JP4235972B2

JP4235972B2 - パターン描画装置およびパターン描画方法

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Publication number: JP4235972B2
Application number: JP2003200225A
Authority: JP
Inventors: 義則小林
Original assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2023-07-23
Also published as: JP2004146789A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原版となるフォトマスク（レクチル）あるいは直接プリント基板やシリコンウェハといった被描画体へ回路パターンなどの描画パターンを形成するパターン描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンウェハやＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＰＷＢ（Printed Wiring Board）など被描画体の表面に、フォトリソグラフィによって回路パターンを形成する描画装置が知られており、あらかじめ作成されたパターンデータに基づき、電子ビームやレーザビームによって露光面が走査される。フォトマスクの表面上において写真感材やフォトレジストなどの感光材料が光に反応することによって、回路パターンが形成される。また、光のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う光強度変調デバイスとして、ＡＯＭ（Acoust-Optic Modulator）などの代わりにＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、あるいはＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）、ＳＬＭ（Spatial Light Modulators）、を使用した描画装置（露光装置）も知られている。パターン精度を上げて微細なパターンを形成させるため、例えば、隣接する露光領域を重複させながら露光動作が実行され（例えば、特開２００１−１６８００３号公報参照）、あるいは逆に、隣り合う画素同士が重ならないように画素ずらしによる露光が実行される（例えば、特開２００１−３０５６６３号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に記載された描画方法の場合、同一エリア付近に対して複雑な露光動作を実行しなければならず、パターン形成に多大な時間が掛かり、作業効率が低下する。さらに、レーザなどの光源から放射される光の強度分布の多くは、通常中心部の強度が高く、周辺部の強度が低い。したがって、同一エリア付近で露光を繰り返し行うと、露光面への光の照射量が不均一となり、精度の高いパターンを形成することができない。
【０００４】
そこで本発明では、照明光の特性に応じて露光面に対する光の照射量を均一に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を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン描画装置は、被パターン形成体の露光面にパターンを形成するため光を放射する光源と、規則的に配列される複数の光変調素子を有する光変調ユニットと、光変調ユニットに応じて規定される露光エリアを、被パターン形成体に対し、走査方向および副走査方向に沿って相対的に移動させる露光エリア相対移動制御手段と、露光エリアの走査方向に沿った相対移動に応じて複数の光変調素子それぞれを制御することにより、パターンデータに基づいた露光動作を実行する露光制御手段とを備える。光源は、例えばレーザビームを放射するレーザ発振器が適用される。光変調ユニットにおける光変調素子は、光源からの光を被パターン形成体へ導く第１の状態および被パターン形成体以外へ導く第２の状態のうちいずれかの状態に定められる。例えば、光変調ユニットは、光変調素子としてμｍのオーダである微小なマイクロミラーから構成されるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）であるのがよい。この場合、マイクロミラーは、露光面へ導く第１の状態と露光面外へ導く第２の状態いずれかで姿勢が制御される。あるいは、ＤＭＤの代わりにＳＬＭ、ＬＣＤを適用してもよい。ＤＭＤ、ＳＬＭ、ＬＣＤを使用する場合、例えば露光エリアは矩形状に定められる。被パターン形成体をステージに搭載した場合、露光エリア相対移動制御手段は、例えば、光変調ユニットを停止させた状態でステージを移動させるのがよい。
【０００６】
レーザ発振器により放出されるレーザビームやＬＥＤ（Light Emitting Diode）により放射される光は、一般的に、光軸に近いほど周辺部に比べて光強度が高く、光軸を中心に対称的な強度分布を有する。特に、レーザ発振器の場合、光軸を通り互いに直交する２軸方向に関してガウス分布の特性を有する光が放射される。本発明では、光変調ユニットを介して上記のような強度分布を有する光を露光面に照射させる場合、照射量が副走査方向に沿って実質的に均一となるように、露光エリアが副走査方向に相対移動する。すなわち、露光エリア相対移動制御手段は、露光面への光の照射量が副走査方向に沿って実質的に均一になるように、投影エリアの一部に露光エリアの一部を副走査方向に重ね合わせながら、露光エリアを走査方向に沿って相対移動させる。ただし、投影エリアは、先の走査方向に沿った露光動作によって光が照射されたエリアを示す。以下では、このような同一領域に対し走査方向に沿って重複露光することをオーバラップ露光という。
