JP4308467B2 - 露光方法及び露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は露光方法及び装置に関し、更に詳しくは、異なる照射面積及び異なる走査ピッチで照射できる複数の光源を使用して、プリント配線基板やパッケージ等あるいは半導体基板（半導体ウエハ）に露光パターンを形成する露光方法及び装置に関する。更に、本発明はこのような露光方法を実施するためのプログラムを組み込んだ媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント基板やパッケージを製造する場合における配線パターン等のパターン形成は、フォトマスクを使用しての、いわゆるフォトリゾグラフィと称される技術で行なわれてきた。
【０００３】
図１にフォトマスクを使用するフォトリゾグラフィ技術による従来の露光方法を示す。光源（１０）からの露光光（１１）は、フォトマスク（１２）を通過して、表面にレジスト（１３）が塗布された基板（１４）上に照射され、マスクのパターン形状により、図１の右側に示すような露光部（１５）が形成される。
【０００４】
この技術では、マスクを使用することに起因する欠陥である、マスクの複製、メンテナンス・保管のコスト、設計変更にともなうマスクの作り直し等々の無駄が発生するという問題がある。
【０００５】
このような無駄を改善する目的で、近年、マスクを使わずにレーザ光等で直接基板上のフォトレジストを露光する技術（装置）が注目されている。基板上の配線の微細化が進むにつれ、大きな基板をマスクを使って一括露光することの困難さが増すため、分割露光がやむを得ない選択肢として検討される一方、上述の直接露光技術は、それを回避するための可能性を秘めている。
【０００６】
図２にレーザ光による従来のマスクレス露光方法を示す。また、図４にこのマスクレス露光方法による露光装置の原理を示す。レーザ光源、例えばＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）光源ユニット（２０）よりレーザ光（２１）が、表面にレジスト（１３）が塗布された基板（１４）上に直接照射される。一方、基板又はレーザ光源が所定のパターン形状に従って走査される。ＤＭＤ光源ユニット（２０）には、均一に量子化された描画データ（２２）が高速メモリー（２３）により入力される。これにより、図２の右側に示すような露光部（２４）が形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、レーザ発振を利用する従来のほとんどの直接描画式露光は、ある径のレーザビームを直接基板上のフォトレジスト等に照射し、そのビームを走査することにより、所定のパターンを描画する。このような方法の場合、パターンの微細化に伴い、ビーム径もその走査ピッチも微細化せざるを得ず、必然的に扱う描画データ量も肥大化し、その膨大なデータを露光装置のシステム内で迅速に処理することが難しく、或いは不可能となり、結果としてスループットの低下を招く。これは、微細パターンのみならず、電源、アース或いはその他のメッキ用パターンといったいわゆる大面積の「ベタ」パターンまでもを、微細化したビーム径・ピッチで一様に露光していることに一因がある。
【０００８】
そこで、本発明は、この種の露光装置のうち、「ボールセミコンダクター社製マスクレス露光機」をベースに、微細化に対応するため不可避となる描画ビーム径や分解能の微細化に伴う描画データの肥大化がもたらす走査性能（露光のスループット）低下を防ぐための基本技術を提案する。
【０００９】
また、本提案は、ビームを使用するその他の直描画装置・システムにも応用が可能であると考えられる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、本発明によれば、被露光面の単一の露光領域に対して、該被露光面の走査方向に対して直角な方向に並列して配置した第１及び第２のレーザ光源からそれぞれ照射される、照射面積及び走査ピッチの異なる２つのレーザ光のビームを用いて露光する場合において、前記第１及び第２のレーザ光源により露光する描画データを予め格納しておき、これらのデータに基づいて、光前記露光領域の周辺領域に対して照射面積の小さなビームを用い且つ小さな走査ピッチで露光し、内部領域を照射面積の大きなビームを用い且つ大きな走査ピッチで露光することを特徴とする露光方法が提供される。 更に本発明では、配線基板または半導体基板の単一の領域からなる被露光面を、該配線基板または半導体基板の走査方向に対して直角な方向に並列して配置した第１及び第２のレーザ光源からそれぞれ照射される、レーザ光のビームにより露光するビーム露光装置において、照射面積の小さなビームを照射する第１の光源と、照射面積の大きなビームを照射する第２の光源と、該第１及び第２のレーザ光源により露光する描画データを予め格納するメモリーとを具備し、これらの描画データに基づいて、露光領域の周辺領域を前記第１の光源を用い且つ小さな走査ピッチで露光し、露光領域の内部領域を前記第２の光源を用い且つ大きな走査ピッチで露光するように制御することを特徴とする露光装置が提供される。
【００１１】
このように本発明では、異なるビーム照射面積を実現する光源を複数個装備しているので、露光すべき領域で微細な露光パターン部と「ベタ」の露光パターン部とでそれぞれ別個の光源を使用して露光を個々なうことができる。照射面積の異なるビームには、ビーム径の小さいものとビーム径の大きいもの等が含まれる。なお、ビームの断面は円形に限らず、隋円や矩形のものもある。
【００１３】
露光領域の周辺領域を微細パターンを描画するに適した第１の光源により露光し、露光領域の内部領域を「ベタ」パターンを描画するに適した第２の光源により露光することにより、１つの露光領域を露光する場合のスループットを大幅に向上することができる。また、露光領域の周辺領域を第１の光源により微細に走査し、露光領域の内部領域を第２の光源により粗に走査することにより、１つの露光領域を露光する場合のスループットを更に向上することができる。
【００１４】
露光領域の内部領域を抽出するにあたって、前記露光領域の図形（Ａ）の周辺輪郭から内部へ所定量（α）の細らせ処理を行い、該細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を得ることを特徴とする。
【００１５】
