KR102654989B1 - 노광장치 및 물품의 제조방법 - Google Patents

Abstract

원판과 기판을 주사 방향으로 이동시키면서 상기 기판을 노광하는 노광장치로서, 광원으로부터의 빛으로 상기 원판의 피조명면을 조명하는 조명 광학계를 갖고, 상기 조명 광학계는, 상기 피조명면의 공역면으로부터 상기 광원 측으로 떨어진 위치에 배치되는 제1차광부와, 상기 공역면으로부터 상기 피조명면 측으로 떨어진 위치에 배치되는 제2차광부와, 상기 제1차광부와 상기 제2차광부 사이에 배치되고, 상기 피조명면의 조명 범위를 획정하는 마스킹부를 포함하고, 상기 조명 광학계의 광축을 따른 방향에 있어서 상기 공역면과 상기 제1차광부 사이의 제1거리와, 상기 광축을 따른 방향에 있어서 상기 공역면과 상기 제2차광부 사이의 제2거리의 합은, 5mm 이상, 또한, 20mm 이하d고, 상기 제1차광부 및 상기 제2차광부는, 상기 제1거리와 상기 제2거리가 다르도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치를 제공한다.

Description

노광장치 및 물품의 제조방법

본 발명은, 노광장치 및 물품의 제조방법에 관한 것이다.

원판(레티클 또는 마스크)을 조명 광학계로 조명하여, 원판의 패턴을 투영 광학계를 거쳐 기판(웨이퍼)에 투영하는 노광장치가 종래부터 사용되고 있다. 노광장치에는, 반도체 디바이스의 미세화에 따라, 고해상도를 실현하는 것이 요구되고 있다. 고해상도를 실현하기 위해서는, 노광 광의 단파장화, 투영 광학계의 개구수(NA)의 증가(고 NA화) 및 변형 조명(윤대 조명, 2중극 조명, 4중극 조명 등)이 유효하다.

한편, 최근의 디바이스 구조의 다층화에 따라, 노광장치에는, 중첩 정밀도의 향상도 요구되고 있다. 특허문헌 1에는, 노광장치의 피조명면의 공역면으로부터 광원 측으로 디포커스한 위치에 배치된 차광부와, 피조명면의 공역면으로부터 피조명면 측으로 디포커스한 위치에 배치된 차광부를 갖는 노광장치가 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 노광장치는, 중첩 정밀도를 향상시키는데 유효하다.

일본국 특개 2010-73835호 공보

그렇지만, 특허문헌 1에 개시된 노광장치에서는, 차광부에 의한 조도의 저하와 함께, 적산 유효 광원의 비대칭성(XY 비대칭성)이 발생하여 버린다. 적산 유효 광원에 큰 비대칭성이 발생하면, 예를 들면, 종방향 및 횡방향으로 동일한 선폭의 라인 앤드 스페이스 패턴을 기판에 전사하는 경우에, 종방향의 패턴과 횡방향의 패턴 사이에서 선폭차가 생겨 버린다.

본 발명은, 피조명면에 있어서의 조도의 저하 및 적산 유효 광원의 비대칭성의 발생을 억제하는데 유리한 노광장치를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면으로서의 노광장치는, 원판과 기판을 주사 방향으로 이동시키면서 상기 기판을 노광하는 노광장치로서, 광원으로부터의 빛으로 상기 원판의 피조명면을 조명하는 조명 광학계를 갖고, 상기 조명 광학계는, 상기 피조명면의 공역면으로부터 상기 광원 측으로 떨어진 위치에 배치되는 제1차광부와, 상기 공역면으로부터 상기 피조명면 측으로 떨어진 위치에 배치되는 제2차광부와, 상기 제1차광부와 상기 제2차광부 사이에 배치되고, 상기 피조명면의 조명 범위를 획정하는 마스킹부를 포함하고, 상기 조명 광학계의 광축을 따른 방향에 있어서 상기 공역면과 상기 제1차광부 사이의 제1거리와, 상기 광축을 따른 방향에 있어서 상기 공역면과 상기 제2차광부 사이의 제2거리의 합은, 5mm 이상, 또한, 20mm 이하이고, 상기 제1차광부 및 상기 제2차광부는, 상기 제1거리와 상기 제2거리가 다르도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 예를 들면, 피조명면에 있어서의 조도의 저하 및 적산 유효 광원의 비대칭성의 발생을 억제하는데 유리한 노광장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 그 밖의 특징 및 이점은, 첨부도면을 참조로 한 이하의 설명에 의해 명확해질 것이다. 이때, 첨부도면에 있어서는, 동일 혹은 유사한 구성에는, 동일한 참조번호를 붙인다.

