WO2004095549A1

WO2004095549A1 - パターン描画装置及びパターン描画方法

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Publication number: WO2004095549A1
Application number: PCT/JP2004/005134
Authority: WO
Inventors: Tadahiro Ohmi; Shigetoshi Sugawa; Kimio Yanagida; Kiwamu Takehisa
Original assignee: Ball Semiconductor Inc
Current assignee: Ball Semiconductor Inc
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2004-04-09
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2005-10-11
Also published as: TWI356973B; US7663734B2; US20060147841A1; EP1662552A1; TW200500817A

Abstract

二次元的に配列された微小ミラーを含むミラーデバイスから出力された投影パターンを使用して、基板上にパターンを描画するパターン描画方法において、各微小ミラーをオンオフ制御すると共に、ミラーデバイスからの投影パターンを少なくとも一次元方向に部分的にオーバーラップさせて露光を行うことにより、中間光量露光を正確に制御することができる。

Description

明細書パターン描画装置及びパ夕一ン描画方法技術分野

本発明は、半導体集積回路製造時の露光工程で用いられるマスクレス描画装置、露光装置で用いられるマスクを製造するために用いられるマスク描画装置等に適用できるパターン描画装置及びパターン描画方法に関する。背景技術

一般に、半導体集積回路の製造時の露光工程では、回路パターンが描かれたマスク（レチクルと呼ばれることもある。）を用いてレジストが塗布されたウェハ上に回路パターンを描画させる（パターン露光と呼ばれる。）必要があり、そのための装置は露光装置あるいは露光機と呼ばれる。ただし、マスクを用いずに回路パターンをウェハ上に直接描画する露光機もあり、これはマスクレス露光機と呼ばれている。

一方、マスクを製造するには、マスクの基板となる石英板などの表面に、目的とする回路パターンに相当するパターン状に露光光を通過させるように遮光用のクロム膜などを付ける必要がある。このクロム膜などは、パターン露光によって形成され、そのための装置はマスク描画装置と呼ばれる。マスク描画装置の手法には、電子ビームを用いた電子ビーム描画が一般的であり、そのための装置は電子ビーム描画装置（以下、 E B描画装置と示す。）と呼ばれている。

ただし、マスク描画装置には、 E B描画装瘇の他に、紫外域のレ一ザ光（以下、紫外レーザ光と略す。）を用いてパターン描画（すなわちレジストが塗布されたマスク基板に対してパターン露光）する手法に基づく装置（レーザビーム描画装置と呼ばれることがある。）も製品化されている。

この種の描画装置として、従来、微小なミラーを二次元配列状に多数並べた反射鏡表示素子（デジタルマイクロミラーなどと呼ばれるミラ一デバイス）を用いて、これに紫外レーザ光を照射し、反射光をパターン的に制御して、マスク基板上にパターン描画するレーザビ一ム描画装置が提案されている。このレ一ザビーム描画装置では、回路パターンの中の一部のパターンを一括して露光できることから、処理速度が速い特徴があることが知られている。なお、これに関しては、例えば、

Proceedings of SPIE, Vo l . 4186, PP. 16-21、あるいは、 USP6, 428, 940において示されている。

これによると、ミラ一デバイスを用いた従来のレーザビーム描画装置では、およそ 1 0 0万個（約 5 0 0 X約 2 0 0 0個）の微小ミラーを用いたミラ一デバイスが用いられ、各微小ミラーは 1 6ミクロン前後の大きさである。これを縮小投影光学系によって、マスク基板上に 1 Z 1 6 0の大きさに縮小投影させている。その結果、 1つの微小ミラーに対応するパターンは一辺 0 . 1ミクロン、すなわち 1 0 0 n m の正方形になる。ただし、マスクを描画する場合、一般に、設計上の最小寸法は 1 から 4 n mと小さく、これは最小グリッドと呼ばれる。そこで、一辺 1 0 0 n mのミラー投影パターンより遥かに小さいパターン形状を実現するために、投影されるパターンに照射させる光量を変化させることが行われている。例えば、前記文献によると、光量を 6 4段階に変化させる（中間光量を利用する）ことで、最小グリツドとしては、 1 0 0 n mの 1ノ 6 4である 1 . 5 6 n mに対応させている。

このように、中間光量を利用して 1つの微小ミラーの縮小投影パターンよりも小さなサイズの最小ダリッドに対応させる従来手法では、ミラ一デバイスにおける各微小ミラーの偏向角度を制御し、それによつて、投影されるレーザ光の強度を変化させている。なお、これに関しては、もしも、最小グリッドである 1 . 5 6 n mごとに投影される微小ミラ一を移動（すなわち、マスク基板のスキャン）するように露光するならば、スキャンスピードが 1 Z 6 4に低下し、しかも、スキャン回数も 6 4倍に増大するため、描画時間は 6 4 X 6 4倍と極めて長くなつてしまう。すなわち、中間光量を利用することが、レ一ザビーム描画装置において描画時間を短縮するためには不可欠であるとされている。発明の開示

前述したように、中間光量を出すためにミラ一の偏向角を制御する従来手法では、各微小ミラーに印加する電圧を正確に制御する必要がある。ところが、前記のように中間光量を 6 4段階に変化させるために、電圧を 6 4段階に細かく分割して制御する必要があり、しかもレーザの繰返し数の 2 0 0 0 H zに対応する 0 . 0 0 0 5 秒以下の短い時間の少なくとも数分の 1の時間内に、およそ 1 0 0万個もの微小ミラーの全ての電圧を正確に制御することが困難であった。その結果、実際に印加される電圧が正確に 6 4段階にならず、ばらつきを生じて実質的に光量は数段階しか制御できない場合があった。

本発明の目的は、ミラーデバイスを用いたパターン描画装置において、各微小ミラーに印加する電圧の中間値を用いて制御せずに、中間光量を利用できるパターン描画装置を提供することである。

本発明の他の目的は、上記中間光量を実現させることができる部材及び当該部材を備えたパターン描画装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は、ミラ一デバイスの各微小ミラーをオンオフ制御するだけで中間光量を実現できるパターン描画方法を提供することである。課題を解決するための手段

前記目的を達成するために、ミラ一デバイスなどの二次元配列状の光制御素子とマイクロレンズアレイを用いることで、多数のスポットの集合体から成るパターンを投影できるパターン投影装置を含み、前記パターン投影装置から基板に投影される前記パターンにおいて、前記基板を、前記多数のスポットの並びに対して、相対的に斜めに移動させることで、時間的に異なる照射による前記パターンにおけるいくつかのスポットが、前記基板上で同一地点に重なるように照射させたものである。なお、ここで基板とは、本発明によってマスクレス露光機を構成する場合はウェハのことであり、マスク描画装置を構成する場合はマスク基板のことである。

これによると、複数回の照射で一つのスポッ卜位置を露光するようにできるので、重複させる照射回数の制御によって中間光量を出すことが可能になる。それによつて、各微小ミラーの制御電圧は O Nと O F Fとの 2段階でよく、電圧制御が困難になることはない。なお、このように基板上の同一地点への照射回数の制御で中間光量を制御できるのは、前記のようにマイクロレンズによって、スポットの直径を、スポット間隔に比べて小さくできるため、さらに基板を斜めに移動させることに起因する。図面の簡単な説明