【０００７】
周辺付近の光の強度が中心付近に比べて低く、中心に対し対称性のある強度分布の光であるため、単一の走査動作における投影エリアにおいては副走査方向に露光量の差が発生する。これに対してオーバラップ露光をする事により重ねて露光された部分の光の照射量を副走査方向に沿って均一となるようにすることが可能であり、本発明の露光エリア相対移動制御手段は、照射量が均一となるように露光エリアを相対移動させる。これにより、パターン精度が向上し、微細なパターン形成が可能となる。また、光の照射量を均一にするための照明光学系を設ける必要がないため、照明効率を低下させることなく光を露光面に照射することができる。さらに、露光エリアの副走査方向に沿った相対移動距離を制御するだけであるため、複雑な露光動作を実行する必要がなく、作業効率が低下しない。
【０００８】
最も簡易な移動制御によるオーバラップ露光を実現することを考慮し、相対移動制御手段は、露光面の同一領域に対して２回重ねて露光動作が実行されるように、露光エリアの副走査方向に沿った長さの半分の距離だけ、露光エリアを副走査方向に沿って相対移動させることが望ましい。すなわち、副走査方向に沿って露光エリアの半分の距離だけ順次相対移動させながら露光動作を実行する。あるいは、より均一な光の照射量を求めるならば、露光エリア相対移動制御手段は、露光面の同一領域に対して４回重ねて露光動作が実行されるように、露光エリアの副走査方向に沿った長さの１／４の距離だけ、露光エリアを副走査方向に沿って相対移動させるのがよい。すなわち、露光エリアの１／４エリアずつ副走査方向に沿って順次相対移動させながら露光動作を実行する。
【０００９】
露光エリアは、複数の光の変調素子それぞれに応じた単位露光エリアから構成される。オーバラップ露光を実行する場合、より光の照射量を均一にするため、前回の走査方向に沿った露光動作における単位露光エリアの位置とまったく同一の位置に単位露光エリアの位置をあわせて露光するのではなく、単位露光エリアの位置をわずかにずらして走査するのが好ましい。すなわち、前回の走査における単位露光エリアによって光の照射されたエリア（単位投影エリア）と今回の走査における単位露光エリアとをずらすのがよい。そのため、露光エリア相対移動制御手段は、複数の光の変調素子それぞれに応じた単位露光エリアをずらしながら露光動作を実行するように、所定量だけ走査方向および副走査方向のうち少なくとも１方向に沿って露光エリアをさらに相対変位させる。この所定量は、オーバラップ露光を実行するための副走査方向に沿った移動距離に比べて小さい。例えば、露光エリア相対移動制御手段は、複数の光変調素子それぞれの中心位置投影像を示す中心投影プロットが交互に等間隔で並ぶように、露光エリアを相対変位させるのがよい。
【００１０】
露光エリアの相対移動に関しては、被パターン形成体を載せたステージを連続的に移動させる連続移動方式、あるいは露光動作時にはステージを停止するステップ・アンド・リピート方式のどちらを適用してもよい。しかしながら、より微細で精度あるパターンを形成するためには、連続移動方式を適用し、光変調素子の状態切替タイミングに応じて露光動作を逐次繰り返すのがよい。すなわち、露光エリア相対移動制御手段は、露光エリアを一定速度で走査方向に沿って連続的に相対移動させ、露光制御手段は、複数の光変調素子に対する第１および第２の状態への切替時間間隔および露光エリアの移動速度とに従って、露光面にパターンを形成することが望ましい。
【００１１】
光変調ユニットがＤＭＤ、ＳＬＭ、ＬＣＤなどである場合、状態を切り替える時間間隔を非常に短く設定することが可能であり、走査方向の露光エリアサイズ分だけ相対移動するのに掛かる時間より光変調素子における切替時間間隔が十分短くなるように露光エリアの相対移動速度を定めれば、単位露光エリアに応じた露光面の単位投影エリア内において複数回露光を実行することが可能である。すなわち、複数の光変調素子がマトリクス状に配置されていた場合、複数の光変調素子それぞれに応じた単位露光エリアの走査方向に沿った長さ分だけ相対移動するのに掛かる単位露光エリア通過時間より切替時間間隔が短くなるように、前記露光エリアの移動速度を定めればよい。この場合、走査方向および副走査方向それぞれに複数回露光を可能とするため、光変調ユニットの投影エリアを走査方向に対し所定角度傾けた状態で相対移動させればよい。
【００１２】
レーザ発振器、ＬＥＤなどの光源は、光束断面において中心を通り互いに直交する２軸方向に沿ってそれぞれ対称性のある強度分布を有する光を放出する。例えば、２軸方向それぞれに沿った光の強度分布がガウス分布になる光を放射する。また、ＤＭＤなどの光変調ユニットに関しては、該２軸方向に応じた縦横方向に関するアスペクト比がテレビジョン規格に従って定められている。ＤＭＤなどの微小光変調素子を配列した光変調ユニットに対しては、例えばテレビジョンの表示画面規格に従ってアスペクト比が定められている。アスペクト比と光束断面形状が不一致である場合において、光変調ユニットより十分大きい照明形状にすると強度の高い中心部分の光のみを利用し、強度の低い周辺部分の光はカットしなければならない。あるいは、光変調ユニットより小さい照明形状にすると、カットする光は発生しないが外周部の微小光変調素子には光の当たらない部分が発生して全素子を有効に使用する事ができない為にタクトが長くなる。そのため、描画装置は、該２軸方向に関するアスペクト比を光変調ユニットのアスペクト比に合わせるように、該２軸方向それぞれの強度分布の相似性を独立して維持しながら光束断面形状を修正するビーム成形光学素子をさらに有することが望ましい。ビーム成形光学素子が配置されると、光源から放射される光が実質的にすべて光変調ユニットへ照射される。強度分布の相似性を維持しながら光束断面形状が修正されるため、光全体が光変調ユニットのエリア内に収まるようにビーム成形される。これにより、光変調ユニットの微小変調素子を有効に使用しながら十分な照明光によってパターン形成することができる。