첨부도면은 명세서에 포함되고, 그것의 일부를 구성하고, 본 발명의 실시형태를 나타내고, 그것의 기술과 함께 본 발명의 원리를 설명하기 위해 사용된다.
도1은 본 발명의 일측면으로서의 노광장치의 구성을 나타낸 개략 단면도다.
도2는 제1차광부, 마스킹 유닛 및 제2차광부의 상세를 설명하기 위한 도면이다.
도3은 적산 유효 광원을 설명하기 위한 도면이다.
도4는 제1차광부 및 제2차광부의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도5는 적산 유효 광원의 XY 비대칭성을 저감하기 위한 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도6은 제1차광부 및 제2차광부에 관한 구체적인 수치예를 설명하기 위한 도면이다.
도7은 제1차광부 및 제2차광부에 관한 구체적인 수치예를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부도면을 참조해서 실시형태를 상세히 설명한다. 이때, 이하의 실시형태는 청구범위에 관한 발명을 한정하는 것은 아니다. 실시형태에는 복수의 특징이 기재되어 있지만, 이들 복수의 특징의 모두가 발명에 필수적인 것인 것은 아니며, 또한, 복수의 특징은 임의로 조합되어도 된다. 더구나, 첨부도면에 있어서는, 동일 혹은 유사한 구성에 동일한 참조번호를 붙이고, 중복된 설명은 생략한다.

도1은, 본 발명의 일측면으로서의 노광장치(100)의 구성을 나타낸 개략 단면도다. 노광장치(100)는, 원판(25)과 기판(27)을 주사 방향으로 이동시키면서 기판(27)을 노광(주사 노광)하여, 원판(25)의 패턴을 기판 위에 전사하는 스텝 앤드 스캔 방식의 노광장치(스캐너)이다. 노광장치(100)는, 광원(1)으로부터의 빛으로 원판(25)(레티클 또는 마스크)을 조명하는 조명 광학계(110)와, 원판(25)의 패턴을 기판(27)(웨이퍼나 글래스 플레이트 등)에 투영하는 투영 광학계(26)를 갖는다.

광원(1)은, 파장 약 365nm의 수은 램프나 파장 약 248nm의 KrF 엑시머 레이저, 파장 약 193nm의 ArF 엑시머 레이저 등의 엑시머 레이저 등을 포함하고, 원판(25)을 조명하기 위한 광속(노광 광)을 출사한다.

조명 광학계(110)는, 인회 광학계(2)와, 출사 각도 보존 광학 소자(5)와, 회절 광학 소자(6)와, 콘덴서 렌즈 7과, 차광부재(8)와, 프리즘 유닛(10)과, 줌 렌즈 유닛(11)을 포함한다. 또한, 조명 광학계(110)는, 옵티컬 인테그레이터(12)와, 조리개(13)와, 콘덴서 렌즈 14와, 제1차광부(18)와, 제2차광부(20)와, 마스킹 유닛(19)과, 콘덴서 렌즈 21과, 콜리메이터 렌즈(23)를 포함한다.

인회 광학계(2)는, 광원(1)과 출사 각도 보존 광학 소자(5) 사이에 설치되고, 광원(1)으로부터의 광속을 출사 각도 보존 광학 소자(5)로 이끈다. 출사 각도 보존 광학 소자(5)는, 회절 광학 소자(6)의 광원 측에 설치되고, 광원(1)으로부터의 광속을, 그것의 발산 각도를 일정하게 유지하면서 회절 광학 소자(6)로 이끈다. 출사 각도 보존 광학 소자(5)는, 플라이아이 렌즈, 마이크로 렌즈 어레이나 파이버 다발 등의 옵티컬 인테그레이터를 포함한다. 출사 각도 보존 광학 소자(5)는, 광원(1)의 출력 변동이 회절 광학 소자(6)에 의해 형성되는 광강도 분포(패턴 분포)에 미치는 영향을 저감한다.

회절 광학 소자(6)는, 조명 광학계(110)의 동공면과 푸리에 변환의 관계에 있는 면에 배치되어 있다. 회절 광학 소자(6)는, 투영 광학계(26)의 동공면과 공역의 면인 조명 광학계(110)의 동공면이나 조명 광학계(110)의 동공면과 공역의 면에, 광원(1)으로부터의 광속의 광강도 분포를 회절 작용에 의해 변환하여 원하는 광강도 분포를 형성한다. 회절 광학 소자(6)는, 회절 패턴면에 원하는 회절 패턴이 얻어지도록 계산기로 설계된 계산기 홀로그램(CGH: Computer Generated Hologram)으로 구성되어 있어도 된다. 본 실시형태에서는, 투영 광학계(26)의 동공면에 형성되는 광원 형상을 유효 광원 형상으로 칭한다. 이때, 「유효 광원」이란, 피조명면 및 피조명면의 공역면에 있어서의 광각도 분포를 의미한다. 회절 광학 소자(6)는, 출사 각도 보존 광학 소자(5)와 콘덴서 렌즈 7 사이에 설치되어 있다.

조명 광학계(110)에는, 복수의 회절 광학 소자(6)가 설치되어 있어도 된다. 예를 들면, 복수의 회절 광학 소자(6)의 각각은 터렛(미도시)의 복수의 슬롯에 대응하는 1개에 부착되어 있다(탑재되어 있다). 복수의 회절 광학 소자(6)는, 각각, 다른 유효 광원 형상을 형성한다. 이들 유효 광원 형상은, 작은 원형 형상(비교적 작은 원형 형상), 큰 원형 형상(비교적 큰 원형 형상), 윤대 형상, 2중극 형상, 4중극 형상, 기타 형상을 포함한다. 윤대 형상, 2중극 형상 또는 4중극 형상의 유효 광원 형상으로 피조명면을 조명하는 방법은, 변형 조명으로 불린다.

