JP2011222841A - Spatial light modulation unit, illumination optical system, exposure device, and device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空間光変調ユニット、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置の照明光学系に好適な空間光変調ユニットに関するものである。 The present invention relates to a spatial light modulation unit, an illumination optical system, an exposure apparatus, and a device manufacturing method. More specifically, the present invention relates to a spatial light modulation unit suitable for an illumination optical system of an exposure apparatus for manufacturing devices such as a semiconductor element, an imaging element, a liquid crystal display element, and a thin film magnetic head in a lithography process. .
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源(一般には照明瞳における所定の光強度分布)を形成する。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳強度分布」という。照明瞳とは、照明瞳と被照射面(露光装置の場合にはマスクまたはウェハ)との間の光学系の作用によって、被照射面が照明瞳のフーリエ変換面となるような位置として定義される。 In a typical exposure apparatus of this type, a secondary light source (generally an illumination pupil), which is a substantial surface light source composed of a number of light sources, passes through a fly-eye lens as an optical integrator. A predetermined light intensity distribution). Hereinafter, the light intensity distribution in the illumination pupil is referred to as “pupil intensity distribution”. The illumination pupil is defined as a position where the illumination surface becomes the Fourier transform plane of the illumination pupil by the action of the optical system between the illumination pupil and the illumination surface (a mask or a wafer in the case of an exposure apparatus). The
二次光源からの光は、コンデンサーレンズにより集光された後、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光(転写)される。マスクに形成されたパターンは微細化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。 The light from the secondary light source is condensed by the condenser lens and then illuminates the mask on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner. The light transmitted through the mask forms an image on the wafer via the projection optical system, and the mask pattern is projected and exposed (transferred) onto the wafer. The pattern formed on the mask is miniaturized, and it is indispensable to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer in order to accurately transfer the fine pattern onto the wafer.
従来、ズーム光学系を用いることなく瞳強度分布(ひいては照明条件)を連続的に変更することのできる照明光学系が提案されている(特許文献1を参照)。特許文献1に開示された照明光学系では、アレイ状に配列され且つ傾斜角および傾斜方向が個別に駆動制御される多数の微小なミラー要素により構成された可動マルチミラーを用いて、入射光束を反射面毎の微小単位に分割して偏向させることにより、光束の断面を所望の形状または所望の大きさに変換し、ひいては所望の瞳強度分布を実現している。
Conventionally, there has been proposed an illumination optical system capable of continuously changing the pupil intensity distribution (and thus the illumination condition) without using a zoom optical system (see Patent Document 1). In the illumination optical system disclosed in
特許文献1に記載された照明光学系では、姿勢が個別に制御される多数のミラー要素を有する空間光変調器を用いているので、瞳強度分布の形状および大きさの変更に関する自由度は高い。しかしながら、空間光変調器は、例えば、電源オフの状態で、全てのミラー要素の反射面の向きが揃ってしまい、空間光変調器の多数のミラー要素を経た光がフライアイレンズの入射面上の1点へ過度に集光する可能性があり、この過度な集光によりフライアイレンズが損傷を受ける恐れがある。
In the illumination optical system described in
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、複数のミラー要素を経た光の過度な集光により光学部材が損傷を受けるのを確実に回避することのできる空間光変調ユニットを提供することを目的とする。また、本発明は、過度の光エネルギ照射による光学部材の損傷を確実に回避する空間光変調ユニットを用いて、被照射面を所望の照明条件で安定的に照明することのできる照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、所望の照明条件を安定的に実現する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を安定的に行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a spatial light modulation unit capable of reliably avoiding damage to an optical member due to excessive collection of light that has passed through a plurality of mirror elements. The purpose is to do. In addition, the present invention provides an illumination optical system capable of stably illuminating an irradiated surface under a desired illumination condition using a spatial light modulation unit that reliably avoids damage to an optical member due to excessive light energy irradiation. The purpose is to provide. Another object of the present invention is to provide an exposure apparatus that can stably perform good exposure under appropriate illumination conditions using an illumination optical system that stably realizes desired illumination conditions. And
前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系に用いられる空間光変調ユニットであって、
所定面内に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有し、該複数のミラー要素の反射面が曲面状に形成された空間光変調器と、
入射した光束を発散光束または収束光束に変換して前記空間光変調器へ導く光束変換素子とを備えていることを特徴とする空間光変調ユニットを提供する。
In order to solve the above-mentioned problem, according to the first aspect of the present invention, there is provided a spatial light modulation unit used in an illumination optical system that illuminates an irradiated surface with light from a light source,
A spatial light modulator having a plurality of mirror elements arranged in a predetermined plane and individually controlled, and a reflecting surface of the plurality of mirror elements formed into a curved surface;
There is provided a spatial light modulation unit comprising a light beam conversion element that converts an incident light beam into a divergent light beam or a convergent light beam and guides it to the spatial light modulator.
