CN104246615A - 无掩模曝光装置 - Google Patents

Abstract

曝光装置具有：光调制元件阵列，其二维地排列有能够根据姿势变化来切换光的反射方向的多个光调制元件；照明系统，其使第1光、第2光分别沿着第1方向、第2方向入射到光调制元件阵列，其中，第1光具有相干性，第2光具有相干性且相对于第1光具有相位差；成像光学系统，其使光调制元件阵列所反射的第1光和第2光成像于图案形成面；以及曝光控制部，其根据图案数据控制多个光调制元件各自的姿势，多个光调制元件各自的姿势能够选取在第1位置和第2位置，第1位置使第1光向沿着成像光学系统的光轴的方向反射，第2位置使第2光向沿着成像光学系统的光轴的方向反射，曝光控制部根据图案使多个光调制元件选择性地定位于第1位置和第2位置中的任何一方。

Description

无掩模曝光装置

技术领域

本发明涉及使用光调制元件阵列来形成图案的无掩模曝光装置，尤其涉及无掩模曝光装置的曝光方法。

背景技术

无掩模曝光装置通常具有将微镜进行了二维排列的DMD(Digital Micro-mirrorDevice：数字微镜装置)，根据图案对各微镜进行开/关控制，由此，将图案光投影到基板上。随着光调制元件阵列的投影区(曝光区)相对于基板相对移动，依次投影与该曝光区的位置对应的图案光。

无掩模曝光装置中的图案的分辨率由镜子大小、缩小投影光学系统的倍率以及NA等决定。作为提高分辨率的方法，公知有如下的移相曝光：将使一方的光束的相位偏移1/2波长而得到的两个光束同时照射到基板上(参照专利文献1)。

这里，配置两个DMD，分别向它们照射光束。此时，为了向相邻像素照射不同的光束，对各DMD的每隔一个镜子进行开/关控制。使像素间的光束的相位偏移半个波长，由此，相邻像素间的部分由于光的干涉而成为暗部。其结果为，可以得到与在掩模曝光装置中利用利文森(Levenson)型的移相掩模时相同的分辨率提高。

并且，沿着纵横两个方向使第1光束的投影像与第2光束的投影像偏移半个像素间距，也能够照射具有半个波长的相位差的两个光束。该情况下，能够利用各DMD的所有镜子。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-71116号公报

发明内容

发明要解决的课题

在将移相掩模展开到无掩模曝光装置的现有的移相曝光中，以提高像素单位的分辨率为目的，在相邻像素间制造出曝光能量接近0的部分。该部分为暗部，由此提高了图案的分辨率。但是，在无掩模曝光装置的情况下，图案宽度的微细化通常并非最重要的课题。

例如，在将印刷基板等作为制造对象而使用无掩模曝光装置的情况下，较多地使用一倍左右倍率的成像透镜进行曝光，而不是形成接近曝光波长的图案的缩小投影曝光。这是由分辨率在某种程度上被微镜尺寸所限制并且在以描绘处理大型尺寸基板为目的的情况下图案宽度比曝光波长长很多等而引起的。

另一方面，从确实满足所规定的分辨率的要求的观点来看，被组装到无掩模曝光装置中的成像透镜的焦点深度比较浅。因此，如果焦点位置稍有偏移则容易产生模糊，导致图案分辨率降低。为了抑制模糊，必须提高图案像的对比度。

但是，现有的曝光方法即使能够在成像透镜的焦点位置、焦点深度内成像的状况下提高分辨率，但并不是可在偏离了成像透镜的焦点深度时确保图案的分辨率的、即维持足够的对比度的曝光方法。

因此，期望在使用光调制元件阵列的同时进行实现对比度提高的曝光。

用于解决问题的手段

本发明的曝光装置具有：光调制元件阵列，其二维地排列有能够根据姿势变化来切换光的反射方向的多个光调制元件；照明系统，其使第1光、第2光分别沿着第1方向、第2方向入射到光调制元件阵列，其中，所述第1光具有相干性，所述第2光具有相干性且相对于第1光具有相位差；成像光学系统，其使光调制元件阵列所反射的第1光和第2光成像于图案形成面；以及曝光控制部，其根据图案数据控制多个光调制元件各自的姿势。

多个光调制元件各自的姿势能够选取在第1位置和第2位置，所述第1位置使第1光向沿着成像光学系统的光轴的方向反射，所述第2位置使第2光向沿着成像光学系统的光轴的方向反射。换言之，决定相对于光调制元件阵列的第1、第2光的入射角以及成像光学系统的位置，使得在多个光调制元件以能够选取的第1位置、第2位置的姿势来定位时第1光、第2光向成像光学系统反射。

在使用DMD等作为光调制元件阵列的情况下，各光调制元件能够在第1位置、第2位置以及平面状态之间进行姿势变化，其中，所述第1位置从平面状态倾斜了朝向第1光的入射方向的规定的角度，所述第2位置从平面状态倾斜了朝向第2光的入射方向的规定的角度。特别地，能够将开状态、关状态设为第1位置、第2位置(或者为其相反)。