출사 각도 보존 광학 소자(5)로부터의 광속은, 회절 광학 소자(6)에서 회절되어, 콘덴서 렌즈 7로 이끌어진다. 콘덴서 렌즈 7은, 회절 광학 소자(6)와 프리즘 유닛(10) 사이에 설치되고, 회절 광학 소자(6)에서 회절된 광속을 집광하여, 푸리에 변환면(9)에 회절 패턴(광강도 분포)을 형성한다.

푸리에 변환면(9)은, 옵티컬 인테그레이터(12)와 회절 광학 소자(6) 사이에 있으며, 회절 광학 소자(6)와 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 면이다. 조명 광학계(110)의 광로에 배치되는 회절 광학 소자(6)를 교환함으로써, 푸리에 변환면(9)에 형성되는 회절 패턴의 형상을 변경할 수 있다.

차광부재(8)는, 조명 광학계(110)의 광축(1b)과 수직한 방향으로 이동 가능하게 구성되고, 푸리에 변환면(9)의 상류측(광원 측)에 배치되어 있다. 차광부재(8)는, 푸리에 변환면(9)의 위치로부터 다소 떨어진(디포커스한) 위치에 배치되어 있다.

프리즘 유닛(10) 및 줌 렌즈 유닛(11)은, 푸리에 변환면(9)과 옵티컬 인테그레이터(12) 사이에 설치되고, 푸리에 변환면(9)에 형성된 광강도 분포를 확대하는 줌 광학계로서 기능한다. 프리즘 유닛(10)은, 푸리에 변환면(9)에 형성된 광강도 분포를, 윤대율 등을 조정해서 줌 렌즈 유닛(11)으로 이끈다. 또한, 줌 렌즈 유닛(11)은, 프리즘 유닛(10)과 옵티컬 인테그레이터(12) 사이에 설치되어 있다. 줌 렌즈 유닛(11)은, 예를 들면, 복수의 줌 렌즈를 포함하고, 푸리에 변환면(9)에 형성된 광강도 분포를, 조명 광학계(110)의 NA와 투영 광학계(26)의 NA의 비를 기준으로 한 σ값을 조정해서 옵티컬 인테그레이터(12)로 이끈다.

옵티컬 인테그레이터(12)는, 줌 렌즈 유닛(11)과 콘덴서 렌즈 14 사이에 설치되어 있다. 옵티컬 인테그레이터(12)는, 윤대율, 개구 각 및 σ값이 조정된 광강도 분포에 따라, 다수의 2차 광원을 형성해서 콘덴서 렌즈 14로 이끄는 플라이아이 렌즈를 포함한다. 단, 옵티컬 인테그레이터(12)는, 플라이아이 렌즈 대신에, 옵티컬 파이프, 회절 광학 소자, 마이크로 렌즈 어레이 등의 다른 광학 소자를 포함하고 있어도 된다. 옵티컬 인테그레이터(12)는, 회절 광학 소자(6)를 거친 광속으로 피조명면(24)에 배치된 원판(25)을 균일하게 조명한다. 옵티컬 인테그레이터(12)와 콘덴서 렌즈 14 사이에는, 조리개(13)가 설치되어 있다.

콘덴서 렌즈 14는, 옵티컬 인테그레이터(12)와 원판(25) 사이에 설치되어 있다. 이에 따라, 옵티컬 인테그레이터(12)로부터 이끌어진 다수의 광속을 집광해서 원판(25)을 중첩적으로 조명할 수 있다. 광선을 옵티컬 인테그레이터(12)에 입사해서 콘덴서 렌즈 14로 집광하면, 콘덴서 렌즈 14의 초점 평면인 공역면(19a)은, 거의 사각형 형상으로 조명된다.

콘덴서 렌즈 14의 후단에는, 하프미러(15)가 배치되어 있다. 하프미러(15)에서 반사된 노광 광의 일부는, 광량 측정 광학계(16)에 입사한다. 광량 측정 광학계(16)의 후단에는, 광량을 측정하는 센서(17)가 배치되어 있다. 센서(17)에서 측정된 광량에 근거하여, 노광시의 노광량이 적절하게 제어된다.

제1차광부(18)와 제2차광부(20)의 사이, 구체적으로는, 피조명면(24)과 공역의 면인 공역면(19a) 또는 공역면(19a)의 근방에는, X 블레이드와 Y 블레이드를 포함하는 마스킹 유닛(마스킹부)(19)이 배치되어, 거의 사각형 형상의 광강도 분포로 조명된다. 이때, 공역면(19a)의 근방이란, 마스킹 유닛(19)의 X 블레이드와 Y 블레이드가 서로 간섭하지 않도록 하기 위해 필요하게 되는 거리만큼 공역면(19a)으로부터 떨어지는 것, 예를 들면, 공역면(19a)으로부터 광축 방향으로 0.2mm 정도 떨어지는 것을 의미한다. 마스킹 유닛(19)은, 원판(25)(피조명면(24))의 조명 범위를 획정하기 위해 배치되고, 원판 스테이지(29) 및 기판 스테이지(28)에 동기해서 주사된다. 원판 스테이지(29)는, 원판(25)을 유지해서 이동하는 스테이지이며, 기판 스테이지(28)는, 기판(27)을 유지해서 이동하는 스테이지이다.

