JP7345769B2 - Direct writing exposure system and direct writing exposure method - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロナノ加工技術分野に関し、特に直接描画露光システム及び直接描画露光方法に関する。 The present invention relates to the field of micro-nano processing technology, and particularly to a direct writing exposure system and a direct writing exposure method.
光電子は、マイクロ電子に続いて急速に発展したハイテク技術であり、現在のレーザデバイス、光検出器、回折格子などは、光電子技術の初期発展製品であり、光電子技術は、今後、ディスプレイ、イメージング、検出などに大きな発展が期待されている。 Optoelectronics is a high-tech technology that has developed rapidly following microelectronics. Current laser devices, photodetectors, diffraction gratings, etc. are the early development products of optoelectronic technology. Optoelectronic technology will be used in displays, imaging, Significant developments are expected in areas such as detection.
デバイスの微細構造から解析すると、マイクロ電子デバイスは、その内部の回路が2Dパターンであり、このパターンのデューティ比が高くなく、光電子デバイスは、微細構造の表面3Dトポグラフィにより注目されており、多段、連続的なトポグラフィが主な特徴である。したがって、光電子の新たな応用向けの3D微細構造の加工要求は、現在のマイクロ電子と異なり、表面形状の要求が2Dから3Dに移行されている。現在の製品には、一般に3D構造を有するマイクロプリズム、マイクロレンズなども応用されるが、いずれも規則的な構造に属する。技術の発展に伴い、光電子応用の微細構造要求は、規則的な3Dから複雑な3Dに移行されている。複雑な3D構造の加工方法は、光電子分野の多くの研究サポートに対して極めて科学的意義があり、新業界、新応用の発展に対して戦略的意義がある。 Analyzing the microstructure of the device, microelectronic devices have a 2D pattern in their internal circuitry, and the duty ratio of this pattern is not high.Optoelectronic devices are attracting attention due to the surface 3D topography of the microstructure, and are multistage. Continuous topography is the main feature. Therefore, the processing requirements for 3D microstructures for new optoelectronic applications are different from current microelectronics, and the surface topography requirements are shifting from 2D to 3D. Current products generally include microprisms and microlenses with 3D structures, but they all belong to regular structures. With the development of technology, the microstructural requirements of optoelectronic applications are moving from regular 3D to complex 3D. Processing methods for complex 3D structures have great scientific significance for supporting many researches in the optoelectronic field, and have strategic significance for the development of new industries and new applications.
現在、3Dマイクロナノトポグラフィを実現する主な微細加工技術手段には、精密ダイヤモンド旋削、3Dプリント、リソグラフィ(露光)などの技術がある。ダイヤモンド旋削は、数十ミクロンのサイズ、規則的配列の3Dトポグラフィ微細構造の作製に好適な方法であり、その典型的な応用は、マイクロプリズムフィルムである。3Dプリント技術は、複雑な3D構造を作製することはできるが、従来のガルバノスキャナ3Dプリント技術の解像度が数十ミクロンであり、DLP投影型3Dプリントの解像度が10~20umであり、2光子重合3Dプリント技術は、解像度がサブミクロンに達することはできるが、逐次加工方式であるので、その効率が極めて低い。フォトレジスト露光方式によるマイクロリソグラフィ技術は、依然として現代の微細加工の主流技術手段であり、そのフォトレジスト材料が成熟されており、工程もコントロール可能であり、これまでに達成できる最高精度の加工手段である。 Currently, the main microfabrication technology means to realize 3D micro-nanotopography include precision diamond turning, 3D printing, lithography (light exposure), and other technologies. Diamond turning is a suitable method for fabricating 3D topographical microstructures of tens of microns in size, regular arrays, and its typical application is microprism films. Although 3D printing technology can create complex 3D structures, the resolution of conventional galvano scanner 3D printing technology is several tens of microns, the resolution of DLP projection type 3D printing is 10 to 20 um, and two-photon polymerization Although 3D printing technology can reach submicron resolution, its efficiency is extremely low because it is a sequential processing method. Microlithography technology using the photoresist exposure method is still the mainstream technological means for modern microfabrication.The photoresist material is mature, the process is controllable, and it is the highest precision processing method achievable to date. be.
2D投影リソグラフィ技術は、すでにマイクロ電子分野に広く応用されており、3Dトポグラフィリソグラフィ技術は、現在初歩的段階にあり、成熟された技術体系を形成しておらず、現在の進展は以下の通りである。
1.従来のマスクアライメント法は、多段構造の作成に適用され、イオンエッチングと協同して構造の深さをコントロールし、複数回の位置合わせ工程が必要であるので、工程の要求が高く、連続的な3Dトポグラフィを加工することが困難である。
2.グレースケールマスク露光法は、ハーフトーンマスク(half-tone mask)を製作し、水銀ランプ光源で照射してグレースケール分布の光透過エリアを生成し、フォトレジストを感光して3D表面構造を形成する技術である。しかし、このようなマスクは、製作難度が高く、構造の解像度が低く、工程が複雑で、かつ非常に高価である。
3.移動マスク露光法は、規則的なマイクロレンズアレイなどの構造の製作に適合する。
4.音響光学走査直接描画法は、単一のビームで走査を行うので、効率が低いだけではなく、パターンスプライスの問題も存在する。
5.電子ビームグレースケール直接描画法は、代表的なメーカー及び製品モデルとしては、日本Joel JBX9300、ドイツVistec、Leica VB6があり、この方法は、大きなサイズの製品に対して製造効率が極めて低く、電子ビームのエネルギーに制限を受け、3Dトポグラフィの深さ制御能力が十分でなく、小さなサイズの3Dトポグラフィ微細構造の製造にのみ適用される。
6.デジタルグレースケールリソグラフィ法は、グレースケールマスクとデジタル光処理技術との組み合わせによって発展したマイクロナノ加工技術であり、DMD(Digital Micromirror Device)空間光変調器をデジタルマスクとして採用し、1回の露光で連続的な三次元の面形状のレリーフ微細構造を加工し、1つの露光視野よりも大きいパターンに対してステップスプライスの方法を採用する。主な不足点は、グレースケール変調能力がDMDのグレースケールレベルによって制限を受け、顕著な段差の問題や視野間のスプライス問題が存在し、スポット内部の光強度の均一性が3Dトポグラフィの表面形状の品質に影響を与える点である。
2D projection lithography technology has already been widely applied in the microelectronic field, and 3D topography lithography technology is currently in the elementary stage and has not formed a mature technology system, and the current progress is as follows. be.