作为照明系统，能够应用多种结构。例如，照明系统具有照射第1光的第1光源、照射第2光的第2光源以及对第1光或者第2光进行移相的移相光学系统即可。

或者，照明系统也可以构成为具有照射照明光的光源、将照明光分割为第1光和第2光的分割光学系统以及对第1光或者第2光进行移相的移相光学系统。

在本发明中，曝光控制部根据图案选择性地使多个光调制元件定位于第1位置和第2位置中的任何一方。如果第1光和第2光作为衍射光投影于基板，则在第1光的强度分布和第2光的强度分布重叠的场所，根据基于相位差的光的干涉作用，产生暗部清晰的部分。其结果为，在图案边界等处充分确保亮度差。

这样，本发明的曝光处理根据图案形成而选择性地定位光调制元件，产生基于衍射光的干涉曝光，且使由所谓的利文森型移相掩模、半色调型移相掩模等实现的以提高分辨率(图案宽度微细化)为目的的干涉曝光展开为扩大对比度的干涉曝光。由于该干涉曝光能够根据各光调制元件的姿势自由地设定2束光的干涉位置，因此能够根据图案形状、种类实现多种干涉曝光。

关于第1光和第2光的相位差，可以在光强度分布重叠的范围内进行移相，也可以基于图案间隔等以使非曝光部分或者图案边界恰为由于衍射光的干涉而使能量分布降低的部分的方式进行移相。例如，能够使第1光和第2光为相互具有1/2波长的相位差的相干光。

例如，在图案排列为具有规则的间隔的排列的情况下，对于多个光调制元件中的投影(将光导向基板表面)图案光、且投影光强度分布相互重叠的光的光调制元件，曝光控制部能够使一方的光调制元件定位于第1位置，使另一方的光调制元件定位于第2位置。由于干涉作用，在作为非曝光对象的区域(以后，称作非曝光对象区)中，在不同相位的衍射光重叠的部分形成暗部，对比度提高。

特别地，对于多个光调制元件中的向中间隔着非曝光对象区而相对的曝光对象区投影光、且在非曝光对象区投影光强度分布相互重叠的光的光调制元件，曝光控制部使向一方的曝光对象区投影光的光调制元件定位于第1位置，使向另一方的曝光对象区投影光的光调制元件定位于第2位置。

在进行这样的干涉曝光的情况下，曝光控制部能够使投影图案光的光调制元件相对于第1光的入射定位于第1位置，相对于第2光的入射定位于第2位置。并且，曝光控制部使不投影图案光的光调制元件定位于平面状态即可。

另一方面，曝光控制部能够使多个光调制元件中的投影图案光的光调制元件定位于第1位置和第2位置中的一方，并且，使与不让其感光的非曝光对象区域对应的光调制元件位于另一方。该情况下，照明系统使入射到与非曝光对象区域对应的光调制元件的第1光、第2光中的一方的光相对另一方的光以光强度相对小的方式照射(例如，相对于第1光为其百分之几的光强度)。由此，非曝光对象区域不感光，另一方面，暗部变得清晰。

例如，在各光调制元件能够在第1位置、第2位置之间进行姿势变化的情况下，曝光控制部使投影图案光的光调制元件定位于第1位置和第2位置中的任何一方的位置，使与非曝光对象区对应的光调制元件定位于另一方的位置即可，其中，所述第1位置从平面状态倾斜了朝向第1光的入射方向的规定的角度，所述第2位置从平面状态倾斜了朝向第2光的入射方向的规定的角度。

本发明的另一方面的曝光头的特征在于，其具有：光调制元件阵列，其二维地排列有能够根据姿势变化来切换光的反射方向的多个光调制元件；照明光学系统，其使第1光、第2光分别沿着第1方向、第2方向入射到光调制元件阵列，其中，所述第1光具有相干性，所述第2光具有相干性且相对于第1光具有相位差；以及成像光学系统，其使光调制元件阵列所反射的第1光和第2光成像于图案形成面，多个光调制元件各自的姿势能够选取在第1位置和第2位置，其中，所述第1位置使第1光向沿着成像光学系统的光轴的方向反射，所述第2位置使第2光向沿着成像光学系统的光轴的方向反射，多个光调制元件根据图案选择性地定位于第1位置和第2位置中的任何一方。

另一方面，本发明的另一方面的曝光装置具有：照明系统，其照射照明光；光调制元件阵列，其二维地排列有能够使从规定的方向入射的照明光向第1方向、第2方向反射的多个光调制元件；移相部，其使向第1方向反射的第1光和向第2方向反射的第2光之间产生相位差；成像光学系统，其使相互具有相位差的第1光和第2光成像于图案形成面；以及曝光控制部，其根据图案数据控制多个光调制元件各自的姿势。

多个光调制元件各自的姿势能够选取在第1位置和第2位置，其中，所述第1位置使第1光向沿着成像光学系统的光轴的方向反射，所述第2位置使第2光向沿着成像光学系统的光轴的方向反射。

在使用DMD等作为光调制元件阵列的情况下，各光调制元件能够在第1位置、第2位置以及平面状态之间进行姿势变化，其中，所述第1位置从平面状态倾斜了朝向第1光的出射方向的规定的角度，所述第2位置从平面状态倾斜了朝向第2光的出射方向的规定的角度，曝光控制部使投影图案光的光调制元件定位于与第1光的出射对应的第1位置、与第2光的出射对应的第2位置。

