JP4370563B2 - ホログラム露光方法 - Google Patents

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Description

本発明は基板上に塗布したフォトレジストを微細パターンで露光させるために光の干渉を利用するホログラム露光方法に関し、特にホログラム露光を行うためのホログラム露光用マスクと基板との位置決めを高精度に行うための方法に関する。
ホログラム露光方法では、基板上に形成すべき所望のパターンを備えたオリジナルマスクをもとに、まずホログラム露光用マスクを作製する。このホログラム用マスクは、基板上に形成すべき所望のパターンとは見かけ上異なるパターンに形成される。このホログラム用マスクを用いて基板上にホログラム露光をすることで、基板上に所望の干渉パターンが形成される。
このようなホログラム露光においては、例えばF. Cube“0.5μm Enabling Lithography for Low-Temperature Polysilicon Displays”SID 2003 Digest 350頁（非特許文献１）にあるように、基板に対するホログラム用マスクの正確な位置決めを可能にするため、位置決め用のアライメントマークをホログラム用マスクに形成する必要がある。このアライメントマークは、アライメント用の光学系で読み取り可能とする必要があるから、ホログラム露光用パターンと同時に形成することはできない。従って、ホログラム露光用パターンとアライメントマークは、同じホログラム用マスクに形成されるにも拘らず、数μｍのずれを生じることがあった。そのような場合、アライメントマークを用いてどんなに正確にホログラム用マスクを基板上に位置決めしても、基板上に形成される干渉パターンは所望の位置からずれてしまうことになる。
F. Cube"0.5μm Enabling Lithography for Low-Temperature Polysilicon Displays"SID 2003 Digest 350頁
ホログラム露光用パターンとアライメントマークのずれを補正するため、ホログラム露光用パターン内にバーニヤパターンを配置し、これによってずれを補正する方法が考えられる。しかし、バーニヤパターンの読み取り精度は高々０．２μｍが限界であり、それ以上の正確な補正をすることはできない。
そこで、本発明は上述の問題点を解決し、ホログラム露光用パターンとアライメントマークとのずれを正確に測定し、そのずれを補正することで正確な位置決めの可能なホログラム露光方法を提案することを課題とする。
また、そのようなホログラム露光を可能とするホログラム用マスク及びこれを用いた半導体回路基板を提供することを目的とする。
以上の課題を解決するため、本発明のホログラム露光方法は、以下の工程を備えている。
（１）アライメント光学系により読み取り可能に記録された第１アライメントマークと、ホログラム露光によって所定の干渉パターン及び第２アライメントマークを形成可能にホログラム記録されたホログラム露光領域と、を有する下層用のホログラム露光用マスクおよび上層用のホログラム露光用マスクを作製する第１工程、
（２）前記下層用のホログラム露光用マスクを用いて、基板上に、前記下層用のホログラム露光用マスクのホログラム露光領域に対応する領域の外側に、前記下層用のホログラム露光用マスクの前記第１アライメントマークに対応する第１マークを形成し、前記下層用のホログラム露光用マスクの前記ホログラム露光領域内に対応する領域に前記下層用のホログラム露光用マスクの前記第２アライメントマークに対応する第２マークを形成する第２工程、
（３）前記基板に形成された前記第１マークと、前記上層用のホログラム露光用マスクの前記第１アライメントマークと、をアライメント光学系によって読み取ることにより前記上層用のホログラム露光用マスクを前記基板上に位置決めし、当該上層用のホログラム露光用マスクを用いて前記基板をホログラム露光する第３工程、
