JP2021124548A - パターン露光装置及びパターン露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン形成面を被露光面に結像させる投影光学系の被写界深度より大きい高低差がある被露光面を露光する場合に、走査方向に沿って分割されたパターン形成面を広く使って、タクト低下を招くこと無く多重回露光を行えるようにする。【解決手段】パターン露光装置は、パターン形成装置と、パターン形成装置のパターン形成面を被露光面上に結像させる投影光学系と、パターン形成面の結像によって形成される露光エリアを被露光面に対して相対的に移動させる走査部と、露光エリアの走査タイミングに応じたパターンデータに基づいて、パターン形成装置を制御する制御部とを備え、被露光面は、走査方向に沿って高低差が形成されており、パターン形成装置は、パターン形成面を走査方向に沿って複数に分割することで多重回露光を行う複数の分割変調領域を備え、露光エリア内には、前記分割変調領域に応じた分割露光エリア毎に、複数の焦点エリアが形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、パターン露光装置及びパターン露光方法に関するものである。

回路パターンなどを露光するパターン露光は、マスク露光とマスクレス露光が知られている。マスクレス露光は、フォトレジスト塗布面などの被露光面に対して、パターンに応じて空間変調された光を照射してパターンを露光する。

マスクレス露光を行うパターン露光装置は、比較的大面積の被露光面を露光するものでは、被露光面上に露光エリアを形成する露光ヘッドと、露光エリアに対して被露光面を相対的に移動させる走査手段を備えている。露光ヘッドは、パターンの画素毎に光をオン・オフ変調させるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などのパターン形成装置を備えると共に、パターン形成装置のパターン形成面（ＤＭＤの場合は被露光面に向いたマイクロミラーの反射面）を縮小して被露光面に結像する光学系を備えている。大面積の被露光面を露光するものでは、複数の露光ヘッドを一方向に並列配備して一方向に長い露光エリアを形成しており、走査手段は、露光エリアの長手方向と交差する方向に、被露光面を相対的に移動させている。

このようなパターン露光装置は、凹凸のある被露光面を露光する場合、パターン形成面を被露光面に結像させる投影光学系の被写界深度より凹凸の高低差が大きくなると、露光されるパターンの結像状態にばらつきが生じ、精度の高いパターン露光を行うことができなくなる。解像度の高いパターン露光を行う場合には、このような問題はより顕在化する。

これに対して、下記特許文献１に記載された従来技術では、走査方向に沿った走査平面に対して傾斜する焦点面にパターン光を結像させ、パターン露光を行う動作時には、被露光面の中で焦点深度の範囲にある合焦範囲に対し、パターンデータに基づいたパターン形成装置の制御を行っており、露光位置で焦点位置から外れる被露光面に光を投影するパターン形成面の画素をオフ（マスクオン）に設定し、合焦範囲にある被露光面に光を投影するパターン形成面の画素をオン（マスクオフ）に設定している。

特開２０１７−１３４３５６号公報

前述した従来技術によると、パターン形成装置のパターン形成面の全面を使った露光ができなくなるため、パターン形成面を走査方向に沿って複数に分割して多重回露光を行う場合に、十分な露光量を確保しようとすると被露光面の相対移動を遅くせざるを得なくなり、タクト低下を招くことになる。

これに対して、投影光学系の光路に被露光面の凹凸に応じた光路差を付ける光路差板を設けて、被露光面Ｍａの高低差に応じた複数の焦点を設けることで、パターン形成面の全面を使った露光を行うことができる。しかしながら、この場合には、高解像度を実現する投影光学系によって、光路差板の段差部分が不鮮明な部分として結像されてしまうので、単に光路差板を設けただけでは、解像度の高いパターン露光を行うことができない。

本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、パターン形成面を被露光面に結像させる投影光学系の被写界深度より大きい高低差がある被露光面を露光する場合に、走査方向に沿って分割されたパターン形成面を広く使って、タクト低下を招くこと無く多重回露光を行えるようにすること、この際に、露光パターンが部分的に不鮮明になることを防ぎ、全体が高精細なパターン露光を実現できるようにすること、などが本発明の課題である。

このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
パターンの画素毎に光をオン・オフ変調させるパターン形成装置と、前記パターン形成装置のパターン形成面を被露光面上に結像させる投影光学系と、前記パターン形成面の結像によって形成される露光エリアを前記被露光面に対して相対的に移動させる走査部と、前記露光エリアの走査タイミングに応じたパターンデータに基づいて、前記パターン形成装置を制御する制御部とを備え、前記パターン形成装置は、前記パターン形成面を走査方向に沿って複数に分割することで多重回露光を行う複数の分割変調領域を備え、前記露光エリア内には、前記投影光学系によって、前記分割変調領域に応じた分割露光エリア毎に、複数の焦点エリアが形成されていることを特徴とするパターン露光装置。

パターン露光装置の全体構成を示した説明図。 露光ヘッドの構成例を示した説明図。 投影光学系の構成例を示した説明図。 分割変調領域（分割露光エリア）と焦点エリアの関係を示した説明図。 分割露光エリアによるパターンの多重回露光の状況を示した説明図（（ａ）がパターン１の露光、（ｂ）がパターン１，２の露光、（ｃ）がパターン１〜３の露光、（ｄ）がパターン１〜４の露光）。 光路長を動的に変える光学部品の構成例を示した説明図（（ａ）がプリズムを回転させる例、（ｂ）がプリズム間の距離を動的に変える例）。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

パターン露光装置１は、基板Ｍの被露光面Ｍａに対してパターン露光を行うものであり、例えば、図１に示す全体構成を備えている。図示の例では、パターン露光装置１は、複数の露光ヘッド２を備えている。露光ヘッド２は、図示Ｚ方向（鉛直方向）に沿った光軸を有しており、図示Ｘ方向（鉛直方向に直交する方向）に複数台並列配置されて、露光ヘッドユニット２Ｕを構成している。露光ヘッドユニット２Ｕは、基台６に支持部５にて支持され、基台６上には、基板Ｍが載置されるステージ３が設けられると共に、ステージ３を図示Ｘ−Ｙ方向に移動させる走査部４が設けられている。

露光ヘッド２は、図２に示すように、光源１１から出射される光をパターンの画素毎にオン・オフ変調させるＤＭＤなどのパターン形成装置１０を備えている。光源１１は、レーザ光源、ＬＥＤ光源、ランプ光源などであり、光源１１から出射した光は、ミラー１２などを経てパターン形成装置１０のパターン形成面１０ａに照射され、パターン形成面１０ａを経た光が投影光学系１３を経て被露光面Ｍａに照射される。

パターン形成面１０ａは、パターン形成装置１０がＤＭＤの場合には、被露光面Ｍａに向いたマイクロミラーの反射面であり、パターン画素がオンの光を被照射面Ｍａに向けて照射する（パターン画素がオフの光は被露光面Ｍａに照射しない）。投影光学系１３は、パターン形成面１０ａを被露光面Ｍａに縮小して結像する光学系であり、被露光面Ｍａ上には、パターン形成面１０ａの縮小像である露光エリアＥが形成される。

走査部４は、基板Ｍが載置されたステージ３を走査方向に移動させることで、走査方向に沿って露光エリアＥと被露光面Ｍａとを相対的に移動させる。図示の例では、ステージ３を露光ヘッド２に対して移動させる例を示しているが、走査部３は、基板Ｍに対して露光ヘッド２を移動させるものや、露光ヘッド２とステージ３の両方を相対的に移動させるものなどであってもよい。

露光ヘッド２には、制御部２０が付設される。制御部２０は、露光エリアＥの走査タイミングに応じて入力されたパターンデータから制御データを作成して、作成した制御データをパターン形成装置１０に出力する。制御部２０は、パターンデータ（ベクタデータ）を制御データ（ラスタデータ）に変換し、変換された制御データを走査タイミングに合わせて座標変換し、所定の走査タイミングにおけるフレーム毎の制御データをパターン形成装置１０に出力して、パターン形成装置１０を制御している。

