JP2021124523A - パターン露光装置及びパターン露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＭＤなどのパターン形成装置に入力する制御データの処理時間による走査速度の制限を緩和して、高速走査を可能にし、露光時間の短縮化を図る。【解決手段】パターン露光装置は、露光ヘッドと、走査部と、制御部とを備え、露光ヘッドのパターン形成装置は、走査方向に沿って露光エリアを複数の分割露光エリアに等分割する複数の分割変調領域を備え、制御部は、制御データが分割変調領域におけるフレーム毎のデータとして格納されるデータ格納部と、データ格納部に格納された制御データを参照して、パターン形成装置を分割変調領域毎に駆動する駆動部を備え、駆動部は、第１の分割変調領域の駆動を、走査タイミング毎に格納されている制御データの参照先を順次変えることで行い、第１の分割変調領域の後走査側に隣接する第２の分割変調領域の駆動を、分割露光エリアの走査幅に相当する走査タイミングだけ前に参照した制御データにて行う。【選択図】図６

Description

本発明は、パターン露光装置及びパターン露光方法に関するものである。

回路パターンなどを露光するパターン露光は、マスク露光とマスクレス露光が知られている。マスクレス露光は、フォトレジスト塗布面などの被露光面に対して、パターンに応じて空間変調された光を照射してパターンを露光する。

マスクレス露光を行うパターン露光装置は、比較的大面積の被露光面を露光するものでは、被露光面上に露光エリアを形成する露光ヘッドと、露光エリアに対して被露光面を相対的に移動させる走査手段を備えている。露光ヘッドは、パターンの画素毎に光をオン・オフ変調させるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などのパターン形成装置を備えると共に、パターン形成装置のパターン形成面（ＤＭＤの場合は被露光面に向いたマイクロミラーの反射面）を縮小して被露光面に結像する光学系を備えている。大面積の被露光面を露光するものでは、複数の露光ヘッドを一方向に並列配備して一方向に長い露光エリアを形成しており、走査手段は、露光エリアの長手方向と交差する方向に、被露光面を相対的に移動させている。

このようなパターン露光装置は、パターンデータ（ベクタデータ）をＤＭＤなどのパターン形成装置の制御データ（ラスタデータ）に変換し、変換された制御データを走査タイミングに合わせて座標変換して、所定の走査タイミングでフレーム毎の制御データをパターン形成装置に入力している。このためのデータ処理に時間が掛かり、データ処理時間によって走査速度が制限されてしまうことで、露光時間が長時間化する問題があった。

これに対して、下記特許文献１に記載された従来技術は、露光エリアを走査方向に沿って３つに等分割するように、ＤＭＤの変調領域を分割し、第１〜第３の分割変調領域に応じた制御データを格納するため、第１〜第３のバッファメモリを設けている。そして、第１の分割露光エリアに応じたパターンデータのみを作成し、これを制御データに変換して、第１のバッファメモリに格納すると共に、この制御データをＤＭＤの第１の分割変調領域に入力して、第１の分割露光エリアの露光を行い、露光エリアが各分割露光エリアのサイズに応じた露光ピッチ分だけ相対移動する度に、第１のバッファメモリには新たに生成された制御データを格納し、第２，第３のバッファメモリには、それぞれ第１，第２のバッファメモリに格納されていた制御データを転送して格納することが提案されている。

特開２００９−４４０６０号公報

前述した従来技術は、分割された露光エリアによって、第１〜第３の分割変調領域による露光をステップ＆リピート露光で３回多重露光するものであるが、その際、１回目の露光は生成された制御データで露光され、２回目，３回目の露光は、バッファメモリに転送された制御データで同じパターンを露光するので、制御データの生成は、一つの分割変調領域に対する制御データのみを生成すればよい。そして、２回目、３回目の露光では、既に生成されてバッファメモリに格納されているデータを入力するので、ＤＭＤ全体の制御データを常に生成、更新する場合に比べて、データ処理時間がステップ露光の速度に影響し難くなる。

しかしながら、前述した従来技術によると、バッファメモリを３個使用して、一つのバッファメモリに格納した制御データを他のバッファメモリに転送する際の書き込み処理が必要になり、制御装置側では、バッファメモリに格納されている制御データをＤＭＤに入力する読み込み処理に加えて、バッファメモリ間のデータ転送を行う書き込み処理が発生し、制御処理のアクセス数が増加する。このため、この制御処理を実行するには、アクセス数の多くても対応可能な制御装置（ＦＰＧＡ）が必要になり、システムコストが高価になる問題があった。