在本发明中，曝光控制部根据图案选择性地使多个光调制元件定位于第1位置和第2位置中的任何一方。如果第1光和第2光作为衍射光投影于基板，则在第1光的强度分布和第2光的强度分布重叠的场所，根据基于相位差的光的干涉作用，产生暗部清晰的部分。其结果为，在图案边界等处充分确保了亮度差。

这样，本发明的曝光处理根据图案形成而选择性地定位光调制元件，由此产生基于衍射光的干涉曝光，并且使由所谓的利文森型移相掩模、半色调型移相掩模等实现的以提高分辨率(图案宽度微细化)为目的的干涉曝光展开为扩大对比度的干涉曝光。由于该干涉曝光能够根据各光调制元件的姿势自由地设定2束光干涉的位置，因此能够根据图案形状、种类实现多种干涉曝光。

关于第1光和第2光的相位差，可以在光强度分布重叠的范围内进行移相，也可以基于图案间隔等以使非曝光部分或者图案边界恰为由于衍射光的干涉而使能量分布降低的部分的方式进行移相。例如，能够使第1光和第2光为相互具有1/2波长的相位差的相干光。

例如，在图案排列为具有规则的间隔的排列的情况下，对于多个光调制元件中的投影(将光导向基板表面)图案光、且投影光强度分布相互重叠的光的光调制元件，曝光控制部能够使一方的光调制元件定位于第1位置，使另一方的光调制元件定位于第2位置。由于干涉作用，在作为非曝光对象的区域(以后，称作非曝光对象区)中，在不同相位的衍射光重叠的部分形成暗部，对比度提高。

特别地，对于多个光调制元件中的向中间隔着非曝光对象区而相对的曝光对象区投影光、且在非曝光对象区投影光强度分布相互重叠的光的光调制元件，曝光控制部使向一方的曝光对象区投影光的光调制元件定位于第1位置，使向另一方的曝光对象区投影光的光调制元件定位于第2位置。

在进行这样的干涉曝光的情况下，曝光控制部能够使投影图案光的光调制元件相对于第2光的入射定位于第2位置，相对于第2光的入射定位于第2位置。并且，曝光控制部使不投影图案光的光调制元件定位于平面状态即可。

另一方面，曝光控制部能够使多个光调制元件中的投影图案光的光调制元件定位于第1位置和第2位置中的一方，并且，使与不让其感光的非曝光对象区对应的光调制元件位于另一方。该情况下，照明系统使入射到与不让其感光的非曝光对象区对应的光调制元件的第1光、第2光中的一方的光相对于另一方的光以光强度相对小的方式照射(例如，相对于第1光为其百分之几的光强度)。由此，非曝光对象区不感光，另一方面，暗部变得清晰。

例如，在各光调制元件能够在第1位置、第2位置之间变换姿势的情况下，曝光控制部使投影图案光的光调制元件定位于第1位置和第2位置中的任意一方的位置且使与非曝光对象区对应的光调制元件定位于另一方的位置即可，其中，所述第1位置从平面状态倾斜了朝向第1光的入射方向的规定的角度，所述第2位置从平面状态倾斜了朝向第2光的入射方向的规定的角度。

此外，能够设置使第1光和第2光的光轴与成像光学装置的光轴一致的合成光学系统。

本发明的另一方面的曝光头具有：光调制元件阵列，其二维地排列有能够使从规定的方向入射的照明光向第1方向、第2方向反射的多个光调制元件；移相部，其使向第1方向反射的第1光和向第2方向反射的第2光之间产生相位差；以及成像光学系统，其使相互具有相位差的第1光和第2光成像于图案形成面。

并且其特征为，多个光调制元件各自的姿势能够选取在第1位置和第2位置，其中，所述第1位置使照明光向第1方向反射，所述第2位置使照明光向第2方向反射，并且多个光调制元件根据图案选择性地定位于第1位置和第2位置中的任何一方。

发明效果

根据本发明，在无掩模曝光装置中，能够形成具有对比度的图案图像且抑制模糊。

附图说明

图1是曝光装置的概略的框图。

图2是照明系统的概略的结构图。

图3是曝光头内部的概略的结构图。

图4是示出微镜的姿势状态和光的反射方向的图。

图5是示出DMD中的镜像和反射光的种类的图。

图6是示出曝光面中的光强度分布的图。

图7是第2实施方式中的照明系统的概略的结构图。

图8是第3实施方式中的照明系统的概略的结构图。

图9是第3实施方式中的曝光头内部的概略的结构图。

图10是示出第3实施方式中的微镜的姿势和光的反射方向的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是第1实施方式的曝光装置的概略的框图。

曝光装置(描绘装置)10是通过向涂抹或者粘贴有光致抗蚀剂等感光材料的基板S照射光而形成图案的无掩模曝光装置。系统控制电路19控制整个曝光动作。

曝光装置10具有照明系统20、DMD 30以及成像光学系统40。照明系统20具有两个激光光源和照明光学系统(这里未图示)，向DMD 30照射照明光。由照明系统20、DMD 30以及成像光学系统40构成所谓的曝光头。光源驱动部15分别驱动激光光源。

如果将由矢量数据等构成的CAD/CAM数据输入到曝光装置10，则其被送入栅格转换和曝光数据转换电路16。在栅格转换和曝光数据转换电路16中，矢量数据被转换为栅格数据，并且基于所生成的栅格数据而生成后述的干涉曝光用的曝光数据。所生成的曝光数据被暂时存储在缓存器17中，然后被送入DMD驱动电路18。

