JPWO2015072478A1 - 空間光変調素子モジュール、光描画装置、露光装置、空間光変調素子モジュール製造方法およびデバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
大面積を有する空間光変調素子モジュールを製造する。空間光変調素子モジュールであって、ベース部材と、複数の空間光変調素子アレイとを備え、複数の空間光変調素子アレイの各々は、入射光の強度および位相の少なくとも一方を変調して出射する光変調素子を有し、ベース部材は、複数の空間光変調素子アレイを、ベアチップ状態で、予め定められた相対位置に保持する。上記空間光変調素子モジュールにおいて、複数の空間光変調素子アレイは、少なくとも１の方向について千鳥配置されてもよい。
Description
本発明は、空間光変調素子モジュール、光描画装置、露光装置、空間光変調素子モジュール製造方法およびデバイス製造方法に関する。
空間光変調素子を含む描画ヘッドを備えた露光装置がある（例えば特許文献１参照および非特許文献１参照）。
［特許文献１］ 特開２００７−０５２０８０号公報
［非特許文献１］ Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．５３７７、ｐ．７７７
［特許文献１］ 特開２００７−０５２０８０号公報
［非特許文献１］ Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．５３７７、ｐ．７７７
空間光変調素子を大型化すると製造歩留りが著しく低下する。
本発明の第一態様においては、ベース部材と、複数の空間光変調素子アレイとを備え、複数の空間光変調素子アレイの各々は、入射光の強度および位相の少なくとも一方を変調して出射する光変調素子を有し、ベース部材は、複数の空間光変調素子アレイを、ベアチップ状態で、予め定められた相対位置に保持する空間光変調素子モジュールが提供される。
本発明の第二態様においては、上記空間光変調素子モジュールを用いて光像を描画する光描画装置が提供される。
本発明の第三態様においては、上記光描画装置を用いて物体を露光する露光装置が提供される。
本発明の第四態様においては、複数の反射素子をそれぞれが有する複数の空間光変調素子アレイを複数準備する段階と、複数の空間光変調素子の各々をベース部材に沿って並べる段階とを備える空間光変調素子モジュール製造方法が提供される。
本発明の第五態様においては、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、上記露光装置を用いて露光を行うデバイス製造方法が提供される。
上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、露光装置１００の構造を示す模式図である。露光装置１００は、制御系２００、照明系３００および光描画系４００を備える。光描画系４００は、空間光変調素子モジュール５００を含む。
制御系２００は、主制御部２１０、ステージ制御部２２０、光源制御部２３０および変調制御部２４０を有する。ステージ制御部２２０はステージ駆動部４３０を、光源制御部２３０は光源３１０を、変調制御部２４０は空間光変調素子モジュール５００を、それぞれ個別に制御する。
これに対して、主制御部２１０は、ステージ制御部２２０、光源制御部２３０および変調制御部２４０を含む露光装置１００全体を統括して制御する。また、主制御部２１０は、ユーザに対するインタフェイスを有し、ユーザからの指示を受け付けると共に、露光装置１００の動作状態を、露光装置１００の外部に向かって通知する。
照明系３００は、光源３１０および光学系３０１を有する。光源３１０は、発光のタイミングおよび発光強度を指示するトリガパルスを光源制御部２３０から供給されて、パルス発光する。光源３１０が発生するパルス光は略平行光束で、矩形のビーム断面形状を有する。
光源３１０としては、例えば、波長１９３ｎｍでパルス幅１ｎｓ程度のレーザ光を１〜３ＭＨｚ程度の周波数でパルス発光する波長変換型個体レーザ等を用いることができる。また、光源３１０としては、波長１９３ｎｍでパルス幅５０ｎｓ程度のレーザ光を４〜６ｋＨｚ程度の周波数でパルス発光するＡｒＦエキシマレーザ、波長２４８ｎｍで発光するＫｒＦエキシマレーザ、パルス点灯される発光ダイオード等も使用できる。
光学系３０１は、ビームエキスパンダ３２０、偏光制御光学素子３３０、回折光学素子３４０、リレー光学系３５２、３５４、マイクロレンズアレイ３６０、リレーレンズ、視野絞り３８０等の光学部材を有する。ビームエキスパンダ３２０は、光源３１０が発生したパルス光のビーム径を拡大する。
光学系３０１における偏光制御光学素子３３０は、パルス光の偏光状態を制御する。偏光制御光学素子３３０としては、パルス光の偏光方向を回転する１／２波長板、パルス光を円偏光に変換する１／４波長板、パルス光をランダム偏光（非偏光）に変換する複屈折性プリズム等が適宜選択されて配される。
光学系３０１における回折光学素子３４０は、ターレットに保持された複数の素子のひとつがパルス光の光路に挿入される。回折光学素子３４０としては、通常照明用素子の他に、コヒーレンスファクター（σ値）の小さな照明光を生成する小σ照明用素子、２極照明用素子、４極照明用素子、輪帯照明用素子等が用いられる。なお、回折光学素子３４０として、反射形の空間変調素子を使用することもできる。
光学系３０１において、回折光学素子３４０から射出されたパルス光は、リレー光学系３５２により、マイクロレンズアレイ３６０に導かれる。光学系３０１におけるマイクロレンズアレイ３６０は、多数の微小なレンズエレメントによりパルス光を二次元的に分割して、後側焦点面でもある光学系３０１の照明瞳面に、二次光源（面光源）を形成する。なお、リレー光学系３５２として、ズームレンズを用いてもよい。また、マイクロレンズアレイ３６０として、フライアイレンズを使用してもよい。
