JP4211252B2 - Pattern exposure method and apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は被露光基板に所望のパターンを露光する方法及びその装置に関し、特に所望のパターンを専用のマスク又はレチクルを用いずに露光する方法及びその装置に関する。またこのような方法により得られるデバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体回路、プリント配線基板、フレキシブル配線シート、液晶やプラズマディスプレイ等の基板にパターンを形成するときには、この形成したいパターンに対応する専用のマスクあるいはレチクルを用い露光し、パターンを形成していた。すなわち、先ず形成したい回路パターンの原版となるマスクあるいはレチクルを、電子線やレーザを用いて基板上に回路パターンを描画して、形成したい回路パターン専用のマスクあるいはレチクルを作成する。次に、この回路パターンを形成した専用のマスクあるいはレチクルを用いて露光装置により感光材料を表面に塗布したウエハ基板、あるいはガラス基板などに露光し現像後エッチング処理することによりて形成していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このようなマスクやレチクルは、それ自体製作するのに時間と費用を要し、特に少量多品種の製品や、短納期を要求される製品の生産時に問題となっている。
【0004】
また液晶ディスプレイ、あるいはプラズマディスプレイのように大画面の基板を製作するには非常に大きなマスクを製作する必要が生じ、大画面のマスクの製作が困難になってきている。
【0005】
また従来のマスクによる生産ではそれぞれの回路パターンに応じた専用のマスクを多数準備しておかなければならず、マスクの保管に大きなスペースを必要とし、管理のコストが無視できない。即ちマスク保管庫を用意し、必要なマスクは保管室から必要に応じて迅速に取り出す必要が生じ、マスク基板への番号の記入、マスク保管場所の決定、これら情報に基づき、必要に応じて自動搬出するシステムなどが必要になる。
【0006】
従来マスクを用いないで2次元光変調器を用いて基板に露光する方法が特開昭62−21115号公報、特開昭62−21220号公報及び特開昭62−21294号公報に記載されている。これらの方法は単に従来のマスクに代わり、2次元空間変調器をマスクとして用いている。しかるに2次元光変調器の画素数にはおのずと上限があり、2次元光変調器1回で変調される総画素数N(n×n)では所望のパターン(総画素数M)を基板に露光することができない。そこで従来はステップアンドリピート方式で少なくともM/N回露光を繰り返し、所望のパターンの総てを露光していた。
【0007】
上記従来のステップアンドリピート方式には以下に示す問題点がある。第1の問題点はステップアンドリピートで露光するため特に大型基板の場合、露光を行っていないステップ移動の時間と移動後の振動の低減を待つ時間、アライメントを行う時間等が、実際に露光を行う時間に比べ、同等程度以上になり、スループットが低くなることである。
【0008】
またステップアンドリピートの方式では投影露光レンズの円形結像フィールドに内接する正方形が1回の露光でパターンニング可能な最大面積となる。従って正方形に近い露光領域の形状で露光することにより最大のスループットが得られる。これに比べ本発明で採用している走査方式では後述するように、結像フィールド円の直径に近い長さを持ち、走査方向に直交する長辺を持ち、露光フィールド円に内接する長方形を露光フィールドとすることができる。この結果走査方向に直行する方向のステップ移動回数(走査方式の場合には走査本数となる)をステップアンドリピート方式に比べおおよそ1/√2少なくすることができる。これは両方式で同一の投影光学系を用いるならスループットの向上になる。また同一の露光フィールド幅にする条件では結像フィールドの小さな,即ち安価な結像レンズですむことを意味する。
【0009】
第2の問題点はステップ露光の境界にパターンの不良が生ずることである。これは液晶や、プラズマなどの表示デバイスの場合に特に目立つ不良である。
【0010】
本発明の目的は、従来の技術の課題を解決すべく、多品種少量の生産にも対応可能なパターンの露光方法及びその装置とこの露光装置を用いた電子装置(プリント基板、TFT基板、半導体デバイスなど)の製造方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、従来のステップアンドリピート方式のパターン露光方法を改善した新たなパターンの露光方法及びその装置とこの露光装置を用いた電子装置の製造方法を提供することにある。
【0011】
【問題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、光変調状態を制御可能な2次元光変調器を用いて露光照明光から2次元光情報パターンを作成し、該作成した2次元光情報パターンを投影露光光学系を介して表面に感光性材料が塗布された被露光基板に投影して被露光基板の表面に塗布された感光性材料を露光するパターン露光方法において、被露光基板を一方向に移動させながら2次元光変調器を移動に対して投影露光光学系の拡大又は縮小倍率に応じた速さで被露光基板が移動する方向と反対の方向に移動させ、拡大又は縮小倍率に応じた速度で移動している2次元光変調器上を露光照明光で被露光基板の移動方向と同じ方向に走査して照射することにより2次元光変調器で反射又は透過した光で形成された所望の第一の2次元光情報パターンの像を投影光学系を介して被露光基板の表面に塗布された感光性材料の第一の領域に投影して第一の領域を露光する工程と、露光照明光による2次元光変調器上の走査を終了すると2次元光変調器を被露光基板を移動させる一方向と同じ方向に前記拡大又は縮小倍率に応じた速さよりも速い速度で移動させて一方向への移動を開始した位置に戻すと共に露光した第一の領域と一部が重なって第一の領域に隣接する第2の領域を露光するための第一の領域に投影露光した第一の2次元光情報パターンと連続する第二の2次元光情報パターンを作成できるように2次元光変調器の光変調状態を制御し露光照明光の照明位置を2次元光変調器が一方向への移動を開始した時の位置に戻す工程とを順次繰返すことにより、被露光基板の表面に塗布された感光性材料を露光するようにした。
【0012】
また、上記目的を達成するために、本発明では、パターン露光装置を、光源と、この光源から発射された光を走査する走査手段と、この走査手段で走査された光を受けて2次元光情報パターンを形成する2次元光変調器手段と、2次元光変調器手段を載置して一方向に移動可能な第1のテーブル手段と、走査手段で走査された光ビームのうち2次元光変調手段で形成された2次元光情報パターンを透過した光を入射させて被露光基板上に2次元光情報パターンの像を所望の倍率で投影する投影光学系手段と、被露光基板を載置して少なくとも平面内で移動可能な第2のテーブル手段と、走査手段と2次元光変調器手段と第1のテーブル手段と第2のテーブル手段とを制御する制御手段とを備え、制御手段は第2のテーブル手段を制御して被露光基板を一方向に移動させながら第1のテーブル手段を制御して2次元光変調器を第2のテーブル手段による移動に対して投影露光光学系の拡大又は縮小倍率に応じた速さで被露光基板が移動する方向と反対の方向に移動させ、走査手段を制御して拡大又は縮小倍率に応じた速度で移動している2次元光変調器上を露光照明光で被露光基板の移動方向と同じ方向に走査して照射させることにより2次元光変調器を制御して形成した第一の所望の2次元光情報パターンの像を投影光学系手段を介して被露光基板の表面に塗布された感光性材料の第一の領域に投影して第一の領域を露光し、露光照明光による2次元光変調器上の走査を終了すると第1のテーブル手段を制御して2次元光変調器を被露光基板を移動させる一方向と同じ方向に前記拡大又は縮小倍率に応じた速さよりも速い速度で移動させて一方向への移動を開始した位置に戻すと共に2次元光変調器を制御して第一の所望の2次元光情報パターンと一部が重なって第一の所望の2次元光情報パターンに隣接して第一の所望の2次元光情報パターンに連続する第二の所望の2次元光情報パターンを作成し走査手段を制御して露光照明光の照明位置を2次元光変調器が一方向への移動を開始した時の位置に戻すことを繰り返すことにより被露光基板の表面に塗布された感光性材料の第1の領域に一部が重なって隣接する第2の領域とこの第2の領域と一部が重なって隣接する第3の領域を順次露光するように構成した。
【0013】
この際、被露光基板は走査方向における基板を露光すべき幅全体に渡り、ほぼ一定の速度で走査する。また、2次元光変調器は、上記基板の走査及び上記2次元光変調器を照射する露光ビーム位置走査並びに2次元光変調器の寸法に応じて、一定の幅を走査する。この走査後は逆方向にほぼ順方向の走査量だけ2次元空間変調器を走査する。2次元光変調器を照射する露光ビーム位置は上記2次元光変調器の走査と逆方向に2次元光変調器の順方向の走査量に応じて走査する。このようにすることにより、被露光基板を走査方向の露光すべき幅全体に渡り、露光以外の非露光時間を短くすることができ、スループットの向上が図れる。
【0014】
上記走査方向と直角方向の露光領域全域への露光は以下のようにして行う。即ち、被露光基板を走査方向の露光すべき幅全体に渡りほぼ一定の速度で走査した後、被露光基板を、走査方向と直角な方向の上記走査時における露光幅Wyにほぼ等しいかやや小さい距離Sy、走査方向と直角な方向にステップ的に移動し、再度走査を行うことを繰り返す。
【0015】
この際、上記露光幅Wyを上記ステップ移動幅SyよりΔWy小さくする。更に,隣接する2走査に渡り2度露光される幅ΔWyの領域での露光照明光による単位面積当りの全露光エネルギーが、当該領域以外の単位面積当りの全露光エネルギーに等しくする。このようにすることにより、隣接する2走査の間の領域で不連続な露光が生じることなく、従来の課題が解決できる。
【0016】
上記に示した2次元光情報パターンは投影露光光学系により一定の露光倍率で被露光基板に投影する。このようにすることにより解像度の高い露光が可能になる。
【0017】
また上記露光ビーム及び、2次元光変調器を上記走査方向と直交する方向に複数設ける。このようにすれば、上記基板の1回の走査により広い範囲を同時に露光することが可能になる。
【0018】
上記複数設けられた2次元光変調器のパターン発生領域は隣接する2次元光変調器の境界域近傍で同一パターンを表示する部分を有するようにする。更にこの領域への隣接する2次元空間変調器からの露光照明光による単位面積当りの走査に伴う全露光エネルギーがこの領域以外の単位面積当りの走査に伴う全露光エネルギーに等しくする。このようにすることにより、隣接する2次元光変調器の領域で不連続な露光が生じることなく、従来の課題が解決できる。
【0019】
上記2次元光変調器として液晶により構成されているものを用いる。また2次元変調器として微小なミラーを多数配列しそれを電気信号により偏向せしめて光変調する機構からなるものを用いても良い。これら液晶や微小なミラーを用いる2次元光変調器を反射型にすると裏面を冷却することが可能になり、露光エネルギーが大きくなっても空間変調器に損傷を与えることなく長寿命にすることが可能である。
【0020】
走査する手段により走査される方向と直角な方向に2次元光変調器を複数設ける。このようにすることにより走査回数を減らし,短時間に所望の領域が露光でき、スループット向上が達成できる。
【0021】
上記の複数設けられた2次元光変調器を反射型空間変調器とする時、反射型空間変調器と上記露光投影光学系の間に偏光ビームスプリッタを挿入する。さらに上記露光照明系に、露光光を直交する2つの偏光に分離する偏光ビーム分離手段を設ける。この偏光分離手段で上記の2分された偏光ビームを隣接する上記の偏光ビームスプリッタに導く。このようにすることにより、光源より出射した光エネルギーを無駄なく隣接する2つの2次元光変調器に照明することができると共に、2次元光変調器に入射し、反射した光を無駄なく被露光基板に導くことが可能になる。
【0022】
上記の露光方法を用いることにより、1つの半導体装置あるいは表示装置あるいはプリント基板等のデバイスを1ないし複数の露光により製作する工程において,露光基板上に個々のデバイス、あるいは個々のデバイス群に異なる番号、数字、バーコード、名称、記号、絵、またはしるしを形成することが可能になる。デバイス毎、あるいは例えば半導体装置であれば1ウエハ毎に相当するデバイス群毎に異なる番号、数字、バーコード、名称、記号、絵、またはしるしを形成することが可能になれば、生産工程での品質管理、市場に出た後の事故解析等々に活用できる。
【0023】
【発明の実施の形態】
まず、図1乃至図14を用いて、本発明の第1の実施形態を説明する。
図1において、1は露光照明系であり、内部には露光光源と2次元光変調器3に所望の指向性と強度分布を有する露光ビームを発生させる光学系が含まれている。露光照明系1の詳細な構成については後述する。2は上記露光ビームを2次元光変調器上で走査照明させる照明偏向手段の一部である偏向ミラーであり、この照射偏向手段にはミラーを図に示すようにある範囲で回転させる図示しない駆動機構とこの駆動信号を制御回路6から受信し駆動機構を駆動させる図示しない駆動回路などから構成されている。露光ビームは偏向ミラーで反射後コンデンサレンズ11を通り2次元光変調器(空間変調器、2次元空間変調器)3を照射する。
【0024】
空間変調器3はその詳細が図2に示されるように、絵素310が変調面内のxy方向に多数並んでおり、31で示される表示領域内には総絵素数が少なくとも2000×2000、好ましくは10000×10000以上になっている。本実施形態で示されている2次元光変調器は液晶でできており、液晶材料及び配向膜は露光波長である水銀ランプのg線やh線に十分耐えられる材料である。また特別な材料の選択を行うことにより更に波長の短い水銀ランプのi線にも耐えうる液晶2次元変調器を用いて、i線で露光することも可能である。
【0025】
2次元光変調器の変調領域はx方向にWm,y方向にWyの幅を有しておりこの表示領域の一部を含む斜線のハッチングを施した照射領域71に露光ビームが照射されている。この照射領域71は上記の照明偏向手段により図示する矢印のように速度Vxmで照射位置が変化する。
【0026】
他方2次元光変調器そのものは図2に矢印Vxで示されるようにVxmとは逆方向に速い速度で、図示されない2次元光変調器ステージにより駆動される。このステージの駆動幅はほぼ2次元光変調器の表示幅Wmに等しい。
【0027】
図1で2次元光変調器3を透過した露光パターンを持った露光光は等倍の投影光学系4により被露光基板5に投影される。この基板表面上には感光材料が塗布されており、その上の露光領域72を照射し、露光する。
【0028】
図3は被露光基板5が図示しない基板ステージによりVx(=−Vx)の速度でx方向に移動し、走査露光を行っている状態を示している。基板5と投影光学系のフィールド701の相対的な変化を表すため、太い実線の矢印のように移動している基板5を固定し、露光フィールドを実線の矢印のように移動させて表現している。露光領域72は図4に示すように露光フィールド701に内接する平行四辺形であり、y方向の辺Lyは走査方向と直交し,走査方向の辺Lxは走査方向とは平行でない。図3の下の左方向を指す実線の細い矢印のように相対的に露光フィールドは左方向にVxの速度で相対移動する。基板が図1の右端に行けば、露光フィールドは図3の下の長い矢印のように基板5の左端に行く。この間に露光が行われる。この端までくれば、ステージはy方向にSy移動し、露光フィールドは上向きの矢印のように移動する。このy方向の移動の間は露光を行わない。y方向の移動終了後はステージを左方向に、従って露光フィールドは図3の下から2番目の長く細い矢印(点線)のように移動し,この間で露光が行われる。
【0029】
図4は上記の露光フィールドの走査間でその境界付近の露光領域を表した図である。図3の実線の右から左への走査は露光フィールドの中心線C1―C1‘に沿ってなされ、下から2番目の左から右への走査は露光フィールドの中心線C2―C2‘に沿ってなされる。この中心線間の距離はSyである。平行四辺形の露光フィールドはy方向の幅がwyであり、wyはSyより辺Lxのy方向の長さ成分Δwyだけ長い。即ち、この傾いた部分は隣り合う走査の露光フィールドで重なっている。
【0030】
このようにすることにより、前述の表示デバイスをステップアンドリピート方式で露光する場合に生じる問題、即ち2走査間の境界で上下の露光量等がわずかに変化しただけでパターンの幅等が変化し、目立つ境界線が発生するようなことがなくなる。
【0031】
次に上記の1走査内での基板、2次元光変調器、及び走査露光ビームの動作について図5から図7を用いて説明する。図5は2次元光変調器上の投影光学系結像領域内701の照明偏向手段駆動に伴う露光照明光の動きを表したものである。時間の経過と共に図6の右から(a),(b),(c),(d)に示すように投影光学系結像領域701内を斜線ハッチング部711,712,713及び714と変化する。2次元光変調器及び照明偏向手段の駆動により横線ハッチング部70内を露光光が走査される。
【0032】
このような走査により2次元光変調器上を露光光の位置が相対的に変化していく状況を図6に示す。図5の(a),(b),(c),(d)に示した露光ビームの2次元光変調器上の位置はそれぞれ711、712、713及び714と成る。即ち2次元光変調器が左方向へ速度Vx1で移動することと照明偏向手段2により露光照明光が右方向へ速度Vxmで移動することにより、図に示すように露光照明光が変化する。
【0033】
図7は被露光基板上の露光光と2次元光変調器の投影光学系による像の位置変化を表している。図5と6における711,712,713及び714の露光光の位置に対応する被露光基板上の露光光の位置は721,722,723及び724である。図7の上下2行の絵は図にも示してあるように被露光基板上におけるx方向の露光走査の中心線C1−C1は同一であり、重ねて表示すると見ずらくなるため、2次元光変調器と照明光の順次の走査を上下にずらして表している。即ち時間t0〜t0+tsの間に2次元光変調器と照明光を1走査する。操作が終われば始めの位置に時間Δtをかけて戻す。次に第2の走査を時間t0+ts+Δt〜t0+ts+Δt+tsの間に行う。
【0034】
第2走査の開始時の露光光位置及び2次元光変調器で発生されているパターンは図の721‘で示されているが、これは第1の走査露光の724と全く同じである。これは724のy方向の中心線では724以外の場所に比べ走査露光により半分の露光エネルギーしか露光していないため、この位置で第2の走査を開始することにより、パターンの切れ目を生じずに露光するためである。図に示した矢印は時間と共に露光光の位置が変化していく状況を示している。第1走査が終了すると2次元光変調器ステージと照明偏向手段を駆動し、Δtの時間をかけて走査開始位置に戻す。戻すことにより第2の走査の開始露光位置が第1の走査の終了位置と等しくなる。また2次元光変調器で表示される開始のパターン721’が第2走査の終了時におけるパターン724と一致するようになっている。このようにして、被露光基板が一定速度で移動しても、連続的にパターンを露光することが可能になる。
【0035】
図8に被露光基板の位置、2次元光変調器の位置、及び照明偏向手段による露光照明光が2次元光変調器上を走査する位置の時間経過に伴う変化をグラフに示す。図8(a)(b)は基板ステージのx及びy方向の位置変化を表す。図8(c)は2次元光変調器ステージのx方向の位置変化を表す。但し、2次現空間変調器のx方向は基板ステージのx方向とは向きが異なる。図8(d)は照明偏向手段の駆動による照明光が2次元光変調器上を走査する時のx方向の位置変化を表す。時間tが0から露光を開始し、(n-1)(ts+Δt)から(n-1)(ts+Δt)+tsまでの間、2次元光変調器ステージをx方向に移動し、その間照明偏向手段の駆動により照明光を2次元光変調器上のx方向に移動することにより露光を行う。但し照明光のx方向は基板のx方向と同じ向きである。
【0036】
(n-1)(ts+Δt)+tsからn(ts+Δt)の間に2次元光変調器ステージをxの逆方向に高速で戻し、その間照明偏向手段も駆動し、照明光を2次元光変調器上のxの逆方向に高速で戻す。もちろんこの戻す間は照明光を図示しないシャッタで遮光する。これを整数nが1からNまで、即ちN(ts+Δt)の時間まで繰り返すことにより、図8(a)に示すように基板ステージx方向の所望の範囲を露光する。基板ステージの1走査分の露光が終了すれば図8(b)に示すように基板ステージをy方向にSy移動し、上記の方法で、但し逆方向に第2の走査を行う。上記の動作をy方向の所望の領域に渡り露光されるまで繰り返し、露光が完了する。
