KR20200051746A

KR20200051746A - 패턴 묘화 장치

Info

Publication number: KR20200051746A
Application number: KR1020207010118A
Authority: KR
Inventors: 요시아키 기토; 마사키 가토
Original assignee: 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2018-09-06
Publication date: 2020-05-13
Also published as: JP7120243B2; TW201913239A; CN111512233A; KR102567116B1; CN111512233B; JPWO2019049940A1; WO2019049940A1; TWI776946B

Abstract

패턴 묘화 장치(EX)는, 스폿광(SP')으로서 기판(P)에 투사되는 묘화 빔(LBn)의 강도를, 다수의 화소(PIC)로 규정되는 패턴의 묘화 데이터에 근거하여 변조하면서, 스폿광(SP')의 투사 위치를 기판(P) 상에서 화소(PIC)의 2차원적인 배열을 따라서 상대 주사한다. 패턴 묘화 장치(EX)는, 묘화 데이터에 근거하여, 상대 주사 중에 스폿광(SP')이 조사되는 노광 화소 각각에 대해서는, 묘화 빔으로서 소정 주기(Tf)로 발진되는 펄스광의 소정 수를 사출하고, 상대 주사 중에 스폿광(SP')이 비조사가 되는 비노광 화소 각각에 대해서는 소정 수의 펄스광의 사출을 중단하는 광원 장치(LS)와, 묘화 데이터에 근거하여, 노광 화소 중에서 패턴의 엣지부에 대응한 엣지부 노광 화소(PIC')에 대해서 사출되는 펄스광의 수가, 소정 수에 대해서 상대적으로 증감되도록 광원 장치(LS)를 제어하는 묘화 제어 장치(200)를 구비한다.

Description

패턴 묘화 장치

본 발명은, 피조사체(被照射體) 상에 스폿광을 조사하여 미세한 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치에 관한 것이다.

전자(電子) 디바이스의 제조 공정에서는, 피처리(被處理) 기판에 도포액을 선택적으로 도공(塗工)할 때의 마스킹, 피처리 기판의 표면에 재료 물질을 증착할 때의 마스킹, 혹은 피처리 기판의 표면에 적층된 재료층을 선택적으로 에칭할 때의 마스킹 등을 위해, 얇은 금속판(박(箔) 모양)에 미세한 개구 패턴을 선택적으로 형성한 메탈 마스크(전기 주조 마스크)가 사용되고 있다. 메탈 마스크의 제조 방법에는, 몇 개의 방법이 있지만, 개구 패턴의 최소 치수가 예를 들면 20μm 이하의 경우에는, 이른바 포토리소그래픽법이 사용된다. 그 방법은, 금속제의 모재(母材) 기판 상에 감광층(포토레지스트)을 형성하고, 그 감광층에 미세한 개구 패턴에 대응한 자외 파장역(파장 190~440nm 정도의 범위)의 광 패턴을 조사한 후, 현상(現像) 처리에 의해서 감광층의 개구 패턴의 부분을 제거하고, 감광층의 제거된 부분(개구 패턴부)에 전기 주조(전해 도금)에 의해 니켈이나 동 등의 금속을 석출시켜, 모재 기판 상에 석출된 금속층을 박리하여 메탈 마스크로 하는 방법이다. 그러한 포토리소그래픽법을 사용한 메탈 마스크의 제조 방법의 일 예는, 하기의 일본특허공개 제2002－187374호 공보에 개시되어 있다.

일본특허공개 제2002－187374호 공보에는, 모재 기판으로서의 전기 주조 모형의 표면에 노광 감도가 높은 네거티브 타입의 제1 포토레지스트층을 적층하고, 그 표면에 노광 감도가 낮은 네거티브 타입의 제2 포토레지스트층을 더 적층하는 레지스트 적층 공정과, 제2 포토레지스트층 상에 패턴 필름(포토마스크(photomask))을 배치하여 노광·현상 처리하여, 전기 주조 모형의 표면에, 각 통공(通孔)에 상당하는 위로 오므라지는 형상으로 형성된 제1 레지스트부와, 제1 레지스트부의 상단에 연속하여 스트레이트 모양으로 형성된 제2 레지스트부로 이루어지는 다수의 레지스트체를 독립되게 가지는 패턴 레지스트막을 마련하는 패터닝 공정이 개시되어 있다. 일본특허공개 제2002－187374호 공보에서는, 제1 포토레지스트층의 노광 감도는, 제2 포토레지스트층의 노광 감도에 대해서 3~30배의 범위에서 높게 설정되어 있다. 이와 같이, 감광층을 다른 노광 감도의 레지스트에 의해 다층으로 형성함으로써, 현상후에 형성되는 레지스트막층의 통공(개구부)의 단면을 위로 오므라지는 형상, 즉, 레지스트막층의 통공(개구부)의 엣지부를 전기 주조 모형(모재 기판)의 표면에 대해서 수직인 상태로부터 통공(개구부)의 내측으로 경사진 테이퍼 모양(역(逆)테이퍼 모양)으로 하고 있다.

본 발명의 제1 형태는, 스폿광으로서 기판에 투사되는 묘화(描畵) 빔의 강도를, 다수의 화소로 규정되는 패턴의 묘화 데이터에 근거하여 변조(變調)하면서, 상기 스폿광의 투사 위치를 상기 기판 상에서 상기 화소의 2차원적인 배열을 따라서 상대 주사하는 것에 의해, 상기 기판 상에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 묘화 데이터에 근거하여, 상기 상대 주사 중에 상기 스폿광이 조사되는 노광 화소 각각에 대해서는, 상기 묘화 빔으로서 소정 주기로 발진(發振)되는 펄스광의 소정 수(數)를 사출하고, 상기 상대 주사 중에 상기 스폿광이 비조사(非照射)가 되는 비노광(非露光) 화소 각각에 대해서는 상기 소정 수의 펄스광의 사출을 중단하는 광원 장치와, 상기 묘화 데이터에 근거하여, 상기 노광 화소 중에서 상기 패턴의 엣지부에 대응한 엣지부 노광 화소에 대해서 사출되는 상기 펄스광의 수가, 상기 소정 수에 대해서 상대적으로 증감(增減)되도록 상기 광원 장치를 제어하는 묘화 제어 장치를 구비한다.

도 1은 제1 실시 형태에 의한 패턴 묘화 장치의 개략적인 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 6개의 묘화 유닛의 구체적인 배치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1, 도 2에 나타낸 묘화 유닛 내의 구체적인 광학 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 광원 장치로부터의 빔을 묘화 유닛 각각에 공급하는 빔 전환부로서 마련되는 6개의 선택용 광학 소자 등의 배치예와, 광원 장치, 묘화 제어 장치(묘화 제어부), 및 광량 계측부의 접속 관계를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 1, 도 4에 나타낸 광원 장치의 내부의 구체적인 광학 구성과 제어 회로부를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1~도 5에 나타낸 패턴 묘화 장치에 의해서 표준적으로 설정되는 묘화 조건 하에서 감광층에 패턴 노광을 행하는 경우의 상태를 설명하는 도면이다.
도 7은 감광층의 파장에 따른 광 흡수율의 변화 특성의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 8은 제1 실시 형태에 의해 노광되는 패턴의 현상후의 감광층의 엣지 부분의 단면의 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 나타낸 감광층의 엣지 부분에 경사를 형성하기 위한 노광광의 강도 분포의 일 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 도 8에 나타낸 감광층에 경사진 엣지부를 가지는 개구부를 형성할 때에 설정되는 노광광의 강도 분포의 일 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 묘화용의 펄스 모양의 빔의 스폿광의 직경을 표준적인 설정으로 하여, 기판 상에서 2화소분(分)(8μm선폭)에 상당하는 4펄스분의 미(未)노광부를 형성하는 경우에 얻어지는 규격화된 노광광의 강도 분포의 일 예를 시뮬레이션한 그래프이다.
도 12는 도 11과 마찬가지로 스폿광의 직경을 표준적인 설정으로 하여, 기판 상에서 2화소분(8μm선폭)에 상당하는 4펄스분의 미노광부를 형성하는 경우에, 엣지부의 노광 화소에 대한 2펄스분의 스폿광 중 1펄스분을 빼내었을 때에 얻어지는 규격화된 노광광의 강도 분포의 일 예를 시뮬레이션한 그래프이다.
도 13은 도 12와 마찬가지로, 엣지부의 노광 화소에 대한 2펄스분의 스폿광 중 1펄스분을 빼냄과 아울러, 스폿광의 직경을 표준적으로 설정되는 값의 2배 정도로 확대한 경우에 얻어지는 규격화된 노광광의 강도 분포의 일 예를 시뮬레이션한 그래프이다.
도 14는 기판(감광층) 상에 주(主)주사 방향으로 4화소, 부(副)주사 방향으로 5화소의 직사각형 모양의 미(未)노광 패턴을 묘화할 때에, 스폿광의 온·펄스광(조사)과 오프·펄스광(비조사)의 2차원적인 배열 맵의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 15는 스폿광의 직경을 가변으로 하기 위해, 도 3에 나타낸 묘화 유닛 내에 마련되는 빔 익스팬더의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 16은 스폿광의 직경을 가변으로 하기 위해, 도 1에 나타낸 빔 조정계 내에 마련되는 광학계의 구성을 나타내는 도면이다.
도 17은 기판에 투사되는 묘화용의 빔의 빔 웨이스트의 상태와 포커스 위치와의 관계를 설명하는 도면이다.
도 18은 도 14에 나타낸 스폿광의 배열 맵에 대해서, 1개의 노광 화소를 3×3인 9펄스의 스폿광에 의해 묘화하도록 변형한 경우의 배열 맵의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 19는 제2 실시 형태에서의 패턴 묘화시의 스폿광의 조사 배열의 일 예를 나타내고, 패턴의 엣지부에 대응한 노광 화소에 대해서 조사되는 펄스수(數)를, 엣지부 이외에 대응한 노광 화소에 조사되는 펄스수에 대해서 상대적으로 많게 한 예를 나타내는 도면이다.
도 20은 도 19의 스폿광의 조사 배열에 의해서 기판(감광층)에 부여되는 노광광의 분포에서, 패턴의 엣지부에 대응한 노광 화소의 강도가 다른 노광 화소보다도 증가하는 것을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 21은 도 19와 동일한 스폿광의 조사 조건 하에서, 패턴의 엣지부가 주주사 방향으로 연장되는 부분에서, 엣지부에 대응한 노광 화소에 대해서 부주사 방향에 관해서 펄스수를 증가시키는 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 22는 부주사 방향으로 늘어서는 화소에 대해서 도 21에 나타낸 바와 같이, 노광 화소에 대해서 조사되는 스폿광의 펄스수를 부주사 방향으로 바꾸기 위한 비트 맵의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 23은 묘화용의 빔의 개구수나 빔 단면 내의 강도 분포를 변형하기 위한 각종의 구성을 나타내는 도면이다.
도 24는 현상후의 감광층을 절연층으로서 남기고, 그 위에 배선 등의 패턴을 적층하는 경우의 일 예를 과장하여 나타내는 단면도이다.
도 25는 제3 실시 형태에서의 표준 노광 모드의 경우의 묘화 비트열 데이터(SDn)와 스폿광(SP)의 펄스 발광 타이밍과의 관계를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 26은 도 25의 표준 노광 모드에 대해서 묘화 속도를 1/10로 저하시킨 다중 노광 모드에서 스페이스 패턴을 묘화 노광하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 27은 도 26의 다중 노광 모드에 의한 스페이스 패턴의 노광을 변형하여, 패턴 엣지부의 레지스트상(像)에 역(逆)테이퍼 모양으로 경사진 사이드 월(wall)을 형성하기 위한 특수 노광 모드에서의 묘화 노광의 모습을 설명하는 도면이다.
도 28은 도 27에서 설정된 특수 노광 모드에 기판(P) 상에 묘화되는 스페이스 패턴의 적산된 광량(강도) 분포의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 29는 도 27에 나타낸 특수 노광 모드에서 감광층(레지스트층)이 노광된 라인＆스페이스 패턴의 현상후의 잔막(殘膜)의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 30은 도 28에서 시뮬레이션된 광량 분포에 의해서, 네거티브형의 레지스트층에 선폭 14μm의 패턴을 노광하여 현상한 후에 잔막된 레지스트상(像)의 SEM 관찰 사진이다.

본 발명의 형태에 관한 패턴 묘화 장치에 대해서, 바람직한 실시 형태를 들어, 첨부의 도면을 참조하면서 이하, 상세하게 설명한다. 또, 본 발명의 형태는, 이들 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 다양한 변경 또는 개량을 가한 것도 포함된다. 즉, 이하에 기재한 구성요소에는, 당업자가 용이하게 상정(想定)할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함되며, 이하에 기재한 구성요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성요소의 여러 가지의 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.

[제1 실시 형태]

도 1은, 제1 실시 형태에 의한 패턴 묘화 장치(노광 장치)(EX)의 개략적인 전체 구성을 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1의 패턴 묘화 장치(EX)에 조립되는 묘화 유닛의 배치를 나타내는 사시도이다. 도 1, 도 2에서, 특별히 언급이 없는 한 중력 방향을 Z방향으로 하는 XYZ 직교좌표계를 설정하고, 도면에 나타내는 화살표를 따라서 X방향, Y방향, 및 Z방향으로 한다.

본 실시 형태에서의 패턴 묘화 장치(EX)는, 가요성의 기판(P)에 노광 처리를 실시하여, 주로 전자 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 시스템에서 사용되지만, 정밀한 메탈 하드 마스크를 제조하는 마스크 제조 시스템으로서도 사용된다. 기판(P)은, 제조 시스템 내에서 실시되는 각 처리에서 열을 받는 경우가 있기 때문에, 열팽창 계수가 현저하게 크지 않은 재질을 선정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 무기 필러(filler)를 수지 필름에 혼합하는 것에 의해서 열팽창 계수를 억제할 수 있다. 무기 필러는, 예를 들면, 산화 티탄, 산화 아연, 알루미나, 또는 산화 규소 등이라도 좋다. 또, 기판(P)은, 플로트법 등에 의해 제조된 두께 100μm 정도의 매우 얇은 유리의 단층체라도 좋고, 이 매우 얇은 유리에 상기의 수지 필름이나 박(箔) 등을 접합시킨 적층체라도 괜찮다. 게다가, 기판(P)은 스테인리스(SUS) 등의 금속 박판(薄板)(두께는 1mm 정도)이라도 괜찮다. 기판(P)으로서, 셀룰로오스 나노 파이버(CNF)를 함유한 수백μm 이하의 두께의 필름(이하, 'CNF 시트 기판'이라고도 함)을 이용하면, PET(폴리에틸렌·테레프탈레이트) 등의 필름에 비해 고온(예를 들면 200℃ 정도)의 처리에도 견디고, CNF의 함유율을 높임으로써 선(線)열팽창 계수를 동이나 알루미늄 정도로 할 수 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 매엽(枚葉)의 기판(P)은, 모터 등을 포함하는 구동 유닛(DU)에 의해서 XY면 내에서 2차원으로 이동 가능한 스테이지 기구(ST) 상에 진공 흡착 등에 의해 평탄하게 유지된다. 스테이지 기구(ST)에 의해 지지된 기판(P)의 표면의 감광층에는, 도 2에도 나타내는 바와 같이 배치된 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 각각으로부터 투사되는 빔(LB1~LB6) 각각에 의한 스폿광에 의해서 소망의 패턴이 묘화된다. 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 각각의 내부 구성은 동일하고, 도 1에 나타내는 바와 같이 폴리곤 미러(PM)와 텔레센트릭(telecentric)한 주사용 렌즈계(예를 들면, fθ렌즈계)(FT)를 포함한다. 묘화 유닛(U1~U6) 각각의 폴리곤 미러(PM)에서 주사되는 빔(LB1~LB6)은, fθ렌즈계(FT)에 의해서 기판(P) 상에서 직경이 수μm 정도의 스폿광으로서 집광되어, Y방향으로 일차원 주사된다. 폴리곤 미러(PM)에 의한 스폿광의 주사 방향(Y방향)을 주(主)주사 방향으로 하고, 그것과 직교하는 X방향을 부(副)주사 방향으로 한다. 기판(P)에 패턴을 묘화할 때, 스테이지 기구(ST)는 기판(P)을 부주사 방향(X방향)으로 등속도로 이동시킨다. 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 각각은, 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, XZ면 내에서의 단면 형상이 각기둥 모양으로 Y방향으로 연장 마련된 기준 칼럼 부재(CF2)의 X방향의 양측에, Z축 방향으로 연장 마련된 회전 샤프트부(LEn)(도 2에서는, 묘화 유닛(U1)에 대응한 회전 샤프트부(LE1)만을 나타냄)를 매개로 하여 축지지되어 있다.

기준 칼럼 부재(CF2)의 -X방향측에는, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)이 Y방향으로 일정한 간격으로 배치되고, 기준 칼럼 부재(CF2)의 ＋X방향측에는, 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6)이 Y방향으로 일정한 간격으로 배치된다. 이와 같이, 복수의 묘화 유닛(U1~U6) 각각을, 회전 샤프트부(LEn)에 의해 축지지하여 XY면 내에서 미소(微小) 회전 가능하게 하는 구성의 구체적인 예는, 예를 들면 국제공개 제2016/152758호 팜플렛에 개시되어 있다. 또, 도 2에 대표하여 나타내는 바와 같이, 묘화 유닛(U1)으로부터 기판(P)에 투사되는 스폿광이 주주사 방향(Y방향)으로 주사될 때의 궤적을 묘화 라인(SL1)으로 했을 때, 다른 홀수번의 묘화 유닛(U3, U5) 각각에 의한 스폿광의 주사 궤적인 묘화 라인(SL3, SL5)은, 묘화 라인(SL1)과 동축으로 Y방향으로 연장되는 선(線) 상에 배치되고, 마찬가지로, 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6) 각각에 의한 스폿광의 주사 궤적인 묘화 라인(SL2, SL4, SL6) 각각은, Y방향으로 연장되는 선 상에 배치된다. 6개의 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 의해서 기판(P) 상에 묘화되는 패턴은, 기판(P) 상에서 Y방향으로 서로 이어질 수 있다.

도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 기준 칼럼 부재(CF2)의 Y방향의 양단부 부근에는, 스테이지 기구(ST)의 X방향의 이동 위치를 계측하기 위한 측장용(測長用)의 간섭계(IFSx)의 기준이 되는 고정 거울(MRx)이 고정된다. 간섭계(IFSx)는, 스테이지 기구(ST)의 X방향의 단부에 Y방향으로 막대 모양으로 연장되어 마련된 이동 거울(바(bar) 미러)(SMx)과 고정 거울(MRx) 각각에 레이저 빔을 투사하여, 고정 거울(MRx)을 기준으로 하여 이동 거울(SMx)(즉 스테이지 기구(ST))의 X방향의 이동 위치, 및 XY면 내에서의 미소한 회전 오차(요잉(yawing)량)를 계측한다. 또, 도 1에서는 도시를 생략했지만, 스테이지 기구(ST)의 Y방향의 이동 위치를 계측하기 위한 측장용의 간섭계(IFSy)도 마련되고, 간섭계(IFSy)는, 스테이지 기구(ST)의 Y방향의 단부에 X방향으로 막대 모양으로 연장되어 마련된 이동 거울(바 미러)(SMy)과, 기준 칼럼 부재(CF2)의 Y방향의 중앙 내부에 마련된 고정 거울(MRy) 각각에 레이저 빔을 투사하여, 고정 거울(MRy)을 기준으로 하여 이동 거울(SMy)(즉 스테이지 기구(ST))의 Y방향의 이동 위치를 계측한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 고정 거울(MRx)의 반사면은 YZ면과 평행이며, 간섭계(IFSx)로부터 고정 거울(MRx)을 향하는 빔(및 반사 빔)(IBrx)은, X축과 평행하게 설정된다. 또, 기준 칼럼 부재(CF2)의 Y방향의 중앙 내부에 마련되는 고정 거울(MRy)의 반사면은 XZ면과 평행이며, 간섭계(IFSy)로부터 고정 거울(MRy)을 향하는 빔(및 반사 빔)(IBry)은, 기준 칼럼 부재(CF2)의 Y방향의 단부로부터 중앙부를 향해서 가며 관통된 관통부(CF2a)를 통과하도록 배치된다. 그 외에, 스테이지 기구(ST)의 피칭(pitching)(예를 들면, Y축 둘레의 미소 경사)량과 롤링(rolling)(예를 들면 X축 둘레의 미소 경사)량 각각을 계측하는 간섭계 유닛도 마련되고, 스테이지 기구(ST)(기판(P))의 3차원적인 자세 변화도 계측된다.

