專利名稱：曝光裝置以及曝光方法和布線基板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于按照被曝光圖形在感光性材料上照射光來形成所希望的圖形形狀的曝光裝置和曝光方法，以及使用了該曝光方法的布線基板的制造方法。
背景技術(shù)：
在布線基板的制造中擴(kuò)大多品種變產(chǎn)量生產(chǎn)的結(jié)果是，期待不僅對應(yīng)多品種變產(chǎn)量生產(chǎn)在較短交付期內(nèi)制造，而且能夠以低價(jià)格提供高精度的布線，強(qiáng)烈需求可以同時(shí)全部實(shí)現(xiàn)多品種變產(chǎn)量、高精度、低成本的革新的制造技術(shù)。
在現(xiàn)有技術(shù)中的印刷布線板等的圖形形成中，將感光性的液態(tài)抗蝕劑(resist)或干膜抗蝕劑(dry film resist)在基板上成膜后，通過光掩模(photomask)進(jìn)行曝光，經(jīng)過顯影工序，通過進(jìn)行蝕刻加工、電鍍處理等形成了圖形。
取而代之，在20世紀(jì)90年代，引入了基于以氬離子激光器等氣體激光器作為光源的紫外光或可見光的無掩模直接曝光技術(shù)。該方法不需要制造光掩模，因此不僅可以大幅度節(jié)約掩模制造設(shè)備費(fèi)、材料費(fèi)，還可以縮短掩模制造花費(fèi)的時(shí)間(研制周期)，來進(jìn)行基板制造。而且，由于可以在檢測基板的變形和撓曲量并進(jìn)行位置修正的同時(shí)進(jìn)行曝光，所以具有可以高精度對位的特征，被認(rèn)為是革新了印刷布線基板、半導(dǎo)體封裝等制造工藝的技術(shù)。
在無掩模直接曝光技術(shù)中，從供給工藝氣體(process gas)等維護(hù)的觀點(diǎn)，提出了代替使用不方便的氣體激光器，將半導(dǎo)體激光二極管作為光源來使用。
在特開2004-85728號公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中記載了無掩模直接曝光方法，該方法使用了在具有紅外吸收色素的特定組成的感光性樹脂上，對波長750～1200nm的激光直接曝光的半導(dǎo)體激光源。
另外，在特開2004-39871號公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)中，記載了以射出波長408nm附近的藍(lán)紫光的半導(dǎo)體激光器作為曝光光源的曝光機(jī)。
另一方面，作為照射光源的改善方案，在特開2003-15077號公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)等中公知有，代替基于多面反射鏡(polygon mirror)和f-θ透鏡光學(xué)系統(tǒng)的激光束掃描光學(xué)系統(tǒng)，使用了能夠期待增大掃描速度的2維光調(diào)制元件的方式。2維光調(diào)制元件是通過每個(gè)像素的數(shù)字的ON/OFF控制來實(shí)現(xiàn)2維描繪的元件，作為代表性的2維光調(diào)制元件，列舉出液晶面板和DMD(Digital Micro-mirror Device)。而且在上述專利文獻(xiàn)3中記載了由UV光源、狹縫板、DMD、成像光學(xué)系統(tǒng)等構(gòu)成的無掩模直接曝光裝置；DMD的驅(qū)動(dòng)原理；以及由于照明UV光DMD的壽命發(fā)生惡化。
在作為這種2維光調(diào)制的特征的2維描繪中，若增大光強(qiáng)度則可以進(jìn)一步增大掃描速度。在特開2002-182157號公報(bào)(專利文獻(xiàn)4)以及特開2004-157219號公報(bào)(專利文獻(xiàn)5)中，提出了光強(qiáng)度增大光學(xué)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
調(diào)查所述現(xiàn)有技術(shù)后得知，從最近的低成本化、短交付期化的要求水平來看，在用于曝光的光源或光學(xué)系統(tǒng)的特性和通用的感光性材料(抗蝕劑)的特性之間，在其整合性方面有改善的余地。
在無掩模曝光技術(shù)中所使用的2維光調(diào)制元件中，已知若干種類，但是其內(nèi)部機(jī)構(gòu)部分作成特別纖細(xì)的構(gòu)造，其耐久性和壽命，不僅取決于入射的光的強(qiáng)度，還取決于入射光的波長。因此，在無掩模曝光技術(shù)中應(yīng)用的光強(qiáng)度區(qū)域中存在如下趨勢，即入射波長越短光調(diào)制元件的誤動(dòng)作或缺陷的發(fā)生率顯著地增大、或者到致命故障發(fā)生為止的可使用時(shí)間(壽命)縮短。特別地，在紫外區(qū)域(不到400nm)，波長越短高速調(diào)制時(shí)的誤動(dòng)作越大，或者由于元件構(gòu)造壽命降低(光子的能量的影響；在后面詳細(xì)描述)。因此，在使紫外光源向2維光調(diào)制元件入射的情況下，需要把曝光時(shí)間變?yōu)殚L時(shí)間，并限制其光強(qiáng)度，或者需要入射比紫外光波長更長的可見光(400～800nm)至紅外光(超過800nm)。
另一方面，在用于布線形成的曝光技術(shù)中所使用的感光性材料，一般設(shè)定為被照射的光的波長越短，靈敏度越高的組成，從量產(chǎn)性、作業(yè)性的觀點(diǎn)來看，設(shè)定為得到作為水銀輝線的i線(365nm)附近的穩(wěn)定的高靈敏度、且在可見光區(qū)域中的靈敏度變低這樣的組成。例如，圖1是作為在布線基板制造時(shí)一般所使用的感光性樹脂的干膜抗蝕劑(i線抗蝕劑)的吸光特性的一例的示意圖，圖2是抗蝕劑的分光靈敏度特性的一例的示意圖。根據(jù)圖1，對于波長365±15nm區(qū)域的紫外光的吸光比較大，且對于波長的吸光度的變化小。另一方面，可知抗蝕劑對于作為可見光區(qū)域的波長408nm的光的吸光度為對于波長365nm光(i線)的吸光度的約1/5，被照射的光的大部分沒有被吸收就透過了。還從圖2得知，在波長365±15nm左右的范圍內(nèi)，得到波長依存性小的、比較大的靈敏度，但是在作為可見光區(qū)域的波長408nm附近，靈敏度低，而且相對于波長變化，靈敏度變化較大。
此外，對于波長短的光入射到光調(diào)制元件或感光性材料后的舉動(dòng)，從光子能量的觀點(diǎn)進(jìn)行了說明。光子的能量與波長成反比例(E＝h/λ；h為普朗克常數(shù))，因此，不僅波長越短，光子能量越大，而且波長越短，光子能量的增大率也越大。從而，當(dāng)接收波長短(高能量)的光子時(shí)，光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)中誤動(dòng)作發(fā)生概率易于增大，感光性材料中反應(yīng)性變高。另外呈現(xiàn)如下趨勢，即波長越短，δE/δλ(相對于波長變化δλ的光子能量變化δE)急劇增大，因此，在紫外光區(qū)域中，調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)的誤動(dòng)作發(fā)生概率急劇增大。
即存在如下問題，對于光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)而言，與短波長的紫外光相比還是長波長的可見光比較適宜，對于感光性材料而言，與長波長的可見光相比還是短波長的紫外光比較適宜，其結(jié)果，難于同時(shí)實(shí)現(xiàn)曝光的高生產(chǎn)率化和高精度化。
另外，紅外光波長較長，因此光子的能量較小，所以在作為曝光光源使用紅外光(紅外線激光器)的專利文獻(xiàn)1中，為了得到希望的光反應(yīng)速率，需要的照射時(shí)間較長，或者不得不使用高輸出的激光源，這與低成本、短時(shí)間曝光這樣的目的難以吻合。
另一方面，波長408nm附近的藍(lán)紫光的光子能量比紅外光大，因此，在將半導(dǎo)體激光器作為曝光光源使用的技術(shù)(專利文獻(xiàn)2)中，與專利文獻(xiàn)1相比，可以期待生產(chǎn)率的改善。但是，如上所述，布線形成用感光性材料的靈敏度在該波長區(qū)域中比較低，并且存在在該波長區(qū)域中由于微小的波長變化靈敏度大幅變化、從而過程難以穩(wěn)定的趨勢。此外，半導(dǎo)體激光器的射出光，受到半導(dǎo)體激光器元件制造工序中的波動(dòng)或元件的使用環(huán)境(周圍溫度)、向元件投入的功率等影響，在408±5nm的范圍內(nèi)變化。
另一方面，在專利文獻(xiàn)3中使用的DMD設(shè)備，如上所述，紫外光耐久性壽命未必足夠。因此，在使用作為感光材料的靈敏度變高的波長區(qū)域的紫外光源的情況下，不得不使用低亮度光，由于是以低亮度光的曝光，所以無法避免花費(fèi)時(shí)間的問題。另一方面，在可以確保DMD設(shè)備的耐光性的可見光范圍內(nèi)，可以使用高亮度光源，但是感光材料的靈敏度低，因此曝光花費(fèi)時(shí)間。
