KR102123347B1 - 공간 광변조기의 구동 방법, 노광용 패턴의 생성 방법, 노광 방법 및 장치 - Google Patents

공간 광변조기의 구동 방법, 노광용 패턴의 생성 방법, 노광 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

공간 광변조기의 구동 방법에 있어서, Y방향으로 인접하여 배치되어 X방향으로 연장된 제1 경계 영역 및 제2 경계 영역 중, 제1 경계 영역 내에서 X방향으로 투영 광학계에서 해상되지 않는 제1 피치로 배열된 미러 요소를 위상 0으로 설정하고, 다른 미러 요소를 위상 π로 설정하고, 제2 경계 영역 내에서 X방향으로 투영 광학계에서 해상되지 않는 제2 피치로 배열된 미러 요소를 위상 π로 설정하고, 다른 미러 요소를 위상 0으로 설정한다. 공간 광변조기를 이용하여 물체에 패턴을 투영할 때에, 공간 광변조기의 각 광학 요소의 이미지의 폭보다 미세한 위치 정밀도 또는 형상 정밀도로 패턴을 형성할 수 있다.

Description

공간 광변조기의 구동 방법, 노광용 패턴의 생성 방법, 노광 방법 및 장치{DRIVE METHOD FOR SPATIAL LIGHT MODULATOR, METHOD FOR GENERATING PATTERN FOR EXPOSURE, AND EXPOSURE METHOD AND DEVICE}
본 발명은 복수의 광학 요소를 갖는 공간 광변조기의 구동 방법, 공간 광변조기를 이용하는 노광용 패턴의 생성 방법, 공간 광변조기를 이용하여 물체를 노광하는 노광 기술, 및 이 노광 기술을 이용하는 디바이스 제조 기술에 관한 것이다.
예컨대 반도체 소자 또는 액정 표시 소자 등의 디바이스(전자 디바이스 또는 마이크로 디바이스)를 제조하기 위한 리소그래피 공정 중에서, 정해진 패턴을 투영 광학계를 통해 웨이퍼 또는 유리 플레이트 등의 기판의 각 샷영역에 형성하기 위해, 스테퍼 등의 일괄 노광형의 노광 장치, 또는 스캐닝 스테퍼 등의 주사 노광형의 노광 장치 등이 사용되고 있다.
최근에는, 복수 종류의 디바이스마다, 또한 기판의 복수의 레이어마다, 각각 마스크를 준비하는 것에 따른 제조 비용의 증대를 억제하고, 각 디바이스를 효율적으로 제조하기 위해, 마스크 대신에, 각각 경사각이 가변인 다수의 미소(微小) 미러의 어레이를 갖는 공간 광변조기(spatial light modulators : SLM)를 이용하여, 투영 광학계의 물체면에 가변의 패턴을 생성하는 소위 마스크리스 방식의 노광 장치가 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 또한, 공간 광변조기로는, 입사하는 광의 위상 분포를 제어하기 위해, 각각 반사면의 높이를 제어할 수 있는 다수의 미소 미러의 어레이를 갖는 타입도 제안되어 있다(예컨대, 비특허문헌 1 참조).
국제 공개 제2009/060745호 팜플렛
Yijian Chen et al., "Design and fabrication of tilting and piston micromirrors for maskless lithography," Proc. of SPIE (미국) Vol. 5751, pp.1023-1037 (2005)
종래의 공간 광변조기를 이용하여 기판 상에 패턴을 형성하는 경우에는, 공간 광변조기의 각 미소 미러(광학 요소)의 이미지를 최소 단위로 하여 그 패턴이 형성되었다. 그 때문에, 예컨대 미소 미러의 이미지의 폭보다 미세한 위치 정밀도로 그 패턴의 위치를 설정하는 것이 어렵고, 미소 미러의 이미지의 폭의 비정수배의 피치를 갖는 라인 앤드 스페이스 패턴을 형성하는 것도 어려웠다.
본 발명의 양태는, 이러한 사정을 감안하여, 복수의 광학 요소의 어레이를 갖는 공간 광변조기를 이용하여 물체에 패턴을 투영(형성)할 때에, 그 광학 요소의 이미지의 폭보다 미세한 위치 정밀도 또는 형상 정밀도로 패턴을 형성할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 각각 광을 투영 광학계로 유도하는 것이 가능한 복수의 광학 요소의 어레이를 갖는 제1 공간 광변조기의 구동 방법이 제공된다. 이 구동 방법은, 제1 방향으로 인접하여 배치되고 각각 그 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 연장된 제1 영역 및 제2 영역 중, 그 제1 영역 내에서 그 제2 방향으로 그 투영 광학계에서 해상되지 않는 제1 피치로 배열된 그 복수의 광학 요소를 제1 상태로 설정하고, 그 제1 영역 내의 다른 광학 요소를 그 제1 상태와 상이한 제2 상태로 설정하고, 그 제2 영역 내에서 그 제2 방향으로 그 투영 광학계에서 해상되지 않는 제2 피치로 배열된 그 복수의 광학 요소를 그 제2 상태로 설정하고, 그 제2 영역 내의 다른 광학 요소를 그 제1 상태로 설정하는 것이다.
또한, 제2 양태에 따르면, 각각 광을 투영 광학계로 유도하는 것이 가능한 복수의 광학 요소의 어레이를 갖는 제2 공간 광변조기의 구동 방법이 제공된다. 이 구동 방법은, 제1 방향으로 인접하여 또는 떨어져 배치되고 각각 그 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 연장된 제1 영역 및 제2 영역 중, 그 제1 영역 내에서 그 제2 방향으로 그 투영 광학계에서 해상되지 않는 제1 피치로 배열된 그 복수의 광학 요소를 제1 상태로 설정하고, 그 제1 영역 내의 다른 광학 요소를 그 제1 상태와 상이한 제2 상태로 설정하고, 그 제2 영역 내의 적어도 일부의 광학 요소를 그 제1 상태로 설정하는 것이다.
또한, 제3 양태에 따르면, 노광광에 의해 복수의 광학 요소의 어레이를 갖는 공간 광변조기 및 투영 광학계를 통해 기판을 노광하는 노광 방법이 제공된다. 이 노광 방법은, 제1 양태 또는 제2 양태의 공간 광변조기의 구동 방법에 의해 복수의 광학 요소의 적어도 일부를 그 제1 상태 또는 그 제2 상태로 설정하고, 그 노광광에 의해 그 제1 상태 또는 그 제2 상태로 설정된 그 복수의 광학 요소 및 그 투영 광학계를 통해 형성되는 공간 이미지로 그 기판을 노광하는 것이다.
또한, 제4 양태에 따르면, 조명 광학계로부터의 노광광에 의해 투영 광학계를 통해 기판을 노광하는 노광 장치가 제공된다. 이 노광 장치는, 그 투영 광학계의 물체면측에 배치되어, 각각 그 노광광을 그 투영 광학계로 유도하도록 제어할 수 있는 복수의 광학 요소의 어레이를 갖는 공간 광변조기와, 그 공간 광변조기의 복수의 광학 요소를 구동시키는 제어 장치를 구비하고, 그 제어 장치는, 그 기판 상에 그 투영 광학계를 통해 형성되는 공간 이미지에 따라서, 제1 방향으로 인접하여 또는 떨어져 배치되고 각각 그 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 연장된 제1 영역 및 제2 영역 중, 그 제1 영역 내에서 그 제2 방향으로 그 투영 광학계에서 해상되지 않는 제1 피치로 배열된 그 복수의 광학 요소를 제1 상태로 설정하고, 그 제1 영역 내의 다른 광학 요소를 그 제1 상태와 상이한 제2 상태로 설정하고, 그 제2 영역 내의 적어도 일부의 광학 요소를 그 제1 상태로 설정하는 것이다.
또한, 제5 양태에 따르면, 투영 광학계를 이용하여 기판을 노광할 때 이용되며, 그리드형으로 배열된 복수의 구획을 구비하는 노광용 패턴의 생성 방법이 제공된다. 이 노광용 패턴의 생성 방법은, 제1 방향으로 인접하여 또는 떨어져 배치되고 각각 그 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 연장된 제1 영역 및 제2 영역에 배열된 그 복수의 구획 중, 그 제1 영역 내에서 그 제2 방향으로 그 투영 광학계에서 해상되지 않는 제1 피치로 배열된 그 복수의 구획을 제1 상태로 설정하고, 그 제1 영역 내의 다른 구획을 그 제1 상태와 상이한 제2 상태로 설정하고, 그 제2 영역 내의 적어도 일부의 구획을 그 제1 상태로 설정하는 것이다.
또한, 제6 양태에 따르면, 제3 양태의 노광 방법 또는 제4 양태의 노광 장치를 이용하여 기판 상에 감광층의 패턴을 형성하는 단계와, 그 패턴이 형성된 그 기판을 처리하는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 양태에 따르면, 공간 광변조기에 있어서, 제1 영역 내에서 제2 방향으로 투영 광학계에서 해상되지 않는 제1 피치로 배열된 복수의 광학 요소를 제1 상태로 설정하고, 그 제1 영역 내의 다른 광학 요소를 그 제1 상태와 상이한 제2 상태로 설정함으로써, 그 제1 영역의 경계선(광학 요소의 단부)의 이미지는, 그 제2 방향에 교차하는 제1 방향으로 그 광학 요소의 이미지의 폭보다 미세한 위치 정밀도로 시프트 가능해진다. 따라서, 복수의 광학 요소의 어레이를 갖는 공간 광변조기를 이용하여 물체에 패턴을 투영(형성)할 때에, 그 광학 요소의 이미지의 폭보다 미세한 위치 정밀도 또는 형상 정밀도로 패턴을 형성할 수 있게 된다.
도 1은 실시형태의 일례에 따른 노광 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2의 (A)는 도 1 중의 공간 광변조기(28)의 일부를 나타내는 확대 사시도, (B)는 도 2의 (A)의 BB선을 따르는 단면도이다.
도 3의 (A)는 주사 노광시의 웨이퍼의 샷영역을 나타내는 도면, (B)는 스텝 앤드 리피트 방식으로 노광할 때의 웨이퍼의 샷영역을 나타내는 도면이다.
도 4의 (A), (B)는 각각 공간 광변조기에서 설정되는 반사광의 위상 분포의 예를 나타내는 부분 확대 평면도, (C), (D)는 각각 도 4의 (A), 도 4의 (B)의 위상 분포에 대응하는 공간 이미지의 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 5의 (A), (B), (C)는 각각 공간 광변조기에서 설정되는 반사광의 위상 분포의 다른 예를 나타내는 부분 확대 평면도, (D), (E), (F)는 각각 도 5의 (A), 도 5의 (B), 도 5의 (C)의 위상 분포에 대응하는 공간 이미지의 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 6의 (A)는 실시형태에서 설정되는 반사광의 위상 분포의 예를 나타내는 부분 확대 평면도, (B)는 비교예의 반사광의 위상 분포를 나타내는 부분 확대 평면도, (C)는 실시형태의 위상 분포의 공간 이미지에 대응하는 레지스트 패턴을 나타내는 확대도, (D)는 비교예의 레지스트 패턴을 나타내는 확대도이다.
도 7의 (A)는 L&S 패턴을 형성하기 위해 공간 광변조기에서 설정되는 반사광의 위상 분포의 일례를 나타내는 부분 확대 평면도, (B)는 도 7의 (A)의 위상 분포에 대응하는 공간 이미지의 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 8은 공간 광변조기를 이용하는 노광 동작의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 9의 (A)는 정해진 패턴의 목표로 하는 시프트량과 실제 시프트량 간의 관계의 일례를 나타내는 도면, (B)는 제1 변형예에서의 정해진 패턴의 목표로 하는 시프트량과 실제 시프트량 간의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10의 (A), (B), (C), (D)는 각각 제1 변형예의 공간 광변조기에서 설정되는 반사광의 위상 분포의 예를 나타내는 부분 확대 평면도이다.
도 11의 (A)는 도 7의 (A)의 위상 분포의 공간 이미지의 강도 분포 등을 나타내는 도면, (B)는 제2 변형예의 위상 분포의 공간 이미지의 강도 분포 등을 나타내는 도면이다.
도 12는 제2 변형예의 공간 광변조기에서 설정되는 반사광의 위상 분포를 나타내는 부분 확대 평면도이다.
도 13은 제3 변형예에 따른 노광 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 14는 전자 디바이스의 제조 공정의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
본 발명의 실시형태의 일례에 관해 도 1∼도 8을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 실시형태에 따른 마스크리스 방식의 노광 장치(EX)의 개략 구성을 나타낸다. 도 1에서, 노광 장치(EX)는 펄스 발광을 행하는 노광용의 광원(2)과, 광원(2)으로부터의 노광용의 조명광(노광광)(IL)에 의해 피조사면을 조명하는 조명 광학계(ILS)와, 거의 그 피조사면 또는 그 근방의 면 위에 이차원의 어레이형으로 배열된 각각 높이가 가변인 미소 미러인 다수의 미러 요소(30)를 구비한 공간 광변조기(28)와, 공간 광변조기(28)를 구동시키는 변조 제어부(48)를 구비하고 있다. 또한, 노광 장치(EX)는 다수의 미러 요소(30)에 의해 생성된 반사형의 가변의 요철 패턴(가변의 위상 분포를 갖는 마스크 패턴)에서 반사된 조명광(IL)을 수광하여, 그 요철 패턴(위상 분포)에 대응하여 형성되는 공간 이미지(디바이스 패턴)를 웨이퍼(W)(기판)의 표면에 투영하는 투영 광학계(PL)와, 웨이퍼(W)의 위치 결정 및 이동을 행하는 웨이퍼 스테이지(WST)와, 장치 전체의 동작을 통괄 제어하는 컴퓨터를 포함하는 주제어계(40)와, 각종 제어계 등을 구비하고 있다.
