JP2009302460A - 露光方法、露光装置、および電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可変成形マスクを用いた露光技術において、露光工程におけるスループットの低下を抑えつつ、微細なパターンをウエハに露光する。
【解決手段】２次元的に配置された複数の光学素子を有する空間光変調器を用いて基板を露光する露光方法において、その基板上における所定の基準領域のうち一方の領域を明部とする第１の露光量分布を形成する第１露光と、その基準領域のうち他方の領域を明部とする第２の露光量分布を形成する第２露光と、を有し、その第１露光とその第２露光とは、その一方の領域における少なくとも一部分とその他方の領域における少なくとも一部分とを互いに重ねて重複部を形成するように露光することを含むものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置及び露光方法、並びに電子デバイスの製造方法に関するものであり、特に複数の光学素子を用いて物体を露光する露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。

例えば半導体素子又は液晶表示素子等のデバイス（電子デバイス、マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィ工程中で、所定のパターンを投影光学系を介してウエハ（又はガラスプレート等）の各ショット領域に転写するために、ステッパ等の一括露光型の投影露光装置、又はスキャニング・ステッパ等の走査露光型の投影露光装置等の露光装置が使用されている。

従来の露光装置においては、製造対象のデバイスの複数のレイヤに対して異なる回路パターンを形成するために、各レイヤ毎に、マスク（レチクル、フォトマスク等）を交換して露光を行っていた。このようなマスクは、非常に高価であるため、デバイス製造におけるコスト高の要因の一つとなっていた。特に、多品種少量生産となるＡＳＩＣやＭＥＭＳなどのデバイスを製造する場合、マスクのコストが非常に大きな割合を占めることになる。さらに、デバイス毎、レイヤ毎、及びパターンの種類毎にマスクの交換を行う場合には、露光工程のスループットが低下する。そこで、マスクの代わりに、それぞれアレイ状に配列された多数の光学素子を備えた可変成形マスク（例えば、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ、や液晶表示素子）を用いた露光技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、近年においては、上述のデバイスなどの高集積化に対応して、ウエハに転写するパターンの微細化すなわち高解像度化が要求されている。こうした要求に対して、近年においては、多重露光技術を用いた露光装置が提案されている。多重露光技術とは、現像処理等を行う前に複数回に亘って露光処理を行う技術である。つまり、あるマスクを用いてウエハを露光した後に、現像処理等を行うことなく続けて異なるマスクを用いてウエハを露光する技術である。
米国特許第５，５２３，１９３号公報

しかしながら、上述の多重露光技術を用いた露光装置において、例えば２枚のマスクを用いて二重露光を行う場合には、露光工程のスループットが概ね半分程度に低下し、結果としてデバイスの製造コストが上昇するという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑み、可変成形マスクを用いた露光技術において、露光工程におけるスループットの低下を抑えつつ、微細なパターンをウエハに露光できる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術を提供することを目的とする。

本発明による露光方法は、２次元的に配置された複数の光学素子を有する空間光変調器を用いて基板を露光する露光方法において、前記基板上における所定の基準領域のうち一方の領域を明部とする第１の露光量分布を形成する第１露光と、前記基準領域のうち他方の領域を明部とする第２の露光量分布を形成する第２露光と、を有し、前記第１露光と前記第２露光とは、前記一方の領域における少なくとも一部分と前記他方の領域における少なくとも一部分とを互いに重ねて重複部を形成するように露光することを含むものである。

また、本発明による露光装置は、投影光学系を介して第１面の像を第２面上に露光する露光装置において、前記第１面に配置され、２次元的に配置された複数の光学素子を有する空間光変調器と、前記複数の光学素子の第１の傾斜状態及び第２の傾斜状態を設定するパターン制御部と、を備え、前記パターン制御部は、第１の露光によって前記第２面上における所定の基準領域のうち一方の領域を明部とする第１の露光量分布を形成するように前記第１の傾斜状態を設定し、第２の露光によって前記基準領域のうち他方の領域を明部とする第２の露光量分布を形成するように前記第２の傾斜状態を設定することを含み、前記一方の領域における少なくとも一部分と前記他方の領域における少なくとも一部分とを互いに重ねて重複部を形成するように前記第１の傾斜状態又は前記第２の傾斜状態を設定することを備えるものである。

また、本発明による電子デバイスの製造方法は、本発明による露光方法を用いて物体を露光する工程と、前記露光された物体を処理する工程と、を含むものである。さらに、本発明による電子デバイスの製造方法は、リソグラフィ工程を含む電子デバイスの製造方法であって、前記リソグラフィ工程に本発明による露光装置を用いることを含むものである。

本発明によれば、可変成形マスクを用いた露光技術において、露光工程におけるスループットの低下を抑えつつ、微細なパターンをウエハに露光できる。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態につき図１〜図７を参照して説明する。
図１は、本実施形態の露光装置１００の概略構成を示す図である。図１において、露光装置１００は、露光用の光源１と、光源１から射出される露光用の照明光（露光光）ＩＬで被照射面を照明する照明光学系ＩＬＳと、その被照射面又はその近傍の面上に二次元のアレイ状に配列されたそれぞれ傾斜角が可変の微小なミラーである多数のミラー要素３を備えた空間光変調器１３とを備えている。さらに、露光装置１００は、多数のミラー要素３によって生成された反射型の可変のパターンからの光束と等価な照明光ＩＬを受光して、そのパターンの像をウエハＷ（感光性基板）上に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷ上に転写するパターンの情報（パターンデータなど）を供給するパターン制御部２１と、ウエハＷの位置決め及び移動を行うウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を制御するコンピュータよりなる主制御系２０と、各種制御系等とを備えている。図１において、ウエハステージＷＳＴのガイド面（不図示）に垂直にＺ軸を設定し、Ｚ軸に垂直な平面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定する。本実施形態では、露光時にウエハＷはＹ方向（走査方向）に走査される。

