JP4686753B2 - 露光方法及び露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体基板のリソグラフィ工程に使用される露光方法及び露光装置に関する。

従来、露光装置として、デジタルマイクロミラーデバイスのミラーパターンにレーザ光を照射し、それによって形成される被転写パターンをガルバノミラーによってワークの平面等に照射するように構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３０５２７９号公報の図２、図７

しかしながら、上記特許文献１の発明は、デジタルマイクロミラーデバイスの被転写パターンを単に転写するだけなので、被転写パターン毎に照射量を変更することは困難であった。そのため、例えば半導体ウェーハ等においてフォトレジストの層厚が部分的に異なるような場合、フォトレジストを適切に露光することが困難であった。
本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、ワークに対して適切な照射を行うことが可能な露光方法及び露光装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の露光装置は、被転写パターンを形成するためのマイクロミラーが縦横に並んだデジタルマイクロミラーデバイスと、デジタルマイクロミラーデバイスを照明して被転写パターンを形成させる照明手段と、デジタルマイクロミラーデバイスに形成される被転写パターンを偏向反射してワークに照射するガルバノミラー又はポリゴンミラーとを備えた露光装置であって、被転写パターン毎に適切な露光量となるように照射継続時間を設定しておき、縦方向又は横方向のいずれか一の方向に一次元的に並ぶマイクロミラーによって構成されるミラー列を利用し、このミラー列に一の被転写パターンを形成させ、ガルバノミラー又はポリゴンミラーの動作に伴って、被転写パターンを形成すべきミラー列を前記一の方向と直交する方向に移行させると共に、移行後のミラー列に前記一の被転写パターンと同じ被転写パターンを形成させ、停止したワークの同一部分に継続的に同じ被転写パターンを照射させることができるように構成したことを特徴とする。

請求項２に記載の露光装置は、被転写パターンを形成するための画素が縦横に並んだ液晶と、液晶を照明して被転写パターンを形成させる照明手段と、液晶によって形成される被転写パターンを偏向反射してワークに照射させるガルバノミラー又はポリゴンミラーとを備えた露光装置であって、被転写パターン毎に適切な露光量となるように照射継続時間を設定しておき、縦方向又は横方向のいずれか一の方向に一次元的に並ぶ画素によって構成される画素列を利用し、この液晶に一の被転写パターンを形成させ、ガルバノミラー又はポリゴンミラーの動作に伴って、被転写パターンを形成する画素列を前記一の方向と直交する方向に移行させると共に、移行後の画素列に前記一の被転写パターンと同じ被転写パターンを形成させ、停止したワークの同一部分に継続的に同じ被転写パターンを照射させることができるように構成したことを特徴とする。

請求項１〜３に記載の露光方法によれば、空間光変調手段は任意の被転写パターンを自由に形成できるので、被転写パターン毎にマスク等を用意する必要がなくなる結果、リソグラフィ工程等に要する費用を安価なものとすることができる。また、ワークの同一部分に同一の被転写パターンを継続的又は間欠的に照射するので、その継続時間や繰返し照射回数を適宜設定することで、被転写パターン毎に適切な露光量とすることが可能である。さらに、この方法によれば、パターンの解像度を犠牲にせずに露光面積が拡大できる。なお、偏向反射手段によって偏向される方向（光の走査方向）は一方向でなくてもよく、交差する二方向としてもよい。

請求項４〜８に記載の露光装置によれば、空間光変調手段は任意の被転写パターンを自由に形成できるので、被転写パターン毎にマスク等を用意する必要がなくなる結果、リソグラフィ工程等に要する費用を安価なものとすることができる。また、ワークの同一部分に同一の被転写パターンを継続的又は間欠的に照射するので、継続時間や繰返し照射回数を適宜に設定することで、被転写パターン毎に適切な露光量とすることが可能である。さらに、この装置によれば、パターンの解像度を犠牲にせずに露光面積が拡大できる。なお、偏向反射手段によって偏向される方向（光の走査方向）は一方向でなくてもよく、交差する二方向としてもよい。