投影光学系１３は、図３に示すように、被露光面Ｍａの高低差に対応するように、露光エリアＥに複数の焦点エリアを形成するための光学部材１３Ｂを備えている。図示の例では、投影光学系１３は、パターン形成面１０ａ側に設けた第１結像レンズ（単レンズ又は複合レンズ）１３Ａと、被露光面Ｍａ側に設けた第２結像レンズ（単レンズ又は複合レンズ）１３Ｃとを備え、第１結像レンズ１３Ａと第２結像レンズ１３Cとの間に、光学部材１３Ｂが挿入されている。

投影光学系１３における第１結像レンズ１３Ａは、パターン形成面１０ａを拡大して光学部材１３Ｂの入射面に結像するものであり、光学部材１３Ｂは、前述した入射面から被露光面Ｍａまでの光路長に差を付けるものであり、光学部材１３Ｂを通過して第２結像レンズ１３Ｃによって結像された露光エリアＥ内には、光学部材１３Ｂの光路長差により、被露光面Ｍａの高低差に応じて複数の焦点エリアが形成される。

これに対して、パターン形成装置１０は、パターン形成面１０ａを走査方向に沿って複数に分割することで多重回露光を行う複数の分割変調領域を備えている。図４は、パターン形成面１０ａの分割変調領域（Ｐ１〜Ｐ４）と光学部材１３Ｂによって形成される焦点エリアの関係を示している。図示の例では、パターン形成面１０ａを走査方向に沿って４つに等分割する分割変調領域Ｐ１〜Ｐ４が設けられており、この分割変調領域Ｐ１〜Ｐ４を結像することで、露光エリアＥ内には、４つの分割露光エリアＥ１〜Ｅ４が形成される。そして、光学部材１３Ｂによって形成される複数の焦点エリアは、分割露光エリアＥ１〜Ｅ４毎に、４つの焦点エリア１〜４が形成されている。

このようなパターン露光装置１は、被写界深度より大きい高低差がある被露光面Ｍａを露光する場合に、光学部材１３Ｂによる光路長の調整で、被露光面Ｍａの高低差毎に、露光エリアＥ内に複数の焦点エリアを形成して、高低差のある被露光面Ｍａ上を高い精度でパターン露光することができる。

この際、投影光学系１３は、第１結像レンズ１３Ａと第２結像レンズ１３Ｃの間に光学部材１３Ｂを配置しているので、光学部材１３Ｂの段差部分によって形成される不鮮明な結像部分を第２結像レンズ１３Ｃで縮小して被露光面Ｍａ上に結像することで、比較的小さくすることができる。更に、第１結像レンズ１３Ａを拡大結像レンズにすることで、不鮮明な結像部分の影響を更に小さくすることができる。

そして、後述するように、分割露光エリアＥ１〜Ｅ４による多重回露光を行うに際して、図４に示すように、不明瞭な結像部分に対応した不使用領域（常時オフ領域）を設けることで、前述した不鮮明な結像部分を取り去った多数回露光を行うことができる。

パターン露光装置１は、走査方向に沿った複数の分割露光エリアＥ１〜Ｅ４（分割変調領域Ｐ１〜Ｐ４）を有していることで、パターン形成面１０ａの全面を有効に用いた多重回露光を行うことができる。図５は、分割露光エリアＥ１〜Ｅ４によるパターンの多重回露光の状況を示している。図５では、走査方向に沿って被露光面Ｍａ上にパターン１〜４を順次露光する過程で、（ａ）〜（ｄ）に示すように走査を進行させると、各パターンは、分割露光エリアＥ１〜Ｅ４によってそれぞれ４回露光される。すなわち、露光エリアＥの分割数だけ各分割露光エリアで露光されるパターンは多重回露光されることになる。

この際、パターン露光装置１は、分割露光エリアＥ１〜Ｅ４による各回の露光が、分割露光エリアＥ１〜Ｅ４毎に形成された複数の焦点エリアにて行われるので、同じパターンを複数の焦点で多重回露光することになる。これによると、分割露光エリアＥ１〜Ｅ４に分割された露光エリアＥ内の全面を使った多重回露光により、タクト低下を招くこと無く、十分な露光量を確保することができる。また、複数焦点による多重回露光により、高低差がある被露光面Ｍａにおいても、パターンのエッジラフネスを改善して、高精細なパターン露光を実現することができる。

