JP7455265B1 - 露光装置および露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスクレス露光装置に対し、より高い解像度のパターンを形成するデータ処理を実行可能な露光装置を提供する。【解決手段】露光装置１０は、ラスタ変換部６０を備える。ラスタ変換部６０は、ベクタデータを単位領域に合わせて分割ベクタデータを生成するとともに、マイクロミラーの投影領域よりもサイズの小さいセルサイズで構成される細分ラスタデータを生成する。【選択図】 図２

Description

本発明は、ＤＭＤなどの光変調素子アレイを用いてパターニングするマスクレス露光装置に関し、特に、描画データの入力から露光動作までの一連のデータ処理に関する。

回路基板などの製造工程では、フォトレジスト等の感光材料を塗布または貼り付けた基板に対し、描画処理（露光動作）が施される。描画処理では、ＣＡＤシステム等から送信されるパターンデータ（ベクタデータ）をラスタデータに変換し、ラスタデータに基づいて、ＤＭＤを駆動制御する。

描画処理では、オーバラップ露光を伴う多重露光動作が行われ、それに合わせてデータ変換処理、データ転送、データ更新処理などが施される。膨大なデータ量のデータ変換、データ更新などを頻繁に行う必要があるため、スループットにデータ転送、データ変換処理に時間を要し、全体の影響を与える。

データ処理の軽減のため、例えば、ベクタデータの一部のみを抽出し、抽出したベクタデータをラスタデータに変換した後、ＤＭＤを駆動制御する（特許文献１参照）。また、ラスタデータに対して複数のメモリ（第１～第Ｎメモリ）を用意し、各メモリに格納されたラスタデータを隣のメモリに順次シフトさせながら、ＤＭＤを駆動制御する（特許文献２参照）。

特許第４２０３６４９号 特許第５２５８２２６号

近年、マスクレス露光装置に対し、より解像度の高いパターン形成が要求されている。しかしながら、ＤＭＤなどの光変調素子アレイの特性、性能などにより、解像力が制限されてしまう。

したがって、より高い解像度のパターンを形成するデータ処理を実行可能な露光装置を提供することが求められる。

本発明では、ベクタデータのラスタ変換処理において、各光変調素子のセル単位（セルサイズ）とは異なるセル単位のビットデータに基づいたラスタデータを生成するラスタ変換処理に対して、技術的動向が向けられる。

本発明の一態様である露光装置は、ベクタデータを、光変調素子アレイを構成する光変調素子の投影領域よりもサイズの小さいセル単位で構成されるラスタデータ（ここでは、細分ラスタデータという）に変換するラスタデータ変換部を備える。

細分ラスタデータは、データ間隔が光変調素子のセルサイズに応じたビットデータのデータ間隔よりも小さいデータ間隔で画素データがマトリクス状に並ぶビットデータとして構成することができる。例えば、ラスタデータ変換部は、細分ラスタデータのセル単位のサイズが、光変調素子の投影領域の１／１０以下となるように、細分ラスタデータを生成することが可能である。

そして、露光装置は、光変調素子アレイの露光エリアの相対位置に応じて、細分ラスタデータの中から、各光変調素子に対応する画素データを抽出し、描画ラスタデータを生成するラスタデータ抽出部と、生成した描画ラスタデータに基づいて、各光変調素子を駆動制御する露光部とを備える。例えば、ラスタデータ抽出部は、露光動作時の光変調素子の投影領域中心位置に応じた画素データを抽出することが可能である。

露光装置は、細分ラスタデータを書き込み可能なラスタメモリをさらに備えることが可能である。例えば、ラスタメモリのメモリ領域は、光変調素子アレイの露光エリアよりも大きいバンドエリアに相当するように構成することができる。

露光装置は、光変調素子アレイの走査バンド領域に沿って定められた単位領域に合わせてベクタデータを分割し、分割ベクタデータを生成する分割ベクタデータ生成部を備えることが可能である。ラスタデータ変換部が、分割ベクタデータを、各々、細分ラスタデータに変換することができる。例えば、ラスタデータ変換部は、細分ラスタデータのセル単位のサイズに応じて、上記分割ベクタデータの単位領域を定めることができる。

ラスタ変換処理は、細分ラスタデータのセル単位のサイズによってその処理速度などが影響される。露光装置は、光変調素子アレイの走査バンド領域に沿って定められた単位領域に合わせてベクタデータを分割し、分割ベクタデータを生成する分割ベクタデータ生成部を備えることが可能である。例えば、ラスタデータ変換部は、分割ベクタデータを、各々、細分ラスタデータに変換することができる。