이상의 구성에서, 간섭계(IFSx)의 계측 기준이 되는 고정 거울(MRx)의 반사면은, XY면 내에서 보았을 때, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)이 통과하는 Y축과 평행한 선과, 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)이 통과하는 Y축과 평행한 선과의 X방향의 중간 위치에 배치되고, 간섭계(IFSy)의 계측 기준이 되는 고정 거울(MRy)의 반사면은, XY면 내에서 보았을 때, 6개의 묘화 라인(SL1~SL6)을 Y방향으로 서로 이은 전체 길이(전체 폭)의 중간 위치에 배치된다. 따라서, 간섭계(IFSx, IFSy)에 의한 스테이지 기구(ST)의 2차원의 이동 위치는, XY면 내에서 보았을 때, 6개의 묘화 라인(SL1~SL6)에 의해 둘러싸여지는 장방형(長方形)의 영역(빔 투사 영역)의 기하학적인 중심점을 기준으로 하여 계측된다. 또, 도 1에 나타내는 바와 같이, 스테이지 기구(ST)의 주변부에는, 재치되는 기판(P)의 표면과 동일 높이로 설정된 기준판(FM)이 고정되어 있다. 기준판(FM)의 표면에는, 묘화 유닛(U1~U6) 각각으로부터 투사되는 스폿광에 의해서 주사 가능한 기준 패턴이나, 기판(P) 상의 마크를 검출하기 위한 얼라이먼트계(마크 검출 유닛)(AMA, AMB)에 의해서도 검출 가능한 기준 마크 등이 형성되어 있다. 얼라이먼트계(AMA, AMB)는, 기판(P) 상의 감광층에 대해서 거의 감도를 가지지 않는 파장역(파장 500nm 이상)의 조명광을, 기판(P) 상의 마크(기판 마크)나 기준판(FM) 상의 기준 마크에 조사하는 조명계와, 기판 마크나 기준 마크로부터의 반사광을 수광하여, 각 마크의 확대상을 촬상하는 촬상 소자를 포함하는 검출계를 구비한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 입사되는 빔(LB1~LB6)은, 칼럼 정반(定盤)(CF1) 상에 장착된 광원 장치(LS)로부터의 자외 파장역의 레이저 빔(LB)을 고속으로 시분할로 스위칭하여 공급된다. 광원 장치(LS)는, 본 실시 형태에서는, 나중에 개별로 설명하지만, 주파수(발진 주파수, 소정 주파수)(Fa)로 펄스 모양으로 발광하는 빔(펄스 빔, 펄스광, 레이저)(LB)을 사출한다. 이 빔(LB)은, 240~400nm 정도의 자외 파장대역 중 어느 하나에 피크 파장을 가지며, 파장폭이 수십pm 이하의 자외선 광이고, 기판(P)의 감광층에 대해서 감도를 가진다. 본 실시 형태에서의 광원 장치(LS)는, 예를 들면, 적외 파장역의 펄스 모양의 종광(種光)을 발생하는 반도체 레이저 소자, 파이버 증폭기, 및 증폭된 적외 파장역의 종광을 355nm의 자외 파장의 펄스광으로 변환하는 파장 변환 소자(고조파 발생 소자) 등으로 구성되는 파이버 앰프 레이저 광원으로 한다. 이와 같이 광원 장치(LS)를 구성함으로써, 발진 주파수(Fa)가 수백MHz(예를 들면 400MHz)이고, 1펄스광의 발광 시간이 수십 피코초 이하의 고휘도인 자외선의 펄스광이 얻어진다. 광원 장치(LS)로부터 X방향으로 발생하는 빔(LB)은, 빔 지름이 1mm 정도인 거의 평행한 광속(光束)이 되어 제1 빔 조정계(BMU)를 통과하여, 미러(M1)에서 -Z방향으로 반사된 후, 칼럼 정반(CF1) 상에, 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 대응하여 배치된 6개의 선택용 광학 소자(음향 광학 변조기：AOM)를 XY면과 평행한 면 내에서 시리얼로 투과되도록 안내된다. 그 6개의 AOM 중 어느 하나를 온 상태(편향 상태)로 함으로써, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)은, 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 중 어느 하나에 순차적으로 스위칭하여 공급된다. 이와 같이, 복수의 묘화 유닛(U1~U6) 중 어느 하나에 순차적으로 빔(LB)을 스위칭하여 공급하는 방식은, 예를 들면, 국제공개 제2015/166910호 팜플렛, 또는 국제공개 제2017/057415호 팜플렛에 개시되어 있다. 또, 도 1의 미러(M1)는, 제1 빔 조정계(BMU)로부터 사출하는 빔(LB)에 대해서 98%정도의 반사율과 2% 정도의 투과율을 가지는 유전체 다층막에 의한 레이저 미러이며, 미러(M1)를 투과한 빔(LB)의 일부(2% 정도)는, 광전 센서(DTa)에 의해서 수광되고, 빔(LB)의 강도에 대응한 신호가 얻어진다.

6개의 AOM 각각 중 어느 하나에서 스위칭된 빔(LB1~LB6)은, 칼럼 정반(CF1)의 개구부를 -Z방향으로 투과하고, 각각 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 대응하여 마련된 제2 빔 조정계(BV1~BV6)를 통과하여, 묘화 유닛(U1~U6)에 공급된다. 빔 조정계(BV1~BV6) 각각은, 내부에 광로 길이를 조정하기 위한 복수의 되꺾임 미러 외에, 렌즈 소자, 빔(LB1~LB6) 각각의 진행 방향을 횡방향으로 미소 시프트시키는 경사 가능한 석영의 평행 평판, 빔(LB1~LB6) 각각의 진행 방향을 미소 각도만큼 기울이는 회전 가능한 꼭지각 프리즘 등을 구비한다. 빔 조정계(BV1~BV6) 각각은, 묘화 유닛(U1~U6)에 입사되는 빔(LB1~LB6) 각각을, Z축과 평행한 상태이고, 또한 XY면 내의 규정 위치를 통과하도록 조정할 수 있다. 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 각각은, 도 2에서는 대표하여 묘화 유닛(U1) 내의 빔 광로로서 모식적으로 나타내는 바와 같이, 빔 조정계(BV1)로부터 -Z방향으로 진행하는 빔(LB1)을 -X방향으로 직각으로 반사시키는 미러(M20), 미러(M20)로부터의 빔(LB1)을 -Y방향으로 절곡하는 미러(M20a), 미러(M20a)로부터의 빔(LB1)을 편광 상태에 의해 -X방향으로 절곡하는 편광 빔 스플리터(BS1), 편광 빔 스플리터(BS1)로부터의 빔(LB1)을 -Z방향으로 절곡하는 미러(M21), 미러(M21)로부터의 빔(LB1)을 ＋X방향으로 절곡하는 미러(M22), 미러(M22)로부터의 빔(LB1)을 폴리곤 미러(PM)의 반사면을 향해서 XY면 내에서 절곡하는 미러(M23), 폴리곤 미러(PM)에서 편향되어 fθ렌즈계(FT)(도 2에서는 도시 생략)를 통과한 빔(LB1)(XY면 내에서 Y방향으로 텔레센트릭하게 주사됨)을 -Z방향으로 절곡하는 미러(M24)를 구비한다.

[묘화 유닛(Un)의 광학 구성]

다음으로, 도 3을 참조하여 묘화 유닛(Un(U1~U6))의 광학적인 구성에 대해 설명하지만, 여기에서는, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)을 상정(想定)하여 구성을 설명한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 묘화 유닛(Un) 내에는, 빔(LBn)의 입사 위치로부터 피조사면(기판(P)의 표면)까지의 빔(LBn)의 진행 방향을 따라서, 도 2에서 설명한 미러(M20), 미러(M20a), 편광 빔 스플리터(BS1), 미러(M21), 미러(M22, M23), 폴리곤 미러(PM), 미러(M24) 외에, 렌즈계(Gu1), 렌즈계(Gu2), 개구 조리개(NPA), 제1 실린드리칼 렌즈(CYa), fθ렌즈계(FT), 및 제2 실린드리칼 렌즈(CYb)가, 유닛 프레임 내에 일체가 되도록 마련된다. 유닛 프레임은 도 1, 도 2에서 나타낸 기준 칼럼 부재(CF2)에 회전 샤프트부(LEn)를 매개로 하여 장착된다. 미러(M20)에서 -X방향으로 반사되어 미러(M20a)를 향하는 빔(LBn)의 광로 중의 2개의 렌즈계(Gu1, Gu2)는, 입사하여 오는 빔(LBn)(직경이 1mm 이하)의 단면의 직경을 수mm(일 예로서는 8mm) 정도로 확대한 평행 광속으로 변환하는 빔 익스팬더계로서 구성된다. 렌즈계(Gu1)는 입사하여 오는 빔(LB1)(평행 광속)을 집광면(Po1)에서 빔 웨이스트가 되도록 수렴시키고, 렌즈계(Gu2)는 집광면(Po1)으로부터 발산하여 진행되는 빔(LBn)을 평행 광속으로 변환된다. 빔 익스팬더계에서 확대된 빔(LBn)은, 미러(M20a)에서 -Y방향으로 반사된 후, 편광 빔 스플리터(BS1)에 입사된다. 빔(LBn)은, 편광 빔 스플리터(BS1)에서 -X방향으로 효율적으로 반사되는 직선 편광으로 설정되어 있다. 또, 편광 빔 스플리터(BS1)의 개구 조리개(NPA)측의 면에는 1/4 파장판이 마련되어 있다.

편광 빔 스플리터(BS1)에서 반사된 빔(LBn)(원 편광)은, 원형 개구를 가지는 개구 조리개(NPA)에 의해서, 빔(LB1)의 강도 프로파일 상의 주변부(예를 들면 저변의 1/e² 이하의 강도 부분)가 컷된다. 개구 조리개(NPA)를 투과하여 미러(M21)에서 -Z방향으로 반사된 빔(LBn)은, 제1 실린드리칼 렌즈(CYa)에 입사된다. 또, 묘화 유닛(Un) 내에는, 기판(P)의 표면(또는 기준판(FM)의 표면)에서 반사한 빔(LBn)의 반사광을, fθ렌즈계(FT), 폴리곤 미러(PM), 및 편광 빔 스플리터(BS1) 등을 통해서 검출하기 위한 렌즈계(Gu4)와 광 검출기(광전 센서)(DTo)가 마련된다. 광전 센서(DTo)로서는, PIN 포토 다이오드, 애벌란시(avalanche)·포토 다이오드(APD), 금속-반도체-금속(MSM) 포토 다이오드 등을 이용할 수 있다.

묘화 유닛(Un)에 입사된 빔(LBn)은, 회전 샤프트부(LEn)의 회전 중심축과 동축이 되도록 -Z방향으로 진행되고, XY평면에 대해서 45°경사진 미러(M20)에 입사된다. 미러(M20)에서 반사된 빔(LBn)은, 렌즈계(Gu1), 렌즈계(Gu2)를 통과하여 -X방향으로 떨어진 미러(M20a)를 향해서 평행 광속이 되어서 진행된다. 미러(M20a)는, YZ평면에 대해서 45°경사져 배치되고, 입사된 빔(LBn)을 편광 빔 스플리터(BS1)를 향해서 -Y방향으로 반사시킨다. 편광 빔 스플리터(BS1)의 편광 분리면은 YZ평면에 대해서 45°경사져 배치되며, P편광의 빔을 반사하고, P편광과 직교하는 방향으로 편광된 직선 편광(S편광)의 빔을 투과한다. 묘화 유닛(Un)에 입사되는 빔(LBn)을 P편광의 빔으로 하면, 편광 빔 스플리터(BS1)는, 미러(M20a)로부터의 빔(LBn)을 -X방향으로 반사시켜 개구 조리개(NPA)를 거쳐 미러(M21)측으로 안내한다. 미러(M21)는 XY평면에 대해서 45°경사져 배치되고, 입사된 빔(LBn)을 제1 실린드리칼 렌즈(CYa)를 통과하도록 미러(M22)를 향해서 -Z방향으로 반사시킨다. 미러(M22)는, XY평면에 대해서 45°경사져 배치되고, 입사된 빔(LBn)을 미러(M23)를 향해서 ＋X방향으로 반사시킨다. 미러(M23)는, 입사된 빔(LBn)을 폴리곤 미러(PM)를 향해서 반사시킨다.

제1 실린드리칼 렌즈(CYa)는, 도 3 중에서는 X방향(부주사 방향)으로 빔(LBn)을 수렴시키는 굴절력을 가지고, Y방향(주주사 방향)으로는 굴절력을 가지지 않도록, 모선 방향이 설정되는 비등방성의 굴절력을 가지는 굴절 광학 소자이다. 따라서, 실린드리칼 렌즈(CYa)를 통과한 후의 빔(LBn)은, 결과적으로, 부주사 방향(도 3에 나타낸 폴리곤 미러(PM)의 회전축(AXp)의 방향)에 관해서는 수렴 빔이 되고, 주주사 방향(폴리곤 미러(PM)에 의한 빔의 편향 방향)에 관해서는 평행 빔이 된다. 게다가, 실린드리칼 렌즈(CYa)로부터 사출되어, 미러(M22, M23)를 거쳐 폴리곤 미러(PM)의 반사면에 조사되는 빔(LBn)은, 주주사 방향에 관해서는 가늘고 길게 연장되고, 부주사 방향에 관해서는 좁혀진 슬릿 모양으로 집광된다.

폴리곤 미러(PM)는, 입사된 빔(LBn)을 X축과 평행한 광축(AXf)을 가지는 fθ렌즈계(FT)를 향해서 ＋X방향측으로 반사시킨다. 폴리곤 미러(PM)는, 빔(LBn)의 스폿광(SP)을 기판(P)의 표면 상에서 주사하기 위해서, 입사된 빔(LBn)을 XY평면과 평행한 면 내에서 1차원으로 편향(반사)시킨다. 폴리곤 미러(PM)는, Z축 방향으로 연장되는 회전축(AXp)의 둘레에 형성된 복수의 반사면(본 실시 형태에서는 정팔각형의 각 변(邊))을 가지며, 회전축(AXp)과 동축의 회전 모터(RM)에 의해서 회전된다. 회전 모터(RM)는, 묘화 제어 장치(200)(다음의 도 4에서 후술함)에 의해서, 지정된 회전 속도(예를 들면, 3만~4만rpm 정도)로 회전한다. 패턴 데이터에 응답하여 실제로 묘화가 가능한 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 실효적인 길이(예를 들면, 50mm)는, 이 폴리곤 미러(PM)에 의해서 스폿광(SP)을 주사할 수 있는 최대 주사 길이(예를 들면, 52mm) 이하의 길이로 설정되어 있고, 초기 설정(설계상)에서는, 최대 주사 길이의 중앙에 묘화 라인(SLn)의 중심점(fθ렌즈계(FT)의 광축(AXf)이 통과하는 점)이 설정되어 있다. 게다가, 묘화 유닛(Un) 내에는, 묘화 유닛(Un)의 묘화 개시 타이밍(스폿광(SP)이 fθ렌즈계(FT)의 광축(AXf)에 대해서 특정의 상고(像高) 위치가 된 순간)을 검출하기 위해서, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면의 각도가 소정의 각도 위치가 된 순간에 펄스 모양으로 변화하는 원점 신호(SZn)를 출력하는 원점 센서(원점 검출기)로서의 빔 송광계(送光系)(60a)와 빔 수광계(受光系)(60b)가 마련된다. 폴리곤 미러(PM)가 8개의 반사면을 가지는 경우, 빔 수광계(60b)는, 폴리곤 미러(PM)의 1회전 중에 8회의 원점 신호(SZn)(8회의 파형 변화)를 출력한다.

제1 실린드리칼 렌즈(CYa)에 의해서, 빔(LBn)은 폴리곤 미러(PM)의 반사면 상에서 XY평면과 평행한 방향으로 연장된 슬릿 모양(긴 타원 모양)으로 수렴한다. fθ렌즈계(FT) 뒤에 배치되고, 부주사 방향으로 빔(LBn)을 수렴하는 굴절력을 가지며, Y방향(주주사 방향)으로는 굴절력을 가지지 않는 제2 실린드리칼 렌즈(CYb)와, 제1 실린드리칼 렌즈(CYa)에 의해서, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면이 Z축(회전축(AXp))과 평행한 상태로부터 경사져도, 기판(P)의 표면에 조사되는 빔(LBn)의 스폿광(SP)(묘화 라인(SLn))의 조사 위치를 부주사 방향(X방향)으로 어긋나지 않도록 하는 면 틸트(tilt) 보정계가 구성된다. 도 3에 나타내는 빔(LBn)의 광로에서, 부주사 방향에 관해서는 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면과 기판(P)의 표면(또는 빔(LBn)이 스폿광(SP)으로서 집광되는 베스트 포커스면)은, fθ렌즈계(FT)와 실린드리칼 렌즈(CYb)의 합성 광학계에 의해서 광학적으로 공역인 관계(결상 관계)로 설정된다. 따라서, 렌즈계(Gu1) 뒤의 집광면(Po1)과, 기판(P)의 표면(또는 베스트 포커스면)은, 광학적으로 공역 관계로 되어 있다. 그 때문에, 렌즈계(Gu1)의 광축 방향의 배치를 조정하는 것에 의해, 집광면(Po1)의 위치가 광축 방향으로 미세 조정되어, 기판(P) 상에서의 스폿광(SP)의 포커스 상태를 조정할 수 있다. 또, 기판(P) 상의 스폿광(SP)의 포커스 상태는, 렌즈계(Gu1) 뒤의 렌즈계(Gu2)를 광축 방향으로 위치 조정해도 바꿀 수 있다.

빔(LBn)의 fθ렌즈계(FT)로의 입사각(θ)(광축(AXf)에 대한 각도)은, 폴리곤 미러(PM)의 회전각(θ／2)에 따라 변한다. 빔(LBn)의 fθ렌즈계(FT)로의 입사각(θ)이 0도일 때, fθ렌즈계(FT)에 입사된 빔(LBn)은, 광축(AXf) 상을 따라 진행된다. fθ렌즈계(FT)로부터의 빔(LBn)은, 미러(M24)에서 -Z방향으로 반사되고, 제2 실린드리칼 렌즈(CYb)를 거쳐 기판(P)을 향해서 투사된다. fθ렌즈계(FT) 및 모선이 Y방향과 평행한 실린드리칼 렌즈(CYb), 또한 빔 익스팬더계(렌즈계(Gu1, Gu2))와 개구 조리개(NPA)의 작용에 의해서, 기판(P) 상에 투사되는 빔(LBn)은, 파장 355nm, 개구수(NA)를 0.06으로 했을 때, 베스트 포커스면에서 직경이 2~3μm 정도의 미소한 스폿광(SP)으로 수렴된다. 이상의 도 3에 나타낸 묘화 유닛(Un)의 구성은, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 대해서도 완전히 동일하게 구성된다. 이것에 의해서, 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 각각이 빔(LB1~LB6)의 각 스폿광(SP)을 주주사 방향(Y방향)으로 1차원으로 주사하면서, 기판(P)을 X방향으로 이동시키는 것에 의해서, 기판(P)의 표면이 스폿광(SP)에 의해서 상대적으로 2차원 주사되고, 기판(P) 상에는 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에서 묘화되는 패턴이 Y방향으로 서로 이어진 상태로 노광된다.

본 실시 형태의 경우, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)이, 수십 피코초 이하의 발광 시간의 펄스광이기 때문에, 주주사의 동안에 묘화 라인(SLn) 상에 투사되는 스폿광(SP)은, 빔(LB)의 발진 주파수(Fa)(예를 들면, 400MHz)에 따라서 이산적(離散的)이 된다. 그 때문에, 빔(LB)의 1펄스광에 의해서 투사되는 스폿광과 다음의 1펄스광에 의해서 투사되는 스폿광을, 주주사 방향(및 부주사 방향)으로 오버랩시킬 필요가 있다. 그 오버랩의 양은, 스폿광의 실효적인 사이즈(φ), 스폿광의 주주사의 속도(Vsp), 및 빔(LB)의 발진 주파수(Fa)에 의해서 설정된다. 스폿광의 실효적인 사이즈(직경)(φ)는, 스폿광의 강도 분포가 가우스(Gauss) 분포로 근사되는 경우, 스폿광의 피크 강도 1/e²(또는 반값 전체 폭)의 강도가 되는 폭 치수로 정해진다. 본 실시 형태에서, 전형적(표준적)인 장치 설정에서는, 실효적인 사이즈(치수)(φ)에 대해서, 스폿광(SP)이 φ／2 정도로 오버랩되도록, 스폿광의 주사 속도(Vsp)(폴리곤 미러(PM)의 회전 속도)와 발진 주파수(Fa)와의 관계가 설정된다. 따라서, 펄스 모양의 스폿광(SP)의 주주사 방향을 따른 투사 간격은 φ／2가 된다. 그 때문에, 부주사 방향(묘화 라인(SLn)과 교차한 방향)에 관해서도, 묘화 라인(SLn)을 따른 스폿광의 1회의 주사와, 다음의 주사와의 사이에, 기판(P)이 스폿광의 실효적인 사이즈(φ)의 대략 1/2의 거리만큼 이동하도록 설정하는 것이 바람직하다. 게다가, Y방향으로 서로 이웃하는 묘화 라인(SLn)을 주주사 방향으로 잇는 경우에도, φ／2만큼 오버랩시키는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서의 표준적인 장치 사양에서는, 스폿광의 기판(P) 상에서의 실효적인 사이즈(치수)(φ)와, 묘화 데이터 상에서 설정되는 1화소의 치수가 동일한 정도로 설정된다. 그렇지만, 표준적으로는 아닌 특별한 조건하에서의 묘화 모드(특수 노광 모드)의 경우, 1화소의 치수를 스폿광의 실효적인 사이즈(치수)(φ)에 대해서 1/2~1/3 정도로 작게 설정하는 경우도 있다.

