔽板５２１にて遮蔽されるために、平行光に近い方が好ましい。このため、照明光学系５３の開口数ＮＡ１が０（ゼロ）よりも大きく、かつ、０．０６以下に設定されている。なお、開口数ＮＡ１は、Ｘ方向に延びる線状の照明光が貫く、ＹＺ平面における照明光の光軸に対する最大角度をθ１とすると、ＮＡ１＝ｎ・ｓｉｎθ１により求められる。但し、ｎは媒質の屈折率であり、本実施形態の場合、媒質は空気であるので、屈折率ｎは１である。

投影光学系５１７は、４枚のレンズ５１８，５１９，５２０，５２２と、遮蔽板（絞り部材）５２１、ズームレンズ５２３およびフォーカシングレンズ５２４を備える。投影光学系５１７のレンズ５１８，５１９，５２０，５２２および遮蔽板５２１は両側テレセントリックとなるシュリーレン（ｓｃｈｒｉｅｒｅｎ）光学系を構築しており、レンズ５２０を通過した光は開口を有する遮蔽板５２１へと導かれ、一部の光（正反射光（０次光））は開口を通過してレンズ５２２へと導かれ、残りの光（（±１）次回折光）は遮蔽板５２１にて遮蔽される。レンズ５２２を通過した光はズームレンズ５２３へと導かれ、フォーカシングレンズ５２４を介して所定の倍率にて基板Ｗ上のフォトレジスト膜（感光性材料）へと導かれる。なお、投影光学系５１７は必ずしも図３に示されるように構成される必要はなく、他の光学素子が追加されてもよい。

焦点位置（フォーカス位置）に応じた基板Ｗ上に照射される光の径（幅）の変化を小さくするために、投影光学系５１７の被写界深度を長く（深く）設定する必要がある。このため、投影光学系５１７の開口数ＮＡ２は小さい方が好ましく、例えば０．１に設定されている。なお、開口数ＮＡ２は、Ｘ方向に延びる線状の投影光が貫く、ＹＺ平面における投影光の光軸に対する最大角度をθ２とすると、ＮＡ２＝ｎ・ｓｉｎθ２により求められる。但し、ｎは媒質の屈折率であり、本実施形態の場合、媒質は空気であるので、屈折率ｎは１である。

照明光学系５３の開口数ＮＡ１を投影光学系５１７の開口数ＮＡ２で除した値（σ値）は、上述のように、空間光変調器５１１で反射された正反射光を所望の形状で基板Ｗ上に照射するために、０に近い方が好ましく、例えば、０より大きく、かつ、０．６以下に設定されている。

空間光変調器５１１には光変調ユニット５１２の変調制御を行う描画制御部５１５が電気的に接続されている。描画制御部５１５および投影光学系５１７は光学ヘッド部５０に内蔵されている。描画制御部５１５には、露光制御部５１４と描画信号処理部５１３がそれぞれ電気的に接続されている。露光制御部５１４には、描画信号処理部５１３とステージ移動機構２０が電気的に接続されている。露光制御部５１４および描画信号処理部５１３は図１の制御ユニット７０内に設けられている。

図４は、空間光変調器５１１を拡大して示す図である。図４に示す空間光変調器５１１は半導体装置製造技術を利用して製造され、格子の深さを変更することができる回折格子となっている。空間光変調器５１１には複数の可動リボン５３０ａおよび固定リボン５３１ｂが交互に平行に配列形成され、後述するように、可動リボン５３０ａは背後の基準面に対して個別に昇降移動可能とされ、固定リボン５３１ｂは基準面に対して固定される。回折格子型の空間光変調器としては、例えば、ＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ：グレーチング・ライト・バルブ）（シリコン・ライト・マシーンズ（サンノゼ、カリフォルニア）の登録商標）が知られている。

固定リボン５３１ｂの上面には固定反射面が設けられ、可動リボン５３０ａの上面には可動反射面が設けられている。複数の可動リボン５３０ａおよび固定リボン５３１ｂ上には、光束断面が配列方向に長い線状の光が照射される。空間光変調器５１１では、隣接する各１本の可動リボン５３０ａおよび固定リボン５３１ｂを１つのリボン対を格子要素とすると、互いに隣接する３個以上の格子要素が描画されるパターンの１つの画素に対応する。本実施の形態では、互いに隣接する４個の格子要素の集合が１つの画素に対応する変調素子とされ、図４では１つの変調素子を構成するリボン対の集合を符号５３５が付せられた太線の矩形にて囲んでいる。

