JP7432418B2

JP7432418B2 - 露光装置および露光方法

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Publication number: JP7432418B2
Application number: JP2020055610A
Authority: JP
Inventors: 隆志奥山
Original assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2024-02-16
Anticipated expiration: 2040-03-26
Also published as: CN113448176A; KR20210120791A; TW202137039A; JP2021157000A

Description

本発明は、光変調素子アレイを用いてパターンを形成する露光装置に関し、特に、ベクタデータ（ベクトルデータともいう）からラスタデータへのデータ変換処理に関する。

マスクレス露光装置では、基板が搭載されるステージを走査方向に沿って移動させながら、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などの光変調素子アレイによってパターン光を基板に投影する。そこでは、ステージに搭載され、フォトレジスト層を形成した基板上での投影エリア（露光エリア）の位置に応じてパターン光を投影するように、２次元状に配列された光変調素子（マイクロミラーなど）を制御する。

露光装置では、ＣＡＤ／ＣＡＭデータなどのベクタデータ（設計データ）が入力されると、光変調素子アレイに適用可能なラスタデータに変換する。ラスタデータは、各マイクロミラーの露光データを表すビットマップデータであり、マイクロミラーの投影像は矩形状になる。そのため、パターンに傾斜ラインが含まれる場合、段差のある階段状パターンが形成される。

これを低減するため、傾斜ラインを表す露光データに対し、露光領域ごとに多段階の濃度を付与し、傾斜ラインを滑らかにする方法が提案されている（特許文献１参照）。そこでは、パターン中心付近の露光領域に対して最大濃度を付与し、パターン境界線となる傾斜ラインなどを含む段差部分の露光領域に対して中間濃度を付与する。そして、中間濃度の露光領域に対する光強度を、最大濃度の露光領域に対する光強度の半分にすることによって、より多段階の傾斜ラインを形成して分解能を向上させている。

特開２０１１－６５２２３号公報

露光データに対して露光領域ごとに多段階の濃度を付与する処理は、従来と比べてデータ量を増加させ、データ処理回路の大規模化が必要となる。また、ラスタデータの変換処理（補正処理）を別途伴うため、処理時間の増大、スループットの低下を招く。

したがって、露光装置において、データ処理を煩雑化せずにパターン傾斜線を滑らかに形成することが求められる。

本発明の露光装置は、複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、パターンデータであるベクタデータを、ラスタデータに変換するラスタデータ変換処理部と、パターン輪郭線を表すベクタデータを、パターン輪郭線を一方向に沿ってシフトさせた補正ベクタデータ（以下、輪郭線補正ベクタデータという）に変換するベクタデータ補正処理部とを備える。

パターン輪郭線をシフトさせる方向は様々に設定可能であり、ラスタデータ変換処理部は、パターン輪郭線の輪郭サイズ、パターンサイズなどが拡大する方向（外側）、あるいはその逆方向（内側方向）へシフトさせることが可能である。基板上において主走査方向、副走査方向が規定されている場合、ラスタデータ変換処理部は、パターン輪郭線を２次元座標系の一方向へシフトさせることが可能である。ここで、「一方向に沿ってシフトさせる」とは、例えば、副走査方向にシフトさせる場合、正負の方両方向を含む。

本発明の露光装置では、シフト補正されていないパターン輪郭線のデータ（以下、輪郭線ベクタデータという）と、シフト補正された輪郭線補正ベクタデータとに基づいて、多重露光を行う。例えば露光装置は、所定のピッチで多重露光動作を実行する露光制御部を備えることが可能である。多重露光後の積算露光量に基づく基板の感光材閾値に応じたエッジ部分は、データシフト量に従うため、分解能を高めることが可能となる。

