KR20220029480A - 노광 장치, 노광 방법, 및 반도체 장치의 제조방법 - Google Patents

노광 장치, 노광 방법, 및 반도체 장치의 제조방법 Download PDF

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KR20220029480A
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Abstract

노광 장치는, 주기 패턴을 갖는 원판을 조명하는 조명 광학계와, 상기 원판의 상을 기판에 형성하는 투영 광학계와, 상기 투영 광학계의 동공영역의 원점을 통과하며 상기 주기 패턴의 주기방향과 직교하는 직선에 대해서 선대칭인 광강도 분포가 상기 주기 패턴으로부터의 2차이상의 회절광을 포함하는 복수의 회절광빔에 의해 상기 동공영역에 형성되도록 상기 조명 광학계로부터의 광을 상기 원판에 비스듬히 입사시키고, 상기 기판의 숏 영역의 각 점이 2이상의 포커스 상태에서 노광되게 상기 기판의 노광을 제어하도록 구성된 제어부를 구비한다.

Description

노광 장치, 노광 방법, 및 반도체 장치의 제조방법{EXPOSURE APPARATUS, EXPOSURE METHOD, AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR APPARATUS}
본 발명은, 노광 장치, 노광 방법 및 반도체 장치의 제조방법에 관한 것이다.
노광 장치의 초점심도를 확대하는 방법으로서, ＦＬＥＸ(Ｆｏｃｕｓ Ｌａｔｉｔｕｄｅ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ)법이 알려져 있다. ＦＬＥＸ법은, 기판을 복수의 디포커스 상태에서 노광하는 방법, 혹은, 원판에 의해 투영 광학계의 상면(image plane) 근방에 형성되는 광강도가 광축방향으로 포개지도록 기판을 노광하는 방법으로서 정의될 수 있다. 일본 특허공개평 7-153658호에는, 홀(hole) 패턴과 같은 고립 패턴 혹은 미세 패턴을 양호하게 해상하기 위한 노광 방법이 기재되어 있다. 이 노광 방법에서는, 합초 점 및 복수의 디포커스 점의 각각에서 기판을 노광하는 다단계 노광이 행해진다. 합초 점의 노광에서는 복수의 디포커스 점의 각각에서의 노광보다도 코히런시 팩터(σ)의 값이 작게 설정된다.
본 발명은, 노광 장치의 초점심도의 향상에 유리한 기술을 제공한다.
본 발명의 일 측면은, 주기 패턴을 갖는 원판을 조명하도록 구성된 조명 광학계와, 상기 원판의 상을 기판에 형성하도록 구성된 투영 광학계를 구비하는, 노광 장치를 제공한다. 이 노광 장치는, 상기 투영 광학계의 동공영역의 원점을 통과하며 상기 주기 패턴의 주기방향과 직교하는 직선에 대해서 선대칭인 광강도 분포가 상기 주기 패턴으로부터의 2차이상의 회절광을 포함하는 복수의 회절광빔에 의해 상기 동공영역에 형성되도록 상기 조명 광학계로부터의 광을 상기 원판에 비스듬히 입사시키고, 상기 기판의 숏 영역의 각 점이 2이상의 포커스 상태에서 노광되게 상기 기판의 노광을 제어하도록 구성된 제어부를 구비한다.
본 발명의 추가의 특징들은, 첨부도면을 참조하여 이하의 실시예들의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도1은 제1실시 형태에 따른 노광 장치의 구성을 모식적으로 도시한 도면이고,
도2는 제1실시 형태에 따른 노광 장치에 있어서의 ＦＬＥＸ노광을 설명하는 도면이고,
도3은 원판에 설치될 수 있는 주기 패턴을 예시하는 도면이고,
도4a는 예 1에 있어서의 조명 광학계의 동공영역의 광강도 분포를 예시하는 도면이고,
도4b는 투영 광학계의 동공영역의 광강도 분포를 예시하는 도면이고,
도5a 내지 5c는 투영 광학계의 상면 근방에 형성된 광강도 분포를 각각 예시하는 도면이고,
도6a, 6b는 싱글 노광에 있어서의 디포커스량과 광강도 분포와의 관계를 예시하는 도면이고,
도7a는 예 2에 있어서의 조명 광학계의 동공영역의 광강도 분포를 예시하는 도면이고,
도7b는 예 2에 있어서의 투영 광학계의 동공영역의 광강도 분포를 예시하는 도면이고,
도8은 원판에 설치될 수 있는 2차원의 주기 패턴을 예시하는 도면이고,
도9는 예 3에 있어서의 조명 광학계의 동공영역의 광강도 분포를 예시하는 도면이고,
도10은 예 4에 있어서의 조명 광학계의 동공영역의 광강도 분포를 예시하는 도면이고,
도11a 내지 11c는 조명 광학계의 동공영역에 있어서의 광강도 분포와 투영 광학계의 상면 근방에 형성된 광강도 분포와의 관계를 각각 예시하는 도면이고,
도12a 내지 12c는 조명 광학계의 동공영역에 있어서의 광강도 분포와 투영 광학계의 상면 근방에 형성된 광강도 분포와의 관계를 각각 예시하는 도면이고,
도13은 제2실시 형태에 따른 노광 장치에 있어서의 ＦＬＥＸ노광을 설명하는 도면이고,
도14는 제3실시 형태에 따른 노광 장치에 있어서의 ＦＬＥＸ노광을 설명하는 도면이고,
도15는 제3실시 형태에 따른 노광 장치에 있어서 투영 광학계의 상면 근방에 형성된 광강도 분포를 예시하는 도면이고,
도16은 제4실시 형태에 따른 노광 장치의 구성을 모식적으로 도시한 도면이고,
도17은 제4실시 형태에 따른 노광 방법을 설명하는 도면이고,
도18a, 18b는 제5실시 형태에 따른 노광 방법을 설명하는 도면이고,
도19는 제6실시 형태에 따른 노광 방법을 설명하는 도면이고,
도20은 제6실시 형태에 따른 노광 방법을 설명하는 도면이고,
도21a는 제7실시 형태에 따른 노광 장치의 구성을 도시한 도면이고,
도21b는 제7실시 형태에 따른 노광 방법을 설명하는 도면이고,
도22a는 조명 광학계의 동공영역의 광강도 분포를 예시하는 도면이고,
도22b는 투영 광학계의 동공영역의 광강도 분포를 예시하는 도면이고,
도23a 내지 23c는 촬상 소자의 제조 공정을 예시하는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태는 청구된 발명의 범위를 한정하려는 것이 아니다. 실시 형태에는 복수의 특징이 기재되어 있지만, 이러한 복수의 특징들 모두를 필요로 하는 실시 형태에 한정하는 것이 아니고, 복수의 이러한 특징은 적절히 조합되어도 된다. 더욱, 첨부 도면에 있어서는, 동일 또는 유사한 구성에 동일한 참조 번호를 첨부하고, 그의 중복된 설명은 생략한다.
이하의 설명에서는, ＸＹＺ좌표계에 의해 방향이 표시된다. ＸＹＺ좌표계는, 기판의 표면에 평행한 면을 ＸＹ평면, 기판의 표면의 법선방향에 평행한 축을 Z축으로 하도록 정의된다. X방향, Y방향 및 Z방향은, 각각, ＸＹＺ좌표계에 있어서의 X축, Y축 및 Z축에 평행한 방향이다.
도1에는, 제1실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 노광 장치ＥＸＰ는, 원판(2)의 패턴을 기판(7)에 투영함으로써 기판(7)을 노광하는 투영 노광 장치로서 형성된다. 또한, 노광 장치ＥＸＰ는, 원판(2) 및 기판(7)을 주사하면서 기판(7)을 주사 노광하는 주사 노광 장치로서 형성될 수 있다. 노광 장치ＥＸＰ는, 조명 광학계(1)와, 원판구동기구(3)와, 투영 광학계(4)와, 기판구동기구(8)와, 조정부ＡＤ와, 제어부ＣＮ를 구비할 수 있다. 원판(2)은, 주기 패턴을 구비할 수 있다. 원판구동기구(3)는, 원판(2)을 보유해 주사 방향(Y방향)으로 구동한다. 조명 광학계(1)는, 원판구동기구(3)에 의해 보유된 원판(2)을 조명한다. 조정부ＡＤ는, 제어부ＣＮ에 의해 제어되도록 구성될 수 있다. 조정부ＡＤ는, 제어부ＣＮ에 내장되어도 좋다.
투영 광학계(4)는, 조명 광학계(1)에 의해 조명된 원판(2)의 패턴 상을 기판(7)에 형성한다. 혹은, 투영 광학계(4)는, 조명 광학계(1)에 의해 조명된 원판(2)의 패턴을 기판(7)에 투영한다. 조명 광학계(1)에 의해 조명된 원판(2)의 패턴은, 복수의 회절광빔을 발생한다. 원판(2)의 패턴으로부터의 복수의 회절광빔은, 투영 광학계(4)의 상면 근방에 원판(2)의 패턴 상(원판(2)의 패턴에 대응하는 광강도 분포)을 형성한다. 여기에서, 상면 근방은, 상면 및 그 근방을 포함한다. 기판구동기구(8)는, 기판(7)을 보유해 주사 방향(Y방향)으로 구동한다. 기판구동기구(8)는, 기판(7)을 비주사 방향(X방향)으로도 구동가능하다.
기판(7)은, 복수의 숏 영역을 구비할 수 있다. 숏 영역은, 리소그래피 공정에 있어서 이미 형성된 패턴(층)을 구비하는 경우도 있거나, 이러한 패턴(층)을 구비하지 않는 경우도 있다. 기판(7)은, 특별히 언급하지 않는 한, 반도체 또는 비반도체로 형성된 부재(예를 들면, 웨이퍼) 위에 포토레지스트층을 구비한다. 해당 부재와 해당 포토레지스트층과의 사이에는, 1 또는 복수의 층이 배치되어도 좋다.
조명 광학계(1)는, 동공영역을 구비한다. 조명 광학계(1)의 동공영역은, 조명 광학계(1)의 동공면 중 (도시되지 않은) 광원으로부터의 광이 입사할 수 있는 영역이다. 투영 광학계(4)는, 동공영역을 구비한다. 투영 광학계(4)의 동공영역은, 투영 광학계(4)의 동공면 중 조명 광학계(1)로부터의 광이 입사할 수 있는 영역이다. 노광 장치ＥＸＰ의 코히런스 팩터를 σ, 원판(2)으로부터 보았을 때의 조명 광학계(1)의 개구수를 ＮＡ1, 원판(2)으로부터 보았을 때의 투영 광학계(4)의 개구수를 ＮＡ2이라고 하면, σ은 이하의 식으로 정의된다.