図１には露光装置の光学系が示されている。また、図２には露光装置の制御系を示すブロック図が示されている。以下、露光装置１の各部を説明する。

（照明手段）
照明手段２は空間光変調手段３を照らすためのものである。光源としてはメタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ又は発光ダイオード等が使用される。空間光変調手段３を前記照明手段２によって照明するにあたっては、特に限定はされないが、空間光変調手段３がデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）の場合には、後述のコリメートレンズ８を介して平行光又は集束光をデジタルマイクロミラーデバイスの主面の法線方向から照らすことが好ましい。この法線方向から照らすためには、たとえば、アパーチャ等で点光源を作り、それをハーフミラーでもってコリメートレンズを介して光をデジタルマイクロミラーデバイスに導くようにすればよい。一方、空間光変調手段３が液晶の場合には、液晶の背後から光で照らせばよい。

（空間光変調手段）
空間光変調手段３は、特に検定はされないが、縦横にマイクロミラーが並んだデジタルマイクロミラーデバイスや、縦横に画素が並んだ液晶が使用される。
前者のデジタルマイクロミラーデバイスは空間光変調手段の一種であり、固定軸回りに回転するマイクロミラーと呼ばれる多数のミラーを持つデバイスである。このデジタルマイクロミラーデバイスの各マイクロミラーは静電界作用などによって回転制御される。この回転制御によって、デジタルマイクロミラーデバイスは任意のミラーパターンを坦持することができ、照明手段２によってそのミラーパターンが照らされた際に被転写パターン（転写すべき光像パターン）が形成される。
一方、後者の液晶も空間光変調手段の一種であり、多数の画素を持つデバイスである。この液晶の各画素は電圧制御される。この電圧制御によって、液晶は任意の画素パターンを坦持することができ、その画素パターンが照らされた際に被転写パターンが形成される。
なお、空間光変調手段３の動作制御は図２に示す制御装置４によってなされる。この場合の空間光変調手段用制御プログラムは予め、又は適宜に入力部５から入力され記憶部６に格納される。また、空間光変調手段３の被転写パターンデータも予め、又は適宜に入力部５から入力される。そして、被転写パターンデータは空間光変調手段用制御プログラムに従って処理され、その処理結果に基づいて空間光変調手段３が動作制御される。

（偏向反射手段）
偏向反射手段７としては、特に限定はされないが、ポリゴンミラー又はガルバノミラーが使用される。この偏向反射手段７の動作制御は図２に示す制御装置４によってなされる。この場合の偏向反射手段用制御プログラムは予め、又は適宜に入力部５から入力され記憶部６に格納される。また、偏向反射手段７の動作速度データも予め、又は適宜に入力部５から入力される。そして、動作速度データは偏向反射手段用制御プログラムに従って処理され、その処理結果に基づいて偏向反射手段７が動作制御される。

（レンズ系）
図１において符号８はコリメートレンズ、符号９，１０は両側テレセントリック光学系を構成するレンズ、符号１１は絞り面である。これらレンズによって空間光変調手段３の被転写パターンの中間像が偏向反射手段７に照射される。また、符号１２は結像レンズであり、空間光変調手段３からの被転写パターンがこの結像レンズ１２によってワーク表面に照射される。なお、各レンズは単一の場合だけでなく、収差等の解消のため、複数のレンズから構成されていてもよい。

（テーブル）
テーブル１３はワークを吸着支持するためのものである。なお、このテーブル１３は図２に示す制御装置４によって動作制御される。この場合のテーブル用制御プログラムは予め、又は適宜に入力部５から入力され記憶部６に格納される。また、テーブル１３の動作データも予め、又は適宜に入力部５から入力される。そして、動作データはテーブル用制御プログラムに従って処理され、その処理結果に基づいてテーブル１３が動作制御される。
なお、テーブル１３、空間光変調手段３及び偏向反射手段７の動作は相互に関連付けられている。すなわち、テーブル１３の動作は空間光変調手段３の構成・動作や偏向反射手段７の構成・動作に依存する。また、空間光変調手段３の動作は偏向反射手段７の構成・動作に依存する。

