(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロレンズ方式の場合でも、微小な設計グリッドに対応させるためのグレースケールの算出が容易になるパターン描画の方法、及びパターン描画装置を提供する。【解決手段】微小な設計グリッドに対応させるためのグレースケールの算出が容易にするために、紫外光源から生成されるパルスから次のパルスまでの時間内に基板を移動させる距離を、スポット間隔より短く、且つ、スポット間隔から１つのスポットの直径を差し引いた長さよりも長くする。パルスごとにスキャンさせていくと、スキャン方向に関しては、次第にスポットがつながっていき、連続的な線が描かれる。一方、スキャン方向と直交する方向に関しては、離散的な直線となるため、この方向に関しては１回のスキャンが終わったら、スポット径以下の距離だけステップ移動すればよい。【選択図】    図１
2005056995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状紫外光源からのパルス状紫外光をマイクロミラーデバイスによって所定パターンの光スポット集合体とし、これをマイクロレンズアレイを経てパターン描画する対象の基板に１パルス分の第１のスポット集合体として投影し、次いで次のパルスを用いて第２のスポット集合体を前記基板に投影するパターン描画方法において、前記第１のスポット集合体を構成する縦横に並んだスポットの縦あるいは横のラインに平行に、前記基板を前記スポット集合体に対して相対的に移動させ、該移動の距離を第１のスポット集合体と第２のスポット集合体との隣り合うスポットの間隔以下であって、前記間隔から前記スポットの径を差し引いた距離よりも大きくなるように制御することを特徴とするパターン描画方法。
【請求項２】
マイクロミラーデバイス及びマイクロレンズアレイを備え、マイクロレンズアレイからのパターンを基板上に、１パルス分の第１のスポット集合体として投影し、次いで次のパルスにより第２のスポット集合体を前記基板に投影するパターン描画装置において、前記第１のスポット集合体を構成する縦横に並んだスポットの縦あるいは横のラインに平行に、前記基板を前記スポット集合体に対して相対的に移動させる手段を備え、当該手段は第１のスポット集合体及び第２のスポット集合体における隣り合うスポットの間隔以下であって、前記間隔から前記スポットの径を差し引いた距離よりも大きい距離だけ、前記第１のスポット集合体を移動させ、前記第２のスポット集合体を形成することを特徴とするパターン描画装置。
【請求項３】
請求項１のパターン描画方法を用いた半導体装置の製造方法。
【請求項４】
一定のスポット間隔をおいて所定の方向に配列された複数のスポットを基板上に先行スポット集合体として投影した後、前記所定の方向に前記一定のスポット間隔で配列された複数のスポットを次のスポット集合体として前記基板上に投影することにより、パターンを描画する方法において、前記先行スポット集合体における複数のスポットと、前記次のスポット集合体における複数のスポットとの間のステップ距離が、前記複数のスポットのサイズよりも大きく、且つ、前記次のスポット集合体のスポットが前記先行スポット集合体の少なくとも一つのスポットと部分的に重なるような長さであることを特徴とするパターン描画方法。
【請求項５】
請求項４において、前記ステップ距離がスポット間における一定のスポット間隔よりも短いことを特徴とするパターン描画方法。
【請求項６】
請求項５において、前記ステップ距離は、前記一定のスポット間隔から前記スポットのサイズを差し引いた距離よりも大きいことを特徴とするパターン描画方法。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかにおいて、前記先行及び次のスポット集合体は前記所定の方向に一次元的に配列された複数のスポットを含んでいることを特徴とするパターン描画方法。
【請求項８】
請求項４〜６のいずれかにおいて、前記先行及び次のスポット集合体は前記所定の方向及び当該所定の方向と直交する方向に二次元的に配列された複数のスポットを含んでいることを特徴とするパターン描画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レジストが塗布された基板にパターンを描画するための描画方法と描画装置に関し、対象とする基板としては、半導体集積回路製造時に用いられるウエハや、露光装置で用いられるフォトマスクを製造する工程における回路パターンの描画方法、及び描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の製造における露光工程では、一般に露光装置が用いられ、これは回路パターンが描画されたフォトマスク（レチクルと呼ばれることもあるが、ここでは単にマスクと呼ぶ。）を用いて、ウエハ上に回路パターンを転写露光するものである。また、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レジストを塗布し、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投影させたものである。特にマスクの製造には、パターン状に描画して露光する一般的な手法として、電子ビームを用いた電子ビーム描画が用いられている。これは電子ビーム直接描画と呼ばれるように、細く絞った電子ビームをパターンに沿って描画するものであり、装置としては通常ＥＢ描画装置と呼ばれている。ただし、マスク描画装置には、ＥＢ描画装置だけではなく、紫外域のレーザ光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、パターン状に露光）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。