σ = ＮＡ1/ＮＡ2
조정부ＡＤ 또는 제어부ＣＮ은, 원판(2)의 주기 패턴으로부터의 복수의 회절광빔이, 투영 광학계(4)의 동공영역에, 적어도 2개의 고광강도부를 포함하는 광강도 분포를 형성하도록, 조명 광학계(1)를 조정할 수 있다. 여기에서, 해당 복수의 회절광빔은, 2차이상의 회절광을 포함한다. 여기에서, 고광강도부는, 광강도 분포에 있어서의 나머지 부분(고광강도부이외의 부분)보다도 광강도가 높은 부분을 의미한다. 고광강도부의 형상은, 원형등의 특정한 형상에 한정되지 않고, 예를 들면, 직사각형이어도 좋다. 고광강도부는, 해당 고광강도부에서도 광강도가 낮은 영역에 의해 완전히 둘러싸여지는 영역, 또는 고광강도부에서도 광강도가 낮은 영역과 상기 동공영역의 경계에 의해 완전히 둘러싸여지는 영역일 수 있다. 또한, 해당 적어도 2개의 고광강도부는, 해당 주기 패턴의 주기방향과 직교하는 방향에 평행한 선(직선)에 대해서 선대칭으로 배치된다. 조정부ＡＤ는, 예를 들면, 원판(2)의 주기 패턴의 정보에 따라서, 투영 광학계(4)의 동공영역에, 해당 주기 패턴의 주기방향과 직교하는 방향에 평행한 선에 대해서 선대칭으로 배치된 적어도 2개의 고광강도부를 포함하는 광강도 분포가 형성되도록, 조명 광학계(1)를 조정할 수 있다. 원판(2)의 주기 패턴의 정보는, 예를 들면, 주기 패턴의 피치, 및, 주기 패턴의 주기방향등의 정보를 포함할 수 있다.
다른 관점에 있어서, 조정부ＡＤ 혹은 제어부ＣＮ은, 원판(2)의 주기 패턴으로부터의 2차이상의 회절광을 포함하는 복수의 회절광빔이 상기 동공영역에 소정의 광강도 분포를 형성하도록, 조명 광학계(1)로부터의 광을 원판(2)에 비스듬히 입사시키도록 구성될 수 있다. 해당 소정의 광강도 분포는, 투영 광학계(4)의 동공영역의 원점을 통과하고 원판(2)의 주기 패턴의 주기방향과 직교하는 직선에 대하여 선대칭인 광강도 분포일 수 있다.
조정부ＡＤ는, 예를 들면, ＦＰＧＡ(Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ의 생략.) 등의 ＰＬＤ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ의 생략.), 또는, ＡＳＩＣ(Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ의 생략.), 또는, 프로그램이 삽입된 범용 또는 전용의 컴퓨터, 또는, 이 구성요소들의 전부 또는 일부의 조합으로부터 형성될 수 있다. 이하의 설명에서는, 고광강도부를 극이라고도 부른다. "극"이라고 하는 용어를 사용하는 경우에 있어서도, 그 형상은, 원형등의 특정한 형상에 한정되지 않고, 예를 들면, 직사각형이어도 좋다.
조정부ＡＤ는, 예를 들면, 원판(2)의 주기 패턴의 정보(예를 들면, 주기 패턴의 피치, 주기 패턴의 주기방향등)에 따라, 복수의 조명 모드로부터 1개의 조명 모드를 선택하고, 해당 선택한 조명 모드가 설정되도록 조명 광학계(1)를 조정할 수 있다. 조정부ＡＤ는, 예를 들면, 미리 설정된 테이블을 참조하여, 원판(2)의 주기 패턴의 정보에 대응한 조명 모드를 선택할 수 있다. 해당 테이블은, 원판(2)의 주기 패턴의 정보와 조명 모드와의 대응 관계를 규정할 수 있다. 조명 모드는, 조명 광학계(1)의 동공영역에 형성되는 광강도 분포를 규정한다. 복수의 조명 모드에는, 예를 들면, 통상 조명(원형조명), 소σ조명, 극조명(2중극, 4중극등), 환형 조명 등이 포함될 수 있다. 조명 모드의 설정 혹은 선택은, 예를 들면, 복수의 개구조리개가 배치된 터릿(turret)의 회전, 또는, 복수의 ＣＧＨ(계산기 생성 홀로그램)가 배치된 터릿의 회전에 의해 행해질 수 있다. 조정부ＡＤ는, 예를 들면, 유저 지령에 근거해서 조명 모드를 결정해도 좋다.
제어부ＣＮ은, 기판(7)의 숏 영역의 각 점이 2이상의 포커스 상태(또는, 2이상의 디포커스 상태)에서 노광되도록 기판(7)의 노광을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로는, 제어부ＣＮ은, 투영 광학계(4)의 동공영역에 상기와 같은 소정의 광강도 분포가 형성된 상태에서, 기판(7)의 숏 영역의 각 점이 2이상의 포커스 상태(또는 2이상의 디포커스 상태)에서 노광되도록 기판(7)의 노광을 제어할 수 있다. 이러한 노광 방법을 이하에서는, ＦＬＥＸ법이라고 부른다. 제어부ＣＮ은, 예를 들면, ＦＰＧＡ(Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ의 생략.) 등의 ＰＬＤ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ의 생략.), 또는, ＡＳＩＣ(Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ의 생략.), 또는, 프로그램이 삽입된 범용 또는 전용의 컴퓨터, 또는, 이 구성요소들의 전부 또는 일부의 조합으로부터 형성될 수 있다. 제어부ＣＮ의 전부 또는 일부는, 조정부ＡＤ의 전부 또는 일부와 공통화 혹은 일체화되어도 좋다.
ＦＬＥＸ법은, 여러 가지의 구체화 방법에 의해 구체화될 수 있다. 제1실시 형태에서는, 제어부ＣＮ은, 기판(7)의 표면의 법선방향을 투영 광학계(4)의 광축(Z축에 평행)에 대하여 기울인 상태에서 기판(7)의 주사 노광이 행해지도록 기판(7)의 노광을 제어한다. 도2에는, 제1실시 형태에 따른 노광 방법이 모식적으로 도시되어 있다. 기판(7)에 입사하는 노광 광(슬릿에 의해 규정된 노광 광)의 범위는, 점선 10a, 10b로 표시되어 있다. 주사 노광에 있어서, 기판(7)은, ＸＹ평면에 대하여 X축주변에 관해서 경사진 평면을 따라 주사 방향(Y방향)으로 주사된다. 기판(7)의 숏 영역의 1개의 점이 점선 10b로부터 점선 10a까지 이동하면, 해당 1개의 점은, 투영 광학계(4)의 베스트 포커스면(9)을 끼우는 2개의 면의 사이의 거리Z1을 이동하면서 노광되게 된다.
환언하면, ＦＬＥＸ법이 적용된 주사 노광에서는, 기판(7)의 숏 영역의 임의점이 제1포커스 상태(또는 제1디포커스 상태)로부터 제2포커스 상태(또는 제2디포커스 상태)에 도달하도록 노광된다. 해당 제1포커스 상태(제1디포커스 상태)에서의 해당 임의점의 위치와 해당 제2포커스 상태(제2디포커스 상태)에서의 해당 임의점의 위치와의 사이의 투영 광학계(4)의 광축방향에 있어서의 거리Z1은, 해당 임의점에 있어서의 디포커스량의 범위다. 거리Z1은, ＦＬＥＸ법에 의한 초점심도의 확대에 기여하는 거리 혹은 양이며, 이후에는, 이것을 ＦＬＥＸ량이라고도 말한다.
도2에서는, 기판(7)의 표면의 법선방향을 투영 광학계(4)의 광축방향(Z축에 평행)에 대하여 기울인 상태에서 기판(7)의 주사 노광이 행해진다. 그렇지만, 원판(2)의 표면의 법선방향을 투영 광학계(4)의 광축방향(Z축에 평행)에 대하여 기울인 상태에서 기판(7)의 주사 노광이 행해져도 좋다.
도3에는, 원판(2)에 설치된 주기 패턴(11)이 예시되어 있다. P는 주기 패턴(11)의 피치(주기), S는 투과부의 선폭, L은 차광부의 선폭이다. 이 예에서는, 주기 패턴(11)의 주기방향은 X방향이다.
도4a에는, 제1실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ의 조명 광학계(1)의 동공영역(21)에 있어서의 예 1의 노광 광의 광강도 분포(유효광원분포)가 모식적으로 도시되어 있다. σx, σy는, 동공영역(21)에 있어서의 위치를 나타내는 동공좌표이며, 2개의 좌표축은, 각각 X축, Y축에 평행하다. 동공좌표의 원점은, 조명 광학계(1)의 광축과 일치한다. 도4a는, 2중극 조명의 예이며, D1, D2의 각각은 극을 나타내고 있다. 극 D1, D2는, σy축(Y축)에 대해서 선대칭한 위치에 배치되어 있다.
도4b에는, 도4a에 도시된 광강도 분포에 의해 원판(2)에 설치된 도3에 도시된 주기 패턴(11)을 조명했을 때에 주기 패턴(11)으로부터의 복수의 회절광빔에 의해 투영 광학계(4)의 동공영역(31)에 형성된 광강도 분포(회절광분포)가 모식적으로 도시되어 있다. ＰＯｘ, ＰＯｙ는, 동공영역(31)에 있어서의 위치를 나타내는 동공좌표이며, 2개의 좌표축은, 각각 X축, Y축에 평행하다. 동공좌표의 원점은, 투영 광학계(4)의 광축과 일치한다. D10은, 극D1으로부터의 0차 회절광이다. D11은 극D1로부터의 +1차 회절광이고, D1-1은, 극D1로부터의 -1차 회절광이다. D1-2는, 극D1로부터의 -2차 회절광이다. 이 예에서는, +2차 회절광과 3차이상의 회절광빔은, 투영 광학계(4)의 동공영역(31)에 입사하지 않는다.
도4b에는 도시되지 않고 있지만, 투영 광학계(4)의 동공영역(31)에는, 극D2로부터의 회절광도 입사한다. 보다 구체적으로는, 극D2로부터의 0차 회절광D20이 D1-1의 위치에 입사한다. 또한, 극D2로부터의 +1차 회절광D21이 D10의 위치에 입사하고, -1차 회절광D2-1이 D1-2의 위치에 입사한다. 또한, 극D2로부터의 +2차 회절광D22가 D11의 위치에 입사한다. 기판(7)에는, 회절광빔D10, D11, D1-1, D1-2, D20, D21, D2-1, D22에 의해 주기 패턴(11)의 상이 형성된다.