【0037】
図9は図1に示す露光光学系が8個並列して設置され、同時に8列分を露光する。それぞれの露光光学系の露光フィールドは701,702………708であり、隣接する露光フィールドのうち2個を図10に示す。先に説明した露光光学系が1個の場合の隣接するフィールドでx方向の辺をx方向に平行とせず、若干傾きを着けている。このようにして境界線BB‘の近傍で隣り合う露光フィールドの双方から露光されるようにすることにより、境界部で生じる不連続なパターンの発生を防ぐことができる。
【0038】
図11は、図1に示した露光光学系1の詳細を示す図である。17は水銀ランプ、18は楕円面鏡、16はその詳細を図13,14に示したロッドレンズアレーである。走査により露光するため、また投影レンズの対角に細長い露光領域を取るため、露光照明光を図12の100に示すように長円状にする。これを実現するため図13及び図14の161に示すようにx方向には短いWx、y方向には長いWyの辺を持つ凸面からなるレンズを図13に示すように多数配列して用いる。
【0039】
このようなロッドレンズアレー16に点光源に近い水銀ランプからの光が集光されると、光源から発射したg線やh線あるいはi線は非常に少ない損失でロッドレンズに入射する。入射した特定の方向を向いた平行光成分の光はロッドレンズ出射端の特定の位置に集光し、y方向には広がり角の大きな発散光となり、x方向には広がり角の小さな発散光となって出射端から出射する。
【0040】
出射した光はミラー15、レンズ14を通り、図12に詳細を示す開口板13に入射する。開口板には1371の平行四辺形の開口がある。上記のxとyで異なる広がり角を有する光は開口板上で100に示すように長円の形状を有する照明光となる。ロッドレンズアレーの拡散効果により開口内の強度分布は一様になる。この開口はレンズ12および11により、2次元光変調器3の面に共役であるため、この開口を透過した光はこの開口の像を2次元光変調器上に結ぶ。
【0041】
また開口1371を透過した光はレンズ12の焦点位置にある照明偏向手段のミラー2の表面に集光する。このミラー面とレンズ11の距離はレンズ11の焦点距離に等しい。このため、レンズ11を透過した光の主光線は照明偏向手段のミラー2の偏向角度に依存せず常時2次元光変調器に垂直照射を保ったまま、偏向角に応じて照射位置がx方向に変化する。このようにしてy方向に長い露光照明光をx方向に走査することができる。
【0042】
上記した第1の実施例の変形例を、図15と図16に示す。
図15と図16とは、1つの光源から出射する照明光を2分して2つの露光照明系に分岐する例である。図15は斜視図、図16は側面図である。図15の101と102は図示しない1つの光源から出射した露光光を後に詳細を示す手段により2つに分岐している。図15と16に示すそれぞれの露光光学系の動作は上記の説明の通りである。この実施例では2次元光変調器として、液晶等透過型のものを用いている。
【0043】
次に、第2の実施例を、図17を用いて説明する。
図17は反射型の2次元光変調器を用いた例である。図17の部品番号と図11の部品番号の同じものは同一物を表す。水銀ランプ7より出射した光りは楕円面鏡18で図13と14で説明した光インテグレータ16に集光する。光インテグレータを通過した光はレンズ14とシャッタ133を通過後開口131に一様な光を照射する。この開口131と2次元光変調器301及び基板5とは結像関係にある。開口131を透過した光は偏光ビームスプリッタ110で2分される。即ち偏光ビームスプリッタに入射した光のP偏光成分は偏光ビームスプリット面で透過し、S偏光成分は反射する。反射したS偏光成分の光は1/2波長板1223によりP偏光に変換されミラー1222で反射する。このように分岐したP偏光の露光光は以下に示すように、それぞれの露光光学系を通り、それぞれ基板上の711と712の領域を露光する。図17の2軸の露光光学系で、ハッチングしたものは奥、ハッチングしてないものは手前の露光光学系である。両光学系は全く同じものであるので、以下では手前の露光光学系のみを用いて説明する。
【0044】
偏光ビームスプリッタ110を透過したy方向に振動する直線偏光の光はレンズ1112を通過し、回転駆動源1102に付いた偏向ミラー1113に集光後、反射し、レンズ1111に入射する。レンズ1111を透過した光は第2の偏光ビームスプリッタ311に入射する。この第2の偏光ビームスプリッタに入射する光はy方向の直線偏光であるため、この偏光ビームスプリッタにとってはS偏光と成る。この結果、第2の偏光ビームスプリッタ311に入射した光のほぼ100%が反射し、2次元光変調器301に入射する。
【0045】
本実施例の2次元光変調器301は反射型の2次元光変調器である。液晶を用いた反射型の2次元変調器でも良いし、微小なミラーアレーの偏向による2次元変調器でもよい。液晶を用いる場合には、液晶を挟む2面の一方,即ち図17の上の面はミラー面であり、下の面は透過面である。通常の透過型の液晶では液晶を挟むガラスの両面に偏光板が必要であるが、本実施例の液晶2次元光変調器ではこの偏光板が不要である。即ち、偏光ビームスプリッタ311がこの役割を果たしている。即ち偏光ビームスプリッタ311で上方に向かうy方向の直線偏光は2次元光変調器301に入射する。上面のガラスで反射した後、2次元空間変調器の各画素に印加される電圧によって生じる表示状態と,非表示状態に応じて、反射した偏光はそれぞれx及びy方向の直線偏光になる。このため再び偏光ビームスプリッタを通過するとx方向の直線偏光である表示状態の画素からの反射光のみが偏光ビームスプリッタを通過することになる。
【0046】
このようにして2次元空間変調器で印加した電気信号情報が露光光の2次元情報となり、投影露光レンズ401により、露光基板5に結像投影され、露光される。前述したように2次元光変調器と露光照明光の走査の戻り時には露光を行ってはならないので、戻りのときにはシャッタ133を用いて露光光を遮光する。
【0047】
本実施例においても上述のように、基板5と2次元光変調器301と偏向ミラーを矢印のように駆動することにより、基板5をほぼ一定の速度で走査させて基板全面露光することが可能になる。
【0048】
なお上記の説明は反射型の液晶2次元光変調器を用いた説明であるが、微小な偏向ミラーを2次元配列した2次元空間変調器を用いてもよい。この場合には偏向ビームスプリッタ311と2次元空間変調器301´の間に1/4波長板を挿入する。このようにすることにより、上述の液晶2次元空間変調器同様に、表示部からの反射光をほぼ100%露光に用いることが可能になる。また表示状態の画素部では微小ミラーの偏向角は0度とし、非表示状態の画素は偏向角をθとする。表示部で反射した光は投影露光レンズ401の瞳内にほぼ100%入り、基板を露光する。他方非表示部で反射した光は露光光学系の光軸に対し2θ傾き投影露光レンズに向かう。投影露光レンズの開口数をNAとし、投影露光の倍率を1/Mとすると、sin(2θ)≧NA/Mの条件を満たすように非表示状態の画素の偏向角θを選ぶことにより、非表示部で反射した光は投影露光レンズの瞳から外れ、基板に達しない。また上記のMが大きいときには、非表示部からの光は投影露光レンズの外を通過するので、この部分に遮光板を設けることにより、被露光基板5へのノイズ露光を避けることができる
上記では主に投影露光の倍率1/MでM=1の場合について説明したが、Mは1に限られることはない。縮小露光、拡大露光いずれについても、本発明は適用できる。倍率が1/Mの時には基板5の走査速度に対し、2次元空間変調器と露光照明光の2次元光変調器上での走査速度は1倍のときに比べM倍にすれば良いことは明らかである。
【0049】
また上記実施形態では省略したが、通常回路や表示デバイスを本方式で製作する場合には1回の露光で完成するわけではなく、数回あるいは20回程度パターンを変えて重ね露光を行い多層膜から成るデバイスを作る。このような場合には既に基板上に形成されたパターンの上に新たなパターンを重ね露光するため、露光装置には基板上のパターンをアライメント検出し、アライメント制御する周知のアライメント機能が備わっている。
【0050】
図18に、本発明をウェハを処理して半導体デバイスを製造する工程に適用した例を示す。5´は半導体LSIのパターンが露光されたウエハである。このウエハには既に半導体回路となる多層の薄膜が形成されており、最上層は上述の本発明の露光装置で露光され、形成された比較的パターンの幅が粗い配線パターンである。501は最終的に切断され1個のデバイスとなる半導体LSIのチップである。このチップの中には配線パターン部501とこのデバイスの1個1個に個別に各種番号や、名称等が書き込まれているチップ個別情報領域503がある。このチップ個別情報領域503には504に示す製造番号や通し番号等の番号や、製造の際のパラメータや製造条件等を表す数字、名称、記号、絵、しるし等や、505に示すバーコード等の情報コード等々の必要な情報が本発明の露光装置により露光されている。
【0051】
即ち、本発明の露光方法及び装置では従来のマスクを用いる場合には不可能であった基板上に作られるデバイス製品に個別に各種番号や、名称を書きこむことが可能となる。この結果、製作の段階で品質管理が容易になる。更に製品が完成し、販売され,市場に出た後も来歴が明確であるため、万が一、後に故障が発生しても、チップ個別情報領域503の情報を読み取ることにより、その原因解明や対策が容易に出来るようになる。
上記のチップ個別情報領域503をチップ上に記録するには、あらかじめ記録すべきこれらの情報を露光装置の制御回路6のメモリにその他の回路パターン情報と共に記録しておく。露光基板(ウエハ基板)の露光時の走査と同期して動かす2次元光変調器をこの記録情報に基づき駆動し、図18の502と503の表示パターンを発生させ、露光すればよい。
【0052】
前記の露光工程を経て製作された半導体チップからなる半導体装置、液晶やプラズマディスプレイ等の表示装置、プリント基板、フレキシブルパターン基板、あるいはマイクロマシーン装置等々のデバイスにはこのようにデバイスの1個1個にデバイス個別情報が書きこまれる。このようにすることによりデバイスそのものの製作時の品質管理が可能になる。また製品が市場に出た後も、デバイスに記録されている情報を拡大検出手段等で読み取ることにより、製品の製造時の来歴等が確実に分かり、きめこまかいメンテナンスが可能になる。また、販売経路と製品番号等の情報を管理することが可能となるため、万一の事故発生時にも迅速な対策あるいは対応が可能になる。
【0053】
なお上記説明ではデバイス1個1個に異なる情報を書きこむ例を説明したが、例えば半導体装置で1枚のウエハから得られるものには同一の情報を記録し、1枚のウエハから得られる全チップを1つのデバイス群としてもよい。また1つのロット(通常10〜数十枚のウエハからなる)内にあるウエハ上の同一場所のチップに同じ番号を付け、1つのデバイス群とし、異なる場所には異なる番号を付け、異なるデバイス群として管理してもよい。
【0054】
図19は、本発明による露光方法をプロキシミティ露光に適用した図である。被露光基板5´´と2次元空間変調器3´´をx方向矢印の方向に同一の速度Vx2´(=Vx1´)で走査する。露光照明光71´´をこの向きとは逆のx方向に上記の速度より小さい速度Vxm1´で走査する。露光照明光が2次元空間変調器の右端まで行けば、2次元空間変調器と露光照明光を図の位置まで戻す。このとき被露光基板は一定の速度Vx2´で走査を続けている。この動作を露光基板の右端まで露光が済むまで続け、その後前述の結像レンズによる露光同様に、y方向に被露光基板をステップ移動する。この動作を繰り返すことにより、広く基板全体を露光する。以上の駆動制御は制御回路6´´によりなされる。
【0055】
次に、本発明の第3の実施の形態を、図20を用いて説明する。
図20は、反射型の2次元空間変調器3´´を用いる実施例である。空間変調器の光を反射する部分である微小な偏向ミラー310´´の反射部分の長さはこの偏向ミラーの配列ピッチに比べ小さい。この結果基板5の上に投影されるパターンは隣接する偏向ミラー部間の強度が小さくなる。この結果投影光学系の分解能がこの偏向ミラーの寸法に比べ小さければ連なったパターンとならず、ドットからなるパターンになってしまい、所望のパターンを露光することが出来なくなる。
【0056】
図20の300´´はこの問題を解決するマイクロレンズアレイである。投影露光レンズ401(および402)を用いると共に投影レンズとは別に2次元光変調器に近接させ、マイクロレンズアレイ300´´を配置する。このマイクロレンズアレイはそのピッチが微小偏向ミラーと等ピッチであり、焦点位置は微小偏向ミラーの反射面にある。この結果各々の矩形のマイクロレンズアレイに入る矩形の照射光は総てそれぞれのマイクロレンズに対応した微小偏向ミラーに集光され、反射し、再び入射時の矩形のマイクロレンズに戻り、入射した光路と同一光路を逆に出射していく。したがって投影露光レンズ401(402)によりマイクロレンズ出射面が基板の露光面に結像するようにしておけば、絵素間の強度が小さくならずに絵素間が分離したドットパターンにならずに所望のパターンが露光できるようになる。
【0057】
図20のマイクロレンズアレイ300´´は微小な凸レンズからなっているが、微小なフレネルレンズのアレイを用いてもよい。また微小偏向ミラー面310''の表面に反射型のフレネルレンズ又は反射型のホログラムを形成しておき、反射後hの距離の面Σh上で各ミラーからの反射光が適度に重なり、且つ隙間を空けることなく一様な強度分布になるようにする。このようにして、面Σhが投影露光レンズ401(402)により基板5の露光面に結像するようにすれば、絵素間が分離したドットパターンにならずに所望のパターンを露光することが可能になる。
【0058】
次に、本発明の第4の実施の形態を、図21と図22とを用いて説明する。
本第4の実施の形態では、2次元空間変調器3''の表示パターン3101''が2次元空間変調器上を速度Vd´´で、2次元空間変調器3''の移動(速度Vx´´)方向に移動する点が、上述の実施の形態1〜3と異なる。即ち上述した実施の形態1〜3では、例えば投影光学系の結像倍率を1倍とすると、基板5の走査速度Vxmと2次元空間変調器の走査速度Vxは等しかった。しかし、図21と図22に示す第4の実施の形態では、Vxm=Vx´´+Vd´´となる。このように2つ、即ち2次元光変調器と表示パターン像を共に動かす理由は以下の通りである。
【0059】
第1の理由は2つを動かすことにより空間変調器の走査方向の寸法を小さくできる点である。第2の理由は空間変調器を全く動かさないと空間変調器の表示スピードが露光のスループットを律則してしまい、高スループット露光が出来なくなる点である。従って表示の切り替えスピードが問題なく可能な範囲で表示パターンを2次元空間変調器上で走査方向に動かし、不足分だけ2次元空間変調器自身を走査方向に動かせばよい。
【0060】
ここで、第3の実施の形態として、図20を用いて絵素間の強度が弱くなり連続したパターンとならずドット状になる課題の解決法を示したが、この方法の外に以下に示す方法に依っても解決できる。即ち、図21、22に示した第4の実施の形態の場合には、2次元空間変調器の走査方向の配列を走査方向から僅かに傾けておくようにすることでも、同様に課題を解決できる。このようにすれば、図21、22にしました実施の形態の場合には、基板上に露光するパターンの任意の個所に着目すると、その個所を露光するのに用いた2次元空間変調器上の絵素は複数絵素数kに渡っている。このため走査方向のk絵素の間に走査方向と直角な方向に1絵素分程度傾いていれば、走査方向と直角な方向の隣接絵素間強度むらは解消する。走査方向の隣接絵素間の強度むらは2次元光変調器を上記k分走査する時間の間で走査速度に僅かな速度むらを発生させることにより隣接絵素間の強度を平均化し、むらを無くすことが可能である。
【0061】
図1等で示した2次元空間変調器上で表示パターンを移動しない場合の実施の形態において、図20の方法に依らずに基板5の露光パターンが隣接絵素間でむらを生じないようにする方法を、図23と24を用いて説明する。
【0062】
走査方向に付いては上記に示した方法同様に走査速度に僅かな速度むらを発生させることにより隣接絵素間の強度を平均化する。走査方向と直交する方向に付いては着目絵素を露光する時間内でこの方向に一絵素程度蛇行させる。
【0063】
以下図23,24を用いて詳細に説明する。図23は2次元空間変調器の図であり、310は微小ミラー又は液晶表示素子の1絵素を表す。すなわち2次元空間変調器を透過又は反射する光はこの310の矩形の領域から出てくる。図で斜線を施した絵素はONの状態、即ち光を反射又は透過する領域である。従ってこの光を投影露光レンズ4(または401,402)により基板5の上に投影されると図23に示すAA及びBB断面の投影像強度分布(露光強度分布)は図24の(a)及び(b)のように成る。結像倍率が1:1の場合、この投影像の走査と基板5の走査が完全に一致していれば基板上に露光されるパターンはこの図24と一致するドット状のパターンが形成される。本来の所望のパターンは隣接するON状態のドットは繋がって欲しいのであるが、分離してしまっている。
【0064】
図23に示すように、x及びy方向の絵素ピッチをPx,Pyとする。露光照射光の2次元光変調器上の走査方向の寸法はWeであるため、着目する絵素を露光照明光が通過する時間はWe/(Vx1´´―Vxm)となるので、この時間をtepとする。x方向に走査露光する時間の間に図25に示すようにする。
【0065】
即ち、2次元光変調器の走査を点線で示すような一定速度走査するのではなく、僅かに速度むらを発生させ、x座標位置の線形な変化からのずれ量±Δxが絵素ピッチPxの0.2〜0.8程度にしておく。このようにすれば着目絵素の露光の間で投影パターンがx方向に振られる。この結果、図25(a2)に示すように点線で示されるドット間のむら(ドット状の分離)はなくなり実線で示すように一様な分布の所望のパターンが得られるようになる。
【0066】
他方走査と直交する方向のパターンについては図25(b1)(b2)に示すように、tepの間に本来静止させておく2次元空間変調器をy方向に±Δy移動させる。このようにすれば着目絵素の露光の間で投影パターンがy方向に振られる。この結果、図25(b2)に示すように点線で示されるドット間のむら(ドット状の分離)はなくなり実線で示すように一様な分布の所望のパターンが得られるようになる。図26は以上の内容を2次元的に表したものである。
【0067】
2次元光変調器の微変動を行わない場合の露光パターンは図26(a)の斜線722に示すように空間変調器の開口部のパターンがそのまま露光され隣接する絵素の間723は露光されない。しかし、上記のように2次元光変調器を微動することによい図26(b)の様に、基板5上の1視野分の露光領域720の絵素間723´が露光され所望のパターンが露光できるようになる。
【0068】
上記の2次元光変調器のこのような制御はもともと本発明の露光装置では走査方向とこれと直交する方向のステージ位置を常時図示しないレーザ測長器やマグネスケール等により計測し、この計測値に基づいてステージを制御回路6により制御しているため容易に実現できる。また上記実施例ではΔx及びΔyの微変動を2次元空間変調器で行っているが、2次元空間変調器は線形動作にし、基板ステージに上記2次元空間変調器の場合同様に微変動成分を乗せても良い。
【0069】
図27は絵素間に生じる露光強度の低減を解消する更なる実施形態を示す図である。図では透過型の2次元光変調器を用いて説明しているが、反射型でも同様に効果を発揮する。図27(a)の部品の番号と図1のそれが同じものは同一物を表している。2次元空間変調器3´´の光を変調している液晶31等の表示面は図27(b)の311面である。この表示面311よりもΔだけ光軸方向にずれた面312を投影露光レンズによる、基板5の被露光面と共役な位置関係に配置する。このようにすることにより、2次元空間変調器の表示パターンが若干デフォーカスした状態で基板に投影される。この結果、図27(c)に示すように、基板5上で露光光学系4の1視野分の露光領域720の絵素間723´´に生じる露光強度の低減が解消され、所望のパターンが基板に露光できるようになる。
【0070】
次に、第5の実施の形態を、図28を用いて説明する。
