JP7437212B2

JP7437212B2 - 露光装置および露光方法

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Publication number: JP7437212B2
Application number: JP2020056863A
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: 2024-02-22
Anticipated expiration: 2040-03-26
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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、多重露光に関する。

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。

マイクロオーダーのパターン解像度では、マイクロミラーなどの投影サイズ（セルサイズ）以下でパターンを形成する必要があるため、露光領域をオーバーラップさせながら繰り返し露光する多重露光が行われる（例えば、特許文献１、２参照）。そこでは、露光動作のピッチ間隔をセルサイズの整数倍にせず、露光エリアが主走査方向に対して微小傾斜するように、光変調素子アレイあるいは基板搭載ステージを配置する。

多重露光におけるピッチ間隔をＰ、マイクロミラーの単位露光領域（１つのミラー像のエリア）のサイズをＣとすると、ピッチ間隔Ｐ＝Ａ＋ａ（Ａは任意の整数、Ｃ＞ａ）に従って多重露光が行われる。これによって、単位露光領域（１つのミラー像のエリア）に、多数の露光点（ショット中心位置）が２次元的に分散する（特許文献３参照）。

特許第４２０３６４９号公報特表２００４－５１４２８０号公報特許第４７２８５３６号公報

近年、フォトレジストの高感度化が進み、また、光源出力の上昇、光学系の性能向上、スループット向上などに伴い、単位露光領域に対して行うショット数が減少傾向にある。そのため、単位露光領域内における露光点が分散せず不均一となり、パターン線幅や輪郭が所望する精度にならない恐れがある。

したがって、露光点を均一に分散させることができる新たな多重露光が求められる。

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、主走査方向に対して所定の傾斜角度で傾斜する、前記光変調素子アレイの露光エリアを、被描画体に対して主走査方向に相対移動させる走査部と、所定のピッチ間隔で前記複数の光変調素子を変調し、多重露光動作を行う露光制御部とを備える。

本発明では、前記露光制御部が、所定の単位露光領域において、前記傾斜角度に沿った複数の露光点ラインの間で、露光動作毎に、露光点を定める露光点ラインを切り替える。「所定単位露光領域」は、基板上から見て１つの光変調素子の投影領域に相当するサイズをもつ領域を示す。また、「露光点ライン」は、多重露光動作を所定のピッチ間隔で行ったとき、基板上から見て傾斜角度方向に沿って露光点を結んだラインを表し、互いに平行な複数の露光点ラインが基板上において規定される。露光制御部が露光動作毎に露光点ラインを切り替えることで、露光点は、順次異なる露光点ライン上にある露光点に切り替わっていく。

露光制御部は、隣り合って並ぶ複数の露光点ラインの間で、露光点ラインを順に切り替えることが可能である。また、露光制御部がは、次の露光動作で露光点が前記所定の単位露光領域内に移る露光点ラインを、次の露光動作で露光点が前記所定の単位露光領域から外れる露光点ラインと切り替えることができる。

露光制御部は、各露光点ラインの露光点間隔が等しくなるピッチ間隔で、多重露光動作を行うことができる。あるいは、露光制御部は、隣り合う露光点ラインの主走査方向に沿った露光点位置がずれるピッチ間隔で、多重露光動作を行うことも可能である。例えば露光制御部は、前記所定の単位露光領域内において、２ｋ－１（ｋ＝１、２、・・）番目の露光点ラインと２ｋ番目の露光点ラインとの間で、露光点ラインを交互に切り替える。

一方、露光制御部は、隣り合う露光点ラインの主走査方向に沿った露光点位置が同じピッチ間隔で、多重露光動作を行うことができる。例えば、露光制御部は、前記所定の単位露光領域内において、３ｋ－２（ｋ＝１、２、・・）番目の露光点ラインと、３ｋ－１番目の露光点ラインと３ｋ番目の露光点ラインとの間で、露光点ラインを順に切り替える。

上述した多重露光動作のピッチ間隔としては、例えば、ピッチ間隔をＰ、光変調素子の単位露光領域をＣ、ｍを２以上の整数、ｎを任意の整数、ｕをｍより小さい整数、ａをＣより小さい値とすると、以下の式