（４）前記下層用のホログラム露光用マスクの前記第２アライメントマークに対応する前記第２マークと、前記第３工程において前記上層用のホログラム露光用マスクの前記第２アライメントマークに対応して前記基板に形成されたマークと、のずれ量を導出する第４工程、
（５）前記ずれ量に基づき補正量を算出する第５工程、および
（６）前記下層用のホログラム露光マスクの前記第１アライメントマークに対応して前記基板に形成された前記第１マークと、前記上層用のホログラム露光用マスクの前記第１アライメントマークと、をアライメント光学系によって読み取り、前記補正量に応じて前記下層用のホログラム露光マスクの前記第１アライメントマークに対応する前記第１マークと前記上層用のホログラム露光用マスクの前記第１アライメントマークとの相互位置を補正することによって前記上層用のホログラム露光用マスクを前記基板上に位置決めし、当該上層用のホログラム露光用マスクを用いて前記基板をホログラム露光する第６工程。
上記露光方法において、前記第１工程は、感光性材料が塗布された基板の一面側からオリジナルマスクを介して露光ビームを照射するとともに当該基板の他面側から参照ビームを照射することによって前記ホログラム露光領域を形成し、かつ、前記基板の一面側から前記オリジナルマスクを介して露光ビームを照射することによって前記下層用のホログラム露光用マスクおよび前記上層用のホログラム露光用マスクに前記第１アライメントマークを形成することを含む。
上記露光方法において、前記第４工程の後、前記第６工程の前に、前記第３工程においてホログラム露光された前記基板上の感光性レジストを除去し、新たに感光性レジストを当該基板上に塗布する第７工程を備えることができる。
上記露光方法において、前記補正量を記憶する工程を更に備えることが可能である。このようにすれば、前記本露光工程において、前記補正量に基づいて複数の前記基板を露光することができる。
上記露光方法において、前記第２アライメントマークは複数形成され、当該複数のアライメントマークは前記ホログラム露光領域内の互いに離れた位置に配置されていることが望ましい。また、上記露光方法において、前記第２アライメントマークは、前記ホログラム露光領域内の４隅に形成されていることが望ましい。
本発明のホログラム露光用マスクは、ホログラム露光により基板上に所望の干渉パターンを形成するためにホログラム記録されたホログラム露光領域と、アライメント光学系で読み取り可能に形成された第１アライメントマークと、を備え、前記ホログラム露光領域内に、ホログラム露光により基板上に第２アライメントマークとなる干渉パターンが形成されるようにホログラム記録された第２アライメントマーク形成用パターンが形成されてなるものである。
以下、各図を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係る露光方法に用いられるオリジナルマスクの概略平面図である。図１（ａ）は下層側（例えば１層目）の露光をするためのマスクパターン、図１（ｂ）は上層側（例えば２層目）の露光をするためのマスクパターンを示している。これらオリジナルマスクＯＲ１、ＯＲ２は、透明基板上に遮光性の例えばクロム膜をパターニングしてなり、半導体デバイスを形成するためのパターンを備えたホログラム露光領域Ｄ１又はＤ２と、ホログラム露光領域の外側に形成された第１アライメントマークＡ１〜Ａ４とを備えている。更に、上記ホログラム露光領域Ｄ１及びＤ２には、第２アライメントマークＡＬ１〜ＡＬ４が形成されている。
この第２アライメントマークＡ１〜Ａ４は、ホログラム露光領域Ｄ１又はＤ２内の互いに離れた位置に配置されていることが望ましく、ホログラム露光領域Ｄ１又はＤ２内の４隅に形成されていることが望ましい。