DMD 30是将微镜进行了二维排列的光调制元件阵列(光调制器)，各微镜根据姿势的变化来选择性地切换光的反射方向。根据DMD驱动电路18对各微镜的姿势进行控制，由此，与图案对应的光入射到成像光学系统40。成像光学系统40使入射光成像于基板S的表面，由此投影图案光。

描绘工作台11通过工作台驱动部13能够沿着X、Y方向移动。工作台驱动部13根据来自工作台控制电路14的控制信号使描绘工作台11移动。位置检测传感器12检测描绘工作台11的位置、即基板S的位置。

在曝光过程中，描绘工作台11沿着扫描方向以恒定速度进行移动。DMD 30整体的投影区(以下，称作曝光区)随着基板S的移动而在基板上相对移动。依次将曝光数据输入缓存器17，再将与检测出的曝光区的相对位置对应的数据从缓存器17送入DMD驱动电路18。

根据规定的曝光间隔进行曝光动作，按照曝光期间对曝光动作进行控制，使得微镜投影图案光。根据曝光区的相对位置调整DMD 30的各微镜的控制时机，由此，依次投影应该描绘在曝光区的位置处的图案的光。通过扫描整个基板S，在整个基板S上形成图案。

此外，作为曝光方式，不只是以恒定速度移动的连续移动方式，也可以是间歇移动的步进式(Step and Repeat)。并且，也可以是使每一次曝光动作所生成的投影区部分重叠的多重曝光(重叠曝光)。并且，这里对具有一个曝光头的曝光装置进行了说明，但也能够使用多个曝光头进行描绘处理。

图2是照明系统的概略的结构图。图3是曝光头内部的概略的结构图。图4是示出微镜的姿势状态和光的反射方向的图。使用图2～图4，对照明系统20的结构以及DMD 30的各个微镜的光调制进行说明。

构成曝光头100的照明系统20具有第1、第2激光光源21A、21B，各激光光源放射相干光。在该阶段两个光束之间实际上不存在相位差。上述第1、第2激光光源21A、21B均为激光振荡器。

从第1激光光源21A放射的第1光通过了照明光学系统22A，经由镜子24A入射到DMD 30。另一方面，从第2激光光源21B放射的第2光通过了照明光学系统22B后入射到相位板23。相位板23是设置光路差使光的相位偏移半个波长的波长板，第2光成为相对于第1光相位偏移1/2波长的光后入射到镜子24B。入射到镜子24B的第2光被导向DMD 30。

第1光和第2光的光轴E1、E2朝向镜子24A、24B的行进方向相互一致。镜子24A、24B以相对于这些光轴E1、E2倾斜相同的角度的状态配置。并且，镜子24A、24B使第1光和第2光以相对于DMD 30的垂直方向V相同的入射角(绝对值)入射。

在图4中示出DMD 30中的一个微镜M的姿势变化。但是，夸张地放大描绘了微镜M。微镜M由于静电场作用能够绕中心轴转动，能够定位于三个姿势中的任何一个。其它的微镜也同样。

在微镜M为开状态时，从不倾斜的平面状态(0度)向第1光的入射方向倾斜12°。另一方面，在微镜M为关状态的情况下，向相反侧的第2光的入射方向倾斜相同的角度(-12°)。进而，微镜M除了开/关状态的姿势，还能够定位为平面状态(0°)。

成像光学系统40的光轴E3与DMD 30的表面垂直方向V一致。第1光和第2光从关于DMD表面垂直方向V、即光轴E3对称的方向向DMD 30行进。相对于垂直方向V的倾斜角度，其绝对值θ相等，同为θ＝24°。

在微镜M为开状态的情况下，第1光向光轴E3的方向反射。并且，在微镜M为关状态的情况下，第2光向光轴E3的方向反射。因此，在微镜M为开状态时入射第1光，在微镜M为关状态时入射第2光，由此，使第1光、第2光都通过成像光学系统40成像于基板S的表面。

另一方面，如果在微镜M为开状态(12°)下第2光入射到微镜M，在微镜M为关状态(-12°)下第1光入射到微镜M，则第1光、第2光向偏离成像光学系统40的光轴E的方向(48°、-48°)行进。

并且，在微镜M定位于平面状态的情况下，微镜M使第1光、第2光分别向第2光、第1光的行进方向反射。因此，在平面状态下，将第1光、第2光都导向基板外。此外，即使在微镜M不能严格地定位于平面状态的情况下，从舍光的目的来看，只要大致定位于平面状态即可。对于以上的微镜的开/关、平面状态中的光的行进，其它的微镜也相同。

在本实施方式中不是像通常的微镜的光调制方式那样，在形成图案时将微镜M切换为开状态，在不形成图案时将微镜M切换为关状态，而是使各微镜M的姿势选择开状态、关状态、平面状态中的任何一个。

具体而言，在协助图案形成的情况下，各微镜M切换为开/关状态中的任何一个姿势。由此，选择第1光和第2光中的一方的光投影于基板S。此时，由于没有被选择的光被导向基板外，因此没有影响。另一方面，由于对应于不照射图案光(曝光关)的区域的微镜M要舍掉第1光、第2光双方，因此成为平面状态的姿势。