本発明の第2形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系において、
第1形態の空間光変調ユニットと、
前記空間光変調ユニットを経た光に基づいて、前記照明光学系の照明瞳に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系とを備えていることを特徴とする照明光学系を提供する。
In the second embodiment of the present invention, in the illumination optical system that illuminates the illuminated surface based on the light from the light source,
A spatial light modulation unit of the first form;
There is provided an illumination optical system comprising: a distribution forming optical system that forms a predetermined light intensity distribution on an illumination pupil of the illumination optical system based on light that has passed through the spatial light modulation unit.
本発明の第3形態では、所定のパターンを照明するための第2形態の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus comprising the illumination optical system according to the second aspect for illuminating a predetermined pattern, and exposing the predetermined pattern onto a photosensitive substrate.
本発明の第4形態では、第3形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
In the fourth embodiment of the present invention, using the exposure apparatus of the third embodiment, an exposure step of exposing the predetermined pattern to the photosensitive substrate;
Developing the photosensitive substrate to which the predetermined pattern is transferred, and forming a mask layer having a shape corresponding to the predetermined pattern on the surface of the photosensitive substrate;
And a processing step of processing the surface of the photosensitive substrate through the mask layer.
本発明の一態様にしたがう空間光変調ユニットでは、複数のミラー要素を経た光の過度な集光により光学部材が損傷を受けるのを回避することができる。本発明の照明光学系では、過度の光エネルギ照射による光学部材の損傷を確実に回避する空間光変調ユニットを用いて、被照射面を所望の照明条件で安定的に照明することができる。本発明の露光装置では、所望の照明条件を安定的に実現する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を安定的に行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。 In the spatial light modulation unit according to one aspect of the present invention, it is possible to avoid damage to the optical member due to excessive condensing of the light that has passed through the plurality of mirror elements. In the illumination optical system of the present invention, it is possible to stably illuminate the irradiated surface under a desired illumination condition by using a spatial light modulation unit that reliably avoids damage to the optical member due to excessive light energy irradiation. The exposure apparatus of the present invention can stably perform good exposure under appropriate illumination conditions using an illumination optical system that stably realizes desired illumination conditions, and thus manufactures a good device. can do.
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図1において、感光性基板であるウェハWの転写面(露光面)の法線方向に沿ってZ軸を、ウェハWの転写面内において図1の紙面に平行な方向に沿ってX軸を、ウェハWの転写面内において図1の紙面に垂直な方向に沿ってY軸をそれぞれ設定している。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the Z axis is along the normal direction of the transfer surface (exposure surface) of the wafer W, which is a photosensitive substrate, and the X axis is along the direction parallel to the paper surface of FIG. In the transfer surface of the wafer W, the Y-axis is set along the direction perpendicular to the paper surface of FIG.
図1を参照すると、本実施形態の露光装置には、光源1から露光光(照明光)が供給される。光源1として、たとえば193nmの波長の光を供給するArFエキシマレーザ光源や、248nmの波長の光を供給するKrFエキシマレーザ光源などを用いることができる。本実施形態の露光装置は、装置の光軸AXに沿って、空間光変調ユニット3を含む照明光学系ILと、マスクMを支持するマスクステージMSと、投影光学系PLと、ウェハWを支持するウェハステージWSとを備えている。
Referring to FIG. 1, exposure light (illumination light) is supplied from a