1. Traditional mask alignment methods are applied to create multi-level structures, control the depth of the structure in cooperation with ion etching, and require multiple alignment steps, making the process demanding and continuous. 3D topography is difficult to process.
2. In the gray scale mask exposure method, a half-tone mask is manufactured and irradiated with a mercury lamp light source to generate a light transmission area with a gray scale distribution, and the photoresist is exposed to form a 3D surface structure. It's technology. However, such masks are difficult to manufacture, have low structural resolution, require complicated processes, and are very expensive.
3. Moving mask exposure methods are compatible with the fabrication of structures such as regular microlens arrays.
4. The acousto-optic scanning direct writing method scans with a single beam, which not only has low efficiency but also has pattern splicing problems.
5. Typical manufacturers and product models of the electron beam grayscale direct writing method include Japan's Joel JBX9300, Germany's Vistec, and Leica VB6.This method has extremely low manufacturing efficiency for large-sized products, and Due to the limited energy, the depth control ability of 3D topography is not sufficient, and it is only applicable to the fabrication of small size 3D topography microstructures.
6. Digital grayscale lithography is a micro-nano processing technology that has been developed by combining a grayscale mask and digital light processing technology. A continuous three-dimensional surface-shaped relief microstructure is processed, and a step splicing method is adopted for patterns larger than one exposure field. The main shortcomings are that the grayscale modulation capability is limited by the grayscale level of the DMD, there are significant step problems and splice problems between fields of view, and the uniformity of the light intensity inside the spot is limited by the surface shape of the 3D topography. This is a point that affects the quality of the product.
よって、3Dトポグラフィリソグラフィの研究現状と未来の要求との間に顕著な差が存在しているので、任意の3Dトポグラフィを実現することができる高品質リソグラフィ方法が、関連分野におけるマイクロリソグラフィ技術に対する重要かつ切実な需要となっている。 Therefore, a high-quality lithography method that can realize arbitrary 3D topography is of great importance to microlithography technology in related fields, as there exists a significant difference between the research status of 3D topography lithography and future requirements. And it is in dire demand.
本発明の目的は、複雑な表面三次元トポグラフィ構造のマスクレスグレースケールリソグラフィを実現し、かつリソグラフィ精度及びリソグラフィ効率を向上させるために、直接描画露光システム及び直接描画露光方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a direct-write exposure system and a direct-write exposure method to realize maskless grayscale lithography of complex surface three-dimensional topography structures and improve lithography accuracy and lithography efficiency. .
本発明の目的に係る直接描画露光システムは、直接描画光源と、移動機構と、中央制御装置と、スポットパターン入力装置と、投影光学装置と、を含み、
前記直接描画光源は、開始ビームを供給し、
前記移動機構は、前記投影光学装置が露光しようとするリソグラフィ対象物に対して予め設定された経路に沿って走査するように制御し、基準点の位置データを送信し、
前記中央制御装置は、前記位置データに基づいて、スポットパターンファイルシーケンスにおいて対応するスポット画像データを読み取り、このスポット画像データを前記スポットパターン入力装置にアップロードし、
前記スポットパターン入力装置は、前記スポット画像データに基づいて、前記ダイレクトライト光源から供給された開始ビームを変調してパターン光を生成し、このパターン光を投影光学装置に入力し、
前記投影光学装置は、前記パターン光を前記リソグラフィ対象物の表面に投影して可変スポットを形成するように制御し、移動機構の制御により前記予め設定された経路に沿って走査し、走査中において前記スポット画像データを位置データに応じて変化させることにより、予め設定されたコントロール可能な可変スポットを形成する。
A direct writing exposure system according to the object of the present invention includes a direct writing light source, a moving mechanism, a central control device, a spot pattern input device, a projection optical device,
the direct write light source provides a starting beam;
The movement mechanism controls the projection optical device to scan a lithography target to be exposed along a preset path, and transmits position data of a reference point;
The central controller reads corresponding spot image data in a spot pattern file sequence based on the position data and uploads this spot image data to the spot pattern input device;
The spot pattern input device modulates the starting beam supplied from the direct light light source based on the spot image data to generate pattern light, and inputs the pattern light to a projection optical device;
The projection optical device is controlled to project the patterned light onto the surface of the lithography object to form a variable spot, and scans along the preset path under the control of a movement mechanism, and during scanning, By changing the spot image data according to the position data, a preset controllable variable spot is formed.
また、前記移動機構は、前記投影光学装置の走査位置が変化した後、再度基準点の位置データを送信し、 Further, the moving mechanism transmits the position data of the reference point again after the scanning position of the projection optical device changes,
前記中央制御装置は、再度前記位置データに基づいてスポットパターンファイルシーケンスにおいて対応するスポット画像データを読み取り、再度前記スポット画像データを前記スポットパターン入力装置にアップロードし、 the central controller reads the corresponding spot image data in the spot pattern file sequence again based on the position data and uploads the spot image data to the spot pattern input device again;
前記スポットパターン入力装置は、再度前記スポット画像データに基づいて前記ダイレクトライト光源から供給された開始ビームを変調してパターン光を生成し、再度前記パターン光を投影光学装置に入力し、 The spot pattern input device modulates the starting beam supplied from the direct light light source again based on the spot image data to generate pattern light, and inputs the pattern light into the projection optical device again;
前記投影光学装置は、再度前記パターン光を前記リソグラフィ対象物の表面に投影して可変スポットを形成するように制御し、移動機構の制御により前記予め設定された経路に沿って走査する。 The projection optical device is controlled to project the pattern light onto the surface of the lithography object again to form a variable spot, and scans the pattern light along the preset path under control of the movement mechanism.