其结果为，投影于整个曝光区的图案光由包含第1光和第2光双方的光束构成，进行干涉曝光，该干涉曝光是指具有相位差的光、即相位正好相反的光相互干涉。每次曝光动作时都进行该干涉曝光。这里对正曝光的情况进行了说明，在负曝光的情况下，由于微镜的图案形成部分反过来，所以考虑到达基板S的光的干涉，适当地选择DMD的开/关状态。

各微镜选择第1光和第2光中的哪一个是基于此时要形成的图案形状等的。这里，使形成相邻的图案边界部分的光之间具有相位差，来进行干涉曝光。以下，对干涉曝光进行说明。

图5是示出DMD中镜像和反射光的种类的图。图6是示出曝光面中的光强度分布的图。

在图5中示出相邻的三个微镜MPA1、MPA2、MPA3的调制状态。微镜MPA1、MPA2、MPA3的投影区(以下，称作微小曝光区)PA1、PA2、PA3(参照图3)在基板上相对移动，根据应当形成于曝光动作时的位置处的图案，将光投影于基板或者导向基板外。

如图3所示，考虑形成以一个微小曝光区宽度大小的非曝光对象区(没有投影图案光的区域)为间隔而重复直线状图案的图案的情况。此外，图3只示出第1光和第2光的光轴，未图示各微镜反射的各个光。在某个曝光动作中，入射到微镜MPA1、MPA2、MPA3的光分别被调制为投影、舍光、投影。即，微镜MPA1、MPA3定位于向基板投影光的姿势(开状态或者关状态)，微镜MPA2定位于将光导向基板外的姿势(平面状态)。具体而言，这里的将光导向基板外表示的是不向成像光学系统40入射光，而是将光导向未图示的光吸收单元。

这里，微镜MPA1反射第1光，微镜MPA3反射第2光。因此，微镜MPA1定位于开状态，微镜MPA3定位于关状态。关于将光投影于图案内部的微镜，只要投影相同相位的光(第1光或者第2光)即可。由于第1光、第2光具有相位差，所以照射到微镜MPA1、MPA3的第1光、第2光的强度被表示为正负相反(参照图5)。

在图6中示出干涉曝光和非干涉曝光中的光的相位、强度分布以及干涉后的光强度分布。由于包含衍射光，所以实际上到达基板的第1光、第2光的强度分布为平缓的山状曲线，波及到相邻的微小曝光区PA2。因此，在基板上的光强度分布L中，在微小曝光区PA2内第1光和第2光进行干涉，从而产生光强度接近于0的部分。

如果比较非干涉曝光的光强度分布L0和干涉曝光的光强度分布L，则在光强度分布L0中，由于在微小曝光区PA2中相位和强度都是正的，因此第1光、第2光形成的强度分布的波谷部的强度增加。因此，光强度分布在微小曝光区PA2内没有低落至接近0，与微小曝光区PA1、PA2之间的强度差(亮度差)小。

另一方面，在因干涉曝光而显现的光强度分布L中，由于在微小曝光区PA2中存在强度接近0的部分，因此与微小曝光区PA1、PA2之间的强度差大，光强度分布变得陡峭，其结果为对比度提高。

这样，如果使相位相互不同的两束光以空出一个微小曝光区的方式成像，则在此间夹着的非投影的微小曝光区PA2中产生衍射光的干涉，产生相邻的微小曝光区之间亮度差大的光强度分布L。

一般情况下，为了在基板的感光表面形成图案，需要确定光的强度来投影图案光，该光的强度为依据感光材料的感光度的曝光能量RL(以下，称作适当曝光量RL)以上的能量。但是，当基板由于变形、歪斜等原因而偏离了成像光学系统40的焦点深度的情况下，光强度分布L成为更缓和的曲线分布。因此，最大强度部分或者最小强度部分与适当曝光量RL之间的差变小。

在非干涉曝光的情况下，微小曝光区PA2中的光强度和适当曝光量RL的差原本就不大，因此，在偏离焦点深度的情况下，担心微小曝光区PA1和微小曝光区PA3的图案无间断地连在一起从而无法形成图案边界。

另一方面，在干涉曝光的情况下，即使在成像位置偏离焦点深度的范围的状况下，由于投影部分和非投影部分之间的对比度大，强度接近于0的范围清晰，因此，微小曝光区PA1和微小曝光区PA3的图案也会被分离开来。因此，稳定地形成图案边界，模糊的影响不会出现在图案像上。

对于没有必要干涉的图案光，只要将栅格数据设定为开数据来照射第1光即可。并且，对于曝光关的区域，设定栅格数据使微镜成为平面状态。此外，也能够交换第1光和第2光来设定栅格数据。

如上所述，根据本实施方式，向DMD 30入射相互具有半波长相位差且具有相干性的第1光、第2光。在形成图案的情况下，在各曝光动作中，DMD 30的各微镜通过将投影第1光的微镜切换为开状态(第1位置)、将投影第2光的微镜切换为关状态(第2位置)，使第1光或者第2光以微小曝光区为单位向基板投影。另一方面，在曝光关(舍光)的区域的情况下，微镜定位于平面状态。

通过使相互具有相位差的两束光从不同方向照射向一个DMD且以三个姿势控制DMD的各微镜，将两束光形成的图案光投影于曝光区。并且，在隔着微小曝光区宽度而相邻的图案的非曝光对象区中进行干涉曝光。其结果为，图案像的对比度提高。

