JP6904662B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

本願の発明は、フォトリソグラフィにおける露光技術に関するものである。

フォトリソグラフィは、対象物に微細な形状を作り込む技術として各種の用途で用いられている。代表的には、各種電子機器に搭載されているプリント基板の製造における回路パターンの形成のために、フォトリソグラフィが行われている。フォトリソグラフィにおいては、得ようとしている形状の光を対象物に照射する露光工程が存在しており、露光装置が使用される。

露光装置には、投影露光、コンタクト露光、プロキシミティ露光等の各種方式が存在している。これら方式では、光源からの光をフォトマスクを介して対象物（以下、ワークという）に照射する構成となっている。フォトマスクは、石英ガラス基板のような透明なガラス基板上に、クロム等の遮光性材料でパターンが形成されており、このパターンにより光の透過、遮断が制御される。このパターンは、ワークに形成しようとするパターンと同じものであり、このパターンの光がワーク上に投影又は転写されることで露光が行われる。以下、ワーク上に照射される光のパターンを露光パターンといい、マスク上に形成されているパターンをマスクパターンという。

特開平６−２３２０２４号公報 特開２００４−８７７７１号公報

上述した従来の露光装置おいて、製品の品種が異なる場合には形成するパターンも異なるので、各品種に合わせて各フォトマスクを用意して保管しなければならず、フォトマスク自体のコストの他、管理のコストも無視できないものとなっている。この点は、多品種少量生産の傾向が大きい生産現場ほど深刻な問題となっている。
本願の発明は、上記課題を考慮して為されたものであり、異なる品種用に異なる露光パターンでの露光を行う場合にも手間やコストがかからず、多品種少量生産に適した露光技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、紫外線を含む光を放出する光源と、
透過型であるデジタルフォトマスクと、
ステージと、
ステージ上であってデジタルフォトマスクを通した光源からの光の照射位置にワークを搬送して載置する搬送系と、
光の照射位置にワークが搬送されて載置されたステージ又はデジタルフォトマスクを移動させてワークとデジタルフォトマスクとが接触した状態とする移動機構と、
光の照射位置に搬送されたワークの特定部位を撮像するカメラと、
コントローラと
を備えており、
移動機構は、ステージとデジタルフォトマスクとが接近したり離間したりする方向である接近離間方向にステージ又はデジタルフォトマスクを移動させる機構であって接近離間方向に垂直な方向及び接近離間方向を軸とする回転方向にステージ及びデジタルフォトマスクを移動させる機構ではなく、接近離間方向に垂直な方向及び接近離間方向を軸とする回転方向にはステージ及びデジタルフォトマスクを移動させることなくワークとデジタルフォトマスクとが接触した状態とする機構であり、
デジタルフォトマスクは、コントローラによって制御される多数の画素を有していて、各画素は、紫外線を透過するオフ状態と、紫外線を遮断するオン状態とを取り得るものであり、
コントローラは、マスクパターンの表示をデジタルフォトマスクに行わせるためのデータであるパターンデータを記憶した記憶部と、デジタルフォトマスクに対してパターンデータを出力してマスクパターンの表示をデジタルフォトマスクに行わせる出力部とを備えているとともに、コントローラには、カメラによる撮像データに基づいてパターンデータを修正して修正したパターンデータが出力部から出力されるようにする修正プログラムが実装されており、
修正プログラムは、カメラによるワークの特定部位の撮像データに従ってデジタルフォトマスク上におけるマスクパターンの表示位置を修正する表示位置修正モジュールを含んでおり、
前記デジタルフォトマスクは、前記カメラの撮影波長の光を透過する透過部を有しており、
前記カメラは、前記デジタルフォトマスクの当該透過部を通して前記特定部位を見込む位置に配置されており、
前記ステージへのワークの載置における基準点として載置基準点が設定されており、
前記カメラは、前記ステージ上の載置基準点を臨む位置に配置されており、
前記表示位置修正モジュールは、載置基準点からの前記特定部位のずれを前記撮像データから求めてこのずれに従ってデジタルフォトマスクにおけるマスクパターンの表示位置を修正するモジュールであり、
前記カメラの解像度は、前記デジタルフォトマスクの解像度以上である
という構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記載置基準点が光軸上の点になるよう前記カメラが配置されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項１又は２の構成において、前記ワークの特定部位は、アライメントマークであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項３の構成において、前記アライメントマークは複数設けられており、前記カメラは各アライメントマークを撮像するものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項４の構成において、前記カメラは、各アライメントマークを撮像可能な位置にそれぞれ設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項４又は５の構成において、前記修正プログラムは、前記カメラによる前記アライメントマークの撮像データに従って、デジタルフォトマスクにおけるマスクパターンの表示倍率を決定する拡縮モジュールを含んでいるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、前記請求項４、５又は６の構成において、前記修正プログラムは、前記カメラによるアライメントマークの撮像データに従ってワークの変形を判断し、その判断結果に従ってマスクパターンが変形して表示されるようにする変形モジュールを含んでいるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項８記載の発明は、前記請求項１又は２の構成において、前記ワークの特定部位は、既に行われたフォトリソグラフィにより形成されたパターンの特定箇所であるという構成を有する。