투영 광학계(4)의 동공영역(31)에 형성된 광강도 분포는, 주기 패턴(11)의 주기방향과 직교하는 방향(Y방향)에 평행한 선(ＰＯｙ축)에 대해서 선대칭으로 배치된 적어도 2개의 극, 보다 구체적으로는 4개의 극을 포함한다. 해당 4개의 극의 위치 및 영역은, D10, D11, D1-1, D1-2로 표시되어 있다.
여기에서, 도3에 도시된 주기 패턴(11)의 피치P와, 도4a에 도시된 동공영역(21)에 있어서의 극D1, D2와, 도4b에 도시된 동공영역(31)에 있어서의 회절광빔D10, D1-1, D11, D1-2와의 관계를 설명한다. 투영 광학계(4)의 개구수를 ＮＡ, 노광 광의 파장을 λ이라고 한다. 우선, 도4a에 도시된 극D1, D2 각각의 중심의 좌표(위치)는,
D1:σx=λ/(2×P×ＮＡ)
D2:σx=-λ/(2×P×ＮＡ)
로서 표현된다.
마찬가지로, 도4b에 도시된 동공영역(31)에 있어서의 회절광빔D10, D1-1, D11, D1-2 각각의 중심의 좌표(위치)는,
D10:ＰＯｘ=λ/(2×P×ＮＡ)
D11:ＰＯｘ=3λ/(2×P×ＮＡ)
D1-1:ＰＯｘ=-λ/(2×P×ＮＡ)
D1-2:ＰＯｘ=-3λ/(2×P×ＮＡ)
로서 표현된다.
예를 들면, 주기 패턴(11)의 상면상에서의 피치P가 800ｎｍ, ＮＡ=0.55, λ=248ｎｍ의 경우, σx=0.282이다.
도5a에는, 주기 패턴(11)의 투과부의 상면상에서의 선폭S를 200ｎｍ, 차광부의 폭L을 600ｎｍ으로서 설정하고 도4a에 도시된 유효광원분포를 사용하면서, 도2에 도시된 것과 같은 ＦＬＥＸ노광을 행했을 때에 얻어진 광학상이 도시되어 있다. 도4a에 도시된 유효광원분포에 있어서의 극D1, D2의 중심의 위치를 σ＝±0.282에 설정하였고, 극D1, D2 각각의 반경을 σ값으로 환산한 값을 0.05에 설정했다. 또한, 기판(7)의 노광에 있어서의 설정 포커스면의 위치(Z방향)에 대하여 ＦＬＥＸ법에 있어서 디포커스되는 양(ＦＬＥＸ량)을 ±1.2μm의 범위라고 했다(Ｚ1=2.4μm).
도5a의 횡축은, 주기 패턴(11)의 투과부S의 중심을 0으로 설정하면서 그 패턴(11)의 1주기에 상당하는 ±400ｎｍ의 범위의 광강도 분포를 나타내고 있다. 중심으로부터의 ±100ｎｍ이 그 주기 패턴(11)의 투과부S에 상당한다. 투영 광학계(4)의 베스트 포커스면(9)으로부터의 설정 포커스면의 어긋남량(디포커스량)을 0μm로부터 2.7μm까지 0.3μm간격으로 변화시켰다. 도5a로부터 알 수 있듯이, 베스트 포커스면(9)으로부터의 설정 포커스면의 어긋남량(디포커스량)을 2.7μm로 했을 경우에도, 광강도 분포가 거의 변화되지 않는다. 이에 따라, 초점심도가 크게 확대되는 것을 알 수 있다.
도5b, 5c에는 비교 예가 도시되어 있다. 도5b에는, σ=0.7의 원형조명으로 통상의 주사 노광을 행한 결과가 도시되어 있다. 도5c에는, σ=0.7의 원형조명으로, 설정 포커스면의 위치(Z방향)에 대하여 ＦＬＥＸ법에 있어서 디포커스되는 양(ＦＬＥＸ량)을 ±1.2μm의 범위(Z1=2.4μm)로 설정하면서 ＦＬＥＸ노광을 행하여서 얻어진 결과가 도시되어 있다.
도5b에 도시된 비교 예에서는, 베스트 포커스면(9)으로부터 설정 포커스면의 어긋남량(디포커스량)이 0.9μm를 초과하는 조건하에서 광강도 분포는 거의 평평해진다. 이에 따라, 초점심도는 ±1μｍ이하다. 도5c에 도시된 비교 예에서는, 베스트 포커스에서의 광강도는 평균화에 의해 저하하지만, 디포커스에 의한 광강도 분포의 변화의 방식이 완만해져, ±1.2μｍ이상까지 초점심도를 확대할 수 있다.
도5a, 5b의 각각은 ＦＬＥＸ노광의 결과를 도시하지만, 도4a, 4b에 도시된 조명 조건하에서 조명을 행하여서 얻어진 초점심도의 확대의 효과가 막대한 것을 알 수 있다. 상술한 바와 같은 초점심도의 확대는, 예를 들면, 후막 레지스트를 사용하는 프로세스 등에 있어서 유리하다.
여기에서, 주기 패턴(11)의 피치P와, 투영 광학계(4)의 ＮＡ와, 노광 광의 파장λ과의 관계를 설명한다. 도4a, 4b에 도시된 예에서는, 주기 패턴(11)으로부터의 2차이상의 회절광을 포함하는 복수의 회절광빔이 투영 광학계(4)의 동공영역(31)에, 주기 패턴(11)의 주기방향과 직교하는 방향에 평행한 선에 대해서 선대칭으로 배치된 적어도 2개의 극을 포함하는 광강도 분포를 형성한다. 따라서, D11 및 D1-2의 동공좌표상에서의 위치는 ±1이내에 위치될 필요가 있다. 도4b에 있어서, D1-2의 ＰＯｘ좌표가 -1이 되는 조건하에서의 Ｄ10의 중심은, 동공좌표상에서는 (1/3, 0)이므로, 주기 패턴(11)의 피치P는, P=(3/4)×(λ/ＮＡ)이다. 이에 따라, 주기 패턴(11)의 피치P는, 식(1)을 충족시킬 필요가 있다.
P>(3/4)×(λ/ＮＡ) ...(1)
또한, 도4a, 4b에 도시된 예에서는, 조정부ＡＤ는, 조명 광학계(1)의 동공영역(21)에 형성된 광강도 분포에 포함된 극D1, D2의 각각의 중심위치의 σ값이 1/3이하이도록, 조명 광학계(1)를 조정한다. 다른 관점에 있어서, 조정부ＡＤ는, 조명 광학계(1)의 동공영역(21)의 반경을 r이라고 하면, 광강도 분포에 포함된 극D1, D2의 각각의 중심위치가 동공영역(21) 원점으로부터 r/3이하의 범위에 위치하도록, 조명 광학계(1)를 조정하도록 구성될 수 있다.
도22a에는, 제1실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ의 조명 광학계(1)의 동공영역(21)에 있어서의 노광 광의 광강도 분포(유효광원분포)의 다른 예가 모식적으로 도시되어 있다. σx, σy는, 동공영역(21)에 있어서의 위치를 나타내는 동공좌표이며, 2개의 좌표축은, 각각 X축, Y축에 평행하다. 동공좌표의 원점은, 조명 광학계(1)의 광축과 일치한다. 도22a는, 2중극 조명의 예이며, D1, D2의 각각은 극을 나타내고 있다. 극 D1, D2는, σy축(Y축)에 대해서 선대칭한 위치에 배치되어 있다.
도22b에는, 도22a에 도시된 광강도 분포(2중극 조명)에 의해 원판(2)에 설치된 도3에 도시된 주기 패턴(11)을 조명했을 때에, 주기 패턴(11)으로부터의 복수의 회절광빔에 의해 투영 광학계(4)의 동공영역(31)에 형성된 광강도 분포가 모식적으로 도시되어 있다. ＰＯｘ, ＰＯｙ는, 동공영역(31)에 있어서의 위치를 나타내는 동공좌표이며, 2개의 좌표축은, 각각 X축, Y축에 평행하다. 동공좌표의 원점은, 투영 광학계(4)의 광축과 일치한다. D10은, 극D1으로부터의 0차 회절광이다. D1-1은, 극D1로부터의 -1차 회절광이다. D1-2은, 극D1로부터의 -2차 회절광이다. D1-3은, 극D1로부터의 -3차 회절광이다.
도22b에는 도시되지 않고 있지만, 투영 광학계(4)의 동공영역(31)에는, 극D2로부터의 회절광도 입사한다. 보다 구체적으로는, 극D2로부터의 0차 회절광D20이 D1-3의 위치에 입사한다. 또한, 극D2로부터의 +1차 회절광D21이, D1-2의 위치에 입사한다. 또한, 극D2로부터의 +2차 회절광D22가 D1-1의 위치에 입사한다. 또한, 극D2로부터의 +3차 회절광D23이 D10의 위치에 입사한다.
다음에, 2차이상의 회절광을 포함하는 복수의 회절광빔이 투영 광학계(4)의 동공영역에 선대칭 광강도 분포를 형성하는 조명 조건과 ＦＬＥＸ노광과의 조합으로 인해, 초점심도가 확대할 이유를 설명한다. 도6a, 6b에는, 도5a에 도시된 계산에서 사용된 상기 주기 패턴 및 유효광원을 사용하여, ＦＬＥＸ노광이 아닌 통상노광을 행할 때에 형성된 광강도 분포가 도시되어 있다. 도6a, 6b에 있어서, F의 값은 디포커스량을 나타내고 있다. 예를 들면, F=0은, 디포커스량이 0(즉, 베스트 포커스면)일 때에 얻어진 광강도 분포를 나타내고 있다. F=3.6은, 디포커스량이 3.6μm일 때에 얻어진 광강도 분포를 나타내고 있다. 도6a, 6b에는, 디포커스량을 0.6μm 피치로 변화시킨 결과가 도시되어 있다. 도6a, 6b의 각 그래프의 횡축은, 도5a의 횡축과 같고, 주기 패턴(11)의 투과부S의 중심을 0으로 설정하면서, 그 패턴의 1주기에 상당하는 ±400ｎｍ의 범위의 광강도 분포를 나타내고 있다.