また、前記直接描画露光システムは、
三次元トポグラフィデータを生成するための三次元トポグラフィ生成装置と、
前記三次元トポグラフィデータ及び前記直接描画露光システムの予め設定されたパラメータに基づいて、座標シーケンスとこの座標シーケンスに対応するスポット画像データシーケンスとを含むスポットパターンファイルシーケンスを生成するための三次元トポグラフィ解析装置と、をさらに含む。
Further, the direct writing exposure system includes:
a three-dimensional topography generation device for generating three-dimensional topography data;
a three-dimensional topography analysis to generate a spot pattern file sequence comprising a coordinate sequence and a spot image data sequence corresponding to the coordinate sequence, based on the three-dimensional topography data and preset parameters of the direct-write exposure system; The apparatus further includes: an apparatus;
また、前記可変スポットの内部は、固定光強度であり、前記スポット画像データは、スポット形状を含み、前記直接描画露光システムの予め設定されたパラメータは、前記予め設定された経路、走査速度及び前記固定光強度を含む。 Further, the inside of the variable spot has a fixed light intensity, the spot image data includes a spot shape, and the preset parameters of the direct write exposure system include the preset path, scanning speed and the Contains fixed light intensity.
また、前記可変スポットの内部は、グレースケール分布光強度であり、前記スポット画像データは、スポット形状及びスポット内光強度分布を含み、前記直接描画露光システムの予め設定されたパラメータは、前記予め設定された経路及び走査速度を含む。 Further, the inside of the variable spot has a grayscale distributed light intensity, the spot image data includes a spot shape and an in-spot light intensity distribution, and the preset parameters of the direct writing exposure system are the preset including the path taken and the scanning speed.
また、前記中央制御装置は、さらに、前記移動機構に変位命令を伝送することにより、前記投影光学装置を前記リソグラフィ対象物に対して三次元方向に移動させて、前記投影光学装置の変位及び焦点合わせを実現する。 The central controller is further configured to move the projection optical device in a three-dimensional direction with respect to the lithography object by transmitting a displacement command to the movement mechanism, thereby changing the displacement and focus of the projection optical device. Achieve alignment.
本発明に係る直接描画露光システムは、 The direct writing exposure system according to the present invention includes:
直接描画光源と、移動機構と、中央制御装置と、スポットパターン入力装置と、投影光学装置と、を含み、 including a direct writing light source, a movement mechanism, a central controller, a spot pattern input device, and a projection optical device;
前記直接描画光源は、開始ビームを供給し、 the direct write light source provides a starting beam;
前記移動機構は、前記投影光学装置が露光しようとするリソグラフィ対象物に対して予め設定された経路に沿って走査するように制御し、基準点の少なくとも2群の位置データを順に送信し、 The movement mechanism controls the projection optical device to scan a lithography target to be exposed along a preset path, and sequentially transmits position data of at least two groups of reference points;
前記中央制御装置は、前記位置データに基づいて、スポットパターンファイルシーケンスにおいて対応するスポット画像データを読み取り、各群の前記位置データに対応するスポット画像データを前記スポットパターン入力装置に順にアップロードして、このスポット画像データを前記移動機構から送信された位置データに応じて変化させ、 The central controller reads corresponding spot image data in a spot pattern file sequence based on the position data, and sequentially uploads the spot image data corresponding to the position data of each group to the spot pattern input device; changing this spot image data according to position data transmitted from the moving mechanism,
前記スポットパターン入力装置は、前記各群の位置データに対応する前記スポット画像データに基づいて、前記直接描画光源から供給された開始ビームを変調して対応するパターン光を順に生成し、前記スポット画像データ毎に対応するパターン光を投影光学装置に順に入力し、 The spot pattern input device modulates the starting beam supplied from the direct writing light source to sequentially generate corresponding pattern light based on the spot image data corresponding to the position data of each group, and generates corresponding pattern light in order, and Input pattern light corresponding to each data into the projection optical device in order,
前記投影光学装置は、前記パターン光を前記リソグラフィ対象物の表面に投影して可変スポットを形成するように制御し、前記移動機構の制御により前記予め設定された経路に沿って走査して、予め設定されたコントロール可能な可変スポットを形成する。 The projection optical device is controlled to project the pattern light onto the surface of the lithography target to form a variable spot, and scans the pattern light along the preset path under the control of the movement mechanism to generate a variable spot. Forms a set controllable variable spot.
本発明に係る直接描画露光方法は、
三次元トポグラフィデータを生成するステップS1と、
前記三次元トポグラフィデータ及び直接描画露光システムの予め設定されたパラメータに基づいて、座標シーケンスとこの座標シーケンスに対応するスポット画像データシーケンスとを含むスポットパターンファイルシーケンスを生成するステップS2と、
前記スポット画像データシーケンスに基づいて、パターン光を生成し、このパターン光を露光しようとするリソグラフィ対象物の表面に投影して可変スポットを形成し、予め設定された経路に沿って走査し、走査中において前記可変スポットの形状を位置データに応じて変化させて、予め設定されたコントロール可能な可変スポットを形成するステップS3と、を含む。
The direct writing exposure method according to the present invention includes:
Step S1 of generating three-dimensional topography data;
step S2 of generating a spot pattern file sequence comprising a coordinate sequence and a spot image data sequence corresponding to the coordinate sequence, based on the three-dimensional topography data and preset parameters of the direct writing exposure system;
A pattern of light is generated based on the spot image data sequence, and the pattern of light is projected onto the surface of the lithographic object to be exposed to form a variable spot, which is scanned along a predetermined path and scanned. The method includes a step S3 of changing the shape of the variable spot according to position data to form a preset controllable variable spot.
また、前記ステップS3において、走査中において前記可変スポットの光強度分布も位置データに応じて変化する。 Further, in step S3, the light intensity distribution of the variable spot also changes according to the position data during scanning.