図１の光源１としては、波長１９３ｎｍのレーザ光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源が使用されている。なお、光源１として、ｉ線用などの水銀ランプ、波長２４８ｎｍのレーザ光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源、波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ2 レーザ光源、又は発光ダイオード等も使用可能である。さらに、光源１としては、ＹＡＧレーザ又は半導体レーザ等から出力されるレーザ光の高調波を生成する固体レーザ光源も使用できる。

光源１から射出された照明光ＩＬは、コンデンサーレンズ２よりなる照明光学系ＩＬＳに入射して、照明光学系ＩＬＳによって、空間光変調器１３の上面に配列された多数のミラー要素３の反射面を照明する。本実施形態の空間光変調器１３のミラー要素３は、その反射面の傾斜角をＸＹ平面に平行な第１の角度（本実施形態では、駆動電力をオフにした状態）と、Ｘ軸の周りに所定角度回転した第２の角度（本実施形態では、駆動電力をオンにした状態）との間で切り換えることが可能である。空間光変調器１３は、各ミラー要素３の反射面の傾斜方向及び傾斜角を個別に制御する駆動部４を備えている。空間光変調器１３は、各ミラー要素３の反射面の傾斜方向及び傾斜角を個別に制御すること（又は空間変調器１３の変換状態を制御すること）によって、照明光ＩＬをほぼ任意の複数の方向に反射することができる（詳細後述）。主制御系２０が、パターン制御部２１に転写用のパターンの情報を供給し、これに応じてパターン制御部２１が駆動部４に各ミラー要素３の反射面の傾斜方向及び傾斜角の設定情報を供給する。なお、以下では、上述の第１の角度に設定されたミラー要素３をミラー要素３Ｎと呼び、上述の第２の角度に設定されたミラー要素３をミラー要素３Ｐと呼ぶ。

また、本実施形態における空間光変調器１３の反射面は、例えば、Ｘ方向に細長い矩形であり、その反射面には、Ｘ方向、Ｙ方向に一定ピッチでほぼ正方形の多数のミラー要素３が配列されている。一例として、空間光変調器１３の反射面のＸ方向の長さとＹ方向（ウエハＷの走査方向）の幅との比は４：１であり、Ｘ方向のミラー要素３の配列数は数１０００である。Ｘ方向に細長い矩形の照明領域は、空間光変調器１３の反射面の輪郭の僅かに内側の領域に設定される。なお、空間光変調器１３の反射面はほぼ正方形であってもよい。

投影光学系ＰＬは、空間光変調器１３の各ミラー要素３から反射される照明光ＩＬのうちで、第２の角度で入射して来る照明光のみを用いて、レジスト（感光材料）が塗布されたウエハＷ上の露光領域（照明領域と共役な領域、又は基準領域）に所定のパターンの像を形成する。この場合、空間光変調器１３において、反射面が上記の第２の角度（駆動電力がオンの状態）に設定されたミラー要素３Ｐからの反射光は、投影光学系ＰＬに入射して有効結像光束ＩＬＰとなる。一方、反射面が上記の第１の角度に設定されたミラー要素３Ｎからの反射光ＩＬＮは、投影光学系ＰＬには入射しないため、結像には寄与しない。なお、ミラー要素３Ｎの反射面の角度（第１の角度）は、ミラー要素３Ｎからの反射光が結像には寄与しない角度、即ちその反射光が投影光学系ＰＬ内の開口絞り（不図示）によって遮光される角度であればよい。この結果、多数のミラー要素３は、ミラー要素３Ｐが反射部に対応し、ミラー要素３Ｎが非反射部に対応する反射型のマスクパターンとみなすことができる。ミラー要素３Ｐとミラー要素３Ｎとの間の切り換えは、常時又は定期的に行うことが可能であるため、その反射型のマスクパターンは１つのミラー要素３を単位として、任意のパターンに可変である。そして、投影光学系ＰＬは、その空間光変調器１３によって設定される可変のパターン（又はそのパターンと等価な光強度分布）の縮小像をウエハＷ上の露光領域に形成する。

また、図１において、ウエハＷはウエハホルダ（不図示）を介してウエハステージＷＳＴ上に吸着保持され、ウエハステージＷＳＴは、不図示のガイド面上でＸ方向、Ｙ方向にステップ移動を行うとともに、Ｙ方向に一定速度で移動する。ウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸の周りの回転角等はレーザ干渉計（不図示）によって形成され、この計測情報がステージ制御系（不図示）に供給されている。ステージ制御系は、主制御系２０からの制御情報及びレーザ干渉計からの計測情報に基づいて、リニアモータ等の駆動系（不図示）を介してウエハステージＷＳＴの位置及び速度を制御する。なお、ウエハＷのアライメントを行うために、ウエハＷ上のアライメントマークの位置を検出するアライメント系（不図示）等も備えられている。

