TW202246911A - 描繪裝置以及描繪方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的課題為提供一種能於具有超過焦點深度之高低差的曝光面上以高精度描繪圖案之描繪裝置以及描繪方法。解決手段為：至少一個描繪圖案係包含至少一個台階圖案，該至少一個台階圖案係至少局部地描繪於台階結構的傾斜面上。至少一個台階圖案係於俯視下沿長度方向延伸。調變器44係具有由沿排列方向GX排列之複數個繞射元件所構成之繞射光柵。旋轉機構21係使基板W於水平面中旋轉。控制部60係控制旋轉機構21而將水平面中的基板W的朝向調整為使得至少一個台階圖案的長度方向以及與排列方向GX正交之正交方向GY於俯視下大致一致。

Description

描繪裝置以及描繪方法
本發明係關於一種描繪裝置以及描繪方法，特別是關於一種包含具有繞射光柵的調變器之描繪裝置以及使用該描繪裝置之描繪方法。
作為光刻(photolithography)中典型的曝光方法，已廣泛地使用藉由光學系統將光罩的圖案投影至基板上之方法。另一方面，有別於此，也有使用利用描繪頭而於感光面上描繪圖案之方法，換言之亦即直接描繪。於此情況下有不需光罩之優點。作為直接描繪的技術，例如根據日本特開2015-170838號公報(專利文獻1)揭示了一種曝光方法，係意圖在降低於凹部或凸部等傾斜面形成如配線等膜圖案時的曝光不良。上述公報主張藉由控制偏光狀態來抑制雜散光(stray light)，進而達成降低曝光不良。此外，根據上述公報記載當以高解析度於傾斜面形成微細圖案時，於投影光學系統的焦點深度(DOF：Depth of Focus)存在限制，因此必須將一個傾斜面分為複數個曝光區域而對微細圖案進行曝光。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2015-170838號公報。
[發明所欲解決之課題]
隨著器件(device)結構的複雜化，需要於具有台階結構的表面上直接描繪來進行曝光。用於進行直接描繪的描繪裝置的DOF典型為幾μm(微米)至十幾μm左右，當台階結構的高低差大幅超過DOF時，由於散焦(defocus)造成描繪圖案與設計圖案的差異容易變大。針對此問題，根據上述公報的技術，將一個傾斜面分為複數個曝光區域而對微細圖案進行曝光。然而於此方法中，必須複雜地對應於各區域而調整光學系統的焦點，結果使得描繪裝置的控制複雜化。特別是當高低差超過100μm時，描繪裝置用的典型的自動對焦機構係難以跟隨高度變化。
本發明係為了解決如上所述課題而完成，目的在於提供一種能於具有超過DOF之高低差的曝光面上以高精度描繪圖案而不需複雜地調整光學系統的焦點之描繪裝置以及描繪方法。 [用以解決課題之手段]
第一態樣為一種描繪裝置，係用以於基板上的曝光面描繪至少一個描繪圖案；前述曝光面係設置有台階上表面、台階下表面以及至少一個台階結構，前述台階下表面的高度係低於前述台階上表面，至少一個前述台階結構係具有將前述台階上表面與前述台階下表面彼此連接之傾斜面，至少一個前述描繪圖案係包含至少局部地描繪於前述台階結構的前述傾斜面上之至少一個台階圖案，至少一個前述台階圖案係於俯視下沿長度方向延伸；前述描繪裝置係具備：基板保持機構，係將前述基板保持於水平面；光源；調變器，係具有由沿排列方向排列之複數個繞射元件所構成之繞射光柵，並調變來自前述光源的光；投影光學系統，係包含配置於前述曝光面與前述調變器之間之物鏡；旋轉機構，係使前述基板於前述水平面中旋轉；以及控制部，係控制前述旋轉機構而將前述水平面中的前述基板的朝向調整為使得至少一個前述台階圖案的前述長度方向以及與前述繞射光柵的前述排列方向正交之正交方向於俯視下大致一致。
第二態樣係如第一態樣所記載之描繪裝置，其中於前述光源與前述繞射光柵之間進一步具備照明光學系統；前述照明光學系統係將來自前述光源的光於前述排列方向上作為平行光而提供給前述繞射光柵。
第三態樣係如第一態樣或第二態樣所記載之描繪裝置，其中複數個前述繞射元件係僅排列於前述排列方向。
第四態樣係如第一態樣至第三態樣中任一態樣所記載之描繪裝置，其中前述控制部係包含：提取部，係將表示至少一個前述台階圖案中以前述基板的第一基板方位為基準而於第一允許角度範圍內具有長度方向之部分之資料提取為第一圖案資料。
第五態樣係如第四態樣所記載之描繪裝置，其中前述第一允許角度範圍係±10度。
第六態樣係如第四態樣或第五態樣所記載之描繪裝置，其中前述提取部係將表示至少一個前述台階圖案中以不同於前述基板的第一基板方位之第二基板方位為基準而於第二允許角度範圍內具有長度方向之部分之資料提取為第二圖案資料。
第七態樣係如第六態樣所記載之描繪裝置，其中前述第二基板方位係與前述第一基板方位正交。
第八態樣為一種描繪方法，係用以於基板上的曝光面描繪至少一個描繪圖案；前述曝光面係設置有台階上表面、台階下表面以及至少一個台階結構，前述台階下表面的高度係低於前述台階上表面，至少一個前述台階結構係具有將前述台階上表面與前述台階下表面彼此連接之傾斜面，至少一個前述描繪圖案係包含至少局部地描繪於前述台階結構的前述傾斜面上之至少一個台階圖案，至少一個前述台階圖案係於俯視下沿長度方向延伸；前述描繪方法係具備：工序(a)，係將前述基板保持於水平面；工序(b)，係調整前述水平面中的前述基板的朝向；以及工序(c)，係經由物鏡將由調變器所調變的光照射至前述曝光面，前述調變器係具有由排列於排列方向之複數個繞射元件所構成之繞射光柵；前述工序(b)係以使得至少一個前述台階圖案的前述長度方向以及與前述繞射光柵的前述排列方向正交之正交方向於俯視下大致一致之方式而進行。 [發明功效]