ベクタデータ補正処理部は、光変調素子の投影エリアサイズ以下のシフト量で、輪郭線ベクタデータを、複数の輪郭線補正ベクタデータに順次変換することが可能である。例えば、シフト量を、主走査方向の分解能（見かけ上の分解能も含む）に応じたシフト量に定めることによって、副走査方向の分解能をベクタデータのシフト補正によって、副走査方向の分解能を主走査方向と同等の分解能に高めることが可能である。

ベクタデータ補正処理部は、異なるシフト量で、輪郭線ベクタデータを輪郭線補正ベクタデータに順次変換することが可能である。例えばベクタデータ補正処理部は、シフト量を周期的に変えながら、輪郭線ベクタデータを輪郭線補正ベクタデータに順次変換することができる。

ベクタデータ補正処理部は、輪郭線ベクタデータを、一方向（ここでは、正側という）へシフトした正側補正ベクタデータ、あるいは一方向の逆（ここでは、負側という）へシフトした負側補正ベクタデータに変換することが可能であり、また、正側、負側へ順にシフトさせながら輪郭線ベクタデータを変換することが可能である。露光装置は、輪郭線ベクタデータと、正側補正ベクタデータと、負側補正ベクタデータとに基づいて、多重露光を行う。

本発明の他の態様である露光方法は、パターンデータであるベクタデータを、光変調素子の投影エリアに対応するラスタデータに変換し、ラスタデータに基づいて多重露光を行う露光方法であって、パターン輪郭線を表す輪郭線ベクタデータを、パターン輪郭線を一方向にシフトさせた輪郭線補正ベクタデータに変換し、輪郭線ベクタデータに基づく露光と、輪郭線補正ベクタデータに基づく露光とを組み合わせた多重露光を行う。主走査方向に沿った光変調素子の投影エリアサイズ以下のシフト量によって、輪郭線ベクタデータを輪郭線補正ベクタデータに変換し、あるいは、輪郭線ベクタデータを、副走査方向に応じた方向にシフトした副走査方向補正ベクタデータに変換することができる。

本発明によれば、露光装置において、パターン傾斜線を滑らかに形成することができる。

本実施形態である露光装置のブロック図である。一部のパターン輪郭線に対するベクタデータの補正処理を示した図である。副走査方向Ｙに沿った露光量を示した図である。図３のＹ方向ラインの位置を示した図である。露光、現像などの後工程を経て得られたパターンを示した図である。ベクタデータの補正処理の変形例示した図である。

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態である露光装置のブロック図である。

露光装置１０は、フォトレジストなどの感光材料を塗布、あるいは貼り付けた基板（露光対象）Ｗへ光を照射することによってパターンを形成するマスクレス露光装置であり、基板Ｗを搭載するステージ１２が主走査方向に沿って移動可能に設置されている。ステージ駆動機構１５は、ステージ１２を主走査方向Ｘ、副走査方向Ｙに沿って移動させる。

露光装置１０は、ＤＭＤ２２、照明光学系２３、投影光学系２５とを備え、パターン光を投影する複数の露光ヘッド１８が設けられている（図１では１つの露光ヘッドのみ図示）。光源２０は、例えば放電ランプによって構成され、光源駆動部２１によって駆動される。

パターンデータであるＣＡＤ／ＣＡＭデータは、ベクタデータとして露光装置１０へ入力される。露光装置１０のコントローラ３０では、描画座標系によって表されるベクタデータが、露光装置１０に固有の露光座標系に変換され、ベクタデータ処理回路（ベクタデータ補正処理部）に送られる。露光座標系は、露光装置の主走査方向Ｘ、副走査方向Ｙに沿って規定されている。

ベクタデータ処理回路４０では、所定の露光範囲に応じた（露光座標系の）ベクタデータが抽出され、ラスタデータ変換回路（ラスタデータ変換処理部）２６へ送信される。また、後述するように、一部のベクタデータに対してデータ補正処理が行われる。