專利文獻(xiàn)4和專利文獻(xiàn)5中提出了使用高亮度光源的技術(shù)，但是由于稱為倒易律失效(Reciprocity Failure)或交互失準(zhǔn)的現(xiàn)象，在光源的高亮度化中多數(shù)情況下不產(chǎn)生所期待的縮短曝光時(shí)間的效果。具體地，即使亮度增加為2倍，需要的曝光時(shí)間也不會(huì)減半，一般曝光時(shí)間僅縮短2～3成左右。鑒于光源的高亮度化導(dǎo)致的缺點(diǎn)(功率消耗的顯著增大、設(shè)備的發(fā)熱、發(fā)熱引起的裝置性能的惡化)從實(shí)用上的優(yōu)點(diǎn)的觀點(diǎn)看，要求代替光源高亮度化的、進(jìn)一步的改善技術(shù)。
如上所述，在全部現(xiàn)有技術(shù)中，都無法得到實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率化、低成本化、高精度化的曝光裝置。
因此，本發(fā)明的目的是提供實(shí)現(xiàn)滿足現(xiàn)今的低成本化、短交付期化的要求水平的高生產(chǎn)率、低成本、高精度的曝光的曝光裝置、曝光方法以及使用它們的圖形制造方法、布線基板的制造方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種無掩模曝光裝置，其特征在于，具有第1照射光源；根據(jù)曝光圖形數(shù)據(jù)對從所述第1照射光源射出的照射光進(jìn)行調(diào)制、形成光束的光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)；使通過所述光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)形成的光束在被曝光物的表面成像、并進(jìn)行描繪的成像光學(xué)系統(tǒng)；對通過所述成像光學(xué)系統(tǒng)成像的光束和所述被曝光物的表面進(jìn)行相對地掃描的掃描單元；和在所述被曝光物的表面照射能量射線的第2照射光源。
另外，本發(fā)明提供一種無掩模曝光裝置，其特征在于，具有第1照射光源；根據(jù)曝光圖形數(shù)據(jù)對從所述第1照射光源射出的照射光進(jìn)行數(shù)字調(diào)制、以形成光束的2維數(shù)字光調(diào)制元件；使通過所述2維數(shù)字光調(diào)制元件形成的光束在被曝光物的表面成像的成像光學(xué)系統(tǒng)；對通過所述成像光學(xué)系統(tǒng)成像的光束和所述被曝光物的表面進(jìn)行相對地掃描的掃描單元；和在所述被曝光物的表面照射能量射線的第2照射光源。
另外，本發(fā)明提供一種無掩模曝光裝置，其特征在于，具有作為第1照射光源的光束光源；根據(jù)曝光圖形數(shù)據(jù)對從所述第1照射光源射出的照射光進(jìn)行調(diào)制、以形成光束的光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)；使通過所述光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)形成的光束在被曝光物的表面成像的成像光學(xué)系統(tǒng)；對通過所述成像光學(xué)系統(tǒng)成像的光束和所述被曝光物的表面進(jìn)行相對地掃描的掃描單元；和在所述被曝光物的表面照射能量射線的第2照射光源。
本發(fā)明，還提供一種無掩模曝光裝置，其特征在于，具有射出含有紫外線的光的第1照射光源；根據(jù)所希望的曝光圖形數(shù)據(jù)對從所述第1照射光源射出的照射光進(jìn)行調(diào)制、以形成光束的2維數(shù)字光調(diào)制元件；使通過所述2維數(shù)字光調(diào)制元件形成的光束在被曝光物的表面成像的成像光學(xué)系統(tǒng)；對通過所述成像光學(xué)系統(tǒng)成像的光束和所述被曝光物的表面進(jìn)行相對地掃描的掃描單元；和在所述被曝光物的表面照射能量射線的第2照射光源。
另外，本發(fā)明提供一種曝光裝置，其特征在于，具有射出含有紫外線的光的第1照射光源；光掩模保持機(jī)構(gòu)，用于對根據(jù)曝光圖形數(shù)據(jù)描繪遮光性圖形的光掩模進(jìn)行保持；使透過所述光掩模的光束在被曝光物的表面成像的成像光學(xué)系統(tǒng)；和在所述被曝光物的表面照射能量射線的第2照射光源。
曝光裝置也是本發(fā)明提供的其它的一個(gè)方面，其特征在于將來自所述第2照射光源的射出光的光軸中心線，配置在從來自所述第1照射光源的射出光的成像區(qū)域的端部到所述被曝光物的端部的某個(gè)區(qū)域內(nèi)。
曝光裝置也是本發(fā)明所提供的又一其它方面，其特征在于將來自所述第2照射光源的射出光的光軸中心線，配置成與來自所述第1照射光源的射出光成像中心軸平行。
本發(fā)明的另一其它方面提供一種曝光裝置，其特征在于，將來自所述第2照射光源的射出光的光軸中心線，配置成在被曝光物表面與來自所述第1照射光源的射出光成像中心軸交叉。
另外，本發(fā)明還提供一種曝光方法，在被曝光物的表面照射加工成圖形形狀的光束進(jìn)行顯影、對感光性材料進(jìn)行加工的曝光方法，其特征在于，具有第2曝光工序，該工序是在包含通過第1曝光而照射的區(qū)域的面積內(nèi)照射能量射線。
而且，本發(fā)明還提供一種曝光方法，在被曝光物的表面照射加工成圖形形狀的光束進(jìn)行顯影、對感光性材料進(jìn)行加工的無掩模曝光方法，其特征在于，同時(shí)實(shí)施照射加工成圖形形狀的光束的第1曝光照射、以及在包含通過第1曝光而照射的區(qū)域的所希望的面積內(nèi)照射均勻的能量射線的第2曝光照射。
而且，本發(fā)明的1方面是提供一種曝光裝置，其特征在于，具備照射加工成圖形形狀的光束的第1曝光照射源光學(xué)系統(tǒng)；和在包含通過第1曝光而照射的區(qū)域的所希望的面積內(nèi)，照射能量射線的第2曝光照射源光學(xué)系統(tǒng)。另外此時(shí)，特征也可以是對所述第1曝光照射源光學(xué)系統(tǒng)和所述第2曝光照射源光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。
作為在本發(fā)明中提供的曝光裝置的另一方面，其特征在于，具有第1照射光源；根據(jù)所希望的曝光圖形數(shù)據(jù)，對從該第1照射光源射出的第1照射光進(jìn)行調(diào)制的光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)；使通過該光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)形成的光束在被曝光物的表面成像的成像光學(xué)系統(tǒng)；對通過該光學(xué)系統(tǒng)成像的光束和所述被曝光物的表面進(jìn)行相對地掃描的掃描單元；第2照射光源；和將從該第2照射光源射出的第2射出光，按波長進(jìn)行分光的分光光學(xué)系統(tǒng)。在這種情況下，也可以將按波長對所述第2射出光進(jìn)行分光的分光光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行配置，以使通過所述分光光學(xué)系統(tǒng)分光的光束從所述第1照射光源射出，并含有通過調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)、成像光學(xué)系統(tǒng)來成像/描繪所述所希望形狀的光束的區(qū)域。
另外，具有如下特征的曝光裝置也是本發(fā)明所提供的技術(shù)，該曝光裝置具有第1照射光源；根據(jù)曝光圖形數(shù)據(jù)對從所述第1照射光源射出的第1照射光進(jìn)行調(diào)制的光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)；使通過所述光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)形成的光束在被曝光物的表面成像的成像光學(xué)系統(tǒng)；對通過所述成像光學(xué)系統(tǒng)成像的光束與所述被曝光物的表面進(jìn)行相對地掃描的掃描單元；和具有波長選擇單元的第2照射光源。
另外，本發(fā)明也提供布線基板的制造方法，在基板上使感光性材料成膜，在所述感光性材料上引起光化學(xué)反應(yīng)之后顯影，形成抗蝕圖形(resist pattern)，使用所述抗蝕圖形來加工導(dǎo)體，其特征在于，在所述感光性材料上引起光化學(xué)反應(yīng)的工序分為如下階段照射被加工的光束，引起僅在所希望位置的光化學(xué)反應(yīng)的第1曝光照射階段；以及均勻地照射能量射線以至少包含通過第1曝光照射而照射的區(qū)域，并在包含在第1曝光照射階段中照射的區(qū)域附近的區(qū)域中，也引起光化學(xué)反應(yīng)的第2曝光照射階段。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以以滿足現(xiàn)今的低成本化、短交付期化的要求水平的高生產(chǎn)率且低成本的狀況來進(jìn)行高精度的曝光。


圖1是使用本發(fā)明的曝光裝置進(jìn)行曝光的通用感光性樹脂的吸光特性的示意圖。
圖2是使用本發(fā)明的曝光裝置進(jìn)行曝光的通用感光性樹脂的分光靈敏度特性的示意圖。
圖3是表示本發(fā)明的曝光裝置的最佳實(shí)施方式的概略圖。
圖4是表示基于本發(fā)明的曝光方法的圖形描繪結(jié)果(圖形描繪時(shí)間和膜厚的關(guān)系)的一例的圖。