図 1は本発明の第 1の実施形態に係る第 1の実施例の説明図である。

図 2は本発明の第 1の実施例におけるパターン投影装置の構成図である。

図 3は本発明による描画時間の算出方法を説明するための図である。

図 4は本発明の第 1の実施形態に係る第 2の実施例の説明図である。

図 5はパターン描画を説明するための図である。

図 6は本発明によるパターン描画を説明するための図である。

図 7は本発明のパターン描画装置によって描画された大型マスクを用いたマスク描画装置の構成図である。

図 8 ( a ) 及び（b ) は本発明に係る中間光量を利用しない場合及び本発明に係る中間光量を利用する場合をそれぞれ示す図である。

図 9は図 2に示したパターン投影装置に使用されるピンホール板の製造法の一例を説明する図である。

図 1 0は本発明の第 2の実施形態に係る第 1実施例におけるパターン描画影装置の構成図である。

図 1 1は本発明によるパターン描画方法を説明する図である。

図 1 2 ( a ) 及び（b ) は本発明によるパターン描画方法の例を説明する図である。

図 1 3は本発明の第 2の実施形態に係る第 2実施例におけるパターン描画装置の構成を示す図である。

図 1 4は本発明の第 2の実施形態に係る第 3実施例におけるパターン描画装置の構成を示す図である。図 1 5は本発明の第 4実施例におけるパターン描画装置の構成を示す図である。図 1 6は本発明の第 5実施例におけるパターン描画装置の構成を示す図である。図 1 7は本発明の第 6実施例におけるパターン描画装置の構成を示す図である。図 1 8は本発明の第 3の実施形態に係る実施例におけるパターン描画装置の構成を示す図である。

図 1 9はグレースケールを適用するための多重露光を説明するための図である。図 2 0は本発明のグレースケールにおける多重度算出を説明するための図である。

図 2 1は本発明の第 4の実施形態の第 1の実施例に係るパターン描画装置の構成を示す図である。

図 2 2は図 2 1に示されたパターン描画装置に用いられるピンホール板の構成を示す図である。

図 2 3はピンホール板の製作手法を説明する図である。

図 2 4は本発明の第 4の実施形態に係るパターン描画装置を示す図である。

図 2 5は本発明におけるグレースケールを実現する手法を説明する図である。発明を実施するための最良の形態

図 1と図 2を参照して、本発明の第 1の実施形態に係る第 1の実施例を説明する。図 1は本発明の第 1 の実施例としてのパターン描画装置 1 0 0による描画の説明図であり、図 2は、パ夕一ン描画装置 1 0 0の一部を構成するパターン投影装置 1 0の構成図である。図 2に示したように、パターン投影装置 1 0には、二次元配列状の光制御素子としてミラーデバイス 6が用いられており、図 2では省略して描かれているが、ここでは 2 0 4 8 X 5 1 2個（すなわち約 1 0 0万個）の微小ミラーが約 1 6ミクロンピッチで縦横に並んでいる。ミラーデバイス 6から進むレーザ光 L 1は、マイクロレンズアレイ 7を通って小さなスポットに集光された後、ピンホ —ル板 8に与えられる。更に、ピンホール板 8の穴を通して出射するレーザ光 L 2 がレンズ 9 aと 9 bとを通過して、基板 1上に投影される。レンズ 9 aと 9 bは投影光学系を構成しており、ピンホール 8の位置の光学像を基板 1上に投影するようになっている。この構成により、図 1に示されたように、基板 1におけるミラーデバイス投影領域 2には、互いに離れたスポットの集合体パターンが基板 1に投影される。

本発明では、図 1に示したように、縦横マトリックス状に並んだスポット 3の集合体の外部輪郭を定めるミラーデバイス投影領域 2は、基板 1に対して、即ち、基板 1の移動方向 4に対して斜めに配置される。換言すれば、マトリックス状のスポット 3の集合体パ夕一ンの行又は列が基板 1の移動方向に対して斜めに配置されている。この状態で、パターン露光の際、基板 1を移動方向 4に沿って移動させる。この時、有効露光幅 5内に位置するスポット 3においては、複数個が基板 1上で同じ場所に重なるようになる。すなわち、移動方向 4の方向から基板 1を眺めると、複数のスポット 3が、横方向に関して同じ座標位置にあるから、これらの複数スポット 3は移動方向 4に移動すると、同じ場所で重なるようになる。

図 1の例では、 3個のスポット 3が同じ位置に重なる場合が描かれている。図 1 に描かれているスポット 3の集合体は、 1回の照射（1ショット）により形成された瞬間であるが、基板 1を、スポット 3の直径の半分程度の長さだけ移動させる度に、照射が行われると、これにより、基板 1の全面を繋がったスポットで塗りつぶすことが可能になる。

このような照射を行った場合、図 1に示された例では、 3個のスポットが基板 1 上で同じ位置に当たる（すなわち、露光する）ように、基板 1の移動速度を調整すると、基板 1における有効露光幅 5内では、全てのスポットが 3回重なるようにできる。本発明では、このことを利用して、基板 1上への各スポットの照射回数の有 · 無の制御（つまり、ミラーデバイス 6によって、レ一ザ光を基板 1に向わせるか、向わせないかの 2つの制御）を行うだけで、各スポット位置において、露光量を 3 段階（照射無しを入れると 4段階）に制御できるようになる。

ただし、実際のミラーデバイス 6は、 2 0 4 8 X 5 1 2個の微小ミラーを有するため、例えば、 6 4個のスポットが同じ位置に照射するように並べることができ、それにより各スポットにおいて 6 4段階に露光量を制御できる。なお、これを階調数として、例えば、基板における 1 3 2 X 1 0 O mmの描画エリアの描画時間は、図 3 (a) に示した公式から算出される。なお（a) における符号の説明は（b) に示した。設計例として、（c) に示したように、ミラーデバイスの変調数（周波数）が 2000Hz、基板上の最小ダリッド dを 1. 56 nmとする場合、実質的には 1. 56X64=100 nmごとにスポットがくるように基板を移動させればよく、これによつて、算出結果は（d) に示したようになり、描画時間は約 12時間となる。

これに対して、もしも中間光量を利用しないならば、描画エリア全体を最小ダリッドごとにスポットがくるように基板を移動させる必要が生じ、 0. 132X 0. 100/ (1. 56 nm " 2) =5. 42X 10 " 15個の異なる位置にスポットが必要になる。これによると、 2048 X 512個の微小ミラーが 200 OHzで動作しても、描画時間は 718時間となり、中間光量を利用する場合の約 60倍の時間が掛かる。

以上より、本発明のパターン描画装置では、中間光量を利用するため、基板を高速に描画できるだけでなぐ従来のように微小ミラーを電圧で制御する必要もないことから、ミラ一デバイスの制御手法がシンプルになり、誤動作や調整不良が生じにくく、正確に階調を出すことが可能になった。

次に、図 4を参照して、本発明のパターン描画装置における他の実施例を説明する。図 4は、図示していない 3台のパターン投影装置を有するパターン描画装置 2 00によるパターン描画の説明図である。 3台のパターン投影装置から基板 20へ投影されるミラーデバイス投影領域 21 a、 21 b、 21 cの中では、基板 20を移動させることで、有効露光領域 22 a、 22 b、 22 cにおいては設定した階調数に中間光量を出せるが、それ以外の領域では設定した階調数に満たない。そこで、設定した階調数以下の露光領域を互いに重なるように、 3台のパターン投影装置を配置したものである。これによつて、基板 21を移動方向 24に沿って移動させると、階調数不足領域 23 a、 23 bにおいても、 2つのミラーデバイス投影領域が重なるため、設定した階調数だけスポッ卜を重ねることが可能になる。

ところで、以上のような多数のスポットの集合体から成るパターンを投影できるパターン投影装置 10によって露光する場合の問題として、スポットが丸形である場合、多数のスポットを密接させて露光すると、図 5 ( a ) に示したように、スポット間が露光されないことから、（b ) に示したように、隣接するスポットが重なるように露光する必要がある。ところが、その結果、中間光量を出さずに、全てを照射しても、スポットが重なる回数が位置によって異なるため、露光が多少不均一になる場合がある。