以下に説明する通り、本願の請求項１記載の発明によれば、デジタルフォトマスクを使用して露光が行われるので、異なる品種の製品のための露光を行う場合でもハードウェアとしてのフォトマスクの交換は必要なく、また品種毎にハードウェアとしてのフォトマスクを用意して管理する必要はない。このため、生産性が高く、またランニングコストの安価な露光装置が提供される。そして、ワークの特定部位の撮像結果に従って算出された表示修正データにより修正されたパターンデータでマスクパターンが表示され、そのマスクパターンを通した光でワークが露光されるので、アライメントの動作は不要となる。したがって、この点でさらに装置のコストが安価となり、また生産性が高くなる。
また、デジタルフォトマスクを通してワークの特定部位を撮像するので、特定部位を撮像する際の視差が小さくなる。このため、より高精度のデータ修正が行える。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、アライメントマークが複数設けられているので、非常に解像度の高いカメラが必要になったり、マークの拡縮からワークの拡縮を判断する際の精度が低下したりする問題がない。
また、請求項５記載の発明によれば、上記効果に加え、各アライメントマーク撮影用にそれぞれカメラが設けられているので、カメラの移動機構は不要であり、停止位置の精度も無縁となる。このため、コスト及び露光品質の面でさらに優位となる効果が得られる。
また、請求項６記載の発明によれば、上記効果に加え、ワークのサイズが変化していたとしても、そのサイズ変化に応じてマスクパターンが修正され、修正された状態で露光がされるので、サイズ変化が最終的な製品との関係で許容できるものである場合、許容できるサイズ変化に応じたパターン形成がされる。このため、製品の歩留まりを高くすることができる。
また、請求項７記載の発明によれば、上記効果に加え、ワークが変形していたとしてもその変形に応じてマスクパターンが修正され、修正された状態で露光がされるので、変形が最終的な製品との関係で許容できるものである場合、許容できるワークの変形に応じた状態でパターンが形成される。このため、製品の歩留まりを高くすることができる。
また、請求項８記載の発明によれば、上記効果に加え、階層構造のパターン形成を行う際、位置ずれや変形が補正された状態で各層のパターンが形成されるので、より良質な多層構造のパターンが得られる。

実施形態の露光装置の概略図である。 実施形態の装置におけるシーケンスプログラムの主要部を示すフローチャートである。 修正プログラムの概略を示したフローチャートである。 像原点の特定について示した概念図である。 表示位置修正モジュールについて示した概念図である。 拡縮モジュールについて示した概念図である。 変形モジュールについて示した概念図である。 実施形態の露光装置の全体の動作を示す正面断面概略図である。

次に、本願発明を実施するための形態（以下、実施形態）について説明する。
図１は、実施形態の露光装置の概略図である。図１に示す露光装置は、光源１と、フォトマスク２と、搬送系３と、装置の各部を制御するコントローラ４等を備えて構成されている。
光源１は、少なくとも紫外線を含む光を放出するものである。例えば、ショートアーク型又はロングアーク型の水銀ランプ等が光源１として採用される。
フォトマスク２は、この実施形態の露光装置を大きな特徴点を成しており、透過型のデジタルフォトマスク２が使用されている。デジタルフォトマスク２とは、一般的な用語ではないが、マスクパターンをデジタル表示するフォトマスクである。

デジタルフォトマスク２は、コントローラ４によって制御される多数の画素を有していて、各画素は、紫外線を透過するオフ状態と、紫外線を遮断するオン状態とを取り得るものであり、それら画素のオンオフのパターンが、表示されるマスクパターンである。
このようなデジタルフォトマスク２としては、この実施形態では、透過型液晶ディスプレイが使用されている。例えば、１０〜１００μｍ程度の画素ピッチの高解像度のＴＦＴカラー液晶ディスプレイが採用できる。但し、バックライトは不要であるので取り外した状態で使用される。また、市販されている液晶ディスプレイは、紫外線カットフィルタが設けられている場合があるが、その場合も取り外されて使用される。

光学系の構成は、露光の方式により異なってくる。この露光装置は、コンタクト露光を行う装置となっており、光源１とデジタルフォトマスク２の間に照射光学系５が配置されている。照射光学系５については、種々のものから任意に選択し得るが、例えばショートアーク型の紫外線ランプを光源１とした場合、光源１からの光をインテクグレータレンズで均一な強度分布の光束とした後、コリメータレンズで平行光としてデジタルフォトマスク２に照射する構成が採用され得る。デジタルフォトマスク２で透過・遮断が制御された光は、平行光のままワークＷに達してワークＷを露光する。照射光学系５は、不図示のシャッタを含んでおり、シャッタはコントローラ４によって制御される。
尚、投影露光を行う場合、デジタルフォトマスク２とワークＷの間に投影光学系が配置される。投影光学系は、デジタルフォトマスク２上のマスクパターンを投影してワークＷに光照射する。

デジタルフォトマスク２と対向した位置には、ステージ６が配置されている。ステージ６は、露光パターンの光が照射される位置にワークＷを保持する部材である。ワークＷは、ステージ６の上面に載置されて保持される。ステージ６は、ワークＷがステージ６上で動かないようにするための真空吸着孔６１を上面に有しており、真空吸着孔６１を排気してワークＷを真空吸着する排気系８が設けられている。ステージ６は、不図示のワーク用センサを備えており、ワークＷが載置されたことがワーク用センサで確認されるようになっている。ワーク用センサは、コントローラ４に接続されている。

搬送系３としては、ワークＷのタイプにより最適化されたものが採用される。この実施形態では、リジッドタイプのプリント基板用の露光装置となっている。このため、この実施形態では、コンベア３１，３２と、搬送ハンド３３，３４等によって搬送系３が構成されている。
コンベア３１，３２は、ステージ６に対して搬入側と搬出側に設けられており（以下、搬送側コンベア、搬出側コンベア）、搬送ハンド３３，３４も搬入側と搬出側に設けられている（以下、搬入ハンド、搬出ハンド）。この実施形態では、搬送方向は水平方向である。以下、説明の都合上、搬送方向（図１の紙面上、左右方向）をＸ方向とし、Ｘ方向に垂直な水平方向（図１の紙面に垂直な方向）をＹ方向とする。