通过进行这样的干涉曝光，即使由于基板的凹凸或扭曲而产生焦点偏移，也能够形成没有模糊的图案。特别在用于无掩模曝光装置的大型基板的情况下，虽然在制造过程中存在基板表面的微小的凹凸或者扭曲且使用焦点深度浅的成像光学系统的情况多，但是能够抑制散焦，形成没有引起分辨率降低的图案。

并且，不是预先决定各微镜的姿势，而是根据图案选择性地决定。因此，即使对于各种图案形状，只要抽取出需要放大对比度的图案边界部分，将该部分的栅格数据转换为干涉曝光用数据就能够实现干涉曝光。特别地，由于一边使用单一的DMD一边实现干涉曝光，因此，能够以简单的结构实现利用了移相、干涉的各种曝光。

此外，在本实施方式的干涉曝光中，能够投影第1光、第2光来扩大在图案边界部分等相邻像素间的光强度差，但是，通过将具有半波长的相位差、光强度极小的光照射到图案周围，也能够使光强度分布变得陡峭。

该情况下，关于图案光，全部由第1光(或者第2光)构成，对应的微镜定位于开状态。另一方面，对于第2光(或者第1光)，使其具有半波长的相位差并且从光源部以非常小的光强度(例如，第1光的百分之几的光强度)照射。

并且，对应曝光关的微镜定位于关状态从而将第2光投影于基板。其结果为，由于第1光和第2光的干涉作用在基于第1光的图案周围产生了波谷，能够生成陡峭的光强分布。由于第2光的光强度非常小，所以不会在曝光关的部分形成图案。

关于第1光和第2光的相位差，不限于准确地具有半波长的相位差。根据光强度分布曲线的分布宽度等，只要具有能够产生光的干涉(波峰和波谷重叠)的相位差即可。

接着，使用图7，对第2实施方式的曝光装置进行说明。在第2实施方式中，从一个光源生成两束光入射到DMD。除此之外的结构实质上和第1实施方式相同。

图7是示出第2实施方式中的照明系统的结构图。

照明系统120的光源121由激光振荡器或者LD、放电灯等构成，放射出具有相干性的光。从光源121放射出的光由分束器等光分割光学系统127进行分割。分割得到的两个光束(以下，称作第1光、第2光)朝向相反方向从分割光学系统127射出。

第1光经由镜子125A、126A入射到照明光学系统122A，由镜子124A反射后入射到DMD 30。另一方面，第2光经由镜子125B、126B、移相板123入射到照明光学系统122B，由镜子124B反射后入射到DMD 30。

并且，与第1实施方式同样，第1光和第2光选择性地照射到基板S上。第2光与第1光具有半波长的相位差，因此实现了干涉曝光，使光强度0附近的范围变得清晰。其结果为，能够形成具有对比度的图案。

接着，使用图8～图10对第3实施方式进行说明。在第3实施方式中，由DMD分割来自光源的光，产生相位差后选择性地照射两束光。

图8是示出第3实施方式中的照明系统的图。图9是第3实施方式中的曝光头内部的概略的结构图。并且，图10是示出第3实施方式中的微镜的姿势和光的反射方向的图。

照明系统220的光源部221由激光振荡器构成，放射出相干光。从光源121放射出的光经由照明光学系统222、镜子223入射到DMD 30。

如图8所示，来自光源121的光相对于DMD 30的表面垂直方向V以规定的角度(这里为24°)入射。微镜M在开状态(12°)时，使光向表面垂直方向V反射，在关状态(-12°)时使光向规定方向(-48°)反射。

因此，通过选择开状态、关状态的姿势照射光，生成两束光(以下称作第1光、第2光)。通过选择性地切换各微镜M的开/关状态，使包含第1光、第2光的图案光向基板S行进。

另一方面，在微镜M为平面状态的情况下，微镜M将入射光向与第1光、第2光的行进方向不同的方向(-24°)反射。因此，通过将微镜定位于平面状态，将光导向基板外。

如图8所示，第1光经由镜子224A入射到具有半透半反镜等光分离单元的光合成光学系统225。在光合成光学系统225中使第1光的行进方向改变90°。从光合成光学系统225射出的第1光沿着成像光学系统40的光轴E3入射到成像光学系统40。

另一方面，第2光由镜子224B反射，通过移相板224后入射到光合成光学系统225。第2光根据移相板224与第1光具有半波长的相位差。第2光通过光合成光学系统225的半透半反镜，沿着成像光学系统40的光轴入射到成像光学系统40。此外，作为光合成光学系统，有立方体棱镜等。

其结果为，选择性地使具有半波长相位差的第1光和第2光入射到基板S上以实现干涉曝光。关于用于进行干涉曝光的微镜的姿势，针对形成图案光的微镜，向基板投影第1光、第2光中的任何一个。特别在形成相邻的图案的情况下，分隔图案(夹在其间)的非曝光对象区也被投影图案光的衍射光。针对投影用于形成图案的光的微镜，只要将与一方的图案对应的微镜设定为开状态，将与另一方的图案对应的微镜设定为关状态，并且，针对与非曝光对象区对应的微镜，设定为平面状态即可。