일 예로서, 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 실효적인 주사 길이를 LT로 하여 50mm로 설정하고, 스폿광(SP)의 실효적인 직경(φ)을 4μm, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 펄스 발광의 발진 주파수(Fa)를 400MHz로 하고, 묘화 라인(SLn)(주주사 방향)을 따라서 스폿광(SP)이 직경(φ)의 1/2씩 오버랩하도록 펄스 발광시키는 경우, 스폿광(SP)의 펄스 발광의 주주사 방향의 간격은 기판(P) 상에서 2μm가 되고, 이것은 발진 주파수(Fa)의 주기(Tf(=1/Fa))인 2.5nS(1/400MHz)에 대응한다. 또, 이 경우, 묘화 데이터 상에서 규정되는 화소 치수를 Dpx로 했을 때, Dpx가 기판(P) 상에서 4μm각(角, 정사각형의 한 변 크기)으로 설정되는 것으로 하면, 1화소는 주주사 방향과 부주사 방향 각각에 관해서 스폿광(SP)의 2펄스분(分)으로 노광된다. 따라서, 스폿광(SP)의 주주사 방향의 주사 속도(Vsp)와 발진 주파수(Fa)는, Vsp=(φ／2)/Tf=(φ／2)·Fa의 관계가 되도록 설정된다. 한편, 주사 속도(Vsp)는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR(rpm))와, 실효적인 주사 길이(LT)와, 폴리곤 미러(PM)의 반사면의 수(Np(=8))와, 폴리곤 미러(PM)의 1개의 반사면에 의한 주사 효율(1/α)에 근거하여, 이하와 같이 정해진다.

Vsp=(8·α·VR·LT)/60[mm/초]　···　식 (1)

따라서, 발진 주파수(Fa)(주기(Tf))와 회전 속도(VR(rpm))는, 이하의 관계가 되도록 설정된다.

(φ／2)/Tf=(8·α·VR·LT)/60　　···　식 (2)

이상으로부터, 발진 주파수(Fa)를 400MHz(Tf=2.5nS), 스폿광(SP)의 직경(φ)을 4μm로 했을 때, 발진 주파수(Fa)로부터 규정되는 주사 속도(Vsp)는, 0.8μm/nS(=2μm/2.5nS)가 된다. 이 주사 속도(Vsp)에 대응시키기 위해서는, 주사 효율(1/α)을 0.3(α≒3.3), 주사 길이(LT)를 50mm로 했을 때, 식 2의 관계로부터, 8면의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)를 36000rpm로 설정하면 좋다. 또, 본 실시 형태에서는, 표준적인 장치 사양으로서, 빔(LBn)의 2펄스분을 주주사 방향과 부주사 방향 각각에 관해서, 스폿광(SP)의 직경(φ)의 1/2만큼 오버랩시켜 1화소로 하지만, 노광량(DOSE량)을 높이기 위해, 스폿광(SP)의 직경(φ)의 2/3씩 오버랩시킨 3펄스분, 또는 스폿광(SP)의 직경(φ)의 3/4씩 오버랩시킨 4펄스분을 1화소로 하도록 설정해도 괜찮다. 따라서, 1화소당 스폿광(SP)의 펄스수를 Nsp로 하면, 앞의 식 2의 관계식은, 일반화하여 이하의 식 3과 같이 나타낼 수 있다.

(φ／Nsp)/Tf=(Np·α·VR·LT)/60　　···　식 (3)

표준적인 장치 사양(묘화 조건)에서는, 이 식 3의 관계를 만족하도록 광원 장치(LS)의 발진 주파수(Fa)(주기(Tf))와 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR) 중 적어도 일방이 조정된다.

[묘화 제어계]

다음으로, 도 4를 참조하여, 본 실시 형태에서의 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 의한 패턴 묘화의 제어, 및 스폿광(SP)의 강도나 노광량을 조정하기 위한 제어를 행하는 묘화 제어계의 개략 구성을 설명한다. 도 4는, 도 1에 나타낸 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 선택적으로 공급하는 빔 전환부로서 도 1의 칼럼 정반(CF1) 상에 마련되는 6개의 선택용 광학 소자(AOM(OS1~OS6)), 미러(M1, M7, M8, M13), 6개의 선택 미러(IM1~IM6) 등의 배치를 모식적으로 나타냄과 아울러, 광원 장치(LS), 묘화 제어 장치(묘화 제어부)(200), 및 광량 계측부(202)의 접속 관계를 나타낸다. 묘화 제어 장치(200)는, 도 3에 나타낸 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각의 빔 수광계(60b)로부터의 원점 신호(SZ1~SZ6)를 입력하여, 각 묘화 유닛(Un)의 패턴 묘화의 타이밍을 결정함과 아울러, 선택용 광학 소자(AOM(OS1~OS6)) 각각에 입사 빔(LB)을 회절에 의해 편향시키기 위한 구동 신호(DF1~DF6)를 출력한다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 제1 빔 조정계(BMU)를 통과한 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)은, 미러(M1)에서 반사되어, 선택용 광학 소자(OS5, OS6, OS3, OS4, OS1, OS2)의 순서로 통과된다. 칼럼 정반(CF1) 상에 마련되는 빔 전환부에는 다수의 되꺾임 미러가 마련되지만, 도 4에서는, 광로 중의 미러(M1, M7, M8)만을 나타내고, 빔 광로를 따른 마지막의 선택용 광학 소자(OS2) 뒤에는, 미러(M13)와 흡수체(광 트랩)(TR)가 마련된다. 미러(M13)는, 마지막의 선택용 광학 소자(OS2)에서 편향되지 않고 투과하여 온 빔(LB)(0차 회절 빔)을 흡수체(TR)를 향해서 반사시킨다.

선택용 광학 소자(OSn) 각각은, 편향된 1차 회절광인 묘화용의 빔(LBn(LB1~LB6))을, 입사되는 빔(LB)(0차 빔)의 중심축에 대해 소정 각도만큼 편향시키도록 설치된다. 선택용 광학 소자(OSn) 각각에서 편향된 빔(LBn(LB1~LB6))은, 선택용 광학 소자(OSn) 각각으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 마련된 선택 미러(IMn(IM1~IM6))에 투사된다. 각 선택 미러(IMn)는, 입사된 빔(LBn(LB1~LB6))을 -Z방향으로 반사시킴으로써, 빔(LBn(LB1~LB6))을 각각 대응하는 빔 조정계(BV1~BV6)(도 1 참조)를 통과하여 묘화 유닛(Un(U1~U6))으로 안내한다.

각 선택용 광학 소자(OSn)의 구성, 기능, 작용 등은 서로 동일한 것을 이용하는 것으로 한다. 복수의 선택용 광학 소자(OSn) 각각은, 묘화 제어 장치(200)로부터의 구동 신호(고주파 신호)(DF1~DF6)의 온/오프에 따라서, 입사된 빔(LB)을 회절시킨 회절광(빔(LBn))의 발생을 온/오프한다. 예를 들면, 빔 광로의 최초의 선택용 광학 소자(OS5)는, 구동 신호(DF5)가 인가되지 않고 오프 상태일 때, 입사된 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 편향(회절)시키지 않고 투과한다. 따라서, 선택용 광학 소자(OS5)를 투과한 빔(LB)은, 다음 단계의 선택용 광학 소자(OS6)에 입사된다. 한편, 구동 신호(DF5)가 인가되어 선택용 광학 소자(OS5)가 온 상태일 때, 선택용 광학 소자(OS5)는 입사된 빔(LB)의 1차 회절 빔을 선택 미러(IM5)를 향해서 편향(회절)시킨다. 즉, 구동 신호(DF1~DF6)의 온/오프에 의해서 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 스위칭(빔 선택) 동작이 제어된다. 이와 같이 하여, 각 선택용 광학 소자(OSn)의 스위칭 동작에 의해 편향된 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을, 선택 미러(IMn(IM1~IM6)) 중 어느 하나에서 반사시켜, 대응하는 묘화 유닛(Un)으로 안내할 수 있고, 또한, 빔(LBn)이 입사되는 묘화 유닛(Un)을 순차적으로 전환할 수 있다. 이와 같이, 복수의 선택용 광학 소자(OSn)를 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)이 순차적으로 통과하도록 직렬(시리얼)로 배치하여, 대응하는 묘화 유닛(Un)에 시분할로 빔(LBn)을 공급하는 구성은, 국제공개 제2015/166910호 팜플렛이나 국제공개 제 2017/057415호 팜플렛에 개시되어 있는 바와 같다. 또, 도 4에서는, 4단째의 선택용 광학 소자(OS4)만이 구동 신호(DF4)의 인가에 의해서 온 상태가 되고, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 1차 회절 빔을 묘화용의 빔(LB4)으로서 묘화 유닛(U4)으로 안내되고 있는 상태를 나타내고 있다.

도 4에서, 도 1에도 나타냈지만, 미러(M1)의 이면측에는, 광원 장치(LS)로부터 사출된 빔(LB)의 강도(광량)를 검출하는 광전 센서(DTa)가 마련되고, 미러(M13)의 이면측에는, 모든 선택용 광학 소자(OS1~OS6)가 오프 상태일 때에 투과하여 오는 빔(LB)의 강도(광량)를 검출하는 광전 센서(DTb)가 마련된다. 광전 센서(DTa, DTb)는, 도 3 중에 나타낸 광전 센서(DTo)와 마찬가지로, PIN 포토 다이오드, 애벌란시·포토 다이오드(APD), 금속-반도체-금속(MSM) 포토 다이오드 중 어느 하나로 구성된다. 광전 센서(DTa)로부터 출력되는 광전 신호(Sa)는, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)의 원래의 강도(광량)를 모니터하기 위해 광량 계측부(202)에 보내어지고, 광전 센서(DTb)로부터 출력되는 광전 신호(Sb)도, 6개의 선택용 광학 소자(OS1~OS6)의 투과율의 변동이나 회절 효율의 변동을 모니터하기 위해 광량 계측부(202)에 보내어진다. 광전 센서(DTo)로부터 출력되는 광전 신호(So)도, 스테이지 기구(ST)의 기준판(FM)에 형성된 기준 패턴이나 기준 마크로부터의 반사광량을 계측하기 위해 광량 계측부(202)에 보내어진다.

광원 장치(LS)는, 빔(LB)을 주파수(Fa)로 펄스 발광시키기 위한 클록 신호(LTC)(예를 들면, 400MHz)를 생성하지만, 그 클록 신호(LTC)는 묘화 제어 장치(200)와 광량 계측부(202)에 보내어진다. 묘화 제어 장치(200)는, 스폿광(SP)의 1주사 중에 묘화되는 화소수(畵素數)분(分)에 대응한 비트수를 포함하는 묘화 비트열 데이터(SDn)(n는 묘화 유닛(U1~U6) 중 어느 하나에 대응한 수)를 광원 장치(LS)에 송출한다. 게다가 광원 장치(LS)와 묘화 제어 장치(200)는, 인터페이스 버스(시리얼 버스라고 괜찮음)(SJ)를 통해서, 각종의 제어 정보(커맨드(command)나 파라미터)를 교환한다. 또, 묘화 제어 장치(200)에는, 도 1에서 설명한 스테이지 기구(ST)의 이동 위치나 이동 속도를 제어하기 위한 스테이지 제어 장치(204)가 접속되어 있다. 스테이지 제어 장치(204)는, 묘화 제어 장치(200)로부터 보내어져 오는 지령 정보(위치 정보나 속도 정보)와, 도 1에서 설명한 간섭계(IFSx, IFSy)에서 계측되는 스테이지 기구(ST)의 위치 정보에 근거하여, 구동 유닛(DU)를 서보 제어한다.

[광원 장치(LS)]

광원 장치(LS)는, 도 5에 나타내는 바와 같은 파이버 앰프 레이저 광원(광 증폭기와 파장 변환 소자에 의해서 자외 펄스광을 발생하는 레이저 광원)으로 한다. 도 5의 파이버 앰프 레이저 광원(LS)의 구성은, 예를 들면 국제공개 제2015/166910호 팜플렛에 상세하게 개시되어 있으므로, 여기에서는 간단히 설명한다. 도 5에서, 광원 장치(LS)는, 빔(LB)을 주파수(Fa)로 펄스 발광시키기 위한 클록 신호(LTC)를 생성하는 신호 발생부(120a)를 포함하는 제어 회로(120)와, 클록 신호(LTC)에 응답하여 적외 파장역에서 펄스 발광하는 2종류의 종광(種光)(S1, S2)을 생성하는 종광 발생부(135)를 포함한다. 종광 발생부(135)는, DFB 반도체 레이저 소자(130, 132), 렌즈(GLa, GLb), 편광 빔 스플리터(134) 등을 포함하고, DFB 반도체 레이저 소자(130)는, 클록 신호(LTC)(예를 들면, 400MHz)에 응답하여 피크 강도가 크게 준예(峻銳, 높고 날카로움), 혹은 첨예(尖銳)한 펄스 모양의 종광(S1)을 발생시키고, DFB 반도체 레이저 소자(132)는, 클록 신호(LTC)에 응답하여 피크 강도가 작게 완만(시간적으로 브로드)한 펄스 모양의 종광(S2)을 발생시킨다. 종광(S1)과 종광(S2)은 발광 타이밍이 동기(일치)하고 있음과 아울러, 함께 1펄스당 에너지(피크 강도×발광 시간)가 대략 동일하게 되도록 설정된다. 게다가 DFB 반도체 레이저 소자(130)가 발생하는 종광(S1)의 편광 상태는 S편광으로 설정되고, DFB 반도체 레이저 소자(132)가 발생하는 종광(S2)의 편광 상태는 P편광으로 설정된다. 편광 빔 스플리터(134)는, DFB 반도체 레이저 소자(130)로부터의 S편광의 종광(S1)을 투과시켜 전기 광학 소자(포켈스 셀(Pockels Cell), 카셀(carcel) 등에 의한 EO소자)(136)로 안내함과 아울러, DFB 반도체 레이저 소자(132)로부터의 P편광의 종광(S2)을 반사시켜 전기 광학 소자(136)로 안내한다.

전기 광학 소자(136)는, 도 6의 묘화 제어 장치(200)로부터 보내어져 오는 묘화 비트열 데이터(SDn)에 따라서, 2종류의 종광(S1, S2)의 편광 상태를 구동 회로(136a)에 의해 고속으로 전환한다. 구동 회로(136a)에 입력되는 묘화 비트열 데이터(SDn)의 1화소분의 논리 정보가 L(「0」) 상태일 때, 전기 광학 소자(136)는 종광(S1, S2)의 편광 상태를 바꾸지 않고 그대로 편광 빔 스플리터(138)로 안내하고, 묘화 비트열 데이터(SDn)의 1화소분의 논리 정보가 H(「1」) 상태일 때, 전기 광학 소자(136)는 입사된 종광(S1, S2)의 편광 방향을 90도 회전시켜 편광 빔 스플리터(138)로 안내한다. 따라서, 전기 광학 소자(136)는, 묘화 비트열 데이터(SDn)의 화소의 논리 정보가 H(「1」) 상태일 때에는, S편광의 종광(S1)을 P편광의 종광(S1)으로 변환하고, P편광의 종광(S2)을 S편광의 종광(S2)으로 변환된다. 편광 빔 스플리터(138)는, P편광의 광을 투과하여 렌즈(GLc)를 거쳐 컴바이너(combiner)(144)로 안내하고, S편광의 광을 반사시켜 흡수체(140)로 안내하는 것이다. 편광 빔 스플리터(138)를 투과하는 종광(S1와 S2 중 어느 일방)을 종광 빔(Lse)으로 한다. 광 파이버(142a)를 통과하여 컴바이너(144)로 안내되는 여기(廬起)광원(142)으로부터의 여기광(펌프(pump) 광, 차지(charge) 광)은, 편광 빔 스플리터(138)로부터 사출하여 오는 종광 빔(Lse)과 합성되어, 파이버 광 증폭기(146)에 입사된다.

파이버 광 증폭기(146)에 도핑되어 있는 레이저 매질을 여기광에 의해 여기하는 것에 의해, 파이버 광 증폭기(146) 내를 통과하는 동안에 종광 빔(Lse)이 증폭된다. 증폭된 종광 빔(Lse)은, 파이버 광 증폭기(146)의 사출단(射出端)(146a)으로부터 소정의 발산각(發散角)을 따라서 방사되고, 렌즈(GLd)를 통과하여 제1 파장 변환 광학 소자(148)에 집광하도록 입사된다. 제1 파장 변환 광학 소자(148)는, 제2 고조파 발생(Second Harmonic Generation：SHG)에 의해서, 입사된 종광 빔(Lse)(파장(λ))에 대해서, 파장이 λ의 1/2인 제2 고조파를 생성한다. 종광 빔(Lse)의 제2 고조파(파장(λ／2))와 원래의 종광 빔(Lse)(파장(λ))은, 렌즈(GLe)를 거쳐 제2 파장 변환 광학 소자(150)에 집광하도록 입사된다. 제2 파장 변환 광학 소자(150)는, 제2 고조파(파장(λ／2))와 종광 빔(Lse)(파장(λ))과의 합 주파 발생(Sum Frequency Generation：SFG)에 의해, 파장이 λ의 1/3인 제3 고조파를 발생시킨다. 이 제3 고조파가, 370nm 이하의 파장 대역(예를 들면, 355nm)에 피크 파장을 가지는 자외 펄스광(빔(LB))이 된다. 제2 파장 변환 광학 소자(150)로부터 발생하는 빔(LB)(발산 광속)은, 렌즈(GLf)에 의해서, 빔 지름이 1mm 정도인 평행 광속으로 변환되어 광원 장치(LS)로부터 사출된다.

구동 회로(136a)에 인가되는 묘화 비트열 데이터(SDn)의 1화소분의 논리 정보가 L(「0」)인 경우(해당 화소를 노광하지 않은 비묘화 상태일 때), 전기 광학 소자(136)는 입사된 종광(S1, S2)의 편광 상태를 바꾸지 않고 그대로 편광 빔 스플리터(138)로 안내한다. 그 때문에, 컴바이너(144)에 입사되는 종광 빔(Lse)은 종광(S2) 본래의 것이 된다. 파이버 광 증폭기(146)(혹은 파장 변환 광학 소자(148, 150))는, 그러한 피크 강도가 낮고, 시간적으로 브로드한 둔해진 특성의 종광(S2)에 대한 증폭 효율(혹은 파장 변환 효율)이 낮기 때문에, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 P편광의 빔(LB)은, 노광에 필요한 에너지까지 증폭되지 않는 펄스광이 된다. 이러한 종광(S2) 본래에서 생성되는 빔(LB)의 에너지는 매우 낮고, 기판(P)에 조사되는 스폿광(SP)의 강도는 매우 저레벨이 된다. 이와 같이, 광원 장치(LS)로부터는 비묘화 상태일 때에도, 미약하기는 하지만 자외 펄스광의 빔(LB)이 계속 사출되므로, 그러한 비묘화 상태일 때에 사출되는 빔(LB)을, 오프·빔(오프·펄스광)이라고도 한다.