搬入ハンド３３は、搬入側コンベア３１で搬送されたワークＷをピックアップしてステージ６に載置する機構であり、搬出ハンド３４は、露光されたワークＷをステージ６からピックアップして搬出側コンベア３２に載置する機構である。各ハンド３３，３４は、下端にワークＷを吸着する吸着パッド（符号省略）を備えているとともに、ハンド駆動機構３３１，３４１を備えている。各ハンド駆動機構３３１，３４１は、各ハンドを水平方向及び垂直方向に移動させる機構である。これら機構によって、ワークＷの移載が行われる。

また、装置は、ステージ６を移動する移動機構６２を備えている。移動機構６２は、載置されたステージ６のデジタルフォトマスク２に対する距離を最適に調節するための機構である。この実施形態では、コンタクト露光を行うものとなっており、載置されたワークＷをデジタルフォトマスク２に接触させるための移動を行う機構となっている。したがって、移動機構６２は、この実施形態では昇降機構となっている。尚、デジタルフォトフォトマスク２についても、必要に応じて移動機構が設けられ、ワークＷに対する距離（距離ゼロを含む）が調節される。

さらに、実施形態の装置は、ワークＷに対するデジタルフォトマスク２の密着性を高めるため、ワークＷとデジタルフォトマスク２との間を真空排気する構成を採用している。具体的には、図１に示すように、ステージ６の表面にはＯリングのような周状封止部材６３が設けられている。デジタルフォトマスク２は枠部２１を有しており、後述するようにステージ６が移動機構６２によって上昇した際、枠部２１は周状封止部材６３に当接して密着する。ワークＷは、周状封止部材６３の内側に載置される。ステージ６は、載置されたワークＷと周状封止部材６３との間の位置になるようにして密着用の排気孔６４を有している。排気孔６４から排気されることでワークＷとデジタルフォトマスク２との間が真空となり、ワークＷに対するデジタルフォトマスク２の密着性が高められる。

また、照射位置に搬送されたワークＷのアライメントマークを撮像するカメラ７が設けられている。アライメントマークは、ワークＷの表面に少なくとも二つ設けられている。これに合わせて、この実施形態では少なくも二つのカメラ７が設けられている。例えばアライメントマークが四つであれば、カメラ７も四つ設けられる。
各カメラ７の配置位置は、設定された載置位置にワークＷが載置された際、当該載置されたワークＷのアライメントマークを撮像可能な位置（視野の範囲内）である。各カメラ７には、例えばＣＣＤカメラ７が採用され、デジタルフォトマスク２の画素ピッチに応じた高解像度のカメラ７が採用される。例えば、２μｍ〜１０μｍ程度の画素ピッチのものが採用される。尚、各カメラ７は、デジタルフォトマスク２を通して各アライメントマークを撮像する。各カメラは可視光を撮像波長とするものであるが、デジタルフォトマスク２は、可視光を透過する透過部を有する。透過部は、マスクパターンの表示と同様、一定の領域のドット群を透過状態とすることで構成される。
また、各カメラ７はコントローラ４に接続されており、各カメラ７で撮影することにより得られたデータ（以下、撮像データという）はコントローラ４に送られるようになっている。コントローラ４の記憶部は、各カメラ７用に記憶領域を確保しており、各記憶領域には各カメラ７からの撮像データを記憶し、各カメラ７のフレーム周期で更新する。

コントローラ４は各種プログラムを実行するプロセッサを含む制御手段であり、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）のようなプログラマブルな制御デバイスがコントローラ４として使用される。図１に示すように、コントローラ４は、プロセッサ４１、メモリのような記憶部４２、入出力部（Ｉ／Ｏ）４３等を備えている。尚、記憶部４２には、各種プログラムが記憶されており、その中にシーケンスプログラムが含まれる。

上述したように、デジタルフォトマスク２は、形成されているマスクパターンで光の透過・遮断を制御してワークＷ上に露光パターンの光を投影し転写するためのものである。この実施形態の装置において、デジタルフォトマスク２はコントローラ４に接続されており、コントローラ４から送られるデータに従って表示を行うことがマスクパターンの形成となる。以下、このマスクパターンの表示用データをパターンデータという。また、コントローラ４における入出力部４３は、実施形態における出力部として機能し、フォトマスク２に対してパターンデータを出力する部分である。

コントローラ４は、搬送系３を制御してワークＷを一枚ずつ搬入してステージ６に載置させ、デジタルフォトマスク２にパターンデータを出力してマスクパターンを表示させ、この状態でワークＷを露光する。所定時間の露光の後、ワークＷをステージ６からピックアップして搬出させる。このようなシーケンスで動作するようシーケンスプログラムがコントローラ４に実装されている。このようなシーケンスプログラムにおいて、デジタルフォトマスク２を使用したマスクパターンの表示とそれを利用したワークＷの露光が最適化されている。以下、この点について説明する。

図２は、実施形態の装置におけるシーケンスプログラムの主要部を示すフローチャートである。
実施形態において、パターンデータは基本的には予め作成され、コントローラ４の記憶部４２に記憶される。パターンデータの作成は、ワークＷに対してどのようなパターンを形成するかということによるのであり、最終的な製品の設計情報に基づいて作成される。尚、パターンデータは、デジタルフォトマスク２でのイメージ表示用のデータであり、ある種のイメージデータであるともいえる。

記憶部４２には、品種毎にパターンデータが記憶されている。以下、記憶部４２に記憶されているオリジナルの品種毎のパターンデータをオリジナルデータという。シーケンスプログラムは、指定された品種のパターンデータを記憶部４２から読み出し、入出力部４３を介してデジタルフォトマスク２に送ってマスクパターンの表示を行わせる。この際、各カメラ７から送られる撮像データに従ってオリジナルデータを修正し、修正されたパターンデータ（以下、修正済みパターンデータ）をデジタルフォトマスク２に送る。この修正を行う修正プログラムが、シーケンスプログラムのサブルーチンとして実装されている。