照明瞳面に形成された二次光源から射出された照明光は、リレーレンズ３７０、視野絞り３８０および他のリレー光学系３５４を通じて、空間光変調素子モジュール５００に向かって照射される。視野絞り３８０は、投影光学系４１０の物体面と共役な面ＣＯＰ３８２から光軸方向にシフトした位置に設けられる。
空間光変調素子モジュール５００に照射される照明光は、図中に矢印で示す方向のうち、Ｘ方向に細長い長方形状の領域を略均一な照度で照明する。また、照明光は、空間光変調素子モジュール５００の反射面に対して、予め定められた一定の傾きを有する入射角αで入射する。
なお、光学系３０１は、光路上に挿入された複数の反射鏡３９１、３９２、３９３を更に含む。反射鏡３９１、３９２、３９３は、照明光の光路を折り曲げることにより露光装置１００を小型化している。
光描画系４００は、空間光変調素子モジュール５００、投影光学系４１０およびウエハステージ４２０を含む。空間光変調素子モジュール５００は、変調制御部２４０による制御の下に、均一な照度で照射された照明光に照度分布を形成する。空間光変調素子モジュール５００については、他の図を参照して後述する。
投影光学系４１０は、空間光変調素子モジュール５００側に非テレセントリックであり、ウエハステージ４２０側にテレセントリックな縮小投影光学系を形成する。また、投影光学系４１０に対して、空間光変調素子モジュール５００と、ウエハステージ４２０に搭載された半導体ウエハ４５０の表面は共役な関係に位置する。
これにより、投影光学系４１０は、空間光変調素子モジュール５００により形成された分布を有する空間像の縮小像を半導体ウエハ４５０の表面に形成して、半導体ウエハ４５０に塗布されたレジスト膜を感光させる。半導体ウエハ４５０は、シリコン単結晶の他、化合物半導体等でもあり得る。
投影光学系４１０は、例えば１／１０〜１／１００程度の投影倍率βを有する。また、投影光学系４１０の解像度は、例えば、空間光変調素子モジュール５００の解像度の１倍〜数倍程度である。換言すれば、空間光変調素子モジュール５００の解像度を向上させることにより、投影光学系４１０の解像度を向上させることができる。
ところで、制御系２００、照明系３００、空間光変調素子モジュール５００および投影光学系４１０は、それぞれ、露光装置１００に対して固定されている。これに対して、ウエハステージ４２０は、ステージ駆動部４３０により駆動されて、図中に矢印で示す走査方向ｙに変位する。これにより、投影光学系４１０から射出された投影光により、半導体ウエハ４５０の表面を走査できる。
なお、ウエハステージ４２０は、反射鏡４２２も搭載する。反射鏡４２２は、ウエハステージ４２０の移動方向に対して直交する反射面を有し、干渉計４４０から照射されたレーザ光を干渉計４４０に向かって反射する。これにより、ステージ制御部２２０は、ウエハステージ４２０の移動量を精度よく検出して、ステージ駆動部４３０を高精度に制御する。
このように、露光装置１００においては、マスクまたはレチクルを用いることなく、マスクレス方式で形成したパターンの投影光により半導体ウエハ４５０を感光させることができる。また、ウエハステージ４２０を移動させることにより、半導体ウエハ４５０全面を感光させることができる。
よって、露光を繰り返すことにより、半導体ウエハ４５０の表面に多数の露光パターンを形成することができる。また、ショット毎にパターンを変更することにより、投影光学系４１０の投影面積よりも大きなパターンを半導体ウエハ４５０上に形成することができる。更に、半導体ウエハ４５０の領域により、異なるパターンを形成することもできる。
図２は、空間光変調素子モジュール５００の製造過程を示す流れ図である。空間光変調素子モジュール５００は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ：微小電気機械システム）技術によりシリコンウエハを加工して製造できる。そこで、空間光変調素子モジュール５００の製造においては、まず、フォトリソグラフィ技術によりシリコンウエハを加工するウエハプロセス段階（ステップＳ１０１）が実行される。
図３は、ウエハプロセスにより複数の空間光変調素子アレイ５１０が形成されたシリコンウエハ５０９を模式的に示す図である。図示のように、ウエハプロセスにより、１枚のシリコンウエハ５０９には複数の空間光変調素子アレイ５１０が形成される。また、個々の空間光変調素子アレイ５１０には、空間光変調素子アレイ５１０の解像度を決定する多数の反射素子５３０が形成される。
直径３０ｃｍのシリコンウエハ５０９を用いた場合、個々の空間光変調素子アレイ５１０は、例えば２．５ｃｍ平方程度の寸法になる。また、空間光変調素子アレイ５１０に作り込まれた反射素子５３０のひとつひとつは、例えば、一辺の長さが数μｍ程度の矩形をなす。
ここで、空間光変調素子アレイ５１０を個々に大型化することにより、単独の空間光変調素子アレイ５１０の解像度を向上させることができる。しかしながら、ひとつの空間光変調素子アレイ５１０に作り込む反射素子５３０の数が増加すると、空間光変調素子アレイ５１０の歩留りが低下する。このため、個々の空間光変調素子アレイ５１０の解像度を抑制することにより、反射素子５３０の歩留りが変わらない場合でも、シリコンウエハ５０９の利用効率を向上させることができる。
再び図２を参照すると、ステップＳ１０１において複数の空間光変調素子アレイ５１０を造り込まれたシリコンウエハ５０９をダイシングすることにより、空間光変調素子アレイ５１０を個片化するダイシング段階が実行される（ステップＳ１０２）。シリコンウエハ５０９は、レーザ加工の他、ダイシングソーを用いた機械加工によってもダイシングできる。こうして、多数の空間光変調素子アレイ５１０を用意できる。
図４は、単独の空間光変調素子アレイ５１０の構造を示す模式的な斜視図である。図示のように、空間光変調素子アレイ５１０は、アレイ基板５２０と、アレイ基板５２０上に配された複数の反射素子５３０と複数のポスト５４０とを有する。