이하, 도 1에서, 웨이퍼 스테이지(WST)의 저면(도시하지 않은 가이드면에 평행한 면)에 수직으로 Z축을 설정하고, Z축에 수직인 평면 내에서 도 1의 지면에 평행한 방향으로 Y축을, 도 1의 지면에 수직인 방향으로 X축을 설정하여 설명한다. 또한, X축, Y축, Z축 둘레의 각도를 각각 θx 방향, θy 방향, θz 방향의 각도라고도 부른다. 본 실시형태에서는, 노광시에 웨이퍼(W)는 Y방향(주사 방향)으로 주사된다.
광원(2)으로는, 파장 193 nm, 펄스폭 50 ns 정도의 거의 직선 편광의 레이저광을 4∼6 kHz 정도의 주파수로 펄스 발광하는 ArF 엑시머 레이저 광원이 사용되고 있다. 또, 광원(2)으로서, 파장 248 nm의 KrF 엑시머 레이저 광원, 펄스 점등되는 발광 다이오드, 또는 YAG 레이저 또는 고체 레이저(반도체 레이저 등)로부터 출력되는 레이저광의 고조파를 생성하는 고체 펄스 레이저 광원 등도 사용할 수 있다. 고체 펄스 레이저 광원은, 예컨대 파장 193 nm(그 이외의 여러가지 파장이 가능), 펄스폭 1 ns 정도의 레이저광을 1∼2 MHz 정도의 주파수로 펄스 발광할 수 있다.
본 실시형태에서는, 광원(2)에는 전원부(42)가 연결되어 있다. 주제어계(40)가, 펄스 발광의 타이밍 및 광량(펄스 에너지)을 지시하는 발광 트리거 펄스(TP)를 전원부(42)에 공급한다. 그 발광 트리거 펄스(TP)에 동기하여, 전원부(42)는 지시된 타이밍 및 광량으로 광원(2)에 펄스 발광을 행하게 한다.
광원(2)으로부터 사출된 단면형상이 직사각형이고 거의 평행 광속의 펄스 레이저광으로 이루어진 조명광(IL)은, 한쌍의 렌즈로 이루어진 빔 익스팬더(4), 조명광(IL)의 편광 상태를 제어하는 편광 제어 광학계(6) 및 미러(8A)를 통해, Y축에 평행하게, 복수의 회절 광학 소자(diffractive optical element)(10A, 10B) 등에서 선택된 회절 광학 소자(도 1에서는 회절 광학 소자(10A))에 입사한다. 편광 제어 광학계(6)는, 예컨대 조명광(IL)의 편광 방향을 회전시키는 1/2 파장판, 조명광(IL)을 원편광으로 변환하기 위한 1/4 파장판, 및 조명광(IL)을 랜덤 편광(비편광)으로 변환하기 위한 쐐기형의 복굴절성 프리즘 등을 조명광(IL)의 광로로 교환 가능하게 설치할 수 있는 광학계이다.
회절 광학 소자(10A, 10B) 등은 회전판(12)의 둘레 가장자리부에 거의 등각도 간격으로 고정되어 있다. 주제어계(40)가 구동부(12a)를 통해 회전판(12)의 각도를 제어하여, 조명 조건에 따라서 선택된 회절 광학 소자를 조명광(IL)의 광로 위에 설치한다. 선택된 회절 광학 소자에 의해 회절된 조명광(IL)은 렌즈(14a, 14b)로 이루어진 릴레이 광학계(14)에 의해 마이크로 렌즈 어레이(16)의 입사면으로 유도된다. 마이크로 렌즈 어레이(16)에 입사한 조명광(IL)은 마이크로 렌즈 어레이(16)를 구성하는 다수의 미세한 렌즈 엘리멘트에 의해 이차원적으로 분할되고, 각 렌즈 엘리멘트의 후측 초점면인 조명 광학계(ILS)의 동면(瞳面)(조명 동면(IPP))에는 이차 광원(면광원)이 형성된다.
일례로서, 회절 광학 소자(10A)는 통상 조명용이고, 회절 광학 소자(10B)는 작은 코히런스 팩터(σ값)의 조명광을 생성하는 소σ 조명용이고, 그 밖에, 2극 조명용, 4극 조명용 및 윤대 조명용 등의 회절 광학 소자(도시하지 않음)도 구비되어 있다. 또, 복수의 회절 광학 소자(10A, 10B) 등 대신에, 각각 경사각이 가변인 다수의 미소 미러의 어레이를 갖는 공간 광변조기를 사용해도 좋고, 마이크로 렌즈 어레이(16) 대신에 플라이아이 렌즈 등도 사용할 수 있다.
조명 동면(IPP)에 형성된 이차 광원으로부터의 조명광(IL)은, 제1 릴레이 렌즈(18), 시야 조리개(20), 광로가 -Z방향으로 절곡되는 미러(8B), 제2 릴레이 렌즈(22), 콘덴서 광학계(24) 및 미러(8C)를 통해, XY 평면에 평행한 피조사면(설계상의 전사용 패턴이 배치되는 면)에 θx 방향으로 평균적인 입사각 α로 입사한다. 환언하면, 그 피조사면에 대하여 조명 광학계(ILS)의 광축(AXI)은 θx 방향으로 입사각 α로 교차하고 있다. 입사각 α은 예컨대 수 deg(°)로부터 수십 deg이다. 그 피조사면 또는 그 근방의 면에, 공간 광변조기(28)의 2차원의 어레이형으로 배열된 다수의 미러 요소(30)의 전원 오프시의 반사면이 배치된다. 빔 익스팬더(4)로부터 콘덴서 광학계(24) 및 미러(8C)까지의 광학 부재를 포함하여 조명 광학계(ILS)가 구성되어 있다. 조명 광학계(ILS)로부터의 조명광(IL)은 공간 광변조기(28)의 다수의 미러 요소(30)의 어레이 상의 X방향으로 가늘고 긴 장방형의 조명 영역(26A)을 거의 균일한 조도 분포로 조명한다. 다수의 미러 요소(30)는 조명 영역(26A)을 포함하는 장방형의 영역에 X방향 및 Y방향으로 정해진 피치로 배열되어 있다. 조명 광학계(ILS) 및 공간 광변조기(28)는 도시하지 않은 프레임에 지지되어 있다.
도 2의 (A)는 도 1 중의 공간 광변조기(28)의 반사면의 일부를 나타내는 확대 사시도, 도 2의 (B)는 도 2의 (A)의 BB선을 따르는 단면도이다. 도 2의 (A)에서, 공간 광변조기(28)의 반사면에는, X방향 및 Y방향으로 각각 피치(주기) px 및 py로 다수의 미러 요소(30)가 배열되어 있다. 미러 요소(30)의 X방향 및 Y방향의 폭은, 각각 피치 px 및 py와 거의 같다고 간주할 수 있다. 일례로서 미러 요소(30)는 정방형이며, 피치 px, py는 서로 같다. 또, 미러 요소(30)는 장방형 등이어도 좋고, 피치 px, py는 서로 상이해도 좋다.
그 반사면에서, X방향으로 i번째(i=1, 2, … , I) 및 Y방향으로 j번째(j=1, 2, … , J)의 위치 P(i, j)에 각각 미러 요소(30)가 배치되어 있다. 일례로서, 미러 요소(30)의 Y방향(웨이퍼(W)의 주사 방향에 대응하는 방향)의 배열수 J는 수백∼수천이고, X방향의 배열수 I는 배열수 J의 수배∼수십배이다. 또한, 미러 요소(30)의 배열의 피치(또는 폭) px(=py)는 예컨대 10 ㎛∼1 ㎛ 정도이다.
또한, 공간 광변조기(28)는 다수의 미러 요소(30)와, 각 미러 요소(30)를 각각 가요성(탄성)을 갖는 힌지부(35)(도 2의 (B) 참조)를 통해 지지하는 베이스 부재(32)를 구비하고 있다.
도 2의 (B)에서, 베이스 부재(32)는, 예컨대 실리콘으로 이루어진 평판형의 기재(32A)와, 기재(32A)의 표면에 형성된 질화규소(예컨대 Si3N4) 등의 절연층(32B)으로 구성되어 있다. 또한, 베이스 부재(32)의 표면에 X방향, Y방향으로 정해진 피치로 지지부(34)가 형성되고, 인접하는 Y방향의 지지부(34) 사이에, 탄성 변형에 의해 Z방향으로 가요성을 갖는 한쌍의 2단의 힌지부(35)를 통해, 미러 요소(30)의 이면측의 볼록부가 지지되어 있다. 지지부(34), 힌지부(35) 및 미러 요소(30)는 예컨대 폴리실리콘으로 일체적으로 형성되어 있다. 미러 요소(30)의 반사면(표면)에는, 반사율을 높이기 위해 금속(예컨대 알루미늄 등)의 박막으로 이루어진 반사막(31)이 형성되어 있다.
또한, 미러 요소(30)의 저면측의 베이스 부재(32)의 표면에 전극(36A)이 형성되고, 전극(36A)에 대향하도록 힌지부(35)의 저면에 전극(36B)이 형성되어 있다. 베이스 부재(32)의 표면 및 지지부(34)의 측면에는, 미러 요소(30)마다 대응하는 전극(36A, 36B) 사이에 정해진 전압을 인가하기 위한 신호 라인(도시하지 않음)이 매트릭스형으로 설치되어 있다. 이 경우, 전원 오프 상태 또는 전원 온 상태이며 전극(36A, 36B) 사이에 전압이 인가되지 않은 상태(제1 상태)에서는, 조명광(IL2)이 입사하고 있는 위치 P(i, j-1)의 미러 요소(30)에서 나타낸 바와 같이, 미러 요소(30)의 반사면은 XY 평면에 평행한 평면인 기준 평면(A1)에 합치한다. 한편, 전원이 온이며 전극(36A, 36B) 사이에 정해진 전압이 인가되고 있는 상태(제2 상태)에서는, 조명광(IL1)이 입사하고 있는 위치 P(i, j)의 미러 요소(30)에서 나타낸 바와 같이, 미러 요소(30)의 반사면은, XY 평면에 평행하고 기준 평면(A1)로부터 Z방향으로 간격 d1만큼 변위한 평면(A2)에 합치한다. 도 1의 변조 제어부(48)가, 주제어계(40)로부터 설정되는 조명광(IL)의 위상 분포(요철 패턴)의 정보에 따라서, 위치 P(i, j)의 미러 요소(30)마다 전극(36A, 36B) 사이의 전압을 제어한다. 각 미러 요소(30)는 그 제1 상태 또는 그 제2 상태 중 어느 것으로 설정된다.
이러한 미소 입체 구조의 공간 광변조기(28)는, 예컨대 배경기술에서 인용한 비특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, MEMS(Microelectromechanical Systems : 미소 전기 기계 시스템) 기술을 이용하여 제조하는 것이 가능하다. 공간 광변조기(28)의 각 미러 요소(30)는 평행 이동에 의해 제1 상태 또는 제2 상태로 설정할 수만 있으면 되기 때문에, 미러 요소(30)의 소형화 및 미러 요소(30)의 배열수의 증대가 용이하다.
또한, 각 미러 요소(30)의 반사면이 기준 평면(A1)에 합치하는 상태(제1 상태)에서, 그 미러 요소(30)에서 반사되는 조명광(IL)의 위상의 변화량을 제1 위상 δ1로 하면, 본 실시형태에서는 위상 δ1은 0°이다. 또한, 각 미러 요소(30)의 반사면이 기준 평면(A1)으로부터 간격 d1만큼 변위한 평면(A2)에 합치하는 상태(제2 상태)에서, 그 미러 요소(30)에서 반사되는 조명광(IL)의 위상의 변화량을 제2 위상 δ2로 하면, 위상 δ2는 위상 δ1에 대하여 180°(π(rad)) 상이하다. 즉, 이하의 관계가 성립한다. 단, 공간 광변조기(28)의 제조 오차 및 변조 제어부(48)에 의한 구동 오차 등을 고려하여, 위상 δ2는 이하의 식에 대하여 수 deg(°) 정도의 오차는 허용된다.
