JP2008112093A - 露光方法及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パターンエッジを滑らかに露光することができる露光方法を提供すること。
【解決手段】露光領域における各々の空間光変調素子に位置的に対応する画素を複数のサブ画素に２次元的に区分した上で所望露光パターンを設定し、各々の前記画素における露光を、当該画素に位置的に対応する前記空間光変調素子に担わせ、各々の前記空間光変調素子からの光像を、当該空間光変調素子に位置的に対応する前記画素に属する複数の前記サブ画素の各々に順次に走査して投影するとともに、その光像が投影される前記サブ画素における前記所望露光パターン上での明暗に対応させて各々の前記空間光変調素子のオン・オフの切り替えを行うようにし、サブ画素毎に必要な露光を行う。
【選択図】図６

Description

本発明は、露光方法及び露光装置に関し、さらに詳しくは、空間光変調素子を２次元的に多数配列してなる空間光変調器を使用し、光源から発せられた光を空間光変調器により変調して形成される明暗パターンを対象物に投影することによって当該対象物に露光パターンを形成する露光方法及び露光装置に係わる。

従来、露光装置として、光源と、この光源から発せられた光を変調して明暗パターンを形成するＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス：空間光変調器）と、ＤＭＤによって形成された明暗パターンを対象物に結像させる結像光学系とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００６−１３３４３２号公報

ＤＭＤのマイクロミラーは２次元的に配列され、そのＤＭＤによって形成された明暗パターンと相似の露光パターンを対象物に形成していた。そのため、従来の露光方法によれば、次のような問題が生じていた。
たとえば、露光パターン中に直線状パターンが含まれている場合を考えると、その直線状パターンがマイクロミラーの配設方向（直交する２方向）に対応して延在する場合には問題はないが、その直線状パターンがマイクロミラーの配設方向と対応していない場合、つまり、その直線状パターンがマイクロミラーの配設方向に対して傾斜している場合には、その直線状パターンのエッジを滑らかに露光することができないという問題を生じていた。

本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、パターンエッジを滑らかに露光することができる露光方法及び露光装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の露光方法は、空間光変調素子を２次元的に多数配列してなる空間光変調器を使用し、光源から発せられた光を前記空間光変調器により変調して得られる明暗パターンを対象物に投影することによって当該対象物に露光パターンを形成する露光方法であって、露光領域における各々の前記空間光変調素子に位置的に対応する画素を複数のサブ画素に２次元的に区分した上で所望露光パターンを設定し、各々の前記画素における露光を、当該画素に位置的に対応する前記空間光変調素子に担わせ、各々の前記空間光変調素子からの光像を、当該空間光変調素子に位置的に対応する前記画素に属する複数の前記サブ画素の各々に順次に走査して投影するとともに、その光像が投影される前記サブ画素における前記所望露光パターン上での明暗に対応させて各々の前記空間光変調素子のオン・オフの切り替えを行うようにし、サブ画素毎に必要な露光を行うことを特徴とする。

請求項２に記載の露光方法は、請求項１に記載の露光方法であって、前記光像の走査を、前記空間光変調器と前記対象物との間の光路中に介在させたチルトミラーによって行わせることを特徴とする。

請求項３に記載の露光方法は、請求項１に記載の露光方法であって、前記光像の走査を、前記空間光変調器と前記対象物の相対移動によって行わせることを特徴とする。

請求項４に記載の露光方法は、請求項１から３いずれか一に記載の露光方法であって、前記空間光変調器として、前記空間光変調素子がマイクロミラーから構成されるＤＭＤを使用することを特徴とする。