ドライバ回路ユニット５３６は、可動リボン５３０ａと基準面の間に電圧（電位差）を与えることにより、可動リボン５３０ａを基準面側に撓ませる。この結果、可動リボン５３０ａは基準面から離間した初期位置と、基準面に接触した位置との間で昇降移動して、可動リボン５３０ａの高さ位置が設定される。

図１に示す制御部７０は、種々の演算処理を実行しつつ、パターン描画装置１００内の各部の動作を制御するための情報処理部である。図５は、パターン描画装置１００の上記各部と制御部７０との間の接続構成を示したブロック図である。図５に示したように、制御部７０は、上記の回転機構２１、リニアモータ２３ａ，２５ａ、レーザ光出射部３１、第１の干渉計３４、第２の干渉計３５、照明光学系５３、レーザ駆動部５５、投影光学系５１７およびアライメントカメラ６０と電気的に接続されている。制御部７０は、例えば、ＣＰＵやメモリを有するコンピュータにより構成され、コンピュータにインストールされたプログラムに従ってコンピュータが動作することにより、上記各部の動作制御を行う。

また、上記のように構成された制御部７０は描画動作を制御するために図６に示すように制御部７０としてのコンピュータ７１はＣＰＵやメモリ７２等を有しており、露光制御部５１４とともに電装ラック（図示省略）内に配置されている。図６は、描画動作を制御する制御部を示すブロック図である。コンピュータ７１内のＣＰＵが所定のプログラムに従って演算処理することにより、ラスタライズ部７３およびデータ生成部７５が実現される。例えば１つの半導体パッケージに相当するパターンのデータは外部のＣＡＤ等により生成されたパターンデータであり、予め配線パターンデータ７６としてメモリ７２に準備されており、当該配線パターンデータ７６とデータ生成部７５に基づき後述するようにして半導体パッケージの描画パターンが基板Ｗ上に描画される。なお、ここでは、コンピュータ７１が図３に示す描画信号処理部５１３の役割を担っている。

ラスタライズ部７３は、データ生成部７５によって生成された描画データが示す単位領域を分割してラスタライズし、ラスタデータ７７を生成しメモリ７２に保存する。こうしてラスタデータ７７の準備後、または、ラスタデータ７７の準備と並行して、未処理の基板Ｗが描画される。

一方、データ生成部７５はアライメントカメラ６０からの画像データを取得し、例えば、基板Ｗに既に形成されている電極パッドの検出結果から配置ズレに対応した電極接続データの生成を行う。なお、このデータ生成については、１つの分割領域のデータ生成が終了すると、生成後のラスタデータ７７が露光制御部５１４へと送られる。

こうして生成された描画データは、データ生成部７５から露光制御部５１４へと送られ、露光制御部５１４が光変調ユニット５１２、ステージ移動機構２０の各部を制御することにより１ストライプ分の描画が行われる。なお、露光制御部５１４による光変調ユニット５１２の制御は図３に示すように描画制御部５１５を介して実行される。そして、１つのストライプに対する露光記録が終了すると、次の分割領域に対して同様の処理が行われ、ストライプごとに描画が繰り返される。本発明の制御部は、本実施形態では制御部７０、描画制御部５１５、露光制御部５１４およびドライバ回路ユニット５３６などにより実現されている。

＜２． ステージの位置制御について＞
このパターン描画装置１００は、上記の第１の干渉計３４、第２の干渉計３５の各計測結果に基づいてステージ１０の位置を制御する機能を有する。以下では、このようなステージ１０の位置制御について説明する。

既述の通り、第１の干渉計３４および第２の干渉計３５は、それぞれ、ステージ１０の第１の部位１０ａおよび第２の部位１０ｂの位置に対応した位置パラメータを計測する。第１の干渉計３４および第２の干渉計３５は、それぞれの計測により取得された位置パラメータＰ１，Ｐ２を、制御部７０へ送信する。図６に示したように、制御部７０は、算出部としてのコンピュータ７１を有する。このコンピュータ７１の機能は、例えば、コンピュータ７１のＣＰＵが所定のプログラムに従って動作することにより実現される。

一方、制御部７０は、第１の干渉計３４および第２の干渉計３５から送信された位置パラメータに基づいてステージ１０の位置（Ｙ軸方向の位置およびＺ軸周りの回転角度）を算出する。次に、制御部７０は、算出されたステージ１０の位置を参照しつつ、ステージ移動機構２０を動作させることにより、ステージ１０の位置やステージ１０の移動速度を正確に制御する。ここでは、制御部７０は、ステージ１０をＺ軸周りに回転させることにより、主走査方向の移動に伴うステージ１０の傾き（Ｚ軸周りの回転角度のずれ）も補正する。また、制御部７０は、算出されたステージ１０の位置を参照しつつ、レーザ駆動部５５を動作させることにより、基板Ｗの上面に対するパルス光の照射位置を正確に制御する。