한편, 구동 회로(136a)에 인가되는 묘화 비트열 데이터(SDn)의 1화소분의 논리 정보가 H(「1」)인 경우(해당 화소를 노광하는 묘화 상태일 때), 전기 광학 소자(136)는 입사된 종광(S1, S2)의 편광 상태를 바꾸어 편광 빔 스플리터(138)로 안내한다. 그 때문에, 컴바이너(144)에 입사되는 종광 빔(Lse)은 종광(S1) 본래의 것이 된다. 종광(S1) 본래의 종광 빔(Lse)의 발광 프로파일은, 피크 강도가 크게 첨예하여, 종광 빔(Lse)은 파이버 광 증폭기(146)(혹은 파장 변환 광학 소자(148, 150))에 의해서 효율적으로 증폭(혹은 파장 변환)되어, 광원 장치(LS)로부터 출력되는 P편광의 빔(LB)은 기판(P)의 노광에 필요한 에너지를 가진다. 묘화 상태일 때에 광원 장치(LS)로부터 출력되는 빔(LB)은, 비묘화 상태일 때에 사출되는 오프·빔(오프·펄스광)과 구별하기 위해서, 온·빔(온·펄스광)이라고도 한다. 이와 같이, 광원 장치(LS)로서의 파이버 앰프 레이저 광원 내에, 2종류의 종광(S1, S2) 중 어느 일방을 묘화용 광 변조기로서의 전기 광학 소자(136)에서 선택하고 나서 광 증폭하는 것에 의해, 파이버 앰프 레이저 광원을, 묘화 비트열 데이터(SDn)에 응답하여 고속으로 버스트(burst) 발광하는 자외 펄스 광원으로 할 수 있다.

그런데, 도 4에 나타낸 묘화 제어 장치(200)는, 묘화 유닛(U1~U6) 각각으로부터의 원점 신호(SZ1~SZ6)를 입력하여, 묘화 유닛(U1~U6) 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도를 일치시킴과 아울러, 그 회전 각도 위치(회전의 위상)를 서로 소정의 관계로 하도록 폴리곤 미러(PM)의 회전을 동기 제어하는 기능도 구비한다. 게다가 묘화 제어 장치(200)는, 원점 신호(SZ1~SZ6)에 근거하여, 묘화 유닛(U1~U6) 각각의 스폿광(SP)에 의한 묘화 라인(SL1~SL6)에 의해 묘화해야 할 묘화 비트열 데이터(SDn)를 기억하는 메모리를 포함한다. 묘화 제어 장치(200)에는, 메모리에 기억된 묘화 비트열 데이터(SDn)의 1화소분의 데이터(1비트)를 빔(LB)의 어느 펄스분으로 묘화할지가 미리 설정되어 있다. 예를 들면, 1화소를 빔(LB)의 2펄스(주주사 방향과 부주사 방향 각각에 2개의 스폿광(SP))로 묘화하는 것으로 설정되어 있는 경우, 묘화 비트열 데이터(SDn)의 데이터는, 클록 신호(LTC)의 2클록 펄스마다 1화소분(1비트)씩 읽어내어져, 도 5의 구동 회로(136a)에 인가된다.

본 실시 형태에서는, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 입사하여 온 빔(LB1~LB6)을 주주사하기 위한 폴리곤 미러(PM) 각각이, 동일한 회전 속도로 정밀하게 회전하면서, 서로 일정한 회전 각도 위상을 유지하도록, 도 4의 묘화 제어 장치(200)에 의해서 동기 제어된다. 이것에 의해서, 묘화 유닛(U1~U6) 각각으로부터 기판(P)에 투사되는 빔(LB1~LB6) 각각의 주주사의 타이밍(스폿광(SP)의 주주사 기간)을, 서로 중복하지 않도록 설정할 수 있다. 따라서, 빔 전환부에 마련된 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각의 온/오프의 전환을, 6개의 폴리곤 미러(PM) 각각의 회전 각도 위치에 동기하여 제어함으로써, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 복수의 묘화 유닛(Un) 각각에 시분할로 나눈 효율적인 노광 처리를 할 수 있다.

또, 본 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)가 8개의 반사면을 가지며, 그 1개의 반사면에 의한 주사 효율(1/α)을 1/3 정도로 했으므로, 폴리곤 미러(PM)의 약 15°미만의 회전 각도 범위가 기판(P) 상에서의 스폿광(SP)의 1주사의 최대 주사 길이(예를 들면 52mm)에 대응한다. 그 때문에, 6개의 폴리곤 미러(PM)를 상대적으로 15°씩 각도 위상을 비켜서 회전시킴과 아울러, 각 폴리곤 미러(PM)가 8개의 반사면을 1면 건너뛰어 빔(LBn)을 주사하도록 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각의 온/오프의 전환이 제어된다. 이와 같이, 폴리곤 미러(PM)의 반사면을 1면 건너뛰어 사용한 묘화 방식에 대해서도, 국제공개 제2015/166910호 팜플렛에 개시되어 있다.

다음으로, 도 6을 참조하여, 도 1의 패턴 묘화 장치(EX)를 표준적인 장치 사양(묘화 조건) 하에서 사용하여 패턴 노광할 때의 상태를 설명한다. 도 6은, 일 예로서 주주사 방향의 선폭이 16μm이고 부주사 방향으로 직선적으로 신장된 라인 패턴(LTP) 2개를, 주주사 방향으로 간격 12μm로 묘화할 때의 모습을 나타내고, 도 6의 (A)는, 라인 패턴(LTP)에 대응한 묘화 비트열 데이터(SDn)의 화소의 비트값의 줄을 나타내고, 1화소의 기판(P) 상에서의 치수는 4μm×4μm로 한다. 각 화소의 비트값 「0」은 비묘화(오프·펄스광)를 의미하고, 비트값 「1」은 묘화(온·펄스광)를 의미한다. 도 6의 (B)는, 묘화 비트열 데이터(SDn)의 화소에 대응한 신호 발생부(120a)로부터의 클록 신호(LTC)를 나타내고, 도 6의 (C)는, 스폿광(SP)의 주주사에 의한 궤적인 주사선 중, 예를 들면, 부주사 방향의 4개의 주사선(SL1a, SL1b, SL1c, SL1d) 각각을 따라서 온·펄스광의 스폿광(SP)이 조사되는 모습을 나타낸다. 도 6의 (C)에서, 스폿광(SP)의 실효적인 직경(φ)은, 화소의 치수와 동일한 4μm로 설정되어 있다. 앞의 식 (1)~(3)에서 설명한 바와 같이, 표준적인 패턴 묘화시의 설정에서는, 주주사 방향과 부주사 방향 각각에 관해서, 스폿광(SP)은 실효적인 직경(φ)의 1/2씩, 어긋나 겹치도록 펄스 조사되는 것으로 한다. 도 6의 (D)은, 기판(P)의 표면의 감광층이 단층의 네거티브·레지스트로, 두께(RT)가 표준적인 1μm 정도인 경우에, 현상 처리 후에 기판(P) 상에 잔막된 라인 패턴(LTP)의 레지스트상(像)(LTP')의 단면을 나타내고, 도 6의 (E)는, 기판(P)의 표면의 감광층이 단층의 포지티브·레지스트로, 두께(RT)가 표준적인 1μm 정도인 경우에, 현상 처리 후에 기판(P) 상에 잔막된 라인 패턴(LTP)의 레지스트상(像)(LTP')의 단면을 나타낸다.

도 6의 (D)와 같이, 네거티브·레지스트의 경우에는 스폿광(SP)의 온·펄스광으로 조사된 부분이 현상액에 대해서 불용해성이 되어 잔막되고, 도 6의 (E)와 같이, 포지티브·레지스트의 경우에는 스폿광(SP)의 온·펄스광에서 조사되지 않았던 부분이 현상액에 대해서 불용해성이 되어 잔막된다. 어느 경우도, 감광층(레지스트)의 두께(RT)가 표준적인 두께 정도(1μm 정도)인 경우, 스폿광(SP)의 온·펄스광은, 감광층에서의 광 흡수율이 높고 투과성이 낮아도 감광층의 상면으로부터 저면까지 충분히 닿아, 현상후의 라인 패턴(LTP)의 레지스트상(像)(LTP')의 엣지 부분은, 거의 수직인 상태로 되어 있다.

일본특허공개 제2002－187374호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 현상후의 감광층의 개구 부분에 전해 도금(전기 주조) 방식으로 메탈 마스크(전기 주조 마스크)가 되는 금속을 석출시키는 경우, 감광층에 의한 레지스트상(像)(LTP')(잔막부)이 격벽이 되어, 메탈 마스크 중의 개구부를 규정하므로, 메탈 마스크의 전해 도금에 의한 두께에 대응하여, 감광층의 두께(RT)를 설정할 필요가 있다. 메탈 마스크의 두께는, 일 예로서 10μm 이상이며, 감광층의 두께(RT)도 10μm 이상으로 설정된다. 게다가, 증착 공정에서 사용되는 메탈 마스크는 증착 장치 내에서 피처리 기판의 표면에 겹쳐 설치되지만, 피처리 기판 상에 메탈 마스크의 개구 형상에 따라서 증착되는 박막의 형상 특성이나, 그 박막의 막 두께 균일성 등을 양호하게 하기 위해, 메탈 마스크 중의 개구부의 엣지에는, 비교적으로 큰 경사가 형성된다. 이 때문에, 기판(P) 상에 두께(RT)가 10μm 이상으로 형성된 감광층의 현상후의 레지스트상(像)(LTP')의 엣지부(사이드 월)도, 그 경사가 되도록 제어할 필요가 있다. 그를 위한 일 예는, 감광층의 종류나 재질에 따라서 다른 광 흡수 특성도 고려하여, 감광층의 패턴의 엣지부에 상당하는 부분에 부여되는 광량(도스량)에, 엣지부가 연장되는 방향과 직교하는 방향의 분포(경사)를 부여하는 것이다.

도 7은, 가로축에 조사 광(빔(LBn))의 파장(nm)을 취하고, 세로축에 규격화된 흡수율(0~1)을 취한 레지스트의 광 흡수 특성의 일 예를 나타낸다. 도 7의 레지스트의 경우, 파장 320nm 부근에 흡수의 피크가 있고, 파장 320nm~450nm의 사이에 흡수율은 거의 선형으로 감소하는 특성을 가지며, 파장 355nm에서의 흡수율은 약 0.55이다. 이 도 7의 특성은 일 예로서, 레지스트의 재료 물질에 따라서 크게 다르다. 감광층의 두께(RT)가 큰 경우에도, 레지스트상(像)(LTP')의 엣지부(사이드 월)를 수직에 가까운 상태로 하려면, 사용 파장에서 흡수율이 작은 레지스트를 이용하는 것이 좋다. 본 실시 형태에서는, 빔(LBn)의 파장 355nm에서의 흡수율이 비교적 커지는 레지스트가 사용된다.

도 8은, 본 실시 형태에 의한 패턴 묘화 장치(EX)에 의해서 노광되어, 현상 된 후의 기판(P)의 일부분의 단면의 구성을 나타낸다. 도 8에서, 기판(P)의 모재 기판(LK1)은 스테인리스(SUS)이며, 그 표면에 소정의 두께로 니켈(Ni)에 의한 베이스층(LK2)이 적층되어 있다. 베이스층(LK2) 상에는, 네거티브 타입의 레지스트층(Luｖ)이 두께(RT)(10μm 이상)로 형성되고, 현상후에 레지스트층(Luｖ)의 미노광부(비조사부)가 제거되어 엣지부(Ewa, Ewb) 사이에 끼워진 개구부(HL)가 형성된다. 전기 주조 마스크를 만드는 경우, 그 개구부(HL)에서 드러난 베이스층(LK2) 상에 전해 도금에 의해 금속층(니켈이나 동 등)이 퇴적된다. 레지스트층(Luｖ)의 엣지부(Ewa, Ewb)가 되는 사이드 월은, 개구부(HL)측을 향하여 경사지는 상태, 소위역(逆)테이퍼 모양으로 형성된다. 이러한 경사를 부여하기 위한 일 예로서, 본 실시 형태에서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 엣지부(Ewa, Ewb)에 조사되는 노광광(빔(LBn))의 강도 분포에 큰 경사를 부여하도록 한다. 도 9는, 도 8 중의 엣지부(Ewa)가 되는 레지스트층(Luｖ)의 부분(9A)에서의 노광의 상태를 모식적으로 설명하는 도면이다. 레지스트층(Luｖ)의 광 흡수율이 큰 경우, 노광광은 레지스트층(Luｖ)의 상면(Sup)으로부터 저면(Sbm)으로 진행됨에 따라 감쇠하므로, 노광광의 강도에 따라서는, 레지스트층(Luｖ)의 저면(Sbm)까지 충분한 감광 에너지가 부여되지 않는 상태가 된다. 그래서, 도 9의 상단에 나타내는 바와 같이, 엣지부(Ewa)가 되는 부분으로서, 개구부(HL)측을 향하여 부여되는 노광광의 강도(Ip)의 분포를 규정값(Th)(적정 노광량을 부여되는 강도)으로부터 감소하는 특성으로 한다. 그것에 따라서, 도 9의 하단에 검은 원으로 나타내는 바와 같이, 레지스트층(Luｖ) 내의 감광 부분은 경사진 것이 되며, 현상후에는, 레지스트층(Luｖ)의 검은 원으로 나타낸 부분이 잔막되는 경향이 된다.

그래서, 도 8과 같은 개구부(HL)의 내측을 향해서 경사진 엣지부(Ewa, Ewb)를 형성하기 위해서는, 도 10에 나타내는 바와 같이 개구부(HL)의 엣지 부근에서 큰 경사를 가지는 강도 분포의 노광광을 레지스트층(Luｖ)에 조사한다. 이 도 10과 같은 노광광의 강도 분포는, 포토마스크(photomask)의 패턴을 투영 노광 방식에 의해 레지스트층(Luｖ)에 노광하는 경우에는, 패턴의 상(像)을 디포커스(defocus)시킴으로써, 엣지부의 노광광의 강도 분포에 연속된 경사를 부여할 수 있다. 그렇지만 본 실시 형태와 같이, 광원 장치(LS)로서 파이버 앰프 레이저 광원을 이용하여, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 고속으로 주사되는 스폿광(SP)의 온/오프(조사/비조사)에 의해 패턴을 묘화하는 장치에서는, 스폿광(SP)이 되는 펄스광(온·펄스광) 자체의 피크 강도를, 펄스마다 크게 변화시키는 것은 어렵다. 그 때문에, 본 실시 형태에서는, 묘화할 패턴의 엣지부의 화소에 대응하여 투사되는 펄스광을 1펄스만큼 빼내도록(본래는 온·펄스광인 곳을 오프·펄스광으로 전환하도록) 한다.

도 11, 도 12, 도 13은, 펄스 빼냄을 행하는 경우의 노광광의 강도 분포의 변화를 시뮬레이션에 의해 구한 그래프이며, 각각 상단은 스폿광(SP)의 규격화된 강도 분포를 모식적으로 나타내고, 하단은 상단의 스폿광(SP)의 강도 분포를 합성한 규격화된 강도 분포를 모식적으로 나타낸다. 또, 도 11~도 13에서, 가로축은 기판(P) 상의 주주사 방향의 위치(μm)를 나타내고, 세로축은 규격화된 강도(Ipr)를 나타낸다. 도 11은, 기판(P)에 투사되는 빔(LBn)의 개구수(NA)를 0.06으로 하여, 가우스 분포에 근사한 스폿광(SP)의 기판(P) 상의 직경(φ)을 대체로 4μm, 1화소의 치수를 4×4μm로 하고, 주주사 방향으로 φ／2의 피치로 스폿광(SP)을 조사하는 동안에, 중심 위치(O)의 부근에서 4펄스분의 스폿광(SP)에 상당하는 미노광부(2화소분의 8μm선폭)를 형성하는 경우를 나타낸다. 도 11의 상단과 같이, 스폿광(SP)은 위치 -13μm, -11μm, -9μm, -7μm, -5μm, 5μm, 7μm, 9μm, 11μm, 13μm 각각에서 온·펄스광으로서 투사되고, 2화소분의 선폭에 상당하는 위치 -3μm, -1μm, 1μm, 3μm 각각에서는 오프·펄스광으로서 미노광이 된다. 도 11의 하단에 나타내는 바와 같이, 이러한 스폿광(SP)에 의해서 합성된 강도 분포의 엣지부에 상당하는 강도 기울기(ΔIPa)는, 비교적으로 급준(急峻)하게 된다.

그래서, 도 12에 나타내는 바와 같이, 주주사 방향에 관해서, 미노광이 된 비노광 화소(「0」)의 근처에 위치하는 노광 화소(「1」)에 대해서 부여되는 2개의 스폿광(SP)의 온·펄스광 중, 미노광이 되는 화소측의 일방의 스폿광(SP)은 온·펄스광으로 하고, 타방의 스폿광(SP)은 오프·펄스광이 되도록 제어해 본다. 도 12의 상단은, 도 11과 동일한 광학 조건(빔(LBn)의 개구수, 스폿광(SP)의 직경(φ)) 하에서, 도 11과 동일한 패턴을 묘화할 때에, 8μm(2화소분)의 선폭의 엣지 위치에 가장 가까운 위치 -5μm, 5μm 각각에 투사되는 스폿광은 온으로 하고, 그 이웃한 위치 -7μm, 7μm 각각에 투사되는 1개의 스폿광(SP)은 의도적으로 오프로 한 경우를 나타낸다. 이 경우, 도 12의 하단에 나타내는 바와 같이, 합성된 노광광의 강도 분포의 엣지부 부근에는 큰 강도 불균일이 발생한다. 이러한 강도 불균일은, 레지스트층(Luｖ)의 엣지부(Ewa, Ewb)의 사이드 월 프로파일(측벽면 형상)을 흩뜨리는 경우가 있으므로, 바람직하지 않다.

그래서, 도 13의 상단에 나타내는 바와 같이, 광학 조건으로서의 빔(LBn)의 개구수(NA)를 0.03로 저하시켜 스폿광(SP)의 직경(φ)을 2배 정도인 약 8μm의 스폿광(SP')으로 확대하고, 도 12와 같이 온·펄스광과 오프·펄스광을 제어한 경우를 시뮬레이션해 보면, 도 13의 하단에 나타내는 바와 같이, 스폿광(SP')에 의해서 합성된 강도 분포의 엣지부에 상당하는 강도 기울기(ΔIPb)는, 비교적으로 완만하게 된다. 또, 도 13에 나타낸 스폿광(SP')의 피크값은, 도 12에 나타낸 스폿광(SP)의 피크값와 동일한 규격화 강도(Ipr) 상에서 1.0으로 했지만, 실제의 강도값은 스폿광(SP')의 직경(φ)을 크게 했기 때문에, 도 12의 스폿광(SP)의 피크값에 대해서 절반 정도가 된다. 따라서, 도 13의 하단에 나타내는 합성된 강도 분포의 실제의 강도값은, 규격화 강도(Ipr) 상에서는 도 12의 하단에 나타내는 합성된 강도 분포의 규격화 강도(Ipr)와 동일한 정도가 된다. 이상의 시뮬레이션으로부터, 패턴의 엣지부를 규정하는 화소(엣지부 노광 화소)에 대해서 온·펄스광을 조사할 때에는, 그 엣지부 노광 화소에 대해서 주주사 방향의 근처에 위치하는 미노광이 되는 화소(비노광 화소)측에 조사하는 스폿광의 일방은 온·펄스광으로 하고, 타방은 오프·펄스광으로 하도록 제어함과 아울러, 표준적인 광학 조건으로서 설정되는 스폿광(SP)의 직경(φ)(1화소의 치수와 동일한 정도)을 2배 정도로 확대한 스폿광(SP')으로 하면 좋다.

도 14는, 이상의 조건 하에서, 4×4μm각(角)의 화소(PIC)가 주주사 방향(Y방향)으로 4화소 늘어서고, 부주사 방향(X방향)으로 5화소 늘어서는 직사각형의 개구부(HL)가 되는 미노광 패턴을 레지스트층('감광층'이라고도 함)(Luｖ)에 묘화할 때의 온·펄스광과 오프·펄스광의 기판(P) 상의 조사 위치의 배열을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 14에서, 검은 원은 온·펄스광(ONp)이 되는 스폿광의 중심 위치를 나타내고, 흰 원은 오프·펄스광(OFp)이 되는 스폿광의 중심 위치를 나타내며, 본 실시 형태에서는 표준적으로 설정되는 스폿광(SP)의 직경(φ)에 대해서, 묘화시에 설정되는 스폿광(SP')의 직경(φ')은 2배 정도로 설정됨과 아울러, 주주사 방향에 관한 스폿광(SP')의 펄스광의 조사 피치는 φ／2(표준적으로 설정되는 피치 그대로)로 설정된다. 또, 도 14에서, 부주사 방향으로 일정 피치 φ／2로 늘어서는 주사선(SLnA, SLnB, SLnC,··· SLnR)은, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면에 의한 편향에 의해 주사되는 스폿광(SP')의 궤적이다.