請求項５に記載の露光装置は、空間光変調素子を２次元的に多数配列してなる空間光変調器を備え、光源から発せられた光を前記空間光変調器により変調して得られる明暗パターンを対象物に投影することによって当該対象物に露光パターンを形成する露光装置であって、露光領域における各々の前記空間光変調素子に位置的に対応する画素を複数のサブ画素に２次元的に区分した画面上で所望露光パターンを設定するためのパターン設定手段と、各々の前記空間光変調素子からの光像を前記対象物上で同時に走査して、各々の前記空間光変調素子からの光像を、当該前記空間光変調素子に位置的に対応する前記画素に属する複数の前記サブ画素の各々に順次に導かせる光像走査手段と、各々の前記空間光変調素子のオン・オフを切り替えて、当該空間光変調素子からの光像を当該光像が投影される前記サブ画素における前記所望露光パターン上での明暗に対応させる切替手段とを備えることを特徴とする。

請求項６に記載の露光装置は、請求項５に記載の露光装置において、前記走査手段は、前記空間光変調器と前記対象物との間の光路中に介在させたチルトミラーを含んで構成されていることを特徴とする。

請求項７に記載の露光装置は、請求項５に記載の露光装置において、前記走査手段は、前記空間光変調器又は前記対象物の一方を他方に対して相対移動させる移動手段を含んで構成されていることを特徴とする。

請求項８に記載の露光装置は、請求項５から７いずれか一に記載の露光装置において、前記空間光変調器として、前記空間光変調素子がマイクロミラーから構成されるＤＭＤを備えることを特徴とする。

請求項１から４に記載の発明によれば、各々の空間光変調素子からの光像を、当該空間光変調素子に位置的に対応する画素に属する複数のサブ画素の各々に順次に走査して投影するとともに、その光像が投影されるサブ画素における所望明暗パターン上での明暗に対応させて空間光変調素子のオン・オフの切り替えを行うようにしたので、サブ画素単位で露光・未露光を行える。したがって、たとえば、露光パターンが直線状パターンを含み、直線状パターンがマイクロミラーの配設方向と対応していない場合でも、パターンエッジを滑らかに露光することができる。

請求項５から８に記載の発明によれば、各々の空間光変調素子からの光像を、当該空間光変調素子に位置的に対応する画素に属する複数のサブ画素の各々に順次に走査して投影することができるとともに、その光像が投影されるサブ画素における所望明暗パターン上での明暗に対応させて空間光変調素子のオン・オフの切り替えを行えるので、サブ画素単位で露光・未露光を行える。したがって、たとえば、露光パターンが直線状パターンを含み、直線状パターンがマイクロミラーの配設方向と対応していない場合でも、パターンエッジを滑らかに露光することができる。

まず、本発明に係る露光方法を実施する露光装置について説明する。
図１は露光装置の構成の一部を示し、図２はその露光装置の制御ブロックを示している。ここで、図１では、図示の便宜上、各構成の大きさや距離は実際のものとは対応していないことに留意を要する。

これらに示す露光装置１００は、光源１１０と、空間光変調器の１つであるＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）１２０と、ＤＭＤ１２０によって形成される明暗パターンを対象物に結像させる結像光学系１３０と、明暗パターンを対象物上で走査するためのチルトミラー１４０と、対象物１５０を載せるためのステージ１６０とを備えている。

ここで光源１１０としては、一般にＤＭＤとの組み合わせに使用される公知の光源を使用することが可能である。例えば、光源１１０としては、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、発光ダイオード又はレーザその他の光源を使用することができる。

ＤＭＤ１２０は、光源１１０から発せられた光を反射させ変調させる多数のマイクロミラー（空間光変調素子）が２次元的に多数配列されたマイクロミラーアレイ部を備えている。そして、このマイクロミラーアレイ部を構成するマイクロミラーは各々独立して角度を調整できるようにされている。この各マイクロミラーの角度を調整することによって、マイクロミラーパターンが形成され、そのマイクロミラーパターンに光を当てた場合に明暗パターンが形成されることになる。