δ1=0° … (1A), δ2=180°=π(rad) … (1B)
또, 이하에서는 단위가 없는 위상은 rad를 의미한다. 또한, 위치 P(i, j)의 미러 요소(30)의 반사면이 기준 평면(A1)에 합치할 때의 점선으로 나타내는 반사광(B1)의 파면의 위상의 변화량과, 그 반사면이 간격 d1의 평면(A2)에 합치할 때의 반사광(B2)의 파면의 위상의 변화량의 차분이 제2 위상 δ2이다. 일례로서, 입사각 α을 거의 0°로 하고, 미러 요소(30)의 반사면에 입사하는 조명광(IL1)의 파장을 λ(여기서는 λ=193 nm)로 하면, 간격 d1은 거의 다음과 같게 된다.
d1=λ/4 … (2)
도 2의 (A)에서, 공간 광변조기(28)의 각 미러 요소(30)는 각각 입사하는 조명광(IL)의 위상을 0° 변화시켜 반사하는 제1 상태, 또는 입사하는 조명광(IL)의 위상을 180° 변화시켜 반사하는 제2 상태로 제어된다. 이하에서는, 그 제1 상태로 설정된 미러 요소(30)를 위상 0의 미러 요소, 그 제2 상태로 설정된 미러 요소(30)를 위상 π의 미러 요소라고도 부르기로 한다.
일례로서, 정해진 펄스수의 조명광(IL)의 발광마다, 주제어계(40)가 변조 제어부(48)에, 공간 광변조기(28)에서 설정되는 조명광(IL)의 위상 분포(요철 패턴)의 정보를 공급한다. 이것에 따라서 변조 제어부(48)가 공간 광변조기(28)의 각 미러 요소(30)를 위상 0 또는 위상 π로 제어한다. 웨이퍼(W)의 표면에는 그 위상 분포에 따른 공간 이미지가 형성된다.
도 1에서, 공간 광변조기(28)의 조명 영역(26A) 내의 다수의 미러 요소(30)의 어레이에서 반사된 조명광(IL)은, 평균적인 입사각 α로 투영 광학계(PL)에 입사한다. 도시하지 않은 칼럼에 지지된 광축(AXW)을 갖는 투영 광학계(PL)는 공간 광변조기(28)(물체면)측에 비텔리센트릭이며, 웨이퍼(W)(이미지면)측에 텔리센트릭인 축소 투영 광학계이다. 투영 광학계(PL)는 공간 광변조기(28)에서 설정되는 조명광(IL)의 위상 분포에 따른 공간 이미지의 축소 이미지를, 웨이퍼(W)의 하나의 샷영역 내의 노광 영역(26B)(조명 영역(26A)과 광학적으로 공액인 영역)에 형성한다. 투영 광학계(PL)의 투영 배율 β는 예컨대 1/10∼1/100 정도이다. 투영 광학계(PL)의 이미지면측의 개구수를 NA, 조명광(IL)의 파장을 λ로 하고, 조명 조건을 통상 조명으로 하면, 투영 광학계(PL)의 해상도 Re(주기적 패턴의 피치 또는 선폭의 2배로 나타낸 해상 한계)는 다음과 같게 된다.
Re=λ/NA … (3)
일례로서, 해상도 Re는 공간 광변조기(28)의 미러 요소(30)의 이미지의 폭(β·py)의 1배∼수배 정도이다. 예컨대, 미러 요소(30)의 크기(배열의 피치)가 수 ㎛ 정도, 투영 광학계(PL)의 투영 배율 β가 1/100 정도이면, 해상도 Re는 수십 nm∼그 수배 정도이다. 웨이퍼(W)(기판)는, 예컨대 실리콘 또는 SOI(silicon on insulator) 등의 원형의 평판형 기재의 표면에, 포토레지스트(감광 재료)를 수십 nm∼200 nm 정도의 두께로 도포한 것을 포함한다.
본 실시형태와 같이 물체측에 비텔리센트릭인 투영 광학계(PL)를 이용함으로써, 공간 광변조기(28)의 다수의 미러 요소(30)의 반사면과 웨이퍼(W)의 노광면(포토레지스트의 표면)을 거의 평행하게 배치할 수 있다. 따라서, 노광 장치의 설계·제조가 용이하다. 또한, 조명광(IL)의 편광 상태를 임의의 상태로 설정할 수 있다.
또한, 노광 장치(EX)가 액침형인 경우에는, 예컨대 미국 특허 출원 공개 제2007/242247호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 투영 광학계(PL)의 선단의 광학 부재와 웨이퍼(W) 사이에 조명광(IL)을 투과하는 액체(예컨대 순수)를 공급하여 회수하는 국소 액침 장치가 설치된다. 액침형의 경우에는 개구수 NA를 1보다 크게 할 수 있기 때문에, 해상도를 더욱 높일 수 있다.
도 1에서, 웨이퍼(W)는 웨이퍼 홀더(도시하지 않음)를 통해 웨이퍼 스테이지(WST)의 상면에 흡착 유지되고, 웨이퍼 스테이지(WST)는 도시하지 않은 가이드면 위에서 X방향, Y방향으로 스텝 이동하고, Y방향으로 일정 속도로 이동한다. 웨이퍼 스테이지(WST)의 X방향, Y방향의 위치 및 θz 방향의 회전각 등은 레이저 간섭계(45)에 의해 형성되고, 이 계측 정보가 스테이지 제어계(44)에 공급된다. 스테이지 제어계(44)는 주제어계(40)로부터의 제어 정보 및 레이저 간섭계(45)로부터의 계측 정보에 기초하여, 리니어 모터 등의 구동계(46)를 통해 웨이퍼 스테이지(WST)의 위치 및 속도를 제어한다. 또, 웨이퍼(W)의 얼라인먼트를 행하기 위해, 웨이퍼(W)의 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 얼라인먼트계(도시하지 않음) 등도 구비되어 있다.
웨이퍼(W)의 노광시에는, 기본적인 동작으로서, 웨이퍼(W)의 얼라인먼트를 행한 후, 조명 광학계(ILS)의 조명 조건을 설정한다. 또한, 주제어계(40)로부터 변조 제어부(48)에, 웨이퍼(W)의 각 샷영역에 노광되는 패턴에 대응하는 위상 분포의 정보가 공급된다. 그리고, 예컨대 도 3의 (A)에 나타내는 웨이퍼(W)의 표면에서 Y방향으로 일렬로 배열된 샷영역(SA21, SA22, …)에 노광을 행하기 위해, 웨이퍼(W)를 주사 개시 위치에 위치 결정한다. 그 후, 웨이퍼(W)의 +Y방향으로 일정 속도로 주사를 시작한다. 또, 도 3의 (A)의 샷영역(SA21) 등 내의 화살표는 웨이퍼(W)에 대한 노광 영역(26B)의 상대적인 이동 방향을 나타내고 있다.
다음으로, 주제어계(40)는 노광 영역(26B)에 대한 웨이퍼(W)의 샷영역(SA21)의 상대 위치의 정보를 변조 제어부(48)에 공급하고, 그 상대 위치에 따라서 변조 제어부(48)는 전사 대상의 부분 위상 분포를 판독하고, 판독된 부분 위상 분포를 공간 광변조기(28)에서 설정한다. 그리고, 주제어계(40)가 전원부(42)에 발광 트리거 펄스(TP)를 공급함으로써, 웨이퍼(W) 상의 노광 영역(26B)에는, Y방향의 위치에 따라서 목표로 하는 공간 이미지가 노광된다. 이 동작은 웨이퍼(W)가 정해진 양만큼 이동할 때마다, 또한 샷영역(SA21)이 노광 영역(26B)을 가로지를 때까지 반복된다.
그 후, 웨이퍼(W)의 샷영역(SA21)에 인접하는 샷영역(SA22)에 노광하기 위해, 웨이퍼(W)를 동일한 방향으로 주사한 채로, 주제어계(40)는 변조 제어부(48)에 노광 영역(26B)에 대한 샷영역(SA22)의 상대 위치의 정보를 공급하고, 전원부(42)에 발광 트리거 펄스(TP)를 공급한다. 이와 같이 하여, 마스크리스 방식으로, 샷영역 SA21로부터 SA22에 걸쳐서 연속적으로 노광을 행할 수 있다. 그리고, 도 3의 (A)의 웨이퍼(W)의 X방향으로 인접하는 샷영역(SA31, SA32)을 포함하는 열의 노광으로 이행하는 경우에는, 웨이퍼 스테이지(WST)를 구동시켜 웨이퍼(W)를 X방향(주사 방향에 직교하는 비주사 방향)으로 스텝 이동시킨다. 그리고, 점선으로 나타내는 노광 영역(26B)에 대한 웨이퍼(W)의 주사 방향을 반대인 -Y방향으로 설정하고, 주제어계(40)로부터 변조 제어부(48)에 노광 영역(26B)에 대한 샷영역(SA31) 등의 상대 위치의 정보를 공급하고, 전원부(42)에 발광 트리거 펄스(TP)를 공급한다. 이것에 의해, 샷영역 SA32로부터 SA31에 걸쳐서 연속적으로 노광을 행할 수 있다. 이 노광시에, 샷영역(SA21, SA22) 등에 서로 다른 공간 이미지를 노광하는 것도 가능하다. 그 후, 웨이퍼(W)의 포토레지스트를 현상함으로써, 웨이퍼(W)의 각 샷영역에 회로 패턴에 대응하는 레지스트 패턴이 형성된다.
다음으로, 본 실시형태의 노광 장치(EX)에서, 공간 광변조기(28)의 미러 요소(30)의 이미지의 폭보다 미세한 위치 정밀도 및/또는 형상 정밀도로 패턴을 형성하는 동작에 관해 설명한다. 처음에, 웨이퍼(W)의 표면에, X방향으로 연장된 하나 또는 복수의 라인 패턴을 미러 요소(30)의 이미지의 폭보다 미세한 시프트량으로 점차 시프트시켜 노광하는 것으로 한다. 이 경우의 조명 광학계(ILS)의 조명 조건은, 예컨대 σ값이 0.14 정도인 소σ 조명이고, 조명광(IL)의 편광 방향이 웨이퍼(W) 상에서 X방향(라인 패턴의 길이 방향)이 되도록 설정된다.
우선, 웨이퍼(W)의 표면에 형성되는 라인 패턴의 중심이, 복수의 미러 요소(30)의 이미지의 경계부에 있는 경우를 상정한다. 이 경우, 공간 광변조기(28)의 미러 요소(30)의 어레이의 위상 분포는, 도 4의 (A)의 부분 확대 평면도(베이스 부재(32)측에서 본 배치, 이하 동일)에서 나타낸 바와 같이, Y방향으로 복수열(예컨대 4열 이상)이고 X방향으로 복수행(예컨대 15행 이상)인 미러 요소(30)를 포함하는 직사각형의 제1 패턴 영역(37A) 내에서 각 미러 요소(30)가 제2 상태(위상 π)가 되고, 제1 패턴 영역(37A)의 -Y방향으로 인접하고, 제1 패턴 영역(37A)과 거의 동일한 크기의 직사각형의 제2 패턴 영역(37B)(도 4의 (A)에서는 그 중의 +Y방향의 2열분이 표시되고 있음) 내에서 각 미러 요소(30)가 제1 상태(위상 0)가 되는 분포로 설정된다. 또, 설명의 편의상, 도 4의 (A) 및 후술하는 도 4의 (B), 도 5의 (A)∼(C) 등에서는, 제2 상태(위상 π)의 미러 요소(30)에는 해칭을 하고 있다. 또한, 미러 요소(30)의 X방향 및 Y방향의 배열의 피치(미러 요소(30)의 폭)는 px 및 py(여기서는 px=py)이다.
또, 일례로서, Y방향의 폭 PY2(도 4의 (A)에서는 PY2=4py)의 패턴 영역(37A, 37B)은 Y방향으로 교대로 반복하여 배열되어 주기적인 위상 분포를 형성하고 있고, 도 4의 (A)에는 그 주기적인 위상 분포 중의 Y방향으로 1 피치 PY1(PY1=2PY2)분의 위상 패턴(MP1)이 나타나 있다. 도 4의 (A)에 있어서, 제1 패턴 영역(37A)의 +Y방향으로 인접하여 배열되어 있는 2열분의 위상 0의 미러 요소(30)의 어레이는 다음 주기의 제2 패턴 영역(37B)의 일부이다. 마찬가지로, 후술하는 도 4의 (B), 도 5의 (A)∼(C) 등에서도, 각각 주기적인 위상 분포 중의 Y방향으로 1 피치(1 주기)분의 위상 패턴(MP1A, MP1B∼MP1D) 등이 나타나 있다.
도 4의 (A)의 위상 패턴(MP1)으로부터의 조명광(IL)에 의해 웨이퍼(W) 표면의 예컨대 포지티브형의 포토레지스트층에 투영되는 공간 이미지의 Y방향의 강도 INT의 분포는 도 4의 (C)의 강도 분포(C1)에서 나타낸 바와 같이, Y방향의 위치 Y1, Y2에서 최소가 되고, 위치 Y1, Y2의 간격은 β·PY2(β는 투영 배율)이다. 환언하면, 강도 분포(C1)는 도 4의 (A)의 패턴 영역(37A)과 ±Y방향의 패턴 영역(37B)의 경계선(BR 및 BL)과 공액인 X방향에 평행한 중심선(C2R 및 C2L)(위치 Y1 및 Y2)을 중심으로 하는 부분에서 저레벨(감광 레벨보다 낮은 레벨)이 되고, 그 양측에서 고레벨(감광 레벨을 초과하는 레벨)이 되어 있다. 그 포토레지스트층을 현상하면, 도 6의 (C)에 나타낸 바와 같이, Y방향의 폭이 β·2PY/2(여기서는 PY2=4py)이고, Y방향의 간격이 β·PY2/2인 X방향으로 가늘고 긴 레지스트 패턴으로 이루어진 점선으로 나타낸 2개의 라인 패턴(C1P)을 얻을 수 있다. 2개의 라인 패턴(C1P)의 중심선(C2R, C2L)의 Y방향의 위치가 도 4의 (C)의 Y2 및 Y1이다. 실제로는, 다수의 라인 패턴(C1P)이 Y방향으로 주기적으로 형성된다.