마스킹 유닛(19)(피조명면(24)의 공역면(19a))으로부터 떨어진(디포커스한) 위치에, 2개의 차광부, 본 실시형태에서는, 제1차광부(18) 및 제2차광부(20)가 설치되어 있다. 제1차광부(18)는, 피조명면(24)의 공역면(19a)으로부터 광원 측으로 떨어진 위치에 배치되어 있다. 제2차광부(20)는, 피조명면(24)의 공역면(19a)으로부터 피조명면 측으로 떨어진 위치에 배치되어 있다.

콘덴서 렌즈 21로부터의 광속에 대해 소정의 기울기를 갖는 미러(22)에서 반사된 빛은, 콜리메이터 렌즈(23)를 거쳐, 원판(25)을 조명한다.

투영 광학계(26)는, 원판(25)의 패턴을 기판(27)에 투영한다. 원판(25)의 패턴의 해상성은, 유효 광원 형상에 의존하고 있다. 따라서, 조명 광학계(110)에 있어서 적절한 유효 광원 분포를 형성함으로써, 원판(25)의 패턴의 해상성을 향상시킬 수 있다.

도2를 참조하여, 제1차광부(18), 마스킹 유닛(19) 및 제2차광부(20)의 상세를 설명한다. 도2에 있어서, y방향은, 주사 방향을 나타내고 있다. 마스킹 유닛(19)은, 주사 노광 중에 이동하는 스캔 마스킹 블레이드 19d 및 19e를 포함한다.

제1차광부(18)는, 도2에 나타낸 것과 같이, 제1차광부재(18a) 및 제2차광부재(18b)를 포함한다. 제1차광부재(18a)의 제2차광부재측의 단부(18aA) 및 제2차광부재(18b)의 제1차광부재측의 단부(18bA)는, 광선 유효 영역 내에 위치하여, 광선의 일부를 차광함으로써 피조명면(24)에 도달하는 빛의 강도를 조정한다. 예를 들면, 제1차광부재(18a)에는, 액추에이터(미도시)가 연결되어 있다. 이러한 액추에이터에 의해 제1차광부재(18a)를 주사 방향(y방향)을 따라 이동시킴으로써, 제1차광부재(18a)의 단부 18aA와 제2차광부재(18b)의 단부 18bA에 의해 규정되는 개구 폭을 변경할 수 있다. 이와 같이, 제1차광부(18)는, 가변 슬릿을 구성한다. 또한, 본 실시형태에서는, 제1차광부(18)에 대해, 제1차광부재(18a) 및 제2차광부재(18b)를 조명 광학계(110)의 광축(1b)을 따른 방향으로 이동시키는 제1이동부 FMU가 설치되어 있다.

제2차광부(20)는, 도2에 나타낸 것과 같이, 제3차광부재(20a) 및 제4차광부재(20b)를 포함한다. 제3차광부재(20a)의 제4차광부재측의 단부(20aA) 및 제4차광부재(20b)의 제3차광부재측의 단부(20bA)는, 광선 유효 영역 내에 위치하고, 광선의 일부를 차광함으로써 피조명면(24)에 도달하는 빛의 강도를 조정한다. 제3차광부재(20a)에는, 액추에이터(미도시)가 연결되어 있다. 이러한 액추에이터에 의해 제3차광부재(20a)를 주사 방향(y방향)을 따라 이동시킴으로써, 제3차광부재(20a)의 단부 20aA와 제4차광부재(20b)의 단부 20bA에 의해 규정되는 개구 폭을 변경할 수 있다. 이와 같이, 제2차광부(20)는, 가변 슬릿을 구성한다. 또한, 본 실시형태에서는, 제2차광부(20)에 대해, 제3차광부재(20a) 및 제4차광부재(20b)를 조명 광학계(110)의 광축(1b)을 따른 방향으로 이동시키는 제2이동부 SMU가 설치되어 있다.

도2에 나타낸 것과 같이, 광축(1b)을 포함하여 주사 방향과 평행한 평면 내에 있어서, 광축(1b)을 따른 방향에 있어서의 공역면(19a)과 제1차광부재(18a)의 단부 18aA 사이의 제1거리를 d1로 한다. 또한, 광축(1b)을 포함하여 주사 방향과 평행한 평면 내에 있어서, 광축(1b)을 따른 방향에 있어서의 공역면(19a)과 제3차광부재(20a)의 단부 20aA 사이의 제2거리를 d2로 한다. 이 경우, 제1거리 d1과 제2거리 d2는 다른 값이다. 또한, 공역면(19a)과 제2차광부재(18b)의 단부 18bA 사이의 거리는 제1거리 d1과 같고, 공역면(19a)과 제4차광부재(20b)의 단부 20bA 사이의 거리는 제2거리 d2와 같다. 이와 같이, 제1차광부(18) 및 제2차광부(20)는, 제1거리 d1과 제2거리 d2가 다르도록 배치되어 있다.

또한, 도2에 나타낸 것과 같이, 광축(1b)을 포함하여 주사 방향과 평행한 평면 내에 있어서, 제1차광부재(18a)의 단부 18aA와 제2차광부재(18b)의 단부 18bA의 중점을 18c로 한다. 마찬가지로, 제3차광부재(20a)의 단부 20aA와 제4차광부재(20b)의 단부 20bA의 중점을 20c로 한다. 중점 18c로부터 제1차광부재(18a)의 단부 18aA 및 제2차광부재(18b)의 단부 18bA까지의 거리를 S1로 하고, 중점 20c로부터 제3차광부재(20a)의 단부 20aA 및 제4차광부재(20b)의 단부 20bA까지의 거리를 S2로 한다. 이 경우, 거리 S1과 거리 S2는 다른 값이다. 이때, 중점 18c와 중점 20c를 연결하는 직선은, 광축(1b)과 평행하다.