도6a, 6b로부터 알 수 있듯이, 2.4μm을 1주기로서, 같은 광강도 분포가 주기적으로 드러난다. 이에 따라, 디포커스량의 변화에 따라 주기적으로 변화되는 광강도 분포를, 그 주기의 정수배에 상당한 디포커스량의 범위에서 평균화 함으로써, 도5a에 도시된 것 같은, 디포커스로 인해 거의 광강도 분포가 변화되지 않는 광학상이 얻어질 수 있다. 여기에서, 이러한 평균화는, 제1실시 형태에서는, ＦＬＥＸ법을 사용하여 주사 노광함으로써 실현된다. 도6a, 6b에 있어서, F=0.6과 F=3.0의 사이에서는 광강도 분포가 조금 다르고, 또한, F=1.2와 F=3.6의 사이에서도 광강도 분포가 조금 다르다. 이렇게 동위상에 있어서의 2개의 광강도 분포는, 서로 조금 다르다. 이것은, 도4a에 도시된 것과 같은 유효광원에 있어서의 극이 점이 아니고, 적절한 반경(예를 들면, σ값으로 환산했을 때의 0.05)을 가지기 때문이다.
다음에, 주기 패턴(11)의 피치P와, 노광 광의 파장λ과, ＦＬＥＸ노광에 의해 평균화해야 할 최적의 디포커스량 범위(ＦＬＥＸ량)와의 관계를 설명한다. 도6a, 6b를 참조해서 설명한 바와 같이, 주기 패턴(11)의 광학상은 디포커스량에 따라 주기적으로 변화된다. 따라서, 도4b에 도시된 것과 같은 투영 광학계(4)의 동공영역(31)에 있어서의 선대칭 회절광분포에 의해 형성된 광학상이 디포커스량의 변화에 따라 변화되는 주기를 계산한다.
투영 광학계(4)의 동공영역(31)에 있어서의 선대칭 위치로부터의 2개의 회절광빔 사이에서, 디포커스에 의해 위상차이가 생기지 않으므로, 해당 2개의 회절광빔에 의해 발생된 광강도 분포는, 디포커스량의 변화로 인해 변화되지 않는다. 도4b에 도시된 예에서는, D10과 D1-1과의 조합, 및, D11과 D1-2와의 조합은, 이 조건에 상당한다. 한편, D10과 D11과의 조합, 및 D11과 D1-1과의 조합의 각각은, 동공영역(31)에 있어서의 선대칭 위치의 조합이 아니다. 따라서, 디포커스량의 변화에 의해 위상차이가 발생하고, 디포커스량의 변화에 의해 광강도 분포가 변화된다. 그 회절광빔간의 위상차이는 디포커스에 의해 변화되고, 그 위상차이는 소정의 디포커스량에서 위제로가 된다. 위상차이가 제로가 되는 디포커스량의 간격이 주기ＰＰ이며, 광강도 분포의 형상은 디포커스량의 변화에 의해 주기적으로 변화된다.
도4b에 도시된 예에서는, D10과 D1-1은 동공영역(31)에 있어서의 선대칭 위치에 배치되고, D11과 D1-2는 동공영역(31)에 있어서의 선대칭 위치에 배치되어 있다. 이에 따라, D10과 D11과의 위상차이를 계산하여도 좋다. D10과 D11의 광축방향의 파장성분을 각각 λD10, λD11이라고 하면,
λD10=λ/(1-λ2/P2/4)1/2
λD11=λ/(1-9×λ2/P2/4)1/2
여기에서, 주기ＰＰ는, 식(2)로 주어진다.
ＰＰ=λD10×λD11/(λD11-λD10)
=λ/[(1-λ2/P2/4)1/2-(1-9×λ2/P2/4)1/2] ...(2)
P=800ｎｍ, 파장λ=248ｎｍ을 식(2)에 대입함으로써, ＰＰ=2417ｎｍ가 얻어진다. 따라서, 도6a, 6b에서 상술한 바와 같이, 디포커스량=약 2.4μm의 주기로 광강도 분포가 변화된다. 그러므로, 식(2)로 정의된 주기ＰＰ의 정수배의 범위에서 광강도 분포의 평균화를 행하는 것으로, 디포커스량의 변화에 대하여 변화가 작은 상이 형성된다.
초점심도를 확대할 때, 식(2)에 따라 주기 패턴의 피치P와 노광 광의 파장λ로부터 계산된 주기ＰＰ의 정수배에 상응한 범위(ＦＬＥＸ량)에서 디포커스량을 변화시키는 ＦＬＥＸ노광을 행함으로써, 초점심도가 최대화된다.
한편, ＦＬＥＸ법에 있어서의 디포커스량의 범위인 작은 거리Z1(ＦＬＥＸ량)이 노광 장치ＥＸＰ의 구성의 단순화에 있어서 유리하다. 따라서, 거리Z1은, 식(2')로 주어지는 것이 바람직하다.
Z1=λ/[(1-λ2/P2/4)1/2-(1-9×λ2/P2/4)1/2] ...(2')
식(2')로 주어지는 거리Z1의 70%이여도 초점심도는 확대하여서, 거리Z1은, 반드시 주기ＰＰ가 아니다.
도7a에는, 제1실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ의 조명 광학계(1)의 동공영역(22)에 있어서의 예 2의 노광 광의 광강도 분포(유효광원분포)가 모식적으로 도시되어 있다. 도7a에 도시된 예에서는, ＦＬＥＸ노광에 의한 평균화 효과를 얻기 위해서 폭이 작게 설정되어 있지만, σy축방향의 위치가 주기방향으로 결상에 영향을 미치지 않기 때문에 σy축방향으로 긴 길이를 갖는 직사각형의 극D3, D4가 규정되어 있다. 도3에 도시된 주기 패턴(11)의 피치를 P라고 하면, D3, D4의 중심의 σx축방향의 좌표는, ±λ/(2×P×ＮＡ)이다. 도7b에는, 도7a에 도시된 극D3로 주기 패턴(11)을 조명했을 경우에 투영 광학계(4)의 동공영역(32)에 형성된 광강도 분포(회절광분포)가 모식적으로 도시되어 있다. 도7b에는 도시되지 않고 있지만, 투영 광학계(4)의 동공영역(32)에는, 극D4로부터의 회절광도 입사한다. 보다 구체적으로는, 극D4로부터의 0차 회절광D40이 D3-1의 위치에 입사한다. 또한, 극D4로부터의 +1차 회절광D41이 D30의 위치에 입사하고, 극D4로부터의 -1차 회절광D4-1이 D3-2의 위치에 입사한다. 또한, 극D4로부터의 +2차 회절광D42가 D31의 위치에 입사한다. 따라서, 예 1에서와 같이, ＦＬＥＸ노광에 의한 초점심도의 확대의 효과가 얻어질 수 있다.
예 2는, 0차 회절광D30 전부와 -1차 회절광D3-1 전부가 동공영역(32)에 입사하지만, +1차 회절광D31 일부와 -2차 회절광D3-2 일부가 동공영역(32)에 입사하지 않고, 상 형성에 기여하지 않는 점에서 예 1과 다르다. 그 때문에, 예 2에 있어서 상면 근방에 형성된 광강도 분포는 예 1과 다르다. 그렇지만, 예 2는, ＦＬＥＸ노광에 의한 초점심도의 확대의 효과에 대해서는 예 1과 동등하다. 예 2는, 조명 광학계의 동공영역에 있어서의 극(유효광원)의 면적이 예 1보다도 크다. 이는, 조도의 향상 및 조도의 균일성의 향상에 유리하다.
도8에는, 제1실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ의 조명 광학계(1)의 동공영역(22)에 사용된 예 3에서 사용되는 주기 패턴(12)이 도시되어 있다. 예 3에서 사용된 원판(2)은, 2차원의 주기 패턴(12)을 구비한다. 2차원의 주기 패턴(12)은, X방향으로 피치P2의 주기성을 가짐과 아울러, Y방향으로도 피치P2의 주기성을 갖는다.
도9에는, 제1실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ의 조명 광학계(1)의 동공영역(23)에 있어서의 예 3의 노광 광의 광강도 분포(유효광원분포)가 모식적으로 도시되어 있다. 도9에 도시된 광강도 분포는, 도8에 도시된 주기 패턴(12)을 사용한 기판 노광에 있어서 사용될 수 있다. 조정부ＡＤ는, 도8에 예시되는 주기 패턴(12)을 포함하는 원판(2)을 사용해서 기판(7)을 노광할 때, 주기 패턴(12)의 정보에 근거해서 도9에 예시되는 광강도 분포가 조명 광학계(1)의 동공영역(23)에 형성되도록 조명 광학계(1)를 조정할 수 있다.
동공영역(23)에 형성된 광강도 분포는, 극D5, D6, D7, D8을 포함한다. 극D5, D6, D7, D8 각각의 중심의 σx, σy의 절대치(σx=σy)는, λ/(2×P2×ＮＡ)일 수 있다. 이러한 광강도 분포가 동공영역(23)에 형성되도록 조명 광학계(1)를 조정하고, 식(2)의 Ｐ에 P2를 대입해서 얻어진 광축방향의 거리Z1을 ＦＬＥＸ량으로서 사용하면서 ＦＬＥＸ노광을 행할 수 있다. 이에 따라, 2차원의 주기 패턴을 사용할 경우에 있어서도, 1차원의 주기 패턴을 사용하는 경우와 같이, 초점심도의 확대의 효과가 얻어질 수 있다.
도10에는, 제1실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ의 조명 광학계(1)의 동공영역(24)에 있어서의 예 4의 노광 광의 광강도 분포(유효광원분포)가 모식적으로 도시되어 있다. 예 4에서는, 예 2에 있어서의 극D3, D4를 갖는 광강도 분포에 대하여 극D9가 추가된 광강도 분포가 조명 광학계(1)의 동공영역(24)에 형성된다. 극D3, D4는, 주기 패턴의 주기방향과 직교하는 방향에 평행한 선에 대해서 선대칭으로 아울러 서로 이격해서 배치되어 있어서, 초점심도의 확대에 기여한다. 한편, 극D9는, 조명 광학계(1)의 광축상에 배치되어 있다. 극D9는, 초점심도의 확대에 기여하지 않지만, 베스트 포커스면 및 그 근방에 있어서의 상질의 개선에 기여할 수 있다.