より具体的に説明すると、図２に示すように、露光の際、シーケンスプログラムは、ワークＷをステージ６に載置した後、ステージ６を駆動してワークＷがデジタルフォトマスク２に接触した状態とし、且つ排気系８によって両者の間を真空排気して密着させる。この状態で、シーケンスプログラムは、修正プログラムを実行する。

修正プログラムの戻り値は、オリジナルデータをどのように修正して表示するかというデータ（以下、表示修正データ）である。図２に示すように、シーケンスプログラムは、オリジナルデータに対して表示修正データを適用して修正済みパターンデータを取得し、修正済みパターンデータをデジタルフォトマスク２に送ってマスクパターンを表示させる。この状態で、照射光学系５内のシャッタを開いて露光を行わせる。そして、所定時間の露光の後、シャッタを閉じ、密着を解除してから搬送系３を制御して露光済みのワークＷをステージ６からピックアップして搬出させる。このようなシーケンスで動作するようシーケンスプログラムがコントローラ４には実装されている。

次に、修正プログラムについて、図３を参照して説明する。図３は、修正プログラムの概略を示したフローチャートである。
図２に示すように、ワークＷが載置されたことがワーク用センサで確認されと、シーケンスプログラムは、修正プログラムを呼び出して実行する。図３に示すように、修正プログラムは、起動すると、各カメラ７の撮像データを取得する。即ち、記憶部４２の記憶領域から各撮像データを読み出し、一時的に変数に格納する。

次に、修正プログラムは、各撮像データを処理して表示修正データを算出する。表示修正データは、マスクパターンの表示位置を修正するデータである場合、マスクパターンの形状を修正するデータである場合、又はそれらの双方である場合がある。いずれの場合においても、修正プログラムは、各撮像データからアライメントマークの像（以下、マーク像）を表示している部分のデータを取得し、マーク像の基準となる点（以下、像原点）を特定する。この点について、図４を参照して説明する。図４は、実施形態におけるアライメントマーク及び像原点の特定について示した概念図である。

図４に示すように、ワークＷは、フォトリソグラフィによりパターン形成が行われる領域（以下、パターン形成領域）ＷＲを有する。アライメントマークＡＭは、パターン形成領域ＷＲの外側のマージンの領域に形成されている。図４に示すように、この実施形態では、方形であるワークＷの平面視の輪郭における各角の部分に設けられている。この例では、アライメントマークＡＭは、円形のパターンとなっている。
図４において、各カメラ７による撮影可能領域（視野）７２が示されており、あるカメラ７により撮影されたイメージＩが例示的に示されている。このイメージＩのデータ（撮像データ）を処理して像原点Ｍｏが特定される。像原点の特定については、幾つかのやり方があるが、この実施形態では、重心を像原点として特定するようになっている。この場合の重心とは、平面視において当該マーク像の形状を有する均質な板であると仮定した場合の重心の意味である。この例ではアライメントマークＡＭは円形であるので円の中心が像原点Ｍｏとなるが、星形や十字形等の他の形状の場合も重心の平面視の座標が算出されて像原点Ｍｏとされる。

図３に示すように、修正プログラムは、像原点Ｍｏの算出の後、基準点と像原点Ｍｏとのずれを求め、そのずれを補償する（修正する）量として表示修正データを算出する。まず、基準点について説明する。
表示修正データの算出の際の基準点とは、ステージ６へのワークＷの載置における基準点であり、理想的には、ステージ６上でこの位置に載置されるという意味での基準点である。以下、基準点を載置基準点と言い換える。載置基準点を、図４においてＰｏで示す。例えばワークＷが方形であり、方形の各隅にアライメントワークＷが形成されており、カメラ７が各アライメントマークを同時に撮像できるように四台設けられているとする。この場合、載置基準点Ｐｏは、例えばステージ６に対して照射光学系５の光軸５１が交差する点をステージ原点（図１に６０で示す）とし、このステージ原点６０に対してＸＹ方向に延びる方形の各角の位置が載置基準点Ｐｏとなる。この方形の寸法は、四つのアライメントマークが成す設計情報としての方形の寸法に相当している。即ち、ワークＷ上でのアライメントマークの形成位置として予め定められた情報における方形の寸法と同じである。

各カメラ７は、ステージ６上の載置基準点Ｐｏを臨む位置に配置される。通常は、カメラ７の光軸（カメラ７の撮像レンズの中心軸）７１が載置基準点Ｐｏと一致する位置とされる。搬送系３における搬入ハンド３３は、ワークＷの各アライメントマークが各載置基準点Ｐｏに一致するようワークＷをステージ６に載置する。しかしながら、搬入ハンド３３の精度や、搬入コンベア４１上にある時点で既に位置がずれている等の要因から、ステージ６に載置された際のワークＷの位置は、各アライメントマークが載置基準点Ｐｏに一致する位置ではない。それでも、各アライメントマークは、各カメラ７の撮像領域の中に入るようになっている。つまり、各機構系の精度を要因とする位置ずれは、あったとしても最大で０．５〜１．０ｍｍ程度である。一方、各カメラ７は、取り付け状態での撮影距離において例えば７．５×１０ｍｍ程度の領域を撮像領域としており、十分な余裕を持って各アライメントマークが撮像される。