＜３． パターン描画装置の動作について＞
続いて、上記のパターン描画装置１００の動作の一例について、図７のフローチャートを参照しつつ説明する。

パターン描画装置１００において基板Ｗの処理を行うときには、まず、光学ヘッド部５０から照射されるパルス光の位置や光量を調整するキャリブレーション処理を行う（ステップＳ１）。キャリブレーション処理においては、まず、ベースプレート２４を移動させることにより、図示しないＣＣＤカメラを光学ヘッド部５０の下方に配置する。そして、ＣＣＤカメラを副走査方向に移動させつつ、光学ヘッド部５０からパルス光を照射し、照射されたパルス光をＣＣＤカメラにより撮影する。制御部７０は、取得された画像データに基づいて、光学ヘッド部５０の照明光学系５３を動作させ、これにより、光学ヘッド部５０から照射されるパルス光の位置や光量を調整する。

キャリブレーション処理が完了すると、次に、作業者または搬送ロボット１２０が、基板Ｗを搬入してステージ１０の上面に載置する（ステップＳ２）。

続いて、パターン描画装置１００は、ステージ１０上に載置された基板Ｗと光学ヘッド部５０との相対位置を調整するアライメント処理を行う（ステップＳ３）。上記のステップＳ２では、基板Ｗはステージ１０上のほぼ所定の位置に載置されるのであるが、微細なパターンを描画するための位置精度としては十分でない場合が多い。このため、アライメント処理を行うことにより基板Ｗの位置や傾きを微調整して、後続の描画処理の精度を向上させる。

アライメント処理においては、まず、基板Ｗの上面の四隅に形成されたアライメントマークを、アライメントカメラ６０によりそれぞれ撮影する。制御部７０は、アライメントカメラ６０により取得された画像中の各アライメントマークの位置に基づいて、基板Ｗの理想位置からのずれ量（Ｘ軸方向の位置ずれ量、Ｙ軸方向の位置ずれ量、およびＺ軸周りの傾き量）を算出する。そして、算出されたずれ量を低減させる方向にステージ移動機構２０を動作させることにより、基板Ｗの位置を補正する。

続いて、パターン描画装置１００は、アライメント処理後の基板Ｗに対して描画処理を行う（ステップＳ４）。すなわち、パターン描画装置１００は、ステージ１０を主走査方向および副走査方向に移動させつつ、光学ヘッド部５０から基板Ｗの上面に向けてパルス光を照射することにより、基板Ｗの上面に規則性パターンを描画する。

描画処理が完了すると、パターン描画装置１００は、ステージ移動機構２０を動作させてステージ１０および基板Ｗを搬出位置に移動させる。そして、作業者または搬送ロボット１２０が、ステージ１０の上面から基板Ｗを搬出する（ステップＳ５）。

＜４． 実施例と比較例＞
図８は上記実施形態による一実施例を示す。図８（ａ）は、１個の格子要素（一対の可動リボン５３０ａと固定リボン５３１ｂ）が変調素子５３７（空間光変調器５１１）の基準面５３２に接している第１オン状態にあり、その両側にそれぞれ隣接する１個の格子要素がそれぞれ第２オン状態にあり、さらに外側にそれぞれ隣接する２個の格子要素がオフ状態である場合を示している。

第１オン状態とは、可動リボン５３０ａと固定リボン５３１ｂの高さ位置が同じであり、可動反射面と固定反射面が同一平面を成している状態である。第１オン状態にある可動リボン５３０ａから反射した光と、固定リボン５３１ｂから反射した光の位相差は０（ゼロ）である。ここで、第１オン状態にある格子要素から反射した正反射光（０次光）の露光強度を１００％とする。

第１オン状態では、上記のように位相差が０となる状態であれば良く、位相差が０となるように、固定リボン５３１ｂに対して可動リボン５３０ａを上方に離間させてもよい。具体的には、空間光変調器５１１への光の入射角をαとし、可動リボン５３０ａと固定リボン５３１ｂとの高さの差をＤｆとすると、可動リボン５３０ａから反射した光と、固定リボン５３１ｂから反射した光の光路差は（２Ｄｆ・ｃｏｓα）として表される。この光路差（２Ｄｆ・ｃｏｓα）が第１オン状態では（ｍ・λ）となるように、固定リボン５３１ｂに対して可動リボン５３０ａを離間させてもよい。ｍは０以上の整数であり、λは光の波長である。