도11a 내지 11c의 각각에는, 도10에 도시된 조명 광학계(1)의 동공영역(24)에 있어서의 광강도 분포의 전체의 광량에 대한 극D9의 광량의 비율을 변화시켰을 때 얻어진 상면 근방에 있어서의 광강도 분포의 변화가 도시되어 있다. 여기에서, 도11a 내지 11c의 각각의 광강도 분포는, 도3에 도시된 주기 패턴(11)을 사용하고, 투과부의 선폭S를 200ｎｍ, 피치P를 800ｎｍ로 설정하면서 계산되었다. 도11a는 동공영역(24)에 있어서의 광강도 분포의 전체의 광량에 대한 극D9의 광량의 비율이 0일 경우의 예, 도11b는 해당 비율이 15%일 경우의 예, 도11c는 해당 비율이 30%일 경우의 예를 도시하고 있다. 도11a에 도시된 것처럼, 극D9의 광량의 비율이 0일 경우는, 디포커스량을 0μm부터 2.7μm까지 변화시켰을 때의 상면 근방에 형성된 광강도 분포는 거의 변화되지 않는다. 한편, 도11b에 도시된 것처럼, 극D9의 광량의 비율을 15%로 하면, 베스트 포커스(디포커스량=0μm)에서의 중심부분의 광량이 증가하지만, 디포커스량의 변화에 따라 상성능이 변화된다. 더욱, 도11c에 도시된 것처럼, 극D9의 광량의 비율을 30%로 하면, 베스트 포커스(디포커스량=0μm)에서의 중심부분의 광량은 더욱 개선되지만, 디포커스량의 변화에 따라 상성능의 변화량이 더욱 커진다.
여기에서, 동공영역(24)에 있어서의 광강도 분포의 전체의 광량에 대한 극D9의 광량을 증가시키는 것은, 동공영역(24)에 있어서의 광강도 분포의 전체의 광량에 대한 극D3, D4의 광량의 비율을 감소시키는 것을 의미한다. 반대로, 동공영역(24)에 있어서의 광강도 분포의 전체의 광량에 대한 극D9의 광량을 감소시키는 것은, 동공영역(24)에 있어서의 광강도 분포의 전체의 광량에 대한 극D3, D4의 광량의 비율을 증가시키는 것을 의미한다. 동공영역(24)에 있어서의 광강도 분포의 전체의 광량에 대한 극D3, D4의 광량의 비율을 증가시키는 것은, 초점심도의 확대에 기여한다. 한편, 동공영역(24)에 있어서의 광강도 분포의 전체의 광량에 대한 극D3, D4의 광량의 비율을 감소시키는 것은, 베스트 포커스에 있어서의 상성능의 향상에 기여한다. 동공영역(24)에 있어서의 광강도 분포의 전체의 광량에 대한 극D3, D4(주기방향과 직교하는 방향에 평행한 선에 대해서 선대칭으로 아울러 서로 이격해서 배치된 적어도 2개의 극)의 광량의 비율은, 초점심도의 향상의 관점에 있어서, 50%이상인 것이 바람직하다. 도10에 도시된 예에서는, 극D9의 중심이 광축에 일치하고 있지만, 극D9의 중심은, 예를 들면 σy축상의 σy≠0의 위치에 배치되어도 좋다.
도12a 내지 12c의 각각에는, 도4a에 표시된 조명 광학계(1)의 동공영역(21)에 있어서의 광강도 분포에 포함된 극D1, D2의 크기를 변화시켰을 때 얻어진 상면 근방에 있어서의 광강도 분포의 변화가 도시되어 있다. 여기에서, 도12a 내지 12c의 각각의 광강도 분포는, 도3에 도시된 주기 패턴(11)을 사용하고, 투과부의 선폭S를 200ｎｍ, 피치P를 800ｎｍ로 설정하면서 계산되었다. 투영 광학계(4)의 베스트 포커스면(9)에 대한 설정 포커스면의 어긋남량(디포커스량)을 0μm부터 2.7μm까지 0.3μm간격으로 변화시켰다. 극D1, D2의 각각의 반경을, σ값으로 환산한 값(동공좌표)에 있어서, 0.05, 0.10, 0.15로 하였다. 도12a는 극D1, D2의 반경이 0.05일 때 얻어진 결과, 도12b는 극D1, D2의 반경이 0.10일 때 얻어진 결과, 도12c는 극D1, D2의 반경이 0.15일 때 얻어진 결과를 도시한 것이다. 극D1, D2의 각각의 반경을 변화시키는 것은, 주기 패턴의 주기방향에 있어서의 극D1, D2의 각각의 폭(지름)을 변화시키는 것과 등가다.
초점심도를 확대시키는 관점에서는, 극D1, D2의 각각의 반경이 작은 것이 바람직하다. 기판에 있어서의 조도의 균일성을 향상시키는 관점에서는, 극D1, D2의 각각의 반경이 큰 것이 바람직하다. 환언하면, 초점심도를 확대시키는 관점에서는, 주기 패턴의 주기방향에 있어서의 극D1, D2의 각각의 폭이 작은 것이 바람직하고, 기판에 있어서의 조도의 균일성을 향상시키는 관점에서는, 주기 패턴의 주기방향에 있어서의 극D1, D2의 각각의 폭이 큰 것이 바람직하다. 주기 패턴의 주기방향에 있어서의 극D1, D2의 각각의 폭은, 예를 들면, σ값으로 환산한 값에 있어서 0.3이하인 것이 바람직하다.
이하의 각 실시 형태에서는, ＦＬＥＸ법의 다른 구체화 방법을 설명한다. 또한, 이하의 각 실시 형태에서 언급하지 않는 사항은, 제1실시 형태를 따를 수 있다.
도13에는, 제2실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ의 ＦＬＥＸ노광시의 기판의 움직임이 도시되어 있다. 제2실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ는, 도1에 도시된 제1실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ와 같은 구성을 가질 수 있지만, 노광 방법이 제1실시 형태와 다르다. 도13에 도시된 제2실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ는, 스텝 앤 리피트 방식의 순차 이동형 노광 장치다.
제2실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ에서는, 기판(7)의 노광은, 원판(2) 및 기판(7)이 정지한 상태에서 행해진다. 이에 따라, 제2실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ에서는, ＦＬＥＸ노광은, 도13에 모식적으로 도시된 것처럼, Z방향의 제1위치P1으로부터 Z방향의 제2위치P2까지, 거리Z1의 범위에서, 기판(7)을 등속으로 이동시키면서 기판(7)을 노광함으로써 행해질 수 있다.
제1실시 형태와 제2실시 형태와의 차이는, 기판(7)의 ＦＬＥＸ노광의 방법뿐이며, 초점심도를 확대하기 위한 조명 조건의 설정이나 초점심도의 확대의 효과는 정확히 동일하다. 제2실시 형태에서, 원판의 주기 패턴의 피치P가 제1실시 형태에서와 같이 동일하면, 기판(7)의 광축방향의 이동량Z1은 제1실시 형태에서와 같은 값이다.
도14에는, 제3실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ의 ＦＬＥＸ노광시의 기판의 움직임이 도시되어 있다. 제3실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ에 있어서의 ＦＬＥＸ노광시의 기판의 움직임은, 제2실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ와 같다. 제3실시 형태에서는, 제어부ＣＮ은, 기판(7)의 숏 영역이 제1포커스 상태(또는, 제1디포커스 상태)와 제2포커스 상태(또는, 제2디포커스 상태)에서 노광되도록, 기판(7)의 노광을 제어한다. 제1포커스 상태(제1디포커스 상태)에서는, 통상의 노광량의 절반의 노광량으로 숏 영역이 노광된다. 그 후, 제1포커스 상태(제1디포커스 상태)로부터 제2포커스 상태(제2디포커스 상태)로 변경되어, 통상의 노광량의 절반의 노광량으로 해당 숏 영역이 더욱 노광된다.
해당 제1포커스 상태(제1디포커스 상태)에 있어서의 투영 광학계(4)의 광축방향(Z방향)에 있어서의 기판(7)의 위치P1'과 해당 제2포커스 상태(제2디포커스 상태)에 있어서의 투영 광학계(4)의 광축방향에 있어서의 기판(7)의 위치P2' 사이의 거리(ＦＬＥＸ량)를 Z2라고 하면, Z2=Z1/2의 관계가 있다. 즉, 거리Z2는, 식(3)으로 주어질 수 있다.
Z2=λ/[(1-λ2/P2/4)1/2-(1-9×λ2/P2/4)1/2]/2 ...(3)
이하, 제3실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ에 의해 행해진 ＦＬＥＸ법에 의해 초점심도가 확대되는 것을 설명한다. 여기에서는, 도3에 도시된 주기 패턴(11) 및 도4a에 도시된 유효광원을 사용한 예를 설명한다. ＦＬＥＸ노광을 행하지 않을 경우에, 상면 근방에 형성된 광강도 분포는, 이미 설명한 도6a, 6b에 도시된 것이 된다. 제1실시 형태에서는, 도6a, 6b에 도시된 광강도 분포를 Z방향(광축방향)으로 2.4μm의 폭으로 평균화(적산)했다. 이것은, 제1실시 형태에서는, 기판(7)을 경사시키면서 ＦＬＥＸ노광이 행해지므로, 설정 포커스면의 위치를 중심으로 해서 ±1.2μm의 범위의 광강도 분포가 평균되기 때문이다. 반대로, 제3실시 형태에서는, Z방향(광축방향)으로 거리Z2만큼 이격된 2개의 Ｚ방향 위치에서 노광된다. 주기적으로 변화되는 광강도 분포의 평균은, 주기ＰＰ의 절반에 상당한 거리만큼 이격된 2개의 Ｚ방향위치에서의 광강도 분포의 평균을 계산하는 것에 의해 얻어질 수 있다. 이것은, 주기 전체에 상당한 범위에서 광강도 분포를 평균하여서 얻어진 결과와 같은 결과를 얻을 수 있다.
도15에는, 도6a, 6b에 도시된 복수의 광강도 분포로부터 디포커스량이 1.2μm만큼 상이한 2개의 광강도 분포를 선택하고, 이 선택된 2개의 광강도 분포를 평균화해서 얻어진 광강도 분포가 도시되어 있다. 예를 들면, 디포커스량=0μm에 있어서의 광강도 분포는, 디포커스량=-0.6μm 및 디포커스량=+0.6μm에 있어서의 광강도 분포를 평균화 함으로써 얻어질 수 있다. 또한, 디포커스량=6μm에 있어서의 광강도 분포는, 디포커스량=0μm 및 디포커스량=-1.2μm에 있어서의 광강도 분포를 평균화 함으로써 얻어질 수 있다. 도15에 도시된 광강도 분포는, 도5a에 도시된 광강도 분포와 같다. 이에 따라, 초점심도의 확대의 효과가 얻어질 수 있다는 것을 안다.