도 14에 나타내는 바와 같이, 주주사 방향으로 늘어서는 4개의 화소(PIC)(비노광 화소)의 Y방향의 외측의 양단에 인접하는 화소(PIC) 각각은 패턴의 엣지부에 대응한 엣지부 노광 화소(PIC')(일부에 사선을 그어 파선으로 나타냄)가 되므로, 이 엣지부 노광 화소(PIC')에 조사되는 주주사 방향으로 늘어서는 2개의 스폿광(SP')은, 주주사 방향에 관해서 비노광 화소에 인접하는 측이 온·펄스광(ONp)(검은 원)이 되고, 비노광 화소로부터 멀어지는 측이 오프·펄스광(OFp)(흰 원)이 된다. 즉, 도 14의 경우, X방향으로 등피치(φ／2)로 늘어서는 주사선(SLnA, SLnB, SLnC,··· SLnR) 중, X방향으로 늘어서는 5화소의 미노광 패턴을 통과하는 주사선(SLnE~SLnM)의 Y방향의 위치(Yp1, Yp2) 각각에 조사되는 스폿광(SP')은 오프·펄스광(OFp)(흰 원)이 된다. 게다가, 부주사 방향으로 늘어서는 5개의 화소(PIC)(비노광 화소)에 대해서 부주사 방향의 X방향의 외측에 인접하는 노광 화소는 엣지부 노광 화소(PIC')(일부에 사선을 그어 파선으로 나타냄)가 되고, X방향의 양단의 엣지부 노광 화소(PIC') 각각에 조사되는 부주사 방향으로 늘어서는 2개의 스폿광(SP')은, 부주사 방향에 관해서 비노광 화소에 인접하는 측이 온·펄스광(ONp)(검은 원)이 되고, 비노광 화소로부터 멀어지는 측이 오프·펄스광(OFp)(흰 원)이 된다. 즉, 도 14의 경우, 4×5화소의 미노광 패턴의 X방향의 양단의 외측에 인접하는 엣지부 노광 화소(PIC')를 통과하는 2개의 주사선(SLnC, SLnD)과, 2개의 주사선(SLnO, SLnP) 중, 4×5화소의 미노광 패턴으로부터 멀어진 측의 주사선(SLnC) 상과 주사선(SLnP) 상에서는, Y방향으로 늘어서는 비노광 화소(PIC)에 대응한 범위가 오프·펄스광(OFp)(흰 원)이 된다.

앞의 도 6에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 1화소(PIC, PIC')가 묘화 비트열 데이터(SDn)의 1비트로 나타내어지고, 그 1비트에 대응하여, 광원 장치(LS)로부터의 클록 신호(LTC)의 2클록 펄스(즉 스폿광(SP')의 2펄스분)가 대응하도록 설정되어 있다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 클록 신호(LTC)의 1클록마다, 발진되는 빔(LB)을 온·펄스광과 오프·펄스광으로 전환되도록, 도 4의 묘화 제어 장치(200) 내, 또는 도 5의 제어 회로(120) 내에, 묘화 비트열 데이터(SDn)에 근거하여, 주주사 방향에 관해서 1화소를 2비트로 나타내는 펄스 발광용의 맵 데이터(도 14 중의 온·펄스광(ONp)나 오프·펄스광(OFp)의 배치열(配置列) 데이터)를 작성하여 기억하는 메모리부가 마련된다. 즉, 그 펄스 발광용의 맵 데이터의 1개의 주사선에 대응한 총 비트수는, 묘화 비트열 데이터(SDn)의 1개의 주사선에 대응한 총 비트수의 2배가 된다. 광원 장치(LS) 내의 구동 회로(136a)(도 5)에는, 묘화 비트열 데이터(SDn) 대신에, 그 메모리부로부터 클록 신호(LTC)의 클록 펄스에 응답하여 읽어내어지는 펄스 발광용 맵 데이터의 시리얼인 비트 스트림 신호가 인가되어, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)은, 클록 신호(LTC)의 1클록 펄스마다 온·펄스광과 오프·펄스광 중 어느 하나로 전환하도록 제어된다.

게다가 본 실시 형태에서는, 광학 조건으로서의 스폿광(SP')의 직경(φ')을 표준적으로 설정되는 직경(φ)의 약 2배로 하기 위해, 기판(P)에 투사되는 빔(LBn)의 개구수(NA)를 표준적으로 설정되는 0.06 내지 약 반인 0.03으로 조정하는 기구가 마련된다. 도 15는, 앞의 도 3에 나타낸 묘화 유닛(Un) 내의 렌즈계(Gu1)와 렌즈계(Gu2)에 의한 빔 익스팬더계로부터 개구 조리개(NPA)까지의 광로를 나타내고, 도 15의 (A)는, 기판(P)에 투사되는 빔(LBn)의 개구수(NA)를 표준 설정인 0.06으로 한 상태를 나타내고, 도 15의 (B)는 기판(P)에 투사되는 빔(LBn)의 개구수(NA)를 0.03으로 한 상태를 나타낸다. 본 실시 형태에서는, 빔(LBn)의 개구수(NA)를 조정하기 위해, 빔 익스팬더계의 렌즈계(Gu1)를 구성하는 복수매(예를 들면 2매)의 렌즈 소자 중 적어도 일부의 위치를 광축 방향으로 조정할 수 있는 가동 기구를 마련하고, 렌즈계(Gu2) 뒤의 개구 조리개(NPA)로부터 사출되는 빔(LBn)의 직경을 가변으로 할 수 있도록 한다. 도 15의 (A)에 나타내는 바와 같이, 표준적인 광학 조건에서는, 개구 조리개(NPA)의 위치에서, 빔(LBn)의 강도 분포의 저변의 1/e²(피크 강도의 약 13.5%)의 강도가 개구 조리개(NPA)의 개구 지름(φb1)으로 컷됨으로써, 개구수(NA)가 0.06으로 설정된다. 또, 렌즈계(Gu1) 뒤에서 빔(LBn)이 빔 웨이스트가 되는 집광면(Po1)은, 렌즈계(Gu2)의 전측 초점 거리의 위치에 설정되어 있으므로, 렌즈계(Gu2)로부터 개구 조리개(NPA)를 향하는 빔(LBn)은 평행 광속이 된다. 또, 개구 조리개(NPA)는 렌즈계(Gu2)의 후측 초점 거리의 위치에 배치된다.

개구수(NA)를 표준적인 설정 조건인 0.06으로부터 0.03으로 저하시킬 때에는, 도 15의 (B)에 나타내는 바와 같이, 렌즈계(Gu1)를 구성하는 복수매의 렌즈 소자의 광축(AXe) 방향의 위치를 변경하여, 렌즈계(Gu1')로부터 사출되는 빔(LBn)이 광축(AXe) 상에서 도 15의 (A)의 집광면(Po1)과 동일 위치에서 빔 웨이스트가 되도록 수렴시킴과 아울러, 그 수렴도(혹은 집광면(Po1)으로부터의 발산도)를 도 15의 (A)의 경우에 비해 작게 되도록 조정한다. 이것에 의해서, 도 15의 (B)와 같이, 개구 조리개(NPA)의 개구로부터 사출되는 빔(LBn)은, 도 15의 (A)의 경우의 직경(φb1)보다도 작은 직경(φb2(≒φb1/2))으로 조정된다. 개구 조리개(NPA)를 통과하는 빔(LBn)의 직경을 Dφ로 하고, 도 3에 나타낸 묘화 유닛(Un)의 fθ렌즈계(FT)의 초점 거리를 Fft로 하면, 빔(LBn)의 기판(P) 상에 투사될 때의 개구수(NA)는 근사적으로 Dφ／Fft로 나타내어지고, 스폿광(SP')의 직경(φ')은, φ'≒0.6λ／NA(λ는 빔(LBn)의 파장)으로 나타내어진다. 따라서, 개구수(NA)를 작게 함(직경(Dφ)을 작게 함)으로써, 스폿광(SP')의 직경(φ')을 크게 할 수 있다. 이상과 같은 광학 조건(개구수 또는 스폿광의 직경)의 조정과, 도 14에 나타낸 바와 같은 스폿광(SP')의 온·펄스광과 오프·펄스광과의 설정에 의해서, 기판(P)의 감광층(Luｖ)에 노광되는 패턴의 엣지부에는 경사진 강도 분포의 노광광이 부여된다.

이상, 본 실시 형태에서는, 스폿광(SP')으로서 기판(P) 상에 투사되는 묘화 빔(LBn)의 강도를, 다수의 화소(PIC)로 규정되는 패턴의 묘화 데이터(묘화 비트열 데이터(SDn))에 근거하여 온·펄스광(ONp) 또는 오프·펄스광(OFp) 중 어느 하나로 변조하면서, 스폿광(SP')의 투사 위치를 기판(P) 상에서 화소(PIC)의 2차원적인 배열을 따라서 주주사 방향(Y방향)과 부주사 방향(X방향)으로 상대 주사하는 것에 의해, 기판(P) 상에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치에서, 묘화 비트열 데이터(SDn)에 근거하여, 상대 주사 중에 스폿광(SP')이 조사되는 노광 화소 각각에 대해서는, 묘화 빔(LBn)으로서 소정 주기(Tf)로 발진되는 펄스광의 소정 수를 사출하고, 상대 주사 중에 스폿광(SP')이 비조사가 되는 비노광 화소 각각에 대해서는 소정 수의 펄스광의 사출을 중단하는 광원 장치(LS)와, 묘화 비트열 데이터(SDn)에 근거하여, 노광 화소 중에서 패턴의 엣지부에 대응한 엣지부 노광 화소(PIC')에 대해서 사출되는 펄스광(온·펄스광(ONp))의 수가, 소정 수에 대해서 상대적으로 증감되도록 광원 장치(LS)를 제어하는 묘화 제어 장치(200)가 마련된다.

[변형예 1]

이상의 제1 실시 형태에서는, 광학 조건으로서의 스폿광(SP)의 직경을 확대(즉, 빔(LBn)의 개구수를 축소)하기 위해, 도 15와 같이, 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 마련되어 있는 렌즈계(Gu1)의 위치 조정을 행할 필요가 있었다. 본 변형예 1에서는, 도 1, 도 4에 나타낸 제1 빔 조정계(BMU)에 의해서, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 입사되는 빔(LBn)(평행 광속)의 직경을 조정한다. 도 16은, 변형예 1로서의 빔 조정계(BMU)의 개략 구성을 나타내고, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)의 광로(광축)를 따라서, 빔 익스팬더를 구성하는 렌즈계(LG1)(오목 렌즈)와 렌즈계(LG2)(볼록 렌즈), 광축 둘레로 회전 가능한 파장판(QPP), 편광 빔 스플리터(BSp), 및 축소 줌 광학계(VBC)가 마련되어 있다. 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)은, 직경이 1mm 정도의 평행 광속이지만, 렌즈계(LG1, LG2)에 의한 빔 익스팬더에 의해서 직경이 수mm 정도의 평행 광속으로 변환된다. 파장판(QPP)은, 회전 기구(210)에 의해서, 렌즈계(LG2)로부터 사출되는 빔(LB)의 편광 상태를, 세로의 직선 편광 상태로부터 가로의 직선 편광 상태의 사이에서 회전시킬 수 있다. 편광 빔 스플리터(BSp)는 XY면에 대해서 45° 경사진 편광 분리면을 가지며, 파장판(QPP)을 통과한 빔(LB)을, 그 편광 상태에 따라 편광 분리면을 투과하는 성분과 편광 분리면에서 -Z방향으로 반사하는 성분으로 분할한다. 그 분할의 비율은, 파장판(QPP)의 회전 각도 위치에 따라 임의로 조정 가능하고, 그것에 따라 편광 빔 스플리터(BSp)의 편광 분리면을 투과하여 축소 줌 광학계(VBC)를 향하는 빔(LB)의 강도를 조정할 수 있다. 또, 편광 빔 스플리터(BSp)의 편광 분리면에서 반사된 빔(LB)의 성분은, 광 흡수체(트랩)(LTR)에서 흡수된다.

편광 빔 스플리터(BSp)를 투과한 빔(LB)(평행 광속)은, 축소 줌 광학계(VBC)에 의해서, 입사시의 빔 지름을 소정의 배율로 축소한 평행 광속으로 변환되어 사출된다. 축소 줌 광학계(VBC)는, 앞의 도 15에 나타낸 빔 익스팬더의 렌즈계(Gu1, Gu2)의 배치를 반대로 한 것과 같은 렌즈계를 구비하며, 일부의 렌즈 소자(1매, 또는 2매)의 광축 방향의 위치가 이동 기구(212)에 의해서 조정된다. 이것에 의해서, 축소 줌 광학계(VBC)로부터 사출되는 빔(LB)(평행 광속)은, 직경이 소정 범위 내에서 임의의 지름으로 변경된 상태에서, 미러(M1)에 의해서 반사되어, 도 4에 나타낸 빔 전환부의 시리얼로 접속된 6개의 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))에 입사된다. 선택용 광학 소자(OSn) 각각에서 회절에 의해서 편향되어, 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각에 입사되는 빔(LBn(LB1~LB6))은, 축소 줌 광학계(VBC)로부터 사출되는 빔(LB)과 동일한 직경이 되도록 설정되어 있다. 따라서, 도 15의 (A)에 나타낸 바와 같이, 묘화 유닛(Un) 내의 빔 익스팬더(렌즈계(Gu1, Gu2))의 확대 배율이 표준적인 값 그대로(고정값)라도, 렌즈계(Gu1)에 입사되는 빔(LBn)의 직경을 표준적인 값으로부터 축소하는 것에 의해, 도 15의 (B)에 나타낸 바와 같이, 개구 조리개(NPA)를 통과하는 빔(LBn)을, 표준적인 직경(φb1)으로부터 직경(φb2)으로 축소할 수 있다. 이와 같이, 본 변형예 1에 의하면, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각의 렌즈계(Gu1)의 배치(빔 익스팬더의 배율)를 개별로 조정하지 않고, 1개소의 축소 줌 광학계(VBC)를 조정하는 것만으로, 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각으로부터 기판(P)에 투사되는 빔(LBn(LB1~LB6))의 개구수(NA)를 공통으로 저감시킬 수 있다.

[변형예 2]

이상의 제1 실시 형태나 변형예 1에서는, 광학 조건으로서의 스폿광(SP)의 직경을, 빔(LBn)의 개구수의 축소에 의해서, 베스트 포커스 위치(빔 웨이스트 위치)에서 확대하도록 했지만, 빔(LBn)의 개구수는 바꾸지 않고, 포커스 위치를 바꾸는 것에 의해서, 스폿광(SP)의 직경(φ)을 확대할 수도 있다. 도 17은, 스폿광(SP)이 기판(P) 상에 베스트 포커스 상태로 투사되어 있는 상태를 과장하여 나타내고, 빔(LBn)은 소정의 열림각(θna)으로 정해지는 개구수(NA(=sinθna))로 수렴되어, 기판(P)에 이른다. 빔(LBn)에는, 빔 웨이스트 위치에 대해서 일정폭의 초점 심도(深度)DOF) 범위가 존재하고, 그 DOF 범위 내에 기판(P)의 표면이 위치하는 경우, 스폿광(SP)은 기판(P)의 표면에 포커스 상태로 투사되었다고 보인다. 표준적인 설정에서는 DOF 범위 내에 기판(P)의 표면이 위치하도록, 예를 들면 도 1에 나타낸 스테이지 기구(ST) 내에 기판(P)의 높이 위치(Z방향 위치)를 미세 조정하는 포커스 조정 기구가 마련되어 있다. 그래서, 도 14에 나타낸 바와 같은 노광을 행할 때, 빔(LBn)의 개구수(NA)는 표준적인 값인 0.06으로 한 채로, 스테이지 기구(ST) 내의 포커스 조정 기구에 의해, 기판(P)의 표면이 도 17 중에 나타낸 DOF 범위의 외측의 Z위치 ＋Pz, 또는 Z위치 -Pz에 위치하도록 설정한다. 이것에 의해, 기판(P)의 표면에 투사되는 스폿광(SP)은 디포커스 상태가 되고, 스폿광(SP)의 직경(φ)을 확대시킬 수 있다.

그러한 디포커스 상태는, 예를 들면, 도 3, 도 15에 나타낸 빔 익스팬더(렌즈계(Gu1, Gu2)) 내의 집광면(Po1)의 위치(빔(LBn)의 빔 웨이스트 위치)를 설계상의 위치로부터 광축 방향으로 비켜놓는 것에 의해서도 만들어 낼 수 있다. 디포커스 상태는, 도 15의 (A)에 나타낸 묘화 유닛(Un) 내의 렌즈계(Gu1) 전체의 위치를 광축 방향으로 이동시키는 구성, 혹은 도 16에 나타낸 제1 빔 조정계(BMU) 내의 렌즈계(LG1)의 위치를 광축 방향으로 이동시키는 구성으로 함으로써 용이하게 만들어 낼 수 있다.

[변형예 3]

상기의 변형예 2와 유사한 방법이지만, 기판(P) 상에 투사되는 스폿광(SP)의 직경(φ)을 확대하기 위해, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)의 중심 파장(λo)을 약간 시프트시키거나, 빔(LB)의 파장폭(스펙트럼 폭)(Δλ)을 약간 넓히거나 함으로써, 의도적으로 색수차(色收差)를 발생시키도록 해도 좋다. 도 3에 나타낸 묘화 유닛(Un) 내의 굴절 광학 소자(특히 렌즈계(Gu1, Gu2), 실린드리칼 렌즈(CYa, CYb), fθ렌즈계(FT))의 초재(硝材)는, 파장 355nm에 대한 투과율이 높은 석영이기 때문에, 빔(LBn)의 중심 파장(λo)을 약간 시프트시키면, 석영의 색수차 특성에 의해 포커스 위치(빔 웨이스트 위치)가 광축 방향으로 어긋나, 기판(P) 상의 스폿광(SP)은 디포커스 상태가 된다. 또, 중심 파장(λo)은 바꾸지 않고 파장폭(Δλ)을 넓힌 경우도, 석영의 색수차 특성에 의해 빔 웨이스트 위치에서의 빔 지름이 굵어지므로, 기판(P) 상의 스폿광(SP)의 직경이 확대된다. 이와 같이, 빔(LB)의 중심 파장(λo)이나 파장폭(Δλ)을 의도적으로 조정하는 것은, 광원 장치(LS)를 도 5에 나타낸 바와 같은 파이버 앰프 레이저 광원의 구성상의 제약에 의해 어렵다.

그렇지만, 2대의 파이버 앰프 레이저 광원 각각을 1개의 클록 신호(LTC)에 응답하여 동기 발진시키고, 각각의 파이버 앰프 레이저 광원으로부터 동일한 타이밍으로 온·펄스광 또는 오프·펄스광이 발생하도록 제어하며, 각 파이버 앰프 레이저 광원으로부터의 빔(LB)을 동축으로 합성하여, 도 1 또는 도 4의 빔 조정계(BMU)에 공급하도록 구성하는 것은 용이하다. 이와 같이 2대의 파이버 앰프 레이저 광원을 이용하는 경우, DFB 반도체 레이저 소자(130, 132)로부터 펄스 발광되는 종광(S1, S2)의 파장, 여기광원(142)으로부터의 여기광(펌프 광, 차지 광)의 파장, 및 파장 변환 광학 소자(148, 150)에서의 매칭 조건을, 2대의 파이버 앰프 레이저 광원 사이에서 약간 다르게 함으로써, 중심 파장(λo)이 약간 다른 2개의 빔(LB)을 동축으로 하여 얻을 수 있다. 중심 파장(λo)의 차이는, 예를 들면 평균적인 파장폭(Δλ)(일 예로서는 40pm)과 동일한 정도, 혹은 그 이상으로 설정된다. 이와 같이 중심 파장(λo)이 약간 다른 2개의 빔(LB)의 온·펄스광을 동시에 이용하면, 빔 전체로서의 파장폭이 넓어진 것이 되어, 색수차의 영향에 의해서 스폿광(SP)의 직경이 확대된다. 또, 본 변형예에서는, 2대의 파이버 앰프 레이저 광원 각각으로부터 사출되는 빔(LB)을 동축으로 합성하여 묘화 유닛(Un) 각각에 공급하기 때문에, 기판(P)에 투사되는 빔(LBn)의 광 에너지를 2배로 할 수 있고, 감광층(Luｖ)의 감도가 낮은 경우, 감광층(Luｖ)의 광 흡수율이 높은 경우, 혹은 감광층(Luｖ)의 두께(RT)가 큰 경우에도, 감광층(Luｖ)에 적정한 노광량을 부여할 수 있다.