そこで、スポット形状として六角形にしてもよい。これによると、図 6に示すように、六角形では密接に並べる場合に、同じスポット回数で全面を埋めることが可能である。また、同じ位置に複数ショットで露光して中間光量を出す場合に、ショット数の制御が容易になる。また、六角形のスポットを実現するには、例えば、図 2に示したパターン投影装置 1 0におけるピンホール板 8の穴を六角形にすればよい。なお、図 6には六角形を示したが 8角形でもよい。

次に、図 7を参照して、図 2に示したパターン描画装置 1 0 0によって描画された基板を利用した実施例を説明する。図 7に示したマスク描画装置 3 0 0は、パタ —ン描画装置 1 0 0によって描画された大型マスク 3 0を用いて、マスク基板 3 1 上に一般の露光装置用のマスクを描画する装置である。すなわち、通常のマスクの数倍のサイズの大型マスク 3 0に描画されたパターンを縮小投影光学系 3 2によつて、マスク基板 3 1に転写したものである。なお、大型マスク 3 0は、通常のマスクよりも大きいため、自重によってたわむことを抑制するために垂直に固定されている。そこで、 4 5度反射鏡 3 3を用いており、これによつて、大型マスク 3 0 に照射されるレーザ光 L 3 0において、大型マスク 3 0を通過するものは、 4 5度反射鏡 3 3で反射して、縮小投影光学系 3 2を通過でき、マスク基板 3 1を照射する。

本実施例のように、通常のマスクを描画するために用いる大型マスク 3 0の描画に、本発明のパターン描画装置を用いたものであり、その効果としては、本発明のパターン描画装置は、前述したように、中間光量の利用によって高精度でパターン描画できるだけでなく、非常に高速にパターン描画できる。したがって大型マスク 3 0に対しても描画時間が膨大になることはない。

なお、ここで本発明による中間光量を利用の有無によるパターン描画時間の違いを、図 8を参照して説明する。中間光量を利用しない場合は、（a ) に示したように、設計上の最小ダリッド（d)ごとに露光のスポットを照射する必要があるため、描画面積を Sとすると、スポット数は、 S Z d ~ 2 (回）となる。これに対して、中間光量を利用すると、（b) に示したように、スポット間.隔が最小グリッド（d) の階調数（G) 倍だけ広げることができる。その結果、描画面積 Sにおけるスポット数は、一見して、 S Z (G * d ) " 2 (個）有るように見えるが、これらのスポット全てにおいて、最高 G回重なっているため、スポット総数は、 S Z (G · d) ~ 2 xG= S Z d " 2 ZGとなる。すなわち、 ( a )に示したスポット数の 1 /Gになるため、描画時間は階調数で割つた数だけ短縮できる。

ところで、図 2に示したパ夕一ン投影装置 1 0 0におけるピンホール板 8の製造法の一例を図 9に示す。ここではピンホール板 8に正方形の穴をレーザ光によって空ける場合を示した。図示していないエキシマレーザからのレーザ光 L 5 0は、正方形に穴の空いている金属マスク 5 1に当たる。金属マスク 5 1の穴を通過したレ一ザ光 L 5 1は、集光レンズ 5 2を通過して、ピンホール板 8に当たる。この際に、集光レンズ 5 2は縮小投影光学系を形成しており、金属マスク 5 1の位置の像をピンホール板 8に縮小投影するようになっている。これにより、ピンホール板 8に照射されるレーザ光 L 5 2は小さな正方形になり、正方形の穴が空くようになる。また、ピンホール板 8は、図示していない XYステージ上に載せられており、それによって、図で X方向にスキャンされ、 Y方向にはステップするようになっている。したがって、.繰返しパルス動作を行うレーザ光 L 5 0によって、ピンホール板 8に多数の正方形の穴が空くようになる。

なお、本実施例では、穴加工にエキシマレーザを用いたが、その理由として、ェキシマレーザは波長が短く、金属表面での反射率が低くなつて金属板を加工しやすいだけでなく、パルス幅が 1 O n s前後と短いため、ピンホール板 8を連続的に移動しながら、レ一ザ照射をしても、パルス幅の時間内に移動する距離が数 1 nm以下と小さくできるため、正方形の穴が長く延びることがない。

なお、利用できるレーザとしては、エキシマレ一ザの他に、フッ素レーザや、フェムト秒レ一ザなどのように金属への加工性能が良好であり、かつ繰返し動作が可能なレーザであればよい。また、上記した実施例では、基板を移動方向に対して移動させる場合について説明したが、ミラ一デバイス投影領域を基板に対して斜めに移動させても良い。

図 1 0及び図 1 1を参照して、本発明の第 2の実施形態に係る第 1の実施例を説明する。図 1 0は本発明の第 1の実施例としてのパターン描画装置 1 0 0の構成図であり、図 2は、パターン描画装置 1 0 0によるパターン描画方法の説明図である。図 1に示したパターン描画装置 1 0 0は、大別して、マスクパターン投影部 1 0 1、 XYステージ 1 0 2、マスクパターン出力装置 1 0 3、及び紫外光源である波長変換型固体レーザ 1 0 4とで構成されている。波長変換型固体レ一ザ 1 0 4は、 1 0 0 0 0 H zの繰り返しパルス動作を行う Y A Gレーザの第 3高調波が用いられており、波長 3 5 5 n mのパルス状のレーザ光 L 1が取り出される。レーザ光 L 1は、マスクパターン投影部 1 0 1内に入り、ミラー 1 0 5で反射して、二次元配列状の微小ミラ一であるミラーデバイス 1 0 6に入射する。ミラーデバイス 1 0 6、ここでは 2 0 4 8 X 5 1 2個（すなわち約 1 0 0万個）の微小ミラーが約 1 6ミクロンピッチで縦横に並んでいる。ミラーデバイス 1 0 6は、マスクパターンデ一夕出力装置 1 0 3によって、各微小ミラーの偏向角が 1 0 0 0 0 H zのフレーム速度で制御されるが、本発明では、 2方向のみに制御（すなわち、 ON/O F F制御）される。これによつて、露光に利用する方向に進むものがレーザ光 L 2となる。レ一ザ光 L 2はレンズ 1 0 7 a、 1 0 7 bを進み、マスク基板 1 0 8上の投影パターン 1 0 9として転写される。すなわち、レンズ 1 0 7 aと 1 0 7 bとは縮小投影光学系を形成しており、ミラーデバイス 1 0 6の面を、 i線用レジストが塗布されたマスク基板 1 0 8上に縮小投影するようになっている。また、マスク基板 1 0 8は XYステージ 1 0 2上に載せられており、これによつて、マスク基板 1 0 8上の全域に、投影パターン 1 0 9を移動させることができ、マスク基板 1 0 8の全面にパターン描画できる。

ミラーデバイス 1 0 6上のパターンをマスク基板 1 0 8上に転写させる際に、本発明では図 2に示したような描画方法を用いている。図 1 1では、図 1 0における X方向に投影パターン 1 0 9を移動していく様子を時系列に示したものである。パターン描画装置 100では、前述したように 10000Hzのフレーム数でミラーデバイス 106上のパターンが制御されるため、 0. 1msごとに新しいパターンがマスク基板 108上に投影される。そこで、図 11 (a)、（b)、 (c), (d)、及び（e) には、 0. 1msの時間ごとの投影パターン 109の位置（順次、 10 9 a、 109b、 109c、 109d、 109 e) を示した。すなわち、 0. lm sごとにパルス状のレーザ光 L 1の発生によって、マスク基板 108上に投影されるパターンが、投影パターンのサイズ（X方向の幅）の 1Z4づっ移動している。なお投影パターン 109の移動は、 XYステージ 102によるマスク基板 108の移動で行われている。