また、前記ステップS3は、具体的に、
基準点の位置データを取得するステップS31と、
前記位置データに基づいて、前記スポットパターンファイルシーケンスにおいて対応するスポット画像データを読み取るステップS32と、
前記スポット画像データに基づいて、前記パターン光を生成するステップS33と、
前記パターン光を前記リソグラフィ対象物の表面に投影して前記可変スポットを形成するステップS34と、
前記可変スポットが所定変位するように制御するステップS35と、を含み、
ステップS31~S35を、直接描画露光が終了するまで繰り返して実行する。
Further, the step S3 specifically includes:
Step S31 of acquiring position data of the reference point;
step S32 of reading corresponding spot image data in the spot pattern file sequence based on the position data;
step S33 of generating the pattern light based on the spot image data;
Step S34 of projecting the patterned light onto the surface of the lithography object to form the variable spot;
a step S35 of controlling the variable spot to be displaced by a predetermined amount;
Steps S31 to S35 are repeatedly executed until the direct drawing exposure is completed.
また、前記ステップS3において、予め設定された経路に沿って走査するステップは、具体的に、
前記可変スポットが前後順序に複数の予め設定された経路に沿って走査するように制御するステップを含み、
前記複数の予め設定された経路は、頭尾不連続又は頭尾連続であり、前記複数の経路同士は、平行又は交差する。
Further, in step S3, the step of scanning along a preset route specifically includes:
controlling the variable spot to scan along a plurality of preset paths in forward and backward order;
The plurality of preset routes are head-to-tail discontinuous or head-to-tail continuous, and the plurality of routes are parallel or intersect with each other.
また、前記投影光学装置は、前記可変スポットの投影にパラレルイメージング方式を採用する。 Further, the projection optical device employs a parallel imaging method for projecting the variable spot.
また、前記ステップS3の前に、
基板を提供するステップと、
三次元トポグラフィの要求に応じて、前記基板の表面に、対応する厚さのフォトレジストを塗布するステップと、をさらに含み、
前記ステップS2において、前記直接描画露光システムの予め設定されたパラメータは、フォトレジストの露光感度曲線を含む。
Furthermore, before step S3,
providing a substrate;
further comprising applying a corresponding thickness of photoresist on the surface of the substrate according to three-dimensional topography requirements;
In step S2, the preset parameters of the direct write exposure system include an exposure sensitivity curve of the photoresist.
本発明に係る直接描画露光システム及び直接描画露光方法は、リソグラフィ対象物上の各評価点における露光量が変化するように、ドラッグ走査中において形状及び/又は光強度分布が変化している可変スポットを用いてリソグラフィ対象物の表面を露光して、複雑な表面三次元トポグラフィ構造のマスクレスグレースケールリソグラフィを実現し、リソグラフィ精度及びリソグラフィ効率を向上させることができる。 The direct writing exposure system and the direct writing exposure method according to the present invention provide a variable spot whose shape and/or light intensity distribution changes during drag scanning so that the exposure amount at each evaluation point on the lithography object changes. can be used to expose the surface of a lithography object to realize maskless grayscale lithography of complex surface three-dimensional topography structures and improve lithography accuracy and lithography efficiency.
以下、図面及び実施例を参照しながら、本発明の具体的な実施形態についてさらに詳細に説明する。以下の実施例は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in further detail with reference to the drawings and examples. The following examples are intended to illustrate the invention and are not intended to limit the scope of the invention.
本発明に係る直接描画露光(マスクレス露光)システム及び直接描画露光方法は、リソグラフィ対象物20上の各評価点における露光量が変化するように、ドラッグ走査中において形状及び/又は光強度分布が変化している可変スポット10を用いてリソグラフィ対象物20の表面を露光して、複雑な表面三次元トポグラフィ構造のマスクレスグレースケールリソグラフィを実現する。
In the direct writing exposure (maskless exposure) system and direct writing exposure method according to the present invention, the shape and/or light intensity distribution changes during drag scanning so that the exposure amount at each evaluation point on the
図1及び図3を参照すると、図1は、本発明の可変スポット10のドラッグ走査中の形状変化及びリソグラフィ対象物20のリソグラフィ槽形状を示している。可変スポット10は、走査経路に沿って間隔的更新を行い、この更新は、中央制御装置35によって制御され、例えば、所定の時間間隔でフレームレート更新を行い、又は、三次元トポグラフィの要求に応じて非等時間間隔の更新を行う。更新する度に、可変スポット10の形状が変化し、さらに、可変スポット10の内部がグレースケール分布光強度であり、更新する度に、可変スポット10の形状及び/又は光強度分布が変化する。
Referring to FIGS. 1 and 3, FIG. 1 illustrates the shape change during drag scanning of the