図２は上記オリジナルマスクを用いて本発明の実施形態に係るホログラム用マスクを作製する方法について説明する図である。ホログラム用マスクＭ２は、感光性材料を塗布した基板上に、上記オリジナルマスクＯＲ２に基づくホログラムパターンを形成することで作製される。図２（ａ）はホログラム用マスクＭ２にホログラム露光領域Ｄ２を記録する工程を、図２（ｂ）はホログラム用マスクＭ２に第１アライメントマークＡ１〜Ａ４を記録する工程をそれぞれ示している。ホログラム用マスクとなる基板は、オリジナルマスクＯＲ２に対向してホログラム記録装置内に配置される。
この露光装置は、オリジナルマスクＯＲ２側からホログラム用マスクＭ２側へ露光ビームＯＢを照射することができ、オリジナルマスクと反対側からはホログラム用マスクに対して、露光ビームＯＢと同一波長の光波からなる参照ビームＲＦを照射することができる。オリジナルマスクＯＲ２よりも露光ビームＯＢの光源側の領域には、一定部分を除きホログラム用マスクＭ２への感光を防止するための遮光板Ｓが配置される。参照ビームＲＦは、ホログラム用マスクＭ２に対し、プリズムＰを介して照射するようになっている。露光ビームＯＢと参照ビームＲＦは、ホログラム用マスクＭ２上で干渉し、この干渉強度パターンが、ホログラム用マスクを感光させる。これにより、オリジナルマスクＯＲ２のパターン情報がホログラム用マスクＭ２に記録される。
ここで、図２（ａ）のようにホログラム用マスクＭ２のホログラム露光領域Ｄ２を記録するときは遮光板Ｓにより第１アライメントマークＡ１〜Ａ４を遮光し、図２（ｂ）のように第１アライメントマークＡ１〜Ａ４を記録するときは遮光板Ｓによりホログラム露光領域Ｄ２を遮光する。また、図２（ａ）のようにホログラム露光領域Ｄ２を記録するときは参照ビームＲＦを併せて使用するので、オリジナルマスクＯＲ２と見かけ上異なるホログラム露光用パターンが形成されるのに対し、図２（ｂ）のように第１アライメントマークＡ１〜Ａ４を記録するときは参照ビームを使用しないので、オリジナルマスクＯＲ２と見かけ上同一のパターンが形成される。
以上の方法により上層用のホログラム用マスクＭ２が作製される。下層用のホログラム用マスクＭ１を作成する際は、図２（ａ）における遮光板Ｓを使用せず、ホログラム露光領域Ｄ１と第1アライメント領域を含んだ領域を記録対象として、露光ビームＯＢと参照ビームＲＦからなる干渉強度パターンを得て、当該パターンを下層用ホログラム用マスクＭ１に記録する。
次に、下層用のホログラム用マスクＭ１を用いて、基板上に下層のパターンを形成する。図３に、ホログラム用マスクＭ１に記録されたオリジナルマスクＯＲ１のパターン情報を基板上に再生する工程を示している。感光性材料を塗布したガラス等の基板１０は、ホログラム用マスクＭ１に対向して露光装置内に配置される。同対向距離はホログラムマスクＭ１作成時におけるホログラムマスクＭ１とオリジナルマスクＯＲ１との対向距離と等しくする。露光ビームＯＢ、及び参照ビームＲＦと同一波長の光波からなる再生ビームＲＰを、プリズムＰを介してホログラムマスクＭ１作成時に用いた参照ビームＲＦの入射方向とは反対の方向より同マスク背面に入射させ、同マスクの記録層を透過させると、再生ビームＲＰは結像作用を起こし、基板１０の感光性材料の塗布面上に到達した時点でオリジナルマスクＯＲ１のパターン像を再生する。図４に、下層用のホログラム用マスクと基板上に形成されるパターンとの関係が示されている。
次に、上層用のホログラム用マスクＭ２を用いて、基板１０上に試し露光を行う。露光方法自体は下層の露光と同様であるが、上層用のホログラム用マスクを用いる場合は、既に基板１０上に転写されている下層の第１アライメントマークＡ１〜Ａ４と、上層用のホログラム用マスクＭ２に形成されている第１アライメントマークＡ１〜Ａ４との位置あわせを行う必要がある。なお、上層用のホログラム用マスクＭ２のホログラム露光領域Ｄ２に記録されたデバイスパターン及び第２アライメントマークＡＬ１〜ＡＬ４は、アライメント顕微鏡で観察することはできないので、位置あわせのためには第１アライメントマークＡ１〜Ａ４が必要である。