도3a 및 도3b를 참조하여, 적산 유효 광원에 대해 설명한다. 도3a 및 도3b에 있어서, y방향은, 주사 방향을 나타내고 있다. 도3a는, 피조명면(24)의 조명 영역(24e)을 나타내고, 도3b는, 피조명면(24)과 공역 관계에 있는 공역면(19a)(마스킹 유닛(19))의 조명 영역(19b)을 나타내고 있다.

노광에 있어서, 조명 영역 24e가 주사된다. 이때, 노광면 위의 어떤 점을 조명하는 입사 각도 분포는, 조명 영역(24e)에 있어서의 주사 방향(y방향)에 평행한 직선 24f의 각 점을 조명하는 입사 각도 분포를 적산한 것이며, 이것을 적산 유효 광원으로 칭한다. 직선 19c는 공역면(19a)에 있어서 직선 24e의 각 점과 공역의 점의 집합이기 때문에, 적산 유효 광원은, 직선 19c의 각 점을 통과하는 광속에 의해 피조명면(24)을 조명하는 입사 각도 분포를 적산한 것과 등가이다.

도4a, 도4b 및 도4c를 참조하여, 제1차광부(18) 및 제2차광부(20)의 기능에 대해 설명한다. 도4a, 도4b 및 도4c에 있어서, y방향은, 주사 방향을 나타내고 있다. 도4a는, 옵티컬 인테그레이터(12), 콘덴서 렌즈 14, 제1차광부(18) 및 제2차광부(20)의 근방의 확대도이다. 도4a에는, 옵티컬 인테그레이터(12)를 출사하고, 콘덴서 렌즈 14를 거쳐, 공역면(19a)의 점 A, B 및 C를 통과하는 광선이 도시되어 있다. 여기에서, 점 A, B 및 C는, 도3b에 나타낸 직선 19 상의 점이다. 도4b는, 피조명면(24)의 점 A', B' 및 C'의 각각에 있어서의 유효 광원 24a, 24b 및 24c를 도시한 도면이다. 점 A', B' 및 C'의 각각은, 피조명면(24)의 공역면(19a)의 점 A, B 및 C와 공역 관계에 있다. 도4c는, 피조명면(24)의 점 A', B' 및 C'를 포함하는 직선 위를 통과하는 모든 광선을 적산한 적산 유효 광원(24d)을 도시한 도면이다.

이때, 본 실시형태에서는, 발명의 이해를 용이하게 하기 위해, 유효 광원이 콘벤쇼널 조명으로 불리는 원형 형상인 경우를 예로 들어 설명하지만, 프리즘 유닛(10)이나 회절 광학 소자(6)의 조합에 따라서는 윤대나 다중극 등의 형상으로 된다. 본 발명은, 회절 광학 소자(6)나 프리즘 유닛(10) 등에 의해 형성되는 유효 광원의 형상에 의해 한정되는 것은 아니다.

도4a를 참조하면, 옵티컬 인테그레이터(12)로부터 광축(1b)과 평행하게 출사되고, 콘덴서 렌즈 14를 거쳐, 공역면(19a)의 점 A를 향하는 광선 12a는, 제1차광부(18) 및 제2차광부(20)에 의해 차광되지 않는다. 따라서, 피조명면(24)의 점 A'에 있어서의 유효 광원 24a는, 도4b에 나타낸 것과 같이, 거의 원형이 되어, 주사 방향으로 거의 대칭이다.

한편, 옵티컬 인테그레이터(12)로부터 광축(1b)보다 제1차광부재측으로 기울어서 출사되고, 콘덴서 렌즈 14를 거쳐, 공역면(19a)의 점 B를 향하는 광선 12b는, 그것의 일부가 제1차광부재(18a) 및 제3차광부재(20a)에 의해 차광된다. 따라서, 피조명면(24)의 점 B'에 있어서의 유효 광원 24b는, 원형에 대해 주사 방향의 양단이 결여된 형상으로 되어, x방향(y방향과 직교하는 방향)의 분포와 y방향의 분포 사이에서 비대칭성(XY 비대칭성)을 갖는다.

또한, 옵티컬 인테그레이터(12)로부터 광축(1b)보다 제2차광부재측으로 기울어서 출사되고, 콘덴서 렌즈 14를 거쳐, 공역면(19a)의 점 C를 향하는 광선 12c는, 그것의 일부가 제2차광부재(18b) 및 제4차광부재(20b)에 의해 차광된다. 따라서, 피조명면(24)의 점 C'에 있어서의 유효 광원 24c는, 원형에 대해 주사 방향의 양단이 결여된 형상으로 되어, x방향(y방향과 직교하는 방향)의 분포와 y방향의 분포 사이에서 비대칭성(XY 비대칭성)을 갖는다.

이와 같이 하여, 점 A, B 및 C를 포함하는 직선 위를 통과하는 모든 광속을 적산한 적산 유효 광원(24d)을 생각하면, 적산 유효 광원(24d)은, 도4c에 나타낸 것과 같이 XY 비대칭성을 갖는다.