【０００３】
レーザビーム描画装置には構成的に２通りあり、１つには、１本あるいは複数本に分割された紫外レーザ光をマスク基板にパターン描画するものである。また、もう１つの構成としては、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（一般にデジタルマイクロミラーデバイスと呼ばれ、以下、ミラーデバイスと略す。）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ものである。このようなミラーデバイスを用いたパターン描画装置では、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、Electronic Journal 2001年７月号、第140〜142頁において示されている。
【０００４】
これによると、約１００万個（５００×２０００個）のマイクロミラーを用いたミラーデバイスが用いられ、各マイクロミラーは１６ミクロン前後の大きさである。すなわち、このミラーデバイスの寸法は、およそ８×３２ｍｍとなる。一方、マスクに描画するパターンの最小線幅を、例えば、０．１ミクロンとするならば、投影されるミラーデバイスの１個のマイクロミラーの寸法が、この最小線幅に等しいように、ミラーデバイスを縮小投影する必要があり、この場合は１／１６０もの高い縮小投影倍率が必要になる。なお、以上のようなミラーデバイスを用いたパターン描画装置（以下、単純縮小方式と呼ぶ。）の構成例を図４（ａ）に示す。単純縮小方式のパターン描画装置３００では、パルス状の紫外域のレーザ光Ｌ３０１が光源として用いられ、このレーザ光Ｌ３０１によってミラーデバイス３０１を照射する。ミラーデバイス３０１において目的とするパターンを形成したマイクロミラー（すなわちＯＮ状態のマイクロミラー）で反射したものは、レーザ光Ｌ３０２のように下方に進み、レンズ３０２ａ、３０２ｂとで構成される縮小投影光学系に入射して、基板３１０上のミラーデバイス投影領域３０５にパターンが投影される。ミラーデバイス投影領域３０５は、図４（ｂ）に示したように、正方形スポットの集合体における各スポットが密接する。なお、このような単純縮小方式のパターン描画装置に関しては、例えば、特許文献１、特許文献２などに示されている。
【０００５】
これに対して、ミラーデバイスの像を直接縮小せずに、ミラーデバイスで反射して進むレーザ光をマイクロレンズアレイに通して、レーザ光の集光点として多数の離散的なスポットを形成し、これを基板上に縮小投影させる方式（以下、マイクロレンズ方式と呼ぶ。）がある。この方式の特徴の１つは、縮小投影レンズに高倍率が不要になることである。例えば、マイクロミラーのサイズが１辺１６ミクロンの場合、マイクロレンズの縮小率を１／８とすると、１辺２ミクロンのスポットが形成される。したがって、縮小投影レンズの縮小倍率として１／２０のものを用いるだけで、トータルで１／１６０となり、０．１ミクロンのスポットが描画できる。このように、マイクロレンズ方式のパターン描画装置では、縮小投影レンズの縮小倍率を大きくする必要がなく、その結果、縮小投影レンズの外径を小さくできるため、多数の描画装置を用いて並列処理できるなどの特徴がある。
【０００６】
なお、以上のようなマイクロレンズ方式のパターン描画装置の構成を図３で説明する。マイクロレンズ方式のパターン描画装置１００では、露光光源である紫外域のレーザ光Ｌ１をミラーデバイス１に照射させる。描画させるパターンを形成する（すなわちＯＮ状態の）マイクロミラーで反射して進むレーザ光Ｌ２は、マイクロレンズアレイ２に入射し、絞られながら進み、ピンホール板３の孔を通過する。一方、レンズ４ａと４ｂとで構成される縮小投影光学系によって、ピンホール板３の像が基板１０におけるミラーデバイス投影領域５に、スポットの集合体として投影される。
【０００７】
マイクロレンズ方式のパターン描画装置における従来の描画方法を図５で説明する。従来のパターン描画方法では、実線で示された第１ショットによるスポットの集合体が離散的なスポットで構成されていても、点線で示された第２ショット（すなわち、ミラーデバイスにおける１フレーム次の露光）では、各スポットが前のショットのスポットと一部重なるように（すなわち、連続的な線を描画するように）打たれる。すなわち、ショット間に基板を移動させる距離ΔＸをスポット径より小さくすることでＸ方向につながった線が描画できる。また、描画されるスポットの集合体が斜めにスキャンするように基板を斜めに移動させることで、Ｙ方向のスポット間にも描画され、連続的な線が多数形成される。図５では、５×５個のマトリクスであるが、実際には数百から１０００個程度のマトリクスであるため、斜めにスキャンすれば、Ｙ方向における隣接するスポット間も埋まるようになる。