光源1からの光は、照明光学系ILを介してマスクMを照明する。マスクMを透過した光は、投影光学系PLを介して、マスクMのパターンの像をウェハW上に形成する。光源1からの光に基づいてマスクMのパターン面(被照射面)を照明する照明光学系ILは、空間光変調ユニット3の作用により、複数極照明(2極照明、4極照明など)、輪帯照明等の変形照明、または通常の円形照明を行う。
The light from the
照明光学系ILは、光軸AXに沿って光源1側から順に、ビーム送光部2と、空間光変調ユニット3と、リレー光学系4と、マイクロフライアイレンズ(またはフライアイレンズ)5と、コンデンサー光学系6と、照明視野絞り(マスクブラインド)7と、結像光学系8とを備えている。空間光変調ユニット3は、ビーム送光部2を介した光源1からの光に基づいて、その遠視野領域(フラウンホーファー回折領域)に所望の光強度分布(瞳強度分布)を形成する。空間光変調ユニット3の内部構成および作用については後述する。
The illumination optical system IL includes, in order from the
ビーム送光部2は、光源1からの入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ空間光変調ユニット3へ導くとともに、空間光変調ユニット3に入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。リレー光学系4は、空間光変調ユニット3からの光を集光して、マイクロフライアイレンズ5へ導く。マイクロフライアイレンズ5は、たとえば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であり、平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。
The
マイクロフライアイレンズでは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ(微小屈折面)が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、レンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。マイクロフライアイレンズ5における単位波面分割面としての矩形状の微小屈折面は、マスクM上において形成すべき照野の形状(ひいてはウェハW上において形成すべき露光領域の形状)と相似な矩形状である。
In a micro fly's eye lens, unlike a fly eye lens composed of lens elements isolated from each other, a large number of micro lenses (micro refractive surfaces) are integrally formed without being isolated from each other. However, the micro fly's eye lens is the same wavefront division type optical integrator as the fly's eye lens in that the lens elements are arranged vertically and horizontally. A rectangular minute refracting surface as a unit wavefront dividing surface in the micro fly's
マイクロフライアイレンズ5は、入射した光束を波面分割して、その後側焦点位置またはその近傍の照明瞳に多数の小光源からなる二次光源(実質的な面光源;瞳強度分布)を形成する。マイクロフライアイレンズ5の入射面は、リレー光学系4の後側焦点位置またはその近傍に配置されている。なお、マイクロフライアイレンズ5として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば米国特許第6913373号明細書に開示されている。
The micro fly's
本実施形態では、マイクロフライアイレンズ5により形成される二次光源を光源として、照明光学系ILの被照射面に配置されるマスクMをケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系PLの開口絞りASの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系ILの照明瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面(マスクMが配置される面、または投影光学系PLを含めて照明光学系と考える場合にはウェハWが配置される面)が光学的なフーリエ変換面となる。
In this embodiment, the secondary light source formed by the micro fly's
なお、瞳強度分布とは、照明光学系ILの照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布(輝度分布)である。マイクロフライアイレンズ5による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ5の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布(瞳強度分布)とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ5の入射面および当該入射面と光学的に共役な面における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。
The pupil intensity distribution is a light intensity distribution (luminance distribution) on the illumination pupil plane of the illumination optical system IL or a plane optically conjugate with the illumination pupil plane. When the number of wavefront divisions by the micro fly's
コンデンサー光学系6は、マイクロフライアイレンズ5から射出された光を集光して、照明視野絞り7を重畳的に照明する。照明視野絞り7を通過した光は、結像光学系8を介して、マスクMのパターン形成領域の少なくとも一部に照明視野絞り7の開口部の像である照明領域を形成する。なお、図1では、光軸(ひいては光路)を折り曲げるための光路折曲げミラーの設置を省略しているが、必要に応じて光路折曲げミラーを照明光路中に適宜配置することが可能である。
The condenser optical system 6 condenses the light emitted from the micro fly's