根據上述各態樣，將基板的朝向調整為使得至少一個台階圖案的長度方向以及與繞射光柵的排列方向正交之正交方向於俯視下大致一致。藉此，能於具有超過DOF的高低差之曝光面上以高精度來描繪圖案而不需複雜地調整光學系統的焦點。
以下根據圖式來說明本發明的實施形態。另外，於以下圖式中對相同或是相當的部分係標示相同的元件符號，並不再重複說明。此外，為了便於理解圖式之間的方向的關聯性，於幾個圖式標示有XYZ正交座標系統中的X軸、Y軸以及Z軸。
[描繪裝置100] 圖1以及圖2係分別為概略性地顯示描繪裝置100的構成之側面圖以及俯視圖。描繪裝置100係將根據預定的資料而調變之描繪光照射至形成有如光阻(photoresist)之感光層之基板W的曝光面PE上，藉此對感光層進行曝光。藉由此曝光來描繪至少一個描繪圖案，例如電路圖案。預定的資料係表示圖案之資料，如電腦輔助設計(CAD ；Computer-Aided Design)資料。藉由使用描繪裝置100能夠直接於感光層描繪圖案，換句話說能夠進行直接描繪。直接描繪具有不需要曝光用遮罩之優點。
基板W例如為矽晶圓、樹脂基板或是玻璃基板、石英基板。基板W為例如半導體基板、印刷基板、濾色器用基板、平板顯示器用玻璃基板、磁碟用基板、光碟用基板、或是太陽能電池用面板。濾色器用基板例如用於液晶顯示裝置等。平板顯示器用玻璃基板係例如使用於液晶顯示裝置或是電漿顯示裝置。圖2係例示作為基板W的圓形半導體基板。另外，基板W的形狀並無特別限制。基板W例如亦可形成為矩形。
描繪裝置100可具有主體框架2。主體框架2係構成描繪裝置100的殼體。本體框架2的內部係形成有處理區域3以及交接區域4。處理區域3與交接區域4係彼此劃分開。描繪裝置100可進一步具有基台5、支撐框架6、卡匣載放部7、載台(stage)10(基板保持機構)、驅動機構20、載台位置測量部30、光學單元40、搬送裝置50以及控制部60。基台5、支撐框架6、載台10、驅動機構20、載台位置測量部30以及光學單元40係設置於處理區域3。搬送裝置50係設置於交接區域4。卡匣載放部7係設置於主體框架2的外部。於下文中說明描繪裝置100所含的各部的構成。
基台5係支撐載台10。支撐框架6係設置於基台5。支撐框架6係支撐光學單元40。
載台10係保持基板W。載台10係具有平板狀的形狀。於載台10的上表面係形成有能夠載放基板W之載放面11。於載台10的載放面11係形成有複數個吸引孔(未圖示)。藉由於載台10的吸引孔形成負壓(吸引壓)，而將載放於載台10的載放面11之基板W固定於載台10。結果使得載台10保持基板W。
驅動機構20係由控制部60所控制，而使載台10以及頭部402於水平方向上相對移動。具體地說，驅動機構20係使載台10沿著主掃描方向Y、副掃描方向X以及旋轉方向θ移動。主掃描方向Y係圖1以及圖2所示的Y軸的+側方向。副掃描方向X係圖1以及圖2所示的X軸的+側方向。旋轉方向θ為圖2所示的以Z軸為軸的旋轉方向。於本實施形態中，Z軸的+側方向係表示鉛垂方向的上方。載台10的載放面11係分別相對於X軸以及Y軸平行，是以，載台10能夠以沿水平方向的姿勢來載放基板W。換句話說，載台10能夠將基板W保持於水平面。
驅動機構20具有旋轉機構21、支撐板22、副掃描機構23、基座板24以及主掃描機構25。旋轉機構21係具有使載台10旋轉的馬達，以使基板W於水平面中旋轉。支撐板22係透過旋轉機構21來支撐載台10。副掃描機構23係使支撐板22沿著副掃描方向X移動。基座板24係透過副掃描機構23來對支撐板22進行支撐。主掃描機構25係使基座板24沿著主掃描方向Y移動。
旋轉機構21係以旋轉軸A為中心而使載台10旋轉。旋轉軸A係通過載台10的中心並且相對於Z軸平行的軸。旋轉機構21例如包含旋轉軸部211以及旋轉驅動部212。旋轉軸部211係固定於載放面11的內側，並沿著Z軸延伸。旋轉驅動部212例如包含馬達。旋轉驅動部212係設置於旋轉軸部211的下端，並使旋轉軸部211旋轉。旋轉驅動部212使旋轉軸部211旋轉，藉此使得載台10以旋轉軸A為中心旋轉。
副掃描機構23具有線性馬達231。線性馬達231係由動子以及定子所構成。動子係安裝於支撐板22的下表面。定子係鋪設於基座板24的上表面。於基座板24係鋪設有沿副掃描方向X延伸的一對引導構件232。於各引導構件232與支撐板22之間係設置有滾珠軸承。滾珠軸承係沿著引導構件232滑動。支撐板22係透過滾珠軸承而被一對引導構件232所支撐。當線性馬達231動作時，支撐板22係一邊被引導構件232引導，一邊沿著副掃描方向X移動。
主掃描機構25具有線性馬達251。線性馬達251係由動子以及定子所構成。動子係安裝於基座板24的下表面。定子係鋪設於描繪裝置100的基台5上。基台5係鋪設有沿主掃描方向Y延伸的一對引導構件252。於各引導構件252與基座板24之間例如設置有空氣軸承(air bearing)。空氣從通用設備供給至空氣軸承。基座板24係藉由空氣軸承而浮在引導構件252上。結果，基座板24係被引導構件252以非接觸狀態支撐。當線性馬達251動作時，基座板24係一邊被引導構件252引導，一邊沿著主掃描方向Y移動。此時可避免基座板24與引導構件252之間產生摩擦。