[변형예 4]

이상의 제1 실시 형태, 및 변형예 1~3에서는, 도 14에서 설명한 바와 같이, 기판(P) 상의 치수로서 설정되는 1개의 화소(PIC)의 XY방향의 치수와, 표준적으로 설정되는 스폿광(SP)의 직경(φ)은 동일한 정도로 설정되고, 1개의 화소(PIC)는, 확대된 직경(φ')의 스폿광(SP')의 온·펄스광(ONp), 또는 오프·펄스광(OFp)에 의해, 주주사 방향(Y방향)과 부주사 방향(X방향) 각각으로 φ／2의 피치로 조사되었다. 그렇지만, 화소(PIC)의 치수에 대해서, 표준적으로 설정되는 스폿광(SP)의 직경(φ)이 작은 경우라도 괜찮다. 도 18은, 도 14와 마찬가지로, X방향과 Y방향의 치수가 Dpx(μm)인 정방형의 화소(PIC)의 복수 중, 사선부로 나타낸 화소를 비노광 화소로 하고, 그 주위의 화소를 노광 화소로 하는 것과 같은 패턴을, 직경(φ')의 스폿광(SP')의 온·펄스광(ONp)(검은 원) 또는 오프·펄스광(OFp)(흰 원) 중 어느 하나로 조사할 때에 설정되는, 기판(P) 상의 조사 위치의 배열을 모식적으로 나타내는 도면이다. 본 변형예 4에서는, 화소(PIC)의 치수(Dpx)에 대해서, 표준적으로 설정되는 스폿광(SP)의 직경(φ)이, φ=(2/3)Dpx로 설정되고, 주사선(SLnA~SLnH) 각각을 따른 주주사 방향의 온·펄스광(ONp) 또는 오프·펄스광(OFp)의 조사 피치는 φ／2로 설정되고, 주사선(SLnA~SLnH)의 부주사 방향의 피치도 φ／2로 설정된다. 따라서, 표준적인 설정 조건에서는, 1개의 노광 화소(PIC)가, 3×3인 9개의 스폿광(SP)(직경(φ))에 의해 묘화된다.

앞의 도 14에서 설명한 바와 같이, 스폿광(SP)의 직경(φ)을, 확대된 직경(φ')의 스폿광(SP')으로 조정하여, 엣지부 노광 화소(PIC')에 인접하여 비노광 화소가 존재할 때에는, 그 엣지부 노광 화소(PIC') 내에서 가장 비노광 화소에 가까운 위치에 조사되는 스폿광(SP')이 온·펄스광(ONp)이 되고, 그 위치로부터 1열분(分)만큼 엣지부 노광 화소(PIC')의 내측으로 어긋난 위치에 조사되는 스폿광(SP')은 오프·펄스광(OFp)로 하도록 제어된다. 이와 같이, 표준적으로 설정되는 스폿광(SP)의 직경(φ)을 1화소의 치수(Dpx)보다도 작게 하면, 노광 화소의 1화소당 조사되는 온·펄스광(ONp)이 9개가 되기 때문에, 감광층(Luｖ)에 부여되는 노광량을 증가시킬 수 있다. 단, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)의 펄스 발진의 주파수(Fa)(주기(Tf))가 일정하다고 하면, 도 18과 같은 묘화 제어시에는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도를, 도 14와 같이 노광 화소 중 1개를 4개의 온·펄스광(ONp)에 의해 묘화할 때의 회전 속도의 2/3로 설정하고, 스테이지 기구(ST)에 의한 기판(P)의 부주사 방향의 이동 속도도 2/3로 설정할 필요가 있다.

[제2 실시 형태]

이상의 제1 실시 형태나 변형예 1~4에서는, 도 13에서 나타낸 시뮬레이션의 결과에 근거하여, 도 14나 도 18과 같이, 노광광의 조사를 받는 패턴의 엣지 위치에 가장 가까운 위치에 조사되는 스폿광은 온·펄스광(ONp)으로 하고, 그 내측에서 본래는 온·펄스광(ONp)으로서 조사되는 스폿광을 오프·펄스광(OFp)으로 함으로써, 패턴의 엣지 부분을 횡단하는 방향의 노광광의 강도 분포를, 도 9나 도 10과 같이 경사시키는 것으로 했다. 그렇지만, 감광층(Luｖ)의 화학적인 구조나 성분의 차이에 따라, 도 10과 같은 강도 분포의 노광광에 의해 패턴을 묘화해도, 도 8에 나타내는 바와 같이, 현상후의 감광층(Luｖ) 중의 개구부(HL)의 양측의 엣지부(Ewa, Ewb)가 기대대로 역테이퍼 모양이 되지 않는 경우도 있다. 일부의 포토레지스트, 예를 들면 화학 증폭형의 포토레지스트에 대해서, 포토마스크 상의 라인＆스페이스 모양의 패턴을 높은 콘트라스트상(contrast像)으로 하여 투영 노광하면, 현상후에 잔막된 라인 패턴의 레지스트상(像)의 두께 방향의 선폭이, 표면측에서는 굵고, 저면측에서는 가늘어지는 경향을 나타내는 경우가 있다. 즉, 제1 실시 형태와는 반대로, 묘화해야 할 패턴의 엣지부의 화소에 대해서는, 노광광의 강도를 높이는 제어가 필요하게 된다.

그래서, 본 실시 형태에서는, 그러한 특성을 가지는 포토레지스트가 감광층(Luｖ)으로서 형성된 기판(P)을 노광하는 경우에도, 현상후에 엣지부가 역테이퍼 모양의 사이드 월, 혹은 테이퍼가 거의 없는 수직인 사이드 월로 형성되도록, 묘화 조건이나 광학 조건을 조정한다. 도 19는, 앞의 도 14와 마찬가지로, 화소 치수(Dpx)가 4×4μm각의 화소(PIC)가 주주사 방향(Y방향)과 부주사 방향(X방향)으로 배열되고, 사선부의 비노광 화소 이외의 노광 화소에 대해서, 직경(φ)이 화소(PIC)의 치수(Dpx)와 동일한 정도의 스폿광(SP)(빔(LBn)의 개구수는 0.06)의 온·펄스광이 조사되는 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다. 본 실시 형태에서는, 주사선(SLnA~SLnE ···) 각각을 따른 스폿광(SP)의 온·펄스광(또는 오프·펄스광)의 조사 타이밍이, 스폿광(SP)의 직경(φ)의 1/4마다 생기도록, 광원 장치(LS)의 클록 신호(LTC)(주기(Tf))에 근거하여 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도가 조정되고, 또 주사선(SLnA~SLnE ···)이 부주사 방향으로 φ／2의 피치로 늘어서도록, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도와 스테이지 기구(ST)의 부주사 방향의 이동 속도가 동기 제어된다. 그리고, 묘화 비트열 데이터(SDn)의 1화소의 비트 데이터는, 클록 신호(LTC)의 주기(Tf)의 4개분에 대응하도록 설정된다. 또, 본 실시 형태에서, 부주사 방향으로 노광 화소가 연속하고 있을 때에는, 각 묘화 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)가 8개의 반사면을 1면 건너뛰어 빔(LBn)을 편향 주사하여, 도 19와 같이 부주사 방향으로 늘어서는 화소(PIC) 각각에 대해서 2개의 주사선이 대응하도록 설정된다.

도 4에 나타낸 묘화 제어 장치(200), 또는 도 5에 나타낸 광원 장치(LS) 내에는, 묘화 비트열 데이터(SDn)에 근거하여, 클록 신호(LTC)의 클록 펄스를 1개 간격을 두고(1펄스씩 건너뛰어) 할당하는 것과 같은 펄스 발광용의 비트 맵 정보가 생성되고, 그 비트 맵 정보를 클록 신호(LTC)의 각 클록 펄스에 동기하여 읽어낸 펄스 발광용의 비트 스트림 신호(PTS)를 출력하는 펄스 생성 회로가 마련된다. 이 펄스 생성 회로는, 묘화 비트열 데이터(SDn)를 앞서 읽어, 주목하는 화소가 논리값 「1」의 노광 화소이고, 또한 주주사 방향의 전후도 논리값 「1」의 노광 화소일 때에는, 주목하는 화소를 주주사 방향으로 φ／2의 간격으로 2개의 온·펄스광이 조사되는 비트열을 생성하고, 주목하는 화소가 논리값 「1」의 노광 화소이고, 또한 주주사 방향의 전후 중 어느 일방에 논리값 「0」의 비노광 화소가 있을 때에는, 주목하는 화소를 주주사 방향으로 φ／4의 간격으로 3개의 온·펄스광이 조사되는 비트열을 생성한다. 따라서, 도 19에 나타내는 바와 같이, 엣지부 이외의 노광 화소에 대해서는, 클록 신호(LTC)의 클록 펄스의 1개 간격을 두고(1펄스 건너뛰어) 이 빠진 상태로 온·펄스광(ONp)이 조사되지만, 패턴의 주주사 방향의 엣지부에 상당하는 노광 화소에 대해서는, 이 빠짐이 없도록 온·펄스광(ONp)이 추가된다.

이와 같이, 다수의 화소(PIC) 중의 노광 화소 중, 패턴의 주주사 방향의 엣지부가 되는 화소 이외의 노광 화소 각각에는, 비트 스트림 신호(PTS)에 응답하여, 클록 신호(LTC)의 클록 펄스의 1개 간격을 두고 스폿광(SP)의 2개의 온·펄스광(ONp)을 조사하고, 주주사 방향의 엣지부가 되는 노광 화소 각각에는, 비트 스트림 신호(PTS)에 응답하여, 클록 신호(LTC)가 연속한 3의 클록 펄스에 의해서 3개의 온·펄스광(ONp)을 조사하는 것에 의해, 엣지부에 대응한 노광 화소에 부여되는 노광광의 강도가 증대되고, 패턴의 엣지부의 콘트라스트를 높이는 엣지 강조(强調)가 행해진다. 도 20은, 주주사 방향으로 연속한 4개의 노광 화소와, 연속한 4개의 비노광 화소가 교호로 배열되는 라인＆패턴을, 도 19와 같은 묘화 제어의 알고리즘에 의해서 온·펄스광(ONp)을 조사했을 때에 얻어지는 주주사 방향에 관한 노광광의 강도 분포를 모식적으로 나타내는 도면이다. 이것에 의해, 화학 증폭형, 혹은 아크릴 수지를 함유하는 특정의 포토레지스트(네거티브 타입)에 의한 감광층(Luｖ)의 경우, 현상후에는 노광 화소의 부분이 잔막되고, 감광층(Luｖ)의 엣지부(사이드 월)는 역테이퍼 모양의 경사가 보다 강조되어 나타난다. 단, 감광층(Luｖ)의 종류에 따라서는, 사이드 월이 수직에 가까운 각도가 되기도 한다.

이상의 도 19에서는, 주주사 방향으로 늘어서는 다수의 화소(PIC) 중, 패턴의 엣지부에 대응한 노광 화소에 대해서는, 화소(PIC)의 치수(Dpx)(=스폿광(SP)의 직경(φ))의 1/4의 피치로 주주사 방향으로 늘어서는 3개의 온·펄스광(ONp)을 조사하고, 그 외의 노광 화소에 대해서는 화소(PIC)의 치수(Dpx)의 1/2의 간격으로 주주사 방향으로 늘어서는 2개의 온·펄스광(ONp)을 조사했다. 한편, 패턴의 엣지부는, 부주사 방향으로 늘어서는 다수의 화소(PIC) 중에도 존재한다. 즉, 엣지부가 되는 노광 화소(혹은 비노광 화소)가 주주사 방향으로 연속하여 늘어서 있는 부분이 존재한다. 도 21은, 그러한 부분에서의 묘화 제어의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 21에서, 스폿광(SP)의 직경(φ), 화소(PIC)의 치수(Dpx), 및 주사선(SLnA~SLnG···)을 따른 주주사 방향의 온·펄스광(ONp)과 오프·펄스광(OFp)의 조사의 배열 제어는, 도 19의 경우와 동일하다. 도 21에서는, 패턴의 엣지부가 되는 사선부로 나타낸 비노광 화소가 주주사 방향으로 연속하여 늘어서고, 그 비노광 화소에 대해서 부주사 방향에 인접하여 노광 화소가 주주사 방향으로 연속하여 늘어서 있다. 패턴의 엣지부가 되는 화소 이외의 화소(PIC)는, 부주사 방향에 관해서 2개의 주사선에 의해서 묘화된다.

그렇지만, 패턴의 부주사 방향의 엣지부가 되는 노광 화소에 대해서는, 부주사 방향에 관한 노광광의 강도 분포가 통상보다도 크게 되도록 설정할 필요가 있다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 부주사 방향에 관해서 엣지부가 되는 노광 화소를 3개의 주사선에 의해서 묘화하는 제어를 행한다. 도 21에서는, 도 19에서 나타낸 바와 같이, 피치 φ／2로 부주사 방향으로 늘어서는 주사선(SLnA~SLnG···) 중, 엣지부의 노광 화소에 대응한 2개의 주사선(SLnC, SLnD)의 사이에 추가의 주사선(SLnC')을 설정하고, 주사선(SLnC(또는 SLnD))에 대응한 비트 스트림 신호(PTS)과 동일한 비트 데이터에 근거하여, 주사선(SLnC') 상에서도 스폿광(SP)의 온·펄스광(ONp)과 오프·펄스광(OFp)이 조사되도록 제어한다. 그 제어를 위해, 앞의 도 19에서 설명한 바와 같이, 주사선(SLnA~SLnE ···)마다 설정되는 클록 신호(LTC)의 클록 펄스의 1펄스마다 온·펄스광(ONp)(논리값 「1」)이나 오프·펄스광(OFp)(논리값 「0」)를 설정하는 비트 스트림 신호(PTS)가 생성된다. 그렇지만, 도 21과 같이, 간격 φ／4로 추가되는 주사선(SLnC')이 존재하기 때문에, 본 실시 형태에서는, 도 22에 나타내는 바와 같이, 다른 주사선(SLnA)과 주사선(SLnB) 사이, 주사선(SLnB)과 주사선(SLnC) 사이, 주사선(SLnD)과 주사선(SLnE) 사이, 주사선(SLnE)과 주사선(SLnF) 사이,··· 각각에, 간격 φ／4로 추가의 주사선(SLnA'), 주사선(SLnB'), 주사선(SLnD'), 주사선(SLnE'),···을 설정하고, 추가의 주사선(SLnA'), 주사선(SLnB'), 주사선(SLnD'), 주사선(SLnE'),··· 각각에 대해서도 비트 스트림 신호(PTS(PTS－A, PTS－A', PTS－B, PTS－B', PTS－C, PTS－C', PTS－D, PTS－D', PTS－E, PTS－E', PTS－F,···))를 생성한다.

도 21에서는, 2개의 주사선(SLnA, SLnB)이 부주사 방향에 관해서 함께 비노광 화소 상에 위치하기 때문에, 그 주사선(SLnA, SLnB) 각각에 대응한 비트 스트림 신호(PTS－A, PTS－B)의 비트열은 「0」이다. 따라서, 주사선(SLnA)과 주사선(SLnB) 사이, 및 주사선(SLnB)과 주사선(SLnC) 사이에 추가된 주사선(SLnA', SLnB') 각각에 대응한 비트 스트림 신호(PTS－A', PTS－B')의 각 비트열은 「0」으로 셋팅된다. 2개의 주사선(SLnC, SLnD)은 부주사 방향에 관해서 함께 엣지부가 되는 노광 화소 상에 위치하기 때문에, 주사선(SLnC, SLnD) 각각에 대응한 비트 스트림 신호(PTS－C, PTS－D)의 비트열은, 도 22에 나타낸 바와 같이, 「0」과「1」을 반복하여 늘어놓은 것이 된다. 주사선(SLnC, SLnD) 상의 노광 화소는 엣지부가 되기 때문에, 주사선(SLnC)과 주사선(SLnD) 사이에 추가되는 주사선(SLnC')에 대응한 비트 스트림 신호(PTS－C')의 비트열은, 1개 바로 앞의 주사선(SLnC)에 대응한 비트 스트림 신호(PTS－C(또는 PTS－D))의 비트 데이터를 카피한 것으로 한다. 게다가, 엣지부가 되는 노광 화소로부터 1개 내측의 노광 화소 상에 위치하는 주사선(SLnE, SLnF) 각각에 대응한 비트 스트림 신호(PTS－E, PTS－F)의 비트열은, 도 22에 나타낸 바와 같이, 「0」과「1」을 반복하여 늘어놓은 것으로 셋팅되고, 주사선(SLnD)과 주사선(SLnE) 사이에 추가되는 주사선(SLnD')과, 주사선(SLnE)과 주사선(SLnF) 사이에 추가되는 주사선(SLnE') 각각에 대응한 비트 스트림 신호(PTS－D', PTS－E')의 각 비트열은 「0」으로 셋팅된다.

폴리곤 미러(PM)의 8개의 반사면 각각에 의한 빔(LBn)의 주사 개시의 타이밍마다, 비트 스트림 신호(PTS－A, PTS－A', PTS－B, PTS－B', PTS－C,···)가 순차적으로 읽어내어지고, 광원 장치(LS) 내의 구동 회로(136a)에 인가된다. 광원 장치(LS)는, 클록 신호(LTC)의 1클록 펄스마다 비트 스트림 신호(PTS)의 비트열의 각 비트값(「0」이거나 「1」)에 따라서, 빔(LB)을 온·펄스광(ONps)과 오프·펄스광(OFp) 중 어느 하나로 전환하여 발진한다. 이것에 의해, 부주사 방향에 관해서 엣지부가 되는 노광 화소는, 3개의 주사선(SLnC, SLnC', SLnD) 각각에 의해서 노광되고, 엣지부가 아닌 내측의 노광 화소는 2개의 주사선(SLnE, SLnF) 각각에 의해서 노광되므로, 도 21에 나타낸 부주사 방향의 엣지부에 대응한 노광 화소에 부여되는 노광광의 강도가 다른 노광 화소에 부여되는 노광광의 강도보다도 크게 할 수 있다. 엣지부가 아닌 내측의 노광 화소를 묘화하는 2개의 주사선(SLnE, SLnF)의 사이에 추가되는 주사선(SLnE')에 관해서는, 대응하는 비트 스트림 신호(PTS－E')의 비트열이 모두 「0」이기 때문에, 스폿광(SP)은 주사선(SLnE')을 따른 모든 노광 화소에 대해서 오프·펄스광(OFp)으로서 조사된다. 이것은, 도 22에서, 추가의 주사선(SLnA', SLnB', SLnD', SLnE') 각각의 주사 기간 중에는, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)이 대응하는 묘화 유닛(Un)에 온·펄스광(ONp)이 되어 공급되어 있지 않은 것을 의미하고, 폴리곤 미러(PM)는 1면 건너뛰어 빔(LBn)을 주사하고 있게 된다.

또, 도 22와 같이 생성된 비트 스트림 신호(PTS)의 데이터량(비트수)은, 묘화해야 할 패턴의 형상을 정방형의 화소(PIC)로 분해하고, 1개의 화소(PIC)를 1 피트로 나타내는 묘화 비트열 데이터(SDn)의 데이터량(비트수)에 비해, 16(4×4) 배가 되기 때문에, 비트 스트림 신호(PTS)를 일시적으로 기억하는 비트 맵 메모리는, 부주사 방향에 관해서 일정한 화소수, 예를 들면 100화소(주사선에서는 400개) 분만큼 기억할 수 있는 용량으로 하고, 1개의 주사선에 의한 묘화 동작이 완료할 때마다, 새로운 비트 스트림 신호(PTS)를 쓰도록 하는 것이 좋다.

이상, 본 실시 형태에서도, 앞의 제1 실시 형태와 마찬가지로, 스폿광(SP)으로서 기판(P) 상에 투사되는 묘화 빔(LBn)의 강도를, 다수의 화소로 규정되는 패턴의 묘화 데이터(묘화 비트열 데이터(SDn))에 근거하여 온·펄스광(ONp) 또는 오프·펄스광(OFp) 중 어느 하나로 변조하면서, 스폿광(SP)의 투사 위치를 기판(P) 상에서 화소의 2차원적인 배열을 따라서 주주사 방향(Y방향)과 부주사 방향(X방향)으로 상대 주사하는 것에 의해, 기판(P) 상에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치에서, 묘화 비트열 데이터(SDn)에 근거하여, 상대 주사 중에 스폿광(SP)이 조사되는 노광 화소 각각에 대해서는, 묘화 빔(LBn)으로서 소정 주기(Tf)로 발진되는 펄스광의 소정 수(도 19에서는 2펄스)를 사출하고, 상대 주사 중에 스폿광(SP)이 비조사가 되는 비노광 화소 각각에 대해서는 소정 수의 펄스광의 사출을 중단하는 광원 장치(LS)와, 묘화 비트열 데이터(SDn)에 근거하여, 노광 화소 중에서 패턴의 엣지부에 대응한 엣지부 노광 화소(PIC')에 대해서 사출되는 펄스광(온·펄스광(ONp))의 수가, 소정 수(도 19에서는 2펄스)에 대해서 상대적으로 증가하도록(3펄스로 하도록) 광원 장치(LS)를 제어하는 묘화 제어 장치(200)가 마련된다.