以上より、本実施例では、各投影パターンが、フレーム間で 3 Z4の面積が重なることから、投影パターンは、マスク基板 108の全面において 4回ォ一バーラップするようになる。したがって、 4段階の階調を出すことができるようになつている。ただし、本実施例では説明しやすいように 4階調の場合を図示したが、実際にはフレーム間で、例えば、 49 50の面積が重なるような 50階調程度を行うのが好ましい。これによると最小グリツドを数 nm程度に小さくできるからである。なお、本実施例では、光源である波長変換型固体レーザ 104の繰り返し数が 1 0000Hzであるため、発生する各パルスがミラーデバイス 106の各フレームに対応するが、光源の波長変換型固体レーザ 104を、さらに高い繰り返し数で動作させてもよいが、好ましくは、ミラーデバイス 106のフレーム数の整数倍がよレ^例えば、波長変換型固体レーザ 104を 20000 Hzで動作させる場合、ミラーデバイス 106における 1つのフレ一ムに対して、レーザ光を 2パルス照射させればよい。これによると、同じパターンに対して、複数のパルス光を供給するため、パルスエネルギーのばらつきによる悪影響が緩和される（すなわち平均化される）効果がある。

次に、図 10に示した本実施例におけるマスク基板 108のパターン描画方法における投影パターン 109の Y方向の移動に関して、図 12を用いて説明する。図 12 (a) には、図 10に示した投影パターン 109の輪郭のみをフレームごとに描いたものである。ただし、図 11に示したように、フレーム間では投影パターンはオーバーラップするため、図 12では、連続する 4つの投影パターン 109 f、 109 g、 109 h、 109 iは Y方向に僅かにずらして描いてあるが、実際には Υ方向には同じ位置でかまわない。拡大マスクへ投影する際の X方向において 1回スキャンが終わると、 Υ方向に 1回ステップし、再度 X方向にスキャンしていく。その結果、図 12 (a) に示したように、投影パターン 1ひ 9 f の隣に投影されるパターンは投影パターン 109 jであり、 109 fの端と僅かに重なるようにしている。

一方、図 12 (b) に示したように、 4つの投影パターン 109 f 、 109 g、 109 h、 109 iに対する 1ステップ後の隣に投影させるパターンを、大きくォ一バーラップさせて投影させてもよい。すなわち、投影パターン 109 k、 109 1、 109m, 109 nのように 3/4づっオーバーラップさせてもよい。これによると、 X方向に 3Z4、 Y方向にも 3/4オーバ一ラップさせる結果、マスク基板 108の全面を投影し終わると、全ての位置で 16回オーバーラップすることになり、 16階調を出すことができる。以上のように、 X、 Yの 2方向にォ一バーラップさせることで、ステップ後のつなぎ合わせ誤差による異常露光を軽減できる。次に、図 13を参照して、本発明の第 2の実施形態に係る第 2実施例を説明する。図 13に示した本発明のパターン描画装置 200は、図 10に示した第 1実施例のパターン描画装置 100と同様な構成要素であるマスクパターン投影部 10 1、マスクパターンデータ出力装置 103、及び紫外光源である波長変換型固体レーザ 1 04とを含む。ただし、マスクパターン投影部 1 0 1によって、直接マスクを描画するのではなく、中間マスク 201をパターン描画して、これを縮小投影光学系 2 02によって、 XYステージ 205上に載せられたマスク基板 204上にマスクパターン 205を形成する装置である。本実施例では、第 1実施例と同様なマスクパターン投影部 1 01を用いて、図 1 1に示したような描画方法を用いており、その結果、中間マスク 201を高速に描画するものである。なお、本実施例の特徴としては、実際にマスク基板 204に転写されるマスクパターン 205が、中間マスク 201よりも寸法的に 1Z4程度に小さくできるため、特に等倍マスクなどを描画するのに適した構成である。次に、図 1 4を参照して、本発明の第 2の実施形態に係る第 3実施例を説明する。図 1 4において本発明のパターン描画装置 3 0 0は、図 1 0に示した第 1実施例のパターン描画装置 1 0 0と類似した構成であるが、光源として用いている波長変換型固体レーザ装置 3 0 4は、 YA Gレーザの第 2高調波を発生する装置である。したがって、当該レーザ装置 3 0 4から取り出されるレーザ光 L 3 1は波長 5 3 2 η mの緑色レーザ光である。レーザ光 L 3 1は、ミラー 3 0 5で反射して、ミラーデバイス 3 0 6に当たり、露光に利用するレーザ光 L 3 2は下方に進み、レンズ 3 0 7 aに入射する。その結果、波長変換素子 3 1 5に集光するため、レーザ光 L 3 1 の第 2高調波である波長 2 6 6 n mの紫外域のレーザ光 L 3 3が発生する。レーザ光 L 3 3はレンズ 3 0 7 b、 3 0 7 cを通り、 K r Fレジストが塗布されたマスク基板 3 1 2の投影パターン 3 0 9に当たる。なお、投影パターン 3 0 9は、波長変換素子 3 1 5内のパターンが拡大投影されているが、波長変換素子 3 1 5内には、ミラ一デバイス 3 0 6のパターンが縮小投影されている。したがって、投影パターン 3 0 9は、ミラーデバイス 3 0 6のパターンが縮小投影されたものである。本実施例の特徴としては、光源である波長変換型固体レーザ装置 3 0 4として可視域のレ一ザ装置を用いていることで、ミラーデバイス 3 0 6が劣化しにくい効果がある。すなわち、従来、ミラーデバイスを用いたレーザビーム描画装置の問題の一つとして、ミラーデバイスが紫外のレーザ光の照射によって短期間で劣化することがあった。これに対して本実施例ではミラーデバイス 3 0 6がほとんど劣化しないようになった。

ところで、本実施例の光源である波長変換型固体レーザ装置 3 0 4の代わりに、銅蒸気レーザを用いてもよい。銅蒸気レーザは、波長 5 1 0 . 6 n mにおいて、 5 0 0 0〜 3 0 0 0 0 H zの高い繰り返し数で、高い平均出力のレーザ光を発生できることが知られている。そこで、これを光源に用いると、波長変換素子 3 1 5によつて、波長 2 5 5 . 3 n mの紫外域のレ一ザ光 L 3 3が発生できる。したがって、 K r Fレジストが塗布されたマスク基板 3 1 2をさらに効率よく露光できる。つまり K r Fレジストは K r Fエキシマレ一ザの波長 2 4 8 n mにおいて最も良い特性が得られるものが多いが、本実施例のように銅蒸気レーザの第 2高調波の方が、 Y A Gレーザの第 2高調波よりも、波長が 2 4 8 n mに近いからである。

次に、図 1 5を参照して、本発明の第 2の実施形態に係る他の実施例を説明する。図 1 5は、本発明のパターン描画装置 4 0 0を上から見た構成図である。

パターン描画装置 4 0 0では、光源として 2台の紫外レーザが用いられ、それぞれ波長変換型固体レーザ 4 0 4 a ,及び 4 0 4 bである。各波長変換型固体レーザ 4 0 4 a , 及び 4 0 4 bは、同期運転により同じタイミングに、波長 3 5 5 n mで繰り返し数 1 0 0 0 0 H zで同等のエネルギーのパルスレーザ光を発生するようになっている。波長変換型固体レーザ 4 0 4 aから取り出されるレーザ光 L 4 1は、ミラー 4 0 5 aで反射して、ビームスプリツ夕 4 1 0に入射する。一方、波長変換型固体レーザ 4 0 4 bから取り出されるレーザ光 L 2もビームスプリッ夕 4 1 0に入射する。