なお、本実施形態においては、ミラー要素３の反射面が上記の第２の角度に設定されたミラー要素３Ｐからの反射光を投影光学系ＰＬに入射させて有効結像光束ＩＬＰとしたが、ミラー要素３の反射面が上記の第１の角度に設定されたミラー要素３Ｎからの反射光ＩＬＮを投影光学系ＰＬに入射させて有効結像光束ＩＬＰとしてもよい。また、本実施形態における投影光学系ＰＬは、像側テレセントリックな光学系又は両側テレセントリックな光学系が望ましいが、特にこれに限定はされない。

次に、図１の空間光変調器１３の構成について説明する。
図２（Ａ）は、図１の空間光変調器１３の一部を示す拡大斜視図である。図２（Ａ）において、空間光変調器１３は、一定ピッチで配列された多数のミラー要素３と、この多数のミラー要素３の反射面の角度を個別に制御する駆動部４とを含んでいる。ミラー要素３の配列数は例えば数１０００である。

図２（Ｂ）に示すように、一例として、ミラー要素３の駆動機構は、ミラー要素３を支持するヒンジ部材３７と、ヒンジ部材３７に突設された４つの電極３５と、支持基板３８と、支持基板３８上にヒンジ部材３７を支持する１対の支柱部材３６と、４つの電極３５に対向するように支持基板３８上に形成された４つの電極３９とを備えている。この構成例では、対応する４組の電極３５と３９との間の電位差を制御して、電極間に作用する静電力を制御することで、ヒンジ部材３７を揺動及び傾斜させることができる。これによって、ヒンジ部材３７に支持されたミラー要素３の反射面の直交する２軸の周りの傾斜角を所定の可変範囲内で連続的に制御することができる。

なお、ミラー要素３の駆動機構は本実施形態の構成には限られず、他の任意の機構を使用できる。さらに、ミラー要素３はほぼ正方形の平面ミラーであるが、その形状は矩形等の任意の形状であってもよい。ただし、光の利用効率の観点からは、適度に隙間無く配列可能な形状が好ましい。また、ミラー要素３の形状は例えば１２μｍ角程度である。さらに、ミラー要素３の代わりに、図２（Ｃ）に示すように、凹面のミラー要素３'又は凸面のミラー要素（不図示）を使用することも可能である。なお、本実施形態における空間光変調器１３の各ミラー要素３は、上記の第１の角度及び第２の角度に設定できればよいため、ミラー要素３の駆動機構は、より簡素化することもできる。

また、図３（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ図１の空間光変調器１３のミラー要素３から代表的に選択されたミラー要素３Ｐ及び３Ｎからの反射光の一例を示している。図３（Ａ）は空間光変調器１３のミラー要素３Ｐからの反射光を示しており、図３（Ｂ）は空間光変調器１３のミラー要素３Ｎからの反射光を示している。

図３（Ａ）に示すように、空間光変調器１３のミラー要素３Ｐの傾斜角を、一例として、入射光（照明光ＩＬ）がウエハＷの面に垂直な方向（−Ｚ方向）に反射するように設定（本実施形態においては第２の角度）することで、その反射光が投影光学系ＰＬに入射するようにする。一方、図３（Ｂ）に示すように、空間光変調器１３のミラー要素３Ｎの傾斜角を、一例として、ＸＹ平面（又はウエハＷの面）に平行な角度（本実施形態においては第１の角度）に設定することで、その反射光が投影光学系ＰＬに入射しないようにする。

ここで一例として、空間光変調器とは、所定の光に対して空間的な変調を与えるものである。また、本実施形態における空間光変調器の変換状態とは、空間光変調器に光が入射又は射出することによって、その光の振幅、透過率、位相、及び面内分布、などを変えるものをいう。例えば反射型の空間光変調器の場合、各ミラー要素の傾斜方向及び傾斜角、或いは各ミラー要素の傾斜方向及び傾斜各の分布をいうし、さらには、例えば、後述のような各ミラー要素の駆動電力のオンオフ、又はそのオンオフの分布も含まれる。また、本実施形態においては、空間光変調器として、上述のようなＤＭＤを用いている。さらに、空間光変調器には、それぞれ通過光の位相を制御する複数の位相要素（可変段差要素等）を含む位相型の空間光変調器、それぞれ透過光の光量を制御する複数の画素（透過要素）を含む透過型の空間光変調器（液晶表示素子など）などもある。

なお、上記の空間光変調器１３としては、例えば特表平１０−５０３３００号公報及びこれに対応する欧州特許公開第７７９５３０号公報、特開２００４−７８１３６号公報及びこれに対応する米国特許第６，９００，９１５号公報、特表２００６−５２４３４９号公報及びこれに対応する米国特許第７，０９５，５４６号公報、並びに特開２００６−１１３４３７号公報に開示される空間光変調器を用いることができる。

また、空間光変調器１３としては、例えば複数のミラー素子が二次元的に配列されてその反射面の高さを個別に制御可能な空間光変調器を用いることもできる。このような空間光変調器としては、例えば特開平６−２８１８６９号公報及びこれに対応する米国特許第５，３１２，５１３号公報、並びに特表２００４−５２０６１８号公報及びこれに対応する米国特許第６，８８５，４９３号公報に開示される空間光変調器を用いることができる。

なお、上述した二次元的に配列された複数の反射面を持つ空間光変調器を、例えば特表２００６−５１３４４２号公報及びこれに対応する米国特許第６，８９１，６５５号公報、又は特表２００５−５２４１１２号公報及びこれに対応する米国特許公開第２００５／００９５７４９号公報の開示に従って変形しても良い。