ポスト５４０は、アレイ基板５２０上にマトリクス状に整然と配される。ポスト５４０は、後述するように、反射素子５３０を、変位可能に支持する。反射素子５３０は、ポスト５４０に対して一定の相対位置を有して、マトリクス状に配される。また、反射素子５３０の表面は、アレイ基板５２０の表面と平行な共通の面に配される。
図５は、空間光変調素子アレイ５１０の模式的断面図である。図示の断面においては、アレイ基板５２０の表面において、ポスト５４０と反射素子５３０とがフレクシャ５５０により弾性的に結合されていることが示される。
また、図示の断面においては、アレイ基板５２０の図中上面に固定電極５６０が、フレクシャ５５０の図中下面に可動電極５７０が、それぞれ配される。なお、固定電極５６０および可動電極５７０において、互いに対向する表面には、少なくとも一部に絶縁膜５６２、５７２が形成される。これにより、固定電極５６０および可動電極５７０が互いに短絡することが防止される。
更に、図示の断面においては、アレイ基板５２０の内部に、ＣＭＯＳ回路５２２が配される。ＣＭＯＳ回路５２２は、固定電極５６０のひとつひとつに対応するフリップフロップおよび選択回路を含む。ＣＭＯＳ回路５２２において、いずれかの選択回路が選択された場合、フリップフロップに供給されるクロック信号のタイミングに、対応する固定電極５６０に電圧が印可される。
なお、可動電極５７０は、何らかの固定電位、例えば接地電位に接続されている。また、アレイ基板５２０には、ＣＭＯＳ回路５２２を外部に接続する配線、ビア、パッド、バンプ等が設けられる。
上記のような空間光変調素子アレイ５１０において、ＣＭＯＳ回路５２２は、シリコンウエハ５０９をＣＭＯＳプロセスにより加工して形成することができる。また、反射素子５３０、ポスト５４０、フレクシャ５５０等の構造物は、シリコンウエハ５０９に堆積させた窒化珪素、ポリシリコン等により形成される。更に、反射素子５３０の表面には、反射効率を向上する目的で、アルミニウム等の金属層を堆積させてもよい。
図６は、図５に示した空間光変調素子アレイ５１０において、ひとつの固定電極５６０に電圧が印可された状態を示す。即ち、図中左側に位置する固定電極５６０に電圧が印可され、対向する可動電極５７０が図中下方に引きつけられる。これにより、フレクシャ５５０が変形して、反射素子５３０が図中下方に変位する。よって、電圧を印可されていない図中右側の反射素子５３０との間に高さの差Ｈが生じる。
図７は、上記のように、一部の固定電極５６０に電圧が印可された空間光変調素子アレイ５１０の様子を示す斜視図である。図示の例では、図中左側のＡ列および図中右側のＣ列の反射素子５３０は、図４に示した空間光変調素子アレイ５１０と同じ状態を保っている。それに対して、図中中央に位置するＢ列の反射素子５３０は、図中に点線で示す当初の配列平面に対して、アレイ基板５２０に近づく方向に変位している。
空間光変調素子アレイ５１０に投影光が入射している場合、上記のような反射素子５３０の変位により、反射光の光路も変位する。また、光路の変位に伴い、外部に射出される反射光の位相が変化する。このように、空間光変調素子アレイ５１０において、複数設けられた反射素子５３０を個々に制御して、反射素子５３０毎に反射光の状態を変化させることができる。
例えば、反射素子５３０における反射光の位相が変化した場合、反射素子５３０における反射光と、反射素子５３０相互の間の領域で反射される反射光との相互作用により、空間光変調素子アレイ５１０における当該反射素子５３０を含む領域における反射光の光強度が変化する。これにより、空間光変調素子アレイ５１０が反射する照明光に分布を形成することができる。
図８は、空間光変調素子アレイ５１０に換えて空間光変調素子モジュール５００を形成し得る他の空間光変調素子アレイ７１０を示す模式的な断面図である。空間光変調素子アレイ７１０は、アレイ基板７２０、反射素子７３０、ポスト７４０およびフレクシャ７５０を備える。
アレイ基板７２０は、図中上面に配された一対の固定電極７６２、７６４を有する。固定電極７６２、７６４の表面は、絶縁膜７６３、７６５により覆われる。反射素子７３０は、柔軟なフレクシャ７５０を介して、ポスト７４０から支持される。
ここで、一対の固定電極７６２、７６４は、反射素子７３０の支柱に対して、アレイ基板７２０の面方向に振り分けて配されている。また、固定電極７６２、７６４の各々には、個別に駆動電圧を印可できる。
図９は、空間光変調素子アレイ７１０の動作を説明する図である。空間光変調素子アレイ７１０を動作させる場合は、図示のように、固定電極７６２、７６４のいずれか一方に駆動電圧を印可する。図示の例では、図中左側に位置する固定電極７６２に駆動電圧が印可される。なお、フレクシャ７５０は、基準電位に常時結合されている。
固定電極７６２に駆動電圧が印可されると、フレクシャ７５０との間に発生した静電力によりフレクシャ７５０が固定電極７６２に吸着され、フレクシャ７５０に支持された反射素子７３０を傾ける。これにより、反射素子７３０により反射された反射光の伝播方向が変化するので、空間光変調素子アレイ７１０は入射光を変調できる。
なお、固定電極７６２に吸着された可フレクシャ７５０は、固定電極７６２に当接することにより反射素子７３０の傾きを位置決めする。このとき、固定電極７６２の表面に設けられた絶縁膜７６３が、固定電極７６２とフレクシャ７５０との短絡を防止する。
再び図２を参照すると、空間光変調素子モジュール５００の製造においては、空間光変調素子アレイ組立体６１０を作成するレイアウト段階が実行される（ステップＳ１０３）。レイアウト段階においては、空間光変調素子アレイ５１０を、モジュール基板５８０に複数実装する。モジュール基板５８０は、例えば、シリコン基板により形成できる。