도16에는, 제4실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 제4실시 형태에서는, 노광 광의 중심파장을 변경 함으로써 디포커스량을 변화시키고, 이것에 의해 ＦＬＥＸ노광이 행해진다.
제4실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ에는, 조명 광학계(1)에 노광 광을 공급하는 광원(41)을 구비할 수 있다. 일반적으로는, 노광 장치의 광원의 예로서는, 수은의 ｇ선(436ｎｍ) 또는 i선(365ｎｍ)의 광을 사용하는 수은 램프와, ＫｒＦ(248ｎｍ) 또는 ＡｒＦ(193ｎｍ)의 광을 사용하는 엑시머 레이저가 있다. 수은 램프를 광원으로서 사용하는 노광 장치에서는, 일반적으로, 광원은 조명 광학계의 내부에 배치될 수 있다. 엑시머 레이저를 광원으로서 사용하는 노광 장치에서는, 일반적으로, 광원은 조명 광학계의 외부에 배치될 수 있다.
제4실시 형태에서는, 노광 광의 파장을 변화시키는 기능이 필요하므로, 광원(41)으로서, 엑시머 레이저가 채용된다. 엑시머 레이저의 발광 스펙트럼의 반값폭은, 일반적으로 100∼300ｎｍ이다. 그렇지만, 광원(41)의 레이저 공진기내에 스펙트럼의 협대화 유닛을 배치함으로써, 반값폭이 1ｐｍ이하로 협대화될 수 있다. 또한, 광원(41)은, 투영 광학계의 노광 이력에 의한 광학특성의 변화나, 기압에 의한 광학특성의 변화를 보정할 목적으로, 중심파장을 제어하는 기능도 갖고 있다. 제어부ＣＮ은, 광원(41)이 발생하는 노광 광의 파장을 제어하는 기능을 갖는다.
도17에는, 제4실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ에 있어서의 ＦＬＥＸ노광의 방법이 예시되어 있다. 도17에 있어서, 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 광원(41)이 발생한 노광 광의 중심파장을 나타내고 있다. "1숏 노광 기간"은, 1개의 숏 영역상에서 주사 노광되는 기간이다. 주사 노광 장치에서는, 도2에 도시된 점선 10a와 점선 10b와의 사이의 구간을 기판(7)의 숏 영역의 1점이 통과하는 동안에 해당 1점이 노광된다. 그러므로, 해당 구간을 해당 1점이 통과하는 기간에 있어서, 파장λ0+Δλ/2로부터 λ0-Δλ/2까지 파장을 변화시킬 필요가 있다. 광원(41)으로서의 엑시머 레이저는, 펄스 레이저이므로, 노광 광의 중심파장은, λ0+Δλ/2 및 λ0-Δλ/2의 2개의 파장의 사이에서, 펄스마다 같은 간격으로 변경될 수 있다. λ0은, ＦＬＥＸ노광을 행하지 않을 경우에 광원(41)이 발생한 노광 광의 중심파장이다.
투영 광학계(4)의 축상 색수차를 C라고 하면, ＦＬＥＸ노광시에 기판(7)의 숏 영역의 각 점을 Z방향으로 구동할 때의 구동량Z1에 상당하는 중심파장의 변화량Δλ는, Δλ=Z1/C로 표현된다. 여기에서, 주기 패턴(11)의 피치를 P로 하면, 파장변화에 따라 광강도 분포의 변화를, 1주기분의 파장변화에 의한 평균화로 초점심도를 확대시키는 경우, 식(2')로부터, Δλ를 규정하는 식(4)가 얻어질 수 있다. 여기에서, λ0은, 노광 광의 피크 파장이며, λ은 λ0로 근사된다.
Δλ=λ0/[(1-λ02/P2/4)1/2-(1-9×λ02/P2/4)1/2]/C ...(4)
도18a, 18b를 참조하여, 제5실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ에 있어서의 ＦＬＥＸ노광을 설명한다. 제5실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ는, 도16에 도시된 제4실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ와 같은 구성을 가질 수 있다. 제5실시 형태에서는, 광원(41)이 발생한 노광 광의 중심파장을 시간적으로 변화시키는 것이 아니고, 노광 광의 발광 스펙트럼의 반값전폭(ＦＷＨＭ)이 증가된다. 도18a에는, 제5실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ가 통상의 노광을 행할 경우에 광원(41)이 발생한 노광 광의 발광 스펙트럼이 도시되어 있다. 도18b에는, 제5실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ가 ＦＬＥＸ노광을 행할 경우에 광원(41)이 발생한 노광 광의 발광 스펙트럼의 예가 도시되어 있다. 도18a, 18b의 각각에 있어서, 횡축은 파장을 나타내고, 종축은 스펙트럼 강도를 나타내고 있다. ＦＬＥＸ노광에 있어서는, 발광 스펙트럼의 ＦＷＨＭ이 Δλ가 되도록 제어부ＣＮ에 의해 광원(41)이 제어된다. 발광 스펙트럼의 ＦＷＨＭ을 Δλ의 값으로 설정함으로써, 파장을 변화시키지 않고 제5실시 형태의 ＦＬＥＸ노광과 동등한 효과를 얻을 수 있다. Δλ는, 초점심도를 최대로 확대하는 조건을 충족시키도록, 식(4)로 주어지는 것이 바람직하다.
도19를 참조해서 제6실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ에 있어서의 ＦＬＥＸ노광을 설명한다. 제6실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ는, 도16에 도시된 제4실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ와 같은 구성을 가질 수 있다. 제6실시 형태에서는, 광원(41)이 발생한 노광 광의 중심파장의 변화의 방식이 상이하다. 도19에 있어서, 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 광원(41)이 발생한 노광 광의 중심파장을 나타내고 있다. 광원(41)이 발생한 노광 광으로서, λ0+Δλ2/2 및 λ0-Δλ2/2 각각의 2개의 중심파장의 광빔이 교대로 사용된다. λ0은, ＦＬＥＸ노광을 행하지 않을 경우에 광원(41)이 발생한 노광 광의 중심파장이다. Δλ2는, 제3실시 형태에서 설명한 것처럼 ＦＬＥＸ량을 거리Z2로 설정하는 ＦＬＥＸ노광과 동등한 효과를 얻기 위한 2개의 중심파장간의 차이다.
투영 광학계(4)의 축상 색수차를 C로 하면, 파장차이Δλ2는, 식(3)으로부터 식(5)가 얻어진다.
Δλ2=Z2/C
=λ0/[(1-λ02/P2/4)1/2-(1-9×λ02/P2/4)1/2]/2/C ...(5)
도19에 도시된 예에서는, 2개의 파장의 노광 광빔을 펄스마다 교대로 발진시키고 있다. 그렇지만, 스텝 앤 리피트 방식의 노광 장치에서는, 노광의 전반과 후반으로 파장을 변경하면서 기판을 노광해도 좋다.
도20에는, 제6실시 형태의 변형 예가 도시되어 있다. 도19를 참조하여 설명한 방법에서는, 광원(41)은, λ0+Δλ2/2 및 λ0-Δλ2/2의 2개의 중심파장의 노광 광빔을 교대로 발생한다. 그렇지만, 도20에 도시된 것처럼, 2개의 중심파장의 노광 광빔을 동시에 발생시켜도 좋다. 2개의 중심파장의 간격은 Δλ2이고, 2개의 중심파장의 중심이 λ0이다.
제1 내지 제3실시 형태의 각각에서는, 기판의 숏 영역의 각 점이 2이상의 포커스 상태(또는, 2이상의 디포커스 상태)에서 노광되도록 기판을 구동함으로써 ＦＬＥＸ노광이 실현된다. 제4 내지 제6실시 형태의 각각에서는, 기판의 숏 영역의 각 점이 2이상의 포커스 상태(또는 2이상의 디포커스 상태)에서 노광되도록 노광 광의 파장을 변화시키는 것으로 ＦＬＥＸ노광이 실현된다. 제7실시 형태에서는, 제어부ＣＮ은, 기판의 숏 영역의 각 점이 2이상의 포커스 상태(또는 2이상의 디포커스 상태)에서 노광되도록, 기판을 구동하는 동작, 및, 노광 광의 파장을 변경하는 동작을 행한다.
기판을 구동하는 동작은, 기판의 위치를 연속적으로 변경하는 동작을 포함할 수 있다. 혹은, 기판을 구동하는 동작은, 제1포커스 상태(제1디포커스 상태)에서의 노광 후에 제2포커스 상태(제2디포커스 상태)에서의 노광을 위해, 제1포커스 상태(또는 제1디포커스 상태)로부터 제2포커스 상태(또는 제2디포커스 상태)로 변경하는 동작을 포함할 수 있다.
제어부ＣＮ은, 기판의 숏 영역의 각 점이 2이상의 포커스 상태(또는 2이상의 디포커스 상태)에서 노광되도록, 1개의 숏 영역에 대하여 제1동작 및 제2동작을 행해도 좋다. 해당 제1동작은, 투영 광학계(4)의 광축방향에 있어서의 기판(7)의 위치를 제1위치로 설정하고 노광 광의 파장을 제1파장으로 설정하면서 숏 영역을 노광하는 동작일 수 있다. 해당 제2동작은, 투영 광학계(4)의 광축방향에 있어서의 기판(7)의 위치를 해당 제1위치와 상이한 제2위치로 설정하고 노광 광의 파장을 해당 제1파장과 상이한 제2파장으로 설정하면서 해당 숏 영역을 노광하는 동작일 수 있다.
광원(41)의 중심파장을 변화시키는 방법에서는, 펄스간의 중심파장의 변경량이 Δλ이다. 현재 주류의 엑시머 레이저의 발진 주파수는, 4ＫＨｚ이므로, 펄스 간격은 0.25msec다. 중심파장의 정밀도를 유지하면서 0.25msec동안에 변경가능한 파장에는 한계가 있다.
도21a, 21b를 참조하여 제7실시 형태를 설명한다. 도21a에는, 제7실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ에 의한 ＦＬＥＸ법에 있어서의 기판(7)의 구동량(거리Z3)이 모식적으로 도시되어 있다. 도21b에는, 제7실시 형태에 따른 노광 장치ＥＸＰ에 의한 ＦＬＥＸ법에 있어서의 노광 광의 파장의 변경량(Δλ3)이 도시되어 있다. 광축방향의 2개의 위치(제1위치P1", 제2위치P2")에서 기판(7)을 노광할 경우에 초점심도를 최대화하는 조건은, 식(3)으로 주어질 수 있다. 2개의 파장으로 기판(7)을 노광할 경우에 초점심도를 최대화하는 조건은, 식(5)로 주어질 수 있다. ＦＬＥＸ법에 있어서의 노광 광의 파장의 최대변경량이 Δλ3이며, Δλ3 <Z2/C일 경우에는, 초점심도를 최대화 할 수 없다.
