JP2015022067A - パターン描画装置およびパターン描画方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 オン、オフの境界部分において正確にパターンを描画することができるパターン描画装置およびパターン描画方法を提供する。
【解決手段】 空間光変調器の第1オン状態(正反射状態)にある格子要素に隣接する格子要素を第2オン状態とし、この第2オン状態にある格子要素における固定リボン531bから反射した光と可動リボン530aから反射した光との位相差が0より大きく、かつ、π/2ラジアンより小さくなるように固定リボン531bに対する可動リボン530aの高さ位置を設定する。
【選択図】図8
【解決手段】 空間光変調器の第1オン状態(正反射状態)にある格子要素に隣接する格子要素を第2オン状態とし、この第2オン状態にある格子要素における固定リボン531bから反射した光と可動リボン530aから反射した光との位相差が0より大きく、かつ、π/2ラジアンより小さくなるように固定リボン531bに対する可動リボン530aの高さ位置を設定する。
【選択図】図8
Description
本発明は、基板上に空間変調された光を照射してパターンを描画する技術に関連する。
従来より、半導体基板、プリント配線基板、ガラス基板等の様々な基板に、マスクを経由した光を照射することにより、パターンの形成が行われている。近年、様々なパターンの形成に対応するために、マスクを使用することなく、空間変調された光を基板に直接照射してパターンを描画する技術が利用されている。
空間光変調器の一つとして、可撓リボンと固定リボンとを交互に配列した反射型かつ回折格子型のものが知られている。例えば、特許文献1では、このような空間光変調器を用いて、基板上にパターンを描画するパターン描画装置が開示されている。このような空間光変調器にてパターンが描画される場合、通常、複数対の可動リボンおよび固定リボンが1つの光変調素子として機能し、複数の光変調素子が一列に配列される。そして、一対の可動リボンと固定リボンとが同一高さ位置に設定すると、その格子要素はオン状態となり正反射光を出射する。また、一対の可動リボンの高さ位置と固定リボンの高さ位置を互いに異ならせ、その高さの差を照明光の波長のほぼ半分(半波長)に設定すると、この格子要素はオフ状態となり、(±1)次回折光を出射する。
上記した特許文献1に記載されるパターン描画装置によると、光変調素子に光を照射する照明光学系の開口数を、空間光変調器から出射された正反射光を基板に投影する投影光学系の開口数で除した値(σ値)が0(ゼロ)に近い場合、次のような問題が発生する。すなわち、図10(a)に示すように、3個の格子要素(3対の可動リボン530aと固定リボン531b)が空間光変調器の基準面532に接しているオン状態にあり、その両側の2個の格子要素がオフ状態にある場合、図10(b)に示すように基板に照射される光のプロファイル(ビームプロファイル)BPにおけるオン、オフの境界部分における露光強度が強くなる。この結果、図10(c)に示すように、基板上に正方形のパターンIPを描画すべき場合に、角部が広がったパターンEPが描画される、という問題が発生する。
このような問題は、上述のようにσ値が0に近いと、オンとオフとのコントラストが高くなる、すなわち、高周波成分が顕著に現れた結果、フレネル回折像が発生し、オン、オフの境界部分の露光強度が強くなることに起因している。
本発明の目的は、上述のような点に鑑み、オン、オフの境界部分において正確にパターンを描画することができるパターン描画装置およびパターン描画方法を提供することにある。
請求項1に係る第1発明(パターン描画装置)は、基板を支持する支持部と、光源と、第1方向に延びる固定反射面を有するとともに基台に対して固定された固定リボンと、固定リボンに隣接して設けられるとともに第1方向に延びる可動反射面を有し、かつ、可動反射面に対して垂直な方向に移動可能な可動リボンとの組み合わせからなる格子要素が、第1方向と直交する第2方向に複数、配列された回折格子型かつ反射型の空間光変調器と、光源からの光を第2方向に延びる線状の照明光として空間光変調器に照射する照明光学系と、空間光変調器により変調された光を支持部に支持された基板に照射する投影光学系と、基板を支持した支持部を第2方向に相対移動させる移動機構と、少なくとも一つの格子要素を第1オン状態とし、第1オン状態にある格子要素に隣接する格子要素を第2オン状態とし、第2オン状態にある格子要素に隣接する格子要素をオフ状態とする制御部と、を備え、前記照明光学系の開口数が、0より大きく、かつ、0.06以下であり、前記第1オン状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が0となるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態であり、前記第2オン状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が0より大きく、かつ、π/2ラジアンより小さくなるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態であり、前記オフ状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差がπラジアンとなるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態であることを特徴とする。
請求項2に係る第2発明は、第1発明において、前記第2オン状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が1.16ラジアンから1.37ラジアンの範囲内となるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態である。
