JP4929444B2 - パターン描画装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路の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る他、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としても利用できるパターン描画装置に関する。尚、本発明においては、パターン描画をする対象であるマスクとウエハとを区別しないため、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（リソグラフィ工程）では、回路パターンが描かれたマスク（あるいはレチクルとも呼ばれる）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）必要がある。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べく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る。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（Electron Beam）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（紫外レーザ光）を用いてパターン描画（即ち、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マイクロミラーデバイス（あるいは、空間光変調器またはＳＬＭ（Spatial Light Modulators）とも呼ばれる）を用いて、これにパルス状の紫外レーザ光を照射し、各マイクロミラー毎に制御された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という特徴があることが知られている。尚、これに関しては、例えば、非特許文献１あるいは特許文献１において示されている。

一方、ＳＬＭとは異なり、マイクロミラーデバイスにおける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を用いたパターン描画装置が用いられることもある。これに関しては、例えば、特許文献２において示されている。

米国特許第６，４２８，９４０号 米国特許第６，４７３，２３７号 「Proceedings of SPIE, Vol.4186」, 第１６〜２１頁

特に紫外の光源を用いた前記従来のパターン描画装置では、マイクロミラーが紫外光の照射によって劣化することがある。例えば、マイクロミラーが回転しなくなることがあり、その結果、要求されるパターンを描画できないことがあった。

本発明の目的は、劣化したマイクロミラーがマイクロミラーデバイスにおけるどの位置のマイクロミラーであるかを把握できるパターン描画装置を提供することであり、それによって、たとえ幾つかのマイクロミラーが劣化したとしても、要求されるパターンを描画できるパターン描画装置を提供することである。

本発明によれば、以下の態様１〜１４が少なくとも得られる。

（１）二次元配列された複数のマイクロミラーを光制御素子として有するパターン描画装置において、前記複数のマイクロミラーに対応して配列され、該複数のマイクロミラーそれぞれの反射光を受光して該複数のマイクロミラーそれぞれの劣化を検出可能な複数の受光素子を有することを特徴とするパターン描画装置。

（２）前記マイクロミラーを駆動制御する制御部をさらに有し、前記制御部は、前記受光素子の検出信号に基づいて、劣化のあるマイクロミラーが本来担うべき作動を劣化のないマイクロミラーによって代替するように制御する上記態様１に記載のパターン描画装置。

（３）パターン描画する対象物を移動させるステージををさらに有し、前記受光素子は、前記ステージ上に備えられている上記態様１または２に記載のパターン描画装置。

（４）前記ステージは、パターン描画する対象物を載置してこれを二次元方向に可動なステージ台を含んでおり、前記受光素子は、前記ステージ台の対象物載置面上に平坦に備えられている上記態様３に記載のパターン描画装置。

（５）前記受光素子は、前記ステージ台の可動範囲外、かつ、該ステージ台の対象物載置面上に置かれるべき対象物の描画面と同じ高さ位置に備えられている上記態様３に記載のパターン描画装置。

（６）前記複数の受光素子は、単一の電荷結合素子に含まれる複数のフォトトランジスタである上記態様１乃至５のいずれか１つに記載のパターン描画装置。

（７）前記マイクロミラーからの反射光を縮小投影する縮小投影光学系をさらに有する上記態様１乃至６のいずれか１つに記載のパターン描画装置。

（８）前記制御部は、第１のマイクロミラーが劣化した際に該第１のマイクロミラーと同じ描画位置かつ同じ多重度で描画するように、第２のマイクロミラーを１個以上代替用として駆動制御する上記態様２乃至７のいずれか１つに記載のパターン描画装置。

（９）二次元配列された複数のマイクロミラーをによって、光を制御してパターン描画を行うパターン描画方法において、
パターン描画を行う前に、前記複数のマイクロミラーに対応して配列された複数の受光素子によって、該複数のマイクロミラーそれぞれの反射光を受光して該複数のマイクロミラーそれぞれの劣化を検出することを特徴とするパターン描画方法。

（１０）前記受光素子の検出結果に基づいて、劣化のあるマイクロミラーが本来担うべき作動を劣化のないマイクロミラーによって代替するように、前記マイクロミラーを駆動制御する上記態様９に記載のパターン描画方法。