圖5是表示本發(fā)明的曝光裝置的另一實(shí)施方式例的概略圖。
圖6是表示本發(fā)明的曝光裝置的又一實(shí)施方式的一例的概略圖。
圖7是表示本發(fā)明的曝光裝置的又一實(shí)施方式的一例的概略圖。
圖8是表示本發(fā)明的圖形形成方法的實(shí)施方式的一例的概略圖。
圖9是表示本發(fā)明的曝光裝置的又一實(shí)施方式的一例的概略圖。
圖10是表示本發(fā)明的照射位置的實(shí)施方式的一例的概略圖。
圖11是表示本發(fā)明的照射位置的另一實(shí)施方式的一例的概略圖。
圖12是表示本發(fā)明的曝光裝置的調(diào)制元件的配置例的概略圖。
圖13是表示本發(fā)明的曝光裝置的又一實(shí)施方式的一例的概略圖。
符號說明1第1照射光源、2第2照射光源、3分光單元、4用于去除有害光線成分的光學(xué)單元、5光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)、6a以及6b導(dǎo)光光學(xué)元件、7成像光學(xué)系統(tǒng)、7a第1成像透鏡、7b微型透鏡陣列、7c衍射光柵、7d第2成像透鏡、8光束成形光學(xué)系統(tǒng)、9調(diào)制控制部、10被曝光物、11載物臺(tái)、13載物臺(tái)控制器、220光掩模、30主控制部、31存儲(chǔ)裝置、32數(shù)據(jù)顯示部、33輸入單元、40網(wǎng)絡(luò)、41CAD系統(tǒng)、50鏡面光學(xué)系統(tǒng)、51濾波器、52積分儀、53第1方向控制鏡面、54第2方向控制鏡面、55成像光學(xué)系統(tǒng)、56光束、59生產(chǎn)計(jì)劃控制裝置、61方向控制鏡面、62成像光學(xué)系統(tǒng)、255積分儀、256聚光透鏡、257投影透鏡、100曝光頭、110底座、111臺(tái)面、113立柱、116光束、200控制裝置、302照明光學(xué)系統(tǒng)、303聲光元件、304多面反射鏡、305f-θ透鏡、500空間調(diào)制元件的框體外形、501a通過空間調(diào)制元件調(diào)制的光束所成像的區(qū)域之一、501b通過空間調(diào)制元件調(diào)制的光束所成像的區(qū)域之一、501c通過空間調(diào)制元件調(diào)制的光束所成像的區(qū)域之一、501d通過空間調(diào)制元件調(diào)制的光束所成像的區(qū)域之一、501e通過空間調(diào)制元件調(diào)制的光束所成像的區(qū)域之一。
具體實(shí)施例方式
使用附圖，對本發(fā)明的曝光裝置以及曝光方法和布線基板制造方法的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
首先，本發(fā)明中使用的感光性材料(i線用感光性材料)是用于布線基板制造的感光材料，在布線基板的制造工序中，主要照射350～450nm的紫外光～近紫外光，提供所謂的光刻法(lithography)加工。適合本發(fā)明的感光材料，預(yù)先被加工成薄膜狀，可以是所謂的干膜狀，也可以是液狀。無論薄膜狀還是液狀的情況下，都在被曝光物(例如布線基板)的表面，按照規(guī)定的方法，在適當(dāng)成膜后進(jìn)行曝光。適合于本發(fā)明的感光材料的成膜后的厚度大體在約2微米～100微米的范圍內(nèi)，最小加工尺寸(線寬)為1微米左右。作為感光材料的系統(tǒng)，其主成分包含感光性聚酰亞胺(ポリイミド)、感光性苯基環(huán)丁烯(BCB)(ベンゾシクロブテン)、感光性丙烯酸脂(アクリレ一ト)、感光性環(huán)氧丙烯酸脂(エポキシアクリレ一ト)、感光性聚苯并噁唑(ポリベンズオキサゾ一ル)、感光性大側(cè)基丙烯酸脂(カルドアクリレ一ト)等的感光材料適用于本發(fā)明，在要求對應(yīng)于各個(gè)材料的合適處理?xiàng)l件的基礎(chǔ)上應(yīng)用。根據(jù)被曝光物的構(gòu)造和用途，可以使用在此例示之外的感光性材料進(jìn)行組成的情況不用重新指出。對于布線制造工序中的感光性材料，已知有各種用途，具體地，包括蝕刻抗蝕劑、電鍍抗蝕劑、釬焊抗蝕劑、布線覆蓋層等，但是若根據(jù)各個(gè)用途、目的將條件最適合化，則可以應(yīng)用本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)2微米～1000微米的加工。此外，由于感光性材料對于光的反應(yīng)性不同，分為正型和負(fù)型，本發(fā)明的技術(shù)對于任何反應(yīng)型的感光性材料都可以應(yīng)用。在本發(fā)明中，多數(shù)情況下，從精細(xì)性的觀點(diǎn)出發(fā)理想的是正型，從加工范圍(プロセスマ一ジン)的觀點(diǎn)出發(fā)理想的是負(fù)型，在需要高精度圖像(最小加工尺寸＝約1微米)的形成的情況下應(yīng)用正型，通用用途(加工尺寸＝10～1000微米)中應(yīng)用負(fù)型時(shí)，多數(shù)情況下可以得到實(shí)用上的最大的效果。此外，圖1以及圖2是本發(fā)明的通用的負(fù)型感光性樹脂的吸光特性、分光靈敏度特性的一例。
本發(fā)明的曝光裝置，發(fā)揮無掩模直接曝光技術(shù)中的節(jié)約材料費(fèi)、縮短準(zhǔn)備時(shí)間和高精度對位的有點(diǎn)，同時(shí)為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)曝光時(shí)間的縮短，具有圖3所示的兩個(gè)系統(tǒng)的光源。即，作為第一實(shí)施例，如圖3所示，具有第1照射光源1；除去從第1照射光源1射出的照射光中的有害光線成分的光學(xué)單元4；調(diào)整該照射光的強(qiáng)度分布和形狀的光束成形光學(xué)系統(tǒng)8；根據(jù)曝光圖形數(shù)據(jù)對將調(diào)整后的照射光進(jìn)行調(diào)制、形成光束的光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5；使得到的光束在被曝光物10的表面成像的成像光學(xué)系統(tǒng)7；除第1照射光源以外、在被曝光物10上照射能量射線的第2照射光源2；掃描單元，其具備承載被曝光物10的載物臺(tái)11、以及對該載物臺(tái)11進(jìn)行控制的載物臺(tái)控制器13。在本發(fā)明中，通過將來自第1照射光源的選擇性的圖形描繪照射和來自第2照射光源的非選擇性的大面積能量照射進(jìn)行組合，并照射到被曝光物10上，由此來累計(jì)兩者的光量，結(jié)果，可抑制來自第1照射光源的選擇性的圖形描繪照射中的倒易律失效現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了在現(xiàn)有技術(shù)中無法實(shí)現(xiàn)的曝光時(shí)間縮短、曝光生產(chǎn)率增大。
以下，對本發(fā)明的曝光裝置的各構(gòu)成部分進(jìn)行具體說明，同時(shí)，也對曝光裝置的動(dòng)作進(jìn)行說明。
作為第1照射光源1，使用射出波長405nm左右的近紫外光的近紫外光光源。是因?yàn)榻贤夤庠诟邚?qiáng)度的入射所允許的可見光區(qū)域的范圍內(nèi)具有最大的光子能量。第1照射光源1的構(gòu)成為在本發(fā)明的最佳的方式中并設(shè)多個(gè)近紫外半導(dǎo)體激光器光源，不過，若在光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5的紫外耐光性的允許范圍內(nèi)，則也可以使用射出包含低強(qiáng)度的紫外線的光的光源。調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5的紫外耐光性取決于調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)部細(xì)微構(gòu)造部的構(gòu)造，由于此特性，所以取決于調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)的種類，但是根據(jù)發(fā)明者的研究，理想的是在調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)的表面上300～400nm范圍的紫外光強(qiáng)度的峰值不超過10W/cm2。當(dāng)調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)的表面的紫外光強(qiáng)度的峰值超過10W/cm2，則由于調(diào)制鏡面沒有反射的光的能量，在調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部的細(xì)微機(jī)構(gòu)部發(fā)生變形，其結(jié)果是，變得易于發(fā)生誤動(dòng)作、或者發(fā)生熱應(yīng)力蓄積而引起破壞的可能性變大。此外，由于波長不到300nm的遠(yuǎn)紫外光、電子射線、X射線等，很可能顯著地增大調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5的誤動(dòng)作發(fā)生率，或者縮短壽命，所以使用除此以外的光源。在圖3中，舉例表示設(shè)有從來自第1照射光源1的射出光中去除遠(yuǎn)紫外光、電子射線、X射線等有害光線成分用的光學(xué)單元4的構(gòu)造。在本發(fā)明中，可以使用用于除去有害光線成分的光學(xué)單元4，但若具體地舉例表示，則列舉出光學(xué)濾波器等。此外，根據(jù)使用的光源的波長等，也可以省略光學(xué)單元4。另一方面，若在超過400nm的可見光范圍內(nèi)，則也可以連續(xù)使用10W/cm2，若瞬間的峰值強(qiáng)度到20W/cm2左右，則不導(dǎo)致變形的蓄積，所以可以使用。當(dāng)對滿足該條件、并可在本發(fā)明中使用的低強(qiáng)度的紫外光源進(jìn)行具體示例時(shí)，舉出金屬鹵化物燈或低壓水銀燈、半導(dǎo)體激光器等。如果是低強(qiáng)度的紫外光源，則也可以使用在此例示之外的光源，也可以將來自超高壓水銀燈、氙燈、鹵素?zé)舻确烹姛艋験AG第3高次諧波等的激光器光源的射出光的紫外光強(qiáng)度，用濾波器或光柵、或者波束成形器(ビ一ムシエ一パ一)或波束擴(kuò)散器(ビ一ムデフュ一ザ一)等進(jìn)行調(diào)整后，作為第1照射光源1來使用。