また、前述した従来技術は、ステップ＆リピート露光を行うことで、一つのバッファメモリに格納した制御データを他のバッファメモリに転送する際の書き込み処理を可能にしている。しかしながら、連続した走査露光を行う場合には、このような制御データの転送を行うタイミングが無くなるので、連続的な走査露光で更に走査速度を高めようとすると、従来技術のような制御フローでは対応できなくなる。

本発明は、このような事情に対処するために提案されたものであり、ＤＭＤなどのパターン形成装置に入力する制御データの処理時間による走査速度の制限を緩和して、高速走査を可能にし、露光時間の短縮化を図ること、これに際して、メモリ間のデータの転送による書き込み処理を省いて、システムコストを抑制すること、などを課題としている。

このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
パターンの画素毎に光をオン・オフ変調させるパターン形成装置のパターン形成面を被露光面に結像し、被露光面上に露光エリアを形成する露光ヘッドと、走査方向に沿って前記露光エリアと前記被露光面とを相対的に移動させる走査部と、入力されるパターンデータから作成される制御データによって前記パターン形成装置を制御する制御部とを備え、前記パターン形成装置は、走査方向に沿って前記露光エリアを複数の分割露光エリアに等分割する複数の分割変調領域を備え、前記制御部は、前記制御データが前記分割変調領域におけるフレーム毎のデータとして格納されるデータ格納部と、前記データ格納部に格納された前記制御データを参照して、前記パターン形成装置を前記分割変調領域毎に駆動する駆動部を備え、前記駆動部は、第１の前記分割変調領域の駆動を走査タイミング毎に格納されている前記制御データの参照先を順次変えることで行い、第１の前記分割変調領域の後走査側に隣接する第２の前記分割変調領域の駆動を、前記分割露光エリアの走査幅に相当する走査タイミングだけ前に参照した前記制御データにて行うことを特徴とするパターン露光装置。

パターン露光装置の全体構成例を示した説明図。 露光ヘッドの構成例を示した説明図。 制御部の構成と動作を示した説明図。 制御部の構成と動作を示した説明図。 制御部の構成と動作を示した説明図。 制御部の構成と動作を示した説明図。 露光エリアを走査方向に対して傾斜させた場合の制御データの参照の仕方を示した説明図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

パターン露光装置１は、基板Ｍの被露光面Ｍａに対してパターン露光を行うものであり、例えば、図１に示す全体構成を備えている。図示の例では、パターン露光装置１は、複数の露光ヘッド２を備えている。露光ヘッド２は、図示Ｚ方向（鉛直方向）に沿った光軸を有しており、図示Ｘ方向（鉛直方向に直交する方向）に複数台並列配置されて、露光ヘッドユニット２Ｕを構成している。露光ヘッドユニット２Ｕは、基台６に支持部５にて支持され、基台６上には、基板Ｍが載置されるステージ３が設けられると共に、ステージ３を図示Ｘ−Ｙ方向に移動させる走査部４が設けられている。

露光ヘッド２は、図２に示すように、光源１１から出射される光をパターンの画素毎にオン・オフ変調させるＤＭＤなどのパターン形成装置１０を備えている。光源１１は、レーザ光源、ＬＥＤ光源、ランプ光源などであり、光源１１から出射した光は、ミラー１２などを経てパターン形成装置１０のパターン形成面１０ａに照射され、パターン形成面１０ａを経た光が投影光学系１３を経て被露光面Ｍａに照射される。

パターン形成面１０ａは、パターン形成装置１０がＤＭＤの場合には、被露光面Ｍａに向いたマイクロミラーの反射面であり、パターン画素がオンの光を被照射面Ｍａに向けて照射する（パターン画素がオフの光は被露光面Ｍａに照射しない）。投影光学系１３は、パターン形成面１０ａを被露光面Ｍａに縮小して結像する光学系であり、被露光面Ｍａ上には、パターン形成面１０ａの縮小像である露光エリアＥが形成される。

走査部４は、基板Ｍが載置されたステージ３を走査方向に移動させることで、走査方向に沿って露光エリアＥと被露光面Ｍａとを相対的に移動させる。図示の例では、ステージ３を露光ヘッド２に対して移動させる例を示しているが、走査部３は、基板Ｍに対して露光ヘッド２を移動させるものや、露光ヘッド２とステージ３の両方を相対的に移動させるものなどであってもよい。