（１１）第１のマイクロミラーが劣化した際に該第１のマイクロミラーと同じ描画位置かつ同じ多重度で描画するように、第２のマイクロミラーを１個以上代替用として駆動制御する上記態様９または１０に記載のパターン描画方法。

（１２）二次元配列された複数のマイクロミラーを光制御素子として有するパターン描画装置に適用されるマイクロミラー劣化検出装置であって、
前記複数のマイクロミラーに対応して配列され、該複数のマイクロミラーそれぞれの反射光を受光して該複数のマイクロミラーそれぞれの劣化を検出可能な複数の受光素子を有することを特徴とするマイクロミラー劣化検出装置。

（１３）前記受光素子の検出信号に基づいて、劣化のあるマイクロミラーが本来担うべき作動を劣化のないマイクロミラーによって代替するように、前記マイクロミラーを駆動制御する制御部をさらに有する上記態様１２に記載のマイクロミラー劣化検出装置。

（１４）前記制御部は、第１のマイクロミラーが劣化した際に該第１のマイクロミラーと同じ描画位置かつ同じ多重度で描画するように、第２のマイクロミラーを１個以上代替用として駆動制御する上記態様１２または１３に記載のマイクロミラー劣化検出装置。

本発明のパターン描画装置では、劣化したマイクロミラーの位置を正確に検出できるため、その情報に基づき、パターン描画時のマイクロミラーの制御手法を補正することで、描画パターンに影響を及ぼすことがない。

しかも、ＣＣＤがステージに備えられていることから、光路を遮ることもないため、光学系の設計が、ＣＣＤを用いない場合と全く同じであり、設計変更が不要である。

また、前記実施例で説明したパターン描画装置では、スポット露光によって描画する装置を例にとって説明したが、マイクロミラーデバイスを縮小投影光学系によって、基板上に単純に縮小する構成のパターン描画装置にも適用できる。

本発明によるパターン描画装置は、二次元配列状に光受光素子が並んでいる電荷結合素子（ＣＣＤ（Charge-Coupled Device））を備えている。本発明によるパターン描画装置によると、マイクロミラーデバイスにおける各マイクロミラーを、ＣＣＤにおける各光受光素子に対応させることができるため、どのマイクロミラーが劣化しているかを知ることができる。しかも、基板をスキャンさせるためのステージにＣＣＤを備えることで、途中の光路を遮ることがないため、光学系の設計変更も不要である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例１によるパターン描画装置１００の構成図である。

パターン描画装置１００では、水銀ランプ１０１から放射された波長３６５ｎｍの紫外光ＵＶ１を集光ミラー１０２で平行ビームに成形し、ミラー１０４に入射させ、反射した紫外光ＵＶ２をマイクロミラーデバイス１０７の表面に入射させる。

マイクロミラーデバイス１０７で反射した（描画に利用する）紫外光ＵＶ３は、レンズ１０８ａ、１０８ｂとで構成される投影光学系１０９を通り、マイクロレンズアレイ１１１上に投影される。この際に、マイクロミラーデバイス１０７における各マイクロミラーが、マイクロレンズアレイ１１１における各マイクロレンズに１対１に対応している。

紫外光ＵＶ４は、マイクロレンズアレイ１１１によって集光され、マルチピンホール板１１２上に投影される。マルチピンホール板１１２を通過できる紫外光ＵＶ５が多数の細い光線に分割される。ただし、マルチピンホール板１１２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い。

マルチピンホール板１１２における各ピンホールの像が、縮小投影光学系１１３によって、基板１１４上にパターン投影される。縮小投影光学系１１３の倍率は１／５となっており、ここではｉ線露光装置用の倍率１／５の縮小投影光学系が利用されている。

マルチピンホール板１１２を上から見ると、図２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。パターン描画装置１００では、描画中は、ステージ１１６におけるステージ台１１５をスキャンさせることで、基板１１４内で投影されたスポットがスキャンすることから、図３に示したように、マイクロミラーデバイス１０７の１回のＯＮ動作で露光されるマルチピンホール板１１２の投影領域１２０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、露光された領域１２２のように、基板１１２のスキャンによって露光されるようになる。

