(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発生するビーム光源と、
前記光ビームを描画対象体に導く光路を形成し、該描画対象体上に集光して光スポットを形成する結像光学系と、
前記描画対象体を回転駆動し、前記光スポットが前記描画対象体上に同心円状又は螺旋状の走査軌跡を等角速度で描くようにする描画対象体走査手段と、
前記描画対象体上を走査する前記光スポットの走査半径を検出する検出手段と、
前記光ビームの光路に設けられて前記光ビームの強度を調整する電気光学変調器と、
前記光ビームの光路に設けられて前記電気光学変調器から出力された光ビームの強度をパターン信号によって変調する音響光学変調器と、
前記光スポットの走査半径に応じて前記電気光学変調器及び前記音響光学変調器における各透過率を調整する距離光量調整手段と、を備え、
前記距離光量調整手段は、前記描画対象体上における前記光スポットの無変調時の露光エネルギ密度が前記同心円状又は螺旋状の走査軌跡の半径に対して一定となるように前記電気光学変調器及び前記音響光学変調器の各透過率を調整する、パターン描画装置。
【請求項２】
前記距離光量調整手段は、前記描画対象体上における前記光スポットの無変調時の露光パワーが前記同心円状又は螺旋状の走査軌跡の半径の関数になるように前記電気光学変調器及び前記音響光学変調器の各透過率を調整する、請求項１記載のパターン描画装置。
【請求項３】
前記電気光学変調器は、前記走査光スポットの走査半径の増加に対して初期透過率から該透過率を増加するように調整される、請求項１又は２に記載のパターン描画装置。
【請求項４】
前記音響光学変調器は、前記走査光スポットの走査半径の増加に対して略遮断状態から前記透過率を増加するように調整される、請求項１乃至３のいずれかに記載のパターン描画装置。
【請求項５】
前記距離光量調整手段は、前記電気光学変調器を通過した光ビームの強度を検出し、この検出強度と予め記憶されている前記走査光スポットの走査半径に対応する値との差分によって前記電気光学変調器の透過率を設定する、請求項１乃至４のいずれかに記載のパターン描画装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ビームによってパターンを露光する描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の製造等に用いられるフォトマスクやレクチルを製造するレーザ描画装置として、大別して、Ｘ−Ｙテーブル式の描画装置とターンテーブル式の描画装置とがある。
【０００３】
Ｘ−Ｙテーブル式の描画装置は、例えば、直交する２つのスライダでＸ方向及びＹ方向に移動するＸ−Ｙテーブルを構成する。このテーブルに描画対象体であるフォトレジストが塗布された被露光部材を載置し、テーブルをＸ方向及びＹ方向に移動しながら、Ｘ−Ｙ座標系のパターンデータで変調されたレーザ光を被露光部材上に走査させ、パターンを描画する。
【０００４】
ターンテーブル式の描画装置は、例えば、特開昭５９−１７１１１９号公報や特開平１０−１１８１４号公報に示されるように、Ｘ−Ｙ座標系のパターンデータをｒ−θ系座標のデータに変換する。ディスク原盤を回転駆動し、この回転に同期してｒ−θ系に変換されたパターンデータを読み出して、原盤を螺旋（あるいは渦巻き）状に走査する光スポットを変調し、パターンを描画する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＸ−Ｙテーブル式の描画装置は、光ビームスポットで露光部材上を往復走査して微細で複雑なパターンを描画するためにＸ−Ｙテーブルの加速及び減速を頻繁に行う必要がある。テーブルの平均的な移動速度はかなり低くなり、描画に要する時間が長くなる。また、テーブルの頻繁な加減速は、描画装置自体の振動の原因ともなり、描画位置精度、速度精度が低下する。
【０００６】