從第1照射光源1射出的照射光，經(jīng)過第1導(dǎo)光光學(xué)元件6a、調(diào)整光束的光強(qiáng)度分布或光束形狀用的光束成形光學(xué)系統(tǒng)8以及第2導(dǎo)光光學(xué)元件6b，入射到光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5。光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5由調(diào)制控制部9進(jìn)行數(shù)字控制，調(diào)制控制部9作為控制全體曝光裝置的主控制部30的子系統(tǒng)，對光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5進(jìn)行控制。所希望的曝光圖形數(shù)據(jù)，在CAD(Computer Aided Design)系統(tǒng)40中被設(shè)計(jì)后，通過網(wǎng)絡(luò)41發(fā)送到主控制部30，在存儲(chǔ)各種控制程序或運(yùn)算程序的存儲(chǔ)裝置31中進(jìn)行存儲(chǔ)。
所述網(wǎng)絡(luò)41，可以是公共通信線路或者經(jīng)過它的通信網(wǎng)，即使CAD系統(tǒng)40和本發(fā)明的曝光裝置的設(shè)置場所遠(yuǎn)離也沒有關(guān)系。在使用產(chǎn)品的情況下，通過在所謂的消費(fèi)地點(diǎn)附近設(shè)置制造地點(diǎn)，在該制造地點(diǎn)設(shè)置曝光裝置，可以使制造地點(diǎn)和消費(fèi)地點(diǎn)之間的產(chǎn)品運(yùn)送時(shí)間最短化，其結(jié)果是，除了削減產(chǎn)品運(yùn)送成本外，還可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)庫存以及流通庫存的最小化、減小銷售機(jī)會(huì)損失、適應(yīng)生產(chǎn)需要。在這樣的商業(yè)模型中，需要從在設(shè)計(jì)地點(diǎn)設(shè)置的CAD系統(tǒng)40中，向設(shè)置于制造地點(diǎn)的曝光裝置發(fā)送圖形數(shù)據(jù)，但通常，在這種數(shù)據(jù)中含有大量制造上的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)(know how)或營業(yè)信息等應(yīng)該保密的信息，因此，為了不使其在通信途中受到監(jiān)聽、篡改，而預(yù)先按照特定的步驟實(shí)施加密處理。此外，為了縮短通過通信網(wǎng)的時(shí)間，減小監(jiān)聽、篡改的可能性，理想的是在加密之前壓縮圖形數(shù)據(jù)以減小數(shù)據(jù)容量，而且，為了排除人為錯(cuò)誤導(dǎo)致的輸入錯(cuò)誤，理想的是設(shè)置用于自動(dòng)處理數(shù)據(jù)壓縮～加密和解密～數(shù)據(jù)還原的信息處理裝置。
主控制部30，除與存儲(chǔ)裝置31相連之外，至少還與數(shù)據(jù)顯示部32、輸入單元33相連，并具備用于執(zhí)行存儲(chǔ)裝置31中存儲(chǔ)的控制程序或運(yùn)算程序的運(yùn)算處理部(未圖示)，為了對調(diào)制控制部9以及載物臺(tái)控制器13進(jìn)行控制，還具有這些子系統(tǒng)間的通信單元。雖然沒有重新指出，但是拓展了可以相對于1個(gè)單位(unit)的主控制部30，連接多個(gè)單位的調(diào)制控制部9以及載物臺(tái)控制器13，并通過連接多個(gè)單位可以在抑制設(shè)備投資的同時(shí)擴(kuò)大生產(chǎn)量這樣的可能性。
入射到光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5的光，通過上述系統(tǒng)(主控制部30以及調(diào)制控制部9)進(jìn)行調(diào)制，成為所希望形狀的光束。此外，雖在圖3中沒有記載，但本發(fā)明的曝光裝置，為了測量在被曝光物10或者其表面形成的特定形狀的位置、形狀和尺寸，而具備測量單元。使用通過該測量單元取得的測量結(jié)果，與從CAD系統(tǒng)40發(fā)送并在存儲(chǔ)裝置31中存儲(chǔ)的規(guī)定的數(shù)值進(jìn)行比較，算出用于對光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5以及載物臺(tái)11的動(dòng)作進(jìn)行細(xì)微調(diào)整的修正值。
在本發(fā)明中，作為光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5，最佳的形態(tài)是1維或2維的反射鏡面陣列，具體舉出DMD(Digital Micro-Mirror Device)或GLV(Grating LightValve)、SLM(Spatial Light Modulator)等，但是也可以使用其它空間光調(diào)制裝置。在本發(fā)明中，通過使用這些可以高速動(dòng)作的光調(diào)制元件，實(shí)現(xiàn)高速的光調(diào)制。通過組合多個(gè)空間調(diào)制元件可以實(shí)現(xiàn)大面積總體的空間調(diào)制，因此根據(jù)需要，并設(shè)多個(gè)空間調(diào)制元件來使用。圖12是并設(shè)多個(gè)空間調(diào)制元件而構(gòu)成的光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5的構(gòu)造例，通過交錯(cuò)配置5個(gè)DMD空間調(diào)制元件，相對于以1個(gè)空間調(diào)制元件調(diào)制的光束所成像的區(qū)域501a的區(qū)域?qū)挾萀1，可以總體照射5倍的區(qū)域?qū)挾萀2。此外，在考慮到空間調(diào)制元件的框體外形500的幾何形狀、光束成像區(qū)域501a的幾何形狀和載物臺(tái)的掃描方向1101之間的關(guān)系等基礎(chǔ)上，理想的是使光束成像區(qū)域的距離成為最小地決定空間調(diào)制元件的相對的配置。在此考慮到空間調(diào)制元件的框體外形500的幾何形狀為近似圓形，光束成像區(qū)域501a的幾何形狀為近似矩形，其至少1邊與載物臺(tái)的掃描方向1101近似平行，表示將空間調(diào)制元件交錯(cuò)地配置的例子。光束成像區(qū)域501a的幾何形狀為近似矩形，其至少1邊可以相對于載物臺(tái)的掃描方向1101保持一定的角度。作為具體的掃描角度的一例，舉出將成為光束成像區(qū)域501a的近似矩形的短邊/長邊的比的余切的方向作成掃描角的例子。
通過光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5調(diào)制的光束，經(jīng)由成像光學(xué)系統(tǒng)7，在被曝光物10的表面成像(最小尺寸為1微米左右)。成像光學(xué)系統(tǒng)7是各種光學(xué)部件的集合體，圖3中，作為適合于本發(fā)明的光學(xué)部件集合體的一例，舉例表示了由第1成像透鏡7a、微型透鏡陣列7b、衍射光柵7c以及第2成像透鏡7d形成的結(jié)構(gòu)，但是也不排除用可以實(shí)現(xiàn)該成像光學(xué)系統(tǒng)7所要求的最小解像度(1微米左右)的其它的光學(xué)部件構(gòu)成來代替。此外，雖在圖3沒有記載，但是，希望除另設(shè)有用于吸收當(dāng)調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5的微小的鏡面進(jìn)行OFF動(dòng)作時(shí)發(fā)生的雜散光的吸收構(gòu)造體之外，還設(shè)有用于促進(jìn)來自吸收構(gòu)造體的放熱的放熱單元。通過設(shè)有放熱單元，可以防止向?qū)Ч夤鈱W(xué)系統(tǒng)6和成像光學(xué)系統(tǒng)7等的蓄積熱量，即使長時(shí)間連續(xù)工作也可以維持高精度的圖形形成。