例えば、露光装置は、分割ベクタデータごとに生成されるラスタデータを書き込み可能なラスタメモリを備え、ラスタデータ変換部は、ラスタメモリの空き状態（例えば、分割ベクタデータに応じたメモリ領域相応の空き容量）に応じて、ラスタデータに変換することができる。

また、ラスタメモリのメモリ領域は、光変調素子アレイの露光エリアよりも大きいバンドエリアに相当するように構成することが可能であり、ラスタデータ変換部におけるデータ処理は、ラスタメモリに対してラスタデータを順次送り出し続けることが容易となる。

本発明の他の一態様である露光方法は、ベクタデータを、光変調素子の投影領域よりもサイズの小さいセル単位で構成される細分ラスタデータに変換し、光変調素子アレイの露光エリアの相対位置に応じて、細分ラスタデータの中から、各光変調素子に対応する画素データを抽出して、描画ラスタデータを生成し、生成した描画ラスタデータに基づいて、各光変調素子を駆動制御する。

本発明によれば、マスクレス露光装置に対し、より高い解像度のパターンを形成するデータ処理を実行可能な露光装置を提供することが求められる。

本実施形態である露光装置のブロック図である。 ラスタ変換部において実行されるラスタ変換処理の一部を示した図である。 抽出部において実行される細分ラスタデータの抽出処理を示した図である。 ラスタ変換部、抽出部、露光部の処理の流れを示したフローチャートである。

以下、図面を用いて、本実施形態である露光装置について説明する。

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、プリント回路基板などの基板Ｗに対してパターンを形成可能なマスクレス露光装置として構成されている。基板Ｗはステージ５０に搭載され、ステージ５０は、図示しないＸ－Ｙステージ機構によって主走査方向（Ｘ方向）、副走査方向（Ｙ方向）に移動可能である。

露光装置１０は、照明光学系（図示せず）、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）３０、投影光学系４０などを含む露光ヘッド２０を複数備え、副走査方向（Ｙ方向）に沿って所定間隔で並んで配置されている（図１では１つの露光ヘッド２０のみ図示）。レーザーなどの光源（図示せず）から出力された光は、照明光学系、ＤＭＤ３０、投影光学系４０を介して基板Ｗに投影される。

矩形状マイクロミラーをマトリクス状に２次元配列させたＤＭＤ３０では、各マイクロミラーが、ＯＮ／ＯＦＦ制御される。マイクロミラーで反射した光は、パターン光となって投影光学系４０へ導かれ、基板Ｗに塗布、あるいは貼り付けられた感光材料表面に結像する。結像倍率は、投影光学系４０の光学性能などに従って定められ、ここでは１倍に定められている。

露光装置１０は、ＣＡＤシステムなどと接続し、コントローラ９０が、露光装置１０の動作を制御する。ＣＡＤシステムなどから送られてくる描画データが入力されるのに伴い、一連の露光に関連するデータ処理が実行される。

図１では、露光装置１０の一部構成を、機能ごとにまとめて示している。露光装置１０は、ラスタ変換部６０、抽出部７０、露光部８０を備えている。

ラスタ変換部６０は、ベクタデータ分割部６２、ラスタデータ変換部６４を備える。ラスタ変換部６０では、ベクタデータである描画データをラスタデータに変換するラスタ変換処理が実行される。ラスタ変換処理により生成されたラスタデータは、ラスタメモリ９２に格納される。なお、ベクタデータである描画データは、アライメント補正処理、座標変換処理などを経て、ラスタデータに変換されるようにしてもよい。

抽出部７０は、ラスタデータ抽出部７２、イメージデータメモリ７４を備える。抽出部７０では、ラスタメモリ９２に格納されたラスタデータの中で、ＤＭＤ３０の各マイクロミラーの位置に応じた画素（ピクセル、ビット）によって構成されるラスタデータ（描画ラスタデータ）が抽出される。これにより、ＤＭＤ３０の各マイクロミラーに対するＯＮ／ＯＦＦの状態が定められる。以下では、このＤＭＤ３０のマイクロミラーによって形成されるパターンイメージを構成するラスタデータを、必要に応じて「画面データ」という。画面データは、一時的にイメージデータメモリ７４に格納される。