前記露光領域の図形（Ａ）から前記細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を減ずる図形処理により図形（Ｃ）を得、このようにして得た図形（Ｃ）を、径の小さなビームを用いて露光することのできる空間的な領域を１つの単位として、複数に分割すると共に、前記細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を、前記細らせ処理の際の所定量（α）より小さい所定量（β）だけ外部へ太らせ処理を行い、該太らせ処理により得られた図形（Ｄ）を得、このようにして得た図形（Ｄ）を、径の大きなビームを用いて露光可能な空間的な領域を１つの単位として、複数に分割することを特徴とする。
【００１６】
前記被露光面は配線基板または半導体基板であり、該基板と径の小さなビームの第１の光源との間、及び前記基板と径の大きなビームの第２の光源との間で、それぞれ独立して相対的に走査されることを特徴とする。なお、本発明における露光対象物としては、プリント配線板等の配線基板又は半導体基板（半導体ウエハ）等である。
【００１７】
前記図形データ（Ｃ，Ｄ）をデータベースに格納する工程と、前記走査と同期して、描画すべき領域に属する前記図形データ（Ｃ，Ｄ）をデータベースから検索する工程と、該検索した図形データを量子化する工程と、該量子化したデータをメモリに蓄積する工程と、を具備することを特徴とする。
【００１８】
前記第１の光源及び前記第２の光源を制御する光源ユニットは、前記メモリから量子化されたデータを読み出し、該データに基づき前記第１及び第２の光源を駆動することを特徴とする。
【００２０】
本発明では、ビームによる露光のプログラムを実行するこめの媒体が提供され、該媒体は、露光領域の図形（Ａ）の周辺輪郭から内部へ所定量（α）の細らせ処理を行い、該細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を得るステップと、
前記露光領域の図形（Ａ）から前記細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を減ずる図形処理により図形（Ｃ）を得るステップと、前記細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を、前記細らせ処理の際の所定量（α）より小さい所定量（β）だけ外部へ太らせ処理を行い、該太らせ処理により得られた図形（Ｄ）を得るステップと、このようにして得た複数の図形（Ｃ、Ｄ）を、それぞれの図形ごとに、露光可能な空間的な領域を１つの単位として、複数に分割するステップと、の各ステップを実行するプログラムを具備する。
【００２１】
露光領域の内部領域を抽出するにあたって、前記露光領域の図形（Ａ）の周辺輪郭から内部へ所定量（α）の細らせて図形（Ｂ）を得る手段と、前記露光領域の図形（Ａ）から前記細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を減ずる図形処理により図形（Ｃ）を得る手段と、前記細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を、前記細らせ処理の際の所定量（α）より小さい所定量（β）だけ外部へ太らせ処理を行うことにより図形（Ｄ）を得る手段と、このようにして得た複数の図形（Ｃ、Ｄ）を、それぞれの図形ごとに、露光可能な空間的な領域を１つの単位として、複数に分割する手段と、を具備することを特徴とする。
【００２２】
前記図形データ（Ｃ，Ｄ）をデータベースに格納する手段と、前記走査と同期して、描画すべき領域に属する前記図形データ（Ｃ，Ｄ）をデータベースから検索する手段と、該検索した図形データを量子化する手段と、該量子化したデータをメモリに蓄積する手段と、を具備することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
上記のように、本発明は、主にボールセミコンダクタ社の露光装置を対象としている。ボールセミコンダクタ社の露光装置は、光源（ＤＭＤに用いる光源）として、レーザや、水銀ランプを用いている。本発明の以下の実施例では、レーザを用いた例を示している。
【００２５】
しかしながら、本発明はボールセミコンダクタ社以外の、電子ビームを用いた露光装置にも適用可能である。
【００２６】
なお、ボールセミコンダクタ社の露光装置は、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）またはＤＬＰ（Digital Light Processor）と呼ばれる、テキサス・インスツルメンツ社の画像表示部品を用いて露光を行う装置である。
【００２７】
図３にフォトマスクを使用しないマスクレス露光であって、レーザ光による直接描画露光を行なう、本発明の改善したマスクレス露光装置の概略を示す。また、図５に本発明によるマスクレス露光方法による露光装置の原理を示す。
【００２８】
図３において、本発明では、径の異なる複数の光源３１，４１を具備する。即ち、照射面積の小さい、例えば、径の小さなレーザビームを照射する第１のレーザ光源３１と、照射面積の大きい、例えば径の大きなレーザビームを照射する第２のレーザ光源４１とを具備する。そして、第１のレーザ光源と配線板との間、及び第２のレーザ光源と配線板との間にて、それぞれ独立して相対的に走査されながら、レジストが塗布された基板の被露光面に対してこれらの第１、第２のレーザ光源により直接描画露光される。
【００２９】
図５において、第１のレーザ光源（ＤＭＤ光源ユニット）３１により露光する描画するデータ、第２のレーザ光源（ＤＭＤ光源ユニット）４１により露光する描画するデータ、をそれぞれデータベース３６，４６に予め格納して格納しておく。そして、高速メモリ３４，４４により量子化回路３５，４５を介してこれらの光源ユニット３１，４１をそれぞれ制御する。これにより、第１及び第２の光源ユニット３１，４１によりレーザ光３２，４２が、表面にレジスト１３が塗布された基板１４上に直接照射される。
【００３０】
これにより、露光領域２４は、図３の右側に示すように、その周辺領域３３を第１の光源により微細に露光され、露光領域２４の内部領域４３を第２の光源により「ベタ」露光される。
【００３１】
次に、図３及び図５に示すような２種類の光源ユニットを用いる場合の描画データの処理手順を図６〜図１０を参照して説明する。なお、３種類以上の光源ユニットを用いる場合も、同様の原理を適用することができる。
【００３２】
（１）まず、図６において、描画対象となる図形の定義を行う。描画対象となる図形は、例えば、この図に示すように、微細な直線状のパターン、幅の広いパターン、「ベタ」パターンの３つの図形パターンから構成されているものと仮定する。これらの図形をまとめて「Ａ」とする。もちろん、他の形状の図形パターンであっても以下に説明する手順と同様の手順を採用し得ることはもちろんである。