露光ヘッド２には、制御部２０が付設される。制御部２０は、入力されたパターンデータから制御データを作成して、作成した制御データをパターン形成装置１０に出力する。制御部２０においては、パターンデータ（ベクタデータ）を制御データ（ラスタデータ）に変換し、変換された制御データを走査タイミングに合わせて座標変換し、所定の走査タイミングにおけるフレーム毎の制御データをパターン形成装置１０に出力する。

制御部２０は、図３に示すように、データ格納部（メモリ）２１と駆動部２２を備えている。また、露光ヘッド２におけるパターン形成装置１０は、露光エリアＥを走査方向に沿って等分割するために、走査方向に沿って変調領域を分割した複数の分割変調領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を備えている。ここでは、分割変調領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の縮小像が分割露光エリアＥ１，Ｅ２，Ｅ３になる。図示の例では、露光エリアＥを３分割しているが、分割露光エリアは、２分割であっても良いし、４分割以上であってもよく、その分割数に応じて分割変調領域も同じ数に分割される。

図３〜図６によって、制御部２０の動作を説明する。パターンデータが制御部２０に入力されると、分割変調領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３におけるフレーム毎の制御データが作成され、それを座標変換して所定の走査タイミング毎の制御データにし、これをデータ格納部２１に格納する。データ格納部２１には、一つの分割露光エリアＥ１にて露光されるパターンのフレーム毎の制御データが、所定の走査タイミング毎に順次格納されている。図３〜図６に示したＳ１〜Ｓ５は、分割露光エリアＥ１，Ｅ２，Ｅ３の走査方向に沿った幅に対応する等間隔の走査幅である。

制御部２０における駆動部２２は、データ格納部２１に格納された制御データを参照して、パターン形成装置１０を分割変調領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３毎に駆動する。図３において、分割露光エリアＥ１に対して被露光面Ｍａが走査幅Ｓ１だけ相対移動する際には、駆動部２２は、走査タイミング毎に格納されているアドレス１からアドレス（ｎ₁−１）の制御データの参照先を順次変えることで分割変調領域Ｐ１を駆動する。

このような分割変調領域Ｐ１の駆動によると、分割露光エリアＥ１に走査幅Ｓ１の露光範囲が進入して抜けるまでに、分割変調領域Ｐ１における走査方向の画素数と走査タイミングに応じて、走査幅Ｓ１の露光範囲にパターン１が多重回露光されることになる。

その後、図４に示すように、分割露光エリアＥ１に対して被露光面Ｍａが走査幅Ｓ２だけ相対移動する際には、駆動部２２は、アドレスｎ₁からアドレス（ｎ₂−１）の制御データを順次参照して分割変調領域Ｐ１を駆動する。この際、駆動部２２は、分割変調領域Ｐ１の後走査側に隣接する分割変調領域Ｐ２の駆動を同時に行い、分割変調領域Ｐ２の駆動は、走査幅Ｓ１に相当する走査タイミングだけ前に参照した制御データにて行われる。すなわち、駆動部２２は、分割変調領域Ｐ１の駆動で、アドレスｎ₁からアドレス（ｎ₂−１）の制御データを参照しているときに、分割変調領域Ｐ２の駆動で、アドレス１からアドレス（ｎ₁−１）の制御データを参照している。

このような分割変調領域Ｐ１，Ｐ２の駆動によると、分割露光エリアＥ１に走査幅Ｓ２の露光範囲が進入して抜けるまでには、分割変調領域Ｐ１における走査方向の画素数と走査タイミングに応じて、走査幅Ｓ２の露光範囲ではパターン２が多重回露光され、また、分割露光エリアＥ２に走査幅Ｓ１の露光範囲が進入して抜けるまでには、分割変調領域Ｐ２における走査方向の画素数と走査タイミングに応じて、走査幅Ｓ１の露光範囲ではパターン１が更に多重回露光される。

ここで、データ格納部２１におけるアドレス１からアドレス（ｎ₂−１）までの格納領域は、パターンデータから作成された制御データが事前に格納されている。そして、分割変調領域Ｐ１，Ｐ２が駆動されている間に、分割露光エリアＥ１が走査幅Ｓ３の露光範囲を走査する際に露光するパターンのパターンデータから制御データが作成され、作成された制御データが次のアドレス（アドレスｎ₂からアドレスｎ₃−１まで）の格納領域に格納される。