도5a 및 도5b를 참조하여, 적산 유효 광원(24d)의 XY 비대칭성을 저감하기 위한 구성에 대해 설명한다. 도5a는, 최대 각도 θ0에서 공역면(19a)을 조명하는 광속에 의해 형성되는 피조명면(24)을 조명하는 조명 분포 24ee(조명 영역 24e)를 도시한 도면이다. 콘덴서 렌즈 21 및 콜리메이터 렌즈(23)에 의해, 공역면(19a)의 분포는, 결상 배율 β로 피조명면(24)에 결상한다.

공역면(19a)을 조명하는 광속의 최대 입사 각도를 θ0으로 한다. 제1차광부재(18a)의 단부 18aA를 통과하는 각도 θ0의 광선과, 제3차광부재(20a)의 단부 20aA를 통과하는 각도 -θ0의 광선이 공역면(19a)의 점 19aa에서 한 점에 교차하도록, 제1거리 S1 및 제2거리 S2를 결정한다. 이때, 상기한 것과 같이, 제1거리 S1은, 중점 18c로부터 제1차광부재(18a)의 단부 18aA까지의 거리이고, 제2거리 S2는, 중점 20c로부터 제3차광부재(20a)의 단부 20aA까지의 거리이다. 제1차광부재(18a)의 단부 18aA와 제3차광부재(20a)의 단부 20aA를 연결하는 직선이 공역면(19a)과 교차하는 점을 19bb로 하고, 점 19bb과 점 19cc 사이의 거리를 S로 한다. 공역면(19a)의 점 19aa, 19bb 및 19cc의 각각에 대응하는 피조명면(24)의 점을 24g, 24h 및 24i로 한다.

피조명면(24)에 있어서, 점 24g보다도 내측의 영역을 조명하는 광선은, 제1차광부재(18a) 및 제3차광부재(20a)에 의해 차광되지 않기 때문에, 그것의 강도가 일정하게 된다. 또한, 피조명면(24)에 있어서, 점 24h보다도 외측의 영역을 조명하는 광선은, 제1차광부재(18a) 및 제3차광부재(20a)에 의해 차광되기 때문에, 그것의 강도가 제로가 된다. 조명 분포 24ee의 다른 쪽의 끝은, 제2차광부재(18b) 및 제4차광부재(20b)에 의해 차광되어, 동일한 형상으로 된다. 따라서, 조명 분포 24ee는, 사다리꼴에 가까운 형상이 된다. 이러한 사다리꼴 하부 바닥 및 상부 바닥의 각각을 w0 및 w100으로 한다.

피조명면(24)의 점 24i와 점 24g 사이의 점을 조명하는 유효 광원은, 전술한 점 A'에 있어서의 유효 광원과 마찬가지로, 거의 원형이다. 피조명면(24)의 점 24g와 점 24h 사이의 점을 조명하는 유효 광원은, 전술한 점 B'에 있어서의 유효 광원과 마찬가지로, 큰 XY 비대칭성을 갖는다. 또한, 피조명면(24)의 점 24g와 점 24h 사이의 점에서는, 제1차광부(18) 및 제2차광부(20)의 양쪽에서 차광되기 때문에, 조도의 저하가 발생한다. 따라서, w0에 대한 w100의 비를 크게 하고, 점 24g와 점 24h 사이의 거리를 작게 함으로써, 조도의 저하 및 적산 유효 광원(24d)의 XY 비대칭성의 발생을 억제할 수 있다.

조명 분포 24ee 하부 바닥 w0은, w0=2βS로 표시된다. 한편, 조명 분포 24ee의 상부 바닥 w100은, w100=2β(S1-d1×tanθ0)=2β(S2-d2×tanθ0)로 표시된다. 따라서, 하부 바닥 w0에 대한 상부 바닥 w100의 비 w100/w0은, w100/w0=(S1-d1×tanθ0)/S=(S2-d2×tanθ0)/S로 표시된다.

공역면(19a)의 점 19aa 및 19bb은, 제1차광부재(18a)의 단부 18aA를 통과하는 직선이 공역면(19a)과 교차하는 점으로 표시된다. 따라서, d1<d2인 경우에는, w100/w0은, d1을 작게 할수록 1에 가까워지고, d1=0일 때에 1이 된다. 또한, d1>d2인 경우에는, w100/w0은, d2를 작게 할수록 1에 가까워지고, d2=0일 때에 1이 된다.

전술한 것과 같이, 제1차광부(18)와 제2차광부(20) 사이에는, 스캔 마스킹 블레이드 19d 및 19e가 배치되어 있다. 스캔 마스킹 블레이드 19d 및 19e는, 주사 노광중에 이동하기 때문에, 어느 정도의 스페이스를 필요로 한다. 따라서, 광축(1b)을 따른 방향에 있어서의 제1차광부(18)와 제2차광부(20) 사이의 거리는, 소정값 D보다도 작게 할 수는 없다. 소정값 D는, 제1차광부(18)와 공역면(19a) 사이의 제1거리 d1 및 제2차광부(20)와 공역면(19a) 사이의 제2거리 d2를 사용하여, D=d1+d2로 표시된다. 일반적으로, 소정값 D는, 5mm 이상 또한, 20mm 이하이다.