一方、ターンテーブル式の描画装置においては、Ｘ−Ｙテーブル式の描画装置のような振動や低記録速度の改善を図ることができるが、螺旋状の露光軌跡によっては描画困難な領域が存在する。この点について説明する。
【０００７】
ターンテーブルの回転駆動方式には、線速度一定（ＣＬＶ）方式と角速度一定（ＣＡＶ）方式とがある。
【０００８】
パターンの描画は、光スポットによる螺旋走査後の現像状態（例えば、走査幅）を一定にするなどのために、被露光部材のレジスト（感光体）に対して均一な露光エネルギを付与する。このため、走査光スポットの軌跡が一定のエネルギ密度で描かれるように調整される。すなわち、被露光部材に対して均一な走査エネルギ密度Ｅｏは、Ｅｏ＝Ｉ／Ｖ、Ｖ＝２πｒｎ ［Ｗ／ｍ］で与えられる。ここで、Ｉは光ビームの露光パワー［Ｗ］、Ｖは走査光スポットの線速度、ｒは描画点位置の半径、ｎは回転数である。
【０００９】
上述したＣＬＶ方式でパターンを描画する場合には、被露光部材に対して均一なエネルギ密度で露光するために線速度を一定、露光パワーＩを一定として描画することになるが、半径ｒが０の近傍位置を描画しようとすると、テーブルの回転数ｎを無限大にしなければならないのでターンテーブルの制御が不可能となる。従って、ＣＬＶ方式では、被露光部材の回転中心部分が描画できない。
【００１０】
一方、ＣＡＶ方式では、回転の中心近傍では、走査光スポットの線速度Ｖが０に近づくためエネルギ密度が増加する。これを回避するために露光パワーＩを０に近づけると、光スポット自体が弱くなり、光スポットのフィードバックによる強度調整や光スポットの反射光などを使用する各種サーボ制御が困難となる。また、ＥＯ変調器では原理的に透過光量を０にまで抑制することはできず、光スポットのエネルギが０になるまで強度変調することも困難である。ＣＤ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ等の記録媒体では、ディスクの中央部分は使用しないが、パターン描画装置では、被露光部材の全面を描画する必要がある。
【００１１】
よって、本発明は、回転走査系の描画装置において、被露光部材の回転中心部（ターンテーブルの中心領域）をも描画することを可能とするパターン描画装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のパターン描画装置は、光ビームを発生するビーム光源と、上記光ビームによって描画されるべき描画対象体と、上記光ビームを上記描画対象体に導く光路を形成し、該描画対象体上に集光して光スポットを形成する結像光学系と、上記描画対象体を回転駆動し、上記光スポットが上記描画対象体上に同心円状又は螺旋状の走査軌跡を等角速度で描くようにする描画対象体走査手段と、上記描画対象体上における上記走査光スポットの走査半径を検出する検出手段と、上記光ビームの光路に設けられて上記光ビームの強度を調整する電気光学変調器と、上記光ビームの光路に設けられて上記電気光学変調器から出力された光ビームの強度をパターン信号によって変調する音響光学変調器と、上記走査光スポットの走査半径に応じて上記電気光学変調器及び上記音響光学変調器における各透過率を調整する距離光量調整手段と、を備える。
【００１３】
かかる構成とすることによって、螺旋状あるいは同心円上にビーム走査する定速度回転のパターン描画装置において、走査位置にかかわらず一定の露光エネルギ密度を得ることが可能となる。また、音響光学変調器はパワー０の制御と高速変調が可能である。電気光学変調器はノイズ除去能力があり、光利用効率が高い。音響光学変調器と電気光学変調器とを併用した光パワー制御を行うことにより、低ノイズ光で半径０からの描画を可能とする。
【００１４】
好ましくは、上記距離光量調整手段は、上記描画対象体上における上記光スポットの無変調時の露光エネルギ密度が上記同心円状又は螺旋状の走査軌跡の半径に対して一定となるように上記電気光学変調器及び上記音響光学変調器の各透過率を調整する。
【００１５】