【００３３】
（２）次に、図７において、「微細図形」と「周囲部」の抽出（その１）を行なう。図６に示した図形Ａに対し、いわゆる「細らせ処理」を施す。ここで、「細らせ処理」とは、図形の輪郭を一定量（α）削り取る図形処理（図形を縮小する処理）ことである。図形Ａのうち、例えば左側に示すような微細なパターン（一例として直線状の微細パターンを示す）の幅は、「細らせ処理」によりマイナス（面積が無くなる）となるため、消滅する。「細らせ処理」により発生した図形をＢとする。
【００３４】
（３）次に、図８において、「微細図形」と「周囲部」の抽出（その１）を行なう。図６に示した図形Ａと図７に示した図形Ｂとの間で、Ａ−Ｂなる図形演算を施す。この図形演算の結果を図形Ｃとする。
【００３５】
（４）次に、図９において、「内部」又は「ベタ」パターンの抽出を行なう。図７に示した「細らせ処理」の結果Ｂに対し、若干の「太らせ処理」を施す。ここで、「太らせ処理」とは、図形の輪郭に一定量（β）の肉付けをする図形処理（図形を拡大する処理）のことである。この「太らせ処理」による図形の輪郭に肉付けする一定量（β）は、上述の「細らせ処理」による図形の輪郭を削り取る一定量（α）より小さい。「太らせ処理」により発生した図形をＤとする。
【００３６】
図形Ｄと図形Ｃとの間には、図１０に示すような、若干の重なり（図形Ｅ）が存在することになり、これにより、異なる２つ光源により露光する場合の「隙間」の発生を回避する。図形Ｃのうち、中抜き形状（ドーナッツ）を持つパターンの内側の輪郭を若干内部に変位させても同じ効果を得ることができる。
【００３７】
（５）次に、図１１において、図形の分割を行う。露光に際しては、基板と光源は相対的に一定の方向に走査される。また、走査の過程において、光源が一度に露光できる空間的な領域には物理的な上限があるので、図８、図９に示した図形を図１１に示すように分割する。図１１には、図８の図形を分割した場合を示す。分割した図形そのものは示していないが、図９の図形も同様に、光源が一度に露光できる空間的な領域Ｆを単位として分割される。
【００３８】
例えば、図８に示す領域を径の細いビームを照射する第１の光源３１により露光するものとし、基板と光源が相対的に矢印方向に走査されるものとすると、第１の光源３１が一度に露光できる領域に分割される図形パターンＣ’が得られる。この図形パターンＣ’の１区画が、第１の光源３１により一度に露光できる領域である。このように分割された図形は、走査過程における出現順に図５のデータベースに格納される。
【００３９】
（６）次に、図形データの量子化を行う。「量子化回路」は、（ａ）基板・走査と同期して、（ｂ）描画すべき特定の領域に属する図形データをデータベースから検索し、（ｃ）量子化（digitzing)を行い、（ｄ）量子化したデータを「高速メモリ」に一時的に読み出し、内蔵する光源駆動装置を経由して光源を制御する。データベースの容量が許せば、量子化したデータを露光開始前に作成し、そのデータをデータベースに蓄積することも考えられる。その場合、「量子化回路」は、上述の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の機能を果たす。
【００４０】
なお、本発明において、「量子化」、「量子化回路」とは、描画すべき特定の領域に属する図形データを、露光部分と非露光部分とに分ける処理（二値化する処理）と、その処理を行う回路をいう。一般的に量子化とは、物理量を量子論的な量で置き換える場合の呼称であるが、本発明ではこれと異なる意味で用いていることに留意すべきである。
【００４１】
次に、本発明による図形処理の手順を図１２及び図１３に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００４２】
図１２において、ステップ１０２にて、データベース（１０１）から図形のレイアウト設計データを読み込む。次に、ステップ１０３にて、図６で説明した描画対象となる元の図形Ａを定義を行い、元の図形データを得る（１０４）。次に、ステップ１０５にて、図形Ａの周辺輪郭から内部へ所定量（α）の細らせ処理を行う。この細らせ処理（リサイジング）を行う場合は、例えば、特開２０００−２２２４４９号公報で記載されているような図形処理により行なうことができる。この細らせ処理による結果の図形Ｂを得る（１０６）。
【００４３】
図１３において、左側のフローチャートは、図形の周辺部を露光処理する手順であり、右側のフローチャートは、図形の内部（ベタパターン）を露光処理するための手順である。
【００４４】
ステップ１１１にて、図８で説明した図形演算Ａ−Ｂを行う。この図形演算（１）は、公知のビットマップ法又はベクトル法により行うことができる。このビットマップ法又はベクトル法による図形の減算処理については、例えば、
「ＶＳＬＩの設計Ｉ回路とレイアウト」（渡辺、浅田、可児、大附；岩波講座マイクロエレクトロニクス；岩波書店；1985年）・・・文献（１）
に詳しく説明されている。これにより、図形演算Ａ−Ｂ＝Ｃの結果を得る（１１２）。
【００４５】
次に、ステップ１１３にて、図１１で説明した図形の分割を行う。多角形の分割では、例えば、
「Partitioning a Polygonal Region into Trapezoids」（by Taro Asano, Tetsuo Asano, Hiroshi Imai; Journal of ACM, Vol. 33, No. 2,April 1986; pp. 290-312）・・・文献（２）
に説明されているような算法を適用することができる。また、分割によって発生した図形（矩形、台形、三角形）が光源により一度に露光できる空間に収まるよう、必要に応じて更に分割する。この分割により図５に示す光源ユニット３１用の描画データ「微細」「周辺」が得られる（１１４）。
【００４６】
次に、ステップ１１５にて、基板走査の同期信号Ｇに基づき、分割された図形の抽出を行う（図５）。これにより、抽出された図形である（ベクトルデータ）を得る（１１６）。
【００４７】
次に、ステップ１１７にて、量子化回路（図５）により量子化を行う。これにより、量子化された図形（ビットマップデータ）を得る（１１８）。これに基づき、ステップ１１９にて、ＤＭＤ光源ユニット３１を駆動する。
【００４８】
図１３において、右側のフローチャートは、図形の内部を露光処理する手順であり、各ステップ１２１〜１２９は左側のフローチャートの各ステップ１１１〜１１９に対応している。即ち、
