KR102004194B1 - 노광 광학계, 노광 장치 및 노광 방법 - Google Patents

Abstract

마이크로렌즈의 애퍼처 형상에 의해 개구 어레이에서 메인빔 주변의 사이드 로브를 억제하여 고선명 노광을 행하는 노광 장치 및 노광 방법을 제공한다. 마이크로렌즈(64a)의 사출측에 차광부(66b)를 설치함으로써 마이크로렌즈(64a)의 초점 위치 부근에서의 사이드 로브(Bb)의 위치를 이동시킨다. 제 2 개구 어레이(68)를 통과하기 전에 있어서는 메인빔(Ba)은 φ4㎛ 정도에 들어가 있고, 또한 사이드 로브(Bb)는 메인빔(Ba)의 중심으로부터 φ7.2㎛의 범위에 있어서 종래 예에 비교해서 상대 강도로 약 1/10 정도로 억제되어 있다. 레이저광(B)을 제 2 개구 어레이(68)에서 좁힌 결과 메인빔(Ba)의 주위에 있어서의 사이드 로브(Bb)를 무시할 수 있는 광강도 분포를 가지는 레이저광(B)으로 할 수 있다.

Description

노광 광학계, 노광 장치 및 노광 방법{EXPOSURE OPTICAL SYSTEM, EXPOSURE APPARATUS, AND EXPOSURE METHOD}

본 발명은 노광 광학계, 노광 장치 및 노광 방법에 관한 것으로서, 특히 공간 광변조 소자와, 마이크로렌즈 사출측에서 개구 형상을 규제하는 개구 어레이를 구비한 마이크로렌즈 어레이를 사용한 노광 광학계, 노광 장치 및 노광 방법에 관한 것이다.

노광 헤드를 구비하고, 그 노광 헤드에 의해 원하는 패턴을 감광 재료 상에 노광하는 화상 노광 장치가 알려져 있다. 이러한 종류의 화상 노광 장치의 노광 헤드는 기본적으로 광원과, 그 광원에서 조사된 광을 제어 신호에 따라 각각 독립적으로 변조하는 다수의 화소부가 배열되어 이루어지는 공간 광변조 소자와, 그 공간 광변조 소자에 의해 변조된 광에 의한 상(像)을 감광 재료 상에 결상하는 결상 광학계를 구비하고 있다.

상기 화상 노광 장치의 노광 헤드의 구성 예로서, 광원과 다수의 마이크로 미러를 구비한 광변조 소자로서의 디지털 마이크로 미러 디바이스(이하 「DMD」라고 부른다)와, 그 다수의 마이크로 미러에 의해 변조된 다수의 광선속을 각각 개별적으로 집광하는 다수의 마이크로렌즈가 배열된 마이크로렌즈 어레이를 구비한 구성이 나타내어져 있다(예를 들면 일본 특허공개 2004-1244호 공보 참조).

이러한 마이크로렌즈 어레이를 사용한 구성에 의하면, 감광 재료 상에 노광되는 화상의 사이즈를 확대하거나 해도 공간 광변조 소자의 각 화소부로부터의 광선속은 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈에 의해 집광되므로, 감광 재료 상에 있어서의 노광 화상의 화소 사이즈(=각 광선의 스폿 사이즈)는 좁혀져서 작게 유지되어, 화상의 선예도를 높게 유지할 수 있다는 이점이 있다.

특허문헌 1에 나타내어져 있는 노광 헤드는 상기 마이크로렌즈 어레이의 사출측에 개구 어레이를 더 구비하고 있고, 개구 어레이에는 상기 다수의 광선속을 각각 개별적으로 제한하는 다수의 개구가 배열되어 있다. 이 개구 어레이의 작용에 의해, 감광 재료 상에서의 화소 사이즈가 일정한 크기가 되도록 각 광선속이 정형됨과 아울러, 인접하는 화소 사이에서의 크로스 토크가 방지된다.

그러나 화상 노광 장치에 있어서 노광 화상의 선예도를 저하시키는 다른 요인으로서, 공간 광변조 소자나 주변광으로부터 유래되는 미광이 발생하고, 이 미광이 감광 재료에 도달해버린다는 요인도 있었다. 상기 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 마이크로렌즈 어레이의 사출측에 마이크로렌즈마다 1개의 개구 어레이를 설치하면 이 미광을 제거하고 또한 높은 전체 소광비(전체 화소부 ON 상태시와 전체 화소부 OFF 상태시의 광량비)를 확보하는 것은 가능하지만, 마이크로렌즈 어레이의 사출측에 배치한 제 1 개구 어레이에 의해서만 미광을 제거한다는 목적을 달성하기 위해서는, 마이크로렌즈 어레이에 의해 집광되고 있는 각 광선속의 결상 성분의 지름에 맞춰서 각 개구의 크기 및 제 1 개구 어레이의 위치를 매우 엄밀하게 정할 필요가 있어, 얼라인먼트의 조정 및 유지가 곤란하다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 사실을 고려하여, 마이크로렌즈의 애퍼처 형상에 의해 개구 어레이에서 메인빔 주변의 사이드 로브를 억제하여 고선명 노광을 행하는 노광 광학계, 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 제 1 형태는 광원으로부터의 광을 변조하는 화소부가 배열된 공간 광변조 소자와, 상기 공간 광변조 소자에서 변조된 광을 집광하는 마이크로렌즈가 배열된 마이크로렌즈 어레이와, 상기 마이크로렌즈의 사출측에 광의 투과를 규제하는 개구 형상의 개구부를 구비한 제 1 개구 어레이와, 상기 마이크로렌즈의 광축을 중심으로 해서 상기 제 1 개구 어레이의 상기 개구부에 설치되어 상기 개구부의 개구 형상과 외형이 상사형이고 상기 개구부를 투과한 광을 차광하는 마스크와, 상기 공간 광변조 소자에 의해 변조된 광을 상기 마이크로렌즈 어레이에 결상하는 제 1 결상 광학계와, 상기 마이크로렌즈 어레이에서 집광된 광을 감광 재료 상에 결상하는 제 2 결상 광학계와, 상기 마이크로렌즈 어레이의 집광 위치에서 상기 마이크로렌즈 어레이 각각에서 사출된 광을 좁히는 개구를 배열한 제 2 개구 어레이를 구비한 노광 광학계를 제공한다.