【００１３】
ビーム成形をするには、簡易な光学系の構成によって光束断面形状を修正するのが望ましい。そのため、ビーム成形光学素子は、好ましくは２軸方向に沿った発散角をそれぞれ別々に設定可能な拡散板である。すなわち、光を発散させる際に２軸方向それぞれの発散角を別々に設定することにより、光束断面形状を変えることができる。２軸方向の発散角は、光変調ユニットのアスペクト比に従って定められる。例えば、拡散板として、フロスト拡散板を適用するのがよい。フロスト拡散板は、通常、液晶表示などにおいて、単に光を均等に拡散させる目的で使用されているが、本発明においては、光束断面を光変調ユニットのアスペクト比に従って発散角を定めればよい。
【００１４】
本発明のパターン描画方法は、被パターン形成体の露光面にパターンを形成するため、光軸に近いほど周辺部に比べて光強度が高く、副走査方向に応じた第１の軸に沿って光軸を中心に対称的な強度分布を有する光を放射し、規則的に配列され、光源からの光を露光面へ導く第１の状態および被パターン形成体以外へ導く第２の状態のうちいずれかの状態に定められる複数の光変調素子を有する光変調ユニットによって光を露光面に導き、光変調ユニットに応じて規定される露光エリアを、被パターン形成体に対し、走査方向および副走査方向に沿って相対的に移動させ、露光エリアの走査方向に沿った相対移動に応じて複数の光変調素子それぞれを制御することにより、パターンデータに基づいた露光動作を実行するパターン描画方法であって、露光面への光の照射量が副走査方向に沿って実質的に均一になるように、露光動作によって光が照射された投影エリアの一部に露光エリアの一部を重ね合わせながら、走査方向に沿って露光エリアを相対移動させることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態であるパターン描画装置について説明する。
【００１６】
図１は、第１の実施形態であるパターン描画装置を模式的に示した斜視図であり、図２は、パターン描画装置に設けられた露光ユニットを模式的に示した図である。第１の実施形態のパターン描画装置は、フォトレジストを表面に塗布したプリント基板やシリコンウェハ等の基板へ直接光を照射することによって回路パターンを形成する描画装置である。
【００１７】
パターン描画装置１０は、ゲート状構造体１２、基台１４を備えており、基台１４にはＸ−Ｙステージ１８を支持するＸ−Ｙステージ駆動機構１９が搭載され、Ｘ−Ｙステージ１８上には基板ＳＷが設置されている。ゲート状構造体１２には、基板ＳＷの表面に回路パターンを形成するための露光ユニット２０が設けられており、Ｘ−Ｙステージ１８の移動に合わせて露光ユニット２０が動作する。また、描画装置１０は、Ｘ−Ｙステージ１８の移動および露光ユニット２０の動作を制御する描画制御部（ここでは図示せず）を備えている。
【００１８】
図２に示すように、露光ユニット２０は、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）２２、照明光学系２４、結像光学系２６を備えており、光源として使用されるアルゴンレーザ２１とＤＭＤ２２との間に照明光学系２４が配置され、ＤＭＤ２２と基板ＳＷとの間に結像光学系２６が配置されている。アルゴンレーザ２１から一定の強度で連続的に放射される光（レーザビーム）は、照明光学系２４へ導かれる。なお、図２では、１つの露光ユニット２０が示されているが、本実施形態では、後述するように３つの露光ユニットが設けられており、３つのＤＭＤはそれぞれ所定間隔をおいて配置されている。
【００１９】
照明光学系２４は、拡散板２４Ａとコリメータレンズ２４Ｂから構成されており、レーザビームＬＢが照明光学系２４を通過すると、ＤＭＤ２２を全体的に照明する光束からなる光が成形される。ＤＭＤ２２は、オーダがμｍである微小のマイクロミラーがマトリクス状に配列された光変調ユニットであり、各マイクロミラーは、静電界作用により回転変動する。本実施形態では、ＤＭＤ２２はＭ×Ｎ個のマイクロミラーがマトリクス状に配列されることによって構成されており、以下では配列（ｉ，ｊ）の位置に応じたマイクロミラーを“Ｘ_ij”（１ ≦ ｉ ≦ Ｍ，１ ≦ ｊ ≦ Ｎ）と表す。また、後述するように、ＤＭＤ２２は、Ｘ−Ｙステージ１８に対して微小角度αだけ相対的に傾いた状態で位置決めされている。
【００２０】
マイクロミラーＸ_ijは、アルゴンレーザ２１からの光ＬＢを基板ＳＷの露光面ＳＵの方向へ反射させる第１の姿勢と、露光面ＳＵ外の方向へ反射させる第２の姿勢いずれかの姿勢で位置決めされ、描画制御部からの制御信号に従って姿勢が切り替えられる。マイクロミラーＸ_ijが第１の姿勢で位置決めされている場合、マイクロミラーＸ_ij上で反射した光は、結像光学系２６の方向へ導かれる。結像光学系２６は、２つの凸レンズ２６Ａ、２６Ｃとリフレクタレンズ２６Ｂから構成されており、結像光学系２６を通った光は、感光性のあるフォトレジスト層が形成されている露光面ＳＵにおいて所定のスポットを照射する。一方、マイクロミラーＸ_ijが第２の姿勢で位置決めされた場合、マイクロミラーＸ_ijで反射した光は、光吸収板２９の方向へ導かれ、露光面ＳＵには光が照射されない。以下では、マイクロミラーＸ_ijが第１の姿勢で支持されている状態をＯＮ状態、第２の姿勢で支持されている状態をＯＦＦ状態と定める。また、本実施形態では、結像光学系２６の倍率は１倍に定められており、１つのマイクロミラーＸ_ijによって光が照射された投影スポットＹ_ijのサイズ（幅、高さ）は、マイクロミラーＸ_ijのサイズと一致する。
【００２１】