図１０は、空間光変調素子アレイ組立体６１０の模式的な側面図である。図示のように、ベース部材としてのモジュール基板５８０には、複数の空間光変調素子アレイ５１０が位置決めして固定される。これにより、複数の空間光変調素子アレイ５１０の相互の位置が固定される。モジュール基板５８０に対する空間光変調素子アレイ５１０の固定には、金属接合、有機系接着剤、水ガラス等の無機系接着剤、陽極接合等を広く利用できる。
なお、接着剤等を硬化させる等して空間光変調素子アレイ５１０をモジュール基板５８０に恒久的に固定する前に、個々の空間光変調素子アレイ５１０を検査してもよい。この段階で検査して、傷んだ空間光変調素子アレイ５１０を正常なものに交換することにより、空間光変調素子モジュール５００の歩留りを一層向上できる。
また、空間光変調素子アレイ５１０の各々において、反射素子５３０は、アレイ基板５２０に対して変位可能に設けられている。このため、空間光変調素子アレイ５１０を固定する過程で、チャック、搬送ロボット、ピンセット等の工具が反射素子５３０に接触すると、フレクシャ５５０等の柔軟な構造の特性を変化させる可能性がある。
そこで、図示の例では、空間光変調素子アレイ５１０の各々において、反射素子５３０が配されていないハンドリング領域５２４をアレイ基板５２０の周縁に設ける。これにより、空間光変調素子アレイ５１０をハンドリングする場合に、反射素子５３０に接触することなく、空間光変調素子アレイ５１０をハンドリングできる。
このように、空間光変調素子アレイ組立体６１０においては、モジュール基板５８０に対して、空間光変調素子アレイ５１０がベアチップ状態で実装される。即ち、モジュール基板５８０に実装された空間光変調素子アレイ５１０の各々は、個別のパッケージ等を備えておらず、ダイシング段階（ステップＳ１０２）においてシリコンウエハ５０９から個片化された状態を保っている。これにより、空間光変調素子アレイ５１０は、モジュール基板５８０に対して高密度に実装できる。よって、少ない部品数で空間光変調素子モジュール５００を高解像度化できる。
更に、モジュール基板５８０に実装する前に、空間光変調素子アレイ５１０を選別することにより、シリコンウエハ５０９の利用効率を向上できる。また更に、欠陥のない空間光変調素子アレイを選択して実装することにより、画素数が多いにもかかわらず欠陥のない空間光変調素子モジュール５００を製造できる。
ただし、アレイ基板５２０にハンドリング領域５２４を設けた場合、空間光変調素子アレイ５１０の面積が、反射素子５３０が配置された領域よりも広くなる。このため、モジュール基板５８０において反射素子５３０が占める面積の割合が、ハンドリング領域５２４の分だけ減少する。
図１１は、レイアウト段階（ステップＳ１０３）の他の態様を説明する図である。図示の例では、モジュール基板５８０に実装される空間光変調素子アレイ５１０の各々が、反射素子５３０を埋め込んだ犠牲層５１２を有する。これにより、アレイ基板５２０の全面に反射素子５３０が配されていても、反射素子５３０に接触することなく空間光変調素子アレイ５１０をハンドリングできる。
よって、空間光変調素子アレイ５１０を配列するレイアウト段階（ステップＳ１０３）よりも前に、空間光変調素子アレイ５１０に犠牲層５１２を設けることにより、空間光変調素子アレイ５１０の各々における反射素子５３０の面積の割合を向上できる。また、犠牲層５１２の上面を真空ピンセット等により吸着してハンドリングすることにより、モジュール基板５８０における空間光変調素子アレイ５１０の間隔を狭くして実装密度を向上できる。
なお、犠牲層５１２は、例えば、ウエハプロセスにおいて用いるレジスト、酸化シリコン等により形成できる。また、犠牲層５１２は、空間光変調素子アレイ５１０をモジュール基板５８０に実装した後に取り除かれる。犠牲層５１２は、ＨＦ、ＸｅＦ２等を用いたドライエッチングまたはウェットエッチングにより除去できるが、空間光変調素子アレイ５１０をモジュール基板５８０に固定している接着剤を劣化しないエッチャントを選択して使用する。
更に、犠牲層５１２は、半導体プロセス段階（ステップＳ１０１）において形成したものを利用してもよいし、レイアウト段階（ステップＳ１０３）において、空間光変調素子アレイ５１０に改めて設けてもよい。ただし、空間光変調素子アレイ５１０を個片化する前に犠牲層５１２を形成した方が、個々のチップに犠牲層５１２を設けるよりも手順を減らすことができる。よって、犠牲層５１２は、ダイシング段階（ステップＳ１０３）よりも前に形成することが好ましい。
図１２は、空間光変調素子アレイ組立体６１０の平面図である。図示のように、空間光変調素子アレイ５１０は、モジュール基板５８０において、図中水平に２列にレイアウトされている。
ここで、図中上段に配列された空間光変調素子アレイ５１０と、図中下段に配列された空間光変調素子アレイ５１０とは、互いに、配列ピッチの半分の位置に交互に配される千鳥配置を形成する。また、各列における空間光変調素子アレイ５１０の間隔は、図中に点線Ｐで示すように、図中水平方向について、各空間光変調素子アレイ５１０の両端の反射素子５３０が、図中上下に重なり合うピッチを有する。
これにより、空間光変調素子アレイ組立体６１０においては、図中に矢印ｙで示す露光装置１００における走査方向と直交する方向について、反射素子５３０が隙間なく配置される。よって、露光装置１００において空間光変調素子モジュール５００を用いる場合に、走査方向ｙと直交する方向の解像度を向上できる。
なお、露光装置１００におけるスループットを増大するには、空間光変調素子モジュール５００の画素数を増やす事がまず考えられる。これは、Ｘ方向にはそのまま当てはまり、増やした画素数分だけスループットが増大する。しかしながら、Ｙ方向については、ステージのスキャン速度、レーザの繰返し周波数、露光の完了に要する露光量等が相互に関係するので、画素数を増加させても単純にスループットには反映されない。よって、Ｙ方向の画素数は、むしろ、これらのパラメータにより決定される場合がある。また、Ｙ方向の画素数が決定された後に、Ｘ方向の画素数を増加させることにより、露光装置１００におけるスループットを効果的に増大できる。