マスクステージMSにはXY平面(例えば水平面)に沿ってマスクMが載置され、ウェハステージWSにはXY平面に沿ってウェハWが載置される。投影光学系PLは、照明光学系ILによってマスクMのパターン面上に形成される照明領域からの光に基づいて、ウェハWの転写面(露光面)上にマスクMのパターンの像を形成する。こうして、投影光学系PLの光軸AXと直交する平面(XY平面)内においてウェハステージWSを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハWを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハWの各露光領域にはマスクMのパターンが順次露光される。 A mask M is placed on the mask stage MS along the XY plane (for example, a horizontal plane), and a wafer W is placed on the wafer stage WS along the XY plane. The projection optical system PL forms an image of the pattern of the mask M on the transfer surface (exposure surface) of the wafer W based on the light from the illumination area formed on the pattern surface of the mask M by the illumination optical system IL. . In this way, batch exposure or scan exposure is performed while the wafer stage WS is two-dimensionally driven and controlled in a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL, and thus the wafer W is two-dimensionally driven and controlled. As a result, the pattern of the mask M is sequentially exposed in each exposure region of the wafer W.
図2および図3を参照して、空間光変調ユニット3の内部構成および作用を説明する。空間光変調ユニット3は、図2に示すように、光の入射側から順に、1つまたは複数のレンズからなり全体的に負の屈折力を有するレンズ群31と、プリズム32と、プリズム32のYZ平面に平行な側面32aに近接して配置された空間光変調器30とを備えている。レンズ群31およびプリズム32は、例えば蛍石または石英のような光学材料により形成されている。
With reference to FIG. 2 and FIG. 3, the internal configuration and operation of the spatial
空間光変調器30は、例えばYZ平面に沿って二次元的に配列された複数のミラー要素30aと、複数のミラー要素30aを保持する基盤30bと、基盤30bに接続されたケーブル(不図示)を介して複数のミラー要素30aの姿勢を個別に制御駆動する駆動部30cとを備えている。空間光変調器30では、制御部CRからの制御信号に基づいて作動する駆動部30cの作用により、複数のミラー要素30aの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素30aがそれぞれ所定の向きに設定される。
The spatial
プリズム32は、直方体の1つの側面(空間光変調器30の複数のミラー要素30aが近接して配置される側面32aと反対側の面)をV字状に凹んだ側面32bおよび32cと置き換えることにより得られる形態を有し、XZ平面に沿った断面形状に因んでKプリズムとも呼ばれる。プリズム32のV字状に凹んだ側面32bおよび32cは、鈍角をなすように交差する2つの平面P1およびP2によって規定されている。2つの平面P1およびP2はともにXZ平面と直交し、XZ平面に沿ってV字状を呈している。
The
2つの平面P1とP2との接線(Y方向に延びる直線)P3で接する2つの側面32bおよび32cの内面は、反射面R1およびR2として機能する。すなわち、反射面R1は平面P1上に位置し、反射面R2は平面P2上に位置し、反射面R1とR2とのなす角度は鈍角である。一例として、反射面R1とR2とのなす角度を120度とし、光軸AXに垂直なプリズム32の入射面IPと反射面R1とのなす角度を60度とし、光軸AXに垂直なプリズム32の射出面OPと反射面R2とのなす角度を60度とすることができる。
The inner surfaces of the two
プリズム32では、空間光変調器30の複数のミラー要素30aが近接して配置される側面32aと光軸AXとが平行であり、且つ反射面R1が光源1側(露光装置の上流側:図2中左側)に、反射面R2がマイクロフライアイレンズ5側(露光装置の下流側:図2中右側)に位置している。さらに詳細には、反射面R1は光軸AXに対して斜設され、反射面R2は接線P3を通り且つXY平面に平行な面に関して反射面R1とは対称的に光軸AXに対して斜設されている。
In the
プリズム32の反射面R1は、入射面IPを介して入射した光を空間光変調器30に向かって反射する。空間光変調器30の複数のミラー要素30aは、反射面R1と反射面R2との間の光路中に配置され、反射面R1を経て入射した光を反射する。プリズム32の反射面R2は、空間光変調器30を経て入射した光を反射し、射出面OPを介してリレー光学系4へ導く。
The reflecting surface R1 of the
空間光変調器30は、反射面R1を経て入射した光に対して、その入射位置に応じた空間的な変調を付与して射出する。空間光変調器30は、図3に示すように、所定面内で二次元的に配列された複数の微小なミラー要素(光学要素)30aを備えている。説明および図示を簡単にするために、図2および図3では空間光変調器30が4×4=16個のミラー要素30aを備える構成例を示しているが、実際には16個よりもはるかに多数のミラー要素30aを備えている。
The spatial
以下、理解を容易にするために、レンズ群31と空間光変調器30との協働作用を無視して、空間光変調ユニット3の基本的な作用を説明する。図2を参照すると、空間光変調ユニット3に入射してレンズ群31を経た光線群のうち、光線L1は複数のミラー要素30aのうちのミラー要素SEaに、光線L2はミラー要素SEaとは異なるミラー要素SEbにそれぞれ入射する。同様に、光線L3はミラー要素SEa,SEbとは異なるミラー要素SEcに、光線L4はミラー要素SEa〜SEcとは異なるミラー要素SEdにそれぞれ入射する。ミラー要素SEa〜SEdは、その位置に応じて設定された空間的な変調を光L1〜L4に与える。
Hereinafter, in order to facilitate understanding, the basic operation of the spatial
空間光変調器30の複数のミラー要素30aの配列面は、リレー光学系4の前側焦点位置またはその近傍に配置されている。空間光変調器30の複数のミラー要素30aによって反射されて所定の角度分布が与えられた光は、リレー光学系4の後側焦点面4aに所定の光強度分布SP1〜SP4を形成する。すなわち、リレー光学系4は、空間光変調器30の複数のミラー要素30aが射出光に与える角度を、空間光変調器30の遠視野領域(フラウンホーファー回折領域)である面4a上での位置に変換している。
The array surface of the plurality of
再び図1を参照すると、リレー光学系4の後側焦点面4aの位置にマイクロフライアイレンズ5の入射面が位置決めされている。したがって、マイクロフライアイレンズ5の直後の照明瞳に形成される瞳強度分布は、空間光変調器30およびリレー光学系4がマイクロフライアイレンズ5の入射面に形成する光強度分布SP1〜SP4に対応した分布となる。空間光変調器30は、図3に示すように、例えば反射面を上面にした状態で1つの平面に沿って規則的に且つ二次元的に配列された多数の微小なミラー要素30aを含む可動マルチミラーである。
Referring again to FIG. 1, the incident surface of the micro fly's
各ミラー要素30aは可動であり、その反射面の傾き(すなわち反射面の傾斜角および傾斜方向)は、制御部CRからの指令にしたがって作動する駆動部30cの作用により独立に制御される。各ミラー要素30aは、その配列面に平行で且つ互いに直交する二方向(Y方向およびZ方向)を回転軸として、所望の回転角度だけ連続的或いは離散的に回転することができる。すなわち、各ミラー要素30aの反射面の傾斜を二次元的に制御することが可能である。