상기 발명에 의하면, 제 1 개구 어레이에 설치된 마스크에 의해 제 2 개구 어레이에서 좁혀지는 빔의 불필요광(사이드 로브)을 제 2 개구 어레이 개구지름보다 크게 확산시킴으로써 불필요광을 효율적으로 커팅할 수 있다.

본 발명의 제 2 형태는, 상기 마이크로렌즈의 광축을 중심으로 해서 상기 마스크의 중심에 상기 마스크와 상사형인 투과부를 구비한 노광 광학계를 제공한다.

상기 발명에 의하면, 마스크의 중심인 광축을 포함하는 부분을 투과부로 함으로써 메인빔의 광량을 줄이지 않고 불필요광을 효율적으로 커팅할 수 있다.

본 발명의 제 3 형태는, 상기 마스크는 상기 마이크로렌즈의 광축을 중심으로 하는 동심원 환상인 노광 광학계를 제공한다.

상기 발명에 의하면, 마이크로렌즈의 형상이 광축을 중심으로 하는 원형이었을 경우, 둘레 방향에 대하여 편차가 적은 광량 분포의 빔으로 노광하는 노광 광학계로 할 수 있다.

본 발명의 제 4 형태는, 상기 마스크는 상기 마이크로렌즈의 광축을 중심으로 하는 동심 직사각형상인 노광 광학계를 제공한다.

상기 발명에 의하면, 마이크로렌즈의 형상이 광축을 중심으로 하는 직사각형이었을 경우, 편차가 적은 광량 분포의 빔으로 노광하는 노광 광학계로 할 수 있다.

본 발명의 제 5 형태는, 상기 차광부와 상기 투과부는 상기 마이크로렌즈의 사출측에 부착된 막의 불투명 부분 및 투명 부분으로 구성되어 있는 노광 광학계를 제공한다.

상기 발명에 의하면, 투명한 막의 일부를 불투명으로 하여 마스크를 형성함으로써 적은 공수로 정확한 마스크 가공을 행할 수 있다.

본 발명의 제 6 형태는, 상기 마스크는 상기 마이크로렌즈 사출측에 형성된 크롬 마스크인 노광 광학계를 제공한다.

상기 발명에 의하면, 크롬으로 이루어진 차광막으로 마스크를 형성함으로써 누락이 적고 높은 광학 농도가 얻어지는 마스크를 구비한 노광 광학계로 할 수 있다.

본 발명의 제 7 형태는, 상기 제 1 개구 어레이의 개구부의 외주 부분이 불투명 부분인 노광 광학계를 제공한다.

상기 발명에 의하면, 개구부의 외주 부분을 불투명한 차광 부분으로 함으로써 마이크로렌즈의 투과 부분의 형상을 마스크에 의해 규정할 수 있어 부품점수와 공수를 삭감할 수 있다.

본 발명의 제 8 형태는, 상기 광원이 반도체 레이저(LD)인 노광 광학계를 제공한다.

상기 발명에 의하면, 단색의 레이저광을 사용함으로써 광량 분포를 제어하기 쉽고, 고신뢰성 및 고조도의 노광 광학계로 할 수 있다.

본 발명의 제 9 형태는, 광원으로부터의 광을 집광하는 렌즈와, 상기 렌즈의 사출측에 광의 투과를 규제하는 개구 형상의 개구부를 구비한 제 1 개구와, 상기 렌즈의 광축을 중심으로 해서 상기 제 1 개구의 상기 개구부에 설치되어 상기 개구부의 개구 형상과 외형이 상사형이고 상기 개구부를 투과한 광을 차광하는 마스크와, 상기 광을 상기 렌즈에 결상하는 제 1 결상 광학계와, 상기 렌즈에서 집광된 광을 감광 재료 상에 결상하는 제 2 결상 광학계와, 상기 렌즈의 집광 위치에서 상기 렌즈로부터 사출된 광을 좁히는 개구를 배열한 제 2 개구를 구비한 노광 광학계를 제공한다.

상기 발명에 의하면, 제 1 개구에 설치된 마스크에 의해 제 2 개구에서 좁혀지는 빔의 불필요광(사이드 로브)을 제 2 개구의 지름보다 크게 확산시킴으로써 불필요광을 효율적으로 커팅할 수 있다.

본 발명의 제 10 형태는, 제 1 내지 제 9 형태 중 어느 하나에 제공하는 노광 광학계를 이용하여 소정의 패턴을 감광 재료에 노광하는 노광 장치를 제공한다.

