JP4421268B2 - パターン描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路製造時の露光工程で用いられるマスクを製造するために用いられるマスク描画装置として利用でき、さらに、マスクを用いずに回路パターンをウエハ上に直接描画するマスクレス露光装置にも適用できるパターン描画装置の構造に関する。なお、パターン描画する対象であるマスクやウエハを本発明では区別しないため、以下、単に基板と呼ぶ。

一般に、半導体集積回路の製造時の露光工程では、回路パターンが描かれたマスク（レチクルと呼ばれることもある。）を用いてレジストが塗布されたウエハ上に回路パターンを描画させる（パターン露光と呼ばれる。）必要があり、そのための装置は露光装置あるいは露光機と呼ばれる。

一方、マスクを製造するには、マスクの基板となる石英ガラスなどの露光光を透過させる部材板の表面に、目的とする回路パターンに相当するパターン状に露光光を通過させるように遮光用のクロム膜などを付ける必要がある。このクロム膜はパターン露光によって形成され、そのパターン露光を行う装置はマスク描画装置と呼ばれる。マスク描画装置の手法には、電子ビームを用いた電子ビーム描画装置（以下、ＥＢ描画装置と示す。）が広く利用されている。

ただし、マスク描画装置には、ＥＢ描画装置の他に、紫外域のレーザ光（以下、紫外レーザ光と略す。）を用いてパターン描画（すなわちレジストが塗布されたマスク基板にパターン露光）する手法に基づくレーザビーム描画装置も製品化されている。その装置の従来例としては、微小なマイクロミラーを二次元配列状に多数並べたミラーデバイス（空間光変調器、あるいはＳＬＭと呼ばれる。）を用いて、これにパルス状の紫外レーザ光を照射し、各マイクロミラーごとに制御されたＳＬＭからの反射光をマスク基板に照射して露光するものである。このレーザビーム描画装置は、ＥＢ描画装置よりも描画速度が速い特徴があることが知られている。なお、これに関しては、例えば、Proceedings of SPIE, Vol.4186, 第１６〜２１頁（非特許文献１）、あるいは、USP6,428,940（特許文献１）において示されている。

一方、前記ＳＬＭとは異なり、マイクロミラーがデジタル的にＯＮ／ＯＦＦ動作のみを行うデジタルミラーデバイス（以下、ＤＭＤと示す。）を用いたパターン描画装置が、マスクレス露光装置などとして用いられることがある。そのおもな構成を図３に示した従来のパターン描画装置２００を用いて説明する。露光光である紫外光Ｌ２２をＤＭＤ２０１に照射させ、描画に利用する紫外光だけが、紫外光Ｌ２３としてＤＭＤ２０１を反射し、レンズ２０３ａと２０３ｂとで構成された投影光学系２０４によってマイクロレンズアレイ２０５上に投影される。マイクロレンズアレイ２０５によって、紫外光Ｌ２４は多数の細い光線に分割され、ピンホール板２０６における各ピンホールにそれぞれが集光する。ピンホール板２０６の各ピンホールの出射面での光の像が、レンズ２０７ａと２０７ｂとで構成された縮小投影光学系２０８によって、基板２０９上にピンホール板２０６での像（すなわち、スポットの集合体）がパターン投影される。

ただし、ピンホール板２０６は、実際に穴を有する板でなくてもよく、照射されたレーザ光を多数の光線に分割できるように、ガラス板上に多数の穴を有するＣｒ等の遮光膜が付けられたものであればよく、本発明では、これらを単にピンホール板と呼ぶ。

ピンホール板を上から見ると、図４に示されたように、各ピンホールの並びが、Ｘ、Ｙ方向から僅かに傾けられたように斜めになっている。その結果、図５に示したように、描画中は基板２０９をスキャンさせているため、ＤＭＤの１回のＯＮ動作で露光されるピンホール板２０６の投影領域２１０を形成する多数の離散スポットの集合体における隣接するスポット間にも、基板２０９のスキャンによって露光されるようになる。以上のようなパターン描画装置に関しては、例えば、USP 6,473,237（特許文献２）において示されている。

なお、以上に述べたようなミラーデバイスを用いたレーザビーム描画装置では、ＤＭＤ２０１の全面に紫外光を照射させることから、従来のレーザビーム描画装置のように、レーザ光を細く集光して基板に照射させる必要がないため、水銀ランプなども露光光源として利用できる特徴がある。
Proceedings of SPIE, Vol.4186, 第１６〜２１頁 USP6,428,940 USP 6,473,237