[변형예 5]

이상의 제2 실시 형태에서는, 스폿광(SP)의 직경(φ)과 화소(PIC)의 치수(Dpx)를, φ≒Dpx로 설정했지만, 1개의 노광 화소에 대해서 조사하는 온·펄스광(ONp)의 수를, 앞의 도 18과 같이 3×3개로 많이 할 수 있는 경우에는, 빔(LBn)의 개구수(NA)를 크게 하여, (Dpx/2)＜φ＜Dpx의 관계로 해도 괜찮다. 이 경우, 빔(LBn)의 개구수(NA)가 크게 되는 것에 의해, 감광층(Luｖ)에 노광되는 패턴의 엣지부의 콘트라스트(강도 분포)를 높일 수 있다. 빔(LBn)의 개구수(NA)의 최대값은, 도 3, 도 15에 나타낸 묘화 유닛(Un) 내의 개구 조리개(NPA)에 의해 빔(LBn)의 저변의 1/e²의 강도 이하를 컷하는 경우에는, 개구 조리개(NPA)의 개구의 직경(φb1), 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면의 주주사 방향에 대응한 방향(회전의 둘레 방향)의 치수, fθ렌즈계(FT)의 초점 거리 등에 의해서 제한된다. 그렇지만, 개구 조리개(NPA)의 개구를 통과하는 빔(LBn)의 단면 내의 강도 분포에서의 지름 방향의 주변 강도를 높이도록 조정하면, 기판(P) 상에 투사되는 빔(LBn)의 개구수(NA)가 겉보기 상에서 크게 할 수 있다.

도 23의 (A)는, 앞의 도 15에서 나타낸 개구 조리개(NPA)와 렌즈계(Gu2)의 배치를 나타내고, 본 변형예에서는, 도 15의 (B)에서 설명한 바와 같이, 렌즈계(Gu1)의 배치를 조정하여 렌즈계(Gu2)로부터 개구 조리개(NPA)를 향하는 빔(LBn)(평행 광속)의 직경을 가변으로 하는 기능을 이용한다. 표준적인 광학 조건의 설정에서는, 빔(LBn)의 강도 분포상의 저변의 1/e²의 강도 이하가 컷되도록 빔(LBn)의 직경이 설정되고, 개구수(NA)는 거의 0.06으로 설정된다. 이것에 대해서 렌즈계(Gu1)의 배치를 바꿔서, 표준적인 설정보다도 큰 직경이 되도록 빔(LBn)을 조정하면, 개구 조리개(NPA)의 개구를 통과한 후의 빔(LBn')은, 강도 분포상의 주변부가 1/e²의 강도보다도 높게 된다. 그 때문에, 개구 조리개(NPA)의 개구를 통과한 후의 빔(LBn')에는, 회절 현상에 의한 회절광의 퍼짐(비대)이 생겨, 개구수(NA)를 높일 수 있다.

도 23의 (B)는, 도 23의 (A)의 개구 조리개(NPA)의 위치에 배치되는 고리띠 조리개(NPA')의 평면도이다. 고리띠 조리개(NPA')는, 광축(AXe)이 통과하는 중심점으로부터 일정 반경의 원형의 차광부(NSa)와, 광축(AXe)이 통과하는 중심점으로부터 일정 반경으로, 빔(LBn(또는 LBn'))의 주변부를 컷하는 고리띠 모양의 차광부(NSb)와, 원형의 차광부(NSa)와 고리띠 모양의 차광부(NSb)와의 사이에 고리띠 모양으로 형성되는 투과부(NSc)를 구비하고 있다. 이러한 고리띠 조리개(NPA')를 이용하면, 고리띠 조리개(NPA')의 투과부(NSc)를 통과한 빔(LBn(또는 LBn'))의 단면 내에서의 강도 분포는 주변부가 높게 되게 되어, 최종적으로 기판(P)(감광층(Luｖ))에 투사되는 빔의 개구수(NA)를 높일 수 있다.

도 23의 (C)는, 도 23의 (B)와 같이 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 단면 내의 강도 분포를 고리띠 모양으로 하기 위해, 도 16에 나타낸 제1 빔 조정계(BMU) 내의 편광 빔 스플리터(BSp)와 축소 줌 광학계(VBC)와의 사이의 광로 중에 마련되는 고리띠화(化) 광학계의 구성을 나타낸다. 고리띠화 광학계는, 편광 빔 스플리터(BSp)로부터의 빔(LB)(평행 광속)의 단면 내의 강도 분포(Ds1)에서의 저변의 1/e²의 강도 이하를 컷한 강도 분포(Ds2)로 정형(整形)하는 고리띠 조리개(NPA')와, 광축(AXe)을 따라서 적당한 간격으로 배치되는 2개의 평볼록 모양의 원추 프리즘(콘(corn) 프리즘)(CP1, CP2)으로 구성된다. 2개의 콘 프리즘(CP1, CP2) 각각의 정점(頂点)은 광축(AXe) 상에 배치되고, 전단(前段)의 콘 프리즘(CP1)은, 입사되는 빔(LB)의 광축(AXe) 상의 중심 광선으로부터 빔(LB)의 외주 부근을 통과하는 주변 광선까지를, 원추 모양의 입사면에 의해서 광축(AXe)의 방향으로 일정한 각도로 굴절(편향)시킨다. 후단(後段)의 콘 프리즘(CP2)은, 콘 프리즘(CP1)에 의해서 편향된 중심 광선으로부터 주변 광선까지를, 원추 모양의 사출면에 의해서 원래의 광축(AXe)과 평행한 상태로 되돌린다. 따라서, 콘 프리즘(CP1)의 원추 모양의 입사면의 꼭지각과, 콘 프리즘(CP2)의 원추 모양의 사출면의 꼭지각은 동일하게 설정되어 있다. 콘 프리즘(CP1, CP2)을 광축(AXe) 방향으로 적절한 간격으로 배치하면, 콘 프리즘(CP2)을 통과한 빔(LB)의 단면 내의 강도 분포(Ds3)는, 중심부의 강도가 낮고 주변부의 강도가 높은 고리띠 모양이 된다. 콘 프리즘(CP1, CP2) 중 어느 일방을, 도 23의 (C)의 위치로부터 광축(AXe)을 따른 방향으로 이동시키면, 고리띠 모양의 강도 분포(Ds3)의 중심부와 주변부와의 강도의 밸런스나 고리띠의 지름을, 토탈의 광에너지의 손실이 없는 상태로 조정할 수 있다.

이상, 제1 실시 형태, 제2 실시 형태, 및 변형예 1~5에서는, 감광층(Luｖ)으로서의 포토레지스트를 네거티브 타입으로 했지만, 포지티브 타입이라도, 스폿광의 주사에 의한 직묘(直描) 방식의 노광기에서, 현상후의 패턴의 엣지에 대응한 레지스트상(像)(LTP')의 사이드 월의 경사량을 소망의 상태로 제어하는 것이 가능하다. 특히, 묘화해야 할 패턴을 화소 단위로 펄스 모양의 스폿광에 의해 묘화할 때에, 화소의 치수(Dpx)에 대한 스폿광의 치수(직경(φ))를 조정하여, 패턴의 엣지부가 되는 엣지부 노광 화소(PIC')에 대해서 부여되는 복수의 펄스 모양의 스폿광의 수를, 다른 노광 화소에 부여되는 스폿광의 수에 대해서 상대적으로 증감시킴으로써, 엣지부에 대응한 화소(PIC'), 또는 그 주위의 화소에 부여되는 노광광의 강도 분포를 임의의 상태로 바꾸는 것이 가능해진다. 그 때문에, 감광층(Luｖ)의 두께(RT)가, 1화소의 치수(Dpx), 혹은 묘화해야 할 패턴의 최소 선폭보다도 큰 경우에도, 감광층(Luｖ)의 잔막된 부분의 엣지부(도 8 중의 Ewa, Ewb)의 사이드 월을, 제어된 경사량(역(逆)테이퍼 모양과 순(順)테이퍼 모양 중 어느 하나라도 괜찮고, 거의 수직인 상태라도 괜찮음)으로 마무리할 수 있다.

또, 감광층(Luｖ)을 전기 주조 마스크 제조시나 배선층의 형성시의 도금 공정에서의 마스킹으로 하는 경우에는, 토쿄오카 공업 주식회사로부터 도금용 포토레지스트하여 판매되고 있는, 상품명 PMER　P－CS 시리즈, PMER　P－LA 시리즈, PMER　P－HA 시리즈, PMER　P－CE 시리즈, 혹은 나프토퀴논형(naphthoquinone型)이나 화학 증폭형에 의한 PMER　P－WE 시리즈, PMER　P－CY 시리즈의 포토레지스트, 상품명 PMER－N－HC600PY의 네거티브 타입의 포토레지스트 등을 이용할 수 있다. 그 외, 산에이화학 주식회사로부터 판매되고 있는 상품명이 SPR－558C－1, SPR－530CMT－A의 도금용 레지스트도 이용할 수 있다. 또, 패턴 묘화용의 빔(LBn)의 파장(λ)에서 적당한 광 흡수율을 가지며, 자외선 경화형 모노머·올리고머(oligomer)(에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트), 광 중합 개시제(開始劑), 광 증감제, 첨가제 등을 조성으로 하는 자외선 경화형 수지를 감광층(Luｖ)으로서 도포해도 좋다.

게다가, 가요성의 수지 필름이나 매우 얇은 유리판에 의한 기판 상에 전자 디바이스를 직접 형성하는 공정에서는, 기판 상에 형성되는 박막 트랜지스터의 전극간의 절연이나 다층 배선간의 절연을 위해, 미세한 영역(국소 영역)에만 선택적으로 절연층을 형성하는 경우가 있고, 그러한 절연층으로서 이용되는 포토레지스트도 있다. 절연층은 전자 디바이스의 동작 성능에 따라 여러 가지의 두께로 형성되지만, 도 24에 나타내는 바와 같이, 국소적인 절연층(ISL)에 걸치도록 배선 패턴층(PLc)을 국소적인 절연층(ISL) 상에 형성하는 경우, 그 절연층(ISL)의 주변 엣지의 사이드 월(Ewa, Ewb)은, 절연층(ISL)의 내측을 향해서 비교적으로 크게 경사져 있는 것이 바람직하다. 그와 같이, 현상후의 감광층(Luｖ)을 전자 디바이스의 절연층(ISL)으로서 이용하는 경우도, 제1 실시 형태, 제2 실시 형태, 및 변형예 1~5에서 나타낸 패턴 묘화 방법에 의하면, 절연층(ISL)의 주변 엣지부를 비교적으로 큰 순테이퍼 모양으로 형성하는 것이 가능하게 되어, 절연층(ISL) 상에 엣지부(Ewa, Ewb)를 횡단하도록 적층하여 형성되는 패턴층(배선층이나 전극층)(PLc)의 단선이나 크랙을 회피할 수 있다.

상기와 같이, 감광층(Luｖ)으로서는 여러 가지의 것이 이용될 수 있지만, 포토레지스트나 자외선 경화형 수지는, 그 재료 성분에 의해서 감광 감도나 광 흡수 특성이 다르기 때문에, 묘화용의 빔(LBn)의 강도를 적절히 조정하여 감광층(Luｖ)에 부여되는 노광량을 조정하는 것도 필요하다. 앞의 도 5에 나타낸 바와 같이, 광원 장치(LS)를 파이버 앰프 레이저 광원으로 하는 경우, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)의 강도(파워) 자체를 크게 변경시키는 것은 어렵다. 그래서, 묘화용의 빔(LBn)의 강도를 저감시키는(노광량을 감소시키는) 경우에는, 도 16에 나타낸 빔 조정계(BMU) 내의 파장판(QPP)을 회전 기구(210)에 의해서 회전시켜, 편광 빔 스플리터(BSp)를 투과하는 빔(LB)의 강도를 저하시키면 좋다. 반대로, 감광층(Luｖ)에 부여하는 노광량을 증가시키는 경우에는, 1개의 노광 화소를 묘화하기 위해 필요한 부주사 방향의 주사선의 갯수를 늘리는 다중 노광 모드로 한다. 다중 노광 모드에서는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도에 따라 가장 적은 주사선의 갯수로 노광 화소가 묘화되도록 설정된 기판(P)(스테이지 기구(ST))의 부주사 방향의 이동 속도(규정 속도, 표준 설정 속도로 함)에 대해서, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도는 바꾸지 않고, 기판(P)의 이동 속도를 규정 속도의 2/3, 1/2, 1/3, 1/4,··· 중 어느 하나로 저감시키거나, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도와 기판(P)의 이동 속도를 규정 속도의 2/3, 1/2, 1/3, 1/4,··· 중 어느 하나로 저감시키거나 함으로써, 노광 화소 각각에 대해서 보다 많은 주사선(많은 온·펄스광(ONp))을 할당하여 노광량을 증대시킨다. 다중 노광 모드에서, 기판(P)(스테이지 기구(ST))의 이동 속도가 규정 속도의 1/2이 되면 감광층(Luｖ)에 부여되는 노광량이 2배가 되고, 1/4이 되면 노광량이 4배가 된다.

[제3 실시 형태]

이상의 제1 실시 형태, 혹은 제2 실시 형태에서, 기판(P)의 감광층(Luｖ)에 노광되는 패턴의 주주사 방향(Y방향) 또는 부주사 방향(X방향)의 치수는, 설계상에서 미리 정해진 정방형의 화소(PIC(PIC'))의 XY방향의 치수(Dpx)(예를 들면, 2μm각)의 정수배의 관계로 설정된다. 그 때문에, 설계상에서 선폭이 14μm로서 규정된 패턴을 기판(P)의 감광층(Luｖ)에 통상으로 묘화하는 경우에는, 주주사 방향(Y방향) 또는 부주사 방향(X방향)으로 이어진 7화소분의 묘화 데이터가, 온·펄스광(ONp)(또는 오프·펄스광(OFp))가 되도록 설정된다. 그렇지만, 도 8에 나타낸 바와 같이, 감광층(Luｖ)의 현상후의 패턴상(像)의 엣지부(Ewa, Ewb)를 역테이퍼 모양으로 하는 것과 같은 특수 노광 모드의 경우, 묘화해야 할 패턴의 엣지부에 위치하는 엣지부 노광 화소(PIC')에 대해서는, 앞의 도 19~도 21에서 설명한 바와 같이, 보다 많은 수의 스폿광(SP)을 펄스 조사하는 경우가 있다.

즉, 묘화되는 패턴의 엣지부가 되는 감광층(Luｖ)의 부분에, 큰 적산 노광량(DOSE량)이 부여되기 때문에, 현상후에 감광층(Luｖ)에 형성되는 레지스트상(像)(LTP')의 선폭(엣지부(Ewa, Ewb)의 간격 등)이, 설계상에서 규정된 선폭(예를 들면 14μm)에 대해서, 오차를 일으키는 경우가 있다. 감광층(Luｖ)이 네거티브 레지스트인 경우, 노광량이 과다(과잉 복용)가 되면, 묘화용의 노광광(스폿광(SP))의 조사를 받은 감광층(Luｖ)의 부분의 외측(비노광부)에도 잔막부가 퍼지기 때문에, 현상후에 제거되는 감광층(Luｖ)의 선폭, 도 8에서는 엣지부(Ewa)와 엣지부(Ewb) 사이의 선폭이, 설계상의 목표값에 대해서 감소하게 된다. 또, 네거티브 레지스트의 두께를 통상의 두께(약 1μm)보다도 10배 이상으로 두껍게 하는 경우, 전체적으로 DOSE량을 증대시킬 필요도 생긴다.

그래서, 본 실시 형태에서는, 묘화 데이터 상에서 설정되는 1화소가, 표준 노광 모드시에 설정되는 스폿광(SP(SP'))의 주사 횟수(2회)에 비해, MP배(MP는, 예를 들면, 2, 3,···8, 10 등의 정수)만큼 증대시킨 주사 횟수로 묘화되도록, 스폿광(SP(SP'))의 주주사 방향의 주사 속도와 기판(P)의 부주사 방향의 이동 속도를 표준 노광 모드시에 비해 1/MP배로 저하시킨다. 아울러, 패턴의 CAD 데이터로부터 생성되는 묘화 비트열 데이터(SDn(또는 펄스 발광용 맵 데이터))는, 선폭의 충실도를 확보하면서, 감광층(Luｖ)의 현상후의 패턴의 엣지부(Ewa, Ewb)를 역테이퍼 모양으로 하는 조건으로 수정되어, 도 4의 묘화 제어 장치(200) 내, 또는 도 5의 제어 회로(120) 내의 메모리부에 생성된다.

도 25는, 일 예로서, 스폿광(SP)의 주주사 방향(Y방향)의 선폭(Ly)이 14μm이고 부주사 방향(X방향)으로 직선적으로 연장된 라인＆스페이스 패턴을, 표준 설정의 묘화 조건 하에서 노광하는 표준 노광 모드의 경우의 묘화 비트열 데이터(SDn)와 스폿광(SP)의 펄스 발광 타이밍과의 관계를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 25의 (A)는, 감광층(Luｖ)을 네거티브 레지스트로 한 경우에, 현상후에 레지스트상(像)으로서 잔막되는 라인 패턴부(LTPa)와, 현상후에 제거되는 스페이스 패턴부(LTPb)(사선부)와의 배치를 나타낸다. 네거티브 레지스트의 경우, 주사선(SLn)을 따라서 주사되는 스폿광(SP)이 온·펄스광(ONp)(검은 원)이 된 부분은 현상후에 제거되어, 오프·펄스광(OFp)(흰 원)이 된 부분은 현상후에도 잔막된다.

도 25의 (B)는, 묘화 데이터 상에서 규정되는 기판(P) 상에서의 화소 치수(Dpx)를, X방향과 Y방향 각각에서 2μm로 한 경우의 스페이스 패턴부(사선부) (LTPb)의 묘화 비트열 데이터(SDn)의 화소마다의 비트 패턴(「0」또는 「1」)과, 도 5의 광원 장치(LS)의 신호 발생부(120a)로부터 송출되는 클록 신호(LTC)와, 스폿광(SP)의 펄스 발광의 모습을 나타낸 도면이다. 본 실시 형태에서는, 화소 치수(Dpx)를 2μm로 했으므로, 스페이스 패턴부(사선부)(LTPb)와 라인 패턴부(LTPa)는, 주주사 방향으로 7화소(묘화 비트열 데이터(SDn) 상에서는 7비트분)로 규정되고, 묘화 비트열 데이터(SDn) 중의 스페이스 패턴부(LTPb)에 대응한 7화소(7비트)에는 논리값 「1」이 설정되고, 라인 패턴부(LTPa)에 대응한 7화소(7비트)에는 논리값 「0」이 설정된다. 또, 스폿광(SP)을 펄스 발광시키기 위한 클록 신호(LTC)의 주파수(Fa)는 400MHz(주기(Tf)=2.5nS)로 한다.

표준 노광 모드의 경우, 1화소를 주주사 방향과 부주사 방향 각각에 관해서 스폿광(SP)의 2펄스(온·펄스광(ONp))분으로 노광하는 것으로 하면, 주사선(SLn)을 따른 스폿광(SP)의 주사 속도(Vsp), 스폿광(SP)의 펄스 발진의 주기(Tf), 스폿광(SP)의 실효적인 직경(φ), 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR(rpm)), 폴리곤 미러(PM)의 반사면수(數)(Np), 폴리곤 미러(PM)의 1개의 반사면에 의한 주사 효율(1/α), 및 주사선(SLn)의 실효적인 주사 길이(LT)에 근거하여, 앞의 식 (2)에서 도출한 바와 같이,

(φ／2)/Tf=(8·α·VR·LT)/60　　···　식 (2)

의 관계로 설정된다.