図28において、図17の部品番号と同一番号は同一物を表す。図17に示した第2の実施の形態では、反射型2次元空間変調器301及び302への露光光の走査を偏向器1102と1202で行っているが、図28に示す第5の実施の形態では、開口板13を駆動装置132で矢印73のように上下に駆動し、この開口板31の開口131が2次元空間変調器と共役であるので、露光光が2次元空間変調器上で走査される。この走査は2次元空間変調器301と302の走査、基板が搭載されているxyステージ9の走査と同期して制御装置6により制御される。なお開口板13に照射される露光光は開口131よりも幾分大きくなっており、開口板が上下に移動しても開口131を通過する露光光の強度は変わらずかつ開口内でほぼ一様である。
【0071】
基板5を搭載しているxyステージ9にはx方向の測長器901とy方向の測長器902があり、ステージの位置がサブμmの精度で計測され、上記の実施形態図25と26の説明で示したxy方向の若干の蛇行により、隣接絵素間の強度むらを低減することもこの測長器901と902の計測データを基にxyステージを制御回路6で制御することにより実行される。
【0072】
大方の露光基板へのパターンの露光は液晶等の表示素子の場合には数回、半導体回路の場合には数十回に亘ることもある。このように複数回の露光を行い素子を作る場合にはすでに露光され形成されているパターンの上に新たなパターンを重ね露光する。この際既に形成されたパターンに精度良く重ね露光する必要がある。このため最初のパターン露光時に図28の91及び92に示す合わせマークを基板上に形成しておく。このマークをパターン検出光学系80でCCD等の撮像装置81の撮像面に拡大結像しマークの像を検出する。撮像装置で検出されたマークの位置と測長器901、902で検出されたxyステージの位置からアライメントマーク91と92の正確な位置が制御回路で求められる。この値を基に露光位置と、2次元空間変調器の位置及びその表示パターンを決め、基板上に既に露光されているパターンに正確に重ね露光されるように制御回路の指令により走査露光が実行される。
【0073】
2層目以降の露光に際しては上記のアライメントマークにより位置決めのほかに、前回露光したパターンの中に合わせ用のパターンを露光しておきこのパターンを走査露光の前にパターン検出光学系80と撮像装置81で検出し、この値を基に2次元変調器の位置、表示パターン及び、基板の位置を制御回路6で決め、露光走査を行っても良い。
【0074】
また投影露光光学系401及び402の光軸を外して図示しないアライメント検出光学系を組み込み、これを用いて露光しながら基板上のパターン位置を計測し、実時間で重ね合わせ制御を行っても良い。このときには2次元光変調器を微動位置合わせ補正するほうが良い。このようにすれば例えば被露光基板がフレキシブル基板や、シート上の柔らかい基板であり、これら基板が歪んでいても、この歪みをリアルタイムで検出し、この歪みに合わせて露光することが可能になり、このような柔らかい基板でも重ね合わせ精度良く露光することが可能になる。
【0075】
以上説明した実施の形態1乃至5においては、2次元光変調器(3、31,32,301,301'、302,302'、3'')と被露光基板5とを互いに反対の方向に移動させながら露光を行う構成で説明したが、2次元光変調器(3、31,32,301,301'、302,302'、3'')を固定して、被露光基板5を連続的に移動させ、2次元光変調器(3、31,32,301,301'、302,302'、3'')で形成する光パターンを被露光基板の移動に同期させて順次変えるようにしても良い。即ち、2次元光変調器(3、31,32,301,301'、302,302'、3'')で形成する光パターンが、移動する被露光基板5上で同じ位置に一定の時間投影され続けるように、2次元光変調器(3、31,32,301,301'、302,302'、3'')に形成する露光用パターンの位置を、被露光基板5の移動に合わせて2次元光変調器(3、31,32,301,301'、302,302'、3'')上で移動させる。これにより、2次元光変調器(3、31,32,301,301'、302,302'、3'')を固定した状態で、被露光基板5上に連続的に2次元光変調器で形成した光パターンを投影することができる。
図29に、本発明による露光装置を用いて、表面に大きな段差がある基板上にパターンを形成する方法を示す。基板5に既に形成されているパターンは凹凸の激しいパターンである。このようなパターンは例えばマイクロマシーンを露光により作る場合に形成される。5の基板には53の凹みがあり基板表面の5301の稜線から531の線形なスロープ部があり、稜線5302を境に532の底面部がある。
【0076】
このような凹んだ部分にパターン54を露光する必要がある場合、通常の露光を行うと、基板表面とスロープ面及び底面に所望のパターンを同時に露光することが困難に成る。パターン線幅dが細かく成り、段差hが大きくなると、露光の焦点深度Δがhより小さくなり1回の露光でパターンを形成することが困難になる。即ち図29(b)の断面図に示すように焦点深度(パターン幅dのパターンが露光可能な光軸方向の幅)Δで断面を区切ると551,552,553及び554の層に分割される。即ち各層はΔの間隔であり、各層内ではパターンが露光できる。従ってパターン54全体を露光するには、例えば基板をΔずつ光軸方向に移動し、上記の各層毎に焦点合わせを行って4回の露光を行う。
【0077】
従来このような露光を行うには、図29(c)の白抜きのパターンを露光するため各層の部分にある図29の(d)〜(g)に示した露光パターンのマスクを4枚製作し、これを順次交換しながら露光をする必要があった。本発明の2次元空間変調器を用いる方法では、このようなマスクを用意する必要がなく、表示パターンを図29(d)〜(g)と次々に変え、基板もしくは投影露光レンズを光軸方向にΔ移動させていくことにより、容易に、安価に、高速にこのような段差の大きなパターンも露光することが可能になる。
【0078】
図30に、本発明による露光装置を用いて本導体ウェハを処理する場合について説明する。5´´はウエハ、501はこのウエハ上に露光され製作されたチップである。5002はこのウエハの製作プロセスに必要な情報を記録したウエハ情報である。この5002にはウエハのロット番号、ウエハの番号、製作課程で必要な各プロセスにおける条件や事項等が最初に記録されている。またプロセスを経てきた段階で記録しておくべき条件や事項が新たに記入される。このような情報は1枚のウエハ全体に関するものに限定されるわけではない。例えばウエハー内の各露光ショットあるいは各チップ単位の情報でも配列番地が決まっているため可能である。
【0079】
図31は、このようにウエハ5002に記録されている情報を活用して露光プロセスを含む半導体製造プロセスのフィードバック及びフィードフォワードを行い、より確実で自動化された生産を実現するものである。Pexnは本発明の露光装置もしくは従来の露光装置である。この露光装置には図30のウエハにあらかじめ露光されているプロセス条件を例えば図28のパターン検出光学系80と撮像装置81で読み取り、読み取った情報に基づいて露光及びそれ以降のプロセスを自動設定する。即ちウエハ5´´上の5002部に記録された露光条件や成膜の条件、熱処理の条件等を読み取り一旦制御装置60に記憶する。この記録された条件に基づき、露光Pexnやその後のプロセスPn1、Pn2、及びPn3の条件を制御装置60から読み出し、各プロセス装置の条件設定を行っていく。
【0080】
また、これらPexnからPn3までの間に実際に実行した条件のうち、以降のプロセスに影響を与えるものはその実行条件を必要に応じてPexn + の露光の際にウエハ5´´の5002の領域に追加記録していく。このようにすることにより、ロット内の各ウエハ毎に必要な最適処理を臨機応変に行うことが可能になる。このような露光工程はLSIが完成するまで、図31で示す1露光単位の工程を数十単位繰り返し実行され、その都度上記のように条件の読み取りと書きこみが可能となり、ウエハ単位の情報管理とプロセス制御が可能になる。
【0081】
上記のウエハ単位の条件管理と制御、並びに既に図18を用いたチップ単位の管理を同時に実現することも可能であり、従来不可能であったLSIのチップ及びウエハの生産管理を完全に行うことが可能にした。
【0082】
図32に、本発明による露光装置を用いた電子デバイスの製造工程の概略を示す。ここでは、電子デバイスの例として、半導体ウェハの処理工程について説明する。
【0083】
図32に示した製造工程においては、図28に示したようなパターン検出光学系80とCCD等の撮像装置81とを備えた半導体ウエハ情報読み取り装置Pで読み取られた情報に基づきPexnで半導体ウェハの表面に塗布された感光性の膜を露光し、露光時の条件及びIneで検査された下層パターンとの合わせ精度、露光パターン幅等の露光結果を制御装置60に記憶する。これら条件に基づきエッチング等の条件をプロセス装置Pn1に入力し、前記した半導体ウェハに対して最適なエッチングを行う。このエッチング後に半導体ウェハ上に形成されたパターンの線幅等の各種計測をIn1で行い、この結果を制御装置に記憶する。
【0084】
n2は成膜プロセスである。制御装置60に記憶されている情報に基づいて成膜条件が決定され、前記半導体ウェハ表面に成膜が行われる。成膜後に、膜厚等の計測がIn2で行われ、その結果が制御装置60に記憶される。この計測は装置によっては成膜中に成膜装置内で行われることもある。このようにして成膜された結果に基づき、熱処理装置Pn3で半導体ウェハをアニ―リングする。このアニ―リング時の条件も制御回路に記憶されている。次に成膜装置Pn4で成膜が行われ、In2で膜厚が計測され、結果が制御装置に記憶される。
【0085】
exnからPn4までのプロセスで制御装置に記憶された各種情報のうち必要なものが次の露光プロセスPexn + で上記の2次元光変調器3(あるいは301,302)を用いて電子デバイス5´´上の5002に記録される。このようにして、半導体ウェハ製造プロセス中の履歴も半導体ウェハに記録しておくことが出来るため、半導体回路の製造プロセスに必要な情報を総てウエハ上に残すことが出来、製造プロセスの解析を行うことが容易に出来ることになる。
【0086】
上記した電子デバイスの製造工程の例として、半導体デバイスの製造工程を説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、プリント基板の製造工程においても利用できる。本発明をプリント基板の製造工程に適用すれば、少数のロットごと又は1枚ごとに異なった回路パターンを実用的な処理速度で形成することができると共に、本発明による露光装置を用いて各プリント基板にそれぞれに固有の情報を基板上にパターンとして形成することができる。これにより、各種装置に組み込まれたプリント基板について、必要に応じてその製造工程に置ける来歴の情報を容易に入手することができる。
【0087】
【発明の効果】
本発明により、マスクや、レチクルを用いずに高速に、かつ広い範囲に渡り、パターン露光することが可能になり、マスクやレチクルが不要に成った。この結果、マスクやレチクルの保管スペースが不要に成り、更にこれらマスクやレチクルの搬送装置が不要になった。この結果デバイス製造において、大きな経済的な効果が生じる。
【0088】
また本露光装置により製作される各種デバイスには個々のデバイス毎に番号や必要な情報が記録されているため、製造時の品質管理、製品の品質保証、メンテナンス、製品事故時の迅速な対応等が実現し、顧客の製品に対する信頼を得る上でも効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の第1の実施の形態による露光装置の概略構成を説明する正面図である。
【図2】図2は、2次元空間変調器の平面図である。
【図3】図3は、被露光基板と露光照明光の相対位置関係を説明する被露光基板の平面図である。
【図4】図4は、露光基板を相対走査する露光光の隣接走査領域を説明する被露光基板の平面図である。
【図5】図5は、2次元空間変調器上の投影レンズによる結像範囲と照明の位置の時間変化を表す露光視野の平面図である。
【図6】図6は、2次元空間変調器と露光照明光の位置変化を表す2次元空間変調器の平面図である。
【図7】図7は、被露光基板上の露光光と2次元光変調器の投影光学系による像の位置変化を表わす被露光基板の平面図である。
【図8】図8(a)〜(d)は、被露光基板、2次元空間変調器及び露光光の位置変化の相対関係を示すグラフである。
【図9】図9は、露光光学系が複数個併設された状態を説明する被露光基板の平面図である。
【図10】図10は、複数併設された露光光学系の隣接する露光フィールドを説明する被露光基板の平面図である。
【図11】図11は、本発明の第1の実施の形態による露光装置の露光照明光学系の詳細構成を示す正面図である。
【図12】図12は、露光領域を決める開口板の平面図である。
【図13】図13は、露光照明系内のロッドレンズアレー(インテグレータ)の平面図である。
【図14】図14は、ロッドレンズアレー内の1レンズの形状を示す斜視図である。
【図15】図15は、本発明の第1の実施の形態の一変形例で、1光源から複数の露光光学系を得る構成の露光装置の斜視図である。
【図16】図16は、本発明の第1の実施の形態の一変形例で、1光源から複数の露光光学系を得る構成の露光装置の正面図である。
【図17】図17は、本発明の第2の実施の形態による反射型2次元空間変調器を用いた露光光学装置の基本構成を示す斜視図である。
【図18】図18は、本発明により個々のデバイスに固有な情報を記録したデバイスの平面図である。
【図19】図19は、本発明による露光方法を適用したプロキシミティ露光装置の斜視図である。
【図20】図20は、本発明の第3の実施の形態による露光装置の2次元空間変調器とマイクロレンズアレイとの関係を示す斜視図である。
【図21】図21は、本発明による第4の実施の形態を示す露光光学装置の基本構成を示す正面図である。
【図22】図22は、本発明の実施形態図における2次元空間変調器上の表示パターンの平面図である。
【図23】図23は、2次元空間変調器の絵素表示開口を示す平面図である。
【図24】図24(a)は、図23のAA断面における露光強度分布を示すグラフ、(b)は、図23のBB断面における露光強度分布を示すグラフである。
【図25】図25(a1)は、図23のAA断面におけるx座標位置の線形的な変化からのずれを示すグラフ、(a2)は、このときの露光強度分布を示すグラフであり、(b1)は、図23のBB断面におけるy座標位置の線形的な変化からのずれを示すグラフ、(b2)は、このときの露光強度分布を示すグラフである。
【図26】図26(a)は、2次元光変調器の微変動を行わない場合の露光パターンの平面図、図26(b)は、2次元光変調器の微変動を行う場合の露光パターンの平面図である。
【図27】図27(a)は、本発明による隣接絵素間の強度低減を図るための露光光学系の略正面図、(b)は、(a)に示した露光光学系の液晶表示面と投影結像レンズ系の基板の被露光面に共役な位置との関係を示す液晶表示面の正面図、(c)は、基板の露光面の平面図である。
【図28】図28は、本発明の第5の実施の形態による露光装置の基本構成を示す斜視図である。
【図29】図29(a)は表面に大きな段差を有する基板の斜視図、(b)は基板の断面図、(c)は基板上の露光パターンの平面図、(d)〜(g)は(c)のパターンを露光するための従来の分割パターンの平面図である。
【図30】図30は、情報を記入したウエハ等露光基板の平面図である。
【図31】図31は、本発明による露光装置を用いた露光システムの概略構成を示すブロック図である。
【図32】図32は、本発明による露光装置を用いた半導体デバイス製造システムの概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1・・・露光照明系 2・・・露光光偏向手段 3・・・空間変調器 4・・・投影露光光学系 5・・・被露光基板 6・・・制御回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for exposing a desired pattern on a substrate to be exposed, and more particularly to a method and apparatus for exposing a desired pattern without using a dedicated mask or reticle. The present invention also relates to a device obtained by such a method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when a pattern is formed on a substrate such as a semiconductor circuit, a printed wiring board, a flexible wiring sheet, a liquid crystal display or a plasma display, the pattern is formed by exposing using a dedicated mask or reticle corresponding to the pattern to be formed. . That is, first, a mask or reticle serving as an original of a circuit pattern to be formed is drawn on a substrate using an electron beam or a laser, and a mask or reticle dedicated to the circuit pattern to be formed is created. Next, it is formed by exposing a wafer substrate or a glass substrate coated with a photosensitive material on the surface by an exposure device using an exclusive mask or reticle on which this circuit pattern is formed, and etching after post-development.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Such masks and reticles require time and cost to produce themselves, and are particularly problematic in the production of small quantities of various types of products and products that require short delivery times.
[0004]
Further, in order to manufacture a large screen substrate such as a liquid crystal display or a plasma display, it is necessary to manufacture a very large mask, which makes it difficult to manufacture a large screen mask.
[0005]
In addition, in the production using conventional masks, it is necessary to prepare a large number of dedicated masks corresponding to each circuit pattern, and a large space is required for storing the masks, and management costs cannot be ignored. In other words, a mask storage is prepared, and necessary masks need to be quickly taken out from the storage room as needed, and the mask substrate number is entered, the mask storage location is determined, and this information is automatically used as necessary. An unloading system is required.