次に、本実施形態の露光装置１００による露光動作の一例につき図４を参照して説明する。本実施形態における露光装置１００は、空間光変調器１３によって生成されるマスクパターンの縮小像をウエハＷ上に露光するものとする。また、例えば、マスクパターンの情報は主制御系２０の記憶部に記憶されている。

図４は、本実施形態における露光動作を説明するための図である。図４（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態における空間光変調器１３の各ミラー要素３の動作を説明する図である。図４（Ｃ）、（Ｄ）は、本実施形態における露光装置によって露光されたウエハＷ上の露光分布（又は露光範囲）を説明する図である。なお、本実施形態においては、説明の便宜上、空間光変調器１３の４つのミラー要素３を用いて説明する。また、図４（Ａ）では、一例として、各ミラー要素３のうち、所定の対角配列（図４（Ａ）において左上及び右下）の各ミラー要素３をミラー要素３Ｐとし、その他２つの隣接するミラー要素３をミラー要素３Ｎと設定している（複数のミラー要素３における第１の傾斜状態）。図４（Ｂ）では、一例として、図４（Ａ）のマスクパターンとは反対の所定の対角配列（図４（Ｂ）において左下及び右上）のミラー要素３をミラー要素３Ｐとし、その他２つの隣接するミラー要素３をミラー要素３Ｎと設定している（複数のミラー要素３における第２の傾斜状態）。つまり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるミラー要素３Ｐをミラー要素３Ｎに設定変更し、図４（Ａ）におけるミラー要素３Ｎをミラー要素３Ｐに設定変更している。なお、本実施形態の説明において、ウエハＷ上に塗布されるレジストは、ポジ型フォトレジスト（以下、レジスト）を使用するものとする。

まず、レジストが塗布されたウエハＷを図１のウエハステージＷＳＴ上にロードする。そして、ウエハＷのアライメント及びウエハＷを走査開始位置に位置決めした後、ウエハＷの露光領域にパターンを露光するために、ウエハＷのＹ方向への一定速度での走査を開始する。そして、主制御系２０はパターン制御部２１を介して、空間光変調器１３のミラー要素３の傾斜角を制御して、図４（Ａ）に示すように、転写用のパターンに対応するミラー要素３Ｐ，３Ｎの分布を設定する。続いて、主制御系２０は、図１の光源１に発光トリガＴＰを供給することによって、光源１に照明光ＩＬを発光させて、図４（Ｃ）に示すように、ウエハＷ上の露光領域に図４（Ａ）のマスクパターンの像を露光する（１回目の露光）。ここで、上記の１回目の露光は、露光光（照明光ＩＬ）がレジストを感光させるのに必要な露光量（以下、露光閾量Ｉ（スレショールド値）という）より少ない露光量で露光している。つまり、図４（Ｃ）の斜線部分ＥＡは、露光閾量Ｉ以下の露光量分布を示している。

次に、１回目の露光によってウエハＷ上の露光領域にパターンを露光した後、ウエハＷを上述の走査開始位置に位置決めした後、再度、ウエハＷの露光領域にパターンを露光するために、上述と同様に走査を開始する。そして、主制御系２０はパターン制御部２１を介して、空間光変調器１３のミラー要素３の傾斜角を制御して、図４（Ｂ）に示すように、転写用のパターンに対応するミラー要素３Ｐ，３Ｎの分布を設定する。続いて、主制御系２０は、図１の光源１に発光トリガＴＰを供給することによって、光源１に照明光ＩＬを発光させて、図４（Ｄ）に示すように、ウエハＷ上の露光領域に図４（Ｂ）のマスクパターンの像を露光する（２回目の露光）。ここで、上記の２回目の露光においても、露光光（照明光ＩＬ）がレジストを感光させるのに必要な露光量（露光閾量Ｉ）より少ない露光量で露光している。つまり、図４（Ｄ）の斜線部分ＥＡは、露光閾量Ｉ以下の露光量分布を示している。さらに、図４（Ｄ）の黒線部分ＢＬにおいては、上述の１回目の露光と２回目の露光とによって重複する部分であって、後の現像工程などを経て形成される基板パターンを示している。このように本実施形態によれば、十字型の基板パターンをウエハＷ上に形成することができる。さらに、本実施形態によれば、十字型の微細な基板パターンをウエハＷ上に形成することができる。なお、本実施形態においては、ウエハＷを走査しつつ１回目の露光を行った後、２回目の露光を行っているが、１回目の露光の後、続いて２回目の露光を行い、その後、別の露光領域を露光するようウエハＷを移動させるようにしてもよい。また、空間光変調器１３とウエハＷとを相対走査させて１回目の露光及び２回目の露光を行うようにしてもよい。

ここで、本実施形態における１回目の露光及び２回目の露光の詳細について図５及び図６を参照して説明する。図５（Ａ）は上述の図４（Ａ）のようなマスクパターンを用いて露光される露光量分布の一例を示しており、図５（Ｂ）は上述の図４（Ｂ）のようなマスクパターンを用いて露光される露光量分布の一例を示している。さらに、図５（Ｃ）は上述の図４（Ａ）及び図４（Ｂ）のマスクパターンを用いて二重露光され積算（合成）された露光量分布の一例を示している。図６は、一例として図５（Ｃ）の露光量分布に対する露光閾量Ｉを概略的に示す図である。