請求項3に係る第3発明は、第1発明または第2発明において、前記照明光学系の開口数を前記投影光学系の開口数で除した値が、0より大きく、かつ、0.6以下である。
請求項4に係る第4発明(パターン描画方法)は、a)基板を相対移動する工程と、b)前記a)工程と並行して、光源からの光を、照明光学系を介して空間光変調器に照射し、当該空間光変調器により空間変調された光を、投影光学系を介して前記基板に照射する工程と、を含み、前記照明光学系の開口数が、0より大きく、かつ、0.06以下であり、空間光変調器が複数の格子要素が一列に配列された回折格子型かつ反射型の空間光変調器であり、前記基板の相対移動方向が、前記複数の格子要素の配列方向に対応する前記基板上の方向に対して交差する方向であり、前記複数の格子要素のそれぞれが、前記配列方向に垂直な方向に延びる1つの固定反射面を有する固定リボンと1つの可動反射面とを有する可動リボンの組み合わせであり、前記可動リボンが、前記可動反射面に垂直な方向に移動可能であり、格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が0となるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された第1オン状態状と、格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が0より大きく、かつ、π/2ラジアンより小さくなるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された第2オン状態と、前記が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差がπラジアンとなるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定されたオフ状態になることが可能であり、前記b)工程において、少なくとも1つの前記第1オン状態の格子要素と、当該第1オン状態の格子要素に前記第2オン状態の格子要素を隣接させ、当該第2オン状態の格子要素に前記オフ状態の格子要素を隣接させることを特徴とする。
請求項5に係る第5発明は、第4発明において、前記第2オン状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が1.16ラジアンから1.37ラジアンの範囲内となるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態である。
請求項6に係る第6発明は、第4発明または第5発明において、前記照明光学系の開口数を前記投影光学系の開口数で除した値が、0より大きく、かつ、0.6以下である。
請求項1から請求項10のいずれかに係る発明によれば、オン、オフの境界部分において正確にパターンを描画することができるパターン描画装置およびパターン描画方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
<1. パターン描画装置の構成について>
図1は、本発明の一実施形態に係るパターン描画装置100の側面図であり、図2は図1に示すパターン描画装置100の平面図である。
<1. パターン描画装置の構成について>
図1は、本発明の一実施形態に係るパターン描画装置100の側面図であり、図2は図1に示すパターン描画装置100の平面図である。
このパターン描画装置100は、感光性材料が表面に付与された半導体基板やガラス基板等の基板Wの表面に光ビームを照射してパターンを描画する装置である。具体的には、マルチチップモジュールの製造工程において、露光対象基板である支持基板(以下、単に「基板」という。)Wの上面に形成された感光性を有するフォトレジスト膜に、配線パターンを描画するための装置である。図1および図2に示したように、パターン描画装置100は、主として、基板Wを保持するステージ10と、ステージ10を移動させるステージ移動機構20と、ステージ10の位置に対応した位置パラメータを計測する位置パラメータ計測機構30と、基板Wの上面にパルス光を照射する光学ヘッド部50と、1つのアライメントカメラ60と、制御部70とを備えている。
また、このパターン描画装置100では、本体フレーム101に対してカバー102が取り付けられて形成される本体内部に装置各部が配置されて本体部が構成されるとともに、本体部の外側(本実施形態では、図1に示すように本体部の右手側)に基板収納カセット110が配置されている。この基板収納カセット110には、露光処理を受けるべき未処理基板Wが収納されており、本体内部に配置される搬送ロボット120によって本体部にローディングされる。また、未処理基板Wに対して露光処理(パターン描画処理)が施された後、当該基板Wが搬送ロボット120によって本体部からアンローディングされて基板収納カセット110に戻される。このように、搬送ロボット120が搬送部として機能している。
この本体部では、図2に示すように、カバー102に囲まれた本体内部の右手端部に搬送ロボット120が配置されている。また、この搬送ロボット120の左手側には基台130が配置されている。この基台130の一方端側領域(図1および図2の右手側領域)が、搬送ロボット120との間で基板Wの受け渡しを行う基板受渡領域となっているのに対し、他方端側領域(図1および図2の左手側領域)が基板Wへのパターン描画を行うパターン描画領域となっている。この基台130上では、基板受渡領域とパターン描画領域の境界位置にヘッド支持部140が設けられている。このヘッド支持部140では、図2に示すように、基台130から上方に2本の脚部材141、142が立設されるとともに、それらの脚部材141、142の頂部を橋渡しするように梁部材143が横設されている。そして、図1に示すように、梁部材143のパターン描画領域側の反対側にアライメントカメラ(撮像部)60が固定されて、後述するようにステージ10に保持された基板Wの表面(被描画面、被露光面)上の複数のアライメントマークや下層パターンを撮像可能となっている。