図2a及び図2bを参照すると、図2aは、可変スポット10のある時点での形状を示しており、投影光学装置37の直接描画光学ヘッドによって生成された投影面積内には、明るい領域101及び遮光領域102が含まれ、明領域101を可変スポット10の内部と呼ぶ。図2bは、ある時点で可変スポット10がリソグラフィ対象物20の表面を走査した断面を示している。リソグラフィ対象物20の表面のいずれかの評価点Qについて、可変スポット10が所定の走査経路に沿って所定の走査速度で当該評価点Qを走査し、本発明の直接描画露光方法は、可変スポット10の前端11及び後端12が評価点Qを走査するときの露光時間及び/又は光強度分布を調整し、露光時間及び光強度分布は、評価点Qにおける露光量に影響し、さらに近傍の複数の評価点のエッチング深さは、その位置におけるリソグラフィ対象物20のリソグラフィ槽形状を定義する。例えば、可変スポット10がある経路に沿って走査するとき、内部ラインA-A’上の各点が評価点Qを順次走査し、評価点Qにおける露光量は、ラインA-A’上の各点の光強度及び走査速度に影響され、可変スポット10が他の経路に沿って走査するとき、内部ラインB-B’上の各点が当該評価点Qを順次走査し、評価点Qにおける露光量は、ラインB-B’上の各点の光強度及び走査速度に影響される。
Referring to FIGS. 2a and 2b, FIG. 2a shows the shape of the
したがって、所望のリソグラフィによって形成される三次元トポグラフィに応じて、直接描画光学系における走査経路、走査速度などの予め設定されたパラメータ、そして露光量に対するリソグラフィ対象物20の感度などの要因を考慮して、一連の特定の二次元スポットを推定設計することができ、スポットの形状及び/又は光強度と走査経路における(x,y)座標とは対応関係を有する。この一連の特定の二次元スポットの形状及び/又は光強度と位置データとの対応関係は、スポットパターンファイルシーケンスを構成する。本発明の直接描画露光システムは、スポットパターンファイルシーケンスに基づいて、ドラッグ走査中において形状及び/又は光強度分布が変化している可変スポット10を生成する。
Therefore, depending on the three-dimensional topography formed by the desired lithography, factors such as the scanning path in the direct writing optical system, preset parameters such as the scanning speed, and the sensitivity of the
(実施例1)
図3を参照すると、本実施例の直接描画露光システムは、三次元トポグラフィ生成装置31と、三次元トポグラフィ解析装置32と、直接描画光源33と、移動機構34と、中央制御装置35と、スポットパターン入力装置36と、投影光学装置37と、を含む。三次元トポグラフィ生成装置31と三次元トポグラフィ解析装置32と中央制御装置35とは、1台又は複数台のコンピュータ又はサーバに設けられてもよい。
(Example 1)
Referring to FIG. 3, the direct writing exposure system of this embodiment includes a three-dimensional
三次元トポグラフィ生成装置31は、三次元トポグラフィデータを生成する。三次元トポグラフィデータは、三次元トポグラフィの各点位置のx、y方向の座標と、対応するz方向の高さデータとを含むが、これらに限定されず、この三次元トポグラフィデータは、三次元モデリングソフトウェアによって生成され、この三次元モデリングソフトウェアは、コンピュータによって解析される汎用の三次元データフォーマット(例えば、STL、3DS、STP、IGS、OBJなど)を導出することができ、ベクトルファイルであることが好ましい。
The three-dimensional
三次元トポグラフィ解析装置32は、三次元トポグラフィデータ及び直接描画露光システムの予め設定されたパラメータに基づいて、スポットパターンファイルシーケンスを生成する。スポットパターンファイルシーケンスは、座標シーケンスと、この座標シーケンスに対応するスポット画像データシーケンスと、を含む。本実施例では、可変スポット10の内部は、固定光強度を採用し、スポット画像データシーケンスにおける各スポット画像データは、スポット形状を含み、スポット画像データにおけるスポット形状は、スポット輪郭を記述する複数の座標、又は直接描画光学ヘッドによって生成された投影面積内の各点の2値化光強度データによって限定される。直接描画露光システムの予め設定されたパラメータは、予め設定された経路P、走査速度及び固定光強度を含むが、これらに限定されない。スポットパターンファイルシーケンスは、生成された後、順序に従ってメモリに記憶され、中央制御装置35は、メモリ内のスポットパターンファイルシーケンスの読み取り、マッチングなどの操作を行うことができる。
The three-dimensional
直接描画光源33は、スポットパターン入力装置36に開始ビームを供給する。直接描画光源33は、リソグラフィ対象物20上のフォトレジスト材料を感光するLED、半導体レーザ、固体レーザ、ガスレーザなどを用いることができ、非干渉性の連続光源であることが好ましい。
Direct
移動機構34は、投影光学装置37が露光しようとするリソグラフィ対象物20に対して予め設定された経路Pに沿って走査するように制御し、位置データを送信する。なお、本発明でいう走査や移動、変位とは、投影光学装置37とリソグラフィ対象物20との相対的変位である。具体的には、移動機構34は、投影光学装置37を連動させて水平方向に移動させるための第1ステップシャフト及び第1駆動モータと、投影光学装置37を連動させて上下に移動させるための第2ステップシャフト、及び第2駆動モータと、を含み、あるいは、移動機構34は、リソグラフィ対象物20が載置されたステージを連動させて水平方向に移動させるための第1ステップシャフト及び第1駆動モータと、このステージを連動させて上下に移動させるための第2ステップシャフト及び第2駆動モータと、を含み、あるいは、2つの移動方式の組み合わせを採用してもよい。投影光学装置37又はステージの水平方向の移動には、直角座標系又は極座標系を用いる。移動機構34は、レーザや超音波などにより位置データを取得し、この位置データは、可変スポット10内での基準点の座標、投影光学装置37での基準点の座標、移動機構34で移動する基準点の座標などを含むが、これらに限定されない。
The moving
中央制御装置35は、位置データに基づいて、スポットパターンファイルシーケンスにおいて対応するスポット画像データを読み取り、このスポット画像データをスポットパターン入力装置36にアップロードする。具体的には、中央制御装置35は、記憶されているスポットパターンファイルシーケンスと位置データとをマッチングし、位置データに対応するスポット形状を読み取り、スポットパターン入力装置36が対応するパターン光を生成して更新するように制御する。さらに、中央制御装置35は、移動機構34に変位命令を伝送することにより、投影光学装置37をリソグラフィ対象物20に対して三次元方向に移動させて、投影光学装置37の変位及び焦点合わせを実現する。
Based on the position data, the
スポットパターン入力装置36は、スポット画像データに基づいて、直接描画光源33から供給された開始ビームを変調してパターン光を生成し、このパターン光を投影光学装置37に入力させる。スポットパターン入力装置36は、例えば、デジタルマイクロミラーアレイ(DMD)、シリコン系液晶(LCOS)などの二次元アレイ構造の空間光変調器を用いる。
The spot pattern input device 36 modulates the starting beam supplied from the direct
投影光学装置37は、パターン光をリソグラフィ対象物20の表面に動的変形構造スポットを投影して動的変形構造スポットを形成し、移動機構34の連動により予め設定された経路Pに沿って走査する。投影光学装置37は、中央制御装置35及び移動機構34の補助により焦点調整を行い、焦点調整により所定形状の可変スポット10のリソグラフィ対象物20の表面への投影面積をコントロールする。走査中において、基準点の位置データが持続的に中央制御装置35にアップロードされてパターン光の形状が更新されるため、可変スポット10の形状が位置データに応じて変化して、予め設定されたコントロール可能な可変スポットが形成される。n(nは、正の整数)回目の更新とn+1回目の更新との間の期間は、可変スポット10は、n回目の更新後の形状を維持するので、投影光学装置37の走査方式は、ドラッグステップ走査である。投影光学装置37による可変スポット10の投影は、音響光学変調光学方式、ガルバノミラー光学方式などのシリアルイメージング方式ではなく、フラットフィールド縮小結像投影光学方式などのパラレルイメージング方式を採用する。