載台位置測量部30係測量載台10的位置。載台位置測量部30例如由干涉式的雷射長度測量器所構成。載台位置測量部30例如從載台10的外部朝向載台10發射雷射光，並且接收由載台10所反射之雷射光。然後，載台位置測量部30係根據朝向載台10射出之雷射光以及由載台10所反射之雷射光之間的干涉來測量載台10的位置。載台10的位置係表示主掃描方向Y的位置以及旋轉方向θ的位置。
搬送裝置50係進行將基板W搬入至處理區域3以及從處理區域3將基板W搬出。搬送裝置50係具有手部驅動機構52以及複數個手部51。手部51係搬送基板W。手部驅動機構52係使手部51驅動。卡匣載放部7係容置未處理的基板W。搬送裝置50係從卡匣載放部7將基板W取出並搬入至處理區域3，並從處理區域3將處理完畢的基板W搬出而容置於卡匣C。
光學單元40係藉由對保持於載台10上的基板W照射描繪光，而於基板W描繪圖案。圖案係例如孔(Hole)、溝槽(Trench)以及閘(Gate)等一般的圖案。光學單元40具有光源部401以及頭部402(描繪頭)，這些構件的每一個都被控制部60所控制。光源部401係設置於支撐框架6。頭部402係容置於被安裝於支撐框架6的附設盒的內部。
光源部401具有雷射驅動部41、雷射振盪器42(光源)以及照明光學系統43。雷射振盪器42係接受來自雷射驅動部41的驅動，並從輸出鏡(省略圖示)射出作為雷射光之點束(spot beam)。雷射光的波長典型為i射線(i-line)。點束係射入至照明光學系統43。照明光學系統43係從點束生成線狀的光。線狀的光係強度分布大致均勻且光束剖面為帶狀的線束。線束係射入至頭部402。以下會有將射入至頭部402之線束記載為射入光之情形。另外，也可藉由於射入光射入至頭部402之前的階段對射入光設置光圈，以作為調整射入光的光量之構成。
於頭部402中對射入光施加根據圖案資料的空間調變。使射入光進行空間調變係表示使射入光的空間分布改變。一般來說，射入光的空間分布係表例示如光的振幅、光的相位、以及／或者偏光。射入光的空間分布係藉由使用CAD所生成之圖案的設計資料予以光柵化(rasterize)而生成。圖案資料係一種資訊，係以像素單位來記錄表示描繪光相對於基板W的照射位置之資訊。描繪裝置100在描繪動作時係預先取得表示圖案資料之資訊，並將該資訊儲存於控制部60中。
頭部402係具有調變器44(具體為空間光調變器)、投影光學系統45以及鏡46。射入至頭部402之射入光係經由鏡46而以預先決定的角度射入至調變器44。調變器44係藉由調變來自光源部401的光以產生調變光。具體地說，調變器44係藉由使射入光進行空間調變來將射入光分離為描繪光以及非必要光。調變光中，描繪光係對圖案的描繪有貢獻的光，非必要光係對圖案的描繪不貢獻的光。投影光學系統45係阻擋從調變器44所射入的調變光中的非必要光，並將描繪光引導至基板W。此時，投影光學系統45係將描繪光對焦至載台10上的高度方向中的焦點位置。焦點位置可參照基於載台位置測量部30的測量結果來決定。藉由一邊使描繪光射入至基板W一邊藉由驅動機構20來移動載台10，以於基板W描繪圖案。
[調變器44的詳細說明] 圖3以及圖4為說明調變器44的構成以及動作原理之局部剖面圖。另外，圖3係沿著線Ⅲ-Ⅲ(圖4)的局部剖面圖，圖4係沿著線Ⅳ-Ⅳ(圖3)的局部剖面圖。
調變器44係具有由複數個繞射元件MU所構成之繞射光柵440。複數個繞射元件MU係排列於沿著X方向的排列方向GX。複數個繞射元件MU係僅於排列方向GX上排列，並未排列於其他方向上。換句話說，複數個繞射元件MU並非二維地排列而是一維地排列。是以，調變器44係一維的調變器。作為一維的調變器，作為使用半導體裝置製造技術所製造的屬於微機電系統(Micro Electro Mechanical Systems：MEMS)器件之光柵光閥(Grating Light Valve：GLV)(「GLV」係矽光機械(Silicon Light Machines)公司的登錄商標)係廣為人知，能用作本實施形態中的調變器44。另外，作為二維的調變器， DMD(Digital Mirror Device；數位鏡器件)係廣為人知。
GLV係具有由繞射光柵440所構成之複數個像素(調變單位)。各個像素係由至少一個繞射元件MU所構成，典型地由彼此相鄰的複數個繞射元件MU所構成。是以，複數個像素係沿排列方向GX排列。於圖3中係例示出由三個繞射元件MU所構成之像素，於圖中，像素PX ON係開啟狀態的像素，像素PX OFF係關閉狀態的像素，兩者也統稱為像素PX。於此，開啟狀態係射出對描繪有貢獻的光之0次繞射光L 0之狀態，換句話說為單純的鏡面反射狀態。另一方面，關閉狀態係不射出對描繪貢獻的光之狀態，換句話說為射出作為非必要光之正一次繞射光L +1以及負一次繞射光L-1之狀態。