結像光学系１３０は複数のレンズによって構成されている。実施形態ではコリメートレンズ１３１と結像レンズ１３２とによって構成されているが、これに限定されるものではない。結像レンズ１３０の構成は、ＤＭＤ１２０の各マイクロミラーの光像を対象物１５０に１対１で投影できるものであれば、その数や種類を問わない。

チルトミラー１４０は、２軸のチルトミラーであり、光学的に見た場合に上記ＤＭＤ１２０のマイクロミラーの配設方向（直交する２方向）に対応する各軸を中心に正逆に傾動できるように構成されている。このチルトミラー１４０の傾き制御によって、ＤＭＤ１２０の各マイクロミラーからの光像を対象物１５０上で走査できる。

対象物１５０としては、リソグラフィプロセスが必要とされるもの、例えば、半導体基板や液晶基板などが挙げられる。

また、ステージ１６０としては、限定はされないが、X、Ｙ、θの３軸のステージが設置されている。

次に、露光装置１の電気的構成を図２に基づいて説明する。
同図に示すように、露光装置１は制御部２１０を備えている。この制御部２１０には入力部２２０、記憶部２３０、光源駆動部２４０、ＤＭＤ駆動部２５０、チルトミラー駆動部２６０及びステージ駆動部２７０が接続されている。なお、露光装置１は、図示はされていないがディスプレイ等の表示部を備えることも可能である。

記憶部２３０には、露光処理プログラムや、露光処理に必要とされる各種データが記憶されている。制御部２１０は、この記憶部２３０に記憶されている各種処理プログラムを実行処理する。

入力部２２０は、キーボード、マウス、スキャナ、タッチパネル、スイッチなどから構成されている。この入力部２２０からは、記憶部２３０に記憶されている処理プログラムに従ってなされる制御部２１０からの指令に基づき、ユーザが露光処理に関するデータを入力して設定することができる。例えば、ユーザは、所望の露光パターンデータを入力して設定することができる。換言すれば、この入力部２２０及び制御部２１０は、記憶部２３０に記憶された処理プログラムと共働して、記憶部２３０に露光パターンデータを設定するためのパターン設定手段として機能する。

光源駆動部２４０は、記憶部２３０に記憶されている処理プログラムに従ってなされる制御部２１０からの指令に基づき、光源１１０のオン・オフさせるためのものである。

ＤＭＤ駆動部２５０は、記憶部２３０に記憶されている処理プログラムに従ってなされる制御部２１０からの指令に基づき、ＤＭＤ１２０の各マイクロミラーを動作させてオン・オフさせるためのものである。換言すれば、このＤＭＤ駆動部２５０と制御部２１０は、記憶部２３０に記憶された処理プログラムや露光データと共働して、ＤＭＤ１２０の各マイクロミラーのオン・オフを切り替えさせる切替手段として機能する。ここで、マイクロミラーがオンの状態とは、マイクロミラーで反射された光が対象物１５０上に投影される状態に当該マイクロミラーを傾けた状態をいい、マイクロミラーがオフの状態とは、マイクロミラーで反射した光が対象物１５０上に投影されない状態に当該マイクロミラーを傾けた状態をいう。

チルトミラー駆動部２６０は、記憶部２３０に記憶されている処理プログラム等に従ってなされる制御部２１０からの指令に基づき、チルトミラー１４０を２軸を中心に動作させて傾き角を変更させるためのものである。換言すれば、このチルトミラー駆動部２６０と制御部２１０は、記憶部２３０に記憶された処理プログラム等と共働して、チルトミラー１４０による走査の方向、順序、速度を制御する光像走査手段として機能する。

ステージ駆動部２７０は、記憶部２３０に記憶されている処理プログラム等に従ってなされる制御部２１０からの指令に基づき、ステージ１６０をX軸、Ｙ軸方向に移動させたり、θ軸を中心として回転させるためのものである。

次に、本実施形態に係る露光装置１によって実施される露光方法を従来例との比較において説明する。なお、ここでは、説明を分かりやすくするために、５行５列にマイクロミラーが並んだＤＭＤを使用した場合の露光方法について説明する。