次に、図１に示す露光装置１で実施される露光方法を説明する。
制御装置４により空間光変調手段３に被転写パターンを形成し、照明手段２によって空間光変調手段３の被転写パターンを照らす。すると、空間光変調手段３によって形成される被転写パターンはコリメートレンズ８、テレセントリックレンズ９，１０、偏向反射手段７及び結像レンズ１２を介してワークに照射される。この場合、偏向反射手段７の動作に応じて空間光変調手段３の動作を制御し、ワークの所定部分に同一の被転写パターンを継続的又は間欠的に照射するようにする。そして、ワークの所定部分に十分な時間被転写パターンが照射されたなら、制御装置４によりテーブル１３を動作させ、次の被転写パターンをワークの別の部分に照射する。そして、必要ならば、その被転写パターンを上記と同様な方法によって継続的又は間欠的に照射する。以上の方法を繰り返して、ワークの必要箇所に転写パターンを形成する。

この方法は具体的には以下のようにして実施される。なお、以下では、空間光変調手段３としてデジタルマイクロミラーデバイス、偏向反射手段７としてポリゴンミラーを用いた場合を例に説明するが、空間光変調手段３として液晶、偏向反射手段７としてガルバノミラーを用いた場合もほぼ同様である。したがって、その説明は省略する。なお、ポリゴンミラーのミラー面は便宜上６つとしてあるが、これに限定されるものではない。

（具体的方法その１）
図３（Ａ）に示すようにポリゴンミラーが回転し所定位置に来た時（例えばポリゴンミラーのＣ１面が所定位置に来た時）、デジタルマイクロミラーデバイスの縦方向又は横方向のいずれか一の方向に一次元的に並ぶマイクロミラーによって構成されるミラー列の１つ（例えばＡ１）に被転写パターン２０を形成する（図４（Ａ）参照）。そして、この被転写パターン２０をコリメートレンズ８、テレセントリックレンズ９，１０、偏向反射手段７及び結像レンズ１２を介してワークの所定部分（例えばＢ１）に照射する。そして、次の瞬間に、被転写パターンを形成すべきミラー列を隣の列（例えばＡ２）に移行するとともに、そのミラー列に被転写パターン２０を形成する（図３（Ｂ）、図４（Ｂ）参照）。移行及びパターン形成のタイミングは、ポリゴンミラーの回転速度等を考慮して決定される。すなわち、ポリゴンミラーの回転速度等を考慮して、移行後のミラー列によって形成される被転写パターン２０が先ほどと同一部分（例えばＢ１）に照射されるようなタイミングとする。このようにして、同じ被転写パターン２０を形成するミラー列を順次に移行し、ワークの同一部分を適切な照射量で照射する。以上のようにして、ワークの一の部分（例えばＢ１）が適切に照射されたなら、制御装置４によりテーブル１３を動作させ、次の被転写パターンをワークの別の部分（（例えばＢ２）に照射する。そして、必要ならば、その被転写パターンを上記と同様な方法によって継続的に照射する。以上の方法を繰り返して、ワークの必要箇所に転写パターンを形成する。

（具体的方法その２）
図５（Ａ）に示すようにポリゴンミラーが回転し所定位置に来た時（例えばＣ１面が所定位置に来た時）、デジタルマイクロミラーデバイスの縦方向又は横方向に二次元的に並ぶマイクロミラーに被転写パターン２１を形成する（図６（Ａ）参照）。そして、この被転写パターン２０をコリメートレンズ８、テレセントリックレンズ９，１０、偏向反射手段７及び結像レンズ１２を介してワークの所定部分（例えばＢ１１）に照射する。そして、次の瞬間に、被転写パターンを消去する。さらに、ポリゴンミラーが回転して当該ポリゴンミラーの位置が前記所定位置と等価となった時（例えばＣ２面の位置が先ほどのＣ１面と同じ位置になった時）、デジタルマイクロミラーデバイスの縦方向又は横方向に二次元的に並ぶマイクロミラーに先ほどと同じ被転写パターン２１を形成する（図５（Ｂ）、図６（Ｂ）参照）。そして、この被転写パターン２１をコリメートレンズ８、テレセントリックレンズ９，１０、偏向反射手段７及び結像レンズ１２を介してワークの所定部分（例えばＢ１１）に照射する。このような操作を適切な照射量が得られるまで繰り返す。以上のようにして、ワークの一の部分（例えばＢ１１）が適切に照射されたなら、制御装置４によりテーブル１３を動作させ、次の被転写パターンをワークの別の部分（（例えばＢ２）に照射する。そして、必要ならば、その被転写パターンを上記と同様な方法によって間欠的に照射する。この方法によれば、パターンの解像度を犠牲にせずに露光面積が拡大できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であることはいうまでもない。