Ｘ−Ｙステージ１８が停止した状態ですべてのマイクロミラーがＯＮ状態である場合、露光面ＳＵ上にはＤ×Ｒ（＝（Ｍ×ｈ）×（Ｎ×ｌ））のサイズを有する露光エリアＥＡ全面に光が照射される。ただし、マイクロミラーＸ_ijの副走査方向（Ｙ方向）に対応する高さをｈ、走査方向（Ｘ方向）に対応する幅をｌで示している。本実施形態では、マイクロミラーＸ_ijは正方形状であり（ｈ＝ｌ）、一片の長さは、ここでは２０μｍに定められている。ＤＭＤ２２ではマイクロミラーＸ_ijがそれぞれ独立してＯＮ／ＯＦＦ制御されるため、ＤＭＤ２２全体に照射した光は、各マイクロミラーにおいて選択的に反射された光の光束から構成される光となって分割される。その結果、露光面ＳＵの露光エリアＥＡに対応するスポットには、その場所に形成すべき回路パターンに応じた光が照射される。Ｘ−Ｙステージ１８が移動することにより、露光エリアＥＡは走査方向に沿って露光面ＳＵ上を相対的に移動する。これにより回路パターンが走査方向に沿って形成されていく。
【００２２】
本実施形態では、ラスタ走査に従い、Ｘ−Ｙステージ１８が走査方向（Ｘ方向）に沿って一定の速度で移動する。ＤＭＤ２２のマイクロミラーＸ_ijは、回路パターンに応じたラスタデータに基づいてそれぞれ独立して制御されており、露光エリアＥＡに位置した露光面ＳＵ上の領域に対して所定の回路パターンが形成されるように、マイクロミラーＸ_ijが第１の姿勢もしくは第２の姿勢でそれぞれ位置決めされる。Ｘ−Ｙステージ１８の移動に伴う露光エリアＥＡの相対的移動に従って、マイクロミラーＸ_ijが順次ＯＮ／ＯＦＦ制御される。１ライン分の走査が終了すると、次のラインを露光できるようにＸ−Ｙステージ１８が副走査方向（Ｙ方向）へ相対移動し、折り返しＸ−Ｙステージ１８が走査方向に沿って移動する。すべてのラインが露光されることにより、基板ＳＷ上に回路パターンが形成される。
【００２３】
ＤＭＤ２２のサイズは、テレビジョンの表示規格に従って定められており、ＤＭＤ２２の走査方向に対応する方向を横方向、副走査方向に対応する方向を縦方向と規定し、幅（横方向長さ）および高さ（縦方向長さ）をそれぞれ「Ｗ」、「Ｋ」で表すと、本実施形態のＤＭＤ２２のアスペクト比（横縦比Ｗ：Ｋ）はここでは３：４と定められている。結像光学系２６の倍率は１倍であることから、Ｗ＝Ｒ、Ｋ＝Ｄの関係が成り立つ。
【００２４】
図３は、拡散板２４Ａを示した平面図である。
【００２５】
図３に示すように、拡散板２４Ａは、ガラス、フィルムあるいは樹脂などに凹凸を配置したフロスト型拡散板であり、後述するように、アルゴンレーザ２１から放出された光の光束断面形状を修正するように、入射した光を縦横方向に沿ってそれぞれ所定の角度で発散させる。本実施形態では、アルゴンレーザ２１からの光を実質的にすべてＤＭＤ２２全面に照射させるように、縦横方向の発散角が定められている。
【００２６】
図４は、ＤＭＤ２２へ光が照射されるときの光束断面を示した図であり、図５は、光の強度分布のグラフを示した図である。図４、図５を用いて、拡散板２４Ａによる光束断面形状の修正について説明する。
【００２７】
図５に示すように、アルゴンレーザ２１から放射されるレーザビームＬＢの強度分布は、一般的にガウス分布（正規分布）に従う。すなわち、中心における光強度をＩ₀、光束断面の有効半径を示すスポットサイズをωとした場合、光の強度は以下の式で表される。
Ｉ＝Ｉ₀ｅ^-2 ^α （α＝（ｘ／ω）²）・・・（１）
ただし、ｘは光軸からの距離を示し、スポットサイズωは、Ｉ＝Ｉ₀×１／ｅ²＝０．１３５Ｉ₀の強度によって規定されており、図５では、Ｉ₀＝１、ω＝１とした場合の強度分布がグラフ化されている。
【００２８】
アルゴンレーザ２１からのレーザビームＬＢは、光束断面において規定される２軸方向に対し、強度分布が一致する。ここで、２軸方向は、光束断面における中心を通り、互いに直交する方向である。以下では、２軸方向を符号「ｘ」、「ｙ」で表す。ただし、「ｘ」はＤＭＤ２２の横方向（ｊ方向）に対応し、「ｙ」はＤＭＤ２２の縦方向（ｉ方向）に対応する。強度分布がｘ、ｙ方向とも同じであるため、レーザビームＬＢの光束断面は円形状になり、スポットサイズωを径として光束断面が形成される。したがって、光束断面における２軸方向ｘ、ｙに関する比（以下では、光束断面のアスペクト比という）は、実質的に１：１の関係を維持する。
【００２９】
拡散板２４Ａを露光ユニット２０内に配置しない場合、ＤＭＤ２２のアスペクト比と光束断面のアスペクト比が一致しない。そのため、通常の拡散レンズおよびコリメータレンズ２４Ｂを通過する過程で拡大整形されたレーザビームＬＢに関し、ＤＭＤ２２の表面を含む平面上の光束断面を「ＬＦ０」と表すと、光束断面ＬＦ０のアスペクト比（Ｌ：Ｈ）は１：１となる。したがって、レーザビームＬＢの一部はＤＭＤ２２のエリア内に照射されない（図４参照）。
【００３０】
本実施形態では拡散板２４Ａが露光ユニット２０内に配置されており、拡散板２４Ａの縦横方向の発散角は、光束断面の横縦比（アスペクト比）がＤＭＤ２２のアスペクト比に対応するようにそれぞれ定められている。すなわち、レーザビームＬＢは、強度分布の相似関係を維持しながら縦方向および横方向へそれぞれ別々の変換率で拡大され、ｘ方向のスポットサイズωがω’に修正される。これにより、拡散板２４Ａを通過したレーザビームＬＢの光束断面のアスペクト比（＝Ｌ１／Ｈ１）は、ＤＭＤ２２のアスペクト比（＝Ｗ／Ｋ）と実質的に等しくなる。その結果、ＤＭＤ２２の表面を含む平面上におけるレーザビームＬＢの光束断面ＬＦ１は、ＤＭＤ２２のエリア内にすべて収まる（図４参照）。
【００３１】
図６は、描画装置における描画制御部のブロック図である。
【００３２】
描画制御部３０は、システムコントロール回路３２、ＤＭＤ制御部３４、ステージ制御部３８、ステージ位置検出部４０、ラスタ変換部４２、光源制御部４４を備えており、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むシステムコントロール回路３２は、描画装置１０全体を制御する。