Ｐ＝（ｎ＋ｕ／ｍ）Ｃ＋ａ

で表すことができる。

本発明の一態様である露光方法は、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を配置し、前記光変調素子アレイの露光エリアを主走査方向に対して所定の傾斜角度で傾斜させて、前記露光エリアを被描画体に対し主走査方向に相対移動させる走査部と、所定のピッチ間隔で前記複数の光変調素子を変調し、多重露光動作を行う露光方法であって、所定の単位露光領域において、前記傾斜角度に沿った複数の露光点ラインの間で、露光動作毎に、露光点を定める露光点ラインを切り替える。

本発明によれば、露光装置において、高解像のパターンを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。ステージに対する露光ヘッドの配置を示した図である。基板Ｗ上に描かれたパターンを部分的に示した図である。複数の露光点ラインを用いた多重露光動作の一例を示した図である。複数の露光点ラインを用いた多重露光動作の他の例を示した図である。図５に示した多重露光動作の変形例を示した図である。

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、第１の実施形態である露光装置のブロック図である。図２は、ステージに対する露光ヘッドの配置を示した図である。

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には、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）。複数の露光ヘッド１８は、図２に示すように、副走査方向Ｙに沿って千鳥配列されている。光源２０は、例えば放電ランプ（図示せず）によって構成され、光源駆動部２１によって駆動される。

ベクタデータなどで構成されるＣＡＤ／ＣＡＭデータが露光装置１０へ入力されると、ベクタデータがラスタ変換回路２６に送られ、ベクタデータがラスタデータに変換される。生成されたラスタデータは、バッファメモリ（図示せず）に一時的に格納された後、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。これによって、パターン像が基板Ｗに形成される。

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２７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へ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）ＥＡ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。図２に示すように、複数の露光ヘッド１８は、その副走査方向Ｙに沿った配列方向が副走査方向Ｙと一致せず、所定角度αだけ傾斜している。そのため、ステージ１２が矢印Ａで示す方向に移動すると、露光エリアＥＡは、主走査方向Ｘに対して所定角度α傾斜した領域となり、傾斜した状態で主走査方向Ｘに相対移動していく。なお、図２では、傾斜角度αを誇張して描いている。

コントローラ３０は、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行なわれ、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。複数の露光ヘッド１８によって基板Ｗ全体を描画することによって、基板Ｗ全体にパターンが形成される。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。

上述したように、露光エリアＥＡは主走査方向Ｘに対して傾斜しているため、各マイクロミラーを所定のピッチ間隔で変調したときの露光中心点（ショット中心位置、以下では露光点という）は、基板を基準に見ると、その傾斜角度に沿ったライン上に位置する。本実施形態では、そのようなライン（以下、露光点ラインという）を選択的に切り替えながら多重露光動作を行う。以下、これについて詳述する。

図３は、基板Ｗ上に投影されたパターンを部分的に示した図である。主走査方向Ｘ、福走査方向Ｙは、基板Ｗ上における描画座標系を規定する。

ＤＭＤ２２の１つのマイクロミラーによるパターンは、正方形状のマイクロミラーに従って幅Ｃの方形パターンとなる。例えば、Ｃは１０μｍ以下となる。オーバーラップ露光を必要とする多重露光動作では、Ｃの整数倍ではないピッチ間隔で露光動作が繰り返される。

パターンＳ１を形成した露光点Ｎ１を露光開始点とすると、次の露光点Ｎ２は、露光エリアＥＡの主走査方向Ｘに対する傾斜角度αの分だけ副走査方向Ｙへ上にシフトする。図３では、続けて露光されたパターンＳ１とパターンＳ２とを示している。ＤＭＤ２２は、副走査方向Ｙに応じた縦方向、主走査方向Ｘに応じた横方向に沿ってマイクロミラーが所定数並ぶ（例えば、３８４０×２１６０）構造であり、パターンＳ１、Ｓ２は、主走査方向Ｘに沿った横方向に並ぶマイクロミラーによって露光される。ピッチ間隔一定で露光動作が繰り返し行われると、以降の露光点は、露光点Ｎ１から傾斜角度αに沿って延びる露光点ラインＬ１上の位置に定められる。

