数字曝光装置的制作方法

本发明涉及将被空间性地调制后的光向基板照射而在基板得到希望的样式的已曝光区域的数字曝光装置。

背景技术：

1、作为在光刻工艺等中使用的曝光装置，已知有数字曝光装置。数字曝光装置是无掩模的曝光装置，是通过用dmd(digital mirror device)那样的空间光调制器将光空间性地调制而无掩模直接描绘样式来进行曝光的装置。另外，数字曝光装置也有时被用无掩模曝光装置、直绘式曝光装置等的名称称呼，但在该说明书中采用数字曝光装置的名称。

2、数字曝光装置很容易将照射的光的样式根据需要而适当变更，适合于多品种少量生产。因此，被较多地用于各种制品的电路基板制作用或各种微细零件的制作用(mems)等。曝光的对象物在许多情况下是板状(基板)，但也有不是板状的情况。

3、现有技术文献

4、专利文献

5、专利文献1：日本特开2004－284236号公报

6、专利文献2：日本特开平6－220313号公报

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、数字曝光装置是一边经由由空间光调制器形成的光的样式的照射区(以下称作曝光作业区)使基板移动一边进行曝光的方式的装置，所以与使用掩模的投影曝光装置等相比有生产能力较差、生产性较低的缺点。因此，被持续性地要求提高生产性。

3、另一方面，以制品的高性能化、多功能化为背景，在数字曝光装置中曝光的高解析力化的要求变得显著。但是，根据发明人的研究，高解析力化的要求和生产性向上的要求处于权衡的关系，难以兼顾。以下，参照图11～图13对这一点进行说明。图11是表示数字曝光装置的曝光作业区的立体概略图，图12是表示作为空间光调制器的一例的dmd的开启关闭周期的概略图，图13是表示高解析力化与生产性提高的权衡性的关系的概略图。

4、数字曝光装置通常具备多个收容有光源及空间光调制器的曝光头1。1个曝光头1的下方的区域是曝光作业区，在图11中用方形的线e表示。

5、曝光通过向曝光作业区e照射空间光调制器形成的光的样式、基板穿过那里来进行。空间光调制器是通过许多个微小的像素的开启关闭而将光空间性地调制的元件，例如如果是dmd，则许多个微细的反射镜是像素。在使用液晶显示元件作为空间光调制器的情况下，各晶格为像素。

6、对于曝光作业区e，由是开启状态的各像素进行光照射。因而，被照射在曝光作业区e上的光的样式如在图11中放大表示那样，是许多个较小的照射样式(以下称作微小样式)m的集合。如图11所示，在关闭状态的像素对应的位置不照射微小样式m。为了理解，将如果是开启状态则可能被进行微小样式m的照射的区域用白圆(无阴影)表示。当基板w移动时，通过将各像素的开启状态和关闭状态适当切换，希望的微细样式m的集合时时刻刻被形成在曝光作业区e中，在显影后能够在基板w上得到希望的样式。以下，将该时时刻刻的微小样式m的集合称作瞬时样式。

7、如图11所示，各微小样式m虽然相互离开，但成为如果基板w在x方向上移动则无间隙地被曝光的配置。即，与x方向垂直的水平方向(以下称作y方向)上的各微小样式m的列相对于相邻的y方向的列偏移而配置，为所谓的交错状配置。并且，各微小样式m的y方向上的配置间隔l比各微小样式m的直径小。因此，如果基板在x方向上移动而被用各微小样式m进行曝光，则无间隙地被曝光。另外，“无间隙曝光”是指通过开启状态的像素而没有间隙的意思。

8、各像素的开启关闭的切换以规定的周期为单位进行。以下，将该周期称作开启关闭周期。参照图12对开启关闭周期进行说明。

9、空间光调制器如上述那样，是具有能够取作为向曝光作业区进行光照射的状态的开启状态和作为不进行光照射的状态的关闭状态的许多个像素并将光空间性地调制的元件。在此情况下，关于开启关闭的切换，在元件的性能上，存在在可能的范围中最短的开启状态的时长和在可能的范围中最短的关闭状态的较短的时长。将它们加在一起的时长是最短的时间下开启关闭，以该时间以上的时间为单位进行开启关闭的控制。