【００３３】
描画装置１０に応じた回路パターンデータがＣＡＭデータとして描画制御部３０のラスタ変換部４２へ送られると、回路パターンデータがラスタ走査に応じたラスタデータに変換され、ＤＭＤ制御部３４に送られる。ＤＭＤ制御部３４では、ラスタデータに基づいてＤＭＤ２２におけるマイクロミラーＸ_ijそれぞれのＯＮ／ＯＦＦ状態に応じたビットマップデータが生成され、ビットマップメモリ（図示せず）に格納されるビットマップデータとステージ位置検出部４０からの相対位置情報に基づいて、マイクロミラーのＯＮ／ＯＦＦ制御信号がＤＭＤ２２に出力される。ステージ制御部３８は、モータ（図示せず）を備えたＸ−Ｙステージ駆動機構１９を制御し、これによってＸ−Ｙステージ１８の移動速度等が制御される。ステージ位置検出部４０は、Ｘ−Ｙステージ１８の露光エリアＥＡに対するＸ−Ｙステージ１８の相対的位置を検出する。システムコントロール回路３２は、アルゴンレーザ２１から光を放出するために光源制御部４４へ制御信号を送るとともに、ＤＭＤ制御部３４に対して露光タイミングを制御するための制御信号を出力する。
【００３４】
図７は、露光エリアの相対的移動を示した図であり、図８は、露光動作におけるプロット間隔を示した図である。また、図９は、単位露光エリアにおける中心投影プロット分布を示した図である。図７〜図９を用いて、本実施形態の露光動作について説明する。
【００３５】
図７に示すように、ＤＭＤによる露光エリアＥＡ（Ｄ×Ｒ）は副走査方向（Ｙ方向）および走査方向（Ｘ方向）に対して所定の微小角度αだけ傾いた方向に沿って設置されており、基板ＳＷ上において、露光エリアＥＡの走査方向Ｘに応じた幅Ｒ方向をＸ”方向、露光エリアＥＡの副走査方向Ｙに応じた高さＤ方向をＹ”方向と規定する。ただし、角度αは微小であるため、Ｘ”、Ｙ”方向は、それぞれ略走査方向、副走査方向に相当する。
【００３６】
上述したように、ＤＭＤ２２は３つのＤＭＤから構成され、等間隔で並んで配置されており、３つの露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３が、略副走査方向（Ｙ”方向）に沿って露光面ＳＵ上において規定される。露光面ＳＵ上において、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３は、Ｙ”方向に沿った各露光エリア長さＤの間隔を置いて規定される。ＤＭＤ２２のサイズが露光エリアのサイズと一致しているため、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３の間隔Ｄは、ＤＭＤ２２の高さＫに等しい。
【００３７】
Ｘ−Ｙステージ１８が矢印Ｂの方向、すなわちＸ方向へ移動することにより、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３は、走査方向（Ｘ方向）へ相対的に移動していく（矢印Ａ１、Ａ２、Ａ３参照）。露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３がＸ方向に沿って露光面ＳＵ上において所定距離だけ移動する、すなわち基板ＳＷ上において右端の位置ＡＡから左端の位置ＢＢまで移動すると、露光エリアＥＡが略副走査方向（Ｙ”方向）に沿った長さの約半分、すなわち、およそＤ／２だけ副走査方向（Ｙ”方向）に沿って相対移動するように、Ｘ−Ｙステージ１８が副走査方向（Ｙ方向）に沿って移動する。
【００３８】
さらに、Ｘ−Ｙステージ１８が折り返しＸ方向に沿って移動することにより、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３が相対的に位置ＢＢから位置ＡＡまで移動する（矢印Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３参照）。略副走査方向に沿っておよそ距離Ｄ／２だけ相対移動するため、Ｘ方向に沿って露光エリアＥ１、Ｅ２、Ｅ３が移動する間、先のＸ方向に沿って走査されたエリアＧ１（投影エリア）の半分の領域が重ねて露光される（以下では、オーバラップ露光という）。図７では、露光エリアＥＡ１に関してオーバラップ露光された領域を符号「Ｇ２」で示している。
【００３９】
露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３が再び右端位置ＡＡまで到達すると、さらに、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３が略副走査方向（Ｙ”方向）に沿って距離Ｄ／２だけ相対移動するようにＸ−Ｙステージ１８が副走査方向に沿って移動した後、再びＸ方向に沿って相対移動する。このようなラスタ走査が順次行われることにより、基板ＳＷのパターン形成領域ＰＫにおいて回路パターンが形成されていく。ＤＭＤ制御部３４（図６参照）では、オーバラップ露光に従ったビットマップデータに基づいて制御信号がＤＭＤ２２へ出力されており、検出されるＸ−Ｙステージ１８の位置に応じてＤＭＤ２２の各マイクロミラーＸ_ijが制御される。
【００４０】
図８は、露光エリアが相対的に露光面ＳＵ上を移動していくときの各マイクロミラーの中心位置に応じた投影プロットを示している。Ｘ−Ｙステージ１８が一定速度で移動している間、マイクロミラーは所定の時間間隔でＯＮ／ＯＦＦ切替可能な構成になっており、ここでは、１回の走査露光（Ｘ方向に沿った１ライン分の露光）終了後の各マイクロミラーの中心位置に応じた投影スポットの位置Ｐ１をドット状にプロットしている。
【００４１】
さらに、Ｘ−Ｙステージ１８の移動方向において走査方向Ｘに対する角度αは、１回の走査露光終了後に中心投影プロットが均一に分布するように定められている。したがって、投影プロットは、Ｘ”方向およびＹ方向に沿ってプロット間隔ｄ０で規則的に分布される。
【００４２】