상기 발명에 의하면, 마스크에 의해 제 2 개구 어레이 또는 개구에서 좁혀지는 빔의 불필요광(사이드 로브)을 제 2 개구지름보다 크게 확산시킴으로써 메인빔의 광량을 줄이지 않고 불필요광을 효율적으로 커팅할 수 있다.

본 발명의 제 11 형태는, 제 10 형태가 제공하는 노광 장치를 이용하여 소정의 패턴을 감광 재료에 노광하는 노광 방법을 제공한다.

상기 발명에 의하면, 마스크에 의해 제 2 개구 어레이 또는 개구에서 좁혀지는 빔의 불필요광(사이드 로브)을 제 2 개구지름보다 크게 확산시킴으로써 메인빔의 광량을 줄이지 않고 불필요광을 효율적으로 커팅할 수 있다.

(발명의 효과)

본 발명은 상기 구성으로 했으므로, 마이크로렌즈의 애퍼처 형상에 의해 개구 어레이에서 메인빔 주변의 사이드 로브를 억제하여 고선명 노광을 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 노광 장치의 주요부를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 의한 노광 헤드의 주요부를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 의한 DMD의 예를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 의한 DMD의 ON OFF 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 의한 DMD 이후의 광학계 배치를 나타내는 개념도이다.
도 6은 종래의 마이크로렌즈 집광 위치에 있어서의 광량 분포를 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 의한 광학계의 불균일 원인을 나타내는 개념도이다.
도 8은 종래의 제 1 개구 어레이와 광량 분포의 관계를 나타내는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 의한 제 1 개구 어레이와 광량 분포의 관계를 나타내는 개념도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 의한 제 1 개구 어레이와 광량 분포, 및 제 2 개구 어레이와 광량 분포의 관계를 나타내는 개념도이다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 의한 제 1 개구 어레이가 광량 분포에 미치는 영향을 나타내는 개념도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시형태에 의한 제 1 개구 어레이의 개구 형상을 나타내는 개념도이다.
도 13은 본 발명의 실시형태에 의한 제 1 개구 어레이의 개구 형상과 마이크로렌즈의 초점면에 있어서의 광강도의 관계를 나타내는 개념도 및 수식이다.
도 14는 본 발명의 실시형태에 의한 제 1 개구 어레이의 개구 형상과 마이크로렌즈의 초점면에 있어서의 광강도의 관계를 나타내는 개념도 및 수식이다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명에 의한 실시형태의 일례에 대하여 설명한다.

<전체 구성>

도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 노광 장치(10)는 시트 형상의 감광 재료(P)를 표면에 흡착해서 유지하는 평판 형상의 이동 스테이지(14)를 구비하고 있다. 복수(예를 들면 4개)의 다리부(16)에 지지된 두꺼운 판 형상의 설치대(18) 상면에는 스테이지 이동 방향을 따라 연장된 2개의 가이드(20)가 설치되어 있다. 이동 스테이지(14)는 그 길이 방향이 스테이지 이동 방향을 향하도록 배치됨과 아울러, 가이드(20)를 따라 왕복 이동할 수 있게 지지되어 있다. 또한, 이 노광 장치(10)에는 부주사 수단으로서의 이동 스테이지(14)를 가이드(20)를 따라 구동하는 스테이지 구동 장치(도면에 나타내지 않음)가 설치되어 있다.

설치대(18)의 중앙부에는 이동 스테이지(14)의 이동 경로를 걸치도록 구름다리 형상의 게이트(22)가 설치되어 있다. 게이트(22)의 단부의 각각은 설치대(18)의 양측 각 면에 고정되어 있다. 이 게이트(22)를 사이에 두고 한쪽에는 스캐너(24)가 설치되고, 다른쪽에는 감광 재료(P)의 선단 및 후단을 검지하는 복수(예를 들면 2개)의 센서(26)가 설치되어 있다. 스캐너(24) 및 센서(26)는 게이트(22)에 각각 부착되어, 이동 스테이지(14)의 이동 경로의 상류에 고정 배치되어 있다. 또한, 스캐너(24) 및 센서(26)는 이것들을 제어하는 도면에 나타내지 않은 컨트롤러에 접속되어 있다.

스캐너(24)는, 예로서 ｍ행 n열의 대략 매트릭스 형상으로 배열된 복수(도면에서는 14개)의 노광 헤드(28)를 구비하고 있다. 각 노광 헤드(28)에 의한 노광 에어리어(30)는 부주사 방향을 단변으로 하는 직사각형상이다. 따라서, 이동 스테이지(14)의 이동에 따라 감광 재료(P)에는 노광 헤드(28)마다 띠 형상의 노광 완료 영역(31)이 형성된다.

복수의 노광 헤드(28)는, 예를 들면 파장 400㎚의 레이저광을 사출하는 도면에 나타내지 않은 광원[예로서 반도체 레이저(LD) 등]과, 광원으로부터 사출된 레이저광을 화상 데이터에 따라 각 화소부마다 변조하는 공간 광변조 소자로서 예를 들면 도 3에 나타내는 DMD(34)를 구비하고 있다. 이 DMD(34)는 데이터 처리부와 미러 구동 제어부를 구비한 도면에 나타내지 않은 컨트롤러에 접속되어 있다. 컨트롤러의 데이터 처리부에서는, 입력된 상(像) 데이터에 의거하여 각 노광 헤드(28)마다 DMD(34) 상의 사용 영역 내의 각 마이크로 미러(74)(후술)를 구동 제어하는 제어 신호를 생성한다. 또한 미러 구동 제어부에서는, 화상 데이터 처리부에서 생성한 제어 신호에 의거하여 각 노광 헤드(28)마다 DMD(34)의 각 마이크로 미러(74) 반사면의 각도를 제어한다.