露光部８０は、上述した露光ヘッド２０とともに、ステージ計測部８２、データ転送部８４を備える。データ転送部８４は、ステージ計測部８２から送られてくるステージ位置情報に基づき、イメージデータメモリ７４から露光エリアの相対位置に応じた画面データをＤＭＤ３０に転送する。ＤＭＤ３０の各マイクロミラーは、送られてくる画面データに基づいて、ＯＮ／ＯＦＦ制御（駆動制御）される。

露光動作では、ステージ５０が主走査方向（Ｘ方向）に沿って移動するのに伴い、ＤＭＤ３０の投影領域となる露光エリアが基板Ｗに対し、主走査方向（Ｘ方向）に沿って相対移動する。ここでは、露光エリアが主走査方向（Ｘ方向）に対して微小傾斜角度αだけ傾くように、露光ヘッド２０が配置されている。

ステージ５０が一定速度で移動する間、あらかじめ定められた露光ピッチに従い、多重露光動作（オーバラップ露光）が実行される。それぞれの帯状の走査領域（以下、走査バンド領域という）に対して多重露光動作が行われることにより、基板Ｗ全体に対する描画処理が行われる。

一連の露光に関するデータ処理において、露光装置１０では、ラスタ変換部６０のラスタデータ変換処理と、抽出部７０のラスタデータ抽出処理は、独立してそれぞれ実行される。また、抽出部７０のラスタデータ抽出処理、露光部８０の多重露光動作の処理状況に従い、ラスタ変換部６０のラスタデータ変換処理が実行される。

また、ラスタ変換部６０のラスタデータ変換処理によって生成されるラスタデータは、ＤＭＤ３０の各マイクロミラーの投影領域（微小スポット領域）サイズに合わせてデータ間隔が定められたラスタデータではなく、投影領域サイズよりも小さいセルサイズ単位（画素サイズ単位）でデータ間隔が定められたラスタデータ（以下、細分ラスタデータという）として構成される。

以下、図２、３を用いて、このようなデータ処理の独立性（非連動性）、および細分ラスタデータの生成処理について説明する。

図２は、ラスタ変換部６０において実行されるラスタ変換処理の一部を示した図である。ここでは、ＤＭＤ３０による走査バンド領域を、符号「ＢＤ」で示している。

走査バンド領域ＢＤに対しては、あらかじめ単位領域が定められている。単位領域は、描画データ（ベクタデータ）を部分的に抽出し、データ分割するときの１つの塊となるデータ領域を表す。ラスタ変換処理の処理速度などに従って、単位領域のサイズが定められている。図２では、走査バンド領域ＢＤに定められた単位領域を、符号ＶＰ０～ＶＰｎで表している。

ベクタデータである描画データは、単位領域に従って分割される。分割によって得られるベクタデータ（以下、分割ベクタデータという）には、単位領域を規定する境界ライン（以下、パーティションともいう）Ｌ上に、パターンの特徴点Ｂｄが現れる。そのため、各単位領域の分割ベクタデータに対し、境界ラインＬ上に位置する特徴点Ｂｄの位置座標（Ｘ、Ｙ座標）が演算される。

ラスタデータ変換部６４は、分割ベクタデータをラスタデータに変換する。このとき、上述したように、マイクロミラーの投影領域のサイズよりも小さいセルサイズ単位で構成されるビットマップデータである細分ラスタデータが生成される。ここでは、細分ラスタデータを構成する各ビットデータ（画素データ）のサイズは、マイクロミラーの投影領域のサイズの数十分の一以下に定められている。

細分ラスタデータは、分割ベクタデータごとに生成され、ラスタメモリ９２に格納される。ラスタメモリ９２は、ここではリングバッファ機能を有するバッファメモリとして構成されている。

ラスタメモリ９２では、生成される細分ラスタデータが必要に応じて書き込まれる。コントローラ９０は、細分ラスタデータをラスタメモリ９２へ書き込む制御を行い、ラスタメモリ９２の空き状態に応じて、細分ラスタデータをラスタメモリ９２へ書き込む。

図３は、抽出部７０において実行される細分ラスタデータの抽出処理を示した図である。

細分ラスタデータは、ラスタメモリ９２においてパターンを統合させたイメージデータとして構成される。図３に示すように、ラスタメモリ９２のメモリ領域は、ＤＭＤ３０の露光エリアＥＡのサイズより大きいバンドエリアに相当する。細分ラスタデータは、露光ピッチＰＰに従ってメモリ領域の格納位置を変えていく。コントローラ９０は、ラスタメモリ９２における細分ラスタデータの読み出し制御を行う。