ビームスプリッタ 4 1 0の反射率も透過率はほぼ 5 0 %であり、このビームスプリツ夕 4 1 0には、波長 3 5 5 n mのレーザ光が 4 5度の角度で入射している。したがって、ビームスプリッタ 4 1 0から進むレーザ光 L 4 3も L 4 4もどちらも平均パワーになっている。レーザ光 L 4 3はマスクパターン投影部 4 0 1 aに供給され、レーザ光 L 4 4は、ミラ一 4 0 5 bで反射してからマスクパターン投影部 4 0 1 bに供給される。マスクパターン投影部 4 0 1 a、及び 4 0 1 bの構造は、図 1 0に示した第 1実施例のマスクパターン投影部 1 0 1と同様であるので詳細な説明は省略する。

一方、マスクパターン投影部 4 0 1 a、及び 4 0 1 bによってパターン描画される斜線で示したマスク基板 4 0 8は、 XYステージ 4 0 2における Yステージ台 4 0 2 a上に載せられており、矢印 4 1 1で示したように、 Y方向にスキャン移動するようになっている。また、 Yステージ台 4 0 2 aは Xステージ台 4 0 2 b上に載せられており、矢印 4 1 2で示したように、 X方向にステップ移動するようになつている。すなわち、 Yステージ台 4 0 2 aのスキャン移動と Xステージ台 4 0 2 b のステップ移動によって、マスク基板 4 0 8の全面が描画できる。

本実施例の特徴は、紫外光源に 2台のパルスレーザ（すなわち、波長変換型固体レーザ 4 0 4 a、及び 4 0 4 b ) を用いて、取り出されるレーザ光をビ一ムスプリッタ（あるいはハーフミラー）を経由して形成される 2本のレーザ光を露光に用いていることである。その結果、 2台のパルスレーザにおけるパルスエネルギーばらつきを平均化できるため、 2台のマスクパターン投影部 401 a及びマスクパターン投影部 401 bに供給されるパルスレーザ光のエネルギーばらつきは、波長変換型固体レーザ 404 a, 及び 404 bのパルスエネルギ一ばらつきよりも小さい。したがって、より均質な露光が行える。

なお、図 15に示された実施例では、紫外光源とマスクパターン投影部とがそれぞれ 2台の場合を示したが、各台数はもつと多くてもよく、例えば、どちらも 4台づっ設けることもできる。その場合は、ビームスプリッタは 3枚必要になるが、パルスエネルギーばらつきをさらに低減できる効果がある。

なお、パルスエネルギーばらつきを低減できることは、均質な露光ができるだけでなく、従来、ばらつきが大きい場合、多重露光する必要が生じ、すなわち、同じ場所に多数回スキヤンすることから、露光に掛かるト一タルの時間が長くなる問題があつたのを解消できる効果がある。

次に、図 16及び図 17を参照して、本発明の第 2の実施形態に係るパターン描画装置の他の 2つの実施例を説明する。

図 16は、パターン描画装置 500を上から見た構成図であり、図 17はパターン描画装置 600を上から見た構成図である。どちらの実施例も、図 15に示した実施例と同様に複数台の光源を用いた場合の構成を示したものであり、図 16では 3台の光源を用いた場合、図 17は 4台の光源を用いた場合に関するおもにレーザ光の合成手法に関するものである。なお、マスク基板 508、及び 608を駆動するステージに関しては図 15と同様であり、また、マスクパターン投影部 501 a、 501 b, 501 c, 601 a, 601 b、 601 c, 6 O l dに関しては図 10 と同様な構造であるため、ここでは省略する。

図 16に示したパターン描画装置 500では、 3台のパルスレーザ装置 504 a、 504b, 504 cが光源として用いられている。

これらは波長変換型固体レーザや、あるいは波長変換型銅蒸気レーザなどが好ましい。各パルスレーザ装置 504 a、 504b, 504 cから取り出される紫外域のレーザ光 L 51、 L 52、 L 53は図で点線に沿って進む。レーザ光 L 51はミラ一 505 aで反射して、反射率 50 %のビームスプリッ夕 510 aに入射して、透過と反射に半分づっ分かれる。ビームスプリッ夕 5 10 aを透過したレーザ光 L 5 1は、透過率約 66. 7%のビ一ムスプリッタ 510 bに入射する。これにより、レーザ光 L 51の元のエネルギーの約 33. 3% (=50%X 66. 7%) がレ一ザ光 L 54の方に進む。

また、ビームスプリッタ 510 aを反射したレ一ザ光 L 51の元のエネルギーの 50%は、ミラー 505 bで反射してから、反射率 50%のビームスプリッタ 51 0 cに入射する。一方、ビームスプリッタ 510 bを反射するレーザ光 L 5 1の元のエネルギーの約 16. 7 % (= 50 X 33. 3 %) もビ一ムスプリッ夕 5 10 cに入射する。これにより、ビ一ムスプリッ夕 5 10 cから図で右のレ一ザ光 L 5 5のように進むレーザ光 L 51は、元のエネルギーの 33. 3 % (=16. 7 %X 50 %+ 50 %X 50 %) となる。

以上より、レーザ光 L 54、 L 55、 L 56の全てにおいて、レーザ光 L 5 1は約 33. 3 %含まれることになる。また同様に、レーザ光 L 52、 L 53も約 33. 3%含まれる。これによつて、レーザ光 L 54、 L 55、 L 56における各パルスエネルギーは、レーザ光 L 51、 L 52、 L 53の各パルスエネルギーの平均値となるため、パルスエネルギーばらつきが小さくなる。

次に、図 17に示したパターン描画装置 600の構成を説明する。パターン描画装置 600で用いられている 4台のパルスレーザ装置 604 a、 604b、 604 c、 604 dから取り出されるレーザ光 L 61、 L 63、 L 64は、図のように多数のミラ一 605 a〜605 h、及び 4枚のビ一ムスプリッタ 6 10 a、 6 10 b、 610 c、 6 1 0 dとによって、分割、合成が繰り返され、 4本のレ一ザ光 L 65、 L 66、 L 67、 L 68が生成される。本実施例では、 4枚のビームスプリッタ 6 10 a、 610 b、 610 c、 610 dは、全て反射率 50 % (透過率 50 %) となっており、レーザ光 L 61、 L 62、 L 63、 L 64は、それぞれ 2回ビームスプリツ夕に入射するため、全てが 1/4のエネルギーになって、 4本のビームに分配される。したがって、 4本のレーザ光 L 65、 L 66、 L 67、 L 68には、レ一ザ光 L 6 1、 L 6 2、 L 6 3、 L 6 4が全て同等のエネルギーだけ含まれるようになり、すなわち平均化されるため、レーザ光 L 6 1、 L 6 2、 L 6 3、 L 6 4におけるそれぞれのエネルギーばらつきが半分以下に低減される。

ところで、図 1 5、図 1 6、及び図 1 7に示した実施例のように、複数のパルスレーザ装置から取り出される複数本のレーザ光を分割、合成する際に用いられるビ —ムスプリッタに関しては、前述した実施例では、入射するレーザ光の偏光方向にはほとんど依存せずに、特定の割合を有する反射と透過に分かれるタイプのものが用いられている。しかし、例えば、一般に偏光ビームスプリッ夕と呼ばれるように、レーザ光の偏光方向に関して、反射率（あるいは透過率）が大きく異なるタイプのものを用いてもよい。特に波長変換型のレーザでは、取り出されるレーザ光が直線偏光である場合が多いため、偏光ビ一ムスプリッ夕によって 2本のビームを 1本に合成することも可能である。

これによると、 2台のパルスレーザ装置から 1本のレ一ザ光を生成できるため、マスクパターン投影部が 1台の場合においても、パルスエネルギーばらつきを低減することが可能になる。同様に、 4台のパルスレーザ装置によって、 2台のマスクパターン投影部に 2本のレーザ光を供給することもできる。

図 1 8、図 1 9、及び図 2 2を参照して、本発明の第 3の実施形態に係る第 1実施例を説明する。図 1 8は本発明の第 1実施例としてのパターン描画装置 1 0 0の構成図である。