第２オン状態とは、固定リボン５３１ｂに対して可動リボン５３０ａが上方に離間した状態であり、その高さ位置の差ｄ１は、可動リボン５３０ａから反射した光と、固定リボン５３１ｂから反射した光の位相差が０より大きく、かつπ／２ｒａｄ（ラジアン）より小さくなるように設定される。換言すれば、高さ位置の差ｄ１は、可動リボン５３０ａから反射した光と、固定リボン５３１ｂから反射した光の光路差（２Ｄｆ・ｃｏｓα）が（ｍ・λ）より大きく、かつ、（ｍ＋１／４）・λより小さくなるように設定される。図８（ａ）では、ｍ＝１であり、高さ位置の差ｄ１は上記光路差がλより大きく、かつ、（５／４）・λより小さくなるように設定されている。

第２オン状態において、可動リボン５３０ａから反射した光と、固定リボン５３１ｂから反射した光の位相差が１．１６ｒａｄから１．３７ｒａｄの範囲内であることが好ましく、図８（ａ）では上記位相差が１．２６ｒａｄとなる第２オン状態を示している。換言すれば、第２オン状態において、上記光路差が例えば０．１９λから０．２０λの範囲内であることが好ましく、図８（ａ）では上記光路差が０．２２λとなる第２オン状態を示している。上記位相差が１．１６ｒａｄのときの露光強度は７０％であり、１．２６ｒａｄのときの露光強度は６５％であり、１．３７ｒａｄのときの露光強度は６０％である。

オフ状態とは、固定リボン５３１ｂに対して可動リボン５３０ａが上方に離間した状態であり、その高さ位置の差ｄ３は、可動リボン５３０ａから反射した光と、固定リボン５３１ｂから反射した光の位相差がπｒａｄとなるように設定される。換言すれば、高さ位置の差ｄ３は可動リボン５３０ａから反射した光と、固定リボン５３１ｂから反射した光の光路差が（ｍ＋１／２）・λとなるように設定される。図８（ａ）では、ｍ＝１であり、高さ位置の差ｄ３は上記光路差が（３／２）・λとなるように設定されている。

図８（ｂ）は、本実施例において基板Ｗに照射される光のＸ方向における露光強度のプロファイル（ビームプロファイル）ＢＰを示し、このビームプロファイルＢＰは滑らかな台形状を示し、図１０（ｂ）に示す従来技術のようにオン、オフの境界部分における露光強度が強くなることが抑制されている。

図８（ｃ）は本実施例により、基板上に描画された正方形のパターンＥＰを示し、描画すべきパターンＩＰとほぼ一致している。これは、本実施例において、オン、オフの境界部分を正確に描画することができたことを示している。

図９は比較例を示す。図９（ａ）は、１個の格子要素（一対の可動リボン５３０ａと固定リボン５３１ｂ）が空間光変調器５１１の基準面５３２に接している第１オン状態にあり、その両側にそれぞれ隣接する１個の格子要素がそれぞれ中間状態にあり、さらに外側にそれぞれ隣接する２個の格子要素がオフ状態である場合を示している。比較例において、第１オン状態とオフ状態は上記実施例と同じ状態である。

中間状態とは、固定リボン５３１ｂに対して可動リボン５３０ａが上方に離間した状態であり、その高さ位置の差ｄ２は、可動リボン５３０ａから反射した光と、固定リボン５３１ｂから反射した光の位相差がπ／２ｒａｄとなるように設定される。換言すれば、高さ位置の差ｄ２は可動リボン５３０ａから反射した光と、固定リボン５３１ｂから反射した光の光路差が（ｍ＋１／４）・λとなるように設定される。図８（ａ）では、ｍ＝１であり、高さ位置の差ｄ３は上記光路差が（５／４）・λとなるように設定されている。上記位相差がπ／２ｒａｄの露光強度は５０％である。

図９（ｂ）は、本実施例において基板に照射される光のＸ方向における露光強度のプロファイル（ビームプロファイル）ＢＰを示し、このビームプロファイルＢＰは山型状を示し、図１０（ｂ）に示す従来技術のようにオン、オフの境界部分における露光強度が強くなることが抑制されているが、図８（ｂ）の実施例のように境界部分の露光強度が十分ではない。