また、スループットを増大させるには、上記のように、Ｘ方向の画素数を増加することが効果的である。しかしながら、円形のシリコンウエハから空間光変調素子モジュール５００を製造する場合、Ｘ方向に限って長い横長のチップは、１ウエハから取れるチップ数である面付数が減少する。また、単一のチップの寸法が大きくなるにつれて歩留り低下が漸増する。これに対して、バランスのよい縦横比のチップとして製造した複数の空間光変調素子アレイ５１０を更にアレイ状に配置することにより、上記のような問題を生じることなく、空間光変調素子モジュール５００におけるＸ方向の画素数を増加させることができる。
ただし、空間光変調素子アレイ５１０の個々のチップには、反射素子５３０が配置されていない領域がある。このため、複数の空間光変調素子アレイ５１０のチップを配置する場合に、チップを相互に突き合わせて配列しても、反射素子５３０が存在しない区間が生じる。これに対して、図１２に示したように、空間光変調素子アレイ５１０の列を複数設け、これらの列を走査方向と交差する方向（Ｙ方向）にずらして配置する千鳥配列とすることにより、反射素子５３０が緻密に配置された空間光変調素子モジュール５００を形成できる。
図１３は、レイアウト段階（ステップＳ１０３）における空間光変調素子アレイ５１０の位置決め方法を説明する図である。レイアウト段階の実行に先立って、モジュール基板５８０および空間光変調素子アレイ５１０の各々には、アライメントマーク５８２、５１４が設けられる。これらアライメントマーク５８２、５１４を用いることにより、モジュール基板５８０において空間光変調素子アレイ５１０を位置決めして、図１２に示したようなレイアウトを形成できる。
モジュール基板５８０には、モジュール基板５８０の表面から光学的に視認できるアライメントマーク５８２が形成される。アライメントマークは、エッチング等により形成されたモジュール基板５８０表面の起伏、溝、段差等であってもよいし、モジュール基板５８０の表面に形成した配線、パッド等であってもよい。
また、配線等を形成する材料で、アライメントマーク専用に設けたパターンであってもよい。更に、アライメントマーク５８２は、空間光変調素子アレイ５１０を実装する面と同じ面に形成することが好ましいが、モジュール基板５８０の内部または裏面に設けても、赤外線カメラ等により視認できる。
同様に、空間光変調素子アレイ５１０にも、レイアウト段階（ステップＳ１０３）に先立ってアライメントマーク５１４が設けられる。アライメントマークは、空間光変調素子アレイ５１０を製造する段階で形成してもよいし、空間光変調素子アレイ５１０が形成された後に、改めて形成してもよい。アライメントマーク５１４は、アレイ基板５２０表面に形成した起伏、溝、段差等であってもよいし、反射素子５３０、ポスト５４０、配線、パッド等であってもよい。
また、アライメントマーク５１４は、モジュール基板５８０に実装する場合に、モジュール基板５８０側のアライメントマーク５８２と同じ側から見える面に設けることが好ましい。しかしながら、モジュール基板５８０の内部または裏面に設けても、赤外線カメラ等により視認できる。更に、モジュール基板５８０上のひとつのアライメントマーク５８２を、複数の空間光変調素子アレイ５１０の位置決めに兼用してもよい。
空間光変調素子アレイ５１０をモジュール基板５８０に実装する場合は、上記アライメントマーク５１４、５８２の相対位置を、予め定められた相対位置に一致させることにより、空間光変調素子アレイ５１０を位置決めできる。よって、空間光変調素子アレイ５１０毎に位置決めを繰り返すことにより、モジュール基板５８０における複数の空間光変調素子アレイ５１０相互の位置を、予め定めたものにすることができる。
なお、レイアウト段階（ステップＳ１０３）は、空間光変調素子アレイ５１０の各々と、モジュール基板５８０とを電気的に結合する配線段階も含んでもよい。空間光変調素子アレイ５１０とモジュール基板５８０とは、例えば、ボンディングワイヤ５８４により、電気的に結合できる。
図１４は、他の空間光変調素子アレイ組立体６１１の、モジュール基板５８０に対する実装の態様を示す図である。図示の空間光変調素子アレイ組立体６１１においては、空間光変調素子アレイ５１０が、図中下面にマイクロバンプ５１６を有する。また、空間光変調素子アレイ５１０は、反射素子５３０等を形成する場合に利用する、反射素子５３０と同じ面に形成されたアライメントマーク５１４の他に、空間光変調素子アレイ５１０をフリップチップ実装する場合に位置決めに用いるアライメントマーク５１５を有する。
これにより、レイアウト段階（ステップＳ１０３）における空間光変調素子アレイ５１０の実装と配線とを一括して実行できる。また、空間光変調素子アレイ５１０の周囲に配線パッドを設けることを省略できるので、モジュール基板５８０における空間光変調素子アレイ５１０の実装密度を一層向上できる。
図１５は、空間光変調素子アレイ組立体６１２において、空間光変調素子アレイ５１０をモジュール基板５８０に対して位置決めして実装する他の構造を説明する分解斜視図である。図示の空間光変調素子アレイ組立体６１２においては、アライメントマーク５１４、５８２を用いることなく、メカニカルな構造により空間光変調素子アレイ５１０を位置決めする。
空間光変調素子アレイ組立体６１２において、モジュール基板５８０は、図中縦方向に形成された縦溝５８１と、図中横方向に形成された横溝５８３とを表面に有する。モジュール基板５８０の表面において、縦溝５８１および横溝５８３は互いに直交する。