투영 광학계(4)가 굴절계일 경우, 축상 색수차로 인해, 장파장(즉, λ0+Δλ3/2)의 경우는 상면이 -Z축 방향으로 이동하고, 단파장(즉, λ0-Δλ3/2)의 경우는 상면이 +Z축 방향으로 이동한다. 기판(7)으로부터 상면의 이동량을 증가시키기 위해서는, 투영 광학계(4)에 가까운 제1위치P1"에서는 파장을 λ0+Δλ3/2로 설정하고 투영 광학계(4)로부터 먼 제2위치P2"에서는 파장을 λ0-Δλ3/2로 설정하는 것이 유리하다. 이 경우, 투영 광학계(4)의 축상 색수차의 값을 C로 하면, 식(6)을 충족시킬 경우에, 초점심도가 최대화될 수 있다.
Z3+Δλ3×C=Z2 ...(6)
상기한 각 실시 형태에 있어서, 1개의 숏 영역을 소정 디포커스 범위에서 ＦＬＥＸ노광할 경우에, 해당 소정 디포커스 범위를 복수의 소범위로 분할하고, 소범위마다 ＦＬＥＸ노광을 행해도 좋다.
(물품의 제조 방법)
본 실시 형태에 따른 대표적 노광 장치를 이용하여 반도체장치(메모리나 촬상 소자등의 광전변환 장치)를 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 따른 노광 장치는, 후막 프로세스를 포함하는 반도체장치의 제조 방법에 사용되는 것이 바람직하다. 후막 프로세스는, 필요한 레지스트 막의 두께가 두꺼운 프로세스이다. 후막 프로세스의 일례로서, 촬상 소자(광전변환 장치)에 있어서의 화소분리부의 형성 공정이 있다.
이하, 도23a 내지 23c를 참조하여, 촬상 소자의 제조 공정에 있어서의 화소분리부의 형성 공정에 대해서 설명한다. 공정S101에 있어서, 서로 반대측의 면인 제1면S1 및 제2면S2를 갖는 반도체 기판(101)을 준비한다. 반도체 기판(101)은, 전형적으로는, 실리콘 기판 혹은 실리콘층이다. 다음에, 공정S102에 있어서, 반도체 기판(101)의 제1면S1 위에 절연막(예를 들면, 실리콘 산화막)(102)을 형성한다.
다음에, 공정S103에 있어서, 반도체 기판(101)의 제1면S1 위, 보다 구체적으로는, 반도체 기판(101)의 제1면S1 위의 절연막(102) 위에, 레지스트(103)를 도포한다. 더욱, 공정S104에 있어서, 상술한 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 투영 광학계의 동공면에 소정의 광강도 분포가 형성된 상태에서, 반도체 기판(101)의 숏 영역의 각 점이 2이상의 포커스 상태(또는 2이상의 디포커스 상태)에서 노광되도록 노광 동작을 행한다. 이에 따라, 레지스트(103)에 패턴 상을 형성하고, 에칭 처리 등을 거쳐서 홈(트렌치)(104)을 형성한다. 초점심도를 확대한 상태에서 노광 동작을 행하는 것으로, 레지스트(103)에 원하는 형상의 패턴 상을 형성할 수 있다.
다음에, 공정S105에 있어서, 반도체 기판(101)을 드라이 에칭법 등에 의해 에칭 함으로써, 반도체 기판(101)의 제1면S1의 측에 홈(105)을 형성한다. 이 에칭에 있어서 반도체 기판(101)의 제1면S1을 보호하기 위해서, 레지스트(103)를 두껍게 도포하는 것이 필요하다.
그 후, 공정S106에서는, 레지스트(103)를 제거하고, 홈(105)을 통해서 반도체 기판(101)에 이온을 주입함으로써, 게터링 영역(106)을 형성한다. 다시 말해, 공정S106에서는, 반도체 기판(101)의 제1면S1 중 홈(105)이 존재하는 영역이외가 절연막(102)으로 마스크 된 상태에서 그 홈(105)을 통해 반도체 기판(101)에 이온을 주입한다. 게터링 영역(106)은, 홈(105)의 밑바닥 아래에 위치된 제1부분과, 홈(105)의 측방에 위치된 제2부분을, 포함할 수 있다. 일례로서, 해당 제1부분에 있어서의 제14족 원소의 농도가, 해당 제2부분에 있어서의 제14족 원소의 농도보다도 높다. 이온은, 반도체 기판(101)이 실리콘 기판일 경우, 실리콘이외의 제14족 원소의 이온일 수 있다. 이온의 주입에는, 이온 주입 장치가 사용될 수 있다. 이온을 주입하기 위한 가속 에너지는, 하드 마스크로서의 절연막(102)을 이온이 주입되지 않고 반도체 기판(101)에 도달하지 않도록, 결정될 수 있다. 예를 들면, 이온을 주입할 때의 절연막(102)의 두께가 300ｎｍ이며, 가속 에너지가 20ｋｅＶ정도이면, 이온은 절연막(102)을 통해 주입되지 않는다.
반도체 기판(101)이 실리콘 기판으로 제조된 경우, 공정S106에 있어서 반도체 기판(101)에 주입되는 이온을 형성하는 재료는, 탄소가 적합하다. 탄소를 함유하는 탄화수소 분자가 채용되어도 좋다. 반도체 기판(101)이 실리콘 기판으로 제조된 경우, 공정S106에 있어서 반도체 기판(101)에 주입되는 이온을 형성하는 재료는, 게르마늄, 주석 또는 아연일 수 있다. 반도체 기판(101)으로서의 실리콘 기판에 탄소, 게르마늄, 주석 또는 아연의 이온을 주입하면, 실리콘 기판에 국소적 변형을 주고, 이러한 국소적 영역은 게터링 사이트로서 기능한다. 홈(105)을 통해서 반도체 기판(101)에 이온을 주입함으로써, 비교적 낮은 가속 에너지로도, 반도체 기판(101)의 깊은 위치에 게터링 영역(106)을 형성할 수 있다.
다음에, 공정S107에 있어서, 절연막(102)을 제거한다. 공정S108에 있어서, 홈(105)내에 절연체가 배치 혹은 충전되도록, 감압ＣＶＤ법 등의 막형성 방법에 의해, 홈(105)내 및 반도체 기판(101)의 제1면S1 위에 절연막(예를 들면, 실리콘 질화막)(107)을 형성한다. 이어서, 공정S109에 있어서, 절연막(107) 중 반도체 기판(101)의 제1면S1 위에 존재하는 부분을 ＣＭＰ법 등에 의해 제거한다. 이에 따라, 절연막(107) 중 홈(105)내에 존재하는 부분이, 홈(105)에 배치 혹은 충전된 화소분리부(108)로서 남는다.
공정S108 및 공정S109를 행할 필요가 없다는 것을 주목한다. 공정S108 및 공정S109가 행해지지 않을 경우에는, 홈(105)은 화소분리부로서 기능할 수 있는 공극으로서 남는다. 홈(105)내에 배치된 화소분리부(108)는 홈(105)에 완전히 충전될 필요는 없고, 공극은 홈(105)내에 존재해도 좋다. 화소분리부(108)는 절연체만으로 형성될 수 있지만, 절연체와 비절연체(반도체 혹은 전도체)의 조합에 의해 형성될 수 있다. 이 경우, 비절연체와 반도체 기판(101)과의 접촉을 피하기 위해서, 절연체가 비절연체와 반도체 기판(101)과의 사이에 배치될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 반도체 기판(101)에 홈(105)을 형성하는 제1형성 공정과, 홈(105)내에 화소분리부(108)를 형성하는 제2형성 공정을 거쳐, 화소분리부(108)가 형성된다. 그 후, 복수의 화소분리부의 사이의 영역에 전하축적 영역, 게이트 전극등이 형성됨으로써, 촬상 소자를 형성한다. 본 실시 형태에 따른 물품의 제조 방법은, 종래의 방법보다, 물품의 성능, 품질, 생산성 및 생산 코스트 중 적어도 1개에 있어서 우수하다.
그 밖의 실시예
또한, 본 발명의 실시 형태(들)는, 기억매체(보다 완전하게는 '비일시적 컴퓨터 판독 가능한 기억매체'라고도 함)에 레코딩된 컴퓨터 실행가능한 명령들(예를 들면, 하나 이상의 프로그램)을 판독하고 실행하여 상술한 실시 형태(들)의 하나 이상의 기능을 수행하는 것 및/또는 상술한 실시 형태(들)의 하나 이상의 기능을 수행하기 위한 하나 이상의 회로(예를 들면, 특정 용도 지향 집적회로(ASIC))를 구비하는 것인, 시스템 또는 장치를 갖는 컴퓨터에 의해 실현되고, 또 예를 들면 상기 기억매체로부터 상기 컴퓨터 실행가능한 명령을 판독하고 실행하여 상기 실시 형태(들)의 하나 이상의 기능을 수행하는 것 및/또는 상술한 실시 형태(들)의 하나 이상의 기능을 수행하는 상기 하나 이상의 회로를 제어하는 것에 의해 상기 시스템 또는 상기 장치를 갖는 상기 컴퓨터에 의해 행해지는 방법에 의해 실현될 수 있다. 상기 컴퓨터는, 하나 이상의 프로세서(예를 들면, 중앙처리장치(CPU), 마이크로처리장치(MPU))를 구비하여도 되고, 컴퓨터 실행 가능한 명령을 판독하여 실행하기 위해 별개의 컴퓨터나 별개의 프로세서의 네트워크를 구비하여도 된다. 상기 컴퓨터 실행가능한 명령을, 예를 들면 네트워크나 상기 기억매체로부터 상기 컴퓨터에 제공하여도 된다. 상기 기억매체는, 예를 들면, 하드 디스크, 랜덤액세스 메모리(RAM), 판독전용 메모리(ROM), 분산형 컴퓨팅 시스템의 스토리지, 광디스크(콤팩트 디스크(CD), 디지털 다기능 디스크(DVD) 또는 블루레이 디스크(BD)TM등), 플래시 메모리 소자, 메모리 카드 등 중 하나 이상을 구비하여도 된다.