다음으로, 웨이퍼(W)의 표면에 형성되는 라인 패턴의 중심을, 미러 요소(30)의 이미지의 폭보다 좁은 간격 δ1(또는 그 이미지의 폭의 정수배에 그 폭보다 좁은 우수리를 더한 간격)만큼 Y방향으로 시프트시키는 것으로 한다. 시프트한 후의 라인 패턴을 형성하기 위한 공간 이미지의 강도 INT의 분포는, 도 4의 (D)의 실선의 강도 분포(60A)에서 나타낸 바와 같이, 시프트전의 점선의 강도 분포(C1)에 대하여 Y방향으로 δ1만큼 이동시킨다. 이것은, 예컨대 도 4의 (A)의 위상 패턴(MP1)에 대응하는 레지스트 패턴에 대하여 X방향으로 떨어진 위치에, 그 레지스트 패턴을 간격 δ1만큼 Y방향으로 시프트시킨 형상의 레지스트 패턴을 형성하는 경우, 또는 웨이퍼(W)의 주사 노광시에 웨이퍼(W)의 Y방향으로의 이동에 따라 공간 광변조기(28)에 의해 생성되는 위상 패턴(MP1)을 Y방향으로 점차 시프트시키는 경우에 필요해진다.
이러한 경우, 공간 광변조기(28)의 미러 요소(30)의 어레이의 위상 패턴(MP1A)은, 도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이, 도 4의 (A)의 위상 패턴(MP1)의 경계선(BR 및 BL)을 δ1에 대응하는 Δy(=δ1/β)만큼 Y방향으로 시프트시킨 경계선(BR1 및 BL1)의 내측에서 위상 π가 되고, 이들의 외측에서 위상 0이 되는 위상 분포(목표로 하는 위상 분포)와 실질적으로 등가이면 된다. 도 4의 (B)의 위상 패턴(MP1A)에서, 도 4의 (A)의 제1 패턴 영역(37A) 중 Y방향의 양끝의 1열의 미러 요소(30)를 제외한 부분에 대응하는 제1 패턴 영역(37C) 내의 모든 미러 요소(30)는 위상 π(제2 상태)가 된다. 또한, 도 4의 (A)의 제2 패턴 영역(37B) 중 Y방향의 양끝의 1열을 제외한 부분에 대응하는 복수열(여기서는 2열)의 미러 요소(30)의 어레이를 포함하는 제2 패턴 영역(37D) 내의 미러 요소(30)는 위상 0(제1 상태)이 된다. 그리고, 제1 패턴 영역(37C)에 대하여 +Y방향으로 인접하여 배치된 1열의 미러 요소(30)를 포함하는 제1 경계 영역(38A)에 있어서, X방향으로 투영 광학계(PL)에서 해상되지 않는 제1 피치 P1로 배열된 복수의 미러 요소(30A)를 위상 0으로 설정하고, 제1 경계 영역(38A) 내의 다른 미러 요소(30B)를 위상 π로 설정한다. 또한, 제1 경계 영역(38A)에 대하여 +Y방향으로 인접하여 배치된 1열의 미러 요소(30)를 포함하는 제2 경계 영역(38B)에 있어서, X방향으로 투영 광학계(PL)에서 해상되지 않는 제2 피치 P2로 배열된 복수의 미러 요소(30D)를 위상 π로 설정하고, 제2 경계 영역(38B) 내의 다른 미러 요소(30C)를 위상 0으로 설정한다. 경계 영역(38A, 38B)의 경계가 위상 패턴을 시프트시키기 전의 경계선(BR)이다.
여기서, 피치 P1 및 P2 내에 각각 N1개 및 N2개(N1 및 N2는 각각 2 이상의 정수)의 미러 요소(30)가 포함되는 것으로 하면, 다음 관계가 성립한다.
P1=N1·px … (4A), P2=N2·px … (4B)
여기서, 투영 광학계(PL)의 투영 배율 β를 이용하면, 피치 P1의 위상 패턴의 이미지의 피치는 β·P1이 된다. 또한, 피치 P1, P2는 투영 광학계(PL)에서 해상되지 않도록 설정되어 있기 때문에, 그 위상 패턴으로부터의 ±1차 회절광이 투영 광학계(PL)를 통과하지 않는 조건을 구하면 된다. 식 (3)의 투영 광학계(PL)의 해상도 Re 및 식 (4A), (4B)를 이용하면, 피치 P1, P2의 위상 패턴이 투영 광학계(PL)에서 해상되지 않는 조건, 즉 피치 P1, P2의 위상 패턴이 투영 광학계(PL)의 해상 한계를 넘는 조건은 다음과 같게 된다.
β·P1=β·N1·px<λ/NA … (5A),
β·P2=β·N2·px<λ/NA … (5B)
이러한 조건으로부터 정수 N1, N2의 조건은 다음과 같게 된다. 단, β·px(미러 요소(30)의 이미지의 폭)를 D로 둔다.
N1<λ/(NA·D) … (6A), N2<λ/(NA·D) … (6B)
일례로서, λ=193 nm, NA=1.35(액침법의 적용시), D=β·px=20(nm)으로 하면, 식 (6A) 및 (6B)의 우변은 거의 7.15가 되기 때문에, 피치 P1, P2의 위상 패턴이 투영 광학계(PL)에서 해상되지 않는 조건은, 다음과 같이 정수 N1, N2가 7 이하이면 된다.
N1≤7 … (7A), N2≤7 … (7B)
또한, 도 4의 (B)에 있어서, 제1 경계 영역(38A) 내에서 피치 P1 내의 위상 0의 미러 요소(30A)의 개수를 n1(n1은 N1보다 작은 정수), 제2 경계 영역(38B) 내에서 피치 P2 내의 위상 π의 미러 요소(30D)의 개수를 n2(n2는 N2보다 작은 정수)로 하면, 경계선(BR)에 대하여 Δy만큼 시프트한 경계선(BR1)을 갖는 위상 분포와 등가의 위상 패턴(MP1A)을 형성하는 조건은, 경계 영역(38A, 38B)의 Y방향의 폭(여기서는 미러 요소(30)의 Y방향의 폭과 동일) py를 이용하여 다음과 같게 된다.
Δy={-(n1/N1)+(n2/N2)}py … (8A)
또한, 시프트량 Δy에 대응하는 도 4의 (D)의 강도 분포(60A)가 최소가 되는 위치(경계선(BR1)과 공액인 이미지(C3R))의 위치 Y1로부터의 시프트량 δ1은, 투영 배율 β를 이용하여 다음과 같게 된다. 단, β·py(미러 요소(30)의 이미지의 Y방향의 폭)를 D로 둔다.
δ1={-(n1/N1)+(n2/N2)}D … (8B)
본 실시형태에서는, 피치 P1, P2를 규정하는 정수 N1, N2가 식 (6A) 및 (6B)을 만족시키는 범위 내에서, 정수 N1, N2 및 정수 n1, n2의 값 중 적어도 하나를 변경함으로써, 위상 패턴(MP1A)과 등가의 위상 분포에서의 경계선(BR1)의 시프트량 Δy, 나아가서는 경계선(BR1)과 공액인 이미지의 시프트량 δ1을 조정한다. 또한, 광학적 근접 효과에 의한 오차인 OPE(Optical Proximity Error) 등을 고려하지 않는 것으로 하면, 2개의 경계 영역(38A, 38B)을 이용하는 경우에는, 원칙적으로 피치 P1과 피치 P2는 상이하다. 즉, 피치 P1, P2가 서로 같을 때에는, 위상 0의 미러 요소(30A)와 위상 π의 미러 요소(30D)의 한쪽이 상쇄에 의해 생략되기 때문에, 경계 영역(38A, 38B) 중의 한쪽이 생략된다.
일례로서, 미러 요소(30)의 이미지의 폭 D가 20 nm인 경우에, 시프트량 δ1을 1 nm로 설정하는 경우에는, 도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이, N1=5, n1=1, N2=4, n2=1로 설정하면 된다. 이들 값을 식 (8B)에 대입하면, 다음과 같이 시프트량 δ1은 1 nm이 된다.
δ1=(-1/5+1/4)20=1(nm) … (9A)
또한, 본 실시형태에서는, 도 4의 (B)의 위상 패턴(MP1A)과 등가의 위상 분포의 -Y방향의 경계선(BL1)은 원래의 경계선(BL)에 대하여 제1 패턴 영역(37C)측을 플러스의 부호로 하여 Δy만큼 이동하고 있다. 이 때문에, 위상 패턴(MP1A)에서, 제2 패턴 영역(37D)에 대하여 +Y방향으로 인접하여 배치된 1열의 미러 요소(30)를 포함하는 제3 경계 영역(39A)의 위상 분포가 제1 경계 영역(38A)의 위상 분포를 반전시킨 분포가 되고, 제3 경계 영역(39A)에 대하여 +Y방향으로 인접하여 배치된(제1 패턴 영역(37C)에 대하여 -Y방향으로 인접하여 배치된) 1열의 미러 요소(30)를 포함하는 제4 경계 영역(39B)의 위상 분포가 제2 경계 영역(38B)의 위상 분포를 반전시킨 분포로 되어 있다. 경계 영역(39A, 39B)의 경계가 위상 패턴을 시프트시키기 전의 경계선(BL)이다.
구체적으로 N1=5, n1=1, N2=4, n2=1인 경우에는, 제3 경계 영역(39A)에서, X방향으로 피치 5px로 각각 폭 px로 배열된 복수의 미러 요소(30B)가 위상 π로 설정되고, 다른 미러 요소(30A)가 위상 0으로 설정된다. 또한, 제4 경계 영역(39B)에서, X방향으로 피치 4px로 각각 폭 px로 배열된 복수의 미러 요소(30C)가 위상 0으로 설정되고, 다른 미러 요소(30D)가 위상 π로 설정된다. 이 위상 패턴(MP1A)을 이용함으로써, 도 4의 (A)의 위상 패턴(MP1)의 공간 이미지를 Y방향으로 1 nm만큼 시프트시킨 공간 이미지를 형성할 수 있다.
마찬가지로, 도 4의 (A)의 위상 패턴(MP1)의 이미지의 강도 분포(C1)를 Y방향으로 2 nm, 3 nm 및 4 nm만큼 시프트한 도 5의 (D)의 강도 분포(60B), 도 5의 (E)의 강도 분포(60C), 및 도 5의 (F)의 강도 분포(60D)를 형성하기 위해서는, 공간 광변조기(28)의 미러 요소(30)의 어레이의 위상 분포를 각각 도 5의 (A)의 위상 패턴(MP1B), 도 5의 (B)의 위상 패턴(MP1C), 및 도 5의 (C)의 위상 패턴(MP1D)으로 설정하면 된다. 도 5의 (A)의 위상 패턴(MP1B)에 있어서, 제1 패턴 영역(37C)의 +Y방향의 제1 경계 영역(38C)에서는, X방향으로 피치 5px로 각각 폭 2px로 배열된 복수의 미러 요소(30A)가 위상 0(제1 상태)으로 설정되고, 다른 미러 요소(30B)가 위상 π(제2 상태)로 설정되고, 제1 경계 영역(38C)에 인접하는 제2 경계 영역(38D)에서, X방향으로 피치 2px로 각각 폭 px로 배열된 복수의 미러 요소(30D)가 위상 π로 설정되고, 다른 미러 요소(30C)가 위상 0으로 설정된다. 또한, 제2 패턴 영역(37D)에 +Y방향으로 인접하는 제3 경계 영역(39C) 및 이것에 +Y방향으로 인접하는(제1 패턴 영역(37C)에 -Y방향으로 인접하는) 제4 경계 영역(39D)의 위상 분포는, 각각 경계 영역(38C 및 38D)의 분포를 반전시킨 분포가 된다. 이 위상 분포는 도 4의 (B)에서 N1=5, n1=2, N2=2, n2=1로 한 분포에 해당하기 때문에, 식 (8B)로부터 다음과 같이 시프트량 δ1은 2 nm이 된다.
δ1=(-2/5+1/2)20=2(nm) … (9B)
또한, 도 5의 (B)의 위상 패턴(MP1C)은, 제1 패턴 영역(37C)의 +Y방향의 제1 경계 영역(38E)에서, X방향으로 피치 4px로 각각 폭 px로 배열된 복수의 미러 요소(30A)를 위상 0으로 설정하고, 다른 미러 요소(30B)를 위상 π로 설정하고, 그것에 인접하는 제2 경계 영역(38F)에서, X방향으로 피치 5px로 각각 폭 2px로 배열된 복수의 미러 요소(30D)를 위상 π로 설정하고, 다른 미러 요소(30C)를 위상 0으로 설정한 것이다. 또한, 제2 패턴 영역(37D)에 +Y방향으로 순차적으로 인접하는 제3 경계 영역(39E) 및 제4 경계 영역(39F)의 위상 분포는 각각 경계 영역(38E 및 38F)의 분포를 반전시킨 분포이다. 이 위상 분포는 도 4의 (B)에서 N1=4, n1=1, N2=5, n2=2로 한 분포에 해당하기 때문에, 식 (8B)로부터 시프트량 δ1은 3 nm이 된다.