Each
各ミラー要素30aの反射面を離散的に回転させる場合、回転角を複数の状態(例えば、・・・、−2.5度、−2.0度、・・・0度、+0.5度・・・+2.5度、・・・)で切り換え制御するのが良い。図3には外形が正方形状のミラー要素30aを示しているが、ミラー要素30aの外形形状は正方形に限定されない。ただし、光利用効率の観点から、ミラー要素30aの隙間が少なくなるように配列可能な形状(最密充填可能な形状)が好ましい。また、光利用効率の観点から、隣り合う2つのミラー要素30aの間隔を必要最小限に抑えることが好ましい。
When the reflection surface of each
空間光変調器30では、制御部CRからの制御信号に応じて作動する駆動部30cの作用により、複数のミラー要素30aの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素30aがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器30の複数のミラー要素30aによりそれぞれ所定の角度で反射された光は、リレー光学系4を介して、マイクロフライアイレンズ5の直後の照明瞳に、複数極状(2極状、4極状など)、輪帯状、円形状等の光強度分布(瞳強度分布)を形成する。
In the spatial
すなわち、リレー光学系4およびマイクロフライアイレンズ5は、空間光変調ユニット3中の空間光変調器30を介した光に基づいて、照明光学系ILの照明瞳に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系を構成している。マイクロフライアイレンズ5の後側焦点位置またはその近傍の照明瞳と光学的に共役な別の照明瞳位置、すなわち結像光学系8の瞳位置および投影光学系PLの瞳位置(開口絞りASの位置)にも、マイクロフライアイレンズ5の直後の照明瞳における光強度分布に対応する瞳強度分布が形成される。
That is, the relay optical system 4 and the micro fly's
露光装置では、マスクMのパターンをウェハWに高精度に且つ忠実に転写するために、例えばマスクMのパターン特性に応じた適切な照明条件のもとで露光を行うことが重要である。本実施形態では、複数のミラー要素30aの姿勢がそれぞれ個別に変化する空間光変調器30を備えた空間光変調ユニット3を用いて、空間光変調器30の作用により形成される瞳強度分布を自在に且つ迅速に変化させ、ひいては多様な照明条件を実現することができる。
In the exposure apparatus, in order to transfer the pattern of the mask M onto the wafer W with high accuracy and faithfulness, it is important to perform exposure under appropriate illumination conditions according to the pattern characteristics of the mask M, for example. In the present embodiment, the pupil intensity distribution formed by the action of the spatial
特許文献1に記載された照明光学系では、図4に示すように、空間光変調器40の複数のミラー要素40aが平面状の反射面を有し、且つ本実施形態のレンズ群31に対応する光学部材が空間光変調器40の入射側に配置されていない。そのため、何らかの理由により空間光変調器40の各ミラー要素40aの向きが揃うと(すなわち複数のミラー要素40aが互いに平行な状態になると)、各ミラー要素40aに入射した平行光束がリレー光学系41を経てフライアイレンズ42の入射面42a上の1点に集光し、過度の光エネルギ照射によりフライアイレンズ42が損傷を受ける恐れがある。
In the illumination optical system described in
具体的には、空間光変調器40に電気が通じなくなった場合や、空間光変調器40のミラー要素40aの制御が不能な状態になった場合などに、空間光変調器40の各ミラー要素40aの向きが揃うことが考えられる。なお、図4では、図面を明瞭化し且つ説明の理解を容易にするために、空間光変調器40とマイクロフライアイレンズ42との間の光路を直線状に展開するとともに、空間光変調器40への入射光の図示を省略している。
Specifically, when electricity is not passed to the spatial
本実施形態では、負屈折力のレンズ群31を空間光変調器30の入射側に付設するとともに、空間光変調器30の各ミラー要素30aの反射面を凹面状(例えば凹球面状)に形成している。この場合、空間光変調ユニット3に入射した平行光束が、レンズ群31の負屈折力の作用により発散光束に変換されて、空間光変調器30へ導かれる。その結果、図5に示すように、各ミラー要素30aへ入射した発散光束は、凹面状の反射面のパワーによりほぼ平行光束に変換されて、リレー光学系4へ導かれる。
In this embodiment, a
図5では、互いに同じ凹球面状の反射面を有する3つのミラー要素30aの向きが揃った状態、すなわち3つのミラー要素30aの反射面の中心における法線の向きが互いに平行になった状態を示している。負屈折力のレンズ群31側に設定した仮想点51からの発散光束がミラー要素30aに入射して平行光束に変換されるための条件は、仮想点51からミラー要素30aの配列面までの距離Dがミラー要素30aの凹球面状の反射面の曲率半径Rの約1/2に等しく設定されることである。
FIG. 5 shows a state in which the directions of the three
本実施形態では、3つのミラー要素30aの向きが揃っても、各ミラー要素30aへ斜入射する発散光束の入射角(すなわち発散光束の中心線が配列面の法線となす角度)が互いに異なるため、各ミラー要素30aの反射面を経て生成される3つの光束の進行方向は互いに平行にはならない。その結果、図4に対応した図6に示すように、各ミラー要素30aを経て生成された平行光束は、リレー光学系4を経てマイクロフライアイレンズ5の入射面5a上に、ある程度の拡がりを有する照野61を形成する。なお、図6では、光束の進行方向が互いに平行になっているように見えるが、実際には平行ではない。照野61の大きさは、空間光変調器30、すなわち、ミラー要素30aの全てに入射する発散光束の最大角の大きさに依存する。
In the present embodiment, even if the directions of the three
これに対し、特許文献1に記載された従来技術では、各ミラー要素40aの平面状の反射面に平行光束が斜入射するため、各ミラー要素40aの向きが揃うと、その反射面を経て生成される平行光束の進行方向は互いに平行になる。その結果、各ミラー要素40aを経て生成された平行光束は、リレー光学系41を経てフライアイレンズ42の入射面42a上の1点に集光する。なお、図4では、各ミラー要素40aの反射面が配列面に対して傾いた姿勢で互いに平行になった状態を示しているが、各ミラー要素40aの反射面が配列面に平行な状態で揃ったときには、フライアイレンズ42の入射面42aと光軸AXとの交点に集光する。
On the other hand, in the prior art described in
以上のように、本実施形態の空間光変調ユニット3では、空間光変調器30の各ミラー要素30aの反射面が凹面状に形成され、且つ光束変換素子としてのレンズ群31が入射した光束を発散光束に変換して空間光変調器30へ導く。その結果、何らかの理由により空間光変調器30の各ミラー要素30aの向きが揃うことがあっても、各ミラー要素30aおよびリレー光学系4を経てマイクロフライアイレンズ5の入射面5aに達する光束はある程度の拡がりを有し、過度の光エネルギ照射によりマイクロフライアイレンズ5が損傷を受けるのを確実に回避することができる。