【特許文献１】特表２００２−５０６２３４
【特許文献２】特表２００２−５０６２３６
【非特許文献１】Electronic Journal 2001年７月号、第140〜142頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特にマスクのパターンを描画する場合、設計パターンは非常に複雑であるため、設計における最小グリッド（形状の最小寸法のことである。）はマスク上で１から４ｎｍと小さく、描画できる最小線幅よりも１／２５から１／１００も小さい。そこで、前記単純縮小方式のパターン描画装置では、各投影スポットの光量を調節することで、現像後に形成されるレジストパターンを描画線幅よりも小さい寸法で制御する方法が用いられることがあった。すなわち、図６に示したように、密接な正方形スポットで構成されるミラーデバイス投影領域３０５の各スポットに照射される紫外光の光量を、例えば各マイクロミラーの偏向量の制御によって調節することで、いくつかの段階に調整させて、微細な形状の設計パターンを実現させていた。
【０００９】
これによると、ミラーデバイスの投影像であるスポット集合体でメッシュに区切られた方眼紙に、設計パターンが任意に描かれることになるため、設計パターンの境界線によって横断されたスポットに対しては、面積に比例してスポットへ当たる光量を調節すればよい。なお、以上のように、レジストに形成させるパターンの制御に、露光量の調節を利用する手法における中間光量のことをグレースケールと呼んでいる。
【００１０】
これに対して、前記従来のマイクロレンズ方式のパターン描画装置では、各マイクロミラーの偏向量を調整しなくても、同じ位置に多数のスポットを重ねることが容易であるため、重複させるスポットの数を制御することで、前記と同等なグレースケールを利用することができる。なお、これに関しては、特願２００３−１０７７７６において説明されている。
【００１１】
ところが、マイクロレンズ方式における前記のようなグレースケールを用いる手法では、図６に示されたように、スポットを斜めにスキャンさせるため、スキャンによる描画後に形成される連続したスポットの隣り合う間隔は、Ｘ方向とＹ方向とで通常異なり、すなわちΔＸとΔＹとは通常異なっている。しかも、Ｙ方向に関しては、スキャンによる描画後に隣り合うスポットは、正確にＹ方向に一直線には並ぶことはなく、僅かに斜めに並ぶようになる。これらの結果、元々正方形のグリッド上に設計されるパターンから、それぞれのスポットの光量を算出する計算が複雑になり、データ処理に時間が掛かることが問題であった。
【００１２】
本発明の目的は、マイクロレンズ方式の場合でも、微小な設計グリッドに対応させるためのグレースケールの算出が容易になるパターン描画の方法、及びパターン描画装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、マイクロレンズ方式のパターン描画装置において、光源としてパルス状の紫外光源を用いて、基板に投影させた１パルス分のスポット集合体を、斜めのスキャンではなく、前記スポット集合体を構成する縦横に並んだスポットの縦あるいは横のラインに平行に前記基板を移動させ、かつパルスとパルスの時間内に、前記スポット集合体における隣り合うスポットの間隔と前記スポットの間隔から前記スポットの径を差し引いた第２の間隔との間の距離を、基板を移動させたものである。
【００１４】
これによると、パルスごとにスキャンさせていくと、スキャン方向に関しては、次第にスポットがつながっていき、連続的な線が描かれる。しかもスポットを複数回同一位置に重ねることができる。その結果、グレースケールを適用することができる。しかも、打たれるスポットの並びは縦あるいは横に正確に沿っているため、グレースケールの算出が容易になる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のパターン描画方法によると、グレースケールの算出が容易になるため、データ処理時間が短縮でき、かつ総合的なパターン描画時間を短くできるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００１７】
本発明の実施の形態は、既に説明した図３に示すマイクロレンズ方式パターン描画装置１００に適用される。図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態に係るパターン描画方法を説明する。本発明では、パルス状の紫外光源（例えば、ＹＡＧレーザの第３高調波あるいは第４高調波、あるいはエキシマレーザなど）を露光光源として用いており、図１に示したように、パルスとパルスの時間内に基板１０を移動させる距離（ステップ距離）は、スポット間隔より短く、且つ、スポット間隔から１つのスポットの直径を差し引いた長さよりも長くなっている。ここでは、基板１０は半導体装置を製造するために用いられるマスク基板であるものとする。
【００１８】