GLV具有繞射光柵440、共通電極444、基板部446以及驅動電路單元450。繞射光柵440係具有於排列方向GX上交替排列之固定帶441以及可動帶442。固定帶441以及可動帶442的每一個都具有微鏡的功能。彼此相鄰的一個固定帶441以及一個可動帶442係構成一個繞射元件MU。固定帶441以及可動帶442的每一個係透過氣隙(air gap)而具有與共通電極444彼此相對的部分。可動帶442的深度方向GZ中的位置係能藉由根據來自驅動電路單元450的電壓訊號而產生的靜電力所導致的撓曲來控制。電壓訊號能夠以像素單位獨立地控制。另一方面，如此的電壓訊號並不施加至固定帶441，是以該深度位置為固定。當定義正交方向GY為與排列方向GX正交的方向時，於未施加電壓訊號的狀態下，固定帶441以及可動帶442的每一個係於氣隙上沿著正交方向GY延伸。排列方向GX、正交方向GY以及深度方向GZ可彼此正交。
於像素PX ON中，如圖4的兩點鏈線所示，可動帶442並未撓曲，結果使得像素PX ON的表面為由可動帶442以及固定帶441所構成的平面。具體地說，像素PX ON的表面係排列方向GX以及正交方向GY延伸的平面。當射入光射入至此平面時，射入光被鏡面反射。換句話說，射出零次繞射光L 0。此零次繞射光L 0係作為描繪光而抵達基板W。另一方面，於像素PX OFF中，如圖4所示般可動帶442係撓曲，於像素PX OFF的表面係如圖3所示般形成溝。當射入光L INC射入至該表面時，射出非零次繞射光，具體地說為射出正一次繞射光L +1以及負一次繞射光L -1。這些正一次繞射光L +1以及負一次繞射光L -1在抵達基板W之前係作為非必要光而被阻擋。
作為GLV的具體構成的例示，於排列方向GX中係排列8000個微鏡(帶)遍布於寬度4mm，藉由4個鏡(兩個繞射元件MU)而構成一個像素PX。藉此於排列方向GX中設置2000個像素PX，且寬度方向GX中的最小分辨率為4mm／2000=2μm。
[光學單元中40的光路] 圖5以及圖6的每一個為示意性地說明光學單元40(圖1)中從光源42(參照圖1)開始的光路之圖。圖5中的縱向係就該光路而言對應於調變器44位置處的排列方向GX(亦即X方向)。圖6中的縱向係對應於與圖5中的縱向正交之方向。此外，圖5以及圖6的每一個中的橫向係對應於光路從左至右的行進方向，於實際的空間中並非直線狀，而是如圖1所示於鏡46以及調變器44中彎折。因此，為了易於理解方向，於圖5以及圖6的下部示出照明光學系統43、調變器44以及投影光學系統45之間的方向的對應關係。
照明光學系統43係配置於光源42(未圖示於圖5以及圖6中)與調變器44的繞射光柵440之間。照明光學系統43係依光路的行進方向的順序具有鮑威爾透鏡(Powell Lense)431(或是柱面透鏡)、準直透鏡432以及對焦透鏡433。參照圖5，鮑威爾透鏡431係藉由使來自光源的光漫射，而使該光沿著於繞射光柵440中之與排列方向GX對應的方向亦即照明光學系統43中的X方向而直線狀延伸。準直透鏡432係將來自鮑威爾透鏡431的漫射光調整為於繞射光柵440中之與排列方向GX對應的方向亦即照明光學系統43中的X方向上的平行光(準直光)。對焦透鏡433係使來自於準值透鏡432的平行光於繞射光柵440中之與正交方向GY(圖6)對應的方向上大致對焦於調變器44，並且於繞射光柵440中之與排列方向GX(圖5)對應的方向上維持平行光狀態而透射。是以，照明光學系統43係將來自光源的光作為排列方向GX上的平行光而提供給繞射光柵440。另一方面，照明光學系統43係將來自光源的光作為正交方向GY上的非平行光(具體而言係會聚光)提供給繞射光柵440。
投影光學系統45係配置於調變器44的射繞光柵400與曝光面PE之間。投影光學系統45係於調變器44與曝光面PE之間依光路的行進方向順序具有傅立葉轉換(Fourier transform)透鏡451、傅立葉濾光片452以及傅立葉逆轉換透鏡453(物鏡)。物鏡所獲得的倍率係由比f 2／f 1來決定，於此f 1係傅立葉轉換透鏡451的焦點距離，f 2係傅立葉逆轉換透鏡453的焦點距離。傅立葉濾光片452係使經過傅立葉轉換透鏡451而來的繞射光柵440的零次繞射光L 0穿透並阻擋經過傅立葉轉換透鏡451而來的正一次繞射光L +1以及負一次繞射光L -1之濾光片，具體地說係具有使零次繞射光L 0穿透的開口(aperture)之擋板。藉著將由傅立葉逆轉換透鏡453所射出的光照射至曝光面PE，來進行描繪。於圖5以及圖6中，超過曝光面PE而往右邊繪製的兩點鏈線係光路的虛擬延長線。由這些光路可知，由作為物鏡之傅立葉逆轉換透鏡453所射出的光的平行度係於Y方向(圖6)低，另一方面於X方向(圖5)中比起Y方向(圖6)相對較高，較佳為實質上為平行光。
[控制部60的硬體構成] 圖7係例示控制部60的硬體構成之方塊圖。控制部60係由具有電路的一般的一個或複數個電腦所構成。當使用複數個電腦時，這些電腦係可彼此可通訊地連接。控制部60亦可配置於一個電櫃(省略圖示)內。具體地說，控制部60係具有CPU(Central Processing Unit；中央運算處理裝置)161、ROM(Read Only Memory；唯讀記憶體)162、RAM (Random Access Memory；隨機存取記憶體)163、儲存裝置164、輸入部166、顯示部167、通訊部168以及將上述各部彼此連接之匯流排線(bus line)165。ROM162係儲存基本程式。RAM163係用作CPU161進行預定處理時的作業區域。儲存裝置164係由快閃記憶體或硬碟裝置等非揮發性儲存裝置所構成。