As described above, in the spatial
すなわち、本実施形態の空間光変調ユニット3では、複数のミラー要素30aを経た光の過度な集光によるマイクロフライアイレンズ5の損傷を確実に回避することができる。本実施形態の照明光学系ILでは、過度の光エネルギ照射によるマイクロフライアイレンズ5の損傷を確実に回避する空間光変調ユニット3を用いて、マスクMのパターン面(被照射面)を所望の照明条件で安定的に照明することができる。本実施形態の露光装置(IL,MS,PL,WS)では、所望の照明条件を安定的に実現する照明光学系ILを用いて、転写すべきパターンの特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を安定的に行うことができる。
That is, in the spatial
なお、上述の実施形態では、入射した光束を発散光束に変換して空間光変調器30へ導く光束変換素子として機能するレンズ群31を用いるとともに、各ミラー要素30aの反射面を凹面状に形成している。しかしながら、これに限定されることなく、入射した光束を収束光束に変換して空間光変調器へ導く光束変換素子を用いるとともに、各ミラー要素の反射面を凸面状に形成することにより、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。この場合、光束変換素子として、例えば1つまたは複数のレンズからなり全体的に正の屈折力を有するレンズ群を用いることができる。
In the above-described embodiment, the
また、上述の実施形態では、空間光変調器30の複数のミラー要素30aの配列面に対向した光学面を有するプリズム部材として、1つの光学ブロックで一体的に形成されたKプリズム32を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、一対のプリズムにより、Kプリズム32と同様の機能を有するプリズム部材を構成することができる。また、1つの平行平面板と一対の三角プリズムとにより、Kプリズム32と同様の機能を有するプリズム部材を構成することができる。また、1つの平行平面板と一対の平面ミラーとにより、Kプリズム32と同様の機能を有する組立て光学部材を構成することができる。
Further, in the above-described embodiment, the
また、上述の実施形態では、空間光変調器30として、たとえば二次元的に配列された複数のミラー要素30aの向きを連続的にそれぞれ変化させる空間光変調器を用いている。このような空間光変調器として、たとえば特表平10−503300号公報およびこれに対応する欧州特許公開第779530号公報、特開2004−78136号公報およびこれに対応する米国特許第6,900,915号公報、特表2006−524349号公報およ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。なお、二次元的に配列された複数のミラー要素の向きを離散的に複数の段階を持つように制御してもよい。
In the above-described embodiment, as the spatial
また、上述の実施形態では、二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有する空間光変調器として、二次元的に配列された複数の反射面の向き(角度:傾き)を個別に制御可能な空間光変調器を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば二次元的に配列された複数の反射面の高さ(位置)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、たとえば特開平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号公報およびこれに対応する米国特許第6,885,493号公報の図1dに開示される空間光変調器を用いることができる。これらの空間光変調器では、二次元的な高さ分布を形成することで回折面と同様の作用を入射光に与えることができる。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、たとえば特表2006−513442号公報およびこれに対応する米国特許第6,891,655号公報や、特表2005−524112号公報およ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。 In the above-described embodiment, the orientation (angle: inclination) of a plurality of reflection surfaces arranged two-dimensionally as a spatial light modulator having a plurality of mirror elements arranged two-dimensionally and individually controlled. A spatial light modulator that can be controlled individually is used. However, the present invention is not limited to this. For example, a spatial light modulator that can individually control the height (position) of a plurality of two-dimensionally arranged reflecting surfaces can be used. As such a spatial light modulator, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-281869 and US Pat. No. 5,312,513 corresponding thereto, and Japanese Patent Laid-Open No. 2004-520618 and US Patent corresponding thereto are disclosed. The spatial light modulator disclosed in FIG. 1d of Japanese Patent No. 6,885,493 can be used. In these spatial light modulators, by forming a two-dimensional height distribution, an action similar to that of the diffractive surface can be given to incident light. Note that the spatial light modulator having a plurality of two-dimensionally arranged reflection surfaces described above is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2006-513442 and US Pat. No. 6,891,655 corresponding thereto, or a special table. You may deform | transform according to the indication of 2005-524112 gazette and the US Patent Publication 2005/0095749 corresponding to this.