ステップ１２１にて、図９で説明した、太らせ処理を行う。この太らせ処理の図形演算も、前記細らせ処理（ステップ１０５）と同様に、例えば、特開２０００−２２２４４９号公報で記載されているような図形処理により行なうことができる。この太らせ処理による結果の図形Ｄを得る（１２２）。
【００４９】
次に、ステップ１２３にて、図１１で説明した図形の分割を行う。この分割の場合も、上述のステップ１１３で説明した多角形の分割と同様の文献（２）で説明されているような算法を適用することができる。また、この場合も同様、分割によって発生した図形（矩形、台形、三角形）が光源により一度に露光できる空間に収まるよう、必要に応じて更に分割する。この分割により図５に示す光源ユニット（２）用の描画データ「ベタ」「内部」が得られる（１２４）。
【００５０】
次に、ステップ１２５にて、基板走査の同期信号Ｈに基づき、分割された図形の抽出を行う（図５）。これにより、抽出された図形である（ベクトルデータ）を得る（１２６）。
【００５１】
次に、ステップ１２７にて、量子化回路（図５）により量子化を行う。これにより、量子化された図形（ビットマップデータ）を得る（１２８）。これに基づき、ステップ１２９にて、ＤＭＤ光源ユニット４１を駆動する。
【００５２】
以上添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではわなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。
【００５３】
例えば、上述の実施形態では、光源ユニットとしてレーザビーム径の小さいＤＭＤ光源ユニット３１とビーム径の大きいＤＭＤ光源ユニット４１の２種類を使用したが、例えば、レーザビーム径がそれぞれ異なる３種類以上の光源ユニットを使用することももちろん可能である。この場合には、図形パターンを上記のように、「微細」「周辺」と「ベタ」「内部」との２種類に分割するのではなく、その中間の領域を設けた、３種類に分割するか、或いはそれ４種類以上に分割することも可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、異なるレーザビーム照射面積を実現する光源を複数個装備しているので、露光すべき領域で微細な露光パターン部と「ベタ」の露光パターン部とでそれぞれ別個の光源を使用して露光を行なうことができる。
【００５５】
露光領域の周辺領域を微細パターンを描画するに適した第１の光源により露光し、露光領域の内部領域を「ベタ」パターンを描画するに適した第２の光源により露光することにより、１つの露光領域を露光する場合のスループットを大幅に向上することができる。また、露光領域の周辺領域を第１の光源により微細に走査し、露光領域の内部領域を第２の光源により粗に走査することにより、１つの露光領域を露光する場合のスループットを更に向上することができる。
【００５６】
これにより、描画データの不必要な増大を防ぐとともに、装置内のデータ処理速度の低下も防ぐことにより、高速での露光処理を可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フォトマスクを使用するフォトリゾグラフィ技術による従来の露光方法を示す。
【図２】レーザ光による従来のマスクレス露光方法を示す。
【図３】レーザ光による本発明のマスクレス露光方法を示す。
【図４】レーザ光による従来のマスクレス露光装置の概略を示す。
【図５】レーザ光による本発明のマスクレス露光装置の概略を示す。
【図６】描画対象となる元の図形の定義を示す。
【図７】元の図形よりの「細らせ処理」を示す。
【図８】「微細図形」と「周囲部」の抽出処理を示す。
【図９】「内部」または「ベタ」パターンの抽出処理を示す。
【図１０】「周辺部」と「内部」又は「ベタ」パターンの重なりを示す。
【図１１】図形の分割処理を示す。
【図１２】図形処理（その１）のフローチャートである。
【図１３】図形処理（その２）のフローチャートである。
【符号の説明】
１３…レジスト
１４…基板
３１，４１…光源
３２，４２…レーザ光
３３，４３…露光部
３４，４４…高速メモリ
３５，４５…量子化回路
３６，４６…描画データベース
【発明の属する技術分野】
本発明は露光方法及び装置に関し、更に詳しくは、異なる照射面積及び異なる走査ピッチで照射できる複数の光源を使用して、プリント配線基板やパッケージ等あるいは半導体基板（半導体ウエハ）に露光パターンを形成する露光方法及び装置に関する。更に、本発明はこのような露光方法を実施するためのプログラムを組み込んだ媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント基板やパッケージを製造する場合における配線パターン等のパターン形成は、フォトマスクを使用しての、いわゆるフォトリゾグラフィと称される技術で行なわれてきた。
【０００３】
図１にフォトマスクを使用するフォトリゾグラフィ技術による従来の露光方法を示す。光源（１０）からの露光光（１１）は、フォトマスク（１２）を通過して、表面にレジスト（１３）が塗布された基板（１４）上に照射され、マスクのパターン形状により、図１の右側に示すような露光部（１５）が形成される。
【０００４】
この技術では、マスクを使用することに起因する欠陥である、マスクの複製、メンテナンス・保管のコスト、設計変更にともなうマスクの作り直し等々の無駄が発生するという問題がある。
【０００５】
このような無駄を改善する目的で、近年、マスクを使わずにレーザ光等で直接基板上のフォトレジストを露光する技術（装置）が注目されている。基板上の配線の微細化が進むにつれ、大きな基板をマスクを使って一括露光することの困難さが増すため、分割露光がやむを得ない選択肢として検討される一方、上述の直接露光技術は、それを回避するための可能性を秘めている。
【０００６】