并且，为了实现与半色调相位掩模同等的干涉曝光，也可以将投影图案光的微镜定位于开状态，将与非曝光区对应的微镜定位于关状态。该情况下，为了抑制第2光的强度使其为第1光的百分之几，在非曝光区可以应用配置有使第2光与第1光的图案衍射光干涉从而减弱光强度的光学元件的结构等。

这样，根据第3实施方式，从光源部221照射出的照明光根据DMD 30的形成图案光的各微镜的姿势来分离出第1光、第2光。并且，第2光以偏移半波长相位的状态与第1光合成。将由第1光、第2光形成的图案光投影于基板。另一方面，对应非曝光区的微镜定位于平面状态，其结果为光没有照射到基板上。

这样，从照明光生成第1光、第2光，使其相互具有半波长的相位差后照射到基板上，由此，实现干涉曝光。由于根据从照明光学系统到成像光学系统的光学系统结构生成第1光、第2光，因此，直接利用原来的光源部就能够实现干涉曝光。

此外，在第1、第2实施方式中，采用了激光振荡器作为光源，但是也可以使用LED或者放电灯等来照射具有相干性的光。并且，即使对于照明光学系统、成像光学系统、光分割光学系统等上述的光学系统，也能够采用依据曝光装置等的规格的结构。

在第1、第2实施方式中，对在微镜不投影光的非曝光对象区中使光强度分布相互重叠的光具有半波长相位差的干涉曝光、以及在曝光区和非曝光区投影相互具有半波长的相位差以及强度差的光的干涉曝光进行了说明。但是，也能够实现此外基于移相的干涉曝光。由于干涉曝光，非曝光对象区或者曝光对象区在形成图案时产生清晰的暗部，各微镜独立地选择性地反射第1光、第2光使得该暗部突出且对比度提高即可。

关于本发明，在不偏离由所附权利要求定义的本发明的意图以及范围的情况下能够进行各种变更、替换以及替代。并且，在本发明中不意味着只限定于说明书中所述的特定的实施方式的过程、装置、制造、构成物、手段、方法以及步骤。本领域技术人员能够认识到，根据本发明的公开，能够推导出实质上起到与这里记载的实施方式所带来的功能相同的功能，或者实质上带来同等作用和效果的装置、手段以及方法。因此，所附权利要求的范围意味着包含有这样的装置、手段、方法的范围。

本申请是以日本申请(日本特愿2012-081236号，2012年3月30日申请，日本特愿2012-081359号，2012年3月30日申请)为基础申请来主张优先权的申请，将基础申请的包含说明书、附图以及权利要求的公开内容通过参照而纳入整个本申请中。

标号说明

10  曝光装置

20  照明系统

30  DMD(光调制元件阵列)

40  成像光学系统

Claims (21)

1.一种曝光装置，其特征在于，该曝光装置具有：

光调制元件阵列，其二维地排列有能够根据姿势变化来切换光的反射方向的多个光调制元件；

照明系统，其使第1光、第2光分别沿着第1方向、第2方向入射到所述光调制元件阵列，其中，所述第1光具有相干性，所述第2光具有相干性且相对于第1光具有相位差；

成像光学系统，其使所述光调制元件阵列所反射的第1光和第2光成像于图案形成面；以及

曝光控制部，其根据图案数据控制所述多个光调制元件各自的姿势，

所述多个光调制元件各自的姿势能够选取在第1位置和第2位置，所述第1位置使第1光向沿着所述成像光学系统的光轴的方向反射，所述第2位置使第2光向沿着所述成像光学系统的光轴的方向反射，

所述曝光控制部根据图案使所述多个光调制元件选择性地定位于第1位置和第2位置中的任何一方。

2.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

针对所述多个光调制元件中的投影图案光、且投影光强度分布相互重叠的光的光调制元件，所述曝光控制部使一方定位于第1位置，使另一方定位于第2位置。

3.根据权利要求2所述的曝光装置，其特征在于，

针对所述多个光调制元件中的向中间隔着非曝光对象区而相对的曝光对象区投影光、且在非曝光对象区投影光强度分布相互重叠的光的光调制元件，所述曝光控制部使向一方的曝光对象区投影光的光调制元件定位于第1位置，使向另一方的曝光对象区投影光的光调制元件定位于第2位置。

4.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

所述曝光控制部使所述多个光调制元件中的投影图案光的光调制元件定位于第1位置和第2位置中的一方，并且，使与非曝光对象区对应的光调制元件定位于另一方，

所述照明系统使入射到与非曝光对象区对应的光调制元件的第1光、第2光中的一方的光相对于另一方的光以光强度相对小的方式进行照射。

5.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

各光调制元件能够在第1位置、第2位置以及平面状态之间进行姿势变化，其中，所述第1位置从平面状态倾斜了朝向第1光的入射方向的规定的角度，所述第2位置从平面状态倾斜了朝向第2光的入射方向的规定的角度，

所述曝光控制部使投影图案光的光调制元件相对于第1光的入射定位于第1位置，相对于第2光的入射定位于第2位置。

6.根据权利要求5所述的曝光装置，其特征在于，

所述曝光控制部使不投影图案光的光调制元件定位于平面状态。

7.根据权利要求4所述的曝光装置，其特征在于，

各光调制元件能够在第1位置、第2位置之间进行姿势变化，其中，所述第1位置从平面状态倾斜了朝向第1光的入射方向的规定的角度，所述第2位置从平面状态倾斜了朝向第2光的入射方向的规定的角度，