パターン描画装置１００では、図１に示されたように、基板１１４を載せるステージ台１１５の中に、ＣＣＤ１１７が埋め込まれている。ＣＣＤ１１７中では、二次元配列状に光受光素子であるフォトダイオードが並んでいる。ただし、図１は側面図であるが、ステージ台１１５を上から見ると、マルチピンホール板１１における各ピンホールと同程度に、ＣＣＤ１１７における各光受光素子が斜めになるように、ＣＣＤ１１７自体が斜めになって取り付けられている。

これによって、基板１１４を設置する前に、紫外光ＵＶ１を発生させて、マイクロミラーデバイス１０７における全てのマイクロミラーをＯＮ状態（即ち、パターン描画する方向に紫外光を進ませる）にすることで、マイクロミラーデバイス１０７における各マイクロミラーが、ＣＣＤ１１７における各光受光素子に１対１に対応するようになる。

以上より、ＣＣＤ１１７によって、マイクロミラーデバイス１０７におけるマイクロミラーの劣化を感知することができる。即ち、ＣＣＤ１１７において、紫外光を受光しなかった光受光素子が存在する場合は、マイクロミラーデバイス１０７においてそれに対応する位置のマイクロミラーが劣化していることが判る。

一方、制御部１１８では、信号線１１９ａによって、ＣＣＤ１１７からの信号が伝えられ、劣化したマイクロミラーが感知されるため、そのマイクロミラーを利用せずにパターン描画するように、信号線１１９ｂによって、マイクロミラーデバイス１０７を制御している。

尚、ＣＣＤがステージに備えられていることから、光路を遮ることもないため、光学系の設計が、ＣＣＤを用いない場合と全く同じであり、設計変更が不要である。

また、図４に示したように、ＣＣＤ１１７の上面は、紫外光ＵＶ６の最小スポット位置よりも下側にあるため、多少、拡大されたスポットが照射されることになるため、紫外光ＵＶ６の照射光強度が低下することから、ＣＣＤ１１７における各光受光素子において焼け焦げ等の劣化が生じることはない。

尚、基板１１４が点線で描かれているのは、ＣＣＤ１１７での測定時には基板１１４がステージ台１１５上に搭載されていないことを示している。

図５を参照して、本発明の実施例２によるパターン描画装置は、基本的には図１に示したパターン描画装置１００と同じ構成である。ただし、パターン描画装置は、ＣＣＤの設置場所がパターン描画装置１００とは異なっている。

実施例２によるパターン描画装置において、ＣＣＤ１１７’は、ステージ台１１５’の端に取り付けられたＣＣＤ台１１７”に備えられている。

本装置においても、紫外光ＵＶ１（図１）を発生させて、マイクロミラーデバイス（図１）における全てのマイクロミラーをＯＮ状態（即ち、パターン描画する方向と同方向にに紫外光を進ませる）にすることで、マイクロミラーデバイスにおける各マイクロミラーが、ＣＣＤ１１７’における各光受光素子に１対１に対応するようになる。ＣＣＤ１１７’によって、マイクロミラーデバイスにおけるマイクロミラーの劣化を感知することができる。即ち、ＣＣＤ１１７”において、紫外光を受光しなかった光受光素子が存在する場合は、マイクロミラーデバイスにおいてそれに対応する位置のマイクロミラーが劣化していることが判る。

一方、制御部（図１）では、信号線によって、ＣＣＤ１１７からの信号が伝えられ、劣化したマイクロミラーが感知されるため、そのマイクロミラーを利用せずにパターン描画するように、信号線によって、マイクロミラーデバイスを制御する。

実施例２においては、ＣＣＤ台１１７”およびＣＣＤ１１７’がステージ台１１５’の端に、即ち、基板１１４を避けて取り付けられているため、ステージ台１１５’上に基板１１４を搭載したままでマイクロミラーの劣化検出が可能であり、通常のパターン描画工程ならびにマイクロミラーの劣化検出工程共に、合理的に実行できる。

また、ＣＣＤ１１７’の上面が基板１１４の上面と同じかほぼ同じ高さになり、集光される紫外光ＵＶ６は、精密にＣＣＤ１１７’における各光受光素子に照射される。この結果、各マイクロミラーの劣化の有無を、実施例１よりも正確に検出することが期待される。