上記実施形態は、ワークの同一部分に同じ被転写パターンを継続的又は間欠的に照射する場合であったが、その両者を組み合わせるようにしてもよい。

なお、上記実施形態にフォーカス合わせ手段を組み込むことが好ましい。空間光変調手段３に担持される被転写パターン又は検査用の特別なパターンを反映した光をワークに照射し、ワークでの反射光を検出し、その検出された光像のぼけ具合に応じてテーブルひいてはワークを移動させることによりフォーカス合わせを行うようにすることが好ましい。すなわち、検出された光像の明暗に応じた（受光量に応じた）電気信号の値を演算し、その演算値が基準値よりも小さいとき（ぼけ具合が大きいとき）はテーブル１３又は光学系のいずれかを互いに離接する方向に移動させてぼけ具合を解消させることが好ましい（図７参照）。

本発明に係る露光装置の光学系を示す図である。 本発明に係る露光装置の制御系を示すブロック図である。 本発明に係る露光装置の作用及び露光方法を説明するための図である。 本発明に係る露光装置の作用及び露光方法を説明するための図である。 本発明に係る露光装置の作用及び露光方法を説明するための図である。 本発明に係る露光装置の作用及び露光方法を説明するための図である。 フォーカス合わせ装置のフォーカス合わせ方法を説明するための図である。

符号の説明

１ 露光装置
２ 照明手段
３ 空間光変調手段
７ 偏向反射手段
８〜１０，１２ レンズ

Claims (2)

1. 被転写パターンを形成するためのマイクロミラーが縦横に並んだデジタルマイクロミラーデバイスと、デジタルマイクロミラーデバイスを照明して被転写パターンを形成させる照明手段と、デジタルマイクロミラーデバイスに形成される被転写パターンを偏向反射してワークに照射するガルバノミラー又はポリゴンミラーとを備えた露光装置であって、被転写パターン毎に適切な露光量となるように照射継続時間を設定しておき、縦方向又は横方向のいずれか一の方向に一次元的に並ぶマイクロミラーによって構成されるミラー列を利用し、このミラー列に一の被転写パターンを形成させ、ガルバノミラー又はポリゴンミラーの動作に伴って、被転写パターンを形成すべきミラー列を前記一の方向と直交する方向に移行させると共に、移行後のミラー列に前記一の被転写パターンと同じ被転写パターンを形成させ、停止したワークの同一部分に継続的に同じ被転写パターンを照射させることができるように構成したことを特徴とする露光装置。
2. 被転写パターンを形成するための画素が縦横に並んだ液晶と、液晶を照明して被転写パターンを形成させる照明手段と、液晶によって形成される被転写パターンを偏向反射してワークに照射させるガルバノミラー又はポリゴンミラーとを備えた露光装置であって、被転写パターン毎に適切な露光量となるように照射継続時間を設定しておき、縦方向又は横方向のいずれか一の方向に一次元的に並ぶ画素によって構成される画素列を利用し、この液晶に一の被転写パターンを形成させ、ガルバノミラー又はポリゴンミラーの動作に伴って、被転写パターンを形成する画素列を前記一の方向と直交する方向に移行させると共に、移行後の画素列に前記一の被転写パターンと同じ被転写パターンを形成させ、停止したワークの同一部分に継続的に同じ被転写パターンを照射させることができるように構成したことを特徴とする露光装置。」