図 1 8に示したパターン描画装置 1 0 0は、大別して、ミラーデバイス 1、縮小投影光学系 2、 X Yステージ 3、及び紫外光源である紫外パルスレーザ装置 5とで構成されている。紫外パルスレーザ装置 5は、ここでは、 1 0 0 0 0 H zの繰り返しパルス動作を行う Y A Gレーザの第 3高調波が用いられており、波長 3 5 5 n m のパルス状の紫外光 L 1が取り出される。紫外光 L 1は、ミラー 6 a、 6 bを通り、整形光学系 7を通ってビーム系が拡大され、ハーフミラー 8に当る。ハーフミラ一 8では、約 9 8 %を反射させて、紫外光 L 2をミラーデバイス 1に当てるようになつている。

ミラーデバイス 1はここでは 1 0 2 4 X 7 6 8個（すなわち約 8 0万個）の微小ミラーが約 14ミクロンピッチで縦横に並んでいる。ミラーデバイス 1に当った紫外光の内、反射し、露光に利用する方向に進むもの（すなわち、ミラ一デバイス 1 において ON動作を行う微小ミラーに当って反射するもの）が紫外光 L 3となる。紫外光 L3は、多数のレンズで構成される縮小投影光学系 2を通り、 XYステージ 3上に載せられているマスク基板 4上に照射される。すなわち、縮小投影光学系 2 によって、ミラ一デバイス 1の面を、 i線用レジストが塗布されたマスク基板 4上に縮小投影するようになっている。また、マスク基板 4は XYステージ 3上に載せられており、 X方向のスキャンと Y方向のステップによって、マスク基板 4上の全域に、ミラーデバイス 1からの 0 Nの微小ミラーで構成される投影パターンを有する紫外光 L 4の照射位置を移動させることができ、マスク基板 4の全面にパターン描画できる。

ミラ一デバイス 1上で〇Nとなるパターンをマスク基板 4上に転写させる際に、本実施例では図 19に示したようなグレースケールを用いている。図 19では、図 18の XYステージ 3におけるスキャン方向（X方向）にマスク基板 4が移動していくことで、紫外光 L4が、ショットごとにマスク基板 4上で少しづつずれた位置に照射される様子を示している。パターン描画装置 100では、前述したように 1 0000Hzのフレーム数でミラ一デバイス 1上のパターンが制御されるため、 0. lmsごとに新しいパターンがマスク基板 4上に投影される。そこで、図 19の下方には、 0. lmsの時間ごとの投影パターンの位置（順次、 20 a、 20 b、 2 0 c、 20 d、 2 O e) が示されている。

この例では、 0. lmsごとにパルス状の紫外光 L 1の発生によって、マスク基板 4上に投影されるパターンが、投影パターンのサイズ（X方向の幅）の 1Z4づつ移動している。すなわち、本実施例では、各投影パターンが、フレーム間で 3/ 4の面積が重なることから、投影パターンは、マスク基板 4の全面において 4回ォ —バ一ラップするようになる。したがって、 4段階の階調を出すことができるようになっている。ただし、本実施例では説明しやすいように 4階調の場合を図示したが、実際にはフレーム間で、例えば、 99/100の面積が重なるような 100階調程度を行うのが好ましい。この手法によれば、最小ダリッドを 1 nm程度に小さくできる。

従来装置では、紫外光 L 4が紫外パルスレーザ装置 5からのパルスレーザ光であるため、図 1 9の下方に時間ごとに示された各露光パターンの露光量にはばらつきがあり、正確には等しくできず、グレースケールを正確に再現することは困難であつた。そこで、本発明では、図 1 8に示したように、紫外光 L 2を、ハーフミラー 8を僅かに透過させて、そのエネルギーを光検出器 9によって測定している。これによって、各パルス毎のエネルギーのデータが取得でき、エネルギーのばらつきを考慮するように、グレースケールにおける重ね合わせるスポットの回数を補正している。すなわち、光検出器からのエネルギー値の信号は、信号線 1 l aによって、グレースケール補正装置 1 0に伝わり、ここにおいて、エネルギーばらつきを補正するようなグレースケールを計算し、計算結果に基づき、信号線 l i bによって、ミラ一デバイス 1における各微小ミラーの O N、 O F F動作を制御している。より具体的に説明すると、図 2 0に示したように、紫外光の各パルスエネルギーがショットごとに異なっている場合を想定する。この場合、パルスのエネルギー値を随時測定することで、例えば、エネルギー値が目標値よりも少なめになっているパルス列が生じれば、ダレ一スケールを再現する際の重ね合わせのスポット回数を多めに補正し、また、エネルギ一値が目標値よりも多めになっているパルス列が生じれば、グレースケールを再現する際の重ね合わせのスポット回数を少なくなるように補正する。

なお、本発明のように最小ダリッドで 1 n m程度に対応するようなグレースケールを実現しているが、この程度の精度でマスク基板 4の位置制御を XYステージ 3 によって行うことは非常に困難である。そこで、本実施例ではミラーデバイス 1を圧電素子によって、数 n mの微小な位置制御を行っており、それによるマスク基板 4上に投影されるパターン位置を制御している。その理由は、マスク基板 4上に投影されるパターン位置の移動量はミラーデバイス 1の移動量に比べて、縮小投影光学系 2の縮小倍率だけ小さくなることから、パターン位置を微小に制御できるからである。

次に、図 2 1を参照して、本発明の第 4の実施形態に係る実施例を説明する。図 2 1で示された本発明のパターン描画装置 2 0 0は光パターン発生部 2 3 0、図示していない紫外レーザ装置から供給されるレーザ光を受けて反射する D MD 2 3 1、反射したレーザ光 L 2 1を受けるマイクロレンズアレイ 2 3 2を備えている。更に、マイクロレンズアレイ 2 3 2を通過することで、狭められたレーザ光 L 2 1 はピンホール板 2 3 3に集光され、ピンホール板 2 3 3で集光されたレーザ光 L 2 2はレンズ 2 3 4 a , 2 3 4 bで構成される縮小投影光学系 2 3 5を介して、マザ一マスク 2 0 2上に DMD投影パターン 2 3 6を形成する。

ここで、ピンホール板 2 3 3は石英ガラスに金属膜を形成したものであり、その金属膜は直径 1 m程度の微細な穴を多数有している。ピンホール板 2 3 3の微細な穴は DMD 2 3 1の各微小ミラーに対応している。なお、 DMD 2 3 1における各微小ミラーのサイズは約 1 4 になっている。図示された例では、パターン描画装置 2 0 0に用いられる光源として、波長 266 n mの Y A Gレーザの第 4高調波で連続発振する紫外レーザ装置が使用されている。したがって、図示された DMD 2 3 1には、紫外対応 DMD駆動機構に組み込まれた方が望ましい。この場合、紫外対応 DMD駆動機構には、気体等を循環させることにより、 DMD 2 3 1を冷却する構成を備えていることが望ましい。

更に、図 2 2を参照して、図 2 1に示されたパターン描画装置 2 0 0の描画性能を向上させるための部材として、ピンホール板 2 3 3を説明する。図 2 1に示されたパターン描画装置 2 0 0の光パターン発生部 2 3 0で用いられているピンホール板 2 3 3には、前述したように、直径約 1ミクロンの穴が空いた金属膜が石英ガラス上に付けられている。一方、マイクロレンズアレイ 2 3 2の縮小倍率は約 1 Z 4であるため、ピンホ一ル板 2 3 3においては、直径約 3 . 5ミクロンのスポットとなる。