以上説明した本発明によれば、マイクロミラーデバイスにおいて劣化したマイクロミラーを検出できる。検出の結果、劣化したマイクロミラーが存在する場合には、劣化したマイクロミラーが本来露光すべきスポットを、他のマイクロミラーによって代替的（補完的）に露光する必要が生じることから、パターン描画に余裕があることが好ましい。即ち、同じスポット位置に投影するスポット数の多重度で表現される階調数（グレースケール数）を、通常の露光の最大値よりも１段階多く露光できる構成にしておくと有利である。

以上、本発明ついて複数の実施例それぞれに即して説明してきたが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。

本発明のパターン描画装置の構成図である。 マルチピンホール板の構成図である。 パターン描画装置による描画の説明図である。 マイクロミラーデバイスの動作チェック時の説明図である。 マイクロミラーデバイスの動作チェック時の説明図である。

符号の説明

１００ パターン描画装置
１０１ 水銀ランプ
１０７ マイクロミラーデバイス
１０９ 投影光学系
１１１ マイクロレンズアレイ
１１２ マルチピンホール板
１１３ 縮小投影光学系
１１４ 基板
１１５ ステージ台
１１６ ステージ
１１７、１１７’ ＣＣＤ
１１７” ＣＣＤ台
１１８ 制御部
１２０ （マルチピンホール板１１２の）投影領域
１２２ 露光された領域
ＵＶ１〜ＵＶ６ 紫外光

Claims (6)

1. 二次元配列され、光源からの光を反射する複数のマイクロミラーを光制御素子として有するパターン描画装置において、
   パターン描画する対象物をＸ、Ｙ方向に移動させるステージと、
   前記複数のマイクロミラーからの反射光を透過可能な複数のピンホールがＸ、Ｙ方向に対して斜めに形成されたマルチピンホール板とを有し、
   前記ステージによって移動される前記対象物に、前記光源から前記マイクロミラーおよび前記マルチピンホール板を経た露光光を照射するパターン描画装置であって、
   前記マルチピンホール板の前記複数のピンホールに対応するようにＸ、Ｙ方向に対して斜めに前記ステージに配列され、前記露光光を受光し該マルチピンホール板の該複数のピンホールに対応した前記マイクロミラーの劣化を検出可能な複数の受光素子と、
   前記受光素子の検出信号に基づいて、劣化のあるマイクロミラーが本来担うべき作動を劣化のないマイクロミラーによって代替するように、前記マイクロミラーを駆動制御する制御部とをさらに有し、
   前記制御部は、第１のマイクロミラーが劣化した際に該第１のマイクロミラーと同じ描画位置かつ同じ多重度で描画するように、第２のマイクロミラーを１個以上代替用として駆動制御することを特徴とするパターン描画装置。
2. 前記ステージは、ベース部と、パターン描画する対象物を載置して前記ベース部上を二次元方向に可動なステージ台とを含んでおり、
   前記受光素子は、前記ステージ台の対象物載置面上に平坦に備えられている請求項１に記載のパターン描画装置。
3. 前記ステージは、ベース部と、パターン描画する対象物を載置して前記ベース部上を二次元方向に可動なステージ台とを含んでおり、
   前記受光素子は、前記ステージ台における対象物の載置範囲外、かつ、該ステージ台の対象物載置面上に置かれるべき対象物の描画面と同じ高さ位置に備えられている請求項２に記載のパターン描画装置。
4. 前記複数の受光素子は、単一の電荷結合素子に含まれる複数のフォトトランジスタである請求項１乃至３のいずれか１つに記載のパターン描画装置。
5. 前記マイクロミラーからの反射光を縮小投影する縮小投影光学系をさらに有する請求項１乃至４のいずれか１つに記載のパターン描画装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のパーン描画装置を用いて、対象物にパターン描画を行うパターン描画方法において、
   パターン描画を行う前に、前記マルチピンホール板の前記複数のピンホールに対応した前記マイクロミラーの劣化を検出する工程と、
   前記受光素子の検出結果に基づいて、劣化のあるマイクロミラーが本来担うべき作動を劣化のないマイクロミラーによって代替するように、前記マイクロミラーを駆動制御する工程とを有し、
   前記マイクロミラーを駆動制御する前記工程において、前記第１のマイクロミラーが劣化した際に該第１のマイクロミラーと同じ描画位置かつ同じ多重度で描画するように、第２のマイクロミラーを１個以上代替用として駆動制御することを特徴とするパターン描画方法。

Images