도 5에 DMD(34) 이후의 광학계를 개념도로 나타낸다. DMD(34)의 광 반사측(출사측, 사출측)에는 DMD(34)에서 반사된 레이저광(B)을 감광 재료(P) 상에 결상하는 주광학계가 배치되어 있다. 이 주광학계는 DMD(34)에서 변조된 빔을 확대하는 제 1 결상 광학계(52)와, 감광 재료(P) 상에 빔을 결상시키는 제 2 결상 광학계(58)와, 이들 결상 광학계 사이에 삽입된 마이크로렌즈 어레이(64)와, 마이크로렌즈 어레이(64)의 출사측 가장 가까운 곳에 배치된 제 1 개구 어레이(66)와, 마이크로렌즈 어레이(64)의 초점 위치에 배치된 제 2 개구 어레이(68)로 구성되어 있다.

제 1 결상 광학계(52)는 예를 들면 입사측 렌즈(52A), 출사측 렌즈(52B)로 이루어지고, DMD(34)는 렌즈(52A)의 초점면 상에 배치되어 있다. 렌즈(52A)와 렌즈(52B)는 초점면이 일치하며, 또한 렌즈(52B)의 출사측의 초점면 상에 마이크로렌즈 어레이(64)가 배치되어 있다. 제 2 결상 광학계(58)도 또한 예를 들면 입사측의 렌즈(58A), 출사측의 렌즈(58B)로 이루어지고, 렌즈(58A)와 렌즈(58B)는 초점면이 일치하며, 또한 제 2 개구 어레이(68)가 배치된 마이크로렌즈 어레이(64)의 초점 위치는 렌즈(58A)의 초점면이다. 렌즈(58B)의 출사측의 초점면에 감광 재료(P)가 배치되어 있다.

상기 제 1 결상 광학계(52)는 DMD(34)에 의한 상을 확대해서 마이크로렌즈 어레이(64) 상에서 결상한다. 또한 제 2 결상 광학계(58)는 마이크로렌즈 어레이(64)를 지난 상을 감광 재료(P) 상에서 결상, 투영한다. 또한 제 1 결상 광학계(52) 및 제 2 결상 광학계(58)는 모두 DMD(34)로부터의 다수의 광선속을 서로 대략 평행한 광선속으로 해서 출사시킨다.

본 실시형태에 사용되는 DMD(34)는 도 3에 나타내는 바와 같이 SRAM 셀(메모리 셀)(72) 상에 각각 화소(픽셀)를 구성하는 다수(예를 들면 1024개×768개)의 매우 작은 미러[마이크로 미러(74)]가 격자 형상으로 배열되는 미러 디바이스이다. 각 픽셀에 있어서 최상부에는 지주에 지지된 직사각형의 마이크로 미러(74)가 설치되어 있고, 마이크로 미러(74)의 표면에는 예를 들면 알루미늄 등의 반사율이 높은 재료가 증착되어 있다.

DMD(34)의 SRAM 셀(72)에 디지털 신호가 기록되면, 지주에 지지된 각 마이크로 미러(74)가 대각선을 중심으로 해서 DMD(34)가 배치된 기판측에 대하여 ±α도의 어느 하나로 경사진다. 도 4의 (A)는 마이크로 미러(74)가 ON 상태인 +α°로 경사진 상태를 나타내고, 도 4의 (B)는 마이크로 미러(74)가 OFF 상태인 -α°로 경사진 상태를 나타낸다. 따라서, 화상 신호에 따라 DMD(34)의 각 픽셀에 있어서의 마이크로 미러(74)의 경사를 도 4에 나타내는 바와 같이 제어함으로써, DMD(34)에 입사한 레이저광(B)은 각각의 마이크로 미러(74)의 경사 방향으로 반사된다.

또한 도 4에는 DMD(34)의 일부(1매의 마이크로 미러 부분)를 확대하여, 마이크로 미러(74)가 +α° 또는 -α°로 제어되어 있는 상태의 일례를 나타낸다. 각각의 마이크로 미러(74)의 ON OFF 제어는 DMD(34)에 접속된 도면에 나타내지 않은 컨트롤러에 의해 행하여진다.

<마이크로렌즈 어레이>

마이크로렌즈 어레이(64)는 DMD(34) 상의 각 마이크로 미러(74)에 대응하는 다수의 마이크로렌즈(64a)가, 예를 들면 1024개×768개 정도의 2차원 형상으로 배열되어 있다. 본 실시형태에서는 일례로서 각 마이크로렌즈(64a)는 입사면이 평면, 출사면이 볼록면인 평볼록 렌즈이며, 초점 거리가 100㎛인 석영유리로 형성된 평볼록 렌즈를 사용하고 있다. 또한 상기 예에 한하지 않고, 양볼록 렌즈 등을 사용해도 된다. 또한 각 마이크로렌즈(64a)와 그것들을 어레이 형상으로 연결하는 연결 부분을 동일한 재료에 의해 일체 성형해서 마이크로렌즈 어레이(64)로 해도 되고, 또는 마이크로 미러(74)의 각각에 대응시킨 다수의 개구를 형성한 기반의 개구 각각에 각 마이크로렌즈(64a)를 끼워 넣어도 좋다.