ラスタデータ抽出部７２では、ＤＭＤ３０の露光エリアの相対位置に応じて、ラスタメモリ９２に格納されている細分ラスタデータの中から、各マイクロミラーの位置に相当する画素データ（ビットデータ）が抽出される。具体的には、各マイクロミラーの露光動作時におけるショット中心位置ＣＣを演算し、その位置に応じた細分ラスタデータの中の画素データ（ビットデータ）を抽出する。

そして、抽出されたビットデータをマイクロミラー配列に従って配置したビットマップデータに基づいて、描画ラスタデータが生成される。前述のとおり、細分ラスタデータは、ＤＭＤ３０の画面解像度より小さい解像度で生成されるラスタデータであるが、描画ラスタデータの解像度は、ＤＭＤ３０の画面解像度と一致する。

図３では、ショット中心位置を符号ＣＣで示し、また、抽出された細分ラスタデータを、符号ＲＭで示している。なお、ショット中心位置ＣＣ、抽出した細分ラスタデータＲＭは、抽出前の細分ラスタデータＢＲよりもセルサイズ単位が大きい、すなわちデータ間隔が大きいドット状パターンとして図示している。

抽出された細分ラスタデータＲＭは、対応するマイクロミラーのＯＮ／ＯＦＦ状態を定めるデータとなる。したがって、露光動作に合わせた細分ラスタデータＲＭの抽出は、ＤＭＤ３０を構成するマイクロミラーによって表されるパターンのイメージデータ、すなわち画面データを生成することに繋がる。図３では、露光ピッチＰＰに合わせて順次生成される画面データを示している。

ここで、ラスタ変換部６０における分割ベクタデータ、細分ラスタデータの生成は、一連のデータ処理として連続的、かつ繰り返し実行される、一方、抽出部７０の細分ラスタデータの抽出は、ラスタ変換部６０におけるデータ処理と連動して行われるものではなく、独立して実行される。

すなわち、生成された細分ラスタデータが、バッファメモリであるラスタメモリ９２に一時的に格納されることにより、細分ラスタデータの抽出処理、画面データの生成は、ラスタ変換処理と関係なく行うことが可能となる。

露光部８０は、画面データの生成、すなわち露光ピッチＰＰに合わせて多重露光動作を実行する。したがって、抽出部７０、露光部８０のデータ処理は、露光ピッチＰＰに応じて連続的で繰り返し実行されるデータ処理となる。これらのデータ処理は、バッファメモリであるラスタメモリ９２を介することにより、ラスタ変換部６０のラスタ変換処理と連動せず、行われる。

ところで、ラスタメモリ９２への書き込み可能か否かは、ラスタメモリ９２の空き状態に従う。上述したように、抽出部７０および露光部８０のデータ処理は、露光ピッチＰＰに従って実行され、細分ラスタデータの抽出処理によって、ラスタメモリ９２における細分ラスタデータの書き込み可能な状態が生じる。分割ベクタデータ、および細分ラスタデータの生成処理は、ラスタメモリ９２の空き状態に合わせて繰り返し行われる。

以上説明したように、本実施形態の露光装置１０では、ラスタ変換部６０と、抽出部７０におけるデータ処理を、ラスタメモリ９２を介することによって、それぞれ独立して実行させる。一連の露光に関する処理に対し、機能的観点から処理内容を分け、分けた処理群の中で反復実行させる構成により、スループットを維持しながら、効果的にデータ処理を行うことができる。

さらに本実施形態では、ラスタ変換部６０が、ベクタデータを、単位領域ＢＤに合わせて分割ベクタデータを生成し、また、マイクロミラーの投影領域よりもサイズの小さいセルサイズで構成される細分ラスタデータＢＲを生成する。

ＤＭＤ３０のマイクロミラーの投影領域サイズよりもはるかにセルサイズの小さい細分ラスタデータの中から、各マイクロミラーのショット中心位置に該当する細分ラスタデータを選択、抽出する。そのため、露光エリアＥＡの相対位置（マイクロミラーのショット中心位置）に対し、各マイクロミラーのＯＮ／ＯＦＦ状態を適切に定めることが可能となり、精度よくパターを形成することができる。

図４は、ラスタ変換部６０、抽出部７０、露光部８０の処理の流れを示したフローチャートである。

ラスタ変換部６０では、ラスタメモリ９２の空き状態に応じて、ラスタ変換処理を繰り返し実行する（Ｓ１０１～１０６）。ただし、ここでは単位領域が、パーティション番号として管理されている。

