(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-14
(45)【発行日】2024-02-22
(54)【発明の名称】露光装置および露光方法
(51)【国際特許分類】
G03F 7/20 20060101AFI20240215BHJP
【FI】
G03F7/20 501
(21)【出願番号】P 2020056863
(22)【出願日】2020-03-26
【審査請求日】2022-12-19
(73)【特許権者】
【識別番号】000128496
【氏名又は名称】株式会社オーク製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100156199
【氏名又は名称】神崎 真
(74)【代理人】
【識別番号】100090169
【氏名又は名称】松浦 孝
(74)【代理人】
【識別番号】100124497
【氏名又は名称】小倉 洋樹
(72)【発明者】
【氏名】奥山 隆志
【審査官】藤本 加代子
(56)【参考文献】
【文献】特表2004-514280(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2002/0092993(US,A1)
【文献】特開2003-084444(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2003/0011860(US,A1)
【文献】特開2005-084198(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2010/0060874(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G03F 7/20-7/24
G03F 9/00-9/02
G02B 26/00-26/08
G02B 6/35
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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。
【請求項2】
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。
【請求項3】
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。
【請求項4】
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。
【請求項5】
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。
【請求項6】
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。
【請求項7】
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。
【請求項8】
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。
【請求項9】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特許第4203649号公報
【文献】特表2004-514280号公報
【文献】特許第4728536号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
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。
【0007】
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。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【発明の効果】
【0015】
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。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【
図1】本実施形態である露光装置のブロック図である。
【
図2】ステージに対する露光ヘッドの配置を示した図である。
【
図3】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。
【
図4】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。
【
図5】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6】
図5に示した多重露光動作の変形例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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)
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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)。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【符号の説明】
【0052】
10 露光装置
22 DMD(光変調素子アレイ)
30 コントローラ(露光制御部)