[0006]
Conventional methods of exposing a substrate using a two-dimensional light modulator without using a mask are described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 62-21115, 62-21212 and 62-21294. Yes. These methods simply use a two-dimensional spatial modulator as a mask instead of a conventional mask. However, the number of pixels of the two-dimensional optical modulator has an upper limit, and a desired pattern (total number of pixels M) is exposed on the substrate when the total number of pixels N (n × n) modulated by the two-dimensional optical modulator is one time. Can not do it. Therefore, conventionally, at least M / N exposure is repeated by the step-and-repeat method to expose all desired patterns.
[0007]
The conventional step-and-repeat method has the following problems. The first problem is the step-and-repeat exposure, especially in the case of a large substrate, the time of step movement when exposure is not performed, the time for waiting for vibration reduction after movement, the time for alignment, etc. Compared with the time to perform, it becomes equivalent or more, and the throughput is lowered.
[0008]
In the step-and-repeat method, the square inscribed in the circular imaging field of the projection exposure lens is the maximum area that can be patterned by one exposure. Therefore, the maximum throughput can be obtained by performing exposure in the shape of an exposure area close to a square. In contrast, the scanning method employed in the present invention, as will be described later, exposes a rectangle having a length close to the diameter of the imaging field circle, a long side perpendicular to the scanning direction, and inscribed in the exposure field circle. Can be a field. As a result, the number of step movements in the direction perpendicular to the scanning direction (in the case of the scanning method, the number of scans) can be reduced by approximately 1 / √2 compared to the step-and-repeat method. This improves the throughput if the same projection optical system is used in both systems. In addition, under the same exposure field width, this means that an imaging lens with a small imaging field, that is, an inexpensive imaging lens is sufficient.
[0009]
The second problem is that a pattern defect occurs at the boundary of step exposure. This is a particularly noticeable defect in the case of a display device such as liquid crystal or plasma.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the problems of the prior art, and to provide a pattern exposure method and apparatus capable of dealing with the production of various kinds and small quantities, and an electronic device (print substrate, TFT substrate, semiconductor) using this exposure apparatus. It is to provide a manufacturing method of a device.
It is another object of the present invention to provide a new pattern exposure method and apparatus that improve the conventional step-and-repeat pattern exposure method, and a method of manufacturing an electronic device using the exposure apparatus.
[0011]
[Means for solving problems]
  In order to achieve the above object, in the present invention, a two-dimensional light information pattern is created from exposure illumination light using a two-dimensional light modulator capable of controlling the light modulation state, and the created two-dimensional light information pattern is projected. In a pattern exposure method that exposes the photosensitive material applied to the surface of the exposed substrate by projecting it onto the exposed substrate whose surface is coated with the photosensitive material via the exposure optical system, the exposed substrate is moved in one direction. The two-dimensional optical modulator is moved in a direction opposite to the direction in which the substrate to be exposed moves at a speed corresponding to the enlargement or reduction magnification of the projection exposure optical system with respect to the movement, and a speed corresponding to the enlargement or reduction magnification. By scanning and irradiating the exposure illumination light on the two-dimensional light modulator moving in the same direction as the movement direction of the substrate to be exposed, a desired light formed by the light reflected or transmitted by the two-dimensional light modulator is formed. First two-dimensional optical information pattern Projecting an image onto a first region of a photosensitive material coated on the surface of a substrate to be exposed via a projection optical system to expose the first region; and on a two-dimensional light modulator using exposure illumination light When scanning is finished, the two-dimensional optical modulatorMove the substrate to be exposedOne way andthe sameSaid in the directionSpeed according to enlargement or reduction ratioThe first region is exposed to a second region adjacent to the first region, which is moved at a faster speed to return to the position where the movement in one direction is started and partially overlaps the exposed first region. The light modulation state of the two-dimensional light modulator is controlled so that the second two-dimensional light information pattern that is continuous with the first two-dimensional light information pattern projected and exposed on the region of the light is controlled, and the illumination position of the exposure illumination light is The photosensitive material applied to the surface of the substrate to be exposed was exposed by sequentially repeating the step of returning the dimensional light modulator to the position at the start of movement in one direction.
[0012]
  In order to achieve the above object, according to the present invention, a pattern exposure apparatus includes a light source, scanning means for scanning light emitted from the light source, and two-dimensional light received by light scanned by the scanning means. Two-dimensional light modulator means for forming an information pattern, first table means for mounting the two-dimensional light modulator means and moving in one direction, and two-dimensional light among the light beams scanned by the scanning means Projection optical system means for projecting an image of a two-dimensional light information pattern on a substrate to be exposed at a desired magnification by making light transmitted through the two-dimensional light information pattern formed by the modulation means, and a substrate to be exposed are placed And a second table means movable at least in a plane, a control means for controlling the scanning means, the two-dimensional light modulator means, the first table means and the second table means, Control the second table means to expose The first table means is controlled while moving the substrate in one direction, and the two-dimensional light modulator is exposed at a speed corresponding to the magnification or reduction magnification of the projection exposure optical system with respect to the movement by the second table means. The substrate is moved in the direction opposite to the direction in which the substrate is moved, and the scanning means is controlled to move the exposure substrate on the two-dimensional light modulator moving at a speed corresponding to the magnification or reduction magnification. An image of a first desired two-dimensional optical information pattern formed by controlling the two-dimensional optical modulator by scanning and irradiating in the same direction was applied to the surface of the substrate to be exposed via the projection optical system means. When the first area is exposed by projecting onto the first area of the photosensitive material, and the scanning on the two-dimensional light modulator by the exposure illumination light is finished, the first table means is controlled to control the two-dimensional light modulator.Move the substrate to be exposedOne way andthe sameSaid in the directionSpeed according to enlargement or reduction ratioThe first desired two-dimensional optical information pattern partially overlaps with the first desired two-dimensional optical information pattern by controlling the two-dimensional optical modulator by moving at a faster speed to return to the position where the movement in one direction is started. A second desired two-dimensional light information pattern continuous with the first desired two-dimensional light information pattern is created adjacent to the two-dimensional light information pattern, and the illumination position of the exposure illumination light is two-dimensionally controlled by controlling the scanning means. By repeating the return to the position at which the optical modulator starts moving in one direction, the second region is partially adjacent to the first region of the photosensitive material applied to the surface of the substrate to be exposed. The region and the second region partially overlapped with each other so as to be sequentially exposed.