基板Wを支持する支持部であるステージ10は基台130上でステージ移動機構20によりX方向、Y方向ならびにθ方向に移動される。すなわち、ステージ移動機構20は、ステージ10を水平面内で2次元的に移動させて位置決めするとともに、θ軸(鉛直軸)周りに回転させて後述する光学ヘッド部50に対する相対角度を調整して位置決めする。
また、このように構成されたヘッド支持部140に対して光学ヘッド部50が上下方向に移動自在に取り付けられている。このようにヘッド支持部140に対し、アライメントカメラ60と光学ヘッド部50とが取り付けられており、XY平面内での両者の位置関係は固定化されている。また、この光学ヘッド部50は、基板Wへのパターン描画を行うもので、ヘッド移動機構(図示省略)により上下方向に移動される。そして、ヘッド移動機構が作動することで、光学ヘッド部50が上下方向に移動し、光学ヘッド部50とステージ10に保持される基板Wとの距離を高精度に調整可能となっている。このように、光学ヘッド部50が描画ヘッドとして機能している。
また、基台130の基板受渡側と反対側の端部(図1および図2の左手側端部)においても、2本の脚部材141,142が立設されている。そして、梁部材143と2本の脚部材141,142の頂部とを橋渡しするように光学ヘッド部50の光学系を収納したボックス172が設けられており、基台130のパターン描画領域を上方から覆っている。
ステージ10は、円筒状の外形を有し、その上面に基板Wを水平姿勢に載置して保持するための保持部である。ステージ10の上面には、複数の吸引孔(図示省略)が形成されている。このため、ステージ10上に基板Wが載置されると、基板Wは、複数の吸引孔の吸引圧によりステージ10の上面に吸着固定される。なお、本実施形態において描画処理の対象となる基板Wの上面(主面)には、フォトレジスト(感光性材料)の層が予め形成されている。
ステージ移動機構20は、パターン描画装置100の基台130に対してステージ10を主走査方向(Y軸方向)、副走査方向(X軸方向)、および回転方向(Z軸周りの回転方向)に移動させるための機構である。ステージ移動機構20は、ステージ10を回転させる回転機構21と、ステージ10を回転可能に支持する支持プレート22と、支持プレート22を副走査方向に移動させる副走査機構23と、副走査機構23を介して支持プレート22を支持するベースプレート24と、ベースプレート24を主走査方向に移動させる主走査機構25と、を有している。
回転機構21は、ステージ10の内部に取り付けられた回転子により構成されたモータを有している。また、ステージ10の中央部下面側と支持プレート22との間には回転軸受機構が設けられている。このため、モータを動作させると、回転子がθ方向に移動し、回転軸受機構の回転軸を中心としてステージ10が所定角度の範囲内で回転する。
副走査機構23は、支持プレート22の下面に取り付けられた移動子とベースプレート24の上面に敷設された固定子とにより副走査方向の推進力を発生させるリニアモータ23aを有している。また、副走査機構23は、ベースプレート24に対して支持プレート22を副走査方向に沿って案内する一対のガイドレール23bを有している。このため、リニアモータ23aを動作させると、ベースプレート24上のガイドレール23bに沿って支持プレート22およびステージ10が副走査方向に移動する。
主走査機構25は、ベースプレート24の下面に取り付けられた移動子とヘッド支持部140の上面に敷設された固定子とにより主走査方向の推進力を発生させるリニアモータ25aを有している。また、主走査機構25は、ヘッド支持部140に対してベースプレート24を主走査方向に沿って案内する一対のガイドレール25bを有している。このため、リニアモータ25aを動作させると、基台130上のガイドレール25bに沿ってベースプレート24、支持プレート22、およびステージ10が主走査方向に移動する。なお、このようなステージ移動機構20としては、従来から多用されているX−Y−θ軸移動機構を用いることができる。
位置パラメータ計測機構30は、レーザ光の干渉を利用してステージ10についての位置パラメータを計測するための機構である。位置パラメータ計測機構30は、主として、レーザ光出射部31、ビームスプリッタ32、ビームベンダ33、第1の干渉計34および第2の干渉計35を有する。
レーザ光出射部31は、計測用のレーザ光を出射するための光源装置である。レーザ光出射部31は、固定位置、すなわち本装置の基台130や光学ヘッド部50に対して固定された位置に設置されている。レーザ光出射部31から出射されたレーザ光は、まず、ビームスプリッタ32に入射し、ビームスプリッタ32からビームベンダ33へ向かう第1の分岐光と、ビームスプリッタ32から第2の干渉計35へ向かう第2の分岐光とに分岐される。
第1の分岐光は、ビームベンダ33により反射され、第1の干渉計34に入射するとともに、第1の干渉計34からステージ10の−Y側の端辺の第1の部位(ここでは、−Y側の端辺の中央部)10aに照射される。そして、第1の部位10aにおいて反射した第1の分岐光が、再び第1の干渉計34へ入射する。第1の干渉計34は、ステージ10へ向かう第1の分岐光とステージ10から反射した第1の分岐光との干渉に基づき、ステージ10の第1の部位10aの位置に対応した位置パラメータを計測する。