또한, 도 5의 (C)의 위상 패턴(MP1D)에 있어서, 3열분의 위상 π의 미러 요소(30)를 포함하는 제1 패턴 영역(37E)의 +Y방향으로 인접하는 경계 영역(62A)에서는, X방향으로 피치 5px로 각각 폭 px로 배열된 복수의 미러 요소(30D)가 위상 π로 설정되고, 다른 미러 요소(30C)가 위상 0으로 설정되고, 3열분의 위상 0의 미러 요소(30)를 포함하는 제2 패턴 영역(37F)의 +Y방향(제1 패턴 영역(37E)의 -Y방향)으로 인접하는 경계 영역(64A)의 위상 분포는 경계 영역(62A)의 분포를 반전시킨 분포로 설정된다. 이 위상 분포는 도 4의 (B)에서 n1=0, N2=5, n2=1로 한 분포에 해당하기 때문에, 식 (8B)로부터 시프트량 δ1은 4 nm이 된다. 마찬가지로, 식 (8B)의 정수 N1, n1, N2, n2의 값을 조정함으로써, 도 4의 (A)의 위상 패턴(MP1)의 이미지의 강도 분포를 Y방향으로 5 nm∼19 nm까지 1 nm씩 또는 거의 1 nm씩 시프트한 강도 분포를 갖는 위상 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 가령 도 4의 (B)의 위상 패턴(MP1A)의 공간 이미지로 웨이퍼(W)를 노광한 경우에는, 도 6의 (C)에 나타낸 바와 같이, 도 4의 (A)의 위상 패턴(MP1)의 공간 이미지로부터 얻어지는 라인 패턴(C1P)의 중심선(C2R, C2L)에 대하여 Y방향으로 δ1만큼 시프트한 중심선(C3R, C3L)을 갖는 레지스트 패턴으로 이루어진 X축에 평행한 2개의 라인 패턴(60AP)을 얻을 수 있다. 라인 패턴(60AP)의 중심선(C3R 및 C3L)은, 각각 도 4의 (B)의 위상 패턴(MP1A)과 등가의 위상 분포의 경계선(BR1 및 BL1)과 공액(경계선(BR1 및 BL1)의 이미지)이다.
또한, 도 6의 (A)는 도 4의 (B)의 위상 패턴(MP1A)에서 N1=5, n1=1, N2=4, n2=1로 했을 때의 위상 패턴(MP1A)을 나타내고 있다. 따라서, 도 6의 (A)의 위상 패턴(MP1A)의 공간 이미지를 노광하여 현상하면, 도 6의 (C)에서 시프트량 δ1이 1 nm인 라인 패턴(60AP)을 얻을 수 있다. 단, 미러 요소(30)의 이미지의 폭 D를 20 nm으로 하고 있다. 이에 비하여, 1 nm의 시프트량을 얻기 위해서는, 도 6의 (B)의 비교예의 공간 광변조기(28L)에서 설정되는 위상 패턴(MP2)에서 나타낸 바와 같이, 3열분의 위상 π의 미러 요소(30)를 포함하는 제1 패턴 영역(37E)의 +Y방향으로 인접하는 경계 영역(62B)에서는, X방향으로 피치 20px로 각각 폭 px로 배열된 복수의 미러 요소(30D)를 위상 π로 설정하고, 다른 미러 요소(30C)를 위상 0으로 설정하고, 제1 패턴 영역(37E)의 -Y방향으로 인접하는 경계 영역(64B)의 위상 분포를 경계 영역(62A)의 분포를 반전시킨 분포로 설정하는 것도 생각할 수 있다.
도 6의 (B)의 위상 패턴(MP2)은 도 4의 (B)에서 n1=0, N2=20, n2=1로 한 분포에 해당하기 때문에, 식 (8B)로부터 시프트량 δ1은 1 nm이 된다. 그러나, 정수 N2의 값 20이, 투영 광학계(PL)에서 해상되지 않는 한계인 식 (7B)의 상한치 7을 초과하기 때문에, 경계 영역(62B 및 64B)의 이미지가 웨이퍼(W)에 노광되어 버린다. 그 때문에, 위상 패턴(MP2)의 공간 이미지를 노광하여 얻어지는 레지스트 패턴은, 도 6의 (D)의 2개의 레지스트 패턴(61P)에서 나타낸 바와 같이, X방향으로 주기적으로 물결 형상이 되고, 패턴 충실도가 저하되어 바람직하지 않다.
본 실시형태에서는, 예컨대 도 4의 (B)와 같이 위상 패턴(MP1A)에서, 2개의 경계 영역(38A, 38B 및/또는 39A, 39B)을 형성함으로써, 투영 광학계(PL)에서 해상되지 않는다고 하는 조건(예컨대 식 (7A) 및 (7B))을 만족시키면서, 얻어지는 라인 패턴의 Y방향의 시프트량을 미러 요소(30)의 이미지의 폭 D에 대하여 예컨대 1/20 이하 정도의 미소량으로 설정할 수 있다.
다음으로, 웨이퍼(W)의 표면에, X방향으로 연장된 라인 패턴을 Y방향으로 미러 요소(30)의 이미지의 폭의 비정수배의 피치로 배열한 라인 앤드 스페이스 패턴(이하, L&S 패턴이라고 함)을 형성하는 것으로 한다. 이 경우의 조명 조건도, 예컨대 σ값이 0.14 정도인 소σ 조명으로 설정되고, 편광 조건도, 조명광(IL)의 편광 방향이 웨이퍼(W) 상에서 X방향(라인 패턴의 길이 방향)이 되도록 설정된다. 또한, 미러 요소(30)의 이미지의 폭 D를 20 nm으로 하여, 웨이퍼(W) 상에서 피치가 78 nm인 L&S 패턴을 형성하는 것으로 한다.
이 때문에, 공간 광변조기(28)의 미러 요소(30)의 어레이를 이용하여, 도 7의 (A)의 부분 확대 평면도에서 나타낸 바와 같이, Y방향으로 7열이고 X방향으로 복수행(예컨대 20행 이상)인 미러 요소(30)를 포함하는 제1 부분 패턴(SP1)과, 이 제1 부분 패턴(SP1)에 순차적으로 +Y방향으로 인접하고 각각 Y방향으로 8행이고 X방향으로 복수행(예컨대 20행 이상)인 미러 요소(30)를 포함하는 제2, 제3, 제4 및 제5 부분 패턴(SP2, SP3, SP4, SP5)을 포함하는 위상 패턴(MP3)을 생성한다. 제1 부분 패턴(SP1)에 -Y방향으로 인접하는 영역의 미러 요소(30)는 위상 0으로 설정한다. 또, 도 7의 (A)에서 도 4의 (A)∼도 5의 (C)에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 상세한 설명을 생략한다.
도 7의 (A)의 위상 패턴(MP3)에서, 제1 부분 패턴(SP1)은, Y방향으로 3열의 위상 π의 미러 요소(30)의 어레이를 포함하는 제1 패턴 영역(37E)과, 이 영역에 대하여 +Y방향으로 인접하여 배치되고, X방향으로 피치 2px로 배치된 폭 px의 위상 0(제1 상태)의 미러 요소(30A)와 그 이외의 위상 π(제2 상태)의 미러 요소(30B)를 갖는 제1 경계 영역(38G)과, 이 영역에 대하여 +Y방향으로 인접하여 배치되고, X방향으로 피치 5px로 배치된 폭 2px(2개)의 미러 요소(30D)와 그 이외의 위상 0의 미러 요소(30C)를 갖는 제2 경계 영역(38H)과, 이 영역에 대하여 +Y방향으로 인접하여 배치된 Y방향으로 2행의 위상 0의 미러 요소(30)의 어레이를 포함하는 제2 패턴 영역(37D)을 갖는다. 이 경우, 미러 요소(30A, 30D)의 배열의 피치는 투영 광학계(PL)에 의해 해상되지 않는 값이며, 식 (8B)에서 N1=2, n1=1, N2=5, n2=2로 함으로써, 경계 영역(38G, 38H)의 경계선(BR)의 이미지에 대하여 등가적인 위상 분포(경계선(BR1)의 -Y방향의 위상이 π이고 +Y방향의 위상이 0이 되는 분포)의 경계선(BR1)의 이미지의 -Y방향으로의 시프트량 δ1은 2 nm이 된다.
또한, 제1 패턴 영역(37E)의 -Y방향의 단부와 그 경계선(BR1)의 간격 PY3에 투영 배율 β를 곱한 값 β·PY3은 78 nm이며, 이 값 β·PY1이 웨이퍼(W) 상에 형성되는 L&S 패턴의 Y방향의 피치가 된다. 또한, 제2 부분 패턴(SP2, SP3, SP4, SP5)은, 각각 제1 패턴 영역(37E 또는 37C)의 -Y방향으로 인접하여 배치되어 등가적인 위상 분포의 경계선의 이미지를 -Y방향으로 4 nm, 8 nm, 12 nm, 16 nm 시프트시키기 위한 경계 영역(64D, 64C, 64E, 64A)과, 각각 제1 패턴 영역(37E 또는 37C)의 +Y방향으로 인접하여 배치되어 등가적인 위상 분포의 경계선의 이미지를 -Y방향으로 6 nm, 10 nm, 14 nm, 18 nm 시프트시키기 위한 경계 영역(38G, 38I), 경계 영역(62C), 경계 영역(38A, 38D) 및 경계 영역(38C, 38D)을 갖는다. 이것에 의해, 위상 패턴(MP3)의 공간 이미지의 강도 INT는, 도 7의 (B)에 나타낸 바와 같이 피치β·PY3이 균일하게 78 nm의 L&S 패턴의 분포가 된다. 따라서, L&S 패턴의 피치의 정밀도를 형상 정밀도의 하나로 간주하면, 공간 광변조기(28)의 미러 요소(30)의 이미지의 폭보다 미세한 형상 정밀도로 주기적 패턴을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 1의 노광 장치(EX)에서, 공간 광변조기(28)의 미러 요소(30)의 폭의 이미지보다 미세한 위치 정밀도 및/또는 형상 정밀도로 패턴을 형성하는 경우의 공간 광변조기(28)의 구동 방법을 포함하는 노광 방법의 일례에 관해, 도 8의 플로우차트를 참조하여 설명한다. 우선, 도 8의 단계 102에서, 노광 장치(EX)의 웨이퍼 스테이지(WST)에 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(W)를 로드하고, 다음 단계 104에서, 주제어계(40)는 공간 광변조기(SLM)(28)에서 설정하는 전체의 위상 분포의 정보를 노광 데이터 파일로부터 판독하고, 판독된 정보를 변조 제어부(48)에 공급한다. 다음 단계 106에서 웨이퍼 스테이지(WST)의 Y방향으로의 주사를 시작하고, 노광 영역(26B)이 되는 부분에 웨이퍼(W)의 노광 대상의 샷영역의 선단부가 도달했을 때, 주제어계로부터 변조 제어부(48)에 그 샷영역의 상대 위치의 정보가 공급된다.
다음 단계 108에서, 변조 제어부(48)는, 전체의 위상 분포의 데이터 중에서 노광 영역(26B)에 전사되는 영역(전사 대상 영역)의 부분 위상 분포를 판독한다. 다음 단계 110에서, 변조 제어부(48)는, 공간 광변조기(28)의 미러 요소(30) 단위로, 부분 위상 분포에 대응시켜 미러 요소(30)를 제1 상태(위상 0) 또는 제2 상태(위상 π)로 설정한다. 이것에 의해, 전사 대상의 위상 분포가 도 4의 (B)인 경우에는, 제1 패턴 영역(37C)의 미러 요소(30)가 위상 π로, 제2 패턴 영역(37D)의 미러 요소(30)가 위상 0으로 설정된다.
다음 단계 112에서, 변조 제어부(48)는, 그 부분 위상 분포가 미러 요소(30)의 폭의 내부에 설정되는 경계선(위상 0의 영역과 위상 π의 영역의 경계선)을 포함하는지의 여부를 판정하여, 그 경계선을 포함하지 않을 때에는 단계 120으로 이행한다. 한편, 미러 요소(30)의 폭의 내부에 설정되는 경계선을 포함하는 경우에는, 단계 114로 이행한다. 단계 114에서, 변조 제어부(48)는 그 경계선이 통과하는 영역 및 이 영역에 인접하는 영역(경계선 부근의 영역)(도 4의 (B)의 예에서는 경계선(BR1, BL1)이 통과하고 있는 경계 영역(38A, 38B 및 39A, 39B)) 중의 제1 경계 영역(38A)(제1 영역)에서 제1 피치 P1로 복수의 미러 요소(30A)의 위상을 0으로 설정하고, 다른 미러 요소(30B)의 위상을 π로 설정한다.