一方で、ＤＭＤ２２の横方向に多数のマイクロミラーが並んでいることから、露光開始点よりも主走査方向Ｘと反対側（－Ｘ方向）に次のパターンを形成することも可能である。図３では、露光開始点となる露光点Ｎ３のパターンＳ３と、次の露光点Ｎ４のパターンＳ４を示している。パターンＳ４の露光点Ｎ４は、露光点Ｎ３から傾斜角度αに沿って延びる露光点ラインＬ２とは異なる露光点ラインＬ３上に位置する。

ところで、１つのマイクロミラーの投影領域に相当する大さの基板上の領域を単位露光領域としたとき、露光するパターン解像度を単位露光領域のサイズ以下にするためには、単位露光領域以下のピッチで多重露光して露光点を分散させる必要があるが、ある単位露光領域内における最初の露光点（以下、基準露光点）は、必ず単位露光領域の端部に位置するとは限らず、その位置を任意に設定することができる。

例えば、従来のように基準露光点Ｎ５が正方領域端点となる単位露光領域Ｅ１の代わりに、正方領域の中間点を基準露光点Ｎ６とする単位露光領域Ｅ２を定めることもできる。そうすると、露光ピッチを調整することによって、基準露光点Ｎ６の次の露光点を、基準露光点Ｎ６から傾斜角度αの方向に延びる露光点ラインＬ４ではなく、それと平行であって単位露光領域Ｅ２内に露光点が収まる露光点ラインＬ５に定めることができる。

露光エリアＥＡが相対移動する間、単位露光領域内に位置する露光点（ショット中心位置）が露光タイミングごとにいずれかの露光点ラインにあれば、露光点ラインを順に変えながら露光動作を繰り返すことができる。これは、ピッチ間隔が一定である主走査方向Ｘとは違って、副走査方向Ｙの隣り合う露光点間隔を狭めることを可能にする。

本実施形態では、露光動作のピッチ間隔は以下の式によって定められる。ただし、ピッチ間隔をＰ、光変調素子の単位露光領域のサイズ（幅）をＣ、ｍを２以上の整数、ｎを任意の整数、ｕをｍより小さい整数とする。また、ａはＣよりも小さい値を表す。

Ｐ＝（ｎ＋ｕ／ｍ）Ｃ＋ａ・・・・・・・・・・・（１）

図４は、複数の露光点ラインを用いた多重露光動作の一例を示した図である。

ここでは、単位露光領域Ｅの端辺を主走査方向Ｘに２等分した中間点を基準露光点Ｎ１とする。そして、隣り合う２つの露光点ラインの間で交互に露光点が移り変わるように、ピッチ間隔Ｐで露光動作が行われる。具体的には、（１）式において、ｍ＝２、ｕ＝１と定められる。

基準露光点Ｎ１で露光動作が行われて（図４（Ａ）参照）ピッチ間隔Ｐだけ進むと、基準露光点Ｎ１から主走査方向Ｘとは逆側で単位露光領域Ｅの端辺から距離ａだけ離れた位置に、新たな露光点Ｎ２が設定される。露光点Ｎ１の露光点ラインＬ１上に位置しない露光点Ｎ２で次の露光動作が行われる。露光点ラインＬ１上では、マイクロミラーを変調せずに露光しない（図４（Ｂ）参照）。

さらにピッチ距離間隔Ｐだけ進むと、露光点ラインＬｌ１上にある露光点Ｎ３において露光動作が行われる（図４（Ｃ）参照）。これをピッチ間隔Ｐ進むごとに繰り返すことによって、露光点ラインＬ１とＬ２との間で交互に露光点が移り変わる。図４（Ｄ）では、時系列的に順に定められる露光点Ｎ１～Ｎ９を示している。