図５に、この位置あわせ用の制御機構が示されている。アライメント顕微鏡４０は、プリズムＰと上層用のホログラム用マスクＭ２の第１アライメントマークＡ１〜Ａ４とを介して、既に基板１０上に形成されている下層の第１アライメントマークＡ１〜Ａ４を観察可能な位置に移動させられるようになっている。アライメント顕微鏡４０により上層及び下層の第１アライメントマークＡ１〜Ａ４の画像が取り込まれ、アライメント誤差検出装置４１に出力可能になっている。アライメント誤差検出装置４１ではアライメント誤差を検出した後、基板ステージ４３に設けられたステージ駆動装置４２にフィードバックして位置あわせを行うことができる。
図６に、上層用のホログラム用マスクＭ２を用いて試し露光した場合に基板１０に形成されるパターンが示されている。上層と下層の第１アライメントマークＡ１〜Ａ４の位置は揃っているが、ホログラム露光領域Ｄ１、Ｄ２内の第２アライメントマークＡＬ１〜ＡＬ４、ひいてはホログラム露光領域Ｄ１、Ｄ２内のデバイスパターンの位置は、上層と下層とでずれている。これは、同じホログラム用マスクＭ２において、第１アライメントマークＡ１〜Ａ４とホログラム露光領域Ｄ２内のパターンとがずれていることに起因する。まず、そのずれ量を測定するために、基板１０上に再生されたホログラム露光領域Ｄ１、Ｄ２内の第２アライメントマークＡＬ１〜ＡＬ４を用いる。第２アライメントマークＡＬ１〜ＡＬ４の観察は、上記アライメント顕微鏡４０及びアライメント誤差検出装置４１において行う。
図７にアライメント誤差検出装置４１において第２アライメントマークＡＬ１〜ＡＬ４を観察してずれ量を計測し、必要な補正量を算出するための処理手順を示している。
図８に、本実施形態のホログラム露光方法における基板上への具体的な配置例が示されている。この図８では、同じホログラム用マスクを用いて基板１０上に４回ずつ露光を行い、４箇所にパターンを形成している。図８により、第２アライメントマークＡＬ１〜ＡＬ４のずれ量に基づいて補正量を算出する方法について説明する。
それぞれのパターンにおける第２アライメントマークＡＬｉ（ｉ＝１〜４）について測定されたＸ方向のずれ量をΔＸｉ（ｉ＝１〜４）、Ｙ方向のずれ量をΔＹｉ（ｉ＝１〜４）とする。その平均値（オフセットΔＸ、ΔＹ）は、
ΔＸ＝（ΔＸ１＋ΔＸ２＋ΔＸ３＋ΔＸ４）／４
ΔＹ＝（ΔＹ１＋ΔＹ２＋ΔＹ３＋ΔＹ４）／４
また、第２アライメントマーク間のＸ方向の距離をＸａ、Ｙ方向の距離をＹａとすると、回転Δθは、
Δθ＝（（ΔＹ２−ΔＹ１）／Ｘａ＋（ΔＹ３−ΔＹ４）／Ｘａ＋（ΔＸ１−ΔＸ３）／Ｙａ＋（ΔＸ４−ΔＸ２）／Ｙａ）／４
となる。
従ってアライメント補正量（ΔＸｃ、ΔＹｃ、Δθｃ）は、
ΔＸｃ＝−ΔＸ
ΔＹｃ＝−ΔＹ
Δθｃ＝−Δθ
となる。
補正量が算出できたら、この補正量データを記憶装置に記憶し、以後この補正量と、第１アライメントマークＡ１〜Ａ４とに基づいて、上層側のホログラム露光を行う。図９に、補正を加えて上層のホログラム用マスクＭ２を基板１０上に位置合わせし、ホログラム露光をした例を示している。補正を加えたため第１アライメントマークＡ１〜Ａ４の位置はずれているが、基板１０上に形成されたホログラム露光領域Ｄ１、Ｄ２内の第２アライメントマークＡＬ１〜ＡＬ４は結果的に正確な位置に合わせられている。
以上により、ホログラム露光領域を正確に位置あわせすることができ、半導体基板の信頼性を向上させ、更なる微細化が可能となる。また一回の試し露光で正確に位置あわせできるので、製造効率が格段に向上する。
次に、本発明の露光方法によって製造される半導体基板を用いた薄膜トランジスタの適用例について説明する。本発明の製造方法により得られる半導体基板を用いた薄膜トランジスタは、例えば、ＥＬ表示装置や液晶表示装置などにおける各画素を構成する画素回路や、当該画素回路を制御するドライバ（集積回路）の形成等に適用することができる。