ラスタデータ変換回路２６では、ベクタデータがラスタデータに変換され、１つのマイクロミラーの投影領域（単位露光領域、セルともいう）に応じたセルサイズメモリ（図示せず）に格納され、そして、セルサイズ以下のエリア（以下、サブセルという）単位のビットマップデータに変換される。コントローラ３０からの制御信号に従って所定アドレスのビットマップデータがラスタデータ変換回路２６から読み出され、露光データとしてＤＭＤ駆動回路２４へ送られる。

ＤＭＤ２２は、微小マイクロミラーを２次元配列させた光変調素子アレイであり、各マイクロミラーは、姿勢を変化させることによって光の反射方向を選択的に切り替える。ＤＭＤ駆動回路２４によって各ミラーが姿勢制御されることにより、パターンに応じた光が、投影光学系２５を介して基板Ｗの表面に投影（結像）される。

ステージ駆動機構１５は、コントローラ３０からの制御信号に従い、ステージ１２を移動させる。コントローラ（露光制御部）３０は、露光装置１０の動作を制御し、位置検出部（図示せず）から送られてくるステージ位置情報に基づいて、ステージ駆動機構１５、ＤＭＤ駆動回路２４、ベクタデータ処理回路４０などへの制御信号を出力する。露光動作中、ステージ１２は一定速度で移動し、ＤＭＤ２２全体の投影エリア（以下、露光エリアという）は、基板Ｗの移動に伴って基板Ｗの上を主走査方向Ｘに沿って相対移動する。なお、ステージ１２は、連続的移動の代わりに間欠移動してもよい。

コントローラ３０は、ベクタデータ処理回路４０、ＤＭＤ駆動回路２４などを制御し、多重露光、すなわち、前の露光エリアの一部領域と重なる位置で次の露光を順次行うオーバーラップ露光を実行する。露光動作は所定のピッチ間隔に従って実行され、ＤＭＤ２２の各マイクロミラーを露光エリアの相対位置（ステージ位置）に応じて変調することにより、露光エリアの位置に描くべきパターンの光が順次投影される。

各露光ヘッド１８による投影エリア、すなわちＤＭＤ２２全体の投影エリア（以下、露光エリアという）ＥＡは、主走査方向Ｘに対して微小角度だけ傾斜した領域となり、傾斜した状態で主走査方向Ｘに相対移動させる。これによって、露光点（露光ショット中心位置）が副走査方向Ｙに沿って徐々にシフトしていく。

多重露光動作のピッチ間隔は、単位露光領域の整数倍から外れるように設定され、また、副走査方向Ｙに沿ったシフト量も単位露光領域よりも小さい。そのため、単位露光領域内では主走査方向Ｘ、副走査方向Ｙいずれにも多数の露光点が分布し、単位露光領域以下の分解能によるパターン形成が可能となる。

さらに本実施形態では、主走査方向Ｘに関し、多重露光動作のピッチ間隔の調整によって見かけ上の分解能を向上させる一方、副走査方向Ｙに関しては、ベクタデータの補正処理によって、見かけ上の分解能を向上させている。以下、これについて詳述する。

図２は、一部のパターン輪郭線に対するベクタデータの補正処理を示した図である。図２では、露光座標系（Ｘ－Ｙ）によって表している。

ベクタデータは、パターンデータ（図形データ）の輪郭線の始点、終点の２次元座標によって定義されるベクトルデータであり、描画データの表現単位で規定される（例えば１μｍ）。ここでは、パターンの一部輪郭線ＢＤ０を表すベクタデータが、点Ｐ１～Ｐ４の位置座標によって表されている。

上述したように、ラスタデータ変換回路２６では、輪郭線ＢＤ０のベクタデータが、サブセル単位のビットマップデータであるラスタデータＲＤに変換される。ラスタデータＲＤ０は、マイクロミラーのセルサイズＣ（単位露光領域）を主走査方向Ｘ、副走査方向Ｙに沿ってｎ分割（ｎは整数、ここではｎ＝１６）したサブセルを単位として配列したビットマップデータとして表され、その輪郭部分Ｔには階段状の段差が生じている。主走査方向Ｘに関しては、露光動作のピッチ間隔を調整することによって１／２サブセル単位の分解能を実現している。