[0013]
At this time, the substrate to be exposed is scanned at a substantially constant speed over the entire width of the substrate to be exposed in the scanning direction. The two-dimensional light modulator scans a certain width according to the scanning of the substrate, the exposure beam position scanning for irradiating the two-dimensional light modulator, and the dimensions of the two-dimensional light modulator. After this scanning, the two-dimensional spatial modulator is scanned in the reverse direction by a scanning amount substantially in the forward direction. The exposure beam position irradiating the two-dimensional light modulator is scanned in the direction opposite to the scanning of the two-dimensional light modulator according to the scanning amount in the forward direction of the two-dimensional light modulator. By doing so, the non-exposure time other than exposure can be shortened over the entire width of the substrate to be exposed in the scanning direction, and throughput can be improved.
[0014]
Exposure to the entire exposure region in the direction perpendicular to the scanning direction is performed as follows. That is, after the substrate to be exposed is scanned at a substantially constant speed over the entire width to be exposed in the scanning direction, the substrate to be exposed is substantially equal to or slightly smaller than the exposure width Wy at the time of scanning in the direction perpendicular to the scanning direction. The distance Sy is moved stepwise in a direction perpendicular to the scanning direction, and scanning is repeated.
[0015]
At this time, the exposure width Wy is made smaller than the step movement width Sy by ΔWy. Furthermore, the total exposure energy per unit area by the exposure illumination light in the region of width ΔWy exposed twice over two adjacent scans is made equal to the total exposure energy per unit area other than the region. By doing in this way, the conventional subject can be solved, without discontinuous exposure occurring in the region between two adjacent scans.
[0016]
The two-dimensional optical information pattern shown above is projected onto the substrate to be exposed at a constant exposure magnification by the projection exposure optical system. By doing so, exposure with high resolution becomes possible.
[0017]
A plurality of the exposure beams and two-dimensional light modulators are provided in a direction orthogonal to the scanning direction. In this way, it is possible to simultaneously expose a wide range by a single scan of the substrate.
[0018]
The plurality of two-dimensional optical modulator pattern generation regions are provided with a portion displaying the same pattern in the vicinity of the boundary region between adjacent two-dimensional optical modulators. Further, the total exposure energy associated with scanning per unit area by the exposure illumination light from the adjacent two-dimensional spatial modulator to this region is made equal to the total exposure energy associated with scanning per unit area other than this region. By doing in this way, the conventional subject can be solved, without performing discontinuous exposure in the area of the adjacent two-dimensional optical modulator.
[0019]
The two-dimensional light modulator is composed of liquid crystal. Further, a two-dimensional modulator having a mechanism in which a large number of minute mirrors are arranged and deflected by an electric signal to modulate light may be used. When these two-dimensional optical modulators using liquid crystals and micromirrors are made reflective, the back surface can be cooled, and even if the exposure energy increases, the lifetime can be extended without damaging the spatial modulator. Is possible.
[0020]
A plurality of two-dimensional optical modulators are provided in a direction perpendicular to the direction scanned by the scanning means. In this way, the number of scans can be reduced, a desired area can be exposed in a short time, and throughput can be improved.
[0021]
When the plurality of two-dimensional light modulators provided are reflective spatial modulators, a polarization beam splitter is inserted between the reflective spatial modulator and the exposure projection optical system. Further, the exposure illumination system is provided with a polarized beam separating means for separating the exposure light into two orthogonally polarized lights. The polarized beam is guided to the adjacent polarized beam splitter by the polarization separating means. By doing so, it is possible to illuminate the adjacent two-dimensional light modulators with light energy emitted from the light source without waste, and to expose the reflected light incident on the two-dimensional light modulator without waste. It becomes possible to guide to the substrate.
[0022]
By using the exposure method described above, in the process of manufacturing one semiconductor device or display device or a device such as a printed circuit board by one or more exposures, different numbers are assigned to individual devices or individual device groups on the exposure substrate. , Numbers, barcodes, names, symbols, pictures, or indicia. If it is possible to form different numbers, numbers, barcodes, names, symbols, pictures, or indicia for each device, or for each semiconductor device, for example, for a semiconductor device, in the production process It can be used for quality control, accident analysis after entering the market, etc.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an exposure illumination system, which includes an exposure light source and an optical system that causes the two-dimensional light modulator 3 to generate an exposure beam having desired directivity and intensity distribution. The detailed configuration of the exposure illumination system 1 will be described later. Denoted at 2 is a deflection mirror which is a part of an illumination deflection means for scanning and illuminating the exposure beam on the two-dimensional optical modulator. The illumination deflection means is driven by a mirror (not shown) which rotates within a certain range as shown in the figure. The mechanism is composed of a drive circuit (not shown) that receives the drive signal from the control circuit 6 and drives the drive mechanism. The exposure beam is reflected by the deflecting mirror, passes through the condenser lens 11, and irradiates the two-dimensional light modulator (spatial modulator, two-dimensional spatial modulator) 3.
[0024]
As shown in detail in FIG. 2, the spatial modulator 3 has a large number of picture elements 310 arranged in the xy direction in the modulation plane, and the total number of picture elements in the display area indicated by 31 is at least 2000 × 2000, Preferably it is 10,000 × 10000 or more. The two-dimensional optical modulator shown in the present embodiment is made of liquid crystal, and the liquid crystal material and the alignment film are materials that can sufficiently withstand the g-line and h-line of the mercury lamp that is the exposure wavelength. It is also possible to perform exposure with i-line using a liquid crystal two-dimensional modulator that can withstand i-line of a mercury lamp having a shorter wavelength by selecting a special material.
[0025]
The modulation area of the two-dimensional optical modulator has a width of Wm in the x direction and a width of Wy in the y direction, and the exposure beam is irradiated to the irradiation area 71 that is hatched including a part of the display area. . In this irradiation area 71, the irradiation position changes at a speed Vxm as shown by the arrow in the figure by the illumination deflection means.
[0026]
On the other hand, the two-dimensional optical modulator itself is shown by an arrow Vx in FIG.1As shown in FIG. 5, the optical disk is driven by a two-dimensional optical modulator stage (not shown) at a high speed in the opposite direction to Vxm. The drive width of this stage is approximately equal to the display width Wm of the two-dimensional optical modulator.
[0027]
In FIG. 1, the exposure light having the exposure pattern transmitted through the two-dimensional light modulator 3 is projected onto the exposure substrate 5 by the projection optical system 4 of equal magnification. A photosensitive material is applied on the surface of the substrate, and an exposure region 72 thereon is irradiated and exposed.
[0028]
FIG. 3 shows that the substrate to be exposed 5 is Vx by a substrate stage (not shown).2(= -Vx1) In the x direction at a speed of (), and shows a state where scanning exposure is performed. In order to represent a relative change between the substrate 5 and the field 701 of the projection optical system, the moving substrate 5 is fixed as shown by a thick solid arrow, and the exposure field is moved as shown by a solid arrow. Yes. As shown in FIG. 4, the exposure area 72 is a parallelogram inscribed in the exposure field 701. The side Ly in the y direction is orthogonal to the scanning direction, and the side Lx in the scanning direction is not parallel to the scanning direction. The exposure field is relatively Vx in the left direction as indicated by the thin solid arrow pointing to the left in the lower part of FIG.2Relative movement at the speed of. If the substrate goes to the right end of FIG. 1, the exposure field goes to the left end of the substrate 5 as shown by the long arrow at the bottom of FIG. During this time, exposure is performed. When reaching this end, the stage moves Sy in the y direction, and the exposure field moves as indicated by an upward arrow. No exposure is performed during the movement in the y direction. After the movement in the y direction is completed, the stage is moved to the left, so that the exposure field moves as shown by the second long and thin arrow (dotted line) from the bottom of FIG. 3, and exposure is performed during this time.
[0029]
FIG. 4 is a view showing an exposure area near the boundary between the scanning of the exposure field. The right-to-left scanning of the solid line in FIG. 3 is performed along the exposure field center line C1-C1 ′, and the second left-to-right scanning from the bottom is along the exposure field center line C2-C2 ′. Made. The distance between the center lines is Sy. The parallelogram exposure field has a width wy in the y direction, and wy is longer than Sy by the length component Δwy in the y direction of the side Lx. That is, this inclined portion overlaps in the exposure field of the adjacent scanning.
[0030]
By doing so, the problem that occurs when the above-mentioned display device is exposed by the step-and-repeat method, that is, the pattern width and the like change only when the upper and lower exposure amounts slightly change at the boundary between the two scans. , No conspicuous borderline is generated.
[0031]
Next, the operations of the substrate, the two-dimensional light modulator, and the scanning exposure beam in one scanning will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows the movement of the exposure illumination light accompanying the driving of the illumination deflection means in the projection optical system imaging region 701 on the two-dimensional light modulator. As the time elapses, the inside of the projection optical system imaging region 701 changes to hatched hatched portions 711, 712, 713, and 714 as shown in (a), (b), (c), and (d) from the right in FIG. . The exposure light is scanned in the horizontal hatching portion 70 by driving the two-dimensional light modulator and the illumination deflecting means.
[0032]
FIG. 6 shows a situation in which the position of the exposure light relatively changes on the two-dimensional light modulator by such scanning. The positions of the exposure beam shown in (a), (b), (c), and (d) of FIG. 5 on the two-dimensional optical modulator are 711, 712, 713, and 714, respectively. That is, when the two-dimensional light modulator moves leftward at a speed Vx1 and when the exposure illumination light moves rightward by the illumination deflecting means 2 at a speed Vxm, the exposure illumination light changes as shown in the figure.
[0033]
FIG. 7 shows the position change of the image by the exposure light on the substrate to be exposed and the projection optical system of the two-dimensional light modulator. The positions of the exposure light on the substrate to be exposed corresponding to the positions of the exposure lights 711, 712, 713 and 714 in FIGS. 5 and 6 are 721, 722, 723 and 724, respectively. As shown in the drawing, the upper and lower two lines of FIG. 7 have the same center line C1-C1 for exposure scanning in the x direction on the substrate to be exposed. The sequential scanning of the light modulator and the illumination light is shown shifted up and down. Ie time t0~ T0One scan of the two-dimensional light modulator and illumination light is performed during + ts. When the operation is finished, it returns to the starting position over time Δt. Then the second scan is time t0+ ts + Δt ~ t0between + ts + Δt + ts.
[0034]
The exposure light position at the start of the second scan and the pattern generated by the two-dimensional light modulator are indicated by 721 'in the figure, which is exactly the same as 724 in the first scan exposure. This is because only half of the exposure energy is exposed by scanning exposure at the center line in the y direction of 724 as compared to locations other than 724. Therefore, by starting the second scanning at this position, there is no pattern break. This is for exposure. The arrows shown in the figure indicate the situation where the position of the exposure light changes with time. When the first scanning is completed, the two-dimensional optical modulator stage and the illumination deflecting unit are driven and returned to the scanning start position over time Δt. By returning, the start exposure position of the second scan becomes equal to the end position of the first scan. Further, the start pattern 721 'displayed by the two-dimensional optical modulator matches the pattern 724 at the end of the second scan. In this way, it is possible to continuously expose the pattern even if the substrate to be exposed moves at a constant speed.
[0035]
FIG. 8 is a graph showing changes with time of the position of the substrate to be exposed, the position of the two-dimensional light modulator, and the position at which the exposure illumination light from the illumination deflecting means scans the two-dimensional light modulator. 8A and 8B show changes in the position of the substrate stage in the x and y directions. FIG. 8C shows a change in the position of the two-dimensional optical modulator stage in the x direction. However, the x direction of the secondary current spatial modulator is different from the x direction of the substrate stage. FIG. 8D shows a change in the position in the x direction when the illumination light driven by the illumination deflector scans the two-dimensional optical modulator. The exposure starts when the time t is 0, and the two-dimensional light modulator stage is moved in the x direction from (n−1) (ts + Δt) to (n−1) (ts + Δt) + ts. Meanwhile, exposure is performed by moving the illumination light in the x direction on the two-dimensional light modulator by driving the illumination deflection means. However, the x direction of the illumination light is the same as the x direction of the substrate.
[0036]
Between (n-1) (ts + Δt) + ts and n (ts + Δt), the two-dimensional optical modulator stage is returned in the direction opposite to x at a high speed, and during that time the illumination deflecting means is also driven, Return at high speed in the opposite direction of x on the dimensional light modulator. Of course, during this return, the illumination light is shielded by a shutter (not shown). This is repeated until the integer n is 1 to N, that is, N (ts + Δt), thereby exposing a desired range in the direction of the substrate stage x as shown in FIG. When the exposure for one scan of the substrate stage is completed, the substrate stage is moved Sy in the y direction as shown in FIG. 8 (b), and the second scan is performed in the reverse direction by the above method. The above operation is repeated until a desired area in the y direction is exposed, and the exposure is completed.
[0037]
FIG. 9 shows that eight exposure optical systems shown in FIG. 1 are installed in parallel, and simultaneously expose eight columns. The exposure fields of the respective exposure optical systems are 701, 702,... 708, and two of the adjacent exposure fields are shown in FIG. In the adjacent field in the case where there is one exposure optical system described above, the sides in the x direction are not parallel to the x direction and are slightly inclined. In this way, by performing exposure from both of the adjacent exposure fields in the vicinity of the boundary line BB ′, it is possible to prevent the generation of a discontinuous pattern occurring at the boundary portion.
[0038]
FIG. 11 is a diagram showing details of the exposure optical system 1 shown in FIG. 17 is a mercury lamp, 18 is an ellipsoidal mirror, and 16 is a rod lens array whose details are shown in FIGS. In order to perform exposure by scanning and to take a long and narrow exposure area diagonally to the projection lens, the exposure illumination light is formed into an oval shape as indicated by 100 in FIG. In order to realize this, as shown in FIG. 13 and FIG. 14, a large number of convex lenses having sides having short Wx in the x direction and long Wy in the y direction are arranged and used as shown in FIG. 13.
[0039]
When light from a mercury lamp close to a point light source is collected on such a rod lens array 16, g-line, h-line or i-line emitted from the light source enters the rod lens with very little loss. The incident parallel light component directed in a specific direction is collected at a specific position at the exit end of the rod lens, becomes divergent light having a large divergence angle in the y direction, and divergent light having a small divergence angle in the x direction. And exits from the exit end.