상기 제 1 개구 어레이(66) 및 제 2 개구 어레이(68)는 각 마이크로렌즈(64a)에 대응하는 다수의 개구가 형성된 것이고, 제 1 개구 어레이(66)는 마이크로렌즈 어레이(64)의 출사측 가장 가까운 곳에[마이크로렌즈(64a)에 접합되어 있어도 된다], 제 2 개구 어레이(68)는 마이크로렌즈 어레이(64)로부터 공간적으로 이간되어 배치되어 있다.

본 실시형태에서는 제 1 개구 어레이(66)는 마이크로렌즈(64a)의 출사측면의 개구부 이외의 개소에 크롬 마스크(크롬으로 이루어진 차광막)를 설치한 것, 또는 투과성/반투과성의 코팅을 실시해서 마스크로 한 것이라도 좋고, 또는 직접 마이크로렌즈(64a)에 접촉시키지 않고 출사면의 근방에 투명한 마스크판에 차광막을 설치한 것을 배치해도 좋다. 제 2 개구 어레이(68)는, 예로서 석영 유리로 이루어진 투명 지지 부재 상에 예를 들면 크롬으로 이루어진 차광막을 구멍이 뚫린 형상으로 실시하는 것에 의해 구성되어 있다.

<메인빔과 불필요광>

상술한 바와 같이, 본 형태의 화상 노광 장치에 있어서 마이크로렌즈에 의해 집광된 메인빔 주변에 발생하는 사이드 로브는 노광 화상의 선예도를 저하시키는 하나의 원인이 된다. 사이드 로브는 광변조 소자를 포함하는 마이크로렌즈 상류의 광학계수차에 의해 발생할 뿐만 아니라, 마이크로렌즈 개구 그 자체의 존재에 의해 원리적으로 발생한다. 이하, 마이크로렌즈 개구에 기인한 사이드 로브의 발생 프로세스 및 그 경감 방법에 대하여 설명한다.

제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상이 단순한 형상(예를 들면 원형)인 경우, 도 6의 (A)에 R로 나타내는 마이크로렌즈(64a)의 초점 위치 부근에 있어서의 광강도 분포는 일반적으로 도 6의 (B)에서 나타내는 바와 같은 제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상을 푸리에 변환한 것으로 되어있다. 이때 광강도가 강한 메인빔(Ba)(중앙)의 주위에는 메인빔(Ba)보다 강도가 작은 불필요광[사이드 로브(Bb)]이 발생한다.

도 6에 나타내는 예 이외에 제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상이 직사각형인 경우 등 여러 가지의 경우가 생각되지만, 어느 경우에도 마이크로렌즈(64a)의 초점 위치 부근에 있어서의 광강도 분포는 제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상의 푸리에 변환이 된다. 이 메인빔(Ba)과 사이드 로브(Bb)의 위치 관계, 강도비는 통상 제 1 개구 어레이(66)의 개구 사이즈와, 마이크로렌즈(64a)의 초점 거리, 및 레이저광(B)의 파장이 결정되면 일의적으로 결정되어버린다.

이하, 도 13, 14를 사용해서 제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상과 마이크로렌즈(64a)의 초점면에 있어서의 광강도의 관계를 설명한다.

도 13에 나타내는 바와 같이 제 1 개구 어레이(66)의 형상을 나타내는 함수를 V(ξ, η)라고 하면 V(ξ, η)=1(개구 내부, 차폐 없음), V(ξ, η)=0(개구의 외측, 차폐)이며, 마이크로렌즈(64a)의 초점면(x, y)에 있어서의 광의 강도는 도 13의 식 1로 나타내어지는 바와 같이 제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상의 푸리에 변환으로 되어 있다.

이때 제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상이 원형이면 상기 식 1을 간략화 할 수 있다. 즉 마이크로렌즈(64a) 개구면의 z축(광축)으로부터의 거리를 R, 개구의 반지름을 Rmax라고 했을 때 V(R)=1(|R|<Rmax), V(R)=0(|R|>Rmax)이며, 마이크로렌즈(64a)의 초점면[=제 2 개구 어레이(68)]에서 z축으로부터의 거리 r의 거리에서 광강도를 |U(r)|2라고 하면 초점면에 있어서의 광강도는 식 2와 같이 나타내어진다.

여기에서 도 14에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태와 같이 마이크로렌즈(64a)의 개구면에 개구 형상(Rmax)과 상사형의 링 형상의 조리개를 n개 설치했을 경우를 생각한다. Rm-1≤R≤Rm에 있어서의 투과율을 Tm(일정)이라고 하면 초점면의 광강도는 식 3과 같이 나타내어진다.

이와 같이 {R1...Rn}(조리개의 반지름) 및 {T1...Tn}(투과율)을 적절하게 설정함으로써, 도 6의 (B)에 나타내는 사이드 로브(Bb)(불필요광)를 마이크로렌즈(64a)의 초점면 즉 제 2 개구 어레이(68) 상에 있어서 광축(z축)으로부터 외측으로 이동시킬 수 있고, 제 2 개구 어레이(68)에서 불필요광을 제거할 수 있다. {T1...Tn}을 복소수로 하면 단순한 투과율 변화뿐만 아니라, 광의 위상 성분의 변경 효과도 사용한 사이드 로브 개선이 가능하다.