上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。このような可変パターン形成装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を用いることができる。DMDを用いた露光装置は、例えば特開2004−304135号公報、国際特許公開第2006/080285号パンフレットおよびこれに対応する米国特許公開第2007/0296936号公報に開示されている。また、DMDのような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。ここでは、米国特許公開第2007/0296936号公報の教示を参照として援用する。 In the above-described embodiment, a variable pattern forming apparatus that forms a predetermined pattern based on predetermined electronic data can be used instead of a mask. By using such a variable pattern forming apparatus, the influence on the synchronization accuracy can be minimized even if the pattern surface is placed vertically. As the variable pattern forming apparatus, for example, a DMD (digital micromirror device) including a plurality of reflecting elements driven based on predetermined electronic data can be used. An exposure apparatus using DMD is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-304135, International Patent Publication No. 2006/080285 pamphlet and US Patent Publication No. 2007/0296936 corresponding thereto. In addition to a non-light-emitting reflective spatial light modulator such as DMD, a transmissive spatial light modulator may be used, or a self-luminous image display element may be used. Here, the teachings of US Patent Publication No. 2007/0296936 are incorporated by reference.
上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。 The exposure apparatus of the above-described embodiment is manufactured by assembling various subsystems including the respective constituent elements recited in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. Is done. In order to ensure these various accuracies, before and after assembly, various optical systems are adjusted to achieve optical accuracy, various mechanical systems are adjusted to achieve mechanical accuracy, and various electrical systems are Adjustments are made to achieve electrical accuracy. The assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus includes mechanical connection, electrical circuit wiring connection, pneumatic circuit piping connection and the like between the various subsystems. Needless to say, there is an assembly process for each subsystem before the assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus. When the assembly process of the various subsystems to the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed to ensure various accuracies as the entire exposure apparatus. The exposure apparatus may be manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.
次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図7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7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ェハ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S42)。つづいて、上述の実施形態の投影露光装置を用い、マスク(レチクル)Mに形成されたパターンをウェハW上の各ショット領域に転写し(ステップS44:露光工程)、この転写が終了したウェハ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)。 Next, a device manufacturing method using the exposure apparatus according to the above-described embodiment will be described. FIG. 7 is a flowchart showing a semiconductor device manufacturing process. As shown in FIG. 7, in the semiconductor device manufacturing process, a metal film is vapor-deposited on a wafer W to be a semiconductor device substrate (step S40), and a photoresist, which is a photosensitive material, is applied on the vapor-deposited metal film. (Step S42). Subsequently, using the projection exposure apparatus of the above-described embodiment, the pattern formed on the mask (reticle) M is transferred to each shot area on the wafer W (step S44: exposure process), and the wafer W after the transfer is completed. Development, that is, development of the photoresist to which the pattern has been transferred (step S46: development process).
その後、ステップS46によってウェハWの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハWの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、上述の実施形態の投影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ェハWの表面の加工を行う。ステップS48で行われる加工には、例えばウェハWの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、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハWを、感光性基板つまりプレートPとしてパターンの転写を行う。 Thereafter, using the resist pattern generated on the surface of the wafer W in step S46 as a mask, processing such as etching is performed on the surface of the wafer W (step S48: processing step). Here, the resist pattern is a photoresist layer in which unevenness having a shape corresponding to the pattern transferred by the projection exposure apparatus of the above-described embodiment is generated, and the recess penetrates the photoresist layer. It is. In step S48, the surface of the wafer W is processed through this resist pattern. The processing performed in step S48 includes, for example, at least one of etching of the surface of the wafer W or film formation of a metal film or the like. In step S44, the projection exposure apparatus of the above-described embodiment performs pattern transfer using the wafer W coated with the photoresist as the photosensitive substrate, that is, the plate P.
図8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8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Pとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影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、上述の実施形態の投影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P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。 FIG. 8 is a flowchart showing a manufacturing process of a liquid crystal device such as a liquid crystal display element. As shown in FIG. 8, in the liquid crystal device manufacturing process, a pattern forming process (step S50), a color filter forming process (step S52), a cell assembling process (step S54), and a module assembling process (step S56) are sequentially performed. In the pattern forming process of step S50, a predetermined pattern such as a circuit pattern and an electrode pattern is formed on the glass substrate coated with a photoresist as the plate P using the projection exposure apparatus of the above-described embodiment. The pattern forming step includes an exposure step of transferring the pattern to the photoresist layer using the projection exposure apparatus of the above-described embodiment, and development of the plate P on which the pattern is transferred, that is, development of the photoresist layer on the glass substrate. And a developing step for generating a photoresist layer having a shape corresponding to the pattern, and a processing step for processing the surface of the glass substrate through the developed photoresist layer.