かかる構成とすることによって、描画対象体の回転中心近傍でも光スポットの無変調描画時の露光エネルギ密度を一定に確保可能となり、ＣＡＶ方式のパターン描画装置であっても、回転の中心近傍でパターン描画を行うことが可能となる。
【００１６】
好ましくは、上記距離光量調整手段は、前記描画対象体上における前記光スポットの無変調時の露光パワーが前記同心円状又は螺旋状の走査軌跡の半径の関数になるように前記電気光学変調器及び前記音響光学変調器の各透過率を調整する。
【００１７】
かかる構成とすることによっても、描画対象体の回転中心近傍でも光スポットの無変調描画時の露光エネルギ密度を一定に確保可能となり、ＣＡＶ方式のパターン描画装置であっても、回転の中心近傍でパターン描画を行うことが可能となる。
【００１８】
好ましくは、上記電気光学変調器は、上記走査光スポットの走査半径の増加に対して初期透過率から該透過率を増加するように調整される。
【００１９】
かかる構成とすることによってフィードバック制御などのために必要な主光ビームの強度を維持することが可能となる。
【００２０】
好ましくは、上記音響光学変調器は、上記走査光スポットの走査半径の増加に対して略遮断状態から上記透過率を増加するように調整される。
【００２１】
かかる構成とすることによって、被描画対象体上の光ビームスポットの強度を最終的に０にまで抑制することが可能となる。それにより、ＣＡＶ方式のパターン描画装置において、回転の中心近傍での光量を十分に減衰してエネルギ密度を一定としてパターン描画を行うことが可能となる。
【００２２】
好ましくは、上記距離光量調整手段は、上記電気光学変調器を通過した光ビームの強度を検出し、この検出強度と予め記憶されている前記走査光スポットの走査半径に対応する値との差分によって上記電気光学変調器の透過率を設定する。
【００２３】
かかる構成とすることによって、当該走査半径において適正な露光光量とし得る光量を音響光学変調器に与えることが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明のパターン描画装置の実施例を示しており、レーザ装置１１から光ビームであるレーザ光１２が一定パワーで出力される。レーザ装置１１は、ガスレーザ、あるいは固体レーザなどである。レーザ光１２は電気光学変調器（ＥＯＭ）１３及びハーフミラー１４を経てその一部が光検出器（ＰＤ）１５に入射する。電気光学変調器は、電気光学結晶に電界を印加することによって屈折率を変化させて通過光の強度変調を行うもので、ノイズの除去を行うフィルタとしての機能も備える。光検出器１５は、レーザ光の強度を検出し、そのレベルに対応する電圧値を差動増幅器１６の比較入力端に供給する。差動増幅器１６の基準入力端には第１の距離光量調整装置１７から電圧値Ｖｅが供給される。
【００２６】
距離光量調整装置１７は、図３（ａ）に示すような、被描画対象体を走査する光スポットの半径位置ｒに比例して初期値ａから増加する特性を持つ出力電圧Ｖｅを出力する。出力電圧Ｖｅは電気光学変調器１３の透過率μｅを設定する。距離光量調整装置１７は、例えば、ｒ値を読み出しアドレスとするメモリテーブル（ＲＯＭ）と、メモリの出力を電圧にするＡ／Ｄ変換器とによって、あるいはマイクロコンピュータによって構成することができる。
【００２７】
光変調器１３、光検出器１５、差動増幅器１６及び距離光量調整装置１７の制御ループによって、光ビーム１２は光スポットの半径位置ｒに対応した光強度に調整され、ハーフミラー１４を介して音響光学変調器（ＡＯＭ）２４に送られる。音響光学変調器は、媒質中を伝搬する超音波によって生ずる屈折率の粗密（回折格子）で光が回折される音響光学効果を利用し、通過光の強度を変調する。音響光学変調器２４は、パターンジェネレータ２１から供給される描画パターンを担ったパターン信号によって光ビーム１２を変調する。
【００２８】