図１０は、電気光学装置の構成例を説明する図である。本実施形態の電気光学装置（表示装置）１００は、２つの薄膜トランジスタ、キャパシタ及び発光素子を含んで構成される画素回路１１２を基板上の画素領域１１１にマトリクス状に配置してなる回路基板（アクティブマトリクス基板）と、画素回路１１２に駆動信号を供給するドライバ１１５及び１１６を含んで構成されている。ドライバ１１５は、発光制御線Ｖgpを介して各画素領域に駆動信号を供給する。ドライバ１１６は、データ線Ｉdataおよび電源線Ｖddを介して各画素領域に駆動信号を供給する。走査線Ｖselとデータ線Ｉdataとを制御することにより、各画素に対する電流プログラムが行われ、発光素子による発光が制御可能になっている。画素回路を構成する各薄膜トランジスタ及びドライバ１１５、１１６を構成する各薄膜トランジスタが上述した実施形態の製造方法を適用して形成される。なお、電気光学装置の一例として有機ＥＬ表示装置について説明したが、これ以外にも、液晶表示装置など各種の電気光学装置についても同様にして製造することが可能である。
次に、上記電気光学装置１００を適用して構成される種々の電子機器について説明する。図１１は、電気光学装置１００を適用可能な電子機器の例を示す図である。図１１（ａ）は携帯電話への適用例であり、当該携帯電話２３０はアンテナ部２３１、音声出力部２３２、音声入力部２３３、操作部２３４、および上記の電気光学装置１００を備えている。
図１１（ｂ）はビデオカメラへの適用例であり、当該ビデオカメラ２４０は受像部２４１、操作部２４２、音声入力部２４３、および上記の電気光学装置１００を備えている。
図１１（ｃ）は携帯型パーソナルコンピュータ（いわゆるＰＤＡ）への適用例であり、当該コンピュータ２５０はカメラ部２５１、操作部２５２、および上記の電気光学装置１００を備えている。
図１１（ｄ）はヘッドマウントディスプレイへの適用例であり、当該ヘッドマウントディスプレイ２６０はバンド２６１、光学系収納部２６２および上記の電気光学装置１００を備えている。
図１１（ｅ）はリア型プロジェクターへの適用例であり、当該プロジェクター２７０は筐体２７１に、光源２７２、合成光学系２７３、ミラー２７４、２７５、スクリーン２７６、および上記の電気光学装置１００を備えている。
図１１（ｆ）はフロント型プロジェクターへの適用例であり、当該プロジェクター２８０は筐体２８２に光学系２８１および上記の電気光学装置１００を備え、画像をスクリーン２８３に表示可能になっている。
このように本発明に係る電気光学装置は画像表示源として利用可能である。また、上述した例に限らず有機ＥＬ表示装置や液晶表示装置などの表示装置を適用可能なあらゆる電子機器に適用可能である。例えばこれらの他に、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイなどにも活用することができる。
また、上述した実施形態にかかる製造方法は、電気光学装置の製造以外にも種々のデバイスの製造に適用することが可能である。例えば、ＦｅＲＡＭ（ferroelectric RAM）、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＮＯＲ型ＲＡＭ、ＮＡＮＤ型ＲＡＭ、浮遊ゲート型不揮発メモリ、マグネティックＲＡＭ（ＭＲＡＭ）など各種のメモリの製造が可能である。また、マイクロ波を用いた非接触型の通信システムにおいて、微小な回路チップ（ＩＣチップ）を搭載した安価なタグを製造する場合にも適用が可能である。
本発明の実施形態に係る露光方法に用いられるオリジナルマスクの概略平面図である。 上記オリジナルマスクを用いて本発明の実施形態に係るホログラム用マスクを作製する方法について説明する図である。 ホログラム用マスクを用いて基板上にオリジナルマスクのパターンを記録する方法について説明する図である。 下層用のホログラム用マスクと基板上に形成されるパターンとの関係を示す図である。 位置あわせ用の制御機構を示す図である。 上層用のホログラム用マスクＭ２を用いて試し露光した場合に基板に形成されるパターンを示す図である。 第２アライメントマークのずれ量を計測し、補正量を算出するための処理手順を示すフローチャートである。 本実施形態のホログラム露光方法における基板上への具体的な配置例を示す図である。 補正を加えて上層のホログラム用マスクＭ２を基板上に位置合わせし、ホログラム露光をした例を示す図である。 電気光学装置の構成例を説明する図である。 電気光学装置１００を適用可能な電子機器の例を示す図である。