즉, T1=1(투과), T2=0(차폐), T3=1(투과), 마이크로렌즈(64a)의 초점 거리(f)를 100㎛로 했을 때, 도 9의 (A)에 나타내는 바와 같이 R0=0, (R1/f)=0.09535(반지름 R1=9.535㎛, φ1=19.07㎛), (R2/f)=0.1277(R2=12.77㎛, φ2=25.54㎛), (R3/f)=0.15(R3=15㎛, φ3=30㎛)와 같이 제 1 개구 어레이(66)의 개구부(66a), 차광부(66b), 투과 부분(66c)의 각 사이즈가 도출된다. 이들 수치는 상기 수식으로부터 도출된 것이며, 종래부터 존재하는 원환 형상 조리개를 구비한 광학계와는 목적, 성립 조건 등이 다르다.

본 실시예는 마이크로렌즈 개구에 기인한 사이드 로브 경감 예이지만, 마이크로렌즈보다 상류의 광학계, 예를 들면 DMD 등의 광변조 소자에 기인한 축 대조 수차에 의해 발생하는 사이드 로브에 관해서도 {R1...Rn} (조리개의 반지름) 및 {T1...Tn}을 적절하게 선택함으로써 개구의 영향과 동시에 그 영향을 경감하는 것이 가능하다.

한편, 이하의 이유로 메인빔(Ba)에 대한 사이드 로브(Bb) 부분의 상대 강도비를 가능한 한 억제하는 것이 바람직하다. 즉 일반적으로, 고감도 감재(感材)에의 노광시에는 사이드 로브 광(Bb)에 의해 감재가 감광하여(흐려짐), 실효적인 묘화선 폭이 굵어질(해상도가 저하될) 가능성이 있다. 또한 DMD(34)와 같이 이차원 광변조 소자를 사용한 노광 장치에 의한 고선명 노광시에는 인접하는 묘화빔의 간격이 가까워지기 때문에, ON 빔(묘화시)의 광강도 분포가 넓어져[레이저광(B)이 굵어져] 인접하는 묘화선에 영향을 주는 요인이 되는 사이드 로브(Bb)의 영향을 무시할 수 없게 된다.

이에 대하여 마이크로렌즈 어레이(64)의 초점 위치 근방에 설치한 제 2 개구 어레이(68)의 개구를 충분히 작게 해서 메인빔(Ba)을 남기고, 사이드 로브(Bb)만을 제거할 수 있다면 바람직하지만, 정밀도 좋게 사이드 로브(Bb) 성분만을 제거하는 것은 이하의 이유로 곤란하다.

즉 도 7에 나타내는 바와 같이, 각각 마이크로렌즈(64a)에서 제조 불균일에 의해 렌즈 광축과 제 2 개구 어레이(68)의 각 개구 중심이 어긋날 우려가 있다. 또한 제 1 결상 광학계(52), 제 2 결상 광학계(58)의 제조 불균일(텔레센트릭성 불균일)에 의해 각각의 마이크로렌즈(64a)로부터 출사되는 메인빔(Ba)의 위치가 제 2 개구 어레이(68)의 각 개구 중심으로부터 평행 이동해 버린다. 이 때문에 개구 어레이(68)의 개구 중심과 메인빔(Ba)의 중심이 어긋나, 메인빔(Ba)이 좁혀져 광량 부족이 될 우려가 있다.

상기한 바와 같은 이유로 제 2 개구 어레이(68)에 의한 사이드 로브(Bb)의 제거가 불충분하게 되는 동시에, 제 2 개구 어레이(68)의 개구지름을 작게 해서 레이저광(B) 전체를 지나치게 좁히면 메인빔(Ba)도 일부분이 제 2 개구 어레이(68)에 의해 커팅되어 버리게 되어, 각 마이크로렌즈(64a)의 집광 빔 사이에서의 강도 편차가 발생하는 문제가 생긴다.

그래서 본 실시형태에서는 제 1 개구 어레이(66)에 개구 형상과 상사형인 마스크를 설치해서 레이저광(B)을 좁힘으로써, 마이크로렌즈 어레이(64)의 초점 위치에 있어서의 사이드 로브(Bb)의 위치를 메인빔(Ba)으로부터 떨어진 방향(광축으로부터 멀어지는 방향)으로 이동시키고, 또한 제 2 개구 어레이(68)에서 메인빔(Ba) 이외를 좁힘으로써 메인빔(Ba)을 남기면서 사이드 로브(Bb)만을 효과적으로 삭감하고, 노광시의 묘화선을 가늘게 유지하면서 인접하는 빔 사이의 크로스 토크를 방지하고, 또한 광량 저하를 방지할 수 있다.

도 8~도 11을 사용해서 이하의 모델 설명을 행한다. 여기에서는 마이크로렌즈 어레이(64)[마이크로렌즈(64a)]의 렌즈면에 크롬 마스크 등으로 차광부(66b)를 설치한 것을 제 1 개구 어레이(66)로 한 모델로 되어 있지만, 광 이용 효율을 올리기 위해서 투과성/반투과성의 코팅을 마이크로렌즈(64a)에 부여함으로써 실현해도 좋다. 또한, 제 1 개구 어레이(66)를 렌즈 출사면에 직접 부여하지 않고, 렌즈 출사면 근방에 별도로 부여해도 좋다. 여기에서 소개하는 마스크의 구조는 대표 예이며, 후술하는 차광부(66b)의 윤환(輪環) 수를 늘리거나 해도 관계없다.