図２は、パターンジェネレータ２１の構成例を示している。まず、図示しないスキャナ等によって描画すべきＸ−Ｙ座標系のビットマップパターンのデータＤ（ｘi，ｙi）がメモリ２０１に記憶される。このデータをｒ−θ系座標変換部２０２によって回転座標系のパターンデータＤ’（ｒi，θi）に変換し、メモリ２０３に記憶する。ここで、ｒiは回転中心からの半径、θはＸ軸からの回転角度であり、ｘi＝ｒi×cosθi、ｙi＝ｒi×sinθiである。メモリ２０３に記憶されたパターンデータは、ターンテーブル３１のスピンドルモータの回転と同期して読み出され、Ｄ／Ａ変換器２０４によってパターン信号に変換されて掛け算器２２の一方の入力端に供給される。パターンジェネレータ２１は、基準クロックを発生する水晶発振器２１１を内蔵しており、この基準クロックを分周器２１２及び２１３によって分周したクロック信号に同期してスピンドルモータの角速度を設定し、一定回転に制御している。また、分周器２１２の出力によってメモリ２０３からのデータの出力を制御している。従って、スピンドルモータの回転とデータの出力とは同期している。なお、分周器の出力によってスライダのモータ４２の送り（回転数）を設定することが可能であり、クロック信号を計数することによって光スポットの半径位置ｒを知ることが可能である。
【００２９】
掛け算器２２の一方の入力端には、第２の距離光量調整装置２３から光スポットの半径位置ｒに対応した係数値Ｖａが供給される。距離光量調整装置２３は、図３（ｂ）に示すような、被描画対象体を走査する光スポットの半径位置ｒに応じて初期値０から増加して漸近線に近づく特性（飽和特性）を持つ出力電圧Ｖａを出力し、これを掛け算器２２の他方入力端に供給する。距離光量調整装置２３は、例えば、ｒ値を読み出しアドレスとするメモリテーブル（ＲＯＭ）と、メモリの出力を電圧にするＡ／Ｄ変換器とによって、あるいはマイクロコンピュータによって構成することができる。掛け算器２２の出力電圧は、データ信号のレベルを出力電圧Ｖａで修正したものとなる。この修正データ信号を電気光学変調器１３に供給して透過率μａを設定し、光ビームの強度（ピーク値）を設定する。
【００３０】
音響光学変調器２４によってパターン変調された光ビーム１２を対物レンズ２５に導出して、ターンテーブル装置３１上に固定された被描画対象体３２上に集光して所定径の光スポット３３を形成する。被描画対象体３２は、例えば、金属スタンパ、ガラス基板、などであり、表面にフォトレジストが塗布されている。ターンテーブル３１には、スライダ４１が設けられており、ターンテーブル３１を径方向に一定速度で移動する。
【００３１】
スライダ４１は、送りモータ４２、送り軸４３、送り量検出器４４、キャリッジ４５等によって構成されている。送りモータ４２が定速度で回転し、送り軸４３が回転すると、キャリッジ４５が一定速度で移動する。この移動量は送り量検出器４４にて検出される。光スポット３３がターンテーブル３１の回転中心位置となる送り量検出器４４の出力値と送り量検出器４４の現在値との差は半径ｒに相当する。送り量検出器４４はこの差分を半径値ｒとして出力し、距離光量調整装置１７及び２３に供給する。
【００３２】
スピンドルモータによってターンテーブル３１が定角速度で回転し、送りモータ４２の回転を開始することによって、ターンテーブル３１が中心位置から半径方向に移動を開始する。同時にパターンジェネレータ２１からパターンデータの供給を開始すると、被描画対象体３２上には、光スポットによる走査軌跡が螺旋（渦巻き）状、あるいは同心円状に形成される。被描画対象体３２の全面を走査してパターンを連続的に描画する。全面を露光した後、被描画対象体３２に塗布されたレジストの現像を行って描画パターンを現像する。以後、公知のエッチング処理やパターン転写などの処理を行う。
【００３３】
なお、特に説明しないが、公知のフォーカスサーボなどが適宜に行われる。また、パターンの描画は被描画対象体の中心から外周方向に向かって行う場合の他、外周から中心に向かって描画することとしてもよく、適宜に選択可能である。
【００３４】
次に、上述した描画装置の動作特性について図３を参照して説明する。
【００３５】