この結果、比較例では図９（ｃ）に示すように、基板上に描画すべき正方形のパターンＩＰよりも小さいパターンＥＰが描画され、オン、オフの境界部分が正確に描画されていない。

上記実施例では第１オン状態にある格子要素が１個であるが複数個の格子要素を第１オン状態としてもよい。また、上記実施例では第２オン状態にある格子要素が１個であるが複数個の格子要素を第２オン状態としてもよい。

上記実施例では基板上に描画すべきパターンＩＰが正方形であるが、他の形状のパターンを描画する場合にも本発明を適用してもよい。

上記実施形態では光学ヘッド部５０等に対して基板Ｗが移動する構成であるが、固体支持された基板Ｗに対して光学ヘッド部５０等を移動させて、相対移動を実現させてもよい。

１０ ステージ
１００ パターン描画装置
２０ ステージ移動機構
５０ 光学ヘッド部
５１１ 空間光変調器
５１７ 投影光学系
５３ 照明光学系
５３０ａ 可動リボン
５３１ｂ 固定リボン
５４ レーザ発振器
７０ 制御部
Ｗ 基板

Claims (6)

1. 基板を支持する支持部と、
   光源と、
   第１方向に延びる固定反射面を有するとともに基台に対して固定された固定リボンと、固定リボンに隣接して設けられるとともに第１方向に延びる可動反射面を有し、かつ、可動反射面に対して垂直な方向に移動可能な可動リボンとの組み合わせからなる格子要素が、第１方向と直交する第２方向に複数、配列された回折格子型かつ反射型の空間光変調器と、
   光源からの光を第２方向に延びる線状の照明光として空間光変調器に照射する照明光学系と、
   空間光変調器により変調された光を支持部に支持された基板に照射する投影光学系と、
   基板を支持した支持部を第２方向に相対移動させる移動機構と、
   少なくとも一つの格子要素を第１オン状態とし、第１オン状態にある格子要素に隣接する格子要素を第２オン状態とし、第２オン状態にある格子要素に隣接する格子要素をオフ状態とする制御部と、
   を備え、
   前記照明光学系の開口数が、０より大きく、かつ、０．０６以下であり、
   前記第１オン状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が０となるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態であり、
   前記第２オン状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が０より大きく、かつ、π／２ラジアンより小さくなるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態であり、
   前記オフ状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差がπラジアンとなるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態である、
   ことを特徴とするパターン描画装置。
2. 請求項１に記載されるパターン描画装置において、
   前記第２オン状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が１．１６ラジアンから１．３７ラジアンの範囲内となるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態であるパターン描画装置。
3. 請求項１または請求項２に記載されるパターン描画装置において、
   前記照明光学系の開口数を前記投影光学系の開口数で除した値が、０より大きく、かつ、０．６以下であるパターン描画装置。
4. ａ）基板を相対移動する工程と、
   ｂ）前記ａ）工程と並行して、光源からの光を、照明光学系を介して空間光変調器に照射し、当該空間光変調器により空間変調された光を、投影光学系を介して前記基板に照射する工程と、
   を含み、
   前記照明光学系の開口数が、０より大きく、かつ、０．０６以下であり、
   空間光変調器が複数の格子要素が一列に配列された回折格子型かつ反射型の空間光変調器であり、
   前記基板の相対移動方向が、前記複数の格子要素の配列方向に対応する前記基板上の方向に対して交差する方向であり、
   前記複数の格子要素のそれぞれが、前記配列方向に垂直な方向に延びる１つの固定反射面を有する固定リボンと１つの可動反射面とを有する可動リボンの組み合わせであり、前記可動リボンが、前記可動反射面に垂直な方向に移動可能であり、
   格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が０となるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された第１オン状態状と、格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が０より大きく、かつ、π／２ラジアンより小さくなるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された第２オン状態と、前記が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差がπラジアンとなるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定されたオフ状態になることが可能であり、
   前記ｂ）工程において、少なくとも１つの前記第１オン状態の格子要素と、当該第１オン状態の格子要素に前記第２オン状態の格子要素を隣接させ、当該第２オン状態の格子要素に前記オフ状態の格子要素を隣接させることを特徴とするパターン描画方法。
5. 請求項４に記載されるパターン描画方法において、
   前記第２オン状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が１．１６ラジアンから１．３７ラジアンの範囲内となるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態であるパターン描画方法。
6. 請求項４または請求項５に記載されるパターン描画方法において、
   前記照明光学系の開口数を前記投影光学系の開口数で除した値が、０より大きく、かつ、０．６以下であるパターン描画方法。

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