다음 단계 116에서, 변조 제어부(48)는 도 4의 (B)의 제2 경계 영역(38B)(제2 영역)에서 제2 피치 P2로 복수의 미러 요소(30D)의 위상을 π로 설정하고, 다른 미러 요소(30C)의 위상을 0으로 설정한다. 또, 경계선(BR)의 경계선(BR1)에 대한 시프트를 하나의 경계 영역 내의 미러 요소(30)의 위상 분포를 조정하는 것만으로 행할 수 있는 경우에는, 단계 116은 생략할 수 있다. 다음 단계 118에서, 변조 제어부(48)는, 제3 경계 영역(39A)(제3 영역) 및 제4 경계 영역(39B)(제4 영역)의 위상 분포를 각각 경계 영역(38A 및 38B)의 분포를 반전시킨 분포(반대의 분포)로 설정한다. 또, 경계선(BL1)이 경계선(BL)과 일치하는 경우에는, 단계 118은 생략할 수 있다. 또한, 경계선(BL1)의 경계선(BL)에 대한 시프트량이 경계선(BR1)의 시프트량과 상이한 경우에는, 단계 118의 동작은 단계 114(또는 단계 114, 116)와 마찬가지로 독립적으로 실행된다.
다음 단계 120에서, 주제어계(40)는 광원(2)으로부터 조명 광학계(ILS)를 통해 공간 광변조기(28)에 정해진 펄스수만큼 조명광(IL)을 공급한다. 이것에 의해, 공간 광변조기(28)에서 설정된 위상 분포에 대응하는 공간 이미지가 웨이퍼(W)에 노광된다. 다음 단계 122에서 주사 노광이 종료하지 않는 경우에는, 동작은 단계 124로 이행하고, 주제어계(40)로부터 노광 영역(26B)에 대한 노광 대상의 샷영역의 갱신된 상대 위치의 정보가 공급된다. 이것에 따라서 변조 제어부(48)는 전체의 위상 분포 중의 전사 대상 영역을 주사 방향에 대응하는 방향으로 시프트한다. 그 후, 동작은 단계 108로 되돌아가고, 단계 108∼120에서, 시프트한 전사 대상 영역 내의 부분 위상 분포에 대응하는 공간 이미지가 웨이퍼(W)에 노광된다. 이 노광 동작은, 단계 122에서 주사 노광이 종료할 때까지 계속된다.
이와 같이 본 실시형태에 따르면, 고립적인 라인형의 공간 이미지, 또는 L&S 패턴의 공간 이미지를 각각 미러 요소(30)의 이미지의 폭보다 미세한 위치 정밀도 또는 형상 정밀도로 마스크리스 방식으로 형성할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 표면에 여러가지 패턴(공간 이미지)을 고정밀도로 형성할 수 있다.
본 실시형태의 효과 등은 이하와 같다.
본 실시형태의 노광 장치(EX)는 공간 광변조기(28) 및 변조 제어부(48)를 구비하고 있다. 또한, 변조 제어부(48)에 의한 공간 광변조기(28)의 구동 방법은, 각각 조명광(IL)을 투영 광학계(PL)로 유도하는 복수의 미러 요소(30)(광학 요소)의 어레이를 갖는 공간 광변조기(28)의 구동 방법이다. 이 구동 방법은, Y방향(제1 방향)으로 인접하여 배치되고 각각 Y방향에 직교하는 X방향(제2 방향)으로 연장된 제1 경계 영역(38A) 및 제2 경계 영역(38B) 중, 제1 경계 영역(38A) 내에서 X방향으로 투영 광학계(PL)에서 해상되지 않는(해상 한계를 넘는) 피치 P1로 배열된 복수의 미러 요소(30A)를 위상 0의 상태(제1 상태)로 설정하고, 다른 미러 요소(30B)를 위상 π의 상태(제2 상태)로 설정하는 단계 114와, 제2 경계 영역(38B) 내에서 X방향으로 투영 광학계(PL)에서 해상되지 않는 피치 P2로 배열된 복수의 미러 요소(30D)를 위상 π의 상태로 설정하고, 다른 미러 요소(30C)를 위상 0의 상태로 설정하는 단계 116을 갖는다.
이 공간 광변조기(28)의 구동 방법은 노광용 패턴의 생성 방법이기도 한다. 여기서, 공간 광변조기(28)의 복수의 미러 요소(30)(광학 요소)의 어레이는, 그리드형으로 배열된 복수의 구획으로 간주할 수 있고, 제1 상태(위상 0) 및 제2 상태(위상 π)로 설정된 공간 광변조기(28)의 복수의 미러 요소(30)(구획)의 배열은, 노광용 패턴으로 간주할 수 있다.
본 실시형태에 따르면, 공간 광변조기(28)에 있어서, 제1 경계 영역(38A) 내에 피치 P1로 배열된 복수의 미러 요소(30A)를 위상 0으로 설정하고, 제2 경계 영역(38B) 내에 피치 P2로 배열된 복수의 미러 요소(30D)를 위상 π로 설정함으로써, 경계 영역(38A, 38B) 사이의 경계선(BR)의 이미지는, 실질적으로 식 (8B)에 기초하여 Y방향으로 미러 요소(30)의 이미지의 폭 D보다 미세한 위치 정밀도로 시프트한다. 따라서, 공간 광변조기(28)를 이용하여 웨이퍼(W)에 패턴을 투영할 때에, 미러 요소(30)의 이미지의 폭보다 미세한 위치 정밀도 또는 형상 정밀도로 패턴을 형성할 수 있게 된다.
또한, 미러 요소(30A, 30D)의 배열 피치가 투영 광학계(PL)에서 해상되지 않는 피치이기 때문에, 웨이퍼(W)에 라인 패턴을 형성할 때에, 라인 패턴의 직선성이 유지되고, 2개의 인접하는 경계 영역(38A, 38B) 내에서 상이한 피치 P1, P2로 배열된 미러 요소(30A, 30D)의 위상을 설정함으로써, 경계선(BR)의 이미지의 시프트량을 보다 미세한 정밀도로 제어할 수 있다.
또한, 노광 장치(EX)는 조명광(IL)(노광광)에 의해 투영 광학계(PL)를 통해 웨이퍼(W)(기판)를 노광하는 노광 장치로서, 투영 광학계(PL)의 물체면측에 배치되어, 각각 조명광(IL)을 투영 광학계(PL)로 유도하도록 제어할 수 있는 복수의 미러 요소(30)의 어레이를 갖는 공간 광변조기(28)와, 공간 광변조기(28)의 복수의 미러 요소(30)를 구동시키는 변조 제어부(48)(제어 장치)를 구비하고 있다. 그리고, 변조 제어부(48)는 웨이퍼(W)의 표면에 투영 광학계(PL)를 통해 형성되는 공간 이미지에 따라서, Y방향으로 인접하여 배치된 경계 영역(38A 및 38B) 중, 제1 경계 영역(38A) 내에서 X방향으로 투영 광학계(PL)에서 해상되지 않는 피치 P1로 배열된 복수의 미러 요소(30A)를 위상 0의 상태로 설정하고, 다른 미러 요소(30B)를 위상 π의 상태로 설정하고, 제2 경계 영역(38B) 내에서 X방향으로 투영 광학계(PL)에서 해상되지 않는 피치 P2로 배열된 복수의 미러 요소(30D)를 위상 π의 상태로 설정하고, 다른 미러 요소(30C)를 위상 0의 상태로 설정한다.
따라서, 공간 광변조기(28)를 이용하여 웨이퍼(W)에 패턴을 투영(형성)할 때에, 미러 요소(30)의 이미지의 폭보다 미세한 위치 정밀도 또는 형상 정밀도로 패턴(레지스트 패턴 등)을 형성할 수 있다.
또, 단계 116과 단계 118은 실질적으로 동시에 실행하는 것도 가능하다. 또한, 단계 118을 단계 116보다 먼저 실행하는 것도 가능하다. 또한, 미러 요소(30)의 어레이의 Y축에 평행한 경계선(미러 요소(30) 사이의 영역)에 대하여, 실질적으로 X방향으로 미러 요소(30)의 폭보다 미세한 양만큼 시프트한 경계선에서 위상 0의 영역과 위상 π의 영역이 나누어져 있는 위상 분포와 등가의 위상 분포를 설정하는 경우에도 본 실시형태를 적용할 수 있다. 이 경우에는, 미러 요소(30)의 어레이 중에서, X방향으로 인접하는 2개의 경계 영역 내에서, 투영 광학계(PL)에 해상되지 않는 피치로 배열된 복수의 미러 요소(30)의 위상을 0 또는 π로 설정하면 된다.
또한, 공간 광변조기(28)는 광학 요소로서 미러 요소(30)(반사 요소)를 갖기 때문에, 조명광(IL)의 이용 효율이 높다. 그러나, 공간 광변조기(28) 대신에, 개개의 광학 요소가 각각 투과하는 광의 위상을 정해진 φ1 또는 (φ1+180°) 변화시키는 투과형의 공간 광변조기를 사용하는 것도 가능하다. 이러한 광학 요소로는, 전압에 의해 굴절률이 변화하는 전기 광학 소자 또는 액정 셀 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치(EX)의 노광 방법은 조명광(IL)(노광광)에 의해 복수의 미러 요소(30)의 어레이를 갖는 공간 광변조기(28) 및 투영 광학계(PL)를 통해 웨이퍼(W)(기판)를 노광하는 노광 방법으로서, 상기 공간 광변조기(28)의 구동 방법에 의해 복수의 미러 요소(30)의 적어도 일부(조명 영역(26A) 내의 미러 요소(30))를 위상 0 또는 π의 상태로 설정하는 단계 114, 116과, 조명광(IL)에 의해 그 위상 0 또는 π의 상태로 설정된 복수의 미러 요소(30) 및 투영 광학계(PL)를 통해 형성되는 공간 이미지로 웨이퍼(W)를 노광하는 단계 120을 갖는다.
그 노광 방법 또는 노광 장치(EX)에 의하면, 미러 요소(30)의 이미지의 폭보다 미세한 정밀도로 패턴(공간 이미지)을 형성할 수 있기 때문에, 보다 미세하고 복잡한 패턴을 마스크리스 방식으로 형성할 수 있다.
또, 공간 광변조기(28)의 각 미러 요소(30)는, 위상 0의 상태(제1 상태) 및 위상 π의 상태(제2 상태) 이외의 제3 상태(위상을 π/2 변화시키는 상태 등) 등을 포함하는 복수의 상태로 설정 가능하게 해도 좋다.
또한, 조명 광학계(ILS)로부터의 조명광(IL)은 복수의 미러 요소(30)(반사 요소)에 거의 입사각 α로 비스듬히 입사하고, 미러 요소(30)로부터의 반사광이 투영 광학계(PL)에 대하여 투영 광학계(PL)의 광축(AXW)에 교차하도록 입사한다. 따라서, 투영 광학계(PL)는 물체면측에 비텔리센트릭이므로, 공간 광변조기(28)로부터의 반사광의 전부를 투영 광학계(PL)를 통해 웨이퍼(W)에 조사할 수 있어, 조명광(IL)의 이용 효율이 높다. 또한, 편광 제어 광학계(6)에서 설정되는 조명광(IL)의 편광 상태를 웨이퍼(W)의 표면에서 정확하게 재현할 수 있다.
또한, 미러 요소(30)는 X방향(제2 방향)을 길이 방향으로 하는 장방형의 영역에 설치되고, 노광 장치(EX)는 웨이퍼(W)를 투영 광학계(PL)의 이미지면에서 X방향과 직교하는 Y방향(제1 방향)에 대응하는 주사 방향으로 이동하는 웨이퍼 스테이지(WST)(기판 스테이지)를 구비하고, 변조 제어부(48)는 웨이퍼 스테이지(WST)에 의한 웨이퍼(W)의 이동에 따라서, 복수의 미러 요소(30)에 의해 형성되는 패턴(위상 분포)을 Y방향으로 이동시킨다. 이것에 의해, 웨이퍼(W)의 전면(全面)을 효율적으로 노광할 수 있다.
또, 상기 실시형태에서는 이하와 같은 변형이 가능하다.
상기 실시형태의 공간 광변조기(28)의 미러 요소(30)의 어레이에 있어서, 도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이, 경계 영역(38A 및/또는 38B) 내의 위상 0 또는 π의 미러 요소(30A, 30D)의 피치 P1, P2를 규정하는 정수 N1, N2 및 1 피치 내의 미러 요소(30A, 30D)의 개수를 규정하는 정수 n1, n2를 조정함으로써, 경계 영역(38A, 38B)의 경계선(BR)에 대하여 Y방향으로 Δy만큼 시프트한 경계선(BR1)의 -Y방향에서 위상이 π이고 +Y방향에서 위상이 0이 되는 위상 분포와 등가의 위상 분포를 생성할 수 있다. 이 때, 예컨대 광학적 근접 효과에 의한 오차인 OPE(Optical Proximity Error) 등을 고려하여, 도 4의 (B)의 위상 패턴(MP1A)으로부터의 조명광(IL)에 의해 투영 광학계(PL)를 통해 이미지면에 형성되는 강도 분포를 시뮬레이션에 의해 구하고, 그 강도 분포의 도 4의 (D)의 기준이 되는 강도 분포(C1)로부터의 시프트량(실제 시프트량)을 구하면, 그 실제 시프트량이 도 9의 (A)에 나타낸 바와 같이, 정수 N1, N2 및 n1, n2의 값을 식 (8B)에 대입하여 계산되는 값(타겟 시프트량)에 대하여 어떤 오차를 갖는 것을 알 수 있다. 도 9의 (A)에서, 점선의 직선 C4T는 타겟 시프트량(nm)과 동일한 종축의 값을 나타내고, 실선의 꺾은선 C4R은 타겟 시프트량에 대한 실제 시프트량(nm)을 나타내고 있다. 따라서, 직선 C4T에 대한 꺾은선 C4R의 차분이 시프트량의 오차 er1이 된다. 오차 er1은, 특히 타겟 시프트량이 9 nm일 때에 1.6 nm에서 최대가 된다.