空間光変調素子アレイ組立体６１２において、空間光変調素子アレイ５１０は、図中縦方向に形成された縦溝５１１と、図中横方向に形成された横溝５１３とを図中下面に有する。空間光変調素子アレイ５１０における縦溝５１１および横溝５１３は、モジュール基板５８０の縦溝５８１および横溝５８３の位置に対応する。
更に、空間光変調素子アレイ組立体６１２において、モジュール基板５８０および空間光変調素子アレイ５１０の間には、それぞれが円筒状の位置決め部材５９２が挟まれる。位置決め部材５９２は、縦溝５１１、５８１および横溝５１３、５８３の内部に収容される。このため、位置決め部材５９２の長さは、縦溝５１１、５８１および横溝５１３、５８３の長手方向の長さよりも短い。
図１６は、図１５に示した構造を有する空間光変調素子アレイ組立体６１２の断面図である。図示のように、縦溝５１１、５８１および横溝５１３、５８３は、それぞれＶ字型の断面形状を有する。このため、円筒状の位置決め部材５９２は、縦溝５１１、５８１および横溝５１３、５８３の内部に、それぞれ線接触して、モジュール基板５８０と空間光変調素子アレイ５１０との相対位置を一意に決定する。
また、図１５に示した通り、縦溝５１１、５８１および横溝５１３、５８３は互いに直交する。よって、モジュール基板５８０および空間光変調素子アレイ５１０の相対位置は、間隔と傾きとがいずれも位置決めされる。
なお、空間光変調素子アレイ組立体６１２においては、位置決め部材５９２を挟んだ場合に、モジュール基板５８０および空間光変調素子アレイ５１０の間に間隙が残り、両者が直接に接触しない程度の深さに縦溝５１１、５８１および横溝５１３、５８３を形成することが好ましい。これにより、空間光変調素子アレイ５１０の位置決め精度は、縦溝５１１、５８１および横溝５１３、５８３と位置決め部材５９２の寸法精度に依存する。
縦溝５１１、５８１および横溝５１３、５８３は、フォトリソグラフィ技術を利用した異方性エッチングにより精度よく形成できる。また、位置決め部材としては、形状の精度が高いセラミックス製の丸棒を使用できる。よって、空間光変調素子アレイ５１０のモジュール基板５８０に対する位置決め精度も高くなる。また、モジュール基板５８０および空間光変調素子アレイ５１０の間に間隙を残すことにより、両者の間に挟まれる接着剤等が位置決め精度に影響を与えることも防止できる。
なお、上記のように、位置決め部材５９２を用いて空間光変調素子アレイ５１０を位置決めする構造であっても、空間光変調素子アレイ５１０およびモジュール基板５８０に光学的に視認できるアライメントマーク５１４、５８２を設けてもよい。これにより、モジュール基板５８０上で空間光変調素子アレイ５１０を位置決めする場合に、実装位置の近傍まで移動させる作業を容易にすることができる。
図１７は、空間光変調素子アレイ組立体６１３において、空間光変調素子アレイ５１０をモジュール基板５８０に対して位置決めして実装する他の構造を説明する分解斜視図である。図示の空間光変調素子アレイ組立体６１３においても、アライメントマーク５１４、５８２を用いることなく、メカニカルな構造により空間光変調素子アレイ５１０を位置決めする。
空間光変調素子アレイ組立体６１３において、空間光変調素子アレイ５１０は、図１５および図１６に示した例と同様に、図中縦方向に形成された縦溝５１１と、図中横方向に形成された横溝５１３とを図中下面に有する。空間光変調素子アレイ５１０において、縦溝５１１および横溝５１３は互いに直交する。
空間光変調素子アレイ組立体６１３において、モジュール基板５８０は、図中縦方向に形成された一対の縦溝５８１と、図中横方向に形成された横溝５８３とを表面に有する。モジュール基板５８０の表面において、縦溝５８１は互いに平行になる。また、モジュール基板５８０における一方の縦溝５８１は、空間光変調素子アレイ５１０の縦溝５１１に対応する位置に設けられる。モジュール基板５８０における他方の縦溝５８１は、空間光変調素子アレイ５１０の横溝５１３と交差する位置に配される。
更に、空間光変調素子アレイ組立体６１３においては、モジュール基板５８０および空間光変調素子アレイ５１０の間に、円筒状の位置決め部材５９２と球形の位置決め部材５９４とが挟まれる。位置決め部材５９２は、縦溝５１１、５８１の間に挟まれる。また、球形の位置決め部材５９４は、縦溝５８１と横溝５１３との間に挟まれる。
図１８は、図１７に示した構造を有する空間光変調素子アレイ組立体６１３の断面図である。図示のように、縦溝５１１、５８１および横溝５１３は、それぞれＶ字型の断面形状を有する。
このため、円筒状の位置決め部材５９２は、縦溝５１１、５８１の内面に線接触して、モジュール基板５８０と空間光変調素子アレイ５１０との相対位置を一意に決定する。また、球形の位置決め部材５９４は、空間光変調素子アレイ５１０の横溝５１３と、モジュール基板５８０の縦溝５８１とが交差する位置において、各溝の内面に点接触して、モジュール基板５８０と空間光変調素子アレイ５１０との間隔を一意に決定する。これにより、空間光変調素子アレイ組立体６１３においても、モジュール基板５８０および空間光変調素子アレイ５１０の相対位置が、間隔と傾きとがいずれについても位置決めされる。
なお、空間光変調素子アレイ組立体６１３においても、位置決め部材５９２、５９４を挟んだ場合に、モジュール基板５８０および空間光変調素子アレイ５１０の間に間隙が残り、両者が直接に接触しない程度の深さに縦溝５１１、５８１および横溝５１３、５８３を形成することが好ましい。これにより、空間光変調素子アレイ５１０の位置決め精度は、縦溝５１１、５８１および横溝５１３、５８３と位置決め部材５９２の寸法精度に依存する。よって、空間光変調素子アレイ５１０のモジュール基板５８０に対する位置決め精度も高くなる。また、モジュール基板５８０および空間光変調素子アレイ５１０の間に間隙を残すことにより、両者の間に挟まれる接着剤等が位置決め精度に影響を与えることも防止できる。