10、如果以dmd为例进行说明，则如图12的(1)所示，dmd100的各像素反射镜10在开启状态下为光朝向曝光作业区的姿势，在关闭状态下为光不朝向曝光作业区的姿势。在此情况下，即使被输入设为开启状态的控制信号，也并不是立即能取开启状态的姿势，虽然是较短的时间，但需要某种程度的时间而成为开启状态。即，光成为完全朝向曝光作业区的状态。此外，在取开启状态时，即使被输入设为关闭状态的控制信号，也并不是立即能取关闭状态的姿势，虽然是较短的时间，但需要某种程度的时间而成为关闭状态。

11、假如在向dmd发送控制信号以使得在可能的范围中以最短的时间宽度交替地反复进行开启关闭的情况下，像素反射镜10的姿势在概念上看如图12的(2)所示那样被切换。即，在如果取角度θ的姿势而光完全朝向曝光作业区的状态为完全开启，取角度0度的姿势而光完全不朝向曝光作业区的状态为完全关闭的情况下，像素反射镜10大致以三角波状交替地反复进行完全开启和完全关闭。在此情况下，三角波中的某个时间区域实质上是开启(光朝向曝光作业区的状态)，其以外的时间区域是实质上关闭(光不朝向曝光作业区的状态)。因而，如果将开启和关闭切分，则成为在图12的(3)中由虚线表示那样的矩形波状。在一个开启和关闭的周期中，开启的时间和关闭的时间是相同的长度。另外，也有成为完全开启的姿势(角度θ)后不立即转移到改变角度的动作、此外不从完全关闭的姿势(角度0度)立即转移到改变角度的动作的情况。在此情况下，在三角波的山和底存在稍稍平坦的时间带，开启和关闭的时间相应地变长。

12、这样的最小单位的开启关闭的周期(将最短的开启的时间和最短的关闭的时间相加所得的长度)在dmd中被称作样式速率。样式速率根据dmd的等级或用途等而变化，但大致是4000hz～9000hz左右，周期是其倒数。将这样的空间光调制器的各像素的开启关闭的最小单位在该说明书中称作开启关闭周期。

13、另外，开启关闭周期不比样式速率的倒数短，但有可能比样式速率的倒数长。样式速率的倒数是表示dmd的性能的，是以最短的时间进行开启关闭的情况下的周期，但也有不以极限性能使用dmd、而以比其低的速率(较长的周期)使用的情况，在此情况下其较低的速率的倒数是开启关闭周期。

14、此外，作为透过型的空间光调制器，还已知有将液晶显示元件转用的形式，但在液晶显示元件中也存在上述那样的开启关闭周期。在液晶的排列构造的切换中需要最小限度的时间，因为该时间，同样存在被掌握为开启关闭周期的切换的最小时间单位。

15、在这样的数字曝光装置中，生产性的提高意味着曝光时间的缩短，这只有使台较快地移动。但是，仅通过使台高速移动不能实现曝光处理的高速化，空间光调制器也需要匹配于台的高速化而以高速进行开启关闭。

16、但是，在dmd那样的空间光调制器中，在样式速率的提高方面有极限，在现实中难以赶上台的高速化。关于台的移动，可以通过使用更高输出的马达等来实现，但关于空间光调制器有样式速率的极限，难以不导致解析力的下降而高速化。

17、参照图13更具体地说明上述的点。为了使说明变得简单，以通过曝光在基板w上得到两条直线状的样式的已曝光区域的情况为例。在基板w上，作为设计上的点而设定要曝光点。要曝光点是a1、a2、a3、…，是b1、b2、b3、…。如图13的(1)所示，a1、a2、a3、…排列在一直线上，b1、b2、b3、…也排列在一直线上。为了使说明变得简单，假设a1、a2、a3、…、b1、b2、b3、…都在相对于台(基板w)的移动方向垂直的方向上排列。以下，设基板w的移动方向为x方向，设与x方向垂直的水平方向为y方向。基板w是水平的姿势。

18、另一方面，对于曝光作业区e，照射如上述那样由微小样式的集合构成的瞬时样式的光。在图13的(1)中，将能够被照射各微小样式的光的区域形状(以下称作微小样式区域)用中空的圆形样式表示。如果对应的像素被开启，则以该圆形的微小样式区域的形状照射光。

19、当设定有要曝光点a1、a2、a3、…、b1、b2、b3、…的基板w移动而穿过曝光作业区e时，如果在适当的定时使空间光调制器的各像素开启关闭，则穿过各要曝光点a1、a2、a3、…、b1、b2、b3、…能得到图13的(2)所示那样的已曝光区域的样式。虽然各微小样式m是圆形的，但由于基板w一边移动一边被照射，所以以1个微小样式m被曝光的区域成为在x方向上稍长的大致椭圆形(由两个半圆和其之间的方形构成的形状)，已曝光区域成为将大致椭圆形的样式连接到y方向的直线上的样式。