従来の装置では、ピンホール板 2 3 3の穴径を 3 . 5ミクロンとして、レーザ光を無駄なく取り出していた。ところが、縮小投影光学系 2 3 5の縮小倍率が 1 Z 5 程度であったため、 DMD投影パターン 2 3 6を形成する各スポットの直径は約 0 . 7ミクロンであった。なお、縮小投影光学系 2 3 5の縮小倍率を上げると、マザ一マスク 2 0 2上でのスポット径を小さくすることができるが、 DMD投影パターン 2 3 6自体が小さくなるため、結果として描画時間が長くなつてしまう問題もあつた。

これに対して、本発明では、ピンホール板 2 3 3における穴径が約 1ミクロンであるため、 DMD投影パターン 2 3 6を形成する各スポットの直径は約 0 . 2ミクロンになり、 DMD投影パターン 2 3 6自体を小さくせずに、従来よりも微細なパターンが形成できる。ところが、マイクロレンズアレイ 2 3 2で集光されるスポット径が約 3 . 5ミクロンであるため、ピンホール板 2 3 3における約 1ミクロンの穴から出射できるレーザ光の光量の割合は約 8 %程度であり、約 9 2 %ものレーザ光がピンホール板 2 3 3の加熱に利用されてしまう。

そこで、本実施例では、ピンホール板 2 3 3におけるピンホールの並びの両側にペルチェ素子 3 3 0 a、 3 3 0 bを取り付け、これによつて露光中はピンホール板 2 3 3を強制冷却している。なお、ペルチェ素子 3 3 0 a , 3 3 0 bが取り付けられている面は、ピンホ一ル板 2 3 3において前記金属膜が付けられた面である。金属膜は熱伝導度が大きいため、ペルチェ素子 3 3 0 a、 3 3 0 bによって、ピンホール板 2 3 3全体を冷却する効果が高まるからである。

以上のように本発明のパターン描画装置 2 0 0では、露光中にピンホール板 2 3 3を冷却することができるため、ピンホール板 2 3 3が大きく温度上昇することがないことから、ピンホール板 2 3 3が大きく熱膨張することがない。したがって、露光中に、各ピンホールの相対位置が大きくずれることもなく、 DMD投影パターン 2 3 6が、マザ一マスク 2 0 2における設計通りの位置に正確に投影される。上記したように、本発明に係るパターン描画装置 2 0 0では、特に、マイクロレンズアレイ 2 3 2の縮小倍率を上げなくても、 1ミクロン程度の充分微小な穴を有するピンホール板 2 3 3を利用することができるから、 D MD 2 3 1のパターンにおけるスポット径を 0 . 2ミクロン程度に小さくできる場合でも、縮小投影光学系 2 3 5には、縮小倍率が 1 Z 4から 1 / 5程度の低い倍率が利用できるようになつた。

この構成によれば、縮小投影光学系 2 3 5に通常の i線露光装置における縮小投影光学系や、 K r F露光装置における縮小投影光学系を利用できる。これらの露光装置は、露光装置メーカによって量産されているため、縮小投影光学系を低コストで入手でき、パターン描画装置 2 1 0を低コストで製作できる。尚、 i'線露光装置における縮小投影光学系の縮小倍率は 1 / 5であり、 K r F露光装置における縮小投影光学系の縮小倍率は 1 Z 4であることは広く知られている。但し、これらの縮小投影光学系の縮小倍率は正確に 1 / 4、或いは、 1 Z 5ではなく、一般にそれぞれ l Z 3 . 5〜l / 4. 5の間、及ぴ、 1 Z4. 5〜1 / 5 . 5の間で調整できる。したがって、本発明では、特に、露光装置用の縮小投影光学系を利用することによつて装置の低コスト化を図ることができる。

次に、図 2 3を参照して、本実施例のピンホール板 2 3 3の製作手法を説明する。本実施例のピンホール板 2 3 3は、基板である石英ガラスの上に金属膜を付けたものであり、金属膜としては、熱伝導度が高い銅、アルミ、金などが適する。特に、銅はメツキすることで付けることもできるため、安価に製造できる特徴があるため最も好ましい。

この金属膜に穴を空けるには、電子ビーム露光装置 4 0 0を用いるのが好ましい。電子ビーム露光装置 4 0 0では、電子銃 4 0 1から放出される加速電子 4 1 0は電子レンズ 4 0 2 aによつて多少絞られながら進み、丸い穴が空いているアパーチャ 4 0 3に当たる。アパーチャ 4 0 3の穴を通過する電子は、電子レンズ 4 0 2 bによって、レジスト 4 0 4が塗布されたピンホール板 2 3 3 (ただしこの時点ではピンホールが空いていないため、金属膜が付いた石英ガラスである。）上に縮小投影され、レジスト 4 0 4が穴状に露光される。全ての穴に対する露光の終了後、レジスト 4 0 4が塗布されたピンホール板 2 3 3は現像され、さらにゥエツトエツチングされることで、金属膜に微細な穴が多数形成できる。

以上のように、金属膜に穴を形成するために電子ビーム露光装置 4 0 0を利用する理由としては、電子ビームは電子レンズ 4 0 2 bによって瞬時に数 nmの僅かな距離を補正できるため、基板上に数 nm以下の高い位置精度でスポット露光することができるからである。

次に、 DMDのパターンを直接縮小投影するパターン描画装置における本発明の描画手法を図 2 4と図 2 5を用いて説明する。図 2 5は、パルスレーザ装置 5 0 1 と DMD 503を 10, 000Hzで動作させた場合の DMD投影パターン 507 の基板 505内での投影位置を時系列で（a) 〜（1) まで示した説明図であり、判り易いように、投影される微小ミラ一の数が少なく描いてある。基板 505内に投影される DMD投影パターン 507を斜線で示してある。図から判るように、 0. lmsごとに X方向に投影される DMD投影パターン 507は基板 505のスキヤンによって、 X方向に部分的にオーバ一ラップしながら投影される。一方、 XY ステージ 506における Y方向のステップにより、 Y方向にも部分的にオーバ一ラップ転写させながら投影される。例えば、（a) と（e) と（i) とが Y方向でォ一バーラップ転写することになる。本発明では、このように DMD投影パターン 5 07を Xと Yの 2方向にオーバ一ラップ転写させることで、グレースケールを実現したものである。その結果、スキャンとステップの両方の位置の誤差が平均化されるようになり、ステップ方向の繋ぎ合わせ露光が不要となり、異常露光が生じることはない。産業上の利用可能性

以上、本発明は、半導体集積回路製造時の露光工程で使用されるマスクを製造するマスク描画装置、ウェハに直接描画を行うマスクレス露光装置等に適用である。本発明のパタ一ン描画装置によると、ミラ一デバイスに対する微妙な電圧制御を行わずに階調を出せるため、高精度で高速に描画できるだけでなく、中間光量を正確に、かつ誤動作なく発生できる。

Claims

請求の範囲

1 . 基板と、二次元配列状の光制御素子およびマイクロレンズアレイを用い多数のスポッ卜の集合体から成るパターンを前記基板に投影するパターン投影装置と、前記基板を前記パ夕一ン投影装置に対して相対的に移動させる手段とを含み、前記基板を投影されたパターンを構成する前記多数のスポットの並びに対して斜めに移動させることで、時間的に異なる照射による前記パターンにおけるいくつかのスポットが、前記基板上で同一地点に重なるようにパターン描画させることを特徵とするパターン描画装置。

2 . 前記スポッ卜が多角形であることを特徴とする請求項 1記載のパターン描

3 . 前記スポッ卜の照射の強度が、一回の照射では中間諧調であり、所定の回数だけ前記基板上で同一地点に重なるように照射されたときに必要な強度となることを特徴とする請求項 1記載のパターン描画装置。

4. マトリックス状に配列されたスポットの集合体パターンと基板のいずれかを相対的に所定の移動方向に移動させることにより、前記スポットの集合体パ夕一ンを前記基板上に投影するパターン描画方法において、前記スポットの集合体パ夕一ンの行又は列を斜めにした状態で前記所定の移動方向に移動させることにより、パターン描画を行うことを特徴とするパターン描画方法。