図２にレーザ光による従来のマスクレス露光方法を示す。また、図４にこのマスクレス露光方法による露光装置の原理を示す。レーザ光源、例えばＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）光源ユニット（２０）よりレーザ光（２１）が、表面にレジスト（１３）が塗布された基板（１４）上に直接照射される。一方、基板又はレーザ光源が所定のパターン形状に従って走査される。ＤＭＤ光源ユニット（２０）には、均一に量子化された描画データ（２２）が高速メモリー（２３）により入力される。これにより、図２の右側に示すような露光部（２４）が形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、レーザ発振を利用する従来のほとんどの直接描画式露光は、ある径のレーザビームを直接基板上のフォトレジスト等に照射し、そのビームを走査することにより、所定のパターンを描画する。このような方法の場合、パターンの微細化に伴い、ビーム径もその走査ピッチも微細化せざるを得ず、必然的に扱う描画データ量も肥大化し、その膨大なデータを露光装置のシステム内で迅速に処理することが難しく、或いは不可能となり、結果としてスループットの低下を招く。これは、微細パターンのみならず、電源、アース或いはその他のメッキ用パターンといったいわゆる大面積の「ベタ」パターンまでもを、微細化したビーム径・ピッチで一様に露光していることに一因がある。
【０００８】
そこで、本発明は、この種の露光装置のうち、「ボールセミコンダクター社製マスクレス露光機」をベースに、微細化に対応するため不可避となる描画ビーム径や分解能の微細化に伴う描画データの肥大化がもたらす走査性能（露光のスループット）低下を防ぐための基本技術を提案する。
【０００９】
また、本提案は、ビームを使用するその他の直描画装置・システムにも応用が可能であると考えられる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、本発明によれば、被露光面の単一の露光領域に対して、該被露光面の走査方向に対して直角な方向に並列して配置した第１及び第２のレーザ光源からそれぞれ照射される、照射面積及び走査ピッチの異なる２つのレーザ光のビームを用いて露光する場合において、前記第１及び第２のレーザ光源により露光する描画データを予め格納しておき、これらのデータに基づいて、光前記露光領域の周辺領域に対して照射面積の小さなビームを用い且つ小さな走査ピッチで露光し、内部領域を照射面積の大きなビームを用い且つ大きな走査ピッチで露光することを特徴とする露光方法が提供される。 更に本発明では、配線基板または半導体基板の単一の領域からなる被露光面を、該配線基板または半導体基板の走査方向に対して直角な方向に並列して配置した第１及び第２のレーザ光源からそれぞれ照射される、レーザ光のビームにより露光するビーム露光装置において、照射面積の小さなビームを照射する第１の光源と、照射面積の大きなビームを照射する第２の光源と、該第１及び第２のレーザ光源により露光する描画データを予め格納するメモリーとを具備し、これらの描画データに基づいて、露光領域の周辺領域を前記第１の光源を用い且つ小さな走査ピッチで露光し、露光領域の内部領域を前記第２の光源を用い且つ大きな走査ピッチで露光するように制御することを特徴とする露光装置が提供される。
【００１１】
このように本発明では、異なるビーム照射面積を実現する光源を複数個装備しているので、露光すべき領域で微細な露光パターン部と「ベタ」の露光パターン部とでそれぞれ別個の光源を使用して露光を個々なうことができる。照射面積の異なるビームには、ビーム径の小さいものとビーム径の大きいもの等が含まれる。なお、ビームの断面は円形に限らず、隋円や矩形のものもある。
【００１３】
露光領域の周辺領域を微細パターンを描画するに適した第１の光源により露光し、露光領域の内部領域を「ベタ」パターンを描画するに適した第２の光源により露光することにより、１つの露光領域を露光する場合のスループットを大幅に向上することができる。また、露光領域の周辺領域を第１の光源により微細に走査し、露光領域の内部領域を第２の光源により粗に走査することにより、１つの露光領域を露光する場合のスループットを更に向上することができる。
【００１４】
露光領域の内部領域を抽出するにあたって、前記露光領域の図形（Ａ）の周辺輪郭から内部へ所定量（α）の細らせ処理を行い、該細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を得ることを特徴とする。
【００１５】
前記露光領域の図形（Ａ）から前記細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を減ずる図形処理により図形（Ｃ）を得、このようにして得た図形（Ｃ）を、径の小さなビームを用いて露光することのできる空間的な領域を１つの単位として、複数に分割すると共に、前記細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を、前記細らせ処理の際の所定量（α）より小さい所定量（β）だけ外部へ太らせ処理を行い、該太らせ処理により得られた図形（Ｄ）を得、このようにして得た図形（Ｄ）を、径の大きなビームを用いて露光可能な空間的な領域を１つの単位として、複数に分割することを特徴とする。
【００１６】
前記被露光面は配線基板または半導体基板であり、該基板と径の小さなビームの第１の光源との間、及び前記基板と径の大きなビームの第２の光源との間で、それぞれ独立して相対的に走査されることを特徴とする。なお、本発明における露光対象物としては、プリント配線板等の配線基板又は半導体基板（半導体ウエハ）等である。
【００１７】
前記図形データ（Ｃ，Ｄ）をデータベースに格納する工程と、前記走査と同期して、描画すべき領域に属する前記図形データ（Ｃ，Ｄ）をデータベースから検索する工程と、該検索した図形データを量子化する工程と、該量子化したデータをメモリに蓄積する工程と、を具備することを特徴とする。
【００１８】
前記第１の光源及び前記第２の光源を制御する光源ユニットは、前記メモリから量子化されたデータを読み出し、該データに基づき前記第１及び第２の光源を駆動することを特徴とする。
【００２０】
本発明では、ビームによる露光のプログラムを実行するこめの媒体が提供され、該媒体は、露光領域の図形（Ａ）の周辺輪郭から内部へ所定量（α）の細らせ処理を行い、該細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を得るステップと、
前記露光領域の図形（Ａ）から前記細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を減ずる図形処理により図形（Ｃ）を得るステップと、前記細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を、前記細らせ処理の際の所定量（α）より小さい所定量（β）だけ外部へ太らせ処理を行い、該太らせ処理により得られた図形（Ｄ）を得るステップと、このようにして得た複数の図形（Ｃ、Ｄ）を、それぞれの図形ごとに、露光可能な空間的な領域を１つの単位として、複数に分割するステップと、の各ステップを実行するプログラムを具備する。