The projection
さらに、直接描画露光システムは、直接描画光源33とスポットパターン入力装置36との間に位置して、直接描画光源33からの開始ビームを整形するビーム整形器をさらに含むことができる。
Furthermore, the direct write exposure system may further include a beam shaper located between the direct
図4を参照すると、本実施例に係る直接描画露光方法は、
三次元トポグラフィデータを生成するステップS1と、
三次元トポグラフィデータ及び直接描画露光システムの予め設定されたパラメータに基づいて、座標シーケンスとこの座標シーケンスに対応するスポット画像データシーケンスとを含むスポットパターンファイルシーケンスを生成するステップS2と、
スポット画像データシーケンスに基づいて、パターン光を生成し、このパターン光を露光しようとするリソグラフィ対象物20の表面に投影して可変スポット10を形成し、予め設定された経路Pに沿って走査し、走査中において可変スポット10の形状を位置データに応じて変化させて、予め設定されたコントロール可能な可変スポットを形成するステップS3と、を含む。
Referring to FIG. 4, the direct drawing exposure method according to this embodiment is as follows:
Step S1 of generating three-dimensional topography data;
step S2 of generating a spot pattern file sequence comprising a coordinate sequence and a spot image data sequence corresponding to the coordinate sequence based on the three-dimensional topography data and preset parameters of the direct-write exposure system;
Based on the spot image data sequence, a pattern of light is generated, which is projected onto the surface of the
具体的には、図5を参照すると、ステップS3は、
位置データを取得するステップS31と、
位置データに基づいて、スポットパターンファイルシーケンスにおいて対応するスポット画像データを読み取るステップS32と、
スポット画像データに基づいて、パターン光を生成するステップS33と、
パターン光をリソグラフィ対象物20の表面に投影して可変スポット10を形成するステップS34と、
可変スポット10が所定変位するように制御するステップS35と、を含み、
ステップS31~S35を、直接描画露光が終了するまで繰り返して実行する。
Specifically, referring to FIG. 5, step S3 includes:
Step S31 of acquiring position data;
step S32 of reading corresponding spot image data in the spot pattern file sequence based on the position data;
Step S33 of generating pattern light based on the spot image data;
a step S34 of projecting the patterned light onto the surface of the
Step S35 of controlling the
Steps S31 to S35 are repeatedly executed until the direct drawing exposure is completed.
ステップS3において、予め設定された経路Pに沿って走査するステップは、具体的に、可変スポット10が前後順序に複数の予め設定された経路Pに沿って走査するように制御するステップを含み、この複数の予め設定された経路Pは、頭尾不連続又は頭尾連続であることができ、複数の経路同士は、平行又は交差することができる。図6a~図6cを参照すると、走査経路の3つの具体例を示し、図6aにおいて、可変スポット10は、連続的な予め設定された経路Pに沿って走査し、投影光学装置37の直接描画光学ヘッドの走査面積が、重なり合わないようにスプライスした連続的な帯状パターン13を形成して幅パターンを構成し、図6bにおいて、可変スポット10は、不連続的な予め設定された経路Pに沿って走査し、直接描画光学ヘッドの走査面積が、平行であると共に重複領域14が存在する複数の帯状パターン13を形成して幅パターンを構成し、図6cにおいて、可変スポット10は、交差が存在する予め設定された経路Pに沿って走査し、直接描画光学ヘッドの走査面積が、重なり合うようにスプライスした複数のストライプパターン13を形成して幅パターンを構成する。
In step S3, the step of scanning along a preset route P specifically includes the step of controlling the
ステップS3の前に、
基板21を提供するステップと、
三次元トポグラフィの要求に応じて、基板21の表面に、対応する厚さのフォトレジスト22を塗布するステップと、をさらに含むことができる。
Before step S3,
providing a
The method may further include applying a
上記ステップS2において、直接描画露光システムの予め設定されたパラメータは、フォトレジスト22の露光感度曲線を含み、この曲線は、露光量とフォトレジストの露光感度との対応関係であり、フォトレジストの露光感度とは、フォトレジスト22に良好なパターンを生成するに必要な所定の波長の光の最小エネルギー値を意味する。さらに、直接描画露光システムの予め設定されたパラメータは、フォトレジスト22の厚さ、フォトレジスト22のコントラストなども含み、フォトレジスト22のコントラストは、フォトレジスト22の露光領域から非露光領域へ過渡する勾配をいう。
In the above step S2, the preset parameters of the direct writing exposure system include an exposure sensitivity curve of the
上記ステップS3の後に、リソグラフィ対象物20に対して現像などの化学処理を行って、フォトレジスト22の一部を階調的に除去するステップをさらに含むことができる。フォトレジスト22の除去深さは、表面の各点で得られる露光量に関係し、これにより、所望の三次元トポグラフィを有する三次元マイクロナノ構造パターンマスタを得る。その後、三次元マイクロナノ構造パターンマスタを基に、イオンエッチング、複製、電気メッキなどを行うステップをさらに含んでもよい。
After step S3, the method may further include a step of performing a chemical treatment such as development on the
(実施例2)
本実施例は、直接描画露光システム及び直接描画露光方法を提供する。本実施例の直接描画露光方法は、上記実施例1と以下の点で相異する。
可変スポット10の内部は、グレースケール分布光強度であり、スポット画像データは、スポット形状及びスポット内光強度分布を含む。直接描画露光システムの予め設定されたパラメータは、予め設定された経路P及び走査速度を含み、この予め設定されたパラメータは、フォトレジスト22の露光感度曲線、厚さ、コントラストなどをさらに含んでもよい。
(Example 2)
This embodiment provides a direct-write exposure system and a direct-write exposure method. The direct drawing exposure method of this embodiment differs from the first embodiment described above in the following points.