なお、図１５から図１８に示した例を応用して、例えば、球形の位置決め部材を３個用いて、空間光変調素子アレイ５１０をモジュール基板５８０に位置決めする構造を形成することもできる。しかしながら、位置決め部材５９４の部品点数が増加すると共に、空間光変調素子アレイ５１０およびモジュール基板５８０の溝加工の工数も増加する。
再び図２を参照すると、空間光変調素子モジュール５００の製造においては、上記のようなレイアウト段階（ステップＳ１０３）により形成された空間光変調素子アレイ組立体６１０、６１１、６１２、６１３に対して、パッケージング段階が実行される（ステップＳ１０４）。パッケージング段階においては、空間光変調素子アレイ組立体６１０が、パッケージ６３０に収容される。
図１９は、空間光変調素子モジュール５００の斜視図である。空間光変調素子モジュール５００は、パッケージ６３０および空間光変調素子アレイ組立体６１０を備える。ただし、空間光変調素子アレイ組立体６１０は、パッケージ６３０の内部に収容されているので、空間光変調素子アレイ５１０の反射素子５３０だけが外部に向かって露出している。
パッケージ６３０は、容器状の収容部６３４と、収容部６３４の上面を封止する蓋部６３２とを有する。蓋部６３２には、複数の窓部６３１が設けられ、空間光変調素子アレイ５１０の反射素子５３０は、窓部６３１の内側に現れている。
図２０は、空間光変調素子モジュール５００の平面図である。空間光変調素子モジュール５００において、空間光変調素子アレイ５１０の各々の反射素子５３０は、パッケージ６３０の蓋部６３２に設けられた窓部６３１の内側に位置して、外部に向かって露出する。換言すれば、空間光変調素子アレイ５１０の各々において、反射素子５３０以外の部分は、蓋部６３２によりマスクされる。
これにより、空間光変調素子モジュール５００の外部から照射された照明光は、反射素子５３０が設けられた領域に限って照射され、それ以外の部分は、パッケージ６３０により照明光から保護される。よって、アレイ基板５２０に形成されたＣＭＯＳ回路が照明光により劣化することが防止される。
図２１は、空間光変調素子モジュール５００の断面図であり、図１９に示すＱ−Ｑ断面を示す。空間光変調素子モジュール５００において、空間光変調素子アレイ組立体６１０は、収容部６３４および蓋部６３２により形成された、パッケージ６３０内部の空間に収容される。パッケージ６３０は、例えば、アルミナ等のセラミックスにより形成できる。
空間光変調素子アレイ組立体６１０は、モジュール基板５８０に実装された複数の空間光変調素子アレイ５１０を有する。空間光変調素子アレイ５１０の各々は、更に、個別に変位させることができる多数の反射素子５３０を有する。
空間光変調素子モジュール５００において、パッケージ６３０の蓋部６３２の図中上面には、遮光線６３５が形成される。遮光線６３５は、空間光変調素子モジュール５００における反射素子５３０の反射光とは異なる方向に入射光を反射する、のこぎり状断面を有する反射面を有する。これにより、空間光変調素子モジュール５００に照射された照明光のうち、窓部６３１の内側に露出した反射素子５３０に照射されず、パッケージ６３０の蓋部６３２に照射された照明光は、反射素子５３０の反射光とは異なる光路に向かって反射される。
よって、照明光による空間光変調素子モジュール５００の温度上昇を抑制すると共に、反射素子５３０において反射されて外部に向かって射出される変調光の変調精度を向上させることができる。なお、遮光線としては、図中に示したのこぎり状の反射面の他、ブレーズ型回折光学素子や、回折格子等を用いてもよい。また、遮光線６３５に換えて、入射光または反射光を吸収する部材を設けてもよい。
また、空間光変調素子モジュール５００において、パッケージ６３０の窓部６３１の内側、および、蓋部６３２の内面等には、反射防止部６３３が設けられる。これにより迷光の発生を防止し、空間光変調器として出力する照射光のパターン精度を向上が向上される。
上記のような空間光変調素子モジュール５００は、パッケージ６３０により空間光変調素子アレイ５１０の各々が保護されているので、高い変調精度を長期にわって維持できる。また、長期間の使用により性能が低下した場合は、パッケージ６３０ごと交換できるので、露光装置１００の保守が容易になる。
また、複数の空間光変調素子アレイ５１０を実装して形成されているので、空間光変調素子アレイ５１０単位で交換することにより、部分的に劣化した空間光変調素子モジュール５００を容易に再生することができる。これにより、空間光変調素子モジュール５００をコストダウンできるので、露光装置１００等の、空間光変調素子モジュール５００を用いた装置の運用コストも低減できる。
なお、パッケージ６３０の形態は図示のものに限られない。金属パッケージ、樹脂モールドパッケージ等、他のパッケージ構造により空間光変調素子モジュール５００を形成できることはもちろんである。
図２２は、他の空間光変調素子モジュール５０１の平面図である。空間光変調素子モジュール５０１は、パッケージ６３０と、パッケージ６３０の内部に収容された、複数の空間光変調素子アレイ組立体６１４とを備える。空間光変調素子アレイ組立体６１０は、更に、大きなモジュール基板６４０に実装された状態で、パッケージ６３０に収容される。
空間光変調素子モジュール５０１において、空間光変調素子アレイ組立体６１４は、モジュール基板５８０と、モジュール基板５８０に一列に実装された複数の空間光変調素子アレイ５１０を備える。更に、一列の空間光変調素子アレイ５１０を実装されたモジュール基板５８０が２枚用意され、より大きなモジュール基板６４０に実装される。
大きなモジュール基板６４０において、一対の空間光変調素子アレイ組立体６１４は、互いに長手方向にずれて実装される。これにより、双方の空間光変調素子アレイ組立体６１４に搭載された空間光変調素子アレイ５１０は、互いに千鳥配置をなす。なお、空間光変調素子アレイ５１０の各々の反射素子５３０が、パッケージ６３０の窓部６３１から外部に向かって露出する点は、空間光変調素子モジュール５００と共通している。