ＤＭＤを用いた前記従来のパターン描画装置では、マイクロレンズアレイが必要であったが、特に波長が４００ｎｍ以下の紫外域の場合に利用できるマイクロレンズアレイを利用することが困難であり、あるいは部品価格として高価になることが問題であった。その理由としては、図３に示されたような従来のパターン描画装置２００では、露光光である紫外光Ｌ２１の発生源に、例えば、波長４０５ｎｍの半導体レーザなどが広く利用されており、その結果、マイクロレンズアレイ２０５には、ポリマーから成るものを利用することが可能であった。

ところが、紫外光Ｌ２１に、例えば、水銀ランプのｉ線である波長３６５ｎｍの紫外光を用いると、ポリマーから成るマイクロレンズアレイ２０５では紫外光Ｌ２４が著しく減衰し、ほとんど透過しないことがあった。そこで、マイクロレンズアレイ２０５としては、紫外域で高い透過率を有する石英ガラスで構成する必要があったが、石英ガラスで高精度のマイクロレンズアレイを製作することが困難であり、あるいは製作できても、部品価格として非常に高くなることが問題であった。

本発明の目的は、図５に示したような多数の離散スポットの集合体でパターン露光することを特徴とするパターン描画装置を、マイクロレンズアレイを利用せずに構成することであり、これによって波長４００ｎｍ以下の紫外光で露光できるパターン描画装置を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明のパターン描画装置では、図３に示された従来のパターン描画装置におけるマイクロレンズアレイを用いずに、ＤＭＤの像を直接ピンホール板に投影するように投影光学系を用い、かつピンホール板として、多数の穴を有する遮光膜が付けられた石英板などの紫外光を透過する板から成るものを用いたものである。

これによると、ピンホール板で遮光される紫外光の光量が極めて大きくなってしまうが、熱膨張率の小さい紫外光透過部材を用いれば、基板上に投影されるスポットの位置がずれるのを防ぐことができる。例えば、石英は熱膨張率が約０．５×１０のマイナス６乗と他の材質に比べて桁違いに小さく（例えばステンレス鋼の約１／３０）、紫外光の照射による加熱でピンホール板が膨張する長さが無視できる程小さい。したがって、基板上に投影されるスポットの位置が、無視できない程度にずれていくことはない。

また、ピンホール板における紫外光が照射される面に多数の穴を有するアルミ等の反射率の高い遮光材料の膜を付けることで、ピンホール板を通過させない紫外光を高く反射させることができる。その結果、ピンホール板の紫外光による加熱量を大きく低減することができ、ピンホール板の膨張によるスポット位置ずれをさらに低減できる。

本発明のパターン描画装置は、マイクロレンズアレイが不要なため、露光光として波長４００ｎｍ以下の紫外光を用いた場合でも、高価な石英製のマイクロレンズアレイが不要になり、安価に構成できるようになった。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

本発明の第１の実施例を図１と図２を用いて説明する。図１は本発明のパターン描画装置１００の構成図である。パターン描画装置１００では、図示されていない光源である水銀ランプから放射された波長３６５ｎｍの紫外光Ｌ１１をミラー１０２に入射させ、反射した紫外光Ｌ１２をＤＭＤ１０１の表面に入射させる。ＤＭＤ１０１で反射した（描画に利用する）紫外光Ｌ１３は、レンズ１０３ａ、１０３ｂとで構成される投影光学系１０４を通り、ピンホール板１０６上に投影される。ピンホール板１０６を通過できる紫外光Ｌ１４が多数の細い光線に分割される。

ピンホール板１０６は、図２に示したように、石英板１１０の下面に、多数の穴を有するクロム膜１１１が遮光膜として付けられたものである。クロム膜１１１に空けられた多数の穴１１４ｂは、エッチングによって形成されたものであり、一般的なフォトマスクの製作と同様の工程で容易に製作することができる。また、ピンホール板１０６のクロム膜１１１をカバーするように、薄いポリマーの膜から成るペリクル１１３が配置されている。これは、クロム膜１１１内の多数の穴１１４ｂにゴミ等が付かないようにするためである。

さらに、本実施例のピンホール板１０６の上側の面には、多数の穴１１４ａを有するアルミ膜１１２が付けられている。このアルミ膜１１２の穴１１４ａは、クロム膜１１１の穴１１４ｂと、ＸＹ平面内で中心点が一致する位置に形成されている。すなわち、上から照射される紫外光Ｌ１４の内、アルミ膜１１２の穴１１４ａを通過するものが、クロム膜１１１の穴１１１ｂをカバーするように照射され、この穴１１４ｂから下に紫外光を出射させるようになっている。したがって、アルミ膜１１２の穴１１４ａの直径は、クロム膜１１１の穴１１４ｂの直径よりも多少大きくなっている。