輸入部166係由各種開關、觸控面板、或是記錄媒體讀取裝置等所構成，且從操作人員接收處理處方(processing recipe)等輸入設定指示。顯示部167係由例如液晶顯示裝置以及燈等所構成，在CPU161的控制之下顯示各種資訊。通訊部168係具有經由區域網路(LAN ；Local Area Network)等的資料通訊功能。儲存裝置164係預先設定有關於描繪裝置100中的各項構成的控制之複數個模式。藉由CPU161執行處理程式164來選擇上述複數個模式中的一個模式，並於該模式中控制各項構成。另外，處理程式164P可儲存於記錄媒體。使用該記錄媒體，能將處理程式164P安裝至控制部60。此外，控制部60所執行功能的一部分或是全部不一定要由軟體來實現，亦可由專用的邏輯電路等硬體來實現。
[曝光掃描] 圖8係概略性地顯示本實施形態的描繪方法中的第一模式下的曝光掃描之俯視圖。於該曝光掃描中進行對基板W的曝光掃描。基板W的主表面係具有彼此正交的基板方位WX以及基板方位WY。於將基板W保持於載台10(圖1以及圖2)的狀態下，基板方位WX以及基板方位WY的每一個都是XY平面中的方位。基板W可具有凹口(notch)或是定向平面(orientation flat)，以便能容易地辨別基板W的基板方位；於圖所示的例子中，凹口NT係設置於基板方位WY中的負側。於第一模式中，在將基板W的朝向調整為使得基板W的基板方位WX沿著X方向之後，進行以下的曝光掃描。另外，圖中表示了使用兩個頭部402時的情況，惟頭部402的數量為任意。
於曝光掃描中，驅動機構20係使載台10沿著主掃描方向(Y方向)而往去程方向(於此例示+Y方向時)移動，以使基板W沿著主掃描軸而相對於各個頭部402相對移動(去程主掃描)。由基板W來看，各個頭部402係如箭頭AR11所示沿著主掃描軸往-Y方向跨越基板W。此外，隨著去程主掃描的開始，也從各個頭部402進行描繪光的照射。亦即，讀取圖案資料(詳細地說為圖案資料中之描述於該去程主掃描中應描繪於作為描繪對象之條狀區域之資料的部分)，並根據該圖案資料來控制調變器44。然後，由各個頭部402往基板W照射經根據該圖案資料而施加了空間調變的描繪光。
各個頭部402係往基板W連續地或間歇地射出描繪光，且同時當沿著主掃描軸跨越基板W一次時，就描繪圖案群至一個條狀區域(沿著主掃描軸延伸且沿著副掃描軸的寬度相當於描繪光的寬度之區域)。於此，由於兩個頭部402同時跨越基板W，因此藉由一次去程主掃描而分別於兩個條狀區域描繪圖案群。
當伴隨描繪光的照射之去程主掃描結束時，驅動機構20係使載台10沿著副掃描方向(X方向)而於預定方向(例如-X方向)移動相當於描繪光的寬度之距離。藉此使得基板W沿著副掃描方向而相對於各個頭部402相對移動(副掃描)。由基板W觀之，如箭頭AR12所示各個頭部402係沿著副掃描方向而往+X方向移動相當於條狀區域的寬度之距離。
當副掃描結束時，執行伴隨著描繪光的照射之返程主掃描。亦即驅動機構20係沿著主掃描方向(Y方向)而使載台10往返程方向(於此為-Y方向)移動。藉此，使得基板W沿著主掃描方向對各個頭部402相對移動(返程主掃描)。由基板W觀之，如箭頭AR13所示各個頭部402係沿著主掃描方向往+Y方向移動而跨越基板W上方。另一方面，當返程主掃描開始時，從各個頭部402開始描繪光的照射。藉由此返程主掃描來將圖案群描繪至先前的去程主掃描中所描繪的條狀區域的相鄰的條狀區域。
當伴隨描繪光的照射之返程主掃描結束時，進行副掃描，並再次進行伴隨描繪光的照射之返程主掃描。藉由該返程主掃描來將圖案群描繪至先前的返程主掃描中所描繪的條狀區域的相鄰的條狀區域。之後也同樣地間隔著副掃描反覆進行伴隨描繪光的照射之主掃描，當圖案被描繪至描繪對象區域的整個區域時，結束一個圖案資料的描繪處理。
圖9係概略性地顯示本實施形態的描繪方法中的第二模式中的曝光掃描之俯視圖。於第二模式中，在將基板W的朝向調整為使得基板W的基板方位WY沿著X方向之後，進行與圖8情況相同的曝光掃描。
圖10係例示基板W的曝光面PE的局部俯視圖，圖11係沿著線Ⅺ-Ⅺ(圖10)之局部剖面圖。於曝光面PE係設置有：台階上表面S1；台階下表面S3，係高度低於台階上表面S1；以及至少一個台階結構，係具有將台階上表面S1與台階下表面S3彼此連接之傾斜面S2。此台階結構的高低差係可超過描繪裝置100的DOF，亦可為100μm以上。於本實施形態中，作為所要描繪的至少一個描繪圖案係包含至少一個台階圖案。台階圖案係至少局部地描繪於台階的傾斜面S2上的描繪圖案，並於俯視(圖10的視野)下延伸於長度方向。台階圖案可為於台階上表面S1與台階下表面S3之間跨越傾斜面S2之描繪圖案。換句話說，台階圖案可為從台階上表面S1經由傾斜面S2而延伸至台階下表面S3之描繪圖案。
[應用例] 圖12係表示作為需要於製造中描繪上述台階圖案之裝置一例之半導體模組MD1之局部俯視圖。圖13係沿著線XIII-XIII(圖12)的局部剖面圖。半導體模組MD1係於基板W的上表面上具有上表面配線MT，上表面配線MT係藉由運用台階圖案的描繪的光刻工序而形成。上表面配線MT係於台階上表面S1與台階下表面S3之間跨越傾斜面S2。藉由使用上表面配線MT，能將台階上表面S1上的半導體晶片CP1與台階下表面S3上的半導體晶片CP3彼此電連接。