露光点ラインＬ１における露光点Ｎ５は、単位露光領域Ｅの端に位置し、露光点ラインＬ１上における次の露光点は単位露光領域Ｅから外れる。それとともに、露光点Ｎ７が単位露光領域Ｅの他方端に分布する。そして、その後の露光動作では、露光点Ｎ７から延びる露光点ラインＬ３が露光点ラインＬ１と入れ替わり、露光点ラインＬ２と露光点ラインＬ３との間で交互に露光点が移動する露光動作が行われる。各露光点ライン上の露光点は、距離間隔２ａで露光動作が行われるため、主走査方向Ｘに距離間隔２ａだけ互いに離れている。

このように、単位露光領域Ｅ内において、下から２ｋ－１番目（ｋは１以上の整数）の露光点ラインと２ｋ番目の露光点ラインとの間で、露光点ラインを交互に切り替えながら露光動作が行われる結果、隣り合う露光点ラインでは主走査方向Ｘに沿った露光点位置が互いにずれ、また、副走査方向Ｙに沿ってより多くの位置で露光点が分布する多重露光動作を行うことができる。そのため、単位露光領域Ｅ内の露光回数（露光点分布数）を抑えながら均一に露光量を分散させたパターン形成が可能となる。

図５は、複数の露光点ラインを用いた多重露光動作の他の例を示した図である。

ここでは、単位露光領域Ｅの端辺を主走査方向Ｘに三等分したときの１つの分割点を基準露光点Ｎ１とする。そして、隣り合って並ぶ３つの露光点ラインの間で交互に露光点が移り変わるピッチ間隔Ｐで露光動作が行われる。具体的には（１）式に対し、ｍ＝３、ｕ＝１と定められる。

基準露光点Ｎ１において露光動作が行われ（図５（Ａ）参照）、ピッチ間隔Ｐだけ進むと、もう１つの単位露光領域Ｅの端辺を３等分した分割位置から主走査方向Ｘに距離ａだけ離れた位置に、露光点Ｎ２が単位露光領域Ｅ内に設定される。この露光点Ｎ２で次の露光動作が行われる（図５（Ｂ）参照）。露光点Ｎ２は、露光点Ｎ１の露光点ラインＬ１上に位置せず、露光点ラインＬ１上において露光動作は行われない。

さらにピッチ間隔Ｐだけ進むと、単位露光領域Ｅの端から主走査方向Ｘに距離ａだけ離れた位置に露光点Ｎ３が設定される。この露光点Ｎ３において露光動作が行われる（図５（Ｃ）参照）。露光点ラインＬ１、露光点ラインＬ２では露光動作は行われない。露光点ラインＬ１～Ｌ３との間では、このような順次異なる露光点ラインへ露光点を移す露光動作が繰り返される。図５（Ｄ）では、時系列的に順に定められる露光点Ｎ１～Ｎ９を示している。

露光点ラインＬ１における露光点Ｎ５は、単位露光領域Ｅの端に位置し、露光点ラインＬ１上における次の露光点は単位露光領域Ｅから外れる。一方で、２ピッチ間隔Ｐだけ進んだとき、露光点Ｎ８が単位露光領域Ｅの他方の端に分布する。その後の露光動作では、露光点Ｎ８から延びる露光点ラインＬ４が露光点ラインＬ１と入れ替わり、露光点ラインＬ２～露光点ラインＬ３との間で順に露光点が移り変わる露光動作が行われる。各露光点ライン上に沿って位置する露光点は、いずれも距離間隔３ａだけ離れていて同じである。

このように、単位露光領域Ｅ内において、３ｋ－２番目の露光点ラインと、３ｋ－１番目の露光点ラインと３ｋ番目の露光点ラインとの間で、露光点ラインを順に切り替える露光動作が行われる結果、副走査方向Ｙに沿ってより多くの位置に露光点が分布することになり、露光量に偏りのない多重露光動作を行うことができる。

図６は、図５に示した多重露光動作の変形例を示した図である。

ここでは、（１）式においてｍ＝３、ｕ＝２に定められるピッチ間隔Ｐで露光動作が行われる。図５（Ａ）に示すように、基準露光点Ｎ１は、単位露光領域Ｅの端辺を三等分したときの主走査方向Ｘ側に位置する。そして、ピッチ間隔Ｐだけ進むたびに、露光点Ｎ２、露光点Ｎ３が単位露光領域Ｅ内に設定される。ここでも、図５と同じような露光点分布を得ることができる。ｕは、３つ以上の露光点ラインが存在する場合、基準露光点の位置を表す。