また、パターン露光装置１は、被露光面Ｍａに高低差が無い場合であっても、良好なパターン露光を行うことができる。高低差が無い被露光面Ｍａに対しては、複数の焦点エリアの中で焦点が合っている分割露光エリアが含まれるため、疑似的に被写界深度が大きくなる。これにより、高低差の無い被露光面Ｍａであってもパターンエッジの急峻性を確保することができる。

パターン露光装置１における光学部材１３Ｂとしては、図３に示すような、光路差板（段差板）を用いることができるが、それに限らず、同様に光路差が得られるプリズムなどの各種光学部品を採用することができる。図６に示した例は、走査による被露光面Ｍａの相対移動に対して動的に光路差を変更することができるものである。

図６（ａ）に示した例は、プリズム３０，３１によって光学部材１３Ｂを構成し、プリズム３０を走査方向に交差する軸周りに揺動（回転）させることで、動的に光路長差を変えている。また、図６（ｂ）に示した例は、プリズム３０，３１の間に屈折率が等しい液体３２を入れて、液体３２を通過する距離を変えることで、動的に光路長差を変えている。前述した光学部材１３Ｂの例は、適宜組み合わせて使用することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：パターン露光装置，２：露光ヘッド，２Ｕ：露光ヘッドユニット，
３：ステージ，４：走査部，５：支持部，６：基台，
１０：パターン形成装置，１０ａ：パターン形成面，１１：光源，
１２：ミラー，１３：投影光学系，
１３Ａ：第１結像レンズ，１３Ｂ：光学部材，１３Ｃ：第２結像レンズ，
２０：制御部，３０，３１：プリズム，３２：液体，
Ｍ：基板，Ｍａ：被露光面，Ｎ：不使用領域，
Ｅ：露光エリア，Ｅ１〜Ｅ４：分割露光エリア，Ｐ１〜Ｐ４：分割変調領域

Claims (4)

1. パターンの画素毎に光をオン・オフ変調させるパターン形成装置と、
   前記パターン形成装置のパターン形成面を被露光面上に結像させる投影光学系と、
   前記パターン形成面の結像によって形成される露光エリアを前記被露光面に対して相対的に移動させる走査部と、
   前記露光エリアの走査タイミングに応じたパターンデータに基づいて、前記パターン形成装置を制御する制御部とを備え、
   前記パターン形成装置は、前記パターン形成面を走査方向に沿って複数に分割することで多重回露光を行う複数の分割変調領域を備え、
   前記露光エリア内には、前記投影光学系によって、前記分割変調領域に応じた分割露光エリア毎に、複数の焦点エリアが形成されていることを特徴とするパターン露光装置。
2. 前記投影光学系は、前記パターン形成面側に設けられた第１結像レンズとそれより前記被露光面側に設けた第２結像レンズとを備え、前記第１結像レンズと前記第２結像レンズの間に、前記被露光面の高低差に応じて光路長に差を付ける光学部材を挿入していることを特徴とする請求項１記載のパターン露光装置。
3. 前記分割変調領域には、前記光学部材の挿入によって生じる不鮮明部分に対応した不使用領域を設けることを特徴とする請求項２記載のパターン露光装置。
4. パターン形成装置を駆動して、パターンの画素毎に光をオン・オフ変調し、
   前記パターン形成装置のパターン形成面を被露光面上に投影して、前記パターン形成面を被露光面に結像した露光エリアを形成し、
   前記露光エリアを被露光面に対して相対的に移動させる走査を行いながら、前記露光エリアの走査タイミングに応じたパターンデータに基づいて、前記パターン形成装置を制御し、
   前記パターン形成装置は、前記パターン形成面を走査方向に沿って複数に分割することで多重回露光を行う複数の分割変調領域を備え、
   前記露光エリア内に、前記分割変調領域に応じた分割露光エリア毎に、複数の焦点エリアを形成することを特徴とするパターン露光方法。

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