圖14係顯示作為半導體模組MD1(圖13)的變形例的半導體模組MD2之局部剖面圖。於半導體模組MD2中，半導體晶片CP3係配置於基板W的台階下表面S3的相反側。於半導體晶片CP3與上表面配線MT之間係經由將基板W貫穿之貫穿配線MV以及設置於基板W的背面之背面配線MD而連接。
[控制部60的功能] 圖15係概略性地顯示控制部60(圖1)的構成之功能方塊圖。控制部60係具有儲存部61、提取部62以及旋轉調整部63。
儲存部61係儲存表示所要描繪至基板W的描繪圖案之資料。例如，如圖16(或圖17)的上部所示，儲存部61係儲存：描繪圖案PTX，係具有於俯視下沿著基板方位WX的長度方向；以及描繪圖案PTY，係具有於俯視下沿著基板方位WY的長度方向。至少一個描繪圖案係前述台階圖案。至少一個描繪圖案PTX可為台階圖案，且至少一個描繪圖案PTY可為台階圖案，以下針對如此情況進行說明。此外，對於這些台階圖案使用與描繪圖案PTX以及描繪圖案PTY共通的符號，也稱為台階圖案PTX以及台階圖案PTY。
如圖16所示，提取部62係將表示台階圖案中之以基板方位WY(第一基板方位)為基準而於第一容許角度範圍內具有長度方向之部分之資料提取為第一圖案資料。結果，提取出台階圖案PTY。另外，於圖示的例子中第一容許角度範圍可為零，惟在混合了具有多種長度方向的台階圖案時，可適當設定第一容許角度範圍，該第一容許角度範圍例如±10度以內。
此外，如圖17所示，提取部62係將表示台階圖案中之以基板方位WX(與第一基板方位正交之第二基板方位)為基準而於第二容許角度範圍內具有長度方向之部分之資料提取為第二圖案資料。結果，提取出台階圖案PTX。另外，於圖示的例子中第二容許角度範圍可為零，惟在混合了具有多種長度方向的台階圖案時，可適當設定第二容許角度範圍，該第二容許角度範圍例如±10度以內。第二容許角度範圍可與第一容許角度範圍相同。
另外，作為變形例，提取部62亦可將表示台階圖案中之以第三基板方位作為基準而於第三容許角度範圍內具有長度方向之部分之資料提取為第三圖案資料，該第三基板方位為基板方位WX與基板方位WY之間的基板方位。第三基板方位亦可為例如從基板方位WY順時針45度旋轉後的基板方位。於此情況下也進行第三模式下的曝光掃描，該第三模式係將基板W的朝向設為第一模式(圖8)的情況與第二模式(圖9)的情況的中間。
旋轉調整部63(圖15)係藉由控制旋轉機構21(圖1以及圖2)來調整水平面中的基板的W的朝向。進行此調整，使得由提取部62所提取的台階圖案的長度方向與Y方向在俯視下(XY面中的視野)大致一致。具體地說，於圖16的情況下，進行調整以使得與台階圖案PTY的長度方向對應的基板方位WY與Y方向大致一致。此外，於圖17的情況下，進行調整以使得與台階圖案PTX的長度方向對應的基板方位WX與Y方向大致一致。另外，大致一致的程度係與上述容許角度範圍對應。於此，調變器44的繞射光柵440的正交方向GY(圖1)於水平面(亦即XY平面)的投影係與Y方向一致。是以，換句話說，上述調整係進行以使得由提取部62所提取的台階圖案的長度方向與繞射光柵440的正交方向GY於俯視下大致一致之調整。
[描繪方法] 接著，例示本實施形態中的描繪方法。圖18係概略性地顯示描繪方法之流程圖。
於步驟ST10(圖18)中，基板W係由載台10(圖1以及圖2)保持於水平面(XY平面)。此外，表示所要描繪的描繪圖案之資料係儲存於控制部60的儲存部61(圖15)。
於步驟ST20(圖18)中，參照圖16並如上述般提取與台階圖案PTY對應的圖案資料。於步驟ST30(圖18)中，如圖16的下部所示，根據與台階圖案PTY的長度方向對應的基板方位WY來調整於水平面中的基板W的朝向。此調整係如前述般，進行以使得於俯視下與台階圖案PTY的長度方向對應的基板方位WY與Y方向大致一致。藉此，成為能夠開始圖8所示的第一模式下的曝光掃描之狀態。
於步驟ST40(圖18)中，藉由第一模式(圖8)下的曝光掃描，將由調變器44所調變的光照射至基板W。藉此，使得如圖19所示般描繪台階圖案PTY。另外，於圖19、後述的圖20以及圖21的每一個中，上部為下部中的矩形部分的放大圖。
於步驟ST50(圖18)中，參照圖17，如上述般提取與台階圖案PTX對應的圖案資料。於步驟ST60(圖18)中，如圖17的下部所示，根據與台階圖案PTX的長度方向對應的基板方位WX來調整水平面中的基板W的朝向。此調整係如前述般，進行以使得於俯視下與台階圖案PTX的長度方向對應的基板方位WX與Y方向大致一致。具體地說，使得基板W旋轉90度，如圖20中的箭頭所示。藉此，成為能夠開始圖9所示的第二模式下的曝光掃描之狀態。
於步驟ST70(圖18)中，藉由第二模式(圖9)下的曝光掃描，將由調變器44所調變的光照射至基板W。藉此，使得如圖21所示般描繪台階圖案PTX。
根據上述，進行台階圖案PTX以及台階圖案PTY兩者的描繪。亦可於上述基於第一模式的曝光掃描以及基於第二模式的曝光掃描中的任一者中同時描繪台階圖案PTX以及台階圖案PTY之外的描繪圖案。
於上述各曝光掃描中，調變光的焦點位置(圖6所示的光路中的右端的焦點位置)可固定於某個基準高度。於此情況下，參照圖1，頭部402與載台10之間的高度方向中的距離係維持為恆定。參照圖11，基準高度可為台階上表面S1的高度位置或是台階下表面S3的高度位置，較佳為這些位置之間的高度位置，更佳為這些高度的中間的高度位置。即使於曝光掃描於台階上表面S1與台階下表面S3之間跨越傾斜面S2之期間中，焦點位置仍可固定於上述基準高度。換句話說，即使在曝光掃描於台階上表面S1與台階下表面S3之間跨越傾斜面S2的期間中，本實施形態也不一定需要焦點位置的微調。