図３（Ａ）には５行５列にマイクロミラーが並んだＤＭＤ１２０の模式図が示されている。同図にはマイクロミラーを特定するためａ〜ｅの行番号、１〜５の列符号がそれぞれ示されている。
また、図３（Ｂ）にはこのＤＭＤ１２０によって露光される露光領域が示されている。同図にはＤＭＤ１２０の各マイクロミラーで露光される領域（画素）を特定するためのａ’〜ｅ’行番号、１’〜５’の列番号がそれぞれ示されている。
ここで、ｉ行ｊ列に位置するマイクロミラーを（ｉ，ｊ）マイクロミラーとし、ｉ’行ｊ’列に位置するマイクロミラーを（ｉ’，ｊ’）画素と表現すれば、（ａ，１）マイクロミラー、（ａ，２）マイクロミラー、・・・、（ｃ，３）マイクロミラー、・・・、（ｅ，５）マイクロミラーは、それぞれ、（ａ’，１’）画素、（ａ’，２’）画素、・・・、（ｃ’，３’）画素、・・・、（ｅ’，５’）画素に位置的に対応し、各画素はその位置的に対応するマイクロミラーによって露光されるようになっている。
以上を前提にして、光学的に見て対象物１５０上で画素の配設方向に交差する方向に延在する斜線パターン（明パターン）を形成する場合について考える。

まず、従来の露光方法について説明する。
この従来の露光方法では、露光したい斜線パターンに対応するマイクロミラーの傾きと、それ以外のマイクロミラーの傾きとを互いに変える。すなわち、露光したい斜線パターンに対応するマイクロミラーをオンとし、それ以外のマイクロミラーをオフとする。その一例が図４（Ａ）に示されている。同図においては白抜きのマイクロミラーはオンの状態であり、このオンの状態のマイクロミラーからの光像は明暗パターンの明部となる。一方、斜線が付されているマイクロミラーはオフの状態であり、このオフの状態のマイクロミラーからの光像は明暗パターンの暗部となる。
このように各マイクロミラーの傾きを調節し、各マイクロミラーの総体によって形成される明暗パターンを対象物に一度機に投影して露光パターンを形成している。図４（Ｂ）にはこの従来の露光方法によって得られた露光パターンが示されている。同図においては白抜きの画素が露光パターンの明部に対応し、斜線が付されている画素が露光パターンの暗部に対応している。
この従来の露光方法によれば、ＤＭＤ１２０によって形成されるマイクロミラーパターンつまり明暗パターンと、対象物上に形成される明暗パターンつまり露光パターンとが相似になる。この場合、露光パターンの微細化の程度は、マイクロミラーの構成（大きさ）と光学系の分解能とによって制約され、例えば斜線パターンや円パターンを含む露光パターンを形成する場合にはエッジの円滑化の程度にも限界がある。

次に、本実施形態に係る露光方法を説明する。
まず、露光領域における各々のマイクロミラーに対応する画素の各々を複数のサブ画素に２次元的に区分する。実施形態では画素の各々を、説明の便宜上、４行４列のサブ画素に区分している。そして、そのサブ画素の総体から構成される画面上で、所望露光パターンの設定を行う。この過程が図５（Ａ）〜（Ｃ）に示されている。このようにすれば、露光領域に対応する画像が多数のサブ画素から構成されるので、微細でパターンエッジが円滑な所望露光パターンが設定できることとなる。
次いで、各々の画素つまり（ａ’，１’）〜（ｅ’，５’）画素における露光を、それぞれ、当該画素に対応するマイクロミラーつまり（ａ，１）〜（ｅ，５）マイクロミラーに担わせる。そして、実際に露光する場合には、（ａ，１）〜（ｅ，５）マイクロミラーの各々からの光像を、当該マイクロミラーに対応する（ａ’，１’）〜（ｅ’，５’）画素に属する１６個のサブ画素の各々に順次に走査して投影する。また、それと同時に、その光像が投影されるサブ画素における所望明暗パターン上での明暗に対応させて（ａ，１）〜（ｅ，５）マイクロミラーの各々のオン・オフの切り替えを行う。例えば、光像が投影されるサブ画素が所望露光パターン上で明部であれば、そのサブ画素の露光を担当するマイクロミラーからの光が当該サブ画素に到達するように当該マイクロミラーの傾きを調整し（マイクロミラーがオン）、光像が投影されるサブ画素が所望露光パターン上で暗部であれば、そのサブ画素の露光を担当するマイクロミラーからの光が当該サブ画素に到達しないように当該マイクロミラーの傾きを調整する（マイクロミラーがオフ）。