なお、上記の例では、各々が一列の空間光変調素子アレイ５１０を実装したモジュール基板５８０を、更に、大きなモジュール基板６４０に実装して、空間光変調素子アレイ５１０を位置決めした。しかしながら、大きなモジュール基板６４０を省略して、モジュール基板５８０の各々を、パッケージ６３０内で直接に位置決めしてもよい。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をリソグラフィ工程を用いて製造する露光装置にも適用することができる。以上のように、上記各実施形態でエネルギビームが照射される露光対象の物体はウエハに限られるものではなく、ガラスプレート、セラミック基板、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。
半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施形態の露光装置により可変成形マスクを介してウエハを露光するステップ、エッチング等の回路パターンを形成するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、及び検査ステップ等を経て製造される。
なお、上記実施形態では、露光装置に本発明の空間光変調素子モジュールが用いられた場合について説明したが、これに限らず、例えば、プロジェクタなどの投影画像表示装置に用いることも可能であるし、例えば、光学的情報処理装置、静電写真印刷装置、光通信に用いられる光スイッチ、Switched Blazed Grating Device、又は印刷分野で用いられるプレートセッターなど様々な用途に用いることも可能である。
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
Claims (16)
- ベース部材と、
複数の空間光変調素子アレイと
を備え、
前記複数の空間光変調素子アレイの各々は、入射光の強度および位相の少なくとも一方を変調して出射する光変調素子を有し、
前記ベース部材は、前記複数の空間光変調素子アレイを、ベアチップ状態で、予め定められた相対位置に保持する空間光変調素子モジュール。 - 前記複数の空間光変調素子アレイは、少なくとも１の方向について千鳥配置されている請求項１に記載の空間光変調素子モジュール。
- 前記少なくとも１の方向に直交する方向からみて、１の空間光変調素子アレイの少なくとも１つの反射素子と、前記１の空間光変調素子アレイに隣接する他の空間光変調素子アレイの少なくとも１つの反射素子とが隙間なく隣接する位置、あるいは、重なった位置に配される請求項２に記載の空間光変調素子モジュール。
- 前記ベース部材と前記複数の空間光変調素子アレイとの組を複数備え、
前記複数の空間光変調素子アレイが千鳥配置されるように、前記組同士が配された請求項１に記載の空間光変調素子モジュール。 - 前記複数の空間光変調素子アレイの各々は、前記ベース部材と対向する面に、前記ベース部材と電気的に接続するマイクロバンプを有する請求項１から４のいずれか１項に記載の空間光変調素子モジュール。
- 前記ベース部材、および、前記複数の空間光変調素子アレイの各々の少なくとも一部を覆うパッケージ部を更に備える請求項１から５のいずれか１項に記載の空間光変調素子モジュール。
- 前記パッケージ部は、前記複数の空間光変調素子アレイの各々が配された領域に開口が設けられたマスク部を有し、
前記マスク部は、入射光または反射光を吸収する吸収体を含む反射防止構造を更に有する請求項６に記載の空間光変調素子モジュール。 - 前記パッケージ部は、前記複数の空間光変調素子アレイの各々が配された領域に開口が設けられたマスク部を有し、
前記マスク部は、ミラー、回折格子およびブレーズ型回折光学素子のいずれかを含み、反射素子からの反射光とは異なる光路に向かって入射光を反射する構造を更に含む請求項６に記載の空間光変調素子モジュール。 - 請求項１から８のいずれか１項に記載の空間光変調素子モジュールを用いて光像を描画する光描画装置。
- 請求項９に記載の光描画装置を用いて半導体を露光する露光装置。
- 複数の反射素子をそれぞれが有する複数の空間光変調素子アレイを複数準備する段階と、
前記複数の空間光変調素子アレイの各々をベース部材に沿って並べる段階と
を備える空間光変調素子モジュール製造方法。 - 前記準備する段階において、前記複数の空間光変調素子アレイの各々において複数の反射素子を固定する犠牲層が設けられており、
前記並べる段階の後に、前記犠牲層を除去する段階をさらに備える請求項１１に記載の空間光変調素子モジュール製造方法。 - 前記ベース部材および前記複数の空間光変調素子アレイの各々にアライメントマークが設けられており、
前記並べる段階において、前記アライメントマークを用いて前記複数の空間光変調素子アレイを位置決めする請求項１１または１２に記載の空間光変調素子モジュール製造方法。 - 前記並べる段階において、前記ベース部材と前記複数の空間光変調素子アレイの各々との間に挟まれる位置決め部材を用いて前記複数の空間光変調素子アレイを位置決めする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の空間光変調素子モジュール製造方法。
- 前記ベース部材および前記複数の空間光変調素子アレイの各々には、前記位置決め部材を受け入れる溝が設けられている請求項１４に記載の空間光変調素子モジュール製造方法。
- リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程では、請求項１０に記載の露光装置を用いて露光を行うデバイス製造方法。
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