[比較例] 圖22係示意性地顯示使用如DMD之二維調變器下的曝光掃描SC的情況之局部剖面圖，以作為第一比較例。當意圖繪製寬度D1的情況下，若採用台階上表面S1的高度位置作為焦點位置，則於台階上表面S1上能夠進行所需的曝光，然而於台階下表面S3上卻因散焦而導致於比寬度D1還大的寬度D3下進行曝光。結果使得描繪的精度降低。具體地說，當感光層為負型阻劑層時，如圖23的局部俯視圖所示，相較於台階下表面S3上以兩點鏈線所示的所需寬度，阻劑圖案NL的寬度係非意圖性地變大了。假使能夠於曝光掃描SC中執行高精度的自動對焦，就會解決此問題。然而，如此的自動對焦需要複雜的控制，此外，當高低差大時(特別是100μm以上時)在實務上原本如此的控制原本就是困難的。
圖24係說明藉由反覆開／關曝光掃描SC中的調變器44的像素PX來形成阻劑圖案NL的線間間距(L／S；line and space)之方法作為第二比較例之圖。於曝光掃描SC中，藉由反覆進行統一地開／關相鄰的複數個像素PX，能形成阻劑圖案NL的L／S。於此情況下，於與L／S的寬度方向對應的正交方向GY中，曝光光量INT係具有高斯(Gaussian)形狀。再者，由於與前述圖22以及圖23的比較例情況類似的理由，如圖24中箭頭所示般，此高斯形狀係高度地取決於曝光面PE(圖6)中的散焦。因此，阻劑圖案NL的寬度係由於散焦而大幅變動。
[功效] 圖25說明基於本實施形態的曝光掃描SC而形成阻劑圖案NL的線間間距(L／S)之方法之圖。此曝光掃描SC係在維持於調變器44中反覆排列至少一個像素PX ON以及至少一個像素PX OFF之狀態下進行。於此情況下，於與L／S的寬度方向對應的排列方向GX中，曝光光量INT係如圖25中的中部所示般具有高頂禮帽(top hat)形狀。此高頂禮帽形狀係低度地取決於曝光面PE(圖5)中的散焦。是以，阻劑圖案NL的寬度係不易受到由散焦所造成的變動。是以，如圖25所示，藉由將基板W的朝向調整為使得線圖案的長度方向與排列方向GX正交，即使於具有超過DOF的高低差之曝光面PE上仍能高精度地描繪圖案。此時，不需要複雜地調整光學系統的焦點。再者，藉由改變基板W的朝向執行複數次的曝光掃描SC，能高精度地描繪具有不同長度方向的線圖案。
圖26係顯示圖25所說明描繪方法的實施例之顯微鏡照片。台階上表面S1與台階下表面S3之間的高低差為185μm。從台階上表面S1上經傾斜面S2至台階下表面S3上，以寬度20μm之恆定寬度高精度描繪負型阻劑層的線圖案。
另外，於圖25以及圖26中已說明了描繪圖案具有L／S形狀的情況，惟描繪圖案的形狀並不限於此。此外，雖已例示使用負型阻劑的情況，但亦可使用正型阻劑來代替。
2:主體框架 3:處理區域 4:交接區域 5:基台 6:支撐框架 7:卡匣載放部 10:載台(基板保持機構) 11:載放面 20:驅動機構 21:旋轉機構 22:支撐板 23:副掃描機構 24:基座板 25:主掃描機構 30:載台位置測量部 40:光學單元 41:雷射驅動部 42:雷射振盪器(光源) 43:照明光學系統 44:調變器 45:投影光學系統 46:鏡 50:搬送裝置 51:手部 52:手部驅動機構 60:控制部 61:儲存部 62:提取部 63:旋轉調整部 100:描繪裝置 161:CPU 162:ROM 163:RAM 164:儲存裝置 164P:處理程式 165:匯流排線 166:輸入部 167:顯示部 168:通訊部 211:旋轉軸部 212:旋轉驅動部 251:線性馬達 252:引導構件 401:光源部 402:頭部(描繪頭) 431:鮑威爾透鏡 432:準直透鏡 433:對焦透鏡 440:繞射光柵 441:固定帶 442:可動帶 444:共通電極 446:基板部 450:驅動電路單元 451:傅立葉轉換透鏡 452:傅立葉濾光片 453:傅立葉逆轉換透鏡 A:旋轉軸 AR11:箭頭 AR12:箭頭 AR13:箭頭 C:卡匣 CP1:半導體晶片 CP3:半導體晶片 D1:寬度 D3:寬度 f 1:焦點距離 f 2:焦點距離 GX:排列方向 GY:正交方向 GZ:深度方向 INT:曝光光量 L 0:零次繞射光 L +1:正一次繞射光 L -1:負一次繞射光 L INC:射入光 MD:背面配線 MD1:半導體模組 MD2:半導體模組 MT:上表面配線 MU:繞射元件 MV:貫穿配線 NL:阻劑圖案 NT:凹口 PE:曝光面 PTX:描繪圖案 PTY:描繪圖案 PX ON:像素 PX OFF:像素 S1:台階上表面 S2:傾斜面 S3:台階下表面 SC:曝光掃描 ST10,ST20,ST30,ST40,ST50,ST60,ST70:步驟 X,Y,Z:方向 W:基板 WX:基板方位 WY:基板方位