図９では、１つのマイクロミラーＸ_ijに応じた露光エリアＥａ内の中心投影プロットＰ１の分布が示されている。Ｘ−Ｙステージ１８がＸ方向に対して角度αだけ傾斜しているため、中心投影プロットＰ１は、露光面ＳＵ上から観測すると、単位露光エリアＥａ内においてＸ方向（走査方向）に関して角度αだけ傾いて分布される。プロット間隔ｄが１．２５μｍとなるようにＸ方向の露光間隔（＝ステージの移動速度×マイクロミラーＯＮ／ＯＦＦの時間間隔）およびＤＭＤ２２による露光エリアＥＡ（Ｄ×Ｒ）の走査方向（Ｘ方向）に対する傾きαが定められており、正方形状のマイクロミラーにおける一片の大きさ２０μｍに対して１／１６の大きさに定められている。したがって、単位露光エリアＥａには、１６×１６＝２５６個の投影プロットが分布される。これにより、ミラー投影サイズＹ_ij（単位露光エリアＥａ）以下の分解能（ここでは、１．２５μｍ）により描画される。
【００４３】
露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３がＸ方向に沿って１ライン分移動すると、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３がＹ方向（副走査方向）に沿ってほぼＤ／２だけ相対移動する（図７参照）。このとき、図８に示すように、折り返しＸ方向に沿って走査するときに分布される中心投影プロットＰ２が前回のＸ方向走査における中心投影プロットＰ１と等間隔で交互に並ぶように、Ｘ−Ｙステージ１８の微小な位置変動が行われる。すなわち、Ｘ”方向、Ｙ方向に沿ってｄ０／２だけ中心投影プロットＰ２が移動するように露光エリアＥＡ１の位置が微小変位させられる。このようなオーバラップ露光により、０．６２５μｍの分解能で描画することができる。すなわち、オーバラップ露光により、２５６回の露光動作を単位露光エリアＥａ全体に渡って行うことが可能であり、同一領域付近において光の照射量を偏りなく多重露光することができる。
【００４４】
図１０は、ＤＭＤ２２に対するレーザビームＬＢの光束断面を示した図であり、図１１は、光量変動および光量取得率を示すグラフを表した図である。
【００４５】
図１０に示すように、ＤＭＤ２２の幅、高さをここではＳｘ、Ｓｙと表し、拡散板２４Ａによって修正された光束断面のｘ方向に沿った長さをＢｘ、ｙ方向に沿った長さをＢｙとする。ただし、ＢｘおよびＢｙは、スポットサイズ（Ｉ₀／ｅ²）に従う。光がＤＭＤ２２に実質的に入射する条件を満たす限り、Ｂｘ、Ｂｙは、ＤＭＤ２２の幅、高さＳｘ、Ｓｙに応じて任意に設定可能である。
【００４６】
図１１では、１回の走査露光終了後のＹ”方向移動量をＳｙ／２としてオーバラップさせた場合において走査方向（Ｘ方向）における光量取込率を１００％とした場合の副走査方向（Ｙ方向）の照明比率による光量変動率および光量取込率が表されている。横軸はＢｙとＳｙとの比（Ｂｙ／Ｓｙ）を示し、縦軸は光量変動率および光量取込率をパーセンテージで示す。図１１に示した光量変動率を表す曲線Ｊからわかるように、Ｂｙ／Ｓｙの比がおよそ０．９の場合、光量変動率がおよそ３％になり、光量取込率が高くなる。したがって、Ｂｙ／Ｓｙの比が０．９となるように、拡散板２４Ａの縦横方向の発散角をそれぞれ定めるのがよい。
【００４７】
このように本実施形態によれば、Ｘ−Ｙステージ１８の移動によってＤＭＤ２２に応じた露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３が基板ＳＷ上において相対的に移動し、その露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３の移動に伴ってＤＭＤ２２のマイクロミラーＸ_ijがそれぞれ制御される。そして、露光エリアＥＡがＹ方向（副走査方向）へ相対的に移動する場合、実質的に露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３の半分の距離Ｄ／２だけ移動する。その結果、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３は、前回走査された投影エリアＧ１の半分のエリアＧＡ２と重なりながら折り返しＸ方向（走査方向）に沿って相対移動する（図７参照）。このようなオーバラップ露光が実行されることによって、同一領域に対して２回の露光が実行される。
【００４８】
レーザビームＬＢの光強度分布は、Ｙ方向に沿ってガウス分布であり（図５参照）、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３の中心付近に近いほど、周辺付近の照射量に比べて光の照射量が多い。よって、露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３の半分のエリアずつ順次オーバラップ露光されることにより、Ｙ方向（副走査方向）に沿った光の照射量は、最終的に略一様な分布になる。これにより、精度ある回路パターンを形成することが可能となる。
【００４９】
また、１ライン分のＸ方向の露光動作が終了して次の走査ラインへＸ−Ｙステージ１８が移動する場合、各マイクロミラーＸ_ijの中心位置に応じた中心投影プロットＰ１とＰ２が交互に規則的に並ぶように、Ｘ方向およびＹ方向に沿って微小な距離だけＸ−Ｙステージ１８が変動される（図８参照）。露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３を微小に変位させることにより、同一領域に対する光の照射量が、さらに均一化される。
【００５０】
パターン描画装置においては、パターン形成に掛かる時間を短くすることは重要である。中心投影プロット間隔ｄ０は、Ｘ−Ｙステージ１８の移動速度およびマイクロミラーＸ_ijのＯＮ／ＯＦＦ切替時間間隔に従って定められる。したがって、Ｘ−Ｙステージ１８の移動速度を上げる事により中心投影プロット間隔を広くすれば、露光エリアを走査させる回数が倍増してしまうオーバラップ露光を実行しても、オーバラップ露光をしない場合と同程度の時間で回路パターンを形成することが可能である。