まず、１回目の露光においては、図４（Ａ）のように設定されたマスクパターンを用いて、図４（Ｃ）のようにウエハＷ上の露光領域にパターンが露光される。即ち、図４（Ａ）のミラー要素３Ｐからの反射光は露光光としてウエハＷへ到達し、ミラー要素３Ｐと隣接するミラー要素３Ｎからの反射光はウエハＷには到達しないため露光に寄与しない。このとき、１回目の露光において隣接する２つのミラー要素３によりウエハＷ上に露光される露光量分布ＥＤ１（第１の露光量分布）は、投影光学系ＰＬによるウエハＷ上での像強度分布の広がりがあるため、図５（Ａ）のようになる。

次に、２回目の露光においては、図４（Ｂ）のように設定されたマスクパターンを用いて、図４（Ｄ）のようにウエハＷ上の露光領域にパターンが露光される。即ち、図４（Ｂ）のミラー要素３Ｐからの反射光は露光光としてウエハＷへ到達し、ミラー要素３Ｐと隣接するミラー要素３Ｎからの反射光はウエハＷには到達しないため露光に寄与しない。このとき、２回目の露光において隣接する２つのミラー要素３によりウエハＷ上に露光される露光量分布ＥＤ２（第２の露光量分布）は、図５（Ｂ）のようになる。

上記の１回目の露光と２回目の露光とによって、ウエハＷ上における露光量分布は、図５（Ａ）の露光量と図５（Ｂ）の露光量とが積算され、図５（Ｃ）のような露光量分布ＥＤ３となる。つまり、１回目の露光と２回目の露光とで露光光が重なる部分（重複領域）は、図５（Ｃ）に示すように、露光量が強くなる。

そして、図６に示すように、１回目の露光と２回目の露光とで露光量が積算された露光量分布ＥＤ３（第３の露光量分布）において、重複領域のうちの所定の露光閾量Ｉ以上の部分を線幅Ｌのパターンとして残存させることができる。したがって、所定の露光閾量Ｉにすることで、現像工程などを経て、より微細な線幅Ｌの基板パターンをウエハＷ上に形成できる。また、この露光閾量Ｉを調整することで、更により微細な線幅Ｌの基板パターンをウエハＷ上に形成できる。さらには、本実施形態においては、マスクとして空間光変調器１３（可変成形マスク）を使用することで、ウエハＷに転写するマスクパターンを容易に変更できるため、露光工程におけるスループットを低減することもできる。また、本実施形態においては、マスクとして空間光変調器１３（可変成形マスク）を使用することで、従来のマスクにかかるコストを低減することができる。

ところで、本実施形態における空間光変調器１３は、その各ミラー要素３の間に、照明光ＩＬを反射しない無効領域（或いは反射しにくい非反射領域）がある。つまり、例えば、ミラー要素３Ｐとミラー要素３Ｐとの間、やミラー要素３Ｐとミラー要素３Ｎとの間などに無効領域があって、この無効領域に入射した照明光ＩＬは、例えば投影光学系ＰＬに入射しない（或いは入射しても光量は少ない）。そのため、この無効領域の幅ｄ（例えば、図４のｄｘ、ｄｙ）が大きすぎると、上述の１回目の露光と２回目の露光とによる重複領域における露光量が所定の露光閾量Ｉを超えないため、ウエハＷ上に所望の線幅Ｌの基板パターンを形成することができない。なお、本実施形態における無効領域は、空間光変調器１３の支持基板３８を含み、特にはその支持基板３８にミラー要素３などが形成されていない領域のうち各ミラー要素３の間の領域である。さらに、その無効領域の幅ｄは、支持基板３８上に配置される各ミラー要素３の間隔、或いは各ミラー要素３を傾斜させた時に照明光ＩＬが各ミラー要素３の間に入射する領域の幅を含むものである。

このように、上述の１回目の露光や２回目の露光においては、空間光変調器１３の無効領域の幅ｄによってもウエハＷ上における露光量分布が変わるため、この無効領域の幅ｄを考慮する必要がある。そこで、ウエハＷ上に所望の線幅Ｌの基板パターンを形成できるように、この無効領域の幅ｄを以下のように式で定義する。

本実施形態のように各ミラー要素３が複数配列されている場合に、ほぼ収差のない投影光学系ＰＬにおいて像強度分布Ｕ（ｘ）は近似的に以下のような（１）式で表わせる。
ｘはミラー要素３の境界からの距離（無効領域の幅中心からの距離）、ＮＡは投影光学系ＰＬの開口数、λは照明光ＩＬの波長を示す。

また、各ミラー要素３の無効領域の幅中心（ｘ＝ｄ／２）において、１回の露光による露光量をαとしたときに２回の露光で、レジストの露光閾量Ｉを超えるには、投影光学系ＰＬの倍率をβとして、次の（２）式が成り立つ必要がある。