多重露光動作では、基板Ｗ上に形成すべきパターンのベクタデータに基づいて繰り返し露光を行うが、ここでは、シフト補正下ベクタデータと、元のベクタデータを順次ラスタデータ変換回路２６へ送る。すなわち、多重露光動作の露光ステップごとに、シフト補正したベクタデータを基に作成された露光データと、シフトされていないベクタデータを基に作成された露光データとを交互に用いて露光する。

ベクタデータ処理回路４０では、まず、輪郭線ＢＤ０のベクタデータを補正せずに抽出する（Ｓｔｅｐ１）。次の露光動作では、ベクタデータの抽出処理後、輪郭線ＢＤ０のベクタデータに対して座標変換処理を行い、副走査方向Ｙに沿って所定のシフト量ΔＳだけシフトさせた輪郭線ＢＤ＋のベクタデータ（輪郭線補正ベクタデータ）に変換（補正）する。

サブセルサイズをＳＣで表すと、シフト量ΔＳは、副走査方向Ｙに沿って１／２×ＳＣの距離に相当する。図２に示すように、輪郭線ＢＤ＋は、輪郭線ＢＤ０の外側、すなわちパターン境界ラインからパターン外部側へ平行に移動させたラインであり、輪郭線ＢＤ０と輪郭線ＢＤ＋との距離間隔Ｄは、セルサイズＣおよびサブセルサイズＳＣよりも小さい。輪郭線ＢＤ＋のベクタデータは、位置座標Ｐ１’～Ｐ４’によって表される。輪郭線ＢＤ＋のベクタデータがラスタデータＲＤ＋に変換されるため、ラスタデータＲＤ＋の階段状輪郭線Ｔ＋も、サブセルサイズ１／２×ＳＣ分だけ副走査方向Ｙへ全体的にシフトしている（Ｓｔｅｐ２）。

多重露光動作では、同じ露光領域に所定の露光回数（例えば数十回）に従って露光動作が行われるが、その間、Ｓｔｅｐ１、Ｓｔｅｐ２が繰り返し行われる。この処理は、図２に示した輪郭線ＢＤ０のベクタデータだけでなく、全ベクタデータに対して行われる。ただし、露光座標系Ｘ－Ｙに対してＸ方向、Ｙ方向に平行でない傾斜線・曲線を表すベクタデータに対してのみ行うようにしてもよい。

図３は、副走査方向Ｙに沿った露光量を示した図である。図４は、図３のＹ方向ラインの位置を示した図である。ただし、図４では、説明のために便宜上サブセルサイズＳＣをセルサイズＣの４分割としている。

図３には、図４のラインＡ－Ｂに沿った露光量（特に、Ｙ方向の位置（１）と位置（２）との間）の露光量を示している。基板Ｗの上に形成された感光材料は、閾値以上の露光量で感光し、閾値以上の領域がパターンとして現れる。上述したように、ＤＭＤ２２の露光エリアは主走査方向Ｘに対して微小角度傾斜し、多重露光動作の間、露光点がセルサイズ以下のピッチ間隔で副走査方向Ｙへシフトする。そのため、輪郭線ＢＤ０のベクタデータに基づいて露光が行われると、その露光量Ｍ０は図３に示すラインとして表され、一定の傾きをもってパターン外側に向けて減少していく。

一方、輪郭線ＢＤ＋のベクタデータに基づいた露光が行われると、その露光量Ｍ＋は、同様に一定の傾きをもってパターン外側に向けて減少するラインとなり、露光量Ｍ０に対して副走査方向Ｙに１／２×ＳＣだけシフトしたラインとなる。その結果、露光量Ｍ０と露光量Ｍ＋とを合わせた露光量Ｍは、閾値近傍で傾きが一定のラインとなり、その傾きは、露光量Ｍ０および露光量Ｍ＋の傾きと実質的に等しい。