[0040]
The emitted light passes through the mirror 15 and the lens 14 and enters the aperture plate 13 shown in detail in FIG. The aperture plate has 1371 parallelogram apertures. The light having different divergence angles for x and y becomes illumination light having an oval shape as indicated by 100 on the aperture plate. The intensity distribution in the aperture becomes uniform due to the diffusion effect of the rod lens array. Since this opening is conjugated to the surface of the two-dimensional light modulator 3 by the lenses 12 and 11, the light transmitted through this opening forms an image of this opening on the two-dimensional light modulator.
[0041]
Further, the light transmitted through the opening 1371 is condensed on the surface of the mirror 2 of the illumination deflecting means at the focal position of the lens 12. The distance between the mirror surface and the lens 11 is equal to the focal length of the lens 11. For this reason, the principal ray of the light transmitted through the lens 11 does not depend on the deflection angle of the mirror 2 of the illumination deflecting means, and the irradiation position is always in the x direction according to the deflection angle while maintaining the vertical irradiation on the two-dimensional optical modulator. To change. In this way, exposure illumination light that is long in the y direction can be scanned in the x direction.
[0042]
A modification of the first embodiment described above is shown in FIGS.
FIGS. 15 and 16 are examples in which the illumination light emitted from one light source is divided into two and divided into two exposure illumination systems. 15 is a perspective view, and FIG. 16 is a side view. Reference numerals 101 and 102 in FIG. 15 branch the exposure light emitted from one light source (not shown) into two by means for showing details later. The operations of the respective exposure optical systems shown in FIGS. 15 and 16 are as described above. In this embodiment, a transmission type such as a liquid crystal is used as the two-dimensional light modulator.
[0043]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 17 shows an example using a reflective two-dimensional optical modulator. The same part numbers in FIG. 17 and FIG. 11 represent the same thing. The light emitted from the mercury lamp 7 is condensed by the ellipsoidal mirror 18 onto the light integrator 16 described with reference to FIGS. The light that has passed through the optical integrator passes through the lens 14 and the shutter 133 and then irradiates the opening 131 with uniform light. The opening 131, the two-dimensional light modulator 301, and the substrate 5 are in an imaging relationship. The light transmitted through the opening 131 is divided into two by the polarization beam splitter 110. That is, the P-polarized component of the light incident on the polarization beam splitter is transmitted through the polarization beam split surface, and the S-polarized component is reflected. The reflected S-polarized light component is converted to P-polarized light by the half-wave plate 1223 and reflected by the mirror 1222. The P-polarized exposure light thus branched passes through the respective exposure optical systems as shown below, and exposes regions 711 and 712 on the substrate, respectively. In the biaxial exposure optical system of FIG. 17, the hatched one is the back, and the one not hatched is the front exposure optical system. Since both optical systems are exactly the same, only the front exposure optical system will be described below.
[0044]
The linearly polarized light oscillating in the y direction that has passed through the polarizing beam splitter 110 passes through the lens 1112, is condensed on the deflecting mirror 1113 attached to the rotation drive source 1102, is reflected, and enters the lens 1111. The light transmitted through the lens 1111 is incident on the second polarization beam splitter 311. Since the light incident on the second polarization beam splitter is linearly polarized light in the y direction, it becomes S-polarized light for the polarization beam splitter. As a result, almost 100% of the light incident on the second polarizing beam splitter 311 is reflected and enters the two-dimensional optical modulator 301.
[0045]
The two-dimensional light modulator 301 of this embodiment is a reflective two-dimensional light modulator. A reflection type two-dimensional modulator using liquid crystal may be used, or a two-dimensional modulator based on deflection of a minute mirror array may be used. When liquid crystal is used, one of the two surfaces sandwiching the liquid crystal, that is, the upper surface in FIG. 17 is a mirror surface, and the lower surface is a transmission surface. In a normal transmissive liquid crystal, polarizing plates are necessary on both surfaces of the glass sandwiching the liquid crystal, but the polarizing plate is not necessary in the liquid crystal two-dimensional light modulator of this embodiment. That is, the polarization beam splitter 311 plays this role. That is, the linearly polarized light in the y direction directed upward by the polarization beam splitter 311 enters the two-dimensional light modulator 301. After being reflected by the glass on the upper surface, the reflected polarized light becomes linearly polarized light in the x and y directions depending on the display state and non-display state caused by the voltage applied to each pixel of the two-dimensional spatial modulator. For this reason, when the light passes through the polarizing beam splitter again, only the reflected light from the display state pixel which is linearly polarized light in the x direction passes through the polarizing beam splitter.
[0046]
Thus, the electrical signal information applied by the two-dimensional spatial modulator becomes the two-dimensional information of the exposure light, and is imaged and projected onto the exposure substrate 5 by the projection exposure lens 401 and exposed. As described above, since exposure should not be performed when the scanning of the two-dimensional light modulator and the exposure illumination light is returned, the exposure light is shielded by using the shutter 133 at the time of return.
[0047]
Also in this embodiment, as described above, by driving the substrate 5, the two-dimensional optical modulator 301, and the deflecting mirror as indicated by arrows, it is possible to scan the substrate 5 at a substantially constant speed to expose the entire surface of the substrate. become.
[0048]
Although the above description uses a reflective liquid crystal two-dimensional light modulator, a two-dimensional spatial modulator in which minute deflection mirrors are two-dimensionally arranged may be used. In this case, a quarter wavelength plate is inserted between the deflecting beam splitter 311 and the two-dimensional spatial modulator 301 ′. By doing so, it is possible to use the reflected light from the display unit for almost 100% exposure as in the above-described liquid crystal two-dimensional spatial modulator. In the pixel portion in the display state, the deflection angle of the micromirror is 0 degree, and in the pixel in the non-display state, the deflection angle is θ. The light reflected by the display unit enters almost 100% into the pupil of the projection exposure lens 401 to expose the substrate. On the other hand, the light reflected by the non-display portion is directed to the projection exposure lens with a 2θ inclination with respect to the optical axis of the exposure optical system. When the numerical aperture of the projection exposure lens is NA and the magnification of the projection exposure is 1 / M, the deflection angle θ of the non-displayed pixel is selected so as to satisfy the condition of sin (2θ) ≧ NA / M. The light reflected by the display unit deviates from the pupil of the projection exposure lens and does not reach the substrate. Further, when M is large, the light from the non-display portion passes outside the projection exposure lens. Therefore, by providing a light shielding plate in this portion, it is possible to avoid noise exposure on the substrate 5 to be exposed.
In the above description, the case where the projection exposure magnification is 1 / M and M = 1 has been described, but M is not limited to 1. The present invention can be applied to both reduced exposure and enlarged exposure. When the magnification is 1 / M, the scanning speed of the two-dimensional spatial modulator and the exposure illumination light on the two-dimensional optical modulator with respect to the scanning speed of the substrate 5 may be set to be M times that when the scanning speed is one time. it is obvious.
[0049]
Although omitted in the above embodiment, when a normal circuit or a display device is manufactured by this method, it is not completed by one exposure, and a multilayer film is formed by changing the pattern several times or 20 times and performing overexposure. Make a device consisting of In such a case, since a new pattern is overlaid and exposed on the pattern already formed on the substrate, the exposure apparatus has a well-known alignment function for detecting and aligning the pattern on the substrate. .
[0050]
FIG. 18 shows an example in which the present invention is applied to a process for manufacturing a semiconductor device by processing a wafer. Reference numeral 5 ′ denotes a wafer on which a semiconductor LSI pattern is exposed. This wafer has already been formed with a multilayer thin film that will be a semiconductor circuit, and the uppermost layer is a wiring pattern that is exposed by the above-described exposure apparatus of the present invention and has a relatively wide pattern. A semiconductor LSI chip 501 is finally cut into one device. This chip includes a wiring pattern portion 501 and a chip individual information area 503 in which various numbers, names, etc. are individually written for each of the devices. This chip individual information area 503 includes numbers such as a manufacturing number and serial number shown in 504, numbers, names, symbols, pictures, indicia, etc. representing parameters and manufacturing conditions at the time of manufacturing, barcodes shown in 505, etc. Necessary information such as an information code is exposed by the exposure apparatus of the present invention.
[0051]
That is, the exposure method and apparatus of the present invention can individually write various numbers and names on device products manufactured on a substrate, which was impossible when using a conventional mask. As a result, quality control becomes easy at the production stage. In addition, since the history is clear after the product is completed, sold, and put on the market, even if a failure occurs later, by reading the information in the chip individual information area 503, the cause can be clarified and countermeasures can be taken. It becomes easy to do.
In order to record the chip individual information area 503 on the chip, the information to be recorded is recorded in advance in the memory of the control circuit 6 of the exposure apparatus together with other circuit pattern information. A two-dimensional optical modulator that moves in synchronization with scanning during exposure of the exposure substrate (wafer substrate) may be driven based on this recording information to generate display patterns 502 and 503 in FIG.
[0052]
Thus, each device is a device such as a semiconductor device made of a semiconductor chip manufactured through the above exposure process, a display device such as a liquid crystal display or a plasma display, a printed circuit board, a flexible pattern substrate, or a micromachine device. Device individual information is written in In this way, quality control at the time of manufacturing the device itself becomes possible. Even after the product is put on the market, the information recorded in the device is read by the enlargement detection means or the like, so that the history at the time of manufacture of the product can be surely understood and fine maintenance can be performed. In addition, since information such as sales channels and product numbers can be managed, it is possible to take quick measures or respond to an accident.
[0053]
In the above description, an example in which different information is written to each device has been described. For example, the same information is recorded on a semiconductor device obtained from one wafer, and all information obtained from one wafer is recorded. The chip may be a single device group. Moreover, the same number is given to the chip | tip of the same place on the wafer in 1 lot (it consists normally of 10 to several dozen wafers), it is set as one device group, a different number is attached to a different place, and a different device group You may manage as.
[0054]
FIG. 19 is a diagram in which the exposure method according to the present invention is applied to proximity exposure. The exposed substrate 5 ″ and the two-dimensional spatial modulator 3 ″ are scanned in the direction of the x direction arrow at the same speed Vx2 ′ (= Vx1 ′). The exposure illumination light 71 ″ is scanned in the x direction opposite to this direction at a speed Vxm1 ′ smaller than the above speed. When the exposure illumination light reaches the right end of the two-dimensional spatial modulator, the two-dimensional spatial modulator and the exposure illumination light are returned to the positions shown in the figure. At this time, the substrate to be exposed continues scanning at a constant speed Vx2 ′. This operation is continued until exposure is completed to the right end of the exposure substrate, and then the substrate to be exposed is stepped in the y direction in the same manner as exposure by the imaging lens described above. By repeating this operation, the entire substrate is widely exposed. The above drive control is performed by the control circuit 6 ″.
[0055]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 20 shows an embodiment using a reflective two-dimensional spatial modulator 3 ″. The length of the reflection part of the minute deflection mirror 310 ″, which is the part that reflects the light of the spatial modulator, is smaller than the arrangement pitch of the deflection mirrors. As a result, the intensity of the pattern projected onto the substrate 5 decreases between the adjacent deflection mirror portions. As a result, if the resolution of the projection optical system is smaller than the size of the deflecting mirror, the pattern does not become a continuous pattern but a pattern made of dots, and a desired pattern cannot be exposed.
[0056]
Reference numeral 300 ″ in FIG. 20 denotes a microlens array that solves this problem. The projection exposure lens 401 (and 402) is used, and the microlens array 300 ″ is arranged separately from the projection lens and close to the two-dimensional light modulator. The pitch of this microlens array is equal to that of the minute deflection mirror, and the focal position is on the reflection surface of the minute deflection mirror. As a result, all of the rectangular illumination light entering each rectangular microlens array is focused on the micro-deflection mirror corresponding to each microlens, reflected, and returned to the rectangular microlens at the time of incidence again. The same light path is emitted in reverse. Therefore, if the projection exposure lens 401 (402) allows the microlens emission surface to form an image on the exposure surface of the substrate, the intensity between the picture elements does not decrease and the dot pattern does not become separated. A desired pattern can be exposed.
[0057]
The microlens array 300 ″ shown in FIG. 20 is composed of minute convex lenses, but an array of minute Fresnel lenses may be used. Further, a reflection type Fresnel lens or a reflection type hologram is formed on the surface of the minute deflection mirror surface 310 ″, and the reflected light from each mirror is appropriately overlapped on the surface Σh at a distance h after reflection, and a gap is formed. The intensity distribution should be uniform without leaving a gap. In this way, when the surface Σh is imaged on the exposure surface of the substrate 5 by the projection exposure lens 401 (402), a desired pattern can be exposed without forming a dot pattern in which the picture elements are separated. It becomes possible.
[0058]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the fourth embodiment, the display pattern 3101 ″ of the two-dimensional spatial modulator 3 ″ moves on the two-dimensional spatial modulator at the velocity Vd.1″ ″ Moves the two-dimensional spatial modulator 3 ″ (velocity Vx1The point of movement in the “″) direction is different from those of the first to third embodiments. That is, in the first to third embodiments described above, for example, when the imaging magnification of the projection optical system is set to 1, the scanning speed Vxm of the substrate 5 and the scanning speed Vx of the two-dimensional spatial modulator.1They were equal. However, in the fourth embodiment shown in FIGS. 21 and 22, Vxm = Vx1″ ″ + Vd1″. The reason why the two, that is, the two-dimensional light modulator and the display pattern image are moved together is as follows.
[0059]
The first reason is that the dimension of the spatial modulator in the scanning direction can be reduced by moving the two. The second reason is that unless the spatial modulator is moved at all, the display speed of the spatial modulator regulates the exposure throughput, and high-throughput exposure cannot be performed. Therefore, the display pattern may be moved in the scanning direction on the two-dimensional spatial modulator as long as the display switching speed is possible without problems, and the two-dimensional spatial modulator itself may be moved in the scanning direction by the shortage.
[0060]
Here, as a third embodiment, a solution for the problem that the intensity between picture elements becomes weak and does not become a continuous pattern but becomes dot-like is shown using FIG. 20. It can also be solved by the method shown. That is, in the case of the fourth embodiment shown in FIGS. 21 and 22, the problem can be similarly solved by slightly tilting the array of the two-dimensional spatial modulator in the scanning direction from the scanning direction. it can. In this way, in the case of the embodiment shown in FIGS. 21 and 22, when attention is paid to an arbitrary portion of the pattern exposed on the substrate, the two-dimensional spatial modulator used to expose the portion is used. The number of picture elements is over a number k of picture elements. Therefore, if the k picture elements in the scanning direction are inclined by about one picture element in a direction perpendicular to the scanning direction, the unevenness in the intensity between adjacent picture elements in the direction perpendicular to the scanning direction is eliminated. The intensity unevenness between adjacent picture elements in the scanning direction averages the intensity between adjacent picture elements by generating a slight speed unevenness in the scanning speed during the time of scanning the two-dimensional optical modulator by the above-mentioned k minutes. It can be eliminated.
[0061]
In the embodiment in which the display pattern is not moved on the two-dimensional spatial modulator shown in FIG. 1 and the like, the exposure pattern of the substrate 5 does not vary between adjacent picture elements regardless of the method of FIG. A method of performing this will be described with reference to FIGS.
[0062]
In the scanning direction, the intensity between adjacent picture elements is averaged by generating a slight speed variation in the scanning speed in the same manner as described above. About the direction orthogonal to the scanning direction, about one picture element is meandered in this direction within the time to expose the picture element of interest.