도5b는, 제1거리 d1과 제2거리 d2가 같은 경우에, 최대 각도 θ0에서 공역면(19a)을 조명하는 광속에 의해 형성되는 피조명면(24)을 조명하는 조명 분포 24ee를 도시한 도면이다. D=d1+d2라고 하는 조건이 있기 때문에, 도5a에 나타낸 제1거리 d1보다도 도5b에 나타낸 제1거리 d1이 커진다. 따라서, w100/w0은, 도5b에 나타낸 것과 같이 작아진다.

이하에서는, 제1차광부(18) 및 제2차광부(20)에 관한 구체적인 수치예에 대해 설명한다. D=8[mm], S=5[mm], θ0=0.4[rad]로 하여, w100/w0과 d1/d2의 관계를 도6에 나타낸다. 도6에서는, 종축은 w100/w0을 나타내고, 횡축은 d1/d2을 나타내고 있다. 도6에 나타낸 것과 같이, w100/w0과 d1/d2의 관계는, 2차식으로 표시되고, d1=d2에서 최소가 된다.

적산 유효 광원(24d)이 XY 비대칭성을 갖는 경우, 이러한 XY 비대칭성을 보정함으로써 조도가 저하한다. 이러한 조도의 저하를 저감하기 위해서는, XY 비대칭성을 15% 이하로 할 필요가 있다고 하면, w100/w0을 0.7 이상으로 하는 것이 바람직하다. 도6을 참조하면, w100/w0을 0.7 이상으로 하기 위해, d2/d1>2 또는 d2/d1<1/2가 필요한 것을 알 수 있다.

다음에, 도7을 참조하여, d2/d1의 최대값 및 최소값의 조건을 설명한다. 조명 분포 24ee의 경사 부분에 해당하는 도4b에 나타낸 점 C' 및 B'는, 주사 방향으로 광선 무게중심 시프트(무게중심 광선의 어긋남)를 갖는다. 광선 무게중심 시프트는, 중첩 정밀도에 영향을 미치기 때문에, 바람직하지 않지만, d1과 d2의 비에 의해 광선 무게중심 시프트를 제어할 수 있다.

도7은, 콘벤쇼널 조명을 상정하여, 종래의 구성, 구체적으로는, 피조명면의 공역면의 상류측에만 차광부가 배치되어 있는 구성의 광선 무게중심 시프트를 1로 하고, 본 실시형태에 있어서의 광선 무게중심 시프트를 나타낸 것이다. 도7에서는, 종축은 광선 무게중심 시프트를 나타내고, 횡축은 d1/d2를 나타내고 있다. 도7을 참조하면, 광선 무게중심 시프트는, d1/d2=1에서 최소값, 구체적으로는, 0이 된다. 이것은, 광선 무게중심 시프트가 발생하지 않는다는 것을 의미하고 있다. 중첩 정밀도를 향상시키기 위해, 광선 무게중심 시프트는, 피조명면의 공역면의 상류측에만 차광부가 배치되어 있는 종래의 구성의 절반 이하로 하는 것이 바람직하다. 도7을 참조하면, 광선 무게중심 시프트를 종래의 구성의 절반 이하로 하기 위해, 1/4<d2/d1<4가 필요한 것을 알 수 있다.

따라서, 공역면(19a)으로부터 제1차광부(18)까지의 제1거리 d1 및 공역면(19a)으로부터 제2차광부(20)까지의 제2거리 d2가 만족해야 하는 조건은, d1≠d2이고, 더욱 바람직하게는, 1/4<d2/d1<1/2 또는 2<d2/d1<4가 된다. 이와 같이, 제1거리 d1 및 제2거리 d2 중, 한쪽의 거리가 다른 쪽의 거리의 2배보다도 크고, 또한, 4배보다도 작은 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태에서는 전술한 것과 같이, 제1차광부재(18a)를 주사 방향을 따라 이동시키는 액추에이터나 제1차광부(18)(제1차광부재(18a) 및 제2차광부재(18b))를 광축(1b)을 따른 방향으로 이동시키는 제1이동부 FMU가 설치되어 있다. 마찬가지로, 제3차광부재(20a)를 주사 방향을 따라 이동시키는 액추에이터나 제2차광부(20)(제3차광부재(20a) 및 제4차광부재(20b))를 광축(1b)을 따른 방향으로 이동시키는 제2이동부 SMU가 설치되어 있다. 이러한 구동기구를 가짐으로써, 조명 모드에 의해 최적의 d1, d2, S1 및 S2를 설정하는 것이 가능해져, 광선 무게중심 시프트, 조도의 저하, 유효 광원에 있어서의 XY 비대칭성을 더욱 저감(억제)할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 있어서의 물품의 제조방법은, 예를 들면, 플랫패널 디스플레이, 액정 표시 소자, 반도체 소자, MEMS 등의 물품을 제조하는데 적합하다. 이러한 제조방법은, 전술한 노광장치(100)를 사용해서 감광제가 도포된 기판을 노광하는 공정과, 노광된 감광제를 현상하는 공정을 포함한다. 또한, 현상된 감광제의 패턴을 마스크로 하여 기판에 대해 에칭 공정이나 이온 주입공정 등을 행하여, 기판 위에 회로 패턴이 형성된다. 이들 노광, 현상, 에칭 등의 공정을 반복하여, 기판 위에 복수의 층으로 이루어진 회로 패턴을 형성한다. 후공정에서, 회로 패턴이 형성된 기판에 대해 다이싱(가공)을 행하고, 칩의 마운팅, 본딩, 검사 공정을 행한다. 또한, 이러한 제조방법은, 다른 주지의 공정(산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 레지스트 박리 등)을 포함할 수 있다. 본 실시형태에 있어서의 물품의 제조방법은, 종래에 비해, 물품의 성능, 품질, 생산성 및 생산 코스트의 적어도 1개에 있어서 유리하다.