[圖1]係概略性地顯示一實施形態之描繪裝置的構成之側面圖。 [圖2]係概略性地顯示圖1的描繪裝置的構成之俯視圖。 [圖3]係說明圖1的描繪裝置所具有之調變器的構成以及動作原理之局部剖面圖。 [圖4]係說明圖1的描繪裝置所具有之調變器的構成以及動作原理之局部剖面圖。 [圖5]係示意性地說明圖1的描繪裝置所具有的光學單元中的光路之圖。 [圖6]係示意性地說明圖1的描繪裝置所具有的光學單元中的光路之圖。 [圖7]係例示圖1的控制部的硬體構成之方塊圖。 [圖8]係概略性地顯示一實施形態之描繪方法中的第一模式下的曝光掃描之俯視圖。 [圖9] 係概略性地顯示一實施形態之描繪方法中的第二模式下的曝光掃描之俯視圖。 [圖10]係例示基板的曝光面之局部俯視圖。 [圖11]係沿圖10的線Ⅺ-Ⅺ的局部剖面圖。 [圖12]係顯示需要描繪台階圖案之裝置的一例之局部俯視圖。 [圖13] 係沿圖12的線XIII-XIII的局部剖面圖。 [圖14]係顯示圖13的變形例之局部剖面圖。 [圖15]係概略性地顯示圖1的控制部的構成之功能方塊圖。 [圖16]係用於說明圖1的控制部的功能之局部俯視圖。 [圖17] 係用於說明圖1的控制部的功能之局部俯視圖。 [圖18]係概略性地顯示一實施形態中的描繪方法之流程圖。 [圖19]係概略性地顯示一實施形態中的描繪方法的一工序之俯視圖。 [圖20]係概略性地顯示一實施形態中的描繪方法的一工序之俯視圖。 [圖21]係概略性顯示一實施形態中的描繪方法的一工序之俯視圖。 [圖22]係示意性地顯示第一比較例中的曝光掃描的情況之局部剖面圖。 [圖23]係顯示藉由圖22的曝光掃描所獲得的阻劑圖案(resist pattern)之局部俯視圖。 [圖24]係說明第二比較例中的曝光掃描之圖。 [圖25]係說明一實施形態中的曝光掃描之圖。 [圖26]係顯示圖25的曝光掃描的實施例之顯微鏡照片。
3:處理區域
4:交接區域
5:基台
6:支撐框架
7:卡匣載放部
10:載台(基板保持機構)
11:載放面
20:驅動機構
21:旋轉機構
22:支撐板
23:副掃描機構
24:基座板
25:主掃描機構
30:載台位置測量部
40:光學單元
41:雷射驅動部
42:雷射振盪器(光源)
43:照明光學系統
44:調變器
45:投影光學系統
46:鏡
50:搬送裝置
51:手部
52:手部驅動機構
60:控制部
100:描繪裝置
211:旋轉軸部
212:旋轉驅動部
401:光源部
402:頭部(描繪頭)
A:旋轉軸
C:卡匣
PE:曝光面
GX:排列方向
GY:正交方向
GZ:深度方向
W:基板

Claims (8)

  1. 一種描繪裝置，係用以於基板上的曝光面描繪至少一個描繪圖案； 前述曝光面係設置有台階上表面、台階下表面以及至少一個台階結構，前述台階下表面的高度係低於前述台階上表面，至少一個前述台階結構係具有將前述台階上表面與前述台階下表面彼此連接之傾斜面，至少一個前述描繪圖案係包含至少局部地描繪於前述台階結構的前述傾斜面上之至少一個台階圖案，至少一個前述台階圖案係於俯視下沿長度方向延伸； 前述描繪裝置係具備： 基板保持機構，係將前述基板保持於水平面； 光源； 調變器，係具有由沿排列方向排列之複數個繞射元件所構成之繞射光柵，並調變來自前述光源的光； 投影光學系統，係包含配置於前述曝光面與前述調變器之間之物鏡； 旋轉機構，係使前述基板於前述水平面中旋轉；以及 控制部，係控制前述旋轉機構而將前述水平面中的前述基板的朝向調整為使得至少一個前述台階圖案的前述長度方向以及與前述繞射光柵的前述排列方向正交之正交方向於俯視下大致一致。
  2. 如請求項1所記載之描繪裝置，其中於前述光源與前述繞射光柵之間進一步具備照明光學系統； 前述照明光學系統係將來自前述光源的光於前述排列方向上作為平行光而提供給前述繞射光柵。
  3. 如請求項1或2所記載之描繪裝置，其中複數個前述繞射元件係僅排列於前述排列方向。
  4. 如請求項1或2所記載之描繪裝置，其中前述控制部係包含：提取部，係將表示至少一個前述台階圖案中之以前述基板的第一基板方位為基準而於第一允許角度範圍內具有長度方向之部分之資料提取為第一圖案資料。
  5. 如請求項4所記載之描繪裝置，其中前述第一允許角度範圍係±10度以內。
  6. 如請求項4所記載之描繪裝置，其中前述提取部係將表示至少一個前述台階圖案中之以不同於前述基板的前述第一基板方位之第二基板方位為基準而於第二允許角度範圍內具有長度方向之部分之資料提取為第二圖案資料。
  7. 如請求項6所記載之描繪裝置，其中前述第二基板方位係與前述第一基板方位正交。
  8. 一種描繪方法，係用以於基板上的曝光面描繪至少一個描繪圖案； 前述曝光面係設置有台階上表面、台階下表面以及至少一個台階結構，前述台階下表面的高度係低於前述台階上表面，至少一個前述台階結構係具有將前述台階上表面與前述台階下表面彼此連接之傾斜面，至少一個前述描繪圖案係包含至少局部地描繪於前述台階結構的前述傾斜面上之至少一個台階圖案，至少一個前述台階圖案係於俯視下沿長度方向延伸； 前述描繪方法係具備： 工序(a)，係將前述基板保持於水平面； 工序(b)，係調整前述水平面中的前述基板的朝向；以及 工序(c)，係經由物鏡將由調變器所調變的光照射至前述曝光面，前述調變器係具有由排列於排列方向之複數個繞射元件所構成之繞射光柵； 前述工序(b)係以使得少一個前述台階圖案的前述長度方向以及與前述繞射光柵的前述排列方向正交之正交方向於俯視下大致一致之方式而進行。
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