このような載置基準点Ｐｏは、撮像データの処理においても定数として設定されている。例えばカメラ７の光軸７１上の点が載置基準点Ｐｏである場合、図４に示すように撮像データが表現するイメージＩの中心点が載置基準点Ｐｏである。修正プログラムは、図４に示すように、各カメラ７からの撮像データにおいて上記像原点Ｍｏを算出し、各像原点Ｍｏを結んでできる形状（以下、像原点形成図形という）が、方形であるかどうか判断する。方形である場合、載置基準点Ｐｏを結んでできる方形（以下、基準方形という）ＢＲとほぼ同じサイズであるかどうか判断する。「ほぼ同じサイズ」とは、各辺の大きさの相違がある閾値以内であるということである。ほぼ同じサイズである場合、図３に示すように、修正プログラムは、表示位置修正モジュールを実行する。表示位置修正モジュールは、修正プログラムのサブルーチンとして実装されているプログラムである。図５は、表示位置修正モジュールについて示した概念図である。

表示位置修正モジュールは、四つの載置基準点Ｐｏのいずれかを基準としてずれ量を算出する。例えば、図５に示すように左下の載置基準点Ｐｏが基準とされ、各像原点Ｍｏを結んでできる方形（以下、像方形という）ＭＲが、左下の載置基準点Ｐｏを基準にしてどの程度ずれているかが算出される。即ち、像方形ＭＲの左下の像原点Ｍｏの載置基準点ＰｏからのＸ方向のずれ量、Ｙ方向のずれ量、回転方向（θ方向）のずれ量が算出される。これらのずれ量のデータがＸＹθ方向での修正用データ（以下、ＸＹθ修正データという）である。表示位置修正データには、ＸＹθの各量と、四つの載置基準点Ｐｏのうちのどれを基準にしたかという情報を含む。表示位置修正モジュールは、このようにして算出した表示位置修正データを戻り値として修正プログラムに戻す。尚、θがゼロという場合もある。

また、像原点形成図形が方形ではあるものの、基準方形ＢＲとほぼ同サイズではない場合、表示位置修正プログラムは、拡縮モジュールを実行する。図６は、拡縮モジュールについて示した概念図である。
図６（１）に示すように、拡縮モジュールは、同様に四つの載置基準点Ｐｏのうちのいずれかの点を基準にして像方形ＭＲのＸＹ方向のずれ、θ方向のずれを算出する。即ち、ＸＹθ修正データを算出する。そして、図６（２）に示すように、その載置基準点Ｐｏに、対応する像方形ＭＲの像原点Ｍｏを一致させて傾き角θだけ逆向きに回転させ、ＸＹ方向の辺を一致させた状態を観念する。この状態で、像方形ＭＲが基準方形ＢＲからどの程度の倍率であるかを算出し、その倍率を拡縮率として表示修正データに含める。この場合、Ｘ方向の拡縮率とＹ方向の拡縮率とが同じ場合もあるし違う場合もある。このようにして、拡縮モジュールは、ＸＹθ修正データに加え、ＸＹの拡縮率を加えた修正データを取得し、戻り値として修正プログラムに戻す。

像原点形成図形が方形ではない場合、図４に示すように修正プログラムは変形モジュールを実行する。図７は、変形モジュールについて示した概念図である。
像原点形成図形が方形ではない場合、ワークＷに歪みのような変形が生じていることを意味する。この場合、修正可能な変形と修正可能でない変形とがある。変形モジュールは、像原点形成図形を解析し、修正できるかどうか判断する。例えば、図７（１）に示すように、像原点Ｍｏを結んでできる形状が中心線Ｌｃに対して対称な台形である場合、修正可能である。即ち、変形モジュールは、ある二つの像原点Ｍｏを結ぶ線分Ｌｏを基準線分とし、基準線分Ｌｏの中点を通り当該線分に垂直な線Ｌｃを観念する。像原点形成図形がその線分に対して対称な台形であれば、修正可能であるとされる。

この場合、変形プログラムは、図７（１）に示すように、当該基準線分Ｌｏを、対応する基準方形ＢＲの辺に一致させるためのＸＹθ修正データを算出する。そして、図７（２）に示すように、像原点形成図形をＸＹθについて逆向きに移動させ、像原点形成図形の基準線分Ｌｏを基準方形ＢＲの対応する辺に一致させた状態を観念する。この際、基準線分Ｌｏの長さが、基準方形ＢＲの対応する辺の長さと一致しない場合、像原点形成図形を全体に拡大縮小し、その際の拡縮率を記憶する。
そして、図７（２）に示す状態において、台形の上辺と下辺との比率を算出し、中心線Ｌｃの方向において徐々に拡大又は縮小する修正データ（漸次拡縮率）を生成する。そして、ＸＹθ修正データ、全体の拡縮率の逆数、及びＸ方向又はＹ方向での漸次拡縮率を修正データに含める。このようにして算出された表示修正データが変形モジュールの実行結果として修正プログラムに戻される。上記の例は台形であったが、平行四辺形や菱形といった図形の場合も修正可能であり、修正可能であるとして変形データが作成されて修正プログラムに戻される。尚、変形不能の判断がされた場合、その旨の値が戻り値として修正プログラムに戻される。

このようにして、条件に応じて各モジュールが実行され、表示修正データが修正プログラムにおいて取得される。修正プログラムは、このようにして取得された表示修正データをプログラムの実行結果としてシーケンスプログラムに戻し、プログラムを終了する。尚、変形モジュールにより変形不能の値が戻された場合、ワークＷにおいて修正ができない歪みが生じていることになるので、修正プログラムは、修正不能である旨のプログラムの実行結果をシーンスプログラムに出力し、プログラムを終了する。

図２に示すように、修正プログラムから表示修正データが戻されると、シーケンスプログラムは、表示修正データを適用してオリジナルデータを更新する。即ち、ＸＹ方向の修正データに基づいてマスクパターンの表示位置をＸＹ方向で修正してオリジナルデータを更新し、修正済みパターンデータとする。また、表示修正データにθ修正データが含まれていれば、回転中心点と回転角度を適用してオリジナルデータを修正する。さらに、拡縮修正データや変形データが含まれていれば、それを適用し、Ｘ方向、Ｙ方向で拡縮又は漸次拡縮を行ってオリジナルデータを修正する。このようにして、シーケンスプログラムは、修正済みパターンデータを取得する。