【００２１】
露光領域の内部領域を抽出するにあたって、前記露光領域の図形（Ａ）の周辺輪郭から内部へ所定量（α）の細らせて図形（Ｂ）を得る手段と、前記露光領域の図形（Ａ）から前記細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を減ずる図形処理により図形（Ｃ）を得る手段と、前記細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を、前記細らせ処理の際の所定量（α）より小さい所定量（β）だけ外部へ太らせ処理を行うことにより図形（Ｄ）を得る手段と、このようにして得た複数の図形（Ｃ、Ｄ）を、それぞれの図形ごとに、露光可能な空間的な領域を１つの単位として、複数に分割する手段と、を具備することを特徴とする。
【００２２】
前記図形データ（Ｃ，Ｄ）をデータベースに格納する手段と、前記走査と同期して、描画すべき領域に属する前記図形データ（Ｃ，Ｄ）をデータベースから検索する手段と、該検索した図形データを量子化する手段と、該量子化したデータをメモリに蓄積する手段と、を具備することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
上記のように、本発明は、主にボールセミコンダクタ社の露光装置を対象としている。ボールセミコンダクタ社の露光装置は、光源（ＤＭＤに用いる光源）として、レーザや、水銀ランプを用いている。本発明の以下の実施例では、レーザを用いた例を示している。
【００２５】
しかしながら、本発明はボールセミコンダクタ社以外の、電子ビームを用いた露光装置にも適用可能である。
【００２６】
なお、ボールセミコンダクタ社の露光装置は、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）またはＤＬＰ（Digital Light Processor）と呼ばれる、テキサス・インスツルメンツ社の画像表示部品を用いて露光を行う装置である。
【００２７】
図３にフォトマスクを使用しないマスクレス露光であって、レーザ光による直接描画露光を行なう、本発明の改善したマスクレス露光装置の概略を示す。また、図５に本発明によるマスクレス露光方法による露光装置の原理を示す。
【００２８】
図３において、本発明では、径の異なる複数の光源３１，４１を具備する。即ち、照射面積の小さい、例えば、径の小さなレーザビームを照射する第１のレーザ光源３１と、照射面積の大きい、例えば径の大きなレーザビームを照射する第２のレーザ光源４１とを具備する。そして、第１のレーザ光源と配線板との間、及び第２のレーザ光源と配線板との間にて、それぞれ独立して相対的に走査されながら、レジストが塗布された基板の被露光面に対してこれらの第１、第２のレーザ光源により直接描画露光される。
【００２９】
図５において、第１のレーザ光源（ＤＭＤ光源ユニット）３１により露光する描画するデータ、第２のレーザ光源（ＤＭＤ光源ユニット）４１により露光する描画するデータ、をそれぞれデータベース３６，４６に予め格納して格納しておく。そして、高速メモリ３４，４４により量子化回路３５，４５を介してこれらの光源ユニット３１，４１をそれぞれ制御する。これにより、第１及び第２の光源ユニット３１，４１によりレーザ光３２，４２が、表面にレジスト１３が塗布された基板１４上に直接照射される。
【００３０】
これにより、露光領域２４は、図３の右側に示すように、その周辺領域３３を第１の光源により微細に露光され、露光領域２４の内部領域４３を第２の光源により「ベタ」露光される。
【００３１】
次に、図３及び図５に示すような２種類の光源ユニットを用いる場合の描画データの処理手順を図６〜図１０を参照して説明する。なお、３種類以上の光源ユニットを用いる場合も、同様の原理を適用することができる。
【００３２】
（１）まず、図６において、描画対象となる図形の定義を行う。描画対象となる図形は、例えば、この図に示すように、微細な直線状のパターン、幅の広いパターン、「ベタ」パターンの３つの図形パターンから構成されているものと仮定する。これらの図形をまとめて「Ａ」とする。もちろん、他の形状の図形パターンであっても以下に説明する手順と同様の手順を採用し得ることはもちろんである。
【００３３】
（２）次に、図７において、「微細図形」と「周囲部」の抽出（その１）を行なう。図６に示した図形Ａに対し、いわゆる「細らせ処理」を施す。ここで、「細らせ処理」とは、図形の輪郭を一定量（α）削り取る図形処理（図形を縮小する処理）ことである。図形Ａのうち、例えば左側に示すような微細なパターン（一例として直線状の微細パターンを示す）の幅は、「細らせ処理」によりマイナス（面積が無くなる）となるため、消滅する。「細らせ処理」により発生した図形をＢとする。
【００３４】
（３）次に、図８において、「微細図形」と「周囲部」の抽出（その１）を行なう。図６に示した図形Ａと図７に示した図形Ｂとの間で、Ａ−Ｂなる図形演算を施す。この図形演算の結果を図形Ｃとする。
【００３５】
（４）次に、図９において、「内部」又は「ベタ」パターンの抽出を行なう。図７に示した「細らせ処理」の結果Ｂに対し、若干の「太らせ処理」を施す。ここで、「太らせ処理」とは、図形の輪郭に一定量（β）の肉付けをする図形処理（図形を拡大する処理）のことである。この「太らせ処理」による図形の輪郭に肉付けする一定量（β）は、上述の「細らせ処理」による図形の輪郭を削り取る一定量（α）より小さい。「太らせ処理」により発生した図形をＤとする。
【００３６】
図形Ｄと図形Ｃとの間には、図１０に示すような、若干の重なり（図形Ｅ）が存在することになり、これにより、異なる２つ光源により露光する場合の「隙間」の発生を回避する。図形Ｃのうち、中抜き形状（ドーナッツ）を持つパターンの内側の輪郭を若干内部に変位させても同じ効果を得ることができる。
【００３７】
（５）次に、図１１において、図形の分割を行う。露光に際しては、基板と光源は相対的に一定の方向に走査される。また、走査の過程において、光源が一度に露光できる空間的な領域には物理的な上限があるので、図８、図９に示した図形を図１１に示すように分割する。図１１には、図８の図形を分割した場合を示す。分割した図形そのものは示していないが、図９の図形も同様に、光源が一度に露光できる空間的な領域Ｆを単位として分割される。
【００３８】