따라서, 본 실시형태의 제1 변형예에서는, 예컨대 도 10의 (A)∼(D)의 예에서 나타낸 바와 같이, 공간 이미지의 강도 분포의 실제 시프트량이 타겟 시프트량에 가능한 한 근접하도록, 투영 광학계(PL)에 의해 해상되지 않는다고 하는 조건은 유지한 상태로, 인접하는 2개의 경계 영역 내의 위상 0 또는 π의 미러 요소(30A, 30D)의 피치 P1, P2(정수 N1, N2) 및 1 피치 내의 미러 요소(30A, 30D)의 개수(정수 n1, n2)를 변경한다. 도 10의 (A)의 실제 시프트량이 2 nm인 위상 패턴(MP42)은, 제1 패턴 영역(37C)에 +Y방향으로 인접하는 제1 경계 영역(38J)에서 N1=6, n1=1로 하고, 그것에 인접하는 제2 경계 영역(38B)에서 N2=4, n2=1로 하여, 제1 패턴 영역(37C)의 -Y방향측의 경계 영역(39J, 39B)의 위상 분포를 경계 영역(38J, 38B)의 분포를 반전시킨 분포로 한 것이다. 위상 패턴(MP44)의 식 (8B)로부터 얻어지는 시프트량은 거의 1.7(=+5-3.3) nm이다. 또한, 도 10의 (B)의 실제 시프트량이 6 nm인 위상 패턴(MP46)은, 제1 패턴 영역(37C)에 +Y방향으로 인접하는 제1 경계 영역(38K)에서 N1=5, n1=3으로 하고, 그것에 인접하는 제2 경계 영역(38L)에서 N2=5, n2=4로 하여, 제1 패턴 영역(37C)의 -Y방향측의 경계 영역(39K, 39L)의 위상 분포를 경계 영역(38K, 38L)의 분포를 반전시킨 분포로 한 것이다. 이 예에서는, 정수 N1과 정수 N2가 같게 설정되어 있고, 식 (8B)로부터 얻어지는 시프트량은 거의 4(=+16-12) nm이다.
마찬가지로, 도 10의 (C)의 실제 시프트량이 7 nm인 위상 패턴(MP47)은, 제1 패턴 영역(37C)에 +Y방향으로 인접하는 제1 경계 영역(38J)에서 N1=6, n1=1로 하고, 그것에 인접하는 제2 경계 영역(38D)에서 N2=2, n2=1로 하여, 제1 패턴 영역(37C)의 -Y방향측의 경계 영역(39J, 39D)의 위상 분포를 경계 영역(38J, 38D)의 분포를 반전시킨 분포로 한 것이다. 이 예에서는, 식 (8B)로부터 얻어지는 시프트량은 거의 6.66(=+10-3.33) nm이다. 또한, 도 10의 (D)의 실제 시프트량이 9 nm인 위상 패턴(MP49)은, 제1 패턴 영역(37C)에 +Y방향으로 인접하는 제1 경계 영역(38A)에서 N1=5, n1=1로 하고, 그것에 인접하는 제2 경계 영역(38M)에서 N2=5, n2=3으로 하여, 제1 패턴 영역(37C)의 -Y방향측의 경계 영역(39A, 39M)의 위상 분포를 경계 영역(38A, 38M)의 분포를 반전시킨 분포로 한 것이다. 이 예에서는, 정수 N1과 정수 N2가 같게 설정되어 있고, 식 (8B)로부터 얻어지는 시프트량은 거의 8(=+12-4) nm이다.
도 9의 (B)의 점선의 직선 C5T는 타겟 시프트량(nm)과 동일한 종축의 값을 나타내고, 실선의 꺾은선 C5R은 시프트량이 2 nm, 6 nm, 7 nm 및 9 nm인 경우에 도 10의 (A)∼(D)의 위상 패턴(MP42∼MP49)을 이용하고, 다른 시프트량에 관해서는 식 (8B)에 의해 시프트량을 계산하는 위상 패턴을 이용한 경우의 실제 시프트량(nm)을 나타내고 있다. 따라서, 직선 C5T에 대한 꺾은선 C5R의 차분이 시프트량의 오차 er2가 된다. 오차 er2는 타겟 시프트량이 2 nm일 때에 0.3 nm에서 최대가 되지만, 이 오차 er2는 정수 N1, N2 및 n1, n2의 값을 조정하지 않는 경우의 도 9의 (A)의 오차 er1에 비교하면 상당히 작아졌다. 따라서, 이 제1 변형예에 따르면, 목표로 하는 패턴을 보다 고정밀도로 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 실시형태의 도 7의 (A)의 위상 패턴(MP3)을 이용하여 형성한 L&S 패턴의 공간 이미지의 강도 분포를 시뮬레이션에 의해 계산한 결과를 도 11의 (A)에 나타낸다. 도 11의 (A)에서, 횡축은 이미지면의 Y좌표(nm)이고, 곡선 C6은 L&S 패턴의 강도 INT(상대치)의 10개의 피크(명선)를 나타내고, 꺾은선 ΔCD는 그 곡선 C6에 대하여 어떤 임계치를 설정하여 레지스트 패턴을 형성했을 때의 목표치에 대한 선폭 CD(critical dimension)의 오차(nm)를 나타내고 있다. 곡선 C6으로부터 L&S 패턴의 공간 이미지의 피크 강도의 변동이 있는 것을 알 수 있고, 꺾은선 ΔCD로부터 선폭의 오차의 변동이 2 nm 정도 생긴 것을 알 수 있다.
따라서, 본 실시형태의 제2 변형예에서는, L&S 패턴의 공간 이미지의 피크 강도(명선의 강도)의 변동을 저감하기 위해, 공간 광변조기(28)의 복수의 미러 요소(30)의 어레이의 위상 분포를 도 12의 위상 패턴(MP5)으로 설정한다. 도 12에 있어서 도 7의 (A)에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 상세한 설명을 생략한다. 도 12의 위상 패턴(MP5)은, 각 부분 패턴(SP1A∼SP5A) 중의 제1 패턴 영역(37E)(또는 37C) 내에, X방향으로 투영 광학계(PL)에서 해상되지 않는 피치(여기서는 피치 5px 또는 6px)으로 배열된 복수의 미러 요소(30A)를 위상 0으로 설정하고, 제2 패턴 영역(37D)(또는 37F) 내에, X방향으로 투영 광학계(PL)에서 해상되지 않는 피치(여기서는 피치 6px 또는 5px)로 배열된 복수의 미러 요소(30D)를 위상 π로 설정한 것이다. 또, 제1 패턴 영역(37E)(또는 37C) 내에서 미러 요소(30A) 이외의 미러 요소(30)의 위상은 π로 설정되고, 제2 패턴 영역(37D)(또는 37F) 내에서 미러 요소(30D) 이외의 미러 요소(30)의 위상은 0으로 설정되어 있다. 이 경우, 제1 패턴 영역(37E)(또는 37C) 내의 미러 요소(30A)의 피치 및 제2 패턴 영역(37D)(또는 37F) 내의 미러 요소(30D)의 피치는, 그 부분의 공간 이미지의 강도 분포의 피크 레벨이 서로 거의 같아지도록 설정해도 좋다.
도 12의 위상 패턴(MP5)를 이용하여 형성한 L&S 패턴의 공간 이미지의 강도 분포를 시뮬레이션에 의해 계산한 결과를 도 11의 (B)에 나타낸다. 도 11의 (B)에서, 횡축은 이미지면의 Y좌표(nm)이고, 곡선 C7은 L&S 패턴의 강도 INT(상대치)의 10개의 피크(명선)를 나타내고, 꺾은선 ΔCD는 그 곡선 C7에 대하여 어떤 임계치를 설정하여 레지스트 패턴을 형성했을 때의 목표치에 대한 선폭의 오차(nm)를 나타내고 있다. 곡선 C7로부터 L&S 패턴의 공간 이미지의 피크 강도의 변동이 저감된 것을 알 수 있고, 도 11의 (B)의 꺾은선 ΔCD로부터 선폭의 오차의 변동이 0.5 nm 정도로 감소하는 것을 알 수 있다.
이와 같이 이 제2 변형예의 노광 장치(EX)의 변조 제어부(48)에 의한 공간 광변조기(28)의 구동 방법은, Y방향(제1 방향)으로 떨어져 배치되고 각각 X방향(제2 방향)으로 연장된 제1 패턴 영역(37E) 및 제2 패턴 영역(37D) 중, 제1 패턴 영역(37E) 내에서 X방향으로 투영 광학계(PL)에서 해상되지 않는 피치(5px)로 배열된 복수의 미러 요소(30A)를 위상 0(제1 상태)으로 설정하고, 제1 패턴 영역(37E) 내의 다른 미러 요소(30)를 위상 π로 설정하고, 제2 패턴 영역(37D) 내의 적어도 일부(미러 요소(30D) 이외)의 미러 요소(30)를 위상 0으로 설정하고 있다.
이 변형예에 따르면, 제1 패턴 영역(37E) 내에 투영 광학계(PL)에서 해상되지 않는 피치로 다른 미러 요소(30)와 위상이 상이한 미러 요소(30A)를 배치하기 때문에, 그 제1 패턴 영역(37E)에 대응하는 부분의 공간 이미지의 피크 레벨을 조정할 수 있다. 따라서, 최종적으로 형성되는 라인 패턴의 선폭 등을 최적화할 수 있다. 또한, 그 미러 요소(30A)를 예컨대 제1 패턴 영역(37E)의 단부에 배치함으로써, 최종적으로 형성되는 라인 패턴의 선폭 등을 미러 요소(30)의 이미지의 폭보다 미세한 정밀도로 제어할 수 있다.
이 공간 광변조기(28)의 구동 방법도 노광용 패턴의 생성 방법이기도 한다. 여기서, 공간 광변조기(28)의 복수의 미러 요소(30)(광학 요소)의 어레이는, 그리드형으로 배열된 복수의 구획으로 간주할 수 있고, 제1 상태(위상 0) 및 제2 상태(위상 π)로 설정된 공간 광변조기(28)의 복수의 미러 요소(30)(구획)의 배열은, 노광용 패턴으로 간주할 수 있다.
다음으로, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼(W)를 연속적으로 이동시켜 웨이퍼(W)를 주사 노광한다. 그 밖에, 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 각 샷영역(예컨대 SA21)을 Y방향으로 복수의 부분 영역(SB1∼SB5) 등으로 분할하여, 투영 광학계(PL)의 노광 영역(26B)에 부분 영역(SB1) 등이 도달했을 때에, 조명광(IL)을 정해진 펄스수만큼 발광시켜, 공간 광변조기(28)의 미러 요소(30)의 어레이로부터의 반사광에 의해 부분 영역(SB1) 등을 노광해도 좋다. 그 후, 웨이퍼(W)를 Y방향으로 스텝 이동시켜, 다음 부분 영역(SB2) 등이 노광 영역(26B)에 도달하고 나서, 마찬가지로 부분 영역(SB2) 등에 노광이 행해진다. 이 방식은 실질적으로 스텝 앤드 리피트 방식이지만, 부분 영역(SB1∼SB5) 등에는 서로 다른 패턴이 노광된다.
다음으로, 상기 실시형태의 공간 광변조기(28)의 미러 요소(30)는 평행 이동하여 조명광(IL)의 위상을 제1 위상 또는 제2 위상만큼 변화시킨다. 그러나, 예컨대 도 1에서, 공간 광변조기(28) 대신에, 예컨대 미국 특허 제5,312,513호 명세서, 또는 미국 특허 제6,885,493호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 경사각이 가변인 복수의 미러 요소(반사 요소)의 어레이를 갖는 공간 광변조기를 사용해도 좋다.