그렇지만, 감광층(Luｖ)(네거티브 레지스트등)의 두께가 10μm 이상(예를 들면, 10~20μm)으로 두꺼워지면, 감광층(Luｖ)에서의 노광 파장에서의 흡수의 영향도 고려하여, 노광 화소에 부여되는 온·펄스광(ONp)의 DOSE량을 상당히 크게 설정할 필요가 있다. 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)의 파워(온·펄스광(ONp)의 피크 강도)를 배증(倍增)하는 것이 어렵고, 발진 주파수(Fa)를 더 배증하는 것도 어려운 경우, DOSE량을 증대시키기 위해서는, 발진 주파수(Fa)를 바꾸지 않고, 스폿광(SP)의 주사 속도(Vsp)와 기판(P)의 이동 속도(부주사 속도)를, 표준적인 설정값에 대해서 1/MP로 저하시키는 다중 노광 모드에 의한 묘화가 행해진다.

도 26은, 도 25에 나타낸 표준 노광 모드에서의 묘화 조건에 대해서, 스폿광(SP)의 주사 속도(Vsp)와 기판(P)의 이동 속도(부주사 속도)를 1/10(MP=10)로 저하시켜, 스페이스 패턴(LTPb)에 대해서 DOSE량을 증대시키는 경우의 펄스 발광용 비트열 데이터(SEn)의 생성의 모습과, 스폿광(SP)의 펄스 발광 타이밍의 모습을 나타내는 도면이다. 스폿광(SP)의 주사 속도(Vsp)(즉, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR))를 표준적인 설정값에 대해서 1/10로 저하시키는 경우, 1화소의 치수(Dxp)를 2μm각으로 규정한 묘화 비트열 데이터(SDn)에 근거하여, 묘화 비트열 데이터(SDn)의 1화소(1비트)분을 10비트분(10화소분)으로 하는 것과 같은 펄스 발광용 비트열 데이터(SEn)를 생성한다. 따라서, 묘화 비트열 데이터(SDn)에서 7화소(7비트)로 규정되는 스페이스 패턴(LTPb)의 주주사 방향의 선폭(Ly)(14μm)은, 펄스 발광용 비트열 데이터(SEn)에서 70비트(70화소)로 규정된다. 따라서, 표준 노광 모드에서, 화소 치수(Dpx)가 2μm각이고, 스폿광(SP)의 실효적인 주사 길이(LT)가 50mm인 경우, 주사 길이(LT)에 걸치는 1개의 주사선(SLn)에 대응한 묘화 비트열 데이터(SDn)의 전(全)화소수(전(全)비트수)는 2만 5천(3125바이트)인 것에 비해, 펄스 발광용 비트열 데이터(SEn)의 전(全)화소수(전(全)비트수)는 그 10배가 된다.

펄스 발광용 비트열 데이터(SEn)의 70화소분(70비트분) 전부에 논리값 「1」을 설정하고, 펄스 발광용 비트열 데이터(SEn)의 1화소(1비트)분을 스폿광(SP)의 1펄스에 대응시킨다. 이것에 의해, 선폭(Ly)이 14μm인 스페이스 패턴(LTPb)은, 클록 신호(LTC)가 연속한 70의 클록 펄스 각각에 응답하여 투사되는 스폿광(SP)의 온·펄스광(ONp)에 의해서, 도 26과 같이 스폿광(SP)의 직경(φ)의 1/10 정도씩 어긋나 다중 노광되어, DOSE량을 큰 폭으로 증대시킬 수 있다. 또, 도 26에서는, 도시의 편의상, 스폿광(SP)의 실효적인 직경(φ)(피크 강도의 1/e²의 강도로 규정되는 '에어리 디스크(airy disc) 지름'이라고도 함)을, 묘화 비트열 데이터(SDn)에 의해 규정되는 화소의 치수(Dpx)(2μm각)와 동일한 정도로 나타냈다. 그렇지만, 앞의 도 14, 도 15에서도 설명한 바와 같이, 스폿광(SP)의 직경(φ)은, 기판(P)에 투사되는 빔(LBn)의 개구수(NA)와 빔(LBn)의 파장(λ)(예를 들면, 355nm)에 의해서, φ≒0.6λ／NA의 관계로부터, 대체로 일의적으로 정해져 온다. 그 때문에, 파장(λ)을 355nm, 개구수(NA)를 0.06으로 한 표준 설정의 경우, 실제의 스폿광(SP)의 실효적인 직경(φ)은 약 3.55μm가 되고, 화소 치수(Dpx)(2μm각)에 대해서 1.8배 정도 크게 설정되어 있다. 스폿광(SP)의 직경(φ)을 작게 하는 경우에는, 개구수(NA)의 증대와 파장(λ)의 단파장화 중 적어도 일방을 행하게 된다.

도 26과 같이, 묘화 비트열 데이터(SDn)에 의해 규정되는 1화소의 화소 치수(Dpx)(2μm)에 대해서, 펄스 발광용 비트열 데이터(SEn)에 의해 규정되는 1화소(1비트)의 치수는, 스폿광(SP)의 주사 속도(Vsp)(폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR))가 표준 설정값의 1/10로 설정되기 때문에, 기판(P) 상에서는 0.2μm에 상당한다. 만일, 표준 노광 모드의 상태에서, 펄스 발광용 비트열 데이터(SEn)에 근거하여 스폿광(SP)의 온·펄스광(ONp)을 기판(P)에 조사하면, 기판(P) 상에는 주주사 방향의 선폭이 140μm인 스페이스 패턴(LTPb)이 묘화되게 된다. 이와 같이, 표준 노광 모드시에 설정되는 화소 치수(Dpx)(예를 들면, 2μm각)의 1화소에 부여되는 스폿광(SP)의 온·펄스광(ONp)(또는 오프·펄스광(OFp))의 수를, 표준적인 설정값보다도 많게 한 다중 노광 모드에서는, 그 다중 횟수(MP(2, 3, 4,···의 정수))에 비례하여, 적산 노광량을 증대시킬 수 있다. 이 다중 노광 모드는, 패턴 묘화에 필요로 하는 시간(택트·타임)을 표준 노광 모드에 비해 MP배로 증대시키게 되지만, 이하에서 설명하는 특수 노광 모드의 경우에는, 감광층(Luｖ)의 패턴의 엣지부(Ewa, Ewb)(도 8 참조)의 사이드 월을 소망의 경사각으로 제어하기 쉬워진다고 하는 이점이 있다.

도 27은, 도 26에서 설명한 다중 노광 모드용의 펄스 발광용 비트열 데이터(SEn) 중의 비트 패턴(논리값 「1」, 「0」의 배열)을 보정하여, 감광층(Luｖ)의 엣지부(Ewa, Ewb)의 사이드 월을 역테이퍼 모양으로 하는 특수 노광 모드의 모습을 설명하는 도면이다. 도 27에서도, 스폿광(SP)의 주사 속도(Vsp)와 기판(P)의 이동 속도(부주사 속도)는, 표준 노광 모드시의 설정에 대해서 1/10(MP=10)로 저하되고, 기판(P) 상에서 주주사 방향의 선폭(Ly)이 14μm인 스페이스 패턴(LTPb)을 묘화하는 것으로 한다. 도 26에서는, 펄스 발광용 비트열 데이터(SEn) 중의 스페이스 패턴(LTPb)에 대응한 70화소(70비트) 전부에 논리값 「1」(온·펄스광(ONp))이 설정되어 있었다. 그렇지만, 특수 노광 모드에서는, 도 27과 같이, 그 70화소(70비트) 중의 특정의 화소 위치(비트 위치)에 논리값 「0」(오프·펄스광(OFp))이 혼재하는 것과 같은 펄스 발광용 비트열 데이터(SEn)가 생성된다. 시뮬레이션의 결과, 본 실시 형태에서는, 스페이스 패턴(LTPb)의 선폭(Ly)을 14μm로 하면서, 역테이퍼 모양의 사이드 월을 형성하기 위해, 펄스 발광용 비트열 데이터(SEn) 중의 70화소(70비트)의 좌단(左端)을 1화소(1비트)째로 하고, 우단(右端)을 70화소(70비트)째로 했을 때, 화소 위치의 1~5화소(5비트분), 16~25화소(10비트분), 31~40화소(10비트분), 46~55화소(10비트분), 66~70화소(5비트분) 각각은 논리값 「0」으로 설정되고, 6~15화소(10비트분), 26~30화소(5비트분), 41~45화소(5비트분), 56~65화소(10비트분) 각각은 논리값 「1」로 설정된다. 또한 스페이스 패턴(LTPb)의 양측의 엣지부에 대응하는 가장 좌측의 화소 위치 1~5화소(5비트분)와 가장 우단의 화소 위치 66~70화소(5비트분) 각각에는, 현상후의 레지스트상(像)(잔막상)의 선폭을 목표값(14μm)으로 하기 위해, 시뮬레이션의 과정으로부터 의도적으로 논리값 「0」(오프·펄스광(OFp))이 설정된다.

도 27에 나타내는 바와 같이, 표준 노광 모드시에 설정되는 화소 치수(Dpx)가 2μm각의 7화소 중, 엣지부에 대응하는 좌단의 화소(1)와 우단의 화소(7)는, 엣지부 노광 화소(PIC')에 상당한다. 본 실시 형태에서는, 펄스 발광용 비트열 데이터(SEn) 중의 스페이스 패턴(LTPb)에 대응한 70화소(70비트)분 각각에 설정된 논리값 「0」, 「1」에 의한 시리얼인 비트 패턴에 응답하여, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)이, 클록 신호(LTC)의 클록 펄스의 주기(Tf)로 오프·펄스광(OFp)과 온·펄스광(ONp)으로 스위칭된다. 또, 도 27에서도, 도시의 편의상, 스폿광(SP)의 실효적인 직경(φ)을, 표준 노광 모드시에 설정되는 화소 치수(Dpx)의 2μm각과 동일한 정도로 나타냈지만, 실제의 시뮬레이션에서는, 스폿광(SP)의 직경(φ)을 반값 전체 폭(피크 강도의 1/2의 강도가 되는 직경)으로 규정하여 3.6μm로 했다.

도 28은, 도 27에 나타낸 펄스 발광용 비트열 데이터(SEn) 중의 스페이스 패턴(LTPb)(선폭 14μm)에 대응한 70화소(70비트)분의 온·펄스광(ONp)과 오프·펄스광(OFp)과의 적산된 광량(강도) 분포의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 도 28에서, 가로축은 스페이스 패턴(LTPb)의 주주사 방향(Y방향)의 중심 위치를 원점(O)으로 한 선폭값(μm)을 나타내고, 세로축은 도 11~도 13과 동일한 규격화 강도(Ipr)를 나타낸다. 도 28에서, 문턱값은, 노광후의 감광층(네거티브 레지스트) (Luｖ)을 현상한 후에 출현하는 레지스트상(像)의 선폭이 된다고 예상되는 상대 강도이다. 도 28 중의 광량 분포(SCb)는, 도 27에 나타낸 펄스 발광용 비트열 데이터(SEn)의 비트 패턴에 근거하여 펄스 발광한 스폿광(SP)의 온·펄스광(ONp)에 의해 적산된 분포를 나타낸다. 본 실시 형태에서의 특수 노광 모드에서는, 스페이스 패턴(LTPb)의 엣지부 부근(±5μm의 위치)에서 광량이 최대(규격화 강도(Ipr)로 약 9.0)가 되고, 중앙 부분(±2μm의 범위)에서 광량이 감소(규격화 강도(Ipr)로 약 5.9)되는, 더블·피크 모양(고양이 귀 모양)의 분포가 얻어진다. 또, 도 28 중의 광량 분포(SCa)는, 도 25의 (B)의 표준 노광 모드에서 노광되는 스페이스 패턴(LTPb)에 대응한 광량 분포의 시뮬레이션 결과의 그래프이며, 특수 노광 모드에서 얻어지는 광량 분포(SCb)와의 비교를 위해 병기했다.

도 25의 (A)에 나타낸 라인＆스페이스 패턴(LTPa, LTPb)을 기판(P) 상에 노광(묘화)할 때, 스페이스 패턴부(LTPb)에 대응한 적산 광량의 분포를, 도 28의 광량 분포(SCb)와 같은 더블·피크 모양으로 하면, 현상후에 기판(P) 상에 잔막되는 감광층(레지스트층)(Luｖ)의 단면 형상은, 도 29에 나타내는 바와 같은 프로파일이 된다. 도 29의 (A)는 앞의 도 25의 (A)와 동일한 라인＆스페이스 패턴(LTPa, LTPb)을 나타내고, 도 29의 (B)는, 현상후에 기판(P) 상에 잔막되는 감광층(네거티브 레지스트)(Luｖ)의 단면 형상을 모식적으로 나타낸 것이다. 본 실시 형태에서는, 감광층(Luｖ)이 스페이스 패턴부(LTPb)의 선폭(14μm)과 동일한 두께(예를 들면, 15μm)를 가지는 것으로 하고, 잔막된 감광층(Luｖ)의 엣지부(Ewa, Ewb)의 사이드 월은, 도 28 중의 광량 분포(SCb)와 같이, 스페이스 패턴부(LTPb)의 엣지부 부근의 광량을 중앙부의 광량에 대해서 증대시킴으로써, 역테이퍼 모양으로 경사질 수 있다.

도 30은, 실제로, 도 28 중의 광량 분포(SCb)를 갖게 하여 스페이스 패턴부(LTPb)를 감광층(Luｖ)에 노광하여 현상한 후의 레지스트상(像)의 단면 형상을, 주사형 전자 현미경(SEM)에서 계측한 SEM 관찰상이다. 이 노광 실험에서는, 기판(P)은 스테인리스의 박판의 표면에 니켈(Ni)을 도금하고, 그 표면에 네거티브형 포토레지스트의 PMER－N－HL600PY(토쿄오카 공업 주식회사제, 상품명)를 감광층(Luｖ)으로 하여 소정의 두께(예를 들면 15μm)로 도포하고, 소정의 건조 시간 후에, 도 3의 묘화 유닛(Un)을 이용하여, 도 25의 (A)에 나타낸 라인＆스페이스 패턴(LTPa, LTPb)을 특수 노광 모드로 노광했다. 노광시의 DOSE량(도 27 중의 펄스 발광용 비트열 데이터(SEn)의 비트 패턴과 온·펄스광(ONp)의 강도로부터 산정)은 약 140mJ/cm²로 했다. 게다가, 노광후의 기판(P)은 현상액 N－A5(토쿄오카 공업 주식회사제, 상품명)에 210초 침지하고, 감광층(Luｖ)을 포토 에칭했다. 이 조건에 의해서, 기판(P) 상에 잔막된 스페이스 패턴부(LTPb)에 대응한 감광층(Luｖ)의 엣지부(Ewa, Ewb)의 사이드 월의 경사각(θR)은, 실측의 결과, 약 29°가 되었다. 또, 도 30에서, 잔막된 감광층(Luｖ)의 보텀(bottom) 부분에서의 선폭은, 목표로 한 14μm보다도 약간 짧게 되어 있었지만, 이것은 DOSE량의 미세 조정이나 현상 시간의 최적화 등에 의해 개선될 수 있다.

[변형예 6]

이상의 제3 실시 형태에서는, 도 26에서 설명한 다중 노광 모드, 또는 도 27에서 설명한 특수 노광 모드에서, 광원 장치(LS)로부터의 빔(BM)의 발진 주파수(Fa)를 400MHz로 한 조건하에서, 스폿광(SP)의 주사 속도(Vsp)(폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR))와 기판(P)의 부주사 방향으로의 이동 속도를, 표준 노광 모드시에 설정되는 표준값의 1/MP(예를 들면, MP=10)로 설정했다. 빔(LB)의 발진 주파수(Fa)를 2배인 800MHz로 할 수 있으면, 스폿광(SP)의 주사 속도(Vsp)와 기판(P)의 이동 속도를 표준값의 2/MP(=1/5)로 설정할 수 있어, 기판(P)의 1매당 노광 처리 시간을 반감할 수 있다.

그렇지만, 도 5에 나타낸 바와 같이 광원 장치(LS)를 파이버 앰프 레이저 광원(파장 변환 광학 소자를 이용하여 자외 파장역의 레이저광을 출력하는 고조파 레이저 광원)으로 하는 경우, 발진 주파수의 증대에 따라서, 얻어지는 레이저 파워(온·펄스광(ONp)의 피크 강도)가 저감되어 버리는 경우가 있다. 그래서, 예를 들면 일본특허공개 제2017－067823호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 빔(BM)의 발진 주파수(Fa)를 400MHz로 한 광원 장치(LS)를 2대 준비하고, 제1 광원 장치(LS)로부터의 빔(BM)의 펄스광(온·펄스광(ONp)과 오프·펄스광(OFp))의 발진 주기의 1/2의 타이밍으로, 제2 광원 장치(LS)로부터의 빔(BM)의 펄스광(온·펄스광(ONp)과 오프·펄스광(OFp))이 발진되도록 동기 제어하여, 제1 광원 장치(LS)로부터의 빔(BM)과 제2 광원 장치(LS)로부터의 빔(BM)을 동축으로 합성하여, 800MHz로 발진하는 빔(BM)을 얻어도 괜찮다.

Claims

스폿광으로서 기판에 투사되는 묘화(描畵) 빔의 강도를, 다수의 화소로 규정되는 패턴의 묘화 데이터에 근거하여 변조(變調)하면서, 상기 스폿광의 투사 위치를 상기 기판 상에서 상기 화소의 2차원적인 배열을 따라서 상대 주사하는 것에 의해, 상기 기판 상에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서,
상기 묘화 데이터에 근거하여, 상기 상대 주사 중에 상기 스폿광이 조사되는 노광 화소 각각에 대해서는, 상기 묘화 빔으로서 소정 주기로 발진(發振)되는 펄스광의 소정 수(數)를 사출하고, 상기 상대 주사 중에 상기 스폿광이 비조사(非照射)가 되는 비노광(非露光) 화소 각각에 대해서는 상기 소정 수의 펄스광의 사출을 중단하는 광원 장치와,
상기 묘화 데이터에 근거하여, 상기 노광 화소 중에서 상기 패턴의 엣지부에 대응한 엣지부 노광 화소에 대해서 사출되는 상기 펄스광의 수가, 상기 소정 수에 대해서 상대적으로 증대 혹은 감소되도록 상기 광원 장치를 제어하는 묘화 제어 장치를 구비하는 패턴 묘화 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 스폿광이 상기 기판 상에서 주(主)주사 방향으로 1차원 주사되도록, 상기 묘화 빔을 편향시키는 광학 편향 부재와, 편향된 상기 묘화 빔을 상기 스폿광으로서 집광(集光)하는 주사용 렌즈계를 포함하는 묘화 유닛과,
상기 주주사 방향과 직교한 부(副)주사 방향으로 상기 기판과 상기 묘화 유닛을 상대 이동시키는 이동 기구를 더 구비하는 패턴 묘화 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 노광 화소 각각에 대해서 사출되는 상기 펄스광의 상기 소정 수가, 상기 화소의 배열의 방향에 관해서 2로 설정되어 있는 경우로서, 상기 엣지부 노광 화소에 대해서 사출되는 상기 펄스광을 상기 소정 수보다도 줄이는 경우에는, 상기 화소의 상기 기판 상의 치수에 대해서, 상기 스폿광의 실효적인 직경을 크게 설정하는 패턴 묘화 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 노광 화소 각각에 대해서 사출되는 상기 펄스광의 상기 소정 수는, 상기 주주사 방향 및 상기 부주사 방향 각각에 관해 동일한 값으로 설정되는 패턴 묘화 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 묘화 제어 장치는, 상기 주주사 방향에 관해서 상기 엣지부 노광 화소에 대해서 사출되는 상기 펄스광을 상기 소정 수보다도 늘리는 경우에는, 상기 엣지부 노광 화소에 대해서 상기 펄스광을 상기 소정 주기로 연속하여 사출하고, 상기 엣지부 노광 화소 이외의 상기 노광 화소에 대해서는 상기 소정 주기의 2 이상의 정수배의 주기마다의 상기 펄스광의 사출을 중단하도록 상기 광원 장치를 제어하는 패턴 묘화 장치.
청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 하나에 있어서,
상기 묘화 유닛은, 상기 광원 장치로부터 사출되어 상기 광학 편향 부재를 향하는 상기 묘화 빔의 강도 분포를 조정하는 광학 부재를 포함하는 패턴 묘화 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 광학 부재는, 상기 주사용 렌즈계를 통과하여 상기 기판에 조사되는 상기 스폿광의 직경을 가변으로 하기 위해, 광축 방향으로 위치 조정 가능한 렌즈계인 패턴 묘화 장치.
청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 하나에 있어서,
상기 기판 상에 조사되는 상기 스폿광의 직경을 변화시키기 위해, 상기 묘화 유닛의 상기 주사용 렌즈계에 의해서 집광되는 상기 묘화 빔의 빔 웨이스트(waist) 위치와 상기 기판과의 포커스 방향의 상대 위치를 조정하는 포커스 조정 기구를 더 구비하는 패턴 묘화 장치.