例えば、図８に示す領域を径の細いビームを照射する第１の光源３１により露光するものとし、基板と光源が相対的に矢印方向に走査されるものとすると、第１の光源３１が一度に露光できる領域に分割される図形パターンＣ’が得られる。この図形パターンＣ’の１区画が、第１の光源３１により一度に露光できる領域である。このように分割された図形は、走査過程における出現順に図５のデータベースに格納される。
【００３９】
（６）次に、図形データの量子化を行う。「量子化回路」は、（ａ）基板・走査と同期して、（ｂ）描画すべき特定の領域に属する図形データをデータベースから検索し、（ｃ）量子化（digitzing)を行い、（ｄ）量子化したデータを「高速メモリ」に一時的に読み出し、内蔵する光源駆動装置を経由して光源を制御する。データベースの容量が許せば、量子化したデータを露光開始前に作成し、そのデータをデータベースに蓄積することも考えられる。その場合、「量子化回路」は、上述の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の機能を果たす。
【００４０】
なお、本発明において、「量子化」、「量子化回路」とは、描画すべき特定の領域に属する図形データを、露光部分と非露光部分とに分ける処理（二値化する処理）と、その処理を行う回路をいう。一般的に量子化とは、物理量を量子論的な量で置き換える場合の呼称であるが、本発明ではこれと異なる意味で用いていることに留意すべきである。
【００４１】
次に、本発明による図形処理の手順を図１２及び図１３に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００４２】
図１２において、ステップ１０２にて、データベース（１０１）から図形のレイアウト設計データを読み込む。次に、ステップ１０３にて、図６で説明した描画対象となる元の図形Ａを定義を行い、元の図形データを得る（１０４）。次に、ステップ１０５にて、図形Ａの周辺輪郭から内部へ所定量（α）の細らせ処理を行う。この細らせ処理（リサイジング）を行う場合は、例えば、特開２０００−２２２４４９号公報で記載されているような図形処理により行なうことができる。この細らせ処理による結果の図形Ｂを得る（１０６）。
【００４３】
図１３において、左側のフローチャートは、図形の周辺部を露光処理する手順であり、右側のフローチャートは、図形の内部（ベタパターン）を露光処理するための手順である。
【００４４】
ステップ１１１にて、図８で説明した図形演算Ａ−Ｂを行う。この図形演算（１）は、公知のビットマップ法又はベクトル法により行うことができる。このビットマップ法又はベクトル法による図形の減算処理については、例えば、
「ＶＳＬＩの設計Ｉ回路とレイアウト」（渡辺、浅田、可児、大附；岩波講座マイクロエレクトロニクス；岩波書店；1985年）・・・文献（１）
に詳しく説明されている。これにより、図形演算Ａ−Ｂ＝Ｃの結果を得る（１１２）。
【００４５】
次に、ステップ１１３にて、図１１で説明した図形の分割を行う。多角形の分割では、例えば、
「Partitioning a Polygonal Region into Trapezoids」（by Taro Asano, Tetsuo Asano, Hiroshi Imai; Journal of ACM, Vol. 33, No. 2,April 1986; pp. 290-312）・・・文献（２）
に説明されているような算法を適用することができる。また、分割によって発生した図形（矩形、台形、三角形）が光源により一度に露光できる空間に収まるよう、必要に応じて更に分割する。この分割により図５に示す光源ユニット３１用の描画データ「微細」「周辺」が得られる（１１４）。
【００４６】
次に、ステップ１１５にて、基板走査の同期信号Ｇに基づき、分割された図形の抽出を行う（図５）。これにより、抽出された図形である（ベクトルデータ）を得る（１１６）。
【００４７】
次に、ステップ１１７にて、量子化回路（図５）により量子化を行う。これにより、量子化された図形（ビットマップデータ）を得る（１１８）。これに基づき、ステップ１１９にて、ＤＭＤ光源ユニット３１を駆動する。
【００４８】
図１３において、右側のフローチャートは、図形の内部を露光処理する手順であり、各ステップ１２１〜１２９は左側のフローチャートの各ステップ１１１〜１１９に対応している。即ち、
ステップ１２１にて、図９で説明した、太らせ処理を行う。この太らせ処理の図形演算も、前記細らせ処理（ステップ１０５）と同様に、例えば、特開２０００−２２２４４９号公報で記載されているような図形処理により行なうことができる。この太らせ処理による結果の図形Ｄを得る（１２２）。
【００４９】
次に、ステップ１２３にて、図１１で説明した図形の分割を行う。この分割の場合も、上述のステップ１１３で説明した多角形の分割と同様の文献（２）で説明されているような算法を適用することができる。また、この場合も同様、分割によって発生した図形（矩形、台形、三角形）が光源により一度に露光できる空間に収まるよう、必要に応じて更に分割する。この分割により図５に示す光源ユニット（２）用の描画データ「ベタ」「内部」が得られる（１２４）。
【００５０】
次に、ステップ１２５にて、基板走査の同期信号Ｈに基づき、分割された図形の抽出を行う（図５）。これにより、抽出された図形である（ベクトルデータ）を得る（１２６）。
【００５１】
次に、ステップ１２７にて、量子化回路（図５）により量子化を行う。これにより、量子化された図形（ビットマップデータ）を得る（１２８）。これに基づき、ステップ１２９にて、ＤＭＤ光源ユニット４１を駆動する。
【００５２】
以上添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではわなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。
【００５３】
例えば、上述の実施形態では、光源ユニットとしてレーザビーム径の小さいＤＭＤ光源ユニット３１とビーム径の大きいＤＭＤ光源ユニット４１の２種類を使用したが、例えば、レーザビーム径がそれぞれ異なる３種類以上の光源ユニットを使用することももちろん可能である。この場合には、図形パターンを上記のように、「微細」「周辺」と「ベタ」「内部」との２種類に分割するのではなく、その中間の領域を設けた、３種類に分割するか、或いはそれ４種類以上に分割することも可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、異なるレーザビーム照射面積を実現する光源を複数個装備しているので、露光すべき領域で微細な露光パターン部と「ベタ」の露光パターン部とでそれぞれ別個の光源を使用して露光を行なうことができる。
【００５５】