20、图13的(2)所示的已曝光区域的样式是将空间光调制器的各像素开启关闭的切换时间设为最短的时间的情况下的例子。即，例如是在要曝光点a1到达了微小样式区域m1的照射位置的定时将与该区域对应的像素以最短的时长设为开启的情况下的样式。关于其他的要曝光点也同样。另外，“最短的时间”是上述的开启关闭周期的1单位的开启时间。

21、如果得到了图13的(2)所示那样的已曝光区域的样式，则显影后的样式大体上成为图13的(3)所示那样的直线状的线状样式(例如配线样式)。通过适当选择形成在基板w上的感光层的感度、曝光量(微小样式的照度、向相同部位的照射次数)等，能得到图13的(3)那样的样式。

22、另外，为了说明的方便，假设穿过要曝光点a1、a2、a3、…而形成的线状样式la和穿过要曝光点b1、b2、b3、…而形成的线状样式lb的间隔在可能的范围中是最窄的间隔。即，线状样式la、lb的间隔与开启关闭周期的1单位的关闭时间对应。

23、在图13的(2’)中表示了在同样的例子中在为了生产性提高而加快了台的移动速度的情况下会成为怎样。各像素的开启时间为可能的范围的最短的时间，不能进一步变短。即，在各像素的开启时间不变的状态下，是仅基板w的移动速度变快的状态。在该状态下，如图13的(2’)所示，由各微小样式形成的已曝光区域的形状不得不成为在x方向(台的移动方向)上较长的大致椭圆状。结果，如图13的(3’)所示，显影后的线状样式la、lb的线宽变粗(线膨胀)。

24、此外，由于各像素从开启成为关闭后到再次成为开启为止的时间为最短时间不变而仅基板w的移动速度变快，所以线状样式线状样式la、lb的间隔变长(间隔延长)。即，难以在较窄的区域中集成微细的线。

25、这样，在空间光调制器的样式速率有极限的现状下，如果想要加快台的移动速度而实现生产性提高，则发生线膨胀或间隔延长，解析力下降。换言之，不能不使解析力下降而达成生产性提高，两者为权衡的关系。这样的情况在使用液晶显示元件作为空间光调制器的情况下，也虽有程度的差别但同样。

26、为了解决这样的问题，在专利文献1中，提出了采用以比空间光调制器的样式速率下的开启时间短的时间点亮的脉冲光源的技术。此外，在专利文献2中，提出了以下的技术：采用两个空间光调制器；一边向一方照射p偏振的光并使其进行调制、向另一方照射s偏振的光而使其进行偏振，一边将各空间调制后的光错开而照射在基板上。

27、但是，在专利文献1的结构中，虽然“线膨胀”消除，但因为存在空间光调制器的样式速率的极限，所以不能将“间隔延长”消除。此外，在专利文献2的结构中，由于必须将两个被空间性地调制后的光的样式在空间上错开而向基板照射，所以不能使用微透镜阵列(以下简称作mla)。

28、本发明是为了解决这些以往技术的课题而做出的，目的是提供以下的解决方案：在使用空间光调制器的数字曝光装置中，兼顾高解析力化和生产性提高，并且此时不仅能解决“线膨胀”还能够解决“间隔延长”，进而不需要将两个被空间性地调制后的光的样式在空间上错开而向基板照射。

29、用来解决课题的手段

30、为了解决上述课题，在该说明书中公开的有关发明的数字曝光装置，是将被空间性地调制后的光向基板照射、在基板得到希望的样式的已曝光区域的数字曝光装置，具备：台，载置基板；台移动机构，使台移动，使得基板穿过作为被照射空间光调制器所形成的样式的光的区的曝光作业区；第一空间光调制器；以及第二空间光调制器。

31、各空间光调制器具有能够取作为向曝光作业区进行光照射的状态的开启状态和作为不进行光照射的状态的关闭状态的多个像素，是能够以作为将最短的开启状态的时长与最短的关闭状态的较短的时长相加所得的时长的开启关闭周期为单位切换开启状态和关闭状态的调制器。

32、该数字曝光装置还具备：调制器控制系统，对各空间光调制器进行控制；第一照射系统，对第一空间光调制器照射脉冲光；以及第二照射系统，对第二空间光调制器照射脉冲光。