도 8의 (A)에 나타내는 바와 같은 종래의 구조에서는 마이크로렌즈(64a)의 초점 위치 부근에서는 메인빔(Ba)과 사이드 로브(Bb)의 상대 강도 및 위치 관계는 도 8의 (B)와 같이 된다. 즉 메인빔(Ba)의 중심으로부터 4㎛ 정도까지의 범위에 사이드 로브(Bb)가 존재하고, 이것이 상술한 바와 같이 여러 가지 문제를 일으키는 원인이 될 수 있다.

도 9의 (A)에 나타내는 본 실시형태에 있어서는, 마이크로렌즈(64a)의 사출측에 차광부(66b)를 설치함으로써 마이크로렌즈(64a)의 초점 위치 부근에서의 사이드 로브(Bb)의 위치를 이동시키고 있다.

차광부(66b)는 제 1 개구 어레이(66)의 개구부(66a) 안에 개구부(66a)와 상사형의 차광부(66b)를 설치한 것이며, 개구부(66a)가 원형이면 차광부(66b)도 또한 이것과 상사형의 원형이며, 중앙부에는 도 9의 (A)에 나타내는 바와 같이 개구부(66a)와 상사형의 투과 부분(66c)이 더 형성되어 있어도 된다. 이 투과 부분(66c)의 존재는 필수는 아니지만, 레이저광(B)[메인빔(Ba)]의 광량을 유용하게 이용하기 위해서는 투과 부분(66c)이 존재하는 편이 바람직하다.

구체적으로는, 마이크로렌즈(64a)를 초점 거리 100㎛의 평볼록 렌즈, 개구부(66a)를 φ30㎛, 차광부(66b)의 외경을 φ25.54㎛, 투과 부분(66c)의 지름을 φ19.07㎛로 하고 파장(λ)=400㎚의 레이저광을 사용했다.

도 9~도 11에 나타내는 바와 같이, 이 모델 예에 있어서는 메인빔(Ba)의 확산 φ4㎛, 사이드 로브(Bb)를 메인빔(Ba)의 중심으로부터 φ7.2㎛에 걸쳐 종래비 1/10로 억제하고, 제 2 개구 어레이(68)의 개구지름을 φ5.6㎛로 하고 있다. 이 구성이면, 상술한 제조 불균일의 영향으로 메인빔(Ba)의 중심과 제 2 개구 어레이(66)의 개구 중심이 예를 들면 ±0.8㎛ 어긋난 경우라도 정밀도 좋게 사이드 로브(Bb)만을 제 2 개구 어레이(68)에서 억제하는 것이 가능하게 된다.

즉 도 10의 (A)에 나타내는 바와 같은 마이크로렌즈(64a), 제 1 개구 어레이(66)[개구부(66a), 차광부(66b)]의 배치에 있어서의 레이저광(B)의 광강도 분포는, 제 2 개구 어레이(68)를 통과하기 전에 있어서는 도 10의 (B)에 나타내는 바와 같이 메인빔(Ba)은 φ4㎛ 정도에 들어가 있고, 또한 사이드 로브(Bb)는 메인빔(Ba)의 중심으로부터 φ7.2㎛의 범위에 있어서 도 8에 나타낸 종래 예에 비교해서 상대 강도로 약 1/10 정도로 억제되어 있다(도 11).

이러한 광강도 분포의 레이저광(B)을 제 2 개구 어레이(68)(φ5.6㎛)에서 좁힌 결과, 도 10의 (C), 도 11에 나타내는 바와 같이 메인빔(Ba) 주위에 있어서의 사이드 로브(Bb)를 무시할 수 있는 광강도 분포를 가지는 레이저광(B)으로 할 수 있다.

또한 사이드 로브(Bb)의 강도가 종래 예에 비교해서 상대 강도로 약 1/10 정도로 억제된 범위는 φ7.2㎛인 것에 대해서 제 2 개구 어레이(68)의 개구지름은 φ5.6㎛이므로, 상술한 바와 같이 마이크로렌즈(64a)의 제조 불균일에 의한 광축과 제 2 개구 어레이(68)의 축 어긋남, 제 1 결상 광학계(52)의 제조 불균일에 의한 고르지 않은 텔레센트릭성에 의해 발생하는 집광 위치의 어긋남이 ±0.8㎛ 존재해도 사이드 로브(Bb)만을 정밀도 좋게 제 2 개구 어레이(68)에서 제거할 수 있다.

<차광부의 형상>

상기 실시형태에서는 제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상이 원형인 경우를 예시했지만, 이것에 한정하지 않고 다른 형상에 있어서도 본 발명을 응용할 수 있다.

즉 도 12에 나타내는 바와 같이, 제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상이 직사각형인 경우 차광부(66b)도 역시 직사각형으로 하여, 마이크로렌즈(64a)의 초점 위치에 있어서의 사이드 로브(Bb)의 위치를 메인빔(Ba)으로부터 떨어진 장소로 이동시킬 수 있다. 또한 차광부(66b)의 중앙에 투과 부분(66c)을 설치할 경우도 개구 형상과 상사형으로 한다.