본 발명을 예시적 실시 형태들을 참조하여 기재하였지만, 본 발명은 상기 개시된 예시적 실시 형태들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다. 아래의 청구항의 범위는, 모든 변형, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 폭 넓게 해석해야 한다.

Claims (24)

  1. 주기 패턴을 갖는 원판을 조명하도록 구성된 조명 광학계와, 상기 원판의 상을 기판에 형성하도록 구성된 투영 광학계를 구비하는, 노광 장치로서,
    상기 투영 광학계의 동공영역의 원점을 통과하며 상기 주기 패턴의 주기방향과 직교하는 직선에 대해서 선대칭인 광강도 분포가 상기 주기 패턴으로부터의 2차이상의 회절광을 포함하는 복수의 회절광빔에 의해 상기 동공영역에 형성되도록 상기 조명 광학계로부터의 광을 상기 원판에 비스듬히 입사시키고, 상기 기판의 숏 영역의 각 점이 2이상의 포커스 상태에서 노광되게 상기 기판의 노광을 제어하도록 구성된 제어부를 구비하는, 노광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 회절광빔에 의해 형성된 광강도 분포는, 나머지 부분보다도 광강도가 각기 높은 적어도 2개의 고광강도부를 포함하는, 노광 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 상기 동공영역에 상기 광강도 분포가 형성되도록 상기 조명 광학계를 조정하도록 구성된 조정부를 더 구비하는, 노광 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 투영 광학계의 상기 동공영역에 형성된 상기 광강도 분포가, 상기 직선에 대해서 선대칭으로 배치된 4개의 고광강도부를 포함하도록, 상기 조명 광학계를 조정하는, 노광 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 투영 광학계의 상기 동공영역에 형성된 상기 광강도 분포가 상기 직선 위에 배치된 극을 포함하도록, 상기 조명 광학계를 조정하는, 노광 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 조명 광학계의 동공영역에, 상기 주기방향과 직교하는 방향에 평행한 선에 대해 선대칭으로 배치됨과 아울러 서로 이격된 적어도 2개의 제2고광강도부를 포함하는 제2광강도 분포가 형성되도록 상기 조명 광학계를 조정하고, 상기 적어도 2개의 제2고광강도부의 각각은, 상기 제2광강도 분포에 있어서의 나머지 부분보다도 광강도가 높은, 노광 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 조명 광학계의 상기 동공영역의 반경을 r이라고 하면, 상기 조정부는, 상기 조명 광학계의 상기 동공영역에 형성된 상기 광강도 분포에 포함된 상기 적어도 2개의 제2고광강도부의 각각의 중심위치의 σ값이 r/3이하이도록, 상기 조명 광학계를 조정하는, 노광 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 조명 광학계의 상기 동공영역에 형성된 상기 광강도 분포 전체의 광량에 대한, 상기 조명 광학계의 상기 동공영역에서의 상기 적어도 2개의 제2고광강도부의 광량의 비율이 50%이상인, 노광 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 상기 동공영역에 형성된 상기 광강도 분포에 포함된 상기 적어도 2개의 고광강도부의 각각의 상기 주기방향에 있어서의 폭을 σ값으로 환산한 값이 0.3이하인, 노광 장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 주기방향에 있어서의 상기 주기 패턴의 피치를 P, 노광 광의 파장을 λ, 상기 투영 광학계의 개구수를 ＮＡ로 하면, 상기 조명 광학계는, P>(3/4)×(λ/ＮＡ)을 충족시킬 경우에, 상기 복수의 회절광빔이, 상기 투영 광학계의 상기 동공영역에 상기 적어도 2개의 고광강도부를 포함하는 상기 광강도 분포를 형성하게 하는, 노광 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기판의 표면의 법선방향을 상기 투영 광학계의 광축방향에 대하여 기울인 상태에서 상기 기판의 주사 노광이 행해지도록, 상기 기판의 노광을 제어하는, 노광 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 주사 노광에서는, 상기 숏 영역의 임의점이 제1포커스 상태로부터 제2포커스 상태에 도달하도록 상기 숏 영역이 노광되고, 상기 제1포커스 상태에서의 상기 임의점과 상기 제2포커스 상태에서의 상기 임의점과의 사이의 상기 광축방향에 있어서의 거리를 Z1, 상기 주기방향에 있어서의 상기 주기 패턴의 피치를 P, 노광 광의 파장을 λ로 하면, Z1=λ/[(1-λ2/P2/4)1/2-(1-9×λ2/P2/4)1/2]을 충족시키는, 노광 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 숏 영역이 제1포커스 상태와 제2포커스 상태의 각각에서 노광되도록, 상기 기판의 노광을 제어하는, 노광 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1포커스 상태에 있어서의 상기 투영 광학계의 광축방향에 있어서의 상기 기판의 위치와 상기 제2포커스 상태에 있어서의 상기 광축방향에 있어서의 상기 기판의 위치 사이의 거리를 Z2, 상기 주기방향에 있어서의 상기 주기 패턴의 피치를 P, 노광 광의 파장을 λ로 하면, Z2=λ/[(1-λ2/P2/4)1/2-(1-9×λ2/P2/4)1/2]/2를 충족시키는, 노광 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    노광 광의 중심파장이 2개의 파장의 사이에서 연속적으로 변경되고,
    상기 2개의 파장이 λ0-Δλ/2 및 λ0+Δλ/2인 경우와, 상기 투영 광학계의 축상 색수차의 값을 C, 상기 주기방향에 있어서의 상기 주기 패턴의 피치를 P, 노광 광의 반값전폭을 Δλ, 상기 노광 광의 피크를 λ0으로 하면, Δλ=λ0/[(1-λ02/P2/4)1/2-(1-9×λ02/P2/4)1/2]/C를 충족시키는, 노광 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 축상 색수차의 값을 C, 상기 주기방향에 있어서의 상기 주기 패턴의 피치를 P, 노광 광의 반값전폭을 Δλ, 상기 노광 광의 피크를 λ0으로 하면, Δλ=λ0/[(1-λ02/P2/4)1/2-(1-9×λ02/P2/4)1/2]/C를 충족시키는, 노광 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    중심파장이 서로 상이한 2개의 파장의 노광 광빔이 사용되고,
    상기 2개의 파장이 λ0-Δλ/2 및 λ0+Δλ/2인 경우와, 상기 투영 광학계의 축상 색수차의 값을 C, 상기 주기방향에 있어서의 상기 주기 패턴의 피치를 P, 노광 광의 반값전폭을 Δλ, 상기 노광 광의 피크를 λ0으로 하면, Δλ=λ0/[(1-λ02/P2/4)1/2-(1-9×λ02/P2/4)1/2]/2/C를 충족시키는, 노광 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기판의 숏 영역의 각 점이 2이상의 포커스 상태에서 노광되도록, 상기 기판을 구동하는 동작, 및 노광 광의 파장을 변경하는 동작을 행하는, 노광 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 기판을 구동하는 상기 동작은, 상기 기판의 위치를 연속적으로 변경하는 동작을 포함하는, 노광 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 숏 영역의 각 점이 2이상의 포커스 상태에서 노광되도록, 상기 투영 광학계의 광축방향에 있어서의 상기 기판의 위치를 제1위치로 설정하고 노광 광의 파장을 제1파장으로 설정하면서 상기 숏 영역을 노광하는 동작, 및 상기 투영 광학계의 광축방향에 있어서의 상기 기판의 위치를 상기 제1위치와 상이한 제2위치로 설정하고 상기 노광 광의 상기 파장을 상기 제1파장과 상이한 제2파장으로 설정하면서 상기 숏 영역을 노광하는 동작을 행하는, 노광 장치.
  21. 원판을 조명하도록 구성된 조명 광학계와, 상기 원판의 상을 기판에 형성하도록 구성된 투영 광학계를, 구비하는 노광 장치로서,
    상기 조명 광학계의 동공영역에는, 상기 동공영역의 원점을 통과하며 상기 조명 광학계의 광축에 직교하는 선에 대하여 선대칭으로 배치된, 나머지 부분보다 높은 광강도를 각기 갖는 적어도 2개의 고광강도부를 포함하는 광강도 분포가, 형성되고,
    상기 동공영역의 반경을 r로 하면, 상기 고광강도부의 중심위치는, 상기 동공영역의 원점으로부터 r/3이하의 범위에 위치되는, 노광 장치.
  22. 주기 패턴을 갖는 원판을 조명하도록 구성된 조명 광학계와, 상기 원판의 상을 기판에 형성하도록 구성된 투영 광학계를 사용하여, 상기 기판을 노광하는 노광 방법으로서,
    상기 투영 광학계의 동공영역의 원점을 통과하며 상기 주기 패턴의 주기방향과 직교하는 직선에 대해서 선대칭인 광강도 분포가 상기 주기 패턴으로부터의 2차이상의 회절광을 포함하는 복수의 회절광빔에 의해 상기 동공영역에 형성되도록 상기 조명 광학계로부터의 광을 상기 원판에 비스듬히 입사시키는 공정과,
    상기 기판의 숏 영역의 각 점이 2이상의 포커스 상태에서 노광되게 상기 기판의 노광을 제어하는 공정을 포함하는, 노광 방법.
  23. 기판에 홈을 형성하는 공정과, 상기 홈내에 화소분리부를 형성하는 공정을, 포함하는 반도체장치의 제조 방법으로서,
    상기 홈을 형성하는 공정은, 원판에 설치된 주기 패턴으로부터의 2차이상의 회절광을 포함하며 투영 광학계의 동공영역을 통과하는 복수의 회절광빔에 의해, 반도체 기판의 숏 영역의 각 점을 2이상의 디포커스 상태에서 노광하는 것을 포함하고,
    상기 투영 광학계의 동공영역에는, 상기 동공영역의 원점을 통과하며 상기 주기 패턴의 주기방향과 직교하는 직선에 대하여 선대칭으로 배치된, 나머지 부분보다 높은 광강도를 각기 갖는 적어도 2개의 고광강도부를 포함하는 광강도 분포가 형성되어 있는, 반도체장치의 제조 방법.
  24. 기판에 홈을 형성하는 공정과, 상기 홈내에 화소분리부를 형성하는 공정을, 포함하는 반도체장치의 제조 방법으로서,
    상기 기판에 홈을 형성하는 공정은, 청구항 22에 기재된 노광 방법에 따라 상기 기판을 노광하는 동작을 포함하는, 반도체장치의 제조 방법.
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