さらに、この（２）式を（１）式に代入して、テーラー展開（例、２次展開）すると、以下の（３）式となる。

ここで、上述の各パラメータが正であると仮定して、両辺の平方根をとると、無効領域の幅ｄは次式の（４）式のように表わすことができる。

例えば、照明光ＩＬの波長λ＝１９３ｎｍ、ＮＡ＝０．８の投影光学系ＰＬを使用した場合、その光学系の解像度（λ／（２ＮＡ））は、概ね１２０ｎｍとなる。１回の露光量に対する露光閾量Ｉ／αを１．５とすると、ウエハＷに転写される無効領域の幅βｄは、（４）式に代入して６６．５ｎｍ以下である必要がある。これは、投影光学系ＰＬの倍率βが１／２０の時、無効領域の幅ｄは１．３３ｎｍ以下であることが要求されることになる。本実施形態におけるミラー要素３の大きさを一例として１２μｍ角と考えると、このミラー素子３に対して無効領域の幅ｄは現実的な幅であることが分かる。

また、図７に、上述のウエハＷに転写される無効領域の幅βｄと、ウエハＷでのパターン線幅Ｌ（線幅Ｌの基板パターン）との関係を示す。図７において、縦軸はパターン線幅Ｌを、横軸は無効領域の幅βｄを表わしている。図７によると、例えば、幅βｄが６５ｎｍの時には３２ｎｍの線幅Ｌのパターンを露光することができる。これは、上述の光学系における解像度１２０ｎｍと比較して、より微細なパターンを形成することができることを示している。

なお、例えば、照明光ＩＬの波長λ＝４０５ｎｍ、ＮＡ＝０．９で倍率β＝１／１００の投影光学系ＰＬを使用した場合、その光学系の解像度は、概ね２２５ｎｍとなる。そして、本実施形態によれば、６７．７５ｎｍの線幅Ｌのパターンを露光することができる。ここで、この時の無効領域の幅ｄは、概ね１２μｍとなる。これは本実施形態におけるミラー要素３の１つの大きさに相当するので、この場合には空間光変調器１３の各ミラー要素のうち所定の配列分を間引く構成とすればよい。

したがって、本実施形態によれば、より微細な線幅Ｌの基板パターンをウエハＷ上に形成できる。また、上述のように、無効領域の幅ｄ（或いは、ウエハＷに転写される無効領域の幅βｄ）を調整することで、更により微細な線幅Ｌの基板パターンをウエハＷ上に形成できるし、ウエハＷに形成する基板パターンの線幅Ｌを選択的に調整することもできる。さらには、規定の無効領域の幅ｄ（又は幅βｄ）に対して、波長λや投影光学系ＰＬの解像度及び開口数、などを変えた時において、ウエハＷ上に形成される基板パターンの線幅Ｌの変化範囲を容易に把握することができる。これにより、所望の線幅Ｌの基板パターンを選択的にウエハＷ上に形成することができる。

また、露光済みのウエハには、レジストの現像、現像したウエハの加熱（キュア）、及びエッチング等の回路パターン形成のための処理が施される。ウエハに対して、このような露光及び現像（リソグラフィ工程）と、その処理とを繰り返した後、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）を経ることによって、半導体デバイス等が製造される。

なお、本実施形態における露光装置では、多重露光においてマスクを変える必要がないため、ウエハステージＷＳＴ（及びマスクステージ（不図示））にそれほど高い精度の制御は必要としない。また、マスクとして空間光変調器を用いているため、ウエハＷ上に露光されるパターンの切り換えを高速に行うことができる。さらには、ウエハＷ上に露光されるパターンの切り換えを高速に行うことができるため、より多くの種類のパターンが混在するマスクパターンなどを短時間にウエハＷ上に露光できる。

また、本実施形態におけるレジストは、ポジ型フォトレジストを使用しているが、ネガ型フォトレジストを使用してもよい。
さらに、本実施形態における照明光学系ＩＬＳは、空間光変調器１３をケーラー照明するためにコンデンサーレンズ２を用いる構成としているが、特にこの構成に限定はされない。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態につき図８を参照して説明する。なお、本実施形態においては、光学系、空間光変調器及び露光装置などの構成については、上記の実施形態と同様である。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同じ符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図８は、本実施形態における露光動作の変形例を説明するための図である。図８（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、本実施形態における空間光変調器１３の各ミラー要素３の動作を説明する図である。図８（Ｄ）、（Ｅ）及び（Ｆ）は、本実施形態における露光装置によって露光されたウエハＷ上の露光分布（又は露光範囲）を説明する図である。

また、図８（Ａ）では、一例として、Ｙ方向に沿って配置される各ミラー要素３のうち、所定配列（図８（Ａ）において左側列）のミラー要素３をミラー要素３Ｐとし、ミラー要素３ＰとＸ方向に隣接するミラー要素３をミラー要素３Ｎと設定している（複数のミラー要素３における第１の傾斜状態）。図８（Ｂ）では、一例として、図面右下のミラー要素３をミラー要素３Ｐとし、その他３つのミラー要素３をミラー要素３Ｎと設定している（複数のミラー要素３における第２の傾斜状態）。そして、図８（Ｃ）では、一例として、図面右上のミラー要素３をミラー要素３Ｐとし、その他３つのミラー要素３をミラー要素３Ｎと設定している（複数のミラー要素３における第３の傾斜状態）。

まず、主制御系２０はパターン制御部２１を介して、空間光変調器１３のミラー要素３の傾斜角を制御して、図８（Ａ）に示すように、転写用のパターンに対応するミラー要素３Ｐ，３Ｎの分布を設定する。続いて、主制御系２０は、図１の光源１に発光トリガＴＰを供給することによって、光源１に照明光ＩＬを発光させて、図８（Ｄ）に示すように、ウエハＷ上の露光領域に図８（Ａ）のマスクパターンの像を露光する（１回目の露光）。ここで、上記の１回目の露光は、露光閾量Ｉより少ない露光量で露光している。つまり、図８（Ｄ）の斜線部分ＥＡは、露光閾量Ｉ以下の露光量分布を示している。