次に、シーケンスプログラムは、修正済みパターンデータをデジタルフォトマスク２に送り、マスクパターンを表示させる。この状態でシャッタを開き、デジタルフォトマスク２を通してワークＷを露光する。尚、図２に示すように、修正プログラムからの戻り値が表示修正データでない場合（修正不能である場合）、シーケンスプログラムは、コントローラ４が備える不図示のディスプレイにその旨のエラーメッセージを表示し、プログラムを中止する。このようなシーケンスで動作が行われるよう、シーケンスプログラム及び修正プログラムはプログラミングされている。
尚、各カメラ７による各アライメントマークの撮像は、排気系８によって真空排気がされてデジタルフォトマスク２とワークＷが密着した後であり、表示修正データを適用してのマスクパターンの表示、マスクパターンに応じた露光パターンでのワークＷの露光が完了するため、密着状態は保持される。したがって、各カメラ７で各アライメントマークが撮像された後の露光が完了するまでの間にデジタルフォトマスク２に対してワークＷが位置ずれしてしまうことはない。

次に、実施形態の露光装置の全体の動作について、図８を参照して概略的に説明する。図８は、実施形態の露光装置の全体の動作を示す正面断面概略図である。以下の説明は、露光方法の発明の実施形態の説明でもある。
まず、図８（１）に示すように、一枚のワークＷが搬入側コンベア３１により搬入される。そして、図８（２）に示すように、搬入ハンド３３によりステージ６に載置される。そして、ワークＷは真空吸着孔６２からの真空排気によりステージ６に吸着される。次に、移動機構６２が動作してステージ６を上昇させ、図８（３）に示すように、ワークＷをデジタルフォトマスク２に接触させる。

そして、ステージ６の排気孔６４から真空排気がされ、デジタルフォトマスク２とワークＷとの間の空間が真空排気されて両者が密着する。この状態で各カメラ７がデジタルフォトマスク２を通してワークＷの各アライメントマークを撮像する。各カメラは、撮像データをコントローラ４に送り、コントローラ４では修正プログラムが実行される。この結果、修正済みパターンデータがデジタルフォトマスク２に送られ、修正されたマスクパターンがデジタルフォトマスク２において表示される。

この状態で照射光学系５内のシャッタが開き、修正されたマスクパターンが表示されているデジタルフォトマスク２に照射光学系Ｒからの光Ｅが照射され、ワークＷに対して露光パターンでの露光が行われる。所定時間の露光の後、シャッタが閉じられ、デジタルフォトマスク２とワークＷとの間の真空排気は解除される。その後、移動機構６２がステージ６を下降させ、図８（４）に示すように、当初の高さに戻す。これにより、ワークＷはデジタルフォトマスク２から離間する。その後、ステージ６でのワークＷの真空吸着が解除され、図８（５）に示すように、搬出ハンド３４がワークＷをステージ６からピックアップし、搬出側コンベア３２に移載する。そして、搬出側コンベア３２がワークＷを搬出する。一方、搬入側コンベア３１には次のワークＷが搬入されており、次のワークＷについて同様のステップが繰り返される。

上述した構成及び動作に係る実施形態の露光装置によれば、従来のいわばアナログのフォトマスクではなくデジタルフォトマスクを使用して露光が行われる。このため、異なる品種の製品のための露光を行う際にはパターンデータの変更のみで足り、ハードウェアとしてのフォトマスクの交換は必要ない。このため、生産性の高いプロセスとなる。また、品種毎にハードウェアとしてのフォトマスクを用意する必要はなく、品種毎にハードウェアとしてのフォトマスクを管理する必要はない。このため、ランニングコストも安価となる。

また、実施形態の露光装置では、ワークＷが搬入されてステージ６に載置された際、ワークＷの各アライメントマークを撮像し、その撮像データを処理することでマスクパターンの表示修正データが作成され、表示修正データにより修正された状態でマスクパターンが表示される。そして、修正表示されたマスクパターンにより光の透過及び遮断が制御されて露光パターンの光がワークＷに照射されて露光される。つまり、ワークＷは、ステージ６に載置されたままの状態で露光され、本質的にアライメントの動作は不要である。このため、実施形態の装置はアライメント機構を必要とせず、またアライメントの動作は不要である。したがって、この点で装置のコストが安価となり、またタクトタイムが短くなる。

また、ワークＷにサイズの変化や変形があったとしても、そのサイズ変化や変形に応じてマスクパターンが修正され、修正された状態で露光がされる。したがって、それらサイズ変化や変形が最終的な製品との関係で許容できるものである場合、それら許容できるサイズ変化や変形に応じたパターン形成がされる。このため、製品の歩留まりを高くすることができる。つまり、ワークＷに許容されるサイズ変化や変形があった場合に、それに対応していない状態でパターンが形成されると、パターンとワークＷのサイズや形状がアンバランスとなるため、製品不良になり易い。実施形態の装置によれば、この要因での製品不良を低減させることができ、歩留まり向上に寄与することができる。
尚、サイズ変化や変形が許容される程度は、上述した修正プログラムにおける判断の条件に反映される。即ち、例えば方形であると判断される場合の閾値は、変形が許容される程度を反映したものとなる。サイズ変化についても同様である。