[0063]
This will be described in detail below with reference to FIGS. FIG. 23 is a diagram of a two-dimensional spatial modulator, and 310 represents one picture element of a micromirror or a liquid crystal display element. That is, light that is transmitted or reflected through the two-dimensional spatial modulator comes out of the 310 rectangular area. The hatched picture elements in the figure are in an ON state, that is, a region that reflects or transmits light. Therefore, when this light is projected onto the substrate 5 by the projection exposure lens 4 (or 401, 402), the projected image intensity distribution (exposure intensity distribution) of the AA and BB cross sections shown in FIG. As shown in (b). When the imaging magnification is 1: 1, if the scanning of the projection image and the scanning of the substrate 5 are completely coincident with each other, a dot-like pattern is formed on the substrate that is identical to that shown in FIG. . The original desired pattern is to connect adjacent ON dots, but they are separated.
[0064]
As shown in FIG. 23, the pixel pitches in the x and y directions are Px and Py. Since the dimension of the exposure irradiation light on the two-dimensional optical modulator in the scanning direction is We, the time for which the exposure illumination light passes through the pixel of interest is We / (Vx1 ″ −Vxm). tepAnd As shown in FIG. 25 during the scanning exposure time in the x direction.
[0065]
That is, the scanning of the two-dimensional optical modulator is not performed at a constant speed as indicated by a dotted line, but a slight speed unevenness is generated, and the deviation amount ± Δx from the linear change of the x coordinate position is equal to the pixel pitch Px. Set to about 0.2 to 0.8. In this way, the projection pattern is swung in the x direction during the exposure of the pixel of interest. As a result, as shown in FIG. 25 (a2), unevenness between dots indicated by dotted lines (dot-like separation) disappears, and a desired pattern having a uniform distribution can be obtained as indicated by solid lines.
[0066]
On the other hand, the pattern in the direction orthogonal to the scanning is t as shown in FIGS.epThe two-dimensional spatial modulator that is originally kept stationary is moved by ± Δy in the y direction. In this way, the projection pattern is shaken in the y direction during exposure of the pixel of interest. As a result, as shown in FIG. 25 (b2), unevenness between dots indicated by dotted lines (dot-like separation) disappears, and a desired pattern having a uniform distribution can be obtained as indicated by solid lines. FIG. 26 shows the above contents two-dimensionally.
[0067]
When the two-dimensional light modulator is not slightly changed, the exposure pattern is exposed as it is as shown by the oblique line 722 in FIG. 26A, and the space 723 between adjacent picture elements is not exposed. . However, as shown in FIG. 26 (b), which is good for finely moving the two-dimensional optical modulator as described above, the inter-picture element 723 'of the exposure area 720 for one field of view on the substrate 5 is exposed to form a desired pattern. It becomes possible to expose.
[0068]
Such control of the above-mentioned two-dimensional optical modulator is originally performed by measuring the stage position in the scanning direction and the direction orthogonal thereto with a laser length measuring device or a magnescale (not shown). Since the stage is controlled by the control circuit 6 based on the above, it can be easily realized. In the above embodiment, Δx and Δy are slightly changed by the two-dimensional spatial modulator. However, the two-dimensional spatial modulator is linearly operated, and the fine fluctuation component is applied to the substrate stage as in the case of the two-dimensional spatial modulator. You can put it on.
[0069]
FIG. 27 is a diagram showing a further embodiment that eliminates the reduction in exposure intensity that occurs between picture elements. In the figure, the transmission type two-dimensional optical modulator is used for explanation, but the reflection type is also effective. The part numbers in FIG. 27A and those in FIG. 1 that are the same represent the same thing. The display surface of the liquid crystal 31 and the like that modulates the light of the two-dimensional spatial modulator 3 ″ is the 311 surface in FIG. A surface 312 that is shifted in the optical axis direction by Δ from the display surface 311 is arranged in a conjugate relationship with the surface to be exposed of the substrate 5 by the projection exposure lens. By doing so, the display pattern of the two-dimensional spatial modulator is projected onto the substrate in a slightly defocused state. As a result, as shown in FIG. 27 (c), the reduction in exposure intensity occurring between the picture elements 723 ″ in the exposure area 720 for one field of view of the exposure optical system 4 on the substrate 5 is eliminated, and a desired pattern is obtained. The substrate can be exposed.
[0070]
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG.
28, the same number as the part number in FIG. 17 represents the same thing. In the second embodiment shown in FIG. 17, the scanning of exposure light to the reflective two-dimensional spatial modulators 301 and 302 is performed by the deflectors 1102 and 1202, but the fifth embodiment shown in FIG. In the embodiment, the aperture plate 13 is driven up and down as indicated by an arrow 73 by the driving device 132, and the aperture 131 of the aperture plate 31 is conjugate with the two-dimensional spatial modulator, so that the exposure light is transmitted on the two-dimensional spatial modulator. Scanned. This scanning is controlled by the control device 6 in synchronization with the scanning of the two-dimensional spatial modulators 301 and 302 and the scanning of the xy stage 9 on which the substrate is mounted. The exposure light applied to the aperture plate 13 is somewhat larger than that of the aperture 131. Even if the aperture plate moves up and down, the intensity of the exposure light passing through the aperture 131 does not change and is substantially uniform within the aperture. It is.
[0071]
The xy stage 9 on which the substrate 5 is mounted has a length measuring device 901 in the x direction and a length measuring device 902 in the y direction, and the position of the stage is measured with an accuracy of sub μm. The intensity unevenness between adjacent picture elements can also be reduced by slightly meandering in the xy direction shown in the description of FIG. 5 by controlling the xy stage with the control circuit 6 based on the measurement data of the length measuring devices 901 and 902. Is done.
[0072]
The exposure of the pattern to most exposure substrates may be several times in the case of a display element such as a liquid crystal and several tens of times in the case of a semiconductor circuit. When an element is formed by performing multiple exposures in this way, a new pattern is overlaid and exposed on a pattern that has already been exposed. At this time, it is necessary to accurately perform overlay exposure on the already formed pattern. Therefore, alignment marks 91 and 92 shown in FIG. 28 are formed on the substrate during the first pattern exposure. This mark is enlarged and formed on the imaging surface of the imaging device 81 such as a CCD by the pattern detection optical system 80 to detect the image of the mark. From the position of the mark detected by the image pickup apparatus and the position of the xy stage detected by the length measuring devices 901 and 902, the exact positions of the alignment marks 91 and 92 are obtained by the control circuit. Based on this value, the exposure position, the position of the two-dimensional spatial modulator, and its display pattern are determined, and scanning exposure is executed according to the command of the control circuit so that the exposure is accurately overlaid on the pattern already exposed on the substrate. Is done.
[0073]
In the exposure of the second and subsequent layers, in addition to positioning with the alignment mark, a pattern for alignment is exposed in the previously exposed pattern, and this pattern is subjected to pattern detection optical system 80 and the imaging device before scanning exposure. Detection may be performed at 81, and the position of the two-dimensional modulator, the display pattern, and the position of the substrate may be determined by the control circuit 6 based on this value, and exposure scanning may be performed.
[0074]
Further, the optical axes of the projection exposure optical systems 401 and 402 may be removed, and an alignment detection optical system (not shown) may be incorporated, and a pattern position on the substrate may be measured using this to perform overlay control in real time. . At this time, it is better to finely align the two-dimensional optical modulator. In this way, for example, the substrate to be exposed is a flexible substrate or a soft substrate on a sheet, and even if these substrates are distorted, this distortion can be detected in real time and exposure can be performed according to this distortion. Even with such a soft substrate, it is possible to expose with high overlay accuracy.
[0075]
In the first to fifth embodiments described above, the two-dimensional optical modulator (3, 31, 32, 301, 301 ′, 302, 302 ′, 3 ″) and the substrate to be exposed 5 are placed in opposite directions. Although the configuration in which exposure is performed while being moved has been described, the two-dimensional light modulators (3, 31, 32, 301, 301 ′, 302, 302 ′, 3 ″) are fixed to continuously expose the substrate 5 to be exposed. The light pattern formed by the two-dimensional light modulator (3, 31, 32, 301, 301 ′, 302, 302 ′, 3 ″) is sequentially changed in synchronization with the movement of the substrate to be exposed. Also good. That is, the light pattern formed by the two-dimensional light modulator (3, 31, 32, 301, 301 ′, 302, 302 ′, 3 ″) is projected on the same position on the moving substrate 5 for a certain time. In order to continue, the position of the exposure pattern formed on the two-dimensional light modulator (3, 31, 32, 301, 301 ′, 302, 302 ′, 3 ″) is adjusted in accordance with the movement of the substrate 5 to be exposed. Move on the two-dimensional light modulator (3, 31, 32, 301, 301 ′, 302, 302 ′, 3 ″). Thus, the two-dimensional light modulator (3, 31, 32, 301, 301 ′, 302, 302 ′, 3 ″) is fixed on the substrate 5 to be exposed continuously with the two-dimensional light modulator. The formed light pattern can be projected.
FIG. 29 shows a method of forming a pattern on a substrate having a large step on the surface using the exposure apparatus according to the present invention. The pattern already formed on the substrate 5 is a pattern with severe irregularities. Such a pattern is formed, for example, when a micromachine is produced by exposure. 5 substrate has 53 recesses, 531 has a linear slope portion from 5301 ridge line on the substrate surface, and 532 has a bottom surface portion with ridge line 5302 as a boundary.
[0076]
When it is necessary to expose the pattern 54 to such a recessed portion, it becomes difficult to simultaneously expose a desired pattern on the substrate surface, the slope surface, and the bottom surface by performing normal exposure. When the pattern line width d becomes finer and the level difference h becomes larger, the exposure depth of focus Δ becomes smaller than h, making it difficult to form a pattern with a single exposure. That is, as shown in the cross-sectional view of FIG. 29B, when the cross section is divided by the depth of focus (the width in the optical axis direction in which the pattern of the pattern width d can be exposed) Δ, it is divided into 551, 552, 553, and 554 layers. . That is, each layer has an interval of Δ, and a pattern can be exposed in each layer. Therefore, in order to expose the entire pattern 54, for example, the substrate is moved by Δ in the optical axis direction, and focusing is performed for each of the above layers, and exposure is performed four times.
[0077]
Conventionally, in order to perform such exposure, four exposure pattern masks shown in FIGS. 29 (d) to 29 (g) in each layer are manufactured to expose the white pattern in FIG. 29 (c). However, it was necessary to perform exposure while sequentially exchanging these. In the method using the two-dimensional spatial modulator of the present invention, it is not necessary to prepare such a mask, the display pattern is changed one after another as shown in FIGS. 29D to 29G, and the substrate or the projection exposure lens is moved in the optical axis direction. Therefore, it is possible to easily expose a pattern having such a large step at a high speed at a high speed.
[0078]
FIG. 30 illustrates a case where this conductor wafer is processed using the exposure apparatus according to the present invention. Reference numeral 5 ″ denotes a wafer, and reference numeral 501 denotes a chip exposed and manufactured on the wafer. Reference numeral 5002 denotes wafer information in which information necessary for the wafer manufacturing process is recorded. In this field 5002, wafer lot number, wafer number, conditions and matters in each process necessary in the production process are recorded first. In addition, new conditions and matters to be recorded at the stage of the process are entered. Such information is not limited to information relating to the entire wafer. For example, this is possible because the array address is also determined by each exposure shot in the wafer or information for each chip.
[0079]
FIG. 31 uses the information recorded on the wafer 5002 in this way to perform feedback and feedforward of the semiconductor manufacturing process including the exposure process, thereby realizing more reliable and automated production. PexnIs an exposure apparatus of the present invention or a conventional exposure apparatus. In this exposure apparatus, the process conditions preliminarily exposed to the wafer in FIG. 30 are read by, for example, the pattern detection optical system 80 and the imaging device 81 in FIG. 28, and exposure and subsequent processes are automatically set based on the read information. . That is, the exposure conditions, film formation conditions, heat treatment conditions, etc. recorded on the 5002 portion on the wafer 5 ″ are read and temporarily stored in the control device 60. Based on this recorded condition, the exposure PexnAnd subsequent process Pn1, Pn2And Pn3These conditions are read from the control device 60, and the conditions of each process device are set.
[0080]
These PexnTo Pn3Of the conditions that were actually executed during the period up to this point, those that affect the subsequent processes are changed to P as necessary.exn + 1During the exposure, additional recording is performed in the area 5002 of the wafer 5 ″. By doing in this way, it becomes possible to perform the optimum process necessary for each wafer in the lot in a flexible manner. In such an exposure process, the process for one exposure unit shown in FIG. 31 is repeatedly performed for several tens of units until the LSI is completed. Each time, the conditions can be read and written as described above, and information management for each wafer is performed. And process control.
[0081]
It is possible to simultaneously realize the above condition management and control in units of wafers and management in units of chips using FIG. 18, and complete production management of LSI chips and wafers, which has been impossible in the past. Made possible.
[0082]
FIG. 32 shows an outline of a manufacturing process of an electronic device using the exposure apparatus according to the present invention. Here, a semiconductor wafer processing process will be described as an example of an electronic device.
[0083]
In the manufacturing process shown in FIG. 32, the semiconductor wafer information reading device P including the pattern detection optical system 80 and the imaging device 81 such as a CCD as shown in FIG.RP based on information read inexnTo expose the photosensitive film coated on the surface of the semiconductor wafer, and the exposure conditions and IneThe control device 60 stores the exposure results such as the alignment accuracy with the lower layer pattern inspected in step 1 and the exposure pattern width. Based on these conditions, the conditions such as etching are changed to the process equipment P.n1And the above-described semiconductor wafer is optimally etched. Various measurements such as the line width of the pattern formed on the semiconductor wafer after this etching are performed.n1The result is stored in the control device.
[0084]
Pn2Is a film forming process. Film formation conditions are determined based on information stored in the control device 60, and film formation is performed on the surface of the semiconductor wafer. After film formation, measurement of film thickness etc. is In2The result is stored in the control device 60. Depending on the apparatus, this measurement may be performed in the film formation apparatus during film formation. Based on the result of film formation in this way, the heat treatment apparatus Pn3Annealing the semiconductor wafer with This annealing condition is also stored in the control circuit. Next, the film forming apparatus Pn4The film is formed at In2The film thickness is measured and the result is stored in the control device.
[0085]
PexnTo Pn4Of the various information stored in the control device in the processes up to, the necessary information is the next exposure process P.exn + 1Then, it is recorded in 5002 on the electronic device 5 ″ using the above-described two-dimensional light modulator 3 (or 301, 302). In this way, since the history during the semiconductor wafer manufacturing process can also be recorded on the semiconductor wafer, all the information necessary for the semiconductor circuit manufacturing process can be left on the wafer, and analysis of the manufacturing process can be performed. It will be easy to do.
[0086]
Although the semiconductor device manufacturing process has been described as an example of the electronic device manufacturing process described above, the present invention is not limited to this, and can be used, for example, in a printed circuit board manufacturing process. If the present invention is applied to a printed circuit board manufacturing process, a different circuit pattern can be formed for each small number of lots or for each sheet at a practical processing speed, and each print can be performed using the exposure apparatus according to the present invention. Information unique to each substrate can be formed as a pattern on the substrate. Thereby, the history information which can be put in the manufacturing process can be easily obtained as needed about the printed circuit board incorporated in various apparatuses.
[0087]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to perform pattern exposure at high speed and over a wide range without using a mask or a reticle, and the mask and the reticle become unnecessary. As a result, a storage space for masks and reticles is no longer necessary, and a transport device for these masks and reticles is not required. This results in a large economic effect in device manufacture.