次に、１回目の露光によってウエハＷ上の露光領域にパターンを露光した後、主制御系２０はパターン制御部２１を介して、空間光変調器１３のミラー要素３の傾斜角を制御して、図８（Ｂ）に示すように、転写用のパターンに対応するミラー要素３Ｐ，３Ｎの分布を設定する。続いて、主制御系２０は、図１の光源１に発光トリガＴＰを供給することによって、光源１に照明光ＩＬを発光させて、図８（Ｅ）に示すように、ウエハＷ上の露光領域に図８（Ｂ）のマスクパターンの像を露光する（２回目の露光）。ここで、上記の２回目の露光においても、露光閾量Ｉより少ない露光量で露光している。つまり、図８（Ｅ）の斜線部分ＥＡは、露光閾量Ｉ以下の露光量分布を示している。さらに、図８（Ｅ）の黒線部分ＢＬにおいては、上述の１回目の露光と２回目の露光とによって重複する部分であって、後の現像工程などを経て形成される基板パターンを示している。

続いて、２回目の露光によってウエハＷ上の露光領域にパターンを露光した後、主制御系２０はパターン制御部２１を介して、空間光変調器１３のミラー要素３の傾斜角を制御して、図８（Ｃ）に示すように、転写用のパターンに対応するミラー要素３Ｐ，３Ｎの分布を設定する。続いて、主制御系２０は、図１の光源１に発光トリガＴＰを供給することによって、光源１に照明光ＩＬを発光させて、図８（Ｆ）に示すように、ウエハＷ上の露光領域に図８（Ｃ）のマスクパターンの像を露光する（３回目の露光）。ここで、上記の３回目の露光においても、露光閾量Ｉより少ない露光量で露光している。つまり、図８（Ｆ）の斜線部分ＥＡは、露光閾量Ｉ以下の露光量分布を示している。さらに、図８（Ｆ）の黒線部分ＢＬにおいては、上述の１回目の露光と３回目の露光とによって重複する部分及び上述の２回目の露光と３回目の露光とによって重複する部分であって、後の現像工程などを経て形成される基板パターンを示している。

このように、本実施形態によれば、Ｔ字型の基板パターンをウエハＷ上に形成することができる。さらに、本実施形態によれば、Ｔ字型の微細な基板パターンをウエハＷ上に形成することができる。

次に、上述の実施形態に係る露光装置を用いたリソグラフィ工程を含む電子デバイスの製造方法について説明する。図９は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図９に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウエハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４１）。続いて、本実施形態の露光装置を用い、空間光変調器１３によって形成されたパターンの投影像をウエハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程（照明工程、投影工程））、この転写が終了したウエハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。その後、ステップＳ４６によってウエハＷ表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウエハＷ表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。

ここで、レジストパターンとは、本実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウエハＷ表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウエハＷ表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、本実施形態の露光装置は、フォトレジストが塗布されたウエハＷを感光性基板としてパターンの転写を行う。

図１０は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１０に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。

ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、本実施形態の露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、本実施形態の露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。

ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応する３つのドットの組をマトリクス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。

ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。
ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。

なお、本発明は、半導体デバイスの製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、液晶表示素子、プラズマディスプレイ等の製造プロセスや、撮像素子（ＣＭＯＳ型、ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイス（電子デバイス）の製造プロセスにも広く適用できる。このように本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

本実施形態における露光装置の概略構成を示す図である。 （Ａ）は本実施形態における空間光変調器１３の一部を示す拡大斜視図、（Ｂ）は本実施形態におけるミラー要素３の駆動機構を示す拡大斜視図、（Ｃ）は本実施形態における凹面のミラー要素を示す拡大斜視図である。 （Ａ）は本実施形態におけるミラー要素３Ｐからの反射光の一例を示す図、（Ｂ）は本実施形態におけるミラー要素３Ｎからの反射光の一例を示す図、である。 （Ａ）は第１の実施形態における空間光変調器１３の反射面のパターンの例を示す図、（Ｂ）は第１の実施形態における空間光変調器１３の反射面のパターンの例を示す図、（Ｃ）は第１の実施形態の露光装置によって露光されたウエハＷ上の露光分布の一例を示す図、（Ｄ）は第１の実施形態の露光装置によって露光されたウエハＷ上の露光分布の一例を示す図、である。 （Ａ）は本実施形態においてウエハＷ上に露光される露光量分布の一例を示す図、（Ｂ）は本実施形態においてウエハＷ上に露光される露光量分布の一例を示す図、（Ｃ）は本実施形態においてウエハＷ上に露光される露光量分布の一例を示す図、である。 本実施形態においてウエハＷ上に露光される露光量分布と露光閾量Ｉの一例を示す図である。 本実施形態におけるウエハＷに転写される無効領域の幅βｄとウエハＷでのパターン線幅Ｌとの関係の一例を示す図である。 （Ａ）は第２の実施形態における空間光変調器１３の反射面のパターンの例を示す図、（Ｂ）は第２の実施形態における空間光変調器１３の反射面のパターンの例を示す図、（Ｃ）は第２の実施形態における空間光変調器１３の反射面のパターンの例を示す図、（Ｄ）は第２の実施形態の露光装置によって露光されたウエハＷ上の露光分布の一例を示す図、（Ｅ）は第２の実施形態の露光装置によって露光されたウエハＷ上の露光分布の一例を示す図、（Ｆ）は第２の実施形態の露光装置によって露光されたウエハＷ上の露光分布の一例を示す図、である。 本発明の実施形態に係るマイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るマイクロデバイスとしての液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。