その結果、Ｘ方向に沿った輪郭線（エッジ）ＥＬは、サブセルの端辺位置ではなくサブセル内部に形成され、１／２×ＳＣの分解能によるパターン形成が実現される。副走査方向Ｙに沿った露光ピッチ間隔は変更せずに、見かけ上副走査方向Ｙの分解能が１／２×ＳＣとなり、主走査方向Ｘの見かけ上分解能と等しい。

図５は、露光、現像などの後工程を経て得られたパターンを示した図である。図５に示すように、パターンＰの傾斜ラインＰＬは、サブセルサイズＳＣ以下の分解能で形成され、段差が抑えられたラインとなる。

このように本実施形態によれば、露光装置１０において、ベクタデータ処理回路４０が、輪郭線ＢＤ０のベクタデータを、±Ｙ方向（輪郭線外側、および／または輪郭線内側方向）へシフトさせた輪郭線補正ベクタデータＢＤ＋に変換し、元の輪郭線ベクタデータＢＤ０と輪郭線補正ベクタデータＢＤ＋を交互に用いて露光データを作成し、多重露光動作を行う。

一般的に、形成するパターンの滑らかさは、サブセル単位のビットマップデータの分解能、すなわちセルサイズメモリの規模に比例する。しかしながら、上述したベクタデータの補正により、セルサイズメモリの規模を抑えながら、滑らかなパターン形成が可能となる。すなわち、回路規模を複雑、大型化することなく、簡易な演算処理によってパターンの傾斜線を滑らかにすることができる。なお、元の輪郭線のベクタデータの露光回数を、多重露光回数の半分以下にすることによって、パターンのエッジ部分をより明確にすることができる。

本実施形態では、輪郭線のベクタデータのシフト量を１つとして、補正しない輪郭線のベクタデータと交互に利用して多重露光動作を行っているが、異なるシフト量で複数のシフト補正ベクタデータを作成し、順に利用して多重露光動作を行ってもよい。また、輪郭線のベクタデータを副走査方向Ｙの正方向（＋Ｙ）側でなく、逆（負）方向（－Ｙ）へシフトさせてもよい。さらには、１つの輪郭線のベクタデータを、正負両方向にシフト補正させてもよい。

図６は、複数のシフト量でベクタデータ補正処理を行う変形例を示した図である。

ここでは、輪郭線ＢＤ０のベクタデータに対し、１／２×ＳＣ（＝ΔＳ）だけ＋Ｙ方向にシフトさせた輪郭線ＢＤ＋のベクタデータ、ＳＣ（＝Δ２Ｓ）だけ＋Ｙ方向にシフトさせた輪郭線ＢＤ２＋のベクタデータ、１／２×ＳＣ（＝ΔＳ）だけ－Ｙ方向にシフトさせた輪郭線ＢＤ－のベクタデータを生成する。そして、輪郭線ＢＤ０、ＢＤ＋、ＢＤ２＋、ＢＤ－のベクタデータを順に繰り返し用いて多重露光動作を行う。これによって、セル分割数１／６４相当の滑らかさのパターンを形成することができる。

また、輪郭線ＢＤ０のベクタデータに対し、１／２×ＳＣ（＝ΔＳ）だけ＋Ｙ方向にシフトさせた輪郭線ＢＤ＋のベクタデータと、１／２×ＳＣ（＝ΔＳ）だけ－Ｙ方向にシフトさせた輪郭線ＢＤ－のベクタデータを生成し、３つの輪郭線のベクタデータを順に繰り返し用いながら多重露光動作を行うようにしてもよい。このような多重露光動作によれば、補正しない元の輪郭線のベクタデータは、多重露光回数の半分以下の露光回数分使用されることになる。