このように本実施形態によれば、露光装置１０において、上記（１）式に基づく上記ピッチ間隔Ｐによる多重露光動作が行われる。単位露光領域内における基準露光点の位置を設定することで、複数の露光点ラインの間で露光点を順に移動させることで、主走査方向Ｘとともに副走査方向Ｙに関して露光点を散在させることが可能となる。

上述した基準露光点とは異なる基準露光点を設定してもよく、４つ以上の隣り合って並ぶ露光点ラインの間で露光点が移り変わるようにしてもよい。さらには、隣り合わない露光点ライン間で露光点を移り変えるようにしてもよい。

露光装置１０は、単一露光ヘッドによる構成も可能であり、また、コントローラ３０以外の制御構成によって多重露光動作を行ってもよい。マイクロミラー以外の光変調素子でパターンを形成することも可能である。

１０露光装置
２２ＤＭＤ（光変調素子アレイ）
３０コントローラ（露光制御部）

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、
主走査方向に対して所定の傾斜角度で傾斜する、前記光変調素子アレイの露光エリアを、被描画体に対して主走査方向に相対移動させる走査部と、
所定のピッチ間隔で前記複数の光変調素子を変調し、多重露光動作を行う露光制御部とを備え、
前記所定のピッチ間隔をＰ、光変調素子の単位露光領域の幅をＣ、ｍを２以上の整数、ｎを任意の整数、ｕをｍより小さい整数、ａをＣより小さい値とすると、Ｐ＝（ｎ＋ｕ／ｍ）Ｃ＋ａであって、
前記露光制御部が、所定の単位露光領域において、前記傾斜角度に沿った複数の露光点ラインの間で、露光動作毎に、露光点を定める露光点ラインを切り替えることを特徴とする露光装置。
前記露光制御部が、隣り合って並ぶ複数の露光点ラインの間で、露光点ラインを順に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記露光制御部が、次の露光動作で露光点が前記所定の単位露光領域内に移る露光点ラインを、次の露光動作で露光点が前記所定の単位露光領域から外れる露光点ラインと切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
前記露光制御部が、各露光点ラインの露光点間隔が等しくなるピッチ間隔で、多重露光動作を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の露光装置。
前記露光制御部が、隣り合う露光点ラインの主走査方向に沿った露光点位置がずれるピッチ間隔で、多重露光動作を行うことを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
前記露光制御部が、前記所定の単位露光領域内において、２ｋ－１（ｋ＝１、２、・・）番目の露光点ラインと２ｋ番目の露光点ラインとの間で、露光点ラインを交互に切り替えることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
前記露光制御部が、隣り合う露光点ラインの主走査方向に沿った露光点位置が同じピッチ間隔で、多重露光動作を行うことを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
前記露光制御部が、前記所定の単位露光領域内において、３ｋ－２（ｋ＝１、２、・・）番目の露光点ラインと、３ｋ－１番目の露光点ラインと３ｋ番目の露光点ラインとの間で、露光点ラインを順に切り替えることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
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を配置し、
前記光変調素子アレイの露光エリアを主走査方向に対して所定の傾斜角度で傾斜させて、前記露光エリアを被描画体に対し主走査方向に相対移動させ、
所定のピッチ間隔で前記複数の光変調素子を変調し、多重露光動作を行う露光方法であって、
前記所定のピッチ間隔をＰ、光変調素子の単位露光領域の幅をＣ、ｍを２以上の整数、ｎを任意の整数、ｕをｍより小さい整数、ａをＣより小さい値とすると、Ｐ＝（ｎ＋ｕ／ｍ）Ｃ＋ａであって、
所定の単位露光領域において、前記傾斜角度に沿った複数の露光点ラインの間で、露光動作毎に、露光点を定める露光点ラインを切り替えることを特徴とする露光方法。