露光領域の周辺領域を微細パターンを描画するに適した第１の光源により露光し、露光領域の内部領域を「ベタ」パターンを描画するに適した第２の光源により露光することにより、１つの露光領域を露光する場合のスループットを大幅に向上することができる。また、露光領域の周辺領域を第１の光源により微細に走査し、露光領域の内部領域を第２の光源により粗に走査することにより、１つの露光領域を露光する場合のスループットを更に向上することができる。
【００５６】
これにより、描画データの不必要な増大を防ぐとともに、装置内のデータ処理速度の低下も防ぐことにより、高速での露光処理を可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フォトマスクを使用するフォトリゾグラフィ技術による従来の露光方法を示す。
【図２】レーザ光による従来のマスクレス露光方法を示す。
【図３】レーザ光による本発明のマスクレス露光方法を示す。
【図４】レーザ光による従来のマスクレス露光装置の概略を示す。
【図５】レーザ光による本発明のマスクレス露光装置の概略を示す。
【図６】描画対象となる元の図形の定義を示す。
【図７】元の図形よりの「細らせ処理」を示す。
【図８】「微細図形」と「周囲部」の抽出処理を示す。
【図９】「内部」または「ベタ」パターンの抽出処理を示す。
【図１０】「周辺部」と「内部」又は「ベタ」パターンの重なりを示す。
【図１１】図形の分割処理を示す。
【図１２】図形処理（その１）のフローチャートである。
【図１３】図形処理（その２）のフローチャートである。
【符号の説明】
１３…レジスト
１４…基板
３１，４１…光源
３２，４２…レーザ光
３３，４３…露光部
３４，４４…高速メモリ
３５，４５…量子化回路
３６，４６…描画データベース
Claims (9)
- 被露光面の単一の露光領域に対して、該被露光面の走査方向に対して直角な方向に並列して配置した第１及び第２のレーザ光源からそれぞれ照射される、照射面積及び走査ピッチの異なる２つのレーザ光のビームを用いて露光する場合において、前記第１及び第２のレーザ光源により露光する描画データを予め格納しておき、これらのデータに基づいて、光前記露光領域の周辺領域に対して照射面積の小さなビームを用い且つ小さな走査ピッチで露光し、内部領域を照射面積の大きなビームを用い且つ大きな走査ピッチで露光することを特徴とする露光方法。
- 露光領域の内部領域を抽出するにあたって、前記露光領域の図形（Ａ）の周辺輪郭から内部へ所定量（α）の細らせ処理を行い、該細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を得ることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
- 前記露光領域の図形（Ａ）から前記細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を減ずる図形処理により図形（Ｃ）を得、このようにして得た図形（Ｃ）を、径の小さなビームを用いて露光することのできる空間的な領域を１つの単位として、複数に分割すると共に、
前記細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を、前記細らせ処理の際の所定量（α）より小さい所定量（β）だけ外部へ太らせ処理を行い、該太らせ処理により得られた図形（Ｄ）を得、このようにして得た図形（Ｄ）を、径の大きなビームを用いて露光可能な空間的な領域を１つの単位として、複数に分割することを特徴とする請求項２に記載の露光方法。 - 前記被露光面は配線基板または半導体基板であり、該基板と径の小さなビームの第１の光源との間、及び前記基板と径の大きなビームの第２の光源との間で、それぞれ独立して相対的に走査されることを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
- 前記図形データ（Ｃ，Ｄ）をデータベースに格納する工程と、前記走査と同期して、描画すべき領域に属する前記図形データ（Ｃ，Ｄ）をデータベースから検索する工程と、該検索した図形データを量子化する工程と、
該量子化したデータをメモリに蓄積する工程と、を具備することを特徴とする請求項４に記載の露光方法。 - 前記第１の光源及び前記第２の光源を制御する光源ユニットは、前記メモリから量子化されたデータを読み出し、該データに基づき前記第１及び第２の光源を駆動することを特徴とする請求項５に記載の露光方法。
- 配線基板または半導体基板の単一の領域からなる被露光面を、該配線基板または半導体基板の走査方向に対して直角な方向に並列して配置した第１及び第２のレーザ光源からそれぞれ照射される、レーザ光のビームにより露光するビーム露光装置において、照射面積の小さなビームを照射する第１の光源と、照射面積の大きなビームを照射する第２の光源と、該第１及び第２のレーザ光源により露光する描画データを予め格納するメモリーとを具備し、これらの描画データに基づいて、露光領域の周辺領域を前記第１の光源を用い且つ小さな走査ピッチで露光し、露光領域の内部領域を前記第２の光源を用い且つ大きな走査ピッチで露光するように制御することを特徴とする露光装置。
- 露光領域の内部領域を抽出するにあたって、前記露光領域の図形（Ａ）の周辺輪郭から内部へ所定量（α）の細らせて図形（Ｂ）を得る手段と、
前記露光領域の図形（Ａ）から前記細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を減ずる図形処理により図形（Ｃ）を得る手段と、
前記細らせ処理により得られた図形（Ｂ）を、前記細らせ処理の際の所定量（α）より小さい所定量（β）だけ外部へ太らせ処理を行うことにより図形（Ｄ）を得る手段と、
このようにして得た複数の図形（Ｃ、Ｄ）を、それぞれの図形ごとに、露光可能な空間的な領域を１つの単位として、複数に分割する手段と、
を具備することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。 - 前記図形データ（Ｃ，Ｄ）をデータベースに格納する手段と、前記走査と同期して、描画すべき領域に属する前記図形データ（Ｃ，Ｄ）をデータベースから検索する手段と、該検索した図形データを量子化する手段と、該量子化したデータをメモリに蓄積する手段と、を具備することを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
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