例えば、通常設定されるであろう、電気光学変調器の透過率μｅ（ｒ）を、μｅ（ｒ）＝ａｒ  （ａは定数）…（１．１）、音響光学変調器の透過率μａ（ｒ，θ）を、パターン内の描画点（ｒ，θ）において必要となる露光量に比例する関数とする。
【００３６】
実施例における電気光学変調器１３の透過率μｅ’（ｒ）は、
μｅ’（ｒ）＝ａ’ｒ＋ｂ’  …（１．２）  と表される。
【００３７】
ここで、ａ’、ｂ’は定数である。電気光学変調器１３における変調特性は、図３（ａ）に示すように、ターンテーブル３１（あるいは被描画対象体３２）の中心部で一定値となってオフセットを持ち、光スポット３３の走査半径ｒの増大と共に光強度が増すように制御される。
【００３８】
また、音響光学変調器２４の透過率μａ’（ｒ，θ）は、
μａ’（ｒ，θ）＝ａｒ／（ａ’ｒ＋ｂ’） ×μａ（ｒ，θ）…（１．３）
と表される。
【００３９】
式（１．３）において、任意のパターンの描画は、μａ（ｒ，θ）を画素のデータによって設定（変調）することによって行われる。μａ（ｒ，θ）＝１（無変調：光通過）とすれば、通過する描画ビームの光強度は式（１．３）の前半の項である、ａｒ／（ａ’ｒ＋ｂ’）となり、図３（ｂ）に示される漸近線となる。音響光学変調器２４は、同図に示すように、光の最大強度が中心部で０になり、光スポット３３の走査半径ｒの増大と共に増すように制御される。
【００４０】
レジスト面に照射される露光パワーＩ（ｒ，θ）について考察すると、
0003975478.tif 000002
ここで、Ｉ０は電気光学変調器に入射する光強度である。よって、両者において同等の光変調が可能であることが判る。
【００４１】
その結果、露光パワーは、図３（ｃ）に示すように、「露光パワー＝定数×ＥＯＭの透過率×ＡＯＭの透過率」となり、被処理部材には、半径方向の距離に比例する露光パワーで露光することができる。従って、ＣＡＶ方式のパターン描画装置であっても、中心部分やその近傍で光量を抑制して描画を一定の露光エネルギ密度を保って行うことが可能となる。また、光強度レベルの制御系（装置１３〜１７）に必要な光量を確保することも可能となる。
【００４２】
なお、上述した実施例では、光スポットの軌跡を螺旋状に形成するために、ターンテーブルを３１を半径方向に移動したが、光スポットの結像光学系側を径方向に移動することとしても良い。
【００４３】
また、スピンドルモータを１回転させるときに、スライダ４５の送り軸４３を送りモータ４２で１トラック幅相当分だけ回転させればよいので、光スポット３３の半径方向における位置情報ｒは、モータ４２の駆動信号を発生するパターンジェネレータ２１の内部クロック信号に基づいて送りの位置情報ｒ’を検出することとしても良い。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のパターン描画装置によれば、回転式描画方式では困難であった、略半径０（被描画対象体の回転中心）部分での描画も可能となり、中心部分やその近傍では描画できないという従来の回転式描画方式における制限が解消し、自由なパターン描画が可能となって好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を説明する説明図である。
【図２】図２は、パターンジェネレータの構成例を説明するブロック図である。
【図３】図３（ａ）乃至同（ｃ）は、上記実施例の動作を説明するグラフである。
【符号の説明】
１１  レーザ光源
１２  光ビーム（レーザ光）
１３  電気光学変調器
１４  ハーフミラー
１７  距離光量調整装置
２１  パターンジェネレータ
２２  掛け算器
２３  距離光量調整装置
２４  音響光学変調器
２５  対物レンズ
３１  ターンテーブル装置
３３  光スポット
４１  スライダ
【図１】
0003975478.tif 000003
【図２】
0003975478.tif 000004
【図３】
0003975478.tif 000005