一方、第2の分岐光は、第2の干渉計35に入射するとともに、第2の干渉計35からステージ10の−Y側の端辺の第2の部位(第1の部位10aとは異なる部位)10bに照射される。そして、第2の部位10bにおいて反射した第2の分岐光が、再び第2の干渉計35へ入射する。第2の干渉計35は、ステージ10へ向かう第2の分岐光とステージ10から反射した第2の分岐光との干渉に基づき、ステージ10の第2の部位10bの位置に対応した位置パラメータを計測する。第1の干渉計34および第2の干渉計35は、それぞれの計測により取得された位置パラメータを、制御部70へ送信する。
光学ヘッド部50は、ステージ10上に保持された基板Wの上面に向けてパルス光を照射する光照射部である。光学ヘッド部50は、ステージ10およびステージ移動機構20を跨ぐようにして基台130上に架設された梁部材143と、梁部材143上に副走査方向の略中央に設けられた1つの光学ヘッド部50とを有する。光学ヘッド部50は、照明光学系53を介して1つのレーザ発振器54に接続されている。また、光源であるレーザ発振器54には、レーザ発振器54の駆動を行うレーザ駆動部55が接続されている。レーザ駆動部55を動作させると、レーザ発振器54からパルス光が出射され、当該パルス光が照明光学系53を介して光学ヘッド部50の内部に導入される。
光学ヘッド部50の内部には、照明光学系53から光学ヘッド部50の内部にパルス光を導入部から導入し、導入されたパルス光は、所定のパターン形状に成形された光束としてパルス光が基板Wの上面に照射され、基板W上のフォトレジスト膜(感光層)を露光することにより、基板Wの上面にパターンが描画される。
図1のパターン描画装置100では、光源であるレーザ発振器54がボックス172内に設けられ、照明光学系53を介してレーザ発振器54からの光が光学ヘッド部50の内部へと導入される。本実施の形態における基板Wの主面上には紫外線の照射により感光するフォトレジスト(感光性材料)膜が予め形成されており、レーザ発振器54は、波長λが約365nmの紫外線(i線)を出射するレーザ光源である。もちろん、レーザ発振器54は基板Wの感光性材料が感光する波長帯に含まれる他の波長の光を出射するものであってもよい。
図3は照明光学系53および投影光学系517を示す図である。図1に示すレーザ発振器54からの光は、照明光学系53およびミラー516を介して、光変調ユニット512の空間光変調器511に照射される。空間光変調器511にて空間変調された光は投影光学系517を介して、ステージ10に支持された基板W上に照射される。
照明光学系53は、テレスコープ540、コンデンサレンズ541、アッテネータ542およびフォーカシングレンズ543を備える。テレスコープ540は、光(レーザビーム)のビーム径(断面形状)をXおよびZ方向に広げる機能を有し、3枚のレンズから構成される。コンデンサレンズ541は、レーザビームをX方向に広げる機能を有する。アッテネータ542は、通過するレーザビームのエネルギー量(透過量)を調整する。フォーカシングレンズ543は、レーザビームの断面寸法をZ方向において縮小させる機能を有する。フォーカシングレンズ543から出射した光(レーザビーム)は、ミラー516を介して、X方向に延びるとともに、Y方向には縮小された線状の照明光として空間光変調器511に照射される。なお、照明光学系53は必ずしも図3に示されるように構成される必要はなく、他の光学素子が追加されてもよい。
照明光学系53から空間変調器511に照射される光は、空間光変調器511から反射した正反射光(0次光)が後述する投影光学系の遮蔽板521の開口を通過し、空間光変調器511から発生した(±1)次回折光が遮蔽板521にて遮蔽されるために、平行光に近い方が好ましい。このため、照明光学系53の開口数NA1が0(ゼロ)よりも大きく、かつ、0.06以下に設定されている。なお、開口数NA1は、X方向に延びる線状の照明光が貫く、YZ平面における照明光の光軸に対する最大角度をθ1とすると、NA1=n・sinθ1により求められる。但し、nは媒質の屈折率であり、本実施形態の場合、媒質は空気であるので、屈折率nは1である。
投影光学系517は、4枚のレンズ518,519,520,522と、遮蔽板(絞り部材)521、ズームレンズ523およびフォーカシングレンズ524を備える。投影光学系517のレンズ518,519,520,522および遮蔽板521は両側テレセントリックとなるシュリーレン(schrieren)光学系を構築しており、レンズ520を通過した光は開口を有する遮蔽板521へと導かれ、一部の光(正反射光(0次光))は開口を通過してレンズ522へと導かれ、残りの光((±1)次回折光)は遮蔽板521にて遮蔽される。レンズ522を通過した光はズームレンズ523へと導かれ、フォーカシングレンズ524を介して所定の倍率にて基板W上のフォトレジスト膜(感光性材料)へと導かれる。なお、投影光学系517は必ずしも図3に示されるように構成される必要はなく、他の光学素子が追加されてもよい。
焦点位置(フォーカス位置)に応じた基板W上に照射される光の径(幅)の変化を小さくするために、投影光学系517の被写界深度を長く(深く)設定する必要がある。このため、投影光学系517の開口数NA2は小さい方が好ましく、例えば0.1に設定されている。なお、開口数NA2は、X方向に延びる線状の投影光が貫く、YZ平面における投影光の光軸に対する最大角度をθ2とすると、NA2=n・sinθ2により求められる。但し、nは媒質の屈折率であり、本実施形態の場合、媒質は空気であるので、屈折率nは1である。