図６を用いて、この露光方法をさらに具体的に説明する。なお、ここでは、（ｂ’，５’）画素を（ｂ，５）マイクロミラーで露光する場合を代表例として説明する。すなわち、実際には、（ａ，１）〜（ｅ，５）マイクロミラーでそれぞれ（ａ’，１’）〜（ｅ’，５’）画素のサブ画素の１つずつが同時に露光されることになるが、その１つを例に取って説明する。

特に限定はされないが、まず、（ｂ，５）マイクロミラーからの光像を、（ｂ’，５’）画素に属する１６個のサブ画素のうち左上隅のサブ画素に投影する。この場合、当該サブ画素は所望露光パターン上で暗部であるので、（ｂ，５）マイクロミラーからの光が当該サブ画素に到達しないように当該マイクロミラーの傾きを調整しておく（マイクロミラーがオフ）。
次に、チルトミラー１４０を動作させて（ｂ，５）マイクロミラーからの光像を、右隣のサブ画素に投影する。この場合も、当該サブ画素は所望露光パターン上で暗部であるので、（ｂ，５）マイクロミラーからの光が当該サブ画素に到達しないように当該マイクロミラーの傾きを調整しておく（マイクロミラーがオフ）。
次に、チルトミラー１４０を動作させて（ｂ，５）マイクロミラーからの光像を、さらに右隣のサブ画素に投影する。この場合、当該サブ画素は所望露光パターン上で明部であるので、（ｂ，５）マイクロミラーをオンにして、（ｂ，５）マイクロミラーからの光が当該サブ画素に到達するようにしておく。
その後は、図６のように（ｂ，５）マイクロミラーからの光像を走査すると同時に、その光像が投影されるサブ画素における所望露光パターン上での明暗に対応させて（ｂ，５）マイクロミラーのオン・オフの切り替えを行う。

なお、サブ画素単位で露光する場合、そのサブ画素の露光を担当するマイクロミラーの光はその周辺のサブ画素と隣の画素を構成するサブ画素にも当たるが、光のエネルギの分布はガウス分布となるので、エネルギが最大となる所で当該サブ画素を所定時間で露光するようにすればよい。

以上のようにして、一つの露光領域の露光が完了したならば、ステップ・アンド・リピート方式で、次の露光領域の露光を行う。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、チルトミラー１４０によってマイクロミラーからの光像を走査するようにしたが、ＤＭＤ１２０に対して、対象物１５０を載置するステージ１６０を相対移動させることによって光像を走査するようにしてもよい。この場合には、上記チルトミラー駆動部２６０に代えて、ＤＭＤ１２０又はステージ１６０を移動させるに適した駆動部（例えばモータ）が必要となる。

また、上記実施形態では、空間光変調器としてＤＭＤを例に挙げたが、液晶を使用した空間光変調器その他の空間光変調器を使用できる。この場合には、上記ＤＭＤ駆動部２５０に代えて、液晶を使用した空間光変調器その他の空間光変調器に適した駆動部が必要となる。