被曝光物10以搭載到平面載物臺(tái)11上的狀態(tài)來曝光。該平面載物臺(tái)11，設(shè)計(jì)成通過載物臺(tái)控制器13沿XY2軸方向移動(dòng)(掃描)，并通過主控制部30控制為其移動(dòng)量、移動(dòng)速度、移動(dòng)方向與光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5的調(diào)制動(dòng)作聯(lián)動(dòng)。通過光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5的調(diào)制動(dòng)作和載物臺(tái)控制器13的載物臺(tái)掃描，用調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5調(diào)制的光束相對地對所述被曝光物10的表面進(jìn)行掃描，其結(jié)果是在被曝光物10的整個(gè)面上描繪希望的圖形。此外，該圖形描繪是所謂的點(diǎn)描描繪，通過一點(diǎn)點(diǎn)地錯(cuò)開配置大量光點(diǎn)，將整體被描繪成圖形。此時(shí)，使用根據(jù)在被曝光物10或其表面上形成的特定形狀的位置、形狀、尺寸的檢測結(jié)果算出的修正值，對載物臺(tái)11的移動(dòng)量或移動(dòng)速度、移動(dòng)方向、光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5的調(diào)制動(dòng)作進(jìn)行修正。
應(yīng)該描繪的圖形數(shù)據(jù)變換為大量的微小點(diǎn)的集合體，將各個(gè)微小點(diǎn)變換為用于控制光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5的各微細(xì)鏡面ON/OFF的數(shù)字信號，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置31中。在實(shí)施規(guī)定的圖形描繪的情況下，將對應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從存儲(chǔ)裝置31調(diào)出，在運(yùn)算處理部對其進(jìn)行處理，進(jìn)行譯碼使其變換為控制光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5以及載物臺(tái)11的控制信息，但在本發(fā)明的曝光機(jī)中，為了使該一連串的處理時(shí)間最短化，使用了最優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳送裝置以及運(yùn)算裝置。由于使用這種裝置，所以可以根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃來自由選擇所指示的圖形數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了多品種混合生產(chǎn)、適應(yīng)需要的生產(chǎn)。顯然，但理想的是生產(chǎn)計(jì)劃與ERP(Enterprise Resouse Planning)等系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。
這樣，通過第1照射光源1，能夠在被曝光物10表面的規(guī)定區(qū)域描繪希望的圖形，但在本發(fā)明的曝光裝置中如上所述，其特征在于，另設(shè)有第2照射光源2，以來自第2照射光源2的射出光來照射至少包含該圖形描繪區(qū)域、并最好是更大一圈的區(qū)域。此外，第2照射光源2也用主控制部30控制。第2照射光源2是能夠以全射出能量中大于等于1％且小于等于100％的強(qiáng)度，射出含有350～450nm的范圍的紫外～近紫外光的能量射線的光源，具體地，金屬鹵化物燈或低壓水銀燈、超高壓水銀燈、氙燈、鹵素?zé)舻确烹姛簦琘AG第3高次諧波、半導(dǎo)體激光器等適用于本發(fā)明。作為最佳的實(shí)施方式，是容易控制照射能量的半導(dǎo)體激光器、或者廉價(jià)且易于保養(yǎng)的金屬鹵化物燈等，參照使用目的并鑒于功率消耗、保養(yǎng)管理、照射量的控制性等來進(jìn)行選擇，根據(jù)需要，也不排除將它們多個(gè)組合使用。
在本發(fā)明中，從作為第2照射光源2舉例表示的這些光源中，若考慮作為被曝光物的感光材料的感光特性或形狀、光源自身的分光放射特性、第1照射光源的種類等則可以選擇最適宜的組合。但是，為了省略每次變更被曝光物10的品種時(shí)都要變更光源的組合這樣的煩雜的操作，而希望預(yù)先設(shè)有可以調(diào)整被曝光物10從第2照射光源2接收光的放射能量這樣的機(jī)構(gòu)。具體來說，設(shè)有用于安裝僅使特定波長的光透過的光學(xué)濾波器的濾波器折疊器(filterfolder)，或者設(shè)有用于分光的光柵、棱鏡，或者設(shè)有可以裝卸快門、狹縫、積分儀(インテグレ一タ)等的鏡筒。
本發(fā)明的曝光裝置中，通過將來自第1照射光源的選擇性的圖形描繪照射和來自第2照射光源2的非選擇性的大面積均勻能量射線照射組合地進(jìn)行照射，抑制來自第1照射光源的選擇性的圖形描繪照射中的倒易律失效現(xiàn)象，作為其結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)曝光時(shí)間縮短、曝光生產(chǎn)率增大。對于本發(fā)明的曝光方法，在后面進(jìn)行詳細(xì)描述，但是，使用本發(fā)明的曝光裝置，在負(fù)型抗蝕劑上進(jìn)行圖形描繪(尺寸＝10～1000微米)，在規(guī)定條件下顯影而得到的抗蝕劑形狀測量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一例，以橫軸為顯影后的圖形描繪時(shí)間，以縱軸為抗蝕劑膜厚，在圖4中進(jìn)行表示。在將來自第1照射光源1的選擇性的圖形描繪照射和來自第2照射光源2的非選擇性的均勻能量射線照射組合來形成圖形的情況下，與僅通過來自第1照射光源1的選擇性的圖形描繪照射來形成圖形的情況相比，在該實(shí)施結(jié)果中，需要的圖形描繪時(shí)間縮短到約1/3，其結(jié)果是實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)率3倍化。
作為本發(fā)明的最佳方式，至少在根據(jù)第1照射光源選擇性的圖形描繪照射的區(qū)域中，使從第2照射光源2接收的光的累計(jì)光量均勻地進(jìn)行配置。此外，從第2照射光源2接收的光的累計(jì)光量，是在被曝光物10表面的各點(diǎn)對于每一波長累計(jì)出的量。作為一例，在圖5所示的曝光裝置構(gòu)成中，從第2照射光源2射出的光，在由直至到達(dá)被曝光物10表面的路徑上設(shè)置的分光單元3來分光的狀態(tài)下到達(dá)被曝光物10表面。在某特定的瞬間，根據(jù)被曝光物10表面上的位置，各點(diǎn)接收到的光的波長不同，進(jìn)一步說，在被曝光物10表面上的面內(nèi)各點(diǎn)中從第2照射光源2接收到的光的強(qiáng)度，在某特定的瞬間不一定相同。但是，被曝光物10以搭載在載物臺(tái)上的狀態(tài)曝光，由于該載物臺(tái)通過載物臺(tái)控制器沿XY2軸方向移動(dòng)(掃描)，通過采用時(shí)間的積分，各點(diǎn)從第2照射光源2接收的光的累計(jì)光量，在被曝光物10的整個(gè)面變得均勻。此外，對從第2照射光源射出的光進(jìn)行分光用的分光單元3，理想的是內(nèi)置有用于對來自第2照射光源2的射出光之間構(gòu)成的夾角進(jìn)行調(diào)整的機(jī)構(gòu)，根據(jù)需要來調(diào)整角度，由此可以期待各種效果。例如，可以調(diào)整從來自第1照射光源1的選擇性的圖形描繪照射結(jié)束直到來自第2照射光源2的能量射線照射為止的時(shí)間那樣地調(diào)整角度。或者也可以設(shè)定成使來自第2照射光源2的能量射線的短波長成分，與來自第1照射光源的選擇性圖形描繪照射同時(shí)進(jìn)行照射，使來自第2照射光源的能量射線的長波長成分，在來自第1照射光源1的選擇性的圖形描繪照射結(jié)束后進(jìn)行照射。
另外，本發(fā)明的最佳方式中，通過同時(shí)實(shí)施來自第1照射光源1的選擇性的圖形描繪照射和來自第2照射光源2的非選擇性的均勻能量射線照射，可以實(shí)現(xiàn)曝光時(shí)間的縮短，但是，在被曝光物的形狀、大小等方面，無法確保同時(shí)照射的情況下，也可以不必進(jìn)行同時(shí)照射。在不同時(shí)照射的情況下，為了確保從第2照射光源2接收到的光的累計(jì)光量的均勻性，也可以在來自第1照射光源1的選擇性圖形描繪照射之前，實(shí)施來自第2照射光源2的非選擇性的能量射線，也可以在來自第1照射光源1的選擇性的圖形描繪照射結(jié)束后，附加實(shí)施來自第2照射光源2的非選擇性的能量射線照射。在這些情況下，獨(dú)立地實(shí)施來自第2照射光源2的非選擇性的能量射線照射，和來自第1照射光源1的選擇性的圖形描繪，因此，引起圖形描繪所需的時(shí)間的縮短。具體地，對于第1基板，進(jìn)行來自第1照射光源1的選擇性的圖形描繪照射期間，對于第2基板，實(shí)施來自第2照射光源2的非選擇性的能量射線照射。按照這樣的步驟分別使用第1照射光源1和第2照射光源2來平行處理，由此可以縮短描繪時(shí)間。