所述曝光控制部使投影图案光的光调制元件定位于第1位置和第2位置中的任何一方的位置，使与非曝光对象区对应的光调制元件定位于另一方的位置。

8.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

所述照明系统具有照射第1光的第1光源、照射第2光的第2光源以及对第1光或者第2光进行移相的移相光学系统。

9.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

所述照明系统具有照射照明光的光源、将照明光分割为第1光和第2光的分割光学系统以及对第1光或者第2光进行移相的移相光学系统。

10.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

第1光和第2光是相互具有1/2波长的相位差的相干光。

11.一种曝光头，其特征在于，该曝光头具有：

光调制元件阵列，其二维地排列有能够根据姿势变化来切换光的反射方向的多个光调制元件；

照明光学系统，其使第1光、第2光分别沿着第1方向、第2方向入射到所述光调制元件阵列，其中，所述第1光具有相干性，所述第2光具有相干性且相对于第1光具有相位差；以及

成像光学系统，其使所述光调制元件阵列所反射的第1光和第2光成像于图案形成面，

所述多个光调制元件各自的姿势能够选取在第1位置和第2位置，所述第1位置使第1光向沿着所述成像光学系统的光轴的方向反射，所述第2位置使第2光向沿着所述成像光学系统的光轴的方向反射，

所述多个光调制元件根据图案选择性地定位于第1位置和第2位置中的任何一方。

12.一种曝光装置，其特征在于，该曝光装置具有：

照明系统，其照射照明光；

光调制元件阵列，其二维地排列有能够使从规定的方向入射的照明光向第1方向、第2方向反射的多个光调制元件；

移相部，其使向第1方向反射的第1光和向第2方向反射的第2光之间产生相位差；

成像光学系统，其使相互具有相位差的第1光和第2光成像于图案形成面；以及

曝光控制部，其根据图案数据控制所述多个光调制元件各自的姿势，

所述多个光调制元件各自的姿势能够选取在第1位置和第2位置，其中，所述第1位置使照明光向第1方向反射，所述第2位置使照明光向第2方向反射，

所述曝光控制部根据图案使所述多个光调制元件定位于第1位置和第2位置中的任何一方。

13.根据权利要求12所述的曝光装置，其特征在于，

针对所述多个光调制元件中的投影图案光、且投影光强度分布相互重叠的光的光调制元件，所述曝光控制部使一方定位于第1位置，使另一方定位于第2位置。

14.根据权利要求13所述的曝光装置，其特征在于，

针对所述多个光调制元件中的向中间隔着非曝光对象区而相对的曝光对象区投影光、且在非曝光对象区投影光强度分布相互重叠的光的光调制元件，所述曝光控制部使向一方的曝光对象区投影光的光调制元件定位于第1位置，使向另一方的曝光对象区投影光的光调制元件定位于第2位置。

15.根据权利要求12所述的曝光装置，其特征在于，

所述曝光控制部使所述多个光调制元件中的投影图案光的光调制元件定位于第1位置和第2位置中的一方，并且，使与非曝光对象区对应的光调制元件定位于另一方，

所述照明系统使与非曝光对象区对应的第1光、第2光中的一方的光相对于另一方的光以光强度相对小的方式进行照射。

16.根据权利要求12所述的曝光装置，其特征在于，

各光调制元件能够在第1位置、第2位置以及平面状态之间进行姿势变化，其中，所述第1位置从平面状态倾斜了朝向第1光的出射方向的规定的角度，所述第2位置从平面状态倾斜了朝向第2光的出射方向的规定的角度，

所述曝光控制部使投影图案光的光调制元件定位于与第1光的出射对应的第1位置、与第2光的出射对应的第2位置。

17.根据权利要求16所述的曝光装置，其特征在于，

所述曝光控制部使不投影图案光的光调制元件定位于平面状态。

18.根据权利要求15所述的曝光装置，其特征在于，

各光调制元件能够在第1位置、第2位置之间进行姿势变化，其中，所述第1位置从平面状态倾斜了朝向第1光的入射方向的规定的角度，所述第2位置从平面状态倾斜了朝向第2光的入射方向的规定的角度，

所述曝光控制部使投影图案光的光调制元件定位于第1位置和第2位置中的任何一方的位置，使与非曝光对象区对应的光调制元件定位于另一方的位置。

19.根据权利要求12所述的曝光装置，其特征在于，

所述曝光装置还具有合成光学系统，该合成光学系统使第1光和第2光的光轴与所述成像光学系统的光轴一致。

20.根据权利要求12所述的曝光装置，其特征在于，

第1光和第2光是相互具有1/2波长的相位差的相干光。

21.一种曝光头，其特征在于，该曝光头具有：

光调制元件阵列，其二维地排列有能够使从规定的方向入射的照明光向第1方向、第2方向反射的多个光调制元件；

移相部，其使向第1方向反射的第1光和向第2方向反射的第2光之间产生相位差；以及

成像光学系统，其使相互具有相位差的第1光和第2光成像于图案形成面，

所述多个光调制元件各自的姿势能够选取在第1位置和第2位置，其中，所述第1位置使照明光向第1方向反射，所述第2位置使照明光向第2方向反射，

所述多个光调制元件根据图案选择性地定位于第1位置和第2位置中的任何一方。