[0088]
In addition, each device manufactured by this exposure system has a number and necessary information recorded for each device, so quality control during production, product quality assurance, maintenance, quick response in the event of a product accident, etc. This is also effective in earning the trust of customers' products.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view illustrating a schematic configuration of an exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a two-dimensional spatial modulator.
FIG. 3 is a plan view of a substrate to be exposed for explaining a relative positional relationship between the substrate to be exposed and exposure illumination light.
FIG. 4 is a plan view of a substrate to be exposed for explaining adjacent scanning regions of exposure light for relatively scanning the exposure substrate.
FIG. 5 is a plan view of an exposure field representing temporal changes in an imaging range and illumination position by a projection lens on a two-dimensional spatial modulator.
FIG. 6 is a plan view of a two-dimensional spatial modulator representing a change in position of the two-dimensional spatial modulator and exposure illumination light.
FIG. 7 is a plan view of a substrate to be exposed showing exposure light on the substrate to be exposed and an image position change by a projection optical system of a two-dimensional light modulator.
FIGS. 8A to 8D are graphs showing a relative relationship between a position change of a substrate to be exposed, a two-dimensional spatial light modulator, and exposure light.
FIG. 9 is a plan view of a substrate to be exposed for explaining a state in which a plurality of exposure optical systems are provided side by side.
FIG. 10 is a plan view of a substrate to be exposed for explaining adjacent exposure fields of a plurality of exposure optical systems provided side by side;
FIG. 11 is a front view showing a detailed configuration of an exposure illumination optical system of the exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a plan view of an aperture plate that determines an exposure region.
FIG. 13 is a plan view of a rod lens array (integrator) in the exposure illumination system.
FIG. 14 is a perspective view showing the shape of one lens in the rod lens array.
FIG. 15 is a perspective view of an exposure apparatus having a configuration in which a plurality of exposure optical systems are obtained from one light source according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a front view of an exposure apparatus having a configuration in which a plurality of exposure optical systems are obtained from one light source, as a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a perspective view showing a basic configuration of an exposure optical apparatus using a reflective two-dimensional spatial modulator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a plan view of a device in which information unique to each device is recorded according to the present invention.
FIG. 19 is a perspective view of a proximity exposure apparatus to which an exposure method according to the present invention is applied.
FIG. 20 is a perspective view showing a relationship between a two-dimensional spatial modulator and a microlens array of an exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a front view showing the basic structure of an exposure optical apparatus showing a fourth embodiment according to the present invention.
FIG. 22 is a plan view of a display pattern on the two-dimensional spatial modulator in the embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a plan view showing a picture element display opening of a two-dimensional spatial modulator.
24A is a graph showing the exposure intensity distribution in the AA cross section of FIG. 23, and FIG. 24B is a graph showing the exposure intensity distribution in the BB cross section of FIG.
FIG. 25 (a1) is a graph showing a deviation from a linear change in the x coordinate position in the AA cross section of FIG. 23, and (a2) is a graph showing the exposure intensity distribution at this time. b1) is a graph showing a deviation from a linear change of the y-coordinate position in the BB cross section of FIG. 23, and (b2) is a graph showing the exposure intensity distribution at this time.
FIG. 26 (a) is a plan view of an exposure pattern when the two-dimensional light modulator is not slightly changed, and FIG. 26 (b) is an exposure when the two-dimensional light modulator is slightly changed. It is a top view of a pattern.
FIG. 27A is a schematic front view of an exposure optical system for reducing the intensity between adjacent picture elements according to the present invention, and FIG. 27B is a liquid crystal display of the exposure optical system shown in FIG. The front view of the liquid crystal display surface which shows the relationship between a surface and the position conjugate with the to-be-exposed surface of the board | substrate of a projection imaging lens system, (c) is a top view of the exposure surface of a board | substrate.
FIG. 28 is a perspective view showing the basic structure of an exposure apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
29A is a perspective view of a substrate having a large step on the surface, FIG. 29B is a sectional view of the substrate, FIG. 29C is a plan view of an exposure pattern on the substrate, and FIGS. [FIG. 6] is a plan view of a conventional divided pattern for exposing the pattern (c).
FIG. 30 is a plan view of an exposure substrate such as a wafer on which information is entered.
FIG. 31 is a block diagram showing a schematic configuration of an exposure system using an exposure apparatus according to the present invention.
FIG. 32 is a block diagram showing a schematic configuration of a semiconductor device manufacturing system using an exposure apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Exposure illumination system 2 ... Exposure light deflecting means 3 ... Spatial modulator 4 ... Projection exposure optical system 5 ... Substrate to be exposed 6 ... Control circuit

Claims (8)

光変調状態を制御可能な2次元光変調器を用いて露光照明光から2次元光情報パターンを作成し、該作成した2次元光情報パターンを投影露光光学系を介して表面に感光性材料が塗布された被露光基板に投影して該被露光基板の表面に塗布された感光性材料を露光するパターン露光方法であって、前記被露光基板を一方向に移動させながら前記2次元光変調器を前記移動に対して前記投影露光光学系の拡大又は縮小倍率に応じた速さで前記被露光基板が移動する方向と反対の方向に移動させ、該拡大又は縮小倍率に応じた速度で移動している2次元光変調器上を前記露光照明光で前記被露光基板の移動方向と同じ方向に走査して照射することにより前記2次元光変調器で反射又は透過した光で形成された所望の第一の2次元光情報パターンの像を投影光学系を介して前記被露光基板の表面に塗布された感光性材料の第一の領域に投影して該第一の領域を露光する工程と、前記露光照明光による前記2次元光変調器上の走査を終了すると前記被露光基板を前記一方向に移動させながら前記2次元光変調器を前記被露光基板を移動させる一方向と同じ方向に前記拡大又は縮小倍率に応じた速さよりも速い速度で移動させて前記一方向への移動を開始した位置に戻すと共に前記露光した第一の領域と一部が重なって該第一の領域に隣接する第2の領域を露光するための該第一の領域に投影露光した第一の2次元光情報パターンと連続する第二の2次元光情報パターンを作成できるように前記2次元光変調器の光変調状態を制御し前記露光照明光の照明位置を前記2次元光変調器が前記一方向への移動を開始した時の位置に戻す工程とを順次繰返すことにより、前記被露光基板の表面に塗布された感光性材料を露光することを特徴とするパターン露光方法。A two-dimensional light information pattern is created from exposure illumination light using a two-dimensional light modulator capable of controlling the light modulation state, and the photosensitive material is formed on the surface of the created two-dimensional light information pattern via a projection exposure optical system. A pattern exposure method for projecting onto a coated substrate to be exposed and exposing a photosensitive material coated on the surface of the substrate to be exposed, wherein the two-dimensional light modulator is moved while moving the substrate to be exposed in one direction. Is moved in a direction opposite to the direction in which the substrate to be exposed moves at a speed corresponding to the magnification or reduction magnification of the projection exposure optical system with respect to the movement, and moved at a speed corresponding to the magnification or reduction magnification. The two-dimensional light modulator is scanned with the exposure illumination light in the same direction as the movement direction of the substrate to be exposed, and is irradiated with the desired light formed by the light reflected or transmitted by the two-dimensional light modulator. Of the first two-dimensional optical information pattern Projecting the first area onto the first area of the photosensitive material coated on the surface of the substrate to be exposed through a projection optical system, and the two-dimensional light modulation by the exposure illumination light When scanning on the apparatus is finished, the two-dimensional optical modulator is moved in the same direction as the one in which the substrate to be exposed is moved while moving the substrate to be exposed in the one direction, at a speed corresponding to the enlargement or reduction magnification. To return to the position where the movement in the one direction is started by moving at a high speed, and to expose the second region adjacent to the first region partially overlapping the exposed first region. The exposure illumination light is controlled by controlling a light modulation state of the two-dimensional light modulator so as to create a second two-dimensional light information pattern continuous with the first two-dimensional light information pattern projected and exposed on the first region. The two-dimensional optical modulator By sequentially repeating the step of returning to the position of at the start of movement to the pattern exposure method characterized by exposing the photosensitive material applied to the surface of the substrate to be exposed. 前記被露光基板に投影される2次元光情報パターンは前記光変調状態を制御可能な2次元光変調器の一部の領域で形成され、該2次元光変調器の一部の領域が前記被露光基板と前記2次元光情報パターンとの相対的な移動に伴って移動することを特徴とする請求項1記載のパターン露光方法。  The two-dimensional light information pattern projected onto the substrate to be exposed is formed by a partial area of the two-dimensional light modulator capable of controlling the light modulation state, and the partial area of the two-dimensional light modulator is The pattern exposure method according to claim 1, wherein the pattern exposure method moves with relative movement between the exposure substrate and the two-dimensional optical information pattern. 前記2次元光変調器上を走査して照射する前記露光照明光は一方向に長い形状に成形されており、前記2次元光変調器上を走査することを前記露光照明光の形状の長い一方向に対して直角な方向に走査することにより行うことを特徴とする請求項1記載のパターン露光方法。  The exposure illumination light to be scanned and irradiated on the two-dimensional light modulator is shaped into a shape that is long in one direction, and scanning on the two-dimensional light modulator means that the exposure illumination light has a long shape. 2. The pattern exposure method according to claim 1, wherein scanning is performed in a direction perpendicular to the direction. 光源と、該光源から発射された光を走査する走査手段と、該走査手段で走査された光を受けて2次元光情報パターンを形成する2次元光変調器手段と、該2次元光変調器手段を載置して一方向に移動可能な第1のテーブル手段と、前記走査手段で走査された光ビームのうち前記2次元光変調手段で形成された2次元光情報パターンを透過した光を入射させて被露光基板上に該2次元光情報パターンの像を所望の倍率で投影する投影光学系手段と、前記被露光基板を載置して少なくとも平面内で移動可能な第2のテーブル手段と、前記走査手段と前記2次元光変調器手段と前記第1のテーブル手段と前記第2のテーブル手段とを制御する制御手段とを備え、
該制御手段は前記第2のテーブル手段を制御して前記被露光基板を一方向に移動させながら前記第1のテーブル手段を制御して前記2次元光変調器を前記第2のテーブル手段による移動に対して前記投影露光光学系の拡大又は縮小倍率に応じた速さで前記被露光基板が移動する方向と反対の方向に移動させ、前記走査手段を制御して該拡大又は縮小倍率に応じた速度で移動している2次元光変調器上を前記露光照明光で前記被露光基板の移動方向と同じ方向に走査して照射させることにより前記2次元光変調器を制御して形成した第一の所望の2次元光情報パターンの像を前記投影光学系手段を介して前記被露光基板の表面に塗布された感光性材料の第一の領域に投影して該第一の領域を露光し、前記露光照明光による前記2次元光変調器上の走査を終了すると前記第2のテーブル手段を制御して前記被露光基板を前記一方向に移動させながら前記第1のテーブル手段を制御して前記2次元光変調器を前記被露光基板を移動させる一方向と同じ方向に前記拡大又は縮小倍率に応じた速さよりも速い速度で移動させて前記一方向への移動を開始した位置に戻すと共に前記2次元光変調器を制御して前記第一の所望の2次元光情報パターンと一部が重なって該第一の所望の2次元光情報パターンに隣接して該第一の所望の2次元光情報パターンに連続する第二の所望の2次元光情報パターンを作成し前記走査手段を制御して前記露光照明光の照明位置を前記2次元光変調器が前記一方向への移動を開始した時の位置に戻すことを繰り返すことにより前記被露光基板の表面に塗布された感光性材料の前記第1の領域に一部が重なって隣接する第2の領域と該第2の領域と一部が重なって隣接する第3の領域を順次露光することを特徴とするパターン露光装置。
A light source, scanning means for scanning light emitted from the light source, two-dimensional light modulator means for receiving a light scanned by the scanning means to form a two-dimensional light information pattern, and the two-dimensional light modulator A first table means which can be moved in one direction by placing means, and light transmitted through the two-dimensional light information pattern formed by the two-dimensional light modulation means among the light beams scanned by the scanning means. Projection optical system means for projecting the image of the two-dimensional optical information pattern on the substrate to be exposed at a desired magnification, and second table means for mounting the substrate to be exposed and movable at least in a plane And control means for controlling the scanning means, the two-dimensional light modulator means, the first table means, and the second table means,
The control means controls the second table means to move the substrate to be exposed in one direction while controlling the first table means to move the two-dimensional optical modulator by the second table means. The projection exposure optical system is moved in a direction opposite to the direction in which the substrate to be exposed moves at a speed according to the magnification or reduction magnification of the projection exposure optical system, and the scanning means is controlled to correspond to the magnification or reduction magnification. A two-dimensional light modulator that is moving at a speed is formed by controlling the two-dimensional light modulator by scanning and irradiating the exposure illumination light in the same direction as the moving direction of the substrate to be exposed. Projecting an image of a desired two-dimensional optical information pattern on the first region of the photosensitive material coated on the surface of the substrate to be exposed through the projection optical system means to expose the first region, On the two-dimensional light modulator by the exposure illumination light And it controls the second table means to terminate the scan moves the substrate to be exposed to the two-dimensional light modulator controls said first table means while moving the substrate to be exposed to said one direction It is moved in the same direction as the one direction at a speed faster than the speed according to the enlargement or reduction magnification to return to the position where the movement in the one direction is started, and the two-dimensional optical modulator is controlled to control the first A second desired two-dimensional image that partially overlaps the desired two-dimensional light information pattern and is adjacent to the first desired two-dimensional light information pattern and is continuous with the first desired two-dimensional light information pattern. The light exposure pattern is created by repeating the return of the illumination position of the exposure illumination light to the position when the two-dimensional light modulator starts moving in the one direction by creating an optical information pattern and controlling the scanning means. Feel applied to the surface of the board A pattern exposure apparatus that sequentially exposes a second region that partially overlaps the first region of the conductive material and a third region that partially overlaps and adjoins the second region .
前記2次元光変調器手段が、液晶素子を用いて構成されていることを特徴とする請求項4記載のパターン露光装置。  5. The pattern exposure apparatus according to claim 4, wherein the two-dimensional light modulator means is constituted by using a liquid crystal element. 前記液晶素子が反射型の液晶素子であることを特徴とする請求項5記載のパターン露光装置。  6. The pattern exposure apparatus according to claim 5, wherein the liquid crystal element is a reflective liquid crystal element. 前記2次元光変調器手段が、微小なミラーを2次元的に多数配列して各微小ミラーを電気信号により偏向させて光変調させる機構を備えていることを特徴とする請求項4記載のパターン露光装置。  5. The pattern according to claim 4, wherein the two-dimensional light modulator means includes a mechanism for optically modulating a plurality of minute mirrors arranged two-dimensionally and deflecting each minute mirror with an electric signal. Exposure device. 前記走査手段は、前記光源から発射された光を一方向に長い形状に成形する光成形部を有し、該光成形部で一方向に長い形状に成形された光を該長い一方向に対して直角な方向に前記2次元光変調器手段上を走査することを特徴とする請求項4記載のパターン露光装置。  The scanning means has a light shaping portion that shapes light emitted from the light source into a shape that is long in one direction, and the light that is shaped in a long shape in one direction by the light shaping portion with respect to the long one direction. 5. The pattern exposure apparatus according to claim 4, wherein said two-dimensional light modulator means is scanned in a direction perpendicular to the vertical direction.
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