此外，若將來自第2照射光源2的射出光的光軸中心線設(shè)置為逼近被曝光物，則易于確保累計(jì)光量的均勻性。另外理想的是預(yù)先附加可以根據(jù)需要來調(diào)整來自第2照射光源2的射出光光軸中心線的機(jī)構(gòu)。作為適合于本發(fā)明的、可以調(diào)整光軸中心線的機(jī)構(gòu)的具體例子，是在第2照射光源2的安裝部上附加的角度調(diào)整機(jī)構(gòu)、及在從第2照射光源2到被曝光物10的光學(xué)路徑內(nèi)設(shè)置的電鍍鏡面等。此外，來自第2照射光源2的射出光光軸中心線，在對于來自第1照射光源的射出光光軸中心平行的情況、和對于來自第1照射光源的射出光光軸中心線在被曝光物10表面交叉的情況下，有易于得到適于本發(fā)明的效果的趨勢。
另外，本發(fā)明的曝光原理，可以成為第1照射光源1和第2照射光源2等光學(xué)系統(tǒng)、和載物臺(tái)11上的臺(tái)面112上吸著的被曝光物10相對掃描的構(gòu)造?？梢允枪鈱W(xué)系統(tǒng)固定，臺(tái)面112和被曝光物10移動(dòng)的構(gòu)造，也可以是載物臺(tái)11固定，光學(xué)系統(tǒng)移動(dòng)的曝光裝置。當(dāng)使用圖13(a)和圖13(b)所示的構(gòu)成的曝光裝置來進(jìn)行具體說明時(shí)，成為如下這樣。圖13是由底座110、立柱113、在立柱113上設(shè)置的曝光頭100、臺(tái)面111構(gòu)成的曝光裝置的概略構(gòu)成例的示意圖，圖13(a)是正面圖，圖13(b)是側(cè)面圖。使載物臺(tái)11被設(shè)置成在臺(tái)面11以及臺(tái)面112上的被曝光物10成為可以沿箭頭104以及箭頭105方向進(jìn)行移動(dòng)控制的結(jié)構(gòu)，該控制條件以及從曝光頭100輸出的第1照射光源1和第2照射光源2等光學(xué)系統(tǒng)的曝光條件，共同由控制裝置200進(jìn)行控制。被曝光物10向箭頭104方向移動(dòng)同時(shí)，對被曝光物10的所希望的區(qū)域，從曝光頭100射出光束116進(jìn)行曝光。立柱113可以在底座110上前后移動(dòng)，根據(jù)立柱113的動(dòng)作，曝光頭100也移動(dòng)。而且，載物臺(tái)11可以進(jìn)行箭頭104以及箭頭105所舉例表示的微動(dòng)，在立柱113移動(dòng)的同時(shí)，從曝光頭100射出的光束116可以照射被曝光物10的希望的區(qū)域。為了控制曝光頭100的動(dòng)作以及載物臺(tái)11的動(dòng)作，設(shè)置控制裝置200。此外，作為圖13(a)以及圖13(b)中舉例表示的曝光裝置的結(jié)構(gòu)，也可以在底座110上固定立柱113，根據(jù)載物臺(tái)11以及臺(tái)面111的移動(dòng)進(jìn)行控制，以使從曝光頭100射出的光束116照射被曝光物10的希望的區(qū)域。
接下來，在圖13中說明的曝光頭100，雖然可以是在圖3以及圖4中說明的第1照射光源和第2照射光源等光學(xué)系統(tǒng)，對于其它的例子，在圖6和圖9中進(jìn)行說明。
對于本發(fā)明的曝光裝置的其它實(shí)施方式，如圖6中所記載，具有搭載第1照射光源1、第2照射光源2和被曝光物10的載物臺(tái)11以及對其進(jìn)行控制的載物臺(tái)控制器13，在這一點(diǎn)上和所述第一實(shí)施例相一致，但是，具有將第1照射光源1作為光束光源，將光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)作為光束掃描光學(xué)系統(tǒng)的特征。此外，在圖6中，作為光束掃描光學(xué)系統(tǒng)的一例，舉例表示了由第1方向控制鏡面53和第2方向控制鏡面54構(gòu)成的電鍍鏡面光學(xué)系統(tǒng)50，但是也可以是由多面反射鏡和f-θ透鏡的組合而構(gòu)成的光束掃描光學(xué)系統(tǒng)。在圖6的曝光機(jī)結(jié)構(gòu)例中，從第1照射光源1射出的光束56經(jīng)過濾波器51、積分儀52、第1方向控制鏡面53、第2方向控制鏡面54、成像光學(xué)系統(tǒng)55達(dá)到被曝光物10。另一方面，從第2照射光源2射出的光束，經(jīng)過方向控制鏡面61以及成像光學(xué)系統(tǒng)62照射被曝光物10。此外，控制部59是用于根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃將應(yīng)該生產(chǎn)的產(chǎn)品品種以及數(shù)量向各曝光機(jī)進(jìn)行指示的裝置。接著，作為與曝光頭100的第1照射光源有關(guān)的光學(xué)系統(tǒng)的其它實(shí)施例，用圖9進(jìn)行說明。圖9是舉例表示由多面反射鏡304和f-θ透鏡305的組合構(gòu)成的光束掃描光學(xué)系統(tǒng)的概略機(jī)構(gòu)的概略圖。在圖9的曝光機(jī)結(jié)構(gòu)例中，作為第1照射光源1，使用YAG激光器第3高次諧波，從第1照射光源1射出的光束，經(jīng)過照明光學(xué)系統(tǒng)302以及聲光元件303，通過多面反射鏡304和f-θ透鏡305被掃描控制，到達(dá)被曝光物10。
在需要高精度且高速的光束掃描的情況下，一般，由多面反射鏡和f-θ透鏡構(gòu)成的光束掃描光學(xué)系統(tǒng)比電鍍鏡面光學(xué)系統(tǒng)，更適合。在本實(shí)施例中所使用的圖6或圖9中舉例表示的光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)的紫外光耐光性充分高，所以作為第1照射光源1，可以使用能夠射出含有350～450nm范圍的紫外～近紫外光的能量射線的光源。具體舉例表示YAG第3高次諧波或半導(dǎo)體激光器等。通過掃描光學(xué)系統(tǒng)被掃描的光束，與上述實(shí)施例相同，經(jīng)由成像光學(xué)系統(tǒng)在被曝光物10的表面成像，但是，最小尺寸為10微米左右。被曝光物10，以搭載在平面載物臺(tái)11上的狀態(tài)進(jìn)行曝光，并用主控制部30進(jìn)行控制，使通過載物臺(tái)控制器13與光束掃描光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)制動(dòng)作聯(lián)動(dòng)，通過這些機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，在被曝光物10的整個(gè)面上描繪希望的圖形。
用來自第1照射光源的射出光(光束)來描繪出的區(qū)域，用來自第2照射光源2的照射光照射比該區(qū)域大一圈的區(qū)域全體。第2照射光源2，是可以以全射出能量中大于等于1％小于等于100％的強(qiáng)度，射出含有350～450nm范圍的紫外～近紫外光的能量射線的光源，具體地，金屬鹵化物燈或低壓水銀燈、超高壓水銀燈、氙燈、鹵素?zé)舻确烹姛?，YAG第3高次諧波、半導(dǎo)體激光器等適用于本發(fā)明。最好是照射能量的控制較容易的半導(dǎo)體激光器、或者廉價(jià)且保養(yǎng)也容易的金屬鹵化物燈等，按照使用目的并鑒于保養(yǎng)管理、照射量的控制性等來選擇，根據(jù)需要可以選擇為以使對于從第2照射光源2接收的光的每個(gè)波長累計(jì)出的累計(jì)光量成為決等。
接下來，使用圖7對本發(fā)明的曝光裝置的又一其它實(shí)施方式進(jìn)行說明。和第一實(shí)施例中記載的曝光裝置的不同點(diǎn)是光學(xué)系統(tǒng)的部分，從第1照射光源1射出的光，在經(jīng)由第1平面鏡253、第2平面鏡254和在其間設(shè)置的積分儀255后通過光掩模220，由此變換為成為希望的圖形形狀的光束。此外，本實(shí)施方式中的第1照射光源1，可以是能夠射出含有350～450nm范圍的紫外～近紫外光的能量射線的光源。在此，在圖7中，作為用于在光掩模220的前后成像的成像光學(xué)系統(tǒng)，舉例表示了設(shè)有聚光透鏡256以及投影透鏡257的結(jié)構(gòu)。舉例表示適于本實(shí)施例的第1照射光源1是超高壓水銀燈、金屬鹵化物燈、氙燈等。變換為希望的圖形形狀的光束，與所述最佳實(shí)施方式中的實(shí)施例相同，在搭載在平面載物臺(tái)11上的被曝光物10的表面上成像。此外，在本實(shí)施例中，為了圖形描繪而進(jìn)行載物臺(tái)掃描并不一定需要，但是，有時(shí)出于使按從第2照射光源2接收到的光的每個(gè)波長而累計(jì)出的累計(jì)光量均等的目的來進(jìn)行載物臺(tái)掃描。來自第2照射光源2的能量射線的照射，可以不一定和來自第1照射光源1的選擇性的圖形描繪照射同步，但是希望來自第1照射光源1的選擇性的圖形描繪照射和來自第2照射光源2的能量射線的照射的時(shí)間間隔短。根據(jù)發(fā)明者的檢驗(yàn)結(jié)果，在本實(shí)施例的構(gòu)成中，最佳的時(shí)間間隔為10分鐘以內(nèi)，但是根據(jù)被曝光物(感光性材料)的種類、形狀、用途，即使是更長的時(shí)間也不要緊，因此希望預(yù)先通過適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)來確認(rèn)最佳的時(shí)間間隔。