ピンホール板１０６におけるクロム膜１１１内の穴１１４ｂの位置での光の像が、図１に示されたレンズ１０７ａ、１０７ｂとで構成される縮小投影光学系１０８によって、基板１０９上にパターン投影される。縮小投影光学系１０８の倍率は１／５となっている。なお、縮小投影光学系１０８が単に２枚のレンズの構成で示してあるが、実際には収差を抑制するために、多数のレンズで構成させる方が好ましく、例えば、ｉ線露光装置用の倍率１／５の縮小投影光学系を用いることが好ましい。

以上のように、パターン描画装置１００では、マイクロレンズアレイを用いずに、基板に微小なスポットを多数投影させており、これによって、従来と同様のパターンを描画できる。しかも露光光として波長３６５ｎｍの紫外光を用いているが、ピンホール板１０６は、基板として石英板から成るため、この波長での吸収率は０．１％以下と非常に小さく、僅かな吸収によって加熱されても、熱膨張率が非常に低いため、クロム膜１１１における多数の穴１１４ｂの相対位置が大きく変動することはない。

なお、ピンホール板１０６に照射される紫外光Ｌ１４の内、アルミ膜１１２の穴１１４ａ以外に当たるものは、反射して正反対の方向に戻されるため、光のアイソレータを用いてもよい。その構成として、例えば、縮小投影光学系１０４とピンホール板１０６との間に、１／４波長板を配置し、ミラー１０２を偏向ビームスプリッタとすると、紫外光Ｌ１１が直線偏向の場合、ピンホール板１０６で反射して戻された紫外光をミラー１０２で透過させることができ、図示されていない光源の方まで戻させない構成にすることも可能である。

本発明の一実施例に係るパターン描画装置１００の構成を示す図である。 図１のパターン描画装置に使用されるピンホール板１０６の断面図である。 従来のパターン描画装置２００の構成を示す図である。 ピンホール板２０６の構成図である。 パターン描画装置２００による描画を説明する図である。

符号の説明

１００、２００ パターン描画装置
１０１、２０１ ＤＭＤ
１０２、２０２ ミラー
１０３ａ、１０３ｂ、１０７ａ、１０７ｂ、２０３ａ、２０３ｂ、２０７ａ、２０７ｂ レンズ
１０４、２０４ 投影光学系
１０６、２０６ ピンホール板
１０８、２０８ 縮小投影光学系
１０９、２０９ 基板
１１０ 石英板
１１１ クロム膜
１１２ アルミ膜
１１３ ペリクル
１１４ａ アルミ膜１１２に形成された穴
１１４ｂ クロム膜１１１に形成された穴
２０５ マイクロレンズアレイ
２１０ ピンホール板２０６の投影領域
２１１ 露光された領域
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４ 紫外光

Claims (7)

1. 波長４００ｎｍ以下の紫外光を発生できる紫外光発生部、二次元配列状の微小ミラー、多数の穴を有する遮光膜が付けられた前記紫外光を透過する板から成るピンホール板、前記二次元配列状の微小ミラーの面を前記ピンホール板に投影する投影光学系、及び前記ピンホール板における前記遮光膜の面を描画対象の基板に投影する縮小投影光学系を含み、前記投影光学系はマイクロレンズアレイを含んでいないことを特徴とするパターン描画装置。
2. 前記ピンホール板における前記紫外光が照射される面の側に、前記遮光膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のパターン描画装置。
3. 前記遮光膜はアルミニウムからなることを特徴とする請求項１又は２記載のパターン描画装置。
4. 前記ピンホール板は石英からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のパターン描画装置。
5. 光源と、二次元配列状の微小ミラーとを備え、前記光源からの光を前記微小ミラーを介して基板上に投影する構成を有するパターン描画装置において、前記微小ミラーからの像をマイクロレンズアレイを介することなく、ピンホール板に投影する構成を有し、前記光源として、紫外光を発生する光源を使用し、前記ピンホール板は前記紫外光を透過する石英によって構成された部材板と、当該部材板の前記紫外光の入射面側に設けられ、多数の穴を規定する遮光膜とを有していることを特徴とするパターン描画装置。
6. 請求項５において、前記部材板の遮光膜と反対側の面には、前記遮光膜の穴よりも小さい穴を規定する膜が形成されていることを特徴とするパターン描画装置。
7. 請求項６において、前記遮光膜及び前記反対側の面に形成された膜はそれぞれアルミニウム及びクロムによって形成されていることを特徴とするパターン描画装置。

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