5 . 前記所定の移動方向に前記基板の移動中、前記スポッ卜の集合体パターンを構成するスポットは前記基板の同じ位置に複数回投影されることを特徴とする請求項 4記載のパ夕一ン描画方法。

6 . 前記基板の同じ位置に複数回投影されるスポットを与える光学制御素子はオン、オフ制御されることを特徴とする請求項 5記載のパターン描画方法。

7 . 二次元に配列された微小ミラーを含むミラ一デバイスに光源からの露光光を入射し、前記ミラーデバイスから出力される投影パターンを用いて基板上にパ夕ーンを描画するパターン描画方法において、前記ミラーデバイスから出力される投影パターンを直接または縮小投影して前記基板上のパターン投影領域の実質的に全面に複数回ォ一パーラップさせて露光することを特徴とするパターン描画方法。

8 . 前記光源として波長変換型固体レーザまたはマイク口波励起エキシマレーザを用いたことを特徴とする請求項 7記載のパターン描画方法。

9 . 前記光源として固体レーザの第 2高調波または銅蒸気レーザを用い、かつ前記投影光を波長変換して前記基板へ投影することを特徴とする請求項 7記載のパターン描画方法。

1 0 . 二次元に配列された微小ミラ一を含むミラ一デバイスと、前記ミラ一デバイスに露光光を供給する光源と、マスクパターン被描画用基板と、前記基板を X および Y方向へ移動する移動機構と、前記ミラーデバイスから出力される投影パ夕一ンを用前記基板に直接または縮小して投影する手段と、前記投影パターンを前記基板上のパターン投影領域の実質的に全面に複数回オーバーラップさせて露光する制御手段とを含むことを特徴とするパターン描画装置。

1 1 . 前記光源として波長変換型固体レーザまたはマイクロ波励起エキシマレ一ザを用いたことを特徴とする請求項 1 0記載のパターン描画装置。

1 2 . 前記光源として固体レーザの第 2高調波または銅蒸気レーザを用い、かつ前記投影光を波長変換する波長変換素子をさらに含むことを特徴とする前記請求項 1 0記載のパターン描画装置。

1 3 . 前記波長変換型固体レーザを複数台含み、かつ前記複数の波長変換型固体レーザの少なくとも 2台の出力光を平均化して前記ミラーデバイスへ供給する手段をさらに含むことを特徴とする請求項 1 1記載のパターン描画装置。

1 4. 前記波長変換型固体レーザおよび前記ミラーデバィスを複数台含み、かつ前記複数の波長変換型固体レーザの少なくとも 2台の出力光を平均化して前記複数のミラーデバイスへそれぞれ供給する手段をさらに含むことを特徴とする請求項 1 1記載のパターン描画装置。

1 5 . 前記出力光を平均化して前記ミラーデバイスへ供給する手段がビームスプリッ夕を含むことを特徴とする請求項 1 3または 1 4記載のパターン描画装置。

1 6 . 前記オーバーラップは、前記基板を前記投影パターンの X方向の長さの一部だけ X方向へ移動させて露光し、次に前記一部の長さを前記 X方向へさらに移動させて露光するという工程を繰り返すことによって行うことを特徴とする請求項 7記載のパターン描画方法。

1 7 . 前記基板の前記 X方向への移動が終了した後、前記基板を前記投影パ夕ーンの Y方向の長さの一部だけ Y方向へ移動させて前記 Y方向においても投影パターンの一部が重なるように露光し、次に前記一部の長さを前記 X方向へさらに移動させて露光するという工程を繰り返すことによって行うことを特徴とする請求項 1 6記載のパ夕一ン描画方法。

1 8 . ミラーデバイスから出力される投影パターンを用いて基板上にパターンを描画するパターン描画方法において、前記基板上に描画されるパターンを部分的にオーバ一ラップさせて露光することにより、中間調を描画することを特徴とするパターン描画方法。

1 9 . 二次元に配列された微小ミラーを含むミラーデバイスにパルス光源からのパルス状の露光光を入射し、前記ミラーデバイスから出力される投影パターンを用いて基板上にパターンを描画するパターン描画方法において、前記ミラーデバイスから出力される投影パターンを直接または縮小投影して前記基板上のパターン投影領域の実質的に全面を複数回オーバ一ラップさせて露光し、かつ前記パルス状の露光光のエネルギー値に基づいて、前記基板上のパターン投影領域における前記各微小ミラーが投影される各領域を露光する前記パルス状の露光光の重なる回数を制御することを特徴とするパターン描画方法。

2 0 . 前記ミラーデバイスに入射する露光光の一部を検出することにより、前記露光光のエネルギー値を測定し、測定結果に基づいて、前記微小ミラーを〇N、 O F F制御することを特徴とする請求項 1 9記載のパターン描画方法。

2 1 . 二次元に配列された微小ミラーを含むミラ一デバイスにパルス光源からのパルス状の露光光を入射し、前記ミラ一デバイスから出力される投影パターンを用いて基板上にパターンを描画するパターン描画方法において、前記ミラ一デバイスから出力される投影パターンを前記基板上のパターン投影領域に部分的にォーバ一ラップさせて複数回露光し、当該露光光の重なる回数によってグレースケールを再現することを特徴とするパターン描画方法。

2 2 . 二次元に配列された微小ミラーを含むミラ一デバイスにパルス光源からのパルス状の露光光を入射し、前記ミラーデバイスから出力される投影パターン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において、前記パルス状の露光光のエネルギー値を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された検出結果に基づき、前記パルス状の露光光におけるエネルギーバラツキを補正するダレ一スケールを計算し、計算結果によって前記ミラーデバイスを構成する微小ミラ一を O N、 O F F制御する補正装置を含むことを特徴とするパターン描画装置。

2 3 . パルス状レーザ光発生部と二次元配列状の微小ミラーを含み、かつ前記微小ミラーを基板上に縮小投影させるパターン描画を行う方法において、 1回のパルス状レーザ光によって前記基板上に投影される前記二次元配列状の微小ミラーの投影パターンを、前記基板における直交する 2つの移動方向の両方にォ一バーラップさせながらパターン転写することを特徴とするダレ一スケール手法。

2 4. パルス状レーザ光発生部と二次元配列状の微小ミラーを含み、かつ前記微小ミラーを基板上に縮小投影させるパターン描画装置において、パルス状レーザ光を発生する手段と、当該一回のパルスレーザ光によって前記基板上に投影される前記二次元配列状の微小ミラーの投影パターンを、前記基板における直交する 2つの移動方向の両方にオーバ一ラップさせながらパターン転写する手段とを有していることを特徴とするパターン描画装置。

2 5 .更に、前記微小ミラ一を含むミラ一デバイスにパルス光源からのパルス状のレーザ光を多数の細い光線に分割できるピンホール板を備えていることを特徴とする請求項 2 4記載のパターン描画装置。

2 6 . 前記ピンホール板は、石英ガラスと、当該石英ガラスの表面に形成された金属膜とを有し、前記金属膜の上に電子ビーム露光装置を用いてホール状に露光されることによって形成されていることを特徴とする請求項 2 5記載のパターン描

2 7 .前記ピンホール板はペルチェ素子を有していることを特徴とする請求項 2 6記載のパターン描画装置。

2 8 . 二次元に配列された微小ミラーを含むミラーデバイスに光源からの露光光を入射し、前記ミラーデバイスから出力される個別の微小ミラーの投影パターンを用いて、基板上にパターンを描画するパターン描画方法において、前記ミラーデバイスからの投影パターンを少なくとも一次元方向に、時間の経過と共に、部分的にオーバーラップさせることにより、グレースケールを実現することを特徴とするパターン描画方法。