33、调制器控制系统是进行如下控制的系统，按照为了得到希望的样式的已曝光区域而设定的序列使第一空间光调制器的各像素以开启关闭周期为单位开启关闭，按照为了得到希望的样式的已曝光区域而设定的序列使第二空间光调制器的各像素以开启关闭周期为单位开启关闭，且是进行控制以使关于第一空间光调制器的各像素的开启关闭周期与关于第二空间光调制器的各像素的开启关闭周期的周期长一致并且成为相位偏移的状态的系统。

34、第一照射系统是照射脉冲光的周期与第一空间光调制器的开启关闭周期一致并且脉冲宽度为第一空间光调制器的开启关闭周期的开启的时间带的一半以下的脉冲光的系统。

35、第二照射系统是照射脉冲光的周期与第二空间光调制器的开启关闭周期一致并且脉冲宽度为第二空间光调制器的开启关闭周期的开启的时间带的一半以下的脉冲光的系统。

36、此外，为了解决上述课题，公开的有关发明的数字曝光装置可以拥有以下的结构：调制器控制系统是设为第一空间光调制器的开启关闭的周期和第二空间光调制器的开启关闭的周期相互偏移了半周期的状态的系统；第一照射系统是在第一空间光调制器的开启关闭周期中的前半的半周期的开启的时间带中将脉冲光向第一空间光调制器照射的系统，第二照射系统是在第二空间光调制器的开启关闭周期中的前半的半周期的开启的时间带中将脉冲光向第二空间光调制器照射的系统；或者，第一照射系统是在第一空间光调制器的开启关闭周期中的后半的半周期的开启的时间带中将脉冲光向第一空间光调制器照射的系统，第二照射系统是在第二空间光调制器的开启关闭周期中的后半的半周期的开启的时间带中将脉冲光向第二空间光调制器照射的系统。

37、此外，为了解决上述课题，在公开的有关发明的数字曝光装置中，第一空间光调制器及第二空间光调制器可以配置为，使由来自第一空间光调制器的处于开启状态的像素的光形成的样式和由来自第二空间光调制器的处于开启状态的像素的光形成的样式在曝光作业区中被照射在相同的位置。

38、此外，为了解决上述课题，公开的有关发明的数字曝光装置可以具备将第一空间光调制器的各像素的像向曝光作业区投影并将第二空间光调制器的各像素的像向曝光作业区投影的微透镜阵列。

39、此外，为了解决上述课题，在公开的有关发明的数字曝光装置中，第一空间光调制器及第二空间光调制器可以配置为，使由来自第一空间光调制器的处于开启状态的像素的光形成的样式和由来自第二空间光调制器的处于开启状态的像素的光形成的样式在曝光作业区中被照射在偏移的位置。

40、发明效果

41、如以下说明那样，根据所公开的有关发明的数字曝光装置，搭载有两个空间光调制器，具备使各空间光调制器的开启关闭周期为相同的长度且相位偏移的状态的调制器控制系统，向各个空间光调制器进行光照射的照射系统照射是与照射对象的空间光调制器的开启关闭周期同步的脉冲周期且为开启关闭周期中的开启时间的一半以下的脉冲宽度的脉冲光，所以，能够以在时间上被细密化的序列进行微小样式的照射。因此，即使加快台的移动速度使生产性提高，曝光的解析力也不会下降，相反在将台的移动速度设为原样的情况下能够实现高解析力的曝光。

42、此外，如果是第一空间光调制器的开启关闭周期和第二空间光调制器的开启关闭周期的偏移为半周期，脉冲光都在周期的前半被照射或在后半被照射的结构，则能得到作为控制系统整体变得简单的效果。

43、此外，如果是由来自第一空间光调制器的处于开启状态的像素的光形成的样式和由来自第二空间光调制器的处于开启状态的像素的光形成的样式在曝光作业区中被照射在相同的位置的结构，则能够在共用的投影光学系统中使用微透镜阵列，所以能够进行由各像素形成的微小样式的间隔的调整以及独立进行各微小样式的大小的调整。因此，能够容易地进行由希望的大小的微小样式的投影进行的曝光。在此情况下，也能够做成共用的投影光学系统，所以整体的构造不会变得庞大。

44、此外，如果是由来自第一空间光调制器的处于开启状态的像素的光形成的样式和由来自第二空间光调制器的处于开启状态的像素的光形成的样式在曝光作业区中被照射在偏移的位置的结构，则能得到能够减少台的移动速度的增加而抑制驱动源的负荷、或得到将线宽变更得更细的线状样式等的效果。