이러한 경사각 가변 방식의 공간 광변조기를 사용하는 경우, 미러 요소의 제1 상태는 조명 광학계(ILS)로부터의 조명광을 투영 광학계(PL)로 유도하는 상태(명부가 되는 상태)이고, 미러 요소의 제2 상태는 조명 광학계(ILS)로부터의 조명광을 투영 광학계(PL)에 입사시키지 않은 상태(암부가 되는 상태)이다. 이 경우에도, 미러 요소의 어레이에 있어서, 제1 영역과 제2 영역의 예컨대 X방향으로 연장되는 경계 영역에서, 투영 광학계(PL)의 해상 한계보다 미세한 피치로 배열되는 복수의 미러 요소의 상태를 제1 상태 또는 제2 상태로 설정함으로써, Y방향으로 미러 요소의 이미지의 폭보다 미세한 위치 정밀도 또는 형상 정밀도로 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 복수의 미러 요소의 경사각과 조명광(IL)의 위상 모두를 변화시키는 공간 광변조기를 이용해도 좋다. 이 경우, 복수의 미러 요소는, 복수의 미러 요소가 배열되어 있는 면의 법선 방향으로 평행 이동하고, 복수의 미러 요소의 반사면의 그 법선에 대한 경사각이 변경되도록 경사진다.
다음으로, 상기 실시형태에서는, 물체측에 비텔리센트릭인 투영 광학계(PL)를 이용하고 있다. 그것 이외에, 도 13의 제3 변형예의 노광 장치(EXA)에서 나타낸 바와 같이, 물체측 및 이미지면측에 양측 텔리센트릭인 투영 광학계(PLA)를 이용하는 것도 가능하다. 도 13에서, 노광 장치(EXA)는, 광원(도시하지 않음)과, 이 광원으로부터의 레이저광을 이용하여 S편광의 조명광(IL)을 거의 +Y방향으로 발생시키는 조명 광학계(ILSA)와, 조명광(IL)을 +Z방향으로 반사하는 편광 빔 스플리터(51)와, 편광 빔 스플리터(51)로부터의 조명광(IL)을 원편광으로 변환하는 1/4 파장판(52)과, 원편광의 조명광(IL)을 -Z방향 또는 그것 이외의 방향으로 반사하는 다수의 경사각 가변의 미러 요소(56)의 2차원 어레이와, 이들 어레이를 지지하는 베이스 부재(58)를 갖는 공간 광변조기(54)와, 미러 요소(56)에서 반사되고 나서, 1/4 파장판(52) 및 편광 빔 스플리터(51)를 투과한 조명광(IL)을 수광하여 웨이퍼(W)의 표면의 노광 영역(26B)에 공간 이미지(패턴)를 투영하는 투영 광학계(PLA)를 구비하고 있다. 조명 광학계(ILSA)는 도 1의 조명 광학계(ILS)로부터 미러(8B, 8C)를 제외한 광학계이다. 미러 요소(56) 중에서, 제1 상태(반사광을 투영 광학계(PL)에 입사시키는 상태)의 미러 요소(56P)와, 제2 상태(반사광을 투영 광학계(PL)에 입사시키지 않은 상태)의 미러 요소(56N)의 조합에 의해 웨이퍼(W) 상에 마스크리스 방식으로 패턴을 형성할 수 있다.
이 제3 변형예에 있어서도, 미러 요소(56)의 어레이에서, 제1 영역과 제2 영역의 예컨대 X방향으로 연장되는 경계 영역에서, 투영 광학계(PL)의 해상 한계보다 미세한 피치로 배열되는 복수의 미러 요소(56)의 상태를 제1 상태 또는 제2 상태로 설정함으로써, Y방향으로 미러 요소(56)의 이미지의 폭(피치)보다 미세한 위치 정밀도 또는 형상 정밀도로 패턴을 형성할 수 있다. 이 제3 변형예의 노광 장치(EXA)에 의하면, 양측 텔리센트릭인 투영 광학계(PLA)를 사용할 수 있기 때문에, 노광 장치의 구성을 간소화할 수 있다.
또한, 이 제3 변형예에 있어서, 공간 광변조기(54)로서 도 1의 위상 가변형의 공간 광변조기(28)를 사용하는 것도 가능하다.
또, 조명광(IL)의 이용 효율이 1/2로 저하해도 좋은 경우에는, 편광 빔 스플리터(51) 대신에 통상의 빔 스플리터를 사용하고, 1/4 파장판(52)을 생략해도 좋다. 이 경우에는, 편광 조명을 사용할 수 있다.
또한, 도 1의 파면 분할형의 인테그레이터인 마이크로 렌즈 어레이(16) 대신에, 내면 반사형의 옵티컬 인테그레이터로서의 로드형 인테그레이터를 이용할 수도 있다.
또한, 전자 디바이스(또는 마이크로 디바이스)를 제조하는 경우, 전자 디바이스는 도 14에 나타낸 바와 같이, 전자 디바이스의 기능·성능 설계를 행하는 단계 221, 이 설계 단계에 기초한 마스크의 패턴 데이터를 상기 실시형태의 노광 장치(EX, EXA)의 주제어계에 기억하는 단계 222, 디바이스의 기재인 기판(웨이퍼)을 제조하여 레지스트를 도포하는 단계 223, 전술한 노광 장치(EX, EXA)(또는 노광 방법)에 의해 공간 광변조기(28)에서 생성되는 위상 분포(또는 공간 광변조기(54)에서 생성되는 강도 분포)의 공간 이미지를 기판(감응 기판)에 노광하는 공정, 노광한 기판을 현상하는 공정, 현상한 기판의 가열(경화) 및 에칭 공정 등을 포함하는 기판 처리 단계 224, 디바이스 조립 단계(다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정 등의 가공 프로세스를 포함) 225, 및 검사 단계 226 등을 거쳐 제조된다.
이 디바이스의 제조 방법은, 상기 실시형태의 노광 장치(또는 노광 방법)를 이용하여 웨이퍼(W)를 노광하는 공정과, 노광된 웨이퍼(W)를 처리하는 공정(단계 224)을 포함한다. 따라서, 미세한 회로 패턴을 구비하는 전자 디바이스를 고정밀도로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 반도체 디바이스의 제조 프로세스에 대한 적용에 한정되지 않고, 예컨대 액정 표시 소자, 플라즈마 디스플레이 등의 제조 프로세스나, 촬상 소자(CMOS형, CCD 등), 마이크로 머신, MEMS(Microelectromechanical Systems : 미소 전기 기계 시스템), 박막 자기 헤드 및 DNA 칩 등의 각종 디바이스(전자 디바이스)의 제조 프로세스에도 널리 적용될 수 있다.
또, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 구성을 취할 수 있다.
또한, 본원에 기재한 상기 공보, 각 국제 공개 팜플렛, 미국 특허 또는 미국 특허 출원 공개 명세서에서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다. 또한, 명세서, 특허청구범위, 도면 및 요약을 포함하는 2012년 1월 18일부로 제출한 일본 특허 출원 제2012-007727호의 모든 개시 내용은 모두 그대로 인용하여 본원에 포함된다.
EX, EXA : 노광 장치, ILS, ILSA : 조명 광학계, PL, PLA : 투영 광학계, W : 웨이퍼, 28 : 공간 광변조기, 30 : 미러 요소, 30A, 30C : 위상 0의 미러 요소, 30B, 30D : 위상 π의 미러 요소, 37C : 제1 패턴 영역, 37D : 제2 패턴 영역, 38A : 제1 경계 영역, 38B : 제2 경계 영역, 39A : 제3 경계 영역, 39B : 제4 경계 영역, 48 : 변조 제어부

Claims (25)

  1. 복수의 광학 요소를 통해 노광광을 이용하여 물체를 노광하는 노광 방법에 있어서,
    상기 복수의 광학 요소 중, 제1 영역 내의 광학 요소를 제1 상태로 설정하여 제1 위상의 노광광을 사출하는 단계와,
    상기 복수의 광학 요소 중, 상기 제1 영역의 제1 방향측에 위치하는 제2 영역 내의 광학 요소를 상기 제1 상태와 상이한 제2 상태로 설정하여, 상기 제1 위상과 상이한 제2 위상의 노광광을 사출하는 단계와,
    상기 복수의 광학 요소 중, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이의 제3 영역 내의 복수의 광학 요소 중 제1 부분을 상기 제1 상태로 설정하여 상기 제1 위상의 노광광을 사출하고, 상기 제1 부분의 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향측에 위치하는 광학 요소의 제2 부분을 상기 제2 상태로 설정하여 상기 제2 위상의 노광광을 사출하는 단계와,
    상기 복수의 광학 요소 중, 상기 제3 영역과 상기 제1 영역 사이의 제4 영역 내의 복수의 광학 요소 중 제3 부분을 상기 제1 상태로 설정하여 상기 제1 위상의 노광광을 사출하고, 상기 제1 부분의 상기 제2 방향측에 위치하는 광학 요소의 제4 부분을 상기 제2 상태로 설정하여 상기 제2 위상의 노광광을 사출하는 단계
    를 포함하는 노광 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 상기 제1 방향의 크기가 상기 제2 방향의 크기보다 작은 것인 노광 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제3 영역은 상기 제1 방향의 크기가 상기 제2 방향의 크기보다 작은 것인 노광 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이의 제3 영역 내에서, 상기 제1 부분의 광학 요소는 상기 제2 방향을 따라 복수개 존재하는 것인 노광 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 상기 제1 부분 사이에 상기 제2 부분이 위치하는 것인 노광 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 노광하는 것은 투영 광학계를 통해 상기 복수의 광학 요소로부터의 노광광을 상기 물체에 조사하는 것을 포함하는 것인 노광 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 노광광의 파장을 λ, 상기 투영 광학계의 물체측 개구수를 NA로 할 때, 상기 복수의 제1 부분 또는 상기 복수의 제2 부분의 피치는 λ/NA보다 작은 것인 노광 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제2 방향으로 주기성을 지닌 라인 앤드 스페이스 패턴을 노광하는 노광 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 광학 요소는 상기 제1 방향으로 제1 피치로 배치되고 또한 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 제2 피치로 배치되는 것인 노광 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 라인 앤드 스페이스 패턴은 상기 제1 피치에 상기 투영 광학계의 배율을 곱한 값과는 상이한 피치를 갖는 것인 노광 방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 복수의 광학 요소 중 적어도 하나는 상기 투영 광학계에 의해 해상되지 않는 크기인 것인 노광 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 노광 방법을 이용하여 기판 상에 감광층의 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 패턴이 형성된 상기 기판을 처리하는 단계
    를 포함하는 디바이스 제조 방법.
  13. 노광광으로 물체를 노광하는 노광 장치에 있어서,
    상기 노광광의 광로 중에 배치되는 복수의 광학 요소를 갖는 공간 광변조기와,
    상기 공간 광변조기의 상기 복수의 광학 요소를 구동하여 제1 상태 또는 제2 상태로 하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 제어부에 의해, 상기 복수의 광학 요소 중, 제1 영역의 제1 방향측에 위치하는 제2 영역 내의 광학 요소를 상기 제1 상태와 상이한 제2 상태로 설정하여, 제1 위상과 상이한 제2 위상의 노광광을 사출하고,
    상기 제어부에 의해, 상기 복수의 광학 요소 중, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이의 제3 영역 내의 복수의 광학 요소 중 제1 부분을 상기 제1 상태로 설정하여, 상기 제1 위상의 노광광을 사출하고, 상기 제어부에 의해, 상기 제1 부분의 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향측에 위치하는 광학 요소의 제2 부분을 상기 제2 상태로 설정하여, 상기 제2 위상의 노광광을 사출하고,
    상기 제어부에 의해, 상기 복수의 광학 요소 중, 상기 제3 영역과 상기 제1 영역 사이의 제4 영역 내의 복수의 광학 요소 중 제3 부분을 상기 제1 상태로 설정하여, 상기 제1 위상의 노광광을 사출하고, 상기 제어부에 의해, 상기 제1 부분의 상기 제2 방향측에 위치하는 광학 요소의 제4 부분을 상기 제2 상태로 설정하여 상기 제2 위상의 노광광을 사출하는 것인 노광 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 상기 제1 방향의 크기가 상기 제2 방향의 크기보다 작은 것인 노광 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제3 영역은 상기 제1 방향의 크기가 상기 제2 방향의 크기보다 작은 것인 노광 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 복수의 광학 요소로부터의 노광광을 상기 물체에 조사하는 투영 광학계를 더 구비하는 노광 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이의 제3 영역 내에서, 상기 제1 부분의 광학 요소는 상기 제2 방향을 따라 복수개 존재하는 것인 노광 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 노광광의 파장을 λ, 상기 투영 광학계의 물체측 개구수를 NA로 할 때, 상기 복수의 제1 부분 또는 상기 복수의 제2 부분의 피치는 λ/NA보다 작은 것인 노광 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 제2 방향으로 주기성을 지닌 라인 앤드 스페이스 패턴을 노광하는 노광 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 공간 광변조기의 상기 복수의 광학 요소는, 제1 방향으로 제1 피치로 배치되고 또한 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 제2 피치로 배치되는 것인 노광 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 라인 앤드 스페이스 패턴은 상기 제1 피치에 상기 투영 광학계의 배율을 곱한 값과는 상이한 피치를 갖는 것인 노광 장치.
  22. 제16항에 있어서, 상기 복수의 광학 요소 중 적어도 하나는 상기 투영 광학계에 의해 해상되지 않는 크기인 것인 노광 장치.
  23. 제13항 내지 제22항 중 어느 한 항에 기재된 노광 장치를 이용하여 기판 상에 감광층의 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 패턴이 형성된 상기 기판을 처리하는 단계
    를 포함하는 디바이스 제조 방법.
  24. 삭제
  25. 삭제
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