【００５１】
本実施形態では、ＤＭＤによる露光エリアＥＡ（Ｄ×Ｒ）が所定角度αだけ走査方向に対してずれた状態で設置されると共に、マイクロミラーＸ_ijのＯＮ／ＯＦＦ切替動作が非常に短い時間隔で実行可能であるため、１つのマイクロミラーＸ_ijに応じた単位露光エリアＥａ内に多数の投影プロットＰ１、Ｐ２が分布される。しかしならが、このような移動方式の代わりに、ステップ・アンド・リピート方式によって露光を実行してもよい。この場合、露光エリアＥＡとともにＸ−Ｙステージ１８がＸ方向に沿って移動すればよく、各単位露光エリアＥａ中心に１つの中心投影プロットが分布される。
【００５２】
本実施形態では、できるだけ均一に光が照射されるように露光エリアＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３を微小に相対変位させてから次の露光動作を開始するように構成されているが（図８参照）、中心投影プロットＰ１、Ｐ２が一致するようにオーバラップ露光を実行するように構成してもよい。また、アルゴンレーザ以外の光源（例えば、ＬＥＤなど）を適用してもよい。
【００５３】
本実施形態では、レーザビームＬＢの光束断面形状修正のため拡散板２４Ａが設けられているが、通常の拡散レンズを代わりに設けてもよい。
【００５４】
次に、図１２、図１３を用いて、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、露光エリアを１／４ずつ重複させながら露光動作が実行される。すなわち、同一領域が４回露光される。
【００５５】
図１２は、第２の実施形態における露光エリアの移動を示した図である。図１３は、中心投影プロットの分布を示した図である。図１２では、１つの露光エリアＥＡ１の移動のみ示す。
【００５６】
露光エリアＥＡ１が１ライン分Ｘ方向に沿って位置ＢＢまで移動すると、露光エリアＥＡ１は実質的に距離Ｄ／４だけＹ方向に沿って移動する。そして、折り返し露光エリアＥＡ１が位置ＡＡまで移動すると、露光エリアＥＡ１は距離Ｄ／４だけＹ方向に沿って移動する。このような移動が順次行われることにより、露光エリアＥＡ１の１／４のエリアに対して４回重ねて露光動作が実行される。
【００５７】
さらに、図１３に示すように、次の走査方向に沿った露光動作を実行するためＸ−Ｙステージ１８がＹ方向に沿って移動する場合、中心投影プロットＰ１〜Ｐ４が等間隔で交互に規則的に分布するように、Ｘ−Ｙステージ１８の位置が微小に変動される。
【００５８】
このように第２の実施形態によれば、同一領域に対して４回重ねて露光動作が実行されるとともに、中心投影プロットがより密になって交互に規則的に分布される。したがって、同一領域内に対し、さらに光の照射量が均一化される。
【００５９】
【発明の効果】
このように本発明によれば、光源の特性に応じて露光面に対する光の照射量を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態であるパターン描画装置を模式的に示した斜視図である。
【図２】パターン描画装置に設けられた露光ユニットを模式的に示した図である。
【図３】拡散板を示した平面図である。
【図４】ＤＭＤへ光が照射されるときの光束断面を示した図である。
【図５】光の強度分布のグラフを示した図である。
【図６】描画装置における描画制御部のブロック図である。
【図７】露光エリアの相対的移動を示した図である。
【図８】露光エリアが相対的に露光面上を移動していくときの各マイクロミラーの中心位置に応じた投影プロットを示した図である。
【図９】単位露光エリアにおける中心投影プロット分布を示した図である。
【図１０】ＤＭＤに対するレーザビームの光束断面を示した図である。
【図１１】光量変動および光量取得率を示すグラフを表した図である。
【図１２】第２の実施形態における露光エリアの移動を示した図である。
【図１３】第２の実施形態における中心投影プロットの分布を示した図である。
【符号の説明】
１０パターン描画装置
１９Ｘ―Ｙステージ駆動機構
２１アルゴンレーザ（光源）
２２ＤＭＤ（光変調ユニット）
２４Ａ拡散板（ビーム成形光学素子）
３２システムコントロール回路
３４ＤＭＤ制御部
３８ステージ制御部
４０ステージ位置検出部
ＥＡ露光エリア
Ｘ_ij マイクロミラー（光変調素子）
Ｘ走査方向
Ｙ副走査方向
ＳＷ基板（被パターン形成体）
ＳＵ露光面
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４中心投影プロット

Claims

被パターン形成体の露光面にパターンを形成するための光源と、
規則的に配列され、前記光源からの光を前記露光面へ導く第１の状態および前記被パターン形成体以外へ導く第２の状態のうちいずれかの状態に定められる複数の光変調素子を有する光変調ユニットと、
前記光変調ユニットに応じて規定される露光エリアを、前記被パターン形成体に対し走査方向に沿って相対的に移動させ、１ライン分の走査が終了すると露光エリアを副走査方向に沿って相対移動させながらラスタ走査を行う露光エリア相対移動制御手段と、
前記露光エリアの走査方向に沿った相対移動に応じて前記複数の光変調素子それぞれを制御することにより、パターンデータに基づいた露光動作を実行する露光制御手段とを備え、
前記光源が、光軸に近いほど周辺部に比べて光強度が高く、副走査方向に応じた第１の軸に沿って光軸を中心に対称的な強度分布を有する光を放射し、１ライン分走査しているときには、前記露光エリアの副走査方向に該強度分布を有する光が前記光変調ユニットによって露光面に照射され、