以上，任意實(shí)施方式中的曝光裝置都作為光源并使用了第1照射光源和第2照射光源兩個(gè)系統(tǒng)的光源，但是從謀求光量累計(jì)的觀點(diǎn)，也可以使用目的在于達(dá)到同樣的效果地，使用單一照射光源的多次曝光。例如，也可以使用第1照射光源，使DMD等光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)成為全面ON狀態(tài)，在規(guī)定的條件下進(jìn)行被曝光物10的全面曝光后，再次使用第1照射光源，使光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)成為部分ON狀態(tài)，同時(shí)對全面曝光了的被曝光物10進(jìn)行圖形描繪曝光。
接下來，使用圖8對本發(fā)明的曝光方法以及使用該曝光方法的布線基板的制造方法的實(shí)施方式的一例進(jìn)行說明。首先，準(zhǔn)備規(guī)定形狀的被曝光物10，在所述被曝光物10的表面使感光性材料成膜(圖8a)。圖8中舉例表示的實(shí)施方式中，由布線基板用的環(huán)氧玻璃基體10a和在其表面預(yù)先成膜的銅箔10b構(gòu)成的覆銅環(huán)氧玻璃基板，作為在其表面成膜的感光性材料10c，使用在布線基板的制造工序中供光刻法加工的材料，但是本發(fā)明，對于在此例示之外的材料的組合也可以應(yīng)用。例如，也可以應(yīng)用于在已經(jīng)在內(nèi)層以及最外層形成了布線層的多層布線基板的表面成膜了的釬焊抗蝕劑層的曝光工序，也可以應(yīng)用于其它圖形形成工序，例如，光造形加工法中的金屬模制作等。根據(jù)用途、目的，適宜選擇在與之對應(yīng)的被曝光物10或其表面成膜的感光材料的形狀、種類，但是在本實(shí)施方式中，適宜的感光材料成膜后的膜厚大體在約2微米～100微米范圍內(nèi)。此外，膜厚越薄越適于精細(xì)的加工，最小加工尺寸(線寬)為1微米左右。
在表面上將感光性材料成膜的被曝光物10，在下一工序中，配置在曝光裝置的載物臺(tái)11上(圖8b)。此外，在本實(shí)施例中使用了圖3中舉例表示的曝光裝置，但是不限于此，也可以根據(jù)目的選擇適宜的曝光裝置，例如，圖6或圖7中舉例表示的曝光裝置，也可以是圖13中舉例表示的結(jié)構(gòu)的曝光裝置。在使曝光物10向載物臺(tái)11上移動(dòng)中，使用適當(dāng)?shù)倪\(yùn)送單元、例如基板送料器(handler)(未圖示)，在載物臺(tái)上所規(guī)定的范圍內(nèi)固定。如圖8所示的平坦的被曝光物10的情況下，可以通過靜電卡裝或真空卡裝等固定方法(未圖示)，簡便且準(zhǔn)確地固定。
在載物臺(tái)11上固定的被曝光物10上，預(yù)先在多個(gè)位置設(shè)有規(guī)定形狀的標(biāo)記，本發(fā)明的曝光機(jī)所裝備的測量單元對該標(biāo)記(未圖示)的位置、形狀、尺寸等進(jìn)行測量。根據(jù)由該測量單元所取得的測量結(jié)果，求得被曝光物10的載物臺(tái)上的固定位置。在本發(fā)明的曝光機(jī)所裝備的運(yùn)算處理部中，將該測量結(jié)果和從CAD系統(tǒng)發(fā)送并在存儲(chǔ)裝置31中存儲(chǔ)的規(guī)定數(shù)值進(jìn)行比較，計(jì)算出用于細(xì)微調(diào)整光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5以及載物臺(tái)11的運(yùn)動(dòng)的修正值。對于存儲(chǔ)裝置31中存儲(chǔ)的應(yīng)描繪的圖形的數(shù)據(jù)，實(shí)施基于在上述過程中算出的修正值的修正，將其分別分配至調(diào)制控制部9以及載物臺(tái)控制器13，在成為下一工序的圖形描繪工序中為了聯(lián)動(dòng)控制調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5以及載物臺(tái)11而使用。
在下一工序中，在載物臺(tái)11上固定的被曝光物10，接收到通過調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)5調(diào)制的調(diào)制光，在其表面進(jìn)行圖形描繪(圖8c)。在本發(fā)明中，除位置選擇性的圖形描繪以外，包含該圖形描繪區(qū)域地實(shí)施非選擇性的能量射線照射。希望在這里所使用的能量射線是以全射出能量中大于等于1％小于等于100％的強(qiáng)度含有350～450nm范圍的紫外～近紫外光的光線，但也可以使所述圖形描繪重疊地進(jìn)行照射，在圖形描繪前照射，在圖形描繪后照射。此外，根據(jù)本發(fā)明者的實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)了位置選擇性的圖形描繪的照射量和非選擇性的全面能量射線的照射量的和，與僅以位置選擇性的圖形描繪形成圖形的情況下的照射量相同，或者可以相差很少。當(dāng)表示具體的照射量的一例時(shí)，為了僅以位置選擇性的圖形描繪無缺陷地得到希望的圖形而需要200mJ/cm2，將位置選擇性的圖形描繪20mJ/cm2和非選擇性的全面能量射線的照射20mJ/cm2進(jìn)行組合，也可以形成同樣無缺陷的圖形。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果雖不一定能完全說明，但是可以認(rèn)為是倒易律失效的一種。通過分割實(shí)施了用于對圖形描繪用圖形進(jìn)行描繪的照射，發(fā)現(xiàn)倒易律失效，作為其結(jié)果，推測出以預(yù)想外的低照射量，在感光材料上引起希望的反應(yīng)。此外，圖8中，將在圖形描繪結(jié)束后非選擇性的照射的工序作為一例進(jìn)行舉例表示(圖8d)。
非選擇性的照射不需要對位，所以容易在被曝光物10的位置不固定的狀態(tài)下或移動(dòng)中實(shí)施。具體地，也可以在將被曝光物10運(yùn)送至載物臺(tái)11并固定的工序的期間進(jìn)行照射，也可以在對預(yù)先設(shè)定于被曝光物10上的規(guī)定形狀的標(biāo)記進(jìn)行觀察的工序期間進(jìn)行照射，也可以在修正系數(shù)計(jì)算處理中進(jìn)行照射。在本發(fā)明中，通過和這些處理平行地進(jìn)行非選擇性的照射，增大生產(chǎn)率。
圖形描繪結(jié)束后的被曝光物10，從曝光裝置搬出，接受規(guī)定的顯影處理，進(jìn)行圖形定影(圖8e)。圖8是使用負(fù)型蝕刻抗蝕劑的布線圖形形成概略工序的例子，在圖8e的階段，蝕刻抗蝕圖形(resist pattern)在被曝光物表面形成蝕刻抗蝕劑圖形。
在下一工序中，將上述蝕刻抗蝕圖形作成鑄型，對導(dǎo)體進(jìn)行蝕刻，在規(guī)定的處理?xiàng)l件下將不需要的蝕刻抗蝕劑去除。圖8f是去除了抗蝕劑狀態(tài)的被曝光物10的概略截面構(gòu)造。如此處所示，通過蝕刻進(jìn)行導(dǎo)體加工時(shí)，一般地，導(dǎo)體截面有易于成為梯形的趨勢。此外，當(dāng)不通過蝕刻，用電鍍抗蝕劑制作的鑄型進(jìn)行電鍍并形成導(dǎo)體圖形時(shí)，導(dǎo)體截面有易于成為倒梯形的趨勢。
導(dǎo)體圖形，通常出于圖形間絕緣和對外力的保護(hù)的目的，覆蓋布線覆蓋層80后，作為布線使用。圖8g是形成了覆蓋層80的狀態(tài)的概略截面圖。
另一方面，由于在圖8e的工序之后，從曝光裝置內(nèi)已取出了第一個(gè)處理的第1被曝光物(基板)10，因此搬入下一基板，通過重復(fù)與上述相同的工序來制造下一布線基板(第2被曝光物)。在第2被曝光物上描繪的選擇性圖形描繪的形狀可以與第1被曝光物上描繪的圖形相同，但是沒必要必須如此，希望根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃或需要變化，描繪所指示的圖形。在圖8h中舉例表示了在描繪與上述第1被曝光物不同的圖形的情況下，在相當(dāng)于上述圖8c的工序中第2被曝光物所受光的圖形描繪的狀況的一例。
圖10(a)、(b)是表示把在上述圖形形成工序中所光照射的區(qū)域從上面看到的樣子的概略圖。區(qū)域400是非選擇性的全面能量射線照射的區(qū)域，在其內(nèi)部存在構(gòu)成圖形的101a、101b、101c。如圖10(a)所示，可以首先照射區(qū)域400后照射圖形部101a、101b、101c，也可以相反地，在照射區(qū)域400之前，照射圖形部101a、101b、101c。圖11(a)、(b)是在非選擇性的能量射線照射區(qū)域中設(shè)有若干限制的實(shí)施方式，在區(qū)域410的廣大的能量射線照射的區(qū)域內(nèi)部，存在最終形成圖形的111a、111b、111c。如圖11(a)所示，可以在首先照射區(qū)域410后照射圖形部111a、111b、111c，也可以相反地，如圖11(b)所示，在區(qū)域410的照射之前，照射圖形部111a、111b、111c。