照明光学系53の開口数NA1を投影光学系517の開口数NA2で除した値(σ値)は、上述のように、空間光変調器511で反射された正反射光を所望の形状で基板W上に照射するために、0に近い方が好ましく、例えば、0より大きく、かつ、0.6以下に設定されている。
空間光変調器511には光変調ユニット512の変調制御を行う描画制御部515が電気的に接続されている。描画制御部515および投影光学系517は光学ヘッド部50に内蔵されている。描画制御部515には、露光制御部514と描画信号処理部513がそれぞれ電気的に接続されている。露光制御部514には、描画信号処理部513とステージ移動機構20が電気的に接続されている。露光制御部514および描画信号処理部513は図1の制御ユニット70内に設けられている。
図4は、空間光変調器511を拡大して示す図である。図4に示す空間光変調器511は半導体装置製造技術を利用して製造され、格子の深さを変更することができる回折格子となっている。空間光変調器511には複数の可動リボン530aおよび固定リボン531bが交互に平行に配列形成され、後述するように、可動リボン530aは背後の基準面に対して個別に昇降移動可能とされ、固定リボン531bは基準面に対して固定される。回折格子型の空間光変調器としては、例えば、GLV(Grating Light Valve:グレーチング・ライト・バルブ)(シリコン・ライト・マシーンズ(サンノゼ、カリフォルニア)の登録商標)が知られている。
固定リボン531bの上面には固定反射面が設けられ、可動リボン530aの上面には可動反射面が設けられている。複数の可動リボン530aおよび固定リボン531b上には、光束断面が配列方向に長い線状の光が照射される。空間光変調器511では、隣接する各1本の可動リボン530aおよび固定リボン531bを1つのリボン対を格子要素とすると、互いに隣接する3個以上の格子要素が描画されるパターンの1つの画素に対応する。本実施の形態では、互いに隣接する4個の格子要素の集合が1つの画素に対応する変調素子とされ、図4では1つの変調素子を構成するリボン対の集合を符号535が付せられた太線の矩形にて囲んでいる。
ドライバ回路ユニット536は、可動リボン530aと基準面の間に電圧(電位差)を与えることにより、可動リボン530aを基準面側に撓ませる。この結果、可動リボン530aは基準面から離間した初期位置と、基準面に接触した位置との間で昇降移動して、可動リボン530aの高さ位置が設定される。
図1に示す制御部70は、種々の演算処理を実行しつつ、パターン描画装置100内の各部の動作を制御するための情報処理部である。図5は、パターン描画装置100の上記各部と制御部70との間の接続構成を示したブロック図である。図5に示したように、制御部70は、上記の回転機構21、リニアモータ23a,25a、レーザ光出射部31、第1の干渉計34、第2の干渉計35、照明光学系53、レーザ駆動部55、投影光学系517およびアライメントカメラ60と電気的に接続されている。制御部70は、例えば、CPUやメモリを有するコンピュータにより構成され、コンピュータにインストールされたプログラムに従ってコンピュータが動作することにより、上記各部の動作制御を行う。
また、上記のように構成された制御部70は描画動作を制御するために図6に示すように制御部70としてのコンピュータ71はCPUやメモリ72等を有しており、露光制御部514とともに電装ラック(図示省略)内に配置されている。図6は、描画動作を制御する制御部を示すブロック図である。コンピュータ71内のCPUが所定のプログラムに従って演算処理することにより、ラスタライズ部73およびデータ生成部75が実現される。例えば1つの半導体パッケージに相当するパターンのデータは外部のCAD等により生成されたパターンデータであり、予め配線パターンデータ76としてメモリ72に準備されており、当該配線パターンデータ76とデータ生成部75に基づき後述するようにして半導体パッケージの描画パターンが基板W上に描画される。なお、ここでは、コンピュータ71が図3に示す描画信号処理部513の役割を担っている。
ラスタライズ部73は、データ生成部75によって生成された描画データが示す単位領域を分割してラスタライズし、ラスタデータ77を生成しメモリ72に保存する。こうしてラスタデータ77の準備後、または、ラスタデータ77の準備と並行して、未処理の基板Wが描画される。
一方、データ生成部75はアライメントカメラ60からの画像データを取得し、例えば、基板Wに既に形成されている電極パッドの検出結果から配置ズレに対応した電極接続データの生成を行う。なお、このデータ生成については、1つの分割領域のデータ生成が終了すると、生成後のラスタデータ77が露光制御部514へと送られる。
こうして生成された描画データは、データ生成部75から露光制御部514へと送られ、露光制御部514が光変調ユニット512、ステージ移動機構20の各部を制御することにより1ストライプ分の描画が行われる。なお、露光制御部514による光変調ユニット512の制御は図3に示すように描画制御部515を介して実行される。そして、1つのストライプに対する露光記録が終了すると、次の分割領域に対して同様の処理が行われ、ストライプごとに描画が繰り返される。本発明の制御部は、本実施形態では制御部70、描画制御部515、露光制御部514およびドライバ回路ユニット536などにより実現されている。
<2. ステージの位置制御について>
このパターン描画装置100は、上記の第1の干渉計34、第2の干渉計35の各計測結果に基づいてステージ10の位置を制御する機能を有する。以下では、このようなステージ10の位置制御について説明する。
このパターン描画装置100は、上記の第1の干渉計34、第2の干渉計35の各計測結果に基づいてステージ10の位置を制御する機能を有する。以下では、このようなステージ10の位置制御について説明する。