발명은 상기 실시형태에 제한되는 것은 아니고, 발명의 정신 및 범위에서 이탈하지 않고, 다양한 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 발명의 범위를 밝히기 위해 청구항을 첨부한다.

본원은, 2019년 9월 3일 제출된 일본국 특허출원 특원 2019-160666을 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 그것의 기재 내용의 전체를, 여기에 원용한다.

Claims (13)

1. 원판과 기판을 주사 방향으로 이동시키면서 상기 기판을 노광하는 노광장치로서,
   광원으로부터의 빛으로 상기 원판의 피조명면을 조명하는 조명 광학계를 갖고,
   상기 조명 광학계는,
   상기 피조명면의 공역면으로부터 상기 광원 측으로 떨어진 위치에 배치되는 제1차광부와,
   상기 공역면으로부터 상기 피조명면 측으로 떨어진 위치에 배치되는 제2차광부와,
   상기 제1차광부와 상기 제2차광부 사이에 배치되고, 상기 피조명면의 조명 범위를 획정하는 마스킹부를 포함하고,
   상기 조명 광학계의 광축을 따른 방향에 있어서 상기 공역면과 상기 제1차광부 사이의 제1거리와, 상기 광축을 따른 방향에 있어서 상기 공역면과 상기 제2차광부 사이의 제2거리의 합은, 5mm 이상, 또한, 20mm 이하이고,
   상기 제1차광부 및 상기 제2차광부는, 상기 제1거리와 상기 제2거리가 다르도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1거리 및 상기 제2거리 중, 한쪽의 거리가 다른 쪽의 거리의 2배보다도 크고, 또한, 4배보다도 작은 것을 특징으로 하는 노광장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제1차광부를 상기 광축을 따른 방향으로 이동시키는 제1이동부와,
   상기 제2차광부를 상기 광축을 따른 방향으로 이동시키는 제2이동부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 조명 광학계가 상기 피조명면에 형성하는 광각도 분포를 변경하는 변경부와,
   상기 변경부에 의해 변경된 상기 광각도 분포에 따라, 상기 제1이동부 및 상기 제2이동부를 사용해서 상기 제1차광부 및 상기 제2차광부를 이동시키는 것을 특징으로 하는 노광장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 마스킹부는, 상기 공역면 또는 상기 공역면의 근방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 제1차광부 및 상기 제2차광부의 각각은, 가변 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
   
7. 청구항 1에 기재된 노광장치를 사용해서 기판을 노광하는 공정과,
   노광한 상기 기판을 현상하는 공정과,
   현상된 상기 기판으로부터 물품을 제조하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 물품의 제조방법.
   
8. 원판과 기판을 주사 방향으로 이동시키면서 상기 기판을 노광하는 노광장치로서,
   광원으로부터의 빛으로 상기 원판의 피조명면을 조명하는 조명 광학계를 갖고,
   상기 조명 광학계는,
   상기 피조명면의 공역면으로부터 상기 광원 측으로 떨어진 위치에 배치되는 제1차광부와,
   상기 공역면으로부터 상기 피조명면 측으로 떨어진 위치에 배치되는 제2차광부와,
   상기 제1차광부와 상기 제2차광부 사이에 배치되고, 상기 피조명면의 조명 범위를 획정하는 마스킹부를 포함하고,
   상기 조명 광학계의 광축을 따른 방향에 있어서 상기 공역면과 상기 제1차광부 사이의 제1거리와, 상기 광축을 따른 방향에 있어서 상기 공역면과 상기 제2차광부 사이의 제2거리 중, 한쪽의 거리가 다른 쪽의 거리의 2배보다도 크고, 또한, 4배보다도 작은 것을 특징으로 하는 노광장치.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 제1차광부를 상기 광축을 따른 방향으로 이동시키는 제1이동부와,
   상기 제2차광부를 상기 광축을 따른 방향으로 이동시키는 제2이동부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 조명 광학계가 상기 피조명면에 형성하는 광각도 분포를 변경하는 변경부와,
    상기 변경부에 의해 변경된 상기 광각도 분포에 따라, 상기 제1이동부 및 상기 제2이동부를 사용해서 상기 제1차광부 및 상기 제2차광부를 이동시키는 것을 특징으로 하는 노광장치.
    
11. 제 8항에 있어서,
    상기 마스킹부는, 상기 공역면 또는 상기 공역면의 근방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
    
12. 제 8항에 있어서,
    상기 제1차광부 및 상기 제2차광부의 각각은, 가변 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
    
13. 청구항 8에 기재된 노광장치를 사용해서 기판을 노광하는 공정과,
    노광한 상기 기판을 현상하는 공정과,
    현상된 상기 기판으로부터 물품을 제조하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 물품의 제조방법.

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