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ッ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。 In the color filter forming process in step S52, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix or three R, G, and B A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning direction. In the cell assembly process in step S54, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the glass substrate on which the predetermined pattern is formed in step S50 and the color filter formed in step S52. Specifically, for example, a liquid crystal panel is formed by injecting liquid crystal between a glass substrate and a color filter. In the module assembling process in step S56, various components such as an electric circuit and a backlight for performing the display operation of the liquid crystal panel are attached to the liquid crystal panel assembled in step S54.
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びDNAチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク(フォトマスク、レチクル等)をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程(露光装置)にも適用することができる。 In addition, the present invention is not limited to application to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, for example, an exposure apparatus for a display device such as a liquid crystal display element formed on a square glass plate or a plasma display, It can also be widely applied to an exposure apparatus for manufacturing various devices such as an image sensor (CCD, etc.), micromachine, thin film magnetic head, and DNA chip. Furthermore, the present invention can also be applied to an exposure process (exposure apparatus) when manufacturing a mask (photomask, reticle, etc.) on which mask patterns of various devices are formed using a photolithography process.
なお、上述の実施形態では、露光光としてArFエキシマレーザ光(波長:193nm)やKrFエキシマレーザ光(波長:248nm)を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長157nmのレーザ光を供給するF2レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。 In the above-described embodiment, ArF excimer laser light (wavelength: 193 nm) or KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) is used as the exposure light. However, the present invention is not limited to this, and other appropriate laser light sources are used. For example, the present invention can also be applied to an F 2 laser light source that supplies laser light having a wavelength of 157 nm.
また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を1.1よりも大きな屈折率を有する媒体(典型的には液体)で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第WO99/49504号パンプレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平6−124873号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平10−303114号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第WO99/49504号パンフレット、特開平6−124873号公報および特開平10−303114号公報の教示を参照として援用する。 In the above-described embodiment, a so-called immersion method is applied in which the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate is filled with a medium (typically liquid) having a refractive index larger than 1.1. You may do it. In this case, as a technique for filling the liquid in the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate, a technique for locally filling the liquid as disclosed in International Publication No. WO99 / 49504, a special technique, A method of moving a stage holding a substrate to be exposed as disclosed in Kaihei 6-124873 in a liquid bath, or a predetermined stage on a stage as disclosed in JP-A-10-303114. A method of forming a liquid tank having a depth and holding the substrate therein can be employed. Here, the teachings of International Publication No. WO99 / 49504, JP-A-6-124873 and JP-A-10-303114 are incorporated by reference.
また、上述の実施形態では、露光装置においてマスクを照明する照明光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスク以外の被照射面を照明する一般的な照明光学系に対して本発明を適用することもできる。 In the above-described embodiment, the present invention is applied to the illumination optical system that illuminates the mask in the exposure apparatus. However, the present invention is not limited to this, and a general illumination surface other than the mask is illuminated. The present invention can also be applied to an illumination optical system.
1 光源
2 ビーム送光部
3 空間光変調ユニット
30 空間光変調器
30a ミラー要素
30c 駆動部
31 レンズ群(光束変換素子)
32 Kプリズム
4 リレー光学系
5 マイクロフライアイレンズ
6 コンデンサー光学系
7 照明視野絞り(マスクブラインド)
8 結像光学系
IL 照明光学系
CR 制御部
M マスク
PL 投影光学系
W ウェハ
DESCRIPTION OF
32 K prism 4 relay
8 Imaging optical system IL Illumination optical system CR Control unit M Mask PL Projection optical system W Wafer
Claims (13)
所定面内に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有し、該複数のミラー要素の反射面が曲面状に形成された空間光変調器と、
入射した光束を発散光束または収束光束に変換して前記空間光変調器へ導く光束変換素子とを備えていることを特徴とする空間光変調ユニット。 A spatial light modulation unit used in an illumination optical system that illuminates a surface to be irradiated with light from a light source,
A spatial light modulator having a plurality of mirror elements arranged in a predetermined plane and individually controlled, and a reflecting surface of the plurality of mirror elements formed into a curved surface;
A spatial light modulation unit comprising: a light beam conversion element that converts an incident light beam into a divergent light beam or a convergent light beam and guides the light beam to the spatial light modulator.
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の空間光変調ユニットと、
前記空間光変調ユニットを経た光に基づいて、前記照明光学系の照明瞳に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系とを備えていることを特徴とする照明光学系。 In the illumination optical system that illuminates the illuminated surface based on the light from the light source,
The spatial light modulation unit according to any one of claims 1 to 7,
An illumination optical system comprising: a distribution forming optical system that forms a predetermined light intensity distribution on an illumination pupil of the illumination optical system based on light that has passed through the spatial light modulation unit.
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。 An exposure step of exposing the predetermined pattern to the photosensitive substrate using the exposure apparatus according to claim 11 or 12,
Developing the photosensitive substrate to which the predetermined pattern is transferred, and forming a mask layer having a shape corresponding to the predetermined pattern on the surface of the photosensitive substrate;
And a processing step of processing the surface of the photosensitive substrate through the mask layer.
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