The interior of the
本実施例の直接描画露光方法は、上記実施例1と以下の点で相異する。
ステップS2において、三次元トポグラフィデータ、予め設定された経路P、走査速度に基づいて、スポットパターンファイルシーケンスを生成し、スポットパターンファイルシーケンスは、座標シーケンスと、この座標シーケンスに対応するスポット画像データシーケンスと、この座標シーケンスに対応する光強度分布シーケンスと、を含む。
The direct drawing exposure method of this embodiment differs from the first embodiment described above in the following points.
In step S2, a spot pattern file sequence is generated based on the three-dimensional topography data, a preset path P, and a scanning speed, and the spot pattern file sequence includes a coordinate sequence and a spot image data sequence corresponding to the coordinate sequence. and a light intensity distribution sequence corresponding to this coordinate sequence.
ステップS3において、走査中において可変スポット10の光強度分布も位置データに応じて変化する。さらに、ステップS32において、位置データに基づいてスポットパターンファイルシーケンスにおいて対応するスポット画像データを読み取るステップは、具体的に、位置データに基づいて、スポットパターンファイルシーケンスにおいて対応するスポット形状及びスポット内光強度分布を読み取ることである。
In step S3, the light intensity distribution of the
本実施例では、n(nは、正の整数)回目に更新された可変スポット10及びn+1回目に更新された可変スポット10は、同じ形状と異なる光強度分布とを有する場合と、異なる形状と異なる光強度分布とを有する場合と、がある。
In this example, the
以上によれば、本発明に係る直接描画露光システム及び直接描画露光方法は、リソグラフィ対象物20上の各評価点における露光量が変化するように、ドラッグ走査中において形状及び/又は光強度分布が変化している可変スポット10を用いてリソグラフィ対象物20の表面を露光して、マスクレスグレースケールリソグラフィを実現し、スポットパターンファイルシーケンスが高い柔軟性を有するため、複雑な表面三次元トポグラフィ構造を実現することができ、高精度のハーフトーンマスクを製作する必要がなく、コストを節約し、かつリソグラフィ精度及びリソグラフィ効率を向上させることができる。
According to the above, in the direct writing exposure system and direct writing exposure method according to the present invention, the shape and/or light intensity distribution is changed during drag scanning so that the exposure amount at each evaluation point on the
上記の実施例の各技術的構成は、任意に組み合わせることが可能であり、説明を簡潔にするために、上記実施例における各技術的特徴の全ての可能な組み合わせを記述していないが、これらの技術的構成の組み合わせは、矛盾しない限り、本明細書に記載の範囲とみなされるべきである。 The technical configurations of the above embodiments can be combined arbitrarily, and to simplify the explanation, all possible combinations of the technical features of the above embodiments are not described. Combinations of technical configurations should be considered within the scope of this specification unless inconsistent.
以上は、本発明の具体的な実施形態にすぎず、本発明の保護範囲は、これに限定されず、本発明に開示された技術的範囲内で、当業者が容易に想到し得る変更や置換は、本発明の保護範囲に包含されるものとする。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲に記載の保護範囲を基準とする。
The above are merely specific embodiments of the present invention, and the protection scope of the present invention is not limited thereto.Changes and changes that can be easily conceived by a person skilled in the art within the technical scope disclosed in the present invention are not limited thereto. Substitutions shall be included within the protection scope of the present invention. Therefore, the protection scope of the present invention is based on the protection scope described in the claims.
Claims (8)
直接描画光源(33)と、移動機構(34)と、中央制御装置(35)と、スポットパターン入力装置(36)と、投影光学装置(37)と、を含み、
前記直接描画光源(33)は、開始ビームを供給し、
前記移動機構(34)は、前記投影光学装置(37)が露光しようとするリソグラフィ対象物(20)に対して予め設定された経路(P)に沿って走査するように制御し、前記投影光学装置(37)の投影した可変スポット(10)が更新される度に次の可変スポット(10)の基準点の位置データを送信し、
前記中央制御装置(35)は、前記位置データに基づいて、スポットパターンファイルシーケンスにおいて対応するスポット画像データを読み取り、前記位置データの各々に対応するスポット画像データを前記スポットパターン入力装置(36)に順にアップロードし、
前記スポットパターン入力装置(36)は、前記位置データの各々に対応する前記スポット画像データに基づいて、前記直接描画光源(33)から供給された開始ビームを変調して対応するパターン光を順に生成し、前記スポット画像データ毎に対応するパターン光を投影光学装置(37)に順に入力し、
前記投影光学装置(37)は、前記パターン光を前記リソグラフィ対象物(20)の表面に投影して可変スポット(10)を形成するように制御し、前記移動機構(34)の制御により前記可変スポット(10)が前記予め設定された経路(P)に沿って走査して前記リソグラフィ対象物(20)をエッチングし、
前記中央制御装置(35)は、走査中において前記可変スポット(10)の形状及び光強度分布を前記位置データに応じて変化させる、
ことを特徴とする直接描画露光システム。 A direct write exposure system,
It includes a direct writing light source (33), a movement mechanism (34), a central control device (35), a spot pattern input device (36), and a projection optical device (37),
the direct write light source (33) provides a starting beam;
The movement mechanism (34) controls the projection optical device (37) to scan the lithography target (20) to be exposed along a preset path (P), and Every time the variable spot (10) projected by the device (37) is updated, the position data of the reference point of the next variable spot (10) is transmitted;
The central controller (35) reads corresponding spot image data in a spot pattern file sequence based on the position data , and sends the spot image data corresponding to each of the position data to the spot pattern input device (36). Upload in order to
The spot pattern input device (36) modulates the starting beam supplied from the direct writing light source (33) based on the spot image data corresponding to each of the position data to generate a corresponding pattern light. sequentially generate pattern light corresponding to each of the spot image data, and sequentially input pattern light to the projection optical device (37);
The projection optical device (37) projects the pattern light onto the surface of the lithography object (20) to form a variable spot (10), and controls the variable spot (10) by controlling the movement mechanism ( 34 ). a spot (10) scanned along the predetermined path (P) to etch the lithography object (20) ;
The central controller (35) changes the shape and light intensity distribution of the variable spot (10) during scanning according to the position data.