既述の通り、第1の干渉計34および第2の干渉計35は、それぞれ、ステージ10の第1の部位10aおよび第2の部位10bの位置に対応した位置パラメータを計測する。第1の干渉計34および第2の干渉計35は、それぞれの計測により取得された位置パラメータP1,P2を、制御部70へ送信する。図6に示したように、制御部70は、算出部としてのコンピュータ71を有する。このコンピュータ71の機能は、例えば、コンピュータ71のCPUが所定のプログラムに従って動作することにより実現される。
一方、制御部70は、第1の干渉計34および第2の干渉計35から送信された位置パラメータに基づいてステージ10の位置(Y軸方向の位置およびZ軸周りの回転角度)を算出する。次に、制御部70は、算出されたステージ10の位置を参照しつつ、ステージ移動機構20を動作させることにより、ステージ10の位置やステージ10の移動速度を正確に制御する。ここでは、制御部70は、ステージ10をZ軸周りに回転させることにより、主走査方向の移動に伴うステージ10の傾き(Z軸周りの回転角度のずれ)も補正する。また、制御部70は、算出されたステージ10の位置を参照しつつ、レーザ駆動部55を動作させることにより、基板Wの上面に対するパルス光の照射位置を正確に制御する。
<3. パターン描画装置の動作について>
続いて、上記のパターン描画装置100の動作の一例について、図7のフローチャートを参照しつつ説明する。
続いて、上記のパターン描画装置100の動作の一例について、図7のフローチャートを参照しつつ説明する。
パターン描画装置100において基板Wの処理を行うときには、まず、光学ヘッド部50から照射されるパルス光の位置や光量を調整するキャリブレーション処理を行う(ステップS1)。キャリブレーション処理においては、まず、ベースプレート24を移動させることにより、図示しないCCDカメラを光学ヘッド部50の下方に配置する。そして、CCDカメラを副走査方向に移動させつつ、光学ヘッド部50からパルス光を照射し、照射されたパルス光をCCDカメラにより撮影する。制御部70は、取得された画像データに基づいて、光学ヘッド部50の照明光学系53を動作させ、これにより、光学ヘッド部50から照射されるパルス光の位置や光量を調整する。
キャリブレーション処理が完了すると、次に、作業者または搬送ロボット120が、基板Wを搬入してステージ10の上面に載置する(ステップS2)。
続いて、パターン描画装置100は、ステージ10上に載置された基板Wと光学ヘッド部50との相対位置を調整するアライメント処理を行う(ステップS3)。上記のステップS2では、基板Wはステージ10上のほぼ所定の位置に載置されるのであるが、微細なパターンを描画するための位置精度としては十分でない場合が多い。このため、アライメント処理を行うことにより基板Wの位置や傾きを微調整して、後続の描画処理の精度を向上させる。
アライメント処理においては、まず、基板Wの上面の四隅に形成されたアライメントマークを、アライメントカメラ60によりそれぞれ撮影する。制御部70は、アライメントカメラ60により取得された画像中の各アライメントマークの位置に基づいて、基板Wの理想位置からのずれ量(X軸方向の位置ずれ量、Y軸方向の位置ずれ量、およびZ軸周りの傾き量)を算出する。そして、算出されたずれ量を低減させる方向にステージ移動機構20を動作させることにより、基板Wの位置を補正する。
続いて、パターン描画装置100は、アライメント処理後の基板Wに対して描画処理を行う(ステップS4)。すなわち、パターン描画装置100は、ステージ10を主走査方向および副走査方向に移動させつつ、光学ヘッド部50から基板Wの上面に向けてパルス光を照射することにより、基板Wの上面に規則性パターンを描画する。
描画処理が完了すると、パターン描画装置100は、ステージ移動機構20を動作させてステージ10および基板Wを搬出位置に移動させる。そして、作業者または搬送ロボット120が、ステージ10の上面から基板Wを搬出する(ステップS5)。
<4. 実施例と比較例>
図8は上記実施形態による一実施例を示す。図8(a)は、1個の格子要素(一対の可動リボン530aと固定リボン531b)が変調素子537(空間光変調器511)の基準面532に接している第1オン状態にあり、その両側にそれぞれ隣接する1個の格子要素がそれぞれ第2オン状態にあり、さらに外側にそれぞれ隣接する2個の格子要素がオフ状態である場合を示している。
図8は上記実施形態による一実施例を示す。図8(a)は、1個の格子要素(一対の可動リボン530aと固定リボン531b)が変調素子537(空間光変調器511)の基準面532に接している第1オン状態にあり、その両側にそれぞれ隣接する1個の格子要素がそれぞれ第2オン状態にあり、さらに外側にそれぞれ隣接する2個の格子要素がオフ状態である場合を示している。
第1オン状態とは、可動リボン530aと固定リボン531bの高さ位置が同じであり、可動反射面と固定反射面が同一平面を成している状態である。第1オン状態にある可動リボン530aから反射した光と、固定リボン531bから反射した光の位相差は0(ゼロ)である。ここで、第1オン状態にある格子要素から反射した正反射光(0次光)の露光強度を100%とする。
第1オン状態では、上記のように位相差が0となる状態であれば良く、位相差が0となるように、固定リボン531bに対して可動リボン530aを上方に離間させてもよい。具体的には、空間光変調器511への光の入射角をαとし、可動リボン530aと固定リボン531bとの高さの差をDfとすると、可動リボン530aから反射した光と、固定リボン531bから反射した光の光路差は(2Df・cosα)として表される。この光路差(2Df・cosα)が第1オン状態では(m・λ)となるように、固定リボン531bに対して可動リボン530aを離間させてもよい。mは0以上の整数であり、λは光の波長である。