実施形態の露光方法に使用される露光装置の光学系の構成の一部を示す図である。 露光装置の制御構成を示すブロック図である。 同図（Ａ）は５行５列にマイクロミラーとが並んだＤＭＤの模式図、同図（Ｂ）はそのＤＭＤによって露光される露光領域に対応する画像を示す図である。 従来の露光方法を説明するための図であって、同図（Ａ）はＤＭＤのマイクロミラーパターンの説明図、同図（Ｂ）はその露光方法によって得られた露光パターンを示す図である。 実施形態の露光方法を説明するための図であって、所望露光パターンの設定手順を示す図である。 実施形態の露光方法を説明するための図であって、サブ画素の露光手順を示す図である。

符号の説明

１００ 露光装置
１１０ 光源
１２０ ＤＭＤ
１３０ 結像光学系
１４０ チルトミラー
１５０ 露光対象物
１６０ ステージ
２１０ 制御部
２２０ 入力部
２３０ 記憶部
２４０ 光源駆動部
２５０ ＤＭＤ駆動部
２６０ チルトミラー駆動部
２７０ ステージ駆動部
（ａ，１）〜（ｅ，５） マイクロミラー
（ａ’，１’）〜（ｅ’，５’） 露光領域上の画素

Claims (8)

1. 空間光変調素子を２次元的に多数配列してなる空間光変調器を使用し、光源から発せられた光を前記空間光変調器により変調して得られる明暗パターンを対象物に投影することによって当該対象物に露光パターンを形成する露光方法であって、露光領域における各々の前記空間光変調素子に位置的に対応する画素を複数のサブ画素に２次元的に区分した上で所望露光パターンを設定し、各々の前記画素における露光を、当該画素に位置的に対応する前記空間光変調素子に担わせ、各々の前記空間光変調素子からの光像を、当該空間光変調素子に位置的に対応する前記画素に属する複数の前記サブ画素の各々に順次に走査して投影するとともに、その光像が投影される前記サブ画素における前記所望露光パターン上での明暗に対応させて各々の前記空間光変調素子のオン・オフの切り替えを行うようにし、サブ画素毎に必要な露光を行うことを特徴とする露光方法。
2. 前記光像の走査を、前記空間光変調器と前記対象物との間の光路中に介在させたチルトミラーによって行わせることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
3. 前記光像の走査を、前記空間光変調器と前記対象物の相対移動によって行わせることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
4. 前記空間光変調器として、前記空間光変調素子がマイクロミラーから構成されるＤＭＤを使用することを特徴とする請求項１から３いずれか一に記載の露光方法。
5. 空間光変調素子を２次元的に多数配列してなる空間光変調器を備え、光源から発せられた光を前記空間光変調器により変調して得られる明暗パターンを対象物に投影することによって当該対象物に露光パターンを形成する露光装置であって、露光領域における各々の前記空間光変調素子に位置的に対応する画素を複数のサブ画素に２次元的に区分した画面上で所望露光パターンを設定するためのパターン設定手段と、各々の前記空間光変調素子からの光像を前記対象物上で同時に走査して、各々の前記空間光変調素子からの光像を、当該前記空間光変調素子に位置的に対応する前記画素に属する複数の前記サブ画素の各々に順次に導かせる光像走査手段と、各々の前記空間光変調素子のオン・オフを切り替えて、当該空間光変調素子からの光像を当該光像が投影される前記サブ画素における前記所望露光パターン上での明暗に対応させる切替手段とを備えることを特徴とする露光装置。
6. 前記走査手段は、前記空間光変調器と前記対象物との間の光路中に介在させたチルトミラーを含んで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記走査手段は、前記空間光変調器又は前記対象物の一方を他方に対して相対移動させる移動手段を含んで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
8. 前記空間光変調器として、前記空間光変調素子がマイクロミラーから構成されるＤＭＤを備えることを特徴とする請求項５から７いずれか一に記載の露光装置。

Images