A direct drawing exposure system characterized by:
三次元トポグラフィデータを生成するための三次元トポグラフィ生成装置(31)と、
前記三次元トポグラフィデータ及び前記直接描画露光システムの予め設定されたパラメータに基づいて、座標シーケンスとこの座標シーケンスに対応するスポット画像データシーケンスとを含むスポットパターンファイルシーケンスを生成するための三次元トポグラフィ解析装置(32)と、をさらに含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の直接描画露光システム。 The direct writing exposure system includes:
a three-dimensional topography generation device (31) for generating three-dimensional topography data;
a three-dimensional topography analysis to generate a spot pattern file sequence comprising a coordinate sequence and a spot image data sequence corresponding to the coordinate sequence, based on the three-dimensional topography data and preset parameters of the direct-write exposure system; further comprising an apparatus (32);
2. A direct writing exposure system according to claim 1.
前記スポット画像データは、スポット形状及びスポット内光強度分布を含み、
前記直接描画露光システムの予め設定されたパラメータは、前記予め設定された経路(P)及び走査速度を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の直接描画露光システム。 The inside of the variable spot (10) has a grayscale distributed light intensity,
The spot image data includes a spot shape and an in-spot light intensity distribution,
The preset parameters of the direct write exposure system include the preset path (P) and scanning speed;
2. A direct writing exposure system according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の直接描画露光システム。 The central controller (35) further moves the projection optical device (37) in three dimensions with respect to the lithography object (20) by transmitting a displacement command to the moving mechanism (34). realizing displacement and focusing of the projection optical device (37);
2. A direct writing exposure system according to claim 1.
三次元トポグラフィデータを生成するステップS1と、
前記三次元トポグラフィデータ及び直接描画露光システムの予め設定されたパラメータに基づいて、座標シーケンスとこの座標シーケンスに対応するスポット画像データシーケンスとを含むスポットパターンファイルシーケンスを生成するステップS2と、
前記スポット画像データシーケンスに基づいて、パターン光を生成し、このパターン光を露光しようとするリソグラフィ対象物(20)の表面に投影して可変スポット(10)を形成し、前記可変スポット(10)を予め設定された経路(P)に沿って走査させて前記リソグラフィ対象物(20)をエッチングするステップS3と、を含み、
走査中において前記可変スポット(10)の形状及び光強度分布を前記可変スポット(10)の基準点の位置データに応じて変化させる、
ことを特徴とする直接描画露光方法。 A direct writing exposure method,
Step S1 of generating three-dimensional topography data;
step S2 of generating a spot pattern file sequence comprising a coordinate sequence and a spot image data sequence corresponding to the coordinate sequence, based on the three-dimensional topography data and preset parameters of the direct writing exposure system;
generating a pattern of light based on the spot image data sequence and projecting the pattern of light onto a surface of a lithographic object (20) to be exposed to form a variable spot (10); etching the lithography object (20) by scanning along a preset path (P);
changing the shape and light intensity distribution of the variable spot (10) during scanning according to position data of a reference point of the variable spot (10);
A direct drawing exposure method characterized by:
基準点の位置データを取得するステップS31と、
前記位置データに基づいて、前記スポットパターンファイルシーケンスにおいて対応するスポット画像データを読み取るステップS32と、
前記スポット画像データに基づいて、前記パターン光を生成するステップS33と、
前記パターン光を前記リソグラフィ対象物(20)の表面に投影して前記可変スポット(10)を形成するステップS34と、
前記可変スポット(10)が所定変位するように制御するステップS35と、を含み、
ステップS31~S35を、直接描画露光が終了するまで繰り返して実行する、
ことを特徴とする請求項5に記載の直接描画露光方法。 The step S3 is
Step S31 of acquiring position data of the reference point;
step S32 of reading corresponding spot image data in the spot pattern file sequence based on the position data;
step S33 of generating the pattern light based on the spot image data;
a step S34 of projecting the patterned light onto the surface of the lithography object (20) to form the variable spot (10);
a step S35 of controlling the variable spot (10) to be displaced by a predetermined amount;
Repeating steps S31 to S35 until the direct drawing exposure is completed,
6. The direct writing exposure method according to claim 5 .
ことを特徴とする請求項5に記載の直接描画露光方法。 In the step S3, the step of scanning along a preset path (P) is controlled such that the variable spot (10) scans along a plurality of preset paths (P) in forward and backward order. contains steps
6. The direct writing exposure method according to claim 5 .
基板(21)を提供するステップと、
三次元トポグラフィの要求に応じて、前記基板(21)の表面に、対応する厚さのフォトレジスト(22)を塗布するステップと、をさらに含み、
前記ステップS2において、前記直接描画露光システムの予め設定されたパラメータは、フォトレジストの露光感度曲線を含む、
ことを特徴とする請求項5に記載の直接描画露光方法。 Before step S3,
providing a substrate (21);
further comprising applying a photoresist (22) of a corresponding thickness on the surface of the substrate (21) according to the requirements of three-dimensional topography;
In step S2, the preset parameters of the direct write exposure system include an exposure sensitivity curve of a photoresist;
6. The direct writing exposure method according to claim 5 .
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