또한, 차광부(66b)는 레이저광(B)을 완전히 차단하는 것일 필요는 없고, 회전 대칭인 형상의 차광부(66b)로서 농도 구배(그라이데이션)를 가지고 레이저광(B)을 단계적으로 투과시키는 것이어도 된다. 이 이외에도, ND 필터 등 소정의 광학 농도를 구비한 엘리먼트를 차광부(66b)로 해도 된다.

<기타>

이상, 본 발명의 실시예에 대해서 기술했지만, 본 발명은 상기 실시예에 전혀 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 형태로 실시할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

예를 들면 상기 실시형태에서는 레이저광으로 노광하는 노광 장치의 구성을 예로 들었지만, 이것에 한정하지 않고 예를 들면 통상의 가시광 또는 자외선 등을 사용해도 된다. 또는 노광 장치 이외라도 스폿광을 사용하는 여러 가지 구성에 응용할 수도 있다.

또한, 본 실시형태에서는 반사형의 공간 변조 소자인 DMD(34)를 사용하여 설명했지만, 이것을 대신하여 예를 들면 액정을 사용한 투과형의 공간 변조 소자를 사용해도 된다.

일본 출원 2012-011050의 개시는 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 받아들여진다. 본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허출원 및 기술규격은 각각의 문헌, 특허출원 및 기술규격이 참조에 의해 받아들여지는 것이 구체적 또한 개별적으로 기재된 경우와 같은 정도로 본 명세서 중에 참조에 의해 받아들여진다.

10 : 노광 장치 14 : 이동 스테이지
16 : 다리부 18 : 설치대
20 : 가이드 22 : 게이트
24 : 스캐너 26 : 센서
28 : 노광 헤드 30 : 노광 에어리어
34 : DMD 52 : 제 1 결상 광학계
58 : 제 2 결상 광학계 64a : 마이크로렌즈
64 : 마이크로렌즈 어레이 66 : 제 1 개구 어레이
66a : 개구부 66b : 차광부
66c : 투과 부분 68 : 제 2 개구 어레이
B : 레이저광 Ba : 메인빔
Bb : 사이드 로브 P : 감광 재료

Claims (10)

1. 광원으로부터의 광을 변조하는 화소부가 배열된 공간 광변조 소자와, 상기 공간 광변조 소자에 의해 변조된 광을 집광하는 마이크로렌즈가 배열된 마이크로렌즈 어레이와, 상기 마이크로렌즈의 사출측에 광의 투과를 규제하는 개구 형상의 개구부를 구비한 제 1 개구 어레이와, 상기 마이크로렌즈의 광축을 중심으로 해서 상기 제 1 개구 어레이의 상기 개구부에 설치되어 상기 개구부의 개구 형상과 외형이 상사형이고 상기 개구부를 투과한 광을 차광하는 마스크와, 상기 마이크로렌즈의 광축을 중심으로 하여 상기 마스크의 중심에 설치되어 상기 제 1 개구 어레이의 상기 개구부의 개구 형상과 상사형인 투과부와, 상기 공간 광변조 소자에 의해 변조된 광을 상기 마이크로렌즈 어레이에 결상하는 제 1 결상 광학계와, 상기 마이크로렌즈 어레이에서 집광된 광을 감광 재료 상에 결상하는 제 2 결상 광학계와, 상기 마이크로렌즈 어레이의 집광 위치에서 상기 마이크로렌즈 어레이 각각으로부터 사출된 광을 좁히는 개구를 배열한 제 2 개구 어레이를 구비한 것을 특징으로 하는 노광 광학계.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 마스크는 상기 마이크로렌즈의 광축을 중심으로 하는 동심 원환상인 것을 특징으로 하는 노광 광학계.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 마스크는 상기 마이크로렌즈의 광축을 중심으로 하는 동심 직사각형상인 것을 특징으로 하는 노광 광학계.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 마스크와 상기 투과부는 상기 마이크로렌즈의 사출측에 부착된 막의 불투명 부분 및 투명 부분으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 광학계.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 마스크는 상기 마이크로렌즈 사출측에 형성된 크롬 마스크인 것을 특징으로 하는 노광 광학계.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 개구 어레이의 개구부의 외주 부분은 불투명 부분인 것을 특징으로 하는 노광 광학계.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광원은 반도체 레이저인 것을 특징으로 하는 노광 광학계.
8. 광원으로부터의 광을 집광하는 렌즈와, 상기 렌즈의 사출측에 광의 투과를 규제하는 개구 형상의 개구부를 구비한 제 1 개구와, 상기 렌즈의 광축을 중심으로 해서 상기 제 1 개구의 상기 개구부에 설치되어 상기 개구부의 개구 형상과 외형이 상사형이고 상기 개구부를 투과한 광을 차광하는 마스크와, 상기 렌즈의 광축을 중심으로 하여 상기 마스크의 중심에 설치되어 상기 제 1 개구의 상기 개구부의 개구 형상과 상사형인 투과부와, 상기 광을 상기 렌즈에 결상하는 제 1 결상 광학계와, 상기 렌즈에서 집광된 광을 감광 재료 상에 결상하는 제 2 결상 광학계와, 상기 렌즈의 집광 위치에서 상기 렌즈로부터 사출된 광을 좁히는 개구를 배열한 제 2 개구를 구비한 것을 특징으로 하는 노광 광학계.
9. 제 1 항 또는 제 8 항에 기재된 노광 광학계를 이용하여 소정의 패턴을 감광 재료에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
10. 제 9 항에 기재된 노광 장치를 이용하여 소정의 패턴을 감광 재료에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.

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