サイズ変化や変形に対する対応が不要な場合は、修正プログラムは、ＸＹθの修正だけを行えば良い。この場合でも、アライメントが不要であるという効果は享受される。尚、θ方向のずれがない状態でワークＷが搬入、載置される場合、θ方向の修正を行わないよう修正プログラムはプログラミングされる場合もある。さらに、拡縮の修正においてＸＹ方向で等倍の拡縮の修正は行うが、不等倍の修正（非相似の修正）は行わないようにする場合もあり得る。ワークＷにおいて相似形での変化のみ発生し、非相似の変化は生じないのであれば、そのようにする場合もある。またさらに、方形のワークＷが非方形となる変化が生じないのであれば、非方形への修正（変形）は行わないようにする場合もある。

上記実施形態において、異なる品種のための露光が行われる場合、マスクパターンは当然に異なるものとされる。コントローラ４の記憶部４２には、各品種についてのパターンデータが記憶されている。作業者は、ある品種のロットの処理が始まる際、コントローラ４を操作し、マスクパターンを選択する入力を行う。コントローラ４は、選択されたマスクパターンを記憶部４２から読み出し、上記のように修正プログラムを実行しながら各ワークＷの露光処理を行わせる。修正プログラムは、載置基準点Ｐｏの位置、基準方形ＢＲ、さらには各閾値などが品種毎に異なるため、パターンデータに応じて最適化されてプログラミングされ、コントローラ４に実装される。したがって、異なるパターンデータで露光処理が行われる場合、それに応じて修正プログラムも選択され、プロセッサ４１において実行される。
尚、ワークＷには、製品の品種を示すＩＤが印字されている場合もあるので、場合によってはこのＩＤをカメラ７で読み取って品種を判断し、パターンデータをコントローラ４が自動的に選択するようにしても良い。

上述した実施形態において、アライメントマークの数は四つであるとしたが、アライメントマークは少なくとも二つあれば足りる。二つあれば、ＸＹθの表示位置修正は可能である。また、アライメントマークが三つの場合、載置基準点Ｐｏも三つとなるので、基準の図形は三角形となる。したがって、像原点形成図形が、載置基準点Ｐｏを結んでできる三角形とほぼ相似の三角形になるかどうかで、拡縮修正ができるかどうかが判断される。

また、カメラの台数はアライメントマークの数に応じたものとなるが、必ずしも同数でなくとも良い。即ち、例えば二つのアライメントマークに対して１台のカメラとした場合、当該カメラに移動機構を設け、カメラを各アライメントマークの撮像位置に順次移動させる構成であっても良い。但し、撮像した際にどの位置にアライメントマークがあるかで表示位置修正を行うので、カメラは基準となる位置に精度良く停止する必要がある。上述した実施形態のように各アライメントマーク撮影用にそれぞれカメラが設けられていると、移動機構は不要であり、停止位置の精度も無縁となるので、コスト及び露光品質の面で優位性がある。

また、アライメントマークが一つであっても、実施は可能である。例えば塗りつぶされた方形のパターンで一つのアライメントマークが形成されており、そのアライメントマークの撮像された位置、傾き角からＸＹθ修正データが算出され、像のサイズの基準サイズからのずれで拡縮データが算出される。但し、一つのマークのみで修正データを算出しようとすると、非常に解像度の高いカメラが必要になる欠点がある。また、マークの拡縮からワークＷの拡縮を判断すると精度が良くない場合もあり得る。このような欠点がない点で、複数のアライメントマークで判断する方が優れている。

また、上記実施形態では、カメラ７はデジタルフォトマスク２を通してアライメントマークを撮像する位置に配置されていたが、これも必ずしも必須ではない。例えばワークＷの裏面に各アライメントマークが設けられている場合もあり、この場合はステージ６に撮像用の開口を設け、裏側から開口を通して撮像する構造が考えられる。開口の位置は、ワークＷが載置された際に各アライメントマークを見通すことができる位置とされる。また、投影露光を行う光学系の場合、デジタルフォトマスク２とステージ６との間に折り返しミラーを設け、ミラーで折り返しながら各アライメントマークを撮像する構成もあり得る。各折り返しミラーは、露光用の光を遮蔽しない位置に配置される。
但し、コンタクト露光又はプロキシミティ露光を行う装置において、デジタルフォトマスク２を通してアライメントマークを撮像する構成を採用すると、アライメントマークを撮像する際の視差が小さくなるので、より高精度のデータ修正が行える優位性がある。

また、上述したように、上記実施形態では真空排気で密着性を高めたコンタクト露光を行う装置となっており、カメラ７によるアライメントマークの撮像は、デジタルフォトマスク２とワークＷとが真空排気により密着した状態で行われる。そして、真空排気による密着状態を保持したまま、修正データが適用されたマスクパターンがデジタルフォトマスク２に表示され、露光が行われる。このため、カメラ７による撮影の後にワークＷの位置ずれが生じて表示修正データが不正確になってしまうことはなく、アライメントマークの撮像によるマスクパターンの修正という技術構成がより有意義なものとなる。
尚、真空排気で密着性を高めることは本願発明において必須要件ではなく、ワークＷに対してデジタルフォトマスク２を接触させるだけでも良い。この場合でも、両者の間には摩擦力が作用しているし、いずれか一方のみを動かすようなことをしない限り、両者の位置関係は変化せず、上記効果は同様に得られる。但し、真空吸着をした方が摩擦力が高くなるので、上記効果がより確実となるという面はある。

デジタルフォトマスク２のドットピッチと露光の解像度との関係について、一例を挙げると、例えば３０μｍ程度のドットピッチのデジタルフォトマスク２を使用し、等倍で露光する場合（コンタクト方式又はプロキシミティ方式）、１００μｍ程度のラインアンドスペースで露光が可能である。１００μｍ程度の線幅は、多くの製品で採用されているオーダーであり、このオーダーでフレキシブル性の高いフォトリソグラフィが可能になることの意義は大きい。