符号の説明
Ａ１〜Ａ４ 第１アライメントマーク
ＡＬ１〜ＡＬ４ 第２アライメントマーク
ＯＲ１、ＯＲ２ オリジナルマスク
Ｍ１，Ｍ２ ホログラム用マスク
１０ 基板
４０ アライメント顕微鏡（アライメント光学系）
４１ アライメント誤差検出装置

Claims (4)

  1. アライメント光学系により読み取り可能に記録された第１アライメントマークと、ホログラム露光によって所定の干渉パターン及び第２アライメントマークを形成可能にホログラム記録されたホログラム露光領域と、を有する下層用のホログラム露光用マスクおよび上層用のホログラム露光用マスクを作製する第１工程と、
    前記下層用のホログラム露光用マスクを用いて、基板上に、前記下層用のホログラム露光用マスクのホログラム露光領域に対応する領域の外側に、前記下層用のホログラム露光用マスクの前記第１アライメントマークに対応する第１マークを形成し、前記下層用のホログラム露光用マスクの前記ホログラム露光領域内に対応する領域に前記下層用のホログラム露光用マスクの前記第２アライメントマークに対応する第２マークを形成する第２工程と、
    前記基板に形成された前記第１マークと、前記上層用のホログラム露光用マスクの前記第１アライメントマークと、をアライメント光学系によって読み取ることにより前記上層用のホログラム露光用マスクを前記基板上に位置決めし、当該上層用のホログラム露光用マスクを用いて前記基板をホログラム露光する第３工程と、
    前記下層用のホログラム露光用マスクの前記第２アライメントマークに対応する前記第２マークと、前記第３工程において前記上層用のホログラム露光用マスクの前記第２アライメントマークに対応して前記基板に形成されたマークと、のずれ量を導出する第４工程と、
    前記ずれ量に基づき補正量を算出する第５工程と、
    前記下層用のホログラム露光マスクの前記第１アライメントマークに対応して前記基板に形成された前記第１マークと、前記上層用のホログラム露光用マスクの前記第１アライメントマークと、をアライメント光学系によって読み取り、前記補正量に応じて前記下層用のホログラム露光マスクの前記第１アライメントマークに対応する前記第１マークと前記上層用のホログラム露光用マスクの前記第１アライメントマークとの相互位置を補正することによって前記上層用のホログラム露光用マスクを前記基板上に位置決めし、当該上層用のホログラム露光用マスクを用いて前記基板をホログラム露光する第６工程と、
    を備えた、ホログラム露光方法。
  2. 請求項１において、
    前記第１工程は、感光性材料が塗布された基板の一面側からオリジナルマスクを介して露光ビームを照射するとともに当該基板の他面側から参照ビームを照射することによって前記ホログラム露光領域を形成し、かつ、前記基板の一面側から前記オリジナルマスクを介して露光ビームを照射することによって前記下層用のホログラム露光用マスクおよび前記上層用のホログラム露光用マスクに前記第１アライメントマークを形成することを含む、ホログラム露光方法。
  3. 請求項１又は２において、
    前記第４工程の後、前記第６工程の前に、前記第３工程においてホログラム露光された前記基板上の感光性レジストを除去し、新たに感光性レジストを当該基板上に塗布する第７工程を備えた、ホログラム露光方法。
  4. 請求項１乃至３の何れか１項において、
    前記補正量を記憶する工程を更に備える、ホログラム露光方法。
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