第2オン状態とは、固定リボン531bに対して可動リボン530aが上方に離間した状態であり、その高さ位置の差d1は、可動リボン530aから反射した光と、固定リボン531bから反射した光の位相差が0より大きく、かつπ/2rad(ラジアン)より小さくなるように設定される。換言すれば、高さ位置の差d1は、可動リボン530aから反射した光と、固定リボン531bから反射した光の光路差(2Df・cosα)が(m・λ)より大きく、かつ、(m+1/4)・λより小さくなるように設定される。図8(a)では、m=1であり、高さ位置の差d1は上記光路差がλより大きく、かつ、(5/4)・λより小さくなるように設定されている。
第2オン状態において、可動リボン530aから反射した光と、固定リボン531bから反射した光の位相差が1.16radから1.37radの範囲内であることが好ましく、図8(a)では上記位相差が1.26radとなる第2オン状態を示している。換言すれば、第2オン状態において、上記光路差が例えば0.19λから0.20λの範囲内であることが好ましく、図8(a)では上記光路差が0.22λとなる第2オン状態を示している。上記位相差が1.16radのときの露光強度は70%であり、1.26radのときの露光強度は65%であり、1.37radのときの露光強度は60%である。
オフ状態とは、固定リボン531bに対して可動リボン530aが上方に離間した状態であり、その高さ位置の差d3は、可動リボン530aから反射した光と、固定リボン531bから反射した光の位相差がπradとなるように設定される。換言すれば、高さ位置の差d3は可動リボン530aから反射した光と、固定リボン531bから反射した光の光路差が(m+1/2)・λとなるように設定される。図8(a)では、m=1であり、高さ位置の差d3は上記光路差が(3/2)・λとなるように設定されている。
図8(b)は、本実施例において基板Wに照射される光のX方向における露光強度のプロファイル(ビームプロファイル)BPを示し、このビームプロファイルBPは滑らかな台形状を示し、図10(b)に示す従来技術のようにオン、オフの境界部分における露光強度が強くなることが抑制されている。
図8(c)は本実施例により、基板上に描画された正方形のパターンEPを示し、描画すべきパターンIPとほぼ一致している。これは、本実施例において、オン、オフの境界部分を正確に描画することができたことを示している。
図9は比較例を示す。図9(a)は、1個の格子要素(一対の可動リボン530aと固定リボン531b)が空間光変調器511の基準面532に接している第1オン状態にあり、その両側にそれぞれ隣接する1個の格子要素がそれぞれ中間状態にあり、さらに外側にそれぞれ隣接する2個の格子要素がオフ状態である場合を示している。比較例において、第1オン状態とオフ状態は上記実施例と同じ状態である。
中間状態とは、固定リボン531bに対して可動リボン530aが上方に離間した状態であり、その高さ位置の差d2は、可動リボン530aから反射した光と、固定リボン531bから反射した光の位相差がπ/2radとなるように設定される。換言すれば、高さ位置の差d2は可動リボン530aから反射した光と、固定リボン531bから反射した光の光路差が(m+1/4)・λとなるように設定される。図8(a)では、m=1であり、高さ位置の差d3は上記光路差が(5/4)・λとなるように設定されている。上記位相差がπ/2radの露光強度は50%である。
図9(b)は、本実施例において基板に照射される光のX方向における露光強度のプロファイル(ビームプロファイル)BPを示し、このビームプロファイルBPは山型状を示し、図10(b)に示す従来技術のようにオン、オフの境界部分における露光強度が強くなることが抑制されているが、図8(b)の実施例のように境界部分の露光強度が十分ではない。
この結果、比較例では図9(c)に示すように、基板上に描画すべき正方形のパターンIPよりも小さいパターンEPが描画され、オン、オフの境界部分が正確に描画されていない。
上記実施例では第1オン状態にある格子要素が1個であるが複数個の格子要素を第1オン状態としてもよい。また、上記実施例では第2オン状態にある格子要素が1個であるが複数個の格子要素を第2オン状態としてもよい。
上記実施例では基板上に描画すべきパターンIPが正方形であるが、他の形状のパターンを描画する場合にも本発明を適用してもよい。
上記実施形態では光学ヘッド部50等に対して基板Wが移動する構成であるが、固体支持された基板Wに対して光学ヘッド部50等を移動させて、相対移動を実現させてもよい。
10 ステージ
100 パターン描画装置
20 ステージ移動機構
50 光学ヘッド部
511 空間光変調器
517 投影光学系
53 照明光学系
530a 可動リボン
531b 固定リボン
54 レーザ発振器
70 制御部
W 基板
100 パターン描画装置
20 ステージ移動機構
50 光学ヘッド部
511 空間光変調器
517 投影光学系
53 照明光学系
530a 可動リボン
531b 固定リボン
54 レーザ発振器
70 制御部
W 基板
Claims (6)
- 基板を支持する支持部と、
光源と、
第1方向に延びる固定反射面を有するとともに基台に対して固定された固定リボンと、固定リボンに隣接して設けられるとともに第1方向に延びる可動反射面を有し、かつ、可動反射面に対して垂直な方向に移動可能な可動リボンとの組み合わせからなる格子要素が、第1方向と直交する第2方向に複数、配列された回折格子型かつ反射型の空間光変調器と、