なお、複数のシフト量を用いる場合、シフト量を表す参照テーブルをメモリなどに記憶し、コントローラ３０が参照テーブルを用いてベクタデータ処理回路４０を制御して順次輪郭線のベクタデータを変換するようにしてもよい。また、ベクタデータの変換（補正）処理は、コントローラ３０など他の回路で行ってもよい。サブセルサイズＳＣについても、セルサイズメモリの規模に合わせ、セルサイズＣを１６分割以外の分割数で分割してもよい。

本実施形態では、輪郭線のベクタデータを副走査方向Ｙに沿ってシフトさせる補正処理をおこなっているが、これに限定されるものではなく、ベクタデータの表現可能な範囲で所定の一方向に沿ってシフトさせるようにしてもよい。また、ベクタデータの補正処理は、露光装置以外の演算処理部などで行うように構成してもよい。

１０露光装置
２２ＤＭＤ（光変調素子アレイ）
３０コントローラ
４０ベクタデータ処理回路（ベクタデータ補正処理部）

Claims

複数の光変調素子を２次元配列させた光変調素子アレイと、
パターンデータであるベクタデータを、ラスタデータに変換するラスタデータ変換処理部と、
パターン輪郭線を表すベクタデータを、パターン輪郭線を一方向に沿ってシフトさせた輪郭線補正ベクタデータに変換するベクタデータ補正処理部とを備え、
輪郭線ベクタデータと、輪郭線補正ベクタデータとに基づいて、多重露光を行うことを特徴とする露光装置。
前記ベクタデータ補正処理部が、異なるシフト量で、輪郭線ベクタデータを輪郭線補正ベクタデータに順次変換することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記ベクタデータ補正処理部が、輪郭線ベクタデータを、定められたシフト量で一方向の正側へシフトした第１正側補正ベクタデータと、上記シフト量とは異なるシフト量で一方向の正側へシフトした第２正側補正ベクタデータと、上記シフト量で一方向の負側へシフトした負側補正ベクタデータとに順次変換し、
輪郭線ベクタデータと、第１正側補正ベクタデータと、第２正側補正ベクタデータと、負側補正ベクタデータとに基づいて、多重露光を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
前記ベクタデータ補正処理部が、輪郭線ベクタデータを、一方向の正側へシフトした正側補正ベクタデータと、前記一方向の負側へシフトした負側補正ベクタデータとに順次変換し、
輪郭線ベクタデータと、正側補正ベクタデータと、負側補正ベクタデータとに基づいて、多重露光を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
前記ベクタデータ補正処理部が、光変調素子の投影エリアサイズ以下のシフト量で、輪郭線ベクタデータを、複数の輪郭線補正ベクタデータに順次変換することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の露光装置。
前記シフト量が、主走査方向の分解能に応じたシフト量であることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
前記ベクタデータ補正処理部が、輪郭線ベクタデータを、副走査方向に応じた方向にシフトした副走査方向補正ベクタデータに変換することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の露光装置。
パターンデータであるベクタデータを、光変調素子の投影エリアに対応するラスタデータに変換し、
ラスタデータに基づいて多重露光を行う露光方法であって、
パターン輪郭線を表す輪郭線ベクタデータを、パターン輪郭線を一方向にシフトさせた輪郭線補正ベクタデータに変換し、
輪郭線ベクタデータに基づく露光と、輪郭線補正ベクタデータに基づく露光とを組み合わせた多重露光を行うことを特徴とする露光方法。
主走査方向に沿った光変調素子の投影エリアサイズ以下のシフト量によって、輪郭線ベクタデータを輪郭線補正ベクタデータに変換することを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
輪郭線ベクタデータを、副走査方向に応じた方向にシフトした副走査方向補正ベクタデータに変換することを特徴とする請求項８または９に記載の露光方法。