また、ある種の製造プロセスでは、一つのワークＷに対してフォトリソグラフィを複数回繰り返して階層構造のパターンを形成する場合がある。この場合、ある回のフォトリソグラフィの際にパターン形成の状況に合わせて次の回のフォトリソグラフィのパターン形成（上の層のパターン形成）を調整する場合があり得る。即ち、図４中に拡大して示すように、ワークＷのパターン形成領域ＷＲには、既に別のパターンが形成されていることがあり得る。実施形態の構成は、このような用途において最適化されることがあり得る。具体的には、前の回のフォトリソグラフィで形成されたパターンの特定箇所をカメラで撮像し、データ処理を行う。この場合、前の回のフォトリソグラフィでのパターンの形成位置を判断できる箇所が撮像箇所として選択され、ワークＷの場合と同様に、ＸＹθ修正データが算出される。また、ある特徴的な箇所を撮像することで、既に形成されているパターンのサイズのずれを判断したり、変形を判断したりすることができ、この場合もワークＷの場合と同様に、拡縮修正データを算出したり、変形データを作成したりして、マスクパターンの表示位置や形状が修正された状態で次の回の露光が行われる。このようにすると、位置ずれや変形が補正された状態で各層のパターンが形成されるので、より良質な多層構造のパターンが得られる。

さらに、ウエハのようなワークＷでは、オリフラやノッチといった輪郭形状における特異点が設けられる。したがって、カメラでこの特異点を撮像してＸＹθ修正データを作成することもあり得る。したがって、本願発明において、カメラによる撮像は、修正データの作成が可能なワークＷの特定部位ということになる。
但し、前述した説明から解るように、ワークにアライメントマークを設けてアライメントマークを撮影してマスクデータの修正に利用した方が、データ処理が容易であり、拡縮修正等も容易に行える。この点で、アライメントマークの撮像の方が好ましい。

１ 光源
２ デジタルフォトマスク
３ 搬送系
３１ 搬入側コンベア
３２ 搬出側コンベア
３３ 搬入ハンド
３４ 搬出ハンド
４ コントローラ
４１ プロセッサ
４２ 記憶部
４３ 入出力部
５ 照射光学系
６ ステージ
６１ 真空吸着孔
６２ 移動機構
６３ 周状封止部材
６４ 排気孔
７ カメラ
８ 排気系

Claims (8)

1. 紫外線を含む光を放出する光源と、
   透過型であるデジタルフォトマスクと、
   ステージと、
   ステージ上であってデジタルフォトマスクを通した光源からの光の照射位置にワークを搬送して載置する搬送系と、
   光の照射位置にワークが搬送されて載置されたステージ又はデジタルフォトマスクを移動させてワークとデジタルフォトマスクとが接触した状態とする移動機構と、
   光の照射位置に搬送されたワークの特定部位を撮像するカメラと、
   コントローラと
   を備えており、
   移動機構は、ステージとデジタルフォトマスクとが接近したり離間したりする方向である接近離間方向にステージ又はデジタルフォトマスクを移動させる機構であって接近離間方向に垂直な方向及び接近離間方向を軸とする回転方向にステージ及びデジタルフォトマスクを移動させる機構ではなく、接近離間方向に垂直な方向及び接近離間方向を軸とする回転方向にはステージ及びデジタルフォトマスクを移動させることなくワークとデジタルフォトマスクとが接触した状態とする機構であり、
   デジタルフォトマスクは、コントローラによって制御される多数の画素を有していて、各画素は、紫外線を透過するオフ状態と、紫外線を遮断するオン状態とを取り得るものであり、
   コントローラは、マスクパターンの表示をデジタルフォトマスクに行わせるためのデータであるパターンデータを記憶した記憶部と、デジタルフォトマスクに対してパターンデータを出力してマスクパターンの表示をデジタルフォトマスクに行わせる出力部とを備えているとともに、コントローラには、カメラによる撮像データに基づいてパターンデータを修正して修正したパターンデータが出力部から出力されるようにする修正プログラムが実装されており、
   修正プログラムは、カメラによるワークの特定部位の撮像データに従ってデジタルフォトマスク上におけるマスクパターンの表示位置を修正する表示位置修正モジュールを含んでおり、
   前記デジタルフォトマスクは、前記カメラの撮影波長の光を透過する透過部を有しており、
   前記カメラは、前記デジタルフォトマスクの当該透過部を通して前記特定部位を見込む位置に配置されており、
   前記ステージへのワークの載置における基準点として載置基準点が設定されており、
   前記カメラは、前記ステージ上の載置基準点を臨む位置に配置されており、
   前記表示位置修正モジュールは、載置基準点からの前記特定部位のずれを前記撮像データから求めてこのずれに従ってデジタルフォトマスクにおけるマスクパターンの表示位置を修正するモジュールであり、
   前記カメラの解像度は、前記デジタルフォトマスクの解像度以上であることを特徴とする露光装置。
2. 前記載置基準点が光軸上の点になるよう前記カメラが配置されていることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記ワークの特定部位は、アライメントマークであることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記アライメントマークは複数設けられており、前記カメラは各アライメントマークを撮像するものであることを特徴とする請求項３記載の露光装置。
5. 前記カメラは、各アライメントマークを撮像可能な位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項４記載の露光装置。
6. 前記修正プログラムは、前記カメラによる前記アライメントマークの撮像データに従って、デジタルフォトマスクにおけるマスクパターンの表示倍率を決定する拡縮モジュールを含んでいることを特徴とする請求項４又は５記載の露光装置。
7. 前記修正プログラムは、前記カメラによるアライメントマークの撮像データに従ってワークの変形を判断し、その判断結果に従ってマスクパターンが変形して表示されるようにする変形モジュールを含んでいることを特徴とする請求項４、５又は６記載の露光装置。
8. 前記ワークの特定部位は、既に行われたフォトリソグラフィにより形成されたパターンの特定箇所であることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。

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