前記露光エリア相対移動制御手段が、先の走査による露光動作によって光が照射された投影エリアの一部に前記露光エリアの一部を重ね合わせながら、走査方向に沿って前記露光エリアを相対移動させるとともに、該強度分布に起因して単一の走査のとき前記露光エリアの副走査方向に生じる露光量の差を解消して、前記被パターン形成体に対するラスタ走査によって露光面に照射される光の照射量が最終的に副走査方向に沿って実質的に均一になるように、前記露光エリアを副走査方向に沿って相対移動させることを特徴とするパターン描画装置。
前記光源が、前記第１の軸方向に沿った光の強度分布がガウス分布になる光を放射することを特徴とする請求項１に記載のパターン描画装置。
前記露光エリア相対移動制御手段が、前記露光面の同一領域に対して２回重ねて露光動作が実行されるように、前記露光エリアの副走査方向に沿った長さの半分の距離だけ、前記露光エリアを副走査方向に沿って相対移動させることを特徴とする請求項１に記載のパターン描画装置。
前記露光エリア相対移動制御手段が、前記露光面の同一領域に対して４回重ねて露光動作が実行されるように、前記露光エリアの副走査方向に沿った長さの１／４の距離だけ、前記露光エリアを副走査方向に沿って相対移動させることを特徴とする請求項１に記載のパターン描画装置。
前記露光エリア相対移動制御手段が、前記複数の光の変調素子それぞれに応じた単位露光エリアをずらしながら露光動作を実行するように、前記単位露光エリアのサイズに応じた所定量だけ走査方向および副走査方向のうち少なくとも１方向に沿って前記露光エリアをさらに相対変位させることを特徴とする請求項１に記載のパターン描画装置。
前記露光エリア相対移動制御手段が、前記複数の光変調素子それぞれの中心位置投影像を示す中心投影プロットが交互に等間隔で並ぶように、前記露光エリアを相対変位させることを特徴とする請求項５に記載のパターン描画装置。
前記露光エリア相対移動制御手段が、前記露光エリアを一定速度で走査方向に沿って連続的に相対移動させ、
前記露光制御手段が、前記複数の光変調素子に対する前記第１および第２の状態への切替時間間隔および前記露光エリアの移動速度とに従って、前記露光面にパターンを形成することを特徴とする請求項１に記載のパターン描画装置。
前記複数の光変調素子がマトリクス状に配置され、
前記複数の光変調素子それぞれに応じた単位露光エリアの走査方向のサイズ分だけ相対移動するのに掛かる単位露光エリア通過時間より前記切替時間間隔が短くなるように、前記露光エリアの移動速度が定められることを特徴とする請求項７に記載のパターン描画装置。
前記光変調ユニットの投影エリアを走査方向に対し所定角度傾けた状態で、前記被パターン形成体が相対移動することを特徴とする請求項７に記載のパターン描画装置。
前記光変調ユニットが、前記光変調素子としてマイクロミラーから構成されるＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）であることを特徴とする請求項１に記載のパターン描画装置。
前記光源から放射される光の光束断面形状を修正するビーム成形光学素子をさらに有し、
前記光源が、光束断面において中心を通り互いに直交する２軸であって、前記第１の軸が１つの軸である２軸の方向に沿って、それぞれ対称性のある強度分布を有する光を放射し、
前記ビーム成形光学素子が、前記光源から放射される光を実質的にすべて前記光変調ユニットへ照射させるため、該２軸方向に関するアスペクト比を前記光変調ユニットのアスペクト比に合わせるように、該２軸方向それぞれの強度分布の相似性を独立して維持しながら光束断面形状を修正することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のパターン描画装置。
前記ビーム成形光学素子が、前記２軸方向に沿った発散角をそれぞれ別々に設定可能な拡散板であり、
前記光変調ユニットのアスペクト比に従って前記２軸方向の発散角が定められることを特徴とする請求項１０に記載のパターン描画装置。
前記拡散板が、フロスト型拡散板であることを特徴とする請求項１１に記載のパターン描画装置。
前記ビーム成形光学素子が、前記光変調ユニットの副走査方向の長さと前記ビーム成形光学素子によって修正された光束断面形状の副走査方向の長さとの比が０．９となるように、光束断面形状を修正することを特徴とする請求項１１に記載のパターン描画装置。
被パターン形成体の露光面にパターンを形成するため、光軸に近いほど周辺部に比べて光強度が高く、副走査方向に応じた第１の軸に沿って光軸を中心に対称的な強度分布を有し光を放射し、
前記露光エリアの副走査方向に該強度分布を有する光を前記光変調ユニットによって露光面に照射し、１ライン分走査しているときには、前記露光エリアの副走査方向に該強度分布を有する光が前記光変調ユニットによって露光面に照射され、
規則的に配列され、前記光源からの光を前記露光面へ導く第１の状態および前記被パターン形成体以外へ導く第２の状態のうちいずれかの状態に定められる複数の光変調素子を有する光変調ユニットによって前記光を露光面に導き、
前記光変調ユニットに応じて規定される露光エリアを、前記被パターン形成体に対し、走査方向および副走査方向に沿って相対的に移動させ、
前記露光エリアの走査方向に沿った相対移動に応じて前記複数の光変調素子それぞれを制御することにより、パターンデータに基づいた露光動作を実行するパターン描画方法であって、
先の走査による露光動作によって光が照射された投影エリアの一部に前記露光エリアの一部を重ね合わせながら、走査方向に沿って前記露光エリアを相対移動させ、
該強度分布に起因して単一の走査のとき前記露光エリアの副走査方向に生じる露光量の差を解消して、前記被パターン形成体に対するラスタ走査によって前記露光面へ照射される光の照射量が最終的に副走査方向に沿って実質的に均一になるように、前記露光エリアを副走査方向に沿って相対移動させることを特徴とするパターン描画方法。