その後は、図５に示すように、分割露光エリアＥ１が走査幅Ｓ３の露光範囲を走査する際に、駆動部２２は、データ格納部２１におけるアドレスｎ₂からアドレスｎ₃−１に格納されている制御データを参照して分割変調領域Ｐ１を駆動し、同時に、アドレスアドレスｎ₁からアドレス（ｎ₂−１）に格納されている制御データを参照して分割変調領域Ｐ２を駆動し、同時に、アドレス１からアドレス（ｎ₁−１）に格納されている制御データを参照して分割変調領域Ｐ３を駆動する。

そして、前述した分割変調領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の同時駆動時には、分割露光エリアＥ１が走査幅Ｓ４の露光範囲を走査する際に露光するパターンのパターンデータから制御データが作成され、作成された制御データが次のアドレス（アドレスｎ₃から）の格納領域に格納される。

その後は、図６に示すように、分割露光エリアＥ１が走査幅Ｓ４の露光範囲を走査する際に、駆動部２２は、データ格納部２１におけるアドレスｎ₃以降に格納されている制御データを参照して分割変調領域Ｐ１を駆動し、同時に、アドレスアドレスｎ₂からアドレス（ｎ₃−１）に格納されている制御データを参照して分割変調領域Ｐ２を駆動し、同時に、アドレスｎ₁からアドレス（ｎ₂−１）に格納されている制御データを参照して分割変調領域Ｐ３を駆動する。その際には、アドレス１からアドレス（ｎ₁−１）に格納されている制御データは参照しないので、次の走査先の制御データが作成されると、作成された制御データは、アドレス１からアドレス（ｎ₁−１）の格納領域に格納される。

すなわち、データ格納部２１は、露光エリアＥに対して被露光面Ｍａが相対移動して、分割露光エリアＥ１，Ｅ２，Ｅ３による多重回露光が終了するまでの制御データが格納される格納領域を備えている。そして、多重回露光が終了し、その後は参照することが無い制御データの格納領域上に、新たな走査先のパターンによって作成された制御データが格納される。

図７は、露光ヘッド２におけるパターン形成装置１０を走査方向に対して角度αだけ傾斜させて露光する場合の例を示している。これによると、パターン形成装置１０の傾斜によって、露光エリアＥが角度αだけ走査方向に対して傾斜し、走査方向に直交する露光パターンの画素ピッチＰｓが、傾斜しない場合の画素ピッチＰに対して短くなるので（Ｐｓ＝Ｐ・ｃｏｓα）、より高精細なパターンの露光が可能になる。

この際、パターン形成装置１０が矩形状であって、走査方向に沿って分割変調領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を有していると、矩形状の各分割露光エリアＥ１，Ｅ２，Ｅ３は、走査方向に対して交差する方向に図示の幅ｅ分だけシフトすることになるので、分割露光エリアＥ１，Ｅ２，Ｅ３によって多重回露光を行う際に、露光パターンにずれが生じる。

これを解消するために、制御部２０におけるデータ格納部２１は、フレーム毎の制御データが格納される領域の少なくとも片側に、図示の斜線で示すようにオフ領域を設けている。そして、駆動部２２は、分割変調領域Ｐ１を駆動する際には、図７（ａ）に示すように、オフ領域を含まない範囲の制御データを参照し、分割変調領域Ｐ１の後走査側に隣接する分割変調領域Ｐ２，Ｐ３を駆動する際には、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、幅ｅに相当するデータ分だけオフ領域にシフトした制御データをそれぞれ参照する。これによって、パターン形成装置１０を走査方向に対して傾斜させて高精細なパターン露光を行う場合にも、分割露光エリアＥ１，Ｅ２，Ｅ３による多重回露光をずれなく行うことができる。

このようなパターン露光装置１或いはこれを用いたパターン露光方法によると、連続的な走査露光を行うに際して、データ格納部２１に格納されている制御データの参照先を変えるだけで、分割変調領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を有するパターン形成装置１０を駆動することができるので、メモリ間のデータ転送による書き込み処理を省くことができ、安価なシステムでの実現が可能になる。

また、データ格納部２１に格納されている制御データを参照して分割変調領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を駆動している時に、走査先のパターンの制御データを作成してデータ格納部２１に格納することができるので、制御データの処理時間による走査速度の制限が緩和され、高速走査に対応することができる。これによって、露光時間の短縮化が可能になる。