具体的に説明すると、本発明に係るパターン描画方法では、まず、第１ショットにおいて図１に実線の円で示されたスポットパターン（即ち、スポット集合体）が投影領域に形成される。この例の場合、第１ショットのスポットパターンは、互いに等しい形状（円形形状）を有し、且つ、互いにＸ及びＹ方向に等間隔で二次元的に配置された複数のスポットを含んでおり、ここでは、互いに隣接するスポットの中心間の距離をスポット間隔と呼ぶ。図では、第１ショットのスポットパターンのＸ及びＹ方向におけるスポット間隔は全て等しいものとする。尚、第１ショットのスポットパターンは先行スポットパターン又は先行スポット集合体と呼ぶこともできる。
【００１９】
次に、第１ショットに続く第２ショットにおいて図１に破線の円で示されたスポットパターン（スポット集合体）が次のスポットパターン（即ち、次のスポット集合体）として投影領域に形成され、当該第２ショットのスポットパターンにおける複数のスポットも所定のスポット間隔を有している。第２ショットの際には、第１ショットのスポットパターンにおける隣のスポットと部分的に重なるステップ距離だけ、基板１０を所定方向（図ではＸ方向）に移動させている。即ち、図示されたステップ距離は、各スポットサイズ（スポット直径）よりも長く、且つ、次のスポット集合体のスポットが前記先行スポット集合体の少なくとも一つのスポットと部分的に重なるような長さであり、スポット間における一定のスポット間隔よりも短いことが分る。
【００２０】
ステップ距離を前述したように選択して、パルスごとにスポットパターンをＸ方向にスキャンさせていくと、Ｘ方向（スキャン方向）に関しては、図２に示したように、次第にスポットがつながっていき、連続的な線が描かれる。一方、Ｙ方向に関しては、離散的な直線となるため、これに関しては１回のスキャンが終わったら、Ｙ方向にスポット径以下の距離だけステップ移動すればよい。なお、図２（ａ）〜（ｅ）は、パルスごとに増えていくショットを描いたものであり、（ａ）に示された１ショット目の離散的なスポット集合体が、次第に（ｅ）に示されたように、スポットが続いた直線が形成されていき、最終的には長い直線が描かれる。
【００２１】
なお、図１、２では、５×５個のマトリクスであるが、実際には数百から１０００個程度のマトリクスであるため、スポットを数十回同じ位置に重ねることができる。その結果、グレースケールを適用することができる。しかも、打たれるスポットの並びはＸ方向、及びＹ方向に正確に合っているため、グレースケールの算出が容易になる。
【００２２】
また、図５に示した従来方法のように第２ショットの全てのスポットが第１ショットの全てのスポットと部分的に同じスポットに重なるように描画していくと、直線を形成させることはできるが、第１ショットから第２ショットまでに移動できるステップ距離が各スポットの径よりも小さいため、描画時間が著しく長くなってしまう。
【００２３】
他方、図１に示したように、本発明では、第１ショットと第２ショットのスポットが重なるようにする際に、第２ショットのスポットパターンが、第１ショットのスポットパターンにおける隣のスポットと部分的に重なることにより、連続した直線を描画することができる。
【００２４】
上記したことから明らかな通り、第１ショット及び第２のショットのスポット集合体は一次元或は二次元的に配列された複数のスポットを含んでいれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は半導体装置を製造するために使用されるマスクの描画、ウエハの露光等の半導体装置の製造方法に適用することができる。また、本発明によれば、グレースケールを実現できるマスク及び当該マスクを用いて製造された半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るパターン描画方法を説明する図である。
【図２】本発明のパターン描画方法による直線描画を説明する図である。
【図３】本発明に使用されるマイクロレンズ方式パターン描画装置の構成を示す概略図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は単純縮小方式パターン描画装置の構成及び投影領域を示す図である。
【図５】マイクロレンズ方式パターン描画装置を用いた従来のパターン描画方法の説明する図である。
【図６】単純縮小方式パターン描画装置によるグレースケールを説明する図である。
【符号の説明】
【００２７】
１、３０１    ミラーデバイス
２    マイクロレンズアレイ
３    ピンホール板
４ａ、４ｂ、３０２ａ、３０２ｂ    レンズ
５、３０５    ミラーデバイス投影領域
１０、３１０    基板
１００、３００    パターン描画装置
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ３０１、Ｌ３０２    レーザ光
【図１】
2005056995.tif 000003
【図２】
2005056995.tif 000004
【図３】
2005056995.tif 000005
【図４】
2005056995.tif 000006
【図５】
2005056995.tif 000007
【図６】
2005056995.tif 000008