根據(jù)以上說明的實(shí)施方式，可以實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率的圖形描繪，其能夠突破以圖形描繪中的生產(chǎn)率提高為目的的光源高亮度化的限制。
權(quán)利要求
1.一種無掩模曝光裝置，其特征在于，具有第1照射光源；根據(jù)曝光圖形數(shù)據(jù)對從所述第1照射光源射出的照射光進(jìn)行調(diào)制、形成光束的光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)；使通過所述光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)形成的光束在被曝光物的表面成像、并進(jìn)行描繪的成像光學(xué)系統(tǒng)；對通過所述成像光學(xué)系統(tǒng)成像的光束和所述被曝光物的表面進(jìn)行相對地掃描的掃描單元；和在所述被曝光物的表面照射能量射線的第2照射光源。
2.一種無掩模曝光裝置，其特征在于，具有第1照射光源；根據(jù)曝光圖形數(shù)據(jù)對從所述第1照射光源射出的照射光進(jìn)行數(shù)字調(diào)制、以形成光束的2維數(shù)字光調(diào)制元件；使通過所述2維數(shù)字光調(diào)制元件形成的光束在被曝光物的表面成像的成像光學(xué)系統(tǒng)；對通過所述成像光學(xué)系統(tǒng)成像的光束和所述被曝光物的表面進(jìn)行相對地掃描的掃描單元；和在所述被曝光物的表面照射能量射線的第2照射光源。
3.一種無掩模曝光裝置，其特征在于，具有作為第1照射光源的光束光源；根據(jù)曝光圖形數(shù)據(jù)對從所述第1照射光源射出的照射光進(jìn)行調(diào)制、以形成光束的光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)；使通過所述光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)形成的光束在被曝光物的表面成像的成像光學(xué)系統(tǒng)；對通過所述成像光學(xué)系統(tǒng)成像的光束和所述被曝光物的表面進(jìn)行相對地掃描的掃描單元；和在所述被曝光物的表面照射能量射線的第2照射光源。
4.一種無掩模曝光裝置，其特征在于，具有射出含有紫外線的光的第1照射光源；根據(jù)所希望的曝光圖形數(shù)據(jù)對從所述第1照射光源射出的照射光進(jìn)行調(diào)制、以形成光束的2維數(shù)字光調(diào)制元件；使通過所述2維數(shù)字光調(diào)制元件形成的光束在被曝光物的表面成像的成像光學(xué)系統(tǒng)；對通過所述成像光學(xué)系統(tǒng)成像的光束和所述被曝光物的表面進(jìn)行相對地掃描的掃描單元；和在所述被曝光物的表面照射能量射線的第2照射光源。
5.一種曝光裝置，其特征在于，具有射出含有紫外線的光的第1照射光源；光掩模保持機(jī)構(gòu)，用于對根據(jù)曝光圖形數(shù)據(jù)描繪遮光性圖形的光掩模進(jìn)行保持；使透過所述光掩模的光束在被曝光物的表面成像的成像光學(xué)系統(tǒng)；和在所述被曝光物的表面照射能量射線的第2照射光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無掩模曝光裝置，其特征在于，將來自所述第2照射光源的射出光的光軸中心線，配置在從來自所述第1照射光源的射出光的成像區(qū)域的端部到所述被曝光物的端部的某個(gè)區(qū)域內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無掩模曝光裝置，其特征在于，將來自所述第2照射光源的射出光的光軸中心線，配置成與來自所述第1照射光源的射出光成像中心軸平行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無掩模曝光裝置，其特征在于，將來自所述第2照射光源的射出光的光軸中心線，配置成在被曝光物表面與來自所述第1照射光源的射出光成像中心軸交叉。
9.一種曝光方法，在被曝光物的表面照射加工成圖形形狀的光束進(jìn)行顯影、對感光性材料進(jìn)行加工的曝光方法，其特征在于，具有第2曝光工序，該工序是在包含通過第1曝光而照射的區(qū)域的面積內(nèi)照射能量射線。
10.一種曝光方法，在被曝光物的表面照射加工成圖形形狀的光束進(jìn)行顯影、對感光性材料進(jìn)行加工的無掩模曝光方法，其特征在于，同時(shí)實(shí)施照射加工成圖形形狀的光束的第1曝光照射、以及在包含通過第1曝光而照射的區(qū)域的所希望的面積內(nèi)照射均勻的能量射線的第2曝光照射。
11.一種曝光裝置，其特征在于，具有照射加工成圖形形狀的光束的第1曝光照射源光學(xué)系統(tǒng)；和在包含通過第1曝光而照射的區(qū)域的所希望的面積內(nèi)，照射能量射線的第2曝光照射源光學(xué)系統(tǒng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的曝光裝置，其特征在于，對所述第1曝光照射源光學(xué)系統(tǒng)和所述第2曝光照射源光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。
13.一種曝光裝置，其特征在于，具有第1照射光源；根據(jù)所希望的曝光圖形數(shù)據(jù)，對從該第1照射光源射出的第1照射光進(jìn)行調(diào)制的光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)；使通過該光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)形成的光束在被曝光物的表面成像的成像光學(xué)系統(tǒng)；對通過該光學(xué)系統(tǒng)成像的光束和所述被曝光物的表面進(jìn)行相對地掃描的掃描單元；第2照射光源；和將從該第2照射光源射出的第2射出光，按波長進(jìn)行分光的分光光學(xué)系統(tǒng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的曝光裝置，其特征在于，將按波長對所述第2射出光進(jìn)行分光的分光光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行配置，以使通過所述分光光學(xué)系統(tǒng)分光的光束從所述第1照射光源射出，并含有通過調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)、成像光學(xué)系統(tǒng)來成像/描繪所述所希望形狀的光束的區(qū)域。
15.一種曝光裝置，其特征在于，具有第1照射光源；根據(jù)曝光圖形數(shù)據(jù)對從所述第1照射光源射出的第1照射光進(jìn)行調(diào)制的光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)；使通過所述光調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)形成的光束在被曝光物的表面成像的成像光學(xué)系統(tǒng)；對通過所述成像光學(xué)系統(tǒng)成像的光束與所述被曝光物的表面進(jìn)行相對地掃描的掃描單元；和具有波長選擇單元的第2照射光源。
16.一種布線基板的制造方法，在基板上使感光性材料成膜，在所述感光性材料上引起光化學(xué)反應(yīng)之后顯影，形成抗蝕圖形，使用所述抗蝕圖形來加工導(dǎo)體，其特征在于，在所述感光性材料上引起光化學(xué)反應(yīng)的工序分為如下階段照射被加工的光束，引起僅在所希望位置的光化學(xué)反應(yīng)的第1曝光照射階段；以及均勻地照射能量射線以至少包含通過第1曝光照射而照射的區(qū)域，并在包含在第1曝光照射階段中所照射的區(qū)域附近的區(qū)域中，也引起光化學(xué)反應(yīng)的第2曝光照射階段。
全文摘要
本發(fā)明提供曝光裝置以及曝光方法和布線基板的制造方法，以高生產(chǎn)率、且低成本來實(shí)現(xiàn)基于曝光圖形數(shù)據(jù)的、高精度的圖形形成，所述曝光裝置具有第1照射源光學(xué)系統(tǒng)，在使用了2維光調(diào)制元件的無掩模曝光技術(shù)中，用于根據(jù)曝光圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行描繪；第2照射源光學(xué)系統(tǒng)，用于對包含有所述圖形描繪了的區(qū)域的所希望面積照射能量射線。
文檔編號H01L21/00GK1904741SQ200610107848
公開日2007年1月31日 申請日期2006年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月27日
發(fā)明者山口欣秀, 岸雅一 申請人:日立比亞機(jī)械股份有限公司