また、データ格納部２１に格納される制御データの格納領域は、分割露光エリアＥ１，Ｅ２，Ｅ３による多重回露光が終了するまでの制御データが格納される領域にしており、多重回露光が終了した制御データの格納領域上には、新たな走査先のパターンによって作成された制御データを上書きして格納しているので、データ格納部２１の格納領域を必要最小限にして、システムコストを抑えることができる。

更に、パターン形成装置１０を走査方向に対して傾斜させて、高精細なパターン露光を行う際には、データ格納部２１において、フレーム毎の制御データが格納される領域の片側にオフ領域を設け、第１の分割変調領域Ｐ１の後走査側に隣接する第２の分割変調領域Ｐ２を駆動する際に、オフ領域にシフトした制御データを参照するようにしているので、別途システム構成を追加すること無く、制御データの参照位置を変えるだけで、多重回露光する際の露光パターンのずれを無くすことができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：パターン露光装置，２：露光ヘッド，２Ｕ：露光ヘッドユニット，
３：ステージ，４：走査部，５：支持部，６：基台，
１０：パターン形成装置，１０ａ：パターン形成面，１１：光源，
１２：ミラー，１３：投影光学系，２０：制御部，
２１：データ格納部，２２：駆動部，
Ｍ：基板，Ｍａ：被露光面，
Ｅ：露光エリア，Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３：分割露光エリア，
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３：分割変調領域，Ｓ１〜Ｓ５：走査幅

Claims (4)

1. パターンの画素毎に光をオン・オフ変調させるパターン形成装置のパターン形成面を被露光面に結像し、被露光面上に露光エリアを形成する露光ヘッドと、走査方向に沿って前記露光エリアと前記被露光面とを相対的に移動させる走査部と、入力されるパターンデータから作成される制御データによって前記パターン形成装置を制御する制御部とを備え、
   前記パターン形成装置は、走査方向に沿って前記露光エリアを複数の分割露光エリアに等分割する複数の分割変調領域を備え、
   前記制御部は、前記制御データが前記分割変調領域におけるフレーム毎のデータとして格納されるデータ格納部と、前記データ格納部に格納された前記制御データを参照して、前記パターン形成装置を前記分割変調領域毎に駆動する駆動部を備え、
   前記駆動部は、第１の前記分割変調領域の駆動を走査タイミング毎に格納されている前記制御データの参照先を順次変えることで行い、第１の前記分割変調領域の後走査側に隣接する第２の前記分割変調領域の駆動を、前記分割露光エリアの走査幅に相当する走査タイミングだけ前に参照した前記制御データにて行うことを特徴とするパターン露光装置。
2. 前記データ格納部は、前記分割露光エリアによる多重回露光が終了するまでの前記制御データが格納される格納領域を備えており、
   多重回露光が終了した前記制御データの格納領域上には、新たな走査先のパターンによって作成された前記制御データが格納されることを特徴とする請求項１記載のパターン露光装置。
3. 前記露光エリアは矩形状であって走査方向に対して所定角度で傾斜しており、
   前記データ格納部は、フレーム毎の前記制御データが格納される領域の片側にオフ領域を設けており、
   前記駆動部は、第１の前記分割変調領域の後走査側に隣接する第２の前記分割変調領域を駆動する際に、前記オフ領域にシフトした前記制御データを参照することを特徴とする請求項１又は２記載のパターン露光装置。
4. パターンの画素毎に光をオン・オフ変調させるパターン形成装置のパターン形成面を被露光面に結像し、被露光面上に露光エリアを形成し、走査方向に沿って前記露光エリアと前記被露光面とを相対的に移動させ、入力されるパターンデータから作成される制御データによって前記パターン形成装置を制御するパターン露光方法であって、
   前記パターン形成装置は、走査方向に沿って前記露光エリアを複数の分割露光エリアに等分割する複数の分割変調領域を備え、
   前記制御データが前記分割変調領域におけるフレーム毎のデータとしてデータ格納部に格納されており、前記データ格納部に格納された前記制御データを参照して、前記パターン形成装置を前記分割変調領域毎に駆動し、
   第１の前記分割変調領域の駆動を走査タイミング毎に格納されている前記制御データの参照先を順次変えることで行い、第１の前記分割変調領域の後走査側に隣接する第２の前記分割変調領域の駆動を、前記分割露光エリアの走査幅に相当する走査タイミングだけ前に参照した前記制御データにて行うことを特徴とするパターン露光方法。

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