抽出部７０では、ラスタメモリ９２に格納された細分ラスタデータの中から、各マイクロミラーの位置に応じた画素データ（ビットデータ）が選択され、画面データ、すなわちＤＭＤ３０の解像度に応じたビットマップデータである描画ラスタデータが、イメージデータメモリ７４に格納される（Ｓ２０１～Ｓ２０８）。ただし、ここでは、画面データの番号が生成画面番号として管理されている。

露光部８０では、画面データの読み出しにしたがって多重露光動作が行われる（Ｓ３０１～Ｓ３０６）。ただし、露光ピッチに応じた露光動作のタイミングを、露光番号として管理している。

露光装置１０に関し、ラスタ変換部６０と抽出部７０とを非連動させてデータ処理する構成に着目すれば、細分ラスタデータを生成しない構成にしてもよい。一方、細分ラスタデータを生成する構成に着目すれば、ラスタ変換部６０と抽出部７０とを非連動させてデータ処理する構成にしなくてもよい。

露光装置１０については、分割光学系（分岐光学系）によって、光変調素子アレイのパターン光を副走査方向に沿って分岐させ、それぞれ異なる走査バンドに沿って走査させる構成にすることができる。このような露光装置１０においても、上述したデータ処理を適用することが可能である。

１０ 露光装置
３０ ＤＭＤ
６０ ラスタ変換部
７０ 抽出部
８０ 露光部

Claims (7)

1. 光変調素子アレイの露光エリアが相対移動する走査バンド領域に対し、ベクタデータ分割のため露光エリア相対移動方向に沿って連なるように定められた単位領域に合わせて、ベクタデータを分割し、分割ベクタデータを生成する分割ベクタデータ生成部と、
   前記分割ベクタデータを、光変調素子アレイを構成する光変調素子の投影領域よりもサイズの小さいセル単位で構成される細分ラスタデータに変換するラスタデータ変換部と、
   前記光変調素子アレイの露光エリアの相対位置に応じて、前記細分ラスタデータの中から、各光変調素子に対応する画素データを抽出し、描画ラスタデータを生成するラスタデータ抽出部と、
   生成した前記描画ラスタデータに基づいて、各光変調素子を駆動制御する露光部とを備え、
   前記単位領域が、前記細分ラスタデータのセル単位のサイズに応じて、定められることを特徴とする露光装置。
2. 前記細分ラスタデータを格納可能なラスタメモリをさらに備え、
   前記ラスタデータ抽出部が、前記光変調素子アレイの露光エリアの相対位置に応じて、前記ラスタメモリに格納された前記細分ラスタデータの中から、各光変調素子に対応する画素データを抽出し、描画ラスタデータを生成し、
   前記ラスタメモリのメモリ領域が、前記走査バンド領域における、前記光変調素子アレイの露光エリアよりも大きい領域に相当するメモリ領域であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記細分ラスタデータのセル単位のサイズが、光変調素子の投影領域の１／１０以下であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記単位領域の露光エリア相対移動方向に沿った幅が、前記露光エリアの相対移動方向に沿った幅よりも小さく、かつ、露光ピッチよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. 光変調素子アレイの露光エリアが相対移動する走査バンド領域に対し、ベクタデータ分割のため露光エリア相対移動方向に沿って連なるように定められるとともに、前記細分ラスタデータのセル単位のサイズに応じて定められる単位領域に合わせて、ベクタデータを分割し、
   ベクタデータ分割によって生成された分割ベクタデータを、光変調素子の投影領域よりもサイズの小さいセル単位で構成される細分ラスタデータに変換し、
   前記光変調素子アレイの露光エリアの相対位置に応じて、細分ラスタデータの中から、各光変調素子に対応する画素データを抽出して、描画ラスタデータを生成し、
   生成した描画ラスタデータに基づいて、各光変調素子を駆動制御することを特徴とする露光方法。
6. 前記走査バンド領域における、前記光変調素子アレイの露光エリアよりも大きい領域に相当するメモリ領域を有するラスタメモリに、前記細分ラスタデータを格納し、
   前記光変調素子アレイの露光エリアの相対位置に応じて、前記ラスタメモリに格納された前記細分ラスタデータの中から、各光変調素子に対応する画素データを抽出して、描画ラスタデータを生成することを特徴とする請求項５に記載の露光方法。
7. 前記ラスタメモリの空き状態に応じて、前記細分ラスタデータに変換することを特徴とする請求項６に記載の露光方法。

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