光源からの光を第2方向に延びる線状の照明光として空間光変調器に照射する照明光学系と、
空間光変調器により変調された光を支持部に支持された基板に照射する投影光学系と、
基板を支持した支持部を第2方向に相対移動させる移動機構と、
少なくとも一つの格子要素を第1オン状態とし、第1オン状態にある格子要素に隣接する格子要素を第2オン状態とし、第2オン状態にある格子要素に隣接する格子要素をオフ状態とする制御部と、
を備え、
前記照明光学系の開口数が、0より大きく、かつ、0.06以下であり、
前記第1オン状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が0となるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態であり、
前記第2オン状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が0より大きく、かつ、π/2ラジアンより小さくなるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態であり、
前記オフ状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差がπラジアンとなるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態である、
ことを特徴とするパターン描画装置。 - 請求項1に記載されるパターン描画装置において、
前記第2オン状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が1.16ラジアンから1.37ラジアンの範囲内となるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態であるパターン描画装置。 - 請求項1または請求項2に記載されるパターン描画装置において、
前記照明光学系の開口数を前記投影光学系の開口数で除した値が、0より大きく、かつ、0.6以下であるパターン描画装置。 - a)基板を相対移動する工程と、
b)前記a)工程と並行して、光源からの光を、照明光学系を介して空間光変調器に照射し、当該空間光変調器により空間変調された光を、投影光学系を介して前記基板に照射する工程と、
を含み、
前記照明光学系の開口数が、0より大きく、かつ、0.06以下であり、
空間光変調器が複数の格子要素が一列に配列された回折格子型かつ反射型の空間光変調器であり、
前記基板の相対移動方向が、前記複数の格子要素の配列方向に対応する前記基板上の方向に対して交差する方向であり、
前記複数の格子要素のそれぞれが、前記配列方向に垂直な方向に延びる1つの固定反射面を有する固定リボンと1つの可動反射面とを有する可動リボンの組み合わせであり、前記可動リボンが、前記可動反射面に垂直な方向に移動可能であり、
格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が0となるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された第1オン状態状と、格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が0より大きく、かつ、π/2ラジアンより小さくなるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された第2オン状態と、前記が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差がπラジアンとなるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定されたオフ状態になることが可能であり、
前記b)工程において、少なくとも1つの前記第1オン状態の格子要素と、当該第1オン状態の格子要素に前記第2オン状態の格子要素を隣接させ、当該第2オン状態の格子要素に前記オフ状態の格子要素を隣接させることを特徴とするパターン描画方法。 - 請求項4に記載されるパターン描画方法において、
前記第2オン状態が格子要素における固定リボンから反射した光と可動リボンから反射した光との位相差が1.16ラジアンから1.37ラジアンの範囲内となるように固定リボンに対する可動リボンの高さ位置が設定された状態であるパターン描画方法。 - 請求項4または請求項5に記載されるパターン描画方法において、
前記照明光学系の開口数を前記投影光学系の開口数で除した値が、0より大きく、かつ、0.6以下であるパターン描画方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013148594A JP2015022067A (ja) | 2013-07-17 | 2013-07-17 | パターン描画装置およびパターン描画方法 |
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JP (1) | JP2015022067A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9881808B2 (en) | 2015-09-11 | 2018-01-30 | Toshiba Memory Corporation | Mask and pattern forming method |
-
2013
- 2013-07-17 JP JP2013148594A patent/JP2015022067A/ja active Pending
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