符号の説明

ＩＬＳ…照明光学系、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、１…光源、２…コンデンサーレンズ、３…ミラー要素、１３…空間光変調器、２０…主制御系、２１…パターン制御部、１００…露光装置

Claims (21)

1. ２次元的に配置された複数の光学素子を有する空間光変調器を用いて基板を露光する露光方法において、
   前記基板上における所定の基準領域のうち一方の領域を明部とする第１の露光量分布を形成する第１露光と、
   前記基準領域のうち他方の領域を明部とする第２の露光量分布を形成する第２露光と、を有し、
   前記第１露光と前記第２露光とは、前記一方の領域における少なくとも一部分と前記他方の領域における少なくとも一部分とを互いに重ねて重複部を形成するように露光することを特徴とする露光方法。
2. 前記第２露光は、前記第１露光により明部とされた前記一方の領域のうち前記重複部を明線部として残存させる露光であることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
3. 前記第１露光と前記第２露光とによって、前記基準領域のうちの少なくとも前記重複部の一部を明部とする第３の露光量分布を形成することを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載に記載の露光方法。
4. 前記第１露光によって形成される第１の露光量分布における露光量は、所定の露光閾量未満であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の露光方法。
5. 前記第２露光によって形成される第２の露光量分布における露光量は、所定の露光閾量未満であることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の露光方法。
6. 前記第１露光及び前記第２露光によって形成される前記重複部の少なくとも一部における露光量は、所定の露光閾量以上であることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の露光方法。
7. 前記複数の光学素子間の無効領域の幅をｄ、前記基板上にパターンを投影する投影光学系の倍率をβ、該投影光学系の開口数をＮＡ、露光光の波長をλ、露光閾量をＩ、１回の露光量をαとしたときに、
   で表わせる式を満たすことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の露光方法。
8. 前記第１の露光量分布及び前記第２の露光量分布のうち少なくとも一方は、その端部が傾斜分布を含むことを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の露光方法。
9. 前記光学素子は、反射型の光学素子であることを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の露光方法。
10. 投影光学系を介して第１面の像を第２面上に露光する露光装置において、
    前記第１面に配置され、２次元的に配置された複数の光学素子を有する空間光変調器と、
    前記複数の光学素子の第１の傾斜状態及び第２の傾斜状態を設定するパターン制御部と、を備え、
    前記パターン制御部は、第１の露光によって前記第２面上における所定の基準領域のうち一方の領域を明部とする第１の露光量分布を形成するように前記第１の傾斜状態を設定し、第２の露光によって前記基準領域のうち他方の領域を明部とする第２の露光量分布を形成するように前記第２の傾斜状態を設定することを含み、前記一方の領域における少なくとも一部分と前記他方の領域における少なくとも一部分とを互いに重ねて重複部を形成するように前記第１の傾斜状態又は前記第２の傾斜状態を設定することを特徴とする露光装置。
11. 前記パターン制御部は、前記第１の傾斜状態により明部とされた前記一方の領域のうち前記重複部を明線部として残存させるように前記第２の傾斜状態を設定することを含むことを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
12. 前記パターン制御部は、前記基準領域のうちの少なくとも前記重複部の一部を明部とする第３の露光量分布を形成するように前記第１の傾斜状態又は前記第２の傾斜状態を設定することを含むことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載に記載の露光装置。
13. 前記第１の露光量分布における露光量は、所定の露光閾量未満であることを特徴とする請求項１０〜請求項１２の何れか一項に記載の露光装置。
14. 前記第２の露光量分布における露光量は、所定の露光閾量未満であることを特徴とする請求項１０〜請求項１３の何れか一項に記載の露光装置。
15. 前記重複部の少なくとも一部における露光量は、所定の露光閾量以上であることを特徴とする請求項１０〜請求項１４の何れか一項に記載の露光装置。
16. 前記複数の光学素子間の無効領域の幅をｄ、前記投影光学系の倍率をβ、前記投影光学系の開口数をＮＡ、露光光の波長をλ、露光閾量をＩ、１回の露光量をαとしたときに、
    で表わせる式を満たすことを特徴とする請求項１０〜請求項１５の何れか一項に記載の露光装置。
17. 前記第１の露光量分布及び前記第２の露光量分布のうち少なくとも一方は、その端部が傾斜分布を含むことを特徴とする請求項１０〜請求項１６の何れか一項に記載の露光装置。
18. 前記光学素子は、反射型の光学素子であることを特徴とする請求項１０〜請求項１７の何れか一項に記載の露光装置。
19. 前記空間光変調器の複数の光学素子を照明する照明光学系を備えることを特徴とする請求項１０〜請求項１８の何れか一項に記載の露光装置。
20. 請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の露光方法を用いて物体を露光する工程と、
    前記露光された物体を処理する工程と、を含む電子デバイスの製造方法。
21. リソグラフィ工程を含む電子デバイスの製造方法であって、
    前記リソグラフィ工程に請求項１０〜請求項１９の何れか一項に記載の露光装置を用いることを特徴とする電子デバイスの製造方法。